JP4574479B2

JP4574479B2 - 撮像装置及びその制御方法

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Publication number: JP4574479B2
Application number: JP2005211734A
Authority: JP
Inventors: 麻美佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007028535A

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、より具体的には、ズーム機能と撮影方向変更機能を具備すする撮像装置及びその制御方法に関する。

近年、監視カメラやテレビ会議用のカメラの多くは、ズーム機能とパン・チルト機能を有する。このような監視カメラやテレビ会議用のカメラの需要は年々増加しており、現在数多くのカメラ製品が開発されている。また、パン・チルト機能を具備するカメラの開発では、エネルギー損失が少なくなるように装置の小型化、省電力等が望まれる。すなわち、パン・チルト動作を行うイナーシャを小さくし、アクチュエータの負荷を小さくすることが望まれる。

このような近年の監視カメラやテレビ会議用のカメラが、特許文献１、２に記載されている。特許文献１には、カメラユニットのほぼ重心位置にカメラユニットの回転中心が位置し、チルトの回転に対しては慣性モーメントを少なくする技術が記載されている。また、特許文献２には、パン回転体にカメラユニット、パン用モータ、チルト用モータ及びチルト回転機構を設け、パン用モータとチルト用モータをパン回転軸を挟んで配置することで重量バランスを良好にし、高速駆動を行った際にも安定するパン・チルト機構が記載されている。

一方、パン・チルト機能付きの雲台が提案されている。この雲台を利用すると、パン・チルト機能を付加できる。
特開２００１−２８５６７５号公報特開２００３−３３００９９号公報

しかし、カメラの重心は一様ではない。従って、パン・チルト機能付きの雲台にカメラを装着した場合、パン・チルトの回転中心とカメラの重心が大きくずれてしまうことがある。

仮に、カメラの重心をパン・チルトの回転中心に合わせたとしても、ズーム付きのカメラの場合のズーム調節、又は、オートフォーカス機能付きのカメラのフォーカス調節が、カメラの重心位置を移動させる。ズーム調節又はフォーカス調節により重心位置が移動すると、パン・チルト制御の際にパン・チルト機構に過大な負荷がかかってしまう。

そこで、本発明は、このような上記の問題点に鑑み、パン・チルト機構への負荷を低減する撮像装置及びその制御方法を提示することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、ズームレンズを有するカメラ部と、前記カメラ部を支持する雲台であって、前記カメラ部の向きを第１の方向に変更するパン回転のためのパン機構と、前記カメラ部の向きを第２の方向に変更するチルト回転のためのチルト機構とを具備する雲台と、前記雲台を支持するベース部にかかる荷重を検知するための複数のパン荷重センサと、前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重を検知するためのチルト荷重センサと、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記複数のパン荷重センサにかかる荷重に基づいて前記カメラ部の重心が前記パン回転の中心に最も近づく第１のズーム位置を検知すると共に、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記チルト荷重センサにかかる荷重に基づいて前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重が最小になる第２のズーム位置を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記第１及び第２のズーム位置を記憶する記憶手段と、前記パン機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第１のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記パン機構を制御し、前記チルト機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第２のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記チルト機構を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記パン機構とチルト機構の少なくともいずれかの制御中に前記ズームの変更に関する指示を受けた場合、当該制御が終了してから前記ズームレンズのズームを変更することを特徴とする。

本発明に係る撮像装置の制御方法は、ズームレンズを有するカメラ部と、前記カメラ部を支持する雲台であって、前記カメラ部の向きを第１の方向に変更するパン回転のためのパン機構と、前記カメラ部の向きを第２の方向に変更するチルト回転のためのチルト機構とを具備する雲台と、前記雲台を支持するベース部にかかる荷重を検知するための複数のパン荷重センサと、前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重を検知するためのチルト荷重センサと、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記複数のパン荷重センサにかかる荷重に基づいて前記カメラ部の重心が前記パン回転の中心に最も近づく第１のズーム位置を検知すると共に、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記チルト荷重センサにかかる荷重に基づいて前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重が最小になる第２のズーム位置を検知する検知手段とを具備する撮像装置の制御方法であって、前記検知手段によって検知された前記第１及び第２のズーム位置を記憶手段に記憶する記憶工程と、前記パン機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第１のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記パン機構を制御し、前記チルト機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第２のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記チルト機構を制御する制御工程とを有し、前記制御工程は、前記パン機構とチルト機構の少なくともいずれかの制御中に前記ズームの変更に関する指示を受けた場合、当該制御が終了してから前記ズームレンズのズームを変更することを特徴とする。

