JP5408890B2 - Pan head - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ交換式の撮像装置により複数の画像を撮影し、これを合成する場合に用いて好適な雲台に関する。 The present invention relates to a pan head suitable for use when a plurality of images are taken by a lens-interchangeable imaging device and combined.
スチルカメラ・ビデオカメラ・高感度カメラ・暗視カメラ等の撮像装置を水平方向や垂直方向に回転させて複数の画像を撮影し、これを合成する(複数の画像を繋げる)ことによりパノラマ画像を作成することが一般的に知られている。 A panoramic image is created by combining multiple images by connecting multiple images by rotating an imaging device such as a still camera, video camera, high-sensitivity camera, or night vision camera in the horizontal or vertical direction. It is generally known to create.
特許文献1、2には、パノラマ画像合成に際して、ノーダルポイント(主点)を中心に撮像装置を回転させると、視差の影響をなくすことができることが開示されている。
また、水平方向で画像を連続的に撮像するための各種雲台装置や三脚装置が考案されている。特許文献3には、垂直方向にも可動で回転軸が直交する雲台が提案されている。
Various pan head devices and tripod devices have been devised for continuously capturing images in the horizontal direction.
広域監視カメラシステムや高精細画像記録システムでは、左右方向の画像だけでなく、上下左右方向の画像を撮影して合成することが求められる。従来の港・山岳・夜景等のパノラマ撮影では、水平方向の画像を繋げることが多く、従来の雲台装置では上下の垂直連続撮影には不向きであった。 Wide-area surveillance camera systems and high-definition image recording systems are required to capture and synthesize not only images in the left-right direction but also images in the up-down and left-right directions. In conventional panoramic photography such as harbors, mountains, and night views, images in the horizontal direction are often connected, and conventional pan / tilt head devices are not suitable for vertical vertical photography.
昨今では出力手段として大型液晶画面や大判のカラープリンタ、入力手段として高精度の大判CMOSセンサやCCDセンサ等、記録手段として大容量のストレージ装置等が市場で入手可能となってきている。このような背景の中、水平方向の画像を繋げた横長画像でなく、大きな高精細画像を記録したり、表示したりできる技術の要望が強い。 In recent years, a large liquid crystal screen or a large color printer as an output means, a high-precision large-format CMOS sensor or a CCD sensor as an input means, and a large-capacity storage device as a recording means have become available in the market. In such a background, there is a strong demand for a technique capable of recording and displaying a large high-definition image, not a horizontally long image obtained by connecting horizontal images.
上下左右方向の画像を繋げて大きな高精細画像を生成する場合、画像情報(データ)が多くなるに従って、誤差の量が無視できなくなる。 When a large high-definition image is generated by connecting images in the vertical and horizontal directions, the amount of error cannot be ignored as the amount of image information (data) increases.
また、画像情報が多くなるに従って、処理速度が遅くなり、作業時間が長くなって、作業効率が悪くなってしまうおそれがある。更に動画(アニメーション)のように表現をする場合には、一画面の連続性が重要になり、高速であることがより要求される。 Also, as the amount of image information increases, the processing speed becomes slower, the work time becomes longer, and the work efficiency may deteriorate. Furthermore, in the case of expressing like a moving image (animation), the continuity of one screen becomes important and higher speed is required more.
また、監視システム等では、予期せぬ侵入者を漏れなく画像に捕らえ記録することが重要であり、そのためには画像の空白期間を無くすために高速で動かねばならない。特に画像を入力している間は、撮像装置が正確に且つ振動することなく停止することが要求される。画像の入力中に撮像装置が動くことで、撮像画像が撮像センサ上の数ピクセルぶれて、画像の鮮明さが失われるためである。 In a surveillance system or the like, it is important to capture and record an unexpected intruder in an image without omission, and for that purpose, it must move at high speed in order to eliminate the blank period of the image. In particular, while inputting an image, the imaging apparatus is required to stop accurately and without vibration. This is because, when the image pickup apparatus moves during image input, the picked-up image is shifted by several pixels on the image pickup sensor, and the clearness of the image is lost.
ゆえに、高速応答性は絶対的に必要であり、応答性を確保することは処理速度アップ、防振性の向上であり、重要課題である。 Therefore, high-speed responsiveness is absolutely necessary, and ensuring responsiveness is an important issue because it increases processing speed and improves vibration isolation.
