JP6278721B2

JP6278721B2 - 像安定化装置

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Publication number: JP6278721B2
Application number: JP2014016250A
Authority: JP
Inventors: 安藤　邦郎; 邦郎安藤; 加藤　正志; 正志加藤; 春雄伊藤; 和也宮地
Original assignee: Kamakura Koki Co Ltd
Current assignee: Kamakura Koki Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: JP2015143728A; EP2902834B1; EP2902834A1; US9417458B2; US20150219920A1

Description

この発明は、双眼鏡が手振れ等の振動によって、双眼鏡の光軸に対する観察物体から射出される光束の射出角度が変動することで生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置に関する。

観察対象を観察するために双眼鏡を手で保持しつつ操作する場合、特に双眼鏡を航空機及び車両等に持ち込んでこれを使用する場合に、航空機及び車両等による振動等が筐体に加わり、それが原因で手振れとなるが、手振れにより光軸に対する観察対象からの光束の出射角度が変動し、その結果として観察対象の観察像（光学像）がぶれたり、解像度が悪くなる等、観察像が劣化してしまうことがある。双眼鏡に加わる振動は、その振幅がたとえ小さくても、双眼鏡においては、視界が狭く、接眼レンズによって対物レンズの像が拡大されて観察されるので、観察される像の劣化を無視することができなくなる。

これまでに、双眼鏡で観察される観察像の手振れによる劣化を補償する像安定化装置が種々提案されている。

従来の手振れ補償機能付き双眼鏡として、例えば特許文献１に開示された像安定光学装
置は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムからなる光学系を持ち、この左右一対の正立プリズムを保持する一つのプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する２個の回動軸を中心として回動可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架手段と、ジンバル懸架手段に取り付けられているジャイロモータとを備えている。

特許文献１に開示された像安定光学装置は、左右一対の正立プリズムを一つのプリズム保持枠で保持し、このプリズム保持枠を持つジンバル懸架装置を一つのジャイロモータで駆動しているので、駆動機構を簡略化することができる。

しかしながら、この像安定光学装置が光学装置の横方向の振動に対応するときには、左右の正立プリズムの中心、つまり特許文献１における第１図及び第４図に示される交点Oで垂直方向の軸回りにプリズム保持枠を回転させると、例えば左光学系の正立プリズムが対物レンズ側に移動し、右光学系の正立プリズムが接眼レンズ側に移動するので、左光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離と、右光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離とが相違することになり、結果として右光学系を通じての見え方と左光学系を通じての見え方とが異なることになる。言い換えると、この特許文献１に記載された像安定光学装置は、左右方向の振動を処理するときには、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性がなくなり、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を有している。

特許文献２に開示される像安定化装置は、光学系については前記特許文献１に記載された像安定光学装置と同じであり、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムと、この左右一対の正立プリズムを保持するプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する２個の回動軸を中心として回転可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架手段とを備え、このプリズム保持枠に配置された角速度情報検出手段により双眼鏡に加わる振動によって発生するところの、このジンバル懸架手段の回転角度情報を検出し、この検出値に基づき、振動による像ブレを補正するように前記ジンバル懸架手段を所定の位置にまで戻すように回動させるサーボ制御を行なっている。

この特許文献２に記載された像安定化装置では、ジンバル懸架装置の駆動機構として、ジャイロモータの代わりにジンバル軸を回転する回転型モータとポテンションメーター等の位置検出手段を用いた駆動機構を採用しているので、特許文献１に記載された像安定化装置に比べ、軽量化、小型化を達成し、また消費電力も小さくて済むとしている。

しかし、特許文献２に記載された像安定化装置は特許文献１と同じように左右方向の振動を補償するときには、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性がなくなり、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を有している。

特許文献３に記載された観察用光学機器（双眼鏡）は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の可変頂角プリズムと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の可変頂角プリズムをそれぞれ駆動する複数の駆動機構と、センサーで検出された振れに応じて各駆動機構の駆動量を定める制御回路とを備えている。

特許文献４に記載された手振れ補正機構付き双眼鏡は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の補正レンズと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の補正レンズを同時に駆動する駆動機構と、センサーで検出された振れに応じて駆動機構の駆動量を定める制御回路とを備えている。

