JP5504086B2 - フィルター切替え装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影条件に応じてフィルターを切替えるためのフィルター切替え装置に関し、特に昼夜連続撮影用の撮像装置において、昼間と夜間とで赤外線フィルターの切替えを行うためのフィルター切替え装置に関する。

監視用カメラの分野では、屋外にカメラを設置したいとの要望は多く、また昼間のみならず夜間も同一のカメラで監視したいという要望も多い。特開昭57-119577号公報（特許文献１）に示されるように、一般に撮像素子の感度曲線は人間の目の感度曲線よりも赤外領域に伸びているため、昼夜連続カメラにおいては、昼間には赤外線カットフィルターを使用しカラーモードで撮像を行い、夜間には上記の赤外線カットフィルターを路から外して白黒モードで感度を上げて撮像を行うという方法が用いられている。

赤外線カットフィルターを光路から外すと全体の光路長が変化して焦点がずれるので、それを防止するために可視光において赤外線カットフィルターと同じ光路長を持つダミーフィルターを挿入するという方法が用いられている。赤外線カットフィルターをダミーフィルターに交換して低照度被写体を高感度で撮像しようとする撮像装置の構成については、特開平7-107355号公報（特許文献２）、特開平11-239356号公報（特許文献３）、特開2000-162668号公報（特許文献４）等に開示されている。

実用新案登録第3147474号（特許文献５）には、赤外線の遮断及び透過の切替えを行う機構を薄型、小型化し、一部品を着脱式にすることを目的とした赤外線カット切替え装置が開示されている。特許文献５に記載の赤外線カット切替え装置は、電気駆動部分を小型化することにより従来品に比べて装置の小型化を図ったものである。しかしながら、特許文献５に記載の赤外線カット切替え装置は、従来品と同様、回転型磁石を用いた駆動方式を採用しているため、駆動部分がフィルター部分に比べてやはり厚くなっており、装置への組込み配置上での自由度が少ない。また、回転型磁石を用いた駆動方式の場合、回転出力を直動へ転換するため、アームやレバーといった部品の磁石への接着又はインサート成型が必要になる。このため金型費の増大や、磁石のNS極回転方向の位置決めや、着磁品の取り扱いでの留意など懸念材料が多い。

特開昭57-119577号公報 特開平7-107355号公報 特開平11-239356号公報 特開2000-162668号公報 実用新案登録第3147474号公報

従って、本発明の目的は、回転型磁石を用いた駆動方式を使用せずに、ボイスコイルモータによりフィルターを直動させる方式により、駆動部分の厚み方向への突出がなく、設計自由度が大幅に向上したフィルター切替え装置を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、回転方式の駆動手段の代わりに、ホルダーに設けられた永久磁石と、フィルター部材に設けられた空芯コイルとによって構成されるボイスコイルモータで、フィルター部材を直動させる方式により、駆動部分の厚み方向への突出がなく、部品点数の少ないフィルター切替え装置が得られることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明のフィルター切替え装置は、撮影条件に応じて赤外線の遮断及び透過を切替えるためのフィルター切替え装置であって、
撮像装置の光路に対応する開口部を備えた非磁性体からなるホルダーと、
前記ホルダーにスライド移動可能に配置された、赤外線カットフィルターを備えた非磁性体からなる可動フィルター部材と、
前記赤外線カットフィルターを、前記ホルダーに設けられた前記光路に出し入れするために、前記可動フィルター部材をスライド移動させる駆動手段とからなり、
前記駆動手段が、前記ホルダーの前記開口部の少なくとも片側に設けられた永久磁石と、前記可動フィルター部材に設けられた偏平な空芯コイルとによって構成されるボイスコイルモータであることを特徴とする。

前記永久磁石が、前記ホルダーの前記開口部の両側に設けられており、前記可動フィルター部材に設けられた磁性体からなるピン部材と、前記一方の永久磁石又は前記他方の永久磁石との間の磁気的吸引力により、前記ボイスコイルモータが無通電状態にあるときでも、前記赤外線カットフィルターを前記光路に入れた状態又は前記光路から出した状態に、前記可動フィルター部材を保持する自己保持手段を備えるのが好ましい。

