JP2009008717A

JP2009008717A - 光調節装置及び光学装置

Info

Publication number: JP2009008717A
Application number: JP2007167305A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yasunaga; 新二安永
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】絞り機構から絞り制御用の配線を引き出す必要のない小型の光調節装置及び光学装置を提供すること。
【解決手段】固定された光学開口１１１と、変位可能な絞り羽根１０５とを有する光調節装置１００において、絞り羽根１０５に固定された第１の磁石１１０と、第１の磁石１１０に作用する外部磁界を変化させる第２磁石変位装置１０２とを有し、外部磁界の変化によって第１の磁石１１０を変位させることで絞り羽根１０５を変位させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光調節装置及び光学装置に関するものである。

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。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に開示されている絞り調節機構について図７を用いて説明する。

絞り羽根１、２は、地板２０に枢着されている。絞り羽根１、２の一方端は、それぞれ第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が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るとともにスプリング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は、第１の形状記憶合金３を自己発熱させ、絞り羽根１、２を動作させる。大きな環境変化があった場合には、第２の形状記憶合金５により装置が保護され、温度変化に依存することなく安定した制御が行える。

特開２００５−１２８４５０号公報

高解像度の小型撮像装置においては、一般的に絞り調節機構などの光調節装置は複数のレンズの間に配置されている。従来の絞り調節機構では、絞り機構から形状記憶合金に通電するための配線を引き出す必要がある。ここで、通常はレンズとレンズとの間隔は非常に小さく、そこから配線を引き出すのはかなり困難である。また、配線が必要であることが小型化の障害となっていた。更に、内視鏡など、撮像光学系を封止された容器内に収納することが望ましい場合は、封止容器から配線を引き出すのは相当に困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、絞り機構から絞り制御用の配線を引き出す必要のない小型の光調節装置及びこの光調節装置を用いた光学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、本発明は、固定された光学開口と、変位可能な入射光調節手段とを有する光調節装置において、入射光調節手段に固定された第１の磁石と、第１の磁石に作用する外部磁界を変化させる手段とを有し、外部磁界の変化によって第１の磁石を変位させることで入射光調節手段を動作させることを特徴とする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、第１の磁石に作用する外部磁界の変化が第１の磁石とは分離して配置された第２の磁石の変位によってなされることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第２の磁石の変位が、光軸方向の変位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、入射光調節手段が光学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が望ましい。

また、他の本発明によれば、光学開口と、変位可能な入射光調節手段と、入射光調節手段に固定された第１の磁石と、光学素子とが配置された容器と、容器の外部に配置された外部磁界変化手段とを備え、外部磁界変化手段が第１の磁石に作用する外部磁界を変化させることを特徴とする光学装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、外部磁界変化手段が、変位可能な第３の磁石によって構成されることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第３の磁石の変位が、光軸方向の変位であることが望ましい。

本発明によれば、絞り機構から絞り制御用の配線を引き出す必要のない小型の光調節装置及びこの光調節装置を用いた光学装置を提供できる。

以下に、本発明にかかる光調節装置及び光学装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施例１について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本実施例の光調節装置１００の斜視図である。本実施例の光調節装置１００は絞り機構１０１と第２磁石変位装置１０２とで構成される。

図２は絞り機構１０１の分解図を示している。絞り機構１０１は下基板１０３と上基板１０４と絞り羽根１０５とスペーサ１０６と閉時ストッパ１０７と開時ストッパ１０８とを備え、図示されたように積層されている。ここで、下基板１０３、上基板１０４、絞り羽根１０５の厚さはそれぞれ０．０５ｍｍ、スペーサ１０６、閉時ストッパ１０７、開時ストッパ１０８の厚さはそれぞれ０．１ｍｍである。また、下基板１０３と上基板１０４とはスペーサ１０６、閉時ストッパ１０７、開時ストッパ１０８を介して接着されている。なお、絞り機構１０１は入射光調節手段に対応する。

絞り羽根１０５には回転軸１０９と円柱状の第１磁石１１０とが圧入されている。回転軸１０９は直径０．１５ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、第１磁石１１０は直径０．２ｍｍ、高さ０．４ｍｍである。下基板１０３には光学開口１１１と回転軸挿入孔１１２と第１磁石ガイド切り欠き１１３とが形成されている。また、上基板１０４にも同様に光学開口１１４と回転軸挿入孔１１５と第１磁石ガイド切り欠き１１６とが形成されている。なお、光学開口１１４の径は光学開口１１１と同じ、もしくはわずかに大きく設定される。

ここで、回転軸１０９は回転軸挿入孔１１２と回転軸挿入孔１１５とに挿入され、絞り羽根１０５が回転軸１０９を中心に回転変位可能になっている。その範囲は、閉時ストッパ１０７と開時ストッパ１０８とによって制限されている。また、第１磁石１１０は、その回転変位可能範囲において、第１磁石ガイド切り欠き１１３及び第１磁石ガイド切り欠き１１６が設けられ、下基板１０３及び上基板１０４に接触しない構成となっている。

