(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装されるカメラユニットに対して、当該カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を低減するカメラユニット用揺れ防止機構であって、
前記カメラユニットを装着するための第１の平板部から略垂直に起立した第１の起立部を有すると共に、全体が水平面方向で可動なパン可動部材と、前記第１の平板部の前記カメラユニットを装着する面と反対側の面に所定数のボールベアリングを介して連結される平板部から略垂直に起立して前記第１の起立部とは対向して隔てられて配置される第２の起立部を有する第２の平板部と、前記第１の起立部と前記第２の起立部との間をそれぞれ結合すると共に、水平面方向に配置された複数の圧電素子と、により構成され、
前記複数の圧電素子は、前記第１または第２の平板部に揺れ振動が伝達したとき、前記パン可動部材における前記水平面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、当該圧縮・伸張したものに対してそれぞれ当該直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、当該圧縮・伸張を打ち消すように当該パン可動部材を姿勢制御することにより、前記第１の平板部を前記水平面方向における定位置に維持するよう可動することを特徴とするカメラユニット用揺れ防止機構。
【請求項２】
電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装されるカメラユニットに対して、当該カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を低減するカメラユニット用揺れ防止機構であって、
前記カメラユニットを装着するための第１の平板部から略垂直に起立した第１の起立部を有すると共に、全体が水平面方向で可動なパン可動部材と、前記第１の平板部の前記カメラユニットを装着する面と反対側の面に所定数のボールベアリングを介して連結される第２の平板部から略垂直に起立して前記第１の起立部とは対向して隔てられて配置される第２の起立部を有すると共に、全体が垂直面方向で可動なチルト可動部材と、前記第２の平板部の前記第１の平板部と近接して連結される面と反対側の面と対向して隔てられて配置される第３の平板部から略垂直に起立して前記第２の起立部との間で所定数のボールベアリングを介して連結される第３の起立部を有すると共に、揺れ振動が伝達するチルトベース部材と、前記第１の起立部と前記第２の起立部との間をそれぞれ結合すると共に、水平面方向に配置された複数の第１の圧電素子と、前記第２の平板部と前記第３の平板部との間をそれぞれ結合すると共に、垂直面方向に配置された複数の第２の圧電素子と、が組み付けられて構成され、
前記複数の第１の圧電素子は、前記チルトベース部材に前記揺れ振動が伝達したとき、前記パン可動部材における前記水平面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、当該圧縮・伸張したものに対してそれぞれ当該直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、当該圧縮・伸張を打ち消すように当該パン可動部材を姿勢制御することにより、前記第１の平板部を前記水平面方向における定位置に維持し、
前記複数の第２の圧電素子は、前記チルトベース部材に前記揺れ振動が伝達したとき、前記チルト可動部材における前記垂直面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、当該圧縮・伸張したものに対してそれぞれ当該直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、当該圧縮・伸張を打ち消すように当該チルト可動部材を姿勢制御することにより、前記第１の平板部を前記垂直面方向における定位置に維持することを特徴とするカメラユニット用揺れ防止機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として監視システムに適用されると共に、カメラ一体型電動雲台や電動・半固定雲台に搭載されるカメラハウジングに実装される揺れ補正機能を持たないカメラユニットに対して、カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を伝達させないためのカメラユニット用揺れ防止機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置、撮影装置、撮像素子等のカメラの振動対策としては、カメラ本体に揺れ補正機能を持たせるのが一般的である。揺れ補正方式には、電子式と光学式とがあり、電子式では映像信号をメモリに書き込み、その一部をカメラの動きに応じて移動させながら読み出すメモリ制御方式、カメラの動きに応じてＣＣＤからの映像信号を読み出すタイミングを制御するＣＣＤ駆動方式等が知られている。また、光学式では、カメラの動きに応じてレンズを動かして向きを変えるジンバルメカ方式、カメラの動きに応じてプリズムを動かして光軸を変えるアクティブプリズム方式等が知られている。
