JP2012016199A

JP2012016199A - 信号伝送装置及び信号伝送路保持構造

Info

Publication number: JP2012016199A
Application number: JP2010151433A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ashitani; 智史芦谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】信号伝送路の特性インピーダンスを一定に保ち、インピーダンス不整合による信号波形の劣化を低減した信号伝送装置及び信号伝送路保持構造を提供する。
【解決手段】装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路を有する信号伝送装置であって、信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は電気信号等の信号を伝送する信号伝送装置に関し、特に、相対的に回転できるよう構成された二部材間を伝送する信号伝送装置及び信号伝送路保持構造に関するものである。

図１１（ａ）にストリップライン構造の伝送路の断面図を、図１１（ｂ）にコプレーナ構造の伝送路の断面図を示す。図１１において、１４は信号線、１５はＧＮＤ、１６は誘電体層である。図１２にそれぞれの構造にて、２本の伝送路が隣接した状態を示す。図１２（ａ）はストリップライン構造の場合、図１２（ｂ）はコプレーナ構造の伝送路の場合である。図１２において、１７は導体間の静電結合、１８は隣接する伝送路間の間隔を示す。

図１２（ａ）のように、ストリップライン構造の伝送路の場合、信号線１４の静電結合１７は上下のベタＧＮＤ面であるＧＮＤ１５により１本の伝送路内部で閉じており、隣接した２本の伝送路の間で互いに影響を及ぼさない。しかし、図１２（ｂ）のようにコプレーナ構造の伝送路の場合、信号線１４の上下にベタＧＮＤ面がないため、静電結合１７は１本の伝送路内部で閉じず、２本の伝送路が隣接した場合、信号線の静電結合は互いに影響を及ぼす。

伝送路の特性インピーダンスＺｏは、（１）式により表される。

Ｚｏ＝√Ｌ／Ｃ（１）
（Ｌ：単位長あたりのインダクタンス、Ｃ：単位長あたりのキャパシタンス）
隣接する伝送路間の間隔１８が変化すれば、導体間の距離の変化により静電結合（Ｃ成分）は変化し、伝送路の特性インピーダンスに変化が生じる。つまり、伝送路同士が近づけば、隣接する導体間の静電結合が強まり、特性インピーダンスは減少する。反対に、伝送路同士が遠ざかれば、隣接する導体間の静電結合は弱まり、特性インピーダンスは増加する。信号伝送において、伝送路と入出力間でのインピーダンス整合は重要であり、インピーダンス整合がとれないと、伝送路中で信号波形が劣化し、信頼性の高い通信を行うことができなくなる。特性インピーダンスが変化する伝送路では、インピーダンス整合をとることは難しい。

ここで、相対的に回転可能に構成された二部材間で信号等を伝送する装置の一例を図１３に示す。図１３は、例えば、カメラヘッドが水平方向（ＰＡＮ）、垂直方向（ＴＩＬＴ）に回転する機能を有し、カメラヘッドとボトムケース間で信号伝送を行うネットワークカメラの構成例を示している。図１３（ａ）はネットワークカメラの上面図、図１３（ｂ）はネットワークカメラの側面図である。

図１３において、２０はターンテーブル、２１はボトムケース、２２は支柱、２３は垂直方向の回転軸である。１９ａ、１９ｂ、１９ｃはカメラヘッドが水平方向に回転を行ったときの位置を示し、１９ａは前方を、１９ｂは右斜め後方を、１９ｅは左斜め後方を向いている場合を示す。同様に、１９ａ、１９ｄ、１９ｅは、カメラヘッドが垂直方向の回転軸２３を軸として垂直方向に回転を行ったときの位置を示し、１９ａは前方を、１９ｄは上方を、１９ｅは後方を向いている場合を示す。

図１３において、撮像系を含むカメラヘッドは１９ａ、１９ｄ、１９ｅのように、支柱２２の回転軸２３を中心として垂直方向に回転（ＴＩＬＴ）する。支柱２２はターンテーブル２０に固定されている。ボトムケース２１とターンテーブル２０は分離された構造をとり、ターンテーブル２０および、支柱２２、カメラヘッドが１９ａ、１９ｂ、１９ｃのように、水平方向に回転（ＰＡＮ）する。信号、電源伝送路等の接点はボトムケース２１に存在する。カメラヘッド１９とボトムケース２１の内部にある電気回路は伝送路で接続される。

