JPH0636323B2

JPH0636323B2 - スポットライトの自動追尾装置

Info

Publication number: JPH0636323B2
Application number: JP62191142A
Authority: JP
Inventors: 博北
Original assignee: Marumo Electric Co Ltd
Current assignee: Marumo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPS6433802A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は劇場の舞台や、各種のホールのステージにおい
て、演技者に投光するスポットライトが演技者の移動を
自動的に追尾する装置に関するものである。

（従来の技術とその問題点）従来のこの種自動追尾装置としては、被照射体側に無線
発信手段（超音波又は極超短波の発信器）を設けると共
に、スポットライト側にこのスポットライトの動きに同
調して首振り動作しかつスポットライトの光軸に垂直な
面に配置された２個以上の無線受信手段（この光軸乃至
この光軸に平行な軸線に対称に配置した１対乃至複数対
の超音波又は極超短波の受信器）を設け、各無線受信手
段（各対の受信器）間の受信信号を信号量の差異を比較
検出し、これら相互の信号量の差異が零になるまで各対
毎の受信器配設方向についてスポットライトの首振り駆
動装置を制御するようにしたスポットライト制御装置が
特公昭62-20678号公報として提案されている。

しかしながら、上記したスポットライト制御装置にあっ
ては、超音波検出器はスポットライトの動きに同調して
（具体的にはスポットライトにその光軸を中心に少なく
とも上下・左右方向に略対称位置に複数対固着して）首
振り動作する。そして、各対を構成する超音波検出器で
受信する信号量の差異（具体的には到達時間の差異）を
検出し、その差異が零になるように上下・左右方向の首
振り制御を行うものである。即ち、該装置はスポットラ
イトの位置から見た移動物体の検出方向とスポットライ
トの照射方向との相対的な方向検出を行うもので、上下
・左右方向それぞれの方向差が零になるように制御を行
っており、移動物体を的確に捕らえて照射することは下
記の理由によって技術的に困難をともなう。

該装置は超音波検出器がスポットライトの動きに同調し
て首振り動作するため、スポットライトに取り付けられ
る１対の検出器の実用上の間隔は最大１ｍ程度であると
考えられる。これに対しスポットライトから移動物体ま
での距離は、一般に20ｍ〜50ｍであるから、発信器と２
個の検出器とでなす三角形は極めて鋭角の略２等辺三角
形となり、その２辺の距離差を精度良く検出するのは技
術的に極めて困難であり、従って自動追尾の精度低下に
つながる。

更に、該装置で上下・左右方向の自動追尾を行う場合、
少なくとも２組で４個の超音波検出器を具備する必要が
あり、それら検出器とスポットライトとを一体化して首
振り動作させる駆動機構もそれなりのものが必要となる
等の問題点を有する。

又、特公昭55-25681号公報には照明灯もしくは照明灯の
近傍に電磁波、光波、音波等を媒体とする受信器を固定
的に設置し、送信機の位置情報を検出し、照明灯の集光
位置を示す位置情報との差分を無くす方向に照明灯の集
光位置を変化させる医療用無影照明装置が提案されてい
る。しかし、実施例として説明されているのは、光波の
直進性を利用して発光点の所在方向を照明灯の横軸方向
Ｘと縦軸方向Ｙの２対の受光器への光波の入射角度から
高さ方向Ｚを含めた送信器の位置を検出するものであ
り、劇場の舞台や各種ホールのステージにおいて、可視
光を送信器として用いることは出来ず、赤外光を用いる
場合も他に多くの強力な赤外光が存在する為、変調をを
かけた赤外光を識別して検出することは実用上極めて困
難である。

更に、特開昭52-39982号公報には、照明燈の横軸方向Ｘ
と縦軸方向Ｙの各々両端部に超音波受信器を固定的に設
け、各々二点のＸ軸方向及びＹ軸方向の位相差検出を行
い、モーターを回動させ、ジャイロ方式にて集光を一点
に操作する手術用照明燈の集光装置が提案されている。

しかしながら、上記装置では位置検出をＸ・Ｙ方向夫々
１対の受信器による位相差検出によって行っており、送
信器を置く高さが一定ならば平面上の位置確定はできる
が、距離演算の概念はなく、３次元的な移動には対応で
きない。

又、前２者の検出器の固定的設置についての先行技術は
どちらも照明灯と一体化し、或いは照明灯の近傍に配し
て、被照射体の小規模な移動を検知するもので、相当広
範囲にわたり３次元的に移動する移動物体（演技者）の
絶対位置を精度良く確定させることは困難なものである
ほか、２組で４個の超音波検出器を具備する必要があ
る。

（発明の目的）本発明は上述した従来の事情に鑑み、比較的簡単なシス
テム構成によって移動物体の絶対位置を精度高く確定
し、移動物体を自動追尾し得る装置を適用することにあ
る。

