JP6732581B2

JP6732581B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6732581B2
Application number: JP2016144988A
Authority: JP
Inventors: 孝男斉藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-07-23
Filing date: 2016-07-23
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-07-23
Also published as: JP2018014700A

Description

本発明は、設置場所によっては厳しい外部環境にさらされる監視カメラのような撮像装置において、特に低温時においてカメラの撮影窓の凍結を抑制することのできる技術に関するものである。

従来、監視カメラの結露防止のため、撮影窓に向けてファン等で風を吹き付ける構成が知られている。例えば、特許文献１では撮像窓部分へ送風トンネルを介して送風を行い、さらに結露防止の性能を向上させるため、送風トンネル内に空気を加熱するヒータを備えた構成が開示されている。

特開２００５−３５４４７１号公報

しかしながら、監視カメラの置かれる環境が氷点下である場合などは、撮影窓に結露ではなく凍結が発生し問題になる場合がある。上述の特許文献１に開示された従来技術では、そのような環境場面が想定されておらず、結露は解消されるものの低温時の凍結は解消されない。撮影窓の凍結を改善するためには、結露の解消よりも大きな熱量が必要であり、監視カメラの大型化やファンやヒータの消費電力の増大につながるため望ましくないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、低温時において凍結が発生することを抑制することを可能にした撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による撮像装置は、撮影窓の近傍に配置されたレンズと、前記撮影窓に対して送風するように配置されたファンと、前記撮影窓と前記ファンとの間に配置されたヒータと、前記レンズと前記ファンと前記ヒータとが配置された筐体内部の温度を測定する温度センサと、被写体に光を照射する照明部と、前記ファンに対して前記温度センサの値が第一の値よりも低い場合に前記ファンの風量を低減する制御を行うとともに、前記ヒータに対して前記温度センサの値が前記第一の値よりも低い第二の値よりも低い場合に前記ヒータの動作をさせる制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記ヒータが動作している場合には、前記温度センサの値が前記第二の値よりも高い第三の値よりも低い場合に前記ヒータを動作させるように制御を変更し、前記照明部が動作している場合には、前記温度センサの値が前記第一の値よりも高い第四の値よりも低い場合に前記ファンの風量を低減するように制御を変更することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、低温時において凍結が発生することを抑制することを可能にした撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の断面を示す模式図である。温度に対する飽和水蒸気圧の変化を表すグラフである。本発明の実施形態に係る別の撮像装置の断面を示す模式図である。本発明の第１の実施例における動作フローチャートである。本発明の第２の実施例における動作フローチャートである。本発明の第１の実施例および第２の実施例におけるファンおよびヒータの動作遷移図である。本発明の第３の実施例における動作フローチャートである。本発明の第３の実施例におけるファンおよびヒータの動作遷移図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の断面を模式化した図である。撮像装置１００は、外装１０１によって全体を覆われており、外装１０１の一部である撮影窓１０２を通して被写体を撮影する。撮像装置１００の内部は撮影窓１０２の内部にあるレンズ２０１および撮像素子２０２と、カメラ本体部３００の他に、撮像装置が低温での動作を可能にするためのヒータ２１０、および結露防止のためのファン２２０が備えられている。カメラ本体部３００は、接続された温度センサ３０１によって撮像装置内部の温度を取得し、内部温度をあらかじめ決められた閾値と比較することで、ヒータ２１０およびファン２２０の動作を制御している。

