JPWO2017072883A1 - 光調節装置及び光調節装置を搭載する光学機器 - Google Patents

Abstract

光調節装置は、光調節部を光路に出入させる回動アーム部を支持し、磁石を内設する回転軸体と、回転軸体を回動可能に支持する支持部材と、回転軸体を回路上に含む磁気回路を形成し、高周波を重畳した駆動電流により発生された磁束を磁石に作用させて、回転軸体を回動させる回動力と、回転軸体と支持部材との間の摺動箇所に微振動とを与える電磁駆動源とを備え、摺動箇所の摩擦抵抗を靜摩擦から動摩擦に変えて、回転軸体の回動起動時に摩擦抵抗を減少させる。

Description

本発明は、光路を透過する光束又は光像に作用する光調節素子を光路上に挿脱する光調節装置及び光調節装置を搭載する光学機器に関する。

一般に、絞りやフィルタ等として知られる光調節素子は、光学機器の光路上に配置されて、通過する光束に対し、それぞれに目的に合った作用を及ぼしている。光学機器によっては光調節素子を光路上に固定されている形態だけではなく、光路上から退避させる形態も必要とされる場合には、光調節素子と移動機構を組み合わせた光調節装置として搭載している。

光学機器として、例えば、カメラ等に用いられる光調節装置の一例として、特許文献１には、プリント基板技術を利用した光量調整装置が開示されている。この光量調整装置は、環形状の基板中央の孔が光路として利用され、その孔の周囲の基板上には、配線パターンによるコイル体が設けられる。このコイル体の近傍に形成された孔内に、円筒形状の磁石からなるロータに片持ち支持された光調節素子である羽根部材が設けられている。この基板は、上カバーと下カバーに収納される。この時、羽根部材は、ロータと一体的にシャフトに貫通され、上カバーと下カバーのそれぞれに設けられたシャフト受けに嵌合されて、回動可能に挟持されている。このような構成で、羽根部材は、コイル体に発生される磁力により光路を塞ぐ位置と脇に退避した位置とに揺動される。また上カバー内には、制動溝とリブが設けられ、羽根部材の揺動動作のガイドとなるように接触している。

特開平１０−２０３６０号公報

前述した特許文献１の光調節装置において、基板は上カバーと下カバーにより挟まれて収納される。その際に、羽根部材もシャフトを用いて両カバーにより挟まれるように支持されているため、製造誤差や組み立て誤差が大きく影響し、羽根部材の揺動動作にがたつきが発生しやすい構造となっている。通常、停止状態の靜摩擦の方が移動状態の動摩擦よりも摩擦抵抗が大きい。従って、羽根部材は、揺動時に制動溝及びリブとの接触があり、一方から他方（又は、他方から一方）に移動する時の停止状態から起動する際に、移動中に比べて摩擦抵抗が大きく、余分に力（起動力）を必要する。また、摺動箇所の摩擦抵抗の大きさによっては、起動開始にタイムラグが発生する事態も想定される。これは、駆動部に印加する駆動電流を大きくすることで解消可能であるが、カバーにより密閉された空間内でコイルがより発熱してしまうため、光調節装置の内部温度が上がることとなり、好適な対応策ではない。

そこで本発明は、小型で簡易な駆動機構であり、振動により駆動開始時の摩擦抵抗を低減させることで敏捷に起動し、より安定した揺動動作を行う光調節装置及びその光調節装置を搭載する光学機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態の光調節装置は、少なくとも１つの光路上に配置され、通過する光束に作用する光調節部と、支持部材に回動可能に設けられ、前記光調節部を揺動して前記光路に出入させる回動アーム及び該回動アームを延出させて支持し、磁石を内設する回転軸体を有する揺動部と、前記回転軸体を回転駆動させるための駆動電流を生成する駆動電流生成部と、前記駆動電流に重畳する高周波電流を生成する高周波電流生成部と、前記高周波電流が重畳された駆動電流が供給されて前記回転軸体を通過する磁束を発生する磁気回路とを有し、前記磁束により前記磁石に作用し、前記回転軸体への回動力と共に、前記回転軸体と前記支持部材との間の摺動箇所に微振動を与える電磁駆動源と、を備える。

本発明によれば、小型で簡易な駆動機構であり、振動により揺動時の摩擦抵抗を低減させることで、敏捷に起動し、より安定した揺動動作を行う光調節装置及びその光調節装置を搭載する光学機器を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図である。 図２は、光調節装置を正面から見た外観構成を示す図である。 図３は、光調節装置の分解構成図である。 図４は、図３に示す光調節装置における駆動電源部の構成を示す図である。 図５は、駆動電源部内の構成部の出力電流の波形を示す図である。 図６は、光調節装置が搭載される内視鏡の挿入部を示す斜視図である。 図７は、第２の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図である。 図８は、光調節装置の駆動電源部の構成を示す図である。 図９は、第３の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図である。 図１０は、光調節装置の正面から見た外観構成を示す図である。 図１１は、光調節装置の分解構成図である。 図１２は、図９に示す光調節装置における駆動電源部の構成を示す図である。 図１３は、第４の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図である。 図１４は、光調節装置の正面から見た外観構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る光調節装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図、図２は、光調節装置を正面から見た外観構成を示す図、及び図３は、光調節装置の分解構成図である。以下の各実施形態の説明において、図１に示すように、光路の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に対して、互いに直交する方向をＸ軸方向（正面側）及びＹ軸方向（側面側）とする。

