JP3803183B2

JP3803183B2 - 光学装置の架台およびその固有振動周波数の決定方法

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Publication number: JP3803183B2
Application number: JP29152797A
Authority: JP
Inventors: 茂男榎本
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JPH11122514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像振れ補正機能を備えた監視カメラ等の光学装置を固定する架台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば交通監視等を行なうためにビデオカメラを戸外に設置することが行なわれている。ビデオカメラを戸外に設置すると強風時や大型車両の通過時等にビデオカメラに激しい像振れが発生することがある。このような像振れを防止するためには、ビデオカメラを設置する架台の剛性を高めるとともに、ビデオカメラを架台に強固に固定することが要求される。しかしながら、カメラレンズの焦点距離が長くなるとわずかな揺れでも激しい像振れを引き起こすため、架台の剛性を高めたり、ビデオカメラの固定を強固にしても限界があり、像振れを完全に除去することは困難である。
【０００３】
一方、近年像振れ補正機能を備えた光学装置が知られている。像振れの補正機能は観察像のずれを補正する補正光学系、光学装置の光軸の角速度を検出するジャイロセンサを有しており、ジャイロセンサが検出した角速度から光学装置の光軸の振れ角度情報を求め、光学装置の光軸の移動を打ち消す方向にアクチュエータ等で補正光学系を駆動することにより光学装置の像振れを補正する。通常の手振れの周波数の上限は約２０Ｈｚであるのに対し、従来のジャイロセンサが検出可能な角速度の周波数の上限は約４０Ｈｚであるため、手振れによる光学装置の光軸の角速度は従来のジャイロセンサにより検出可能である。このような像振れ補正機能を戸外に設置するビデオカメラにも適用して像振れを補正することが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにビデオカメラを設置する架台は高剛性で作られているため固有振動周波数が高くなり、強風時や大型車両の通過時などに大地や建物の振動に架台の固有振動周波数に近い成分が含まれていると、ビデオカメラが架台の固有振動周波数に共振して揺れる。また架台に何らかの外力が加わると、ビデオカメラは架台の固有振動周波数で振動しやすい。その周波数は５０Ｈｚを超える高周波でありジャイロセンサの角速度検出の機能を超えているため、ジャイロセンサから出力される光軸の角速度は正確なものとはならない。従って、ビデオカメラを戸外に設置して使用する場合、像振れ補正機能をビデオカメラに備えるだけでは像振れを完全に補正することはできないという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、像振れ補正機能を備えた光学装置を設置する架台において、像振れ補正機能が正常に作動できるよう光学装置を支持する架台を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる光学装置の架台は、光学装置の光軸を含む第１の平面内および光軸を含みかつ第１の平面に直交する第２の平面内における光軸の単位時間当たりの変位量を検出する光軸変位量検出手段と、光軸変位量検出手段が検出した変位量をもとに光軸の位置情報を求める光軸位置演算手段と、光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、補正光学系を駆動する補正光学系駆動手段と、補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、光軸位置演算手段が出力する光軸の位置情報と位置検出手段が出力する補正光学系の位置情報との差分が解消されるように補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する光学装置を固定する架台であって、光学装置が固定された状態での固有振動周波数が、光軸変位量検出手段が検出可能な周波数及び補正光学系の駆動手段が駆動可能な周波数の帯域内に設定されていることを特徴とし、光学装置は例えばビデオカメラである。
