JP2018132590A - 絞り機構とフィルター切り替え機構 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、昼夜を問わず利用される撮像装置に於いては被写体に到達する通過光量を調節する絞り機構と赤外線量を制限する、赤外線カットフィルター切り替え機構など、2種類の機構が組み込まれており、それぞれが個別の小型モーター及び制御回路を用いていた課題があった。【解決手段】本発明は絞り機構が常時使用なのにフィルター切り替え機構は一日数度、その切り替え時間は1秒満たないことを利用して、赤外線カットフィルター切り替え時には絞り機構を一時停止する事により、両機構の小型モーター及び制御回路を共用出来る様にし、機構及び制御回路の小型を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は小型モーターを直流及び脈流にて駆動し、360度以内の回転往復運動をさせる事でレンズから撮像素子への通過光量を調節する絞り機構と前記通過光量中に含まれる赤外線をカットする赤外線カットフィルターを切り替える機構を一体化し、且つ同一小型モーター及び制御回路で実現する事を特徴とする、絞り、フィルター切り替え一体型機構に関する。

従来、デジタルカメラやビデオカメラ等、昼夜を問わず利用される撮像装置に於いては撮像素子に到達する被写体の通過光量を調節する絞り機構と昼夜で変化する赤外線量を制限する為の赤外線カットフィルターを挿入する、赤外線カットフィルター切り替え（以下フィルター切り替えとする）機構など、2種類の機構が組み込まれており、この2種類の機構をレンズ機構として組み込むのに大きさや、煩雑さがあるとの理由でレンズ機構の小型化と組み込みの簡素化を目的に、特許文献１では、絞り、赤外線カットフィルター切り替え一体型機構が提案されている。

ここで、従来の絞り、赤外線カットフィルター切り替え一体型機構に関し、図１を参考にし、簡単に説明する。図１のイが特許文献１で提案されている絞り、赤外線カットフィルター切り替え一体型機構の全体図で、絞り機構ロと赤外カットフィルター切り替え機構ハが一体となっており、それぞれの機構、ロとハは一般的には１及び２の小型モーター又は小型ステッピングモーター（以降小型モーターと記述する）の回転を利用し、絞り機構は小型モーター２の軸に固定された回転アーム７の回転により複数枚、この図の例では６の２枚の絞り羽根をスライド移動する事で重ねられた２枚の羽根により構成される絞り孔８を制御し、通過光量を調節している。また、赤外線カットフィルター８と透過フィルター９との切り替えは小型モーター３の軸に固定された回転アーム５の回転により、赤外線カットフィルター８と透過フィルターとを組み込んだフィルター羽根４をスライド移動する事で切り替えている。

特開2003-348398号公報 特願2016-127804 特願2016-127614

以上、述べた如く、従来の絞り、赤外線カットフィルター切り替え一体型機構は各々の機構毎に別々に駆動する小型モーターを備え、独立した機構が物理的に一体となっている構造になっている。しかし、絞り機構は常時可動状態であるのに対し、赤外線カットフィルター切り替え機構は一日に数度と切り替え頻度は大変少なく、また、切り替え時間も１秒に満たない短時間である事から両機能には使用頻度に大幅な違いが有るにも関わらず各々の機構に関し、独立した駆動用小型モーターやそれを駆動する駆動増幅器を備えるのはコスト的にも小型化を進める上でも合理性に欠けると言う課題がある。

そこで、本発明は上記の問題を鑑み、両機能に使用頻度の大幅な違いが有る事を利用し、両機構に用いる駆動用小型モーター及び駆動増幅器を兼用とする事でコスト及び小型化を実現するものである。但し、本発明は本発明者が従来の絞り機構の改善案として出願した、特許文献２の特願 2016-127804及び特許文献３の特願 2016-127614の４極ソレノイドアクチュエーターを駆動用小型モーターとして、発案された絞り機構の構造を基本とし実現している事を確認し、以降、従来方式とは前記、特願を示唆している事を確認しておく。

本発明は従来の両機能に関する基本動作に以下の2点の特徴がある事に着目、1点は駆動用小型モーターの利用角で、その利用角は0度〜180度に限定されている事、もう1点は両機能に使用頻度の大幅な違いが有り、絞り機構の常時動作に対し、フィルター切り替え機構は一日に数回、且つその切り替え時に使用する小型モーターの動作時間は１秒にも満たない事である。本発明は以上の着眼点に基づき、小型モーターの回転角を0度〜180度までは絞り機構に、181度〜359度まではフィルター切り替え機構に利用する事とし、一日数回、1秒に満たないフィルター切り替え時間には絞り機構を一時休止し、フィルターの切り替えを実行するもので、両機構に使用する小型モーター及びその駆動回路を兼用し、小型化及び駆動回路の省略化を実現するものである。

