(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正立プリズムを対物レンズと接眼レンズの間に配置した単眼鏡光学系もしくは双眼鏡光学系を有し、これら光学系の対物レンズおよび接眼レンズをケース内に固設してなる光学装置に搭載される像安定化装置であって、
前記光学装置の左右方向および上下方向に延びる２本の回動軸を有し、前記正立プリズムを前記ケースに回動自在に装着するジンバル懸架手段と、
該ジンバル懸架手段を該２本の回動軸の周りに回動せしめるアクチュエータと、
前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角度位置を各々検出する２つの角度位置検出手段と、
前記ジンバル懸架手段に固設された、前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角速度を検出する２つの角速度検出手段と、
前記角度位置検出手段および前記角速度検出手段により検出された角度位置および角速度に基づき、前記正立プリズムを慣性系に対して固定するよう前記アクチュエータを駆動し、前記ジンバル懸架手段の回動を制御するフィードバック制御手段と、
該フィードバック制御手段の制御モードを選択するために使用者が操作可能なモード選択スイッチと、
該モード選択スイッチの操作に応じて、前記フィードバック制御手段を、像安定化を行う動作モードとこの動作モードに対する待機モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、
前記モード選択スイッチの初回の操作をした後、予め設定された第１の監視時間が経過するまでの間において、前記フィードバック制御手段を待機モードとし、
前記第１の監視時間が経過するまでの間に前記モード選択スイッチの第２回目の操作がなされると、前記フィードバック制御手段を動作モードとし、
以後、前記モード選択スイッチの操作がなされる度に、前記待機モードと前記動作モードとの切り替えを行い、
前記待機モードにおいて前記第１の監視時間が経過するまでの間に、前記モード選択スイッチの第２回目の操作がなされない場合に電源をオフとし、
前記待機モードから前記動作モードに移行した後、予め設定された第２の監視時間が経過するまでの間に、前記角速度検出手段からの所定の入力がない場合に電源をオフとするように構成されていることを特徴とする像安定化装置。
【請求項２】
前記待機モードと前記動作モードに対応して、各々の該モード毎に異なる色で発光する識別表示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の像安定化装置。
【請求項３】
前記フィードバック制御手段には、電源電圧の状態を監視する電圧監視手段を含み、
該電圧監視手段は、前記電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行うことを特徴とする請求項１または２記載の像安定化装置。
【請求項４】
前記識別表示手段は、前記電圧監視手段において前記電源電圧が所定値以下であると判断された場合に、前記電源電圧の低下を警告するために発光することを特徴とする請求項３記載の像安定化装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御手段を駆動するための電源を強制的にオフにする電源オフスイッチを設けたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の像安定化装置。
【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、双眼鏡さらにはビデオカメラ等の光学装置が振動を受けた場合に、これら光学装置の光軸に対する観察物体からの光束の射出角度が変動し、光学像がブレて観察されるのを防止する、この光学装置内に配される像安定化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単眼鏡、双眼鏡等の光学的な観測を目的とした光学装置を手で保持して操作する場合、特に光学装置を航空機や車輌等に持ち込んで使用する場合には、航空機、車輌等の振動や揺動が光学装置に伝わり、光軸に対する、観察物体からの光束の射出角度が変動し、観察される光学像を劣化させることが多い。このような光学装置に伝わる振動は、その振幅がたとえ小さくとも、単眼鏡や双眼鏡等においては視界が狭いことと観察物体を拡大して観察しているために、光軸に対する変動角度も拡大される。それ故に、比較的角度変動速度の小さい揺動時であっても、観察物体が視界の中で急速に移動したり、変動角度が大きい場合には視界から外れてしまったりする不都合が生じる。また、比較的角度変動速度の大きい揺動時には、比較的変動角度が小さくても光学装置の倍率分だけ観察物体の像の角度変動速度が大きくなって観察されるので、像のぶれとなって像の劣化となる不都合が生じる。
【０００３】
これまでにも、光学装置に伝わる振動や揺動によって光軸に対する光束の射出角度が変動し観察される像が劣化することを防止するための像安定化のための装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば特公昭57-37852号公報には双眼鏡における観察像のブレを補正するためこの双眼鏡内に、回転慣性体（ジャイロモータ）を利用した防振手段を設けたものが開示されている。
【０００５】
すなわち、この技術は双眼鏡の対物レンズと接眼レンズの間の光軸上に正立プリズムを配し、この正立プリズムを、回転慣性体が取り付けられたジンバル懸架手段上に固設し、双眼鏡が手ブレ等により振動しても正立プリズムを略同一姿勢に保持して双眼鏡の観察像のブレを防止するようにしたものである。
【０００６】
このような、回転慣性体とジンバル懸架手段を利用した従来技術は高精度で像安定化が図れる一方、小さなスペースで大きな慣性力を得るため高速の回転体が必要であり、また回転体自身の発生する振動を小さくする必要があることから高精度である必要がある。この小型、高速、高精度の要求に対しての問題点は、価格や寿命、さらには電源投入から必要な慣性力を得るまでの時間等が不利となることである。また、双眼鏡の倍率や解像力を上げるのに伴なって対物レンズの有効径を大きくすると正立プリズムが大型化し、これに伴い大きな慣性力が必要となって上記の問題が一層大きくなることの他に、消費電力もこれに伴って大きくなる。