本実施形態の光調節装置１を搭載する光学機器としては、少なくとも撮像装置（撮像光学系）、照明装置、顕微鏡、光学測定装置、光学的読み取り装置（バーコードリーダ等）等が挙げられ、また撮像装置からなる光学機器を搭載する光学機器について説明する。
この光調節装置１は、回動アーム部８を有する駆動機構５０及び、この駆動機構５０の両側面に接合して立設され、後述する磁気回路を形成する電磁駆動源１３を有する。

駆動機構５０は、揺動部５と支持部材とで構成される。支持部材は、図３に示すように、平板の下側基板２上の後方にコの字形のスペーサ４を介在させて、その上方に下側基板２と平行になるように上側基板３を重ねて一体的に構成される。これらの下側基板２及び上側基板３に、Ｚ軸周りに回動する揺動部５が組み付けられる。揺動部５は、円柱形状の磁石（回転軸部材）６と、透磁性を有し、磁石６を嵌装する回転軸体７と、回転軸体７の底面に取り付けられる回動アーム部（羽根部材）８と、で構成される。回動アーム部８は、回転軸体７と一体的に、電磁駆動源１３に駆動されて揺動する。

下側基板２及び上側基板３は、硬質材料を用いて同形の矩形形状の平板に形成される。本実施形態では、下側基板２と上側基板３は、外形が同じ形状であるが、これは設計事項であり、搭載させる機器の設置スペースに合わせて、適宜、それぞれの形状や大きさが変更される。

上側基板３には、正面側からＵ形の切り欠き部３ｃが形成され、その両側のそれぞれに、回動アーム部８の揺動範囲（揺動角度）を規制するためのストッパ１５（１５ａ，１５ｂ）を嵌め入れるための２つの孔３ｂが形成されている。上側基板３の両側面には、図３に示すヨーク１１の固定溝１１ｄに嵌合して支持すると共に、ヨーク１１の立設する角度方向の位置決めを行うための突起部３ａが設けられている。また、この接合構造とは反対に、上側基板３の両側面の切り欠きを形成し、ヨーク１１側に突起部を形成し、これらを嵌め合わせる構造であってもよい。本実施形態におけるヨーク１１の立設角度は、回転軸体７の回転軸方向に対して平行となる角度（又は、上側基板３の面方向に垂直となる角度）に設定されているが、勿論、この角度は限定されるものではなく、搭載する光学機器の実装スペース及び、後述する回転軸体７を駆動するための磁気回路が形成可能な範囲内で、適宜、その角度を変更してもよい。

また、下側基板２の両側面には、図３に示すヨーク１１の固定溝１１ｃに嵌合して、駆動機構５０に対する平面方向（Ｘ−Ｙ面）の位置決め及び、その高さの位置決めを行うために、張り出すように突起部２ａが設けられている。また下側基板２上の後方のスペーサ４の高さは、図２に示すように、下側基板２と上側基板３との間隔を規定し、少なくとも回動アーム部８が下側基板２に接触しないように設定されている。

回転軸体７は、透磁性を有する中空な円筒形状の軸体７ａ、上部フランジ部７ｂ及び、下部フランジ部７ｃで構成される。上部フランジ部７ｂと下部フランジ部７ｃは、軸体７ａの周囲に、上側基板３の厚さ分と回動可能にする隙間分を足した距離を空けて設けられている。

回転軸体７の軸体７ａは、上側基板３の切り欠き部３ｃに回動可能に嵌め入れられ、その後、上側基板３の上面に枠体１０が固定される。枠体１０を設けることで、回転軸体７が切り欠き部３ｃから外れ出ることを防止している。また、切り欠き部３ｃの幅は、嵌め入れられた軸体７ａの径よりも僅かに大きく設定され、回動可能で且つ、がたつきが発生しない長さに設定されている。

この回転軸体７は、上部フランジ部７ｂの切り欠き部３ｃの規制により、上側基板３に対して垂直に立設され、回動の中心軸がＺ軸方向となっている。ここでは、回転軸体７（磁石６）の中心軸が揺動部５の中心軸と一致している。以下、駆動機構５０の回動アーム部８が張り出している側を正面とし、その正面の両側を側面と称する。