本発明の構造分解図を図２に示す。図３は構造を理解し易くする為に図２の
上蓋28を外し中蓋21を透視した状態で上面から見た組立完成図を示しており、以降
図面に基づき本発明が如何にして2種類の機能を一つの小型モーターで実現するかを説明する。

図２に於いて、小型モーター31は基台10の下面に固定され、モーター軸30は基台10に設けられた軸穴11を貫通、基台上部に凸出している、凸出したモーター軸30には変形平歯車16が固着されており、前記変形平歯車は高さ方向上下に2分割され、各々は180度のみ歯車構造を成しており、且つ、前記歯車構造は対称的な位置に設けられ、下歯車は180〜360度、上歯車は0〜180度の位置に設けられている。前記上歯車、上面90度の位置にはフィルター羽根駆動ピン17が固着されており、変形平歯車16の上下の歯車の歯に対応する位置にラックギヤー15及び20が配置され、各々のラックギヤー15、20には絞り羽根13及び18が貼り付けられている、ラックギヤー15、20及び絞り羽根13、18の上面には駆動ピン移動穴23及び扇ギヤー軸受け22を有する中蓋21が載せられ、軸受け22は扇ギヤー24に対応するものであり、小型モーター軸の垂直空間軸上に設けられており、扇ギヤー24は駆動ピン移動穴23から貫通し、凸出ているフィルター羽根駆動ピン17により側面から押され回転する機構を成している、ラックギヤー加工が施されたフィルター羽根25は扇ギヤー24に対応して中蓋21上に載せられ、扇ギヤー24の回転によりスライド移動する構造となっている。

以下、本発明の動作に関して説明する、本発明では絞り機構に利用する駆動用小型モーターの有効利用回転角を0度〜180度とし、また、フィルター切り替え機構に利用する駆動用小型モーターの有効回転角を181度〜359度とする事により、駆動用小型モーターを兼用する事を可能する機構が本発明の特徴である。

先ず絞り機構の動作であるが基本的動作に関しては先願の特許文献３で出願中のアイリス機構と基本的考えは同じではあるが、前記特許文献３に示す従来方式の絞り機構では360度に歯が施されている平歯車と平歯車の平面に対応し、互いに向き合う形でラックギヤーを配し、小型モーターの0度〜180度の往復回転運動を直線運動に変換し、重ねられた2枚の絞り羽根を互いに逆方向にスライド移動させる事で、絞り機構を実現している。

本発明でも小型モーター31の軸30に固着された2層の平歯車、即ち、変形ギヤー16を挟む形で互いに向き合う位置に配置されたラックギヤー15、20を小型モーターの0度〜180度の往復回転運動にて、直線運動に変換し、2枚の絞り羽根を互いに逆方向にスライド移動させ、絞り機構を実現する基本動作には変わりは無いが、本発明の特徴は2層の平歯車で構成される変形平歯車16にあり、前記変形平歯車16は180度のみに歯が施された平歯車
が、180度に対抗して上下に2層に組み合わされた形状となっており、この上下の歯の形状
に対応して2枚の絞り羽根13、18が貼り付けられた、ラックギヤー15、20の歯が噛み合わされる位置に配置されていることで、小型モーターの回転角0度〜180度の往復回転運動のみ変形平歯車16の歯とラックギヤー15、20の歯の噛み合いが有効になり、前記噛み合わせにより絞り羽根13、18を互いに逆方向にスライド移動させ、結果、小型モーター31の回転角0度〜180度の往復回転運動のみ絞り機構の動作が有効になる様に成されているのが本発明の特徴になる。

次にフィルター羽根25の切り替え機構に関し、詳細に説明することとする。変形平歯車歯16には、例えば、上層歯車0度〜180に施された歯の内側で90度の位置にフィルター羽根駆動ピン17が固着されており、前記フィルター羽根駆動ピン17は中蓋に施された駆動ピン移動穴23を貫通し、凸出している。図４は説明の都合上、中蓋を透視した図で示してあるが、扇ギヤー軸受け22は小型モーター軸30に固着されている変形平歯車16の軸上の空間に位置する中蓋21上に設けられており、その周囲、250度〜180度〜0度〜290度の間には駆動ピン移動穴23が設けられ、前記、駆動ピン移動穴23を貫通し、凸出したフィルター羽根駆動ピン17はその間を自由に移動可能となっている。

