JP5261849B2 - モニタ用カメラ - Google Patents

Description

本発明はモニタ用カメラに関し、特に、作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラに関する。

特開平１０−２３２４３１号公報（特許文献１）には、遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置が記載されている。ここに記載されている遠隔操縦機械のカメラは、油圧ショベルの上部旋回体の上に雲台を介して取り付けられている。油圧ショベルのブーム、アーム、及びバケットの相対的な回転角は、センサにより検出され、この検出データに基づいてカメラを向けるべき方向が演算される。この演算結果に基づいて雲台が駆動され、カメラは、バケットによる掘削位置等に向けられる。

特開平１０−２３２４３１号公報

しかしながら、特開平１０−２３２４３１号公報（特許文献１）記載のカメラ方向制御装置においては、カメラを取り付けた雲台を駆動するために、ブームやアーム等の角度を検出して演算を行う必要があるので、制御装置が複雑になると言う問題がある。さらに、カメラを向けるべき方向は、ブームやアームの長さ等に依存するため、油圧ショベルの機種ごとに専用のカメラ方向制御装置を設計しなければならないという問題がある。

この問題を回避するために、カメラを、油圧ショベルのブームやアーム等の可動部に取り付けることが考えられる。この場合には、カメラはブームやアーム等と共に移動されるので、カメラを向ける方向を複雑に制御することなく、バケットによる掘削位置等の作業部をカメラの視野に収めることができる。

しかしながら、油圧ショベルのブームやアーム等の可動部にカメラを取り付けると、カメラに強い機械的な振動が加わるため、カメラに異常な摩耗が発生したり、カメラが破損される等、カメラの耐用年数が短くなるという問題がある。

従って、本発明は、油圧ショベル等の作業機械の可動部に取り付けながら、長い耐用年数を得ることができるモニタ用カメラを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラであって、可動部に取り付けられるカメラフレームと、撮像素子及び撮像用レンズを備えたカメラ本体と、このカメラ本体をカメラフレームに対して免振支持する免振支持機構と、可動部の振動を検出する可動部振動検出手段と、カメラ本体の振動を検出するカメラ振動検出手段と、カメラ本体に内蔵され、撮像素子上に形成される画像の振れを抑制するように像振れ防止用レンズを駆動する防振アクチュエータと、カメラ振動検出手段及び可動部振動検出手段により検出された振動に基づいて、防振アクチュエータを制御する制御部と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、撮像素子及び撮像用レンズを備えたカメラ本体が、免振支持機構によりカメラフレームに対して免振支持される。カメラフレームは、作業機械の可動部に取り付けられ、可動部の振動は可動部振動検出手段により検出される。また、カメラ本体の振動は、カメラ振動検出手段により検出される。カメラ本体に内蔵された防振アクチュエータは像振れ防止用レンズを駆動する。防振アクチュエータは、カメラ振動検出手段及び可動部振動検出手段により検出された振動に基づいて、制御部により、撮像素子上に形成される画像の振れを抑制するように駆動される。

このように構成された本発明によれば、カメラ本体が免振支持機構により免振支持されているので、モニタ用カメラのカメラフレームを作業機械の可動部に取り付けた場合においても、耐用年数を長くすることができる。また、カメラ本体が免振支持機構により支持されているので、カメラ本体はカメラフレームに対して振動するが、この振動による画像の振れは防振アクチュエータにより補整される。これにより、カメラ本体を免振支持機構で免振支持しながら、安定した画像をモニタすることができる。

本発明において、好ましくは、制御部は、可動部振動検出手段の検出信号と、カメラ振動検出手段の検出信号の差に基づいて防振アクチュエータを制御する。
一般に、振れ補正機能を備えたカメラは、意図的にカメラの向きを変えようとした場合、その振れを補正する機能によってカメラの向きを変える動きを止めるように補正を行い、追従の遅れを生じる場合がある。しかしながら、上記のように構成された本発明によれば、防振アクチュエータが可動部振動検出手段とカメラ振動検出手段の検出信号の差に基づいて制御されるので、可動部の意図的な動きに遅れることなく、作業部をモニタすることができる。

本発明において、好ましくは、さらに、可動部振動検出手段の検出信号が入力される可動部用フィルターと、カメラ振動検出手段の検出信号が入力されるカメラ用フィルターと、を有し、可動部用フィルターとカメラ用フィルターは、異なる周波数依存性を有する。

このように構成された本発明によれば、可動部の能動的な動きを抽出できるように可動部用フィルターを設定し、振れを防止したい周波数に合わせてカメラ用フィルターを設定することにより、可動部の動きに追従しながら、効果的に振れが補正された画像を撮像することができる。

