JP4227493B2 - 光量調節装置の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータを備えた光量調節装置に関するものであり、該光量調節装置を有する、撮影面に銀塩フィルムを用いた写真カメラ、撮像素子としてＣＣＤ等を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの光学機器に関する。

近年普及しているデジタルスチルカメラなどの光学機器に備えられる絞り機構では、駆動源としてステッピングモータが用いられている（特許文献１、２参照）。また、特許文献３の絞り機構では、絞り原点の位置検出手段の出力信号に対応して、絞り開口部の口径を制御するための駆動源となるステッピングモータの取り付け位置を、モータ回転軸の軸回り方向に角度調整する手段を設けることにより、絞り機構の原点位置出しを行っている。
特開平０６−０９５２０５号公報 特開平０６−０５９３０９号公報 特開平１０−９６９７２号公報

しかしながら、上記特許文献３の従来例ではステッピングモータを絞り機構に組み込んだ後、ステッピングモータの取り付け位置をモータ回転軸の軸回り方向に角度調整することでステッピングモータが基準ステップ位置に位置しているか否かを検出する手段を必要とし、また、ステッピングモータの取り付け位置をモータ回転軸の軸回り方向に角度調整を行うと同時にステッピングモータの端子部を回転させることになるので、備えられる光学機器側に角度調整範囲分の機械的設計スペースを確保する必要がある。

本発明は上記課題を解決するためのもので、駆動部材のギヤとステッピングモータのピニオンギヤとの基準となるギヤ位置合わせを高精度で容易に行うことができ、光量調節の制御を高精度に行うことのできる光量調節装置および光学機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光量調節装置の組立方法は、請求項１に記載のとおり、回転軸にピニオンギヤが設けられたステッピングモータと、複数の光量調節部材と、前記ピニオンギヤに噛み合うギヤを有し、両端が機械的に制限された回転範囲で回転され、前記光量調節部材を駆動させる駆動部材と、前期駆動部材を支持する支持部材と、を備え、前記ピニオンギヤの歯数をＺ、前記ステッピングモータのロータマグネットの着磁極数をＡとしたとき、
Ａ×（ｎ−１）＜Ｚ＜Ａ×ｎ（ｎ≧１、Ｚ、Ａはそれぞれ整数）
が成り立ち、前記ステッピングモータは、前記駆動部材を前記回転範囲の一端に位置させ、前記ステッピングモータを該駆動部材の前記ギヤと前記ピニオンギヤの噛み合いが位置合わせされるような所定の駆動ステータスに通電させた状態で、前記支持部材に組みつけられることを特徴とする。

ここで、本発明の光量調節装置の組立方法によって組み立てられた光量調節装置を備えた光学機器は、光量調節装置を撮影光学系の光路中に有するレンズ鏡筒、およびこのレンズ鏡筒を備えたカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの撮像装置である。

また、上記の光学機器は、静止画撮影および動画撮影が可能であり、前記光量調節装置は静止画撮影時と動画撮影時とで光量調節範囲を変更することを特徴としている。

また、上記の光学機器は、静止画撮影および動画撮影が可能であり、前記光量調節装置は静止画撮影時と動画撮影時とで光量調節の分割数を変更することを特徴としている。

また本発明では、ピニオンギヤの外径（歯先円直径）は、ステッピングモータの本体の外径（直径）よりも小さい構造である。

また本発明では、ピニオンギヤと駆動部材のギヤとのギヤ位置合わせを行う際、前記ステッピングモータの基準位置出しを行う。前記ステッピングモータの基準位置出しは前記ステッピングモータの励磁コイルへ決められた駆動ステータスを通電することにより、前記ロータマグネットの着磁位相が前記ピニオンギヤの位相とほぼ一致する位置へ移動させることで行い、前記ステッピングモータは基準位置出し関係を保持するため通電状態にて光量調節装置本体に組み込まれる（前記ギヤ位置合わせが行われる）。