【０００７】
そこで、本願出願人は、上記回転慣性体に代えて角速度センサをジンバル懸架手段に搭載し、この角速度センサからの出力値に基づいてこのジンバル懸架手段の回動を制御して正立プリズムの姿勢を地球（慣性系）に対して固定する像安定化装置を提案している（特開平6-250100）。この装置によれば、基本的にジンバル懸架手段に保持された正立プリズムには慣性力があり、特に、振動速度が速い、振動周波数の高い振動に対しては、比較的振幅の大きな振動に対しての姿勢保持能力が高い。したがって、角速度センサからの出力に基づく回転位置の制御力も少なくて良い。しかし、バリアングルプリズムやレンズ駆動を行う他の像安定化装置は積極的な駆動部が必要であり、周波数の高い振動では大きな振幅を補正するためには、駆動部を高速で動かす必要があるため、大きな角度範囲で補正することが難しい。
【０００８】
ところで、双眼鏡やビデオカメラの使用に際しては、高速でパンニングやチルティングを行うことも多い。例えば、鳥や飛行機等の飛行物体を追従しながら観察する場合には素早いパン／チルト操作が要求される。
【０００９】
そこで、ジンバル懸架手段の角速度のみならずその角度位置をも検出し、両検出値に基づいて像安定化のためのフィードバック制御を行うようにすれば、パン／チルトの際、装置内の光学系を観察物体の移動方向にスムーズに追従させることが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した像安定化のための装置は、防振手段を駆動するために電力を必要とし、一般に電力は双眼鏡等に組み込まれた電池により供給される。このため、防振手段を常に稼働させていたのでは電池が消耗し、頻繁な電池交換を余儀なくされる。
【００１１】
そこで、簡単な操作により像安定化装置を待機状態である待機モードと稼働状態である動作モードとの間で切り替えることにより電池の消耗を最小限に抑えることができる像安定化装置の開発が望まれている。
また、電池が消耗する等して電源電圧が低下した場合には、正常な像安定化制御を行うことができない。
さらに、電源のオンオフを使用者の操作に任せると、使用者が電源を切り忘れるおそれがあり、この場合にも電池を消耗してしまう。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、簡単な操作により像安定化装置を待機状態である待機モードと、稼働状態である動作モードとの間で切り替えることができる像安定化装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、電源電圧の状態を表示して正常な像安定化制御を行うことができるとともに、電源の切り忘れを防止することにより電池の消耗を最小限に抑えることができる像安定化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の像安定化装置は、正立プリズムを対物レンズと接眼レンズの間に配置した単眼鏡光学系もしくは双眼鏡光学系を有し、これら光学系の対物レンズおよび接眼レンズをケース内に固設してなる光学装置に搭載される像安定化装置であって、
前記光学装置の左右方向および上下方向に延びる２本の回動軸を有し、前記正立プリズムを前記ケースに回動自在に装着するジンバル懸架手段と、
該ジンバル懸架手段を該２本の回動軸の周りに回動せしめるアクチュエータと、
前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角度位置を各々検出する２つの角度位置検出手段と、
前記ジンバル懸架手段に固設された、前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角速度を検出する２つの角速度検出手段と、
前記角度位置検出手段および前記角速度検出手段により検出された角度位置および角速度に基づき、前記正立プリズムを慣性系に対して固定するよう前記アクチュエータを駆動し、前記ジンバル懸架手段の回動を制御するフィードバック制御手段と、
該フィードバック制御手段の制御モードを選択するために使用者が操作可能なモード選択スイッチと、
該モード選択スイッチの操作に応じて、前記フィードバック制御手段を、像安定化を行う動作モードとこの動作モードに対する待機モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、
前記モード選択スイッチの初回の操作をした後、予め設定された第１の監視時間が経過するまでの間において、前記フィードバック制御手段を待機モードとし、
前記第１の監視時間が経過するまでの間に前記モード選択スイッチの第２回目の操作がなされると、前記フィードバック制御手段を動作モードとし、
以後、前記モード選択スイッチの操作がなされる度に、前記待機モードと前記動作モードとの切り替えを行い、かつ
前記待機モードにおいて前記第１の監視時間が経過するまでの間に、前記モード選択スイッチの第２回目の操作がなされない場合に電源をオフとし、
前記待機モードから前記動作モードに移行した後、予め設定された第２の監視時間が経過するまでの間に、前記角速度検出手段からの所定の入力がない場合に電源をオフとするように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記像安定化装置において、前記待機モードと前記動作モードに対応して、各々の該モード毎に異なる色で発光する識別表示手段を設けることもできる。
また、前記像安定化装置において、前記フィードバック制御手段には、電源電圧の状態を監視する電圧監視手段を含み、
該電圧監視手段は、前記電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行うように構成することもできる。
【００１７】
