JP2014209151A - 光量調整装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム溝と係合部とのガタによる羽根部材の回動量の誤差を低減すること。
【解決手段】光を通過させる開口部と、前記開口部を通過する光の光軸と交差する方向に回動して、前記開口部を通過する光の光量を調整する羽根部材と、前記羽根部材を回動自在に支持する支持部材と、前記羽根部材に設けた係合部と係合して前記羽根部材の回動を案内するカム溝を有するカム溝形成部材と、前記支持部材と前記カム溝形成部材とを相対的に変位させ、前記羽根部材を回動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記羽根部材の回動方向が切り替わる場合に、前記駆動部の制御量を補正する、ことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は光量調整装置及び光学装置に関する。

カメラや交換レンズといった光学装置における可動機構として、カム機構が知られている。例えば、特許文献１にはレンズの移動機構として、カム溝と、カム溝内を摺動する係合部としてのコロビスとを備えたカム機構が開示されている。

特開平５−２４１０５９号公報

カム溝と係合部とは、カム溝の幅方向のセンタを基準として移動軌跡の設計が行われている。一方、特許文献１で指摘されるように、カム溝と係合部との間には、通常、ガタが存在する。このため、カム機構を羽根部材を往復させる機構に適用した場合、係合部が摺動するカム溝の内側壁が、羽根部材の往路と復路とで異なるものとなる。例えば、光量の絞り機構の羽根部材にあっては、開放側から絞り側へ羽根部材を回動する場合と、絞り側から開放側へ羽根部材を回動する場合とで、係合部が摺接する内側壁が異なる。この結果、羽根部材を往復させると誤差が大きくなって所望の絞り開口を得られない場合がある。

本発明の目的は、カム溝と係合部とのガタによる羽根部材の回動量の誤差を低減することにある。

本発明によれば、例えば、光を通過させる開口部と、前記開口部を通過する光の光軸と交差する方向に回動して、前記開口部を通過する光の光量を調整する羽根部材と、前記羽根部材を回動自在に支持する支持部材と、前記羽根部材に設けた係合部と係合して前記羽根部材の回動を案内するカム溝を有するカム溝形成部材と、前記支持部材と前記カム溝形成部材とを相対的に変位させ、前記羽根部材を回動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記羽根部材の回動方向が切り替わる場合に、前記駆動部の制御量を補正する、ことを特徴とする光量調整装置が提供される。

本発明によれば、カム溝と係合部とのガタによる羽根部材の回動量の誤差を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る光量調整装置の概略図。 図１の光量調整装置の分解斜視図。 押さえ部材の下面側の斜視図。 支持部材の斜視図。 羽根部材の斜視図。 カム溝形成部材の斜視図。 （Ａ）及び（Ｂ）は係合部の摺動態様の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）はカム溝と係合部とのガタによる誤差の説明図。 制御部が実行する処理例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係る光学装置の概略図。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る光量調整装置Ａの概略図、図２は光量調整装置Ａの機構部分の分解斜視図である。光量調整装置Ａは虹彩型絞り装置であるが、本発明の光量調整装置はこれに限られず、シャッタ装置や、シャッタ機能を有する絞り装置等、他の装置に適用可能である。

光量調整装置Ａは、駆動部１と、押さえ部材２と、支持部材３と、複数の羽根部材４と、カム溝形成部材５と、センサ６、制御部７と、を備える。光量調整装置Ａの機構部分（制御部７を除く部分）は全体として円形環状をなし、その中央部には光を通過させる円形の開口部５０が形成されている。線Ｌ１は開口部５０を通過する光の光軸を示しており、本実施形態の場合、開口部５０の中心線である。

駆動部１は、支持部材３とカム溝形成部材５とを相対的に変位させ、各羽根部材４を回動させる。本実施形態の場合、駆動部１は駆動源１０と歯車１１とを備える。駆動源１０は電動アクチュエータであり、本実施形態の場合ステッピングモータである。駆動源１０はネジによって押さえ部材２に固定される。歯車１１は駆動源１０の出力軸に取り付けられたピニオンギアである。

センサ６は例えばフォトインタラプタであり、支持部材３の被検知部３６を検知することで、支持部材３の位置を検知する。本実施形態では支持部材３が初期位置にあることがセンサ６により検知される。センサ６は取付部材６０を介して押さえ部材２にネジによって固定される。

押さえ部材２は、全体として板状で円形環状をなし、その中央部には光軸Ｌ１と同心の開口部２０が形成されている。押さえ部材２には、また、駆動源１０の出力軸が挿通する孔部２１やセンサ６用のスリット２２が形成されている。図３は押さえ部材２の下面側の斜視図であり、押さえ部材２の下面には支持部材３が摺動する平滑面２３が形成されている。

