JP4147214B2 - 光量調節装置および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、スチルカメラ、ビデオカメラ、交換レンズ等の光学機器に搭載される絞り兼シャッタ用の光量調節装置に関するものである。

デジタルカメラなどの光学機器の小型化に伴って、それに搭載されるシャッタ装置や絞り装置も小型化が図られている。そして、シャッタ機能と絞り機能とを兼ね備えることで、シャッタ装置と絞り装置とを別々に設ける場合に比べて光学機器の小型化を図れるようにした光量調節装置（絞り兼シャッタ装置）が知られている。

従来の絞り兼シャッタ装置には、２つのモータと、各モータにより駆動される２つの絞り兼シャッタ羽根とを備え、一方のモータへの通電によって所定の口径の絞り開口を形成する位置に両絞り兼シャッタ羽根を駆動し、その絞り状態を保持した状態で他方のモータへの通電により両絞り兼シャッタ羽根にシャッタ動作を行わせるものがある。そして、この２つのモータの動作を入れ替えることにより、絞り口径を異なる２つの所定口径および開放口径に設定できるようになっている。すなわち、複数の絞り口径を選択できるとともに、シャッタ動作も行える絞り兼シャッタ装置が実現されている（特許文献１参照）。
特開２００２−５５３７５号公報（段落００１２〜００２１、図１〜３等）

しかしながら、上記従来の絞り兼シャッタ装置においては、1つのモータにより２つの絞り兼シャッタ羽根を駆動して絞り開口を形成するために、絞り開口の形状を円形に近づけ、かつ絞り段数を多段化することが困難である。すなわち、上記従来の絞り兼シャッタ装置では、開放口径と、一方のモータ駆動による絞り口径と、他方のモータによる絞り口径との３段の絞り口径しか選択できない。

絞り段数を多段化しつつ絞り形状を円形に近づけるためには、リング部材などの別部品を用いて複数の絞り羽根をステッピングモータで駆動する方法が知られている。しかし、リング部材を用いるために、部品点数が増え、装置が大型化してしまう。さらに、このリング部材に連結された複数の絞り羽根を高速でシャッタ動作させるにはステッピングモータは不向きであるので、高速シャッタ動作のためには、専用のシャッタ羽根とモータとが必要になる。

さらに、上記従来の絞り兼シャッタ装置では、２つのモータのそれぞれに絞り駆動とシャッタ駆動とを行わせるために、同種類のアクチュエータを用いている。このため、絞り動作とシャッタ動作のそれぞれにおいて最適な構成を得ることができない。

本発明は、装置の大型化を抑えつつ、絞り段数の多段化を図り、かつ絞り動作とシャッタ動作のそれぞれにおいて最適な構成を得ることができる光量調節装置を提供することを目的の１つとしている。

本発明の光量調節装置は、第１のアクチュエータと、第２のアクチュエータと、該第１のアクチュエータにより駆動され、少なくとも１つの凸状に形成された当接部を有する第１の遮光羽根と、該第２のアクチュエータにより駆動され、かつ第１の遮光羽根の当接部と当接して第１の遮光羽根の動作によって駆動可能な第２の遮光羽根とを有する。そして、絞り調節動作時には第１のアクチュエータにより第１の遮光羽根が駆動されるとともに第２の遮光羽根が駆動されてこれら第１および第２の遮光羽根にて形成される絞り口径を調節し、シャッタ動作時には第２のアクチュエータにより第２の遮光羽根が絞り口径を形成している状態から駆動される。

