JP2018107786A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と、少ない駆動トルクでパン回転軸周りに回転させることができる撮像装置を提供する。【解決手段】カメラユニットをチルト回転可能に支持する回転部２１と、回転部をパン回転可能に支持する固定部（ボトムケース１２、インナーケース１３）を有する撮像装置であって、回転部と固定部の間には、環状に配置された複数の球２４と、複数の球を保持する保持器２３と、回転部を複数の球よりパン回転軸と直交する方向における内側において、固定部側に押圧する弾性部材２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明はパンチルト方向に動作可能な監視カメラ装置の軸受構造に関するものである。

天井や壁面に設置される監視カメラ装置において、建物内の美観目的で設置面から大きく突出しないように、天井や壁面に穴を空けて埋め込んで設置されることがある。近年では天井や壁面に穴を空けなくても美観を損なわない設置ができるように、カメラ自体を小型化、特に低背化することが望まれている。

小型化、低背化したパンチルトカメラの従来例として、ドーム型監視カメラ（特許文献１）がある。カメラユニットとパンモーターおよびチルトモーターおよび動力伝達部のそれぞれが、パン回転軸と垂直な同一平面上に位置することを特徴としている。

またこのように小型化、低背化したパンチルトカメラにおいても、レンズユニットの高倍率化、撮像素子の高画素化に伴い、パンチルト動作により高い精度が求められるようになってきている。

パンチルトの動作精度を高めたカメラの従来例として、カメラモジュール（特許文献２）がある。固定体に搭載された第１モータの回転を可動体に減速して伝達して第１軸線周りに回転させる第１歯車機構と、可動体に搭載された第２モータの回転をカメラに減速して伝達してカメラを第２軸線周りに回転させる第２歯車機構を有する。その際、可動体を第１軸線方向に押圧して固定体に押し付けることにより、可動体の第１軸線周りの回転を抑制する第１付勢部材とを有していることを特徴としている。

特開２０１３−１９７９６６号公報 特許第５９７２７１３号

パンチルトカメラを小型化、低背化しようとした場合、パン回転軸の嵌合部は、レンズユニット光軸およびチルト回転軸と直交する位置、且つレンズユニットがチルト回転に伴って移動する範囲外に配置されるため、嵌合長が確保しづらくなる。パン回転軸の嵌合長が短いと、パン回転軸に直交する方向、つまりはチルト方向における回転ガタが大きくなる。

先行技術文献にも開示されているように可動体をパン回転軸線方向に押圧して固定体に押し付けることにより、可動体のパン回転軸周りの回転を抑制すると共に、パン回転軸に直交する方向の嵌合ガタも抑制することは可能である。しかしながら、可動体を押圧して固定体に押し付けているため、接触部にはパン回転に伴い摺動摩耗が発生するといった課題があった。

パンチルトカメラは撮像素子からの信号を伝送するために、レンズユニットと固定体に配置された電気基板を接続するケーブルを有する。パンチルトの位置、姿勢によってケーブルは曲げられたり捩じられたりするため、レンズユニットおよびレンズユニットを支持している可動体にはケーブルからの反力が加わる。

パン回転軸に直交する方向の嵌合ガタを抑制するには、可動体をパン回転軸線方向へ固定体に押し付ける圧力は、ケーブル反力によって発生するモーメントを上回らなければならない。押し付ける圧力を強く、且つ可動体と固定体の接触部を、パン回転軸から距離を離すほどモーメントは有利になるが、摺動摩耗やモーターでのパン回転駆動トルクで不利になる。

本発明の目的は、小型化できるとともに、少ない駆動トルクでパン回転軸周りに回転させることができる撮像装置を提供することである。

本発明の撮像装置は、撮像素子およびレンズユニットを含むカメラユニットと、前記カメラユニットをチルト回転可能に支持する回転部と、前記回転部をパン回転可能に支持する固定部を有する撮像装置において、前記回転部と前記固定部の間には、環状に配置された複数の球と、前記複数の球を保持する保持器と、前記回転部を前記複数の球よりパン回転軸と直交する方向における内側において、前記固定部側に押圧する弾性部材と、を備える。 このように構成すると、回転部はパン回転軸に直交する方向にモーメント負荷が掛った状態で固定部に支持されるため、パン回転軸の嵌合長に関わらず嵌合ガタを除去することが可能である。また回転部は複数の球を介して固定部と接触し、複数の球が転がることでパン回転軸周りに回転するため、摺動摩耗を抑えることができる。さらには弾性部材をパン回転軸から近い距離に配置することで摺動負荷を減らし、少ない駆動トルクでパン回転軸周りに回転をさせることが可能である。