回転軸体７の軸体７ａ内には、磁石６が密着するように嵌入されて接着剤等により固定される。磁石６は、フェライト、ネオジム、サマリウムコバルト等の硬質磁性材料を用いて、軸体７ａの内部形状に合うように外形形状が形成され、ここでは一例として、円柱形状に形成されている。

この磁石６は、円柱形状の中心軸を通る平面を磁壁として２分極化されて、一方の半円柱形状にＮ極（Ｎ極部６ａ）に帯磁され、他方の半円柱形状にＳ極（Ｓ極部６ｂ）に帯磁されている。この例では、軸体７ａの底部と磁石６の底面と同一平面となるように設けられている。尚、軸体７ａは、有底のカップ形状に形成してもよい。また、これらの上部フランジ部７ｂと下部フランジ部７ｃは、上側基板３の切り欠き部３ｃに嵌め入れられた際に、軸体７ａにおけるＺ軸の上下方向に対する浮動が防止される。

回動アーム部８の他端には、図示しない光調節部材（光調節素子）が嵌着される孔８ａが形成されている。光調節部材は、例えば、絞り、シャッタ、レンズ、遮光板又はフィルタ等であり、孔８ａ内に固定されてもよいし、着脱可能に取り付けられる構成であってもよい。本実施形態の回動アーム部８は、軸体７ａと一体的に図１に示すＸ軸−Ｙ軸方向に揺動する。

また図３に示すように、上側基板３に設けられた２つの孔３ｂに、ピン形状のストッパ１５がヘッド部まで嵌め込まれて固定されている。固定方法としては、ピン先端をネジ切りし、下側基板２には、ねじ穴（図示せず）を形成して螺着してもよいし、単に、接着剤等で接着固定してもよい。ストッパ１５は、金属材料や硬質樹脂材料により形成され、回動アーム部８の当てつけにより、回動アーム部８の回動範囲（回動角度）及び停止位置を規定する。回動アーム部８の孔８ａの停止位置は、光調節装置１により光調節される２つの光路（光軸）の位置により規定される。即ち、本実施形態では、回動アーム部８の位置検出を行う位置センサと停止位置制御を行う構成を有していない構造である。このため、光調節される光束（又は光像）の光路は、回動アーム部８が停止位置に在る時に、孔８ａを通過する位置となる。勿論、これとは反対に、搭載する光学機器における光路の位置に合わせて、光調節装置１のストッパ１５の取り付け位置（孔３ｂの位置）を設定してもよい。この構成において、本実施形態では、２極の磁石６を使用する例であるため、回動アーム部８の回動範囲（回転角度）は、１８０度以下に設定される。

本実施形態では、図１に示す回動アーム部８がストッパ１５ａに当てつけられる停止位置を第１の位置とし、ストッパ１５ｂに当てつけられる停止位置を第２の位置とする。ここでは、回動アーム部８が、第１の位置に停止している時に、孔８ａを通過する光路を第１の光路とし、第２の位置に停止している時に、孔８ａを通過する光路を第２の光路とする。このような回動アーム部８の回動により、光調節が実施される第１の光路と第２の光路とが切り換えられる。尚、それぞれの位置に光路を設定する必要は無く、一方は光路の位置として、他方は退避位置として設定してもよい。また、光路を伝送される光束としては、撮像光学系に結像された光像、照明光、可視光、赤外光又は紫外光等がある。

次に、電磁駆動源１３について説明する。
図４は、図３に示す光調節装置における駆動電源部の構成を示す図、図５は、駆動電源部内の構成部の出力電流の波形を示す図である。
電磁駆動源１３は、図４に示すように、磁束通路部となるヨーク１１と、ヨーク１１に巻回されたコイル１４と、コイル１４に接続する駆動回路１７が実装された基板１６とで構成される。

ヨーク１１は、鉄等の導電体材料や透磁性（軟質磁性）材料を用いてＵ字形に形成された透磁性部材であり、Ｕ字の底部中央にコイル１４が密に巻回されている。この例では、コイル１４は、上側基板３の上面と対向する位置に配置されているが、ヨーク１１上に設けられて磁束を発生させればよいため、その配置箇所は、上側基板３の上面との対向位置に限定されるものではない。

ヨーク１１は、図３に示すように、上側基板３の突起部３ａを固定溝１１ｄに嵌合させて通過し、更に下側基板２の突起部２ａに固定溝１１ｃに嵌合して固定されている。また、本実施形態の基板１６は、軟性な樹脂等からなるフレックス基板の採用を想定しているが、硬質材料からなる硬質基板でも適用可能であり、ヨーク１１の裏面側でコイル１４に近接させて設けられている。本実施形態において、コイル１４により発生された磁束Ｈは、ヨーク１１を通り、回転軸体７が配置された端部１１ａと端部１１ｂの空隙（ギャップ）を通過する。この時、ヨーク１１により形成される磁気回路内に回転軸体７が取り込まれた形態となる。

