JPH07301766A - 像安定光学装置 - Google Patents
像安定光学装置Info
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- JPH07301766A JPH07301766A JP6096525A JP9652594A JPH07301766A JP H07301766 A JPH07301766 A JP H07301766A JP 6096525 A JP6096525 A JP 6096525A JP 9652594 A JP9652594 A JP 9652594A JP H07301766 A JPH07301766 A JP H07301766A
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- Japan
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- lens system
- housing
- attached
- inertial body
- swingable
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
- G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
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- Optics & Photonics (AREA)
- Telescopes (AREA)
- Adjustment Of Camera Lenses (AREA)
Abstract
像安定光学装置の小型化、軽量化、低コスト化及び製作
の容易化を図ることを目的とする。 【構成】 筺体に固着された対物レンズ系8、9及び接
眼レンズ系10、11と、互いに直交する2つの回動軸
を有するジンバル懸架装置と、対物レンズ系8、9及び
接眼レンズ系10、11の間に配置され、ジンバル懸架
装置を介して筺体に装着され、チルティング方向及びパ
ンニング方向に揺動自在となっている正立プリズム4、
5と、ジンバル懸架装置を介して筺体に装着されてチル
ティング方向及びパンニング方向に揺動自在となってい
る慣性体支持部と、慣性体支持部に対して高速回転する
慣性体14と、ジンバル懸架装置に取り付けられた粘弾
性体18とを備えている。
Description
を用いることにより、小型化、軽量化、低コスト化及び
製作の容易化を図った像安定光学装置に関するものであ
る。
2号公報に記載された従来の像安定光学装置を示す断面
図である。この装置は双眼鏡であり、筺体1内には、互
いに直交する2つの回動軸2、3を有するジンバル懸架
装置が配置されており、このジンバル懸架装置によって
正立プリズム4、5が対物レンズ系(図示せず)及び接
眼レンズ系(図示せず)の間に揺動自在に支持されてい
る。また、ジンバル懸架装置によって電動機6が揺動自
在に支持されており電動機6によって慣性体(図示せ
ず)が高速回転するため、正立プリズム4、5が空間的
に安定化される。このように観察光軸が手ぶれ等の外乱
に対して安定化され、この双眼鏡の像安定機能が達成さ
れる。
ズム4、5に生じた振動がおさまらなくなってしまうこ
とがあり、この振動は観察に有害であるから、ジンバル
懸架装置と筺体とを接続する回動軸2にはダンピング素
子としてのオイルダンパー7が取り付けられている。こ
のオイルダンパー7の中には例えばシリコンオイルのよ
うな粘度の高いオイルが封入されており、オイルダンパ
ー7は、このオイル中で回動する回動軸2に粘性抵抗を
与えることによって振動を停止させるものである。
に対して各定数を合わせ込んでオイルダンパー7を製作
した場合、オイルダンパー7は、大きさ・重量が大き
く、価格が高く、さらに製作が困難なものになってしま
う。従って、このようなオイルダンパー7を使用した双
眼鏡も、大きく、重く、高価で、製作困難なものにな
る。
グ素子を用いることにより、像安定光学装置の小型化、
軽量化、低コスト化及び製作の容易化を図ることにあ
る。
に、請求項1に係る発明は、筺体に固着された対物レン
ズ系及び接眼レンズ系と、互いに直交する2つの回動軸
を有するジンバル懸架装置と、対物レンズ系及び接眼レ
ンズ系の間に配置され、ジンバル懸架装置を介して筺体
