光量制御装置
【課題】部品点数が少なく組立てが容易で遮光羽根を良好に揺動でき、光軸方向に装置高さを低くできて、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる光量制御装置を提供すること。
【解決手段】遮光羽根揺動手段３０により、ベースプレート１０に備えた遮光羽根２０を揺動させ遮光羽根２０で第１の光量制御穴１３の絞り通過光の光量を制御する。遮光羽根揺動手段３０は、ベースプレート１０外に、駆動部材３１と、駆動部材３１を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材３２と、駆動部材３１の端面に一端面を固着された電気−機械変換素子３３と、電気−機械変換素子３３の他端面に固着された被駆動ヘッド３４と、被駆動ヘッド３４と一体に設けられ遮光羽根２０に連結されている駆動ピン３５を有し、電気−機械変換素子３３は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、前記ベースプレート１０に垂直な辺が短辺に構成されている。
【解決手段】遮光羽根揺動手段３０により、ベースプレート１０に備えた遮光羽根２０を揺動させ遮光羽根２０で第１の光量制御穴１３の絞り通過光の光量を制御する。遮光羽根揺動手段３０は、ベースプレート１０外に、駆動部材３１と、駆動部材３１を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材３２と、駆動部材３１の端面に一端面を固着された電気−機械変換素子３３と、電気−機械変換素子３３の他端面に固着された被駆動ヘッド３４と、被駆動ヘッド３４と一体に設けられ遮光羽根２０に連結されている駆動ピン３５を有し、電気−機械変換素子３３は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、前記ベースプレート１０に垂直な辺が短辺に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御電圧を印加され伸縮する電気−機械変換素子を駆動源として光量制御穴を有するベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ光量制御穴の通過光の光量を制御する光量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光量制御装置としては、地板に設けられた絞り羽根がアイリスモータやステッピングモータなどの電磁モータで駆動される。しかし、電磁モータはマグネットとコイル等で構成されているので、部品点数が多く、構造が複雑になり、組立が難しく、高コストになり、小型化が難しいといった問題があり、電磁モータを使用する光量制御装置の小型化にも限界がある。
【０００３】
そこで、光量制御装置の駆動源として電気−機械変換素子（例えば圧電素子）を用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。従来の電気−機械変換素子を用いた駆動装置は、インパクト方式（ＩＤＭ）やＳｔｉｃ−Ｓｌｉｐ方式及びスムースインパクト方式（ＳＩＤＭ）等の方式で、一般的に知られている。
【０００４】
特許文献１に記載された光量制御装置は、地板と、４枚の絞り羽根と、動輪と、地板に取付けられた圧電アクチュエータとによって構成される。圧電アクチュエータは、１つの絞り羽根に係入された摺動嵌合部が摩擦係合した駆動軸と、駆動軸の一端に固着された第１圧電素子と、駆動軸の他端に固着された第２圧電素子とを備え、第１及び第２圧電素子が駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで摩擦係合部が軸線方向に、大きな一定の移動量を持って移動される構成である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１８８６号公報（図１９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された光量制御装置によれば、比較的大きな摩擦係合部が移動することにより、その分のスペースが必要になり、また２個の圧電素子を使用するので、装置全体のサイズアップ、コストアップ及び消費電力が懸念され、また光軸方向の寸法を大きく取る構造となっている。
また、この立方体の圧電素子を小さくしていくと、有効な圧電効果を生起する面積部分は小さくなっても電極形成部を小さくするには限界があるため、電極形成部の素子幅に対する比率は大きくなり、圧電素子の出力効率が低いものとなる。
【０００７】
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、コンパクトな構造で部品点数が少なく組立てが容易であり、かつ遮光羽根を良好に揺動することができ、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる光量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光量制御装置は、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段により、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ、該遮光羽根で前記ベースプレートに備えた第１の光量制御穴の通過光量を制御する光量制御装置において、前記遮光羽根揺動手段は、前記ベースプレートに、駆動部材と、前記ベースプレートに設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている前記電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子の他端面に固着された被駆動ヘッドとを有し、更に、前記被駆動ヘッドと一体に設けられ、前記遮光羽根に連結されている駆動ピンを有してなり、前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、電気−機械変換素子は制御電圧の印加により伸縮し駆動部材を軸方向に振動させる。電気−機械変換素子が瞬速伸長と緩速収縮とを交番して行うときの、駆動部材の振動と、駆動部材と摩擦係合部材との摩擦係合との協働作用により、被駆動ヘッドが摩擦係合部材の方向に移動し、また電気−機械変換素子が緩速伸長と瞬速収縮とを交番して行うときの、駆動部材の振動と、駆動部材と摩擦係合部材との摩擦係合との協働作用により、被駆動ヘッドが摩擦係合部材から離隔する方向に移動する。
したがって、駆動ピンが遮光羽根を揺動し、該遮光羽根が第１の光量制御穴の一部あるいは全部が重なり第１の光量制御穴を通過する光量を制御する。
【００１０】
上記構成によれば、駆動部材と被駆動ヘッドとが電気−機械変換素子の伸縮方向における両端に配設され、駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材がベースプレートより設けられているので、摩擦係合部材と駆動部材との間に生じた摩擦による振動が被駆動ヘッドに直接伝わることを防止でき、摩擦によって発生する振動による被駆動ヘッドへの影響を抑制することが可能となる。
【００１１】
上記構成によれば、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動する遮光羽根揺動手段を、駆動部材と摩擦係合部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドと駆動ピンを備えて構成してベースプレート外に備えたので、部品点数が少なく組立てが容易であり、電気−機械変換素子の伸縮運動を駆動部材に良好に伝えられて遮光羽根を良好に揺動することができ、光軸方向に装置高さを低くすることが可能であるコンパクトな構造の光量制御装置を実現でき、さらに１個の電気−機械変換素子が駆動源であるので装置全体のサイズアップ、コストアップ及び消費電力を抑制できる。
【００１２】
上記構成によれば、特に、電気−機械変換素子について、伸縮方向に垂直な方向の断面形状を長方形にするので、有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分の面積割合を大きく確保でき、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる。
【００１３】
そして、遮光羽根揺動手段が、電気−機械変換素子の伸縮方向の一端面に駆動部材が一軸一体に設けられ、他端面に被駆動ヘッドが一軸一体に設けられていて、駆動部材が摩擦係合部材により摩擦係合状態に支持される構成であることに特徴があるので、電気−機械変換素子の伸縮による振動がベースプレートに伝わってしまうことがなく、駆動部材の慣性力と摩擦係合部材の摩擦係合力との差により、摩擦トルクが安定化して駆動部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドが一体に移動し易い。
【００１４】
上記構成によれば、遮光羽根を揺動する遮光羽根揺動手段を、駆動部材と摩擦係合部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドと駆動ピンを備えて構成してベースプレート外に備えたので、摩擦係合状態に支持される駆動部材と一軸一体の電気−機械変換素子に制御電圧を印加して伸縮運動させることにより被駆動ヘッドを往復動させこの往復動を利用してベースプレートに備えた遮光羽根を揺動して光量制御することができる。
