(57)【要約】【課題】ステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を適用してカメラの遠隔操作がより細かく滑らかに得られるようにした雲台カメラ装置を提供すること。【解決手段】マイコン１００からドライブＩＣ２００を介してステッピングモータ３００をマイクロステップ駆動してカメラの撮像方向を遠隔制御する際、予めマイコン１００によりステッピングモータ３００の１パルス当りの位置を取得しパルス番号に対応して登録した動作角度テーブルを作成し、フラッシュメモリに保持させ、ステッピングモータ３００をマイクロステップ駆動するとき、動作角度テーブルから読み出した動作角度に基づいてマイクロステップ駆動のためのパルスの周波数を計算するようにしたもの。【選択図】図１
2011250019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラの撮像方向をステッピングモータのマイクロステップ駆動により遠隔操作する雲台カメラ装置において、
前記ステッピングモータをマイクロステップ駆動して１パルス当りのステッピングモータの位置を取得しパルス番号に対応して登録した動作角度テーブルを作成する第１の処理と、前記ステッピングモータのマイクロステップ駆動によりカメラの撮像方向を遠隔操作する際、前記動作角度テーブルから読み出した動作角度と前記ステッピングモータの回転速度に基づいて前記マイクロステップ駆動のためのパルスの周波数を計算する第２の処理とを実行する制御手段を設け、
該制御手段は、前記第１の処理が実行されたことを条件として前記第２の処理を実行することを特徴とする雲台カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雲台一体型のテレビカメラ装置に係り、特にカメラの方位と仰角の遠隔操作にステッピングモータを用いた雲台カメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ(テレビジョンカメラ)を用い、離れた場所から画像により監視するようにした監視システムが汎用されるようになっているが、このとき、撮像方向がモータにより遠隔操作できるようにしたカメラ装置が、従来から知られている(例えば特許文献１参照)。
ここで、図５は、このような遠隔操作カメラ装置の一例で、これは、モータとしてステッピングモータを用いた場合の雲台カメラ装置であり、この図において、１は固定部、２は水平回転部、３はカメラ筐体(カメラケース)であり、固定部１の上に水平回転部２を配置し、この水平回転部２の上部側面にカメラ筐体３を配置し、このカメラ筐体３の中にレンズを備えた撮像装置、つまりカメラが収納されている。
【０００３】
そして、まず、固定部１は、このカメラ装置を必要な場所に設置するための台座となるもので、これに水平回転用シャフト６を垂直に取付け、図６に示すように、水平回転部２が任意の方位に回動できるようにする。
次に、この水平回転部２に、垂直回転用シャフト８を回動可能に水平に保持させ、この垂直回転用シャフト８にカメラ筐体３を取付け、図７に示すように、カメラ筐体３を任意の仰角位置に回動できるようにしてある。
【０００４】
水平回転部２の中には、水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５、水平回転用シャフト６、水平回転用ウォームギヤ７、垂直回転用シャフト８、カメラ制御回路１０、垂直回転用ベルト１３、水平回転用エンコーダ１５、垂直回転用エンコーダ１６、モータ制御回路用電源ユニット４０、カメラ制御回路用電源ユニット４１、原点位置読取用センサ４４、４５、水平回転用モータ駆動回路４６、それに垂直回転用モータ駆動回路４７などが収納されている。
このとき、水平回転用シャフト６は中空に作られていて、これにより信号ケーブル９と電力ケーブル４３の２本のケーブルが外部から水平回転部２の中に引き込まれている。
【０００５】
ここで、まず、信号ケーブル９は映像信号とコントロール信号の伝送用で、外部から引き込まれた後、カメラ制御回路１０に接続され、ここから更にケーブル１４により、同じく中空に作られている垂直回転用シャフト８を介してカメラ筐体３内のカメラに接続されている。
一方、電力ケーブル４３はＡＣ電源供給用で、モータ制御回路用電源ユニット４０と、カメラ制御回路用電源ユニット４１に接続され、これらに電力を供給する。そして、電源ユニット４０の出力はモータ駆動回路４６、４７を介してパルスモータ４、５に供給され、他方、カメラ制御回路用電源ユニット４１の出力はカメラ制御回路１０に供給される。
