(57)【要約】【課題】像安定化装置を備えた双眼鏡等の光学装置において、パン／チルト操作時に、より見易い像を得る。【解決手段】中間光学系の光軸の角度を制御することで、中間光学系の姿勢を慣性系に対して維持させて像を安定化する装置において、像を安定化する制御が行なわれている最中に、操作者がパン／チルト操作に移行する旨の指示をしたことを検出した場合、または、パン／チルト操作が行なわれたことを検出した場合、中間光学系の角度を、その時点の角度で固定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を構成する少なくとも１つの光学部材の姿勢を維持させるために、前記光学系の光軸に対する前記少なくとも１つの光学部材の角度を制御する像安定化装置において、
前記制御が行なわれている最中に、所定のイベントが検出された場合に、前記少なくとも１つの光学部材の角度を、当該イベントが検出された時点の角度で固定する固定手段を備えることを特徴とする像安定化装置。
【請求項２】
請求項１記載の像安定化装置において、
前記固定手段は、
前記イベントが発生した時点での前記少なくとも１つの光学部材の角度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した角度を記憶する記憶手段と、
前記記憶された角度で前記少なくとも１つの光学部材の方向を維持するための信号を出力する信号出力手段と
を備えることを特徴とする像安定化装置。
【請求項３】
請求項１記載の像安定化装置において、
前記少なくとも１つの光学部材の角度を制御する駆動手段をさらに備え、
前記固定手段は、
前記駆動手段に備えられ当該駆動手段の動きを制止する制止部材と、
前記制止部材に制止を指示する信号を出力する信号出力手段と、
を備えることを特徴とする像安定化装置。
【請求項４】
前記像安定化装置は、
操作指示を受け付ける受付手段をさらに備え、
前記固定手段は、前記受付手段で受け付けた操作指示を前記イベントとして固定することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の像安定化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の像安定化装置を備えた双眼鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単眼鏡、双眼鏡、ビデオカメラ等の光学装置に搭載される像安定化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の像安定化装置のパン／チルト制御として、例えば、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に記載の従来技術は、正立プリズムと、前記正立プリズムを装着したジンバル懸架部材と、ジンバル懸架部材を姿勢制御する角速度および位置フィードバック制御手段とを備えることで防振機能を実現した像安定化装置において、パン／チルト動作時に、操作者の必要に応じて手動で、または、パン／チルト動作を自動的に検出して、位置フィードバック制御手段の利得を変化させることにより、ジンバル懸架部材の対物レンズ光軸への追従性を高め、スムーズなパンニング／チルティング性能を実現している。
【特許文献１】特開２００１−１００１０６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術は、パン／チルト動作時に、ジンバル懸架部材の対物レンズ光軸への追従性を高めるために、プリズム部が外部振動と近似した動きとなり、パン／チルト動作を行なった場合、防振性能が劣化し、パン／チルト動作中、視野中の目標物が大きく振れてしまうという問題があった。
【０００３】
本発明の目的は、光学装置等の像安定化装置において、パン／チルト操作時に、より見易い像を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明の像安定化装置は、光学系を構成する少なくとも１つの光学部材の姿勢を維持させるために、前記光学系の光軸に対する前記少なくとも１つの光学部材の角度を制御する像安定化装置において、前記制御が行なわれている最中に、所定のイベントが検出された場合に、前記少なくとも１つの光学部材の角度を、当該イベントが検出された時点の角度で固定する固定手段を備える。
