(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＡＺ（アジマス）軸、ＲＬ（ロール）軸及びＥＬ（エレベーション）軸と、
カメラと水平基準ジャイロとを搭載したジンバルと、
画像回転補償機能をオンにしたとき、前記水平基準ジャイロの検出した前記カメラのＥＬ軸方向角度θEL（ｔ）（ｔは時間）が画像回転補償範囲にあるとき、前記ジンバルに与えるＲＬ軸方向制御角φRLを、前記水平基準ジャイロの検出した前記カメラのＲＬ軸方向角度θRL（ｔ）を用いて、
φRL（ｔ）＝−θRL（ｔ）                              ・・・（１）
とし、これによりカメラのＲＬ軸方向角度θRL（ｔ）がゼロとなるように前記ジンバル機構を制御し、ＥＬ軸方向角度θEL（ｔ）が特異点回避範囲（−９０°またはその付近）にあるとき、前記ＲＬ軸方向制御角φRLを、前記ジンバルに内蔵されたポテンションメータにより検出されたＲＬ軸方向のジンバルの現在の回転角ＪＭRL（ｔ）を用いて、
φRL（ｔ）＝−ＪＭRL（ｔ）                            ・・・（２）
に設定して、前記ポテンションメータで検出される前記ジンバルのＲＬ軸方向の回転角をゼロに保持するサーボアンプと、
を備えたカメラスタビライザにおいて、
前記画像回転補償範囲と前記特異点回避範囲との間に、前記ＲＬ軸方向制御角φRLを、重み係数ａ，ｂ（ａ＋ｂ＝１）を用いて、
φRL＝−ａ×θRL（ｔ）−ｂ×ＪＭRL（ｔ）              ・・・（３）
に設定する制御折衷範囲を設けたことを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項２】
請求項１において、前記カメラのＥＬ軸方向角度θELが、α≦θEL≦β（α＝３０°±２０°、β＝−６０°±２０°）の範囲を前記画像回転補償範囲とし、θEL≒−９０°を前記特異点回避範囲とし、β＜θEL＜−９０°を前記制御折衷範囲とすることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項３】
請求項２において、前記重み係数ａを
ａ＝（−９０−θEL）／（−９０−β）                  ・・・（５）
に設定することを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項４】
請求項１において、前記カメラのＥＬ軸方向角度θELがα≦θEL≦β（α＝３０°±２０°、β＝−６０°±１０°）の範囲を前記画像回転補償範囲とし、γ≦θEL≦δ（γ＝−８０°±５°，δ＝−１００±５°）の範囲を前記特異点回避範囲とし、β＜θEL＜γの範囲を前記制御折衷範囲とすることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項５】
請求項４において、前記重み係数ａを
ａ＝（γ−θEL）／（γ−β）                          ・・・（11）
に設定することを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項６】
請求項４において、前記ＥＬ軸方向角度θELが、ε≧θEL≧−１８０°（ε＝−１２０°±１０°）の範囲を第２の画像回転補償範囲とし、δ＜θEL＜εの範囲を第２の制御折衷範囲とすることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項７】
請求項６において、前記第２の制御折衷範囲における前記重み係数ａを
ａ＝（δ−θEL）／（δ−ε）                          ・・・（14）
に設定することを特徴とするカメラスタビライザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カメラスタビライザに関し、特に画像回転補償における特異点回避技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタ等に搭載されるカメラスタビライザは図３に示すように、航空機の鉛直軸、ロール軸及びピッチ軸とそれぞれ対応するＡＺ軸（ａｚｉｍａｔｈ軸）、ＲＬ軸（ｒｏｌｌ軸）及びＥＬ軸（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ軸）が存在する。
