JP2005315971A - 光量調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャッタ機構とＮＤフィルタ機構の両方を有し、かつ、小型化を達成した光量調節装置を提供する。
【解決手段】 第１の光量調節手段と、第２の光量調節手段をそれぞれ別の駆動源で駆動する。第１の駆動源は、中空円筒形状でラジアル方向に着磁された複数の極が形成されたマグネット、このマグネットの軸方向に配置されるコイル、および、マグネットの外周面と内周面に対向する磁極を有しており、第２の駆動源は、中空円筒形状でスラスト方向に着磁された複数の極が形成されたマグネット、このマグネットの径方向に配置されるコイル、マグネットの軸方向における前面と後面に対応する磁極を有している。そして第１の駆動源を構成するマグネットの回転軸の延長線上に、第２の駆動源を構成するマグネットの回転軸が位置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は光量調節装置に関し、特に複数の光量調節手段を有する小径かつ薄型、高効率に構成された光量調節装置に関する。

撮像素子にＣＣＤなどを用い、被写界像を光電変換して記憶媒体に静止画像の情報として記録する小型のデジタルカメラがある。このデジタルカメラは年々、高機能化しており中でも重要なのが小型化及び高画質化である。高画質化の為に撮像素子の前面に機械式シャッタ機構を設けて被写体輝度に応じて光量調節を行い、より広い被写体輝度範囲に対応しようとするものである。小型化、高画質化された光量調節装置のシャッタ機構の従来例として、ステップモータをリング状の構造として、その中央部の空洞を光等が通過可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。ここで小型、高画質化された光量調節装置の撮影の際の動作を説明する。

まず撮影に先立って主電源投入され、撮像素子が動作状態になるとシャッタ羽根は撮像素子に露光可能な開位置に保持される。撮像素子は電荷の蓄積と放出転送を繰り返し、画像モニターによって被写界の観察が可能になる。レリーズボタンが押されると、その時点での撮像素子の出力に応じて露光時間が決定される。次に、蓄積電荷の放出されている撮像素子に対して電荷の蓄積を開始させ、それと同時にその蓄積開始信号をトリガー信号として露光時間制御回路が起動し、所定の露光時間が経過したことを計時したら、シャッタ羽根を撮像素子への露光をさえぎる閉位置へと駆動する。撮像素子への露光がさえぎられた後蓄積された電荷の転送が行われ画像書き込み装置を介して記録媒体に画像情報が記録される。電荷の転送中に撮像素子への露光を防ぐのは、電荷の転送中に余分な光によって電荷が変化してしまうことを防ぐためである。

また、更なる記録可能な被写体輝度範囲の拡大の為に、高輝度側の抑制手段として前記のシャッタ機構に加え、絞り機構とＮＤフィルタ進退機構という手段がある。

絞り機構は絞り羽根或いは絞り板で撮影開口部を部分的に遮って（絞り径を小さくして）光量を調節するものである。しかしながら特に小型デジタルカメラにおいては撮像素子は小型化されているので絞り機構の絞り径も小さくならざるをえず、高輝度時の露光量を調節する方法として絞り径を小さくする方法は画質低化を招く光の回折現象を招き画質的に好ましくない場合がある。一方、ＮＤフィルタ進退機構は高輝度時に絞り径を小さくする代わりに透過率が低くなるＮＤフィルターを撮影開口部に進入させて光量を調節し、低輝度時には撮影開口部から退避させる機構で、画像の劣化を招く光の回折の恐れはない。

以下の記載の際はこのＮＤフィルターによる光量調節機構を「ＮＤ機構」と略記する。

すなわち、記録可能な被写体輝度範囲が広いのでさまざまな撮影状況、被写体に対応可能であり、かつ、光の回折現象による画質低下のない高画質な画像撮影が可能な小型デジタルカメラの光量調節装置として小型のシャッタ機構とＮＤ機構の２つの光量調節機構を備えることが必要である。

次に、一般に２つの機構を駆動する場合、例えば一つの駆動源に対しその動力を分割する動力分割機構を追加して２つの機構を駆動する方法がある。この場合、追加する動力分割機構は多くの精度の高いメカ部品で構成されることが多いのでこの動力分割機構のスペース、コストを考慮しなければならない。また、デジタルカメラの動作シーケンス上でも同時に２つの機構を動作させることが難しいなどの不利な点がある。

一方、２つの機構のそれぞれに駆動源を備えて独立して２つの機構を制御する方法がある。この場合、追加された駆動源のスペースやコストは考慮する必要があるが、デジタルカメラの動作シーケンス上、重要となる２つの機構を同時に制御可能などの点では非常に有利である。

小型化が望まれるデジタルカメラにおいて、２つの機構と２つの駆動源を備える為にはそれぞれの要素が構造的に小型でかつ、互いにスペース効率の良い機構である必要がある。一方、光量調節機構であるシャッタ機構の小型化に関しては、シャッタ機構はその光量調節装置の撮影最大開口径を完全に遮光するシャッタ羽根が必要なので、シャッタ機構の大きさはその光量調節装置の撮影最大開口径に加えて、シャッタ羽根が開口より退避するスペースを含んだものが最大の大きさとなる。すなわち、その大きさは回動するシャッタ羽根を保持するシャッタ地板の直径となるので、このシャッタ機構の駆動源はシャッタ地板の直径に収まる小径であることがスペース効率の点で良く、小型化の為には必要である。そのような小型のシャッタ機構として、駆動源を薄肉円筒状として撮影レンズの同心の周囲に配置し、撮影レンズの後方にあるシャッタ羽根を開閉駆動するものがある（例えば、特許文献２参照）。この構成の利点は、一般のデジタルカメラ用撮影レンズが複数のレンズを有して、それらの直径は被写体側のレンズが大きく、撮像素子側のレンズが小さく、全体としてテーパ状となるレンズ構成が多い為、その細くなった部分と前記シャッタ地板の最大直径との間のいわゆるデッドスペースに駆動源を配置するという点であり、撮影光量調節装置の小径、小型化という点でスペース効率の良い構成である。