【００１５】
上記構成によれば、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段を分離独立して組立てることができ、遮光羽根揺動手段のベースプレートへの組付けが、摩擦係合部材のベースプレートへの固定設置及び駆動ピンの差し込み連結で実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光量制御装置によれば、コンパクトな構造で部品点数が少なく組立てが容易であり、かつ遮光羽根を良好に揺動することができ、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる光量制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の光量制御装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光量制御装置１を示す斜視図である。図２は、光量制御装置１の分解斜視図である。図１、図２に示すように、光量制御装置１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０に設けられた遮光羽根２０と、ベースプレート１０外面に設けられた遮光羽根揺動手段３０とを備えてなる。
【００１９】
ベースプレート１０は、ベースプレート本体１１と底蓋１２とで構成されている。
ベースプレート本体１１は、ほぼ正方形の上面部１１ａと、上面部１１ａの三つの側縁にわたり垂下するコ字脚１１ｂ及び二つのコーナに垂下するコーナ脚１１ｃ、１１ｄとを備え、上面部１１ａは、略中央にすり鉢状斜面を有する円錐穴１３ａが形成されかつコーナ脚１１ｄに寄った位置に上側長穴１４ａが開口され、上面部１１ａの上側長穴１４ａに近い内面より一体に垂下するボス部（ピボット軸）１５とを有して構成されている（図２、図５参照）。
底蓋１２は、ベースプレート本体１１の上面部に対応するほぼ正方形であり、略中央に円錐穴１３ａの最小径より若干大きい円穴１３ｂと、ベースプレート本体１１の上面部１１ａの上側長穴１４ａに対応して若干大きく開口された下側長穴１４ｂと、ボス部１５を嵌合支持する軸穴１６を有している。
遮光羽根２０は、所要輪郭のアーム形状に形成され、軸穴２１と、第２の長穴２２と、第２の光量制御穴２３とを有している（図２参照）。
そして、ベースプレート本体１１のボス部１５に遮光羽根２０の軸穴２１を嵌合して、遮光羽根２０をベースプレート本体１１内に収容し、底蓋１２の周縁部をベースプレート本体１１の周壁部下端（コ字脚１１ｂ及びコーナ脚１１ｃ、１１ｄ）に当接され（図２、図５、図９参照）、ねじ等の止着具(不図示)によりベースプレート本体１１と底蓋１２は、止着されている。
【００２０】
上記構成のように、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、ベースプレート本体１１の下部開口が底蓋１２で閉じられ、かつボス部１５が遮光羽根２０の軸穴２１と底蓋１２の軸穴１６に嵌合されている。これにより、遮光羽根２０が、ボス部１５を回転中心として揺動可能な状態にベースプレート１０に収容されている（図２、図５、図８参照）。
また、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、円錐穴１３ａと円穴１３ｂとによってベースプレート本体１１の略中心に貫通状態に第１の光量制御穴１３が構成され、第１の光量制御穴１３とコーナ脚１１ｄとの間に、上側長穴１４ａと下側長穴１４ｂとによってベースプレート本体１１に対し貫通状態に第１の長穴１４が形成される（図２参照）。
さらに、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、ベースプレート１１の三方の側面にスリット窓１７〜１９が形成され、スリット窓１７〜１９から遮光羽根２０が揺動位置によっては突出可能であり、これにより、ベースプレート１１の四角形を小さくすることもできる（図２、図５参照）。
【００２１】
遮光羽根揺動手段３０は、ベースプレート本体１１の上面部１１ａに備えられる。遮光羽根揺動手段３０は、駆動部材３１と、摩擦係合部材３２と、圧電素子等の電気−機械変換素子３３と、被駆動ヘッド３４と、駆動ピン３５と、ガイド手段３６と、を有して構成されている。この構成によれば、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段を分離独立して組立てることができ、遮光羽根揺動手段のベースプレートへの組付けが、摩擦係合部材のベースプレートへの固定設置及び駆動ピンの差し込み連結で実現できる。（図１、図２参照）
【００２２】
遮光羽根揺動手段３０は、図２、図９〜図１１に示すように、ベースプレート本体１１の厚み方向に対する寸法が小さくなるように形成されている。電気−機械変換素子３３は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状は、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、前記ベースプレート１０に垂直な辺が短辺に構成された長方形である。電気−機械変換素子３３は、長方形とすることにより電気−機械変換素子３３の効率を向上にも寄与している。また、駆動部材３１及び被駆動ヘッド３４の伸縮方向に垂直な方向の断面形状についても、電気−機械変換素子３３と同一の長方形であることにより、光軸方向に装置高さが低くなっている。さらに、摩擦係合部材３２は、駆動部材３１を受承する凹部３２ａ’を有し、ベースプレート１０に固定される係合固定部材３２ａと、前記凹部３２ａ’と共同して駆動部材３１を挟み、摩擦係合状態に保持するばね部材３２ｂとを有すると共に、係合固定部材３２ａは、ベースプレート１０の厚み方向の寸法を小さくするためにベースプレート本体１１ａの段差部１１ａ’に設けられている。
【００２３】
駆動部材３１は、比重が小さい強靭な材料（例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等）より断面形状が長方形に形成されている。摩擦係合部材３２は、ベースプレート１０より設けられていて駆動部材３１を摩擦係合状態に支持する。電気−機械変換素子３３は、制御電圧を印加され伸縮する駆動部品であり、駆動部材３１の端面に伸縮方向の一端面を固着されている。被駆動ヘッド３４は、電気−機械変換素子３３の伸縮方向の他端面に固着されている。駆動部材３１と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４は一軸一体に接合されている。駆動ピン３５は、被駆動ヘッド３４と一体に成形されている。被駆動ヘッド３４と駆動ピン３５は、静止慣性力を大きく具有するために、駆動部材３１と比較して比重の大きい材料により形成されている。
【００２４】
図１、図９、図１０に示すように、ガイド手段３６は、下押えガイド部３６ａと、上押えガイド部３６ｂと、被ガイド部３６ｃとを備えてなる。下押えガイド部３６ａは、ベースプレート１０の上面に設けられ、駆動軸３１のベースプレート対向面(図１において下面)と摺動して駆動軸３１が下側に撓み変形することを回避する役目を果たす。上押えガイド部３６ｂは、ベースプレート１０の上面に設けられ、被駆動ヘッド３４の側面に突設された被ガイド部３６ｃの上面と摺動して被駆動ヘッド３４が上側に撓み変形することを回避する役目を果たす。
【００２５】
駆動ピン３５は、ベースプレート１０に設けられた上側長穴１４ａを通して該ベースプレート１０に入り、上側長穴１４ａと交差するように遮光羽根２０に設けられた第２の長穴２２に摺動可能に通されて該遮光羽根２０を揺動可能であり、さらに底蓋１２に設けられた下側長穴１４ｂに通されている。上側長穴１４ａと下側長穴１４ｂとは、上記の第１の長穴１４を構成し、第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）の駆動ピン３５をガイドする方向は、摩擦係合部材３２が駆動部材３１をガイドする方向と合致するように設けられている（図１、図２、図９、図１０参照）。すなわち、第１の長穴１４は、駆動ピン３５の移動をガイドする役目を果たす。
【００２６】
第１の長穴１４は、更に、駆動ピン３５の移動範囲を制限し、移動範囲の両端において、遮光羽根２０の第１の光量制御穴１３に対する位置決めを行う役目を果たす。第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）は、一方の端（摩擦係合部材３２に近い側の端）に駆動ピン３５を当接停止するとき（図３、図４参照）、遮光羽根２０を第１の光量制御穴１３に掛からない位置へ停止させ（図５参照）、また他方の端（摩擦係合部材３２から遠い側の端）に駆動ピン３５を当接停止するとき（図６、図７参照）、遮光羽根２０の第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３（円錐穴１３ａ）と同心位置へ停止させる（図８参照）。
【００２７】
続いて、光量制御装置１の動作について説明する。
