(57)【要約】【課題】本発明は、追尾精度の良い追尾照準装置を提供する。【解決手段】粗動機構２に対する粗駆動源４の駆動トルクを検出するトルク検知器９と、粗動機構２が基台１に対して静止状態にあるか否かを判定する判定器８とを設け、判定器８により粗動機構２が静止していることが判定され、かつトルク検知器９により駆動トルクが粗動機構２に作用していることが検知されたとき、制御器７は微駆動源５を作動させるように構成する。  従って、粗動機構２が基台１との間の大きな静摩擦抵抗を受けて静止した状態でも、微動機構３は目標Ｍを追尾するように作動するので、照準器２ａは、小さな誤差角度で目標Ｍを視軸Ｚ方向に捉えることができる。【選択図】      図１
2008022479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗駆動源に駆動され、基台との間で相対移動可能な粗動機構と、
この粗動機構に駆動トルクが作用しているか否かを検知するトルク検知手段と、
前記粗動機構が、前記基台との間で相対移動しているか否かを判定する判定手段と、
前記粗動機構に取り付けられるとともに、微駆動源に駆動されて移動可能な微動機構と、
前記粗動機構に搭載された照準器と、
前記トルク検知手段及び前記判定手段に接続され、前記照準器の照準方向に目標が位置するように前記粗駆動源及び前記微駆動源を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記判定手段によって前記粗動機構が基台との間で静止状態にあることが判定され、かつ前記トルク検知手段により前記粗動機構への駆動トルクの作用が検知されたときに、前記微駆動源を作動させるように制御することを特徴とする追尾照準装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記粗動機構が基台との間で静止状態にあることを前記判定手段で判定され、かつ前記粗動機構への駆動トルクの作用が前記トルク検知手段で検知されたときに、前記微駆動源を作動させるように制御するとともに前記基台との間の静摩擦抵抗に抗して前記粗動機構が移動するように前記粗駆動源を制御することを特徴とする請求項１に記載の追尾照準装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記粗動機構の移動位置の検出信号の時間変化量または前記粗動機構の移動加速度の検出信号に基づき、前記粗動機構が基台との間で静止状態にあるか否かを判定するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の追尾照準装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に搭載して好適な追尾照準装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
追尾照準装置は、カメラ等の撮影機器で撮影した相手目標を、常に撮影画像の中心に捉えるように視野方向を制御しつつこれを追尾するものであって、勿論、固定設置も可能であるが、多くは航空機や車両等の移動体に搭載されて使用される。
【０００３】
追尾照準装置は、装置自体と目標との間の相対的な角度変化に対応して、目標を撮影機器における視野中心軸方向に目標を常に捉えるように追尾制御するので、撮像機器から目標方向を捉える角度は、目標との間の相対移動により上下左右へ角度変化する。
【０００４】
従って、追尾照準装置は、撮影機器の照準を上下左右へ任意に角度変化させるために、撮像機器を雲台に搭載し、撮像機器を照準器とみなして、照準器の照準方向すなわち撮像機器の視野中心軸と目標を見た方向との間のずれ角度に対応した、例えばパン及びチルトによる回転軸制御が行われる。
【０００５】
撮影機器すなわち照準器が任意の速度で相対移動する目標に対し、できるだけ角度遅れなく追尾するためには、各回転軸は、大きな角度差に対し高速で追尾できる粗軸と角度範囲は狭いが精度良く追尾できる精軸との組み合わせ機構が採用される。
【０００６】
従来の追尾照準装置の動作原理を図４に示した構成図を参照して説明する。
【０００７】
なお、追尾照準装置における目標追尾は、上記のように、回転制御によるものが多いが、ここでは便宜上、回転制御に代えて直線上での移動制御により目標追尾を行うものとして説明する。
【０００８】
