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JP5033932B2 - 絞り装置、カメラおよび電子機器 - Google Patents

絞り装置、カメラおよび電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、一対の絞り羽根を有する絞り装置と、これを備えるカメラおよび電子機器に関する。
一般に、昼夜兼用の監視カメラには、カラー撮影が可能な撮像素子が組み込まれている。この種の監視カメラでは、被写体が明るい場合と、被写体が暗い場合で、撮影モードを切り替えている。具体的には、被写体が明るい昼間等の撮影時にはカラー撮影モードを適用し、被写体が暗い夜間等の撮影時にはモノクロ撮影モードを適用するように、撮影モードを切り替えている。
また、カラー撮影モードでは、撮像素子の前段(光が入射する側)に赤外線カットフィルタを配置している。このため、カラー撮影モードで撮影する場合は、外部から入射した光が赤外線カットフィルタを介して撮像素子に到達する。これに対して、モノクロ撮影モードでは撮像素子の前段から赤外線カットフィルタを退避させている。このため、モノクロ撮像モードで撮影する場合は、外部から入射した光が赤外線カットフィルタを介することなく撮像素子に到達する。
上記の監視カメラを含む各種のカメラには、当該カメラに対して外部から入射する光の量(以下、「入射光量」と記す)を調整するための絞り装置が組み込まれている。絞り装置は、入射光の光路上に存在する絞り開口の大きさを変えることによって入射光量を調整(適正化)するものである。
図8は従来の絞り装置の一例を示す分解斜視図である。絞り装置200は、大きくは、絞り基板201と、一対の絞り羽根202,203と、フィルタ基板204と、羽根カバー205と、絞り駆動部206と、フィルタ駆動部207と、一対のND(Neutral Density)フィルタ208,209と、を備えた構成となっている。
絞り基板201は、一対の絞り羽根202,203を移動自在(スライド自在)に支持するものである。また、絞り基板201は、絞り駆動部206とフィルタ駆動部207とを支持するものである。
一対の絞り羽根202,203は、互いに重なり合った状態で絞り開口を形成するものである。この絞り開口は、一方の絞り羽根202に形成された孔部210と、他方の絞り羽根203に設けられた湾部211によって形成されるものである。
フィルタ基板204は、外部から入射する光のうち、赤外線領域(近赤外線領域を含む)の光をカットするフィルタ機能を有している。具体的には、フィルタ基板204は、図9および図10に示すように、ガラス基板212の片面に赤外線カットフィルタ層213を形成した構成となっている。また、フィルタ基板204は、フレーム部材214に取り付けられている。そして、フィルタ基板204とフレーム部材214との組み合わせによってフィルタユニット215が構成されている。
羽根カバー205は、絞り基板201に取り付けられた一対の絞り羽根202,203を外部から遮蔽して保護するものである。
絞り駆動部206は、一対の絞り羽根202,203を相対的に移動(以下、単に「相対移動」とも記す)させるものである。一対の絞り羽根202,203の相対移動は、これらが互いに接近離間する方向での移動となる。
フィルタ駆動部207は、フィルタ基板204およびフレーム部材214からなるフィルタユニット215を移動させるものである。フィルタ駆動部207によるフィルタユニット215の移動は、入射光の光路上にフィルタ基板204を進出させる場合と、入射光の光路上からフィルタ基板204を退避させる場合に行われる。
NDフィルタ208,209は、それぞれ光を減衰させるものである。NDフィルタ208は、図11に示すように、一方の絞り羽根202の孔部210の縁に接着剤を用いて取り付けられ、NDフィルタ209は、他方の絞り羽根203の湾部211の縁に接着剤を用いて取り付けられる。
上記構成からなる絞り装置200においては、絞り基板201に一対の絞り羽根202,203を重ねて取り付けたときに、図12に示すように、孔部210と湾部211の重なり合う部分に絞り開口216が形成される。そして、絞り基板201上で絞り駆動部206を駆動すると、一対の絞り羽根202,203が互いに接近離間する方向に移動する。そうすると、一対の絞り羽根202,203の移動方向および移動量に応じて絞り開口216の大きさが変化する。
具体的には、一対の絞り羽根202,203が互いに接近する方向(図12の実線の矢印方向)に移動すると、これにしたがって絞り開口216が大きくなり、これと反対に、一対の絞り羽根202,203が互いに離間する方向(図12の破線の矢印方向)に移動すると、これにしたがって絞り開口216が小さくなる。また、一対の絞り羽根202,203を最も接近させた状態では絞り開口216が最大(全開状態)となり、一対の絞り羽根202,203を最も離間させた状態では絞り開口216が最小(完全に閉じた状態またはそれに近い状態)となる。図13は絞り開口を開放(全開)した状態を示し、図14は絞り開口を小絞りとした状態を示している。
また、絞り基板201に対しては、前述した絞り開口216に対してフィルタ基板204が進退可能(抜き差し可能)となるように、一対の絞り羽根202,203の間(隙間部分)にフィルタユニット215(フィルタ基板204、フレーム部材214)が配置される。そして、絞り基板201上でフィルタ駆動部207を駆動すると、フレーム部材214と一体になってフィルタ基板204が移動する。この場合、フィルタ基板204を一方側に移動させると、絞り開口216を通して入射する光の光路上にフィルタ基板204が進出した状態となる。また、フィルタ基板204を他方側に移動させると、上記の光路上からフィルタ基板204が退避した状態となる。
このように動作する絞り装置200において、フィルタ基板204とNDフィルタ208,209は、それぞれ異なる使用目的で組み込まれている。すなわち、フィルタ基板204は、昼間等に適用されるカラー撮影モードで撮影する場合に、赤外光の入射に起因した画像の色ズレ(画像が赤みを帯びる現象)を防止するために組み込まれている。これに対して、NDフィルタ208,209は、昼間等の撮影時に撮像素子の画素の信号が飽和しないように絞り開口216を小さく絞った状況下でも、入射光量を細かく制御可能とするために組み込まれている。
