JP5490735B2 - 絞り装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、絞り装置及び光学機器に関する。

カメラなどの光学機器に採用される絞り装置が知られている。このような絞り装置は、基板に設けられた開口を適宜に覆い開口の内側に配置される結像面へ光を通過させる定質的な開口の面積、すなわち開口面積を調整する羽根を備えている。特許文献１には、このような装置に関連した技術が開示されている。

特開平２−９０１３２号公報

羽根の駆動源として、所定の回転角度毎に停止可能なステップモータを採用した場合、羽根を複数の位置で停止させることができる。これにより開口面積を調整することができる。

このような絞り装置においては、互いに隣接する停止位置でのＡｐｅｒｔｕｒｅ ｖａｌｕｅ（以下、Ａｖ値という）が等差的に変化するように羽根の停止位置が設定される。この羽根の停止位置毎に、最小絞りとなる位置等の初期位置を基準に、Ａｖ値を等差的に変更するための目標となる羽根の移動量（以下、目標移動量という）が決まる。ここで、羽根の隣接する停止位置間の距離を意味する区間移動量を想定する。この区間移動量は、Ａｖ値に応じて変化する。詳細には、羽根により調整される開口面積が小さくなるにつれ区間移動量も小さくなり、羽根により調整される開口面積が大きくなるにつれ区間移動量も大きくなる。換言すれば、Ａｖ値が大きくなるほど区間移動量も小さくなり、Ａｖ値が小さくなるほど区間移動量も大きくなる。

従って、例えば仮にステップモータの停止可能な角度当たりの羽根の移動量（以下、単位移動量という）が羽根の移動範囲全体において略一定の場合には、開口面積が小さいほど、単位移動量は区間移動量に対して大きくなる。また、開口面積が大きいほど、単位移動量は区間移動量に対して小さくなる。したがって、開口面積が小さいほど機械的な誤差等による単位移動量のバラツキの影響により、実際のＡｖ値と目標とするＡｖ値との差が大きくなり、単位移動量が適正な露出を得るために必要な移動量を満たすことができないほど粗い移動量となる恐れがある。このようにして、絞りの精度が低下する恐れがある。

そこで本発明は、絞りの精度が向上した絞り装置及びそれを備えた光学機器を提供することを目的とする。

上記目的は、開口を有した基板と、所定の回転角度毎に停止可能なステップモータと、第１及び第２ピンを有し、前記ステップモータにより所定の範囲を回転する出力部材と、前記第１及び第２ピンにそれぞれ係合して前記出力部材により駆動され、互いに相反する方向に直進移動して前記開口と重なり前記開口の開口面積を調節する第１及び第２羽根と、を備え、前記出力部材の回転中心を通過して前記羽根の移動方向に延びた仮想線分をＸ軸とし、前記回転中心を通過して前記Ｘ軸に直交する仮想線分をＹ軸とした場合、前記開口面積が最小となる時の前記回転中心と前記第１ピンとを結ぶ方向線分と、前記Ｘ軸と、の間の角度は、−２０°〜＋３０°である、絞り装置によって達成できる。

開口面積が最小となる時の出力部材の方向線分とＸ軸との間の角度は、−２０°〜＋３０°である。このため、開口面積が最小となる近傍で、羽根の停止間隔を小さくすることができる。これにより、実際の羽根の移動量を、目標移動量に近似させることができる。これにより、絞り精度が向上する。

上記目的は、上記絞り装置を備えた光学機器によっても達成できる。

本発明によれば、絞りの精度が向上した絞り装置及びそれを備えた光学機器を提供できる。

図１Ａ、１Ｂは、実施例の絞り装置の斜視図である。 図２Ａ、２Ｂは、駆動機構の説明図である。 図３Ａ〜３Ｄは、羽根の駆動の説明図である。 図４は、開口面積が最小時の出力部材の位置の説明図である。 図５は、Ｘ軸と方向線分との間の角度と羽根のＸ軸方向の移動量との関係を示したグラフである。 図６Ａは、開口面積が最小時のカム溝周辺の拡大図、図６Ｂ、６Ｃは、カム溝の補正方法についての説明図である。 図７は、カム形状の説明図である。 図８Ａ、８Ｂは、出力部材の回転角度範囲の説明図である。 図９Ａ、９Ｂは、出力部材の回転角度範囲の相違に起因する出力部材の小型化の説明図である。

図１Ａ、１Ｂは、実施例の絞り装置１の斜視図である。絞り装置１は、カメラなどの光学機器に採用される。絞り装置１は、基板１０ａ、１０ｂ、羽根２０、３０、駆動機構６０等を含む。基板１０ａ、１０ｂは、互いに対向するように組み付けられている。基板１０ａ、１０ｂの間には羽根２０、３０が移動可能に配置されている。基板１０ａ、１０ｂには、それぞれ開口１１ａ、１１ｂが形成されている。羽根２０、３０は、互いに相反する方向に直進移動して開口１１ａ、１１ｂに重なることにより開口１１ａ、１１ｂの開口面積を調整する。基板１０ａには、羽根２０、３０を駆動するための駆動機構６０が設けられている。

図２Ａ、２Ｂは、駆動機構６０の説明図である。駆動機構６０は、互いに組み付けられたケース６１、６２を有している。ケース６２側から出力軸８６が突出している。図２Ｂは、ケース６２が取外された駆動機構６０を示している。図２Ｂに示すように、ケース６１にはステップモータ７０が配置されている。ケース６２には減速機構８０が配置されている。ステップモータ７０は、羽根２０、３０の駆動源として機能する。減速機構８０は、ステップモータ７０の動力を羽根２０、３０に伝達する機能を有している。