撮像装置１００が低温環境に置かれた場合、カメラ本体部３００は電気回路の自己発熱によりある程度保温されるのに対し、レンズ２０１は発熱部品が少なく、また撮影窓１０２にも近いため、撮影窓を介して外気によって冷却されやすい。特にズームやフォーカス機能を有するレンズのように、モータなどの駆動部を有する場合、低温時に摺動部の収縮により動作性能が悪化する。そこでヒータ２１０によって装置内を温めることが必要となるが、撮像装置全体を温めるよりも、冷えているレンズ２１０のすぐ傍にヒータ２１０を配置し、発生する熱を効率的にレンズ２０１に伝えることで、ヒータ２１０が消費する電力を抑えることが出来る。ヒータ２１０は単純にＯＮ／ＯＦＦの制御のみを行うものでも、ヒータの発熱量を制御出来るものでも良い。ヒータ２１０は例えば複数の抵抗体を配列し、抵抗体に流す電流または電圧を可変制御することで発熱量を制御することが可能である。ここでヒータ２１０の動作タイミングは、レンズ２０１が正常に動作する下限値から求められ、レンズ２０１の置かれている温度によって制御されるものでも良く、その温度は温度センサ３０１の示す内部温度から類推することが出来る。また、ユーザーによって直接ヒータ２１０を動作できても良い。

また、ファン２２０は撮影窓１０２に結露が発生しないように、撮影窓１０２に向けて風を吹き付ける構造となっている。ファン２２０は単純にＯＮ／ＯＦＦの制御が出来るものでも、ＰＷＭ信号により回転数を変えることで風量を調節できるものでも良い。

ここで撮像素子２０２は、レンズ２０１によって結像された被写体像を電気信号に変換するものであり、動作中の温度を下げることで撮影する映像に発生するノイズを抑えることが可能である。そのため結露の恐れが無い場合でも、ファンを動作させて撮像素子２０２に風を吹き付け、発生した熱を周囲に拡散させて撮像素子が高温になることを防ぐことが望ましい。よってファン２２０の送風方向は、撮影窓１０２と撮像素子２０２との間に向けられ、どちらにも風が向かうように配置される。このとき、ファン２２０によって発生した風は、レンズ２０１の後方から側面を通り、撮影窓１０２に吹き付けることになる。つまり撮影窓１０２、ヒータ２１０、ファン２２０の位置関係は、撮影窓１０２からヒータ２１０、ファン２２０の順番となり、ヒータ２１０はファン２２０に対して撮影窓側に配置される。

ここで図２は気温と飽和水蒸気圧の関係を示すグラフである。温度が低くなると飽和水蒸気圧が下がるため、外気温が下がり、装置内部の温度が０℃以下となるような場合には空中の水蒸気ほぼ全てが凝結し、霜（凍結）として現れる。このときヒータ２１０が動作している場合は、ヒータ２１０周辺の空気は温められ、温度が０℃以上に上昇するとともに飽和水蒸気圧が上昇して、ヒータ２１０付近の霜が解消されて水蒸気に変わっていく。但し同時にファン２２０が動作している場合には、温められて水蒸気を含んだ空気は撮影窓１０２に吹き付けられるため、撮影窓１０２の表面で冷やされ、飽和水蒸気圧が下がることになる。そして撮影窓１０２付近の温度が０℃以下であり、その温度における飽和水蒸気圧よりも、吹き付けられた空気内に含まれている水蒸気が多いならば、撮影窓１０２の表面に霜として凝結してしまう。

そこで、ヒータ２１０が動作しており、かつ撮影窓１０２付近の温度が０℃以下であり霜が発生する可能性がある場合はファン２２０の風量を低減し、水蒸気を含む空気を撮影窓１０２に吹き付けないように制御することで、霜の発生を抑制することが出来る。ここで撮影窓付近の温度は直接測定しても良く、温度センサ３０１の値から求めても良い。温度センサ３０１の値から求める場合、実際の撮影窓１０２付近の温度よりも高い値が測定される可能性があるので、差分値を補正する必要がある。ファン２２０は完全に停止させても良い。また、ヒータ２１０が動作しているかを実際に判断せず、温度センサ３０１の温度を元にヒータ２１０が動作する温度かどうかを判断し、ファン２２０の制御に反映させても良い。ここでファン２２０を再び通常動作させるタイミングについては、撮影窓１０２に霜がつかないと判断された場合に通常動作させるほうがより望ましい。ヒータ２１０およびファン２２０とも、動作を変更してから効果が現れるまである程度の時間が必要なため、一定のヒステリシスを持たせても良い。

