JP3662066B2 - 雲台用サーボ回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雲台用サーボ回路、特にテレビカメラのパン、チルトの動作、レンズ部のフォーカス、ズーム等の動作を位置検出器を用いて行うサーボ回路の制御内容に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、雲台を用いてテレビカメラを遠隔操作することが行われており、テレビカメラ自体をパン（左右方向）、チルト（上下方向）に駆動し、またレンズ部のフォーカス、ズームを駆動するために、サーボ回路が用いられる。このサーボ回路では、ポテンショメータ等の位置検出器により駆動部の動作位置が逐次検出され、この位置検出データをフィードバックすることにより、制御位置へ駆動対象を動かすことができる。
【０００３】
また、テレビカメラの駆動制御では、プリセットショット動作の機能があり、このプリセットショット動作は、上記パン、チルト等の動作位置をショット位置として前以てセットしておき、このショット位置へ操作釦によって自動的にカメラを動作させるものである。そして、このプリセットショット動作においては、上述した位置制御方式のサーボ回路が必要となり、位置検出器で得られた位置データに基づき、予めセットしたショット位置へ正確に動作させることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサーボ回路では、動作位置への静止精度（位置再現性）が位置検出器であるポテンショメータの精度や取付けシャフトの位置出し精度に左右され、ショット動作では必ずしもセットした位置へ高精度で動作させることができないという問題があった。即ち、上記ポテンショメータ自体及び駆動対象からポテンショメータまでの間には、いわゆるバックラッシュがあり、このバックラッシュの存在により駆動対象がプリセット位置よりも行き過ぎて停止する場合がある。
【０００５】
図９には、制御信号の出力とポテンショメータの出力との関係が示されており、図（Ａ）に示されるように、目標の位置Ｏが座標の（０，０）点にあるとすると、制御信号の出力と位置の関係は直線で表すことができるが、ポテンショメータの出力においては、図（Ｂ）のようなヒステリシス特性を示し、図（Ｃ）に示されるように、実際のパン動作で考えると、左方向（右側から左側）への動作Ｌにおいては、目標位置Ｏを超えて位置Ｏ1 まで駆動され、右方向（左側から右側）への動作Ｒにおいては、目標位置Ｏを超えて位置Ｏ2 まで駆動されることになる。
【０００６】
従って、上記のようなヒステリシス特性がある場合、ショット動作においては、予めセットした目標位置よりもずれた位置に静止させることになる。もちろん、ポテンショメータとして高精度のものを使用し、シャフトの位置出しを高精度とすれば、上記のずれ量を無視できる微小なものとすることができるが、この場合には高コスト化を避けることができない。
【０００７】
そして、上記の静止精度はレンズの焦点距離が短いときよりも、長いときに問題となり、例えば画角が２度となる焦点距離に設定されているとき、誤差が±１度あったとすると、場合によっては画面から撮影対象の半分が外れてしまう可能性がある。従って、焦点距離が長くなるとき、即ち遠くを拡大して観察する場合には、高い精度が要求される。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動対象を従来よりも高精度で静止させることが可能となる雲台用サーボ回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１請求項記載の発明は、テレビカメラの各駆動部に位置検出器を設け、この位置検出器の出力に基づき上記各駆動部を駆動制御すると共に、予め設定されたテレビカメラのショット位置にショット動作をする雲台用サーボ回路において、上記ショット位置のデータ及び駆動制御に関するデータを記憶するメモリと、上記位置検出器の出力に基づいて実行されるテレビカメラ動作の目標位置と実際の動作位置とのずれ量を演算し、そのずれ量を上記メモリに記憶するずれ量演算手段と、上記ショット動作時には上記メモリに格納されたずれ量を調整したショット位置の制御信号を出力する駆動制御手段と、を設けたことを特徴とする。上記の各駆動部とは、カメラ自体をパン、チルトに動作させる駆動部や、カメラレンズ部のズーム、フォーカス等の機能の駆動部を示している。
