CN102012611B - 具备后焦距调节机构的摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与现有技术相比能够缩短从日间摄影模式向夜间摄影模式切换时需要实施的后焦距的调节所需的时间的摄像装置。所述摄像装置具有内置有摄像元件的装置主体和透镜单元，在装置主体配置后焦距调节机构和能够向与摄像元件的光轴正交的方向滑动的滑动部件，在该滑动部件并列设置红外线截止滤光器(671)和虚设玻璃板(672)，所述摄像装置在摄像元件的光轴上配置有红外线截止滤光器(671)的白天摄影模式与在摄像元件的光轴上配置有虚设玻璃板(672)的夜晚摄像模式之间能够进行模式的切换，虚设玻璃板(672)形成为比厚度t2大的厚度t3，所述厚度t2为得到与基于红外线截止滤光器的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度。

Description

具备后焦距调节机构的摄像装置

技术领域

本发明涉及具备CCD或CMOS图像传感器等摄像元件的摄像装置，特别涉及具备调节从透镜到摄像元件的距离(后焦距：back focus)的后焦距调节机构的摄像装置。 

背景技术

在透镜更换型(CS mount)的监视用相机中，具备透镜的透镜单元能够装拆地安装在内置有CMOS图像传感器等摄像元件的相机主体的透镜安装部，从而能够进行透镜单元的更换。 

在这样的相机中，配备有后焦距调节机构，用于在更换透镜单元时等调节后焦距(参照专利文献1)。 

然而，在使用了相机的白天的摄影中，经由透镜取入的光中含有可见光和近红外线，该近红外线成分使图像带红色，因此需要从经由透镜取入的光中除去近红外线成分。与此相对，在夜间的摄影中，经由透镜取入的光中几乎不含有可见光，因此需要取入近红外线成分而提高灵敏度。 

因此，在摄像元件的前方位置配置能够向与摄像元件的光轴正交的方向滑动的滑动部件，在该滑动部件沿滑动方向并列配置红外线截止滤光器和虚设玻璃板(dummy glass plate)，在日 间的摄影时，使滑动部件向在摄像元件的光轴上配置有红外线截止滤光器的白天摄影位置移动，在夜间的摄影时，使滑动元件向在摄像元件的光轴上配置有虚设玻璃板的夜间摄影位置移动(参照专利文献2)。 

在这样的昼夜切换式的相机中，在日 间的摄影时，经由透镜取入的光通过红外线截止滤光器向摄像元件入射，与此相对于，在夜间的摄影时，经由透镜取入的光通过虚设玻璃板向摄像元件入射，但由于日 间与夜间的光的波长不同，因此在日 间的摄影时与夜间的摄影时透镜的对焦点产生差别，产生焦点偏移。因此，对虚设玻璃板而言，将其厚度设计为得到与基 于红外线截止滤光器的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度(专利文献3)。 

例如，在采用了厚度2.78mm的红外线截止滤光器、另一方面采用了厚度2.88mm的虚设玻璃板的情况下，折射率n1设为1.5443时基于红外线截止滤光器的光路长的延伸量λ′为， 

λ′＝(1-1/n1)×2.78＝0.9798mm 

相对于此，折射率n2设为1.5163时基于虚设玻璃板的光路长的延伸量λd′为， 

λd′＝(1-1/n2)×2.88＝0.980mm 

从而，使光路中插入有红外线截止滤光器时的光路长与光路中插入有虚设玻璃板时的光路长相等，可以忽略摄影模式的切换所产生的像面位置的偏移。 

如图17(a)所示，在日 间的摄影时通过了透镜(20)的光进一步通过红外线截止滤光器(671)，在摄像面B1上成像，与此相对，在夜问的摄影时，如图17(b)所示，通过了透镜(20)的光进一步通过虚设玻璃板(672)，在摄影面B2上成像，但如前所述通过调节虚设玻璃板(672)的厚度，能够将夜间摄影模式下的摄像面B2设定在与日 间摄影模式下的摄像面B1大致相同的位置。 

【专利文献1】日本特开2000-184262号公报 

【专利文献2】日本特开2005-318237号公报 

【专利文献3】日本特开2000-162668号公报 

如上所述，夜间摄影模式下的摄像面B2被设定在与日 间摄影模式下的摄像面B1大致相同的位置，但由于实际的相机中存在组装误差等，因此在从日 间摄影模式切换成夜间摄影模式时，为了修正与日 间摄影模式下的后焦距的偏移(光路长的偏移)，进行基于后焦距调节机构的后焦距的调节。 

