专利名称：光圈装置和光学机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光圈装置和光学机器。
背景技术：
已知在诸如照相机的光学机器中采用的光圈装置。这样的光圈装置包括多个叶片，所述多个叶片适当地覆盖设置在基板中的开口并且调整光朝向布置在开口的内部的成像表面行进所穿过的开口的面积(即，叶片调整开口面积)。专利文献I公开了与这样的装置相关的技术。[现有技术文献][专利文献]专利文献1:日本未审专利申请公开No. 2-9013
发明内容
[本发明解决的问题]在采用能够在每个预定旋转角度停止的步进式电机作为叶片的驱动源的情况下，叶片能够停止在多个位置。因此，能够调整开口面积。在这样的光圈装置中，叶片的停止位置被设置为相邻的停止位置处的光圈值(下面称为Av值)相等。对于叶片的每个停止位置，基于诸如形成最小光圈的叶片的位置的初始位置设置用于以等差改变A V值的叶片的移动量(下面称为目标移动量)。这里，假设区间移动量表示叶片的相邻停止位置之间的距离。该区间移动量根据Av值而改变。具体地，区间移动量随着由叶片调整的开口面积的减小而减小，并且区间移动量随着由叶片调整的开口的面积的增大而增大。换言之，区间移动量随着A V值的增大而减小，并且区间移动量随着Av值的减小而增大。因此，例如，假设针对步进式电机的停止位置之间的每个角度的叶片的移动量(下面称为单元移动量)在叶片的整个移动范围中基本上恒定。在该情况下，相对于区间移动量的单元移动量随着开口面积的减小而增大。而且，相对于间隔移动量的单元移动量随着开口面积的增大而减小。因此，随着开口面积的减小，由于由机械误差等等引起的单元移动量的变化使得实际Av值与目标Av值之间的差可能增加。这可能使得叶片的移动量粗略而不能够满足用于确保适合的曝光的单元移动量。以该方式，光圈的精度可能被劣化。因此，本发明的目的在于提供一种用于改进光圈的精度的光圈装置和具有该光圈装置的光学机器。[解决问题的技术方案]通过下述光圈装置实现上述目的，该光圈装置包括基板，该基板包括开口 ；步进式电机，该步进式电机能够在每个预定旋转角度处停止；输出构件，该输出构件包括第一和第二销并且由步进式电机旋转预定范围；以及第一和第二叶片，该第一和第二叶片在分别与第一和第二销咬合的情况下由输出构件驱动，在相反方向上直线移动，并且覆盖开口以调整开口的开口面积；其中，X轴表示通过输出构件的旋转中心并且在叶片的移动方向上延伸的假想线，Y轴表示通过输出构件的旋转中心并且垂直于X轴的假想线，并且开口面积最小时的连接旋转中心与第一销的方向线与X轴之间的角度为-20° +30°。当开口面积最小时的输出构件的方向线与X轴之间的角度为-20° +30°。这使得能够减小形成最小开口面积的叶片的位置附近的叶片的相邻停止位置之间的距离。因此能够使得叶片的实际移动量接近目标移动量。因此，改进了光圈的精度。通过具有上述光圈装置的光学机器实现了上述目的。[本发明的效果]根据本发明，提供了一种用于改进光圈的精度的光圈装置和具有该光圈装置的光学机器。
图1A和图1B是根据实施方式的光圈装置的透视图；图2A和图2B是驱动机构的说明图；图3A至图3D是叶片的操作的说明图；图4是当开口面积最小时的叶片的位置的说明图；图5是X轴与方向线之间的角度与X轴方向上的叶片的移动量之间的关系的图；图6A是当开口面积最小时的凸轮槽的放大视图，并且图6B和图6C是凸轮槽的校正方法的说明图；图7是凸轮的形状的说明图；图8A和图8B是输出构件的旋转角度范围的说明图；以及图9A和图9B是由输出构件的旋转角度范围的不同引起的输出构件的小型化的说明图。
