JP2018146837A - 羽根駆動装置 - Google Patents

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和雄 色摩
Kazuo Shikima
和雄 色摩
渡部 伸昭
Nobuaki Watabe
伸昭 渡部
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Abstract

【課題】所望の駆動力が得られるコンパクトなアクチュエータ部を備えると共に、羽根駆動装置全体のコンパクト化を図る。【解決手段】羽根駆動装置1は、単数又は複数の羽根2と、羽根2を支持するベース部材3と、ベース部材3に回動自在に軸支され、羽根3との連結部5Cを備える回動部材5と、回動部材5に固定され、回動部材5の回動軸線5Pを挟む異極の磁極面10X,10Yを一対有する駆動用磁石10と、回動軸線5Pの方向に沿った巻線部分12X,12Yが回動軸線5Pと交差する方向に並列されて磁極面10X,10Y上に巻回されたコイル12とを備え、駆動用磁石10は、磁極面10X,10Y上の回動軸線5Pの方向に対して交差する方向を長手方向とする柱状である。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置などに用いられる羽根駆動装置に関するものである。
羽根駆動装置は、単数又は複数の羽根を駆動して、開口の状態を変化させるものであり、絞り、シャッター、絞り兼用シャッター、フィルタなどとして、カメラなどの各種光学ユニットに用いられている。
羽根駆動装置は、電磁アクチュエータ(モータ)を備えており、搭載されるユニット内の限られたスペースに配置するために、電磁アクチュエータの小型化が求められている。小型化された電磁アクチュエータの一例としては、円筒状のヨーク内に、コイルが巻回される枠部材を配置し、この枠部材内にヨークと同軸に軸支されたロータや鉄ピンを配置したものであり、ロータは、ヨークの周方向にN極とS極に着磁された磁石部とこの磁石部と一体に回転する駆動ピンを備えている。この電磁アクチュエータにおいて、ヨークは、枠部材に取り付けられて、ロータの周囲に巻かれたコイルの外側に磁路を形成するものであり、鉄ピンは、ロータとの間で磁気的吸引力を生じさせている(下記特許文献1参照)。
特開2005−91656号公報
前述した従来技術によると、駆動力を高めるためには、ロータにおける磁石部の径を大きくしてコイルの巻幅を大きくする必要があり、電磁アクチュエータの小型化の要求には対応できなくなる。また、電磁アクチュエータを羽根駆動装置のベース部材(地板)に外付けする形態になるので、羽根駆動装置全体をコンパクトに構成し難い問題がある。
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、所望の駆動力が得られるコンパクトなアクチュエータ部を備えると共に、羽根駆動装置全体のコンパクト化を図ること、などを課題としている。
このような課題を解決するために、本発明による羽根駆動装置は、以下の構成を具備するものである。
単数又は複数の羽根と、前記羽根を支持するベース部材と、前記ベース部材に回動自在に軸支され、前記羽根との連結部を備える回動部材と、前記回動部材に固定され、前記回動部材の回動軸線を挟む異極の磁極面を一対有する駆動用磁石と、前記回動軸線の方向に沿った巻線部分が前記回動軸線と交差する方向に並列されて前記磁極面上に巻回されたコイルとを備え、前記駆動用磁石は、前記磁極面上の前記回動軸線の方向に対して交差する方向を長手方向とする柱状であることを特徴とする羽根駆動装置。
