JP2007072006A - 雲台カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般的なセンサを用いて高倍率撮像レンズの使用に対応できるようにしたプリセット方式の雲台カメラ装置を提供すること。
【解決手段】 台座となる固定部１に水平回転用シャフト６により回転可能に保持した水平回転部２と、この水平回転部２に垂直回転用シャフト８により回転可能に保持したカメラ筐体３を備え、このカメラ筐体３内にカメラレンズを備えたカメラを収納し、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によりパン操作とチルト操作が遠隔制御できるようにしたカメラ装置において、パン角とチルト角のプリセットに使用する原点を検出する原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５に加えて、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の回転を検出する水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１を設け、パン角の原点については、原点旋回角センサ４４と水平回転位置センサ３０の検出信号の双方により検出を行ない、チルト角の原点については、原点仰角センサ４５と垂直回転位置センサ３１の双方により検出を行なうようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラの撮像方向が雲台の遠隔制御によりプリセットできるようにしたカメラ装置に係り、特に監視システムに好適な雲台カメラ装置に関する。

近年、遠隔操作が可能なテレビジョン撮像装置と画像モニタを使用し、画像による監視が離れた場所で得られ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、このとき使用されるカメラ装置として、撮像方向がプリセットできるようにした雲台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、プリセットとは、予め雲台の旋回角度や仰角度、レンズのズーム倍率を記憶しておき、プリセットの指示に従い雲台とレンズを記憶している角度やズーム倍率等にすることであるが、このとき、図４は、このような従来から知られているカメラ装置の一例で、図において、１は固定部、２は水平回転部、３はカメラ筐体で、このとき固定部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の中に撮像レンズを備えたテレビジョン撮像装置、つまりカメラを収納してカメラハウジングとしているものである。

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が垂直に取付けてあり、これにより水平回転部２が任意の旋回角位置に回動でき、カメラにパン(PAN：旋回角)操作とが与えられるようになっている。そして、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を取付けることにより、カメラ筐体３が任意の仰角位置に回動でき、カメラにチルト(TILT：仰角)操作が与えられるようになっている。

このため、水平回転部２には、上記した水平回転用シャフト６と垂直回転用シャフト８の外にも更に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、水平回転用ウォームギヤ７、カメラ制御回路１０、垂直回転用ベルト１３、電源ユニット４０、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ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などが設けられている。

そし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は、夫々カメラ制御回路１０により制御されるようになっている。このとき水平回転用シャフト６は中空に作られていて、信号ケーブル９と電力ケーブル４３の２本のケーブルを、外部から固定部１を介して水平回転部２の中に引き込むことができるようになっている。

そして、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、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内のテレビジョンカメラにも接続されている。一方、電力ケーブル４３はＡＣ電源供給用で、電源ユニット４０に接続され、それに電力を供給する働きをする。

このとき電源ユニット４０は、カメラ制御回路１０と水平回転用モータ駆動回路４６及び垂直回転用モータ駆動回路４７に動作用の電力を供給する働きをする。そして水平回転用モータ駆動回路４６は、水平回転用モータケーブル１１を介して水平回転用パルスモータ４に駆動パルスを供給し、垂直回転用モータ駆動回路４７は、垂直回転用パルスモータケーブル１２を介して垂直回転用パルスモータ５に駆動パルスを供給する。

そこで、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、水平回転用パルスモータ４が回転し、この結果、水平回転用ウォームギヤ７が回転するので、水平回転部２の全体が水平回転用シャフト６を中心にして回動し、図２に破線で示したように、カメラ筐体３を任意の旋回角に動かし、パン操作することができる。この図２は、図４を上側から見た図であり、このとき原点旋回角センサ４４は、旋回角が原点旋回角(予め設定してある所定の旋回角)になったとき検出信号を発生する働きをする。

同様に、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、垂直回転用パルスモータ５が回転し、これ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が垂直回転用シャフト８を中心にして回動し、図３に破線で示したように、任意の仰角に動かし、チルト操作することができる。この図３は、図４を右側から見た図であり、このとき原点仰角センサ４５は、仰角が原点仰角(予め設定してある所定の仰角)になったとき検出信号を発生する働きをする。

