JP6187442B2 - カメラハウジングおよび撮像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、粉塵、浮遊毛羽、ミストが生じる環境下において、粉塵、浮遊毛羽、ミストがカメラレンズへ付着することを防止するカメラハウジングに関する。
近年、ビデオカメラなどのカメラ装置は様々な用途で使用されている。例えば、家庭用はもとより業務用としても監視の目的で使用されるものや、生産現場においては記録および観察などの目的で使用されているものなど多種多様の用途で使用されている。そして、前記目的のために使用されるカメラ装置の設置場所は、人が近づきがたい高所や狭い場所あるいは人体に悪影響を及ぼすような場所もあるため、一旦設置したカメラ装置はメンテナンスフリーであることが望ましい。一方で、上述のような場所においては、粉塵、浮遊毛羽、ミストなどが飛散している場所も多く、防塵カメラハウジングを用いて、カメラ装置を保護する必要がある。
このため、従来の防塵カメラハウジングとしては、例えば、カメラレンズ前面に開口部を設けると共にカメラハウジング壁面でカメラ後方にエアー吐出口を設け、該エアー吐出口から吐出されたエアーを開口部からカメラハウジング外側へ吐出させることによって、粉塵等がカメラレンズに付着することを防止するものが知られている(特許文献1)。
また、カメラレンズ前面に透明な仕切り板を設けたカメラハウジングと、前記仕切り板の前方に周囲から仕切り板表面に沿ってかつ中心に向かうように構成されたエアーと、前記仕切り板に向かってくる粉塵等を吹き飛ばすように構成されたエアーとを設けたものも知られている(特許文献2)。
また、カメラレンズ前面に透明な仕切り板を設け、透明板の前面に付着した粉塵やミストをワイパー等の装置で清掃するものも知られている(特許文献3)。
特開平6−167760号公報 特開2001−108880号公報 特開2006−235061号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、カメラハウジング壁面でカメラ後方に設けるエアー吐出口からの吐出エアーの流速によりカメラ装置が振動してしまい、カメラ装置で撮影した画像がブレてしまうことが問題となる。一方で、カメラ装置の振動を防止するために吐出エアーの流速を小さくすると、開口部からのカメラハウジング外側へ吐出するエアーの流速が小さくなり、飛散する粉塵やミストがハウジング内部へ流入し、カメラレンズ表面に付着し、鮮明な映像を確保できなくなるばかりか、レンズ内部やカメラ内部にミストが混入し、カメラ装置が故障してしまう場合もあるという問題があった。
さらに、カメラハウジング壁面でカメラ後方に設けるエアー吐出口を、カメラ装置に直接当たらない位置に設けると、開口部における吐出速度に偏りが生じ、吐出流速が速い部分においては、圧力が低くなるため、その部分に対してカメラハウジング外側の粉塵やミストを巻き込む流れが生じ、カメラハウジング内部に流入するという問題もあった。
特許文献2の技術では、仕切り板の前方に周囲から仕切り板壁面に沿ってかつ中心に向かうように構成されたエアーは、仕切り板前方へも進む流れが形成されるため、仕切り板中心においては流速が小さくなると共に、カメラレンズの光軸上でぶつかり合ったエアーが仕切り板前面側から離れて前方側に進むエアーと後方側に戻るエアーとが発生し、後方に進むエアーは周囲に飛散しているミストを巻き込み仕切り板に付着させてしまい、鮮明な映像を確保できなくなり、定期的に仕切り板の清掃を必要とするという問題があった。
特許文献3の技術では、粉塵やミストが透明板に付着した状態で、当該ワイパーを作動させると、かえって透明板が汚れた状態になったり、当該ワイパーを定期的に交換しなければならなかったりするという問題があった。