【０００５】
請求項２に係る発明の像安定化装置は、請求項１記載の像安定化装置において、前記固定手段は、前記イベントが発生した時点での前記少なくとも１つの光学部材の角度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した角度を記憶する記憶手段と、前記記憶された角度で前記少なくとも１つの光学部材の方向を維持するための信号を出力する信号出力手段とを備える。
【０００６】
請求項３に係る発明の像安定化装置は、請求項１記載の像安定化装置において、前記少なくとも１つの光学部材の角度を制御する駆動手段をさらに備え、前記固定手段は、前記駆動手段に備えられ当該駆動手段の動きを制止する制止部材と、前記制止部材に制止を指示する信号を出力する信号出力手段と、を備える。
【０００７】
請求項４に係る発明の像安定化装置は、請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の像安定化装置であって、操作指示を受け付ける受付手段をさらに備え、前記固定手段は、前記受付手段で受け付けた操作指示を前記イベントとして固定することを特徴とする。
【０００８】
請求項５に係る発明の双眼鏡は、請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の像安定化装置を備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。以下の実施形態では、光学装置として双眼鏡に像安定化装置を搭載した例について述べる。ただし、本発明は、双眼鏡以外の光学装置についても適用可能である。例えば、望遠鏡等の単眼鏡、ビデオカメラ、カメラ等の防振機能が必要な各種の光学装置に適用可能である。
【００１０】
以下、本発明の第１の実施形態として、像安定化装置を備えた双眼鏡を例にあげ、図１から図４を用いて説明する。
【００１１】
図２は、本実施形態に係る双眼鏡の内部構造についての説明図である。
【００１２】
本図に示すように、本実施形態の像安定化装置を備えた双眼鏡は、双眼光学系１０と、この双眼光学系１０を収容するハウジング１と、双眼鏡を用いる際の振動、例えば、手ブレなどによるハウジング１に加わる振動による像のブレを抑えるための像安定化装置１００とを備える。
【００１３】
双眼光学系１０は、対物光学系１１と、接眼光学系１３と、前記対物光学系１１と前記接眼光学系１３との中間に配される中間光学系１２とを備える。対物光学系１１は、対物レンズ１１Ｒおよび１１Ｌを備える。接眼光学系１３は、接眼レンズ１３Ｒおよび１３Ｌを備える。中間光学系１２は、対物光学系１１からの光束を接眼光学系１３に導くものであり、双眼鏡がブレを起こした際に、観察している目標物が視野から外れないように光学的に修正するために用いられ、例えば、正立プリズム１２Ｒおよび１２Ｌを用いる。なお、正立プリズムは、倒立像を正立像に変換する機能をもつ。
【００１４】
ハウジング１は、少なくとも、対物光学系１１と、接眼光学系１３と、像安定化装置１００とを収容する。本実施形態では、ハウジング１と前述した中間光学系１２とは、相対的に角度変位可能な関係に設置される。
【００１５】
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の像安定化装置１００を正面から見た構造を示す説明図、上方から見た構造を示す説明図である。
【００１６】
像安定化装置１００は、本図に示すように、中間光学系１２を、ハウジング１に対して、二つの回転軸により角度変位可能に保持する手段として、中間光学系１２を二つの回転軸の周りに角度変位できるように保持するジンバル懸架機構１１０を有する。
【００１７】
ジンバル懸架機構１１０は、Ｘ方向を回転軸とする外側のジンバル懸架部材１１１と、Ｙ軸方向を回転軸とする内側のジンバル懸架部材１１２とを含む。
