JP3468551B2

JP3468551B2 - 回転角検出装置

Info

Publication number: JP3468551B2
Application number: JP21931393A
Authority: JP
Inventors: 喜一岡田; 浩森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JPH0775004A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビ会議で使用する
カメラユニットの撮影方向変更のための回転動作の制御
などに用られる回転角検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】テレビ会議では、図６に示すように、会
議の模様がカメラユニット１２で撮影され、遠隔地の会
議相手にその画像が伝送される。モニタ１４には、相手
側画像または自側のカメラユニット１２で映された画像
が表示される。カメラユニット１２は、操作部１３の操
作によって、水平方向に回転されながら、同じような高
さに居る参加者Ａ，Ｂ，Ｄを映したり、垂直方向に角度
を変えながら、直立状態の参加者Ｃを撮影する。

【０００３】従来のカメラユニットは、図７に示すよう
に、レンズ１とＣＣＤなどの撮影素子２とを備えるカメ
ラ部と、カメラ部を垂直方向（Ｖ方向）に回転する垂直
回転モータ３と、垂直方向の回転角度を検出する垂直回
転角センサ（ロータリー・ポテンショメータ）４と、垂
直回転方向の駆動を伝達する垂直方向駆動伝達部５と、
カメラ部を水平方向（Ｈ方向）に回転する水平回転モー
タ６と、水平方向の回転角度を検出する水平回転角セン
サ（ロータリー・ポテンショメータ）７と、水平方向の
駆動を伝達する水平方向駆動伝達部８と、水平方向駆動
伝達部８やカメラ部などを取り付けるためのフレーム９
と、カメラ部などを収めた筐体１１と、カメラユニット
全体を支持する固定支持台１０とで構成されている。

【０００４】この垂直回転モータ３および水平回転モー
タ６には、位置決め精度の高いステッピング・モータが
使われている。また、筐体１１は、カメラ部の水平方向
の回転に対して同じように回転する。しかし、カメラ部
やこれと一体のフレーム９が垂直方向に回転しても、筐
体１１は、不動である。このとき、カメラ部のレンズ１
は、上下に首を振り、垂直方向に動かない筐体１１の上
下に大きく開けられた窓を通して外界を撮影する。

【０００５】このカメラユニットにおける制御機構は、
図８のブロック図に示すように、操作者が指令を入力す
る操作部１３と、指令を受けてカメラユニットの各部の
動作を制御する制御部１５と、カメラユニットの垂直方
向の回転を駆動する垂直方向回転モータ３と、回転角度
を検出する垂直方向回転角センサ（ロータリー・ポテン
ショメータ）４と、カメラユニットの水平方向の回転を
駆動する水平方向回転モータ６と、回転角度を検出する
水平方向回転角センサ（ロータリー・ポテンショメー
タ）７と、制御部１５の制御にしたがって撮影動作を実
行する撮像素子２とから構成されている。

【０００６】垂直方向回転モータ３および水平方向回転
モータ６は、制御部１５の制御信号で回転動作を開始
し、ロータリー・ポテンショメータ４，７は、このモー
タ３，６の回転角度を検出して制御部２５に伝える。ロ
ータリー・ポテンショメータ４，７からの情報を受けた
制御部２５は、回転角度が所定値に達したとき、モータ
３，６の回転を停止させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のカメラ
ユニットにおける回転角検出装置は、垂直、水平方向の
回転角度の検出に接触型のロータリー・ポテンショメー
タ４，７を用いているため、長期間使用していると、接
触不良などが発生し、精度が低下したり、検出不能に陥
るなどの問題があり、信頼性や寿命において不足する点
を有していた。

【０００８】本発明は、こうした従来の問題を解決する
ものであり、長期間の使用に耐える、信頼性の高い回転
角検出装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の回転角
検出装置は、被検出体の回転中心を中心とする一つの同
心円の円弧上に配置された指標と、前記指標を光学的に
検知して、前記指標から前記被検出体の回転基準位置を
表わす情報を検出するセンサとを備え、前記指標は、ス
リットにより分割され、第１の内周角で配置された複数
のリブと第２の内周角で配置された複数のリブとから成
っているものである。