本発明の実施形態に係る羽根駆動装置を示した分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る羽根駆動装置の組み立て平面図である。 本発明の実施形態に係る羽根駆動装置の組み立て背面図である。 ベース部材と回動部材とアクチュエータ部を示した平面図である。 図4におけるA−A断面図である。 アクチュエータ部の動きを示した説明図である。 回動部材と羽根の連結構成を示した説明図である。 ヨークを備えたアクチュエータ部を示した説明図である。 ヨークの別実施例を備えた羽根駆動装置の全体平面図である。 ヨークの別実施例を備えたアクチュエータ部の説明図である。 羽根駆動装置を備えた撮像装置を示した説明図である。 撮像装置を備えた携帯電子機器(携帯情報端末)を示した説明図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図1〜図3に示すように、羽根駆動装置1は、羽根2、ベース部材3、回動部材5を備えており、また、羽根2を摺動自在に支持するために、羽根支持体4を備えている。更に、羽根駆動装置1は、羽根2を駆動するために、駆動用磁石10とコイル12を含むアクチュエータ部を備えている。
羽根駆動装置1は、羽根2の形態によって各種の装置として用いることができる。例えば、羽根2が開口の絞り量を調整する部材である場合には、絞り装置(オートアイリス装置)として、羽根2が開口を開放及び遮蔽する部材である場合には、シャッタ装置として、羽根2が開口を通過する光の光量又は波長を段階的に制限する光学フィルタ部材である場合には、光学フィルタ装置として用いることができる。
羽根2は、図示の例では、第1羽根2Xと第2羽根2Yの2枚構成になっているが、これに限らず単数枚であっても、3枚以上の複数枚であってもよい。羽根2は、金属材又は樹脂材で形成される薄厚の板状体であり、開口調整部2Aと連結部2Bとガイド部2Cを備えている。例えば、羽根2が光学フィルタであり、開口4Cの大きさを変化させない場合は、羽根2を1枚の構成とすることができる。
羽根2の開口調整部2Aには、開口2A1が設けられており、2枚の羽根2(第1羽根2Xと第2羽根2Y)の各開口2A1の重なり度合いを調整することで、透過光量などを可変に調整できるようにしている。羽根2の連結部2Bには、後述する回動部材5の連結部5Cに連結する連結孔2B1が設けられている。ガイド部2Cには、羽根2の移動方向を案内するガイド孔(長孔)2C1が設けられている。
薄厚の板状体である羽根2を支持する羽根支持体4は、羽根2を平坦面で支持して円滑に摺動させるために設けられる。この羽根支持体4は、図示の例では、2枚の分割体4X,4Yを合わせることで内部に薄厚状の羽根室4Aを形成しており、この羽根室4A内で羽根2を摺動自在に支持している。
羽根支持体4は、突出部4Bと支持部4Dを備えており、突出部4B内に羽根2の開口調整部2Aが配置され、支持部4D内に羽根2のガイド部2Cが配置される。突出部4Bには、開口4Cが設けられ、突出部4B内で羽根2が摺動することで、開口4Cと羽根2の開口調整部2Aにおける開口2A1の重なり度合いが調整される。支持部4Dには、支持孔4D1が設けられている。支持孔4D1は、その一部の孔が羽根2のガイド孔2C1と重なって、ベース部材3のガイド凸部3Fに嵌合され、他の孔がベース部材3の支持凸部3Gに嵌合される。
羽根支持体4には、回動部材5の連結部5Cが挿入される連結部挿入孔4Eが設けられている。連結部挿入孔4Eは、羽根2の連結孔2B1と重なるように配備されると共に、連結部5Cの移動範囲を開放している。更に羽根支持体4には、ベース部材3に設けられるアクチュエータ部(コイル12とベース部材3のコイル巻部3C)を収めるための逃がし凹部4Fが設けられている。
ベース部材3は、前述したガイド凸部3Fと支持凸部3Gを有する一面側で羽根2及び羽根支持体4を支持しており、他面側で、回動部材5を回動自在に支持している。ベース部材3は、回動部材5を軸支する軸支部3Aと、回動部材5の連結部5Cが挿入される連結部挿入孔3Dと、アクチュエータ部を構成するコイル12が巻回されるコイル巻部3Cとを備えている。