前記永久磁石は、それぞれ厚さ方向に磁化されており、異極性の磁極が前記空芯コイルに対向するように組み合わされているのが好ましい。

前記永久磁石の、前記空芯コイルと反対側に強磁性体からなる平板状ヨークが備えられているのが好ましい。前記空芯コイルの、前記永久磁石と反対側に強磁性体からなる蓋が備えられているのが好ましい。

前記可動フィルター部材が、赤外線を透過するダミーフィルターを備えており、前記赤外線カットフィルターを前記光路から出したときに、前記ダミーフィルターが光路に挿入されるのが好ましい。

本発明のフィルター切替え装置は、駆動部分の厚み方向への突出がなくなったので、他部の設計自由度及び組込み配置上の自由度が大幅に向上する。さらに、フィルター部に直接空芯コイルを配置し直動する方式としたため、回転から直動への駆動出力転換に必要であったアームやレバーといった部品が不要になり、インサート成型金型、部品点数及び金型費の削減が可能になる。また回転から直動への駆動出力転換時の摺動摩擦等の推力ロスを無くすことができ省電力化が可能となる。

本発明では直動方式を採用したため、従来品で使用されるラジアル方向の磁力を必要とする回転型駆動方式のように、専用金型によって平行磁場成形した回転型磁石は不要であり、直角磁場成形した直方体形状の磁石を使用することができる。直角磁場成形した磁石は平行磁場成形品よりも高い最大エネルギー積を有するので、本発明で用いる直動方式は、推進力の観点からも省電力化が可能となるとともに、専用金型が不要となるので金型費が削減できる。

空芯コイルをフィルター部に直接接着するため、巻線又は軸受のための専用ボビンを排除できる。このため、従来品で必要であったロータの組加工（巻線内部、樹脂ボビンにロータを配置した後に巻線する）が不要となり、部品点数、工数及び金型費の削減が可能になる。巻線端末の導通処理はフレキシブル基板へのハンダ付けのみで済むので、端子ピン、配線基板等が不要であり部品点数及び工数が削減できる。

駆動手段が回転型ではなく直動方式であるため、磁気閉回路とするためのリング形状のヨークは必要なく、平板状のヨークの使用が可能になる。この平板状のヨークは通常は樹脂等で成形されるユニットの蓋と兼用できるので、部品点数と金型の削減、及び組立工数の削減が可能である。

本発明のフィルター切替え装置の一例を示す、(a)蓋側、及び(b)その背面側から見た斜視図である。 本発明のフィルター切替え装置の一例を示す、蓋側から見た分解斜視図である。 本発明のフィルター切替え装置の一例を示す、ホルダー側から見た分解斜視図である。 本発明のフィルター切替え装置のホルダーと可動フィルター部材との位置関係を示す正面図である。 図1(a)のA-A断面を示す模式図である。 本発明のフィルター切替え装置のホルダーと可動フィルター部材とを示す、(a)蓋側、及び(b)その背面側から見た分解斜視図である。 本発明のフィルター切替え装置のホルダーを示す、(a)蓋側、及び(b)その背面側から見た斜視図である。 本発明のフィルター切替え装置の可動フィルター部材を示す斜視図である。 従来のフィルター切替え装置の一例を示す、(a)蓋側、及び(b)その背面側から見た斜視図である。 従来のフィルター切替え装置の一例を示す、蓋側から見た分解斜視図である。 従来のフィルター切替え装置のホルダーと可動フィルター部材との位置関係を示す正面図である。 図9(a)のB-B断面を示す模式図である。

＜実施の形態＞
[1] フィルター切替え装置
(1)全体構成
本発明のフィルター切替え装置は、撮影条件に応じてフィルターを切替えるためのフィルター切替え装置であり、特に監視カメラ等の昼夜連続撮影用の撮像装置に設置し、昼間は赤外線カットフィルターに切替えてカラーカメラとして使用し、夜間は赤外線カットフィルターを外して、必要に応じてダミーフィルターに切替え、高感度の白黒カメラとして使用するために使用されるものである。