本発明によれば、簡単な構成で、複数の遮光羽根（第１および第２の遮光羽根）を用いた多段階の絞り調節が可能であるとともに、複数の遮光羽根のうち一部（第２の遮光羽根）を用いた高速のシャッタ動作を行うことができる。これにより、装置の大型化を抑えつつ、絞り動作とシャッタ動作のそれぞれにおいて最適な構成を有する絞り兼シャッタ装置を得ることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の参考実施例である光量調節装置を備えたデジタルスチルカメラの概略構成を示している。図１において、１００はカメラ本体であり、１１０は撮影光学系である。撮影光学系１１０内には、上記光量調節装置１２０が配置されている。１３０はＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子であり、撮影光学系１１０により形成された被写体像を光電変換する。撮像素子１３０からの出力信号には、画像処理および制御回路（制御手段）１４０での各種処理が施され、これにより撮影画像が生成される。撮影画像のデータは、不図示の記録媒体（半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等）に記録される。

図２および図３には、本実施例における絞り兼シャッタ装置としての光量調節装置１２０の構成を示している。

１は地板であり、その中央には開放開口１ａが形成されている。地板１の上部には、電流値に応じて停止位置が変化するステッピングモータ２が保持されており、該ステッピングモータ２の回転は、駆動レバー３を介して羽根４および羽根５に伝達される。ステッピングモータ２を図３中Ａ方向に回転させることにより、羽根４，５が地板１に設けられた軸部１ｂ，１ｃを中心に回動し、該羽根４，５により形成する開口の閉じ作動を行う。また、ステッピングモータ２を図３中Ｂ方向に回転させることにより、羽根４，５が軸部１ｂ，１ｃを中心に回動し、該羽根４，５により形成する開口の開き作動を行う。

また、地板１の下部には、２極ムービングマグネット型の電磁モータ６が保持されている。電磁モータ６の回転は、駆動レバー７を介して羽根８および羽根９に伝達される。電磁モータ６を図３中のＣ方向に回転させることにより、羽根８，９が地板１に設けられた軸部１ｄ，１ｅを中心に回動し、該羽根８，９により形成する開口の閉じ作動を行う。また、電磁モータ６を図３中Ｄ方向に回転させることにより、羽根８，９が軸部１ｄ，１ｅを中心に回動し、該羽根８，９により形成する開口の開き作動を行う。

なお、羽根４，５，８，９の配置について説明する。最も地板１側には、羽根５が配置され、その上に羽根８、羽根４、羽根９の順で重ねられている。羽根５と羽根８は、それらの先端部および回動中心である軸部１ｃ，１ｄの周囲部分とが互いに常に重なるようになっている。

このため、これら４枚の羽根４，５，８，９がどのような回動状態にあっても上記の重なり順序が変わることがなく、羽根同士の干渉により各羽根４，５，８，９の動作が妨げられることはない。また、各羽根を重ねることにより、光量調節装置１２０を光軸直交面内において小型化することができる。

これらの羽根４，５，８，９を所定の光軸方向スペース内において回動可能に収納するため、図示しないカバー板が羽根４，５，８，９を覆うように地板１に取り付けられる。

図３は、羽根４，５，８，９が全て全開位置に回動した状態を示し、この状態での絞り口径は開放開口１ａに対応した開放口径となる。この状態においては、ステッピングモータ２および電磁モータ６は共に無通電状態である。

このように構成された光量調節装置１２０の絞り調節動作およびシャッタ動作について、図１６に示したフローチャートを併せ用いて説明する。

図１６のステップ（図にはＳと略す）１において、カメラの電源が投入され、不図示の撮影準備スイッチが撮影者により押されると、制御回路１４０は、カメラ本体１００に設けられた測光ユニット１５０に測光動作を行わせる。そして、ステップ２では、図３の開放状態から、測光結果に応じた口径の絞り開口が形成されるようにステッピングモータ２および電磁モータ６のそれぞれに通電する。これにより、測光結果に応じた口径を有し、かつ光軸を略中心とした多角形の絞り開口が形成される。

ここで、ステッピングモータ２には、図１に示した制御回路１４０から、測光結果に基づいて決定された絞り口径を形成するのに必要な数のパルス信号が電流値を変化させながら順に与えられる。また、電磁モータ６には、同様に測光結果に基づいて決定された絞り口径を形成するのに必要な電流値を有する駆動信号が与えられる。制御回路１４０が上記パルス信号の電流値および上記駆動信号の電流値を制御することにより、図４〜図７に示すような多段階の（若しくは実質的に連続的な）絞り口径を設定することができる。

