JP2018155845A - シャッタ装置、およびシャッタ装置の制御方法 - Google Patents

シャッタ装置、およびシャッタ装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度に駆動可能なシャッタ装置を提供すること。【解決手段】フルステップ駆動モード、およびマイクロステップ駆動モードで駆動するモータと、カム部を備えるカムギアと、カム部と摺動するカムフォロワを備える駆動部材と、露光用の開口部を開放する開放状態と開口部を閉鎖する閉鎖状態との間を移動可能な羽根群と、を有し、カム部には、カムフォロワが摺動する場合に開放状態または閉鎖状態の一方の状態である羽根群が一方の状態を維持する羽根維持区間、およびカムフォロワが摺動する場合に一方の状態である羽根群が他方の状態に移動する羽根駆動区間が形成され、カムフォロワが羽根維持区間および羽根駆動区間の順に摺動する場合、モータは、カムフォロワが羽根維持区間と摺動する間、マイクロステップ駆動モードで駆動し、カムフォロワが羽根駆動区間と摺動する間、フルステップ駆動モードで駆動する。【選択図】図9

Description

本発明は、シャッタ装置、およびシャッタ装置の制御方法に関する。
カメラ用のシャッタ装置として、フォーカルプレンシャッタが知られている。フォーカルプレンシャッタは、2つのシャッタ羽根(先幕、後幕)によって形成されるスリットが、撮像面を連続的に露光するように動作する。各シャッタ羽根は、シャッタ地板の開口部を覆う閉鎖状態と、開口部を開放する位置に退避した開放状態との間を往復動作可能である。
モータを駆動することでカム部材を回動させ、この動作に応じてカムフォロワがカム部材に形成されたカム溝と摺動することで、カムフォロワを介して各シャッタ羽根が閉鎖状態と開放状態との間を往復動作することができる。カム溝は、各シャッタ羽根を移動させことなくカム部材の移動を可能とする第1のカム領域、各シャッタ羽根を閉鎖状態から開放状態に駆動する第2のカム領域、および各シャッタ羽根を移動させことなくカム部材の移動を可能とする第3のカム領域とを有している。各シャッタ羽根は第1、第2、第3の順にカム領域をトレース(従動)する。
各シャッタ羽根を動作させるモータの駆動モードとして、決められた時間間隔に従ってモータのコイルの通電状態を切り換え駆動する第1のモータ駆動モードが知られている。また、モータに備えられたロータの位置を検出することが可能であって、位置検出の結果に応じて、モータのコイルに対する通電状態を切り換え駆動する第2のモータ駆動モードが知られている。
特許文献1には、カムフォロワがカム部材の第1のカム領域と摺動する場合に第1のモータ駆動モードでモータを駆動し、第2のカム領域と摺動する場合に第2のモータ駆動モードでモータを駆動する構成が開示されている。
国際公開第2015/071988号
しかしながら、特許文献1に開示された構成では、カムフォロワが第1のカム領域と摺動する場合に第1のモータ駆動モードでモータを駆動するため、所定の時間間隔に対するモータの理想となる位相に対して、実際の位相にずれが生じてしまう場合がある。カムフォロワが第1のカム領域と摺動する期間は、カム部材の回転開始から各シャッタ羽根を動作させるまでの期間(助走期間)である。したがって、理想となる位相に対する当該期間におけるモータの位相のずれにより、シャッタ秒時の精度が低下し、より高速なシャッタ秒時を実現することができない。
このような課題に鑑みて、本発明は、高精度に駆動可能なシャッタ装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面としてのシャッタ装置は、一定の通電量で各相に通電を行うフルステップ駆動モード、および段階的に通電量を変化させながら各相に通電を行うマイクロステップ駆動モードで駆動するモータと、前記モータの出力軸に接続され、カム部を備えるカムギアと、前記カム部と摺動するカムフォロワを備える駆動部材と、前記モータの回動により、前記カムギアおよび前記駆動部材を介して、露光用の開口部を開放する開放状態と前記開口部を閉鎖する閉鎖状態との間を移動可能な羽根群と、を有し、前記カム部には、前記カムフォロワが摺動する場合に前記開放状態または前記閉鎖状態の一方の状態である前記羽根群が前記一方の状態を維持する羽根維持区間、および前記カムフォロワが摺動する場合に前記一方の状態である前記羽根群が他方の状態に移動する羽根駆動区間が形成され、前記カムフォロワが前記羽根維持区間および前記羽根駆動区間の順に摺動する場合、前記モータは、前記カムフォロワが前記羽根維持区間と摺動する間、前記マイクロステップ駆動モードで駆動し、前記カムフォロワが前記羽根駆動区間と摺動する間、前記フルステップ駆動モードで駆動することを特徴とする。
また、本発明の他の側面としてのシャッタ装置の制御方法は、一定の通電量で各相に通電を行うフルステップ駆動モード、および段階的に通電量を変化させながら各相に通電を行うマイクロステップ駆動モードで駆動するモータと、前記モータの出力軸に接続され、カム部を備えるカムギアと、前記カム部と摺動するカムフォロワを備える駆動部材と、前記モータの回動により、前記カムギアおよび前記駆動部材を介して、露光用の開口部を開放する開放状態と前記開口部を閉鎖する閉鎖状態との間を移動可能な羽根群と、を有し、前記カム部には、前記カムフォロワが摺動する場合に前記開放状態または前記閉鎖状態の一方の状態である前記羽根群が前記一方の状態を維持する羽根維持区間、および前記カムフォロワが摺動する場合に前記一方の状態である前記羽根群が他方の状態に移動する羽根駆動区間が形成されているシャッタ装置の制御方法であって、前記カムフォロワが前記羽根維持区間を摺動する間、前記モータが前記マイクロステップ駆動モードで駆動するステップと、前記カムフォロワが前記羽根駆動区間で摺動する間、前記モータが前記フルステップ駆動モードで駆動するステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、高精度に駆動可能なシャッタ装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係るシャッタ装置を備える撮像装置の概略図である。 実施例1の駆動制御部の電気回路のブロック図である。 実施例1のモータの外観斜視図である。 実施例1のモータのコイルに一定電流を通電した場合のロータの電気角とモータトルクとの関係図である。 実施例1のヨークおよびマグネットの位相関係を示すモータの軸直角方向断面図である。 実施例1のフルステップ駆動時のコイルヘの通電電流と経過時間との関係図である。 実施例1のマイクロステップ駆動時のステップ数とコイルへの通電電流との関係図である。 