JP5028105B2 - 光量調節装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、交換レンズ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、プロジェクタ等の光学機器に用いられる光量調節装置に関する。

カメラや交換レンズには、撮像素子やフィルム等の撮像面上に到達する光量や被写界深度を調節するために、開口径を変更可能とした絞り装置（光量調節装置）が設けられている。また、液晶パネル等の画像変調素子からの光を投影するプロジェクタの投射光学系にも、同様の光量調節装置が設けられていることが多い。

このような光量調節装置には、複数（３枚以上）の絞り羽根を回動させて虹彩のように開口径を変化させる、いわゆる虹彩絞りがある。そして、虹彩絞りに用いられる各絞り羽根の基部には、回動中心部や駆動力を受ける被駆動部となる軸部や穴部が形成される。また、各絞り羽根のうち基部よりも各軸部に対して離れた羽根部が他の絞り羽根と光軸方向にて重なることで、光を通過させるための開口が形成される。

従来の絞り羽根においては、羽根部及び基部を構成する金属シートやプラスチックシートに金属製の軸を機械的にカシメて軸部を形成したり、該シートに樹脂をアウトサート成型して軸部を形成したりしている。このため、絞り羽根の製造において多くの工数を要したり、製造された絞り羽根の信頼性に問題があったりする。

このため、特許文献１には、絞り羽根の基部と軸部とを一体射出成型することで、軸部を有する絞り羽根の製作工数を大幅に削減するようにする方法が開示されている。
特開平６−３１７８２６号公報（段落００１１〜００１６、図１〜５等）

しかしながら、上記特許文献１に開示された絞り羽根では、該絞り羽根の肉厚を薄くしていくと、射出成型時の樹脂の流動性が悪く、寸法精度が悪化したり外周面にバリが発生しやすくなったりするという欠点がある。一方、絞り羽根の肉厚を厚くすると、絞り羽根の駆動負荷が大きくなるとともに、絞り装置の厚み方向のサイズが大きくなる。また、絞り羽根の肉厚が厚くなると、絞り羽根と開口との段差が大きくなり、いわゆる小絞り回折が発生して光学性能が劣化する。

本発明は、光量調節羽根の寸法精度が高く、光学性能の劣化が少ない薄型の光量調節装置及びこれを備えた光学機器と、該光量調節装置の製造方法を提供する。

本発明の一側面としての光量調節装置は、複数の光量調節羽根を回動させて光通過開口のサイズを変更する光量調節装置であって、前記光量調節羽根は、合成樹脂によって一体成型される基部と羽根部とを有し、前記基部には、前記光量調節羽根の回動中心部が形成されるとともに、前記光量調節装置の駆動力が入力される被駆動部が形成され、前記羽根部は、前記光量調節装置が開放状態となるとき、隣接する別の光量調節羽根の前記基部と光通過方向において重なる部分であって、前記基部の肉厚よりも薄い肉厚で形成されることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての光量調節装置の製造方法は、複数の光量調節羽根を回動させて光通過開口のサイズを変更する光量調節装置の製造方法であって、前記光量調節羽根を、合成樹脂の一体射出成型により製造する第１のステップと、前記第１のステップにて製造される前記光量調節羽根を複数用いて前記光量調節装置を組み立てる第２のステップとを有し、前記第１のステップにて、前記光量調節羽根には、基部と羽根部とが形成され、前記基部には、前記光量調節羽根の回動中心部が形成されるとともに、前記光量調節装置の駆動力が入力される被駆動部が形成され、前記羽根部は、前記光量調節装置が開放状態となるとき、隣接する別の光量調節羽根の前記基部と光通過方向において重なる部分であって、前記基部の肉厚よりも薄い肉厚で形成されることを特徴とする。