電気−機械変換素子３３が瞬速伸長するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも大きくなる。このため、被駆動ヘッド３４が静止位置に止まるから、このとき摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置は、電気−機械変換素子３３に接近する方向に微小ステップ移動した状態にずれる。そして、次に電気−機械変換素子３３が緩速収縮するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも小さくなり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置にずれは生じない。こうして、電気−機械変換素子３３が一回の瞬速伸長と一回の緩速収縮を行うと、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２に接近する方向に微小移動する。
したがって、電気−機械変換素子３３が瞬速伸長と緩速収縮とを交番する振動を行うときは、図６、図７中の矢印Ａに示すように、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２に接近移動し、図３、図４に示すように、駆動ピン３５が第１の長穴１４の摩擦係合部材３２に近い側の端に当接停止すると、図５に示すように、遮光羽根２０は、第１の光量制御穴１３の側方へ避けて位置される。それによって、光量制御装置１は、開口が大きい第１の光量制御穴（入光窓）１３によって第１の光量（最大値）となるように制御し得る。
【００２８】
上記とは逆に、電気−機械変換素子３３が瞬速収縮するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも大きくなる。このため、被駆動ヘッド３４が静止位置に止まり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置がずれ、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離間する方向に微小移動する。そして、次に電気−機械変換素子３３が緩速伸長するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも小さくなり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置にずれは生じない。こうして、電気−機械変換素子３３が一回の瞬速収縮と一回の緩速伸長を行うと、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離隔する方向に微小移動する。
したがって、電気−機械変換素子３３が瞬速収縮と緩速伸長とを交番する振動を行うときは、図３、図４中の矢印Ｂに示すように、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離間する方向に移動し、図６、図７に示すように、駆動ピン３５が第１の長穴１４の摩擦係合部材３２から遠い側の端に当接停止すると、図８に示すように、遮光羽根２０は、第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３と同心位置となるように駆動ピン３５により揺動される。それによって、光量制御装置１は、開口が小さい第２の光量制御穴２３によって第２の光量（最小値）となるように制御し得る。
【００２９】
上記構成において、電気−機械変換素子３３の伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺である長方形としていること、長方形とした電気−機械変換素子３３の伸縮方向の一端面に、長方形断面形状の駆動部材３１を一軸一体に連結していること、さらに、摩擦係合部材３２が、ベースプレート１０の上面を低くしてなる段差部１１ａ’に設けられていることは、いずれも、光軸方向に装置高さを低くすることに寄与しており、コンパクトな構造の光量制御装置を実現につながる。また上記実施形態では、一軸一体の駆動部材３１と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４について、幅広化・薄肉化し、ガイド手段３６により薄肉方向の変形を抑えたので、幅広方向と薄肉方向のいずれも衝撃等の外部からの大きな力の影響を避けることができる。
【００３０】
上記構成において、電気−機械変換素子３３の伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺である長方形とすることは、有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分の面積割合を大きく確保できて電気−機械変換素子３３の効率を向上させることにつながっている（このことについては、詳しく後述する。）。
【００３１】
上記実施形態では、駆動ピン３５が、第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）に対して交差する遮光羽根２０に設けられた第２の長穴２２に摺動可能に通されている構成であるので、駆動ピン３５が、ベースプレート本体１１の上側長穴１４ａ及び遮光羽根２０の第２の長穴２２に対し摺動することにより、ベースプレート１０外の駆動ピン３５の直動でベースプレート１０の遮光羽根２０を揺動させる運動変換伝達機構を、特別の運動変換伝達部材を設けることなく、構成を大幅に簡素化できる。
【００３２】
上記実施形態では、ベースプレート本体１１の内面に一体にボス部１５が設けられ、ボス部１５が遮光羽根２０に設けられた軸穴２１に嵌挿され更に底蓋１２に設けられた軸穴１６に嵌合された構成であるので、部品点数を最小にしてベースプレート本体１１内に収容する遮光羽根２０をピボット回動可能に支持でき、構成を大幅に簡素化できる。
【００３３】
上記実施形態では、第１の長穴１４の上側長穴１４ａが、駆動部材３１の移動方向に沿って設けられ駆動ピン３５の移動方向をガイドする構成であるので、移動範囲をガイドする独立したガイド部材を無くし構成を簡素化できる。
【００３４】
上記実施形態では、第１の長穴１４の上側長穴１４ａが、駆動ピン３５の移動範囲を制限する構成であるので、移動範囲を制限する独立したストッパ部材を無くし構成を簡素化できる。
【００３５】
上記実施形態では、遮光羽根２０には、第２の光量制御穴２３が設けられ、遮光羽根揺動手段３０が、遮光羽根２０を揺動し第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３に対応する位置に合わせる構成であるので、光軸に対して同心円となるように２段階に光量を絞ることができる。
【００３６】
上記実施形態では、ベースプレート１０は、ベースプレート本体１１と底蓋１２で形成され、ベースプレート本体１１と底蓋１２の間に遮光羽根２０が配置されている構成であるので、遮光羽根２０に対する保護が完全に行われかつ、ベースプレート１０の両面を取付け面として広く利用できる。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光量制御装置の遮光羽根揺動手段３０の斜視図である。この実施の形態の遮光羽根揺動手段３０は、駆動部材３１Ｂを除いた摩擦係合部材３２と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４と駆動ピン３５について、第１の実施の形態と同一に構成されており、駆動部材３１Ｂは、電気−機械変換素子３３のベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺とする伸縮方向の一端面に対して、丸軸を二本並べた断面形状に設けられている。
【００３８】
〔電気−機械変換素子の圧電効果部の面積について〕
電気−機械変換素子３３が、伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺とする長方形に形成されているとともに、駆動部材（３１、３１Ｂ）が長方形或いは丸軸を二本並べた断面形状に構成されることによる効果の意義が、装置全体の薄型化に寄与するだけでなく、有効な圧電効果が得られる面積割合を大きく確保でき、電気−機械変換素子３３の効率を向上させることができる、という効果に結びついていることについて以下に詳述する。
【００３９】
図１３(ａ)は、振動方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃの有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分である圧電効果部の面積割合を説明するための斜視図である。図１３(ｂ)は、振動方向の端面が長方形である電気−機械変換素子３３の有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積割合を説明するための斜視図である。
各図において、上下方向が電気−機械変換素子の積層方向であり、また伸縮方向である。各電気−機械変換素子の上端面に表示した斜線エリアは、有効な圧電効果が得られる面積部分を示している。
【００４０】
電気−機械変換素子３３Ｃの有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積Ｓ１（＝Ｗ１u・Ｄ１）と、電気−機械変換素子３３の有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積Ｓ２（＝Ｗ２u・Ｄ２）とが等しくなるように、電気−機械変換素子３３Ｃと、電気−機械変換素子３３（この例では長辺（Ｗ２u）：短辺（Ｄ２）＝２：１）とを製作する場合、以下に示す式によって、素子幅比（ｎ）と圧電有効面積割合（１／Ｐ）との関係を導くことができる。