シャッタ地板に用いられた薄肉円筒状の駆動源を２つ用いて前記シャッタ機構の駆動源と前記ＮＤ機構の駆動源を地板上に並列配置した光量調節装置の構成として図７、図８に従来例として例を示す。図７は円筒形状のシャッタ機構の駆動源と同じく円筒形状のＮＤ機構の駆動源を並列に配置した光量調節装置の組立状態の軸方向断面図であり、図８は前記光量調節装置の下面図でこの方向がデジタルカメラの正面である。

この従来例の構成について図７から図８において、先ずシャッタ機構、ついでＮＤ機構について説明する。先ずシャッタ機構の構成要素について説明する。１０１は中空円筒形状のマグネットであり、その外周表面を円周方向にｎ分割（ここでは１６分割）して、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。前記マグネット１０１は射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により形成され、後述の地板１０４に回転可能に支持される。図中の矢印Ｍｃはマグネット１０１に着磁された主たる磁束を模式的に表したものであり、ほとんどの磁束は矢印Ｍｃの方向（図面上の左右方向）に展開しており、マグネット１０１から遠ざかるに従いその強さは減じていく。

１０２は円筒形状のコイルであり、導線が絶縁材料からなるボビンに巻き付けられている。１０３は軟磁性材料からなるステータであり、外筒及び内筒とそれらを結ぶ連結部とで構成される。前記ステータ１０３の外筒はその先端部が軸方向に延出する複数の歯、すなわち櫛歯形状によって構成される。この軸方向に延出する歯の数は前記シャッタ機構のマグネット１０１の着磁分割数ｎの１／２にて形成され、これらが外側磁極１０３ａを形成している。前記外側磁極１０３ａは円周方向に７２０／ｎ度ずつ等分配置されて形成される。また、前記ステータ１０３の内筒は中空円筒形状により構成され、内側磁極１０３ｂを形成している。前記第ステータ１０３の外側磁極１０３ａ及び内側磁極１０３ｂの間に前記コイル１０２が接着等により固定され、導線に通電されることにより前記ステータ１０３が励磁される。前記ステータ１０３の外側磁極１０３ａ及び内側磁極１０３ｂは前記マグネット１０１の着磁された部分の外周面及び内周面に対向して前記マグネット１０１を挟み込むように設けられる。

１０４は中央に開口部が形成された地板であり、前記マグネット１０１を回転可能とする摺動部と、前記ステータ１０３の外側磁極１０３ａが嵌合して接着等により固定される部分を有する。この時、前記マグネット１０１と前記ステータ１０３とは同軸になるように固定され、前記マグネット１０１の着磁部分の先端と前記ステータ１０３に固定されるコイル１０２との軸方向には所定の隙間が保たれる。

１０５及び１０６は羽根Ａ及び羽根Ｂであり、前記羽根Ａ１０５の不図示の丸穴１０５ａが前記地板１０４のダボ１０４ａに回転可能に嵌合し、前記羽根Ａ１０５の不図示の長穴１０５ｂが前記マグネット１０１のダボ１０１ａに摺動可能に嵌合し、前記羽根Ｂ１０６の不図示の丸穴１０６ａが前記地板１０４のダボ１０４ｂに回転可能に嵌合し、前記羽根Ｂ１０６の不図示の長穴１０６ｂが前記マグネット１０１のダボ１０１ｂに摺動可能に嵌合する。

１０７は中間地板で前記地板１０４との間に所定の空間を確保し、前記羽根Ａ１０５及び前記羽根Ｂ１０６を回動可能に支持している。以上の前記マグネット１０１、前記コイル１０２、前記ステータ１０３、前記地板１０４、前記羽根Ａ１０５及び羽根Ｂ１０６、前記中間地板１０７によりシャッタ機構であるシャッタ羽根開閉機構が構成されている。

また、中間地板１０７は中央に開口部１０７ａを有し、これに隣接してＮＤ機構を固定する不図示の固定部１０７ｂが形成されている。

１０９は中央に開口部１０９ａが形成された押え板であり、後述のＮＤレバー１０８を所定の隙間を持って中間地板１０７との間に挟んで軸方向の受けとなる。

次にＮＤ機構の構成要素としてＮＤレバー１０８、マグネット１１１、ステータ１１３、コイル１１２、ロータ１１０、軸受１１４がある。

１０８はＮＤレバーであり、中央に不図示のＮＤフィルタ１０８ｃを有する。また、不図示の丸穴１０８ａが押え板１０９に嵌合している後述のロータの軸部１１０ａに回転可能に嵌合し、前記ＮＤレバー１０８の不図示の長穴１０８ｂが前記ロータ１１０の外周部にある後述の駆動ピン１１０ｃに摺動可能に嵌合し、よって前記ロータ１１０の回転により前記ＮＤレバー１０８が回動し、開口部１０７ａをＮＤフィルタ１０８ｃで覆う位置と退避する位置の間を移動して開口部１０７ａの通過光量を調節するよう構成されている。

１１１はロータを構成する中空円筒形状のマグネットであり、その外周表面を円周方向にｎ分割して、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。図中の矢印Ｍｄはマグネット１１１に着磁された主たる磁束を模式的に表したものであり、ほとんどの磁束は矢印Ｍｄの方向（図面上の左右方向）に展開しており、マグネット１１１から遠ざかるに従いその強さは減じていく。前記マグネット１１１は射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により形成され、ロータ１１０の円板部に嵌合し、軸部１１０ａが後述の押え板１０９に回転可能に支持され、もう一方の軸部１１０ｂは後述のステータ１１３の中央の穴に嵌合して支持されている軸受１１４に支持されている。

