JP2005094417A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 赤外光カットフィルタの挿脱機構を有する撮像装置において、部品点数及びコストを削減して、装置を小型化する。
【解決手段】 撮像装置において、レンズ又はレンズ群と結像面との間に赤外光カットフィルタ１２を挿脱自在に位置させる機構を設けて、低照度撮影時に該フィルタを撮像光学系の光軸から離れた位置に退避させる。フィルム材やシート材を用いて薄肉で軽量のフィルタ１２を形成して、保持枠ｃを用いることなく該フィルタをアーム１４で直接駆動できる構成にした。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置への適用において、フィルタ（赤外光カットフィルタ等）の挿脱機構を、従来に比して少ない構成部品で実現することによって、装置の小型化や低コスト化を達成するための技術に関する。

赤外光カットフィルタを輝度信号のレベルに応じてレンズ系の光路上に挿入することができる機構を備え、低照度撮影と通常撮影との選択的な切換を可能とする機能（以下、「ナイトショット機能」という。）を有する撮像装置が知られている。

例えば、レンズ群と固体撮像素子との間にIR（赤外線）カットフィルタ及びダミーガラスを選択的に挿脱自在に配置する機構を設けた装置（例えば、特許文献１参照。）の場合、被写体及び該被写体の周辺が暗い状況での低照度撮影時には、ダミーガラスのみを挿入して光路上に位置させ、被写体及び該被写体の周辺が明るい状況での通常撮影時には、IRカットフィルタのみを挿入して光路上に位置させる。

ナイトショット機能に係る光学部品の駆動機構については、例えば、下記に示す構成が挙げられる。

・駆動源や歯車等を使ってダミーガラスやIRカットフィルタを回動させる構成形態
・駆動源や歯車等を使ってダミーガラスやIRカットフィルタを直線移動させる構成形態（例えば、特許文献２参照。）。

図９は、従来の撮像装置の構成について概略的に示す要部の分解斜視図であり、４群インナーフォーカスタイプの撮像光学系を有するレンズ鏡筒の一例ａを示している。

本例では、１群レンズ部組「Ｇ１」、２群レンズ部組「Ｇ２」、３群レンズ部組「Ｇ３」、４群レンズ部組「Ｇ４」と、後部ユニット「Ｕ５」を備えており、図に拡大して示すように、Ｕ５は、IRカットフィルタｂを光路に対して挿脱自在に駆動するための機構部を有している（尚、Ｕ５には、図示しない撮像素子（例えば、CCD型イメージセンサ等）が取り付けられている。）。

後部ユニットＵ５において、IRカットフィルタｂは、通常撮影状態で光路上に挿入され、低照度撮影時には光路から離脱されて退避位置で保持される。尚、IRカットフィルタｂはその周縁部が保持枠ｃにより保持されており、駆動機構ｄによってIRカットフィルタｂと一体的に駆動される。

つまり、保持枠ｃに対してその移動時の案内用にガイド軸ｅが設けられており、アクチュエータｆから、図示しないリンク機構を介して駆動力が保持枠ｃに伝達されて、保持枠ｃを移動させるように構成されている。尚、レンズ鏡筒の後部枠ｇ１はＵ５の各構成部品を保持するものである。また、機構部はギヤカバーｇ２で覆われている。

図１０は保持枠ｃの駆動に係るリンク機構の一例を概略的に示したものであり、ｈ１〜ｈ３に示すギヤを用いた動力伝達機構が用いられている。

ｈ１は上記アクチュエータｆの出力軸（図示せず。）により回動され、ｈ２を構成する小径ギヤと噛合している。そして、ｈ２を構成する大径ギヤがｈ３と噛合され、該ｈ３の一部が上記保持枠ｃに係合している。つまり、駆動モータｃの出力軸から得られる回転力は、ｈ１、ｈ２、ｈ３に順次伝達され、最終段のｈ３の回転力が保持枠ｃのカム面により方向変換を受け（ｈ３に一体化されたクランクアームが保持枠ｃに形成された長穴に係合されており、該アームの回転が長穴の内面に伝達される。）、これによって、図に矢印Ａで示すように、光路に対して挿脱方向に沿って保持枠ｃを並進移動させる力となる。

