JP4785432B2 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータを駆動源として用いるレンズ鏡筒に関する。

ビデオカメラなどの撮像装置では、レンズを変倍や焦点調節のために光軸方向に移動させることができる。そして、このようなレンズ駆動の駆動源として、ステッピングモータが用いられる場合が多い。

レンズ駆動等に用いられるステッピングモータには、高い回転角精度（つまりはレンズ停止位置精度）に加え、モータ駆動時の騒音や振動が低いことが求められる。このため、励磁コイルに印加する駆動信号の波形を変更したり印加電流を小さくしたり、さらに、特許文献１にて提案されているようにステッピングモータの出力軸にウエイトを装着したりすることで、モータ駆動時の騒音や振動を低減させることが行われている。
特開平１１−０７２６８７号公報（段落００１６〜００２０、図１，図３等）

しかしながら、駆動信号の波形を変更したり印加電流を小さくしたりする手法だけでは、十分に駆動騒音や振動の発生を抑え切れないことが多い。また、特許文献１にて提案の手法では、モータ出力軸にウエイトを装着することによって、該出力軸の慣性力が増加してしまうので、高速駆動が制限されたり、回転角精度が悪化したりする等のデメリットがある。

本発明は、高速駆動が制限されたり回転角精度が悪化したりすることなく、駆動騒音や振動を十分に低減させることができるステッピングモータを用いたレンズ鏡筒を提供することを目的としている。

本発明の一側面としてのレンズ鏡筒は、それぞれ周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁され、モータ軸方向に第１相着磁領域と第２相着磁領域とを有するマグネットロータと、マグネットロータの外周においてモータ軸方向に配置され、それぞれコイルを備えた第１相ステータおよび第２相ステータと、マグネットロータに一体的に取り付けられたモータ出力軸とを有するステッピングモータと、該ステッピングモータのモータ出力軸に係合し、該ステッピングモータが作動してモータ出力軸が回転することで光軸方向に移動するレンズと、を備えたものである。そして、上記マグネットロータの軸受けを、モータ出力軸を回転軸として回転させることで、第１相ステータおよび第２相ステータに対するモータ出力軸のモータ軸方向位置を変更する調節機構を有し、第１相着磁領域における着磁角と第２相着磁領域における着磁角とが互いに異なり、上記調節機構は、モータ出力軸のモータ軸方向位置を変更することで、第１相ステータおよび第２相ステータが有する歯部と、第１相着磁領域および第２相着磁領域のうち少なくとも一つにおいて着磁されている極とのモータ回転方向における位置関係を変更することを特徴とする。

本発明によれば、マグネットロータの第１の着磁領域と第２の着磁領域の着磁角又は着磁境界が延びる方向を異ならせた上で該マグネットロータのステータに対するモータ軸方向位置を調節可能とすることで、第１相（Ａ相）の出力と第２相（Ｂ相）の出力との位相差を、駆動騒音や振動を低減するのに最適に調節することができる。しかも、調節機構による機械的な調節によって該位相差の調節を容易に行うことができる。

以下に、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には、本発明の実施例１であるステッピングモータを、該ステッピングモータの回転中心軸であるモータ軸ＭＬに直交する方向から見た構成を示している。また、図２には、図１と同様にモータ軸直交方向視における該ステッピングモータの一部を模式的に示している。

これらの図において、１０１は外周面に雄ねじ部１０１ａが形成された調節軸受けであり、後述するモータ出力軸１０８の先端部を回転可能に保持する。また、該調節軸受け１０１の内面には、モータ出力軸１０８の先端面が突き当てられている。

１０２は図の側面視において該ステッピングモータの軸方向（以下、モータ軸方向という）に長く延びるＵ字形状に形成されたモータ保持板である。このモータ保持板１０２のモータ軸方向の一端には、調節軸受け１０１の雄ねじ部１０１ａに係合する雌ねじ部１０２ａが形成されている。上記調節軸受け１０１とこれにねじ係合するモータ保持板１０２と、後述するスラストバネ１０７により、調節機構が構成される。

