JPH04352125A - 光学機器に於ける光軸偏角装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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
。

【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。

【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
装置の構成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。

【０００５】出願人は、上記問題点を解決するための研
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。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、認識されていなか
った。

【０００６】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た。そして
、この結果に基づき、光学機器の光学ヘッド部に偏角プ
リズムを配置して、両プリズム片の回転角度を夫々制御
することによって、光学ヘッド部の光軸を任意方向へ偏
角する光軸偏角装置を案出したのである。

【０００７】ところが、例えば画像光線を上記装置によ
って偏角処理する場合、次の様な問題点が明らかとなっ
て。即ち、図３に示す如くプリズム片（１０）を入射光
線に対して垂直に設置した場合、プリズム（１０）によ
って屈折した出射光は、入射光の幅Ｗ１よりも小さな幅
Ｗ２となって、該出射光によって形成される画像には歪
が生じる。 本発明の目的は、光学ヘッド部の光軸を任意方向へ偏角
出来、然も上記の如き歪が生じることのない光軸偏角装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】先ず、上記歪の問題を解決
するための光学系の原理について述べる。図２の如く、
プリズム片（１０）の入射光線と出射光線とが中心面Ｐ
に対して同一角度βを為す光学系を構成する。この場合
、入射光線と出射光線との関係がプリズム片（１０）の
中心面Ｐに対して左右対称となり、入射光線の幅Ｗ１と
出射光線の幅Ｗ２とが一致する。従って、上記の如き歪
は発生しない。

【０００９】本発明に係る光学機器に於ける光軸偏角装
置は、上述の如く偏角プリズムに対して行なった光学的
解析の結果と、上記歪解消のための原理に基づいて完成
されたものであって、図１に示す如く、光学機器の光学
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、光学機器本体（８）側の第１プリズム片（２）の
回転に連動して第２プリズム片（３）の姿勢を変化させ
る連動手段（７）と、前記一対の回転駆動手段（５）（
６）の回転角度を夫々制御する回転制御手段（９）とを
具えている。

【００１０】第１プリズム片（２）の中心面Ｐ１は、該
プリズム片（２）の入射光線と出射光線とが該中心面Ｐ
１に対して同一角度を為す傾斜角度に設置される。又、
第２プリズム片（３）の中心面Ｐ２は、連動手段（７）
の動作によって、該プリズム片（３）の入射光線と出射
光線とが該中心面Ｐ２に対して同一角度を為す傾斜角度
に設定される。

【００１１】

【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（９）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。

【００１２】この際、各プリズム片（２）（３）に対す
る入射光及び出射光は、夫々のプリズム片の中心面に対
して左右対称となり、出射光に歪は生じない。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。

【００１３】

【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。又、偏角
プリズム（４）を通過した光に歪は生じないから、本発
明を画像処理機器に応用する場合にも問題はない。

【００１４】

【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６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７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。

【００１５】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。

【数１】

【数２】

【００１６】但し、Ｐ４ｘ、Ｐ４ｙ、Ａ４、Ｑ４ｘ及び
Ｑ４ｙは夫々数３乃至数７で表わされる。

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】

【数７】

【００１７】ここで、Ｐ４ｚ、Ｑ４ｚ及びμ３は夫々数
８乃至数１０で表わされる。

【数８】

【数９】

【数１０】

【００１８】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。

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【００１９】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。

【数１９】

【数２０】

【数２１】

【数２２】

【数２３】

【数２４】

【数２５】

【数２６】

【数２７】

【００２０】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。

【数２８】

【数２９】

【数３０】

【数３１】

【数３２】

【数３３】

【数３４】

【数３５】

【数３６】

【００２１】ここで、Ａ０、Ｂ０及びμ０は夫々数３７
乃至数３９で表わされる。

【数３７】

【数３８】

【数３９】

【００２２】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７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。

【００２３】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８乃至図１１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３
６０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。

【００２４】図８はＺ３＝３（ｍ）の場合、図９はＺ３
＝５（ｍ）の場合、図１０はＺ３＝７（ｍ）の場合、図
１１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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】先ず、図１に示す連動手段（７）の具体的
構成について述べる。連動手段（７）の最も簡易な構成
例は、図１に示す如く第２プリズム片（３）及び該プリ
ズム片の回転駆動手段（６）をケーシング（７０）に収
容し、連結部材（７３）によって前記ケーシング（７０
）と第１プリズム片（２）とを一体回転可能に連結する
ものである。尚、第１プリズム片（２）の中心面Ｐ１は
、入射光と出射光とが左右対称となる様に所定角度だけ
傾いており、該傾斜角度は第１プリズム片（２）の屈折
率、頂角等から容易に算出出来る。第１プリズム片（２
）は回転駆動手段（５）の駆動によって該中心面Ｐ１内
にて回転することなる。

