(57)【要約】【課題】  小型で軽量化に適するとともに、耐衝撃性に強く故障しにくい光量調整装置を提供する。【解決手段】  第１ないし第４の対向電極ＡないしＤ間に所定の電圧を印加すると、点線で示すように、誘電エラストマー２１が膜厚方向に押し潰されるとともに半径方向に広がるように変形する。同時に、各対向電極を形成する表面電極２２と裏面電極２３も、前記誘電エラストマー２１の変形に引っ張られて一緒に半径方向に広がるように変形させられる。これにより、誘電エラストマー２１と各表面電極２２および裏面電極２３の膜厚寸法が薄くなるため、ＮＤフィルタ２０Ａの透過率を高めることができる。しかもメカニカルな部分が少ないため、耐衝撃性にも優れた光量調整装置とすることができる。【選択図】図３
2006126504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形自在な誘電エラストマーと、前記誘電エラストマーの両面に対向配置された複数の対向電極と、を有することを特徴とする光量調整装置。
【請求項２】
前記対向電極が、誘電エラストマーの両面に同心円状に配置されている請求項１記載の光量調整装置。
【請求項３】
前記対向電極を形成する個々の電極が、導電性の炭素粒子を混ぜた軟らかな高分子材料で形成されている請求項１または２記載の光量調整装置。
【請求項４】
誘電エラストマーの中央部に開孔が形成されている請求項１または２記載の光量調整装置。
【請求項５】
前記複数の対向電極のうち、任意に組み合わせた対向電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段が設けられている１ないし４のいずれか記載の光量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの絞り装置やＮＤフィルタなどの光量調整装置に係わり、特に機構が簡単で、且つ小型・薄型化に適した光量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の光量調整装置に関する先行技術としては、例えば以下の特許文献１や特許文献２などが存在している。
【０００３】
特許文献１には、回転軸１４６を中心に回転可能なＮＤ（Neutral  Density）フィルタ枠１２４に、３段階の異なる透過率からなるから成るＮＤフィルタ４７（１４２、１４３、１４４）を嵌め込んで形成した切り換え式のＮＤフィルタを備えたカメラに関する発明が記載されている。
【０００４】
特許文献１に示すカメラでは、ステッピング・モータ５０を駆動して前記回転軸１４６を回転させると、前記ＮＤフィルタ枠１２４が回転させられ、順次ＮＤフィルタ４７を光軸上に回転移動させることができるため、３つのフィルタを選択的に切り換えることができるようになっている。
【０００５】
また下記特許文献２に示す発明は、カメラに設けられる絞り兼用シャッタ装置である。この装置は、３枚の羽根が開口部の周囲に回動自在に支持されており、これら３枚の羽根が同期して回動するようになっている。また開口部の近傍にはソレノイドが設けられており、このソレノイドにプランジャが進退自在に支持されている。プランジャは回動自在に支持されたレバーの一端に当接し、他端が前記羽根を同期して動作させる部材に連結され、さらにプランジャには付勢部材が装着されて前記プランジャは突出する方向に常に付勢されている。ソレノイドが通電されると、プランジャが前記付勢手段に反発しながら吸引されて、前記羽根が開口部を開放する位置に移動させられ、またソレノイドへの通電が解除されると、プランジャへの吸引力は解除されてプランジャは付勢部材の付勢力によってソレノイドから突出して各羽根が開口部を閉鎖する方向へ移動させられる。
【特許文献１】特開２００２−３０５６８６号
【特許文献２】特開平７−１５９８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示すものでは、異なる透過率からなるＮＤフィルタを複数用意する必要があるため、部品点数を少なくすることが困難であるという問題がある。しかも、複数のＮＤフィルタを切り換える方式であるため、前記ＮＤフィルタを収納するためのスペースやＮＤフィルタ枠を回転させるためのスペースをカメラボディ内に確保する必要があり、カメラ自体を小型・軽量化しにくい。
【０００７】
また透過率は、搭載されているＮＤフィルタの枚数分しか設定することができないという不都合もある。
【０００８】
一方、特許文献２に示すものでは、３枚の羽根をソレノイドと、プランジャを付勢する付勢部材を供えたソレノイドと、前記羽根を駆動するためのレバーなどを備えたメカニカルな構成であるため、光量調整装置としては部品点数が多く、その機構も複雑であるという問題がある。
【０００９】
