(57)【要約】  本発明は、ビデオカメラと、ビデオカメラを傾斜させるように動作可能な傾斜モータと、ビデオカメラをパンさせるように動作可能なパンモータとを含むビデオカメラ組立体の低速制御安定性を改良する方法およびシステムを提供する。第１のエンコーダが、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方に結合される。第１のエンコーダは、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方の回転速度に基づいて、対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する。第１のコントローラが第１のエンコーダと電気通信する。第１のコントローラは、少なくとも部分的に、第１のエッジの検出と第２のエッジの検出との間の時間を少なくとも１つの傾斜モータおよびパンモータの速度に相関付けることにより、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方の速度を測定する。
2010512683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する第１のエンコーダであって、前記複数の信号は、第１のエッジおよび第２のエッジを含み、第１のモータの速度に基づく、第１のエンコーダと、
前記第１のエンコーダと電気通信し、少なくとも部分的に、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の時間を前記第１のモータの速度に相関付けることにより、前記第１のモータの速度を決定する、第１のコントローラと
を備える、モータ制御システム。
【請求項２】
前記第１のコントローラは、前記第１のモータに出力されるパルス幅変調信号の比例積分微分計算を算出する、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項３】
前記第１のコントローラは、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の第１の周期測定値を決定する、請求項２に記載のモータ制御システム。
【請求項４】
前記複数の信号は第１のチャネル信号および第２のチャネル信号を含み、前記第１のエッジは前記第１のチャネル信号の部分であり、前記第２のエッジは前記第２のチャネル信号の部分である、請求項３に記載のモータ制御システム。
【請求項５】
前記速度決定は、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の時間を相関付けることを含む、請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項６】
対応する信号エッジを有する前記複数の信号は、第３のエッジおよび第４のエッジを含み、前記第１のコントローラは、少なくとも部分的に、前記第３のエッジの検出と前記第４のエッジの検出との間の第２の周期測定値を前記第１の周期測定値と比較することにより、前記第１のモータの速度変化を決定する、請求項３に記載のモータ制御システム。
【請求項７】
前記複数の信号は、第１のチャネル信号および第２のチャネル信号を含み、各チャネル信号は、立ち上がり信号パルスエッジおよび立ち下がり信号パルスエッジを定義し、前記速度決定は、少なくとも部分的に、（ａ）前記第１のチャネル信号の立ち上がり信号パルスエッジと次の立ち上がり信号パルスエッジとの間の時間、（ｂ）前記第２のチャネル信号の立ち上がり信号パルスエッジと次の立ち上がり信号パルスエッジとの間の時間、（ｃ）前記第１のチャネル信号の立ち下がり信号パルスエッジと次の立ち下がり信号パルスエッジとの間の時間、および（ｄ）前記第２のチャネル信号の立ち下がり信号パルスエッジと次の立ち下がり信号パルスエッジとの間の時間に基づく、請求項３に記載のモータ制御システム。
【請求項８】
前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）の時間は並列して測定され、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）のうち最後に完了した測定が、前記速度の決定に使用される、請求項７に記載のモータ制御システム。
【請求項９】
対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する第２のエンコーダであって、前記複数の信号は、第３のエッジおよび第４のエッジを含み、第２のモータの速度に基づく、第２のエンコーダと、
