(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を通過させる開口が形成されたベース部材と、
前記ベース部材における前記開口が形成された面に沿って配置された棒状の駆動部材と、
前記駆動部材に装着されて前記駆動部材の長手方向に沿って移動可能な伝達部材と、
前記伝達部材に係合するカム溝部を有し、移動する前記伝達部材から前記カム溝部を介して受ける駆動力により移動して通過光量を変化させる複数の光量調節部材とを有し、
前記駆動部材の一端部には、前記駆動部材に振動を生じさせる電気−機械エネルギ変換素子が接続される一方、前記ベース部材には、前記駆動部材の他端部を移動可能に保持する保持部が設けられ、
前記伝達部材は、複数の前記光量調節部材を重ねたことで相互に連通する前記カム溝部に係合し、前記ベース部材に保持された状態のままで前記電気−機械エネルギ変換素子の動力を受けて振動する前記駆動部材に接触することによって前記駆動部材に沿って駆動され、複数の前記光量調節部材に対して駆動力を伝達することを特徴とする光量調節装置。
【請求項２】
更に、前記光量調節部材に設けられた光制限孔に向けて発光する発光部と、前記発光部からの光を受光する受光部とを有し、前記光制限孔を通過する光量の変化によって前記光量調節部材の位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
【請求項３】
前記カム溝部は、前記伝達部材が移動する方向に対して４５度より大きい角度をなす部分を有す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。
【請求項４】
前記ベース部材は、前記開口が形成された面の端に形成された壁部を有し、
前記電気−機械エネルギ変換素子の少なくとも一部は、該壁部に形成された凹部または穴部の内側に収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光量調節装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の光量調節装置と、
該光量調節装置を含む光学系とを有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、スチルカメラおよび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。
【背景技術】
【０００２】
上記のような光量調節装置としては、特許文献１，２にて開示されたものがある。特許文献１にて開示された光量調節装置では、駆動源であるステッピングモータからの駆動力を減速ギア列を介してリードスクリューに伝達してこれを回転させ、該リードスクリューに噛み合うラックをリードスクリューに沿って移動させる。ラックにはカムピンが形成されており、該カムピンは２枚の絞り羽根（光量調節部材）に形成されたカム溝部に係合している。２枚の絞り羽根は、ラックとともに移動するカムピンからカム溝部を介して駆動力を受けて互いに反対方向（開閉方向）に移動する。これにより、２枚の絞り羽根により形成される絞り開口のサイズが変化し、該絞り開口を通過する光量が変化する。
【０００３】
また、特許文献２にて開示された光量調節装置では、駆動源である２つの圧電素子によって棒状の２つの支持部材のそれぞれに振動を生じさせる。該２つの支持部材上には、互いに反対方向（開閉方向）に移動可能な２枚の絞り羽根が支持されている。各支持部材に振動が生じることで該支持部材に接触している絞り羽根が駆動され、これにより絞り開口のサイズが変化して通過光量が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９４３８０号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて開示された光量調節装置では、ステッピングモータを駆動源としているので、絞り羽根がステップ的に移動して光量変化に段差が生じたり、バックラッシを有する減速ギア列やリードスクリューおよびラックを介して絞り羽根を移動させるために絞り羽根の駆動をスムーズに行えなかったりする。また、ステッピングモータおよび減速ギア列が占有するスペースが大きくなり、装置の小型化が難しい。
【０００６】
