JPS6069713A - 空間の目標の位置及び移動を観測する光学装置の姿勢変換制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、テレビカメラ等の光学装置により空間の目標
の位置及び移動を観測する場合、観測に便利なように光
学装置の光軸の姿勢を変換制御する方式に関するもので
ある。

第１図は、本発明に用いる光学装置例えばテレビカメラ
の駆動台の構成例を示す斜視図である。

この駆動台は、経度θを示す旋回軸と、緯度ψを示す俯
仰軸と、この旋回（θ）軸に直交する第３の軸（φ）を
もち、この第３軸によシ上記旋回軸をもつ旋回台の水平
に対する傾斜を可変とする。これらの軸装置は、水平回
転台上に載架されていて地面に対して回転する。その回
転をτで示す。俯仰（ψ）軸で回転駆動される俯仰線は
、テレビカメラの光軸　□と一致している。各軸は、そ
れぞれモータＭ１＋Ｍ２　＋　Ｍ３　ｒ　Ｍ４によシ所
定の回転が与えられる。このような構成の駆動台の座標
系に、図示のようなＸＹＺ系を考える。この座標系は、
水平回転台上に固定されているとして光軸の方向のみを
考えるベクトル座標系とする。したがって、θ、ψ、φ
の３回転ベクトルの中心も原点０にとる。τ回転がある
場合には、ＸＹＺ座標系を回転角τで座標変換して空間
座標に転換すればよいので、τは固定して考える。

ＸＹＺ座標系で目標（便宜上点と考える。）を追跡する
光軸の方向を表わすため、第２図に示すような大きさ凡
のベクトルを考え、このベクトル端の座標点をＰとし、
座標値をｘ、ｙ、ｚとする。このｘ、　ｙ、　ｚとθ、
ψ、φとの間には、次の関係式が成立する。

したがって、φ、θ、ψが与えられれば常に目標点の方
向が定まる。

いまφ、θ、ψの座標系を表わすのに地球儀型の経緯目
盛を用い、この目盛をもった経緯球が第３図においてＹ
＠全中心にφ回転するとする。この場合、φ目盛は反時
計方向を正とする。図は、φ−０°の場合を示す。経度
（の線は、右端を００、正面を９０°、左端を１８００
、背面中央を２７０°とし、右端で３６００に戻るもの
とする。緯度（ｆ）目盛は、各経度線に対応して下端（
Ｓ極ンを００とし、上方に正をと９、赤道対応緯度を９
０°、上端（Ｎ極）を１８０°とする。したがって、緯
度目盛は、下端Ｓ極０°位置よシ背面まわシも同一とな
る。また、この経緯法止の任意の点Ｐは、ベクトルＩ（
の方向を示す空間座標点Ｘ、ｙ、ｚを示す。この点の経
緯度の目盛は、モータＭ１及びＭｚの回転角を示すこと
になる。

次に、第１図に示すツ０学装置の駆動台の用法について
説明する。ただし、用法そのものは本発明の対象ではな
いので、本発明制御方式に関連する範囲に限って述べる
ことにする。

まず、θ；０°、ψ＝１８０°に固定した場合、τ及び
φ回転により、すなわち普通のテレビカメラの旋回・俯
仰運動と全く同一の操作により目標物の捕捉ができる。

次に、とのτ位置を基準としてτを固定し、モータＭ１
（の、Ｍｚ便）を操作して目標を捕捉観測する。この場
合、モータＭ３＠）はＭｚ（ψ）と連動させる。かかる
状態においてテレビカメラの観測できる空間は、第４図
に示すように、τを固定した基準方位を中心にして水平
面内で方位角±４０°、水平面を０８として高低角＋１
１０°〜−４０°の範囲に亘る。ただし、天頂付近は、
図示の如く全方向性となる。この空間範囲においてテレ
ビカメラをモータＭ１　＋　Ｍｚ　＋　Ｍａを駆動操作
する際、経緯目盛の極点を含みその近傍（極地圏）を目
標に指向する場合と、赤道を含みその近傍（赤道帯）を
目標に指向する場合の２つがある。この２つの場合は、
第４図の指定空間内すべての方向に対し、θ、ψとφと
の組合わせによって指向することが可能である。

第５図（イ）は、Ｐｏ点（Ｘｏ’、　ｙｏ　＋　Ｚｏ）
を上記極地型（φ＝１３５°、θ−０°、ψ＝１８０°
）で指向した場合全示し、第５図仲）は、同一点ＰＯを
上記赤道型（φ＝４５８θ＝０°、ψ＝９００）で指向
した場合を示す。この２つの場合は、テレビ画面上の目
標点の映像は同一であるが、映像点のモニタ上の経緯線
の運動状況は異なる。すなわち、極地型のものは、極点
を中心として緯度線は同心円状に、経度線は放射状にな
る。したがって、経緯線の表示は極座標型となυ、移動
目標の観測には方向変換に対応して追跡操作が容易にな
り、速度ベクトルの測定に適している。

