(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な安定性、簡素な構造及び高い携帯性を有する撮像装置用のスタビライザ及びその制御方法を提供する。【解決手段】撮影装置用のスタビライザーは、第一モーター１に駆動される第一回転軸４と、第二モーター２に駆動される第二回転軸５と、第一モーターに搭載される第一磁気回転エンコーダーと、第二モーターに搭載される第二磁気回転エンコーダーと、慣性センサーと、固定部材と、コントローラーとを含む。第一及び第二モーター、慣性センサー並びに第一及び第二磁気回転エンコーダーは、それぞれコントローラーに電気的に接続される。慣性センサーは固定部材７に搭載され、第一の回転の中心軸は第二の回転軸の中心軸と垂直であり、固定部材は第一の回転軸に接続されて、第一の三相ブラシレス交流モーターは第二の回転軸に曲げ部材８により接続される。【選択図】図１
2015177539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影装置用のスタビライザーであって、
第一の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第一の回転軸と、
第二の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第二の回転軸と、
前記第一の三相ブラシレス交流モーターに搭載されている第一の磁気回転エンコーダーと、
前記第二の三相ブラシレス交流モーターに搭載されている第二の磁気回転エンコーダーと、
慣性センサーと、
固定部材と、
コントローラーとを備えて、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、前記慣性センサー、前記第一の磁気回転エンコーダー、及び前記第二の磁気回転エンコーダーは、それぞれ前記コントローラーに電気的に接続されて、前記慣性センサーは前記固定部材に搭載されて、前記第一の回転軸の中心軸は前記第二の回転軸の中心軸と垂直であり、前記固定部材は前記第一の回転軸に接続されて、前記第一の三相ブラシレス交流モーターは前記第二の回転軸に曲げ部材により接続されていることを特徴とする撮影装置用のスタビライザー。
【請求項２】
請求項１に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記固定部材は支持板、第一の締付け要素、及び第二の締付け要素を備えて、前記支持板の両側の各々には係合台が設けられて、前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の各々には係合軸が設けられて、前記係合軸にはねじりばねがつなげられて、前記係合軸と前記係合台とが協力することにより前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素は前記支持板に回転可能に搭載できて、前記支持板は前記第一の回転軸に接続されることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項３】
請求項２に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の各々の保持面は内側に凹面形の表面であり、前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の前記保持面は対称的であることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項４】
請求項１に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記固定部材はベアリングプレート、接続プレート、及び位置決め要素を備えて、前記接続プレートは接続部分及び前記接続部分に垂直な搭載部分を備えて、前記接続部分は第一の親ねじナット機構により前記第一の回転軸に接続されて、前記搭載部分は第二の親ねじナット機構により前記ベアリングプレートに接続されて、前記位置決め要素は前記ベアリングプレートの側部に設けられていることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項５】
請求項１に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第二の三相ブラシレス交流モーターの側部に前記第二の回転軸から離れてディスプレイが設けられて、前記ディスプレイは撮影装置に電気的に接続されるように構成されることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項６】
請求項１に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーの各々は円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを備えて、前記円形磁気鋼板は前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々に搭載されて、前記エンコーダーチップは前記円形磁気鋼板に面して、前記コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に当接されないように構成されることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記スタビライザーはユニバーサルハンドルを更に備えて、前記第二の三相ブラシレス交流モーターは前記ユニバーサルハンドルに接続されて、前記コントローラーは前記ユニバーサルハンドルの中に設けられて、前記ユニバーサルハンドルには電力スイッチ及び回転軸調整ロッドが設けられて、前記電力スイッチ及び前記回転軸調整ロッドの各々は前記コントローラーに電気的に接続されていることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一つに記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記スタビライザーは、第三の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第三の回転軸と、連結ロッドと、操作ハンドルと、地磁気センサーと、第三の磁気回転エンコーダーとを更に備えて、前記地磁気センサー及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々は前記コントローラーに電気的に接続されて、前記地磁気センサーは前記固定部材に搭載されて、前記第三の磁気回転エンコーダーは前記第三の三相ブラシレス交流モーターに搭載されて、前記第三の三相ブラシレス交流モーターは前記操作ハンドルに接続されて、前記第三の回転軸は前記第二の三相ブラシレス交流モーターに前記連結ロッドにより接続されて、前記第三の回転軸の前記中心軸は前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の前記中心軸の各々に対して垂直であることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項９】
請求項８に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第三の磁気回転エンコーダーは円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを含み、前記円形磁気鋼板は前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸に搭載されて、前記エンコーダーチップは、前記円形磁気鋼板に面して、前記コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に当接されないように構成されることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項１０】
