説明

入射光調節装置

【課題】極小型のコイルを実現し、全構成部材を小型可能な入射光調節装置を提供する。
【解決手段】基板に形成された第1の開口103と、回転軸を中心に回動する絞り羽根201(入射光調節手段)を有し、絞り羽根201が、第1の開口103に重なる第1の静止位置と、第1の開口103から退避した第2の静止位置に相互に回動する事で、第1の開口103を通過する入射光を調節し、絞り羽根201の回転軸位置に、絞り羽根201に直接的に接合され、絞り羽根201の回動平面方向に着磁された永久磁石301と、芯材401、403に巻線され、各々の端部が永久磁石301に対向して配置された一対のコイル402、404を具備し、コイル402、404への通電状態により発生する磁力と永久磁石301により発生する磁場の相互作用により絞り羽根201を第1と第2の静止位置に相互に回動させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、入射光調節装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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要素も、従来の固定焦点レンズ、固定開口絞り、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、小型撮像機器に適用する光学要素を小型化する方法として多くの提案がなされている。
【0003】
この様な可変絞りの例として、特許文献1は、基板を多層基板構造として大きな透磁率を有する物質の膜をコアとするコイルをプリント基板上に作成し、このように構成されたコイル体に、少なくとも二極以上に着磁した円筒形のローターをはめこみ、このローターに通過光量を調節する羽根部材をシャフトを介して固定している。
【0004】
また、上記特許文献に限らず、従来の技術では、二極以上に着磁した円筒形の永久磁石と磁性体からなるコアに巻線したコイルにより、永久磁石に対して回転力を与えている。
【0005】
【特許文献1】特開平10−20360号公報
【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に開示された発明では、大きな透磁率を有する物質の膜をコアとしている為、永久磁石とコア間に磁気的吸引力が常に生じている。この状態でコイルへの通電により永久磁石に回転力を与える為には、永久磁石により生じるコア内の磁力を反転させ、コイル端部に反極性の磁極を生成する必要がある。
【0007】
通常、コア長が十分に長く、コイルの巻数が十分に確保出来る場合はこの様な構成とする事でコイルへの通電により発生する磁力を効率的に利用する事が出来る。しかしながら、コイルを含め入射光調節装置を非常に小型化する必要が有る場合、コア長やコイルへの通電による磁力を十分に得ることは難しい。
【0008】
本願は上記のこれらの点に鑑みてなされたものであって、極小型のコイルを用いる事や簡略な構成とする事で、全構成部材を小型可能な入射光調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の入射光調節装置は、基板に形成された第1の開口と、回転軸を中心に回動する入射光調節手段を有し、入射光調節手段が、第1の開口に重なる第1の静止位置と、第1の開口から退避した第2の静止位置に相互に回動する事で、第1の開口を通過する入射光を調節する入射光調節装置において、入射光調節手段の回転軸位置に、入射光調節手段に直接的に接合され、入射光調節手段の回動平面方向に着磁された永久磁石と、芯材に巻線され、各々の端部が永久磁石に対向して配置された一対のコイルを具備し、コイルへの通電状態により発生する磁力と永久磁石により発生する磁場の相互作用により入射光調節手段を第1の静止位置と第2の静止位置に相互に回動させる事を特徴とする。
【0010】
本発明の入射光調節装置においては、入射光調節手段が第1の静止位置から第2の静止位置に回動し配置される間に、永久磁石の着磁方向と、一対のコイルが対向する方向とが傾きを持つことが好ましい。
【0011】
本発明の入射光調節装置においては、入射光調節手段の回動角をαとし、第1の開口中心と、入射光調節手段の回転軸を結ぶ軸を第1の軸とし、入射光調節手段の回転軸を通り、第1の軸に直交する軸を第2の軸とした場合、永久磁石の着磁方向が、入射光調節手段が第1の静止位置に配置されている状態において、第1の軸に対して入射光調節手段が第2の静止位置から前期第1の静止位置へ向かう方向に略(1/2)α回転した方向であると共に、一対のコイルの各々の端部が、第2の軸方向より、永久磁石に対向している事が望ましい。
【0012】
本発明の入射光調節装置においては、永久磁石が円柱形状に成型されており、円柱状の永久磁石を入射光調節手段に直接接合する事で、円柱状の永久磁石を入射光調節手段の回転の軸となる部材として用いる事が好ましい。
【0013】
本発明の入射光調節装置においては、芯材が、一部を欠いたリング形状に成型されており、芯材の両端部に巻線された1対のコイルと、芯材の少なくとも1箇所に形成された位置決め部と、基板に形成された位置決め受け部を具備し、位置決め部と位置決め受け部を嵌合するとよい。
