JP2006308728A

JP2006308728A - 光学部品

Info

Publication number: JP2006308728A
Application number: JP2005129220A
Authority: JP
Inventors: Koji Kitagawa; 浩司北川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】潤滑剤の塗布をすることなく、摺動面の摺動抵抗を軽減でき動作の安定化を図る上で有利な光学部品を提供する。
【解決手段】光学部品１０は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの撮影光学系に組み込まれ開口面積を変化させる複数の絞り羽根１６を備える絞りであり、摺動面は絞り羽根１６の厚さ方向の両面である。複数の絞り羽根１６は、光を透過しない薄板状の合成樹脂で形成されプラズマイオン注入法によって表面改質が行われている。したがって、複数の絞り羽根１６はその表面の硬度が高められることにより、各絞り羽根１６の摺動面の摩擦係数を低下させることで摺動負荷を軽減できるので、開閉動作の安定化、高速化を図る上で有利となる。
【選択図】図１

Description

本発明は光学部品に関する。

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の撮影光学系に組み込まれ、開口面積を変化させる複数の絞り羽根を備えた絞りがある（特許文献１、２参照）。
このような絞りでは、絞り羽根の開閉動作の安定化を図るために、互いに重なり合う摺動面に潤滑剤を塗布することで摺動抵抗を軽減するようにしている。
特開平１３−２８１７２８号公報特開２００２−２０２５４３号公報

ところで、上述した絞りでは、絞り羽根に潤滑剤を塗布する工程が必要となるため、組み立てが繁雑となる不具合があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、潤滑剤の塗布をすることなく、摺動面の摺動抵抗を軽減でき動作の安定化を図る上で有利な光学部品を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、摺動面を有する合成樹脂製の光学部品であって、前記摺動面は、プラズマイオン注入法によって表面改質が行われその表面の硬度および靭性が高められていることを特徴とする。

本発明によれば、プラズマイオン注入法によって摺動面の表面改質が行われその表面の硬度が高められる。これにより、摺動面の摩擦係数を低下させることで摺動負荷を軽減でき、動作の安定化を図れる。また、従来の摺動面へ潤滑剤を塗布する工程を省略でき、光学部品の組み立てを簡単に行う上で有利となる。
また、摺動面の表面改質が行われその表面の靭性が高められる。これにより、光学部品の耐久性を確保しつつ薄型化、小型化、軽量化を図れる。

（第１の実施の形態）
次に本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は第１の実施の形態における光学部品の構成を示す斜視図、図２（Ａ）、（Ｂ）は第１の実施の形態の光学部品の動作を示す説明図、図３は光学部品のシャッタの羽根の断面図である。

図１に示すように、第１の実施の形態において、光学部品１０は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの撮影光学系に組み込まれ開口面積を変化させる複数の絞り羽根を備える絞りであり、摺動面は絞り羽根の厚さ方向の両面である。
光学部品１０はケース１２と蓋板１４を備え、ケース１２と蓋板１４の間に、複数の絞り羽根１６と回転板１８が収容され、蓋板１４にアクチュエータ２０とセンサ２２が配設されている。
ケース１２は、円板状の底壁１２０２と、底壁１２０２の周囲から起立された円筒状の側壁１２０４を有し、底壁１２０２の中央には光路を形成する円状の開口１２０６が設けられている。
底壁１２０２の内面にはカム溝１２０８が周方向に延在形成されている。カム溝１２０８は、開口１２０６の中心からの距離が周方向に沿って周期的に増減するように形成されている。
また、側壁１２０４の内周には、回転板支持用の第１環状面１２１０と、蓋板支持用の第２環状面１２１２とが設けられている。

複数の絞り羽根１６は、光を透過しない薄板状の合成樹脂で形成され後述するようにプラズマイオン注入法によって表面改質が行われている。
合成樹脂としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル、ＡＰＯ（アモルファスポリオレフィン）などを用いることができる。
複数の絞り羽根１６は厚さ方向の両側に位置する下面１６０２と上面１６０４を有し、下面１６０２にはガイドピン１６０６が突設され、上面１６０４には支軸１６０８が突設されている。
図２（Ａ）に示すように、複数の絞り羽根１６は、各ガイドピン１２０６がカム溝１２０８に挿入された状態で開口１２０６を囲むように開口１２０６の周方向に等間隔をおいて配設され、隣接する絞り羽根１６の上面１６０４と下面１６０２の一部が互いに重ねあわされた態で底壁１２０２の内面上に配置される。
そのため、後述するように、各絞り羽根１６の下面１６０２は隣接する隣接する絞り羽根１６の上面１６０４と摺動し、各絞り羽根１６の上面１６０４は隣接する隣接する絞り羽根１６の下面１６０２と摺動する。
したがって、各絞り羽根１６の下面１６０２と上面１６０４は摺動面となっている。