実施例1のフルステップ駆動時とマイクロステップ駆動時のステップ数とコイルへの通電電流との関係図である。 実施例1のマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合のステップ数とコイルへの通電電流との関係の一例を示す図である。 実施例1のフォーカルプレンシャッタの分解斜視図である。 実施例1のカムギアのカム領域を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットの待機状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットのバネチャージ完了状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットのバネ加速完了状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットの羽根駆動直前状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットの羽根走行完了状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ開始状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ完了状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットの待機状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットのバネチャージ完了状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットのバネ加速完了状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットの羽根駆動直前状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットの羽根走行完了状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ開始状態を示す図である。 実施例1の第2シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ完了状態を示す図である。 実施例1の第1シャッタユニットと第2シャッタユニットの露光時の一連の動作の説明図である。 実施例2のマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合のステップ数とコイルへの通電電流との関係の一例を示す図である。 実施例3のマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合のステップ数とコイルへの通電電流との関係の一例を示す図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の実施形態に係るシャッタ装置SHを備える撮像装置IAの概略図である。撮像装置IAは、撮像光学系IOSを保持するレンズ鏡筒LBと、シャッタ装置SHおよび撮像素子IEを保持するカメラ本体CBと、を有する。なお、レンズ鏡筒LBは、カメラ本体CBに着脱可能に取り付けられるように構成されていてもよい。
まず、シャッタ装置SHの駆動制御部1000の詳細について説明する。図2は、駆動制御部1000のブロック図である。駆動制御部1000は、同構造であるモータMa、Mb、制御回路(制御部)13、モータMaのコイルに通電を行うモータドライバ(駆動ドライバ)14、モータMbのコイルに通電を行うモータドライバ(駆動ドライバ)15、およびメモリ16を有する。
図3は、モータ1(Ma、Mb)の外観斜視図である。なお、説明のため、図3では一部の部品を破断して示している。
ロータ3は、マグネット2を備え、制御回路13によって回転可能に制御される。マグネット2は、円筒形状に形成され、外周面を周方向に分割して、異なる極に交互に多極着磁されている。本実施例では、8分割すなわち8極に着磁されているが、8極に限らず、4極や12極に着磁されてもよい。
第1のコイル4は、マグネット2の軸方向の第1端に配置されている。第1のヨーク6は、軟磁性材料で、マグネット2の外周面に隙間を持って対向して形成されている。また、第1のヨーク6は、円環状の本体部から軸方向に延出され、周方向に所定の間隔で配置された複数の第1の磁極部6aを備えている。第1の磁極部6aは、第1のコイル4に通電されることで励磁される。第1のコイル4、第1のヨーク6、および複数の第1の磁極部6aに対向するマグネット2によって第1のステータユニットが構成されている。
第2のコイル5は、マグネット2の軸方向の第2端(第1のコイル4が取り付けられた軸方向の第1端と反対側の端部)に配置されている。第2のヨーク7は、軟磁性材料で、マグネット2の外周面に隙間を持って対向して形成されている。また、第2のヨーク7は、円環状の本体部から軸方向に延出され、周方向に所定の間隔で配置された複数の第2の磁極部7aを備えている。第2の磁極部7aは、第2のコイル5に通電されることで励磁される。第2のコイル5、第2のヨーク7、および複数の第2の磁極部7aに対向するマグネット2によって第2のステータユニットが構成されている。
第1の磁極部6aと第2の磁極部7aに励磁される極(N極、S極)を切り換えることで、ロータ3に与えるトルクを変化させることができる。
なお、出力軸側から見て、ロータ3を時計回りに回転させることを正転、反時計回りに回転させることを逆転という。
図4は、第1および第2のコイル4、5に一定電流を通電した場合のロータ3の電気角とモータ1(Ma、Mb)のトルクとの関係図である。横軸は電気角、縦軸はモータトルクを表している。モータトルクは、ロータ3を正転させるトルクを正とする。
図5は、各ヨークおよびマグネット3の位相関係を示すモータMa(Mb)の軸直交方向断面図である。第1のコイル4に正方向の電流を流すと、第1の磁極部6aがN極に磁化され、第2のコイル5に正方向の電流を流すと、第2の磁極部7aがN極に磁化されるとする。
図5(a)は、マグネット2の着磁された極の中心と第1の磁極部6aとの距離が、極の中心と第2の磁極部7aとの距離と同一となっている状態である。図5(a)の状態の位相は、図3中に符号aとして示されている。図5(a)の状態では、回転位相を保持する力は発生しているが、マグネット2はS極が第1の磁極部6aと第2の磁極部7aに引きつけられて釣り合った状態であるため、回転駆動力は発生していない。図5(a)の状態から第2の磁極部7aに励磁される極をS極に切り換えると、ロータ3は図5(b)の状態になるまで回転する。
