JP2019035819A - 撮像装置 - Google Patents

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Kaoru Sudo
薫 須藤
寛康 杉原
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寛康 杉原
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Abstract

【課題】リードスクリューによりミラーを駆動する場合に、ミラーの駆動時間を短縮してコマ速を速くすることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、リードスクリュー262のリード溝に係合するフォロア266を有し、モータ260によるリードスクリュー262の回転により直進移動するスライダ264の直進移動によりアップ位置とダウン位置との間を回動するミラー202と、時間に応じてモータ260のコイルへの通電を切り替える第1の駆動モードとモータ260の回転位相を検出してモータ260の前記コイルへの通電を切り替える第2の駆動モードとを切り替え可能な制御手段13と、を備える。制御手段13は、第2リード溝262cまたは第3のリード溝262dにフォロア266が係合するときに、第1の駆動モードでフォロア266を第1リード溝262bの近傍位置に移動させ、第1リード溝262bにフォロア266が係合するときに、第2の駆動モードでフォロア266を移動させるよう、モータ260を制御する。【選択図】図14

Description

本発明は、例えば一眼レフカメラ等の撮像装置に関し、特にリードスクリューによりミラーを駆動する撮像装置に関する。
デジタルカメラ等の撮影装置では、撮像素子で取得した画像を液晶モニタ等の表示装置に表示して被写体像を観察するスルー画像表示機能を有するものがある。この種のデジタルカメラとして、例えば、可動ミラーをハーフミラーで構成し、撮影光学系を通過した被写体光束を撮像素子と位相差AFセンサの両方に導くものが提案されている。この構成によれば、表示装置にスルー画表示を行いながら位相差AFも可能となる。
しかし、デジタルカメラの撮影光路内にハーフミラーを配置した場合、撮影時に可動ミラーを撮影光路から退避させて、撮影レンズからの被写体光束の全てを撮像素子に導くようにしているので、可動ミラーを退避させるための動作時間が必要となる。このため、レリーズタイムラグが増加してしまうという問題がある。
そこで、レリーズ釦の半押し操作に応じて、撮影準備動作を開始し、ハーフミラーを撮影光路中に進入させて測距センサによって測距を行い、測距後、ハーフミラーを撮影光路外に退避させる技術が提案されている(特許文献1)。この提案では、撮影動作の開始の前には可動ハーフミラーの退避動作は終了する。
特開2007−322983公報
しかし、上記特許文献1では、リードスクリューによりミラーを駆動するミラー駆動装置では、レリーズタイムラグが増加してしまうという問題が解決されていない。
そこで、本発明は、リードスクリューによりミラーを駆動する場合に、ミラーの駆動時間を短縮してコマ速を速くすることができる撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、モータと、前記モータによって回転駆動されるリードスクリューと、前記リードスクリューのリード溝に係合するフォロアを有し、前記リードスクリューの回転により直進移動するスライダと、前記スライダの直進移動によりミラーアップ位置とミラーダウン位置との間を回動するミラーと、時間に応じて前記モータのコイルへの通電を切り替える第1の駆動モードと前記モータの回転位相を検出して前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第2の駆動モードとを切り替え可能な制御手段と、を備え、前記フォロアが係合する前記リード溝は、前記ミラーを回動させる第1リード溝と、前記ミラーダウン位置で前記ミラーを保持する第2リード溝と、前記ミラーアップ位置で前記ミラーを保持する第3リード溝と、を有し、前記制御手段は、前記第2リード溝または前記第3のリード溝に前記フォロアが係合するときに、前記第1の駆動モードで前記フォロアを前記第1リード溝の近傍位置に移動させ、前記第1リード溝に前記フォロアが係合するときに、前記第2の駆動モードで前記フォロアを移動させるよう、前記モータを制御することを特徴とする。
本発明によれば、リードスクリューによりミラーを駆動する場合に、ミラーの駆動時間を短縮してコマ速を速くすることができる。
本発明の撮像装置の第1の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの回路構成例を示すブロック図である。 デジタル一眼レフカメラの外観図である。 ミラー駆動機構の一例を示す斜視図である。 ミラー駆動機構のリードスクリューとスライダユニットの組み合わせを示す図である。 リードスクリューの一例を示す図である。 リードスクリューの一例を示す図である。 ステップモータの一例を示すブロック図と外観斜視図である。 ステップモータのコイルへ一定電流を流したときのロータの回転角度とモータのトルクとの関係を示すグラフ図である。 ヨーク及びマグネットの位相関係を示すステップモータの断面図である。 ロータの回転角を横軸とし、第1のコイル及び第2のコイルの通電状態により発生するモータトルクを縦軸に示すグラフ図である。 ステップモータの動作を説明する図である 第1駆動モードのステップ駆動におけるステップモータの回転速度とステップ数との関係を示すグラフ図である。 リードスクリューの展開図とフォロアピンの各位置を示す図である。 単写撮影におけるカメラ動作のタイムチャート図とミラーアップ動作時のミラー移動速度を従来例と本発明例と比較したグラフ図である。 本発明の撮像装置の第2の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラにおいて、単写撮影から連続撮影におけるカメラ動作のタイムチャート図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の撮像装置の第1の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの回路構成例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態のデジタル一眼レフカメラ(以下、カメラという。)は、カメラ本体200の正面側(被写体側)に、レンズユニット100がマウント機構251(図2(a)参照)を介して着脱可能に取り付けられる。マウント機構251には、電気接点群107が設けられ、電気接点群107を介してカメラ本体200とレンズユニット100の間で通信を行い、レンズユニット100の撮影レンズ101や絞り102を駆動する。
また、カメラ本体200には、バッテリユニット300が不図示の着脱機構を介して着脱可能に取り付けられる。カメラ本体200とバッテリユニット300の接触部には、電源接点部302が設けられ、電源接点部302を介してカメラ本体200とバッテリユニット300の間で電力の供給や通信が行われる。
カメラ本体200には、撮影光路に進入するミラーダウン位置と撮影光路から退避するミラーアップ位置との間を回動可能に支持されたミラーユニットが設けられる。ミラーユニットは、メインミラー202と、メインミラー202に回動可能に支持されたサブミラー203とを有する。
ミラーダウン位置では、レンズユニット100の撮影レンズ101及び絞り102を通過した被写体光束は、メインミラー202に導かれる。メインミラー202の中央部は、ハーフミラーになっており、メインミラー202がミラーダウンした際に一部の光束が透過する。そして、この透過した光束は、サブミラー203で反射され、AFセンサ204に導かれる。一方、メインミラー202で反射された光束は、ピント板225で結像され、ピント板225に結像した被写体像は、ペンタプリズム201及び接眼レンズ206を介して撮影者の目に至る。
また、ミラーアップ位置では、レンズユニット100の撮影レンズ101及び絞り102を通過した被写体光束は、フィルタ209、及びフォーカルプレーンシャッタ208を介して撮像素子210に結像する。撮像素子210は、CCDセンサやCMOSセンサ等で構成される。フィルタ209は2つの機能を有し、1つは赤外線をカットして可視光線のみを撮像素子210へ導く機能であり、もう1つは光学ローパスフィルタとしての機能である。
また、フォーカルプレーンシャッタ208は、先幕及び後幕を有し、レンズユニット100の撮影レンズ101及び絞り102を通過した被写体光束の透過/遮断を制御する遮光手段である。なお、メインミラー202のミラーアップ時には、サブミラー203は、メインミラー202と重なるように折り畳まれて撮影光路から退避する。
システム制御回路223は、CPU、ROM、RAM等を有し、カメラ全体の制御を司る。レンズ制御回路104は、撮影レンズ101を光軸方向に移動させて合焦動作を行うレンズ駆動機構103を制御する。絞り制御回路106は、絞り102を駆動する絞り駆動機構105を制御する。ミラー駆動装置211は、メインミラー202のアップダウンの駆動を行う。シャッタ制御機構212は、フォーカルプレーンシャッタ208の先幕及び後幕の走行とチャージを制御する。
