JP2004354860A - 光量調節装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成にする。
【解決手段】回転子が往復回動しその回転中心が光軸と平行になるように配置された駆動手段と、該駆動手段に連動して往復回動する作動軸部材３ａと、回転子の回転に伴って第１の支点３を中心に回転子の回転方向と同方向に回転される第１のシャッタ羽根７と、第２の支点１ｃを中心に作動軸部材の回動に伴って回転子の回転方向と逆方向に回転される第２のシャッタ羽根８とを有し、第１の支点３、第２の支点１ｃ、作動軸部材３ａ、作動軸部材の回転中心（３）、開口部１ａの中心それぞれが直線状に並ぶように配置されており、作動軸部材は第１の支点と第２の支点の間で往復回動する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚のシャッタ羽根や絞り羽根が相対的な回転運動によって開口部を通過する光量を調節する光量調節装置及び撮像装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
開口部を２枚のシャッタ羽根の相対的な回転運動によって開閉するカメラ用シャッタ装置を例にあげると、シャッタ羽根の駆動をムービングマグネット型モータで行うものが例えば特許文献１（従来例１）にて提案されている。この提案と同じタイプのシャッタ装置の光路軸方向から見た開口部閉鎖時の図を図１２に示す。
【０００３】
図１２において、１０１は中央部に光路用の開口部１０１ａを持つ地板であり、１０２は第１の支点１０１ｂに回転可能に軸支されている第１のシャッタ羽根であり、１０３は第２の支点１０１ｃに回転可能に軸支され長穴が設けられている第２のシャッタ羽根であり、ムービングマグネット型モータ１０４の往復回転に伴って回転する駆動ピン１０４ａが前記第１および第２のシャッタ羽根１０１，１０２に設けられた長穴と嵌合することによって前記２枚のシャッタ羽根を相対的に往復作動させ、シャッタ装置の開口部１０１ａの開閉を行う。その際、駆動を安定的なものにするため、駆動ピンをある方向に付勢したり、シャッタ羽根の規制を行う規制部材を設けたりなどさまざまな工夫がされたものが数多く提案されている。
【０００４】
このタイプのシャッタ装置はシャッタ羽根が相対的に往復回動することにより、図示の矢印Ａ方向やＢ方向の衝撃を受けた場合でも、２つのシャッタ羽根が駆動ピン１０４ａに作用するモーメントが互いにキャンセルされる。そのため、シャッタ装置が軽い衝撃を受けた場合であっても駆動ピン１０４ａをその位置に保持することが可能となる。
【０００５】
また、衝撃力に強いシャッタ装置として特許文献２（従来例２）のようなものも提案されている。
【０００６】
また、２枚のシャッタ羽根が相対的に動作する別のタイプのシャッタ装置としては特許文献３（従来例３）などがあり、この従来例３に開示のシャッタ装置の光軸方向から見た図を図１３に示す。
【０００７】
図１３において、２０１は中央部に開口部２０１ａをもつ地板、２０２および２０３はシャッタ羽根、２０４は往復回転する駆動手段、２０５は駆動手段２０４の回動に連動して往復運動する開閉部材である。
【０００８】
前記開閉部材２０５の往復回動に伴ってシャッタ羽根２０２および２０３が地板２０１に設けられたガイドピン２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅと摺動して、図１３において上下方向に相対的に直線往復運動し、開口部２０１ａの開閉を行う。シャッタ装置が衝撃を受けたときに作動ピンに作用するモーメントは２枚のシャッタ羽根が相対運動することによってキャンセルされるため、衝撃力に強いシャッタ装置となる。しかしながら、この構成では互いのシャッタ羽根が直線的に運動するようにしたことでシャッタ羽根そのものの面積が大きくなってしまうほかに、シャッタ羽根の移動のガイドとなるレール部との摩擦抵抗力が大きいために出力の大きいモータにて駆動せざるをえず、モータそのものが大きくなってしまったり、シャッタスピードが遅くなったりするなどの問題がある。
【０００９】
さらに、複数枚のシャッタ羽根が開口部を囲むように均等配置されて動作するシャッタ装置として例えば特許文献４（従来例４）がある。この従来例４に開示のシャッタ装置の光軸方向から見た図を図１４に示す。
【００１０】
図１４において、３０１は中央に光路用の開口部３０１ａを持つ地板、３０２はムービングマグネット型モータ、３０３はモータ３０２に連動して往復回動することでシャッタ羽根の開閉を行うリンク部材、３０４〜３０８はシャッタ羽根である。
【００１１】
この種のタイプのシャッタ装置はシャッタ羽根の開閉を開口部と同心的に配置されているリンク部材の往復運動によって行っている。シャッタ羽根は開口部を囲む環状に均等配置されているので、どの方向から衝撃力が加わってもシャッタ羽根がリンク部材に加わるモーメントは互いにキャンセルされ、衝撃力に追従しにくいシャッタ装置となっている。しかしながら、このタイプのシャッタ装置に設けられているリンク部材は必然的に開口部より大きな径をもつものとなり、他の部品（地板など）との摩擦抵抗が大きくなってしまい、結果的にこのリンク部材を駆動させているモータは出力の高いものが必要にならざるを得ずシャッタ装置は大型なものとなってしまう。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−３０７３１２号公報
【特許文献２】
特開平１０−００３１０７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２５１６５号公報
【特許文献４】
特開平０７−０１３２１８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように衝撃に強い光量調節装置を構成しようとした場合、小型なモータでもシャッタ羽根や絞り羽根の駆動が容易であって、かつ衝撃に強い光量調節装置の開発が急務であった。さらに、シャッタ羽根や絞り羽根をバネなどを用いずに、コイルへの無通電状態でその停止位置を保持できるモータを用いれば、省電力となり、またバネの付勢力に抗して駆動させる必要がないことによりトルクの小さな小型モータでも駆動が容易になることから、この種のモータの光量調節装置への適用が望まれていた。