前記特許文献３及び特許文献４に記載された像安定化の手段は機構が小型になるとの利点があるものの、特許文献１、２の例に比べて補正可能なブレ量は小さく、特許文献１、２の方式は実用的に利用される範囲が広い。

特公昭５７−３７８５２号公報特開平６−２５０１００号公報特開平７−４３６４５号公報特開平１０−２０２１３号公報

この発明の課題は、特許文献１、特許文献２の持つ左右方向の振動を補償するときには、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性がなくなり、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を解決すると同時に、像安定化装置を構成する主要要素のジンバル懸架装置の駆動を、小型、軽量化、低コストで構成する手段を提供することにある。

前記課題を解決するための手段は、
（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左右望遠鏡の一対で構成した双眼鏡光学系を有する像安定化装置であって、
左右望遠鏡の対物レンズと接眼レンズを固定的に保持する筺体と、
前記筐体に対して固定された外枠と、
左右望遠鏡の光軸を含む面内で左右方向に延びる第１の回動軸を持ち、前記外枠に対して回動自在に装着した横長の中枠と、
第１の回動軸と右側望遠鏡の光軸の交点を通り上下方向に延びる第２の回動軸を持ち、前記中枠に対して回動自在に装着した右側内枠と、
第１の回動軸と左側望遠鏡の光軸の交点を通り上下方向に延びる第３の回動軸を持ち、前記中枠に対して回動自在に装着した左側内枠とを有するジンバル懸架装置を有し、
前記右側内枠と左側内枠は、左右望遠鏡の正立プリズムを備え、
前記ジンバル懸架装置は角速度センサーを備え、
前記ジンバル懸架装置は、中枠と右側内枠及び左側内枠をそれぞれ回動させる３基のボイスコイルモータを備え、
前記ボイスコイルモータは、コイルの中空部に位置検出素子を配置したコイル部材を装着した第１のヨーク部と、永久磁石を装着した第２のヨーク部とを有することを特徴とした像安定化装置であり、
（２）前記ジンバル懸架装置の中枠に３基のボイスコイルモータの第１のヨーク部を装着したことを特徴とした前記（１）に記載の像安定化装置であり、
（３）前記ジンバル懸架装置の右側内枠もしくは左側内枠の少なくともいずれか一方に角速度センサーを装着し、この角速度センサーからの信号と前記ボイスコイルモータの位置検出素子からの信号を演算装置に入力し、演算装置で演算された制御信号で前記ボイスコイルモータを駆動制御する制御装置を備えることを特徴とした前記（１）、（２）に記載の像安定化装置である。

この発明による像安定化装置は、双眼鏡等に加わる手振れ等の振動によって生じる観察像の劣化を補償することが出来、しかも像安定化装置の設計自由度の制約が少なく、ジンバル懸架装置の駆動機構が簡単でコストの削減及び小型化を図ることが出来、特許文献１、２の持つ、左右方向の振動を補償するときには右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を解決しているので、双眼鏡等のほかにレーザー測距装置などの広い分野での利用が可能で、特に小型化とコスト低減に大きな効果がある。

図１（ａ）は、この発明に係る像安定化装置の光学系を示す概略説明図であり、図１（ｂ）は像安定化装置の基本的な原理を説明する概略説明図である。図２は、この発明に係る像安定化装置を示す概略説明図である。図３は、ボイスコイルモータの基本構造を示す概略説明図で、図３（ａ）はボイスコイルモータを示す正面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のA−A’断面図で、図３（ｃ）は前記ボイスコイルモータに組み込まれる永久磁石の正面図で、図３（ｄ）は永久磁石の断面図である。図４は、本発明に係る像安定化装置に組み込むのに好適なヨーク分離型のボイスコイルモータの構造を示す概略説明図であり、図４（ａ）は図３（ｂ）に対応したヨーク分離型のボイスコイルモータを示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すボイスコイルモータにおけるコイル部材が永久磁石に対して相対的に移動した状態を示す断面図である。図５は、この発明に係る像安定化装置の一例である図２に示すジンバル懸架装置３０の構造を示す説明図で、図２に於いて左右方向の回動軸２５を含むA−A’断面図である。図６はボイスコイルモータを駆動する駆動回路の一例を示すブロック図である。図７は、ボイスコイルモータを駆動する駆動回路の第２の例を示すブロック図である。図８は、ボイスコイルモータを駆動する駆動回路の第３の例を示すブロック図である。