【００１８】
内側のジンバル懸架部材１１２は、回転軸１１２ａにより外側のジンバル懸架部材１１１に対して回転可能に支持される。外側のジンバル懸架部材１１１は、回転軸１１１ａにより、ハウジング１に対して回動可能に支持される。
【００１９】
内側のジンバル懸架部材１１２は、本図に示すように、２枚の板状部材１１２ｂ、１１２ｃの間に正立プリズム１２Ｒおよび１２Ｌを保持している。板状部材１１２ｂ、１１２ｃは、左右の光路位置にそれぞれ開口１１２ｄ、１１２ｅを有する。
【００２０】
このような構成により、ハウジング１が振動した場合やパン／チルト操作等をした場合には、慣性力により、ジンバル懸架部材１１１、１１２がハウジング１に対して相対的にそれぞれ回動し、正立プリズム１２Ｒおよび１２Ｌの光軸の向きを、慣性系（地球）に対して維持しようとする。
【００２１】
外側のジンバル懸架部材１１１には、Ｘ軸方向の回転軸１１１ａを中心とした回動の角速度ωｘを検出するための角速度検出部１２１が搭載されている。内側のジンバル懸架部材１１２には、Ｙ軸方向の回転軸１１２ａを中心とした回動の角速度ωｙを検出するための角速度検出部１２２が搭載されている。角速度検出部１２１および１２２は、例えば、圧電ジャイロセンサを用いることができる。
【００２２】
また、Ｘ軸方向の回転軸１１１ａには、回動による角度変位θｘを検出する角度変位検出部１４１と、慣性力により角度変位した回転軸１１１ａを元に戻す方向に回転駆動するためのアクチュエータ１３１が取り付けられている。同様に、Ｙ軸方向の回転軸１１２ａには、回動による角度変位θｙを検出する角度変位検出部１４２と、慣性力により角度変位した回転軸１１２ａを元に戻す方向に回転駆動するアクチュエータ１３２が取り付けられている。
【００２３】
角度変位検出部１４１、１４２の出力により、外側および内側ジンバル懸架部材１１１、１１２についてのＸ方向およびＹ方向を中心とした回動の角度変位を検出することができる。
【００２４】
また、アクチュエータ１３１、１３２の回転駆動の方向は、慣性力により回動したジンバル懸架部材１１１、１１２の正立プリズム１２Ｒ、１２Ｌの光軸を、対物光学系１１の光軸に一致させる方向である。以後、正立プリズム１２Ｒ、１２Ｌ（中間光学系１２）の光軸を一致させようとする方向を原点と呼ぶ。
【００２５】
ここで、アクチュエータ１３１、１３２は、例えば、サーボ機構により構成することができる。角度変位検出部１４１、１４２は、例えば、ロータリーエンコーダを用いることができる。
【００２６】
図４は、本実施形態の像安定化装置１００のブロック図である。
【００２７】
本図に示すように、像安定化装置１００は、ＣＰＵ６０１と、増幅部６０２と、Ａ／Ｄ変換器６０３と、記憶部６０４と、Ｄ／Ａ変換器６０５とを含む。これらの制御系は、ハウジング１の内部に配置されている。
【００２８】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の像安定化装置１００を備える双眼鏡の外観構成を示す図であり、それぞれ、上面から見た図、正面から見た図、背面から見た図である。
【００２９】
像安定化装置１００は、本図に示すように、ハウジング１の上面に配置された電源オン／オフボタン１０４と、防振オン／オフボタン１０５と、パン／チルトボタン１０６とを備える。これらのボタンを介して受け付けられる操作指示は、図４に示すように、ＣＰＵ６０１に送信される。ＣＰＵ６０１は、それぞれのボタンの状態を検出する機能を有する。
【００３０】
ここで、電源オン／オフボタン１０４は、像安定化装置１００への電源の供給を制御するもので、電源オン／オフボタン１０４が押下されると、像安定化装置１００に電源が供給される。
【００３１】
本ボタンがオンされたことを受けて、ＣＰＵ６０１は、防振オン／オフボタン１０５を有効とし、記憶部６０４に格納されている防振機能を実現するプログラムをロードする。オフの指示を受け付けると、ＣＰＵ６０１は、中間光学系１２の光軸を対物光学系１１の光軸中心に一致させる処理（初期化）を行ない、像安定化装置１００への電源供給を断つ。
