(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを介して対象物を撮像するカメラと、前記カメラを被覆し、前記レンズの光軸がドーム中心よりドーム天頂側にオフセットされたドームカバーとを備えたドーム型カメラにおいて、
前記ドームカバーは、ドーム天頂方向に対し前記レンズの光軸がなすチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配を有することを特徴とするドーム型カメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のドーム型カメラのドームカバーの製造方法において、
射出成型用金型に温度勾配を設定し、この温度勾配に伴って成形用樹脂材料に密度勾配を持たせることにより、レンズの光軸がなすチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配を有するドームカバーを成形することを特徴とするドームカバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドームカバーにカメラを収容したドーム型カメラ及びこれに用いるドームカバーの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のドーム型カメラでは、例えば、特許文献１の図１に記載されるように、カメラのレンズ光軸が当該カメラを収納するドームの中心よりドーム天頂側にオフセットするようにドームカバーとレンズとを配置することにより、撮影範囲の一部にカメラ筐体等が入るために映像が部分的に暗くなる、いわゆるケラレの発生をなくし、取り付け平面に平行な方向の撮影を可能としている。しかしながら、カメラのレンズ光軸をドーム中心に対してドーム天頂側にオフセットすると、ドームカバーに起因する収差が生じ、この収差が画質を悪化させる可能性がある。
【０００３】
図６は、カメラのレンズ光軸をドーム中心よりドーム天頂側にオフセットした場合の光学的関係を説明するための図であり、ドーム部分の側面図を示している。なお、ドームカバーの内壁及びカメラ内のレンズ等を破線で記載している。図６において、ドームカバー１０１に収容されたレンズ１００は水平方向を向くように配置される。このレンズ１００の光軸１０２は、ドームカバー１０１の中心１０３に対してドーム天頂方向にオフセットしている。レンズ１００の光軸１０２に平行な光線１０４，１０５は、レンズ１００の上端付近及び下端付近に入る光線である。
【０００４】
レンズ１００の光軸１０２をドーム天頂側にオフセットすると、図６に示すようにドームカバー１０１の外面に対する各光線１０４，１０５の入射角度が互いに異なってくる。ここでは、レンズ１００の上端付近から入射する光線１０４のドームカバー１０１部分での光路長ｄよりも、レンズ１００の下端付近から入射する光線１０５の光路長ｄ’の方が長くなる。ここで、ドームカバー１０１部分（カバー通過部分）での光路長とは、光路におけるカバー内の厚さ部分の長さである。
【０００５】
このように、レンズ１００の光軸１０２をドーム天頂側にオフセットした場合、レンズ１００へ入射する光線１０４，１０５の光路長ｄ，ｄ’が、ドームカバー１０１によって互いに異なり、ドームカバー１０１が光学系の一部を構成する非対称な光学系部材として機能し収差を生じさせる。この収差は天頂方向からのチルト角が大きい程増大して、画質が悪化する。この収差による不具合は、低倍率レンズを使用したドーム型カメラでは顕著でないが、近年の高倍率なズーム機能を有するカメラの普及に伴い無視できないものとなっている。
【０００６】
上述の不具合を解消するものとして、例えば特許文献２に記載されるドーム型カメラがある。このカメラは、ドーム天頂方向からのチルト角が大きくなるにつれてドームカバーの肉厚が厚くなるように構成している。このように構成することで、チルト角が大きい方向の撮影する場合であっても、レンズの上下両端を通る光線のドームカバーの厚さ部分での光路差が低減され、画質の向上を図ることができる。
【０００７】
なお、このような特定箇所において肉厚が違うドームカバーを製造する際、成形むらが発生し易くなるので、例えば特許文献３に記載されるような特別な製造方法を用いる必要がある。この特許文献３は、ドームカバーの天頂部に対応する位置に設けたゲート口からキャビティに溶融した樹脂を注入することにより、製造したドームカバーに部分的な成形むらが生じるのを抑えている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２４４７８３号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−３００６５９号公報
