JP2007047289A - 光量調節装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 絞り機能およびシャッタ機能を有し、高速シャッタと低消費電力化の双方を実現できる光量調節装置を提供する。
【解決手段】 光量調節装置１０は、光通過口を開放状態とする第１の位置および該光通過口を全閉状態とする第２の位置を含む可動範囲を有する遮光部材７と、該遮光部材を駆動するアクチュエータ１とを有する。さらに、上記可動範囲のうち、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置よりも第１の位置側の第１の領域において遮光部材に閉じ方向の付勢力を与え、第３の位置よりも第２の位置側の第２の領域において遮光部材に付勢力を与えない付勢機構４，５，６ａを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関するものである。

ビデオカメラやデジタルスチルカメラには、静止画撮影機能と動画撮影機能を併せ持つものが多い。静止画撮影を行う場合には、撮像素子の露光量および露光時間（シャッタスピード）を正確にコントロールするために、メカニカルシャッタ装置を有することが望ましい。また、動画撮影時には、撮像素子の露光量を連続的にコントロールする絞り装置が必要である。

従来、このように静止画撮影機能と動画撮影機能を併せ持つカメラでは、絞り装置とシャッタ装置とを別々に設ける場合がある。但し、絞り装置とシャッタ装置とを別々に設けると、これらを駆動するアクチュエータが２つ必要になるため、光学機器の大型化を招く。

このため、同じ遮光部材を駆動する１つのアクチュエータの制御を絞り用とシャッタ用とで切り換えることにより、絞り動作とシャッタ動作の双方を可能とした絞り兼シャッタ装置も提案されている。

但し、絞り兼シャッタ装置において、アクチュエータによる駆動だけで遮光羽根を高速で駆動することは難しい。このため、例えば特許文献１にて提案されている手法、すなわち、アクチュエータとは別に設けられたトーションバネによって遮光羽根を閉方向に付勢することで、アクチュエータによる駆動をアシストする構成が考えられる。
特開２００３−５２５２号公報（段落００１５〜００１８、図１，３，４等）

しかしながら、絞り兼シャッタ装置において、特許文献１にて提案された構成のように単にバネによって遮光羽根を閉方向に付勢するだけでは、動画撮影時のように連続して長時間遮光部材を駆動するような場合に常にバネの付勢力が作用することになる。このため、動画撮影時のアクチュエータの負荷大きくなり、消費電力も増加してしまう。

本発明は、絞り機能およびシャッタ機能を有し、高速シャッタと低消費電力化の双方を実現できる光量調節装置およびこれを備えた光学機器を提供することを目的の１つとしている。

上記の目的を達成するために、本発明の一側面としての光量調節装置は、光通過口を開放状態とする第１の位置および該光通過口を全閉状態とする第２の位置を含む可動範囲を有する遮光部材と、該遮光部材を駆動するアクチュエータとを有する。さらに、該可動範囲のうち、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置よりも第１の位置側の第１の領域において遮光部材に閉じ方向の付勢力を与え、第３の位置よりも第２の位置側の第２の領域において遮光部材に付勢力を与えない付勢機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、開放側の第１の領域で遮光部材を付勢機構によって閉じ方向に付勢してアクチュエータによる駆動をアシストするので、遮光部材の閉じ駆動を高速化することができる。このため、例えば静止画撮影時に第１の領域からシャッタ動作のために遮光部材を閉じ動作させる場合には、アクチュエータのみにより駆動する場合に比べてシャッタスピードを高速化することができる。一方、全閉じ側の第２の領域では上記のような閉じ方向への付勢力を作用させないので、この領域で遮光部材を開閉駆動するアクチュエータに付勢力による負荷を与えない。したがって、この領域で動画撮影時の絞り動作を行うような場合に、アクチュエータの消費電力を抑えることができる。

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。

まず、図５には、本発明の実施例である光量調節装置としての絞り兼シャッタ装置を備えたビデオカメラ（光学機器）の構成を示す。

なお、ここでは、ビデオカメラについて説明するが、本発明の光量調節装置は、デジタルスチルカメラや、一眼レフカメラに装着される交換レンズといった光学機器にも適用することができる。