請求項９に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々は中空であり、内部にスリップリングを含むことを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮影装置用の前記スタビライザーであって、
前記第三の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び第三の三相ブラシレス交流モーターの各々は平坦な円柱状のディスクの形状であることを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザー。
【請求項１２】
請求項１から７のいずれか一つに記載の撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法であって、
三つの空間軸の各々の角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、それらを前記コントローラーへ前記慣性センサーにより送信して、
前記慣性センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の運動の傾向を予測して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の位置を前記コントローラーにより調整して、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーの各々により前記コントローラーに送信して、前記コントローラーにより、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正することを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法。
【請求項１３】
請求項８から１１のいずれか一つに記載の撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法であって、
三つの空間軸の各々の角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、それらを前記慣性センサーにより前記コントローラーに送信して、前記三つの空間軸の各々の地球磁気強度を検知して、それらを前記地磁気センサーにより前記コントローラーに送信して、
前記慣性センサー及び前記地磁気センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の方向角及び運動の傾向を予測して、前記コントローラーにより前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々により前記制御コマンドに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の位置を調整して、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記第一の磁気回転エンコーダー、前記第二の磁気回転エンコーダー、及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々により前記コントローラーに送信して、前記コントローラーにより、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正することを特徴とする撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の前記方法であって、
前記慣性センサー及び前記地磁気センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の方向角及び運動の傾向を予測して、前記コントローラーにより前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行することは、
コントローラーにより前記慣性センサー及び前記地磁気センサーのデータをリアルタイムで読み取り及び前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の現在の姿勢を計算して、
前記コントローラーが、三つの前記空間軸の前記角速度をフィードバック量として用いて、及び前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の計算した前記現在の姿勢の角度を補償として用いて、制御増分を計算して、
前記コントローラーにより、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの駆動ターゲットに前記制御増分を加算して、前記駆動ターゲットに基づいて前記三相正弦波に対応する衝撃係数でパルス幅変調可能な連続パルスを前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に分配することを備えることを特徴とする前記方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の前記方法であって、
前記連続パルスは１６ｋＨｚ／ｓ及び２２ｋＨｚ／ｓの間の周波数で動作することを特徴とする前記方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の前記方法であって、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記コントローラーに前記第一の磁気回転エンコーダー、前記第二の磁気回転エンコーダー、及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々により送信することは、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々と前記円形磁気鋼板の各々の回転により回転磁界を形成して、前記回転磁界を検知して前記エンコーダーチップにより前記コントローラーに二つの直交する正弦波を出力して、前記コントローラーにより前記エンコーダーチップからのデータに基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算することを備えることを特徴とする前記方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の前記方法であって、
前記コントローラーは上記の工程において１、３００／ｓ及び１、６００／ｓの間の周波数で前記慣性センサー及び複数の前記磁気回転エンコーダーからデータを収集することを特徴とする前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置用のスタビライザー及びスタビライザーの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影技術が発達するとともに、撮影機能付き携帯電話又はプロ用デジタル撮影装置は日常生活においてかなり一般的になっているが、運動中に撮影する場合には画像の揺れ及びぶれが容易に生じるため、運動中に撮影する場合に鮮明で安定した画像を撮るためには撮影安定化機器が必要である。
【０００３】
