JP3866353B2

JP3866353B2 - 外部光量絞り装置

Info

Publication number: JP3866353B2
Application number: JP03570397A
Authority: JP
Inventors: 佳彦佐藤
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: JPH10221738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやスチルカメラに用いられている外部光量の絞り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやスチルカメラ等携帯機器に用いられている外部光量の絞り装置には常に小形化、薄型化、低消費電力化が求められている。外部光量に応じてアイリス羽を開閉して前記外部光量の絞りを調節する絞り機構を駆動するために、アクチュエータを用いることはよく知られている。例えば、特許公報昭５６ー５１７２９号（引用文献Ａ）によれば、以下のことが開示されている。その構成は、アクチュエータとして、２個の駆動コイルと永久磁石回転子と前記永久磁石回転子の回転位置を検出するため配設されたホール素子とを有するサーボメータを用い、回転子軸に直結したアイリスレバーの機械的な係合によって回転運動を絞り機構を構成する回動するリングに伝達するものである。その作用は、光電変換素子によって外部光量に応じて、前記サーボメータの駆動コイルに駆動電流を流して永久磁石回転子を回転させ、前記ホール素子によって永久磁石回転子の位置を検出して駆動電流を増減するフィードバックによって制御を行うものである。従って、前述の外部光量の絞りを調節する絞り機構を駆動するアクチュエータによって装置全体の大きさも消費電力も決定されることになる。
【０００３】
また、図５に示すもう一つの従来例の外部光量の絞り装置５００は、金属または樹脂からなるほぼ長方形でカップ状の偏平なパッケージ５０１、前記パッケージ５０１の内部底面には互いに前記パッケージの長手方向にスライドできる重畳された薄板から形成された２枚のアイリス羽５０２、５０３が配設され、前記パッケージ５０１の下面にはモータユニット５０５取り付けられて構成される。前記パッケージ５０１の内部底面にはガイドピン５０８ａ、５０８ｂ及び５０８ｃ、５０８ｄが前記パッケージ５０１の長辺の両側に対向して取り付けられ、前記アイリス羽５０２、５０３の長辺の両側に横長のガイド溝５０９ａ、５０９ｂ及び５０９ｃ、５０９ｄが平行に対向配設され、前記ガイドピン５０８ａ、５０８ｂ及び５０８ｃ、５０８ｄでスライド方向が保持される。モータユニット５０５の回転軸５０６には、両端に一対のアイリスレバーピン５０７ａ、５０７ｂが固定された薄板状のアイリスレバー５０４が取り付け固定され、前記アイリスレバーピン５０７ａ、５０７ｂは夫々アイリス羽５０２、５０３のアイリスレバーピン穴５１０ａ、５１０ｂに嵌合される。この例においても、光電変換素子によって外部光量に応じて、前記モータユニットの駆動コイルに駆動電流を流して回転子を回転させて前述のアイリスレバー５０４の回転運動を前記アイリス羽５０２、５０３の直線運動に運動変換して制御を行うものである。従って、前述の外部光量の絞りを調節する絞り機構を駆動するモータユニットによって装置全体の大きさも消費電力も決定されることになる。
【０００４】
一方、周知のように超小型ステッピングモータの代表例としては、出力が限定されるマイクロマシン用のモータを除けば、アナログ腕時計及びクロック等に用いられている超小型のステッピングモータを挙げることができる。アナログ腕時計の超小型のステッピングモータは、平面的に配設された磁性材料からなるステータと非対称空隙を介して、エネルギー積が２０〜３０ＭＧＯｅの希土類永久磁石を有する径方向２極着磁の直径が約１ｍｍの回転子と、前記ステータに５，０００〜１０，０００ターン巻回されたシングルコイルとで構成される。前記構成のステッピングモータでは、アナログ時計の製品の性格から、前記シングルコイルへ正負の有極パルス電圧を交互に印加することによって、定方向回転が達成されている。秒運針の場合は、前記印加電圧は１ＰＰＳ（１Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃ）でよいが、時刻合わせを早急に行いたい場合は脱調が生じない範囲の周波数で高速駆動することも可能である。