図５において、２０１ａ〜２０１ｄは、物体側から像側に配置された、正，負，正，正の屈折力を有する第１〜第４レンズユニットである。第１レンズユニット２０１ａは固定されており、第２レンズユニット２０１ｂは光軸方向に移動して変倍を行う。第３レンズユニット２０１ｃは固定されており、第４レンズユニット２０１ｄは光軸方向に移動してピント合わせを行う。

２２１はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子である。２２２は第２レンズユニット２０１ｂを光軸方向に駆動するズームモータであり、ステッピングモータ、リニアボイスコイルモータ、リニア振動型モータ（超音波モータ）等により構成される。２２３は第４レンズユニット２０１ｄを光軸方向に駆動するフォーカスモータであり、ステッピングモータ、円環又はリニア振動型モータ（超音波モータ）、リニアボイスコイルモータ等により構成される。

１０は第２レンズユニット２０１ｂと第３レンズユニット２０１ｃとの間に配置された、本実施例の絞り兼シャッタ装置である。１は該絞り兼シャッタ装置１０の駆動源となる絞りアクチュエータであり、メータやステッピングモータ等により構成される。

２２５はズームエンコーダ、２２７はフォーカスエンコーダである。これらのエンコーダはそれぞれ、第２レンズユニット２０１ｂおよび第４レンズユニット２０１ｄの光軸方向への移動に応じたパルス信号を出力する。所定の基準位置からの該パルス信号をカウントすることにより、第２レンズユニット２０１ｂおよび第４レンズユニット２０１ｄの位置を検出することができる。

なお、ズームモータとしてＤＣモータを用いる場合には、ボリューム等の絶対位置エンコーダを用いることができる。また、ズームエンコーダ２２５およびフォーカスエンコーダ２２７として、光学式や磁気式のものを用いてもよい。

２２６は絞りエンコーダであり、例えば絞りアクチュエータ１としてのメータの内部にホール素子を配置して、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のもの等が用いられる。

２２８はカメラ信号処理回路であり、撮像素子２２１からの出力に対して所定の増幅やガンマ補正などを施す。これらの所定の処理を受けた映像信号は、ＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０に入力される。ＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０はそれぞれ、画像全体のうち露出の決定およびピント合わせのために最適な信号取出し範囲を設定する。

２３１はＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号処理回路であり、ＡＦゲート２３０から出職された映像信号の高周波成分を抽出してＡＦ評価値信号として出力する。

２３３はズーミングを行わせるために操作されるズームスイッチである。２３４はズームトラッキングメモリであり、変倍に際して被写体距離と第２レンズユニット２０１ｂの位置に対してピントを維持するために第４レンズユニット２０１ｄを駆動すべき位置情報を記憶している。なお、ズームトラッキングメモリとして、後述するＣＰＵ内のメモリを使用してもよい。２３２はコントローラとしてのＣＰＵであり、ビデオカメラ全体の動作の制御を司る。２５０は動画撮影と静止画撮影とを切り換える撮影モード切換えスイッチである。

上記のように構成されたビデオカメラでは、例えば撮影者によりズームスイッチ２３３が操作されると、ＣＰＵ２３２はズームモータ２２２を制御して、第２レンズユニット２０１ａを駆動する。また、ＣＰＵ２３２はズームエンコーダ２２５により検出された第２レンズユニット２０１ｂの位置情報とズームトラッキングメモリ２３４の情報とに基づいて、第２レンズユニット２０１ｂの位置に対して第４レンズユニット２０１ｄを駆動すべき位置を算出する。そして、ＣＰＵ２３２は、フォーカスエンコーダ２２７により検出された第４レンズユニット２０１ｄの位置が該算出した駆動位置に一致するようにフォーカシングモータ２２３を制御する。これにより、ピントを維持したままでの変倍、すなわちズーミングを行うことができる。

また、オートフォーカスにおいて、ＣＰＵ２３２は、ＡＦ信号処理回路２３１からのＡＦ評価値信号がピークを示す位置を探索するようにフォーカシングモータ２２３を制御して第４レンズユニット２０１ｄを駆動する。

さらに、適正露出を得るために、ＣＰＵ２３２は、ＡＥゲート２２９を通過した輝度信号の出力の平均値が所定値となる絞り値（絞り開口径）を算出する。そして、絞りエンコーダ２２６の出力が該所定値となるように、絞りアクチュエータ１を制御して、絞り兼シャッタ装置１０の絞り開口径をコントロールする。

