JP2006042408A - Linear actuator and optical instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮影レンズの駆動や工作機器の駆動に適用されているリニアアクチュエータの潤滑動作に関するものである。 The present invention relates to a lubricating operation of a linear actuator that is applied to driving of a photographing lens and driving of a machine tool.
昨今の各種装置の高精度化、小型化によりその駆動制御も高精度化する傾向にある。例えば、ビデオカメラ等では上記ニーズを満たすためにリニアアクチュエータを用いて撮影レンズの駆動制御を行っているものがある。リニアアクチュエータは直接、移動物体を駆動することができるため、ギアやスクリューなどにより駆動力を伝達する必要がない。したがって、装置の小型化や静音化を図ることが可能である。このようなリニアアクチュエータを用いて駆動制御を行う場合、移動部とこれを支持する固定部の接触部分にはある程度の摩擦が必要である。この摩擦により、移動部には受動的にブレーキが働くため、高精度の位置制御や速度制御を行うことができるようになる。一般にこの摩擦を維持するため、接触部分には摺動油が塗られている。
しかしながら、摺動油の粘性は温度や湿度といった環境条件で異なってくる。特に低温状態では摺動油の粘性が高くなるため、装置の移動部と固定部の接触部分への浸透性が低くなり、移動域での摺動油のむらが発生することになる。また、移動域の限られた部分を頻繁に利用し、残りの部分の利用頻度が極端に低いような使い方をする場合にも、利用頻度の高い移動域と低い移動域との間で摩擦の差が生じることになる。このような摩擦むらは制御性能を劣化や異音の発生原因となるため、摺動油をなじませるための潤滑動作が必要となってくる。一般的に潤滑動作は電源投入直後の起動動作中に行うが、潤滑動作時間が長すぎると起動に時間がかかってしまい、潤滑動作時間が短すぎると摩擦むらが残ってしまうという課題ある。 However, the viscosity of the sliding oil varies depending on environmental conditions such as temperature and humidity. In particular, since the viscosity of the sliding oil increases in a low temperature state, the permeability to the contact portion between the moving part and the fixed part of the apparatus decreases, and unevenness of the sliding oil in the moving range occurs. In addition, when using a limited part of the moving area frequently and using the remaining part in an extremely low frequency, friction between the moving area with high usage and the moving area with low usage There will be a difference. Such frictional unevenness causes deterioration of control performance and generation of abnormal noise, so that a lubrication operation is required to make the sliding oil familiar. Generally, the lubrication operation is performed during the start-up operation immediately after the power is turned on. However, if the lubrication operation time is too long, the start-up takes time, and if the lubrication operation time is too short, frictional irregularities remain.
上述した課題を解決するために、請求項1記載の発明ではマグネットと、移動部を駆動するための駆動コイルを有し、前記駆動コイルへの通電により前記移動部を駆動するための推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段の検出結果から、前記移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の回数を決定する潤滑動作制御手段とを有している。ここでの環境条件とは、温度や湿度のことである。また、請求項5記載の発明では、撮影レンズと前記撮影レンズを移動するためのリニアアクチュエータを有する光学装置において、前記撮影レンズと前記撮影レンズの保持部材を含む移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の際に、撮影時に移動するレンズ移動域よりも大きい移動域を移動し、前記潤滑動作を行う。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
リニアアクチュエータにおいて、移動部と固定部の嵌合部分に塗布する摺動油のむらをなくすために行う潤滑動作を温度や湿度を考慮し、必要な回数だけ潤滑動作を行うようにすることで、余計な潤滑動作を低減することができ、効率的な摺動動作を実現することができる。これにより、嵌合部分の摩擦むらがなくなるため、リニアアクチュエータをスムーズに駆動することができ、高精度の位置制御あるいは速度制御が可能となる。 In linear actuators, the lubrication operation performed to eliminate unevenness of the sliding oil applied to the mating part of the moving part and the fixed part is performed by taking the lubrication operation as many times as necessary in consideration of temperature and humidity. Smooth lubrication operation can be reduced, and an efficient sliding operation can be realized. As a result, the frictional unevenness of the fitting portion is eliminated, the linear actuator can be driven smoothly, and highly accurate position control or speed control is possible.
以下、図面を参照しながら、ビデオカメラシステムに搭載したリニアアクチュエータを例として本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a linear actuator mounted in a video camera system as an example.