在现有的相机的模式切换时的后焦距的调节中，例如如图16所示，首先在步骤S11中，通过使后焦距变化使像面位置从原点位置(由日 间摄影模式下的后焦距的调节设定的像面位置)移动至FAR侧端点(在后焦距的可变范围内离透镜远的端点)，该过程中以固定周期将AF评价值(从 CMOS图像传感器输出的图像信号的高频分量)与驱动电动机的旋转角度相关联而进行取样。 

接下来，在步骤S12中，通过使后焦距变化而使像面位置从FAR侧端点经由原点位置移动至NEAR侧端点(在后焦距的可变范围内离透镜近的端点)，该过程中以固定周期将AF评价值与驱动电动机的旋转角度相关联而进行取样。 

接下来，在步骤S13中，通过使后焦距变化而使像面位置从NEAR侧端点向得到取样出的AF评价值中最大的AF评价值的像面位置移动，从而完成后焦距调节流程。 

然而，从FAR侧端点到NEAR侧端点的距离例如为1mm、像面位置的移动速度例如为0.1mm/秒时，到图16的步骤S11完成为止需要5秒钟，到步骤S12完成为止需要15秒钟、到步骤S13完成为止需要大约20秒钟，从而存在如下问题，即，后焦距的调节需要大约20秒钟这么长的时间。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种摄像装置，所述摄像装置与现有技术相比能够缩短从日 间摄影模式向夜间摄影模式切换时要实施的后焦距的调节所需的时间。 

本发明所涉及的摄像装置，其具有：内置有摄像元件的装置主体；和能够拆装地安装于在该装置主体的前表面开口的开口部的透镜单元，在装置主体配置后焦距调节机构、和插入在所述开口部与摄像元件之间并能够向与摄像元件的光轴正交的方向滑动的滑动部件，在该滑动部件沿滑动方向并列设置红外线截止滤光器和虚设玻璃板，所述摄像装置在摄像元件的光轴上配置有红外线截止滤光器的白天摄影模式与在摄像元件的光轴上配置有虚设玻璃板的夜晚摄像模式之间能够进行模式的切换。 

这里，所述虚设玻璃板形成为比厚度t2大的厚度t3，所述厚度t2是得到与基于具有规定厚度t1的红外线截止滤光器的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度。 

在具体方式中，所述后焦距调节机构以电动机为动力源而自动使后焦距变化。 

在上述本发明的摄像装置中，设定了夜晚摄影模式时，从透镜单元的透镜取入的光通过虚设玻璃板后，向摄像元件的摄像面入射。 

这里，由于虚设玻璃板形成为比厚度t2大的厚度t3，因此，像面形成在比形成为厚度t2时的像面位置更远离透镜的位置，其中，所述厚度t2为得到与基于具有规定的厚度t1的红外线截止滤光器的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度。 

从而，以上述本发明的摄像装置中，从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时后焦距调节机构所进行的后焦距的调节，能通过在使像面位置从检索范围的一个端点向另一个端点移动的过程中，检索得到最大焦距评价值的像面位置的流程来实施，所述检索范围包含光路中插入具有所述厚度t3的虚设玻璃板时的理论上的(计算上的)像面位置。 

更具体而言，所述后焦距的调节通过如下方式实施，即，以白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置(原点位置)为所述一个端点，使像面位置向离开透镜的方向移动直至另一个端点。 

在该移动过程中，得到获得最大的焦距评价值的最佳的像面位置。 

根据本发明所涉及的摄像装置，由于从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时的后焦距调节机构所进行的后焦距的调节，通过使像面位置从白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置向一方向移动来实施，因此，与以白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置为中心使像面位置向远近两方向往复移动的现有的摄像装置相比，能够以更短的时间调节后焦距。 