図5(b)の状態では、図5(a)の状態と同様に回転位相を保持する力は発生しているが、回転駆動力は発生していない。すなわち、マグネット2は、S極とN極がそれぞれ第1および第2の磁極部6a、7aに引きつけられて釣り合った状態である。
メモリ16には、モータ1(Ma、Mb)の第1および第2のコイル4、5の各相に通電する駆動周波数の組み合わせが記憶されている。そのため、駆動周波数に従い第1および第2のコイル4、5の通電方向を切り換えて、第1の磁極部6aと第2の磁極部7aの極性を切り換えることでロータ3を回転させることができる。
このように、第1および第2のコイル4、5への通電を一定の通電量にて切り換えを行うことで、フルステップ駆動モードでの駆動(フルステップ駆動)を行うことができる。図6は、フルステップ駆動時の第1および第2のコイル4、5への通電電流と経過時間との関係図である。図6(a)および図6(b)はそれぞれ、第1および第2のコイル4、5への通電を表している。
また、第1および第2のコイル4、5へ通電する電流値の比率を変化させることで、図5(a)、(b)に示される位相の間に回転子、すなわちマグネット2を停止させる、マイクロステップ駆動を行うことができる。
以下、マイクロステップ駆動モードでの駆動(マイクロステップ駆動)について説明する。図7は、マイクロステップ駆動時の第1および第2のコイル4、5への通電電流とステップ数との関係図である。
メモリ16には、マイクロステップ駆動の駆動周波数のテーブルとして(A1、B1)、(A2、B2)、(A3、B3)、・・・、(Am、Bm)の第1および第2のコイル4、5に通電する電流値の比率を示すマイクロステップ駆動テーブルが記憶されている。A1、A2、A3、…、Amは第1のコイル4へ通電する電流値の比率、B1、B2、B3、…、Bmは第2のコイル5に通電する電流値の比率である。電流値の変更の方式としては印加電圧のパルス幅変調方式(PWM制御方式)があり、このような通電方式の場合、マイクロステップ駆動テーブルに記憶されている値として、通電のデューティー値のデータが記憶されている。
マイクロステップ駆動では、第1および第2のコイル4、5に通電する電流値の比率を下げるため、フルステップ駆動に対して駆動力が小さくなってしまう。しかしながら、マイクロステップ駆動では、モータの出力軸の回転の分解能はフルステップ駆動よりも高いため、被駆動物の制御性が向上する。
このような理由で、被駆動物を高精度に駆動する場合、マイクロステップ駆動で所望の速度まで駆動し、一定の速度以上においてはフルステップ駆動でさらに高速に駆動する方法を用いればよい。
次に、フルステップ駆動とマイクロステップ駆動の切り換えについて説明する。図8は、フルステップ駆動時とマイクロステップ駆動時のステップ数と第1および第2のコイル4、5への通電電流との関係図である。
マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り換え、またはフルステップ駆動からマイクロステップ駆動への切り換えは、マイクロステップ駆動時における各相の通電電流の絶対値が一致するタイミングa〜dで行われる。例えば、タイミングcでマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合、ステップ数と第1および第2のコイルへの通電電流との関係は、図9に示されるように変化する。なお、切り換え時の各相の通電電流の絶対値は、厳密に一致する必要はなく、実質的に一致(略一致)すればよい。また、マイクロステップ駆動テーブルは、段階的に通電電流が変化する場合、各相の通電電流の絶対値が一致する組み合わせのテーブルになるとは限らない。この場合、駆動の切り換えは、各相の通電電流の絶対値が略一致するタイミングで行えばよい。
駆動を切り換えるタイミングは、2つのコイルヘの通電電流の比が1対1、または実質的に1対1で、フルステップ駆動時もマイクロステップ駆動時も同じ、またはほぼ同じであるから、ロータ回転位置は駆動モードの切り換えによる変化はない。これによりマイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り換え、またはフルステップ駆動からマイクロステップ駆動への切り換えを行っても、滑らかに回転が移行し、切り換えによる振動の発生や脱調を抑制することができる。
以下、本実施例のフォーカルプレンシャッタ100の構成について説明する。図10は、フォーカルプレンシャッタ100の分解斜視図である。フォーカルプレンシャッタ100は、第1シャッタユニットおよび第2シャッタユニットを有する。
第1シャッタユニットは、モータMa、第1ピニオンギヤ101、第1取り付け板102、第1カバー103、第1羽根ユニット、第1カムギア107、第1スプリング108、第1駆動レバー109、カムベース104、およびシャッタ地板105を有する。
第1ピニオンギヤ101は、モータMaの出力軸に固着されている。第1取り付け板102は、モータMaが固着され、カムベース104に固定されている。第1カバー103は、第1取り付け板102を介して、モータMaを固定する。カムベース104は、シャッタ地板105に固定される。シャッタ地板105は、露光用の開口部105aを備える。
第1羽根ユニットは、第1羽根群106および第1羽根アーム110から構成される。第1羽根群106は、第1羽根106a、106bから構成され、第1羽根アーム110に連結されている。第1羽根群106は、第1羽根アーム110の回転に応じてシャッタ地板105の開口部105aを覆い被写体光を撮像素子IEに届かないようにする遮光状態(閉鎖状態)と、開口部105aから退避し被写体光を撮像素子IEに導く開放状態に移動可能である。
第1カムギア107は、モータMaの出力軸に接続されている。第1カムギア107は、第1スプリング(付勢部材)108の後述する腕部108aおよび腕部108bと係合可能な突起部107aを有し、第1駆動レバー109のカムフォロワ109aが摺動可能に嵌合するカム溝107bが形成されている。カム溝107bは、図11に示されるように、第1のカム領域A(羽根維持区間、助走区間)、第2のカム領域B(羽根駆動区間)、および第3のカム領域C(羽根維持区間、減速区間)から構成されている。本実施例では、カムフォロワ109aが、第1のカム領域Aに対して摺動する状態を助走状態、第2のカム領域Bと摺動する状態を羽根駆動状態、第3のカム領域Cと摺動する状態を減速状態という。第1のカム領域Aおよび第3のカム領域Cは、第1カムギア107の回転中心と同心に形成されている。また、第1カムギア107には、カムベース104の軸104aが嵌合する穴107cが形成されている。また、第1カムギア107はおもり107dと一体的に構成され、慣性質量が第1羽根群106や第1駆動レバー109に対して大きくなっている。