また別の発明では、前記保持器は円環形状であり、前記カメラユニットのチルト方向のいずれかの姿勢において、前記カメラユニットの少なくとも一部が前記保持器の円環形状の内部に配置されることを特徴とする。

パン回転軸に直交する方向に大きいモーメント負荷を掛けるには、パン回転軸から遠い距離に球を配置する方が有利である。球の間隔を維持する保持器を円環形状として、その内部にカメラユニットを配置することで、撮像装置の高さ方向の大きさを抑えられ小型化、低背化することが可能である。

以上説明したように本発明によれば、パン回転軸に直交する方向にモーメント負荷を掛けられることで、パン回転軸の嵌合長が短くても嵌合ガタが発生しないため、カメラの高さを低く抑えることができる。またモーメント負荷が高くなるパン回転軸から遠い距離に球を配置することで、摺動摩耗を抑え、且つ少ない駆動トルクでパン回転軸周りに回転をさせることが可能となる。

本発明の実施形態におけるパンチルトカメラの分解斜視図 本発明の実施形態におけるパンチルトカメラの断面図

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態におけるパンチルトカメラの分解斜視図である。ボトムケース１２には電気基板１４、コネクタカバー１６およびモーターユニット１５が取り付けられている。またインナーケース１３はボトムケース１２に一体的に取り付けられ、ここまでが固定部となる。

インナーケース１３は、複数の球２４の転がる経路を規制するパン回転軸と同軸の環状溝部１３ａを有する。保持器２３は円環形状であり、前記環状溝部１３ａと同一径上に配列した複数の穴部２３ａを有し、インナーケース１３の環状溝部１３ａが形成されている面上に配置される。複数の球２４は、前記保持器２３の複数の穴部２３ａにそれぞれ嵌り込み、その間隔および位置を規制されて保持されている。保持器２３は前記複数の球２４の転がり移動に連動してパン回転軸を中心としてパン回転可能である。

パン回転部２１には保持器２３のパン回転軸線方向の移動を規制する突起部２１ａを有する。前記複数の球２４はその形状の一部が環状溝部１３ａに嵌り込み、かつ保持器２３は前記突起部２１ａによって移動を規制されているため、保持器２３の複数の穴部２３ａは常に複数の球２４の最大径において接触する。このため保持器２３はシート材のプレス部品のような簡素な形状でも、複数の球２４が穴部２３ａを外れて乗り越えるようなことがない。

パン回転部２１はボトムケース１２のパン回転軸と同じ軸線方向上の突起部１２ａと嵌合することで位置が決まる。またパン回転部２１は、複数の球２４よりパン回転軸と直交する方向における内側において弾性部材２５によりパン回転軸線方向の下側（固定部側）に押圧を受けながら、止め輪２６によりパン回転可能にボトムケース１２に取り付けられる。さらにパン回転部２１は前記複数の球２４により支持され、この部分で前記押圧を受けることで、パン回転における摺動摩擦や負荷トルクを軽減することができる。

パン回転部２１はハスバギアを有しており、モーターユニット１５のウォームギアを駆動することでパン方向に回転させることができる。インナーケース１３には、レンズユニット３１から信号を伝達するケーブル２７が取り付けられる。レンズユニット３１には、チルトギアケース３２とレンズケース３３が取り付けられる。チルトギアケース３２は回転軸を有しており、チルト支持プレート２９に設けられた軸受部と嵌合し、チルト回転可能に支持される。チルト支持プレート２９はパン回転部２１に一体的に取り付けられる。またチルトギアケース３２はハスバギアを有しており、パン回転部２１に固定されたモーターユニット２８のウォームギアを駆動することでチルト方向に回転させることができる。

保持器２３は、レンズユニット３１、チルトギアケース３２およびレンズケース３３を含むカメラユニットの少なくとも一部を内部に収納可能な円環形状を有する。カメラユニットを環状形状の内部に配置することで、パンチルトカメラを低背化することが可能である。

