JP2007025169A - フィルタ切替ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】切り替え後の可動フィルタ部をその場に留めておく際に外部からの振動に強くなり、さらに、小型化にも効果的なフィルタ切替ユニットを提供する。
【解決手段】第１の窓１６ａとフィルタ１２を有する第２の窓１６ｂとが並設された可動フィルタ部１０を有し、撮像素子に結像させる光を切り替えるために、第１の窓１６ａと第２の窓１６ｂとを選択的に切り替えるフィルタ切替ユニット１０において、ＤＣモータ２４に設けられたウォーム２２と、ウォーム２２に歯合するはすば歯車２０とを備え、可動フィルタ部１０には、はすば歯車２０に歯合するようにはすばラック１６ｅが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像素子を有するカメラ（例えば、監視カメラ）に取り付けられ、撮像素子に結像させる光の波長を切り替えるために用いられるフィルタ切替ユニットに関する。

監視カメラは、昼間は可視光帯域の光を撮像素子に結像させてカラー撮影を行い、夜間は可視光帯域の光に加えて近赤外線帯域の光を撮像素子に結像させて白黒撮影を行っている。この種のカメラは、例えば、撮像素子に結像させる光の波長帯域を調整するための二種類のフィルタを有する。二種類のフィルタは、フィルタ切替装置によって光軸に直交する方向に移動可能である。そして、昼間または夜間に対応したいずれか一方のフィルタを光軸上に進出させることで、撮像素子に結像させる光の波長の切り替えが行われる。また、電子スチルカメラ等では、被写体の偽色の発生を防止するための光学ローパスフィルタを備える場合があり、フィルタ切替え装置によって光学ローパスフィルタを光軸上に進出させ、または光軸上から退避させる（特許文献１参照）。

特開平１０−３２２５８９号公報

ところで、従来のフィルタ切替装置（以下、「従来装置」という。）では、ＩＲフィルタや光学ローパスフィルタが可動フィルタ部に装着されている。また、従来装置は、平歯車の組み合わせからなる動力伝達機構を備え、動力伝達機構を介してモータの駆動力が可動フィルタ部に伝達されて可動フィルタ部が移動する。可動フィルタ部の移動によって光が透過するフィルタが切り替わり、撮像素子に結像される光の波長が切り替わる。

このような従来装置では、フィルタを確実に切り替えることはもちろん、例えば、昼間または夜間の撮影時に可動フィルタ部を所定位置に確実に留めておくことが重要となる。そのため、従来装置では可動フィルタ部の移動を規制するロック機構や、ソレノイド等が必要であるので、装置の複雑化や部品点数の増加を招来し、小型化が難しくなり、従来装置が装着される監視カメラなどの小型化にも影響を及ぼしていた。また、従来装置の動力伝達機構は、平歯車の組み合わせからなるために減速比が小さく、減速比を大きくしようとすると部品点数が多くなり、小型化しにくかった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、切り替え後の可動フィルタ部をその場に留めておく際に外部からの振動に強くなり、さらに、小型化にも効果的なフィルタ切替ユニットを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明は、第１の窓とフィルタを有する第２の窓とが並設された可動フィルタ部を有し、撮像素子に結像させる光の波長を切り替えるために、モータにより、可動フィルタ部を光軸に直交する方向に移動させて第１の窓と第２の窓とを選択的に切り替えるフィルタ切替ユニットにおいて、モータの出力軸に設けられたウォームと、ウォームに歯合するはすば歯車とを備え、可動フィルタ部には、はすば歯車に歯合するように、光軸に直交する方向に沿って延在するはすばラックが設けられていることを特徴とする。

このフィルタ切替ユニットでは、モータの駆動力が、ウォームを介してはすば歯車に伝達され、はすば歯車の回転が、はすばラックに伝達されて可動フィルタ部の直線運動に変換される。そして、ウォームの回転方向を切り替えることで、可動フィルタ部の移動方向が選択的に切り替わり、第１の窓と第２の窓とを切り替えることができ、撮像素子の結像される光の波長が切り替わる。

さらに、モータの駆動を停止させた状態では、ウォームとはすば歯車との協働によるセルフロック機構によって、可動フィルタ部にロックがかかり、外部からの振動に強くなる。そのため、第１の窓と第２の窓とが並設された可動フィルタ部を所定位置に留めておくための特別な装置等が不要であり、小型化に効果的であるとともに、消費電力が少なくて済む。さらに、ウォームを利用することで、減速比を大きくすることができる。

また、上記フィルタ切替ユニットは、可動フィルタ部を収容する筺体を更に備え、筺体は、光軸に直交する方向に延在して、可動フィルタ部を選択方向に案内するガイド部と、筺体内における可動フィルタ部の移動経路の両端に設けられたエンドストッパ部とを有し、エンドストッパ部は、可動フィルタ部の選択方向における端部に当接する弾性緩衝部であるようにしてもよい。