また、前記像安定化装置において、前記識別表示手段は、前記電圧監視手段において前記電源電圧が所定値以下であると判断された場合に、前記電源電圧の低下を警告するために発光するように構成することもできる。
さらに、前記像安定化装置において、前記フィードバック制御手段を駆動するための電源を強制的にオフにする電源オフスイッチを設けることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図２、３、４および５は、それぞれ本発明の実施形態に係る像安定化装置を双眼鏡に組み込んだ状態を示す平面断面図、正面断面図、側面断面図および斜視図である。図示されるように、本実施形態の像安定化装置20をケース30内に組み込んだ双眼鏡は１対の対物レンズ系1a，1b、１対の接眼レンズ系2a，2b、および１対の正立プリズム3a，3bを備えており、対物レンズ1a、接眼レンズ2a、正立プリズム3aは第１の望遠鏡系10aを構成し、対物レンズ1b、接眼レンズ2b、正立プリズム3bは同様に第２の望遠鏡系10bを構成し、この第１、第２の望遠鏡系10a，10b一対が双眼鏡系を構成している。
【００１９】
この双眼鏡系を構成する一対の対物レンズ系1a，1bおよび接眼レンズ系2a，2bは本光学装置のケース30に固着されており、上記正立プリズム3a，3bは装置の上下方向（光軸の延びる方向および対物レンズ系1a,1bの配列方向に直交する方向）および装置の左右方向（対物レンズ系1a，1bの配列方向）に延びる回動軸６、106（図６参照）を有するジンバル懸架部材７、107を介して上記ケース30に回動自在に装着されている。
【００２０】
また、ケース30の背面部には、メインスイッチ50、および後述する制御ループにおける利得の切替えを外部操作可能とする、利得切替指示用の利得切替スイッチ40が配設されている。また、このメインスイッチ50は、後述するモード選択スイッチ220が操作されて電源がオンとなっている場合に、電源を強制的にオフとするためにも使用される。
【００２１】
以下、図６および図７を用いて本実施形態装置の前提となる基本機能について説明する。なお、本明細書中で、装置の上下方向とは図中矢印Ａ方向を示し、装置の左右方向とは図中矢印Ｃ方向を示す。
【００２２】
図６において上記正立プリズム3a，3bの装着されているジンバル懸架部材７、107がケース30に対して固定された状態、したがってジンバル懸架部材７、107に装着されている上記正立プリズム3a，3bがケース30に固定された状態では、本光学装置は通常の双眼鏡系の構成となるが、この時の各望遠鏡光学系10a，10bの光軸4a，4bを本光学装置の光軸と称することとする。
【００２３】
なお、上記対物レンズ系1a，1b、接眼レンズ系2a，2b、正立プリズム3a，3b、ジンバル懸架部材７、107および回動軸６、106等の適切な配設位置については公知文献（例えば特公昭57-37852号公報）に詳述されているので、ここでは省略する。
【００２４】
図６に示すように、本実施形態装置では内側のジンバル懸架部材107が外側のジンバル懸架部材７に軸支されており、ジンバル懸架装置が内外２重の構造となっている。外側のジンバル懸架部材７が装置の左右方向に延びる回動軸６により上下方向の像ブレを補正するように回動するのに対し、内側のジンバル懸架部材107は装置の上下方向に延びる回動軸106により左右方向の像ブレを補正するように回動する。正立プリズム3a，3bは、この内側のジンバル懸架部材107に装着されている。なお、この図６においては、上下の関係が図２〜５のものとは逆となるようにして示されている。
【００２５】
また、外側のジンバル懸架部材７の上側壁部の中央部分には角速度センサ８が固設されており、一方、内側のジンバル懸架部材107の前側壁部の中央部分には角速度センサ108が固設されている。角速度センサ８が、ケース30の上下方向のブレに伴なって外側のジンバル懸架部材７が矢印Ｂ方向に回動した場合に、この回転角速度ω１を検出するセンサであるのに対し、角速度センサ108は、ケース30の左右方向のブレに伴なって内側のジンバル懸架部材107が矢印Ｄ方向に回動した場合に、この回転角速度ω２を検出するセンサである。
【００２６】
また、上記回動軸６の一端には、上記検出角速度による速度フィードバック制御に加えて位置フィードバック制御を行なうため回動軸６の回転角度θ１を検出するポジションセンサ９が取り付けられており、上記回動軸６の他端には、上記角速度センサ８および上記ポジションセンサ９からの検出値に基づき、正立プリズム3a，3bをケース30のブレに対し常に初期の姿勢に戻すようにジンバル懸架部材７の回動軸６を回動せしめる回転駆動モータ５が取り付けられている。一方、上記回動軸106の一端には、上記検出角速度による速度フィードバック制御に加えて位置フィードバック制御を行なうため回動軸106の回転角度θ２を検出するポジションセンサ109が取り付けられており、上記回動軸106の他端には、上記角速度センサ108および上記ポジションセンサ109からの検出値に基づき、正立プリズム3a，3bをケース30の左右方向のブレに対し常に初期の姿勢に戻すように内側のジンバル懸架部材107の回動軸106を回動せしめる回転駆動モータ105が取り付けられている。
【００２７】
図２および３に示すように、ケース30におけるジンバル懸架部材７,107の一端部には、後述する像安定化制御が行われないとき、ジンバル懸架部材７,107の回動を規制してその破損防止を図るためのケージング手段200が設けられている。このケージング手段200は、両ジンバル懸架部材７,107を同時に挟んでその回動を規制する１対の押さえレバー213と、この押さえレバー213を駆動するケージングアクチュエータ211とを備えている。そして、このケージング手段200においては、ケージングアクチュエータ211が駆動されることにより押さえレバー213が両ジンバル懸架部材７,107を同時に挟んでその回動を規制したり、両ジンバル懸架部材７,107から離れてその回動を許可する。
【００２８】
また、ケース30には、上方外部に突出するモード選択スイッチ220が設けられており、このモード選択スイッチ220を操作することにより、後述する像安定化制御を待機モードと動作モードに切り替えることができる。なお、ケース30は、モード選択スイッチ220の押圧操作を行いやすくするため、モード選択スイッチ220の周辺部が上方へ膨出形成されるとともに、その頂部の近傍部位が凹陥状に形成されている。
