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JP7556685B2 - Gimbal device and camera system equipped with same - Google Patents

Gimbal device and camera system equipped with same Download PDF

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JP7556685B2
JP7556685B2 JP2019233855A JP2019233855A JP7556685B2 JP 7556685 B2 JP7556685 B2 JP 7556685B2 JP 2019233855 A JP2019233855 A JP 2019233855A JP 2019233855 A JP2019233855 A JP 2019233855A JP 7556685 B2 JP7556685 B2 JP 7556685B2
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Description

本発明は、ジンバル装置に関し、特に、カメラを取り付けて使用するジンバル装置、及びそれを備えたカメラシステムに関する。 The present invention relates to a gimbal device, and in particular to a gimbal device for mounting a camera, and a camera system equipped with the same.

特開２０１９－４５６９０号公報（特許文献１）には、ジンバル装置が記載されている。このジンバル装置は、Ｌ字形の第一、第二、第三アームでジンバル機構部を構成し、カメラを取り付ける装着ステージを三つの軸それぞれで片持ちさせ、一対のハンドルがベース部から同一方向に突出している。この基本状態において、ジンバル装置は、ジンバル機構部をベース部に対してハンドルと同じ側に位置させると共に、ベース部におけるハンドルの突出方向とは反対側の面が設置面に当接し、自立するように構成されている。また、第一、第二、第三アーム及びベース部を連結するように、第一、第二、第三モータが夫々設けられている。 JP 2019-45690 A (Patent Document 1) describes a gimbal device. In this gimbal device, a gimbal mechanism is formed of first, second, and third L-shaped arms, a mounting stage for mounting a camera is cantilevered on each of three axes, and a pair of handles protrude in the same direction from a base. In this basic state, the gimbal device is configured so that the gimbal mechanism is located on the same side of the base as the handles, and the surface of the base opposite the protruding direction of the handles abuts against the installation surface, allowing it to stand on its own. In addition, first, second, and third motors are provided to connect the first, second, and third arms to the base, respectively.

ジンバル装置に取り付けられたカメラを所望の向きに向ける際は、各モータを回動させ、各Ｌ字形のアーム間の相対的な角度を変化させる。ここで、特許文献１に記載されているような一般的な構造のジンバル装置においては、カメラの質量が各アーム及びモータ等の質量に対して十分に小さい場合には、第一、第二、第三モータの各回転軸の延長線が、夫々、装着ステージに取り付けられたカメラの重心点近傍を通る。換言すれば、各モータの回転軸の延長線の交点が、カメラの重心点と概ね一致するように調整されている。カメラの取り付けをこのように調整しておくことにより、カメラが如何なる向きに向けられた場合にも、カメラがその姿勢を維持するために各モータが発生する必要があるトルクを極めて小さくすることができる。 When the camera attached to the gimbal device is aimed in a desired direction, each motor is rotated to change the relative angle between each L-shaped arm. In a gimbal device of a general structure as described in Patent Document 1, if the mass of the camera is sufficiently small compared to the mass of each arm and motor, etc., the extension lines of the rotation axes of the first, second, and third motors each pass near the center of gravity of the camera attached to the mounting stage. In other words, the intersection of the extension lines of the rotation axes of each motor is adjusted so that it roughly coincides with the center of gravity of the camera. By adjusting the mounting of the camera in this way, it is possible to extremely reduce the torque that each motor needs to generate to maintain the camera's posture, regardless of the direction in which the camera is aimed.

特開２０１９－４５６９０号公報JP 2019-45690 A

しかしながら、例えば、ズーム機能を備えたカメラをジンバル装置に取り付けた場合には、カメラの重心点の位置が変化してしまうという問題がある。一般に、ズーム機能を備えたカメラのレンズ鏡筒は、設定された画角に応じて光軸方向に伸縮されるので、このレンズ鏡筒の伸縮と共にカメラ全体の重心点の位置も光軸方向に移動してしまう。このため、或る画角において、各モータの回転軸の延長線の交点がカメラの重心点と一致するように調整されていたとしても、カメラの画角を変化させることにより、重心点が移動されると、延長線の交点とカメラの重心点が一致しなくなる。このような場合には、カメラが静止している状態であっても、モータは、カメラがその姿勢を維持できるように、トルクを生成し続ける必要がある。 However, for example, when a camera with a zoom function is attached to a gimbal device, there is a problem in that the position of the center of gravity of the camera changes. Generally, the lens barrel of a camera with a zoom function expands and contracts in the optical axis direction according to the set angle of view, so the position of the center of gravity of the entire camera also moves in the optical axis direction as the lens barrel expands and contracts. For this reason, even if the intersection of the extension lines of the rotation axes of each motor is adjusted to coincide with the center of gravity of the camera at a certain angle of view, if the center of gravity moves due to changing the angle of view of the camera, the intersection of the extension lines and the center of gravity of the camera will no longer coincide. In such a case, even if the camera is stationary, the motor needs to continue generating torque so that the camera can maintain its posture.

この結果、ジンバル装置のモータは、カメラの方向を変えるために必要なトルクに加え、カメラの姿勢を維持するために必要なトルクも発生させることが要求され、モータに対する要求トルクが大きくなる。このため、より高出力なモータが必要となり、或いは、同一出力のモータを採用してもジンバル装置の応答性が低下してしまうという問題がある。 As a result, the motor of the gimbal device is required to generate the torque required to maintain the camera's attitude in addition to the torque required to change the camera's direction, and the torque required of the motor increases. This requires a motor with higher output, or there is a problem that the responsiveness of the gimbal device decreases even if a motor with the same output is used.

従って、本発明は、取り付けられたカメラの重心移動に対し、より低出力なモータで対応することができるジンバル装置、及びそれを備えたカメラを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention aims to provide a gimbal device that can accommodate the movement of the center of gravity of an attached camera using a lower-output motor, and a camera equipped with the gimbal device.

上述した課題を解決するために、本発明は、カメラを取り付けて使用するジンバル装置であって、カメラの光軸を所定の方向に向けて固定する取付面を備えたカメラマウント部を有し、カメラマウント部は、カメラの筐体の前縁を平行に向けて取り付けるように、前縁が直線状に構成され、さらに、カメラマウント部を、第１の軸線を中心に回動させる第１モータと、カメラマウント部と第１モータを連結する第１連結部材と、カメラマウント部を、第２の軸線を中心に回動させる第２モータと、第１モータと第２モータを連結する第２連結部材と、カメラマウント部を、第３の軸線を中心に回動させる第３モータと、第２モータと第３モータを連結する第３連結部材と、第３モータに連結され、ジンバル装置を支持するための支持部と、第１、第２、第３モータを制御する制御部と、を有し、第１、第２、第３の軸線は、互いに異なる方向に向けられると共に、第１、第２、第３の軸線のうちの少なくとも１本は、カメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、カメラマウント部には、その前縁と、カメラマウント部に取り付けられたカメラの光軸が直交するように、カメラが固定されると共に、カメラマウント部の前縁は、平行軸線に対して斜めに向くように形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a gimbal device for use with a camera attached, the gimbal device having a camera mount portion with an attachment surface for fixing the optical axis of the camera in a predetermined direction , the camera mount portion having a straight front edge so that the front edge of the camera housing is attached in a parallel manner, and further comprising a first motor for rotating the camera mount portion around a first axis, a first connecting member for connecting the camera mount portion and the first motor, a second motor for rotating the camera mount portion around a second axis, a second connecting member for connecting the first motor and the second motor, and a third motor for rotating the camera mount portion around a third axis. the first, second and third motors; a third connecting member connecting the second motor and the third motor; a support section connected to the third motor for supporting the gimbal device; and a control section for controlling the first, second and third motors, wherein the first, second and third axes are oriented in different directions from each other, and at least one of the first, second and third axes is a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount section, a camera is fixed to the camera mount section so that a front edge of the camera mount section is perpendicular to the optical axis of the camera mounted on the camera mount section, and the front edge of the camera mount section is formed to be oriented obliquely with respect to the parallel axis.

このように構成された本発明においては、カメラを取り付けたカメラマウント部と第１モータが第１連結部材によって連結され、第１モータと第２モータが第２連結部材によって連結され、第２モータと第３モータが第３連結部材によって連結される。第１、第２、第３モータは制御部によって制御されると共に、各モータがカメラマウント部を夫々回動させる第１、第２、第３の軸線は、互いに異なる方向に向けられている。また、第１、第２、第３の軸線のうちの少なくとも１本は、カメラマウント部の取付面と平行に向けられ、この平行軸線は、カメラマウント部の前縁に対して斜めに向けられている。 In the present invention thus configured, the camera mount unit to which the camera is attached is connected to the first motor by a first connecting member, the first motor and the second motor are connected by a second connecting member, and the second motor and the third motor are connected by a third connecting member. The first, second, and third motors are controlled by a control unit, and the first, second, and third axes along which the motors rotate the camera mount unit, respectively, are oriented in different directions. At least one of the first, second, and third axes is oriented parallel to the mounting surface of the camera mount unit, and this parallel axis is oriented obliquely with respect to the front edge of the camera mount unit .

このように構成された本発明によれば、平行軸線が、カメラマウント部の前縁に対して斜めに向けられているので、カメラの光軸方向の重心移動に対し、より低出力なモータで対応することができる。即ち、特許文献１に記載されているような、従来のジンバル装置においては、カメラマウント部に連結された第１モータの回転軸が、カメラの光軸に直交する方向に向けられている。このため、カメラの重心点が光軸方向に移動すると、この移動によって発生するモーメントを打ち消すために、第１モータのみがトルクを発生する。従って、カメラの重心点が移動した場合には、第１モータは、カメラの姿勢を維持するために、重心の移動距離とカメラの重量を乗じたトルクを余分に発生させる必要がある。 According to the present invention configured as described above, since the parallel axis is obliquely oriented with respect to the front edge of the camera mount , a motor with a lower output can be used to accommodate the movement of the center of gravity in the optical axis direction of the camera. That is, in the conventional gimbal device described in Patent Document 1, the rotation axis of the first motor connected to the camera mount is oriented in a direction perpendicular to the optical axis of the camera. Therefore, when the center of gravity of the camera moves in the optical axis direction, only the first motor generates torque to cancel the moment generated by this movement. Therefore, when the center of gravity of the camera moves, the first motor needs to generate extra torque equal to the movement distance of the center of gravity multiplied by the weight of the camera in order to maintain the attitude of the camera.

