(57)【要約】      （修正有）【課題】可動レンズ群の機構的な遊びや駆動ギアのバックラッシュに起因してカメラ雲台のチルト角を駆動したとき発生するレンズ駆動誤差を補正し、ピントずれが起きないカメラ雲台を提供する。【解決手段】可動レンズ群を有する撮像装置を搭載したパン・チルト制御可能なカメラ雲台であって、レンズ鏡筒にレンズ基準位置を検出する検出手段と、レンズ駆動手段に含まれるステッピングモータのステップ数をカウントする手段を備え、所定のタイミングで、光軸が水平となるチルト角の場合と、さらに少なくとも他の一つ以上のチルト角度において、可動レンズ群を移動端からレンズ基準位置まで移動させるとともに、ステッピングモータのステップ数をカウントし、可動レンズ群の位置差を求めることで、可動レンズ群の位置補正量を演算する手段を備え、求められた補正値とチルト角度に応じて、可動レンズ群の位置を補正してレンズ駆動手段を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動レンズ群を光軸方向に動かすレンズ駆動手段を備え、駆動手段によりレンズ群位置を制御することにより、変倍ズーム機能や焦点調節機能を持つレンズ鏡筒を備えた撮像装置を搭載し、雲台設置面と垂直なパン軸を中心に撮像装置をパニングするための駆動部と、
光軸とパン軸それぞれに９０°の角度を持つチルト軸を中心に撮像装置をチルティングするための駆動部を備えたカメラ雲台であって、
レンズ鏡筒にレンズ基準位置を検出する検出手段と
レンズ駆動手段に含まれるステッピングモータのステップ数をカウントする手段を備え、所定のタイミングで、光軸が水平となるチルト角の場合と、
さらに少なくとも他の一つ以上のチルト角度において、
可動レンズ群を移動端からレンズ基準位置まで移動させるとともに、
該ステッピングモータのステップ数をカウントすることをそれぞれのチルト角で行い、
可動レンズ群の位置差を求めることで、可動レンズ群の位置補正量を演算する手段を備え、
演算手段によって求めた補正値とチルト角度に応じて、可動レンズ群の位置を補正してレンズ駆動手段を制御することを特徴とするカメラ雲台装置。 
【請求項２】
前記所定のタイミングは、カメラ雲台の電源投入時であることを特徴とする請求項１に記載のカメラ雲台装置。
【請求項３】
前記所定のタイミングは、レンズ駆動回数が一定数を超え、且つカメラ雲台が一定時間制御されないことを検出した時であることを特徴とする請求項１に記載のカメラ雲台装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズユニットを搭載した撮像装置を備え、ズーム・フォーカスレンズの位置制御及びパン・チルト制御を遠隔操作できるカメラ雲台装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外に設置される監視用途のカメラ雲台にあっては、飛行場での航空機監視など遠距離の被写体を追跡撮影することが多い。この場合のフォーカス設定は、マニュアルで無限遠固定に設定して用いる場合が少なくない。これは、オートフォーカス（ＡＦ）設定では、被写体の移動によって焦点検出エリアから被写体が外れてしまうことや、手前を遮る他の移動物体によってＡＦが誤作動してしまい、被写体へのピントがずれてしまうことを防ぐためである。また、航空機撮影において航空機が離陸する場合では、被写体を水平からチルト角が大きな角度となる上空位置まで望遠で追って撮影する機会が多い。
【０００３】
ヘリコプターの撮影の場合は真上を見上げることもある。このとき、チルト角が大きくなるに従って、フォーカス駆動部・ズーム駆動部に駆動指令を与えなくても、機構的な遊びや駆動ギアのバックラッシュに起因して、フォーカスレンズ若しくはズームレンズが意図せず動いてしまい、ピントずれを起こすことがあった。
【０００４】