本発明によれば、基部と羽根部とを合成樹脂によって一体成型して光量調節羽根を成型したとしても、光量調節羽根の全体に安定的に合成樹脂が流れるようになり、光量調節羽根を寸法精度良く製作することができる。また、基部のみを肉厚に形成するので、光量調節羽根の駆動負荷が増大することなく、小絞り回折が発生しにくくなるとともに、光量調節装置の厚み方向の寸法が大きくなることがない。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、図８には、本発明の実施例１である光量調節装置を備えた交換レンズ装置５００を示している。この交換レンズ装置５００は、不図示の撮像装置（デジタルスチルカメラやビデオカメラ）に取り外し可能に装着される。

交換レンズ装置（光学機器）５００において、５０１，５０２，５０３，５０４，５０５は第１〜第５レンズユニットである。１０５は第２レンズユニット５０２と第３レンズユニット５０３との間に配置された光量調節装置である。

第１〜第５レンズユニット５０１〜５０５は、撮像装置に搭載されたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子上に被写体像を形成する。撮像素子は、該被写体像を光電変換して画像を生成する。

光量調節装置１０５は、後述する絞り開口径を変化させることで、不図示の被写体から交換レンズ装置５００に入射して撮像素子に到達する光の量を調節する。

なお、図８には、レンズ交換型の撮像システムを構成する交換レンズ装置５００に光量調節装置１０５を搭載した場合を示したが、光量調節装置１０５をレンズ一体型の撮像装置（光学機器）内に搭載してもよい。

図１には、光量調節装置１０５を分解して示す。また、図２及び図３はそれぞれ、該光量調節装置１０５に使用される絞り羽根のうち１つの平面図及び側面図である。

図１において、１，２，３，４，５，６，７は光量調節羽根としての絞り羽根である。これらの絞り羽根１〜７は、合成樹脂による薄板状の一体成型部品である。各絞り羽根は、基部１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、該基部よりも薄い肉厚を有する羽根部１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとを有する。

基部１ａ〜７ａにおける一方の面には、該絞り羽根１〜７の回動中心部となるよう軸形状を有する第１軸部１ｃ，２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃが形成されている。また、基部１ａ〜７ａにおける他方の面には、該絞り羽根１〜７において駆動力が入力される被駆動部となるよう軸形状を有する第２軸部１ｄ，２ｄ，３ｄ，４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄ（但し、図１には、１ｄ，２ｄ，６ｄ，７ｄのみ示されている）が形成されている。

８はリング状の回転部材であり、その中央には開口部８ａが形成されている。該回転部材８には、その周方向７箇所に形成された軸穴部８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈと、周方向に７つに分割された突条部８ｉと、周方向一部に形成されたギア部８ｊとを有する。また、回転部材８の周方向一箇所には、遮光部８ｋが形成されている。

９はリング状のカム部材であり、本光量調節装置１０５のベース部材である。該カム部材９の中央には開口部９ａが形成されている。該カム部材９には、その周方向に７つのカム溝部９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈが形成されている。

１０はリング状の押さえ部材であり、その中央に開口部１０ａが形成されている。該押さえ部材１０には、その周方向一箇所に形成された穴部１０ｂと、モータ取り付け部１０ｃとが設けられている。

１１は回転部材８を駆動するステッピングモータであり、ステッピングモータ１１の出力軸にはピニオンギア１２が取り付けられている。ステッピングモータ１１は、押さえ部材１０のモータ取り付け部１０ｃに固定される。ピニオンギア１２は、押さえ部材１０の穴部１０ｂを貫通して回転部材８のギア部８ｊと噛み合う。回転部材８、カム部材９、ステッピングモータ１１及びピニオンギア１２により駆動機構が構成される。

１３は初期位置センサであり、フォトインタラプタにより構成されている。初期位置センサ１３の投光部と受光部との間に回転部材８に形成された遮光部８ｋが挿入されることにより、回転部材８が初期位置にあることを検知することができる。ここにいう初期位置は、絞り羽根１〜７によって形成される絞り開口（光通過開口）の径（サイズ）が最大である開放径となる位置に相当する。