図１（ａ）は、この発明に係る像安定化装置の光学系の例を示し、図１（ｂ）は、像安定化装置の基本的な原理を説明する概略説明図である。

この発明に係る像安定化装置は、例えば図１（ａ）に示されるように、光軸６に対して互いに直交する２個の回動軸に対して回動自在に装着したジンバル懸架装置１０に装着した正立プリズム１を、筐体８に固設した光軸６を持った対物レンズ２と接眼レンズ３との間に配置した単眼鏡光学系４で構成されているので、図１（ｂ）に示すように筐体８に手振れが加わった場合でも、正立プリズム１は手振れが加わる前の初期位置を維持するような構造を持っている。

この発明に係る像安定化装置は、筐体に与えられた振動又は搖動により生じる観察像の劣化を補償すべく、正立プリズムを装着した前記ジンバル懸架装置を回動させ、サーボ制御を行う駆動手段としてのボイスコイルモータを備え、前記ボイスコイルモータは後述のように、分離して対向配置される第１のヨーク部と第２のヨーク部を持ち、第１のヨーク部にはコイルの中空部に位置検出用の位置検出素子、例えばホール素子のような磁気感応素子を配置したコイルを装着し、第２のヨーク部には図３で示した構造の永久磁石を装着し、第１のヨーク部と第２のヨーク部を所定間隔のギャップを持つよう対向配置し、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが相対的に可動可能な構造を特徴としている。

前記正立プリズム１としては、シュミット(Schmidt)の正立プリズム、アッベ(Abbe)の正立プリズム等を挙げることができる。図１においてはシュミットの正立プリズムが示されている。シュミットの正立プリズム１は、プリズム１ａとプリズム１ｂとを有し、プリズム１ｂにダハ面が形成されており、入射光軸と出射光軸とが同一直線上にとることが出来る。以下の説明は、シュミットの正立プリズムを用いた場合に関する。

図１（ａ）に示すジンバル懸架装置１０は、光軸６に直交する左右方向に延びる第１の回動軸と上下方向に延びる第２の回動軸とを持つが、前記２つの回動軸と光軸６との交点ｐは、対物レンズ２と正立プリズム１の入射面までの光学距離Ｌと、正立プリズム１の入射面と出射面との機械的距離Ｍと、前記正立プリズム１の出射面から接眼レンズ３までの光学距離Ｎの和Ｓ（Ｓ＝Ｌ＋Ｍ＋Ｎ）のほぼ中点に位置するように設定されている。実際には、対物レンズ系及び接眼レンズ系のいずれも肉厚を有する複数枚のレンズによって構成されているので、前記ジンバル懸架装置の回動軸の位置は厳密には、対物レンズ系の後側主点と前記正立プリズムの入射面までの光学距離と、前記正立プリズムの入射面から出射面までの間の機械的距離と、前記正立プリズムの射出面から接眼レンズ系の前側主点までの光学距離の和の中点にあることになる。以下は、対物レンズと接眼レンズは薄肉レンズ系として説明する。

図１（ｂ）に本発明による像安定化装置の基本的な原理を示す。図１（ａ）に示す望遠鏡４に手振れ等による振動が加わって、図１（ｂ）に示すように筐体８が角度θ傾いた状態８’では、対物レンズ２と接眼レンズ３は筐体に固定して取り付けられているので、対物レンズは２’の位置に接眼レンズは３’の位置に移動し光軸６も光軸７に移動する。この時ジンバル懸架装置１０に装着した正立プリズム１が図１（ａ）における初期状態と同じ向きにあるように制御すると、傾いた対物レンズ２’の中心ｑ’を通り、角度θ傾く前の光軸６に平行な光線ｍは対物レンズ２の光軸６よりｈだけずれて正立プリズム１に入射する。前記光線ｍは、入射光軸と出射光軸を同一線上にとることの出来る正立プリズムの性質によって光軸６よりｈ’＝ｈだけずれて光線ｍ’として正立プリズム１より射出し、移動後の接眼レンズ３’の中心Ｒ’より射出する。従って移動後の接眼レンズの中心Ｒ’より射出する光線ｍ’は振動が加わる前の光軸６と平行になるので、単眼鏡に振動が加わった場合でも安定した先鋭な像を観察できる。