支持部材３は、全体として板状で円形環状をなし、その中央部には光軸Ｌ１と同心の開口部３０が形成されている。図４は支持部材３の斜視図である。支持部材３は、複数の回転支持部３１、複数のフック部３２、複数の突起部３３、複数の支持孔３４、ギア歯３５及び被検知部３６を備える。

回転支持部３１は、押さえ部材２の開口部２０の周縁を摺動する部分である。開口部２０の周縁を回転支持部３１が摺動することにより、支持部材３は光軸Ｌ１と同軸周りに回動自在に、押さえ部材２によって案内される。フック部３２は、押さえ部材２の上面に当接し、突起部３３は押さえ部材２の下面に当接する。フック部３２と突起部３３とにより、押さえ部材２の開口部２０の周縁部分を挟み込むことで、支持部材３が押さえ部材２に装着される。なお、本実施形態では支持部材３を押さえ部材２に装着する構成としたが、支持部材３を押さえ部材２とカム溝形成部材５とで挟み込むようにして支持する構成としてもよい。

支持孔３４は、羽根部材４を回動自在に支持する軸孔であり、羽根部材４と同数（ここでは９つ）だけ形成されている。支持部材３には駆動部１の歯車１１と噛み合うギア歯３５が形成されている。ギア歯３５は光軸Ｌ１と同心の円弧状に形成されている。このため、駆動源１０の駆動による歯車１１の回転にしたがって、支持部材３が光軸Ｌ１と同軸周りに回動する。これにより、支持部材３とカム溝形成部材５とを相対的に変位させることができる。なお、本実施形態では支持部材３を回動させる構成としたが、カム溝形成部材５を回動させる構成としてもよい。被検知部３６は薄板状をなしており、押さえ部材２のスリット２２を挿通してセンサ６に到達可能な長さを有している。

次に、図２及び図５を参照して羽根部材４について説明する。本実施形態の場合、羽根部材４は９つ設けられており、これらが開口部５０の周囲を囲むように配置されて、可変の絞り開口を形成する。なお、図２では各羽根部材４を透過した態様で図示している。

羽根部材４は、その根元部分に駆動軸４０と係合部４１とが配設される一方、根元部分から先端部分に向かって徐々に幅細となる弧状形状で薄板状の遮光部２を有している。駆動軸４０は光軸Ｌ１と軸方向が平行で支持部材３側に突出する軸体である。駆動軸４０は支持孔３４に挿入され、羽根部材４は光軸Ｌ１と交差する方向（ここでは直交面上）を駆動軸４０の軸線周りに回動する。この回動によって、羽根部材４は開口部５０に進退し、開口部５０を通過する光の光量を調整することができる。なお、支持部材３側に軸体を、羽根部材４側に孔を、それぞれ設けた構成でもよい。

係合部４１は本実施形態の場合、円柱形状の軸体をなしており、カム溝形成部材５側に突出している。係合部４１は、カム溝形成部材５に形成されたカム溝５１に挿入されることでカム溝５１に係合する。

次にカム溝形成部材５について図１、図２及び図６を参照して説明する。カム溝形成部材５は、全体として板状で円形環状をなし、その中央部には開口部５０が形成されて、光量調整装置Ａの地板を構成している。開口部５０の周囲には、係合部４１と係合するカム溝５１が羽根部材４毎に合計９つ形成されている。カム溝形成部材５の周縁部は、起立して押さえ部材２の下面に当接する部分が複数形成されており、その一部には押さえ部材２の孔を挿通するネジが螺着するネジ孔５２が形成されている。

押さえ部材２と、支持部材３と、複数の羽根部材４と、カム溝形成部材５とは、この順で積層され、押さえ部材２側からネジを挿入してカム溝形成部材５のネジ孔５２に螺着することで、全体が組み立てられる。

図１を参照して、制御部７は処理部７１と、記憶部７２と、インターフェース部７３と、を備え、これらは互いに不図示のバスにより接続されている。処理部７１は記憶部７２に記憶されたプログラムを実行する。処理部７１は例えばＣＰＵである。記憶部７２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等である。インターフェース部７３は、処理部５１と、外部デバイス（センサ６や駆動源１０の他、たとえば、光量調整装置Ａが搭載された光学装置の制御部）と、の間に設けられ、例えば、Ｉ／Ｏインターフェースや通信インターフェースである。なお、制御部７は、撮像装置や交換レンズといった光学装置が備える制御部と兼用されてもよい。

制御部７は、駆動部１（駆動源１０）を制御し、支持部材３を回動させる。なお、センサ６で支持部材３の初期位置を検出することで支持部材３の制御上の位置を初期化することができる。

