JP2023134146A

JP2023134146A - 光量調節装置および光学機器

Info

Publication number: JP2023134146A
Application number: JP2022039508A
Authority: JP
Inventors: 健太山本; Kenta Yamamoto; 慎也中脇; Shinya Nakawaki
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2023-09-27

Abstract

【課題】複数の光量調節羽根を絞り込んだ状態での光量調節羽根の反りを低減することができる光量調節装置を提供する。【解決手段】本発明に係わる光量調節装置は、複数の光量調節羽根のそれぞれが他の光量調節羽根と重なり合って光通過開口を形成し、該複数の光量調節羽根が回動することにより前記光通過開口の大きさが変更される光量調節装置であって、前記複数の光量調節羽根のそれぞれは、厚さが一定の第１の部分と、前記光通過開口の縁を形成する端縁部に向かって前記第１の部分から厚さが減少するように形成されている第２の部分とを有し、前記光量調節装置の最小絞り状態で前記複数の光量調節羽根が光通過方向に重なった状態において、隣り合う羽根の前記第２の部分同士の重なりの面積が、前記第１の部分同士の重なりの面積よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置や交換レンズ等の光学機器に搭載される光量調節装置に関する。

撮像装置や交換レンズ等の光学機器に搭載される光量調節装置（絞り装置）において形成される光通過開口としての絞り開口の形状は、できるだけ円形に近い方が好ましく、円形に近い絞り開口を形成するために、３枚以上の多数枚の絞り羽根（光量調節羽根）が用いられる場合が多い。

特許文献１には、ベース部材に形成した固定開口の周囲で回動可能な駆動リングによって多数枚の絞り羽根を回動させることで、円形に近い多角形の絞り開口を形成する虹彩絞り装置が開示されている。

実開平２－４８９２８号公報

しかしながら、従来の虹彩絞り装置には、以下のような問題がある。図７には、従来の虹彩絞り装置を搭載した撮像装置の構成が示されている。図７において、１０１は絞り装置のベース部材であり、１０３はベース部材１０１の固定開口の周囲で回動可能な駆動リングである。１０６は駆動リング１０３を回動させるアクチュエータであり、１０５は駆動リング１０３によってベース部材１０１に設けられた軸部（図示せず）を中心として回動される複数の絞り羽根である。さらに、１１４は絞り装置に隣接して配置されたレンズであり、１１３はレンズ１１４および絞り装置を含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子である。

図８には、複数の絞り羽根１０５を絞り込んで小絞り開口を形成した状態（小絞り状態）が示されている。また、図８には、この小絞り状態での複数の絞り羽根１０５が拡大して示されている。絞り開口を絞り込んでいくと、複数の絞り羽根１０５は、その先端同士が互いに重なり合うことで、符号Ｈ’で示すようにレンズ１１４側に反っていく。このため、この反った絞り羽根１０５とレンズ１１４との干渉を避けるために、絞り装置に対するレンズ１１４の退避スペースｈ’を予め確保しておく必要がある。この結果、撮像装置が大型化する。

また、この羽根同士の重なり合いにより発生する負荷によって、絞り羽根に傷が生じ、傷での光の反射によって光学特性が劣化するおそれがある。

さらに、絞り羽根はある程度の肉厚を有するため、絞り羽根の厚みが絞り開口の開口面に対して大きな段差となり、いわゆる小絞り回折が発生して光学性能が劣化し易い。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の光量調節羽根を絞り込んだ状態での光量調節羽根の反りを低減することができる光量調節装置を提供することである。

本発明に係わる光量調節装置は、複数の光量調節羽根のそれぞれが他の光量調節羽根と重なり合って光通過開口を形成し、該複数の光量調節羽根が回動することにより前記光通過開口の大きさが変更される光量調節装置であって、前記複数の光量調節羽根のそれぞれは、厚さが一定の第１の部分と、前記光通過開口の縁を形成する端縁部に向かって前記第１の部分から厚さが減少するように形成されている第２の部分とを有し、前記光量調節装置の最小絞り状態で前記複数の光量調節羽根が光通過方向に重なった状態において、隣り合う羽根の前記第２の部分同士の重なりの面積が、前記第１の部分同士の重なりの面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、複数の光量調節羽根を絞り込んだ状態での光量調節羽根の反りを低減することが可能となる。