また、正確な記録を行うためには水平(左右)のみならず垂直(上下)にも画像の数ピクセル以内の高精度で繋げねばならない。特に線状の被写体(例えば電線・窓枠(サッシ)の縁、電柱等)や被写体の輪郭部では、微妙なずれであっても、一本の連続した線として繋がらずに、不自然な画像となってしまう。 Further, in order to perform accurate recording, not only horizontal (left and right) but also vertical (up and down) must be connected with high accuracy within several pixels of the image. Especially in the case of a linear object (for example, the edge of an electric wire / window frame (sash), an electric pole, etc.) or the outline of the object, even if there is a slight deviation, it is not connected as a single continuous line and is unnatural. End up.
また、近距離で美術品等の被写体を正確に記録するためには、正確な画像が必要となる。大判絵画・襖絵等を記録する場合、中心画面を基準として画像を記録していくと、外周部では視差誤差が累積し、画像中心部に対して外縁部(周辺部)になると画像の繋がりが不連続になってくる。特に枠等の線状のものでは、画像の繋がりの不連続性が顕著になってしまう。また、基準画像から離れるほど誤差が増えることとなる。 In addition, in order to accurately record a subject such as a work of art at a short distance, an accurate image is required. When recording large-size paintings, lacquered pictures, etc., if the image is recorded with the center screen as a reference, parallax errors accumulate at the outer periphery, and the image is connected when the outer edge (peripheral) is located with respect to the image center. Becomes discontinuous. In particular, in the case of a linear object such as a frame, discontinuity in image connection becomes significant. Further, the error increases as the distance from the reference image increases.
そこで、停止角度精度、角度分解能を上げることはもとより、これらの課題を解決するためには、ノーダルポイント(主点)を中心に撮像装置を回転させることが重要である。レンズと画像認識センサ(CMOS・CCD・銀塩フィルム等)を備えた撮像装置には、視差が最も少なくなるノーダルポイントが存在し、ノーダルポイントを中心に撮像装置を回転させることで視差誤差を無くすことができる。 In order to solve these problems, it is important to rotate the imaging device around the nodal point (principal point) as well as increasing the stop angle accuracy and the angle resolution. An imaging device equipped with a lens and an image recognition sensor (CMOS, CCD, silver halide film, etc.) has a nodal point where parallax is minimized, and parallax error is caused by rotating the imaging device around the nodal point. Can be eliminated.
図16を参照して、視差誤差を説明する。図中で、主点ずれは、ノーダルポイントが回転軸に対してずれていることを示している。主点ずれ画像2及び主点ずれ画像3を画像1に合成した場合に、実際の回転角に合わせ画像を繋ぐと、視差誤差を生じる。視差誤差は、近い被写体でも遠い風景被写体でも同様に起こる。また、ノーダルポイントが回転中心に一致している場合は、合成で誤差が生じない。
The parallax error will be described with reference to FIG. In the figure, the principal point deviation indicates that the nodal point is displaced with respect to the rotation axis. When the principal point shifted image 2 and the principal point shifted
しかしながら、ノーダルポイントを任意の位置に固定するためには課題がある。まず、ノーダルポイントは撮像装置の光学系であるレンズ毎に異なっている。撮像装置は、光学系と撮像系とに分離され、レンズを交換可能とすることにより汎用性が高まることになる。例えば、屋内の壁面を撮影する場合と、屋外の景色を撮影する場合とでは、使用するレンズは異なってくる。また、分割撮影する場合、細かく分割してより高精度に撮りたい場合は視野角の少ないレンズを選択し、全体を撮りたい場合は視野角の大きいレンズを選択することになる。また、夜の暗視では、カメラ本体を高感度なものとする等、ニーズに合わせて選択する必要がある。 However, there is a problem in fixing the nodal point at an arbitrary position. First, the nodal point differs for each lens that is an optical system of the imaging apparatus. The imaging apparatus is separated into an optical system and an imaging system, and versatility is enhanced by making the lens exchangeable. For example, the lens to be used differs between when shooting an indoor wall surface and when shooting an outdoor scenery. In the case of divided shooting, a lens with a small viewing angle is selected when finely dividing and shooting with higher accuracy, and a lens with a large viewing angle is selected when shooting the whole. In night night vision, it is necessary to make a selection according to needs such as making the camera body highly sensitive.
