JPH0895640A

JPH0895640A - 指向角制御装置及び当該指向角制御装置を利用した各種装置

Info

Publication number: JPH0895640A
Application number: JP6257462A
Authority: JP
Inventors: Yasutarou Miyatani; 保太朗宮谷
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量小型で位置決め精度のよい雲台などの指
向角制御装置を提供する。【構成】駆動部１のケーシング部７の内面に圧電体を
用いたステータ９を固定し、球体状をしたロータ１０を
複数のステータ９によって回転可能に支持し、球面モー
タを構成する。ロータ１０にはステージ１１を介してテ
レビカメラ６を固定する。ステータ９を駆動してステー
タ表面にいわゆる超音波振動（圧電体表面でのたわみ進
行波）を発生させ、駆動制御部４のレバー１３を操作す
ることによりロータ１０を回動させ、テレビカメラ６を
任意の方向に向ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は指向角制御装置及び当該
指向角制御装置を利用した各種装置に関する。具体的に
いうと、監視カメラやセンサ装置などに用いる雲台な
ど、指向性を必要とする装置のための指向角制御装置及
び撮影装置や物体検出装置などの当該指向角制御装置を
利用した各種装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８（ａ）（ｂ）に、従来の雲台Ｆの平
面図及び正面図を示す。６１は、カメラを据え付けるス
テージ、６２は回転台、６３は雲台本体であって、回転
台６２は雲台本体６３に備えられた電磁式サーボモータ
６４によって垂直軸の回りに回動可能となっており、ス
テージ６１は回転台６２に備えられた電磁式サーボモー
タ６５によって水平軸の回りに回動可能となっている。

【０００３】しかして、ステージ６１上にカメラを据え
付け、雲台本体６３に備えられたサーボモータ６４を駆
動して回転台６２を回動することにより水平面内での方
向を決め、また、回転台６２に備えられたサーボモータ
６５を駆動してステージ６１を回動することにより仰角
を決め、所望する撮影方向にカメラを向けることができ
る。

【０００４】このような２自由度を有する従来の雲台Ｆ
にあっては、２つのサーボモータ６４、６５とサーボモ
ータ６４、６５の回転を回転台６２やステージ６１に伝
える歯車やボールネジなどの伝達機構（図示せず）を用
いて２自由度の動きを実現していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では雲台の構造が複雑となって、重量も重く
なり、しかも、大型化してしまうという問題点があっ
た。

【０００６】また、歯車やボールネジなどの伝達機構を
用いているため、その構造上、バックラッシなどによっ
て位置決めに誤差を生じていた。この結果、特に監視カ
メラなどを据え付けた場合には位置決めによる誤差の影
響が大きく、狙った場所からずれてしまうため焦点がぼ
やけてしまい、監視カメラで捉えた映像をそのまま画像
処理することができず、無人の監視カメラ等に使用する
ことができなかった。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、軽量小型で
位置決め精度のよい雲台などの指向角制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の指向角制御装置
は、指向性を有する装置を取り付けるための任意の方向
に回転駆動可能な球面モータと、前記球面モータを駆動
制御し、前記指向性を有する装置の指向角を調整するた
めの制御手段とを有することを特徴としている。

【０００９】このとき前記球面モータとして、複数のス
テータを略球状のロータの表面に圧接させ、ステータに
発生させた微小振動をロータへ伝達させて当該ロータを
回転駆動させるようにしたものを用いることができる。

【００１０】また、前記ロータに、前記指向性を有する
装置を取り付けるようにするのが好ましい。

【００１１】本発明の撮影装置は、上記の指向角制御装
置にカメラを取り付け、当該指向角制御装置を駆動する
ことにより複数の領域を撮影することを特徴としてい
る。

【００１２】本発明の物体検出装置は、上記の指向角制
御装置に物体からの反射光又は反射波を受信する受信手
段を取り付け、当該指向角制御装置を駆動することによ
り複数の領域からの反射光又は反射波を受信することを
特徴としている。