１１２は円筒形状のコイルであり、導線が絶縁材料からなるボビンに巻き付けられている。１１３は軟磁性材料からなるステータであり、外筒及び内筒とそれらを結ぶ連結部とで構成される。前記ステータ１１３の外筒はその先端部が軸方向に延出する複数の歯、すなわち櫛歯形状によって構成される。この軸方向に延出する歯の数は前記第１のマグネット１の着磁分割数ｎの１／２にて形成され、これらが外側磁極１１３ａを形成している。前記外側磁極１１３ａは円周方向に７２０／ｎ度ずつ等分配置されて形成される。また、前記ステータ１１３の内筒は中空円筒形状により構成され、内側磁極１１３ｂを形成している。前記ステータ１１３の外側磁極１１３ａ及び内側磁極１１３ｂの間に前記コイル１１２が接着等により固定され、導線に通電されることにより前記ステータ１１３が励磁される。前記ステータ１１３の外側磁極１１３ａ及び内側磁極１１３ｂは前記マグネット１１１の着磁された部分の外周面及び内周面に対向して前記マグネット１１１を挟み込むように設けられる。

中間地板１０７のＮＤ機構の取り付け部に前記ステータ１１３の外側磁極１１３ａの外周が嵌合して接着等により固定される。この時、前記マグネット１１１と前記ステータ１１３とは同軸になるように固定され、前記マグネット１１１の着磁部分の先端と前記ステータ１１３に固定されるコイル１１２との軸方向には所定の隙間が保たれる。

以上、前記ＮＤレバー１０８、マグネット１１１、前記コイル１１２、前記ステータ１１３、前記ロータ１１０、軸受１１４によりＮＤ機構を構成している。

また、前記シャッタ機構とＮＤ機構が中間地板１０７を介して一体となっているのでシャッタとＮＤフィルタの両方の光量調節手段を有する光量調節装置が構成されている。

次にこの光量調節装置のレイアウトについて説明する。図８にあるように光軸方向前面から見るとシャッタ機構の駆動源１０３の最外径とＮＤ機構の駆動源１１３の最外径は隣接する配置となる。従ってシャッタ機構の駆動源１０３の最外径をφＤ１、ＮＤ機構の駆動源１１３の最外径をφＤ２とするとＮＤ機構の駆動源１１３は前記シャッタ機構の駆動源１０３の最外周より部分的に突出せざるを得ない。しかしながら、一般の小型デジタルカメラのレンズ鏡筒は円筒であることから内臓される光量調節装置も円筒形状が好ましい。よってＮＤ機構の駆動源１１３が小径であったとしてもシャッタ機構の駆動源と並列に配置すると光量調節装置全体としての最外径はＤｍａｘ＝Ｄ１＋Ｄ２となる。結果として直径Ｄｍａｘという最外径の大きい鏡筒となり、この鏡筒を備えたデジタルカメラは小型化が難しくなる。また、最外径Ｄｍａｘとシャッタ機構の駆動源Ｄ１の間に生じた空間は馬蹄形状で他の機構要素が配置し難いデッドスペースとなることが多い、という問題があった。

さらに、図７にあるようにシャッタ機構の駆動源１０３に円筒形状のマグネット１０１を備え、ＮＤ機構の駆動源１１３に円筒形状のマグネット１１１が備えられていると、それぞれのマグネットは両方共、ラジアル方向に着磁されていることになる。よってそれぞれの磁束を模式的に矢印で表した磁束ＭｃとＭｄからわかるように、これらマグネットの磁束は装置の軸方向に垂直な平面方向に広がっているので隣接して２つの駆動源を並列に配置すると互いに磁気干渉が発生し、本来それぞれの駆動源が有する駆動力が低下する。これを防ぐ為には互いの距離ｄを遠ざける必要があり、最大外径Ｄｍａｘは
Ｄｍａｘ＝Ｄ１＋Ｄ＋２ｄ
となり、遠ざけた距離ｄの２倍分を加えた直径となって装置の最大外径は増大してしまう、という問題があった。しかも、いずれかの駆動源の出力を増大させるに従い、その距離は大きくする必要がある。

このように軸方向と直交する平面に並列に薄肉円筒形状の駆動源を並べると、その最大外径は薄肉円筒形状のシャッタ機構の駆動源１０３の最外径よりＮＤ機構の駆動源１１３の直径分以上大きくなり、これを採用したデジタルカメラの鏡筒も小型化が困難である。また、２つの機構の駆動源である２つのマグネットの磁気干渉により駆動力が低下してしまう、という問題があった。

一方で薄型の駆動装置及び光量調節手段を有する光学機器として、シャッタ機構の駆動源としてスラスト方向に着磁された中空円板形状のマグネットと１つのコイルを用いた駆動装置であり、そのマグネットに連動して光量調節を行うものがある（例えば、特許文献３参照）。この構成によれば、中空円板形状のマグネットを用いてコイルをその内周においてステータで軸方向からマグネットを挟む構成なので機構全体の厚さが薄く構成できる、という利点がある。

しかしながら、この装置は薄型である一方、略同一平面にマグネットとコイルを配置しているので径方向にはスペースが必要である。
特開昭５７−１６６８４７号公報 特開２００２−２７２０８３号公報 特開２００３−１１１３７６号公報

