KR20140102306A - 초점면 셔터, 촬상 장치 및 디지털 카메라 - Google Patents

초점면 셔터, 촬상 장치 및 디지털 카메라 Download PDF

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Abstract

개구를 가진 기판과, 상기 개구를 개폐하는 선막 및 후막과, 상기 선막 및 후막이 상기 개구로부터 퇴피하도록 각각 부세하는 제1 및 제2 부세 부재와, 노출 동작에 있어서, 상기 선막이 상기 개구를 닫은 위치로부터 상기 개구로부터 퇴피한 위치까지 상기 제1 부세 부재의 부세력에 보조되면서 상기 선막을 이동시키는 제1 액추에이터와, 상기 노출 동작에 있어서, 상기 후막이 상기 개구로부터 퇴피한 위치로부터 상기 개구를 닫은 위치까지 상기 제2 부세 부재의 부세력에 대항하여 상기 후막을 이동시키는 제2 액추에이터를 구비하고, 상기 제1 액추에이터의 구동 토크는 상기 제2 액추에이터의 구동 토크보다도 작은 초점면 셔터.

Description

초점면 셔터, 촬상 장치 및 디지털 카메라{FOCAL PLANE SHUTTER, IMAGING DEVICE AND DIGITAL CAMERA}
[0001] 본 발명은 초점면 셔터(focal plane shutter), 촬상 장치 및 디지털 카메라에 관한 것이다.
[0002] 특허 문헌 1에는 선막(leading shutter) 및 후막(trailing shutter)을 각각 구동하는 제1 및 제2 액추에이터를 구비한 초점면 셔터가 개시되어 있다. 이러한 셔터에 있어서는, 선막이 개구를 닫고 후막이 개구로부터 퇴피한 상태로부터, 선막이 개구로부터 퇴피하고 후막이 개구를 닫음으로써 노출 동작이 행해진다.
특허문헌 1: 특표 2002－043227호 공보
[0004] 이러한 셔터에 있어서는, 선막 및 후막이 개구로부터 퇴피한 상태를 유지하기 위해, 선막 및 후막을 각각 제1 및 제2 부세(付勢) 부재에 의해 개구로부터 퇴피하도록 부세하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 경우, 노출 동작에 있어서, 제1 액추에이터가 선막을 개구로부터 퇴피시키는 방향과 제1 부세 부재가 선막을 부세하는 방향은 동일하다. 그러나 제2 액추에이터가 후막을 개구로 진행시키는 방향과 제2 부세 부재가 후막을 부세하는 방향은 반대이다. 이 때문에, 제1 액추에이터로의 부하와 제2 액추에이터로의 부하에 차이가 생긴다. 이에 의해, 예를 들면 소정 기간 연사 촬영하고 있는 경우에는, 제1 및 제2 액추에이터의 동작 특성이 변화하여 셔터 스피드가 변화할 우려가 있다.
[0005] 그래서 본 발명은 셔터 스피드의 변화가 억제된 초점면 셔터, 촬상 장치 및 디지털 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[0006] 상기 목적은 개구를 가진 기판과, 상기 개구를 개폐하는 선막(leading shutter) 및 후막(trailing shutter)과, 상기 선막 및 후막이 상기 개구로부터 퇴피하도록 각각 부세하는 제1 및 제2 부세 부재와, 노출 동작에 있어서, 상기 선막이 상기 개구를 닫은 위치로부터 상기 개구로부터 퇴피한 위치까지 상기 제1 부세 부재의 부세력에 보조되면서 상기 선막을 이동시키는 제1 액추에이터와, 상기 노출 동작에 있어서, 상기 후막이 상기 개구로부터 퇴피한 위치로부터 상기 개구를 닫은 위치까지 상기 제2 부세 부재의 부세력에 대항하여 상기 후막을 이동시키는 제2 액추에이터를 구비하고, 상기 제1 액추에이터의 구동 토크는 상기 제2 액추에이터의 구동 토크보다도 작은 초점면 셔터에 의해 달성할 수 있다. 이에 의해, 제1 액추에이터에 의해 구동되는 선막과 제2 액추에이터에 의해 구동되는 선막의 이동 속도의 차이가 억제된다.