具体实施例方式图1A和图1B是根据实施方式的光圈装置I的透视图。光圈装置I用在诸如照相机的光学机器中。光圈装置I包括基板IOa和10b、叶片20和30以及驱动机构60。基板IOa和IOb组装为彼此面对。叶片20和30可移动地布置在基板IOa与IOb之间。基板IOa和IOb分别形成有开口 Ila和lib。叶片20和30在相反方向上直线移动以与开口 Ila和Ilb交叠。这调整开口 Ila和Ilb的开口面积。基板IOa设置有用于驱动叶片20和30的驱动机构60。图2A和图2B是驱动机构60的说明图。驱动机构60包括组装为彼此面对的壳体61和62。输出轴86从壳体62突出。图2B示出了从其分离了壳体62的驱动机构60。如图2B中所示，步进式电机70布置在壳体61内。减速机构80布置在壳体62内。步进式电机70用作用于叶片20和30的驱动源。减速机构80用于将步进式电机70的驱动力传送到叶片20和30。步进式电机70是能够在每个预定旋转角度处停止的步进式电机。步进式电机70包括定子71，其具有大致U形状；两个线圈73，其围绕定子71缠绕并且给定子71励磁；以及转子75，其面对定子71的两端并且由壳体61可旋转地支撑。转子75被磁化为在其周方向上具有不同极性。根据线圈73的通电状态，定子71的两端被励磁为分别具有不同极性。转子75利用在定子71与转子75之间产生的磁吸引力和磁排斥力在预定角度范围内旋转。这里，转子75的最小的旋转角度范围被称为一步旋转。步进式电机70基于一次励磁的驱动脉冲旋转一步，即旋转特定旋转角度。小齿轮76固定在转子75的旋转轴的末端。线圈73的末端与图1A和图1B中所示的线缆91电连接。而且，连接器95与线缆91的末端连接。连接器95用于与设置在其中安装有光圈装置I的光学机器内的装置连接。具体地，连接器95与安装在布置在光学机器内的印刷电路基板上的连接器连接。因此，通过形成在印刷电路板中的控制电路控制线圈73的通电状态。因此，步进式电机70的旋转得到控制，并且光圈装置I的操作得到控制。减速机构80包括齿轮81、83、84和85以及输出轴86。虽然齿轮81和85布置为彼此同轴，但是它们没有彼此连接。即，齿轮81和85能够独立地旋转。小齿轮76与齿轮81啮合。在齿轮81与85之间设置有未示出的齿轮。该齿轮固定在齿轮81中并且然后与齿轮81—起旋转。该齿轮具有小于齿轮81的直径。该齿轮与直径大于该齿轮的直径的齿轮83咬合。直径小于齿轮83的直径的齿轮84被固定在其中，并且齿轮84与齿轮83 —起旋转。齿轮84与直径大于齿轮84的直径的齿轮85咬合。输出轴86设置在齿轮85中。以该方式，来自驱动机构60的驱动力被减速并且通过多个齿轮传送到输出轴86。将描述叶片20和30的操作。图3A至图3D是叶片20和30的操作的说明图。输出构件50与输出轴86连接。输出构件50与叶片20和30咬合，并且驱动叶片20和30。输出构件50用于将驱动构件60的驱动力传送到叶片20和30。输出构件50布置在图1A和图1B中所示的基板IOa与IOb之间。输出构件50包括腕部51，其在预定方向上延伸；以及销52和53，其分别设置在腕部51的两端处。而且，腕部51形成为在其中心处具有输出轴86嵌合到其中的孔56。输出构件50围绕孔56旋转。销52和53分别与叶片20的凸轮槽25和叶片30的凸轮槽35咬合。另外，如图1B中所示，基板IOb形成有离开槽15和16，其具有圆弧形状并且分别使销52和53离开。另外，类似地，基板IOa形成有未示出的离开槽，其用于分别限制销52和53的旋转。叶片20和30分别形成有切口 21和开口 31。叶片20和30在相反方向上沿着X轴移动，将在下面进行描述。这改变由切口 21和开口 31夹持的具有大致菱形形状的开口的开口形状。基于开口形状与开口 Ilc的交叠方式，调整开口 Ilc的开口面积。这里，开口面积是开口 Ilc中没有与叶片20和30重叠并且光进入所通过的实际开口的面积。