【００１０】また、この回転角検出装置において、セン
サによって検出される情報と被検出体の回転駆動源の回
転数を表わす情報とを比較する比較演算手段と、この比
較演算手段の比較結果に基づいて回転駆動源の回転を制
御する制御手段とを設けている。

【００１１】また、この回転駆動源の回転数を検知し被
検知体の回転限界を検出し、回転駆動を停止する制御手
段を設けている。また、本発明の回転角検出装置は、被
検出体の回転中心を中心とする一つの同心円の円弧上に
配置された指標と、前記指標を光学的に検知して、前記
指標から前記被検出体の回転基準位置を表わす情報を検
出するセンサとを備え、前記指標は、縞模様が第１の内
周角で配置された部分と、縞模様が第２の内周角で配置
された部分とから成っているものである。

【００１２】

【作用】上記構成により、被検出体の回転角度は、セン
サによって検出された回転基準位置からの相対回転角度
として非接触で求めることができる。

【００１３】また、センサの検出する相対回転角度に対
して、被検出体の回転駆動源の回転数が通常より多い場
合は、被検出体が何かに接触してその回転が妨げられて
いる状態（外乱状態）であると見ることができる。この
外乱状態は比較演算手段で検出され、制御手段により、
回転駆動源への制御が行われる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る回転角検出装置
について説明する。本発明の回転角検出装置では、検出
物に接触せずに検出することができるセンサとしてホト
インタラプタを用いて回転角の検出を行っている。この
ホトインタラプタは、発光素子と受光素子とを組合せて
配置し、機械的な動きにより生ずる光の変化を電気信号
に変換するものであり、そのもの自体は、以前から知ら
れている。

【００１５】実施例では、この回転角検出装置をカメラ
ユニットに適用した場合について説明する。このカメラ
ユニットは、垂直方向の回転を検出する機構として図１
に示す構成を備え、水平方向の回転を検出する機構とし
て図２に示す構成を備えている。

【００１６】すなわち、カメラユニットの垂直方向の回
転を検出する機構は、図１（ａ）の斜視図および図１
（ｂ）の断面図に示すように、垂直方向に不動である支
持基板２１に固定されたホトインタラプタ１９と、カメ
ラユニットと一体に垂直方向に回転するフレーム９に固
定された指標としての分割リブ２０とからなる。

【００１７】ホトインタラプタ１９が固定された支持基
板２１は、カメラユニットの筐体１１に固定されてお
り、カメラユニットの垂直方向の動きには追随しない
が、水平方向にはカメラユニットと同じように回転する
ことができる。

【００１８】また、分割リブ２０は、図１（ｃ）に示す
ように、カメラ部の垂直方向の動きの回転中心を中心と
する円に沿って配置されており、その一端は、ホトイン
タラプタ１４の発光素子と受光素子との対向する間隙中
に延びている。

【００１９】この分割リブ２０は、スリットにより複数
のリブに分割されており、回転基準より一方向には内周
角２Ｘ°のリブに分割して設けられ、回転基準より反対
方向には内周角２Ｘ°のスリットを一つ（図３のＳ部）
とそれ以降は内周角Ｘ°のリブを分割して設けられてい
る。回転基準に当たるリブとスリットの境界は、ホトイ
ンタラプタ１９の発光素子と受光素子とが対向する間隙
中に位置している。

【００２０】また、カメラユニットの水平方向の回転を
検出する機構は、図２（ａ）の斜視図および図２（ｂ）
の断面図に示すように、不動の支持基板１８に固定され
たホトインタラプタ１６と、水平方向のみにカメラユニ
ットと一体に回転する筐体１１に固定された指標として
の分割リブ１７とからなる。

【００２１】ホトインタラプタ１６が固定された支持基
板１８は、カメラユニットの支持台１０に固定されてい
る。また、分割リブ１７は、図２（ｃ）に示すように、
カメラ部の水平方向の動きの回転中心を中心とする円に
沿って配置されており、その下端がホトインタラプタ１
６の発光素子と受光素子との対向する間隙中に延びてい
る。

【００２２】また、分割リブ１７は、図１の分割リブ１
９と同じように構成されており、回転基準位置に当たる
リブとスプリットの境界が、ホトインタラプタ１６の発
光素子と受光素子とが対向する間隙中に位置している。

