JPH04352124A - Optical axis deflection device for optical equipment - Google Patents
Optical axis deflection device for optical equipmentInfo
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- JPH04352124A JPH04352124A JP12736191A JP12736191A JPH04352124A JP H04352124 A JPH04352124 A JP H04352124A JP 12736191 A JP12736191 A JP 12736191A JP 12736191 A JP12736191 A JP 12736191A JP H04352124 A JPH04352124 A JP H04352124A
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Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームによる自
動スキャニング装置、移動体の自動追尾装置、ビデオカ
メラによる撮影の際に発生する画像ぶれを補正する画像
安定化装置等の光学機器に於いて、光線を発し或いは光
線を受けるべき光学ヘッド部の光軸を任意方向へ偏角す
るための光軸偏角装置に関するものである。[Industrial Application Field] The present invention is applicable to optical equipment such as automatic scanning devices using laser beams, automatic tracking devices for moving objects, and image stabilization devices that correct image blurring that occurs when shooting with a video camera. The present invention relates to an optical axis deflection device for deflecting the optical axis of an optical head section that emits or receives light beams in an arbitrary direction.
【０００２】0002
【従来の技術】従来、写真撮影の際に発生する像ぶれを
補正する方式として、撮影光学系中に平行平板を配置し
て、該平行平板を傾けることで像を移動させるものが知
られており、該方式を採用した像安定化光学系として、
一対のくさび形プリズムを組み合わせて平行平板を構成
し、ズームレンズの焦点距離に応じて、該平行平板の厚
さを変える像安定化装置が提案されている（特開平１−
２２３４１３号〔Ｇ０２Ｂ２７／６４〕）。該装置にお
いては、装置本体に装備した加速度検出器によって検出
したぶれ量に応じて、平行平板の傾きと厚さが変化し、
平行平板に入射した光線は、前記傾きと厚さに応じた距
離だけ平行にずれて、平行平板から出射される。これに
よってフィルム面に投映される画像が移動するのである
。BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, as a method for correcting image blur that occurs during photography, a method is known in which a parallel plate is placed in a photographic optical system and the image is moved by tilting the parallel plate. As an image stabilizing optical system that adopts this method,
An image stabilizing device has been proposed in which a pair of wedge-shaped prisms are combined to form a parallel plate, and the thickness of the parallel plate is changed depending on the focal length of the zoom lens (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 1999-1-1992).
No. 223413 [G02B27/64]). In this device, the inclination and thickness of the parallel plate change depending on the amount of shake detected by an acceleration detector installed in the device main body.
The light rays incident on the parallel plate are deviated in parallel by a distance corresponding to the above-mentioned inclination and thickness, and are emitted from the parallel plate. This causes the image projected onto the film surface to move.
【０００３】0003
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車等の
移動体上でカメラ撮影を行なう場合、移動体は垂直方向
に振動するばかりでなく、ピッチング・ヨーイング運動
をも行なうから、カメラは、その光軸に対する直交面内
で平行にぶれるだけでなく、移動体のピッチング・ヨー
イング運動に伴って光軸が上下左右に傾き、その傾斜方
向はランダムに変動することになる。この光軸の傾斜に
よる像ぶれの大きさは、カメラと撮影物体との距離に比
例して拡大されるから、光軸の平行移動によるぶれ量に
比べて遥かに大きなものとなる。従って、従来の像安定
化装置の如く光軸を平行にずらすだけでは、大きなぶれ
量を補正することは困難である。[Problem to be Solved by the Invention] When photographing with a camera on a moving object such as a car, the moving object not only vibrates in the vertical direction but also performs pitching and yawing motions, so the camera is The optical axis not only oscillates in parallel in a plane orthogonal to the axis, but also tilts vertically, horizontally, and horizontally as the moving body moves, and the direction of the tilt changes randomly. The amount of image blur caused by this tilting of the optical axis increases in proportion to the distance between the camera and the photographed object, and is therefore much larger than the amount of blur caused by parallel movement of the optical axis. Therefore, it is difficult to correct a large amount of blur by simply shifting the optical axis in parallel as in the conventional image stabilizing device.
【０００４】そこで、光軸の傾斜による像ぶれを補正す
るべく、カメラの上下動及びピッチング・ヨーイング運
動による回転変位を検出し、該検出結果に応じてカメラ
自体の向きを自動的に修正する方法が考えられる。しか
しながら、この場合、カメラを任意方向へ偏角せしめる
装置の機構が複雑となるばかりでなく、カメラの向きを
変える際に動作させるべき可動部の重量は相当に大きく
なるから、カメラぶれが激しい場合には、カメラ偏角装
置の応答性が問題となる。[0004] Therefore, in order to correct image blur caused by tilting the optical axis, a method is proposed in which vertical movement of the camera and rotational displacement due to pitching and yawing movements are detected, and the orientation of the camera itself is automatically corrected according to the detection results. is possible. However, in this case, not only is the mechanism of the device that deflects the camera in any direction complicated, but the weight of the movable parts that must be moved when changing the direction of the camera is considerably large, so camera shake may be severe. In this case, the responsiveness of the camera declination device becomes a problem.
【０００５】本発明の目的は、構成が簡易であり、然も
光軸を任意方向へ迅速に偏角出来る光軸偏角装置を提供
し、上記問題点を一挙に解決することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical axis deflection device that has a simple configuration and can quickly deflect the optical axis in any direction, thereby solving the above-mentioned problems at once.