従来の４つの安定化機器システムが下記の通りある。（１）機械式スタビライザー（一般的には「ステディカム安定化システム（Steadicam stabilization system）」と言及できる）は、中国特許出願番号第２０１２２０４１７１２８．４号、中国特許出願番号第２０１２３００５３８５７．１号等に記載されているように、機械的重心の慣性安定化説に基づいて低い摩擦抵抗の自在継手を用いて撮影負荷の実質的安定化を達成している。しかし、そのようなスタビライザーでは、撮影負荷のバランスを振り子効果により制御して、それは運動中に安定化する役割を担うことができるが、撮影負荷及び重量の間の固定された比率のため、負荷が重いほど、スタビライザー全体の容積重量が大きくなり、悪い操作性、適用するための限られた空間、早い動作が突然停止した後の大きな慣性的振動、及び他の不都合を導く。更に、ステディカムシステムを完全に習得するためには適切な操作能力が必要である。（２）主に空中撮影用のスタビライザーは、中国特許出願番号第２０１０１０１７１３６０．Ｘ号、中国特許出願番号第２０１３１００９７８８７．６号等に記載されているように、フィードバックにマイクロセンサーを用いて、マイクロコンピューターに制御された駆動モーターにより安定化を達成している。しかし、このようなスタビライザーは開放ループモードを使用して、そのモードでは角速度センサーがフィードバックに使用され、直流歯車付サーボモーター又は航空模型用サーボモーター（aeromodelling servomotor）が駆動要素として使用され、正及び負の回転後の直流ギア付きモーターのギア−ボックス内に生じたクリアランスのため安定性増加制御（stability augmentation control）を順調に安定して達成できなくなる。これにより、低い精度、低い信頼性、容易に揺れる、短い寿命等の不具合が起こる。（３）プロの分野で使用される高性能スタビライザーは、中国特許出願番号第２０１１１００９９５７９．８号に記載されているように、フィードバックに高性能角速度センサーを使用して、マイクロコンピューターに制御される駆動型トルクモーターによって安定化を達成する。しかし、そのようなスタビライザーに使用されるモーターは中空リングブラシトルクモーターであって、その中のハウジングモーター、及びフィードバック部品は重くとても大きく、電力消費も高く、スタビライザーはプロの分野でしか使用できず、一般の消費者には適していない。（４）模型飛行機による空中撮影に使用される安定化ヘッドは、マイクロプロセッサーが処理できる負荷の姿勢情報を検知するために慣性センサーを用いて、モーターに直接駆動される負荷の運動により安定化を達成して、上記は中国特許出願番号第２０１１１０３８０３５１．６号に記載されている。しかし、この様な安定化ヘッドの短所は、ブラシレス直流モーターが直結駆動用の部品として使用されて、一方で、スタビライザーは、遅い速度で回転する安定化ヘッドであって、そのモーターの長さがその直径より大きいため大きな駆動トルクを有する安定化ヘッドには適用されない。他方で、ブラシレス直流モーターは整流の間駆動トルクに急な変化を生じさせて、安定化の精度が影響される。即ち、安定化ヘッドは、ブラシレス直流モーターを電機子の供給電極（supply polarity）を変化させる駆動装置として使用して、ホール信号（Hall Signal）に電子整流を実現させるが、整流の間大きなトルク変動を生じさせる。その結果、ヘッドは高性能、高精度、及び高い安定性の規定を満たすことができない。また更に、安定化ヘッドは姿勢情報を、制御及びサンプリング用に、他の付随情報なしのフィードバック制御量として使用する。このことは制御においては遅延及び低い制御精度を生じさせる多数の問題を有し、機械的構造において安定化ヘッドは緩い構造、悪い振動性能、悪い携帯性、低い信頼性、及び制限された回転等の多くの不都合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のことを鑑みて、本開示は、良好な安定性、簡素な構造、及び高い携帯性を有する撮影装置用のスタビライザーを提供して、従来の不具合を克服する。
【０００５】
本発明の一態様によると、撮影装置用のスタビライザーであって、
第一の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第一の回転軸と、
第二の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第二の回転軸と、
前記第一の三相ブラシレス交流モーターに搭載されている第一の磁気回転エンコーダーと、
前記第二の三相ブラシレス交流モーターに搭載されている第二の磁気回転エンコーダーと、
慣性センサーと、
固定部材と、
コントローラーとを含み、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、前記慣性センサー、前記第一の磁気回転エンコーダー、及び前記第二の磁気回転エンコーダーは、それぞれ前記コントローラーに電気的に接続されて、前記慣性センサーは前記固定部材に搭載されて、前記第一の回転軸の中心軸は前記第二の回転軸の中心軸と垂直であり、前記固定部材は前記第一の回転軸に接続されて、前記第一の三相ブラシレス交流モーターは前記第二の回転軸に曲げ部材により接続されていることを特徴とする撮影装置用のスタビライザー。
【０００６】
様々な実施形態では、前記固定部材は支持板、第一の締付け要素、及び第二の締付け要素を含むことができて、前記支持板の両側の各々には係合台（engaging mount）が設けられて、前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の各々には係合軸が設けられて、前記係合軸にはねじりばねがつなげられて、前記係合軸と前記係合台とが協力することにより前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素は前記支持板に回転可能に搭載できて、前記支持板は前記第一の回転軸に接続される。
【０００７】
様々な実施形態では、前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の各々の保持面は内側に凹面形の表面であり、前記第一の締付け要素及び前記第二の締付け要素の前記保持面は対称的である。
【０００８】
様々な実施形態では、前記固定部材はベアリングプレート、接続プレート、及び位置決め要素を含み、前記接続プレートは接続部分及び前記接続部分に垂直な搭載部分を備えて、前記接続部分は第一の親ねじナット機構により前記第一の回転軸に接続されて、前記搭載部分は第二の親ねじナット機構により前記ベアリングプレートに接続されて、前記位置決め要素は前記ベアリングプレートの側部に設けられている。
【０００９】
様々な実施形態では、前記第二の三相ブラシレス交流モーターの側部に前記第二の回転軸から離れてディスプレイが設けられて、前記ディスプレイは撮影装置に電気的に接続されるように構成される。
【００１０】
様々な実施形態では、前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーの各々は円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを含み、前記円形磁気鋼板は前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々に搭載されて、前記エンコーダーチップは前記円形磁気鋼板に面して、前記コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に当接されないように構成される。
【００１１】
様々な実施形態では、前記スタビライザーはユニバーサルハンドルを更に含み、前記第二の三相ブラシレス交流モーターは前記ユニバーサルハンドルに接続されて、前記コントローラーは前記ユニバーサルハンドルの中に設けられて、前記ユニバーサルハンドルには電力スイッチ及び回転軸調整ロッドが設けられて、前記電力スイッチ及び前記回転軸調整ロッドの各々は前記コントローラーに電気的に接続されている。
【００１２】
様々な実施形態では、前記スタビライザーは、第三の三相ブラシレス交流モーターに駆動される第三の回転軸と、連結ロッドと、操作ハンドルと、地磁気センサーと、第三の磁気回転エンコーダーとを更に含み、前記地磁気センサー及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々は前記コントローラーに電気的に接続されて、前記地磁気センサーは前記固定部材に搭載されて、前記第三の磁気回転エンコーダーは前記第三の三相ブラシレス交流モーターに搭載されて、前記第三の三相ブラシレス交流モーターは前記操作ハンドルに接続されて、前記第三の回転軸は前記第二の三相ブラシレス交流モーターに前記連結ロッドにより接続されて、前記第三の回転軸の前記中心軸は前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の前記中心軸の各々に対して垂直である