上記のごとく、従来のカメラハウジングでは、粉塵、浮遊毛羽、ミストが生じる環境下において、粉塵、浮遊毛羽、ミストがカメラレンズもしくは透明な仕切り板に付着してしまい、鮮明な画像が確保できなくなるという問題があった。そこで、本発明の目的は、粉塵、浮遊毛羽、ミストがカメラレンズへ付着することの無く、継続使用しても鮮明な映像を確保することを可能にするカメラハウジングを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の撮像方法は、内部に備えられるカメラレンズのレンズ面に対向する位置に設けられる前面部、前面部に対向する位置に設けられる後面部、およびその他の側面部からなり、前面部に開口部を有し、側面部にエアー吐出口を有するカメラハウジングであって、エアー吐出口が、側面部の全周にわたって設けられ、前面部の内接円の径に対し、開口部の内接円の径が0.9倍以下であり、開口部の面積に対し、エアー吐出口の面積が0.1倍以上であることを特徴とするカメラハウジングの内部に備えられるカメラ装置を用い、エアー吐出口からカメラハウジングの外部から内部へエアーを吐出しながら撮像する撮像方法であって、カメラ装置もしくはカメラハウジング内壁面に衝突するエアーの流速を10m/s以下とする撮像方法である。
本発明のカメラハウジングにより、粉塵、浮遊毛羽、ミストが生じる環境下においても粉塵、浮遊毛羽、ミストがカメラレンズへ付着することなく、継続してカメラにより鮮明な映像を確保することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態におけるカメラハウジングの概略構成を示す断面図である。 図2は、図1の正面図である。 図3は、本発明の第2の実施形態におけるカメラハウジングの概略構造を示す断面図である。 図4は、図3のA−A断面図である。 図5は、本発明の第3の実施形態におけるカメラハウジングの概略構造を示す断面図である。 図6は、実施例1にて評価を実施した形態を示す図である。 図7は、実施例1(1−a)の開口部における吐出速度分布図である。 図8は、実施例3の開口部における吐出速度分布図である。 図9は、比較例(E)の開口部における吐出速度分布図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、下記の<本発明の第1の実施形態>は参考の実施形態である。
<本発明の第1の実施形態>
図1、図2は、本発明の一実施形態に係り、図1はカメラハウジング1とカメラハウジング1の内部に備えられるカメラ4およびカメラレンズ5からなるカメラ装置等の概略内部構造を示す断面図、図2は図1における正面図である。
図1に示すように、本発明のカメラハウジング1は、内部に備えられるカメラレンズ5のレンズ面に対向する位置に設けられる前面部、前面部に対向する位置に設けられる後面部、およびその他の側面部からなり、カメラハウジング1の前面部に開口部2を有し、カメラハウジング1の後面部および/または側面部にエアー吐出口3を備える。「カメラハウジング」とは、内部に備えるカメラ装置全体を周囲に飛散している粉塵、浮遊毛羽、ミストなどから保護するためのケースである。
開口部2はカメラハウジング1の前面部に備えられる。また、カメラハウジング1の前面部および開口部2を含む面を「開口部面」とする。さらに、図1に示すように、本発明において、開口部2の厚みはカメラハウジング1の前面部の部材厚みと同じである。
ここで、前面部側から見たカメラハウジング1の形状は、図2に示すように光軸7に関して軸対称な形状が好ましい。開口部2からカメラハウジング1外側へ吐出されるエアー3bが、開口部2において吐出速度に偏りがなく、均一な吐出エアーが形成できるためには、カメラハウジング1内部の流路も光軸7に関して軸対象であることが好ましいためである。ここで、光軸7は、図1に示すように、カメラレンズ5の中心を通る直線のことであり、カメラレンズ5の回転対称軸と同一である。
ここで、カメラハウジング1、開口部2、エアー吐出口3の寸法は以下の関係をみたすものである。すなわち、カメラハウジング1前面部の内接円の径に対し、開口部2の内接円の径が0.9倍以下であり、開口部の面積に対し、エアー吐出口の面積が0.1倍以上である。
エアー吐出口3からカメラハウジング1に吐出されるエアー3aの流量と、開口部2からカメラハウジング1外側へ吐出される吐出エアー3bの流量は等しくなるため、開口部2の面積を大きくすると、開口部2における吐出エアー3bの流速が小さくなってしまい、カメラハウジング1外部に飛散している粉塵、浮遊毛羽、ミストが開口部2からカメラハウジング1内部へ侵入してしまうことがある。
