JPH0636324B2 - スポットライトの自動追尾装置 - Google Patents

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提供することにあ
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、それら検出器を２個１組として複数組構成する
と共にそれら各組の検出器相互における超音波の到達時
間差を検出する時間差検出器と各検出器間の時間差か
ら、検出器から移動物体までの距離を算出する演算器
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。

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に一定間隔で超音波が発生さ
れ、その超音波が複数個の超音波検出器で検出され、２
個１組とした検出器相互の超音波受信信号の到達時間差
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、到達時間差を求めた超音波検出器間の距離
は設置時の測定で既知であるため、移動物体と複数個の
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
の投光照射面、６，７及び８は超音波検出器、９はスポ
ットライトの制御装置、10は制御装置９の出力で照射方
向が制御されるスポットライトである。

なお、説明を簡単にするため移動物体３、超音波検出器
６，７，８及びスポットライト10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11、クロック発振器12、制御手段13
及び超音波スピーカ19とから成り、超音波発信器11の出
力はクロック発振器12の出力で制御手段13がON,OFFさ
れ、超音波スピーカ19から発信される。

又、上記クロック発振器12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６，７，８で検出され
た超音波信号に基づいてスポットライト10を制御する制
御装置９は、時間差検出器14,15,16、コンピュータを含
む演算器17、及びモータ制御装置18で構成され、超音波
検出器６と７、超音波検出器７と８、及び超音波検出器
８と６の夫々の組における超音波信号の到達時間差が夫
々時間差検出器14,15及び16で検出され、その時間差信
号は演算器17に導入される。即ち、第４図に示すよう
に、超音波検出器６の超音波信号（Ｃ）、超音波検出器
７の超音波信号（Ｄ），超音波検出器８の超音波信号
（Ｅ）の到達時間差 （ｔ_１−ｔ_２），（ｔ_２−ｔ_３），（ｔ３−ｔ_１） を検出して出力する。

演算器17には超音波検出器６，７，８の２個１組におけ
る到達時間差（ｔ_１−ｔ_２），（ｔ_２−ｔ_３），（ｔ_３
−ｔ_１）が入力される。

スポットライト10の投光方向を制御するモータ制御装置
18はスポットライト10の回転軸10′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10の上下回動を
行な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10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PT₂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18にフィードバックされ、演算器17
によって特定された位置にスポットライト10の光軸がく
るように制御され、スポットライト10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６との距離Ｌ_４、及び移動物
体３の超音波源４と超音波検出器７との距離Ｌ_５との距
離の差は次式により求めることが出来る。

Ｌ_４−Ｌ_５＝Ｖ（ｔ_１−ｔ_２） 但し、Ｖは超音波の速度であり、（ｔ_１−ｔ_２）は前述
した超音波検出器６，７間における受信信号の到達時間
差である。

上述した距離の差が一定な曲線は、超音波検出器６，７
を極とする双曲線となり、移動物体３はこの線上にある
ことがわかる。同様にして、移動物体３から超音波検出
器７，移動物体３から超音波検出器８の距離の差は、 Ｌ_５−Ｌ_６＝Ｖ（ｔ_２−ｔ_３） 又、移動物体３から超音波検出器８、移動物体３から超
音波検出器６の距離の差は、 Ｌ_６−Ｌ_４＝Ｖ（ｔ_３−ｔ_１） となり、異なる双曲線として表わすことが出来、その交
点として移動物体３の位置が特定できる。

この移動物体３の位置信号がモータ制御装置18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12の出力波形、（Ｂ）は超音波スピーカ19
から送出される超音波、（Ｃ）は超音波検出器６で検出
した超音波信号、（Ｄ）は超音波検出器７で検出した超
音波信号、（Ｅ）は超音波検出器８で検出した超音波信
号である。

超音波検出器６，７，８で受信される超音波信号は超音
波スピーカ19から直接検出器６，７，８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を計測することによって距
離を誤差が少なく、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６，７，８及び
スポットライト10を同一平面上に配置したものとした
が、実際には舞台上に演出効果用等の目的のために大階
段が配置され、移動物体３である演技者が階段を上る場
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、超音波検出器６，７の時間差で１つの回転双
曲面、超音波検出器７，８の時間差で１つの回転双曲
面、更に超音波検出器８，６の時間差で１つの回転双曲
面を考え、それら３つの回転双曲面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18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。

（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、それら検出器を２個１組として複数組構成す
ると共にそれら各組の検出器相互における超音波の到達
時間差を検出する時間差検出器と各検出器間の時間差か
ら、検出器から移動物体までの距離を算出する演算器
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。

即ち、移動物体の位置確定は３箇所の検出器の内２箇所
ずつを対として３対の検出回路を構成し、各対毎の超音
波検出器への受信信号（発信器のクロック信号）の到達
時間差から各検出器と移動物体の距離差を演算し、３対
の検出器対からの発信器との距離差により３つの回転双
曲面の交点として移動物体の位置を検出確定するため精
度が安定し、実用に供し得る追尾装置を提供できる。

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、距離差演算の基点とな
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。

【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図は波形図である。 図中、３：移動物体 ４：超音波源 ６，７，８：超音波検出器 ９：制御装置 10：スポットライト 14,15,16：時間差検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、それら検出器を２個１組として複数組
   構成すると共にそれら各組の検出器相互における超音波
   の到達時間差を検出する時間差検出器と各検出器間の時
   間差から、検出器から移動物体までの距離を算出する演
   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。