に装着され、チルティング方向及びパンニング方向に揺
動自在となっている正立プリズムと、ジンバル懸架装置
を介して筺体に装着されてチルティング方向及びパンニ
ング方向に揺動自在となっている慣性体支持部と、慣性
体支持部に対して高速回転する慣性体と、ジンバル懸架
装置に取り付けられた粘弾性体とを備えている。
てもよい。
対物レンズ系及び接眼レンズ系と、互いに直交する2つ
の回動軸を有するジンバル懸架装置と、対物レンズ系及
び接眼レンズ系の間に配置され、ジンバル懸架装置を介
して筺体に装着され、チルティング方向及びパンニング
方向に揺動自在となっている正立プリズムと、ジンバル
懸架装置を介して筺体に装着されてチルティング方向及
びパンニング方向に揺動自在となっている慣性体支持部
と、慣性体支持部に対して高速回転する慣性体と、ジン
バル懸架装置に取り付けられたガイド手段と、ガイド手
段に沿って移動可能な付加質量と、付加質量に対してガ
イド手段に沿う方向の弾性力を与える弾性体と、付加質
量に対してガイド手段に沿う方向の粘性力を与える粘性
体とを備えている。
ズ系がそれぞれ2つ設けられ、双眼鏡であってもよい。
2つの対物レンズ系及び2つの接眼レンズ系と、筺体に
対してチルティング方向に揺動自在に取り付けられた外
側ジンバルと、それぞれが1組の対物レンズ系及び接眼
レンズ系の間に配置され、パンニング方向に揺動自在に
外側ジンバルに装着され、筺体に対してチルティング方
向及びパンニング方向に揺動自在となっている2つの正
立プリズムと、パンニング方向に揺動自在に外側ジンバ
ルに装着され、筺体に対してチルティング方向及びパン
ニング方向に揺動自在となっている慣性体支持部と、慣
性体支持部に対して高速回転する慣性体と、2つの正立
プリズム及び慣性体支持部を接続し、これらがパンニン
グ方向に揺動する角度を等しくするリンクと、外側ジン
バル、正立プリズム、慣性体支持部またはリンクのうち
の少なくとも1つに取り付けられた粘弾性体とを備えて
いる。
ていてもよい。
2つの対物レンズ系及び2つの接眼レンズ系と、筺体に
対してチルティング方向に揺動自在に取り付けられた外
側ジンバルと、それぞれが1組の対物レンズ系及び接眼
レンズ系の間に配置され、パンニング方向に揺動自在に
外側ジンバルに装着され、筺体に対してチルティング方
向及びパンニング方向に揺動自在となっている2つの正
立プリズムと、パンニング方向に揺動自在に外側ジンバ
ルに装着され、筺体に対してチルティング方向及びパン
ニング方向に揺動自在となっている慣性体支持部と、慣
性体支持部に対して高速回転する慣性体と、2つの正立
プリズム及び慣性体支持部を接続し、これらがパンニン
グ方向に揺動する角度を等しくするリンクと、外側ジン
バル、正立プリズム、慣性体支持部またはリンクのうち
の少なくとも1つに取り付けられたガイド手段と、ガイ
ド手段に沿って移動可能な付加質量と、付加質量に対し
てガイド手段に沿う方向の弾性力を与える弾性体と、付
加質量に対してガイド手段に沿う方向の粘性力を与える
粘性体とを備えている。
なる小型のダンピング素子をジンバル懸架装置等に取り
付けることにより、ジンバル懸架装置等の揺動する部分
に生じる振動を抑制することができる。従って、像安定
光学装置の小型化、軽量化、低コスト化及び製作の容易
化が図られる。
いて説明する。なお、図面において同一又は相当部分に
は同一符号を用いるものとする。図1は、像安定光学装
置、具体的には双眼鏡の原理を説明するための図であ
る。対物レンズ系8、9及び接眼レンズ系10、11の
間には正立プリズム4、5が配置されている。正立プリ
ズム4、5は、2自由度ジンバル懸架装置の内側ジンバ
ル12に取り付けられ、内側ジンバル12は図1のY軸
方向の回動軸を介して外側ジンバル13に取り付けられ
ている。従って、内側ジンバル12は外側ジンバル13
に対してパンニング方向に揺動自在となる。また、外側
ジンバル13は図1のX軸方向の回動軸を介して双眼鏡
の筺体に取り付けられている。従って、外側ジンバル1
3は筺体に対してチルティング方向に揺動自在となる。
転慣性体14が取付けられており、回転慣性体14はモ
ータ15の動力によって高速回転する。回転慣性体14
の回転軸の向きは静止した空間に対して(正確には慣性
空間に対して)変化しないため、内側ジンバル12の向
き、従って正立プリズム4、5の向きも慣性空間に対し
て変化しないこととなる。このように、対物レンズ系