前記３軸を制御することにより実現するカメラスタビライザ１の機能として、カメラの空間安定化を図る機能、つまりカメラを向けた方向に維持する機能（カメラを傾けたら傾けたままを維持する機能）と、画像が地球の水平を維持するように画像の回転を補償する機能とがある。
【０００３】
後者の機能を実現するために、図４に示すようにカメラスタビライザ１には、各軸方向の３個のジャイロと３個の加速度計を備えたバーチカルジャイロ（水平基準ジャイロ）が、カメラ３と共にジンバル機構（簡単にジンバルとも言う）４に取付けられている。バーチカルジャイロ２で検出したカメラ３（ジンバル４）の水平からの傾斜角、即ちＲＬ軸方向角度（ロール角とも言う）θRL（ｔ）（ｔは時間）がサーボアンプ５に入力される。サーボアンプ５はジンバル４を−θRL（ｔ）だけＲＬ軸方向に回転させる。このときの−θRL（ｔ）をＲＬ軸方向制御角と言い、φRLで表す。即ち、
φRL＝−θRL（ｔ）                                    ・・・（１）
このように、カメラ３（ジンバル４）のＲＬ軸方向角度（ロール角）θRL（ｔ）がゼロとなるように、つまり水平となるようにジンバル４のモータ４ａを制御するのである。
【０００４】
なおバーチカルジャイロ２はカメラ３の空間安定化を図るためのジャイロと共用化が図られている。
カメラスタビライザ１は図６Ａに示すように例えばヘリコプタ６に固定されるため、もし画像回転補償機能をオフにすれば、カメラ３の画像７は図６Ｂに示すようにヘリコプタ６の動き（傾き）に追従する。しかし、画像回転補償機能をオンにすれば、上述したようにバーチカルジャイロ２の検出したロール角θRL（ｔ）が常にゼロになるようにサーボアンプ５はジンバル４に対してＲＬ軸方向の回転を与え画像（カメラ）を水平に保つことができる。
【０００５】
次に、画像回転補償機能をオンにした状態で図５に示すようにカメラ３の向きを水平方向から下向きに変化させる過程を考える。つまり、ＥＬ軸方向に下向きの回転を与える場合である。カメラ３が真下方向に近付くと画像の水平が定義できなくなってしまう。これは丁度、普通のカメラで真下（地面）を見た時に水平が分からなくなるのと同じである。このような訳でθEL＝−９０°の点を特異点と言う。特異点では画像回転補償機能は正常に動作できなくなり、画像が頻繁に１８０°近く回転したりして見るにたえない画面となる。
【０００６】
そのため従来のカメラスタビライザ１では、サーボアンプ５は、図５においてＥＬ軸方向角度θELが▲２▼；−６０°＞θEL＞−１２０°になると、画像（従ってカメラ）が水平を保つためのジンバルに対するＲＬ軸方向の回転駆動を止め、ジンバルに付属のポテンショメータよりジンバルのＲＬ軸方向の現在の回転角ＪＭRL（ｔ）を検出し、ＪＭRL（ｔ）だけジンバルを逆回転させて（このときの−ＪＭRL（ｔ）もまたＲＬ軸方向制御角と言う）、ジンバルのポテンショメータで検出されるＲＬ軸方向回転角度を０°に保持する。即ち、
φRL＝−ＪＭRL（ｔ）                                  ・・・（２）
従って、ＥＬ軸方向角度θELがθEL≧−６０°からθEL＜−６０°になると、画像は、図７Ａの水平を保持した画像から図７Ｂのようなヘリコプタの傾きと同じ傾きを持った画像へと急に変化することになる。
【０００７】
なお従来例では、図５のＥＬ軸方向角度θELが▲１▼；３０°≧θEL≧−６０°及び▲３▼；−１８０°≦θEL≦−１２０°が画像回転補償範囲であり、▲２▼；−６０°＜θEL＜−１２０°を特異点回避範囲と呼んでいる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のカメラスタビライザではＥＬ軸方向角度θELが−６０°より小さくなるとき、或いは−１２０°より大きくなるとき、画像が水平状態の画像からヘリコプタの傾きと同じだけ傾いた画像へと急に変化し、特にヘリコプタの傾き（ロール角）が大きいときには、制御の切換え点（θEL＝−６０°または−１２０°）での画像の不連続性が大きくなり、画像を見ている者に著しい違和感を与えることになり好ましくない。この発明はこのような制御切換え点での画像の不連続による違和感を和らげるように、サーボアンプにおける制御を改善することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明では、画像回転補償範囲と特異点回避範囲との間に、ＲＬ軸方向制御角φRLを、重み係数ａ，ｂ（ａ＋ｂ＝１）を用いて、
