JP4493510B2 - カメラ旋回装置 - Google Patents

Description

この発明は、カメラ旋回装置に関し、特に例えば、ステッピングモータによってカメラを旋回させるカメラ旋回装置に関する。

この種のカメラ旋回装置として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、風や温度等の外的条件の変化に合わせて、ステッピングモータの回転速度または駆動電流が制御される。これによって、当該外的条件の変化による駆動時（旋回時）におけるステッピングモータのトルク不足が解消され、当該ステッピングモータの脱調が防止される、とされている。
特開２００１−１２８０３３号公報

ところで、上述のようなカメラ旋回装置においては、ステッピングモータの駆動時のみならず、静止時（旋回停止時）にも、脱調が発生することがある。この静止時の脱調は、主にステッピングモータに加わる振動が原因となって発生する。そして、このように静止時に脱調が発生すると、カメラの向きが変わってしまう、という、特に監視用途にとって致命的な問題が生じる。

そこで、この発明は、旋回停止時のカメラの向きを的確に固定することができる、カメラ旋回装置を提供することを、目的とする。

かかる目的を達成するために、この発明は、ステッピングモータによってカメラを旋回させるカメラ旋回装置において、当該ステッピングモータに加わる振動に関連する出力信号を生成する検出手段と、この検出手段の出力信号に基づいてステッピングモータの静止時のトルクを制御する制御手段と、を具備することを特徴とするものである。

即ち、この発明では、ステッピングモータに振動が加わると、この振動に関連する出力信号が、検出手段によって生成される。そして、この検出手段の出力信号に基づいて、制御手段が、ステッピングモータのトルクを制御する。具体的には、制御手段は、ステッピングモータに加わる振動が大きいほど当該ステッピングモータの静止時のトルクが大きくなるように、制御を行う。つまり、ステッピングモータに加わる振動が大きいほど、当該ステッピングモータに大きな静止トルクが掛けられる。そして、このように大きな静止トルクが掛けられることで、静止時におけるステッピングモータの脱調が防止される。

なお、この発明における制御手段は、ステッピングモータに供給される電流を加減することによって、静止トルクを制御するものとしてもよい。

また、この発明は、ステッピングモータの駆動力がベルト式の伝動手段を介してカメラに伝達される構造のものに、特に有効である。即ち、一般に知られている伝動手段として、例えばベルト式のものとギヤ式のものとがある。そして、ベルト式のものに比べて、ギヤ式の方が、摩擦係数が大きい。従って、例えば、伝動手段としてギヤ式のものが採用された場合には、当該伝動手段自体の摩擦が、ステッピングモータの静止状態を維持するのに大きく貢献する。これに対して、ベルト式の伝動手段が採用された場合は、ギヤ式のものほど当該摩擦による貢献を期待することができない。よって、その分、ステッピングモータは脱調し易くなる。このように脱調し易いとされるベルト式の伝動手段が採用されたものに、この発明は特に有効である。

この発明によれば、ステッピングモータに加わる振動が大きいほど、当該ステッピングモータに大きな静止トルクが掛けられる。そして、このように大きな静止トルクが掛けられることで、静止時におけるステッピングモータの脱調が防止され、ひいては旋回停止時のカメラの向きが的確に固定される。

この発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

この実施形態に係る監視カメラ装置１０は、図１に示すように、ドーム状の窓材１２を有するいわゆるドーム型カメラであり、当該窓材１２を含むカバー１４の内側には、図２に示すように、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型のカメラ１６と、このカメラ１６を旋回させるための旋回台１８とが、設けられている。このうち、カメラ１６は、ズームレンズ２０を備えており、また、オートフォーカス機能をも備えている。

一方、旋回台１８は、図２に矢印１００で示すように、カメラ１６の向きを垂直方向（エレベーション）方向に旋回させ、つまりチルトさせると共に、矢印１０２で示すように、当該カメラ１６の向きを水平（アジマス）方向にも旋回させ、つまりパンさせることもできる。このため、旋回台１８には、チルト用の５相式のステッピンクモータ２２と、パン用の５相式のステッピングモータ２４（図５参照）とが、別々に設けられている。