このようなフィルタ切替ユニットによれば、可動フィルタ部をエンドストッパ部に当接させることによって第１の窓と第２の窓とを所定位置に停止させることができ、所定位置に停止させるためのセンサなどが不要になる。さらに、エンドストッパ部は弾性緩衝部であるため、可動フィルタ部がエンドストッパ部に当接する際の衝撃を緩和し、ウォームやはすば歯車に衝撃を与えにくく、ウォームやはすば歯車の破損を防止できる。

さらに、可動フィルタ部をエンドストッパ部に当接させた後にモータの駆動を停止させると、弾性緩衝部の作用によって可動フィルタ部が僅かに押し戻され、はすばラックを介してはすば歯車が僅かに逆回転する。すると、はすば歯車とウォームとの接触圧が低減され、その結果として、静摩擦係数が低減される。そして、静摩擦係数の低減により、第１の窓と第２の窓との切り替えに必要な始動時のモータトルクを小さくでき、モータの小型化ひいてはフィルタ切替ユニットの小型化が可能になる。

本発明に係るフィルタ切替ユニットによれば、第１の窓と第２の窓とを切り替えた後の可動フィルタ部をその場に留めておく際に外部からの振動に強くなり、さらに、小型化にも効果的である。

以下、図面を参照して本発明に係るフィルタ切替ユニットの実施の形態について説明をする。

図１及び図２に示すように、フィルタ切替ユニット１は、監視カメラのカメラユニット２に取り付けられている。カメラユニット２は、フィルタ切替ユニット１がねじ止めされるケース２ａを有し、ケース２ａの内部には、光軸ＬＳ上に集光レンズ２ｂと撮像素子であるＣＣＤ２ｃとが設けられている。ＣＣＤ２ｃには、昼間は近赤外光が遮断された可視光が結像され、夜間は可視光及び近赤外光が結像される。監視カメラでは、ＣＣＤ２ｃによって昼間はカラー撮影が行われ、夜間は白黒撮影が行われる。ＣＣＤ２ｃに結像される光の波長の切り替えは、フィルタ切替ユニット１によって行われる。

図１〜図５に示すように、フィルタ切替ユニット１は、前面が開放された筺体６を有し、その前面を塞ぐように筺体６に蓋部８が取り付けられている。蓋部８には、四つの係止片８ａが突設され、各係止片８ａの係止穴内に、筺体６の各係止爪６ａが入り込んで、蓋部８が、筺体６に装着される。蓋部８の中央には、矩形の撮像開口８ｂが形成されており、撮像開口８ｂの中心を通過するように光軸ＬＳが延在する。また、光軸ＬＳ上には、筺体６の背面壁に形成された矩形の開口部分６ｂ、カメラユニット２の集光レンズ２ｂ及びＣＣＤ２ｃが配置されている。

筺体６内には、可動フィルタ１０が配置され、可動フィルタ部１０は、ガラス体１２が装着された第１の窓１６ａと近赤外光カットフィルタ（以下、「ＩＲフィルタ」という）１４が装着された第２の窓１６ｂとが並設された略矩形状の本体部１６を有する。本体部１６に設けられた第１の窓１６ａと第２の窓１６ｂとは、共に同一の矩形状であり、ガラス体１２及びＩＲフィルタ１４は、フィルタ押え板１８によって本体部１６からの抜けが防止され、第１の窓１６ａ及び第２の窓１６ｂ内に保持されている。フィルタ押え板１８には、左右の両端に係止片１８ａが設けられており、係止片１８ａの係止穴が、本体部１６の係止爪１６ｃに入り込んで、フィルタ押え板１８は、本体部１６の前面に装着されている。また、フィルタ押え板１８には、第１及び第２の窓１６ａ，１６ｂよりも若干小さな矩形の開口部１８ｂ，１８ｃが形成されており、フィルタ押え板１８の縁でガラス体１２及びＩＲフィルタ１４の縁を押さえ込む。

筺体６には、可動フィルタ部１０を収容するために、壁部によって凸字状の内部空間が形成されると共に、カメラユニット２にねじ止めされるフランジ部が設けられている。そして壁部に囲まれた筺体６の内部には、背面側に形成された開口部分６ｂを挟むようにして、平行に延在する一対のガイド部６ｃ，６ｃが設けられ、各ガイド部６ｃは、光軸ＬＳに直交する方向に延在する。一対のガイド部６ｃ，６ｃによって可動フィルタ部１０が光軸ＬＳに直交する選択方向ＳＤ（図４参照）に案内される。可動フィルタ部１０が選択方向ＳＤに移動し、ガラス体１２を有する第１の窓１６ａが光軸ＬＳ上に進出すると、可視光帯域及び近赤外光帯域の光がＣＣＤ２ｃに結像され、ＩＲフィルタ１４を有する第２の窓１６ｂが光軸ＬＳ上に進出すると、近赤外光帯域の光がＣＣＤ２ｃに結像される。