すなわち、従来の追尾照準装置は、図４に示したように、基台１の上に、基台１との間で矢印Ｘ方向に移動可能な粗動機構２と、その粗動機構２の上に同じく矢印Ｘ方向に移動可能な微動機構３が搭載されて構成されている。
【０００９】
粗動機構２及び微動機構３は、それぞれモータやアクチュエータからなる粗駆動源４及び微駆動源５に駆動されて移動する。
【００１０】
粗動機構２には、例えばカメラ等の撮影機器からなる照準器２ａが取り付け固定されている。
【００１１】
照準器２ａは、相対移動する目標Ｍを撮像画面内に捉え、その画像信号は追尾誤差検出器６に供給される。
【００１２】
追尾誤差検出器６は、照準器２ａからの画像信号を導入し、照準方向すなわち視軸Ｚ方向と目標Ｍの方向とのなす角度θを算出し、この算出した角度θのデータを追尾誤差信号として制御器７に供給する。
【００１３】
制御器７は、追尾誤差検出器６からの追尾誤差信号の供給を受け、微動機構の視軸Ｚ´方向と目標Ｍの方向とのなす角度φが零となるように、対応する粗駆動源４及び微駆動源５をフィードバック制御する。
【００１４】
このとき、粗駆動源４は、広い角度範囲で目標Ｍを追尾し、微駆動源５が狭い角度範囲内で精度良く目標Ｍを追尾するように制御器７は目標追尾制御する。
【００１５】
追尾照準装置においては、制御器７が粗駆動源４を制御し、高速度で粗動機構２を移動させるとき、とかくオーバーシュートして目標Ｍの追尾が不安定になることがある。
【００１６】
そこで、粗軸が有する摩擦トルクによるオーバーシュートの影響を精軸が補正することで、外乱に対する安定精度を向上させ、撮像ブレを軽減する撮像装置が提案されている。（例えば，特許文献１参照）。
【００１７】
【特許文献１】特開平７−２０３２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記のように、追尾照準装置は、追尾誤差検出器６が、照準器２ａにおける目標Ｍの方向と視軸Ｚ方向とのずれ角度θを検出し、それらの角度差が零となるようにフィードバック制御を行うものであるから、応答特性上の遅延に基づく追尾誤差の発生は避けられない。
【００１９】
例えば、粗移動機構として１型サーボ系による位置決め機構を用いた場合、時間に比例して変化する［一定（角）速度］目標に対して、定常状態において一定の角度偏差が残る。これを時間方向で見ると、一定の応答遅れ時間が残る。
【００２０】
この角度偏差ないしは応答遅れ時間による追尾誤差を零とするように、制御器７は、微動機構３を制御する。
【００２１】
さらに、微動機構３等を搭載して移動し、基台１との間で相対移動する粗動機構２は、基台１との間に摩擦抵抗、すなわち静摩擦抵抗と動摩擦抵抗とが存在する。
【００２２】
視軸Ｚ上に一旦捉えられて静止した目標Ｍが、視軸Ｚから大きく離れるように移動したとき、粗動機構２と基台１との間の静摩擦抵抗に打ち勝つだけの比較的大きな駆動トルクを粗動機構２に作用させて初めて、粗動機構２による追尾が開始される。
【００２３】
まず、粗動機構２と基台１との間の摩擦抵抗が無視できるほど小さい場合、または、摩擦抵抗が無い場合について説明する。
【００２４】
図５の実線Ａは、目標Ｍが時刻ｔ１において角度θ１に位置した視軸Ｚ方向から離れ、一定角速度で離れて移動する様子を示す。
【００２５】
そこで、照準器２ａからは、目標Ｍが視軸Ｚ方向から離れる撮像信号が順次、追尾誤差検出器６に供給され、追尾誤差検出器６は順次、目標Ｍの方向と視軸Ｚ方向との角度差（φ）を算出して制御器７に供給する。
【００２６】
制御器７は、時刻ｔ１以降、追尾誤差検出器６からの目標Ｍの方向と視軸Ｚ方向との角度差に応じた指令値を出力して粗駆動源４を制御する。
【００２７】
図５の破線Ｂは、上記のような応答特性上の遅延ΔＴｓがある粗動機構２の角度応答の様子を示す。
【００２８】
しかしながら、粗動機構２には基台１との間に比較的大きな摩擦抵抗が作用しているので、図６（ａ）に示したように、実線Ａで示す目標Ｍの動き（図５(ａ)に示したものと同じとする）に対して、粗動機構２は基台１との間の静摩擦抵抗に打ち勝つだけの駆動トルクに見合った角度差（ΔΘ１）に到達して（時刻ｔ２。時刻ｔ１からΔＴｆ後）初めて、点線Ｃに示したように動き始め、目標Ｍの追尾を開始する。十分時間が経った定常状態では、目標Ｍの方向（角度）に対する視軸Ｚ方向（角度）の遅延時間は、ΔＴｓとなる。
【００２９】
粗駆動源４の駆動トルクは、図６（ｂ）の点線Ｂに示したように推移する。なお、図６（ｂ）は、粗動機構２は基台１との間の静摩擦抵抗が動摩擦抵抗よりも大きい場合を示している。