具体的には、旋回台１８は、カメラ１６を保持するための保持手段、例えばヘッド部２６を有しており、このヘッド部２６に、チルト用のステッピングモータ２２が、その回転軸を水平方向に延伸させた状態で取り付けられている。そして、このステッピングモータ２２の回転軸には、プーリ（小プーリ）２８が取り付けられており、この小プーリ２８は、図３に示すように、歯付ベルト３０を介して別のプーリ（大プーリ）３２に連結されている。なお、大プーリ３２もまた、ヘッド部２６に取り付けられており、この大プーリ３２の中心軸とカメラ１６の光軸とが互いに直角を成すように、当該大プーリ３２にカメラ１６が固定される。従って、チルト用のステッピングモータ２２が駆動されると、その駆動力が、小プーリ２８，ベルト３０および大プーリ３２から成る伝動機構３４を介して、カメラ１６に伝達される。これによって、カメラ１６が、水平方向に沿う軸（大プーリ３２の中心軸）を中心として回転し、チルト動作が実現される。

一方、パン用のステッピングモータ２４は、詳しい図示は省略するが、その回転軸を垂直方向に延伸させた状態で、旋回台１８を構成するベース部３６内に設けられている。そして、このベース部３６内において、当該パン用のステッピングモータ２４を駆動源とする上述と同様の伝動機構が、構成されている。そして、この伝動機構（大プーリ）に、ヘッド部２６が固定されている。従って、パン用のステッピングモータ２４が駆動されると、その駆動力が、当該伝動機構を介して、ヘッド部２６に伝達される。この結果、ヘッド部２６が、カメラ１６と共に、垂直方向に沿う軸（図２における一点鎖線）を中心として回転し、パン動作が実現される。

このように構成された監視カメラ装置１０は、例えば屋外の駐車場や公園を監視するのに用いられる。そして、この場合、当該監視カメラ装置１０は、図４に示すように、地面２００に垂直に設置されたポール２０２の上に取り付けられることがある。なお、この監視カメラ装置１０は、例えば図示しない管理室等の建物内に設置された図示しないコントローラおよびモニタ装置に接続される。そして、コントローラが操作されると、その操作内容に応じた制御信号が、当該コントローラから監視カメラ装置１０に送られ、この制御信号に従って、上述のチルト動作およびパン動作が制御される。また、ズームレンズ２０の動作も、当該制御信号に従って制御される。そして、監視カメラ装置１０からは、撮影映像を表す映像信号が出力され、この映像信号は、モニタ装置に送られる。これによって、当該モニタ装置の画面に監視映像が映し出される。

ところで、上述の如く監視カメラ装置１０が屋外に設置された場合、特にポール２０２という弾性のある物体に取り付けられた場合には、例えばその近傍をトラック等の大型の自動車が通行することによって、当該監視カメラ装置１０に振動が加わることがある。また、比較的に強い風が吹いたときも、この風によってポール２０２が揺らされ、その振動が、監視カメラ装置１０に伝わることもある。そして、このように監視カメラ装置１０に加わった振動は、当然に、その内部にある上述のステッピングモータ２２および２４にも伝わり、これによって、当該ステッピングモータ２２および２４が脱調することがある。このように脱調が生じる、特にステッピングモータ２２および２４が静止しているときに当該脱調が生じると、カメラ１６の向きが変わってしまい、監視作業に支障を来たす恐れがある。

そこで、この実施形態の監視カメラ装置１０においては、かかるステッピングモータ２２および２４の静止時における脱調を防止し、ひいては旋回停止時のカメラ１６の向きを的確に固定するべく、次のような工夫が成されている。

即ち、図４に示すように、監視カメラ装置１０の近傍に振動センサ３００が設けられる。この振動センサ３００は、監視カメラ装置１０に加わる振動、ひいてはステッピングモータ２２および２４に加わる振動を検出するためのものであり、例えばジャイロスコープによって実現されている。そして、この振動センサ３００の出力信号、言わばセンサ出力信号は、監視カメラ装置１０に入力され、詳しくは図５に示すような制御基板５０に入力される。

制御基板５０は、上述したベース部３６内に設けられており、この制御基板５０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２が搭載されている。そして、このＣＰＵ５２に、入出力インタフェース（以下、Ｉ／Ｏと言う。）回路５４を介して、上述のセンサ出力信号が入力される。また、ＣＰＵ５２には、Ｉ／Ｏ回路５４を介して、上述の制御信号も入力される。

ＣＰＵ５２は、例えば制御信号がチルト動作を指示するものであるとき、この指示に従って、チルト用ドライブ回路５６を介して、チルト用のステッピングモータ２２を定電流制御する。これによって、ステッピングモータ２２は、いわゆる台形加減速と呼ばれる方式で駆動され、チルト動作が行われる。