図１〜図３は本発明のフィルター切替え装置１の一例を示す。本発明のフィルター切替え装置１は、撮像装置（図示せず）の光路Zに対応する開口部２を備えたホルダー３と、前記ホルダー３にスライド移動可能に配置された、２種類のフィルター4a,4bを備えた可動フィルター部材５と、強磁性体からなる蓋６とを備える。前記ホルダー３の開口部２の両側には永久磁石7a,7b及び強磁性体からなる平板状ヨーク８からなる磁界発生手段９が設けられており、一方前記可動フィルター部材５には偏平な空芯コイル10が外嵌されている。前記磁界発生手段９及び前記空芯コイル10によって構成されたボイスコイルモータにより、前記可動フィルター部材５をスライド移動させることができ、前記可動フィルター部材５に備えられた前記２種類のフィルター4a,4bを、前記ホルダー３及び蓋６に設けられた前記開口部２に対応させて交互に切替えることができる。

前記永久磁石7a,7bは、前記可動フィルター部材５を駆動させる目的の場合、前記ホルダー３の開口部２のどちらか片側のみでも良い。すなわち、前記永久磁石7aのみでも良いし、前記永久磁石7bのみでも良い。ただし、後述の自己保持手段を備える場合は、前記永久磁石7a,7bの両方が必要となる。

前記可動フィルター部材５の２種類のフィルター4a,4bの境界部には、前記可動フィルター部材５を前記フィルター4a側の位置又は前記フィルター4b側の位置に固定させるための磁性体からなるロックピン11が設けられている。前記空芯コイル10には、フレキシブル配線基板12を介して電線（図示せず）が接続されている。ただし、電線（図示せず）はなくても良く、その場合にはフレキシブル配線基板12を直接制御基板部材へ接続する。フレキシブル配線基板12自体を導通手段とすることにより部品点数を削減できる。前記空芯コイル10は、前記可動フィルター部材５の周囲に直接接着するのが好ましい。

図４は、永久磁石7a,7b及び平板状ヨーク８を備えたホルダー３、２種類のフィルター4a,4bを備えた可動フィルター部材５、及び前記可動フィルター部材５に設けられた空芯コイル10の関係を示す。図５は、図1(a)のA-A断面を示す模式図であり、図６はホルダー３及び可動フィルター部材５を示す分解斜視図である。ただし、図５においては簡単のために可動フィルター部材５及びホルダー３の一部を省略した。前記可動フィルター部材５は、前記ホルダー３の長手方向に沿ってスライド移動可能に配置されており、前記永久磁石7a,7b及び前記平板状ヨーク８からなる前記磁界発生手段９と前記空芯コイル10とからなる前記ボイスコイルモータの駆動力により、前記フィルター4a又は前記フィルター4bを開口部２に対応した位置にスライド移動させることができる。

前記フィルター4aが前記ホルダー３の開口部２に対応する位置にある状態（前記フィルター4aが光路に挿入された状態）を図4(a)に示し、前記フィルター4bが前記ホルダー３の開口部２に対応する位置にある状態（前記フィルター4bが光路に挿入された状態）を図4(b)に示す。前記空芯コイル10に供給する電流の向きを交互に変えることにより、前記可動フィルター部材５を往復移動させることができるので、前記フィルター4a及び前記フィルター4bを交互に切替えることが可能である。

本発明のフィルター切替え装置１は、前記可動フィルター部材５に設けられたロックピン11と、前記永久磁石7a又は前記永久磁石7bとの間の磁気的吸引力により、前記空芯コイル10が無通電状態にあるときでも、前記２種類のフィルター4a,4bをどちらかに切替えた状態を保持することができる。すなわち、前記フィルター4aが前記開口部２に対応した位置（図4(a)の状態）にある場合、前記ロックピン11に永久磁石7bの吸引力がより強く働くため、前記空芯コイル10に供給する電流を止めた後も図4(a)の状態を保持することができ、また前記フィルター4bが前記開口部２に対応した位置（図4(b)の状態）にある場合、前記ロックピン11に永久磁石7aの吸引力がより強く働くため、前記空芯コイル10に供給する電流を止めた後も図4(b)の状態を保持することができる。

(2)ホルダー
ホルダー３は、図７に示すように、可動フィルター部材５を収納するための非磁性体からなる長方形状の部材で、撮像装置の光路に対応する長方形の開口部２と、前記開口部２の両側に永久磁石7a,7bを保持する長方形の保持孔31a,31bと、平板状ヨーク８を保持するための保持溝32と、可動フィルター部材５をスライド移動可能に支持するための支持溝33a,33bとが設けられている。ホルダー３の側壁には、フィルター切替え装置１を監視カメラ等のケーシングやプリント基板に取付けるためのネジ穴34a,34bが一体に設けられている。