【００３０】
図６（ｃ）の破線Ｄは、粗動機構２の視軸Ｚ方向と目標Ｍの方向との角度差θの推移の様子を示す。
【００３１】
微動機構３は、目標Ｍが一定（角）速度で動いた場合の粗動機構２の角度誤差を零とするように制御されているが、時刻ｔ１からｔ２の間のように、粗動機構２は静止したままで目標Ｍだけが一定（角）速度で動いた場合には、目標Ｍの動きに追従しきれず、時間の経過とともに角度差φは増大していく。図６(ａ)の一点鎖線Ｆに、微動機構３の視軸Ｚ´方向の推移の様子を示す。
【００３２】
なお、時刻ｔ２以降に粗動機構が動き始めると、上記角度差φは次第に減少し、定常状態では零となる。
【００３３】
図６（ｃ）の一点鎖線Ｅは、微動機構３の視軸Ｚ´方向と目標Ｍの方向との角度差φの推移の様子を示す。
【００３４】
上記のように、従来の追尾照準装置において、目標Ｍが粗動機構２の視軸Ｚから離れるとき、粗動機構２と基台１との間の比較的大きな静摩擦抵抗に抗して粗動機構２が追尾するためには、粗駆動源４の駆動トルクが、上記静摩擦抵抗に打ち勝つ必要があり、そのため、微動機構３を駆動させても、図６（ｃ）に示したように、目標Ｍに対する大きな追尾角度差Δφ１が発生した。
【００３５】
そこで、本発明は、目標に対する追尾角度誤差を軽減し得る追尾照準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】
【００３６】
本発明の追尾照準装置は、粗駆動源に駆動され、基台との間で相対移動可能な粗動機構と、この粗動機構に駆動トルクが作用しているか否かを検知するトルク検知手段と、前記粗動機構が、前記基台との間で相対移動しているか否かを判定する判定手段と、前記粗動機構に取り付けられるとともに、微駆動源に駆動されて移動可能な微動機構と、前記粗動機構に搭載された照準器と、前記トルク検知手段及び前記判定手段に接続され、前記照準器の照準方向に目標が位置するように前記粗駆動源及び前記微駆動源を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記判定手段によって前記粗動機構が基台との間で静止状態にあることが判定され、かつ前記トルク検知手段により前記粗動機構への駆動トルクの作用が検知されたときに、前記微駆動源を作動させるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
上記のように、本発明の追尾照準装置は、判定手段により粗動機構が停止した状態と判定され、かつトルク検知手段により粗動機構に対する駆動トルクの作用が検出されたときにも、制御手段は微駆動源を制御するので、微動機構は、粗動機構が基板との間の静摩擦抵抗により静止した状態においても、目標を追尾することができる。
【００３８】
このように、微動機構は、粗動機構が基板との間の静摩擦抵抗により静止している状態でも照準器が目標を追尾することができるので、粗動機構と基台との間の静摩擦抵抗により、照準器における視軸と目標との間の角度差が大となるのは回避され、小さな誤差角度で目標を追尾できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明による追尾照準装置の一実施例を図１ないし図３を参照して詳細説明する。なお、図４に示した従来の追尾照準装置と同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以下の実施例の説明においても、追尾照準装置は、回転制御に代えて直線上での移動制御により目標追尾を行うものとする。
【００４０】
図１は本発明の第１の実施例に係る追尾照準装置の構成図で、図２は図１に示した追尾照準装置の動作説明図である。
【００４１】
すなわち、基台１上には、モータ等の粗駆動源４に駆動される粗動機構２が、摩擦抵抗を有しつつ摺動自在に載置されている。
【００４２】
粗動機構２の上には、同じくモータ等の微駆動源５に駆動され、粗動機構２の移動方向と同方向に向けて移動可能な微動機構３が設置されている。
【００４３】
粗動機構２に取り付け固定された照準器２ａは、いずれもカメラ等の撮像機器により目標Ｍの映像を捉え、その映像信号は、追尾誤差検出器６にそれぞれ供給される。
【００４４】
照準器２ａからの映像信号の供給を受けた追尾誤差検出器６は、照準器２ａの基軸である視軸Ｚの方向と目標Ｍの方向とのなす角度差θを追尾誤差角度として検出し、制御器７に供給する。
【００４５】