另外，开口 Ilc由分别形成在基板IOa和IOb中的开口 Ila和Ilb来限定。开口 Ilc具有圆形形状。如图3B和3C中所示，为了在具有大致菱形形状的开口形状的X轴上的对角部分处分别形成圆弧形状，在切口 21和开口 31处分别设置有圆弧部21a和31a。对边部分21b和31b分别设置在切口 21和开口 31处并且分别在圆弧部21a和31a的切线方向上延伸。如图3A中所示，通过切口 21和开口 31使开口 Ilc的开口面积最小。在该情况下，通过开口 Ilc的光的量最小。一般来说，由光圈装置I获得的图像在开口直径过小时劣化。这里，在光圈装置I中，最小的开口面积意味着对应于能够获得可用图像的最小开口直径的开口面积。或者，不同于其中叶片20和30没有完全关闭开口 Ilc的本实施方式，在其中开口 Ilc能够被完全关闭的机构中，最小开口面积意味着能够获得图像的实际最小开口面积。当输出构件50从图3A中所示的状态逆时针旋转时，开口 Ilc的开口面积被调整为较大。图3B示出了步进式电机70在从图3A中所示的状态旋转给定步之后停止的状态。在图3B中，叶片20和30和输出构件50停止。图3C示出了步进式电机70在从图3B中所示的状态进一步旋转给定步之后停止的状态。在图3C中，叶片20和30以及输出构件50停止。图3D示出了步进式电机70在从图3C中所示的状态进一步旋转给定步之后停止的状态。图3D示出了开口 Ilc的开口面积为最大的状态。在图3D中所示的状态中，叶片20和30和输出构件50也停止。这里，当开口 Ilc的开口面积为最大时，开口 Ilc处于全开状态。另外，图3A至图3D示出了叶片20和30的四个不同的停止位置。然而，在根据本实施方式的光圈装置I中，叶片20和30可停止在四个或更多不同位置处。即，根据本实施方式的光圈装置I能够将开口 Ilc的开口面积调整到四个或更多阶段。如图3A至图3D中所示，对应于输出构件50的旋转中心的孔65在任何状态下与叶片20和30中的至少一个交叠。一般来说，如下面所描述的，振镜中的转子的旋转角度被限于预定范围。然而，步进式电机中的转子的旋转角度不受限制。在采用步进式电机70的本实施方式中，能够适当地设置输出构件50的旋转角度。因此，在相反方向上直线移动的叶片20和30的移动范围中，用作 输出构件50的旋转中心的孔56趋于以平面方式与叶片20和30的一部分交叠。因此，在叶片20和30的移动范围中，构造为用作输出构件50的旋转中心的孔56与叶片20和30的至少一部分交叠。这使得能够在没有限制的情况下通过步进式电机70来确保输出构件50的较大的旋转角度范围。而且，步进式电机70的驱动力被通过减速机构80传送给叶片20和30。因此能够以较大的扭矩移动和停止叶片20和30。根据本实施方式的光圈装置I采用步进式电机70，因此叶片20和30能够在移动范围内停止在多个位置处。因此，开口 Ilc的开口面积能够被设置到想要的大小。将描述当开口 Ilc的开口面积为最小时的输出构件50的位置。图4是当开口 Ilc的开口面积为最小时的输出构件50的位置的说明图。图4示出了穿过腕部51的旋转中心C的X轴和Y轴。X轴表示穿过腕部51的旋转中心C并且在叶片20和30的移动方向上延伸的虚拟线。Y轴表示穿过腕部51的旋转中心C并且垂直于X轴的虚拟线。方向线D是连接旋转中心C与销52的线。方向线D表示输出构件50延伸的方向。当开口 Ilc的开口面积为最小时，方向线D与X轴之间的角度Θ0被设置为-20。 +30°。S卩，角度Θ O可以是-20°或+30°。在图4中所示的示例中，角度Θ0被设置为-20° +30°。将在下面描述设置角度范围的原因。图5是示出X轴与方向线D之间的角度Θ与叶片20在X轴方向上的移动量之间的关系的图。另外，该图表示当Θ为O度并且旋转中心C与销52之间的距离为3. 