JP2006276632A

JP2006276632A - フィルタ装置

Info

Publication number: JP2006276632A
Application number: JP2005097631A
Authority: JP
Inventors: Takao Ozaki; 隆生尾崎; Osamu Kobayashi; 理小林
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】装置が大型化することなく、フィルタの切り換えにより焦点位置の補正を行なう必要をなくす。
【解決手段】フィルタ装置３は回転式のフィルタディスク３１に複数のフィルタ収容部３２を設ける構成としたものであり、これらのうちフィルタ収容部３２Ａには所定の屈折率と厚みとを有するフィルタ４１が、またフィルタ収容部３２Ｂには特定の波長領域の光のみを透過させる赤外光透過フィルタ４２が収容されており、フィルタ収容部３２ＣにはＮＤフィルタ４３が収容されて、それぞれ深さの異なる当接部３７Ａ，３７Ｂに当接させることにより、各フィルタの表面をほぼ一致させて、固定部材３３により着脱可能に固定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、カメラ装置等に装着され、所定の光学機能を発揮する複数のフィルタを撮影レンズの光路に選択的に臨ませることができるようにしたフィルタ装置に関するものである。

例えば、監視カメラ等のカメラ装置においては、昼夜連続して撮影を行なうため、日中は可視光撮影を行い、夜間は赤外光撮影を行なう必要がある。かかるカメラ装置は、撮影レンズを介して被写体像をＣＣＤ（Charged Coupled Device）等の撮像手段に結像することにより撮像することになる。夜間等の暗い場所で撮影するには、赤外光を透過させるフィルタを撮影レンズからの光路に臨ませて赤外光撮影するのが一般的である。この赤外光撮影を行う際には、被写体に向けて赤外光を照射する場合もある。一方、昼間等、明るい場所で撮影を行なうときには、赤外カットフィルタを光路上に装着することが一般的である。

以上のことから、可視光を撮影するモード（可視光撮影モード）においては、赤外光を遮断する赤外カットフィルタを使用し、赤外光を撮影するモード（赤外光撮影モード）においては可視光をカットし、赤外光を透過させるフィルタを装着するようにしなければならない。そこで、撮影レンズより結像側の位置に、複数のフィルタを装着したフィルタ装置を配設し、このフィルタ装置を上下方向にスライドさせることにより撮影レンズからの光路に対して赤外光を透過させるフィルタと、赤外光をカットするフィルタとを切り換える構成としたものは従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１７４８３９号公報

ところで、赤外光撮影時に使用される赤外光フィルタは、可視光より長波長領域の光を透過させるものであり、同じ撮影レンズを用いた場合、波長が長い赤外光撮影時は、可視光による通常撮影時と焦点距離が異なってくる。従って、可視光による通常撮影時から赤外光撮影に切り換えるときには、単にフィルタを挿脱するだけではなく、これと共に撮影レンズのピント補正も行なわなければならなくなる。従って、赤外光撮影と通常撮影との切り換え時には、しかもこの切り換えの都度、撮影レンズの焦点補正を行なうことから、フォーカスレンズの焦点調整機構を必要とし、かつこの焦点調整機構の自動制御手段も備えなければならない等、装置構成が複雑になる等といった不都合を生じる。また、カメラによる焦点調整機構を設けているにしても、このカメラの焦点調整機能の限界を超えてフォーカスレンズを光軸方向に移動させなければならない場合のように、実際上、焦点位置の補正を行なうことができない場合もある。

そこで、本発明は、装置が大型化することなく、フィルタの切り換えにより焦点補正を行なう必要をなくすことを目的としている。

本発明のフィルタ装置は、撮影レンズと、この撮影レンズの焦点位置との間に設けられ、複数種類のフィルタを前記撮影レンズの光路に切換可能に臨ませるようにしたフィルタ装置において、フィルタ装置本体に、前記撮影レンズの光軸と直交するように設けられ、厚み寸法の異なるフィルタが入れ換え可能に装着される複数のフィルタ装着部を設ける構成としたことをその特徴とするものである。

