JP2019184753A - 雲台装置およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、モータの負荷トルクの小ささの点で有利な雲台装置を提供する。【解決手段】 本発明の雲台装置は、撮像装置が搭載されるハウジングと、チルト軸に関して前記ハウジングをチルトする駆動部とを有する雲台装置であって、前記チルト軸から離間した前記ハウジングの第１部分にその一端が係合し、かつ前記チルト軸から離間した前記駆動部の不動部分の第２部分にその他端が係合し、前記チルトの方向によらずに、前記チルトにより生じた前記チルト軸のまわりのモーメントを打ち消すように、前記第１部分と前記第２部分との間に力を加える弾性部材を有することを特徴とする。【選択図】 図３

Description

本発明は、雲台装置およびシステムに関する。

従来、様々な雲台装置の中で、チルト角の回転角に従い、ハウジングの重心位置がズレる構造の雲台装置が知られている。この構造においては、チルト角が大きくなるほど自重によるチルト軸に生じる自重トルクが大きくなる。そのため、チルト駆動するためのモータに前記自重トルクが負荷され、その分駆動トルクが大きくなり、モータの大型化が懸念される。

特許文献１では、チルト軸近傍に板ばねとピンを設け、その板ばねのばね力を利用して前記自重トルクを相殺する自重トルク相殺機構が提案されている。

特開２００８−３３１５１号公報

しかし、特許文献１のような自重トルク相殺機構では、相殺する力を生成するために板ばねを用いているため、生成する力の大きさの幅の自由度の点で不利である。

また、雲台装置は、ハウジングに搭載されるレンズや撮像装置によって、チルト駆動される対象物の重心位置が変化する。当該重心位置が変化すると、ハウジングが水平状態であってもチルト軸に自重トルクが作用しうることを意味する。それに対して、特許文献１のような機構では、水平状態において自重トルクを相殺する力を生成することができない。更に、チルト軸を含む鉛直な面を重心が通過しない範囲でチルト軸が回転した場合、自重トルク相殺機構がモータに対して不利な方向へ力を生成しうる。

本発明の目的は、例えば、モータの負荷トルクの小ささの点で有利な雲台装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の雲台装置は、撮像装置が搭載されるハウジングと、チルト軸に関して前記ハウジングをチルトする駆動部とを有する雲台装置であって、前記チルト軸から離間した前記ハウジングの第１部分にその一端が係合し、かつ前記チルト軸から離間した前記駆動部の不動部分の第２部分にその他端が係合し、前記チルトの方向によらずに、前記チルトにより生じた前記チルト軸のまわりのモーメントを打ち消すように、前記第１部分と前記第２部分との間に力を加える弾性部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、モータの負荷トルクの小ささの点で有利な雲台装置を提供することができる。

本発明を適用した雲台装置の外観図 本実施例１における雲台装置の断面図 本実施例１における自重トルク相殺機構の拡大図 本実勢例１における雲台装置がθ傾いた時の自重トルクの説明図 本実施例１における雲台装置がθ傾いた時の自重トルク相殺機構の作用させる力の説明図 本実施例１の自重トルク相殺機構を用いた時のチルト軸に生じるトルクの低減効果を表したグラフ 本実勢例２における自重トルク相殺機構の拡大図 本実施例２における軸ビスの断面図 本実施例３における雲台装置の断面図 本実施例３における自重トルク相殺機構の拡大図 本実施例３における軸ビス位置の違いによるトルクの関係図 本実施例３における軸ビス位置の違いによるトルクの関係図 本実施例４における自重トルク相殺機構の拡大図 本実施例４におけるダイヤル部の断面図 本実施例４における自重トルク相殺機構の斜視図 本実施例４における自重トルク相殺機構の斜視図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施例における雲台装置５０の外観図である。
図２は、本実施例１における雲台装置５０と、該雲台装置のハウジングに搭載された撮像装置（レンズ装置４，カメラ装置５）とを有するシステムの断面図である。図３は、図２における自重トルク相殺機構の拡大図である。図４は、本実施例１における雲台装置５０のハウジング部１がθ傾いた時の、チルト軸に作用する自重トルクを説明する図である。図５は、図４における自重トルク相殺機構がチルト軸に作用させる相殺力を説明する図である。図６は、本実施例１における自重トルク相殺機構を用いた時の、チルト軸に生じるトルクの低減効果を表したグラフである。