図１（ｂ）では、ジンバル懸架装置の回動軸を正立プリズムの中心に設定した場合で説明したが、ジンバル懸架装置の回動軸の光軸との交点Ｐの位置が前記条件を満足すれば、正立プリズムの位置はジンバル懸架装置の回動軸よりずれた位置に配置されても上記条件は満足する。

本発明では、前記説明の望遠鏡光学系を左右一組（２本）用いた双眼鏡光学系を用いたことを特徴とする像安定化装置に関する。

従来の技術では、ジンバル懸架装置を駆動する手段としては、引用文献２で示されているようにジンバル懸架装置を懸架する回動軸を駆動する回転型のモータと、ポテンショメータのような位置検出手段を用いているが、回動軸を駆動する回転型モータとしてはジンバルを構成する枠に比べて比較的大きな形状のものが必要であり、取付位置やモータの直径、厚み等の形状の制約もあり、像安定化装置の小型軽量化には限界があった。本発明では、ジンバル懸架装置を駆動する手段として、図４に示すような比較的薄い一対の板状のヨーク部で構成され、位置検出手段も位置検出素子をコイルの中空部に組み込んだ構造を持つボイスコイルモータを用いることで、ボイスコイルモータの装着位置を自由に選べるので設計上の自由度が増え、小型軽量化を可能で、本発明の像安定化装置に最適条件で適用可能である。

図２は、本発明による像安定化装置の概略構造を説明する斜視図で筐体２０の一部を切欠いた状態で示している。本発明の像安定化装置は左右一組の望遠鏡光学系で構成されるが、理解を容易にするために像安定化装置を前方から見た状態（図面では左方面）で左系の望遠鏡系にはＬ、右系の望遠鏡系にはＲの文字を付記する。

左側望遠鏡２１Ｌは光軸２２Ｌを持つ対物レンズ２３Ｌ、正立プリズム２４Ｌ、接眼レンズ２５Ｌで構成され、右側望遠鏡２１Ｒは光軸２２Ｒを持つ対物レンズ２２Ｒ、正立プリズム２４Ｒ、接眼レンズ２５Ｒで構成されている。

対物レンズ２３Ｌ、２３Ｒ、接眼レンズ２５Ｌ、２５Ｒは筐体２０に固定して装着され、正立プリズム２４Ｌ、２４Ｒはジンバル懸架装置３０を介して筐体２０に装着される。

一般的な双眼鏡では左右の接眼レンズの眼幅を可変する眼幅調整機構を持つが、図面の煩雑さを避けて理解を容易にするために、本図面では眼幅調整機構は表示を省略する。

ジンバル懸架装置３０は、左右方向に延びた回動軸２５を有する横長の中枠２８と、上下方向に延びた回動軸２６Ｌ、２６Ｒを持った左右２個の内枠２９Ｌ、２９Ｒで構成されており、前記内枠は中枠の内側に装着されており、前記中枠は筐体２０に固定して装着した外枠２７に装着されている。

双眼鏡の上下方向の左右光軸平行度は左右方向の左右光軸平行度より厳しく管理する必要があるので、本発明では双眼鏡の上下方向の手振れ等によって生じる観察像の劣化の補償を行うにあったては、左右望遠鏡の左右の正立プリズムを同期して駆動することが望ましい。