ベース部材3は、後述するようにレンズ枠を収容する凹状周縁3Bを備えている。凹状周縁3Bは、レンズ枠が収容できるように凹状に開放されており、その一部にコイル巻部3Cが配置されている。ベース部材3の連結部挿入孔3Dは、連結部5Cの移動範囲を開放するものであり、その周囲には、回路基板支持部3Eが設けられている。回路基板支持部3Eには、検出部とも言われる位置センサ20とアクチュエータ部の駆動回路が実装された回路基板(フレキシブル基板)21が取り付けられる。
ベース部材3の軸支部3Aに軸支される回動部材5は、回動軸5Aと、回動軸5Aの左右両側に延びるアーム部5Bと、羽根2の連結孔2B1に連結される連結部5Cとを備えている。また、ベース部材3は、回動軸5Aの中心線である回動軸線5Pが貫通する位置に、駆動用磁石10を収容する駆動用磁石収容部5Dを備えており、連結部5Cには、吸引用磁石11を収容する吸引用磁石収容部5Eを備えている。
図4及び図5に示すように、ベース部材3における軸支部3Aの周囲には、回動部材5を回動軸5A回りに回動させるアクチュエータ部が設けられる。アクチュエータ部は、ベース部材3における凹状周縁3Bの一部をコイル巻部3Cとして、コイル巻部3Cの内側に軸支部3Aを設け、回動部材5の回動軸5Aの一端側を軸支部3Aに軸支した状態で、回動軸5Aの他端側をボビン枠13で軸支し、ベース部材3のコイル巻部3Cとボビン枠13の回りにコイル12を巻回している。
ボビン枠13には、コイル12の引き出し線を接続する接続端子部13Pが設けられている。接続端子部13Pには、ベース部材3の回路基板支持部3Eに取り付けられた回路基板21の接続部21Aが接続される。
このように形成されるアクチュエータ部は、ベース部材3の一部である軸支部3Aとコイル巻部3Cがコイル12の内側に配備される。これによって、ベース部材3にアクチュエータ部を外付けする場合と比較すると、コイル12がベース部材3を抱き込む形になり、コンパクトな状態でベース部材3にアクチュエータ部を設置することができる。また、回動部材5は、回動軸線5Pが貫通する位置に駆動用磁石収容部5Dを備えるので、簡易に回動軸線5Pと同軸に駆動用磁石10を配置することができる。
駆動用磁石収容部5Dに収容されることで回動部材5に固定される駆動用磁石10は、コイル12の空芯部内に配置され、回動軸線5Pを挟む異極の磁極面10X,10Yを一対有している(磁極面10X,10Yは一方がN極であり他方がS極となる。)。これに対して、駆動用磁石10の周囲に巻回されるコイル12は、回動軸線5Pの方向に沿った直線状の巻線部分12X,12Yが、回動軸線5Pと交差する方向に並列されて、磁極面10X,10Y上に巻回されている。図示の例では、駆動用磁石10は、その重心位置を回動軸線5Pが貫通するように配置されている。
このようなアクチュエータ部は、コイル12に通電すると、駆動用磁石10が固定された回動部材5を回動軸5A回りに回動する駆動力を発生させる。この際、駆動用磁石10は、角柱状であり、磁極面10X,10Y上の回動軸線5Pの方向に対して交差する方向(直線状の巻線部分12X,12Yに対して交差する方向)が長手方向になっているので、駆動力に有効な巻線部分12X,12Yの巻幅を十分に確保することができ、コンパクトな形状でありながら効果的に駆動力を高めることができる。
図6に示すように、回動部材5は、コイル12の空芯部内で回動する。このため、コイル12は、回動部材5の鋭角な回動(回動範囲θ)を許容する空芯幅12Tを備えている。また、回動範囲θ内で効果的な駆動力を得るために、回動部材5の回動に対して、常時磁極面10X,10Yの全域を巻線部分12X,12Yが覆うように、コイル12の巻幅12Wが設定されている。