したがって、開口部2とカメラハウジング1との関係は、図2に示すように、開口部2の内接円の径をD、前面部の内接円の径をLとすると、開口部2においてカメラハウジング1外部に飛散している粉塵、浮遊毛羽、ミストの流入がない、均一な吐出エアー3bが得られる範囲は、D/L=0.9以下となる場合である。
ここで、開口部2の形状は、光軸7に対して軸対称なカメラレンズ5の場合であれば、画角の成す領域14と同じ光軸7を中心とした円形であることが最も好ましい。「画角の成す領域」とは、焦点6を頂点として画角を含む辺を、光軸7を中心に回転させた円錐形の領域を、開口部2面で切った断面の領域のことであり、図2に示すように、光軸7を中心とした円状の範囲となる。
開口部2とエアー吐出口3との関係は、開口部2の面積をSOut、エアー吐出口3の面積をSinとすると、開口部2において均一な吐出エアーが得られる範囲は、Sin/Sout=0.1倍以上となる場合である。エアー吐出口3の面積が小さく、カメラ装置もしくはカメラハウジング1内壁面に衝突するエアーの流速が10m/sを超える場合、カメラ装置の振動が生じる場合があるため、エアー3aが10m/s以下となるようにエアー吐出口3の面積を大きくすることによって、エアー吐出口3からカメラハウジング1に吐出されるエアー3aの流量を確保しつつ、カメラ装置の振動を抑制することができる。
したがって、カメラハウジング1前面部の内接円の径に対し、開口部2の内接円の径が0.9倍未満であり、開口部2の面積に対し、カメラハウジング1の後面部および/または側面部に設けられたエアー吐出口3の面積が0.1倍以上とすることによって、カメラハウジング1外部に飛散している粉塵、浮遊毛羽、ミストが開口部2からカメラハウジング1内部へ侵入を防止し、かつ、カメラ装置の振動を抑制することができる。
エアー吐出口3については、図1には記載していないポンプやコンプレッサなどのエアー発生手段に配管などを通して接続されている。エアー吐出口3から前記カメラハウジング1の内部に吐出されたエアー3aは、開口部2からカメラハウジング1の外部へ吐出される。なお、本発明における「エアー」としては、密度一定の空気などが使用できる。
カメラハウジング1の内部には、図1に示すように、カメラ4とカメラレンズ5からなるカメラ装置が固定冶具9を介して固定されており、開口部2を通して、撮影対象の撮像を行う。また、前記カメラ装置に接続されたケーブル10を介して図示していない画像表示装置と接続されており、前記撮像装置で撮像した信号の取り込みを行う。ここで、ケーブルとは、電源ケーブルおよびカメラ信号ケーブルである。固定冶具9はカメラ装置とカメラハウジングとを固定する部材であり、図1に示す実施形態以外にも、カメラ装置をカメラハウジング後方壁面と固定する形態であっても良い。
<本発明の第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態は、前述の本発明の第1の実施形態において、エアー吐出口3が、後面部に設けられる代わりに、図3および図4に示すように、カメラハウジング1の側面部の全周にわたって設けられていることを特徴とする。その他の構成は前述の第1の実施形態と同様である。
図3は、本発明の第2の実施形態のカメラハウジング1とカメラハウジング1内部に備えられるカメラ4およびカメラレンズ5からなるカメラ装置等の概略内部構造を示す断面図である。また、図4は、図3におけるA−A断面における断面図である。
開口部2において吐出速度の速度差が小さい均一な吐出エアーを形成するためには、カメラハウジング1内部において、光軸7に平行で開口部2を含む開口部面に直角に進む流れが形成されていることが好ましい。そこで、カメラハウジング1の側面部に側面全周にわたって、エアー吐出口3を設けることで、光軸7に対して軸対象なエアー吐出口3から吐出エアー3bの流速が一定の流れをカメラハウジング1内部に吐出することができ、前述の本発明の第1の実施形態のようにエアー吐出口3をカメラハウジング1の後面部および/または側面部に備えるのに比べ、より均一な吐出エアーを形成することができる。ここで「全周」とは、実質的に全周に設けられていればよく、部分的に孔が存在しない箇所があってもよい。また、エアー吐出口3をカメラハウジング1の側面部に側面全周にわたって備えることによって、エアー吐出口3の面積を大きく確保することができるため、流量を多くしても、カメラの振動を防止することができる。