様々な実施形態では、前記第三の磁気回転エンコーダーは円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを含み、前記円形磁気鋼板は前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸に搭載されて、前記エンコーダーチップは、前記円形磁気鋼板に面して、前記コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に当接されないように構成される
様々な実施形態では、前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々は中空であり、内部にスリップリング（collecting ring）を含む。
【００１３】
様々な実施形態では、前記第三の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び第三の三相ブラシレス交流モーターの各々は平坦な（flattened）円柱状のディスクの形状である。
【００１４】
本開示では、撮影装置用の２軸スタビライザーも設けている。
【００１５】
本開示の別の態様によると、撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法は下記の工程の、
三つの空間軸の各々の角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、それらを前記コントローラーへ前記慣性センサーにより送信して、
前記慣性センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の運動の傾向（a tendency of a motion）を予測して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の位置を前記コントローラーにより調整して、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーの各々により前記コントローラーに送信して、前記コントローラーにより、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正することを含む。
【００１６】
本開示では、撮影装置用の３軸スタビライザーを更に設けている。
【００１７】
本開示の更なる態様によると、撮影装置用の前記スタビライザーの制御方法であって、
三つの空間軸の各々の角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、それらを前記慣性センサーにより前記コントローラーに送信して、前記三つの空間軸の各々の地球磁気強度を検知して、それらを前記地磁気センサーにより前記コントローラーに送信して、
前記慣性センサー及び前記地磁気センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の方向角及び運動の傾向を予測して、前記コントローラーにより前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々により前記制御コマンドに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の位置を調整して、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記第一の磁気回転エンコーダー、前記第二の磁気回転エンコーダー、及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々により前記コントローラーに送信して、前記コントローラーにより、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正することを含む。
【００１８】
更に、前記方法であって、
前記慣性センサー及び前記地磁気センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の方向角及び運動の傾向を予測して、前記コントローラーにより前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行することは、
コントローラーにより前記慣性センサー及び前記地磁気センサーのデータをリアルタイムで読み取り及び前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の現在の姿勢を計算して、
前記コントローラーが、３つの前記空間軸の前記角速度をフィードバック量として用いて、及び前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の計算した前記現在の姿勢の角度を補償として用いて、制御増分（control increments）を計算して、
前記コントローラーにより、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの駆動ターゲットに前記制御増分を加算して、前記駆動ターゲットに基づいて前記三相正弦波に対応する衝撃係数でパルス幅変調可能な連続パルスを前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に分配する工程を含む。
【００１９】
様々な実施形態では、前記連続パルスは１６ｋＨｚ／ｓ及び２２ｋＨｚ／ｓの間の周波数で動作する。
【００２０】
更に、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記コントローラーに前記第一の磁気回転エンコーダー、前記第二の磁気回転エンコーダー、及び前記第三の磁気回転エンコーダーの各々により送信することは、
前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々と前記円形磁気鋼板の各々の回転により回転磁界を形成して、前記回転磁界を検知して前記エンコーダーチップにより前記コントローラーに二つの直交する正弦波を出力して、前記コントローラーにより前記エンコーダーチップからのデータに基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算することを含み得る。
【００２１】
様々な実施形態では、上記の工程では、前記コントローラーは上記の工程において１、３００／ｓ及び１、６００／ｓの間の周波数で前記慣性センサー及び複数の前記磁気回転エンコーダーからデータを収集してもよい。
【００２２】
様々な実施形態では、前述の解決策の原理及び利点は下記のように記載されている。
【００２３】
１．撮影装置用の上記のスタビライザーは第一の回転軸及び第二の回転軸の中心軸が交差するように構成され、固定部材が第一の回転軸に接続されるように構成され、第一の三相ブラシレス交流モーターが第二の回転軸に曲げ部材により接続されるように構成され、撮影装置が固定部材に搭載される。撮影中に、慣性センサーは、三つの空間軸のそれぞれの角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーは第一の三相ブラシレス交流モーター及び第二の三相ブラシレス交流モーターの回転位置のデータを取得して、高性能コントローラーはデータを収集して、姿勢及び位置を計算して、撮影装置の運動補償のため第一の三相ブラシレス交流モーターにより駆動される第一の回転軸及び第二の三相ブラシレス交流モーターにより駆動される第二の回転軸の各々に三相交流正弦波を出力して、撮影装置を安定させる。撮影装置用のスタビライザーは構成が簡素、小型、軽量、及び携帯が容易であり、歩行、乗車等の異なる動作又は手持ち、車、船、及び飛行機等における異なる負荷の場合において適用可能である。撮影装置は、スマートフォン、顕微鏡写真用カメラ、カード型カメラ（card camera）、交換レンズ式デジタルカメラ、一眼レフカメラ、プロ用デジタルカメラ、プロ用デジタルビデオカメラ（professional digital video camera）、プロ用フィルム式ムービーカメラ（professional film video camera）等の撮影装置から構成されるグループから選択できる。