押さえ部材１０は、回転部材８との間に絞り羽根１〜７を挟んでカム部材９に固定され、回転部材８と絞り羽根１〜７の光軸方向（光通過方向）の抜け止めの役割を果たす。回転部材８の突条部８ｉは、押さえ部材１０の開口部１０ａ内に回転可能に挿入される。回転部材８は、突条部８ｉの外周面が押さえ部材１０の開口部１０ａの内周面に対して摺動することで、回転可能に支持される。また、絞り羽根１〜７の第１軸部１ｃ〜７ｃはそれぞれ、回転部材８に形成された軸穴部８ｂ〜８ｈに回動可能に挿入される。さらに、第２軸部１ｄ〜７ｄはそれぞれ、カム部材９に形成されたカム溝部９ｂ〜９ｈに挿入される。

押さえ部材１０に固定されたステッピングモータ１１が作動してピニオンギア１２が回転すると、該ピニオンギア１２にギア部８ｊが噛み合っている回転部材８が回転する。これにより、各絞り羽根は、第２軸部がカム部材９のカム溝部に沿って移動し（すなわち、第２軸部がカム溝部から駆動力を受けて）、第１軸部を中心に回動する。

絞り羽根１〜７は、光軸（開口部８ａ，９ａの中心位置）回りに均等間隔で配置されており、互いに一部同士が重なり合うことで、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１〜７が回動することでそれら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化する。絞り羽根１〜７の重なり量が大きいほど、絞り開口径は小さくなる。初期位置センサ１３により検出された初期位置を基準として、ステッピングモータ１１に与える駆動パルス信号の数をカウントすることで、絞り開口径を制御し、光量を調節することができる。

次に、絞り羽根及び光量調節装置１０５の製造方法について、図２及び図４を用いて説明する。図４には、該製造方法のフローチャートを示す。図２には、７つの絞り羽根１〜７を代表して絞り羽根１を示している。絞り羽根２〜７の形状は、絞り羽根１と同じである。

ステップ（図にはＳと示す）１において、射出成型装置に射出ゲートを有する金型とイジェクタピンとをセットする。このとき、第１軸部１ｃに比べて絞り羽根の長手方向中央に近い第２軸部１ｄの位置に射出ゲートを配置し、第１軸部１ｃの位置にイジェクタピンを配置する。ただし、第１軸部１ｃの位置に射出ゲートを配置し、第２軸部１ｄの位置にイジェクタピンを配置してもよい。

ステップ２では、金型内に溶解した合成樹脂を射出（充填）し、その後、樹脂を硬化させる。

そして、ステップ３では、硬化した絞り羽根１をイジェクタピンで押して金型から取り出す。

ステップ４では、光量調節装置を構成する絞り羽根１〜７以外の部品（カム部材９，回転部材８，押さえ部材１０及びステッピングモータ１１）を製造する。

最後に、ステップ５では、ステップ３で金型から取り出された絞り羽根１〜７と、ステップ４で製造されたカム部材９，回転部材８，押さえ部材１０及びステッピングモータ１１を前述したように互いに組み合わせて光量調節装置１０５を組み立てる。

上記製造方法において、第１及び第２軸部１ｃ，１ｄの位置にそれぞれイジェクタピンと射出ゲートを配置したことにより、以下のメリットがある。すなわち、射出ゲートが羽根部１ｂよりも肉厚が大きい基部１ａ上に形成された第２軸部１ｄの位置に配置されることで、羽根部１ｂの先端まで安定的に樹脂が流れ、全体として薄い板状の絞り羽根１を寸法精度良く成形することができる。また、イジェクタピンが肉厚が大きい基部１ａ上に形成された第１軸部１ｃの位置に配置されることで、離型時に絞り羽根１が反って平面度が悪化してしまうことを防ぐことができる。

ここで、図３に示すように、本実施例では、羽根部１ｂの肉厚ｔ２を、基部１ａの肉厚ｔ１の１／２以下に設定している。ただし、これは例であり、ｔ１＞ｔ２の関係を満たしていればよい。