【０００７】
光軸変位量検出手段は例えば、光軸の振れの角速度を検出し、光軸位置演算手段は、光軸変位量検出手段が出力する光軸の振れの角速度を積分することにより光軸の振れの角度情報に変換して出力する。
【０００８】
好ましくは、固有振動周波数が、光軸変位量検出手段が検出可能な周波数及び補正光学系の駆動手段が駆動可能な周波数の帯域内におさまるよう、光学装置と架台との連結部材の捩ればね係数が設定されている。
【０００９】
例えば、第１の平面と平行でかつ光軸に直交する第１の中心軸を有する一対の第１の支持部材で光学装置を支持する第１の支持体と、第２の平面と平行でかつ光軸に直交する第２の中心軸を有する一対の第２の支持部材で第１の支持体を支持する第２の支持体とを有し、光学装置は第１の中心軸を中心として回動可能であり、第１の支持体は第２の中心軸を中心として回動可能である。
【００１０】
第１の支持部材は例えば、光学装置に固定された第１の固定部と、第１の支持体に固定された第２の固定部と、第１の固定部と第２の固定部を一体的に連結し第１の中心軸を中心として捩ることが可能な弾性部材からなる第１の連結部とを有し、第２の支持部材は例えば、第１の支持体に固定された第３の固定部と、第２の支持体に固定された第４の固定部と、第３の固定部と第４の固定部を一体的に連結し第２の中心軸を中心として捩ることが可能な弾性部材からなる第２の連結部と有する。
【００１１】
好ましくは固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、第１および第２の連結部の捩ればね係数が設定されている。
【００１２】
好ましくは固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、第１および第２の連結部の捩ればね係数と光学装置が固定された際の架台の質量および慣性モーメントが設定されている。
【００１３】
第１の支持部材は例えば、光学装置に固定された第１の固定部と、第１の支持体に固定された第２の固定部と、第１の固定部と第２の固定部を連結し第１の中心軸を中心として回転可能な第１の連結部と、第１の連結部の外周囲に巻き回された第１の弾性部材とを有し、第２の支持部材は、第１の支持体に固定された第３の固定部と、第２の支持体に固定された第４の固定部と、第３の固定部と第４の固定部を連結し第２の中心軸を中心として回転可能な第２の連結部と、第２の連結部の外周囲に巻き回された第２の弾性部材とを有する。
【００１４】
好ましくは、第１の中心軸と第２の中心軸が直交し、光学装置の重心が第１の中心軸と第２の中心軸の交点に位置する。
【００１５】
第１の支持体および第２の支持体が例えば中空の角筒形状を有し、第１の支持体の中空部に光学装置が配設され、第２の支持体の中空部に第１の支持体が配設されている。
【００１６】
また、本発明に係る光学装置の架台は、光学装置の光軸の角速度検出手段と、角速度検出手段の出力を積分して光軸の振れ角度情報に変換する積分手段と、光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、積分手段が出力する光軸の振れ角度情報と位置検出手段が出力する補正光学系の位置情報との差分が解消されるように補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する像振れ補正機能を備えた光学装置を固定する架台であって、光学装置が固定された状態での固有振動周波数を、角速度検出手段が検出可能な振動周波数の範囲内におさまるよう低下させる固有振動周波数調整手段を有することを特徴とする。
【００１７】
固有振動周波数調整手段は例えば、架台において光学装置を支持する支持体と光学装置とを連結する弾性を有する連結部であり、固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、連結部の弾性特性が設定されている。
【００１８】
また、本発明に係る光学装置の架台の固有振動周波数の決定方法は、光学装置の光軸の角速度検出手段と、角速度検出手段の出力を積分して光軸の振れ角度情報に変換する積分手段と、光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、積分手段が出力する光軸の振れ角度情報と位置検出手段が出力する補正光学系の位置情報との差分が解消されるように補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する像振れ補正機能を備えた光学装置を固定する架台において、下記の式によって求まる架台の固有振動周波数ｆを、角速度検出手段が検出可能な周波数帯域内である２０Ｈｚ以下に定めるべく、架台と光学装置との連結部の捩ればね係数Ｋと、光学装置を固定した際の架台の慣性モーメントＪが決定されるよう、連結部および架台の構成要件を設計することを特徴とする。