また特許文献１，２のいずれに記載のものもメカニカルな機構であるため、耐衝撃性に弱く故障しやすいという共通の問題を有している。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、少ない部品点数で簡単な機構とすることができ、しかも小型で軽量化に適した光量調整装置を提供することを目的としている。
【００１１】
また本発明は耐衝撃性に強く、故障しにくい光量調整装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光量調整装置は、変形自在な誘電エラストマーと、前記誘電エラストマーの両面に対向配置された複数の対向電極と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
上記において、前記対向電極が、誘電エラストマーの両面に同心円状に配置されているものが好ましい。
【００１４】
本発明では、電界を与えると電界の方向に収縮するという特性を有する誘電エラストマーを利用することで、極めて簡単な構成で且つ小型・軽量化に適した光量調整装置を提供することができる。
【００１５】
前記対向電極を形成する個々の電極が、導電性の炭素粒子を混ぜた軟らかな高分子材料で形成されているものが好ましい。
【００１６】
上記構成では、誘電エラストマーの変形にともない対向電極も一緒に薄型化することができるようになるため、誘電エラストマーだけでなく対向電極に対する透過率をも高めることができる。よって、変更範囲の幅が広い透過率を有するＮＤフィルタとすることができる。
【００１７】
また誘電エラストマーの中央部に開孔が形成されているものとすることもできる。
上記構成では、開孔の径寸法を変更すことができるため、小型の絞り機構を提供することができる。
【００１８】
また前記複数の対向電極のうち、任意に組み合わせた対向電極に対して所定の電圧を印加する電圧印加手段が設けられているものが好ましい。
【００１９】
上記手段では、一つの光量調整装置で透過率や開孔の径寸法を多段階に調整することが可能となる。よって、ＮＤフィルタや絞り機構を設置するためのスペースを少なくすることができ、小型の光学機器とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、小型・薄型で且つ軽量化に適した光量調整装置を提供することができる。また部品点数を極めて少なくすることができるため、製造コストを安価とすることが可能となる。しかも従来のようにメカニカルな部分が少ない構成であるため、耐衝撃性にも優れた光量調整装置とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の光量調整装置が搭載された光学機器の実施例としてのカメラの概略構造を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すカメラ１０は、外枠としてのカメラボディ１１を有している。前記カメラボディ１１のＸ２側の前面１１Ａには、図示Ｘ２方向に突出する鏡筒１２が設けられており、この鏡筒１２の内部には複数の前群レンズ１３が保持されている。なお、前記鏡筒１２は、カメラボディ１１に一体に設けられている構成であってもよいし、交換可能となるように脱着自在に構成されるものであってもよい。
【００２３】
前記カメラボディ１１内の中央には、筒形状の保持部材１４が設けられており、この保持部材１４の内部には後群レンズ１５が保持されている。なお、前記カメラボディ１１内に前記保持部材１４を図示Ｘ方向に移動させる駆動手段を設けることにより、フォーカシング機能を持たせた構成としたものであってもよい。
【００２４】
カメラボディ１１の図示Ｘ１方向の底面１１Ｂには、ＣＣＤ、ＣＭＯＳあるいは銀塩フィルムなどからなる撮像手段１６が固定されている。前記撮像手段１６の受光面１６ａの中心は、前記前群レンズ１３および後群レンズ１５の中心を通る光軸Ｏ−Ｏに一致するように設置されている。
【００２５】
図１に示すように、この実施の形態におけるカメラ１０では、前記前群レンズ１３と後群レンズ１５との間に絞り機構２０Ｂが設けられ、後群レンズ１５と撮像手段１６との間にＮＤ（Neutral  Density）フィルタ２０Ａが設けられている。
【００２６】
前記絞り機構２０Ｂは前記前群レンズ１３から後群レンズ１５に至る光の光路径を細くして光量を抑制する機能を有している。またＮＤフィルタ２０Ａは、前記前群レンズ１３および後群レンズ１５を介して入射した光の透過率を段階的に上げることができるように構成されている。すなわち、前記ＮＤフィルタ２０Ａと絞り機構２０Ｂとは、いずれも前記撮像手段１６に導かれる光量を減少させる光量調整装置としての機能を有している。
【００２７】
以下には、光量調整装置として機能する前記ＮＤフィルタ２０Ａおよび絞り機構２０Ｂについて説明する。
【００２８】
図２は本発明に係る光量調整装置の第１の実施の形態としてのＮＤフィルタを示す平面図、図３は図１の３−３線における断面図である。