ステップモータ７０は、所定の回転角度毎に停止可能なステップモータである。ステップモータ７０は、略Ｕ字状のステータ７１、ステータ７１に巻回されステータ７１を励磁するための２つのコイル７３、ステータ７１の両端部が対向しておりケース６１に回転可能に支持されたロータ７５、を含む。ロータ７５は、周方向に異なる極性に着磁されている。コイル７３の通電状態に応じて、ステータ７１の両端部は異なる極性に励磁される。ステータ７１の両端部とロータ７５との間に発生する磁気的吸引力及び磁気的反発力により、ロータ７５は所定の角度範囲を回転する。ここで、ロータ７５の最小の回転角度範囲を１ステップ回転と称する。１回の励磁のための１駆動パルス当たり、ステップモータ７０は１ステップ回転し、すなわち、特定の回転角度で回転される。ロータ７５の回転軸の先端にはピニオンギア７６が固定されている。

コイル７３の端部は、図１Ａ、１Ｂに示したケーブル９１に電気的に接続されている。また、ケーブル９１の先端にはコネクタ９５が設けられている。コネクタ９５は、絞り装置１が搭載される光学機器内の装置に接続される。具体的には、光学機器内に配置されたプリント基板に実装されたコネクタにコネクタ９５が接続される。これにより、プリント基板に形成された制御回路によりコイル７３への通電状態が制御される。これにより、ステップモータ７０の回転が制御され、絞り装置１の動作が制御される。

減速機構８０は、歯車８１、８３、８４、８５、出力軸８６等を含む。歯車８１、８５は、同軸上に配置されているが、両者は連結されていない。即ち、歯車８１、８５は、個別に回転可能である。ピニオンギア７６は歯車８１に噛合っている。歯車８１と歯車８５との間には、不図示の歯車が設けられている。この歯車は、歯車８１に固定されているので歯車８１と一体に回転する。この歯車は、歯車８１よりも径が小さい。この歯車は、この歯車の径よりも大きい歯車８３と噛合っている。歯車８３には、歯車８３よりも径が小さい歯車８４が固定されており、歯車８４は歯車８３と一体に回転する。歯車８４は、歯車８４よりも径が大きい歯車８５と噛合っている。歯車８５には出力軸８６が設けられている。このように駆動機構６０からの動力は、複数の歯車を介して減速されて出力軸８６に伝達される。

羽根２０、３０の駆動について説明する。
図３Ａ〜３Ｄは、羽根２０、３０の駆動の説明図である。出力部材５０は出力軸８６に連結されている。出力部材５０は、羽根２０、３０と係合して羽根２０、３０を駆動する。出力部材５０は、駆動機構６０の動力を羽根２０、３０に伝達する機能を有している。出力部材５０は、図１Ａ、１Ｂに示した基板１０ａと１０ｂとの間に配置されている。

出力部材５０は、所定方向に延びた腕部５１、腕部５１の両端部にそれぞれ設けられたピン５２、５３を有している。また、腕部５１の中心には出力軸８６が嵌合する孔５６が設けられている。出力部材５０は、孔５６を中心に回転する。ピン５２、５３は、それぞれ羽根２０のカム溝２５、羽根３０のカム溝３５が係合している。尚、図１Ｂに示したように、基板１０ｂには、ピン５２、５３を逃がすための円弧状の逃げ溝１５、１６が形成されている。尚、基板１０ａにも同様の、不図示の逃げ溝が形成されており、ピン５２、５３の回転度決めの機能を有している。

羽根２０、３０には、それぞれ切欠２１、開口３１が形成されている。羽根２０、３０は、後述するＸ軸に沿って互いに離反する方向に移動して切欠２１、開口３１とで挟まれる略菱形の開口形状の面積が変化し、この開口形状と開口１１ｃとの重なりにより、開口１１ｃの開口面積が調整される。ここで、開口面積とは開口１１ｃにおいて、羽根２０、３０と重ならず光を通過させる実質的な開口となる部分の面積である。尚、開口１１ｃは、基板１０ａ、１０ｂにそれぞれ形成された開口１１ａ、１１ｂにより画定されている。開口１１ｃは円形である。

図３Ｂ、３Ｃに示すように、切欠２１、開口３１にて形成される略菱形の開口形状にてＸ軸上の対角にあたる部分を円弧状とするため、切欠２１、開口３１にはそれぞれ円弧部２１ａ、３１ａが設けられている。切欠２１、開口３１にはそれぞれ円弧部２１ａ、３１ａの接線方向に対辺部２１ｂ、３１ｂが設けられている。

図３Ａに示すように、切欠２１、開口３１により開口１１ｃの開口面積は最小となる。この際の開口１１ｃを通過する光量が最も少ない。絞り装置１を用いて得られる画像は一般的に絞り口径を小さく絞りすぎると劣化する。ここで、絞り装置１において開口面積が最小とは、使用に耐えうる画像が得られる最小の絞り口径における開口面積を示し、また、本実施例において羽根２０、３０は開口１１ｃを完全に閉じる機構ではないが完全に閉じる機構であってもその装置において、画像を取得するための実用的な最小の開口面積を示す。図３Ａに示した状態から出力部材５０が反時計方向に回転すると、開口１１ｃの開口面積が大きくなるように調整される。図３Ｂは、図３Ａの状態からステップモータ７０が数ステップ回転した後停止した状態を示している。図３Ｂにおいては、羽根２０、３０、出力部材５０は停止した状態にある。図３Ｃは、図３Ｂの状態から更にステップモータ７０が数ステップ回転した後停止した状態を示している。図３Ｃにおいては、羽根２０、３０、出力部材５０は停止した状態にある。図３Ｄは、図３Ｃの状態から更にステップモータ７０が数ステップ回転した後停止した状態を示している。図３Ｄは、開口１１ｃの開口面積が最大となる状態を示している。図３Ｄの状態においても、羽根２０、３０、出力部材５０は停止した状態にある。ここで、開口１１ｃの開口面積が最大時では、開口１１ｃは全開状態となる。