これに対して、上記のように構成された本発明によれば、平行軸線がカメラの光軸と直交する軸線に対して斜めに向けられている。このため、カメラの重心点の移動により発生するモーメントを打ち消すためのトルクを発生するモータが１つに集中せず、打ち消すためのトルクが複数のモータによって分担される。これにより、各モータ出力の余裕度が大きくなり、カメラの重心移動に対し、より低出力なモータで対応することが可能となる。 In contrast, according to the present invention configured as described above, the parallel axis is oriented at an angle to the axis perpendicular to the optical axis of the camera. As a result, the torque that cancels the moment generated by the movement of the camera's center of gravity is not concentrated in one motor, but the canceling torque is shared by multiple motors. This increases the margin of output for each motor, making it possible to respond to the movement of the camera's center of gravity with a motor with lower output.

本発明において、好ましくは、制御部は、第１、第２、第３モータのうち、少なくとも２つを同時に回動させることにより、カメラをピッチング運動させる。
また、本発明において、好ましくは、第１の軸線はカメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、制御部は、少なくとも第１モータ及び第２モータを同時に回動させることにより、カメラをピッチング運動させる。 In the present invention, the control section preferably causes at least two of the first, second and third motors to rotate simultaneously, thereby causing the camera to perform a pitching motion.
In the present invention, the first axis is preferably a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount portion, and the control unit causes the camera to perform a pitching motion by simultaneously rotating at least the first motor and the second motor.

さらに、本発明において、好ましくは、第１の軸線はカメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、カメラマウント部の前縁と、第１の軸線との為す角は１５度乃至７５度である。 Furthermore, in the present invention, the first axis is preferably a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount portion, and the angle between the front edge of the camera mount portion and the first axis is preferably 15 degrees to 75 degrees.

また、本発明において、好ましくは、第１の軸線はカメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、第２の軸線は、カメラマウント部に向けて上方に向くように、水平面に対して傾斜している。 In the present invention, the first axis is preferably a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount, and the second axis is inclined with respect to the horizontal plane so as to point upward toward the camera mount.

さらに、本発明は、カメラを支持するジンバル装置を備えたカメラシステムであって、本発明のジンバル装置と、このジンバル装置に取り付けられたカメラと、を有することを特徴としている。 Furthermore, the present invention provides a camera system equipped with a gimbal device that supports a camera, characterized in that it includes the gimbal device of the present invention and a camera attached to the gimbal device.

本発明のジンバル装置、及びそれを備えたカメラによれば、取り付けられたカメラの重心移動に対し、より低出力なモータで対応することができる。 The gimbal device of the present invention and the camera equipped with it can accommodate the movement of the center of gravity of the attached camera using a lower-output motor.

本発明の第１実施形態によるカメラシステムの外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing the appearance of a camera system according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第１実施形態によるカメラシステムの上面図である。FIG. 1 is a top view of a camera system according to a first embodiment of the present invention. 従来のジンバル装置における各モータの回転軸と、カメラの姿勢角の関係を模式的に表す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a schematic relationship between the rotation shafts of motors and the attitude angle of a camera in a conventional gimbal device. 本発明の第１実施形態によるジンバル装置における各モータの回転軸と、カメラの姿勢角の関係を模式的に表す説明図である。4 is an explanatory diagram illustrating a schematic relationship between the rotation shafts of the motors in the gimbal device according to the first embodiment of the present invention and the attitude angle of the camera. FIG. 本発明の第２実施形態によるカメラシステムの外観を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing the appearance of a camera system according to a second embodiment of the present invention.

次に、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態によるカメラシステムを説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるカメラシステムの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態によるカメラシステムの上面図である。 Next, a camera system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 is a perspective view showing the appearance of a camera system according to a first embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a top view of the camera system according to the first embodiment of the present invention.

図１に示すように、本実施形態のカメラシステム１は、ジンバル装置２と、このジンバル装置２に取り付けられたカメラ４から構成されている。
本実施形態のカメラシステム１は、ジンバル装置２の把持部に設けられたジョイスティックを操作することにより、カメラ４を所望の方向に向けることができる。また、ジンバル装置２の種々の動作モードを選択することにより、カメラ４の視野の振れを抑制しながら、撮影者の意図に沿った撮影をすることができる。 As shown in FIG. 1, a camera system 1 of this embodiment is composed of a gimbal device 2 and a camera 4 attached to this gimbal device 2.
In the camera system 1 of this embodiment, the camera 4 can be pointed in a desired direction by operating a joystick provided on a grip of the gimbal device 2. In addition, by selecting various operation modes of the gimbal device 2, it is possible to capture images according to the photographer's intentions while suppressing shaking of the field of view of the camera 4.

カメラ４は、本実施形態においては、動画撮影用のデジタルビデオカメラであり、ズーム機能を備えている。また、カメラ４は、ズーム機能により画角を変化させると、そのレンズ鏡筒４ａが伸縮するように構成されており、これに伴いカメラ４の重心位置も、カメラ４の光軸Ａに沿って移動される。なお、本実施形態においてカメラ４は、動画撮影用のデジタルビデオカメラであるが、動画撮影用、静止画撮影用の任意のカメラに本発明を適用することができる。 In this embodiment, the camera 4 is a digital video camera for shooting moving images, and has a zoom function. The camera 4 is also configured so that when the angle of view is changed by the zoom function, the lens barrel 4a expands and contracts, and accordingly, the center of gravity of the camera 4 moves along the optical axis A of the camera 4. Note that, although the camera 4 is a digital video camera for shooting moving images in this embodiment, the present invention can be applied to any camera for shooting moving images or still images.

図１に示すように、ジンバル装置２は、カメラ４を取り付けるためのカメラマウント部６と、このカメラマウント部６を、第１の軸線Ａ１を中心に回動させる第１モータ８と、第２の軸線Ａ２を中心に回動させる第２モータ１０と、第３の軸線Ａ３を中心に回動させる第３モータ１２と、を有する。さらに、ジンバル装置２は、カメラマウント部６と第１モータ８を連結する第１連結部材１４と、第１モータ８と第２モータ１０を連結する第２連結部材１６と、第２モータ１０と第３モータ１２を連結する第３連結部材１８と、撮影者によって把持される支持部である把持部２０と、を有する。 As shown in FIG. 1, the gimbal device 2 has a camera mount 6 for mounting the camera 4, a first motor 8 for rotating the camera mount 6 about a first axis A1, a second motor 10 for rotating the camera mount 6 about a second axis A2, and a third motor 12 for rotating the camera mount 6 about a third axis A3. The gimbal device 2 further has a first connecting member 14 for connecting the camera mount 6 to the first motor 8, a second connecting member 16 for connecting the first motor 8 to the second motor 10, a third connecting member 18 for connecting the second motor 10 to the third motor 12, and a gripping portion 20 that is a support portion to be gripped by the photographer.

また、図１は、ジンバル装置２の基本状態を示しており、この基本状態においては、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３は、互いに異なる方向に向けられると共に、互いに直交している。さらに、基本状態においては、カメラ４のレンズ鏡筒４ａはワイド端（レンズ鏡筒４ａが最も短くなった状態）に設定され、この状態におけるカメラ４の重心は点Ｇ１に位置する。なお、以下では、カメラ１の質量に対して、第１乃至第３連結部材、及び第１乃至第３モータの質量は十分小さく、無視できるものとして説明する。 Figure 1 also shows the basic state of the gimbal device 2, in which the first axis A1, second axis A2, and third axis A3 are oriented in different directions and are perpendicular to one another. Furthermore, in the basic state, the lens barrel 4a of the camera 4 is set to the wide end (the state in which the lens barrel 4a is at its shortest), and the center of gravity of the camera 4 in this state is located at point G1. In the following description, it is assumed that the masses of the first to third connecting members and the first to third motors are sufficiently small compared to the mass of the camera 1 that they can be ignored.

図２に示すように、カメラマウント部６は、カメラ４を固定するようになった平面の取付面６ａを備えたプレート状の部材である。また、本実施形態においては、図１に示す基本状態において、取付面６ａは、第１の軸線Ａ１、及び第２の軸線Ａ２と平行に向けられ、第３の軸線Ａ３と直交するように向けられている。従って、本実施形態において、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２は、基本状態において取付面６ａと平行に向けられた平行軸線である。 As shown in FIG. 2, the camera mount 6 is a plate-like member with a flat mounting surface 6a for fixing the camera 4. In this embodiment, in the basic state shown in FIG. 1, the mounting surface 6a is oriented parallel to the first axis A1 and the second axis A2, and perpendicular to the third axis A3. Therefore, in this embodiment, the first axis A1 and the second axis A2 are parallel axes oriented parallel to the mounting surface 6a in the basic state.

また、カメラマウント部６は、その前縁６ｂと、カメラ４の筐体の前縁４ｂが平行になるよう、カメラ４を取り付けるように構成されている。これにより、カメラ４は、その光軸Ａと、カメラマウント部６の前縁が直交するように、カメラマウント部６に取り付けられる。また、この状態では、カメラマウント部６の取付面６ａと、カメラ４の光軸Ａは、平行に向けられる。 The camera mount section 6 is configured to mount the camera 4 so that its front edge 6b is parallel to the front edge 4b of the housing of the camera 4. As a result, the camera 4 is mounted to the camera mount section 6 so that its optical axis A is perpendicular to the front edge of the camera mount section 6. In this state, the mounting surface 6a of the camera mount section 6 and the optical axis A of the camera 4 are oriented parallel to each other.

第１モータ８は、第１連結部材１４と第２連結部材１６を相対的に回動させるように設けられ、第１連結部材１４を介してカメラマウント部６に連結されている。第１モータ８は、第１連結部材１４を介してカメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第１の軸線Ａ１を中心に回動させるように構成されている。本実施形態において、第１連結部材１４はＬ字形に屈曲して形成されており、これにより、カメラマウント部６の取付面６ａは、第１の軸線Ａ１よりも、図１における下方に位置し、取付面６ａに取り付けられたカメラ４の重心点Ｇ１は、ほぼ第１の軸線Ａ１上に位置している。 The first motor 8 is provided to rotate the first connecting member 14 and the second connecting member 16 relative to each other, and is connected to the camera mount unit 6 via the first connecting member 14. The first motor 8 is configured to rotate the camera mount unit 6 and the camera 4 attached thereto about the first axis A1 in the basic state via the first connecting member 14. In this embodiment, the first connecting member 14 is bent in an L-shape, so that the mounting surface 6a of the camera mount unit 6 is located below the first axis A1 in FIG. 1, and the center of gravity G1 of the camera 4 attached to the mounting surface 6a is located approximately on the first axis A1.