また本発明では、前記ギヤ位置合わせにより、前記ステッピングモータに取り付けられた前記ピニオンギヤおよび前記駆動部材のギヤのギヤ位相が決定する構造である。

また本発明では、前記駆動部材の回転許容範囲の両機械端位置が、前記ステッピングモータにおけるステップ位置のうち回転許容範囲内両端のステップ位置に合致するように設定されている。

本発明では、ピニオンギヤの歯数を、上記の条件（１）のように設定する。そして、ステッピングモータを光量調節装置本体に組み込む際、まず、駆動部材を回転範囲の一端に位置させた状態とする。次に、ステッピングモータの励磁コイルへ決められた駆動ステータスを通電することにより、ロータマグネットの着磁位相がピニオンギヤの位相とほぼ一致する位置（すなわちピニオンギヤと駆動部材のギヤとが正しく噛み合う位置）へ移動させた状態とする。ここでステッピングモータはこの基準位相位置関係を保持するため通電状態にする。この通電状態で、ピニオンギヤと駆動部材のギヤとのギヤが位置合わせされるように、ステッピングモータを光量調節装置本体に組み込む（固定する）。

上記のように構成することにより、ステッピングモータと駆動部材の回転位置が常に同期の取れた状態となる。したがって、従来のようにステッピングモータの取り付け位置を、モータ回転軸の軸回り方向に角度調整してステッピングモータが基準ステップ位置に位置しているか否かを検出する手段を不要とすることが可能となる。また、上記の光量調節装置を用いた光学機器では、例えば静止画撮影と動画撮影に応じて、光量調節装置の光量調整範囲や光量調節の分割数を最適に設定することが可能となる。

本発明によれば、駆動部材のギヤとステッピングモータのピニオンギヤとの基準となるギヤ位置合わせを高精度で容易に行うことができ、光量調節の制御を高精度に行うことができる。

以下を本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例である光量調節装置（絞り装置・絞り機構）の構成を示す正面図、図２は図１の側面図である。

図１、図２において、１はステッピングモータであり、モータ内の不図示の励磁コイルに繋がる端子１ａ〜１ｄと、モータシャフト２と、不図示のロータマグネットと共にモータシャフト２に圧入などで固着されたピニオンギヤ３とで構成されている。

ステッピングモータ１の不図示の構成は外周面に、たとえば１０極着磁した円筒形状のロータマグネットと電気角で９０度の位相差を持ってロータマグネットと対向配置したステータと励磁コイルからなる２個の電磁石とを有し、各励磁コイルに周波電流（正弦波形を有するものでもデジタル波形を有するものでもよい）を通電することにより正逆回転する２相のステッピングモータである。

ステッピングモータ１に溶接などで固着されたステッピングモータ地板４は絞り機構のベースとなる固定地板５（支持部材）と結合するためのビス締め固定用の丸穴４ａを備えており、固定地板５にビス１３によりビス締め固定する構成にしてある。駆動部材である絞り風車６は、固定地板５に圧入などで固定された軸７に回転可能に支持されている。

モータシャフト２に圧入などで固着されたピニオンギヤ３は、絞り風車６に設けられたギヤ６ａと噛合い、ステッピングモータ１の励磁コイルへの通電入力によりピニオンギヤ３が回転すると絞り風車６が軸７を回転中心としてストッパー８、９間の回転規制範囲内を往復作動できる。

光量調節部材である絞り羽根１０、１１は絞り風車６に設けた絞り風車ピン６ｂ、６ｃと、絞り羽根１０、１１に設けた長溝１０ａ，１１ａが作動可能に嵌合しており、絞り羽根１０、１１のスラスト方向の作動をガイドするガイド１２により絞り羽根１０、１１は直進移動する。絞り羽根１０、１１の光軸方向は不図示のガイドにより作動可能に位置決めされている。すなわち、モータシャフト２が正逆回転することにより、絞り羽根１０、１１で形成される開口部の面積が変化するので、開口部を通過する光量を調整することが可能である。