そのためには、図２に示すように左右方向に延びた回動軸を持つ横長のジンバル懸架装置を備えることが有効である。

また、本発明は、前記ジンバル駆動装置を駆動する駆動装置として以下に説明するヨーク分離型のボイスコイルモータを用いることを大きな特徴としている。

図３に示すように、一般的なボイスコイルモータは、Ｕ字型の鉄心からなる固定ヨーク３１と、固定ヨークの内側の対向する１面に装着された永久磁石３２と固定ヨークの内側の他の１面で構成されるギャップ３４内で移動可能なコイル３３と、コイル３３の中空部に設置した位置検出素子３６で構成される。なお図中３５はコイル３３を支持するプリント基板等の支持板を示す。

永久磁石３２は図３（ｃ）、（ｄ）に示されるように板状の強力な永久磁石で構成される。永久磁石は、厚み方向に着磁され、着磁の方向は板状領域の中央部を境としてＮ、Ｓで示すように逆方向に着磁されている。

図面の理解を容易にするため、図中Ｓ極側は斜線を付けて示す。また以降に出てくる永久磁石は図３（ｃ）、図３（ｄ）で説明する構造を持ったものとする。

このような永久磁石３２を固定ヨークの内側の一面に図３（ａ）に示されるように配置することにより固定ヨーク内の磁界は、コイル３３の移動工程の中央部分を境として互いに逆方向に、かつ固定ヨークのギャップを持った対向面に垂直な方向に生成される。

したがって、このような磁界を有する固定ヨーク３１内に、コイル３３を図３に示す如く配置し、このコイル３３に電流を流すと、コイル３３は電流の方向に応じて図３（ａ）の矢印３８で示す方向に移動する。

したがって、前記コイル３３の支持板３５に、図示されていない被移動部材を連結することで被移動部材をリニア駆動することが出来る。

また、前記コイル３３の中空部３７に位置検出素子３６としてホール素子や磁気抵抗素子のような磁気感応素子を配置することで、可動するコイルの位置を検出する位置信号を出力する位置検出手段が出来る。特にボイスコイルモータの初期基準状態では、位置検出素子３６を永久磁石Ｓ、N、の境界部に位置するよう配置すると、ホール素子の出力が０になるのでボイスコイルモータの初期基準位置を決めるのに好都合である。

本発明に適用する好適なボイスコイルモータは、図４（ａ）で示されるように、前記Ｕ字型の固定ヨーク３１に代わって、板状の形状を持つ２つに分離して対向配置されるヨーク分離型の第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２を持ち、第１のヨーク部４１は、コイル３３の中空部に位置検出用の位置検出素子３６、例えばホール素子のような磁気感応素子を配置したコイル３３と支持板４３およびヨーク板４６で構成し、第２のヨーク部４２は前述の磁石３２とヨーク板４７で構成し、第１のヨーク部と第２のヨーク部を所定間隔のギャップ４４を持つよう対向配置し、第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２とが相対的に可動可能な構造を特徴としている。

コイル３３は、支持板４３を介して第１のヨーク部４１に装着しており、支持板４３には位置検出用素子３６も装着しており、コイル３３に電流を流すと電流の方向によって、第２のヨーク部４２を固定子とすれば、第１のヨーク部４１はコイル３３と一体となって移動子となり、例えば図４（ｂ）の矢印４５方向に移動する。

また、前述の第１のヨーク部４１を固定子とすれば、相対的に第２のヨーク部４２が移動子として永久磁石と共に移動する。

図５に本発明の主要要素となる、図２で示した前記ジンバル懸架装置３０の構造を詳細に示す。図５は図２に示したジンバル懸架装置３０のＡ−Ａ’断面を示した断面図で、部品を示す符号は極力図２と同じ符号を用いる。

ジンバル懸架装置３０は、図５で示すように中枠２８の左右の側壁に設けられた２個の軸５１が左右方向に延びた第１の回動軸２５を形成し、外枠２７の左右の側壁に設けられた２個の軸受５２で支持され、中枠２８は外枠２７に対して回動自在に装着される。

また、中枠２８の内側に配置された左右の内枠２９Ｌ、２９Ｒは上下の側壁に設けられた左右それぞれ２個の軸５１Ｌ、５１Ｒが上下方向にのびた第２の回動軸２６Ｌと２６Ｒを形成し、中枠２８の上下の側壁に設けられた左右それぞれ２個の軸受５２Ｌ、５２Ｒで支持され、左右の内枠２９Ｌ、２９Ｒは中枠２８に対して回動自在に装着される。

