(57)【要約】【課題】本発明は内部にカメラを搭載するジンバル装置に関し、簡単な構成でたわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することを課題とする。【解決手段】カメラが搭載されると共にトルクモータ２４０で駆動させるジンバル部２００と、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]とカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]と視軸俯角軸方向回りの角速度を検出する角速度検出部２１０と、この角速度検出部２１０の検出結果に基づきトルクモータ２４０の駆動制御を行う制御手段とを有する。また、制御手段は、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]を用いてたわみを補正する視軸俯仰軸方向の角速度u[3]を求める第１視軸演算器１１０Ａ、カメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]を用いてたわみを補正するＡＺ軸回りの角速度u[4]を求める第２視軸演算器１１０Ｂと、視軸の俯角（θEl）に基づき視軸俯仰軸方向の角速度u[3]又はＡＺ軸回りの角速度u[4]のいずれを出力するかを決定する切換え処理器１６０とを有する。【選択図】  図８
2011004208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、駆動部により駆動されることにより内設されたカメラの視軸を前記移動体に対して移動させるジンバル部と、
前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りの第１角速度と、該前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りと異なる向きの第２軸回りの第２角速度と、視軸俯角軸方向回りの第３角速度を検出する角速度検出部と、
前記加速度検出部に基づき前記駆動部の駆動制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記第１角速度を用いてたわみを補正する第１補正角速度を求める第１の視軸演算器と、
前記第２角速度を用いてたわみを補正する第２補正角速度を求める第２の視軸演算器と、
前記第１及び第２の視軸演算器と接続され、視軸の俯角軸方向の角度に基づき、前記第１補正角速度又は前記第２補正角速度のいずれを出力するかを決定する切換え処理器と、
前記切換え処理器で決定された前記第１又は前記第２補正角速度に基づき、前記駆動部の駆動を制御する補償器とを有するジンバル装置。
【請求項２】
前記第２の角速度は、視軸に対する背面方向軸回りの角速度である請求項１記載のジンバル装置。
【請求項３】
前記切換え処理器は、出力される補正角速度に反映される前記第１補正角速度と前記第２補正角速度との割合を、前記視軸の俯角軸方向の角度に基づき漸次変化させる請求項１又は２記載のジンバル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジンバル装置に係り、特に内部にカメラを搭載するジンバル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機にカメラを搭載する場合、機体の振動等により生ずるカメラ画像のぶれを防止するために、カメラをジンバル装置（空間安定装置）内に設置する手法が一般的に取られている。ジンバル装置内にとって最も重要な要件は高空間安定性であるが、近年では、複数個のカメラや側距離装置等を航空機に搭載する要望があり、小型軽量化・低消費電力化が強く求められようになっている。
【０００３】
ジンバル装置が空間安定性を確保する上で問題となるのは、機体から伝わる振動とこれに起因するジンバル装置自身のたわみである。これらの問題を解決するために、防振マウントを利用する手法やジンバルの剛性を高める手法を取ることも考えられるが、いずれも装置の重量の増加を招き、前述した要望を満たすことができなくなる。
【０００４】
そこで、従来より、ジンバル装置のカメラ設置部分に角速度センサを取付け、この角速度センサが検出した信号に基づいて振動補正制御を行う技術が利用されており、このような技術は、例えば、特許文献１において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、係る角速度センサを用いた制御装置では、ジンバル装置のたわみの影響により、制御のための駆動電力が飽和して制御偏差が増大し、カメラ画像に画像ぶれが発生することがあった。
【０００７】
ジンバル装置は、構造上の理由から左右方向にたわみやすく、カメラ部に取り付けられた角速度センサは、カメラの視軸が垂直方向に近づくにつれてたわみの影響を大きく受けるようになる。たわみが大きくなり、角速度センサの検出値が一定の大きさを超えると、制御装置においてたわみの影響を減衰できなくなり、制御偏差が悪化して画像ぶれが発生してしまう。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でたわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することができるジンバル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の観点からは、