【0014】
本発明の入射光調節装置においては、入射光調節手段が第1の開口よりも小さい第2の開口を有する絞り羽根であることが望ましい。
【0015】
本発明の入射光調節装置においては、永久磁石の回動平面と直交し、永久磁石を内包する面内に閉じた状態で配置された磁性部材とを更に具備し、その磁性部材は、基板、入射光調節手段、永久磁石及びコイルを内包する枠部材であること、又は、更に枠部材に勘装されたシールド部材であることが望ましい。
【0016】
本発明の入射光調節装置においては、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ーであることが好ましい。また、入射光調節手段が、光学レンズであることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明にかかる入射光調節装置は、極小型のコイルを用いる事で、全構成部材を小型可能な入射光調節装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下に、本発明にかかる入射光調節装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
(第1の実施の形態)
図1乃至図4を用いて第1の実施の形態について説明する。尚、本実施の形態では、入射光調節手段を絞り羽根とした入射光調節装置を具体例として説明する。入射光調節装置は、例えば可変絞り装置に適用できる。
【0019】
まず、図1を用いて本実施の形態の入射光調節装置の構成を説明する。図1は、入射光調節装置の分解斜視図を示している。図1に示す様に入射光調節装置は、第1の基板102、第2の基板101、絞り羽根201、永久磁石301、コイル402、及びコイル404を備える。第1の基板102には、第1の開口104、回転軸受け穴106、及び、規制ピン107が形成されている。第2の基板101には、第1の開口104以上の開口径を備える開口103、及び回転軸受け穴105が形成されている。絞り羽根(入射光調節手段)201には、第1の開口104よりも小さな開口径を備えた第2の開口202が形成されている。絞り羽根201には、その回転中心位置に中心軸301cが一致するように、円柱状の永久磁石301が接合されている。第2の基板101には、非磁性体の芯材401、403に巻線された一対のコイル402、404が設置されている。なお、開口103は、第1の開口104と同一の開口径を備えていても良い。以下各構成要素の詳細を示す。
【0020】
第1の基板102に形成された平面視円形の第1の開口104の中心位置が光軸Cとなる。この光軸C上には、第2の基板101の平面視円形の開口103の中心も位置する。第1の基板102に形成された規制ピン107は、絞り羽根201が突き当てられた状態において、絞り羽根201に形成された平面視円形の第2の開口202の中心位置が光軸C上に配置される位置に形成されている。
【0021】
絞り羽根201に接合された円柱状の永久磁石301は、下端部301aが第1の基板102に形成された回転軸受け穴106に、上端部301bが第2の基板101に形成された回転軸受け穴105に、それぞれ嵌合される。これにより、絞り羽根201は、円柱状の永久磁石301の中心軸301cを回転中心として回動可能となっている。また、円柱状の永久磁石301の上端部301bは、第2の基板101において対向設置された一対のコイル402、404の端部402a、404a間に配置されるとともに、これらの端部402a、404aとそれぞれ対向する様に、第2の基板101より突出している。
【0022】
一対のコイル402、404は、例えば樹脂材や非磁性金属等の非磁性材料よりなる芯材に巻線され、円柱状の永久磁石301を挟む形で端部402a、404aが互いに対向配置されている。コイル402、404に通電する事で発生する磁極は、円柱状の永久磁石301にそれぞれ対向する端部402a、404aにおいて、互いに常に逆極性となる様に巻線されている。
【0023】
更に、図2を用いて、柱状体の永久磁石301の着磁方向と一対のコイル402、404の配置の望ましい形態を示す。ここで、図2は、絞り羽根201の動作状態を示す平面図であって、第2の基板101を省略した図である。図2に示す様に、入射光調節装置の開口が絞り込まれた状態(図中絞り羽根201を実線で図示:この状態を第1の静止状態とする)と入射光調節装置の開口が開放された状態(図中絞り羽根201を破線で図示:この状態を第2の静止状態とする)において、第1の基板102に形成された第1の開口104の中心と円柱状の永久磁石301の中心軸301cを結ぶ軸を第1の軸Aとし、円柱状の永久磁石301の中心軸301cを通り、第1の軸Aに直交する軸を第2の軸Bとし、絞り羽根201の回動角をαとすると、円柱状の永久磁石301の着磁方向M(S極からN極へ向かう方向)が、第1の静止状態において、第1の軸Aに対して図中反時計回りに略(1/2)α回転した方向となっている。且つ、一対のコイル402、404は、その端部402a、404aが、柱状体の永久磁石301に対して第2の軸B方向においてそれぞれ対向する様に配置されている。
【0024】