本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、小型デジタルカメラに最適なシャッタ機構とＮＤフィルタ機構を有する光量調節装置において、レンズ鏡筒回りが薄肉となる小径で、かつ、軸方向長さも短い形状であり、また、装置の大きさに対し出力が大きい高効率な装置に構成することを目的とするものである。

上記目的を達成する為に、本発明の光量調節装置は以下（１）〜（３）の構成を備える。

（１）中空円筒形状でその回転中心軸に対しラジアル方向に着磁され周方向に交互に異なる極が形成される第１のマグネットと、前記第１のマグネットの軸方向に配置される第１のコイルと、前記第１のマグネットの外周面に対向して前記第１のコイルにより励磁される第１の磁極と、前記第１のマグネットの内周面に対向して前記第１のコイルにより励磁される第２の磁極とを有し、かつ、中空円板形状でその回転中心軸に対しスラスト方向に着磁され周方向に交互に異なる磁極が形成される第２のマグネットと、第２のマグネットの外周或いは内周に配置される第２のコイルと、前記第２のマグネットの着磁面に対向する面にあって前記第２のコイルにより励磁される第３の磁極と、前記第２のマグネットを挟んで反対側の面にあって前記第２のコイルにより励磁される第４の磁極と、開口部を有する最大開口規制部材を有する光量調節装置において、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットはそれぞれの回転中心軸を同軸として配置され、かつ、前記第１のマグネットはその回転によって前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を調節する第１の光量調節手段を駆動し、かつ、前記第２のマグネットはその回転によって前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を調節する第２の光量調節手段を駆動することを特徴としている。

（２）前項（１）に記載の光量調節装置において、前記第１の光量調節手段は前記最大開口規制部材の開口部から退避した開状態と前記最大開口規制部材の開口部を覆う閉状態との間を移動して通過光量を調節する手段であり、かつ、前記第２の光量調節手段は前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を減じる半透明部材を前記開口部に出し入れする手段であることを特徴としている。

（３）前項（２）に記載の光量調節装置において、前記最大開口規制部材には互いに表裏となる第１の面と第２の面を有し、前記第１の面の側には前記第１の光量調節手段が移動する空間と前記第１の光量調節手段を駆動する第１の駆動手段が配置され、前記第２の面の側には前記第２の光量調節装置が移動する空間と前記第２の光量調節手段を駆動する第２の駆動手段が配置されていることを特徴としている。

シャッタ機構とＮＤ機構の２つの駆動機構を有し、高輝度から低輝度まで広い範囲の被写体に対して良好な撮影が撮影が可能となるデジタルカメラに好適な光量調節装置でありながら、全ての駆動機構が概略真円形状に構成できて、それらの機構を同軸に重ねて配置したので余分な凸部が無い薄肉円筒形状とすることができる。

従ってデジタルカメラの鏡筒に内臓した場合、円筒形の鏡筒内にレンズ部分とスペースを埋めあってデッドスペースなく収まる構成とすることができてデジタルカメラの小型化に有効である。

また、光量調節装置の最大開口規制部材の前に薄肉円筒形状のシャッタ機構を、後ろ側に薄型偏平形状のＮＤ機構を配置したので、前側はレンズ鏡筒の小径となった部分と空間を分け合うことができ、後ろ側は撮像素子との距離が短い場合に有利である。

以下、図面を用いながら本発明を実施するための最良の形態について説明を行う。

図１、図２、図３、図４、図５、図６は本実施例の光量調節装置を示す図であり、そのうち、図１は光量調節装置の分解斜視図であり、図２は光量調節装置の組立完成状態の軸方向断面図であり、図３は下面図、図４は本実施例の光量調節装置を組み込んだデジタルカメラを模式的にユニット毎に表した軸方向断面図であり、図５は第１の光量調節手段の駆動源の軸方向に直角な断面図であり、図５（ａ）は第１の光量調節手段が開の状態の時の第１のマグネット１と第１のステータ３の位置関係を表し、図５（ｂ）は第１の光量調節手段が閉の状態の時の第１のマグネット１と第１のステータ３の位置関係を表している。図６は第２の光量調節手段の駆動源の軸方向に直角な断面図であり、図６（ａ）は第２の光量調節手段が進入している状態の時の第２のマグネット１１と第２のステータＡ１０の位置関係を表し、図６（ｂ）は第２の光量調節手段が退避の状態の時の第２のマグネット１１と第２のステータＡ１０の位置関係を表している。

図４においてＡは第１の駆動機構である薄肉円筒形状のシャッタ機構、Ｂは第２の駆動機構である薄型偏平形状のＮＤ機構、ＳはＣＣＤなどの撮像素子、Ｌは鏡筒で被写体側のレンズが比較的大きな直径で撮像素子側が比較的小さな直径の光学系で全体として撮像素子側が細くなる形状の鏡筒である。ここで鏡筒Ｌが次第に小径になる部分に第１の駆動機構Ａが配置され、デッドスペースを埋めている。また、第２の駆動機構Ｂは薄型なので撮像素子Ｓとの距離に対し配置しやすい。７は後述する本実施例の光量調節装置の最大開口径を決定する連結板である。