【００３０】第１プリズム片（２）が回転すると、これ
と一体に連結部材（７３）及びケーシング（７０）が回
転し、第２プリズム片（３）がケーシング（７０）内で
回転しない場合、第１プリズム片（２）と第２プリズム
片（３）との相対的な姿勢は一定に維持される。従って
、第２プリズム片（３）を、その入射光と出射光が中心
面Ｐ２を挟んで左右対称となる傾斜角度に設置すれば、
第１プリズム片（２）が回転しても、第２プリズム片（
３）の入射光と出射光の対称関係は維持される。第２プ
リズム片（３）が回転駆動手段（６）の駆動によって中
心面Ｐ２内で回転しても同様である。

【００３１】図４は連動手段（７）の他の構成例を示し
ている。第１プリズム片（２）は、円筒状のプリズムホ
ルダー（７４）内に収容保持され、該プリズムホルダー
（７４）は一定位置にて回転可能に支持されると共に、
モータ及びベルト伝達機構からなる回転駆動手段（５）
が連繋している。従って、回転駆動手段（５）の駆動に
よって第１プリズム片（２）を正逆に回転させることが
出来る。一方、第２プリズム片（３）は円筒状のプリズ
ムホルダー（７６）内に収容保持され、該プリズムホル
ダー（７６）はインナーケース（７７）内に筒軸回りに
回転可能に取り付けられている。 インナーケース（７７）の外周面には球面（８０）が形
成されている。該インナーケース（７７）には回転駆動
手段（６）となるモータが設置され、該モータの出力軸
に固定した原動ギア（８８）を、前記プリズムホルダー
（７６）の外周面に形成した従動ギア（８９）に噛合せ
しめている。

【００３２】インナーケース（７７）は、内周面に球面
（８１）を形成したアウターケース（７８）内に収容さ
れ、インナーケース（７７）の球面（８０）とアウター
ケース（７８）の球面（８１）とは同一の曲率に形成さ
れて、互いに摺接している。従って、インナーケース（
７７）は球面（８０）の中心点Ｃ回りに揺動が可能であ
る。アウターケース（７８）はガイド部材（７９）によ
って支持され、球面（８１）の中心点Ｃを含む垂直面内
での移動が可能である。更に、インナーケース（７７）
とプリズムホルダー（７４）とは、垂直面に対して傾斜
した回転支持面を有するリング状の軸受（７５）を介し
て、互いに相対回転可能且つ接近離間不能に連結されて
いる。

【００３３】従って、回転駆動手段（５）の駆動によっ
て第１プリズム片（２）及びプリズムホルダー（７４）
が回転すると、軸受（７５）の回転支持面の振れに伴っ
て、インナーケース（７７）が揺動することになる。こ
のとき、インナーケース（７７）が軸受（７５）の回転
支持面と平行な面内で回転することはない。プリズムホ
ルダー（７４）の回転によってインナーケース（７７）
が触れ回わることになるが、これに伴うアウターケース
（７８）の移動はガイド部材（７９）によって案内され
る。

【００３４】上記連動手段（７）においては、第１プリ
ズム片（２）の回転に応じて第２プリズム片（３）が中
心点Ｃ回りに揺動し、第１プリズム片（２）の１回転に
よって第２プリズム片（３）が１往復することとなり、
図１の連動手段（７）と同様、第１プリズム片（２）の
回転に拘らず、第２プリズム片（３）に対する入射光と
出射光の対称関係が維持される。尚、上記連動手段（７
）においては、第２プリズム片（３）が回転駆動手段（
６）によって独立に駆動され、第１プリズム片（２）の
回転に伴って回転することはないから、回転制御が容易
である。

【００３５】図５は連動手段（７）の更に他の構成例を
示している。第１プリズム片（２）は、前記の構成例と
同様に、円筒状のプリズムホルダー（８３）内に収容保
持され、該プリズムホルダー（８３）は一定位置にて回
転可能に支持されると共に、モータ及びベルト伝達機構
からなる回転駆動手段（５）が連繋している。一方、第
２プリズム片（３）を収容保持する筒状のプリズムホル
ダー（８４）は、外周面が球面に形成されると共に、該
球面には、筒軸方向に沿って伸びる歯面（８５）が形成
されている。そして、プリズムホルダー（８４）の歯面
（８５）には、回転駆動手段（６）となるモータの出力
軸に固定したギア（９０）が噛合している。更にプリズ
ムホルダー（８４）を包囲して、歯面（８５）に噛合す
る複数の支持歯車（８７）が配置され、これによってプ
リズムホルダー（８４）を回転可能且つ揺動可能に支持
している。

