JP5731781B2 - ネットワーク機器 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークカメラ等のネットワーク機器に関するものである。

従来、ネットワーク機器をネットワークと接続する際に、ネットワーク機器内において、ＬＡＮコネクタ、外部との絶縁を行うパルストランス、物理層コントローラ（ＰＨＹ）、ネットワーク制御チップが至近距離で接続される構成となっている。これは、ＬＡＮコネクタを介して外部と接続する際に、ＬＡＮコネクタの直近に配置されたパルストランスで内部と外部を絶縁することで、内部を保護するようにしたものである。すなわち、ＬＡＮコネクタと直近に配置したパルストランスの一次側という限られた領域のみを二次側と分離するように沿面距離を取ればよいことになる。更に、機器の外部には、規格に適合した様々なケーブルや機器が接続される。これらに対して通信を保証するためにも、信号品位を劣化させる要因（例えば、信号線路のインピーダンス不整合、ノイズの漏れこみ等）を極力排除するために、上記の沿面距離が確保される。

例えば、従来、パン・チルト機構を有するネットワークカメラは、図７に示すようなブロック構成を有する。すなわち、レンズユニット１００、映像信号処理を行う可動部基板２０６、映像信号を受信してネットワーク処理を行いＬＡＮと接続するための固定部基板３０６を備える。

レンズユニット１００は、レンズ１１０、センサー１２０、モーター１３０を備える。可動部基板２０６は、映像処理部２１０、第２個別電源部２５６、及びコネクタ２４６を備える。固定部基板３０６は、コネクタ３５６、ネットワーク処理部２２０、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０、パルストランス３４０、ＬＡＮコネクタ３３０、第１個別電源部３１１、及びＰｏＥ電源部３１０を備える。

可動部基板２０６と固定部基板３０６を接続する部分は、高速な映像信号・通信信号用の信号線３７６、及び可動部に電源を供給する電源信号用の信号線３８６が通る。

また、図８に示すようなブロック構成のものもある。すなわち、固定部基板３０８には、外部と接続する必要のあるＬＡＮコネクタ３３０と電源コネクタ３２０、可動部基板２０８と接続用のコネクタ２４８を備える。一方、可動部基板２０８には、映像処理部２１０、ネットワーク処理部２２８、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０、パルストランス３４０、固定部基板３０８と接続用のコネクタ２４８を備えている。更には、可動部基板２０８には、パン・チルト制御のためのＰＴ制御部２６８、パン・チルト駆動用モータ４０８、第３個別電源部２５１、電源部３１８を備えている。そして、固定部基板３０８と可動部基板２０８を接続するケーブル上に信号ライン３７８、および、可動部に電源を供給する電源信号ライン３８８を通していた。

更に、特許文献１では、パルストランスとノイズフィルターを一体化したインターフェースモジュールが開示されている。

実公平０７−０２２９１４号公報

しかしながら、上述の図７による従来技術の構成では、映像信号データレートは映像サイズがＮＴＳＣクラスで約２７Ｍバイト／秒、１２８０＊９６０で約１１１Ｍバイト／秒、フルＨＤで約１５０Ｍバイト／秒となる。このデータレートを８ビットパラレルで伝送すると、差動信号で伝送するためにクロックを含めて信号線数は１８本にも上る。８ビットパラレルの差動信号をシリアライズして伝送すると信号線数は少なくなるものの、信号の周波数は上がる。８ビットパラレルをシリアライズして１本の信号として通すと、信号レートは８倍となる。

すなわち、ＮＴＳＣクラスで約２１６Ｍビット／秒、１２８０＊９６０で約８９０Ｍビット／秒、フルＨＤで約１.２Ｇビット／秒となり、非常に高速な信号となる。また、この信号は、パン・チルトを行う可動部と固定部をつないでいるためにネットワークカメラ機器内とはいえ、数１０ｃｍの長さになる。２００ＭＨｚを超える高速な信号をケーブルまたはＦＰＣにより伝送すると、信号品質の悪化、及び放射ノイズが大きくなり、このための対策コストが大きくなるとともに、基板上、及びメカ機構上も大きなスペースを必要とする。

上述の図８による従来技術では、外部より接続されたＬＡＮの信号を直接コネクタ、ケーブルを介して可動部に送信する技術である。この方法によると、例えば、１００Ｂａｓｅ−Ｔの場合、信号周波数は、１２５ＭＨｚである。また、信号線数は、１００Ｂａｓｅ−Ｔの場合、送信／受信ともに差動信号であり、４本となる。更に、ＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））をサポートすると６本となる。