電気−機械変換素子３３Ｃの有効面積は、有効幅をＷ１u、奥行きをＤ１、電極形成部のロス部幅Ｗｂとすると、
Ｓ１＝Ｗ１u・Ｄ１＝（Ｗ１−２・Ｗｂ）・Ｄ１である。
また、電気−機械変換素子３３の有効面積は、有効幅をＷ１u、奥行きをＤ２とすると、
Ｓ２＝Ｗ２u・Ｄ２＝（Ｗ２−２・Ｗｂ）・Ｄ２である。
したがって、電気−機械変換素子３３Ｃと電気−機械変換素子３３の有効面積を等しくすると、
Ｓ１＝Ｓ２＝（Ｗ１−２・Ｗｂ）・Ｄ１＝（Ｗ２−２・Ｗｂ）・Ｄ２……（１）
となる。
（１）式において、
ｐ＝Ｄ２／Ｄ１、
ｎ＝Ｗ２／Ｗ１（ｎは、素子幅比）、
ｋ＝Ｗｂ／Ｗ１（ｋは、素子幅に対する電極形成部のロス部の素子幅方向比率）とすると、
ｐは下記の（２）式のようになる。
ｐ＝（Ｗ１−２・ｋ・Ｗ１）・Ｄ１／（ｎ・Ｗ１−２・ｋ・Ｗ１）……（２）式
このとき、Ｗ１＝１ｍｍ、Ｄ１＝１ｍｍの正方形素子とすると、
ｐ＝（１−２・ｋ）／（ｎ−２・ｋ）となり、
圧電有効面積割合（１／ｐ）は、
１／ｐ＝（ｎ−２・ｋ）／（１−２・ｋ）となる。
【００４１】
図１４は、素子幅比（ｎ）と圧電有効面積割合（１／Ｐ）との関係を示すグラフである。
同図中、グラフ線ａはｋ＝０．１のときのｎと１／Ｐとの関係を示し、グラフ線ｂはｋ＝０．２のときのｎと１／Ｐとの関係を示し、グラフ線ｃはｋ＝０．３のときのｎと１／Ｐとの関係を示す。
このようにｋ値が大きいときほど、素子幅比ｎを大きくしたとき、換言すれば、より細長い長方形にしたときの圧電有効面積割合（１／Ｐ）の増加に大きく寄与することが分かる。
同じ断面積を有する電気−機械変換素子である場合、図１３(ａ)に示す伸縮方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃよりも、図１３(ｂ)に示す伸縮方向の端面が長方形である電気−機械変換素子３３の方が、有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積が大きくなるから、それだけ高い出力が得られる。
【００４２】
したがって、上述した第１の実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、伸縮方向の端面が長方形（長辺：短辺＝２：１）である電気−機械変換素子３３の端面に、該端面の圧電有効面積に対応する長方形断面を有する駆動軸３１Ａを設けた構成であり、また、上述した第２の実施形態では、図１５（ｃ）に示すように、電気−機械変換素子３３の端面に、該端面の圧電有効面積部分の長方形の短辺を直径とする丸棒を２本並べた駆動軸３１Ｂを設けた構成であり、これらの構成は、図１５（ａ）に示す伸縮方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃの端面に該端面に内接する円形断面を有する駆動軸３１Ｃを設けた構成に比べ、高い出力効率が得られる。
【００４３】
〔その他の実施形態、変形例〕
以上、本発明に係る実施形態について図面を参照し説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限度で種々の設計変更や工程の変更が可能であり、そのような変更も技術的範囲に含まれるものである。例えば、ボス部１５と軸穴１６は、逆転した配置に備えても良い。本発明の光量制御装置は、第１の光量制御穴１３による第１の光量制御と、遮光羽根２０に設けられた第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３と同心円となる位置に移動する第２の光量制御との二段階の光量制御に限定されるものではない。遮光羽根２０を揺動することにより、該遮光羽根２０で第１の光量制御穴１３を無段階に絞ることができる構成も含まれる。さらに、遮光羽根２０は、一枚羽根に限定されない、遮光羽根２０と連鎖状にリンクして設けられ該遮光羽根２０の揺動に連動して揺動し該遮光羽根２０と共同して第１の光量制御穴１３を絞ることができる構成も含まれる。駆動ピン３５が第１の長穴１４の適宜の中途で停止するように設ける場合も本発明に含まれる。駆動ピン３５の直動方向と遮光羽根２０の揺動方向とが前記第１の実施形態とは逆となるように、第２の遮光羽根２０のボス部１５と係合する軸穴２１と、駆動ピン３５と係合する第２の長穴２２を配置する場合も本発明に含まれる。
【００４４】
本発明の光量制御装置は、構造の簡素化、小型化等を達成しており、近年小型化されているデジタルカメラの光量制御装置として適用できるのは勿論のこと、その他のレンズ光学系の光量制御装置としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態に係る光量制御装置を示す斜視図である。
【図２】図１の光量制御装置の分解斜視図である。
【図３】図１の光量制御装置の第１の光量制御状態の斜視図である。
【図４】図３に示す第１の光量制御状態の光量制御装置の平面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ横断面図である。
【図６】図１の光量制御装置の第２の光量制御状態の斜視図である。
【図７】図６に示す第２の光量制御状態の光量制御装置の平面図である。
【図８】図６におけるIIＸ−IIＸ横断面図である。
【図９】図４におけるＸ−Ｘ縦断面図である。
【図１０】図４におけるIＸ−IＸ縦断面図である。
【図１１】図４におけるＸI−ＸI縦断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る光量制御装置の要部の遮光羽根揺動手段を示す斜視図である。
【図１３】電気−機械変換素子の圧電有効面積を説明するための斜視図である。
【図１４】電気−機械変換素子の素子幅比と圧電有効面積割合との関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）は従来の電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図であり、（ｂ)は図１の光量制御装置で使用する電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図であり、（ｃ)は図１２の光量制御装置で使用する電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光量制御装置
１０ ベースプレート
１１ ベースプレート本体
１１ａ 上面部
１１ａ’段差部
１２ 底蓋
１３ 第１の光量制御穴
１３ａ 円錐穴
１３ｂ 円穴
１４ 第１の長穴
１４ａ 上側長穴
１４ｂ 下側長穴
１５ ボス部（ピボット軸）
１６ 軸穴
２０ 遮光羽根
２１ 軸穴
２２ 第２の長穴
２３ 第２の光量制御穴
３０ 遮光羽根揺動手段
３１ 駆動部材（駆動軸）
３２ 摩擦係合部材
３２ａ 固定係合部材
３２ｂ ばね部材
３３ 電気−機械変換素子（圧電素子）
３４ 被駆動ヘッド
３５ 駆動ピン
３６ａ 下押えガイド部（ガイド部）
３６ｂ 上押えガイド部（ガイド部）
３６ｃ 被ガイド部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御電圧を印加され伸縮する電気−機械変換素子を駆動源として光量制御穴を有するベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ光量制御穴の通過光の光量を制御する光量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光量制御装置としては、地板に設けられた絞り羽根がアイリスモータやステッピングモータなどの電磁モータで駆動される。しかし、電磁モータはマグネットとコイル等で構成されているので、部品点数が多く、構造が複雑になり、組立が難しく、高コストになり、小型化が難しいといった問題があり、電磁モータを使用する光量制御装置の小型化にも限界がある。
【０００３】
そこで、光量制御装置の駆動源として電気−機械変換素子（例えば圧電素子）を用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。従来の電気−機械変換素子を用いた駆動装置は、インパクト方式（ＩＤＭ）やＳｔｉｃ−Ｓｌｉｐ方式及びスムースインパクト方式（ＳＩＤＭ）等の方式で、一般的に知られている。
【０００４】
特許文献１に記載された光量制御装置は、地板と、４枚の絞り羽根と、動輪と、地板に取付けられた圧電アクチュエータとによって構成される。圧電アクチュエータは、１つの絞り羽根に係入された摺動嵌合部が摩擦係合した駆動軸と、駆動軸の一端に固着された第１圧電素子と、駆動軸の他端に固着された第２圧電素子とを備え、第１及び第２圧電素子が駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで摩擦係合部が軸線方向に、大きな一定の移動量を持って移動される構成である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１８８６号公報（図１９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された光量制御装置によれば、比較的大きな摩擦係合部が移動することにより、その分のスペースが必要になり、また２個の圧電素子を使用するので、装置全体のサイズアップ、コストアップ及び消費電力が懸念され、また光軸方向の寸法を大きく取る構造となっている。
また、この立方体の圧電素子を小さくしていくと、有効な圧電効果を生起する面積部分は小さくなっても電極形成部を小さくするには限界があるため、電極形成部の素子幅に対する比率は大きくなり、圧電素子の出力効率が低いものとなる。