駆動回路１７は、矩形波発生部１８と、重畳用高周波発生部１９と、混合器２０とで構成される。さらに、光調節装置１が搭載された光学機器側に設けられる操作部４５の操作指示により、駆動回路１７からコイル１４に高周波が重畳された駆動電流Ｉ3が出力される。

矩形波発生部（駆動電流発生部）１８は、図５に示す交互に正負となるパルス波である矩形波電流Ｉ1（駆動電流）を生成して出力する。このパルス波の高さ、即ち矩形波電流Ｉ1は、コイル１４に供給されて磁束Ｈを発生し、回転軸体７に回動力を与える。尚、供給する矩形波電流Ｉ1の電流値が大きいほど、発生する回動力が大きくなるが、発生する熱量も大きくなるため、放熱等を考慮した電流値に適宜設定される。例えば、矩形波電流Ｉ1のパルス長は、略１msec〜１００msec程度であり、パルス幅は、略５００mA以下が好適する。勿論、これらの数値は、光調節装置の仕様や設計に従う数値であり、限定されるものではない。尚、矩形波電流Ｉ1が出力されていない時、即ち、０（Ａ）の時は、回転軸体７とヨーク１１は、吸引した状態ではあるが、回動アーム部８は、重力や外部から加わる衝動により回動してしまうフリー状態となっている。

重畳用高周波発生部１９は、矩形波電流Ｉ1と同時にコイル１４に供給され、回動アーム部８に振動を与えるための重畳用高周波電流Ｉ2を出力する。重畳用高周波電流Ｉ2は、矩形波電流Ｉ1に対してピーク長が略１／２〜１／１０程度であり、その振幅は、矩形波電流Ｉ1の振幅以下に設定される。また、混合器２０は、図５に示すように、矩形波電流Ｉ1に重畳用高周波電流Ｉ2を重畳して駆動電流Ｉ3としてコイル１４に出力する。

コイル１４は、駆動電流Ｉ3であるパルス電流が加えられた際に、電磁石として機能し、ヨーク１１に磁束Ｈを与える。ヨーク１１は、内部に磁束Ｈを通過させて、端部１１ａ，１１ｂ間のギャップに磁界を形成し、その磁界内の磁石６に作用して、磁石６に吸引力又は反発力を発生させる。即ち、磁界の極性と磁石６の極性（Ｎ極、Ｓ極）が同じ場合には、反発力が発生し、回転軸体７を反対側に回転させる。また、磁界の極性と磁石６の極性が異なる場合には、吸引力（吸着力）が発生し、回転軸体７は回動せず、その状態を維持する。この回転軸体７の回動に伴って、回動アーム部８が揺動され、ストッパ１５ａ，１５ｂの何れかに当てつけて停止した状態となる。この停止後は、通常であれば、回転軸体７と上側基板３との間の摺動箇所に、靜摩擦が発生する。

しかし、本実施形態の駆動電流Ｉ3は、コイル１４により発生する磁束Ｈに重畳用高周波電流Ｉ2に従う反復的な強弱の変化を発生させて、磁石６に作用する。この反復的な強弱の変化を伴う磁束Ｈは、軸体７ａに対して回動方向に微細な揺れを生じさせて、常時、回動アーム部８を振動させる。この振動されながら停止されている状態においては、摺動箇所に靜摩擦ではなく、動摩擦として発生していることとなる。

従って、正負の極性の切換を伴う駆動電流Ｉ3が駆動回路１７からコイル１４に印加されている期間は、回動アーム部８が重畳用高周波電流Ｉ2による振動を伴いながら揺動され、またストッパ１５に当てつけられた停止状態においても、微振動を維持している。そして、微振動の状態のまま、供給される駆動電流Ｉ3の正負の極性が切り替わると、反対側のストッパに向かうように回動アーム部８が揺動される。

本実施形態の光調節装置によれば、回転軸体７に回動力を与える駆動電流Ｉ3に重畳用高周波電流Ｉ2を重畳させることにより、回転軸体７が回動方向に微細な揺れを発生し、回動アーム部８が微振動される。回動アーム部８は、ストッパ１５ａ（１５ｂ）に当て連つけられて停止された状態で、微振動を維持している。即ち、回転軸体７が微少に振動されながら停止されている状態においては、回転軸体７と上側基板３との間の摺動箇所には、靜摩擦ではなく、動摩擦が発生していることとなる。一般的に、動摩擦の方が靜摩擦よりも摩擦抵抗（又は、摩擦係数）が小さいことが知られている。従って、回動アーム部８を反復的に揺動駆動させる際に、微振動されている回転軸体７を回動させる際に、停止状態から敏捷に起動して、回動させることができる。また、従来に比べて駆動用電流の低減も可能であり、駆動回路の小型化や消費電力の低減も実現することができる。