本発明によれば、カメラ部の光学調整動作、例えばズーム動作と、雲台の撮像方向変更動作、例えば、パン・チルト動作を同時に制御しないようにしたので、パン・チルト時のトルク変動を少なくし、パン・チルト制御の負荷を軽減できる。モータを小型化することができ、撮像装置全体の小型化につながる。

また、カメラ部の光学調整動作、例えば光学ズーム機能に利用して重心位置を調節するようにしたので、重心位置を調整するためのバランサなど余計な部品を省くことができる。

さらに、雲台に装着したカメラの重心位置を検知するようにしたので、異なる重心位置を持つ複数のカメラに対しても、ズームまたはフォーカスによる重心位置の補正を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る撮像装置の外観斜視図である。撮像装置１０は、主要な構成要素として、カメラ部１２、雲台部１４、ベース部１６、ジョイント部（パン軸）１８、及びジョイント部（チルト軸）２０を具備する。カメラ部１２は、ズーム機能を具備し、雲台部１４はパン・チルト機構を具備する。

撮像装置１０は、ネットワーク（無線または有線のネットワーク）経由又はリモートコントローラ等で遠隔操作され、また、このような外部からの制御信号に従って雲台部１４を制御する。

カメラ部１２は、雲台部１４用に設計された専用のカメラであってもよいが、汎用のデジタルカメラ又はデジタルビデオカメラであってもよい。カメラ部１２は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラに標準で取り付けられているのと同じ、三脚取り付け用のネジ穴１２ａを具備する。このネジ穴１２ａにチルト軸となる後述するネジ１４ａが嵌合する。カメラ部１２は雲台部１４から取り外し可能であり、異なるタイプのカメラを雲台部１４に装着可能である。カメラ部１２の鏡筒１２ｂは、ズームの際にカメラ部１２からの突出量が変化する。

雲台部１４は、ネジ１４ａ、ジョイント部１８及びジョイント部２０を具備する。ネジ１４ａはネジ穴１２ａに嵌合する。図１では、ネジ１４ａとネジ穴１２ａの位置関係が分かりやすいように、ネジ１４ａとネジ穴１２ａを離して図示してある。雲台部１４は、ジョイント部１８を中心に水平面内のＡ−Ｂ方向にパン回転し、ジョイント部２０を中心に垂直面内のＣ−Ｄ方向にチルト回転する。即ち、ジョイント部１８にはパンモータが埋め込まれ、ジョイント部２０にはチルトモータが埋め込まれている。ジョイント部１８を支持するベース部１６には、ジョイント部１８，２０のパンモータ及びチルトモータの回転を制御する制御回路と電源等が収納されている。

図２は、撮像装置１０の概略構成ブロック図である。撮像装置１０は、雲台部１４のパン・チルト動作を制御するパン・チルト制御システム３０と、カメラ部１２を制御するカメラ制御システム５０を具備する。

パン・チルト制御システム３０は、操作部３２、システム制御回路３４、パン制御回路３６、チルト制御回路３８、パン駆動部４０及びチルト駆動部４２を具備する。一方、カメラ制御システム５０は、撮像素子５２、映像信号処理回路５４、カメラ制御回路５６、ズーム制御回路５８及びレンズ駆動部６０を具備する。

まず、パン・チルト制御システム３０を説明する。操作部３２は、ネットワークを介して又はリモートコントローラにより入力されるユーザの操作に応じた各種指示信号をシステム制御回路３４に出力する。指示信号には、パン指示信号とチルト指示信号がある。パン指示信号は、パンの速度と回転方向を指示する信号である。チルト指示信号は、チルトの速度と回転方向を指示する信号である。