【数３】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、本明細書において「縦」とは本発明の実施形態に係る像振れ補正機構を備えた光学機器の通常の使用状態における鉛直方向を指し、「横」とは「縦」に直交する方向を指す。
図１は、本発明に係る第１実施形態が適用されるビデオカメラの撮影光学系と撮像素子を示す斜視図である。
撮影光学系は対物レンズ７０と、レンズ支持枠２５に保持された補正レンズ２８を有している。レンズ支持枠２５は補正レンズ２８の光軸ＯＰに直交する平面２５Ｘを有する平板であり、その平面と平行な面における断面外輪郭の形状は略方形である。レンズ支持枠２５の図１における上端面２５Ａは、平面２５Ｘに対して垂直であり、かつ光軸ＯＰを含む横方向に延びる面と平行である。また、レンズ支持枠２５の図１における右端面２５Ｂは、平面２５Ｘに対して垂直であり、かつ光軸ＯＰを含む縦方向に延びる面と平行である。上端面２５Ａと右端面２５Ｂは隣接し互いに直交しており、それぞれ凹部２６、２７が設けられている。
【００２０】
対物レンズ７０を通過した光束は補正レンズ２８を通過し、撮像素子８０に導かれ、撮像素子８０に被写体像が結像される。すなわち、補正レンズ２８が対物レンズ７０と撮像素子８０の間に位置決めされるよう、レンズ支持枠２５は光学機器内に配設される。また、本明細書において「基準位置」とは、補正レンズ２８の光軸ＯＰが対物レンズ７０等の他の光学系の光軸と一致する位置を指す。
【００２１】
凹部２６には、第１の直動型アクチュエータ１３１が配設されている。第１の直動型アクチュエータ１３１は例えば直動型のソレノイドで、駆動コイル収納部１３１ａと、駆動コイル収納部１３１ａに対して進退の移動動作を行うシャフト１３１ｂとから成る。シャフト１３１ｂの進退の方向および移動量は、駆動コイル収納部１３１ａ内の駆動コイル（図示せず）へ印加される電圧の大きさと方向により決定される。駆動コイル収納部１３１ａは光学機器の外枠の内壁面（図示せず）に固定されており、シャフト１３１ｂの先端は面２６ａに当接している。
【００２２】
凹部２７には、第２の直動型アクチュエータ１３２が配設されている。第２の直動型アクチュエータ１３２は第１の直動型アクチュエータ１３１と同様の構成を有しており、シャフト１３２ｂは駆動コイル収納部１３２ａ内の駆動コイル（図示せず）への印加電圧の大きさと方向に基づいて、進退の移動動作を行う。駆動コイル収納部１３２ａは光学機器の外枠の内壁面（図示せず）に固定されており、シャフト１３２ｂの先端は面２７ａに当接している。
【００２３】
右端面２５Ｂにはレンズ支持枠２５の内部に向かって、上端面２５Ａと平行に延び、所定の深さを有する穴２９ａ、２９ｂが上端部および下端部近傍に穿設されている。コの字型のガイドバー６１は、それぞれの軸方向が平行である横方向ガイド部６１ａ、６１ｂと、横方向ガイド部６１ａと６１ｂを連結する縦方向ガイド部６１ｃとからなる。縦方向ガイド部６１ｃの軸方向の長さは、穴２９ａ、２９ｂの間の距離に略等しい。穴２９ａにはガイドバー６１の横方向ガイド部６１ａ、穴２９ｂには横方向ガイド部６１ｂがそれぞれ摺動可能に挿入されている。
【００２４】
ガイドバー６１の縦方向ガイド部６１ｃは光学機器の外枠の内壁面に形成された突起部１１を挿通し、縦方向に往復動可能に突起部１１に支持されている。
【００２５】
レンズ支持枠２５の上端面２５Ａと右端面２５Ｂが直交する角部の近傍にはピン１５１が突出している。ピン１５１にはコイルバネ１５２の端部１５２ａが固定されている。コイルバネ１５２のもう一方の端部１５２ｂは、光学機器の外枠の内壁の突起部（図示せず）に掛けられており、レンズ支持枠２５を光軸ＯＰに垂直な面において光軸点に向かって４５度方向で近づく方向に付勢している。すなわち、コイルバネ１５２は、第１の直動型アクチュエータ１３１のシャフト１３１ｂおよび第２の直動型アクチュエータ１３２のシャフト１３２ｂの先端部が、常に凹部２６の面２６ａ、凹部２７の面２７ａにそれぞれ均等の付勢力で当接するように、レンズ支持枠２５を付勢している。
