JP2007333978A - 旋回ステージ装置及び監視カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】望遠レンズ等の部材が固定される旋回ステージの角振動や停止位置での微小移動を抑制して、旋回ステージの繰り返し停止位置の分解精度を向上させることができる旋回ステージ装置を提供する。
【解決手段】この旋回ステージ装置２０１は、望遠レンズ等の部材を固定するための旋回ステージ１０３を備える。旋回ステージ１０３の連結部１０３ａには、ボールねじ１０４のナット１１７が球面受け部１０６を介して連結されている。ナット１１７は超音波モータ１０１によりボールねじ１０４のねじ軸１０４ａを回転駆動することで軸方向に直線移動し、このナット１１７の軸方向の直線移動を旋回ステージ１０３のパン方向の旋回動作に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、監視カメラの望遠レンズ等を固定するための旋回ステージを備えた旋回ステージ装置及び該旋回ステージ装置を備えた監視カメラ装置に関する。

従来、カメラを旋回台に搭載し、該旋回台を旋回駆動することで、カメラで被写体を追従しながら撮影を行う装置がある（例えば、特許文献１参照）。

図３に、監視カメラを旋回台に搭載した従来の監視カメラ装置を示す。

この監視カメラ装置は、図３に示すように、監視カメラの望遠レンズ３０３を保持する保持枠３０２と、保持枠３０２をパン方向及びチルト方向に旋回駆動するための旋回台３０１とを備える。旋回台３０１は、スタビライザ３０４に搭載されており、該スタビライザ３０４によって旋回台３０１の旋回駆動時の角振動を除去して、望遠レンズ３０３の空間安定性を確保している。
特開平８−３７６１５号公報

ところで、上記従来の監視カメラ装置においては、通常、旋回台３０１を回転モータ等により直接旋回駆動している。しかし、このような駆動方式だと、旋回台３０１に角振動や停止位置での微小移動が生じやすい。例えば、監視カメラ装置を船舶等に設置した場合、スタビライザ３０４を備えているとはいえ、望遠レンズ３０３を使用して例えば１０ｋｍ先の目標を監視すると、旋回台３０１の繰返し停止位置の分解精度は±０．１°が限界となる。そのため、波の揺れや風のあおり等の影響により、監視カメラで目標を補足して追従することが難しい。

そこで、本発明は、旋回ステージの角振動や停止位置での微小移動を抑制して、旋回ステージの繰り返し停止位置の分解精度を向上させることができる旋回ステージ装置及び該旋回ステージ装置を備えた監視カメラ装置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、請求項１に記載の旋回ステージ装置は、部材を固定するための旋回ステージと、直線移動可能に配設された移動部材と、該移動部材に移動力を付与する駆動手段と、前記移動部材の直線移動によって前記旋回ステージが旋回するように、該移動部材と前記旋回ステージとを連結する連結手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項７に記載の監視カメラ装置は、監視カメラの望遠レンズを保持する保持枠と、該保持枠を固定するための旋回ステージを有する旋回ステージ装置と、該旋回ステージ装置を搭載するスタビライザとを備え、前記旋回ステージ装置が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の旋回ステージ装置であることを特徴とする。

本発明によれば、移動部材の直線移動を旋回ステージの旋回動作に変換するので、旋回ステージの角振動や停止位置での微小移動を抑制することができ、これにより、旋回ステージの繰り返し停止位置の分解精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である旋回ステージ装置の構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。

本発明の実施の形態の一例である旋回ステージ装置２０１は、図１に示すように、円板形状の旋回ステージ１０３を備えており、該旋回ステージは基台１０９の中央部に突設された軸１０９ａに調心ベアリング１０８を介して回転可能に支持されている。また、旋回ステージ１０３の外周側の裏面と基台１０９との間には、旋回ステージ１０３の直径方向の中心線Ｐ上で互いに径方向に対向する一対のボール１１５が介装されている。

ここで、上述したように、旋回ステージ１０３は、調心ベアリング１０８を介して軸１０９ａに回転可能に支持されている。

このため、旋回ステージ１０３は、軸１０９ａの軸心を中心とした旋回（以下、パン方向の旋回という）動作、及び一対のボール１１５を支点とした軸１０９ａの軸方向（図１のＺ方向）の旋回（以下、チルト方向の旋回という）動作が可能とされている。

次に、旋回ステージ１０３をパン方向に旋回駆動する駆動系、及び旋回ステージ１０３をチルト方向に旋回駆動する駆動系について説明する。

（旋回ステージ１０３をパン方向に旋回駆動する駆動系）
基台１０９の一対のボール１１５を結ぶ線Ｐの一側（図１（ａ）の右側）には、第１の超音波モータ（駆動手段）１０１がモータ支持部１０７を介して設置されている。第１の超音波モータ１０１の出力軸は、一対のボール１１５を結ぶ線Ｐに対して平行に配置されている。