【００１３】本発明のミラー角度調整装置は、上記の指
向角制御装置に反射ミラーを取り付け、当該指向角制御
装置を駆動することにより前記反射ミラーのミラー角度
を調整することを特徴としている。

【００１４】本発明のアンテナ装置は、上記の指向角制
御装置にアンテナを取り付け、当該指向角制御装置を駆
動することにより前記アンテナの向きを制御することを
特徴としている。

【００１５】本発明の太陽電池装置は、上記の指向角制
御装置に太陽電池を取り付け、当該指向角制御装置を駆
動することにより、前記当該太陽電池のエネルギー変換
効率が最良となるように前記太陽電池の向きを自動制御
することを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明の指向角制御装置にあっては球面モータ
を用いているので、装置を小型化し、しかも軽量化する
ことができる。また、一度の操作でカメラ等の指向性を
有する装置を任意の方向に向けることができ、操作を簡
単にすることができる。さらに、球面モータにあっては
歯車やボールネジなどの伝達機構を使わず摩擦駆動によ
り、指向性を有するカメラ等の向き（指向角）を変える
ことができるので、位置決め誤差を生じることがなく、
所望する方向に精度よくカメラ等を向けることができ
る。

【００１７】特に、ロータに圧接させたステータに微小
振動を発生させ、ロータを回転駆動させる球面モータに
あっては、保持トルクが高く、電源が切れた場合でも指
向角をそのまま維持することができる。さらに、低速回
転域で高トルクを得ることができるので、重量のある装
置でも容易に駆動することができる。また、音を発生し
ないので人に意識されずに、装置を駆動することができ
る。

【００１８】また、ロータに直接指向性を有する装置を
取り付けることによって、さらに指向角制御装置を小型
化することができ、確実に指向角、つまり指向性を有す
る装置の方向を制御することができる。

【００１９】本発明によれば、例えばカメラを取り付け
複数の領域を撮影したり、光を受信する受光素子や電波
を受信するアンテナなどの受信手段を取り付け、複数の
領域の物体を検出することができる。

【００２０】また、反射ミラーやパラボナアンテナなど
のアンテナ、太陽電池などを取り付けることもできる。

【００２１】

【実施例】図１に示すものは本発明による撮影装置Ａの
概略構成図であって、テレビカメラによって捉えられた
映像を遠隔地に設置されたモニタに写しだすものであ
る。撮影装置Ａは、テレビカメラ６を取り付ける駆動部
１、駆動部１を制御するための駆動制御部２、テレビカ
メラ６の撮影方向を検出する位置検出部３、駆動制御部
２を操作したりテレビカメラ６を操作するための駆動操
作部４及びテレビカメラ６によって捉えられた映像を写
しだすモニタ部５とから構成されている。

【００２２】駆動部１は天井等からケーシング部７が支
柱８によって吊り下げられていて、ケーシング部７の内
面には圧電体を用いたステータ９が固定されており、球
体状をしたロータ１０が複数のステータ９によって回転
可能に支持され、球面モータが構成されている。すなわ
ち、ロータ１０はステータ９の非駆動時にはステータ９
との間の摩擦によって回転できないが、ステータ９を駆
動してステータ９表面にいわゆる超音波振動（圧電体表
面でのたわみ進行波）を発生させると、それによってロ
ータ１０が回転する。また、駆動するステータ９を切り
替えたり、ステータ９の振動モードを変化させたりする
と異なった方向にロータ１０が回転する。ロータ１０の
一部分はケーシング部７から露出しており、この部分に
はステージ１１が設けられており、ステージ１１にテレ
ビカメラ６を取り付けることによって、ロータ１０にテ
レビカメラ６を固定している。

【００２３】ケーシング部７の背後には位置検出部３が
設けられており、球面モータの回動角ないし方位を検出
することによって、ロータ１０に固定されたテレビカメ
ラ６の撮影方向を知ることができる。また、テレビカメ
ラ６で撮影された映像は、ケーブル１２によって駆動制
御部２を介してモニタ部５に写し出される。

