(57)【要約】【課題】  応答性に優れ、かつ高精度の回転角度を検出して制御することのできるモータの回転角度制御装置並びに、それに用いるモータの回転角度検出装置を提供する。【解決手段】  モータの回転速度が所定速度より速いときは、正弦波信号若しくは余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることでモータの回転角度を検出し、一方モータの回転速度が所定速度より遅いときは、正弦波信号及び余弦波信号の電圧値を基にモータの回転角度を検出する。【選択図】  図１
2006234688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して、回転角度情報を得るモータの回転角度検出装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度検出装置。
【請求項２】
モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して回転角度情報を得て、前記回転角度情報を用いて前記モータの回転角度を制御するモータの回転角度制御装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視用ドーム形状カメラなどに使用されるモータの回転角度制御装置並びに、その中で使用されるモータの回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
街頭、遊技場、マンションなどにおいて、監視用途としてのカメラが一般的に普及している。また、治安への不安から一般住宅においても監視用途としてのカメラが設置されるようになってきた。監視用カメラの外観としては、箱型形状とドーム形状がある。ドーム形状は人が監視されているという印象を緩和し、かつ外観的に違和感のないよう形状的に配慮されたものである。
【０００３】
図２に監視用ドーム形状カメラの形状例を示す。なお、図２の構成は、従来の監視用ドーム形状カメラを示すものであるが、この形状自体は、後述するように本発明が適用され得る監視用ドーム形状カメラの構成例でもある。ベース部2は天井などに固定され、レンズ4を含めた撮像部がパン・チルト方向に移動して撮影する。レンズ4と撮像部はドームカバー3で覆われている。
【０００４】
広い範囲を監視するときは複数のカメラを設置すればよいが、一台のカメラでより広範囲を監視できれば更によい。そこでパン方向は360度エンドレスが主流となり、チルト方向についても移動範囲が90度であったものが180度の範囲を要求されるようになった。このパン・チルト駆動を行う手段としてDDモータが使用されている。監視においては対象物に対して速やかに撮像部を向け、かつ撮像ポイントを精度良く確定することが求められる。
【０００５】
DDモータを使用した回転角度制御を行う場合、モータ外周に設けられた２相エンコーダーの電圧値を利用して回転角度検出を行う方法が知られている。２相エンコーダーの電圧値を計測し回転角度を算出するには、マイクロプロセッサなどを用いAD変換を行うのが一般的でコストがかからない方法である。また、下記の特許文献１には、上記方法により回転角度検出を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５４９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータの回転角度（回転位置とも言う）を示す回転角度情報を得る手段として、図６に示すような正弦波信号(FGA)520と余弦波信号(FGB)521の２相エンコーダー信号電圧を用いる場合、図５のブロック図に示すように、正弦波信号(FGA)と余弦波信号(FGB)にそれぞれA/D変換201、 202を施し、得られたそれぞれの電圧データからアークタンジェント（Arctangent（図５中Arctanと記載））を計算(ブロック203)することにより1/2FG区間におけるモータの回転角度情報を得ることができる。さらに、Arctangentの値が断続的になる部分を検出し既定のデータを加算(ブロック204)することによって、モータ１回転以上の連続した回転角度情報又は回転角情報を得ることができる。
【０００７】
図６は正弦波信号520と余弦波信号521から回転角度情報を得る方法を示す図である。図６に示すとおり、Arctangentの値は、1/2FG周期で繰り返す値となるが、断続点a、b、c、d、e、…で任意の原点Pに対して正回転方向では＋πずつ、負回転方向では−πずつ加算することにより、モータの回転角度又は回転角度に比例した直線303が得られる。
【０００８】
しかしこの場合、AD変換処理及び計算処理に一定の時間を要するため、AD変換サンプリング及び計算処理間隔に制限を生ずる。このため２相エンコーダー信号の電圧値のみで回転角度検出を行うと、モータの回転速度が速いときには回転角度を誤検出してしまう。誤検出をしない速度に限定すると応答性を著しく悪化させてしまい、監視用ドーム形状カメラに適用した場合は、パン・チルトなどの回転動作を行うカメラの回転性能(応答性)を損なってしまうという問題があった。
【０００９】