【００３６】プリズムホルダー（８４）内には、歯面（
８５）が形成された球面の中心点Ｃを通る傾斜面内に回
転支持面を有するリング状の軸受（８６）が配置され、
該軸受（８６）のアウターリングは第２プリズム片（３
）のプリズムホルダー（８４）へ、インナーリングは第
１プリズム片（２）のプリズムホルダー（８３）へ固定
している。これによって、両プリズムホルダー（８３）
（８４）は互いに相対回転可能且つ接近離間不能に連結
される。

【００３７】従って、回転駆動手段（５）の駆動によっ
て第１プリズム片（２）及びプリズムホルダー（８３）
が回転すると、軸受（８６）の回転支持面の振れに伴っ
て、プリズムホルダー（８４）が中心点Ｃ回りに揺動す
ることになる。このとき、プリズムホルダー（８４）が
、軸受（８６）の回転支持面内で回転することはない。

【００３８】上記連動手段（７）においては、第１プリ
ズム片（２）の回転に応じて第２プリズム片（３）が左
右に揺動し、第１プリズム片（２）の１回転によって第
２プリズム片（３）が１往復することとなり、図１の連
動手段（７）と同様、第１プリズム片（２）の回転に拘
らず、第２プリズム片（３）に対する入射光と出射光の
対称関係が維持される。尚、上記連動手段（７）におい
ては、図４の連動手段（７）と同様に、第２プリズム片
（３）が回転駆動手段（６）によって独立に駆動され、
第１プリズム片（２）の回転に伴って回転することはな
いから、回転制御が容易である。

【００３９】連動手段（７）としては、前述の如く第１
プリズム片（２）と第２プリズム片（３）とを機械的に
連動させる構成の他、第２プリズム片（３）を独立の駆
動機構よって揺動させる構成も可能である。

【００４０】次に、本発明に係る光軸偏角装置の各種光
学機器に応用した例について説明する。尚、連動手段と
しては、図１、図４及び図５で説明した機構等、各種の
構成が採用可能であり、以下の応用例では図示及び説明
を省略する。

【００４１】図１２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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】図１３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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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
１４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１３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。

【００４８】空間移動体には図１４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。

【００４９】図１５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。

【００５０】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。

【００５１】図１６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。

【００５２】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１７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。

【００５３】ビデオカメラ（６２）からの画像信号は図
１６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１７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。

【００５４】画像処理部（６７）の算出結果は図１６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１７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。

【００５５】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。

【００５６】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
。

【００５７】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。

【００５８】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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】プリズム片の歪を解消するための光学系を示す
図である。

【図３】プリズム片によって歪が生じている光学系を示
す図である。

【図４】連動手段の具体的な構成を示す断面図である。

【図５】連動手段の他の具体的な構成を示す断面図であ
る。

【図６】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。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】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。

【図１２】本発明の第１応用例を示す平面図である。

【図１３】本発明の第２応用例を示す斜視図である。

【図１４】本発明の第３応用例を示すブロック図である
。

【図１５】本発明の第４応用例を示すブロック図である
。

【図１６】本発明の第５応用例を示すブロック図である
。

【図１７】画面内のターゲット像を示す図である。

【符号の説明】

（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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光線を発し或いは光線を受けるべき光
   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、光学機器本体（８）側の第１プリズム片（２）の
   回転に連動して第２プリズム片（３）の姿勢を変化させ
   る連動手段（７）と、前記一対の回転駆動手段（５）（
   ６）の回転角度を夫々制御する回転制御手段（９）とを
   具え、第１プリズム片（２）の中心面Ｐ１は、該プリズ
   ム片（２）の入射光線と出射光線とが該中心面Ｐ１に対
   して同一角度を為す傾斜角度に設置され、第２プリズム
   片（３）の中心面Ｐ２は、連動手段（７）の動作によっ
   て、該プリズム片（３）の入射光線と出射光線とが該中
   心面Ｐ２に対して同一角度を為す傾斜角度に設定され、
   両プリズム片（２）（３）の夫々の回転によって、光学
   ヘッド部（１）の対物側の光軸が任意方向へ偏角される
   ことを特徴とする光学機器に於ける光軸偏角装置。