移動体に搭載され、駆動部により駆動されることにより内設されたカメラの視軸を前記移動体に対して移動させるジンバル部と、
前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りの第１角速度と、該前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りと異なる向きの第２軸回りの第２角速度と、視軸俯角軸方向回りの第３角速度を検出する角速度検出部と、
前記加速度検出部に基づき前記駆動部の駆動制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記第１角速度を用いてたわみを補正する第１補正角速度を求める第１の視軸演算器と、
前記第２角速度を用いてたわみを補正する第２補正角速度を求める第２の視軸演算器と、
前記第１及び第２の視軸演算器と接続され、視軸の俯角軸方向の角度に基づき、前記第１補正角速度又は前記第２補正角速度のいずれを出力するかを決定する切換え処理器と、
前記切換え処理器で決定された前記第１又は前記第２補正角速度に基づき、前記駆動部の駆動を制御する補償器とを有するジンバル装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示のジンバル装置は、構成の簡単化を図れると共に、たわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ジンバル装置の概形を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）はカメラが水平方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図であり、図２（Ｂ）はカメラが水平方向を向いている場合のカメラ画像を示す図である。
【図３】図３（Ａ）はカメラが垂直方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図であり、図３（Ｂ）はカメラが垂直方向を向いている場合のカメラ画像を示す図である。
【図４】図４は、たわみの発生と検出の仕組みを説明するための図である。
【図５】図５は、プラットフォーム振動条件の一例を示す図である。
【図６】図６は、ジンバル機構伝達特性の一例を示す図である。
【図７】図７は本実施形態の一例であるジンバル装置を示しており、図７（Ａ）は正面図、図７（Ｂ）は側面図である。
【図８】本実施形態例に係る角速度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】本実施形態に係る角速度制御装置の切換え処理を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態に係る角速度制御装置の参考例である角速度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、視軸の俯角軸方向の角度と補償器で反映される補正角速度との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、視軸の俯角軸方向の角度と第１及び第２補正角速度の反映割合を説明するための図である（その１）。
【図１３】図１３は、視軸の俯角軸方向の角度と第１及び第２補正角速度の反映割合を説明するための図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態であるジンバル装置１を示している。本実施形態では、航空機に搭載されるジンバル装置を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明の適用は航空機に限定されるものではなく、船舶等の他の移送機器に対しても適用が可能なものである。
【００１４】
ジンバル装置１は、航空機のプラットフォームに取り付けられる機体取付け面２と、機体取付け面２に対してＡＺ（アジマス）軸回りに回転可能とされたＡＺ旋回部３と、ＡＺ旋回部３に対してＥＬ（エレベーション）軸回りに回転可能とされると共に内部にカメラが搭載されたカメラ搭載部４とを有している。
【００１５】
ＡＺ軸とＥＬ軸には駆動用のトルクモータが配置され、各トルクモータが駆動することによりＡＺ旋回部３は０〜３６０度水平方向を指向し、カメラ搭載部４は水平〜垂直方向を指向する。カメラは、前記のようにＥＬ軸回りに回転するカメラ搭載部４に収められる。また、角速度検出部２１０となる角速度センサもこのカメラ搭載部４内に取り付けられ、カメラの視軸のぶれの大きさを角速度として検出する仕組みとなっている。
【００１６】