【０００６】[0006]
【課題を解決する為の手段】出願人は、上記目的を達成
するための研究を重ね、その結果、従来より公知の偏角
プリズム（例えば「幾何光学」共立出版、三宅和夫著、
第２１、２２頁参照）が問題解決に有効であることを見
出したのである。偏角プリズムは、２枚の薄いプリズム
片を重ね合わせて構成され、各プリズム片を夫々回転さ
せることによって、偏角プリズムに対する入射光線と出
射光線との為す角度、即ちふれ角を一定範囲内で連続的
に変えるものである。ところが、従来は、偏角プリズム
を通過した光にふれ角が生じるという、単なる現象の認
識に留まっており、これを実際にどの様に光学機器に応
用し、これによってどの様な効果が得られるかについて
は、認識されていなった。そこで出願人は、２枚のプリ
ズム片の回転に伴う出射光線の光学的な挙動を３次元的
に解析し、これによって、各プリズム片の回転角度と偏
角プリズムの出射光線の向きとの関係を初めて明らかに
し、本発明の完成に至った。[Means for Solving the Problems] The applicant has conducted extensive research to achieve the above object, and as a result, has found that conventionally known deflection prisms (for example, "Geometric Optics", published by Kyoritsu Shuppan, written by Kazuo Miyake,
(See pages 21 and 22) was found to be effective in solving the problem. A deflection prism is constructed by overlapping two thin prism pieces, and by rotating each prism piece, the angle between the incident light beam and the output light beam with respect to the deflection prism, that is, the deflection angle, can be controlled within a certain range. It is something that changes continuously. However, until now, we have only been aware of the phenomenon that a deflection angle occurs in the light that passes through a deflection prism, but how can this be actually applied to optical equipment and what kind of effects can be obtained by this? This is no longer recognized. Therefore, the applicant three-dimensionally analyzed the optical behavior of the emitted light ray due to the rotation of the two prism pieces, and thereby determined the relationship between the rotation angle of each prism piece and the direction of the emitted light ray of the deflection prism. was clarified for the first time, leading to the completion of the present invention.
【０００７】本発明に係る光学機器に於ける光軸偏角装
置は、図１に示す如く、光学ヘッド部（１）に配置した
一対のプリズム片（２）（３）からなる偏角プリズム（
４）と、両プリズム片（２）（３）を夫々回転させる一
対の回転駆動手段（５）（６）と、両回転駆動手段（５
）（６）の回転角度を夫々制御する回転制御手段（７）
と、光学機器本体（８）或いは装置外部からの情報に基
づき各プリズム片（２）（３）の回転角度を演算して該
演算結果を前記回転制御手段（７）へ供給する演算処理
手段（９）とを具えている。As shown in FIG. 1, the optical axis deflection device in the optical device according to the present invention includes a deflection prism (
4), a pair of rotation drive means (5) and (6) for rotating both prism pieces (2) and (3), respectively, and both rotation drive means (5).
) (6) rotation control means (7) for controlling the rotation angles of (6), respectively;
and arithmetic processing means for calculating the rotation angle of each prism piece (2) and (3) based on information from the optical device main body (8) or the outside of the apparatus and supplying the calculation results to the rotation control means (7). 9).
【０００８】[0008]
【作用】偏角プリズム（４）に対して光線が入射すると
、先ず第１のプリズム片（２）にて、その入射角度及び
入射位置、該プリズム片（２）の頂角及び屈折率に応じ
たふれ角で、該プリズム片（２）の回転角度姿勢に応じ
た方向へ光線が出射する。該光線は更に第２のプリズム
片（３）へ入射し、その入射角度及び入射位置、該プリ
ズム片（３）の頂角及び屈折率に応じたふれ角で、該プ
リズム片（３）の回転角度姿勢に応じた方向へ光線が出
射する。従って、回転制御手段（７）によって一対の回
転駆動手段（５）（６）を動作させ、各プリズム片（２
）（３）の回転角度姿勢を変化させることによって、出
射光線の向きを任意方向に設定出来る。偏角プリズム（
４）に対する光線の入射方向と出射方向の関係が逆転し
た場合の作用も上記同様である。[Operation] When a ray of light enters the deflection prism (4), it first passes through the first prism piece (2) according to its incident angle and position, the apex angle of the prism piece (2), and the refractive index. At the deflection angle, light rays are emitted in a direction corresponding to the rotation angle posture of the prism piece (2). The light beam further enters the second prism piece (3), and the prism piece (3) is rotated at a deflection angle depending on the incident angle and position, the apex angle and the refractive index of the prism piece (3). A ray of light is emitted in a direction according to the angular attitude. Therefore, the pair of rotation drive means (5) and (6) are operated by the rotation control means (7), and each prism piece (2
) By changing the rotation angle posture in (3), the direction of the emitted light beam can be set to any direction. Declination prism (
The same effect as described above applies when the relationship between the incident direction and the outgoing direction of the light rays for 4) is reversed.
【０００９】尚、偏角プリズム（４）の出射光線の方向
は、第１及び第２のプリズム片（２）（３）の回転角度
を変数とする関数で表わすことが出来、該関数を逆に解
けば、所定の光線出射方向を実現するための両プリズム
片（２）（３）の回転角度を算出することが出来る。[0009] The direction of the emitted light beam from the deflection prism (4) can be expressed by a function whose variables are the rotation angles of the first and second prism pieces (2) and (3), and this function can be inversely expressed. By solving, it is possible to calculate the rotation angle of both prism pieces (2) and (3) for realizing a predetermined light beam emission direction.