第２請求項記載の発明は、上記ずれ量演算手段は、上記ショット位置の設定（プリセット）時に、異なる動作方向毎にずれ量を調整したショット位置を演算し、このショット位置データをメモリに記憶することを特徴とする。
第３請求項記載の発明は、上記駆動制御手段は、動作方向に拘わらず、上記ショット位置よりも、上記ずれ量演算手段で得られたずれ量の１／２の量だけ手前の位置の制御信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
上記の第１及び第２請求項記載の構成によれば、プリセットしたショット位置である目標位置に対し、左右方向から実際にテレビカメラを動作させ、ずれ量が確認されたときには、動作方向を一致させて目標位置までの動作をやり直し、その停止位置を操作釦等により読み込む。そして、この停止位置と目標位置との差に基づいてずれ量が演算され、このずれ量はメモリに記憶される。また、その後のショット位置の設定では、動作方向毎に制御データとしてのショット位置を設定することとし、例えばパン駆動において右方向（動作ずれが生じると考えらる方向）動作の制御位置に対し、上記ずれ量を差し引いた手前の位置をショット位置として設定・記憶する。従って、この右方向動作では目標位置の手前の位置に駆動され、これにより目標位置に正確に静止させることが可能となる。
【００１１】
第３請求項記載の構成によれば、両動作方向において、上記ずれ量の１／２の量だけショット位置よりも手前の位置に駆動するように制御されることになり、これによっても静止精度を向上させることができる。これによれば、ずれ量調整の制御が簡単となる利点がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の一例である雲台用サーボ回路の構成が示されており、図の上側が雲台コントローラ、下側がパン及びチルトの雲台ヘッドの構成となっている。図において、コントローラ側では、ジョイスティック１０、ショット釦１１、ロータリーエンコーダ１２が設けられ、これら操作部材は入出力（Ｉ／Ｏ）部１４に接続されており、上記ジョイスティック１０とＩ／Ｏ部１４との間にはＡ／Ｄ変換器１３が設けられる。上記Ｉ／Ｏ部１４に接続して、ＣＰＵ（中央処理部）１５が設けられ、このＣＰＵ１５はインターフェース１６に接続される。
【００１３】
一方、パン及びチルトのヘッド側でも、インターフェース１８に接続してＣＰＵ１９が設けられ、このＣＰＵ１９にはショット位置やずれ量のデータを記憶するメモリ２０が接続される。即ち、上記ＣＰＵ１９では、任意の目標位置Ｐに対し、パン駆動では左右両方向（チルト駆動では上下両方向）の動作を実行した位置Ｐ1 ，Ｐ2 を判定し、ずれ量ＰO をＰO ＝｜Ｐ1 −Ｐ2｜ により演算する。そして、これらＰO ，Ｐ1 ，Ｐ2 のデータを上記メモリ２０の初期設定データ領域（１）に記憶する。
【００１４】
また、上記のＣＰＵ１９では、ショット位置のプリセット時に上記ずれ量ＰO を調整し、そのショット位置データ（制御データ）をメモリ２０［ショット位置データ領域（２），（３）等］に記憶するための制御を行っている。即ち、当該例では、ポテンショメータ（２６）のバックラッシュの影響が反転動作時に生じるということに着目し、プリセット時に実行した方向、例えば右方向（左側から右側）に動作して決定した場合は、そのショット位置を右方向動作のショット位置データとして記憶させ、プリセット実行時と逆方向、ここで左方向（右側から左側）動作のショット位置について、上記のずれ量分だけ手前にした位置を、左方向のショット位置データとして記憶させる。従って、この場合は、バックラッシュにより位置ずれが生じる左方向の動作のみがそのずれ量だけ手前に調整されて駆動制御されることになる。
【００１５】