前記第２のエンコーダと電気通信し、前記第３のエッジの検出と前記第４のエッジの検出との間の時間を前記第２のモータの速度に相関付けることにより、前記第２のモータの速度計算を算出する、第２のコントローラと
をさらに備える、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項１０】
前記複数の信号は、カメラ位置決めモータの速度に対応する、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項１１】
ビデオカメラの動きを制御する方法であって、
ビデオカメラモータの動きに対応する、対応信号エッジを有する複数の信号を出力し、前記複数の信号は第１のエッジおよび第２のエッジを含むことと、
少なくとも部分的に、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の時間を前記第１のビデオカメラモータの速度に相関付けることにより、前記ビデオカメラモータの速度を決定することと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記ビデオカメラモータに出力されるパルス幅変調信号の比例積分微分計算を算出することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の第１の周期測定値を決定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の信号は第１のチャネル信号および第２のチャネル信号を含み、前記第１のエッジは前記第１のチャネル信号の部分であり、前記第２のエッジは前記第２のチャネル信号の部分である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記速度の決定は、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の時間を相関付けることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の信号は、第１のチャネル信号および第２のチャネル信号を含み、各チャネル信号は、立ち上がり信号パルスエッジおよび立ち下がり信号パルスエッジを定義し、前記速度の決定は、少なくとも部分的に、（ａ）前記第１のチャネル信号の立ち上がり信号パルスエッジと次の立ち上がり信号パルスエッジとの間の時間、（ｂ）前記第２のチャネル信号の立ち上がり信号パルスエッジと次の立ち上がり信号パルスエッジとの間の時間、（ｃ）前記第１のチャネル信号の立ち下がり信号パルスエッジと次の立ち下がり信号パルスエッジとの間の時間、および（ｄ）前記第２のチャネル信号の立ち下がり信号パルスエッジと次の立ち下がり信号パルスエッジとの間の時間に基づく、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）の時間を並列して測定することをさらに含み、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）のうち最後に完了した測定が、前記速度の決定に使用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ビデオカメラと、
前記ビデオカメラを傾斜方向において移動させるように動作可能な傾斜モータと、
前記ビデオカメラをパン方向において移動させるように動作可能なパンモータと、
前記傾斜モータおよび前記パンモータのうちの一方に結合され、前記少なくとも１つの傾斜モータおよびパンモータの回転速度に基づいて、第１のエッジおよび第２のエッジを含む対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する第１のエンコーダと、
前記第１のエンコーダと電気通信し、少なくとも部分的に、前記第１のエッジの検出と前記第２のエッジの検出との間の時間を前記少なくとも１つの傾斜モータおよびパンモータの速度に相関付けることにより、前記傾斜モータおよび前記パンモータのうちの少なくとも一方の速度を決定する、第１のコントローラと
を備える、ビデオ監視システム。
【請求項１９】
前記傾斜モータおよび前記パンモータのうちの前記少なくとも一方ではない他方に結合される第２のエンコーダであって、前記傾斜モータおよび前記パンモータのうちの前記他方の回転速度に基づいて、第１のエッジおよび第２のエッジを含む対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する、第２のエンコーダと、