ここで、モータシャフト２に圧入などで固着されたピニオンギヤ３と絞り風車６に設けられたギヤ６ａとのギヤ位置（絞り原点位置）合わせについて説明する。

まず、ピニオンギヤの歯数を下記条件式（１）
ピニオンギヤの歯数をＺ、
ステッピングモータ内ロータマグネットの着磁極数をＡとしたとき、
Ａ×（ｎ−１）＜Ｚ＜Ａ×ｎ（ｎ≧１、Ｚ，Ａは共に整数）……（１）
が成立するよう設定しておく。つまり、ピニオンギヤの歯数Ｚは着磁極数Ａより多いか、少ない数であり、たとえば着磁極数が１０であるとき、歯数は９以下の整数や１１以上の整数など、着磁極数の１０と同数にならない数となる。なお、ｎは１以上の少数を含む数である。

ここに、例としてロータマグネットの着磁数が２０のステッピングモータに対しピニオンギヤの歯数を２１に設定することを考える。ロータマグネットの着磁ピッチは１８°なのに対し、ピニオンギヤの歯数ピッチは１７．１４°となり、角度差は０．８６°となる。これはロータマグネットの着磁数が２０のステッピングモータ１ステップ分の回動角度が１８°（１−１相駆動時）であることより約０．０５ステップ分に相当し、ステッピングモータの取り付け角度無調整にもかかわらず上記条件式のピニオンギヤ歯数設定を行うことにより容易に高精度な基準位置出しを可能にしている。

次に、絞り風車６をストッパー８（絞りメカ開放位置）へ付勢して固定する。この状態で、ステッピングモータ１の励磁コイルへ図３に示す複数の駆動ステータス（図３に示すステップ０から７の駆動ステータス）を順次、通電することにより、不図示のロータマグネットの着磁位相がピニオンギヤの位相とほぼ一致する位置（すなわちピニオンギヤ３が絞り風車６のギヤ６ａに対して正しく噛み合う状態となる位置）までステッピングモータ１のステップ位置を移動させる。そして、励磁コイルへの通電を保持した状態（上記のギヤが正しく噛み合う位置を維持した、所定の駆動ステータスに通電された状態）でステッピングモータ１を絞り地板５に組み込み、モータ地板４を絞り地板５にビス１３によりビス締めすることによりステッピングモータ１を絞り地板５に固定する。この状態で、ステッピングモータ１のピニオンギヤ３と絞り風車６のギヤ６ａとの回転位置が常に同期の取れた状態となる。

このとき、図４に示す光学機器側に設けた内部記憶装置２１２では、上記の絞り原点位置（ギヤが一致した状態）において、ステッピングモータへ通電したステータスを、図３における新たな絞りメカ開放位置（絞り原点位置）ステータスと記憶し、駆動ステータスを更新する。たとえば、ピニオンギヤ３が絞り風車６のギヤ６ａに対して正しく噛み合う状態の駆動ステータスが「Ｌ、Ｌ、Ｌ、Ｈ」であった場合、この駆動ステータスをステップ０のメカ開放位置として記憶し、図３に示す駆動ステータスのパターンテーブルを更新する。

図４は本発明の実施例の光量調節装置を用いた光学機器（ビデオカメラ、デジタルカメラ）を示す構成図である。

図４に示すように、被写体側から順に、フィールドレンズ２０１、バリエータレンズ２０２、光量調節装置（絞り・シャッター機構）２１４、アフォーカルレンズ２０３、フォーカスレンズ２０４およびＣＣＤ撮像素子２１６が配置されて構成されている。

バリエータレンズ２０２とフォーカスレンズ２０４はそれぞれ鏡枠２０５、２０６に保持され、鏡枠２０５、２０６は不図示のガイド軸によって光軸方向に移動自在にガイドされている。

鏡枠２０５、２０６にはラック２０５ａ、２０６ａが取り付けられており、ステッピングモータ２０７、２０８の出力軸としてのスクリュウ軸２０７ａ、２０８ａが作動してスクリュウ軸２０７ａと２０８ａとの噛み合い作用によってバリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４が光軸方向（矢印方向）に進退駆動される。