【００２６】
レンズ支持枠２５には、横方向位置検出用の第１のスリット２０８と、縦方向位置検出用の第２のスリット２１１が穿設されている。第１のスリット２０８は面２５Ｘと平行な面で切断した断面形状の長手方向が第１の直動型アクチュエータ１３１のシャフト１３１ｂの進退方向と直交する方向に延び、第２のスリット２１１は面２５Ｘと平行な面で切断した断面形状の長手方向が第２の直動型アクチュエータ１３２のシャフト１３２ｂの進退方向と直交する方向に延びている。第１のＬＥＤ２０７は、レンズ支持枠２５から所定の間隔だけ離れかつ第１のスリット２０８に対応する位置に配設され、レンズ支持枠２５を挟んで第１のＬＥＤ２０７の反対側には第１の１次元ＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）２０４が配設されている。第２のＬＥＤ２１２は、レンズ支持枠２５から所定の間隔だけ離れかつ第２のスリット２１１に対応する位置に配設され、レンズ支持枠２５を挟んで第２のＬＥＤ２１２の反対側には第２の１次元ＰＳＤ２０９が配設されている。
【００２７】
レンズ支持枠２５の横方向の位置は、第１のＬＥＤ２０７から出射される光束が第１のスリット２０８を通過し第１の１次元ＰＳＤ２０４上に照射される位置により検出され、レンズ支持枠２５の縦方向の位置は、第２のＬＥＤ２１２から出射される光束が第２のスリット２１１を通過し第２の１次元ＰＳＤ２０９上に照射される位置により検出される。
【００２８】
第１の直動型アクチュエータ１３１の駆動コイル収納部１３１ａの駆動コイルに特定方向の電圧を印加するとシャフト１３１ｂはｘ１方向に突出し、レンズ支持枠２５はｘ１方向に変位される。駆動コイルに反対方向の電圧を印加するとシャフト１３１ｂはｘ２方向に引き込まれ、コイルバネ１５２の付勢力によりレンズ支持枠２５はｘ２方向に変位される。
【００２９】
第２の直動型アクチュエータ１３２の駆動コイル収納部１３２ａの駆動コイルに特定方向の電圧を印加するとシャフト１３２ｂはｙ１方向に突出し、レンズ支持枠２５はｙ１方向に変位される。駆動コイルに反対方向の電圧を印加するとシャフト１３２ｂはｙ２方向に引き込まれ、コイルバネ１５２の付勢力によりレンズ支持枠２５はｙ２方向に変位される。
【００３０】
図２は、第１実施形態のビデオカメラの像振れ補正の制御回路において横方向の像振れ補正を行う回路構成を示す図である。横方向ジャイロセンサ２００から手振れ等によるビデオカメラの横方向の光軸の角速度を示す信号が出力される。横方向ジャイロセンサ２００には横方向増幅器２１０が接続されており、横方向ジャイロセンサ２００から出力された光軸の角速度を示す信号が増幅される。積分回路２２０は演算増幅器２２１、抵抗Ｒ２２２およびコンデンサＣ２２３から構成される。横方向増幅器２１０から出力された増幅信号は抵抗Ｒ２２２を介して演算増幅器２２１の反転入力端子（−）に入力される。演算増幅器２２１において、非反転入力端子（＋）は接地されており、反転入力端子と出力端子の間にはコンデンサＣ２２３が接続されている。
【００３１】
積分回路２２０には比較増幅器２３０が接続されている。積分回路２２０の出力信号は比較増幅器２３０の反転入力端子に入力される。比較増幅器２３０の出力端子には電力増幅器２４０が接続され、電力増幅器２４０には第１のアクチュエータ１３１が接続されている。
【００３２】
横方向位置センサ２５０は、第１のＬＥＤ２０７と第１の１次元ＰＳＤ２０４（図１参照）からなり、補正レンズ２８の横方向の位置情報を示す信号を出力する。横方向位置センサ２５０は比較増幅器２３０の非反転入力端子に接続されており、横方向位置センサ２５０から出力される補正レンズ２８の横方向の位置情報が入力される。
【００３３】
比較増幅器２３０は、積分回路２２０から入力される角度ぶれ信号と、横方向位置センサ２５０から入力される補正レンズ２８の位置情報の信号とが相殺される方向および速さで補正レンズ２８が駆動されるよう、第１のアクチュエータ１３１の駆動信号を出力する。
【００３４】
図３はビデオカメラを本実施形態の架台に設置した場合の斜視図である。ビデオカメラ１０はカメラ本体１１とレンズ鏡筒１２を有している。レンズ鏡筒１２は光軸ＯＰを有する撮影レンズ（図示せず）を支持している。架台２０は第１の支持体３０と第２の支持体４０を備えている。第１および第２の支持体３０、４０はそれぞれ中空の角筒形状を有しており、カメラ本体１１は第１の支持体３０の中空部内に配設され、第１の支持体３０は第２の支持体４０の中空部内に配設されている。第２の支持体４０は雲台５０に固定されている。