測光回路207は、接眼レンズ206の近傍に配設された測光センサ(不図示)に接続され、EEPROM222は、カメラを制御する上で調整が必要なパラメータが記憶されている。DCDC回路224は、カメラの各回路や駆動部に電力を供給する。測光回路207に接続される測光センサは、被写体の輝度を測定するためのセンサであり、その出力は測光回路207を経てシステム制御回路223へ供給される。
システム制御回路223は、レンズ制御回路104を介してレンズ駆動機構103を制御することにより、被写体像を撮像素子210の撮像面に結像させる。また、システム制御回路223は、設定されたAv値に基づいて、絞り102を駆動する絞り駆動機構105を制御し、更に、設定されたTv値に基づいて、シャッタ制御機構212へ制御信号を出力する。
フォーカルプレーンシャッタ208の先幕及び後幕は、駆動源がバネにより構成されており、シャッタ走行後、次の動作のためにバネチャージを要する。シャッタ制御機構212は、このバネチャージを制御する。また、ミラー駆動装置211によりメインミラー202及びサブミラー203のアップダウン動作が行われる。
また、画像処理回路220は、DSP(デジタル信号プロセッサ)により構成される補正データサンプル手段及び補正手段である。画像処理回路220は、撮像素子210の制御、撮像素子210から入力された画像データの補正や加工等をシステム制御回路223の指令に基づいて実行する。
タイミングパルス発生回路217は、撮像素子210を駆動する際に必要なパルス信号を出力する。AGC233は、撮像素子210と共にタイミングパルス発生回路217で発生されたタイミングパルスを受けて、撮像素子210から出力される被写体像に対応したアナログ信号のゲインを調整する。また、AGC233は、測光回路207にて測光し、システム制御回路223にて露出値を決定し、その露出値に基づいて算出されたTv値が所定値(1/レンズの焦点距離)以下の場合、所定値(1/レンズの焦点距離)以上になるようにゲインアップを行う。
A/Dコンバータ216は、ゲインが調整されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。DRAM221は、デジタル変換された画像データ(デジタルデータ)を一時的に記憶する。また、DRAM221は、加工や所定のフォーマットへのデータ変換が行われる前の画像データを一時的に記憶するための記憶手段として用いられる。D/Aコンバータ215には、エンコーダ回路214を介して画像表示回路213が接続される。画像圧縮回路219には、記録メディア218が接続される。システム制御回路223は、画像処理回路220を介して画像圧縮回路219に信号を送ることにより、画像の形式と圧縮率の設定を行う。
ここで、画像は合焦位置を見分けるのに十分な画質であり、かつ容量が必要以上に大きくならない程度に圧縮される。一般的に、カメラはRAW形式、JPEG形式の両方の形式で画像を記憶することができ、かつJPEG形式の場合には圧縮率を高、中、低の3段階の中から選択することができる。画像表示回路213は、システム制御回路223からの信号により、表示装置236に適宜画像を表示するよう構成されている。
画像処理回路220は、DRAM221に記憶された画像データをD/Aコンバータ215によりアナログ信号に変換してエンコーダ回路214へ出力する。エンコーダ回路214は、このD/Aコンバータ215の出力を画像表示回路213を駆動する際に必要な映像信号(例えばNTSC信号)に変換する。画像圧縮回路219は、DRAM221に記憶された画像データの圧縮や変換(例えばJPEG)を行うための回路であり、変換された画像データは、記録メディア218へ格納される。この記録メディアとしては、ハードディスク、フラッシュメモリ等が使用される。
また、レリーズ(SW1)232は、レリーズ釦235(図2(a)参照)の半押し操作等でオンして測光・オートフォーカス等の撮影準備動作を開始させるスイッチである。レリーズ(SW2)231は、レリーズ釦235の全押し操作等でオンして撮像動作を開始させるスイッチである。
電源SW234は、カメラの電源のオン/オフを切替えるスイッチである。モード設定SW230は、ユーザが所望の動作をカメラに実行させるべくモードを設定するスイッチである。選択SW229は、各種選択パラメータから所望のパラメータを選択するためのスイッチである。決定SW228は、選択されたパラメータを決定するためのスイッチである。電子ダイアルSW227は、回転操作によりパラメータをアップダウンさせて表示するスイッチである。
また、ストロボ装置237は、AF補助光の投光機能、ストロボ調光機能も有する。DCDC回路224は、電源接点部302を介してバッテリ本体301と接続され、バッテリ本体301から電力の供給を受けている。
図2(a)はカメラ本体200を正面側から見た図、図2(b)はカメラ本体200を背面側から見た図である。図2(a)に示すように、カメラ本体200の正面には、レンズユニット100が着脱可能に取り付けられるマウント機構251が設けられている。マウント機構251の内部には、電気接点群107、及びメインミラー202等が設けられている。また、マウント機構251の左側には、ユーザがカメラ本体200を把持するグリップ部252が設けられている。グリップ部252の上部には、レリーズ釦235が設けられている。レリーズ釦235は、ユーザが撮影時にカメラを構えた際、グリップ部252を把持する右手の人差し指で押圧操作ができる位置に配置されている。
カメラ本体200の背面には、LCD等から構成される表示装置236が配置されている。カメラ本体200の背面の表示装置236の上部には、接眼レンズ206が配置され、接眼レンズ206の近傍には、視度調整ダイアル254が配置されている。視度調整ダイアル254を回転操作することで、ユーザはファインダ内を鮮明に見えるよう調整することが可能である。
また、カメラ本体200の背面において、表示装置236の下部には電源SW234が配置され、表示装置236の図2(b)の右側には電子ダイアル227が配置され、電子ダイアル227の中央には決定SW228が配置されている。カメラ本体200の上部には、選択SW229及びモード設定SW230が配置されている。
図3は、ミラー駆動装置211の斜視図である。ミラー駆動装置211は、メインミラー202、サブミラー203、ステップモータ260、駆動ユニット261、リードスクリュー262、ガイド軸263、スライダユニット264、ミラー付勢バネ265、太陽ギア266a、及びギア付勢バネ267を備える。
サブミラー203には、サブミラー203の回転軸と同軸上にミラー駆動軸203aと遊星ギア203bが形成され、遊星ギア203bは、不図示のミラーボックスに回転可能に取り付けられた太陽ギア266aに噛合している。サブミラー203の遊星ギア203bが太陽ギア266aと噛合することで、サブミラー203はメインミラー202の回動に連動して回動可能である。これにより、サブミラー203は、ミラーダウン位置でメインミラー202に対して所定角度で開いた姿勢となり、ミラーアップ位置でメインミラー202に対して閉じた姿勢で保持される。
なお、ギア付勢バネ267は、太陽ギア266aの可動端と不図示のミラーボックスの可動端に係止され、太陽ギア266aを回転方向に付勢する。ギア付勢バネ267の付勢力は、太陽ギア266aと噛合する遊星ギア203bを介してサブミラー203の回転方向の付勢力として伝達される。
駆動ユニット261には、ステップモータ260、リードスクリュー262、及びガイド軸263が取り付けられている。リードスクリュー262とガイド軸263には、スライダユニット264が直進移動可能に取り付けられている。ステップモータ260のモータ軸に固定されたピニオン260aは、リードスクリュー262に固定されたリードスクリューギア262aに噛合して、ステップモータ260(以下、モータ260という。)の動力をリードスクリュー262に伝達する。
ガイド軸263は、リードスクリュー262と平行に配置されている。スライダユニット264は、リードスクリュー262のリード溝に係合するフォロアピン266を有する。スライダユニット264は、リードスクリュー262の回転に連動して、ガイド軸263の軸方向に直進移動する。
スライダユニット264には、ミラー付勢バネ265が係止されており、ミラー付勢バネ265の一端はスライダユニット264の固定端264c(図4(a)参照)に係止され、他端はサブミラー203のミラー駆動軸203aに係止される。メインミラー202とサブミラー203は、後述するように、ミラー付勢バネ265からの付勢力によってミラーアップ位置とミラーダウン位置にてメインミラー202の回転方向に付勢される。
次に、図4を参照して、リードスクリュー262とフォロアピン266との係合状態を説明する。図4(a)はリードスクリュー262とスライダユニット264の組立展開図、図4(b)はリードスクリュー262とスライダユニット264の組立後の正面図、図4(c)はリードスクリュー262とスライダユニット264の組立後の断面図である。
図4(a)では、リードスクリュー262とスライダユニット264が組み合わされた状態でスライダユニット264に各種部材が取り付けられる状態を示している。スライダユニット264には、フォロアピン266を嵌合保持する孔部264aがリードスクリュー262の軸線と略直交して設けられている。
