JP2008257028A - 入射光調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状記憶素材を用いること自体による小型化・薄型化のみならず、絞り羽根に平行な方向における面積も低減することのできる入射光調節装置を提供する。
【解決手段】開口を有する第１の基板１０１に対して回転軸を中心に回転することで挿入・退避動作を行う入射光調節手段である絞り環部１０８と絞り環部１０８に連結して第１の基板１０１の外周から突出したリンク部１１０と、一端がリンク部１１０またはリンク結合部１１２に、他端が第１の基板１０１の第１の部位にそれぞれ固定され、基板１０１の外周に沿って配置された第１の形状記憶合金コイル１１６とを有し、第１の形状記憶合金コイル１１６の変形によって絞り環部１０８が挿入・退避動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光調節装置に関するものである。

従来の携帯電話や内視鏡に用いられる超小型撮像機構には、絞り調節機能を持たない単純な構成の光学系が適用されてきたが、近年になって小型撮像素子の多画素化に伴い、高画質化のための超小型絞り調節機構の要望が高まっている。このような超小型撮像機構に適用できる光学絞り装置の例として、特許文献１（特開２００５−１２８４５０）に開示されている絞り調節機構がある。この絞り調節機構について、図５を用いて説明する。図５は、従来の絞り調節機構の概略構成図である。

絞り羽根１、２が地板２０に枢着され、羽根１、２の一方端に第１の形状記憶合金３の一端が係止され、連結板７に掛け渡されている。スプリング４ａ、４ｂにより一対の絞り羽根１、２は閉じる方向に付勢されている。連結板７には第２の形状記憶合金５の一端が取り付けられ、さらにスプリング６の一端が係止され、連結板７は下方向に付勢されている。ＳＭＡ駆動回路１２で第１の形状記憶合金３を自己発熱させることにより、絞り羽根１、２が動作する。大きな環境変化があっても第２の形状記憶合金５により装置が保護され、また温度変化に依存することなく安定した制御を行うことができる。

この絞り調節機構で用いられている形状記憶合金は、従来の絞り装置に適用されてきた電磁ソレノイドなどと比較すると、材料自体がアクチュエータとして機能するので格段に小型化が可能である。また、形状記憶合金とバイアスバネを絞り羽根に平行な平面上に配置することで、非常に薄い絞り装置を構成することが可能となっている。

特開２００５−１２８４５０号公報

しかしながら、形状記憶合金の変位はその長さに比例するため、絞りの開閉に必要なストロークを確保するにはある程度の長さが必要となる。前述の従来の絞り調節機構では、単純に絞り羽根に平行な平面上に形状記憶合金とバイアスバネを直線状に配置している。このため、絞り羽根に平行な方向にある程度の面積を必要としてしまう。この結果、撮像機構の小型化の障害となっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、形状記憶素材を用いること自体による小型化・薄型化のみならず、絞り羽根に平行な方向における面積も低減することができる入射光調節装置を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、開口を有する第１の基板に対して回転軸を中心に回転することで挿入・退避動作を行う入射光調節手段と入射光調節手段に連結して第１の基板外周から突出したリンク部と、一端がリンク部またはリンク結合部に、他端が第１の基板の第１の部位にそれぞれ固定され、基板外周に沿って配置された第１の形状記憶素材とを有し、第１の形状記憶素材の変形によって入射光調節手段が挿入・退避動作を行うことを特徴とする入射光調節装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、一端がリンク部に、他端が第１の基板の第２の部位に固定されたバイアスバネが配置されていることが望ましい。

さらにまた、本発明の好ましい態様によれば、一端がリンク部に、他端が第１の基板の第２の部位に固定された第２の形状記憶素材が配置され、第１の形状記憶素子もしくは第２の形状記憶素子の変形によって入射光調節手段が挿入・退避することが好ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の基板の、入射光調節手段が配置された側に対向して、所定の間隙をもって配置された第２の基板を有し、第１の基板の外周部端部と、それに対向する第２の基板の外周部端部において第１の形状記憶素子が摺動可能に支持されているとよい。

さらに、本発明の好ましい態様によれば、入射光調節手段が第１の基板の開口よりも小さい開口を有する絞り環であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、入射光調節手段を、透過する光量もしくは波長範囲を制限する光学フィルタとすることができる。