エアー吐出口3は、例えば、カメラハウジング1の側面部の全周にわたって設けられるスリット状のものを好ましく採用できる。本発明の形態において、エアー吐出口の流量が0.008m/分の条件下では、スリットの幅は2mm以上が好ましく、特に8mm〜18mmの範囲にすることによって、開口部2において吐出速度の速度差がより小さい均一な吐出エアーを形成することができる。スリットの幅が18mmを超える場合には、カメラハウジングの強度が低下することがある。
<本発明の第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態は、前述の本発明の第2の実施形態において、エアー吐出口3がカメラレンズ5のレンズ面よりも開口部2側に設けられることを特徴とする。
エアー吐出口3がカメラレンズ5のレンズ面よりも後面部側に備えられる場合、もしくは、カメラレンズ5の側面にエアー吐出口3からの吐出エアー3bが当たる位置に備えられる場合、カメラ装置および固定冶具9の形状や材質、取り付け位置に影響されて、開口部2の領域内において、吐出エアー3bに流速差が生じることがある。例えば、開口部2の中心付近では吐出エアー3bの流速が大きく、中心から半径方向に離れるにつれて流速が小さくなることがある。開口部2の範囲内において、カメラハウジング1の外側に吐出する流れが形成されていても、吐出する流速に差が大きい場合は、吐出流速が大きい部分に渦が生じ、吐出流速が小さい部分からカメラハウジング1内部に流入する流れ場が発生する場合がある。したがって、開口部2の範囲内においては、カメラハウジング1の外側に吐出する流れが形成されており、かつ吐出流速差が小さい方が良い。ここで、「カメラレンズ5の側面」とはカメラレンズのズームリングやフォーカスリングのある部分を示す。
これに対し、エアー吐出口3の位置を、カメラレンズ5のレンズ面よりも開口部2側に設ける態様にすることによって、カメラ装置および固定冶具9の形状や材質、取り付け位置に影響されることがなくなるため、開口部2において、より均一な吐出エアー3bを形成することが可能となる。
さらに、エアー吐出口3からの吐出エアー3aが、カメラレンズ5のレンズ面に沿って光軸7に向かって流れる位置にカメラハウジング1側面部にエアー吐出口3を設けることで、開口部2において、最も均一な吐出エアー3bを形成することができる。開口部2における均一な吐出エアー3bを形成するためには、光軸7に平行で、かつ、開口部2に直角に進む流れになっていることが好ましい。そのためには、開口部2とエアー吐出口3を設ける面との距離を離して、エアー吐出口3から開口部2に直角に進む流れが形成されるように助走距離を長く確保することで、開口部2において均一な吐出エアー3bを得ることができるからである。
上述のように構成されているカメラハウジング1の作用を説明する。
図5に示すように、カメラハウジング1の側面部の全周にわたって設けられたエアー吐出口3からカメラハウジング1内部へ吐出されたエアー3aは、カメラレンズ4のレンズ面に沿って光軸7に向かって進み、光軸7上でエアーが衝突する。その後、カメラハウジング1前面部方向と後面部方向に進む流れとが形成される。ここで、カメラハウジング1前面部方向に進む流れは、開口部2を有する面に直交する流れとなり、開口部2からからカメラハウジング1の外側へ吐出されエアー3bが形成される。一方で、カメラハウジング1後面部に進む流れは、カメラレンズ4のレンズ面に衝突することで、再びカメラハウジング1前面部方向に進む流れとなる。これにより、効率よく吐出エアー3bが形成されるとともに、開口部2の開口の中心および端部いずれにおいても開口部2から外側へ向かう流れが形成され、カメラハウジング1の外部の粉塵、浮遊毛羽、ミストが開口部2からカメラハウジング1内部へ流入しカメラレンズ5へ付着するのを防ぎ、継続して使用しても鮮明な映像を確保することが可能となる。