フォロアピン266がスライダユニット264に嵌合されると、孔部264aから脱落することを防止するため、押さえ板267がフォロアピン266の背面から締結部材268にて締結される。また、ミラー付勢バネ265は、本実施形態では、トーションバネで構成され、一対の脚部がそれぞれスライダユニット264の案内棒264bと固定端264cとに係止される。
図4(b)及び図4(c)に示すように、フォロアピン266が孔部264aに嵌合されて押さえ板267で保持されると、フォロアピン266は、リードスクリュー262のリード溝に係合する。スライダユニット264は、ガイド軸263に対して軸方向に摺動可能に嵌め込まれている。これにより、リードスクリュー262の回転に連動して、フォロアピン266とフォロアピン266を保持するスライダユニット264、押さえ板267、締結部材268、ミラー付勢バネ265が一体となってガイド軸263の軸方向に直進移動する。
図5(a)はリードスクリュー262の正面図、図5(b)はリードスクリュー262の側面図である。図6(a)乃至図6(d)は、それぞれリードスクリュー262の斜視図である。前述の通り、リードスクリュー262には、リードスクリューギア262aが固定されている。リードスクリューギア262aは、リードスクリュー262に対し、接着や圧入等で固定されている。
また、リードスクリュー262には、フォロアピン266と係合してリードスクリュー262の回転に連動してスライダユニット264を直進移動させる第1リード溝262bを設けられている。第1リード溝262bは、スライダユニット264を直進移動させるために所定のリード角を有しており、リードスクリュー262の基材となる金属軸に切削や転造などの方法を用いて形成される。
また、リードスクリュー262の第1リード溝262bの下部には、第1リード溝262bと異なるリード角の第2リード溝262cが形成されている。第2リード溝262cは、第1リード溝262bと連続的で、かつリードスクリュー262の軸方向と略垂直になるリード角に形成されている。
第2リード溝262cは、ミラーダウン時にフォロアピン266と係合することで、フォロアピン266のリードスクリュー262の軸方向への移動を規制し、スライダユニット264の直進移動を規制する。これにより、メインミラー202とサブミラー203をミラーダウン位置で保持することが可能になる。第2リード溝262cは、一端をリードスクリュー262の基材となる金属軸で形成し、他端を第2リード溝形成部材262eで形成する。第2リード溝形成部材262eは、樹脂による2体成形や圧入などの方法で形成される。
また、リードスクリュー262の第1リード溝262bの上部には、第1リード溝262bと異なるリード角の第3リード溝262dが形成されている。第3リード溝262dは、第1リード溝262bと連続的で、かつリードスクリュー262の軸方向と略垂直になるリード角で形成されている。
第3リード溝262dは、ミラーアップ時にフォロアピン266と係合することで、フォロアピン266のリードスクリュー262の軸方向への移動を規制し、スライダユニット264の直進移動を規制する。これにより、メインミラー202とサブミラー203をミラーアップ位置で保持することが可能になる。第3リード溝262dは、第2リード溝262cと同様に、一端をリードスクリュー262の基材となる金属軸で形成し、他端を第3リード溝形成部材262fで形成する。第3リード溝形成部材262fは、樹脂による2体成型や圧入などの方法で形成される。
図6(a)及び図6(b)に示すように、第2リード溝262cは第1リード溝262bに対し連続的に形成されるが、別部材で構成されるためリード溝接合部262gが発生する。リード溝接合部262gは、樹脂で形成される第2リード溝形成部材262fと金属で形成される第1リード溝262bの接合部であり、部材同士の合わせ面が完全に一致せず微少な段差が生じる。リード溝接合部262gをフォロアピン266の摺動面として使用すると、摩耗や駆動不良といった問題が懸念される。
同様に、第3リード溝262dは第1リード溝262bに対し連続的に形成されるが、別部材で構成されるためリード溝接合部262hが発生する。リード溝接合部262hは、樹脂で形成される第3リード溝形成部材262fと金属で形成される第1リード溝262bの接合部であり、部材同士の合わせ面が完全に一致せず微少な段差が生じる。
一方、図6(c)及び図6(d)に示すように、第1リード溝262bと第2リード溝262cとのリード溝の変化点において、リード溝の一端は連続してリードスクリュー262の基材の金属で形成される。第1リード溝262bと第2リード溝262cの継目には、金属稜線部262iが配置される。金属稜線部262iは、リード溝接合部262gの対となるリード溝の端に形成される。
また、第1リード溝262bと第3リード溝262dとのリード溝の変化点において、リード溝の一端は連続してリードスクリュー262の基材の金属で形成される。第1リード溝262bと第3リード溝262dの継目には、金属稜線部262jが配置される。金属稜線部262jは、リード溝接合部262hの対となるリード溝の端に形成される。
このように、リード溝接合部262g、及びリード溝接合部262hはリード溝の片側の一端のみに存在し、他端は金属稜線部262i、及び金属稜線部262jのようにリードスクリュー262の基材の金属のみで形成される。
図7(a)はモータ260の回路構成の一例を示すブロック図、図7(b)はモータ260の外観斜視図である。なお、説明のため、一部を破断して示している。
図7において、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。本実施形態では、8分割、すなわち8極に着磁されている。なお、8極に限らず、4極や12極に着磁してもよい。
第1のコイル4は、マグネット2の軸方向の一端に配置されている。第1のヨーク6は、軟磁性材料で形成され、マグネット2の外周面に隙間を有して対向配置されている。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、及び複数の第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る。
第2のコイル5は、マグネット2の第1のコイル4が取り付けられた軸方向の一端と反対側の他端に配置されている。第2のヨーク7は、軟磁性材料で形成され、マグネット2の外周面に隙間を有して対向配置されている。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、及び複数の第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)を切り替えることで、ロータ3に与えるトルクを変化させることができる。
第1磁気センサ8、第2磁気センサ9、第3磁気センサ10、及び第4磁気センサ11は、それぞれマグネット2の磁束を検出するホール素子であり、モータカバー12に固定される。モータカバー12は、第1の磁極部6aと第2の磁極部7aとがマグネット2の着磁位相に対して電気角で略90度ずれて配置されるように第1のヨーク6と第2のヨーク7を固定保持する。
以上のように構成されたモータ260を用いて、第1の駆動モード(ステップ駆動)と第2の駆動モード(センサード駆動)を駆動ドライバ14を介して制御回路13により切り替え制御してミラー駆動装置211を駆動する。
第1の駆動モードは、第1のコイル4の電圧と第2のコイル5の電圧を決められた時間に応じて交互に通電を切り替えながらヨーク6とヨーク7の励磁される極(N極/S極)を切り替えてマグネット2を駆動する。
第2の駆動モードは、第1磁気センサ8〜第4磁気センサ11がマグネット2の磁束を検出し、検出した磁極と回転方向に合わせ、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)を切り替えて、マグネット2を駆動する。
第1の駆動モード(ステップ駆動)と第2の駆動モード(センサード駆動)の切り替え制御により、ステップ駆動制御は時間的に正確に駆動でき、センサード駆動制御はトルク変動が起きても脱調を回避できる。
なお、第2の駆動モードは、更に低進角で駆動する第21の通電モード及び第23の通電モードと高進角で駆動する第22の通電モード及び第24の通電モードに細分化されるが、詳細については、後述する。
図8は、モータ260のコイル4,5へ一定電流を流したときのロータ3の回転角度とモータトルクとの関係を示すグラフ図である。図8において、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を時計回り方向に回転させるトルクを正とする。
図9は、各ヨーク6,7及びマグネット2の位相関係を示すモータ260の軸直角方向断面図である。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極に磁化されるものとする。
図9(a)の状態の位相を図8中に符号aとして示す。図9(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との距離に対し、極の中心と第2の磁極部7aとの距離が同じとなる状態である。図9(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の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9(a)の状態から第2の磁極部7aを切り替えてS極に励磁すると、ロータ3は、図9(b)に示す状態になるまで回転する。