第1スプリング108は、内径部が第1カバー103の円筒部103cにガイドされ、腕部108aは反時計回り方向へ、腕部108bは時計回り方向へ、付勢力が発生するようにチャージされている。腕部108aは、第1カバー103の係止部103aにより、反時計回り方向への移動が規制される。また、腕部108bは、第1カバー103の係止部103bにより時計回り方向への移動が規制される。
第1駆動レバー(駆動部材)109は、カムベース104に回転可能に取り付けられ、カム溝107bと嵌合しているカムフォロワ109aを介して、第1カムギア107の回転に応じて回動する。
第1羽根アーム110は、メインアーム110aおよびサブアーム110bから構成され、第1駆動レバー109の駆動ピン109bにより回転するように、シャッタ地板105に取り付けられている。
第2シャッタユニットは、モータMb、第2ピニオンギヤ111、第2取り付け板112、第2カバー113、第2羽根ユニット、第2カムギア117、第2スプリング118、第2駆動レバー119、カムベース104、およびシャッタ地板105を有する。
第2ピニオンギヤ111は、モータMbの出力軸に固着されている。第2取り付け板112は、モータMbが固着され、カムベース104に固定されている。第2カバー113は、第2取り付け板102を介して、モータMbを固定する。
第2羽根ユニットは、第2羽根群126および第2羽根アーム120から構成される。第2羽根群116は、第2羽根116a、116b、116cから構成され、第2羽根アーム120に連結されている。第2羽根群116は、第2羽根アーム120の回転に応じてシャッタ地板105の開口部105aを覆い被写体光を撮像素子IEに届かないようにする遮光状態(閉鎖状態)と、開口部105aから退避し被写体光を撮像素子IEに導く開放状態に移動可能である。
第2カムギア117は、モータMbの出力軸に接続されている。第2カムギア117は、第2スプリング(付勢部材)118の後述する腕部118aおよび腕部118bと係合可能な突起部117aを有し、第2駆動レバー119のカムフォロワ119aが摺動可能に嵌合するカム溝117bが形成されている。カム溝117bは、図11に示されるように、第1のカム領域A(羽根維持区間、助走区間)、第2のカム領域B(羽根駆動区間)、および第3のカム領域C(羽根維持区間、減速区間)から構成されている。本実施例では、カムフォロワ119aが、第1のカム領域Aに対して摺動する状態を助走状態、第2のカム領域Bと摺動する状態を羽根駆動状態、第3のカム領域Cと摺動する状態を減速状態という。第1のカム領域Aおよび第3のカム領域Cは、第2カムギア107の回転中心と同心上に形成されている。また、第2カムギア117には、カムベース104の軸104aが嵌合する穴117cが形成されている。また、第2カムギア117はおもり117dと一体的に構成され、慣性質量が第2羽根群116や第2駆動レバー119に対して大きくなっている。
第2スプリング118は、内径部が第2カバー113の円筒部113cにガイドされ、腕部118aは反時計回り方向へ、腕部118bは時計回り方向へ、付勢力が発生するようにチャージされている。腕部118aは、第2カバー113の係止部113aにより、反時計回り方向への移動が規制される。また、腕部118bは、第2カバー113の係止部113bにより時計回り方向への移動が規制される。
第2駆動レバー(駆動部材)119は、カムベース104に回転可能に取り付けられ、カム溝117bと嵌合しているカムフォロワ119aを介して、第2カムギア117の回転に応じて回動する。
第2羽根アーム120は、メインアーム120aおよびサブアーム120bから構成され、第2駆動レバー119の駆動ピン119bにより回転するように、シャッタ地板105に取り付けられている。
以下、図12から図18を参照して、第1シャッタユニットの動作について説明する。
図12は、第1シャッタユニットの待機状態(初期状態)を示す図である。この状態では、第1駆動レバー109のカムフォロワ109aは第1カムギア107のカム溝107bの第1のカム領域Aと嵌合しており、第1羽根群106は遮光状態で保持されている。また、第1カムギア107の突起部107aは、第1スプリング108の腕部108bから時計回り方向へ付勢されていない。
図12の状態において、制御回路13がモータMaを正転させると、第1カムギア107が反時計回りに回転する。このとき、突起部107aは、腕部108bに当接し、第1スプリング108をチャージしていく。したがって、制御回路13は、第1スプリング108の付勢力に抗してモータMaを回転させる必要があるため、駆動力の大きいフルステップ駆動でモータMaを駆動する。第1カムギア107が反時計回りに回転する間、カムフォロワ109aは第1のカム領域Aと摺動する。しかしながら、第1のカム領域Aは第1カムギア107の回転中心と同心に形成されているため、第1駆動レバー109は回転せず、第1羽根群106は遮光状態で保持されている。突起部107aがストッパー(不図示)に当接することで、第1シャッタユニットは図13の状態になる。
図13は、第1シャッタユニットのバネチャージ完了状態を示す図である。図13の状態において、制御回路13は、レリーズ信号に対応してモータMaをマイクロステップ駆動で逆転させる。モータMaの回転に応じて、第1カムギア107は時計回りに回転し、第1シャッタユニットは図14の状態を経て図15の状態になる。図14は、第1シャッタユニットのバネ加速完了状態を示す図である。図15は、第1シャッタユニットの羽根駆動直前状態を示す図である。本実施例では、第1シャッタユニットは、図13の状態から図15の状態において、助走状態である。本実施例では、カム溝107bのカム領域Aのうち、第1カムギア107が第1スプリング108の付勢力により加速される区間(第1シャッタユニットが図13から図14の状態になるまでの区間)を加速区間という。また、カム溝107bのカム領域Aのうち、第1カムギア107が第1スプリング108により付勢されない区間(第1シャッタユニットが図14から図15の状態になるまでの区間)を非付勢区間という。
