JP2005331010A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラユニットを水平、垂直方向に駆動し、動画及び静止画を撮影するための可動カメラ装置の駆動機構において、減速機構であるウォームギアのギア外れを防止し、ギア外れによる歯飛び音や歯面の破損を防ぎ、快適な使用環境を提供することを目的とする。
【解決手段】 ウォームギアをウォームホイールに付勢する付勢手段とウォームギアがウォームホイールから逃げようとするのを規制する規制部材とを一体的に形成し、ウォームギアの逃げを規制して歯飛びを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可動カメラ装置、特にカメラユニットをパン（水平）、チルト（垂直）方向への駆動を行い、動画及び静止画を撮影するための可動カメラ装置の雲台駆動部に関する。

従来のこの種の可動カメラは、カメラユニットを駆動するための動力源としてステッピングモータが多く使われている。ただし、ステッピングモータの回転速度が速いことと、雲台を駆動するためのトルクを得る目的から、減速機構を組み込んで使用している物が多い。

減速比を大きくするためには、多数の歯車を組み合わせる方法が一般的であるが、ギアの組み合わせではユニットとしての大きさが大きくなってしまうという問題点がある。そのため、ウォームギア等、減速比を大きく取れる動力伝達機構を使用している。

このようなギアの組み合わせで減速させた場合、各ギアはバックラッシュを持っているため駆動方向反転時などにヒステリシスを持ち、受動側の回転軸の位置を正確に制御できないという問題点を有している。

そのため、特許文献１に開示されているように、ウォーム軸をウォームホイール側に片寄せ可能な構成とし、付勢手段によってウォーム軸をウォームホイールに片寄せすることでバックラッシュを除去し、正確な動力伝達を可能とした構成が開示されている。

しかしながら上記従来例にて開示されているウォームギアを用いた動力伝達機構は、減速比を大きくできる利点を有するが、２次側のウォームホイールを無理に回転させる力が力が加えられた場合、１次側のウォーム軸側で力の逃げが出来ず、過大な力が接触歯面にかかってしまうため、歯の破損等が発生してしまう恐れを有する。

そのため、特許文献２に開示されている雲台付きカメラ装置においては、シリコンゴムのような弾性部材で形成された摩擦部材を回転軸とウォームホイールの間にはさみ、ウォームホイールに不意の力が加わった場合に前記摩擦部材がスリップし、ウォーム軸を傷めて歯面を破損し、回転精度の悪化や回転不良が起こるのを防ぐ構成となっている。
特開２０００−４３７３９号公報 特開２００２−４０５５３号公報

しかしながら、上記のような摩擦部材によるスリップ機構を有した可動カメラ装置においては、急激な力がウォームホイール側に加えられた場合、シリコンゴム等で形成された摩擦部材と回転軸等の部材の間で、静摩擦から動摩擦に切り替わらずに、シリコンゴムが剛体のようなふるまいをし、加えられた力がそのままウォームホイール側に伝わってしまう場合がある。

このとき、歯面に過大な力がかかり、ギアの噛み合いが外れ、歯面をはじく音、いわゆる「歯飛び音」が発生してしまう。

この「歯飛び音」は、聴感上非常に不快な音であり、製品の品位を著しく低下させてしまう。

さらには、ギアの噛み合わせが外れるときに歯面を傷つけてしまい、雲台の駆動機構に損傷を与えてしまう恐れも有する。

本発明は、上記の問題点を鑑みて、歯飛びや駆動機構の破損を防ぎ、快適な使用環境を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本出願請求項１に記載の撮影装置は、被写体の光線を集光し、一平面上に結像させるための撮影レンズ、前記撮影レンズにより集光された光線を電気信号に変換するための撮像素子、前記撮影レンズの撮影方向を水平方向、及び垂直方向に回転させることができる駆動機構、前記撮影レンズの撮影倍率を変化させる機能、これらをふくむ撮像ユニットを回転させるための駆動機構のうち水平、及び垂直方向の少なくともどちらか一方の駆動機構には、ウォームギアとウォームホイールによる減速機構を用いた動力伝達機構を有しており、ウォームギアとウォームホイールのピッチ間距離を変化させることが可能なピッチ間距離可変機能、ウォームギアをウォームホイールに付勢するための付勢手段。