尚、図３Ａ〜３Ｄには、羽根２０、３０の４つの異なる停止位置を示したが、本実施例の絞り装置１は、羽根２０、３０は、４以上の異なる位置で停止可能である。即ち、本実施例の絞り装置１は、４以上の段階で開口１１ｃの開口面積を調整することができる。

図３Ａ〜３Ｄに示すように、何れの状態においても出力部材５０の回転中心を示す孔５６は、羽根２０、３０の少なくとも一方と重なっている。一般的に、後述するガルバノメータの回転子の回転角度はある範囲に制限されるがステップモータのロータの回転角度範囲には制限がない。ステップモータ７０を用いた本実施例においては出力部材５０の回転角度を自由に設定できるため、羽根２０、３０を互いに相反する方向に直進移動させたときの羽根２０、３０の可動範囲内で、出力部材５０の中心を示す孔５６と羽根２０、３０の一部が平面的に重なり易くなる。したがって、羽根２０、３０の可動範囲において、出力部材５０の回転中心を示す孔５６が、羽根２０、３０の少なくとも一部と重なる構成とすることにより、出力部材５０の回転可能な角度範囲をステップモータ７０を用いて規制なく大きくとることができる。また、ステップモータ７０の動力は減速機構８０を介して羽根２０、３０に伝達される。これにより、強いトルクで羽根２０、３０を移動及び停止させることができる。

本実施例の絞り装置１は、ステップモータ７０を採用しているため、羽根２０、３０を移動範囲中の複数の位置で停止可能となる。これにより、開口１１ｃの開口面積を所望の大きさに設定することができる。

開口１１ｃの開口面積が最小時の出力部材５０の位置について説明する。
図４は、開口１１ｃの開口面積が最小時の出力部材５０の位置の説明図である。図４には、腕部５１の回転中心Ｃを通過するＸ軸及びＹ軸を示している。Ｘ軸は、腕部５１の回転中心Ｃを通過して羽根２０、３０の移動方向に延びた仮想線分である。Ｙ軸は、回転中心Ｃを通過してＸ軸に直交する仮想線分である。方向線分Ｄは、回転中心Ｃとピン５２とを結ぶ線分である。方向線分Ｄは、出力部材５０の延びた方向を示している。

開口１１ｃの開口面積が最小時の方向線分ＤとＸ軸との間の角度θ０は、−２０°〜＋３０°の間に設定されている。即ち、角度θ０は、−２０°であってもよいし＋３０°であってもよい。図４に示した例では、角度θ０は、０°〜＋３０°の間に設定されている。このような角度範囲に設定した理由を以下に説明する。

図５は、Ｘ軸と方向線分Ｄとの間の角度θと羽根２０のＸ軸方向の移動量との関係を示したグラフである。尚、このグラフにおいては、θ＝０°のときの羽根２０のＸ軸方向の移動量を０とし、回転中心Ｃとピン５２の中心間が３．２ｍｍの例を示している。曲線Ｌｘは、ピン５２と係合するカム溝２５がＹ軸に平行な直線状である仮想のカム溝Ｙ´の場合の羽根２０の移動量を示している。曲線Ｌｘは、θが０°から９０°までは、θが大きくなるに従って、単位角度当りのＸ軸方向の移動量も大きくなる。θが９０°から１８０°までは、θが大きくなるに従って、単位角度当りのＸ軸方向の移動量が小さくなる。尚、詳しくは後述するが、実際のカム溝２５の形状は、直線状ではなく修正が加えられている。

ここで、Ｌ０〜Ｌ４は、図６において出力部材５０が回転し始めてから開口１１ｃの開口面積により定まるＡｖ値が出力部材５０の回転角度θに対し、換言すれば、ステップモータ７０の駆動パルス数に対して等差的に変化した場合の羽根２０のＸ軸方向の移動量を示している。尚、以降の説明において、単にＡｖ値が等差的に変化するという場合、出力部材５０の回転角度θに対して、すなわち、ステップモータ７０の駆動パルス数に対してＡｖ値が等差的に変化することをいう。Ｌ０は、θ＝０°となる地点から、Ｌ１は、θ＝−１０°となる地点から、Ｌ２は、θ＝−２０°となる地点から、Ｌ３は、θ＝３０°となる地点から、Ｌ４は、θ＝＋６０°となる地点からそれぞれ出力部材５０が回転し始める場合を示している。また、Ｌ０においては、出力部材５０がθ＝０°からθ＝９０°まで回転した、換言すれば、出力部材５０のピン５２がθ＝９０°のY軸まで回転した小絞り側の範囲で、開口１１ｃの開口面積により定まるＡｖ値がステップモータ７０の駆動パルス数に対して等差的に変化した場合の羽根２０のＸ軸方向の移動量を示している。

Ｌ０〜Ｌ４は、いずれも角度が大きくなるほど、傾斜角も大きくなる。即ち、Ｌ０〜Ｌ４は、角度が大きくなるほど、単位角度当りの羽根の移動量も大きくなる。これは、Ａｖ値が等差的に変更するための目標となる羽根２０の移動量は、Ａｖ値に応じて変化するからである。詳細には、羽根２０により調整される開口面積が小さくなるにつれ区間移動量も小さくなり、羽根２０により調整される開口面積が大きくなるにつれ区間移動量も大きくなる。換言すれば、Ａｖ値が大きくなるほど区間移動量も小さくなり、Ａｖ値が小さくなるほど区間移動量も大きくなる。従って、開口１１ｃの開口面積が最小となる位置の近傍では、羽根２０の移動量は小さくなることが望まれる。

