JP2007233054A - 光量調節装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータを駆動制御する絞りシャッター装置でシャッター閉じ動作時の羽根バウンドを抑えて、全開時の羽根残りを防ぎ、シャッタースピードの高速化と羽根の衝撃緩和や再露光を止める装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータ６を駆動制御する絞りシャッター装置で、シャッターの開閉動作で地板１に当接するそれぞれの羽根３，４の斜めに配置された第一の長孔３ｂ、４ｂの両端に羽根駆動レバーの旋回軌跡の接線方向に平行な第二の長孔３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆを設け、またモータの通電制御を併用してより確実にバウンドを止め、羽根残りを防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置および撮像装置に関する。

従来、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられる光学機器等の光量調節装置には、いわゆるガルバノメータを駆動源とするタイプのものが多く使用されてきた。この絞り機構では、ガルバノメータの永久磁石であるロータについてホール素子を用いて位置検出し、その検出結果をフィードバック制御することにより、ロータを目的の位置に作動させて、絞り制御が行われる。

さらに、デジタルスチルカメラ等に搭載されてシャッター機構を必要とする光量調節装置は、上記の絞り制御位置からガルバノメータの永久磁石とコイルで発生する励磁磁界を加えて反発、吸引動作でロータを回転させて絞り制御を行い絞りシャッター羽根を開閉させてシャッター動作を行わせている。

しかし、このように絞り機構にガルバノメータを駆動源として用いる場合には、ロータの位置検出を行うための検出手段が必要となり、また、位置検出手段の出力結果をフィードバック制御する制御手段が必要となるので、駆動回路が大型化し、部品数が多くなってしまうという問題があった。

さらに、ガルバノメータを駆動源として用いる場合には、シャッター動作を行ってもスピードが遅くて高速秒時化には不向きであった。

そこで、駆動源としてガルバノメータの代わりにステッピングモータを用いた絞り機構が考えられる。ステッピングモータを用いた絞り機構は、例えば、特許文献１のように、ステッピングモータの回転軸に直線状の駆動レバーが圧入されており、駆動レバーには、駆動ピンが設けられている。この駆動ピンは、それぞれ２枚の絞りシャッター羽根の長孔を介して係合されている。このような絞り機構において、ステッピングモータを回転させて、２枚の絞りシャッター羽根を相反する方向へ直進運動させる。２枚の絞りシャッター羽根がそれぞれの位置関係によって、開口の大きさを変化させることにより、光量調節が行われ、羽根が閉じる方向にステッピングモータを高速で回転させることにより、シャッター動作を行わせる。

さらに、ステッピングモータを用いた絞り、シャッター機構では、絞りの口径を保証するために、閉じ位置（初期位置）を検出する手段が必要になり、例えば特許文献２のように、絞り制御で初期位置の検出のためにホームポジション検出手段を備えたものがある。
特開2004−109531号公報 特開平６−５９３０９号公報

上述の駆動部を用いた光量調節装置では、絞りの位置が初期位置に位置しているか否か、シャッターの高速動作時にステッピングモータが脱調状態にあるか否かを検出する例えばホームポジション検出手段等の検出手段が必要になる。

この検出手段を駆動するための回路も必要となるので、やはり、装置の大型化やコスト増を招いてしまうという問題があった。

また、上述のステッピングモータを用いた光量調節装置を備えた撮像装置、特にデジタルスチルカメラではシャッタースピードの高速秒時制御が要求されている。

しかし、絞り制御位置からシャッター閉じ動作を行う時は、羽根が高速スピードで全閉位置まで移動するため、シャッター羽根のバウンドが発生し、再露光するおそれがある為、撮像素子からの信号転送のタイミングを遅らせる必要がある場合がある。また、全閉位置から全開位置まで移動した場合にもバウンドすることがある為、絞り切り替え時間が長くなってしまうという問題も発生する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は駆動部を用いてシャッターの高速スピード化と安定した羽根の停止を実現することができる光量調節装置および撮像装置を提供することにある。

本発明の目的を実現する光量調節装置の第１の構成は、請求項１に記載のように、光を通過させる開口部を有する地板と、前記地板にガイドされて直線往復運動し前記開口部を開閉する遮光羽根と、前記遮光羽根の係合孔部と係合する駆動ピンを旋回させる駆動源と、を有する光量調節装置において、前記遮光羽根に形成された前記係合孔部は、前記駆動ピンの旋回に伴い前記遮光羽根を直線往復運動させる第一の長孔部と、該第一の長孔部の少なくとも一端に連設され、前記駆動ピンの旋回運動と前記遮光羽根の直進往復運動との間に運動の変換動作が行われない不感帯を形成し、または前記第一の長孔部より直線往復運動させる量が少ない第二の長孔部と、により構成したことを特徴とする。