【０００７】
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、コンパクトな構造で部品点数が少なく組立てが容易であり、かつ遮光羽根を良好に揺動することができ、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる光量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光量制御装置は、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段により、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ、該遮光羽根で前記ベースプレートに備えた第１の光量制御穴の通過光量を制御する光量制御装置において、前記遮光羽根揺動手段は、前記ベースプレートに、駆動部材と、前記ベースプレートに設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている前記電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子の他端面に固着された被駆動ヘッドとを有し、更に、前記被駆動ヘッドと一体に設けられ、前記遮光羽根に連結されている駆動ピンを有してなり、前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、電気−機械変換素子は制御電圧の印加により伸縮し駆動部材を軸方向に振動させる。電気−機械変換素子が瞬速伸長と緩速収縮とを交番して行うときの、駆動部材の振動と、駆動部材と摩擦係合部材との摩擦係合との協働作用により、被駆動ヘッドが摩擦係合部材の方向に移動し、また電気−機械変換素子が緩速伸長と瞬速収縮とを交番して行うときの、駆動部材の振動と、駆動部材と摩擦係合部材との摩擦係合との協働作用により、被駆動ヘッドが摩擦係合部材から離隔する方向に移動する。
したがって、駆動ピンが遮光羽根を揺動し、該遮光羽根が第１の光量制御穴の一部あるいは全部が重なり第１の光量制御穴を通過する光量を制御する。
【００１０】
上記構成によれば、駆動部材と被駆動ヘッドとが電気−機械変換素子の伸縮方向における両端に配設され、駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材がベースプレートより設けられているので、摩擦係合部材と駆動部材との間に生じた摩擦による振動が被駆動ヘッドに直接伝わることを防止でき、摩擦によって発生する振動による被駆動ヘッドへの影響を抑制することが可能となる。
【００１１】
上記構成によれば、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動する遮光羽根揺動手段を、駆動部材と摩擦係合部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドと駆動ピンを備えて構成してベースプレート外に備えたので、部品点数が少なく組立てが容易であり、電気−機械変換素子の伸縮運動を駆動部材に良好に伝えられて遮光羽根を良好に揺動することができ、光軸方向に装置高さを低くすることが可能であるコンパクトな構造の光量制御装置を実現でき、さらに１個の電気−機械変換素子が駆動源であるので装置全体のサイズアップ、コストアップ及び消費電力を抑制できる。
【００１２】
上記構成によれば、特に、電気−機械変換素子について、伸縮方向に垂直な方向の断面形状を長方形にするので、有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分の面積割合を大きく確保でき、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる。
【００１３】
そして、遮光羽根揺動手段が、電気−機械変換素子の伸縮方向の一端面に駆動部材が一軸一体に設けられ、他端面に被駆動ヘッドが一軸一体に設けられていて、駆動部材が摩擦係合部材により摩擦係合状態に支持される構成であることに特徴があるので、電気−機械変換素子の伸縮による振動がベースプレートに伝わってしまうことがなく、駆動部材の慣性力と摩擦係合部材の摩擦係合力との差により、摩擦トルクが安定化して駆動部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドが一体に移動し易い。
【００１４】
上記構成によれば、遮光羽根を揺動する遮光羽根揺動手段を、駆動部材と摩擦係合部材と電気−機械変換素子と被駆動ヘッドと駆動ピンを備えて構成してベースプレート外に備えたので、摩擦係合状態に支持される駆動部材と一軸一体の電気−機械変換素子に制御電圧を印加して伸縮運動させることにより被駆動ヘッドを往復動させこの往復動を利用してベースプレートに備えた遮光羽根を揺動して光量制御することができる。
【００１５】
上記構成によれば、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段を分離独立して組立てることができ、遮光羽根揺動手段のベースプレートへの組付けが、摩擦係合部材のベースプレートへの固定設置及び駆動ピンの差し込み連結で実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光量制御装置によれば、コンパクトな構造で部品点数が少なく組立てが容易であり、かつ遮光羽根を良好に揺動することができ、電気−機械変換素子の効率を向上させることができる光量制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の光量制御装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光量制御装置１を示す斜視図である。図２は、光量制御装置１の分解斜視図である。図１、図２に示すように、光量制御装置１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０に設けられた遮光羽根２０と、ベースプレート１０外面に設けられた遮光羽根揺動手段３０とを備えてなる。
【００１９】
ベースプレート１０は、ベースプレート本体１１と底蓋１２とで構成されている。
ベースプレート本体１１は、ほぼ正方形の上面部１１ａと、上面部１１ａの三つの側縁にわたり垂下するコ字脚１１ｂ及び二つのコーナに垂下するコーナ脚１１ｃ、１１ｄとを備え、上面部１１ａは、略中央にすり鉢状斜面を有する円錐穴１３ａが形成されかつコーナ脚１１ｄに寄った位置に上側長穴１４ａが開口され、上面部１１ａの上側長穴１４ａに近い内面より一体に垂下するボス部（ピボット軸）１５とを有して構成されている（図２、図５参照）。
底蓋１２は、ベースプレート本体１１の上面部に対応するほぼ正方形であり、略中央に円錐穴１３ａの最小径より若干大きい円穴１３ｂと、ベースプレート本体１１の上面部１１ａの上側長穴１４ａに対応して若干大きく開口された下側長穴１４ｂと、ボス部１５を嵌合支持する軸穴１６を有している。
遮光羽根２０は、所要輪郭のアーム形状に形成され、軸穴２１と、第２の長穴２２と、第２の光量制御穴２３とを有している（図２参照）。
そして、ベースプレート本体１１のボス部１５に遮光羽根２０の軸穴２１を嵌合して、遮光羽根２０をベースプレート本体１１内に収容し、底蓋１２の周縁部をベースプレート本体１１の周壁部下端（コ字脚１１ｂ及びコーナ脚１１ｃ、１１ｄ）に当接され（図２、図５、図９参照）、ねじ等の止着具(不図示)によりベースプレート本体１１と底蓋１２は、止着されている。
【００２０】
上記構成のように、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、ベースプレート本体１１の下部開口が底蓋１２で閉じられ、かつボス部１５が遮光羽根２０の軸穴２１と底蓋１２の軸穴１６に嵌合されている。これにより、遮光羽根２０が、ボス部１５を回転中心として揺動可能な状態にベースプレート１０に収容されている（図２、図５、図８参照）。
また、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、円錐穴１３ａと円穴１３ｂとによってベースプレート本体１１の略中心に貫通状態に第１の光量制御穴１３が構成され、第１の光量制御穴１３とコーナ脚１１ｄとの間に、上側長穴１４ａと下側長穴１４ｂとによってベースプレート本体１１に対し貫通状態に第１の長穴１４が形成される（図２参照）。
さらに、ベースプレート本体１１と底蓋１２とが重ね合わされることにより、ベースプレート１１の三方の側面にスリット窓１７〜１９が形成され、スリット窓１７〜１９から遮光羽根２０が揺動位置によっては突出可能であり、これにより、ベースプレート１１の四角形を小さくすることもできる（図２、図５参照）。
【００２１】
遮光羽根揺動手段３０は、ベースプレート本体１１の上面部１１ａに備えられる。遮光羽根揺動手段３０は、駆動部材３１と、摩擦係合部材３２と、圧電素子等の電気−機械変換素子３３と、被駆動ヘッド３４と、駆動ピン３５と、ガイド手段３６と、を有して構成されている。この構成によれば、電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段を分離独立して組立てることができ、遮光羽根揺動手段のベースプレートへの組付けが、摩擦係合部材のベースプレートへの固定設置及び駆動ピンの差し込み連結で実現できる。（図１、図２参照）
【００２２】
