JPH11231373A

JPH11231373A - 光学絞り装置

Info

Publication number: JPH11231373A
Application number: JP10046184A
Authority: JP
Inventors: Noboru Saito; 登齊藤; Masataka Nishiyama; 政孝西山; Masatoshi Takano; 正寿高野; Takaaki Yoshinari; 隆明吉成; Kiyoshi Negishi; 清根岸
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】例えばＤＭＤ等の光学素子を用いて、撮像素
子の受光量を制御する絞り装置の設置場所の制限を緩和
し、絞り形状を任意に定めることを可能にするとともに
カメラを小型化する。【解決手段】第１、第２および第３レンズ群１１ａ、
１１ｂ、１１ｃから成る撮影レンズの光路内にＤＭＤ２
０を設ける。ＤＭＤ２０は、第１および第２レンズ群１
１ａ、１１ｂからの入射光を第３レンズ群１１ｃ側に反
射させるオン状態と反射させないオフ状態とを選択的に
設定可能であり、２次元的に配列された複数のマイクロ
ミラーを有する。第３レンズ群１１ｃの後方にＣＣＤ１
３を設ける。ＤＭＤ駆動回路３１によってＤＭＤ２０の
オンオフ状態を制御して、ＣＣＤ１３の受光量を制御す
る。すなわちＤＭＤ２０は絞りとして作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばデジタルカ
メラに設けられ、撮像素子の受光量を制御する光学絞り
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来デジタルカメラにおける絞り装置
は、撮影光学系を構成する複数のレンズ群の間に配置さ
れている。また絞り装置は、１枚あるいは複数枚の絞り
羽根を手動またはモータ等の電動機構によって変位さ
せ、撮影光学系から導かれる光束を絞り、撮像素子の受
光量を制御するように構成されている。

【０００３】一方近年、ＤＭＤ（商品名。ディジタル・
マイクロミラー・デバイスの略称。）が開発されてい
る。ＤＭＤは、一辺が約１６μｍのマイクロミラーを多
数格子状に２次元的に配置して構成される。各マイクロ
ミラーは２つの方向に傾斜可能であり、その傾斜方向
は、各マイクロミラーの直下に設けられたメモリ素子に
よる静電界作用によって変化する。すなわち静電気力を
受けているマイクロミラーが第１の傾斜方向に傾斜して
いるとすると、静電気力を受けていないマイクロミラー
は第２の傾斜方向に傾斜する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の絞
り装置は絞り羽根を変位させるような機械的構成を有
し、また撮影光学系の光路をできるだけ大きく確保する
ために、ある程度の大きさを有している。したがって、
撮影光学系の光軸方向の長さを絞り装置の分だけ大きく
することが必要であり、これはカメラ本体の小型化に障
害となっていた。本発明は、例えばＤＭＤ等の光学素子
を用いて、撮像素子の受光量を制御する絞り装置の設置
場所の制限を緩和し、カメラの小型化を容易にすること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学絞り装
置は、光学機器の光路に設けられ、入射光を所定の方向
に偏向させるオン状態と偏向させないオフ状態とを選択
的に設定可能であり、２次元的に配列された複数の光偏
向要素を有する光偏向手段と、所定の方向に設けられ、
入射光を受光する撮像素子と、光偏向手段のオンオフ状
態を制御して、撮像素子の受光量を制御する偏向制御手
段とを備えたことを特徴としている。

【０００６】本発明の光学絞り装置は例えばデジタルカ
メラに設けられる。

【０００７】好ましくは光偏向要素は、静電気力によっ
て傾斜角を変化させることによりオン状態またはオフ状
態に定められるミラー要素であるか、または光の回折作
用によってオン状態またはオフ状態に定められる回折形
光変調素子である。

【０００８】好ましくは偏向制御手段は、オン状態に定
められる光偏向要素の数を制御することにより、撮像素
子の受光量を制御するか、またはオン状態に定められる
光偏向要素の時間を制御することにより、撮像素子の受
光量を制御する。