このとき、図示してないが、垂直回転用パルスモータ５から垂直回転用ベルト１３を介して垂直回転用シャフト８に至る回転伝達系には、例えば同軸型の減速機構が介在させてあり、これにより垂直回転用パルスモータ５の回転速度とカメラ筐体３のチルト角の変位速度の間に、例えば１００対１などの所定の減速比が与えられるようになっている。なお、この所定の減速比は、パン角の変位速度についても、水平回転用ウォームギヤ７により同様に与えられていることは説明を要しない。

次に、このカメラ装置による撮像方向のプリセット動作について説明すると、この従来技術の装置では、上記したように、カメラの駆動にパルスモータを用い、旋回角と仰角の制御を、原点からパルスモータに供給したパルスの個数だけで一義的に行なうようにした、いわゆるオープンループ制御方式を採用しているので、まずイニシャル処理として、カメラの旋回角と仰角を、予め設定してある原点(原点旋回角と原点仰角)に動かす処理が必要である。

そして、このイニシャル処理は、次のようにして行なう。すなわちカメラ制御回路１０は、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出信号をみながら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を回動駆動させ、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出信号が得られとき停止させることにより、カメラの旋回角と仰角が原点になるようにするのである。このときの原点としては、例えば旋回角については正面を原点旋回角とし、仰角については、カメラ筐体３を水平位置から下向き(又は上向き)の最大限の角度にしたときを原点仰角とすればよい。

そして、この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プリセット動作に移行し、図示してない監視モニタ部にある操作部から、信号ケーブル９を介して水平回転角度(旋回角)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。

そうすると、これら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がカメラ制御回路１０から発生され、水平回転用パルスモータ４と垂直回動用パルスモータ５に供給される。これにより水平回転用パルスモータ４と垂直回動用パルスモータ５が回転を開始し、カメラ筐体３の中にあるカメラが原点から指令された旋回角と仰角に向かって動きだす。

そして各水平回転用パルスモータ４と垂直回動用パルスモータ５は、最終的には指令されたパルスの個数分、原点位置からステップ回転してから停止されるが、このときパルスモータの特性として、原点からの角度は与えられたパルスの個数に一義的に対応しているので、カメラ筐体３内のカメラは、それが指令された方向に正しく向いたとき停止されることになり、フィードバック制御することなく、ここでカメラの撮像方向にプリセットが与えられることになる。

従って、この従来技術によれば、撮像動作を開始すべく、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だけで、カメラ筐体３内にあるカメラを所定の撮像方向にプリセットすることができ、このとき旋回角デコーダや仰角デコーダを用いないでプリセットが得られることになる。
特願２００３−２７４６８１号公報

上記従来技術は、カメラにプリセットされた撮像方向の精度向上に配慮がされているとは言えず、焦点距離の長い高倍率レンズの使用に制約が生じてしまうという問題があった。これは、焦点距離の長いレンズを使用した場合、その分、視野が狭くなるので、プリセット精度が悪いと、狙っている被写体がプリセットされた視野から外れてしまうからである。

そして、このようなステッピングモータを用いたオープンループ制御方式によるプリセット制御の場合、ステッピングモータの回転分解能でプリセットの停止精度が決まるのは勿論であるが、イニシャル処理における原点位置の検出精度によっても決まる。つまり、この場合、原点からのステッピングモータのステップ数で位置が決まるので、原点が正しく設定されていなけれは位置精度が落ちてしまうのである。

このときの原点位置の検出精度はセンサの検出精度に依存するが、ここで一般的なセンサの場合、最小検出角度は±０．３度程度で、これ以上の分解能は、コストの制約もあって、望むのが難しく、従って、従来技術では、イニシャル処理の都度、原点にバラツキが生じてしまうのでプリセット精度が不足し、高倍率撮像レンズの使用に制約が生じてしまうのである。

本発明の目的は、一般的なセンサを用いて高倍率撮像レンズの使用に対応できるようにしたプリセット方式の雲台カメラ装置を提供することにある。

上記目的は、カメラの撮像方向を遠隔操作する雲台カメラ装置において、前記雲台カメラ装置の水平および垂直のモータ回転軸に原点検出手段と、前記雲台カメラ装置の水平および垂直の回転軸に回転位相検出手段を設け、前記原点検出手段と前記回転位相検出手段に基づいて水平および垂直の回転軸の原点を検出することにより達成される。