また本実施形態は、駆動電流Ｉ3を工夫する電気的処理により実現しているため、下側基板２と上側基板３に対して、さらなる構成部品の追加実装を必要とせず、現状の小型サイズが維持される。前述した本実施形態では、矩形波発生部１８から矩形のパルス波を出力した例について説明したが、その波形は矩形形状に限定されず、例えば、波形の立ち上がりから値が減少するノコギリ波形状でも適用することが可能である。

尚、本実施形態の光調節装置は以下の作用効果も含んでいる。
回動アーム部８は、回動アーム部８を支持する回転軸体７の上部フランジ部７ｂ及び下部フランジ部７ｃにより、上側基板３を上下から挟む機械的な拘束により回動可能に設けられている。これにより、揺動時の回転軸体７における浮動（軸方向への移動）を防止して、他部材との接触やブレのない回動アーム部８の回動動作を実現することができる。また同様に、回転軸体７の軸体７ａが上側基板３の切り欠き部３ｃに嵌め込まれたことによる左右方向の機械的な拘束により、回動可能に設けられている。また、固定フランジ部が形成された回転軸体７に、１つのフランジ部を組み付けた簡易な構成であるため、製造時における上下方向の組み立て誤差や遊びをより低く抑えて、高い精度で製造することができる。

また、回動の際に接触する箇所は、光調節装置が搭載された電子機器の傾きにより異なるが、上側基板３の表裏面と対向する上部フランジ部７ｂ又は下部フランジ部７ｃの各対向面、又は軸体７ａの外周面と上側基板３の内面の何れかの接触のみであるため、摩擦抵抗が小さく、安定した回動アーム部８の回動動作を実現できる。また、２つの構成部材間の挟持による支持構成であるため、周囲環境の温度に影響され難い構成である。

さらに、上側基板３の面に立設するようにヨーク１１及び基板１６を設けているため、光調節装置における光軸方向に沿って配置され、光軸と直交する面の面積が小さくて済み、小径化された電子機器に対しても容易に搭載することができる。

次に、図６には、光調節装置が搭載された電子機器として、内視鏡の挿入部４１に搭載した例について説明する。
挿入部４１は、先端に硬質部４３が配置され、その基端側に操作者の操作に応じて湾曲する湾曲部４２と、湾曲部４２の基端側に連設される可撓部とを有している。図６においては、湾曲部４２の長手方向を光軸方向Ｌ（Ｚ軸方向）とし、この光軸方向Ｌと直交する径方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）Ｒとすれば、図１に示す上側基板３の上面が径方向Ｒに配置され、且つ電磁駆動源１３が光軸方向Ｌに立設されるように硬質部４３内に組み込まれる。

硬質部４３は、円筒形状を成し、先端面に撮像用窓４４が設けられ、内部には撮像素子と撮像光学系などの各種ユニットが収納されている。光調節装置１は、硬質部４３内の撮像光学系に結像された光像の光軸と、回動アーム部８の孔８ａに規定された光路（第１の光路、第２の光路）の少なくとも一方が一致するように組み込まれる。

回動アーム部８の孔８ａには、前述した光調節部９が取り付けられている。ここでは、硬質部４３内に光調節装置１を設けた例を挙げているが、回動アーム部８の孔８ａを光像が透過する配置であれば、硬質部４３内への配置に限定されるのではなく、図示しない挿入部の基端側に設けられた操作部内であってもよい。

このように光調節装置１を内視鏡の挿入部４１に組み込むことにより、挿入部４１の長手方向と直交する径方向に小型化することを実現し、挿入部４１の細径化に寄与する。尚、電磁駆動源１３が駆動機構５０に対して、垂直に立設する状態で硬質部４３内に収納される例で説明したが、収納する際に他の構成部位が障害となる場合には、適宜、電磁駆動源１３を傾けて設定することも可能である。

［第２の実施形態］
次に第２の実施形態に係る光調節装置について説明する。
図７は、第２の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図、図８は、光調節装置の駆動電源部の構成を示す図である。本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同等の構成部位には同じ参照符号を付して、詳細な説明は省略する。

前述した第１の実施形態では、電磁駆動源１３のコイル１４に高周波電流を重畳した駆動電流Ｉ3を供給して、回転軸体７を回動方向に微細な揺れを発生させて、回動アーム部８を微振動していた。本実施形態の光調節装置では、ストッパ１５を用いて上側基板３及びストッパ１５に当接状態にある回動アーム部８を振動させることにより、回転軸体７と上側基板３との間の摺動箇所を靜摩擦に代わって動摩擦を生じさせるものである。

図１に示した金属材料や硬質樹脂等で形成されたストッパ１５ａ，１５ｂに代わって、圧電体により形成された圧電体ストッパ２６（２６ａ，２６ｂ）を用いる。本実施形態の以下の説明において、圧電体により形成されたストッパを圧電体ストッパと称している。その圧電体としては、圧電セラミックス材料等が利用可能である。この圧電体ストッパ２６は、ヘッド部を金属材料からなる上部電極２４（２４ａ，２４ｂ）により形成する。また共に図示していないが、圧電体ストッパ２６の先端が接触する下側基板２の一部に導電体材料により下部電極を形成する又は、圧電体ストッパ２６の先端に下部電極を設ける。