上記ＣＰＵ１９には、入出力（Ｉ／Ｏ）部２１、Ｄ／Ａ変換器２２を介して、比較器２３及びサーボアンプ２４が接続され、このサーボアンプ２４にモータ２５が接続される。このモータ２５には、位置検出器としてのポテンショメータ２６が配置され、このポテンショメータ２６の検出信号は上記比較器２３にフィードバックされる。この比較器２３からポテンショメータ２６までの回路は、パン、チルトの駆動部毎に配置されており、レンズ部のフォーカス、ズーム等の駆動部にも配置される。なお、上記ポテンショメータ２６はレゾルバ、エンコーダ等の他の位置検出器としてもよい。
【００１６】
上記の比較器２３によれば、Ｄ／Ａ変換器２２から出力されたショット位置の制御信号からポテンショメータ２６から出力された現在位置の制御信号を差し引き、その差分を駆動信号としてサーボアンプ２４に出力する。そして、サーボアンプ２６は、駆動信号に対応した駆動電圧をモータ２５に供給することになり、これによって駆動対象が目標であるショット位置へ駆動される。
【００１７】
実施形態例は以上の構成からなり、パン駆動についての作用を図２乃至図７に基づいて説明する。図２及び図３には、ずれ量を演算し記憶する初期設定モード（ずれ量設定モード）の動作が示されており、各図では図（Ａ）に操作自体を示し、図（Ｂ）にコントローラ側の動作、図（Ｃ）にヘッド側の動作を示している。まず、操作釦等で初期設定モードにすると（ステップ１０１）、コントローラ（ステップ２０１）がＣＰＵ１５の制御により、初期設定モード信号をヘッドに出力し、ヘッド（ステップ３０１）ではメモリ２０の初期設定データ領域（１）へデータを記憶可能な状態とする。
【００１８】
そして、ジョイスティック１０を用いてマニュアル操作によりショット位置を決める（ステップ１０２）ことになる。このとき、コントローラ（ステップ２０２）がジョイスティック出力をＡ／Ｄ変換器１３からＣＰＵ１５に入力した後、その操作量をヘッドへ出力し、ヘッド（ステップ３０２）では、この操作量を位置制御信号に変換し、位置制御信号をＤ／Ａ変換器２２を介して駆動部へ出力する。従って、駆動部では上記位置制御信号とポテンショメータ２６から出力される現在の位置信号の比較出力がサーボアンプ２４へ供給され、このサーボアンプ２４の出力によりモータ２５が駆動される。
【００１９】
ここで、図７（Ａ）に示されるように、目標位置であるショット位置Ｐにテレビカメラを動作させたとすると、この動作後には、操作釦等でそのショット位置データ（制御のための位置データ）Ｐ1 を記憶する（ステップ１０３）。このとき、コントローラ（ステップ２０３）はストア信号をヘッドに出力するので、ヘッド（ステップ３０３）ではショット位置データＰ1 がメモリ２０のデータ領域（１）に記憶される。
【００２０】
次に、上記のショット位置と異なる場所にテレビカメラを移動させる（ステップ１０４）。ここで、コントローラ（ステップ２０４）及びヘッド（ステップ３０４）は、上記ステップ２０２及びステップ３０２と同じ動作を行う。そうして、ショット釦１１により、実際にショットを実行する（ステップ１０５）。このとき、コントローラ（ステップ２０５）はショット位置データＰ1 のロード信号をヘッドへ出力し、ヘッド（ステップ３０６）では、メモリ２０のデータ領域（１）からショット位置データＰ1 を読み出し、Ｄ／Ａ変換器２２を介して駆動部へ出力する。従って、この場合は、制御位置データＰ1 に基づき、上述したモータ２５によりプリセットされたショット位置Ｐへテレビカメラがパン駆動される。例えば、図７（Ａ）の矢示Ｒのように、右方向動作が実行される。
【００２１】
今度は、反対の方向からショット動作を実行する（ステップ１０６）。このとき、コントローラ（ステップ２０６）は上記ステップ２０４及び２０５と同じ動作を繰り返し、ヘッド（ステップ３０６）でも、上記ステップ３０４及び３０５と同じ動作を繰り返すことにより、反対方向からショット位置データＰ1 に基づいてショット動作が実行される。即ち、図７（Ａ）では矢示Ｌのように、左方向動作が実行される。
【００２２】
