JP5596415B2 - 光調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、光調節装置に関するものである。

従来から光調節装置として多種多様な方式が実施されているが、その一手法として、単数もしくは複数の光学素子を、電磁もしくはその他の駆動源により、光路内外に相互に変位させ、光路を通過する入射光の光学特性を変化させる差込式光調節装置がある。

近年、撮像機能を有した携帯機器やマイクロビデオスコープ等の小型撮像機器の高画質化に伴い、レンズや絞り、光学フィルター等の光学素子も、従来の固定焦点レンズ、固定絞り、固定特性フィルターから、フォーカスレンズ、可変絞り、可変特性フィルターを適用する要求が高まっており、この様な小型撮像機器に適用する光調節装置として、先述の差込式光調節装置は構成が簡単なことから、小型に適した光調節装置として注目されている。

この様な小型化に適した差込式光調節装置の例として、特許文献１では、シャッター羽根に連結された回転子をシャッター地板に形成された軸と、カバー枠に形成された孔により支持し、回動可能に形成する事で、回転子の回転動作を安定化させている（特許文献１の図２等参照）。

特許第４０２１０７７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、シャッター地板に形成された軸と回転子とカバー枠に形成された孔が同一軸上に配置される様に、高精度にカバー枠をシャッター地板に接合する必要が有る。

仮にこれらの軸にずれが生じた場合、回転子の回転動作が阻害されてしまう。一方、これらの軸の位置ズレの許容値を大きく取ると、回転子の回転動作が不安定になってしまう不都合を生じる。

上記に示す様な部材の組み立て精度は、デバイスサイズが小さくなると、影響がより顕著となり、デバイスサイズが数ｍｍ程度になると、特許文献１に示す様な構成をとる事は格段に難しくなる。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、簡単かつ安価で、軽量でコンパクトで薄型な構成でありながら、組み立て容易で、かつ製品精度を高く維持できる光調節装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光調節装置は、
少なくとも一方に開口を有する第１の基板及び第２の基板と、
前記２つの基板の間隔を規定する間隔部と、
回転中心となる軸部材を有し、前記２つの基板間で光軸方向に対して鉛直な平面内を回動する少なくとも一つの入射光調節手段と、
前記軸部材の少なくとも一部に形成された磁石と別途形成されたコイルにより、前記入射光調節手段を駆動する少なくとも一つの駆動手段と、を有し、
前記駆動手段により前記入射光調節手段を前記開口位置と、前記開口位置から退避した退避位置に相互に回動させ、前記開口を通過する入射光を調整する光調節装置において、
前記第１の基板上に、前記軸部材の回転方向の動作とは異なる動作を規制するガイド部が設けられ、
前記ガイド部は、非磁性材料からなり、かつ、その少なくとも一部を介して前記磁石と前記コイルの両端部が対向しており、
前記ガイド部は、その内壁側において前記軸部材の回転方向外の動作を規制するとともに、その外壁側において前記コイルの両端部を当接させることにより、前記コイルの両端部間の中央位置と前記軸部材の中心軸とを一致させていることを特徴とする。

本発明において、前記ガイド部が、前記第１の基板とは別体に設けられた部材からなることを特徴とすることができる。

本発明において、前記ガイド部が、前記第１の基板の一部を変形させることで、前記第１の基板と一体に設けられていることを特徴とすることができる。

本発明において、前記ガイド部の内壁寸法が、前記第２の基板に設けられた前記軸部材を挿入する開口よりも小さいことを特徴とすることができる。ここで、ガイド部の内壁寸法は、ガイド部の内壁が円形状であるような場合にはその直径を意味し、ガイド部の内壁が矩形であるような場合にはその一辺の長さを意味する。

