JP2005221738A - 光量調節装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光量調節装置の小型化を図る。
【解決手段】 アクチュエータ１１３により開閉駆動される遮光部材１０４と、遮光部材とは独立して光路に対する挿入および退避移動が可能な光学フィルタ（１０８、１０９）と、遮光部材を開放位置に駆動したアクチュエータのさらなる開き方向への動作および遮光部材を全閉位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる閉じ方向への動作により光学フィルタを移動させる駆動機構１０３とを有し、全閉位置から閉じ方向において光学フィルタの移動が開始する第１の位置までのアクチュエータの動作量が、開放位置から開き方向において光学フィルタの移動が開始する第２の位置までのアクチュエータの動作量よりも大きくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ鏡筒内に配置される光量調節装置に関するものである。

固体撮像素子を内蔵したビデオカメラ、デジタルカメラなどのカメラや写真フィルムを使用するカメラにおいては、レンズの焦点深度の調節と、フィルムや固体撮像素子に結像される被写界の光量を調節するために、露光開口の大きさを制御する絞り装置（光量調節装置）が設けられている。

また、上記の絞り装置にＮＤフィルタ（減光フィルタ）と呼ばれる光学フィルタを組み合わせ、絞り羽根だけの場合よりも、被写界の光量を多段階に制御できるようにする技術がある（例えば、特許文献１参照）。更に、カメラの露出制御機構としては、上記絞り装置のほかにシャッタ羽根を開閉動作させるシャッタ装置がある。
特開平５−２８１５９２号公報（段落番号００４５〜００４８、図３〜図６）

しかしながら、従来の絞り装置では、絞り羽根用アクチュエータと減光フィルタ用のアクチュエータとが別々に設けられているのが一般的である。また、シャッタ羽根をアクチュエータで駆動する場合には、アクチュエータが合計３個必要となり、光量調節に関する構造部分が大きくなって、これを搭載するカメラやレンズ鏡筒が大型化し、またコスト高になってしまう。

本願第１の発明である光量調節装置は、アクチュエータと、アクチュエータにより開閉駆動される遮光部材と、遮光部材とは独立して光路に対する挿入および退避移動が可能な光学フィルタと、遮光部材を開放位置に駆動したアクチュエータのさらなる開き方向への動作および遮光部材を全閉位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる閉じ方向への動作により光学フィルタを移動させる駆動機構とを有し、駆動機構は、全閉位置から閉じ方向において光学フィルタの移動が開始する第１の位置までのアクチュエータの動作量が、開放位置から開き方向において光学フィルタの移動が開始する第２の位置までのアクチュエータの動作量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

本願第２の発明である光量調節装置は、アクチュエータと、アクチュエータにより開閉駆動される遮光部材と、遮光部材とは独立して光路に対する挿入および退避移動が可能な光学フィルタと、遮光部材を開放位置に駆動したアクチュエータのさらなる開き方向への動作および遮光部材を全閉位置に駆動したアクチュエータのさらなる閉じ方向への動作により光学フィルタを移動させる駆動機構とを有し、シャッタ動作時に全閉位置と閉じ方向において光学フィルタの移動が開始する第１の位置との間に閉じ制御位置が設定され、駆動機構は、閉じ制御位置と第１の位置との間で動作するアクチュエータによって遮光部材が駆動されないように構成されていることを特徴とする。

本発明の撮像装置は、上記発明の光量調節装置を含む撮影光学系と、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する光電変換素子とを有することを特徴とする。

本願第１および第２の発明によれば、光量調節装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１〜図７には、本発明の実施例１である光量調節装置１００の構成および動作を示している。図１は、上記光量調節装置の分解斜視図、図２は絞り兼用シャッタ羽根（以下、単に絞り羽根という）が開放位置にあり、光学フィルタ（以下、ＮＤフィルタという）が光路から退避した状態を示す図、図３は図２に示す光量調節装置の垂直方向の断面（光軸方向断面）を示す図である。