ところで、ジンバル装置１は、構造が一番弱い方向である視軸左右方向にたわみやすい。図２（Ａ）は、カメラが水平方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図である。同図に示すように、カメラ視軸が水平方向を向いている場合、カメラ視軸は、機体取付け面２の中央位置を中心とした円弧上を左右に小さく移動することになる。
【００１７】
図２（Ｂ）は、カメラが水平方向を向いている場合のカメラ画像のサンプル図である。同図に示すようにカメラが水平方向を向いている場合、カメラ画像はたわみの影響をわずかに受けてロール方向に小さく回転しているように映る。
【００１８】
視軸上に角速度センサ２１０が取り付けられている場合、角速度センサ２１０は回転角速度を検出するので、たわみの影響を全く受けない。撮像画面で見た場合、上記のたわみは画像の回転振動となって現れるが、変位角度成分が小さいことにより画像の回転振動は認識できない程度のレベルとなり問題となるようなことはない。
【００１９】
これに対し、視軸の俯仰角度θEL（ＥＬ角度）が大きくなるにつれてロール方向回転成分として検出されるようになる。即ち、ジンバル装置１のたわみの影響は、カメラ視軸が垂直に近づくほど大きくなる。図３（Ａ）は、カメラが垂直方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図である。同図に示すように、カメラ視軸が垂直方向を向いている場合、カメラ視軸は、弧の外側を向いた状態で左右に大きく往復運動する。
【００２０】
図３（Ｂ）は、カメラが垂直方向を向いている場合のカメラ画像のサンプル図である。同図に示すように、カメラが垂直方向を向いている場合、カメラ画像は、たわみの影響を受けて左右方向に大きく振動しているように映る。視軸上に角速度センサ２１０が取り付けられている場合、この角速度センサ２１０は、この大きな左右方向の振動をたわみ振動成分として検出することになる。
【００２１】
カメラ視軸上に角速度センサ２１０が取り付けられている場合、角速度センサ２１０が検出する角速度信号には、上記のロール方向回転成分とたわみ振動成分以外に、ＡＺ軸回転成分が含まれる。これは、機体取付け部分の強度の不足やトルクモータの出力不足等に起因するものである。
【００２２】
ここで、たわみの発生と検出の仕組みについて説明しておく。図４は、たわみの発生と検出の仕組みを説明するための説明図である。ジンバル装置に伝わる振動の強さは加速度（Ｇ）として表わされ、この加速度（Ｇ）はプラットフォーム（航空機の機体取付け面）の振動条件１０とジンバル機構の伝達関数２０とにより求められる。
【００２３】
プラットフォーム振動条件１０は、プラットフォーム（航空機の機体取付け面）の周波数毎の振動の強さを表わす。図５は、プラットフォーム振動条件１０の一例を示すサンプル図である。同図は、Ｆ１〜Ｆ２の範囲の周波数で一定の強さの大きさのランダム波があり、更に、Ｆ３の周波数で特異的に強いサイン波があることを示している。このようなサイン波は、例えば、エンジンの特性などに起因するものである。
【００２４】
ジンバル機構伝達関数２０は、ジンバル装置の周波数毎の振動の伝わりやすさを表わす。図６は、ジンバル機構伝達関数２０の一例を示すサンプル図である。同図は、Ｆ０の周波数近辺で共振により振動が増幅されることを示している。
【００２５】
ジンバル装置に伝わる振動の強さは加速度（Ｇ）は、乗算器３５により構造剛性により決定される１Ｇあたりのたわみ角度Ｔ［rad/G］が乗算され、これによりたわみ（変位角）[rad]が発生する。次に、たわみ（変位角）とsin(θEL)４０を乗算し、視軸回りのたわみ角度[rad]に変換する。この視軸回りのたわみ角度[rad]は微分器５０により微分され、この微分されたたわみの角速度成分［rad/s］を角速度センサ２１０が検出する。
【００２６】
次に、本実施形態の前提となるジンバル装置の角速度制御について説明する。図１０は、ジンバル装置を駆動するための角速度制御を説明するためのブロック図である。同図に示すように、ジンバル装置はジンバル部２０１と、制御器１０１とを有している。また、ジンバル部２０１はＡＺ軸回りに回転するＡＺ旋回部３と、ＥＬ軸回りに回転するカメラ搭載部４とを有している（図１参照）。
【００２７】
ＡＺ旋回部３は、アンプ２３０と、トルクモータ２４０とを有する。アンプ２３０は、空間安定性を確保するために、制御器１０１からの制御信号に基づいてトルクモータを駆動させる電力を増幅させる増幅装置である。トルクモータ２４０は、ジンバル部２０１の駆動部を駆動させ、空間安定性を実現させる。
【００２８】
カメラ搭載部４は、カメラが搭載されると共に角速度検出部２１０が搭載されている。角速度検出部２１０は角速度を検出する角速度センサであり、常にカメラの視軸方向を向くように取り付けられる。
【００２９】
制御器１０１は、角速度検出部２１０の検出した信号を基にして、ジンバル部２０１に設置されたカメラの画像ぶれがなくなるようにフィードバック制御する制御装置である。この制御器１０１は、ノイズ除去フィルタ１４１と、ＡＺ軸演算器１５１と、補償器１８１とを有する。
【００３０】
