JPS6258231A - 物体自動追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明はカメラ等に組込んで使用される物体自動追尾
装置に関するものであシ、特に、公知の自動追尾装置付
きカメラよシも小型のカメラを実現するととのできる新
規な物体自動追尾装置に関するものである。

〔発明の背景〕

カメ２等の撮像機器で移動物体の無人撮影を行った）、
無人監視を行ったシする場合には、該移動物体を自動的
に追尾する装置が必要となる。

従来、カメラで移動物体を追尾撮影したシ、或いは自分
自身を追尾撮影したシする場合には、公知の遠隔操作式
カメラ支持台（リモコン付き雲台）が使用されていたが
、公知の遠隔操作式カメラ支持台では移動物体を正確に
追尾することはできなかった。そこで、このような情況
を改善するために、移動物体を自動的に追尾して撮影す
ることができる自動撮影装置が提案されている（特開昭
６０−６３５２７号公報参照）。

この自動撮影装置は第５図に示すように、レン）ｅ２を
有する撮影装置本体１の両側にループアンテナ３及び４
を設け、該アンテナの出力を差動増幅器５に入れて両出
力の偏差分を増幅し、この偏差分に応じて駆動回路６で
モータ７を介して撮影装置本体１をいずれか一方に回転
させ、これによシ、撮影装置本体１を被写体の方へ自動
的に向けるように構成されている。そして、被写体に持
たせた電波発信器から発射される電波がいずれのループ
アンテナによシ強く受信されるかによって被写体に対す
る撮影装置本体の姿勢や傾き等を検出し、両アンテナに
受信される電波強度が等しくなるまで撮影装置本体１を
回転させて被写体の追尾を行う。

しかしながら、この自動撮影装置では電波発信器とそれ
ぞれのループアンテナとの距離ｒ！とｒ、とのわずか外
差Δｒ（＝ｌｒｓ　　ｒ＊Ｉ）を受信電波の強度差とし
て検出する方式であるため、電波検出精度を高くする必
要性から各ループアンテナをかなシ大きくするとともに
互いにある程度離して設置する必要があシ、その結果、
これらのループアンテナを含めた装置全体の体積がかカ
シ大型になってしまうという欠点があった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は前記の如き欠点のない物体自動追尾装
置を提供することであシ、特に、カメラ等のがディーか
ら大きく突出することなく完全にカメラ内に内蔵しうる
小型の物体自動追尾装置を提供することである。

〔発明の概要〕

との発明による物体自動追尾装置では、物体の方向検出
方式として電波検出方式の代シに光検出方式を採用し、
検出装置としてレンズ等の光学系装置と光電変換素子と
を使用しているため、電波検出方式の物体自動追尾装置
にくらべて極めて小型であることを特徴とするものであ
る。また、物体の方向検出方式として光検出方式を採用
しているため、その検出装置としての光学系や光電変換
素子及び電子回路の一部をカメラ等の撮影装置や監視装
置の構成部分と共用することもでき、従りて、本発明装
置をカメラ等に一体化した場合には前記の自動撮影装置
よシもはるかに小型化することができる。

本発明の物体自動追尾装置では、物体から放射される光
を光学系を通して複数の受光素子に結像させ、各受光素
子の出力を互いに比較することによって該光学系への入
射光の方向（すなわち、該物体の方向）や物体の位置を
検出するとともに該物体に対する該光学系の向き及び偏
りを検出し、その検出値に応じて前記偏りをなくすよう
に（該光学系を該物体の方向に向けるように）該光学系
を駆動する。

以下に述べる本発明の実施例では、本発明の物体自動追
尾装置として二つの方式がそれぞれ第１図および第４図
に示されている。

また、受光素子が２個のものと、受光素子が多数あるも
のと、が開示されている。後者の装置（すなわち１．受
光素子が多数ある装置）では物体に対する自動追尾装置
の向きと偏り（もしくは、自動追尾装置に対する物体の
方向）ばかシでなく、物体の凡その位置と物体の正確な
方向とを検出することができるので高速追尾を行うこと
ができる。