本発明にかかる入射光調節装置によれば、形状記憶素材を用いること自体による小型化・薄型化のみならず、絞り羽根に平行な方向における面積も低減することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図３を用いて説明する。ここで、図１は第１実施形態に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図であり、第１の形状記憶合金コイル１１６を低温（加熱していない常温）状態を示す図である。図２は、第１実施形態に係る入射光調節装置の構成を示す分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図であり、第１の形状記憶合金コイル１１６を加熱した高温の状態を示す図である。

第１の基板１０１と第２の基板１０２は所定の間隙を隔てて対向しており、その間隙にブレード１０３が配置されている。第１の基板１０１と第２の基板１０２の中心には入射光を透過するための開口１０４、１０５がそれぞれ形成されている。第１の基板１０１と第２の基板１０２において、開口１０４、１０５に対して、径方向外側には、回転軸挿入孔１０６、１０７がそれぞれ形成されている。

ブレード１０３には開口１０４よりも小さな開口を有する絞り環部（入射光調節手段）１０８と、回転軸１０９および二又状（Ｕ字状）のリンク部１１０が形成されている。また、回転軸１０９は、回転軸挿入孔１０６、１０７に挿入され、リンク部１１０は第１の基板１０１および第２の基板１０２の外周から突出している。

第１の基板１０１と第２の基板１０２はその外周部端面において基板連結部材１１１に対して固定されている。また、第１の基板１０１と第２の基板１０２の外周部端面にはリンク結合部材（リンク結合部）１１２が回動摺動可能に配置されている。

リンク結合部材１１２は下板１１３と上板１１４が連結軸１１５で連結された形状となっており、下板１１３の端面が第１の基板１０１の外周端面に回動摺動し、上板１１４の端面が第２の基板１０２の外周端面に回動摺動する構成となっている。

また、連結軸１１５は二又状のリンク部１１０で挟まれており、リンク結合部材１１２が第１の基板１０１、第２の基板１０２に対して回動摺動したときにブレード１０３は回転軸１０９を中心に所定の範囲の角度で回転（回動）する。

間隙を配して対向する第１の基板１０１と第２の基板１０２の間の外周部に沿って、第１の形状記憶合金コイル（第１の形状記憶素材）１１６が配置され、その一端１１８は基板連結部材１１１に、他端１１９はリンク結合部材１１２にそれぞれ結合されている。

また、第１の形状記憶合金コイル１１６が配置されたのとは反対側の第１の基板１０１と第２の基板１０２の外周部に沿ってバイアスバネ１１７が配置され、その一端１２０は基板連結部材１１１に、他端１２１はリンク結合部材１１２にそれぞれ結合されている。

ここで、第１の形状記憶合金コイル１１６とバイアスバネ１１７は、第１の基板１０１と第２の基板１０２の間隙に少なくとも一部がはめ込まれ、第１の基板１０１と第２の基板１０２の外周面に対して摺動可能な状態となっている。この構成により、第１の基板１０１と第２の基板１０２は、第１の形状記憶合金コイル１１６とバイアスバネ１１７が湾曲した状態で伸縮するためのガイドとして機能する。

特に図示しないが、第１の形状記憶合金コイル１１６にはリード線が接続されて、通電によって加熱することができる。第１の形状記憶合金コイル１１６は、通電加熱により所定温度（例えば６０°Ｃ〜８０°Ｃ）に達すると、通電前の状態に関わらず、所定長さに収縮する。一方、通電加熱していない状態の第１の形状記憶合金コイル１１６は、後述するように、外力、例えばバイアスバネ１１７の力によって伸縮可能である。
図１に示す、第１の形状記憶合金コイル１１６に通電加熱していない低温状態では、第１の形状記憶合金コイル１１６は伸縮可能である。そして、バイアスバネ１１７が収縮しようとする弾性力によって伸張する。これに伴ってリンク結合部材１１２が回動する。このため、絞り環部１０８は開口１０４から退避した部位に位置している。