図１４はこのようなネットワークカメラにおける回転部と固定部を接続する伝送路構造例であり、回転軸に垂直な面で切った断面図である。図１４（ａ）は回転部が左回りに回転した状態、図１４（ｂ）は回転部が右回りに回転した状態である。図１４において、１は回転部、２は固定部、３は伝送路収容部、４は伝送路である。

図１４において、回転部１が固定部２を軸に回転移動する。伝送路４はＦＦＣやＦＰＣ等のフレキシブルな素材を用いて、回転部１と固定部２の間を接続し、固定部２を軸に巻きつけた状態で伝送路収容部３に収容する。図１４（ａ）から図１４（ｂ）のように回転部が右回りに回転した場合、伝送路４は巻き緩み、反対に図１４（ｂ）から図１４（ａ）のように左回りに回転すれば、伝送路４は巻き締まる。このように回転角度に応じて、巻きつけ状態（巻き締まり／巻き緩み）が変化する構造にすることで、回転部１と固定部２の接続を可能にしている。

ただし、巻きつけ状態（巻き締まり／巻き緩み）の変化により、隣接する伝送路間の間隔１８は変化する。伝送路間の間隔が変化すれば、先に説明した通り、隣接する導体同士の静電結合に変化が生じ、伝送路の特性インピーダンスは変化してしまう。このような伝送路を用いて信号伝送を行うと、巻きつけ状態の変化により特性インピーダンスが変化するため、インピーダンス整合がとれなくなり、伝送路中で信号波形が劣化し、信頼性の高い通信を行うことができなくなる。

従来、巻きつけ構造になった伝送路において、特許文献１で示されるように、伝送路中の導体を傾斜して配索することにより、隣接する導体同士がシフトした位置で重なり合い、導体間の静電結合が低減される方法が開示されている。

特開２００５-１００７０８号公報

上述の特許文献１に開示された従来技術では、伝送路中の導体を傾斜して配索することにより、隣接する導体同士がシフトした位置で重なり合い、導体間の静電結合が低減するようにしている。しかしながら、導体間の静電結合が低減するようにしているもののゼロではないために、巻きつけ状態の変化により、伝送路間の間隔が変化すれば、隣接する導体同士の静電結合が変化し、伝送路の特性インピーダンスは変化してしまう。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、巻きつけ状態が変化した際にも、伝送路の特性インピーダンスをほぼ一定に保つことを可能にした信号伝送装置及び信号伝送路保持構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による信号伝送装置は以下の構成を備える。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路を有する信号伝送装置であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路と、
前記信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造と
を備える。

本発明によれば、信号伝送路の特性インピーダンスを一定に保ち、インピーダンス不整合による信号波形の劣化を低減した信号伝送装置及び信号伝送路保持構造を提供することができる。

実施形態１の信号伝送路保持構造を示す図である。実施形態１のガイドの断面図である。実施形態１のガイドレールを配置した場合の構造図である。実施形態１のガイドレールを配置した場合の断面図である。実施形態１のガイド及びガイドレールを複数個配置した場合の構造図である。実施形態２の信号伝送路保持構造を示す図である。実施形態２の板状バネを複数個配置した場合の構造図である。実施形態３の信号伝送路保持構造を示す図である。実施形態３の伝送路部分を抜き出した図である。実施形態４の基板間を接続する２本の伝送路構成例を示す図である。伝送路の断面図である。２本の伝送路が隣接した場合の断面図である。ＰＡＮ、ＴＩＬＴ機能を有するカメラの構造例を示す図である。巻きつけ構造部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

＜実施形態１＞
以下、図１〜図５を参照して、実施形態１による、機器内で隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（信号伝送路保持構造）を有する信号伝送装置について説明する。

図１は実施形態１の固定部とその固定部に対して回動する回転部とを接続する伝送路構造例であり、回転軸に垂直な面で切った断面図である。つまり、図１は、装置内の構成部品（ここでは、回転部と固定部）との間を電気的に接続する伝送路を有する信号伝送装置を示すものである。

図１（ａ）は回転部が左回りに回転した状態、図１（ｂ）は回転部が右回りに回転した状態を示す。図１において、１は回転部、２は固定部、３は伝送路収容部、４は伝送路、５は隣接する伝送路間の間隔を一定に保つガイドである。