具体的には、フィルタ装置本体に設けた各フィルタ装着部に円環状の段差が形成されており、例えば１つのフィルタ装着部に、特定の波長領域の光を透過させる波長選択フィルタが装着される所定深さを有する段差が形成され、また他のいずれかのフィルタ装着部には、この波長選択フィルタが装着されたときに、波長選択フィルタとは異なる厚みを有するフィルタを装着するために、波長選択フィルタが装着されるフィルタ装着部より両フィルタの厚みの寸法差を相殺する段差を形成する構成としている。

以上の構成を有するフィルタ装置は、異なる波長領域の光について、同じ位置に焦点を結ばせるために、焦点補正機能を発揮させる必要のある光学装置一般に適用することができる。特に、写真用カメラやテレビカメラに装着され、特に可視光による撮影と赤外光撮影とを自動的に切り換えるようにした監視カメラ等として構成する場合に有利である。この場合、波長選択フィルタは赤外光透過フィルタである。

フィルタ装置本体における各フィルタ装着部にフィルタを装着する場合、その一面側を段差に当接させるが、この段差への当接面とは反対側に向けて脱落しないように固定するために、フィルタ装置本体には固定手段を着脱可能に装着する。この固定手段は、各フィルタにつき、少なくとも２箇所の固定部を設ける。また、フィルタ装置本体に装着される２以上のフィルタに共通の固定手段として構成することもできる。段差は１段構成のものだけでなく、複数段の段差を形成し、それぞれ厚みの異なるフィルタを装着することもできる。段差を１段で構成するにしても、また複数段構成とするにしても、全てのフィルタ装着部においては、フィルタを固定する固定手段により複数のフィルタに共用することを勘案すれば、フィルタの段差への当接面とは反対側の面は同じ平面とするのが望ましい。また、フィルタはフィルタ装置本体の表面とほぼ同じ面とすることもできるが、フィルタの表面とフィルタ装置本体の表面との間に凹凸があっても差し支えない。そして、フィルタは切り換え可能に撮影レンズの光路に臨むようにするが、このフィルタの切り換えは、回転式若しくはスライド式とすることができる。

本発明は、装置の大型化を防止しつつ、透過させる波長範囲の違いに基づく焦点距離の差を有効に補正することができる。

以下、図面を参照して説明する。図１には、本発明のフィルタ装置をカメラ装置に適用したものを示す。図中において、１は撮影レンズを装着したレンズ装置であり、このレンズ装置１の結像位置には結像面として、例えばＣＣＤ等からなる撮像手段２が配設される。レンズ装置１と、このレンズ装置１における焦点位置との間にはフィルタ装置３が設けられている。フィルタ装置３は、複数のフィルタを搭載することができ、これら複数のフィルタのうち、何れか１つのフィルタをレンズ装置１の焦点位置までの間の位置に、その光軸と直交するようにして選択的に臨ませることができるようになっている。

図１には、同じレンズ装置１を用いて、可視光撮影を行なう際と、赤外光撮影を行なう際との焦点位置のずれが示されている。赤外光撮影を行なう際には、フィルタ装置３に可視光領域より長波長側の赤外領域の光のみを透過させる赤外光フィルタが装着されることになる。そこで、図中において、可視光ＶＬの光路は実線で示し、赤外光ＲＬの光路は点線で示す。ここで、可視光ＶＬと赤外光ＲＬとでは、波長が異なるために、異なった位置に結像する。即ち、概略４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長を持つ可視光ＶＬより、概略８５０ｎｍ以上の赤外光ＲＬの方が長波長であることから、例えば図１に示されるように、可視光は赤外光ＲＬの焦点位置ＦＲよりも近い位置である焦点位置ＦＶにおいて焦点を結ぶ。従って、可視光撮影時と赤外光撮影時とで、焦点位置の補正が必要となる。

そこで、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、フィルタ装置３に搭載されるフィルタを、撮影モードに応じて切り換えることにより焦点距離を補正する。図２（ａ）は、赤外光のみを透過させるフィルタＦ１（以下、赤外光透過フィルタという）を光路上に配置したときの赤外光ＲＬの光路を示している。

これに対して、図２（ｂ）に示したのは、可視光撮影を行なう際に用いられるフィルタＦ２である。このフィルタＦ２は平行平面板からなり、所定の屈折率を有するものである。即ち、フィルタＦ２を収束する光路中に介在させると、空気層からフィルタＦ２内に入射する際及びフィルタＦ２から空気層に向けて出射する際に光が屈折する。従って、フィルタＦ２の屈折率と厚みとを適宜設定することにより焦点距離が補正できる。