図7には、回動部材5の連結部5Cに連結された羽根2(第1羽根2X,第2羽根2Y)を示している。羽根2は、連結部5Cが連結孔2B1に連結することで、回動部材5の回動に対してガイド孔2C1に沿った方向に摺動する。図示の例では、ガイド孔2C1は直線状に配置されており、羽根2はガイド孔2C1に沿って直動する。羽根2の連結孔2B1は、連結部5Cの嵌合に対して若干の遊びを有しており、この遊びによって、回動部材5の回動に対して羽根2を円滑に摺動させることができる。
回動部材5の連結部5Cには、前述した遊びによって羽根2の摺動に生じるがたつきを抑止するために、吸引用磁石11が固定されている。吸引用磁石11は、羽根2の連結孔2B1の近傍に設けられる磁性体部2Dを磁気吸引することで、連結部5Cを連結孔2B1内の縁に常時片寄せさせる。これによって、回動部材5の回動によって羽根2を摺動する際のがたつきが抑止され、回動部材5の回動調整によって精度の高い羽根2の位置制御が可能になる。
また、前述したように、ベース部材3には、連結部5Cの移動範囲が開放された連結部挿入孔3Dが設けられており、この連結部挿入孔3Dの周囲に設けた回路基板支持部3Eに取り付けられた回路基板21には、位置センサ20が実装されている。位置センサ20は、吸引用磁石11の上に配置されて、吸引用磁石11の位置を検知するセンサ(ホールセンサなど)であり、吸引用磁石11の位置によって、連結部5Cの位置を検知して、アクチュエータ部の駆動制御を行うものである。なお、連結部5C(羽根2)の位置は、PIセンサとスリットとの組み合わせによって検出されてもよい。
この際、位置センサ20が検知する吸引用磁石11は、連結部5Cの位置検知を行う用途と、羽根2の磁性体部2Dを吸引して羽根2のがたつきを抑止する用途が兼用されており、位置検知用の磁石を別途設けること無く、羽根2をがたつき無く位置制御することができる。これによって、羽根駆動装置1は、全体的なコンパクト化を実現しながら、精度の高い羽根2の位置制御が可能になる。
なお、吸引用磁石11が羽根2に取り付けられ、磁性体部2Dが回動部材5に取り付けられてもよい。 また、磁性体部2Dおよび吸引用磁石11に代えて、ゲル状の接着部材を用いて連結部5Cと連結孔2B1の周辺とを接着することで、がたつきを抑止するようにしてもよい。この場合、位置検出のために、位置検出用の磁石が羽根または回動部材に取り付けられる。
アクチュエータ部は、コイル12の外側にヨーク14を備えている。図1及び図2に示した例では、ヨーク14は、コイル12に対してタスキ掛け状に(斜めに)取り付けられており、図8に示すように、駆動用磁石10の回動の片側で磁極面10X,10Yを吸引する吸引面14Aを一対備えている。また、ヨーク14の吸着面14Aの近傍には、磁極面10X,10Yを片側吸引するヨーク14とは別の磁性体(鉄ピンなど)15が配置されている。
このようなアクチュエータ部によると、無通電時には、駆動用磁石10が片側吸引されることで、羽根2は摺動範囲の片側(例えば、絞りの全開又は全閉位置)に保持されることになり、通電によって、摺動範囲の逆側に向けて羽根2を摺動させる動作が可能になる。磁性体15は、吸着面14Aへの磁気吸着力を増大させるために適宜付加するものである。
図9及び図10は、ヨーク14の他の構成例を示している。この例では、ヨーク14は、コイル12に対してクロス掛け状に取り付けられており、図10に示すように、駆動用磁石10の回動の両側で磁極面10X,10Yを吸引する吸引面14Aを備えている。また、この例でも、ヨーク14の吸着面14Aの近傍には、磁極面10X,10Yを両側吸引するヨーク14とは別の磁性体(鉄ピンなど)15が配置されている。
このようなアクチュエータ部によると、無通電時には、駆動用磁石10が両側吸引されることで、羽根2は摺動範囲の一方側と他方側の何れかに選択的に保持されることになり、通電によって、保持されている側とは逆側に向けて羽根2を摺動させる動作が可能になる。
