专利名称：具有带张紧装置的可调节摄像机的制作方法
技术领域：
本发明涉及可调节摄像机，并且更具体地说涉及摇拍、俯仰、变焦摄像机，其中驱动摄像机绕着一轴线做旋转运动的带能被容易且选择性地张紧。
背景技术：
摇拍-俯仰-变焦(PZT)观测摄像机系统一般使用步进马达来进行摄像机的摇拍和俯仰运动。这种系统通常包括有同步皮带，其可操作地将一个连接至马达轴线的小链轮结合至一个连接至摄像机的大链轮。在操作中，马达轴的旋转驱动小链轮旋转。小链轮的旋转通过带使大链轮旋转并且从而使摄像机运动。然而，摄像机系统的部件之间的公差对于各个摄像机来说可能不同。这种不同能导致摄像机系统具有或者太松或者太紧的带。太松的带会导致对摄像机系统的预定位精度有着负面影响的滞后或滑移。此外，松的带可能会整个偏离与一个或两个链轮的啮合，从而导致系统的故障。如果带太紧，将难以装配甚至不可能进行装配并且试图装配传动带可能会对带或其它部件造成损坏。如果已经装配了，过度紧的带会由于过度张紧的带所产生的过度力而导致带或其它部件的过早磨损。
一些已知的摄像机系统包括在装配过程中选择性地调节带张力从而提供适当的带张力的装置。例如，可以从在美国纽约Fairport有销售场所的Bosch Security Systems，Inc.购得的高速球型摄像机是已知的，其使用了如图1所示的俯仰组件10。组件10包括板11，板11具有贯穿地容纳第一旋转件15的第一孔12和容纳第二旋转件(未示出)的第二孔13。马达组件14与第一旋转件15相啮合并且利用螺钉16、17安装至板11。带(未示出)可操作地结合第一旋转件15和第二旋转件。为了调节带的张力，马达组件14绕着枢轴螺钉16枢轴转动，从而导致第一旋转件15在第一孔12内朝向或远离第二孔13移动。在马达组件的枢轴转动过程中，紧固螺钉17在调节槽18内滑动并且随后被张紧以将马达组件固定在原处。尽管Bosch高速球型摄像机提供了选择性地调节带张力的有效方式，但是枢轴螺钉16和紧固螺钉17的使用带来了另外的必须装配的松散构件。
可从美国纽约Orangeburg的Pelco购得的Pelco高速球型摄像机是公知的，其利用了图2所示的俯仰组件19。俯仰组件19包括板20、可旋转地安装在限定在板20的一端处的槽中的马达组件21、以及可旋转地安装在板20的相对端处的俯仰轴承24。带(未示出)置于板20的下侧上并且连接马达组件21的旋转件(未示出)和俯仰轴承24。马达组件21包括有偏心凸轮部分22和片23。外加锁闭螺钉25提供为与片23啮合。随着外加锁闭螺钉25被调节，其移动片23从而引起马达组件在板20的槽内旋转。随着马达组件21在槽内旋转，偏心凸轮部分22与槽的壁啮合从而导致马达21朝向或远离俯仰轴承24移动，从而张紧带。
尽管这些已知系统为PZT摄像机提供了选择性地张紧带的驱动系统，但是仍然希望有改进的系统。
发明内容
本发明提供了一种摄像机系统，其具有能被容易且选择性地张紧的带驱动。
在一种形式中，摄像机系统包括有第一旋转件、第二旋转件、以及可操作地结合至第一旋转件并且限定第一轴线的马达组件。马达组件驱动地旋转第一旋转件。柔性件可操作地结合第一和第二旋转件以使得第一旋转件的旋转通过柔性件引起第二旋转件的旋转。摄像机可操作地结合至第二旋转件以使得第二旋转件的旋转改变摄像机的位置。马达组件包括一个具有限定了多个齿的外圆周的法兰。外周边靠在支撑面上。外圆周限定了一个距由第一旋转件限定的第一轴线径向可变的距离以使得外圆周相对于支撑面的旋转使第一轴线相对于第二旋转件产生位移并且从而调节柔性件中的张力。至少一个棘爪机构相对于支撑面固定并且可与外圆周相啮合以使得棘爪机构和外圆周的啮合防止了外圆周和支撑面在第一旋转方向上的相对旋转运动。