また、望遠レンズ、広角レンズ等では、ノーダルポイント以外に重量も大きく異なる。特に高精細な画像を得るためには、光量を多く取り入れることになるが、一般的に光学レンズ等では入射レンズの径が大きくなると、重量が重くなる。また、高精細な交換レンズ等では、レンズの歪を補正する光学系を設ける等することもあり、更に重量が嵩む。また、カメラ本体の種類によっても重量が大きく異なる。すなわち、カメラ本体とレンズからなる撮像装置の重心の位置は、その組み合わせにより都度変化する。その結果、重心が回転軸から大きくずれると、負荷モーメントの変化量が大きくなり、且つ絶対量も過大になる。 In addition, in the telephoto lens, the wide-angle lens, etc., the weight is greatly different in addition to the nodal point. In particular, in order to obtain a high-definition image, a large amount of light is taken in. In general, however, an optical lens or the like becomes heavier as the diameter of the incident lens increases. Further, in a high-definition interchangeable lens or the like, an optical system that corrects lens distortion may be provided, which further increases the weight. Also, the weight varies greatly depending on the type of camera body. In other words, the position of the center of gravity of the imaging device including the camera body and the lens changes each time depending on the combination. As a result, when the center of gravity deviates greatly from the rotation axis, the amount of change in the load moment increases and the absolute amount also becomes excessive.
このような状況から、雲台に期待される課題は大きい。上述したように撮影記録したい被写体は用途・目的(屋内・屋外等)で異なり、レンズは都度交換されるものであるので、レンズの交換による変化に対応する必要がある。 Given these circumstances, the challenges expected for the platform are great. As described above, the subject to be photographed and recorded differs depending on the purpose and purpose (indoor, outdoor, etc.), and the lens is replaced every time. Therefore, it is necessary to cope with the change caused by the lens replacement.
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、レンズ交換式の撮像装置を搭載する場合に、主点ずれをなくすとともに、応答性良く且つ最小トルクで撮像装置を回転させることができる雲台を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and when an interchangeable lens imaging device is mounted, it is possible to eliminate the principal point deviation and to rotate the imaging device with good response and minimum torque. The purpose is to provide a pan head that can be used.
本発明の雲台は、レンズ交換式の撮像装置が搭載される雲台であって、互いに直交する関係にある第1の軸及び第2の軸を中心にそれぞれ回転可能な第1の回転部材及び第2の回転部材と、前記撮像装置の重量により重力方向に発生する負荷モーメントを相殺する負荷モーメント相殺機構と、を備え、前記第1の回転部材は、前記第1の軸を中心に回転可能であるとともに当該第1の軸と直交する第1の方向に移動可能であって、前記第1の回転部材は、前記撮像装置を固定する固定位置を、前記第1の軸及び前記第1の方向と垂直な方向である第2の方向に移動可能であることを特徴とする。 The pan head of the present invention is a pan head on which an interchangeable lens type imaging device is mounted, and is a first rotating member that can rotate around a first axis and a second axis that are orthogonal to each other. And a second rotating member and a load moment canceling mechanism that cancels a load moment generated in the gravity direction due to the weight of the imaging device, and the first rotating member rotates about the first axis. The first rotating member is movable in a first direction orthogonal to the first axis, and the first rotating member has a fixed position for fixing the imaging device as the first axis and the first axis. It is possible to move in a second direction which is a direction perpendicular to the direction .