図４に示したラックギヤー15、20、変形平歯車16、フィルター羽根移動ピン17、扇ギヤー24、の１で示した位置関係は絞り機構の中間絞り位置で小型モーター31の回転角では90度の位置状態（図７を参照）を示している、この時、例えばフィルターが赤外線フィルター26の時の場合は扇ギヤー24の左側面は290度位置に停止しており、絞り機構の動作時は小型モーターの回転角が0度〜180度である事から無関係の状態でいる。

図４、図５、図６ではフィルター切り替え機構のフィルター切り替え動作時のフィルター羽根駆動ピン17の機構的動きを示しており、図７でフィルター羽根駆動ピン17の状態変移フォロー図を示している。ここでこれらの図を使用し如何にしてフィルター羽根25をスライド移動し、フィルターを切り替えるかを説明する。

図５は図４の赤外線フィルター26の位置から透過フィルター27に切り替わる過程を示している。絞り機構の動作時、フィルター羽根駆動ピン17は絞り機構の回転角0度〜180度の間を往復している状態であるが、例えば、前記、赤外線フィルター26から透過フィルター27への切り替え時は、先ず小型モーター31の回転角、即ち、フィルター羽根駆動ピン17を135度２の位置に移動した後、小型モーター31の回転角、即ち、フィルター
羽根駆動ピン17を時計方向に回転し、255度の位置に移動し、扇ギヤーの側面を押し移動する事により扇ギヤー24が３の位置に回転しフィルター羽根25がスライド移動させる、結
果、フィルターが赤外線フィルター26から透過フィルター27に切り替わり、後に、再び小
型モーター31の回転角を135度２の位置に移動し、元の絞り位置、例えば図６の１の位置に戻る。

透過フィルター27から赤外線フィルター26に切り替える時はこの逆で、絞り機構動作時のフィルター羽根駆動ピン17は絞り機構の回転角0度〜180度の間を往復している状態から、例えば、前記、透過フィルター27から赤外線フィルター26への切り替え時は、先ず小型モーター31の回転角、即ち、フィルター羽根駆動ピン17を45度の位置に移動した後、小型モーター31の回転角、即ち、フィルター羽根駆動ピン17を315度の位置に移動する、その時、フィルター羽根駆動ピン17は反時計方向に回転し315度の位置に移動し、扇ギヤーの側面を押し移動する事により扇ギヤー24が図４の１の位置に回転しフィルター羽根25がスライド移動し、結果、フィルターが透過フィルター27から赤外線フィルター26に切り替わり、後に、再び小型モーター31の回転角、即ち、フィルター羽根駆動ピン17を45度の位置に移動し、元の絞り位置、例えば図４の１の位置に戻る。

図８に前記フィルターの切り替えを実現する為の電気回路の基本ブロック図を、絞り機構動作時のフィター羽根駆動ピン17と変形ギヤー16の動作表を図９に、図１０には赤外線カットフィルター及び透過フィルター切り替え機構動作時の動作表を示し、以下、この図に沿って、小型モーター31の駆動処理に関し説明をする。

図８の入力電圧Ev 32は小型モーター31を制御する制御電圧で絞り値、及びフィルター切り替え時の回転方向を決める入力電圧で、非反転増幅器33は制御電圧を正方向に増幅する増幅器、反転増幅器34は制御電圧を負方向に増幅する増幅器で、非反転及び反転増幅器は同じ増幅度を有し、その出力は互いに反比例関係となる。比較器35は非反転増幅器33の出力と反転増幅器34の出力とを比較する比較器でその比較結果はアナログスイッチ36の切り替え信号として使用され、比較器35の結果を得て非反転増幅器33の出力か反転増幅器34の出力を選択するかを選択し、駆動増幅器B＋38の入力信号としている。従って駆動増幅器B＋38の入力電圧はEV 32の0V〜1/2の点で最大となり、EV 32の最大値で再び0Vとなる。駆動増幅器A＋37は小型モーター40の駆動コイルAのa1に接続され、駆動増幅器A−39は駆動コイルAのa2に接続され、駆動増幅器A＋37と駆動増幅器A−39で駆動コイルAを差動で駆動する。駆動増幅器B＋38は小型モーター40の駆動コイルBのb1に接続され、駆動コイルBのb2には駆動増幅器B−42が接続され、駆動増幅器B−42の入力に接続されるアナログスイッチ41の選択結果により、小型モーターの回転角を0〜180度に選択するか281度〜359度にするか決定される。例えばアナログスイッチ41がGNDに選択されている時は小型モーターの回転角は0〜180度に限られ、Vccを
選択している時は小型モーターの回転角は181〜359度に限られる。