前記第２のエンコーダと電気通信し、少なくとも部分的に、前記第１のエッジの検出と前記第２の検出との間の時間を前記少なくとも１つの傾斜モータおよびパンモータの速度に相関付けることにより、前記傾斜モータおよび前記パンモータのうちの少なくとも一方の速度を決定する、第２のコントローラと
をさらに備える、請求項１８に記載のビデオ監視システム。
【請求項２０】
前記複数の信号は第１のチャネル信号および第２のチャネル信号を含み、前記第１のエッジは前記第１のチャネル信号の部分であり、前記第２のエッジは前記第２のチャネル信号の部分であり、前記第１のエッジおよび前記第２のエッジは立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのうちの一方であり、前記速度決定は、前記第１のエッジの検出と前記第２の検出との間の時間を相関付けることを含む、請求項１８に記載のビデオ監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビデオカメラ制御システムに関し、特に、ビデオドームの動きを制御するシステムおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラレンズシステムは、ますます高いズーム倍率を有するように進化し続けている。より高いズーム倍率を使用する場合、ビデオドームシステムのパン速度および傾斜速度を反比例する速度で、すなわち、遠い物体を追うために、より遅い速度で制御することが望ましい。比例項、積分項、および微分項（「ＰＩＤ」）の組み合わせを使用してビデオ監視システムのモータ速度を制御する方法が既知である。
【０００３】
これより図１を参照すると、全体的に「１０」として示される、従来技術による典型的なＰＩＤ制御システムを示すブロック図を示す。この種の制御システムでは、比例積分微分誤差項が合算されて、歯車組立体１４に結合されるＤＣモータ１２を駆動し、次にパンプラットフォーム１６を駆動する電圧レベルまたはパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を制御する出力値が導出される。このようなＰＩＤ制御システムにおいて使用される速度誤差値は通常、指示速度または所望の速度から測定速度を減算することによって計算される。比例項は、速度誤差を比例定数で乗算することによって計算される。微分項は、速度誤差変化を微分定数で乗算することによって計算される。速度誤差変化は、現在の速度誤差から前の速度誤差を差し引いたものである。速度誤差が変化なしの場合、微分項はゼロになる。
【０００４】
誤差がゼロから正の値になる場合、比例項および微分項を合算して、比例項だけの場合のほぼ２倍にすることができる。これは、誤差が増大するにつれて高速の応答を回路に与える。同様に、誤差が前の値の半分になる場合、比例項がまだ正の間、微分項は負になり、これら２つは互いをほぼ相殺することができる。この状況では、速度が指示速度に近づきつつあり、誤差が低減するにつれて、微分項は比例項の影響を低減する。
【０００５】
積分項は、速度誤差を積分定数で乗算し、それを累積器に加えることによって計算することができる。積分定数は通常、比例定数または微分定数よりもはるかに低いため、積分累積はゆっくりと増減して、比例項または微分項が補償できないあらゆる定常状態誤差が除去される。速度が指示速度に等しい場合、誤差はゼロであり、比例項および微分項の両方がゼロになるため、定常状態速度は全体的に、積分項によって制御されることになる。積分項は、単に定常状態負荷を補償するのに十分な大きさである。速度誤差計算器は、測定速度を指示速度から減算し、速度誤差をＰＩＤコントローラに供給する。
【０００６】
エンコーダ／センサ１８を使用して、回転位置の増分変化を検出または測定することも慣例である。エンコーダは、ロータリエンコーダまたはシャフトエンコーダとも呼ばれ、当該技術分野において既知であり、より詳細に以下に説明するように、角度位置ひいてはシャフトまたは軸の移動をアナログコードまたはデジタルコードに変換するために使用される電気機械装置である。こういったシステムでは、所与の時間当たりの直交サイクル数は速度に比例する。エンコーダ１８からのパルスストリームは速度測定値に変換され、装置の実際の動きを監視または更新し、これは１０ｍｓ秒毎等のレートであり得る。図１に示すように、エンコーダ／センサ１８は、モータ１２および／または歯車箱１４の回転位置の増分変化を検出または測定する。センサまたはエンコーダ１８は通常、一般にＣｈ．ＡおよびＣｈ．Ｂと記される２つのパルスストリーム出力を含む。２つのパルスストリームは、エンコーダが一方向に回転中であるか、それとも他方の方向に回転中であるかに応じて互いに＋９０°または−９０°位相ずれするように設計される。図２は、２つのチャネル間の９０°位相差を有する波形を示す。これら示される信号は復号化され（すなわち、例えば１または０のバイナリ出力にされ）、特定のサイクル時間のカウントアップパルスまたはカウントダウンパルスを生成する。
