JP2017200318A - 駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動機構の高速化を図ると共に小型化が可能な駆動装置および駆動方法を提供する。【解決手段】駆動源によって駆動を行う際には、バネを非通電状態することにより（時刻ｔ０〜時刻ｔ３）、バックラッシュ除去用のバネの付勢力を弱くし、モータを高速化させ、駆動源の停止時は、バネへ電圧を印加して通電状態することにより（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、バックラッシュ除去用のバネの付勢力を強くし、効果的にバックラッシュ除去を行う。【選択図】 図４

Description

本発明は、駆動機構のバックラッシュを一方向に寄せるバックラッシュ除去手段を有する駆動装置および駆動方法に関する。

駆動機構のガタ取り（バックラッシュ除去）には、ギヤやカムなどを一方向にバネ付勢してガタを寄せる方法が一般的である。このガタ取りの手法は、デジタルカメラなどの映像機器の撮影レンズ機構に搭載されることが多い。例えば、デジタルカメラ等の撮像装置においては、撮影光学系内のピント調節用のレンズの駆動機構を有している。（例えば、特許文献１参照）。付勢バネの力量は、被駆動部にあたる撮影レンズの重量の数倍に設計することが一般的である。撮影レンズの駆動機構の駆動源であるモータにとっては、被駆動部のレンズ重量に付勢バネの力量を加えたものが負荷となる。

特開２０１２−０９３４９７号公報

近年、映像機器の小型化に伴い、搭載できるモータが非力で小型なもの限られるケースが増加している。バネ付勢による駆動メカのガタ取りは、レンズなどを駆動制御する際の高精度な位置管理を実現させる為に不可欠である。しかし、駆動速度の高速化を図るためには、バネの付勢力を考慮すると、モータが大型化してしまう。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、駆動機構の高速化を図ると共に小型化が可能な駆動装置および駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係る駆動装置は、駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構を有し、撮影機能を有する映像機器の撮影光学系を駆動する駆動装置において、上記駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段を具備し、当該バックラッシュ除去手段は複合バネから成る。

第２の発明に係る駆動装置は、上記第１の発明において、上記複合バネが、少なくとも２種類の弦巻バネから成り、また少なくとも一方の弦巻バネが電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材から成る。
第３の発明に係る駆動装置は、上記第２の発明において、上記少なくとも一方の弦巻バネが、電圧の印加に伴い弾性係数が高まる。

第４の発明に係る駆動装置は、上記第１ないし第３の発明の何れかにおいて、上記駆動機構は、上記撮影光学系の変倍手段、または上記撮影光学系の焦点調節手段、または上記撮影光学系のＦナンバ調節手段の少なくとも一部に含まれる。
第５の発明に係る駆動装置は、上記第３の発明において、上記バックラッシュ除去手段は、上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記少なくとも一方の弦巻バネへ電圧を印加して駆動機構のバックラッシュを除去する。

第６の発明に係る駆動装置は、駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構と、上記駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段と、を具備し、上記バックラッシュ除去手段は、電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材からなるバネを有する。
第７の発明に係る駆動装置は、上記第６の発明において、上記バックラッシュ除去手段は、上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記バネへ電圧を印加して駆動機構のバックラッシュを除去する。

第８の発明に係る駆動方法は、駆動源を有する駆動機構と、電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材からなるバネを有するバックラッシュ除去手段を備えた駆動装置の駆動方法において、上記駆動源によって駆動を行う際には、上記バネを非通電状態とし、上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記バネへ電圧を印加して通電状態とする。

本発明によれば、駆動機構の性能を損なうことなく、小型化が可能な駆動装置および駆動方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るカメラのレンズ駆動部の構成と、レンズ駆動部の周辺の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて使用するバネの特性を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおけるバネを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、モータ駆動とバネへの通電の時間的関係を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラに適用した例について説明する。このカメラは、撮像部を有し、この撮像部によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。撮影者はライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタタイミングを決定する。レリーズ操作時には、画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。

また、本実施形態に係るカメラは、撮影光学系を有し、この撮影光学系中の焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）の位置は、駆動源であるモータによって制御され、焦点調節が行われる。このカメラは、駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構を有し、撮影機能を有する映像機器の撮影光学系を駆動する駆動装置の一例である。

また、撮影光学系はガタ取り用のバネによって一方向に付勢されており、バックラッシュが除去される。このバネは、電圧の印加状態に応じて弾性係数が変化する金属素材を有しており、電圧が印加されると付勢の力量が大きくなる。モータの起動前や、モータの停止前後等において、バネに電圧が印加され、付勢力を大きくし、バックラッシュの除去を効果的に行う。