そして、制御信号が例えばパン動作を指示するものであるとき、ＣＰＵ５２は、この指示に従って、パン用ドライブ回路５８を介して、パン用のステッピングモータ２４を定電流制御する。これによって、ステッピングモータ２４は、台形加減速方式で駆動され、パン動作が行われる。

さらに、制御信号が例えばズーム動作を指示するものであるとき、ＣＰＵ５２は、この指示に従って、カメラ１６のズームレンズ２０を制御する（厳密には、カメラ１６内にも図示しないＣＰＵが搭載されており、このＣＰＵが、制御基板５０側のＣＰＵ５２から与えられる命令に従ってズームレンズ２０を制御する）。これによって、ズームレンズ２０が駆動され、ズーム動作が行われる。

そしてさらに、ＣＰＵ５２は、これらの制御信号に従う制御と併せて、上述のセンサ出力信号に基づいて、各ステッピングモータ２２および２４に加わる振動の大きさ、言わば振動レベルＬを算出する。そして、この算出結果Ｌに基づいて、当該各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の大きさを制御する。

具体的には、ＣＰＵ５２は、上述の振動レベルＬを、所定の基準レベルαと比較する。なお、ここで言う基準レベルαとは、振動レベルＬからそれぞれのステッピングモータ２２および２４が脱調する可能性があるか否かを判断するための判断基準となるレベル、言わば閾値を言う。例えば、それぞれのステッピングモータ２２および２４に定格電流が供給されているときに、当該ステッピングモータ２２および２４が脱調することはない、と見なすことのできる振動レベルＬの上限値が、当該基準レベルαとして設定される。ここで、振動レベルＬが基準レベルαよりも大きいとき（Ｌ＞α）、つまり定格電流の供給のみではステッピングモータ２２または２４が脱調する可能性があるときは、ＣＰＵ５２は、当該定格電流よりも大きい電流、例えば４０［％］ほど大きい電流が、それぞれのステッピングモータ２２および２４に供給されるように、各ドライブ回路５６および５８を制御する。これによって、各ステッピングモータ２２および２４の制御トルクが増大し、各ステッピングモータ２２および２４の脱調、特に静止時における脱調が、防止される。

一方、振動レベルＬが基準レベルα以下（Ｌ≦α）のとき、つまり定格電流のみの供給でもステッピングモータ２２および２４が脱調する可能性がないときは、ＣＰＵ５２は、脱調する可能性があるときよりも小さい電流、例えば定格電流よりも２０［％］ほど大きい電流が、それぞれのステッピングモータ２２および２４に供給されるように、各ドライブ回路５６および５８を制御する。なお、このように脱調が生じる可能性がないときでも、定格電流よりも大きい電流が各ステッピングモータ２２および２４に供給されるようにするのは、当該各ステッピングモータ２２および２４の駆動力を伝達させるための伝達手段として、上述した伝動機構３４のようなベルト式ものが採用されているからである。

即ち、一般に知られている伝動手段としては、ベルト式の他に、ギヤ式のものがある。そして、ベルト式のものに比べると、ギヤ式の方が、摩擦係数が大きい。従って、例えば、伝動手段としてギヤ式のものが採用されている場合には、当該伝動手段自体の摩擦が、それぞれのステッピングモータ２２および２４の静止状態を維持するのに大きく貢献する。よって、その分、脱調が生じ難い。これに対して、ベルト式のものでは、かかる摩擦による作用を、ギヤ式のものほど期待することができない。よって、その分、ステッピングモータ２２および２４は脱調し易くなり、これを補償するべく、上述の如く脱調する可能性のないときでも定格電流よりも大きい電流が供給されるようにしている。

このように振動レベルＬに基づいて各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流を制御するために、ＣＰＵ５２は、メモリ回路６０に記憶されている制御プログラムに従って、図６のフローチャートで示される電流制御タスクを、実行する。

即ち、ＣＰＵ５２は、まず、ステップＳ１において、振動センサ３００からセンサ出力信号を取得する。このとき、このセンサ出力信号を平均または積分することによって、当該センサ出力信号を平滑化してもよい。そして、ステップＳ３において、このセンサ出力信号から振動レベルＬを算出した後、ステップＳ５に進み、当該振動レベルＬと基準レベルαとを比較する。

ここで、振動レベルＬが基準レベルαよりも大きいとき、ＣＰＵ５２は、ステップＳ７に進む。そして、このステップＳ７において、各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の大きさを、定格電流の＋４０［％］（１．４倍）とする。これによって、ステッピングモータ２２および２４のトルクが、定格よりも大きくなる。そして、このステップＳ７の実行後、ステップＳ１に戻る。