このとき、ファン２２０の用途の一つである撮像素子２０２の放熱については、高温環境における性能改善を目的としているため、低温環境では大きな問題にならない。また結露の抑制については、霜と結露は同じ現象が温度によって見え方が変わっているだけである。そのため霜の発生を抑制出来れば結露もまた抑制することが出来る。

撮像装置１００はまた、照明手段４００を備えていてもよい。図３は照明手段４００が撮影窓１０２に近接して配置されている場合を示した模式図である。ここで照明手段４００としては赤外ＬＥＤのような光源を利用することが考えられ、照明点灯時には発熱を伴う。そのため照明手段４００を点灯すると、照明手段付近が温められて水蒸気が発生する可能性がある。そこで照明手段４００を点灯させている場合には、照明による温度上昇分を考慮して、ヒータ２１０が動作していない場合でもファン２２０の風量を低減し、水蒸気を含む空気を撮影窓１０２に吹き付けないように制御する、としても良い。

＜第１の実施例＞
以下、図４および図６を参照して、本発明の第１の実施例による、撮像装置の動作シーケンスについて説明する。図４は本実施例に係る撮像装置の動作フローチャートである。ここでレンズ２０１の下限動作温度は温度センサ３０１の値で−１０℃、撮影窓１０２付近の温度は温度センサ３０１の値よりも５℃低いものとする。

（Ｓ４０１）温度センサ３０１の値を読み取り、撮像装置１００の内部温度Ｔとする。（Ｓ４０２）に移動する。
（Ｓ４０２）内部温度Ｔと、ヒータ２１０を動作させる上限温度Ｔ_１を比較し、Ｔ＜Ｔ_１である場合は（Ｓ４０３）に移動する。Ｔ≧Ｔ_１である場合は（Ｓ４１０）に移動する。ここで本実施例ではＴ_１＝−１０℃とする。
（Ｓ４０３）ファン２２０が回転している場合は（Ｓ４０４）に移動する。ファン２２０が停止している場合は（Ｓ４０５）に移動する。
（Ｓ４０４）ファン２２０を停止する。（Ｓ４０５）に移動する。
（Ｓ４０５）ヒータ２１０が停止している場合は（Ｓ４０６）に移動する。ヒータ２１０がすでに動作中である場合は（Ｓ４０１）に移動する。
（Ｓ４０６）ヒータ２１０を動作させる。（Ｓ４０１）に移動する。
（Ｓ４１０）内部温度Ｔと、ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２を比較し、Ｔ＜Ｔ_２である場合は（Ｓ４１１）に移動する。Ｔ≧Ｔ_２である場合は（Ｓ４２０）に移動する。ここで本実施例ではＴ_２＝＋５℃とする。
（Ｓ４１１）ファン２２０が回転している場合は（Ｓ４１２）に移動する。ファン２２０が停止している場合は（Ｓ４１３）に移動する。
（Ｓ４１２）ファン２２０を停止する。（Ｓ４１３）に移動する。
（Ｓ４１３）ヒータ２１０が動作している場合は（Ｓ４１４）に移動する。ヒータ２１０がすでに停止中である場合は（Ｓ４０１）に移動する。
（Ｓ４１４）ヒータ２１０を停止させる。（Ｓ４０１）に移動する。
（Ｓ４２０）ヒータ２１０が動作中である場合は（Ｓ４２１）に移動する。ヒータ２１０が停止している場合は（Ｓ４２２）に移動する。
（Ｓ４２１）ヒータ２１０を停止させる。（Ｓ４２２）に移動する。
（Ｓ４２２）ファン２２０が停止している場合は（Ｓ４２３）に移動する。ファン２２０がすでに回転している場合は（Ｓ４０１）に移動する。
（Ｓ４２３）ファン２２０を動作させる。（Ｓ４０１）に移動する。

上記の動作フローチャートに基づいた撮像装置１００のヒータおよびファンの動作は図６（ａ）のようになり、−１０℃以下でヒータ２１０が動作し、＋５℃以上でファン２２０が動作する。そのためヒータ２１０が動作している間はファン２２０が停止しているので、低温時において撮影窓に霜が発生することを抑制することが出来る。上記説明ではファン２２０を停止した例を示しているが、完全に停止しなくても風量を低減する制御で対応しても良い。

