JP2017207562A - 羽根駆動装置及び撮像装置 - Google Patents

羽根駆動装置及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型な光量調節装置を提供すること。
【解決手段】
光通過経路に出入りする複数の絞り羽根と、前記絞り羽根を駆動する駆動リングと、前記駆動リングを回転可能に保持し光通過開口を有するベース部材と、を備え、前記絞り羽根は、第一の駆動ピンと第二の駆動ピンを有し、複数の絞り羽根は、前記光通過開口の周囲を回転しつつ、第一の駆動ピンを光通過開口に近づける方向に移動させ、第二の駆動ピンを光通過開口から遠ざける方向に移動させることで、絞り羽根を回転させ、絞り開口を形成させることを特徴とする光量調節装置。
【選択図】図4

Description

本発明は、撮像装置や交換レンズ等の光学機器に搭載される光量調節装置に関する。
上記のような光量調節装置(絞り装置)において形成される光通過開口としての絞り開口の形状は、できるだけ円形に近い方が好ましく、円形に近い絞り開口を形成するために3枚以上の多数枚の絞り羽根(光量調節羽根)が用いられる場合が多い。
特許文献1には、ベース部材に形成した固定開口の周囲で回動可能な駆動リングにより多数枚の絞り羽根を回動させることで、円形に近い多角形の絞り開口を形成する虹彩絞り装置が開示されている。
実開平2−48928号公報
しかしながら、上記の光量調節装置においては、多数枚の絞り羽根は、回転軸を中心に回転し、絞り開口を形成する。開放時は、ベース部材に形成した固定開口から絞り羽根を退避するためのスペースが必要であった。
本発明は、絞り羽根の回転動作を工夫することで、多数枚の絞り羽根の退避スペースを小さくし、小型な光量調節装置を提供するものである。
本発明は、光通過経路に出入りする複数の絞り羽根と、前記絞り羽根を駆動する駆動リングと、前記駆動リングを回転可能に保持するベース部材と、を備え、前記複数の絞り羽根は、2つの駆動ピンを有する。開放状態から小絞りに変化する過程において、複数の絞り羽根は、光通過開口の周囲を回転しつつ、第一の駆動ピンを光通過開口に近づく方向に移動させ、第二の駆動ピンを光通過開口から遠ざかる方向に移動させることで、絞り羽根を回転させ、絞り開口を形成する。
かかる本発明の態様によれば、少ないスペースで、絞り羽根を回転させることができるため、小型化が可能となる。
本発明によれば、少ないスペースにおいても、絞り羽根の回転角度を大きくすることができるため、従来よりも小型な光量調節装置を実現することができる。また、従来の光量調節装置と同外形で、光通過開口を大きくすることが可能である。
本発明の実施形態1に係る絞り装置の分解斜視図。 実施形態1の絞り開口形状(ベース部材側)。 実施形態1の絞り開口形状(カバー部材側)。 実施形態1の絞り羽根の移動。 実施形態1の絞り羽根の駆動ピン1の移動。 実施形態1の絞り羽根の駆動ピン2の移動 実施形態1の駆動リング。 従来技術の絞り羽根の回転。 実施形態1の絞り羽根の回転。 絞り羽根同士の編み上がりを表した図。 絞り装置を備えた光学装置。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
<実施形態1>
図1には、本発明の実施形態1である羽根駆動装置の一例である光量調節装置としての絞り装置の分解斜視図を示す。
図1において、102は、中央に光通過開口部102aが形成されているベース部材102である。ベース部材102は、後述する絞り羽根103の駆動を案内するカム溝102b(あるいは長溝)を有する。ベース部材102は、樹脂成形にて作成されたりする。ベース部材102には、駆動部101が取り付けられる。駆動部101は、例えば、ステッピングモータ、ガルバノモータなどを使用する。駆動部101の回転軸101aに、ピニオン104が取り付けられる。