次に、上記の動作において、プリセットした位置Ｐと大きくずれたのはどちらの方向から実行したときであるかを確認し（ステップ１０７）、大きくずれた方向の動作において、ジョイスティック１０のマニュアル操作により逆戻りしプリセット位置Ｐで停止させる（ステップ１０８）。例えば、図７（Ａ）に示されるように、左方向動作Ｌが位置Ｐからずれた場合は、一旦右へ大きく戻し、再度左方向へ動かして位置Ｐで停止させる。ここで、位置Ｐで停止できずに通り過ぎてしまった場合は、必ず動作方向を一致させた状態（この場合は左方向）として、丁度位置Ｐで停止するようになるまでやり直す。このようにして設定したときの制御位置がＰ2 となる。
【００２３】
その後、操作釦等によって上記停止位置の読込み操作を行う（ステップ１０９）。このとき、コントローラ（ステップ２０９）はストア信号をヘッドへ出力し、ヘッド（ステップ３０９）では、ストア信号により停止位置データＰ2 をメモリ２０のデータ領域（１）へ記憶する。最後に、初期設定モードを解除することになり（ステップ１１０）、コントローラ（ステップ２１０）は当該解除信号を出力する。このとき、ヘッド（ステップ３１０）では、ＰO ＝｜Ｐ1 −Ｐ2｜を演算し、次のステップ３１１で演算値ＰO をメモリ２０のデータ領域（１）に記憶する。なお、このような初期設定は、上述のように実際に使用するコントローラーで行ってもよいし、回転式ツマミ（エンコーダ、ボリューム）等の初期設定専用治具を用いて行ってもよい。
【００２４】
図４及び図５には、ショット位置のプリセット時の動作が示されており、図４（Ａ）に操作自体を示し、図４（Ｂ）にコントローラ側の動作、図５にヘッド側の動作を示している。図４において、まずマニュアル操作でショット位置を決めることになるが（ステップ１２１）、このときコントローラ（ステップ２２１）は、初期設定モードの場合と同様に、ジョイスティック１０の出力をＣＰＵ１５に入力した後、その操作量をヘッドへ出力し、ヘッド（ステップ３２１）では、この操作量を位置制御信号に変換し、位置制御信号をＤ／Ａ変換器２２を介して駆動部へ出力するので、テレビカメラが例えばパン駆動の所望のショット位置へ動かされる。
【００２５】
そして、上記のショット位置が決った後に、メモリ釦を押し（ステップ１２２）、その後に記憶したい番号のショット釦を押す（ステップ１２３）操作をするが、このときコントローラはストア信号をヘッドへ出力し（ステップ２２２）、またショット番号もヘッドへ出力する（ステップ２２３）。
【００２６】
一方、ヘッドでは、図５に示されるように、ステップ３２２でプリセット時の動作方向は、右方向であったか否かを検出する。ここでは、図７（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、ショット位置Ｑへプリセットする場合を考え、図７（Ｂ）の矢示Ｒのように、右方向動作であったとすると、ステップ３２３で、右方向に動作するときのショット位置データＱ1 として現在位置を、ショット番号と共にメモリ２０のデータ領域（２）へ記憶する。即ち、静止位置のずれの原因であるポテンショメータ２６のバックラッシュは、一般に方向が反転する際に現れることから、プリセット時の上記右方向動作Ｒと同一の右方向動作のショット位置データＱ1 は、目標とするショット位置Ｑと一致する。従って、当該例では、同一の動作方向のデータはそのまま用いる。
【００２７】
そして、次のステップ３２３において、上記の初期設定モードで演算したずれ量ＰO だけ右側の位置Ｑ2 をショット番号と共に、メモリ２０のデータ領域（３）へ記憶する。即ち、この場合は、上記理由から左方向動作のショット位置データＱ2 についてのみ、上記Ｑ1 からずれ量ＰO だけ手前の位置に設定しており、この位置Ｑ2 に駆動制御することにより、実際の左方向動作では、実線の矢示Ｌで示されるように、目標のショット位置Ｑで停止できるようにする。
【００２８】
また、上記ステップ３２２にて左方向の動作であると判定されたときは、ステップ３２５にて、左方向に動作するときのショット位置データＱ2 として現在の位置をショット番号と共にメモリ２０のデータ領域（３）へ記憶する。次のステップ３２６では、上記ずれ量ＰO だけ左側の位置Ｑ1 をショット番号と共に、メモリ２０のデータ領域（２）へ記憶する。