中枠２８を駆動するボイスコイルモータは、図５、図６に示すように第１のヨーク部６７と第２のヨーク部６２で構成されている。第１のヨーク部６７は基板６５上に配置された中空状のコイル６３と磁気感応素子６４とヨーク板６６より構成され、第２のヨーク部６２は永久磁石６１とヨーク板６０より構成されており、コイル６３に電流を流すと中枠２８は回動軸２５を軸として回動する。

第１のヨーク部６７のヨーク板６６はその一部を中枠２８の側壁に埋め込んで取付け、第２のヨーク部６２のヨーク板６０はその一部を外枠２７の側壁に埋め込んで取付けることでボイスコイルモータの占める空間を小さくし小型化に効果を出している。

なお、ジンバル懸架装置の中枠２８を独立して制御する場合には、角速度センサー６８を中枠２８の一部に配置する。

内枠２９Ｌ、２９Ｒを駆動するボイスコイルモータは、第１のヨーク部６７Ｌ、６７Ｒと第２のヨーク部６２Ｌ、６２Ｒで構成されている。第１のヨーク部は基板６５Ｌ、６５Ｒ上に配置された中空状のコイル６３Ｌ、６３Ｒと磁気感応素子６４Ｌ、６４Ｒとヨーク板６６Ｌ、６６Ｒで構成され、第２のヨーク部６２Ｌ、６２Ｒは永久磁石６１Ｌ、６１Ｒとヨーク板６０Ｌ、６０Ｒで構成されており、コイル６３Ｌ、６３Ｒに電流を流すと内枠２９Ｌ、２９Ｒはそれぞれの回動軸２６Ｌ、２６Ｒを軸として回動する。

また、第１のヨーク部６７Ｌ、６７Ｒのヨーク板６６Ｌ、６６Ｒはその一部を中枠２８の側壁に埋め込んで取付け、第２のヨーク部６２Ｌ、６２Ｒのヨーク板６０Ｌ、６０Ｒはその一部を内枠２９Ｌ、２９Ｒの側壁に埋め込んで取付けることでボイスコイルモータの占める空間を小さくし小型化に効果を出している。

なお、ジンバル懸架装置の内枠２９Ｌ、２９Ｒを独立して制御する場合には、角速度センサー６８Ｌ、６８Ｒを内枠２９Ｌ、２９Ｒに独立して配置する。

なお、左右の望遠鏡光学系の正立プリズム２４Ｌ、２４Ｒは上記ジンバル懸架装置の内枠２９Ｌ、２９Ｒに装着される。

また、前記記載の３基のボイスコイルモータを制御駆動する駆動回路基板６９は、３基のボイスコイルモータからの位置信号と、ジンバル懸架装置に装着した角速度センサーからの角速度信号よりボイスコイルモータを制御する制御信号を演算する共用の演算装置（マイクロコンピュータ）９２と３基のボイスコイルモータを駆動するドライバー９３、９３Ｌ、９３Ｒを備え、ジンバル懸架装置の中枠２８に配置することで駆動回路基板と３基のボイスコイルモータの信号線の接続が容易となる。

上記説明のように、ボイスコイルモータを第１のヨーク部、第２のヨーク部のようにヨーク分離型で構成することで、ボイスコイルモータを最小の空間内に配置できる。

前記記載の３基のボイスコイルモータを制御駆動する駆動回路基板６９は、位置検出素子６４、６４Ｌ、６４Ｒとしてのホール素子等から得られる位置情報と、ジンバル懸架装置に装着した角速度センサーからの角速度信号を用いて動きを打ち消す目標位置を演算装置９２で演算し、演算結果を制御信号として（ボイスコイルモータードライバー９３、９３Ｌ、９３Ｒを介して）ボイスコイルモータのコイル駆動電流にフィードバックすれば、簡単にジンバル懸架装置の内枠２９Ｌ、２９Ｒ及び中枠２８を必要量移動させる位置サーボ系を構成できる。