これらを有する撮影装置において、前記動力伝達機構の歯車機構による動力伝達部の噛み合いが外れないように、動力伝達部の逃げを規制する規制部材を設け、動力伝達部の噛み合いが外れないようにしたことを特徴とする撮影装置。

請求項１記載の発明により、カメラユニットの駆動部に無理な外力がかかった場合でも、かみ合いの歯面が破損することなく、また製品の品位を著しく低下させる歯飛び音を抑制することができ、高品位な製品を提供することができる。

また、請求項２に記載の撮影装置は、前記動力伝達機構に、前記歯車機構のかみ合いを付勢するための付勢手段と、かみ合いが外れることを防ぐ規制手段とを同一の部材にて形成した事を特徴とする。

請求項２記載の発明により、動力伝達部のかみ合いを付勢する力と、無理な外力がかかったときにかみ合いの外れを規制する力とをバランスさせ、部品のバラツキによるかみ合いのばらつきを抑えることが可能となり、製造管理が容易になる上、１部品で２つの機能を持たせることでコストダウンも可能になる。

また、請求項３に記載の撮影装置は、請求項２に記載の一体的に形成された前記付勢手段と前記規制手段を有する部品のうち、前記規制手段は、ウォームギアの回転軸と前記板金の板厚方向が略平行になるように前記板金を曲げて形成することを特徴とする。

請求項３記載の発明により、板金の曲げモーメントを強くすることができ、バネ性をもつ板金部材を用いても充分な強度を持たせることが可能となる。

以上説明したとおり、本発明による雲台駆動装置において、カメラユニットの駆動部に無理な外力がかかった場合でも、ギアの噛み合せの歯面が脱調して音を発生したり、歯面が破損したりすることがなくなるため、高品位な製品を提供することが可能となる。

また、ギアの噛み合せを付勢する部材と逃げを規制する部材を一部品にて形成することで、部品点数を増やすことがなく、コストアップを抑えることができる。

さらには、規制部材を、板金の板厚方向がウォーム軸の回転軸と平行となるように曲げることで板金の曲げモーメントを強くすることができ、バネ性をもつ板金部材を用いてもウォーム軸を外側に逃がす力に充分に対向しうる強度を持たせることが可能となる。

（実施例１）
本実施の形態における雲台付きカメラ装置のカメラユニットの内部構成を説明する。

本実施例の可動カメラ装置の構成は、図５に示すようにパン、チルト駆動系２０１、撮影レンズ２０２、主回路基板２０３、カメラ回路基板２０４、撮像素子回路基板２０５、によって構成され、各構成における映像信号、カメラ制御信号などの信号の授受はケーブルなどの接続部材によって接続されている。そして、主回路基板２０３の駆動指令により、パン、チルト駆動系２０１によるパン・チルト駆動が行われる。また、主回路基板２０３からの撮影レンズ制御信号により、カメラ回路基板２０４及び撮像素子回路基板２０５を介して、撮影レンズのフォーカス、ズーム、光量絞りなどの制御及びＣＣＤなどの撮像素子による撮像動作が実行される。

また、主回路基板２０３と外部機器２０６との接続により、外部機器２０６側において、撮影画像を表示、外部機器２０６からカメラユニットのパン・チルト制御、あるいは撮影レンズ２０２のフォーカス・ズーム・光量絞りなどの制御を実行することができる。具体的には主回路基板２０３に、ビデオ出力端子やＲＳ２３２Ｃなどの外部機器（コントローラ）２０６との接続端子や、雲台付きカメラ装置本体に対する電源供給のための電源入力端子が設置されている。

