JP2012027109A - 光制御装置、光学機器および遮光羽根 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な材料を使用しつつ、十分に軽量化することができ、かつ高い剛性を有する遮光羽根を用いた光制御装置を実現する。
【解決手段】光制御装置は、光が通過する開口１０ａを有するベース部材１０と、該開口を通過した又は該開口に向かう光を遮る遮光部１ａを有する遮光羽根とを有し、遮光羽根を該開口に対して移動させて光を制御する。遮光羽根は、金属により形成され、遮光部となる領域に複数の孔１ｂが設けられた羽根本体１と、複数の孔内に配置され、遮光性を有するとともに該金属よりも比重が小さい樹脂２とにより構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、遮光羽根を移動させることによって光を制御するシャッタ装置や絞り装置等の光制御装置に関する。

シャッタ装置や絞り装置等の光制御装置は、シャッタ羽根、絞り羽根等の遮光羽根を、ベース部材に形成された固定開口に対して移動させることで、光の通過／遮断切り替えや通過光量の調節といった光の制御を行う。これらのような光制御装置に用いられる遮光羽根は、高速での移動と停止を繰り返すために、軽量で、かつ高剛性であることが求められる。また、複数枚の遮光羽根が重畳したり展開したりするフォーカルプレンシャッタや虹彩絞り等の光制御装置では、各遮光羽根の平面性や帯電防止機能も必要になる。

特許文献１には、アルミニウム合金板を用いて形成される遮光羽根が開示されている。特許文献２には、炭素繊維強化樹脂、芳香族ポリアミド繊維強化樹脂およびポリエチレンテレフタレート繊維強化樹脂を積層して製作される遮光羽根が開示されている。これら特許文献１，２にて開示された遮光羽根はいずれも、鉄系金属により形成された遮光羽根に比べて軽量であり、かつ高い剛性を有する。

また、特許文献３には、金属により形成された遮光羽根の一部の厚みを薄くする（凹部を形成する）ことで、金属製の遮光羽根を軽量化する技術が開示されている。さらに、特許文献４には、金属により形成された複数の遮光羽根を有するフォーカルプレンシャッタにおいて、各遮光羽根のうち他の遮光羽根の裏側（光入射側とは反対側）に重なる部分またはシャッタ地板に重なる部分、つまりは遮光に寄与しない部分に孔を形成して各遮光羽根の軽量化を図る技術が開示されている。

特開昭５７−２４９２５号公報 特開２００４−３０１９２５号公報 特開昭５８−１３２２２０号公報 特開平８−２０１８７５号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されたアルミニウム合金板により形成される遮光羽根は、仮に特許文献３にて開示された技術を用いてその一部の厚みを薄くしたとしても、遮光羽根の移動速度をより高速にするための十分な軽量化は難しい。また、特許文献２にて開示された遮光羽根は、材料のコストが高く、また異種材料を積層するために製造が難しい。さらに特許文献４にて開示された技術では、遮光羽根のうち遮光に寄与しない部分にしか孔を形成することができないために、十分な軽量化が困難である。

本発明は、安価な材料を使用しつつ、十分に軽量化することができ、かつ高い剛性を有する遮光羽根およびこれを用いた光制御装置を提供する。

本発明の一側面としての光制御装置は、光が通過する開口を有するベース部材と、該開口を通過した又は該開口に向かう光を遮る遮光部を有する遮光羽根とを有し、遮光羽根を該開口に対して移動させて光を制御する。そして、遮光羽根は、金属により形成され、遮光部となる領域に複数の孔が設けられた羽根本体と、複数の孔内に配置され、遮光性を有するとともに該金属よりも比重が小さい樹脂とにより構成されていることを特徴とする。

なお、上記光制御装置を有する光学機器も本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明のさらに他の一側面としての遮光羽根は、光が通過する開口を有するベース部材と、該開口を通った又は該開口に向かう光を遮る遮光部を有する遮光羽根とを有し、該遮光羽根を該開口に対して移動させて光を制御する光制御装置に用いられる。該遮光羽根は、金属により形成され、遮光部となる領域に複数の孔が設けられた羽根本体と、複数の孔内に配置され、遮光性を有するとともに該金属よりも比重が小さい樹脂とにより構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、高価な材料を用いなくても、十分に軽量化され、かつ高い剛性を有する遮光羽根を実現することができ、光制御装置において遮光羽根をより高速で移動させることができる。

本発明の実施例である遮光羽根の斜視図（断面を含む）。 実施例の遮光羽根を示す正面図。 図２に示した遮光羽根を用いたフォーカルプレンシャッタの構成を示す正面図。 図３に示したフォーカルプレンシャッタを備えたデジタル一眼レフカメラの構成を示す概略図。