本発明によれば、プリセット動作の停止精度が向上し、例えば高倍率レンズを使用した場合でも撮像視野がずれてしまう虞が抑えられ、この結果、監視システムに適用して的確で信頼性に富んだ監視業務の遂行に寄与することができる。

以下、本発明による雲台カメラ装置について、図示した実施の形態により詳細に説明する。そして、この本発明によるカメラ装置の一実施の形態を示したのが図１であり、これは、図４の従来技術によるカメラ装置と同様、固定部１と水平回転部２、それにカメラ筐体３で構成されている。そして、この図１において、３０は水平回転位置センサで、３１は垂直回転位置センサであり、その他の構成は、図４の従来技術と同じである。

そして、まず、水平回転位置センサ３０は、水平回転用パルスモータ４の回転位置を検出する働きをするもので、このため水平回転用パルスモータ４の回転軸に取付けられ、当該水平回転用パルスモータ４の１回転中の所定の回転位置(所定の角度)において、１回転毎に１回、検出信号を発生するように構成してある。

次に、垂直回転位置センサ３１は、垂直回転用パルスモータ５の回転位置を検出する働きをし、このため垂直回転用パルスモータ５の回転軸に取付けられ、当該垂直回転用パルスモータ５の１回転中の所定の回転位置(所定の角度)において、これも１回転毎に１回、検出信号を発生するように構成してある。

次に、この実施形態の動作について説明すると、この実施形態の場合も、イニシャル処理が終わった後、図示しない操作部から水平回転角度指令と垂直回転角指令が供給されたことにより、撮像方向のプリセット動作に移行する点は、図４で説明した従来技術の場合と同じである。

そして、このとき、プリント水平回転用パルスモータ４と垂直回動用パルスモータ５が所定の個数の駆動パルスにより原点から回転して、カメラが原点から指令された旋回角と仰角に正しく向いたとき停止され、この結果、同じく旋回角デコーダや仰角デコーダを用いることなく、正しくプリセットが得られることになる点も、図４で説明した従来技術の場合と同じである。

しかして、この図１の実施形態が、図４の従来技術と異なる点は、撮像方向のプリセット動作に移行する前のイニシャル処理における装置の原点旋回角と原点仰角の検出方法にある。そして、このため、上記したように、水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１を設け、水平回転用パルスモータ４の回転位置と垂直回転用パルスモータ５の回転位置が検出できるようにしてある。

このとき、カメラ制御回路１０は、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出信号を見ながら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を回動駆動させ、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出信号が得られとき停止させることにより、カメラの旋回角と仰角が原点になるようにする点は、この実施形態でも、従来技術の場合と同じである。

また、このときの原点についても、例えば旋回角については正面を原点旋回角とし、仰角については、カメラ筐体３を水平位置から下向き(又は上向き)の最大限の角度にしたときを原点仰角とすればよい点も同じであるが、この実施形態におけるカメラ制御回路１０では、このとき、更に水平回転位置センサ３０の検出信号と垂直回転位置センサ３１の検出信号の双方を取込み、これらを参照してカメラが原点旋回角と原点仰角になったことを検出するようにしており、この点で従来技術とは大きく異なっている。

具体的に説明すると、まず、原点旋回角を検出する場合、この実施形態におけるカメラ制御回路１０は、イニシャル処理中、原点旋回角センサ４４の検出信号が発生したら、この発生時点から予め設定してある時間ｔが経過するのを待ち、この後、水平回転位置センサ３０から最初に検出信号が発生された時点を原点旋回角が検出された時点とする。そして、ここで水平回転用パルスモータ４に対する駆動パルスの供給を停止する。

また、原点仰角を検出する場合、カメラ制御回路１０は、イニシャル処理中、原点仰角センサ４５の検出信号が発生したら、この発生時点から予め設定してある時間ｔが経過するのを待ち、この後、垂直回転位置センサ３１から最初に検出信号が発生された時点を原点仰角が検出された時点とする。そして、ここで垂直回転用パルスモータ５に対する駆動パルスの供給を停止するのである。