制御器７は、追尾誤差検出器６からの追尾誤差角度の信号供給を受け、目標Ｍの方向とのなす角度誤差θが零となるように粗駆動源４及び微駆動源５を制御する。
【００４６】
この実施例の追尾照準装置は、粗駆動源４による駆動トルクを受ける粗動機構２に判定器８が取り付けられ、判定器８は、粗動機構２が基台１との間で静止しているか否かを判定し、その判定結果を制御器７に供給する。
【００４７】
また、粗駆動源４の出力駆動軸にはトルク検知器９が接続され、粗駆動源４の出力トルクが粗動機構２に作用しているか否かを検知し、その検知出力を制御器７に供給する。トルク検知器９としては、動力伝動軸のねじれ角や歪みを測定する磁歪式トルクセンサやひずみゲージ式トルクセンサ等を採用できる。
【００４８】
制御器７は、従来と同様に、追尾誤差検出器６からの視軸Ｚの方向と目標Ｍの方向との角度差θに基づき、粗駆動源４及び微駆動源５をフィードバック制御する。
【００４９】
なお従来と同様に、制御器７は、粗駆動源４が大きな追尾速度で粗動機構２を駆動するように制御し、微駆動源５は、角度範囲は狭いが高い追尾精度を有して微動機構３を駆動するように制御する。
【００５０】
この実施例の追尾照準装置において、トルク検知器９及び判定器８からの信号供給を受けた制御器７は、トルク検知器９からの検知出力により、粗駆動源４の出力トルクが粗動機構２に作用しているにも拘わらず、判定器８からの判定出力信号により、粗動機構２は基台１との間の位置関係で静止状態にあるとされたとき、直ちに追尾誤差検出器６から供給される角度差θに対応した指令値を微駆動源５へ出力し、微駆動源５を制御する。
【００５１】
図２（ａ）は図５（ａ）に示した従来の動作特性図に対応して示したこの実施例における追尾照準装置の動作特性図である。
【００５２】
図１に示した追尾照準装置において、制御器７は、判定器８からの信号により、粗動機構２が基台１との間で静摩擦抵抗を受けて静止状態にあることが検出され、またトルク検知器９からの検知出力により、粗駆動源４の出力トルクが粗動機構２に作用していることが検出されたされたときには、直ちに、すなわち図２における時刻ｔ１以降、図２（ａ）に点線Ｇで示したように、粗動機構２と同様の制御方式によって微駆動源５を制御して、微動機構３が目標Ｍを追尾するように制御する。
【００５３】
微動機構３は粗動機構２に比べて小型・高剛性で制御ゲインも大きくできるので応答周波数も高い。従って、粗動機構２と同様の制御方式を行った場合の微動機構３の角度応答は、粗動機構２のそれと比べて目標Ｍに対する追従性に優れる。
【００５４】
その結果、微動機構３は、図２（ｂ）に点線Ｈで示したように、目標Ｍと視軸Ｚ´との間の小さな角度差φで目標Ｍを追尾できる。
【００５５】
このように、本実施例によれば、目標Ｍと微動機構３における、追尾時の視軸Ｚ´方向と目標Ｍの方向との間のなす角度差φは大幅に縮小されるとともに、より短い時間で視軸Ｚ´方向は目標Ｍの方向へ向き高精度な目標追尾が可能となる。
【００５６】
なお、上記実施例の説明において、判定器８は、粗動機構２と基台１との間で相対的に移動している状態にあるか否かを検出できれば良い。従って、モータ等の粗駆動源４が基台１に取り付けられた構成では、判定器８を角度検出器あるいは角速度検出器で構成し、その角度検出器あるいは角速度検出器を粗動機構２に据え付け、制御器７はその角度検出器あるいは角速度検出器からの出力信号に基づいて、粗動機構２が静止しているか否かを判定しても良い。
【００５７】
また、上記説明では、トルク検知器９を粗駆動源４に取り付け、粗駆動源４の駆動出力が粗動機構２に作用しているか否かを検知する旨説明したが、粗駆動源４は制御器８からのトルク指令信号に基づき作動するものであるから、トルク検知器９を制御器８に内蔵し、粗駆動源４に対するトルク指令信号が出力されているかを検知するようにしても良い。
【００５８】
いずれにしても、上記第１の実施例において、制御器７は、判定器８により粗動機構２が基台１との間で静止状態にあることが判定され、かつトルク検知器９により粗駆動源４の駆動トルクが粗動機構２に作用していることを検出したときに、直ちに微駆動源５に対して、粗動機構２が本来動くべき角度を代わりに動くように作動させるので、追尾照準装置は、小さな角度誤差で精度良く目標Ｍを追尾することができる。
【００５９】
