JP6630996B2 - シャッタ装置およびカメラ - Google Patents

Description

本発明は、シャッタ装置およびカメラに関する。

従来、バネ等の弾性体によりシャッタ幕を走行させるシャッタ装置が知られている。弾性体によりシャッタ幕を走行させると、衝撃により振動が発生する。また、電気モータ等の動力源によりシャッタ幕を走行させるシャッタ装置も知られている。例えば特許文献１には、アクチュエータ（電気モータ）により先幕、後幕を走行させるフォーカルプレーンシャッタが記載されている。特許文献１のように、アクチュエータによりシャッタ幕を走行させると、弾性体を用いた場合に比べ、走行に要する時間が長くなってしまう。

特開２０１３−１３０６５２号公報

従来技術には、振動の低減と走行時間の短縮とを必要に応じて切り替えることができないという問題があった。

本発明の第１の態様によるシャッタ装置は、撮像素子の露光タイミングを制御可能な電子シャッタを有するカメラが備えるシャッタ装置であって、第１方向へ移動して光束を遮光する遮光部材と、前記遮光部材を前記第１方向に移動する力を与えるバネと、前記遮光部材を前記第１方向とは逆の第２方向に移動させる移動部材と、前記バネの力により前記第１方向に移動しようとする前記遮光部材の移動速度を制限する制限部材と、前記移動部材により前記遮光部材を前記第２方向に移動させた後に、前記制限部材により制限されない移動速度で前記遮光部材を前記第１方向に前記バネの力によって移動させる第１モードと、前記移動部材により前記遮光部材を前記第２方向に移動させた後に、前記露光タイミングを前記電子シャッタにより制御し、前記制限部材により制限された移動速度で前記遮光部材を前記第１方向に前記バネの力によって移動させる第２モードと、を切り替える制御部と、を備える。

本発明によれば、振動の低減と走行時間の短縮とを必要に応じて切り替えることが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を模式的に示す断面図である。 シャッタ駆動装置１４０の、後幕の走行に関する部分の構成を模式的に示す断面図である。 シャッタ駆動装置１４０の、後幕の走行に関する部分の構成を模式的に示す断面図である。 シャッタ駆動装置１４０の、後幕の走行に関する部分の構成を模式的に示す断面図である。 メカシャッタ制御における先幕と後幕の走行図である。 シャッタ駆動装置１４０の、後幕の走行に関する部分の構成を模式的に示す断面図である。 電子先幕制御における先幕と後幕の走行図である。 フォトインタラプタ９の出力信号と露光開始タイミングとの関係を示す模式図である。 シャッタチャージ動作の代わりに行われる露光動作における先幕と後幕の走行図である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を模式的に示す断面図である。なお、図１では、本発明に特に関係する部分のみを図示し、それ以外の部分については図示を省略している。

デジタルカメラ１００は、撮影光学系１１０、撮像素子１２０、シャッタ１３０、およびシャッタ駆動装置１４０を備える。撮影光学系１１０は複数のレンズから成り、被写体像を撮像素子１２０の撮像面に結像する。撮像素子１２０は、例えばＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子であり、被写体像を撮像して撮像信号を出力する。

シャッタ１３０は、撮影光学系１１０からの被写体光が撮像素子１２０に入射しないように遮光する遮光部材である。シャッタ１３０はいわゆるフォーカルプレーンシャッタであり、撮像面近傍に設けられ、シャッタ駆動装置１４０により駆動される。シャッタ１３０は、各々が複数のシャッタ羽根から成る先幕と後幕とを有している。シャッタ１３０とシャッタ駆動装置１４０は、シャッタ装置を構成する。

本実施形態のシャッタ駆動装置１４０は、２種類の露光制御が可能に構成されている。１つ目は、露光開始タイミングをシャッタ１３０の先幕により制御し、露光終了タイミングをシャッタ１３０の後幕により制御する、メカシャッタ制御である。２つ目は、露光開始タイミングを撮像素子１２０の電子的な操作（撮像画素のリセット）により制御し、露光終了タイミングをシャッタ１３０の後幕により制御する、いわゆる電子先幕制御である。電子先幕制御において、シャッタ１３０の先幕は所定の退避位置に固定され、露光制御には使用されない。シャッタ駆動装置１４０は、これら２種類の露光制御を切り替える、不図示の切替手段を有している。