【００３５】
図４は図３のビデオカメラ１０と架台２０をレンズ鏡筒１２の側から見た平面図である。
カメラ本体１１は一対の第１の支持部材３１、３２により第１の支持体３０の中空内に支持されている。第１の支持部材３１はカメラ本体１１の側面１１Ｒに固定された固定部３１ａ、第１の支持体３０の内側面３０Ｒに固定された固定部３１ｂ、固定部３１ａと固定部３１ｂを一体的に連結する円柱形の連結部３１ｃとを有する。同様に第１の支持部材３２は、カメラ本体１１の側面１１Ｌに固定された固定部３２ａ、第１の支持体３０の内側面３０Ｌに固定された固定部３２ｂ、固定部３２ａと固定部３２ｂを一体的に連結する円柱形の連結部３２ｃとを有する。連結部３１ｃおよび３２ｃは、光軸ＯＰに直交する第１の中心軸Ｘを中心として捩ることが可能な弾性部材からなる。
【００３６】
第１の支持体３０は一対の第２の支持部材４１、４２により第２の支持体４０の中空内に支持されている。第２の支持部材４１は第１の支持体３０の外側面３０Ｔに固定された固定部４１ａ、第２の支持体４０の内側面４０Ｔに固定された固定部４１ｂ、固定部４１ａと固定部４１ｂを一体的に連結する円柱形の連結部４１ｃとを有する。同様に第２の支持部材４２は、第１の支持体３０の外側面３０Ｂに固定された固定部４２ａ、第２の支持体４０の内側面４０Ｂに固定された固定部４２ｂ、固定部４２ａと固定部４２ｂを一体的に連結する円柱形の連結部４２ｃとを有する。連結部４１ｃおよび４２ｃは、光軸ＯＰに直交しかつ第１の中心軸Ｘに直交する第２の中心軸Ｙを中心として捩ることが可能な弾性部材からなる。
【００３７】
すなわち、カメラ本体１１の第１の中心軸Ｘの周りの固有振動の周波数は一対の第１の支持部材３１、３２の連結部３１ｃ、３２ｃの捩ればね係数により決定され、カメラ本体１１の第２の中心軸Ｙの周りの固有振動の周波数は一対の第２の支持部材４１、４２の連結部４１ｃ、４２ｃの捩ればね係数により決定される。
【００３８】
ここで、各連結部の捩ればね係数と架台の固有振動周波数の関係について説明する。連結部３１ｃ、３２ｃの捩ればね係数Ｋは、連結部の直径Ｄ、横弾性係数Ｇ、長さＬより求まる。
【００３９】
【数１】

【００４０】
一方、カメラ本体１１と撮影レンズを含めた慣性モーメントＪは、カメラ本体１１と撮影レンズとを含めて長手方向が光軸ＯＰに沿っている直方体と近似した場合の直方体の長さａ、高さｈ、質量Ｍより求まる。
【００４１】
【数２】

【００４２】
連結部３１ｃ、３２ｃの中心軸Ｘ周りの固有振動周波数ｆは、連結部３１ｃ、３２ｃの捩ればね係数Ｋおよび上記慣性モーメントＪより求まる。
【００４３】
【数３】
【００４４】
連結部４１ｃ、４２ｃの中心軸Ｙ周りの固有振動周波数は、連結部４１ｃ、４２ｃの捩ればね係数と、カメラ本体１１、撮影レンズ、第１の支持体３０を含めた慣性モーメントより求まる。
【００４５】
従来の像振れ補正機能で補正可能な固有振動周波数は約２０Ｈｚである。従って、各連結部の直径、長さ等の値を適宜調整して捩ればね係数を制御し、カメラ本体１１を架台２０に設置した際、光軸の振れの周波数を２０Ｈｚ以下におさめることにより、カメラ本体１１に備えられた像振れ補正機能による像振れ補正が可能となる。
【００４６】
一例として、カメラ本体１１と撮影レンズとを含めて長手方向が光軸ＯＰに沿っている直方体を、長さａが２５ｃｍ、幅ｂが７ｃｍ、高さｈが７ｃｍの直方体に近似する直方体とし、その質量Ｍが３ｋｇであると仮定する。連結部３１ｃ、３２ｃの直径Ｄが０．５ｃｍ、長さＬが０．５ｃｍ、弾性係数Ｇが０．８４ｘ１０¹⁰ｋｇｆ／ｍ²とした場合の連結部３１ｃ、３２ｃのばね係数Ｋと、カメラ本体１１と撮影レンズを含めた慣性モーメントＪと、および連結部３１ｃ、３２ｃの中心軸Ｘ周りの固有振動周波数ｆとを求める。連結部３１ｃ、３２ｃの直径Ｄが０．５ｃｍ、長さＬが０．５ｃｍ、弾性係数Ｇが０．８４ｘ１０¹⁰ｋｇｆ／ｍ²であることからそのばね係数Ｋは２０２Ｎ・ｍ／ｒａｄとなる。
【００４７】
【数４】

【００４８】
尚、（４）式中、横弾性係数Ｇに９．８を積算しているのは、横弾性係数Ｇの単位をＮ／ｍ²に変換するためである。
【００４９】
また、カメラ本体１１と撮影レンズとを含めて長手方向が光軸ＯＰに沿っている直方体と近似した場合の直方体の長さａが２５ｃｍ、高さｈが７ｃｍ、質量Ｍが３ｋｇであるため、カメラ本体１１と撮影レンズを含めた慣性モーメントＪは０．０１６９ｋｇ・ｍ²となる。