【０００３】
このようなカメラの振動対策に関連する周知技術としては、例えば、手振れ補正機構を小さく構成して小型化を図った「撮像装置」（特許文献１参照）、一般的な肩載せ撮影スタイルを踏襲しながらカメラ装置の振動を抑制することができる「防振装置」（特許文献２参照）、振れ補正ユニットと制御基板とを別部材として備えるデジタルスチルカメラ等でカメラ本体ケース内への組み込み態様を最適化した「振れ補正機構付きカメラ」（特許文献３参照）、撮像素子を圧電アクチュエータに直結することにより、簡単且つ小型な機構で撮像素子を平行移動させることができ、デジタルカメラへの手振れ防止機構搭載を可能にした「撮像装置」（特許文献４参照）、摩擦結合部を含んだ圧電アクチュエータを防振動作の駆動源として利用する際に、摩擦結合部の保持力を超える衝撃が発生しても支障をきたさずに防振動作を継続する「ブレ補正機能付き撮影装置及びブレ補正方法」（特許文献５参照）等が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８９８０３号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９４６９号公報
【特許文献３】特開２００６−７８８９１号公報
【特許文献４】特開２０００−３０７９３７号公報
【特許文献５】特開２００６−１９７２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１〜特許文献５に係る技術は、特許文献２の構造を除けば何れも撮像装置や撮影装置の装置本体内に揺れ補正機能を持たせたものであり、揺れ補正機能を持たないカメラユニットを電動雲台（カメラ一体型電動雲台、電動・半固定雲台）に搭載されるカメラハウジングに対して実装した使用環境下において、カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を効果的に伝達させないための機能には関与しないものとなっている。
【０００６】
一般に、電動雲台に搭載されるカメラハウジングが風や設置場所の振動等、外力の原因により実装したカメラユニットに揺れ振動を発生すると、その揺れに応じて出力モニタ画面にも揺れが映し出される。特に、近年の高倍率レンズを用いて例えば１０ｋｍ先の被写体を監視している場合、カメラユニットに１度の揺れが生じた際、約１７０ｍ分にも及ぶ画像揺れが生じてしまう。
【０００７】
そこで、カメラユニット自体に対してその底面及び側面に圧電素子を配置し、各特許文献記載のようにカメラユニット（撮像装置、撮影装置、撮像素子等を示す）の揺れ振動に応じて各圧電素子を伸縮動作させる揺れ補正機能を持たせることで対応している（特許文献２の「防振装置」の場合には撮影操作者の肩の動きの揺れ振動による変位を相殺させる伸縮型のピエゾアクチュエータを用いた構造としている）が、何れの場合にも、揺れ補正機能を持たないカメラユニットを電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装した場合には、揺れ振動の環境が変わる場合を含めてカメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を揺れ補正することができない（適用されない）という問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、揺れ補正機能を持たないカメラユニットを電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装した使用環境下でも、カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動の揺れ補正を有効に行うことができるカメラユニット用揺れ防止機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を達成するため、本発明は、電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装されるカメラユニットに対して、当該カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動を当該カメラユニットに伝達させないために当該カメラハウジングに装着されるカメラユニット用揺れ防止機構であって、カメラユニットを装着するための平坦な第１の平板部から垂直に起立した第１の起立部を有すると共に、全体が水平面方向で可動なパン可動部材と、第１の平板部のカメラユニットを装着する面と反対側の面に所定数のボールベアリングを介して近接して連結される平坦な第２の平板部から