図１から図６において、シャッタ機構部分を第１の駆動機構、ＮＤ機構部分を第２の駆動機構として説明する。先ず第１の駆動機構の構成要素について説明する。１は中空円筒形状の第１のマグネットであり、その外周表面を円周方向にｎ分割（ここでは１６分割）して、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。前記第１のマグネット１は射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により形成され、後述の第１の地板４に回転可能に支持される。また後述の第１の羽根５と第２の羽根６を駆動するダボ１ａ、１ｂを有する。図中の矢印Ｍａは第１のマグネット１に着磁された主たる磁束を模式的に表したものであり、ほとんどの磁束は矢印Ｍａの方向（図面上の左右方向）に展開しており、第１のマグネット１から遠ざかるに従いその強さは減じていく。２は円筒形状の第１のコイル＆ボビンであり、導線が絶縁材料からなるボビンに巻き付けられている。３は軟磁性材料からなる円筒形状の第１のステータであり、外筒及び内筒とそれらを結ぶ連結部とで構成される。前記第１のステータ３の外筒はその先端部が軸方向に延出する複数の歯、すなわち櫛歯形状によって構成される。この軸方向に延出する歯の数は前記第１のマグネット１の着磁分割数ｎの１／２にて形成され（ここでは８つ）、これらが外側磁極３ａを形成している。前記外側磁極３ａは円周方向に７２０／ｎ度（ここでは４５度）ずつ等分配置されて形成される。また、前記第１のステータ３の内筒部分は内側磁極３ｂを形成している。この構成によりアクチュエータの直径を最小限にしつつ磁極の形成が可能となる。前記第１のステータ３の外側磁極３ａ及び内側磁極３ｂの間に前記第１のコイル＆ボビン２が接着等により固定され、導線に通電されることにより前記第１のステータ３が励磁される。前記第１のステータ３の外側磁極３ａ及び内側磁極３ｂは前記第１のマグネット１の着磁された部分の外周面及び内周面に対向して前記第１のマグネット１を挟み込むように設けられる。

４は中央に開口部が形成された円形の第１の地板であり、前記第１の地板４に前記第１のマグネット１が回転可能に取り付けられ、また第１の地板４の別の部分には前記第１のステータ３の外側磁極３ａが嵌合して接着等により固定される。この時、前記第１のマグネット１と前記第１のステータ３とは同軸になるように固定され、前記第１のマグネット１の着磁部分の先端と前記第１のステータ３に固定されるコイル＆ボビン２との軸方向には所定の隙間が保たれる。

５及び６は第１の羽根及び第２の羽根であり、前記第１の羽根５の丸穴５ａが前記第１の地板４のダボ４ａに回転可能に嵌合し、前記第１の羽根５の長穴５ｂが前記第１のマグネット１のダボ１ａに摺動可能に嵌合し、前記第２の羽根６の丸穴６ａが前記第１の地板４のダボ４ｂに回転可能に嵌合し、前記第２の羽根６の長穴６ｂが前記第１のマグネット１のダボ１ｂに摺動可能に嵌合する。

７は円形の連結板で中央に開口部７ｃを有し、この直径が本実施例の光量調節装置全体の最大開口径となる最大開口規制部材である。また前記第１の地板４との間に所定の空間を確保して結合し、前記第１の羽根５及び前記第２の羽根６を回動する空間を確保している。７ａは第１の地板４の爪部と係合する係合部で７ｂは後述の第２の地板９の爪部９ｂと係合する係合部である。

以上の前記第１のマグネット１、前記第１のコイル＆ボビン２、前記第１のステータ３、前記第１の地板４、前記第１の羽根５及び第２の羽根６、前記連結板７により第１の駆動機構であるシャッタ羽根開閉機構が全体に薄肉円筒形状に構成されている。すなわち、円板形状の構成要素は全て同軸に配置、組み立てられている。

次に第２の駆動機構であるＮＤフィルタ駆動機構について説明する。その構成要素として連結板７、ＮＤレバー８、第２の地板９、第２のマグネット１１、第２のステータＡ１０及び第２のステータＢ１３、第２のコイル＆ボビン１２がある。

尚、前記連結板７は、図中その下面側で前記第１の駆動機構の第１の地板４と結合し、図中上面側で第２の駆動機構、すなわちＮＤフィルタを駆動する機構の第２の地板９と結合し、第１の駆動機構であるシャッタ機構と第２の駆動機構であるＮＤフィルタ駆動機構を一体化している。

８はＮＤレバーであり、中央にＮＤフィルタ８ｃを有する。また、丸穴８ａが第２の地板９に支持される後述の第２の地板９の不図示の軸９ｃに回転可能に嵌合し、前記ＮＤレバー８の長穴８ｂが後述の第２のマグネット１１にある駆動ピン１１ａに摺動可能に嵌合し、よって前記第２のマグネット１１の回転により前記ＮＤレバー８が回動し、開口部９ａをＮＤフィルタで覆う位置と退避する位置の間を移動して開口部９ａの通過光量を調節するよう構成されている。

９は中央に開口部９ａが形成された円形の第２の地板であり、後述のＮＤレバー８を所定の隙間を持って連結板７との間に挟んで前記ＮＤレバー８の軸方向の受けとなる。

１１はプラスチックマグネット材料などからなる扁平円環形状の第２のマグネットであり、扁平円環形状の中心を回転中心を仮想軸とすると該仮想軸に対して垂直な面である一方の面及び他方の面を円周方向に２０分割して交互にＳ極、Ｎ極に着磁されている。また、各々その裏面は反対の極になっている。この例では着磁極数は２０極であるが、マグネットは２極以上であればよい。前記第２のマグネット１１にはその回転トルクを出力する為に第２のステータＡ１０の側に駆動ピン１１ａが形成されている。

１１ｂは第２のマグネット１１の径方向と軸方向の位置を決める摺動部で、その内周を第２のコイル＆ボビン＆ボビン１２の外周に嵌合して同軸を維持しながら円滑に回転する。

１２はリング形状の第２のコイル＆ボビンであり、前記第２のコイル＆ボビンは前記第２のマグネット１１と同心でかつ、該第２のマグネット１１の内径側に配置されている。

１０は軟磁性材料からなる第２のステータＡであり、第２のコイル＆ボビン１２への通電により励磁される。第２のステータＡ１０は前記リング形状の第２のマグネット１１の軸方向と垂直な平面（一方の面）に所定の隙間をもって対向し、前記第２のマグネット１１の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯１０ａにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯の数は第２のマグネット１１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では３６度）ずつ等分（ここでは１０）配置されている。

