JP7292967B2

JP7292967B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP7292967B2
Application number: JP2019091386A
Authority: JP
Inventors: 恒介野▲崎▼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2023-06-19
Anticipated expiration: 2039-05-14
Also published as: JP2020052389A

Description

本発明は、光学フィルタを備える撮像装置に関するものである。

ネットワークカメラ等の監視カメラでは、カメラ部は、レンズ部を通過した入射光が撮像素子で結像することで画像を取得することができる。一般的に、取得画像は、被写界深度内の被写体を撮影すると良好な結像状態であり、被写界深度外の被写体を撮影すると結像状態が劣化した画像となる。例えば、監視用途において、被写体の結像状態が悪い範囲に、犯人が存在した場合、被写体を認識できないことがある。絞りを絞ることで、被写界深度を深くすることができるが、取り込める光量が少なくなってしまうという問題がある。

そこで、絞りが開放状態で被写界深度を深くする技術として、レンズと撮像素子を相対的に傾けて被写界深度を深くするアオリ技術がある。

また、監視カメラでは、明るい昼間に良好な画像を取得するために、赤外領域の光を遮断する光学フィルタを備えるものが多い。光学フィルタは挿抜が可能で、光量を多く取り込みたい夜間や暗所監視においては、光学フィルタを退避させ赤外領域の光も取り込むのが一般的である。また、光学フィルタは通常撮像素子の近傍に配置される。

特許文献１には、アオリ角度を調整するためのアオリ調整機構と、光軸と直交する方向に移動可能であって、赤外線カットフィルタとダミーガラス板とを有する光学フィルタ挿抜機構と、を備える撮像装置が開示されている。

特開２０１１－６１３７１号公報

しかしながら、特許文献１のように、撮像素子のアオリ機構と光学フィルタ挿抜機構の両方を備える構成において、撮像素子のアオリ角度を調整するために、撮像素子を回動させようとした場合、光学フィルタ挿抜機構が回動の妨げとなる場合がある。そのため、アオリ量を十分に確保できないことが考えられる。

そこで、本発明は、撮像素子のアオリ機構と光学フィルタ挿抜機構を備える構成において、撮像素子のアオリ量を十分に確保することができる撮像装置を提供する。

本発明の撮像装置は、撮像レンズの光軸と直交する面に対して回動可能であり、撮像素子を支持する撮像素子ホルダと、光学フィルタを前記撮像レンズの光軸上に挿抜可能に支持する光学フィルタホルダと、前記撮像素子ホルダと前記光学フィルタホルダとが一体的に回動するように前記撮像素子ホルダおよび前記光学フィルタホルダを支持する支持部材と、前記支持部材を前記撮像レンズの光軸と直交する面に対して回動させる第１の駆動部材と、前記撮像素子ホルダの回動量を検出する検出部材と、を備え、前記検出部材によって検出された前記撮像素子ホルダの回動量に基づいて、前記光学フィルタの挿抜方向への移動量が決定される。

本発明によれば、撮像素子のアオリ機構と光学フィルタ挿抜機構を備える構成において、撮像素子のアオリ量を十分に確保することができる撮像装置を提供できる。

（ａ）は本実施形態１の監視カメラの斜視図、図１（ｂ）は実施形態１の監視カメラの断面図である。（ａ）（ｂ）は、本実施形態１のカメラ本体の分解斜視図である。本実施形態１のユニットの分解斜視図である。本実施形態１の撮像装置の機能構成等の一例を示す図である。本実施形態１における撮像素子ユニットおよび光学フィルタユニットを示す図である。本実施形態１における光学フィルタユニットの移動処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態２における光学フィルタユニットの移動処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図１（ａ）は、実施形態１の監視カメラの斜視図、図１（ｂ）は、実施形態１の監視カメラの断面図である。図２（ａ）（ｂ）は、それぞれ異なる方向から見たときのカメラ本体の分解斜視図である。図３は、本実施形態１のユニットの分解斜視図である。

監視カメラ１００は、レンズ群を有するレンズ鏡筒２００と、撮像装置の一例としてのカメラ本体３００から構成されている。

レンズ鏡筒２００は、撮像レンズとしてのレンズ２００ａおよびレンズ２００ｂを保持している。レンズ２００ａ，レンズ２００ｂは、被写体側から入射した光線を撮像素子へ結像させている。カメラ本体３００は、ケース４と、撮像素子等を含むユニット４００とから構成される。

