(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像素子を備えた球体の向きを検知し、位置リセット時間を短縮することが可能な撮像装置を提供。【解決手段】光学レンズと撮像素子を有する撮像手段を含む可動部と、前記可動部を支持しアクチュエータの動作によって前記可動部の向きを変更可能な固定部と、前記可動部において各種データを無線通信する可動部第１無線通信部と、前記可動部において無線で電力を受電するための無線電力受電部と、前記無線電力受電部の制御信号を無線通信する可動部第２無線通信部と、前記固定部において各種データを無線通信する固定部第１無線通信部と前記固定部において無線で電力を送電するための無線電力送電部と、前記無線電力送電部の制御信号を無線通信する固定部第２無線通信部により構成され、前記固定部第２無線通信部が前記可動部第２無線通信部との間でビームフォーミングをすることで前記固定部が前記可動部の向きを検出することを特徴とする撮像装置。【選択図】図１
2019184900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズと撮像素子を有する撮像手段を含む可動部と、
前記可動部を支持しアクチュエータの動作によって前記可動部の向きを変更可能な固定部と
前記可動部において各種データを無線通信する可動部第１無線通信部と
前記可動部において無線で電力を受電するための無線電力受電部と
前記無線電力受電部の制御信号を無線通信する可動部第２無線通信部と
前記固定部において各種データを無線通信する固定部第１無線通信部と
前記固定部において無線で電力を送電するための無線電力送電部と
前記無線電力送電部の制御信号を無線通信する固定部第２無線通信部
により構成され
前記固定部第２無線通信部が前記可動部第２無線通信部との間でビームフォーミングをすることで前記固定部が前記可動部の向きを検出すること
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置において
前記可動部第２無線通信部と前記固定部第２無線通信部の無線通信で前記可動部が前記固定部に近接してくることを検知した時点で前記固定部第２無線通信部が前記可動部第２無線通信部との間でビームフォーミングを開始することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像装置において
前記可動部が前記固定部に設置された状態で前記撮像装置の動作が停止している場合、前記固定部第２無線通信部は前記可動部第２無線通信部との間で定期的にビームフォーミングを実施し、前記固定部が前記可動部の向きを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記無線通信システムにおいて
前記可動部第２無線通信部と前記固定部第２無線通信部はＢｌｕｅｔｏｏｔｈで構成され、前記可動部第１無線通信部と前記固定部第１無線通信部はＷｉ−Ｆｉから構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載された撮像装置として動作することを特徴とするプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムが記憶されたことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの向き（撮影方向）を変更可能な雲台撮影システムに関わり、特に球体形状のカメラを支持部材が支持する撮像装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
雲台撮影システムは、監視カメラシステム等で用いられ、モータ等のアクチュエータを動作させることでカメラをパン動作およびチルト動作させて、カメラの向きを変更することができる。通常雲台撮影システムはジンバル構造により実現されるが、構造が複雑な上、大型化する問題があった。そこで、小型の雲台撮影システムを実現するために、球体構造が提案されている。
【０００３】
球体構造であれば、複雑なジンバル構造が不要であり、カメラを搭載した球体と土台になんらかのアクチュエータを搭載するだけで、多自由度の駆動を実現することができる。ジンバル構造の場合は、駆動軸が有り、かつアクチュエータの駆動方向が一方向であることから、ロータリエンコーダやリニアエンコーダにより位置検知を行うことができる。
【０００４】
しかしながら、球体構造の場合は、駆動軸が無く駆動方向が特定されない多自由度駆動を検知する必要がある。撮像部を有する回転機構装置において、特許文献１のように、回転状態によらず無線通信の安定度を向上した回転機構装置を提供することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−９７１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記多自由駆動を検知する手段として、撮影システム起動状態からの相対的な位置を照射用光源と画像センサの組み合わせにより検知することが可能となる。相対位置検知の対象物に照射用光源から光を照射し、その部分の表面状態をイメージセンサが「模様」として読み取る。