（発明の構成）上記目的を達成するために本発明が講じた技術的手段
は、スポットライトを照射される移動物体に保持させる
クロック発振器によって正確に一定間隔で超音波を発生
する超音波発信器と、移動物体を追尾し得る空間内の壁
面や天井面等に設定固定される少なくとも３個以上の超
音波検出器と、移動物体のクロック発振器の周波数と極
めて近似した周波数を発信する制御装置のクロック発振
器と、その制御装置のクロック発振器のクロック信号と
超音波検出器のクロック信号との時間差を検出する時間
差検出器と、その時間差信号より超音波検出器と移動物
体との距離を演算し移動物体の位置を確定する演算器
と、その演算器の出力によってスポットライトの照射方
向を制御する制御装置とで構成する。

上記超音波発信器のクロック発振器と、制御装置のクロ
ック発振器は水晶発振器など極めて発振周波数の安定し
たものとする。

尚、両クロック発信器相互の誤差を補正する手段として
は、上記制御装置のクロック発振器に変調器を接続して
アンテナから電波として発信し、他方、移動物体には電
波受信のアンテナ及び復調器を接続して行う方策や、上
記移動物体が携帯するクロック発振器に、高周波変調器
とアンテナ及び超音波発振器とスピーカを接続して、電
波と超音波を同時に送出し、他方、接続装置側にはアン
テナ及び復調器を接続してクロックを再生し、電波クロ
ックと超音波クロックの到達時間差を時間差検出器で検
出して行う方策が挙げられる。

又、上記した少なくとも３個の超音波検出器の設置場所
としては、移動物体の追尾の条件から、大きな正三角形
に近く設置することが望ましく、例えば劇場やホールの
場合は、客席両側の壁面近傍に各１箇所と、天井面中央
近傍に１箇所の３箇所を選ぶことができ、宴会場やテレ
ビスタジオであれば天井の３隅（または４隅）か、天井
の２隅と対辺中央部等が挙げられる。

（作用）上記構成によれば、移動物体が保持する超音波発信器か
らクロック発振器によって正確に一定間隔で超音波が発
生され、その超音波が少なくとも３個の超音波検出器で
検出されると、その超音波信号は制御装置のクロック発
振器との時間差が時間差検出器で検出される。

この時間差信号はコンピュータを含む演算器に入力され
る。ここで、複数個の超音波検出器間の距離は設置時の
測定で一定であるため、移動物体と少なくとも３個の超
音波検出器との関係位置は演算器で演算され、移動物体
の位置（絶対位置）が確定される。この位置信号がスポ
ットライトのモータ制御装置に導びかれ、現在の投光方
向との誤差分を、常にモータを左又は右方向に回転して
補正し、移動物体の自動追尾が行なわれる。

尚、複数の移動物体を２台以上のスポットライトで個々
に自動追尾する場合には、例えば超音波の発振周波数を
移動物体別に設定する等の方策によって可能となる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本装置を劇場に設置した状態を示し、図中、１
は劇場、２は舞台、３はスポットライトの投光によって
追尾する移動物体、４は超音波源、５はスポットライト
の投光、21,22及び23は超音波検出器、８はスポットラ
イトの制御装置、９は制御装置８の出力で照射方向が制
御されるスポットライトである。

尚、説明を簡単にするため移動物体３、超音波検出器2
1,22,23及びスポットライト９は同一平面上に配置され
ているものとする。

移動物体３に携帯保持させる超音波源４は第２図に示す
如く、超音波発信器10、クロック発振器11、制御手段12
及び超音波スピーカ13とから成り、超音波発振器10の出
力はクロック発振器11の出力で制御手段12がON,OFFさ
れ、超音波スピーカ13から送出される。

又、上記クロック発振器11としては水晶発振器など発振
周波数の安定したものを使用する。

絶対位置の決定した超音波検出器21,22,23で検出された
超音波信号に基づいてスポットライト９を制御する制御
装置８は第３図に示す如く、時間差検出器27,28,29、ク
ロック発振器26、コンピュータを含む演算器30、及びモ
ータ制御装置31で構成され、超音波検出器21,22,23で検
出された超音波信号とクロック発振器26との時間差が夫
々時間差検出器27,28,29で検出され、その時間差信号は
演算器30に導入される。制御装置８のクロック発振器26
は超音波源４のクロック発振器11と同様、発振周波数の
安定した水晶発振器などを使用し、その発振周波数は超
音波源４の内蔵クロック発振器11と極めて近似したもの
を選択する。