さらに、絞り羽根に形成されたカム溝部と係合するカムピン（ラック）をステッピングモータ等の一般的なモータによりリードスクリューを回転させることで移動させて絞り羽根を駆動する方式（以下、リードスクリュー駆動方式という）場合、カムピンの移動方向に対するカム溝部の角度が４５度以上になると、絞り羽根をスムーズに移動させることができなくなる。これは、カム溝部の角度が４５度以上になる（特に、４５度を超える）ことによって、カムピンがカム溝部を押すことで発生する絞り羽根を開閉方向に移動させる力のベクトルに対してカムピンの移動方向に絞り羽根を押す力のベクトルが大きくなり、カムピンとカム溝部との間の摩擦の増大も影響して、モータのトルクが不足するためである。したがって、リードスクリュー駆動方式では、カムピンの移動方向に対するカム溝部の角度が４５度よりも小さい範囲に制限され、この結果、絞り羽根の開閉に必要なカムピンの移動量が大きくなり、カムピンの移動方向において装置が大型化する。
【０００７】
一方、特許文献２にて開示された光量調節装置では、装置の中央に配置された２つの圧電素子から左右に延びる２つの支持部材上でそれぞれ絞り羽根を移動させる構成であるため、装置が大型化するだけでなく、２枚の絞り羽根の移動量を等しくすることが難しく、良好な光量調節を行えない可能性が高い。
【０００８】
本発明は、小型でありながらも光量調節部材をスムーズに移動させることができ、かつ光量調節部材に形成するカム溝部の形状自由度も高い光量調節装置およびこれを備えた光学機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての光量調節装置は、光を通過させる開口が形成されたベース部材と、前記ベース部材における前記開口が形成された面に沿って配置された棒状の駆動部材と、前記駆動部材に装着されて前記駆動部材の長手方向に沿って移動可能な伝達部材と、前記伝達部材に係合するカム溝部を有し、移動する前記伝達部材から前記カム溝部を介して受ける駆動力により移動して通過光量を変化させる複数の光量調節部材とを有し、前記駆動部材の一端部には、前記駆動部材に振動を生じさせる電気−機械エネルギ変換素子が接続される一方、前記ベース部材には、前記駆動部材の他端部を移動可能に保持する保持部が設けられ、前記伝達部材は、複数の前記光量調節部材を重ねたことで相互に連通する前記カム溝部に係合し、前記ベース部材に保持された状態のままで前記電気−機械エネルギ変換素子の動力を受けて振動する前記駆動部材に接触することによって前記駆動部材に沿って駆動され、複数の前記光量調節部材に対して駆動力を伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子を駆動源とした小型で、光量調節部材の動きもスムーズな光量調節装置を実現することができる。しかも、駆動部材の振動によってカム溝部に係合する伝達部材を移動させる構成であるために、伝達部材の移動方向に対するカム溝部の角度をリードスクリュー駆動方式に比べて大きくしても光量調節部材をスムーズに移動させることが可能である。したがって、カム溝部の形状自由度を高くすることができる。そして、この光量調節装置を用いることで、光量調節をスムーズに行える小型の光学機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１である光量調節装置の構成を示す図。
【図２】図１に示した光量調節装置の上面図。
【図３】図１に示した光量調節装置の部分拡大図。
【図４】本発明の実施例２である光量調節装置の構成を示す図。
【図５】本発明の実施例３である光量調節装置の構成を示す図。
【図６】実施例１の光量調節装置における光制限孔とフォトインタラプタを示す図。
【図７】上記光制限孔の位置とフォトインタラプタの出力との関係を示す図。
【図８】実施例１，２の光量調節装置を搭載した本発明の実施例３である撮像装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１には、本発明の実施例１である光量調節装置を分解して示している。図１において、ベース部材である地板３７の中央には、光を通過させる開口（以下、固定開口という）３７ｆが形成されている。地板３７における該固定開口３７ｆが形成された面（以下、ベース面という）３７ａと、該ベース面３７ａに平行に配置されたカバー４０との間には、光量調節部材としての２枚の絞り羽根３４，３５が配置されている。カバー４０は、地板３７に結合されて、絞り羽根３４，３５の地板３７からの脱落を防止する。カバー４０にも、光を通過させる開口４０ｆが形成されている。
【００１４】
なお、本実施例では、光量調節部材が絞り羽根である場合について説明するが、羽根部材に減光フィルタ（ＮＤフィルタ）を貼り付けたものを用いてもよい。
【００１５】
３１は駆動源である電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子である。該圧電素子３１は、不図示のリード線を介して交番電圧が印加されることで伸縮運動する。
