JP6168840B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば一眼レフカメラ等の撮像装置に関し、特にミラー駆動機構を備えた撮像装置に関する。

一眼レフカメラは、撮影レンズから撮像素子に至る撮像光路中にクイックリターンミラー機構を有しており、メインミラーおよびサブミラーを撮像光路内位置（第１の位置）と撮像光路外位置（第２の位置）との間で高速に回動させることが可能である。

各ミラーは、ミラーボックスに設けられたミラーダウンストッパに当接することで第１の位置に位置決めされ、ファインダ光学系や焦点検出センサユニットに入射光を導く。また、メインミラーがミラーボックスに設けられたミラーアップストッパに当接し、サブミラーがメインミラー裏面に当接することで、メインミラーは第２の位置に位置決めされる。

特許文献１では、リニアモータの並進駆動によりメインミラーおよびサブミラーを回動させるミラー駆動機構が提案されている。

特開平１１-９５３１７号公報

特許文献１では、メインミラーおよびサブミラーを第１の位置および第２の位置に正確に位置決めするためには位置決め方向に押し付けるようにリニアモータを通電保持する必要があり、電力の消費が著しい。また、リニアモータを使用するには高価な磁石を数多く必要とするため、コスト面で課題がある。

このような課題を鑑みて、本発明は、簡易かつ安価な構成で電力消費を抑えつつ高速動作可能なクイックリターンミラー機構を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、モータで回転駆動されるリードスクリューと、前記リードスクリューに係合し、前記リードスクリューの回転によって移動可能な移動部材と、撮像光学系から入射された撮影光束を光電変換する撮像素子と、前記撮像光学系から前記撮像素子までの光路内に位置する第１の状態と、前記光路外に位置する第２の状態との間で回動可能なミラー部材と、前記移動部材に取り付けられ、前記ミラー部材を付勢する付勢部材と、を有し、前記ミラー部材には、前記ミラー部材の回動軸と平行な係合軸が突出形成され、前記ミラー部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間を回動するとき、前記付勢部材の両端が前記係合軸を挟み、前記移動部材には、前記ミラー部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間を回動するとき、前記係合軸による前記付勢バネの撓み量が第１の撓み量に達した場合に前記係合軸と当接する規制部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、簡易かつ安価な構成で電力消費を抑えつつ高速動作可能なクイックリターンミラー機構を備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置としての一眼レフカメラの断面模式図である。 ミラーおよび駆動部の斜視図である。 ミラーおよび駆動部を表す側面模式図である。 移動部材、駆動ダボおよび付勢バネの位置関係図である。 ミラーと移動部材の移動軌跡を表す模式図である。 移動部材、駆動ダボおよび付勢バネの位置関係図である。 ミラーおよび移動部を表す側面模式図である。 移動部材、駆動ダボおよび付勢バネの位置関係図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置としての一眼レフカメラの断面模式図である。

カメラ本体（以下、カメラという）２０と、カメラ２０に交換可能に装着された撮像レンズ１０とによりカメラシステムが構成されている。

撮像レンズ１０は、フォーカスレンズ群やズームレンズ群からなるレンズ部（撮像光学系）１０１を有している。被写体からの光束は、レンズ部１０１を通過して撮影光束としてカメラ２０に入射する。

カメラ２０内における撮像レンズ１０の予定結像面付近には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ、さらにはＣＭＯＳセンサなどからなる光電変換素子を含む撮像素子２０１が配置される。

ミラー部材としてのメインミラー２０２は、ハーフミラー部２０２ａを有しており、回動軸２０２ｃを中心に矢印（Ａ）の方向に回動可能にミラーボックス（不図示）に支持されている。サブミラー２０３は、メインミラー２０２に回動可能に取り付けられ、メインミラー２０２の回動動作に連動して回動する。図１に示されるように、メインミラー２０２がダウンストッパ２０８に当接し、レンズ部１０１から撮像素子２０１までの光路内に位置するミラーダウン状態を第１の状態とする。このとき、メインミラー２０２およびサブミラー２０３が光軸１０２ａに対して斜めに傾いて配置されている。メインミラー２０２がアップストッパ２０９に当接するミラーアップ状態を第２の状態とする。このとき、メインミラー２０２がアップストッパ２０９に当接し、サブミラー２０３がメインミラー２０２の裏面に当接することで、メインミラー２０２およびサブミラー２０３がレンズ部１０１から撮像素子２０１までの光路外に退避している。また、メインミラー２０２が回動動作途中の状態（第１の状態と第２の状態の間の状態）を第３の状態とする。