ケース４は、略矩形状であり、ユニット４００を回動可能に支持している。また、ケース４には、レンズ鏡筒２００が固定されている。ユニット４００は、支持部材としてのベース部材６と、光学フィルタユニット１と、撮像素子ユニット２とから構成される。ユニット４００は、第１の駆動部材としてのステッピングモータ９から駆動の入力により、回動するように構成されている。

ベース部材６は、光学フィルタユニット１および撮像素子ユニット２を支持している。ベース部材６は、Ｚ軸方向（延伸方向）に延びる回動軸としての回転軸６ａ、６ｂを有している。ケース４には、穴部４ａ，４ｂが形成されており、ベース部材６の回転軸６ａは、ベアリング７ａを介して、穴部４ａに挿入される。また、ベース部材６の回転軸６ｂは、ベアリング７ｂおよびベアリング７ｂが挿入される軸受部材８を介して、穴部４ｂに挿入される。これにより、ベース部材６がケース４に対して回転可能に保持された状態となる。また、ベース部材６の回動中心は、回転軸６ａ、６ｂであり、撮像素子の中心（図２におけるＸＹ平面上の中心）は、回転軸６ａ、回転軸６ｂ上（図２におけるＺ軸上）に位置している。よって、ベース部材６が回動しても、撮像素子２の中心は、Ｙ方向に移動しない。また、ベース部材６の移動領域上には検出部材としてのフォトインタラプタ（不図示）が配置されており、フォトインタラプタ（不図示）の出力と、ステッピングモータ９の駆動パルス数によってベース部材６の位置が判定される。詳細には、フォトインタラプタによって、ベース部材６の原点（回動していない位置）を規定する。ステッピングモータ９が正転したときにパルス数をプラスとカウントし、ステッピングモータ９が逆転したときのパルス数をマイナスとカウントする。

光学フィルタユニット１は、光学フィルタホルダとしての光学フィルタ保持部材１ａと、赤外カットフィルタ１ｂと、ダミーガラス１ｃと、ステッピングモータ１２と、からなる。赤外カットフィルタ１ｂは、赤外光をカットするためのものである。ダミーガラス１ｃは、赤外カットフィルタ１ｂを光路中より脱出させた際に、代わりに光路中に挿入され、光路長を補正するためのものである。撮影モードとして、被写体の色再現性を優先する場合は、撮像素子に赤外光が入射するのを防ぐために、光路上に赤外カットフィルタ１ｂを挿入して撮影する、いわゆるデイモードがある。一方、暗い環境では低照度下の環境での撮影となるので、被写体の認識性を向上させるために、光路上から赤外カットフィルタ１ｂを抜き去り、可視光だけでなく赤外光も撮像素子に取り込んだ状態で撮影する、いわゆるナイトモードもある。赤外カットフィルタ１ｂが、光路に挿脱されることでデイモード撮影とナイトモード撮影の切り替えが可能である。すなわち、赤外カットフィルタ１ｂおよびダミーガラス１ｃは、光軸上に挿抜可能である。

また、光学フィルタユニット１の挿抜による移動領域上にはフォトインタラプタ（不図示）が配置されており、フォトインタラプタ（不図示）の出力と、ステッピングモータ１２の駆動パルス数によって、光学フィルタユニット１の位置が判定される。

第２の駆動部材としてのステッピングモータ１２は、デイモードにおいて、赤外カットフィルタ１ｂを光路上に挿入し、ナイトモードにおいて、赤外カットフィルタ１ｂを光路上から退避させ、ダミーガラス１ｃを光路上に挿入する。ステッピングモータ１２は、図示せぬビスによりベース部材６の穴部６ｃに固定されている。ステッピングモータ１２は、不図示のフレキシブルプリント基板が接続されている。

光学フィルタ保持部材１ａは、赤外カットフィルタ１ｂとダミーガラス１ｃを保持している。光学フィルタ保持部材１ａは、ベース部材６に固定されるガイドバー１０ａおよび１０ｂによって、光軸に対して略垂直方向に移動可能に保持される。光学フィルタ保持部材１ａは、ガイドバー１０ａ、１０ｂが光学フィルタ保持部材１ａの穴部に係合することで、ガイドバー１０ａ、１０ｂ周りの回転が規制されている。ラック１３は、ラックバネ（非図示）により光軸に対して垂直な軸方向及び回転方向に付勢された状態で光学フィルタ保持部材１ａに固定され、ステッピングモータ１２のネジ部に係合している。ラック１３は、ネジ部の回転によって光学フィルタ保持部材１ａとともに光軸に対して略垂直方向に移動する。ガイドバー１０ａ、１０ｂは、押え部材１１およびベース部材６に挟まれる形で固定されている。