【００１４】
（発明の目的）
本発明の第１の目的は、小型で、衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成の光量調節装置及び撮像装置を提供しようとするものである。
【００１５】
本発明の第２の目的は、駆動手段へ通電すること無しに、シャッタ羽根や絞り羽根を所定の位置に保持が可能であって、その際に衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成の小型な光量調節装置及び撮像装置を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光路となる開口部と、電気的制御により回転子が往復回動しその回転中心が光軸と平行になるように配置された駆動手段と、該駆動手段に連動して往復回動する作動軸部材と、前記回転子の回転に伴って第１の支点を中心に回転子の回転方向と同方向に回転される第１の羽根部材と、第２の支点を中心に前記作動軸部材の回動に伴って前記回転子の回転方向と逆方向に回転される第２の羽根部材とを有し、前記第１および第２の羽根部材を回転させることで前記開口部を通過する光量を調節する光量調節装置において、前記第１の支点、前記第２の支点、前記作動軸部材、前記作動軸部材の回転中心、前記開口部の中心それぞれが直線状に並ぶように配置されており、前記作動軸部材は前記第１の支点と前記第２の支点の間で往復回動する光量調節装置とするものである。
【００１７】
同じく上記第１の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、光路となる開口部と、電気的制御により回転子が往復回動しその回転中心が光軸と平行になるように配置された駆動手段と、該駆動手段に連動して往復回動する作動軸部材と、前記回転子の回転中心となる軸部に一端側が嵌合され、該軸部を第１の支点としてその回転方向と同方向に回転され、他端側が前記開口部に対して進退する第１の羽根部材と、固定部材に設けられた軸部材に一端側が嵌合され、該軸部材を第２の支点として前記作動軸部材の回動に伴って前記回転子の回転方向と逆方向に回転され、他端側が前記開口部に対して進退する第２の羽根部材とを有し、前記第１の支点、前記第２の支点、前記作動軸部材、前記作動軸部材の回転中心、前記開口部の中心それぞれを直線状に並ぶように配置し、前記回転子を回転させるとともに前記作動軸部材を前記第１の支点と前記第２の支点の間で往復回動させて前記第１および第２の羽根部材を回転させて前記開口部を通過する光量を調節する光量調節装置とするものである。
【００１８】
上記請求項１および２の構成においては、開口部中心から第２の支点、作動駆動部材、第１の支点の順にこれらが直線状に並ぶ配置とし、駆動手段の回転子を回転させるとともに前記作動軸部材を第１の支点と第２の支点の間で往復回動させることで、前記直線状に並んだ方向と略垂直な方向に羽根部材が相対的に回転して前記開口部を通過する光量を調節するように構成にし、前記直線状に並んだ方向や該方向と略垂直な方向からの衝撃が加わったとしても、その衝撃力によって作動軸部材が追従しにくい構成としている。また、上記のように作動軸部材を第１の支点と第２の支点の間で往復回動させ、各羽根部材を前記第１の支点と第２の支点を中心に相対的に回転させる構成にすることで、従来のような羽根部材を相対的にスライドさせる構造や駆動手段との間に連動部材を介して各羽根部材を相対的に回転させる構造のものに比べ、部品間の摩擦抵抗を小さくして駆動手段の負荷を小さくすることで該駆動手段および光量調節装置の小型化を容易にしている。
【００１９】
また、上記第２の目的を達成するために、請求項４および５に記載の発明は、前記駆動手段を、外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、回転中心を軸として回転可能な回転子と、該回転子の前記軸方向に配置されたコイルと、少なくとも１つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータから成るものとし、前記マグネット部の外周面に対向する前記歯形状の外側磁極部は前記マグネットの外周面に所定の角度範囲に対向するものであって、該マグネット部の１極あたりの中心角に対する該外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、該マグネット部の径方向の厚みに対する該マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３
の条件を満たすように設定し、そして、前記回転子のマグネット部と前記外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように前記回転子の作動範囲を規制して、前記第１および第２の羽根部材を所定の位置に保持する規制部材を有する光量調節装置とするものである。
【００２０】
上記構成においては、駆動手段へ無通電であっても、またこの際に衝撃が加わったとしても、各羽根部材を所定の２位置に保持可能な駆動手段としている。
また、上記第２の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、前記駆動手段は、外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、前記マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、少なくとも１つの歯形状の外側磁極部が前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記コイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に固定されて該マグネット共に前記回転子を構成する軟磁性材料からなる回転可能な出力軸とからなることを特徴とし、より出力が大きく小型化を容易にした光量調節装置とするものである。
【００２１】
また、上記第１および第２の目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、光軸方向に移動させられる対物レンズと、該対物レンズを通過する光量を調節する請求項１〜５の何れかに記載の光量調節装置とを有し、該対物レンズおよび該光量調節装置の前記開口部を通過した被写体像を記録する撮像装置とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施の第１の形態）