本発明において、好ましくは、カメラ用フィルターは、可動部用フィルターよりも高い周波数の信号まで通過させるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、可動部の動きに追従する光軸を中心とする周期の短い振れを、防振アクチュエータにより効果的に低減することができる。

本発明において、好ましくは、可動部用フィルター及びカメラ用フィルターは、低周波を除去するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、各振動検出手段の検出信号を増幅する増幅器のドリフトや、各振動検出手段により検出される地球の自転等により生じる誤差の影響を排除することができる。

本発明において、好ましくは、可動部振動検出手段及びカメラ振動検出手段は、角速度センサである。
このように構成された本発明によれば、可動部及びカメラ本体の振動を精度良く検出することができる。

本発明において、好ましくは、制御部は、可動部振動検出手段の検出信号に基づいて求められた回転変位量、及びカメラ振動検出手段の検出信号に基づいて求められた回転変位量に基づいて防振アクチュエータを制御する。
このように構成された本発明によれば、防振アクチュエータの制御を簡略化することができる。

本発明において、好ましくは、可動部用フィルター及びカメラ用フィルターには、検出信号として角速度信号又は回転変位量信号が入力される。
このように構成された本発明によれば、可動部用フィルター及びカメラ用フィルターを容易に構成することができる。

本発明のモニタ用カメラによれば、油圧ショベル等の作業機械の可動部に取り付けながら、長い耐用年数を得ることができる。

本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラを油圧ショベルに取り付けた状態を示す図である。 本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラの斜視図である。 モニタ用カメラのカメラ本体を支持する支持機構を示す斜視図である。 カメラ本体の支持機構をモデル化した図である。 カメラ本体の構成を示す斜視図である。 制御部における信号処理を模式的に示すブロック図である。 免振部材の振動減衰特性、バンドパスフィルターの通過帯域特性、ハイパスフィルターの通過帯域特性を夫々示すグラフである。 本発明の第２実施形態のモニタ用カメラを取り付けた高所解体作業機を示す図である。 本発明の第２実施形態のモニタ用カメラに内蔵されているバンドパスフィルターの通過帯域特性、及びハイパスフィルターの通過帯域特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の変形例の制御部における信号処理を模式的に示すブロック図である。 第１バンドパスフィルター、第２バンドパスフィルターの通過帯域特性、ハイパスフィルターの通過帯域特性を示すグラフである。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図１乃至図７を参照して、本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラを説明する。図１は、本実施形態によるモニタ用カメラを作業機械である油圧ショベルに取り付けた状態を示す図である。本実施形態によるモニタ用カメラを適用可能な作業機械としては、油圧ショベルの他、高所解体作業機、掘削機等のように、ブーム、アーム等の可動部の移動に応じて、監視すべき作業部が移動する作業機械を挙げることができる。

図１に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１は、油圧ショベル２の可動部であるブーム４に取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。モニタ用カメラ１は、作業部６ａであるバケット６付近の画像を動画として撮像するように構成されている。モニタ用カメラ１によって撮像された画像は、油圧ショベル２の操作室８内に配置された表示装置１０にリアルタイムで表示される。油圧ショベル２の操作者は、表示装置１０に表示される映像を参照しながら、ブーム４の移動や、アーム５、バケット６の操作を行うことができる。

次に、図２乃至図５を参照して、本実施形態のモニタ用カメラ１の構成を説明する。図２は本実施形態によるモニタ用カメラ１の斜視図である。図３はモニタ用カメラ１のカメラ本体を支持する支持機構を示す斜視図である。図４はカメラ本体の支持機構をモデル化した図である。図５はカメラ本体の構成を示す斜視図である。
図２に示すように、モニタ用カメラ１は、カメラフレームであるカメラ外ケース１２と、このカメラ外ケース１２の上部に取り付けられた固定用ブラケット１４と、を有する。

カメラ外ケース１２は、下方が開放した直方体形状のケースであり、内部にカメラ本体１６（図３）が収容されている。
固定用ブラケット１４は、ブーム４に固定される固定プレート１４ａと、この固定プレート１４ａの両側から延びるカメラ支持部１４ｂと、を有し、カメラ外ケース１２を位置調節可能に固定するように構成されている。固定プレート１４ａは、油圧ショベル２のブーム４の先端近傍に固定される。また、カメラ支持部１４ｂには、カメラ外ケース１２が軸線Ａ１を中心に回動可能に支持されている。カメラ外ケース１２のカメラ支持部１４ｂに対する角度は、カメラにより撮像される画像の視野内に監視すべき作業部６ａが収まるように調整され、固定される。また、固定用ブラケット１４に対するカメラ外ケース１２の角度を、遠隔操作により調整できるように構成しても良い。