また、図３に示すように、第１軸部１ｃ及び第２軸部１ｄの先端にはそれぞれ、テーパ面１ｅ，１ｆが設けられている。これにより、回転部材８の軸穴部８ｂやカム部材９のカム溝部９ｂとの摺動抵抗を下げることができる。

また、第１軸部１ｃ及び第２軸部１ｄの根元にはそれぞれ、曲面（テーパ面でもよい）１ｇ，１ｈが設けられている。これにより、射出成型時における樹脂の流動抵抗や離型抵抗を下げて、より安定的に絞り羽根１を成型することできるとともに、各軸部の強度を上げることができる。

また、絞り羽根１の外周縁には、肉厚方向に対して傾斜したテーパ面（曲面でもよい）１ｉが形成されている。さらに、互いに肉厚が異なる基部１ａと羽根部１ｂとの段部にも、肉厚方向に対して傾斜したテーパ面（曲面でもよい）１ｊが形成されている。これらテーパ面１ｉ，１ｊは、絞り羽根１の外周縁や段部に当たった光が乱反射して、ゴースト等の不要光が発生することを防止するために設けられている。また、テーパ面１ｉ，１ｊは、絞り羽根１〜７が重なるときの絞り羽根同士の引っかかりを防止して、絞り羽根の作動抵抗を減少させる役割も有する。

図５〜図７には、上記光量調節装置１０５における絞り羽根１〜７の動作状態を光軸方向から見て示している。図５は光量調節装置１０５の開放状態を、図６は中間絞り状態を、図７は小絞り状態を示す。

開放状態、中間絞り状態及び小絞り状態のいずれにおいても、絞り羽根１〜７はそれらの一部同士が重なり合っている。

図５の開放状態において、絞り羽根１とその反時計回り方向にて隣り合う絞り羽根２とに着目すると、絞り羽根１の羽根部１ｂと絞り羽根２の基部２ａとが重なり合っている。また、絞り羽根１とその時計回り方向にて隣り合う絞り羽根７とに着目すると、絞り羽根１の基部１ａと絞り羽根７の羽根部７ｂとが重なり合っている。そして、この開放状態では、絞り開口は、絞り羽根１〜７の基部１ａ〜７ａと羽根部１ｂ〜７ｂの両方によって形成されている。

また、図６の中間絞り状態及び図７の小絞り状態（特定の開口径より小さい状態）では、絞り羽根１〜７の重なり合いは以下のようになる。

絞り羽根１と絞り羽根２とに着目すると、絞り羽根１の羽根部１ｂの一部分は絞り羽根２の基部２ａと重なり合い、他の部分は絞り羽根２の羽根部２ｂと重なり合っている。また、絞り羽根１と絞り羽根７とに着目すると、絞り羽根７の羽根部７ｂの一部分は絞り羽根１の基部１ａと重なり合い、他の部分は絞り羽根１の羽根部１ｂと重なり合っている。そして、これらの中間絞り状態及び小絞り状態では、絞り開口は、絞り羽根１〜７のうち羽根部１ｂ〜７ｂのみによって形成されている。つまり、絞り開口は、肉厚が大きい基部１ａ〜７ａによることなく、肉厚が小さい羽根部１ｂ〜７ｂのみによって形成されている。

このように、開放状態、中間絞り状態及び小絞り状態を含む全動作状態において、隣り合う２つの絞り羽根で、第１及び第２軸部が設けられた肉厚が大きい基部同士が重なることはない。これにより、回転部材８とカム部材９との間の絞り羽根１〜７の収納スペースの光軸方向寸法を薄くすることができ、光量調節装置１０５の光軸方向寸法（厚み）を小さくすることができる。

しかも、小絞り状態で絞り開口が羽根部１ｂ〜７ｂのみによって形成されることで、絞り開口面とその周囲を取り囲む羽根部１ｂ〜７ｂとの光軸方向での段差が小さくなる。したがって、該段差が大きいほど生じやすい小絞り回折を発生し難くすることができ、この結果、光学性能の悪化を低減することができる。

