JP2018137670A - 異物除去装置及びそれを備えたカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル部に対し流体を限られた圧力でしか供給できない場合でも透明窓の異物を良好に除去できる異物除去装置を提供する。【解決手段】カメラレンズ(1a)の前方に配置された透明の窓部(1d)に沿って所定角度範囲(θLR)で往復回動すると共に、窓部(1d)に向かって流体を所定のスプレー角度で噴出する複数の噴出口(14a〜14c)が回動半径方向に並設されているワイパアーム部(12)を備える。複数の噴出口(14a〜14c)の内の一つの噴出口(14b)が、所定角度範囲(θLR)の回動においてカメラレンズ(1a)の光軸(CL1)位置を通過する。【選択図】図２

Description

本発明は、透明窓の異物除去装置及びそれを備えたカメラ装置に係り、特に、透明窓を通して画像を撮像する場合の透明窓に付着した異物を除去する異物除去装置と異物除去装置を備えたカメラ装置とに関する。

いわゆるドームカメラが備えるドーム状の透明な窓、或いはカメラハウジングの前面の透明な窓などに付着した水滴や塵埃などの異物を、ワイパで直接掻き取って除去する異物除去装置が知られており、一例が特許文献１に記載されている。

また、透明な窓の表面に沿って往復回動するワイパアームにノズル部を設け、ノズル部の噴射口から空気や水などの流体を高圧で噴射して、窓の表面に付着した異物を除去する異物除去装置も知られており、一例が特許文献２に記載されている。水や空気などの流体を噴射させて窓の異物を除去する場合は、特許文献２に記載されているように、広範囲の異物を除去すべく噴出口を複数箇所設けるのが一般的である。

特開２００８−１６０６７６号公報 特開２００６−１９８６０２号公報

特許文献２に記載されたような、水や空気などの流体を高圧で噴射して透明窓に付着した異物を除去する異物除去装置の場合、カメラ装置の設置環境によっては、大型コンプレッサの設置が困難な場合がある。すなわち、ノズル部に対し流体を十分に高い圧力で供給できない状況があり得る。
この場合、ノズル部に噴出口が複数箇所あると、各噴出口から噴出される流体の圧力はさらに低下するため、異物を良好に除去できなくなる虞がある。
そのため、カメラ装置の透明窓の異物を流体の噴出で除去する異物除去装置は、設置環境の制約などによってノズル部に限られた圧力でしか流体を供給できない場合でも、できるだけ異物を良好に除去できることが望まれている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ノズル部に対し流体を限られた圧力でしか供給できない場合でも透明窓の異物を良好に除去できる異物除去装置及びそれを備えたカメラ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
１） カメラレンズの前方に配置された透明の窓部に沿って所定角度範囲で往復回動すると共に、前記窓部に向かって流体を所定のスプレー角度で噴出する複数の噴出口が回動半径方向に並設されているワイパアームを備え、
前記複数の噴出口の内の一つの噴出口が、前記所定角度範囲の回動において前記カメラレンズの光軸位置を通過することを特徴とする異物除去装置である。
２） カメラレンズ及び前記カメラレンズの前方に配置された透明の窓部を有する本体部と、
前記窓部に沿って所定角度範囲で往復回動すると共に前記窓部に向かって流体を所定のスプレー角度で噴出する複数の噴出口が回動半径方向に並設されているワイパアームを備え、前記複数の噴出口の内の一つの噴出口が、前記所定角度範囲の回動において前記カメラレンズの光軸位置を通過する異物除去装置と、
を備え、
前記ワイパアームは、前記回動において、前記窓部における前記本体部の撮像画角に対応した長方形の利用領域の長手方向に移動することを特徴とするカメラ装置である。

本発明によれば、ノズル部に対し流体を限られた圧力でしか供給できない場合でも透明窓の異物を良好に除去できる。

図１は、本発明の実施の形態に係るカメラ装置の実施例であるカメラ装置５１の上面図である。 図２は、カメラ装置５１の前面図である。 図３は、カメラ装置５１の設置例を説明するための図である。 図４は、カメラ装置５１が備える異物除去装置５２のアーム１２ａを説明するための斜視図である。 図５は、アーム１２ａの後面図である。 図６は、アーム１２ａから噴出する噴流と窓部１ｄとの関係を説明するための側面図である。 図７は、窓部１ｄにおける利用領域Ｎと、回動噴射領域ＦＫと、の関係を説明するための模式図である。