上記第１の実施例は、トルク検知器９により粗駆動源４における駆動トルクの粗動機構２への作用が検出されかつ判定器８により粗動機構２が静止状態にあるとき、制御器７は微駆動源５を動作させたが、粗動機構２と基台１との間の静摩擦抵抗により粗動機構２が静止したとき、制御器７は、粗駆動源４に対しその静摩擦抵抗に抗して粗動機構２が移動し得るだけのトルク指令信号を粗駆動源４に供給することで、粗動機構２は、静摩擦抵抗に抗した移動を直ちに行うことができる。
【００６０】
すなわち、粗動機構２が静摩擦抵抗に抗して移動可能なだけの駆動出力トルクを粗駆動源４が出力するように制御器７が制御し、小さな追尾誤差角度で目標Ｍを追尾可能な本発明に係る追尾照準装置の第２の実施例を説明する。
【００６１】
本発明の第２の実施例に係る追尾照準装置は、構成の大部分が上記第１の実施例と同様であり、制御器７の動作が図１に示した追尾照準装置における制御器と相違するのみであるので、特にその相違点のみを、図１に加え、図３に示した動作特性図を参照して説明する。
【００６２】
すなわち、制御器７は、第１の実施例と同様に、追尾誤差検出器６からの視軸Ｚの方向と目標Ｍの方向とのなす角度差θの信号供給を受け、粗駆動源４を制御する。
【００６３】
それと同時に、制御器７は、トルク検知器９及び判定器８からの信号供給により、粗駆動源４が駆動トルクを粗動機構２に作用させているにも拘わらず、粗動機構２は基台１との間の静摩擦抵抗により静止状態にあるとしたときは、微駆動源５を作動させると同時に、粗駆動源４に対し、粗動機構２と基台１との間の静摩擦抵抗を超えた駆動トルクを出力するようにトルク指令を発する。
【００６４】
図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応した動作特性図を示したものである。
【００６５】
すなわち、第２の実施例の追尾目標装置は、粗駆動源４が角度差θを零にすべく駆動トルクを粗動機構２に作用させているにも拘わらず、粗動機構２が基台１との間で静止状態にあることが検出されたとき（時刻ｔ１）、制御器７は、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、粗駆動源４に対し、粗動機構２が基台１との間の静摩擦抵抗に抗して移動するようにトルク指令を行う。
【００６６】
このように、制御器７は、大きなトルク指令を粗駆動源４に付与するので、図３（ａ）に破線Ｂで示したように粗動機構２は、目標Ｍの離隔角度θを横断して反対方向に角度差が生じるように移動する。
【００６７】
微駆動源５は、目標Ｍと粗動機構２の視軸Ｚ方向との角度差θを零とするように作動するので、図３（ｂ）に点線Ｃで示したように、微動機構３は、小さな角度差φのもとで目標Ｍを追尾する。
【００６８】
このように、第２の実施例によっても、追尾照準装置は、粗動機構２と基台１との間の大きな静摩擦抵抗による影響を回避して移動目標を追尾するので、小さな追尾誤差角により精度良く、また良好な安定度を有して移動する目標を追尾することができる。
【００６９】
上記第１及び第２の実施例の説明において、粗動機構２及び微動機構３は直線状に移動追尾行うものとして説明したが、前述のように、多くの追尾照準装置は、パン及びチルトの各回転軸の組み合わせからなる雲台制御により、目標Ｍを照準器の照準方向すなわち視軸Ｚ方向に捉えるべく追尾するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による追尾照準装置の第１の実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示した追尾照準装置の動作説明図である。
【図３】本発明による追尾照準装置の第２の実施例の動作説明図である。
【図４】従来の追尾照準装置の構成図である。
【図５】図４に示した粗動機構の動作説明図である。
【図６】図４に示した追尾照準装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  基台
２  粗動機構
２ａ  照準器
３  微動機構
４  粗駆動源
５  微駆動源
６  追尾誤差検出器
７  制御器（制御手段）
８  判定器（判定手段）
９  トルク検知器（トルク検知手段）
【図１】
2008022479.tif 000003
【図２】
2008022479.tif 000004
【図３】
2008022479.tif 000005
【図４】
2008022479.tif 000006
【図５】
2008022479.tif 000007
【図６】
2008022479.tif 000008