JP2020194031A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を移動すると共に光学素子を安定して保持すること【解決手段】赤外カットフィルタ１８を保持し、ラック１７ａを有するフィルタ保持枠１７を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段は、回転軸２０ａに固定されたウォーム２３と、ウォーム２３と共にウォームギアを構成するウォームホイール２４ａと、該ウォームホイール２４ａの回転に伴って回転すると共に、ラック１７ａと係合するピニオン２４ｂと、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、光学フィルタ等の光学素子を駆動する機構を備えた光学機器に関する。

従来、赤外線遮断用フィルタ（赤外カットフィルタ）やＮＤフィルタ等を光路中に挿抜させるフィルタ切替機構を搭載した撮像装置が知られている。例えば、特許文献１は、レバーのついたアクチュエータによってフィルタを保持したフィルタ枠を光路中に挿抜させるフィルタ切替機構を開示している。

特開２０１２−１７３５２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたフィルタ切替機構は、フィルタ枠を所定位置で保持する（ロックする）保持力が弱く、振動や衝撃が加わった際に意図せずにフィルタが切り替わってしまうおそれがある。一方、保持力を強くするためにアクチュエータのトルクを大きくするとアクチュエータが大型化し、撮像装置の大型化を招いてしまう。また、所定位置でフィルタ枠をロックする専用のロック手段を設けても撮像装置の大型化を招いてしまう。

そこで、本発明は、光学素子を移動すると共に光学素子を安定して保持（ロック）することが可能な小型の光学機器を提供することを目的とする。

本発明の光学機器は、光学素子を保持し、ラックを有する保持枠と、該保持枠を駆動する駆動手段と、を有し、該駆動手段は、アクチュエータによって回転されるウォームと、該ウォームと共にウォームギアを構成するウォームホイールと、該ウォームホイールの回転に伴って回転し、前記ラックと係合するピニオンと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、光学素子を移動すると共に光学素子を安定して保持（ロック）することが可能な小型の光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の斜視図である。 本実施形態のカメラユニットの斜視図及び断面図である。 本実施形態のレンズ鏡筒ユニットの分解斜視図である。 本実施形態のカメラユニットの断面図であり、ダミーガラスが光路中に挿入された状態を示す図である。 本実施形態のフィルタ保持枠とウォームギアとウォームホイールの配置を示す斜視図である。 前側ホルダ及びギアカバーを除いた本実施形態のカメラユニットの正面図である。

以下、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。

図１は、本発明の実施形態に係る監視カメラ装置としての撮像装置１の斜視図である。撮像装置（光学機器）１は、カメラユニット（光学機器）２を備えている。図２（ａ）は、カメラユニット２の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すカメラユニット２の光軸ＯＡに沿った断面図である。図２（ａ）の左側（被写体側、物体側）を前側、右側を後側と呼ぶ。をカメラユニット２は、前側ホルダ３と後側ホルダ４を有し、略球体形状を有する。カメラユニット２は、内部にレンズ鏡筒ユニット（レンズ装置、光学機器）５を有する。レンズ鏡筒ユニット５は、前側ホルダ３と後側ホルダ４に挟持されて固定される。図３はレンズ鏡筒ユニット５の分解斜視図である。

レンズ鏡筒ユニット５は、図３に示すように、レンズユニット１１、固定鏡筒１２、防塵ゴム１３、撮像素子基板１４、フィルタベース１６、フィルタ保持枠１７、アクチュエータ２０、ギアカバー２５を有する。

レンズユニット１１は、被写体の光学像を形成する、一以上のレンズを含む撮像光学系を保持する。一以上のレンズは光軸方向（Ｘ軸方向）に移動可能でもよいし、移動不能（固定）でもよい。レンズは焦点調節用のフォーカスレンズ、焦点距離を変更するズームレンズ（変倍レンズ）を含んでもよい。図２（ａ）に示すように、レンズユニット１１は取付部１１ａの表面にはネジ溝が形成され、固定鏡筒１２の取付部１２ｂの内面にもネジ溝が形成されている。取付部１１ａと１２ｂの係合を介して（取付部１１ａを取付部１２ｂにねじ込むことによって）レンズユニット１１は固定鏡筒１２に固定される。