このようにステッピングモータ２０７、２０８によりバリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４を目標位置に駆動する場合、まずバリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４を基準となる位置（初期位置）にセットし、この初期位置から目標位置まで移動させさせるために必要なパルス数の駆動信号をステッピングモータ２０７、２０８に入力する。このため、この撮影系（レンズ鏡筒）には、バリエータレンズ２０２、およびフォーカスレンズ２０４が初期位置に位置しているか否かを検出する初期位置センサとして、発光素子と受光素子とが一体となったフォトインターラプタ２０９、２１０が設けられている。

この光学機器の制御を司るマイクロプロセッサ２１１は、フォトインターラプタ２０９、２１０の発光素子と受光素子の間に鏡枠２０５、２０６に設けられた遮光部材２０５ｂ、２０６ｂが入り込んで受光素子に発光素子からの光が入射しなくなったことをもって、バリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４が初期位置に位置したことを検知する。

なお、遮光部材２０５ｂは、バリエータレンズ２０２の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。また、遮光部材２０６ｂはフォーカスレンズ２０４の遠距離物体に対してフォーカスする無限位置か至近物体に対してフォーカスする至近位置かのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。

マイクロプロセッサ２１１の内部記憶装置（書き換え可能なメモリ）２１２には、バリエータレンズ２０２の初期位置に対する望遠側と広角側の位置が、ステッピングモータ２０７の回転量に対応したステップ数として記憶されている。また、フォーカスレンズ２０４の初期位置に対しても、物体距離とバリエータレンズ２０２の位置とで決定される位置データがステッピングモータの回転量に対応したステップ数として記憶されている。

ステッピングモータ２０７、２０８はステッピングモータ駆動回路２１９、２２０に入力されるマイクロプロセッサ２１１からの正逆信号により駆動される。

つまり、撮像光学系の変倍動作およびこれに伴う合焦動作は、ビデオカメラなどで一般的に用いられているズームトラッキング調整方式（バリエータレンズ２０２の各ズーム位置および各物体距離でのフォーカスレンズ２０４の各位置である複数の電子カム軌跡データがメモリ２１２に記憶され、これらの電子カム軌跡データにより各モータ２０７、２０８の制御が行われる）によりステッピングモータ２０７、２０８を制御することによって行われる。

一方、光量調節装置（絞り・シャッター機構）２１４は、ステッピングモータ２２４と、このステッピングモータ２２４により開閉駆動される絞り羽根２１４ａ、２１４ｂと、ステッピングモータ２２４の駆動回路２２５とを有し、駆動回路２２５へ制御信号を入力するマイクロプロセッサ２１１、さらには絞り原点調整により得られた通電ステータスを記憶しこのステータスから始まる新たな絞り駆動ステータスに更新する内部記憶装置（メモリ）２１２から構成されている。

ＣＣＤ撮像素子２１６からの電気信号はＡ／Ｄ変換回路２１７によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、信号処理回路２１８に入力される。信号処理回路２１８は入力された電気信号から映像信号を生成し、この映像信号が記憶部に送られる。また、映像信号のうちの輝度信号成分がマイクロプロセッサ２１１に送られる。マイクロプロセッサ２１１は入力された輝度信号成分が常に適性値になるようにステッピングモータ駆動回路２２５に制御信号を送り、ステッピングモータ２２４をフィードバック制御する。

ステッピングモータ駆動回路２２５はマイクロプロセッサ２１１からの制御信号に応じてステッピングモータ２２４の初期位置を設定するためにステッピングモータ２２４の励磁コイルに通電を行ったり、所望の光量となるように初期位置から任意の位置へ回転させて位置決めするための励磁コイルへの通電を行ったりする（光量調節する）。

なお、バリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４の駆動と同様に、光量調節装置（絞り・シャッター装置）２１４の駆動はステッピングモータにて行うため、カメラ全体としての制御を容易にすることができる。