これに対し、赤道型のものは、経緯度線は直交していて
それぞれ等間隔である。したがって、表示は直交座標型
となシ、目標点のＸＹ座標測定を行なう必要のある測量
操作に適している。

第５図＝＋、＜口）の場合は極点又は赤道上に目標点の
ある両極端の場合であるが、それぞれを限界としてその
近傍が極地圏の場合であれ赤道帯の場合であれ極座標型
表示及び直交座標型表示となることに変わシはなく、且
つ、どの場合でも目標点の方向を示すＰ点の座標値は式
（１）よシ常にめられる。この２つの場合はそれぞれ表
示に特徴があるため、同一の目標に対し表示を交互に迅
速に切換えることができれば、観測装置としての機能を
同士させることができる。また、この切換え時に映像が
静止したまま乱れないことも必要である。この２つの状
態の切換えは、回転角φの変換すなわちＭａ（φ）モー
タの回転によって行なわれ、これに伴いＭｌ（θ）、Ｍ
ｚ（＃）モータの回転角の組換えを行なう必要がある。

第５図の場合では、極点ＡＯ＋２赤道点ＢＯの切換えが
φ−１３５°２４５°で行なわれ、これに伴うＰｖｉｌ
。

Ｍ２モータの回転角は、θは０°で変化しないがψは１
８０’　、＝！　９００と変化する。この極点Ａｏ４赤
道点Ｂ。

の切換えは特別の場合でθ＝０°とθに変化が起きない
が、一般の極地圏＃赤道帯の切換えの場合には、θにも
ψと共に変化が起きる。すなわち、第５図（イ）のφ−
１３５°の極地型の場合、目標点がＰ。

（Ｘｏｒ　Ｘｏｒ　ｚｏ）からＰ（ｘ、　ｙ、　ｚ　）
に移ると、これに伴いモータＭ１．　Ｍ２の回転角はθ
ｉ、ψｉとなる。この点を経緯球上にＡで示す。この状
態で空間目標Ｐをそのままにしてφを１３５０→４５０
と変化させ表示を赤道型に変換すると、モータＭ１１Ｍ
２の回転角はφの変化に伴ってθ！→θｆ、ψｉ→ψｆ
に変化し、経緯球の表示点はＢ点になる。この場合の空
間座標点の表示及びそれに対応する経緯球上の表示点の
変化状況を、第６図（イ）及び（ロ）に示す。第６図（
イ）は、φ＝１３５°における空間座標点Ｐｏ、Ｐの位
置を示す。第６図（ロ）は、相対的に経緯球を静止して
φ＝０°の場合を基点としてφの値を変化させた場合ノ
φ＝１３５°における点ｐｏ、ｐをＡＯ，Ａ点で、φ＝
４５°における点ｐｏ　、　ＰをＢｏ、Ｂ点で示し、φ
＝１３５°＝４５°の変化に伴うθｌ＝θｆ、ψｉ二ψ
ｆの変化は、２つの同心円の円周Ａ０２Ｂｏ、ＡｔＢ上
の経緯度線の交点のθ、ψ目盛に対応することを示して
いる。なお、第６図←）の経緯球上のＡＯ，Ａ点の対応
点ＡＯ，Ｘは、第６図（イ）のＰｏ、Ｐ点と同一位置で
示される。

この同一目標点に対する映像の離型＃直交型表示の変換
は、φ変化に対応してモータＭ１　＋　Ｍ２の回転角θ
、ψの組換えを制御することによって行なわれる。この
ため、式（１）を次のように変形する。

この式（２１Ｋより、φ変換のときのθ、ψモータの組
換え演算制御を行なうことになる。第７図は、かかる演
算制御装置の例を示す系統図である。本グ演算制御器（
すとよシ成る。コンピュータを用いる場合は、図のブロ
ックは操作ないし手順を示す。計数器（つの入力値は、
座標値ｘ、　ｙ、　ｚとφ値である。座標値ｘ、　ｙ、
　ｚは、この場合、φの変化の前後には一定値となる。

Ｘ値、ｚ値は除算手段（又は操作）　（１１１により−
に変換され、−値は逆止ｚ　ｚ 弦演算手段（又は操作）α２によｐ　、Ｂ　１−一αに
変換される。このαは入力変数φ値から減算手段（又は
操作）　（１３１によシ減算され、ディジタル・・ぐル
ス出力φ−αが得られる。一方、入力ｘ、　ｚ値は２乗
和開平演算手段（又は操作）α沿で行なわれる＄−γの
演算によってγ値に変換され、計数器Ｏの出カポ−）Ｄ
ＡＩよシアナログγ値が出力される。また、入力値ｙは
、そのままＯを経由して出力ポートＤＡ２よシアナログ
値ｙ＝ｇＩｎθ・ｓｉｎψとして出力される。