駆動部１の駆動により支持部材３が回動すると、支持部材３に支持されている羽根部材４も光軸Ｌ１を回動中心として全体として回動する。カム溝５１と係合部４１とが係合しているため、羽根部材４は光軸Ｌ１を回動中心として全体として回動しながら、カム溝５１の案内によって駆動軸４０周りに回動する。支持部材３の回動方向に従って羽根部材４は開口部５０上に進退する。これにより、９つの羽根部材４によって可変の絞り開口を形成することができる。絞り開口の開口量は、基本的には支持部材３の回動量に対応する。したがって、制御部７は支持部材３の回動量を制御することで絞り開口の開口量も制御できることになる。

設計上、係合部４１はカム溝５１の中心線上を溝の長手方向に移動することが想定される。しかし、カム溝５１と係合部４１との間にはガタ（遊び）がある。したがって、実際には、カム溝５１に対する係合部４１の摺動面が、絞り方向と開放方向とで異なることになる。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）はその説明図である。

図７（Ａ）は羽根部材４が絞り方向に回動する場合を例示している。羽根部材４は駆動軸４２の軸心回りをｄ２方向に回動し、係合部４１はカム溝５１を矢印ｄ１方向に移動する。このとき、係合部４１の周面は、カム溝５１の内側の内側壁５１ａと当接して摺動し、外側の内側壁５１ｂとの間には隙間ｇが生じている。

図７（Ｂ）は羽根部材４が開放方向に回動する場合を例示している。羽根部材４は駆動軸４２の軸心回りを、ｄ２方向と反対のｄ１２方向に回動し、係合部４１はカム溝５１をｄ１方向と反対の矢印ｄ２方向に移動する。このとき、係合部４１の周面は、カム溝５１の外側の内側壁５１ｂと当接して摺動し、内側の内側壁５１ａとの間には隙間ｇが生じている。

このようにカム溝５１に対する係合部４１の摺動面が、絞り方向と開放方向とで異なることになる。そのため、羽根部材４の回動方向が切り替わる場合に、隙間ｇ分だけ羽根部材４の回動が生じず、絞り開口の開口量と支持部材３の回動量との間にずれが生じる場合がある。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）はその説明図である。

図８（Ａ）は羽根部材４を絞り方向に回動して実線位置に位置させた後、開放方向に回動した状態を示す。羽根部材４を絞り方向に回動した場合には、係合部４１はカム溝５１の内側壁５１ａに当接しているが、その後、開放方向に回動させると、係合部４１はカム溝５１の内側壁５１ｂに当接することになり、隙間ｇの移動分だけ、羽根部材４が回動しないことになる。

よって、図８（Ａ）に示すように羽根部材４を実線位置から破線位置に回動させた後、更に、実戦位置に戻す場合、駆動源１０に対する制御量が同じ（回転角度が同じ）であれば、図８（Ｂ）において実戦と破線とで示すようにずれが生じる。支持部材３が初期位置に戻って位置情報がリセットされることなく、羽根部材４の回動方向の切り替え（絞り−開放の切り替え）が繰り返されると、図８（Ｂ）に示したずれによって誤差が蓄積し、目標とする絞り開口量を得られないことになる。羽根部材４の回動方向の切り替えは、たとえば、動画撮影時に連続して行われる場合がある。

そこで、羽根部材４の回動方向を切り替える場合に制御量を補正する。上記のとおり、羽根部材４の回動方向を切り替える場合には、隙間ｇだけ係合部４１がカム溝５１の溝幅方向に移動することになるから、その分だけカム溝５１の長手方向への移動量が減る。よって、補正量は、基本的に、カム溝５１に対する係合部４１の移動量を増量するように設定すればよいことになる。つまり、駆動部１の駆動源１０の制御量を、隙間ｇに応じた量で、支持部材３とカム溝形成部材５との相対的な変位量が増量するように補正すればよいことになる。

図９は制御部７の処理部７１が実行する制御量の補正処理例を示すフローチャートである。Ｓ１では、ユーザ或いは光学装置本体側の制御部等から指定される要求絞り値に応じて、現在の絞り開口量から要求絞り値に対応した絞り開口量を実現するための基本制御量を設定する。基本制御量は、たとえば、絞り開口量と、係合部４１がカム溝５１の中心線上を溝の長手方向に移動することを前提とした支持部材４の回動量との関係を事前に設定しておき、該関係から決定することができる。

Ｓ２では、今回の制御により羽根部材４の回動方向が切り替わるか否かを判定する。該当する場合はＳ３へ進み、該当しない場合はＳ５へ進む。Ｓ３ではＳ１で設定した基本制御量を隙間ｇに応じた補正量で補正する。Ｓ４では回動方向情報を更新する。回動方向情報は、今回の制御が絞り方向への制御か、開放方向への制御かを示し、記憶部７２に記憶される。上述したＳ２の回動方向の切り替わりの判断はこの回動方向情報を参照して行うことができる。