附图说明

图1是表示从相机主体拆下透镜单元后的状态的立体图。 

图2是从前表面侧观察到的相机主体的组件的主视图。 

图3是沿图2的A-A线的剖视图。 

图4是从前表面侧观察到的相机主体的组件的分解立体图。 

图5是从背面侧观察到的相机主体的组件的分解立体图。 

图6是在相机主体的组件中配置的后焦距调节机构的局部剖开立体图。 

图7是表示后焦距调节机构中环部件前进的状态的剖视图。 

图8是表示后焦距调节机构中环部件后退的状态的剖视图。 

图9是表示将相机主体的组件设定为夜晚摄影模式的状态的立体图。 

图10是表示在夜晚摄影模式下从相机主体的组件拆下透镜安装部后的状态的立体图。 

图11是表示将相机主体的组件设定为白天摄影模式的状态的立体图。 

图12是表示在白天摄影模式下从相机主体的组件拆下透镜安装部后的状态的立体图。 

图13是表示将相机主体的组件设定为倾斜(ァ才リ)调节模式的状态的立体图。 

图14是表示在倾斜调节模式下从相机主体的组件拆下透镜安装部后的状态的立体图。 

图15是表示本发明的后焦距调节流程的流程图。 

图16是表示现有的后焦距调节流程的流程图。 

图17是说明白天摄影模式(a)下的摄像面的位置与夜晚摄影模式(b)下的摄像面的位置的图。 

符号说明： 

10 监视用相机 

1  相机主体 

11 组件 

2  透镜单元 

3  CMOS图像传感器 

4  安装部 

5  环部件 

6  保持机构 

61 机架(chassis) 

66 滑动部件 

671 红外线截止滤光器 

672 虚设玻璃板 

673 光通过窗 

72 电动机 

8  滑动驱动机构 

81 倾斜调节机构 

91 光轴 

具体实施方式

以下，参照附图具体说明将本发明实施于透镜更换型(CS mount)的监视用相机的方式。 

如图1所示，本发明所涉及的监视用相机10具备内置有CMOS图像传感器3的相机主体1、用于更换透镜的透镜单元2。 

在相机主体1配置有用于将透镜单元2安装在相机主体1的前表面侧的安装部4，如图3所示，在该安装部4开设有将该安装部4从前表面4a贯通至背面4b的贯通孔43，在该贯通孔43的内面壁形成有阴螺纹44。 

另一方面，如图1所示，在透镜单元2形成有从安装部4的前表面4a侧与安装部4的阴螺纹44螺合的阳螺纹部21。该阳螺纹部21具有仅与阴螺纹44的前表面4a侧的一部分区域螺合的长度，在该阴螺纹44上存在透镜单元2向安装部4安装时不与透镜单元2的阳螺纹部21螺合的区域。 

这样，安装部4的阴螺纹44包括形成与透镜单元2的阳螺纹部21螺合的区域的阴螺纹部41、形成不与透镜单元2的阳螺纹部21螺合的区域且与所述阴螺纹部41连续的第二阴螺纹部42。 

如图3～图5所示，在安装部4的背面侧配置有能够绕透镜的光轴91旋转的环部件5。该环部件5由绕光轴91旋转的正齿轮构成，在该环部件5的前表面侧形成有与第二阴螺纹部42螺合的第二阳螺纹部51。 

从而，通过使环部件5沿第二阳螺纹部51被拧入第二阴螺纹部42的旋转方向旋转，由此环部件5如图7所示前进。另一方面，通过使环部件5沿与所述旋转方向相反的旋转方向旋转，由此环部件5如图8所示后退。 

如图3～图5所示，在环部件5的背面侧配置有能够沿光轴91移动的机架61，通过要固定于相机主体1的板63所支承的多个压缩弹簧62而被向环部件5施力。 

CMOS图像传感器3在光轴91上的位置搭载在基板31上，在该基板 31固定有两个金属板部件67、68，从而构成后述的倾斜调节时一体移动的传感器单元。在一个金属板部件68的外周部从背面侧贯通有三根螺钉69，各螺钉69的前端部与机架61螺合。另外，在该金属板部件68与机架61之间插入有三个弹簧60。 

此外，两个金属板部件67、68也可以构成为一个金属板部件。 

从而，通过调整三根螺钉69相对于机架61的拧入量，能够调节CMOS图像传感器3的姿态。 

这样，通过机架61、传感器单元、三根螺钉69及三个弹簧60构成用于调节CMOS图像传感器3的倾斜角度的倾斜调节机构81。 

如图3～图5所示，在环部件5的背面突设有以光轴91为中心的圆筒状的卡合部52，另一方面，如图3及图4所示，在机架61的前表面凹设有与环部件5的卡合部52卡合的卡合承受部64，如图3所示，该卡合承受部64的内周面与卡合部52的外周面滑接。 