【００１０】両プリズム片（２）（３）の回転角度は演
算処理手段（９）によって演算される。該演算の基礎と
なる入力情報は、例えば、本発明をビデオカメラの画像
安定化装置に実施した場合は、ビデオカメラに設けた変
位センサー等から得ることが出来る。この結果、光学ヘ
ッド部（１）の対物側の光軸が、上記入力情報に応じて
、任意方向へ自動的に偏角されることになる。The rotation angles of both prism pieces (2) and (3) are calculated by a calculation processing means (9). For example, when the present invention is applied to an image stabilizing device for a video camera, the input information that forms the basis of the calculation can be obtained from a displacement sensor provided in the video camera. As a result, the optical axis of the optical head section (1) on the objective side is automatically deflected in an arbitrary direction according to the input information.
【００１１】[0011]
【発明の効果】本発明に係る光学機器に於ける光軸偏角
装置によれば、一対のプリズム片（２）（３）を単に回
転させるだけで光軸を任意方向へ偏角することが出来る
から、回転駆動手段（５）（６）の構成は極めて簡易と
なり、然も偏角に伴って動作すべき可動部は、２枚のプ
リズム片（２）（３）だけで軽量であるから、迅速な偏
角動作を実現出来、良好な応答性が得られる。[Effects of the Invention] According to the optical axis deflection device in an optical device according to the present invention, the optical axis can be deflected in any direction by simply rotating the pair of prism pieces (2) and (3). Because of this, the configuration of the rotational drive means (5) and (6) is extremely simple, and the only movable parts that need to move according to the declination are the two prism pieces (2) and (3), which are lightweight. , it is possible to realize quick declination movement and obtain good response.
【００１２】0012
【実施例】先ず、出願人が本発明の完成に至る過程で為
した光学的な解析について説明する。図２は、レーザ光
源（１１）からのレーザ光を、第１及び第２プリズム片
（２）（３）からなる偏角プリズム（４）を経て、仮想
スクリーン（１２）上に照射する光学系を示しており、
図３は、レーザ発生源を原点として、該光学系に設定し
た変数及びパラメータを示している。即ち、変数として
第１及び第２プリズム片（２）（３）の回転角度θ１、
θ２を設定し、パラメータとしては、レーザ光源（１１
）から第１プリズム片（２）、第２プリズム片（３）及
び仮想スクリーン（１２）までの距離を夫々Ｚ１、Ｚ２
、Ｚ３とし、両プリズム片（２）（３）の頂角をα１、
α２、傾斜角度をψ１、ψ２としている。又、Ｚ軸から
両プリズム片（２）（３）の頂点までのプリズム片中心
面に沿う距離をＲ１、Ｒ２としている。尚、空気の屈折
率をｎ０、第１及び第２プリズム片（２）（３）の屈折
率をｎ１、ｎ２とする。[Example] First, optical analysis performed by the applicant in the process of completing the present invention will be explained. FIG. 2 shows an optical system that irradiates laser light from a laser light source (11) onto a virtual screen (12) through a deflection prism (4) consisting of first and second prism pieces (2) and (3). It shows,
FIG. 3 shows variables and parameters set in the optical system with the laser source as the origin. That is, the rotation angle θ1 of the first and second prism pieces (2) and (3) as variables;
θ2 is set, and the parameters are the laser light source (11
) to the first prism piece (2), the second prism piece (3), and the virtual screen (12) as Z1 and Z2, respectively.
, Z3, and the apex angles of both prism pieces (2) and (3) are α1,
α2, and the inclination angles are ψ1 and ψ2. Further, the distances along the center plane of the prism pieces from the Z axis to the vertices of both prism pieces (2) and (3) are set as R1 and R2. Note that the refractive index of air is n0, and the refractive indices of the first and second prism pieces (2) and (3) are n1 and n2.
【００１３】この場合、仮想スクリーン（１２）上のレ
ーザ照射位置（Ｘ，Ｙ）は数１及び数２で表わされる。In this case, the laser irradiation position (X, Y) on the virtual screen (12) is expressed by Equations 1 and 2.
【数１】[Math 1]
【数２】[Math 2]
【００１４】但し、Ｐ４ｘ、Ｐ４ｙ、Ａ４、Ｑ４ｘ及び
Ｑ４ｙは夫々数３乃至数７で表わされる。[0014] However, P4x, P4y, A4, Q4x and Q4y are expressed by Equations 3 to 7, respectively.
【数３】[Math 3]
【数４】[Math 4]
【数５】[Math 5]
【数６】[Math 6]
【数７】[Math 7]
【００１５】ここで、Ｐ４ｚ、Ｑ４ｚ及びμ３は夫々数
８乃至数１０で表わされる。[0015] Here, P4z, Q4z and μ3 are each expressed by Equations 8 to Equations 10.
【数８】[Math. 8]
【数９】[Math. 9]
【数１０】[Math. 10]
【００１６】ここで、Ｐ３ｘ、Ｐ３ｙ、Ｐ３ｚ、Ｑ３ｘ
、Ｑ３ｙ、Ｑ３ｚ、Ａ３及びＢ３は夫々数１１乃至数１
８で表わされる。[0016] Here, P3x, P3y, P3z, Q3x
, Q3y, Q3z, A3 and B3 are respectively from number 11 to number 1.
It is represented by 8.
【数１１】[Math. 11]
【数１２】[Math. 12]
【数１３】[Math. 13]
【数１４】[Math. 14]
【数１５】[Math. 15]
【数１６】[Math. 16]
【数１７】[Math. 17]
【数１８】[Math. 18]
【００１７】ここで、Ｐ２ｘ、Ｐ２ｙ、Ｐ２ｚ、Ｑ２ｘ
、Ｑ２ｙ、Ｑ２ｚ、Ａ２、Ｂ２及びμ２は夫々数１９乃
至数２７で表わされる。[0017] Here, P2x, P2y, P2z, Q2x
, Q2y, Q2z, A2, B2, and μ2 are expressed by Equations 19 to 27, respectively.