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。

図２には、本発明の実施例１である遮光羽根の全体を示している。また、図１は、遮光羽根の一部を、断面３を含めて拡大して示している。

平板状の羽根本体（基材）１は、単一金属としてのＡｌ（アルミニウム）を表面処理したものを用いて形成されている。ただし、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｂｅ等の他の単一金属を用いて形成してもよいし、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金（ジュラルミン）等、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｂｅ等の金属のいずれかを含む合金を用いて形成してもよい。

羽根本体１の厚みは、後述するフォーカルプレンシャッタ等の光制御装置において限られたスペースの中で高速移動する遮光羽根としての要求を満たす質量と剛性を備える必要があるため、例えば２０μｍから１５０μｍの範囲で適切に設定される。より好ましくは５０μｍから１２５μｍの範囲で設定するとよい。実施例では、約１００μｍの厚みを有する。

羽根本体（つまりは遮光羽根）１は、光制御装置の地板（ベース部材）に形成された固定開口を通過した又は該固定開口に向かう光を遮るという遮光に寄与する部分、すなわち遮光機能を有する部分である遮光部１ａと、光制御装置の駆動機構に連結される連結部（連結孔が形成された部分）１ｃとを有する。遮光部１ａは、光制御装置において、他の遮光羽根や構成部材と重ならずに実際に光を遮る部分であり、図２にＡ，Ｂ，Ｃで示す領域を含む。

本実施例では、遮光部１ａに、羽根本体１の剛性を損なわない範囲で複数（多数）の様々な径の孔１ｂを形成している。それぞれの孔１ｂは、羽根本体１を厚さ方向に貫通するように形成されている。そして、それぞれの孔１ｂ内には、遮光性を有するとともに羽根本体１を構成する金属よりも比重が小さい樹脂２が配置されている。図１は、樹脂２を孔１ｂ内の全体を満たすように充填した例を示している。ただし、必ずしも孔１ｂ内の全体を樹脂２で満たさなくてもよい。すなわち、樹脂２を、孔１ｂの径方向の全体を塞ぐように配置すれば、孔１ｂの深さ（厚さ）方向の一部のみに配置してもよい。このように孔１ｂ内に樹脂２を配置することにより、孔１ｂを通って光が漏れることを防止できる。つまり、遮光部１ａの遮光機能が損なわれることはない。

また、孔１ｂは、羽根本体１ａのうち遮光部１ａだけでなく、遮光部１ａ以外の領域（例えば、連結部１ｃの周辺）にも形成してもよい。

以上のように、羽根本体１の大部分である遮光部１ａに羽根本体１の剛性を維持できる範囲で複数の孔１ｂを形成し、各孔１ｂ内に羽根本体１を構成する金属よりも比重が小さい樹脂２を配置することで、安価な材料を用いることができ、遮光機能を損なうことなく十分に軽量化された遮光羽根を実現することができる。

孔１ｂの形状は、図に示したような円筒形状はもちろん、楕円筒形状や、六角柱形状等の多角柱形状（ハニカム形状）であってもよい。さらに、複数の形状の孔を混在させてもよい。さらに、孔１ｂの数は、２つ以上の複数であればよく、孔１ｂの大きさも自由に選択してよい。

孔１ｂ内に配置される樹脂２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリスチレン、不飽和ポリエステル樹脂等、様々な樹脂を使用できる。いずれの樹脂を用いる場合も、黒色顔料等の遮光性を持たせるための添加物を混合することが必要である。また、遮光羽根に用いられる樹脂２としては、表面反射率はできるだけ低い方が好ましく、さらに帯電防止機能が付与されているとより好ましい。

このように構成される遮光羽根の製造方法について説明する。例えば、まず均一な平板状の基材を、プレス加工法やワイヤカット法等により羽根本体１の形状に加工する。次に、プレス加工法や化学エッチング法等を用いて羽根本体１に孔１ｂを形成する。そして、金型内に羽根本体１を配置し、射出成形によって各孔１ｂに樹脂２を充填する。樹脂２の充填方法は、射出成形法に限らず、溶融樹脂を羽根本体１の表面に塗布し、その後スキージ等によって余分な樹脂を除去するような方法を用いてもよい。

また、まずは羽根本体１の形状を作らずに複数の羽根本体１を切り出せるサイズのシート状または長尺ロール状の金属に、孔１ｂを形成するとともに該孔１ｂへの樹脂２の充填を行った後に、羽根本体（つまりは遮光羽根）１を切り出すようにしてもよい。