図１〜図６は本発明の実施の第１の形態に係る光量調節装置の一つであるシャッタ装置であり、詳しくは、図１はシャッタ装置の分解斜視図、図２はシャッタ羽根の閉鎖状態を示す光軸方向から見た平面図、図３はシャッタ羽根の開放状態を示す光軸方向から見た平面図である。また、図４はシャッタ装置の駆動手段の部分において回転軸方向に切った断面図であって、下半分は後述のステータの歯形状の外側磁極部が存在する部分での断面図、上半分は外側磁極部がない部分での断面図である。図５は図２の状態における図４のＡ−Ａ断面図、図６は図３の状態における図４のＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
以上の図において、１は中央に光路となる開口部１ａが設けられ、後述の構成部品２〜６からなる駆動手段（モータ）を保持する駆動手段保持部１ｂをもつシャッタ地板である。シャッタ地板１には開口部１ａの中心と駆動手段保持部１ｂの中心とを内分する位置に後述の第２のシャッタ羽根８の回転中心となる第２の支点１ｃをもつ。また、ストッパー１ｄ，１ｅがあり、シャッタ羽根が当接することによって、シャッタ羽根の回転規制を行う。
【００２５】
２は円筒形状のマグネットであり、外周面を円周方向にｎ分割（本実施形態では４分割）して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図５に示すように着磁部２ａ，２ｃは外周面がＮ極に、着磁部２ｂ，２ｄは外周面がＳ極にそれぞれ着磁されている。本実施形態では着磁極数は４極であるが、２極以上であれば何極でもかまわない。このマグネットと後述の出力軸３とで、駆動手段の回転子を構成している。
【００２６】
３は、マグネット２に接着されマグネット２を回転可能にするとともに、回転軸方向に延出する作動ピン３ａを設けた出力軸であり、マグネット２と共に回転子を成す。出力軸３は光軸と平行な方向に配置され、マグネット２の回転に伴って往復回動する。軸部３ｃ（図４参照）は後述のシャッタカバー９と回転可能に嵌合するとともに、後述の第１のシャッタ羽根７の回転中心となる第１の支点を兼ねている。作動ピン３ａには後述の第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８とが嵌合しており、作動ピン３ａが往復回動するのに伴ってこれらシャッタ羽根の開閉が行われる。
【００２７】
４は円筒形状のコイルである。コイル４はマグネット２と同心で、マグネット２と軸方向に重ねて配置され、その外径はマグネット２の外径とほぼ同じ寸法である。
【００２８】
５は軟磁性材料からなるステータであり、ステータ５は先端部にｎ／２個（本実施形態では２個）の歯形状の外側磁極部５ａ，５ｂが形成された外筒および円柱形状の内側磁極部である内筒５ｃからなる。外側磁極部５ａ，５ｂはマグネット２の外周面に所定の隙間を持って所定の角度（Ａ度）対向するように構成されている。ここでの角度とは、外側磁極部５ａ，５ｂのそれぞれとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角を指す。本実施の形態におけるこの所定の角度に関しては後述する。また内側磁極部５ｃもマグネット２の内周面に所定の隙間を持って対向している。また、ステータ５はシャッタ地板１の駆動手段保持部１ｂに固定される。
【００２９】
６は出力軸３の軸部３ｂを回転可能に保持する軸受けであり、ステータ５の内筒５ｃに固定される。軸受け６はステータ５と一体で構成してもかまわない。
【００３０】
７は第１のシャッタ羽根であり、出力軸３の軸部３ｃを支点（第１の支点）として回動するもので、出力軸３の作動ピン３ａと嵌合しており、作動ピン３ａの往復回動に伴って開口部１ａに進退出する。第１のシャッタ羽根７は駆動手段の出力軸３と一体的に回動するから、駆動手段（出力軸３）の正回転時には第１のシャッタ羽根７も正回転し、駆動手段の逆回転時には第１のシャッタ羽根７も逆回転する。第１のシャッタ羽根７が開口部１ａから退避した位置に駆動されると地板１に設けられたストッパー１ｅと当接し（図３の状態）、これによってシャッタ羽根７の回転が規制される。
【００３１】
８は第２のシャッタ羽根であり、シャッタ地板１に設けられた第２の支点１ｃを中心に回動するもので、出力軸３の作動ピン３ａと長穴８ｂが摺動可能に嵌合し、作動ピン３ａの回動に伴って開口部１ａへの進退出を行う。駆動手段（出力軸３）の正回転時には第２のシャッタ羽根８は逆回転し、駆動手段の逆回転時には第２のシャッタ羽根８は正回転する。また、第２のシャッタ羽根８の開口部を覆う部分の先端には突出部８ａが設けられており、突出部８ａがシャッタ地板１のストッパー１ｄと当接することによって、第２のシャッタ羽根８の開口部閉じ方向の回転を規制される。この回転規制のための突出部８ａをシャッタ羽根８の先端に設けることにより、シャッタ羽根８は支点から最も遠い場所で回転位置が規制されるため、停止位置の誤差を小さく抑えやすくなる。さらには第２のシャッタ羽根８の質量Ｍ２を第１のシャッタ羽根７の質量Ｍ１よりも大きくすることに貢献できる。第２のシャッタ羽根８の質量Ｍ２を第１のシャッタ羽根７の質量Ｍ１よりも大きくする理由については後述する。
【００３２】
第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８は、出力軸３の作動ピン３ａの回動にともなって互いに逆向きに回動し、開口部１ａを開閉する。
【００３３】
９は中央に地板１の開口部１ａよりも大きな開口部９ａを持ち、シャッタ装置の一端面を覆うシャッタカバーである。穴９ｂにおいて出力軸３を回転可能に保持する。
【００３４】
上記構成のシャッタ装置が衝撃に強い装置であることの理由を以下に述べる。
【００３５】