図１は、一実施形態に係るカメラのレンズ駆動部１の概略的な機械的構成と、このレンズ駆動部１の周辺の電気的構成を示すブロック図である。

レンズ駆動部１は、レンズ一体型のカメラまたはレンズ交換式カメラの交換レンズ内に配置されている。レンズ駆動部１内には、光学レンズ（以下「レンズ」と略称する）２、レンズ枠３、ガイド軸４ａ、４ｂ、バネ５、モータ６、リードスクリュー７が備えられている。

レンズ２は、複数または単数の光学レンズを有し、被写体像を形成する。レンズ２は、レンズ枠３に保持されている。ガイド軸４ａとガイド軸４ｂは、レンズ２の光軸方向に沿って延びた軸であり、レンズ鏡枠等に固定されている。バネ５は引っ張りバネであり、レンズ枠３とレンズ鏡枠の固定部材との間に設けられ、レンズ枠３に対して、図中、右側向きの付勢力を与えている。バネ５の詳しい特性と構成については、図２および図３を用いて後述する。

前述のレンズ枠３は、レンズ２の光軸方向とは直角方向に延びた固定部３ａと、この固定部３ａと一体であり、ガイド軸４ｂに嵌合した嵌合部３ｂを有する。またレンズ枠３は、リードスクリュー７が貫通する貫通孔３ｃを有する。

モータ６は、本実施形態においては、ステッピングモータが用いられている。モータ６は、モータドライバブロック２５内のモータ駆動回路から、モータ駆動信号としてＡ相、Ｂ相からなる２相のパルス信号を受け、回転駆動する。モータ６の回転駆動軸は、リードスクリュー７と一体である。このため、リードスクリュー７は、モータ６に印加されたモータ駆動信号に応じて、正転・逆転する。

リードスクリュー７が正転・逆転すると、リードスクリュー７に噛み合ったナット１１を介して、レンズ２は光軸方向に沿って移動する。このナット１１はレンズ枠３とは別体である。バネ５によってレンズ枠３は図１の右側向きに引っ張られ、貫通孔３ｃの周囲がリードスクリュー７に噛み合うナット１１に当て付けられた状態となる。ナット１１の回転止め（不図示）がレンズ枠３に設けられてので、リードスクリュー７が回転するとナット１１は右または左方向に移動し、そこに当て付けられているレンズ枠３も光軸方向に移動する。

このように、本実施形態におけるレンズ駆動部１においては、モータ６によって駆動されるリードスクリュー７の回転によりナット１１を直線移動させ、レンズ枠３をガイド軸４ａ、４ｂに沿って移動させる。これによって、レンズ枠３に固定されたレンズ２が光軸方向に駆動する。また、レンズ枠３はバネ５によって付勢され、ナット１１に当て付けられているので、所謂バックラッシュが除去される。従って、バネ５とレンズ枠３は、駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段としての機能を果たす。

バネ５は、図３を用いて後述するように、一般的な金属製弦巻バネとバイオメタル（登録商標）製弦巻バネとからなる複合バネである。この複合バネの内、少なくとも一方の弦巻バネが、電圧の印加に伴い弾性係数が高まる。複合バネの内、バイオメタル製弦巻バネは、モータドライバブロック２５と接続されており、所定のタイミングで電圧の印加を受ける。この電圧の印加のタイミングについては、図４を用いて後述する。

モータドライバブロック２５は、モータ駆動回路等の回路を有し、電源ブロック２３から電源供給を受ける。モータドライバブロック２５は、ＣＰＵブロック２０から制御信号を受け、モータ６に駆動制御信号を出力し、またバイオメタル製弦巻バネに電圧印加を行う。

ＣＰＵブロック２０は、電源ブロック２３から電源供給を受け、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、その周辺回路およびメモリを有している。メモリは電気的に書き換え可能な揮発性メモリおよび不揮発性メモリを有している。ＣＰＵは、メモリに不揮発性メモリに記憶されたプログラムに従ってカメラの各部を動作させ、カメラの全体制御を行う。制御として、例えば、ＣＰＵブロック２０は、前述のモータ６の制御信号およびバイオメタル製弦巻バネの電圧印加制御信号をモータドライバブロック２５に出力する。