また、図４は図２に示す状態から風車部材がさらに開放方向に回転してＮＤフィルタを光路内に挿入した状態を示す図、図５は図４に示す状態から風車部材が絞り込み方向に回転して絞り羽根が開放位置にある状態を示す図である。

図６は図５に示す状態から風車部材が回転して絞り羽根を全閉位置まで絞り込んだ状態を示す図、図７は図６に示す状態からさらに風車部材がメカ端まで回転し、ＮＤフィルタを光路から退避させた状態を示す図である。

これらの図において、１０１は光量調節装置１００の本体となる地板であり、この地板１０１の中央には、固定開口部１０１ｂが形成されている。１０２は地板１０１に取り付けられる仕切り板（図２及び図４〜図７には不図示）、１０３は地板１０１と仕切り板１０２とに挟まれるように配置される風車部材（駆動機構）である。風車部材１０３は、この中央部に形成された円筒状部分１０３ｇの外周が仕切り板１０２の中央に形成された固定開口部１０２ｂの内周に係合することで、仕切板１０２に対して光軸Ｌを中心に回転自在に保持されている。

１０４は地板１０１と風車部材１０３とに挟まれた空間に配置された絞り羽根（遮光部材）であり、本実施例では、同形状の絞り羽根１０４を６枚用いている。なお、絞り羽根の枚数は６枚に限らず、他の枚数でもよい。各絞り羽根１０４の基端部には不図示のカムピンが設けられており、このカムピンが地板１０１に設けられた穴部１０１ｇに係合することで、各絞り羽根１０４は穴部１０１ｇを中心に回転可能に支持されている。

１０６は絞り羽根１０４に設けられたカムピンで、風車部材１０３に形成されたカム溝部１０３ａに係合している。ここで、風車部材１０３が光軸回りに回転すると、カムピン１０６がカム溝部１０３ａに沿って移動し、これにより絞り羽根１０４が穴部１０１ｇを中心に開放位置とクローズ（全閉）位置との間で回転する。ここで、開放位置にあるとき、絞り羽根１０４は固定開口部１０１ｂの全領域を通過する光束から退避している。また、全閉位置にあるときには、絞り羽根１０４は固定開口部１０１ｂの全面を覆っている。

６枚の絞り羽根１０４がすべて同じように回転することで、これら６枚の絞り羽根１０４によって形成される絞り開口の径が変化する。

また、カム溝部１０３ａの一部の領域（図６、７の領域Ｘ）は、固定開口部１０１ｂ回り（光軸回り）に延びるように形成されており、風車部材１０３が光軸回りに回転しても、ピン１０６の光軸からの距離は変わらず、絞り羽根１０４は駆動されないようになっている。そして、図６および図７に示すように、ピン１０６がカム溝部１０３ａの領域Ｘ内を移動する間に、風車部材１０３の回転によってＮＤフィルタ１０９が動作するようになっている。

１０７は仕切り板１０２を間に挟んで地板１０１に不図示のビスにより取り付けられる押さえ板（図２及び図４〜図７には不図示）、１０８は仕切り板１０２と押さえ板１０７とに挟まれるように配置されるフィルタ保持枠である。このフィルタ保持枠１０８の基端部には穴部１０８ａが設けられており、仕切り板１０２に形成された軸１０２ａに係合している。フィルタ保持枠１０８は軸１０２ａを中心に回転可能である。

１０９はフィルタ保持枠１０８の先端側に接着等により貼り付けられるＮＤフィルタであり、所定の透過率（濃度）を有することによってこのフィルタを透過する光量を減衰させる。

１０８ｂはフィルタ保持枠１０８の曲げ部内に設けられた凸部であり、フィルタ保持枠１０８（ＮＤフィルタ１０９）が光路内に挿入された位置（以下、挿入位置という）、および、光路外に退避した位置（以下、退避位置という）で、仕切り版１０２に設けた凹部１０２ｃに当接する（図８参照）。凸部１０８ｂが凹部１０２ｃに当接することで、フィルタ保持枠１０８は、挿入位置および退避位置に保持される。なお、図８は、凸部１０８ｂと凹部１０２ｃの関係（当接状態）を、図１の風車部材１０３側から見たときの拡大図である。