メインミラー２０２が第１の状態である場合、撮像レンズ１０からの入射光は、メインミラー２０２で反射され、マット面とフレネル面を備えるピント板２０５のマット面上に結像し、ペンタプリズム２０６、接眼光学系２０７を介して撮影者の目に導かれる。また、メインミラー２０２のハーフミラー部２０２ａを透過した光線はサブミラー２０３で反射し、焦点検出部２０４で受光される。メインミラー２０２が第２の状態である場合、撮像レンズ１０からの入射光は、そのまま撮像素子２０１に結像される。

次に、図２から図４を参照して、メインミラー２０２を回動させる駆動部について説明する。図２は、メインミラー２０２および駆動部の斜視図である。メインミラー２０２の回動動作と関係のないものは簡単のため省略している。図３は、メインミラー２０２および駆動部の側面模式図である。図４は、移動部材２１１、付勢バネ２１２およびメインミラー２０２の駆動ダボ（係合軸）２０２ｂの位置関係図である。

アングル２１３は、メインミラー２０２に対し斜めに傾けて配置されている。また、アングル２１３には、リードスクリュー２１４とガイド軸２１５が取り付けられている。リードスクリュー２１４は、モータ２１６の回転軸に連結されており、モータ２１６の回転軸と一体で回転可能となっている。すなわち、リードスクリュー２１４は、モータ２１６で回転駆動される。

移動部材２１１はダボ２１１ａを有しており、ダボ２１１ａには付勢バネ（付勢部材）２１２が取り付けられている。また、移動部材２１１は、リードスクリュー２１４と噛み合う凸部２１１ｂを有しており、ガイド軸２１５に対し摺動自在に取り付けられている。そのため、制御部（不図示）がモータ２１６を駆動すると、移動部材２１１は、リードスクリュー２１４と凸部２１１ｂを介し、ガイド軸２１５に沿って図１の矢印（Ｂ）方向に移動する。

メインミラー２０２には、回動軸２０２ｃと平行となるように突出形成された駆動ダボ２０２ｂが形成されている。付勢バネ２１２の両端（バネ先端２１２ａ、２１２ｂ）が駆動ダボ２０２ｂを挟み込んでいるため、移動部材２１１を移動させることで付勢バネ２１２を介してメインミラー２０２を回動させることができる。

図３（ａ）は、図１の状態から移動部材２１１がさらに矢印（Ｃ）方向に移動したときの状態を示している。このとき、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａは、図３（ａ）のように撓んで、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ｂが駆動ダボ２０２ｂから離れる。バネ先端２１２ｂと駆動ダボ２０２ｂとの空隙分だけ付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａがチャージされるので、駆動ダボ２０２ｂはバネ先端２１２ａによって図１に図示する状態よりも強い力で下向きに付勢される。この結果、メインミラー２０２は、ダウンストッパ２０８と当接する位置で付勢される。そのため、カメラ２０の姿勢が変わった場合や振動が加わった場合でも、メインミラー２０２はダウンストッパ２０８に当接された状態で安定して位置保持される。

また、図３（ａ）の状態でモータ２１６への通電が切られた場合、付勢バネ２１２の付勢力の反力により移動部材２１１には矢印（Ｃ）方向と反対方向に進む力がかかる。しかし、移動部材２１１がリードスクリュー２１４を介してモータ２１６を回転させる力は、リードスクリュー２１４と凸部２１１ｂとの噛み合い摩擦によって相殺される。また、モータ２１６のコギングトルクにより、移動部材２１１は図３（ａ）の位置に保持される。