105は、駆動リングである。駆動リング105は、光通過経路の少なくとも一部を構成する貫通孔を有し、光が通過する経路(光通過経路)を取り囲むような環状のシート状部材(無端リング状部材)から形成され、光通過経路の周囲で回動する。この駆動リング105には、後述する絞り羽根が係合する。すなわち、駆動リングは、駆動リングの回動に伴って絞り羽根が光通過経路に対して出入りするように連動するよう構成されていることから、絞り羽根を駆動するための部材(動力伝達部材)となる。この駆動リング105は、光通過開口105aと係合部105bと駆動溝105cと被駆動部105dを有する。
駆動リング105は、樹脂成形にて作成されたりする。また、例えば、樹脂フィルム(PETシート材等)をプレス加工して作成されたりする。プレス加工できる場合は、樹脂成形の形状精度に比べて、形状精度を高精度に形成することができるため、絞り精度の高精度が可能になる。
樹脂フィルムの厚みとしては、0.03mm〜0.30mmの材料の使用が可能である。厚みを極力薄くすることで、回転する際のイナーシャを小さくさせることができ、絞り装置を高速動作させることができる。駆動リング105は、ベース部材102およびカバー部材106によりスラスト方向、ラジアル方向とも最適な可動可能な支持をすることで、厚みを薄くしても、駆動リング105の変形を最小限に抑える。また、樹脂フィルムの駆動リング105に凸形状を形成する場合(例えば係合部105bなど)は、凸形状部をインサート成形し取り付けてもよいし、圧入、接着等で取り付けてもよい。
また、駆動リング105は、片面あるいは両面に表面処理がなされている材料を用いると良い。表面処理としては、例えば、摺動塗装、帯電防止処理、反射防止処理などがある。摺動塗装することで、駆動リングと摺動する部品であるベース部材102、後述する絞り羽根103、カバー部材106との摩擦を低減することができ、省電力での作動が可能になる。また、反射防止処理をすることで、本光量調節装置内に進入した光の反射を抑え、レンズ鏡筒内に光量調節装置が組み込まれた際の、ゴースト、フレア等の発生を防止することができる。
駆動リング105の内係合部105bは、カバー部材106の係合部106aと係合する。本実施形態1では、係合部105bは、複数の凸部で構成されており、カバー部材106と係合する。係合部105bは、複数の凸部でなく、円周上につなげてもよい。駆動リング105は、回転の支持を係合部105bで支持されるため、駆動リング105は周方向の変形を抑えることができる。そのため、駆動リング105は、厚みが薄くても変形することなく動作することが可能である。係合部106aは、樹脂成形で作られたり、駆動リング105がシート部材の時は、インサート成形や別部材を接着、溶着、カシメ等で取り付けられたりする。
また、駆動リング105には、被駆動部105dであるギア部がある。被駆動部105dは、ピニオン104と噛み合っている。駆動部101で発生した回転力をピニオン104から被駆動部105dに伝え、駆動リング105が回転する。駆動リング105のギア部105dとピニオン104のギアのかみあいでは、ギア部105dの厚みが薄く、ギアのかみ合い面積が小さいため、ギア同士のかみ合い音が小さい。また、ピニオン104と駆動リング105の質量差が大きいため、ピニオン104がギア部105dにバックラッシがあっても、ギアのかみ合い音、反転音等が小さくなる。
ここで、本実施形態の駆動リング105について更に詳細に説明する。本実施形態における駆動リング105は、後述する絞り羽根103と係合する構造を持つ超薄型シート状部材から形成されている。
この「超薄型シート状部材」としては、例えば、駆動リング105を保持する保持基板(ベース部材102、カバー部材106)よりも薄いシート、または保持基板の半分以下の厚さを有するシート、あるいは羽根の厚みと比べた場合には羽根の厚みよりも僅かに厚いシートか、羽根の厚さと実質的に同等又はそれ以下の厚さを有するシートを用いることが、絞り装置の光軸方向における薄型化を図る上で有効である。