図１において、雲台付きカメラ装置の映像撮影部であるカメラユニット１は、ズーム・フォーカス光学系からなる撮像光学系と露光調整装置（不図示）、それらを駆動するための駆動系からなる撮影レンズ２、撮影レンズ２の後方に配置され、撮像素子が設置されている撮像素子回路基板３、撮影レンズ２の側方に配置され、撮像素子回路基板３と結線されているカメラ回路基板４、前述の各構成を覆い、樹脂モールドで形成されたカメラ上ケース５、カメラ下ケース６、カメラ下ケース６に取り付けられ、後述する雲台１２のカメラ支持部１３及び１４、カメラユニット１をチルト方向に回動可能にするチルト回転軸１０及び１１などによって構成されている。なお、チルト回転軸１０，１１は潤滑性が高く摩擦の少ない材料で形成するのが望ましい。

次に、本実施形態の雲台付きカメラ装置の、カメラユニット１の取り付け関係について説明する。

撮影レンズ２には、撮像素子回路基板３及びカメラ回路基板４を取り付ける目的と、全体の強度アップを図る目的のため、金属製のフレーム５１〜５４が固定されている。該金属フレーム５１〜５４は撮影レンズ２を取り囲むように配置され、外力に対する強度を高めるとともに、撮像素子回路基板３とカメラ回路基板４を、撮影レンズ２の所定の位置に締結固定する。撮像素子回路基板３とカメラ基板４とは、フレキシブルプリント基板等の接続部材により結線されている。また、カメラ回路基板４からは、後述の雲台１２の主回路基板１８へ向かう接続部材１６，１７の一方の端部がコネクタ等により接続されていて、チルト回転軸１０の中空部１０ｃを通っている。

撮影レンズ２に取り付けられた金属フレーム５２に設けられた穴部と、カメラ下ケース６に設けられた係止穴部とにより、撮影レンズ２は、カメラ下ケース６に締結固定される。カメラ上ケース５とカメラ下ケース６は、一方のケースから突き出したセルフタップ穴を有する軸部と、他方のケースから突き出た係止穴を有する軸部とから、周知の方法で締結固定される。

次に、雲台１２の構成について説明する。雲台１２は、可動部１２ａと固定部１２ｂとに分けられる。可動部には２本の雲台支持部１３，１４がある。カメラ支持部１３には、チルト回転中心軸と同軸上に穴部が設けられていて、チルト回転軸の軸部１０ａが嵌合している。

ここで、カメラユニット１から雲台１２の主基板１８へ、電力、信号等を伝達する接続部材１６，１７の引き回しについて詳述する。

図２は、本実施例の形態の雲台付きカメラを左方向から見た図で、右側支持部１３内とカメラユニット１内を露出した状態である。

カメラ回路基板４には、コネクタ部材４ａ、４ｂがあり、接続部材１６、１７が接続されている。コネクタ部材４ａ、４ｂから延びた接続部材１６，１７は、チルト回転軸１０内の中空部１０ｃの中を通り、カメラ支持部に導かれる。カメラ支持部側に導かれた接続部材１６，１７は９０°屈曲され、軸部１０ａの外周で１〜３回程度渦巻き状に形成される。カメラ支持部には、チルト回転軸１０の中心とほぼ同心の円弧部が形成されていて、接続部材１６，１７が作る渦巻き形状を所定の直径内に収まるようにしている。

この渦巻状の構成により、カメラユニット１が、チルト回転動作をしたときに、接続部材１６，１７が作る渦巻きの径が大きくなったり、小さくなったりして、チルト回転負荷を軽減している。

また、チルト駆動時に、各接続部材１６，１７に繰り返しかかる屈曲負荷も大幅に軽減でき、接続部材の導体金属疲労による断線等を防げ、装置の耐久性が向上する。

一方、図１に示すように反対側のカメラ支持部１４にもチルト回転軸と同軸上に穴部が設けられていて、チルト回転軸１１の軸部１１ａが嵌合している。チルト回転軸１１の軸部１１ａには、リング状の支持板金２０が、まず嵌合されている。またＤカット等の周知の技術により、チルト回転軸１１に対して、支持板金２０が円周方向に回転しないように施されている。