[0007] 상기 목적은 상기 초점면 셔터를 구비한 촬상 장치에 의해서도 달성할 수 있다.
[0008] 상기 목적은 상기 초점면 셔터를 구비한 디지털 카메라에 의해서도 달성할 수 있다.
[0009] 본 발명에 의하면, 셔터 스피드의 변화가 억제된 초점면 셔터, 촬상 장치 및 디지털 카메라를 제공할 수 있다.
도 1은 초점면 셔터를 구비한 카메라의 블록도이다.
도 2는 초점면 셔터의 정면도이다.
도 3은 초점면 셔터의 동작의 설명도이다.
도 4는 초점면 셔터의 동작의 설명도이다.
도 5A, 5B는 액추에이터의 설명도이다.
[0011] 도 1은 초점면 셔터(1)를 구비한 카메라(촬상 장치) A의 블록도이다. 카메라 A는 초점면 셔터(1), 제어부(110), 촬상 소자(130), 구동 제어부(170)를 구비하고 있다. 초점면 셔터(1)는 상세하게는 후술하지만 제1 액추에이터(이하, "액추에이터"라고 칭함)(70a), 제2 액추에이터(이하, "액추에이터"라고 칭함)(70b), 제1 센서(이하, "센서"라고 칭함)(60a), 제2 센서(이하, "센서"라고 칭함)(60b)를 구비하고 있다. 구동 제어부(170)는 제어부(110)로부터의 지령에 따라 액추에이터(70a, 70b)의 구동을 제어한다. 구동 제어부(170)는 CPU 등을 구비하고 있다. 제어부(110)는 센서(60a, 60b)로부터의 신호에 따라 구동 제어부(170)에 소정의 지령을 내린다. 구동 제어부(170)는 이 지령을 받아 액추에이터(70a, 70b)의 구동을 제어한다. 제어부(110)는 카메라 전체의 동작을 제어하고, CPU, ROM, RAM 등을 구비하고 있다. 촬상 소자(130)는 CMOS이다. 촬상 소자(130)는 피사체 이미지를 광전 변환 작용에 의해 전기적 신호로 변환하는 수광 소자이다. 또한, 카메라 A는 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 초점 거리를 조정하기 위한 렌즈 등을 구비하고 있다.
[0012] 도 2는 초점면 셔터(1)의 정면도이다. 도 2에서는 액추에이터(70a, 70b)에 대해서는 생략하고 있다. 초점면 셔터(1)는 기판(10), 선막(leading shutter)(20A), 후막(trailing shutter)(20B), 암(arm)(31a, 32a, 31b, 32b), 액추에이터(70a, 70b) 등을 가지고 있다. 기판(10)에는 직사각형 모양의 개구(11)를 가지고 있다. 선막(20A), 후막(20B)은 각각 제1 및 제2 막(first and second shutters)의 일례이다. 또, 액추에이터(70a, 70b)는 각각 제1 및 제2 액추에이터의 일례이다.
[0013] 선막(20A)은 3매의 블레이드(blade)(21a~23a)로 구성되고, 후막(20B)은 3매의 블레이드(21b~23b)로 구성된다. 도 2는 선막(20A), 후막(20B)이 중첩 상태인 경우를 나타내고 있다. 도 2의 경우에는, 선막(20A), 후막(20B)은 개구(11)로부터 퇴피하고 있다. 선막(20A)은 암(31a, 32a)에 연결되어 있다. 후막(20B)은 암(31b, 32b)에 연결되어 있다. 이들 암(31a, 32a, 31b, 32b)은 각각 기판(10)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다.