電磁モータ６は、略３０°の回転域を有し、その両端では、モータコイルの磁力による保持力によって回転位置が保持される。また、電磁モータ６は、モータコイルにおいて電流値に応じて発生する磁界と、駆動レバー７とともに回動する２極に着磁されたムービングマグネットの磁界とのバランスにより、回転位置が制御される。

なお、図４〜図７に示すそれぞれの絞り状態では、羽根４，５はステッピングモータ２を無通電状態とすることでその位置に保持される。また、羽根８，９は電磁モータ６に該中間絞り状態を得るための電流値を有する駆動信号を与え続けることで、その位置に保持される。

ステップ３において、撮影者が不図示の撮影スイッチを押すと、制御回路１４０は、撮像素子１３０に蓄積された電荷のリセットおよび電荷の取り込みを開始する。また、これとほぼ同時に、シャッタ閉じ信号を電磁モータ６に与える。このときのシャッタ閉じ信号は、電磁モータ６をそのときの絞り状態で保持するのに必要な駆動信号の電流値をさらに増加させることによって与えられる。これにより、電磁モータ６はステッピングモータ２（羽根４，５）の停止位置に関係なく図３に示したＣ方向にさらに回転し、羽根８，９が開口を閉じるように回動する。このシャッタ動作が終了した状態を図８に示す。

次に、ステップ４において、撮像素子１３０からの電荷の取り込みおよび転送などの所定の処理が完了すると、制御回路１４０は、再び電磁モータ６に与える駆動信号の電流値をシャッタ動作前の値に戻す。これにより、再びシャッタ動作前の絞り状態に戻る。

尚、羽根４、羽根５を駆動する電磁駆動源をステッピングモータとし、羽根８、羽根９を駆動する電磁駆動源をムービングマグネット型の電磁モータとしたが、これに限定されるものではなく、それぞれの羽根を所定の位置へ回動できる駆動源であればよく、例えばプランジャーを用いて、電流値制御により羽根の回転駆動量を制御するものでもよい。

また、絞り口径は常に円形に近づけることにも限定されず、あえて羽根４、羽根５の回転駆動量と羽根８、羽根９の回転駆動量が異なるようにし、絞り口径が細長い猫目形状となるようにすることも出来る。

図９および図１０には、本発明の実施例１における絞り兼シャッタ装置としての光量調節装置２２０の構成を示している。本実施例の光量調節装置２２０も、参考実施例で説明したカメラの撮影光学系内に配置される。

１１は地板であり、その中央には開放開口１１ａが形成されている。地板１１の上部には、ステッピングモータ（第１のアクチュエータ）１２が保持されており、該ステッピングモータ１２の回転は、駆動レバー１３を介して羽根（第１の遮光部材）１４および羽根１５に伝達される。

ここで、羽根１４には、２つの当接部１４ａ、１４ｂが設けられており、当接部１４ａは羽根１８の外周部と当接するように地板１１側に凸となっており、当接部１４ｂは羽根１９の外周部と当接するように地板１１側とは逆側に凸となっている。本実施例のように、１つの羽根１４に２つの当接部１４ａ，１４ｂを設けることで、複数の羽根のうち各羽根に当接部を設ける場合に比べて、当接部１４ａ，１４ｂの位置精度を向上させることができる。

ステッピングモータ１２を図１０中Ｅ方向に回転させることにより、羽根１４，１５が地板１１に設けられた軸部１１ｂ，１１ｃを中心に回動し、該羽根１４，１５により形成する開口の閉じ作動を行う。ここで、羽根１４の回動に応じて当接部１４ａ，１４ｂそれぞれが羽根１８，１９を押し込むことで、羽根１８，１９が軸部１１ｄ，１１ｅを中心に回動する。これにより、羽根１４，１５，１８，１９によって絞り口径が形成される。