なお、本実施形態の「超薄型シート状部材」は、例えば、外部からの物理的な応力を僅かに加えただけで、単独で比較的簡単に撓み変形する程度の厚さ(薄さ)であって、非常に薄肉なシート状部材である。また、「超薄型シート状部材」は、単独で板バネのような変形に対する反発力のあるばね特性を有するのがよい。これにより、回転駆動前、または回転駆動時において形状安定性を十分に確保できる他、安定した平坦な回動姿勢を確保できる。したがって、本実施形態における駆動リング105は、ばね特性を持つ超薄型シート状部材から形成されるのがよい。
また、本実施形態の「超薄型シート状部材」は、例えば、樹脂製あるいは金属製のシート基材の少なくとも片面に表面層として、摺動塗装等で摺動性改善層を設けてもよいし、帯電防止のための帯電防止層を設けてもよいし、反射防止のための反射防止層を設けてもよいし、あるいは、これら各種の表面層をシート基材の両面に設けたシート状部材を用いるのがよい。これにより、摺動性改善層を設けた場合には、羽根や他の部材との間の摺動性等を高めることができる。また、帯電防止層を設けた場合には、帯電による羽根と駆動リング105の張り付きを防止することができる。また、反射防止層を設けた場合には、本光量調節装置内に侵入した光の反射を抑え、レンズ鏡筒内に光調節装置が組み込まれた際の、ゴーストフレア等の発生を防止することができる。なお、この摺動性改善層等の表面層は、シート基材の外周端面(内径端面または外径端面、あるいは両方)に設けることで、シート基材の剛性を高めることができる他、保持基板との摺動性も十分に高めることができる。このような表面層は、例えば、摺動性の良い材料を塗装や各種成膜技術によって形成された薄膜などがある。また、シート基材の内部応力を考慮し、引張り応力または圧縮応力などの膜を使って、超薄型シート状部材全体の応力バランスを調整し、反りや変形を有効に防止することが可能である。上記表面層は両面の厚さは、実質的に同等であることが好ましい。例えば、「超薄型シート状部材」の熱収縮率と表面処理層の熱収縮率が異なる場合において、「超薄型シート状部材」は、表裏から同一の応力(引張り応力、圧縮応力)を受けるため、環境が変わっても、「超薄型シート状部材」は、反りや変形を有効に防止することが可能である。
また、本実施形態における駆動リング105は、従来の駆動リング(樹脂成形された比較的厚肉の駆動リング)とは全く異なるものである。ここで、例えば、従来の駆動リングと厚さ寸法だけで比較すると、従来の駆動リングは薄いタイプのもので約0.5mm程度であったのに対し、本実施形態の駆動リング105の厚さは、例えば、約0.3mm以下であるのが好ましく、約0.2mm以下であるのがより好ましく、約0.1mm以下の厚さとするのがより好ましい。
このような超薄型シート状部材を駆動リング105に用いると、駆動リング105の薄型化だけでなく、駆動リング105の軽量化にも寄与し、更なる高速回転を実現することができる。なお、超薄型シート状部材は、1層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
例えば、多層構造の場合、樹脂フィルム等の樹脂シートを基材としてもよいし、金属箔や薄型の金属板等の金属シートを基材として用いてもよい。樹脂シートを用いる場合には、軽量化において非常に有効である。一方、金属シートを用いる場合には、回転時における姿勢安定性を高めることができる。
なお、金属シートを用いる場合には、ジェラルミン等の超軽量金属を用いることが高速回転を図る上で非常に有効である。また、樹脂シートや金属シートを用いる場合には、これらを単独でそのまま駆動リング105に適用して1層構造としてもよいが、羽根やその他の部材との摺動性や作動負荷、摩擦、高速応答性、静音性などの物理的な干渉を考慮すると、各種機能性を持たせるための表面処理(表面塗装などを含む処理)で表面層を形成するのが好ましい。
特に、駆動リング105は、回転駆動する関係上、全体を通じて平坦であるのが好ましいが、羽根との係合部を設ける必要がある。このため、羽根との係合部は、例えば、空気抵抗や十分な係合など様々な要素を考慮し、最低限の構成で実現することが好ましい。なお、羽根を形成する素材と同じ素材を用いて駆動リング105を形成してもよい。この場合には、羽根と駆動リング105とは同等の厚さとなる。