[0014] 기판(10)에는 암(31a, 31b)을 각각 구동하기 위한 제1 구동 레버(이하, "구동 레버"라고 칭함)(55a), 제2 구동 레버(이하, "구동 레버"라고 칭함)(55b)가 설치되어 있다. 구동 레버(55a, 55b)는 각각 톱니바퀴(50a, 50b)에 연결되어 있다. 톱니바퀴(50a, 50b)는 각각 톱니바퀴(40a, 40b)와 서로 맞물려 있다. 톱니바퀴(40a, 40b, 50a, 50b)는 각각 통부(筒部)(41a, 41b, 51a, 51b)를 가지며, 각 통부와 감합하는 축(42a, 42b, 52a, 52b)을 중심으로 기판(10)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 축(42a, 42b, 52a, 52b)은 반드시 개구(11)가 형성된 기판(10)에 형성되어 있지 않아도 좋고, 개구(11)에 대해서 정위치(定位置)에 설치되면 좋다.
[0015] 톱니바퀴(40a, 40b)는 각각 후술하는 액추에이터(70a, 70b)의 회전자(rotor)(72a, 72b)에 연결되어 있다. 액추에이터(70a)가 구동함으로써, 톱니바퀴(40a, 50a)가 구동하고, 이에 의해 구동 레버(55a)가 구동한다. 구동 레버(55a)가 구동함으로써 암(31a)이 구동한다. 이에 의해, 선막(20A)이 주행한다. 선막(20A)은 개구(11)로부터 퇴피한 퇴피 위치 및 개구(11)를 폐쇄하는 폐쇄 위치 사이를 주행 가능하다. 선막(20A)은 액추에이터(70a)에 의해 퇴피 위치 및 폐쇄 위치 사이를 주행한다. 톱니바퀴(40b, 50b), 구동 레버(55b), 후막(20B)에 대해서도 마찬가지이다.
[0016] 톱니바퀴(40a, 40b)에는 각각 박판(45a, 45b)이 설치되어 있다. 박판(45a, 45b)은 각각 톱니바퀴(40a, 40b)와 함께 회전한다. 박판(45a, 45b)은 각각 부채꼴이다. 센서(60a, 60b)는 각각 박판(45a, 45b)이 센서(60a, 60b)를 통과했는지 아닌지를 검출함으로써, 선막(20A), 후막(20B)의 위치를 검출한다.
[0017] 또, 암(31a, 31b)에는 각각 스프링(Sa, Sb)이 연결되어 있다. 상세하게는, 스프링(Sa)의 일단은 암(31a)에 연결되고 타단은 기판(10)에 연결되어 있다. 스프링(Sb)의 일단은 암(31b)에 연결되고 타단은 기판(10)에 연결되어 있다. 스프링(Sa, Sb)은 각각 선막(20A), 후막(20B)이 개구(11)로부터 퇴피하도록 암(31a, 31b)을 부세한다. 스프링(Sa, Sb)은 각각 제1, 제2 부세 부재의 일례이다.
[0018] 다음으로, 초점면 셔터(1)의 동작에 대해 설명한다. 도 2~4는 초점면 셔터(1)의 동작의 설명도이다. 대기 상태에 있어서는, 도 2에 나타내듯이 선막(20A), 후막(20B)은 퇴피 위치에 위치하고 개구(11)는 전개 상태 그대로 유지된다. 또한, 도 2에 나타내는 대기 상태에 있어서, 선막(20A), 후막(20B)은 각각 스프링(Sa, Sb)에 의해 개구(11)로부터 퇴피한 위치에 유지되어 있다.
[0019] 카메라 A는 촬상 소자로부터의 출력을 액정 모니터 등에 실시간으로 비추는 라이브뷰 모드(live view mode)로 대응 가능하다. 즉, 카메라 A는 디지털 카메라이다. 따라서 라이브뷰 모드 시에는 도 2의 상태가 유지된다. 스프링(Sa, Sb)에 의해, 액추에이터(70a, 70b)가 통전되어 있지 않은 상태에 있어서도, 선막(20A), 후막(20B)이 개구(11)로부터 퇴피한 상태가 유지될 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 라이브뷰 모드에서 카메라 A에 충격이 가해진 경우에 있어서도, 선막(20A), 후막(20B)이 개구(11)로 진행하는 것이 방지되고 있다.