ズームスイッチ２２５は、広角側にズーミング動作させるためのスイッチと、望遠側にズーミング動作させるためのスイッチとからなり、これらスイッチからの信号はマイクロプロセッサ２１１に入力される。マイクロプロセッサ２１１は、入力された信号に応じてステッピングモータ駆動回路２１９、２２０に制御信号（メモリ２１２に記憶された電子カム軌跡データに基づく信号）を送り、モータ２０７を駆動してバリエータレンズ２０２をズーム移動させるとともに、このズーム移動位置に応じたフォーカス位置にモータ２０８を駆動してフォーカスレンズ２０４を移動させる。

モード切り換えスイッチ２２６は、このカメラによって動画撮影を行う（動画モード）か静止画撮影を行う（静止画モード）かを選択させるためのスイッチである。

シャッタースイッチ２２７は静止画モードが選択された場合に、静止画撮影を実行させるためのスイッチである。

また、録画スイッチ２２８は、動画モードが選択された場合に動画撮影の開始および終了を指示するためのスイッチである。

光量調節装置（絞り・シャッター装置）２１４の静止画モードにおけるシャッター動作については、シャッタースイッチ２２７が操作されると、任意の絞り位置（適正な光量調節位置）から絞り閉じ方向へ急速に励磁コイルへの通電入力を与えることでシャッター動作ができる。

図５には、本実施形態の光学機器（カメラ）における光量調節装置（絞り・シャッター装置）２１４の制御フローチャートを示している。

カメラの電源が投入されると、ステップ（図ではＳＴと記す）１０１にて、上述したモード切り換えスイッチ２２６の状態を検出し、静止画モードに設定されているか動画モードに設定されているかを判定する。

動画モードであれば、ステップ１０２に進みステッピングモータ２２４の制御範囲すなわち光量調節の際の制御範囲を絞り開放〜絞り全閉までに設定する。そして、ステップ１０３に進み、露出設定をオートモードに設定する。このオートモードでは、ＣＣＤ撮像素子２１６に受光させる撮影光量を、所定の光量に保つよう制御する。つまり、動画撮影中に時々刻々と変化する被写体輝度に対して、撮影光量を所定の光量に保つよう制御する。そして、ステップ１０４にて、録画スイッチ２２８がオンされたか否かが検出され、録画スイッチ２２８がオンであれば、ステップ１０５にて、動画が録画される。また、録画スイッチ２２８がオフであればステップ１０１に戻る。

上記のステップ１０１にて、静止画モードが設定されているときは、ステップ１０６に進み、ステッピングモータ２２４制御範囲すなわち光量調節の際の制御範囲を絞り開放〜所定の小絞りまでに設定する。

そして、ステップ１０７にて露出設定をプログラムモードに設定する。このプログラムモードは、被写体の明るさに応じて予めマイクロプロセッサ２１１に記憶させた絞り値とシャッター速度との組み合わせを最適選択する。つまり、絞り羽根２１４ａ、２１４ｂを所定の絞り口径（最適な光量調節位置）の位置から絞り全閉位置へステッピングモータ２２４を高速駆動して、光量調節装置（絞り・シャッター装置）２１４をインターレース方式のＣＣＤ画像取り込み用のシャッターとしても使用する状態に設定する。

次に、ステップ１０８にてシャッタースイッチ２２７がＯＮか否かを判定し、ＯＮであればステップ１０９にて、上述したプログラムモードにて光量調節装置２１４を作動させて静止画取り込み（静止画撮影）を行う。またシャッタースイッチ２２７がＯＦＦであればステップ１０１に戻る。

上記のように、本実施例では、光量調節装置２１４は、静止画モードと動画モードとで光量調節範囲を変更しているため、各モードに応じた適正な光量調節を行うことができる。また、光量調節装置２１４は、静止画モードと動画モードとで光量調節の分割数を変更するように構成してもよい。たとえば、静止画モードであるときは、図３に示したような分割数とし、動画モードでは図３の分割数よりさらに分割して分割数を増やした構成さらにはアナログ的に光量調節値を変化させる構成としてもよい。これらの構成により、各撮影モードに応じた適正な光量調節を行うことができる。