可動フィルタ部１０の本体部１６には、筺体６の一対のガイド部６ｃ間に入り込む突部１６ｄ（図６参照）が設けられ、可動フィルタ部１０は、ガイド部６ｃの長手方向、つまり光軸ＬＳに直交する方向に摺動する。また、本体部１６の側面には、ガイド部６ｃの長手方向に沿ってはすばラック１６ｅが形成されている。はすばラック１６ｅは、はすば歯車２０と噛み合い、はすば歯車２０は、ウォーム２２と噛み合っている。ウォーム２２は、ＤＣモータ２４の出力軸２４ａに設けられており、ＤＣモータ２４の駆動力が、ウォーム２２、はすば歯車２０、はすばラック１６ｅを介して可動フィルタ部１０に伝達される。以下、この動力伝達機構について詳しく説明する。

ＤＣモータ２４は、モータケース２４ｂの前端面が筺体６の突き出し部分６ｆの壁面に当接し、図示しないネジによって筺体６に固定されている。ＤＣモータ２４の出力軸２４ａは、筺体６の突き出し部分６ｆの壁を貫通して突出空間内に達している。そして、この突出空間内に位置する出力軸２４ａにウォーム２２が設けられている。ウォーム２２は、支持軸６ｄによって軸支されているはすば歯車２０と突出空間内で噛み合う。支持軸６ｄは、ウォーム２２と可動フィルタ部１０のはすばラック１６ｅとの略中間位置に設けられており、はすば歯車２０は、可動フィルタ部１０のはすばラック１６ｅと噛み合う。

可動フィルタ１６のはすばラック１６ｅ、ウォーム２２及びはすば歯車２０には、摩擦を軽減するために潤滑材が塗布されている。この潤滑材は、ガラス体１２やＩＲフィルタ１４への飛散を防ぐために、半固形の潤滑材（例えば乾燥被膜潤滑材、商品名：ハナールＨＡＮＡＲＬ／関東化成工業株式会社）であることが望ましい。

ＤＣモータ２４の駆動による出力軸２４ａの回転は、ウォーム２２、はすば歯車２０及びはすばラック１６ｅによって可動フィルタ部１０の直線運動に変換される。そして、可動フィルタ部１０が選択方向ＳＤ（図４参照）に移動すると、可動フィルタ部１０に設けられた第１の窓１６ａ及び第２の窓１６ｂが移動し、光軸ＬＳ上に進出する窓が切り替わる。そして、光軸ＬＳ上に第１の窓１６ａが進出した場合、ガラス体１２を通った光がＣＣＤ２ｃに結像し、光軸ＬＳ上に第２の窓１６ｂが進出した場合、ＩＲフィルタ１４を通った光がＣＣＤ２ｃに結像する。

図６に示すように、可動フィルタ部１０が選択方向ＳＤである一方の方向に移動するとき、その選択方向ＳＤにおける可動フィルタ部１０の端部、つまり、本体部１６の長手方向における左右の両端部１６ｆが、エンドストッパ部２６に当接する。エンドストッパ部（弾性緩衝部）２６は、筺体６の内壁面６ｅに設けられると共に、ウレタンゴムやスポンジ素材等からなり、弾性を有する板状の緩衝材である。エンドストッパ部２６は、可動フィルタ部１０における本体部１６の端部１６ｆに当接して可動フィルタ部１０の移動を規制すると共に、可動フィルタ部１０の当接による衝撃を吸収する。なお、弾性緩衝部は、らせんバネ、板バネであってもよい。

次に、可動フィルタ１０を備えたフィルタ切替ユニット１の動作について説明する。

ＤＣモータ２４を駆動制御し、ウオーム２２を一方向に回転させる。すると、はすば歯車２０が一方向に回転し、その回転がはすばラック１６ｅによって可動フィルタ部１０の直線運動に変換され、可動フィルタ部１０が図６（Ａ）の矢印方向に移動する。可動フィルタ部１０は、本体部１６の端部１６ｆがエンドストッパ部２６に当接するまで移動を続け、可動フィルタ部１０が停止した後も、ＤＣモータ２４は、僅かな時間だけ駆動し続ける。ＤＣモータ２４の駆動は、予め設定した所定時間（例えば１秒）だけ行われ、所定時間の経過によって停止する。また、ウォーム２２を利用してＤＣモータ２４の駆動を伝達することで、減速比を大きくでき、部品点数の減少にもつながって小型化にも効果的である。

