JP2016014763A - 光学素子変位装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力点と作用点とが離れることによる抉り力を低減できる光学素子変位装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置を提供する。
【解決手段】光学素子を保持し、前記光学素子の移動用ピンを備えた第１部材と、前記移動用ピンが係合する直進案内溝を備えた第２部材と、駆動源からの回動力を伝達して前記第１部材を前記直進案内溝に沿って駆動させる第３部材と、を有し、前記光学素子の光路に交差する面内で前記光学素子を変位させる光学素子変位装置であって、前記第３部材は長穴を有し、前記移動用ピンの少なくとも一つは、駆動ピンとして前記直進案内溝と共に前記長穴に係合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学素子を変位させるものとして赤外光カットフィルタのフィルタ切り換えなどを行う光学素子変位装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置に関し、監視カメラ等に好適なものである。

監視カメラは、主に可視光域（昼間）と近赤外光域（夜間）の両方の波長域で使用されることが多い。可視光域で使用する場合は、撮像素子の光軸前方に近赤外光をカットする赤外光カットフィルタを配置し、近赤外光域で使用する場合には、赤外光カットフィルタの代わりにダミーフィルタを配置する。これによって、軸上色収差の影響による結像位置のズレを補正する方式がある。

赤外光カットフィルタ切り換え機構としては、連結孔を有するフィルタ固定枠に取り付けられた赤外光カットフィルタ及びダミーフィルタを、連結部材を有する回転アームを回動することによって、スライド移動させるものが知られる（特許文献１）。

特開２００５−３２６７７７号公報

上述した特許文献１では、連結部材を有する回転アームに、連結孔を有するフィルタ固定枠が連結している。回転アームが回動することで、フィルタ固定枠は直進移動し、赤外光カットフィルタの切り換えが行われる。しかしながら、フィルタ固定枠を直進移動させるためには、フィルタ固定枠に直進案内ピン（連結部材）、保持枠に直進ガイド溝（連結孔）が設けられる必要がある。このため、力点である回転アームの連結部材と、作用点である直進案内ピンの位置が離れるために、駆動時にフィルタ固定枠を回転させようとする力（以下、抉り力と呼ぶ）が発生し、動作不良や過負荷による摩耗粉が発生する可能性があることが課題となる。

本発明の目的は、力点と作用点とが離れることによる抉り力を低減できる光学素子変位装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学素子変位装置は、光学素子を保持し、前記光学素子の移動用ピンを備えた第１部材と、前記移動用ピンが係合する直進案内溝を備えた第２部材と、駆動源からの回動力を伝達して前記第１部材を前記直進案内溝に沿って駆動させる第３部材と、を有し、前記光学素子の光路に交差する面内で前記光学素子を変位させる光学素子変位装置であって、前記第３部材は長穴を有し、前記移動用ピンの少なくとも一つは、駆動ピンとして前記直進案内溝と共に前記長穴に係合することを特徴とする。

また、本発明に係るレンズ鏡筒、撮像装置は、上記光学素子変位装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、力点と作用点とが離れることによる抉り力を低減できる。

本発明の実施形態に係る光学素子変位装置を搭載したレンズ鏡筒および撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光学素子変位装置としての赤外光カットフィルタ切り換え機構の組み立て斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態に係る光学素子変位装置としての赤外光カットフィルタ切り換え機構の切り換え動作の説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態と従来例における赤外光カットフィルタ切り換え機構に作用する力の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（レンズ鏡筒および撮像装置）
図１に示す本発明の実施形態に係る光学素子変位装置を搭載したレンズ鏡筒および撮像装置は、監視カメラなどの撮像装置（光学機器）に採用されるものである。以下、各図において、レンズ鏡筒の光軸方向において被写体に対する方向にＺ軸を取り、該Ｚ軸に対する垂直平面において、鉛直方向（ピッチ方向）にＹ軸を取り、水平方向（ヨー方向）にＸ軸を取って説明する。

図１で、レンズ鏡筒１は、略円筒の形状を有する第１ホルダ２および第２ホルダ３と、ＣＣＤホルダ４とを備える。さらに、レンズ鏡筒１は、その内部に、第１群レンズＬ１と、第２群レンズＬ２と、第３群レンズＬ３と、第４群レンズＬ４との凸凹凸凸の光学素子群で構成される光学系（変倍光学系）と、撮像素子５とを備える。