また図７のように、エンコーダー信号520、521をそれぞれ矩形波522、523のように波形整形し、そのエッジを検出することによって位相検出することは可能だが、２相エンコーダーを使用した場合、最大で1/4FGの位相しか検出できず、正弦波信号と余弦波信号の２相エンコーダー信号電圧を用いて回転角度検出をする方法に比べ分解能が著しく悪化するため、高精度の回転角度制御は困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決し、応答性に優れ、かつ高精度の回転角度を検出して制御することのできるモータの回転角度制御装置並びに、それに用いるモータの回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、モータの回転速度が所定速度より速いときは、正弦波信号若しくは余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出して、パルスの数をカウントすることでモータの回転角度を検出し、一方モータの回転速度が所定速度より遅いときは、正弦波信号及び余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する構成としている。
【００１２】
すなわち本発明によれば、モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して、回転角度情報を得るモータの回転角度検出装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度検出装置が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して回転角度情報を得て、前記回転角度情報を用いて前記モータの回転角度を制御するモータの回転角度制御装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータの回転角度検出装置によれば、回転角度の検出を高速に、かつ精度高く行うことができる。また、本発明のモータの回転角度制御装置によれば、応答性と回転角度検出精度との両方に優れた回転角度制御が可能となる。結果として監視用ドーム形状カメラに適用した場合は、パン・チルト動作の速度を高速にできるとともに、回転角度の検出の精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明のモータの回転角度制御装置の好ましい実施の形態のブロック図である。なお、本発明のモータの回転角度検出装置は、以下に説明する本発明のモータの回転角度制御装置に含まれているので、後者の実施の形態の説明は、前者の実施の形態の説明をも含むものである。本発明のモータの回転角度制御装置の好ましい実施の形態は、図２に示すような監視用ドーム形状カメラをモータによりパン・チルト制御する場合を例にとり説明する。
【００１６】
図１において、マイクロプロッセッサ515内部のDA変換器514の出カ516がドライバ506によって電力増幅され、モータ501の回転トルクを制御する。またモータ501のトルクの方向は回転方向制御信号517により制御される。
【００１７】
このモータ501の回転角度情報としては磁気抵抗の変化を利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)が使用され、FGA(518)、FGB(519)として出力される。FGA、 FGBは増幅部502、 503でそれぞれ増幅され、図６に示す信号520、 521となり、マイクロプロセッサ515内部のAD変換器507、 508へ入力されAD変換されてデジタルデータ524、525となる。
【００１８】
デジタルデータ524、525は回転角度計算部510で、図６の方法によって現在の回転角度情報に変換され、スイッチ512へ送られる。一方波形整形部504、505へそれぞれ供給されたFGA(520)、FGB(521)は波形整形され、図７に示す矩形波522、523となり、マイクロプロセッサ515内部の外部割り込み入力に入力される。
【００１９】
外部割り込み入力に入力された矩形波522、 523は、エッジ検出割り込み処理によってF/R ( Forward / Reverse :正逆回転)検出、パルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両方を検出して計数を行い、計数データ527は回転角度計算部511に送られる。回転角度計算部511は、パルスごとに既定の値(２相両エッジ検出の場合1/2π)を計数データに加算し回転角度情報に変換し、スイッチ512へ送る。
【００２０】
スイッチ512の制御信号を出力するスイッチ制御部530は、前回のエラー値が所定値以上(本実施の形態では2.5FGに相当するエラー量＝2.5π以上)の場合又はFG周期が所定値より短い場合(回転速度が所定回転速度より大きい場合: 本実施の形態では1/2FG周期が６ｍｓ未満)は信号528を選択し、前回のエラー値が所定値未満（本実施の形態では2.5FGに相当するエラー量＝2.5π未満)でかつFG周期が所定値より長い場合(回転速度が所定回転速度より少ない場合: 本実施の形態では1/2FG周期が６ｍｓ以上)は、信号526を選択するようにスイッチ制御信号を出力する。
【００２１】