防塵ゴム１３は、固定鏡筒１２と係合して防塵と振動防止を行う。撮像素子基板１４は、撮像素子１５を実装した基板であり、固定鏡筒１２に固定され、防塵ゴム１３は固定鏡筒１２と撮像素子基板１４に挟持される。撮像素子１５は、撮像光学系を介して形成された光学像を光電変換し、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の光電変換素子から構成される。

フィルタ保持枠１７は、ラック１７ａをＺ軸方向に垂直な側面に有し、赤外線を遮断するための赤外カットフィルタ（光学素子）１８とダミーガラス１９を保持する。フィルタ保持枠１７はレンズユニット１１の光軸直交方向（Ｙ軸方向）に移動可能なようにフィルタベース１６に保持され、フィルタベース１６は固定鏡筒１２の側面に設けた開口部１２ａよりＹ軸方向に挿入されて固定鏡筒１２に保持される。

フィルタ保持枠１７は、駆動手段によって駆動される。より具体的には、駆動手段は、赤外カットフィルタ１８が撮像光学系の光軸上の位置と光軸ＯＡから退避した位置との間で移動するように、フィルタ保持枠１７を駆動する。図２（ｂ）では、赤外カットフィルタ１８が光軸上に位置している。図４では、ダミーガラス１９が光軸上に位置している。駆動手段の構成については後述する。

駆動源であるモータ等のアクチュエータ２０はフィルタ保持枠１７を光軸直交方向に駆動し、フレキシブルプリント基板２１に接続されている。２２はフィルタ保持枠１７の光軸直交方向の位置を検出するためのフォトインタラプタであり、フレキシブルプリント基板２１に実装されている。ギアカバー２５は、アクチュエータ２０を保持すると共に、中間ギアユニット２４を固定鏡筒１２との間で回動可能に挟持する。

駆動手段は、アクチュエータ２０と、その回転軸２０ａ（後述する図６）に固定されたウォーム（円筒ウォーム）２３と、中間ギアユニット２４と、を有する。中間ギアユニット２４は、ウォームホイール（斜歯ギア）２４ａとピニオン（平歯ギア）２４ｂを有し、ウォームホイール２４ａとピニオン２４ｂの回転軸２４ｃ（図６）は同軸に構成されている。同軸に構成することによって、撮像装置を小型にすることができる。ウォーム２３は、アクチュエータ２０のロータによって回転軸２０ａと一体的に回転され、ネジ状で歯数が少ないギア（歯車）である。ウォームホイール２４ａは、ウォーム２３と係合し、ウォーム２３と共にウォームギアを構成する。ピニオン２４ｂは、ウォームホイール２４ａと一体であるのでウォームホイール２４ａの回転に伴って回転する。また、ピニオン２４ｂは、フィルタ保持枠１７に形成されたラック１７ａと係合する。

以上の構成により、アクチュエータ２０の駆動力は、ウォーム２３と中間ギアユニット２４とラック１７ａを介してフィルタ保持枠１７に伝達される。特許文献１はレバーを動力伝達機構として使用してフィルタ保持枠を駆動していたが、本実施形態では、ウォーム２３とウォームホイール２４ａからなるウォームギアを動力伝達機構として使用している。ウォームギアは、ウォーム２３の溝の進み角を調整することによって、ウォームホイール側からウォーム側への回転の伝達を抑制することができる（セルフロック機能）。即ち、ウォーム２３の進み角を所定値に設定することによって、フィルタ保持枠１７側からウォーム２３を回転させるために必要な荷重Ｐを大きくする、或いはセルフロックさせることが可能になる。この結果、衝撃や振動が加わった際にフィルタ保持枠１７に加わるフィルタの挿抜方向の荷重よりも荷重Ｐを大きく設定することによって、意図せずにフィルタが切り替ってしまうことを防止することができる。また、動力伝達機構がロック機構を兼ねているので新たなロック手段を設けよりも光学機器を小型にすることができる。