本発明の目的を実現する光量調節装置の第２の構成は、請求項２に記載のように、上記した第１の構成において、前記第二の長孔部は、前記第一の長孔部の両端に位置し、前記駆動ピンの旋回軌跡に対する接線方向に沿って設けられたことを特徴とする。

本発明の目的を実現する光量調節装置の第３の構成は、請求項３に記載のように、上記したいずれかの構成において、前記第一の長孔部の一端は、全閉位置であることを特徴とする。

本発明の目的を実現する光量調節装置の第４の構成は、請求項４に記載のように、上記したいずれかの構成において、前記駆動源をステッピングモータにより構成し、前記駆動ピンが前記第２の長孔部に係合する位置まで該ステッピングモータを駆動させることを特徴とする。

本発明の目的を実現する撮像装置の構成は、請求項５に記載のように、上記したいずれかの構成の光量調節装置と、前記光量調節装置を通して被写体像が結像される撮像素子と、を有し、前記撮像素子の電荷を転送して映像を記録することを特徴とする。

本発明によれば、絞りシャッター羽根等の遮光羽根のバウンドを防ぎ、シャッター動作の高速化と二度開きの防止が図れる。また、遮光羽根の全閉位置を保証できるため、羽根位置の検出手段を省略でき、装置の小型化と低コスト化が図れる。

また、全開時の羽根残りを防ぎ、全開動作後の羽根の素早いバウンド収束も実現することができる。

更に、ステッピングモータの制御では、絞りシャッター羽根が閉じ側の停止位置に全開状態から全閉状態までの駆動を例えば2相駆動の３パルス、５４°位置の励磁相、あるいは全閉状態から全開状態で保持し、モータの減衰バウンドを確実に第一の長孔部の端にある第二の長孔部で駆動ピンの旋回力を逃し、シャッター全閉動作後と全開動作後の羽根のバウンドを防ぐ事が可能になり、更に羽根の耐久も向上させることができる。

また、この光量調節装置を組込んだ撮像装置は、撮像素子からの素早い電荷の転送が可能となり、軽快な静止画の撮影及び連写速度の向上が可能となり、高速シャッター機能を実現した撮像装置を提供することができる。

また、連続撮影時においても、被写体が急激な輝度変化しても絞りシャッター羽根の安定時間が短縮できるため、安定した制御が可能な撮像装置を提供できる。

次に、図1、２、３を用いて本実施例について詳細に説明する。以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る光量調節装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１に示した光量調節装置が備える絞りシャッター羽根についての開口の全開状態および全閉状態の様子を表したもので、図２（ａ）は開口が全開した状態を表しており、図２（ｂ）は開口が全閉した状態を表している。図３は各絞りシャッター羽根の上面図である。

この光量調節装置は、駆動源としてのステッピングモータ６と、このステッピングモータ６のモータ軸６ａに固定されて旋回される羽根駆動レバー２と、この羽根駆動レバー２の一端に突設された駆動ピン２aと、駆動ピン２aに係合される一対の絞りシャッター羽根３，４と、一対の絞りシャッター羽根３，４の光軸方向の動きを規制して、収納するカバー板金である羽根カバー５と、開口９が形成された地板１を備えている。

このステッピングモータ６は、地板１に固定ネジ７によって締結されている。また、羽根カバー５は地板１に羽根カバー固定ねじ８によって締結されている。

地板１には、光軸方向に重なった一対のシャッター羽根３、４の直進往復移動をガイドするガイドピン１ａ、１ｂが突設されている。

結像面側に位置する一方の絞りシャッター羽根３は、先端部側に円形形状に形成した孔部からなる絞り部３ａを有し、被写体側に位置する他方の絞りシャッター羽根４は、先端部側に半円形状に形成された切り欠き部からなる絞り部４ａを有し、またこれら一対の絞りシャッター羽根３、４の幅方向両側には、
地板１に突設されたガイドピン１ａに係合している横長孔部3ｄ、4ｄと、地板１に突設されたガイドピン1ｂに係合している横長孔部3ｃ、4ｃとがそれぞれ形成されている。