【０００７】
エンコーダ１８からより正確な速度測定を達成するために、所与の時間「ｔ」にわたって両チャネルからのすべてのエッジ２０をカウントすることも慣例である。このようなシステムでは、所与の時間当たりの直交サイクルまたはエッジの数は速度に比例する（すなわち、エンコーダは、モータの１回転当たり既知の一定数のサイクルまたは増分を有する）。再び図１を参照すると、エンコーダ１８のパルスストリーム出力は、速度デコーダ２２によって速度に変換される。速度デコーダ２２は、モータ１２の１回転当たりの増分またはエッジの数を考慮して、測定速度出力を生成することができる。次に、速度デコーダ２２は、計算された速度値を速度誤差計算器２４に出力する。速度誤差計算器２４は、エンコーダ１８から復号化された速度測定値と比較し、それを速度入力コマンド２６と比較する。次に、速度誤差は続けて、１０ｍｓ毎等の典型的な周期レートでＰＷＭドライバ３０を更新して、モータ１２の性能を制御または操作するＰＩＤコントローラ２８によって処理される。
【０００８】
速度および位置のますます正確な制御を達成するために、エンコーダ１８は一般に、モータ１２のモータシャフトに結合され、示されるように、歯車組立体１４がモータシャフトと可動プラットフォーム１６との間に位置決めされる。歯車箱１４は、歯車比に正比例してエンコーダ１８から出力されるパルスの数を増大させるとともに、より小さなトルクモータでプラットフォームを回転できるようにもする。しかし、歯車比を増大させると、同じＲＰＭモータを使用して達成可能な最高速度が低減する。
【０００９】
ビデオドームシステムでは、別の所望の動作モードは、ドアアラームまたは移動検出器が発動した等の場合に、可能な限り速く所定の位置にジャンプすることである。例えば、ビデオ監視システムが、任意の位置から任意のターゲットまで１秒未満で移ることが求められる場合、歯車箱は、モータを最高速度まで増大させ、プラットフォームを１８０°回転させ、減速してターゲットで止まり、これらすべてを１秒以内に行うように、制限付きの歯車比を有さなければならない。より大型でより高速でトルクのより高いモータを設置すると、より大きな歯車比が可能でありながら高速制御を向上させることができるが、駆動システムはより大きくなり、より高コストになる。
【００１０】
制限付きの歯車比、物理的な面積およびコストを低減するために制限付きのモータサイズ、ならびに１回転当たり実用的な数のパルスを有するエンコーダを使用する場合、ビデオカメラプラットフォームの毎秒当たり１．０°未満のスムーズな制御を達成することは困難である。極低速では、毎秒当たりのパルスの数が少なすぎて、１０ｍｓ周期で得られる速度読み取り値はあまり正確ではない。極低速での第２の問題は、ベアリングまたは歯車システムに凸凹スポットがある場合に発生し、凸凹スポットで、プラットフォームは１°／秒から１ｍｓ未満以内で停止状態になり得る。ハイエンド３３．３ＲＰＭレコードプレーヤと同様に、重みを増大させることでプラットフォームの慣性を増大させることが、低速移動の平滑化に役立つが、遠くのターゲットに向けて加速する場合に必要なトルクがかなり大きくなる。
【００１１】
一般的なビデオ監視モータ制御システムは、ＰＩＤ計算を１０ｍｓ毎に実行する。出力値は、モータに供給される電圧を制御するか、またはモータを駆動する固定電圧のパルス幅を制御する。ＰＷＭシステムは一般により単純かつより効率的である。ビデオドームに使用されるＰＷＭシステムの周波数は一般に、発生するいかなるノイズも映像信号に干渉せず、モータ駆動システムの時間定数よりも少なくとも数桁高く、かつ人間の可聴レベル（＞２０ＫＨｚ）よりも高くなるように十分に高い固定周波数に設定される。ＰＩＤ計算周期が１０ｍｓかつＰＷＭ周波数が２０ＫＨｚの場合、各計算間でモータに同じ幅の２００個のパルスが発生することになり、計算更新の待ち時間により、所望または指示速度とビデオシステムの実際の移動とが大きく食い違うことになり得る。