【００２４】
２．撮影装置用の２軸スタビライザーを制御する上記の方法は二つの制御ループを有し、一つの制御ループでは、前記コントローラーは前記慣性センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の運動の傾向を予測して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸の各々の位置を調整して、もう一つの制御ループでは、前記第一の磁気回転エンコーダー及び前記第二の磁気回転エンコーダーが前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの回転情報を検知して、各々の前記回転情報を前記コントローラーに送信して、前記コントローラーは、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター及び前記第二の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正して、２軸スタビライザーに搭載された撮影装置を安定させて、揺れのない鮮明で滑らかな画像を得る。
【００２５】
３．撮影装置用の３軸スタビライザーを制御する上記の方法は二つの制御ループを有し、一つの制御ループでは、前記コントローラーは前記慣性センサー及び前記地磁気センサーからのデータに基づいて前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の方向角（directional angle）及び運動の傾向を予測して、前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して、前記第一の回転軸、前記第二の回転軸、及び前記第三の回転軸の各々の位置を調整して、もう一つの制御ループでは、前記第一の磁気回転エンコーダー、前記第二の磁気回転エンコーダー、及び前記第三の磁気回転エンコーダーは前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の回転情報を検知して、前記回転情報を前記コントローラーに送信して、前記コントローラーにより、前記回転情報に基づいて前記第一の三相ブラシレス交流モーター、前記第二の三相ブラシレス交流モーター、及び前記第三の三相ブラシレス交流モーターの各々の絶対位置の情報を計算して、前記モーターの前記絶対位置の前記情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正して、２軸スタビライザーに搭載された撮影装置を安定させて、揺れのない鮮明で滑らかな連続する画像を得るようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本開示の実施例１による撮影装置用の２軸スタビライザーを示す概略図である。
【図２】図２は、本開示の実施例２による撮影装置用の２軸スタビライザーを示す概略図である。
【図３】図３は、本開示の実施例３による撮影装置用の２軸スタビライザーを示す概略図である。
【図４】図４は、本開示の実施例４による撮影装置用の３軸スタビライザーを示す概略図である。
【図５】図５は、本開示の実施例５による撮影装置用の３軸スタビライザーを示す概略図である。
【図６】図６は、本開示の実施例６による撮影装置用の２軸スタビライザーを制御する方法を示すフロー図である。
【図７】図７は、本開示の実施例７による撮影装置用の３軸スタビライザーを制御する方法を示すフロー図である。
【図８】図８は、本開示の実施例７による撮影装置用の３軸スタビライザーを制御する方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施形態の下記の説明では、本開示の一部を形成する付随の図面が参照されて、実施可能な本開示の実施形態の例が図示されている。他の実施形態も使用可能であり、開示された実施形態の範囲から逸脱しないで構造の変更も可能であると理解される。
【００２８】
実施例１
図１に示されているように、撮影装置用のスタビライザーは、第一の三相ブラシレス交流モーター１により駆動される第一の回転軸４と、第二の三相ブラシレス交流モーター２により駆動される第二の回転軸５、第一の三相ブラシレス交流モーター１に搭載されている第一の磁気回転エンコーダー、第二の三相ブラシレス交流モーター２に搭載されている第二の磁気回転エンコーダー、慣性センサー、固定部材７、及びコントローラーを含み、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、慣性センサー、第一の磁気回転エンコーダー、及び第二の磁気回転エンコーダーはそれぞれコントローラーに電気的に接続されている。慣性センサーは固定部材７に搭載されて、第一の回転軸４及び第二の回転軸５の中心軸は垂直に交差しており、固定部材７は第一の回転軸４に接続されて、第三の三相ブラシレス交流モーター１は曲げ部材８により第二の回転軸５に接続されている。
【００２９】
上記の撮影装置用のスタビライザーでは、第一の回転軸４及び第二の回転軸５の中心軸が垂直に交差するように構成されて、固定部材７が第一の回転軸４に接続されるように構成されて、第一の三相ブラシレス交流モーター１が第二の回転軸５に曲げ部材８により接続されるように構成されて、撮影装置を固定部材７に搭載する。撮影時に、慣性センサーはリアルタイムで三つの空間軸（Ｘ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸で、原点が慣性センサーにある）の各々の角速度及び加速速度を検知して、コントローラーは第一の三相ブラシレス交流モーター及び第二の三相ブラシレス交流モーターの各々に制御コマンドを発行して第一の回転軸及び第二の回転軸の各々の位置を調整して、そして制御コマンドは三相交流正弦波である。第一の磁気回転エンコーダー及び第二の磁気回転エンコーダーは第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２の回転位置のデータを取得して、高性能コントローラーはデータを収集して、姿勢及び位置を計算して、モーターの絶対位置の情報に基づいて出力三相交流正弦波の位相及び振幅を修正して、撮影装置を安定させ続ける。撮影装置用のスタビライザーは構造が簡素、小型、軽量、及び携帯が容易であり、徒歩及び乗車等の様々な動作、又は手持ち、車、船、及び航空機等の異なる負荷の場合に適用可能である。撮影装置は、スマートフォン、顕微鏡写真用カメラ、カード型カメラ、交換レンズデジタルカメラ、一眼レフカメラ、プロ用デジタルカメラ、プロ用デジタルビデオカメラ、プロ用フィルム式ムービーカメラ等の撮影装置で構成されるグループから選択できる。絶対位置の情報とは、モーターの機械的角度、モーターの電気的角度、磁界の位相等を含む。第一の磁気回転エンコーダー及び第二の磁気回転エンコーダーはモーター角度フィードバックループが無いことにより生じる異常なトルク及び揺れを回避するために設けられて、スタビライザーの信頼性及び安定性を向上させて、スタビライザーに外乱（external disturbance）の度合いによってモーターの駆動電流を自動的に調整させて、外乱が小さい場合には、電力消費は低く、外乱が大きい場合には、トルクを直ぐに改善できて、低い電力消費及び高い安定性を達成するようにする。更に、第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２は位置サーバーモード（position server mode）で操作できて、ユーザー用に人間の操作をより多く設けて、例えば、ある回転軸の角度をロックできて回転軸は外の動きと共に移動できる。
【００３０】