次に、図２を用いて、バネ５に用いられるバイオメタル製弦巻バネ５ａの特性について説明する。図２（ａ）において、電池Ｅ、スイッチＳＷ、およびバイオメタルＢＭＦが直列に接続されている。図２（ａ）の上段は、スイッチＳＷがオフの状態であり、この場合には、バイオメタルＢＭＦは通電されていないので、冷却状態である。図２（ｂ）の下段は、スイッチＳＷがオンの状態であり、この場合には、バイオメタルＢＭＦは通電されるので、加熱状態となる。

図２（ｂ）に示すように、バイオメタルＢＭＦで弦巻バネを作成し、これに通電すると加熱状態となり、弦巻バネは収縮する。すなわち、バイオメタル製の弦巻バネは、電圧を印加することにより収縮力が発生し、電圧の印加を停止することにより収縮力が消失する。

次に、図３を用いて、バネ５について説明する。バネ５は、バイオメタル製弦巻バネ５ａと、一般的な金属製弦巻バネ５ｂからなる複合バネで構成されている。図３（ａ）は、バイオメタル製弦巻バネ５ａには通電していない場合（非通電状態）を示す。この場合には、バイオメタル製弦巻バネ５ａの張力は弱く、一般的な金属製弦巻バネ５ｂの長さＬｂ１と、バイオメタル製弦巻バネ５ａの長さＬａ１は、略同程度である。

図３（ｂ）は、バイオメタル製弦巻バネ５ａに通電した場合（通電状態）を示す。この場合には、バイオメタル製弦巻バネ５ｂの張力（収縮力）は大きく、一般的な金属製弦巻バネ５ｂの長さＬｂ２に対して、バイオメタル製弦巻バネ５ａの長さＬａ２は、短くなる。なお、バネ５を複合バネで構成する場合、一般的な金属製弦巻バネ５ｂと、バイオメタル製弦巻バネ５ａの長さを適宜調整することにより、電圧印加時と非印加時の張力（付勢力）を容易に調整することが可能となる。

本実施形態においては、モータ６によってレンズ２を移動させている際には、金属製弦巻バネ５ａは非通電状態とし、バネ５の付勢力を小さくすることにより、小型なモータであっても、レンズ２の高速駆動を可能とする。また、モータ６の駆動を停止する際には、金属製弦巻バネ５ａは通電状態とし、バネ５の付勢力を大きくすることにより、駆動機構のガタを除去するようにしている。

次に、図４に示すタイミングチャートを用いて、モータ６の駆動制御について説明する。このタイミングチャートは、ＣＰＵブロック２０がプログラムを実行することにより、実現される。

図４において、横軸方向は時間の経過を示し、縦軸方向は、最上段にモータの制御状態をしめし、第２段にモータ速度を示し、第３段にバイオメタル製弦巻バネの制御状態を示し、第４段にバイオメタル製弦巻バネの張力を示し、第５段にバイオメタル製弦巻バネの状態を示し、最下段にガタ取り期間を示す。

図４に示すタイミングチャートにおいて、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、モータ６は駆動停止状態である。時刻ｔ１において、ＣＰＵブロック２０は、モータドライバブロック２５にモータ６の駆動制御信号を出力すると、モータドライバブロック２５はモータ６にモータ駆動信号を出力する。モータ６は、加速され、時刻ｔ２より前から定速となる。時刻ｔ３より前までは、モータドライバブロック２５は、バイオメタル製弦巻バネ５ａには非通電状態としていることから、バイオメタル製弦巻バネ５ａの張力を弱い。このため、モータ６は、小型モータであっても高速でレンズ２を移動させることができる。

時刻ｔ３を過ぎると、ＣＰＵブロック２０は、モータドライバブロック２５に対して、モータ６を停止させるべく、減速を指示し、またバイオメタル製弦巻バネ５ａに対して通電を指示する。バイオメタル製弦巻バネ５ａは通電状態となると、前述したように、張力が大きくなり、駆動機構のガタ取りを有効に行うことができる。

時刻ｔ４になると、レンズ２は目標位置に到達したことから、ＣＰＵブロック２０は、モータドライバブロック２５にモータ６の駆動停止制御信号を出力し、モータドライバブロック２５はモータ６にモータ停止のための駆動信号を出力する。またモータドライバブロック２５は、バイオメタル製弦巻バネ５ａに対して非通電状態とする。バイオメタル製弦巻バネ５ａは、加熱状態から冷却状態となり、次第に張力が低下して通常状態に戻る。

時刻ｔ５には、バイオメタル製弦巻バネ５ａは、通常状態となり、張力も弱くなる。このため、次のモータ駆動時（時刻ｔ６）には、モータ６は、小型モータであっても高速でレンズ２を移動させることができる。