＜第２の実施例＞
以下、図５および図６を参照して、本発明の第２の実施例による、撮像装置の動作シーケンスについて説明する。温度条件は第１の実施例と同様とする。図５は本実施例に係る撮像装置の動作フローチャートである。

（Ｓ５０１）〜（Ｓ５０３）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４０１）〜（Ｓ４０３）と同様の動作を行う。
（Ｓ５０４）ファン２２０を停止すると共に、ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値をＴ_２２へと変更する。ここでＴ_２２はＴ_２１＜Ｔ_２２を満たすものとし、本実施例ではＴ_２２＝＋５℃とする。（Ｓ５０５）に移動する。
（Ｓ５０５）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４０５）と同様の動作を行う。
（Ｓ５０６）ヒータ２１０を動作させると共に、ヒータ２１０を動作させる上限温度Ｔ_１の値をＴ_１２へと変更する。ここでＴ_１２はＴ_１１＜Ｔ_１２を満たすものとし、本実施例ではＴ_１２＝−９℃とする。（Ｓ５０１）に移動する。
（Ｓ５１０）〜（Ｓ５１１）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４１０）〜（Ｓ４１１）と同様の動作を行う。
（Ｓ５１２）ファン２２０を停止すると共に、ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値をＴ_２２へと変更する。（Ｓ５１３）に移動する。
（Ｓ５１３）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４１３）と同様の動作を行う。
（Ｓ５１４）ヒータ２１０を停止させると共に、ヒータ２１０を動作させる上限温度Ｔ_１の値をＴ_１１へと変更する。ここでＴ_１１はＴ_１１＜Ｔ_１２を満たすものとし、本実施例ではＴ_１１＝−１０℃とする。（Ｓ５０１）に移動する。
（Ｓ５２０）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４２０）と同様の動作を行う。
（Ｓ５２１）ヒータ２１０を停止させると共に、ヒータ２１０を動作させる上限温度Ｔ_１の値をＴ_１１へと変更する。（Ｓ５２２）に移動する。
（Ｓ５２２）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４２２）と同様の動作を行う。
（Ｓ５２３）ファン２２０を動作させると共に、ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値をＴ_２１へと変更する。ここでＴ_２１はＴ_２１＜Ｔ_２２を満たすものとし、本実施例ではＴ_２１＝＋４℃とする。（Ｓ５０１）に移動する。

上記の動作フローチャートに基づいた撮像装置１００のヒータおよびファンの動作は図６（ｂ）のようになる。この構成を利用することでも同様にヒータ２１０が動作している間はファン２２０が停止しているので、低温時において撮影窓に霜が発生することを抑制する撮像装置を得ることが出来る。また本実施例のようにヒステリシスを持たせることで、閾値となる温度（Ｔ_１、Ｔ_２）での制御が不安定になることを防いだり、ファン２２０のＯＮ／ＯＦＦが減るので、ファンの寿命が延びたりするといった効果がある。上記説明ではファン２２０を停止した例を示しているが、完全に停止しなくても風量を低減する制御で対応しても良い。

＜第３の実施例＞
以下、図７および図８を参照して、本発明の第３の実施例による、撮像装置の動作シーケンスについて説明する。本実施例において、撮像装置１００は図３のような構成とし、照明手段４００をさらに有している。照明手段４００として、本実施例では赤外ＬＥＤを用いた赤外線照明とし、カメラ本体部３００から制御される。ここで赤外線照明により、点灯時は消灯時よりも５℃高い温度になるとし、その他の温度条件は第１の実施例と同様とする。図７は本実施例に係る撮像装置の動作フローチャートである。