また、105eは遮光部である。フォトインタラプタ107のスリット内を出入りすることで、センサの役割を果たす。光量調節装置の初期化等に使用する。
図1において、103は、絞り羽根である。第1の駆動ピン103bと第2の駆動ピン103cを有する。絞り羽根103は、樹脂成形にて第1の駆動ピン103bと第2の駆動ピン103cを一体で作ってもよい。
また、第1の駆動ピン103bと第2の駆動ピン103cは、樹脂成形で作成し、遮光処理されたシート部材に、接着、溶着、アウトサート成形などで一体化させてもよい。また、第1の駆動ピン103bと第2の駆動ピン103cを金属ピンで形成し、接着、溶着、カシメ等で一体化させてもよい。
図1において、106は、カバー部材である。カバー部材106は、駆動リング105と回転可能に係合する106aを有する。また、絞り羽根103の駆動を案内するカム溝106cを有している。ベース部材102とカバー部材106で形成された空間の中を駆動リング105と絞り羽根103が駆動する。
絞り羽根103の第1の駆動ピン103bは、ベース部材のカム溝102bに係合する。絞り羽根103の第2の駆動ピン103cは、駆動リング105のカム溝105cとカバー部材106のカム溝106cに連通する。ピニオン104が回転し、駆動リング105の被駆動部105dに力がかかり、駆動リング105が回転する。駆動リング105が回転すると、駆動リング105のカム溝105cから絞り羽根103の第2の駆動ピン105cに駆動力が与えられ、絞り羽根103が駆動する。このとき、第2の駆動ピン103cは、カバー部材106のカム溝106cに係合しているため、カム溝106cに案内され、ベース部材102の光通過開口102aの周囲を回転しながら、第2の駆動ピン103cは、光通過開口102aから遠ざかる方向に移動する。
絞り羽根103の第1の駆動ピン103bは、ベース部材102のカム溝102bに係合している。カム溝106bによって、絞り羽根103の第1の駆動ピン103bは、ベース部材102の光通過開口102aの周囲を回転しながら、光通過開口103aに近づく方向に移動する。
絞り羽根103の第2の駆動ピン103bを光通過開口102aから遠ざける方向に移動し、第1の駆動ピン103cを光通過開口102aに近づける方向に移動させることで、絞り羽根103は、回転し、ベース部材102の光通過開口102aの内外を出入りする。複数の絞り羽根103により絞り形状を調整することが可能になる。
図2は、ベース部材102側からみた絞り形状である。(A)絞り開放、(B)中間絞り、(C)小絞りに変化する過程において、絞り羽根103の第1の駆動ピン103bは、ベース部材102のカム溝102bに沿って移動する。
図3は、カバー部材106側からみた絞り形状である。(A)絞り開放、(B)中間絞り、(C)小絞りに変化する過程において、絞り羽根103の第2の駆動ピン103cは、カバー部材106のカム溝106cに沿って移動する。
図4は、絞り羽根の移動の説明図である。開放状態での絞り羽根を103’で表し、小絞り状態の絞り羽根を103で表す。
開放状態において、絞り羽根103’の第2の駆動ピン103c’は、カバー部材106のカム溝106cに係合し、光通過開口の中心からR2に位置する。小絞り状態へ移行する際、第2の駆動ピン103cは、カバー部材106のカム溝106cに沿って移動する。小絞り状態において、絞り羽根103の第2の駆動ピン103cは、光通過開口の中心からR4の位置に移動する。ここで、R2<R4であるため、駆動ピン103cは、開放状態から小絞り状態へ移行する過程において、ベース部材102の光通過開口102aの周囲を回転しながら、光通過開口の中心から遠ざかる方向に移動させる。(図5)