尚、IRカットフィルタｂにガラス材を用いると、その厚みのために上記した挿脱による撮影状態の切り換えを行った場合に結像位置が変わってしまう。その対策として、例えば、下記の方法が知られている。

（ａ）ダミーガラスを入れる方法（例えば、特許文献２参照。）
（ｂ）フランジ面とレンズ最終屈折面との距離を広げてフランジバックを一定化させるために、鏡胴とマウント環の間に結像位置調整部材（スペーサ等）を挟む方法（例えば、特許文献３参照。）
（ｃ）フォーカスレンズ位置補正値をズームトラッキング曲線データに加算するといった制御処理で対応する方法（例えば、特許文献４参照。）。

特開平７−１０７３５５号公報

特開２００３−１６１９８１号公報 特開２００２−９８８７６号公報 特開平１１−７２６９１号公報

しかしながら、従来の構成では、IRカットフィルタの挿脱機構の構造や部品点数、コスト面で問題がある。

例えば、ガラス製のIRカットフィルタを回動又は移動させるための機構において、減速器等の多くの部品が必要であり、これが撮像装置の小型化を阻害する要因となる。また、ナイトショット機能を有しない撮像装置との比較において、コスト高となったり、組立作業性の面で、著しく不利になってしまう。

さらには、上記したIRカットフィルタの厚みに起因して該フィルタの挿脱時に結像位置が変化してしまうという問題に対しては、上記方法（ａ）や（ｂ）の場合にダミーガラスやスペーサ等の部品追加が、小型化やコストダウンを阻害する原因となる。また、上記方法（ｃ）では、その補正分だけフォーカスレンズの移動量を増す必要があり、レンズ鏡筒の小型化を阻害したり、光学性能の低下等が避けられない。

そこで、本発明は、赤外光カットフィルタ等の挿脱機構を有する撮像装置において、小型化、部品点数及びコストの削減等を課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、撮像光学系の光軸上にフィルム材又はシート材で形成されたフィルタを挿脱自在に位置させる機構を備えたものである。

従って、本発明では、フィルム材やシート材を用いて薄肉かつ軽量のフィルタを形成することができる。

本発明によれば、従来のガラス製フィルタに代わって、フィルム材やシート材を用いてフィルタを作製することにより、該フィルタの挿脱機構の構造を簡単化し、部品点数やコストを削減することができる。そして、ダミーフィルタやスペーサ等の調整用部材を用いることなく、フィルタの挿脱に起因する光学性能への影響を緩和することができる。

また、フィルタとして赤外光カットフィルタを備えた構成形態において、該フィルタを、撮像光学系の光軸上に位置させた第一の状態での撮影と、該フィルタを撮像光学系の光軸上に位置させない第二の状態での低照度撮影とを切り換える機構を設けることで、被写体照度に応じたフィルタ挿脱の切換を容易に行うことができる。

フィルタに対して保持枠を用いることなく、該フィルタをアームやレバー等で直接駆動する構成を採用する場合には軽量化や小型化に適しており、減速器等を用いることなくフィルタを駆動できるので機構が簡単になる。

さらには、フィルム材又はシート材に赤外光カット用コートを施すことにより赤外光カットフィルタを形成すると、フィルタの作製が容易であり、形状設計上の自由度が高い。

また、インナーフォーカス型の構成を有する撮像光学系への適用において、上記方法（ａ）乃至（ｃ）を用いる必要がなくなるので、レンズ鏡筒の小型化や光学性能低下の防止に有効である。

本発明は、レンズ又はレンズ群と結像面との間にフィルタを挿脱自在に位置させる機構を備えた撮像装置において、該機構の簡素化及び該フィルタの挿脱に伴う光学性能への影響の緩和を目的として、例えば、下記に示す事項を提供するものである。