可動フィルタ部１０の端部１６ｆがエンドストッパ部２６に当接すると、図６（Ｂ）に示すように、弾性緩衝部であるエンドストッパ部２６が縮み、可動フィルタ部１０の当接による衝撃を吸収して、はすばラック１６ｅ、はすば歯車２０、ウォーム２２の破損を防止する。また、このようにエンドストッパ部２６で衝撃を吸収されながら可動フィルタ部１０を停止させると、可動フィルタ部１０を停止させる位置制御に高い精度が要求されなくなり、ＤＣモータ２４の駆動制御が単純になると共に、可動フィルタ部１０の停止位置を検出するためのセンサ等が不要になる。その結果、構造の簡素化、部品点数の減少を可能にしてフィルタ切替ユニット１の小型化に効果的である。

可動フィルタ部１０の移動が停止すると、可動フィルタ部１０の第１及び第２の窓１６ａ，１６ｂのいずれか一方は、光軸ＬＳ上に位置するようになる。そして、ガラス体１６またはＩＲフィルタ１４を透過した光が、ＣＣＤ２ｃに結像され、その結像に基づいて監視カメラでの監視が行われる。なお、ウォーム２２及びはすば歯車２０の協働によるセルフロック機能によって可動フィルタ１０はその場に留められ、外部からの振動にも強いために、監視カメラでの安定した監視を可能にする。さらに、可動フィルタ部１０を所定位置に保持するための特別な機構や装置が不要となり、構造の簡素化、部品点数の減少を可能にし、フィルタ切替ユニット１の小型化に効果的であり、消費電力も少なくなる。

また、ＤＣモータ２４の駆動を停止してウォーム２２の回転が停止すると、縮んだ状態にあるエンドストッパ部２６の反発力により、可動フィルタ部１０が僅かに押し戻され、はすばラック１６ｅを介してはすば歯車２０が僅かに逆回転する。すると、はすば歯車２０とウォーム２２との接触圧が低減され、その結果として、静摩擦係数が低減される。そして、第１の窓１６ａと第２の窓１６ｂとの切り替えのために、ＤＣモータ２４の駆動制御を行ってウォーム２２を逆方向に回転させた場合、静摩擦係数が低減されているために、切り替えに必要な始動時のモータトルクが小さくて済む。そのため、ＤＣモータ２４の小型化が可能になる。

本発明は、以上の実施の形態のみに限定されず、例えば、フィルタ切替ユニット１は、監視カメラ以外であってもよく、各種のカメラへの適用が可能である。
また、第１の窓は、例えば、ガラス体ではなくて可視光のみを透過させるフィルタを有していてもよい。

本発明に係るフィルタ切替ユニットの一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係るフィルタ切替ユニットの斜視図であり、蓋部を取り外した状態を示す。 本発明に係るフィルタ切替ユニットの外観を示す斜視図である。 本発明に係るフィルタ切替ユニットの内部構造を示す平面図である。 本発明に係るフィルタ切替ユニットの底面図である。 フィルタ切替ユニットのエンドストッパ部と可動フィルタ部とを拡大して示す断面図であり、（Ａ）はエンドストッパ部と可動フィルタ部との当接前を示し、（Ｂ）は当接した状態を示す。

符号の説明

１…フィルタ切替ユニット、２ｃ…ＣＣＤ（撮像素子）、６…筺体、６ｃ…ガイド部、１０…可動フィルタ、１４…ＩＲフィルタ、１６ａ…第１の窓、１６ｂ…第２の窓、１６ｃ…係止爪、１６ｅ…はすばラック、２０…はすば歯車、２２…ウォーム、２４…ＤＣモータ、ＬＳ…光軸、２４ａ…出力軸、２６…エンドストッパ部。

Claims (2)

1. 第１の窓とフィルタを有する第２の窓とが並設された可動フィルタ部を有し、撮像素子に結像させる光の波長を切り替えるために、モータにより、前記可動フィルタ部を光軸に直交する方向に移動させて前記第１の窓と前記第２の窓とを選択的に切り替えるフィルタ切替ユニットにおいて、
   前記モータの出力軸に設けられたウォームと、
   前記ウォームに歯合するはすば歯車とを備え、
   前記可動フィルタ部には、前記はすば歯車に歯合するように、前記光軸に直交する方向に沿って延在するはすばラックが設けられていることを特徴とするフィルタ切替ユニット。
2. 前記可動フィルタ部を収容する筺体を更に備え、
   前記筺体は、前記光軸に直交する方向に延在して、前記可動フィルタ部を選択方向に案内するガイド部と、前記筺体内における前記可動フィルタ部の移動経路の両端に設けられたエンドストッパ部とを有し、
   前記エンドストッパ部は、前記可動フィルタ部の前記選択方向における端部に当接する弾性緩衝部であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ切替ユニット。
   
   

Images