次に、図４を参照して、本実施形態のフィルタ切替動作について説明する。撮像素子基板１４に接続された不図示の電気配線を介してアクチュエータ２０に駆動信号が入力されると、アクチュエータ２０のロータが回転軸周りに回転する。アクチュエータ２０のロータが回転すると、回転軸２０ａに固定されたウォーム２３とそれに係合したウォームホイール２４ａ（中間ギアユニット２４）が回転する。中間ギアユニット２４が回転すると、そのピニオン２４ｂとピニオン２４ｂに係合したラック１７ａを介してフィルタ保持枠１７が光軸直交方向に移動する。アクチュエータ２０には、所定の移動量だけフィルタ保持枠１７が移動すると停止するように駆動信号が入力される。

図２（ｂ）は赤外カットフィルタ１８が光路中（光軸ＯＡ）に挿入された状態を示しており、図４はダミーガラス１９が光路中に挿入された状態を示している。図５の矢印で示す光軸直交方向にフィルタ保持枠１７が駆動されることにより、赤外カットフィルタ１８とダミーガラス１９が選択的に光路中に挿入される。

次に、図５を参照して、フィルタ保持枠１７とウォーム２３と中間ギアユニット２４の配置について説明する。図５は、フィルタ保持枠１７とウォーム２３と中間ギアユニット２４の配置を示す斜視図である。

アクチュエータ２０に固定されたウォーム２３の回転軸２３Ａの方向は、フィルタ保持枠１７の駆動方向であるＹ軸方向と同一（平行）である。これにより、撮像装置１を小型にすることができる。また、中間ギアユニット２４の回転軸２４ｃは光軸方向（Ｘ軸方向）と略同一方向である。中間ギアユニット２４はラック１７ａよりも光軸ＯＡから遠い位置にあり、回転軸２３Ａは回転軸２４Ａよりも光軸ＯＡに近い位置にある。このような配置によって、フィルタ保持枠１７とその駆動手段を、光軸方向から見て小さな範囲内に収めることができ、カメラユニット２ひいては撮像装置１を小型にすることができる。

図６は前側ホルダ３及びギアカバー２５を除いたカメラユニット２を光軸方向の物体側から見た正面図である。本実施形態のカメラユニット２は、上記の小型の構成を有するので、図６に示すように、フィルタベース１６のＹ軸方向の長さで決まる後側ホルダ４の内周円４Ａの内部に中間ギアユニット２４、アクチュエータ２０及びウォーム２３が収まる。そのため、振動や衝撃を受けた場合でも小型の構成でフィルタを安定して保持することができる。

本実施形態は、小型化のウォーム２３の回転軸２３Ａを光軸ＯＡと中間ギアユニット２４の回転軸２４Ａの間に配置しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、カメラユニット２が略球体形状ではない場合等で、カメラユニット２が部分的に突出してもよい構成であれば、中間ギアユニット２４の回転軸２４Ａを光軸ＯＡとウォーム２３の回転軸２３Ａの間に配置してもよい。

以上により、フィルタを光路中に挿抜するフィルタ切替機構において、衝撃や振動が加わった際に意図せずにフィルタが切り替わってしまうことを防止することが可能な小型の光学機器を提供することができる。なお、本発明の光学機器は、交換レンズ装置等のレンズ装置、監視カメラやデジタルカメラ等の撮像装置、エクステンダー等のその他の光学機器を含む。また、光学素子は、特定の波長の光を透過する光学フィルタ、各種のガラス、レンズ等、特に限定されない。ウォームギアにおいて、ウォームと斜歯ギア（ウォームホイール）とは点接触でも線接触でもよい。ウォームは円筒ウォームでも鼓形ウォームでもよい。光学素子の移動方向も限定されず、光軸方向やその他の方向の成分を含んでいてもよい。