【００２４】しかして、モニタ部５の画面を見ながら
駆動操作部４に備えられた２自由度を有するジョイステ
ィックなどのレバー１３を撮影したい方向に倒すと、駆
動制御部２によって駆動部１（球面モータ）が駆動さ
れ、所望する方向にテレビカメラ６が向けられる。ま
た、異なる方向を撮影したい場合には、その方向にレバ
ー１３を倒すことによって駆動部１が駆動され、所望す
る別な方向にテレビカメラ６が向けられる。あるいは、
無人運転などに切替えて画像処理を行なう際など、特定
の方向を撮影したい場合には、切替えスイッチ１４によ
って定位置モード（無人運転モード）に切替えることに
より、位置検出部３から検出される現在の方向とあらか
じめ設定してある方向と一致するまで駆動部１が駆動さ
れ、自動的にテレビカメラ６を特定の方向に向けること
ができる。

【００２５】この撮影装置Ａによれば、一つの球面モー
タによってテレビカメラ６を駆動させることができるの
で、装置を小型化、軽量化することができる。また、テ
レビカメラ６の方向制御も容易で、一回の操作で任意の
方向に駆動することができ、制御性も向上させることが
できる。

【００２６】特に、駆動部１には超音波モータの一種で
ある球面モータを用いているので、アクチュエータ（球
面モータ）をさらに小型化して構造を簡単にすることが
できる。

【００２７】また、ステータ９とロータ１０の間は摩擦
駆動となっているから、ステータ９にガタが発生した
り、非駆動時に動いたりすることもなく、ロータ１０な
いしテレビカメラ６の高精度位置決めが可能になる。こ
のため、撮影したい方向（場所）とのずれが非常に少な
く、画像処理に適した映像を得ることができる。さらに
駆動音もほとんどなく人に気付かれることなく駆動させ
ることができ、監視カメラなどには好適である。

【００２８】この撮影装置Ａに用いられる球面モータと
しては、例えば特願平５−２５２２７３号として特許出
願されているものを用いることができる。この球面モー
タは、図２（ａ）に示すように、４個のステータ９を球
面状をしたロータ１０の最大円（赤道）に沿って９０度
の角度をおいて配置し、複数個のステータ９によってロ
ータ１０を支持したものである。各ステータ９は図２
（ｂ）（ｃ）に示すような回転型表面波振動子からな
る。すなわち、金属等の弾性材料によって形成された弾
性体１５は略皿状をしており、その外周部表面には一定
ピッチ毎に接触片１６が突設されて環状に配列してお
り、接触片１６と対応して弾性体１５の外周部裏面には
ＰＺＴ等の圧電素子１７が貼り付けられている。ステー
タ９は、接触片１６をロータ１０と接触させるようにし
てロータ１０を支持するようになっており、そのため接
触片１６の上面にはロータ１０の表面の曲率と同一の曲
率を有する凹状のアール面１８が施されている。

【００２９】しかして、ステータ９は超音波モータの原
理によってロータ１０を駆動するものであって、圧電素
子１７を振動させることによって弾性体１５の接触片１
６の表面にたわみ振動や伸縮振動等の表面波振動を発生
させるものである。しかして、この圧電素子１７を所定
の駆動モードで駆動すると、弾性体１５の表面を円周方
向に進む進行波（たわみ進行波）により接触片１６の表
面の粒子が楕円軌道を描いて運動し、ロータ１０の表面
がステータ９の円周方向に沿って移動する。この結果、
ロータ１０は駆動されているステータ９の軸心の回りに
回転する。従って、このような球面モータを用いること
によりロータ１０に取り付けたステージ１１の角度を任
意の方向に傾けることができる。なお、本発明にいう球
面モータとは、ここで説明したような構造のものに限定
されるものでなく、略球状のロータ１０を回転させるこ
とができるものであればよいことは、もちろんである。