図３に示すように、カメラ本体１６は、免振支持機構である免振部材１８により、カメラ外ケース１２の内部に免震支持されている。免振部材１８は、粘弾性材料で構成された部材であり、カメラ本体１６の角部とカメラ外ケース１２の内壁面を連結している。カメラ本体１６を粘弾性材料で支持することにより、カメラ本体１６に強い衝撃が作用するのを防止することができる。

図４は、カメラ本体１６の免振部材１８による支持を力学的なモデルで表した一例である。即ち、免振部材１８による支持は、図４に示すように、カメラ本体１６をバネ及びこれと並列に連結されたダンパーによる支持として近似的にモデル化することができる。このモデルからも明らかなように、カメラ本体１６は、必ずしもカメラ外ケース１２と一体的に振動することはなく、カメラ本体１６はカメラ外ケース１２に対して振動する。

免振部材１８による免振特性は、免振部材１８の材質、形状、配置、及びカメラ本体１６の質量等により適宜設定することができる。本実施形態においては、免振部材１８は、後述するように、主に約５Ｈｚ以上の周波数の振動を遮断するように構成されている。なお、様々な硬度の免振部材を用意すると共に、その取り付け位置を変更できるように構成しておくことにより、モニタ用カメラ１を取り付ける作業機械の特性等に合わせて、免振部材による免振周波数特性を変更することができる。

次に、図５を参照して、カメラ本体１６の構成を説明する。
図５に示すように、カメラ本体１６には、撮像素子２０と、この撮像素子２０に画像を合焦させる撮像用光学系２２と、この撮像用光学系２２の中の像振れ防止用レンズ２２ａを駆動して、合焦される画像を安定化させる防振アクチュエータ２４が内蔵されている。さらに、カメラ本体１６には、カメラ本体１６の回転角速度を検出するカメラ振動検出手段であるカメラジャイロセンサ２６が内蔵されている。一方、カメラ外ケース１２には、カメラ外ケース１２の回転角速度を検出する可動部振動検出手段である可動部ジャイロセンサ２８（図４）が取り付けられている。なお、カメラ外ケース１２は可動部であるブーム４に固定用ブラケット１４を介して固定されているため、可動部ジャイロセンサ２８によって検出される振動は、ブーム４の振動と同等になる。さらに、カメラ本体１６には、カメラジャイロセンサ２６及び可動部ジャイロセンサ２８の検出信号に基づいて防振アクチュエータ２４を制御する制御部３０が内蔵されている。

撮像素子２０は、撮像素子２０上に合焦された画像を電気信号に変換するように構成されている。撮像された画像の電気信号は、操作室８内の表示装置１０に送られ、映像として表示される。
撮像用光学系２２は、カメラ本体１６に入射した光を撮像素子２０上に合焦させるように構成されている。撮像用光学系２２の中の一部のレンズは、像振れ防止用レンズ２２ａとして設けられており、この像振れ防止用レンズ２２ａを防振アクチュエータ２４によって移動させることにより、カメラ本体１６が振動した場合においても、撮像素子２０上に形成される画像が安定化される。

防振アクチュエータ２４は、像振れ防止用レンズ２２ａを光軸Ａに直交する平面内で移動させるように構成されている。防振アクチュエータ２４は、像振れ防止用レンズ２２ａを光軸Ａに直交する平面内で駆動する２つのリニアモータ３２ａ、３２ｂと、像振れ防止用レンズ２２ａが移動された位置を検出する２つの位置センサ３４ａ、３４ｂ（図６）と、を有する。２つのリニアモータ３２ａ、３２ｂは、光軸Ａに直交する平面内で、像振れ防止用レンズ２２ａを互いに直交するＸ方向、Ｙ方向に駆動するように夫々配置されている。これにより、像振れ防止用レンズ２２ａを光軸Ａに直交する平面内で任意の位置に並進移動させることができる。位置センサ３４ａ、３４ｂは、像振れ防止用レンズ２２ａのＸ方向、Ｙ方向の移動を検出するように配置されている。

カメラジャイロセンサ２６は、カメラ本体１６に取り付けられ、カメラ本体１６の回転角速度を検出するように構成されている。また、カメラジャイロセンサ２６は、光軸Ａに直交する平面内のＸ軸を中心とする回転角速度を検出するＸセンサ部２６ａと、Ｙ軸を中心とする回転角速度を検出するＹセンサ部２６ｂを内蔵しており、各方向の回転角速度を検出できるように構成されている。カメラジャイロセンサ２６により検出された角速度信号は、制御部３０に入力される。