このとき、後述するように電磁モータ１６のロータは駆動レバー１７を介して羽根１８，１９と連結されているため、羽根１４の当接部１４ａ，１４ｂによって羽根１８，１９が閉じ方向に動作することでロータも回動することになる。

なお、羽根１８，１９は、光量調節装置２２０の径方向外側の領域で羽根１４の当接部１４ａ，１４ｂと当接しているため、羽根１８，１９が開き方向に回動したり、羽根１４，１５が閉じ方向に回動したりする場合には、当接部１４ａ，１４ｂおよび羽根１８，１９が当接した状態となるが、羽根１８，１９だけを閉じ方向に回動させる場合には、羽根１８，１９が当接部１４ａ，１４ｂから離れることになる。

また、ステッピングモータ１２を図１０中のＦ方向に回転させることにより、羽根１４，１５が軸部１１ｂ，１１ｃを中心に回動し、該羽根１４，１５により形成する開口の開き作動を行う。

また、地板１１の下部には、２極ムービングマグネット型の電磁モータ（第２のアクチュエータ）１６が保持されている。電磁モータ１６の回転は、駆動レバー１７を介して羽根（第２の遮光部材）１８および羽根（第２の遮光部材）１９に伝達される。

電磁モータ１６は、ロータおよびヨークで構成されており、羽根１８，１９を開き方向に動作させて羽根１４に設けられた当接部１４ａ，１４ｂに当接させる程度の弱い保持力（コギング力）を有している。すなわち、電磁モータ１６が無通電状態にあるとき、羽根１８は常に羽根１４の当接部１４ａに当接し、羽根１９は常に羽根１４の当接部１４ｂに当接する。

電磁モータ１６を図１０中のＧ方向に回転させることにより、羽根１８，１９が地板１１に設けられた軸部１１ｄ，１１ｅを中心に回動し、該羽根１８，１９により形成する開口の閉じ作動を行う。また、電磁モータ１６を図１０中のＨ方向に回転させることにより、羽根１８，１９が軸部１１ｄ，１１ｅを中心に回動し、該羽根１８，１９により形成する開口の開き作動を行う。

ここで、電磁モータ１６には、上述したように羽根１８，１９を開き方向に作動させる保持力が働いており、羽根１４，１５を閉じ方向に作動させるためには、ステッピングモータ１２は、上記保持力よりも大きな駆動力で羽根１４，１５を駆動する必要がある。しかし、電磁モータ１６の保持力は、羽根１４の当接部１４ａおよび羽根１８間のガタや、羽根１４の当接部１４ｂおよび羽根１９間のガタを抑制する程度の保持力であるため、羽根１４，１５を駆動する際に大きな負荷とはならない。

なお、羽根１４，１５，１８，１９の配置について説明する。最も地板１１側には、羽根１５が配置され、その上に羽根１８、羽根１４、羽根１９の順で重ねられている。羽根１５と羽根１８は、それらの先端部および回動中心である軸部１１ｃ，１１ｄの周囲部分とが互いに常に重なるようになっている。このため、これら４枚の羽根１４，１５，１８，１９がどのような回動状態にあっても上記の重なり順序が変わることがなく、羽根同士の干渉により各羽根１４，１５，１８，１９の動作が妨げられることはない。

これらの羽根１４，１５，１８，１９を所定の光軸方向スペース内において回動可能に収納するため、図示しないカバー板が羽根１４，１５，１８，１９を覆うように地板１１に取り付けられる。

図１０は、羽根１４，１５，１８，１９が全て全開位置に回動した状態を示し、この状態での絞り口径は開放開口１１ａに対応した開放口径となる。この状態においては、ステッピングモータ１２および電磁モータ１６は共に無通電状態である。