また、本実施例においては、羽根駆動レバー２の片側に突設した駆動ピン２ａに、一対の絞りシャッター羽根３、４の後端部にそれぞれ形成した絞りシャッター羽根の移動方向に対して斜めに配置された長孔からなる駆動用カム溝部３ｂ、４ｂを係合させている。そして、図２（ａ）に示す位置からステッピングモータ６を正方向回転させて羽根駆動レバー２を正方向に旋回させると、第１の絞りシャッター羽根３が後端側に向かい且つ第２の絞りシャッター羽根４が先端側に互い相反する方向に直進移動し、図２（ｂ）に示す位置からテッピングモータ６を逆方向回転させて羽根駆動レバー２を逆方向に旋回させると、第１の絞りシャッター羽根３が先端側に向かって、また第２の絞りシャッター羽根４が後端側に互い相反する方向に直進移動する。

その際、一対の絞りシャッター羽根３、４は、その幅方向両側にそれぞれ形成された
長孔３ｃ、４ｃおよび３ｄ、４ｄがガイドピン１ａ、１ｂにガイドされることにより、直線往復運動がガイドされる。

本実施例において、第１の絞りシャッター羽根３の駆動用カム溝部３ｂと、第２の絞りシャッター羽根４の駆動用カム溝部の両側に連設して逃げ溝部３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆをそれぞれ形成している。

羽根駆動レバー２の片側に突設した駆動ピン２ａは、モータ軸６ａを中心とする半径ｒの弧を描いて正逆方向に回動し、駆動ピン２ａに係合している駆動用カム溝部３ｂ、４ｂは、この駆動ピン２ａの描く軌跡と干渉することにより、一対の絞りシャッター羽根３、４を直進往復運動させる。これに対し、駆動用カム溝部３ｂ、４ｂの両端にそれぞれ連設されている逃げ溝部３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆは、駆動用カム溝部３ｂ、４ｂの両端において、駆動ピン２ａの描く円弧の法線方向に沿って形成している。したがって、駆動ピン２ａが駆動用カム溝部３ｂ、４ｂとの係合を外れて逃げ溝部３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆに入り込むと、駆動ピン２ａは逃げ溝部３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆに対して絞りシャッター羽根３、４の往復直進運動方向に対して分力を発生させる当接状態がない不感状態となる。この不感状態は、逆に絞りシャッター羽根からのバウンド力に対して駆動ピン２ａを回動させる力を発生させないため、絞りシャッター羽根はバウンドによる移動が阻止される。

したがって、駆動ピン２ａが駆動用カム溝部３ｂ、４ｂとの係合を外れて逃げ溝部３ｅ、４ｅ、３ｆ、４ｆと係合している回動範囲では、駆動ピン２ａが一対の絞りシャッター羽根３、４に直進往復運動を行わせることがない。また、逆に一対の絞りシャッター羽根３、４に駆動される方向と逆方向の力が加わっても、駆動ピン２ａに回動方向の力が与えられないので、一対の絞りシャッター羽根３、４の駆動方向と逆方向への移動が阻止される。

なお、地板１に突設した一方のガイドピン１ａに係合する絞りシャッター羽根３、４の横長孔３ｄ、４ｄの位置は、斜めに配置されたカム溝部３ｂ、４ｂとその両端に設けられた逃げ溝部３e、4eとの変曲点より内側に配置するのが望ましい。

上記した構成の光量調節装置において、羽根駆動レバー２に突設された駆動ピン２ａが、一対の絞りシャッター羽根３，４を相反する方向に直線往復運動させる方向に係合されているので、一対の絞りシャッター羽根３，４はそれぞれ逆方向に直線往復運動し、絞りシャッター羽根３，４の絞り部３ａ、４ａにより開口９が絞り形成される。

そして、絞り部３ａ、４ａのそれぞれの位置関係に基づき開口９の面積が変化することにより、開口9を通過する光量が変化して、光量調節が行われる。

シャッターの閉じ動作は、一対の絞りシャッター羽根３、４を閉じ方向に作動させるステッピングモータ６の励磁駆動で行っている。一対の絞りシャッター羽根３，４には、図３のように1本の駆動ピン２aに係合する斜めに配置された長孔からなる駆動用カム溝部３ｂ、４ｂが形成され、さらに、この駆動用カム溝部３ｂ、４ｂの一端に連設して逃げ溝部３e、4eが形成されている。

このため、一対の絞りシャッター羽根３，４は、駆動レバー２の駆動ピン２ａが干渉状態にある駆動用カム溝部３ｂ，４ｂに係合して回動している時は高速で閉じ動作を行い、非干渉状態にある逃げ溝部３ｅ，４ｅに沿って回転している時は、羽根は移動せず全閉位置を維持することができる。

絞りシャッター羽根３、４が駆動用カム溝部に連設して逃げ溝部３ｅ（３ｆ）、４ｅ（４ｆ）を形成した全体として長孔形状の溝部を有することにより、高速で開口９を遮蔽するシャッター動作が可能で、且つ羽根駆動レバー２または絞りシャッター羽根３，４が地板１に当接することによりはね返る、いわゆるバウンドが発生しても、再露光（二度開き）を防止できる。

