JP4306325B2

JP4306325B2 - ビデオカメラのフィルタ切換機構

Info

Publication number: JP4306325B2
Application number: JP2003140285A
Authority: JP
Inventors: 敏也久保田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP2004343614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常の照度では赤外カットフィルタを光路上に配置してカラー映像で撮像し、低照度時は赤外カットフィルタを光路上から外して白黒映像で撮像することで、高感度化を図ったビデオカメラのフィルタ切換機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のビデオカメラでは、カメラの光路上、つまり撮像素子の撮像方向と同軸に赤外カットフィルタ及びローパスフィルタを配置していた。光路上に赤外カットフィルタを配置することで、人間の目で見ることの出来ない赤外域の光をカットして、カラー映像のバランスを保つことができる。また、光路上にローパスフィルタを配置することで映像にモアレが発生するのを防ぐことができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７２６８９号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビデオカメラでは、カラー映像で撮像することを前提に撮像方向と同軸に常に赤外カットフィルタを配置していた。しかし、低照度の場合には赤外波長の光を有効に活用した白黒映像で撮像することが望ましい。つまり、従来技術の構成では映像種類の切換に伴う赤外カットフィルタの挿脱ができないという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、赤外カットフィルタを光路上から外すフィルタ切換機構を提供することで、通常の照度では撮像方向と同軸に赤外カットフィルタを配置してカラー映像で撮像し、低照度時は赤外カットフィルタを光路上から外し、白黒映像で撮像できるビデオカメラのフィルタ切換機構を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるビデオカメラのフィルタ切換機構は、ビデオカメラの撮像方向と平行に設けた回転軸と、上記回転軸を中心に回転する回転部と、上記回転部に保持するフィルタを撮像方向と同軸に配置可能に設けたフィルタホルダ部と、上記回転部の外周に設けた第１ヨーク部と、上記第１ヨーク部と直交して巻回固定するコイル部と、上記コイル部に駆動電流を供給する電源部と、上記第１ヨーク部と平行に設けるとともに端部を該第１ヨーク部と接続する第２ヨーク部と、上記第２ヨーク部上に上記第１ヨーク部と対向して設けたマグネット部と、上記回転部の回転を当接により上記フィルタを撮像方向と同軸に配置させる停止部とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１に示すフィルタ切換機構を有するビデオカメラの外観図である。また、図２は図１に示すビデオカメラの分解斜視図である。カメラ１は、本体２、カメラヘッド取りつけ板金３、撮像ユニット４、フロントシャーシ５、フランジバック調整ネジ６、スプリング７、Ｅリング８、レンズ９、レンズカバー１０から構成されている。
【０００８】
また、図３は図２に示す撮像ユニット４の分解斜視図である。撮像ユニット４は撮像素子基板１１、撮像素子１２、ローパスフィルタ１３、撮像素子基板取りつけネジ１４、フィルタ切換部１５、カバー１６、カバー取りつけネジ１７から構成されている。また、ローパスフィルタ１３は撮像素子１２に接着にて取り付けている。
【０００９】
フィルタ切換部１５はさらに、フィルタホルダ１８、空間フィルタ１９、赤外カットフィルタ２０、第１ヨーク２１、マグネット２２、第２ヨーク２３、コイル２４、コイルホルダ２５、コイル基板２６、電源と接続するコイル電源ケーブル２７から構成されている。また、空間フィルタ１９、赤外カットフィルタ２０はフィルタホルダ１８に、コイル２４はコイルホルダ２５に、それぞれ接着固定されている。また、コイル２４のリード線はコイル基板２６を介してコイル電源ケーブル２７に電気的に接続されており、コイル２４はコイル電源ケーブル２７を通じて電源を供給される。
【００１０】