図７は、本実施例２における自重トルク相殺機構の拡大図である。図８は、本実施例２における軸ビス部の断面図である。
図９は、本実施例３に雲台装置の断面図である。図１０は、図９における自重トルク相殺機構の拡大図である。図１１、１２は、本実施例３における雲台装置の、軸ビス位置の違いによるチルト軸に生じるトルクの関係を説明する図である。
図１３は、本実施例４における自重トルク相殺機構の拡大図である。図１４は、本実施例４におけるダイヤル部１４の断面図である。図１５は、図１３における自重トルク相殺機構の斜視図である。図１６は、図１５の自重トルク相殺機構を反対側から見たときの斜視図である。

図１を参照して、雲台装置について説明する。本実施例の雲台装置５０は、ハウジング部１、パンチルト駆動部２、台座部３を備える。ハウジング部１はパンチルト駆動部（固定部）２に対して回動自在に連結されており、パンチルト駆動部２は台座部３に対して回動自在に連結されている。パンチルト駆動部２には、不図示のパン用駆動モータとチルト用駆動モータが設けられ、それらのモータの駆動力によりパンチルト駆動が可能となる。

図２から図６を参照して、実施例１における雲台装置について説明する。
ハウジング部１には、レンズ４およびカメラ装置５が搭載される。ハウジング部１と、パンチルト駆動部２と、台座部３とからなる雲台装置５０に、撮像装置（レンズ装置４、カメラ装置５）がハウジング部１内に装着されることにより、雲台撮影装置が構成される。本実施例の雲台装置５０では、様々なレンズ装置４およびカメラ装置５を搭載することができるため、搭載されるレンズ装置４およびカメラ装置５によって撮像装置が搭載されたハウジング部１全体の重心位置が変化する。パンチルト駆動部２は、筐体１０を有する。チルト軸３０には回動部材６が設けられ、回動部材６はチルト軸３０とともにチルト軸３０を中心に回動する。回動部材６には、チルト軸３０から離間した位置に支持部（第１部分）８が設けられる。筐体１０には、不動部分である固定板９が設けられる。固定板９には、軸ビス（第２部分）１２が固定される。弾性部材７は、一端が支持部８に係合し、他端が軸ビス１２に係合するように設けられ、支持部８および軸ビス１２それぞれに回動自在に掛止される。

次に、ハウジング部１が光軸方向が水平となる状態から角度θだけ傾いた時の自重トルク相殺機構の効果について説明する。

図４に示すように、ハウジング部１が矢印２０方向に角度θだけ傾いたとき、重心２７に生じる自重方向の力は、ｍをハウジング部１の重量とし、ｇを重力加速度として、ｍ×ｇとなる。更に、チルト軸３０から重心２７までの距離をＬとして、チルト軸３０に向に生じる自重トルクＴ１は、

なる式で表される。図５に示すように、ハウジング部１が角度θだけ傾いた時、弾性部材７は軸ビス１２を中心として回動部材６とともに回動する。その時の角度をαとする。

このとき、弾性部材７の引張力をＦとし、弾性部材７が角度αだけ回動した時の伸びをＬ_αとし、ばね乗数をｋとして、弾性部材７によって支持部８が弾性部材７の引張り方向に作用する力Ｐは、