ここで、前述の通り、水平回転位置センサ３０は水平回転用パルスモータ４の１回転中の所定の回転位置(所定の角度)において、１回転毎に１回、検出信号を発生し、垂直回転位置センサ３１は垂直回転用パルスモータ５の１回転中の所定の回転位置(所定の角度)において、同じく１回転毎に１回、検出信号を発生する。そこで、上記した時間ｔを、イニシャル処理時の駆動パルスで決まる水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１による検出信号の周期に等しい時間に設定しておく。

そうすると、水平回転位置センサ３０の検出精度が原点旋回角センサ４４と同じで、垂直回転位置センサ３１の検出精度が原点仰角センサ４５と同じであった場合でも、イニシャル処理に際して、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出精度よりも高い検出精度でカメラの原点を検出するすることができる。

これは、水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１が、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５よりも多く回転されるからである。つまり、同じ範囲のパン操作とチルト操作に際して、検出信号の発生回数が多くなるので、その分、検出精度が高くなるのである。具体的には、水平回転用パルスモータ４の回転速度と水平回転部２のパン角の変位速度の間に与えられている減速比と、垂直回転用パルスモータ５の回転速度とカメラ筐体３のチルト角の変位速度の間に与えられている減速比に応じて検出精度が高くなり、具体的には、減速比が１００対１なら検出精度は１００倍、分解能で言えば１／１００になるからである。

ここで、水平回転位置センサ３０は、３６０度のパン操作に際して１回、検出信号を発生するだけであるが、このとき、水平回転位置センサ３０は、上記の減速比の場合、１００回、検出信号を発生し、同様に、垂直回転位置センサ３１は、３６０度のチルト操作に際して１回、検出信号を発生だけであるが、水平回転位置センサ３０は、上記の減速比の場合、１００回、検出信号を発生する。このとき、図２と図３に示されているように、実際のパン操作範囲とチルト操作範囲は３６０度未満であるが、精度の向上が得られる点には変わりはない。

ところで、この実施形態で、上記した時間ｔを設定しているのは、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５による検出信号のばらつき範囲内で水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾ってしまうことがないようにするためである。何故なら、水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾うタイミングは、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出信号が現れた後の最初のタイミングでなければならず、そうでないと、上記した精度の向上がえられなくなってしまうからである。

詳しく説明すると、図４の従来技術の場合、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５により検出される原点旋回角と原点仰角は、イニシャル処理毎に、それらの検出精度から想定される範囲で変動してしまう。なお、これが従来技術でプリセット精度が不足してしまう理由であることは、上述の通りである。

そして、このとき、上記した時間ｔが設定されていなかったとすると、上記した原点旋回角と原点仰角の変動している範囲の最初の方のタイミングで水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾った場合と、後の方のタイミングで水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾った場合の双方が現れてしまう。

この場合、水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾うタイミングが異なってしまう。そこで、時間ｔを設定してやれば、後の方のタイミングで水平回転位置センサ３０と垂直回転位置センサ３１の検出信号を拾った場合に限定でき、従って精度の向上が得られるようにできるからである。

従って、この実施形態によれば、一般的なセンサを用いているにもかかわらずプリセット精度が不足してしまう虞がなく、イニシャル処理に際して、原点旋回角センサ４４と原点仰角センサ４５の検出精度よりも高い検出精度でカメラの原点を検出するすることができ、高倍率撮像レンズの使用に対応することができる。

本発明による雲台カメラ装置の一実施形態を示す構成図である。 雲台カメラ装置による水平回転動作の一例を示す説明図である。 雲台カメラ装置による垂直回転動作の一例を示す説明図である。 従来技術による雲台カメラ装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１：固定部
２：水平回転部
３：カメラ筐体(カメラハウジング)
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
１４：ケーブル
３０：水平回転位置センサ
３１：垂直回転位置センサ
４０：電源ユニット
４４：原点旋回角センサ
４５：原点仰角センサ
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

Claims (1)

1. カメラの撮像方向を遠隔操作する雲台カメラ装置において、
   前記雲台カメラ装置の水平および垂直のモータ回転軸に原点検出手段と、前記雲台カメラ装置の水平および垂直の回転軸に回転位相検出手段を設け、前記原点検出手段と前記回転位相検出手段に基づいて水平および垂直の回転軸の原点を検出することを特徴とする雲台カメラ装置。
   

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