回転板１８は円板状を呈し、絞り羽根１６の上方からケース１２内に挿入され回転板１８の下面外周が第１環状面１２１０に支持されて配設され、その中央に前記開口１２０６とほぼ同じ直径の円状の開口１８０２が設けられている。
回転板１８の開口１８０２周囲には、開口１８０２の中心を中心とする円周上に等間隔をおいて絞り羽根１６の数と同じ数の係合孔１８０４が貫通形成されている。
各係合孔１８０４に絞り羽根１６の支軸１２０８が挿入されることで、各絞り羽根１６は支軸１２０８を中心に揺動可能に支持されている。
回転板１８の上面には開口１８０２の中心を中心とする環状の壁部が突設され、この壁部の外周面に大径歯車１８０６が形成されている。
また、回転板１８の外周寄りの箇所に検出用孔１８０８が貫通形成されている。

蓋板１４は円板状を呈し、回転板１８の上方からケース１２内に挿入され、蓋板１４の下面外周が第２環状面１２１２に支持され側壁１２０４に回転不能に取着されている。
蓋板１４は、その中心に前記開口１２０６、１８０２とほぼ同じ直径の円状の開口１４０２が設けられている。

アクチュエータ２０は、例えば、モータなどで構成され、駆動信号が供給されることで正逆方向に回転駆動される駆動軸を有し、駆動軸に小径歯車２００２が設けられている。
アクチュエータ２０は、小径歯車２００２を蓋板１４の貫通孔１４０４を通して回転板１８の大径歯車１８０６に噛合した状態で蓋板１４に取着されている。
センサ２２は、例えば、検出光を照射するとともにその反射光を検出する反射型の光センサなどで構成され、蓋板１４の貫通孔１４０６を介して前記検出光を回転板１８に向けて出射し、検出用孔１８０８の位置を検出することで回転板１８の揺動位置を検出するように構成されている。

このように構成された光学部品１０の動作について説明する。
アクチュエータ２０に駆動信号が供給されると、小径歯車２００２、大径歯車１８０６を介して回転板１８が正方向あるいは逆方向に所定の角度回転される。
これにより、各絞り羽根１６は、支軸１６０８および係合孔１８０４を介して回転板１８とともに所望の角度回転され、各絞り羽根１６のガイドピン１６０６がカム溝１２０８に沿って案内されることで各絞り羽根１６は支軸１６０８を支点に揺動される。
したがって、絞り羽根１６が開口１２０６、１８０２、１４０２の中心から離れる方向に揺動されると、図２（Ａ）に示すように、各絞り羽根１６で囲まれた開口面積が拡大して前記光路が開かれた状態（全開状態）となる。
また、絞り羽根１６が開口１２０６、１８０２、１４０２の中心に近づく方向に揺動されると、図２（Ｂ）に示すように、各絞り羽根１６で囲まれた開口面積が縮小する。
これらにより絞りによる光量調節が行われる。
なお、各絞り羽根１６で囲まれた開口面積が縮小する方向に移動させると、開口面積が零になって前記光路が閉じられた状態（全閉状態）となり、したがって、各絞り羽根１６を全閉状態に移動させることでシャッタとして使用できることは無論である。

次に、各絞り羽根１６の下面１６０２、上面１６０４に対してなされるイオンプラズマ注入法（Ｐｌａｓｍａ−ＢａｓｅｄＩｏｎＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ：ＰＢＩＩ）による表面改質について図４を参照して説明する。
図４はプラズマイオン注入を行う装置の構成図である。
まず、プラズマイオン注入を行う装置について説明する。
装置１００は、真空チャンバー１０２、アンテナコイル１０４、ホルダ１０６などを備えている。
真空チャンバー１０２は、その内部が真空状態に保持されるとともに、イオンを生成するためのガスが導入されるものである。
アンテナコイル１０４は、真空チャンバー１０２内に配置され、高周波の交流電圧（例えば周波数１３．５６ＭＨｚ）が印加されることで放電を行い真空チャンバー１０２内のガスをプラズマ化するものである。
ホルダ１０６は、真空チャンバー１０２内でアンテナコイル１０４に対向する箇所において、イオンを注入すべき材料、本実施の形態では、絞り羽根１６を保持するものである。
ホルダ１０６は、カソード（陰極）を兼用しており、高圧の正負パルス電圧（例えば、周波数１０ＫＨｚ、正電圧＋１０ＫＶ、負電圧−１０ＫＶ）が印加されるものである。