【０００６】
このとき、水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５は、何れも２相ステッピングモータであり、従って、水平回転用モータ駆動回路４６と垂直回転用モータ駆動回路４７も２相ステッピングモータ用の駆動回路で構成されている。
そして、まず、水平回転用パルスモータ４は、水平回転用モータ駆動回路４６と水平回転用モータケーブル１１を介してカメラ制御回路１０から供給されるパルスにより制御され、垂直回転用パルスモータ５は、垂直回転用モータ駆動回路４７と垂直回転用パルスモータケーブル１２を介してカメラ制御回路１０から供給されるパルスにより制御される。
【０００７】
次に、動作について説明する。
まず、水平回転用パルスモータ４に水平回転用モータ駆動回路４６から駆動パルスが供給されると、この水平回転用パルスモータ４により水平回転用ウォームギヤ７が回転されるので、水平回転部２が回動し、図６に示すように、カメラ筐体３の中に収納されているカメラを任意の方位角に向けて動かすことができる。ここで、この図６は、図５を上側から見た図である。
【０００８】
同様に、垂直回転用パルスモータ５に垂直回転用モータ駆動回路４７から駆動パルスが供給されると、この垂直回転用パルスモータ５により垂直回転用ベルト１３を介して垂直回転用シャフト８が回転されるので、カメラ筐体３が回動し、図７に示すように、カメラ筐体３の中に収納されているカメラを任意の仰角に向けて動かすことができる。ここで、この図６は、図５を左側から見た図である。
【０００９】
従って、信号ケーブル９を介して外部から所定の制御信号を供給することにより、カメラ筐体３内にあるカメラの撮像方向を任意に遠隔操作することができ、この結果、予め所定の撮像方向にプリセットしたり、撮像視野を被写体の移動に追従させたりすることができ、しかも、このときのカメラ筐体３の方向は、水平回転用パルスモータ４の回転を検出する水平回転用エンコーダ１５と、垂直回転用パルスモータ５の回転を検出する垂直回転用エンコーダ１６により検出されているので、カメラの撮像方向も知ることができる。
【００１０】
このため、水平回転用エンコーダ１５の出力端子は、水平回転用エンコーダケーブル１７を介してカメラ制御回路１０に接続され、垂直回転用エンコーダ１６の出力端子は、垂直回転用エンコーダケーブル１８を介して、同じくカメラ制御回路１０に接続されている。
次に、このときのカメラの撮像方向の制御と検出について、更に詳細に説明する。この場合、電源が投入され、カメラ装置の動作が立ち上げられたとすると、始めにイニシャル処理が実行される。
【００１１】
このイニシャル処理は、カメラ制御回路１０により、水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５を駆動させ、原点位置読取用センサ４４、４５により方位角と仰角が原点にくるようにするものであり、このときの原点としては、例えば方位角については正面を、仰角については水平を原点(０°)とすればよい。または、方位角については真北をとり、仰角については、カメラ筐体３を水平位置から最大限の角度まで下向き(又は上向き)にしたときの位置を原点としてもよい。
イニシャル処理が終わったら、ここで上記した撮像方向の制御動作に入ることができるようになる。
【００１２】
そこで、信号ケーブル９を介して水平回転角度(方位角)又は水平回転時間及び垂直回転角度(仰角)又は垂直回転時間を表わす情報を含んだ信号、すなわち水平回転角指令及び垂直回転角指令をカメラ制御回路１０に供給する。
そこでカメラ制御回路１０は、水平回転角度指令と垂直回転角指令のそれぞれに対応した個数のステップパルスを発生して水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５に供給する。
【００１３】
これにより水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５が回転を開始し、カメラ筐体３の中にあるカメラが指令された方位角方向と仰角方向に向けて動きだし、ステップパルスの個数分回転してから停止し、この結果、カメラは指令された方向を向いて停止される。