システム制御回路３４は、パン指示信号及びチルト指示信号をそれぞれパン制御回路３６及びチルト制御回路３８に出力する。パン制御回路３６はパン指示信号に従いパン駆動部４０を駆動し、チルト制御回路３８はチルト指示信号に従いチルト駆動部４２を駆動する。パン駆動部４０はジョイント部１８を回転駆動し、チルト駆動部４２はジョイント部２０を回転駆動する。また、パン駆動部４０は、パン速度、パン移動量及びパン位置等を示すステータス信号をシステム制御回路３４及びパン制御回路３６にフィードバックする。一方、チルト駆動部４２は、パンと同様に、チルト速度、チルト移動量及びチルト位置等を示すステータス信号をシステム回路３４及びチルト制御回路３８にフィードバックする。

次に、カメラ制御システム５０を説明する。撮像素子５２は、ＣＣＤ型撮像素子又はＣＭＯＳ型撮像素子等からなる。撮像素子５２は、レンズ（不図示）からの光を電気信号に変換する。映像信号処理回路５４は、撮像素子５２の出力電気信号を処理し、カメラ制御回路５６に出力する。

システム制御回路３４は、ズーム指示信号をカメラ制御回路５６に出力し、カメラ制御回路５６は、このズーム指示信号をズーム制御回路５８に供給する。ズーム指示信号は、光学ズームのために鏡筒１２ｂの前方向移動又は後方向移動を指示する信号である。システム制御回路３４はまた、カメラ部１２を制御するその他の指示信号をカメラ制御回路５６に出力する。

ズーム制御回路５８は、ズーム指示信号に応じてズーム駆動部６０を駆動する。ズーム駆動部６０が、鏡筒１２ｂ内に収容されるズームレンズ（図示せず）を移動させることに連動して、鏡筒１２ｂが前方向又は後方向に移動する。ズーム駆動部６０は、ズーム速度及びズーム位置等を示すステータス信号をカメラ制御回路５６、ズーム制御回路５８にフィードバックする。

図３を用いて、撮像装置１０のズーム動作を説明する。図３は、ズーム動作のフローチャートである。

システム制御回路３４は、操作部３２からズーム指示信号を受信すると（Ｓ１０）、パン駆動部４０とチルト駆動部４２のいずれかが動作中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。具体的には、システム制御回路３４は、パン駆動部４０がパン動作中を示すパン動作中信号を出力しているかどうか、及びチルト駆動部４２が、チルト動作中を示すチルト動作中信号を出力しているかどうかを調べる。

パンとチルトのいずれも動作中でなければ（Ｓ１１）、システム制御回路３４は、ズーム指示信号をカメラ制御回路５６を介してズーム制御回路５８に供給する。これにより、ズーム駆動部６０によるズーム動作が行われる（Ｓ１２）。

パンとチルトのどちらか一方が動作中であれば（Ｓ１１）、両方が停止するまで、待機する。すなわち、パンとチルトのどちらも終了したら（Ｓ１１）、ズーム動作が実行される（Ｓ１２）。

このようにして、ズーム機能とパン・チルト機能を排他制御することで、ズーム機能とパン・チルト機能を安定に制御でき、その結果として、不安定な雲台上でも、安定したズーム、パン及びチルトを実現できる。

撮像方向変更手段としてパン機能とチルト機能の両方を具備する実施例を説明したが、パン機能とチルト機能の一方のみを有する場合にも適用可能である。

図４は、本発明の第２実施例に係る撮像装置の概略構成ブロック図である。第２実施例に係る撮像装置１０ａのパン・チルト制御システム３０ａには、荷重検出部７０と記録媒体７４が追加され、システム制御回路３４ａには、荷重検出部７０と記録媒体７４を後述するように利用する機能が追加されている。第１実施例と同じ構成要素には、同じ符号を付してある。

第１実施例からの変更部分の動作を説明する。荷重検出部７０は、パン駆動部４０のジョイント部１８にかかる荷重と、チルト駆動部４２のジョイント部２０にかかる荷重を検知する。荷重検出部７０は、図５に示すように、ベース部１６の底面に配置されるパン荷重センサ７０ａ〜７０ｃと、図６に示すように、雲台部１４のジョイント部２０の近傍に配置されるチルト荷重センサ７２とを具備する。荷重センサ７０ａ〜７０ｃ，７２は具体的には、荷重を電気信号に変換する素子、例えば、ピエゾ抵抗デバイスまたは歪みゲージ等からなる。図５は、ベース部１６を下から見た斜視図を示し、図６は、チルト荷重センサ７２を装備した雲台１４の斜視図を示す。