【００５０】
【数５】

【００５１】
連結部３１ｃ、３２ｃの捩ればね係数Ｋが２０２Ｎ・ｍ／ｒａｄであり、慣性モーメントＪが０．０１６９ｋｇ・ｍ²であることから、連結部３１ｃ、３２ｃの中心軸Ｘ周りの固有振動周波数ｆは１７．４Ｈｚとなる。
【００５２】
【数６】

【００５３】
以上のように、架台の固有振動周波数ｆは、従来の補正光学系で補正可能な振動周波数の範囲内、すなわち２０Ｈｚより低い値におさめられている。従って、強風や架台の設置場所における大きな振動により手振れ周波数の帯域外の揺れが発生しても、カメラの光軸の振れに像振れ補正機構が追従することができる。
【００５４】
さらに、第１の直動型アクチュエータ１３１および第２の直動型アクチュエータ１３２の駆動周波数を予め検出しておき、各連結部の捩ればね係数がその駆動周波数の帯域内に収まるよう各連結部の値を調整することも可能である。
【００５５】
図５は本発明の第２実施形態に係る架台を、ビデオカメラを配設した状態で撮影レンズの側から見た場合の平面図である。尚、第１実施形態と同様の部材には同一番号を付してある。
カメラ本体１１は一対の第１の支持部材３３、３４により第１の支持体３０の中空内に支持されている。第１の支持部材３３は、両端部がカメラ本体１１の外側面１１Ｒおよび第１の支持体３０の内側面３０Ｒに接している円柱状の支持柱３３ｃ、カメラ本体１１の外側面１１Ｒ上に配設され支持柱３３ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部３３ａ、第１の支持体３０の内側面３０Ｒ上に配設され支持柱３３ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部３３ｂ、支持柱３３ｃの周りに巻き回されたスクリューバネ３３ｄを有する。スクリューバネ３３ｄの両端部はそれぞれ軸受け部３３ａおよび３３ｂに固定されている。支持柱３３ｃは第１の支持体３０に対して回転可能である。
【００５６】
同様に第２の支持部材３４は、両端部がカメラ本体１１の外側面１１Ｌおよび第１の支持体３０の内側面３０Ｌに接している円柱状の支持柱３４ｃ、カメラ本体１１の外側面１１Ｌ上に配設され支持柱３４ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部３４ａ、第１の支持体３０の内側面３０Ｌ上に配設され支持柱３４ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部３４ｂ、支持柱３４ｃの周りに巻き回されたスクリューバネ３４ｄを有する。スクリューバネ３４ｄの両端部はそれぞれ軸受け部３４ａおよび３４ｂに固定され、支持柱３４ｃは第１の支持体３０に対して回転可能である。
【００５７】
第１の支持体３０は一対の第２の支持部材４３、４４により第２の支持体４０の中空内に支持されている。第２の支持部材４３は、両端部が第１の支持体３０の外側面３０Ｔおよび第２の支持体４０の内側面４０Ｔに接している円柱状の支持柱４３ｃ、第１の支持体３０の外側面３０Ｔ上に配設され支持柱４３ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部４３ａ、第２の支持体４０の内側面４０Ｔ上に配設され支持柱４３ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部４３ｂ、支持柱４３ｃの周りに巻き回されたスクリューバネ４３ｄを有する。スクリューバネ４３ｄの両端部はそれぞれ軸受け部４３ａおよび４３ｂに固定され、支持柱４３ｃは第２の支持体４０に対して回転可能である。
【００５８】
同様に第２の支持部材４４は、両端部が第１の支持体３０の外側面３０Ｂおよび第２の支持体４０の内側面４０Ｂに接している円柱状の支持柱４４ｃ、第１の支持体３０の外側面３０Ｂ上に配設され支持柱４４ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部４４ａ、第２の支持体４０の内側面４０Ｂ上に配設され支持柱４４ｃの端部が回転可能に篏合する軸受け部４４ｂ、支持柱４４ｃの周りに巻き回されたスクリューバネ４４ｄを有する。スクリューバネ４４ｄの両端部はそれぞれ軸受け部４４ａおよび４４ｂに固定され、支持柱４４ｃは第２の支持体４０に対して回転可能である。
【００５９】
本実施形態において、固有振動周波数はスクリューバネの捩ればね係数により決定される。固有振動周波数とスクリューバネの捩ればね係数との関係は第１実施形態における固有振動周波数と連結部の捩ればね係数と同様である。