助走状態における電気信号と第1シャッタユニットとの位置ズレが小さい状態であれば、第1シャッタユニットがモータMaにより位置制御された状態であるといえる。第1シャッタユニットの位置を制御することができれば撮像素子IEへの露光量を制御することができるため、シャッタ精度を向上させることができる。したがって、助走状態における電気信号と第1シャッタユニットとの位置ズレを最小にすることが重要である。また、電気信号と第1シャッタユニットとの位置ズレは、1ステップのピッチによって制御性が変わり、ピッチが小さいほど小さくなる。そのため、助走状態においてモータMaをマイクロステップ駆動で駆動することは精度を向上させるために非常に有効である。
助走状態では、第1カムギア107は時計回りに回転するが、カムフォロワ109aは第1のカム領域Aと摺動するため、第1駆動レバー109は回転せず、第1羽根群106は遮光状態で保持されている。そのため、助走状態では、モータMaにかかる負荷が非常に小さい。したがって、フルステップ駆動と比較して駆動力が小さくなるマイクロステップ駆動でも、モータMaは、脱調することなく、駆動することができる。
図13の状態から図14の状態では、第1カムギア107は、第1スプリング108の付勢力とモータMaの所定の駆動周波数により徐々に加速されていくとともに、所定の回転速度に対し誤差が少なくなっていく。また、第1スプリング108の付勢力がモータMaの駆動力に追加されることにより、大きな質量をもつ第1カムギア107は容易に高速回転される。図14の状態では、第1カムギア107は、図12の状態と同一の位置に配置されているが、時計回りに所定の速度で回転中である。また、助走状態では、モータMaはマイクロステップ駆動で駆動されているため、コイル通電の切り換え周波数と同調をとって回転するので、図15の状態では、回転数は所望の回転数になる。
図15の状態において、制御回路13がモータMaを逆転させると、第1カムギア107が時計回りに回転し、カムフォロワ109aがカム溝107bの第2のカム領域Bと摺動する。すなわち、第1シャッタユニットは、羽根駆動状態になる。そのため、第1カムギア107の回転に応じて、カムフォロワ109aが第2のカム領域Bと摺動することで、第1駆動レバー109は反時計回りに回転する。第1駆動レバー109が回転することで、第1羽根アーム110が駆動し、第1羽根群106は遮光状態から開放状態に移行していく。
モータMaは図15の状態までマイクロステップ駆動で駆動されているので、第1カムギア107は速度が所望の回転速度に制御され、かつ高速で回転している。第1駆動レバー109が反時計回りに回転する場合、モータMaには第1カムギア107を介して大きな負荷が加わる。したがって、モータMaの駆動力を大きくする必要がある。第1カムギア107は、おもり107dと一体的に構成されており、十分な慣性質量を持っている。そのため、第1カムギア107の回転の運動量を第1羽根ユニットや第1駆動レバー109の駆動の運動量に変換することで、マイクロステップ駆動ほどの高精度な制御がなくても、モータMaは安定して駆動することが可能である。
また、第1羽根ユニットおよび第1駆動レバー109の駆動精度やスピードは、第1駆動レバー109の回転開始時、第1カムギア107の回転状態(スピードや電気信号との同調具合)に大きな影響を与える。しかしながら、第1駆動レバー109の回転以降、モータMaの回転駆動力にほとんど影響を与えない。
したがって、制御回路13は、図15の状態から、モータMaをフルステップ駆動で駆動する。マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り換えは、図7のタイミングa、b、c、dで、かつ第1シャッタユニットが羽根駆動状態になる前、すなわち助走状態中に行われる。
図16は、第1羽根群106が開放状態になった状態、すなわち、第1シャッタユニットの羽根走行完了状態を示す図である。この状態では、カムフォロワ109aはカム溝107bの第3のカム領域Cと篏合しており、第1羽根群106は開放状態で保持されている。すなわち、第1シャッタユニットは、減速状態になる。本実施例では、図16から図18までが、減速状態である。
減速状態では、第1羽根ユニットを精度よく駆動させる必要はなく、また、減速のために大きな駆動力が必要なため、フルステップ駆動が効果的である。また、減速状態では、カムフォロワ109aは第1カムギア107の回転中心と同心に形成されている第3のカム領域Cと摺動するため、第1カムギア107が回転しても、第1駆動レバー109は回転せず、第1羽根群106は開放状態で保持されている。
図16の状態において、制御回路13がモータMaをフルステップ駆動で逆転させると、第1カムギア107が時計回りに回転し、第1シャッタユニットは図17の状態になる。図17は、第1シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ開始状態を示す図である。図17の状態では、突起部107aは、第1スプリング108の腕部108aに当接する。
図17の状態において、制御回路13がモータMaをフルステップ駆動で逆転させると、第1カムギア107は時計回りに回転する。このとき、突起部107aは、第1スプリング108をチャージしていく。突起部107aがストッパー(不図示)に当接することで、第1シャッタユニットは図18の状態になる。図18は、第1シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ完了状態を示す図である。
以下、図19から図25を参照して、第2シャッタユニットの動作について説明する。
図19は、第2シャッタユニットの待機状態(初期状態)を示す図である。この状態では、第2駆動レバー119のカムフォロワ119aは第2カムギア117のカム溝117bの第1のカム領域Aと嵌合しており、第2羽根群116は開放状態で保持されている。また、第2カムギア117の突起部107aは、第2スプリング118の腕部118aから時計回り方向へ付勢されていない。
図19の状態において、制御回路13がモータMbを正転させると、第2カムギア117は反時計回りに回転する。このとき、突起部117aは、腕部118aに当接し、第2スプリング118をチャージしていく。したがって、制御回路13は、第2スプリング118の付勢力に抗してモータMbを回転させる必要があるため、駆動力の大きいフルステップ駆動でモータMbを駆動する。第2カムギア117が反時計回りに回転する間、カムフォロワ119aは第1のカム領域Aと摺動する。しかしながら、第1のカム領域Aは第2カムギア117の回転中心と同心に形成されているため、第2駆動レバー119は回転せず、第2羽根群116は開放状態で保持されている。突起部117aがストッパー(不図示)に当接することで、第2シャッタユニットは図20の状態になる。