本発明によれば、レンズ交換式の撮像装置を搭載する場合に、主点ずれをなくすとともに、応答性良く且つ最小トルクで撮像装置を回転させることができる雲台を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when mounting an image pick-up device of a lens interchangeable type, a pan head which can eliminate the principal point shift and can rotate the image pick-up device with a good response and a minimum torque can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る雲台を示す図である。本実施形態に係る雲台は、レンズ交換式の撮像装置109(レンズユニット110及びカメラ本体109a)を搭載して、パン方向及びチルト方向に回転させることができる。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a pan / tilt head according to the first embodiment of the present invention. The pan / tilt head according to the present embodiment is equipped with an interchangeable lens imaging device 109 (
雲台台座108の底面上に撮像装置109が載置され、レンズユニット110(又はカメラ本体109a)が水平固定ねじ111aにより固定される。ここで、図2、4に示すように、雲台台座108の底面には前後方向(撮像装置109の撮影光軸方向)に伸びる長穴301aが形成されており、この長穴301aにねじ111aが挿設される。ねじ111aを弛めることで撮像装置109を前後に移動させることができ、ねじ111aを締め付けることで撮像装置109を任意の位置で固定することができる。
The
雲台台座108の両側部は、垂直固定ねじ111b及び111cを介して雲台筐体105により支持される。ここで、図2に示すように、雲台台座108の側面には上下方向に伸びる長穴301bが形成されており、この長穴301bにねじ111bが挿設される。なお、ねじ111cについても同様の構成となっている。ねじ111b及び111cを弛めることで雲台台座108を上下に移動させることができ、ねじ111b及び111cを締め付けることで雲台台座108を任意の位置で固定することができる。
Both side portions of the
図4に示すように、長穴301aの端部302にはねじが斬られており、ねじ111aを螺合させることができる。また、具体的には図示しないが、ねじ111aの根元には、雲台台座108の板厚以上で、ねじ谷の径より小さい逃げ部が形成されている。長穴301aの端部302にねじ111aを螺合させ、逃げ部が長穴301aの位置までくるように撮像装置109側に突出させることにより、ねじ111aを落下させずに、ねじ111aの逃げ部を長穴301aに沿ってスライドさせることができる。なお、長穴301bについても同様の構成となっている。
As shown in FIG. 4, a screw is cut at the
図1に説明を戻して、雲台筐体105の底部には電動機102a(本発明でいう第2の駆動源に相当)が配設されており、その回転軸がパン軸(水平回転軸)122として雲台筐体105に固着される。
Returning to FIG. 1, an
一方、雲台筐体105の一側部には電動機102b(本発明でいう第1の駆動源に相当)が配設されており、その回転軸がチルト軸(垂直回転軸)123として雲台台座108に固着される。具体的には、雲台台座108の側面を挿通するねじ111bがチルト軸123に同軸上に螺合する。
On the other hand, an
また、雲台筐体105の他側部には滑車103が配設されており、その回転軸がチルト軸(垂直回転軸)123として雲台台座108に固着される。具体的には、雲台台座108の側面を挿通するねじ111cがチルト軸123に同軸上に螺合する。
A
上述したパン軸122及びチルト軸123は回転中心が直交する関係にある。すなわち、雲台筐体105(本発明でいう第2の回転部材に相当)及び雲台台座108(本発明でいう第1の回転部材に相当)は、互いに直交する関係にある軸122、123まわりでそれぞれ回転可能となっている。
The
ここで、図3(b)に示すように、レンズユニット110はレンズ本体201及びフード202により構成され、それぞれレンズ重心204及びフード重心203を有する。また、カメラ本体109aも、カメラ重心205を有する。そして、図3(a)に示すように、カメラ本体109aにレンズユニット110を装着した状態では、重心114を有することになる。
Here, as shown in FIG. 3B, the
また、図3(a)に示すように、レンズユニット110にはノーダルポイント115が存在する。ノーダルポイント115は、撮像装置109を回転させて撮影した複数の画像を繋げるときに、ずれ無くスムーズに繋げることのできる、回転の中心となるポイントのことである。
Further, as shown in FIG. 3A, the
本実施形態の雲台では、撮像装置109を上下前後の任意の位置で固定可能な固定機構(長穴301a及び301b、ねじ111a、111b及び111c等からなる)を有する。したがって、各軸122、123の回転中心上にノーダルポイント115が位置するように撮像装置109を固定することができる。
The camera platform of the present embodiment includes a fixing mechanism (consisting of
図1に説明を戻して、電動機102b側のチルト軸123には、保持力発生機構(ブレーキ機構)121が備えられている。117はチルト軸123に設けられたブレーキディスクである。118a及び118bはブレーキディスク117の両側に配置されたブレーキパッドである。119はブレーキパッド118aをブレーキパッド118b側に押し付ける付勢力を付与する反発ばねである。120は雲台筐体105に据え付けられたソレノイド120である。
Returning to FIG. 1, the
このようにした保持力発生機構121では、ソレノイド120の無通電状態で、ばね119の付勢力によりブレーキパッド118aがブレーキディスク117に押し付けられる。このブレーキパッド118aと、反対側のブレーキパッド118bとでブレーキディスク117が狭持されることにより、チルト軸123が回転不能となる(無通電保持)。それに対して、ソレノイド120の通電状態で、ブレーキパッド118a及び118bは開放され、チルト軸123が回転可能になる。