従来技術についてパンモード制御を参照して説明したが、傾斜モータ制御の場合の従来技術による動作も同様であり、そのため、本明細書では説明しないことが理解される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記に鑑みて、低速移動およびその制御に関して向上した性能を有する低コストで効率的なビデオ監視システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一態様によれば、本発明は、有利なことに、第１のエンコーダが、対応する信号エッジを有する複数の信号を出力するモータ制御システムを提供する。複数の信号は、第１のエッジおよび第２のエッジを含み、第１のモータの速度に基づく。第１のコントローラは、第１のエンコーダと電気的に通信する。第１のコントローラは、少なくとも部分的に、第１のエッジの検出と第２のエッジの検出との間の時間を第１のモータの速度に相関付けることにより、第１のモータの速度を決定する。
【００１４】
別の態様によれば、本発明は、ビデオカメラの動きを制御する方法を提供する。ビデオカメラモータの動きに対応する、対応信号エッジを有する複数の信号が、出力される。複数の信号は、第１のエッジおよび第２のエッジを含む。ビデオカメラモータの速度は、少なくとも部分的に、第１のエッジの検出と第２のエッジの検出との間の時間を第１のビデオカメラモータの速度に相関付けることによって決定される。
【００１５】
別の態様によれば、本発明は、ビデオカメラと、ビデオカメラを傾斜させるように動作可能な傾斜モータと、ビデオカメラをパンさせるように動作可能なパンモータとを含むビデオ監視システムを提供する。第１のエンコーダが、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方に結合される。第１のエンコーダは、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方の回転速度に基づいて、対応する信号エッジを有する複数の信号を出力する。第１のコントローラが、第１のエンコーダと電気的に通信する。第１のコントローラは、少なくとも部分的に、第１のエッジの検出と第２のエッジの検出との間の時間を少なくとも１つの傾斜モータおよびパンモータの速度に相関付けることにより、傾斜モータおよびパンモータのうちの一方の速度を決定する。
【００１６】
本発明ならびにそれに付随する利点および特徴のより完全な理解が、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照することによってより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術によるビデオ監視システムのブロック図である。
【図２】従来技術によるビデオ監視システムの場合のセンサ出力およびその測定の波形図である。
【図３】本発明の原理により構築されたビデオ監視システムの斜視図である。
【図４】図３のビデオ監視システムの筐体組立体の分解図である。
【図５】図３のビデオ監視システムのカメラ組立体の分解図である。
【図６】本発明の原理により構築されたビデオ監視システムのブロック図である。
【図７】本発明の原理により構築されたビデオ監視システムの場合のセンサ出力およびその測定の波形図である。
【図８】本発明によるビデオ監視システムを制御する例示的な方法のフローチャートである。
【図９】本発明の原理によるビデオ監視システムのセンサの出力の追加の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ビデオ監視システムを駆動するシステムおよび方法を提供する。これより、同様の参照符号が同様の要素を指す図面図を参照して、図３に、本発明の原理により構築され、全体的に「５０」として示されるビデオ監視システムを示す。ビデオ監視システム５０は一般に、カメラ組立体５４と連動する筐体組立体５２を含むことができ、これらはそれぞれ、その動作に役立つ様々な機械的構成要素および電気的構成要素を含むことができる。
【００１９】
これより、特に図４を参照すると、筐体組立体５２は、筐体組立体の内容物の部分を含むか、または囲む１つまたは複数の筐体要素５５ａ、５５ｂ、５５ｃ（本明細書ではまとめて筐体要素５５と呼ばれる）を含むことができる。筐体要素５５は、回転可能なベアリングパンプラットフォーム５６または同様の機械的結合によって互いに可動係合することができる。筐体組立体５２は、プリント回路（「ＰＣ」）またはＣＰＵボード５８と、パンモータ６２に結合される電源６０とをさらに含むことができる。ＣＰＵボード５８は、１つまたは複数のプロセッサ、メモリ構成要素、コントローラ、および／または遠隔場所からのコマンドもしくは入力を受信し記憶しかつ／または実行するとともに、パンモータ６２を駆動するための通信インタフェース（図示せず）を含むことができる。電源６０は、電池等の電源を含むことができ、かつ／または外部ソースからＡＣ電力を受けて適宜変換し、本明細書において述べる構成要素に給電する電気構成要素をさらに含むことができる。パンモータ６２は、ビデオ監視システムの所望の構成要素を制御可能に移動させるのに十分なトルク出力を有しながら、筐体組立体内に位置決め可能な所望のフォームファクタおよび／または寸法を有するＤＣモータを含むことができる。