【００６０】
以上のように、第１および第２実施形態によれば、像振れ補正機能を備えたビデオカメラを固定する架台において、固有振動周波数が手振れ周波数の帯域内に収まるよう、ビデオカメラを支持する部材の適正な捩ればね係数が、設計可能である。従って、強風や架台の設置場所における大きな振動により手振れ周波数の帯域外の揺れが発生しても、カメラの光軸の振れは、カメラに備えられた像振れ補正機能により補正可能な程度に抑えられる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば像振れ補正機能が正常に作動するよう光学装置を固定する架台が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態が適用されるカメラの像振れ補正機能の斜視図である。
【図２】第１実施形態が適用されるカメラの像振れ補正機能のブロック図である。
【図３】第１実施形態の架台と、架台に設置されたカメラを示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の架台と、架台に設置されたカメラを示す平面図である。
【図５】第２実施形態の架台と、架台に設置されたカメラを示す平面図である。
【符号の説明】
１０ビデオカメラ
２０架台
２５レンズ支持枠
２８補正レンズ
３０第１の支持体
４０第２の支持体
５０雲台
７０対物レンズ
８０撮像素子
１３１第１の直動型アクチュエータ
１３２第２の直動型アクチュエータ
２００ジャイロセンサ
２１０増幅器
２２０積分回路
２３０比較増幅器
２４０電力増幅器
２５０位置センサ

Claims

光学装置の光軸を含む第１の平面内および前記光軸を含みかつ前記第１の平面に直交する第２の平面内における前記光軸の単位時間当たりの変位量を検出する光軸変位量検出手段と、前記光軸変位量検出手段が検出した前記変位量をもとに前記光軸の位置情報を求める光軸位置演算手段と、前記光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、前記補正光学系を駆動する補正光学系駆動手段と、前記補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記光軸位置演算手段が出力する前記光軸の位置情報と前記位置検出手段が出力する前記補正光学系の位置情報との差分が解消されるように前記補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する光学装置を固定する架台であって、
前記光学装置が固定された状態での固有振動周波数が、前記光軸変位量検出手段が検出可能な周波数及び前記補正光学系の駆動手段が駆動可能な周波数の帯域内に設定されていることを特徴とする光学装置の架台。
前記光軸変位量検出手段が前記光軸の振れの角速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学装置の架台。
前記光軸位置演算手段が前記光軸変位量検出手段が出力する前記光軸の振れの角速度を積分することにより前記光軸の振れの角度情報に変換して出力することを特徴とする請求項２に記載の光学装置の架台。
前記固有振動周波数が、前記光軸変位量検出手段が検出可能な周波数及び前記補正光学系の駆動手段が駆動可能な周波数の帯域内におさまるよう、前記光学装置と前記架台との連結部材の捩ればね係数が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置の架台。
前記第１の平面と平行でかつ前記光軸に直交する第１の中心軸を有する一対の第１の支持部材で前記光学装置を支持する第１の支持体と、前記第２の平面と平行でかつ前記光軸に直交する第２の中心軸を有する一対の第２の支持部材で前記第１の支持体を支持する第２の支持体とを有し、前記光学装置は前記第１の中心軸を中心として回動可能であり、前記第１の支持体は前記第２の中心軸を中心として回動可能であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置の架台。
前記第１の支持部材は、前記光学装置に固定された第１の固定部と、前記第１の支持体に固定された第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部を一体的に連結し前記第１の中心軸を中心として捩ることが可能な弾性部材からなる第１の連結部とを有し、