〔発明の実施例〕

以下に第１図乃至第４図を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の第一実施例を示す概略図であシ、第１
図（、）は物体すなれち被写体に保持させておくための
発光部８の概略構造を示し、第１図（ｂ）はカメラ等の
撮像機器と一体化されている本発明の自動追尾装置１２
の概略構造を示している。

発光部８は、電源９、周波数変調回路１ｏ、及び発光素
子１１から構成されている。発光素＋１１として本実施
例では赤色発光ダイオードが用いられておシ、該発光素
子１１は周波数変調回路１０によって変調された光を発
生する。従って、外部の光の影響が除去され、自動追尾
装置１２に確実に発光部８の存在が検出されうるように
なっている。

自動追尾装置１２には、発光素子１１の光を受光するだ
めの光学系１３と、該光学系１３を透過した光が結像さ
れる複数の受光素子１４．１５と。

が設けられているほか、自動追尾装置１２の筐体部工６
を駆動させるための駆動装置１７と、受光素子１４．１
５から発生する電気信号を処理するための電子回路群と
が設けられている。

光学系１３は図では一枚のレンズとして表わしであるが
、実際には種々の光学素子の組合せで構成されているも
のであシ、発光素子１１の波長以外の光を遮断するフィ
ルタのほか、反射鏡等の光学系要素を含むものである。

受光素子１４．１５はたとえばフォトダイオードの如き
半導体素子であシ、この実施例では２個の受光素子１４
及び１５が光学系１３の光軸に関して対称に配置されて
いる。受光素子１４及び１５はその面に入射した光の面
積に比例する電気信号を発生するので、該受光素子を光
学系の光軸に関して対称に配置するととによシ、入射光
の方向に比例した電気信号を得ることができる。

第２図は受光素子１４，１５の面上に発光素子１１から
の光がスポット像１８となって結像する状態を示したも
のであシ、第２図（、）のようにス−、ト像１８が２個
の受光素子１４及び１５に等しくかかっている場合は、
両受光素子１４及び１５から同じ大きさの電気信号が発
生するが、第２図伽）のようにスポット像１８が一方の
受光素子１４に非常に多くかかっている場合は受光素子
１４から発生する電気信号は他方の受光素子１５から発
生する電気信号よシも著しく大きくなる。

各受光素子１４及び１５の出力端にはそれぞれ増幅器１
９及び２０が接続されておシ、各増幅器１９及び２０の
それぞれの出力端にはバンド／ｆスフイルタ２１が接続
されている。バンドパスフィルタ２１における透過周波
数は透過周波数選択回路２２において設定されるように
なりている。バンドパスフィルタ２１における透過周波
数を発光部８の周波数変調回路１０における変調周波数
と一致させることによシ発光素子１１から発生した信号
中から被変調波のみが取出され、周囲の光の影響が除去
される。

２３は差動増幅器であシ、受光素子１４及び１５から生
じた信号の絶対値差に等しい大きさの出力を発生する。

従って、増幅器１９及び２０から差動増幅器２３に至る
回路は被写体すなわち発光部８に対する自動追尾装置の
筐体部１６の向きと偏り（もしくは、自動追尾装置に対
する物体の方向）を検出する回路を構成している。

２４は駆動装置１７を駆動させるだめの駆動回路であシ
、差動増幅器２３の出力の大きさと極性とに応じて駆動
装置を正回転もしくは負回転させる。

２５は筐体部１６に連結された駆動軸であシ、駆動装置
１７に直結されている。

なお、自動追尾装置１２をカメラ等の撮像機器と一体化
する場合には筐体部１６を撮像機器の筐体部と共通構造
にして該筐体部の中に撮影レンズ系を収容するようにし
てもよいが、自動追尾装置１２がカメラ等の撮像機器と
別体の場合は、筐体部１６を該撮像機器の筐体部に取付
けできるように構成する。