一方、振動レベルＬが基準レベルα以下であるとき、ＣＰＵ５２は、ステップＳ５からステップＳ９に進む。そして、このステップＳ９において、各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の大きさを、定格電流の＋２０［％］とする。これによって、ステッピングモータ２２および２４のトルクが、上述のステップＳ７の場合に比べて、小さくなる（定格よりは大きい）。そして、このステップＳ９の実行後、ステップＳ１に戻る。

以上のように、この実施形態によれば、各ステッピングモータ２２および２４に加わる振動のレベルＬが、振動センサ３００によって検出される。そして、この振動レベルＬが各ステッピングモータ２２および２４の脱調を招く程度に大きいときは、当該各ステッピングモータ２２および２４に定格電流の＋４０［％］の電流が供給される。これによって、各ステッピングモータ２２および２４の脱調が防止され、特に静止時における脱調が防止される。そして、監視カメラ装置１０全体として見れば、旋回停止時のカメラ１６の向きが的確に固定される。

なお、この実施形態においては、各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の大きさを、定格電流の＋４０［％］および＋２０［％］という２段階に設定したが、これに限らない。例えば、３段階以上に細かく設定してもよいし、振動レベルＬに応じて当該電流の大きさを連続的（直線的または曲線的）に制御してもよい。ただし、この電流が大き過ぎると、ステッピングモータ２２および２４が発熱して、監視カメラ装置１０内の温度が上昇し、当該ステッピングモータ２２および２４を含む各電子部品が悪影響を受ける。このことを考慮して、ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の上限値を定めるのが、肝要である。

また、この実施形態では、駆動時および静止時の両方において、各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流の大きさを同一としたが、これに限らない。即ち、駆動時に供給される電流の大きさと、静止時に供給される電流の大きさとを、異ならせてもよい。また、各ステッピングモータ２２および２４を定電流制御することとしたが、定電圧制御してもよい。そして、当該ステッピングモータ２２および２４として、５相式のものを用いたが、これ以外のものを採用してもよい。

さらに、カメラ１６の向きをチルトおよびパンの両方に旋回可能としたが、当該チルトおよびパンの一方向のみに旋回可能としてもよい。勿論、この場合、ステッピングモータは１つのみで足りる。

また、振動センサ３００を監視カメラ装置１０の近傍に設けたが、これに限らない。例えば、監視カメラ装置１０に、直接、この振動センサ３００を取り付けてもよいし、当該監視カメラ装置１０内に配置してもよい。

そしてさらに、振動センサ３００以外の検出手段によって、監視カメラ装置１０に加わる振動を検出してもよい。例えば、風速計等の風速を検出するための手段を設け、その検出結果から間接的に振動レベルＬを算出し、この算出結果Ｌから各ステッピングモータ２２および２４に供給される電流を制御するようにしてもよい。また、当該監視カメラ装置１０が設置される以前から既に別の目的で風速計が設けられている場合には、その風速計を利用することもできる。さらに、低気圧が接近すると、風が強くなる可能性が高い、ということを鑑みて、気圧計等の気圧を検出するための手段を設け、その気圧の検出結果から予想される振動レベルＬを求め、この振動レベルＬからステッピングモータ２２および２４に供給される電流を制御してもよい。

なお、この実施形態で説明した内容は、飽くまでこの発明を実現するための一例であり、この発明を限定するものではない。

この発明の一実施形態に係る監視カメラ装置の外観を示す斜視図である。 図１においてカバーが取り外された状態を示す図である。 図２においてさらにカメラが取り外された状態を示す図である。 同監視カメラ装置の設置例を示す図解図である。 同監視カメラ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 同監視カメラ装置内のＣＰＵが実行する電流制御タスクの内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 監視カメラ装置
１６ カメラ
１８ 旋回台
２２，２４ ステッピングモータ
５２ ＣＰＵ
６０ メモリ回路
３００ 振動センサ

Claims (1)

1. ステッピングモータによってカメラを旋回させるカメラ旋回装置において、
   上記ステッピングモータに加わる振動に関連する出力信号を生成する振動検出手段と、
   上記出力信号に基づいて上記振動が大きいほど上記ステッピングモータに供給する電流を大きくすることによって該ステッピングモータの静止時のトルクが大きくなるように該トルクを制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする、カメラ旋回装置。

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