JPH06105189A - 空間安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体に搭載された撮像装置を空間安定化す
る場合、ジンバル回転部の機械共振等の影響でループゲ
インが上げられず、高い空間安定化精度が得られない。
その結果、移動体が動揺したとき、画像が乱れてしま
う。本発明は、この空間安定化精度の向上を図り、高解
像度な画像を得ることを目的とする。 【構成】 移動体に、モータによる回転軸を設け、更に
モータに直結されたジンバル回転部にアクチュエータに
よる回転軸を設けて、それに従来の空間安定化誤差を位
置指令として加え撮像装置とミラー部を協調制御させ
る。 【効果】 移動体の動揺が加わっても、従来より高精度
な空間安定化が実現できるので、高解像度な画像が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、移動体搭載用撮像装
置の空間安定化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の空間安定化装置の構成図で
ある。図において、１は移動体、２は移動体１に取付け
られたモータ、３はモータ２により移動体１に対して相
対的に回転するジンバル回転部、４はジンバル回転部３
に固定された撮像装置、５は撮像装置４に入力される入
射光、６は移動体１に対するジンバル回転部３の回転変
位を検出する第１の角度検出器、７は第１の角度検出器
６の検出する角度、８は移動体１の慣性空間における角
度誤差を検出するジャイロ部、９はジャイロ部８の検出
した角度誤差、１０は角度７と角度誤差９の差分を増幅
する誤差演算器、１１は誤差演算器１０の出力信号と角
度７からモータ２のトルク指令を演算する第１の増幅器
である。

【０００３】次に動作について説明する。誤差演算器１
０は、角度誤差９と角度７との差が無くなるまで第１の
増幅器１１に信号を供給する。さらに第１の増幅器１１
において、角度７の微分値と誤差演算器１０の出力信号
との差が無くなるまでモータ２にトルク指令を供給す
る。トルク指令の供給によりモータ２が回転し、モータ
２に直結されたジンバル回転部３が回転することでジン
バル回転部３に固定された撮像装置４も回転する。従っ
て、移動体１に動揺が加わっても撮像装置４に入力され
る入射光５を空間安定化することができる。

【０００４】次に、従来の空間安定化装置における空間
安定化誤差について説明する。図３は図２を伝達関数に
よって表現したブロック図である。図中、７及び９〜１
１は図２と同一である。また、図中の記号Θはジャイロ
部８によって検出された移動体１の慣性空間における角
度誤差９、θεは誤差演算器１０の差分信号に相当する
撮像装置４の空間安定化誤差、ωｐは角度ループゲイ
ン、ωｒは角速度ループゲイン、Ｊはジンバル回転部３
のイナーシャ、Ｓはラプラス演算子をそれぞれ表す。

【０００５】図３において、等価ブロック変換を行いΘ
→θεなる伝達関数Ｇｍ（Ｓ）を求めると、

【０００６】

【数１】

【０００７】となる。

【０００８】数１より、空間安定化誤差θεは、ループ
ゲインωｐ、ωｒを大きくすれば小さくできることがわ
かる。

【０００９】しかしながら実際には、機械共振の影響等
の制約条件が存在するのでωｐ、ωｒをむやみに大きく
することは系の安定性を損なうことになるので不可能で
ある。つまり、θεは機械系すなわちジンバル回転部３
により一義的に決まってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の空間安定化装置
は、以上の理由によりループゲインωｐ、ωｒを大きく
することができないため、所望する空間安定化精度が得
られず、その結果、高解像度な画像が得られないという
問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、高精度な空間安定化装置を得る
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる空間安
定化装置は、従来のモータによる回転軸の他にアクチュ
エータによる回転軸を加え協調制御させようとしたもの
である。