撮影モード切換えスイッチ２５０によって動画撮影が選択された場合には、絞り開口径のコントロールを連続して行う。このときの絞り開口径のコントロール範囲は、全閉状態よりも若干開いた小絞り状態と所定の中間絞り状態との間である。

また、撮影モード切換えスイッチ２５０によって静止画撮影が選択された場合には、不図示の静止画撮影スイッチが操作されるまでは動画撮影時と同様に絞り開口径のコントロールを連続的に行う。但し、このときの絞り開口径のコントロール範囲は開放状態と小絞り状態との間である。そして、静止画撮影スイッチが操作されると、そのときの絞り状態で所定時間の撮像素子２２１の露光を行い、その後全閉状態に閉じる。

図１、図２および図３にはそれぞれ、本発明の実施例である光量調節装置としての絞り兼シャッタ装置１０を光軸方向から見たときの構成を示している。図１は全閉状態のときの構成を、図２は動画撮影時における最大開口設定状態のときの構成を、図３は静止画撮影時における最大開口設定状態のときの構成をそれぞれ示している。

これらの図において、１は絞りアクチュエータであり、メータやステップモータ等により構成される。２は絞りアクチュエータ１の出力軸と一体回転するギアである。３はギヤ２からの駆動力を受けて、複数の遮光部材としての絞り羽根７を駆動する第１の部材としての羽根駆動部材である。該羽根駆動部材３は、光軸ＡＸＬを中心として配置されたリング部３ａと、該リング部３ａの外周における円弧形状部に形成され、ギヤ２に噛み合うギヤ部３ｂとを有する。リング部３ａの周方向複数箇所には、略等間隔で複数のカム溝３ｃが形成されている。各カム溝３ｃには、絞り羽根７に設けられた駆動ピン７ａが係合している。また、各絞り羽根７には、穴部７ｂも形成されている。

図１にのみ点線で示した６は、該絞り兼シャッタ装置のベース部材となる絞り地板である。該絞り地板６の中央には、円形の固定開口６ｂが形成されている。また、絞り地板６の周方向複数箇所には、略等間隔で、絞り羽根７に形成された穴部７ｂに挿入される軸部６ｃが設けられている。

このように構成された絞り兼シャッタ装置において、絞りアクチュエータ１が回転すると、その回転がギヤ２およびギヤ部３ｂを介して羽根駆動部材３に伝達され、これを光軸ＡＸＬの回りで回転させる。これにより、羽根駆動部材３の複数のカム溝３ｃにそれぞれ駆動ピン７ａが係合した複数の絞り羽根７は、カム溝３ｃによりガイドされながら軸部６ｃ（穴部７ｂ）を中心として回動する。複数の絞り羽根７が回動することで、これら複数の絞り羽根７により囲まれるようにして形成される光軸ＡＸＬ上の絞り開口の径が増減する。これにより、該絞り兼シャッタ装置を通過する光量を増減したり、後述するように全閉状態にて光束の通過を遮断したりすることができる。

絞り羽根７は、図１に示すように絞り開口を閉じ切った全閉位置（第２の位置）と、図３に示すように絞り開口を開放（全開）した開放位置（第１の位置）との間を可動範囲とし、この可動範囲内で絞り開口径を段階的又は連続的に変化させることができる。開放位置は、前述した静止画撮影時での最大開口径である開放開口が形成される位置である。

また、図３に示す状態は、絞り羽根７が上記可動範囲の中間位置（第３の位置）に駆動されて、前述した動画撮影時の最大開口径である中間絞り開口が形成されている状態を示す。なお、ここにいう「中間位置」は、可動範囲の半分の位置でもよいし、半分以外の位置であってもよい。

ここで、絞り兼シャッタ装置１０には、静止画撮影時においては十分高速なシャッタスピードが要求される。また、動画撮影時には、電力消費を極力抑える必要がある。このため、本実施例では、光量敏感度の低い開放側の領域、具体的には、上記絞り羽根７の可動範囲のうち図３に示した中間絞り位置よりも開放位置側の領域（第１の領域）でのみ絞り羽根７を閉じ方向に付勢する付勢力を与える構成を採用している。言い換えれば、中間絞り位置よりも全閉位置側の領域（第２の領域）では、絞り羽根７に閉じ方向への付勢力を与えない構成を採用している。