第２モータ１０は、第２連結部材１６と第３連結部材１８を相対的に回動させるように設けられ、第２連結部材１６を介して第１モータ８に連結されている。これにより、第２モータ１０は、第２連結部材１６、第１モータ８、及び第１連結部材１４を介して、カメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第２の軸線Ａ２を中心に回動させる。本実施形態において、第２連結部材１６は水平面内において屈曲して延びるように形成されており、これにより、第２の軸線Ａ２は、水平面内において第１の軸線Ａ１と直角に交わるように向けられる。また、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４の重心点Ｇ１は、概ね第１の軸線Ａ１と第２の軸線Ａ２の交点に位置している。 The second motor 10 is provided to rotate the second connecting member 16 and the third connecting member 18 relative to each other, and is connected to the first motor 8 via the second connecting member 16. As a result, the second motor 10 rotates the camera mount unit 6 and the camera 4 attached thereto about the second axis A2 in the basic state via the second connecting member 16, the first motor 8, and the first connecting member 14. In this embodiment, the second connecting member 16 is formed to bend and extend in a horizontal plane, and as a result, the second axis A2 is oriented to intersect the first axis A1 at a right angle in the horizontal plane. In addition, the center of gravity G1 of the camera 4 attached to the camera mount unit 6 is located approximately at the intersection of the first axis A1 and the second axis A2.

第３モータ１２は、第３連結部材１８と把持部２０を相対的に回動させるように設けられ、第３連結部材１８を介して第２モータ１０に連結されている。これにより、第３モータ１２は、第３連結部材１８、第２モータ１０、第２連結部材１６、第１モータ８、及び第１連結部材１４を介して、カメラマウント部６及びそれに取り付けられたカメラ４を、基本状態において、第３の軸線Ａ３を中心に回動させる。本実施形態において、第３の軸線Ａ３は鉛直方向に向けられている。また、第３連結部材１８は鉛直面内において屈曲して延びるように形成されており、これにより、第３の軸線Ａ３は、水平方向に向けられた第１の軸線Ａ１、及び第２の軸線Ａ２と夫々直角に交わる。即ち、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３は互いに直交している。また、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４の重心点Ｇ１は、概ね、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３の交点に位置している。 The third motor 12 is provided to rotate the third connecting member 18 and the gripping portion 20 relative to each other, and is connected to the second motor 10 via the third connecting member 18. As a result, the third motor 12 rotates the camera mount portion 6 and the camera 4 attached thereto about the third axis A3 in the basic state via the third connecting member 18, the second motor 10, the second connecting member 16, the first motor 8, and the first connecting member 14. In this embodiment, the third axis A3 is oriented in the vertical direction. In addition, the third connecting member 18 is formed to bend and extend within a vertical plane, so that the third axis A3 intersects at right angles with the first axis A1 and the second axis A2, which are oriented in the horizontal direction. In other words, the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 are perpendicular to each other. Furthermore, the center of gravity G1 of the camera 4 attached to the camera mount 6 is located approximately at the intersection of the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3.

把持部２０は、第３モータ１２に取り付けられた丸棒状の部材であり、第３モータ１２の下側から下方に向かって鉛直方向に延び、撮影者によって把持される。また、把持部２０の側面には操作部２０ａが設けられており、この操作部２０ａを操作することにより、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４を所望の方向に向けることができる。また、操作部２０ａを操作することにより、ジンバル装置２の作動モードを選択することができ、保持モード、追随モード等を設定することができる。 The grip unit 20 is a round bar-shaped member attached to the third motor 12, extends vertically downward from the underside of the third motor 12, and is held by the photographer. An operating unit 20a is provided on the side of the grip unit 20, and by operating this operating unit 20a, the camera 4 attached to the camera mount unit 6 can be aimed in a desired direction. By operating the operating unit 20a, the operating mode of the gimbal device 2 can be selected, and a holding mode, a tracking mode, etc. can be set.

さらに、把持部２０には、第１モータ８、第２モータ１０、及び第３モータ１２を制御する制御部２０ｂが内蔵されている。制御部２０ｂは、各モータに内蔵されたロータリーエンコーダ（図示せず）、及び把持部２０に内蔵されたジャイロセンサ（図示せず）等の検出信号に基づいて、カメラ４を所定の方向に向けるために必要な、各モータの回転角を計算する。制御部２０ｂは、計算された各モータの回転角に基づいて、各モータに制御信号を送り、カメラマウント部６に取り付けられたカメラ４の姿勢を制御するように構成されている。 Furthermore, the gripping unit 20 has a built-in control unit 20b that controls the first motor 8, the second motor 10, and the third motor 12. The control unit 20b calculates the rotation angle of each motor required to orient the camera 4 in a predetermined direction based on detection signals from a rotary encoder (not shown) built into each motor and a gyro sensor (not shown) built into the gripping unit 20. The control unit 20b is configured to send control signals to each motor based on the calculated rotation angle of each motor, and to control the attitude of the camera 4 attached to the camera mount unit 6.

また、本実施形態において、把持部２０は、鉛直方向に向けられた丸棒状の部材から構成されているが、把持部２０を種々の形状に構成することができる。例えば、把持部を、水平方向に向けられたベース部材と、その両端に設けられたハンドル部から構成される形態とすることもできる。或いは、把持部を、ジンバル装置２を種々の支持構造物に取り付けるための支持部として構成することもできる。 In addition, in this embodiment, the grip portion 20 is composed of a vertically oriented round bar-shaped member, but the grip portion 20 can be configured in various shapes. For example, the grip portion can be configured to be composed of a horizontally oriented base member with handle portions provided on both ends. Alternatively, the grip portion can be configured as a support portion for attaching the gimbal device 2 to various support structures.

ここで、上記のように、カメラ４の重心点Ｇ１（より厳密には、カメラ４及びカメラ４と一体となって回動する部分の重心点）は、各モータが回転する各軸線の交点と、ほぼ一致している。このため、カメラ４の重心に作用する重力が、各モータの軸線の周りに作用させる力のモーメントは実質的にゼロとなり、各モータが実質的にトルクを出力することなく、カメラ４は、任意の姿勢を維持することができる。 As described above, the center of gravity G1 of the camera 4 (more precisely, the center of gravity of the camera 4 and the part that rotates integrally with the camera 4) approximately coincides with the intersection of the axes about which each motor rotates. Therefore, the moment of force acting around the axis of each motor due to gravity acting on the center of gravity of the camera 4 is essentially zero, and the camera 4 can maintain any posture without each motor essentially outputting torque.

また、本実施形態のジンバル装置２において、第３モータ１２が、制御部２０ｂによって回動されることにより、カメラ４をヨーイング（鉛直軸を中心とした回動）させることができる。一方、カメラ４をローリング（カメラ４の光軸Ａを中心とした回動）させる場合、及びピッチング（水平面内でカメラ４の光軸Ａに直交する軸線を中心とした回動）させる場合には、主として第１モータ８及び第２モータ１０が、制御部２０ｂによって同時に回動される。 In addition, in the gimbal device 2 of this embodiment, the third motor 12 can be rotated by the control unit 20b to yaw (rotate around a vertical axis). On the other hand, when the camera 4 is to be rolled (rotated around the optical axis A of the camera 4) or pitched (rotated around an axis perpendicular to the optical axis A of the camera 4 in a horizontal plane), the first motor 8 and the second motor 10 are primarily rotated simultaneously by the control unit 20b.

なお、従来のジンバル装置においては、基本状態において、何れか１つのモータの回転軸が、カメラの光軸に直交する軸線上に配置されており、このモータだけを回動させることにより、カメラをピッチングさせることができる。これに対して、本実施形態のジンバル装置２においては、図２に示すように、基本状態において、カメラマウント部６の前縁６ｂが、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２に対して斜めに（非平行、且つ非直角に）向けられており、この前縁６ｂと平行にカメラ４を取り付けるように構成されている。 In a conventional gimbal device, in the basic state, the rotation axis of one of the motors is arranged on an axis perpendicular to the optical axis of the camera, and the camera can be pitched by rotating only this motor. In contrast, in the gimbal device 2 of this embodiment, as shown in FIG. 2, in the basic state, the front edge 6b of the camera mount portion 6 is oriented obliquely (non-parallel and non-perpendicular) to the first axis A1 and the second axis A2, and the camera 4 is attached parallel to this front edge 6b.

このため、カメラマウント部６の取付面６ａに平行な（水平方向に向けられた）第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２は、何れも、カメラ４の光軸Ａと直交する軸線ＡＲに対して斜めに向けられる。この結果、本実施形態のジンバル装置２においては、カメラマウント部６の取付面６ａに取り付けられたカメラ４をピッチングさせる場合には、第１モータ８及び第２モータ１０が同時に回動される。同様に、本実施形態のジンバル装置２においては、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２が、何れも、カメラ４の光軸Ａに対して斜めに向けられている。このため、本実施形態のジンバル装置２においては、カメラ４をローリングさせる場合にも、第１モータ８及び第２モータ１０を同時に回動させる。 Therefore, the first axis A1 and the second axis A2 parallel to the mounting surface 6a of the camera mount section 6 (oriented horizontally) are both oriented at an angle to the axis AR perpendicular to the optical axis A of the camera 4. As a result, in the gimbal device 2 of this embodiment, when the camera 4 attached to the mounting surface 6a of the camera mount section 6 is pitched, the first motor 8 and the second motor 10 are rotated simultaneously. Similarly, in the gimbal device 2 of this embodiment, the first axis A1 and the second axis A2 are both oriented at an angle to the optical axis A of the camera 4. Therefore, in the gimbal device 2 of this embodiment, the first motor 8 and the second motor 10 are rotated simultaneously even when the camera 4 is rolled.