また、モータ保持板１０２の他端には、モータケーシングとなる外ヨーク１０３が固定されている。

１０４ＡはＡ相（第１相）コイル、１０４ＢはＢ相（第２相）コイルであり、それぞれ外ヨーク１０３の内周面に沿ってその周方向に所定間隔で複数配置されている。また、Ａ相コイル１０４ＡおよびＢ相コイル１０４Ｂは、モータ軸方向に離れて配置されている。これらコイル１０４Ａ，１０４Ｂには、制御回路１２０から所定の入力パターンに従って駆動信号（パルス信号）が入力される。

１０５Ａ，１０５Ｂはそれぞれ、その内周部の周方向に複数の歯部（櫛歯部：図示せず）が形成されたリング形状のＡ相(第１相)ステータおよびＢ相(第２相)ステータである。これらＡ相およびＢ相ステータ１０５Ａ，１０５Ｂは、モータ軸方向に並ぶように配置されている。また、Ａ相およびＢ相ステータ１０５Ａ，１０５Ｂは、モータ出力軸１０８の基端部を回転可能に保持する軸受け部１０６ａを有したボビン６にアウトサート成型されている。ボビン６におけるＡ相ステータ１０５ＡおよびＢ相ステータ１０５Ｂに対応する部分には、Ａ相コイル１０４ＡおよびＢ相コイル１０４Ｂが巻き付けられている。

Ａ相コイル１０４ＡおよびＢ相コイル１０４Ｂに駆動信号が入力されると、該駆動信号の通電方向に応じた磁極（Ｎ極，Ｓ極）が歯部に形成される。このため、該歯部と後述するマグネットロータ１０９の磁極（Ｎ極，Ｓ極）とが吸引又は反発して回転力が発生する。

１０７はスラストばね(付勢部材)であり、モータ出力軸１０８を先端方向(モータ軸方向一端側から他端側)に付勢して、調節軸受け１０１の内面にモータ出力軸１０８の先端面を押し当てる。これにより、モータ出力軸１０８のモータ軸方向でのがたを防止している。

モータ出力軸１０８における外ヨーク１０３と調節軸受け１０１との間の領域には、送りねじ部１０８ａが形成されている。この送りねじ部１０８ａには、図示しないが、該ステッピングモータを駆動源として駆動される部材（例えば、レンズを保持する部材）に設けられたラックが係合し、モータ出力軸１０８の回転により該部材がモータ軸方向に駆動される。

また、コイル１０４Ａ，１０５Ｂよりも内周には、モータ出力軸１０８に接着又は圧入により一体的に固定されたマグネットロータ１０９が配置されている。

図２に示すように、マグネットロータ１０９の外周面のうちモータ軸方向に離れた２つの円筒領域には、Ａ相コイル１０４Ａに対向するＡ相着磁領域１０９ＡおよびＢ相コイル１０４Ｂに対向するＢ相着磁領域１０９Ｂが形成されている。

ここで、Ａ相着磁領域１０９ＡおよびＢ相着磁領域１０９Ｂのいずれにおいても、所定の周方向ピッチでＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。但し、Ａ相着磁領域１０９Ａにおける着磁角とＢ相着磁領域１０９Ｂにおける着磁角とが互いに異なる。

図４に示すように、マグネットロータＲの外周面又はその近傍部分に対してＮ極とＳ極を着磁する場合、マグネットロータＲの軸方向一端側から他端側に磁束Ｍを通す。Ｎ極を着磁する場合とＳ極を着磁する場合とでは、この磁束が進行する向きが反転する。