制御回路３４ａは、以下の処理により所定の複数のパン角及びチルト角に対して最適なズーム位置を演算し、記録媒体７４に記録する。図７は、撮像装置１０ａの説明用の座標系を示す。

パン荷重センサ７０ａ〜７０ｃは、雲台部１４のベース１６のパン回転軸の周囲に配置され、ベース１６にかかる荷重を感知する。また、チルト荷重センサ７２は、ジョイント部２０がカメラ部１２から受ける荷重を感知する。カメラ部１２は、ジョイント部２０のコネクタ１４ｃを介してベース１６内の電気回路と接続する。

図７において、カメラ部１２の光軸（ｘ方向）は、ジョイント部２０のチルト軸（ｙ方向）と直交し、かつ、重力方向gとも直交している。システム制御回路３４ａは、カメラ１２のズームを調節しながら、チルト荷重センサ７２が検出した荷重をモニタする。チルト荷重センサ７２が検出した荷重が最小になるズーム位置がチルト回転時におけるイナーシャが最小になるズーム位置であり、システム制御回路３４ａは、このズーム位置を記録媒体７０に記録する。

システム制御回路３４ａは、チルト回転の場合と同様に、カメラ１２のズームを変更させながら、３つのパン荷重センサ７０ａ〜７０ｃの検出荷重からカメラ１２の重心位置を検出する。そして、カメラ１２の重心位置がパン回転中心であるジョイント部１８の中心に最も近づくズーム位置を検出し、記録媒体７０に記憶する。

図８は、第２実施例におけるズーム制御フローチャートを示す。図８を参照して、本実施例のパン・チルト指示に対するズーム調節の動作を説明する。

初期動作として、先に説明したように、ズームに対するパン荷重センサ７０ａ〜７０ｃ及びチルト荷重センサ７２の検出荷重から、最適なズーム位置が算出される（Ｓ２０１）。最適なズーム位置のデータが記録媒体７４に保存される（Ｓ２０２）。

操作部３２からシステム制御回路３４にパン指示信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ２０３）。パン指示信号が出力されていなければ（Ｓ２０３）、操作部３２からシステム制御回路３４にチルト指示信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ２０４）。チルト指示信号が出力されていなければ（Ｓ２０４）、ステップＳ２０３に戻る。チルト指示信号が出力されていれば（Ｓ２０４）、ステップＳ２０２で保存された、チルト駆動に対する最適なズーム位置にカメラ１２のズームが調整される（Ｓ２０５）。ズーム調整が終了したら（Ｓ２０５）、チルト駆動部４２が、チルト指示信号に基づくチルト動作を実行する（Ｓ２０６）。

パン指示信号が出力されていない場合（Ｓ２０３）、操作部３２からシステム制御回路３４にチルト指示信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ２０７）。チルト指示信号が出力されていれば（Ｓ２０７）、ステップＳ２０２で保存された、パン・チルトに対する最適なズーム位置にカメラ１２のズームを調整する（Ｓ２０８）。ズーム調整が終了したら（Ｓ２０８）、パン駆動部４０は、パン指示信号に基づくパン動作を実行し、チルト駆動部４２は、チルト指示信号に基づくチルト動作を実行する（Ｓ２０９）。

一方、パン指示信号もチルト指示信号も出力されていない場合（Ｓ２０７）、ステップＳ２０２で保存された最適なズーム位置にカメラ１２のズームを調整する（Ｓ２１０）。ズーム調整が終了したら、パン駆動部４０は、パン指示信号に基づくパン動作を実行する（Ｓ２１１）。

本実施例では、パン荷重センサ７０ａ〜７０ｃとチルト荷重センサ７２を設けたので、ズームに対する重心位置を検出することができる。これを使って、パン・チルトに対する最適な負荷位置になるズーム位置を決定でき、パン・チルトを少ない負荷で実行できるようになる。重心位置を補正するバランサ等を省略することも可能になる。ズームに対する重心移動が異なるカメラに変更しても、パン・チルトに対する負荷を軽減できる。