【０００９】偏向制御手段によって制御される光偏向要
素は、例えば円形の内部に配置される。この円形の径は
偏向制御手段によって変更可能であることが好ましい。

【００１０】好ましくは、複数の光偏向要素の任意の一
部が偏向制御手段によって制御される。この任意の一部
に対応する光偏向要素は環状に配置されていてもよい。

【００１１】好ましくは、光偏向手段の中心位置は、撮
影光学系の光軸上にあり、かつ、撮影光学系に入射可能
であって前記光軸とのなす角が最も大きな軸外光の主光
線と前記光軸とが交差する位置にある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
である光学絞り装置をデジタルカメラに適用した例を示
し、デジタルカメラ内の要部の概略構成を示す図であ
る。

【００１３】デジタルカメラの本体（図示せず）内に
は、第１、第２および第３レンズ群１１ａ、１１ｂ、１
１ｃから成る撮影光学系が設けられている。第１および
第２レンズ群１１ａ、１１ｂはレンズ鏡筒（図示せず）
内に取り付けられ、第３レンズ群１１ｃは支持部材（図
示せず）に固定されている。第１および第２レンズ群１
１ａ、１１ｂの少なくとも一方は、自動焦点調節および
ズーミング動作のために、その光軸に沿って変位可能で
ある。

【００１４】第２レンズ群１１ｂを挟んで第１レンズ群
１１ａとは反対側には、光偏向手段であるＤＭＤ２０が
配設されている。第３レンズ群１１ｃは、第１および第
２レンズ群１１ａ、１１ｂを通ってＤＭＤ２０において
反射した光が入射する位置に設けられており、第１およ
び第２レンズ群１１ａ、１１ｂとは光学的に干渉しない
位置に設けられている。

【００１５】すなわちＤＭＤ２０は第２レンズ群１１ｂ
と第３レンズ群１１ｃに略対向している。またＤＭＤ２
０の中心位置は、撮影光学系の光軸上Ｘ１にあり、か
つ、撮影光学系に入射可能であって光軸Ｘ１とのなす角
が最も大きな軸外光の主光線Ｘ２と光軸Ｘ１とが交差す
る位置にある。ＤＭＤ２０は、その中心位置に対して、
第１および第２レンズ群１１ａ、１１ｂを通ってＤＭＤ
２０において反射した光が第３レンズ群１１ｃに入射す
るように傾斜している。

【００１６】ＤＭＤ２０の表面には多数のマイクロミラ
ー（図示せず）が設けられ、これらのマイクロミラーは
格子状すなわち２次元的に配列されている。後述するよ
うに、各マイクロミラーの傾斜角はＤＭＤ駆動回路３１
の制御によって変更され、これにより第１および第２レ
ンズ群１１ａ、１１ｂから第３レンズ群１１ｃに導かれ
る光量が制御される。すなわちＤＭＤ２０はカメラの絞
りとして作用する。

【００１７】第３レンズ群１１ｃを挟んでＤＭＤ２０の
反対側には、撮像素子（ＣＣＤ）１３が設けられ、第３
レンズ群１１ｃとＣＣＤ１３の間には光学ローパスフィ
ルタ１４が配設されている。ＣＣＤ１３は、その端子１
３ａがＣＣＤ基板１５に装着されることによってＣＣＤ
基板１５に固定される。ＣＣＤ基板１５にはＣＣＤ駆動
回路３２が接続されており、ＣＣＤ１３はＣＣＤ駆動回
路３２の制御に従って駆動される。すなわちＣＣＤ１３
によって受光された光データは電気信号に変換され、Ｃ
ＣＤ１３から読み出される。