図1は、リニアアクチュエータを搭載した光学機器を示している。リニアアクチュエータの場合、可動側にコイルを配置するムービングコイルタイプと、可動側にマグネットを配置するムービングマグネットタイプとがあるが、ここではムービングコイルタイプを例として説明する。固定鏡筒109に取り付けられたリセットセンサ100は、例えばフォトインタラプタであり、軸受け102と一体となって設けられた遮光板により遮光されることで、リセットセンサ出力に変化が生じ、この変化をトリガとして位置情報の検出を行う。得られた位置情報は基準位置となり、絶対位置を求めるために利用される。また、位置情報は例えば光学式の位置センサである場合、軸受け102に固定された光学式スケールと、発光素子と受光素子からなる位置センサ105を用いて検出され、例えば正弦波A相と、90°位相の異なるB相等の位置信号を出力する。移動部はガイドバー101により支えられており、ガイドバー101と軸受け102の嵌合部分には摺動油が塗布されている。ヨーク106、マグネット107、コイル108によりボイスコイルモータが構成され、コイル108に電流を流すことによって移動部を光軸方向に駆動する推力が発生する。
FIG. 1 shows an optical device equipped with a linear actuator. In the case of a linear actuator, there are a moving coil type in which a coil is arranged on the movable side and a moving magnet type in which a magnet is arranged on the movable side. Here, the moving coil type will be described as an example. The
図2はビデオカメラのブロック構成を示す。200、201、203、204は撮影レンズ群であり、200は固定の前玉レンズ群、201はズームレンズ群、203は固定のレンズ群、203はフォーカスレンズ群を示している。ズームレンズ群201の位置はズームエンコーダ209によって検出できる。ズームエンコーダの種類としては、例えば、ズーム移動部に一体となって取り付けられたブラシを、抵抗パターンが印刷された基板上を摺動するように構成したボリューム抵抗や、ズーム移動部に取り付けた光学式スケールに対して、固定鏡筒側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置検出センサなどがある。ズームスイッチ217を操作するとCPU216はその操作信号を取り込み、駆動信号をズーム駆動部208に送ることで、ズームレンズ群201を移動することができる。202は光量調整を行うIRISであり、絞り値は絞りエンコーダ211で検出する。この絞りエンコーダ211は例えば、IRISの中に設けられたホール素子の出力を検出している。CPU216はIRIS駆動部に駆動信号を与えることによりIRISを駆動する。フォーカスレンズ群204はCPU216からの駆動信号を、フォーカス駆動部を介して駆動され、そのときの位置はフォーカスエンコーダ213により検出される。フォーカスエンコーダは例えばフォーカス移動部に取り付けられた光学式スケールに対して、固定鏡筒側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置センサや、所定ピッチで着磁された磁気パターンを磁気抵抗素子の変化を検出することで位置を検出するセンサ等が考えられる。なお、ズームレンズ群やフォーカスレンズ群の駆動には、リニアアクチュエータの他、DCモータやステッピングモータが用いられる場合もある。被写体光は撮影レンズ群を通過してCCDなどの撮像素子205で検出される。撮像素子205はCCD駆動回路214の指令によって駆動する。また、撮像素子205で検出された映像信号は信号処理回路206に送られる。信号処理回路206では撮像素子205の出力に対して、所定の増幅やガンマ補正などを施す。信号処理回路で処理された映像信号のY信号は、オートフォーカスの判定に利用するためにAF信号処理215に送られる。AF信号処理215では合焦、非合焦の判別を行い、判定結果はCPU216に取り込まれ、オートフォーカス時にはこの判別にしたがってフォーカスレンズを駆動する。218はズームトラッキングメモリであり、変倍に際して被写体距離とズームレンズ位置に応じてセットすべきフォーカスレンズ群の位置情報を記憶する。なお、ズームトラッキングメモリとしてCPU216内のメモリを使用してもよい。207は環境変化に比例して出力電位が変化する温度または湿度センサであり、CPU216は温度または湿度センサ207の出力変化を読取ることで温度情報や湿度情報を得る。
FIG. 2 shows a block configuration of the video camera.
図3は本発明に関わる動作の説明をするためのフローチャートである。ここでは、フォーカスレンズ駆動用に本発明を適用した場合について説明する。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation according to the present invention. Here, a case where the present invention is applied for driving a focus lens will be described.
潤滑動作は例えば、使用者が装置へ電源投入を行った直後の初期起動動作で開始される。 The lubrication operation is started, for example, by an initial startup operation immediately after the user turns on the apparatus.
[ステップ101]
まず、絶対位置を検出するための基準となる基準位置を決定するために、位置リセットを行う。位置リセットの詳細説明は省略するが、フォトインタラプタ等のリセットセンサの出力を監視し、リセットセンサ出力変化をトリガにして位置情報を検出する。この検出した位置情報を絶対位置を求めるための基準位置とする。位置リセットが終了したら次のステップに進む。
[Step 101]
First, a position reset is performed in order to determine a reference position serving as a reference for detecting an absolute position. Although detailed description of the position reset is omitted, the output of a reset sensor such as a photo interrupter is monitored, and position information is detected using a reset sensor output change as a trigger. This detected position information is used as a reference position for obtaining an absolute position. When the position reset is completed, proceed to the next step.
[ステップ102]
温度データ、湿度データどちらか一方あるいは両方ををそれぞれのセンサを用いて検出する。検出した温度データ、または湿度データはAD変換され、CPUに取り込まれる。
[Step 102]
Either one or both of temperature data and humidity data is detected using each sensor. The detected temperature data or humidity data is AD converted and loaded into the CPU.