同様に、図３（ｂ）に示すように、メインミラー２０２が第２の状態であるときでも、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ｂは図３（ｂ）のように撓んで、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａが駆動ダボ２０２ｂから離れる。バネ先端２１２ａと駆動ダボ２０２ｂとの空隙分だけ付勢バネ２１２のバネ先端２１２ｂがチャージされるので、駆動ダボ２０２ｂはバネ先端２１２ｂによって図１に図示する状態よりも強い力で上向きに付勢される。そのため、メインミラー２０２は、アップストッパ２０９と当接する位置で付勢される。

次に、モータ２１６の駆動制御について説明する。メインミラー２０２の回動動作において、メインミラー２０２がアップストッパ２０９に衝突すると、メインミラー２０２には衝突力によってバウンドが発生する。バウンドが静定するまでは撮像素子２０１の受光動作は待機する必要があり、結果としてレリーズタイムラグが長くなる。また、メインミラー２０２がダウンストッパ２０８に衝突してバウンドが発生すると、バウンドが静定するまでは焦点検出部２０４での焦点検出動作を行うことができない。そこで、本実施形態では、メインミラー２０２が第１の状態または第２の状態となる直前では、モータ２１６を減速駆動している。そうすることで、メインミラー２０２をダウンストッパ２０８またはアップストッパ２０９に低速で当接させることができるため、バウンドを低減することができる。これにより、撮像素子２０１での受光動作、および焦点検出部２０４での焦点検出動作を開始するまでの時間を短くすることができる。

次に、本実施形態の移動部材２１１の特徴について説明する。

図４（ａ）は、メインミラー２０２が第３の状態（第１の状態と第２の状態の間の状態）であるときの様子を示している。移動部材２１１は、駆動ダボストッパ部（規制部）２１１ｃ、２１１ｄおよびバネ回転ストッパ部２１１ｅを有している。バネ回転ストッパ部２１１ｅは、ダボ２１１ａを中心に付勢バネ２１２が回転することを規制している。駆動ダボ２０２ｂは、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａ、２１２ｂに挟まれているが、付勢バネ２１２に付勢されていない中立位置に位置している。駆動ダボ２０２ｂと当接するバネ先端２１２ｂと、移動部材２１１の駆動ダボストッパ部２１１ｄとの間は間隔ｄ１だけ開いている。

図４（ｂ）は、メインミラー２０２が第２の状態であるときの様子を示している。このとき、バネ先端２１２ｂは、撓み量ｄ２だけ撓んでいる。間隔ｄ１の長さは撓み量ｄ２の長さよりも長くなるように設定されているので、メインミラー２０２が第２の状態となるとき、駆動ダボ２０２ｂは駆動ダボストッパ部２１１ｄには当接しない。

メインミラー２０２が第１の状態から第２の状態に高速で回動する場合について説明する。メインミラー２０２の回動速度が十分に遅い、または付勢バネ２１２のバネ係数が十分に大きければ、メインミラー２０２の回動中に付勢バネ２１２はほとんど撓むことはなく、図４（ａ）の状態を保ったまま可動する。しかし、メインミラー２０２の回動速度が速くなると、回動の加減速時にメインミラー２０２の慣性力がかかり、図３（ｃ）に示されるように、駆動ダボ２０２ｂによって付勢バネ２１２には撓みが発生する。回動動作中に付勢バネ２１２に撓みが発生すると、移動部材２１１の動作に対するメインミラー２０２の動作に追従遅れが生じる。その結果、メインミラー２０２が第２の状態に到達する直前にモータ２１６が減速駆動を行った場合、メインミラー２０２は減速せずにアップストッパ２０９に衝突し、バウンドが低減されなくなる。例えば、図４（ｄ）に示されるように、駆動ダボストッパ部を有していない移動部材２１７の場合、メインミラー２０２の回動速度が速くなるにつれて、付勢バネ２１２の撓み量ｄ３は大きくなる。その結果、移動部材２１７の動作に対するメインミラー２０２の動作はさらに追従遅れが生じ、バウンド静定時間が長くなる。