次に、図２を参照して、シャッタ駆動装置１４０について詳述する。図２は、シャッタ駆動装置１４０の、後幕の走行に関する部分の構成を模式的に示す断面図である。シャッタ駆動装置１４０は、モータ２０と、ピニオンギア３と、減速ギア列８と、後幕レバー１０と、電磁石１２と、フォトインタラプタ９とを有する。

モータ２０は、モータ軸２に所定の動力を生じさせる周知の電気モータである。ピニオンギア３は、モータ軸２に設けられている。減速ギア列８は、スリットギア４、第１ギア５、第２ギア６、およびカムギア７から成り、モータ２０の回転力が左記の順でカムギア７まで伝達される。カムギア７にはカム１が取り付けられている。

後幕レバー１０は、レバー軸１９を中心に３つの端部を有している。それら３つの端部にはそれぞれ、コロ１３、吸着部１４、およびボス１６が設けられている。後幕レバー１０は、コロ１３がカム１のカム面１７に押しつけられるように、バネ１１により付勢されている。吸着部１４は、電磁石１２の鉄心１５に吸着するように設けられた金属部材である。ボス１６は、シャッタ１３０の後幕と係合している。後幕レバー１０がレバー軸１９を中心として時計回りに回転すると、これに連動してシャッタ１３０の後幕が走行する。つまり、バネ１１は、シャッタ１３０を、走行方向と同方向に付勢している。

スリットギア４には、所定間隔で複数のスリット１８が形成されている。フォトインタラプタ９は、スリット１８の位置変化を検知することにより、スリットギア４の回転数、すなわちモータ２０の回転数を検出する。

なお、シャッタ駆動装置１４０は、図２に示した機構とは別に、シャッタ１３０の先幕を走行させるための駆動機構も有している。この駆動機構は、図２に示したものと同一の構成を有している。つまりシャッタ駆動装置１４０は、図２に示した駆動機構を２つ有しており、その一方は先幕に、他方は後幕に対応する。

次に、デジタルカメラ１００の２種類の露光制御について、順に説明する。

（１）メカシャッタ制御
メカシャッタ制御は、シャッタ１３０の先幕と後幕とを用いる露光制御方式である。以下では、主に後幕の走行手順について説明し、先幕については後幕と同様であるので説明を省略する。シャッタ駆動装置１４０は先幕の走行のために図２に示したものと同様の駆動機構を有しているので、先幕の走行は以下で述べる後幕の走行と同様の手順により行うことができる。

シャッタ駆動装置１４０はまず、いわゆるシャッタチャージ動作を行う。シャッタチャージ動作において、シャッタ駆動装置１４０は、モータ２０を駆動してカム１を時計回りに９０度程度回転させる。このとき、カム１によりコロ１３が押し上げられ、後幕レバー１０が反時計回りに９０度程度回転し、吸着部１４が鉄心１５近傍まで移動する。このときの状態を図３に示す。図３に示す状態のまま、シャッタ駆動装置１４０は、電磁石１２への通電を開始する。これにより、吸着部１４は鉄心１５に吸着され、後幕レバー１０はバネ１１の付勢力に抗して図３に示す状態に固定される。

次にシャッタ駆動装置１４０は、モータ２０を駆動することにより、カム１を反時計回りに９０度程度回転させる。その結果、コロ１３はカム１のカム面１７から離れるが、後幕レバー１０は電磁石１２により固定されており移動しない。このとき、シャッタ駆動装置１４０は図４に示す状態になる。

後幕の走行は、シャッタ駆動装置１４０が電磁石１２への通電を遮断することにより開始される。電磁石１２への通電が遮断されると、後幕レバー１０はバネ１１の付勢力により時計回りに９０度程度回転する。これにより、ボス１６が移動し、ボス１６に係合されている後幕が走行する。後幕の走行が完了すると、シャッタ駆動装置１４０は図２に示す状態になる。

図５は、メカシャッタ制御における先幕と後幕の走行図である。図５の横軸は時間を表しており、左から右に時間が進行している。また、図５の縦軸は先幕および後幕の位置を表しており、撮影画面の上下がそれぞれ紙面の上下に対応している。なお、図５では一例として、シャッタ１３０をいわゆる縦走りシャッタ、つまり撮影画面の上から下に走行するシャッタとしている。図５中に示した実線３０は、先幕の走行軌跡を示しており、実線３１は、後幕の走行軌跡を示している。先幕が走行してから後幕が走行するまでの期間３２が露光時間（シャッタースピード）である。