実施形態によると、固定部材７は支持板７１１、第一の締付け要素７１２、及び第二の締付け要素７１３を含む。支持板７１１の両側の各々には係合台が設けられて、第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３の各々には係合軸が設けられている。係合軸はねじりばねでつながれて、係合軸と係合台とが協力することにより第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３は支持板７１１に回転可能に搭載できて、支持板７１１は第一の回転軸４に接続される。第一の締付け要素７１２と第二の締付け要素７１３とが協力することにより撮影装置は支持板７１１に対して相対的に固定された位置を保持できて、ねじりばね、係合軸、及び係合台の動作により異なる大きさの撮影装置の大きさに依存して第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３の間の距離を調整できて、固定部材７を異なる大きさの撮影装置に適用可能にできる。
【００３１】
第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３の各々の保持面は内側に凹面形の面であり、第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３の保持面は対称的である。第一の締付け要素７１２及び第二の締付け要素７１３の各々の保持面の作用により撮影装置は支持板７１１に異なる所望の角度で固定することができて、異なる角度で安定を保つことができて、固定部材７から容易に滑らないようにできる。
【００３２】
第一の磁気回転エンコーダー及び第二の磁気回転エンコーダーは各々が円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを含み、円形磁気鋼板は第一の回転軸４及び第二の回転軸５の各々の後端に搭載されて、エンコーダーチップは円形磁気鋼板に面して、コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に当接されないように構成される。円形磁気鋼板は回転軸と共に回転して回転磁界を形成して、エンコーダーチップは回転磁界を検知して二つの直交する正弦波をコントローラーに出力して、コントローラーは第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２の各々の絶対位置の情報を、出力された三相交流正弦波の位相及び振幅を修正するためのエンコーダーチップからのデータに基づいて、計算して、それにより、第一の三相交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２において駆動相の限度超過（over limit）、トルク反転、又は揺れが生じるのを防止して、第一の三相交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２の制御精度及び耐干渉性能を向上させて、保持トルク及び電力消費のバランスを最適化させる。更に、第一の磁気回転エンコーダー又は第二の磁気回転エンコーダーにより取得された第一の三相交流モーター１又は第二の三相ブラシレス交流モーター２の運動データはそれのみでフィードバック量として使用できて、第一の三相交流モーター１又は第二の三相ブラシレス交流モーター２の角度ロック（angle locking）の機能を実現する。円形磁気鋼板は磁化のモードにあり、円形面積はＮ極及びＳ極に分割されて、エンコーダーチップはＴＭＲ原則に基づいているセンサーである。
【００３３】
撮影装置用のスタビライザーはユニバーサルハンドル９をも含む。第二の三相ブラシレス交流モーター２はユニバーサルハンドル９に接続されて、コントローラーはユニバーサルハンドル９の中に設けられている。ユニバーサルハンドル９には電力スイッチ及び回転軸調整ロッドが設けられており、電力スイッチ及び回転軸調整ロッドはそれぞれコントローラーに電気的に接続されている。ユニバーサルハンドル９にある電力スイッチはＯＮにされて、回転軸調整ロッドは第一の回転軸４及び第二の回転軸５を制御して回転するように調整されて、固定部材７に搭載された撮影装置が最良の撮影角度に置かれるようにして、その撮影角度とはスタビライザーに搭載された撮影装置の初期の位置である。固定部材７上の撮影装置は、ユニバーサルハンドル９及びコントローラーに制御されている第一の三相ブラシレス交流モーター１に駆動される第一の回転軸４及び第二の三相ブラシレス交流モーター２に駆動される第二の回転軸５の各々を動かすことにより、その初期の位置に保持できる。
【００３４】
実施例２
図２に示されているように、本実施例では、固定部材７がベアリングプレート７２１、接続プレート７２２、及び位置決め部品７２３を含むことが実施例１と異なる。接続プレート７２２は、接続部分及び接続部分に垂直な搭載部分を含む。接続部分は第一の親ねじナット機構によって第一の回転軸４に接続されて、搭載部分は第二の親ねじナット機構によってベアリングプレート７２１に接続されて、位置決め部品７２３はベアリングプレート７２１の側部に設けられている。
【００３５】
ベアリングプレート７２１、接続プレート７２２、及び位置決め部品７２３を含む固定部材を設けることにより、撮影装置はベアリングプレート７２１に搭載される。ベアリングプレート７２１の側部に設けられている位置決め部品７２３によって撮影装置はベアリングプレート７２１に固定されて、ベアリングプレート７２１の位置は第一の親ねじナット機構及び第二の親ねじナット機構によって調整できて、ベアリングプレート７２１に搭載されている撮影装置の重量を調整して、撮影装置の重力と第一の回転軸４及び第二の回転軸５の中心軸の交点とを部分的に重ねさせて、従ってスタビライザーの安定性を更に改善することができる。
【００３６】
実施例３
図３に示されているように、本実施例では、撮影装置に電気的に接続されるように構成されているディスプレイ１０が第二の回転軸５から離れて第二の三相ブラシレス交流モーター２の側部に設けられていることが実施例１と異なる。
【００３７】
ユーザーは、第二の回転軸５から離れて第二の三相ブラシレス交流モーター２の側面に設けられているディスプレイ１０であって、撮影装置に電気的に接続されるように構成されているディスプレイ１０により、都合よく撮影時に画像を見ることができる。
【００３８】
実施例４
図４に示されているように、本発明では、撮影装置用のスタビライザーにはユニバーサルハンドル９が設けられていないけれども、第三の三相ブラシレス交流モーター３に駆動される第三の回転軸６、接続ロッド１１、操作ハンドル１２、地磁気センサー、及び第三の磁気回転エンコーダーが設けられていることが実施例１とは異なる。地磁気センサー及び第三の磁気回転エンコーダーの各々はコントローラーに電気的に接続されており、地磁気センサーは固定部材７の上に搭載されて、第三の磁気回転エンコーダーは第三の三相ブラシレス交流モーター３の上に搭載されている。第三の三相ブラシレス交流モーター３は操作ハンドル１２に接続されて、第三の回転軸６は接続ロッド１１により第二の三相ブラシレス交流モーター２に接続されて、第三の回転軸６の中心軸は第一の回転軸４及び第二の回転軸５のそれぞれの中心軸と垂直に交差している。
【００３９】
第三の回転軸６及び地磁気センサーは撮影装置の方向を制御するために設けられており、そして地磁気センサーは三つの空間軸（Ｘ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸で原点は地磁気センサーにある）の各々の地球磁場強度を検知して、検知された地球磁場強度をコントローラーに送信する。コントローラーは、慣性センサー及び地磁気センサーからのデータに基づいて、第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの方向角及び運動の傾向を予測して、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれに制御コマンドを発行する。そして、制御コマンドに基づいて、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３は、第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６の各々の位置を調整する。本実施形態では、第一の回転軸４はピッチ軸であり、第二の回転軸５はローリング軸（rolling shaft）であり、第三の回転軸５は方向軸（direction shaft）である。