なお、上記実施例では、７つの絞り羽根を有する光量調節装置について説明したが、絞り羽根の数は７つ以外の複数であってもよい。

また、上記実施例では、撮像用の光学機器に搭載された光量調節装置について説明したが、上記実施例と同様の光量調節装置をプロジェクタ等、撮像用以外の光学機器に搭載してもよい。

本発明の実施例である光量調節装置の分解斜視図。 実施例の光量調節装置に用いられる絞り羽根の平面図。 上記絞り羽根の側面図。 実施例の光量調節装置の製造方法を示すフローチャート。 実施例の光量調節装置の開放状態での絞り羽根を光軸方向から見た図。 実施例の光量調節装置の中間絞り状態での絞り羽根を光軸方向から見た図。 実施例の光量調節装置の小絞り状態での絞り羽根を光軸方向から見た図。 上記光量調節装置を備えた光学機器を示す図。

符号の説明

１〜７ 絞り羽根
１ａ〜７ａ 基部
１ｂ〜７ｂ 羽根部
１ｃ〜７ｃ 第１軸部
１ｄ〜７ｄ 第２軸部
８ 回転部材
９ カム部材
１０ 押さえ部材
１１ ステッピングモータ

Claims (6)

1. 複数の光量調節羽根を回動させて光通過開口のサイズを変更する光量調節装置であって、
   前記光量調節羽根は、合成樹脂によって一体成型される基部と羽根部とを有し、
   前記基部には、前記光量調節羽根の回動中心部が形成されるとともに、前記光量調節装置の駆動力が入力される被駆動部が形成され、
   前記羽根部は、前記光量調節装置が開放状態となるとき、隣接する別の光量調節羽根の前記基部と光通過方向において重なる部分であって、前記基部の肉厚よりも薄い肉厚で形成されることを特徴とする光量調節装置。
2. 前記光量調節装置が前記開放状態となるとき、前記光通過開口は、前記光量調節羽根の前記羽根部および前記基部によって形成され、
   前記光量調節装置が前記開放状態から前記光通過開口を小さくするとき、前記光通過開口は、前記光量調節羽根の前記羽根部のみによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
3. 前記各光量調節羽根の前記基部と前記羽根部との段部に、前記光量調節羽根の肉厚方向に対して傾斜した面が形成され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と、
   前記光量調節装置によって光量が調節される光学系と、を備えたことを特徴とする光学機器。
5. 複数の光量調節羽根を回動させて光通過開口のサイズを変更する光量調節装置の製造方法であって、
   前記光量調節羽根を、合成樹脂の一体射出成型により製造する第１のステップと、
   前記第１のステップにて製造される前記光量調節羽根を複数用いて前記光量調節装置を組み立てる第２のステップとを有し、
   前記第１のステップにて、
   前記光量調節羽根には、基部と羽根部とが形成され、
   前記基部には、前記光量調節羽根の回動中心部が形成されるとともに、前記光量調節装置の駆動力が入力される被駆動部が形成され、
   前記羽根部は、前記光量調節装置が開放状態となるとき、隣接する別の光量調節羽根の前記基部と光通過方向において重なる部分であって、前記基部の肉厚よりも薄い肉厚で形成されることを特徴とする光量調節装置の製造方法。
6. 前記第１のステップは、射出成形装置に射出ゲートを有する金型とイジェクタピンをセットし、前記金型内に溶融した前記合成樹脂を射出することで、前記光量調節羽根を成型し、成型された前記光量調節羽根を前記イジェクタピンで押し出す工程であって、
   前記基部の一方面に、前記回動中心部として機能する第１軸部が形成されるとともに、前記基部の他方面に、前記被駆動部として機能する第２軸部が形成され、
   前記金型の前記第１軸部および前記第２軸部の一方を成型する部分に前記射出ゲートを配置するとともに、前記金型の前記第１軸部および前記第２軸部の他方を成型する部分に前記イジェクタピンを配置することを特徴とする請求項５に記載の光量調節装置の製造方法。