【００２０】
ビデオ監視システム５０の筐体組立体５２は、モータ６２ｂおよびエンコーダ６２ｃに結合されるギアトレイン６２ａを有するモータ組立体６２をさらに含むことができ、モータ組立体６２は、モータ６２ｂの出力をビデオ監視システム５０の追加の部分に付与し、伝達し、または運び、所望の移動を生み出す。特に、エンコーダ６２ｃは、より詳細に後述するように、ギアトレイン６２ａまたはパンモータ６２ｂの移動を示すために使用される２つ以上の出力（９０度位相ずれする場合、直交出力と呼ばれる）を含む、直交エンコーダまたは相対ロータリエンコーダとしても既知の機械的または光学的なインクリメンタルロータリエンコーダを含むことができる。移動指標を使用して、カメラ組立体５４の相対パン位置を決定することができる。さらに、スリップリング組立体６４を筐体組立体５２内に含めることもでき、スリップリング組立体６４は、回転可能ベアリングパンプラットフォーム５６および筐体要素５５ｃにさらに結合して、パンプラットフォームへの電気的な接続を提供するとともに、プラットフォームが無制限数の連続した３６０°回転で移動できるようにする。筐体組立体５２は、動作中に筐体組立体５２のホーム位置を監視する光学センサ６６を含むこともできる。
【００２１】
図５に示すように、本発明のビデオ監視システム５０のカメラ組立体５４は一般に、組立体の追加の構成要素を含むか、または囲むシェルまたはキャビティを形成できる１つまたは複数のカメラ筐体要素を含むことができる。例えば、互いに係合可能なフロント６８、リア７０、および２つのサイド７２、７２’のカメラ筐体要素があり得、筐体要素のうちの１つまたは複数は、ベアリング構成要素７４および傾斜歯車／ベアリング組立体８２によってその他の筐体要素に回転可能または移動可能に結合される。カメラ組立体５４は、カメラ７８を内部にしっかりと受けるためのカメラクレードルまたはヨーク７６を含むこともできる。カメラ７８は、カラーカメラ、モノクロカメラ、デジタルキャプチャ装置等を含むがこれらに制限されない、視覚画像を取り込み可能な任意の装置を含むことができる。
【００２２】
傾斜エンコーダ８０ａ、傾斜モータ８０ｂ、および傾斜ギアトレイン８０ｃを有する傾斜モータ組立体８０をカメラ組立体５４内に配置することができる。さらに、ＰＣボード８４も筐体内のカメラ組立体５４内に含めることができる。傾斜モータ８０ｂは、その移動のためにカメラクレードル７６に機械的に結合することができ、傾斜エンコーダ８０ａは、パンモータ組立体６２に関連して上述したパンエンコーダ６２ｃと同様であってよい。すなわち、エンコーダは、傾斜モータ８０ｂの回転または移動を監視する機械的または光学的なインクリメンタルロータリエンコーダを含むことができる。ＰＣボード８４は、傾斜モータ組立体８０へのコマンドの受信、記憶、および／または搬送を行い、傾斜モータ組立体８０を駆動するとともに、カメラ７８によって生成された画像の受信、記憶、および／または伝送を行うために、１つまたは複数の電気的構成要素、プロセッサ、メモリ構成要素、コントローラ、ケーブルコネクタ、および／またはドライバ（図示せず）を含むことができる。
【００２３】
これより図６を参照して、図３〜図５に示すビデオ監視システムを制御する改良されたシステムおよび方法を示す動作ブロック図を示す。特に、システムは、パンプラットフォーム５６および／または筐体組立体５２の部分、例えば、筐体要素５５ｃ等に結合され、カメラ組立体５４をモータ／歯車組立体６２を通して水平（パン）軸において移動させるパンモータ組立体６２を含む。図は、カメラを移動させるパンプラットフォームを示すが、この説明で考察される方法および手法は、モータおよび／または傾斜もしくは他の移動軸を制御する他の構成要素に等しく当てはまる。パンエンコーダ／センサ６２ｃをモータシャフトに直接取り付けて、利用可能なエッジの周波数を最大化し、それにより、測定速度および位置の精度を最大化することができる。センサ６２ｃは、図７に示す波形に示されるように、Ｃｈ．ＡおよびＣｈ．Ｂの両方において複数の信号エッジを出力することができる。