本発明において、前記入射光調節手段に開口が形成されていることを特徴とすることができる。

本発明において、前記入射光調節手段にレンズが形成されていることを特徴とすることができる。

本発明において、前記入射光調節手段に光学フィルターが形成されていることを特徴とすることができる。

本発明によれば、簡単かつ安価で、軽量でコンパクトで薄型な構成でありながら、組み立て容易で、かつ製品精度を高く維持できる光調節装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光調節装置（可変絞り）の斜視図である。 図１に示した光調節装置（可変絞り）のコイルを除いた分解斜視図を示している。 図１に示した光調節装置（可変絞り）を軸部材の回転軸を通るＡ面で断面を取った断面図である。 同上実施の形態に係る光調節装置の絞り動作を説明する図であり、絞り状態（光学開口一致状態）を説明する図である。 同上実施の形態に係る光調節装置の絞り動作を説明する図であり、絞り板が光学開口から退避した状態を説明する図である。 同上実施の形態に係る光調節装置のガイド部の形状の他の一例を示した図である。 同上実施の形態に係る光調節装置のガイド部の形状の他の一例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光調節装置（可変絞り）を軸部材の回転軸を通るＡ面で断面を取った断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光調節装置（可変絞り）を軸部材の回転軸を通るＡ面で断面を取った断面図である。 第１の実施の形態に係る光調節装置のガイド部の形状の他の一例を示した図である。

以下に、本発明に係る光調節装置の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。但し、以下で説明する実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下で説明する実施の形態において共通する要素については、同一の符号を付して説明することとする。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、光調節装置として、開口が形成された絞り板を光路位置及び光路外に相互に変位させることで、開口を通過する光量を規定する可変絞りを例に説明する。
図１および図２を用いて、本実施の形態における可変絞りの構成について説明する。

図１は本実施の形態における可変絞りの斜視図を示し、図２は、図１に示した可変絞りにおいて、コイルを除いた分解斜視図を示している。

図１及び図２に示す様に、本実施の形態における可変絞りは、
第１の開口１０１、位置決め部４０１、軸受け穴１０２が形成された下部基板１００と、
第２の開口２０１が形成され、円柱形状の磁石からなる軸部材２０２が接合された絞り板２００と、
第３の開口３０１、軸受け穴３０２、ガイド部３０３が形成された上部基板３００と、
間隔部４００と、
コア材６０２にコイル線６０１が巻回されたコイル６００と、
を含んで構成されている。

次に、図１乃至図３を用いて各構成部材を詳細に説明する。
図３は図１に示した可変絞りにおいて、軸部材２０２の回転軸を通るＡ面での断面図を示している。

下部基板１００及び上部基板３００は、図１〜図３に示すように、第１の開口１０１及び第３の開口３０１、軸受け穴１０２及び３０２が形成されている。

また、下部基板１００には、位置決め部４０１が形成され、上部基板３００には、ガイド部３０３が形成されている。

第１の開口１０１及び第３の開口３０１はその開口中心を光軸Ｏとし、入射光が通過する光路となる。第１の開口１０１及び第３の開口３０１の開口径は同一もしくは異なる径に成形されており、この開口径（開口径が異なる場合は小さい方の開口径）が可変絞りにおける開放開口径となる。

軸受け穴１０２及び３０２の直径は、軸部材２０２の外径と略同径に形成されている。

ガイド部３０３は、円筒形状をなしており、その内径は、軸受け穴１０２及び３０２と同様に軸部材２０２の外径と略同径に形成される事で、ガイド部３０３の内壁は軸受け穴３０２に連続している。
また、ガイド部３０３の高さは、軸部材２０２の上部基板３００からの突出量と略同一に形成されている。

位置決め部４０１は、下部基板１００上に形成され、絞り板２００が、位置決め部４０１に当接する位置において、第２の開口２０１の開口中心は光軸Ｏと一致する様に形成されている。

間隔部４００は、下部基板１００及び上部基板３００の間隔及び相対位置を規定する部材である。

絞り板２００には、下部基板１００及び上部基板３００に形成された第１の開口１０１及び第３の開口３０１よりも小さな第２の開口２０１が形成されている。
また、円柱状の磁石からなる軸部材２０２が圧入等の方法で接合されている。軸部材２０２は、下部基板１００及び上部基板３００に形成された軸受け穴１０２、３０２及びガイド部３０３と嵌合され、絞り板２００は軸部材２０２を回転軸として回動可能に設置されている。