さらに、図２において、遮光部１ａにおける領域Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、連結部１ｃからの距離がＬＡ，ＬＢ，ＬＣ（ＬＡ＜ＬＢ＜ＬＣ）の領域である。そして、領域Ａ，Ｂ，Ｃでは、金属（羽根本体１）により形成された部分の体積に対する樹脂２により形成された部分の体積の比率（以下、樹脂体積比率という）が互いに異なる。つまり、図２に示す遮光羽根は、遮光部１ａにおける樹脂体積比率が、連結部１ｃからの距離に応じて異なるように構成されている。

具体的には、連結部１ｃからの距離が長いほど、金属により形成された部分の体積に対する樹脂２により形成された部分の樹脂体積比率が大きい。つまり、領域Ａ，Ｂ，Ｃの順で樹脂体積比率が増加している。このような樹脂体積比率を実現するためには、例えば、領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける隣り合う孔１ｂ間の中心ピッチや径方向での隣接距離を同じとして孔１ｂの径を領域Ａ，Ｂ，Ｃの順で増加させればよい。

そして、このような樹脂体積比率の設定により、領域Ｃ，Ｂ，Ａの順で単位面積あたりの質量が小さくなる。この遮光羽根をフォーカルプレンシャッタにて使用する場合、連結部１ｃからの距離が長い（遠い）領域が軽量であるほど遮光羽根の安定的な高速移動に有利であることから、領域Ｃを最も軽量化できる樹脂体積比率の設定を採用することが好ましい。

なお、図２に示した樹脂体積比率の変化は例に過ぎず、遮光羽根に要求される剛性や遮光羽根の移動のさせ方等に応じて、樹脂体積比率を遮光部１ａ内での位置によって自由に異ならせることができる。

図３には、本発明の実施例２である光制御装置としてのフォーカルプレンシャッタの構成を示している。フォーカルプレンシャッタのベース部材である地板１０には、後述するカメラの撮像素子を露光する光が通過する固定開口１０ａが形成されている。

複数の遮光羽根１１，１２，１３，１４はいずれも、実施例１（図１，２）に示した遮光羽根と基本的に同様の構成、つまりは少なくとも遮光部に形成された複数の孔内に、遮光性を有し、かつ羽根本体を形成する金属よりも比重が小さい樹脂が配置された構成を有する。ただし、それぞれの遮光羽根１１，１２，１３，１４の細部の形状は、図１，２に示した遮光羽根とは異なる。

各遮光羽根のうち図２に１ｃで示した連結部とアーム７，８の先端に設けられた穴部にはそれぞれ羽根連結軸２１が挿入されており、これにより、各遮光羽根とアーム７，８は、羽根連結軸２１周りで回動可能に連結されている。

アーム７，８の基端部はそれぞれ、地板１０に設けられた軸部５，６により回動可能に保持されている。アーム８には、これを回動させる駆動軸が連結されている。駆動軸は、不図示のばねの力を受けて軸部６周りで円弧形状の軌跡を描くように移動し、これによりアーム８が軸部６周りで回動される。

アーム７，８と遮光羽根１１，１２，１３，１４は平行リンクを構成している。このため、アーム８が軸部６周りで回動されると、アーム７の回動を伴いながら、遮光羽根１１〜１４は、遮光部（図２中の１ａで示した部分）のほぼ全体が互いに重なり合って地板１０の固定開口１０ａを開放する重畳位置と、それぞれの遮光部の一部のみが互いに重なり合うように展開する展開位置とに平行移動（開閉動作）する。図３には、遮光羽根１１〜１４が展開位置にある状態を示している。

なお、図３では、フォーカルプレンシャッタを構成する先幕および後幕のうち、移動前位置が展開位置で、移動完了位置が重畳位置である先幕のみを示し、後幕は省略しているが、後幕も先幕と同様の遮光羽根を用いて構成されている。

そして、遮光羽根１１〜１４においては、前述したように、連結部から遠い部分（領域）ほど樹脂体積比率を大きくして、より軽量化している。これにより、開閉動作する遮光羽根１１〜１４の慣性質量を小さくすることができる。

また、上述した重畳位置では、図３における固定開口１０ａの下側の領域に遮光羽根１１〜１４が互いに重なるように位置する。このため、遮光羽根１１〜１４の中では、展開位置にて最も上側に配置される遮光羽根１１の開閉動作での移動距離が最も大きく、最も下側に配置される遮光羽根１４の移動距離が最も小さい。この場合、遮光羽根１１〜１４の中で遮光羽根１４の樹脂体積比率を遮光羽根１１の樹脂体積比率よりも大きくして、遮光羽根１４をより軽量化することで、さらに安定的に高速で開閉動作させることが可能となる。