【００１６】
圧電素子３１における伸縮方向での一方の端面には、該伸縮方向に延在する棒状の駆動部材３２の一端が接続されている。また、圧電素子３１における伸縮方向での他方の端面には、多角形形状を有する金属板４１が固定されている。
【００１７】
地板３７におけるベース面３７ａの一方の側端には、ベース面３７ａからカバー４０側に突出するように側壁部３７ｂが形成されている。側壁部３７ｂには、その外面側から、多角形状（例えば、六角形状）の固定穴部３７ｃと該固定穴部３７ｃにつながる円筒形状の収容穴部３７ｄとが形成されている。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、多角形状の金属板４１は、同形状の固定穴部３７ｃに嵌め込まれることで回転が阻止される。また、圧電素子３１のうち少なくとも一部は収容穴部３７ｄの内側に収容される。これにより、圧電素子３１および駆動部材３２の一端側（圧電素子側）の部分は、金属板４１を介して側壁部３７ｂにより保持される。また、駆動部材３２の他端は、地板３７におけるベース面３７ａの他の側端にベース面３７ａからカバー４０側に突出するように形成された側壁部に形成された保持穴部３７ｅによって保持される。こうして、駆動部材３２は、ベース面３７ａに平行で、かつ絞り羽根３４，３５の移動方向である開閉方向に対して直交する方向（以下、装置幅方向ともいう）に延びるように配置される。保持穴部３７ｅは、駆動部材３２の他端側の部分を圧電素子３１の伸縮方向に移動可能に保持する。
【００１９】
なお、図３（ｂ）に示すように、地板３７の側壁部３７ｂに、ベース面３７ａ側にて開口する凹部３７ｃ′を形成し、金属板４１および圧電素子３１のうち少なくとも一部を、該凹部３７ｃ′の内側に収容するようにしてもよい。
【００２０】
本実施例では、圧電素子３１を金属板４１を介して地板３７により保持する場合について説明するが、圧電素子を直接、地板に固定するようにしてもよい。圧電素子を直接、地板に固定すると、装置として簡単な構成とすることができる。また、金属板４１を使用すると、圧電素子の共振特性を変えることができ、より良好な駆動特性を得ることができる場合がある。また、さらに本実施例では、金属板４１を多角形状とすることにより地板３７に保持されるが、保持の方法はこれに限らず、金属板４１を円形状として接着剤などで地板３７に結合してもよい。
【００２１】
また、棒状の駆動部材３２の断面形状については特に制限はないが、加工の容易性と後述する伝達部材３３との安定的な圧接(加圧接触)の容易性から、円形状が望ましい。
【００２２】
伝達部材３３は、その本体部３３ａとバネ３３ｄによって付勢された押さえ部３３ｂとの間に駆動部材３２を挟み込むことで、駆動部材３２に対して圧接（加圧接触）するとともに駆動部材３２の軸方向（長手方向）に移動可能に支持されている。前述したように圧電素子３１が伸縮運動すると、駆動部材３２がその軸方向に往復振動する。そして、往復振動する駆動部材３２に圧接した伝達部材３３は、該駆動部材３２との間の摩擦によって駆動部材３２に沿ってその軸方向に駆動される。伝達部材３３には、駆動ピン３３ｃが形成されている。
【００２３】
図２には、図１に示した光量調節装置をカバー４０側から見て示している（ただし、カバー４０は図示を省略している）。
【００２４】
絞り羽根３４および絞り羽根３５にはそれぞれ、ガイド溝部３４ａ，３４ｂおよびガイド溝部３５ａ，３５ｂが形成されている。ガイド溝部３４ａ，３５ａには、地板３７のベース面３７ａに設けられたガイドピン３６ａが挿入されて係合し、ガイド溝部３４ｂ，３５ｂには、ベース面３７ａに形成されたガイドピン３６ｂが挿入されて係合している。これにより、絞り羽根３４，３５は、各ガイド溝部が延びる方向（以下、絞り羽根３４，３５の開閉方向ともいう）にのみ移動可能となるようにガイドされる。
【００２５】
絞り羽根３４，３５は、互いに組み合わさって絞り開口を形成する開口形成部３４ｅ，３５ｅを有する。絞り羽根３４，３５が、上記開閉方向において互いに反対方向に移動することで、開口形成部３４ｅ，３５ｅにより形成される絞り開口のサイズ（面積）が変化し、絞り開口を通過する光量（通過光量）が変化する。
【００２６】
また、絞り羽根３４，３５には、カム溝部としての駆動カム３４ｃ，３５ｃが形成されている。駆動カム３４ｃ，３５ｃは、駆動部材３２の軸方向、すなわち伝達部材３３の移動方向に対して傾きを有し、該傾きによってカムリフトが与えられる。駆動カム３４ｃ，３５ｃには、伝達部材３３に形成された駆動ピン３３ｃが挿入されて係合している。
【００２７】