このとき、カメラ制御回路１０は、水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５が回転中、水平回転用エンコーダ１５と垂直回転用エンコーダ１６の出力により、カメラが指令された方向に正しく向くようにフィードバック制御するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２８９４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところでステッピングモータは、パルス１個毎に決まった角度ずつ回動するモータであるが、このとき２相巻線の電流比率を細かく変えてゆくことにより、決まった角度よりも小さな角度で回動されるようにしたマイクロステップ駆動方式があり、これによれば、カメラをより細かく動かし、滑らかに方向を変えることができるものと期待されている。
しかしながら、上記従来技術においては、そのステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を適用しても滑らかな駆動が得られないという問題があった。
【００１６】
これは、ステッピングモータをマイクロステップ駆動した場合、当該モータのロータとステータの極歯に存在する寸法誤差の影響が大きくなり、マイクロステップ毎の回動角が必ずしも一定にならないのが原因の一つになっているものと考えられ、しかも、このことは、ステッピングモータも工業製品である以上、コストの面から避けられない。
【００１７】
本発明の目的は、ステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を適用してカメラの遠隔操作がより細かく滑らかに得られるようにした雲台カメラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、カメラの撮像方向をステッピングモータのマイクロステップ駆動により遠隔操作する雲台カメラ装置において、前記ステッピングモータをマイクロステップ駆動して１パルス当りのステッピングモータの位置を取得しパルス番号に対応して登録した動作角度テーブルを作成する第１の処理と、前記ステッピングモータのマイクロステップ駆動によりカメラの撮像方向を遠隔操作する際、前記動作角度テーブルから読み出した動作角度と前記ステッピングモータの回転速度に基づいて前記マイクロステップ駆動のためのパルスの周波数を計算する第２の処理とを実行する制御手段を設け、該制御手段は、前記第１の処理が実行されたことを条件として前記第２の処理を実行するようにして達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、使用されているステッピングモータの特性に応じてマイクロステップ駆動のためのパルス周波数が計算されるようにしたので、本発明によれば、ステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を用いたことによる滑らかな駆動が確実に得られるようになり、カメラの撮像視野を容易に細かく遠隔操作することができる。
また、本発明によれば、汎用のステッピングモータを用いてマイクロステップ駆動方式を用いたことによる滑らかな駆動を確実に得ることができるので、特別仕様のステッピングモータを用いることによるコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による雲台カメラ装置のマイクロステップ駆動に関する部分のブロック構成図である。
【図２】本発明による雲台カメラ装置のマイクロステップ駆動に関する部分の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明による雲台カメラ装置のマイクロステップ駆動に関する部分の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明による雲台カメラ装置の動作角度テーブル生成時におけるブロック構成図である。
【図５】遠隔操作カメラ装置の一例を示す構成図である。
【図６】遠隔操作カメラ装置による水平回転動作の説明図である。
【図７】遠隔操作カメラ装置による垂直回転動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による雲台カメラ装置について、実施形態により詳細に説明する。
ここで、以下に説明する本発明の実施形態は、図５〜図７で説明したカメラ装置における水平回転用パルスモータ４と垂直回転用パルスモータ５の駆動にマイクロステップ駆動方式を適用した場合の雲台カメラ装置の一実施の形態であり、従って、カメラ装置としての基本的な構成は、図５〜図７で説明した従来技術の場合と同じである。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態におけるマイクロステップ駆動に関する部分を示したもので、ここで、マイコン１００はカメラ制御回路１０に対応し、ドライバＩＣ２００は水平回転用モータ駆動回路４６又は垂直回転用モータ駆動回路４７に対応し、ステッピングモータ３００は水平回転用パルスモータ４又は垂直回転用パルスモータ５に対応する。