図9(b)は、図9(a)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のS極が第1の磁極部6aに引きつけられ、マグネット2のN極が第2のヨーク7の第2の磁極部7aに引きつけられて釣り合った状態である。以後同様に、順番に第1コイル4と第2コイル5の通電方向を切り替えて、第1の磁極部6aと第2の磁極部7aの極性を切り替えることでロータ3を回転させることができる。
ここで、回転駆動力が発生しないタイミングで第1の磁極部6a及び第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えることを電気進角0度での通電切り替えとする。また、これよりも早いタイミングで第1の磁極部6a及び第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えることを電気進角γ度で磁極部の励磁切り替えとして定義する。
図10は、ロータ3の回転角を横軸とし、第1のコイル4及び第2のコイル5の通電状態で発生するモータトルクを縦軸に表わしたグラフ図である。図10において、横軸は電気角で表現している。L1は、第1のコイル4への通電方向が正、第2のコイル5への通電方向が正の場合である。L2は、第1のコイル4への通電方向が正、第2のコイル5への通電方向が逆の場合である。L3は、第1のコイル4への通電方向が逆、第2のコイル5への通電方向が逆の場合である。L4は、第1のコイル4への通電方向が逆、第2のコイル5への通電方向が正の場合である。
図10(a)は、電気進角0度のときの状態を示している。このようなタイミングでコイル4,5の通電方向を切り替えていくと、通電方向を切り替える直前の位相は、斜線部と太線に示すように、モータトルクがきわめて小さくなっているため、モータ260の出力としては大きくならない。
図10(b)は、電気進角45度のときの状態を示している。このとき、コイル4,5の通電方向を切り替えたときに発生するモータトルクは最大となる。
また、切り替えタイミングを早めて、電気進角90度でコイル4,5の通電方向を切り替えると、図10(c)の斜線部で示すように、結果として電気進角0度と同様な結果となり、モータ260の大きな回転駆動力は得られない。
本実施形態では、各磁気センサ8〜11を各ヨーク6,7に対して次のような位置関係で設けることで、コイル4,5の通電方向の切り替え時においてもモータ260の大きな回転駆動力を得ることができる。
図11を参照して、モータ260の動作を説明する。なお、図11(a)の状態を駆動時の初期状態とする。
(1)右回りの回転について
(1−i)低進角駆動
第1磁気センサ8の出力信号により第1の磁極部6aの励磁を切り替え、第2磁気センサ9の出力信号により第2の磁極部7aの励磁を切り替えることで、ロータ3を右回りに回転させる動作モード(第21の通電モード)について説明する。ロータ3の右回りの回転方向が第1の回転方向に相当する。このとき、次のような組み合わせで通電方向を切り替える。
第1磁気センサ8が、マグネット2のS極を検出した場合には第1の磁極部6aをN極に励磁し、マグネット2のN極を検出した場合には第1の磁極部6aをS極に励磁する。
第2磁気センサ9が、マグネット2のS極を検出した場合には第2の磁極部7aをS極に励磁し、マグネット2のN極を検出した場合には第2の磁極部7aをN極に励磁する。
図11(a)の状態では、第1磁気センサ8及ぶ第2磁気センサ9は、ともにマグネット2のS極を検出している。よって、第1の磁極部6aはN極に励磁され、第2の磁極部7aはS極に励磁されるので、ロータ3及びマグネット2に右回り方向の回転力が発生する。
図11(a)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図11(b)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第1の磁極部6aの中心が対向する状態になる。図11(b)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図11(c)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第1の磁極部6aとの距離がQ1とは異極に着磁されたマグネット2の極の中心Q2と第2の磁極部7aとの距離と同じになる。
第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えのタイミングが電気進角0度と45度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。このため、図11(b)の状態から図11(c)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第1の磁極部6aがS極に励磁されるように第1のコイル4が通電される。また、第2磁気センサ9はマグネット2のS極を検出しているので、第2の磁極部7aがS極に励磁されるように第2のコイル5が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2には右回りの回転力が発生する。
図11(c)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図11(d)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q2と第2の磁極部7aの中心が対向する。図11(d)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図11(e)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q2と第1の磁極部6aとの距離がQ2から第2の磁極部7aとの距離と同じになる。
第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えのタイミングが電気進角0度と45度の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。このため、図11(d)の状態から図11(e)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第2の磁極部7aがN極に励磁されるように第2のコイル5が通電される。また、第1磁気センサ8はマグネット2のN極を検出しているので、第1の磁極部6aがS極に励磁されるように第1のコイル4が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2には右回りの回転力が発生する。
このように、コイル4,5への順次通電が切り替えられ、右回りの回転方向にロータ3及びマグネット2は回転していく。
第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。そして、第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。そのため、各磁気センサ8〜11の出力結果によってコイル4,5の通電方向を切り替えたとしても、コイル4,5の通電方向を切り替えずに励磁を維持した状態と位相のずれが少ない。
したがって、通常のステップ駆動で駆動される場合と、各磁気センサ8〜11の出力信号によってコイル4,5の通電を切り替えて駆動する場合との間で、ロータ3及びマグネット2の位相に大きな差はない。よって、ステップ駆動と各磁気センサ8〜11の出力をフィードバック制御するブラシレス駆動とを切り替えても、振動や発振がなくスムーズな動作切り替えを行うことができる。特に、停止状態から駆動を開始する場合や駆動状態から停止状態にする場合にこのような電気進角で駆動するのが望ましい。
(1−ii)高進角駆動
ロータ3の回転が高速になると、逆起電力やコイル4,5のインダクタンス成分により磁極部が磁化される時間が遅れてくる。したがって、ロータ3の回転位置に対してコイル4,5の通電方向の切り替えを早めに行うことによって、大きな回転駆動力を得ることができる。
そこで、第3磁気センサ10及び第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第1の磁極部6a及び第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えることで、ロータ3を右回りに回転していく動作モード(第22の通電モード)について説明する。このとき、次のような組み合わせでコイル4,5の通電方向を切り替える。
第3磁気センサ10がマグネット2のS極を検出した場合には第1の磁極部6aをN極に励磁し、第3磁気センサ10がマグネット2のN極を検出した場合には第1の磁極部6aをS極に励磁する。第4磁気センサ11がマグネット2のS極を検出した場合には第2の磁極部7aをS極に励磁し、第4磁気センサ11がマグネット2のN極を検出した場合には第2の磁極部7aをN極に励磁する。
図11(a)の状態では、第3磁気センサ10及び第4磁気センサ11は、ともにマグネット2のS極を検出している。よって、第1の磁極部6aはN極に励磁され、第2の磁極部7aはS極に励磁されるので、ロータ3及びマグネット2に右回りの回転力が発生する。