前述した圧電素子３１の伸縮運動によって往復振動する駆動部材３２に沿って伝達部材３３が移動すると、駆動ピン３３ｃが駆動カム３４ｃ，３５ｃのカム面を押しながら絞り羽根３４，３５の開閉方向に直交する方向に移動する。絞り羽根３４，３５は、駆動ピン３３ｃから駆動カム３４ｃ，３５ｃを介して受けるカムリフト方向の駆動力によって開閉方向における互いに反対方向に移動する。このようにして、絞り羽根３４，３５は、地板３７およびカバー４０の固定開口３７ｆ，４０ｆに対して進退するように移動して絞り開口のサイズを変化させる。
【００２８】
本実施例では、伝達部材３３は圧電素子３１の伸縮運動によって往復振動する駆動部材３２から駆動力を受けて移動するが、圧電素子３１の伸縮周波数、つまりは駆動部材３２の振動周波数は、圧電素子３１に与えられる交番信号の周波数を通じて無段階で設定することが可能であるため、伝達部材３３の移動速度も無段階に調節することができる。そして、この伝達部材３３の動きが、連続した形状を有する駆動カム３４ｃ，３５ｃを介して絞り羽根３４，３５に伝わるため、ステッピングモータ等の一般的なモータを駆動源としたリードスクリュー駆動方式に比べて、はるかにスムーズに絞り羽根３４，３５を開閉移動させることができる。
【００２９】
しかも、駆動源である圧電素子３１が、伝達部材３３が圧接する棒状の駆動部材３２と同軸に配置され、地板３７の側端面３７ｂによって保持されるため、モータと減速ギア列を装置の厚み方向において地板から突出するように配置することが多いリードスクリュー駆動方式に比べて、光量調節装置を小型化および薄型化することができる。
【００３０】
さらに、図２には、絞り羽根３４，３５に形成された駆動カム３４ｃ，３５ｃが、伝達部材３３の移動方向（駆動部材３２の軸方向）に対して４５度より小さい角度θをなすように傾いている場合を示している。ただし、図４に示すように、駆動カム３４ｃ，３５ｃのうち少なくとも一部に、伝達部材３３の移動方向に対して４５度以上または４５度より大きい角度θをなすように傾いた部分を設けてもよい。
【００３１】
駆動カム３４ｃ，３５ｃが図４に示すように大きな傾き角度θを有する場合に、伝達部材３３（駆動ピン３３ｃ）をステッピングモータ等の一般的なモータを駆動源としたリードスクリュー駆動方式で駆動しようとしても、先に説明した理由によって、スムーズな動きが得られない。
【００３２】
しかし、本実施例のように、圧電素子３１により発生させた駆動部材３２の振動によって伝達部材３３を移動させる構成を採用することで、駆動カム３４ｃ，３５ｃの傾き角度θを４５度以上に設定しても絞り羽根３４，３５をスムーズに移動させることができる。これは、駆動カム３４ｃ，３５ｃとの間にある程度のガタを持って係合した駆動ピン３３ｃが駆動部材３２の振動によって微小振動することで、駆動カム３４ｃ，３５ｃのカム面に対する駆動ピン３３ｃの当接方向が変動し、この結果、駆動ピン３３ｃがカム面を押す力のベクトルの向きが、絞り羽根３４，３５の開閉方向を含む多くの方向に向くためと考えられる。
【００３３】
このように、本実施例によれば、駆動カム３４ｃ，３５ｃのうち少なくとも一部に、４５度以上または４５度より大きい傾き角度θを有する部分を設けることができ、駆動カム３４ｃ，３５ｃの形状自由度を高くすることができる。
【００３４】
駆動カム３４ｃ，３５ｃの傾き角度を大きく設定できることで、駆動ピン３３ｃの移動量に対する絞り羽根３４，３５の移動量を大きくすることができ、絞り羽根３４，３５の開閉移動に必要な装置幅方向での伝達部材３３の移動量を小さくすることができる。したがって、光量調節装置を、装置幅方向において小型化することができる。また、駆動カム３４ｃ，３５ｃに多様な形状を与えることができ、絞り羽根３４，３５の開閉動作特性（光量調節装置の光量調節特性）の設定自由度も向上させることができる。
【００３５】
図１および図６に示すように、地板３７には、フォトインタラプタ３９が取り付けられている。一方、絞り羽根３４には、光制限孔３４ｄが形成されている。光制限孔３４ｄは、図７の下側の図中の（ａ）〜（ｃ）に示すように、絞り羽根３４の開閉方向の移動に伴って、フォトインタラプタ３９の発光部と受光部との間を移動する。光制限孔３４ｄは、その幅が絞り羽根３４の開閉方向において変化（増減）するように形成されている。
【００３６】
このため、絞り羽根３４の開閉方向での位置に応じて、フォトインタラプタ３９の発光部から射出した光のうち光制限孔３４ｄを通過してフォトインタラプタ３９の受光部に到達した光の量が変化（増減）する。したがって、図７の上側のグラフに示すように、絞り羽根３４の開閉方向での位置（ａ）〜（ｃ）に応じてフォトインタラプタ３９の受光部から出力される電気信号の値（電圧）が、例えば０ボルトから５ボルトの間でリニアに変化する。この値を用いることで絞り羽根３４の開閉方向での位置、つまりは絞り開口のサイズを検出することができる。