本発明の実施形態１である絞り装置の分解斜視図。実施形態１の絞り装置に用いられる絞り羽根の平面図および断面図。実施形態１の絞り装置の小絞り状態での絞り羽根を光軸方向から見た図。実施形態１の絞り装置の小絞り状態での絞り羽根の反りを示す斜視図。実施形態１の絞り装置を搭載した撮像装置の断面図。実施形態１の絞り装置を搭載した撮像装置の概略図。従来の絞り装置を搭載した撮像装置の断面図。従来の絞り装置の小絞り状態での絞り羽根の反りを示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の光量調節装置の実施形態１である絞り装置１００を分解して示した図である。また、図２は、絞り装置に使用される光量調節羽根としての複数の絞り羽根のうちの１枚の絞り羽根について、正面から見た形状とＡ－Ａ線での断面形状とを示す図である。

図１において、１，２，３，４，５，６，７，８，９は絞り羽根である。本実施形態では、９枚の絞り羽根を用いる場合について説明するが、本発明は、３枚以上の複数の絞り羽根（光量調節羽根）を使用する絞り装置に適用することができる。以下の説明において、絞り羽根１，２，３，４，５，６，７，８，９を絞り羽根１～９と略記し、また絞り羽根１～９のそれぞれの部分についても１ｘ～９ｘのように略記する。

絞り羽根１～９は、合成樹脂により薄板状に形成された一体成型部品である。絞り羽根１～９はそれぞれ、図２に示すように、回動中心軸となる第１軸部１ｃ～９ｃおよび回動のための駆動力が入力される被駆動軸である第２軸部１ｄ～９ｄが互いに反対側の面に形成された基部と、基部から先端に向かって先細り形状に形成された羽根部１ｂ～９ｂとを有する。そして、羽根部１ｂ～９ｂには、後で詳しく説明する傾斜部である開口側部分１ａ～９ａが形成されている。

また、図１において、１０はリング状に形成された回転部材であり、その中央には開口部１０ａが形成されている。以下の説明において、この開口部１０ａおよび後述する部材（１１，１２）に形成された開口部（１１ａ，１２ａ）の開口面に直交する方向を光軸方向という。回転部材１０は、その周方向９箇所に形成された軸穴部１０ｂ～１０ｊと、周方向に９つに分割された突条部１０ｋと、周方向一部に形成されたギア部１０ｌとを有する。

１１はリング状に形成されたカム部材であり、本実施形態の絞り装置のカバー部材を兼ねている。カム部材１１の中央には、開口部１１ａが形成されている。また、カム部材１１には、その周方向９箇所にカム溝部１１ｂ～１１ｊが形成されている。さらに、カム部材１１の周方向１箇所には、穴部１１ｋが設けられている。なお、カム部材１１の外周の円周方向６か所には、地板１２の外周部の６箇所に形成された凹部１２ｅに係合する爪部１１ｌが形成されている。

１２はリング状に形成されたベース部材としての地板であり、その中央には開口部１２ａが形成されている。また、地板１２の周方向１箇所には、穴部１２ｂを有するモータ取り付け部１２ｃが設けられている。

１３は回転部材１０を駆動するステッピングモータである。ステッピングモータ１３の出力軸には、ピニオンギア１４が出力軸と一体回転するよう取り付けられている。ステッピングモータ１３は、地板１２のモータ取り付け部１２ｃに固定され、ピニオンギア１４は、地板１２の穴部１２ｂを貫通して回転部材１０のギア部１０ｌと噛み合う。なお、ステッピングモータ１３を、カム部材１１に固定してもよい。回転部材１０、カム部材１１、ステッピングモータ１３およびピニオンギア１４により、本実施形態の絞り装置の駆動機構が構成される。

カム部材１１は、地板１２との間に絞り羽根１～９および回転部材１０をこの順で配置する空間を形成して爪部１１ｌにより地板１２に固定されることで、地板１２に対する回転部材１０および絞り羽根１～９の脱落を防止する。回転部材１０に形成された突条部１０ｋは、地板１２の開口部１０ａ内に回転可能に挿入される。回転部材１０は、突条部１０ｋの外周面が地板１２の開口部１２ａの内周に等間隔で形成された突起部１２ｄに対して摺動することで、周方向（光軸回り方向）に回転可能に支持される。

また、絞り羽根１～９の第１軸部１ｃ～９ｃはそれぞれ、回転部材１０に形成された軸穴部１０ｂ～１０ｊに回動可能に挿入される。一方、第２軸部１ｄ～９ｄはそれぞれ、カム部材１１に形成されたカム溝部１１ｂ～１１ｊに挿入される。