次に第１図の実施例における自動追尾装置１２の動作を
説明する。

発光部８を保持した被写体が自動追尾装置１２の光学系
１３の光軸上に存在している場合、受光素子１４及び１
５の面上には第２図（ａ）のように発光部８から発射さ
れた光のスポット像１８が両受光素子１４及び１５の境
界線（すなわち光学系１３の光軸上に）を中心として両
受光素子の面にそれぞれ均等に結像するので両受光素子
１４及び１５からは互いに等しい大きさの電気信号が生
じることになシ、その結果、差動増幅器２３に対する二
つの入力は等しくなるため、差動増幅器２３の出力は生
じない。従って、駆動回路２４の入力及び出力もないた
め、駆動装置１７は駆動されないＯ この状態から被写体が図において右方向に移動して発光
部８からの光が光学系１３の光軸から外れた方向から光
学系に入射するようになると、受光素子の面上に形成さ
れるスポット像１８は第２図（ｂ）のように受光素子１
４０面上に多くかかりてくるため、該受光素子１４の出
力信号のレベルが他方の受光素子１５の出力信号のレベ
ルよシも高くなる。従って、差動増幅器２３にはレベル
の異った二つの入力信号が印加されるため、差動増幅器
２３からは両人力信号の差に等しい出力信号（この場合
、との出力信号の極性を正と仮定しておく。）が発生し
、駆動回路２４はこの信号のレベルと極性とに一致する
動作を駆動装置１７に行わせる。すなわち、駆動回路２
４は駆動装置１７を時計方向（すなわち右向き）に回転
させ、光学系１３の光軸が発光部８の発射光線と一致す
るまで（両受光素子１４及び１５に結像するスポット像
の面積比が１になるまで）筐体部１６を右向きに回動さ
せる。そして、発光部８からの発射光線が光学系１３の
光軸上に来た時には差動増幅器２３の出力信号が零とな
るので筐体部１６の回動は停止される。

なお、被写体が左向きに移動した時の追尾動作も前述の
動作とほぼ同様に（但し、差動増幅器２３に対する二つ
の入力のレベルの増減が前記とは逆になるとともに駆動
装置１７の回転方向が前記とは逆の反時計方向になるこ
とを除けば）行われるので、説明を省略する。

第１図の実施例では同図示の方式によシ被写体追尾を行
う場合を示したが、第４図の実施例のように第１図の方
式とは異なる方式によシ被写体追尾を行わせるように装
置を構成してもよいことは轟然である。第４図の実施例
によれば発光部８の周波数変調回路１０の代シにエンコ
ード回路を使用する一方、自動追尾装置１２内のバンド
パスフィルタ２１の代シにデコード回路を使用すればよ
い。更に、周波数変調と符号化とを組合せて装置構成を
行ってもよい。

第１図の実施例では一つの被写体の追尾を行う場合のみ
を示したが、複数の被写体がありて順次各校写体に追尾
目標を切替えていくような場合にも第１図の実施例の基
本構成を適用するととができる。すなわち、と（のよう
な場合には、各被写体毎に互いに異なる変調周波数の発
光部を保持させておき、自動追尾装置側では、目標とす
る被写体の変調周波数を透過周波数選択回路２２で選択
する。この変調周波数を切シ換えることによシ、複数被
写体が存在する場合も任意の被写体を追尾目標として選
択し追尾するととができる。この場合、符号化方式で装
置構成を行うためには、各被写体の発光部毎に符号形式
を異ならせておき、追尾装置側ではデコード回路の符号
を各被写体の追尾毎に変えていけばよい。

第３図は第１図の変形実施例を示したものであシ、同図
においては不要な部分の図示は省略されている。

第３図に示した実施例では、受光素子１４゜１５と自動
追尾装置の光学系１３との間に任意の相対的位置関係を
形成できるように構成したことを特徴とするものである
。すなわち、この実施例では受光素子１４及び１５を一
体として支持する支持枠２７を設けるとともに該支持枠
２７を光学系１３の光軸に対して直交方向に移動させる
受光素子横方向移動装置２８を設け、更に該移動装置２
８を制御するための制御装置２９（以下の説明から明ら
かとなるように、この制御装置２９はカメラの如き撮像
機器の場合、構図指定装置となる。）を設けたことを特
徴とする。