【数１９】[Math. 19]
【数２０】[Math. 20]
【数２１】[Math. 21]
【数２２】[Math. 22]
【数２３】[Math. 23]
【数２４】[Math. 24]
【数２５】[Math. 25]
【数２６】[Math. 26]
【数２７】[Math. 27]
【００１８】ここで、Ｐ１ｘ、Ｐ１ｙ、Ｐ１ｚ、Ｑ１ｘ
、Ｑ１ｙ、Ｑ１ｚ、Ａ１、Ｂ１及びμ１は夫々数２８乃
至数３６で表わされる。[0018] Here, P1x, P1y, P1z, Q1x
, Q1y, Q1z, A1, B1, and μ1 are expressed by Equations 28 to 36, respectively.
【数２８】[Math. 28]
【数２９】[Math. 29]
【数３０】[Math. 30]
【数３１】[Math. 31]
【数３２】[Math. 32]
【数３３】[Math. 33]
【数３４】[Math. 34]
【数３５】[Math. 35]
【数３６】[Math. 36]
【００１９】ここで、Ａ０、Ｂ０及びμ０は夫々数３７
乃至数３９で表わされる。[0019] Here, A0, B0 and μ0 are each number 37
It is expressed by the numbers 39 to 39.
【数３７】[Math. 37]
【数３８】[Math. 38]
【数３９】[Math. 39]
【００２０】上記一連の式の導出過程については説明を
省略するが、基本的には図３の光学系の各境界面にスネ
ルの屈折の法則を適用して導いたものである。A description of the process of deriving the above series of equations will be omitted, but they are basically derived by applying Snell's law of refraction to each boundary surface of the optical system shown in FIG.
【００２１】上記一連の式において、ψ１＝ψ２＝０、
α１＝α２＝１０（ｄｅｇ）、Ｚ１＝０．１０（ｍ）、
Ｚ２＝０．１５（ｍ）に設定して、変数θ１及びθ２を
変化させた場合のレーザ照射位置（Ｘ，Ｙ）の計算結果
を図４乃至図７に示す。これらの図は、先ず変数θ１を
一定値に固定した状態で変数θ２を３６０度変化させ、
次に変数θ１を３０度変化させて同様に変数θ２を３６
０度変化させる計算を繰り返し、レーザ照射位置（Ｘ，
Ｙ）の軌跡をＸ−Ｙ平面上に描いたものである。In the above series of equations, ψ1=ψ2=0,
α1=α2=10 (deg), Z1=0.10 (m),
The calculation results of the laser irradiation position (X, Y) when setting Z2=0.15 (m) and changing the variables θ1 and θ2 are shown in FIGS. 4 to 7. These figures show that first, variable θ1 is fixed at a constant value, variable θ2 is varied 360 degrees,
Next, change the variable θ1 by 30 degrees and similarly change the variable θ2 by 36 degrees.
Repeat the calculation to change the laser irradiation position (X,
Y) is drawn on the X-Y plane.
【００２２】図４はＺ３＝３（ｍ）の場合、図５はＺ３
＝５（ｍ）の場合、図６はＺ３＝７（ｍ）の場合、図７
はＺ３＝９（ｍ）の場合を示している。変数θ１を一定
値に固定した状態で変数θ２を３６０度変化させたとき
のレーザ照射位置の軌跡は円形を描き、該軌跡は、変数
θ１の変化に伴って、原点を中心として３６０度回転し
ている。これより明らかな様に、第１及び第２プリズム
片（２）（３）の回転角度を適当に設定すれば、レーザ
光源（１１）から仮想スクリーン（１２）までの距離に
応じた大きさの円形領域内で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の
所望の位置にレーザを照射出来るのである。又、レーザ
照射位置の軌跡である２つの円が交差していることから
、所定の一点にレーザスポットを当てる際、第１及び第
２プリズム片（２）（３）の回転角度の組合せは２通り
存在することが明らかである。FIG. 4 shows Z3=3(m), and FIG. 5 shows Z3
When Z3 = 5 (m), Figure 6 is the same as when Z3 = 7 (m), Figure 7
shows the case where Z3=9(m). When variable θ2 is changed 360 degrees with variable θ1 fixed at a constant value, the locus of the laser irradiation position draws a circle, and the trajectory rotates 360 degrees around the origin as variable θ1 changes. ing. As is clear from this, if the rotation angles of the first and second prism pieces (2) and (3) are set appropriately, the size can be adjusted according to the distance from the laser light source (11) to the virtual screen (12). The laser can be irradiated to desired positions in the X-axis direction and Y-axis direction within the circular area. In addition, since the two circles that are the locus of the laser irradiation position intersect, when applying the laser spot to a predetermined point, the combination of rotation angles of the first and second prism pieces (2) and (3) is 2. It is clear that it exists.
【００２３】即ち、上記解析結果より、偏角プリズム（
４）を用いれば、その出射光線によって仮想スクリーン
上を水平及び垂直方向にスキャニング出来ることが明か
となり、これに基づいて、更に種々の光学機器に対する
偏角プリズムの応用分野が開けたのである。That is, from the above analysis results, the deflection prism (
4), it became clear that the emitted light beam could be used to scan a virtual screen horizontally and vertically, and based on this, the field of application of polarizing prisms to various optical devices was further opened up.