これに対して、第１の形状記憶合金コイル１１６を加熱して高温状態とすると、バイアスバネ１１７の弾性力に抗して第１の形状記憶合金コイル１１６が収縮する。そして、リンク結合部材１１２を回動摺動させる。この結果、図３に示すように、絞り環部１０８が開口１０４と開口１０５との間に挿入される。従って、開口１０４を覆う状態となり、これにより第１実施形態の入射光調節装置の開口径を変化させる。

また、第１の形状記憶合金コイル１１６への通電加熱を停止して再び低温（常温）状態とすると、第１の形状記憶合金コイル１１６はバイアスバネ１１７の収縮力によって伸張する。そして、絞り環部１０８は再び図１に示したように開口１０４に対して退避した部位に位置する。

なお、特に図示しないが、第１の基板１０１のブレード１０３側の主面、又は、第２の基板１０２のブレード１０３側の主面の所定部位には２つのストッパ突起が設けられている。これら２つのストッパ突起がブレード１０３に接触することによって、ブレード１０３の回転を規制する。これにより、ブレード１０３の回転範囲を、図１に示した状態と図３に示した状態の範囲に制限することができる。

このように、第１実施形態の入射光調節装置にあっては、第１の形状記憶合金コイル１１６への通電加熱のＯＮ／ＯＦＦによって開口径を変化させることができるので、開口径を変化させる絞り装置として機能させることができる。

また、第１実施形態における絞り環部１０８を光学フィルタに置き換えることによって、透過光量もしくは透過波長域を変える光学フィルタ脱着装置として用いることも可能である。さらに、ブレード１０３と同様に回動するブレードを複数設けて、それぞれに、絞り環部や光学フィルタを形成することもできる。これにより、例えば、絞り環部と光学フィルタを併存させるタイプ、複数の絞り環部を備えて絞り径を複数段階、例えば２段階に設定可能とするタイプ、又は、複数の光学フィルタを設けて複雑な効果を発揮可能とするタイプを実現することができ、高機能の入射光調節装置を提供することができる。

さらにまた、第１の基板１０１及び第２の基板１０２を１枚の基板に置き換えることにより部品点数を削減することができる。この場合は、第１の形状記憶合金コイル１１６及びバイアスバネ１１７は、１枚の基板の外周に沿って回動する。

また、第１の形状記憶合金コイル１１６及びバイアスバネ１１７を、リンク結合部材１１２を介さずに、リンク部１１０に直接結合するとリンク結合部材１１２を省略できるので、部品点数を削減することができる。

以上説明したように、第１実施形態の入射光調節装置においては、第１の形状記憶合金コイル１１６が装置の外周に沿って湾曲して配置されている。このため、小さな面積で大きな長さの形状記憶合金コイルを配置できる。これにより、絞り環部１０８を変位させるのに必要なストロークを最小限の面積で得ることができる。また、第１の形状記憶合金コイル１１６とバイアスバネ１１７は絞り環が形成されたブレード１０３と同一面に配置されていることから装置厚さを非常に小さくすることができる。加えて、第１の形状記憶合金コイル１１６とバイアスバネ１１７に対して、対向する一対の基板１０１、１０２の端部が摺動のガイドとして機能することから、少ない部品点数で効率的な配置が可能となり、結果として小型化に寄与できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。第２実施形態においては、第１実施形態のバイアスバネ１１７に代えて、第２の形状記憶合金コイル（第２の形状記憶素材）１２２を用いている。第２の形状記憶合金コイル１２２は、バイアスバネ１１７と同様に、一端１２３が基板連結部材１１１に、他端１２４がリンク結合部材１１２にそれぞれ結合されている。また、特に図示しないが第２の形状記憶合金コイル１２２にもリード線が接続され、第１の形状記憶合金１１６とは独立に通電加熱ができる。なお、第２の形状記憶合金コイル１２２以外の部材については、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付する。