要するに、フィルタに所定の光学機能、例えば上述した赤外光透過フィルタ、赤外光カットフィルタ、ＮＤフィルタ等としての機能を持たせるか否かはともかくとして、フィルタ装置３に装着されるフィルタとして、所定の屈折率と厚みとを有する光学ガラス等の光学材料を用いることによって、レンズ装置１のフォーカスレンズの位置を変えずに焦点距離を調整するようにしている。このフィルタＦ２を用いることによって、赤外光透過フィルタＦ１を用いた場合のレンズ装置の焦点位置と一致させるように補正することができる。

そこで、以下において、かかるフィルタの切り換えにより焦点距離を調整できるフィルタ装置３の１つの具体的な構成例について説明する。図３においては、４枚のフィルタを装着できるフィルタ装置３が示されており、図４（ａ）はフィルタ装置３のＸ−Ｘ断面図であり、図４（ｂ）はフィルタ装置３のＹ−Ｙ断面図である。これら各図において、フィルタ装置３は、フィルタ装置本体としての回転式のフィルタディスク３１に４箇所のフィルタ収容部３２を設ける構成としたものであり、これら各フィルタ収容部３２に異なる厚みを有するフィルタを固定的に保持する固定部材３３が設けられており、またフィルタディスク３１には回転軸３４が連結して設けられており、この回転軸３４の外周部にはリングギア等からなる駆動伝達部材３５が設けられ、またフィルタディスク３１の外周縁部には４箇所の切り欠きからなる回転位置決め部３６が形成されている。

図３に示されるように、フィルタ装置３のフィルタディスク３１には、概略円形の開口部からなる４つのフィルタ収容部３２（３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ）がそれぞれ９０°の角度をなすように設けられる。このフィルタ収容部３２は、上述したフィルタを収容するためのものであり、図３に例示されているものは、４つのフィルタ収容部３２のうち、３つのフィルタ収容部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃにフィルタが収容されている。ここでは、フィルタ収容部３２Ａには所定の屈折率と厚みとを有する平行平面のフィルタ４１が、またフィルタ収容部３２Ｂには特定の波長領域の光のみを透過させる赤外光透過フィルタ４２が収容されているものとする。また、フィルタ収容部３２Ｃには入射光の光量を低減するＮＤ（Neutral Density）フィルタ４３が収容され、フィルタ収容部３２Ｄにはフィルタが収容されていないものとする。

これらフィルタ４１、赤外光透過フィルタ４２およびＮＤフィルタ４３のうち、フィルタ４１とＮＤフィルタ４３とは同じ厚み（Ｄ１）を有しており、本実施例では赤外光透過フィルタ４２は、Ｄ１よりも薄い厚み（Ｄ２）を有している。そして、厚みＤ１と厚みＤ２とに差を持たせたのは、焦点位置のずれを補正するためである。従って、フィルタディスク３１を適宜回転させて、それぞれの撮影モードに応じて厚みの異なるフィルタを切り換えて光路上に配置することにより、透過する波長の違いによるピントのずれを補正することができる。

このように厚みの異なるフィルタをフィルタ装置３に搭載するために、各フィルタ収容部３２は段差構造となっており、それぞれのフィルタの厚みに対応した深さを有して構成される。フィルタ装置３の各フィルタ収容部３２に収容される複数のフィルタは厚みが異なっているが、これら各フィルタはフィルタディスク３１の各々のフィルタ収容部３２に着脱可能であり、かつ装着時には確実に固定できるようにするために、これらフィルタの一面（以下、表面といい、反対面を裏面という）がほぼ同一平面をなすように装着する構成としている。