前記永久磁石7a,7bは、それぞれ厚さ方向に磁化されており、異極性の磁極が前記可動フィルター部材５に設けられた前記空芯コイル10に対向するように組み合わされており、前記空芯コイル10とともにボイスコイルモータを形成している。

図２に示すように、前記永久磁石7a,7bの前記空芯コイル10と反対側に強磁性体からなる平板状ヨーク８を設けることにより、前記ボイスコイルモータによる推力を向上させることができるとともに、漏洩磁束が低減されて、フィルター切替え装置１の周囲に設けられた部材への悪影響を防止することができる。本実施態様においては、前記平板状ヨーク８が前記永久磁石7a,7bの両方をつなぐように一体となった形状としているが、前記各永久磁石7a,7bのそれぞれに対応するように、２つの平板状ヨークとすることもできる。ただし、前記ボイスコイルモータによる推力を向上の観点からは、一体となった形状の方が好ましい。

(3)可動フィルター部材
可動フィルター部材５は、図８に示すように、非磁性体からなる長方形状の枠からなり、フィルター4a,4bをそれぞれ保持するための長方形の保持孔51a,51bが設けられており、前記保持孔51a,51bには、前記フィルター4a,4bを固定するためのバネ状の爪52a,52bが設けられている。可動フィルター部材５の２種類のフィルター4a,4b境界部には、磁性体からなる前記ロックピン11を保持するための保持溝53が設けられている。可動フィルター部材５の前記ホルダー３に支持される側の四角には、前記ホルダー３に設けられた支持溝33a,33bに対応するように、可動フィルター部材５をスライド移動可能に支持するための突起54,54,54,54を有している。

前記可動フィルター部材５には、その周囲に空芯コイル10を外嵌することができる。空芯コイル10は前記可動フィルター部材５に直接接着することが可能であり、このため巻線のためのボビンは不要となる。

(4)フィルター
フィルター4a,4bは、目的に応じて様々な組み合わせが可能だが、本発明においては、赤外線カットフィルターと赤外線を透過するダミーフィルターとの組み合わせが好ましい。前記ダミーフィルターは、光路長が前記赤外線カットフィルターと同等値になるように屈折率及び厚さを設定するのが好ましい。また、目的に応じて前記ダミーフィルターを使用しない場合、すなわち赤外線カットフィルターとフィルターなしとの組み合わせでもよい。

フィルター切替え装置を監視カメラ等に設置して使用する場合、昼間は赤外線カットフィルターに切替えてカラーカメラとして使用し、夜間はダミーフィルターに切替え（又は何も使用せず）、高感度の白黒カメラとして使用することで、昼夜連続撮影用の撮像装置とすることができる。

(5)蓋
蓋６は、強磁性体からなるのが好ましい。強磁性体からなる蓋６は平板状のヨークとして機能する。すなわち、強磁性体からなる蓋６を設けることにより、永久磁石7a,7bから発生する磁界がフィルター切替え装置１の内部に閉じ込められるので、漏洩磁束が低減されて、フィルター切替え装置１の周囲に設けられた部材への悪影響を防止することができる。

[2] 従来のフィルター切替え装置
図９〜図12は、従来のフィルター切替え装置101を示す。ただし、図12は簡単のために可動フィルター部材105を省略した。従来のフィルター切替え装置101は、撮像装置（図示せず）の光路Zに対応する開口部102を備えたホルダー103と、前記ホルダー103にスライド移動可能に配置された、２種類のフィルター104a,104bを備えた可動フィルター部材105と、蓋106とを備え、前記ホルダー103には回転型磁石107を用いたモータ108が設けられており、前記モータ108の回転型磁石107に設けられたレバー109によって、前記可動フィルター部材105をスライド移動させ、前記２種類のフィルター104a,104bを、前記ホルダー103及び蓋106に設けられた前記開口部102に対応させて切替えることができる。前記ホルダー103には前記モータ108を収納するためのモータ収納部110が設けられている。