第１の超音波モータ１０１の出力軸にはボールねじ１０４のねじ軸１０４ａが継手等を介して略同心に接続されている。ねじ軸１０４ａは、両端部がそれぞれモータ支持部１０７に軸受１１６を介して回転可能に支持されている。また、ねじ軸１０４ａには、ボールねじ１０４のナット１１７（移動部材）が多数のボール（図示せず）を介して嵌合されている。そして、第１の超音波モータ１０１の駆動によりねじ軸１０４ａが回転すると、ナット１１７がねじ軸１０４ａの軸線に沿って図１のＸ軸方向に直線移動する。

なお、モータ支持部１０７と基台１０９との間にはばね１０７ａが介装されており、該ばね１０７ａによって、モータ支持部１０７に支持された第１の超音波モータ１０１がボールねじ１０４と一体となって図１のＺ軸に沿って微小移動可能とされている。

ナット１１７には、該ナット１１７の径方向に延びる結合部材（連結手段）１０５が固定されている。該結合部材１０５は、旋回ステージ１０３の下部に一体に固定された連結部（連結手段）１０３ａに座金（図示せず）及び球面受け部（連結手段）１０６を介して結合されている。連結部１０３ａは、旋回ステージ１０３に対してその位置が固定されており、したがって、旋回ステージ１０３の旋回位置に応じて連結部１０３ａが該旋回ステージ１０３上を移動することはない。

そして、第１の超音波モータ１０１を駆動すると、ボールねじ１０４のねじ軸１０４ａが回転してナット１１７が結合部材１０５と共に図１のＸ軸方向に直線移動する。この直線移動力を球面受け部１０６を介して連結部１０３ａで受けることで、旋回ステージ１０３がパン方向に旋回駆動される。なお、旋回ステージ１０３のパン方向の旋回動作はナット１１７の直線移動によって行われるものであるため、旋回可能な動作角θ1 （図１（ａ）参照）は非常に小さく設定されている。

（旋回ステージ１０３をチルト方向に旋回駆動する駆動系）
基台１０９の一対のボール１１５を結ぶ線Ｐの他側（図１（ａ）の左側）には、それぞれが独立した３台の第２の超音波モータ（駆動手段）１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃが設置されている。第２の超音波モータ１０２ａ，１０２ｂ，１０２の各出力軸は、軸１０９ａの軸線に対して平行に配置されている。

第２の超音波モータ１０２ａ，１０２ｂ，１０２の各出力軸にはそれぞれ駆動歯車１１０が固定されており、各駆動歯車１１０は１つの共通の被駆動歯車１１１と噛み合っている。このように、複数の第２の超音波モータ１０２ａ，１０２ｂ，１０２を設けて、複数の駆動歯車１１０を１つの共通の被駆動歯車１１１に噛み合わせることで、各歯車間の噛み合わせのがたつきを抑制している。

被駆動歯車１１１は、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、軸１０９ａの軸線に対して平行に配置されたボールねじ１１２のねじ軸１１２ｂの下端に固定されている。ねじ軸１１２ｂは、両端部がそれぞれ基台１０９に軸受１１８を介して回転可能に支持されている。ねじ軸１１２ｂには、ボールねじのナット１１２ａ（移動部材）が多数のボール（図示せず）を介して嵌合されている。そして、第２の超音波モータ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの駆動によりねじ軸１１２ｂが回転すると、ナット１１２ａがねじ軸１１２ｂの軸線に沿って図１のＺ軸方向に直線移動する。

ナット部１１２ａには、一対の球面受け部（連結手段）１１３がナット１１２ａの軸方向に互いに対向した状態で取付部材１１９を介して取り付けられ、一対の球面受け部１１３の軸方向に互いに対向する部位にはそれぞれ座金１１４が固定されている。一対の座金１１４間には、旋回ステージ１０３の下部に一体に固定された連結部（連結手段）１０３ｂが介装されている。連結部１０３ｂは、連結部１０３ａと同様、旋回ステージ１０３に対してその位置が固定されており、したがって、旋回ステージ１０３の旋回位置に応じて連結部１０３ｂが該旋回ステージ１０３上を移動することはない。

また、連結部１０３ｂには、ボールねじ１１２のねじ軸１１２ｂがすきまをもって挿通する穴１２０が形成されている。そして、連結部１０３ｂは、一対の球面受け部１１３によって適当な圧力が付与された状態で一対の座金１１４間に挟み込まれている。これにより、旋回ステージ１０３の倒れや連結部分でのがたつきを抑制すると共に、旋回ステージ１０３のパン方向の旋回動作時に連結部１０３ｂの同方向の旋回動作を許容している。