垂直に起立して第１の起立部とは対向して隔てられて配置される第２の起立部を有すると共に、全体が垂直面方向で可動なチルト可動部材と、第２の平板部の第１の平板部と近接して連結される面と反対側の面と対向して隔てられて配置される平坦な第３の平板部から垂直に起立して第２の起立部との間で所定数のボールベアリングを介して近接して連結される第３の起立部を有すると共に、揺れ振動が伝達するチルトベース部材と、第１の起立部と第２の起立部との間をそれぞれ結合すると共に、水平面方向での一直線方向に延びた棒状の複数の第１の圧電素子と、第２の平板部と第３の平板部との間をそれぞれ結合すると共に、垂直面方向での一直線方向に延びた棒状の複数の第２の圧電素子と、が組み付けられて構成され、複数の第１の圧電素子は、チルトベース部材に揺れ振動が伝達したとき、パン可動部材における水平面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、当該圧縮・伸張したものに対してそれぞれ当該直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、当該圧縮・伸張を打ち消すように当該パン可動部材を姿勢制御することにより、第１の平板部を水平面方向における定位置に維持し、複数の第２の圧電素子は、チルトベース部材に揺れ振動が伝達したとき、チルト可動部材における垂直面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、当該圧縮・伸張したものに対してそれぞれ当該直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、当該圧縮・伸張を打ち消すように当該チルト可動部材を姿勢制御することにより、第１の平板部を垂直面方向における定位置に維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のカメラユニット用揺れ防止機構によれば、カメラユニットに装着される平坦な平板部を有するパン可動部材をボールベアリング及び水平面方向調整用の圧電素子を介在させてチルト可動部材に結合すると共に、チルト可動部材をボールベアリング及び垂直面方向調整用の圧電素子を介在させてチルトベース部材に結合しており、チルトベース部材に揺れ振動が伝達したとき、パン可動部材の水平面方向での傾き、或いはチルト可動部材の垂直面方向での傾きに伴う水平面方向調整用、垂直面方向調整用の圧電素子での圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、それらの直流電圧の逆極性値をそれぞれ各圧電素子に印加して伸張・圧縮させて打ち消すことにより、平板部を水平面方向及び垂直面方向での定位置に維持することができるため、揺れ補正機能を持たないカメラユニットを電動雲台に搭載されるカメラハウジングに実装した使用環境下でも、カメラハウジングに加えられる外力で発生する揺れ振動の揺れ補正を有効に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係るカメラユニット用揺れ防止機構の概略構成を示した外観図であり、（ａ）はカメラユニット用揺れ防止機構をカメラユニットに実装した前方斜め上方向からの斜視図、（ｂ）は前方向からの実装状態の正面図、（ｃ）はカメラユニット用揺れ防止機構全体の側面斜め上方向からの斜視図である。
【図２】図１（ａ）、（ｂ）に示した実装状態で揺れ振動が生じたときのカメラユニット用揺れ防止機構及びカメラユニットの装着部分の支点周りにおける垂直面下方向の傾きを示した外観側面図である。
【図３】図２に示す傾き状態での垂直面方向調整用の圧電素子に係る電圧変化の様子を時間推移との関係で示した電圧変化特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のカメラユニット用揺れ防止機構について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係るカメラユニット用揺れ防止機構３の概略構成を示した外観図であり、同図（ａ）はカメラユニット用揺れ防止機構３をカメラユニット１に実装した前方斜め上方向からの斜視図、同図（ｂ）は前方向からの実装状態の正面図、同図（ｃ）はカメラユニット用揺れ防止機構３全体の側面斜め上方向からの斜視図である。
【００１４】
図１（ａ）〜（ｃ）を参照すれば、カメラユニット用揺れ防止機構３は、電動雲台に搭載されるカメラハウジング２に実装されるカメラユニット１に対して、カメラハウジング２に加えられる外力で発生する揺れ振動をカメラユニット１に伝達させないためにカメラハウジング２に装着されるものである。
【００１５】