図９に例えばアナログスイッチ41がGNDに選択されている時、即ち、絞り機構動作時に制御電圧EV 32として0V〜Vccまで変化させた場合、フィルター羽根駆動ピンと変形ギヤーの回転角がどの様に変化するかを表として、0V、Vcc/4、Vcc/2、3 Vcc/4、Vccの制御電圧を例に上げ、駆動コイルAの磁極の向き、駆動コイルBの磁極の向き、前記駆動コイルAと駆動コイルBの合成磁界によるフィルター羽根駆動ピンと変形ギヤーの回転角を示す。前記図９に示す如く、絞り機構動作時は制御電圧0V〜Vccの間では、入力制御電圧値に対応して変形ギヤー16の回転角は0度〜180度に限られ、結果、前記回転角に対応して、絞り羽根13、18は互いに逆方向にスライド移動して、絞り値が制御される結果となる。

図１０に赤外線カットフィルター及び透過フィルター切り替え時のフィルター羽根駆動ピンと変形ギヤーの回転角を表で示し、赤外線カットフィルター及び透過フィルター切り替え時の小型モーター31の駆動に関して説明する。

図１０はフィルター切り替えタイミング信号（フィルター切り替えSWのON/OFF）、フィルター切り替え時の回転方向確定の制御電圧（EV）のタイミング、駆動コイルBの極性切り替えタイミング、前記、回転方向確定の制御電圧タイミング時の制御電圧値（EV）、駆動コイルAの磁極の向き、駆動コイルBの磁極の向き、前記駆動コイルAと駆動コイルBの合成磁界によるフィルター羽根駆動ピン17と変形ギヤー16の回転角、フィルター羽根25をスライド移動させる扇ギヤー24の回転角、前記各タイミングに於ける赤外線カットフィルター及び透過フィルターの動きを表で示しているが、この表を使用し、フィルター羽根25の切り替えを如何にして行うかを説明する事とする。

先ず、フィルター切り替えのタイミングはフィルター切り替えSWにより実行指示される事となる。それがフィルター切り替えタイミング信号で、フィルターの切り替えに要する時間だけ、所定の制御電圧、例えば、赤外線カットフィルターに切り替える時はVcc/4を与え、フィルター羽根駆動ピン17即ち、変形ギヤーの回転角を45度点に、透過フィルターに切り替える時は3Vcc/4を与え、フィルター羽根駆動ピン17、即ち、変形ギヤーの回転角を135度点に移動し、駆動コイルBの極性を切り替える、結果、赤外線カットフィルター切り替え時はフィルター羽根駆動ピン17は反時計方向に回転し、315度点に移動し、透過フィルター切り替え時には時計方向に回転し、225度点に移動し、扇ギヤー24を側面から押し、回転させる事でフィルター羽根25をスライド移動させ、フィルターの切り替えを果たす事になる。後、Bコイルの極性を元に戻す事で、フィルター羽根駆動ピン17、即
ち、変形ギヤー16は、赤外線カットフィルター切り替え時は時計方向に回転し、元の位置
45度点に移動し、透過フィルター切り替え時には反時計方向に回転し135度点に戻り、通常の絞り制御状態に復帰する。

以上、従来の撮像装置が絞り機構とフィルター切り替え機構を別々の小型モーターと駆動回路を使用していたのに対し、両機能の小型モーターを共用する事で駆動回路も共用出来、結果、両機能を必要とする撮像装置のコスト及び小型化の実現に貢献する事が出来る。

図１従来技術で小型モーターが個々に使用されている、フィルター切り替え機構付、絞り機構の基本構造図
図２本発明のフィルター機構付き絞り機構の分解図
図３、図２の上蓋28を外し中蓋21を透視した状態で上面から見た組立完成図
図４、図５、図６フィルター切り替え稼働時のラックギヤー15、20、変形平歯車16、フィルター羽根移動ピン17、扇ギヤー24、の位置関係を示す図
図７フィルター羽根駆動ピンの状態変移図
図８絞り及びフィルターの切り替えを実現する為の電気回路の基本ブロック図
図９絞り機構時の制御電圧と変形ギヤーの回転角を表した表
図１０フィルター切り替えのタイミング、制御電圧とフィルター羽根駆動ピンの回転角を表した表