【００３０】このような進行波型の超音波モータの原理
を用いたステータ９を用いた場合には、球面モータの保
持トルクが高く、しかも、低速回転域で高いトルクを得
ることができるので、特にテレビカメラ６のような重量
物を回動するには好適である。また、駆動源（電源）を
切り離した場合でも、その状態を維持できるという利点
もある。

【００３１】位置検出部３は例えば、ロータ１０のステ
ージ１１と反対側に設けた発光素子（図示せず）と、発
光素子の発光を受光する位置検出用カメラ（図示せず）
とで構成することができる。また、ロータ１０の少なく
ともステージ１１と反対側の半球部に、図３に示すよう
なパターンを描き、このパターンを例えばエンコーダな
どにより読取ることとしてもよい。すなわち、片側半分
には放射状パターン１９を、他方の片側半分には同心円
状パターン２０を描き、ステータ９と接触していない部
分のロータ１０に描かれているパターン１９又は２０を
読み取ることにより、ロータ１０ないしステージ１１の
回動角もしくは方位を検出することができる。なお、パ
ターン１９、２０は印刷したものでも、ロータ１０の表
面に刻設した罫書き線でもよい。この方法によれば、位
置検出部３を小型化することができ、さらに撮影装置Ａ
を軽量化、小型化することができる。しかも、球面モー
タの駆動精度がよいので、誤差なくロータ１０ないしス
テージ１１の回動角もしくは方位を検出することができ
る。

【００３２】また、撮影装置Ａにあっては、別な切替え
スイッチ１４により手動運転から自動運転に切替え、駆
動制御部２によって駆動部１を自動制御することによっ
て、テレビカメラ６を自動的に走査させることももちろ
ん可能である。

【００３３】図４に示すものは、本発明による物体検出
装置Ｂを示す概略構成図である。物体検出装置Ｂは、光
を出射する発光素子や電波などを出射する送信アンテナ
などからなる出射部２２と、物体２５によって反射され
た光を受光する受光素子や光センサ、反射された電波を
受信する受信アンテナなどからなる受信部２３と、球面
モータが構成された駆動部２１と、駆動部２１を制御す
るための制御部（図示せず）と、受信部２３で受信した
光や電波などを検知する検知部（図示せず）及びロータ
１０の方位を検出する位置検出部２４とから構成されて
いる。駆動部２１のロータ１０には出射部２２及び受信
部２３が固定されており、駆動部２１を駆動することに
より、出射部２２及び受信部２３を自由自在に回動させ
ることができ、複数の検知領域、例えば検知領域Ｘ、
Ｙ、Ｚに出射部２２及び受信部２３を向けることができ
る。しかして、いずれかの検知領域Ｘ、Ｙ、Ｚに向けて
出射部２２から光や電波が出射されており、例えば、検
知領域Ｙに物体２５が存在すると出射部２２から出射さ
れた光や電波は、物体２５に反射されて当該検知領域Ｙ
に向けられた受信部２３により受信される。受信された
光や電波は電気信号として検知部に送信され、検知部に
より検知される。また、受信部２３の方位は位置検出部
２４によって検出することができるので、いずれの検知
領域Ｘ、Ｙ、Ｚから光や電波を受信したかを知ることが
でき、どの検知領域Ｘ、Ｙ、Ｚに物体２５が存在するか
を知ることができる。このように本発明の物体検出装置
Ｂにあっては、一つの受信部２３で複数の検知領域Ｘ、
Ｙ、Ｚ・・・にある物体２５の存在を容易に知ることが
できる。