【００１８】ＤＭＤ駆動回路３１とＣＣＤ駆動回路３２
は、マイクロコンピュータを備えた制御回路３３によっ
て制御される。制御回路３３には、シャッターボタン３
４と操作部材３５と測光センサ３６とＩＣメモリカード
３７が接続されている。測光センサ３６によって被写体
の測光値が検出される。操作部材３５を操作することに
より、測光値に基いて、絞り値またはシャッタースピー
ドが決定される。シャッターボタン３４を操作すること
によって撮影動作が行なわれる。撮影動作によって得ら
れた被写体像はＩＣメモリカード３７に記録可能であ
る。

【００１９】図２はＤＭＤ２０に設けられるマイクロミ
ラー（光偏向要素）２１を駆動するための構成を概念的
に示す図である。

【００２０】マイクロミラー２１は略矩形の平板状部材
であり、その表面にはアルミニウムの薄膜が積層されて
ミラー面が形成されている。マイクロミラー２１の一辺
は例えば約１６μｍである。マイクロミラー２１の対角
線上の２つの角部２１ａ、２１ｂは、シリコン基板２２
に設けられた一対の支持柱２３にトーションヒンジ２４
を介して連結されている。すなわちマイクロミラー２１
はトーションヒンジ２４の周りに回転可能であり、角部
２１ａ、２１ｂとは異なる２つの角部２１ｃ、２１ｄの
一方がシリコン基板２２に当接した位置において安定的
に静止する。

【００２１】シリコン基板２２のマイクロミラー２１側
の面には、複数の電極２５（メモリ素子）が形成されて
いる。これらの電極２５の所定のものに電圧を印加する
ことにより、マイクロミラー２１には静電気力が作用
し、マイクロミラー２１は、角部２１ｃがシリコン基板
２２に当接して第１の傾斜方向に傾斜する（オン状
態）。これに対し、静電気力が作用していないとき、マ
イクロミラー２１は角部２１ｄがシリコン基板２２に当
接して第２の傾斜方向に傾斜する（オフ状態）。

【００２２】図３はマイクロミラー２１に入射した光の
反射状態を示す図である。この図においてマイクロミラ
ー２１は、オン状態のとき、実線Ｌ１で示すように＋１
０°だけ時計方向に回転変位し、オフ状態のとき、破線
Ｌ２で示すように−１０°だけ反時計方向に回転変位す
る。オン状態のとき、第１および第２レンズ群１１ａ、
１１ｂ（図１参照）を介して入射された光はマイクロミ
ラー２１において反射し、第３レンズ群１１ｃ（図１参
照）に入射する（符号Ｂ１）。これに対してオフ状態の
とき、第１および第２レンズ群１１ａ、１１ｂから導か
れ、マイクロミラー２１において反射した光は、第３レ
ンズ群１１ｃには入射しない（符号Ｂ２）。すなわちマ
イクロミラー２１は、入射光を第３レンズ群１１ｃに反
射させるオン状態と、第３レンズ群１１ｃ側に反射させ
ないオフ状態との間において、選択的に設定可能であ
る。

【００２３】図４および図５はＤＭＤ２０を撮影レンズ
側から見た正面図であり、各マイクロミラー２１におい
て、白く示されたマイクロミラー２１はオン状態である
ことを示し、斜線が付されたマイクロミラー２１はオフ
状態であることを示している。また図４は絞り開放時の
状態を示し、図５は所定の絞り状態を示している。

【００２４】図４に示されるように絞り開放時におい
て、円Ｃ１により囲まれた領域内のマイクロミラー２１
のみがオン状態に定められ、円Ｃ１の外側のマイクロミ
ラー２１はオフ状態に定められている。これに対して所
定の絞り状態では、図５に示されるように、円Ｃ１より
も小さい円Ｃ２により囲まれた領域内のマイクロミラー
２１のみがオン状態に定められ、円Ｃ２の外側のマイク
ロミラー２１はオフ状態に定められている。すなわち第
１および第２レンズ群１１ａ、１１ｂを通過した光は、
絞り開放時では円Ｃ１の内側のマイクロミラー２１にお
いて反射し、所定の絞り状態では円Ｃ２の内側のマイク
ロミラー２１において反射して、第３レンズ群１１ｃ側
に導かれる。