この構成により、圧電体ストッパ２６を圧電素子として機能させて、高周波電力を印加し、微振動を発生させる。この微振動は、上側基板３に伝達されて、上側基板３と回転軸体７との間の摺動箇所を振動させる。本実施形態の圧電素子では、上部電極と下部電極により圧電体を挟む構造を提案しているが、電極の配置や形状は適宜、設定してもよく、例えば、ストッパの圧電体を円柱形状から角柱形状に変更し、電極を両側面から挟む構造であってもよい。電極の配置を変えることで、振動方向は適宜、設定可能である。又、複数の圧電体を積層する構造であってもよい。

また、回動アーム部８に装着される光調節部材の中には、振動によって通過する光束に影響を与えるものある。この対策として、本実施形態の回動アーム部８は、光調節部材を嵌着する孔８ａの周辺部分に、軟性な樹脂又はゴム等により形成される振動減衰部８ｂを設けている。この振動減衰部８ｂは、回動アーム部８から光調節部材へ伝達される微振動が減衰されるように作用する。また、回動アーム部８が圧電体ストッパ２６に当てつけられている状態であれば、発生した微振動は、直接回動アーム部８に伝達される。

図８に示す電磁駆動源１３は、ヨーク１１と、ヨーク１１に巻回するコイル１４と、駆動回路２３と、圧電体ストッパ２６と、光学機器等の外部に設けられた操作部４５とで構成される。駆動回路２３は、定電流（定電力）を供給する定電流電源部２１と、定電流の供給を受けて、図５に示すような矩形波電流をコイル１４に出力する切換スイッチ２７と、圧電体ストッパ２６へ微振動を発生させるための高周波電流を発生する高周波発生部２５とで構成されている。この高周波発生部２５は、プリント基板に実装可能な小型部品として製品化されている。

この構成において、操作部４５の操作指示により、高周波発生部２５から出力された高周波電流により圧電体ストッパ２６ａ，２６ｂが微振動し、微振動が伝達された上側基板３と回転軸体７との間の摺動箇所には、靜摩擦に変わって動摩擦が発生する。操作指示により微振動開始指示と同時に回動指示が出されており、切換スイッチ２７から出力される矩形波電流により前述したコイル１４から磁束Ｈが発生して磁石６に作用し、磁石６の反発力で回転軸体７が回動されて、回動アーム部８が揺動される。この揺動により反対側の圧電体ストッパ２６に当てつけられる。

さらに、操作部４５において、回動アーム部８が停止状態から起動して反対側の圧電体ストッパ２６に当てつけられるまでの期間を想定又は実測して、予め設定しておき、高周波発生部２５から高周波電流が出力される期間を制御してもよい。この期間制御により、当てつけられた後、回動アーム部８の振動がなくなるため、振動状態に適さない光調節部材に対して好適する。尚、この高周波電流の出力期間の設定は、前述した第１の実施形態における重畳用高周波発生部１９に適用することも可能である。

本実施形態によれば、回動アーム部８を停止状態から起動する際に、微振動が伝達された上側基板３と回転軸体７との間の摺動箇所に動摩擦が発生していることで、少ない摩擦抵抗により、回転軸体７が敏捷に起動し回動される。また、本実施形態の微振動の発生源を既に実装しているストッパに適用することにより、新たな追加部品による実装スペースの確保が不要であり、装置の小型化が維持される。

［第３の実施形態］
次に第３の実施形態に係る光調節装置について説明する。
図９は、第３の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図、図１０は、光調節装置の正面から見た外観構成を示す図、及び図１１は、光調節装置の分解構成図である。図１２は、図９に示す光調節装置における駆動電源部の構成を示す図である。本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同等の構成部位には同じ参照符号を付して、詳細な説明は省略する。

本実施形態は、前述した第１の実施形態に係る光調節装置の駆動機構における回転軸体７の保持構造が異なっている。この回転軸体７は、支持基板３２に立設されたシャフトに嵌装されて、導電体材料や透磁性（軟質磁性）材料からなるヨークにより形成される磁気回路内に配置され、磁力により回動可能に保持される構成である。

支持基板３２は、前述した下側基板２とスペーサ４とが一体的となった構造であり、スペーサ４に相当するコの字形のスペース部位３２ａを有し、スペース部位３２ａの上面の両方の側面側には、ヨーク３１の固定位置を位置決めするための突起部３２ｂがそれぞれに設けられている。支持基板３２の一段低いベース面３２ｄの中央には、細径の真っ直ぐのシャフト３３が、垂直に立設されている。また、スペース部位３２ａの正面の両方の内側角部３２ｃは丸められて、回動アーム部８が回動した際に当て付けて、光路位置に停止させるストッパとして機能する。