本実施例では、Ａ相着磁領域１０９Ａに着磁する際に、マグネットロータＲの外周面又はその近傍を通過する着磁用磁束Ｍの進行方向をマグネットロータＲの中心軸Ｌ（モータへの組み込み状態においてモータ軸に略一致する軸）と平行な方向に対して傾けている。そして、本実施例では、図３Ａに示すように、マグネットロータＲの中心軸Ｌに対して直交する方向から見たときに、着磁用磁束Ｍの進行方向がマグネットロータＲの中心軸Ｌに対してなす角度θを「着磁角」と称している。Ａ相着磁領域１０９Ａにおいては、着磁角は１８０°より小さい角度に設定されている。

一方、Ｂ相着磁領域１０９Ｂに着磁する際には、図４中にＭ′を付した磁束をマグネットロータＲの外周面又はその近傍を通過させる。本実施例では、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁角は、図３Ｂに示すように１８０°としている。すなわち、磁束Ｍ′の進行方向は、マグネットロータＲの中心軸Ｌと平行である。

このような着磁を行うことにより、図３Ａに示すように、Ａ相着磁領域１０９Ａでは、周方向において隣接して着磁されたＮ極とＳ極との境界（以下、着磁境界という）ＭＢが中心軸Ｌに対して着磁角θに対応した角度分傾いて延びる。すなわち、図２のモータ軸直交方向視において、Ａ相着磁領域１０９Ａの着磁境界１０９Ａａが、モータ軸ＭＬ(図１参照)に対して傾くように、すなわち非平行に延びている。

また、図３Ｂに示すように、Ｂ相着磁領域１０９Ｂでは、Ｎ極とＳ極との着磁境界ＭＢが中心軸Ｌに平行に延びる。すなわち、図２に示すように、Ｂ相着磁領域１０９Ｂでは、着磁境界１０９Ｂａがモータ軸ＭＬに対して略平行に延びている。

なお、図２には、Ａ相着磁領域１０９Ａのすべての着磁境界１０９Ａａを模式的に直線で示しているが、実際は、図５に示すようにＡ相着磁領域１０９Ａは円筒面であるため、モータ軸直交方向視においては、モータ軸ＭＬから離れるほど着磁境界１０９ａの曲がりが大きくなる。つまり、Ａ相着磁領域１０９Ａでの着磁境界１０９Ａａの延びる方向は１つの方向ではない。但し、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界の延びる方向を比較する場合には、各着磁領域でモータ軸直交方向視においてモータ軸ＭＬに最も近い（一致するものも含む）着磁境界を代表として比較すればよい。

このように、本実施例では、Ａ相着磁領域１０９Ａにおける着磁角とＢ相着磁領域１０９Ｂにおける着磁角とが互いに異なり、また言い換えれば、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとで着磁境界の延びる方向が互いに異なる。Ａ相着磁領域とＢ相着磁領域の着磁角が同じである場合を、該着磁角が平衡であると表現するならば、本実施例の場合は、Ａ相着磁領域とＢ相着磁領域の着磁角が不平衡である。

また、本実施例では、以上のようなマグネットロータにおける着磁方法に加え、調節軸受け１０１を図２中の矢印Ｐ方向に回転させることにより、雄ねじ部１０１ａと雌ねじ部１０２ａとの作用によって調節軸受け１０１をモータ軸方向である矢印Ｑ方向に移動させることができる。前述したように、調節軸受け１０１の内面には、モータ出力軸１０８の先端面がスラストばね１０７の付勢力によって押し付けられているので、調節軸受け１０１がモータ軸方向に移動することによってモータ出力軸１０８もモータ軸方向に移動する。したがって、該モータ出力軸１０８に固定されたマグネットロータ１０９のステータ１０５Ａ，１０５Ｂに対するモータ軸方向位置を調節(変更)することができる。

該調節を行うことにより、マグネットロータ１０９が同じ回転位置にある場合でも、Ａ相ステータ１０５Ａの各歯部とＡ相着磁領域１０９ＡのＮ極およびＳ極との回転方向における位置関係が変化する。一方、Ｂ相ステータ１０５Ｂの各歯部とＢ相着磁領域１０９ＢのＮ極およびＳ極との回転方向における位置関係は変化しない。