図２に示すようにシャッタ羽根の閉鎖状態において、駆動手段の回転中心（出力軸３）、開口部の中心、第１の支点（出力軸３）および第２の支点１ｃ、作動ピン３ａはほぼ一直線上に配置されている。また、図１〜図３より明らかなように、２枚のシャッタ羽根の形状は駆動手段から開口部に延びる縦長な形状であり、その重心は開口部と第１あるいは第２の支点を内分する点でかつ、上記の直線に近い点となっている。このことにより、この直線方向（図２の矢印Ｃ方向）から衝撃力を受けた場合には、この衝撃力の向きと作動ピン３ａの回転方向とが略直交するため、シャッタ羽根７および８が作動ピン３ａの回転方向に作用するモーメントは非常に小さいものになる。つまり、上記の直線方向からの衝撃力の影響をうけにくいシャッタ装置とすることができる。
【００３６】
また、上記の直線方向と垂直な方向（図２の矢印Ｄ方向）の衝撃力を受けた場合には、シャッタ羽根１枚が作動ピン３ａの回転方向に作用するモーメントは大きくなってしまうが、シャッタ羽根７および８の一方には開く方向にモーメントが作用するのに対して他方には閉まる方向にモーメントが作用するため、２枚のシャッタ羽根が作動ピン３ａに及ぼす合成モーメントはかなり小さいものになる。つまり、この方向からの衝撃力にも強いシャッタ装置とすることができ、その他の方向からの衝撃に対しても、従来のシャッタ装置に比べてその衝撃に対して強い装置とすることができる。
【００３７】
さらに詳しく説明すると、上記図２の矢印Ｃ方向の衝撃を受けた場合における合成モーメントがほぼゼロになるためには第１のシャッタ羽根７が及ぼすモーメントと第２のシャッタ羽根８が及ぼすモーメントの絶対値が等しくなる必要がある。前述のように第２の支点１ｃは第１の支点（３）と開口部１ａの中心を内分する位置に存在するため、シャッタ羽根の重心位置から各支点までの距離は、第１のシャッタ羽根７の方が第２のシャッタ羽根８よりも長い。つまり、第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８の質量が同じ場合には、第１のシャッタ羽根７の方が支点までの距離が遠い分モーメントの絶対値は大きくなってしまう。そこで、第１のシャッタ羽根７の質量Ｍ１と第２のシャッタ羽根８の質量Ｍ２を「Ｍ１＜Ｍ２」の関係にすることによって、第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８のモーメントの絶対値を一致させ、衝撃力に対するシャッタ羽根が作動ピン３ａの回転方向に作用する合成モーメントをできるだけ小さいものにすることができる。即ち衝撃力に強いシャッタ装置とすることができる。
【００３８】
また、上記のような構成にしたことによって、以下のような特徴をもつシャッタ装置となる。
【００３９】
出力軸３と第１の支点（第１のシャッタ羽根７の支点）とを兼ねる構成にしたことによって、シャッタ羽根を嵌合させるための支点を設けた地板を、シャッタ羽根と出力軸との間に配置する必要がなくなる。よって駆動手段のシャッタ装置の上面からの高さをできるだけ低くすることができ、シャッタ装置の小型化に寄与することになる。
【００４０】
次に、駆動手段の駆動の仕組みとステータ５の外側磁極部５ａ，５ｂの形状について詳細に説明する。
【００４１】
図５の状態からコイル４に通電を行い、ステータ５の外側磁極部５ａ，５ｂをＳ極に、内側磁極部５ｃをＮ極にそれぞれ励磁すると、マグネット２は時計周りに回転し、その後回転を止められることによって図６に示す状態になる。この状態からコイル４に逆方向の通電を行い、ステータ５の外側磁極部５ａ，５ｂをＮ極に、内側磁極部５ｃをＳ極にそれぞれ励磁すると、マグネット２は反時計回りに回転し、その後回転を止められることによって図５に示す状態になる。
【００４２】
本実施形態における駆動手段は、マグネット２がステータ５の外側磁極部に吸引される力によって、図５の状態（シャッタ羽根の閉鎖状態）と図６の状態（シャッタ羽根の開放状態）で通電を絶ってもその位置が保持されるようになっている。このことについて次に説明する。
【００４３】
図７において、縦軸はマグネット２に作用する外側磁極部と内側磁極部との間で発生するトルクとコイル４への通電時に発生するトルクを示し、横軸はマグネット２の回転位相を示すものである。
【００４４】
Ｅ１点、Ｅ２点で示されるところは、外力によって正回転させようとすると逆回転しようとするコギング力が働いて元の位置に戻ろうとし、外力によって逆回転させようとすると正回転しようとするコギング力が働いて元の位置に戻される点である。すなわち、マグネットと外側磁極部の間の磁力によってマグネット２がＥ１点あるいはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点、Ｆ２点、Ｆ３点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点、あるいはＥ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。コイル４への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。
【００４５】
Ｅ１点、Ｅ２点のようなコギングの安定点はマグネットの着磁数をｎとすると（３６０／ｎ）度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点のような不安定点になる。
【００４６】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネットの着磁される１極あたりの角度（マグネットの着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネットに対向する対向角度（図５においてＡで示すものであり、外側磁極部５ａとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係により、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することがわかった。
【００４７】
それによると外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値以下の場合には、マグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。つまり、図７で述べたＥ１点およびＥ２点がこの状態である。逆に外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値を超える場合には、該マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、この位置が図７で述べたＥ１点、Ｅ２点になる。