遮光羽根揺動手段３０は、図２、図９〜図１１に示すように、ベースプレート本体１１の厚み方向に対する寸法が小さくなるように形成されている。電気−機械変換素子３３は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状は、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、前記ベースプレート１０に垂直な辺が短辺に構成された長方形である。電気−機械変換素子３３は、長方形とすることにより電気−機械変換素子３３の効率を向上にも寄与している。また、駆動部材３１及び被駆動ヘッド３４の伸縮方向に垂直な方向の断面形状についても、電気−機械変換素子３３と同一の長方形であることにより、光軸方向に装置高さが低くなっている。さらに、摩擦係合部材３２は、駆動部材３１を受承する凹部３２ａ’を有し、ベースプレート１０に固定される係合固定部材３２ａと、前記凹部３２ａ’と共同して駆動部材３１を挟み、摩擦係合状態に保持するばね部材３２ｂとを有すると共に、係合固定部材３２ａは、ベースプレート１０の厚み方向の寸法を小さくするためにベースプレート本体１１ａの段差部１１ａ’に設けられている。
【００２３】
駆動部材３１は、比重が小さい強靭な材料（例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等）より断面形状が長方形に形成されている。摩擦係合部材３２は、ベースプレート１０より設けられていて駆動部材３１を摩擦係合状態に支持する。電気−機械変換素子３３は、制御電圧を印加され伸縮する駆動部品であり、駆動部材３１の端面に伸縮方向の一端面を固着されている。被駆動ヘッド３４は、電気−機械変換素子３３の伸縮方向の他端面に固着されている。駆動部材３１と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４は一軸一体に接合されている。駆動ピン３５は、被駆動ヘッド３４と一体に成形されている。被駆動ヘッド３４と駆動ピン３５は、静止慣性力を大きく具有するために、駆動部材３１と比較して比重の大きい材料により形成されている。
【００２４】
図１、図９、図１０に示すように、ガイド手段３６は、下押えガイド部３６ａと、上押えガイド部３６ｂと、被ガイド部３６ｃとを備えてなる。下押えガイド部３６ａは、ベースプレート１０の上面に設けられ、駆動軸３１のベースプレート対向面(図１において下面)と摺動して駆動軸３１が下側に撓み変形することを回避する役目を果たす。上押えガイド部３６ｂは、ベースプレート１０の上面に設けられ、被駆動ヘッド３４の側面に突設された被ガイド部３６ｃの上面と摺動して被駆動ヘッド３４が上側に撓み変形することを回避する役目を果たす。
【００２５】
駆動ピン３５は、ベースプレート１０に設けられた上側長穴１４ａを通して該ベースプレート１０に入り、上側長穴１４ａと交差するように遮光羽根２０に設けられた第２の長穴２２に摺動可能に通されて該遮光羽根２０を揺動可能であり、さらに底蓋１２に設けられた下側長穴１４ｂに通されている。上側長穴１４ａと下側長穴１４ｂとは、上記の第１の長穴１４を構成し、第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）の駆動ピン３５をガイドする方向は、摩擦係合部材３２が駆動部材３１をガイドする方向と合致するように設けられている（図１、図２、図９、図１０参照）。すなわち、第１の長穴１４は、駆動ピン３５の移動をガイドする役目を果たす。
【００２６】
第１の長穴１４は、更に、駆動ピン３５の移動範囲を制限し、移動範囲の両端において、遮光羽根２０の第１の光量制御穴１３に対する位置決めを行う役目を果たす。第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）は、一方の端（摩擦係合部材３２に近い側の端）に駆動ピン３５を当接停止するとき（図３、図４参照）、遮光羽根２０を第１の光量制御穴１３に掛からない位置へ停止させ（図５参照）、また他方の端（摩擦係合部材３２から遠い側の端）に駆動ピン３５を当接停止するとき（図６、図７参照）、遮光羽根２０の第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３（円錐穴１３ａ）と同心位置へ停止させる（図８参照）。
【００２７】
続いて、光量制御装置１の動作について説明する。
電気−機械変換素子３３が瞬速伸長するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも大きくなる。このため、被駆動ヘッド３４が静止位置に止まるから、このとき摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置は、電気−機械変換素子３３に接近する方向に微小ステップ移動した状態にずれる。そして、次に電気−機械変換素子３３が緩速収縮するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも小さくなり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置にずれは生じない。こうして、電気−機械変換素子３３が一回の瞬速伸長と一回の緩速収縮を行うと、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２に接近する方向に微小移動する。
したがって、電気−機械変換素子３３が瞬速伸長と緩速収縮とを交番する振動を行うときは、図６、図７中の矢印Ａに示すように、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２に接近移動し、図３、図４に示すように、駆動ピン３５が第１の長穴１４の摩擦係合部材３２に近い側の端に当接停止すると、図５に示すように、遮光羽根２０は、第１の光量制御穴１３の側方へ避けて位置される。それによって、光量制御装置１は、開口が大きい第１の光量制御穴（入光窓）１３によって第１の光量（最大値）となるように制御し得る。
【００２８】
上記とは逆に、電気−機械変換素子３３が瞬速収縮するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも大きくなる。このため、被駆動ヘッド３４が静止位置に止まり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置がずれ、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離間する方向に微小移動する。そして、次に電気−機械変換素子３３が緩速伸長するときは、被駆動ヘッド３４の慣性力が摩擦係合部材３２による摩擦係合力よりも小さくなり、摩擦係合部材３２の駆動部材３１を保持する位置にずれは生じない。こうして、電気−機械変換素子３３が一回の瞬速収縮と一回の緩速伸長を行うと、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離隔する方向に微小移動する。
したがって、電気−機械変換素子３３が瞬速収縮と緩速伸長とを交番する振動を行うときは、図３、図４中の矢印Ｂに示すように、被駆動ヘッド３４が摩擦係合部材３２から離間する方向に移動し、図６、図７に示すように、駆動ピン３５が第１の長穴１４の摩擦係合部材３２から遠い側の端に当接停止すると、図８に示すように、遮光羽根２０は、第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３と同心位置となるように駆動ピン３５により揺動される。それによって、光量制御装置１は、開口が小さい第２の光量制御穴２３によって第２の光量（最小値）となるように制御し得る。
【００２９】
上記構成において、電気−機械変換素子３３の伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺である長方形としていること、長方形とした電気−機械変換素子３３の伸縮方向の一端面に、長方形断面形状の駆動部材３１を一軸一体に連結していること、さらに、摩擦係合部材３２が、ベースプレート１０の上面を低くしてなる段差部１１ａ’に設けられていることは、いずれも、光軸方向に装置高さを低くすることに寄与しており、コンパクトな構造の光量制御装置を実現につながる。また上記実施形態では、一軸一体の駆動部材３１と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４について、幅広化・薄肉化し、ガイド手段３６により薄肉方向の変形を抑えたので、幅広方向と薄肉方向のいずれも衝撃等の外部からの大きな力の影響を避けることができる。
【００３０】
上記構成において、電気−機械変換素子３３の伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺である長方形とすることは、有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分の面積割合を大きく確保できて電気−機械変換素子３３の効率を向上させることにつながっている（このことについては、詳しく後述する。）。
【００３１】
上記実施形態では、駆動ピン３５が、第１の長穴１４（上側長穴１４ａ）に対して交差する遮光羽根２０に設けられた第２の長穴２２に摺動可能に通されている構成であるので、駆動ピン３５が、ベースプレート本体１１の上側長穴１４ａ及び遮光羽根２０の第２の長穴２２に対し摺動することにより、ベースプレート１０外の駆動ピン３５の直動でベースプレート１０の遮光羽根２０を揺動させる運動変換伝達機構を、特別の運動変換伝達部材を設けることなく、構成を大幅に簡素化できる。