【００３２】
防振オン／オフボタン１０５は、防振機能を有効とするか無効とするかの指示を受け付けるもので、オルタネートで防振機能が有効な状態と無効な状態とが交互に切り替わるよう構成されている。
【００３３】
本ボタンからの指示により、防振機能が有効な場合は、防振双眼鏡として、無効な状態では、通常双眼鏡として、１つの双眼鏡を切り換えて使用できるものである。以後、防振機能が有効な状態を、防振モードと呼ぶ。
【００３４】
本ボタンを介して防振モードへの移行の指示を受け付けると、ＣＰＵ６０１は、プログラムの指示に従い、像を安定化する処理を開始する。
【００３５】
オフの指示を受け付けると、ＣＰＵ６０１は、中間光学系１２の光軸を対物光学系１１の光軸中心に合わせた後、処理を停止する。これは、防振機能を無効とした場合は、防振機能のない通常の双眼鏡として使用するためである。
【００３６】
但し、再び防振モードがオンに切り替わった場合、すぐに作動するように電源はオンのままである。
【００３７】
パン／チルトボタン１０６は、防振モード時に有効となる操作部であり、ユーザがパン／チルト操作を行なう意図を受け付けるものである。以後、本ボタンが押されている状態を、パン／チルトモードと呼ぶ。ＣＰＵ６０１は、本ボタンが押下されている状態を検出する検出機能を有し、押下された状態をパン／チルトモードと判断し、後述の処理を行なう。
【００３８】
本ボタンから指が離されると、ＣＰＵ６０１は、パン／チルトモードを解除し、像安定化装置１００を防振モードにもどす
なお、上記各ボタンは、図１では、ハウジング１の上面に配置されているが、操作可能な場所であればハウジング１のどの位置に設けることも可能である。
【００３９】
また、電源オン／オフボタン１０４と、防振オン／オフボタン１０５とは、１つのボタンとし、それらの機能を連動させるよう構成してもよい。
【００４０】
また、像安定化装置１００は、接眼レンズ１３Ｒ、１３Ｌのいずれか一方の視野部１０７内に配置された視野内表示部１０８を含んでいる。視野内表示部１０８は、例えばＬＥＤで構成され、パン／チルトモード時に、ＬＥＤを点灯させる。
【００４１】
なお、ハウジング１の前面には、電源オン／オフボタン１０４および防振オン／オフボタン１０５のオンオフの状態などを表示する、例えばＬＣＤで構成される表示部１０９と、焦点を調整するフォーカスノブ１４４とが備えられている。
【００４２】
もちろん、表示部１０９および視野内表示部１０８の表示装置としては、ＥＬなどでもよく、前記記載の構成に限られない。
【００４３】
次に、像安定化装置１００のＣＰＵ６０１の制御動作について説明する。
【００４４】
電源オン／オフボタン１０４がオンされると、ＣＰＵ６０１は、記憶部６０４に予め格納されているプログラムを読み込む。次に、防振オン／オフボタン１０５がオンされると、ＣＰＵ６０１は、プログラムに従って、防振モードに移行する。
【００４５】
防振モードでは、ＣＰＵ６０１は、増幅部６０２、Ａ／Ｄ変換器６０３を介して入力されたジンバル（１１１ａ、１１２ａ）の各速度（ωｘ、ωｙ）および角度変位（θｘ、θｙ）検出信号から、外部の振動による双眼鏡本体の変位を認識し、その変位に対する制御量を算出し、Ｄ／Ａ変換器６０５において生成した制御信号にてアクチュエータ１３１、１３２を駆動し、正立プリズム１２Ｒ、１２Ｌを元の姿勢に保つよう制御することで、像を安定化する。
【００４６】
ここで、パン／チルトボタン１０６が押下され、パン／チルトモードに移行すると、ＣＰＵ６０１は、視野内表示部１０８のＬＥＤを点灯し、押下された時点の角度変位検出信号から得られた角度変位を原点として設定する。そして、中間光学系１２の光軸（正立プリズム１２Ｒ、１２Ｌ）を新たに設定された原点方向に拘束する（ロックする）よう、直接アクチュエータ１３１、１３２にロック制御信号を出力する。
【００４７】
そのロック制御信号を受けて、アクチュエータ１３１、１３２は、回転軸１１１ａ、１１２ａを新たに設定された原点位置を維持するよう駆動する。
【００４８】