図５に示すように、Ｌ４とＬｘとの差は、比較的大きい。しかしながら、Ｌ０〜Ｌ３の何れかとＬｘとの差は比較的小さい。このように、出力部材５０の回転開始の位置を、−２０°〜＋３０°の間に設定しておくことにより、実際の羽根２０の移動量を目標とするＡｖ値を実現する移動量に近づけることができる。これにより、絞りの精度が向上する。

また、上述したように曲線Ｌｘは、Ｙ軸に平行な直線上に形成された仮想のカム溝Ｙ´を例に説明している。このため、出力部材５０の回転開始位置を−２０°〜＋３０°の範囲内に設定した場合であっても、曲線Ｌｘに示される移動量と実際の羽根２０の移動量との差は生じる。そこで、本実施例では、羽根２０が、図５におけるＬ０に示すように、出力部材５０が回転し始めてからθ＝９０°のY軸まで回転した小絞り側の範囲内において、開口１１ｃの開口面積で定まるＡｖ値が等差的に変化して移動可能となる領域を有するように、カム溝２５の形状が補正されている。尚、カム溝２５の形状は、カム溝２５の領域内において、羽根２０が開口１１ｃの開口面積で定まるＡｖ値が等差的に変化可能となる領域を有していれば良い。

ここで、カム溝２５の補正方法について図４、図６Ａ、Ｂ、Ｃを用いて説明する。図４において、開口１１ｃの開口面積が最小時の出力部材５０の回転中心Ｃとピン５２とを結ぶ方向線分ＤとＸ軸との間の角度θ０とし、さらに出力部材５０が反時計方向に回転して開口面積が大きくなる方向に隣接するＡｖ値となった時の回転中心Ｃとピン５２とを結ぶ方向線分をＤ１、方向線分Ｄ１とＸ軸との間の角度をθ１、同様に開口面積が大きくなる方向に変化させたいＡｖ値の刻み量を１ステップとし、ｎステップ分回転した時の回転中心Ｃとピン５２とを結ぶ方向線分をＤｎ、方向線分をＤｎとＸ軸との間の角度をθｎとする。また、回転中心Ｃとピン５２との間の距離をｒとする。特定のＡｖ値を隣接するＡｖ値へと変更するための出力部材５０の所定の回転角度を単位回転角度とすると、開口面積が最小時のＡｖ値から隣接するＡｖ値へと変更するための単位回転角度Δθは、Δθ＝θ１−θ０で表される。θ＝０°のときのピン５２のＸ軸方向の座標を０とすると、θ０のときのピン５２のＸ軸方向の座標ｘθ０は、以下の（１）式で表される。

同様に、θｎのときのピン５２のＸ軸方向の座標は、以下の（２）式で表され、これらはＹ軸に平行な直線上に形成された仮想のカム溝Ｙ´を用いた場合の羽根２０のＸ軸方向の位置をも表す。

図６Ａは、開口１１ｃの開口面積が最小時のカム溝２５周辺の拡大図である。図６Ａにおいて、ステップモータ７０の駆動パルス数に対して開口１１ｃの開口面積により定まるＡｖ値を等差的に変更するためにカム溝２５は、Ｙ軸に平行ではなく若干湾曲している。図６Ｂは開口１１ｃと重なる開口形状の拡大図である。図６Ｂにおいて、開口面積が最小時の開口面積をＡ０、そのときのＡｖ値をＡＶ０とし開口形状を実線で示している。そこから開口面積が大きくなる方向に隣接するＡｖ値となったときの開口面積をＡ１、そのときのＡｖ値をＡＶ１とし開口形状を破線で示している。図６Ｂは、図４において出力部材５０が反時計方向にθ０からθ１まで回転したときの開口形状の変化を示している。ここで、絞り装置の仕様として変化させたいＡｖ値の刻み量をΔＡｖとするとＡＶ１は、ＡＶ１＝ＡＶ０−ΔＡｖで求められる。また、そのときの開口面積Ａ１は、Ａ１＝Ａ０ × ２^{（ＡＶ０−ＡＶ１）}により計算され、この面積を満たす羽根２０のＸ軸方向の位置が決定される。具体的には、図６Ｂにおいて、開口形状の円弧部２１ａ、３１ａの半径をＲ、Ｙ軸方向の端部形状の内角を２β（ｒａｄ）とする。換言すれば、対辺部２１ｂ、３１ｂのそれぞれとＹ軸とのなす角度をβとすると、Ａ０＝２Ｒ^２（１／ｔａｎβ＋β)と表され、ｎステップ分、すなわちθｎまで回転した時の開口面積Ａｎは、ｎ−１ステップ分回転した時の開口面積をＡ（ｎ−１）としその時のＡｖ値をＡＶ（ｎ−１）で表すとすれば、以下の（３）式で表される。

ｎは１以上の整数である。

図６（Ｃ）において、θ＝０°のときのピン５２のＸ軸方向の座標を０とし、θ０のときのピン５２のＸ軸方向の座標をｘθ０、θｎのときのピン５２のＸ軸方向の座標をｘθｎとする。Ａ０からＡｎとなるための羽根２０のＸ軸方向の移動量、すなわち、目標移動量をΔｘｎとすると、θｎにおけるＸ軸方向のカム溝２５の補正量ｘｓｎは、以下の（４）式により求められる。

ここで、Ａ０からＡｎとなるための羽根２０のＸ軸方向の移動量Δｘｎは、以下の（５）式で表される。

したがって、θｎにおけるＸ軸方向のカム溝２５の補正量ｘｓｎは、θ０、θｎ、ｒ、Ｒ、β、Ａ０、Ａｎを用いて以下の（６）式で表すことができる。

ここで、ＡＶとθの関係はＡＶｎ＝−（θｎ−θ０）ΔＡＶ／Δθ+ＡＶ０と表されるので、（３）式とにより、Ａ０−Ａｎは以下の（７）式で表すことができる。

したがって、θｎにおけるＸ軸方向のカム溝２５の補正量ｘｓｎは、（６）、（７）式により、θ０、θｎ、ｒ、Ｒ、β、ΔＡＶ、Δθを用いて以下の（８）式で表すことができる。