図20は、第2シャッタユニットのバネチャージ完了状態を示す図である。図20の状態において、制御回路13は、レリーズ信号に対応してモータMbをマイクロステップ駆動で逆転させる。モータMbの回転に応じて、第2カムギア117は時計回りに回転し、第2シャッタユニットは図21の状態を経て図22の状態になる。図21は、第2シャッタユニットのバネ加速完了状態を示す図である。図22は、第2シャッタユニットの羽根駆動直前状態を示す図である。本実施例では、第1シャッタユニットは、図20の状態から図22の状態において、助走状態である。本実施例では、カム溝117bのカム領域Aのうち、第2カムギア117が第2スプリング118の付勢力により加速される区間(第2シャッタユニットが図20から図21の状態になるまでの区間)を加速区間という。また、カム溝117bのカム領域Aのうち、第2カムギア117が第2スプリング118により付勢されない区間(第2シャッタユニットが図21から図22の状態になるまでの区間)を非付勢区間という。
助走状態における電気信号と第2シャッタユニットとの位置ズレが小さい状態であれば、第2シャッタユニットがモータMbにより位置制御された状態であるといえる。第2シャッタユニットの位置を制御することができれば撮像素子IEへの露光量を制御することができるため、シャッタ精度を向上させることができる。したがって、助走状態における電気信号と第2シャッタユニットとの位置ズレを最小にすることが重要である。また、電気信号と第2シャッタユニットとの位置ズレは、1ステップのピッチによって制御性が変わり、ピッチが小さいほど小さくなる。そのため、助走状態においてモータMbをマイクロステップ駆動で駆動することは、シャッタ精度を向上させるために非常に有効である。
助走状態では、第2カムギア117は時計回りに回転するが、カムフォロワ119aは第1のカム領域Aと嵌合しているため、第2駆動レバー119は回転せず、第2羽根群116が開放状態で保持されている。そのため、助走状態では、モータMbにかかる負荷が非常に小さい。したがって、フルステップ駆動と比較して駆動力が小さくなるマイクロステップ駆動でも、モータMbは、脱調することなく、駆動することができる。
図20の状態から図21の状態では、第2カムギア117は、第2スプリング118の付勢力とモータMbの所定の駆動周波数により徐々に加速されていくとともに、所定の回転速度に対し誤差が少なくなっていく。また、第2スプリング118の付勢力がモータMbの駆動力に追加されることにより、大きな質量をもつ第2カムギア117は容易に高速回転される。図21の状態では、第2カムギア117は、図19の状態と同一の位置に配置されているが、時計回りに所定の速度で回転中である。また、助走状態では、モータMbはマイクロステップ駆動で駆動されているため、コイル通電の切り換え周波数と同調をとって回転するので、図22の状態では、回転数は所望の回転数になる。
図22の状態において、制御回路13がモータMbを逆転させると、第2カムギア117が時計回りに回転し、カムフォロワ119aがカム溝117bの第2のカム領域Bと摺動する。すなわち、第2シャッタユニットは、羽根駆動状態になる。そのため、第1カムギア107の回転に応じて、カムフォロワ119aが第2のカム領域Bと摺動することで、第2駆動レバー119は反時計回りに回転する。第2駆動レバー119が回転することで、第2羽根アーム120が駆動し、第2羽根群116は開放状態から遮光状態に移行していく。
モータMbは図22の状態までマイクロステップ駆動で駆動されているので、第2カムギア117は速度が所望の回転速度に制御され、かつ高速で回転している。第2駆動レバー119が反時計回りに回転する場合、モータMbには第2カムギア117を介して大きな負荷が加わる。したがって、モータMbの駆動力を大きくする必要がある。第2カムギア117は、おもり117dと一体的に構成されており、十分な慣性質量を持っている。そのため、第2カムギア117の回転の運動量を第2羽根ユニットや第2駆動レバー119の駆動の運動量に変換することで、マイクロステップ駆動ほどの高精度な制御がなくても、モータMbは安定して駆動することが可能である。
また、第2羽根ユニットおよび第2駆動レバー119の駆動精度やスピードは、第2駆動レバー119の回転開始時、第2カムギア117の回転状態(スピードや電気信号との同調具合)に大きな影響を与える。しかしながら、第2駆動レバー119の回転以降、モータMbの回転駆動力にほとんど影響を与えない。
したがって、制御回路13は、図22の状態から、モータMbをフルステップ駆動で駆動する。マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り換えは、図7のタイミングa、b、c、dで、かつ第2シャッタユニットが羽根駆動状態になる前、すなわち助走状態中に行われる。
図23は、第2羽根群116が遮光状態になった状態、すなわち、第2シャッタユニットの羽根走行完了状態を示す図である。この状態では、カムフォロワ119aはカム溝117bの第3のカム領域Cと篏合しており、第2羽根群116は遮光状態で保持されている。すなわち、第2シャッタユニットは、減速状態になる。本実施例では、図23から図25までが、減速状態である。
減速状態では、第2羽根ユニットを精度よく駆動させる必要はなく、また、減速のために大きな駆動力が必要なため、フルステップ駆動が効果的である。また、減速状態では、カムフォロワ119aは第2カムギア117の回転中心と同心に形成されている第3のカム領域Cと摺動しているため、第2カムギア117が回転しても、第2駆動レバー119は回転せず、第2羽根群116は遮光状態で保持されている。
図23の状態において、制御回路13がモータMbをフルステップ駆動で逆転させると、第2カムギア117が時計回りに回転し、第2シャッタユニットは図24の状態になる。図24は、第2シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ開始状態を示す図である。図24の状態では、突起部117aは、第2スプリング118の腕部118bに当接する。
図24の状態において、制御回路13がモータMaをフルステップ駆動で逆転させると、第2カムギア117は時計回りに回転する。このとき、突起部117aは、第2スプリング118をチャージしていく。突起部117aがストッパー(不図示)に当接することで、第1シャッタユニットは図25の状態になる。図25は、第2シャッタユニットの減速状態におけるバネチャージ完了状態を示す図である。