【００４８】
その様子を図８を用いて説明する。図８は外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００４９】
図８において、横軸は「マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」であり、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」（言い換えれば「外側磁極１極あたりの中心角／マグネット１極あたりの中心角」）である。
【００５０】
図８中の各ポイントは図９の９種類のモータについて、コギングトルクがほぼ０、あるいは最小となるようなモデルの「外側磁極部の１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極当たりの角度」をプロットしたものである。これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００５１】
直線１より下の範囲、即ち「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の範囲ではマグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。その間の領域、即ち「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」ならばコギングトルクは極めて小さく構成される。
【００５２】
本実施の形態では「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル４への通電がなされていない状態では、マグネット２の極の中心がステータ５の外側磁極部５ａ，５ｂの中心に対向する位置で安定的に停止するようになっている。
【００５３】
しかしマグネット２の極の中心と外側磁極部５ａ、５ｂの中心とが対向した状態からコイル４への通電を行って外側磁極部５ａ、５ｂを励磁しても、両方の回転方向に均等な力が加わってしまうためマグネット２に回転力が生じない。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、ストッパー１ｄと１ｅの関係を以下のように設定し、マグネット２の極の中心と外側磁極部５ａの中心とが対向する位置までマグネット２が回転しないようにしている。
【００５５】
第２のシャッタ羽根８がストッパーに当接するときは、図５に示すように、マグネット２の極、すなわち着磁部の中心Ｑ１とステータ５の外側磁極部５ａの中心Ｒ１とのなす角度がα度（０＜α＜３６０／ｎ）になるように設定してある。図５の状態からコイル４へ通電して外側磁極部５ａをＳ極に励磁すると、マグネット２に時計回りの回転力が生じて、図６に示す開口を開放する状態になる。図５の状態を図７に当てはめるとＧ点の位置となる。この位置でのコギングトルクはＴ２であり、これはＥ１点に戻ろうとする回転方向に力（図５において反時計方向の力）が働くことになる。すなわち、第２のシャッタ羽根８がストッパー１ｄに当接する位置でのマグネット２の保持力がＴ２となる。よって、図５の状態でコイル４への通電を切ってもマグネットはＴ２の保持力で安定的にこの位置に停止する。
【００５６】
同様にして、マグネット２の時計方向の回転に関しては、第１のシャッター羽根７がストッパー１ｅに当接するときに、マグネット２の極、即ち着磁部の中心Ｑ２とステータ５の外側磁極部５ａの中心Ｒ１とのなす角度がβ（０＜β＜３６０／ｎ）になるように設定してある。図５と同様に、図６に示す開口を開放する状態で通電を断っても、マグネット２は安定的にこの位置に停止する。
【００５７】
図６の状態を図７にあてはめるとＨ点の位置となる。この位置でのコギングトルクはＴ１であり、これはＥ２に進もうとする回転方向に力（図６において時計方向の力）が働くことにある。すなわち、第１のシャッター羽根７がストッパー１ｅに当接する位置でもマグネット２の保持力がＴ１となる。よって、図６の状態でコイル４への通電を絶ってもマグネットはＴ１の保持力で安定的にこの位置に停止する。
【００５８】
以上のようにマグネット２の回転範囲を図７のθ度に規制したことにより、図５の状態からコイル４へ通電してステータ５の外側磁極部５ａ，５ｂをＳ極に励磁するとマグネット２に時計方向の回転力が生じて安定的に起動されて図６の位置に保持され、また図６の状態からコイル４へ逆通電して外側磁極部５ａ，５ｂをＮ極に励磁するとマグネット２に反時計方向の回転力が生じて安定的に起動されて図５の位置に保持される。
【００５９】
このように、外側磁極部の形状を上記の条件を満たすように設定するとともに、マグネット２の回転角度をマグネット２に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、回転子の着磁部の中心位置と外側磁極部の中心位置とが対向する範囲を含まないように、マグネット２の回転範囲の規制することにより、無通電で２つの停止位置にマグネット２を保持できる、つまり第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８を閉鎖状態と開放状態に保持することができる。
【００６０】
本実施の形態では上記のようにマグネット２の回転範囲の規制は、シャッタ羽根７，８がストッパー１ｄ，１ｅに当接することを利用して行っている。前述のようにシャッタ羽根７，８はマグネット２と一体的に回動する出力軸３の作動ピン３ａと嵌合し連動しているから、シャッタ羽根７，８の回転を規制することでマグネット２の回転範囲を規制することが可能となる。図５の状態からマグネット２が時計方向に回転すると第１のシャッタ羽根７がシャッタ地板１のストッパー１ｅに当接することによって回転を止められ、図６の状態となる。また図６の状態からマグネット２が反時計方向に回転すると、第２のシャッタ羽根８がシャッタ地板１のストッパー１ｄに当接することによって、回転を止められ、図５の状態となる。
【００６１】
以上のようにしてマグネット２の回転範囲が図７に示すθ度になるとともに、この回転範囲において、第１のシャッタ羽根７および第２のシャッタ羽根８が、開口部１ａを確実に閉鎖および開放状態にまで駆動可能なように第２の支点１ｃが決定されている。