In the holding force generation mechanism 121 configured as described above, the brake pad 118 a is pressed against the
また、滑車103側のチルト軸123は、雲台筐体105に挿設された軸受け107により回転自在に支持される。滑車103にはチルト軸123と同心状にワイヤー104が巻かれ、ワイヤー104の一端が滑車103上のフック等の固定具106に固定される。また、雲台筐体105の側面にはバランサ(負荷モーメント相殺機構)として機能する定荷重ばね(「コンストンばね」とも称される)101が取り付けられており、ワイヤー104の他端が引っ張られている。定荷重ばね101による弾性力(張力)は、撮像装置109の重量により重力(引力)方向に発生する負荷モーメントに見合った量に調整されている。
Further, the
すなわち、図5に示すように、撮像装置109の重心114(図3(a)を参照)の位置に対してチルト軸123を挟んで反対方向に負荷モーメント(重力又は力m×距離L)に見合ったモーメントを発生させる。これにより、重力方向に発生する負荷モーメント(撮像装置の重心における重力成分)を定荷重ばね101で相殺することができ、応答性良く(高速撮影可能)且つ最小トルクで撮像装置109を回転させることが可能となる。
That is, as shown in FIG. 5, the load moment (gravity or force m × distance L) is opposite to the position of the center of gravity 114 (see FIG. 3A) of the
なお、負荷モーメント相殺機構にはカウンターウエイトを用いることもできる。また、軽量化・小型化を実現する手段として、図6に示すように、負荷モーメント相殺機構にコイルばね、ぜんまいばね等の弾性体を用いることもできる。この場合、レンズユニット110を他のレンズユニットに交換したり、カメラ本体109aを他のカメラ本体に交換したりしたときにも負荷モーメントを相殺できるように、弾性体による張力を可変とする張力調整機構を備えるようにする。レンズユニットやカメラ本体を交換すると、ノーダルポイント115に対する重心114の相対関係も変化する。例えば、図6に示すように重心が遠くなったり(+ΔL)、レンズユニットの重さの違いから生じる重力成分の変化(軽いレンズ、重いレンズ)が生じたりする場合は、張力調整により負荷モーメントを相殺することができる。
A counterweight can also be used for the load moment canceling mechanism. As a means for realizing weight reduction and size reduction, as shown in FIG. 6, an elastic body such as a coil spring or a mainspring spring can be used for the load moment canceling mechanism. In this case, the tension adjustment that makes the tension by the elastic body variable so that the load moment can be canceled even when the
本実施形態のようにバランサを定荷重ばね101とすることで、広範囲の回転角度で一定張力を発生させることができ、モーメントを一定に保ち、可動範囲(回転駆動範囲)を広げるというメリットが得られる。図5に示すように、負荷モーメントを相殺する張力を定荷重ばね101により発生させ、且つ定荷重ばね101による張力がチルト軸123から略同心状の距離に巻かれたワイヤー104により変換されていることで一定のモーメントを得ることができる。
By using the balancer as the
ここで、定荷重ばね101を用いることによるメリットを説明する。図7には、撮像装置109の回転による重心114の位置の変化を示す。また、図8には、撮像装置109の回転角度と負荷モーメント及び張力との関係を示す。小角度では、Lは≒Lでは負荷モーメントも略同量となり、相殺モーメントは略同量で良いが、L≫では同心状にならず、負荷モーメントは変化する。
Here, the merit by using the
コイルばねでは、伸びると、ばね力=ばね定数×伸び変位量となり、伸び変位量(回転角度)に応じたばね自身の変化量が存在することになる。図8に示すように、上側L≫ではコイルばねの伸び変位量が小さく、ばね力が最小となり、下側L≫では伸び変位量が大きく、ばね力が最大となる。水平位置Lで相殺モーメントを合わせた場合、下側L≫の角度になると負荷モーメントは小さくなるが、逆に相殺モーメント(コイルばねの力)はばねの伸びが大きくなって増えてしまう。このように負荷モーメントとの差が大きくなる分、力(モータの力)が必要になってしまう。 When the coil spring is stretched, the spring force equals the spring constant × the elongation displacement amount, and there is a change amount of the spring itself corresponding to the elongation displacement amount (rotation angle). As shown in FIG. 8, in the upper side L >>, the amount of extension displacement of the coil spring is small and the spring force is minimum, and in the lower side L >>, the amount of extension displacement is large and the spring force is maximum. When the canceling moment is combined at the horizontal position L, the load moment is reduced when the angle of the lower side L >> is reached, but conversely, the canceling moment (the force of the coil spring) increases as the spring stretches. As the difference from the load moment becomes larger in this way, force (motor force) is required.