パン荷重センサ７０ａ〜７０ｃとチルト荷重センサ７２は、荷重を検出する専用センサ以外に、パン駆動モータ及びチルト駆動モータにかかる負荷を検出する手段であってもよい。

ズームに対する実施例を説明したが、フォーカスによる重心移動にも同様に適用可能である。勿論、ズームとフォーカスの両方を調整可能なカメラにも適用可能である。

本発明の第１実施例に係る撮像装置の外観斜視図である。第１実施例の概略構成ブロック図である。第１実施例のズーム動作の制御フローチャートである。第２実施例に係る撮像装置の概略構成ブロック図である。パン荷重センサの配置を示す図である。チルト荷重センサの配置を示す図である。第２実施例の重心位置と座標系を示す模式図である。第２実施例におけるパン・チルト動作の制御フローチャートである。

符号の説明

１０，１０ａ撮像装置
１２カメラ部
１２ａネジ穴
１２ｂ鏡筒
１４雲台部
１４ａネジ
１４ｂコネクタ
１６ベース部
１８ジョイント部（パン軸）
２０ジョイント部（チルト軸）
３０パン・チルト制御システム
３２操作部
３４，３４ａシステム制御回路
３６パン制御回路
３８チルト制御回路
４０パン駆動部
４２チルト駆動部
５０カメラ制御システム
５２撮像素子
５４映像信号処理回路
５６カメラ制御回路
５８ズーム制御回路
６０レンズ駆動部
７０荷重検出部
７０ａ，７０ｂ，７０ｃパン荷重センサ
７２チルト荷重センサ
７４記録媒体

Claims

ズームレンズを有するカメラ部と、
前記カメラ部を支持する雲台であって、前記カメラ部の向きを第１の方向に変更するパン回転のためのパン機構と、前記カメラ部の向きを第２の方向に変更するチルト回転のためのチルト機構とを具備する雲台と、
前記雲台を支持するベース部にかかる荷重を検知するための複数のパン荷重センサと、
前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重を検知するためのチルト荷重センサと、
前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記複数のパン荷重センサにかかる荷重に基づいて前記カメラ部の重心が前記パン回転の中心に最も近づく第１のズーム位置を検知すると共に、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記チルト荷重センサにかかる荷重に基づいて前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重が最小になる第２のズーム位置を検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記第１及び第２のズーム位置を記憶する記憶手段と、
前記パン機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第１のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記パン機構を制御し、前記チルト機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第２のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記チルト機構を制御する制御手段
とを具備し、
前記制御手段は、前記パン機構とチルト機構の少なくともいずれかの制御中に前記ズームの変更に関する指示を受けた場合、当該制御が終了してから前記ズームレンズのズームを変更する
ことを特徴とする撮像装置。
ズームレンズを有するカメラ部と、
前記カメラ部を支持する雲台であって、前記カメラ部の向きを第１の方向に変更するパン回転のためのパン機構と、前記カメラ部の向きを第２の方向に変更するチルト回転のためのチルト機構とを具備する雲台と、
前記雲台を支持するベース部にかかる荷重を検知するための複数のパン荷重センサと、
前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重を検知するためのチルト荷重センサと、
前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記複数のパン荷重センサにかかる荷重に基づいて前記カメラ部の重心が前記パン回転の中心に最も近づく第１のズーム位置を検知すると共に、前記ズームレンズのズームを変更させながら検知した前記チルト荷重センサにかかる荷重に基づいて前記チルト機構と前記カメラ部とのジョイント部にかかる荷重が最小になる第２のズーム位置を検知する検知手段
とを具備する撮像装置の制御方法であって、
前記検知手段によって検知された前記第１及び第２のズーム位置を記憶手段に記憶する記憶工程と、
前記パン機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第１のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記パン機構を制御し、前記チルト機構の駆動指示を受けた場合、前記記憶手段から読み出された前記第２のズーム位置に前記ズームレンズのズームを変更してから前記チルト機構を制御する制御工程
とを有し、
前記制御工程は、前記パン機構とチルト機構の少なくともいずれかの制御中に前記ズームの変更に関する指示を受けた場合、当該制御が終了してから前記ズームレンズのズームを変更する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。