しかしながら、図８の構成の場合、この１００Ｂａｓｅ−Ｔのケーブルを直接内部に引きこんで、更に内部配線を介してパルストランス３４０、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０と接続することになる。そして、機器内部のＬＡＮコネクタ３３０、コネクタ３５８、信号ライン３７８、コネクタ２４８、パルストランス３４０まで外部より直接接続されることとなる。この場合、１００Ｂａｓｅ−Ｔの規格上許容されるケーブル等を含めてインピーダンス整合をとる必要があり、信号品位を確保することは非常に難しくなる。また、ＬＡＮ接続をする上で、内部と外部を絶縁しなければならないため、機器内のＬＡＮコネクタ３３０からパルストランス３４０の一次側まで全てを二次側より沿面距離をとらなければならない。すなわち、沿面距離を確保する領域が増えることになり、機器内の配置等に制約ができ、その分だけ機器が大きくなることを意味している。

特許文献１のインターフェースモジュールでは、パルストランスとノイズフィルターを一体化したインターフェースモジュールが開示されている。このインターフェースモジュールは、メインとなる基板（片面基板）に配置されたＬＡＮコネクタと物理層コントローラ（ＰＨＹ）との間に配置する小基板のモジュールであり、基板上に重ね合わせる小基板である。この小基板上で、送受信系を分離することでクロストークを少なくし、ノイズフィルターを両面に配置して省スペース化を図るとともに、送受信両者の特性を合せる目的である。

しかしながら、本来、ＬＡＮコネクタ、パルストランス、ノイズフィルター、物理層コントローラ（ＰＨＹ）、ネットワーク処理部を一枚の基板上に実装している。これに対して、特許文献１の構成では、パルストランスとノイズフィルターを小基板として分離し、元の基板に重ね合わせるように実装するようにしたものである。このために、メイン処理系が実装される基板と、外部との接続を行うためのＬＡＮコネクタが別々に配置されることを想定しているものではない。

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、ネットワーク機器において、ネットワーク信号系において基板を分割し、これを接続する際に最適な接続を提供することを目的としている。

すなわち、
（１）伝送信号の周波数を落し、信号線数を少なくすることにより放射ノイズを抑えること、
（２）インピーダンス整合を取りやすく、信号品位の確保を容易とすること、
（３）沿面距離のとる領域を最小限として装置の小型化すること、
を可能にするネットワークカメラ等のネットワーク機器を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明によるネットワーク機器は以下の構成を備える。即ち、
前記ネットワーク機器は、
映像を撮像するためのレンズ、該レンズで撮像された映像を検出するセンサー、および撮像方向を変化させるためのチルト機構とを有する可動部と、
撮像方向を変化させるためのパン機構を有する固定部と、
前記可動部と前記固定部との間を接続する接続ケーブルとを備え、
前記固定部に、ＬＡＮコネクタ及びパルストランスを備える第１の基板が配置され、
前記可動部に、前記センサーから出力される映像信号を処理する映像信号処理部と、前記映像信号処理部によって処理された映像信号をプロトコル処理するネットワーク処理部と、前記プロトコル処理された信号をネットワーク上に流せる信号形態に変換する物理層コントローラと、を備える第２の基板とが配置され、
前記接続ケーブルは、前記第１の基板が備える前記パルストランスと前記第２の基板が備える前記物理層コントローラとの間を接続している。

本発明によれば、伝送信号の周波数を落し、信号線数を少なくすることにより放射ノイズを抑えるとともに、インピーダンス整合を取りやすく、信号品位の確保を容易とするネットワーク機器を提供することができる。また、沿面距離のとる領域を小さくして装置の小型化することを可能にしたネットワークカメラを提供することができる。

実施形態１のネットワークカメラのブロック図である。 実施形態１のパン・チルトカメラの概念図である。 実施形態１の固定部のブロック図である。 実施形態１の固定部の別のブロック図である。 実施形態２のネットワークカメラのブロック図である。 実施形態２の固定部のブロック図である。 第１の従来例のブロック図である。 第２の従来例のブロック図である。

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＞
本発明の実施形態１のネットワーク機器の構成について説明する。実施形態１においては、ネットワークインターフェースを有するネットワーク機器としてネットワークカメラを例として説明する。