又、両クロック発振器11と26の位相差は使用に先立って
較正され、第４図（Ａ）と（Ｆ）に示すようにその位相
差ｔ_０は演算器30に入力されている。

演算器30にはクロック発振器26の立上りと、超音波検出
器21,22,23の超音波信号の立上りの時間差ｔ_１，ｔ_２，
ｔ_３が入力される。

スポットライト９の投光方向を制御するモータ制御装置
31はスポットライト９の回転軸９′に直結されたモータ
Ｍ_１の左右方向回転と、スポットライト９の上下回転を
行う支軸に直結されたモータＭ_２の上下方向回転を制御
するもので、スポットライト９の回転軸に直結したポテ
ンショメータPT₁及び支軸に取付けたポテンショメータP
T₂が現在の投光方向（光軸）を検出し、現在位置として
モータ制御装置31にフィードバックされ、演算器30によ
って特定された位置にスポットライト９の光軸がくるよ
うに制御され、スポットライト９は自動的に移動物体３
を追尾するように動くものである。

上記の構成により、第１図に示す移動物体３の保持する
超音波源４と超音波検出器21との距離Ｌ_４、移動物体３
の超音波源４と超音波検出器22との距離Ｌ_５、及び移動
物体３の超音波源４と超音波検出器23との距離Ｌ_６は次
式により求めることが出来る。

Ｌ_４＝Ｖ（ｔ_１＋ｔ_０）Ｌ_５＝Ｖ（ｔ_２＋ｔ_０）Ｌ_６＝Ｖ（ｔ_３＋ｔ_０）但し、Ｖは超音波の伝送速度であり、ｔ_０は前述のクロ
ック発振器11と26との間の位相差時間である。

又、超音波検出器21,22,23相互間の距離Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ
_３は設置した時のままであるため一定であり、それによ
り三者の関係位置は演算器30で演算可能であり、移動物
体３の位置が確定される。この移動物体３の位置信号が
モータ制御装置31に入力されてモータＭ_１，Ｍ_２の回転
を制御し、移動物体３を追尾照射する。

第４図は波形図を示し、（Ａ）は移動物体が携帯するク
ロック発振器11の出力波形、（Ｂ）は超音波スピーカ13
から送出される超音波、（Ｃ）は超音波検出器21で検出
した超音波信号、（Ｄ）は超音波検出器22で検出した超
音波信号、（Ｅ）は超音波検出器23で検出した超音波信
号、（Ｆ）は制御装置８のクロック発振器26の出力波形
である。

超音波検出器21,22,23で受信される超音波信号は超音波
スピーカ13から直接検出器21,22,23に到達する超音波以
外に壁面，天井面等で反射した超音波を含んでいるので
第４図（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）に示すように残響信号を
含んでいる。

しかし、壁面，天井面等で反射した反射波は直接波より
到達時間が遅れるため、第４図（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）
の立上り部の超音波信号は直接波と考えることが出来、
クロック信号と立上り時間差ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３を計測す
ることによって距離Ｌ_４，Ｌ_５，Ｌ_６を誤差が少なく、
計測することができる。

以上の説明は移動物体３、超音波検出器21,22,23及びス
ポットライト９を同一平面上に配置したものとしたが、
実際には第５図に示す如く舞台上に演算効果用等の目的
のために大段階が配置され、移動物体３である演技者が
段階を上る場合もあり、しかもスポットライトは一般に
２階客席の後部から演技者を追尾する場合が多く、前述
したように同一平面上に配置されることはない。

従って、追尾用スポットライトは水平面上の左右方向制
御のみでなく、鉛直面上の上下方向の制御を行なわなく
ては実際的でない場合が多い。

そのため夫々の超音波検出器21,22,23を中心とし、距離
Ｌ_４，Ｌ_５，Ｌ_６を半径とする３個の球の交点として移
動物体３の位置を特定することになる。

上記の如くして、移動物体３の位置が特定され、その位
置信号の出力でモータ制御装置31が作動し、水平方向の
制御モータＭ_１、鉛直方向の制御モータＭ_２を個々に方
向制御することが出来る。

移動物体を照射するスポットライトの制御として上記説
明では水平方向，鉛直方向の制御としたが、実際にはス
ポットライトのフォーカス調整を行なわなければならな
い場合もある。この場合も、舞台上の移動物体である演
技者の位置が決定されているので、スポットライトから
演技者までの距離も演算し決定することが可能であり、
従って、フォーカスもモータの作動によって自動的に調
整することは容易である。

又、移動物体に携帯保持させる送信器側のクロック発振
器と、制御装置に組み込まれる受信器側のクロック発振
器は精度よく近似させる必要があり、もしこの両クロッ
ク発振器相互に誤差がある場合には方向誤差となる。

これを解決する手段として、第６図に示すように、制御
装置８のクロック発振器26の出力を変調器32に入力し、
電波としてアンテナ33から発信し、他方移動物体３に携
帯させる超音波発信器側では変調された電波をアンテナ
34で受信して復調器35で復調し、超音波の送信関係を制
御することにより解決することが出来る。ここで、変調
器32から復調器35までの電波の伝播時間が誤差となる
が、超音波の速度に比し電波の速度ははるかに速いた
め、これによる誤差は無視できるものである。