次に、シリコンゴム等で作られたリング状の摩擦部材２１が嵌め込まれ、その次にウォームホイール２２が軸部１１ｃに嵌合している。またウォームホイール２２の内径部には、円周方向にウェーブ形状のワッシャ２３が配置され、その上から平ワッシャ２４が嵌め込まれ、ネジ等の締結部材により、チルト回転軸に締結結合される。

その際、ウェーブワッシャ２３がチルト回転軸方向に若干変形されていて、その変形力が、ウォームホイール２２の端面を摩擦部材２１へ押圧するように働いている。以上の構造によりスリップ機構が形成されている。

スリップ機構は、例えば、手でカメラユニット１を回そうとしたときなど不意の外力がカメラユニット１に加わり、チルト回転軸が動いたときに、チルト回転軸１１に取り付けられたウォームホイール２２の回転力により、ウォームホイール２２の駆動伝達機構である後述のウォーム部を傷めて、チルト回転精度の悪化もしくはチルト回転不良を起こすのを防止する効果がある。

図３は、本実施例の形態の、雲台付きカメラ装置を右側面方向から見た内部構造図で、左側支持部１４と雲台可動部１２ａ及び固定部１２ｂを露出した状態の図である。２５はチルト駆動ユニットである。板金２６に、第１ギア２７を装着したチルトモータがネジ等で締結されている。第１ギア２７と第２ギア３２ａは、タイミングベルト３３で連結されている。第２ギア３２ａとウォームギア部３２ｂは、ウォーム軸３２として一体的に形成することで同軸度を高め、回転精度を高めるようにしている。ウォーム軸３２は、潤滑性が高く、摩擦の少ない部材で形成するのが望ましい。また、ウォーム軸３２を成型する際に回転軸にステンレス等の金属軸をインサート成型することにより軸の磨耗を防ぐことで、回転精度を落とさずに耐久性を飛躍的に上げるようにした。

ウォーム軸３２のウォームギア部３２ｂは、ウォームホイール２２に螺号されている。このとき、板バネ３７により、ウォームギア部３２ｂをウォームホイール２２に押圧する構成とし、ガタ取りを行っている。ギアの噛み合い部には、通常、組立上のばらつきを考慮して一定の逃げを設けている。しかし、ギアの噛み合い部にガタがあるため、反転駆動時にはガタ取りのため、モータが回転しているのにギアが駆動しないバックラッシュが必ず存在する。

本実施例のように、板バネにてウォームギア部３２ｂをウォームホイール２２に押圧することでバックラッシュを取り、駆動反転時の不感帯をなくすことが可能となる。

また、前述した、シリコンゴム等で作られたリング状の摩擦部材２１は、カメラユニット１に不意の力が加えられたときにチルト回転軸が回転し、ウォーム軸とウォームホイールの噛み合い部に無理な力がかかり、歯面が破損するのを防ぐ効果がある。

しかし、シリコンゴム等の材料では、衝撃的な力が加えられた場合、静摩擦から動摩擦に切り替わらずに、シリコンゴムが剛体のようなふるまいをし、加えられた力がそのままウォームホイール側に伝わってしまう場合がある。

図４はウォームホイール２２とウォ−ム軸３２の噛み合い部を拡大した図であるが、２次側のウォームホイール２２を回転させる力が加えられた場合、噛み合い部の接線方向に力Ｆ０が発生する。この力Ｆ０は、歯の接触面の接線方向成分の力Ｆ１と、法線方向の分力Ｆ２に分解される。