特許文献１には、事前に水平に対して、上向き、下向きの補正量を求め、テーブル化した補正データを記憶手段に保持して、レンズ鏡筒に固定された姿勢検知手段の角度出力情報に応じて記憶手段から補正値を読み出し、姿勢検知角度に応じてレンズ駆動用ステッピングモータの駆動量を補正しようとする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−０５１１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された対策のように事前に求めるレンズ鏡筒の姿勢差に応じた補正テーブルだけの補正では十分ではなく、駆動ギアのガタ量は、温度によってグリス粘度が変わるなどするため、温度補償も必要になってくる。また、これらデータをテーブル化してレンズ毎に保持することはデータ取得の手間や経年変化によるガタ量の変化を考えると現実的ではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、可動レンズ群の機構的な遊びや駆動ギアのバックラッシュに起因してカメラ雲台のチルト角を駆動したとき発生するレンズ駆動誤差を補正し、ピントずれが起きない合焦精度を保つ機能を備えたカメラ雲台を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の係るカメラ雲台は、
可動レンズ群を駆動制御可能なレンズ鏡筒を備える撮像装置を搭載したパン・チルト制御可能なカメラ雲台にあって、
レンズ鏡筒にレンズ基準位置を検出する検出手段と
レンズ駆動手段に含まれるステッピングモータのステップ数をカウントする手段を備え、所定のタイミングで、光軸が水平となるチルト角の場合と、
さらに少なくとも他の一つ以上のチルト角度において、
可動レンズ群を移動端からレンズ基準位置まで移動させるとともに、
該ステッピングモータのステップ数をカウントすることをそれぞれのチルト角で行い、
可動レンズ群の位置差を求めることで、可動レンズ群の位置補正量を演算する手段を備え、
演算手段によって求めた補正値とチルト角度に応じて、可動レンズ群の位置を補正して
レンズ駆動手段を制御することを特徴とする。
レンズ鏡筒は、可動レンズ群を光軸方向に動かすレンズ駆動手段を備え、駆動手段によりレンズ群位置を制御することにより、変倍ズーム機能や焦点調節機能を備えている。
また、カメラ雲台は、前記レンズ鏡筒を備えた撮像装置を搭載し、雲台設置面と垂直なパン軸を中心に撮像装置をパニングするための駆動部と、光軸とパン軸それぞれに９０°の角度を持つチルト軸を中心に撮像装置をチルティングするための駆動部を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るカメラ雲台によれば、チルト角度に応じて、可動レンズ群の位置を補正してレンズ駆動手段を制御するので、チルト角が大きい場合であっても、合焦精度を保った撮影が可能になる。また、レンズ毎に事前補正データを演算して記憶しておく必要がなく、組立精度にも依存しないため、レンズ鏡筒の組み立てが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例1であるカメラ雲台の構成を示す概略図である。
【図２】実施例1におけるレンズ鏡筒２の内部構造図である。
【図３】実施例１の動作フローチャートである。
【図４】実施例１の可動レンズ群の位置を示した例である。
【図５】実施例１の可動レンズ群の位置を示した例である。
【図６】実施例１のチルト角度に対する補正値の例である。
【図７】実施例１の変倍レンズと焦点レンズの位置関係を示した例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［実施例１］
図１はレンズ鏡筒２、撮像素子１１や画像処理回路１２などを備えた撮像装置１を搭載したカメラ雲台の構成概略図である。
【００１３】
カメラ雲台は、設置面に垂直のパン軸を中心として水平回転（パニング）するパン駆動部１９を備え、パン軸と鏡筒の光軸それぞれに９０°の角度を持つチルト軸を中心として撮像装置１を回転（チルティング）するチルト駆動部１５を備える。チルト駆動部１５には角度センサー１６が付属しており、角度センサー１６の出力であるチルト角データは、集中コントロール部（以下、ＣＰＵと記す）１４に入力される。
【００１４】