【００２３】ホトインタラプタ１９，１６は、分割リブ
２０，１７を検知することにより、カメラ部の垂直方向
または水平方向の回転基準位置を検出する。カメラ部の
垂直方向または水平方向の回転基準位置からの相対角度
検出は、回転駆動源であるステッピングモータ３，６の
パルス数をカウントすることによりこれを行い、これに
よりカメラ部の垂直方向または水平方向の回転限界を検
出することができる。さらに、ホトインタラプタ１９，
１６の検知を通じて、カメラユニットが他の物に接触し
て回転が妨げられている状態（外乱状態）を検出するこ
とができる。

【００２４】このカメラユニットにおける制御機構は、
図４のブロック図に示すように、操作者が指令を入力す
る操作部１３と、カメラユニットが垂直方向に回転する
ときの回転駆動源であるステッピングモータ３と、分割
リブ２０を監視する垂直方向基準位置検出および外乱検
出センサ（ホトインタラプタ）１９と、カメラユニット
が水平方向に回転するときの回転駆動源であるステッピ
ングモータ６と、分割リブ１７を監視する水平方向基準
位置検出および外乱検出センサ（ホトインタラプタ）１
６と、指令を受けてカメラユニットの各部の動作を制御
する制御部１５と、制御部１５に内蔵され、ホトインタ
ラプタ１９，１６の検出情報やステッピングモータ３，
６のパルス数情報を演算するパルス数演算部２２と、制
御部１５の制御にしたがって撮像動作を実行する撮像素
子部２とで構成される。

【００２５】垂直方向についていえば、カメラ部が垂直
下方に回転し始めると、分割リブは図１（ｃ）のＲ方向
に回転し、また、カメラ部が垂直上方に回転し始める
と、分割リブはＬ方向に回転し、ホトインタラプタ１９
がパルスをカウントする。

【００２６】カメラユニットの回転基準検出は次の手順
で行われる。図３はリブの形状を直線的に描いたもので
あるが、これにおいてステップ１；まず、始めに分割リブ２０をＲ方向（カメ
ラ部垂直下方）に回転させる。

【００２７】ステップ２；ホトインタラプタ１９によ
り、分割リブの間隔がＸ°ピッチであることを確認する
までＲ方向に駆動を続ける。ステップ３；分割リブ２０の間隔がＸ°ピッチであるこ
とを確認後、即座に分割リブをＬ方向（カメラ部垂直上
方）に回転させる。

【００２８】ステップ４；分割リブ２０の間隔Ｘ°を通
過して一番始めの２Ｘ°のスリット（Ｓ部）を確認した
後、基準位置で静止するように制御する。上記の手順に
よる基準位置検出は、図３における例〜のようなあ
らゆる位置からでもすべて満足するものである。なお、
図３における例〜で示す矢印はホトインタラプタ１
９が、分割リブ２０を検知していく経緯を表すものであ
り、分割リブ２０自身の動きではない。

【００２９】また、水平方向の基準位置の検出も、ホト
インタラプタ１６によって同じように行われる。電源ｏ
ｎ時または外乱時のように回転基準が確認できなくなる
と即座に回転基準を検出するように制御部１５により制
御する。

【００３０】回転駆動源のステッピングモータ３，６の
パルス数をパルス数演算部１７でカウントして回転角度
を算出し、また、カメラ部が回転限界まで回転したとき
は、制御部１５に通知し、制御部１５がステッピングモ
ータ３または６の駆動を停止させる。

【００３１】また、カメラユニットが外乱状態にあるか
どうかの検出は、図５の手順で行われる。まず、ステッ
プ１；パルス数演算部２２は、ホトインタラプタ１９，
１６によって検出された、分割リブ２０，１７の回転に
ともなうパルスの数をカウントし、ステップ２；さら
に、ステッピングモータ３，６の回転にともなうパルス
数をカウントする。次いで、ステップ３；パルス数演算
部２２は、ステップ１，２でカウントしたパルス数の比
を演算する。外乱の無い正常な状態では、ホトインタラ
プタ１９，１６が１つのパルスを検出する間（すなわ
ち、一定角度Ｘ°または２Ｘ°回転する間）に、モータ
から発生されるパルス数は一定している。しかし、外乱
が発生している場合には、このパルス・レートに変化が
生じる。パルス数演算部２２がこのパルス・レートの変
化を検知したときは、ステップ４；制御部１５は、カメ
ラ部をホーム位置に戻すようにステッピングモータ３，
６を制御する。