ステップモータ７０の駆動パルス数に対してＡｖ値を等差的に変更させるカム溝を形成するには、図６Ｃに示すθｎにおいてピン５２が位置するカム溝のＹ座標値ｙθｎ毎にＹ軸と平行な仮想のカム溝Ｙ´に対し、補正量ｘｓｎ分をＸ座標値について補正する。例えば、θｎのときのピン５２のＸ軸方向の座標ｘθｎが、目標移動量より大きい場合には、図６Ａに示すカム溝２５Ａのように、θｎにおけるピン５２に係合するカム溝位置がＹ軸と平行な仮想のカム溝Ｙ´のカム溝位置より、余分な移動量に相当する補正量ｘｓｎだけＸ座標値を、出力部材５０の回転中心Ｃに対して近くなる方向にシフトしてカム溝を形成すればよい。また、θｎのときのピン５２のＸ軸方向の座標ｘθｎが目標移動量より小さい場合には、図６Ａに示すカム溝２５Ｂのように、θｎにおけるピン５２に係合するカム位置がＹ軸と平行な仮想のカム溝Ｙ´のカム溝位置より、不足している移動量に相当する補正量ｘｓｎだけＸ座標値を、出力部材５０の回転中心Ｃに対して遠くなる方向にシフトしてカム溝を形成すればよい。尚、（８）式で求めた補正量ｘｓｎにおいては、プラス値は上記の余分な移動量ｘｓｎを示し、マイナス値は上記の不足している移動量ｘｓｎを示しているため、これに従えば、Ａｖ値を等差的に変更させるカム溝を形成することができる。

このようにカム溝２５を、各Ａｖ値においてＹ軸と平行な仮想のカム溝Ｙ´に対して補正して形成することにより、出力部材５０が所定の角度回転する毎に、すなわち、所定数の駆動パルスでステップモータ７０が回転する毎に羽根２０はＡｖ値に応じた停止位置に移動し、開口１１ｃの開口面積により定まるＡｖ値は等差的に変更される。尚、カム溝３５も一端部３５ｃ１、他端部３５ｃ２を有し、カム溝２５、カム溝３５の形状は回転中心Ｃを中心として対称である。このようにカム溝２５、３５が修正されているので、羽根２０、３０の区間移動量が適当なものとされている。これにより、絞り精度が向上している。

また、このようにカム溝２５、３５が修正されているため、図６Ａに示す開口１１ｃの開口面積が最小時の状態から、出力部材５０が反時計方向へ回転すると、羽根２０、３０は、出力部材５０のピン５２、５３が羽根２０、３０のカム溝２５、３５と係合して駆動されることにより、ステップモータ７０の駆動パルス数に対して、換言すれば、ステップモータ７０の所定の回転角度に対して、開口１１ｃの開口面積毎に定まるＡｖ値が等差的に変化するように互いに相反する方向に直進移動する。ここで、出力部材５０が回転し始めてから出力部材５０のピン５２、５３がＹ軸まで達する範囲においては開口面積毎に定まるＡｖ値が等差的に変化するように羽根２０、３０が直進移動するが、その後、出力部材５０のピン５２、５３がＹ軸を超えて回転すると、図３Ｃ、３Ｄに示すように、出力部材５０のピン５２、５３は羽根２０、３０のカム溝２５、３５を、Ｙ軸方向において、逆方向に移動するように係合して羽根２０、３０を駆動することになるので、ステップモータ７０の所定の回転角度に対して、開口１１ｃの開口面積毎に定まるＡｖ値は等差的に変化しなくなる。このため、以降のＡｖ値毎の目標移動量はステップモータ７０の駆動パルス数の調整により実現することになる。ここで、出力部材５０のピン５２、５３がＹ軸を超えて回転する大口径側の領域においては、羽根２０、３０の隣接する停止位置間の距離、すなわち、区間移動量が大きいため、１駆動パルス当たりの羽根２０、３０の移動量は区間移動量に対して十分小さくなっている。このため、ステップモータ７０の駆動パルス数を調整することにより開口１１ｃの開口面積を決定しても絞りの精度が低下する恐れはない。

このようにカム溝２５、３５の形状は直線状ではなく修正されているが、出力部材５０の回転が困難になるほどの複雑な形状にはならない。この理由は、図５に示したように、開口１１ｃの開口面積が最小時での方向線分ＤとＸ軸との間の角度が−２０°〜＋３０°内に設定されているからである。これにより、カム溝２５、３５の形状への修正量が少ない量で、羽根２０、３０の移動量を目標移動量に近似させることができる。

また、本実施例においては、図６（Ａ）に示すように、出力部材５０のピン５２と羽根２０のカム溝２５が係合する位置において、Ｙ軸とカム溝２５の傾きとのなす角度をαとすると、カム溝２５の全範囲において−４５°≦α≦４５°となっており、効率的に羽根２０を駆動することができる。この理由を、図７により説明する。図７は本実施例のカム溝形状の説明図で、カム溝２５とピン５２との係合状態を拡大した図面である。図７において、ステップモータの駆動パルスによりピン５２が羽根２０に与える力をＦ、羽根２０をＸ軸方向に駆動する推進力Ｆｘ、Ｙ軸方向に駆動する推進力Ｆｙとする。ここで、羽根２０をＹ軸方向に駆動する推進力Ｆｙは、羽根２０をＸ軸方向に駆動させる方向には摩擦負荷を発生させる力である。したがって、Ｙ軸とカム溝２５の傾きとのなす角度αが、−４５°＞α又はα＞４５°となる場合、推進力Ｆｙが推進力Ｆｘより大きくなり、羽根２０を効率的に駆動することができなくなる。本実施例においては、ピン５２と係合可能なカム溝２５の全範囲において−４５°≦α≦４５°の関係が成り立っている。この構成により、ピン５２が羽根２０をＸ軸方向に駆動する推進力Ｆｘが、羽根２０をＹ軸方向に駆動する推進力Ｆｙより小さくなることを防ぐことができ、効率的に羽根２０をＸ軸方向に駆動することができる。尚、羽根３０のカム溝３５の形状は回転中心Ｃを中心として対称であるので羽根２０と同様に、羽根３０も効率的にＸ軸方向に駆動することができる。