Ｓ５には、Ｓ１で設定した制御量又はＳ３で補正した制御量で駆動源１０を駆動する。以上により一単位の処理が終了する。こうして本実施形態ではカム溝５１と係合部４１とのガタによる羽根部材４の回動量の誤差を低減することができる。

図１０は、光量調整装置Ａを適用した光学装置Ｂの例を示す。光量調整装置Ａは、撮像装置や交換レンズといった各種の光学装置に適用できるが、図１０の光学装置Ｂは撮像装置を想定しており、特にビデオカメラを想定している。

光学装置Ｂはレンズ鏡筒部１００を備える。レンズ鏡筒部１００には、変倍レンズ１０１、光量調整装置Ａ、フォーカスレンズ１０２を含む撮影光学系が収容されている。撮像素子１０３はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換して電気信号を出力する。撮像素子１０３から出力された電気信号は、画像処理部１０４にて種々の画像処理を受ける。これにより、映像信号（ビデオ出力）が生成される。

制御部１０５は、不図示のズームスイッチがユーザにより操作されることに応じて、ズームモータＺＭを制御し、変倍レンズ１０１を移動させて変倍（ズーミング）を行わせる。また、制御部１０５は、映像信号のコントラストを検出し、該コントラストに応じてフォーカスモータＦＭを制御し、フォーカスレンズ１０２を移動させてオートフォーカスを行う。制御部１０５は光量調整装置Ａの制御部を兼ねており、映像信号のうち輝度情報に基づいて、光量調整装置Ａの駆動源１０を制御して光量を調節する。これにより、適切な輝度の映像を記録することができる。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、駆動源１０に対する制御量の補正により、カム溝５１と係合部４１とのガタによる羽根部材４の回動量の誤差を低減するようにしたが、カム溝５１の設計により対応することもできる。つまり、カム溝５１の設計において、係合部４１がカム溝５１の中心線上を移動することを想定せず、内側壁５１ａと内側壁５１ｂの各形状（カムプロファイル）を別々に設定する。内側壁５１ａは絞り方向に羽根部材４を回動させるための専用設計とし、内側壁５１ｂは開放方向に羽根部材４を回動させるための専用設計とする。そうすることで、カム溝５１と係合部４１とのガタによる羽根部材４の回動量の誤差を低減するようにすることも可能である。また、本実施形態のカム溝５１の設計と、上記第１実施形態の制御量の補正とを組み合わせてもよい。

Claims (6)

1. 光を通過させる開口部と、
   前記開口部を通過する光の光軸と交差する方向に回動して、前記開口部を通過する光の光量を調整する羽根部材と、
   前記羽根部材を回動自在に支持する支持部材と、
   前記羽根部材に設けた係合部と係合して前記羽根部材の回動を案内するカム溝を有するカム溝形成部材と、
   前記支持部材と前記カム溝形成部材とを相対的に変位させ、前記羽根部材を回動させる駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記羽根部材の回動方向が切り替わる場合に、前記駆動部の制御量を補正する、
   ことを特徴とする光量調整装置。
2. 前記制御部は、
   前記羽根部材の回動方向が切り替わる場合に、前記駆動部の制御量を、前記支持部材と前記カム溝形成部材との相対的な変位量が増量するように補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
3. 前記制御部は、
   前記羽根部材の回動方向が切り替わる場合に、前記係合部と前記カム溝との間のガタに応じた補正量で前記制御量を補正する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光量調整装置。
4. 複数の前記羽根部材を備え、
   前記複数の前記羽根部材は、虹彩型の絞り機構を構成する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光量調整装置。
5. 光を通過させる開口部と、
   前記開口部を通過する光の光軸と交差する方向に回動して、前記開口部を通過する光の光量を調整する羽根部材と、
   前記羽根部材を回動自在に支持する支持部材と、
   前記羽根部材に設けた係合部と係合して前記羽根部材の回動を案内するカム溝を有するカム溝形成部材と、を備え、
   前記羽根部材は、前記支持部材と前記カム溝形成部材とを相対的に変位させることにより回動し、
   前記カム溝の一対の内側壁のうち、
   一方の前記内側壁は、
   前記羽根部材の一方方向の回動を案内するように、その形状が設定され、
   他方の前記内側壁は、
   前記羽根部材の他方方向の回動を案内するように、その形状が前記一方の前記内側壁とは別に設定されている、
   ことを特徴とする光量調整装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光量調整装置を備える、
   ことを特徴とする光学装置。

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