絞り羽根１０５には、その中心に絞り開口１１７を有する絞り環１１８が形成されている。絞り開口１１７は光学開口１１１よりも小さく、絞り環１１８の外径は光学開口１１１よりもわずかに大きく設定される。ここで光学開口１１１と絞り環１１８との関係を説明する。絞り羽根１０５が回転軸１０９を中心に回転変位する。例えば、絞り環１１８が閉時ストッパ１０７に接触したとき、絞り開口１１７の中心と光学開口１１１の中心とは一致する。また、絞り環１１８が開時ストッパ１０８に接触したとき、絞り環１１８は光学開口１１１から完全に退避する。

次に、第２磁石変位装置１０２について図３を用いて説明する。第２磁石１１９には形状記憶合金ワイヤ１２０の一端が固定される。形状記憶合金ワイヤ１２０にはバイアスバネ１２１と絶縁性のチューブ１２２とが通されている。形状記憶合金ワイヤ１２０の他端はカシメ部材１２３に固定される。また、カシメ部材１２３は、チューブ１２２の第２磁石１１９とは反対側の端部でも固定されている。なお、第２磁石変位装置１０２は外部磁界変化手段に対応する。

特に図示しないが、形状記憶合金ワイヤ１２０の両端には通電加熱のための配線が形成されている。ここで形状記憶合金ワイヤ１２０を通電加熱すると、相変態によって収縮し、バイアスバネ１２１に抗して第２磁石１１９はチューブ１２２の側に変位する。また、その後で形状記憶合金ワイヤ１２０への通電を解除するとバイアスバネ１２１の力によって形状記憶合金ワイヤ１２０は伸張し、第２磁石１１９はチューブ１２２とは反対の方向に変位する。

このように、第２磁石変位装置１０２は形状記憶合金ワイヤ１２０への通電状態の変化によって、第２磁石１１９を変位させることができる。この第２磁石１１９の変位の方向は、図１の配置からわかるように絞り機構１０１における入射光の光軸方向である。

次に本実施形態の光調節装置１００の動作について図４の（ａ）、（ｂ）及び図５の（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図４の（ａ）、（ｂ）は形状記憶合金ワイヤ１２０が非通電状態のときの動作を示し、図５の（ａ）、（ｂ）は形状記憶合金ワイヤ１２０が通電状態のときの動作を示している。また、図４の（ａ）、図５の（ａ）は上面図を示し、図４の（ｂ）、図５の（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。ここで、上面図に関しては図をわかり易くするために、上基板１０４及び第２磁石駆動機構１０２の図示を省略している。

また、チューブ１２２の第２磁石１１９側端部１２４の位置は下基板１０３に対して相対的に固定されているものとする。また、第１磁石１１０と第２磁石１１９とは共に光軸方向に着磁されている。図示したように第１磁石１１０が上側をＳ極としているのに対して、第２磁石１１９は下側をＳ極としている。

まず、図４の（ａ）、（ｂ）を用いて、形状記憶合金ワイヤ１２０が非通電状態の動作について説明する。この状態では、第１磁石１１０と第２磁石１１９の各々の中心は絞り機構１０１の光軸方向に同じ位置にある。この状態では、第１磁石１１０のＳ極と第２磁石１１９のＮ極とが対向し、第１磁石１１０のＮ極と第２磁石１１９のＳ極とが対向する位置関係となる。

このため、第１磁石１１０は、第２磁石１１９に引き寄せられて、絞り機構１０１の外周方向側に変位する。そのため、絞り羽根１０５は回転軸１０９を中心に、絞り環１１８が開時ストッパ１０８に接触するまで、上面図における時計回りに回転する。結果として、絞り環１１８は光学開口１１１に対して退避した位置となり、絞り機構１０１は開放状態となる。

次に図５の（ａ）、（ｂ）を用いて形状記憶合金ワイヤ１２０が通電状態の動作について説明する。通電により、形状記憶合金ワイヤ１２０は収縮する。第２磁石１１９は、第２磁石１１９の光軸方向の長さの１／２程度下側に変位する。このとき、第１磁石１１０のＮ極と第２磁石１１９のＮ極とが対向する位置関係となる。

このため、第１磁石１１０と第２磁石１１９との間に反発力が発生して、第１磁石１１０が絞り機構１０１の中心方向に向かって変位する。この結果、絞り羽根１０５は、回転軸１０９を中心に、絞り環１１８が閉時ストッパ１０７に接触するまで、上面図における反時計回りに回転する。これによって、絞り環１１８が光学開口１１１を覆い、絞り機構１０１は開口径が絞り開口１１７によって規定される絞込み状態となる。

このように、本実施例の光調節装置１００においては、形状記憶合金ワイヤ１２０の通電の状態、即ち通電の有無によって第２磁石１１９を光軸方向に変位させて、絞りを開閉動作させることができる。