そこで、本実施形態では、移動部材２１１に駆動ダボストッパ部２１１ｃ、２１１ｄを設けることで、付勢バネ２１２の撓みによる追従遅れの上限を設定している。

図４（ｃ）は、本実施形態において、メインミラー２０２の回動動作中に付勢バネ２１２に撓みが発生した様子を示している。移動部材２１１の移動速度が速く、付勢バネ２１２の撓み量が第１の撓み量が間隔ｄ１の長さに達したとき、駆動ダボ２０２ｂは移動部材２１１の駆動ダボストッパ部２１１ｄに当接する。よって、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ｂはそれ以上撓むことはなくなり、移動部材２１１の駆動動作に対してメインミラー２０２の回動動作の応答遅れは制限される。追従遅れの上限を考慮してメインミラー２０２の減速駆動を行えば、メインミラー２０２が十分に減速してアップストッパ２０９に衝突するので、衝突によるバウンドが低減される。

また、メインミラー２０２が第２の状態から第１の状態に回動する場合は、移動部材２１１は第１の状態から第２の状態に回動する場合と反転した方向に移動するので、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａ側に撓みを生じる。その際も移動部材２１１の駆動ダボストッパ部２１１ｃに駆動ダボ２０２ｂが当接することで、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａの撓みを規制している。

以上述べたように、本実施形態のミラー駆動機構では、メインミラー２０２を回動動作させる移動部材２１１に駆動ダボストッパ部２１１ｃ、２１１ｄを設けることにより、簡易かつ安価な構成で電力消費を抑えつつ高速動作を可能とする。

本実施形態では、移動部材２１１を図４に示される形状としたが、これに限らず、他の形状としてもよい。ここでは、移動部材の変形例について説明する。

図５は、第１の状態、第２の状態および第３の状態のメインミラー２０２と移動部材２１１の位置を重ねて示したものである。Ｓ１はメインミラー２０２の第１の状態、Ｓ２はメインミラー２０２の第２の状態を示している。また、Ｓ３は、メインミラー２０２の第３の状態を示しており、特に第1の状態と第２の状態の中間位置に位置する状態を示している。

メインミラー２０２は回動軸２０２ｃを中心に回動動作を行うので、駆動ダボ２０２ｂの移動軌跡は破線（Ｄ）で示すような円弧を描く。一方、移動部材２１１は、ガイド軸２１５に沿って破線（Ｅ）で示すような直線の駆動軌跡を描く。したがって、メインミラー２０２が第３の状態となるときには、駆動ダボ２０２ｂは、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａ、２１２ｂの間の先端側に位置している。一方、メインミラー２０２が第１の状態または２の状態となるときには、駆動ダボ２０２ｂは、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａ、２１２ｂの間の基端側に位置している。すなわち、駆動ダボ２０２ｂは、付勢バネ２１２のバネ先端２１２ａ、２１２ｂの間で移動部材２１１の駆動方向と略直交方向に移動する。

図６は、移動部材２１１の変形例である移動部材２１８を示している。移動部材２１８は、ダボ２１８ａ、凸部２１８ｂ、駆動ダボストッパ部２１８ｃ、２１８ｄおよびバネ回転ストッパ部２１８ｅを有している。

図６（ａ）は、付勢バネ２１２が撓んでいない中立位置の状態を示している。このとき、付勢バネ２１２は、駆動ダボ２０２ｂを付勢している。

移動部材２１８において、凸部２１８ｂから近い側となる第１の領域αでは、駆動ダボ２０２ｂと当接するバネ先端２１２ｂと駆動ダボストッパ部２１８ｄとの間隔ｄ４（第１の間隔）が図４（ａ）の間隔ｄ１と等しくなるよう構成されている。凸部２１８ｂから遠い側となる第２の領域γでは、駆動ダボ２０２ｂと当接するバネ先端２１２ｂと駆動ダボストッパ部２１８ｄとの間隔ｄ５（第２の間隔）が間隔ｄ４よりも小さくなるように構成されている。第１の領域αと第２の領域γとの間の領域βでは、駆動ダボストッパ部２１８ｃ、２１８ｄにテーパが設けられている。第１の領域αにおける駆動ダボストッパ部２１８ｄが第１の規制部に相当し、第２の領域γにおける駆動ダボストッパ部２１８ｄが第２の規制部に相当する。