弾性部材２５は、円環形状であり、パン回転軸を中心として配置されている。

インナーカバー２２は、ケーブル２７を屈曲した状態でガイドしながらパン回転部２１に一体的に取り付けられる。またインナーカバー２２には、レンズユニット３１、チルトギアケース３２およびレンズケース３３がチルト回転する際に、干渉しないように穴部が設けられている。トップカバー１１には、レンズユニット３１のパンチルト姿勢に関わらず撮影可能なように、透明な半球状のドームカバーが一体的に取り付けられており、ボトムケース１２に固定される。

図２に本発明におけるパンチルトカメラの断面図を示す。パン回転部２１は、ボトムケースの嵌合部１２ａと嵌合することで水平面方向の位置が決まり、弾性部材２５により複数の球２４に押圧されることで垂直方向の位置が決まることで、パン回転軸と直交する方向のガタが抑えられる。

弾性部材２５がパン回転部２１を押圧する力Ｆｗは、屈曲したケーブル２７の反力Ｆｃによって設定が必要である。ここで弾性部材２５の半径、つまりはパン回転部２１と弾性部材２５の接触点とパン回転軸中心との距離をＲｗ、複数の球２４が配置されている半径をＲｂ、ケーブル２７の反力Ｆｃが発生している箇所とパン回転軸中心との距離をＲｃとする。片側の球を支点として、弾性部材の押圧力ＦｗによるモーメントＦｗ×Ｒｂは、ケーブル２７の反力ＦｃによるモーメントＦｃ×（Ｒｂ＋Ｒｃ）を少なくとも上回る必要がある。下回るとパン回転部２１が片側の球から浮くため、パン回転部２１および支持されるレンズユニット３１が傾いてしまう。

本実施例では、ケーブルの反力としたが、パンチルトカメラの設置姿勢によっては、さらにパン回転部２１やレンズユニット３１を含むパン回転ユニットの重力ＦｐによるモーメントＦｐ×Ｒｂが加わる。

パン回転部２１および弾性部材２５の摺動摩擦係数をμとすると、パン回転部２１をパン回転させるのに必要なトルクはμ×Ｆｗ×Ｒｗとなる。複数の球２４との接触部は転がり摩擦のため、負荷トルクはほとんど掛らないが、この部分が摺動摩擦であった場合、さらにμ×Ｆｗ×Ｒｂの駆動トルクが必要となる。また弾性部材２５とパン回転部２１との摺動距離は２π×Ｒｗであるが、複数の球２４との接触部が摺動摩擦の場合、この部分の摺動距離は２π×Ｒｂとなり、パン回転に伴う摩耗が増加し耐久性が劣化する。

以上が本発明におけるパンチルトの実施形態である。本実施例のように構成すれば、パン回転軸に直交する方向にモーメント負荷を掛けることで、パン回転軸の嵌合長が短くても嵌合ガタが除去でき、パンカメラを小型化、低背化することができる。またモーメント負荷が高くなるパン回転軸から遠い距離に複数の球を配置することで、パン回転の駆動トルクと摺動摩耗を軽減することができる、耐久性が向上させることが可能である。

１１ トップカバー
１２ ボトムケース
１２ａ 嵌合部
１３ インナーケース
１３ａ 環状溝部
１４ 電気基板
１５ モーターユニット
１６ コネクタカバー
２１ パン回転部
２１ａ 突起部
２２ インナーカバー
２３ 保持器
２３ａ 穴部
２４ 球
２５ 弾性部材
２６ 止め輪
２７ ケーブル
２８ モーターユニット
２９ チルト支持プレート
３１ レンズユニット
３２ チルトギアケース
３３ レンズケース

Claims (5)

1. 撮像素子およびレンズユニットを含むカメラユニットと、
   前記カメラユニットをチルト回転可能に支持する回転部と、
   前記回転部をパン回転可能に支持する固定部を有する撮像装置において、
   前記回転部と前記固定部の間には、環状に配置された複数の球と、
   前記複数の球を保持する保持器と、
   前記回転部を前記複数の球よりパン回転軸と直交する方向における内側において、前記固定部側に押圧する弾性部材と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記保持器は円環形状であり、前記カメラユニットのチルト方向のいずれかの姿勢において、前記カメラユニットの少なくとも一部が前記保持器の円環形状の内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記保持器は、前記パン回転軸を中心として回転可能に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記固定部は前記複数の球の転がる経路を規制する環状溝部を有し、前記保持器は前記環状溝部と同一径上に配列した複数の穴を有するシート材のプレス部品であ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撮像装置。
5. 前記弾性部材は、円環形状であり、前記パン回転軸を中心として配置され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撮像装置。

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