一方、カメラ４のズーム機能を使用して、レンズ鏡筒４ａの画角をテレ端側に変更した場合にはレンズ鏡筒４ａが伸長される。これに伴い、カメラ４の重心点Ｇ１は光軸Ａ方向に距離Ｌ移動し、重心点Ｇ２（図２）へ移る。このように、重心点が基本状態におけるＧ１からＧ２へ移動されると、重心点Ｇ２と、第１乃至第３の軸線の交点が一致しなくなる。この状態においては、重心点Ｇ２に作用する重力は、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２の周りに力のモーメントを発生する。この結果、重心点がＧ２に移動された状態では、カメラ４の姿勢を維持するために、第１モータ８及び第２モータ１０がトルクを発生する必要がある。換言すれば、カメラ１の重心点がＧ１に位置する状態では、カメラ１の姿勢を維持するために各モータに要求される出力トルクは極小にされていたが、重心点がＧ２に移動されることにより、姿勢維持のために要求される出力トルクが増大する。 On the other hand, when the angle of view of the lens barrel 4a is changed to the telephoto end side using the zoom function of the camera 4, the lens barrel 4a is extended. Accordingly, the center of gravity G1 of the camera 4 moves a distance L in the direction of the optical axis A to the center of gravity G2 (FIG. 2). In this way, when the center of gravity is moved from G1 in the basic state to G2, the center of gravity G2 and the intersection of the first to third axes do not coincide. In this state, the gravity acting on the center of gravity G2 generates a moment of force around the first axis A1 and the second axis A2. As a result, when the center of gravity is moved to G2, the first motor 8 and the second motor 10 need to generate torque in order to maintain the attitude of the camera 4. In other words, when the center of gravity of the camera 1 is located at G1, the output torque required of each motor to maintain the attitude of the camera 1 is minimized, but when the center of gravity is moved to G2, the output torque required to maintain the attitude increases.

即ち、重力によって発生する力のモーメントを打ち消すために、第１モータ８は、カメラ４の重量に、第１の軸線Ａ１から重心点Ｇ２までの距離Ｌ１を乗じたトルクを発生する。また、第２モータ１０は、カメラ４の重量に、第２の軸線Ａ２から重心点Ｇ２までの距離Ｌ２を乗じたトルクを発生する。これらのトルクは、カメラ４の重量に、重心点の移動距離Ｌを乗じたトルクよりも小さくなる。このように、カメラ４の姿勢を維持するために必要なトルクの負担が、第１モータ８、第２モータ１０に分散され、各モータが生成すべきトルクが軽減される。 That is, to cancel the force moment generated by gravity, the first motor 8 generates a torque obtained by multiplying the weight of the camera 4 by the distance L1 from the first axis A1 to the center of gravity G2. The second motor 10 generates a torque obtained by multiplying the weight of the camera 4 by the distance L2 from the second axis A2 to the center of gravity G2. These torques are smaller than the torque obtained by multiplying the weight of the camera 4 by the movement distance L of the center of gravity. In this way, the torque burden required to maintain the attitude of the camera 4 is distributed to the first motor 8 and the second motor 10, and the torque that each motor must generate is reduced.

これに対し、従来のジンバル装置においては、何れか１つのモータの回転軸が、カメラの光軸に直交する軸線（図２における軸線ＡＲに対応）上に配置されており、カメラの光軸方向の重心点移動に基づいて発生した力のモーメントは、その１つのモータが発生するトルクのみによって打ち消される。即ち、従来のジンバル装置においては、カメラの重心点が移動された状態においては、カメラの姿勢を維持するために、カメラの重量に、重心点の移動距離（図２における距離Ｌに対応）を乗じたトルクを、１つのモータで発生させる必要がある。 In contrast, in a conventional gimbal device, the rotation axis of one of the motors is positioned on an axis (corresponding to axis AR in Figure 2) perpendicular to the optical axis of the camera, and the force moment generated based on the movement of the center of gravity along the optical axis of the camera is canceled out by the torque generated by only that one motor. In other words, in a conventional gimbal device, when the camera's center of gravity has been moved, in order to maintain the camera's attitude, it is necessary for one motor to generate a torque equal to the weight of the camera multiplied by the distance the center of gravity has moved (corresponding to distance L in Figure 2).

このため、従来のジンバル装置においては、カメラの重心点が移動された場合に、カメラの姿勢を維持するために発生させるトルクが１つのモータに集中してしまう。この結果、カメラの姿勢維持に使用されるモータに、大型の強力なモータを採用する必要がある。また、カメラの姿勢維持に使用されるモータとして、他のモータと同一のものを採用した場合には、姿勢維持に使用されるモータが生成可能なトルクに余裕が少なくなり、ジンバル装置の応答性が低下してしまう。 For this reason, in conventional gimbal devices, when the center of gravity of the camera is moved, the torque generated to maintain the camera's attitude is concentrated in one motor. As a result, it is necessary to use a large, powerful motor for the motor used to maintain the camera's attitude. Furthermore, if the motor used to maintain the camera's attitude is the same as the motor used for other motors, there is less margin for the torque that can be generated by the motor used to maintain the attitude, and the responsiveness of the gimbal device decreases.

また、上述したように、第１モータ８は、基本状態においてカメラマウント部６を第１の軸線Ａ１を中心に回動させ、第２モータ１０は、基本状態においてカメラマウント部６を第２の軸線Ａ２を中心に回動させ、第３モータ１２は、基本状態においてカメラマウント部６を第３の軸線Ａ２を中心に回動させる。これらの関係は、ジンバル装置２が基本状態から外れることにより変化するが、基本状態から外れた状態においても、同様に、各モータが生成すべきに出力トルクを軽減する効果が発揮される。 As described above, the first motor 8 rotates the camera mount unit 6 around the first axis A1 in the basic state, the second motor 10 rotates the camera mount unit 6 around the second axis A2 in the basic state, and the third motor 12 rotates the camera mount unit 6 around the third axis A2 in the basic state. These relationships change when the gimbal device 2 deviates from the basic state, but even in a state deviating from the basic state, the effect of reducing the output torque to be generated by each motor is similarly achieved.

以上の説明は、上記のようにカメラ１の質量に対して、第１乃至第３連結部材、及び第１乃至第３モータの質量が十分小さく、無視できる場合のものであるが、実際には各連結部材及び各モータには質量があり、これらが無視できない場合もある。しかしながら、各連結部材及び各モータの質量が無視できない場合であっても、これらの質量も含めて、基本状態を維持するために各モータに要求される出力トルクが極小となるように、ジンバル装置２を設計することが可能である。或いは、基本状態を維持するために要求される各モータの出力トルクを極小にできるよう、ジンバル装置２を調整可能に設計することも可能である。なお、これらの場合には、カメラ４自体の重心点は必ずしも第１乃至第３の軸線上には位置せず、第１乃至第３の軸線は必ずしも交差しない。 The above explanation is for the case where the masses of the first to third connecting members and the first to third motors are sufficiently small and negligible relative to the mass of the camera 1 as described above, but in reality, each connecting member and each motor has a mass, and there are cases where these cannot be ignored. However, even if the masses of each connecting member and each motor cannot be ignored, it is possible to design the gimbal device 2 so that the output torque required of each motor to maintain the basic state is minimized, including these masses. Alternatively, it is possible to design the gimbal device 2 to be adjustable so that the output torque required of each motor to maintain the basic state can be minimized. In these cases, the center of gravity of the camera 4 itself is not necessarily located on the first to third axis lines, and the first to third axis lines do not necessarily intersect.

さらに、上記のように第１乃至第３の軸線上に、カメラ４自体の重心点が位置しない場合であっても、ズーム機能の使用等によりカメラ４の重心が移動されると、カメラ４の姿勢を維持するために各モータに要求される出力トルクが極小値よりも増大することは同様である。しかしながら、このような場合であっても、本実施形態のジンバル装置２のように、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２を、カメラ４の光軸Ａと直交する軸線ＡＲに対して斜めに配置することにより、カメラ４の姿勢を維持するために要求されるトルクを複数のモータに振り分けることができ、各モータのトルク負担を軽減する効果を得ることができる。即ち、第１乃至第３の軸線上に、カメラ４自体の重心点が位置しない場合においても、上記で説明した本実施形態のジンバル装置２と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, even if the center of gravity of the camera 4 itself is not located on the first to third axes as described above, when the center of gravity of the camera 4 is moved by using the zoom function or the like, the output torque required for each motor to maintain the attitude of the camera 4 similarly increases above the minimum value. However, even in such a case, as in the gimbal device 2 of this embodiment, by arranging the first axis A1 and the second axis A2 at an angle to the axis AR perpendicular to the optical axis A of the camera 4, the torque required to maintain the attitude of the camera 4 can be distributed to multiple motors, and the effect of reducing the torque burden of each motor can be obtained. In other words, even if the center of gravity of the camera 4 itself is not located on the first to third axes, the same effect as that of the gimbal device 2 of this embodiment described above can be obtained.

次に、図３及び図４を参照して、制御部２０ｂによる各モータの制御を説明する。
図３は、従来のジンバル装置における各モータの回転軸と、カメラの姿勢角の関係を模式的に表す説明図である。図４は、本発明の第１実施形態によるジンバル装置２における各モータの回転軸と、カメラ４の姿勢角の関係を模式的に表す説明図である。 Next, the control of each motor by the control unit 20b will be described with reference to FIG. 3 and FIG.
Fig. 3 is an explanatory diagram showing a typical relationship between the rotation shafts of the motors in a conventional gimbal device and the attitude angle of the camera 4. Fig. 4 is an explanatory diagram showing a typical relationship between the rotation shafts of the motors in the gimbal device 2 according to the first embodiment of the present invention and the attitude angle of the camera 4.

まず、図３に示すように、従来のジンバル装置においては、第１モータ８’の回転軸がカメラのピッチ軸ｙの方向に向けられ、第２モータ１０’の回転軸がカメラの光軸と一致したロール軸ｘの方向に向けられ、第３モータ１２’の回転軸がカメラのヨー軸ｚの方向に向けられている。このため、カメラを角度ｖだけピッチングさせる場合には第１モータ８’を角度ｖ回動させれば良い。同様に、カメラを角度ｕだけローリングさせる場合には第２モータ１０’を角度ｕ回動させ、角度ｗだけヨーイングさせる場合には第３モータ１２’を角度ｗ回動させる。 First, as shown in FIG. 3, in a conventional gimbal device, the rotational axis of the first motor 8' is oriented in the direction of the pitch axis y of the camera, the rotational axis of the second motor 10' is oriented in the direction of the roll axis x that coincides with the optical axis of the camera, and the rotational axis of the third motor 12' is oriented in the direction of the yaw axis z of the camera. Therefore, to pitch the camera by angle v, the first motor 8' is rotated by angle v. Similarly, to roll the camera by angle u, the second motor 10' is rotated by angle u, and to yaw by angle w, the third motor 12' is rotated by angle w.

