JP2020194031A - 光学機器 - Google Patents
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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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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