この種の絞り装置としては、たとえば、特許文献1に記載されたものが知られている。また、一対の絞り羽根を利用したものではないが、監視カメラ用途のレンズとして、赤外線カットフィルタとNDフィルタとを一体的に形成したものが知られている(特許文献2を参照)。
特開2007−17594号公報 特開平5−110938号公報
上記従来の絞り装置200においては、フィルタ基板204とNDフィルタ208,209とを、それぞれの使用目的にあわせて別々に取り付けた構成となっている。
すなわち、フィルタ基板204に関しては、昼間等の撮影時には入射光の光路上に進出させ、夜間等の撮影時には入射光の光路から退避させる必要がある。このため、フレーム部材214にフィルタ基板204を取り付けることにより、そのフレーム部材214と一体にフィルタ基板204を移動させる構成を採用している。
一方、NDフィルタ208,209に関しては、絞り開口216を小さく絞ったときに、NDフィルタ208,209を有効に機能させる必要がある。このため、一対の絞り羽根202,203にそれぞれNDフィルタ208,209を取り付けることにより、各々の絞り羽根202,203と一体にNDフィルタ208,209を移動させる構成を採用している。
しかしながら、従来の絞り装置200では、次のような不具合があった。
すなわち、一対の絞り羽根202,203の相対移動によって絞り開口216を全開状態から徐々に小さくすると、その途中で上記図12に示すように一対のNDフィルタ208,209が重なり始める。そうした場合、絞り開口216を通過する光は、NDフィルタ208またはNDフィルタ209が単独で存在する部分を通過する光と、2つのNDフィルタ208,209が重なり合う部分を通過する光と、NDフィルタ208,209以外の部分を通過する光とに分かれる。したがって、絞り開口216を通過する光の量に部分的な差が生じる。
その結果、図示しない撮像素子で撮像される画像の中(一つの画面中)に、被写体の明るさに依存しない、3種類の明るさの分布が生じる。したがって、シェーディング等の特性が悪化してしまう。また、絞り開口216の調整を安定的に行えなくなるため、ハンチング現象を招くおそれがある。特に、絞り開口216を小さく絞った状態では、ハンチング現象が起こりやすくなる。
ちなみに、一対の絞り羽根を備えた従来の絞り装置の中には、一方の絞り羽根だけにNDフィルタを取り付けたタイプもある。ただし、そのようなタイプの絞り装置では、絞り開口の中心に対してNDフィルタの位置が一方に偏ることになる。このため、必然的にシェーディング等の不具合を起こしてしまう。
本発明の主たる目的は、一対の絞り羽根を用いて絞り開口を可変するとともに、その絞り開口に対してフィルタ基板を進退移動させる絞り装置において、部品点数の削減とシェーディング等の特性向上を同時に図ることができる技術を提供することにある。
本発明の第1の態様は、
互いに重なり合った状態で絞り開口を形成する一対の絞り羽根と、
可視光通過領域を有するフィルタ基板と、
前記絞り開口の大きさを調整するために前記一対の絞り羽根を相対的に移動させる絞り駆動部と、
前記絞り開口を通して入射する光の光路に対して前記フィルタ基板を進退移動させるフィルタ駆動部と、
を備え、
前記可視光通過領域は、赤外線カットフィルタ層を用いて構成され、
前記フィルタ基板は、前記絞り開口を通過する光のうち、少なくとも前記可視光通過領域を通過し得る光を減衰させる光減衰領域をさらに有し、
前記光減衰領域は、前記可視光通過領域よりも小さい領域をもって当該可視光通過領域内に当該可視光通過領域と重なり合うように形成され、前記光路上に前記フィルタ基板を進出させたときに前記絞り開口と同心状に配置されるものである
ことを特徴とする絞り装置である。
本発明の第2の態様は、
前記一対の絞り羽根が形成する前記絞り開口の開口形状は、当該絞り開口を小絞りの状態としたときに多角形又は楕円形となり、
前記光減衰領域は、前記多角形又は楕円形に外接する円の直径以下の円形に形成されている
ことを特徴とする上記第1の態様に記載の絞り装置である。
本発明の第3の態様は、
前記一対の絞り羽根が形成する前記絞り開口の開口形状は、当該絞り開口を小絞りの状態としたときに四角形となり、
前記光減衰領域は、前記小絞りの状態としたときの前記絞り開口の開口形状と相似形に形成されている
ことを特徴とする上記第1の態様に記載の絞り装置である。
本発明の第4の態様は、
前記可視光通過領域は、前記フィルタ基板の少なくとも一方の主面に形成された赤外線カットフィルタ層からなり、
前記光減衰領域は、前記フィルタ基板の一方の主面または他方の主面あるいは両方の主面に形成されたNDフィルタ層からなる
ことを特徴とする上記第1、第2または第3の態様に記載の絞り装置である。
本発明の第5の態様は、
前記赤外線カットフィルタ層および前記NDフィルタ層は、前記フィルタ基板の共通の主面上に積層状態で形成されている
ことを特徴とする上記第4の態様に記載の絞り装置である。
本発明の第6の態様は、
上記第1〜第5の態様のいずれか一つに記載の絞り装置と、
前記絞り開口を通して入射する光を電気信号に変換する光電変換素子と、
を備えることを特徴とするカメラである。
本発明の第7の態様は、
上記第6の態様に記載のカメラと、
前記カメラから出力される画像信号を処理する画像処理部と、
を備えることを特徴とする電子機器である。
本発明によれば、一対の絞り羽根を用いて絞り開口を可変するとともに、その絞り開口に対してフィルタ基板を進退移動させる絞り装置において、部品点数の削減とシェーディング等の特性向上を同時に図ることができる。
本発明が適用されるカメラの構成例を示すもので、(A)はカメラ全体の外観図、(B)は鏡筒内部の概略図である。 本発明の実施の形態に係る絞り装置の全体的な構成例を示す分解斜視図である。 実施の形態に係るフィルタユニットを拡大した平面図である。 図3に示すフィルタ基板の断面図である。 一対の絞り羽根を重ね合わせた状態を示す図である。 絞り開口を開放(全開)した状態を示す図である。 絞り開口43を小絞りとした状態を示す図である。 従来の絞り装置の一例を示す分解斜視図である。 従来のフィルタユニットを拡大した平面図である。 図9に示すフィルタ基板の断面図である。 従来の絞り装置で絞り羽根にNDフィルタを取り付けた状態を示す分解斜視図である。 一対の羽根基板を重ね合わせた状態を示す図である。 絞り開口を開放(全開)した状態を示す図である。 絞り開口を小絞りとした状態を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