スイッチ512によって切り替えられた回転角度情報529はエラー計算部513によって、回転角度目標値との差分を計算するために用いられる。エラー計算部513は、こうして得られた差分信号にゲイン、フィルターを施し、フィードバックデータ531をDA変換器514に送ると同時に、フィードバックデータ531が負の場合はハイ（Ｈｉｇｈ）レベル、正の場合はロー（Ｌｏｗ）レベルの回転方向制御信号517を出力し、ドライバ506に供給する。ここまでが、本発明のモータの回転角度制御装置のブロック図(図１)を基にした説明であるが、実際にはマイクロプロセッサ515内部では、ソフトウエアによって処理を行っている。
【００２２】
図３はA/D変換終了割り込み処理のフローチャートで、この割り込み処理では図１のブロック図の計数&F/R検出部509以外の部分の処理を行う。A/D変換は一定間隔で自動的に行われるようにあらかじめ設定されており、A/D変換終了後この割り込み処理を行う。
【００２３】
A/D変換（図３では単にA/Dと表記）終了割り込み（ステップＳ600）に入ると、ステップＳ601でFGA、FGBのA/D変換データを取得し、その後、ステップＳ602でArctangentを算出する。次に、ステップＳ603により、前回のエラー量が既定値より小さくかつFG周期が所定値より長い場合は、ステップＳ604によりArctangentからエラーを算出する。一方、前回のエラー量が所定値より大きいかFG周期が他の所定値より短い場合には、ステップＳ605によりFGの計数値（カウント）によりエラーを算出する。なおFGの計数は、図４に示すフローチャートにより計数される。
【００２４】
エラーが計算されたら、フィードバック制御の特性を安定させるためのゲイン、デジタルフィルタステップＳ606をかける。そして最後にデータをアナログ電圧に変換するためD/A変換ステップＳ607を施して変換後の信号を出力し、ステップＳ608でリターン（RETN）する。
【００２５】
図４はFGAエッジ割り込み処理のフローチャートである。FGBのエッジも使用する場合はこのFGAエッジ割り込み処理と同等の処理が必要になるが、今回はFGAエッジ割り込み処理のみで計数する。
【００２６】
FGAのエッジを検出すると、FGAエッジ割り込み処理（ステップＳ700）に入る。まずステップＳ701により、FG周期を算出する。次に、ステップＳ702により正方向(Fwd)に回転しているか、逆方向(Rev)に回転しているかを検出する。そしてステップＳ703によってFwdの場合は、FGカウンタをステップＳ704によってインクリメントし、Revの場合は、FGカウンタをステップＳ705によってデクリメントする。ステップＳ704又はステップＳ705の終了後はステップＳ706でリターン（RETN）する。
【００２７】
本構成により、モータの回転速度が速いときは、回転角度情報をMR信号のエッジを検出して高速に対応できる応答性を重視した方法を採用し、モータの回転速度が遅いときは、回転角度情報をMR信号の電圧値を利用して回転角度の精度を確保している。したがって、目標回転角度から遠いときは高速で目標回転角度へ近づき、目標回転角度に近づいたら細かい回転角度制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明のモータの回転角度検出装置によれば、回転角度の検出を高速に、かつ精度高く行うことができ、また本発明のモータの回転角度制御装置によれば、応答性と回転角度精度との両方に優れた回転角度制御が可能となる。本発明の装置は図２に示したような監視カメラを例として説明したが、他の機器に応用できるものである。すなわち、本発明はモータの回転角度を検出したり、検出した回転角度を用いてモータを制御する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のモータの回転角度制御装置の実施の形態のブロック図である。
【図２】従来の監視用ドーム形状カメラの一例を示すとともに、図１の実施の形態の使用例を説明する監視用ドーム形状カメラの外観図である。
【図３】図１の本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】２相エンコーダー出力から回転角度を検出する従来の手法を説明するためのブロック図である。
【図６】２相エンコーダー出力から回転角度を検出する従来の手法を説明するための波形図であり、図１の本発明の実施の形態の一部の動作説明のための波形図でもある。
【図７】２相エンコーダー出力から回転角度を検出する従来の手法を説明するための波形図であり、図１の本発明の実施の形態の一部の動作説明のための波形図でもある。
【符号の説明】
【００３０】
501  モータ
502、503  増幅部
504、505  波形整形部
506  ドライバ
507、508  AD変換器
509  計数&F/R検出部
510、511  回転角度計算部
512  スイッチ
513  エラー計算部
514  DA変換器
515  マイクロプロッセッサ
530  スイッチ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006234688.tif 000008
【図７】
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