【００４０】
第三の磁気回転エンコーダーは円形磁気鋼板及びエンコーダーチップを含み、円形磁気鋼板は第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６に搭載されて、エンコーダーチップは円形磁気鋼板に面して、コントローラーに電気的に接続されて、対応する円形磁気鋼板に対して当接されないように構成されている。
【００４１】
第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６の各々は中空で、内部に集合リングを有する。第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６は、電力線、制御線（control line）等をより容易に通せるように中空であり、各回転軸には集合リングが設けられて、多重回転の回転動作の後にスタビライザーの電力線及び制御線が巻きつかないようにしている。
【００４２】
第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、第三の三相ブラシレス交流モーター３の各々は、平坦な円柱状ディスクの形状である。この様に、大きなトルクを低速度で出力することに適用されるモーターの種類は、高速回転のために適用される従来の長い円筒ブラシレスモーターとは異なる。
【００４３】
実施例５
図５に示されているように、本実施例では、操作ハンドル１２には撮影装置に電気的に接続されるように構成されているディスプレイ１０が設けられていることが実施例４と異なる。
【００４４】
実施例６
図６に示されているように、撮影装置用のスタビライザーを制御する方法は下記の工程を含む。
【００４５】
Ｓ１１０では、三つの空間軸のそれぞれの角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、慣性センサーによりそれらをコントローラーへ送信する。
【００４６】
Ｓ１２０では、コントローラーによって、慣性センサーからのデータに基づいて第一の回転軸４及び第二の回転軸５のそれぞれの運動の傾向を予測して、第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２のそれぞれに制御コマンドを発行して第一の回転軸４及び第二の回転軸５のそれぞれの位置を調整する。
【００４７】
Ｓ１３０では、第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２のそれぞれの回転情報を検知して、回転情報を第一の磁気回転エンコーダー及び第二の磁気回転エンコーダーのそれぞれによってコントローラーへ送信して、コントローラーにより、回転情報に基づいて、第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２のそれぞれの絶対位置の情報を計算して、モーターの絶対位置の情報に基づいて発行されている制御コマンドの位相及び振幅を修正する。絶対位置の情報には、モーターの機械的角度、モーターの電気的角度、磁界の位相等を含む。制御コマンドは三相交流正弦波である。
【００４８】
本実施例では、実施例１、２、又は３に記載されている撮影装置用の２軸スタビライザーを制御する方法は二つの制御ループを有する。一つの制御ループでは、コントローラーは、慣性センサーからのデータに基づいて第一の回転軸４及び第二の回転軸５のそれぞれの運動の傾向を予測して、第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレス交流モーター２のそれぞれに制御コマンドを発行して、第一の回転軸４及び第二の回転軸５のそれぞれの位置を調整する。もう一つの制御ループでは、第一の磁気回転エンコーダー及び第二の磁気回転エンコーダーが第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレスモーター２の回転情報を検知して、それぞれの回転情報をコントローラーに送信して、コントローラーは回転情報に基づいて第一の三相ブラシレス交流モーター１及び第二の三相ブラシレスモーター２のそれぞれの絶対位置の情報を計算して、モーターの絶対位置の情報に基づいて三相交流正弦波の位相及び振幅を修正して、２軸スタビライザーの上に搭載されている撮影装置を安定させて、揺れのない、鮮明で滑らかな連続画像を得るようにする。
【００４９】
実施例７
図７に示されているように、撮影装置用のスタビライザーを制御する方法は下記の工程を有する。
【００５０】
Ｓ２１０では、三つの空間軸のそれぞれの角速度及び加速速度をリアルタイムで検知して、それらを慣性センサーによりコントローラーに送信して、三つの空間軸のそれぞれの地球磁場強度を検知して、それらを地磁気センサーによりコントローラーに送信する。
【００５１】
Ｓ２２０では、慣性センサー及び地磁気センサーからのデータに基づいて第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの方向角及び運動の傾向を予測して、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれにコントローラーにより制御コマンドを発行して、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれにより制御コマンドに基づいて第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの位置を調整する。
【００５２】
Ｓ２３０では、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれの回転情報を検知して、第一の磁気回転エンコーダー、第二の磁気回転エンコーダー、及び第三の磁気回転エンコーダーのそれぞれによりコントローラーに回転情報を送信して、コントローラーにより、回転情報に基づいて第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれの絶対位置の情報を計算して、モーターの絶対位置の情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正する。絶対位置の情報は、モーターの機械的角度、モーターの電気的角度、磁界の位相等を含む。制御コマンドは三相正弦波である。
【００５３】
本実施例では、実施例４又は５に記載されている撮影装置用の３軸スタビライザーを制御する方法も二つの制御ループを有する。一つの制御ループでは、コントローラーは、慣性センサー及び地磁気センサーからのデータに基づいて第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの方向角及び運動の傾向を予測して、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれに制御コマンドを発行して、第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの位置を調整する。もう一つの制御ループでは、第一の磁気回転エンコーダー、第二の磁気回転エンコーダー、及び第三の磁気回転エンコーダーが第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレスモーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３の回転情報を検知して、それぞれが回転情報をコントローラーに送信して、コントローラーは回転情報に基づいて第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレスモーター２、及び第三の三相ブラシレスモーター３のそれぞれの絶対位置の情報を計算して、モーターの絶対位置の情報に基づいて発行された制御コマンドの位相及び振幅を修正して、２軸スタビライザーの上に搭載されている撮影装置を安定させて、揺れのない、鮮明で滑らかな連続画像を得るようにする。絶対位置の情報は、モーターの機械的角度、モーターの電気的角度、磁界の位相等を含む。制御コマンドは、三相交流正弦波である。