可動部ジャイロセンサ２８は、カメラ外ケース１２に取り付けられ、ブーム４の角速度を検出するように構成されている。また、可動部ジャイロセンサ２８は、光軸Ａに直交する平面内のＸ軸を中心とする角速度を検出するＸセンサ部２８ａと、Ｙ軸を中心とする角速度を検出するＹセンサ部２８ｂを内蔵しており（図６）、各方向の角速度を検出できるように構成されている。可動部ジャイロセンサ２８により検出された角速度信号は、制御部３０に入力される。なお、可動部ジャイロセンサ２８のＸ軸、Ｙ軸は、カメラジャイロセンサ２６のＸ軸、Ｙ軸と夫々平行に配置されている。

制御部３０は、カメラジャイロセンサ２６及び可動部ジャイロセンサ２８の検出信号に基づいて、防振アクチュエータ２４を制御し、撮像素子２０上に形成される画像の振れを抑制するように構成されている。制御部３０は、カメラジャイロセンサ２６及び可動部ジャイロセンサ２８から入力された信号に基づいて、像振れ防止用レンズ２２ａを移動させるべき位置を計算する。さらに、制御部３０はリニアモータ３２ａ、３２ｂに信号を出力して、像振れ防止用レンズ２２ａを計算された位置に向けて移動させる。移動された像振れ防止用レンズ２２ａの位置は、位置センサ３４ａ、３４ｂによって検出され、制御部３０にフィードバックされる。なお、制御部３０は、各種演算回路、フィルター等のアナログ回路によって構成することができる。或いは、制御部３０を、各検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、各種演算を行うマイクロプロセッサ、デジタルデータをアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器等によって構成することもできる。

次に、図６を参照して、制御部３０による防振アクチュエータ２４の制御を説明する。図６は制御部３０における信号処理を模式的に示すブロック図である。
図６に示すように、制御部３０は、カメラジャイロセンサ２６、可動部ジャイロセンサ２８、及び位置センサ３４ａ、３４ｂによる検出信号を入力し、リニアモータ３２ａ、３２ｂを駆動するように構成されている。まず、カメラジャイロセンサ２６のＸセンサ部２６ａ及びＹセンサ部２６ｂから夫々入力された角速度信号は、バッファーアンプ４２ａ、４２ｂに夫々入力された後、ハイパスフィルター４４に入力される。

ハイパスフィルター４４を通過した各信号は、積分回路４６ａ、４６ｂに入力され、ここでカメラ本体１６のＸ方向、Ｙ方向のカメラ変位量Δｘ_m、Δｙ_mに夫々変換される。次いで、積分回路４６ａ、４６ｂから出力されたカメラ変位量Δｘ_m、Δｙ_mの信号は、乗数回路４８ａ、４８ｂに入力され、ここで所定の倍率にレベル変換される。これにより、カメラ本体１６の振動による画像の振れを補正するために必要な像振れ防止用レンズ２２ａのＸ方向、Ｙ方向の回転角が、像振れ防止用レンズ２２ａの移動量に換算される。

一方、可動部ジャイロセンサ２８のＸセンサ部２８ａ及びＹセンサ部２８ｂから夫々入力された角速度信号は、バッファーアンプ３６ａ、３６ｂに夫々入力された後、バンドパスフィルター３８に入力される。

バンドパスフィルター３８を通過した各信号は、積分回路４０ａ、４０ｂに入力され、ここでブーム４のＸ方向、Ｙ方向のブーム変位量Δｘ_b、Δｙ_bに夫々変換される。次いで、積分回路４０ａ、４０ｂから出力されたブーム変位量Δｘ_b、Δｙ_bの信号は、乗数回路４１ａ、４１ｂに入力され、ここで所定の倍率にレベル変換される。これにより、モニタ用カメラ１が取り付けられているブーム４のＸ方向、Ｙ方向の回転角度が、像振れ防止用レンズ２２ａの移動量に換算される。

ブーム変位量Δｘ_b、Δｙ_b信号は、カメラ変位量Δｘ_m、Δｙ_m信号から夫々差し引かれ、像振れ防止用レンズ２２ａを移動させるべき位置を指令する位置指令信号Δｘ、Δｙが計算される。即ち、信号の同一の方向成分同士で差が求められ、位置指令信号の各方向成分が計算される。ブーム４が移動されることにより、モニタ用カメラ１がモニタすべき作業部６ａの位置も移動される。像振れ防止用レンズ２２ａを、位置指令信号Δｘ、Δｙにより指令される位置に防振アクチュエータ２４によって移動させることにより、移動する作業部６ａに向けられた光軸に対する画像の振れを抑制することができる。