【００２９】
また、ケース30には、モード選択スイッチ220の近傍に現在の動作モード及び電池電圧の状態を表示するためのモード／電圧表示ＬＥＤ212が設けられている。このモード／電圧表示ＬＥＤ212は、緑、オレンジ、赤の３色で発光可能な３色発光ＬＥＤからなり、現在の像安定化制御のモード及び電池電圧の状態により発光色及び発光態様（点灯あるいは点滅）が変更される。なお、モード／電圧表示ＬＥＤ212は３色発光ＬＥＤに限られず、それぞれ緑、オレンジ、赤の３色で発光する３個のＬＥＤにより構成することもできる。
【００３０】
図９および１０に示すように、ジンバル懸架部材107（内ジンバル）とジンバル懸架部材７（外ジンバル）との間には、捩りコイルバネ240が設けられている。この捩りコイルバネ240は回動軸106に巻き付けられるようにして設けられ、その両端部が両ジンバル懸架部材７,107に係止されている。そして、この捩りコイルバネ240の弾性力により、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材７に対して一方向に回動付勢するようになっている。この捩りコイルバネ240は、像安定化制御の際におけるジンバル懸架部材107の最大回動角度（全幅で約１０°）範囲内で回動付勢力がジンバル懸架部材107に作用するように取り付けられている。ただし、像安定化制御の際に回転駆動モータ105に余分な負荷がかかってしまわないようにするため、この捩りコイルバネ240のバネ定数は十分小さい値に設定されている。
【００３１】
なお、ジンバル懸架部材７（外ジンバル）とケース30との間にも、捩りコイルバネ240と同様の捩りコイルバネ（図示せず）が設けられており、この捩りコイルバネの弾性力によりジンバル懸架部材７をケース30に対して一方向に回動付勢するようになっている。
【００３２】
次に、本実施形態装置の制御ループの基本的概念を図７により説明する。
図示するように、この装置は角速度センサ８からの角速度信号およびポジションセンサ９からの角度信号を各々増巾する増幅器11a，11bと、これらの角速度信号および角度信号に基づき、正立プリズム3a，3bを元の姿勢に戻すように回転駆動モータ５の駆動量を演算し、この演算に基づく制御信号を出力するＣＰＵ12と、このＣＰＵ12からの制御信号を増幅して回転駆動モータ５を駆動するモータ駆動回路13を備えている。このＣＰＵ12による回転駆動モータ５の駆動制御は、応答性に優れ、かつ電力の利用効率が良いＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御で行われるようになっている。
【００３３】
ＣＰＵ12には、各種プログラムが格納されたＲＯＭ12a、および該ＣＰＵ12にこの制御ループの利得の切替を指示する利得切替スイッチ40が接続されている。一方、角速度センサ108およびポジションセンサ109からの検出信号は、上記角速度センサ８および上記ポジションセンサ９からの検出信号と同様に、図７に示す制御ループと同様の制御ループによって制御信号に変換され、この制御信号により回転駆動モータ105が駆動される。
【００３４】
したがって本実施形態装置では、外側と内側の２つのジンバル懸架部材７,107を各々元の姿勢に戻すために２組の制御ループが必要となるがＣＰＵ12は共通のものを用いればよい。
【００３５】
次に、図１を用いて上記制御ループの詳細な構成について説明する。
なお、この制御ループは速度（角速度）フィードバックループと位置（角度）フィードバックループの２重の帰還ループから構成されており、また、この制御ループはＣＰＵ12のマイコンプログラムによるソフト的なループとハード的なループの組合せにより構成されている。
【００３６】
まず、速度フィードバックループはジンバル懸架装置70（７,107)の回動軸６,106周りの角速度ωを角速度センサ61（８,108）により検出し、この検出値をハード的な増幅器62により増幅した後、減算器66および増幅器67を介して上記検出値ωをモータ駆動系68に負帰還させる（第１の速度フィードバックループ）。これによりモータ69に逆向きの回転トルクを発生させ、手ブレ等の振動に抗してジンバル懸架装置70を元の姿勢に戻すように、すなわち角速度の大きい振動に対しては上記正立プリズム3a，3bが地球（慣性系）に対して固定されるような制御がなされることになる。
【００３７】
また、この速度フィードバックループでは角速度センサ61により検出された検出値を減算器63および増幅器64を介して積分器65に入力せしめ、この後積分器65からの出力値と、減算器66において上記増幅器62から直接入力された検出値とを減算処理し、その減算結果をこのモータ駆動系68に負帰還させている（第２の速度フィードバックループ）。このように角速度センサ61による検出値を積分器65を介して負帰還させることで速度指令に対して定常偏差が０の場合でも、すなわちフィードバックループの速度入力値と速度出力値が等しい場合でも制御系を機能させることができ、これとともにループゲインを２重にできるためジンバル懸架装置70の高速安定化を図る（スタビ精度を上げる）ことができる。
【００３８】
なお、上記積分器65は入力値を平均化する機能を有し、その出力値が減算器66において検出角速度値との間で減算されるため、上記第１の速度フィードバックループの発振を防止するダンパ的機能を有しているともいえる。
【００３９】
一方、上記位置フィードバックループはジンバル懸架装置70の回動軸６,106周りの角度位置θをポジションセンサ81（９,109)により検出し、この検出値をハード的な増幅器82により増幅した後モータ駆動系68に戻すことにより、回転駆動モータ69(５,105）がジンバル懸架装置70を視軸中点の角度位置θ０に近づけるように制御するものである。
【００４０】
なお、双眼鏡等の光学装置においては、大きくパンニングあるいはチルティングを行う場合があり、このような場合に上記速度フィードバックループのみを用いた制御であると、パンニングあるいはチルティングに対する応答性が悪く、また、そのためにジンバル懸架装置70が大きく回動してケース30の可動限界端部に衝突してしまうおそれがある。