また、場合によっては逆方向回転させて時刻合わせすることも、合わせ時間を短縮する点で有効である。１相のシングルコイルを用いて正回転または逆回転させる駆動原理は例えば特許公報昭５３ー２２６４８号（以下引用文献Ｂ）に開示されている。前述の引用文献Ｂに示された駆動回路システムによって、通常の定方向回転するアナログ腕時計用のステッピングモータの構成で正回転または逆回転させることが可能で、且つフィードバックなしのオープン駆動で位置制御が可能であることが説明されている。また、周知のように前記超小型ステッピングモータの駆動は間欠的で停止しているときは消費電力は零である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例では以下に述べる問題が生じていた。先ず引用文献Ａでは、（１）アクチュエータとして比較的大きいサーボメータを用いるので前記外部光量の絞り装置が大きくなり小型薄型化ができない、（２）位置検出をするフィードバック制御のために常時電流が流れており消費電力が大きく、３〜５Ｖ駆動で１５〜３０ｍＡにも達する、（３）フィードバック制御をするためにサーボメータの構造と駆動回路の構成が複雑になる、という欠点があった。
【０００６】
また、従来例の図５においては、モータユニット５０５がいかにも大きく、引用文献Ａについて説明した同様の問題点が指摘される。即ち、（１）モータとして比較的大きいサーボモータを用いるので前記絞り装置が大きくなり小型薄型化ができない、（２）位置検出をするフィードバック制御のために常時電流が流れており消費電力が大きい、（３）フィードバック制御をするためにモータの構造と駆動回路の構成が複雑になる、という欠点があった。また、ここでモータとして通常の大きさのステッピングモータを用いてもフィードバック制御がないだけで回転位置を保持するためにホールデング電流が流れるので同様の問題が発生することになる。
【０００７】
また、前述のアナログ時計用の超小型ステッピングモータを用いるのは構造簡単で小型薄型化、シングルコイルで正回転逆回転ができ、低消費電力という点では優れている。しかしながら、もともと時計モジュールにビルトインする構造なので幅広く応用展開する構造、即ちユニット化されていないという嫌いがあり、運動変換器の構造になっていなかった。また、前述の運動変換機構と超小型ステッピングモータのオープン駆動は、そのシーケンスの構成に具体的な事例がなかった。
【０００８】
更に、引用文献Ａ及び図５の従来例では、モータの回転子の位置を検出していて、アイリス羽の開閉位置を直接検出していない。このために、機構のバックラッシュ等によって外部光量の絞りが正確にできないという欠点があった。
更にまた、オープン駆動のステッピングモータを使用する従来例の絞り機構４５０を示す図４では、外部光量の絞りの範囲に対応してアイリス羽１０４ａ、１０４ｂをスライドさせる回転子軸１０８に固定されたアイリスレバー１０２の先端１０７ａ、１０７ｂが駆動されて１０７ａ´，１０７ｂ´位置まで回転すると、外部光量の絞り機構ユニットのパッケージ１０５の側壁１０６の一端１０９に当接して前記ステッピングモータの作動が停止するという現象が生じることが避けられなかった。
【０００９】
本発明の目的は、前述の欠点を除去して、外部光量の絞り装置の小型化薄型化を図り、フィードバック制御なしのオープン駆動によってアイリス羽を安定に開閉することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題の解決するための手段は、外部光量に応じてアイリス羽を開閉して前記外部光量の絞りを調節する絞り機構と、該絞り機構を駆動するステッピングモータユニットとで構成された外部光量絞り装置において、平面的に配設された磁性材料からなるステータと該ステータの磁極と非対称空隙を介して係合する外周に着磁された永久磁石からなるロータと、前記ステータに巻回されたシングルコイルとで構成された１相ステッピングモータの回転子軸に直接または減速輪列を介して、両端に一対のアイリスレバーピンを有する長板状のアイリスレバーを設け、前記アイリスレバーの一端が正回転してパッケージの側壁に近接したときに前記ステッピングモータが停止するように、前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端の近接を検出する検出器を配設してステッピングモータ部品とともに前記パッケージに収納した前記ステッピングモータユニットと、前記アイリスレバーピンと嵌合するアイリスレバーピン穴と、固定ピンに案内されるガイド溝があり長手方向に互いにスライドする複数枚のアイリス羽を有する前記絞り機構を収納した前記絞り機構ユニットとを厚み方向に積層したことを特徴とする外部光量絞り装置。