ノイズ除去フィルタ１４１は、角速度検出部２１０の検出した信号から、ノイズ成分を除去する演算器である。また、ＡＺ軸演算器１５１は、角速度検出部２１０の検出した視軸回りの角速度成分をＡＺ軸回りの角速度成分に変換する演算器である。補償部１８１は、角速度指令０[rad/s]を実現するために必要な制御量を算出し、ジンバル部２０１のアンプ２３０へ伝達する演算器である。
【００３１】
ＡＺ軸演算器１５１が角速度を変換するのは、ジンバル部２０１での振動補正制御がＡＺ軸回りの方向で行われるためであり、この変換はカメラの視軸の俯仰角度をθELとすると、１／cos(θEL)を角速度信号に乗算することにより行われていた。このため、カメラの視軸が垂直方向に近づくほど信号が大きく増幅され、俯仰角度θELが８５度になると１１倍にも増幅されていた。
【００３２】
既に図２，３を用いて説明したとおり、カメラの視軸が垂直方向に近づくほど、角速度検出部２１０が検出する角速度信号におけるたわみ振動成分が増大する。そして、ＡＺ軸演算器１５１の変換によってこれが更に大きく増幅されることとなる。このため、図１０に示す本実施形態の前提となる角速度制御では、カメラの視軸が垂直方向に近づくと、指令角速度に対する偏差が大きくなり、アンプ２３０への駆動指令が飽和してしまい、空間安定化ができない状態が発生していた。
【００３３】
実際のジンバル装置の運用においては、角速度検出部２１０からの信号に振動等のノイズが相乗する。このため従来の制御器１０１では、俯仰角度θELに制限（例えば、−75°〜＋75°）を設け、角速度検出部２１０からの信号がこの制限を越えた場合には制御器１０１を停止することが行われていた。
【００３４】
また、他の角速度制御として、カメラ搭載部４に第１の角速度検出部を搭載すると共に、ＡＺ旋回部３に第２の角速度検出部を搭載し、この２台の角速度検出部の信号に基づきジンバル装置の角速度制御を行う方式がある。この方式では、第１の角速度検出部により検出される信号から第２の角速度検出部により検出される信号を減算することにより、第１の角速度検出部により検出される信号に含まれるＡＺ軸回転成分を予め除去し角速度制御の精度向上を図っている。更に、カメラの俯仰角度θELが所定の角度よりも大きくなった場合には、ＡＺ軸回転成分のみからなる角速度信号が出力されるよう二つの角速度検出部を切換えている。
【００３５】
しかしながら、この方式では二つの角速度検出部が必要となるため、この角速度検出部の実装スペースがＡＺ旋回部及びカメラ搭載部にそれぞれ必要となり、またコストも高くなる等の問題点がある。
【００３６】
次に、本実施形態に係るジンバル装置１に適用している角速度制御について説明する。
【００３７】
図７は、本実施形態に係るジンバル装置１で使用する角速度検出部２１０（角速度センサ）の配設位置を示している。角速度検出部２１０はカメラ搭載部４内に搭載されており、その配置位置はカメラ６の近傍位置とされている。この角速度検出部２１０は、カメラの視軸回りの空間角速度を検出するものである。具体的には、本実施形態で用いる角速度検出部２１０は、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]と、カメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]と、視軸俯仰軸方向の角速度u[EL]との、全３軸回りの加速度を検出することが可能なものである。
【００３８】
図８は本実施形態に係るジンバル装置１の角速度制御方式を説明するためのブロック図であり、図９は図８に示す切換え処理器１６０の演算内容を説明するためのブロック図である。尚、図９及び図８において、本実施形態の前提となる角速度制御方式の説明に用いた図１０に示した構成と対応する構成については、同一符号を付して説明するものとする。
【００３９】
図８に示すように、ジンバル装置は制御器１００とジンバル部２００とを有している。また、ジンバル部２００はＡＺ軸回りに回転するＡＺ旋回部３と、ＥＬ軸回りに回転するカメラ搭載部４とを有している（図７参照）。
【００４０】
ＡＺ旋回部３は、アンプ２３０と、トルクモータ２４０とを有する。アンプ２３０は、空間安定性を確保するために、制御器１００からの制御信号に基づいてトルクモータを駆動させる電力を増幅させる増幅装置である。トルクモータ２４０は、ジンバル部２００の駆動部を駆動させ、空間安定性を実現させる。
【００４１】
カメラ搭載部４は、カメラ及び角速度検出部２１０が搭載されている。角速度検出部２１０は角速度を検出する角速度センサであり、常にカメラの視軸方向を向くように取り付けられる。また、角速度検出部２１０としては、前記した角加速度u[1]，u[2]，u[EL]の３軸回りの加速度を検出できるものが選定されている。
【００４２】
制御器１００は、角速度検出部２１０の検出した信号を基にして、ジンバル部２００に設置されたカメラの画像ぶれがなくなるようにフィードバック制御する制御装置である。この制御器１００は、第１視軸演算器１１０Ａ、第２視軸演算器１１０Ｂ、切換え処理器１６０、ＥＬ視軸角度１３０、第１入力範囲制限器１２０Ａ、第２入力範囲制限器１２０Ｂ、及び補償器１８０等を備えている。
【００４３】