【特許文献３】特開２００７−１６０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のドーム型カメラでは、水平方向の撮影を可能とするためにカメラのレンズ光軸をドーム天頂側にオフセットすると、レンズ光軸に平行な光線の入射箇所によってはドームカバーの肉厚分の光路差が発生して収差が発生し画質が劣化するという課題があった。
【００１０】
また、特許文献２のように、ドーム天頂方向からのチルト角が大きくなるに従って、ドームカバーの肉厚が大きくなる構成とすれば、光路差を低減することはできるが、ドームカバーの特定箇所の肉厚を変化させる際に成形むらが発生し易く、成形むらを低減させるための特殊な処理を施す必要があるという課題があった。
【００１１】
例えば、特許文献３のように、ドームカバーの天頂部に対応する位置に設けたゲート口からキャビティに溶融した樹脂を注入すると、ドームカバーに部分的な成形むらが生じるのを抑えることはできる。しかしながら、ゲート口がドーム天頂にあると、ゲート痕が天頂部に残るため、天頂部の画質が悪化するという課題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、収差の発生を抑制し水平方向の撮影における画質の向上を図ることができるドーム型カメラ及びこれに用いるドームカバーの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るドーム型カメラは、レンズを介して対象物を撮像するカメラと、前記カメラを被覆し、前記レンズの光軸がドーム中心よりドーム天頂側にオフセットされたドームカバーとを備えたドーム型カメラにおいて、前記ドームカバーが、ドーム天頂方向から前記レンズの光軸がなすチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配を有することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係るドームカバーの製造方法は、ドーム型カメラのドームカバーの製造方法において、射出成型用金型にドームカバーの樹脂材料を注入するにあたり、前記射出成形用金型に温度勾配を設定して前記樹脂材料に密度勾配を持たせることにより、レンズの光軸がなすチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配を有するドームカバーを成形することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ドームカバーにおいて、ドーム天頂方向からのチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配をつけたので、チルト角が大きい方向を撮影する際においてもレンズの両端を通る光線の光路差が低減され、画質を向上することができるという効果がある。
【００１６】
また、この発明によれば、射出成形用金型に温度勾配を設定して樹脂材料に密度勾配を持たせることにより、上記屈折率勾配を有するドームカバーを成形するので、屈折率勾配を有するドームカバーを簡易に製造することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるドーム型カメラの正面図である。図１において、実施の形態１によるドーム型カメラ１は、本体部１ａと、ドームカバー２で覆われたドーム部とから構成される。本体部１ａは、取り付け部５によって天井などの取り付け対象部位に取り付けられる。また、本体部１ａには、カメラ３のパンチルト機構４が備えられており、パンチルト機構４には、カメラ３が取り付けられる。このパンチルト機構４によって、カメラ３のレンズ３ａが本体部１ａに対してパン方向及びチルト方向に回動する。なお、パンチルト機構４は、モータ駆動式でも手動式でもよい。
【００１８】
また、カメラ３は、鏡筒に複数のレンズ３ａを組み付け、この鏡筒の後方にＣＣＤなどの撮像素子を組み込んで構成される。ドームカバー２は、図１に示すように、半球形状を有しており、カメラ３を設置したパンチルト機構４を覆うように本体部１ａに取り付けられる。なお、ドームカバー２は、ポリカーボネイト又はアクリルなどから形成され、透明である。
【００１９】
レンズ３ａの光軸は、ドームカバー２の中心（即ち、半球の中心）に対して、ドームカバー２の天頂側にオフセットしている。図１に示すオフセット量Ａは、レンズ３ａの光軸が水平な状態でのオフセットを示している。オフセット量は、ドームカバー２の中心（水平位置ａ１）から、レンズ３ａの光軸（水平位置ａ２）に下ろした垂線の長さであり、レンズ３ａの向きに応じて変化する。このようにレンズ３ａの光軸をオフセットすることにより、レンズ３ａが水平方向に向いたときであっても、本体部１ａに遮られることなく、カメラ３による前方撮影が可能である。