絞り板２００の動作可能エリアは、光軸方向については、下部基板１００及び上部基板３００により規制されており、軸部材２０２廻りの回転方向については、位置決め部４０１及び間隔部４００により規制される。

コイル６００は、パーマロイやケイ素鋼等の磁性材からなるコア６０２にコイル線６０１が巻き線されており、コア６０２の両端部は、ガイド部３０３を介して絞り板２００に接合されている軸部材２０２に対向する様に形成されている。

各部材の成形方法として、下部基板１００、上部基板３００、ガイド部３０３、間隔部４００を、リン青銅、ベリリウム銅、樹脂材等の非磁性体からなる薄板をプレス等の加工法により成形し、各々を接着等により接合しても良い。また、ガイド部３０３については、上部基板３００へ軸受け穴３０２を形成する際に、軸受け穴３０２に相当する基材を変形させる事で、上部基板３００と一体的に形成してもよい。

尚、この様な基材に欠損部を形成する際に、その欠損部に相当する基材を変形させる事で、軸ずれなく高精度に基材上に突起部を一体に形成する方法は、例えばバーリング加工等のプレス加工により実現可能である。

次に、図４及び図５を用いて本実施の形態における可変絞りの動作について説明する。
図４及び図５は、本実施の形態における可変絞りの上部基板３００とコイル６００の一部を省略した上面図である。

絞り板２００に接合された軸部材２０２は円柱状の磁石からなり、略絞り板２００に形成された第２の開口２０２の中心から軸部材２０２に向う軸方向にＳ極及びＮ極となる様に着磁されている。

一方、コイル６００は、パーマロイやケイ素鋼等の磁性材からなるコア６０２にコイル線６０１が巻回されており、コイル線６０１に流す電流により、コア６０２の両端部が相互にＳ極及びＮ極に磁化されるように構成されている。

更に、コイル６００により発生する磁場と、軸部材２０２の磁場との磁気的吸引力及び反発力により、軸部材２０２に回転力が生じ、絞り板２００は軸部材２０２を回転中心として回動する。また、回転の方向はコイル線６０１に流す電流の方向で制御することが出来る。

ここで、図４に示す様に、軸部材２０２が着磁されており、且つ、コイル線６０１に流す電流により、コア６０２の両端部を磁化させた場合、絞り板２００には、図中反時計回りの回転力が作用し、絞り板２００は、位置決め部４０１に当接した位置で停止し、絞り板２００は、第１の開口１０１及び第３の開口３０１を塞ぎ、絞り板２００に形成された第２の開口２０１の開口中心が光軸Ｏと一致することで、入射光が通過する光路の径は第２の開口２０１となる。尚、軸部材２０２とコア６０２の両端部間に、ガイド部３０３が存在しているが、ガイド部３０３は非磁性材料で形成されている為、磁場的に影響を与える事は無い。

また、コイル線６０１に流す電流を逆転させ、図５に示す様に、コア６０２の両端部を磁化させた場合、絞り板２００には、図中時計回りの回転力が作用し、絞り板２００は、間隔部４００に当接した位置で停止し、絞り板２００は、第１の開口１０１及び第３の開口３０１から退避し、開口径は第１の開口１０１及び第３の開口３０１となる。
この様に、本実施の形態においては、絞り板２００の軸部材２０２廻りの回動動作によって、入射光が通過する光路の径を２段階に制御することが可能となる。

次に本実施の形態における可変絞りの効果を説明する。
本実施の形態における可変絞りでは、理想的には軸部材２０２とコイル６００の磁気的相互作用で発生する力が、軸部材２０２の回転力のみで、その他の成分の力は相殺される。

しかし、軸部材２０２の磁化状態の不均一性、コア６０２の両端部に発生す磁場の不均一性、組み立て誤差等により、軸部材２０２には、回転力以外に、コア６０２の端部側へ吸引される力が発生する。

この様な、回転力以外の力により、軸部材２０２に回転力以外の力が作用すると、絞り板２００は、下部基板１００及び上部基板３００内で傾きを生じ、絞り板２００の回転動作を阻害するおそれが生じる。