なお、ボイスコイルモータの制御信号を演算する演算装置９２は、中枠駆動用、内枠駆動用を共用している。

図６、図７，図８はジンバル懸架装置を駆動するボイスコイルモータの駆動例を説明するブロック回路図である。図中主要部品を示す符号は図５と同じ表記を用いる。

図６は、ジンバル懸架装置の中枠２８、内枠２９Ｌ、２９Ｒをそれぞれ独立に駆動するボイスコイルモータの駆動例を示すブロック図である。

中枠２８を駆動するボイスコイルモータは、第１のヨーク部６７と第２のヨーク部６２で構成されている。上下方向の手振れ等の振動成分は中枠２８に設けた角速度センサー６８で検出し、この角速度信号と第１のヨーク部に設けた位置検出素子６４からの位置信号で中枠の２８の動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成している。図中７０は角速度センサー６８からの信号を増幅する増幅回路、７１は第１のヨーク部に設けられた位置検出素子６４からの位置信号を増幅する増幅回路である。前記２つの信号は演算装置９２に加えられ、ボイスコイルモータの制御信号を演算する。ボイスコイルモータ駆動ドライバー９３により、この演算に基づく制御信号を増幅し、ボイスコイルモータを駆動する。

内枠２９Ｌ、２９Ｒを駆動する２基のボイスコイルモータは、第１のヨーク部６７Ｌと第２のヨーク部６２Ｌ及び、第１のヨーク部６７Ｒと第２のヨーク部６２Ｒで構成されている。左右方向の手振れ等の振動成分は内枠２９Ｌ、２９Ｒに設けた角速度センサー６８Ｌ、６８Ｒで検出し、この角速度信号と第１のヨーク部に設けた位置検出素子６４Ｌ、６４Ｒからの位置信号とで内枠２９Ｌ、２９Ｒの動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成している。
図中７０Ｌ、７０Ｒは角速度センサー６８Ｌ、６８Ｒからの信号を増幅する増幅回路、７１Ｌ、７１Ｒは第１のヨーク部６７Ｌ、６７Ｒに設けられた位置検出素子６４Ｌ、６４Ｒからの位置信号を増幅する増幅回路である。前記左右それぞれ２つの信号は演算装置９２に加えられ、ボイスコイルモータの制御信号を演算し、ボイスコイルモータ駆動ドライバー９３Ｌ、９３Ｒにより、この演算に基づく制御信号を増幅し、ボイスコイルモータを駆動する。

基本的には、ジンバル懸架装置３０を構成する内枠２９Ｌ、２９Ｒ及び中枠２８をサーボ制御するためには、図６で説明したボイスコイル駆動回路をそれぞれ３式独立に設ける。この方式では、中枠、内枠の持つ機械特性の差を制御回路で個別に演算制御するという特徴を有する。

図７は、ジンバル懸架装置の内枠２９Ｌ、２９Ｒを同期して駆動するボイスコイルモータの駆動例を示すブロック図である。

内枠２９Ｌ、２９Ｒのサーボ制御にあたっては、図７に示すように内枠２９Ｌ、２９Ｒのいずれかに装着した角速度センサーの角速度信号を共用することが可能である。図７では左側内枠２９Ｌに装着した角速度センサー６８Ｌを使用した場合を示している。左側内枠２９Ｌと右側内枠２９Ｒは、共通の角速度信号と、それぞれの位置検出素子６４Ｌ、６４Ｒからの位置信号とで内枠２９Ｌ、２９Ｒの動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成しているので、内枠２９Ｌと内枠２９Ｒは同期して駆動する。また角速度センサーが１個省略できるので、コスト削減上も有効である。

図８は左右の内枠いずれかに（図８では左側内枠２９Ｌ）装着する角速度センサーに上下方向、左右方向の振動成分を検出可能な２軸角速度センサー９０を用いる駆動例を示すブロック図である。

図８は図７中の角速度センサー６８を取り除き、内枠２９Ｌの角速度センサー６８Ｌの代わりに上下方向、左右方向の振動成分を検出可能な２軸角速度センサー９０を装着している。