【００２０】
なお、ドームカバー２の天頂方向とレンズ３ａの光軸とのなす角度をチルト角と定義する。ここで、レンズ３ａの光軸がドームカバー２の天頂を向いているときのチルト角は０度である。また、レンズ３ａの光軸がドームカバー２の水平方向を向いているときのチルト角は９０度である。以降では、ドーム型カメラ１を天井に下向きに設置した場合を例に挙げて説明するので、レンズ３ａが真下を向くときにチルト角が０度となる。
【００２１】
図２は、図１中のドーム型カメラの光学的関係を説明するための図であり、ドーム部分の側面を概略的に示している。なお、図６と同様に、ドームカバー２の内壁及びカメラ３内のレンズ３ａを破線で記載している。図２において、レンズ３ａの光軸（水平位置ａ２）に平行であって、レンズ３ａの上端付近及び下端付近に入る光線を、それぞれ上光線６ａ及び下光線６ｂとしている。
【００２２】
また、図２の例では、カメラ３のレンズ３ａが水平方向を向いており、チルト角が９０度である。実施の形態１では、ドームカバー２の屈折率が、チルト角に応じて変化する。なお、ドームカバー２の中心７ａからドームカバー２へ下ろした垂線の交点が、ドームカバー２の天頂７ｂとなる。
【００２３】
ドームカバー２における上光線６ａの通過部分での屈折率をｎとし、下光線６ｂの通過部分での屈折率をｎ’とすると、これら屈折率を考慮した上光線６ａ及び下光線６ｂの光路長Ｌ，Ｌ’は、下記式（１）で表すことができる。ただし、ｄは上光線６ａのドームカバー２の厚さ部分における光路長であり、ｄ’は下光線６ｂのドームカバー２の厚さ部分における光路長である。
【数１】
0004845931.tif 000002
【００２４】
上述した上光線６ａの光路長ｄと下光線６ｂの光路長ｄ’は、下記式（２）で表現できる。ここで、Ｒｏｕｔはドームカバー２の外面半径、Ｒｉｎはドームカバー２の内面半径であり、θ２は下光線６ｂのドームカバー２の厚さ部分での屈折角である。
【数２】
0004845931.tif 000003
【００２５】
下光線６ｂのドームカバー２表面に対する入射角をθ１、上光線６ａのドームカバー２表面に対する入射角をθ３、上光線６ａのドームカバー２の厚さ部分での屈折角をθ４とし、ドームカバー２の中心７ａに対する上光線６ａのオフセット量をｈ、下光線６ｂのオフセット量をｈ’とすると、下記のような関係式（３）が成り立つ。
【数３】
0004845931.tif 000004
【００２６】
図２に示すように、上光線６ａは、ドームカバー２のカバー表面に対してほぼ垂直に入射する。これに対して、下光線６ｂは、ドームカバー２のカバー表面に対してより傾いて入射する。仮に、従来のようにドーム肉厚が均一かつ屈折率が一定であると、上記入射角の角度差により、ドームカバー２の厚さ部分での上光線６ａの光路長ｄが、下光線６ｂの光路長ｄ’より短くなり光路差が発生する。
【００２７】
そこで、この実施の形態１では、カメラ３のレンズ３ａのチルト角に応じて、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率が小さくなる屈折率勾配を持たせて、上記入射角の角度差に伴う光路長の変化を相殺する。このようにすることで、ドームカバー２の厚さ部分での上光線６ａの光路長ｄと下光線６ｂの光路長ｄ’がほぼ等しくなり、光路差に起因する収差を低減できる。
【００２８】
上光線６ａと下光線６ｂの光路差をなくすにはＬ＝Ｌ’となればよいので、上記式（３）を用い、屈折率ｎ，ｎ’が下記関係式（４）を満たすように屈折率勾配を設定する。つまり、ドームカバー２の天頂７ｂから、ドームカバー２の中心７ａを含む水平面へ至るまでにおいて、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率が小さくなる屈折率勾配をつける。
【数４】
0004845931.tif 000005
【００２９】
次に動作について説明する。
ドーム型カメラ１において、カメラ３のレンズ３ａは、パンチルト機構４によってチルト方向に回動可能である。
（１）レンズ３ａがドームカバー２の天頂７ｂ方向に向いている場合（チルト角が０度）
この場合、ドームカバー２は回転対称であるので、レンズ３ａがドームカバー２の天頂７ｂ方向に向いていれば、レンズ３ａの両端側にそれぞれ入射する光線間でドームカバー２の厚さ部分における光路差が生じない。従って、ドームカバー２の厚さ部分での収差が生じず、カメラ３は良質な画像を得ることができる。
【００３０】
（２）レンズ３ａが水平方向を向いている場合（チルト角が９０度）