図６（ｂ）は、メインミラー２０２が第２の状態である様子を示している。このとき、バネ先端２１２ｂは、撓み量ｄ６だけ撓んでいる。しかし、間隔ｄ４の長さは撓み量ｄ６の長さよりも長くなるように設定されているので、駆動ダボ２０２ｂは駆動ダボストッパ部２１８ｄには当接しない。

一方、図５に示されるように、メインミラー２０２が第３の状態となるとき、駆動ダボ２０２ｂは、図６（ａ）の矢印（Ｆ）方向に移動可能である。メインミラー２０２が第３の状態となるとき、駆動ダボ２０２ｂは凸部２１８ｂから遠ざかる方向、すなわち第２の領域γ側に移動する。間隔ｄ５は間隔ｄ４より小さくなっているため、図６（ｃ）に示されるように、図４の移動部材２１１を用いたときの付勢バネ２１２の第１の撓み量よりも小さい付勢バネ２１２の第２の撓み量で駆動ダボ２０２ｂは駆動ダボストッパ部２１８ｄに当接する。したがって、メインミラー２０２の回動動作の応答遅れをさらに低減することができる。

上述したように、本実施形態では、駆動ダボ２０２ｂより撮像素子２０１側にモータ２１６から移動部材までを含む駆動部を配置している。しかし、図７に示されるように、駆動部を駆動ダボ２０２ｂよりレンズ側に配置してもよい。この場合、駆動部材として図８に示す形状を有する移動部材２１９を用いることが望ましい。

移動部材２１９は、ダボ２１９ａ、凸部２１９ｂ、駆動ダボストッパ部２１９ｃ、２１９ｄおよびバネ回転ストッパ部２１９ｅを有している。

移動部材２１９は、図６に示した移動部材２１８とは異なり、凸部２１９ｂから遠い領域側の間隔ｄ７が凸部２１９ｂに近い領域側の間隔ｄ８よりも長くなるように構成されている。これにより、図６に示した移動部材２１８と同様に、メインミラー２０２の衝突によるバウンドを低減することができる。なお、間隔ｄ７と図６の間隔ｄ４、および間隔ｄ８と図６の間隔ｄ５は等しくなるように構成されている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２０ カメラ本体（撮像装置）
２０１ 撮像素子
２０２ メインミラー（ミラー部材）
２０２ｂ 駆動ダボ（係合軸）
２１１ 移動部材
２１１ｃ 駆動ダボストッパ部（規制部）
２１１ｄ 駆動ダボストッパ部（規制部）
２１２ 付勢バネ
２１４ リードスクリュー
２１６ モータ

Claims (5)

1. モータで回転駆動されるリードスクリューと、
   前記リードスクリューに係合し、前記リードスクリューの回転によって移動可能な移動部材と、
   撮像光学系から入射された撮影光束を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像光学系から前記撮像素子までの光路内に位置する第１の状態と、前記光路外に位置する第２の状態との間で回動可能なミラー部材と、
   前記移動部材に取り付けられ、前記ミラー部材を付勢する付勢部材と、を有し、
   前記ミラー部材には、前記ミラー部材の回動軸と平行な係合軸が突出形成され、
   前記ミラー部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間を回動するとき、前記付勢部材の両端が前記係合軸を挟み、
   前記移動部材には、前記ミラー部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間を回動するとき、前記係合軸による前記付勢部材の撓み量が第１の撓み量に達した場合に前記係合軸と当接する規制部が形成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記ミラー部材が前記第１の状態と前記第２の状態との間を回動するとき、前記モータを制御することで前記ミラー部材の回動速度を制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ミラー部材の回動速度が速くなるにつれて、前記係合軸による前記付勢部材の撓み量が大きくなることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記ミラー部材が前記第１の状態または前記第２の状態であるとき、前記係合軸が前記規制部と当接しない範囲内において、前記付勢部材が前記係合軸を付勢することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置に交換可能に装着されるレンズ装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。