図１〜３において、５は第２の部材としてのバネ保持部材である。このバネ保持部材５は、羽根駆動部材３との相対回転が可能なように絞り地板６に取り付けられている。４はコイルバネであり、その両端は羽根駆動部材３とバネ保持部材５とに連結されている。

なお、開放位置、中間絞り位置および全閉位置は本来は絞り羽根７の位置であるが、以下の説明においては、これらの位置に対応する羽根駆動部材３およびバネ保持部材５の回転位置についても、開放位置、中間絞り位置および全閉位置を用いる。

バネ保持部材５の内周側には、駆動部材当接部５ａが形成されている。この当接部５ａは、羽根駆動部材３が中間絞り位置から全閉位置に向かって回転する際に、羽根駆動部材３に形成された段差部３ｄに当接するよう形成されている。このため、絞り羽根７の中間絞り位置から全閉位置方向への駆動に際しては、羽根駆動部材３とバネ保持部材５とが一体的に回転する。

また、これら羽根駆動部材３とバネ保持部材５と間に取り付けられたコイルバネ４は、全閉位置から中間絞り位置への駆動に際して、羽根駆動部材３とバネ保持部材５とを一体的に回転させるように保持する役割を有する。つまり、中間絞り位置よりも全閉位置側の領域においては、羽根駆動部材３にはバネ４からの閉じ方向の付勢力は作用しない。

また、６ａは絞り地板６に一体的に設けられていたストッパである。さらに、バネ保持部材５の外周側には、ストッパ当接部５ｂが形成されている。全閉位置側から中間絞り位置まで羽根駆動部材３と一体的に回転してきたバネ保持部材５は、中間絞り位置においてストッパ当接部５ｂがストッパ６ａに当接することで、その位置を超える開放位置方向への回転が阻止される。

このため、さらに羽根駆動部材３が開放位置に向かって回転駆動される場合には、コイルバネ４をチャージしながらバネ保持部材５から離れていくように回転する。したがって、中間絞り位置よりも開放位置側の領域においては、羽根駆動部材３にチャージされたコイルバネ４からの閉じ方向の付勢力が作用する。さらに、コイルバネ４の付勢力は、開放位置に近いほどコイルバネ４のチャージ量が多いために大きくなり、開放位置にて最大となる。

図４には、以上のように構成された絞り兼シャッタ装置１０の動作を模式的に示している。ここでは、静止画撮影時において、絞り羽根７を開放位置から全閉位置に駆動する場合について説明する。

静止画撮影スイッチの操作によって。図中上段に示したトリガ信号がＣＰＵ２３２に入力されると、ＣＰＵ２３２は所定時間の経過後、絞りアクチュエータ１の閉じ方向への制御を開始する。これにより、絞り羽根７の開放位置からの閉じ動作が開始され、開口径（ここでは、シャッタ開口径）が減少し始める。

ここで、この閉じ始めにおける絞り羽根７の駆動を絞りアクチュエータ１のみで行う場合について説明する。メータやステッピングモータにより構成される絞りアクチュエータ１は、駆動を開始してから所定の駆動速度まで加速するのにある程度の時間がかかる。このため、図４中に点線で示すように、シャッタ閉じ動作は、その閉じ始めから徐々に閉じ速度が速くなっていく。そして、閉じ始めから、例えば照度９０％の開口径に到達するまでに時間Ｔ３′を要する。

これに対して、本実施例のように、シャッタの閉じ始めからコイルバネ４の付勢力を与えて絞りアクチュエータ１をアシストすると、図４中に実線で示すように、閉じ始め時点の直後から概ね所望の閉じ速度でシャッタを閉じ動作させることができる。このため、閉じ始めから照度９０％の開口径に到達するまでに、上記時間Ｔ３′よりも短いＴ３しか要さない。

ここで、図４には、トリガ信号の入力時点からシャッタ開口の閉じ始めまでの時間をＴ１、閉じ始めから閉じ切り（全閉）までの時間をＴ２、トリガ信号の入力時点から、閉じ始めから閉じきりまでの露光量の半分が露光される時点までの時間を有効露出時間Ｔｅとして示している。また、Ｔｅ−Ｔ１はシャッタ時間を表す。