本発明は図５に示す構成に限定されない。図５では、ウォームホイール２４ａがウォーム２３の右側（−Ｚ軸方向）に設けられているが、ウォーム２３の下側（Ｘ軸方向）に設けられていてもよい。この場合、中間ギアユニット２４は図５の左側に９０度回転させた状態となる。この場合、ラック１７ａはフィルタ保持枠１７のアクチュエータ２０に対向する側（−Ｘ軸方向）を向くことになる。上述したように、図５では、光軸ＯＡとピニオン２４ｂの回転軸２４ｃとは平行であり、光軸方向から見て、ウォーム２３の回転軸２３Ａは、それらの間に配置されている。これに対して、上記変形例では、ピニオン２４ｂの回転軸２４ｃは、光軸ＯＡ及びウォーム２３の回転軸２３Ａと直交しており、ウォーム２３の回転軸２３Ａは、光軸ＯＡとピニオン２４ｂの中心（Ｚ軸方向及びＹ軸方向の中心）との間に配置されることになる。

以上説明したように、本実施形態の光学機器（撮像装置１、カメラユニット２、レンズ鏡筒ユニット５）は、光学素子（赤外カットフィルタ１８）を保持し、ラック１７ａを有するフィルタ保持枠１７と、保持枠を駆動する駆動手段と、を有する。駆動手段は、アクチュエータ２０によって回転されるウォーム２３と、ウォーム２３と共にウォームギアを構成するウォームホイール２４ａと、ウォームホイール２４ａの回転に伴って回転し、ラック１７ａと係合するピニオン２４ｃと、を有する。本実施形態の光学機器は、ウォームギアのセルフロック機能を使用することにより、衝撃などがあっても光学素子を安定して所定位置に保持（ロック）することができ、意図しない光学素子の移動を防止することができる。

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及び変更が可能である。

１…撮像装置（光学機器）、２…カメラユニット（光学機器）、５…レンズ鏡筒ユニット（光学機器）、１７…フィルタ保持枠、１７ａ…ラック、１８…赤外カットフィルタ（光学素子）、２０…アクチュエータ、２３…ウォーム、２４ａ…ウォームホイール、２４ｂ…ピニオン

Claims (10)

1. 光学素子を保持し、ラックを有する保持枠と、
   該保持枠を駆動する駆動手段と、
   を有し、
   該駆動手段は、
   アクチュエータによって回転されるウォームと、
   該ウォームと共にウォームギアを構成するウォームホイールと、
   該ウォームホイールの回転に伴って回転し、前記ラックと係合するピニオンと、
   を有することを特徴とする光学機器。
2. 前記ウォームホイールと前記ピニオンを有するギアユニットを有し、
   前記ウォームホイールの回転軸と前記ピニオンの回転軸は同軸に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記保持枠の駆動方向と前記ウォームギアの回転軸の方向が平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 被写体の光学像を形成する光学系を更に有し、
   前記駆動手段は、前記光学素子が、前記光学系の光軸上の位置と光軸から退避した位置との間で移動するように、前記保持枠を駆動することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学機器。
5. 光軸方向から見て、前記ウォームの回転軸は、前記光軸と前記ピニオンの中心との間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
6. 前記ピニオンの回転軸は前記光軸と平行であり、前記光軸方向から見て、前記ウォームの回転軸は、前記光軸と前記ピニオンの回転軸との間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
7. 前記ピニオンの回転軸は前記光軸及び前記ウォームの回転軸と直交していることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
8. 前記光軸に直交する方向から前記保持枠を挿入するための開口部を有し、前記保持枠及び前記光学系を保持する鏡筒を更に有することを特徴とする請求項４乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
9. 前記光学像を光電変換する撮像素子を更に有することを特徴とする請求項４乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
10. 略球体形状を有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光学機器。