8、9及び接眼レンズ系10、11の間に配置された正
立プリズム4、5の向きが変化しないことにより、この
双眼鏡の像安定機能が達成される。
内側ジンバル12に加わるトルクをTig、外側ジンバル
13に加わるトルクをTog、内側ジンバル12の角度を
θig、外側ジンバル13の角度をθog、内側ジンバル1
2の軸受まわりの慣性質量をIig、外側ジンバル13の
軸受まわりの慣性質量をIog、回転慣性体14のジャイ
ロモーメントをHとする。内側ジンバル12及び外側ジ
ンバル13の運動は、力学公式により以下のように記述
される。
力)により、
り、
係は以下のように求まる。
摩擦力によりトルクが加わると、
る。
めることができる。見通しをよくするために、ラプラス
変換領域における機械的伝達関数とブロック図を用いて
この系を表現すると、図2のようになる。この表現よ
り、トルクと角度の関係を求めると、
のための素子、すなわちダンピング素子が必要であるこ
とを示す。図3はこの発明で用いられるダンピング素子
の一例を示す斜視図である。このダンピング素子は円板
状の基部16に設けられたねじ部17を外側ジンバル1
3等に締め付けることによって取り付けられる。基部1
6には粘弾性体18が接着されており、粘弾性体18に
は円板状の付加質量19が接着されている。ここで、粘
弾性とは、変位に比例する力を発生する性質(バネ等)
と速度に比例した抵抗力を発生する性質とをあわせもつ
性質である。
12の運動と外側ジンバル13の運動とは独立ではな
く、からみ合っているから、ダンピング素子を内側ジン
バル12または外側ジンバル13の一方に取り付けるこ
とにより一方の振動を抑制すれば、他方の振動も抑制さ
れてしまう。
とから付加質量19は必ずしも必要ではなく、粘弾性体
18のみでもダンピング効果は有する。図3において
は、粘弾性体18は円錐台形状をなしているが、円柱形
状、角錐形状、角錐台形状等であってもよい。
4( a) は外側ジンバル13の構成を示す斜視図であ
り、図4( b) 〜( e) は外側ジンバル13に取り付け
られた各種のダンピング素子である。図4( b) は、外
側ジンバル13の側面に粘弾性体18を取り付け粘弾性
体18に付加質量19を接着したものである。図4(
c) は、外側ジンバル13の上面に粘弾性体18を取り
付け粘弾性体18に付加質量19を接着したものであ
る。図4( d) は、外側ジンバル13の側面に2枚のゴ
ム板20を取り付け、これらの間に付加質量21を接着
したものである。この場合にはゴム板20が粘弾性体と
なる。図4( e) は、外側ジンバル13の側面に2枚の
金属板22を取り付け、これらの間にガイド手段たる棒
23を渡し、棒23にパイプ状の付加質量24を装着し
たものである。付加質量24と2枚の金属板22との間
には弾性体たるバネ25が入れられ、さらに付加質量2
4と棒23との間には粘性体たるグリースが注入されて
いる。バネ25及びグリースによって付加質量にそれぞ
れ弾性力及び粘性力が与えられる。従って、バネ25及
びグリースが図3の場合の粘弾性体18と同様の役割を
果たす。
ンバル13に取り付けた系の運動を解析する。図5はこ
の系を簡単化して示した図である。図5において、Id
、θd は付加質量19、21等のそれぞれ慣性質量、
角度であり、k、Bは粘弾性体18、20等のそれぞれ
弾性、粘性を示す係数であり、I、θは外側ジンバル1
3のそれぞれ慣性質量、角度であり、T、Tm はそれぞ
れ外側ジンバル13、付加質量に加わるトルクである。
うに記述される。
とめると、
鏡に取り付けた系の運動を解析する。ラプラス変換領域
における機械的伝達関数とブロック図を用いてこの系を
表現すると、図6のようになる。ここで、Dog( s) =
D( s) である。この表現より、トルクと角度の関係を
求めると、
Id 、粘弾性体18、20等の弾性k及び粘性Bを適切
に選ぶことにより、共振点ωにおけるQを抑えられるこ
とがわかる。従って、外乱に対する発振が抑制され、光
軸の安定化を向上させることができる。
を示す斜視図である。図示はしないが、2つの対物レン
ズ系及び2つの接眼レンズ系は筺体に固着されている。
外側ジンバル13は、回動軸26によって筺体に対して
チルティング方向に揺動自在に取り付けられている。2
つの正立プリズム4、5は、それぞれが1組の対物レン
ズ系及び接眼レンズ系の間に配置され、回動軸27によ