次に図3及び図4を用いて本実施の形態の入射光調節装置の動作を説明する。図3は、入射光調節装置の開口が絞り込まれた状態を示す平面図であり、第2の基板101を省略している。
【0025】
図3に示す様に、円柱状の永久磁石301の着磁方向Mが、第1の開口104に近い側をS極、第1の開口104から遠い側をN極とするように設定された場合、コイル402の円柱状の永久磁石301に対向する端部402aをS極、コイル404の円柱状の永久磁石301に対向する端部404aをN極とする事で、円柱状の永久磁石301には図中反時計回りの回転力が生じ、絞り羽根201は規制ピン107に突き当てられた状態となる様に回動する。このとき、第1の開口104と第2の開口202は中心が光軸Cに一致し、これにより入射光調節装置の開口径は、絞り羽根201に形成された第2の開口202となる。
【0026】
図4は、入射光調節装置の開口が開放となる状態を示す平面図であり、第2の基板101を省略している。コイル402の円柱状の永久磁石301に対向する端部402aをN極、コイル404の円柱状の永久磁石301に対向する端部404aをS極とする事で、円柱状の永久磁石301には図中時計回りの回転力が生じ、絞り羽根201は、第1の開口104から退避した位置へ回動し、絞り羽根201は、第2の基板101の下面において外周面に沿うように形成された側壁101aに突き当てられる事で停止する。このとき、入射光調節装置の開口径は、第1の基板102に形成された第1の開口104となる。
【0027】
以上述べたように、絞り羽根201が第1の静止位置から第2の静止位置に回動して配置される間、永久磁石301の着磁方向と、一対のコイル402、404が対向する方向(第2の軸B)は常に傾きを持っているため、絞り羽根201の回動が可能となる。
【0028】
本実施の形態に示す様に、一対のコイル402、404の芯材が非磁性材料により形成されている為、コイル402、404への通電を行っていないときには円柱状の永久磁石301との間に磁気的吸引力が発生しない。このため、コイルへ通電する事により生成される磁力が小さくても円柱状の永久磁石301に回転力を与える事が出来る。したがって、コイルを小型化しても絞り羽根201を回動させることが可能であるから、入射光調節装置の小型化を実現することができる。
【0029】
本発明者の実験結果に基づく実例を挙げると、φ1mmのサマリウムコバルト系の永久磁石に対し、磁性材料からなるコアに100巻した一対のコイルに100mAの駆動電流を流しても永久磁石を回動する事が出来なかったのに対し、同一の永久磁石に非磁性材料からなる芯材に80巻した一対のコイルに20mAの駆動電流を流す事で永久磁石を回動する事に成功した。
【0030】
また、本実施の形態に示す様に、永久磁石301を円柱形状に成型し、絞り羽根201に直接接合する事で、円柱状の永久磁石301を絞り羽根201の回転の軸となる部材とする事で、軸部材を極力細くする事が可能となり、入射光調節装置をより小型化する事が出来る。
【0031】
また、本実施の形態における変形例について、図5及び図6を用いて説明する。図5に示すように、入射光調節装置を磁性体からなる鏡筒501に内包され保持されていても良く、入射光調節装置以外の光学系である例えば、光学レンズや光学フィルター等を保持する鏡筒と共用しても良い。
【0032】
絞り羽根201に設けられた円柱状の永久磁石301から生じる磁場と永久磁石301を挟む形で対向配置された一対のコイル402及び404から生じる磁場の相互作用により、絞り羽根を201に回転力を発生させる。また、円柱状の永久磁石301の着磁方向や一対のコイル402及び403の配置、各コイルに流す電流により生じる磁場は、絞り羽根201の回転動作が最適となる様に設定される。
【0033】
上述の構成により、例えば、地磁気や磁場を発生する周辺装置からの磁場が生じた場合、絞り羽根201が所望の回転動作を示さなくなる恐れがあるが、本変形例に示すよう、入射光調節装置を磁性体からなる鏡筒501で保持する事で、外部磁場による影響が鏡筒501内部に及ぼさない為、入射光調節装置を安定して駆動する事ができる。
【0034】
また、本実施の形態における他の変形例として、図6に示すように入射光調節装置が鏡筒501に内包し保持されている。更に鏡筒501が入射光調節装置を保持する部位の外周にて、磁性を有するシールド部材601を備える構成でも良い。本変形例においては、鏡筒502が磁性を有する必要がなくなり、先の変形例に比べ設計自由度が増すという利点を得る。
【0035】
第1の実施の形態及び変形例において、第2の静止位置における位置決めを第2の基板101に形成された側壁101aに突き当てる事で実現しているが、側壁101aに代えて、第2の基板101の下面に規制ピン107と同様の規制ピンを設けても良い。
【0036】
また、第1の基板102、第2の基板101、絞り羽根201等も非磁性材料よりなる事が望ましい。
【0037】
さらに、絞り羽根201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。
【0038】
また、絞り羽根201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。