【００１１】
また、本発明の課題を解決するための手段は、前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端が近接する検出器の信号を外部光量の絞りの原点とすることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の課題を解決するための手段は、前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端が近接する検出器の構成を、光検出器または静電検出器または圧電検出器としたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のアイリスレバーの近接検出機構説明図である。図２は本発明の超小型ステッピングモータユニットである。図３は本発明の外部光量の絞り装置である。図１において、アイリスレバー検出機構１００は、パッケージ１０５の側壁１０６の一部にアイリスレバーの近接検出器１０１が配設されている。お互いに開閉してスライドするアイリス羽１０４ａ、１０４ｂは回転子軸１０８に固定されアイリスレバー１０２の先端部１０７ａ、１０７ｂ近傍に設けられた一対のアイリスレバーピン１０３ａ、１０３ｂと後述するように係合する。近接検出器１０１は光検出器（例えばフォトリフレクタ、フォトインタラプタ）や静電検出器、圧電検出器、磁気検出器等々、設計上選択は要求仕様によって任意でよい。
【００１４】
図２において、本発明の超小型ステッピングモータユニット２００は金属または樹脂からなるパッケージ２０１に、前述の超小型ステッピングモータ１５０の各部材、即ちステータ１５１、ロータ１５２、シングルコイル１５３及び減速輪列１５４、１５５が収納されて構成される。前記減速輪列１５５には、両端に一対のアイリスレバーピン１０３ａ、１０３ｂを有するアイリスレバー１０２が固定されている。また、パッケージ１０５の外周部には前記シングルコイル１５３を励磁するため電気接続端子１５６ａ、１５６ｂが突出して設けられる。なお、駆動回路は本発明の実施例では収納されていないが、実装密度によっては収納することも可能である。
【００１５】
図３において、本発明の外部光量絞り装置４００は、パッケージされた外部光量絞り機構ユニット３００と前述の超小型ステッピングモータユニット２００とを厚み方向に積層組み立てることによって構成される。外部光量絞り機構ユニット３００の、金属または樹脂からなるほぼ長方形でカップ状の偏平なパッケージ３０１の内部底面には、互いに前記パッケージの長手方向にスライドできる重畳された薄板から形成される２枚のアイリス羽１０４ａ、１０４ｂと、ガイドピン３０２ａ、３０２ｂ及び３０３ａ、３０３ｂが前記パッケージ３０１の長辺の両側に対向して配設されている。前記アイリス羽１０４ａ、１０４ｂの長辺の両側に横長のガイド溝３０７ａ、３０７ｂ及び３０８ａ、３０８ｂが平行に対向配設され、前記ガイドピン３０２ａ、３０２ｂ及び３０３ａ、３０３ｂで案内されてスライド方向が保持される。前記アイリスレバーピン１０３ａ、１０３ｂは夫々アイリス羽１０４ａ、１０４ｂのアイリスレバーピン穴３０４ａ、３０４ｂに嵌合される。
【００１６】
本発明の外部光量絞り装置は、光電変換素子によって外部光量に応じて、前述の超小型ステッピングモータユニット２００の電気的接続端子１５６ａ、１５６ｂに有極パルス電圧を印加することによって、フィードバックなしのオープン駆動でロータ１５２を正回転または逆回転させて前述のアイリスレバー１０２の回転運動を前記アイリス羽１０４ａ、１０４ｂの直線運動に運動変換して絞り装置の制御を行うものである。本発明の外部光量絞り装置の結果によると、電圧１〜３Ｖ、５００Ｈｚ駆動で消費電流は１〜３ｍＡであり、従来例と比べて消費電力は実に約１／２０となり、大きさは約１／５にすることができた。
【００１７】