[ステップ103]
取り込んだ温度データを基に、潤滑する回数を決定する。潤滑動作回数は例えばテーブルデータを用いて決定する。その際、温度データを用いて潤滑動作回数を決定する場合には、低温側では潤滑回数を多くし、高温側では潤滑回数を少なくするようなテーブルデータとするとよい。また、湿度データを用いて潤滑動作回数を決定する場合には、低湿側では潤滑動作回数を多くし、高湿側では潤滑動作回数を少なくするようなデータテーブルとするとよい。さらに温度データと湿度データの両方から潤滑動作回数を決める場合には、テーブルデータのうち回数の多いほうのデータを選択して使うことにする。図4にそのときのデータテーブルの一例を示す。
[Step 103]
The number of times of lubrication is determined based on the acquired temperature data. The number of lubrication operations is determined using table data, for example. At this time, when the number of lubrication operations is determined using temperature data, the table data may be such that the number of lubrications is increased on the low temperature side and the number of lubrications is decreased on the high temperature side. In addition, when the number of lubrication operations is determined using humidity data, a data table may be used in which the number of lubrication operations is increased on the low humidity side and the number of lubrication operations is decreased on the high humidity side. Further, when the number of lubrication operations is determined from both the temperature data and the humidity data, the data having the larger number of table data is selected and used. FIG. 4 shows an example of the data table at that time.
[ステップ104]
コイルに通電を行い光軸方向への推力を発生させ、どちらか一方への駆動を開始する。ここでは+方向と呼ぶことにする。
[Step 104]
The coil is energized to generate thrust in the direction of the optical axis, and drive to either one is started. Here, it will be called a + direction.
[ステップ105]
位置センサを用いて位置検出を行い、所定位置に到達したかの判断を行う。到達していなかった場合には引続き通電を行い、到達するまで移動部を駆動する。所定位置に到達したと判断した場合には次のステップに進む。
[Step 105]
Position detection is performed using a position sensor to determine whether a predetermined position has been reached. If it has not reached, energization is continued and the moving unit is driven until it reaches. If it is determined that the predetermined position has been reached, the process proceeds to the next step.
潤滑動作を行う範囲が狭すぎると、実際の撮影時に、潤滑されていない領域で駆動しなければならない場合が発生する可能性がある。撮影レンズの移動域には実際の撮影には使用されない余裕分が移動域の両側に存在する。すなわち、潤滑動作範囲は実際の撮影の際に使用する移動域をカバーした範囲で潤滑動作を行う必要がある。前述した所定位置とは、この余裕分の移動域の位置または、移動限界となる端位置(例えばフォーカス至近端)である。 If the range for performing the lubrication operation is too narrow, there is a possibility that it may be necessary to drive in an unlubricated region during actual photographing. In the moving range of the taking lens, there is a margin on both sides of the moving range that is not used for actual shooting. That is, the lubrication operation range needs to perform the lubrication operation in a range that covers the moving range used in actual photographing. The above-mentioned predetermined position is the position of the movement area for this margin or the end position that is the movement limit (for example, the focus closest end).
[ステップ106]
コイルに逆通電を行い、S104の駆動方向と逆方向に駆動させる。ここでは−方向と呼ぶことにする。
[ステップ107]
位置センサを用いて位置検出を行い、所定位置に到達したかの判断を行う。到達していなかった場合には引続き通電を行い、到達するまで移動部を駆動する。所定位置に到達したと判断した場合には次のステップに進む。所定位置とは、S105で説明した移動域のもう一方の余裕分または移動限界となるもう一方の端位置(例えばフォーカス無限端)である。このS104からS107までの動作が潤滑動作となり、軸受けとガイドバーの接触部分に塗布された摺動油が均一になじんでくる。
[Step 106]
The coil is reversely energized and driven in the direction opposite to the driving direction of S104. Here, it will be referred to as “− direction”.
[Step 107]
Position detection is performed using a position sensor to determine whether a predetermined position has been reached. If it has not reached, energization is continued and the moving unit is driven until it reaches. If it is determined that the predetermined position has been reached, the process proceeds to the next step. The predetermined position is the other end position (for example, the focus infinite end) that becomes the other margin or the movement limit of the movement range described in S105. The operation from S104 to S107 becomes a lubrication operation, and the sliding oil applied to the contact portion between the bearing and the guide bar becomes evenly familiar.
[ステップ108]
潤滑動作回数をカウントするカウンタのカウント数をアップ(+1回)する。ここでは、S104〜S107で示したように、移動部を所定区間で1往復したときを潤滑動作1回とカウントする。
[Step 108]
Increase the count of the counter that counts the number of lubrication operations (+1). Here, as shown in S104 to S107, the time when the moving unit reciprocates once in a predetermined section is counted as one lubrication operation.
[ステップ109]
S103で決定した潤滑回数にだけ潤滑動作を行ったか否かの判別を行う。所定回数に達していない場合には再びS104に戻り、所定回数に達している場合には潤滑動作を終了する。
[Step 109]
It is determined whether or not the lubrication operation has been performed only for the number of lubrications determined in S103. When the predetermined number of times has not been reached, the process returns to S104 again, and when the predetermined number of times has been reached, the lubricating operation is terminated.
以上でリニアアクチュエータの潤滑動作が完了し、撮影動作を開始することができる。 Thus, the lubrication operation of the linear actuator is completed, and the photographing operation can be started.
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