これらのロール軸ｘ回りの角度ｕの回動、ピッチ軸ｙ回りの角度ｖの回動、及びヨー軸ｚ回りの角度ｗの回動に夫々対応する回転行列Ｒx（ｕ）、Ｒy（ｖ）、Ｒz（ｗ）は、次の数式（１）～（３）のように表すことができる。

Figure 0007556685000001

Figure 0007556685000002

Figure 0007556685000003
The rotation matrices R x (u), R y (v), and R z (w) corresponding to the rotation of angle u around the roll axis x, the rotation of angle v around the pitch axis y, and the rotation of angle w around the yaw axis z , respectively, can be expressed as the following equations (1) to (3).
Figure 0007556685000001

Figure 0007556685000002

Figure 0007556685000003

従って、カメラ側から順にピッチ軸用、ロール軸用、ヨー軸用のモータが設けられた従来のジンバル装置において、ロール軸ｘ、ピッチ軸ｙ、ヨー軸ｚ回りの回動が同時に行われた場合のカメラの回動を表す回転行列Ｒgcは、数式（４）により計算することができる。

Figure 0007556685000004
Therefore, in a conventional gimbal device in which motors for the pitch axis, roll axis, and yaw axis are provided in that order from the camera side, the rotation matrix Rgc that represents the rotation of the camera when rotation about the roll axis x, pitch axis y, and yaw axis z is performed simultaneously can be calculated by equation (4).
Figure 0007556685000004

次に、本実施形態のジンバル装置２においては、図２に示すように、カメラ４の光軸Ａが、第１の軸線Ａ１（ピッチ軸ｙ）及び第２の軸線Ａ２（ロール軸ｘ）に対して斜めに向けられている。このため、単に第１モータ８を回動させ、第１の軸線Ａ１の周りにカメラを回動させても、カメラ４は純粋なピッチング運動（ローリング、ヨーイングを含まないピッチング）をしない。本実施形態においては、制御部２０ｂ（図１）は、カメラ４に純粋なピッチング運動をさせる場合には、第１モータ８に加え、第２モータ１０、第３モータ１２をも作動させる。以下では、カメラ４が、ヨー軸ｚ回りに角度ａ回動して取り付けられている場合における制御部２０ｂによる各モータの制御を説明する。 Next, in the gimbal device 2 of this embodiment, as shown in FIG. 2, the optical axis A of the camera 4 is directed obliquely with respect to the first axis A1 (pitch axis y) and the second axis A2 (roll axis x). Therefore, simply rotating the first motor 8 to rotate the camera around the first axis A1 does not cause the camera 4 to perform a pure pitching motion (pitching that does not include rolling or yawing). In this embodiment, the control unit 20b (FIG. 1) operates the second motor 10 and the third motor 12 in addition to the first motor 8 when causing the camera 4 to perform a pure pitching motion. Below, the control of each motor by the control unit 20b when the camera 4 is attached rotated by an angle a around the yaw axis z is described.

上記のように、本実施形態のジンバル装置２においては、図４に示すように、カメラ４の光軸Ａがヨー軸ｚ周りに角度ａ回動された状態にあり、光軸Ａがロール軸ｘ、ピッチ軸ｙに対して斜めにされている。なお、角度ａの絶対値は９０゜未満とする。この状態におけるカメラの姿勢を表す回転行列Ｒgは、ヨー軸ｚ周りの角度ａの回転行列Ｒz（ａ）を数式（４）に右側から乗じることにより、求めることができる。即ち、数式（５）により、カメラの姿勢を表す回転行列Ｒgを求めることができる。

Figure 0007556685000005

Figure 0007556685000006

Figure 0007556685000007
As described above, in the gimbal device 2 of this embodiment, as shown in Fig. 4, the optical axis A of the camera 4 is rotated by angle a around the yaw axis z, and the optical axis A is inclined with respect to the roll axis x and the pitch axis y. The absolute value of the angle a is less than 90°. The rotation matrix Rg representing the attitude of the camera in this state can be obtained by multiplying the rotation matrix Rz (a) of the angle a around the yaw axis z from the right side of Equation (4). That is, the rotation matrix Rg representing the attitude of the camera can be obtained by Equation (5).
Figure 0007556685000005

Figure 0007556685000006

Figure 0007556685000007

ここで、カメラ４を角度ｂだけピッチングさせるために必要な各モータの回転角度ｕ、ｖ、ｗは、角度ｂのピッチングを表す回転行列Ｒpitch＝Ｒy（ｂ）の各要素を、回転行列Ｒgの各要素と等置することにより、数式（６）に基づいて求めることができる。

Figure 0007556685000008
Here, the rotation angles u, v, and w of each motor required to pitch the camera 4 by angle b can be obtained based on equation (6) by equating each element of the rotation matrix R pitch = R y (b), which represents the pitching of angle b, with each element of the rotation matrix R g .
Figure 0007556685000008

数式（６）において、ｒ31、ｒ32に注目すると、

Figure 0007556685000009

Figure 0007556685000010

数式（７）（８）よりｃｏｓ ｕ ｓｉｎ ｖを消去すると、
Figure 0007556685000011

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｓｉｎ ａ≠０、ｃｏｓ ａ≠０である。数式（９）をｓｉｎ ｕについて解くと、
Figure 0007556685000012

が得られ、数式（１０）をｕについて解くと、
Figure 0007556685000013

となる。なお、数式（１１）は、０゜＜｜ａ｜＜９０゜から導かれる数式（１０）の解のうち、基本状態のｕ＝０を含む－９０゜＜ｕ＜＋９０゜の条件を満足する解を選択した。 In formula (6), when attention is paid to r 31 and r 32 ,
Figure 0007556685000009

Figure 0007556685000010

By eliminating cos u sin v from equations (7) and (8), we get
Figure 0007556685000011

Since 0°<|a|<90°, sin a ≠ 0 and cos a ≠ 0. Solving equation (9) for sin u gives
Figure 0007556685000012

is obtained, and solving equation (10) for u gives
Figure 0007556685000013

For formula (11), a solution that satisfies the condition of -90°<u<+90°, including the basic state of u=0, was selected from among the solutions of formula (10) derived from 0°<|a|<90°.

次に、数式（８）をｓｉｎ ｖについて解くと、

Figure 0007556685000014

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｓｉｎ ａ≠０、ｃｏｓ ｕ≠０である。数式（１２）のｓｉｎ ｕに数式（１０）を代入すると共に、ｃｏｓ ｕに三角関数の公式
Figure 0007556685000015

を代入して整理すると、
Figure 0007556685000016

となる。数式（１３）より、ｂ＝－９０゜のときｖ＝－９０゜であり、ｂ＝＋９０゜のときｖ＝＋９０゜であることがわかる。 Next, solving equation (8) for sin v, we get
Figure 0007556685000014

Since 0°<|a|<90°, sin a ≠ 0 and cos u ≠ 0. Substituting equation (10) for sin u in equation (12), and substituting the trigonometric formula for cos u,
Figure 0007556685000015

Substituting and rearranging, we get
Figure 0007556685000016

From equation (13), it can be seen that when b=-90°, v=-90°, and when b=+90°, v=+90°.

一方、数式（６）において、ｒ33に注目すると、

Figure 0007556685000017

Figure 0007556685000018

の関係が成り立つ。数式（１４）を、上記のｂとｖの関係を満足するようにｖについて解くと、
Figure 0007556685000019

が得られる。 On the other hand, when we look at r33 in formula (6),
Figure 0007556685000017

Figure 0007556685000018

When equation (14) is solved for v so as to satisfy the above relationship between b and v,
Figure 0007556685000019

is obtained.

次に、数式（６）において、ｒ11、ｒ12に注目すると、

Figure 0007556685000020

Figure 0007556685000021

の関係が得られる。数式（１６）（１７）からｃｏｓ ｗｃｏｓ ｖを消去すると、
Figure 0007556685000022

Figure 0007556685000023

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｓｉｎ ａ≠０、ｃｏｓ ｕ≠０である。さらに、数式（１８）に、上述した三角関数の公式、及び数式（１０）を代入し、ｓｉｎ ｗについて解くと、
Figure 0007556685000024

となる。数式（１９）をｗについて解くと、
Figure 0007556685000025

となる。ただし、ｂ＝０の場合において、基本状態でｕ＝０、ｖ＝０となり、解がｗ＝－ａを含む（この場合において、カメラ４をヨー軸ｚ周りに角度ａだけ回動させることにより、カメラ４が被写体に向けられる）条件を満足するように解を選択した。 Next, when attention is paid to r 11 and r 12 in the formula (6),
Figure 0007556685000020

Figure 0007556685000021

By eliminating cos wcos v from equations (16) and (17), we obtain
Figure 0007556685000022

Figure 0007556685000023

Since 0°<|a|<90°, sin a ≠ 0 and cos u ≠ 0. Furthermore, substituting the above-mentioned trigonometric function formula and equation (10) into equation (18) and solving sin w, we get
Figure 0007556685000024

Solving equation (19) for w gives
Figure 0007556685000025

However, when b=0, u=0 and v=0 in the basic state, and the solution was selected so as to satisfy the condition that the solution includes w=-a (in this case, the camera 4 is rotated by an angle a around the yaw axis z so that the camera 4 is directed toward the subject).

以上のように、カメラ４を角度ｂピッチング運動させる場合には、制御部２０ｂは各モータに信号を送り、第１モータ８を数式（１５）によって計算される角度ｖ、第２モータ１０を数式（１１）によって計算される角度ｕ、第３モータ１２を数式（２０）によって計算される角度ｗ回動させる。このように、本実施形態のジンバル装置２は、カメラ４に純粋なピッチング運動をさせるために、第１乃至第３モータを上記のように回動させる。例えば、把持部２０に設けられた操作部２０ａによって、カメラ４がピッチング運動するよう操作がなされた場合には、制御部２０ｂは数式（１５）（１１）（２０）に従って回転角を計算し、各モータに制御信号を送る。 As described above, when the camera 4 is caused to perform a pitching motion by angle b, the control unit 20b sends a signal to each motor to rotate the first motor 8 by angle v calculated by formula (15), the second motor 10 by angle u calculated by formula (11), and the third motor 12 by angle w calculated by formula (20). In this manner, the gimbal device 2 of this embodiment rotates the first to third motors as described above to cause the camera 4 to perform a pure pitching motion. For example, when an operation is performed by the operation unit 20a provided on the grip unit 20 to cause the camera 4 to perform a pitching motion, the control unit 20b calculates the rotation angle according to formulas (15), (11), and (20) and sends a control signal to each motor.