次に、このような装置１００を用いて絞り羽根１６にイオンを注入する手順について説明する。
予め、イオンを注入すべき材料である絞り羽根１６をホルダ１０６に保持させる。
次に、真空チャンバー１０２内をポンプにより真空状態にしたならば、イオンを生成するためのガスとしてメタンガス（ＣＨ_４）を真空チャンバー１０２内に導入する。この際、アンテナコイル１０４による放電を容易にするためアルゴンガスも真空チャンバー１０２内に導入する。
そして、アンテナコイル１０４に高周波の交流電圧を印加することで、真空チャンバー１０２内のガスをプラズマ状態（電離状態）とする。すなわち、メタンガスがプラズマ状態になると、陽イオンである炭素イオン（カーボンイオン）が生成される。
次いで、ホルダ１０６に高圧の正負パルス電圧を印加することで絞り羽根１６を負電位とすると、炭素イオンが絞り羽根１６に向かって引きつけられて加速され、絞り羽根１６に注入される。
これにより、図３に示すように、絞り羽根１６の表面（下面１６０２、上面１６０４）から深さＤの領域Ａに炭素イオンが注入され、表面改質がなされる。深さＤは例えば８０ｎｍである。
絞り羽根１６は、このような表面改質により、その表面の硬度と靭性（粘り強さ）が高められる。そして、絞り羽根１６は、表面の硬度が高められることにより摩擦係数が低下し、また、靭性が高められることで塑性変形しにくくなる。
言い換えると、絞り羽根１６は、このような表面改質により、その表面に硬く、耐食性に優れる安定した膜が形成される。
なお、プラズマを利用する表面改質技術としては、上述したプラズマイオン注入法の他に、従来公知のイオン窒化、ＰＶＤ（イオンプレーティング）、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）、イオンエッチング（スパッタクリーニング）などの技術が知られているが、これらの従来公知の技術の表面改質によって得られる表面の硬度と靭性に比べてプラズマイオン注入法の表面改質によって得られる表面の硬度と靭性は格段に優れているものである。
なお、プラズマイオン注入法では、下面１６０２、上面１６０４、ガイドピン１６０６、支軸１６０８を含む絞り羽根１６の表面全域が表面改質される。