【００３２】
上記実施形態では、ベースプレート本体１１の内面に一体にボス部１５が設けられ、ボス部１５が遮光羽根２０に設けられた軸穴２１に嵌挿され更に底蓋１２に設けられた軸穴１６に嵌合された構成であるので、部品点数を最小にしてベースプレート本体１１内に収容する遮光羽根２０をピボット回動可能に支持でき、構成を大幅に簡素化できる。
【００３３】
上記実施形態では、第１の長穴１４の上側長穴１４ａが、駆動部材３１の移動方向に沿って設けられ駆動ピン３５の移動方向をガイドする構成であるので、移動範囲をガイドする独立したガイド部材を無くし構成を簡素化できる。
【００３４】
上記実施形態では、第１の長穴１４の上側長穴１４ａが、駆動ピン３５の移動範囲を制限する構成であるので、移動範囲を制限する独立したストッパ部材を無くし構成を簡素化できる。
【００３５】
上記実施形態では、遮光羽根２０には、第２の光量制御穴２３が設けられ、遮光羽根揺動手段３０が、遮光羽根２０を揺動し第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３に対応する位置に合わせる構成であるので、光軸に対して同心円となるように２段階に光量を絞ることができる。
【００３６】
上記実施形態では、ベースプレート１０は、ベースプレート本体１１と底蓋１２で形成され、ベースプレート本体１１と底蓋１２の間に遮光羽根２０が配置されている構成であるので、遮光羽根２０に対する保護が完全に行われかつ、ベースプレート１０の両面を取付け面として広く利用できる。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光量制御装置の遮光羽根揺動手段３０の斜視図である。この実施の形態の遮光羽根揺動手段３０は、駆動部材３１Ｂを除いた摩擦係合部材３２と電気−機械変換素子３３と被駆動ヘッド３４と駆動ピン３５について、第１の実施の形態と同一に構成されており、駆動部材３１Ｂは、電気−機械変換素子３３のベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺とする伸縮方向の一端面に対して、丸軸を二本並べた断面形状に設けられている。
【００３８】
〔電気−機械変換素子の圧電効果部の面積について〕
電気−機械変換素子３３が、伸縮方向に垂直な方向の断面形状を、前記ベースプレート１０に沿う方向が長辺、ベースプレート１０に垂直な辺が短辺とする長方形に形成されているとともに、駆動部材（３１、３１Ｂ）が長方形或いは丸軸を二本並べた断面形状に構成されることによる効果の意義が、装置全体の薄型化に寄与するだけでなく、有効な圧電効果が得られる面積割合を大きく確保でき、電気−機械変換素子３３の効率を向上させることができる、という効果に結びついていることについて以下に詳述する。
【００３９】
図１３(ａ)は、振動方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃの有効な圧電効果が得られる圧電効果を生起する部分である圧電効果部の面積割合を説明するための斜視図である。図１３(ｂ)は、振動方向の端面が長方形である電気−機械変換素子３３の有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積割合を説明するための斜視図である。
各図において、上下方向が電気−機械変換素子の積層方向であり、また伸縮方向である。各電気−機械変換素子の上端面に表示した斜線エリアは、有効な圧電効果が得られる面積部分を示している。
【００４０】
電気−機械変換素子３３Ｃの有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積Ｓ１（＝Ｗ１u・Ｄ１）と、電気−機械変換素子３３の有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積Ｓ２（＝Ｗ２u・Ｄ２）とが等しくなるように、電気−機械変換素子３３Ｃと、電気−機械変換素子３３（この例では長辺（Ｗ２u）：短辺（Ｄ２）＝２：１）とを製作する場合、以下に示す式によって、素子幅比（ｎ）と圧電有効面積割合（１／Ｐ）との関係を導くことができる。
電気−機械変換素子３３Ｃの有効面積は、有効幅をＷ１u、奥行きをＤ１、電極形成部のロス部幅Ｗｂとすると、
Ｓ１＝Ｗ１u・Ｄ１＝（Ｗ１−２・Ｗｂ）・Ｄ１である。
また、電気−機械変換素子３３の有効面積は、有効幅をＷ１u、奥行きをＤ２とすると、
Ｓ２＝Ｗ２u・Ｄ２＝（Ｗ２−２・Ｗｂ）・Ｄ２である。
したがって、電気−機械変換素子３３Ｃと電気−機械変換素子３３の有効面積を等しくすると、
Ｓ１＝Ｓ２＝（Ｗ１−２・Ｗｂ）・Ｄ１＝（Ｗ２−２・Ｗｂ）・Ｄ２……（１）
となる。
（１）式において、
ｐ＝Ｄ２／Ｄ１、
ｎ＝Ｗ２／Ｗ１（ｎは、素子幅比）、
ｋ＝Ｗｂ／Ｗ１（ｋは、素子幅に対する電極形成部のロス部の素子幅方向比率）とすると、
ｐは下記の（２）式のようになる。
ｐ＝（Ｗ１−２・ｋ・Ｗ１）・Ｄ１／（ｎ・Ｗ１−２・ｋ・Ｗ１）……（２）式
このとき、Ｗ１＝１ｍｍ、Ｄ１＝１ｍｍの正方形素子とすると、
ｐ＝（１−２・ｋ）／（ｎ−２・ｋ）となり、
圧電有効面積割合（１／ｐ）は、
１／ｐ＝（ｎ−２・ｋ）／（１−２・ｋ）となる。
【００４１】
図１４は、素子幅比（ｎ）と圧電有効面積割合（１／Ｐ）との関係を示すグラフである。
同図中、グラフ線ａはｋ＝０．１のときのｎと１／Ｐとの関係を示し、グラフ線ｂはｋ＝０．２のときのｎと１／Ｐとの関係を示し、グラフ線ｃはｋ＝０．３のときのｎと１／Ｐとの関係を示す。
このようにｋ値が大きいときほど、素子幅比ｎを大きくしたとき、換言すれば、より細長い長方形にしたときの圧電有効面積割合（１／Ｐ）の増加に大きく寄与することが分かる。
同じ断面積を有する電気−機械変換素子である場合、図１３(ａ)に示す伸縮方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃよりも、図１３(ｂ)に示す伸縮方向の端面が長方形である電気−機械変換素子３３の方が、有効な圧電効果が得られる圧電効果部の面積が大きくなるから、それだけ高い出力が得られる。
【００４２】
したがって、上述した第１の実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、伸縮方向の端面が長方形（長辺：短辺＝２：１）である電気−機械変換素子３３の端面に、該端面の圧電有効面積に対応する長方形断面を有する駆動軸３１Ａを設けた構成であり、また、上述した第２の実施形態では、図１５（ｃ）に示すように、電気−機械変換素子３３の端面に、該端面の圧電有効面積部分の長方形の短辺を直径とする丸棒を２本並べた駆動軸３１Ｂを設けた構成であり、これらの構成は、図１５（ａ）に示す伸縮方向の端面が略正方形である電気−機械変換素子３３Ｃの端面に該端面に内接する円形断面を有する駆動軸３１Ｃを設けた構成に比べ、高い出力効率が得られる。
【００４３】
〔その他の実施形態、変形例〕
以上、本発明に係る実施形態について図面を参照し説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限度で種々の設計変更や工程の変更が可能であり、そのような変更も技術的範囲に含まれるものである。例えば、ボス部１５と軸穴１６は、逆転した配置に備えても良い。本発明の光量制御装置は、第１の光量制御穴１３による第１の光量制御と、遮光羽根２０に設けられた第２の光量制御穴２３を第１の光量制御穴１３と同心円となる位置に移動する第２の光量制御との二段階の光量制御に限定されるものではない。遮光羽根２０を揺動することにより、該遮光羽根２０で第１の光量制御穴１３を無段階に絞ることができる構成も含まれる。さらに、遮光羽根２０は、一枚羽根に限定されない、遮光羽根２０と連鎖状にリンクして設けられ該遮光羽根２０の揺動に連動して揺動し該遮光羽根２０と共同して第１の光量制御穴１３を絞ることができる構成も含まれる。駆動ピン３５が第１の長穴１４の適宜の中途で停止するように設ける場合も本発明に含まれる。駆動ピン３５の直動方向と遮光羽根２０の揺動方向とが前記第１の実施形態とは逆となるように、第２の遮光羽根２０のボス部１５と係合する軸穴２１と、駆動ピン３５と係合する第２の長穴２２を配置する場合も本発明に含まれる。
【００４４】
本発明の光量制御装置は、構造の簡素化、小型化等を達成しており、近年小型化されているデジタルカメラの光量制御装置として適用できるのは勿論のこと、その他のレンズ光学系の光量制御装置としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態に係る光量制御装置を示す斜視図である。
【図２】図１の光量制御装置の分解斜視図である。
【図３】図１の光量制御装置の第１の光量制御状態の斜視図である。
【図４】図３に示す第１の光量制御状態の光量制御装置の平面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ横断面図である。
【図６】図１の光量制御装置の第２の光量制御状態の斜視図である。
【図７】図６に示す第２の光量制御状態の光量制御装置の平面図である。
【図８】図６におけるIIＸ−IIＸ横断面図である。
【図９】図４におけるＸ−Ｘ縦断面図である。
【図１０】図４におけるIＸ−IＸ縦断面図である。