【００２５】オン状態に定められるマイクロミラー２１
すなわち絞り値は、操作部材３５の操作に従って定めら
れる。例えば絞り優先モードでは、絞り値は操作部材３
５の操作によって決定され、シャッタースピード優先モ
ードでは、絞り値は操作部材３５の操作によって決定さ
れたシャッタースピードと測光センサ３６によって得ら
れた測光値とに従って決定される。制御回路３３では、
操作部材３５から入力された信号に従って絞り値が求め
られ、また絞り値に従って円Ｃ２の直径が演算されてオ
ン状態にすべきマイクロミラー２１が選択される。

【００２６】本実施形態の作用を説明する。操作部材３
５を用いて、例えば絞り優先モード等の撮影動作モード
が選択され、絞り値が決定される。この絞り値に従っ
て、所定のマイクロミラー２１がオン状態に定められ、
第３レンズ群１１ｃ側に導かれる光量が制御される。次
いでシャッターボタン３４が半押しされると自動焦点調
節が行なわれ、ＣＣＤ１３の受光面に画像が合焦する。
この後シャッターボタン３４が全押しされると、ＣＣＤ
１３において、所定の大きさの電圧が所定の時間だけ印
加され、ＣＣＤ１３に画像が記録される。この画像は操
作部材３５を操作することによって図示しない記録媒体
に格納可能である。

【００２７】このような撮影動作において、例えば操作
部材３５を用いて絞り値を変更すると、オン状態に定め
られるマイクロミラー２１の数が変化し、ＣＣＤ１３の
受光量が調整される。

【００２８】以上のように本実施形態の光学絞り装置
は、ＤＭＤ２０の各マイクロミラー２１のオンオフ状態
を制御することによって絞りの大きさを調整するように
構成されている。したがって絞り羽根を変位させるよう
に構成されている従来装置と比較して、機械的構成が簡
単である。

【００２９】さらに本実施形態によれば、ＤＭＤ２０に
よって撮影光学系の光路が折り返されるので、撮影光学
系の長さを短くすることができ、これによりカメラ本体
を小型化することが可能になる。

【００３０】また本実施形態では、図４および図５に示
されるように、円形の領域に配置されたマイクロミラー
２１をオン状態に定める必要はなく、オンオフ制御され
るマイクロミラー２１を自由に決定することができる。
例えば、隣り合うマイクロミラー２１のオンオフ状態を
反対に定めてもよいし、任意の形状の領域内のマイクロ
ミラー２１をオンオフ制御してもよい。これにより、撮
影光学系の特性に応じた光量制御が可能となる。

【００３１】なお第１の実施形態においてＤＭＤ２０は
絞りとして作用するように構成されているが、シャッタ
ーとして用いることもできる。この場合ＤＭＤ２０は、
所定の円形内のマイクロミラー２１が所定の時間だけオ
ン状態に定めるように制御される。

【００３２】ＤＭＤ２０を絞りとして利用する場合であ
っても、オンオフ制御されるマイクロミラー２１が円形
の内部に配置される必要はなく、目的に応じて任意に設
定可能である。

【００３３】図６は第２の実施形態におけるマイクロミ
ラー２１（図２、４、５参照）のオンオフ制御を示すタ
イミングチャートである。第２の実施形態において、機
械的および電気的な構成は第１の実施形態と同様であ
る。また第２の実施形態において、ＤＭＤ２０（図３、
４、５参照）に設けられた全てのマイクロミラー２１が
オンオフ制御される。すなわちＣＣＤ１３に導かれる光
量は、第１の実施形態では、オン状態に定められるマイ
クロミラー２１の数を制御することによって調整される
のに対し、第２の実施形態では、マイクロミラー２１が
オン状態に定められる時間を制御することによって調整
される。