このように構成された光量調節装置２２０の絞り調節動作およびシャッタ動作について説明する。

まず、カメラの電源が投入され、不図示の撮影準備スイッチが撮影者により押されると、制御回路１４０は、カメラ本体１００に設けられた測光ユニット１５０に測光動作を行わせる。そして、図１０の開放状態から、測光結果に応じた口径の絞り開口が形成されるようにステッピングモータ１２に通電する。これにより、測光結果に応じた口径を有し、かつ光軸を略中心とした多角形の絞り開口が形成される。

ここで、ステッピングモータ１２には、図１に示した制御回路１４０から、測光結果に基づいて決定された絞り口径を形成するのに必要な数のパルス信号が電流値を変化させながら順に与えられる。制御回路１４０が上記パルス信号の電流値を制御することにより、図１１〜図１４に示すような多段階の（若しくは実質的に連続的な）絞り口径を設定することができる。

例えば、ステッピングモータ１２の所定のパルス駆動によって羽根１４，１５，１８，１９を作動させることで、図１２に示す状態となり、ステッピングモータ１２が無通電状態となることで図１２に示す状態が保持される。このとき、電磁モータ１６も無通電状態であるが、電磁モータ１６の保持力によって羽根１８，１９が開き方向に移動し、羽根１４の当接部１４ａ，１４ｂと当接する。

なお、羽根１４に設けられた当接部１４ｂは絞り調節動作に必ずしも必要ではなく、当接部１４ａによって羽根１８を作動させ、駆動レバー１７を介して羽根１９を作動させるようにしてもよい。

次に、撮影者が不図示の撮影スイッチを押すと、制御回路１４０は、撮像素子１３０に蓄積された電荷のリセットおよび電荷の取り込みを開始する。また、これとほぼ同時に、シャッタ閉じ信号を電磁モータ１６に与える。このときのシャッタ閉じ信号は、電磁モータ１６をそのときの絞り状態で保持するのに必要な駆動信号の電流値をさらに増加させることによって与えられる。これにより、電磁モータ１６はステッピングモータ１２（羽根１４，１５）の停止位置に関係なく図１０に示したＧ方向にさらに回転し、羽根１８，１９が開口を閉じるように回動する。このシャッタ動作が終了した状態を図１５に示す。

次に、撮像素子１３０からの電荷の取り込みおよび転送などの所定の処理が完了すると、制御回路１４０は、再び電磁モータ１６に与える駆動信号の電流値をシャッタ動作前の値に戻す。これにより、再びシャッタ動作前の絞り状態に戻る。そして、電磁モータ１６への通電を遮断することで、１回の撮影シーケンスが完了する。

本実施例の光量調節装置によれば、ステッピングモータ１２だけを駆動することによって絞り調節動作を行うことができ、絞り口径の制御が容易になる。また、電磁モータ１６だけを駆動することによってシャッタ動作を行うことができる。

ここで、シャッタ動作を行うときには、特定の絞り状態にある羽根１８，１９が開口を閉じるように回動するため、羽根１８，１９の無駄な動作領域がなくなり、高速のシャッタ動作を行うことができる。そして、電磁モータ１６の通電と同時に羽根１８，１９が開口を閉じるように回動するため、メカ的な動作遅れを抑制し、露光時間のバラツキを抑制することができる。

尚、羽根１４、羽根１５を駆動する電磁駆動源をステッピングモータとし、羽根１８、羽根１９を駆動する電磁駆動源をムービングマグネット型の電磁モータとしたが、これに限定されるものではなく、それぞれの羽根を所定の位置へ回動できる駆動源であればよく、例えばプランジャーを用いて、電流値制御により羽根の回転駆動量を制御するものでもよい。

また、絞り口径の制御をより精度良く行うために、ステッピングモータ１２と駆動レバー１３との間に減速ギヤ機構を配置し、ステッピングモータ１２の回転力を増幅しつつ、絞り段数の増加と位置精度の向上を図ってもよい。