次に、カメラ４を角度ｃだけローリングさせるために必要な各モータの回転角度ｕ、ｖ、ｗは、角度ｃのローリングを表す回転行列Ｒroll＝Ｒx（ｃ）の各要素を、回転行列Ｒgの各要素と等置することにより、数式（２１）に基づいて求めることができる。

Figure 0007556685000026
Next, the rotation angles u, v, and w of each motor required to roll the camera 4 by angle c can be found based on equation (21) by equating each element of the rotation matrix R roll =R x (c) representing the rolling of angle c with each element of the rotation matrix R g .
Figure 0007556685000026

数式（２１）において、ｒ31、ｒ32に注目すると、

Figure 0007556685000027

Figure 0007556685000028

数式（２２）（２３）よりｃｏｓ ｕ ｓｉｎ ｖを消去すると、
Figure 0007556685000029

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｓｉｎ ａ≠０、ｃｏｓ ａ≠０である。数式（２４）をｓｉｎ ｕについて解くと、
Figure 0007556685000030

が得られ、数式（２５）をｕについて解くと、
Figure 0007556685000031

となる。なお、数式（２６）は、０゜＜｜ａ｜＜９０゜から導かれる数式（２５）の解のうち、基本状態のｕ＝０゜を含む、－９０゜＜ｕ＜＋９０゜の条件を満足する解を選択した。 In formula (21), when attention is paid to r 31 and r 32 ,
Figure 0007556685000027

Figure 0007556685000028

By eliminating cos u sin v from equations (22) and (23), we get
Figure 0007556685000029

Since 0°<|a|<90°, sin a ≠ 0 and cos a ≠ 0. Solving equation (24) for sin u gives
Figure 0007556685000030

is obtained, and solving equation (25) for u,
Figure 0007556685000031

Note that, for formula (26), a solution that satisfies the condition of -90°<u<+90°, including the basic state of u=0°, was selected from among the solutions of formula (25) derived from 0°<|a|<90°.

次に、数式（２２）をｓｉｎ ｖについて解くと、

Figure 0007556685000032

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｃｏｓ ａ≠０、－９０゜＜ｕ＜＋９０゜より、ｃｏｓ ｕ≠０である。数式（２７）のｓｉｎ ｕに数式（２５）を代入すると共に、ｃｏｓ ｕに三角関数の公式
Figure 0007556685000033

を代入して整理すると、
Figure 0007556685000034

となる。数式（２８）より、ｃ＝－９０゜のときｖ＝－９０゜であり、ｃ＝＋９０゜のときｖ＝＋９０゜であることがわかる。 Next, solving equation (22) for sin v,
Figure 0007556685000032

Since 0°<|a|<90°, cos a≠0, and since -90°<u<+90°, cos u≠0. Substituting equation (25) for sin u in equation (27), and substituting the trigonometric formula for cos u,
Figure 0007556685000033

Substituting and rearranging, we get
Figure 0007556685000034

From equation (28), it can be seen that when c = -90°, v = -90°, and when c = +90°, v = +90°.

一方、数式（２１）において、ｒ33に注目すると、

Figure 0007556685000035

Figure 0007556685000036

の関係が成り立つ。数式（２９）を、上記のｃとｖの関係を満足するようにｖについて解くと、
Figure 0007556685000037

が得られる。 On the other hand, when we look at r33 in formula (21),
Figure 0007556685000035

Figure 0007556685000036

When equation (29) is solved for v so as to satisfy the above relationship between c and v,
Figure 0007556685000037

is obtained.

次に、数式（２１）において、ｒ21、ｒ22に注目すると、

Figure 0007556685000038

Figure 0007556685000039

の関係が得られる。数式（３１）（３２）からｓｉｎ ｗｃｏｓ ｖを消去すると、
Figure 0007556685000040

Figure 0007556685000041

となる。なお、０゜＜｜ａ｜＜９０゜より、ｓｉｎ ａ≠０、ｃｏｓ ａ≠０である。さらに、数式（３３）に、上述した三角関数の公式、及び数式（２５）を代入し、ｃｏｓ ｗについて解くと、
Figure 0007556685000042

となる。数式（３４）をｗについて解くと、
Figure 0007556685000043

となる。ただし、ｃ＝０の場合において、基本状態でｕ＝０、ｖ＝０となり、解がｗ＝－ａを含む（この場合において、カメラ４をヨー軸ｚ周りに角度ａだけ回動させることにより、カメラ４が被写体に向けられる）条件を満足するように解を選択した。 Next, when attention is paid to r 21 and r 22 in the formula (21),
Figure 0007556685000038

Figure 0007556685000039

By eliminating sin wcos v from equations (31) and (32), we obtain
Figure 0007556685000040

Figure 0007556685000041

Since 0°<|a|<90°, sin a ≠ 0 and cos a ≠ 0. Furthermore, substituting the above-mentioned trigonometric function formula and equation (25) into equation (33) and solving for cos w, we get
Figure 0007556685000042

Solving equation (34) for w gives
Figure 0007556685000043

However, when c=0, u=0 and v=0 in the basic state, and the solution was selected so as to satisfy the condition that the solution includes w=-a (in this case, the camera 4 is rotated by an angle a around the yaw axis z so that the camera 4 is directed toward the subject).

即ち、カメラ４を角度ｃだけローリング運動させる場合には、制御部２０ｂは各モータに信号を送り、第１モータ８を数式（３０）によって計算される角度ｖ、第２モータ１０を数式（２６）によって計算される角度ｕ、第３モータ１２を数式（３５）によって計算される角度ｗ回動させる。このように、本実施形態のジンバル装置２は、カメラ４に純粋なローリング運動をさせるために、第１乃至第３モータを上記のように回動させる。例えば、把持部２０に設けられた操作部２０ａによって、カメラ４がローリング運動するよう操作がなされた場合には、制御部２０ｂは数式（３０）（２６）（３５）に従って回転角を計算し、各モータに制御信号を送る。 That is, when the camera 4 is to be rolled by angle c, the control unit 20b sends a signal to each motor to rotate the first motor 8 by angle v calculated by formula (30), the second motor 10 by angle u calculated by formula (26), and the third motor 12 by angle w calculated by formula (35). In this way, the gimbal device 2 of this embodiment rotates the first to third motors as described above to cause the camera 4 to perform a pure rolling motion. For example, when an operation is performed by the operation unit 20a provided on the grip unit 20 to cause the camera 4 to perform a rolling motion, the control unit 20b calculates the rotation angle according to formulas (30), (26), and (35) and sends a control signal to each motor.

なお、カメラ４を所定の角度ヨーイング運動させる場合には、制御部２０ｂは第３モータ１２のみをその角度だけ回動させる。 When the camera 4 is to be yawing at a specified angle, the control unit 20b rotates only the third motor 12 by that angle.

このように、制御部２０ｂは、各軸周りの回転行列を合成して、座標変換をすることにより、カメラ４を所望の方向に向けるために必要な各モータの回転角度を計算し、各モータに制御信号を出力する。具体的には、各モータの回転軸が、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸方向に夫々向けられている基本的なジンバル装置の回転行列Ｒgcに、カメラ４の光軸Ａの傾きを表す回転行列を乗じることにより、本実施形態のジンバル装置２における回転行列Ｒgを計算し、カメラ４の姿勢を計算する。さらに、カメラ４を所望の方向に向けるために必要な第１モータ８、第２モータ１０、第３モータ１２の回転角度は、回転行列Ｒgに基づいて計算される。 In this way, the control unit 20b calculates the rotation angle of each motor required to orient the camera 4 in a desired direction by combining the rotation matrices around each axis and performing coordinate transformation, and outputs a control signal to each motor. Specifically, the control unit 20b calculates the rotation matrix Rg in the gimbal device 2 of this embodiment by multiplying the rotation matrix Rgc of a basic gimbal device in which the rotation axes of each motor are oriented in the pitch axis, roll axis, and yaw axis directions, respectively, by a rotation matrix representing the inclination of the optical axis A of the camera 4, and calculates the attitude of the camera 4. Furthermore, the rotation angles of the first motor 8, the second motor 10, and the third motor 12 required to orient the camera 4 in a desired direction are calculated based on the rotation matrix Rg .

図３に示すように、従来のジンバル装置では、カメラから近い順に、カメラをピッチ軸ｙ周りに回動させる第１モータ８’、ロール軸ｘ周りに回動させる第２モータ１０’、ヨー軸ｚ周りに回動させる第３モータ１２’が配置され、カメラの光軸Ａはロール軸ｘと平行にされていた。このような基本的なジンバル装置に対し、本実施形態のジンバル装置２では、図４に示すように、カメラ４の光軸Ａが角度ａだけ、第１モータ８の方を向くように斜めにされている。即ち、本実施形態においては、水平面内において、カメラ４の光軸Ａとロール軸ｘ（第２モータ１０の回転軸）の為す角が角度ａとなるように、光軸Ａが斜めにされている。 As shown in FIG. 3, in a conventional gimbal device, a first motor 8' that rotates the camera around the pitch axis y, a second motor 10' that rotates the camera around the roll axis x, and a third motor 12' that rotates the camera around the yaw axis z are arranged in order from the camera's closest to the camera, and the optical axis A of the camera is parallel to the roll axis x. In contrast to this basic gimbal device, in the gimbal device 2 of this embodiment, as shown in FIG. 4, the optical axis A of the camera 4 is tilted by angle a so that it faces the first motor 8. That is, in this embodiment, the optical axis A is tilted so that the angle between the optical axis A of the camera 4 and the roll axis x (the rotation axis of the second motor 10) in the horizontal plane is angle a.