図１において、回転部１は固定部２を軸に回転移動する。伝送路４はＦＦＣやＦＰＣ等のフレキシブルな素材を用いて、回転部１と固定部２の間を接続し、固定部２を軸に巻きつけた状態で伝送路収容部３に収容されている。そして、伝送路収容部３内部に隣接する伝送路間の間隔を一定に保持するガイド５を設ける。

図２にガイド５および伝送路４の構造例を示す。図２は図１における伝送路４及びガイド５のみを抜き出したものである。図２（ａ）は一定距離の間隔（一定間隔）で複数の溝を刻んだ場合のガイドの構造、図２（ｂ）は板状の部材を一定距離の間隔で並べた場合のガイドの構造である。

図２（ａ）の例では、ガイド５ａのように一定の間隔で複数の溝を刻んだ構造にし、その溝に伝送路４を通すことで、刻んだ溝の間隔により、隣接する伝送路間の間隔を一定に保持している。また、図２（ｂ）の例では、ガイド５ｂのように板状の部材を一定の間隔で並べた構造にし、その板状部材で伝送路４を挟むことで、板状部材を並べた間隔により、隣接する伝送路間の間隔を一定に保持する。

図２のようなガイド５（ガイド５ａあるいは５ｂ）を用いて隣接する伝送路間の間隔を一定に保つよう伝送路４を挟み込む。伝送路４はガイド５に挟み込まれた状態のまま、ガイド５とともに回転動作を行う。これにより、図１（ａ）から図１（ｂ）のように右回りに回転し、伝送路４の径が広がろうとした場合も、隣接する伝送路間の間隔はガイド５により一定の間隔を保持する。反対に、図１（ｂ）から図１（ａ）のように左回りに回転し、伝送路４の径が狭まろうとした場合も、隣接する伝送路間の間隔はガイド５により一定の間隔を保持する。このことにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路とすることが可能となる。

図２（ａ）のようなガイドの場合は刻む溝の間隔を、図２（ｂ）のようなガイドの場合は、並べる板状部材の間隔を調整することにより、隣接する伝送路間の間隔を調整することができる。更に、伝送路間の間隔をゼロとし、密着させることでも、同様の効果を得ることができる。また、ガイドを、周方向に位置をずらして複数個取り付けるようにしても良い。

図３及び図４にガイドの動きを補助するガイドレールを追加した場合の構成例を示す。図３はガイドレールを追加した構成例の回転軸に垂直な面で切った断面図である。図３（ａ）は回転部１が左回りに回転した状態、図３（ｂ）は回転部１が右回りに回転した状態を示す。図４はガイドレールを追加した構成例の回転面に垂直な面で切った断面図であり、図４（ａ）は溝を設けたガイドを用いた場合、図４（ｂ）は板状のガイドを用いた場合を示す。

図３及び図４において、６（６ａあるいは６ｂ）はガイドレールとの係合部を設けたガイドである。特に、６ａはガイドレールとの係合部を設けたガイド（溝を設けたガイドの場合）、６ｂはガイドレールとの係合部を設けたガイド（板状のガイドの場合）、７はガイドの動きを補助するガイドレール、８はガイド６とガイドレール７の係合部である。

図３及び図４のように、伝送路収容部３の円面部分に、ガイド６が伝送路収容部３の内周側から外周側への方向にスライドできるようガイドレール７を設け、このガイドレール７とガイド６を係合部８にて係合する。

図３（ａ）から図３（ｂ）のように回転部１が右回りに回転し、伝送路４の径が広がろうとした場合、ガイド６はガイドレール７上を内周面側から外周面側に向かってスライドする。反対に、図３（ｂ）から図３（ａ）のように回転部１が左回りに回転し、伝送路４の径が狭まろうとした場合、ガイド６はガイドレール７上を外周面側から内周面側に向かってスライドする。このように、ガイドレール７を設けてガイド６がスライドする構造にすることで、回転角度の変化による伝送路４の径の変化を、よりスムーズに行うことができる。

さらに、図５にガイド６及びガイドレール７を周方向に位置をずらして複数個取り付けた場合の構成例を示す。図５（ａ）はガイド６及びガイドレール７を２つ配置した場合、図５（ｂ）はガイド６及びガイドレール７を３つ配置した場合であり、それぞれ回転軸に垂直な面で切った断面図である。

図５のようにガイド６及びガイドレール７を周方向に位置をずらして複数個取り付ければ、伝送路間の間隔を一定に保持する安定性が向上する。また、伝送路４の偏りを防止し、回転角度の変化による伝送路形状の変化をよりスムーズに行うことができる。