次いで、位置指令信号Δｘ、Δｙは、コイル駆動回路５０ａ、５０ｂにより夫々電力増幅され、リニアモータ３２ａ、３２ｂに入力される。コイル駆動回路５０ａ、５０ｂの出力によりリニアモータ３２ａ、３２ｂは夫々駆動され、防振アクチュエータ２４に取り付けられた像振れ防止用レンズ２２ａが光軸Ａに直交する平面内で移動される。即ち、像振れ防止用レンズ２２ａは、リニアモータ３２ａによりＸ軸方向に駆動され、リニアモータ３２ｂによりＹ軸方向に駆動される。

像振れ防止用レンズ２２ａのＸ軸方向の移動は位置センサ３４ａにより検出され、Ｙ軸方向の移動は位置センサ３４ｂにより検出される。これらの検出信号は、制御部３０にフィードバックされる。位置センサ３４ａの検出信号は制御部３０の位置検出回路５２ａに入力され、位置センサ３４ｂの検出信号は制御部３０の位置検出回路５２ｂに入力される。位置検出回路５２ａ、５２ｂの出力信号は、位置指令信号Δｘ、Δｙから夫々差し引かれ、位置検出回路５２ａ、５２ｂの出力信号と位置指令信号Δｘ、Δｙの差信号が、コイル駆動回路５０ａ、５０ｂに入力される。

これにより、リニアモータ３２ａ、３２ｂは、位置指令信号Δｘ、Δｙにより指令された位置と、像振れ防止用レンズ２２ａの実際の位置との差に基づいて駆動される。従って、像振れ防止用レンズ２２ａが位置指令信号Δｘ、Δｙにより指令された位置に到達するとリニアモータ３２ａ、３２ｂの駆動力は０となり、位置指令信号Δｘ、Δｙが変化すると、リニアモータ３２ａ、３２ｂは、位置指令信号Δｘ、Δｙに追従するように像振れ防止用レンズ２２ａを移動させる。

次に、図７を新たに参照して、本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラ１の作用を説明する。
図７は、上段から順に、周波数に対する免振部材１８の振動減衰特性、バンドパスフィルター３８の通過帯域特性、ハイパスフィルター４４の通過帯域特性を示すグラフである。

図７に示すように、免振部材１８は、主に周波数の高い振動を減衰させ、高い周波数の振動がカメラ本体１６に伝わりにくくなるように構成されている。本実施形態においては、免振部材１８は、約５Ｈｚ以上の周波数の振動を減衰させ、この周波数帯域のカメラ外ケース１２の振動を遮断して、振動がカメラ本体１６に伝わりにくくなっている。

図６に示すように、バンドパスフィルター３８は、カメラ外ケース１２に取り付けられた可動部ジャイロセンサ２８の出力信号が入力される。本実施形態においては、図７に示すように、バンドパスフィルター３８は、約０．５Ｈｚ〜約５Ｈｚの信号を通過させるように構成されている。この通過周波数帯域は、ジャイロセンサのオフセット誤差、増幅回路のＤＣドリフト、地球の自転等によって発生する低周波振動をカットすると共に、ブーム４の能動的な動きによる振動を通過させるように設定されている。即ち、約５Ｈｚ以上の周波数帯域の振動は、ブーム４を能動的に駆動することにより直接発生する振動ではなく、主にブーム４の動きに伴って偶発的に発生する機械的なガタ等に起因する振動であると考えられ、この周波数帯域の振動はバンドパスフィルター３８によりカットされる。従って、バンドパスフィルター３８を通過した信号には、主にブーム４の能動的な動きに相当する振動の成分が含まれることになる。

図６に示すように、ハイパスフィルター４４は、カメラ本体１６に取り付けられたカメラジャイロセンサ２６の出力信号が入力される。本実施形態においては、図７に示すように、ハイパスフィルター４４は、約０．５Ｈｚの信号を通過させるように構成されている。この通過周波数帯域は、ジャイロセンサのオフセット誤差、増幅回路のＤＣドリフト、地球の自転等によって発生する低周波振動をカットするように設定されている。このように、本実施形態においては、バンドパスフィルター３８が通過させる最低周波数とハイパスフィルター４４が通過させる最低周波数は同一に設定されており、ハイパスフィルター４４通過させる周波数帯域は、バンドパスフィルター３８が通過させる周波数帯域を包含している。なお、カメラジャイロセンサ２６が検出する振動の周波数帯域には上限があるため、実際にハイパスフィルター４４から出力される信号は或る上限周波数以下の信号になる（図７下段のグラフの破線）。

なお、バンドパスフィルター３８及びハイパスフィルター４４における低域遮断周波数は十分に低く、好ましくは１Ｈｚ以下に設定することが好ましい。これにより、免振部材１８にコンプライアンスの高いものを使用して、振動遮断特性を向上させた場合でも、カメラ外ケース１２に対するカメラ本体１６の振動を、防振アクチュエータにより十分に補正することができる。