実施の形態１によるドームカバー２には、上述したように、ドームカバー２の天頂７ｂから、ドームカバー２の中心７ａを含む水平面へ至るまでにおいて、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率が小さくなる屈折率勾配が設けられている。つまり、ドーム天頂７ｂ方向からのチルト角が大きくなるにつれて、ドームカバー２の厚さ部分における屈折率が小さくなる。
【００３１】
図２に示すように、レンズ３ａが水平方向を向いている場合、レンズ３ａの上端付近は、ドームカバー２の天頂７ｂから遠く、ドームカバー２の天頂７ｂ方向に対するチルト角が大きいため、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率ｎは小さい。一方、レンズ３ａの下端付近では、ドームカバー２の天頂７ｂに近く、ドームカバー２の天頂７ｂ方向に対するチルト角が小さいために、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率ｎ’は大きい。
【００３２】
上述の屈折率勾配は、上記式（４）を用いて上光線６ａと下光線６ｂのドームカバー２の厚さ部分での光路長ｄ，ｄ’がほぼ等しくなるように設定されている。従って、上光線６ａと下光線６ｂのドームカバー２の厚さ部分での光路差に起因する収差が低減され、水平方向を撮影する場合であっても、良質な画像が得られる。
【００３３】
このように、実施の形態１によるドーム型カメラ１は、レンズ３ａがドーム天頂７ｂ方向を向いて撮影する場合であっても、ドーム水平方向を向いて撮影する場合であっても、レンズ３ａの両端付近を通る光線６ａ，６ｂのドームカバー２の厚さ部分での光路差が小さい。さらに、レンズ３ａがドーム天頂７ｂ方向とドーム水平方向の中間の任意の方向を向いている場合であっても、同様に光路差が小さくなるので、収差が小さく、良質な画像が得られる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、ドーム天頂７ｂ方向からのチルト角が大きくなるに従って、ドームカバー２の厚さ部分における屈折率が小さくなる屈折率勾配をつけたので、チルト角が大きい方向を撮影する場合であっても、レンズ３ａの両端を通る光線のドームカバー２の厚さ部分での光路差を低減することができ、撮影画像の画質を向上することが可能である。
【００３５】
実施の形態２．
この実施の形態２では、上記実施の形態１で示した、ドーム天頂７ｂ方向からのチルト角が大きくなるにつれて、ドームカバー２の厚さ部分における屈折率が小さくなる屈折率勾配をつけたドームカバー２を製造する方法について説明する。
【００３６】
図３は、この発明によるドーム型カメラに使用するドームカバーの射出成形用金型を示す断面図である。図３に示すように、実施の形態２による射出成形用金型８は、上下に開閉される上型９ａと下型９ｂから構成される。上型９ａと下型９ｂとを組み合わせると（閉状態）、上型９ａと下型９ｂとの間には、ドームカバー２の形状に対応するキャビティ１０が形成される。また、上型９ａと下型９ｂには、キャビティ１０となる内壁面の周囲に冷却媒体（冷却水又は冷却オイル）を流通するための冷却媒体流路１１−１〜１１−５，１２が設けられる。
【００３７】
ドームカバー２を射出成形によって製造するにあたり、射出成形用金型８の上型９ａと下型９ｂとを閉じて（組み合わせて）、キャビティ１０を形成する。また、冷却媒体流路１１−１〜１１−５，１２に流通させる冷却媒体の温度をそれぞれ調節して、射出成形用金型８のキャビティ１０周辺（キャビティ１０の内壁面）に温度勾配を設ける。この状態で射出成形用金型８に設けた不図示のゲート口から溶融樹脂を、キャビティ１０内に注入して硬化させて取り出す。なお、ゲート口は、少なくともドーム天頂に対応する位置に設けない。これにより、ゲート痕が天頂部に残ることがなく、ドーム天頂部の画質を悪化させない。
【００３８】
上述した温度勾配は、例えば以下に示す方法で設定する。
先ず、物質の屈折率と密度の関係は、下記式（５）に示すローレンツ・ローレンスの式で表すことができる。ここで、ｎは対象物質の屈折率、ｄは対象物質の密度、Ｍは対象物質の分子量、Ｎは対象物質のモル分子数、αは対象物質の分極率である。
【数５】
0004845931.tif 000006
【００３９】
モル分子数Ｎ、分極率α、分子量Ｍが定数であるため、屈折率ｎは、密度ｄをパラメータとする下記式（６）で表現できる。
【数６】
0004845931.tif 000007
【００４０】
上記式（６）を用いて、画質向上のために予め設定した屈折率勾配を、対象物質（ドームカバー２の樹脂材料）の密度分布に置き換え、当該密度分布が得られるように射出成形用金型８の金型温度の勾配を設定する。