本发明还提供了一种张紧柔性件以改变摄像机位置的方法。在一种形式中，该方法包括提供摄像机、提供马达、和用带驱动组件可操作地结合马达和摄像机。带驱动组件包括可操作地结合第一旋转件和第二旋转件的柔性件。该方法还包括通过调节第一旋转件相对于第二旋转件的位置并且通过带齿表面与棘爪机构相啮合而将第一旋转件固定在预期位置来张紧柔性件。带齿表面之一和棘爪机构相对于第一旋转件的旋转轴而固定。
本发明的一个优点是其提供了一种容易且有选择地调节柔性件张力的装置。
本发明的另一优点是棘爪机构可以与基板在一个模塑操作中整体地形成，从而将提供张紧机构所需的零件数目和装配时间减少至最小。
另一优点是与棘爪配合的有齿表面提供了用于精确调节张力的多个旋转位置。
参考详细的描述，本发明的其它优点将会很明显。
通过参考以下结合附图对于实施例的描述，本发明的上述以及其它特点和目标以及实现它们的方式将会更加清楚，并且本发明自身也能得到更好的理解，在附图中图1是现有技术的摄像机俯仰组件的俯视图；图2是另一现有技术的摄像机俯仰组件的仰视图；图3是根据本发明一个实施例的摄像机俯仰组件的顶部透视图；图4是图3所示摄像机俯仰组件的底部透视图；图5是根据本发明另一实施例的俯仰组件的马达组件的仰视图；图6a是根据本发明另一实施例的俯仰组件的仰视图，其中马达组件处于第一位置；图6b是图6a所示俯仰组件的仰视图，其中马达组件处于第二位置。
具体实施例方式
相应的附图标记在几个视图中指示相应的部件。尽管此处给出的范例以几种形式示出了本发明的实施例，但是以下所公开的实施例并不是穷举或者将本发明的范围严格限制为所公开的形式。
首先参考图3和4，摄像机俯仰组件30包括安装板32，其限定了第一侧面34和相对的第二侧面36。安装板32限定了从第一侧面34至第二侧面36延伸穿过板32的第一和第二大致圆形的孔38、40。尤其参考图3，第一旋转件41延伸贯穿第一孔38并且可绕着第一轴线A1旋转。第一旋转件41包括轴55和齿轮部分42。旋转件41延伸贯穿第一孔38并且相对于安装板32的第二侧面36向外伸出。
再次参考图3和4，俯仰轴承43可旋转地固定在第二孔40中，并且第二旋转件44结合至俯仰轴承43，以使得第二旋转件44的齿轮部分45位于安装板32的第二侧面36上。第二旋转件44包括摄像机支架47，摄像机49(在图4中示意性地示出)可安装至该摄像机支架47上。尤其参考图3，柔性件46(比如带)可操作地将第一旋转件41的齿轮部分42结合至第二旋转件44的齿轮部分45，如此以使得第一旋转件41的旋转带动第二旋转件44的旋转。旋转件41、44的齿轮部分42、45可具有分散的齿，其与柔性件46上的相应齿相啮合从而柔性件46(比如带)能以最小化柔性件46和旋转件41、44之间潜在滑移的方式确实地啮合第一和第二旋转件41、44。这种有齿的带对于本领域的普通技术人员来说是公知的。