図１（ｃ）を参照すれば、カメラユニット用揺れ防止機構３自体は、カメラユニット１を装着するための平坦な第１の平板部５ａから垂直に起立した第１の起立部５ｂを有すると共に、全体が水平面方向で可動なパン可動部材５と、第１の平板部５ａのカメラユニット１を装着する面と反対側の面に略図する所定数のボールベアリングを介して近接して連結される平坦な第２の平板部６ａから垂直に起立して第１の起立部５ｂとは対向して隔てられて配置される第２の起立部６ｂを有すると共に、全体が垂直面方向で可動なチルト可動部材６と、第２の平板部６ａの第１の平板部５ａと近接して連結される面と反対側の面と対向して隔てられて配置される平坦な第３の平板部７ａから垂直に起立して第２の起立部６ｂとの間で所定数のボールベアリングを介して近接して連結される第３の起立部７ｂを有すると共に、揺れ振動が伝達するチルトベース部材７と、第１の起立部５ｂと第２の起立部６ｂとの間をそれぞれ結合すると共に、水平面方向での一直線方向に延びた棒状の２個の第１の圧電素子８、９と、第２の平板部６ａと第３の平板部７ａとの間をそれぞれ結合すると共に、垂直面方向での一直線方向に延びた棒状の複数の第２の圧電素子１０、１１と、が組み付けられて構成される。
【００１６】
このうち、第１の圧電素子８、９は、チルトベース部材７に揺れ振動が伝達したとき、パン可動部材５における水平面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、圧縮・伸張したものに対してそれぞれ直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、圧縮・伸張を打ち消すようにパン可動部材５を姿勢制御することにより、第１の平板部５ａを水平面方向における定位置に維持する。また、第２の圧電素子１０、１１は、チルトベース部材７に揺れ振動が伝達したとき、チルト可動部材６における垂直面方向の揺れ振動の傾きに伴う圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、圧縮・伸張したものに対してそれぞれ直流電圧の逆極性値を印加して伸張・圧縮に供し、圧縮・伸張を打ち消すようにチルト可動部材６を姿勢制御することにより、第１の平板部５ａを垂直面方向における定位置に維持する。ここでの第１の圧電素子８、９及び第２の圧電素子１０、１１には、それぞれ直動式アクチュエータを用いる場合を例示できる。
【００１７】
即ち、このカメラユニット用揺れ防止機構３については、パン（水平面方向）とチルト（垂直面方向）との２軸構造となっており、チルトベース部材７の起立部７ｂとチルト可動部材６の起立部６ｂとの間にはアンギュラボールベアリングを用いた略図するベアリングユニットを実装し、各部材間を結合することにより、構造上で内輪に予圧をかけて作用点距離を大きく確保している。即ち、ここではカメラユニット用揺れ防止機構３をカメラユニット１に実装した状態において、図１（ｂ）に示されるように、垂直面方向におけるモーメント荷重方向Ｍにモーメント荷重が大きくかかるため、ベアリングユニットの実装が有効となる。また、パン可動部材５の平板部５ａとチルト可動部材６の平板部６ａとの間についても、同様にベアリングユニットを実装して各部材間を結合する。これにより、図１（ｂ）に示されるように、揺れ振動が発生してチルトベース部材７に伝達したとき、パン可動部材５が水平面方向Ａ１で傾き、チルト可動部材６が垂直面方向Ａ２で傾くようにそれぞれ回転移動する構造となり、係る水平面方向Ａ１での傾きを生じる回転移動を第１の圧電素子８、９で抑制し、垂直面方向Ａ２での傾きを生じる回転移動を第２の圧電素子１０、１１で抑制することができる。尚、第１の圧電素子８、９は、パン可動部材５及びチルト可動部材６を組み付けた状態での各部材の中心線（水平面での一軸方向）に対して左右対称な位置に配備され、第２の圧電素子１０、１１についても、チルト可動部材６及びチルトベース部材７を組み付けた状態での各部材の中心線（垂直面での一軸方向）に対して左右対称な位置に配備されている。
【００１８】
図２は、図１（ａ）、（ｂ）に示した実装状態で揺れ振動が生じたときのカメラユニット用揺れ防止機構３及びカメラユニット１の装着部分の支点周りにおける垂直面下方向Ａ３の傾きを示した外観側面図である。ここでは、カメラユニット用揺れ防止機構３において、揺れ振動発生時の垂直面方向Ａ２に含まれる垂直面下方向Ａ３での傾きを生じた場合の第２の圧電素子１０、１１による傾きの回転移動を抑制する動作を説明する。
【００１９】
第２の圧電素子１０、１１（第１の圧電素子８、９についても同様）は、一般に直流電圧を印加すると伸張し、逆に外力により圧縮されると直流電圧を発生する素子として知られている。図２に示すように揺れ振動発生時にチルトベース部材７に伝達して垂直面下方向Ａ３の傾きを生じてチルト可動部材６が回転移動する場合、圧電素子１０は圧縮して直流電圧−Ｖ１を発生し、圧電素子１１は伸張して直流電圧＋Ｖ１を発生する。第２の圧電素子１０、１１（第１の圧電素子８、９についても同様）は、常に基準電圧を維持するように電気系回路が構成されるため、電気系回路では圧電素子１０に直流電圧＋Ｖ１を印加して伸張させ、圧電素子１１に直流電圧−Ｖ１を印加して圧縮させるため、第２の圧電素子１０、１１の長さが一定となり、チルト可動部材６の平板部６ａはチルトベース部材７の平板部７ａ及びパン可動部材５の第１の平板部５ａとの間で平行に維持される。この結果、パン可動部材５の第１の平板部５ａが垂直面方向における定位置に維持されることになる。