この角度ａは約４５度程度に設定するのが良く、これにより、カメラ４の重心点が光軸Ａ方向に移動した場合における第１モータ８と第２モータ１０の発生トルクの負担を均等に近くすることができ、各モータの負担を軽減することができる。好ましくは、角度ａは約１５度乃至約７５度に設定し、より好ましくは、約４０度乃至約５０度に設定する。また、カメラ４の光軸Ａは、第１モータ８の方を向くように斜めにされるのが良い。これにより、図２に示すように、カメラ４の後方に空間ができるため、ファインダーを覗く撮影者の視界が、第２モータ１０や、第２連結部材１６によって妨げられるのを防止することができる。 This angle a is preferably set to about 45 degrees, which allows the load of the torque generated by the first motor 8 and the second motor 10 to be nearly equalized when the center of gravity of the camera 4 moves in the direction of the optical axis A, thereby reducing the load on each motor. Preferably, the angle a is set to about 15 degrees to about 75 degrees, and more preferably, to about 40 degrees to about 50 degrees. In addition, the optical axis A of the camera 4 is preferably tilted so that it faces the first motor 8. This creates a space behind the camera 4 as shown in Figure 2, which prevents the view of the photographer looking through the viewfinder from being obstructed by the second motor 10 or the second connecting member 16.

なお、本実施形態のジンバル装置２は、カメラ４から近い順に、カメラ４をピッチ軸ｙ、ロール軸ｘ、ヨー軸ｚ周りに回動させるモータが配置され、ロール軸ｘに対してカメラ４の光軸Ａが斜めにされている。これに対して、変形例として、各モータの回転軸を配置する順序は、適宜変更することができる。例えば、カメラ４から近い順に、ロール軸ｘ、ピッチ軸ｙ、ヨー軸ｚ周りにカメラ４を回動させるモータを配置しても良い。 In the gimbal device 2 of this embodiment, the motors that rotate the camera 4 around the pitch axis y, roll axis x, and yaw axis z are arranged in order from the camera 4's closest position, and the optical axis A of the camera 4 is oblique to the roll axis x. However, as a modified example, the order in which the rotation axes of the motors are arranged can be changed as appropriate. For example, the motors that rotate the camera 4 around the roll axis x, pitch axis y, and yaw axis z may be arranged in order from the camera 4's closest position.

本発明の第１実施形態のジンバル装置２によれば、平行軸線である第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２が、取付面６ａと平行、且つカメラ４の光軸Ａと直交する軸線ＡＲに対して斜めに向けられているので、カメラ４の光軸Ａ方向の重心移動に対し、より低出力なモータで対応することができる。 According to the gimbal device 2 of the first embodiment of the present invention, the first axis A1 and the second axis A2, which are parallel axes, are parallel to the mounting surface 6a and are oriented at an angle to the axis AR that is perpendicular to the optical axis A of the camera 4, so that a lower-output motor can be used to accommodate the movement of the center of gravity of the camera 4 in the direction of the optical axis A.

また、本実施形態のジンバル装置２によれば、制御部２０ｂは、第１、第２、第３モータを同時に回動させることにより、カメラ４をピッチング運動させる。このため、カメラ４の重心が光軸Ａ方向に移動されたとき、カメラ４の姿勢を維持するためのトルクが複数のモータに分散され、各モータの負担を軽減することができる。 Furthermore, according to the gimbal device 2 of this embodiment, the control unit 20b rotates the first, second, and third motors simultaneously to pitch the camera 4. Therefore, when the center of gravity of the camera 4 is moved in the direction of the optical axis A, the torque for maintaining the attitude of the camera 4 is distributed to the multiple motors, and the burden on each motor can be reduced.

さらに、本実施形態のジンバル装置２によれば、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２がカメラマウント部６の取付面６ａと平行に向けられた平行軸線であり、制御部２０ｂは、主として第１モータ８及び第２モータ１０を同時に回動させることにより、カメラ４をピッチング運動させる。このため、第３の軸線Ａ３は鉛直方向に向けられるので、第１モータ８、第２モータ１０、第１連結部材１４、第２連結部材１６、及び第３連結部材１８を駆動すべき第３モータ１２の負担が軽減され、各モータの負担を分散させることができる。 Furthermore, according to the gimbal device 2 of this embodiment, the first axis A1 and the second axis A2 are parallel axes oriented parallel to the mounting surface 6a of the camera mount unit 6, and the control unit 20b mainly rotates the first motor 8 and the second motor 10 simultaneously to pitch the camera 4. Therefore, since the third axis A3 is oriented vertically, the load on the third motor 12 that should drive the first motor 8, the second motor 10, the first connecting member 14, the second connecting member 16, and the third connecting member 18 is reduced, and the load on each motor can be distributed.

また、本実施形態のジンバル装置２によれば、第１の軸線Ａ１はカメラマウント部６の取付面６ａと平行に向けられた平行軸線であり、取付面６ａと平行、且つカメラ４の光軸Ａと直交する軸線ＡＲと、第１の軸線Ａ１との為す角は約４５度である。このため、カメラ４の重心が光軸Ａ方向に移動されたとき、カメラ４の姿勢を維持するためのトルクが第１モータ８と第２モータ１０でほぼ均等に分散され、各モータの負担を軽減することができる。 In addition, according to the gimbal device 2 of this embodiment, the first axis A1 is a parallel axis oriented parallel to the mounting surface 6a of the camera mount portion 6, and the angle between the first axis A1 and the axis AR, which is parallel to the mounting surface 6a and perpendicular to the optical axis A of the camera 4, is approximately 45 degrees. Therefore, when the center of gravity of the camera 4 is moved in the direction of the optical axis A, the torque for maintaining the attitude of the camera 4 is distributed almost evenly between the first motor 8 and the second motor 10, reducing the burden on each motor.

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態によるカメラシステム１００を説明する。
図５は、本発明の第２実施形態によるカメラシステムの外観を示す斜視図である。本実施形態のカメラシステムは、そのジンバル装置の第２の軸線が向けられている方向が、上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第２実施形態の、第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。 Next, a camera system 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
5 is a perspective view showing the appearance of a camera system according to a second embodiment of the present invention. The camera system of this embodiment differs from the first embodiment described above in the direction in which the second axis of the gimbal device is oriented. Therefore, only the parts of the second embodiment of the present invention that are different from the first embodiment will be described here, and a description of the similar configuration will be omitted.

図５に示すように、本実施形態のカメラシステム１００は、ジンバル装置１０２と、このジンバル装置１０２に取り付けられたカメラ１０４から構成されている。
図５に示すように、ジンバル装置１０２は、カメラ１０４を取り付けるためのカメラマウント部１０６と、このカメラマウント部１０６を、第１の軸線Ａ１を中心に回動させる第１モータ１０８と、第２の軸線Ａ２を中心に回動させる第２モータ１１０と、第３の軸線Ａ３を中心に回動させる第３モータ１１２と、を有する。さらに、ジンバル装置１０２は、カメラマウント部１０６と第１モータ１０８を連結する第１連結部材１１４と、第１モータ１０８と第２モータ１１０を連結する第２連結部材１１６と、第２モータ１１０と第３モータ１１２を連結する第３連結部材１１８と、撮影者によって把持される支持部である把持部１２０と、を有する。また、カメラ１０４は、カメラマウント部１０６の取付面１０６ａに固定される。 As shown in FIG. 5, the camera system 100 of this embodiment is composed of a gimbal device 102 and a camera 104 attached to the gimbal device 102 .
5, the gimbal device 102 includes a camera mount 106 for mounting the camera 104, a first motor 108 for rotating the camera mount 106 about a first axis A1, a second motor 110 for rotating the camera mount 106 about a second axis A2, and a third motor 112 for rotating the camera mount 106 about a third axis A3. The gimbal device 102 further includes a first connecting member 114 for connecting the camera mount 106 and the first motor 108, a second connecting member 116 for connecting the first motor 108 and the second motor 110, a third connecting member 118 for connecting the second motor 110 and the third motor 112, and a gripping portion 120 that is a support portion to be gripped by the photographer. The camera 104 is fixed to the mounting surface 106a of the camera mount 106.

また、図５は、ジンバル装置１０２の基本状態を示しており、この基本状態においては、第１の軸線Ａ１、第２の軸線Ａ２、及び第３の軸線Ａ３は、互いに異なる方向に向けられている。また、第１実施形態においては、第１乃至第３の軸線は互いに直交していたが、本実施形態においては、第２の軸線Ａ２がカメラマウント部１０６に向けて上方に向くように、水平面に対して傾斜している。これにより、カメラ１０４を第２の軸線Ａ２を中心に回動させる第２モータ１１０が、カメラ１０４よりも下方に位置するため、カメラ１０４の後方に撮影者の視界を遮るものがなく、撮影者はファインダーを容易に覗くことができる。 Figure 5 also shows the basic state of the gimbal device 102, in which the first axis A1, second axis A2, and third axis A3 are oriented in different directions. In the first embodiment, the first to third axes were perpendicular to each other, but in this embodiment, the second axis A2 is inclined with respect to the horizontal plane so that it faces upward toward the camera mount 106. As a result, the second motor 110 that rotates the camera 104 about the second axis A2 is positioned lower than the camera 104, so there is nothing behind the camera 104 that obstructs the photographer's view, and the photographer can easily look through the viewfinder.

さらに、本発明の第１実施形態のジンバル装置２においては、第１の軸線Ａ１及び第２の軸線Ａ２が、カメラマウント部６の取付面６ａに平行な平行軸線であった。これに対し、本実施形態のジンバル装置１０２においては、第１の軸線Ａ１のみが、カメラマウント部１０６の取付面１０６ａに平行な平行軸線である。本実施形態においても、カメラ１０４は斜めに取り付けられるため、取付面１０６ａと平行、且つカメラ１０４の光軸Ａと直交する軸線ＡＲは、平行軸線である第１の軸線Ａ１に対して斜めに向けられている。 Furthermore, in the gimbal device 2 of the first embodiment of the present invention, the first axis A1 and the second axis A2 are parallel axes parallel to the mounting surface 6a of the camera mount section 6. In contrast, in the gimbal device 102 of this embodiment, only the first axis A1 is a parallel axis parallel to the mounting surface 106a of the camera mount section 106. In this embodiment as well, the camera 104 is mounted at an angle, so that the axis AR, which is parallel to the mounting surface 106a and perpendicular to the optical axis A of the camera 104, is oriented at an angle with respect to the first axis A1, which is a parallel axis.