従来のフィルター切替え装置101において、前記モータ収納部110は他の部分に比べて厚くなっているため、装置への組込み配置上での自由度が制限される。また、回転型磁石107を用いた駆動方式の場合、回転出力を直動へ転換する必要があり、前記レバー109等の部品の回転型磁石107への接着又はインサート成型が必要になる。このため金型費の増大や、磁石のNS極回転方向の位置決めや、着磁品の取り扱いでの留意など懸念材料が多い。

前記モータ108は、前記回転型磁石107と、前記回転型磁石107に回転させる推進力を与えるためのコイル111と、前記コイル111を巻線するためのボビン112と、前記回転型磁石107により形成される磁気回路を閉回路とするために前記回転型磁石107の外周に設けられたリング状のヨーク113とを備える。

前記コイル111は、構造上回転型磁石107の周りに巻線する必要があるので、回転型磁石107がボビン112内にセットされた状態で巻線する必要があり、いわゆる組加工が必要不可欠となる。

また巻線の端末導通処理のために、ボビン112に挿入された端子ピン（図示せず）に巻線端末を絡げて半田処理するといった作業も必要になる。導通処理のために端子ピンに絡げられた巻線端末は、別の回路基板に挿入されて半田処理され、さらに最終のリード線が半田される。これは、耐熱強度や端子挿入強度不足によりボビン112又は端子ピンに直接リード線を半田することができないためである。

さらに前記リング状のヨーク113は、パイプ材料の使用、又は平板金からの絞り加工後のトリミング等での作製が必要で、コストアップ要因になる。

１・・・フィルター切替え装置
２・・・開口部
３・・・ホルダー
31a,31b・・・保持孔
32・・・保持溝
33a,33b・・・支持溝
34a,34b・・・ネジ穴
4a,4b・・・フィルター
５・・・可動フィルター部材
51a,51b・・・保持孔
52a,52b・・・バネ状爪
53・・・保持溝
54・・・突起
６・・・蓋
7a,7b・・・永久磁石
８・・・平板状ヨーク
９・・・磁界発生手段
10・・・空芯コイル
11・・・ロックピン
12・・・フレキシブル配線基板
101・・・従来のフィルター切替え装置
102・・・開口部
103・・・ホルダー
104a,104b・・・フィルター
105・・・可動フィルター部材
106・・・蓋
107・・・回転型磁石
108・・・モータ
109・・・レバー
110・・・モータ収納部
111・・・コイル
112・・・ボビン
113・・・ヨーク

Claims (4)

1. 撮影条件に応じて２種類のフィルターを切替えるためのフィルター切替え装置であって、
   撮像装置の光路に対応する開口部を備えた非磁性体からなるホルダーと、
   前記ホルダーにスライド移動可能に配置された、２種類のフィルターを備えた非磁性体からなる可動フィルター部材と、
   前記２種類のフィルターを、前記ホルダーに設けられた前記光路に交互に入れ替えるために、前記可動フィルター部材をスライド移動させる駆動手段とからなり、
   前記駆動手段が、前記ホルダーの前記開口部の両側に設けられた平板状永久磁石と、前記可動フィルター部材に設けられた偏平な空芯コイルとによって構成されるとともに、前記永久磁石が、それぞれ厚さ方向に磁化されており、異極性の磁極が前記空芯コイルに対向するように組み合わされているボイスコイルモータであり、
   前記可動フィルター部材の、前記２種類のフィルターの境界部に設けられた磁性体からなるピン部材と、前記一方の永久磁石又は前記他方の永久磁石との間の磁気的吸引力により、前記ボイスコイルモータが無通電状態にあるときでも、前記２種類のフィルターのいずれかに切り替えた状態に、前記可動フィルター部材を保持する自己保持手段を備えることを特徴とするフィルター切替え装置。
2. 請求項１に記載のフィルター切替え装置において、前記永久磁石の、前記空芯コイルと反対側に強磁性体からなる平板状ヨークが備えられていることを特徴とするフィルター切替え装置。
3. 請求項１又は２に記載のフィルター切替え装置において、前記空芯コイルの、前記永久磁石と反対側に強磁性体からなる蓋が備えられていることを特徴とするフィルター切替え装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター切替え装置において、前記２種類のフィルターが、赤外線カットフィルター及び赤外線を透過するダミーフィルターであることを特徴とするフィルター切替え装置。

Images