本発明の実施の形態に係る異物除去装置及びそれを備えたカメラ装置を、実施例の異物除去装置５２及びそれを備えたカメラ装置５１により説明する。
まず、図１〜図５を参照して、異物除去装置５２及びカメラ装置５１の構成などを説明する。

以下の説明において、上下前後左右の各方向を、図１及び図２に示した矢印で規定する。前方は、カメラ装置５１で撮像する被写体Ｈが位置する方向である。
図１はカメラ装置５１の上面図、図２は前面図である。図３は、カメラ装置５１の設置例を説明する図である。図４は、異物除去装置５２に備えられたワイパアーム部１２のアーム１２ａを説明するための斜視図である。図５は、アーム１２ａの前面図である。

図１〜図３に示されるように、カメラ装置５１は、本体部１と、本体部１を載置固定して設置柱３に取り付けるための載置台２と、本体部１の前下方に配置され載置台２に取り付けられた異物除去装置５２と、を有する。
図１において、本体部１は、内部前方に配置されたカメラレンズとしてのレンズ部１ａと、レンズ部１ａの後方に配置された撮像素子１ｂ及び信号処理部１ｃと、レンズ部１ａの前方に配置された透明部材である窓部１ｄと、を有する。
窓部１ｄは、カメラ装置５１の撮像画角に対応した利用領域Ｎ（図７参照）を含む大きさ及び形状で形成された透明部材であって、レンズ部１ａの前玉（レンズ）を保護すべく前玉の前方に配置されている。
窓部１ｄは、例えば、透明の、アクリル板やガラス板などで形成されている。

カメラ装置５１のレンズ部１ａは、外部から窓部１ｄを通して入射した光から、被写体Ｈの像を撮像素子１ｂの受光面に結像させる。撮像素子１ｂは、被写体Ｈの像を光電変換し、光電変換で得た出力信号を信号処理部１ｃに向け送出する。
信号処理部１ｃは、撮像素子１ｂから入来した出力信号を処理し、映像信号ＳＧ１（図３）として外部に出力する。

一方、異物除去装置５２は、モータＭと、モータＭを収容し載置台２に固定された箱状のハウジング１１と、モータＭの出力軸Ｍａに固定され、モータＭの動作で回動するワイパアーム部１２と、を有する。モータＭと出力軸Ｍａとの間に減速機構を介在させてもよい。

ハウジング１１は、本体部１の前下方に配置されている。モータＭは、出力軸Ｍａの軸線ＣＬｍが、レンズ部１ａの光軸ＣＬ１に対しその下方において平行になる姿勢でハウジング１１の内部に収容固定されている。

次に、ワイパアーム部１２について図４及び図５を主に参照して説明する。
ワイパアーム部１２は、パイプ部１２１及びパイプ部１２１の一端部に連結されたノズル部１２２を有するアーム１２ａと、アーム１２ａのパイプ部１２１を挿通支持すると共にモータＭの出力軸Ｍａに連結されたホルダ１２ｂと、を有する。
パイプ部１２１の他端部には、ホース１３が取り付けられている。

ノズル部１２２は、複数（この例で３つ）の噴出口１４ａ〜１４ｃを有する。
噴出口１４ａ〜１４ｃは、パイプ部１２１の延在方向である回動半径方向に並設され、その延在方向に概ね直交する方向（カメラ装置５１においては後方）に流体を噴出する。以下、噴出口１４ａ〜１４ｃをまとめて噴出口群１４とも称する。

パイプ部１２１の内部を貫く貫通孔（不図示）は、一端側がホース１３に接続し、他端側がノズル部１２２の内部で３つに分岐し、それぞれ噴出口１４ａ〜１４ｃに接続している。
図２及び図５に示されるように、アーム１２ａの幅方向の中心軸線を軸線ＣＬ１２とすると、噴出口１４ａ〜１４ｃは、軸線ＣＬ１２上に並設されている。