ってパンニング方向に揺動自在に外側ジンバル13に装
着され、筺体に対してチルティング方向及びパンニング
方向に揺動自在となっている。また、慣性体支持部28
はパンニング方向に揺動自在に外側ジンバル13に装着
され、筺体に対してチルティング方向及びパンニング方
向に揺動自在となっている。慣性体支持部28には、モ
ータの動力により慣性体支持部28に対して高速回転す
る慣性体29が設けられている。そして、リンク30が
2つの正立プリズム4、5の間を接続しており、正立プ
リズム4、5がパンニング方向に揺動する角度は等しく
なっている。また、リンク31が正立プリズム5と慣性
体支持部28との間を接続しており、慣性体支持部28
がパンニング方向に揺動する角度は、正立プリズム4、
5がパンニング方向に揺動する角度と等しくされてい
る。
鏡において、揺動する部分、すなわち外側ジンバル1
3、正立プリズム4、5、慣性体支持部28またはリン
ク30、31のうちの少なくとも1つにダンピング素子
を取り付けた場合には、図1の場合について解析したの
と同様に、共振点ωにおけるQを抑えることができる。
従って、外乱に対する発振が抑制され、光軸の安定化を
向上させることができ、双眼鏡の小型化、軽量化、低コ
スト化及び製作の容易化を図ることが可能である。
4、5の左右の側面に取り付けた例、図8はダンピング
素子32を外側ジンバル13の上面に取り付けた例を示
す図である。また、ダンピング素子としては、図4に示
すような各種のものを取り付けることができる。
32は双眼鏡に対して対称な位置に取り付けるのが好ま
しい。これはジンバル懸架装置のバランスを保持するの
に都合がよいからである。対称な位置に取り付けるのが
好ましいのは、図1の構成の双眼鏡についても同様であ
る。
を有する光学装置は双眼鏡であるとしたが、この光学装
置は望遠鏡、カメラ等であってもよい。
性体、付加質量等からなるダンピング素子をジンバル懸
架装置等に取り付けており、このダンピング素子は、小
型、軽量、低コストで製作も容易なものである。従っ
て、ジンバル懸架装置、正立プリズム、慣性体支持部等
の揺動する部分に生じる振動を抑制することができると
ともに、像安定光学装置の小型化、軽量化、低コスト化
及び製作の容易化を図ることができる。
明するための図である。
取り付けていない双眼鏡の運動を表現した図である。
を簡単化して表現した図である。
取り付けた双眼鏡の運動を表現した図である。
グ素子を取り付けた例を示す図である。
グ素子を取り付けた他の例を示す図である。
1…接眼レンズ、12…内側ジンバル、13…外側ジン
バル、14…慣性体、18…粘弾性体、19…付加質
量、20…ゴム板、21、24…付加質量、23…棒
(ガイド手段)、25…バネ(弾性体)、28…慣性体
支持部、29…慣性体、30、31…リンク、32…ダ
ンピング素子。
Claims (7)
- 【請求項1】 筺体に固着された対物レンズ系及び接眼
レンズ系と、 互いに直交する2つの回動軸を有するジンバル懸架装置
と、 前記対物レンズ系及び前記接眼レンズ系の間に配置さ
れ、前記ジンバル懸架装置を介して前記筺体に装着さ
れ、チルティング方向及びパンニング方向に揺動自在と
なっている正立プリズムと、 前記ジンバル懸架装置を介して前記筺体に装着されてチ
ルティング方向及びパンニング方向に揺動自在となって
いる慣性体支持部と、 前記慣性体支持部に対して高速回転する慣性体と、 前記ジンバル懸架装置に取り付けられた粘弾性体と、を
備えた像安定光学装置。 - 【請求項2】 前記粘弾性体に取り付けられた付加質量
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の像安定光学
装置。 - 【請求項3】 筺体に固着された対物レンズ系及び接眼
レンズ系と、 互いに直交する2つの回動軸を有するジンバル懸架装置
と、 前記対物レンズ系及び前記接眼レンズ系の間に配置さ
れ、前記ジンバル懸架装置を介して前記筺体に装着さ
れ、チルティング方向及びパンニング方向に揺動自在と
なっている正立プリズムと、 前記ジンバル懸架装置を介して前記筺体に装着されてチ
ルティング方向及びパンニング方向に揺動自在となって
いる慣性体支持部と、 前記慣性体支持部に対して高速回転する慣性体と、 前記ジンバル懸架装置に取り付けられたガイド手段と、 前記ガイド手段に沿って移動可能な付加質量と、 前記付加質量に対して前記ガイド手段に沿う方向の弾性