このために、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、各フィルタ収容部３２は段差を有する構造となっており、各フィルタの裏面の周縁部は段差における円環状の当接部３７Ａまたは３７Ｂに当接する。ここで、各フィルタの厚みは異なるために、それぞれのフィルタ収容部３２において、当接部までの深さ、即ちフィルタディスク３１の表面（段差が形成されておらず、フィルタが嵌合される側の面）から当接部までの間隔が異なる。フィルタ収容部３２Ａには、厚みがＤ１のフィルタ４１が収容されるため、当接部３７Ａの位置もフィルタディスク３１の表面からＤ１に対応した深さ位置に設けられている。また、フィルタ収容部３２Ｂには厚みがＤ２の赤外光透過フィルタ４２が収容されるために、この厚みＤ２に対応した深さを有する当接部３７Ｂが形成され、フィルタ収容部３２Ｃには厚みがＤ１のＮＤフィルタ４３が収容されるため、このＤ１の厚みに相当する深さの当接部３７Ａが設けられる。このように、フィルタディスク３１の表面からフィルタの厚みに対応した位置に当接部３７Ａまたは３７Ｂが設けられるため、厚みの異なる各フィルタの表面が同一平面をなすように収容される。具体的には、当接部３７Ａと３７Ｂとの深さの差は厚みＤ１とＤ２との差分に相当するものである。そして、図４においては、当接部３７Ａの深さは厚みＤ１とほぼ一致し、当接部３７Ｂの深さは厚みＤ２とほぼ一致している。

次に、図５に基づいて各フィルタの表面側を固定する固定手段について説明する。この図５に示されるように、フィルタディスク３１には４箇所に固定手段３３が設けられている。これら固定手段３３はその両端側に２箇所の押圧部３３Ａと中間部に設けたネジ部材３３Ｂとを有して構成される。従って、２つの押圧部３３Ａが各フィルタの表面における周縁部の一部を押圧する。また、ネジ部材３３Ｂを締め付けることにより、フィルタに対して押圧力を作用させ、ネジ部材３３Ｂを緩めて、固定手段３３をネジ部材３３Bを中心として９０°回転させることにより、フィルタに対する押圧力を解放して、フィルタの交換が可能になる。

ここで、フィルタを安定的に固定するには、固定手段３３の押圧部３３Ａがほぼ１８０°の位置関係となるように、２箇所で押圧するのが望ましい。各フィルタの当接部への当接面とは反対側の面を同一平面としているので、１つの固定手段３３で２つのフィルタを押圧することになり、３個のフィルタをそれぞれ２箇所で固定する場合にも、３個の固定手段３３を設ければ良いものであり、固定手段３３の構成が簡略化される。

以上のように、当接部３７Ａ，３７Ｂと固定手段３３とにより、厚みの異なる複数のフィルタをフィルタディスク３１の各フィルタ収容部３２内にクランプされて、同一平面をなすように固定される。そして、図示しないモータ等からなる駆動源にピニオンを装着し、このピニオンを回転軸３４に形成したリング状のギアからなる駆動伝達部材３５に噛合させることによって、フィルタディスク３１が回転軸３４を中心として回転することになる。そして、フィルタディスク３１におけるいずれかのフィルタ収容部３２に収容されるフィルタがレンズ装置１からの光路に臨むように配置される。

フィルタディスク３１を回転させて、いずれかのフィルタ収容部３２をレンズ装置１からの光路に臨む状態に位置決めするために、フィルタディスク３１の外周縁部にはそれぞれ９０°の角度をなすように４箇所に凹部からなる位置決め部３６が形成されている。この位置決め部３６は、鋼球や板ばね等からなる周知のクリック機構により９０°毎にフィルタディスク３１を９０°毎に位置決め可能に回転させるためのものである。これによって、フィルタディスク３１が回転して、４つのフィルタ収容部３２の何れか１つのフィルタ収容部３２が光路上に配置されるところで、停止させて、その位置に位置決め・固定することができる。

以上説明したように、フィルタの厚みに対応した深さを有するフィルタ収容部３２がフィルタ装置３に複数設けられ、これらフィルタ収容部３２に収容されるフィルタのうち何れか１つのフィルタが光路上に切り換えられて配置されることにより、装置の大型化を防止しつつ、波長の違いによるピントのぼけが発生することを防止することができる。

なお、上述した例では、フィルタの厚みは２種類のものを使用したが、これに限られず、全てのフィルタ収容部３２がそれぞれ異なる深さを有することにより、さらに多くの種類のフィルタを収容することができる。

ところで、上述したフィルタ装置３では、フィルタディスク３１の表面から当接部３７Ａまたは３７Ｂまでの間隔を変えることにより、各フィルタ収容部３２の深さをそれぞれ異なるようにしたが、例えば図６に示されるように各フィルタ収容部３２を多段構造にすることにより、それぞれ異なる厚みのフィルタを収容することができる。