粉塵などが飛散している屋外での監視や、ミストなどが飛散している工場での記録などに用いられるカメラ装置は、厳しい環境下でも常に鮮明な画像を映すことが必要である。そのような環境下、従来は短時間の使用のみに限られたり、設置場所が制限されたり、カメラ装置の定期的な清掃が必要であった。しかしながら、本発明のカメラハウジング付きカメラ装置を用いることによって、粉塵や浮遊毛羽、ミスト飛散下においても常に鮮明な画像を確保することが可能となる。これによって、監視目的のカメラ装置であれば、従来は設置できなかったようなさらに厳しい環境下にカメラ装置を設置することができるようになる。また、工場での記録用カメラ装置に関しては、定期的なメンテナンスが不要になることから、絶え間なく生産される製品を抜けなく、常に鮮明な画像として記録、検査することができるようになる。
本発明のカメラハウジングに関し、開口部における吐出エアーの速度分布を解析し、その有効性を確認したのでその一例を以下の実施例1から3に示す。解析には市販の汎用流体解析ソフト(株式会社シー・ディー・アダプコの“STAR−CCM+”)を用いた。なお、下記の実施例1は参考例である。
下記に示すカメラハウジングと、カメラハウジング内部にカメラ、カメラレンズを備えた解析モデルを作成した。解析モデル上で開口部を微小要素に分割し、それぞれ微小要素で物理方程式を解くことで、流体の流れ場を解析した。ここで「微小要素」とは、メッシュ、セル、計算格子等で呼ばれるもので、3次元であれば4面体や6面体等のことをいう。また「流体」とは気体のことで、圧力一定の空気とした。吐出流速は光軸に沿った方向(z方向)に進む速度成分での評価を行った。
[実施例1]
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に関して、カメラハウジング前面部の内接円の径に対し、前記開口部の内接円の径が0.9倍以上であり、前記開口部の面積に対し、前記カメラハウジング壁面に設けられたエアー吐出口の面積が0.1倍以上であるカメラハウジングの、開口部における吐出エアーの速度分布を解析したので一例を示す。D/L:0.50〜0.83、Sin/Sout:0.102〜0.284の範囲で、開口部およびエアー吐出口の寸法を変えた(1−a)、(1−b)、(1−c)の3条件の解析を行った。
Figure 0006187442
表1は、解析を行った本発明のカメラハウジング、開口部およびエアー吐出口の概略をまとめた表である。また、図6に(1−a)、(1−b)、(1−c)それぞれの概略断面図を示す。
Figure 0006187442
表2は、解析条件を詳細にまとめた表である。
Figure 0006187442
表3に解析結果を示す。なお、開口部における吐出速度は、光軸に沿って+z方向が正の値、−z方向が負の値であり、正の値であればカメラハウジング内部から外へ吐出するエアーであり、負の値であれば、カメラハウジング内部へ流入するエアーであることを意味する。表3に示す通り、いずれの結果についても、カメラハウジング内部に流入するエアーの発生は無く、また、カメラ壁面に衝突するエアーの速度は10m/s以下であり、カメラの振動はないことがわかった。
[実施例2]
図3に示すように、本発明の第2の実施形態に関して、カメラハウジングの側面部に側面全周にわたるエアー吐出口を設けた形態のカメラハウジングについて、開口部における吐出エアーの速度分布を解析した。エアー吐出口の形状、位置以外については、実施例1の(1−a)と同じである。
Figure 0006187442
表4は、解析を行った本発明のカメラハウジング、開口部、エアー吐出口の概略をまとめた表である。
Figure 0006187442
表5は、解析条件を詳細にまとめた表である。
Figure 0006187442
表6に解析結果を示す。表6に示す通り、カメラハウジング内部に流入するエアーの発生は無く、また、カメラ壁面に衝突するエアーの速度は10m/s以下であり、カメラの振動がないことがわかった。さらに、実施例1の(1−a)に比べて、吐出速度の最大値および吐出速度の最小値が大きくなっており、より速い吐出エアーが形成できていることがわかった。
[実施例3]
図5に示すように、本発明の第3の実施形態に関して、カメラハウジングの側面部であってカメラレンズのレンズ面よりも開口部側に、側面全周にわたるエアー吐出口を設けた形態のカメラハウジングについて、開口部における吐出エアーの速度分布を解析した。エアー吐出口の位置以外については、実施例2と同じである。
Figure 0006187442