【００２９】
この実施の形態に示すＮＤフィルタ２０Ａは、薄く略円盤状に形成された透明、または半透明の誘電エラストマー２１と、前記誘電エラストマー２１の表裏両面に設けられた複数の電極とで形成されている。なお、ＮＤフィルタ２０Ａは、カメラボディ１１内に設けられた支持部材５０に支持されている。前記支持部材５０の中央には光路用の貫通孔５１が形成されている。
【００３０】
前記複数の電極は、この誘電エラストマー２１の表面に同心円状に配置された複数の表面電極２２（個別に、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとして示す。）と、誘電エラストマー２１の裏面に、前記表面電極２２に対向するように同心円状に配置された複数の裏面電極２３（個別に、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとして示す。）とを有している。
【００３１】
すなわち、最外周側の位置に設けられた表面電極２２ａと裏面電極２３ａとは互いに平行に対向する第１の対向電極Ａを形成し、その内周側の位置に設けられた表面電極２２ｂと裏面電極２３ｂが第２の対向電極Ｂを形成し、さらにその内周側の位置に設けられた表面電極２２ｃと裏面電極２３ｃが第３の対向電極Ｃを形成し、中心の位置に設けられた表面電極２２ｄと裏面電極２３ｄが第４の対向電極Ｄを形成している。つまり、この実施の形態に示すＮＤフィルタ２０Ａでは、誘電エラストマー２１の表裏両面に４組の対向電極が設けられている。
【００３２】
なお、図２に示すように、各表面電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ、および各裏面電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのそれぞれには、外部に設けられた図示しない電圧印加手段から所定の電圧を印加するための引出し電極２４が設けられている。
【００３３】
前記誘電エラストマー２１は、シリコーン樹脂やアクリル樹脂など、電気応答性を有するとともに柔軟性（弾性変形特性）にも優れたプラスチック材で形成されている。また各表面電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄおよび裏面電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、特に面に平行となる径方向に対する伸縮性に優れた材料、例えば導電性の炭素粒子を混ぜた軟らかな高分子材料などで形成されている。
【００３４】
図示しない電圧印加手段が前記一組の対向電極間、例えば第１の対向電極Ａを形成する表面電極２３ａと裏面電極２３ａとの間に前記引出し電極２４を介して所定の電圧を印加すると、前記表面電極２２ａと裏面電極２３ａとは一種の平板コンデンサと化すため、両対向電極の間には電極面に垂直となる方向の電界が発生する。
【００３５】
この状態になると、対向する前記表面電極２２ａと裏面電極２３ａとの間に互いに引き合う静電吸引力（マクスウェル応力）が発生するため、前記誘電エラストマー２１が電界に沿う方向（膜厚方向）に収縮させられ、且つ電界と垂直となる方向（電極面に沿う方向、図２では半径方向）に膨張させられる。
【００３６】
すなわち、前記誘電エラストマー２１は、前記膜厚方向には押し潰され、前記表面電極２２ａと裏面電極２３ａの形成面に対し平行となる面方向に広がるように変形させられる。このとき、前記表面電極２２ａおよび裏面電極２３ａは伸縮性を有するため、誘電エラストマー２１の変形に引っ張られて一緒に面方向に広がるように変形させられる。
【００３７】
そして前記電圧印加手段が電圧の印加を停止すると、前記誘電エラストマー２１は元の状態に復元する。このときには、膜厚方向に押し潰された状態の前記誘電エラストマー２１は、電圧印加の停止に伴って前記膜厚方向に膨張させられ、同時に前記面方向に収縮させられるように変形する。このとき、前記表面電極２２ａおよび裏面電極２３ａは前記誘電エラストマー２１とともに元の状態に復元させられる。なお、電圧印加及びその停止に伴う対向電極間の動作は、その他の第２ないし第４の対向電極Ｂ，Ｃ，Ｄにおいも同様である。
【００３８】
ここで、前記誘電エラストマー２１は透明または半透明の材料で形成されているため、前記誘電エラストマー２１自体は比較的高い透過率を有している。ただし、前記ＮＤフィルタ２０Ａの表面、すなわち前記誘電エラストマー２１の表裏両面には表面電極２２および裏面電極２３が設けられており、これらが図示Ｘ方向に抜ける光の透過を遮断するため、第１ないし第４の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間に電圧が印加されていない状態では、前記透過率は最も低い状態にある。
【００３９】