・従来のガラス製のIRカットフィルタに代わってフィルム材やシート材を用い、減速器や保持枠を具備せずに該フィルタを直接的に駆動することで、光学系及びフィルタ駆動機構の小型化、部品点数の削減を図ること
・薄肉のIRカットフィルタを用いることで該フィルタの挿脱が結像位置に及ぼす影響を少なくして、光学性能が充分に保証されたナイトショット機構付き撮像装置を実現すること。

図１は、本発明に係る撮像装置の基本構成について説明するための概略図である。

撮像装置１を構成するレンズ鏡筒には、レンズ又はレンズ群２（図には単レンズで簡略化して示す。）と、固体撮像素子等の撮像手段３が設けられており、レンズと結像面３ａとの間にフィルタ４を挿脱自在に位置させる機構５を備えている。尚、撮像装置１については、ビデオカメラやスチルカメラ、あるいは動画撮影及び静止画撮影の両機能をもったカメラ等への適用が可能である。

フィルタ４はフィルム材で形成されており、例えば、赤外光カットフィルタの場合、薄いシート材にIRカットコートを施したフィルタが用いられる。尚、本発明の適用において、赤外光カットのみには限られないので、紫外光や特定波長範囲の可視光等の成分をカットし又は透過させるフィルタ等を用いた構成形態への適用が可能である。

図１（Ａ）は、フィルタ４が光軸「Ｌｘ」上に位置され、その支持部材６に形成された開口６ａを覆う位置に来ている状態を示している。

フィルタ４の駆動機構７は、該フィルタ４を回動させ又は直線的に移動させるために設けられており、保持枠を用いることなく、フィルタ４をアーム等によって直接的に駆動する形態や、フィルタ４にマグネット等を付設して電磁力で駆動したり、静電力等を利用した形態が挙げられる。

図１（Ｂ）は、フィルタ４が光軸「Ｌｘ」から離れた場所に位置され、支持部材６に形成された開口６ａが開放された状態を示している。つまり、駆動機構７によってフィルタ４が回動され又は移動されることで、レンズ又はレンズ群２や撮像素子３を含む撮像光学系に対して、光学的作用を及ぼさない位置まで退避される。尚、フィルタ４が薄い材料で形成されているので、フィルタの挿脱による光路長変化が結像性能に及ぼす影響を考慮したダミーフィルタ等は不要である。

通常の撮影では、図１（Ａ）に示すように、フィルタ４を撮像光学系の光軸Ｌｘ上に位置させた第一の状態とされ、また、低照度撮影等では、図１（Ｂ）に示すように、フィルタ４を撮像光学系の光軸Ｌｘ上に位置させない第二の状態とされる。尚、このようなフィルタ位置の切換機構については、例えば、撮像素子３によって得られる画像信号（輝度信号）のレベルを予め設定されている閾値と比較するとともに、その比較結果に応じて駆動機構７を動作させることで行われる。

図２乃至図６は、ナイトショット機能を備えたレンズ鏡筒８の一例を示したものである。

図２はレンズ鏡筒８の全体を示す斜視図、図３はその分解斜視図を示している。

本例では、撮像光学系９が４群インナーフォーカス型の構成を有しており、１群レンズ部組「Ｇ１」、２群レンズ部組「Ｇ２」、３群レンズ部組「Ｇ３」、４群レンズ部組「Ｇ４」と、ナイトショット機構「ＮＳ」、後部ユニット「Ｕ５」を備えている。尚、Ｇ１はレンズ及びその保持枠を有し、Ｇ３にはアイリス駆動部１０が設けられている。またＧ２、Ｇ４は可動レンズとその移動枠を有し、Ｕ５には可視光域及び赤外域に感度をもつ固体撮像素子１１が設けられている。

図４、図５はナイトショット機構ＮＳの構成例を示しており、図４は結像面側からみた場合の斜視図及び分解斜視図、図５は被写体側からみた場合の斜視図及び分解斜視図を示す。

本例では、薄いシート材で形成されたIRカットフィルタ１２（赤外域付近の波長を有する光線成分に対してカットオフ機能を有する。）が使用され、該フィルタが、アクチュエータ１３及びアーム１４を含む駆動手段１５によって光路範囲に対して上下に挿脱される構成となっている。