図11(a)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図11(b)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第1の磁極部6aの中心が対向する状態になる。第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度と90度の間になるように第3磁気センサ10が配置されている。
このため、図11(a)の状態から図11(b)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。このとき、第1の磁極部6aがS極に励磁されるように第1のコイル4が通電される。また、第4磁気センサ11はマグネット2のS極を検出しているので、第2の磁極部7aがS極に励磁されるように第2のコイル5が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2には右回りの回転力が発生する。
図11(b)の状態からロータ3が右回りに回転すると、図10(c)の状態を経て、図11(d)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q2と第2の磁極部7aの中心が対向する。第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度と90度の間になるように第4磁気センサ11が配置されている。
このため、図11(c)の状態から図11(d)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。このとき、第2の磁極部7aがN極に励磁されるように第2のコイル5が通電される。また、第3磁気センサ10はマグネット2のN極を検出しているので、第1の磁極部6aがS極に励磁されるように第1のコイル4が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2は右回りの回転力が発生する。
このようにコイル4,5への通電が順次切り替えられ、右回りの回転方向にロータ3及びマグネット2は回転していく。
第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第3磁気センサ10が配置されている。そして、第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第4磁気センサ11が配置されている。
そのため、ロータ3が高速回転している場合、磁極部が磁化されるタイミングは、実質的に電気進角45度に近づいたタイミングであるため、大きな回転駆動力を得ることができる。したがって、ロータ3が高速で右回りに回転している場合は、このような電気進角で駆動するのが望ましい。
(2)左回りの回転について
(2−i)低進角駆動
第3磁気センサ10の出力信号により第1の磁極部6aの励磁を切り替え、第4磁気センサ11の出力信号により第2の磁極部7aの励磁を切り替えることで、ロータ3を左回り回転していく動作(第23の通電モード)について説明する。ロータ3の左回りの回転方向が第1の回転方向の反対方向となる第2の回転方向に相当する。このとき、次のような組み合わせで通電を切り替える。
第3磁気センサ10がマグネット2のS極を検出した場合には第1の磁極部6aをS極に励磁し、第3磁気センサ10がマグネット2のN極を検出した場合には第1の磁極部6aをN極に励磁する。第2磁気センサ9がマグネット2のS極を検出した場合には第2の磁極部7aをN極に励磁し、第2磁気センサ9がマグネット2のN極を検出した場合には第2の磁極部7aをS極に励磁する。
図11(a)の状態では、第3磁気センサ10及び第4磁気センサ11は、ともにマグネット2のS極を検出している。よって、第1の磁極部6aはS極に励磁され、第2の磁極部7aはN極に励磁されるので、ロータ3及びマグネット2に左回りの回転力が発生する。
図11(a)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(f)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第2の磁極部7aの中心とが対向する状態になる。
図11(f)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(g)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第2の磁極部7aとの距離がQ1とは異極に着磁されたマグネット2の極の中心Q3と第1の磁極部6aとの距離と同じになる。
第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えのタイミングが電気進角0度と45度の間になるように第4磁気センサ11が配置されている。このため、図11(f)の状態から図11(g)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第2の磁極部7aがS極に励磁されるように第2のコイル5が通電される。また、第3磁気センサ10はマグネット2のS極を検出しているので、第1の磁極部6aはS極に励磁されるよう通電される。そのため、ロータ3及びマグネット2には左回りの回転力が発生する。
図11(g)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(h)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q3と第1の磁極部6aの中心が対向する。図11(h)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(i)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q3と第1の磁極部6aとの距離がQ3から第2の磁極部7aとの距離と同じになる。
第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度と45度の間になるように第3磁気センサ10が配置されている。このため、図11(h)の状態から図11(i)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第1の磁極部6aはN極に励磁されるように第1のコイル4が通電される。また、第4磁気センサ11はマグネット2のN極を検出しているので、第2の磁極部7aがS極に励磁されるように第2のコイル5が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2は左回りの回転力が発生する。
このようにコイル4,5への通電が順次切り替えられ、左回りの回転方向にロータ3及びマグネット2は回転していく。
第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45度の間になるように第3磁気センサ10が配置されている。そして、第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45の間になるように第4磁気センサ11が配置されている。そのため、各磁気センサ8〜11の出力結果によってコイル4,5の通電方向を切り替えたとしても、コイル4,5の通電方向を切り替えずに励磁を維持した状態と位相のずれが少ない。
したがって、通常のステップ駆動する場合と各磁気センサ8の出力信号によってコイル4,5の通電を切り替えて制御する場合との間で、ロータ3及びマグネット2の位相に大きな差はない。よって、ステップ駆動と各磁気センサの出力をフィードバック制御するブラシレス駆動とを切り替えても、振動や発振がなくスムーズな動作切り替えを行うことができる。特に、停止状態から駆動を開始する場合や駆動状態から停止状態にする場合にこのような電気進角で駆動するのが望ましい。
(2−ii)高進角駆動
ロータ3の回転が高速になると、逆起電力やコイル4,5のインダクタンス成分により磁極部が磁化される時間が遅れてくる。したがって、ロータ3の回転位置に対してコイル4,5の通電方向の切り替えを早めに行うことによって、大きな回転駆動力を得ることができる。
そこで、第1磁気センサ8及び第2磁気センサ9の各出力信号に基づいて第1の磁極部6a及び第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えることで、ロータ3を左回りに回転していく動作モード(第24の通電モード)について説明する。このとき、次のような組み合わせで通電方向を切り替える。
第1磁気センサ8がマグネット2のS極を検出した場合には第1の磁極部6aをS極に励磁し、第1磁気センサ8がマグネット2のN極を検出した場合には第1の磁極部6aをN極に励磁する。第2磁気センサ9がマグネット2のS極を検出した場合には第2の磁極部7aをN極に励磁し、第2磁気センサ9がマグネット2のN極を検出した場合には第2の磁極部7aをS極に励磁する。
図11(a)の状態では、第1磁気センサ8及び第2磁気センサ9は、ともにマグネット2のS極を検出している。よって、第1の磁極部6aはS極に励磁され、第2の磁極部7aはN極に励磁されるので、ロータ3及びマグネット2に左回りの回転力が発生する。図11(a)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(f)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q1と第2の磁極部7aの中心が対向する状態になる。