【００３４】図５に示すものは、本発明のミラー角度制
御装置Ｃの概略斜視図である。ミラー角度制御装置Ｃは
例えば自動車等の電動ミラーなどとして利用することが
できる。自動車等のドア３１に取り付けられたミラー角
度制御装置Ｃにあっては、カバー部３２の内部に球面モ
ータ３３が構成されており、ロータ１０表面にミラー３
４が固定されている。自動車の車内には、図５（ｂ）に
示すような２自由度を有する操作パネル３５が備えられ
ており、ミラー３４を傾斜させたい方向に操作パネル３
５を押すことにより球面モータ３３が駆動されてミラー
３４が傾斜する。所望する方向までミラー３４が傾斜し
たところで、操作パネル３５から離すとその場でミラー
３４は停止する。なお、３６は駆動する自動車左右に備
えられたミラー角度制御装置Ｃを切替えるためのスイッ
チであって、Ｒ側にしておくと右側のミラー角度制御装
置Ｃを駆動でき、Ｌ側にしておくと左側のミラー角度制
御装置Ｃを駆動することができる。

【００３５】このミラー角度制御装置Ｃにあっては、特
にステータ９とロータ１０との間は摩擦駆動となってい
るから、ミラー３４を直ちに停止させることができ、従
来の電磁モータを利用する場合に比べ、ミラー３４が所
望する停止位置より行き過ぎて停止したりせず、思いの
方向にミラー３４を傾斜させることができる。また、電
磁モータを利用する場合にはミラー３４の左右の角度調
整と上下の角度調整との２度の操作をしなければならな
かったが、本発明によれば、一度の操作でミラー３４を
自由な方向に傾斜させることができ、操作性も格段に向
上する。

【００３６】図６は、本発明によるアンテナ装置Ｄを示
す斜視図であって、アンテナ支柱４１の先端内部に球面
モータ４２が構成され、ロータ１０の出力軸４３にパラ
ボナアンテナなどの指向性を有するアンテナ４４が固定
されている。また、球面モータ４２下側のアンテナ支柱
４１には位置検出部４５が設けられており、ロータ１０
の方位が検出されている。しかして、制御部（図示せ
ず）から球面モータ４２を駆動することにより、受信強
度が最大となる方位にアンテナ４４を向けることができ
る。また、所望するアンテナ４４の方位を入力し、位置
検出部４５で検出されたロータ１０の方位と一致するま
で球面モータ４２を駆動するようにしてもよい。特に、
本発明にあっては制御性に優れており、小型化すること
が容易にできるので、発信源が移動する場合や受信源が
移動する場合などに用いる場合に好適である。例えば、
電波発信源が移動する場合や自動車、船舶などの移動物
体にアンテナ４４を取り付ける場合にあっては、変化す
る電波発信源の現在位置や移動物体の現在位置を制御部
に入力し、入力された現在位置に合わせて受信強度が最
大となるように自動的にアンテナ４４の方位を変化させ
たり、アンテナ４４の受信強度から球面モータ４２をフ
ィードバック制御することによって、受信強度が常に最
大となるようにアンテナ４４を電波発信源に向けること
が簡単にできる。

【００３７】図７は、本発明による太陽電池装置Ｅであ
って、支柱５１の先端内部に構成された球面モータ５２
の出力軸５３には、太陽光などの光を受光して電気エネ
ルギーに変換するソーラパネル５４が固定されている。
制御部（図示せず）は、ソーラパネル５４のエネルギ変
換効率が常に最大となるように、球面モータ５２を駆動
してソーラパネル５４の受光面の方位を自動的に制御し
ている。このためには、例えば、太陽光の入射角を検出
する入射角検知手段を受光面に設け、入射角検知手段か
ら得られた太陽光の入射角度が常に一定の角度（エネル
ギー変換効率が最大となる角度）となるように、位置検
出部５５でロータ１０の方位を検出しながら球面モータ
５２を駆動するようにするとよい。また、ソーラパネル
５４からの出力をモニタしながら球面モータ５２を駆動
し、ソーラパネル５４からの出力が最大となった時点で
球面モータ５２の駆動を停止することとしてもよい。特
に、本発明にあっては球面モータ５１を構成するステー
タ９とロータ１０との間は摩擦駆動となっているからバ
ックラッシなどによる位置ずれが生じず、ソーラパネル
５４を最適な方位に精度よく停止させることができる。