図示のように、ナイトショット機構ＮＳの本体部１６は、板金等で形成された板状部材１７と、上記駆動手段１５を収容するベース部材１８を備えている。

IRカットフィルタ１２は、その移動方向に延びる案内用の長孔１２ａ、１２ａが互いに平行に形成されており、その一方の近くには該フィルタの移動方向と直交する方向に延びる係合長孔１２ｂが形成されている。

板状部材１７には、上記した開口６ａに相当する矩形孔１７ａが形成されており、これから少し離れた位置には、円弧状をした長孔１７ｂがフィルタ１２の移動方向（上下方向）にほぼ沿うように形成されている。尚、板状部材１７の周縁にはベース部材１８との結合用に、複数の係合部１７ｃ、１７ｃ、…が設けられている。

ベース部材１８には合成樹脂材料等が用いられ、上記矩形孔１７ａに対応した位置に同形の矩形孔１８ａが形成されている。そして、駆動手段１５の収容部を構成する周壁部１８ｂが形成されており、該周壁部に取り囲まれた部分には上記長孔１７ｂに対応した位置に長孔１８ｃが形成されている。

尚、ベース部材１８には、板状部材１７の各係合部１７ｃに対応した係合爪１８ｄ、１８ｄ、…が形成されており、ベース部材１８と板状部材１７とが結合された状態で両部材の間に画成される空間にIRカットフィルタ１２が収容される。また、ベース部材１８に一体的に形成されたガイド部１８ｅ、１８ｅ（図４参照）はIRカットフィルタ１２の長孔１２ａ、１２ａにそれぞれ挿通されるようになっており、該フィルタが長孔１２ａの形成方向に沿って移動自在な状態で支持される。

アクチュエータ１３によって回動されるアーム１４はクランク状をなし、その先端部から突出された係合軸（作用端）１４ａが上記長孔１８ｃを通して、フィルタ１２の係合長孔１２ｂ、板状部材１７の長孔１７ｂにそれぞれ挿通された状態で係合される。

アーム１４及びアクチュエータ１３は周壁部１８ｂ内に配置された後、カバー１９によって閉塞されるが、アクチュエータ１３の一部はカバー１９の円孔１９ａを通して外部に露出された状態とされる。

図６はナイトショット機構ＮＳの内部構成を概略的に示したものであり、（Ａ）図が通常撮影時の状態を示し、（Ｂ）図が低照度撮影時の状態を示している。尚、IRカットフィルタ１２の各長孔１２ａ内にそれぞれ示す丸印はガイド用支持部（図４のカイド部１８ｅ、１８ｅ参照）である。

先ず、被写体やその周囲が明るい場合には、（Ａ）図に示すように、IRカットフィルタ１２が図の下方に位置されて、その一部分が開口部（矩形孔１７ａ、１８ａ）の全体を覆っている。よって、被写体からレンズ群を通って固体撮像素子１１に入射する光に対して、赤外線がカットされる。

また、低照度撮影状態においては、（Ｂ）図に示すように、アクチュエータ１３によってアーム１４が図の反時計回り方向に回動する。これにより、アーム１４の係合軸１４ａがIRカットフィルタ１２を図の上方に持ち上げ、該フィルタ１２が上記開口部から離れた位置に保持される。従って、被写体からレンズ群を通った光について、その赤外線を含む成分が固体撮像素子１１に入射される。

図７は、IRカットフィルタ１２を、従来のガラス製フィルタｂと対比させて示したものである。

（Ａ）図に示す従来のフィルタｂは矩形状をなし、その厚みが０．４５ｍｍであるのに対して、（Ｂ）図に示すIRカットフィルタ１２では、その厚みが０．１９ｍｍとされ、また、形状設計上の自由度が高い。

図８は、IRカットフィルタ１２を用いた駆動機構を、従来のガラス製フィルタｂを用いた駆動機構と対比させて示したものである。

（Ａ）図に示す従来の構成では、フィルタｂの保持枠ｃの厚みが１．４５ｍｍであるのに対して、（Ｂ）図に示す本発明に係る構成では、保持枠を必要とせず、フィルタ１２の厚み０．１９ｍｍで済む。また、従来のようにフィルタの駆動に複雑な機構を用いる必要がなく、アーム１４によってIRカットフィルタ１２を直接駆動することができる。