【００２９】
このときの状態が、図７（Ｃ）に示されており、プリセット時の動作方向が矢示Ｌのように、左方向であったとすると、同一の左方向動作のショット位置データＱ2 は、目的とするショット位置Ｑと一致する。従って、左方向動作のショット位置データＱ1 についてのみ、位置Ｑ2 からずれ量ＰO だけ手前の位置に設定しており、これによって、実際の右方向動作では、実線の矢示Ｒで示されるように、目標のショット位置Ｑで停止できることになる。
【００３０】
図６には、実際のショットの動作が示されており、図（Ａ）に操作自体を示し、図（Ｂ）にコントローラ側の動作、図（Ｃ）にヘッド側の動作を示している。まず、ある番号のショット釦１１を押す（ステップ１３１）と、コントローラ（ステップ２３１）は、そのショット番号をヘッドへ出力する。そうすると、ヘッドでは、ステップ３３１でショット番号を入力し、そのショット番号の右方向動作のショット位置データＱ1 をロードする（ステップ３３２）と共に、左方向動作のショット位置データＱ2 をロードする（ステップ３３３）。
【００３１】
次のステップ３３４では、上記ショット位置データＱ1 が現在位置よりも右方向か否かを判定しており、右方向（Ｙ）のときは、ステップ３３５にてショット位置Ｑ1 までモータ２５を駆動する。一方、ステップ３３４で、左方向（Ｎ）であると判定されたときは、ステップ３３６にてショット位置Ｑ2 までモータ２５を駆動する。これによれば、図７（Ｂ），（Ｃ）で説明したように、いずれかの方向のずれ量が調整されて、目標位置Ｑに正確に静止することになる。
【００３２】
図８には、従来の図９との比較図が示されており、上記例の動作では、図（Ａ）の制御信号で示されるように、両方向動作が共に手前の位置に制御されることになる。従って、図（Ｂ）のようなヒステリシス特性がポテンショメータにおいて生じる場合でも、図（Ｃ）に示されるように、実際の駆動では、右方向動作Ｒ及び左方向動作Ｌの両動作において、目標のショット位置Ｑに正確に静止させることが可能となる。
【００３３】
上記実施形態例では、右方向動作のショット位置データＱ1 と左方向動作のショット位置データＱ2 の両者をメモリ２０に記憶しているが、これらのデータＱ1 ，Ｑ2 のいずれか一方を記憶し、ショット実行時にずれ量ＰO により他方の位置を演算し、これを出力するようにしてもよい。また、上記ずれ量ＰO に関するデータを記録するメモリ２０の初期設定データ領域（１）は、ＲＯＭ化して組み込み、このＲＯＭ内に多数のＰO の値を書き込んでおき、初期設定時に一つのＰO 値を選択して用いてもよく、また各種のＰO 値をそれぞれ別のＲＯＭに書込み、ＲＯＭを選択して組み込むようにしてもよい。
【００３４】
更に、ヘッドのＣＰＵ１９では、動作方向に拘わらず、上記ずれ量の１／２の量だけ、ショット位置よりも手前の位置の制御信号を出力するようにしてもよい。即ち、例えば上記のパン駆動において、プリセットしたショット位置（Ｑ3 ）に対し、左方向動作及び右方向動作の両者において、（１／２）ＰO の量の手前の位置の制御信号を出力し、これによってモータ２５を駆動するようにしてもよい。
【００３５】
これによれば、少なくともずれ量の１／２程度が改善され、プリセット時のショット位置とは１／２程度のずれが生じるが、方向によるずれはなくなり、ショットの実行では必ず同一位置に停止するので、位置再現性が向上する。また、動作方向毎の制御をする必要がないので、設定操作及び制御構成を簡略化することができるという利点がある。
【００３６】