第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度と90度の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。このため、図11(a)の状態から図11(f)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第2の磁極部7aがN極に励磁されるように第2のコイル5が通電される。また、第1磁気センサ8はマグネット2のS極を検出しているので、第1の磁極部6aがS極に励磁されるように第1のコイル4が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2には左回りの回転力が発生する。
図11(f)の状態からロータ3が左回りに回転すると、図11(g)の状態を経て、図11(h)に示すように、マグネット2の着磁された極の中心Q3と第1の磁極部6aの中心が対向する。第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁タイミングが電気進角45度と90度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。このため、図11(g)の状態から図11(h)の状態の間にマグネット2のN極を検出する。
このとき、第1の磁極部6aはN極に励磁されるよう通電される。また、第2磁気センサ9はマグネット2のN極を検出しているので、第2の磁極部7aがS極に励磁されるように第2のコイル5が通電されている。そのため、ロータ3及びマグネット2は左回りの回転力が発生する。
このように、コイル4,5への通電が順次切り替えられ、左回りの回転方向にロータ3及びマグネット2は回転していく。
第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときに、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。そして、第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。
そのため、ロータ3が高速回転している場合、磁極部が磁化されるタイミングは、実質的に電気進角45度に近づいたタイミングであるため、大きな回転駆動力を得ることができる。したがって、ロータ3が高速で左回りに回転している場合は、このような電気進角で駆動するのが望ましい。
以上のように、右回りの回転方向の場合では、第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替える。このとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。
第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。
また、第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間に第3磁気センサ10が配置されている。
第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第4磁気センサ11は配置されている。
一方、左回りの回転方向の場合は、各磁気センサ8〜11は、次のように配置されている。即ち、第1磁気センサ8の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるとき、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第1磁気センサ8が配置されている。
第2磁気センサ9の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度から90度の間になるように第2磁気センサ9が配置されている。
また、第3磁気センサ10の出力信号に基づいて第1の磁極部6aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45度の間になるように第3磁気センサ10が配置されている。
第4磁気センサ11の出力信号に基づいて第2の磁極部7aに励磁される極を切り替えるときは、ロータ3の回転位置に対する第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角0度から45の間になるように第4磁気センサ10が配置されている。
実際には、各磁気センサ8〜11は、マグネット2の着磁誤差、センサ寸法誤差及びヨーク誤差等を考慮しつつ、大きな回転駆動力を得るための位置に配置する必要がある。それらを考慮すると、右回りの回転方向の場合、第1磁気センサ8は第1のステータユニットの励磁切り替えタイミングが電気進角14.4度から33.6度の間に配置するのが望ましい。
また、第3磁気センサ10は第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角56.4度から75.6度の間に配置するのが望ましい。第2磁気センサ9は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角14.4度から33.6度の間に配置するのが望ましい。第4磁気センサ11は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角56.4度から75.6度の間に配置するのが望ましい。
一方、左回りの回転方向の場合には、第1磁気センサ8は第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角56.4度から75.6度の間に配置するのが望ましい。第3磁気センサ10は第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角14.4度から33.6度の間に配置するのが望ましい。第2磁気センサ9は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角56.4度から75.6度の間に配置するのが望ましい。第4磁気センサ11は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角14.4度から33.6度の間に配置するのが望ましい。
また、左右回転方向で回転の特性を損なわせることのないように、第1磁気センサ8と第3磁気センサ10を結ぶ線の中点が、第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度となる位置になるように、各磁気センサ8〜11を配置するよう考慮する。同様に、第2磁気センサ9と第4磁気センサ11を結ぶ線の中点が、第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角45度となる位置になるように、各磁気センサ8〜11を配置するよう考慮する。
本実施形態では、第1磁気センサ8と第3磁気センサ10とで1ユニットとなり、第2磁気センサ9と第4磁気センサ11とで1ユニットとなるセンサユニットを用いている。この場合、右回りの回転方向の場合、第1磁気センサ8は第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角21度となる位置に配置され、第3磁気センサ10は第1の磁極部6aの励磁切り替えタイミングが電気進角69度となる位置に配置される。また、第2磁気センサ9は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角21度となる位置に配置され、第4磁気センサ11は第2の磁極部7aの励磁切り替えタイミングが電気進角69度となる位置に配置されている。
次に、第1の駆動モード(ステップ駆動)について説明する。第1の駆動モードでは、通常のステップモータの駆動方式で決められた時間間隔に従ってモータ260のコイル4,5の通電状態を切り替え制御する。各コイル4,5による各磁極部6a,7aの励磁の極性とマグネット2の関係は第2の駆動モードと同じである。
第1の駆動モードでは、モータ260が出力可能な出力値よりもモータ負荷が大きくなる回転数になると、脱調を生じロータ3は停止してしまう。慣性力のみで一時回転することもあるが、モータ260を駆動する電気信号とは一致しない。駆動するモータ負荷がモータ260のその回転数での出力値よりも小さい場合は、負荷の変化にかかわらずモータ260はコイル通電の切り替え周波数と同調をとって回転するので、回転数は所望の回転数になる。
図12は、第1駆動モードのステップ駆動におけるモータ260の回転速度とステップ数との関係を示すグラフ図であり、モータ260の回転速度を例えば回転速度=aとなるようにコイル4,5への通電を切り替えた場合の特性を示す。ロータ3の回転速度は、瞬時に応答するものではなくロータ3の回転速度=aになるまでには、ステップ数が必要となってくる。図12では、4ステップ以降のステップにおいては電気信号による設定速度に対して誤差は非常に少ない。なお、ステップ数は、特に限定するものではない。
図13は、リードスクリュー262の展開図とフォロアピン266の各位置266a〜266gを示す図である。