2mm时叶片20在X轴方向上的移动量为零的示例。曲线Lx表示假设与销52咬合的凸轮槽25是具有与Y轴平行的直线形状的虚拟凸轮槽Y’的情况下的叶片20的移动量。关于曲线Lx，对于每个角度的X轴方向上的移动量随着Θ从O度增加到90度而增加。对于每角度的X轴方向上的移动量随着Θ从90度增加到180度而减小。另外，凸轮槽25的真实形状不是直线形状并且被校正，如将在下面所描述的。这里，LO至L4表示自从输出构件50开始旋转时起，与输出构件50的旋转角度Θ相关地(即，与步进式电机70的驱动脉冲的数目相关地)以等差改变由开口 I Ic的开口面积定义的Av值的情况下的X轴方向上的叶片20的移动量。另外，在下面的描述中，以等差改变Av值仅表示与输出构件50的旋转角度Θ相关地(S卩，与步进式电机70的驱动脉冲的数目相关地)改变Av值。这里，L0、L1、L2、L3和L4表示输出构件50分别从Θ为O度、负10度、负20度、正30度和正60度的位置开始旋转的情况。而且，LO表示在输出构件50从Θ为O度的位置旋转至Θ为90度的位置的范围内(即，在输出构件50的销52旋转以到达表示Θ为90度的Y轴的小光圈侧的范围内)，与步进式电机70的驱动脉冲的数目相关地，以等差改变由开口 Ilc的开口面积定义的Av值。LO至L4的任何倾斜角随着角度的增大而增大。S卩，关于LO至L4，每角度的叶片的移动量随着角度的增大而增大。这是因为用于以等差改变Av值的叶片20的目标移动量基于Av值而改变。具体地，区间移动量随着由叶片20调整的开口面积的减少而减少，并且区间移动量随着由叶片20调整的开口面积的增大而增大。换言之，区间移动量随着Av值的增大而减小，并且区间移动量随着Av值的减小而增大。因此，想要的是，叶片20的移动量在开口 Ilc的开口面积为最小的位置附近较小。如图5中所示，L4和Lx之间的差比较大。然而,LO至L3中的任一个与Lx之间的差比较小。以这样的方式，输出构件50开始旋转的位置被设置为-20° +30°，从而使得叶片20的实际移动量接近实现目标Av值的移动量。这改进了光圈的精度。而且，曲线Lx在上面被描述为形成在与Y轴平行的直线上的虚拟凸轮槽Y’的示例。为此，即使输出构件50的旋转开始位置被设置为-20° +30°，也存在由曲线Lx表示的移动量与叶片20的实际移动量之间的差。因此，在本实施方式中，凸轮槽25的形状被校正为包括下述区域。在该区域中，在输出构件50开始旋转的位置至输出构件50到达表示Θ为90度的Y轴的位置的小光圈侧的范围中，叶片20移动从而以等差改变由开口 Ilc的开口面积定义的Av值。另外 ，凸轮槽25的形状仅需包括能够移动叶片20从而以等差改变由开口 Ilc的开口面积定义的Av值的区域。这里，将参考图4和图6A至图6C描述校正凸轮槽25的方法。在图4中，Θ O表示当开口 Ilc的开口面积为最小时的连接输出构件50的旋转中心C与销52的方向线D与X轴之间的角度。Dl表示当通过在增加开口面积的方向上进一步逆时针旋转输出构件50来实现相邻的Av值时的连接旋转中心C与销52的方向线。Θ I表示方向线Dl与X轴之间的角度。类似地，单步表示增加开口面积的方向上的相邻的Av值之间的间隔。Dn表示当旋转被执行了 η步时的连接旋转中心C与销52的方向线。θ η表示方向线Dn与X轴之间的角度。而且，r表示旋转中心C与销52之间的距离。单位旋转角度表示用于将特定Av值改变到相邻的Av值的输出构件50的预定旋转角度。单位旋转角度△ Θ表示用于将开口面积为最小的状态下的Av值改变为相邻的Av值的角度，并且满足Λ Θ = Θ1-Θ0。在当Θ为O度时销52的X轴坐标为零的情况下，通过Θ O情况下的下述等式I来表示销52的X轴坐标χ Θ O。[等式I]χ Θ O = r (Ι-cos Θ O) · · · (I)类似地，通过θ η情况下的下述等式2来表示销52的X轴坐标。这些表达式也表示当使用在与Y轴平行的直线上形成的假想凸轮槽Y’时的X轴方向上的叶片20的位置。