【０００７】
読み取った模様のパターンは保持され、その後の動きに対して、特定の模様がどのように移動していくかを画像センサがキャプチャし続けることで、ｘ軸方向、ｙ軸方向の移動量を算出することが可能となる。
【０００８】
しかし、相対的な位置を検知するだけでは、例えば電源起動直後、球が初期位置からどのくらいずれているかを検知することができなかったため、球を初期位置に戻すまでに時間がかかっていた。
【０００９】
本発明の目的は、撮像素子を備えた球体の向きを検知し、位置リセット時間を短縮することが可能な撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、光学レンズと撮像素子を有する撮像手段を含む可動部と、前記可動部を支持しアクチュエータの動作によって前記可動部の向きを変更可能な固定部と、前記可動部において各種データを無線通信する可動部第１無線通信部と、前記可動部において無線で電力を受電するための無線電力受電部と、前記無線電力受電部の制御信号を無線通信する可動部第２無線通信部と、前記固定部において各種データを無線通信する固定部第１無線通信部と、前記固定部において無線で電力を送電するための無線電力送電部と、前記無線電力送電部の制御信号を無線通信する固定部第２無線通信部により構成され、前記固定部第２無線通信部が前記可動部第２無線通信部との間でビームフォーミングをすることで前記固定部が前記可動部の向きを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像素子を備えた球体の向きを検知し、位置リセット時間を短縮することが可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置の外観斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る振動体の駆動原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る撮像装置のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る固定部に対する可動部の向きを検出する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
［実施例］
以下、図１〜５を参照して、本発明の実施例による撮像装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置１のブロック図である。図１において、１００は光学レンズユニットを含む可動部、２００は可動部１００の駆動制御および、撮像装置全体を制御する中央制御部（ＣＰＵ）を含む固定部である。なお、可動部１００は、外面の少なくとも一部分が球面ＳＲで構成されており、電気機械エネルギー変換素子を含む複数の振動体１１〜１３が可動部１００の球面ＳＲに対し接触するように設けられている。
【００１５】
次に、可動部１００の構成について説明する。レンズ１０１はレンズユニットであり、ズームユニット、絞り・シャッタユニット、および、フォーカスユニット等により撮影光学系が構成される。撮像部１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの撮像素子を含み、撮影光学系（各レンズ群）により形成された光学像を光電変換して電気信号を出力する。撮像データ記憶部１０３は、撮像部１０２の出力データを記憶しておき、記憶した撮像データを可動部第１無線通信部１０４に転送する。可動部第１無線通信部１０４は送受信アンテナを含み、可動部と固定部の間で撮像動作に関わるデータ通信を無線通信で実施する。
【００１６】
ここで、撮像部１０２による出力データを無線通信により固定部に送信する際には、撮像データ記憶部１０３に記憶された撮像データの時系列の順序で送信される。無線電力受電部１０５は固定部２００から電力を受電し、受電した電力を可動部１００の全体（各要素）に用途に応じて電源を供給する。レンズアクチュエータ制御部１０６は、モータドライバＩＣを含み、レンズ１０１のズームユニット、絞り・シャッタユニット、および、フォーカスユニット等の各種アクチュエータを駆動する。
【００１７】
各種アクチュエータの駆動は、可動部第１無線通信部１０４により受信したレンズ１０１のアクチュエータ駆動指示データに基づいて駆動される。可動部第２無線通信部１０７は送受信アンテナを含み、可動部と固定部の間で無線電力受電部１０５の制御に関わるデータと可動部１００と固定部２００の位置関係のデータ通信を無線通信で実施する。
【００１８】
尚本実施例において、役割に応じて可動部無線通信部を第１／第２に分けているが、これに限定されるものではなく適宜変更可能である。電源部１０８は、可動部第２無線通信部１０７に電源を供給するブロックで、例えばコイン電池などで構成される。
【００１９】