从而，环部件5的卡合部52与机架61的卡合承受部64在相互卡合的状态下能够绕光轴91相对旋转。 

如上所述，通过压缩弹簧62将机架61向环部件5施力，因此，即使在因环部件5的旋转使得该环部件5前进或后退的任意情况下，也能够通过压缩弹簧62的作用力维持环部件5的卡合部52与机架61的卡合承受部64的卡合。从而，机架61相对于环部件5的相对位置不会改变，其结果是，搭载于机架61的CMOS图像传感器3被保持在从环部件5向背面侧后退了固定距离的位置。 

这样，通过上述机架61和多个压缩弹簧62构成保持机构6，其将CMOS图像传感器3保持在从环部件5向背面侧后退了固定距离的位置上。 

并且，如图3及图6所示，通过在安装部4的背面侧形成的第二阴螺纹部42、环部件5及保持机构6构成后焦距调节机构。 

在上述后焦距调节机构中，如上所述，通过使环部件5旋转，环部件5如图7所示前进或如图8所示后退。另一方面，CMOS图像传感器3通过保持机构6保持在从环部件5向背面侧后退了固定距离的位置上，因此，CMOS图像传感器3追随环部件5的前进或后退而前进或后退。 

从而，通过旋转环部件5，能够调节构成透镜单元2的透镜和CMOS图像传感器3之间的距离、即后焦距。 

如图6所示，在搭载有CMOS图像传感器3的机架61上还搭载有电动机7、向构成环部件5的正齿轮传递电动机7的旋转力的齿轮机构71。 

在这样通过电动机7驱动环部件5的结构中，环部件5沿光轴91的位置根据电动机7的旋转角度而变化，其结果是，CMOS图像传感器3沿光轴91的位置也变化。即，CMOS图像传感器3沿光轴91的位置根据电动机7的旋转角度变化。从而，通过调节电动机7的旋转角度，能够调节后焦距。 

另外，如图4所示，在机架61的前表面还形成有与卡合承受部64重合的引导槽65，该引导槽65具有环部件5的卡合部52与卡合承受部64卡合时在该卡合部52与引导槽65的底面之问形成间隙这样的深度尺寸。 

并且，如图3所示，在引导槽65中，在形成于其底面与卡合部52之间的上述间隙中配置有滑动部件66，该滑动部件66能够沿引导槽65向与光轴91垂直的方向滑动。 

如图4所示，在滑动部件66上沿其滑动方向并列设置红外线截止滤光器671和虚设玻璃板672，并且，在虚设玻璃板672的侧方开设有光通过窗673。 

在机架61上配置有以电动机72为动力源而使滑动部件66沿引导槽65往复移动的滑动驱动机构8。 

通过滑动驱动机构8的驱动，滑动部件66在如下三个位置之间往复移动并选择性地设定在三个位置上，所述三个位置是指：在CMOS图像传感器3的光轴91上配置了红外线阻挡滤光器671的白天摄影位置，在CMOS图像传感器3的光轴91上配置了虚设玻璃板672的夜晚摄影位置，在CMOS图像传感器3的光轴91上配置了光通过窗673的倾斜调节位置。 

在使用了上述监视用相机10的日 间的摄影时，由于从透镜单元2取入的光中含有可见光和近红外线，因此，若将该光直接赋予CMOS图像传感器3，则会使图像带红色。因此，在日 间的摄影时，如图9及图10所示，滑动部件66设定在白天摄影位置，在光轴91上配置红外线截止滤光器671。由此，设定白天摄影模式，从透镜单元2取入的光被红外线截止滤 光器671除去近红外线成分，而向CMOS图像传感器3入射。其结果是，能够获取良好的图像。 

另一方面，在夜间的摄影时，由于从透镜单元2取入的光中几乎不含有可见光，因此需要提高灵敏度。因此，在夜间的摄影中，如图11及图12所示，滑动部件66设定在夜晚摄影位置，在光轴91上配置虚设玻璃板672。由此，设定夜晚摄影模式，从透镜单元2取入的光通过虚设玻璃板672，在没有被除去近红外线成分的情况下向CMOS图像传感器3入射。其结果是，能够在暗的环境下进行摄影。 