【００３７】
なお、光制限孔３４ｄに代えて、絞り羽根３４の側端面に、該絞り羽根３４の移動方向において深さが変化する凹部を形成してもよい。
【００３８】
また、フォトインタラプタではなく、ホール素子等の磁気センサを用いて絞り羽根の開閉方向での位置を検出するようにすることも可能である。
【実施例２】
【００３９】
図５には、本発明の実施例２である光量調節装置の一部を示している。図３において、３１は圧電素子、３２は棒状の駆動部材、３３′は伝達部材、４１は金属板である。圧電素子３１、駆動部材３２および金属板４１は、実施例１と同じものである。
【００４０】
伝達部材３３′は、駆動ピン３３ｃを有するが、絞り羽根３５′に対しては、実施例１のような駆動カムとの係合によらずに、直接結合されている。該駆動ピン３３ｃは、不図示のもう１枚の絞り羽根に形成された駆動カム（カム溝部）に係合している。駆動カムは、実施例１にて説明したように、その少なくとも一部に、伝達部材３３′の移動方向に対して４５度以上または４５度より大きい傾き角度を有する部分を含んでもよい。
【００４１】
本実施例では、駆動部材３２は、不図示の地板のベース面（固定開口が形成された面）に平行で、絞り羽根３５′の移動方向と同じ方向に延びるように配置されている。金属板４１および圧電素子３１のうち少なくとも一部は、地板におけるベース面のうち絞り羽根３５′の移動方向の端に形成された壁部にて、図３（ａ）または図３（ｂ）に示す構造によって保持されている。
【００４２】
本実施例では、伝達部材３３′が圧電素子３１の伸縮運動によって振動する駆動部材３２に沿って移動することで、該伝達部材３３′の移動方向と同じ方向に絞り羽根３５′が移動する。また、これとともに、もう１枚の絞り羽根がこれに設けられた駆動カムを介して駆動ピン３３ｃから受けた駆動力によって絞り羽根３５′とは反対方向に移動する。これにより、絞り開口のサイズが変化する。
【００４３】
なお、上記各実施例では、電気−機械エネルギ変換素子として圧電素子を用いた場合について説明したが、電歪素子や磁歪素子を用いてもよい。
【００４４】
また、上記各実施例では、装置をできるだけ小型化するために、電気−機械エネルギ変換素子を駆動部材と同軸に配置した場合について説明した。しかし、駆動部材の一端に接続された電気−機械エネルギ変換素子によって駆動部材に振動を生じさせ、該駆動部材に沿って伝達部材を移動させることができれば、電気−機械エネルギ変換素子を駆動部材と同軸に配置しなくてもよく、互いに隣接する位置に非同軸に配置してもよい。
【００４５】
また、上記各実施例では、２枚の光量調節部材を有する光量調節装置について説明したが、３枚以上の光量調節部材を有してもよい。
【実施例３】
【００４６】
図８には、実施例１，２で説明した光量調節装置を備えた光学機器としての撮像装置（ビデオカメラやスチルカメラ）を示している。
【００４７】
５０は撮像装置の本体であり、５１は撮影光学系を構成する複数のレンズである。５２は撮影光学系内に配置された、実施例１，２にて説明した光量調節装置である。
【００４８】
５３はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。
【００４９】
５４はＣＰＵ等により構成されるコントローラであり、撮像素子５３からの出力信号から輝度成分を抽出し、該輝度成分に応じて光量調節装置における絞り羽根の位置（絞り開口のサイズ）を調節するように圧電素子３１の動作を制御する。これにより、撮像素子５３からの出力信号に基づいて生成される映像の明るさを適切に調節することができる。
【００５０】
光量調節装置５２を用いることにより、スムーズな光量調節を行える小型の撮像装置を実現できる。
【００５１】
なお、実施例１，２で説明した光量調節装置は、一眼レフカメラ用またはレンズ交換型ビデオカメラの交換レンズ（光学機器）に設けてもよい。
【００５２】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
スムーズに光量調節を行える小型の光量調節装置およびこれを搭載した光学機器を提供できる。
【符号の説明】
【００５４】
３１  圧電素子
３２  駆動部材
３３  伝達部材
３４，３５  絞り羽根
３４ｃ，３５ｃ  駆動カム
３７  地板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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