[等式2]χ θ n = r (1-cos θ η) · · · (2)图6Α是当开口 Ilc的开口面积为最小时的凸轮槽25的放大图。在图6A中，凸轮槽25没有与Y轴平行并且略微弯曲以便于与步进式电机70的驱动脉冲的数目相关地以等差改变由开口 Ilc的开口面积定义的Av值。图6B是与开口 Ilc交叠的开口形状的放大图。在图6B中，AO表示最小的开口面积，AVO表示这时的Av值，并且由实线示出开口形状。Al表示当达到相邻的Av值以增加开口面积时的开口面积，AVl表示这时的Av值，并且由虚线示出开口形状。图6B示出了当输出构件50从图4中所示的Θ O逆时针旋转到Θ1时的开口形状的改变。这里，AAv表示考虑光圈装置的规格将要改变的相邻的Av值之间的间隔，并且通过表达式AV1 = AVO-AAv来计算AVI。而且，通过表达式A1 = AOX2(AV°_AV1)来计算这时的开口面积Al，并且确定X轴方向上的叶片20的位置以满足该面积。具体地，在图6B中，R代表圆弧部21a和31a的各半径，并且2 β (rad)代表Y轴方向上的端部形状的内角。换言之，当β代表Y轴与对边部21b和31b中的每一个之间的角度时，有AO = 2R2 (I/tan β + β ) ο在A(n-l)表示开口面积并且AV (n_l)表示旋转被执行了 n_l步时的Av值的情况下，表示当旋转被执行了 η步时(S卩，旋转到θ η时)的开口面积的An由下面的等式(3)来表示。[等式3]
权利要求
1.一种光圈装置，所述光圈装置包括基板，所述基板包括开口 ；步进式电机，所述步进式电机能够在每个预定旋转角度处停止；输出构件，所述输出构件包括第一销和第二销并且由所述步进式电机旋转预定范围；以及第一叶片和第二叶片，所述第一叶片和所述第二叶片在与所述第一销和所述第二销咬合的情况下由所述输出构件驱动，在相反方向上直线移动，并且覆盖所述开口以调整所述开口的开口面积；其中，X轴表示通过所述输出构件的旋转中心并且在所述叶片的移动方向上延伸的假想线，Y轴表示通过所述输出构件的所述旋转中心并且垂直于所述X轴的假想线，并且所述开口面积最小时的连接所述旋转中心与所述第一销的方向线与所述X轴之间的角度为-20° +30°。
2.根据权利要求1所述的光圈装置，其中，a 11表示当所述开口面积最小时的所述方向线与所述Y轴之间的角度，α 12表示当所述开口面积最大时的所述方向线与所述Y轴之间的角度，并且a 11 大于 α 12。
3.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，所述输出构件能够停止在所述开口面积为最大的位置与所述开口面积为最小的位置之间的范围内的多个位置处。
4.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，由所述开口面积最大时的所述方向线与所述X轴之间的角度表示的所述输出构件的旋转范围的角度为90度以上且180以下，并且所述输出构件的所述第一销和所述第二销横跨所述Y轴旋转。
5.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，所述第一叶片和所述第二叶片分别包括与所述第一销和所述第二销咬合的第一凸轮槽和第二凸轮槽，并且所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽的形状分别包括下述区域在所述开口面积为最小的位置与所述开口面积为最大的位置之间，所述第一叶片和所述第二叶片分别移动以对于所述输出构件的每个预定旋转角度等差地改变由所述开口面积限定的Av值。