回転軸体７は、金属材料で形成される中空な筒形を成し、内部には、円筒形状の磁石３５が嵌装され、底面側には回動アーム部８が固定されている。この磁石３５は、前述した磁石６と同様に、円柱形状の中心軸を通る平面を磁壁として２分極化されて、一方の半円柱形状にＮ極（Ｎ極部３５ａ）に帯磁され、他方の半円柱形状にＳ極（Ｓ極部３５ｂ）に帯磁されている。さらに、磁石３５は、中心軸の位置にシャフト３３を嵌入するための孔３５ｃが形成されている。

ヨーク３１は、前述した第１の実施形態のキャップ形状のヨーク１１の開放側の両端部から内側に向かい、回転軸体７に近接するように張り出し部３１ａ，３１ｂを設けた、切り欠きを有する枠形状に形成されている。それぞれの張り出し部３１ａ，３１ｂは、回転軸体７の外周面に均一な距離（ギャップ）で近接して対向する対向曲面３６を有している。

これらの張り出し部３１ａ，３１ｂは、スペース部位３２ａ上にヨーク１１が立設するように固定される。その際、ヨーク１１の位置決めとして、スペース部位３２ａ上には突起部３２ｂが形成され、張り出し部３１ａ，３１ｂの立設面（下面）には、突起部３２ｂに嵌合する凹部３１ｃがそれぞれに形成されている。

このように構成された駆動機構３０を有する光調節装置には、図１２に示す駆動回路１７が設けられている。駆動回路１７は、定電流の駆動用電力（定電流出力）を出力する定電流電源部２８と、図４にて前述したものと同等な重畳用高周波発生部１９と、混合器２０と、矩形波発生部２９と、光学機器等の外部に設けられた操作部４５とで構成されている。矩形波発生部２９は、入力した定電流出力に対して、図５に示すような正負のパルス波形の矩形波電流を生成する。本実施形態で生成される矩形波電流のパルス長やパルス幅は、第１の実施形態と同等である。

この駆動回路１７においては、定電流電源部２８が出力した定電流出力に、重畳用高周波電流Ｉ2を混合器２０で混合させて重畳させる。高周波電流Ｉ2が重畳された定電流出力は、矩形波発生部２９により正負の矩形波に生成され、図５に示したと同じ駆動電流Ｉ3がコイル１４に出力される。

以降は、前述した第１の実施形態と同様に、駆動電流Ｉ3によりコイル１４が発生させた磁束Ｈは、回転軸体７を回動方向に微細な揺れを生じさせて、常時、回動アーム部８を振動させる。振動する回動アーム部８がストッパ３２ｃに当て付けられている停止状態において、回転軸体７における磁石３５の孔３５ｃの内面とシャフト３３の外周面との間には、靜摩擦ではなく、動摩擦が発生している。尚、本実施形態の電磁駆動源１３の駆動回路は、前述した図４に示した第１の実施形態の電磁駆動源１３の駆動回路１７と同等であってもよい。

従って、本実施形態においても前述した第１の実施形態と同様に、回動アーム部８を反復的な揺動駆動させるために、微振動されている回転軸体７を回動させる際に、停止状態から敏捷に起動して、回動させることができる。また、従来に比べて駆動用電流の低減も可能であり、駆動回路の小型化や消費電力の低減も実現することができる。さらに、本実施形態においても、さらなる構成部品を追加せずに、駆動電流Ｉ3に高周波電流を重畳させた電気的処理により振動を発生させて摩擦抵抗の低下を実現しているため、現状の小型サイズが維持される。

［第４の実施形態］
次に第４の実施形態に係る光調節装置について説明する。
図１３は、第４の実施形態に係る光調節装置を斜め上から見た外観構成を示す斜視図、図１４は、光調節装置の正面から見た外観構成を示す図である。本実施形態の光調節装置１は、前述した第３の実施形態の駆動機構３０を有し、前述した駆動回路２３を含む電磁駆動源１３が組み合わされた構成である。

本実施形態において、支持基板３２に立設されるシャフト３３は、金属等の導電体により形成され、回転軸体７を回転可能に嵌合して保持する保持部材となると共に、圧電素子の電極としても利用される。シャフト３３の上端には、圧電体３７を設け、その圧電体３７の上面に上部電極２４を形成している。即ち、シャフト３３を下部電極として利用する圧電素子を構成する。

駆動回路２３は、図８に示す構成と同等であり、高周波発生部２５から出力された高周波電流によりシャフト３３が振動し、シャフト３３と磁石３５の孔３５ｃの内面との間の摺動箇所に微振動が生じる。この微振動により、シャフト３３と孔３５ｃの摺動箇所が靜摩擦ではなく、動摩擦が発生している。