また、開放状態において、絞り羽根103’の第1の駆動ピン103b’は、ベース部材102のカム溝102bに係合し、光通過開口の中心からR3に位置する。小絞り状態へ移行する際、第1の駆動ピン103bは、ベース部材102のカム溝102bに沿って移動する。小絞り状態において、絞り羽根103の第1の駆動ピン103bは、光通過開口の中心からR1の位置に移動する。ここで、R1<R3であるため、駆動ピン103bは、開放状態から小絞り状態へ移行する過程において、ベース部材102の光通過開口102aの周囲を回転しながら、光通過開口の中心に近づく方向に移動させる。(図6)
図7は、実施形態1の駆動リング105の駆動を表す。開放状態時の駆動リングを105’で表し、小絞り時の駆動リングを105で表す。駆動リング105に形成する駆動溝105cは、光通過開口から離れる方向に向かう長溝あるいはカム溝で形成される。駆動リング105の駆動溝105cには、絞り羽根103の第2の駆動ピン103cが係合させる。駆動リング105を光通過開口の周囲を回転させることで、駆動溝105cから第2の駆動ピン103cに力を与え、絞り羽根103を駆動させる。ここで、絞り羽根103の第2の駆動ピン103cは、カバー部材106のカム溝106cに係合しているため、カム溝106cに沿って駆動する。第2の駆動ピン103cの位置は、駆動リング105の駆動溝105cとカバー部材106のカム溝106cの2つの溝が交差する位置に決まる。2つの溝を使用することで、第2の駆動ピン103cは、光通過開口の周囲を回転しつつ、光通過開口から離れたり、近づいたりすること可能となる。
図8に従来技術の光量調節装置を示す。絞り羽根903の回転中心軸903bは、光通過開口中心からRの距離に位置する。絞り羽根903は、光通過開口の周囲を回りながら回転中心軸903bを中心に回転し、絞り形状を形成する。絞り羽根903は、開放状態から小絞りに変化する際、回転中心軸903bを中心に、(θ1+θ2)°の角度を回転する。このとき、θ1は、開放状態時の回転中心軸903b‘の回転方向(接線A‘)と回転中心軸903b’と駆動ピン903c’を結んだ線の角度であり、θ2は、小絞り状態時の回転中心軸903bの回転方向(接線A)と回転中心軸903bと駆動ピン903cを結んだ線の角度である。絞り羽根903は、小絞り状態を形成するとき、光通過開口を覆うために必要な大きさを有している。ここで、従来技術の光量調節装置では、絞り羽根903が回転中心軸903bを中心に(θ1+θ2)°回転し、光通過開口から退避できるスペース900Sが必要とされてきた。このスペース900Sは、回転中心軸903bと駆動ピン903cの距離が長いほど、広くなる。回転中心軸903bと駆動ピン903cの距離は、長いほど絞り羽根903の回転角度を精度よく調整することができる。そのため、絞り形状の精度を高くするため、回転中心軸903bと駆動ピン903cの距離を長く設定する必要があり、その結果、広い範囲の退避スペース900Sを必要とした。
そのため、従来技術の光量調節装置は、小型化が困難であった。
図9は、本実施形態の光量調節装置を示す。絞り羽根102は、第1の駆動ピン102bと第2の駆動ピン102cを互いに光通過開口に近づく方向と離れる方向に移動させ、絞り羽根102を回転させる。このとき、絞り羽根102の退避スペース100Sは、従来技術の光量調節装置に対して、小さいスペースに抑えることが可能である。例えば、絞り羽根102の回転中心が、第1の駆動ピンと第2の駆動ピンの中間位置Tとなるように、ベース部材102のカム溝102bの形状、カバー部材106のカム溝106cの形状を設定したとする。絞り羽根102は、中間位置Tを中心に回転するため、従来技術のように、絞り羽根の端部(回転中心軸903b)を中心に回転させる場合に比べて、小さい範囲で、回転することが可能である。
絞り羽根102の回転中心は、ベース部材102のカム溝102b、カバー部材106のカム溝106cの形状を調整することで、任意に変更可能である。開放状態から小絞りに変化する過程において、絞り羽根102の回転中心を任意に変更することができる。そのため、光通過開口の周囲に沿って、絞り羽根退避スペースを有効に使用することができるため、装置の小型化が可能である。