この実施例においては被写体２６を光学系光軸に対し図
示の如く角度αだけ偏らせたまま（すなわち、カメラの
場合、被写体を画面中央から指定した量だけオフセット
させたまま）で自動追尾することかできるため、いわゆ
るオート７レーミングを行うことができる。従って、制
御装置２９は構図指定装置を構成することになる。

々お、この実施例では受光素子を光学系の光軸に対して
直交方向に移動させる場合を示したが、受光素子は固定
で光学系１３をその光軸と直交する軸線のまわルに回動
させる構成としてもよい。

第１図の実施例に示した自動追尾装置では被写体からの
発光光線と光学系１３の光軸との偏り（すなわち、被写
体に対する自動追尾装置の姿勢もしくは向きの偏＃））
が検出されるように構成されているが、被写体の位置を
検出することはできないので前記自動追尾装置では高速
追尾を行うことができない。つまシ、前記自動追尾装置
では高速移動する被写体を追尾することは殆んど不可能
である。

また、前記自動追尾装置では被写体検出をアナｐグ方式
で行っているので周囲の光ノイズによって誤検出が起シ
やすい。

従りて、高速で正確な自動追尾を行うためには第１図の
構成よシも更に精緻な構成を必要とする。

第４図に示す実施例は、二値信号による検出方式に基い
て構成された自動追尾装置１２Ａの概略図であシ、同図
において第１図と同一符号で表示された部分は第１図の
装置と同一構成の部分である０ この実施例の自動追尾装置では、光学系１３の後方に多
数の受光素子３０〜３９を配置し、これらの受光素子の
うち最も受光量の多い素子と二番目に受光量の多い素子
とを電子回路で選択し、この素子に入ってくる光の方向
に被写体が存在すると判定して駆動装置１７で筐体部１
６をその方向に向けさせることによシ該被写体を追尾さ
せる。

また、この実施例の自動追尾装置では、電子回路による
構図指定装置が設けられておシ、被写体と筐体部１６と
の相対的傾きを電子的に設定させうるように構成されて
いる。

第４図において、３０〜３９はフォトダイオードの如き
半導体素子から成る受光素子、４０〜４９は増幅器、５
０及び５１は各受光素子の出力信号のうちの最大値のも
のを検出するピーク検出回路。

５２は特定の受光素子の出方信号をピーク検出回路５１
に入力させぬようにする禁止回路、５３及び５４はデコ
ード回路、５５及び５６はアンドゲート、５７は駆動装
置１７における駆動量を演算するための駆動量演算回路
、５８は構図指定装置、５９は駆動装置１７を制御する
駆動回路、である。

前記構成において、ピーク検出回路５ｏは最も受光量の
大きな受光素子を検出するのに用いられ、一方、ピーク
検出回路５１及び禁止回路５２は第２番目に受光量の多
い受光素子を検出するために使用される。また、デコー
ド回路５３及び５４はピーク検出回路５０及び５１で選
択された受光素子の出力信号に予め設定された符号化が
なされているか否かを判定する機能を有し、設定された
符号化がなされていれば（つまシ、その受光素子に入射
した光が発光部から出たものであることが検出された時
には）、Ｈレベル（オン）の出力を発生し、設定された
符号化がなされていなければＬレベル（オフ）の出力を
発生する。なお、第４図には発光部が図示されていない
が、第４図の自動追尾装置１２Ａとともに使用される発
光部は第１図に示した発光部において周波数変調回路１
ｏの代シにエンコード回路を設けた構造のものであシ、
従って、その発光素子からはパルス変調された光が発光
することになる。