図４は、第２実施形態に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図であり、第２の形状記憶合金コイル１２２が通電加熱されて高温となり収縮している一方、第１の形状記憶合金コイル１１６は加熱されていない低温（常温）の状態を示す図である。図４に示す状態では、第２の形状記憶合金コイル１２２が収縮しようとする力によって第１の形状記憶合金コイル１１６は伸張する。これに伴ってリンク結合部材１１２が回動して、絞り環部１０８は開口１０４から退避した部位に位置する。ここで第２の形状記憶合金コイル１２２への通電加熱をやめて第１の形状記憶合金コイル１１６に通電加熱すると、第１の形状記憶合金コイル１１６が収縮するとともに第２の形状記憶合金コイル１２２は伸張する。これにより、絞り環部１０８は、開口１０４と開口１０５との間に挿入されて、開口１０４を覆う部位に位置することになる。このように、第１の形状記憶合金コイル１１６及び第２の形状記憶合金コイル１２２のいずれかに通電加熱することによって、第１実施形態の場合と同様に開口径を変化させることが可能になる。

第２実施形態では、第１の形状記憶合金コイル１１６と第２の形状記憶合金コイル１２２を別体としたが、これらに代えて一体の形状記憶合金コイルを用い、その両端が基板連結部材１１１に接続され、中間部位がリンク結合部材１１２に固定されている形態としてもよい。この場合は形状記憶合金コイルの中間部位を接地して、いずれかの端部に電圧を印加することで形状記憶合金コイルのいずれか半分の領域を加熱・収縮させることで、第２実施形態と同様に絞り環部１０８を変位させることが可能となる。このように一体の形状記憶合金コイルを用いる方式はアセンブリを単純化させる点で好ましい。

なお、第２実施形態にあっても第１実施形態と同様に、絞り環部１０８を光学フィルタに置き換えることによって、透過光量もしくは透過波長域を変える光学フィルタ脱着装置として用いることも可能である。また、その他の変形例、効果も第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明にかかる入射光調節装置は、小型・薄型の絞り調節機構が要求される機器に有用であり、特に、内視鏡や携帯電話のカメラに適している。

第１実施形態に係る入射光調節装置において第１の形状記憶合金コイルを低温状態（加熱していない常温状態）を示す斜視図である。 第１実施形態に係る入射光調節装置の構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態に係る入射光調節装置において第１の形状記憶合金コイルを加熱した高温状態を示す斜視図である。 第２実施形態に係る入射光調節装置において、第２の形状記憶合金コイルは加熱されて高温となり、第１の形状記憶合金コイルは加熱されずに低温（常温）である状態を示す斜視図である。 従来の絞り調節機構の概略構成図である。

符号の説明

１０１ 第１の基板
１０２ 第２の基板
１０３ ブレード
１０８ 絞り環部（入射光調節手段）
１１０ リンク部
１１１ 基板連結部材
１１２ リンク結合部材（リンク結合部）
１１６ 第１の形状記憶合金コイル（第１の形状記憶素材）
１１７ バイアスバネ
１２２ 第２の形状記憶合金コイル（第２の形状記憶素材）

Claims (6)

1. 開口を有する第１の基板に対して回転軸を中心に回転することで挿入・退避動作を行う入射光調節手段と、
   前記入射光調節手段に連結して第１の基板外周から突出したリンク部と、
   一端が前記リンク部またはリンク結合部に、他端が前記第１の基板の第１の部位にそれぞれ固定され、基板外周に沿って配置された第１の形状記憶素材とを有し、
   前記第１の形状記憶素材の変形によって入射光調節手段が挿入・退避動作を行うことを特徴とする入射光調節装置。
2. 一端が前記リンク部に、他端が前記第１の基板の第２の部位に固定されたバイアスバネが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の入射光調節装置。
3. 一端が前記リンク部に、他端が前記第１の基板の第２の部位に固定された第２の形状記憶素材が配置され、前記第１の形状記憶素子もしくは前記第２の形状記憶素子の変形によって前記入射光調節手段が挿入・退避することを特徴とする請求項１に記載の入射光調節装置。
4. 前記第１の基板の、前記入射光調節手段が配置された側に対向して、所定の間隙をもって配置された第２の基板を有し、
   前記第１の基板の外周部端部と、それに対向する第２の基板の外周部端部において前記第１の形状記憶素子が摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の入射光調節装置。
5. 前記入射光調節手段が前記第１の基板の開口よりも小さい開口を有する絞り環であることを特徴とする請求項１に記載の入射光調節装置。
6. 前記入射光調節手段が、透過する光量もしくは波長範囲を制限する光学フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の入射光調節装置。

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