[0020] 카메라 A의 릴리스(release) 스위치가 눌려지면, 차징(charging) 동작이 개시된다. 차징 동작이 개시되면, 액추에이터(70a)의 코일에 통전이 되어 선막(20A)은 개구(11)를 닫도록 주행한다. 구체적으로는, 톱니바퀴(40a)가 반시계 방향으로 회전하고 톱니바퀴(50a)가 시계 방향으로 회전하여 암(31a)이 구동한다. 이때, 암(31a)은 스프링(Sa)의 부세력에 대항하도록 하여 이동한다.
[0021] 그 후, 선막(20A)이 개구(11)를 폐쇄하고 후막(20B)이 개구(11)로부터 퇴피한 상태에서 액추에이터(70a)의 코일에의 통전이 차단된다. 이와 같이 하여 차징 동작이 완료한다. 도 3은 차징 동작이 완료한 상태에서의 초점면 셔터(1)의 상태를 나타내고 있다. 도 3에서는 선막(20A)이 폐쇄 위치에 있고 후막(20B)이 퇴피 위치에 있다.
[0022] 차징(charging) 동작 완료 후, 소정의 휴지 기간을 거쳐, 노출 동작이 개시된다. 제어부(110)는 구동 제어부(170)에 지령을 내려서 액추에이터(70a)의 코일을 통전하여 선막(20A)이 개구(11)를 열도록 주행시킨다. 구체적으로는, 톱니바퀴(40a)가 시계 방향으로 구동하고 톱니바퀴(50a)가 반시계 방향으로 구동한다. 이 경우, 암(31a)은 스프링(Sa)의 부세 방향과 동일한 방향으로 이동하여, 선막(20A)이 주행한다. 제어부(110)는 센서(60a)로부터의 출력 신호의 전환을 검출함으로써, 선막(20A)이 개구(11)로부터 퇴피한 것을 검출할 수가 있다. 선막(20A)이 개구(11)로부터 퇴피하면 다시 도 2의 상태로 된다.
[0023] 제어부(110)는 센서(60a)에 의해 선막(20A)이 개구(11)로부터 퇴피한 것을 검출하고부터 소정 기간 경과 후에 액추에이터(70b)의 코일에 통전하여 후막(20B)의 주행을 개시한다. 암(31b)은 스프링(Sb)의 부세 방향과는 반대 방향으로 이동하여, 후막(20B)이 주행한다. 이에 의해, 후막(20B)이 개구(11)를 닫도록 주행한다. 선막(20A)이 개구(11)로부터 완전하게 퇴피하고 후막(20B)이 개구(11)를 완전하게 폐쇄하면 액추에이터(70a, 70b)의 코일에의 통전은 차단된다. 도 4는 선막(20A)이 퇴피 위치에 있고 후막(20B)이 폐쇄 위치에 있는 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 하여, 노출 동작이 종료한다.
[0024] 노출 동작 종료 후, 제어부(300)의 RAM이나 또는 카메라 측의 메모리에 데이터가 판독된다. 다음으로, 액추에이터(70b)의 코일이 통전되어 후막(20B)이 개구(11)로부터 퇴피하고, 개구(11)는 전개 상태가 유지되어, 도 2에 나타낸 대기 상태로 되돌아간다.
[0025] 이와 같이, 제어부(110)는 주행하고 있는 선막(20A)이 소정 위치를 통과한 것을 검출하고부터 소정 기간 경과 후에, 액추에이터(70b)의 코일에 통전을 개시하여 후막(20B)의 주행을 개시한다. 상기에 있어서, 센서(60a)에 의해 선막(20A)이 개구(11)로부터 퇴피한 위치를 소정 위치로서 설명했지만, 이에 한정되지 않는다.