表7は、解析条件を詳細にまとめた表である。
Figure 0006187442
表8に解析結果を示す。表8に示す通り、カメラハウジング内部に流入するエアーの発生は無く、また、カメラ壁面に衝突するエアーの速度は10m/s以下であり、カメラの振動がないことがわかった。
[比較例]
比較例として、「カメラハウジング前面部の内接円の径に対し、開口部の内接円の径が0.9倍以下であり、開口部の面積に対し、カメラハウジング壁面に設けられたエアー吐出口の面積が0.1倍以上」を満たさないカメラハウジングの、開口部における吐出エアーの速度分布を解析したので一例を示す。
Figure 0006187442
表9は、解析を行ったカメラハウジングの解析条件を詳細にまとめた表である。
Figure 0006187442
表10に解析結果を示す。この結果、(A)(C)(E)では、カメラハウジング内部に流入する流れが生じることがわかった。また、(B)(D)では、カメラ後部に約40m/sで衝突するエアーが発生するため、カメラの振動が生じることがわかった。
Figure 0006187442
表11に、実施例1〜3および比較例をまとめた結果を示す。性能の高い順にA、B、C、Dの4段階評価した結果を表に示す。ここで、吐出速度の最小値、吐出速度の標準偏差、吐出速度の最大値をそれぞれ順位付けし、開口部からミストの流入が発生するもしくはカメラ装置が振動するといった性能を満たさないものをDとした。また、実施例1については、同じ条件での比較をするため、開口部の内接円の径と、エアー吐出口の面積が、実施例2および実施例3とほぼ同じ(1−a)との比較を行った。
この結果から、吐出エアーによるカメラ装置の振動が発生することなく、長期使用においても、オイルミストがカメラレンズ表面に付着することなく、カメラ装置設置直後と変らず鮮明な画像を確保できることが確認された。
実施例1(1−a)の開口部における速度分布を図7に、実施例3の開口部における速度分布を図8に、実施例3の開口部における速度分布を図9に示す。いずれも開口部における流速を画像の濃淡で示し、白いほど流速が大きいことを表している。また、解析時間を短縮するために、円形な開口部の片側半分のみを解析した結果であり、開口部の直径を成す境界は対称境界である。実施例1(1−a)および実施例3のいずれの結果でも、すべて正の流速分布になっていることがわかった。さらに、実施例1(1−a)に比べて、実施例3ではより均一な流速分布になっていることがわかった。比較例(E)に示す速度分布では、開口部の円周に沿った一部で負の流速が生じており 、カメラハウジング内部に流入する流れが存在することがわかった。
本発明は、粉塵、浮遊毛羽、ミストの付着防止に応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
1 カメラハウジング
2 開口部
3 エアー吐出口
3a 吐出口におけるエアー
3b 開口部におけるエアー
4 カメラ
5 カメラレンズ
6 焦点
7 光軸
8 画角
9 固定冶具
10 ケーブル
11 座標系
12 カメラハウジング前面部の内接円
13 カメラハウジング前面部の内接円の径
14 開口部の内接円の径
15 画角の成す領域

Claims (2)

  1. 内部に備えられるカメラレンズのレンズ面に対向する位置に設けられる前面部、前面部に対向する位置に設けられる後面部、およびその他の側面部からなり、前面部に開口部を有し、側面部にエアー吐出口を有するカメラハウジングであって、エアー吐出口が、側面部の全周にわたって設けられ、前面部の内接円の径に対し、開口部の内接円の径が0.9倍以下であり、開口部の面積に対し、エアー吐出口の面積が0.1倍以上であることを特徴とするカメラハウジングの内部に備えられるカメラ装置を用い、エアー吐出口からカメラハウジングの外部から内部へエアーを吐出しながら撮像する撮像方法であって、カメラ装置もしくはカメラハウジング内壁面に衝突するエアーの流速を10m/s以下とする撮像方法。
  2. エアー吐出口が、カメラレンズのレンズ面よりも開口部側に設けられることを特徴とする請求項1に記載の撮像方法。
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