上記に説明した構成によれば、例えば、下記に示す利点が得られる。

・薄いIRカットフィルタ１２を用いることで光路全長を短縮化でき、レンズ鏡筒の小型化を達成できる。例えば、図７では、ガラス材の代わりにシート材を使用することで、０．４５−０．１９＝０．２６［ｍｍ］の余裕が生じ、光学設計上の自由度が向上する。これにより、小型化や高性能化を実現できる。

・シート材等の薄い材料を用いてIRカットフィルタを加工できるため、保持枠を必要としなくてもこれを直接駆動することでフィルタ切換動作を行える。さらには、従来のガラス製IRカットフィルタに比べて軽いため、減速器等を用いなくても切換動作が可能となり、部品点数の削減や小型化に適する。例えば、図８の例では、レンズ最終屈折面と結像位置との間に、１．４５−０．１９＝１．２６［ｍｍ］の余裕が生まれるので、光学設計の自由度が向上する。これにより、小型化及び高性能化を実現できる。

・従来の構成に比べて全体の部品点数が少なくて済む。例えば、図９、図１０に示した従来の構成では、アクチュエータｆ、ギヤｈ１〜ｈ３、ギヤカバーｇ２、ガイド軸ｅ、保持枠ｃ、IRカットフィルタｂの８点が必要とされるのに対し、本発明を適用した場合のナイトショット機構ＮＳでは、図４、図５に示すように、アクチュエータ１３、アーム１４、板状部材１７、ベース部材１８、カバー１９、IRカットフィルタ１２の６点で構成されており、全体で２点の部品点数が削減される。

・IRカットフィルタ１２の厚みが従来のガラス製フィルタに比べて小さいために、フィルタ挿脱による結像位置の変化量が小さくて済む。よって、焦点距離調整部材等を用いる必要がなく、光学性能の低下を比較的少なくすることができる。

本発明に係る基本構成を示す概念図である。 図３とともに本発明に係るレンズ鏡筒の構成例を示すものであり、本図は外観を示す斜視図である。 レンズ鏡筒の分解斜視図である。 図５とともに本発明に係るナイトショット機構の構成例を示すものであり、本図は結像面側からみた場合の斜視図及び分解斜視図である。 被写体側からみた場合の斜視図及び分解斜視図である。 本発明に係るナイトショット機構の動作について内部構成を示す概略図である。 本発明に係るIRカットフィルタを、従来のガラス製フィルタと対比して示す説明図である。 本発明に係る、保持枠無しのフィルタ駆動機構を、従来の保持枠付のフィルタ駆動機構と対比して示す説明図である。 従来のレンズ鏡筒の構成例を示す図である。 後部ユニットに設けられた従来のフィルタ駆動機構の一例を示す説明図である。

符号の説明

１…撮像装置、４…フィルタ、５…機構、９…撮像光学系

Claims (5)

1. 撮像光学系の光軸上にフィルタを挿脱自在に位置させる機構を備えた撮像装置において、
   上記フィルタがフィルム材又はシート材で形成されている
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載した撮像装置において、
   上記フィルタとして赤外光カットフィルタを備え、
   上記赤外光カットフィルタを、撮像光学系の光軸上に位置させた第一の状態での撮影と、該赤外光カットフィルタを撮像光学系の光軸上に位置させない第二の状態での低照度撮影とを切り換える機構を有する
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載した撮像装置において、
   上記第一の状態での撮影と上記第二の状態での撮影とを切り換える機構が、保持枠を用いることなく、上記赤外光カットフィルタを直接駆動する
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２に記載した撮像装置において、
   上記フィルム材又はシート材に赤外光カット用コートを施すことにより上記赤外光カットフィルタを形成した
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１に記載した撮像装置において、
   上記撮像光学系がインナーフォーカス型の構成を有する
   ことを特徴とする撮像装置。

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