【００４１】
そこで、この位置フィードバックループでは、ジンバル懸架装置70が大きく回動したことが検出された場合、その検出値に応じた信号をモータ駆動系68に戻すようにして、ジンバル懸架装置70を視軸中点方向に強力に戻すようモータ69を駆動させる。
【００４２】
これにより、パンニングあるいはチルティング時等において、ジンバル懸架装置70がケース30の可動限界端部に衝突する不測の事態を防止するとともに、パンニングあるいはチルティングを行う場合に、その追従性を良好なものとしている。
【００４３】
ところで、実際に双眼鏡を使用する際には、鳥や飛行機等の飛行物体を追従しながら観察することも多く、このような場合には素早いパン／チルト操作、特に素早いパンニングが要求される。このようなパンニングの操作では装置内の光学系が観察物体の移動方向にスムーズに追従していくことが必要となるから、振動に抗して光学系を元の位置に固定しようとする上記防振機能とは相反する機能が必要とされ、このようなパン／チルト操作を行う場合には、むしろ上記防振機能を無効状態とする必要がある。そして、このようなパン／チルト操作は観察者の必要に応じて随時行われるものであるから、観察者の操作によって例えばパンニングモードと防振モードの切替えが行われることが望ましい。
【００４４】
そこで本実施例装置では、前述したようにケース30の背面部に利得切替スイッチ40を配設し、この利得切替スイッチ40の切替えに応じて上述した制御ループの利得を変化せしめ、上記制御ループの利得が小となる防振モードと上記制御ループの利得が大となるパンニングモードのモード切替えが可能となるようにしている。
【００４５】
すなわち、上記速度フィードバックループは、防振機能を主目的としたものであり、一方上記位置フィードバックループはケース30に対する追従機能であるパン／チルト機能を主目的としたものである。
【００４６】
したがって、位置フィードバックループの帰還割合を相対的に大とすれば、パン／チルト機能を主とした系となり、一方、位置フィードバックループの帰還割合を相対的に小とすれば防振機能を主とした系となる。
【００４７】
そこで、上記実施形態のものでは、図１に示す如く、増幅率が小さい第１増幅器83と増幅率が大きい第２増幅器84を位置フィードバックループ内に配設し、前述した利得切替スイッチ40の操作者による切替操作に応じ、ポジションセンサ81からの検出信号が第１増幅器83を介して帰還される低利得モードと、該検出信号が第２増幅器84を介して帰還される高利得モードの切り替えがなされるようにしている。なお、制御ループ内における該モードの切り替えは、操作者による利得切替スイッチ40の切替操作に応じた利得切替信号に基づいてループ接続の切り替えを行うソフトスイッチ部85によりなされる。
【００４８】
すなわち、ソフトスイッチ部85が第１増幅器83に接続されると、減算器63に入力される位置フィードバックループからの値は小さくなり、相対的に速度フィードバックループからの入力値が大となって防振モード（低利得モード）となり、手ブレ等の振動に抗し、ジンバル懸架装置70を地球（慣性系）に対して良好に固定することができるようになる。
【００４９】
一方、ソフトスイッチ部85が第２増幅器84に接続されると、減算器63に入力される位置フィードバックループからの値は大きくなり、相対的に速度フィードバックループからの入力値が小となってパン／チルトモード（高利得モード）となり、パンニングあるいはチルティングに対する追従性が良好となる。
【００５０】
上述したように、本実施形態においては、ＣＰＵ12による回転駆動モータ５,105の駆動制御がＰＷＭ制御で行われるようになっている。このＰＷＭ制御においては一般に、コンデンサの充放電により駆動制御が行われるが、ジンバル懸架手段７,107の角度位置が変化しなければコンデンサの充放電は行われないので、一般に像安定化制御の開始直後は回転駆動モータ５,105の駆動の方向性が定まらず、このためＰＷＭ制御の応答性を高めることができない。
【００５１】
この点、本実施形態においては、ジンバル懸架部材107とジンバル懸架部材７との間に、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材７に対して一方向に回動付勢する片寄せ付勢手段として捩りコイルバネ240が設けられており、ジンバル懸架部材７とケース30との間にも同様の捩りコイルバネが設けられているので、像安定化制御が開始されると、捩りコイルバネ240等の弾性付勢力によりジンバル懸架手段７,107の角度位置が即座に変化してコンデンサの充電が早期に行われ、これによりＰＷＭ制御の応答性が高められる。
【００５２】
しかも、本実施形態においては、像安定化制御が行われないとき、ケージング手段200により両ジンバル懸架部材７,107の回動を規制するようになっているので、像安定化制御の際におけるジンバル懸架部材107の回動角度範囲内で回動付勢力がジンバル懸架部材107に作用するように捩りコイルバネ240等を取り付ければ足りるので、捩りコイルバネ240等のバネ定数を十分小さい値に設定することができ、これにより像安定化制御の際に回転駆動モータ105に余分な負荷がかかってしまうのを防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態装置は電池を電源として使用しており、常に像安定化制御を行うと電池が消耗して早期の電池交換を余儀なくされる。さらに、電源のオンオフを使用者の操作に任せると、使用者が電源を切り忘れるおそれがあり、この場合にも電池を消耗してしまう。
【００５４】
そこで本実施形態装置では、モード選択スイッチ220を設けており、このモード選択スイッチ220を操作することにより、像安定化制御を待機状態とする待機モードと動作状態とする動作モードに切り替えることができる。また、電源がオンとなった後、所定時間が経過するまでにモード選択スイッチ220の操作が行われなかったり、角速度センサからの所定の入力が行われなかった場合には、電源をオフとするようになっている。