この状態から、図示しない電圧印加手段が前記各引出し電極２４を介して前記第１ないし第４の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間にそれぞれ所定の電圧を印加すると、各対向電極間にそれぞれ静電吸引力が発生するため、図２および図３に点線で示すように、誘電エラストマー２１が全体的に膜厚方向に押し潰されるとともに半径方向に広がるように変形させられる。このとき、電圧を印加する前のＮＤフィルタ２０Ａの直径をＷ１、膜厚寸法をＨ１、電圧を印加した後のＮＤフィルタ２０Ａの直径をＷ２、膜厚寸法をＨ２すると、それぞれの関係はＷ１＜Ｗ２且つＨ１＞Ｈ２である。
【００４０】
同時に、各４組の対向電極を形成する表面電極２２と裏面電極２３も、前記誘電エラストマー２１の変形に引っ張られて一緒に半径方向に広がるように変形させられる。
【００４１】
なお、ＮＤフィルタ２０Ａは、すべての第１ないし第４の対向電極ＡないしＤに電圧を印加しない場合が、最小径で且つ最大膜厚寸法の状態にあり、すべての第１ないし第４の対向電極ＡないしＤに電圧を印加した場合が、最大径で且つ最小膜厚寸法の状態である。
【００４２】
上記のようにＮＤフィルタ２０Ａの形状が変形すると、誘電エラストマー２１と各対向電極を形成する表面電極２２および裏面電極２３の膜厚寸法もそれぞれ薄くなり、各電極を形成する炭素粒子間の隙間が広がるため、図示Ｚ方向において光が透き通るようになる。すなわち、ＮＤフィルタ２０Ａとしての光の透過率を高めることができる。
【００４３】
また、例えば前記第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃには電圧を印加せず、中央の第４の対向電極Ｄを形成する表面電極２２ｄと裏面電極２３ｄ間にのみ電圧を印加した場合には、周辺部に比較して中央部のみが高い透過率を有するＮＤフィルタ２０Ａ、すなわちガウシアン型のＮＤフィルタとすることができる。
【００４４】
また逆に、例えば中央側の第４の対向電極Ｄには電圧を印加せず、周辺側の前記第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃに電圧を印加したような場合には、中央部に比較して周辺部側が高い透過率を有するＮＤフィルタ２０Ａ、すなわち逆ガウシアン型のＮＤフィルタとすることが可能である。
【００４５】
また、例えば第１の対向電極Ａと第３の対向電極Ｃには電圧を印加せず、第２の対向電極Ｂと第４の対向電極Ｄに電圧を印加する組み合わせ、あるいは第２の対向電極Ｂと第４の対向電極Ｄには電圧を印加せず、第１の対向電極Ａと第３の対向電極Ｃに電圧を印加する組み合わせのように、前記電圧印加手段が電圧を印加する対向電極の組み合わせを任意に変えることにより、前記ＮＤフィルタ２０Ａの透過率を多段階に変更することが可能である。
【００４６】
さらに、前記電圧印加手段が、第１ないし第４の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに与える印加電圧の大きさを、全体的にまたは各対向電極ごとに変えることにより、誘電エラストマー２１に作用する膨張と収縮の大きさ（割合）を微調整することが可能となり、この場合には前記ＮＤフィルタ２０Ａの透過率をより細かく変更することができる。
【００４７】
このように、本願の第１の実施の形態に示す光量調整装置では、第１ないし第４の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに与える印加電圧の組み合わせ又は／および大きさを変更するだけで、光の透過率を多段階に変更可能なＮＤフィルタ２０Ａを提供することができる。しかも誘電エラストマー２１の表裏両面に第１ないし第４の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを形成するだけという簡単な構成とすることができため、ＮＤフィルタ２０Ａを小型化することができる。
【００４８】
図４は本発明に係る光量調整装置の第２の実施の形態としての絞り機構を示す平面図、図５は図４の５−５線における断面図である。なお、上記ＮＤフィルタ２０Ａと同一部材については同一の符号を付して説明する。
【００４９】
図４および図５に示すように、絞り機構２０Ｂの構造は上記図２および図３に示しＮＤフィルタ２０Ａの構造に近似している。
【００５０】
すなわち、絞り機構２０Ｂは、薄く略円盤状に形成された誘電エラストマー２１と、前記誘電エラストマー２１の周辺部に第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃを形成する表面電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび裏面電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有する構成は、前記ＮＤフィルタ２０Ａと同様である。