第１ホルダ２は、レンズ鏡筒１のＺ軸方向の前部に位置する固定鏡筒であり、第１群レンズＬ１と、第２群レンズＬ２とを備える。第１群レンズＬ１は、レンズ鏡筒１の最外周面に位置し、内周部にビス止めされる第１固定枠６に保持された光学素子である。第２群レンズＬ２は、第１ホルダ２の内部の第１移動枠７に保持され、光軸方向に移動することで変倍動作を行う光学素子である。

また、第１ホルダ２は、第１移動枠７を駆動させるための不図示のズームモータと、Ｚ軸方向に延設された２種類のガイドバーとを備える。ズームモータは、回転するロータと同軸のリードスクリューを有し、第１移動枠７に取り付けられたラックと噛合ったリードスクリューをロータにより回転させることにより、第２群レンズＬ２が光軸方向に移動する。

不図示の第１ガイドバーは、第１移動枠７をＺ軸方向で移動可能に支持し、一方、不図示の第２ガイドバーは、第１移動枠７と係合させることで第１移動枠７の第１ホルダ２内での円周方向の回転を規制する。さらに、第１ホルダ２は、不図示であるが、第１移動枠７に形成された遮光部の光軸方向への移動を光学的に検知することで、第２群レンズＬ２が基準位置にあることを検出するためのズームリセットスイッチとして利用するフォトインタラプタを備える。

第２ホルダ３は、第１ホルダ２にビス止めにて接続され、レンズ鏡筒１の後部に位置する固定鏡筒であり、第３群レンズＬ３と、第４群レンズＬ４と、絞り装置８とを備える。第３群レンズＬ３は、第２ホルダ３の内部に設置された第２固定枠９に保持された光学素子である。第４群レンズＬ４は、後述する撮像素子５の撮像面に対面しつつ、第２ホルダ３の内部の第２移動枠１０に保持され、光軸方向に移動することで合焦動作を行う光学素子である。

また、第２ホルダ３は、第２移動枠１０を駆動させるための不図示のフォーカスモータと、Ｚ軸方向に延設された２種類のガイドバーとを備える。フォーカスモータは、回転するロータと同軸のリードスクリューを有し、第２移動枠１０に取り付けられたラックと噛合ったリードスクリューをロータにより回転させることにより、第４群レンズＬ４が光軸方向に移動する。

不図示の第３ガイドバーは、第２移動枠１０をＺ軸方向で移動可能に支持し、一方、不図示の第４ガイドバーは、第２移動枠１０と係合させることで第２移動枠１０の第２ホルダ３内での円周方向の回転を規制する。さらに、第２ホルダ３は、不図示であるが、第２移動枠１０に形成された遮光部の光軸方向への移動を光学的に検知することで、第４群レンズＬ４が基準位置にあることを検出するためのフォーカスリセットスイッチとして利用するフォトインタラプタを備える。

絞り装置８は、第２群レンズＬ２を構成する前段レンズと第３群レンズＬ３を構成する後段レンズとの間に絞り羽根が位置するように設置し、光学系の開口径を変化させる装置である。なお、本実施形態では、２つのモータにより２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させる、いわゆるギロチン式を採用する。

ＣＣＤホルダ４は、第２ホルダ３にビス止めにて接続され、レンズ鏡筒１の最後部に位置する撮像素子５を保持する保持部材である。撮像素子５は、第１乃至第４群の各レンズＬ１乃至Ｌ４によって結像される被写体像を光電変換する撮像部である。この撮像素子５としては、本実施形態ではＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを採用する。

なお、撮像素子５として、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの他の種類の撮像素子を用いる場合もある。また、撮像素子５は、不図示であるが、各種配線を介し、レンズ鏡筒１を有する撮像装置内のメイン基板に接続される。

（光学素子変位装置）
次に、本発明の実施形態に係る光学素子変位装置として赤外光カットフィルタ切り換え機構１１について説明する。 図２は、赤外光カットフィルタ切り換え機構１１の各構成部品を示す分解斜視図である。この赤外光カットフィルタ切り換え機構１１は、光学部品の１つである赤外光カットフィルタ１５、ダミーフィルタ１６と、これらのフィルタを保持する第１部材としてのフィルタ固定枠１４と、第２部材としての第２ホルダ３とを備える。また、フィルタ固定枠１４を駆動させる駆動力（回動力）を発生する駆動源としての駆動モータ１２を備える。