他の方策として、第７図（ａ）、（ｂ）に示すように、
移動物体３に携帯させる超音波発振器側にクロック発振
器36を持たせ、このクロック発振器の出力を高周波変調
器37で変調し、アンテナ39から送出する。同時に超音波
発振器38を介して超音波をスピーカ13から送出する。

制御装置側では第７図（ｂ）の如く超音波受信機で受信
すると同時に電波もアンテナ40で受信し、復調器41で復
調してクロックを再生し、この電波クロックと超音波ク
ロックの時間差をそれぞれ時間差検出器27,28,29で検出
する。

この他、クロック信号を時間差なく伝送する方法は種々
有り、これらの方策を組合わせて使用することも可能で
ある。

（発明の効果）本発明のスポットライトの自動追尾装置は以上詳述した
如く、スポットライトを照射される移動物体に保持させ
るクロック発振器によって正確に一定間隔で超音波を発
生する超音波発信器と、移動物体を追尾し得る空間内の
壁面や天井面等に設置固定される少なくとも３個以上の
超音波検出器と、移動物体のクロック発振器の発振周波
数と極めて近似した周波数を発振する制御装置のクロッ
ク発振器と、その制御装置のクロック発振器のクロック
信号と超音波検出器のクロック信号との時間差を検出す
る時間差検出器と、その時間差信号より超音波検出器と
移動物体との距離を演算し移動物体の位置を確定する演
算器と、その演算器の出力によってスポットライトの照
射方向を制御するモータ制御装置とで構成したものであ
るから、移動物体の位置を３次元上の絶対的な位置とし
て適確にとらえてスポットライトの照射方向を追尾させ
ることが出来る。

そして、上記装置の概念はスポットライトの位置とは無
関係に、発信器に従って移動物体の位置を３次元上の位
置として検出するため、複数台のスポットライトによる
同時フォローや、照射距離の変化に伴うフォーカス調整
など、より高度な自動追尾も可能となる。

更に、少なくとも３個の検出器の設置場所は設置空間内
の自由な場所に設置できるため、距離演算の基点となる
検出器相互間の距離を充分大きく選ぶことができるの
で、スポットライトの設置位置とは無関係に精度高い位
置決定が可能であり、しかも、３個の超音波検出器で位
置が確定できるため、従来技術において上下・左右方向
の自動追尾を行おうとした場合少なくとも４個の検出器
が必要であるのに対し経済的に有益である。

又、移動物体の位置確定はクロック発振器と超音波検出
器との時間差検出から移動物体と超音波検出器との距離
を演算して行なうため精度が安定し、実用に供し得る追
尾装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は本装置を設置し
た状態の平面図、第２図は移動物体に携帯させる超音波
源のブロック図、第３図はスポットライトを制御する制
御装置のブロック図、第４図は波形図、第５図はスポッ
トライト及び超音波検出器を劇場に配置した説明図、第
６図（ａ），（ｂ）は移動物体側及び制御装置側のクロ
ック発振器の変形例を示すブロック図、第７図（ａ），
（ｂ）は移動物体側及び制御装置側のクロック発振器の
更に他の変形例を示すブロック図である。図中、３：移動物体４：超音波源 21,22,23：超音波検出器８：制御装置９：スポットライト 11,26：クロック発振器 27,28,29：時間差検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スポットライトを照射される移動物体に保
持させるクロック発振器によって正確に一定間隔で超音
波を発生する超音波発信器と、移動物体を追尾し得る空
間内の壁面や天井面等に設置固定される少なくとも３個
以上の超音波検出器と、移動物体のクロック発振器の周
波数と極めて近似した周波数を発信する制御装置のクロ
ック発振器と、その制御装置のクロック発振器のクロッ
ク信号と超音波検出器のクロック信号との時間差を検出
する時間差検出器と、その時間差信号より超音波検出器
と移動物体との距離を演算し移動物体の位置を確定する
演算器と、その演算器の出力によってスポットライトの
照射方向を制御する制御装置とからなることを特徴とす
るスポットライトの自動追尾装置。
【請求項２】上記制御装置のクロック発振器に変調器を
接続してアンテナから電波として発信し、他方、移動物
体には電波受信のアンテナ及び復調器を接続した特許請
求の範囲第１項に記載のスポットライトの自動追尾装
置。
【請求項３】上記移動物体が携帯するクロック発振器
に、高周波変調器とアンテナ及び超音波発振器とスピー
カを接続して、電波と超音波を同時に送出し、他方、制
御装置側にはアンテナ及び復調器を接続してクロックを
再生し、電波クロックと超音波クロックの到達時間差を
時間差検出器で検出するようにした特許請求の範囲第１
項に記載のスポットライトの自動追尾装置。