撮像素子ユニット２は、撮像素子２ａと、撮像素子２ａを保持する撮像素子ホルダ２ｂと備える。撮像素子２ａは、撮像レンズを通して得た像を電子信号に変換する。撮像素子ホルダ２ｂは、撮像素子２ａがベース部材６に設けられた穴部６ｄに挿入されるように配置され、ベース部材６と図示せぬビスにより固定されている。

図４は、本実施形態１の撮像装置の機能構成等の一例を示す図である。撮像装置としてのカメラ本体３００は、制御部１０１と、通信部１０２と、メモリ１０３と、検出部１０４と、をさらに含む。制御部１０１は、光学フィルタユニット１および撮像素子ユニット２の動作を制御する。通信部１０２は、入力デバイス１０５によるユーザー入力を受け付ける。ここでは、ユーザーは、撮像素子ユニット２を回動させる指示を入力する。例えば、ユーザーは、撮像画像を確認しながら撮像素子２ａを徐々に回動させることで、見たい被写体が被写界深度内に入るように調整する。検出部１０４は、光学フィルタユニット１および撮像素子ユニット２のそれぞれステッピングモータの駆動パルス数を検出する。メモリ１０３には、検出部１０４で検出された駆動パルス数や撮像素子ユニット２の回動中心位置と光学フィルタユニット１の中心位置Ｏ１との距離Ｘ１が記憶されている。

ここで、図５（ａ）から図５（ｂ）の状態への撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１を回動した場合について説明する。図５は、本実施形態１における撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１を示す図である。なお、反時計回り方向を＋方向とし、時計回り方向をマイナス方向とする。図５（ａ）に示す撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１が回動していない状態、すなわち、回動角度が０°から＋方向にθ°回動させ、図５（ｂ）の状態になったとする。このとき、撮像素子ユニット２の回転中心位置は、回転軸６ａ、６ｂ上にあるため、回転動作しても光軸上に位置する。一方、撮像素子ユニット２の回転中心位置と距離Ｘ１離れた位置に配置されている光学フィルタユニット１の中心位置Ｏ１は、光軸上に位置しなくなる。そのため、図５（ｂ）の状態では、レンズによって集光された光線Ｐが、光学フィルタユニット１の枠の部分によって、さえぎられてしまう（領域Ｑ）。これを解消するために、次のように光学フィルタユニット１を挿抜方向へ移動させる。図６は、光学フィルタユニット１の移動処理を示すフローチャートである。

Ｓ１０１において、通信部１０２が入力デバイス１０５から撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１の回動指示を受け取った場合、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２において、制御部１０１は、ステッピングモータ９の駆動パルス数より回動角θを算出する。次に、Ｓ１０３において、光学フィルタユニット１の挿抜方向への移動量を決定するために、回動角θに基づいて光学フィルタユニット１の移動すべき量ｙ１を計算する。図５（ｂ）に示す光学フィルタユニット１の回転中心位置のずれ量ｙ１は、距離Ｘ１と回動角θより、光学フィルタユニット１の移動すべき量ｙ１＝Ｘ１×ｔａｎθとなる。次に、Ｓ１０４において、駆動パルス数より、回転方向を判断する。具体的には、ステッピングモータ９が正転したときにパルス数をプラスとカウントし、ステッピングモータ９が逆転したときのパルス数をマイナスとカウントすることで、回転方向を判断する。

そして、回転方向が＋方向である場合、図５（ｃ）に示すように、光学フィルタユニット１を上方向にｙ１移動させる。同様に、回転方向が－方向である場合、光学フィルタユニット１を下方向にｙ１移動させる。

以上のように、光学フィルタユニット１と撮像素子ユニット２は、ベース部材６に保持されており、ベース部材６が回動すると、光学フィルタユニット１と撮像素子ユニット２の両方とも同じ方向に回動する。よって、光学フィルタユニット１と撮像素子ユニット２を備える構成において、撮像素子２ａのアオリ量（回動量）を十分に確保することができる。さらに、光学フィルタユニット１と撮像素子ユニット２の回動時に、光学フィルタユニット１の位置を調整することにより、光線がけられるのを抑制することができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２について説明する。図７は、本実施形態２における光学フィルタユニット１の移動処理を示すフローチャートである。実施形態２のメモリ１０３には、撮像素子ユニット２の回動速度Ｖ１が記憶されている。