更に、赤外光カットフィルタ切り換え機構１１は、駆動力をフィルタ固定枠に伝達する第３部材としての回転アーム１３と、フィルタ固定枠１４をカバーするＣＣＤホルダ４とを備える。

第２ホルダ３は、撮像素子５側の面の周縁に立壁部３ａが形成され、この立壁部３ａに囲まれる領域にフィルタ固定枠１４が収容されている。第２ホルダ３の収容スペース内には、直進案内溝３ｂが形成され、フィルタ固定枠１４が回転せずに直進駆動するように規制をしている。

また、第２ホルダ３の収容スペース外に位置決めピン３ｃとビス穴３ｄを持ち、駆動モータ１２が保持され、ビス１８により固定される。駆動モータ１２は、回転軸に回転アーム１３を取り付け、駆動力を発生し、回転アーム１３に回転力を伝達する。そして、回転アーム１３は、その駆動中心（回動中心）と後述する共通ピン１４ａを結ぶ方向に設けられる長穴１３ａを有し、長穴１３ａはフィルタ固定枠１４の共通ピン１４ａと係合することによって回転力をフィルタ固定枠１４に伝達する。

ここで、フィルタ固定枠１４は、ピンを２種類有し、一方は共通ピン１４ａで回転アーム１３に形成された長穴１３ａと第２ホルダ３に形成された直進案内溝３ｂの両方に係合し、駆動ピンと直進案内ピンの役割を共通化している。他方は、直進案内ピン１４ｂで、第２ホルダ３に形成された直進案内溝３ｂにのみ係合する。

なお、フィルタ固定枠１４は遮光部（不図示）を設け、ＣＣＤホルダ４に取り付けられたフォトインタラプタ１７（図２）を用いて光軸直交方向への移動を光学的に検知することで、赤外光カットフィルタ１５が基準位置にあることを検出する。

ここで、赤外光カットフィルタ１５は、１群レンズＬ１側から透過される入射光のうち、赤外光のみを遮光する光学部品である。図３（Ａ）に示す赤外光カットフィルタ切り換え機構１１は、赤外光カットフィルタ１５が光路内（光軸上）に無い光路外の退避位置にある。

赤外光カットフィルタ１５がこの退避位置から光路内（光軸上）上に位置するように切り換え操作がなされると、駆動モータ１２が駆動する。駆動モータ１２が駆動すると、回転軸に取り付けられた回転アーム１３が回転駆動され、長穴１３ａと係合した共通ピン１４ａに回転駆動力が伝達される。そして、共通ピン１４ａと直進案内ピン１４ｂが直進案内溝３ｂに回転規制されることで赤外光カットフィルタ１５が直進方向に案内され、図３（Ｂ）に示すように、赤外光カットフィルタ１５が光路内（光軸上）に位置する。

ここで、図４（Ａ）に本実施形態に係る赤外光カットフィルタ切り換え機構１１に作用する力を示す。回転アーム１３から伝達された回転駆動力をフィルタ固定枠１４の共通ピン１４ａが受ける力をＦ１とする。フィルタ固定枠１４が受ける力Ｆ１のｘ方向成分により、フィルタ固定枠１４の共通ピン１４ａと直進案内ピン１４ｂが直進案内溝３ｂから受ける垂直抗力をそれぞれＦ２、Ｆ３とする。

一方、図４（Ｂ）に従来の赤外光カットフィルタ切り換え機構に作用する力を示す。従来回転アーム２０の駆動ピン２０ａから伝達された回転駆動力を従来フィルタ固定枠２１の長穴２１ｂが受ける力をＦ１’とする。従来フィルタ固定枠２１が受ける力Ｆ１’のｘ方向成分より、従来フィルタ固定枠２１の直進案内ピン２１ａが直進案内溝１９ａから受ける垂直抗力をそれぞれＦ２’、Ｆ３’とする。