【００３４】図６において符号（ａ）、（ｂ）は、マイ
クロミラー２１を所定の周期でパルス状にオンオフする
例を示している。オン状態に定められる時間は、符号
（ａ）の状態では相対的に長く、符号（ｂ）の状態では
相対的に短い。符号（ｃ）、（ｄ）はマイクロミラー２
１を一定時間の間、連続的にオン状態に定める例を示し
ており、オン状態に定められる時間は、符号（ｃ）の状
態の方が符号（ｄ）の状態よりも長い。

【００３５】このようにマイクロミラー２１のオンオフ
制御を時間によって制御する構成によっても第１の実施
形態と同様な効果が得られる。

【００３６】図７は第３の実施形態におけるＤＭＤ２０
であって、オンオフ制御されるマイクロミラー２１の配
置を示している。第３の実施形態において、機械的およ
び電気的な構成は第１の実施形態と同様である。

【００３７】第３の実施形態では、第１の実施形態と異
なり、円によって囲まれたマイクロミラー２１の全てが
同時にオンオフされるのではなく、マイクロミラー２１
は所定の領域毎にオンオフ制御される。すなわち、絞り
開放時において円Ｃ１の内側のマイクロミラー２１の全
てがオン状態に定められ、また最小絞り状態において円
Ｃ３の内側のマイクロミラー２１の全てがオン状態に定
められるとしたとき、円Ｃ１とＣ３の中間の半径を有す
る円Ｃ４、Ｃ５によって囲まれる環状の領域Ｒに位置す
るマイクロミラー２１が同時にオンオフ制御される。

【００３８】このように任意の一部のマイクロミラー２
１を他のマイクロミラー２１とは独立にオンオフ制御す
ることによって、例えばシェーディング補正をＣＣＤ１
３（図１参照）への記録動作において実行することが可
能となる。

【００３９】図８〜図１1 は、第４の実施形態において
設けられる回折形光変調素子４０を示す。この実施形態
において、撮影光学系から導かれる光は単色光であり、
例えば赤外光である。回折形光変調素子４０は、マイク
ロミラー２１（図２参照）に代えて設けられ、その他の
構成および作用は第１の実施形態と同様である。

【００４０】回折形光変調素子４０は多数の梁部材４１
を有する。梁部材４１は例えば窒化珪素から成り、幅が
１．０〜１．５μｍ、長さが１５μｍ〜１２０μｍの薄
い平板状の部材である。梁部材４１の表面には、例えば
アルミニウムの薄膜４２がコーティングされ、ミラー面
になっている。各梁部材４１の両端は基板４３の上に固
定されたスペーサ４４によって支持されている。スペー
サ４４は例えば二酸化珪素から成る。各梁部材４１は相
互に平行に配設され、隣接する梁部材４１間の間隔は、
梁部材４１の幅に略等しい。

【００４１】梁部材４１の表面（すなわち薄膜４２の裏
面）と基板４３の表面との間の距離は、この回折形光変
調素子４０に照射される光の波長（λ）の１／２であ
る。また梁部材４１の板厚は、その波長の１／４であ
る。

【００４２】梁部材４１と基板４３の間に電圧が印加さ
れていないとき、図８および図９に示されるように、梁
部材４１は基板４３に平行であり、梁部材４１の表面と
基板４３の間はλ／２だけ離れている。この状態では、
基板４３に対して照射された波長λの単色光は、回折作
用によって反射される（オン状態）。これに対し、梁部
材４１と基板４３の間に電圧が印加されているとき、図
１０および図１１に示されるように、梁部材４１はその
裏面が基板４３に密着するように撓み、梁部材４１の表
面と基板４３の距離はλ／４になる。この状態では、基
板４３に対する入射光と反射光が打消しあい、反射光は
存在しない（オフ状態）。