図１は本発明の実施形態１のネットワークカメラのブロック図である。

図１において、１００はネットワークカメラのレンズユニット、２００は映像信号処理を行う可動部基板（第２の基板）、３００はＬＡＮと接続するための固定部基板（第１の基板）である。

レンズユニット１００は、映像を撮像するためのレンズ１１０、レンズ１１０で撮像された映像を検出するセンサー１２０、レンズ１１０を駆動するモーター１３０を備える。可動部基板２００は、映像処理部２１０、ネットワーク処理部２２０、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０、コネクタ２４０及び個別電源部２５０を備える。固定部基板３００は、コネクタ３５０、パルストランス３４０、ＬＡＮコネクタ３３０、及びＰｏＥ電源部３１０を備える。

レンズユニット１００のレンズ１１０を介してセンサー１２０により撮像された映像信号は、可動部基板２００の映像処理部２１０に送信されて映像信号処理され、ネットワーク処理部２２０によりパケット化、プロトコル処理等が行われる。プロトコル処理された映像信号は、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０により、ネットワーク上に流せる信号形態に変換される。その後、コネクタ２４０、信号線３７０を介して、固定部基板３００のコネクタ３５０を介してパルストランス３４０を通り、ＬＡＮコネクタ３３０により外部機器に接続される。ここで、個別電源部２５０は、映像処理部２１０、ネットワーク処理部２２０、及び物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０それぞれに電源を供給する。

ＰｏＥによりＬＡＮケーブルより電源が供給される際は、ＬＡＮコネクタ３３０より、及びパルストランス３４０より、ＰｏＥ電源部３１０に対して電源が供給され、ＰｏＥ電源部３１０により機器内部に必要な電源が生成される。また、ＰｏＥ電源部３１０により、コネクタ３５０及び信号線３８０を介して、可動部に電源を供給する。

次に、撮像方向を変化させるためのパン・チルト機構を有するネットワークカメラの説明を行う。図２は、パン・チルト機構を有するネットワークカメラ４００の説明図である。

図２（ａ）はネットワークカメラ４００の側面図であり、パン機構の回転部はボトムケース４１０とターンテーブル４１２で構成され、パン回転軸４１４を中心にターンテーブル４１２が回転する構造である。

図２（ｂ）はネットワークカメラ４００の正面図であり、チルト機構の回転部はレンズ支柱４２０とレンズケース４３０で構成され、チルト回転軸４２５を中心にレンズケース４３０とレンズユニット１００が回転する構造である。

固定部基板３００（図１）は、ボトムケース４１０の中に配置され、パン・チルト機構が動作しても動くことはない。これに対し、可動部基板２００はターンテーブル４１２に固定され、パン機構の回転動作とともに可動するものである。ターンテーブル４１２が約±１８０°の回転を行う際に、可動部基板２００（図１）と固定部基板３００（図１）を接続する接続ケーブル（図１の信号線３７０及び３８０）は、この回転を吸収するように構成されていなくてはならない。このために、パン回転軸４１４を中心にして設けられたボビン（不図示）に２−３回ゆるく巻きつけて、回転動作した際の伸び縮みを吸収可能なように取付けられる。ここで、この接続ケーブルは４０−５０ｃｍとなり、また、耐久動作、コストを考慮してＦＰＣが用いられる。

実施形態１においては、ネットワークカメラを１００Ｂａｓｅ−Ｔのネットワークに接続する場合を例として説明を行う。１００Ｂａｓｅ−Ｔのネットワークでは、送信データ／受信データは、差動信号で送受信されるため、通信に使われる信号線は２ペア、４本である。図１において、物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０、コネクタ２４０、信号線３７０、コネクタ３５０、パルストランス３４０、ＬＡＮコネクタ３３０のラインは、４本の信号が通ることになり、信号周波数は１２５ＭＨｚである。このラインは、映像信号を圧縮しネットワークに流す信号であるために、信号周波数は映像サイズにはよらず、一定である。参考までに先に説明した図７の従来例における信号線３７６は、フルＨＤサイズの時には、パラレル時には信号線数１８本で信号周波数は約１５０ＭＨｚ、シリアル時には信号線数４本で信号周波数は約１.２ＧＨｚとなる。