これにより、像安定化装置１００において、パン／チルトモードの間、中間光学系１２の光軸は、パン／チルトボタン１０６が押下された時点での方向に維持（ロック）される。
【００４９】
この中間光学系１２のロックは、パン／チルトボタン１０６から指が離されるまで、継続される。そして、パン／チルトボタン１０６から指が離されたことを受けて、ＣＰＵ６０１は、対物光軸系１１の光軸中心を原点と設定し直し、前述の防振モードに戻る。
【００５０】
上述したように、本実施形態の像安定化装置１００を備えた双眼鏡は、ユーザが防振モードを選択している場合に、パン／チルト操作を行なう際、中間光学系１２の光軸をその時点の方向でロックし、一時的に防振機能を停止する。このため、従来の像安定化装置１００で必要であった、防振機能を停止する際に中間光学系１２の光軸を対物光学系１１の光軸方向移動させるといった処理が不要となるとともに、防振性能と無関係に拘束するための十分なフィードバック利得を設定できるため、移行時のタイムラグや慣性の影響が少なくなり、視野像の位置変化を小さくでき、パン／チルト操作時の追従性を高めることができる。これは、パン／チルトモード解除時も同様である。
【００５１】
また、本実施形態では、パン／チルトモードへの移行が、パン／チルトボタン１０６の操作を介して受け付けたユーザの意図に従って行なうよう構成されている。このため、ユーザの意図した期間だけ、パン／チルトモードに移行することが可能となる。
【００５２】
なお、上記の実施形態においては、パン／チルトボタン１０６を備え、使用者が意図的に、像安定化装置１００を、パン／チルトモードに移行させる、または、解除させるよう構成したが、本発明は、これに限られない。
【００５３】
すなわち、従来技術で引用した特許文献１等に記載されているように、角度変位検出部１４１、１４２において検出される角度変位が所定の値以上となった場合、自動的にパン／チルトモードに移行させ、上記のパン／チルトボタン１０６が押下された場合と同じ処理を行ない、また、角度変位が所定の値以下となった場合、自動的にパン／チルトモードを解除させるように構成してもよい。
【００５４】
この場合は、例えば、像安定化装置１００の操作に不慣れなユーザであっても、動作に応じた最適なモードで使用することができる。
【００５５】
次に、第２の実施形態として、第１の実施形態の中間光学系１２のロックを、機械的に行なうよう変更した例について、以下に説明する。
【００５６】
図５は、本実施形態の像安定化装置１００の構造を示す正面図である。そして、図６は、本実施形態の開閉絞り部の拡大図である。
【００５７】
本実施形態の像安定化装置１００は、図５に示すように、開閉ロック絞り１４５をアクチュエータ部１３１、１３２の軸部に備える。その他の構成は、第１の実施形態と基本的に同様であるため、ここでは説明しない。
【００５８】
図６に示すように、開閉ロック絞り１４５は、絞り部がゴム等の摩擦の大きな部材で構成されているもので、矢印方向に開閉することで、アクチュエータ部１３１、１３２の軸部の駆動をロックまたはロック解除するものである。
【００５９】
本実施形態では、ＣＰＵ６０１は、防振モード時に、パン／チルトボタン１０６が押下されたことを示す出力を受け付けると、アクチュエータ部１３１、１３２に、ロック制御信号を出力する。この場合、ロック制御信号は、開閉ロック絞り１４５の開口部を狭め、アクチュエータ部１３１、１３２の軸部を摩擦力でロックするよう指示するものである。
【００６０】
アクチュエータ部１３１、１３２は、ロック制御信号を受け、開閉ロック絞り１４５の開口部を狭め、回転軸１１１ａ、１１２ａを、ロック制御信号を受け付けた時点の方向で維持（ロック）する。
【００６１】
パン／チルトボタン１０６が離されると、ＣＰＵ６０１は、ロック制御信号の出力を停止する。アクチュエータ部１３１、１３２は、ロック制御信号の出力が停止すると、開閉ロック絞り１４５の開口部を広げ、回転軸１１１ａ、１１２ａのロックを緩め、通常の防振モード時の制御に戻る。
【００６２】
もちろん、この場合も、ロック制御信号の出力を、パン／チルトボタン１０６からの指示によらず、角度変位検出信号の大きさに応じてパンニング／チルティング動作に移行したことを判別して自動的に行なうようにしてもよい。