现在参考图4，安装板32的第一侧面34包括一个由具有支撑面52的侧壁50限定的大致圆形的凹陷48。如图3和4所示，马达组件54安装在安装板32的第二侧面34上。马达组件限定了一个马达轴绕其旋转的轴线Am。在所示实施例中，第一旋转件41可操作地啮合至马达组件54的马达轴55，如此以使得马达轴线Am与第一轴线A1同轴。马达组件54包括马达壳体56，其限定有偏心法兰58。法兰58置于凹陷48内，并且提供有保持片77以将法兰58保持在凹陷48中并且防止法兰58在平行于马达轴线Am的方向上移动。法兰58限定有靠在侧壁50的支撑面52上的圆周60。尽管第一轴线A1和马达轴线Am在所公开的实施例中共线，但是本发明也可以应用例如轴线平行且分离地布置的可选构造。
现在参考图5，偏心法兰58的外圆周60限定了一个距第一轴线A1径向可变的距离，在所示实施例中该第一轴线A1与马达轴线Am共线。例如，如图5所示，径向距离R1大约径向距离R2。外圆周60的径向距离从距离R1向距离R2顺时针地递减并且从距离R2向距离R1顺时针地递增。仍然参考图5，外圆周60限定了多个由重复的表面组所形成的多个齿62。按圆周顺序，每组表面包括凸轮面68、支承面70和锁闭面72。凸轮面68绕着第一轴线A1(和马达轴线Am)圆周地且径向向外地延伸从而提供朝着支承面70向上倾斜的表面。外圆周60的支承面70绕着第一轴线A1(和马达轴线Am)圆周地延伸，从而提供一个基本上与侧壁50互补并且能嵌入地靠在支撑面52上的表面。不同于将会以一系列线接触的方式支撑在侧壁50上的较尖锐齿，各个支承面70的延伸的圆周长度分散了外圆周60作用在侧壁50的较大面积上的力。于是，降低了侧面50上的局部应力并且齿62就不大可能会切入侧壁50。如果齿由于带46的张力而切入侧边50，第一轴线A1将会朝着第二轴线A2偏移，导致带46张紧的松弛。锁闭面78从第一轴线A1(和马达轴线Am)径向地延伸。然而，支承面70的圆周延伸长度会增大相邻锁闭面78之间的距离，这会导致锁闭位置之间的更大增量。如以下更详细的描述，所示实施例中包括有两个用于与表面78相啮合的棘爪机构，其被定位为减少连续的锁闭位置之间的增量距离。
如图4、6a和6b所示，一对悬臂状棘爪机构64、66固定至支撑面52并且构造为与齿62的锁闭面72相啮合。棘爪机构64、66径向内向偏置以使得它们靠在法兰58的外周边60上。在所示的例子中，棘爪机构64、66中的每个包括有一个联接位置(例如64a)，其将棘爪机构和板32的余部联接起来并且棘爪机构的余部可绕着该联接位置弯曲。棘爪机构64、66具有可以从整体铰链自由延伸并且具有大致L形轮廓的长度。棘爪机构的较长段(例如64b)具有稍微弓形形状以与侧壁50相一致并且延伸的L形的远端较短段(例如64c)形成了锁闭部分，其可与锁闭面78相啮合以防止法兰58在一个方向上的旋转。L形棘爪机构64、66与法兰58的齿62的相互作用允许了法兰58相对于侧壁50的单向棘轮旋转，当法兰旋转时其允许棘爪机构64、66向上拱起并越过齿，因此棘爪机构以那样的顺序遇到凸轮面68、支承面70和锁闭面72，但是其中棘爪机构与锁闭面72相啮合以在法兰58在相反方向上旋转时防止其旋转。
柔性件46将两种主要类型的力作用在马达54上。第一种是由于柔性件46中的张力并且产生力矢量，这个力矢量被导向为沿着在第一轴线A1和第二轴线A2之间延伸的线。这个力可以由在法兰58和侧壁50之间传递的相等且相反的支承力所平衡。另一个由柔性件46施加的力是在马达的运行期间产生的扭矩。这个力可以由在棘爪机构64、66和锁闭面72之间传递并且被导向为与从第一轴线A1延伸的径向线正交的力所平衡。在可选实施例中，棘爪机构64、66也可以布置为使得在棘爪机构和锁闭面72之间传递的力被定向为与在法兰58和侧壁50之间传递的力基本上垂直以最小化张紧柔性件46时无意地使棘爪机构过载的可能性。片77也保持法兰58并且是两个扭矩力之间出现轴向分离的原因。