尚、上述したように、ステップモータ７０の動力は減速機構８０を介して羽根２０、３０に伝達される。これにより、強いトルクで出力部材５０を回転させることができる。例えばカム溝２５、３５の形状が、ピン５２、５３が移動しにくいものであったとしても、安定してピン５２、５３を、それぞれカム溝２５、３５内で移動させることができる。

次に出力部材５０の回転角度範囲について説明する。
図８Ａ、８Ｂは、出力部材５０の回転角度範囲の説明図である。図８Ａは、本実施例の絞り装置１の出力部材５０での回転角度範囲の説明図であり、図８Ｂは、本実施例とは異なる絞り装置における出力部材５０ｘの回転角度範囲の説明図である。

図８Ａには、開口１１ｃの開口面積が最大時のピン５２の位置と、開口１１ｃの開口面積が最小時のピン５２の位置５２´（以下、この位置にあるピン５２をピン５２´といい、他の図においても同様に最小時のピンには「´」を添える）とを示している。開口１１ｃの開口面積が最小時の方向線分Ｄ´とＹ軸との間の角度をα１１とし、開口１１ｃの開口面積が最大時の方向線分ＤとＹ軸との間の角度をα１２とする。ピン５２からピン５２´までのＸ軸方向の距離をＡ１とする。本実施例の絞り装置１においては、角度α１１は角度α１２よりも大きく設定されている。また、開口１１ｃの開口面積が最小時の方向線分Ｄ´とＸ軸との間の角度をθ１ｍｉｎとし、開口１１ｃの開口面積が最大時の方向線分ＤとＸ軸との間の角度をθ１ｍａｘとする。ここで、本実施例の絞り装置１において、出力部材５０の回転角度範囲を表す角度θ１ｍａｘは、９０°以上１８０°以下に設定されているため、図８Ａに示すように、出力部材５０のピン５２はＹ軸を跨ぐようにして回転する。

図８Ｂにおいて、開口１１ｃの開口面積が最小時の方向線分Ｄｘ´とＹ軸との間の角度をα１１ｘとし、開口１１ｃの開口面積が最大時の方向線分ＤｘとＹ軸との間の角度をα１２ｘとする。図８Ｂでは、開口１１ｃの開口面積が最大時のピン５２ｘの位置と、開口１１ｃの開口面積が最小時のピン５２ｘの位置５２ｘ´を示している。ピン５２ｘからピン５２ｘ´までのＸ軸方向の距離をＡ２とする。ここで、図７Ｂにおいては、角度α１１ｘと角度α１２ｘとは同一に設定されている。また、ピン５２ｘとピン５２ｘ´とのＸ軸方向での距離Ａ２は、距離Ａ１と同じである。

開口１１ｃの開口面積が最大となる状態から、出力部材５０、５０ｘが時計方向の同一の角度Δθ１、Δθ２回転した場合を想定する。この場合、ピン５２のＸ軸方向の移動量ΔＸθ１は、ピン５２ｘのＸ軸方向の移動量ΔＸθ２よりも大きい。これは、ピン５２の位置が、ピン５２ｘよりもＹ軸に近い、すなわち、角度α１１が角度α１２よりも大きいからである。

ここで、前述したように、開口１１ｃの開口面積が最大時となる近傍の位置では、羽根２０の移動量は大きいことが求められる。開口１１ｃの開口面積で定まるＡｖ値を等差的に変更するための目標となる羽根の移動量は、開口１１ｃの開口面積が大きいほど大きくなるからである。

本実施例では、図８Ａに示すように、角度α１１は角度α１２よりも大きいように設定されている。これにより、開口１１ｃの開口面積が最大となる近傍の位置で、Ｘ軸方向の羽根２０の移動量の低下を抑制している。また、羽根２０が開口１１ｃの開口面積が最大時となる位置に近づくにつれて羽根２０の目標移動量は大きくなる。このため、この羽根２０の目標移動量に対応させるために、ステップモータ７０のコイル７３に通電される駆動パルス数を増加させてロータ７５の回転角度を大きくし、羽根２０により調整される開口面積が大きくなるにつれ目標移動量が大きくなるよう構成されている。従って、開口１１ｃの開口面積が最大時となる近傍の大口径側においては、図８Ａに示す、本実施例の絞り装置１の出力部材５０の駆動に必要なパルス数は、図８Ｂに示す出力部材５０ｘの駆動に必要なパルス数と比べて少なくなる。上述したように、出力部材５０、５０ｘがそれぞれ同一角度、時計方向に駆動した時のピン５２のＸ軸方向の移動量ΔＸθ１は、ピン５２ｘのＸ軸方向の移動量ΔＸθ２よりも大きいため、出力部材５０、５０ｘで駆動される羽根のＸ軸方向の移動量が同じ場合、出力部材５０の回転角度は出力部材５０ｘの回転角度よりも小さくて済むからである。本実施例のように角度α１１が角度α１２よりも大きく設定されることにより、出力部材５０のピン５２、５３がＹ軸を跨ぐように作動する大口径側で、頻繁に羽根２０を移動して開口面積を変更させる場合、コイル７３に通電されるパルス数を減らして素早く目標の開口面積に到達させることができ、また、消費電力の低減を図ることができる。