なる式で表される。これより、自重トルク相殺機構によりチルト軸３０の円周接線方向に作用する力は、

なる式で表される。

ここで、チルト軸３０から支持部８の中心までの距離をｒとすると自重トルク相殺機構によってチルト軸３０に作用するトルクＴ２は、

なる式で表される。したがって、自重トルク相殺機構を用いた際のハウジング部１が角度θだけ傾いた時にチルト軸３０に生じるトルクＴは、

なる式で表される。

図６は、横軸をハウジング部１の回転角とし、縦軸をトルクとしたときの自重トルクＴ１と、自重トルク相殺機構によるトルクＴ２と、実際にチルト軸３０に生じるトルクＴとを表したグラフである。自重トルク相殺機構を用いることにより、自重トルクの約１／５までチルト軸に生じるトルクを低減することができている。本発明のシステムにおいては、チルトの方向によらずに、チルトにより生じたチルト軸３０のまわりのモーメントを打ち消すように、支持部（第１部分）８と軸ビス（第２部分）１２との間に力を加えるように弾性部材が配置されている。

雲台装置が設置された状態において、光学装置が搭載された状態のハウジング部１の重心がチルト軸を通る鉛直線上に位置するとき、ハウジング部１に対し弾性部材７によるチルト軸周りの回転トルクがかからない位置に支持部８と軸ビス１２が構成される。すなわち、弾性部材７として引張り弾性力を与える引張りコイルばね（引張弾性部材）を使用し、ハウジング部の重心位置がチルト軸の鉛直線上となるときに、チルト軸に垂直な断面において、チルト軸３０と支持部８と軸ビス１２はこの順に同一直線上となる。しかし、本実施例では弾性部材７は引張りコイルばねを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。雲台装置が設置された状態において、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０の鉛直線上となるときに、回動部材（ハウジング部）がチルト軸周りで回転する方向に弾性部材７から力を受けない構成とすればよい。しかし、撮像装置が搭載されたハウジング部１の重心がチルト軸３０を含む鉛直な面を基準にして±８度の範囲内にある予め定められた状態でハウジング部１にモーメントを加えない構成とすることによっても本発明の効果を十分に享受することができる。前記角度は、好ましくは４度の範囲内、更に好ましくは２度の範囲内となるように構成すると、本発明の効果をより十分に享受することができる。すなわち、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０を中心とする角度で鉛直線上から８度の範囲内、好ましくは４度の範囲内、更に好ましくは２度の範囲内にある位置に向けてハウジング部を付勢するように、支持部８の位置と軸ビス１２の位置と弾性部材７を構成するとよい。これについては、他の実施例についても同様である。なお、ここで、「鉛直」は、おもり（錘）を糸で吊り下げたときの糸が示す方向、すなわち重力の方向（水平面に対して直交する方向）を意味する。

したがって、弾性部材７として圧縮力（弾性力）を与える圧縮コイルばね（圧縮弾性部材）を使用し、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０の鉛直線上となるときに、チルト軸３０に垂直な断面において、支持部８とチルト軸３０と軸ビス１２はこの順に同一直線上に配置されるように構成してもよい。または、自然長に対して圧縮力および引張り力の両方の弾性領域を有する弾性部材（例えば、コイルばね、空気ばねなど）を使用してもよい。その場合、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０の鉛直線上となるときに、該弾性部材が自然長の状態となる位置に支持部８と軸ビス１２を構成するようにしても本発明の効果を享受することができる。すなわち、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０の鉛直線上となる位置に向けてハウジング部１を付勢するように弾性部材７、支持部８と軸ビス１２の位置を構成することにより、本発明の効果を享受することができる。

この構造によりチルト軸３０を駆動するための必要モータトルクを小さくすることができ、よりトルクが小さいモータで駆動することが可能となる。また、モータトルクが小さくなることでモータ自体も小型になり、駆動部の省スペース化を実現することができる。そして、本実施例１の自重トルク相殺機構では、弾性部材７（引っ張りコイルばね）を回動部材６の回動とともに軸ビス１２を回転中心として回動させることにより、チルト回転角が９０°を超えるような場合でも適切に相殺力を作用させることができる。また、引っ張りコイルばねのような弾性部材７を用いることにより、相殺力を幅広く自由に設定することができる。