【００３２】このように、制御部１５は、ホトインタラ
プタ１９，１６の検出情報に基づいて、カメラ部をホー
ム位置に移動したり、所定の角度を保つようにステッピ
ングモータ３，６を制御する。また、回転限界や外乱状
態の検出に対応してステッピングモータ３，６に適切な
動作を採らせる。

【００３３】本発明の回転角検出装置は、実施例に示し
た構成に限るものではなく、種々の変形が可能である。
たとえば、分割リブ１７，２０を別の長さに変えても良
い。また、非接触センサとしては、発光・受光素子間に
被検出体を通過させる透過型センサに代えて、発光・受
光素子をある角度で配置し、被検出体の反射光を検出す
る反射型のものを使用してもよい。このときには、分割
リブに代えて黒と白の縞模様の板を使うことができる。

【００３４】また、垂直方向または水平方向のいずれか
一方のみを検出するときには、図１または図２の機構の
１つを用いれば足りる。本発明の回転角検出装置は、カ
メラユニットに適用したとき、カメラユニットが必要と
している制御動作に資する情報を出力することができる
ため、その有効性を最大限に発揮するが、それ以外の機
器に用いることももちろん可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の回転角検出装置は、指標を光学的に検知す
る非接触型のセンサを使用して検出を行っているため、
長寿命であり、信頼性が高く、精度の優れた検出を行う
ことができる。

【００３６】また、この回転角検出装置において、セン
サによって検出される情報と被検出体の回転駆動源の回
転数を表わす情報とを比較する比較演算手段と、この比
較演算手段の比較結果に基づいて回転駆動源の回転を制
御する制御手段とを設けたり、この回転駆動源の回転数
を検知し被検知体の回転限界を検出し、回転駆動を停止
する制御手段を設けたりすることにより、機器の回転動
作を妨害する外乱を検出して、機器の安全を守ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施例に係
る回転角検出装置における垂直方向の回転を検出する機
構の斜視図、断面図および要部拡大図

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は同回転角検出装置に
おける水平方向の回転を検出する機構の斜視図、断面図
および要部拡大図

【図３】同回転角検出装置における基準位置検出を説明
するための図

【図４】同回転角検出装置における制御機構を示すブロ
ック図

【図５】同回転角検出装置における外乱検出を行う場合
の手順を示すフローチャート

【図６】従来の回転角検出装置を備えたカメラユニット
の使用状態を表わす図

【図７】同従来の回転角検出装置を備えたカメラユニッ
トの斜視図

【図８】同従来の回転角検出装置を備えたカメラユニッ
トの制御機構を示すブロック図

【符号の説明】

２撮像素子部３，６ステッピングモータ（回転駆動源）９フレーム１１筐体１３操作部１５制御部１６，１９ホトインタラプタ（センサ）１７，２０分割リブ（指標）１８，２１支持基盤２２パルス数演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/232 G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出体の回転中心を中心とする一つの
同心円の円弧上に配置された指標と、前記指標を光学的
に検知して、前記指標から前記被検出体の回転基準位置
を表わす情報を検出するセンサとを備え、前記指標は、スリットにより分割され、第１の内周角で
配置された複数のリブと第２の内周角で配置された複数
のリブとから成る回転角検出装置。
【請求項２】センサによって検出された情報と被検出
体の回転駆動源の回転数を表わす情報とを比較する比較
演算手段と、この比較演算手段の比較結果に基づいて前
記回転駆動源の回転を制御する制御手段とを備えた請求
項１記載の回転角検出装置。
【請求項３】回転駆動源の回転数を検知するととも
に、被検出体の回転限界を検出して、回転駆動を停止す
る制御手段を備えた請求項１記載の回転角検出装置。
【請求項４】被検出体の回転中心を中心とする一つの
同心円の円弧上に配置された指標と、前記指標を光学的
に検知して、前記指標から前記被検出体の回転基準位置
を表わす情報を検出するセンサとを備え、前記指標は、縞模様が第１の内周角で配置された部分
と、縞模様が第２の内周角で配置された部分とから成る
回転角検出装置。