次に前記の如き自動追尾装置１２Ａの各部の作動につい
て説明する。

発光部（図示せず）から発した光が光学系１３を通って
受光素子３０〜３９上に結像すると、各受光素子にはそ
の受光量に応じた大きさの電気信号が発生し、該電気信
号は増幅器４０〜４９で増幅された後、ｆ−り検出回路
５０と禁止回路５２に一加される。ピーク検出回路５０
では印加された電気信号のうち最も大きい信号を発生し
た受光素子を検出して該素子のアドレスとその信号（デ
ータ）とを出力する。このうち、アドレス出力は禁止回
路５２に印加され、このため、禁止回路５２ではとのア
ドレスに該当する入力信号を抑圧して出力させないよう
に作動する。従って、禁止回路５２からの出力は最も受
光量の多かりた受光素子の出力信号を除いた残シの受光
素子の出力信号と々る。その結果、ピーク検出回路では
残シの受光素子のうちから最も受光量の多い（すなわち
、２番目に受光量の多かった受光素子）受光素子が検出
されるとともに該素子のアドレスとその信号（データ）
とが出力される。

前記のようにして、ピーク検出回路５ｏ及び５１ではそ
れぞれ最も受光量の多い受光素子と２番目に受光量の多
い受光素子とが選択され、それらの受光素子の出力信号
（データ）はそれぞれデコード回路５３及び５４におい
てデコードされ、その結果、各信号が発光部において発
生されたものであることが検出されると、各デコード回
路５３及び５４からはＨレベル（すなわちオン信号〕の
出力が発生する。この場合、デコード回路５３の出力が
Ｈレベルになったとすれば、アンドゲート５５はオンと
なって最も受光量の多かった受光素子のアドレスを出力
として発生し、一方、デコード回路５３の出力はＮＯＴ
グー）６０を介してアンドゲート５６に印加されるよう
になっているのでアンドダート５６からの出力は生じな
い。従って、駆動量演算回路５７には最も受光量の多か
った受光素子のアドレスが制御量として印加され、その
結果、駆動量演算回路５７ではこのアドレス値に光学系
１３の光軸を合せるように必要駆動量が演算される。ま
た、この場合、構図指定装置５８で前記アドレスとは別
の値のアドレスが設定されていれば、駆動量演算回路５
７では構図指定装置５８で設定されたアドレスとピーク
検出回路５０で設定されたアドレスとの加減算を行って
駆動装置で回転すべき回転角を出力する。

一方、ピーク検出回路５０からデコード回路５３に与え
られたデータが予め設定された符号化データではないこ
とがデコード回路５３で検出された場合は、デコード回
路５３の出力端子のレベルはＬレベル（すなわちオフ状
態）となるだめ、アンドゲート５６は導通することにな
シ、アンドｆ−）５６からは２番目に受光量の多かった
受光素子のアドレスが出力として発生し、駆動量演算回
路５７の入力として印加される。この場合、デコード回
路５３の出力はないのでアンドゲート５５は非導通であ
シ、従って、駆動量演算回路５７に印加される入力はア
ンドゲート５６の出力のみである。それ故、駆動量演算
回路５７では光学系１３の光軸を２番目に受光量の多か
った受光素子のアドレスに一致させるように駆動装置１
７０回転角を演算するが、この場合も構図ル定装置５８
からの設定信号があれば、ピーク検出回路５１で検出さ
れたアドレスとの加減算を行って最終的に駆動装置１７
の回転角を演算する。

なお、この実施例における構図指定装置５８の出力部は
カウンタ等のパルス発生器から成っているが、第３図の
実施例においても制御装置２９の部分のみは、このよう
な電子回路で構成することができる。

以上に説明したように、第４図の実施例では、ティジタ
ル方式の追尾装置であるため外部ノイズの影蕃を受けに
くく正確な追尾を行いやすいというととと、多数の受光
素子を設けてその中の最も受光量の多い受光素子を検出
しているので被写体に対する自動追尾装置の向きや偏り
のみならず被写体の凡よその位置までも検出することが
でき、その結果、第１図の実施例の自動追尾装置よシも
高速追尾を行うととができる。従りて、第４図の実施例
の自動追尾装置をカメラ等に搭載することによって、た
とえば野生動物の生態観察等を無人で行りたシ、高速移
動体の無人撮影を行ったシすることが可能となる。