【００５５】
すなわち、図１に示すように、マイコンソフト処理によって実現されるモード切替手段86には、モード選択スイッチ220からのモード選択信号と、増幅器62により増幅された後の角速度センサ61（８,108）からの出力が入力されており、モード切替手段86からモータ駆動系68に対してモード切替信号が出力されて、像安定化制御を待機状態とする待機モードと像安定化制御を動作状態とする動作モードとの間の切り替えを行なう。なお、モード切替手段86では、角速度センサ61からの信号入力が所定値の範囲内であるか否かを判断するコンパレータがソフト的に実現されるが、増幅器62の後段にハード的なコンパレータを介在させてもよい。
【００５６】
また、モード切替手段86からは、現在のモードを表示するため、モード／電圧表示ＬＥＤ212に対してＬＥＤ制御信号が出力されており、モード／電圧表示ＬＥＤ212の表示態様により現在のモードを確認することができる。
【００５７】
また、本実施形態装置では、電源電池の電圧が所定値以下になると正常な像安定化制御を行うことができなくなる。そこで、図１に示すように、マイコンソフト処理によって実現される電圧監視手段87により電池電圧を監視し、電池電圧が所定値以下になっている場合には、モード／電圧表示ＬＥＤ212を所定の発光色で点灯あるいは点滅して警告を行う。
【００５８】
図１２、１３を用いて、モード選択スイッチ220によるモード切替処理および電池電圧の監視処理について説明する。
図１２、１３に示すように、電源がオフの状態からモード選択スイッチ220が操作されると（Ｓ１）、電源がオンとなり（Ｓ２）、像安定化制御を待機状態とする待機モードとなる（Ｓ３）。この状態では、ケージング手段200の押さえレバー213により両ジンバル懸架部材７,107の回動が規制されている。そして、処理で使用する各値等を初期化するとともに第１の監視時間を計測するタイマＴ１を始動し（Ｓ４）、ジャイロの安定化処理が行われる（Ｓ５）。ここで、ジャイロの安定化処理（Ｓ５）とは、電源がオンとなった直後の所定期間だけ、ポジションセンサ81からの入力信号の増幅度を変更することによりジンバルを適正に制御する処理である。この待機モードでは、モード／電圧表示ＬＥＤ212がオレンジ色で点灯する。
【００５９】
この待機モードにおいて、さらにモード選択スイッチ220が操作されたか否かを判断し（Ｓ６）、タイマＴ１で設定された所定時間内にモード選択スイッチ220が操作されなかった場合には（Ｓ７）、電源をオフとする（Ｓ８）。すなわち、待機モード中に何らアクションが起こされなかった場合には、本実施形態装置が使用されていないと考えられるので、電源をオフとして電池の消耗を防止する。
【００６０】
また、タイマＴ１で設定された所定時間内に電池電圧値ＶＢＡＴをＡ／Ｄ変換して取り込み（Ｓ９）、現在の電池電圧値ＶＢＡＴを使用許容範囲の下限値である電圧値Ｖ１、および使用許容範囲外の上限値である電圧値Ｖ２と比較する（Ｓ１０）。
【００６１】
ここで、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲の下限値であるＶ１以上の場合には、モード選択スイッチ220の操作判断処理（Ｓ６）以降の処理を繰り返す。この場合、モード／電圧表示ＬＥＤ212はオレンジ色で点灯したままである。
【００６２】
また、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲外ではないが、使用許容範囲の下限値であるＶ１よりも低く、使用許容範囲外の上限値であるＶ２よりも高い場合には、使用者に電池交換あるいは充電を促す必要があるため、モード／電圧表示ＬＥＤ212をオレンジ色で点滅させる（Ｓ１１）。さらに、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲外の上限値であるＶ２以下である場合には、モード／電圧表示ＬＥＤ212を赤色で点灯して警告を行い（Ｓ１２）、電源をオフとする（Ｓ１３）。
【００６３】
また、タイマＴ１で設定された所定時間内に、さらにモード選択スイッチ220が操作された場合には、像安定化制御を行う動作モードに移行する（Ｓ１４）。この動作モードでは、モード／電圧表示ＬＥＤ212が緑色で点灯する。
【００６４】
この動作モードでは、まずケージング手段200のケージングアクチュエータ211を駆動して、押さえレバー213で回動を規制していた両ジンバル懸架部材７,107の回動を許可するアンケージ処理を行う（Ｓ１５）。
【００６５】
次に、第２の監視時間の時間計測を行なうタイマＴ２を始動し（Ｓ１６）、角速度センサ108およびポジションセンサ109からの検出信号を読み取り（Ｓ１７）、上述したパン／チルトモード（高利得モード）として、パンニングあるいはチルティングに対する追従性が良好となるようにし、上述した制御ループにおける演算及び積分処理を開始する（Ｓ１８）。
【００６６】
そして、角速度センサ61からの有効入力があるか否かを判断し（Ｓ１９）、タイマＴ２で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がない場合には（Ｓ２０）、ケージング手段200のケージングアクチュエータ211を駆動して、押さえレバー213で両ジンバル懸架部材７,107の回動を規制するケージ処理を行って電源をオフとする（Ｓ２１）。すなわち、動作モード中に何らアクションが起こされなかった場合には、本実施形態装置が使用されていないと考えられるので、電源をオフとして電池の消耗を防止する。なお、ステップ２１において、ジンバルのケージ処理を行った後に電源をオフとしているが、タイマＴ２で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がないと判断された場合に（Ｓ２０）、タイマＴ１で使用するｔ１をクリアした後、待機モードにおけるモード選択スイッチ220の操作判断処理（Ｓ６）に移行してもよい。
【００６７】
一方、タイマＴ２で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がなされた場合には、タイマＴ２の計測値ｔ２をクリアして初期値に戻す（Ｓ２２）。