また、絞り羽根102の回転中心を自由に変化させることができるため、光通過開口の周囲に沿って、第1の駆動ピンと第2の駆動ピンの距離は、長く設定することができる。そのため、絞り羽根の回転角度を精度よく調整することが可能である。小型化を実現しつつ、精度の高い光量調節装置を形成できる。
また、本実施形態は、絞り羽根103をベース部材102のカム溝102bとカバー部材106のカム溝106cの2つのカム溝を使って回転させる。そのため、従来技術のカム溝902cに比べて、カム溝がなだらかである。絞り羽根102が光通過開口の周囲を回転する方向に対して、なだらかな角度になるため、大きな力を与えずに絞り羽根102を駆動させることが可能である。そのため、本実施形態は、駆動源の力を小さくしても駆動させることができるため、省電力にも有効である。
さらに、本実施形態は、絞り羽根の編み上がりに対しても有効である。従来技術である図8(B)と本実施形態である図9(B)を比較する。本実施形態では、小絞りに変化する過程において、第2の駆動ピン103cが光通過開口から離れる方向に移動する。絞り羽根103の先端を光通過開口から外方向に引っ張ることで、光通過開口内に侵入する絞り羽根103の先端の長さを短くすることができるため、編み上がりの高さを小さくすることが可能である。図10は、絞り羽根同士の編み上がりを表した図である。絞り羽根を外方向に引っ張ることで、Lだけ編み上がりの高さを小さくすることができる。そのため、図11に示すように、光通過開口内の絞り開口形成部の厚みを薄くすることができるため、装置の小型化、光学設計の自由度に対して、有効である。さらに羽根同士の重なり合いが、羽根先端部の細い箇所になるため、従来技術に比べて、羽根同士の編みがありによる反力を受けにくい。従来技術に比べて、負荷が小さくなるため、省電力に有効である
1 駆動部
2 ベース部材
3 絞り羽根
4 ピニオン
5 駆動リング
6 カバー部材
7 センサ

Claims (7)

  1. 光通過経路に出入りする複数の絞り羽根と、
    前記絞り羽根を駆動する駆動リングと、
    前記駆動リングを回転可能に保持し光通過開口を有する第一の保持部材および第二の保持部材と、を備え、
    前記絞り羽根は、第一の駆動ピンと第二の駆動ピンを有し、
    複数の前記絞り羽根は、前記光通過開口の周囲を回転しつつ、前記第一の駆動ピンを光通過開口に近づける方向に移動させ、前記第二の駆動ピンを光通過開口から遠ざける方向に移動させることで、前記絞り羽根を回転させ、絞り開口を形成させることを特徴とする光量調節装置。
  2. 前記第一の保持部材は、前記第一の駆動ピンの移動を案内するカム溝を有し、
    前記第二の保持部材は、前記第二の駆動ピンの移動を案内するカム溝を有し、
    前記駆動リングは光通過開口から離れる方向に向かうカム溝を有し、
    し、前記駆動リングのカム溝から力を受けるとともに、保持部材のカム溝に案内され移動することを特徴とする請求項1に記載の光量調節装置。
  3. 前記絞り開口が、開放から小絞りに移行する過程において、前記絞り羽根の回転中心位置は、前記第一の駆動ピンと前記第二の駆動ピンとの間にあることを特徴とする請求項1に記載の光量調節装置。
  4. 前記絞り開口が、開放から小絞りに移行する過程において、前記絞り羽根の回転中心位置が変化することを特徴とする請求項1に記載の光量調節装置。
  5. 前記絞り開口が、開放から小絞りに移行する過程において、前記絞り羽根の先端部は、前記絞り羽根の回転により、光通過開口内にするとともに、先端部が光通過開口から外方向に移動することを特徴とする請求項1に記載の光量調節装置。
  6. 前記駆動リングは、前記絞り羽根と係合する係合部を有する超薄型シート状部材から形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光量調節装置。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載の光量調節装置を有することを特徴とする光学機器。
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