１１３はステッピングモータ（アクチュエータ）である。１１４はステッピングモータ１１３の出力ピニオンであり、風車部材１０３の外周の一部に形成された風車ギヤ部１０３ｂと噛み合っている。

１１５はフィルタ保持枠１０８に取り付けられた回転ピンであり、図１に示すフィルタ保持枠１０８の裏面側に突出している（図３参照）。この回転ピン１１５が風車部材１０３に形成された挿入突起部１０３ｃと退避突起部１０３ｄによって押されることにより、フィルタ保持枠１０８は軸１０２ａを中心に回転する。また、回転ピン１１５は、風車部材１０３における挿入突起部１０３ｃと退避突起部１０３ｄとの間に形成された円弧突起部１０３ｅの外周に当接（摺接）して、フィルタ挿入時および退避時以外でのフィルタ保持枠１０８の回転を阻止する役割も有する。

また、フィルタ切換時（ＮＤフィルタ１０９が光路内にあるとき、およびＮＤフィルタ１０９が光路から完全に退避したとき）では回転ピン１１５が凹部１０３ｆ（図６）に入り込み、円弧突起部１０３ｅの移動阻止が機能しなくなる。このため、フィルタ保持枠１０８を上述した凸部１０８ｂと仕切り板１０２の凹部１０２ｃで弾性保持させ、フィルタ保持枠１０８の誤動作を防止している。

本実施例の光量調節装置１００は、絞り羽根１０４とＮＤフィルタ１０９の駆動を１つのステッピングモータ１１３で行うことができるため、ＮＤフィルタ１０９を備えた光量調節装置１００の小型化および低コスト化を図ることができる。そして、この光量調節装置を以下に説明するように、カメラ等の撮像装置に搭載すれば、該撮像装置の小型化を図ることもできる。

以上のように構成された光量調節装置１００は、例えば図１０に示すデジタルスチルカメラ１６０の撮影光学系内に配置される。図１０において、１５０は光量調節装置１００とともに撮影光学系を構成する撮影レンズである。１４０は撮影光学系により形成される被写体像を光電変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子である。

撮像素子１４０の光電変換により得られた画像信号は、不図示の信号処理回路で所定の処理がなされた後、不図示の記録メディア（半導体メモリ等）に記録されたり、不図示の表示ユニットで撮影画像として表示されたりする。また、光量調節装置１００内のステッピングモータ１１３の駆動は、制御回路１２０によって制御される。すなわち、制御回路１２０は、後述するようにステッピングモータ１１３を特定のステップ数だけ駆動させるように制御信号を出力する。

なお、本実施例の光量調節装置１００は、デジタルスチルカメラだけでなく、ビデオカメラやフィルムカメラ、これらカメラの交換レンズ装置といった光学機器にも搭載することができる。

以下の表１は、本実施例のステッピングモータ１１３のステップ数と、ステッピングモータ１１３により駆動される風車部材１０３の回転角度と、風車部材１０３の回転により形成される絞り羽根１０４の絞り開口Ｆｎｏと、フィルタ保持枠１０８（ＮＤフィルタ１０９）および絞り羽根１０４の状態との関係を表したものである。

本実施例ではステッピングモータ１１３の１ステップあたりの風車部材１０３の回転角を１．７５°に設定している。

表１において、Iにおける状態は、図２、図５に示すように絞り羽根１０４が開放位置にあるときの状態を示す。なお、図２は、ＮＤフィルタ１０９（フィルタ保持枠１０８）が光路から退避した状態を示し、図５は、ＮＤフィルタ１０９を光路内に進入させた状態を示す。