さらに、ジンバル懸架装置70が大きく回動してケース30の可動限界端部に衝突する等して、積分値が飽和していないかどうかを判断し（Ｓ２３）、積分値が飽和している場合には、システムを停止して、モード／電圧表示ＬＥＤ212を赤色で点滅させる等してシステムエラーであることの警告を行う（Ｓ２４）。このような処理を行うことにより、ジンバル懸架装置70が大きく回動してケース30の可動限界端部に衝突する等した場合に、モータが焼き切れる等の故障を防止することができる。
【００６８】
また、積分値が飽和していない場合には、モータ駆動系68に対してモータ駆動信号を出力して（Ｓ２５）、像安定化制御を行う。
この動作モードにおいても、上述したような電池電圧のチェックが行われる（Ｓ２６）。すなわち、図示しないが、上述したステップ９〜ステップ１３と同様の処理を行い、電池電圧の状態をモード／電圧表示ＬＥＤ212により表示する。
【００６９】
ここで、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲の下限値であるＶ１以上の場合には、モード／電圧表示ＬＥＤ212は緑色で点灯したままである。また、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲外ではないが、使用許容範囲の下限値であるＶ１よりも低く、使用許容範囲外の上限値であるＶ２よりも高い場合には、使用者に電池交換あるいは充電を促す必要があるため、モード／電圧表示ＬＥＤ212を緑色で点滅させる。さらに、電池電圧値ＶＢＡＴが使用許容範囲外の上限値であるＶ２以下である場合には、モード／電圧表示ＬＥＤ212を赤色で点灯して警告を行い、ケージ処理を行った後、電源をオフとする。
【００７０】
次に、モード選択スイッチ220が操作されたか否かを判断し（Ｓ２７）、モード選択スイッチ220が操作された場合には、ケージ処理を行って（Ｓ２８）、第１の監視時間を計測するタイマＴ１の計測値ｔ１を初期化し（Ｓ２９）、待機モードに移行してステップ６以下の処理を行う。
【００７１】
一方、モード選択スイッチ220が操作されない場合には、ステップ１７以降の処理を行って動作モードを維持する。すなわち、動作モードにおいてモード選択スイッチ220が操作された場合には、待機モードに移行するとともに、上述したように、待機モードにおいてモード選択スイッチ220が操作された場合には、動作モードに移行するように構成することにより、モード選択スイッチ220が操作される度に、待機モードと動作モードとを択一的に切り替えることができる。
【００７２】
上述した本実施形態においては、回動軸６,106に取り付けられた捩りコイルバネ240により片寄せ付勢手段が構成されているが、これ以外の片寄せ付勢手段を用いることももちろん可能である。
例えば、図１１に示すように、捩りコイルバネ240に代えて引張コイルバネ242を採用することが可能である。
【００７３】
同図（ａ）に示す片寄せ付勢手段は、ジンバル懸架部材107の一端部にタブ107aを形成して該タブ107aにピン107bを立設するとともにジンバル懸架部材７の一端部にピン7aを立設し、両ピン7a,107aの間に引張コイルバネ242を架け渡すことにより、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材７に対して一方向に回動付勢するように構成したものである。
【００７４】
また、同図（ｂ）に示す片寄せ付勢手段は、ジンバル懸架部材107の一端部にＬ字形のピン107cを立設するとともにジンバル懸架部材７の一端部にピン7aを立設し、両ピン7a,107cの間に引張コイルバネ242を架け渡すことにより、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材７に対して一方向に回動付勢するように構成したものである。
【００７５】
なお、本実施形態において、前述の正立プリズム3a，3bとしてはシュミット(Schmidt）の正立プリズム、アツベ(Abbe)の正立プリズム、バウエルン  フエント(bauern fend）の正立プリズム、ポロの正立プリズムおよびダハの正立プリズム等があるが、このうち図８にはシュミットの正立プリズムを示す。シュミットの正立プリズムは図に示すようにプリズム23とプリズム24から構成されており、プリズム24の一部25がダハ反射面となっている。このような正立プリズムでは図示するように入射光軸21と射出光軸22を同一直線上にとることのできる入射光軸の位置が存在する。このような入射光軸21と射出光軸22を同一直線上にとることのできる正立プリズムにおいては、図８に示す如く、光軸21より上側にｈだけ離れた、該光軸21に平行な光線21′は、上記正立プリズムを通った後は射出光軸22より下側にｈだけ離れた、光軸22に平行な光線22′になるという性質を持っている。なお、正立プリズムであれば、入射光軸と射出光軸が同一直線上となるものに限らず他のプリズムも使用可能である。
【００７６】
また、上記角速度センサ８、108は、円柱状等の柱状振動子と複数個の圧電セラミックからなる、コリオリの力を利用した圧電振動ジャイロセンサであって、柱状振動子の側面に少なくとも２個の検出用圧電セラミックと少なくとも１個の帰還用圧電セラミックを設けてなる。
【００７７】
各検出用圧電セラミックからは振動に応じて値の異なる検出信号が出力され、これらの差分を演算することにより角速度を得る。
なお、帰還用圧電セラミックは検出信号の位相補正用に使用される。
【００７８】
この角速度センサ８、108は構造が簡単で超小型であることから像安定化装置20自体を構造簡単かつ小型とすることができる。また、高Ｓ／Ｎ比で高精度であるから角速度制御を高精度とすることができる。
【００７９】
なお、本発明の像安定化装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他種々の態様の変更が可能であり、例えば、角速度情報検出手段としては、円柱状振動子タイプの圧電振動ジャイロセンサの他、三角柱振動子タイプ、四角柱振動子タイプや音叉状振動子タイプ等の種々のタイプの振動子を用いた圧電振動ジャイロセンサを使用することが可能であり、さらに、その他の種々の角速度センサを使用することが可能である。