また、上述した位置検出器から駆動対象までのバックラッシュ量が作動範囲の各場所で異なる場合には、その作動範囲を幾つかに区分し、例えば３区分に分割した場合は、３つの領域毎にずれ量（ＰO ）を記憶・設定することもできる。従って、この場合のショット動作においては、目標位置の領域を判定し、その領域のずれ量を調整して駆動対象を動作させることになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、第１請求項記載の発明によれば、位置検出器の出力に基づいて実行されるテレビカメラ動作の目標位置と実際の動作位置とのずれ量を演算し、そのずれ量を上記メモリに記憶すると共に、ショット動作時には上記ずれ量を調整したショット位置の制御信号を出力するようにしたので、高精度でないポテンショメータを使用した場合でも、駆動対象を高精度で静止することが可能となり、高コスト化を避けることができる。また、高精度の位置検出器を使用した場合には、更に静止精度を向上できることになる。
【００３８】
第２請求項記載の発明によれば、ショット位置のプリセット時に、異なる動作方向毎にずれ量を調整したショット位置を演算し、このショット位置データに基づいて駆動制御したので、ずれ量の調整が正確に行われる。
【００３９】
第３請求項記載の発明によれば、動作方向に拘わらず、ショット位置よりも、上記ずれ量演算手段で得られたずれ量の１／２の量だけ手前の位置の制御信号を出力しており、これによっても静止精度を向上でき、しかもずれ量調整の制御が簡単となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例としての雲台用サーボ回路の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例における初期設定モード（ずれ量設定モード）の動作を示すフローチャートで、図（Ａ）は操作自体、図（Ｂ）はコントローラの動作、図（Ｃ）はヘッド側の動作の図である。
【図３】実施形態例の上記初期設定モードにおいて、図２の動作の続きを示すフローチャート図である。
【図４】実施形態例のショット位置のプリセット時の動作を示すフローチャートで、図（Ａ）は操作自体、図（Ｂ）はコントローラの動作の図である。
【図５】実施形態例のショット位置のプリセット時の動作を示すフローチャートで、ヘッド側の動作の図である。
【図６】実施形態例のショット動作を示すフローチャートで、図（Ａ）は操作自体、図（Ｂ）はコントローラの動作、図（Ｃ）はヘッド側の動作の図である。
【図７】図１のサーボ回路での動作状態を示し、図（Ａ）は初期設定時の動作状態、図（Ｂ），（Ｃ）はプリセット時の動作状態の図である。
【図８】図１のサーボ回路での制御状態を示し、図（Ａ）は制御信号の出力と位置の関係、図（Ｂ）はポテンショメータの出力と位置の関係、図（Ｃ）は実際の動作状態の図である。
【図９】従来のサーボ回路での制御状態を示し、図（Ａ）は制御信号の出力と位置の関係、図（Ｂ）はポテンショメータの出力と位置の関係、図（Ｃ）は実際の動作状態の図である。
【符号の説明】
１０ … ジョイスティック、
１１ … ショット釦、
１５，１９ … ＣＰＵ、
２０ … メモリ、
２４ … サーボアンプ、
２５ … モータ、
２６ … ポテンショメータ。

Claims (3)

1. テレビカメラの各駆動部に位置検出器を設け、この位置検出器の出力に基づき上記各駆動部を駆動制御すると共に、予め設定されたテレビカメラのショット位置にショット動作をする雲台用サーボ回路において、
   上記ショット位置のデータ及び駆動制御に関するデータを記憶するメモリと、
   上記位置検出器の出力に基づいて実行されるテレビカメラ動作の目標位置と実際の動作位置とのずれ量を演算し、そのずれ量を上記メモリに記憶するずれ量演算手段と、
   上記ショット動作時には上記メモリに格納されたずれ量を調整したショット位置の制御信号を出力する駆動制御手段と、を設けたことを特徴とする雲台用サーボ回路。
2. 上記ずれ量演算手段は、上記ショット位置の設定時に、異なる動作方向毎にずれ量を調整したショット位置を演算し、このショット位置データをメモリに記憶することを特徴とする上記第１請求項記載の雲台用サーボ回路。
3. 上記駆動制御手段は、動作方向に拘わらず、上記ショット位置よりも、上記ずれ量演算手段で得られたずれ量の１／２の量だけ手前の位置の制御信号を出力することを特徴とする上記第１請求項記載の雲台用サーボ回路。

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