在运行中，马达组件54绕着马达轴Am转动马达轴55，马达轴55由绕着轴线A1转动第一旋转件41。通过利用柔性件46使齿轮部分42和齿轮部分45啮合，第一旋转件41的旋转引起第二旋转件44的旋转。第二旋转件44的旋转导致了被俯仰轴承43可旋转地支撑的摄像机49的俯仰。俯仰一般指的是摄像机绕着水平轴线的旋转运动。换言之，在已安装轴线A2将具有水平朝向时。然而，本发明也可以用来提供摄像机的摇拍运动，其中旋转轴垂直朝向，或者提供摄像机绕着具有可选朝向的轴线的旋转运动。
为了实现第一和第二旋转件41、44之间旋转运动的平稳传递，柔性件46应当具有适当的张力。参考图6a和6b，柔性件46的张力可以通过旋转马达组件14而容易且有选择地调节。更具体地，马达组件54绕着与马达轴旋转相反的方向上的马达轴线A1旋转。随着马达组件54被转动，法兰58的用于支撑的支承面70靠在侧壁50的支撑面52上。由于马达轴线Am和用于支撑的支承面70之间的径向可变距离，随着法兰58在凹陷48内旋转，马达轴线Am相对于第二旋转件44的轴线A2产生移动。
例如，在图6a中，偏心法兰58被旋转至最短的径向距离R2位于一个沿着将马达轴线Am与第二轴线A2相连接的线布置的位置。在这个位置，第一轴线A1(以及在所示实施例中的马达轴线Am)位于最靠近第二轴线A2的位置。在这个位置，柔性件46(图3)可绕着齿轮部分42、45而装配，并且在柔性件46以及第一和第二旋转件42、44上具有最小的应力。一旦已经安装了柔性件46，可以通过旋转马达组件来将张力调整至适当的水平。例如，马达组件54可被旋转至如图6b所示的位置，其中较长的径向距离R2位于一个沿着将第一轴线A1与第二轴线A2相连接的线布置的位置。在这个位置，第一轴线A1(并且还有马达轴线Am)位于最远离第二轴线A2的位置并且柔性件46被张紧至其最张紧水平。当然，马达组件54无需被旋转至图6b所示位置。而是，马达组件54可被旋转至柔性件46达到其适当张力的任何位置。这个位置可根据俯仰组件元件的准确尺寸而变化。
参考图6a和6b，法兰58可被棘爪64、66中任何一个锁闭，棘爪与锁闭面72相啮合以防止马达组件14在马达轴方向上的旋转。随着法兰58在凹陷48中旋转，棘爪44、46滑动上偏移远离马达轴线Am的凸轮面68，滑过支承面70并且迅速闭合为与锁闭面72相啮合。于是，齿62提供了多个可固定法兰58的旋转位置。另外，齿62和/或棘爪64、66可以交错地布置以使得当一个棘爪64与锁闭面72相啮合时，另一棘爪66靠在支承面70上，如图6a所示。再旋转法兰58导致棘爪64靠在支承面70上，并且棘爪66与锁闭面72相啮合，如图6b所示。这种交错布置增加了可固定法兰58的可能旋转位置的数目并且允许对柔性件46的张紧进行更细致的调节。
再次参考图4和5，为了便于旋转法兰58，马达壳体56可限定一个或多个啮合零件。在所示实施例中，从法兰58轴向延伸的轴环75包括有啮合零件74，其形式为两个大致平状并且平行地布置在轴线A1的相对侧面上的表面并且其可用扳手进行啮合。在所示实施例中，轴环75和啮合零件74与马达壳体56整体地模制，以使得马达壳体56和啮合零件74作为一个单独的整体部件一起形成。本发明也可以采用能被啮合从而影响法兰58的旋转的啮合零件的可选形式。