絞りアクチュエータ１のみで閉じ駆動を行う場合、シャッタ時間は、絞りアクチュエータ１による閉じ駆動をコイルバネ４の付勢力でアシストする場合に比べて、上記時間Ｔ３′とＴ３との差分だけ長くなる。言い換えれば、本実施例のように絞りアクチュエータ１による閉じ駆動をコイルバネ４の付勢力でアシストすることにより、絞りアクチュエータ１のみで閉じ駆動を行う場合に比べて、シャッタの閉じ駆動に要する時間を短くすることができる。そしてその結果、より高速のシャッタスピードを設定することが可能となる。

なお、ここでは、開放位置からのシャッタ閉じ動作について説明したが、開放位置と中間絞り位置との間の位置からのシャッタ閉じ動作においても、その開始時点から絞りアクチュエータ１による駆動に対してコイルバネ４の付勢力によるアシストが行われる。よって、開放位置からのシャッタ閉じ動作と同様に、シャッタスピードを上げる効果がある。

一方、図４には、静止画撮影時の最大開口径（開放位置）に対する動画撮影時における最大開口径（中間絞り位置）の関係を示している。本実施例では、動画撮影時における最大開口径を開放状態から１ＥＶ分低い開口径に設定している。そして、動画撮影時におけるこの最大開口径以下の領域では、絞りアクチュエータ１による駆動のみで絞り羽根７を動作させ、コイルバネ４の閉じ方向の付勢力は与えない。動画撮影時には、被写体の明るさが刻々と変化するのに応じて絞り開口を連続して変化させるため、絞りアクチュエータ１には常時通電が行われる。このため、動画撮影時にはコイルバネ４の閉じ方向の付勢力を与えないようにすることにより、絞りアクチュエータ１の作動負荷を低減させ、消費電力を抑えている。

以上説明したように、本実施例によれば、絞り兼シャッタ装置において、静止画撮影時の高速シャッタと、動画撮影時の低消費電力化の双方を実現することができる。

なお、上記実施例では、いわゆる虹彩型の絞り兼シャッタ装置について説明したが、本発明は、これ以外の構成の絞り兼シャッタ装置にも適用することができる。

本発明の実施例である絞り兼シャッタ装置の全閉状態を示す正面図。 実施例の絞り兼シャッタ装置の中間絞り状態を示す正面図。 実施例の絞り兼シャッタ装置の全開状態を示す正面図。 実施例の絞り兼シャッタ装置の動作を示す説明図。 実施例の絞り兼シャッタ装置を搭載したビデオカメラの構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 絞りアクチュエータ
２ ギア
３ 羽根駆動部材
４ コイルバネ
５ バネ保持部材
６ 絞り地板
７ 絞り羽根

Claims (5)

1. 光通過口を開放状態とする第１の位置および前記光通過口を全閉状態とする第２の位置を含む可動範囲を有する遮光部材と、
   前記遮光部材を駆動するアクチュエータと、
   前記可動範囲のうち、前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置よりも前記第１の位置側の第１の領域において前記遮光部材に閉じ方向の付勢力を与え、前記第３の位置よりも前記第２の位置側の第２の領域において前記遮光部材に前記付勢力を与えない付勢機構とを有することを特徴とする光量調節装置。
2. 前記付勢機構は、前記第１の領域において、前記第１の位置に近いほど前記付勢力を強くすることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記アクチュエータからの駆動力を前記遮光部材に伝達する第１の部材を有し、
   前記付勢機構は、
   前記遮光部材が前記第２の領域で動作する際に前記第１の部材とともに移動する第２の部材と、
   前記遮光部材が前記第１の領域で動作する際に前記第２の部材の移動を阻止するストッパと、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられたバネ部材とを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. 請求項１から３のいずれか１つに記載の光量調節装置を有することを特徴とする光学機器。
5. 静止画撮影時に前記遮光部材を前記可動範囲で動作させ、動画撮影時に前記遮光部材を前記第２の領域で動作させるよう前記アクチュエータを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項４に記載の光学機器。