そこで、本実施の形態に示す様に、上部基板３００にガイド部３０３を設け、カイド部３０３に軸部材２０２を内包する事で、軸部材２０２（絞り板２００）の傾きが抑制され、絞り板２００の回転動作を安定化させる事が可能となる。

すなわち、ガイド部３０３は、軸受け穴３０２の中心を通り、上部基板３００平面と鉛直な軸に対する軸部材２０２の回転中心軸の軸振れ（軸の倒れ）を所定に規制しながら軸部材２０２の回転動作を案内する部材である。
ただし、ガイド部３０３は、上部基板３００に対する軸部材２０２の長軸方向（回転中心軸に沿った方向）への遊動については規制していない。

また、ガイド部３０３を上部基板３００と一体形成する事で、上部基板３００に形成された軸受け穴３０２とガイド部３０３は同一の内径を持ち、位置ズレは生じない。

一方、ガイド部３０３を上部基板３００と別体で形成する場合、図１０に示すように、円筒状のガイド部３０３が上部基板３００を貫通するように接合する事で、上部基板３００に形成された軸受け穴３０２は、ガイド部３０３の内壁が受け持つ事となり、位置ズレは生じない。

また、ガイド部３０３の高さを軸部材２０２の上部基板３００からの突出量と略同一とする事で、軸部材２０２の傾きを抑制する効果は最大となるが、ガイド部３０３の高さが、軸部材２０２の上部基板３００からの突出量より少なくても一定の効果が得られる事は言うまでも無い。

また、ガイド部３０３によって軸部材２０２を回動自在に軸ずれ等を所定に抑制しつつ支持する構成であるため、例えば下部基板１００の軸受け穴１０２の軸部材２０２の軸ずれ等に抑制に対する寄与度を小さくすることができる。このため、軸受け穴１０２の加工精度や下部基板１００と上部基板３００との相対的な位置ずれなどを含む組み立て精度についてあまり神経質になる必要が無く、高い精度を維持しつつ容易に組み立てることができる。

また、本実施の形態に示す構成では、光軸方向に対して、軸部材２０２を支持する為の部材が軸部材２０２の両端より外方には存在しないので、可変絞りの光軸方向のサイズを極力小さくする事が可能となる。

また、図６に示す様に、ガイド部３０３を円筒形状以外で成形しても良いし、図７に示す様に、機能性を損なわない程度に分割して形成しても良い。

また、本実施の形態に係る構成は、異なる開口を有する絞り板とコイルの組み合わせを複数同軸的に形成し、複数の異なる開口径を実現する多段絞りにも適用することが可能である。

また、本実施の形態における絞り板を光学レンズに置き換えることによって、光学レンズ脱着装置として用いることも可能である。

また、本実施の形態における絞り板を光学フィルター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ー脱着装置として用いることも可能である。

尚、本実施の形態における上部基板は第１の基板に相当し、下部基板は第２の基板に相当し、絞り板は入射光調節手段に相当する。

＜第２の実施の形態＞
図８を用いて第２の実施の形態について説明する。
図８は図３と同様に図１に示した可変絞りにおいて、軸部材２０２の回転軸を通るＡ面での断面図を示している。

図８に示す様に、本実施の形態における可変絞りは、下部基板１００に形成された軸受け穴１０２の直径が、上部基板３００に形成された軸受け穴３０２及びガイド部３０３の内壁の直径よりも大きく形成されている。

本実施の形態における可変絞りを組上げる工程例として、初めに、上部基板３００に間隔部４００を接合し、上部基板３００に形成された軸受け穴３０２及びガイド部３０３に軸部材２０２を挿入して、絞り板２００を設置した状態で、軸部材２０２を下部基板１００に形成された軸受け穴１０２に挿入しながら下部基板１００と間隔部４００を接合する方法が挙げられる。

このような方法においては、本実施の形態に示す様に、下部基板１００に形成した軸受け穴１０２の直径を大きく成形する事で、軸部材２０２の挿入が格段に容易になる。

また、コイル６００により発生する磁場と、軸部材２０２の磁場との磁気的吸引力及び反発力は、軸部材２０２とコア６０２が対向する場所で最も強く発生し、この場所において、軸部材２０２はガイド部３０３において回転方向外の動作が規制されている。