次に、出力部材の回転角度範囲の相違に起因する出力部材の小型化について説明する。図９Ａ、９Ｂは、出力部材の回転角度範囲の相違に起因する出力部材の小型化の説明図である。尚、図９Ａ、９Ｂにおいては、説明のために本実施例の絞り装置１に採用されている出力部材５０とは異なる回転角度範囲を回転する出力部材を例示する。図９Ａは、出力部材の回転角度θｍａｘ１が大きい出力部材５０ａを示しており、図９Ｂは、出力部材の回転角度θｍａｘ２が小さい出力部材５０ｘを示している。ピン５２ａからピン５２ａ´までのＸ軸方向の距離Ａ１は、ピン５２ｘからピン５２ｘ´までのＸ軸方向の距離Ａ２と同じである。また、出力部材５０ａの回転中心Ｃからピン５２ａまでの距離ｒ１は、出力部材５０ｘの回転中心Ｃからピン５２ｘまでの距離ｒ２よりも小さい。このように、Ｘ軸方向の移動距離を確保する場合に、出力部材の回転角度範囲が大きいほど、回転中心Ｃからピン５２ａまでの距離を小さくすることができる。ここで、Ｘ軸方向の移動距離は、羽根の移動距離に影響する。従って、出力部材５０の回転角度範囲が大きいほど、羽根２０の移動量を確保しつつ出力部材５０を小型化することができる。本実施例の絞り装置１では、出力部材５０の回転角度範囲は、Ｘ軸より９０°以上１８０°以下に設定されている。このため、羽根２０の移動量を確保しつつ出力部材５０が小型化されている。

次に、ガルバノメータについて説明する。本実施例の絞り装置１では駆動源としてステップモータを採用しているが、従来、ガルバノメータを用いた絞り装置が知られている。

ガルバノメータの回転子の回転可能な角度範囲は、一般的に６０°程度に制限される。また、回転子を所定の位置で保持させる保持トルクについても、回転子の位置によりバラつきが大きい。ステップモータのロータの回転角度範囲は、制限がない。また、ロータの保持トルクについても、バラつきも少ない。このため、安定して羽根を停止させることができる。これにより、絞り精度が向上する。

また、ガルバノメータの回転子の回転角度は、コイルへの印加電流量を大きくすることで大きな回転角度を得る。また、ガルバノメータを採用した絞り装置においては、撮像素子の受光量を示す出力信号に基づいて、コイルへの印加電流量を制御するフィードバック制御により制御されていた。したがって、回転子の微小の角度変化を安定的に位置決めできないために、所定の位置で回転子を正確に停止できない恐れがある。このような場合にフィードバック制御によりコイルへの印加電流量を制御すると、実際の光量が所望の光量よりも少ないことにより、コイルへの印加電流量が増大するように制御され、その後実際の光量が所望の光量よりも多くなりすぎて、コイルへの印加電流量が減少するように制御される恐れがある。このようなコイルへの印加電流量の増減が繰り返し行なわれて、所望の光量に維持することができない恐れがある。

また、ガルバノメータの回転子を所定の位置で停止させるためには、常にコイルに所定の電流量を印加させる必要がある。このため消費電力が大きくなる恐れがある。しかしながら、ステップモータ７０においては、無通電でロータ７５を所定の位置に保持できる。このため消費電力が抑制されている。

また、本実施例の絞り装置１では、図３に示すように、出力部材５０が回転し始めてから出力部材５０のピン５２、５３がY軸を超えるまでの小絞り側において、カム溝２５、３５の形状は、出力部材５０の所定の回転角度毎に開口１１ｃの開口面積で定まるＡｖ値が等差的に変化するように羽根２０、３０を移動させる領域を有している。したがって、本実施例の絞り装置１は、開口１１ｃの開口面積が比較的小さい小絞り側であってもステップモータ７０の駆動パルスにより絞り精度を維持しつつ、開口１１ｃの開口面積を容易に制御することができる。

上述したようにガルバノメータの回転子は回転角度範囲が比較的狭く、ステップモータのロータは、回転角度範囲の制限はない。従って、ガルバノメータの回転子に直接出力部材を連結した場合よりも、ステップモータ７０を採用した絞り装置１の方が出力部材５０の回転可能範囲は広く設定されている。出力部材５０の回転範囲を大きく設定することにより、ステップモータ７０の１ステップの回転に対応する出力部材５０の回転角度に対するガタの回転範囲は、小さくなる。これにより、相対的にガタの回転範囲は小さくなる。よって、出力部材５０の位置ずれ量を小さくすることができ、羽根２０、３０の位置ずれ量も小さくすることができる。

また、上述したように、ステップモータ７０の動力は減速機構８０を介して出力部材５０に伝達される。ここで、出力部材５０の回転範囲を大きく設定することにより、減速機構８０による減速比を小さくすることができる。これにより、減速機構８０に設けられている歯車の個数を削減できる。歯車の個数が多いと以下のような問題が生じる恐れがある。

互いに噛合う歯車にはバックラッシュが設定されている。また、歯車の軸と、軸を支持する部分との間にもガタが設けられている。このようなガタは、動力が最終的に伝達される歯車に累積する。このようなガタつきにより、動力が最終的に伝達される歯車は、回転方向に応じて停止位置にバラつきが生じる恐れがある。これにより、羽根の停止位置にもバラつきが生じ、絞り精度が低下する恐れがある。

しかしながら、出力部材５０の回転範囲は大きく設定されている。このため、減速機構８０の減速比を小さくすることできる。即ち、歯車の個数が削減された減速機構８０を採用できる。これにより、動力が最終的に伝達される歯車８５のガタつきも減少することができる。これにより、羽根２０、３０の停止位置のバラつきを抑制できる。また、歯車の個数が削減された減速機構８０が採用されているので、小型化、低コスト化が達成されている。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