[0026] 이와 같이 노출 동작에 있어서는, 선막(20A)은 스프링(Sa)의 부세력에 보조되면서 개구(11)로부터 퇴피하고, 후막(20B)은 스프링(Sb)의 부세력에 대항하면서 개구(11)를 폐쇄한다. 즉, 노출 동작에 있어서는, 액추에이터(70a)는 스프링(Sa)에 보조되면서 선막(20A)을 주행시키는데 반해, 액추에이터(70b)는 스프링(Sb)의 부세력에 대항하면서 후막(20B)을 주행시킨다. 이 때문에, 액추에이터(70a)의 부하는 액추에이터(70b)의 부하보다도 작아진다. 따라서 액추에이터(70a, 70b)를 동일한 구동 조건, 예를 들면 동일한 값의 전류치를 인가하여 구동한 경우에 있어서도, 촬영을 반복하면 액추에이터(70a와 70b)의 발열량의 차이가 커지게 되고, 이것이 액추에이터(70a와 70b)의 동작 특성의 변화 요인으로 되어 선막(20A)과 후막(20B)의 동작 속도가 변화할 우려가 있다. 이 때문에, 예를 들면 소정 기간 내에 연속 촬영한 경우에는, 액추에이터(70a, 70b)의 동작 특성의 변화에 따른 셔터 스피드의 변화에 의해, 화질의 저하 등의 문제가 생길 우려가 있다.
[0027] 예를 들면, 상기한 경우에 액추에이터(70a, 70b)의 동작 특성의 변화를 억제하기 위해, 액추에이터(70a)에 공급되는 전력치와 액추에이터(70b)에 공급되는 전력치를 다르게 설정하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(70a)에 공급되는 전력치를 액추에이터(70b)에 공급되는 전력치보다도 작게 설정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이 경우에는 구동 제어부(170)에 의한 제어가 복잡화되어 고비용으로 될 우려가 있다. 본 실시예에서는, 액추에이터(70a)의 구동 토크는 액추에이터(70b)의 구동 토크보다도 작고, 또한 구동 제어부(170)에 의한 액추에이터(70a, 70b)에 공급되는 전력도 대략 동일하게 설정되어 있다.
[0028] 도 5A, 5B는 각각 액추에이터(70a, 70b)의 설명도이다. 액추에이터(70a)는 회전자(rotor)(72a), 여자됨으로써 회전자(72a)와의 사이에 자력이 작용하는 고정자(stator)(74a), 고정자(74a)를 여자하기 위한 코일(coil)(76a)을 구비하고 있다. 회전자(72a)는 원주 방향으로 다른 극성으로 착자된 영구자석이다. 회전자(72a)는 축(42a)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전자(72a)에는 톱니바퀴(40a)가 고정되어 있고, 회전자(72a)가 회전함으로써 선막(20A)이 구동한다. 마찬가지로, 액추에이터(70b)도 회전자(72b), 고정자(74b), 코일(76b)을 구비하고 있다. 회전자(72b)는 축(42b)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 톱니바퀴(40b)가 고정되어 있다. 회전자(72b)가 회전함으로써 후막(20B)이 구동한다.
[0029] 고정자(74a)는 소정 방향으로 뻗은 기부(基部)(74a1), 기부(74a1)의 양단으로부터 각각 기부(74a1)에 교차하는 방향으로 뻗은 각부(脚部)(74a2, 74a4), 각부(74a2)의 선단에 형성된 자극부(磁極部)(74a3), 각부(74a4)의 선단에 형성된 자극부(74a5)를 포함한다. 각부(74a4)에는 코일(76a)이 감겨진 코일 보빈(bobbin)(78a)이 조립되어 있다. 자극부(74a3, 74a5)는 회전자(72a)에 대향한다. 상세하게는, 자극부(74a3, 74a5)는 각각 회전자(72a)의 외주면에 부분적으로 대향하는 곡면을 가지고 있다. 코일(76a)의 통전에 의해, 자극부(74a3, 74a5)는 서로 다른 극성으로 여자된다. 이에 의해, 자극부(74a3, 74a5)와 회전자(72a)와의 사이에 자력이 생겨서 회전자(72a)가 회전한다. 마찬가지로, 고정자(74b)는 기부(74b1), 각부(74b2, 74b4), 자극부(74b3, 74b5)를 포함하고, 코일(76b)에의 통전에 의해 회전자(72b)가 회전한다.