1.カメラの構成
2.絞り装置の構成
2−1.絞り装置の全体的な構成
2−2.絞り装置の部分的な構成
3.絞り装置の動作
3−1.絞り開口の調整に係る動作
3−2.撮影モードの切り替えに係る動作
4.実施の形態に係る効果
5.変形例
<1.カメラの構成>
図1は本発明が適用されるカメラの構成例を示すもので、(A)はカメラ全体の外観図、(B)は鏡筒内部の概略図である。図示したカメラ100は、たとえば、防犯目的に建物の天井部分(又は壁など)に設置される監視カメラである。このカメラ100は、取り付け台座101と、カメラ本体102とを備えている。取り付け台座101は、たとえば、ねじ止めによって建物の天井部分に固定する構造になっている。
カメラ本体102は、鏡筒部103と、対物レンズ104とを備えている。鏡筒部103の内部には、対物レンズ104を含む光学系が組み込まれている。対物レンズ104は、鏡筒部103の先端に取り付けられている。また、カメラ本体102には、光学系の一機能部として、絞り装置1と撮像素子105とが組み込まれている。絞り装置1については、後段で詳しく説明する。
撮像素子105は、カラー撮影が可能な撮像素子であって、たとえば、CCD(Charge Coupled Device)撮像素子、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子などで構成される。撮像素子105は、たとえば、複数(多数)の画素を行列状に配置してなる撮像面を有する。撮像素子105は、絞り装置1の絞り開口を通して上記撮像面に入射する光を電気信号に変換する光電変換素子の一例として組み込まれている。
なお、本発明は、ここで例示したカメラ100に限らず、絞り装置1を備える他の構成のカメラにも適用可能である。また、光学系の構成としても、レンズの種類・枚数・配置や、絞り装置1の配置等、種々の変更が可能である。
<2.絞り装置の構成>
[2−1.絞り装置の全体的な構成]
図2は本発明の実施の形態に係る絞り装置の全体的な構成例を示す分解斜視図である。図示した絞り装置1は、大きくは、絞り基板2と、一対(2つ)の絞り羽根3,4と、フィルタ基板5と、羽根カバー6と、絞り駆動部7と、フィルタ駆動部8と、を備えた構成となっている。
絞り基板2は、絞り装置1を構成する各々の構成部材を実装するためのベースとなるものである。一対の絞り羽根3,4は、互いに重なり合った状態で絞り開口を形成するものである。絞り開口は、カメラに入射する光の光路上に配置され、そこを通過する光の量を制限する。すなわち、絞り開口の大きさが大きくなると、そこを通過する光の量が相対的に増大し、絞り開口の大きさが小さくなると、そこを通過する光の量が相対的に減少する。フィルタ基板5は、入射光に対して光学的なフィルタ機能を有するものである。羽根カバー6は、一対の絞り羽根3,4を外部から遮蔽して保護するものである。
絞り駆動部7は、絞り開口の大きさを調整するために一対の絞り羽根3,4を相対的に移動させるものである。フィルタ駆動部8は、フィルタ基板5を使用状態と非使用状態に切り替えるために、フィルタ基板5を移動させるものである。フィルタ基板5の使用状態とは、入射光の光路上にフィルタ基板5を進出させた状態をいう。フィルタ基板5の非使用状態とは、入射光の光路上からフィルタ基板5を退避(後退)させた状態をいう。
[2−2.絞り装置の部分的な構成]
(絞り基板)
絞り基板2は、たとえば、樹脂を用いて構成されるもので、全体的に平面視略長方形に形成されている。絞り基板2には、開口部10と、複数の突起部11a,11b,11c,11dが形成されている。開口部10は、真円またはそれに近い円形状に形成されている。複数の突起部11a,11b,11c,11dは、一対の絞り羽根3、4の移動を案内するためのものである。各々の突起部11a,11b,11c,11dの端部は、それぞれ絞り基板2の外側に向けてL字形に曲げられている。
(絞り羽根)
一対の絞り羽根3,4は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなる板状素材の表面をカーボンの膜で被覆したものを用いて構成されている。各々の絞り羽根3,4は、全体的に薄板状に形成されている。一方の絞り羽根3には、1つの孔部15と、3つの案内溝16a,16b,16cと、1つの係合孔17とが設けられている。
孔部15は、真円またはそれに近い円形状の一部を略V字形に拡大させた形態の平面形状を有している。3つの案内溝16a,16b,16cは、絞り羽根3の長手方向に沿って互いに平行に形成されている。3つの案内溝16a,16b,16cのうち、2つの案内溝16b,16cは同一直線上に形成されている。そして、これら2つの案内溝16b,16cに対して、孔部15を挟んだ反対側に、残り1つの案内溝16aが形成されている。係合孔17は、上記2つの案内溝16b,16cの延長線上に形成されている。また、係合孔17は、絞り羽根3の短手方向に沿って平面視長孔状に形成されている。
これに対して、他方の絞り羽根4には、1つの湾部18と、3つの案内溝19a,19b,19cと、1つの係合孔20とが設けられている。湾部18は、半円形(または楕円形)の一部を略V字形に拡大させた平面形状を有している。3つの案内溝19a,19b,19cは、絞り羽根4の長手方向に沿って互いに平行に形成されている。3つの案内溝19a,19b,19cのうち、2つの案内溝19a,19bは同一直線上に形成されている。そして、これら2つの案内溝19a,19bに対して、湾部18を挟んだ反対側に、残り1つの案内溝19cが形成されている。係合孔20は、上記2つの案内溝19a,19bの延長線上に形成されている。また、係合孔20は、絞り羽根4の短手方向に沿って平面視長孔状に形成されている。
(フィルタ基板)