図７、８を参照して、本実施例２における雲台装置について説明する。基本的な構成は本実施例１と同じであるが、異なる構成について説明する。不動部分である固定板９には、案内溝１１が形成されている。案内溝１１には、軸ビス１２が摺動可能に挿通され、ナット（締結部材）１３を用いて固定板９に固定される。ここで案内溝１１は、チルト軸３０に垂直な平面において、案内溝１１の延在方向の延長線上にチルト軸３０が位置するように構成される。軸ビス１２を案内溝１１に沿って矢印２１方向に調整することより、軸ビス１２とチルト軸３０との距離を変更可能とし、自重トルク相殺機構による相殺力の大きさを変えることができる。したがって、ハウジングに搭載されるレンズ装置４やカメラ装置５が変わり、ハウジング部１の重量が変化した際に、必要以上の相殺力を与えることなく適切な相殺力を設定することができる。

例示した実施例２では、案内溝１１は、チルト軸３０に垂直な断面において、案内溝１１の延在方向の延長線上にチルト軸３０が位置するように構成されるものとして記載したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、チルト軸３０に垂直な平面において、案内溝１１の延在方向の延長線が、支持部８がチルト軸３０を中心として回転してできる円と交わるように、案内溝１１を構成すればよい。更に、チルト軸３０に垂直な平面において、案内溝１１の延在方向の延長線が、チルト軸３０から支持部８までの距離の１／２の長さを半径とし、チルト軸３０を中心とする円と交わるように案内溝１１を構成するとより好ましい。すなわち、案内溝１１の延長線とチルト回転軸との距離が、チルト軸３０から支持部８までの距離以下、より好ましくは、チルト軸３０から支持部８までの距離の１／２以下、更に好ましくはゼロとなるように、案内溝１１を構成するとよい。

弾性部材７をハウジング部１側の回動部材６に対する固定位置である支持部８の位置を調整可能とする構成としても、自重トルク相殺機構による相殺力の大きさを変えることができる。その場合、回動部材６に対し支持部８を固定する位置を、チルト軸３０に対して、径方向に調整可能とするようにしてもよい。

図９から図１２を参照して、本実施例３における雲台装置について説明する。基本的な構成は本実施例２と同じであるが、異なる構成について説明する。固定板９に設けられる案内溝１１は、チルト軸３０を中心とした円周上に設けられる。これにより、軸ビス（締結部材）１２を案内溝１１に沿って矢印２２方向に移動させて固定することにより位置を調整することができる。

この調整の効果について説明する。図９に示すようにハウジング部１の重心２７が、ハウジング部１が水平状態において、チルト軸３０を通る鉛直線よりも物体側にあると仮定する。そして、ハウジング部１がチルト軸３０を中心として図１１，１２に記載した矢印２５方向へ回動したとする。このとき、重心２７がチルト軸３０を通る鉛直線を乗り越えるまでは、自重トルクは矢印２３方向に作用する。一方で、軸ビス１２が図１１に示すような位置にある場合、自重トルク相殺機構による相殺力は、矢印２４方向に作用する。これらより、自重トルクが作用する方向と相殺力が作用する方向が同方向となり、相殺機構の役割を果たさなくなる。そこで、軸ビス１２を案内溝１１に沿って図１２に示すような位置に調整した場合、相殺力の方向が反転し、相殺機構の役割を果たすこととなる。このことから、軸ビス１２の調整位置は、重心２７がチルト軸３０を通る鉛直線上に位置したとき、チルト軸３０と支持部８と軸ビス１２が一直線上となる位置に調整することが望ましい。ハウジング内に搭載するレンズ装置やカメラ装置を変更する場合、上記のような重心位置の変化が生じるが、本実施例３の調整機構を有することにより、確実に相殺機構の役割を果たすことができる。

実施例３において、弾性部材７が固定される固定板９側の軸ビス１２の位置を調整する構成を説明してきたが、本発明はこの構成に限定されることはない。弾性部材７をハウジング部１側の回動部材６に対する固定位置である支持部８の位置を調整可能とする構成としても、本発明の効果を享受することができる。その場合、回動部材６に対し支持部８を固定する位置を、チルト軸３０を中心とする周方向（回転方向）に調整可能とするようにしてもよい。