尚本実施例において、可動部第２無線通信部１０７への電源供給は電源部１０８に限定されているが、例えば無線電力受電部１０５と電源部１０８から選択的に供給される構成にしてもよい。中央制御部２０１は撮像装置１全体を制御する中央制御部（ＣＰＵ）である。固定部第１無線通信部２０８は、可動部１００の撮像部１０２の撮像データの受信およびレンズ１０１の各種アクチュエータ駆動指示信号の送信等の可動部と固定部のデータ通信を無線通信で実施する。
【００２０】
撮像信号処理部２０９は、固定部第１無線通信部２０８から出力された撮像部１０２の電気信号を映像信号へ変換する。映像信号処理部２１０は、撮像信号処理部２０９から出力された映像信号を用途に応じて加工する。映像信号の加工は画像切り出しおよび回転加工による電子防振動作も含まれる。操作部２０２は、撮像装置１を操作するために設けられている。記憶部２０３は、撮影により得られた映像情報などの種々のデータを記憶する。表示部２０４は、ＬＣＤなどのディスプレイを備え、映像信号処理部２１０から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。
【００２１】
外部入出力端子部２０５は、外部装置との間で通信信号および映像信号を入出力する。電源部２０６は、固定部の全体（各要素）に用途に応じて電源を供給する。無線電力送信部２０７は可動部１００へ電力を送信するための無線電力送信部である。可動部位置検出部２１２は照射用光源と位置検出用画像センサで構成される位置検出手段である。固定部第２無線通信部２１４は送受信アンテナを含み、可動部と固定部の間で無線電力送信部２１４の制御に関わるデータ通信と可動部１００と固定部２００の位置関係のデータ通信を無線通信で実施する。
【００２２】
可動部制御部２１１は、可動部１００を移動（変位）させる為に各振動体１１〜１３の電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加することができる。可動部制御部２１１により、一部または複数の振動体を適宜動作させることで、可動部１００の多自由度駆動を実現することができる。
【００２３】
さらに、可動部制御部２１１は可動部１００が固定部２００に装着された際に、各振動体１１〜１３の電圧変位を検出することにより、可動部１００と固定部２００の圧着レベルを検出することができる。これにより、可動部１００が固定部２００に装着されたかを検出することが可能となる。可動部位置検出補正部２１３は、可動部位置検出部２１２で取得した画像情報に可動部位置情報が含まれている場合に、可動部検出位置の補正を行う。
【００２４】
尚本実施例において、固定部２００から可動部１００への電力供給について無線給電を行っているが、有線で行ってもよい。また、固定部２００と可動部１００との制御信号や画像信号など各種データ送受信は無線通信で行っているが、有線で行ってもよい。
【００２５】
各装置の詳細を、図２を用いて説明する。図２は本発明の撮像装置１の外観斜視図である。可動部１００は内部にレンズユニット１０１が組み込まれ球形状をしており、固定部２００に設けられた複数の振動体１１〜１３と、固定部２００に連結されたアーム部２２０先端に設けられた受圧部２２０ａとの間で挟持されている。
【００２６】
ここで、説明の便宜上、固定部２００の底面は、互いに直交するＸ１軸とＺ１軸により規定され、Ｘ１軸およびＺ１軸に対して直交する軸をＹ１軸と規定するものとする。
【００２７】
各振動体１１〜１３は、可動部１００の球心Ｃに向かって付勢されるよう不図示のバネ部材を介して固定部２００内に固定されており、受圧部２２０ａは該付勢力を受ける構成となっている。即ち、各振動体１１〜１３は、可動部１００の球面ＳＲに加圧接触した状態で配置されている。
【００２８】
ここで、前述の可動部制御部２１１により各振動体１１〜１３に駆動力を与えると、それぞれの接触点で摩擦駆動され、その合成した力により可動部１００を、球心Ｃを通る任意の軸回りに移動させることが可能となっている。
【００２９】
このような構成により、撮像装置１は、レンズユニット１０１を有する可動部１００を、固定部２００に対して相対的に移動させることで、様々な方向、角度の撮影が可能である。ここで、本提案に用いられている振動体（振動波モータ）の駆動原理について説明する。図３は本実施例で用いられる振動体の駆動原理を説明するための図である。
【００３０】
本提案に用いられている振動体は、振動板１８と、振動板１８の裏面に貼り付けられた電気機械エネルギー変換素子としての圧電素子１７から構成される。
【００３１】
図３（ａ）は振動板１８の裏面に貼り付けられた電気機械エネルギー変換素子としての圧電素子１７の電極パターンを示す図であり、長手方向（ａ方向）で２等分された電極領域が形成されている。また、各電極領域における分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。圧電素子１７の２つの電極領域のうち、図３（ａ）の右側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ１）が印加され、左側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ２）が印加される。