フィルタ基板5は、一対の絞り羽根3,4の間(隙間部分)に挿入する状態で配置されるものである。フィルタ基板5は、たとえば、光透過性を有する円形のガラス基板を用いて構成されている。フィルタ基板5の表面および裏面をそれぞれフィルタ基板5の主面と定義すると、フィルタ基板5の少なくとも一方の主面にはフィルタ層が形成されている。このフィルタ層を備えるフィルタ基板5の構成については後段で詳しく説明する。
フィルタ基板5は、フレーム部材23に取り付けられている。フレーム部材23は、フィルタ基板5の外形に対応した円形の開口(不図示)を有するものである。フィルタ基板5とフレーム部材23は、互いに一体的に組み付けられることにより、一つのフィルタユニット24を構成している。具体的には、フィルタ基板5とフレーム部材23は、たとえば、接着等の固定手段によって一体的に組み付けられている。
フレーム部材23は、たとえば、樹脂を用いて構成されている。フレーム部材23にはアーム部25が一体に形成されている。アーム部25は、略L字形に曲げられており、その曲がり部分に丸孔26が形成されている。また、アーム部25の先端側には長孔27が形成されている。さらに、フレーム部材23には2つの出っ張り部28,29が一体に形成されている。各々の出っ張り部28,29は、主に二つの役目をもっている。一つは、前述したアーム部25による出っ張り部分との相互作用により、一対の絞り羽根3,4の移動を安定化させる役目を果たす。もう一つは、フレーム部材23に接着剤でフィルタ基板5を固定する場合に、接着代を確保する役目を果たす。
(羽根カバー)
羽根カバー6は、たとえば、アルミニウムなどの金属を用いて板状に形成されている。羽根カバー6は、前述した絞り基板2と同様に平面視略長方形に形成されている。羽根カバー6には、1つの開口部30と、2つの逃げ溝部31a,31bとが設けられている。開口部30は、真円またはそれに近い円形状に形成されている。開口部30は、一対の絞り羽根3,4が形成する絞り開口に重なるように配置される。逃げ溝部31a,31bは、羽根カバー6の短手方向の一方と他方に対をなして形成されている。各々の逃げ溝部31a,31bは、羽根カバー6を厚み方向に貫通する状態で、平面視略弧状に形成されている。さらに、羽根カバー6にはアーム部32が一体に形成されている。アーム部32は羽根カバー6の短手方向の一方に突出する状態で形成されている。アーム部32には長孔33が形成されている。さらに、羽根カバー6には、一対の孔部36a,36bと一対の切り欠き部37a,37bとが形成されている。
(絞り駆動部)
絞り駆動部7は、駆動源となるモータの駆動力を、図示しない駆動力伝達機構(歯車機構等)を介して一対の絞り羽根3,4に伝達することにより、一対の絞り羽根3,4を相対的に移動させるものである。駆動源としては、たとえば、可動磁石型モータが用いられる。絞り駆動部7は、一対の駆動ピン34a,34bを有している。一対の駆動ピン34a,34bは、同一円周上に約180°位置をずらして配置されている。一対の駆動ピン34a,34bは、上記駆動源の駆動によって同一円周上を同一方向に同量ずつ移動するようになっている。そして、絞り駆動部7と一対の絞り羽根3,4とは、一方の駆動ピン34bを絞り羽根3の係合孔17に、他方の駆動ピン34aを絞り羽根4の係合孔20に、それぞれ係合することにより、相互に連結されている。
(フィルタ駆動部)
フィルタ駆動部8は、駆動源となるモータの駆動力を、図示しない駆動力伝達機構(歯車機構等)を介してフィルタユニット24に伝達することにより、フィルタ基板5を含むフィルタユニット24を移動させるものである。駆動源としては、たとえば、ステッピングモータが用いられる。フィルタユニット24は、アーム部25の丸孔26を支持軸35に挿入することにより、支持軸35を中心に回転自在に支持されるようになっている。支持軸35は、たとえば、絞り基板2に一体に形成されるものである。フィルタ駆動部8とフィルタユニット24とは、たとえば、フィルタ駆動部8に駆動ピンを設けて、この駆動ピンをアーム部25の長孔27に係合することにより、相互に連結される。
(組み立て)
次に、前述した各々の構成部分を用いて絞り装置1を組み立てる場合の手順について概略説明する。なお、ここでは一例として、一対の絞り羽根3,4、フィルタユニット24および羽根カバー6をそれぞれ絞り基板2に取り付ける前に、絞り駆動部7とフィルタ駆動部8が絞り基板2に実装されているものとする。
まず、絞り基板2に絞り羽根3を取り付ける。その際、絞り基板2の突起部11a,11c,11dを、それぞれ絞り羽根3の案内溝16a,16b,16cに嵌め入れる。また、絞り駆動部7の一方の駆動ピン34bを絞り羽根3の係合孔17に嵌め入れる。
次に、絞り基板2にフィルタユニット24を取り付ける。その場合、アーム部25の丸孔26を絞り基板2の支持軸35に嵌め入れるとともに、アーム部25の長孔27にフィルタ駆動部8の図示していない駆動ピンを嵌め入れる。
次に、絞り基板2に絞り羽根4を取り付ける。その際、絞り基板2の突起部11a,11b,11cを、それぞれ絞り羽根4の案内溝19a,19b,19cに嵌め入れる。また、絞り駆動部7の他方の駆動ピン34aを絞り羽根4の係合孔20に嵌め入れる。
次に、絞り基板2に羽根カバー6を取り付ける。その際、絞り基板2の支持軸35を羽根カバー6のアーム部32の長孔33に嵌め入れる。絞り基板2に対する羽根カバー6の固定は、たとえば、嵌合等で行う。
このように絞り基板2に羽根カバー6を取り付けるときに、両者の位置的な干渉は次のように回避される。まず、絞り羽根3の係合孔17を通して突出する絞り駆動部7の一方の駆動ピン34bと羽根カバー6との位置的な干渉は、逃げ溝部31bによって回避される。同様に、絞り羽根4の係合孔20を通して突出する絞り駆動部7の他方の駆動ピン34aと羽根カバー6との位置的な干渉は、逃げ溝部31aによって回避される。また、絞り基板2の突起部11a,11cと羽根カバー6との位置的な干渉は、一対の孔部36a,36bによって回避され、絞り基板2の突起部11b,11dと羽根カバー6との位置的な干渉は、一対の切り欠き部37a,37bによって回避される。
このように絞り装置1を組み立てた場合は、一対の絞り羽根3,4が絞り基板2上で4つの突起部11a,11b,11c,11dにより移動(スライド)自在に支持される。また、フィルタユニット24は、支持軸35を中心として回転する方向に移動自在に支持される。また、絞り基板2の開口部10と羽根カバー6の開口部30とが、絞り基板2の厚み方向で対向する状態(重なり合う状態)に配置され、さらにその対向部分に絞り羽根3の孔部15と絞り羽根4の湾部18とが重なり合う状態に配置される。