このため、下部基板１００に形成した軸受け穴１０２の直径を大きくしても、絞り板２００の回転動作に与える影響は少ない。

すなわち、ガイド部３０３は軸受け穴３０２の中心を通り、上部基板３００平面と鉛直な軸に対する軸部材２０２の回転中心軸の軸振れ（軸の倒れ）を所定に規制しながら軸部材２０２の回転動作を案内する部材である。
ただし、ガイド部３０３は、上部基板３００に対する軸部材２０２の長軸方向（回転中心軸に沿った方向）への遊動については規制していない。

＜第３の実施の形態＞
図９を用いて第３の実施の形態について説明する。
図９は図３と同様に図１に示した可変絞りにおいて、軸部材２０２の中心を通るＡ面での断面図を示している。

図９に示す様に、本実施の形態における可変絞りは、ガイド部３０３の外壁面にコア６０２の両端部を当接した状態で、コイル６００を配置している。

本実施の形態における可変絞りにおいて、コイル６００により発生する磁場と、軸部材２０２の磁場との平衡を取る事は、絞り板２００を安定して回転させる上で重要なファクターとなる。

コイル６００の磁場の平衡点は、コア６０２の両端部間の中央位置に有り、この点が軸部材２０２の中心軸と一致する事が望ましい。
そこで、本実施の形態に示す様に、コア６０２の両端部をガイド部３０３に当接させる事で、容易にコア６０２の両端部間の中央位置に軸部材２０２の中心軸を一致させて、絞り板２００の回転動作を安定化させる事が可能となる。

ところで、本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。

以上のように、本発明にかかる可変絞りは、簡単かつ安価で、軽量でコンパクトで薄型な構成でありながら、組み立て容易で、かつ製品精度を高く維持できる光調節装置に有用である。

１００ 下部基板（本発明に係る第２の基板に相当する）
１０１ 第１の開口
１０２ 軸受け穴
２００ 絞り板（本発明に係る入射光調節手段に相当する）
２０１ 第２の開口
２０２ 軸部材
３００ 上部基板（本発明に係る第１の基板に相当する）
３０１ 第３の開口
３０２ 軸受け穴
３０３ ガイド部
４００ 間隔部
４０１ 位置決め部
６００ コイル（本発明に係る駆動手段の一部を構成している）
６０１ コイル線
６０２ コア材
Ｏ 光軸

Claims (7)

1. 少なくとも一方に開口を有する第１の基板及び第２の基板と、
   前記２つの基板の間隔を規定する間隔部と、
   回転中心となる軸部材を有し、前記２つの基板間で光軸方向に対して鉛直な平面内を回動する少なくとも一つの入射光調節手段と、
   前記軸部材の少なくとも一部に形成された磁石と別途形成されたコイルにより、前記入射光調節手段を駆動する少なくとも一つの駆動手段と、を有し、
   前記駆動手段により前記入射光調節手段を前記開口位置と、前記開口位置から退避した退避位置に相互に回動させ、前記開口を通過する入射光を調整する光調節装置において、
   前記第１の基板上に、前記軸部材の回転方向の動作とは異なる動作を規制するガイド部が設けられ、
   前記ガイド部は、非磁性材料からなり、かつ、その少なくとも一部を介して前記磁石と前記コイルの両端部が対向しており、
   前記ガイド部は、その内壁側において前記軸部材の回転方向外の動作を規制するとともに、その外壁側において前記コイルの両端部を当接させることにより、前記コイルの両端部間の中央位置と前記軸部材の中心軸とを一致させていることを特徴とする光調節装置。
2. 前記ガイド部が、前記第１の基板とは別体に設けられた部材からなることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
3. 前記ガイド部が、前記第１の基板の一部を変形させることで、前記第１の基板と一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
4. 前記ガイド部の内壁寸法が、前記第２の基板に設けられた前記軸部材を挿入する開口よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
5. 前記入射光調節手段に開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
6. 前記入射光調節手段にレンズが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
7. 前記入射光調節手段に光学フィルターが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。

Images