地板１２に固定されたステッピングモータ１３が駆動されてピニオンギア１４が回転すると、ピニオンギア１４にギア部１０ｌが噛み合っている回転部材１０も回転する。これにより、絞り羽根１～９は、第２軸部１ｄ～９ｄがカム部材１１のカム溝部１１ｂ～１１ｊに沿って移動し（すなわち、第２軸部１ｄ～９ｄがカム溝部１１ｂ～１１ｊから駆動力を受けて）、第１軸部１ｃ～９ｃを中心に回動する。

絞り羽根１～９は、周方向に均等間隔で配置されており、それぞれの羽根部１ｂ～９ｂが他の絞り羽根の羽根部と重なり合うことで、それらの内側に光通過開口である絞り開口を形成する。そして、絞り羽根１～９が回動することで羽根部１ｂ～９ｂの重なり量が変化するとともに、絞り開口径が連続的に変更される。絞り羽根１～９（羽根部１ｂ～９ｂ）の重なり量が大きいほど絞り開口径は小さくなる。以下の説明において、各絞り羽根が回動する方向を羽根回動方向という。ここでいう重なり合うとは、光通過方向に重なる、すなわち、光軸から同じ距離に配置されることを示し、羽根同士が接触する部分は、絞り開口の形状や羽根の反り等に合わせて変化する。

図５には、上記のように構成された絞り装置を搭載した撮像装置の構成が示されている。１６は絞り装置の像側に隣接して配置されたレンズであり、１５はレンズ１６および絞り装置を含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子である。

図７および図８を用いて説明したように、従来の絞り装置では、複数の絞り羽根１０５を絞り込んで小絞り開口を形成した小絞り状態では、複数の絞り羽根１０５は、それらの先端同士の重なり合いによって光軸方向（レンズ１１４側）に大きく反る。

この小絞り状態での羽根反りの問題を解消するために、本実施形態では、各絞り羽根１～９の羽根部１ｂ～９ｂを以下のように形成している。図２および図３に示すように、各絞り羽根の羽根部のうち他の絞り羽根の羽根部と重なり合う部分であって絞り開口の縁を形成する端縁部１ｅ～９ｅを含む部分を、開口側部分１ａ～９ａという。そして、本実施形態では、この開口側部分１ａ～９ａを、羽根の重なり合いによる反りを低減するために羽根回動方向において端縁部１ｅ～９ｅに向かって厚さが減少するように形成している。図２では、羽根回動方向を、Ａ－Ａ線に沿った方向として示している。なお、図３（ａ）には、小絞り開口を形成している絞り羽根１～９をカム部材１１側から見て示している。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の中央断面図である。

図２では、「端縁部に向かって厚さが減少する」形状の例として、開口側部分１ａ～９ａにおける厚さ方向両面のうちカム部材１１側の面（第１の面）が、回転部材１０側の面（第２の面）に対して一定の傾き角度θで傾いた傾斜面である場合を示している。本実施形態においては、θは２度である。この例は、端縁部に向かって厚さが連続的に、かつ一定の割合で減少する例でもある。ただし、「端縁部に向かって厚さが減少する」形状はこれに限られず、第１の面と第２の面が共に羽根部１ｂ～９ｂのうち開口側部分１ａ～９ａ以外の平行平板状の部分に対して傾斜する傾斜面であってもよい。また、端縁部に向かって厚さが段階的または連続的に減少すればよく、連続的に減少するようにすると成形性がよい。

この場合の第１の面と第２の面とのなす角度（傾き角度）θは、１度以上４度以下であることが望ましい。θを４度以下とすることで、複数の光量調節羽根を絞り込む状態での羽根同士の重なり合いによる反りを緩やかに変化するように作用する。そのため、急激な反り上がりによる羽根の傷と羽根の変形を防止できる。また、端縁部の厚さを基準として、徐々に厚くして予め厚さの決まった羽根部に達するところまで開口側部分とした場合には、θを小さくするにつれ複数の羽根同士の重なり合いによる負荷変動も低減され作動不良を防止することができる。本実施形態においては、羽根部の厚さは、端縁部の厚さの２～４倍になるようにしており、端縁部の厚さは、５０μｍ、羽根部の厚さは１５０μｍとなっている。

また、第１の面と第２の面のうち少なくとも一方が傾斜面のような平面形状ではなく曲面形状として形成されることにより、端縁部に向かって厚さが連続的に減少するものの、その減少率が一定でなくてもよい。この場合の第１の面と第２の面のなす接線同士がなす角度（上述した傾き角度に相当する角度の範囲）も、１度以上４度以下であることが望ましい。