【0039】
(第2の実施の形態)
次に、図7及び図8を用いて第2の実施の形態について説明する。尚、第2の実施の形態も第1の実施の形態と同様に、入射光調節手段を絞り羽根とした入射光調節装置を具体例として説明する。第1の基板102及び絞り羽根201の構成は第1の実施の形態と同一であるため、それらの説明及び図示は省略する。第1の実施の形態と同一の構成要素には、同一の付番し説明を省略する。
【0040】
以下、第2の実施の形態の入射光調節装置の構成を説明する。図7は第2の実施の形態の入射光調節装置の構成を示す斜視図である。図7に示す様に、第2の実施の形態の入射光調節装置は、一部を欠いたリング形状の非磁性体からなる芯材405の両端に一対のコイル402、404が形成されており、芯材405の中央部に位置決め部となる直方の中空を有する直方体状の位置決め部406が形成されている点と、第2の基板101の下面に直方体状の突起部である位置決め受け部108が形成されている点と、で第1の実施の形態と異なる。一対のコイル402、404の端部402a、404aが互いに対向している点は第1の実施の形態と同様である。
【0041】
図7に示す様に位置決め受け部108と位置決め部406は、互いを嵌合したときに、一対のコイル402、404の端部402a、404aが円柱状の永久磁石301にそれぞれ対向するような位置に形成されている。そこで、位置決め受け部108と位置決め部406を嵌合し接着する事で、一対のコイル402、404の円柱状の永久磁石301に対する位置決めを容易に行う事が出来る。尚、図7に示す構成は第1の実施の形態の変形例についても同様の構成をとる事が可能である。
【0042】
また、図8に示す様に位置決め受け部108を第2の基板101の下部に形成し、芯材405及び一対のコイル402、404を第2の基板101の下部に配置しても良い。この場合も、位置決め受け部108と位置決め部406を互いに嵌合接着して、芯材405を固定する。この様な構成とする事で、一対のコイル402、404の円柱状の永久磁石301に対する位置決めを容易に行えると共に入射光調節装置の外周面に配置される構成部材を無くす事が可能となる。尚、図8に示す構成は第1の実施の形態についても同様の構成をとる事が可能である。
【0043】
また、第2の実施の形態にあっても第1の実施の形態と同様に、絞り羽根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ことは言うまでもない。
【0044】
また、第2の実施の形態にあっても第1実施の形態と同様に、絞り羽根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ことは言うまでもない。
【0045】
(第3の実施の形態)
次に、図1を用いて第3の実施の形態について説明する。尚、第3の実施の形態も、第1及び第2の実施の形態と同様に、入射光調整手段を絞り羽根とした入射光調節装置を具体例として説明する。
【0046】
第3の実施の形態において、一対のコイル402、404は磁性材料よりなる芯材に巻き線されている。第1の実施の形態では、コイルの芯材として、非磁性材料を用いているが、これは、永久磁石301にネオジウム系やサマリウムコバルト系といった高残留磁束密度の磁石を用いた場合に適している。一方、永久磁石301にフェライト系といった残留磁束密度の比較的低い磁石を用いた場合には、第3の実施の形態に示した様に、コイルの芯材として磁性材料を用いた方が適している。
【0047】
コイルの芯材として、磁性材料を用いた方が適しているか、非磁性材料を用いた方が適しているかは、永久磁石301の残留磁束と、コイル402、404により発生する磁束とにより次の条件により決定される。
(1)コイルの芯材に非磁性材料を用いた際、磁石の残留磁束とコイルの発生磁束が同等か若しくは磁石の残留磁束に比べてコイルの発生磁束の方が高い場合は、コイルの芯材として磁性材料と非磁性材料の両方を用いることが出来る。
(2)コイルの芯材に磁性材料を用いた際、磁石の残留磁束がコイルの発生磁束より高い場合は、コイルの芯材として非磁性材料を用いる。
(3)コイルの芯材に磁性材料を用いた際、磁石の残留磁束がコイルの発生磁束と同等もしくは低い場合は、コイルの芯材として磁性材料を用いる。
【産業上の利用可能性】
【0048】
以上のように、本発明にかかる入射光調節装置は、携帯機器、マイクロビデオスコープ
その他の小型撮像機器に用いる入射光調節装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】第1の実施の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2】第1の実施の形態に係る入射光調節装置の動作状態を示す平面図である。
【図3】第1の実施の形態に係る入射光調節装置の開口が絞り込まれた状態を示す平面図である。
【図4】第1の実施の形態に係る入射光調節装置の開口が開放となった状態を示す平面図である。
【図5】第1の実施の形態の変形例に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図である。