また、以下の説明のため、図５に示されるように、アーム１２ａをワイパアーム部１２として取り付けた状態での、軸線ＣＬｍから中央の噴出口１４ｂまでの距離を距離Ｌ１とし、噴出口１４ｂと、噴出口１４ａ及び噴出口１４ｃと、の間の距離を、それぞれ距離Ｌａｂ，距離Ｌｂｃとする。距離Ｌａｂと距離Ｌｂｃは、例えば等しく設定する。

ワイパアーム部１２は、後述する制御部５３ｂの制御の下、モータＭの動作により、所定の角度範囲θＬＲ（図７参照）で往復回動する。また、その所定の角度範囲θＬＲに含まれない別の回動位置で停止維持するようになっている。次に、これらについて具体的に説明する。

図２に示されるように、ワイパアーム部１２は、上下方向に起立した起立位置１２ＣＴに対し、左方（図２の時計まわり方向）に角度θＬだけ回動した左回動位置１２Ｌと、右方（図２の反時計まわり方向）に角度θＲだけ回動した右回動位置１２Ｒと、の間で往復回動する。すなわち、角度θＬと角度θＲとを加えた角度範囲θＬＲで往復回動する。

また、左回動位置１２Ｌと右回動位置１２Ｒとの間の回動範囲以外の、例えば右回動位置１２Ｒからさらに角度θＷだけ回動させた待機位置１２Ｗで維持されるように制御される。待機位置１２Ｗは、例えばワイパアーム部１２が左右方向に伏せた姿勢となる位置に設定される。
角度θＬ，θＲ，θＷは、例えば、制御部５３ｂにより設定される。この設定については後述する。

また、距離Ｌ１は、ワイパアーム部１２の起立位置１２ＣＴにおいて、ノズル部１２２の並設された３つの噴出口１４ａ〜１４ｃの、例えば中央の噴出口１４ｂが光軸ＣＬ１上に位置するように設定されている（図６も参照）。
すなわち、ワイパアーム部１２の回動において、ノズル部１２２は、光軸ＣＬ１の位置を通過する噴出口を一つ有する。
光軸ＣＬ１の位置を通過する噴出口は、噴出口が奇数箇所ある場合は、中央の噴出口とし、偶数箇所ある場合は、中央の二つの内のいずれかにすることが望ましい。

次に、図３を参照してカメラ装置５１の設置例を説明する。
この設置例は、カメラ装置５１をサーキットのコースを走る競争車を撮影すべく設置するものである。
異物除去装置５２を備えたカメラ装置５１は、コース近傍の設置柱３の上部に取り付けられている。
そして、異物除去装置５２の動作を含むカメラ装置５１の動作は、設置場所近傍の地中などに設置された制御装置５３を介して、コースから数ｋｍ離れた制御室Ｒから遠隔制御される。
カメラ装置５１と制御室Ｒとの間は、制御装置５３を通してケーブル１５，１６により接続されている。

制御装置５３は、送受信部５３ａ，制御部５３ｂ，及びリレー回路５３ｃを含んで構成されている。
また、設置場所の近傍には、制御装置５３により動作制御されるコンプレッサ５４が配置されている。コンプレッサ５４は、制御装置５３に含めて設置されていてもよい。

カメラ装置５１の本体部１における信号処理部１ｃから出力された映像信号ＳＧ１は、ケーブル１５を通り、送受信部５３ａを介して制御室Ｒの画像表示装置３１に接続される。
これにより、カメラ装置５１で撮影された映像が画像表示装置３１に表示される。

また、制御室Ｒに備えられたスイッチ３２を操作員が操作することで、スイッチ信号ＳＧ２が、ケーブル１６を通り、送受信部５３ａを介して制御部５３ｂに送信される。
制御部５３ｂは、スイッチ信号ＳＧ２のＯＮ又はＯＦＦの指示に基づいて、コンプレッサ５４の動作をリレー回路５３ｃを介して制御すると共に、異物除去装置５２のモータＭの動作を、モータ制御信号ＳＧ３を送出して制御する。