【００６２】
本実施の形態では、第１の支点を駆動手段（出力軸３）の回転中心と兼ねたが、この構成だと第１のシャッタ羽根の回転可能な範囲が駆動手段の回転角度と同じとなってしまうので、これを避けるため、第１の支点を別の場所（ただし、開口部の中心と第２の支点とを外分する位置）に設けても構わない。
【００６３】
以上の構成により、本発明の実施の第１の形態におけるシャッタ装置は、開口部を閉鎖状態あるいは開放状態において、コイル４への無通電状態でもその位置保持が可能であり、その際にシャッタ装置に衝撃力が加わっても２つのシャッタ羽根が作動ピンに作用する合成モーメントは極めて小さくなるので、衝撃に強いシャッタ装置とすることができる。
【００６４】
また、上記駆動手段には以下のような特徴もあるので小型で高トルクな手段となる。
【００６５】
コイル４への通電により発生する磁束は、外側磁極部と内側磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用し、高トルクとなる。
【００６６】
外側磁極部は円筒形状のマグネットの軸方向と平行方向に延出する歯形状により構成されるため、軸の中心に向かうような半径方向への凹凸により構成されるものに比べて直径方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより非常に小型円筒状の駆動手段とすることができる。
【００６７】
また、コイル４はマグネット２と軸方向に並べて配置され、出力軸の回転中心はシャッタ装置の光路と平行になるように配置されているため、小径で地板上においてコイルやマグネットが多くの範囲を占めることのないコンパクトなシャッタ装置となる。このことにより、レンズが構成される方向でかつレンズの外側に駆動手段を配置することも可能となり、非常にコンパクトな鏡筒やレンズシャッタカメラとすることができる。
【００６８】
（実施の第２の形態）
図１０は本発明の第２の実施の形態におけるシャッタ装置の分解斜視図であり、図１１はシャッタ装置の駆動手段の回転軸方向において切った断面図である。
【００６９】
これらの図において、以下の１２〜１６の構成部品よりなる駆動手段以外の、シャッタ地板１、第１のシャッタ羽根７、第２のシャッタ羽根８及びシャッタカバー９については、前述の実施の第１の形態における構成部品と同様のものなのでその説明は省略する。
【００７０】
１２は円筒形状のマグネットであり、その外周面を円周方向にｎ分割（本実施例では４分割）して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。実施の第１の形態におけるマグネット２と同様である。
【００７１】
１３は軟磁性材料からなる出力軸であり、作動ピン１３ａが一体で設けられている。出力軸１３は後述のコイル１４および軸受け１６の内径部に挿入され、またマグネット１２の内径部に固定される。
【００７２】
１４は円筒形状のコイルである。コイル１４はマグネット１２と同心でかつ、マグネット１２の回転軸方向に並んだ位置で、かつ出力軸１３および後述の軸受け１６の外側に配置される。また、コイル１４の外径はマグネット１２の外径とほぼ同じである。
【００７３】
１５は軟磁性材料からなるステータであり、ステータ１５は先端部にｎ／２個（本実施形態では２個）の歯形状の外側磁極部１５ａ，１５ｂが形成された外筒からなる。外側磁極部１５ａ，１５ｂはマグネット１２の外周面に所定の隙間を持って所定の角度対向するように構成されている。
【００７４】
１６は軟磁性材料からなる軸受けであり、ステータ１５に固定される。軸受け１６の内径は出力軸１３の外径とほぼ同じであり、軸受け１６の外径はコイル１４の内径とほぼ同じである。また、軸受け１６の軸方向の長さはコイル１４の軸方向の長さよりも長くなっており、この円筒の先端部で出力軸１３を受けている。
【００７５】
前述の出力軸１３および軸受け１６とで、内側磁極部を構成している。
【００７６】
以上の構成により、本発明の第２の実施の形態におけるシャッタ装置を構成している。前述の実施の第１の形態におけるシャッタ装置との違いは、上記のように駆動手段のみである。実施の第１の形態における内側磁極部がステータ５の内筒５ｃにて形成されていたのに対し、この実施の第２の形態における内側磁極部はマグネット１２と一体に回転する出力軸１３および軸受け１６によって形成されている。
【００７７】
このような構成にすることによってマグネット１２の内径部が出力軸１３によって埋められているので実施の第１の形態に比べてマグネット１２の機械的強度が大きく、また出力軸はバックメタルとして作用するのでマグネット１２の磁気的劣化も少ないものになる。マグネット１２の機械的強度が大きくなったことによって、マグネットの径方向の厚みを薄く構成することも可能になるので、径寸法に関してコンパクトなモータとなる。また、マグネット１２の外周面と内周面に対向する外側磁極部と内側磁極部とでマグネット１２を挟む磁路は、実施の第１の形態において必要だった内側磁極部とマグネットの間の所定の隙間をなくした分、マグネットに効果的に働くから高トルクなモータとなる。
【００７８】
さらに、実施の第１の形態における駆動手段はマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部と内側磁極部の隙間も精度よく保って組み立てなければならず、部品精度のばらつきや、組み立て精度の悪さにより、隙間を確保できずにマグネットが接触するなどの不良が生じる可能性もあった。しかしながら実施の第２の形態における駆動手段ではマグネットの外径部の隙間のみの管理でよくなるので、組み立て精度のよいものになる。
【００７９】
以上により、実施の第２の形態におけるシャッタ装置は、実施の第１の形態と同様に衝撃力を受けてもその影響を受けにくい構成となっていることに加えて、シャッタ装置のシャッタ羽根を駆動する駆動手段をさらに高トルクで、組み立て精度もよく、小型とすることができるので、よりコンパクトなシャッタ装置になるものである。
【００８０】
また、実施の第１の形態、第２の形態ではシャッタ羽根７，８を駆動する構成を例にあげて説明を行ったが、これに限られるものではない。シャッタ羽根の代わりに絞り羽根を用い、往復運動に伴って、互いの開口径の大きさが異なる第１の開口状態と第２の開口状態とを切り換える構成としても構わない。