このような羽根駆動装置1は、駆動用磁石10を角柱状にすることで、駆動力に有効な巻線部分12X,12Yの巻幅を大きく取ることができ、所望の駆動力が得られるコンパクトなアクチュエータ部を得ることができる。また、コイル12をベース部材3のコイル巻部3Cに巻くことで、コイル12の内側にベース部材3の一部である軸支部3Aとコイル巻部3Cを配置することができるので、羽根駆動装置1全体のコンパクト化を図ることができる。なお、駆動用磁石10の形状は、角柱状に限らず、円柱状など柱体状であればよい。
また、羽根駆動装置1は、ベース部材3の一面側に羽根2を収容した羽根支持体4を支持する際に、羽根支持体4が逃がし凹部4Fを備えており、ベース部材3のコイル巻部3Cやコイル12の一部を逃がし凹部4F内に収容するので、薄厚の羽根支持体4をベース部材3の一面側に密着させることができ、羽根駆動装置1全体の厚みを薄厚にすることができる。
また、羽根駆動装置1は、回動部材5の連結部5Cに吸引用磁石11を固定して、羽根2の連結孔2B1近傍に磁性体部2Dを設けることで、連結部5Cを常時連結孔2B1内の縁に片寄せして、羽根2摺動時のがたつきを抑止することができる。更には、連結部5Cに設けた吸引用磁石11を位置センサ20で検知して位置制御を行うので、位置検知用の磁石を別途設ける必要が無く、羽根駆動装置1のコンパクト化を図りながら、精度の高い位置制御を行うことができる。
図11は、羽根駆動装置1を備えた光学ユニットとしての撮像装置50を示している。羽根駆動装置1は、レンズ枠30に組み付けて、撮像素子40が搭載された筐体50Aに実装することで、撮像装置50を構成することができる。この際、レンズ枠30には、側面に挿入口30Aが設けられており、羽根駆動装置1のベース部材3における凹状周縁3Bに収容されるレンズ枠30に対して、羽根支持体4の突出部4Bを挿入口30Aに挿入することで、羽根2をレンズ枠30のレンズ間に配置する。このような羽根駆動装置1は、撮像装置50だけで無く、同様のレンズ枠30を備える他の光学ユニットに組み付けることができる。
このような撮像装置50或いは他の光学ユニットは、羽根駆動装置1を光軸方向に重ねないことで薄厚化が可能であり、光軸方向に沿った設置スペースを省スペース化することができる。また、羽根駆動装置1のベース部材3には、コンパクトにアクチュエータ部が組み込まれているので、レンズ枠30の外側の占有スペースを小さくすることができ、羽根駆動装置1が搭載されるユニット全体のコンパクト化が可能になる。
また、羽根駆動装置1は、レンズ枠30内のレンズ配置の調整を行った後に、羽根駆動装置1をレンズ枠30に組み付けて一体化することができるので、精度の高いレンズ調整を行ってから簡易に羽根駆動装置1を組み付けることが可能であり、羽根駆動装置1とレンズ枠30とを一体化した状態で、撮像装置50などへの簡易な実装が可能になる。
ただし、他の実施形態では、レンズ枠30は、光軸方向において羽根支持体4のいずれか一方側に設けられてもよい。すなわち、他の実施形態では、羽根支持体4をレンズ枠30に差し込まずに、レンズ枠30を羽根支持体4の一方側に配置するようにしてもよい。この場合、羽根支持体4が光軸方向におけるベース部材3のいずれか一方の側面と面一となるようにすれば、レンズ枠30の光軸方向の長さを長くすることができる。すわなち、レンズ枠30に収容されるレンズの数や、一枚あたりのレンズの厚さなどを増加させることができるため、レンズ設計の自由度を高めることができる。なお、レンズ枠30が羽根支持体4と接しない面をベース部材3の他方の側面と面一となるようにすることで、全体としての厚みが増加しないようにすることができる。
図12は、前述した撮像装置50を備える携帯電子機器(携帯情報端末)100を示している。スマートホンなどの携帯電子機器100は、内部に実装するユニットの占有スペースが厳しく制限されるが、前述した撮像装置50は、レンズ枠30の厚さ内に羽根駆動装置1を収めて組み付けることで薄厚化が可能であり、また、レンズ枠30の周囲の占有スペースを省スペース化することができるので、高い携帯性或いはデザイン性を追求した携帯電子機器100にスペース効率よく撮像装置50を実装することができる。