図３は固定部基板３００のブロック図である。図３において、３３０はＬＡＮコネクタ、バイアス３６０が掛けられている３４０はパルストランス、３５０は可動部基板２００（図１）と接続するためのコネクタ、３１０はＰｏＥ電源部である。ここで、ＬＡＮコネクタ３３０は、１００Ｂａｓｅ−Ｔ用の８極のコネクタである。そのため、ＬＡＮコネクタ３３０は、差動のＴＸ＋信号線３３１、ＴＸ−信号線３３２、ＲＸ＋信号線３３３、ＲＸ−信号線３３４、ＰｏＥ規格により電源供給可能な電源入力線３３５−３３６及び３３７−３３８を備える。送受信に用いられるＴＸ＋信号線３３１、ＴＸ−信号線３３２、ＲＸ＋信号線３３３、ＲＸ−信号線３３４は、パルストランス３４０の一次側に接続される。パルストランス３４０により絶縁された二次側より送受信信号線３４１−３４４は、コネクタ３５０を介して可動部基板２００（図１）の物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０（図１）に接続される。

ＬＡＮコネクタ３３０よりパルストランス３４０に入った送受信信号は、ＰｏＥ電源部３１０からの電源が重畳されているために、パルストランス３４０のセンタータップより信号を取り出す。そして、ダイオードブリッジ３１６を通ってＰｏＥ電源部３１０の絶縁型電源部３１４に供給される。また、ＬＡＮコネクタ３３０の空き線である電源入力線３３５−３３６及び３３７−３３８にも重畳された電源がダイオードブリッジ３１７を通ってＰｏＥ電源部３１０の絶縁型電源部３１４に供給される。

ＰｏＥ規格（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ）は、ＨＵＢ（不図示）より電源を供給する際に、ＴＸ／ＲＸ線に電源を載せる信号線重畳タイプと空き線に電源を載せる空き線重畳タイプのいずれも認めている。このために、ネットワーク機器側では、信号線重畳タイプと空き線重畳タイプともに対応する必要がある。そのため、図３に示すように、ダイオードブリッジを信号線重畳用と空き線重畳用の２系統（ダイオードブリッジ３１６、３１７）設けて、どちらから電源を供給されても良いようにしている。絶縁型電源部３１４は、ネットワークより供給された電源（標準４８Ｖ）をトランスにより内部／外部を絶縁するとともに、機器内部に必要な電源（この場合には５Ｖ）を生成している。

ここで、ＬＡＮコネクタ３３０側の外部より入力される信号に対して、内部回路とは、１５００Ｖの絶縁耐圧を設ける必要がある。このためにも、ＬＡＮコネクタ３３０とパルストランス３４０、及びダイオードブリッジ等の一次側の素子は、ＬＡＮコネクタ３３０周辺に配置し、二次側素子との間に沿面距離をとるように配置している。

また、１００Ｂａｓｅ−Ｔにより通信を行う際に、ＴＸ／ＲＸ線は、ＬＡＮの規格に合せた信号品位を確保する必要がある。このためにも、パルストランス３４０をＬＡＮコネクタ３３０の直近に配置し、差動のラインを短く、かつ等長配線で接続するようにしている。

実施形態１においては、１００Ｂａｓｅ−Ｔのネットワークを例として説明を行っている。しかしながら、本発明は、１００Ｂａｓｅ−Ｔに限るものではなく、１０００Ｂａｓｅ−Ｔのギガビットネットワークにおいても、適応できることは言うまでもない。

図４に１０００Ｂａｓｅ−Ｔのネットワークを用いる場合の固定部基板３００のブロック図を示す。

３３０は１００Ｂａｓｅ−Ｔの構成と同様のＬＡＮコネクタ、３９０は１０００Ｂａｓｅ−Ｔ用の４ペアに対応したパルストランスである。また、３５０は１０００Ｂａｓｅ−Ｔ用に４ペアの通信線を可動部に提供するためのコネクタ、３９６は１０００Ｂａｓｅ−Ｔ用のＰｏＥに対応する絶縁型電源部である。１０００Ｂａｓｅ−Ｔのネットワークでは、ＬＡＮコネクタ３３０上の信号線４ペア８線をそれぞれ使い、信号周波数は１００Ｂａｓｅ−Ｔと同じ１２５ＭＨｚである。１０００Ｂａｓｅ−Ｔでは４ペア８線すべて使うために、ＬＡＮコネクタ３３０、パルストランス３９０、可動部に通信信号を送信するコネクタ３５０も全て４ペア対応となる。コネクタ３５０のピン数は、８本の通信線のほかに電源を送るための２本の信号線が必要であるため、合計１０本となる。通信線として、１００Ｂａｓｅ−Ｔではパルストランス３４０〜物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０までは、１００Ｂａｓｅ−Ｔでは２ペア４本であったのが、１０００Ｂａｓｅ−Ｔでは４ペア８本となる。