図６に示されるフィルタ装置３には、径の異なる２種類のフィルタを収容するために、２つの当接部（第１の当接部３７Ａ、第２の当接部３７Ｂ）が設けられている２段構造になっている。第１の当接部３７Ａは、フィルタディスク３１の表面からほぼＤ１の深さ位置に形成され、第２の当接部３７Ｂは、フィルタディスク３１の表面からほぼＤ２の深さ位置に形成されている。そして、第１の当接部３７Ａには、径がＬ１のフィルタを収容することができ、第２の当接部３７Ｂには、径がＬ２（＞Ｌ１）のフィルタを収容することができるものとする。従って、第１の当接部３７Ａに当接するフィルタとしては、厚みがＤ１であるフィルタ４１およびＮＤフィルタ４３であり、第２の当接部３７Ｂに当接するフィルタとしては赤外光透過フィルタ４２である。

このように、フィルタ収容部３２を２段構造にすることにより、各フィルタ収容部３２には、厚みの異なる２種類のフィルタを収容することができる。これにより、撮影モードによってフィルタを切り換えることができ、ピントのずれが発生するのを補正することができる。

上述した例では、２段構造のものを示しているが、勿論、２段である必要はなく、さらに多くの多段構造であってもよい。また、各段の深さを可変にすることにより、さらに複数種類のフィルタを収容することができる。さらに、図７に示したように、フィルタディスクに設けられるフィルタ収容部の深さ寸法を同じにして、フィルタ５０の外周縁部５０Ａの厚みと、その内側に位置するフィルタ領域５０Ｂとの厚みを変えることによっても、上述と同様にフィルタに厚みの変化を持たせることができる。

カメラ装置の概略構成図である。可視光と赤外光との焦点位置を補正したときの説明図である。フィルタ搭載手段の平面図である。フィルタ搭載手段の断面図であり、図４（ａ）は図３のＸ−Ｘ断面図であり、また図４（ｂ）は図３のＹ−Ｙ断面図である。図３のＺ−Ｚ断面図である。フィルタ搭載手段の別の実施形態の断面図である。フィルタの他の具体例を示す図４（ａ），（ｂ）と同様の断面図である。

符号の説明

１レンズ２撮像手段
３フィルタ装置３１フィルタディスク
３２フィルタ収容部３３固定部材
３４回転軸３５駆動伝達部材
３６位置決め部３７Ａ，３７Ｂ当接部
４１フィルタ
４２赤外光透過フィルタ
４３ＮＤフィルタ

Claims

撮影レンズと、この撮影レンズの焦点位置との間に設けられ、複数種類のフィルタを前記撮影レンズの光路に切換可能に臨ませるようにしたフィルタ装置において、
フィルタ装置本体に、前記撮影レンズの光軸と直交するように設けられ、厚み寸法の異なるフィルタが入れ換え可能に装着される複数のフィルタ装着部を設ける
構成としたことを特徴とするフィルタ装置。
前記フィルタ装置本体に設けた各フィルタ装着部にはそれぞれ円環状の段差が形成されており、いずれかのフィルタ装着部には特定の波長領域の光を透過させる波長選択フィルタが装着される所定深さを有する段差が形成され、また他のいずれかのフィルタ装着部には、この波長選択フィルタが装着されたときに、前記波長選択フィルタとは異なる厚みを有するフィルタを装着するために、前記波長選択フィルタが装着されるフィルタ装着部より両フィルタの厚みの寸法差分を相殺する段差を形成する構成としたことを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
前記波長選択フィルタは赤外光透過フィルタであることを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ装置。
前記撮影レンズの結像位置に結像面が配置され、前記フィルタ装着部を介してこの結像面に被写体を結像させる構成するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のフィルタ装置。
前記フィルタ装置本体は、回転方式またはスライド方式で、前記各フィルタ装着部に装着したフィルタを前記撮影レンズの光路に選択的に臨ませるようになし、これら各フィルタ装着部に装着された厚みの異なるフィルタを前記フィルタ装置本体の表面部で着脱可能に固定する固定手段を備える構成としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のフィルタ装置。
前記各フィルタ装着部に形成される段差は複数段の段差構造を有するものであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のフィルタ装置。