以上説明したように、実施形態１によれば、隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（保持構造）を設けることにより、隣接する伝送路間の間隔を一定の間隔で保持することができる。これにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路を実現することができる。

＜実施形態２＞
以下、図６及び図７を参照して、実施形態２による、機器内で隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（信号伝送路保持構造）を有する信号伝送装置について説明する。

図６は実施形態２の固定部とその固定部に対して回動する回転部と接続する伝送路構造例であり、回転軸に垂直な面で切った断面図である。つまり、図６は、装置内の構成部品（ここでは、回転部と固定部）との間を電気的に接続する伝送路を有する信号伝送装置を示すものである。

図６（ａ）は回転部が左回りに回転した状態、図６（ｂ）は回転部が右回りに回転した状態を示す。図６において、９は弾性体である板状バネである。

図６のように、伝送路収容部３の外周面側および内周面側に板状バネ９を取り付ける。この板状バネ９を用いて、伝送路４の周面を押さえ付ける。これにより、図６（ａ）、及び図６（ｂ）のように回転角度の変化により伝送路４の径が変化しても、伝送路４を挟み込んだ板状バネ９により伝送路４は密着状態を維持し、隣接する伝送路間の間隔を一定に保持する。このことにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路とすることが可能となる。

更に、図７に板状バネ９を周方向に位置をずらして複数個取り付けた場合の構成例を示す。図７（ａ）は板状バネを２つ配置した場合、図７（ｂ）は板状バネを３つ配置した場合であり、回転軸に垂直な面で切った断面図である。

図７のように、板状バネ９を周方向に位置をずらして複数個取り付ければ、伝送路間の間隔を一定に保持する安定性が向上する。また、伝送路４の偏りを防止し、回転角度の変化による伝送路形状の変化をよりスムーズに行うことができる。

伝送路４自体が外周側へと広がるような弾性力を持つ場合、板状バネ９は伝送路外周面からのみ押さえ付ける構造でも、同様の効果を得ることができる。また、この構造は、板状バネ９に限定されず、同様の効果を得ることができる弾性体等の部材を利用することができる。

以上説明したように、実施形態２によれば、隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（保持構造）を設けることにより、隣接する伝送路間の間隔を一定の間隔で保持することができる。これにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路を実現することができる。

＜実施形態３＞
以下、図８及び図９を参照して、実施形態３による、機器内で隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（信号伝送路保持構造）を有する信号伝送装置について説明する。

図８は実施形態３の固定部とその固定部に対して回動する回転部とを接続する伝送路構造例であり、回転軸に垂直な面で切った断面図である。つまり、図８は、装置内の構成部品（ここでは、回転部と固定部）との間を電気的に接続する伝送路を有する信号伝送装置を示すものである。

図８（ａ）は回転部が左回りに回転した状態、図８（ｂ）は回転部が右回りに回転した状態を示す。図９は図８の伝送路部分を抜き出したもので、図中右側は、図中左側の一部を拡大して示したものである。図８において、１０は一定の厚みを持ったシート状部材である。

図９のように、伝送路収容部３に伝送路４を巻きつける際に、伝送路と伝送路の間に一定の厚みを持ったシート状部材１０を挟み込む。これにより、図８（ａ）、及び図８（ｂ）のように回転角度の変化により伝送路４の径が変化した際にも、隣接する伝送路の間隔はシート状部材１０の厚みにより一定の距離を保持する。このことにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路とすることが可能となる。尚、シート状部材１０については、誘電率等の材質特性がシート全体で一律なものを用いることが好ましい。

また、シート状部材１０に伝送路４を外周側へと広がるような弾性力を持った素材を用いることで、シート状部材１０と伝送路４が密着状態を維持する安定性を向上させることができる。

更に、実施形態２で示したような板状バネ９を用いて、伝送路４およびシート状部材１０を挟み込む構成にすることで、シート状部材１０と伝送路４が密着状態を維持し、伝送路間の間隔を一定に保持する安定性を向上させることができる。

以上説明したように、実施形態３によれば、隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（保持構造）を設けることにより、隣接する伝送路間の間隔を一定の間隔で保持することができる。これにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路を実現することができる。

＜実施形態４＞
以下、図１０を参照して、実施形態４による、機器内で隣接する信号伝送路間の間隔を一定に保持する構成（信号伝送路保持構造）を有する信号伝送装置について説明する。