在上述监视用相机10中，虚设玻璃板672的厚度t3如图17(b)中虚线所示形成为比厚度t2大的厚度t3，所述厚度t2是为得到与基于具有规定厚度t1的红外线截止滤光器671的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度。 

从而，通过在光路中插入具有厚度t3的虚设玻璃板672，如图17(b)所示，摄像面后退到比在光路中插入具有厚度t2的现有的虚设玻璃板时的摄像面的位置B2更远离透镜20规定距离的位置B3。 

例如，红外线截止滤光器671由人工水晶板和滤光板两层构成，人工水平板的厚度为0.72mm，折射率为1.548，滤光板的厚度为0.5mm，折射率为1.523时，虚设玻璃板672的厚度t3形成为1.45mm，大于得到与基于该红外线截止过滤器671的光路长的延伸量0.426584mm相等的光路长的延伸量的厚度t2＝1.25mm。 

由此，基于该虚设玻璃板672的光路长的延伸量变成0.493977mm，基于红外线截止滤光器671与虚设玻璃板672的光路差(图17(b)所示的从摄像面的位置B2到B3的距离)变成大约0.07mm。 

因此，在上述监视用相机10中，从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时的后焦距的调节通过以白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置B1为出发点而使像面位置向离开透镜的方向移动来实施，在该像面位置的移动过程中，通过基于具有厚度t3的虚设玻璃板672的实际的像面位置(成像位置)，此时得到最佳的后焦距调节值。 

图15表示上述监视用相机10的后焦距的调节流程。首先，在步骤S1中，通过使后焦距变化，使像面位置从原点位置(日 间摄影模式下的后焦 距的调节所设定的像面位置)移动至FAR侧端点(在后焦距的可变范围内离透镜远的端点)，该过程中以固定周期将AF评价值与电动机7的旋转角度相关联而进行取样。 

接下来，在步骤S2中，使摄像面向得到取样出的AF评价值中最大的AF评价值的像面位置移动，从而完成后焦距调节流程。 

在从基准位置到FAR侧端点的距离例如为0.5mm，像面位置的移动速度例如为0.1mm/秒时，至图11的步骤S1完成为止需要5秒钟，至步骤S2完成为止需要约10秒钟，后焦距的调节需要大约10秒钟，用图16所示的现有的后焦距的调节所需的时间的大约一半的时间就完成了调节。 

根据上述监视用相机10，由于从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时的后焦距的调节如上所述通过使像面位置从白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置向一方向移动来实施，因此，与以白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置为中心使像面位置向远近两方向往复移动的现有的相机相比，能够以更短的时间调节后焦距。 

本发明的各部分结构并不局限于上述实施方式，可以在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变形。例如，在上述实施方式中，采用了CMOS图像传感器3作为摄像元件，但并不局限于此，可以采用CCD图像传感器等各种摄像元件。 

Claims (4)

1.一种摄像装置，其具有：内置有摄像元件的装置主体；和能够拆装地安装于在该装置主体的前表面开口的开口部的透镜单元，

在装置主体配置后焦距调节机构、和插入在所述开口部与摄像元件之间并能够向与摄像元件的光轴正交的方向滑动的滑动部件，

在该滑动部件沿滑动方向并列设置红外线截止滤光器和虚设玻璃板，所述摄像装置在摄像元件的光轴上配置有红外线截止滤光器的白天摄影模式与在摄像元件的光轴上配置有虚设玻璃板的夜晚摄像模式之间能够进行模式的切换，

所述摄像装置的特征在于，

所述虚设玻璃板形成为比厚度t2大的厚度t3，所述厚度t2是得到与基于具有规定厚度t1的红外线截止滤光器的光路长的延伸量相等的光路长的延伸量的厚度。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时后焦距调节机构所进行的后焦距的调节，通过在使像面位置从检索范围的一个端点向另一个端点移动的过程中，检索得到最大焦距评价值的像面位置的流程来实施，所述检索范围包含光路中插入具有所述厚度t3的虚设玻璃板时的理论上的像面位置。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，

从白天摄影模式切换成夜晚摄影模式时后焦距调节机构所进行的后焦距的调节，通过以白天摄影模式下的后焦距的调节所设定的摄像面的位置为所述一个端点而使像面位置向另一个端点移动来实施。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的摄像装置，其特征在于，

所述后焦距调节机构以电动机为动力源而自动使后焦距变化。

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