φRL＝−ａ×θRL（ｔ）−ｂ×ＪＭRL（ｔ）              ・・・（３）
に設定する制御折衷範囲を設ける。
【００１０】
（２）請求項２の発明では、前記（１）において、カメラのＥＬ軸方向角度θELが、α≦θEL≦β（α＝３０°±２０°、β＝−６０°±２０°）を画像回転補償範囲とし、θEL≒−９０°を特異点回避範囲とし、β＜θEL＜−９０°を制御折衷範囲とする。
（３）請求項３の発明では、前記（２）において、重み係数ａを
ａ＝（−９０−θEL）／（−９０−β）                  ・・・（５）
に設定する。
【００１１】
（４）請求項４の発明では、前記請求項（１）において、カメラのＥＬ軸方向角度θELがα≦θEL≦β（α＝３０°±２０°、β＝−６０°±１０°）の範囲を画像回転補償範囲とし、
γ≦θEL≦δ（γ＝−８０°±５°，δ＝−１００°±５°）の範囲を特異点回避範囲とし、β＜θEL＜γの範囲を制御折衷範囲とする。
【００１２】
（５）請求項５の発明では、前記（４）において、重み係数ａを
ａ＝（γ−θEL）／（γ−β）                          ・・・（11）
に設定する。
（６）請求項６の発明では、前記（４）において、ＥＬ軸方向角度θELが、ε≧θEL≧−１８０°（ε＝−１２０°±１０°）の範囲を第２の画像回転補償範囲とし、δ＜θEL＜εの範囲を第２の制御折衷範囲とする。
【００１３】
（７）請求項７の発明では、前記（６）において、第２の制御折衷範囲における重み係数ａを
ａ＝（δ−θEL）／（δ−ε）                          ・・・（14）
に設定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
従来の技術では、バーチカルジャイロ２の検出したＥＬ軸方向角度が、▲１▼；３０°≧θEL≧−６０°ではサーボアンプ５のジンバル４に対するＲＬ軸方向制御角φRLは
φRL＝−θRL（ｔ）                                    ・・・（１）
であった。（１）式のθRL（ｔ）はバーチカルジャイロの検出したＲＬ軸方向角度である。一方、▲２▼；−６０°＜θEL＜−１２０°では、ＲＬ軸方向制御角は
φRL＝−ＪＭRL（ｔ）                                  ・・・（２）
であった。（２）式のＪＭRL（ｔ）はジンバルのポテンショメータが検出したＲＬ軸方向のジンバルの現在の回転角である。また、▲３▼；−１８０°≦θEL≦−１２０°では、φRLとして（１）式を用いていた。
【００１５】
この発明の実施例１では▲１▼；α≧θEL≧β（α＝３０°±２０°，β＝−６０°±２０°）ではＲＬ軸方向制御角φRLとして従来の（１）式を用いる。
▲２▼；θEL≒−９０°では、φRLとして従来の（２）式を用いる。
▲３▼；−１８０°≦θEL≦γ（γ＝−１２０°±２０°）では、φRLとして再たび従来の（１）式を用いる。
【００１６】
▲４▼；β＞θEL＞−９０°では、（１）式と（２）式にそれぞれウエイトを付けて、両者の和をとった式を用いる。即ち、
φRL＝−ａ１×θRL（ｔ）−ｂ１×ＪＭRL（ｔ）          ・・・（３）
ａ１，ｂ１は重み係数で、
ａ１＋ｂ１＝１  （ｂ１＝１−ａ１）                    ・・・（４）
とする。ａ１として、例えば
ａ１＝（−９０−θEL）／（−９０−β）                ・・・（５）
を用いる。即ち（−９０−θEL）が（−９０−β）の例えば９０％を占めていれば（θELがβに近く、−９０°から遠い例）、φRLは−θRL（ｔ）の９０％（ａ１＝０．９）と、−ＪＭRL（ｔ）の１０％（ｂ１＝０．１）の合計とする。このようにすると、▲４▼におけるＲＬ軸方向制御角φRLは▲１▼と▲２▼の場合の（１）式及び（２）式との連続性が得られ、急激な画像の変化が生じない。