そして、オープン駆動のステッピングモータを使用する本発明のアイリスレバー近接検出機構１００では、外部光量の絞りの範囲は、それと対応するアイリス羽１０４ａ、１０４ｂをスライドさせる回転子軸１０８に固定されたアイリスレバー１０２の先端１０７ａ、１０７ｂが駆動されて１０７ａ1，１０７ｂ1、１０７ａ2、１０７ｂ2位置まで回転して決まる。前記アイリスレバー１０２の先端１０７ａ、１０７ｂが駆動されて１０７ａ１，１０７ｂ位置まで回転すると、外部光量の絞り機構ユニットのパッケージ１０５の側壁１０６に配設された近接検出器１０１によって、前記アイリスレバー１０２の先端１０７ｂ１が側壁１０６と当接する前に前記ステッピングモータを停止させることができ、前記近接検出器１０１によって得られた信号で原点検出とし、その後逆回転させることができる。また、前記アイリスレバー１０２の先端１０７ａ、１０７ｂが駆動されて１０７ａ2，１０７ｂ2位置まで回転すると、前記近接検出器１０１による検出は不要であり前記ステッピングモータを正回転させることができる。そしてまた、使用再開、中断のときは、一度原点復帰後に前記ステッピングモータを駆動するようにシーケンスを組むこともできる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、外部光量の絞り装置を、パッケージに収納された絞り機構ユニットと前記超小型ステッピングモータユニットとを厚み方向に積層組み立てて構成するので、外部光量の絞り装置全体の厚みと消費電力を大幅に低減することができた。
【００１９】
また、本発明によれば、外部光量の絞り装置のアイリスレバーの近接検出機構によって、絞り機構の原点確認と原点復帰が前記超小型ステッピングモータのオープン駆動の、しかも正回転、逆回転で容易に得られることである。
【００２０】
また更に、本発明によれば、外部光量の絞り装置のアイリスレバーの近接検出機構の検出器として、光検出器、静電検出器、圧電検出器、磁気検出器等々、要求使用によって広範囲な設計上の選択ができることである。
【００２１】
更にまた、本発明によれば、アイリスレバーによる原点検出であるから運動変換機構のバックラッシュの影響がなく、外部光量に応じた微細な絞り調整が可能で、前記アイリスレバーの分解能として０．１°／ステップが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアイリスレバー近接検出機構の説明図である。
【図２】本発明の超小型ステッピングモータユニットである。
【図３】本発明の外部光量絞り装置である。
【図４】従来例の外部光量絞り機構である。
【図５】従来例の外部光量絞り装置である。
【符号の説明】
１００アイリスレバー近接検出機構
１０１近接検出器
１０２アイリスレバー
１０３ａ、１０３ｂアイリスレバーピン
１０４ａ、１０４ｂアイリス羽
１０５パッケージ
１０６側壁
１０７ａ、１０７ｂアイリスレバー先端
１０８回転子軸
２００超小型ステッピングモータユニット
３００外部光量絞り機構ユニット
４００外部光量絞り装置
４５０従来例の外部光量絞り機構
５００従来例の外部光量絞り装置

Claims

外部光量に応じてアイリス羽を開閉して前記外部光量の絞りを調節する絞り機構と、該絞り機構を駆動するステッピングモータユニットとで構成された外部光量絞り装置において、平面的に配設された磁性材料からなるステータと該ステータの磁極と非対称空隙を介して係合する外周に着磁された永久磁石からなるロータと、前記ステータに巻回されたシングルコイルとで構成された１相ステッピングモータの回転子軸に直接または減速輪列を介して、両端に一対のアイリスレバーピンを有する長板状のアイリスレバーを設け、前記アイリスレバーの一端が正回転してパッケージの側壁に近接したときに前記ステッピングモータが停止するように、前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端の近接を検出する検出器を配設してステッピングモータ部品とともに前記パッケージに収納した前記ステッピングモータユニットと、前記アイリスレバーピンと嵌合するアイリスレバーピン穴と、固定ピンに案内されるガイド溝があり長手方向に互いにスライドする複数枚のアイリス羽を有する前記絞り機構を収納した前記絞り機構ユニットとを厚み方向に積層したことを特徴とする外部光量絞り装置。
前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端が近接する検出器の信号を外部光量の絞りの原点とすることを特徴とする請求項１に記載の外部光量絞り装置。
前記パッケージの側壁に前記アイリスレバーの一端が近接する検出器の構成を、光検出器また静電検出器または圧電検出器としたことを特徴とする請求項１に記載の外部光量絞り装置。