Ｓ２０１において、通信部１０２が入力デバイス１０５から撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１の回動指示を受け取った場合、Ｓ２０２に進む。Ｓ２０２において、制御部１０１は、ステッピングモータ９の駆動パルス数より回動角θを算出する。

次に、Ｓ２０３において、算出された回動角θとメモリ１０３に記憶されている撮像素子ユニット２の回動速度Ｖ１に基づいて、撮像素子ユニット２が目標位置まで移動する時間Ｔを算出する。次に、Ｓ２０４において、回動角θに基づいて光学フィルタユニット１の移動すべき量ｙ１を計算する。図５（ｂ）に示す光学フィルタユニット１の回転中心位置のずれ量ｙ１は、距離Ｘ１と回動角θより、光学フィルタユニット１の移動すべき量ｙ１＝Ｘ１×ｔａｎθとなる。Ｓ２０５において、光学フィルタユニット１の移動すべき量ｙ１と撮像素子ユニット２が目標位置まで移動する時間Ｔにより、光学フィルタユニット１の挿抜方向への移動速度Ｖ２（＝ｙ１／Ｔ）を算出する。

次に、Ｓ２０６において、駆動パルス数より、回転方向を判断する。具体的には、ステッピングモータ９が正転したときにパルス数をプラスとカウントし、ステッピングモータ９が逆転したときのパルス数をマイナスとカウントすることで、回転方向を判断する。そして、回転方向が＋方向である場合、速度Ｖ２以上の速度で、光学フィルタユニット１を上方向にｙ１に移動させるように設定する。同様に、回転方向が－方向である場合、速度Ｖ２以上の速度で、光学フィルタユニット１を下方向にｙ１移動させるように設定する。そして、Ｓ２０８において、撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１の回動動作と光学フィルタユニット１の挿抜方向への移動を同時に開始する。

以上のように、光学フィルタユニット１の移動速度Ｖ２であるため、撮像素子ユニット２が目標位置まで移動する時間Ｔ内に、光学フィルタユニット１の挿抜方向への移動が完了する。つまり、ベース部材６の回動動作が完了するまでに、光学フィルタユニット１の挿抜方向への移動を完了させている。

よって、撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１の回動動作中も光学フィルタ保持部材１ａによって光線がけられることを抑制できる。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３について説明する。上記実施形態では、撮像素子ユニット２および光学フィルタユニット１を回動させた際に、回動量θの大きさによらず、光学フィルタをｙ方向へ移動させたが、実施形態３では、回動量θが所定値以下の場合は、光学フィルタをｙ方向へ移動させない構成とする。つまり、光学フィルタ保持部材１ａによって光線がけられる回動量θに設定された場合に、光学フィルタをｙ方向へ移動させればよい。これにより、光学フィルタをｙ方向へ移動を最低限に抑えることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

１光学フィルタユニット
２撮像素子ユニット
６ベース部材
６ａ，６ｂチルト軸
９ステッピングモータ
１０ａ，１０ｂガイドバー
１２ステッピングモータ（フィルタ挿抜用）
４００ユニット

Claims

撮像レンズの光軸と直交する面に対して回動可能であり、撮像素子を支持する撮像素子ホルダと、
光学フィルタを前記撮像レンズの光軸上に挿抜可能に支持する光学フィルタホルダと、
前記撮像素子ホルダと前記光学フィルタホルダとが一体的に回動するように前記撮像素子ホルダおよび前記光学フィルタホルダを支持する支持部材と、
前記支持部材を前記撮像レンズの光軸と直交する面に対して回動させる第１の駆動部材と、
前記撮像素子ホルダの回動量を検出する検出部材と、を備え、
前記検出部材によって検出された前記撮像素子ホルダの回動量に基づいて、前記光学フィルタの挿抜方向への移動量が決定されることを特徴とする、撮像装置。
前記光学フィルタを前記撮像レンズの光軸上に挿抜させる第２の駆動部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
前記支持部材は、回動軸を有し、
前記光学フィルタの挿抜方向と前記回動軸の延伸方向は異なる方向であることを特徴とする、請求項１または２に記載の撮像装置。
前記支持部材の回動動作が完了するまでに、前記光学フィルタの挿抜方向への移動を完了させることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
前記光学フィルタは、前記撮像素子ホルダの回動量が所定値以下の場合、挿抜方向への移動しないことを特徴とする、請求項３に記載の撮像装置。
前記光学フィルタは、赤外線カットフィルタであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。