フィルタホルダ１８は回転軸となるフィルタ軸１５ａによって回転可能な形で支持されており、定位置で停止するようにストッパ１５ｂ及び１５ｃが設けられている。第１ヨーク２１はコイル２４を貫通しており、第１ヨーク２１、マグネット２２、第２ヨーク２３、コイル２４にてボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称す）を構成している。この状態でコイル２４に電流を流すと、電流の向きに応じて、フィルタホルダ１８は右回転または左回転して、ストッパ１５ｂまたは１５ｃに当接して停止する。フィルタホルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃに当接して停止した後もコイル２４に電流を流し続けることによって、フィルタホルダ１８はストッパ１５ｂまたは１５ｃに押し当てられて停止位置に保持される。
【００１１】
図４はＶＣＭの原理を示す説明図である。尚、２４ａは電源である。第１ヨーク２１、マグネット２２、第２ヨーク２３によって磁気回路を構成すると、磁界が図の矢印の向きに発生する。コイル２４に電流を矢印の向きに流すと、フレミングの左手の法則により第１ヨーク２１、マグネット２２、第２ヨーク２３での力が矢印方向に発生する。また、電流を逆方向に流すと力が矢印と逆方向に発生する。これにより、フィルタホルダ１８がフィルタ軸１５ａを中心に左右に回転する。
【００１２】
また、図５はこの発明の実施の形態１に示すフィルタ切換機構のブロック図である。図において、２４ｂはコイル駆動回路、３０は映像処理回路である。撮像素子１２にレンズ９を通して光が入射すると、映像処理回路３０は映像信号を出力すると共に映像信号の明るさ情報をコイル駆動回路２４ｂに通知する。するとコイル駆動回路２４ｂは映像信号の明るさに応じて出力する映像信号をカラー映像とするか白黒映像とするか決定して、映像処理回路３０に制御信号にて指示すると共に、コイル２４に流す電流の方向を決定し、コイル２４を通電する。
【００１３】
また、図６はカメラ１の光学系の模式図である。カメラ１ではレンズ９と同軸に撮像素子１２を配置し、レンズ９で集光した光を撮像素子１２上に結像させる。撮像素子１２の前面にはローパスフィルタ１３を配置して映像にモアレが発生するのを防いでいる。また、レンズ９と撮像素子１２の間にフィルタホルダ１８が配置され、空間フィルタ１９および赤外カットフィルタ２０を切換可能な形で保持している。
【００１４】
次に動作を説明する。映像処理回路３０は撮像素子１２からの映像信号の明るさ情報をコイル駆動回路２４ｂに通知する。するとコイル駆動回路２４ｂは前記明るさ情報により映像信号の照度が十分に高いと判断した場合、映像処理回路３０にカラー映像での撮像を指示する制御信号を映像処理回路３０に出力する。また、コイル駆動回路２４ｂはコイル２４に赤外カットフィルタ２０が撮像素子１２の撮像方向と同軸に来るような方向の電流を流す。これにより、カメラ１がカラー映像で撮像する場合は、光路上に赤外カットフィルタ２０を挿入することで、人間の目で見ることの出来ない赤外波長域の光をカットして、映像のカラーバランスを保ったカラー映像を撮像することができる。
【００１５】
また、コイル駆動回路２４ｂは上記明るさ情報により映像信号の照度が低いと判断した場合、映像処理回路３０に白黒映像での撮像を指示する制御信号を映像処理回路３０に出力する。また、コイル駆動回路２４ｂはコイル２４に空間フィルタ１９が撮像素子１２の撮像方向と同軸に来るような方向の電流を流す。これにより、カメラ１が白黒映像で撮像する場合は、光路上に空間フィルタ１９を挿入する。空間フィルタ１９は、厚み及び屈折率を適切に設定することで、レンズ９と撮像素子１２間の光学的距離を調整する働きを持つ。正しく設定した空間フィルタ１９を光路上に挿入することで、白黒映像で撮像した場合のフォーカスのずれを最小限に保つことができる。
【００１６】
このとき、光路上から赤外カットフィルタ２０が外れている為、赤外波長域の光がカットされず、撮像素子１２への光量が増え、カメラ１の感度が高くなる一方で、人間の目で見ることの出来ない波長域の光が加わるため、映像のカラーバランスがくずれるが、カメラ１は白黒映像を出力するため問題とはならない。これにより、カメラ１は、高照度時には赤外カットフィルタ２０を通してカラー映像を出力し、低照度時には空間フィルタ１９を通して白黒映像を出力する。
【００１７】
上述の通り、本発明では、フィルタ軸１５ａをカメラ１の撮像方向と平行に設け、フィルタ軸１５ａを中心に回転するフィルタ切換機構を提供する。フィルタ切換機構では、フィルタホルダ１８が保持する空間フィルタ１９又は赤外カットフィルタ２０を撮像方向と同軸に配置可能に設け、第１ヨーク２１を回転するフィルタ切換機構の外周に設け、コイル２４を第１ヨーク２１と直交して巻回固定し、電源２４がコイル２４に駆動電流を供給し、第１ヨーク２４と平行に設けた第２ヨーク２３の端部を第１ヨーク２４と接続し、マグネット２２を第２ヨーク２３上に第１ヨーク２４と対向して設け、ストッパ１５ｂ又はストッパ１５ｃとの当接により空間フィルタ１９又は赤外カットフィルタ２０を撮像方向と同軸に配置させることで、ビデオカメラのフィルタ切換機構を単純な構造で実現している。