また、本実施例では、羽根１８，１９を常に羽根１４の当接部１４ａ，１４ｂに当接させるために、電磁モータ１６の保持力を利用したが、この方法に限定するものではない。例えば、駆動レバー１７又は羽根１８，１９にバネを連結し、羽根１８，１９を開き方向に付勢することができる。また、電磁モータ１６の代わりにプランジャーを用い、バネを介した無通電保持力を利用することで、羽根１８，１９を当接部１４ａ，１４ｂに当接させておくこともできる。

一方、羽根１４に設けられた当接部１４ａ，１４ｂは、別部品で構成してもよいし、プラスチックなどを用いて一体的に形成してもよい。

上述した各実施例では、レンズ一体型のカメラにおける撮影光学系内に光量調節装置を配置した場合について説明したが、レンズ装置および該レンズ装置が装着されるカメラで構成されるカメラシステムにおいて、レンズ装置内に各実施例の光量調節装置を配置することができる。この場合、光量調節装置の駆動制御は、レンズ装置内に配置した制御回路で行うこともできるし、カメラ本体内に配置した制御回路で行うこともできる。

本発明の参考実施例であるデジタルスチルカメラの概略構成図である。 参考実施例の光量調節装置の外観斜視図である。 参考実施例における開放状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例におけるシャッタ動作終了状態にある光量調節装置の正面図である。 本発明の実施例１である光量調節装置の外観斜視図である。 実施例１における開放状態にある光量調節装置の正面図である。 実施例１における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 実施例１における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 実施例１における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 実施例１における中間絞り状態にある光量調節装置の正面図である。 実施例１におけるシャッタ動作終了状態にある光量調節装置の正面図である。 参考実施例の光量調節装置の絞り調節動作およびシャッタ動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１２：ステッピングモータ（第１のアクチュエータ）
１６：電磁モータ（第２のアクチュエータ）
１４：羽根（第１の遮光部材）
１８、１９：羽根（第２の遮光部材）

Claims (9)

1. 第１のアクチュエータと、
   第２のアクチュエータと、
   前記第１のアクチュエータにより駆動され、少なくとも１つの凸状に形成された当接部を有する第１の遮光羽根と、
   前記第２のアクチュエータにより駆動され、かつ前記第１の遮光羽根の前記当接部と当接して前記第１の遮光羽根の動作によって駆動可能な第２の遮光羽根とを有し、
   絞り調節動作時には前記第１のアクチュエータにより前記第１の遮光羽根が駆動されるとともに前記第２の遮光羽根が駆動されて前記第１および第２の遮光羽根にて形成される絞り口径を調節し、シャッタ動作時には前記第２のアクチュエータにより前記第２の遮光羽根が、該絞り口径を形成している状態より駆動されることを特徴とする光量調節装置。
2. 前記シャッタ動作時において、前記第１の遮光羽根は該シャッタ動作の開始時点での絞り調節位置に保持されることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記第２の遮光羽根を複数有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光量調節装置。
4. 前記第１および第２のアクチュエータは、互いに異なる種類のアクチュエータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光量調節装置。
5. 前記第１のアクチュエータは、印加する電流値に応じて停止位置が変化するアクチュエータであり、
   前記第２のアクチュエータは、無通電状態において前記第２の遮光羽根を前記第１の遮光羽根に当接させる方向に動作させる力を発生するアクチュエータであることを特徴とする請求項４に記載の光量調節装置。
6. 前記シャッタ動作時には、前記第１の遮光羽根の停止位置に関係なく、前記第２のアクチュエータにより前記第２の遮光羽根が駆動されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光量調節装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の光量調節装置を含む光学系を有することを特徴とする光学機器。
8. 前記光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の光学機器。
9. 測光情報に応じて前記光量調節装置の絞り調節動作を制御し、かつ該測光情報に応じた絞り調節状態から前記シャッタ動作を開始させる制御手段を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光学機器。
   

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