力を与える弾性体と、 前記付加質量に対して前記ガイド手段に沿う方向の粘性
力を与える粘性体と、を備えた像安定光学装置。 - 【請求項4】 前記正立プリズム、前記対物レンズ系及
び前記接眼レンズ系がそれぞれ2つ設けられ、双眼鏡で
あることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の像安定光学装置。 - 【請求項5】 筺体に固着された2つの対物レンズ系及
び2つの接眼レンズ系と、 前記筺体に対してチルティング方向に揺動自在に取り付
けられた外側ジンバルと、 それぞれが1組の前記対物レンズ系及び前記接眼レンズ
系の間に配置され、パンニング方向に揺動自在に前記外
側ジンバルに装着され、前記筺体に対してチルティング
方向及びパンニング方向に揺動自在となっている2つの
正立プリズムと、 パンニング方向に揺動自在に前記外側ジンバルに装着さ
れ、前記筺体に対してチルティング方向及びパンニング
方向に揺動自在となっている慣性体支持部と、 前記慣性体支持部に対して高速回転する慣性体と、 前記2つの正立プリズム及び前記慣性体支持部を接続
し、これらがパンニング方向に揺動する角度を等しくす
るリンクと、 前記外側ジンバル、前記正立プリズム、前記慣性体支持
部または前記リンクのうちの少なくとも1つに取り付け
られた粘弾性体と、を備えた像安定光学装置。 - 【請求項6】 前記粘弾性体に取り付けられた付加質量
を備えたことを特徴とする請求項5に記載の像安定光学
装置。 - 【請求項7】 筺体に固着された2つの対物レンズ系及
び2つの接眼レンズ系と、 前記筺体に対してチルティング方向に揺動自在に取り付
けられた外側ジンバルと、 それぞれが1組の前記対物レンズ系及び前記接眼レンズ
系の間に配置され、パンニング方向に揺動自在に前記外
側ジンバルに装着され、前記筺体に対してチルティング
方向及びパンニング方向に揺動自在となっている2つの
正立プリズムと、 パンニング方向に揺動自在に前記外側ジンバルに装着さ
れ、前記筺体に対してチルティング方向及びパンニング
方向に揺動自在となっている慣性体支持部と、 前記慣性体支持部に対して高速回転する慣性体と、 前記2つの正立プリズム及び前記慣性体支持部を接続
し、これらがパンニング方向に揺動する角度を等しくす
るリンクと、 前記外側ジンバル、前記正立プリズム、前記慣性体支持
部または前記リンクのうちの少なくとも1つに取り付け
られたガイド手段と、 前記ガイド手段に沿って移動可能な付加質量と、 前記付加質量に対して前記ガイド手段に沿う方向の弾性
力を与える弾性体と、 前記付加質量に対して前記ガイド手段に沿う方向の粘性
力を与える粘性体と、を備えた像安定光学装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6096525A JP2941647B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 像安定光学装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07301766A true JPH07301766A (ja) | 1995-11-14 |
JP2941647B2 JP2941647B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=14167562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6096525A Expired - Lifetime JP2941647B2 (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 像安定光学装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
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US (1) | US5798863A (ja) |
JP (1) | JP2941647B2 (ja) |
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1995
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