【００２４】尚、上記の解析は、光源から発せられる光
線を偏角プリズムによって偏角し、装置外部へ出射する
光学系について行なったものであるが、逆に、系外部か
ら入射してくる光線を偏角プリズムによって偏角して処
理する光学系についても同様に成立する。The above analysis was performed on an optical system in which the light rays emitted from the light source are deflected by a deflection prism and emitted to the outside of the device. The same holds true for an optical system in which the angle is deflected by a deflection prism.
【００２５】又、上記解析は、第１及び第２プリズム片
（２）（３）の回転角度から光線の照射位置を算出する
ものであるが、逆に、所望の光線照射位置から両プリズ
ム片（２）（３）の回転角度を算出することも可能であ
る。この場合の算出式は関数的に表わすことが困難であ
るが、例えば数値解析等の周知の手法によって、比較的
容易に解くことが出来る。Furthermore, in the above analysis, the irradiation position of the light beam is calculated from the rotation angle of the first and second prism pieces (2) and (3). It is also possible to calculate the rotation angle in (2) and (3). Although the calculation formula in this case is difficult to express functionally, it can be solved relatively easily by a well-known method such as numerical analysis.
【００２６】以下、本発明を幾つかの光学機器に実施し
た例について詳述する。尚、実施例は本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。図８
は、本発明をレーザビームによる自動スキャニング装置
に応用する際の光学ヘッド部の機械的な構成を示してお
り、基台（１３）上には、第１のパイプ片（１６）が配
置されて、軸受（１４）により回転可能に支持されると
共に、該パイプ片（１６）と同軸上に、第２のパイプ片
（１７）が配置されて、同じく軸受（１５）により回転
可能に支持されている。
両パイプ片（１６）（１７）の対向する端部には、夫々
第１プリズム片（２）及び第２プリズム片（３）が固定
され、偏角プリズム（４）を構成している。Examples in which the present invention is implemented in several optical instruments will be described in detail below. It should be noted that the examples are for illustrating the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or reducing its scope. Figure 8
shows the mechanical configuration of the optical head section when the present invention is applied to an automatic scanning device using a laser beam, in which a first pipe piece (16) is arranged on the base (13). , is rotatably supported by a bearing (14), and a second pipe piece (17) is disposed coaxially with the pipe piece (16), and is also rotatably supported by a bearing (15). There is. A first prism piece (2) and a second prism piece (3) are fixed to the opposing ends of both pipe pieces (16) and (17), respectively, to form an deflection prism (4).
【００２７】両パイプ片（１６）（１７）には夫々ベル
ト伝達機構（１８）（１９）を介して第１及び第２モー
タ（２１）（２２）が連繋しており、これによって各プ
リズム片（２）（３）が回転駆動される。両モータ（２
１）（２２）にはモータ駆動制御回路（２４）が接続さ
れている。又、基台（１３）上には、第１パイプ片（１
６）の中心軸へ向けてレーザ発生装置（２３）が配置さ
れている。First and second motors (21, 22) are connected to both pipe pieces (16, 17) via belt transmission mechanisms (18, 19), respectively, so that each prism piece (2) and (3) are rotationally driven. Both motors (2
1) A motor drive control circuit (24) is connected to (22). Moreover, on the base (13), the first pipe piece (1
A laser generator (23) is arranged toward the central axis of 6).
【００２８】レーザ発生装置（２３）からのレーザ光は
、第１パイプ片（１６）内を通過して偏角プリズム（４
）にて所定の偏角を受けた後、更に第２パイプ片（１７
）内を通過し、外部へ出射される。モータ駆動制御回路
（２４）は、両モータ（２１）（２２）を夫々正逆に回
転させて、出射レーザビームが所定のスキャニング軌跡
を描く様に、第１及び第２プリズム片（２）（３）の回
転角度を制御するのである。The laser beam from the laser generator (23) passes through the first pipe piece (16) and enters the deflection prism (4).
) after receiving a predetermined deflection angle, the second pipe piece (17
) and is emitted to the outside. The motor drive control circuit (24) rotates both the motors (21) and (22) in the forward and reverse directions, respectively, and rotates the first and second prism pieces (2) ( 3) to control the rotation angle.
【００２９】図９は、本発明を移動体の自動追尾装置に
実施した例を示している。移動体には、後述の如く自動
追尾装置本体から送られてくるレーザ光を再び装置本体
へ送り返すためのコーナキューブ（３８）が搭載されて
いる。基台（２５）上に配置したレーザ光源（２６）か
らのレーザ光は、直角プリズム（２７）を経てハーフミ
ラー（２８）に入射し、該ハーフミラー（２８）を通過
したレーザ光は、偏角プリズム（４）を内蔵した光学ヘ
ッド装置（３７）へ送られる。
これによって偏角されたレーザ光は移動体のコーナキュ
ーブ（３８）へ向けて出射され、該コーナキューブ（３
８）にて反射されたレーザ光が再び光学ヘッド装置（３
７）へ向けて送り返されることになる。該レーザ光は偏
角プリズム（４）によって前記と同じ偏角を受け、ハー
フミラー（２８）へ入射する。該ハーフミラー（２８）
にて反射されたレーザ光はフレネルレンズ（２９）を経
て、光センサー（３５）へ入射する。FIG. 9 shows an example in which the present invention is implemented in an automatic tracking device for a moving object. The moving body is equipped with a corner cube (38) for sending laser light sent from the automatic tracking device main body back to the device main body as described later. Laser light from a laser light source (26) placed on a base (25) passes through a right-angle prism (27) and enters a half mirror (28), and the laser light that has passed through the half mirror (28) is polarized. It is sent to an optical head device (37) containing a square prism (4). As a result, the deflected laser beam is emitted toward the corner cube (38) of the moving body, and the corner cube (38)
The laser beam reflected by the optical head device (3)
7) will be sent back. The laser beam receives the same polarization angle as described above by the polarization prism (4) and enters the half mirror (28). The half mirror (28)
The laser beam reflected by the laser beam passes through the Fresnel lens (29) and enters the optical sensor (35).