以下、図26を参照して、第1シャッタユニットと第2シャッタユニットによる露光時の一連の動作について説明する。図26は、第1シャッタユニットと第2シャッタユニットの露光時の一連の動作の説明図である。図26の上部のグラフは、第1カムギア107の回転角度に対する第1羽根ユニットの動作を示している。横軸は第1カムギア107の回転角度、縦軸は第1羽根ユニットの位置を表している。図26の下部のグラフは、第2カムギア117の回転角度に対する第2羽根ユニットの動作を示している。横軸は第2カムギア117の回転角度、縦軸は第2羽根ユニットの位置を表している。
図26の上部のグラフにおいて、第1シャッタユニットの状態(1)〜(7)はそれぞれ、図13〜図18の状態に対応する。また、図26の下部のグラフにおいて、第2シャッタユニットの状態(1)’〜(7)’はそれぞれ、図19〜図25の状態に対応する。
制御回路13は、モータMa、Mbをフルステップ駆動で正転させることで、状態(1)の第1シャッタユニットを状態(2)に、状態(1)’の第2シャッタユニットを状態(2)’にする。第1シャッタユニットが状態(1)から状態(2)になる際に、第1スプリング108がチャージされる。また、第2シャッタユニットが状態(1)’から状態(2)’になる際に、第2スプリング118がチャージされる。
第1シャッタユニットは、制御回路13がレリーズ信号を受信するまで状態(2)で待機する。制御回路13は、レリーズ信号を受信すると、モータMaをマイクロステップ駆動で逆転させ、第1シャッタユニットを、状態(3)にした後、状態(4)にする。このとき、第1カムギア107は、モータMaからの駆動力および第1スプリング108の付勢力により十分に加速し、かつモータ駆動の電気信号とスピードの同調を図られながら、時計回りに回転する。
制御回路13は、状態(2)でモータMaの逆転開始時から被写体の輝度に応じて決定される所定時間T1の経過後、モータMbをマイクロステップ駆動で逆転させ、第2シャッタユニットを、状態(3)’にした後、状態(4)’にする。
本実施例では、第1シャッタユニットが状態(2)から状態(4)になるまでの間、および第2シャッタユニットが状態(2)’から状態(4)’になるまでの間において、モータMa、Mbはマイクロステップ駆動で駆動されるが、本発明はこれに限定されない。第1シャッタユニットが状態(3)になるまでに、第1カムギア107は、第1スプリング108の付勢力により所望の回転速度に達している場合がある。その場合、状態(3)以降、モータMaは、マイクロステップ駆動によって高精度に制御される必要はない。すなわち、第1シャッタユニットが状態(2)から状態(3)になるまでの間だけ、モータMaはマイクロステップ駆動で駆動されてもよい。同様に、第2シャッタユニットが状態(2)’から状態(3)’になるまでの間だけ、モータMbはマイクロステップ駆動で駆動されてもよい。
制御回路13は、第1シャッタユニットが状態(4)になった後、モータMaをフルステップ駆動で逆転させ、第1シャッタ羽根の開放状態への移行を開始させる。その後、第1シャッタユニットは、状態(5)になる。このとき、第1シャッタ羽根は、開放状態である。
制御回路13は、第2シャッタユニットが状態(4)’になった後、モータMbをフルステップ駆動で逆転させ、第2シャッタ羽根の遮光状態への移行を開始させる。その後、第2シャッタユニットは、状態(5)’になる。このとき、第2シャッタ羽根は、遮光状態である。第2シャッタ羽根の遮光状態への移行開始は、第1シャッタ羽根の開放状態への移行開始から所定時間T2だけ遅れている。すなわち、所定時間T2が撮像素子IEへの露光時間になる。モータMa、Mbの動作特性や加速特性、および加速信号などが同一である場合、所定時間T1と所定時間T2は等しくなる。
制御回路13は、第1シャッタユニットが状態(5)になった後、モータMaをフルステップ駆動で逆転させ、第1シャッタユニットを、状態(6)にした後、状態(7)にする。第1シャッタユニットが状態(6)から状態(7)になる際に、第1スプリング108がチャージされる。
制御回路13は、第2シャッタユニットが状態(5)’になった後、モータMbをフルステップ駆動で逆転させ、第2シャッタユニットを、状態(6)’にした後、状態(7)’にする。第2シャッタユニットが状態(6)’から状態(7)’になる際に、第2スプリング118がチャージされる。
次の駒のレリーズ信号が連続して入力された場合、まず、第2シャッタユニットの状態(7)’から状態(2)’への移行動作が先行して行われる。次に、第2シャッタユニットの動作開始時から所定時間経過後、第1シャッタユニットの状態(7)から状態(2)への移行動作が行われる。第1シャッタユニットの状態(7)から状態(5)への移行動作、および第2シャッタユニットの状態(7)’から状態(5)’への移行動作では、モータMa、Mbはマイクロステップ駆動で駆動される。また、第1シャッタユニットの状態(5)から状態(2)への移行動作、および第2シャッタユニットの状態(5)’から状態(2)’への移行動作では、モータMa、Mbはフルステップ駆動で駆動される。
本実施例のフォーカルプレンシャッタの構成は実施例1のフォーカルプレンシャッタと同じであるため、差異のみを説明する。
本実施例のフォーカルプレンシャッタでは、マイクロステップ駆動を実効電圧Vaで実行し、フルステップ駆動を実行電圧Vaより小さい実効電圧Vbで実行する。
図27は、図7におけるタイミングcでマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合のステップ数とコイルへの通電電流との関係を示している。
ここで、実施例1のフォーカルプレンシャッタでは、助走状態で蓄えたエネルギーを羽根ユニットの駆動に使っているため、シャッタの精度に対しては、助走状態で蓄えたエネルギーが支配的である。したがって、フルステップ駆動で駆動する実効電圧Vbは、マイクロステップ駆動で駆動する実効電圧Vaより小さくしてもシャッタ精度への影響はほとんどない。
このように設定することで、図27に示されるように、マイクロステップ駆動時の最大電流よりもフルステップ駆動時の最大電流を小さくすることができ、省電力が可能である。
また、実効電圧Vbは、実行電圧Vaに対して印加電圧を下げることで設定してもよいし、PWM駆動により実効電圧を小さくすることで設定してもよい。
本実施例のフォーカルプレンシャッタの構成は実施例1のフォーカルプレンシャッタと同じであるため、差異のみを説明する。
本実施例のフォーカルプレンシャッタでは、マイクロステップ駆動を実効電圧Vaで実行し、フルステップ駆動を実効電圧Vcで実行する。
図28は、図7におけるタイミングcでマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えた場合のステップ数とコイルへの通電電流との関係を示している。