为了将部件的数目减少至最小，本发明预期棘爪44、46可与安装板32整体地模制。换言之，安装板32可被模制为包括凹陷48、侧壁50、支撑面52和棘爪44、46，以使得安装板32形成为具有这些零件的单一部件。安装板32可由允许棘爪44、46进行必要的偏移的任何材料构成，比如聚合材料。例如，所示实施例可利用具有10至20％玻璃填料的聚碳酸酯材料进行模制，然而本发明也可以使用替代材料和制造方法。例如，棘爪44、46可焊接到板32或马达壳体56上或者机械加工而成(并且板32上布置有棘轮齿)和/或可由不同于板或壳体的材料(比如弹簧钢)构成并且固定至其上。应当理解的是，尽管所示实施例示出了具有两个棘爪的俯仰组件，但是本发明在只具有一个棘爪或者多余两个棘爪的情况下也可以实施。
虽然已经将本发明描述为具有示例性的设计，但是本发明也可以在公开的主旨和范围内进行修改。因此，本发明应当覆盖利用本发明总体原则的任何变型、应用或改进。
权利要求
1.一种摄像机系统，包括第一旋转件和第二旋转件；马达组件，其可操作地结合至所述第一旋转件并且限定了第一轴线，其中所述马达组件驱动地旋转所述第一旋转件；柔性件，其可操作地结合所述第一和第二旋转件，其中所述第一旋转件的旋转通过所述柔性件引起所述第二旋转件的旋转；摄像机，其可操作地结合至所述第二旋转件，其中所述第二旋转件的旋转改变所述摄像机的位置；其中，所述马达组件包括一个具有限定了多个齿的外圆周的法兰，所述外圆周靠在支撑面上，所述外圆周限定了一个距由所述第一旋转件限定的所述第一轴线径向可变的距离，其中所述外圆周相对于所述支撑面的旋转使所述第一轴线相对于所述第二旋转件产生位移并且从而调节所述柔性件中的张力；和至少一个相对于所述支撑面固定并且可与所述外圆周相啮合的棘爪机构，其中所述棘爪机构和所述外圆周的啮合防止了所述外圆周和所述支撑面在第一旋转方向上的相对旋转运动。
2.如权利要求1的摄像机系统，其中所述支撑面由安装板限定，所述安装板具有带侧壁的凹陷，所述法兰置于所述凹陷中，并且所述支撑面由所述侧壁限定。
3.如权利要求2的摄像机系统，其中所述凹陷限定了大致圆形的孔。
4.如权利要求2的摄像机系统，其中所述安装板包括聚合材料，并且所述至少一个棘爪机构与所述安装板整体地形成。
5.如权利要求1的摄像机系统，其包括至少两个相对于所述支撑面固定并且可与所述外圆周相啮合的棘爪机构，其中任一所述棘爪机构与所述外圆周的啮合防止了所述外圆周和所述支撑面在所述第一旋转方向上的相对旋转运动，并且其中所述至少两个棘爪机构在所述法兰和所述支撑面的不同相对旋转位置处与所述外圆周相啮合，每个所述法兰和所述支撑面的不同的相对旋转位置限定了所述第一和第二旋转件之间的不同距离。
6.如权利要求5的摄像机系统，其中每个位于所述外圆周上的所述齿限定了可与所述棘爪机构之一相啮合的锁闭面，所述锁闭面以可变的圆周距离间隔开。