従って、マイコン１００には、図５に示されているように、信号ケーブル９を介して水平回転角指令及び垂直回転角指令が供給されている。
【００２３】
これによりマイコン１００は、そのパルス出力タイマ１０１から所望の周波数のパルス出力を発生させ、ドライバＩＣ２００に供給し、ドライバＩＣ２００から制御信号がステッピングモータ３００に供給され、ステッピングモータ３００がマイクロステップ駆動されるようにするのであるが、このときマイコン１００は、図２に示すパルス出力処理を実行し、ステッピングモータ３００の特性に合わせてパルス周波数が調整された制御信号をステッピングモータ３００に供給し、これによりステッピングモータ３００の駆動が滑らかに得られるようにする。
そこで、以下、この動作について説明する。
【００２４】
まず、マイコン１００には、ドライバＩＣ２００から位置検出信号が入力されている。ここで、この位置検出信号とは図３に示されているように、ステッピングモータ３００の励磁パターン１周につき、１回、ＬＯＷレベルになる信号(ＭＯ信号)のことである。
そして、マイコン１００は、図２に示すように、まず、位置検出信号がＬＯＷなったら励磁カウントを０にする(Ｓ１、Ｓ２)。
そして、この後、励磁カウント値と動作角度テーブルから、この励磁カウント値におけるステッピングモータ３００の動作角度を取得する(Ｓ３)。
なお、このときの動作角度テーブルについては、後で詳述する。
【００２５】
次に、動作角度テーブルから取得した動作角度と、このときに指令されている回転速度から制御信号となるパルス信号の周波数を計算し(Ｓ４)、計算した周波数をパルス出力タイマ１０１に設定し(Ｓ５)、このあと励磁カウントに１を加算した上で(Ｓ６)、この励磁カウントでのパル出力処理を終了させ、次の励磁カウントでの処理を繰り返えす。
従って、この図２の処理は、励磁パターンが１周して励磁カウント値が最大になり、再び位置検出信号がＬＯＷになる毎に、励磁カウント０から繰り返され、この結果、ステッピングモータ３００の特性に合わせてパルス周波数が調整された制御信号がステッピングモータ３００に供給され、ステッピングモータ３００の滑らかな駆動が得られることになる。
【００２６】
次に、動作角度テーブルについて説明する。
この動作角度テーブルは、上記したように、水平回転用パルスモータ４又は垂直回転用パルスモータ５として使用されているステッピングモータ３００個々の特性に合わせて駆動用のパルスの周波数が調整され、この結果、ステッピングモータ３００の滑らかな駆動が得られるようにするためのものであるが、このとき、この実施形態においては、この動作角度テーブルがマイコン１００の処理により、所望のタイミングで自動的に作成され、マイコン１００に設けてあるフラッシュメモリに保持されるようになっている点が特徴であり、以下、この点について、図３と図４により詳細に説明する。
【００２７】
このとき、まず、マイコン１００は、動作角度テーブル生成時、図４に示すように、ロータリーエンコーダＥからステッピングモータ３００の位置が取得できるように設定する。
ここで、このロータリーエンコーダＥとは、図５に示されている水平回転用エンコーダ１５又は垂直回転用エンコーダ１６のことである。
そして、マイコン１００は、まず、所望のタイミング(詳細は後述)においてパルス出力をドライバＩＣ２００に供給し、ＭＯ信号がＬＯＷになる位置にステッピングモータ３００を移動させる。
【００２８】
そして、ＭＯ信号がＬＯＷになったら、マイコン１００は、ここでステッピングモータ３００の励磁モードをマイクロステップ駆動モードに変更する。
次に、マイコン１００は、ドライバＩＣ２００からステッピングモータ３００に１パルスを出力させ、ロータリーエンコーダＥからこのときの位置を取得し、このときのステッピングモータ３００の位置を、このときのパルス番号に対応してテーブルとしてフラッシュメモリに登録する。
そして、このテーブルに登録する処理を、次にＭＯ信号がＬＯＷになるまで各パルス毎に繰り返し、得られたテーブルを動作角度テーブルとする。
【００２９】
従って、このときのマイコン１００の処理は、次の段階からなる。
＜第１段階＞
パルス信号を出力してステッピングモータを動かし、ＭＯ信号がＬＯＷになる位置にする。
＜第２段階＞
ステッピングモータの励磁モードをマイクロステップ駆動モードに変更する。
＜第３段階＞