【００１８】
また、本発明によるフィルタ切換機構にＶＣＭを用いた理由を説明する。本フィルタ切換機構を搭載したカメラ１は図示しないカメラ回転台によりパン・チルト方向に回転する。また、カメラ１の設置場所の振動、衝撃等により上下左右にぶれる場合が発生する。このため、フィルタの移動方向が上記パン・チルト方向または振動方向と同方向になった場合、カメラ１の回転モーメント力がフィルタ切換機構の駆動方向に直接掛かり、場合によっては、フィルタ位置がずれる場合も発生する。よって、フィルタ切換機構の駆動方向はカメラ１の光路に対して周方向に配置することが望ましい。これにより、カメラ１の姿勢にかかわらず、外部から加速度が加わった場合もフィルタ切換機構の駆動方向にモーメントが発生しない為、振動、衝撃の影響を受けにくいフィルタ切換機構とすることができる。
【００１９】
また、本発明と同様なフィルタ切換機構を回転軸を有したモータで構成しようとすると、モータ本体をカメラ１の光路から外すためにモータと光路とを離して配置する必要がある。よってフィルタ切換機構の径が大きくなるためカメラ１本体が大型化する。また、このようなカメラ１を小型化するためには、モータの回転方向を変化させる歯車等の駆動機構が別途必要となる。このため、前記駆動機構が不要かつ小型のままフィルタホルダ１８をフィルタ軸１５ａ中心に回転させることができるＶＣＭを本発明のフィルタ切換機構に採用した。
【００２０】
また、本発明によるフィルタ切換機構では、駆動源としてＶＣＭを使用していることから、フィルタホルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃに当接してロックした状態でも、消費電力が増えたり、振動が発生したりすることがないという利点がある。
【００２１】
発明の実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図について説明する。図７はこの発明の実施の形態２に示す光学系の模式図である。発明の実施の形態１においては、１個のローパスフィルタ１３を撮像素子１２の直前に接着により配置したが、ローパスフィルタ１３ａ及び１３ｂを赤外カットフィルタ２０および空間フィルタ１９と一体に重畳させてもよい。このようにすれば、撮像素子１２のみの交換を簡単に行える。
【００２２】
発明の実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図について説明する。図８はこの発明の実施の形態３に示す光学系の模式図である。赤外カットフィルタ２０が十分に薄い場合、赤外カットフィルタ２０を光路上に挿入した場合と挿入しない場合のレンズ−撮像素子間の光学的距離の差は無視することができる。この場合、空間フィルタ１９を省略することで、ビデオカメラのフィルタ切換機構をより単純な構造で実現することができる。
【００２３】
発明の実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図について説明する。図９は例えばこの発明の実施の形態１で使用するコイル２４の駆動電流とフィルタホルダ１８の角速度を示すグラフである。また、図１０はこの発明の実施の形態４で使用するコイル２４の駆動電流とフィルタホルダ１８の角速度を示すグラフである。発明の実施の形態１では、一定の電流をコイル２４に供給するため、フィルタホルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃの何れかに当接するまで加速を続けるため、フィルタホルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃと当接したときの衝突音が大きいという欠点があった。衝突音の大きさは、フィルタホルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃに当たるときの角速度に比例する。
【００２４】
これに対し、本実施の形態では、例えばコイル駆動回路２４ｂに図示しないタイマを設け、本タイマにはフィルタフォルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃの何れかに当接するまでの時間を設定する。そして、図１０に示すように、フィルタフォルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃの何れかに当接するまでのコイル２４の駆動電流をパルス状とする。これにより、フィルタホルダ１８は略一定の角速度でストッパ１５ｂまたは１５ｃに当接するので衝突音を比較的小さくすることができる。
【００２５】