制御部（３）とよシ成る。演算部へ３）は、計数器φつ
のディジタル出力のφ−α値をノ４ルス列として導入し
、パルスモータＭ３を駆動する。このパルスモータＭ３
の回転軸には正余弦ポテンショメータ（１５１，（１６
１が結合されており、それぞれにφφのアナログ出力γ
値が加えられているので、ポテンショメータ乗算処理に
よシそれぞれγ５ｉｎ（φ−α）。

γ魚（φ−α）が得られる。それぞれの値は、式（２）
によシ地ψ・μｓθ及び魚ψ値と等しい。したがって、
邸ψは、そのまま■羽）の出力値となるばかシでなく正
余弦変換器αηにより　ｓｌｎψ値に変換され、比ψｙ
＝虐θ・Ｓ石ψを除算器α＆によシ除算して画θを■Ｋ
）より出力する。また、虐ψは、モータＭ３のもう１つ
の正余弦ポテンショメータα９の出力値８石ψ・高θと
共に除算器ａωに導入され、魚θに変換される。

結局１■３≧の出力はｓｉｎθ２部θ、Ｓ石ψ、！ψと
なる。

この４出力は、制御部（蓮）に入る。（３）ではモータ
Ｍ１　＋　Ｍ２が制御対象となるが、各モータにはそれ
ぞれ正余弦ポテンショメータ（２０＋、　（２１１，（
２ａ。

（ハ）が結合されている。モータＭｌ　＋　Ｍ２の入力
信号θ、ψと同期する前の回転角をθ′、ψ′とし、ま
ずモータＭ１について述べる。■邑）よジの邸θ、廁θ
値ハモータＭ１の正余弦ポテンショメータ（２０１，（
２１１にそれぞれ加えられ、■θ・自θ′、自θ・μｓ
θ′がめられる。この双方の値は差動増幅器Ｃ２４１に
加えられ、双方の差がｎｏ・房０′−μｓθ・、／＝血
（θ−／、）がめられ、この差量を零にするようパワー
増幅器（ハ）を介してモータＭ１が制御されるので、結
局θ＝θ′となシモータＭ１は常にθに相当する回転を
行なう。これはモータＭ２についても同様で、入力前ψ
、ｇｍψ値は正余弦ポテンショメータ（２ｚ、ｉにそれ
ぞれ加えられ、差動増幅器（イ）によシｔｈ（ψ−ψ′
）がめられ、・切−増幅器Ｃ！ηによりモータＭ２がψ
値と同期して回転する。

以上本発明の一実施例について説明したが１、本発明は
、特許請求の範囲に記載した構成に含まれる限シ、種々
の変形・変更をしうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる光学装置の駆動台の構成例を示
す斜視図、第２図は第１図の説明に供する図、第３図は
旋回・俯仰装置の経緯目盛の説明図、第４図は光学装置
の観測空間を基準設定方位に対して示した説明図、第５
図（イ）は光学装置の映像面を極座標表示型にした場合
、第５図（ロンは同上映像面を直交座標表示型にした場
合の各説明図、第６図（イ）は目標点の方向ベクトルの
表示に用いる座標法、第６図（ロ）はこれに対応する経
緯球の説明図、第７図はφの変化に対応するθ、ψモー
タの組換え演算制御装置の例を示す系統図である。 ＯＰ・・・光軸、θ・・・旋回角、ψ・・・俯仰角、φ
・・・第３軸の回転角、Φや、■・・・旋回及び俯仰角
の制御手段。 こ４・・、・３ １０／ 第２図 第４図 ２ 第５図 Ｐ（χ、ｙ＋ｚ） 第６図 （イン　（ロ） Ｌ　’Ｊ 手続ネｍ正書坊式） 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１７８６９４号 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 住　所　東京都新宿区西新宿１丁目８番１号置　０３，
３４３−５８２１σｔ）（新宮ビル）６、補正により増
加する発明の数 （１）　明細書５頁８行「第５図（イ）は」の前に次の
文を加入する。 「第５図は、光学装置の映像面を極座標表示型及び１〃
交座襟表示型にした場合の比較説明図である。」 ＋２１　同１１頁２０行「説明図、第５図１（イ）は光
学装置の」を次のように訂正する。 「説明図、第５図は光学装置の映像面を極座標表示型及
び直交標座表示型にした場合の比較説明図、第５図（イ
）は同上」 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空間の目標を指向する光学装置の光軸を旋回及び俯仰回
   転する旋回及び俯仰軸を該旋回軸と直交する第３の軸で
   回転しうるような駆動台に上記光学装置を載架し、この
   光学装置の光軸の指向方向を上記第３軸の回転に無関係
   に一定の空間方向に保持するように上記旋回及び俯仰両
   軸の回転角を制御する手段を具えたことを特徴とする空
   間の目標の位置及び移動を観測する光学装置の姿勢変換
   制御方式。