なお、図12では撮像装置50の撮影範囲は、携帯電子機器100のリア側となっているが、他の実施形態では、撮像装置50の撮影範囲がフロント側であってもよいし、両側に撮像装置50が設けられてもよい。
また、撮像装置50がフロント側に設けられユーザの顔を撮影する場合、従来の携帯電子機器では、逆光状態ではゴーストが発生してしまい撮影する画像が劣化する可能性が高かった。これに対し、他の実施形態の携帯電子機器100では、逆光状態では絞り量を小絞りとすることで、ゴーストを低減した画像を撮影可能になる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
特に、前述した実施形態では、羽根駆動装置1のベース部材3と羽根支持体4とを別部材で構成しているが、ベース部材3と一体に羽根支持体4の構成を組み込むことで別体の羽根支持体4を省くことができる。この際には、ベース部材3内に羽根2を収容する羽根室を仕切りによって分離して形成することができる。また、羽根2は、回動部材2の回動に対して直進する例を示しているが、これに限らず、ガイド部2Cの形態を変更するなどして、回動するもの或いは直進と回動を組み合わせて摺動させるものであってもよい。
1:羽根駆動装置,
2:羽根,2X:第1羽根,2Y:第2羽根,
2A:開口調整部,2B:連結部,2C:ガイド部,
2A1:開口,2B1:連結孔,2C1:ガイド孔,
2D:磁性体部,
3:ベース部材,3A:軸支部,3B:凹状周縁,
3C:コイル巻部,3D:連結部挿入孔,3E:回路基板支持部,
3F:ガイド凸部,3G:支持凸部,
4:羽根支持体,4X,4Y:分割体,4A:羽根室,
4B:突出部,4C:開口,4D:支持部,4D1:支持孔,
4E:連結部挿入孔,4F:逃がし凹部,
5:回動部材,5A:回動軸,5P:回動軸線,5B:アーム部,
5C:連結部,5D:駆動用磁石収容部,5E:吸引用磁石収容部,
10:駆動用磁石,10X,10Y:磁極面,
11:吸引用磁石,
12:コイル,12X,12Y:巻線部分,12T:空芯幅,12W:巻幅,
13:ボビン枠,13P:接続端子部,
14:ヨーク,14A:吸引面,
15:磁性体(鉄ピン),
20:位置センサ,21:回路基板(フレキシブル基板),21A:接続部,
30:レンズ枠,30A:挿入口,
40:撮像素子,50:撮像装置,50A:フレーム,
100:携帯電子機器(携帯情報端末)

Claims (5)

  1. 単数又は複数の羽根と、
    前記羽根を支持するベース部材と、
    前記ベース部材に回動自在に軸支され、前記羽根との連結部を備える回動部材と、
    前記回動部材に固定され、前記回動部材の回動軸線を挟む異極の磁極面を一対有する駆動用磁石と、
    前記回動軸線の方向に沿った巻線部分が前記回動軸線と交差する方向に並列されて前記磁極面上に巻回されたコイルとを備え、
    前記駆動用磁石は、前記磁極面上の前記回動軸線の方向に対して交差する方向を長手方向とする柱状であることを特徴とする羽根駆動装置。
  2. 前記コイルは、前記回動部材の鋭角な回動を許容する空芯幅と、前記回動部材の回動に対して常時前記磁極面の全域を覆う巻幅を有することを特徴とする請求項1記載の羽根駆動装置。
  3. 前記回動部材は、前記回動軸線が貫通する駆動用磁石収容部を備え、
    前記駆動用磁石は、前記磁石収容部内に収容されていることを特徴とする請求項1又は2記載の羽根駆動装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項の羽根駆動装置を備えた撮像装置。
  5. 請求項1〜3のいずれか1項の羽根駆動装置を備えた携帯電子機器。
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