このため、カメラ１０４の重心点が光軸Ａ方向に移動された場合において、重心点に作用する重力に基づく力のモーメントを打ち消すトルクが、第１モータ１０８のみによって負担されることはなく、主として、第１モータ１０８及び第２モータ１１０によって負担される。これにより、本実施形態においても、カメラ１０４の重心点が移動された場合において、カメラ１０４の姿勢を維持するために必要なトルクの負担が１つのモータに集中せず、トルク負担を軽減することができる。 For this reason, when the center of gravity of the camera 104 is moved in the direction of the optical axis A, the torque that counteracts the moment of the force due to gravity acting on the center of gravity is not borne only by the first motor 108, but is borne mainly by the first motor 108 and the second motor 110. As a result, even in this embodiment, when the center of gravity of the camera 104 is moved, the torque burden required to maintain the attitude of the camera 104 is not concentrated on one motor, and the torque burden can be reduced.

また、本実施形態においても把持部１２０には制御部（図示せず）が内蔵され、この制御部により第１乃至第３モータが制御されている。本実施形態における各モータの回転角の制御についても、第１実施形態と同様に、回転行列を合成することにより計算することができる。 In this embodiment, the gripper 120 also has a built-in control unit (not shown), which controls the first to third motors. The control of the rotation angle of each motor in this embodiment can also be calculated by combining rotation matrices, as in the first embodiment.

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態において、ジンバル装置は撮影者が把持して使用するように構成されていたが、台座等の任意の構造物に取り付けて使用するタイプのジンバル装置に本発明を適用することもできる。また、上述した実施形態においては、把持部はカメラの下方に配置されていたが、カメラを上方から吊り下げるタイプのジンバル装置に本発明を適用することもできる。さらに、上述した実施形態においては、制御部は把持部に内蔵されていたが、制御部は、ジンバル装置の任意の位置に内蔵させることができると共に、複数の部材に分散して内蔵することもできる。また、上述した実施形態においては、カメラはカメラマウント部の取付面に取り付けられていたが、カメラとカメラマウント部を一体としたカメラシステムを構成することもできる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, various modifications can be made to the above-mentioned embodiment. In particular, in the above-mentioned embodiment, the gimbal device is configured to be held by the photographer for use, but the present invention can also be applied to a type of gimbal device that is attached to any structure such as a base for use. Also, in the above-mentioned embodiment, the gripping part is disposed below the camera, but the present invention can also be applied to a type of gimbal device in which the camera is suspended from above. Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the control part is built into the gripping part, but the control part can be built into any position of the gimbal device, and can also be built into multiple members in a distributed manner. Also, in the above-mentioned embodiment, the camera is attached to the mounting surface of the camera mount part, but a camera system in which the camera and the camera mount part are integrated can also be configured.

また、上述した実施形態において、レンズ鏡筒は、画角がワイド端側に設定されたときレンズ鏡筒が最も短くなり、テレ端側に設定されたとき最も長くなるように構成されていた。これに伴い、カメラの重心は、レンズ鏡筒がワイド端側に設定されたとき最も撮影者の近くに位置し、テレ端側に設定されたとき最も撮影者から離れて位置していた。また、ジンバル装置は、レンズ鏡筒がワイド端側に設定された基本状態において、カメラの姿勢を維持するために必要な各モータの出力トルクが極小になるように構成されていた。しかしながら、設定画角と重心位置の関係が上記とは異なるカメラにも本発明を適用することもでき、また、フォーカス調整によって重心位置が移動するカメラにも本発明を適用することもできる。さらに、上述した実施形態においては、カメラの重心が最も撮影者の近くに位置する状態で、姿勢を維持するために必要な出力トルクが極小になるように構成されていたが、これ以外の重心位置で出力トルクが極小になるように、本発明のジンバル装置を構成することもできる。例えば、カメラの重心が移動する範囲の中間点において、姿勢を維持するために必要な出力トルクが極小になるように本発明を構成することも好適である。 In the above-mentioned embodiment, the lens barrel is configured so that it is shortest when the angle of view is set to the wide end and longest when the angle of view is set to the telephoto end. Accordingly, the center of gravity of the camera is located closest to the photographer when the lens barrel is set to the wide end and farthest from the photographer when the lens barrel is set to the telephoto end. The gimbal device is configured so that the output torque of each motor required to maintain the camera's attitude is minimized in the basic state in which the lens barrel is set to the wide end. However, the present invention can also be applied to cameras in which the relationship between the set angle of view and the center of gravity position is different from the above, and the present invention can also be applied to cameras in which the center of gravity position moves due to focus adjustment. Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the output torque required to maintain the attitude is minimized when the center of gravity of the camera is located closest to the photographer, but the gimbal device of the present invention can also be configured so that the output torque is minimized at other center of gravity positions. For example, it is also preferable to configure the present invention so that the output torque required to maintain the attitude is minimized at the midpoint of the range in which the center of gravity of the camera moves.

１ カメラシステム
２ ジンバル装置
４ カメラ
４ａ レンズ鏡筒
４ｂ 前縁
６ カメラマウント部
６ａ 取付面
６ｂ 前縁
８ 第１モータ
１０ 第２モータ
１２ 第３モータ
１４ 第１連結部材
１６ 第２連結部材
１８ 第３連結部材
２０ 把持部（支持部）
２０ａ 操作部
２０ｂ 制御部
１００ カメラシステム
１０２ ジンバル装置
１０４ カメラ
１０６ カメラマウント部
１０６ａ 取付面
１０８ 第１モータ
１１０ 第２モータ
１１２ 第３モータ
１１４ 第１連結部材
１１６ 第２連結部材
１１８ 第３連結部材
１２０ 把持部（支持部） REFERENCE SIGNS LIST 1 Camera system 2 Gimbal device 4 Camera 4a Lens barrel 4b Front edge 6 Camera mount portion 6a Mounting surface 6b Front edge 8 First motor 10 Second motor 12 Third motor 14 First connecting member 16 Second connecting member 18 Third connecting member 20 Grip portion (support portion)
20a Operation unit 20b Control unit 100 Camera system 102 Gimbal device 104 Camera 106 Camera mount unit 106a Mounting surface 108 First motor 110 Second motor 112 Third motor 114 First connecting member 116 Second connecting member 118 Third connecting member 120 Grip unit (support unit)

Claims (6)

カメラを取り付けて使用するジンバル装置であって、
カメラの光軸を所定の方向に向けて固定する取付面を備えたカメラマウント部を有し、上記カメラマウント部は、カメラの筐体の前縁を平行に向けて取り付けるように、前縁が直線状に構成され、
さらに、
上記カメラマウント部を、第１の軸線を中心に回動させる第１モータと、
上記カメラマウント部と上記第１モータを連結する第１連結部材と、
上記カメラマウント部を、第２の軸線を中心に回動させる第２モータと、
上記第１モータと上記第２モータを連結する第２連結部材と、
上記カメラマウント部を、第３の軸線を中心に回動させる第３モータと、
上記第２モータと上記第３モータを連結する第３連結部材と、
上記第３モータに連結され、上記ジンバル装置を支持するための支持部と、
上記第１、第２、第３モータを制御する制御部と、
を有し、
上記第１、第２、第３の軸線は、互いに異なる方向に向けられると共に、上記第１、第２、第３の軸線のうちの少なくとも１本は、上記カメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、
上記カメラマウント部には、その前縁と、上記カメラマウント部に取り付けられたカメラの光軸が直交するように、カメラが固定されると共に、上記カメラマウント部の前縁は、上記平行軸線に対して斜めに向くように形成されていることを特徴とするジンバル装置。 A gimbal device for use with a camera attached,
a camera mount portion having an attachment surface for fixing an optical axis of the camera in a predetermined direction, the camera mount portion having a front edge formed in a straight line so that the front edge of the camera housing is attached in a parallel manner;
moreover,
a first motor that rotates the camera mount unit about a first axis;
a first connecting member that connects the camera mount portion and the first motor;
a second motor that rotates the camera mount unit about a second axis;
a second connecting member connecting the first motor and the second motor;
a third motor that rotates the camera mount unit about a third axis;
a third connecting member connecting the second motor and the third motor;
a support portion connected to the third motor and configured to support the gimbal device;
a control unit that controls the first, second, and third motors;
having
the first, second, and third axes are oriented in different directions from one another, and at least one of the first, second, and third axes is a parallel axis oriented parallel to a mounting surface of the camera mount portion;
A gimbal device characterized in that a camera is fixed to the camera mount portion so that a front edge of the camera mount portion and an optical axis of the camera attached to the camera mount portion are perpendicular to each other, and the front edge of the camera mount portion is formed so as to face obliquely with respect to the parallel axis. 上記制御部は、上記第１、第２、第３モータのうち、少なくとも２つを同時に回動させることにより、上記カメラをピッチング運動させる請求項１記載のジンバル装置。 The gimbal device according to claim 1, wherein the control unit rotates at least two of the first, second, and third motors simultaneously to pitch the camera. 上記第１の軸線は上記カメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、上記制御部は、少なくとも上記第１モータ及び上記第２モータを同時に回動させることにより、上記カメラをピッチング運動させる請求項２記載のジンバル装置。 The gimbal device according to claim 2, wherein the first axis is a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount, and the control unit causes the camera to perform a pitching motion by simultaneously rotating at least the first motor and the second motor. 上記第１の軸線は上記カメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、上記カメラマウント部の前縁と、上記第１の軸線との為す角は１５度乃至７５度である請求項１乃至３の何れか１項に記載のジンバル装置。 The gimbal device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first axis is a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount, and the angle between the front edge of the camera mount and the first axis is 15 degrees to 75 degrees. 上記第１の軸線は上記カメラマウント部の取付面と平行に向けられた平行軸線であり、上記第２の軸線は、上記カメラマウント部に向けて上方に向くように、水平面に対して傾斜している請求項１乃至４の何れか１項に記載のジンバル装置。 The gimbal device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first axis is a parallel axis oriented parallel to the mounting surface of the camera mount, and the second axis is inclined with respect to the horizontal plane so as to point upward toward the camera mount. カメラを支持するジンバル装置を備えたカメラシステムであって、
請求項１乃至５の何れか１項に記載のジンバル装置と、
このジンバル装置に取り付けられたカメラと、
を有することを特徴とするカメラシステム。 A camera system including a gimbal device for supporting a camera,
A gimbal device according to any one of claims 1 to 5;
A camera attached to the gimbal device,
A camera system comprising:
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