さらに、駆動源であるステッピングモータの停止位置が、前記バウンドにより多少ずれても、絞りシャッター羽根３、４の停止位置には影響を及ぼさない。

なお、逃げ溝部３ｅ、４ｅ
を、駆動ピン２ａの描く軌跡に合わせた曲率にて形成した円弧形状としても良い。

また、本実施例では駆動ピン２ａが逃げ溝部３ｅ，４ｅと係合している時は、絞りシャッター羽根３、４は動かないような不感状態を作り出す設定としたが、図３に示すように、斜めに配置した長孔３ｂ，４ｂからの角度（θ）を適宜選択し、わずかな移動を許容した形状としても良い。この場合は駆動ピン２ａが停止位置から再び開放方向に移動を開始する時の不感帯を無くすことができる。

尚、駆動用カム溝部３ｂ、４ｂの傾きは、羽根の移動方向に対して４５°以下にすると、駆動レバー２の回転角に対して羽根の走行距離が長くなり、駆動源の駆動力が大きければシャッター速度は速くなるが、摩擦も大きくなるので駆動用カム溝部３ｂ、４ｂの磨耗が起きる。また駆動力が小さい場合は、負荷が大きくなる分シャッタースピードが遅くなる。絞りシャッター羽根の移動方向に対して６０°以上にすると走行距離が短くなり、開口が大きくなるとストローク不足で絞りシャッター羽根で覆えなくなる。

本実施例では、４８°としたが、設計的に４５°から６０°が最も望ましい範囲である。

次に、全閉状態もしくは所定の絞り位置から全開位置に移動する場合について説明する。

この場合においても、羽根駆動レバー２または絞りシャッター羽根３，４が地板１に当接することによりはね返る、いわゆるバウンドが発生し、羽根の位置が数十ｍｓ以上に渡って安定しないため、次の画像取り込みに切り替わる時間が遅れる。また、バウンドした状態で停止した場合、地板１の開口９から絞りシャッター羽根３、４が完全に退避しない、いわゆる羽根残りが起きる場合もある。

しかし、シャッター動作時と同様に、絞りシャッター羽根の一端に羽根駆動レバー２の駆動ピン２ａの回動方向に平行（法線方向）な逃げ溝部３ｆ、4ｆが設けられているため、バウンドを早期に収束することができると共に羽根残りも防止できる。

尚、逃げ溝部３ｆ，４ｆの形状は、絞りシャッター羽根の全閉側の逃げ溝部３ｅ，４ｅと同様の形状でも良い。

第２の実施例
本第２の実施例であるステッピングモータ６の駆動制御について以下に説明する。

本実施例においてステッピングモータ６に対する駆動は、羽根駆動レバー２について、開口９の全開状態から全閉状態まで１‐２相励磁において６パルスに相当する５４°回転する。

また、ステッピングモータ６について、例えば、ｓｉｎ−ｃｏｓ波によるマイクロステップ駆動を行うことにより、任意の位置に停止させることが可能となり、開口９の面積を連続的に変化させることが可能となる。

次に、図４は本実施例のステッピングモータ６の２つの相であるＡ相、Ｂ相の通電状態と羽根駆動レバー２の回転角度と羽根作動の関係を表している。

図２（ａ）に示すような開口９の全開状態から、図２（ｂ）に示すような開口９の全閉状態まで連続的に開口９の面積を変化させて絞りを変化させるには、開口９が全開状態となる通電状態０°から全閉メカ端状態（例えば羽根駆動レバー２が地板１の側面に当接して回動が機械的に阻止される状態）になる通電状態５４°へとステッピングモータ６のＡ相、Ｂ相の励磁通電を行う。

例えば、上記の実施例では、絞りの制御は１―２相駆動により連続的に変化させる。
制御される光量調節装置では、ステッピングモータ６の回転制御範囲内でいかなる位置に停止していても、上述した通電動作を行うことにより、開口の全開状態から全閉状態までをステッピングモータ６の電気角を３６０°以内で駆動するように設定してある。これはステッピングモータの１−２相駆動時における通電パターンで同じ励磁相を繰り返さない通電制御を行うことで、ステッピングモータ６または羽根駆動レバー２の位置検出手段を省略することが可能になる。また、この位置検出手段を駆動する回路も不要となる。このため、光量調節装置の小型化、低コスト化も実現できる。