角速度検出部２１０が検出した視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]は、第１視軸演算器１１０Ａに入力される。また、角速度検出部２１０が検出したカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は、第２視軸演算器１１０Ｂに入力される。
【００４４】
第１視軸演算器１１０Ａは、入力された視軸鉛直方向軸回りの角速度信号u[1]をＡＺ軸回りの角速度u[3]に変換する処理器である。具体的には、第１視軸演算器１１０Ａでは、u[3]＝u[1]÷cos(θEL）の演算を行う。
【００４５】
この第１視軸演算器１１０Ａは、第１入力範囲制限器１２０Ａの演算許可を得た場合にのみ上記の演算処理を行う。この第１入力範囲制限器１２０Ａは、cos(θEL)除算結果が∞（NAN）となるのを防止する条件判定フラグ生成器である。
【００４６】
そして、第１入力範囲制限器１２０ＡはＥＬ視軸角度１３０（視軸の俯仰角度θELを演算する）を参照し、除算結果が∞（NAN）となる時に「u[8]＝０」を、そうでない時は「u[8]＝１」を出力する。そして、第１視軸演算器１１０Ａは、第１入力範囲制限器１２０Ａで判定された出力u[8]を参照し、u[8]が「１」の時のみ視軸変換の演算を行う。
【００４７】
一方、第２視軸演算器１１０Ｂは、入力された視軸鉛直方向軸回りの角速度信号u[2]をＡＺ軸回りの角速度u[4]に変換する処理器である。具体的には、第２視軸演算器１１０Ｂでは、u[4]＝u[2]÷sin(θEL）の演算を行う。
【００４８】
この第２視軸演算器１１０Ｂは、第２入力範囲制限器１２０Ｂの演算許可を得た場合にのみ上記の演算処理を行う。この第２入力範囲制限器１２０Ｂは、sin(θEL)除算結果が∞（NAN）となるのを防止する条件判定フラグ生成器である。
【００４９】
そして、第２入力範囲制限器１２０ＢはＥＬ視軸角度１３０を参照し、除算結果が∞（NAN）となる時に「u[9]＝０」を、そうでない時は「u[9]＝１」を出力する。そして、第２視軸演算器１１０Ｂは、第２入力範囲制限器１２０Ｂで判定された出力u[9]を参照し、u[9]が「１」の時のみ視軸変換の演算を行う。
【００５０】
上記のようにして第１及び第２視軸演算器１１０Ａ，１１０Ｂで演算されたＡＺ軸回りの角速度u[3]，u[4]は、切換え処理器１６０に送られる。また、ＥＬ視軸角度１３０で求められる視軸の俯仰角度θELも切換え処理器１６０に送られる。
【００５１】
切換え処理器１６０は、視軸の俯仰方向の角度u[5]（u[5]＝θEL）に基づき、第１視軸演算器１１０Ａから送られてくるＡＺ軸回りの角速度u[3]と、第２視軸演算器１１０Ｂから送られてくるＡＺ軸回りの角速度u[4]との混合比を変化させ、補償器１８０の処理に反映させる。補償器１８０は角速度指令０[rad/s]を実現するために必要な制御量を算出し、ジンバル部２００のアンプ２３０へ伝達する演算器である。
【００５２】
ここで、切換え処理器１６０で実施される処理について詳述する。図９は、切換え処理器１６０の切換え処理を示すブロック図である。第１視軸演算器１１０Ａからの視軸俯仰軸方向の角速度u[3]は、切換え処理器１６０において第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]が乗算される。また、第２視軸演算器１１０ＢからのＡＺ軸回りの角速度u[4]は、切換え処理器１６０において第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]が乗算される。
【００５３】
そして、視軸俯仰軸方向の角速度u[3]に第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]が乗算された演算値と、ＡＺ軸回りの角速度u[4]に第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]が乗算された演算値は、加算器１９０で加算される。そして、このようにして得られた演算結果u[8]（以下、反映角速度u[8]という）は、切換え処理器１６０から補償器１８０に向けフィードバック信号として出力される。
【００５４】
ここで、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は、予め切換え処理器１６０に格納されている反映割合マップ１４０に基づき決定される。反映割合マップ１４０は、ＥＬ視軸角度１３０から入力される視軸の俯仰方向の角度u[5]に基づき、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]を決定する二元マップである。
【００５５】
図示されるように、反映割合マップ１４０は横軸に視軸の俯仰方向の角度u[5]（θEL）を取ると共に縦軸に反映割合［％］を取ったマップである。同図に示すように第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−180°〜−140°、−40°〜＋40°、＋140°〜＋180である場合には100％となっている。これに対し、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−130°〜−50°、＋50°〜＋130°である場合には第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]は0％となっている。