【００４１】
図４は、ドームカバー成形材料の密度と屈折率の関係を示す図であり、ドームカバー２の成形に一般的に使用されるポリカーボネイト樹脂及びアクリル樹脂の密度とこの密度での屈折率、上記式（６）におけるＫ値を示している。なお、Ｋ値は、ポリカーボネイト樹脂及びアクリル樹脂の一般物性値により算出した値であり、いずれも１以下である。
【００４２】
図５は、図４中のＫ値を用いてポリカーボネイト樹脂及びアクリル樹脂の密度が一般物性値に対しておよそ１０％増減した際の屈折率変化を算出した結果を示すグラフである。図５から明らかなように、ドームカバー２に使用されるポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂は、その密度増加に伴って屈折率も単調増加することがわかる。
【００４３】
従って、ドームカバー２の天頂方向からのチルト角が大きくなるにつれて、即ちドームカバー２の天頂７ｂから、ドームカバー２の中心７ａを含む水平面へ至るまでにおいて、ドームカバー２の樹脂材料の密度が徐々に低くなる勾配を持たせることにより、ドームカバー２の厚さ部分での屈折率が小さくなる屈折率勾配をつけることができる。
【００４４】
上述のようなドームカバー２の密度勾配は、その製造時に金型温度に勾配を与えておくことにより設定可能である。つまり、ドームカバー成形材料である樹脂の硬化温度が異なると、これに応じて樹脂の収縮量が変化して密度分布が得られる。
【００４５】
図３を用いて具体的に説明すると、キャビティ１０におけるドームカバー２の天頂付近に対応する部分の付近に位置する冷却媒体流路１１−３については、最も温度が低くなるように冷却媒体を流通させ、ドームカバー２の天頂方向からのチルト角が大きくなるに従って、冷却媒体流路１１−２，１１−４には冷却媒体流路１１−３より高い温度の媒体を流通させ、冷却媒体流路１１−１，１１−５には最も高い温度の媒体を流通させる。
【００４６】
このようにすることで、ドームカバー２の天頂７ｂから、ドームカバー２の中心７ａを含む水平面へ至るまでに対応するキャビティ１０の内壁面に温度勾配（ドーム天頂方向からのチルト角が大きくなるにつれて温度が高くなる温度勾配）が設定される。この状態で溶融樹脂を硬化させることにより、ドームカバー２において、ドーム天頂方向からのチルト角が大きくなるにつれて屈折率が小さくなる屈折率勾配を持たせることができる。
【００４７】
以上のように、この実施の形態２によれば、射出成型用金型８にドームカバー２の樹脂材料を注入するにあたり、ドームカバー２の天頂方向からチルト角が大きくなるにつれて温度が高くなる温度勾配を射出成形用金型８に設定して、樹脂材料に密度勾配を持たせて硬化させる。このようにすることで、レンズ３ａの光軸がなすチルト角が大きくなるに従って屈折率が小さくなる屈折率勾配を有するドームカバー２を簡易に製造することができる。
【００４８】
なお、本発明によるドーム型カメラは、従来のドーム型カメラよりも広い視野で画質を向上できるので、例えば監視用カメラ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の実施の形態１によるドーム型カメラの正面図である。
【図２】図１中のドーム型カメラの光学的関係を説明するための図である。
【図３】この発明によるドーム型カメラに使用するドームカバーの射出成形用金型を示す断面図である。
【図４】ドームカバー成形材料の密度と屈折率の関係を示す図である。
【図５】図４中のＫ値を用いてポリカーボネイト樹脂及びアクリル樹脂の密度が一般物性値に対しておよそ１０％増減した際の屈折率変化を算出した結果を示すグラフである。
【図６】カメラのレンズ光軸をドーム中心よりドーム天頂側にオフセットした場合の光学的関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ドーム型カメラ、１ａ  本体部、２  ドームカバー、３  カメラ、３ａ  レンズ、４  パンチルト機構、５  取り付け部、６  光軸、６ａ  上光線、６ｂ  下光線、７ａ  中心、７ｂ  天頂、８  射出成形用金型、９ａ  上型、９ｂ  下型、１０  キャビティ、１１−１〜１１−５，１２  冷却媒体流路、１００  レンズ、１０１  ドームカバー、１０２  光軸、１０３  中心、１０４  上光線、１０５  下光線。
【図１】
0004845931.tif 000008
【図２】
0004845931.tif 000009
【図３】
0004845931.tif 000010
【図４】
0004845931.tif 000011
【図５】
0004845931.tif 000012
【図６】
0004845931.tif 000013