絞り羽根3の孔部15を規定する略円形状の直径と、絞り羽根4の湾部18を規定する半円部分の直径とは、ほぼ同一寸法になっている。そして、2枚の絞り羽根3,4を互いに重ね合わせた状態では、絞り羽根3の孔部15と絞り羽根4の湾部18とが重なり合う部分に絞り開口が形成されるようになっている。したがって、一対の絞り羽根3,4によって形成される絞り開口は、絞り基板2の開口部10と羽根カバー6の開口部30とが対向する領域内で、拡大または縮小することになる。ただし、絞り羽根3,4の位置によっては、絞り開口が完全に閉じられる場合もある。
(フィルタ基板の詳説)
ここで、前述したフィルタ基板5の構成について、さらに詳しく説明する。
図3はフィルタユニットを拡大した平面図である。また、図4はフィルタ基板の断面図である。なお、図3に示す円形の破線は、フレーム部材に形成された開口を示している。
フィルタ基板5は、たとえば、ガラス基板40をベースに構成されている。ガラス基板40には、一例として、紫外線(UV)カットガラスが用いられている。フィルタ基板5の一方の主面には、赤外線カットフィルタ層41とND(Neutral Density)フィルタ層42が形成されている。赤外線カットフィルタ層41は、赤外領域(近赤外領域を含む)の光をカットするフィルタ層である。赤外線カットフィルタ層41は、ガラス基板40の一方の主面上に、当該主面の全面を覆うように、当該主面の全領域にわたって形成されている。また、赤外線カットフィルタ層41は、一様な厚みでガラス基板40上に形成されている。このようにガラス基板40に赤外線カットフィルタ層41を形成することにより、当該赤外線カットフィルタ層41が形成された領域は、赤外線領域の光を遮断する領域となる。また、ガラス基板40は、紫外線カットガラスで形成されているため、その全領域が紫外線領域の光を遮断する領域となる。したがって、ガラス基板40の赤外線カットフィルタ層41が形成された領域は、赤外線領域および紫外線領域の光を除去した状態で可視光を通過させる領域、すなわち可視光通過領域に該当するものとなる。ただし、可視光通過領域は、厳密に可視光のみを通過させる領域でなくてもよい。具体的には、可視光通過領域を通過する光の中には、可視光の他に、紫外線領域に属する一部の光や、赤外線領域に属する一部の光が含まれていてもよい。
これに対して、NDフィルタ層42は、当該NDフィルタ層42に入射する光を減衰させるフィルタ層である。また、NDフィルタ層42は、赤外線カットフィルタ層41が形成されている領域(以下、「可視光通過領域」とも記す)に比較して、波長依存性の低いフィルタ層である。したがって、NDフィルタ層42が形成された領域は、絞り開口を通過する光のうち、少なくとも可視光通過領域を通過し得る光を減衰させる領域、すなわち光減衰領域に該当するものとなる。たとえば、可視光通過領域を通過し得る光が可視光のみであれば、この可視光を減衰させる領域が光減衰領域となる。その場合、NDフィルタ層42における可視光の透過率は、カメラに組み込む撮像素子の特性にもよるが、たとえば6%程度とするのが好ましい。ただし、NDフィルタ層42は、紫外線領域、可視光領域および赤外線領域の各領域の光をほぼ均一な透過率をもって減衰する特性を有する。このため、NDフィルタ層42で減衰可能な光は、可視光に限定されるものではない。
フィルタ基板5の主面内において、可視光通過領域と光減衰領域の相対的な面積比としては、絞り開口を全開状態としたときに有効に機能する可視光通過領域の面積を100%とした場合に、これに対する光減衰領域の面積の比率が4〜33%となるように設定することが望ましい。このように光減衰領域の面積比を広範に規定する理由は、絞り開口が全開状態のときの可視光通過領域の面積に対して、適切とされる光減衰領域の面積比が当該全開時の絞り開口径によって変わるためである。具体的には、全開時の絞り開口径が大きくなるにつれて、適切とされる光減衰領域の面積比が小さくなり、これと反対に、全開時の絞り開口径が小さくなるにつれて、適切とされる光減衰領域の面積比が大きくなる。
NDフィルタ層42は、ガラス基板40の一方の主面側に、赤外線カットフィルタ層41の上に積層する状態で形成されている。また、NDフィルタ層42は、一様な厚みで赤外線カットフィルタ層41上に形成されている。NDフィルタ層42は、フィルタ基板5を平面的に見たときに、赤外線カットフィルタ層41が形成されている領域に対して、その中央部に円形に形成されている。つまり、フィルタ基板5は、目玉型のフィルタ構造になっている。具体的には、赤外線カットフィルタ層41が形成されている領域を白目の部分とし、それよりも内側のNDフィルタ層42が形成されている領域を黒目の部分とした目玉型の構造になっている。
NDフィルタ層42は、図から明らかなように、赤外線カットフィルタ層41が形成されている領域よりも小さい領域をもってフィルタ基板5の中心部に形成されている。また、前述したように赤外線カットフィルタ層41が形成されている領域は可視光通過領域に該当する。このため、NDフィルタ層42は可視光通過領域内に形成されている。
NDフィルタ層42の外形寸法(図例の場合は直径)は、図5に示すように、一対の絞り羽根3,4が形成する絞り開口43が小絞りの状態になったときの開口寸法に対応して設定されている。本明細書において、小絞りの状態とは、絞り開口43を全開させたときの開口面積に対して、実際の絞り開口43の開口面積が1/3以下の状態をいう。小絞りの状態においては、絞り羽根3の孔部15の一部にV字形に形成された切り欠き部分と、絞り羽根4の湾部18の一部にV字形に形成された切り欠き部分とによって、絞り開口43の開口形状が四角形(菱形)になる。
ガラス基板40に赤外線カットフィルタ層41やNDフィルタ層42を形成する場合の具体的な製造手法に関しては、たとえば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法などの周知の成膜方法を採用すればよい。また、ガラス基板40に赤外線カットフィルタ層41を形成した後に、NDフィルタ層42を形成する場合は、NDフィルタ層42の形成領域を制限する必要がある。その場合は、赤外線カットフィルタ層41を形成済みのガラス基板40に対して、NDフィルタ層42を形成したい部分だけを開口するようにマスク処理した状態で、NDフィルタ層42を形成すればよい。