【００５１】
ただし、中央部の位置には前記第４の対向電極Ｄを構成する表面電極２２ｄと裏面電極２３ｄの代わりに開孔２５が形成されている点で前記ＮＤフィルタ２０Ａとは異なっている。
【００５２】
なお、絞り機構２０Ｂは、カメラボディ１１内に設けられ且つ中央に光路用の貫通孔４１を有するた支持部材４０に支持されている。
【００５３】
前記絞り機構２０Ｂでは、図示しない電圧印加手段が各引出し電極２４を介して、例えば前記第３の対向電極Ｃにそれぞれ所定の電圧を印加すると、表面電極２３ｃと裏面電極２２ｃ間にそれぞれ静電吸引力が発生し、図４および図５に点線で示すように、誘電エラストマー２１の前記第３の対向電極Ｃの近傍のみが膜厚方向に押し潰されるとともに半径方向に広がるように変形させられる。このため、電圧印加前の開孔２５の最大径をＲ１、電圧印加後の開孔２５の直径をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２となって、前記開孔２５の直径を細く絞ることができる。このため、絞り機構２０Ｂに対し図示Ｘ方向に通過しようとする光の光量を抑制することが可能となる。
【００５４】
また電圧印加手段が、前記第３の対向電極Ｃに加えて、前記前記第１の対向電極Ａ、第２の対向電極Ｂにも同時に電圧を印加すると、誘電エラストマー２１はさらに半径方向に広がるように変形させられるため、前記開孔２５の直径をさらに細く絞ることができる。なお、第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃの全ての電極に対し所定の電圧を印加すると、前記開孔２５を最小径に設定することができる。
【００５５】
また、前記電圧印加手段が電圧を印加する電極の組み合わせ（第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃに対する組み合わせ）や印加する電圧の大きさを変えることにより、前記開孔２５の直径を、最大径と最小径の範囲内において多段階で変更することが可能である。
【００５６】
このように、本願の第２の実施の形態に示す光量調整装置においては、図示しない電圧印加手段が第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃに与える印加電圧の組み合わせ又は／および大きさを変更するだけで、開孔２５の直径を多段階に変更可能な絞り機構２０Ｂを提供することができる。しかも、絞り機構２０Ｂの構成は、誘電エラストマー２１の表裏両面には第１ないし第３の対向電極Ａ，Ｂ，Ｃと、Ｓの中央に開孔２５を形成するだけという簡単な構成でよいため、従来のメカニカルな機構に比較して部品点数を大幅に削減することが可能となる。よって、絞り機構２０Ｂの小型化・薄型化さらには軽量化を促進することができるとともに、製造コストも低減することが可能となる。またメカニカルな部分を少なくすることができるため、耐衝撃性に優れ故障しにくくすることができる。
【００５７】
上記各実施の形態では３組または４組の対向電極を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記の組み数よりも少なくともよいし、多くてもよい。なお、前記対向電極の組み数を多くすると、光量をより多段階で調整することが可能な光量調整装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の光量調整装置が搭載された光学機器の実施例としてのカメラの概略構造を示す断面図、
【図２】本発明に係る光量調整装置の第１の実施の形態としてのＮＤフィルタを示す平面図、
【図３】図１の３−３線における断面図、
【図４】本発明に係る光量調整装置の第２の実施の形態としての絞り機構を示す平面図、
【図５】図４の５−５線における断面図、
【符号の説明】
【００５９】
１０  カメラ（光学機器）
１１  カメラボディ
１２  鏡筒
１３  前群レンズ
１４  保持部材
１５  後群レンズ
１６  撮像手段
２０Ａ  ＮＤフィルタ（光量調整装置）
２０Ｂ  絞り機構（光量調整装置）
２１  誘電エラストマー
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  表面電極
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ  裏面電極
２４  引出し電極
２５  開孔
Ａ  第１の対向電極
Ｂ  第２の対向電極
Ｃ  第３の対向電極
Ｄ  第４の対向電極
【図１】
2006126504.tif 000003
【図２】
2006126504.tif 000004
【図３】
2006126504.tif 000005
【図４】
2006126504.tif 000006
【図５】
2006126504.tif 000007