【００８１】
最後に、上記の実施の各形態による効果についてまとめて記載する。
【００８２】
上記実施の各形態によれば、開口部１ａの中心から第２の支点、作動ピン３ａ、第１の支点の順にこれらが直線状に並ぶ配置とし、駆動手段を回転させるとともに作動ピン３ａを第１の支点と第２の支点の間で往復回動させることで、直線状に並んだ方向と略垂直な方向に各シャッタ羽根７，８が相対的に回転して開口部１ａを開放もしくは閉鎖状態にするように構成にしている。よって、直線状に並んだ方向や該方向と略垂直な方向（図２の矢印ＣやＤの方向）からの衝撃が加わったとしても、その衝撃力によって作動ピン３ａが追従しにくいものとなり、衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成のシャッタ装置とすることができる。なお、上記直線状とは、図２のように開口部１ａの中心、第２の支点、作動ピン３ａ、第１の支点が一直線状に並ぶものに限らず、上記一直線上より各点が左右に少しずれているものや、図３のような状態のものも含む、帯状の直線を意味している。
【００８３】
また、上記のように作動ピン３ａを第１の支点と第２の支点の間で往復回動させ、各シャッタ羽根７，８を第１の支点と第２の支点を中心に相対的に回転させる構成にすることで、シャッタ羽根を相対的にスライドさせる構造の図１３に示した従来例３や、駆動手段との間にリンク部材を介して各シャッタ羽根を相対的に回転させる構造の図１４に示した従来例４ものに比べ、部品間の摩擦抵抗を小さくでき、駆動手段の負荷を小さくすることから、駆動手段およびシャッタ装置の小型化が可能となる。
【００８４】
なお、矢印Ａ，Ｂの方向に対する衝撃に強い、図１２に示す従来例１のものにおいては、本実施形態と同様、シャッタ羽根の構造より部品間の摩擦抵抗を小さくでき、駆動手段およびシャッタ装置の小型化に寄与するものであるが、本実施形態のように、開口部１ａの中心から第２の支点、作動ピン３ａ、第１の支点の順にこれらが直線状に並ぶ配置とはなっておらず、図１２に示す駆動ピン１０４ａは矢印Ａ，Ｂの方向と垂直な方向の衝撃に対して容易にその方向（図中上下方向）に追従してしまい、この方向の衝撃に対しては極めて弱いシャッタ装置であった。
【００８５】
また、第１のシャッタ羽根７と第２のシャッタ羽根８の質量が同じ場合には、第１のシャッタ羽根７の方が支点までの距離が遠い分モーメントの絶対値は大きくなってしまうので、本実施の形態では、第１のシャッタ羽根７の質量をＭ１、第２のシャッタ羽根８の質量をＭ２とすると、Ｍ１＜Ｍ２の関係が成り立つように構成している。よって、図２の矢印Ｄ方向の衝撃力に対する各シャッタ羽根７，８が作動ピン３ａの回転方向に作用する合成モーメントは殆んどゼロにすることができ、この面でも衝撃力に強いシャッタ装置とすることができる。
【００８６】
また、マグネットの１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角（図５のＡで示される角度）の比の値をＹ、マグネットの径方向の厚みに対するマグネットの着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３
の条件を満たすように設定するとともに、マグネットと外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、マグネットの着磁された極の中心と外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように回転子を成すマグネット２および出力軸３の作動範囲を規制して、第１及び第２のシャッタ羽根７，８を開放状態および閉鎖状態に保持する規制部材であるストッパ１ｄ，１ｅを設けている。よって、駆動手段に通電することなく、かつ、この際に衝撃が加わったとしても、各シャッタ羽根７，８を閉鎖状態および開放状態の２位置に保持可能となり、省電力な装置とすることができる。また、バネの付勢力に抗して各シャッタ羽根を駆動させる必要もないことからトルクの小さな駆動手段でもその駆動が容易に行えることとなる。
【００８７】
また、上記の実施の各形態のシャッタ装置あるいは絞り装置をレンズシャッタカメラ等の撮像装置のレンズ鏡筒部に組み込むことで、衝撃に強い、小型のカメラとすることも可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型で、衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成にしたり、駆動手段へ通電すること無しに、羽根部材を所定の位置に保持が可能であって、その際に衝撃力が加わってもその影響を受けにくい構成の小型な光量調節装置又は撮像装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態におけるシャッタ装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１のシャッタ装置のシャッタ羽根の開口部開放状態を示す平面図である。
【図３】図１のシャッタ装置のシャッタ羽根の開口部閉鎖状態を示す平面図である。
【図４】図１のシャッタ装置の駆動手段を回転軸方向に切って示す断面図である．
【図５】図２の状態における駆動手段の図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図３の状態における駆動手段の図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の実施の各形態における駆動手段のコギングトルクの様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の各形態における外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図９】図７の各関係を求めるために使用したモータの種類を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるシャッタ装置を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０のシャッタ装置に具備される駆動手段の回転軸方向に切った断面図である。