なお、Iの状態では、ＮＤフィルタ１０９の状態（退避位置又は挿入位置）を判別できないため、以下の説明では、まずＮＤフィルタ１０９が挿入位置にある（図２の状態）ことを前提に説明する。また、表１において、Iの状態から絞り羽根１０４の開放方向へステッピングモータ１１３を駆動する場合にはステップ数の符号をマイナス（−）で示し、絞込み方向へのステッピングモータ１１３の駆動をプラス（＋）で示している。

表１のIの状態（図２）からステッピングモータ１１３を−６ステップだけ駆動させると、IIの状態、すなわち、風車部材１０３の挿入突起部１０３ｃがフィルタ保持枠１０８の回転ピン１１５に当接して、フィルタ保持枠１０８が退避位置から挿入位置側に回転し始める状態となる。

IIの状態からステッピングモータ１１３をさらに−８ステップだけ駆動させると、IIIの状態、すなわち、ＮＤフィルタ１０９が挿入位置にある状態（図４に示す状態）となる。

一方、IIIの状態からステッピングモータ１１３を＋１４ステップだけ駆動させると、ＮＤフィルタ１０９が挿入位置に保持されたままで、絞り羽根１０４が開放位置に移動することで、図５に示す状態となる。

絞り羽根１０４が図５に示す開放状態にあるときから、ステッピングモータ１１３を＋３、＋４、＋５、＋６、＋７、＋８ステップ駆動させると、各駆動ステップでのＦｎｏは、Ｆ３．５、Ｆ４、Ｆ４．５、Ｆ５．６、Ｆ６．５、Ｆ８となる。言い換えれば、絞り羽根１０４によって形成される絞り開口径が、Ｆ３．５、Ｆ４、Ｆ４．５、Ｆ５．６、Ｆ６．５、Ｆ８の各Ｆｎｏに対応した絞り開口径となる。ここで、カム溝部１０３ａにおいては、各Ｆｎｏに応じて絞り羽根１０４のカムピン１０６が停止するカムポイントが設定されている。

また、絞り羽根１０４を全閉させる、いわゆるシャッタ駆動時には、Iの状態からステッピングモータ１１３を＋１７ステップだけ駆動させる（表１のVの状態とする）。ここで、表１のIの状態からステッピングモータ１１３を＋１３ステップだけ駆動させると、絞り羽根１０４が絞り全閉状態（IVの状態）となる。

しかし、シャッタ駆動時には、ステッピングモータ１１３を高速で駆動させるため、風車部材１０３を絞り全閉位置で停止させるようにステッピングモータ１１３の駆動制御を行っても、風車部材１０３やピン１０６（絞り羽根１０４）が絞り全閉位置から閉じ方向にオーバーシュートする。そして、このオーバーシュートした位置から絞り全閉位置に絞り羽根１０４を戻すように制御を行うことで、絞り羽根１０４が絞り全閉位置よりも開き方向に移動（オーバーシュート）してしまう。この場合には、絞り羽根１０４の開きによって光漏れが生じてしまう。

そこで、上述した光漏れを防止するために、本実施例では、絞り羽根１０４の開き方向へのオーバーシュート量を考慮に入れて、表１のVに示すようにシャッタ制御位置を絞り全閉位置よりも閉じ方向に４ステップ分だけずらしている。

図９は、シャッタ駆動時の絞り羽根１０４（風車部材１０３）の挙動と、絞り羽根１０４およびＮＤフィルタ１０９の各動作位置を示す図である。同図において、縦軸は風車部材１０３の回転角（動作量）、またはステッピングモータ１１３のステップ数を示し、横軸は時間を示す。