【００５６】
一方、第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−130°〜−50°、＋50°〜＋130°である場合には100％となっている。これに対し、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−180°〜−140°、−40°〜＋40°、＋140°〜＋180°である場合には、第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は0％となっている。
【００５７】
更に、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−140°〜−130°（第１ミキシング領域Ｍ１という）、−50°〜−40°（第２ミキシング領域Ｍ２という）、＋40°〜＋50°（第３ミキシング領域Ｍ３という）、＋130°〜＋140°（第４ミキシング領域Ｍ４という）の範囲は、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は漸次変化するよう設定されている。
【００５８】
具体的には、第１ミキシング領域Ｍ１及び第３ミキシング領域Ｍ３では、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]は100％から0％に漸次減少し、逆に第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は0％から100％に漸次増大する。また、第２ミキシング領域Ｍ２及び第４ミキシング領域Ｍ４では、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]は0％から100％に漸次増大し、逆に第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は100％から0％に漸次減少する。従って、各ミキシング領域Ｍ１〜Ｍ４では、第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]と第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]はスムーズに切換えられる。
【００５９】
図１１は、視軸の俯仰方向の角度u[5]と反映角速度の倍率u[8]との関係を示す図である。同図に示すように、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−180°〜−140°、−40°〜＋40°、＋140°〜＋180°の範囲では、反映角速度u[8]として視軸俯仰軸方向の角速度u[3]が出力されている。また、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−130°〜−50°、＋50°〜＋130°の範囲では、反映角速度u[8]としてＡＺ軸回りの角速度u[4]が出力されている。また、第１ミキシング領域Ｍ１〜第４ミキシング領域Ｍ４の各領域内では、反映割合マップ１４０に示す各反映割合u[6]，u[7]に対応した割合で各角速度u[3]，u[4]が混合された値が反映角速度u[8]として出力される。
【００６０】
次に、図１２及び図１３を用いて、視軸の俯仰方向の角度u[5]と、角速度検出部２１０により検出される３軸回りの加速度（視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]，カメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]，視軸俯仰軸方向の角速度u[EL]）との関係について説明する。
【００６１】
図１２（Ａ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が＋90°である状態を示している。この時、視軸は真上方向を向いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]は水平方向を向いており、またカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は鉛直下方を向いている。
【００６２】
ここで、反映角速度u[8]の演算に視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]を用いることを想定すると、第１視軸演算器１１０Ａにおいて視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]をcos（θEL）で除算する際、視軸俯仰軸方向の角速度u[3]は無限大に近づき、指令値とフィードバック値との偏差が大きくなり、トルクモータ２４０の制御が不可能となるおそれがある。このため本実施形態では、視軸の俯仰方向の角度u[5]が＋90°である場合、カメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]のみを反映角速度u[8]の演算に用いている。