【００３２】
図３（ａ）において、Ｖ１およびＶ２をＡモードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子１７の右側の電極領域が縮むとともに、左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。
【００３３】
この結果、振動板１８には図３（ｂ）に示すＡモードの振動が発生することになる。Ａモードとは、ａ方向の２次の曲げモードであり、ｃ方向変位の小さい節部を３ヶ所持ち、逆にｃ方向変位が大きい腹部を２箇所持つモードである。この振動が発生すると振動板１８の中心部に設けられた突起部１９の先端は紙面左右方向に変位する。また、Ｖ１およびＶ２をＢモードの共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交流電圧とすると、圧電素子１７の全体（２つの電極領域）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮むことになる。
【００３４】
この結果、振動板１８には図３（ｃ）に示すＢモードの振動が発生することになる。Ｂモードとは、ｂ方向の１次の曲げモードであり、ｃ方向変位の小さい節部を２ヶ所持ち、逆にｃ方向変位が大きい腹部を１箇所持つモードである。このとき「Ａモードの共振周波数」と「Ｂモードの共振周波数」は略一致した周波数に設定される。このようなそれぞれの振動をある時間的位相関係で合成することにより、移動体と接触している突起部１９の先端にはａ方向とｃ方向を径とする楕円状の運動が発生する。そして、この楕円運動を移動体が振動体の摩擦力として受け、図３（ｂ）の矢印方向に駆動される。
【００３５】
またＡモードとＢモードの発生比を圧電素子１７の２等分された電極へ入力する電圧の位相差を変えることにより変化させることが可能であり、前記楕円の縦横比も上記発生比によって変化する。この振動体では該発生比を変えることにより接触部の駆動力が変えられるため移動体の速度をコントロールすることが可能となる。
【００３６】
図４は、本発明の実施形態に関わるフローチャートである。本発明では、可動部第２無線通信部１０７と固定部第２無線通信部２１４がＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で構成されていることを前提に説明するが、構成要素がこれに限定されるものではない。
【００３７】
Ｓ４０１では、可動部１００の可動部第２無線通信部１０７がアドバタイズ信号の出力を開始する。Ｓ４０２では、固定部２００の固定部第２無線通信部２１４がアドバタイズ信号のスキャンを開始する。Ｓ４０３では、固定部２００の固定部第２無線通信部２１４がアドバタイズ信号を検出できたかを確認する。
【００３８】
アドバタイズ信号を検出できた（Ｓ４０３でＹｅｓ）場合、Ｓ４０４に進む。一方でアドバタイズ信号を検出できなかった場合（Ｓ４０３でＮｏ）場合、「固定部第２無線通信部２１４はアドバタイズ信号のスキャニングを継続する。
【００３９】
Ｓ４０４では、可動部１００の可動部第２無線通信部１０７と固定部２００の固定部第２無線通信部２１４がペアリング済みであるかを、固定部２００の中央制御部２０１が記憶部２０３に記憶されているペアリング情報を参照して確認する。
【００４０】
本実施例では、ペアリング情報が固定部２００の記憶部２０３に記憶されていることを前提に説明をしているが、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。可動部第２無線通信部１０７と固定部第２無線通信部２１４がペアリング済み（Ｓ４０４でＹｅｓ）である場合、Ｓ４０５に進む。
【００４１】
一方、ペアリングされていない状態、すなわち初めて接続する場合はＳ４０６に進み、可動部第２無線通信部１０７と固定部第２無線通信部２１４間でペアリングを実施した後に、Ｓ４０５に進む。Ｓ４０５では、可動部１００の可動部第２無線通信部１０７と固定部２００の固定部第２無線通信部２１４の間でＢｌｕｅｔｏｏｔｈによる無線接続を確立する。Ｓ４０７では、可動部制御部２１１を介して中央制御部２０１が、可動部１００が固定部２００に設置されたかを確認する。可動部１００が固定部２００に設置されていない（Ｓ４０７でＮｏ）場合は、固定部２００へ可動部１００の設置待ち状態を継続する。一方、可動部１００が固定部２００に設置された（Ｓ４０７でＹｅｓ）場合、Ｓ４０８に進む。
【００４２】
Ｓ４０８では、固定部第２無線通信部２１４がＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングを開始する。Ｓ４０９では、固定部２００の中央制御部２０１が固定部第２無線通信部２１４のＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングで検出した可動部２００の向きを検出する。
【００４３】
図５（ａ）のように、初期位置では固定部第２無線通信部２１４と可動部第２無線通信部１０７は一直線上に存在している。この時、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングによる向きの検出結果は０度、すなわち対向している状態を固定部２００の中央制御部２０１が検出することができる。