【００１３】

【作用】この発明による空間安定化装置は、モータとは
別のアクチュエータによる回転軸に従来の空間安定化誤
差を位置指令として加えて制御するので、ジンバル回転
部の機械系に左右されない高精度な空間安定化装置が容
易に提供できる。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すものであ
る。１〜１１は図３と同一である。１２はジンバル回転
部３に取付けられて回転変位を生み出すアクチュエータ
部、１３はアクチュエータ部１２に取付けられ入射光５
を撮像装置４に反射させるミラー部、１４はミラー部１
３の回転変位を検出する第２の角度検出器、１５は第２
の角度検出器１４の出力する角度、１６は誤差演算器１
０の出力信号と角度１５の差分を増幅しアクチュエータ
部１２のトルク指令を出力する第２の増幅器、１７はミ
ラー部１３で反射された入射光５の反射光である。

【００１５】図４は図１を伝達関数により表現したブロ
ック図である。図中、７、９〜１１、１５及び１６は図
１と同一である。図中記号Θ、θε、ωｐ、ωｒ、Ｊ及
びＳは図３と同一であり、ｘは第２の角度検出器１４の
検出する角度、ωｋは第２の増幅器１６の角度ループゲ
イン、τはアクチュエータ部１２及びミラー部１３の総
合時定数、ｘεは第２の増幅器１６の差分信号を表す。

【００１６】図４において、Θ→θεなる伝達関数は図
３と同一であるので数１で表される。また、等価ブロッ
ク変換を行いθε→ｘなる伝達関数を求めると、

【００１７】

【数２】

【００１８】のようになる。

【００１９】ところで、ｘεは、

【００２０】

【数３】

【００２１】であるので、数２を数３に代入して、

【００２２】

【数４】

【００２３】を得る。従って、Θ→ｘεなる伝達関数Ｇ
（Ｓ）は、

【００２４】

【数５】

【００２５】のようになる。

【００２６】数５に数１、数４を代入して

【００２７】

【数６】

【００２８】を得る。

【００２９】ここにおいて、数３、数６からわかる通
り、ｘεは本発明による空間安定化精度を示しており、
またこれは、τ、ωｋの大きさによらず定常的に、従来
の空間安定化精度θεより１／（ωｋ＋１）倍優れてい
ることは明らかである。

【００３０】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３１】従来のモータによる回転軸の他に、ジンバ
ル回転部にアクチュエータによる回転軸を加えて、ジン
バル回転部で発生した角度誤差を位置指令としてアクチ
ュエータを駆動し協調制御するように構成したので、ジ
ンバル回転部の機械系に左右されず空間安定化精度の向
上が図られ、その結果、移動体に動揺が加わっても、高
解像度な画像が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す空間安定化装置の構成
図である。

【図２】従来の空間安定化装置の構成図である。

【図３】従来の空間安定化装置のブロック図である。

【図４】この発明の空間安定化装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 移動体 ２ モータ ３ ジンバル回転部 ４ 撮像装置 ５ 入射光 ６ 第１の角度検出器 ７ 角度 ８ ジャイロ部 ９ 角度誤差 １０ 誤差演算器 １１ 第１の増幅器 １２ アクチュエータ部 １３ ミラー部 １４ 第２の角度検出器 １５ 角度 １６ 第２の増幅器 １７ 反射光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に取付けられたモータと、上記モ
   ータにより移動体に対して相対的に回転するジンバル回
   転部と、上記ジンバル回転部に固定された撮像装置と、
   上記移動体に対して上記ジンバル回転部の回転変位を検
   出する第１の角度検出器と、上記移動体の慣性空間にお
   ける角度誤差を検出するジャイロ部と上記第１の角度検
   出器の角度とジャイロ部の検出する角度誤差の差分を増
   幅する誤差演算器と、上記誤差演算器の出力信号と上記
   第１の角度検出器の検出する角度から上記モータのトル
   ク指令を演算する第１の増幅器と、上記ジンバル回転部
   に取付けられ回転変位を生み出すアクチュエータ部と、
   上記アクチュエータ部に取付けられ上記撮像装置に入射
   光を反射させるミラー部と、上記ミラー部の回転変位を
   検出する第２の角度検出器と、上記誤差演算器の出力信
   号と上記第２の角度検出器の角度から上記アクチュエー
   タ部のトルク指令を演算する第２の増幅器を備えたこと
   を特徴とする空間安定化装置。