また、遠隔操作器（非図示）からの制御信号を入力端子１８で受信し、ＣＰＵ１４で復号した制御情報によりパン駆動部１９及びチルト駆動部１５を駆動して、光軸を指定角度に向けるとともに、レンズ鏡筒２内の可動レンズ群を駆動して意図した映像を出力端子１７から得ることができる。
【００１５】
図２はレンズ鏡筒２の内部構造を示した図である。ここでは動作を明瞭に説明するため、可動レンズ群は１つとして図を簡素化して記載している。
【００１６】
図２において、可動レンズ群２１はレンズ支持部材２６及び２７で支えられ、ＣＰＵ１４によって制御されるステッピングモータを含むレンズ駆動部２２によって光軸方向に鏡筒２内を移動して倍率調整または焦点調節を行い、被写体映像を撮像素子１１に結像する。可動レンズ部の制御は前述した遠隔操作器からＣＰＵ１４を介して行うことができる。
【００１７】
２３は光学位置センサーであり、可動レンズ群２１が通過したタイミングを検出してＣＰＵ１４に出力する。ＣＰＵ１４は、レンズ駆動部２２のステッピングモータの回転ステップ数を数えるカウンター２５と通信している。
【００１８】
図３のフローチャートを用いて、本発明の動作フローを説明する。
【００１９】
カメラ雲台の電源投入後、ＣＰＵ１４は、鏡筒の光軸が水平となるようチルト角度センサー１６の出力であるチルト角情報を読みながら、チルト駆動部１５を制御する（Ｓ１）。チルト角が水平になった後ＣＰＵ１４は、レンズ駆動部２２のステッピングモータを駆動し、可動レンズ群２１をレンズ基準点に向けて移動させる（Ｓ２）。レンズ基準点には、光学位置センサー２３が配置されており、可動レンズ群２１の通過を検知し、そのタイミングをＣＰＵ１４に送信している。
【００２０】
光学位置センサー２３の出力によって、可動レンズ群２１がレンズ基準点を通過したことを検知した場合（Ｓ３）ＣＰＵ１４は、レンズ駆動部２２の駆動を停止する（Ｓ４）。次にＣＰＵ１４は、レンズ駆動部２２を逆方向に動かし、可動レンズ群２１を通過したレンズ基準点まで正確に戻し、レンズ基準点でレンズ駆動部２２のステッピングモータの回転ステップ数を数えるカウンター２５をリセット（零にセット）する（Ｓ５）。本例では、レンズ基準点と可動レンズ群２１の位置合わせのために光学位置センサー２３を使用しており、正確な位置合わせのためには、一度レンズ基準点を通過させ、往復差も含めて位置決定を行うのが望ましい。
【００２１】
次にＣＰＵ１４は、レンズ駆動部２２を駆動させ、可動レンズ群２１を駆動端に移動させる。ここで可動レンズ群２１は変倍レンズとすると、広角(Wide)端または望遠(Tele)端まで移動させる（Ｓ６）。図４は、チルト角が水平の場合の可動レンズ群２１の状態を示しており、Ｓ５では可動レンズ群２１は破線の位置にあり、Ｓ６では実線の位置に停止している。この移動端の位置情報は、レンズ基準点からのレンズ駆動部２２のステッピングモータの回転ステップ数として表すことができ、チルト角が水平の場合の設計値または調整値が記憶部１３に保持されている。
【００２２】
移動端への移動指令に対して、ＣＰＵ１４は、記憶部１３からこのステップ数を読み出し、レンズ駆動部２２のステッピングモータをレンズ基準点から、所定数のステップ分駆動し、移動端でレンズ駆動を停止する。このとき、レンズ駆動部２２のステッピングモータの回転ステップ数を数えるカウンター２５の値は記憶部１３に保持されていた所定のステップ数と一致している。
【００２３】
次に可動レンズ群２１が駆動端の位置に停止している状態で鏡筒２の光軸が垂直となるようチルト角度センサー１６の出力に応じてＣＰＵ１４がチルト駆動部１５を制御する（Ｓ７）。図５は、チルト角が垂直の状態を示している。Ｓ７ではレンズ群２１は、チルト角が水平の場合と同じ位置に停止しているのが理想であるが、機構的な遊びがあると、重力の影響で下方向にずれて実線の場所に位置することになる。
【００２４】
ここから、ＣＰＵ１４は、可動レンズ群２１がレンズ基準点に向けて移動するようレンズ駆動部２２のステッピングモータに駆動指令を出す（Ｓ８）。カウンター２５は、基準点に向けてダウンカウントしていく。可動レンズ群２１がレンズ基準点を通過したことを光学位置センサー２３の出力から検出したとき（Ｓ９）、レンズ駆動部２２を停止し、基準点通過のタイミングでカウンター２５の値をＣＰＵ１４に取り込む。ここで、機構的な遊びや駆動ギアのバックラッシュが存在していた場合、カウンター２５の値は零にはならず、この値分がチルト垂直時の水平時に対する補正値Ｃとして算出される（Ｓ１０）。