前記第２の支持部材は、前記第１の支持体に固定された第３の固定部と、前記第２の支持体に固定された第４の固定部と、前記第３の固定部と前記第４の固定部を一体的に連結し前記第２の中心軸を中心として捩ることが可能な弾性部材からなる第２の連結部と有することを特徴とする請求項５に記載の光学装置の架台。
前記固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、前記第１および第２の連結部の捩ればね係数が設定されていることを特徴とする請求項６に記載の光学装置の架台。
前記固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、前記第１および第２の連結部の捩ればね係数と前記光学装置が固定された際の前記架台の質量および慣性モーメントが設定されていることを特徴とする請求項６に記載の光学装置の架台。
前記第１の支持部材は、前記光学装置に固定された第１の固定部と、前記第１の支持体に固定された第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部を連結し前記第１の中心軸を中心として回転可能な第１の連結部と、前記第１の連結部の外周囲に巻き回された第１の弾性部材とを有し、
前記第２の支持部材は、前記第１の支持体に固定された第３の固定部と、前記第２の支持体に固定された第４の固定部と、前記第３の固定部と前記第４の固定部を連結し前記第２の中心軸を中心として回転可能な第２の連結部と、前記第２の連結部の外周囲に巻き回された第２の弾性部材とを有することを特徴とする請求項５に記載の光学装置の架台。
前記第１の中心軸と前記第２の中心軸が直交し、前記光学装置の重心が前記第１の中心軸と前記第２の中心軸の交点に位置することを特徴とする請求項５に記載の光学装置の架台。
前記第１の支持体および前記第２の支持体が中空の角筒形状を有し、前記第１の支持体の中空部に前記光学装置が配設され、前記第２の支持体の中空部に前記第１の支持体が配設されていることを特徴とする請求項５に記載の光学装置の架台。
前記光学装置がビデオカメラであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置の架台。
光学装置の光軸の角速度検出手段と、前記角速度検出手段の出力を積分して前記光軸の振れ角度情報に変換する積分手段と、前記光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、前記補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記積分手段が出力する前記光軸の振れ角度情報と前記位置検出手段が出力する前記補正光学系の位置情報との差分が解消されるように前記補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する像振れ補正機能を備えた光学装置を固定する架台であって、前記光学装置が固定された状態での固有振動周波数を、前記角速度検出手段が検出可能な振動周波数の範囲内におさまるよう低下させる固有振動周波数調整手段を有することを特徴とする光学装置の架台。
前記固有振動周波数調整手段は、前記架台において前記光学装置を支持する支持体と前記光学装置とを連結する弾性を有する連結部であり、前記固有振動周波数が２０Ｈｚ以下となるよう、前記連結部の弾性特性が設定されていることを特徴とする請求項１３に記載の光学装置の架台。
光学装置の光軸の角速度検出手段と、前記角速度検出手段の出力を積分して前記光軸の振れ角度情報に変換する積分手段と、前記光軸の振れに起因して発生する観察像のぶれを補正する補正光学系と、前記補正光学系の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記積分手段が出力する前記光軸の振れ角度情報と前記位置検出手段が出力する前記補正光学系の位置情報との差分が解消されるように前記補正光学系を駆動することにより観察像のぶれを補正する像振れ補正機能を備えた光学装置を固定する架台において、
下記の式によって求まる前記架台の固有振動周波数ｆを、前記角速度検出手段が検出可能な周波数帯域内である２０Ｈｚ以下に定めるべく、前記架台と前記光学装置との連結部の捩ればね係数Ｋと、前記光学装置を固定した際の前記架台の慣性モーメントＪが決定されるよう、前記連結部および前記架台の構成要件を設計することを特徴とする光学装置の架台の固有振動周波数の決定方法。