【００６３】
図１２（Ｂ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が＋45°である状態を示している。この時、視軸は水平方向に対して斜め上方に45°傾いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は垂直下方を中心として±45°傾いた状態となっている。
【００６４】
ここで、図９に示す反映割合マップ１４０を参照すると、u[5]が＋45°の時の第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は共に50％である。よって視軸の俯仰方向の角度u[5]が＋45°である場合、反映角速度u[8]を求めるのに視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]の双方を用い、それぞれを50％の反映割合で加算（ミキシング）することにより反映角速度u[8]を求めている。
【００６５】
図１２（Ｃ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が±0°である状態を示している。この時、視軸は水平方向を向いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]は鉛直下方を向いており、またカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は水平方向を向いている。
【００６６】
前記と同様の理由で、反映角速度u[8]の演算に視軸鉛直方向軸回りの角速度u[2]を用いた場合にはＡＺ軸回りの角速度u[4]は無限大に近づき、指令値とフィードバック値との偏差が大きくなり、トルクモータ２４０の制御が不可能となるおそれがある。このため本実施形態では、視軸の俯仰方向の角度u[5]が±0°である場合、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]のみを反映角速度u[8]の演算に用いている。
【００６７】
図１３（Ａ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−45°である状態を示している。この時、視軸は水平方向に対して斜め下方に45°傾いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は水平方向を中心として±45°傾いた状態となっている。
【００６８】
ここで、図９に示す反映割合マップ１４０を参照すると、u[5]が−45°の時の第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は共に50％である。よって視軸の俯仰方向の角度u[5]が−45°である場合、反映角速度u[8]を求めるのに視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]の双方を用い、それぞれを50％の反映割合で加算（ミキシング）することにより反映角速度u[8]を求めている。
【００６９】
図１３（Ｂ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−90°である状態を示している。この時、視軸は鉛直下方を向いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]は水平方向を向いており、またカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は真上方向を向いている。
【００７０】
前記と同様の理由で、反映角速度u[8]の演算に視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]を用いた場合には視軸俯仰軸方向の角速度u[3]は無限大に近づき、指令値とフィードバック値との偏差が大きくなり、トルクモータ２４０の制御が不可能となるおそれがある。このため本実施形態では、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−90°である場合、カメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]のみを反映角速度u[8]の演算に用いている。
【００７１】
更に図１３（Ｃ）は、視軸の俯仰方向の角度u[5]が−135°である状態を示している。この時、視軸は水平方向に対して斜め下方に45°傾いており、視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]は真上方向を中心として±45°傾いた状態となっている。
【００７２】