このことから、該調節を行うことによって、各相ステータの歯部と各相着磁領域のＮ，Ｓ極との回転方向位置関係の組み合わせを変えることができる。このため、図６に示すように、Ａ相において発生する出力トルクＴＡとＢ相において発生する出力トルクＴＢとの位相差Ｄを、駆動騒音や振動の発生が最も少なくなるように容易に最適化することができる。この結果、駆動信号の調節によらずに又はそれに加えて調節軸受け１０１による調節を行うことで、きわめて効果的に駆動騒音や振動の発生を抑えることができる。

しかも、上述した特許文献１にて提案されているステッピングモータのように、モータ出力軸にウエイトを取り付けるようなことはしていないので、ステッピングモータの高速駆動や高精度の回転角制御が可能である。

図７〜図１１には、本発明の実施例２のステッピングモータとして、様々な形態のステッピングモータのモータ軸直交方向視での構成を模式的に示している。これら図７〜図１１に示すステッピングモータにおいても、実施例１のステッピングモータと同様の作用効果を得ることができる。

本実施例のステッピングモータは、マグネットロータ１０９の着磁方法を除いて実施例１のステッピングモータと同じ構成を有する。符号１０１〜１０８を付した構成要素は、実施例１と同じであるので、説明を省略する。

本実施例でも、マグネットロータ１０９のＡ相着磁領域１０９Ａにおける着磁角とＢ相着磁領域１０９Ｂにおける着磁角とが互いに異なる。また言い換えれば、モータ軸直交方向視において、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとで着磁境界の延びる方向が互いに異なる。

図７〜図１１に示す実施例において、Ａ相着磁領域１０９Ａの着磁境界１０９Ａａは、モータ軸ＭＬに対して傾いている。この点では実施例１と同様である。

但し、図７の実施例では、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界１０９Ｂａは、Ａ相着磁領域１０９Ａの着磁境界１０９Ａａとは逆向きにモータ軸ＭＬに対して傾いている。すなわち、着磁境界１０９Ａａと着磁境界１０９Ｂａはそれぞれ、モータ軸ＭＬに対して非平行に延びている。

この場合、実施例１にて説明したようにマグネットロータ１０９のステータ１０５Ａ，１０５Ｂに対するモータ軸方向位置を調節すると、マグネットロータ１０９が同じ回転位置にある場合でも、Ａ相ステータ１０５Ａの各歯部とＡ相着磁領域１０９ＡのＮ極およびＳ極との回転方向における位置関係が変化する。また、Ｂ相ステータ１０５Ｂの各歯部とＢ相着磁領域１０９ＢのＮ極およびＳ極との回転方向における位置関係も変化する。但し、Ｂ相側での位置関係の変化の方向は、Ａ相側での位置関係の変化の方向とは反対になる。このため、各相ステータの歯部と各相着磁領域のＮ，Ｓ極との回転方向位置関係の組み合わせをより大きく変えることができる。

したがって、実施例１でも図６を用いて説明したように、Ａ相において発生する出力トルクＴＡとＢ相において発生する出力トルクＴＢとの位相差Ｄを、駆動騒音や振動の発生が最も少なくなるように容易に最適化することができる。この結果、駆動信号の調節によらずに又はそれに加えて調節軸受け１０１による調節を行うことで、きわめて効果的に駆動騒音や振動の発生を抑えることができる。

また、図８の実施例では、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界１０９Ｂａは、実施例１と同様にモータ軸ＭＬに対して平行に延びている。しかし、この実施例では、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとがモータ軸方向に連続して形成されている。すなわち、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとがモータ軸方向に離れて形成された実施例１とは異なる。