そして、第２の超音波モータ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを駆動すると、ねじ軸１１２ｂが回転し、連結部１０３ｂを一対の座金１１４で挟み込んだ状態でナット１１２ａが一対の球面受け部１１４と共にＺ軸方向に直線移動する。この直線移動力を連結部１０３ｂで受けることで、ステージ１０３がチルト方向に旋回駆動される。

このとき、第１の超音波モータ１０１のモータ支持部１０７と基台１０９との間にはばね１０７ａが介装されているため、第１の超音波モータ１０７はボールねじ１１２と一体となって、Ｚ軸方向において、連結部１０３ｂの上下方向の移動とは逆向きに移動する。なお、旋回ステージ１０３のチルト方向の旋回動作はナット１１２ａの直線駆動によって行われるものであるため、旋回可能な動作角θ2 （図１（ｃ）参照）は非常に小さく設定されている。

このように本実施の形態では、ボールねじ１０４のナット１１７の直線移動を旋回ステージ１０３のパン方向の旋回動作に変換し、ボールねじ１１２のナット１１２ａの直線移動を旋回ステージ１０３のチルト方向の旋回動作に変換している。これにより、旋回ステージ１０３の角振動や停止位置での微小移動を抑制することができ、旋回ステージ１０３の繰り返し停止位置の分解精度を向上させることができる。

図２は、本実施の形態の旋回ステージ装置２０１を搭載した監視カメラ装置を示したものである。

この監視カメラ装置２０５は、スタビライザ２０４に本実施の形態の旋回ステージ装置２０１が搭載され、旋回ステージ装置２０５の旋回ステージ１０３に望遠レンズ２０３を保持する保持枠２０２が固定されている。

旋回ステージ装置２０１は、上述したように、ボールねじ１０４，１１２のナット１１７，１１２ａの直線移動を旋回ステージ１０３のパン方向及びチルト方向の旋回動作に変換するものであるため、旋回ステージ１０３の動作角θ1 ，θ2 が非常に小さい。そのため、従来のスタビライザ２０４と併用することで、スタビライザ２０４では補償しきれない旋回ステージ１０３の細かな停止位置精度を確保することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、旋回ステージ装置２０１を監視カメラ装置２０５に適用した場合を例示したが、これに限定されない。旋回ステージの角振動や停止位置での微小移動を除去するために用いられるのであれば、本発明の旋回ステージ装置を監視カメラ装置以外の他の装置等に適用してもよい。

本発明の実施の形態の一例である旋回ステージ装置の構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。 図１に示す旋回ステージ装置を搭載した監視カメラ装置を示す図である。 従来の監視カメラ装置を示す図である。

符号の説明

１０１ 第１の超音波モータ（駆動手段）
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ｃ 第２の超音波モータ（駆動手段）
１０３ 旋回ステージ
１０３ａ，１０３ｂ 連結部（連結手段）
１０４，１１２ ボールねじ
１０６，１１３ 球面受け部（連結手段）
１１７，１１２ａ ナット（移動部材）
２０１ 旋回ステージ装置
２０２ 保持枠
２０３ 望遠レンズ（部材）
２０４ スタビライザ
２０５ 監視カメラ装置

Claims (7)

1. 部材を固定するための旋回ステージと、直線移動可能に配設された移動部材と、該移動部材に移動力を付与する駆動手段と、前記移動部材の直線移動によって前記旋回ステージが旋回するように、該移動部材と前記旋回ステージとを連結する連結手段と、を備えることを特徴とする旋回ステージ装置。
2. 前記連結手段は、前記旋回ステージに固定された連結部を有し、該連結部に前記移動部材を結合することにより、該移動部材と前記旋回ステージとを連結することを特徴とする請求項１に記載の旋回ステージ装置。
3. 前記連結手段は、球面受け部を有し、該球面受け部を介して前記連結部に前記移動部材を結合したことを特徴とする請求項２に記載の旋回ステージ装置。
4. 前記移動部材、前記駆動手段及び前記連結手段の組合せを複数有し、各組の前記移動部材の直線移動により前記旋回ステージを異なる方向に旋回させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の旋回ステージ装置。
5. 前記移動部材が、ボールねじのナットであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の旋回ステージ装置。
6. 前記駆動手段が、ボールねじのねじ軸を回転駆動する超音波モータであることを特徴とする請求項５に記載の旋回ステージ装置。
7. 監視カメラの望遠レンズを保持する保持枠と、該保持枠を固定するための旋回ステージを有する旋回ステージ装置と、該旋回ステージ装置を搭載するスタビライザとを備え、前記旋回ステージ装置が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の旋回ステージ装置であることを特徴とする監視カメラ装置。

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