（２）電子先幕制御
電子先幕制御は、シャッタ１３０の先幕の役割を撮像素子１２０の電子的な操作で代替し、シャッタ１３０の後幕のみを用いる露光制御方式である。露光制御方式として電子先幕制御が選択されている場合、シャッタ１３０の先幕は光路から退避した状態のまま固定される。以下では、主に後幕の走行手順について説明し、先幕の代替手段である撮像画素のリセットについては周知であるので説明を省略する。

電子先幕制御におけるシャッタチャージ動作は、モータ２０を駆動してカム１を時計回りに９０度程度回転させることにより行われる。これにより、シャッタ駆動装置１４０は、図３に示す状態になる。ただし電子先幕制御では、電磁石１２への通電は開始されない。以上で、シャッタチャージ動作が完了し、後幕を走行可能な状態となる。

後幕の走行は、シャッタ駆動装置１４０がモータ２０の駆動を行うことにより開始される。図３に示す状態において、シャッタ駆動装置１４０はモータ２０を駆動させ、カム１を反時計回りに（シャッタチャージとは逆の方向に）９０度程度回転させる。このとき、後幕レバー１０はバネ１１の付勢力により時計回りに回転するが、その回転は、カム１がコロ１３を支えていることにより、メカシャッタ制御の場合と比べてゆっくりとしたものになる。つまり、図４に示す状態でバネ１１が解放されると、後幕レバー１０はバネ１１の付勢力により急激に回転しようとするが、電子先幕制御ではカム１がバネ１１の付勢力の解放を制限するので、バネ１１の付勢力はゆるやかに解放される。走行中の様子を図６に示す。

図７は、電子先幕制御における先幕と後幕の走行図である。図７の横軸は時間を表しており、左から右に時間が進行している。また、図７の縦軸は撮像画素のリセット位置（電子先幕の位置）および後幕の位置を表しており、撮影画面の上下がそれぞれ紙面の上下に対応している。図７中に示した実線３３は、露光開始タイミング、すなわち撮像画素のリセット位置を示している。実線３４は、後幕の走行軌跡を示している。撮像画素がリセットされてから当該撮像画素の位置に後幕が走行するまでの期間３５が露光時間（シャッタースピード）である。

シャッタ駆動装置１４０は、電子先幕制御において、後幕の走行軌跡３４に合わせて撮像画素をリセットする。つまり、撮像画素の位置に因らず、露光時間（シャッタースピード）が常に一定になるように露光開始タイミングを制御する。このような制御を行うためには、後幕の走行軌跡３４が予め判明していなければならない。また、後幕の走行軌跡３４は、例えば経年変化等により変化しうる。

そこで本実施形態のシャッタ駆動装置１４０は、露光動作が行われるたびに、フォトインタラプタ９の出力信号（すなわち後幕の走行軌跡３４）を、不図示の記憶媒体に記憶する。そして、電子先幕制御における露光開始タイミング（撮像画素のリセットタイミング）を、不図示の記憶媒体に記憶されている最新の信号（後幕の走行軌跡３４）に基づき決定する。なお、経年変化等を考慮せず、記憶媒体に予め記憶されている走行軌跡３４を使い続けるようにしてもよい。

図８は、フォトインタラプタ９の出力信号と露光開始タイミングとの関係を示す模式図である。フォトインタラプタ９からは、スリットギア４の回転に応じてハイ／ローが切り替わる矩形波である出力信号３６が出力される。出力信号３６の周波数は、後幕の走行速度が速いほど短くなる。また、後幕の走行量は一定であり、それに対する出力信号３６のエッジ数も一定である。そこで、予め後幕が走行開始してから走行完了するまでの出力信号３６の総エッジ数を調べておき、その総エッジ数を撮像素子１２０の縦ライン数で割り、１エッジ当たりのライン数を算出しておく。そして、不図示の記憶媒体に記憶されている出力信号３６からエッジが検出されるたびに、そのライン数ずつ撮像画素をリセットしていくことで、図８に実線で示すリセットタイミング３７を決定することができる。

メカシャッタ制御における後幕の走行軌跡３１（図５）に比べて、電子先幕制御における後幕の走行軌跡３４（図７）は、走行に要する時間が長くなっている。これは、バネ１１（図４）の付勢力を瞬発的に解放するのではなく、モータ２０により徐々に解放しているためである。しかしながら、上述のように露光開始タイミングを制御しているので、メカシャッタ制御に比べて露光時間（シャッタースピード）を短くできないということはない。撮像画素のリセットをより遅いタイミング（電子先幕制御における後幕の走行軌跡３４（図７）により近いタイミング）で行えば、露光時間（シャッタースピード）は短くすることができる。