【００２０】
図３は、図２に示す傾き状態での垂直面方向調整用の第２の圧電素子１０、１１に係る電圧（Ｖ）変化の様子を時間（ｔ）推移との関係で示した電圧変化特性図である。図３中では、揺れ振動発生時にチルトベース部材７に伝達して垂直面下方向Ａ３の傾きを生じた場合、圧電素子１０は揺れ振動によって発生する電圧変化ΔＶ１の期間で圧縮して直流電圧−Ｖ１を発生し、圧電素子１１は同様な電圧変化ΔＶ１の期間で伸張して直流電圧＋Ｖ１を発生する様子と、電気回路が基準電圧に戻すための電圧変化ΔＶ２の期間で圧電素子１０に直流電圧＋Ｖ１を印加して伸張させ、圧電素子１１に直流電圧−Ｖ１を印加して圧縮させる様子と、を示している。このような第１の圧電素子１０、１１の働きにより、パン可動部材５の第１の平板部５ａが垂直面方向における定位置に維持される。尚、揺れ振動発生時にチルトベース部材７に伝達して垂直面上方向の傾きを生じた場合には、ここで説明した各圧電素子１０、１１に係る直流電圧の発生並びに印加のパターンと逆の関係になるが、こうした場合にも同様に、パン可動部材５の第１の平板部５ａは、垂直面方向における定位置に維持される。
【００２１】
また、カメラユニット用揺れ防止機構３において、揺れ振動発生時の水平面方向Ａ１に含まれる水平面手前側方向、或いは奧側方向の傾きを生じた場合の第１の圧電素子８、９による傾きの抑制も同様な内容で行われ、何れの場合にもパン可動部材５の第１の平板部５ａは、水平面方向における定位置に維持されることになる。
【００２２】
このように、実施例１に係るカメラユニット用揺れ防止機構３によれば、チルトベース部材７に揺れ振動が伝達したとき、パン可動部材５の水平面方向での傾き、或いはチルト可動部材６の垂直面方向での傾きに伴う水平面方向調整用の第１の圧電素子８、９と垂直面方向調整用の第２の圧電素子１０、１１とにおける圧縮・伸張により発生した直流電圧に基づいて、それらの直流電圧の逆極性値をそれぞれ各圧電素子８〜１１に印加して伸張・圧縮させて打ち消す（パン可動部材５、チルト可動部材６を姿勢制御する）ことにより、カメラユニット１に装着されるパン可動部材５の平板部５ａを水平面方向及び垂直面方向での定位置に維持することができるため、揺れ補正機能を持たないカメラユニット１を電動雲台に搭載されるカメラハウジング２に実装した使用環境下でも、カメラハウジング２に加えられる外力で発生する揺れ振動の揺れ補正を有効に行うことができる。
【００２３】
尚、実施例１に係るカメラユニット用揺れ防止機構３は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、カメラユニット１のレンズの光軸方向に延びたカメラ取付部材２´の外壁側面におけるカメラユニット１を保持する重心の近傍箇所にパン可動部材５の平板部５ａを装着する場合を説明したが、カメラ取付部材２´の仕様によってはカメラ取付部材２´の外壁側面に対してカメラユニット用揺れ防止機構３を装着し難い場合もある。こうした場合には、カメラユニット用揺れ防止機構３を防水構造とした上、雲台（図示せず）とカメラハウジング２との間に挿入して装着することも可能である。但し、雲台とカメラハウジング２との間にカメラユニット用揺れ防止機構３を装着する場合に、パン可動部材５の平板部５ａだけでなく、チルトベース部材７の平板部７ａにおける第２の圧電素子１０、１１が結合される面と反対側の面についても装着用とされる他、組み付け形態によってはパン可動部材５及び水平面方向調整用の第１の圧電素子８、９とチルト可動部材６及び垂直面方向調整用の第２の圧電素子１０、１１との関係が反転すると共に、チルトベース部材７がパンベース部材として機能する場合も起こり得るが、こうした場合にも基本的な構造や機能面には変わりがないため、同一な構造とみなすことができる。また、実施例１に係るカメラユニット用揺れ防止機構３では、水平面方向調整用、垂直面方向調整用にそれぞれ２個の圧電素子を用いた場合を例示したが、３個以上の圧電素子を用いても良いため、本発明のカメラユニット用揺れ防止機構３は、実施例１で開示した構成のものに限定されない。
【符号の説明】
【００２４】
１  カメラユニット
２  カメラハウジング
２´  カメラ取付部材
３  カメラユニット用揺れ防止機構
５  パン可動部材
５ａ  第１の平板部
５ｂ  第１の起立部
６  チルト可動部材
６ａ  第２の平板部
６ｂ  第２の起立部
７  チルトベース部材
７ａ  第３の平板部
７ｂ  第３の起立部
８、９  第１の圧電素子
１０、１１  第２の圧電素子
【図１】
0005706738.tif 000002
【図２】
0005706738.tif 000003
【図３】
0005706738.tif 000004