コンプレッサ５４は、空気取り入れ口ＡＲから取り入れた空気を昇圧し、ホース１３を通してワイパアーム部１２に高圧空気として供給する。ワイパアーム部１２に供給された高圧空気は、パイプ部１２１を通りノズル部１２２の噴出口１４ａ〜１４ｃから噴出する。

次に、ワイパアーム部１２の動作について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、ノズル部１２２から噴出する高圧空気の噴流について説明する部分側面図であり、ワイパアーム部１２が、起立位置１２ＣＴにある状態で示されている。この状態で、既述のように、噴出口１４ｂは、光軸ＣＬ１上にある。

図６に示されるように、コンプレッサ５４により供給された高圧空気は、噴出口１４ａ〜１４ｃそれぞれから噴流Ｆａ〜Ｆｃとして噴出する。
噴流Ｆａ〜Ｆｃは、所定のスプレー角度及びスプレーパターンで噴出し、窓部１ｄに噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１として噴射される。スプレーパターンは、例えば円形であり、その場合、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１も円形領域となる。

スプレー角度、及び窓部１ｄとノズル部１２２との前後方向距離は、３つの噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１における隣接する噴射領域が、隙間を空けずに接する（図６）又は一部が重なり合うように設定するとよい。

次に、窓部１ｄにおける噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１と撮像画角に対応した利用領域Ｎとの関係について図７を参照して説明する。

図７は、窓部１ｄの前面図であり、カメラ装置５１のレンズ部１ａが固定焦点レンズの場合の撮像画角に対応した領域が、利用領域Ｎとして示されている。利用領域Ｎは、例えば左右を長手とする縦横比９：１６の矩形領域である。
窓部１ｄにおける噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１の大きさ、及びワイパアーム部１２の回動における角度θＬ，θＲは、例えば次のように設定するとよい。
ここで、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１は、同じ直径の円形領域に設定するものとする。すなわち、噴出口１４ａ〜１４ｃのスプレー角度を同じに設定する。

まず、軸線ＣＬ１２が、利用領域Ｎの上側の隅点Ｎ１を通るときのワイパアーム部１２の回動位置を、隅位置１２Ｅとする。
ワイパアーム部１２の回動中心である軸線ＣＬｍと隅点Ｎ１との間の距離を求め、起立位置１２ＣＴにおける軸線ＣＬｍからその距離に対応する位置を基準点Ｎ２とする。
そして、基準点Ｎ２と光軸ＣＬ１との間の上下方向の距離Ｌｈを３等分した値を、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１に対し共通に設定する半径ｒ１の最小値とする。
すなわち、距離Ｌｈ／３≦半径ｒ１とする。

これにより、ワイパアーム部１２が起立位置１２ＣＴにあるときに、利用領域Ｎの上下方向範囲は、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１内に収まる。

ワイパアーム部１２の左方回動の角度θＬ及び右方回動の角度θＲは、例えば、軸線ＣＬ１２が利用領域Ｎの左下の隅点ＮＬ及び右下の隅点ＮＲを通るまでの角度とする。
ワイパアーム部１２の、角度θＬと角度θＲとを加えた角度範囲θＬＲの回動で、窓部１ｄにおける噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１の通過領域は、太い二点鎖線で囲まれた幅広弧状の回動噴射領域ＦＫとなる。回動噴射領域ＦＫは、利用領域Ｎを包含する領域となる。

窓部１ｄにおける利用領域Ｎの大きさや縦横比は、撮像素子１ｂ及びレンズ部１ａの仕様により異なるので、カメラ装置５１の設置場所や利用用途などを考慮して予め決定する。その決定内容に基づいて、例えば上述の方法で、半径ｒ１及び角度θＬ，θＲを設定する。