図１に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１は、油圧ショベル２のブーム４の先端部付近に固定用ブラケット１４により取り付けられ、アーム５先端のバケット６に向けられている。バケット６付近の作業部６ａは、モニタ用カメラ１により撮像され、撮像された画像は操作室８の表示装置１０にリアルタイムで表示される。モニタ用カメラ１はブーム４に固定されているので、ブーム４が回動された場合には、モニタ用カメラ１はブーム４と共に回動され、常に作業部６ａ付近に向けられる。また、ガタ等に起因するブーム４の振動は、免振部材１８によって遮断され、カメラ本体１６への伝導が防止される。これにより、カメラ本体１６における異常な摩耗の発生や、カメラ本体１６の損傷が防止される。
なお、カメラ本体１６は、ブーム４に対し、免振部材１８を介して支持されているので、ブーム４の移動に伴って移動されると共に、ブーム４に対して相対的にも移動される。

カメラ外ケース１２に取り付けられた可動部ジャイロセンサ２８は、ブーム４の移動を検出する。また、可動部ジャイロセンサ２８によって検出され、バンドパスフィルター３８を通過した信号には、上述したように、ブーム４の能動的な動きに相当する振動の成分が含まれる。

一方、カメラ本体１６に取り付けられたカメラジャイロセンサ２６は、カメラ本体１６の振動を検出する。カメラジャイロセンサ２６によって検出され、ハイパスフィルター４４を通過した信号には、上述したように、ブーム４の能動的な動きに相当する振動成分、及び、ガタ等に起因するブーム４の振動のうち、免振部材１８により遮断されずにカメラ本体１６に伝達された振動成分が含まれる。

制御部３０においては、カメラジャイロセンサ２６の検出信号に基づいて求められたカメラ変位量Δｘ_m、Δｙ_mの信号から、可動部ジャイロセンサ２８の検出信号に基づいて求められたブーム変位量Δｘ_b、Δｙ_bの信号が差し引かれ、差し引かれた位置指令信号Δｘ、Δｙに基づいて防振アクチュエータ２４が駆動される。換言すれば、バンドパスフィルター３８とハイパスフィルター４４の通過周波数帯域が重畳している約０．５Ｈｚ〜約５Ｈｚの周波数帯域においては、カメラ外ケース１２とカメラ本体１６の間の相対的な振れが防振アクチュエータ２４により補正され、約５Ｈｚ以上の周波数帯域においては、静止した空間に対するカメラ本体１６の振れが防振アクチュエータ２４により補正される。

この結果、約５Ｈｚ以下の振動周波数帯域においては、モニタ用カメラ１の視野はブーム４の動きに追従して移動される。また、約０．５Ｈｚ以上で、カメラジャイロセンサ２６の検出可能な上限周波数以下の振動周波数帯域においては、画像の振れが補正される。即ち、防振アクチュエータ２４は、ブーム４の能動的な動きに伴って移動している光軸を中心とする振れを補正し、画像を安定化するように作用する。これにより、モニタ用カメラ１は、ブーム４の能動的な動きに伴ってその視野を移動させながら、移動している視野の画像が短い周期で振れるのを防止するように作用する。

本発明の第１実施形態のモニタ用カメラによれば、カメラ本体が免振部材によってカメラ外ケースに支持されているので、カメラ本体に伝達される振動が抑制され、カメラ本体の損傷を防止し、又、カメラ本体の異常な摩耗を防止することができる。さらに、カメラ本体が免振部材により支持されているので、カメラ本体はカメラ外ケースに対して振動するが、カメラ本体には防振アクチュエータが内蔵されているので、モニタされる画像が大きく振れるのを防止することができる。即ち、カメラ本体を免振部材により支持すると、外部振動の周波数によっては却ってカメラ本体の振動振幅を大きくしてしまう場合があるが、本実施形態のモニタ用カメラによれば、防振アクチュエータにより撮像素子上に形成される像を安定化させることができる。これにより、カメラ本体の損傷を防止しながら、安定した画像を撮像することができる。

また、一般に、振れ補正機能を備えたカメラは、意図的にカメラの向きを変えようとした場合、その振れを補正する機能によってカメラの向きを変える動きを止めるように補正を行い、追従の遅れを生じる場合がある。しかしながら、本実施形態のモニタ用カメラにおいて、制御部は、可動部ジャイロセンサの検出信号と、カメラジャイロセンサの検出信号の差に基づいて防振アクチュエータを制御しているので、ブームの意図的な動きに遅れることなく、作業部をモニタすることができる。