【００３０】光センサー（３５）は、左右上下に４つの
光検知部（３１）（３２）（３３）（３４）を配置して
構成される。演算処理装置（３６）は、これらの４つの
光検知部の受光量の偏りに基づいて、コーナキューブ（
３８）の僅かな移動に伴う反射レーザ光の変位を検出し
、該検出結果に基づいてコーナキューブ（３８）の移動
方向を検知し、更にその結果に基づいて、偏角プリズム
（４）の偏角方向をコーナキューブ（３８）の移動方向
へ追従させるための両プリズム片（２）（３）の回転角
度を算出するのである。The optical sensor (35) is constructed by arranging four optical detection sections (31), (32), (33), and (34) on the left, right, upper and lower sides. The arithmetic processing unit (36) calculates a corner cube (
38) is detected, the direction of movement of the corner cube (38) is detected based on the detection result, and the deflection of the deflection prism (4) is further determined based on the result. The rotation angle of both prism pieces (2) and (3) for causing the corner direction to follow the moving direction of the corner cube (38) is calculated.
【００３１】光学ヘッド装置（３７）は、演算処理装置
（３６）から得られる回転角度信号に応じて、偏角プリ
ズム（４）の両プリズム片（２）（３）を夫々回転させ
る。この結果、偏角プリズム（４）から出射されるレー
ザ光の方向が、コーナキューブ（３８）の移動方向に追
従して変化し、移動体が追尾されるのである。The optical head device (37) rotates both prism pieces (2) and (3) of the deflection prism (4) in accordance with the rotation angle signal obtained from the arithmetic processing device (36). As a result, the direction of the laser beam emitted from the deflection prism (4) changes to follow the moving direction of the corner cube (38), and the moving body is tracked.
【００３２】更に上記移動体自動追尾装置を応用して、
地上局と移動局との空間通信システムを実現した例を図
１０に示す。地上局（４１）においては、レーザ光源（
４３）からのレーザ光が変調器（４４）にて通信情報に
応じた変調を受け、移動体自動追尾装置（４５）へ送ら
れる。移動体自動追尾装置（４５）は例えば図９の如く
構成され、光学ヘッド部に偏角プリズムを内蔵している
。[0032] Furthermore, by applying the above-mentioned automatic tracking device for moving objects,
FIG. 10 shows an example of a space communication system between a ground station and a mobile station. At the ground station (41), a laser light source (
The laser beam from 43) is modulated by a modulator (44) according to the communication information and sent to the mobile automatic tracking device (45). The moving object automatic tracking device (45) is configured as shown in FIG. 9, for example, and has a deflection prism built into the optical head.
【００３３】空間移動体には図１０の如くコーナキュー
ブ（４７）を内蔵した移動局（４２）が設けられ、地上
局（４１）からのレーザ光は、ハーフミラー（４６）を
通過してコーナキューブ（４７）へ送られ、その反射光
は再びハーフミラー（４６）を経て地上局（４１）へ送
り返され、前述の如く自動追尾動作に供される。一方、
移動局（４２）のハーフミラー（４６）にて反射された
光は受光器（４８）にて光電変換され、これによって得
られた電気信号が復調器（４９）にて復調されて、地上
局（４１）からの通信情報が出力（５０）されるのであ
る。As shown in FIG. 10, the space moving body is provided with a mobile station (42) having a built-in corner cube (47), and the laser beam from the ground station (41) passes through a half mirror (46) and is directed to the corner cube. The light is sent to the cube (47), and the reflected light is sent back to the ground station (41) via the half mirror (46), where it is subjected to the automatic tracking operation as described above. on the other hand,
The light reflected by the half mirror (46) of the mobile station (42) is photoelectrically converted by the light receiver (48), and the electrical signal obtained thereby is demodulated by the demodulator (49) and sent to the ground station. The communication information from (41) is output (50).
【００３４】図１１は、本発明を、ビデオカメラによる
撮影の際に発生す画像ぶれを補正する画像安定化装置に
実施した例を示している。ビデオカメラ（５１）の光学
ヘッド部を構成する対物レンズ（５９）の前方に、第１
及び第２プリズム片（２）（３）からなる偏角プリズム
（４）が配置され、両プリズム片には、モータドライバ
（５４）（５５）によって駆動される第１及び第２モー
タ（５２）（５３）が連繋している。ビデオカメラ（５
１）本体には、ジャイロスコープ等からなる周知の変位
センサー（５６）が装備され、これによってビデオカメ
ラ本体の平行移動及び回転変位が検出される。該センサ
ーの検出信号は変位量演算部（５７）へ送られて、ビデ
オカメラ本体の変位量が算出される。該算出結果は更に
補正量演算部（５８）へ送られて、ビデオカメラ本体の
変位に伴う画像ぶれを補正するために必要なプリズム片
（２）（３）の回転角度が算出される。補正量演算部（
５８）は、該算出結果に応じた制御信号を両モータドラ
イバ（５４）（５５）へ供給する。FIG. 11 shows an example in which the present invention is implemented in an image stabilizing device for correcting image blurring that occurs when photographing with a video camera. In front of the objective lens (59) that constitutes the optical head of the video camera (51)
and a second prism piece (2) and (3), and both prism pieces have first and second motors (52) driven by motor drivers (54) and (55). (53) are connected. Video camera (5
1) The main body is equipped with a well-known displacement sensor (56) such as a gyroscope, which detects the parallel and rotational displacement of the video camera main body. The detection signal of the sensor is sent to a displacement calculating section (57), and the displacement of the video camera body is calculated. The calculation result is further sent to the correction amount calculating section (58), and the rotation angle of the prism pieces (2) and (3) necessary for correcting image blur caused by displacement of the video camera body is calculated. Correction amount calculation section (
58) supplies a control signal according to the calculation result to both motor drivers (54) and (55).