次に、ワイパアーム部１２を往復回動させて行うカメラ装置５１の異物除去動作の例を説明する。ワイパアーム部１２は、動作開始前に待機位置１２Ｗに移動させてある。

図３において、制御室Ｒの操作者は、画像表示装置３１に表示されるカメラ装置５１による撮影画像に水滴や塵埃などの異物が付着していて除去が必要と判断した場合に、或いはカメラ装置５１の長期停止後の使用開始前などの特定時期に、スイッチ３２により動作ＯＮを指示する。
制御部５３ｂは、送受信部５３ａを介してスイッチ３２からのスイッチ信号ＳＧ２を受信したら、コンプレッサ５４を動作させて、ノズル部１２２の噴出口１４ａ〜１４ｃから高圧空気を噴出させる。

制御部５３ｂは、高圧空気の噴出と並行して、モータＭを動作させてワイパアーム部１２を待機位置１２Ｗから回動させ、左回動位置１２Ｌと右回動位置１２Ｒとの間の角度範囲θＬＲで予め設定した所定の回数だけ往復回動させる。
ワイパアーム部１２を所定の回数往復回動させたら、コンプレッサ５４を停止すると共にワイパアーム部１２を待機位置１２Ｗに移動し、異物除去動作を終了する。
ワイパアーム部１２を往復回動させる回数は、操作員がスイッチ３２から指定できるようにしてもよい。

以上詳述したカメラ装置５１は、ワイパアーム部１２の回動において、複数の噴出口１４ａ〜１４ｃの内の一つが、光軸ＣＬ１の位置を通過するようになっている。
これにより、撮影画像の少なくとも中央部分の異物が優先的に良好に除去される。通常、画像の中央部分にターゲットとなる被写体を位置させるので、撮影画像から得られる情報の有用性が確保される。

また、光軸ＣＬ１の位置を通過する噴出口は、噴出口が奇数箇所ある場合は、中央の噴出口とし、偶数箇所ある場合は、中央の二つの内のいずれかにすることが望ましい。
これにより、利用画像の上半分と下半分との異物除去を担う噴出口が同数又は一つ違いの近い数になるので、異物除去効果が平均化され良好な撮影画像が得られる。

また、カメラ装置５１は、ワイパアーム部１２の回動軸である出力軸Ｍａの位置を、窓部１ｄにおける撮像画角に対応した利用領域Ｎに対し、その両短辺を延ばした間の範囲に設定している。
より詳しくは、利用領域Ｎの長辺に直交し、光軸ＣＬ１と交わる直線（図７における軸線ＣＬ１２ａ）上に設定している。
これにより、ノズル部１２２は、ワイパアーム部１２の回動により、長方形の利用領域Ｎの長手方向に沿って移動する。
そのため、ワイパアーム部１２の回動中心である軸線ＣＬｍを、利用領域Ｎの短辺に直交し光軸ＣＬ１と交わる直線上に設定した場合と比べて、回動噴射領域ＦＫのワイパアーム部１２に沿う方向の幅を小さくできるので、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１の直径を小さく設定できる。すなわち、スプレー角をより小さくすることができる。

これにより、噴流Ｆａ〜Ｆｃが窓部１ｄの噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１に与える圧力を大きくすることができ、その結果、回動噴射領域ＦＫに与える圧力も大きくできる。そのため、窓部１ｄの利用領域Ｎに付着した水滴や塵埃を噴流の圧力及びその流れによって良好に除去することができる。

また、カメラ装置５１は、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１を同一半径とし、各半径を、利用領域Ｎの隅点Ｎ１を通る円と光軸ＣＬ１との間の距離Ｌｈの３等分の値又はそれよりわずかに大きい値の半径ｒ１に設定している。
そのため、利用領域Ｎの全域を回動噴射領域ＦＫに含みつつ、噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１の半径を可能な限り小さく設定できる。
これにより、コンプレッサ５４がノズル部１２２に供給する高圧空気の圧力に対し、噴流Ｆａ〜Ｆｃによって噴射領域Ｆａ１〜Ｆｃ１に与えることができる圧力をより大きくすることができ、その結果、回動噴射領域ＦＫに与える圧力もより大きくできる。そのため、窓部１ｄの利用領域Ｎに付着した水滴や塵埃を噴流の圧力及びその流れによって良好に除去することができる。

以上詳述した実施例は、上述の構成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変形した変形例としてもよい。