中枠２８を駆動するボイスコイルモータは、第１のヨーク部６７と第２のヨーク部６２で構成されている。上下方向の手振れ等の振動成分は左側内枠２９Ｌに設けた２軸角速度センサー９０で検出し、この上下方向成分の角速度信号と第１のヨーク部に設けた位置検出素子６４からの位置信号で中枠の２８の動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成している。

内枠２９Ｌ、２９Ｒのサーボ制御にあたっては、左側内枠２９Ｌに装着した２軸角速度センサー９０の左右方向の角速度信号を共用することが可能である。左側内枠２９Ｌと右側内枠２９Ｒは、共通の角速度信号と、それぞれの位置検出素子６４Ｌ、６４Ｒからの位置信号とで内枠２９Ｌ、２９Ｒの動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成しているので、内枠２９Ｌと内枠２９Ｒは同期して駆動する。この方式は角速度センサーとして２軸角速度センサーは１個で済むので、コスト削減に効果がある。

１、２４Ｌ、２４Ｒ正立プリズム
２１Ｌ、２１Ｒ望遠鏡
２３Ｌ、２３Ｒ対物レンズ
２５Ｌ、２５Ｒ接眼レンズ
６、７、２２Ｌ、２２Ｒ光軸
８、８’、２０筐体
１０、３０ジンバル懸架装置
３１固定ヨーク
３２、６１、６１Ｌ、６６Ｒ永久磁石
３３、６３、６３Ｌ、６３Ｒコイル
３６、６４、６４Ｌ、６４Ｒ位置検出素子
３５、４３、６５、６５Ｌ、６５Ｒ支持板
６６、６６Ｌ、６６Ｒ第１のヨーク部のヨーク板
６０、６０Ｌ、６０Ｒ第２のヨーク部のヨーク板
２７外枠
２８中枠
２９Ｌ、２９Ｒ内枠
２５第１の回動軸
２６Ｒ第２の回動軸
２６Ｌ第３の回動軸
６８、６８Ｌ、６８Ｒ角速度センサー
６９駆動回路基板
９０２軸角速度センサー
９２演算装置（マイクロコンピュータ）
９３、９３Ｌ、９３Ｒボイスコイルモータ駆動ドライバー

Claims

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左右望遠鏡の一対で構成した双眼鏡光学系を有する像安定化装置であって、
左右望遠鏡の対物レンズと接眼レンズを固定的に保持する筺体と、
前記筐体に対して固定された外枠と、
左右望遠鏡の光軸を含む面内で左右方向に延びる第１の回動軸を持ち、前記外枠に対して回動自在に装着した横長の中枠と、
第１の回動軸と右側望遠鏡の光軸の交点を通り上下方向に延びる第２の回動軸を持ち、前記中枠に対して回動自在に装着した右側内枠と、
第１の回動軸と左側望遠鏡の光軸の交点を通り上下方向に延びる第３の回動軸を持ち、前記中枠に対して回動自在に装着した左側内枠とを有するジンバル懸架装置を有し、
前記右側内枠と左側内枠は、左右望遠鏡の正立プリズムを備え、
前記ジンバル懸架装置は角速度センサーを備え、
前記ジンバル懸架装置は、中枠と右側内枠及び左側内枠をそれぞれ回動させる３基のボイスコイルモータを備え、
前記ボイスコイルモータは、コイルの中空部に位置検出素子を配置したコイル部材を装着した第１のヨーク部と、永久磁石を装着した第２のヨーク部とを有し、
前記右側内枠と前記左側内枠をそれぞれ独立して制御することを特徴とする像安定化装置。
前記ジンバル懸架装置の中枠に３基のボイスコイルモータそれぞれの第１のヨーク部を装着したことを特徴とした請求項１記載の像安定化装置。
前記ジンバル懸架装置の右側内枠もしくは左側内枠の少なくともいずれか一方に角速度センサーを装着し、角速度センサーからの信号と前記ボイスコイルモータの位置検出素子からの信号を演算装置に入力し、演算装置で演算された制御信号で前記ボイスコイルモータを駆動制御する制御装置を持つことを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の像安定化装置。