したがって、本実施の形態の光学部品１０によれば、プラズマイオン注入法によって絞り羽根１６の摺動面の表面改質が行われその表面の硬度が高められることにより、各絞り羽根１６の摺動面の摩擦係数を低下させることで摺動負荷を軽減できるので、開閉動作の安定化、高速化を図る上で有利となる。
このため、従来と違って摺動面に潤滑剤を塗布する工程を省略でき、光学部品１０の組み立てを簡単に行う上で有利となる。
また、摺動面に潤滑剤が塗布された光学部品が撮像装置のレンズ鏡筒に組み込まれている場合、撮像装置に加えられた衝撃や振動により摺動面に塗布された潤滑剤が飛散してレンズ鏡筒内のレンズなどに付着して光路上の障害物となり、撮影した画像に黒い点となって表れてしまうことが考えられるが、本実施の形態の光学部品１０によればこのような不具合を未然に防止することができる。
また、絞り羽根１６の摺動面の表面改質が行われその表面の靭性が高められることにより、各絞り羽根１６の耐久性を確保しつつ薄型化を図ることができるので光学部品１０の小型化、軽量化を図る上で有利となる。
また、絞り羽根１６の摺動面の摺動負荷を軽減するとともに、絞り羽根１６の小型化、軽量化を図ることで、絞りばね１６を駆動するアクチュエータ２０の消費電力を低減する上でも有利となる。
なお、第１の実施の形態では、光学部品１０が多数の絞り羽根１６を有する絞りあるいはシャッタである場合について説明したが、本発明の光学部品はこのような絞りやシャッタに限定されるものではなく、例えば、切り欠き部を設けた２枚の絞り羽根を相対的にスライドさせて２つの切り欠き部の間に形成される絞り部の開口面積（通光面積）を可変する絞り、あるいは、ＮＤフィルタを光路上に入出させるフィルタ装置などの摺動面を有する光学部品に適用できることは勿論である。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態における光学部品の構成を示す図である。
第２の実施の形態では、光学部品３０は、レンズを保持するレンズ保持部と軸受け部とが一体成形されたレンズ枠であり、軸受け部には軸受け孔が形成され、摺動面は軸受け孔の内周面である。
光学部品３０は、レンズ３２を保持するレンズ保持部３４と、レンズ保持部３４に一体成形された軸受け部３６とを備えたレンズ枠であり、光学部品３０は第１の実施の形態と同様の合成樹脂で形成されている。
軸受け部３６には軸受け孔３６０２が形成され、軸受け孔３６０２に案内軸３８が挿通されることで、光学部品３０がレンズ３２の光軸方向に沿って案内されるように構成されている。
したがって、軸受け孔３６０２の内周面３６０４が案内軸３８の外周面３８０２と摺動する摺動面を構成している。
また、軸受け部３６の反対側のレンズ保持部３４箇所に光軸と平行な方向に貫通する孔３４０２が設けられ、この孔３４０２には金属製の雌ねじ部材３４０４が埋め込まれている。
雌ねじ部材３４０４には送りねじ４０が螺合されており、送りねじ４０がモータなどにより正逆方向に回転されることで、光学部品３０が光軸方向に沿って移動するように構成されている。
そして、軸受け部３６の内周面３６０４は、第１の実施の形態と同様に、イオンプラズマ注入法によってその表面にイオンが注入され、表面改質が行われることで、その表面の硬度と靭性（粘り強さ）が高められる。そして、レンズ保持部３４と軸受け部３６は、表面の硬度が高められることにより摩擦係数が低下し、また、靭性が高められることで塑性変形しにくくなる。
なお、プラズマイオン注入法では、レンズ保持部３４、軸受け部３６を含む光学部品３０の表面全域が表面改質される。

第２の実施の形態によれば、軸受け部３６の内周面３４０４で構成される摺動面の表面の硬度が高められることにより摩擦係数が低下し、また、靭性が高められることで塑性変形しにくくなる。
このため、軸受け部３６の摺動面（内周面３６０２）と案内軸３８の外周面３８０２の摩擦係数が低下させることで摺動負荷を軽減できるので、光学部品３０の移動動作の安定化、高速化を図る上で有利となる。
また、第２の実施の形態では、レンズ保持部３４および軸受け部３６の表面改質が行われその表面の靭性が高められるので、レンズ保持部３４および軸受け部３６の耐久性を確保しつつ小型化を図ることができるので光学部品３０の小型化、軽量化を図る上で有利となる。
また、軸受け部３６の摺動面の摺動面の摺動負荷を軽減するとともに、レンズ保持部３４および軸受け部３６の小型化、軽量化を図ることで、送りねじ４０を駆動するモータの消費電力を低減する上でも有利となる。

なお、各実施の形態では、注入されるイオンが炭素イオンである場合について説明したが、注入されるイオンは、そのイオンが注入されることで表面改質が行われるイオンであればよい。例えば、炭素イオンに代えて窒素イオンを用いてもよく、その場合にはメタンガスに代えて窒素ガスを用いればよい。
また、実施の形態では、イオンを摺動面に注入することで摺動面の表面の改質を行う場合について説明したが、イオンに代えて電子を摺動面に注入することで摺動面の表面の改質を行ってもよい。
また、実施の形態では、光学部品が絞り、あるいは、レンズ枠である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動面を有する光学部品に広く適用される。

第１の実施の形態における光学部品の構成を示す斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）は第１の実施の形態の光学部品の動作を示す説明図である。光学部品のシャッタの羽根の断面図である。プラズマイオン注入を行う装置の構成図である。第２の実施の形態における光学部品の構成を示す図である。

符号の説明

１０……光学部品、１６……絞り羽根、１６０２……下面、１６０４……上面。

Claims

摺動面を有する合成樹脂製の光学部品であって、
前記摺動面は、プラズマイオン注入法によって表面改質が行われその表面の硬度および靭性が高められている、
ことを特徴とする光学部品。
前記光学部品は開口面積を変化させる複数の絞り羽根を備える絞りであり、前記摺動面は前記絞り羽根の厚さ方向の両面であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記光学部品は、レンズを保持するレンズ保持部と軸受け部とが一体成形されたレンズ枠であり、前記軸受け部には軸受け孔が形成され、前記摺動面は前記軸受け孔の内周面であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。