【００２４】
速度計算は、エンコーダ６２ｃからのいずれかの出力チャネル上のエッジ９０、９０’の検出を示す周期検出器８８からの出力に基づいて速度コンバータ８６によって実行することができる。換言すれば、Ｃｈ．Ａ上の第１のエッジの検出とＣｈ．Ｂ上の第２のエッジの検出との間の時間を、モータ６２ｂの速度または回転、ひいてはカメラ組立体５４の動きに相関付けることができる。この計算は、例えば、１／パルス幅に相対する速度に基づくことができる。一方の直交チャネル出力のエッジと他方のチャネルの次のエッジとの間で測定される周期「Ｐ」を使用して、単に１つのチャネルの周期を使用する場合と比較して４倍の速度での更新がもたらされる。この周期計算方法を使用し、周期を速度に変換することにより、固定時間中にエッジをカウントする従来の技法よりも１桁または複数桁大きな頻度で、更新速度データが利用可能となる。
【００２５】
次に、変換された速度測定値は、速度誤差計算器９４によって速度入力コマンド９２と比較することができ、次に、ＰＩＤコントローラ９６の共通ＰＩＤアルゴリズムに供給され、ＰＩＤコントローラ９６はマイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、または特定のＰＩＤ更新頻度でＰＩＤ計算を実行可能な他の素子を含み得る。ＰＩＤ計算の出力を使用して、ＰＷＭドライバ９８を介してモータに送信されるパルス幅を制御することができる。なお、上述したコントローラ、コンバータ、デコーダ、および他の処理要素は、上述したプリント回路／ＣＰＵボード５８、８４のうちの一方および／または両方内に統合または具現することができる。システムは、単一の制御ＣＰＵを有してもよい。さらに、上述したハードウェア構成要素は、筐体組立体および／またはカメラ組立体の部分と係合可能な天井取り付け部内に含まれてもよい。
【００２６】
これより、図８のフローチャートを参照して、モータおよび／またはビデオ監視システム制御の例示的な方法を示す。方法は一般に、上述したように、モータまたは歯車組立体に結合されたエンコーダから複数の信号エッジを送信するステップ（ステップ１００）を含む。送信された複数の信号エッジから、第１の信号エッジが検出され（ステップ１０２）、第２の信号エッジが検出される（ステップ１０４）。エッジは、同じおよび／または異なるチャネル出力からのものであってよい。続けて、第１の信号エッジの検出と第２の信号エッジの検出との間の時間が測定される（ステップ１０６）。次に、信号エッジ間の測定された時間は、モータまたは歯車組立体、ひいてはパンプラットフォーム、筐体、およびまたはカメラの速度測定値に変換される（ステップ１０８）。次に、変換された速度測定値は速度入力コマンドと比較され（ステップ１１０）、次に、例えば、ＰＩＤコントローラおよび／またはＰＷＭドライバによってモータへの制御信号をそれに従って調整することができる（ステップ１１２）。
【００２７】
特定の場合、２つのエンコーダ信号の４つすべての位相を使用することは、最適な解決策ではない。例えば、エンコーダ／センサによっては、２つの出力信号が厳密に９０°の位相差を有さないように、完全には整列しないものがある。別の誤差原因は、チャネル信号のいずれかまたは両方のオンタイムとオフタイムとの関係、すなわちデューティサイクルの変動に起因し得る。換言すれば、２つの出力信号が対称ではないことがある。すなわち、デューティサイクルが実質的に５０％ではないように、信号出力の高部と低部との間に対称性のずれまたは誤差があり得る。
【００２８】
オフセットまたは位相ずれしたチャネルの例示的な波形を図９に示す。２つのチャネル出力が厳密に９０°の位相差を含まない場合、その差により、一定の速度で回転中に、Ｃｈ．Ａ内の信号エッジ１１４とＣｈ．Ｂ内の次の信号エッジ１１６との間の時間が、Ｃｈ．Ｂ内のエッジ１１８からＣｈ．Ａ内のエッジ１２０までの時間と異なることになる。パルス幅の差または高／低特性間の変動も、順次発生するエッジの測定の差に繋がる。これらの変則性は両方とも、単一周期測定から速度を導出しようとする際の困難さを増大させる。
【００２９】