第３の実施例
本第３の実施例である上述した各実施例に示す光量調節装置を組込んだ撮像装置について説明する。

図５は上述した各実施例の光量調節装置を組込んだＣＣＤ等からなる撮像素子１０の電荷を転送して映像を記録する撮像装置の一例である。

ステッピングモータ６が不図示の制御回路により、撮像装置１０に適正光量が入射する位置に絞りシャッター羽根３，４を駆動している。

この状態で静止画を撮影するためにレリーズボタン１１が押されると、撮像素子１０に所定量の電荷が蓄積され、所定時間経過後ステッピングモータ６が高速回転し、絞りシャッター羽根３，４は地板１の開口９を遮蔽する。完全に遮蔽された後、撮像素子１０は不図示の映像記録処理回路に蓄積された電荷を転送する。

この際、本発明による光量調節装置により、絞りシャッター羽根全閉時の羽根のバウンドは最小限に抑えられているため、羽根が開口９の全閉位置に到達後速やかに撮像素子１０は電荷の転送を開始できる。

これにより撮像装置の撮影速度の向上が実現出来、連写速度が向上する。さらに、絞りシャッター羽根３，４の停止位置の検知手段無しでも確実に開口９の全閉を保証できるので、撮像装置の小型化、低コスト化が実現できる。

また、撮像装置が連続撮影していて被写体の輝度が急激に変化した時、特に明状態から暗状態に変化した時、光量調節装置の絞りシャッター羽根３，４は小絞り位置から急速にステッピングモータ６により全開位置に移動させられる。この時、絞りシャッター羽根３，４は、全閉時と同様に全開した後バウンドするため、その後の制御は羽根が安定してからでないと出来ない。

しかし、本実施例によると、全開時も絞りシャッター羽根３，４のバウンドを速やかに収束させられるため、撮像装置は全開後速やかに次の光量制御が可能になっている。これにより、急激な被写体の輝度変化があっても、速やかに光量調整が可能な撮像装置が実現できる。

以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の制御が可能である。例えば、上記実施例の形態では、ステッピングモータ６の駆動方式を１―２相励磁や２相励磁駆動を用いたが、マイクロステップ駆動等の駆動方式であってもよい。

本発明に係る光量調節装置の第１の実施例を示す分解斜視図。 図１の上面図を示し、（ａ）は光量調節装置が備える絞りシャッター羽根の全開状態を表し、（ｂ）は同じく全閉状態を表す。 （ａ）（ｂ）は図２の羽根のカム溝の構成を表す図。 本発明の第２の実施例を示すステッピングモータのＡ相、Ｂ相の通電状態と羽根駆動レバーの回転角度と羽根作動の関係を表す図。 本発明に係る第３の実施例を示す撮像装置の概略図。

符号の説明

１…地板
１ａ，１ｂ…ガイドピン
２…羽根駆動レバー
２ａ…駆動ピン
３，４…絞りシャッター羽根
３ａ，４ａ…絞り部
３ｂ，４ｂ…駆動用カム溝部
３ｃ，４ｃ，３ｄ，４ｄ…横長孔
３ｅ，４ｅ, ３ｆ，４ｆ…逃げ溝部
５…羽根カバー
６…ステッピングモータ
７…モータ固定ネジ
８…羽根カバー固定ネジ
９…開口
１０…撮像素子
１１…レリーズボタン

Claims (5)

1. 光を通過させる開口部を有する地板と、前記地板にガイドされて直線往復運動し前記開口部を開閉する遮光羽根と、前記遮光羽根の係合孔部と係合する駆動ピンを旋回させる駆動源と、を有する光量調節装置において、
   前記遮光羽根に形成された前記係合孔部は、前記駆動ピンの旋回に伴い前記遮光羽根を直線往復運動させる第一の長孔部と、該第一の長孔部の少なくとも一端に連設され、前記駆動ピンの旋回運動と前記遮光羽根の直進往復運動との間に運動の変換動作が行われない不感帯を形成し、または前記第一の長孔部より直線往復運動させる量が少ない第二の長孔部と、により構成したことを特徴とする光量調節装置。
2. 前記第二の長孔部は、前記第一の長孔部の両端に位置し、前記駆動ピンの旋回軌跡に対する接線方向に沿って設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記第一の長孔部の一端は、全閉位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の光量調節装置。
4. 前記駆動源をステッピングモータにより構成し、前記駆動ピンが前記第２の長孔部に係合する位置まで該ステッピングモータを駆動させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光量調節装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光量調節装置と、前記光量調節装置を通して被写体像が結像される撮像素子と、を有し、前記撮像素子の電荷を転送して映像を記録することを特徴とする撮像装置。

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