【００１７】
▲５▼；−９０°＞θEL＞γ（γ＝１２０°±２０°）では
φRL＝−ａ２×θRL（ｔ）−ｂ２×ＪＭRL（ｔ）          ・・・（６）
を用いる。ここでａ２，ｂ２は重み係数で、
ａ２＋ｂ２＝１  （ｂ２＝１−ａ２）                    ・・・（７）
とする。ａ２として例えば
ａ２＝（−９０−θEL）／（−９０−γ）                ・・・（８）
を用いれば、φRLは▲２▼と▲３▼の場合との連続性が保たれる。
【００１８】
▲１▼，▲３▼の画像回転補償範囲では図２Ａに示すように水平な画像が得られ、▲２▼の特異点回転範囲では、図２Ｃに示すように、ヘリコプターの傾きと同じ傾きをもつ画像が得られ、▲４▼，▲５▼では、水平線がＡとＢの間の傾きをもつ画像が得られる。
（実施例２）
実施例１では特異点回避範囲をθEL≒−９０°に限定したが、実施例２では、▲２▼；γ＜θEL＜δ（γ＝−８０°±５°、δ＝−１００°±５°）の範囲を特異点回避範囲としている。従って、ＲＬ軸方向制御角φRLは（２）式となる。
【００１９】
▲１▼；α≧θEL≧β（α＝３０°±２０°；β＝−６０°±１０°）及び▲３▼；ε≧θEL≧−１８０°（ε＝−１２０°±１０°）は画像回転補償範囲であり、φRLとして（１）式を用いる。
▲４▼；β＞θEL＞γ（β＝−６０°±１０°，γ＝−８０°±５°）ではφRLは▲１▼と▲２▼の値を折衷して、
φRL＝−ａ３×φRL（ｔ）−ｂ３×ＪＭRL（ｔ）            ・・・（９）
ａ３＋ｂ３＝１（ｂ３＝１−ａ３）                      ・・・（10）
ａ３＝（γ−θEL）／（γ−β）                        ・・・（11）
とすると、φRLは▲１▼及び▲２▼の場合との連続性が得られる。
【００２０】
また、▲５▼；δ≦θEL≦ε（δ＝−１００°±５°，ε＝−１２０°±１０°）では、φRLは▲２▼と▲３▼の値を折衷して
φRL＝−ａ４×θRL（ｔ）−ｂ４×ＪＭRL（ｔ）          ・・・（12）
ａ４＋ｂ４＝１（ｂ４＝１−ａ４）                      ・・・（13）
ａ４＝（δ−θEL）／（δ−ε）                        ・・・（14）
を用いれば、φRLは▲２▼と▲３▼の場合との連続性が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、▲１▼，▲３▼の画像回転補償範囲と、▲２▼の特異点回避範囲との間に、ＲＬ軸方向制御角φRLを▲１▼及び▲２▼と連続性を保ちながら▲１▼と▲２▼を折衷した値に設定する▲４▼の制御折衷範囲と、▲２▼及び▲３▼と連続性を保ちながら▲２▼と▲３▼を折衷した値に設定する▲５▼の制御折衷範囲を設けるようにしたので、カメラのＥＬ軸方向角度θELの制御切換点（図１Ａのβ、−９０°、γや図１Ｂのβ，γ、δ，ε）において、従来のような画像の急激な変化は生じない。従って、画像の不連続による違和感はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のカメラスタビライザにおける画像回転補償範囲と、特異点回避範囲と、制御折衷範囲とを示す図。
【図２】図１の各範囲における画像の水平線の傾きを示す図。
【図３】Ａ，Ｂ及びＣはそれぞれカメラスタビライザの外観を示す平面図、正面図及び右側面図。
【図４】カメラスタビライザの画像回転補償機能を説明するためのブロック図。
【図５】従来のカメラスタビライザにおける画像回転補償範囲と特異点回避範囲を示す図。
【図６】Ａはヘリコプタに搭載されたカメラスタビライザの姿勢を示す正面図、Ｂ及びＣはそれぞれカメラスタビライザの画像回転補償機能をオンまたはオフにした場合の画像の一例を示す図。
【図７】Ａ及びＢはそれぞれ従来のカメラスタビライザの画像回転補償範囲（θEL≧−６０°）及び特異点回避範囲（θEL＜−６０°）における画像の例を示す図。
【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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