それに対して、定荷重ばね101では、広範囲の回転角度で一定張力を発生させることができ、負荷モーメントとの差を小さく保てるので、可動範囲を広げることができる。
On the other hand, the
また、電動機102bに備えられた保持力発生機構が、負荷モーメント相殺機構のモーメント以上の保持力を発生させるものであれば、停止時の消費電力を抑え、無通電保持が可能になり、大幅な省電力化を図ることができる。本発明のような電動雲台では、撮影時の停止時間の比率が高く、駆動時間では慣性力があり回転時の消費電力は大きくない。ゆえに、消費電力は停止時の保持力を発生させるために大半を要する。無通電保持を可能とすることにより、環境にやさしい省エネルギータイプの雲台を実現することができる。また、本実施形態のようにディスクブレーキを採用することにより、電動機102bの残留振動を素早く抑え、減衰を加速させることができ、停止精度、停止速度を向上させることができる。その結果、図9(b)に示すように、ディスクブレーキを採用しない図9(a)に比べ、制定時間が早くなるので、更に作業時間の短縮化になる。
Further, if the holding force generation mechanism provided in the
図1に説明を戻して、電動機102a及び102bにはそれぞれ角度検出器(エンコーダ)116が備えられており、これら角度検出器116により検出される回転角度の情報が操作装置112に伝達される。操作装置112は、角度検出器116からの回転角度の情報に基づいて電動機102a及び102bに指令を出し、雲台を自由に操作することができる。
Returning to FIG. 1, each of the
パン軸122及びチルト軸123の分割角度を検出する手段(角度検出器116)を設けることにより、分割精度を上げることができ、より高い繋ぎ精度が実現される。また、電動機102a及び102bを備え、且つ操作部112を備え、任意の指令により角度検出器116の周波信号により任意の割り出し角度に停止固定させられるようにすることにより、人為的調整作業を省くことができ、作業効率が高くなり、作業時間の短縮化を図ることができる。
By providing means (angle detector 116) for detecting the division angle of the
(第2の実施形態)
図10は、本発明の第2の実施形態に係る雲台を示す図である。なお、第1の実施形態に係る雲台と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。第2の実施形態に係る雲台は、バランサが2つの定荷重ばね101a及び101bにより構成される。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a pan / tilt head according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the pan head concerning 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted. In the pan head according to the second embodiment, the balancer includes two
微調定荷重ばね101aにより引っ張られるワイヤー104aが小滑車(プーリー)113を介して滑車103に巻かれ、その端が滑車103上の固定具106に固定される。
A
また、主定荷重ばね101bにより引っ張られる主ワイヤー104bが滑車103に直接巻かれ、その端が滑車103上の固定具106に固定される。
Further, the
レンズ交換式の撮像装置109では、レンズユニット110を交換することにより、その重心114の位置も変化する。微調定荷重ばね101a及び主定荷重ばね101bは、ドライバー等の工具で弾性力張力を調整することができる。この場合に、調整を簡便に済ますために、主定荷重ばね101b側で数段階に任意の張力変位位置を合わせ、大きな負荷モーメントに対応する。その後に、微調定荷重ばね101a側で最適荷重に調整することで、重心114の位置の変化にも短時間で対応することができる。また、負荷モーメントが最小の場合、主ワイヤー104bを固定具106から外すことにより対応することができ、負荷モーメントに対する調整力の可変量を大きく取れるようにしている。
In the interchangeable
このように複数の定荷重ばねを用いることにより、撮像装置109に合わせて粗微調が可能となり、大きな撮像装置から小さな撮像装置までバランス調整が容易になる。
By using a plurality of constant load springs in this way, coarse / fine adjustment is possible according to the
(第3の実施形態)
パン軸122側の電動機102aやチルト軸123側の電動機102bとして振動波モータを採用することにより、小型化、省電力化、高速応答性、高停止精度が実現可能となる。
(Third embodiment)
By adopting a vibration wave motor as the
また、振動波モータを採用する場合、保持力発生機構を別に設ける必要がなく、小型化にも有効である。振動波モータは、無通電時にはディスクブレーキと同様の構成であり、大きな保持力を有する。一般的な電磁モータに比較して、数倍の無通電時の保持力を有する。また、省電力で、起動トルクも大きく取ることができる。このような特性から、図11に示すように、高速応答性があり、1ミリ秒での立ち上げが可能である。 Further, when the vibration wave motor is employed, it is not necessary to provide a holding force generation mechanism separately, which is effective for downsizing. The vibration wave motor has the same configuration as the disc brake when not energized, and has a large holding force. Compared to a general electromagnetic motor, it has several times the holding power when no current is applied. In addition, power saving and a large starting torque can be obtained. From such characteristics, as shown in FIG. 11, it has high-speed response and can be started up in 1 millisecond.