図7におけるタイミングcでの実効電圧をVdとしたとき、フルステップ駆動では、実効電圧Vdに等しい実効電圧Vcでモータは駆動される。
マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り換え時、電流値が急激に変化した場合、羽根ユニットを駆動する駆動力が急激に変化することとなり、シャッタ精度に影響する可能性がある。そこで、通電電流を変化させることなくマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り換えることで、羽根ユニットを駆動する駆動力の連続性を保ったまま駆動を切り換えることができる。そのため、シャッタ精度に影響することなく、スムーズに羽根ユニットを駆動することが可能である。
また、実効電圧Vcは、実行電圧Vaに対して印加電圧を下げることで設定してもよいし、PWM駆動により実効電圧を小さくすることで設定してもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
SH シャッタ装置
1(Ma、Mb) モータ
106 第1羽根群(羽根群)
107 第1カムギア(カムギア)
107b カム部
109 第1駆動レバー(駆動部材)
109a カムフォロワ
116 第2羽根群(羽根群)
117 第2カムギア(カムギア)
117b カム部
119 第2駆動レバー(駆動部材)
119a カムフォロワ

Claims (8)

  1. 一定の通電量で各相に通電を行うフルステップ駆動モード、および段階的に通電量を変化させながら各相に通電を行うマイクロステップ駆動モードで駆動するモータと、
    前記モータの出力軸に接続され、カム部を備えるカムギアと、
    前記カム部と摺動するカムフォロワを備える駆動部材と、
    前記モータの回動により、前記カムギアおよび前記駆動部材を介して、露光用の開口部を開放する開放状態と前記開口部を閉鎖する閉鎖状態との間を移動可能な羽根群と、を有し、
    前記カム部には、前記カムフォロワが摺動する場合に前記開放状態または前記閉鎖状態の一方の状態である前記羽根群が前記一方の状態を維持する羽根維持区間、および前記カムフォロワが摺動する場合に前記一方の状態である前記羽根群が他方の状態に移動する羽根駆動区間が形成され、
    前記カムフォロワが前記羽根維持区間および前記羽根駆動区間の順に摺動する場合、前記モータは、前記カムフォロワが前記羽根維持区間と摺動する間、前記マイクロステップ駆動モードで駆動し、前記カムフォロワが前記羽根駆動区間と摺動する間、前記フルステップ駆動モードで駆動することを特徴とするシャッタ装置。
  2. 前記羽根維持区間は、前記カムフォロワが摺動する場合に前記一方の状態である前記羽根群が前記一方の状態を維持する助走区間、および前記カムフォロワが摺動する場合に前記他方の状態である前記羽根群が前記他方の状態を維持する減速区間を有し、
    前記カム部には、前記助走区間、前記羽根駆動区間、および前記減速区間が順に形成され、
    前記カムフォロワが前記助走区間、前記羽根駆動区間、および前記減速区間の順に摺動する場合、前記モータは、前記カムフォロワが前記助走区間と摺動する間、前記マイクロステップ駆動モードで駆動し、前記カムフォロワが前記羽根駆動区間および前記減速区間と摺動する間、前記フルステップ駆動モードで駆動することを特徴とする請求項1に記載のシャッタ装置。
  3. 前記カムギアを付勢する付勢部材を更に有し、
    前記羽根維持区間は、前記付勢部材が前記カムギアの回動を加速させる加速区間、および前記付勢部材が前記カムギアを付勢しない非付勢区間を有し、
    前記カムフォロワが前記加速区間、前記非付勢区間および前記羽根駆動区間の順に摺動する場合、前記モータは、前記カムフォロワが前記加速区間と摺動する間、前記マイクロステップ駆動モードで駆動し、前記カムフォロワが前記非付勢区間および前記羽根駆動区間と摺動する間、前記フルステップ駆動モードで駆動することを特徴とする請求項1または2に記載のシャッタ装置。
  4. 前記モータは、前記マイクロステップ駆動モードでは第1実効電圧で駆動され、前記フルステップ駆動モードでは前記第1実効電圧より小さい第2実効電圧で駆動されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のシャッタ装置。
  5. 前記モータは、前記マイクロステップ駆動モードでは第1実効電圧で駆動され、前記フルステップ駆動モードでは前記第1実効電圧より小さい第2実効電圧で駆動され、
    前記マイクロステップ駆動モードにおいて、各相の実効電圧は所定の位相で等しくなり、
    前記第2実効電圧は、前記所定の位相での実効電圧と等しいことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のシャッタ装置。
  6. 前記モータの駆動を制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のシャッタ装置。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載のシャッタ装置を有することを特徴とする撮像装置。
  8. 一定の通電量で各相に通電を行うフルステップ駆動モード、および段階的に通電量を変化させながら各相に通電を行うマイクロステップ駆動モードで駆動するモータと、前記モータの出力軸に接続され、カム部を備えるカムギアと、前記カム部と摺動するカムフォロワを備える駆動部材と、前記モータの回動により、前記カムギアおよび前記駆動部材を介して、露光用の開口部を開放する開放状態と前記開口部を閉鎖する閉鎖状態との間を移動可能な羽根群と、を有し、前記カム部には、前記カムフォロワが摺動する場合に前記開放状態または前記閉鎖状態の一方の状態である前記羽根群が前記一方の状態を維持する羽根維持区間、および前記カムフォロワが摺動する場合に前記一方の状態である前記羽根群が他方の状態に移動する羽根駆動区間が形成されているシャッタ装置の制御方法であって、
    前記カムフォロワが前記羽根維持区間を摺動する間、前記モータが前記マイクロステップ駆動モードで駆動するステップと、
    前記カムフォロワが前記羽根駆動区間で摺動する間、前記モータが前記フルステップ駆動モードで駆動するステップと、を有することを特徴とするシャッタ装置の制御方法。
JP2017051134A 2017-03-16 2017-03-16 シャッタ装置、およびシャッタ装置の制御方法 Pending JP2018155845A (ja)

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