リードスクリュー262は、第1リード溝262b、第2リード溝262c及び第3リード溝262dを備える。前述したように、第1リード溝262bは、スライダユニット264を直進移動させ、メインミラー202を回動させる。第2リード溝262cは、ミラーダウン位置でスライダユニット264の直進移動を規制し、メインミラー202を保持する。また、第3リード溝262dは、ミラーアップ位置でスライダユニット264の直進移動を規制し、メインミラー202を保持する。
ミラーダウン位置において、フォロアピン266の待機位置は、第2リード溝262cに突き当たる位置266a(A1)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)の範囲である。また、フォロアピン266の位置をメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266eから位置266aの方向に戻した位置266g(A3)と位置266a(A1)とは同位置である。
ミラーダウン位置でのフォロアピン266は、ミラー付勢バネ265によって第2リード溝262cに対して矢印401の方向に付勢される。ミラーダウン位置でのフォロアピン266の付勢方向は、リードスクリュー262が回転してフォロアピン266が第1リード溝262bの導入位置266bに移動するまで継続される。導入位置266bは、少なくともフォロアピン266の中心が、リード溝接合部262gを超えた位置である。
同様に、ミラーアップ位置では、フォロアピン266の待機位置は、第3リード溝262dに突き当たる位置266c(A4)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266f(A5)の範囲である。ミラーアップ位置では、フォロアピン266は、ミラー付勢バネ265によって、第3リード溝262dに対して矢印404の方向に付勢される。
ミラーアップ位置でのフォロアピン266の付勢方向は、リードスクリュー262が回転し、フォロアピン266が第1リード溝262bの導入位置266dに移動するまで継続される。導入位置266dは、少なくともフォロアピン266の中心がリード溝接合部262hを超えた位置である。
図14(a)は、単写撮影におけるカメラの動作を説明するタイムチャートである。まず、フォロアピン266は、ミラーダウン位置の状態で第2リード溝262cにフォロアピン266が突き当たる位置266a(A1)を初期位置として待機している。
単写撮影時には、レリーズ(SW1)232のオンタイミングで、測光/測距処理(AE動作/AF動作)が開始される。同時に、フォロアピン266を初期位置266a(A1)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)までステップ駆動で移動させてから待機する。
レリーズ(SW1)232がオン状態になり、レリーズ(SW2)231もオン状態になると撮像動作が開始される。
レリーズ(SW2)231のオン状態を検知するための手段として、タイマt1が設定されている。レリーズ(SW1)232がオン状態で、レリーズ(SW2)231が所定時間以上に押されない状態が続くと、タイマt1がこれを検知する。そして、フォロアピン266の待機位置をメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)からステップ駆動で位置266g(A3)に戻す動作が行われる。
フォロアピン266をメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266eに常時待機させると、外乱の衝撃によりフォロアピン266の待機位置がずれる。この場合、メインミラー202が不用意に回動したり、撮影しない場合やモータ260の電源オフでメインミラー202の位置が保持されなくなる。このため、これを防止するため、前述した近傍位置266e(A2)からステップ駆動で位置266g(A3)に戻す動作が行われる。
レリーズ(SW1)232がオン状態で、タイマt1の経過時間内にレリーズSW2(232)がオンとなると、フォロアピン266は、位置266aから前進させた位置266eまで移動して始動位置に達する。その後、フォロアピン266は、センサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行し、メインミラー202をミラーダウン位置からミラーアップ位置に回動させて第3リード溝262dに到達する。モータ260は、駆動制御にてフォロアピン266を所定位置である位置266c(A4)で停止させる。これにより、メインミラー202は、ミラーアップ位置で保持された状態でミラーアップ動作が完了となる。
ミラーアップ動作が完了した後、フォーカルプレーンシャッタ208が駆動し、同時に撮像素子210が動作して被写体像の光電変換(撮像動作)を行う。フォーカルプレーンシャッタ208が駆動するタイミングで、フォロアピン266を位置266d(A4)からミラーを回動させる第1リード溝262bの近傍位置266f(A5)までステップ駆動で移動させてから待機する。
フォロアピン266の位置266c(A4)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262の近傍位置266f(A5)までの範囲は、メインミラー202を回動させない区間のため、撮像素子210には影響しない。
撮像動作、及びフォロアピン266がメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266fへの移動が完了した後、ミラーダウン動作が行われる。
フォロアピン266は、位置266c(A4)から前進させた位置266f(A5)から始動する。そして、フォロアピン266は、センサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行し、メインミラー202をミラーアップ位置からミラーダウン位置に回動させて、第2リード溝262cに到達する。モータ260は駆動制御にて所定位置である位置266a(A1)でフォロアピン266を停止させる。これにより、メインミラー202がミラーダウン位置で保持された状態でミラーダウン動作が完了する。
ミラーダウン動作が完了すると、フォーカルプレーンシャッタ208は、後幕から先幕の位置に戻す動作を行う。
図14(b)は、メインミラー202がミラーダウン位置からミラーアップ位置に移動するまでの移動時間を本発明例(本実施形態)と従来例で比較したグラフ図である。
図14(b)に示すように、従来例では、フォロアピン266を位置266aから始動して走行させているため、メインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266eまでの移動時間に7msec程度の遅れが生じている。これに対し、本発明例では、フォロアピン266の始動位置を前進させ、メインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266eから走行させることで、遅れ時間の短縮が図られる。なお、ミラーダウン動作の場合も同様に短縮が図られる。
以上説明したように、本実施形態では、ミラーダウン/アップ位置でミラー202を保持するリード溝に対するフォロアピン266の始動位置をメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e,266fまで前進させて待機させる。これにより、メカ遅れ時間となっていたフォロアピン266が第2リード溝262cの位置266aから位置266eまでを走行する時間と第3リード溝262dの位置266cから位置266fまでを走行する時間の短縮が図られる。この結果、レリーズ時間の短縮が可能となり、カメラのコマ速を速くすることができる。
(第2の実施形態)
次に、図15等を参照して、本発明の撮像装置の第2の実施形態に係るカメラについて説明する。なお、本実施形態では、上記第1の実施形態に対して重複する部分については、図及び符号を流用して説明する。
図15は、単写撮影から連続撮影におけるカメラの動作を説明するタイムチャートである。フォロアピン266は、ミラーダウン位置の状態で第2リード溝262cに突き当たる位置266a(A1)を初期位置として待機している。
単写撮影時には、レリーズ(SW1)232のオンタイミングで測光/測距処理(AE動作/AF動作)が開始される。同時に、フォロアピン266を初期位置266a(A1)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)までステップ駆動で移動させてから待機する。
レリーズ(SW1)232がオン状態になり、レリーズ(SW2)231もオン状態になると、撮像動作が開始される。レリーズ(SW2)231のオン状態を検知するための手段として、タイマt1が設定されている。レリーズ(SW1)232がオン状態で、レリーズ(SW2)231が所定時間以上に押されない状態が続くと、タイマt1がこれを検知する。そして、フォロアピン266の待機位置を、メインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)からステップ駆動で位置266g(A3)に戻す動作が行われる。
フォロアピン266をメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266eに常時待機させると、外乱の衝撃によりフォロアピン266の待機位置がずれる。この場合、メインミラー202が不用意に回動したり、撮影しない場合やモータ260の電源オフでメインミラー202の位置が保持されなくなる。このため、これを防止するため、前述した近傍位置266e(A2)からステップ駆動で位置266g(A3)に戻す動作が行われる。