これらを達成するための振動波モータの望ましい構成例を説明する。図12に示すように、振動波モータに用いられる摺動部材3は、摺動性の良いPTFE等の有機材料や酸化皮膜やメッキ等の対磨耗性の高い金属材料で形成される。摺動部材3は、リング状の金属弾性体1の片面に例えば接着剤により固定され、この摺動部材3を介して金属弾性体1に加圧接触するように移動体であるロータ5が設けられる。また、金属弾性体1の摺動部材3の反対面には、駆動源となる圧電素子2(電気−機械エネルギー変換素子)が接着される。例えば給電基板4より交番信号となる電圧を加えることで、2つの定在波の合成により進行波を金属弾性体1に形成し、ロータ5を相対移動させる。リング状振動波モータの振動発生源として用いられている振動発生の手段は、圧電材料に周波信号の電界をかけて金属弾性体を振動させている。これにより、振動体に振動を励起し、この振動体とこの振動体に接触するロータ5(移動体)とを上記振動により相対駆動させることができる。
A desirable configuration example of the vibration wave motor for achieving these will be described. As shown in FIG. 12, the sliding
このような振動波モータ(振動型駆動装置)に関して、複数個の振動型駆動装置の出力軸を歯車に噛み合わせることで出力を増大する方式が提案されている(特許文献4を参照)。この提案内容を、図13を参照して説明する。M1は第一の振動型駆動装置であり、第一の振動型駆動装置M1の出力軸9には入力ギア6が締結されている。また、M2は第二の振動型駆動装置であり、第二の振動型駆動装置M2の出力軸9には入力ギア6が締結されている。これら2つの入力ギア6は出力ギア7に噛み合っており、この出力ギア7に最終の出力軸8が締結されている。なお、10は複数の振動型駆動装置M1・M2を保持し、且つ装置全体の筐体の一部になっているフランジである。また、出力軸8又は振動型駆動装置M1・M2の少なくとも1つに回転検出器(図示せず)を備えている。
With regard to such a vibration wave motor (vibration type driving device), a method has been proposed in which the output is increased by engaging the output shafts of a plurality of vibration type driving devices with gears (see Patent Document 4). The contents of this proposal will be described with reference to FIG. M1 is a first vibration type driving device, and an
図14は、本発明の第3の実施形態に係る雲台の一部を示す図である。雲台台座108に固定された撮像装置109は、チルト軸123より前方に重心114がある状態で固定されている。チルト軸123を挟んで重心114の反対側に扇状の出力ギア7が配置される。そして、2個の振動波モータ102を配置し、それぞれの出力軸9に締結された入力ギア6を介して、扇状の出力ギア7に回転力を伝える。
FIG. 14 is a diagram showing a part of a pan / tilt head according to the third embodiment of the present invention. The
本実施形態では、負荷モーメント相殺機構の一部が伝達機構であり、伝達部たる出力ギア7の重量(ウエイト)によるモーメント402で負荷モーメント401を相殺している。
In the present embodiment, a part of the load moment canceling mechanism is a transmission mechanism, and the
本実施形態のように、振動波モータを1軸に複数個使用することで、バックラッシュを小さくして、停止精度を向上させることができ、高精細画像が得られる。 As in this embodiment, by using a plurality of vibration wave motors on one axis, backlash can be reduced, stopping accuracy can be improved, and a high-definition image can be obtained.
(第4の実施形態)
図15は、本発明の第4の実施形態に係る雲台を示す図である。なお、第1の実施形態に係る雲台と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a pan / tilt head according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the pan head concerning 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る雲台も、第1の実施形態と同様に、雲台台座108の底面上に撮像装置109が載置される。ねじ111aを弛めることで撮像装置109を前後に移動させることができ、ねじ111aを締め付けることで撮像装置109を任意の位置で固定することができる。
In the pan head according to the present embodiment, the
雲台台座108の両側部は、垂直固定ねじ111b及び111cを介して雲台筐体105により支持される。ねじ111b及び111cを弛めることで雲台台座108を上下に移動させることができ、ねじ111b及び111cを締め付けることで雲台台座108を任意の位置で固定することができる。
Both side portions of the
雲台筐体105の底部には振動波モータ11a(本発明でいう第2の駆動源に相当)が配設されており、その回転軸がパン軸122として雲台筐体105に固着される。
A vibration wave motor 11 a (corresponding to a second driving source in the present invention) is disposed at the bottom of the
一方、雲台筐体105の一側部には振動波モータ11b(本発明でいう第1の駆動源に相当)が配設されており、その回転軸がチルト軸123として雲台台座108に固着される。上述したように、振動波モータは、無通電時にはディスクブレーキと同様の構成であり、振動波モータを採用する場合、保持力発生機構を別に設ける必要がない。
On the other hand, a
また、雲台筐体105の他側部には滑車103が配設されており、その回転軸がチルト軸123として雲台台座108に固着される。滑車103にはチルト軸123と同心状にワイヤー104が巻かれ、その一端が滑車103上のフック等の固定具106に固定され、他端が定荷重ばね101により引っ張られている。定荷重ばね101による弾性力(張力)は、撮像装置109の重量により重力(引力)方向に発生する負荷モーメントに見合った量に調整されている。
A
なお、第1の実施形態でも述べたように、パン軸122及びチルト軸123は回転中心が直交する関係にある。すなわち、雲台筐体105及び雲台台座108は、互いに直交する関係にある軸122、123まわりでそれぞれ回転可能となっている。
As described in the first embodiment, the
振動波モータ11a及び11bにはそれぞれ角度検出器(不図示)が内蔵されており、これら角度検出器により検出される回転角度の情報が操作装置112に伝達される。操作装置112は、角度検出器116からの回転角度の情報に基づいて電動機102a及び102bに指令を出し、雲台を自由に操作することができる。
Each of the
振動波モータでは保持力が摩擦力により発生しているので、バランサであるコイルばね、ぜんまいばね等の弾性体の弾性力で引き戻されず、電磁モータに比べて操作がスムーズになる。 In the vibration wave motor, the holding force is generated by the frictional force, so that it is not pulled back by the elastic force of an elastic body such as a coil spring or a mainspring spring as a balancer, and the operation is smoother than that of the electromagnetic motor.