図９では、絞り羽根１０４を絞り開放位置から閉じ方向に移動させた場合（シャッタ駆動させた場合）の絞り羽根１０４の動作軌跡を示している。絞り羽根１０４を絞り開放位置から閉じ方向に高速に駆動すると、絞り羽根１０４は、図中点線で示すように絞り全閉位置およびシャッタ制御位置を超える位置Ｅまでオーバーシュートする。ここで、絞り全閉位置から第１のＮＤ移動開始位置（第１の位置）するまでの範囲内で、位置Ｅへの風車部材１０３のオーバーシュートが収まるように風車部材１０３の動作量Ｇを設定している。このため、風車部材１０３のオーバーシュートによってＮＤフィルタ１０９が移動してしまうことはない。

制御回路１２０による絞り羽根１０４のシャッタ制御位置への移動制御によって、絞り羽根１０４のオーバーシュート量は、図９の点線で示すように、シャッタ制御位置に向かって徐々に収束していく。

ここで、絞り全閉位置およびシャッタ制御位置の間の風車部材１０３の動作量Ａは、位置Ｆが絞り全閉位置よりも開き方向に位置しないように（光漏れが生じないように）設定されている。すなわち、動作量Ａは、位置Ｆおよび絞り全閉位置の間の動作量よりも大きくなるように設定されている。

また、シャッタ制御位置および第１のＮＤ移動開始位置の間の風車部材１０３の動作量Ｂは、シャッタ制御位置から位置Ｅまでのオーバーシュート量よりも大きくなるように設定されている。これにより、風車部材１０３のオーバーシュートによってＮＤフィルタ１０９が移動してしまうのを防止できるとともに、絞り羽根１０４の開き方向へのオーバーシュートによって光漏れが生じるのを防止できる。

オーバーシュート量は、位置Ｅへのオーバーシュート時で最大となり、その後収束していくため、動作量Ｂは動作量Ａよりも大きく（Ｂ＜Ａ）設定する必要がある。なお、本実施例では、上記表１に示すように動作量Ａを４ステップとし、動作量Ｂを６ステップとしている。

一方、絞り羽根１０４を絞り全閉位置から絞り開放位置側へ高速に駆動させる場合、上述した閉じ駆動の場合とは異なり、風車部材１０３のオーバーシュートによってＮＤフィルタ１０９が移動してしまわないようにするだけでよい。すなわち、閉じ駆動の場合のように動作量Ａを設ける必要がなく、絞り開放位置から開き方向に向かう風車部材１０３のオーバーシュート量に基づいて、絞り開放位置および第２のＮＤ移動開始位置（第２の位置）の間の風車部材１０３の動作量Ｈが設定される。

このため、動作量Ｈは、動作量Ｇよりも小さくすることができる。なお、本実施例では、表１から分かるように、動作量Ｈを６ステップ、動作量Ｇを１０ステップとしている。

また、第１のＮＤ移動開始位置およびＮＤ退避完了位置（第３の位置）の間の動作量と、第２のＮＤ移動開始位置およびＮＤ挿入完了位置（第４の位置）の間の動作量は等しいため、結果として動作量Ｄが動作量Ｃよりも大きくなる。なお、本実施例では、表１から分かるように、動作量Ｄを１８ステップ、動作量Ｃを１４ステップとしている。

上述したように絞り羽根１０４のオーバーシュートによる光漏れや、風車部材１０３のオーバーシュートによるＮＤフィルタ１０９の移動を防止する観点から、風車部材１０３の動作量Ａ〜Ｄ、Ｇ、Ｈを適宜設定することで、動作量Ａ〜Ｄ、Ｇ、Ｈが不必要に大きくなるのを防止できる。

ここで、風車部材１０３の回転量が大きくなると、ピン１０６の動作スペースを確保するために、風車部材１０３に形成されるカム溝部１０３ａの形成領域を大きくしなければならず、結果として風車部材１０３が大型化してしまう。また、これに伴って光量調節装置１００も大型化してしまう。