6.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，所述第一叶片和所述第二叶片彼此交叠以形成具有菱形形状的开口形状，所述菱形形状的所述X轴上的对角部分分别具有圆弧形状，所述菱形形状的对边分别在各圆弧形状的切线方向上延伸，在所述第一叶片和所述第二叶片中的一个中设置有切口，所述切口限定所述圆弧以及所述对边中的一个，在所述第一叶片和所述第二叶片中的另一个中设置有光圈开口，所述光圈开口限定所述圆弧以及所述对边中的另一个，所述第一叶片和所述第二叶片分别包括与所述第一销和所述第二销咬合的所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽，所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽的形状相对于所述输出构件的所述旋转中心对称，并且包括下述区域，在所述区域中，所述第一叶片和所述第二叶片分别移动以对于所述输出构件的每个预定旋转角度等差地改变由所述开口面积限定的Av值，所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽是如下形状在所述X轴与连接所述输出构件的所述旋转中心与所述第一销和所述第二销的线之间成角度θ η时的所述第一销和所述第二销分别所在的位置处，在所述X轴方向上以校正量xsn校正与所述Y轴平行的假想凸轮槽而得的形状，并且所述校正量xsn满足下述第一数学式，[数学式I]
7.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，存在下述区域，在所述区域中，对于所述输出构件的每个预定旋转角度，由所述开口面积限定的所述Av值等差地改变，并且所述区域处于所述开口面积为最小的位置与所述输出构件开始旋转以到达所述Y轴的位置之间。
8.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，所述第一叶片和所述第二叶片分别包括与所述第一销和所述第二销咬合的第一凸轮槽和第二凸轮槽，满足-45° < α <45°，其中，α是在所述第一销和所述第二销分别与所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽咬合的位置处由所述第一凸轮槽和所述第二凸轮槽的倾斜与所述Y轴所成的角度。
9.根据权利要求1或2所述的光圈装置，所述光圈装置进一步包括减速齿轮，所述减速齿轮减小所述步进式电机的旋转力的速度并且将所述旋转力传送到所述输出构件。
10.根据权利要求1或2所述的光圈装置，其中，所述旋转中心在所述第一叶片和所述第二叶片的移动范围内与所述第一叶片和所述第二叶片的至少一部分交叠。
11.一种光学机器，所述光学机器包括权利要求1或2所述的光圈装置。
全文摘要
一种光圈装置包括包括开口的基板；步进式电机，其能够在每个预定旋转角度处停止；输出构件，其包括第一和第二销并且由步进式电机旋转预定范围；以及第一和第二叶片，其在与所述第一销和所述第二销咬合的情况下由输出构件驱动，在相反方向上直线移动，并且覆盖开口以调整开口的开口面积。当通过输出构件的旋转中心并且在叶片的移动方向上延伸的假想线为X轴时，开口面积最小时的连接旋转中心与第一销的方向线与X轴之间的角度为-20°～+30°。
文档编号G03B9/02GK103052910SQ20118003758
公开日2013年4月17日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年1月7日
发明者川本尚志 申请人:精工精密株式会社