接線方向の分力Ｆ１は、ウォーム軸を外側に逃がす力として作用する。板バネ３７による付勢力に打ち勝ち、ウォームギアとウォームホイールの噛み合いを外すまで逃げの力が作用すると、ギアの噛み合いを脱調させる。このとき、歯面をはじく音、いわゆる「歯飛び音」が発生する。

この「歯飛び音」は、聴感上非常に不快な音であり、製品の品位を著しく低下させてしまう。

さらには、ウォーム部を傷めて、チルト回転精度の悪化もしくはチルト回転不良を起こす恐れもある。

そのため、板バネ３７の一部を曲げ、ウォーム軸の逃げを規制するためのストッパー部３７ａを板厚方向がウォームの回転軸と平行になるように形成している。

カメラユニット１に衝撃的な力がかかり、摩擦部材２１とウォームホイール２２との端面に発生する摩擦力が動摩擦に移行せず、静摩擦状態のまま保持され、ウォームホイール２２がカメラユニット１の回転にくっ付いて動いてしまう場合でも、ストッパー部３７ａによってウォーム軸３２の逃げが規制されるため、ギアの噛み合いが脱調することなく、「歯飛び音」の発生を抑えることができる。

また、板金の板厚方向がウォーム軸の回転軸と平行となるように曲げることで板金の曲げモーメントを強くすることができ、バネ部材を用いてもウォーム軸を外側に逃がす力に充分に対向しうる。

さらには、板バネ３７の一部を追加で曲げることでストッパー部を形成しているので部品点数を増やすことなく新規機能を追加することができ、コストアップを抑えることが可能となる。

本実施例は、カメラユニット１を垂直方向に駆動するチルト回転に関して詳述したが、チルト回転のみに限定されるものではなく、水平方向に駆動するパン回転に適用しても良いことは言うまでもない。

実施例１の概要図。 実施例１の左側面図。 実施例１の内部構造図。 実施例１における噛み合い拡大図。 実施例１のブロック図。

符号の説明

１ カメラユニット
２ 撮影レンズ
２ａ 撮影レンズ軸部
３ 撮像素子回路基板
４ カメラ回路基板
４ａ，４ｂ コネクタ部材
５ カメラ上ケース
６ カメラ下ケース
１０，１１ チルト回転軸
１０ａ，１１ａ チルト回転軸軸部
１０ｃ，１１ｃ チルト回転軸中空部
１２ 雲台
１２ａ 可動部
１２ｂ 固定部
１３，１４ カメラ支持部
１６，１７ 接続部材
１８ 主回路基板
２０ 支持板金
２１ 摩擦部材
２２ ウォームホイール
２３ ウェーブワッシャ
２４ 平ワッシャ
２５ チルト駆動ユニット
２６ 板金
２７ 第１ギア
３２ ウォーム軸
３２ａ 第２ギア
３２ｂ ウォームギア
３３ タイミングベルト
３７ 板バネ
３７ａ ストッパー部
５１〜５４ 金属フレーム

Claims (3)

1. 被写体の光線を集光し、一平面上に結像させるための撮影レンズと、前記撮影レンズにより集光された光線を電気信号に変換するための撮像素子と、前記撮影レンズの撮影倍率を変化させる機能と、前記撮影レンズの撮影方向を水平方向及び垂直方向に回転させることができる駆動機構と、前記駆動機構の回転方向のうち水平方向及び垂直方向の少なくとも一方側に配置された、ウォームギアとウォームホイールによる減速機構を用いた動力伝達機構と、ウォームギアとウォームホイールのピッチ間距離を変化させることが可能なピッチ間距離可変機能と、ウォームギアをウォームホイールに付勢するための付勢手段とを有する撮影装置において、ピッチ間距離を規制する規制平板を設けたことを特徴とする撮影装置。
2. 前記付勢手段は前記規制平板と同一の部材にて形成した事を特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記規制平板は、ウォームギアの回転軸と板厚方向が略平行になるように板金部材を曲げて形成することを特徴とする請求項１または２に記載の撮影装置。

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