さらに、開口側部分１ａ～９ａの羽根回動方向での幅Ｗは、羽根１～９の強度が保てる限りなるべく広くすることが望ましい。具体的には、開口側部分の最大厚さＴの１０倍以上、３０倍以下であることが望ましい。ここでも、端縁部の厚さを基準として、徐々に厚くして予め厚さの決まった羽根部に達するところまで開口側部分とした場合には、角度θが小さいほど幅Ｗの最大厚さＴに対する倍率は大きくなる。また、本実施形態（図２）では、開口側部分１ａ～９ａが、羽根部１ｂ～９ｂにおける羽根回動方向の一部に形成されている場合について説明しているが、羽根部１ｂ～９ｂにおける羽根回動方向の全体に形成されていてもよい。

加えて、端縁部に一定の厚さの部分を有してもよく端縁部に向かって厚さが連続的に減少することを言い換えれば、端縁部の一定の厚さ部分から、開口側部分１ａ～９ａとは逆側に向かって連続的に厚くなる。つまり、端縁部に向かって厚さが連続的に減少する場合と端縁部と羽根部１ｂ～９ｂの厚さが同一である場合を端縁部が同じ厚さで比べると、端縁部に向かって厚さが連続的に減少する場合は、羽根強度が向上する。そのため、端縁部と羽根部１ｂ～９ｂの厚さが同一である羽根と同じ強度とする場合、端縁部に向かって厚さが連続的に減少する構成とすることによって、端縁部の薄い絞り羽根とすることができる。

次に、図３を参照して、各羽根の開口側部分１ａ～９ａの幅Ｗについてより詳しく説明する。図３（ａ）は、互いに隣り合う羽根７，８の最小絞り状態での重なりを示している。本実施形態では、各羽根１～９の開口側部分１ａ～９ａの幅Ｗを極力広くすることにより、最小絞り状態での羽根の反りを低減することができ、また、各羽根の開閉動作における摺動抵抗を低減することができる。しかし、その一方で、開口側部分１ａ～９ａの幅Ｗを大きくし過ぎると、一定厚み部分１ｆ～９ｆが減少し、羽根の強度が低下する。

そのため、本実施形態では、各羽根の重なり面積を、図３（ａ）に示すように設定する。図３（ａ）では、隣り合う２つの羽根の例として羽根７と羽根８を示しているが、他の隣り合う羽根同士の関係も同様である。

ここで、虹彩絞り装置１００の最小絞りの状態において、羽根７と羽根８の重なり部分のうち、羽根の厚みが薄くなっている開口側部分７ａと８ａ（開口側部分同士）が重なっている部分を領域Ａとする。また、同様に、羽根７と羽根８の重なり部分のうち、一方の羽根の厚みが薄くなっている開口側部分７ａ（８ａ）と他方の羽根の一定厚み部分８ｆ（７ｆ）が重なる部分（一定厚み部分同士が重なる部分）を領域Ｂとする。さらに、羽根７と羽根８の重なり部分のうち、一定厚み部分７ｆと８ｆが重なっている部分を領域Ｃとする。このとき領域Ｃの面積よりも領域Ａの面積が大きいと反りを低減し易い。

そして、本実施形態では、最小絞り状態において、それぞれの領域Ａ、Ｂ、Ｃの面積を、面積ＥＡ、面積ＥＢ、面積ＥＣとすると
ＥＣ＜ＥＡ＜ＥＢ
となるように設定する。このようにすることで、最小絞り状態での羽根の反りを低減し、且つ各羽根の強度を保つことが可能となる。本実施形態では領域Ｂのうち第１軸部１ｃに近い側の領域Ｂの面積が領域Ａの面積よりも大きくなっている。

以上説明した本実施形態によれば、各絞り羽根１～９の羽根部１ｂ～９ｂに、羽根回動方向において端縁部１ｅ～９ｅに向かって厚さが減少する開口側部分１ａ～９ａを形成することで、図４および図５に示すように羽根の反りを低減することができる。図４には、小絞り状態での絞り羽根１～９を拡大して示している。図５においてＨは本実施形態での小絞り状態での羽根反り量を示しており、図７に示した従来の絞り装置の羽根反り量Ｈ’に比べて少ない。そして、羽根反り量が少ないことで、絞り装置に対して羽根反りの方向に隣接したレンズその他の光学部材の絞り装置からの退避スペースｈを、従来の退避スペースｈ’に比べて小さくすることが可能であり、その分、撮像装置を小型化することができる。