【００３８】本発明は上記の各実施例に限られるもので
なく、指向性を有するその他の装置について応用可能な
のはもちろんである。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、小型で軽量な指向角制
御装置とすることができ、例えばテレビカメラやアンテ
ナ、反射ミラーや太陽電池などの指向性を有する装置を
取り付け、指向角を精確に制御することができ、それら
の装置の性能を十分に発揮させることができる。また、
操作が簡単で、一度の操作で指向角を任意に変えること
もできる。

【００４０】特に、超音波モータの原理と同じくステー
タに発生させた微小振動でロータを回転駆動させた球面
モータにより駆動させると、さらに小型化することがで
きる。しかもこの場合には保持トルクが高く、電源を切
った場合でも指向角をそのまま維持させることができ
る。また、低速回転域で高いトルクを得ることができる
ので、重量のある指向性を有する装置に適した指向角制
御装置とすることができる。

【００４１】また、ロータに直接指向性を有する装置を
取り付けるようにすれば、さらに小型化できるととも
に、確実に指向性を有する装置を駆動することができ
る。

【００４２】本発明は、例えば、カメラを取り付けた撮
影装置や物体からの反射光や反射波などの受信装置を取
り付けた物体検出装置、反射ミラーを取り付けたミラー
角度調整装置、アンテナを取り付けたアンテナ駆動装置
や太陽電池を取り付けた太陽電池装置とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮影装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】（ａ）は同上の球面モータを示す一部断面した
概略構造図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ同上のステータを
示す正面図及び断面図である。

【図３】同上のロータの回転位置を検出するためにロー
タ表面に設けられたパターン図である。

【図４】本発明による物体検出装置を示す概略構成図で
ある。

【図５】（ａ）は本発明によるミラー角度制御装置を示
す斜視図、（ｂ）は自動車の車内に設けられた操作パネ
ルを示す斜視図である。

【図６】本発明によるアンテナ装置を示す一部破断した
斜視図である。

【図７】本発明による太陽電池装置を示す一部破断した
斜視図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は、従来例の雲台を示す平面図及
び正面図である。

【符号の説明】

１駆動部（球面モータ）２駆動制御部３位置検出部４駆動操作部９ステータ１０ロータ１７圧電素子２２発信部２３受信部Ｘ、Ｙ、Ｚ検知領域

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/222 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指向性を有する装置を取り付けるための
任意の方向に回転駆動可能な球面モータと、前記球面モータを駆動制御し、前記指向性を有する装置
の指向角を調整するための制御手段とを有する指向角制
御装置。
【請求項２】前記球面モータは、複数のステータを略
球状のロータの表面に圧接させ、ステータに発生させた
微小振動をロータへ伝達させて当該ロータを回転駆動さ
せるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の指向
角制御装置。
【請求項３】前記ロータに、前記指向性を有する装置
を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項２に記
載の指向角制御装置。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載の指向角制御
装置にカメラを取り付け、当該指向角制御装置を駆動す
ることにより複数の領域を撮影することを特徴とする撮
影装置。
【請求項５】請求項１、２又は３に記載の指向角制御
装置に物体からの反射光又は反射波を受信する受信手段
を取り付け、当該指向角制御装置を駆動することにより
複数の領域からの反射光又は反射波を受信することを特
徴とする物体検出装置。
【請求項６】請求項１、２又は３に記載の指向角制御
装置に反射ミラーを取り付け、当該指向角制御装置を駆
動することにより前記反射ミラーのミラー角度を調整す
ることを特徴とするミラー角度調整装置。
【請求項７】請求項１、２又は３に記載の指向角制御
装置にアンテナを取り付け、当該指向角制御装置を駆動
することにより前記アンテナの向きを制御することを特
徴とするアンテナ装置。
【請求項８】請求項１、２又は３に記載の指向角制御
装置に太陽電池を取り付け、当該指向角制御装置を駆動
することにより、前記当該太陽電池のエネルギー変換効
率が最良となるように前記太陽電池の向きを自動制御す
ることを特徴とする太陽電池装置。