本実施例では、上述したように風車部材１０３の動作量Ａ〜Ｄ、Ｇ、Ｈを必要な量だけ設定しているため、風車部材１０３および光量調節装置１００の大型化を抑制することができる。しかも、風車部材１０３の動作量が不必要に大きくなるのを防止することで、ＮＤフィルタ１０９の移動を開始させるまでの時間、すなわち、絞り開放位置から第２のＮＤ移動開始位置までの動作時間や、絞り全閉位置から第１のＮＤ移動開始位置までの動作時間を短縮することができる。

本発明の実施例１である光量調節装置の分解斜視図である。 絞り羽根が開状態で、ＮＤフィルタが退避位置にあるときの上記光量調節装置の正面図である。 図２に示す光量調節装置の光軸方向断面図である。 図２の状態からＮＤフィルタを挿入位置に移動させた状態を示す図である。 図４の状態から絞り羽根を開放状態にさせたときの図である。 図５の状態から絞り羽根を全閉状態にさせたときの図である。 図６の状態からＮＤフィルタを退避位置に移動させたときの図である。 フィルタ保持枠と仕切り板の当接部分を示す拡大図である。 絞り羽根の動作と、絞り羽根およびＮＤフィルタの動作位置を示す図である。 上記光量調節装置を備えたカメラの光軸方向断面図である。

符号の説明

１０１ 地板
１０２ 仕切り板
１０３ 風車部材
１０３ａ カム溝部
１０３ｃ 挿入突起部
１０３ｄ 退避突起部
１０３ｅ 円弧突起部
１０４ 絞り羽根
１０７ 押さえ板
１０８ フィルタ保持枠
１０９ ＮＤフィルタ
１１３ ステッピングモータ
１１４ 出力ピニオン
１１５ 回転ピン

Claims (7)

1. アクチュエータと、
   該アクチュエータにより開閉駆動される遮光部材と、
   前記遮光部材とは独立して光路に対する挿入および退避移動が可能な光学フィルタと、
   前記遮光部材を開放位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる開き方向への動作および前記遮光部材を全閉位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる閉じ方向への動作により前記光学フィルタを移動させる駆動機構とを有し、
   前記駆動機構は、前記全閉位置から前記閉じ方向において前記光学フィルタの移動が開始する第１の位置までの前記アクチュエータの動作量が、前記開放位置から前記開き方向において前記光学フィルタの移動が開始する第２の位置までの前記アクチュエータの動作量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする光量調節装置。
2. 前記駆動機構は、前記全閉位置から前記閉じ方向において前記光学フィルタの移動が完了する第３の位置までの前記アクチュエータの動作量が、前記開放位置から前記開き方向において前記光学フィルタの移動が完了する第４の位置までの前記アクチュエータの動作量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記全閉位置と前記第１の位置との間にシャッタ動作時の閉じ制御位置が設定され、
   前記駆動機構は、前記閉じ制御位置から前記第１の位置までの前記アクチュエータの動作量が、前記全閉位置から前記閉じ制御位置までの前記アクチュエータの動作量よりも大きくなるように構成されてい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. 前記駆動機構は、前記閉じ制御位置と前記第１の位置との間で動作する前記アクチュエータによって前記遮光部材が駆動されないように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光量調節装置。
5. アクチュエータと、
   該アクチュエータにより開閉駆動される遮光部材と、
   前記遮光部材とは独立して光路に対する挿入および退避移動が可能な光学フィルタと、
   前記遮光部材を開放位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる開き方向への動作および前記遮光部材を全閉位置に駆動した前記アクチュエータのさらなる閉じ方向への動作により前記光学フィルタを移動させる駆動機構とを有し、
   シャッタ動作時に前記全閉位置と前記閉じ方向において前記光学フィルタの移動が開始する第１の位置との間に閉じ制御位置が設定され、
   前記駆動機構は、前記閉じ制御位置と前記第１の位置との間で動作する前記アクチュエータによって前記遮光部材が駆動されないように構成されていることを特徴とする光量調節装置。
6. 前記アクチュエータがステッピングモー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撮影光学系と、
   該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する光電変換素子とを有することを特徴とする撮像装置。
   

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