なお、本実施形態では、小絞り状態での最小絞り開口径として、直径１ｍｍ以下という極めて小さな絞り開口径を想定しており、このような極めて小径の小絞り状態を少ない羽根反り量で実現できる点が、従来とは異なる本実施形態の特徴である。

開口側部分１ａ～９ａの羽根回動方向での幅Ｗは、最小絞り開口径の直径よりも広いことが好ましい。開口側部分１ａ～９ａの羽根回動方向での幅Ｗが、最小絞り開口径の直径よりも広いことで最小絞り開口径へ絞る際の摺動性がより良好となる。

さらに、本実施形態では、開口側部分１ａ～９ａを形成することで、絞り羽根１～９が重なり合って回動するときに発生する負荷を低減することができる。このため、絞り装置の良好な動作特性を得ることができるとともに、各絞り羽根に傷が付くことを防止することができる。

また、本実施形態では、開口側部分１ａ～９ａの端縁部１ｅ～９ｅが薄いため、絞り羽根１～９の厚みが絞り開口の開口面に対して大きな段差とならず、段差が大きいことによる光学性能の劣化を防止することができる。

＜実施形態２＞
図６は、実施形態１で説明した絞り装置を搭載した撮像装置としての、一眼レフカメラ用の交換レンズ２２１、及びその交換レンズが装着されるカメラ本体の内部構成を示している。

交換レンズ２２１の鏡筒内には、変倍レンズ２３２、光路を絞る実施形態１の絞り装置１００、およびフォーカスレンズ２２９を含む撮影光学系が収容されている。

ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成される撮像素子２２５はカメラ本体内に配置され、交換レンズ２２１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。絞り装置１００の絞り開口を変化させたり不図示のＮＤフィルタを進退させたりすることにより、撮像素子２２５上に形成される被写体像の明るさ（つまりは撮像素子２２５に到達する光量）を適正に設定することができる。

撮像素子２２５から出力された電気信号は、画像処理回路２２６においてデジタル信号に変換されるとともに、種々の画像処理を施される。これにより、画像信号が生成される。

ユーザは、ズームリング２３１を回転操作することにより、変倍レンズ２３２を移動させて変倍（ズーミング）を行わせることが出来る。コントローラ２２２は、画像信号のコントラストを検出し、そのコントラストに応じてフォーカスモータ２２８を制御し、フォーカスレンズ２２９を移動させてオートフォーカスを行う。あるいは、コントローラ２２２は、不図示の位相差検出方式を用いた焦点検出手段の検出信号に基づいて、フォーカスモータ２２８を制御し、フォーカスレンズ２２９を移動させてオートフォーカスを行ってもよい。

さらに、コントローラ２２２は、不図示の測光手段の測光値あるいは画像信号に基づいて、絞り装置１００のステッピングモータ１３を制御し、光量を調節する。これにより、撮影時のボケやゴーストを自然な形状にすることができ、高画質の画像を記録することができる。

なお、本発明は、上述した一眼レフカメラに限定されず、レンズ一体型のデジタルカメラ、ビデオカメラ等の光学機器にも広く適用可能である。

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

１～９絞り羽根
１０回転部材
１１カム部材
１２地板
１３ステッピングモータ

Claims

複数の光量調節羽根のそれぞれが他の光量調節羽根と重なり合って光通過開口を形成し、該複数の光量調節羽根が回動することにより前記光通過開口の大きさが変更される光量調節装置であって、
前記複数の光量調節羽根のそれぞれは、厚さが一定の第１の部分と、前記光通過開口の縁を形成する端縁部に向かって前記第１の部分から厚さが減少するように形成されている第２の部分とを有し、
前記光量調節装置の最小絞り状態で前記複数の光量調節羽根が光通過方向に重なった状態において、隣り合う羽根の前記第２の部分同士の重なりの面積が、前記第１の部分同士の重なりの面積よりも大きいことを特徴とする光量調節装置。
前記第１の部分同士の重なりの面積である第１の面積ＥＣと、前記第１の部分と前記第２の部分の重なりの面積である第２の面積ＥＢと、前記第２の部分同士の重なりの面積である第３の面積ＥＡとが、
ＥＣ＜ＥＡ＜ＥＢ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
前記第２の部分における厚さ方向両面がなす角度または該両面の接線同士がなす角度が１度以上、４度以下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。
前記第２の部分の前記羽根の回動方向での幅が、前記第２の部分の最大厚さの１０倍以上、３０倍以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光量調節装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の光量調節装置と、
前記光量調節装置を通過した光を撮像する撮像素子と、を有することを特徴とする光学機器。