それにも拘わらず、直交センサがこういった問題を有する場合であっても、１つのチャネルの立ち上がりエッジから同じチャネルの次の立ち上がりエッジまでの周期測定値「ｐ」は、そこから速度を導出するのに非常に正確な周期であり、本発明に取り入れられる。１つのチャネルの第１の立ち下がりエッジから同じチャネルの次の立ち下がりエッジまでの測定の使用も全く同様に正確である。一実施形態によれば、最大待ち時間を１／４に低減するために、Ｃｈ．Ａの立ち上がり−立ち上がりエッジ周期、Ｃｈ．Ａの立ち下がり−立ち下がりエッジ周期、Ｃｈ．Ｂの立ち上がり−立ち上がりエッジ周期、およびＣｈ．Ｂの立ち下がり−立ち下がりエッジ周期を並列に測定し、最後に完了した計算を現在の速度計算に使用することができる。各エッジが検出される際に完全な周期を測定することにより、Ｃｈ．Ａの立ち上がりエッジ−立ち上がりエッジからであれ、Ｃｈ．Ｂの立ち下がりエッジ−立ち下がりエッジ等からであれ、完了した最新の周期計算は、既存のシステムと比較して、モータの性能に関して速度更新の待ち時間を大幅に低減する。
【００３０】
別の実施形態によれば、これと同じ周期測定の一変形は、対称誤差、すなわちいずれかのチャネル出力の高／低特性間に差がある場合、完全なサイクルの４つのサブセクションの移動平均の使用を含み得る。例えば、Ｃｈ．Ａの立ち上がりエッジとＣｈ．Ｂの立ち上がりエッジとの間のセグメントが完了した場合、そのセグメントを、Ｃｈ．Ａの立ち上がりエッジとＣｈ．Ｂの立ち上がりエッジとの間の複数の前の測定値の移動平均に加算することができ、同じセグメントの前の測定値を減算することができる。
【００３１】
本発明の速度計算方法は、極低速でのモータの制御を最適化することができる。ビデオカメラ制御の直交周期測定に対する別の恩恵は、極低速での測定が高速での測定よりも高い分解能を有することである。固定時間中のエッジをカウントすることは、高速での測定が低速での測定よりも高い分解能を有するという点で、真逆をもたらす。例えば、例示的な３５ＫＨｚレートのＰＷＭでＰＩＤ計算を実行する場合、速度が変化すると、既存のシステムと比較して少なくとも１桁高速のフィードバックがシステムに与えられる。ビデオ監視システムでは、高速でターゲットに向かうと、映像に不鮮明さが生じるため、顧客は１０〜２０％の誤差に気付かない。しかし、低速で手動制御する場合、１０〜２０％の速度のばらつきは、不満足な移動安定性および／または不正確な可視性に繋がり得る。
【００３２】
制御システムは、エッジ間の連続して測定された周期の記憶および比較をさらに含むことができる。例えば、制御システムは、第１のエッジと第２のエッジとの間で測定された周期ならびに第２のエッジと第３のエッジとの間で測定された周期を記憶することができる。２つの測定値を比較することができ、進行中の周期測定、すなわち最後の直交エッジと次のエッジとの間の周期が、最後のエッジと最後のエッジの１つ前のエッジとの間の周期を超える場合、次のエッジが検出されるまで、周期検出器によって周期測定値を連続して更新することができる。これは、連続する周期測定値の大きな差によって表されるモータの潜在的または来るべき停止の早期兆候を提供する。測定中の周期が前の周期よりも長いことが分かった場合、モータを制御するＰＩＤが使用する速度誤差を導出するために、増大するパルス幅を動的に使用することがより正確である。周期から速度への変換および速度誤差の計算は、ＰＩＤ計算シーケンスの開始時に最初に行うことができる。
【００３３】
こういった技法を組み合わせることで、ＰＩＤは３５ＫＨｚ計算周期内の速度のわずかな減速（周期の増大）を補償することができる。本発明において使用されるＤＣモータが、同じ機械システムで本発明を使用しない場合に可能な速度よりも１／１０の速度で制御できることが分かっている。ベアリングおよび歯車は完全ではなく、潤滑剤が完全には分散せず一貫しない等の理由により、この手法は有利である。現実世界の用途では、この独自な解決策は、モータを極めて遅い速度で制御する際に明確な利点を有する。
【００３４】
本発明のシステムおよび方法は、既存のシステムと比較して待ち時間が短く、速い更新能力を有する、ビデオ監視システムの改良された低速制御を提供する。改良されたシステムおよび方法は、上述したように、それ自体の欠点なしではない歯車組立体またはモータを変えるまたは変更するよりも低コストで容易に実施される。
【００３５】
本発明は本明細書において特に図示され説明されたものに制限されないことが当業者によって理解されるであろう。さらに、上記において逆に記されていない限り、すべての添付図面が実寸ではないことに留意されたい。上記教示に照らして、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく各種変更および変形が可能であり、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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