本実施例の絞り装置は、スチールカメラ、デジタルカメラ、監視カメラなどの光学機器に採用できる。

上記実施例において、出力部材５０はレバー状である。しかしながら、出力部材５０はこのような形状に限定されない。出力部材５０は、例えばピン５２、５３を有し、歯車８５に噛合う歯車であってもよい。

上記実施例においては、羽根２０、３０のそれぞれが４以上の位置に停止可能であるが、３以上の位置に停止可能であればよい。

１ 絞り装置
１０ａ、１０ｂ 基板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 開口
２０、３０ 羽根
２１ 切欠
２５、３５ カム溝
３１ 開口
５０ 出力部材
５２、５３ ピン
Ｃ 回転中心
６０ 駆動機構
７０ ステップモータ
７１ ステータ
７３ コイル
７５ ロータ
８０ 減速機構
８１、８３、８４、８５ 歯車
８６ 出力軸

Claims (9)

1. 開口を有した基板と、
   所定の回転角度毎に停止可能なステップモータと、
   第１及び第２ピンを有し、前記ステップモータにより所定の範囲を回転する出力部材と、
   前記第１及び第２ピンにそれぞれ係合して前記出力部材により駆動され、互いに相反する方向に直進移動して前記開口と重なり前記開口の開口面積を調節する第１及び第２羽根と、を備え、
   前記出力部材の回転中心を通過して前記第１及び第２羽根の移動方向に延びた仮想線分をＸ軸とし、前記回転中心を通過して前記Ｘ軸に直交する仮想線分をＹ軸とした場合、
   前記開口面積が最小となる時の前記回転中心と前記第１ピンとを結ぶ方向線分と、前記Ｘ軸と、の間の角度は、−２０°〜＋３０°であり、
   前記第１及び第２羽根は、互いに重なり菱形の開口形状を成し、
   前記菱形の前記Ｘ軸上の対角にあたる部分は円弧となっており、当該円弧の接線方向に前記菱形の対辺が伸長しており、
   前記第１及び第２羽根のいずれか一方に、前記円弧及び前記対辺の一方を成す切欠が設けられ、他方に前記円弧及び前記対辺の他方を成す部分を有する絞り開口が設けられ、
   前記第１及び第２羽根は、それぞれ前記第１及び第２ピンと係合する第１及び第２カム溝を有し、
   前記第１及び第２カム溝の形状は、前記出力部材の回転中心を中心として対称であり、前記出力部材の所定の回転角度毎に、前記開口面積で定まるＡｖ値が等差的に変化するように前記第１及び第２羽根を移動させる領域を有し、当該領域において、
   前記第１及び第２カム溝は、前記出力部材の回転中心と前記第１及び第２ピンとを結ぶ線分と、前記Ｘ軸とがθｎとなるときの前記第１及び第２ピンのそれぞれ位置する場所において、前記Ｙ軸に平行な仮想のカム溝に対し、前記Ｘ軸方向に補正量ｘｓｎだけ補正された形状であり、
   前記補正量ｘｓｎが以下の数１の式を満たすことを特徴とする、絞り装置。
   

   

   但し、ｒ：前記出力部材の回転中心と前記第１及び第２ピン間の距離
   θ０：前記開口面積が最小時の前記出力部材の回転中心と前記第１及び第２ピンとを結ぶ方向線分と前記Ｘ軸との間の角度
   θｎ：前記開口面積が最小時から前記開口面積が大きくなる方向に前記Ａｖ値をｎステップ変化させる分だけ回転した時の前記出力部材の前記回転中心と前記第１及び第２ピンとを結ぶ方向線分と前記Ｘ軸との間の角度
   Ｒ ：前記開口形状の前記円弧半径
   β ：Ｙ軸方向にある開口形状の前記対辺のなす内角／２
   ΔＡＶ：前記ステップあたりのＡｖ値の変化量
   Δθ ：前記ステップあたりの前記出力部材の所定回転角度
   Ａ０ ：前記開口面積の最小値
2. 前記開口面積が最小となる時の前記方向線分と前記Ｙ軸との間の角度をα１１とし、前記開口の面積が最大となる時の前記方向線分と前記Ｙ軸との間の角度をα１２とした場合、
   α１１はα１２よりも大きい、請求項１の絞り装置。
3. 前記出力部材は、前記開口面積が最大となる位置乃至最小となる位置における所定の複数の停止位置で停止可能である、請求項１又は２の絞り装置。
4. 前記開口の面積が最大となる時の前記方向線分と前記Ｘ軸との間の角度で表される、前記出力部材の回転範囲の角度は、９０°以上１８０°以下であって、前記出力部材の第１及び第２ピンは、前記Ｙ軸を跨ぐようにして回転する、請求項１乃至３の何れかの絞り装置。
5. 前記領域は、前記開口面積を最小とする位置から前記出力部材が回転し始めてからＹ軸に到達するまでの範囲である、請求項１乃至４の何れかの絞り装置。
6. 前記第１及び第２羽根は、それぞれ前記第１及び第２ピンと係合する第１及び第２カム溝を有し、
   前記第１及び第２ピンと前記第１及び第２カム溝とが係合する位置において、Ｙ軸と前記第１及び第２カム溝の傾きとのなす角度をαとすると、−４５°≦α≦４５°の条件を満たすことを特徴とする、請求項１乃至５の何れかの絞り装置。
7. 前記ステップモータの回転力を減速して前記出力部材に伝達する減速歯車を備えている、請求項１乃至６の何れかの絞り装置。
8. 前記回転中心は、前記第1及び第２羽根の可動範囲において、前記第1及び第２羽根の少なくとも一部と重なっている、請求項１乃至７の何れかの絞り装置。
9. 請求項１乃至８の何れかの絞り装置を備えた光学機器。

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