さらに、本発明の第１実施形態のモニタ用カメラにおいては、可動部ジャイロセンサの検出信号にはバンドパスフィルターが施され、カメラジャイロセンサの検出信号にはハイパスフィルターが施されている。これにより、ブームの能動的な動きを抽出できると共に、カメラ本体の振れを抑制することができる。

また、本実施形態のモニタ用カメラにおいては、カメラジャイロセンサ用のハイパスフィルターは、可動部ジャイロセンサ用のバンドパスフィルターよりも高い周波数の信号を通過させるように構成されている。これにより、ブームの動きに追従する光軸を中心とする周期の短い振れを、防振アクチュエータにより効果的に低減することができる。

さらに、本実施形態のモニタ用カメラにおいては、バンドパスフィルター及びバンドパスフィルターは低周波を除去するように構成されているので、各ジャイロセンサの検出信号を増幅するバッファーアンプのドリフトや、各ジャイロセンサにより検出される地球の自転等により生じる誤差の影響を排除することができる。

次に、図８及び図９を参照して、本発明の第２実施形態によるモニタ用カメラを説明する。
本実施形態においては、モニタ用カメラは、高所解体作業機の先端のアームに取り付けられている。また、本実施形態のモニタ用カメラは、バンドパスフィルターの特性が、上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。図８は、本発明の第２実施形態のモニタ用カメラを取り付けた高所解体作業機を示す図である。図９は、本実施形態のモニタ用カメラに内蔵されているバンドパスフィルターの通過帯域特性、及びハイパスフィルターの通過帯域特性を示すグラフである。

図８に示すように、本実施形態のモニタ用カメラ１０１は、高所解体作業機１０２の先端のアーム１０５に取り付けられ、可動部であるアーム１０５の先端に取り付けられている破砕工具１０６付近の作業部１０６ａをリアルタイムでモニタできるように構成されている。モニタ用カメラ１０１で撮像された映像は、操作室１０８に設けられた表示装置（図示せず）に動画として表示されるようになっている。

図９に示すように、本実施形態においては、バンドパスフィルターが約０．５Ｈｚ〜約５Ｈｚの周波数帯域の信号を通過させると共に、約０．５Ｈｚ〜約２Ｈｚの信号に対しては、通過する信号が増幅されるように構成されている。

上述した第１実施形態と同様に、可動部ジャイロセンサ２８によって検出され、バンドパスフィルターを通過した信号には、アーム１０５の能動的な動きに相当する振動の成分が含まれる。ここで、本実施形態においては、バンドパスフィルターは、約０．５Ｈｚ〜約２Ｈｚの信号に対しては入力信号が増幅されて出力されるので、この周波数帯域においては、検出されるアーム１０５の動きは実際のアーム１０５の動きよりも大きくなる。上述したように、モニタ用カメラは可動部ジャイロセンサ２８によって検出されたアーム１０５の回動に追従するように構成されている。本実施形態においては、アーム１０５の回動が実際の回動よりも大きく検出されるため、モニタ用カメラは、破砕工具１０６の作業部１０６ａが移動していく先を僅かに先行して視野に収めるようになる。これにより、作業者は、作業部１０６ａが移動していく先を先行してモニタすることができるので、より容易に高所解体作業機１０２による作業を行うことができる。

また、上述した第２実施形態においては、第１実施形態におけるバンドパスフィルターの特性を変更しているが、変形例として、第１実施形態におけるバンドパスフィルターの他に、第２のバンドパスフィルターを加えることにより、同様の効果を得ることができる。

次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第２実施形態の変形例を説明する。図１０は、本変形例の制御部１３０における信号処理を模式的に示すブロック図である。図１１は、上段から順に、第１バンドパスフィルター１３９、第２バンドパスフィルター１３８の通過帯域特性、ハイパスフィルター４４の通過帯域特性を示すグラフである。

図１０に示すように、本変形例においては、可動部ジャイロセンサ２８により検出された信号は、バッファーアンプ３６ａ、３６ｂを介して、第１バンドパスフィルター１３９、及び第２バンドパスフィルター１３８に夫々入力される。第２バンドパスフィルター１３８、積分回路１４０ａ、１４０ｂ、乗数回路１４１ａ、１４１ｂは、第１実施形態におけるバンドパスフィルター３８、積分回路４０ａ、４０ｂ、乗数回路４１ａ、４１ｂと同様である。

一方、第１バンドパスフィルター１３９を通過した信号は、積分回路１４０ｃ、１４０ｄに入力され、積分回路で積分された信号は、乗数回路１４１ｃ、１４１ｄに夫々入力される。乗数回路１４１ｃ、１４１ｄを経た信号は、乗数回路１４１ａ、１４１ｂからの出力信号と同様に、カメラジャイロセンサ２６による検出信号から差し引かれる。