１３は軟磁性材料からなる第２のステータＢであり、第２のコイル＆ボビン１２への通電により励磁される。第２のステータＢ１３は前記リング形状の第２のマグネット１１の軸方向と垂直な平面（一方の面）に所定の隙間をもって対向し、前記第２のマグネット１１の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯１３ａにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯の数は第２のマグネット１１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では３６度）ずつ等分（ここでは１０）配置されている。前記第２のステータＡ１０の磁極歯１０ａは、前記第２のマグネット１１を挟んで前記第２のステータＢ１３の磁極歯１３ａに対向する位置に形成されている。前記第２のステータＡ１０と前記第２のステータＢ１３はそれぞれの内周部の立ち壁形状部で磁気的に連結されている。従って前記第２のコイル＆ボビン１２ヘの正通電により、前記第２のステータＡ１０の全ての磁極歯１０ａは同じ極、例えばＮ極になるように励磁され、一方で前記第２のステータＢ１３の全ての磁極歯１３ａは同じ極、例えばＳ極になるように励磁される。また、前記第２のコイル＆ボビン１２ヘの逆通電により、前記第２のステータＡ１０の全ての磁極歯１０ａは同じ極、Ｓ極になるように励磁され、前記第２のステータＢ１３の全ての磁極歯１３ａは同じ極、Ｎ極になるように励磁される。前記第２のマグネット１１、第２のコイル＆ボビン１２、第２のステータＡ１０及び第２のステータＢ１３で磁気回路を構成している。

以上、前記ＮＤレバー８、第２の地板９、第２のマグネット１１、前記第２のコイル＆ボビン＆ボビン１２、前記第２のステータＡ１０及び第２のステータＢ１３により第２の駆動機構であるＮＤ機構を偏平円板形状に構成している。すなわち、円板形状の構成要素は全て同軸に配置、組み立てられる。

また、前記第１の駆動機構である円筒形状のシャッタ機構と第２の駆動機構である偏平円板形状のＮＤ機構が円形の連結板７を介してそれぞれの円筒及び円板形状の中心軸を一致させて合体しているのでシャッタとＮＤフィルタの両方の手段を有する光量調節装置全体が円筒形状に構成されている。また、第１の地板４の開口部４ａと連結板７の開口部７ａ及び第２の地板９の開口部９ａは不図示の光学レンズ系に対する開口であって、ここでは例えば連結板７の開口部７ａが最小直径とし、この実施例の光量調節装置の最終的な開口部としている。

また、図２において連結板７を境に上側に不図示の撮像素子があり、連結板７の下側を被写体側とする。

次に、前記光量調節装置のシャッタ機構の前記第１のマグネット１の回転動作と第１のステータ３との関係及び第１の羽根５、第２の羽根６の開閉の動作を図１、図５、図６を用いて用いて説明する。

前記第１のコイル２への無通電時には図５（ｂ）に示すように前記第１のマグネット１はまず時計回り方向に回動した位置で停止している。この状態ではダボ１ａ、ダボ１ｂが時計回りに回動した位置であり、第１の羽根５及び第２の羽根６もそれぞれの回転中心に対し時計方向に回動させた状態、すなわち、第１の地板４の開口部４ａを閉じている。この状態から前記第１のコイル２に例えば正通電して、前記第１のステータ３の外側磁極３ａをＳ極とし、前記内側磁極３ｂをＮ極に励磁すると、前記外側磁極３ａと前記内側磁極３ｂの励磁により前記第１のマグネット１は回転方向の電磁力を受け、前記第１のマグネット１は反時計方向にスムーズに回転し始める。そして所定の回転角度となると第１の地板４の不図示の回転規制部材により回動が停止し、所定のタイミングで前記第１のコイル２への通電を断つ。この状態が図５（ａ）の状態である。これにより、第１の羽根５及び第２の羽根６はそれぞれの回転中心に対し反時計方向に回動して第１の地板４の開口部４ａから完全に退避して全開となる。

次に、図５（ａ）の状態から前記第１のコイル２への通電を反転させ、前記第１のステータ３の外側磁極３ａをＮ極とし、前記内側磁極３ｂをＳ極に励磁すると、前記外側磁極３ａと前記内側磁極３ｂの励磁により前記第１のマグネット１は回転方向の電磁力を受け、前記第１のマグネット１は時計方向にスムーズに回転し始める。そして回転角度が所定の回転角度となると第１の地板４の不図示の回転規制部材により回動が停止し、所定のタイミングで前記第１のコイル２への通電を断つ。この状態が図５（ｂ）の状態である。これにより、第１の羽根５及び第２の羽根６はそれぞれの回転中心に対し時計方向に回動して第１の地板４の開口部４ａを全閉とする。