【００５４】
上記の工程においては、慣性センサー及び地磁気センサーからのデータに基づいて第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの方向角及び運動の傾向を予測して、コントローラーにより第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれに制御コマンドを発行するには下記の工程が含まれる。
【００５５】
慣性センサー及び地磁気センサーのデータをリアルタイムで読み取り、コントローラーにより第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６のそれぞれの現在の姿勢を計算する。
【００５６】
三つの空間軸（Ｘ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸で慣性センサーに原点がある）の角速度をフィードバック量（フィードバック速度）として用いて、及び第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６の計算された現在の姿勢角度を補償として用いて、コントローラーにより制御増分を計算する。
【００５７】
第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３の駆動ターゲットに制御増分を加算して、コントローラーにより駆動ターゲットに基づいて、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれに三相正弦波に対応する衝撃係数にてパルス幅変調可能な連続パルスを分配する。駆動ターゲットには制御出力が加算されて、そして制御出力とは増分である制御アルゴリズムの出力データであり、駆動ターゲットとはモーターの現在の駆動相でありそしてそれは絶対量であり、そのように制御出力及び駆動ターゲットは合計すべきである。
【００５８】
様々な実施例では、連続パルスは１６ＫＨｚ／ｓ及び２２ＫＨｚ／ｓの間の周波数で動作する。第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３はこれらの周波数の間で平滑に運転でき、機械的クリアランスなしで、第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６を直接駆動できて、多数の軸方向への撮影装置の運動を滑らかにそして安定的に効果的に補償することができる。
【００５９】
上記の工程において、第一の磁気回転エンコーダー、第二の磁気回転エンコーダー、及び第三の磁気回転エンコーダーのそれぞれによって、第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれの回転情報を検知して、コントローラーに回転情報を送信することは、下記の工程を含み得る。
【００６０】
第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれによって各円形磁気鋼板の回転により回転する磁界を形成して、回転する磁界を検知してエンコーダーチップによりコントローラーへ二つの直交正弦波を出力して、コントローラーによってエンコーダーチップからのデータに基づいて第一の三相ブラシレス交流モーター１、第二の三相ブラシレス交流モーター２、及び第三の三相ブラシレス交流モーター３のそれぞれの絶対位置の情報を計算する。
【００６１】
上記の工程では、コントローラーは慣性センサー及び複数の磁気回転エンコーダーから１、３００／ｓ及び１、６００／ｓの間の周波数のデータを収集して、それによって第一の回転軸４、第二の回転軸５、及び第三の回転軸６を正確に制御することができ、撮影装置を安定に保持するようにできる。
【００６２】
図８に示されているように、本開示によると、概略図は撮影装置用の３軸スタビライザーを制御する方法を示している。図８に示すように、第一の制御ループでは、コントローラーは慣性センサー及び地磁気センサーからデータをリアルタイムで読み取り、四元数アルゴリズム（quaternion algorithm）により回転軸のそれぞれの現在の姿勢を計算する。慣性センサーから出力されるデータは原点が慣性センサーにあるＸ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸のそれぞれの角速度及び加速速度を含み、地磁気センサーから出力されるデータは原点が地磁気センサーにあるＸ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸のそれぞれの地球磁気強度を含む。コントローラーは、原点が慣性センサーにあるＸ、Ｙ、Ｚの三つの空間軸の角速度をフィードバック量（フィードバック速度）として用いて、及びフィードバック制御アルゴリズムにより計算された現在の姿勢角度を補償として用いて、制御増分を計算する。フィードバック制御アルゴリズムは、周知のＰＩＤ制御アルゴリズムに基づいており、そのＰＩＤ制御アルゴリズムはトラッキング微分器（tracking differentiator）（ＴＤ）により高品質な差分信号を取得して、積分項の飽和防止処理（antisaturation process）を行い、応答速度を効率的に加速させて、制御精度を改良して、振動を減少させる。コントローラーは制御増分を駆動ターゲットに「三相正弦波分配」により加算して、駆動ターゲットに基づいて三相正弦波に対応する位相データを分配して、三相駆動データを三相ブラシレス交流モーターチップにＰＷＭモードで出力して、ＰＷＭモードでは振幅ＰＷＭ駆動波は三相ブラシレス交流モーターの巻き（winding）で回転ベクトル（rotating vector）を形成して、対応するトルクが出力されて、撮影装置等の負荷を駆動する。更には、第二の制御ループでは、各々の回転軸と接続している円形磁気鋼板はそれぞれモーターと共に回転磁界を形成する。複数のエンコーダーチップは回転磁界を検知して二つの直交の正弦波信号を出力して、コントローラーは磁気回転エンコーダーからデータをリアルタイムで読み取り、三相ブラシレス交流モーターの角度及び現在の磁界相を計算して、現在の磁界相に基づいて三相正弦波の出力の位相を調整して、出力された三相正弦波の振幅を調整して、撮影装置の姿勢を安定させる。この原則は２軸スタビライザーにも適用できて、３軸スタビライザーとの違いは、２軸スタビライザーを制御する方法の三つの空間軸の各々の地球磁場強度を検知する地磁気センサーを有しないことである。
【００６３】
実施例は本開示の原則及びそれらの実質的適用を説明するために選択されて説明されて、他の当業者の方に本開示及び様々な実施例及び意図された特定の使用に適合する様々な改良例に使用することを動機付けるようにしている。本開示が属する分野及びその精神と範囲から逸脱しない程度で、代替の実施例も、当業者には明らかになるだろう。従って、本開示の範囲は、前述の記載及びここに記載されている例示的な実施例よりも添付の請求項により定義される。
【図１】
2015177539.tif 000003
【図２】
2015177539.tif 000004
【図３】
2015177539.tif 000005
【図４】
2015177539.tif 000006
【図５】
2015177539.tif 000007
【図６】
2015177539.tif 000008
【図７】
2015177539.tif 000009
【図８】
2015177539.tif 000010
【外国語明細書】
2015177539000001.pdf