また、前述したようにフィルタ基板5を入射光の光路上に進出させて使用状態とした場合は、一対の絞り羽根3,4が形成する絞り開口の中心に対して、フィルタ基板5の中心が位置合わせされる。このため、フィルタ基板5の使用状態においては、NDフィルタ層42が形成された領域(光減衰領域)が絞り開口と同心状に配置される。したがって、絞り開口を小絞りの状態にすると、絞り開口の開口面積に占めるNDフィルタ層42の面接比率が非常に高くなる。特に、明るい環境(晴天下の屋外など)で撮影する場合は、絞り開口が小さく絞られるため、絞り開口の全領域を塞ぐようにNDフィルタ層42が配置される。
<3.絞り装置の動作>
続いて、本発明の実施の形態に係る絞り装置1の動作について説明する。
[3−1.絞り開口の調整に係る動作]
まず、絞り装置1の基本的な動作原理について説明する。
一対の絞り羽根3,4によって形成される絞り開口を調整する場合は、絞り駆動部7を駆動する。そうすると、絞り駆動部7の駆動力を受けて一対の絞り羽根3,4が相対的に接近離間する方向に移動する。
上述のように一対の絞り羽根3,4を相対的に移動させた場合は、それらの移動方向および移動量に応じて絞り開口43の大きさが変化することになる。具体的には、一対の絞り羽根3,4が互いに接近する方向(図5の実線の矢印方向)に移動すると、これにしたがって絞り開口43が大きくなり、一対の絞り羽根3,4が互いに離間する方向(図5の破線の矢印方向)に移動すると、これにしたがって絞り開口43が小さくなる。また、一対の絞り羽根3,4を最も接近させた状態では絞り開口43が最大(全開状態)となり、一対の絞り羽根3,4を最も離間させた状態では絞り開口43が最小(完全に閉じた状態またはそれに近い状態)となる。
図6は絞り開口を開放(全開)した状態を示す図である。モノクロ撮影モードで撮影する場合は、フィルタ基板5が絞り開口43から退避した状態となる。図7は絞り開口43を小絞りとした状態を示す図である。絞り開口43を小絞りとした場合は、上記図5にも示すように、一対の絞り羽根3,4の孔部15と湾部18の重なる部分に絞り開口43が略菱形に形成される。そして、この絞り開口43をすべて塞ぐ(覆う)状態でNDフィルタ層42が配置される。ただし、絞り開口43にNDフィルタ層42が配置されるのは、入射光の光路上にフィルタ基板5を進出させた場合だけである。
[3−2.撮影モードの切り替えに係る動作]
撮影モードの切り替えの形態としては、カラー撮影モードからモノクロ撮影モードに切り替える場合と、モノクロ撮影モードからカラー撮影モードに切り替える場合とがある。ただし、いずれの場合も、撮影モードの切り替えに際して、フィルタ駆動部8を駆動することになる。以下、場合分けして説明する。
まず、撮影モードをカラー撮影モードからモノクロ撮影モードに切り替える場合は、フィルタ駆動部8の駆動に伴う駆動力を受けて、フィルタユニット24が支持軸35を中心に回転するように移動する。これにより、絞り開口43を通して入射する光の光路から外れる位置へとフィルタ基板5が退避する。このため、モノクロ撮影モードで撮影する場合は、絞り開口43を通して入射する光が、フィルタ基板5を介することなく撮像素子(不図示)に到達することになる。したがって、赤外線カットフィルタ層41による光量の低下はもとより、NDフィルタ層42による光量の低下も発生しない。このため、少ない光量で必要な解像度が求められる夜間等の撮影に適したものとなる。
これに対して、撮影モードをモノクロ撮影モードからカラー撮影モードに切り替える場合は、上記の場合とは動作方向を反転するかたちでフィルタ駆動部8を駆動する。そうすると、フィルタ駆動部8の駆動力を受けてフィルタユニット24が支持軸35を中心に回転するように移動する。これにより、絞り開口43を通して入射する光の光路上に介在する位置へとフィルタ基板5が進出する。このため、カラー撮影モードで撮影する場合は、絞り開口43を通して入射する光が、フィルタ基板5を介して撮像素子(不図示)に到達することになる。
ここで、カラー撮影モードは、昼間等の明るい環境で適用される。また、そのような撮影環境では、前述したように撮像素子の画素の信号が飽和しないよう絞り開口43を小さく絞った小絞りの状態で、絞り装置1による光量調整が行われる。このため、絞り開口43の全部または大半の部分が、赤外線カットフィルタ層41およびNDフィルタ層42からなる2層のフィルタ機能層で塞がれた状態となる。したがって、従来のように一対の絞り羽根にそれぞれNDフィルタを取り付けた構造を採用しなくても、赤外線カットフィルタ層41およびNDフィルタ層42によるフィルタ機能が共に働くことになる。このため、撮影環境が明るい昼間等の撮影に適したものとなる。
また、昼間等の時間帯であっても、たとえば、天候が悪い場合、あるいはカメラの設置場所などの関係で、薄暗い環境で撮影することも考えられる。そうした場合は、必要な光量を確保するために、フィルタ基板5を進出させたまま、絞り開口43を小絞りの状態よりも大きく開口させることになる。したがって、絞り開口43は、NDフィルタ層42の形成領域よりも大きく開口することになる。これに対して、赤外線カットフィルタ層41は、フィルタ基板5の片側全面に形成されているため、たとえ絞り開口43を全開状態まで開放しても、常に赤外線カットフィルタ層41が絞り開口43を塞ぐように配置される。このため、カラー撮影モードで撮影する場合に、光量確保等のために絞り開口43を大きくしても、赤外光の入射に起因した画像の色ズレが発生するおそれはない。
<4.実施の形態に係る効果>
本発明の実施の形態に係る絞り装置とこれを備えるカメラにおいては、前述したように少ない光量で必要な解像度が求められる夜間等の撮影に適したものとなる他に、部品点数の削減とシェーディング等の特性向上を同時に図ることができる。以下に、その理由を述べる。
まず、絞り装置1の構成として、フィルタ基板5に赤外線カットフィルタ層41とNDフィルタ層42を形成している。このため、従来のようのNDフィルタを独立した部品として絞り羽根に取り付ける場合に比較して、部品点数を削減することができる。