【００６３】
このように、本実施形態においても、パン／チルトモードに移行した時点で、その際の回転軸１１１ａ、１１２ａの向きで、回転軸をロックするため、瞬時に防振モードを停止することができ、防振モード時のパンニング／チルディング動作での目標の追従性を高めることができる。
【００６４】
また、アクチュエータ部１３１、１３２のロックは、電気的なロック機構と機械的なロック機構とを組み合わせて実現することもできる。
【００６５】
上記の両実施形態によれば、防振機能を有する双眼鏡であっても、急に鳥や飛行機などが視界に入り、パンニング／チルティング動作が必要となった場合には、パン／チルトボタンを押し続けることにより、または、自動的にパン／チルト操作を検出し、一時的に防振機能を停止させる。これにより目標の振れがなくなり、瞬時に目標の追従を容易に行なうことができる。そして、そのボタンを離すことにより、瞬時に防振機能を再開できる。
【００６６】
具体的には、上記の両実施形態は、中間光学系の光軸の角度を制御することで、中間光学系の姿勢を慣性系に対して維持させて像を安定化する装置において、像を安定化する制御が行なわれている最中に、操作者がパン／チルト操作に移行する旨の指示をしたことを検出した場合、または、パン／チルト操作が行なわれたことを検出した場合、中間光学系の角度を、その時点の角度で固定する。これにより、像安定化装置を備えた双眼鏡等の光学装置において、防振性能を損なうことなく、パン／チルト操作時の追従性を高めることを実現している。
【００６７】
このように、本実施形態によれば、簡単な構成で、使い勝手の良い、像安定化装置を実現できる。
【００６８】
なお、以上の実施形態においては、保持機構を、ジンバル懸架機構を例にあげ、説明したが、これに限られない。角度変位可能に中間光学系を保持可能であればよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、光学装置等の像安定化装置において、パンニング／チルティング時により見易い像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態の双眼鏡の上面図、図１（ｂ）は、第１の実施形態の双眼鏡の背面図、図１（ｃ）は、第１の実施形態の双眼鏡の前面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の双眼鏡の内部構造についての説明図である。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施形態の双眼鏡の像安定化装置の構造を示す正面図、図３（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の双眼鏡の像安定化装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、第２の実施形態の双眼鏡の像安定化装置の構造を示す正面図である。
【図６】図６は、第２の実施形態の開閉絞り部の拡大図である。
【符号の説明】
１…ハウジング、１０…双眼光学系、１１Ｌ、１１Ｒ…対物レンズ、１２Ｌ、１２Ｒ…正立プリズム、１３Ｌ、１３Ｒ…接眼レンズ、１００…像安定化装置、１１０…ジンバル懸架機構、１１１、１１２…ジンバル懸架部材、
１１３Ｌ、１１３Ｒ…正立プリズム保持部、１２１、１２２…角速度検出部、１３１、１３２…アクチュエータ部、１４１、１４２…角度変位検出部、１４４…フォーカスノブ、１４５…開閉ロック絞り、６０１…ＣＰＵ、６０２…増幅部、６０３…Ａ／Ｄ変換器、６０４…記憶部、６０５…Ｄ／Ａ変換器、１０４…電源オン／オフボタン、１０５…防振オン／オフボタン、１０６…パン／チルトボタン、１０７…視野部、１０８…視野内表示部、１０９…表示部
【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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