このように、複数の遮光羽根のうち少なくとも２つの遮光羽根の樹脂体積比率を互いに異ならせてもよいし、全ての遮光羽根の樹脂体積比率をそれらの移動距離や他のパラメータに応じて、若しくは自由に異ならせてもよい。

以上説明したように、フォーカルプレンシャッタに実施例１の遮光羽根を用いることにより、遮光羽根の剛性を損なわずに軽量化が可能となり、シャッタ速度のより高速化を図ることができる。また、複数の遮光羽根を移動完了位置から移動前位置に戻すときのシャッタチャージ時に必要なチャージトルクも低減することが可能である。

なお、図１および図２に示した遮光羽根と同様に構成された遮光羽根は、フォーカルプレンシャッタに限らず、遮光羽根が回動するレンズシャッタや１つの遮光羽根が往復移動する簡易型のシャッタ等のシャッタ装置としての光制御装置にも使用することができる。さらに、虹彩型絞りやギロチン型絞り等の絞り装置としての光制御装置の遮光羽根（絞り羽根）としても使用することができる。

図４には、図３に示したフォーカルプレンシャッタ１５を搭載した光学機器としてのデジタル一眼レフカメラ（撮像装置）１７の構成を示している。

２０はカメラ１７に取り付けられた交換レンズである。交換レンズ２０を通った不図示の被写体からの光は、メインミラー１８で反射されてファインダ光学系に導かれる。また、図中に二点鎖線で示すようにメインミラー１８がアップ位置に回動した状態では、被写体からの光はフォーカルプレンシャッタ１５に向かう。この状態で、図３にて説明した遮光羽根１１〜１４を開閉移動させることによって、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成された撮像素子１６に対する露光量が制御される。撮像素子１６は、被写体からの光によって形成される被写体像を光電変換し、カメラ１７は該撮像素子１６からの出力信号を用いて画像データを生成する。

本実施例では、フォーカルプレンシャッタを搭載した撮像装置について説明したが、実施例１にて説明した遮光羽根を用いた絞り装置を搭載した光学機器としての交換レンズも本発明の他の実施例の１つである。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

十分に軽量化され、かつ高い剛性を有する遮光羽根およびこれを用いたシャッタ等の光制御装置を提供できる。

１ 羽根本体
１ａ 遮光部
１ｂ 孔
１ｃ 連結部
２ 樹脂
１０ 地板
１１〜１４ 遮光羽根
１５ フォーカルプレンシャッタ
１６ 撮像素子

Claims (11)

1. 光が通過する開口を有するベース部材と、前記開口を通過した又は該開口に向かう光を遮る遮光部を有する遮光羽根とを有し、前記遮光羽根を前記開口に対して移動させて光を制御する光制御装置であって、
   前記遮光羽根は、
   金属により形成され、前記遮光部となる領域に複数の孔が設けられた羽根本体と、
   前記複数の孔内に配置され、遮光性を有するとともに前記金属よりも比重が小さい樹脂とにより構成されていることを特徴とする光制御装置。
2. 前記遮光部における位置によって、前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が異なることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
3. 前記遮光羽根は、該遮光羽根を移動させる駆動機構と連結される連結部を有し、
   前記遮光部における前記連結部からの距離に応じて、前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が異なることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
4. 前記距離が長いほど前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が大きいことを特徴とする請求項３に記載の光制御装置。
5. 前記遮光羽根を複数有し、
   該複数の遮光羽根のうち少なくとも２つの遮光羽根における前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が互いに異なることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光制御装置。
6. 前記複数の遮光羽根のうち、移動距離が長い遮光羽根ほど前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が大きいことを特徴とする請求項５に記載の光制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光制御装置を有することを特徴とする光学機器。
8. 光が通過する開口を有するベース部材と、前記開口を通過した又は該開口に向かう光を遮る遮光部を有する遮光羽根とを有し、前記遮光羽根を前記開口に対して移動させて光を制御する光制御装置に用いられる前記遮光羽根であって、
   金属により形成され、前記遮光部となる領域に複数の孔が設けられた羽根本体と、
   前記複数の孔内に配置され、遮光性を有するとともに前記金属よりも比重が小さい樹脂とにより構成されていることを特徴とする遮光羽根。
9. 前記遮光部における位置によって、前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が異なることを特徴とする請求項８に記載の遮光羽根。
10. 該遮光羽根を移動させる駆動機構と連結される連結部を有し、
    前記遮光部における前記連結部からの距離に応じて、前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が異なることを特徴とする請求項８に記載の遮光羽根。
11. 前記距離が長いほど前記金属により形成された部分の体積に対する前記樹脂により形成された部分の体積の比率が大きいことを特徴とする請求項１０に記載の遮光羽根。