上述した第１の実施の形態によるデジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。
（１）バネ１１（付勢部材）は、シャッタ１３０（シャッタ部材）を第１方向に付勢する。カム１および後幕レバー１０（移動部材）は、モータ２０からの動力によって、バネ１１の付勢力に抗してシャッタ１３０を第１方向とは異なる第２方向に移動させる。カム１および後幕レバー１０（制限部材）は更に、バネ１１の付勢力により第１方向に移動しようとするシャッタ１３０の移動速度を、モータからの動力によって制限する。シャッタ駆動装置１４０は、カム１および後幕レバー１０によりシャッタ１３０を第２方向に移動させた後に、バネ１１の付勢力によって、カム１および後幕レバー１０による制限を加えることなくシャッタ１３０を第１方向に移動させるメカシャッタ制御と、カム１および後幕レバー１０によりシャッタ１３０を第２方向に移動させた後に、バネ１１の付勢力によって、カム１および後幕レバー１０により制限された移動速度でシャッタ１３０を第１方向に移動させる電子先幕制御と、を切り替える切替手段を有する。このようにしたので、振動の低減と走行時間の短縮とを自在に切り替えることが可能になる。

（２）カム１および後幕レバー１０は、モータ２０からの動力によって、バネ１１の付勢力に抗してシャッタ１３０を第１方向とは異なる第２方向に移動させる移動部材として機能すると共に、バネ１１の付勢力により第１方向に移動しようとするシャッタ１３０の移動速度を、モータからの動力によって制限する制限部材としても機能する。このようにしたので、シャッタ装置の部品点数を削減することができる。

（３）電子先幕制御においては、露光開始タイミングと露光終了タイミングとの一方をシャッタ１３０により制御し、他方を撮像素子１２０が有する撮像画素の制御により制御する。このようにしたので、メカシャッタ制御において発生する振動や騒音を抑止することができる。

（４）シャッタ駆動装置１４０は、フォトインタラプタ９の出力波形に基づき、電子先幕制御における露光開始タイミング（撮像素子１２０のリセットタイミング）を制御する。スリットギア４の回転量と、シャッタ後幕の走行量とは一対一に対応しているので、このような制御を行うことにより、電子先幕制御において、撮像ラインごとに露光時間がずれることに起因する露光ムラを最小限にすることができる。また、フォトインタラプタ９の出力波形は、シャッタ後幕の走行の都度、自動的に更新されるので、シャッタ後幕の最新の走行軌跡（走行パターン）に合わせた露光制御を常に行うことが可能になる。

（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態では、電子先幕制御において後幕の走行に要する時間が、メカシャッタ制御よりも長くなっている。従って、例えば連続撮影を行う場合には、単位時間当たりに撮影可能なコマ数が少なくなってしまう。本実施形態のシャッタ駆動装置１４０は、この問題を解決し、電子先幕制御において高速な連続撮影を行うことができるものである。以下、本実施形態のシャッタ駆動装置１４０について詳述する。なお、以下の説明では、第１の実施の形態との相違点について説明し、それ以外の箇所（第１の実施の形態と同一の箇所）については説明を省略する。

第１の実施の形態では、後幕のシャッタチャージ、後幕の走行（露光）、後幕のシャッタチャージ、後幕の走行（露光）、というように、撮影（露光）の都度、シャッタチャージ動作を行っていた。本実施形態では、後幕のシャッタチャージの代わりに、後幕を逆方向に走行させ露光動作を行う。このとき、シャッタ１３０の後幕は先幕として機能し、本来の後幕を撮像画素の読み出し（サンプルホールド）によって代替する。

例えば１回目の撮影においてシャッタ１３０の後幕が撮影画面の上から下に向かって走行した場合、２回目の撮影ではシャッタ１３０の後幕をモータ２０によって撮影画面の下から上に向かって走行させる。換言すると、本実施形態のシャッタ駆動装置１４０は、シャッタチャージ動作でも露光を行う。

図９は、シャッタチャージ動作の代わりに行われる露光動作における先幕と後幕の走行図である。シャッタチャージ動作において、シャッタ１３０の後幕は、事実上、先幕として機能する。つまり、シャッタ１３０の後幕は、これまでに説明した露光時の走行方向とは逆の方向に走行する。