なお、上述した実施例において、ステッピングモータ２２４の励磁コイルへの通電条件は１−１相駆動，１−２相駆動，２−２相駆動，正弦波駆動（マイクロステップ駆動）と必要精度により選択して使用することができる。

以上説明したように、上記の実施形態では、絞り開口部の口径を制御するための基準となる絞り原点位置出しを、駆動部材（絞り風車）の機械端において、駆動部材に設けたギヤと、通電状態にてモータ基準位置固定となっているステッピングモータに取り付けられたピニオンギヤとのギヤ位置合わせにより行うので、ステッピングモータと駆動部材（絞り風車）の回転位置が常に同期が取れた状態とすることができる。従って、従来のようにステッピングモータを絞り機構に組み込んだ後、ステッピングモータの取り付け位置をモータ回転軸の軸回り方向に角度調整することでステッピングモータが基準ステップ位置に位置しているか否かを検出する手段を不要とすることが可能となる。

また、従来例にあるような絞り原点調整機構では、ステッピングモータの取り付け位置をモータ回転軸の軸回り方向に角度調整を行う際ステッピングモータの端子部を同時に回転させることになるので、光学機器側に角度調整範囲分の機械的設計スペースを確保する必要があったが、上記の実施形態の光量調節装置ではステッピングモータ自体の角度調整を行うことなく、絞り機構に取り付けることができ、光学機器全体のスペース効率が良く、光学機器の小型化にも有用である。

また上記の実施形態では、静止画撮影モードと動画撮影モードとに応じた光量調節装置の光量調整範囲や光量調節の分割数を最適に設定することが可能となるので、部品数の削減や低コストを図りながらも高精度に調整可能な光量調節装置を実現できる。

本発明の実施例である光量調節装置の構成を示す正面図。 実施例における光量調節装置の構成を示す側面図。 実施例における光量調節装置の通電駆動ステータスを説明するための図。 本発明の実施例である光学機器の構成を示すブロック図。 実施例における光学機器の光量調節の制御を示すフローチャート。

符号の説明

１ ステッピングモータ
２ モータシャフト
３ ピニオンギヤ
６ 絞り風車（駆動部材）
６ａ ギヤ
８，９ ストッパー
１０，１１ 絞り羽根（光量調節部材）
２０１ フィールドレンズ
２０２ バリエータレンズ
２０３ アフォーカルレンズ
２０４ フォーカスレンズ
２１４ 光量調節装置（絞り・シャッター機構）
２１６ ＣＣＤ撮像素子

Claims (2)

1. 回転軸にピニオンギヤが設けられたステッピングモータと、
   複数の光量調節部材と、
   前記ピニオンギヤに噛み合うギヤを有し、両端が機械的に制限された回転範囲で回転され、前記光量調節部材を駆動させる駆動部材と、
   前記駆動部材を支持する支持部材と、を備え、
   前記ピニオンギヤの歯数をＺ、前記ステッピングモータのロータマグネットの着磁極数をＡとしたとき、
   Ａ×（ｎ−１）＜Ｚ＜Ａ×ｎ（ｎ≧１、Ｚ、Ａはそれぞれ整数）
   が成り立つような光量調節装置の組立方法であって、
   前記ステッピングモータは、前記駆動部材を前記回転範囲の一端に位置させ、前記ステッピングモータを該駆動部材の前記ギヤと前記ピニオンギヤの噛み合いが位置合わせされるような所定の駆動ステータスに通電させた状態で、前記支持部材に組みつけられることを特徴とする光量調節装置の組立方法。
2. 前記光量調節装置は、
   前記ステッピングモータが前記支持部材に組みつけられるときの前記所定のステータスを記憶し、
   前記所定の駆動ステータスから始まるパターンテーブルによって前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置の組立方法。

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