【００８０】
また、角速度センサに代えてポジションセンサから所定の入力が行なわれなかった場合に電源オフとすることも可能である。
また、上記実施形態においては回転駆動モータの駆動制御がＰＷＭ制御で行われるようになっているが、本発明はオペアンプを用いた回転駆動モータの駆動制御にも適用することが可能である。
【００８１】
なお、角度位置情報検出手段としては、上記ポジションセンサに代えてレゾルバ、シンクロ、ロータリエンコーダ等の種々の角度センサを用いることができる。
また、上記実施形態装置は双眼鏡に適用するための構成とされているが、本発明の像安定化装置としては単眼鏡に適用し得る構成とすることも可能である。また、ビデオカメラ等のカメラに搭載しても同様の効果を得ることができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の像安定化装置によれば、フィードバック制御手段の制御モードを選択するモード選択手段を備えるとともに、モード選択手段にはフィードバック制御手段を、待機状態である待機モードと、像安定化を行う動作モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段を備え、使用者が操作可能なモード選択スイッチの操作に基づいて、待機モードと動作モードとを切り替えている。
【００８３】
したがって、使用者の要求に応じて、像安定化装置を待機状態である待機モードと、稼働状態である動作モードとの間で簡単に切り替えることができ、電池の消耗を抑えることができる。
【００８４】
また、待機モードにおいて所定時間が経過した場合に、自動的に電源をオフとしているので、使用者が電源を切り忘れた場合であっても、電池の消耗を最小限とすることができる。
また、待機モードと動作モードに対応して、互いに異なる色で発光する識別表示手段を設けているので、現在のモードを容易に認識することができる。
【００８５】
また、電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行う電圧監視手段を設けているので、電源電圧の低下を予め認識することができ、電源電圧が低下している場合には電池を交換する等して、常に正常な像安定化制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る像安定化装置の制御ループを示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵した双眼鏡を示す平面断面図
【図３】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵した双眼鏡を示す正面断面図
【図４】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵した双眼鏡を示す側面断面図
【図５】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵した双眼鏡を示す斜視図
【図６】本発明の実施形態に係る像安定化装置の機能を説明するための装置概略斜視図
【図７】本発明の実施形態に係る像安定化装置の機能を説明するためのブロック図
【図８】図２に示す正立プリズムを説明するための側面図
【図９】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵した双眼鏡の要部を示す斜視図
【図１０】図９の側断面図
【図１１】本発明の実施形態の変形例を示す要部斜視図
【図１２】本発明の実施形態に係る像安定化装置のモード切替処理および電圧監視処理を説明するためのフローチャート
【図１３】本発明の実施形態に係る像安定化装置のモード切替処理および電圧監視処理を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
1a，1b      対物レンズ（対物レンズ系）
2a，2b      接眼レンズ（接眼レンズ系）
3a，3b      正立プリズム
4a，4b      光軸
５，105      回転駆動モータ
６，106      回動軸
７      ジンバル懸架部材（外ジンバル）
7a      ピン
８，61，108      角速度センサ
９，81，109      ポジションセンサ
10a，10b      望遠鏡光学系
12      ＣＰＵ
12a      ＲＯＭ
30      ケース
40      利得切替スイッチ
68      モータ駆動系
70      ジンバル懸架装置
83      第１増幅器
84      第２増幅器
85      ソフトスイッチ部
86      モード切替手段
87      電圧監視手段
107      ジンバル懸架部材（内ジンバル）
107a      タブ
107b,107c      ピン
200      ケージング手段
213      押さえレバー
210      回動規制機構
220      モード選択スイッチ
211      ケージングアクチュエータ
212      モード／電圧表示ＬＥＤ
240      捩りコイルバネ(片寄せ付勢手段)
242      引張コイルバネ(片寄せ付勢手段)
【図１】
0003900756.tif 000002
【図２】
0003900756.tif 000003
【図３】
0003900756.tif 000004
【図４】
0003900756.tif 000005
【図５】
0003900756.tif 000006
【図６】
0003900756.tif 000007
【図７】
0003900756.tif 000008
【図８】
0003900756.tif 000009
【図９】
0003900756.tif 000010
【図１０】
0003900756.tif 000011
【図１１】
0003900756.tif 000012
【図１２】
0003900756.tif 000013
【図１３】
0003900756.tif 000014