【００３５】上記画像安定化装置によれば、撮影時にビ
デオカメラ本体がピッチング・ヨーイングして、対物レ
ンズ（５９）の光軸の向きが撮影物体から大きくずれた
としても、偏角プリズム（４）の動作によって、該偏角
プリズム（４）の対物側の光軸が撮影物体の方向へ迅速
に偏角される。この結果、撮影物体が適確に捕えられ、
常に安定した画像が得られることになる。According to the above-mentioned image stabilizing device, even if the video camera body pitches or yaws during shooting and the direction of the optical axis of the objective lens (59) deviates greatly from the shooting object, the polarization prism (4) By this operation, the optical axis of the deflection prism (4) on the object side is quickly deflected toward the object to be photographed. As a result, the photographed object is captured accurately,
A stable image will always be obtained.
【００３６】図１２は、移動する台車（６１）上に搭載
したビデオカメラ（６２）によって、静止したターゲッ
ト（７１）を常に撮影する目標追従制御装置に本発明を
実施した例を示している。ビデオカメラ（６２）の前方
には、第１及び第２プリズム片（２）（３）からなる偏
角プリズム（４）が配置され、両プリズム片には、モー
タドライバ（６５）（６６）によって駆動される第１及
び第２モータ（６３）（６４）が連繋している。FIG. 12 shows an example in which the present invention is implemented in a target tracking control device that constantly photographs a stationary target (71) with a video camera (62) mounted on a moving trolley (61). A deflection prism (4) consisting of first and second prism pieces (2) and (3) is arranged in front of the video camera (62), and both prism pieces are driven by motor drivers (65) and (66). The first and second motors (63) and (64) to be driven are linked.
【００３７】ビデオカメラ（６２）の光軸をターゲット
（７１）の中心へ向けることによって、図１３の如く画
面（７２）の中央部にターゲット（７１）が捕えられる
。台車（６１）の移動に伴って、ビデオカメラ（６２）
の光軸がターゲット（７１）からずれると、ターゲット
（７１）の像は図中に鎖線で示す如く画面（７２）内で
移動することになる。By directing the optical axis of the video camera (62) toward the center of the target (71), the target (71) is captured at the center of the screen (72) as shown in FIG. As the trolley (61) moves, the video camera (62)
If the optical axis of the target (71) deviates from the target (71), the image of the target (71) will move within the screen (72) as shown by the chain line in the figure.
【００３８】ビデオカメラ（６２）からの画像信号は図
１２の如く画像処理部（６７）へ送られて、ターゲット
像の４つのエッジの画面上の座標が算出され、該算出結
果に最小２乗法を適用して、図１３に破線で示す如く４
つのエッジを上下左右に結ぶ２直線を求め、該２直線の
交点からターゲット像の中心点Ｐ、Ｐ′の座標が算出さ
れる。The image signal from the video camera (62) is sent to the image processing unit (67) as shown in FIG. 12, and the coordinates of the four edges of the target image on the screen are calculated, and the calculation results are applied using the least squares method. 4 as shown by the broken line in Figure 13.
Two straight lines connecting the two edges vertically and horizontally are found, and the coordinates of the center points P and P' of the target image are calculated from the intersections of the two straight lines.
【００３９】画像処理部（６７）の算出結果は図１２の
ターゲットずれ演算部（６８）へ送られて、前記ターゲ
ット像の中心点と画面の中心点とのずれ（図１３のｄＸ
、ｄＹ）が算出される。該算出結果は補正量演算部（６
９）へ送られて、ターゲット像の中心を画面中心へ戻す
ために必要な両プリズム片（２）（３）の回転角度が算
出される。補正量演算部（６９）は、算出された回転角
度に応じた制御信号をモータドライバ（６５）（６６）
へ供給する。The calculation result of the image processing unit (67) is sent to the target deviation calculating unit (68) in FIG. 12, and the deviation between the center point of the target image and the center point of the screen (dX in FIG. 13) is
, dY) are calculated. The calculation result is sent to the correction amount calculation unit (6
9), and the rotation angle of both prism pieces (2) and (3) required to return the center of the target image to the center of the screen is calculated. The correction amount calculation unit (69) sends a control signal corresponding to the calculated rotation angle to the motor driver (65) (66).
supply to
【００４０】上記目標追従制御装置によれば、台車（６
１）の移動に伴ってビデオカメラ（６２）の光軸が上下
左右に傾いたとしても、偏角プリズム（４）の動作によ
って、該偏角プリズム（４）の対物側の光軸がターゲッ
ト（７１）の方向へ偏角される。この際、可動部は第１
及び第２プリズム片（２）（３）だけで軽量であるから
、迅速な偏角動作が可能である。この結果、常に画面中
心にターゲット像が捕えられることになる。According to the target tracking control device, the trolley (6
Even if the optical axis of the video camera (62) is tilted vertically or horizontally due to the movement of the deflection prism (4), the optical axis on the object side of the deflection prism (4) will be aligned with the target ( 71). At this time, the movable part
Since the second prism pieces (2) and (3) alone are lightweight, rapid deflection movement is possible. As a result, the target image is always captured at the center of the screen.