[0030] 도 5A, 5B에 나타내듯이, 고정자(74a, 74b)의 형상은 다르게 되어 있지만, 회전자(72a, 72b)나 코일(76a, 76b)은 동일하다. 또, 코일(76a, 76b)의 권수(卷數)도 동일하다. 도 5A, 5B에 나타내듯이, 자극부(74a3)의 선단부와 자극부(74a5)의 선단부 사이의 거리 Wa는 자극부(74b3)의 선단부와 자극부(74b5)의 선단부 사이의 거리 Wb보다도 크다. 이에 의해, 자극부(74a3, 74a5)가 회전자(72a)에 대향하는 곡면의 면적은, 자극부(74b3, 74b5)가 회전자(72b)에 대향하는 곡면의 면적보다도 작다. 이에 의해, 코일(76a, 76b)에 동일치의 전류를 인가한 경우, 회전자(72a)의 구동 토크는 회전자(72b)의 구동 토크보다도 작다.
[0031] 이에 의해, 액추에이터(70a)의 구동 토크는 액추에이터(70b)의 구동 토크보다도 작게 설정되어 있다. 따라서 스프링(Sa, Sb)이 각각 선막(20A), 후막(20B)을 개구로부터 퇴피하도록 부세하고 액추에이터(70a, 70b)에 공급되는 전력치가 동일해도, 셔터 스피드의 변화를 억제할 수 있다.
[0032] 상기한 방법 이외에 의해 액추에이터(70a)의 구동 토크를 액추에이터(70b)의 구동 토크보다도 작게 해도 좋다. 예를 들면, 액추에이터(70b)의 고정자의 자로(磁路)의 단면적이 최소로 되는 부분의 면적을, 액추에이터(70b)의 고정자(74b)의 자로의 단면적이 최소로 되는 부분의 면적보다도 작게 해도 좋다. 액추에이터(70a)의 코일의 권수를 코일(76b)의 권수보다도 작게 해도 좋다. 액추에이터(70a)의 코일의 선형(線形)이나 재질을 코일(76b)과는 다른 것으로 해도 좋다. 액추에이터(70a)의 회전자의 크기나 재질을 회전자(72b)와는 다른 것으로 해도 좋다.
[0033] 이상 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상술했지만, 본 발명은 관련된 특정의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 변형·변경이 가능하다.
[0034] 제어부(110)와 구동 제어부(170)은 단일 IC 칩에 의해 실현되어 있어도 좋다.
[0035] 상기 실시예에 있어서, 선막 및 후막은 각각 3매의 블레이드로 구성되지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 2매의 블레이드로 구성되는 것이라도 좋고, 4매 이상의 블레이드로 구성되는 것이라도 좋다.

Claims (5)

  1. 개구를 가진 기판과,
    상기 개구를 개폐하는 선막 및 후막과,
    상기 선막 및 후막이 상기 개구로부터 퇴피하도록 각각 부세하는 제1 및 제2 부세 부재와,
    노출 동작에 있어서, 상기 선막이 상기 개구를 닫은 위치로부터 상기 개구로부터 퇴피한 위치까지 상기 제1 부세 부재의 부세력에 보조되면서 상기 선막을 이동시키는 제1 액추에이터와,
    　상기 노출 동작에 있어서, 상기 후막이 상기 개구로부터 퇴피한 위치로부터 상기 개구를 닫은 위치까지 상기 제2 부세 부재의 부세력에 대항하여 상기 후막을 이동시키는 제2 액추에이터를 구비하고,
    　상기 제1 액추에이터의 구동 토크는 상기 제2 액추에이터의 구동 토크보다도 작은 초점면 셔터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액추에이터는 각각 제1 및 제2 고정자를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 고정자는 서로 형상이 다르게 되어 있는 초점면 셔터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액추에이터에 통전되는 전력은 대략 동일한 초점면 셔터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 초점면 셔터를 구비한 촬상 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 초점면 셔터를 구비한 디지털 카메라.
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