（Ｓ７０１）〜（Ｓ７０６）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４０１）〜（Ｓ４０６）と同様の動作を行い、（Ｓ７０７）に移動する。
（Ｓ７０７）赤外線照明を点灯させている場合は（Ｓ７０８）に移動する。点灯させていない場合は（Ｓ７０９）に移動する。
（Ｓ７０８）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２４へと変更する。ここで、Ｔ_２４はＴ_２３＜Ｔ_２４を満たすものとし、本実施例ではＴ_２４＝＋１０℃とする。（Ｓ７０１）に移動する。
（Ｓ７０９）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２３へと変更する。ここで、Ｔ_２３はＴ_２３＜Ｔ_２４を満たすものとし、本実施例ではＴ_２３＝＋５℃とする。（Ｓ７０１）に移動する。
（Ｓ７１０）〜（Ｓ７１４）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４１０）〜（Ｓ４１４）と同様の動作を行い、（Ｓ７１５）に移動する。
（Ｓ７１５）赤外線照明を点灯させている場合は（Ｓ７１６）に移動する。点灯させていない場合は（Ｓ７１７）に移動する。
（Ｓ７１６）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２４へと変更する。（Ｓ７０１）に移動する。
（Ｓ７１７）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２３へと変更する。（Ｓ７０１）に移動する。
（Ｓ７２０）〜（Ｓ７２１）第１の実施例の動作フローチャートにおける（Ｓ４２０）〜（Ｓ４２１）と同様の動作を行い、（Ｓ７２２）に移動する。
（Ｓ７２２）赤外線照明を点灯させている場合は（Ｓ７２３）に移動する。点灯させていない場合は（Ｓ７２４）に移動する。
（Ｓ７２３）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２４へと変更する。（Ｓ７２５）に移動する。
（Ｓ７２４）ファン２２０を動作させる下限温度Ｔ_２の値を、Ｔ_２３へと変更する。（Ｓ７２４）に移動する。
（Ｓ７２５）ファン２２０が停止している場合は（Ｓ７２６）に移動する。ファン２２０がすでに回転している場合は（Ｓ７０１）に移動する。
（Ｓ７２６）ファン２２０を動作させる。（Ｓ７０１）に移動する。

上記の動作フローチャートに基づいた撮像装置１００のヒータおよびファンの動作は図８のようになる。照明手段が消灯している場合は図８（ａ）の動作となり、点灯している場合は図８（ｂ）の動作となる。この構成を利用することで、ヒータ２１０が動作していなくても、照明手段４００が動作している間、ファン２２０は撮影窓１０２が０℃以上になるまで停止しているので、撮影窓に霜が発生することを抑制する撮像装置を得ることが出来る。上記説明ではファン２２０を停止した例を示しているが、完全に停止しなくても風量を低減する制御で対応しても良い。

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。

１００撮像装置
１０１外装
１０２撮影窓
２０１レンズ
２０２撮像素子
２１０ヒータ
２２０ファン
３００カメラ本体部
３０１温度センサ
４００照明手段

Claims

撮影窓の近傍に配置されたレンズと、
前記撮影窓に対して送風するように配置されたファンと、
前記撮影窓と前記ファンとの間に配置されたヒータと、
前記レンズと前記ファンと前記ヒータとが配置された筐体内部の温度を測定する温度センサと、
被写体に光を照射する照明部と、
前記ファンに対して前記温度センサの値が第一の値よりも低い場合に前記ファンの風量を低減する制御を行うとともに、前記ヒータに対して前記温度センサの値が前記第一の値よりも低い第二の値よりも低い場合に前記ヒータの動作をさせる制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ヒータが動作している場合には、前記温度センサの値が前記第二の値よりも高い第三の値よりも低い場合に前記ヒータを動作させるように制御を変更し、前記照明部が動作している場合には、前記温度センサの値が前記第一の値よりも高い第四の値よりも低い場合に前記ファンの風量を低減するように制御を変更することを特徴とする撮像装置。
前記ファンが停止している場合には、前記ファンに対して前記温度センサの値が前記第一の値よりも高い第五の値よりも低い場合に前記ファンの風量を低減するような制御となるように変更を行うことを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
前記ファンの風量を低減する制御が、ファンを停止する制御であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記照明部は、赤外光を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。