図１１上段のグラフに示すように、第１バンドパスフィルター１３９は、０５Ｈｚ〜２Ｈｚの周波数帯域の信号を通過させるように構成されている。このような特性を有する第１バンドパスフィルター１３９と、図１１中段に示す特性を有する第２バンドパスフィルター１３８を組み合わせることにより、図９上段に示す特性のバンドパスフィルターと同等の結果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、モニタ用カメラは、油圧ショベル、及び高所解体作業機に適用されているが、本発明のモニタ用カメラを、他の任意の作業機械に適用することができる。

１ 本発明の第１実施形態によるモニタ用カメラ
２ 油圧ショベル
４ ブーム（可動部）
５ アーム
６ バケット
６ａ 作業部
８ 操作室
１０ 表示装置
１２ カメラ外ケース（カメラフレーム）
１４ 固定用ブラケット
１４ａ 固定プレート
１４ｂ カメラ支持部
１６ カメラ本体
１８ 免振部材（免振支持機構）
２０ 撮像素子
２２ 撮像用光学系
２２ａ 像振れ防止用レンズ
２４ 防振アクチュエータ
２６ カメラジャイロセンサ（カメラ振動検出手段）
２６ａ Ｘセンサ部
２６ｂ Ｙセンサ部
２８ 可動部ジャイロセンサ（可動部振動検出手段）
３０ 制御部
３２ａ、３２ｂ リニアモータ
３４ａ、３４ｂ 位置センサ
３６ａ、３６ｂ バッファーアンプ
３８ バンドパスフィルター
４０ａ、４０ｂ 積分回路
４１ａ、４１ｂ 乗数回路
４２ａ、４２ｂ バッファーアンプ
４４ ハイパスフィルター４４
４６ａ、４６ｂ 積分回路
４８ａ、４８ｂ 乗数回路
５０ａ、５０ｂ コイル駆動回路
５２ａ、５２ｂ 位置検出回路
１０１ 本発明の第２実施形態によるモニタ用カメラ
１０２ 高所解体作業機
１０５ アーム（可動部）
１０６ 破砕工具
１０６ａ 作業部
１０８ 操作室
１３０ 制御部
１３８ 第２バンドパスフィルター
１３９ 第１バンドパスフィルター
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ 積分回路
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ 乗数回路

Claims (8)

1. 作業機械の可動部に取り付けられ、作業機械による作業部をモニタするためのモニタ用カメラであって、
   上記可動部に取り付けられるカメラフレームと、
   撮像素子及び撮像用レンズを備えたカメラ本体と、
   このカメラ本体を上記カメラフレームに対して免振支持する免振支持機構と、
   上記可動部の振動を検出する可動部振動検出手段と、
   上記カメラ本体の振動を検出するカメラ振動検出手段と、
   上記カメラ本体に内蔵され、上記撮像素子上に形成される画像の振れを抑制するように像振れ防止用レンズを駆動する防振アクチュエータと、
   上記カメラ振動検出手段及び上記可動部振動検出手段により検出された振動に基づいて、上記防振アクチュエータを制御する制御部と、
   を有することを特徴とするモニタ用カメラ。
2. 上記制御部は、上記可動部振動検出手段の検出信号と、上記カメラ振動検出手段の検出信号の差に基づいて上記防振アクチュエータを制御する請求項１記載のモニタ用カメラ。
3. さらに、上記可動部振動検出手段の検出信号が入力される可動部用フィルターと、上記カメラ振動検出手段の検出信号が入力されるカメラ用フィルターと、を有し、上記可動部用フィルターと上記カメラ用フィルターは、異なる周波数依存性を有する請求項１又は２記載のモニタ用カメラ。
4. 上記カメラ用フィルターは、上記可動部用フィルターよりも高い周波数の信号まで通過させるように構成されている請求項３記載のモニタ用カメラ。
5. 上記可動部用フィルター及び上記カメラ用フィルターは、低周波を除去するように構成されている請求項３又は４記載のモニタ用カメラ。
6. 上記可動部振動検出手段及び上記カメラ振動検出手段は、角速度センサである請求項１乃至５の何れか１項に記載のモニタ用カメラ。
7. 上記制御部は、上記可動部振動検出手段の検出信号に基づいて求められた回転変位量、及び上記カメラ振動検出手段の検出信号に基づいて求められた回転変位量に基づいて上記防振アクチュエータを制御する請求項１乃至５の何れか１項に記載のモニタ用カメラ。
8. 上記可動部用フィルター及び上記カメラ用フィルターには、検出信号として角速度信号又は回転変位量信号が入力される請求項３乃至７の何れか１項に記載のモニタ用カメラ。

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