以上のように前記第１のコイル２への通電方向を切り換えることにより、前記シャッタ機構は前記開口部４ａ及びする光束を開閉するシャッタ機構として機能する。

次に、前記光量調節装置のうち、ＮＤ駆動機構の前記第１のマグネット１１の回転動作及びＮＤレバー８の進退の様子を図１及び図６を用いて説明する。

図６（ａ）のように前記第２のコイル＆ボビン１２への無通電時には前記第１のマグネット１１はまず反時計回り方向に回動した位置で停止している。この状態ではダボ１１ａが反時計回りに回動した位置であり、ＮＤレバー８は回転中心に対し反時計方向に回動させた状態、すなわち、第２の地板９の開口部９ａから退避している。この状態から前記第２のコイル＆ボビン１２に例えば正通電して、前記第２のステータＡ１０の磁極１０ａをＳ極とし、前記第２のステータＢ１３の磁極１３ａをＮ極に励磁すると、前記第１のマグネット１１は回転方向の電磁力を受け、前記第１のマグネット１１は時計方向にスムーズに回転し始める。そして所定の回転角度となると第２の地板９の不図示の回転規制部材により回動が停止し、所定のタイミングで前記第２のコイル＆ボビン１２への通電を断つ。この状態が図６（ｂ）である。これにより、ＮＤレバー８は回転中心に対し時計方向に回動して第２の地板９の開口部９ａを覆って通過する光束を全てＮＤフィルタ８ｃに通過させる。

次に、図６（ｂ）の状態から前記第２のコイル＆ボビン１２への通電を反転させ、前記第２のステータＡ１０の磁極１０ａをＮ極とし、前記第２のステータＢ１３の磁極１３ａをＳ極に励磁すると、前記第２のマグネット１１は回転方向の電磁力を受け、前記第２のマグネット１１は反時計方向にスムーズに回転し始める。そして回転角度が所定の回転角度となると第２の地板９の不図示の回転規制部材により回動が停止し、所定のタイミングで前記第２のコイル＆ボビン１２への通電を断つ。この状態が図６（ａ）である。これにより、ＮＤレバー８は回転中心に対し反時計方向に回動して第２の地板９の開口部９ａから退避する。

以上のように前記第２のコイル＆ボビン１２への通電方向を切り換えることにより、前記ＮＤ駆動機構は前記開口部９ａに対しＮＤフィルタレバー８を進退させることで前記開口部９ａを通過する光束の光量を所定量減じて調節するＮＤ機構として機能する。

以上のように第１のコイル２の通電方向の制御により、本実施例の光量調節装置の開口部７ａの全開、全閉を行い、第２のコイル＆ボビン１２の通電方向の制御により本実施例の光量調節装置の開口部７ａの通過光量を減じる機能を行う。また第１のコイル２の通電方向制御と第２のコイル＆ボビン１２への通電方向制御は独立して行うことができる。

次に実際のシャッタ機構とＮＤ機構を有する光量調節装置が広い輝度範囲の被写体に対応して撮影可能な状況について説明する。

まず撮像素子Ｓなどの被写体の輝度情報検出装置からの信号により、カメラが被写体の輝度が撮像素子Ｓの高輝度側の限界を超えて高いと認識した場合、第２のコイル＆ボビン１２へ正通電を行い、前記ＮＤフィルタ８ｃを光路に進入させた状態で、前記第１のコイル２へ正通電を行って前記シャッタ機構の第１の羽根５及び第２の羽根６を開き、撮像素子Ｓに露光を行い、所定時間後、前記第１のコイル２へ逆通電を行い、シャッタを全閉させて撮影を終了する。

以上により撮像素子Ｓの高輝度側の限界を超えて高い輝度の被写体に対して被写体からの光量を所定量減じることで被写体輝度を撮像素子Ｓの適当な輝度範囲に納めて高輝度部分が撮像素子Ｓの電荷の飽和のない良好な撮影が可能となった。次に撮像素子Ｓなどの被写体の輝度情報検出装置からの信号により、カメラが被写体の輝度が撮像素子Ｓの高輝度側の限界の範囲内であると認識した場合、第２のコイル＆ボビン１２へ逆通電を行い、前記ＮＤフィルタ８ｃを光路から退避させた状態で、前記第１のコイル２へ正通電を行ってシャッタを開き、撮像素子Ｓに露光を行い、所定時間後、前記第１のコイル２へ逆通電を行い、前記シャッタ機構の第１の羽根５及び第２の羽根６を全閉させて撮影を終了する。

以上により撮像素子Ｓの高輝度側の限界の範囲内の被写体に対しては撮像素子Ｓの適当な輝度範囲に納めた撮影が可能となり、実際には低輝度の被写体に対しては撮像素子Ｓの能力を最大限に利用しての撮影が可能となる。

また、以上説明したように本実施例の光量調節装置はシャッタ機構とＮＤ機構の２つの駆動機構を有し、高輝度から低輝度まで広い範囲の被写体に対して良好な撮影が可能となるデジタルカメラに好適な光量調節装置でありながら、全ての駆動機構が概略真円形状で、それらの機構を同軸に重ねて配置したので余分な凸部が無い薄肉円筒形状とすることができる。詳しくはデジタルカメラの鏡筒に存在するレンズ部分と撮像素子に対し、ラジアル方向に着磁された中空円筒形状のマグネットを用いた駆動源薄肉円筒形状の駆動機構をレンズ部分の外周に配置し、スラスト方向に着磁された中空円板形状のマグネットを用いた薄型偏平形状の駆動機構を追加しているのでレンズ部分と互いにデッドスペースを埋めあるって効率のよいスペース配置が可能となる。従ってデジタルカメラの鏡筒に内臓した場合、円筒形の鏡筒内にデッドスペースなく収まる構成とすることができてデジタルカメラの小型化に有効である。また、シャッタ機構とＮＤフィルタ駆動機構のそれぞれの駆動源に用いられている２つのマグネットは、その着磁方向が互いに９０度異なって着磁されているので磁気の干渉が少なく、発生する駆動力の低下のない高効率な光量調節装置を提供できるものである。