また、絞り装置1の構成として、絞り開口43を通して入射する光の光路上にフィルタ基板5を進出させたときに、NDフィルタ層42が絞り開口43と同心状に配置される構成となっている。このため、絞り開口43を小絞りにして撮影する場合に、NDフィルタ層42が有効に機能するだけでなく、絞り開口43全体がNDフィルタ層42で塞がれた状態となる。したがって、小絞りの状態であっても、画像全体が均一の明るさになる。このため、シェーディング等の特性が向上する。
さらに、絞り開口43を小絞りの状態よりも大きく開口させた場合でも、シェーディング等の特性向上が図られる。すなわち、絞り開口43を小絞りの状態よりも大きく開口させる動作状態は、たとえば昼間の薄暗い環境などで適用される。そのため、昼間の明るい環境と比較すると、カメラに入射する光の量がかなり少なくなる。したがって、かりにNDフィルタ層42の形成領域よりも大きく絞り開口43を開放させたとしても、昼間の明るい環境と比較すれば、NDフィルタ層42の存在に起因する明暗の差は格段に小さいものとなる。また、一対の絞り羽根3,4の相対移動によって絞り開口43の大きさが変わっても、NDフィルタ層42の位置は変わらないため、明るさの中心位置が偏ることがない。このため、従来の絞り装置のように一対の絞り羽根にそれぞれNDフィルタを取り付けた構成に比較して、シェーディング等の特性が向上する。
さらに、従来の絞り装置の場合は、絞り開口を小絞りの状態から徐々に開放していくときに、絞り開口を通過する光が、2枚のNDフィルタの重なり部分を通過する光と、いずれか一方のNDフィルタを通過する光と、NDフィルタの部分を通過しない光の3つに分かれる。これに対して、本実施の形態の絞り装置の場合は、絞り開口43を通過する光が、NDフィルタ層42の部分(絞り開口43の中央部分)を通過する光と、それ以外の部分(絞り開口43の周縁部分)を通過する光の2つに限定される。このため、明暗の異なる分布のバラツキが抑えられる。したがって、シェーディング等の特性向上の効果がより顕著なものとなる。
また、上述した部品点数の削減に付随して、次のような効果も得られる。すなわち、絞り装置1を製造する場合に、絞り羽根にNDフィルタを取り付ける工程が不要になる。また、絞り羽根にNDフィルタを接着剤で貼り付ける場合は、NDフィルタの厚み(たとえば、約0.1mm)に接着剤の厚みを加味して、一対の絞り羽根が相対的に移動する隙間を設定する必要がある。これに対して、NDフィルタ層42をフィルタ基板5に形成した場合は、その厚みが数μm〜十数μm程度で済む。このため、絞り装置1の薄型化を図ることができる。さらに、絞り装置の動作上、絞り羽根は頻繁に移動を繰り返すため、NDフィルタを接着等で絞り羽根に貼り付けたものでは、絞り羽根の移動に伴う振動等に起因してNDフィルタが外れるおそれがある。これに対して、フィルタ基板5にNDフィルタ層42を形成したものでは、そのような不具合が発生することはない。したがって、長期にわたって動作の信頼性に優れた絞り装置を実現することができる。
また、フィルタ基板5の構成として、NDフィルタ層42からなる光減衰領域を円形に形成している。このため、絞り開口43が小絞りになったときの開口形状が、たとえば、多角形や楕円形であっても、これに外接する円の直径以下の円形をもって光減衰領域を形成しておけば、当該開口形状の違いにかかわらず、シェーディング等の特性を向上させることができる。このため、汎用性に優れたものとなる。
また、特に好ましい例として、絞り開口43の開口形状と相似した形状で光減衰領域を形成する構成を採用してもよい。たとえば、一対の絞り羽根3,4を重ね合わせたときに、孔部15と湾部18によって形成される絞り開口43の形状が、それぞれのV字形の切り欠き部分の存在により四角形(菱形)になる場合は、その相似形に光減衰領域を形成しておく。
かかる構成を採用した場合は、絞り開口43を小絞りとしてカラー撮影する場合に、絞り開口43の開口寸法がNDフィルタ層42の形成領域の外形寸法に一致するまで、絞り開口43をNDフィルタ層42で塞いだ状態が維持される。このため、NDフィルタ層42の形成領域を無駄なく最大限に活用することができる。また、これに付随して、NDフィルタ層42の形成領域を最小限にとどめることができる。このため、カラー撮影モードで絞り開口43を開放した場合の光量の低下を極力抑えることができる。
また、絞り開口43を小絞りの状態よりも大きく開放した場合には、NDフィルタ層42が形成されていない領域(以下、「非形成領域」と記す)が絞り開口43の外縁部分の全周にわたって均一に存在する。このため、絞り開口43の開口領域において、その中央部に位置するNDフィルタ層42の形成領域では相対的に画像が暗くなり、NDフィルタ層42の非形成領域では相対的に画像が明るくなる。これに対して、撮影用のレンズは、一般に中央部が明るく、周縁部にいくほど暗くなる。このため、それらの相殺によって画像の明るさを均一化することができる。
また、フィルタ基板5の構成上、ガラス基板40の共通の主面に、赤外線カットフィルタ層41とNDフィルタ層42とを積層状態で形成している。このため、フィルタ基板5を製造する場合に、ガラス基板40を表裏反転させることなく、赤外線カットフィルタ層41とNDフィルタ層42とを順に形成(成膜)することができる。
<5.変形例>
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
たとえば、NDフィルタ層42については、ガラス基板40の一方の主面ではなく、赤外線カットフィルタ層41が形成されている主面とは反対側の主面に形成してもよい。また、赤外線カットフィルタ層41およびNDフィルタ層42については、それぞれガラス基板40の両方の主面に形成してもよい。さらに、NDフィルタ層42からなる光減衰領域の平面的な形状としては、前述した円形等の形状に限らず、たとえば、多角形に属する三角形、四角形、五角形、六角形、(以下、省略)であってもよいし、それ以外の形状、たとえば、星形、花びら型、十字形、雲形、半月形であってもよい。
また、ガラス基板40に赤外線カットフィルタ層41とNDフィルタ層42を積層する場合の積層順を、上記実施の形態とは逆の順序、すなわちNDフィルタ層42の上にこれを覆う状態で赤外線カットフィルタ層41を形成したものでもよい。