図４（Ｂ）では、力点である回転アーム２０の駆動ピン２０ａ（回動に応じて長穴２１ｂ内を変位）と、作用点である直進案内ピン２１ａ（図４（Ｂ）の右上）は、力点中心で考えるとｙ方向に腕の長さを持つ。したがって、力点中心のフィルタ固定枠２１を回転させようとするモーメントにより、フィルタ固定枠を力点中心（駆動ピン２０ａ中心）に回転させようとする駆動時の抉り（こじり）力が発生する。この駆動時にフィルタ固定枠を回転させようとする力である抉り力が大きく発生すると、動作不良や過負荷による摩耗粉が発生する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、図４（Ａ）に示すように、回転アーム１３に長穴１３ａを設け、フィルタ固定枠１４に駆動ピンと直進案内ピンを共通化した共通ピン１４ａを設ける。即ち、図４（Ｂ）で考えれば、作用点である直進案内ピン２１ａを力点である回転アーム２０の駆動ピン２０ａの位置へ変位させ、駆動ピンと直進案内ピンを共通化する。これによって、力点と作用点のｙ方向の腕の長さが、実質ゼロとなることで、図４（Ａ）の構成は、図４（Ｂ）の構成に対して、駆動時の抉り力を実質ゼロとすることができる。

ここで、図４（Ａ）の構成と、図４（Ｂ）の構成とで、作用点である直進案内ピン１４ｂと、直進案内ピン２１ａ（図４（Ｂ）の下）は、力点中心で考えるとｙ方向に略同じ腕の長さを持ち、駆動時の略同じ抉り力が形成されている。これより、全体としては、図４（Ａ）の構成は、図４（Ｂ）の構成に対して、駆動時の抉り力を低減する構成となることが理解できる。

このようにして、本実施形態では、駆動時の抉り力を低減し、動作不良や過負荷による摩耗粉の発生を回避できる撮像装置としての監視カメラを構成できる。そして、昼間用には光学フィルタとして赤外光を遮蔽する赤外光カットフィルタを光路に交差（直交）する面内で光路内に挿入し、夜間用には赤外光カットフィルタを光路外へ退避させ、ダミーフィルタを光路内に挿入させることができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、第１部材は２つの移動用ピンを備え、かつ第２部材は２つの直進案内溝を備え、一方の移動用ピン１４ａは直進案内溝と共に長穴に係合し、他方の移動用ピン１４ｂは直進案内溝にのみ係合する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１部材は１つの移動用ピン１４ａのみを備え（移動用ピン１４ｂを備えない）、かつ第２部材は１つの直進案内溝のみを備え、１つの移動用ピン１４ａが直進案内溝と共に長穴に係合する構成も可能である。

（変形例２）
上述した実施形態では、監視カメラについて説明したが、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置にも同様に適用できる。

３・・第２ホルダ（第２部材）、３ｂ・・直進案内溝、１３・・回転アーム（第３部材）、１３ａ・・長穴、１４・・フィルタ固定枠（第１部材）、１４ａ・・共通ピン、１４ｂ・・直進案内ピン、１５・・赤外光カットフィルタ

Claims (10)

1. 光学素子を保持し、前記光学素子の移動用ピンを備えた第１部材と、
   前記移動用ピンが係合する直進案内溝を備えた第２部材と、
   駆動源からの回動力を伝達して前記第１部材を前記直進案内溝に沿って駆動させる第３部材と、
   を有し、
   前記光学素子の光路に交差する面内で前記光学素子を変位させる光学素子変位装置であって、
   前記第３部材は長穴を有し、
   前記移動用ピンの少なくとも一つは、駆動ピンとして前記直進案内溝と共に前記長穴に係合することを特徴とする光学素子変位装置。
2. 前記長穴は、前記第３部材の駆動中心と前記駆動ピンを結ぶ方向に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学素子変位装置。
3. 前記第１部材は２つの前記移動用ピンを備え、かつ前記第２部材は２つの前記直進案内溝を備え、
   一方の前記移動用ピンは前記直進案内溝と共に前記長穴に係合し、他方の前記移動用ピンは前記直進案内溝に係合することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子変位装置。
4. 前記第３部材は回転アームであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子変位装置。
5. 前記光学素子は、光学フィルタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子変位装置。
6. 前記光学フィルタは、赤外光を遮蔽することを特徴とする請求項５に記載の光学素子変位装置。
7. 前記光学フィルタを光路外へ退避させるとき、ダミーフィルタを光路内へ挿入させることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子変位装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子変位装置を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
9. 請求項８に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする撮像装置。
10. 監視カメラとして昼間用には赤外光を遮蔽する光学フィルタを光路内に挿入し、夜間用には前記光学フィルタを光路外へ退避させ、ダミーフィルタを光路内に挿入させることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。