ここで、このような構成の光量調節装置が小径で高効率な構成であることについて述べる。

本実施例の光量調節装置の基本構成について述べると、
第１に第１のマグネットを中空円筒形状に形成し、その外周面をラジアル方向に着磁していること。
第２に第２のマグネットを中空円板形状に形成し、その回転軸に垂直な面にスラスト方向に着磁していること。
第３に第１のマグネットと第２のマグネットの回転軸を軸方向に同軸に配置したこと。
第４に最大開口規制部材である連結板の軸方向の前側に第１のマグネット及び第１のマグネットに駆動される第１の光量調節機構を配置し、連結板の軸方向の後ろ側に第２のマグネット及び第２のマグネットに駆動される第２の光量調節機構を配置していること。
第５に第１のマグネットの軸方向に第１のコイルをならべて配置していること。
第６に第１のコイルにより励磁される第１のステータの外側磁極及び内側磁極をそれぞれ第１のマグネットの外周面及び内周面に対向させていること。
第７に第１のステータの外側磁極を軸方向に延出する櫛歯により構成していること。
第８に第２のマグネットの外周あるいは内周に第２のコイルを配置していること。
第９に第２のコイルにより励磁される第２のステータＡと第２のステータＢを第２のマグネットの回転軸に垂直な面に対向させていること。
第１０に第２のステータＡの磁極を径方向に延出する櫛歯により形成していること。
第１１に第２のステータＢの磁極を径方向に延出する櫛歯により形成していること。

上記実施の形態において、図１、図２、図３の第１のコイル＆ボビン２が本発明の第１のコイルに相当し、第２のコイル＆ボビン１２が本発明の第２のコイルに相当し、第１のステータ３の外側磁極３ａが本発明の第１の磁極に相当し、第１のステータ３ｂが本発明の第２の磁極に相当し、第２のステータＡ１０が本発明の第３の磁極に相当し、第２のステータＢ１３が本発明の第４の磁極に相当し、連結板７が本発明の最大開口規制部材に相当する。

本実施例ではデジタルカメラのレンズ鏡筒などに内臓された光量調節装置は最大開口規制部材に対し、レンズの軸方向の被写体側にラジアル方向に着磁された第１のマグネットを配置し、撮像素子Ｓ側にスラスト方向に着磁された第２のマグネットを配置しているが、その逆でもよい。すなわち、被写体側に第２のマグネットを配置し、撮像素子Ｓ側に第１のマグネットを配置しても良い。

また、本実施例ではラジアル方向に着磁された第１のマグネットを用いた駆動機構はシャッタ羽根を駆動し、スラスト方向に着磁された第２のマグネットを用いた駆動機構はＮＤフィルタを駆動しているが、その逆でも良い。すなわち、ラジアル方向に着磁された第１のマグネットを用いた駆動機構はＮＤフィルタを駆動し、スラスト方向に着磁された第２のマグネットを用いた駆動機構はシャッタ羽根を駆動しても良い。

本発明の実施例の光量調節装置の分解斜視図である。 前記光量調節装置の完成状態の軸方向断面図である。 前記光量調節装置の下面図である。 本実施例の光量調節装置を組み込んだデジタルカメラの軸方向断面図である。 本実施例の第１の光量調節手段の軸方向に直角な断面図である。 本実施例の第２の光量調節手段の軸方向に直角な断面図である。 従来の光量調節装置の完成状態の軸方向断面図である。 従来の光量調節装置の下面図である。

符号の説明

１ 第１のマグネット
２ 第１のコイル＆ボビン
３ 第１のステータ
４ 第１の地板
５ 第１の羽根
６ 第２の羽根
７ 連結板
８ ＮＤレバー
９ 第２の地板
１０ 第２のステータＡ
１１ 第２のマグネット
１２ 第２のコイル＆ボビン
１３ 第２のステータＢ
Ａ シャッタ機構
Ｂ ＮＤ機構
Ｓ 撮像素子
Ｌ 鏡筒

Claims (3)

1. 中空円筒形状でその回転中心軸に対しラジアル方向に着磁され周方向に交互に異なる極が形成される第１のマグネットと、前記第１のマグネットの軸方向に配置される第１のコイルと、前記第１のマグネットの外周面に対向して前記第１のコイルにより励磁される第１の磁極と、前記第１のマグネットの内周面に対向して前記第１のコイルにより励磁される第２の磁極とを有し、かつ、中空円板形状でその回転中心軸に対しスラスト方向に着磁され周方向に交互に異なる磁極が形成される第２のマグネットと、第２のマグネットの外周或いは内周に配置される第２のコイルと、前記第２のマグネットの着磁面に対向する面にあって前記第２のコイルにより励磁される第３の磁極と、前記第２のマグネットを挟んで反対側の面にあって前記第２のコイルにより励磁される第４の磁極と、開口部を有する最大開口規制部材を有する光量調節装置において、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットはそれぞれの回転中心軸を同軸に配置され、かつ、前記第１のマグネットはその回転によって前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を調節する第１の光量調節手段を駆動し、かつ、前記第２のマグネットはその回転によって前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を調節する第２の光量調節手段を駆動することを特徴とする光量調節装置。
2. 前記第１の光量調節手段は前記最大開口規制部材の開口部から退避した開状態と前記最大開口規制部材の開口部を覆う閉状態との間を移動して通過光量を調節する手段であり、かつ、前記第２の光量調節手段は前記最大開口規制部材の開口部の通過光量を減じる半透明部材を前記開口部に出し入れする手段であることを特徴とする請求項１記載の光量調節装置。
3. 前記最大開口規制部材には互いに表裏となる第１の面と第２の面を有し、前記第１の面の側には前記第１の光量調節手段が移動する空間と前記第１の光量調節手段を駆動する第１の駆動手段が配置され、かつ、前記第２の面の側には前記第２の光量調節装置が移動する空間と前記第２の光量調節手段を駆動する第２の駆動手段が配置されていることを特徴とする請求項２記載の光量調節装置。

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