【図１２】従来のシャッタ装置の第１例を示す平面図である。
【図１３】従来のシャッタ装置の第２例を示す平面図である。
【図１４】従来のシャッタ装置の第３例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ シャッタ地板
１ａ 開口部
１ｃ 第２の支点
２，１２ マグネット
３，１３ 出力軸（第１の支点）
３ａ，１３ａ 作動ピン（作動軸部材）
４，１４ コイル
５，１５ ステータ
５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ 外側磁極部
５ｃ 内側磁極部
６，１６ 軸受け
７ 第１のシャッタ羽根
８ 第２のシャッタ羽根
９ シャッタカバー

Claims (9)

1. 光路となる開口部と、電気的制御により回転子が往復回動しその回転中心が光軸と平行になるように配置された駆動手段と、該駆動手段に連動して往復回動する作動軸部材と、前記回転子の回転に伴って第１の支点を中心に回転子の回転方向と同方向に回転される第１の羽根部材と、第２の支点を中心に前記作動軸部材の回動に伴って前記回転子の回転方向と逆方向に回転される第２の羽根部材とを有し、前記第１および第２の羽根部材を回転させることで前記開口部を通過する光量を調節する光量調節装置において、
   前記第１の支点、前記第２の支点、前記作動軸部材、前記作動軸部材の回転中心、前記開口部の中心それぞれが直線状に並ぶように配置されており、前記作動軸部材は前記第１の支点と前記第２の支点の間で往復回動することを特徴とする光量調節装置。
2. 光路となる開口部と、電気的制御により回転子が往復回動しその回転中心が光軸と平行になるように配置された駆動手段と、該駆動手段に連動して往復回動する作動軸部材と、前記回転子の回転中心となる軸部に一端側が嵌合され、該軸部を第１の支点としてその回転方向と同方向に回転され、他端側が前記開口部に対して進退する第１の羽根部材と、固定部材に設けられた軸部材に一端側が嵌合され、該軸部材を第２の支点として前記作動軸部材の回動に伴って前記回転子の回転方向と逆方向に回転され、他端側が前記開口部に対して進退する第２の羽根部材とを有し、
   前記第１の支点、前記第２の支点、前記作動軸部材、前記作動軸部材の回転中心、前記開口部の中心それぞれを直線状に並ぶように配置し、前記回転子を回転させるとともに前記作動軸部材を前記第１の支点と前記第２の支点の間で往復回動させて前記第１および第２の羽根部材を回転させて前記開口部を通過する光量を調節することを特徴とする光量調節装置。
3. 前記直線状に配置された前記第１の支点、前記第２の支点、前記作動軸部材は、前記開口部の中心から放射方向に向かって、第２の支点、作動軸部材、第１の支点の順に配置されており、
   前記第１の羽根部材の質量をＭ１、前記第２の羽根部材の質量をＭ２とすると
   Ｍ１＜Ｍ２
   の関係が成り立つように構成したことを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
4. 前記駆動手段は、外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、回転中心を軸として回転可能な回転子と、前記回転子の前記軸方向に配置されたコイルと、少なくとも１つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータから成り、
   前記マグネット部の外周面に対向する前記歯形状の外側磁極部は前記マグネットの外周面に所定の角度範囲に対向するものであって、該マグネット部の１極あたりの中心角に対する該外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、該マグネット部の径方向の厚みに対する該マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
   Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３
   の条件を満たすように設定してあることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光量調節装置。
5. 前記回転子のマグネット部と前記外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように前記回転子の作動範囲を規制して、前記第１及び第２の羽根部材を所定の位置に保持する規制部材を有することを特徴とする請求項４に記載の光量調節装置。
6. 前記駆動手段は、外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、前記マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、少なくとも１つの歯形状の外側磁極部が前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記コイルの内径部に挿入され、かつ、前記マグネットの内径部に固定されて該マグネット共に前記回転子を構成する軟磁性材料からなる回転可能な出力軸とからなることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光量調節装置。
7. 前記第１および第２の羽根部材はシャッタ羽根であり、前記作動軸部材の往復回動に伴って開放状態と閉鎖状態に切り換えられることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光量調節装置。
8. 前記第１および第２の羽根部材は絞り羽根であり、前記作動軸部材の往復回動に伴って互いに開口径の異なる第１の開口状態と第２の開口状態に切り換えられることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光量調節装置。
9. 光軸方向に移動させられる対物レンズと、該対物レンズを通過する光量を調節する請求項１から８の何れかに記載の光量調節装置とを有し、該対物レンズおよび該光量調節装置の前記開口部を通過した被写体像を記録することを特徴とする撮像装置。

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