【００４４】
それに対し、図５（ｂ）のように固定部第２無線通信部２１４と可動部第２無線通信部１０７が一直線上に存在していない場合、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングによる向きの検出結果はΘ度となる。
【００４５】
その結果、初期位置からずれた状態で可動部１００が固定部２００に設定されていることを中央制御部２０１で検出することができる。このような検出を実現するためにも、固定部の固定部第２無線通信部２１４は図５のように可動部２００の中央付近に配置され、その一直線上に可動部１００の可動部第２無線通信部１０７が配置されることが望ましい。
【００４６】
Ｓ４１０では、固定部第２無線通信部２１４のＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングを終了し、固定部第２無線通信部２１４は可動部第２無線通信部１０７との接続状態を維持する。
【００４７】
本実施例では可動部１００が固定部２００に設置された後に固定部第２無線通信部２１４のＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングを開始しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｓ４０５でＢｌｕｅｔｏｏｔｈによる無線接続が確立された後、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの近接検出技術により可動部１００が固定部２００に近づいていると分かったタイミングでＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングを開始しても良い。
【００４８】
また、可動部１００が固定部２００に設置された状態で撮像動作をしない場合、固定部第２無線通信部２１４は可動部第２無線通信部１０７と定期的にＢｌｕｅｔｏｏｔｈビームフォーミングを実施し、可動部１００の向きを記憶部２０３に記憶しても良い。そして、可動部１００が撮像動作を開始した後に、記憶部２０３に記憶されている可動部１００の向きを使用することで、可動部１００が図５（ａ）に示すような初期位置に移動する時間を低減することができる。
【００４９】
Ｓ４１１では、固定部２００はＳ４０９で検出した可動部１００の向き情報と可動部位置検出部２１２をもとに、可動部制御部２１１を介して振動体１１〜１３を駆動し、可動部１００を図５（ａ）に示す初期位置に移動させる。Ｓ４１２では撮像装置１の撮像動作を開始する。
【００５０】
以上、本発明では、撮像素子を備えた球体の向きを検知し、位置リセット時間を短縮することが可能な撮像装置を提供することができる。
【００５１】
［その他の実施形態］
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給するよう構成することによっても達成されることはいうまでもない。
【００５２】
この場合、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することにより、上記機能が実現されることとなる。なお、この場合、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００５３】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピ（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される場合に限られない。
【００５４】
例えば、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５５】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５６】
つまり、プログラムコードがメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードなどに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって実現される場合も含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１  撮像装置
１１、１２、１３  振動体
１００  可動部
１０５  無線電力受電部
１０７  可動部第２無線通信部
１０８  電源部
２００ 固定部
２０１  中央制御部
２０３  記憶部
２０７  無線電力送信部
２１１  可動部制御部
２１４  固定部第２無線通信部
【図１】
2019184900.tif 000003
【図２】
2019184900.tif 000004
【図３】
2019184900.tif 000005
【図４】
2019184900.tif 000006
【図５】
2019184900.tif 000007