図１０は基板間を接続する２本の伝送路構成例である。つまり、図１０は、装置内の構成部品（ここでは、基板）との間を電気的に接続する伝送路を有する信号伝送装置を示すものである。図１０において、１１ａ、１１ｂは基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄはコネクタ、１３ａ、１３ｂは伝送路である。

図１０において、基板１１ａのコネクタ１２ａから基板１１ｂコネクタ１２ｃに接続する伝送路１３ａと基板１１ａのコネクタ１２ｂから基板１１ｂコネクタ１２ｄに接続する伝送路１３ｂがある。そして、この２本の伝送路１３ａ、１３ｂが基板間でストレート状態で重なっている状態になっている。

このように伝送路が巻きつけ構造でなくても、隣接して配置されているような場合、隣接する伝送路間の静電結合により、互いの伝送路の特性インピーダンスに影響を受ける。このような場合においても、実施形態１乃至３で示したようなガイド、板状バネ、シート状部材等の保持構造を用いて隣接する伝送路間の間隔を一定に保持する。これにより、伝送路の特性インピーダンスが一定となり、信号品質の劣化を抑えた伝送路とすることが可能となる。

以上説明したように、実施形態４によれば、信号伝送路が巻きつけ構造でなくても、隣接して配置されているような場合においても、実施形態１乃至３で示されるような保持構造を実装することで、実施形態１乃至３と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims

装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路を有する信号伝送装置であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路と、
前記信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造と
を備えることを特徴とする信号伝送装置。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路を有する信号伝送装置であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路と、
前記信号伝送路を巻きつけ状態で配置する場合に、前記巻きつけ状態で隣接する信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造と
を備えることを特徴とする信号伝送装置。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路を有する信号伝送装置であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路と、
前記構成部品における固定部に対して回動する回転部に対して信号伝送路を巻きつけ状態で配置する場合に、前記巻きつけ状態で隣接する信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造と
を備えることを特徴とする信号伝送装置。
前記保持構造は、前記信号伝送路を挟み込むためのガイドを設けることで、隣接する信号伝送路の間隔を一定に保持する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
前記保持構造は、前記ガイドに一定間隔で複数の溝を刻み、前記溝に信号伝送路を挟み込む構造である
ことを特徴とする請求項４に記載の信号伝送装置。
前記保持構造は、前記ガイドに一定間隔で複数の部材を並べ、前記部材で信号伝送路を挟み込む構造である
ことを特徴とする請求項４に記載の信号伝送装置。
前記ガイドは、前記構成部品における固定部に対して回動する回転部の周方向に複数個取り付けられている
ことを特徴とする請求項５または６に記載の信号伝送装置。
前記保持構造は、更に、前記構成部品における固定部に対して回動する回転部の内周から外周あるいは外周から内周へ、前記ガイドをスライドさせるためのガイドレールを備え、
前記信号伝送路の巻きつけ状態の変化に応じて、前記ガイドが前記ガイドレール上をスライドするように構成されている
ことを特徴とする請求項５または６に記載の信号伝送装置。
前記ガイドおよび前記ガイドレールが前記回転部の周方向に複数個取り付けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の信号伝送装置。
前記信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間に一定の厚みのあるシート状部材を挟み込んでいる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
前記保持構造は、前記信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間隔を一定に保持するように押さえ付けるための弾性体である
ことを特徴とする請求項１乃至３、及び１０のいずれか１項に記載の信号伝送装置。
前記弾性体は、前記構成部品における固定部に対して回動する回転部の周方向に複数個取り付けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の信号伝送装置。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路の配置を保持する信号伝送路保持構造であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路が隣接して配置される部分において、該部分における信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造を備える
ことを特徴とする信号伝送路保持構造。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路の配置を保持する信号伝送路保持構造であって、
前記構成部品との間を接続する信号伝送路を巻きつけ状態で配置する場合に、前記巻きつけ状態で隣接する信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造を備える
ことを特徴とする信号伝送路保持構造。
装置内の構成部品との間を電気的に接続する信号伝送路の配置を保持する信号伝送路保持構造であって、
前記構成部品における固定部に対して回動する回転部に対して信号伝送路を巻きつけ状態で配置する場合に、前記巻きつけ状態で隣接する信号伝送路の間隔を一定に保持する保持構造を備える
ことを特徴とする信号伝送路保持構造。