【００４１】尚、ビデオカメラ（６２）及び偏角プリズ
ム（４）にて一体の光学ヘッドユニットを構成し、該光
学ヘッドユニットを周知の偏角機構（図示省略）上に支
持して、台車（６１）の直線移動に伴うビデオカメラ（
６２）の大まかな方向修正は、該偏角機構によって行な
い、移動台車（６１）の振動に伴う画像ぶれは、偏角プ
リズム（４）によって補正すれば、移動台車（６１）の
移動範囲が広い場合にも、正確な目標追従が可能となる
。The video camera (62) and the deflection prism (4) constitute an integrated optical head unit, and the optical head unit is supported on a well-known deflection mechanism (not shown) and mounted on a cart ( 61) along with the linear movement of the video camera (
If the rough direction correction of 62) is performed by the declination mechanism, and the image blur caused by vibration of the movable cart (61) is corrected by the declination prism (4), the movement range of the movable cart (61) is wide. Accurate target tracking is also possible in this case.
【００４２】本発明は更に種々の分野に応用出来るのは
言うまでもない。例えば画像認識機能を具えた移動ロボ
ットの可動式頭部に本発明に係る光学偏角装置を内蔵し
た場合、可動式頭部の動きは、人間が首を捩って頭の向
きを観察物体の方向へ向ける動作に対応し、光学偏角装
置による光軸の偏角動作は、人間が眼球を動かして視線
を観察物体の方向へ向ける動作に対応することになり、
人間の眼に極めて近い画像認識機能が実現される。It goes without saying that the present invention can be further applied to various fields. For example, if the optical deflection device according to the present invention is built into the movable head of a mobile robot equipped with an image recognition function, the movement of the movable head will be such that a human twists the neck to direct the head toward the object being observed. The deflection of the optical axis by the optical deflection device corresponds to the motion of a human moving the eyeballs to direct the line of sight in the direction of the observed object.
An image recognition function extremely similar to that of the human eye will be realized.
【００４３】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。The above description of the embodiments is for illustrating the present invention, and should not be construed to limit or reduce the scope of the invention described in the claims. Furthermore, it goes without saying that the configuration of each part of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made within the technical scope of the claims.
【図１】本発明に係る光学機器に於ける光軸偏角装置の
基本的な構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of an optical axis deflection device in an optical device according to the present invention.
【図２】偏角プリズムの偏角動作を解析するための光学
系を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an optical system for analyzing the deflection motion of a deflection prism.
【図３】上記光学系に設定した変数及びパラメータを説
明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating variables and parameters set in the optical system.
【図４】解析によって得られた仮想スクリーン上のレー
ザ光照射軌跡の第１の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first result of a laser beam irradiation trajectory on a virtual screen obtained by analysis.
【図５】解析によって得られた仮想スクリーン上のレー
ザ光照射軌跡の第２の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second result of a laser beam irradiation trajectory on a virtual screen obtained by analysis.
【図６】解析によって得られた仮想スクリーン上のレー
ザ光照射軌跡の第３の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the third result of the laser beam irradiation trajectory on the virtual screen obtained by analysis.
【図７】解析によって得られた仮想スクリーン上のレー
ザ光照射軌跡の第４の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the fourth result of the laser beam irradiation trajectory on the virtual screen obtained by analysis.
【図８】本発明の第１実施例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第２実施例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第３実施例を示すブロック図である
。FIG. 10 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第４実施例を示すブロック図である
。FIG. 11 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第５実施例を示すブロック図である
。FIG. 12 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図１３】画面内のターゲット像を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a target image within the screen.
（１） 光学ヘッド部 （２） 第１プリズム片 （３） 第２プリズム片 （４） 偏角プリズム （８） 光学機器本体 (1) Optical head section (2) First prism piece (3) Second prism piece (4) Deflection prism (8) Optical equipment body
Claims (1)
学ヘッド部（１）を具えた光学機器に於いて、前記光学
ヘッド部（１）に配置した一対のプリズム片（２）（３
）からなる偏角プリズム（４）と、両プリズム片（２）
（３）を夫々回転させる一対の回転駆動手段（５）（６
）と、両回転駆動手段（５）（６）の回転角度を夫々制
御する回転制御手段（７）と、光学機器本体（８）或い
は装置外部からの情報に基づき各プリズム片（２）（３
）の回転角度を演算して該演算結果を前記回転制御手段
（７）へ供給する演算処理手段（９）とを具え、光学ヘ
ッド部（１）の対物側の光軸が任意方向へ自動的に偏角
されることを特徴とする光学機器に於ける光軸偏角装置
。1. In an optical device equipped with an optical head section (1) that emits or receives light beams, a pair of prism pieces (2) (3) disposed on the optical head section (1) is provided.
) and both prism pieces (2).
A pair of rotational drive means (5) and (6) for rotating (3), respectively.
), a rotation control means (7) for controlling the rotation angles of both rotation drive means (5) and (6), respectively, and each prism piece (2) (3) based on information from the optical device main body (8) or the outside of the device.
) and a calculation processing means (9) which calculates the rotation angle of the optical head (1) and supplies the calculation result to the rotation control means (7), the optical axis of the objective side of the optical head (1) is automatically moved in an arbitrary direction. An optical axis deflection device for an optical device, characterized in that the optical axis is deflected by .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12736191A JPH04352124A (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Optical axis deflection device for optical equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12736191A JPH04352124A (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Optical axis deflection device for optical equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04352124A true JPH04352124A (en) | 1992-12-07 |
Family
ID=14958053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12736191A Pending JPH04352124A (en) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Optical axis deflection device for optical equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH04352124A (en) |
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