また、本発明によるフィルタ切換機構では、上述の通り外部から加速度が加わった場合もフィルタ切換機構の駆動方向にモーメントが発生しないため、振動、衝撃等の影響を受けにくいことから、フィルタの切換に要する駆動力が小さくて済み、小さい消費電力でコイル２４に通電しつづけることでフィルタを所定の位置に保持することが可能である。このため、本実施の形態ではさらに図１０に示すように、上記タイマの設定された時間後の電流値、つまりフィルタフォルダ１８がストッパ１５ｂまたは１５ｃの何れかに当接後の電流値をフィルタホルダ１８を保持するために必要な値まで下げている。これにより、実施の形態１と比較して少ない電流でフィルタホルダ１８を保持でき省電力化を図れる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、ビデオカメラのフィルタ切換機構は、回転軸をビデオカメラの撮像方向と平行に設け、回転部を上記回転軸を中心に回転させ、フィルタホルダ部を上記回転部に保持するフィルタを撮像方向と同軸に配置可能に設け、第１ヨーク部を上記回転部の外周に設け、コイル部を上記第１ヨーク部と直交して巻回固定し、電源部が上記コイル部に駆動電流を供給し、端部を第１ヨーク部と接続する第２ヨーク部と上記第１ヨーク部と平行に設け、マグネット部を上記第２ヨーク部上に上記第１ヨーク部と対向して設け、停止部が上記回転部の回転を当接により上記フィルタを撮像方向と同軸に配置させるので、ビデオカメラの姿勢にかかわらず、外部から上下左右方向の加速度が加わった場合もフィルタ切換機構の駆動方向にモーメントが発生しなくなり、振動、衝撃の影響を受けにくいフィルタ切換機構を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に示すフィルタ切換機構を有するビデオカメラの外観図である。
【図２】図１に示すビデオカメラの分解斜視図である。
【図３】図２に示す撮像ユニット４の分解斜視図である。
【図４】ＶＣＭの原理を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に示すフィルタ切換機構のブロック図である。
【図６】カメラ１の光学系の模式図である。
【図７】この発明の実施の形態２に示す光学系の模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３に示す光学系の模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１で使用するコイルの駆動電流とフィルタホルダの角速度を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態４で使用するコイル２４の駆動電流とフィルタホルダ１８の角速度を示すグラフである。
【符号の説明】
１カメラ
２本体
４撮像素子ユニット
９レンズ
１２撮像素子
１３ローパスフィルタ
１５フィルタ切換部
１５ａフィルタ軸
１５ｂ、１５ｃストッパ
１８フィルタホルダ
１９空間フィルタ
２０赤外カットフィルタ
２１第１ヨーク
２２マグネット
２３第２ヨーク
２４コイル
２４ａ電源
２４ｂコイル駆動回路
２７コイル電源ケーブル
３０映像処理回路

Claims

ビデオカメラの撮像方向と平行に設けた回転軸と、
上記回転軸を中心に回転する回転部と、
上記回転部に保持するフィルタを撮像方向と同軸に配置可能に設けたフィルタホルダ部と、
上記回転部の外周に設けた第１ヨーク部と、
上記第１ヨーク部と直交して巻回固定するコイル部と、
上記コイル部に駆動電流を供給する電源部と、
上記第１ヨーク部と平行に設けるとともに端部を該第１ヨーク部と接続する第２ヨーク部と、
上記第２ヨーク部上に上記第１ヨーク部と対向して設けたマグネット部と、
上記回転部の回転を当接により上記フィルタを撮像方向と同軸に配置させる停止部とを備えたことを特徴とするビデオカメラのフィルタ切換機構。
フィルタホルダは赤外カットフィルタと、空間フィルタとを保持し、当接により停止部で停止した場合、上記何れかのフィルタを撮像方向と同軸に配置することを特徴とする請求項第１項記載のビデオカメラのフィルタ切換機構。
赤外カットフィルタと、空間フィルタとの双方にローパスフィルタを重畳させたことを特徴とする請求項第２項記載のビデオカメラのフィルタ切換機構。
フィルタホルダはビデオカメラのレンズと撮像素子間との距離を無視できる程度の薄い赤外カットフィルタを保持し、当接により停止部で停止した場合、上記赤外カットフィルタを撮像方向と同軸に配置することを特徴とする請求項第１項記載のビデオカメラのフィルタ切換機構。
回転部が停止部にて停止するまでの時間をタイマで設定し、その間の駆動電流をパルス状にしたことを特徴とする請求項第１項乃至第４項の何れかに記載のビデオカメラのフィルタ切換機構。
回転部が停止部にて停止するまでの時間をタイマで設定し、その後に電源部からの駆動電流を所定の大きさまで小さくすることを特徴とする請求項第１項乃至第５項の何れかに記載のビデオカメラのフィルタ切換機構。