ここで、図９に示す反映割合マップ１４０を参照すると、u[5]＝−135°の時の第１視軸演算器１１０Ａの反映割合u[6]及び第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合u[7]は共に50％である。よって視軸の俯仰方向の角度u[5]が−135°である場合、反映角速度u[8]を求めるのに視軸鉛直方向軸回りの角速度u[1]及びカメラの視軸背面方向軸回りの角速度u[2]の双方を用い、それぞれを50％の反映割合で加算（ミキシング）することにより反映角速度u[8]を求めている。
【００７３】
上記したように、切換え処理器１６０は視軸俯仰軸方向の角速度u[3]とＡＺ軸回りの角速度u[4]を、反映割合マップ１４０に基づき視軸の俯仰方向の角度u[5]を参照して切り替えることにより、たわみの増幅を45°毎程度の増幅に抑えることができる。このため、本実施形態に係る加速度制御方式によれば、たわみ外乱の影響を従来の加速度制御方式に比べて約1/6(θEL-80度)抑圧できると共に、全視軸方向に対し空間安定を図ることが可能となる。
【００７４】
また、このように本実施形態で用いている角速度制御方式は、たわみ振動の影響を受けにくいため、従来の角速度制御方式よりも制御ループの安定度を確保でき、トルクモータ２４０の低消費電力化を図ることができる。また、使用する角速度検出部２１０は１個でよいため、ジンバル装置１の小形化を図ることができる。
【００７５】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００７６】
例えば、本実施形態では各ミキシング領域Ｍ１〜Ｍ４の範囲を10°に設定したが、このミキシング領域Ｍ１〜Ｍ４の範囲もこれに限定されるものではなく、適宜設定が可能なものである。
【００７７】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
移動体に搭載され、駆動部により駆動されることにより内設されたカメラの視軸を前記移動体に対して移動させるジンバル部と、
前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りの第１角速度と、該前記カメラの視軸の鉛直方向軸回りと異なる向きの第２軸回りの第２角速度と、視軸俯角軸方向回りの第３角速度を検出する角速度検出部と、
前記加速度検出部に基づき前記駆動部の駆動制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記第１角速度を用いてたわみを補正する第１補正角速度を求める第１の視軸演算器と、
前記第２角速度を用いてたわみを補正する第２補正角速度を求める第２の視軸演算器と、
前記第１及び第２の視軸演算器と接続され、視軸の俯角軸方向の角度に基づき、前記第１補正角速度又は前記第２補正角速度のいずれを出力するかを決定する切換え処理器と、
前記切換え処理器で決定された前記第１又は前記第２補正角速度に基づき、前記駆動部の駆動を制御する補償器とを有するジンバル装置。
（付記２）
前記第２の角速度は、視軸に対する背面方向軸回りの角速度である付記１記載のジンバル装置。
（付記３）
前記切換え処理器は、出力される補正角速度に反映される前記第１補正角速度と前記第２補正角速度との割合を、前記視軸の俯角軸方向の角度に基づき漸次変化させる付記１又は２記載のジンバル装置。
（付記４）
前記第１の視軸演算器は、前記視軸の俯角に基づき前記第１補正角速度する構成とされ、
前記視軸の俯角の値が、前記第１の視軸演算器が演算する前記第１補正角速度を無限大とする値である場合、当該視軸の俯角の値を前記第１の視軸演算器に入力されるのを禁止する第１の入力制御器を設けた付記１乃至３のいずれか一項に記載のジンバル装置。
（付記５）
前記第２の視軸演算器は、前記視軸の俯角に基づき前記第２補正角速度する構成とされ、
前記視軸の俯角の値が、前記第２の視軸演算器が演算する前記第２補正角速度を無限大とする値である場合、当該視軸の俯角の値を前記第２の視軸演算器に入力されるのを禁止する第２の入力制御器を設けた付記１乃至４のいずれか一項に記載のジンバル装置。
【符号の説明】
【００７８】
１  ジンバル装置
２  機体取付け面
３  ＡＺ旋回部
４  カメラ搭載部
１００  制御器
１１０Ａ  第１視軸演算器
１１０Ｂ  第２視軸演算器
１２０Ａ  第１入力範囲制限器
１２０Ｂ  第２入力範囲制限器
１３０  ＥＬ視軸角度
１４０  反映割合マップ
１６０  切換え処理器
１８０  補償器
２００  ジンバル部
２１０  角速度検出部
２４０  トルクモータ
u[1]  視軸鉛直方向軸回りの角速度
u[2]  カメラの視軸背面方向軸回りの角速度
u[3]  視軸俯仰軸方向の角速度
u[4]  ＡＺ軸回りの角速度
u[5]  視軸の俯仰方向の角度
u[6]  第１視軸演算器１１０Ａの反映割合
u[7]  第２視軸演算器１１０Ｂの反映割合
u[8]  反映角速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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