図１３から図１６を参照して、本実施例４における雲台装置について説明する。実施例２および実施例３と同様に、固定板９には案内溝１１が設けられる。固定板９は、筐体１０に固定される。ダイヤル部（操作部材）１４は、筐体１０に挿通され、２つのＣリング１６によって位置が規制される。したがって、ダイヤル部１４は、筐体１０の外部から回動操作可能となる。ダイヤル部１４と案内部材１５には、それぞれ雄ねじ部１８、雌ねじ部１９が設けられ、互いに螺合して接続されている。案内部材１５には、案内溝１１に対して摺動可能な軸１７と、弾性部材７を掛止する軸ビス１２が設けられる。ダイヤル部１４の雄ねじ部１８と案内部材１５の雌ねじ部１９が螺合され、軸１７が案内溝１１に挿通されることにより、ダイヤル部１４を回動すると案内部材１５は矢印２６方向に沿って移動可能となる。これらの構造により、実施例１から３のようにパンチルト駆動部２を分解せずとも相殺力の調整を行うことができる。

雲台装置が設置された状態において、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０の鉛直線上となるときに、回動部材（ハウジング部）がチルト軸周りで回転する方向に弾性部材７から力を受けない構成とすればよい。しかし、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０を中心とする角度で鉛直線上から８度の範囲内、好ましくは４度の範囲内、更に好ましくは２度の範囲内となるときに、回動部材がチルト軸周りで回転する方向に弾性部材７から力を受けない構成とすることによっても本発明の効果を十分に享受することができる。すなわち、ハウジング部１の重心の位置がチルト軸３０を中心とする角度で鉛直線上から８度の範囲内、好ましくは４度の範囲内、更に好ましくは２度の範囲内にある位置に向けてハウジング部を付勢するように、支持部８の位置と軸ビス１２の位置と弾性部材７を構成するとよい。

以上、本発明に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および変更が可能である。

１：ハウジング部
２：パンチルト駆動部（固定部）
６：回転部材
７：弾性部材
８：支持部（第１部分）
９：固定板（固定部）
１２：軸ビス（第２部分）
５０：雲台装置

Claims (10)

1. 撮像装置が搭載されるハウジングと、チルト軸に関して前記ハウジングをチルトする駆動部とを有する雲台装置であって、
   前記チルト軸から離間した前記ハウジングの第１部分にその一端が係合し、かつ前記チルト軸から離間した前記駆動部の不動部分の第２部分にその他端が係合し、前記チルトの方向によらずに、前記チルトにより生じた前記チルト軸のまわりのモーメントを打ち消すように、前記第１部分と前記第２部分との間に力を加える弾性部材を有することを特徴とする雲台装置。
2. 前記チルト軸からの前記第２部分の距離および方向のうち少なくとも一方を変更する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の雲台装置。
3. 前記第２部分は、前記不動部分に形成された案内溝に沿って、その位置を変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の雲台装置。
4. 前記第２部分に接続された前記変更のための操作部材を有することを特徴とする請求項３に記載の雲台装置。
5. 前記チルト軸からの前記第１部分の距離および方向のうち少なくとも一方を変更する機構を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の雲台装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の雲台装置と、
   前記ハウジングに搭載された撮像装置と、
   を有することを特徴とするシステム。
7. 前記撮像装置が搭載された前記ハウジングの重心が前記チルト軸を含む鉛直な面を基準にして±８度の範囲内にある予め定められた状態で前記ハウジングにモーメントを加えないように、前記第１部分と前記第２部分と前記弾性部材とが構成されていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記弾性部材は、引張弾性部材であり、
   前記状態において、前記チルト軸と前記第１部分と前記第２部分とは、この順に一直線上に配置される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記弾性部材は、圧縮弾性部材であり、
   前記状態において、前記第１部分と前記チルト軸と前記第２部分とは、この順に一直線上に配置される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
10. 前記状態において前記弾性部材が自然長となるように、前記第１部分と前記第２部分とが位置することを特徴とする請求項７に記載のシステム。

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