【図１１】図４におけるＸI−ＸI縦断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る光量制御装置の要部の遮光羽根揺動手段を示す斜視図である。
【図１３】電気−機械変換素子の圧電有効面積を説明するための斜視図である。
【図１４】電気−機械変換素子の素子幅比と圧電有効面積割合との関係を示すグラフである。
【図１５】（ａ）は従来の電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図であり、（ｂ)は図１の光量制御装置で使用する電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図であり、（ｃ)は図１２の光量制御装置で使用する電気−機械変換素子と駆動部材との連結形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光量制御装置
１０ ベースプレート
１１ ベースプレート本体
１１ａ 上面部
１１ａ’段差部
１２ 底蓋
１３ 第１の光量制御穴
１３ａ 円錐穴
１３ｂ 円穴
１４ 第１の長穴
１４ａ 上側長穴
１４ｂ 下側長穴
１５ ボス部（ピボット軸）
１６ 軸穴
２０ 遮光羽根
２１ 軸穴
２２ 第２の長穴
２３ 第２の光量制御穴
３０ 遮光羽根揺動手段
３１ 駆動部材（駆動軸）
３２ 摩擦係合部材
３２ａ 固定係合部材
３２ｂ ばね部材
３３ 電気−機械変換素子（圧電素子）
３４ 被駆動ヘッド
３５ 駆動ピン
３６ａ 下押えガイド部（ガイド部）
３６ｂ 上押えガイド部（ガイド部）
３６ｃ 被ガイド部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段により、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ、該遮光羽根で前記ベースプレートに備えた第１の光量制御穴の通過光量を制御する光量制御装置において、
前記遮光羽根揺動手段は、前記ベースプレートに、駆動部材と、前記ベースプレートに設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている前記電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子の他端面に固着された被駆動ヘッドとを有し、
更に、前記被駆動ヘッドと一体に設けられ、前記遮光羽根に連結されている駆動ピンを有してなり、
前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形である、
ことを特徴とする光量制御装置。
【請求項２】
前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、前記ベースプレートに沿う方向が長辺、前記ベースプレートに垂直な辺が短辺の長方形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光量制御装置。
【請求項３】
前記駆動部材は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光量制御装置。
【請求項４】
前記駆動部材は、前記ベースプレートに沿って並んでいる複数の軸である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項５】
前記摩擦係合部材は、前記ベースプレートの上面を低くしてなる段差部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項６】
前記駆動部材と、前記電気−機械変換素子と、前記被駆動ヘッドのいずれかに被ガイド部を設け、該ガイド部を係合案内するガイド部を前記ベースプレートに設けた、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項７】
前記駆動ピンが、前記遮光羽根に設けられた第２の長穴に摺動可能に連結されている、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項８】
前記遮光羽根には丸穴部が設けられ、実質的に前記ベースプレートに固定されたボス部に回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項９】
前記ベースプレートには、前記駆動部材の移動方向に沿って前記駆動ピンをガイドする長穴が設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項１０】
前記ベースプレートに設けられた長穴は、前記駆動ピンの移動範囲を制限するストッパである、
ことを特徴とする請求項９記載の光量制御装置。
【請求項１１】
前記遮光羽根には、前記ベースプレートに備えられた第１の光量制御穴より小径の第２の光量制御穴が形成され、前記遮光羽根揺動手段により光量制御穴を切り替え可能である、ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項１２】
前記ベースプレートは、ベースプレート本体と底蓋で形成され、前記ベースプレート本体と底蓋の間に前記遮光羽根が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項１】
電気−機械変換素子を駆動源とする遮光羽根揺動手段により、ベースプレートに備えた遮光羽根を揺動させ、該遮光羽根で前記ベースプレートに備えた第１の光量制御穴の通過光量を制御する光量制御装置において、
前記遮光羽根揺動手段は、前記ベースプレートに、駆動部材と、前記ベースプレートに設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている前記電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子の他端面に固着された被駆動ヘッドとを有し、
更に、前記被駆動ヘッドと一体に設けられ、前記遮光羽根に連結されている駆動ピンを有してなり、
前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形である、
ことを特徴とする光量制御装置。
【請求項２】
前記電気−機械変換素子は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、前記ベースプレートに沿う方向が長辺、前記ベースプレートに垂直な辺が短辺の長方形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光量制御装置。
【請求項３】
前記駆動部材は、伸縮方向に垂直な方向の断面形状が、長方形である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光量制御装置。
【請求項４】
前記駆動部材は、前記ベースプレートに沿って並んでいる複数の軸である、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項５】
前記摩擦係合部材は、前記ベースプレートの上面を低くしてなる段差部に設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項６】
前記駆動部材と、前記電気−機械変換素子と、前記被駆動ヘッドのいずれかに被ガイド部を設け、該ガイド部を係合案内するガイド部を前記ベースプレートに設けた、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項７】
前記駆動ピンが、前記遮光羽根に設けられた第２の長穴に摺動可能に連結されている、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項８】
前記遮光羽根には丸穴部が設けられ、実質的に前記ベースプレートに固定されたボス部に回転可能に支持されている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項９】
前記ベースプレートには、前記駆動部材の移動方向に沿って前記駆動ピンをガイドする長穴が設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項１０】
前記ベースプレートに設けられた長穴は、前記駆動ピンの移動範囲を制限するストッパである、
ことを特徴とする請求項９記載の光量制御装置。
【請求項１１】
前記遮光羽根には、前記ベースプレートに備えられた第１の光量制御穴より小径の第２の光量制御穴が形成され、前記遮光羽根揺動手段により光量制御穴を切り替え可能である、ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１記載の光量制御装置。
【請求項１２】
前記ベースプレートは、ベースプレート本体と底蓋で形成され、前記ベースプレート本体と底蓋の間に前記遮光羽根が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１記載の光量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−８５７７４（Ｐ２０１０−８５７７４Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５５９７（Ｐ２００８−２５５５９７）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【Ｆターム（参考）】
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