なお、第４図の実施例における駆動量演算回路５７は第
１図のアナログ方式の装置においては駆動回路２４に含
められるべきものでｓｂ、第４図の実施例では、アンド
ゲート５５及び５６までが目標物体に対する光学系１３
及び筐体部１６の向きと偏りを検出するための回路を構
成していることになる。

また、前記実施例では一次元方向の追尾を行う場合のみ
を示したが、本発明を二次元方向の追尾装置として実現
することは容易である。すなわち、二次元追尾の場合に
は多数の受光素子を光学系エ３の光軸な中心として２次
元的に配置することによシ入射光の二次元方向の位置を
容易に検出することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明では光検出方式による物
体自動追尾装置を構成しているため、本発明の物体自動
追尾装置は電波検出方式による物体自動追尾装置よシも
小さく構成することができ、特に、本発明装置をカメラ
等の撮像機器に一体化して搭載した場合には、電波方式
による従来の自動撮影装置よシもはるかに小型の自動追
尾カメラを実現することができる。

面上の結像状態を示した図、第３図は第１図の装置にお
ける一部の変形実施例を示した図、第４図は本発明の第
二の実施例を示した概略図、第５図は電波検出方式によ
る公知の自動撮影装置の概略図、である。

８−・発光部　　　　　　９・−電源 １０−・・周波数変調回路　１１・・・発光素子１２．
１２Ａ−−・物体自動追尾装置 １３・・・光学系　　　　　１４　、１５−・・受光素
子１６・・・筐体部　　　　　１７・・・駆動装置１８
・・・スポット像　　　１９，２０・−増幅器２１・−
バンドパスフィルタ２２−・・透過周波数選択回路２３
−・・差動増幅器　　　２４・・・駆動回路２５・・・
軸　　　　　　　２７・−受光素子支持枠２８・・・受
光素子横方向移動装置 ２９・・・制御装置（構図指定装置） ３０〜３９−・・受光素子　４０〜４９・・・増幅器５
０．５１・・・ピーク検出回路 ５２・ｄ禁止回路　　　　　５３．５４−デコード回路
５５．５６・・・アンドｆ−）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体からの光を受光する光学系と、前記光学系を
   透過した光が結像される複数の受光素子と、前記光学系
   及び前記受光素子等を収容した筐体部を前記物体の方向
   に常に向けさせるための駆動装置と、前記各受光素子の
   出力に基いて前記物体に対する前記筐体部の向き及び姿
   勢の偏り等を検出する方向及び偏位検出回路と、前記方
   向及び偏位検出回路の出力に応じて前記駆動装置におけ
   る駆動量と駆動方向とを制御する駆動回路と、を具備し
   ていることを特徴とする物体自動追尾装置。
2. （２）物体からの光を受光する光学系と、前記光学系を
   透過した光が結像される複数の受光素子と、前記光学系
   及び前記受光素子等を収容した筐体部を前記物体が所定
   の構図で撮影できる方向に常に向けさせるための駆動装
   置と、前記各受光素子の出力に基いて前記物体に対する
   前記筐体部の向き及び姿勢の偏りを検出する方向及び偏
   位検出回路と、前記物体から前記光学系に対する入射光
   線の軸と前記光学系の光軸との間に常に所定の傾角を生
   じさせて常に所定の構図で前記物体を撮影もしくは監視
   するための構図指定装置と、前記方向及び偏位検出回路
   の出力と前記構図指定装置における設定値とに基いて前
   記駆動装置における駆動量と駆動方向とを制御する駆動
   回路と、を具備していることを特徴とする物体自動追尾
   装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、前記受光素子の
   うち、どの受光素子が最も多く前記物体からの入射光を
   受けたかによって前記物体の位置が検出されることを特
   徴とする物体自動追尾装置。