このように、駆動源（モータ６）によって駆動を行う際には、バネ５を非通電状態とし（例えば、時刻ｔ０〜ｔ３）、バックラッシュ除去用のバネ５の付勢力を弱くし、モータ６の高速化を達成している。そして、駆動源の停止時は、バネ５へ電圧を印加して通電状態とし（例えば時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、バックラッシュ除去用のバネ５の付勢力を強くし、効果的にバックラッシュ除去を行っている。

以上、説明したように、本発明の一実施形態においては、駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構を有し、この駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段は、複合バネを備えている。そして、複合バネは、少なくとも２種類の弦巻バネから成り、また少なくとも一方の弦巻バネが電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材から成っている。このため、弦巻バネに印加する電圧を制御することにより、バックラッシュ除去手段での付勢力を変化させることができ、駆動機構の高速化を図ると共に小型化を図ることができる。

なお、本発明の一実施形態においては、バネ５として複合バネを用いており、この複合バネの１つとして、電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材を用いていた。しかし、電圧印加に限らず、弾性係数が変化する素材であれば勿論かまわない。また、複合バネとしては、２種類のバネから成っていたが、これに限らず３種類以上でもよい。また、バネ５として複合バネを用いていたが、弾性係数が変化する素材であれば、複合バネに限らず単体のバネでもよい。

また、本発明の一実施形態においては、駆動機構として、撮影光学系の焦点調節手段に適用した例について説明した。しかし、これに限らず、例えば、撮影光学系の変倍手段（ズーム手段）、撮影光学系のＦナンバ調節手段（絞り調節機構）であってもよい。

また、本発明の一実施形態においては、モータ６の駆動停止前にバイオメタル製弦巻バネ５ａに通電していた。しかし、これに限らず、停止後においても通電してもよく、また停止前を省略し、停止後のみ通電するようしてもよい。また、モータ６の起動前にバイオメタル製弦巻バネ５ａに通電するようにしてもよい。この場合には、モータ６の駆動開始時のガタを確実に除去することができる。また、本発明の一実施形態においては、バネ５として、弦巻バネに適応して例について説明した。しかし、弦巻バネに限らず、他のバネに置き換えても構わない。

また、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラや監視カメラでも構わない。いずれにしても、バックラッシュ除去機能を有する機器であれば、本発明を適用することができる。

また、本明細書において説明した技術のうち、主にタイミングチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本発明は、上記実施形態にそのまま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ている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１・・・レンズ駆動部、２・・・レンズ、３・・・レンズ枠、３ａ・・・固定部、３ｂ・・・嵌合部、３ｃ・・・貫通孔、３ｄ・・・ナット、４ａ・・・ガイド軸、４ｂ・・・ガイド軸、５・・・バネ、６・・・モータ、７・・・リードスクリュー、２０・・・ＣＰＵブロック、２３・・・電源ブロック、２５・・・モータドライバブロック

Claims (8)

1. 駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構を有し、撮影機能を有する映像機器の撮影光学系を駆動する駆動装置において、
   上記駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段を具備し、
   当該バックラッシュ除去手段は複合バネから成ることを特徴とする駆動装置。
2. 上記複合バネが、少なくとも２種類の弦巻バネから成り、また少なくとも一方の弦巻バネが電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材から成ることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 上記少なくとも一方の弦巻バネが、電圧の印加に伴い弾性係数が高まることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 上記駆動機構は、上記撮影光学系の変倍手段、または上記撮影光学系の焦点調節手段、または上記撮影光学系のＦナンバ調節手段の少なくとも一部に含まれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 上記バックラッシュ除去手段は、上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記少なくとも一方の弦巻バネへ電圧を印加して駆動機構のバックラッシュを除去することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
6. 駆動源と動力伝達系で構成する駆動機構と、
   上記駆動機構のバックラッシュを一方向へ寄せるバックラッシュ除去手段と、
   を具備し、
   上記バックラッシュ除去手段は、電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材からなるバネを有することを特徴とする駆動装置。
7. 上記バックラッシュ除去手段は、上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記バネへ電圧を印加して駆動機構のバックラッシュを除去することを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 駆動源を有する駆動機構と、電圧の印加により弾性係数が変化する金属素材からなるバネを有するバックラッシュ除去手段を備えた駆動装置の駆動方法において、
   上記駆動源によって駆動を行う際には、上記バネを非通電状態とし、
   上記駆動源の起動前、および、上記駆動源の停止前後のいずれか、または、両方の所定の期間に上記バネへ電圧を印加して通電状態とする、
   ことを特徴とする駆動方法。

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