イ・・赤外線カットフィルター切り替え一体型機構
ロ・・絞り機構
ハ・・赤外線カットフィルター切り替え機構
2・・小型モーター
3・・小型モーター
5・・回転アーム
6・・絞り羽根
7・・回転アーム
8・・赤外線カットフィルター
9・・透過フィルター
10・・基台
11・・軸穴
12・・基台絞り穴
13・・絞り羽根B
14・・絞り穴B
15・・ラックギヤーB
16・・変形平歯車
17・・フィルター羽根駆動ピン
18・・絞り羽根A
19・・絞り穴A
20・・ラックギヤーA
21・・中蓋
22・・扇ギヤー軸受け
23・・駆動ピン移動穴
24・・扇ギヤー
25・・フィルター羽根
26・・赤外線カットフィルター
27・・透過フィルター
28・・上蓋
29・・上蓋絞り穴
30・・モーター軸
31・・小型モーター
32・・小型モーター制御電圧EV
33・・非反転増幅器
34・・反転増幅器
35・・レベル比較器
36・・アナログスィッチ
37・・駆動増幅器A+
38・・駆動増幅器B＋
39・・駆動増幅器A−
40・・小型モーター
41・・アナログスィッチ
42・・駆動増幅器B−
43・・Bコイル極性切り替え信号

Claims (6)

1. 絞り機構とフィルター切り替え機構を一体化した機構であって、前記両機能に使用する小型モーターは一個で共用とし、前記小型モーター軸の回転角は制御回路で360度以内の回転往復運動をする事を特徴とする制御回路と機構。
2. 請求項１に記載する絞り、フィルター切り替え一体型機構であって、前記小型モーターは直径方向に着磁されたローターと前記ローターを囲むように、且つ互いに直交するように配置され駆動コイルAと駆動コイルBを持ち、前記ローターが前記駆動コイルAと駆動コイルBとからなる合成磁界により回転運動をするソレノイドアクチュエーターであって、前記駆動コイルAを差動駆動し、駆動コイルBをシングルエンド駆動する事で直流又は脈流の制御電圧でローターを180度以内の往復運動をさせ、且つ、駆動コイルBの片端をGND
   とVccとに切り替える事で、小型モーターの回転角を181度＜359度の回転角に変換する事を特徴とする制御回路と機構。
3. 請求項１及び請求項２に記載する絞り、フィルター切り替え一体型機構であって、請求項２に記載する小型モーター軸に使用する歯車は高さ方向上下に2分割され、各々は180度のみ歯車構造を成しており、前記歯車構造は対称的な位置、例えば、下歯車は180〜360度、上歯車は0〜180度の位置に設けられ、且つ、前記上歯車、上面90度の位置にはフィルターを駆動する為のピンを設ける事で上下の歯車で絞り機構を上面のピンでフィルター切り替え機構を小型モーターの回転角で分離駆動する事を特徴とした歯車機構を有する絞り、フィルター切り替え一体型機構。
4. 請求項１、請求項２及び請求項３に記載する絞り、フィルター切り替え一体型機構であって、請求項３に記載する歯車を固着させた小型モーター軸の垂直空間上に設けた軸受けに回転可能とする扇型状の歯車を配置し、前記小型モーター軸に固着された請求項３の歯車機構のピンで前記扇型状の歯車の側面を押し、回転させる事で前記扇型状の歯車と噛み合わせてある、ラックギヤー加工が施されたフィルター羽根をスライド移動させる事で絞り機構とフィルター機構を空間的に分離、一個の小型モーターの回転角で両機構を分離駆動する事を可能とした機構。
5. 請求項１、請求項２、請求項３及び請求項４に記載する絞り、フィルター切り替え一体型機構であって、請求項３、請求項４に記載する歯車の回転によりスライド移動される絞り羽根及びフィルター羽根が歯車の噛み合わせ又はピン押し圧力から抜けた時、絞り羽根及びフィルター羽根が固定される様にクリック機構を設ける事で機構の姿勢によらず安定
   な動作を実行する事を特徴とする絞り、フィルター切り替え一体型機構。
6. 請求項１、請求項２、請求項３、及び請求項４に記載する絞り、フィルター切り替え一体型機構であって、前記機構の駆動コイルBの片端をGNDからVccと切り替える事で、小型モーターの回転角を181度＜359度、又は0度〜180度に切り替える時に、予め、制御電圧を＜1/2Vccにする事で小型モーターの回転を反時計方向に回転させ359度〜271度の回転角に変換、また制御電圧を＞1/2Vccする事で小型モーターの回転を時計方向に回転させ181度〜269度の回転角に変換する事を特徴とする制御回路。