図９の横軸は時間を表しており、左から右に時間が進行している。また、図９の縦軸は撮像画素のリセット位置（電子先幕の位置）およびシャッタ１３０の後幕の位置を表しており、撮影画面の上下がそれぞれ紙面の上下に対応している。図９中に示した実線３８は、露光終了タイミング、すなわち撮像画素のリセット位置を示している。実線３９は、露光開始タイミング、すなわちシャッタ１３０の後幕の走行軌跡を示している。後幕が走行してから撮像画素がリセットされるまでの期間４０が露光時間（シャッタースピード）である。

シャッタチャージ動作の代わりに行われる露光動作では、モータ２０がバネ１１の付勢力に抗して後幕レバー１０を駆動する。このため、シャッタ１３０の後幕の走行に要する時間は、図７に示す場合よりも更に長くなる。しかしながら、前述の通り、撮像画素のリセットタイミングを制御することで、露光時間（シャッタースピード）を短くすることができるので、設定可能な露光時間（シャッタースピード）の制約は、第１の実施形態に比べて不利になることはない。

上述した第２の実施の形態によるデジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子先幕制御において、露光開始タイミングと露光終了タイミングとのうち、シャッタ１３０により制御する対象を、露光の度に切り替えるようにした。このようにしたので、撮影間隔を短縮することが可能になる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
上述した各実施の形態は、撮像素子により被写体像を撮像する、いわゆるデジタルカメラに本発明を適用していたが、本発明はいわゆるフィルムカメラに適用することも可能である。

（変形例２）
上述した各実施の形態において、カム１と後幕レバー１０は、シャッタ１３０のチャージを行う移動部材であり、且つ、シャッタ１３０の走行速度を制限する制限部材でもあった。これらを別の部材とすることも可能である。つまり、移動部材として機能する部材と、制限部材として機能する部材とを別々に備えたシャッタ装置とすることもできる。

（変形例３）
図２等に記載したシャッタ１３０の駆動機構は一例であり、これとは異なる駆動機構を用いて本発明を実現してもよい。例えば、減速ギア列８は、図２等に例示した構成と異なっていてもよいし、バネ１１とは異なる付勢部材によりシャッタ１３０を付勢してもよい。

（変形例４）
フォーカルプレーンシャッタ以外のシャッタ１３０（例えばレンズシャッタ等）に本発明を適用してもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１…カム、２…モータ軸、３…ピニオンギア、４…スリットギア、５…第１ギア、６…第２ギア、７…カムギア、８…減速ギア列、９…フォトインタラプタ、１０…後幕レバー、１１…バネ、１２…電磁石、１３…コロ、１４…吸着部、１５…鉄心、１６…ボス、１７…カム面、１８…スリット、１９…レバー軸、２０…モータ、１３０…シャッタ、１４０…シャッタ駆動装置

Claims (5)

1. 撮像素子の露光タイミングを制御可能な電子シャッタを有するカメラが備えるシャッタ装置であって、
   第１方向へ移動して光束を遮光する遮光部材と、
   前記遮光部材を前記第１方向に移動する力を与えるバネと、
   前記遮光部材を前記第１方向とは逆の第２方向に移動させる移動部材と、
   前記バネの力により前記第１方向に移動しようとする前記遮光部材の移動速度を制限する制限部材と、
   前記移動部材により前記遮光部材を前記第２方向に移動させた後に、前記制限部材により制限されない移動速度で前記遮光部材を前記第１方向に前記バネの力によって移動させる第１モードと、
   前記移動部材により前記遮光部材を前記第２方向に移動させた後に、前記露光タイミングを前記電子シャッタにより制御し、前記制限部材により制限された移動速度で前記遮光部材を前記第１方向に前記バネの力によって移動させる第２モードと、を切り替える制御部と、を備えるシャッタ装置。
2. 請求項１に記載のシャッタ装置において、
   前記遮光部材の前記移動速度に関する信号を記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記露光タイミングを前記記憶部に記憶された前記信号に基づいて前記電子シャッタにより制御するシャッタ装置。
3. 請求項１または２に記載のシャッタ装置において、
   前記移動部材と前記制限部材とは同一の部材であるシャッタ装置。
4. 請求項３に記載のシャッタ装置において、
   前記制御部は、前記遮光部材を前記第２方向に移動させ、前記露光タイミングの制御を開始した後に、前記遮光部材を前記第１方向に移動させる第１制御と、前記第１方向に移動した前記遮光部材を前記第２方向に移動開始した後に、前記露光タイミングを制御する第２制御とを行うシャッタ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャッタ装置を備えるカメラ。

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