【００２５】
補正する方法としては、水平から垂直にチルト駆動した場合は、補正値Ｃ分、可動レンズ群２１を上方にシフトするようＣＰＵ１４からレンズ駆動部２２に対して駆動指令を与えて、変倍レンズを動かせば良い。
【００２６】
チルト水平時（０°）に対するチルト上向き垂直（＋９０°）の補正値は算出できたが、他の角度についても補正値が必要である。複数の中間角度で同様の方法で補正値を求めて中間角を補間することで補正値を求めることもできるが、演算時間が増大してしまう。そこで、補正曲線を事前に求め、標準的な補正曲線ｆ（deg）を記憶部１３に１本だけ保存しておき、チルト上向き垂直（＋９０°）の補正値の比較から個々の補正曲線を推定する。前述した方法で求めたチルト上向き垂直（＋９０°）の補正値Cを記憶部１３に保存した補正曲線の同じ角度値（＋９０°）と比較し、その比較から係数Ｋを求め、標準補正曲線ｆ（deg）に乗算することで、中間角での補正曲線を求めることができる。係数Ｋは、標準補正曲線ｆ（deg）のdeg＝＋９０°での値をＳとすると
Ｋ＝Ｃ／Ｓ
として求めることができる。
【００２７】
標準補正曲線に係数Ｋを乗算して、真の補正曲線を求めた例を図６に示す。係数Ｋ＝０．７５の例である。なお、図６では補正量は標準補正曲線の最大値を１として正規化しており、−９０°はチルト下向き垂直を示している。
【００２８】
また、他の補正方法として、変倍レンズの位置はそのままで、変倍レンズの補正値Ｃに対するフォーカス調整量を調整する手法を用いても同様の効果を得ることができる。図７に示すのは、変倍レンズ位置に対するフォーカスレンズの焦点位置を示す一例であるが、ズームレンズ位置のズレ量をフォーカスレンズの位置差に換算して補正値を求めて焦点補正を行ってもよく、補正方法によって本発明は限定されるものではない。
【００２９】
［実施例２］
実施例１においては、電源投入時に可動レンズ群の位置検出の初期化動作を行うとして説明したが、カメラ雲台の用途によっては、電源を切らないで連続運転している場合もあり、本発明が適用されず補正効果を得られないことも想定される。そこで、定期的に初期化動作を行うモードを備えることで、連続運転中であっても、機構的な経時変化に対応可能な方法を説明する。
【００３０】
機構的な遊び量、換言すれば補正値が変化する要因は使用過多による経時変化によるものが考えられる。使用頻度の計測については、実施例１で説明したチルト駆動部のステッピングモータのカウンター２５を利用して回転数を積算して、記憶部１３に上書きしていくことで求めることができる。一定以上の値になれば、可動部周辺の遊び量が増えて、補正値を更新する必要性が高くなると判断することができる。
【００３１】
また、飛行機監視の用途で使用されるカメラ雲台にあっては夜間に使用しない時間帯がある場合が多く、不使用時間帯が周期的に発生するので一定時間パン駆動またはチルト駆動部が操作されない場合は、ＣＵＰ１４の持つ内部タイマーで不使用時間帯と判断することが出来る。
【００３２】
使用過多で且つ、不使用時間帯とＣＰＵ１４が判断した時、自動で初期化動作を行うモードを備えることで本発明を効果的に適用することができる。なお、定期的に初期化動作を行うモードは、遠隔操作器から設定し、モード設定情報を記憶部１３に保存しておくようにすることで設定解除も容易となる。
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
１  撮像装置、２  レンズ鏡筒、１１  撮像素子、１４  ＣＰＵ、１５  チルト駆動部、
１６  チルト角度センサー、２１  可動レンズ群、２２  レンズ駆動部、
２３  光学位置センサー、２５  カウンター
【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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