【００４３】このように第４の実施形態では、光の回折
作用によってオン状態またはオフ状態に定められる回折
形光変調素子４０を用いているため、撮影光学系から入
射される光は単色光でなければならない点を除いて、第
１の実施形態と作用は同じであり、同等な効果が得られ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、撮像素子
の受光量を制御する絞り装置の設置場所の制限が緩和さ
れるので、絞り形状を任意に定めることが可能となり、
かつカメラの小型化を容易にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である光学絞り装置を
デジタルカメラに適用した例を示し、デジタルカメラ内
の要部の概略構成を示す図である。

【図２】マイクロミラーを駆動するための構成を概念的
に示す図である。

【図３】マイクロミラーに入射した光の反射状態を示す
図である。

【図４】絞り開放時において、ＤＭＤを撮影レンズ側か
ら見た正面図である。

【図５】所定の絞り状態において、ＤＭＤを撮影レンズ
側から見た正面図である。

【図６】第２の実施形態におけるマイクロミラーのオン
オフ制御を示すタイミングチャートである。

【図７】第３の実施形態におけるＤＭＤであって、オン
オフ制御されるマイクロミラーの配置を示す図である。

【図８】第４の実施形態において設けられ、オン状態に
ある回折形光変調素子を、梁部材に垂直な面で切断して
示す断面図である。

【図９】図８に示される回折形光変調素子の側面図であ
る。

【図１０】オフ状態にある回折形光変調素子を梁部材に
垂直な面で切断して示す断面図である。

【図１１】図１０に示される回折形光変調素子の側面図
である。

【符号の説明】

２０ＤＭＤ（光偏向手段）２１マイクロミラー（光偏向要素）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉成隆明東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (72)発明者根岸清東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系の光路に設けられ、入射光を
所定の方向に偏向させるオン状態と偏向させないオフ状
態とを選択的に設定可能であり、２次元的に配列された
複数の光偏向要素を有する光偏向手段と、前記所定の方向に設けられ、前記入射光を受光する撮像
素子と、前記光偏向手段のオンオフ状態を制御して、前記撮像素
子の受光量を制御する偏向制御手段とを備えたことを特
徴とする光学絞り装置。
【請求項２】デジタルカメラに設けられることを特徴
とする請求項１に記載の光学絞り装置。
【請求項３】前記光偏向要素が静電気力によって傾斜
角を変化させることによりオン状態またはオフ状態に定
められるミラー要素であることを特徴とする請求項１に
記載の光学絞り装置。
【請求項４】前記光偏向要素が光の回折作用によって
オン状態またはオフ状態に定められる回折形光変調素子
であることを特徴とする請求項１に記載の光学絞り装
置。
【請求項５】前記偏向制御手段は、オン状態に定めら
れる前記光偏向要素の数を制御することにより、前記撮
像素子の受光量を制御することを特徴とする請求項１に
記載の光学絞り装置。
【請求項６】前記偏向制御手段は、オン状態に定めら
れる前記光偏向要素の時間を制御することにより、前記
撮像素子の受光量を制御することを特徴とする請求項１
に記載の光学絞り装置。
【請求項７】前記偏向制御手段によって制御される前
記光偏向要素が、円形の内部に配置されることを特徴と
する請求項１に記載の光学絞り装置。
【請求項８】前記円形の径が前記偏向制御手段によっ
て変更可能であることを特徴とする請求項７に記載の光
学絞り装置。
【請求項９】前記複数の光偏向要素の任意の一部が前
記偏向制御手段によって制御されることを特徴とする請
求項１に記載の光学絞り装置。
【請求項１０】前記任意の一部に対応する光偏向要素
が環状に配置されることを特徴とする請求項９に記載の
光学絞り装置。
【請求項１１】光偏向手段の中心位置が、撮影光学系
の光軸上にあり、かつ、撮影光学系に入射可能であって
前記光軸とのなす角が最も大きな軸外光の主光線と前記
光軸とが交差する位置にあることを特徴とする請求項１
に記載の光学絞り装置。