本実施形態によれば、圧電素子により発生したシャフト３３の振動が回転軸体７（磁石３５）に伝達され、シャフト３３と回転軸体７とが動摩擦となり、靜摩擦に比べて摩擦抵抗が低減される。回動アーム部８を反復的な揺動駆動させる際に、微振動する回転軸体７が停止状態から敏捷に起動して、回動させることができる。また、従来に比べて駆動用電流の低減も可能であり、駆動回路の小型化や消費電力の低減も実現することができる。さらに、圧電素子がシャフト３３の上端に配置されることにより、シャフト３３からの回転軸体７の抜け防止としても機能することができる。また、圧電素子は、シャフト３３の上端に配置することから、使用されていないスペースを利用しており、現状の小型サイズが維持できる。

本発明は、前述した実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

１…光調節装置、２…下側基板、３…上側基板、４…スペーサ、５…揺動部、６…磁石、７…回転軸体、７ａ…軸体、８…回動アーム部、８ａ…孔、８ｂ…振動減衰部、９…光調節部、１０…枠体、１１…ヨーク、１３…電磁駆動源、１４…コイル、１５，１５ａ，１５ｂ…ストッパ、１６…基板、１７…駆動回路、１８…矩形波発生部、１９…重畳用高周波発生部、２０…混合器、２１…定電流電源部、２３…駆動回路、２４…上部電極、２５…高周波発生部、２６…圧電体ストッパ、２７…切換スイッチ、２８…定電流電源部、２９…矩形波発生部、３０…駆動機構、３２…支持基板、３３…シャフト、３５…磁石、３５ｃ…孔、３６…対向曲面、３７…圧電体、４１…挿入部、４２…湾曲部、４３…硬質部、４４…撮像用窓、４５…操作部、５０…駆動機構。

上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態の光調節装置は、先端と基端を有し、前記基端を中心として前記光路に垂直な方向に回動することで、前記光路に対する出し入れがなされる羽根部材と、前記羽根部材に設けられ、前記羽根部材が回動したことによって前記光路上に位置したときに、前記光束に対して作用する光調節部材と、磁石を有し、前記羽根部材の前記基端に設けられ、中心軸の位置に孔が生じるように形成された回転軸体と、一端と他端を有し、前記回転軸体を貫通するように前記回転軸体の前記孔に挿入され、前記回転軸体を回転可能に保持するシャフトと、前記シャフトの前記一端側を支持する支持基板と、前記シャフトの前記他端側に設けられ、高周波電流を受けて振動することで振動を前記シャフトに伝え、前記シャフトと前記回転軸体との間の摩擦抵抗を低減させる圧電体と、前記圧電体を振動させる前記高周波電流を発生させる高周波電流生成部と、を備える。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの光路上に配置され、通過する光束に作用する光調節部と、
   支持部材に回動可能に設けられ、前記光調節部を揺動して前記光路に出入させる回動アーム部及び、該回動アーム部を延出させて支持し、磁石を内設する回転軸体を有する揺動部と、
   前記回転軸体を回転駆動させるための駆動電流を生成する駆動電流生成部と、前記駆動電流に重畳する高周波電流を生成する高周波電流生成部と、前記高周波電流が重畳された駆動電流が供給されて前記回転軸体を通過する磁束を発生する磁気回路とを有し、前記磁束により前記磁石に作用して前記回転軸体への回動力と共に、前記回転軸体と前記支持部材との間の摺動箇所に微振動を与える電磁駆動源と、
   を備えることを特徴とする光調節装置。
2. 前記電磁駆動源は、前記高周波電流生成部が生成した高周波電流により発生させた磁束が前記磁石に作用し、前記回転軸体の回動方向に反復する微振動を発生して、該微振動が前記回転軸体と前記支持部材との間の摺動箇所における摩擦抵抗を靜摩擦から動摩擦に変えて、前記回転軸体が回動する起動時に、前記摺動箇所の摩擦抵抗を減少させることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
3. 前記駆動電流生成部は、前記駆動電流である交互に正負となる矩形波電流を出力する矩形波発生部であることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
4. 前記揺動部の前記回転軸体は、円筒形状を成し、該円筒形状の外周面上に、前記支持部材を回動可能に挟持するための間隔を空けて配置される２つの環形状のフランジ部を有することを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
5. 前記揺動部の前記回転軸体は、円筒形状を成して、内設する前記磁石の中心軸を貫通する孔を有し、前記支持部材は、立設されたシャフトからなり、前記シャフトに前記孔が嵌入されて前記磁気回路上に前記回転軸体が配置され、
   前記電磁駆動源は、前記支持部材に微振動を与えることを特徴とする請求項１に記載の光調節装置。
6. 請求項１に記載される前記光調節装置を搭載することを特徴とする光学機器。
7. 請求項１に記載される前記光調節装置を搭載することを特徴とする内視鏡。

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