以上説明したように、実施形態１によれば、ネットワーク機器において固定部基板と可動部基板を接続する際に、固定部基板上にＬＡＮコネクタとパルストランスを配置する。また、可動部基板上に物理層コントローラ（ＰＨＹ）とネットワーク処理部を配置する。これにより、ネットワーク機器の各種構成要素を結ぶラインの信号周波数を低く抑え、また、その信号線数を少なくすることができる。

また、このような構成により、ケーブルコストを安くすることができ、また、電源部を固定部基板上に配置することで、大型で重量のあるトランスを固定部側に配置することができ、可動部を小型軽量化することが可能となる。また、可動部を駆動するモータ等も小型化することが可能となる。更に、放射ノイズを抑えることが容易にできるようになる。更に、絶縁の必要な部分を固定部基板の一部領域に集中することができるために、小型化が容易となる。

＜実施形態２＞
図５を用いて、本発明の実施形態２のネットワーク機器の構成について説明する。図５では、電源をＬＡＮから供給を受けるＰｏＥだけではなく、固定部基板３０２に電源コネクタ３２０を設け、ＡＣ／ＤＣ電源による動作を可能としたものである。また、可動部基板２０２にパン・チルト動作を行うためのＰＴ（Ｐａｎ−Ｔｉｌｔ）制御部２６０を設けている。そして、このＰＴ制御部２６０に対して、コネクタ２８０を介してチルト駆動用モータ４４０を可動部側に設けるのに対して、コネクタ２７０を介してパン駆動用モータ４５０を固定部側に設けている。

図６は実施形態２の固定部基板３０２のブロック図である。ここでは、図３の固定部基板３００に、電源コネクタ３２０を追加している。電源コネクタ３２０より信号線３２１及び３２２を介して供給されたＡＣ／ＤＣ電源は、ダイオードブリッジ３２３により整流され、ＰｏＥ及びＤＣ対応の絶縁型電源部３１５に供給される。絶縁型電源部３１５は、ＰｏＥ側のダイオードブリッジ３１６及び３１７よりの入力と、電源コネクタ３２０側のダイオードブリッジ３２３からの入力とを切り替えるためのダイオードオア回路（不図示）が内蔵される。そして、ダイオードオア回路は、優先順位に従い、ＰｏＥ供給による電源制御か、ＡＣ／ＤＣ供給による電源制御かを切替える。

ネットワークの通信信号の系は、実施形態１と同様に、ＬＡＮコネクタ３３０−パルストランス３４０−コネクタ３５０−信号線３７０−コネクタ２４０−物理層コントローラ（ＰＨＹ）２３０と接続され、系自体は変らない。すなわち、本発明は、ＰｏＥを考慮した発明であるが、ＰｏＥの有無に関係しているものではなく、ＰｏＥのない、ＡＣ／ＤＣ供給のシステムでも同様に成り立つものである。

以上説明したように、実施形態２によれば、ＰｏＥ及びＡＣ／ＤＣの少なくとも一方による電源供給がなされる構成においても、実施形態１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 (3)

1. ネットワーク機器であって、
   前記ネットワーク機器は、
   映像を撮像するためのレンズ、該レンズで撮像された映像を検出するセンサー、および撮像方向を変化させるためのチルト機構とを有する可動部と、
   撮像方向を変化させるためのパン機構を有する固定部と、
   前記可動部と前記固定部との間を接続する接続ケーブルとを備え、
   前記固定部に、ＬＡＮコネクタ及びパルストランスを備える第１の基板が配置され、
   前記可動部に、前記センサーから出力される映像信号を処理する映像信号処理部と、前記映像信号処理部によって処理された映像信号をプロトコル処理するネットワーク処理部と、前記プロトコル処理された信号をネットワーク上に流せる信号形態に変換する物理層コントローラと、を備える第２の基板とが配置され、
   前記接続ケーブルは、前記第１の基板が備える前記パルストランスと前記第２の基板が備える前記物理層コントローラとの間を接続している
   ことを特徴とするネットワーク機器。
2. 前記第１の基板は、更に、電源部を備え、
   前記第１の基板が備える前記電源部により、前記接続ケーブルを介して前記第２の基板に電源を供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク機器。
3. 前記電源部は、ＬＡＮケーブルより供給されるＰｏＥに対応したＰｏＥ電源部である
   ことを特徴とする請求項２に記載のネットワーク機器。

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