7.如权利要求1的摄像机系统，其中所述外圆周基本上由重复的表面组所限定，每组表面按圆周顺序包括(1)在圆周方向和径向延伸的凸轮面，并且其中当所述棘爪机构与所述凸轮面啮合时，随着所述法兰相对于所述凸轮面被旋转，所述凸轮面径向地偏置所述棘爪机构，(2)至少沿圆周方向延伸的支承面，所述支承面沿着圆周长度支承地与所述支撑面相啮合，其中所述支承面提供了大于线接触的支承接触的面积，和(3)至少径向延伸的锁闭面，其可与所述棘爪机构相啮合，从而防止所述外圆周和所述支撑面在所述第一旋转方向之间的相对旋转运动，并且允许在相对的第二旋转方向上的相对旋转运动。
8.如权利要求7的摄像机系统，其中所述支承面限定了多个不同的圆周长度，并且所述锁闭面以可变的圆周距离间隔开。
9.如权利要求7的摄像机系统，其中所述支承面布置为距离所述第一轴线可变的径向距离。
10.如权利要求7的摄像机系统，其中所述柔性件中的张力基本上由在所述支承面和所述支撑面之间传递的力所平衡。
11.如权利要求7的摄像机系统，其中由于所述马达的运行和所述第一旋转件的旋转驱动而产生的扭矩基本上由在所述至少一个棘爪机构和相应的至少一个锁闭面之间传递的力所平衡。
12.如权利要求1的摄像机系统，其中所述柔性件与所述第二旋转件相啮合从而限定一个半径，该半径大于由所述柔性件和所述第一旋转件相啮合而限定的半径。
13.如权利要求1的摄像机系统，其中所述马达组件包括限定所述第一轴线的马达轴，并且所述旋转件包括安装在所述马达轴上的齿轮元件。
14.如权利要求1的摄像机系统，其还包括安装板，所述安装板具有带侧壁的凹陷，所述法兰置于所述凹陷中并且所述支撑面由所述侧壁限定，所述第二旋转件可旋转地安装在所述安装板上。
15.如权利要求1的摄像机系统，其中所述马达组件包括有啮合零件，用于相对于所述支撑面旋转马达组件从而调节所述柔性件的张力。
16.如权利要求15的摄像机系统，其中所述啮合零件由两个大致平状的表面所限定，这两个表面位于所述第一轴线的相反侧上并且间隔一个距离，其中所述两个大致平状的表面可通过扳手啮合。
17.一种张紧柔性件以改变摄像机位置的方法，所述方法包括提供摄像机；提供马达；用带驱动组件可操作地结合马达和摄像机，该带驱动组件包括可操作地结合第一旋转件和第二旋转件的柔性件；和通过调节第一旋转件相对于第二旋转件的位置来张紧柔性件，并且通过带齿表面与棘爪机构相啮合而将第一旋转件固定在预期位置，所述带齿表面之一和所述棘爪机构相对于所述第一旋转件的旋转轴而固定。
18.如权利要求17的方法，其中所述马达具有壳体，该壳体包括限定该带齿表面的法兰。
19.如权利要求18的方法，其还包括将该法兰置于由安装板所限定的凹陷内的步骤，并且其中所述张紧柔性件的步骤包括在凹陷内旋转法兰。
全文摘要
一种摄像机系统包括第一和第二旋转件以及限定第一轴线并且可操作地结合至第一旋转件从而驱动地旋转第一旋转件的马达组件。柔性件可操作地结合第一和第二旋转件以使得第一旋转件的旋转引起第二旋转件的旋转。摄像机可操作地结合至第二旋转件以使得第二旋转件的旋转改变摄像机的位置。马达组件包括一个具有限定了多个齿并且靠在支撑面上的外圆周的法兰。外圆周限定了一个距第一轴线径向可变的距离，以使得外圆周相对于支撑面的旋转使第一轴线相对于第二旋转件产生位移并且从而调节柔性件中的张力。至少一个棘爪机构相对于支撑面固定并且可与外圆周相啮合。
文档编号G03B17/56GK1700739SQ20051007025
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月13日 优先权日2004年5月19日
发明者理查德·R·赖特 申请人:罗伯特·博世有限公司