【図6】第1の実施の形態の変形例に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図である。
【図7】第2の実施の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8】第2の実施の形態の変形例に係る入射光調節装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0050】
102 第1の基板
104 第1の開口
301 永久磁石
201 絞り羽根(入射光調節手段)
301c 中心軸(回転軸)
401 芯材
402 コイル
403 芯材
404 コイル
M 着磁方向
501 枠
601 シールド部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に形成された第1の開口と、回転軸を中心に回動する入射光調節手段を有し、前記入射光調節手段が、前記第1の開口に重なる第1の静止位置と、前記第1の開口から退避した第2の静止位置に相互に回動する事で、前記第1の開口を通過する入射光を調節する入射光調節装置において、
前記入射光調節手段の回転軸位置に、前記入射光調節手段に直接的に接合され、前記入射光調節手段の回動平面方向に着磁された永久磁石と、芯材に巻線され、各々の端部が前記永久磁石に対向して配置された一対のコイルを具備し、前記コイルへの通電状態により発生する磁場と前記永久磁石により発生する磁場の相互作用により前記入射光調節手段を第1の静止位置と第2の静止位置に相互に回動させる事を特徴とする入射光調節装置。
【請求項2】
前記入射光調節手段が前記第1の静止位置から前記第2の静止位置に回動し配置される間に、前記永久磁石の着磁方向と、前記一対のコイルが対向する方向とが傾きを持つことを特徴とする請求項1に記載の入射光調節装置。
【請求項3】
前記入射光調節手段の回動角をαとし、前記第1の開口中心と、前記入射光調節手段の回転軸を結ぶ軸を第1の軸とし、前記入射光調節手段の回転軸を通り、前記第1の軸に直交する軸を第2の軸とした場合、前記永久磁石の着磁方向が、前記入射光調節手段が第1の静止位置に配置されている状態において、前記第1の軸に対して前記入射光調節手段が前記第2の静止位置から前期第1の静止位置へ向かう方向に略(1/2)α回転した方向であると共に、前記一対のコイルの各々の端部が、前記第2の軸方向より、前記永久磁石に対向している事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の入射光調節装置。
【請求項4】
前記永久磁石が円柱形状に成型されており、前記円柱状の永久磁石を前記入射光調節手段に直接接合する事で、前記円柱状の永久磁石を前記入射光調節手段の回転の軸となる部材として用いる事を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の入射光調節装置。
【請求項5】
前記芯材が、一部を欠いたリング形状に成型されており、前記芯材の両端部に巻線された1対のコイルと、前記芯材の少なくとも1箇所に形成された位置決め部と、前記基板に形成された位置決め受け部を具備し、前記位置決め部と前記位置決め受け部を嵌合する事を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の入射光調節装置。
【請求項6】
前記永久磁石の回動平面と直交し、前記永久磁石を内包する面内に閉じた状態で配置された磁性部材とを更に具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の入射光調節装置。
【請求項7】
前記磁性部材は、前記基板、前記入射光調節手段、前記永久磁石及び前記コイルを内包する枠部材であることを特徴とする請求項6に記載の入射光調節装置。
【請求項8】
前記磁性部材は、前記基板、前記入射光調節手段、前記永久磁石及び前記コイルを内包する枠部材に勘装されたシールド部材であることを特徴とする請求項6に記載の入射光調節装置。
【請求項9】
前記入射光調節手段が前記第1の開口よりも小さい第2の開口を有する絞り羽根であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の入射光調節装置。
【請求項10】
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ーであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の入射光調節装置。
【請求項11】
前記入射光調節手段が、光学レンズであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の入射光調節装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2009−80470(P2009−80470A)
【公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−214191(P2008−214191)
【出願日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】