また、赤外線カットフィルタ層41とNDフィルタ層42をそれぞれ別々のガラス基板に形成し、これらのガラス基板をたとえば接着等によって一体化した構成のフィルタ基板を採用してもよい。
また、撮影モードの切り替えのために行うフィルタ基板5の動作を、上記実施の形態のように支持軸35を中心とした回転動作ではなく、たとえば、直線的なスライド式の移動動作によって行う構成であってもよい。かかる構成を採用する場合は、たとえば、長方形の基板の主面領域を、当該基板の長手方向で2つの領域に区分し、一方の領域だけに赤外線カットフィルタ層を形成し、かつその中央部にNDフィルタ層を形成した構成とすればよい。
また、赤外線カット機能を有するフィルタ基板5の構成としては、上記実施の形態のようにガラス基板40に赤外線カットフィルタ層41を形成した構成だけに限らず、たとえば、ガラス基板40自体が赤外線を遮断する機能を有するもの、つまり赤外線カットガラスからなるガラス基板40を採用した構成であってよい。
また、紫外線カット機能を有するフィルタ基板5の構成としては、上記実施の形態のようにガラス基板40を紫外線カットガラスで構成したものに限らず、紫外線カットフィルタ層をガラス基板の主面に形成した構成であってもよい。
また、NDフィルタ層42を薄いフィルム基材に形成し、このフィルム基材をガラス基板40に貼り付けた構成を採用してもよい。
また、本発明に係る絞り装置の構成上、「可視光通過領域」に関して、当該可視光通過領域は、可視光を通過させる領域、より詳しくは所定の波長域の光を取り除いた状態で可視光を通過させる領域、さらに詳しくは可視光下でのカメラの撮影に不要な光を取り除いた状態で可視光を通過させる領域である。この場合のカメラの撮影に不要な光とは、「可視光よりも波長が長い光」および「可視光よりも波長が短い光」のうち、少なくとも一方の光をいう。より具体的には、赤外光(近赤外光を含む)および紫外光(近紫外光を含む)のうち、少なくとも一方の光が「カメラの撮影に不要な光」に該当するものとなる。
したがって、フィルタ基板5が有する「可視光通過領域」は、赤外線カットフィルタおよび紫外線カットフィルタの両方のフィルタ機能を有する場合の他に、赤外線カットフィルタのみの機能を有する場合、または紫外線カットフィルタのみの機能を有する場合もあり得る。ただし、画像の色ズレを防止するうえでは、赤外線カットフィルタおよび紫外線カットフィルタの両方のフィルタ機能を有する領域であることが望ましい。また、可視光通過領域については、必ずしもガラス基板40の主面上の全領域を可視光通過領域とする必要はなく、光減衰領域よりも大きい領域となるように可視光通過領域が確保されていればよい。
また、本発明は、絞り装置やこれを用いたカメラに限らず、そのカメラを備える電子機器(たとえば、セキュリティ機器など)にも適用可能である。かかる電子機器は、本発明の実施の形態に係るカメラと、当該カメラから出力される画像信号を処理する画像処理部とを備える構成となる。
1…絞り装置
2…絞り基板
3…絞り羽根
4…絞り羽根
5…フィルタ基板
6…羽根カバー
7…絞り駆動部
8…フィルタ駆動部
40…ガラス基板
41…赤外線カットフィルタ層
42…NDフィルタ層
100…カメラ

Claims (7)

  1. 互いに重なり合った状態で絞り開口を形成する一対の絞り羽根と、
    可視光通過領域を有するフィルタ基板と、
    前記絞り開口の大きさを調整するために前記一対の絞り羽根を相対的に移動させる絞り駆動部と、
    前記絞り開口を通して入射する光の光路に対して前記フィルタ基板を進退移動させるフィルタ駆動部と、
    を備え、
    前記可視光通過領域は、赤外線カットフィルタ層を用いて構成され、
    前記フィルタ基板は、前記絞り開口を通過する光のうち、少なくとも前記可視光通過領域を通過し得る光を減衰させる光減衰領域をさらに有し、
    前記光減衰領域は、前記可視光通過領域よりも小さい領域をもって当該可視光通過領域内に当該可視光通過領域と重なり合うように形成され、前記光路上に前記フィルタ基板を進出させたときに前記絞り開口と同心状に配置されるものである
    ことを特徴とする絞り装置。
  2. 前記一対の絞り羽根が形成する前記絞り開口の開口形状は、当該絞り開口を小絞りの状態としたときに多角形又は楕円形となり、
    前記光減衰領域は、前記多角形又は楕円形に外接する円の直径以下の円形に形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の絞り装置。
  3. 前記一対の絞り羽根が形成する前記絞り開口の開口形状は、当該絞り開口を小絞りの状態としたときに四角形となり、
    前記光減衰領域は、前記小絞りの状態としたときの前記絞り開口の開口形状と相似形に形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の絞り装置。
  4. 前記可視光通過領域は、前記フィルタ基板の少なくとも一方の主面に形成された赤外線カットフィルタ層からなり、
    前記光減衰領域は、前記フィルタ基板の一方の主面または他方の主面あるいは両方の主面に形成されたNDフィルタ層からなる
    ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の絞り装置。
  5. 前記赤外線カットフィルタ層および前記NDフィルタ層は、前記フィルタ基板の共通の主面上に積層状態で形成されている
    ことを特徴とする請求項4に記載の絞り装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一つに記載の絞り装置と、
    前記絞り開口を通して入射する光を電気信号に変換する光電変換素子と、
    を備えることを特徴とするカメラ。
  7. 請求項6に記載のカメラと、
    前記カメラから出力される画像信号を処理する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
JP2011551150A 2010-08-04 2011-08-03 絞り装置、カメラおよび電子機器 Active JP5033932B2 (ja)

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