ドライバＩＣからステッピングモータに１パルスを出力させ、ロータリーエンコーダＥからこのときの位置を取得し、このときのステッピングモータの位置を、このときのパルス番号に対応させてテーブルに登録する。
＜第４段階＞
第１段階から第３段階までの処理を、ＭＯ信号がＬＯＷになるまで繰り返し、得られたテーブルを動作角度テーブルとする。
【００３０】
この結果、動作角度テーブルは、励磁パターンが１周し、最初のパルスから最後のパルスになるまで、各パルスに対応したステッピングモータ３００の位置をテーブル化したものとして得られる。
このとき、ステッピングモータ３００の位置は、図３に示すように、ＭＯ信号がＬＯＷになった後、パルス信号１パルス毎にステップ状に変化する。
従って、ＭＯ信号がＬＯＷになった後、再びＭＯ信号がＬＯＷになるまで順次、パルス信号毎にロータリーエンコーダＥから位置を取得してゆけば、励磁パターン１周を測定期間として、このときのステッピングモータ３００についての動作角度テーブルが得られるのである。
【００３１】
既に説明したように、ステッピングモータの場合、図３に示すように、マイクロステップ毎の回動角は、必ずしも一定にはなっていない。しかも、このことは、個々のステッピングモータの間でも言えることであり、従って、ステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を適用しても、パルス信号の周波数を一定にしたのでは、滑らかな駆動は得られない。
そして、このことが、従来技術において、マイクロステップ駆動方式を適用しても、滑らかな駆動が得られない理由である。
【００３２】
一方、上記した本発明の実施形態においては、図２で説明したように、実際に使用されているステッピングモータ３００について個々に設定されている動作角度テーブルに基づいてパルス信号の周波数が計算されるので、１パルス当りのマイクロステップ駆動が一定になるようにすることができ、従って、本発明の実施形態によれば、ステッピングモータの駆動にマイクロステップ駆動方式を適用して滑らかな駆動が得られるのである。
ここで、雲台カメラ装置の場合、水平回転用パルスモータと垂直回転用パルスモータの各々に対応して、それぞれ動作角度テーブルが必要なことは言うまでもない。
【００３３】
次に、上記した所望のタイミング、すなわちマイコン１００が動作角度テーブルの作成に必要な処理を実行するタイミングについて説明する。
ここで、この動作角度テーブルは、雲台カメラ装置に使用されるステッピングモータが決まれば、そのステッピングモータに一対一に対応して決まるものであり、従って、この見地からすれば、この動作角度テーブルは、雲台カメラ装置が設置され、その使用を開始する時点で必ず作成済みになっている必要がある。
【００３４】
従って、上記した所望のタイミングについては、雲台カメラ装置を設置した後、その使用を開始する前のタイミングにすればよい。
但し、この後では、雲台カメラ装置本来の動作に支障がない限り、任意のタイミングにしてもよく、例えば、雲台カメラ装置の電源を落とした後、電源を投入して動作を再度立ち上げたタイミングにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  固定部
２  水平回転部
３  カメラ筐体(カメラケース)
４  水平回転用パルスモータ
５  垂直回転用パルスモータ
６  水平回転用シャフト
７  水平回転用ウォームギヤ
８  垂直回転用シャフト
９  信号ケーブル
１０  カメラ制御回路
１３  垂直回転用ベルト
１５  水平回転用エンコーダ
１６  垂直回転用エンコーダ
４０  モータ制御回路用電源ユニット
４１  カメラ制御回路用電源ユニット
４２  リレー(常開接点型継電器)
４３  電力ケーブル
４４  原点位置読取用センサ(水平回転用)
４５  原点位置読取用センサ(垂直回転用)
４６  水平回転用モータ駆動回路
４７  垂直回転用モータ駆動回路
１００  マイコン(カメラ制御回路１０に対応)
１０１  パルス出力タイマ
２００  ドライバＩＣ(水平回転用モータ駆動回路４６又は垂直回転用
モータ駆動回路４７に対応)
３００  ステッピングモータ(水平回転用パルスモータ４又は垂直回転
用パルスモータ５に対応)
【図１】
2011250019.tif 000003
【図２】
2011250019.tif 000004
【図３】
2011250019.tif 000005
【図４】
2011250019.tif 000006
【図５】
2011250019.tif 000007
【図６】
2011250019.tif 000008
【図７】
2011250019.tif 000009