次に、本発明の光調節装置を実際の撮像光学系に適用した実施例について説明する。図６は、本発明の実施例２に係る光学装置２００の概略構成を示す図である。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

実施例２の光学装置２００は、円筒状のケース１２５の中に複数のレンズ１２６と撮像素子１２７と絞り機構１０１とが配置されている。物体（不図示）の像は、複数のレンズ１２６により、撮像素子１２７、例えばＣＣＤの撮像面上に形成される。ケース１２５の外側には第２磁石変位装置１０２が配置される。第２磁石変位装置１０２は、チューブ１２２の第２磁石１１９側端部１２４においてケース１２５に固定されている。絞り機構１０１の下基板１０３は、ケース１２５に固定されている。ここで、ケース１２５は、容器に対応する。レンズ１２６、撮像素子１２７は、光学素子に対応する。なお、第２磁石１１９は、第３の磁石に対応する。

形状記憶合金ワイヤ１２０の非通電状態において、第２磁石１１９は絞り機構１０１の第１磁石１１０の真横に位置している。図４の（ａ）、（ｂ）及び図５の（ａ）、（ｂ）を用いて説明したように、形状記憶合金ワイヤ１２０の通電状態によって第１磁石１１０を変位させて絞りを開閉する。このように、本実施例の光学装置においては、絞り機構１０１の絞り開閉制御のために電気的な配線を必要としないので、光学系を収めたケース１２５内から絞りの開閉のための配線を引き出すことなく絞りを開閉することが可能となる。

更に、本実施例では、第２磁石１１９の変位方向が光軸方向であることと、第２磁石変位装置１０２が光軸方向に伸びて、光軸に鉛直な面への占有面積が小さいことから、光学装置、特に内視鏡のように、細径化が強く望まれる用途に対しては特に好適である。

また、本実施例における絞り環部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。
なお、第１磁石１１０及び第２磁石１１９の着磁の方向に関しては、本実施例に示した組み合わせのほかに、第２磁石の変位に伴い、絞り羽根１０５を変位させるいくつかの着磁方向の組み合わせが可能である。

以上説明したように、本発明に係る光調節装置及び光学装置は、絞り機構から制御用の配線を引き出す必要がない。このため、レンズ間隔が狭い小型撮像装置での絞り調節機構の組み込みが容易になる。また、光調節装置及び光学装置を小型化できる。さらに、配線を引き出す必要がないので、光調節装置を封止する装置にも適用できるという効果を奏する。

以上のように、本発明にかかる光調節装置及び光学装置は、小型撮像素子に有用であり、特に、撮像系を封止するものや細径化が望まれる装置に適している。

本発明の実施例１の光調節装置の斜視図である。絞り機構の分解図である。第２磁石変位装置の構成を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ形状記憶合金ワイヤの非通電時の動作を説明する図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ形状記憶合金ワイヤの通電時の動作を説明する図である。本発明の実施例２の光学装置の構成を示す図である。従来の絞り調節機構の構成を示す図である。

符号の説明

１０１絞り機構
１０２第２磁石変位装置
１０３下基板
１０４上基板
１０５絞り羽根
１０６スペーサ
１０７閉時ストッパ
１０８開時ストッパ
１０９回転軸
１１０第１磁石
１１１、１１４光学開口
１１２、１１５回転軸挿入孔
１１３、１１６第１磁石ガイド切欠き
１１７絞り開口
１１８絞り環
１１９第２磁石
１２０形状記憶合金ワイヤ
１２１バイアスバネ
１２２チューブ
１２３カシメ部材
１２４側端部
１２５ケース
１２６レンズ
１２７撮像素子
１、２絞り羽根
３、５形状記憶合金
４a、４b、６スプリング
７連結板
１２、１５ＳＭＡ駆動回路
１３a、１３b、１６a、１６b 配線
２０地板

Claims

固定された光学開口と、変位可能な入射光調節手段とを有する光調節装置において、
前記入射光調節手段に固定された第１の磁石と、
前記第１の磁石に作用する外部磁界を変化させる手段とを有し、
前記外部磁界の変化によって前記第１の磁石を変位させることで前記入射光調節手段を動作させることを特徴とする光調節装置。
前記第１の磁石に作用する外部磁界の変化が前記第１の磁石とは分離して配置された第２の磁石の変位によってなされることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
前記第２の磁石の変位が、光軸方向の変位であることを特徴とする請求項２に記載の光調節装置。
前記入射光調節手段が前記光学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に記載の光調節装置。
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に記載の光調節装置。
固定された光学開口と、変位可能な入射光調節手段と、前記入射光調節手段に固定された第１の磁石と、光学素子とが配置された容器と、
前記容器の外部に配置された外部磁界変化手段とを備え、
前記外部磁界変化手段が前記第１の磁石に作用する外部磁界を変化させることを特徴とする光学装置。
前記外部磁界変化手段が、変位可能な第３の磁石によって構成されることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
前記第３の磁石の変位が、光軸方向の変位であることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。