以上詳述したように、撮像装置を前後上下に簡単に調整可動で作業性の良い雲台を提供することができる。また、応答性(高速撮影)良く且つ最小トルクで回転自在な軽量・小型の雲台を提供することができる。また、回転駆動範囲の広く、高い繋ぎ精度が良く、作業効率が高く、作業時間の短い、また、環境にやさしい省エネ雲台を提供することができる。また、高速性・停止精度、停止速度の良い小型な雲台を提供し、高精細な画像を得られるようになる。また、ニーズに合わせ選択することも可能で用途・撮像装置の種類で選択の数を増やすことができ、合わせて調整設定が可能で様々な搭載物(撮像装置等)に合わせ選択可能な雲台を提供し、汎用性が高い高精度な画像を得ることができる小型な撮像システムを実現するものである。 As described above in detail, it is possible to provide a pan head with good workability by easily adjusting the imaging apparatus up and down and up and down. In addition, it is possible to provide a lightweight and small pan head that has good responsiveness (high-speed shooting) and is rotatable with a minimum torque. In addition, it is possible to provide an energy-saving head with a wide rotation drive range, high connection accuracy, high work efficiency, short work time, and environmental friendliness. In addition, a small pan head with high speed, stop accuracy, and stop speed can be provided to obtain a high-definition image. In addition, it is possible to select according to needs, the number of selections can be increased according to the application and type of imaging device, and adjustment settings can be made according to the type of imaging device. And realizing a small imaging system capable of obtaining a highly versatile and highly accurate image.
本発明を適用した雲台装置は広域監視カメラシステムや高精細画像記録システム等の様々な用途に提供することができる。 The pan / tilt head device to which the present invention is applied can be provided for various uses such as a wide-area monitoring camera system and a high-definition image recording system.
11a、11b:振動波モータ
101、101a、101b:定荷重ばね
102a、102b:電動機
103:滑車
104、104a、104b:ワイヤー
105:雲台筐体
106:固定具
107:軸受け
108:雲台台座
109:撮像装置
109a:カメラ本体
110:レンズ
111a:水平固定ねじ
111b、111c:垂直固定ねじ
112:操作装置
113:プーリー
114:(撮像装置の)重心
115:ノーダルポイント
116:角度検出器
117:ブレーキディスク
118:ブレーキパッド
119:反発ばね
120:ソレノイド
121:保持力発生機構(ブレーキ機構)
122:パン軸
123:チルト軸
301a、301b:長穴
11a, 11b:
122: Pan axis 123: Tilt axis 301a, 301b: Slot
Claims (10)
互いに直交する関係にある第1の軸及び第2の軸を中心にそれぞれ回転可能な第1の回転部材及び第2の回転部材と、
前記撮像装置の重量により重力方向に発生する負荷モーメントを相殺する負荷モーメント相殺機構と、を備え、
前記第1の回転部材は、前記第1の軸を中心に回転可能であるとともに当該第1の軸と直交する第1の方向に移動可能であって、
前記第1の回転部材は、前記撮像装置を固定する固定位置を、前記第1の軸及び前記第1の方向と垂直な方向である第2の方向に移動可能であることを特徴とする雲台。 A pan head on which an interchangeable lens imaging device is mounted,
A first rotating member and a second rotating member that are respectively rotatable around a first axis and a second axis that are orthogonal to each other;
A load moment canceling mechanism that cancels the load moment generated in the direction of gravity due to the weight of the imaging device,
The first rotating member is rotatable about the first axis and is movable in a first direction orthogonal to the first axis,
The cloud in which the first rotation member is movable in a second direction which is a direction perpendicular to the first axis and the first direction, at a fixed position for fixing the imaging device. Stand.
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