ノズル部１２２から噴出する流体は、空気などの気体に限定されず、例えば水などの液体でもよい。
ワイパアーム部１２の回動中心となる軸線ＣＬｍは、窓部１ｄの下方ではなく上方に設定してもよい。

複数の噴出口１４ａ〜１４ｃそれぞれを独立的に開閉可能な弁部を設け、制御部５３ｂの制御により、任意の噴出口１４ａ〜１４ｃから流体を噴出させるようにしてもよい。
すなわち、ワイパアーム部１２の１往復毎に流体を噴出する噴出口を一つずつ変えてもよい。
例えば、ノズル部１２２に噴出口がｎ（ｎ：２以上の整数）箇所ある場合に、制御部５３ｂは、ｋ（１≦ｋ≦ｎ）回目の回動往復で、ｋ番目の噴出口のみから流体を噴出させるように弁部を制御する。
これにより、利用領域Ｎ全領域に流体を噴射するために必要なワイパアーム部１２の往復回動回数は増えるものの、噴流Ｆａ〜Ｆｃから噴出される流体の圧力が高くなるので、異物が窓部１ｄから取れにくい場合でも、より良好に除去することができる。

噴出口１４ａ〜１４ｃの数は、３つに限定されない。二つ以上あるとよい。

異物除去装置５２は、載置台２に取り付けられているものに限らず、本体部１及び載置台２から分離した別体であってもよい。

１ 本体部
１ａ レンズ部、 １ｂ 撮像素子、 １ｃ 信号処理部
１ｄ 窓部
２ 載置台
３ 設置柱
１１ ハウジング
１２ ワイパアーム部
１２ａ アーム、 １２ｂ ホルダ
１２ＣＴ 起立位置、 １２Ｅ 隅位置、 １２Ｌ 左回動位置
１２Ｒ 右回動位置、 １２Ｗ 待機位置
１３ ホース
１４ 噴出口群、 １４ａ〜１４ｃ 噴出口
１５，１６ ケーブル
３１ 画像表示装置、 ３２ スイッチ
５１ カメラ装置、 ５２ 異物除去装置
５３ 制御装置
５３ａ 送受信部、 ５３ｂ 制御部、 ５３ｃ リレー回路
５４ コンプレッサ
１２１ パイプ部、 １２２ ノズル部
ＡＲ 空気取り入れ口
ＣＬ１ 光軸、 ＣＬ１２，ＣＬ１２ａ，ＣＬｍ 軸線
Ｆａ〜Ｆｃ 噴流
Ｆａ１〜Ｆｃ１ 噴射領域、 ＦＫ 回動噴射領域
Ｈ 被写体
Ｌ１，Ｌａｂ，Ｌｂｃ,Ｌｈ 距離
Ｍ モータ、 Ｍａ 出力軸
Ｎ 利用領域
Ｎ１ 隅点、 Ｎ２ 基準点
Ｒ 制御室
ｒ１ 半径
ＳＧ１ 映像信号、 ＳＧ２ スイッチ信号、 ＳＧ３ モータ制御信号
θＬ，θＲ 角度、 θＬＲ 角度範囲

Claims (4)

1. カメラレンズの前方に配置された透明の窓部に沿って所定角度範囲で往復回動すると共に、前記窓部に向かって流体を所定のスプレー角度で噴出する複数の噴出口が回動半径方向に並設されているワイパアーム部を備え、
   前記複数の噴出口の内の一つの噴出口が、前記所定角度範囲の回動において前記カメラレンズの光軸位置を通過することを特徴とする異物除去装置。
2. 前記複数は奇数であって、前記一つの噴出口は、中央の噴出口であることを特徴とする請求項１記載の異物除去装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の異物除去装置と、
   前記カメラレンズ及び前記窓部を有する本体部と、
   を備え、
   前記ワイパアーム部は、前記回動において、前記窓部における前記本体部の撮像画角に対応した長方形の利用領域の長手方向に移動することを特徴とするカメラ装置。
4. 前記所定角度範囲は、前記利用領域の長手方向の距離に応じて設定されることを特徴とする請求項３記載のカメラ装置。

Images