レリーズ(SW1)232がオン状態で、タイマt1の経過時間内にレリーズ(SW2)231がオン状態になると、フォロアピン266は、位置266aから前進させた位置266eから始動する。そして、フォロアピン266は、センサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行し、メインミラー202をミラーダウン位置からミラーアップ位置に回動させて第3リード溝262dに到達する。モータ260は、駆動制御にて所定位置である位置266c(A4)でフォロアピン266を停止させる。これにより、メインミラー202がミラーアップ位置で保持された状態でミラーアップ動作が完了となる。
ミラーアップ動作が完了した後、フォーカルプレーンシャッタ208が駆動し、同時に撮像素子210が動作して被写体像の光電変換(撮像動作)を行う。フォーカルプレーンシャッタ208が駆動するタイミングで、フォロアピン266を位置266d(A4)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266f(A5)までステップ駆動で移動させてから待機する。
フォロアピン266の位置266c(A4)からメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266f(A5)までの範囲は、メインミラー202を回動させない区間のため、撮像素子210には影響しない。
撮像動作、及びフォロアピン266がメインミラー202を回動させる第1リード溝262bの近傍位置266fに移動が完了した後、ミラーダウン動作が行われる。まず、フォロアピン266は、位置266c(A4)から前進した位置266f(A5)から始動する。そして、フォロアピン266は、センサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行しながらメインミラー202をミラーアップ位置からミラーダウン位置に回動させて第2リード溝262cに到達する。モータ260は、駆動制御にて所定位置である位置266a(A1)でフォロアピン266を停止させる。これにより、メインミラー202がミラーダウン位置で保持された状態でミラーダウン動作が完了する。
連続撮影での2コマ目以降には、第2リード溝262cおいて、測光/測距シーケンスからミラーアップ開始タイミングまでをタイマt3が設定される。第3リード溝262dでは、シャッタシーケンスからミラーダウン開始タイミングまでをタイマt2が設定される。タイマt2,t3は、フォロアピン266が第2リード溝262c及び第3リード溝262dをステップ駆動で助走するために必要である。
ミラーダウン位置において、測光/測距処理の開始タイミングで、フォロアピン266は、初期位置266a(A1)から第1リード溝262bの近傍位置266e(A2)までをタイマt3の完了時間に合うようにステップ駆動で位置266eを通過させる。このとき、フォーカルプレーンシャッタ208は、後幕から先幕の位置に戻す動作を行う。
位置266aの通過後、ミラー駆動シーケンスが開始されるため、フォロアピン266は、停止せずにセンサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行する。メインミラー202は、ミラーダウン位置からミラーアップ位置まで回動し、フォロアピン266は、第3のリード溝262dに到達する。モータ260を駆動制御しながらフォロアピン266を位置266c(A4)で停止させると、メインミラー202がミラーアップ位置で保持された状態でミラーアップ動作が完了となる。
ミラーアップ動作が完了した後、フォーカルプレーンシャッタ208が駆動し、同時に撮像素子210が動作して被写体像の光電変換(撮像動作)を行う。
ミラーアップ位置では、フォーカルプレーンシャッタ208の開始タイミングでフォロアピン266を位置266d(A4)から第1リード溝262bの近傍位置266f(A5)までタイマt2の完了時間に合うようにステップ駆動で位置266eを通過させる。
通過後、ミラー駆動シーケンスが開始されるため、フォロアピン266は停止せずにセンサード駆動でメインミラー202を回動させる第1リード溝262bを走行する。その後、フォロアピン266は、メインミラー202をミラーアップ位置からミラーダウン位置まで回動させて第2のリード溝262cに到達する。そして、モータ260を駆動制御しながらフォロアピン266を位置266a(A1)で停止させると、メインミラー202がミラーダウン位置で保持された状態で、ミラーダウン動作が完了となる。以上の動作が繰り返し行われる。
ミラーアップ/ダウン動作とも、第2リード溝262cと第3リード溝262dをステップ駆動で途中停止せずに助走させて通過させることで、フォロアピン266がメインミラー202を回動させる第1リード溝262bへスムーズに移動できる。これにより、ミラーアップ動作時のミラー移動時間とミラーダウン動作のミラー移動時間におけるレリーズ時間の短縮が可能となり、カメラのコマ速を速くすることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第1の実施形態と同様である。
なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
202 メインミラー
211 ミラー駆動装置
223 システム制御回路
260 モータ
262 リードスクリュー
262b 第1リード溝
262c 第2リード溝
262d 第3リード溝
264 スライダユニット
266 フォロアピン

Claims (6)

  1. モータと、
    前記モータによって回転駆動されるリードスクリューと、
    前記リードスクリューのリード溝に係合するフォロアを有し、前記リードスクリューの回転により直進移動するスライダと、
    前記スライダの直進移動によりミラーアップ位置とミラーダウン位置との間を回動するミラーと、
    時間に応じて前記モータのコイルへの通電を切り替える第1の駆動モードと前記モータの回転位相を検出して前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第2の駆動モードとを切り替え可能な制御手段と、を備え、
    前記フォロアが係合する前記リード溝は、前記ミラーを回動させる第1リード溝と、前記ミラーダウン位置で前記ミラーを保持する第2リード溝と、前記ミラーアップ位置で前記ミラーを保持する第3リード溝と、を有し、
    前記制御手段は、前記第2リード溝または前記第3のリード溝に前記フォロアが係合するときに、前記第1の駆動モードで前記フォロアを前記第1リード溝の近傍位置に移動させ、前記第1リード溝に前記フォロアが係合するときに、前記第2の駆動モードで前記フォロアを移動させるよう、前記モータを制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記制御手段は、前記第2リード溝に係合する前記フォロアが前記第1リード溝の近傍位置まで移動する間に測光もしくは測距処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記制御手段は、前記第2リード溝に係合する前記フォロアを前記第1リード溝の近傍位置まで移動させてから待機させ、所定時間以上を経過しても撮影動作が開始されない場合は、前記フォロアを前記第2リード溝の初期位置に戻すよう前記モータを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  4. 前記制御手段は、撮影準備動作を開始するタイミングで、前記第2リード溝に係合する前記フォロアを前記第1リード溝の近傍位置まで移動させてから待機させ、
    撮影動作を開始するタイミングで、前記フォロアを前記第1リード溝に沿って前記第2の駆動モードで走行させてミラーアップ動作をさせるよう前記モータを制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の撮像装置。
  5. 前記制御手段は、前記第3リード溝に係合する前記フォロアが前記第1リード溝の近傍位置まで移動する間にシャッタを駆動することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撮像装置。
  6. 前記制御手段は、測光もしくは測距処理からミラーアップ動作を開始するまでの時間が完了するタイミングで、前記フォロアが前記第2リード溝の前記第1リード溝の近傍位置を通過するよう前記モータを前記第1の駆動モードで駆動してから前記第2の駆動モードに切り替え、前記フォロアを前記第1リード溝に沿って前記第3リード溝に向けて走行させ、
    前記第3リード溝において、シャッタの駆動からミラーダウン動作を開始するまでの時間が完了するタイミングで、前記フォロアが前記第1リード溝の近傍位置を通過するよう前記モータを前記第1の駆動モードで駆動してから前記第2の駆動モードに切り替え、前記フォロアを前記第1リード溝に沿って前記第2リード溝に向けて走行させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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