図９の実施例では、図７の実施例と同様に、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界１０９Ｂａがモータ軸ＭＬに対してＡ相着磁領域１０９Ａの着磁境界１０９Ａａとは逆向きに傾いている。さらに、図８の実施例と同様に、Ａ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとがモータ軸方向に連続して形成されている。

図１０の実施例では、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界１０９Ｂａは、実施例１と同様にモータ軸方向に対して平行に延びている。但し、実施例１では、一体形成されたマグネットロータ１０９上にＡ相着磁領域１０９ＡとＢ相着磁領域１０９Ｂとをモータ軸方向に離して形成したのに対し、本実施例では、Ａ相着磁領域１０９Ａを有する第１のロータマグネットと、これとは別体であるＢ相着磁領域１０９Ｂを有する第２のロータマグネットとをモータ出力軸１０８上に固定している。

図１１の実施例では、Ｂ相着磁領域１０９Ｂの着磁境界１０９Ｂａは、図７の実施例と同様に、Ａ相着磁領域１０９Ａの着磁境界１０９Ａａとは逆向きに傾いている。さらに、本実施例では、Ａ相着磁領域１０９Ａを有する第１のロータマグネットと、これとは別体であるＢ相着磁領域１０９Ｂを有する第２のロータマグネットとをモータ出力軸１０８上に固定している。

なお、ロータマグネットの構成は、実施例１および本実施例にて示した構成以外のものであってもよい。

図１２には、本発明の実施例３であるビデオカメラ（撮像装置）におけるレンズ鏡筒部の構成を示している。このビデオカメラでは、レンズ駆動源として、実施例１，２に示したステッピングモータが使用される。

図１２において、物体側（図の左側）から像側に順に、１１１は固定された前玉レンズ、１１２は変倍レンズ(光学素子)、１１７はＩＧメータ（絞り）、１１３はアフォーカルレンズ、１１４はフォーカスレンズ(光学素子)である。また、１１５は前玉レンズ１１１を保持する固定鏡筒である。

ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２は、モータ保持板１０２を介して固定鏡筒１１５の後端部に取り付けられたリレーホルダー１２０にビスにより固定されている。

１１６は変倍レンズ１１２を保持するズーム移動枠であり、１１９はフォーカスレンズ１１４を保持するフォーカス移動枠である。これら移動枠１１６，１１９はそれぞれラック１１６ａ，１１９ａを有する。ズーム移動枠１１６に設けられたラック１１６ａは、ステッピングモータＳＭ１のモータ出力軸１０８の送りねじ部（図１参照）に係合している。また、フォーカス移動枠１１９に設けられたラック１１９ａは、ステッピングモータＳＭ２のモータ出力軸１０８の送りねじ部（図１参照）に係合している。このため、各ステッピングモータが作動してモータ出力軸１０８が回転すると、各移動枠１１６，１１９およびこれらに保持されたレンズ１１２，１１４が光軸方向に移動する。

ここで、レンズ鏡筒の共振周波数は、その使用材料によって決まるが、鏡筒の形状や肉厚、レンズ駆動負荷によって多少変動する。しかし、実施例１，２にて説明したステッピングモータを用いれば、その変動した周波数に合わせて、ステッピングモータのＡ相とＢ相の出力の位相差を適宜調節することにより、そのレンズ鏡筒において駆動騒音や振動が最も小さくなる最適な状態を容易に得ることができる。しかも、上述した特許文献１にて提案されているステッピングモータのように、モータ出力軸にウエイトを取り付けるようなことはしていないので、ステッピングモータの高速駆動つまりは高速なレンズ駆動や、ステッピングモータの高精度な回転角制御つまりは高精度なレンズ位置制御が可能である。

なお、本実施例では、ビデオカメラについて説明したが、実施例１，２で説明したステッピングモータに代表される本発明のステッピングモータは、交換レンズ装置、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置をはじめ、ステッピングモータを駆動源として部材を駆動する各種装置にも用いることができる。

本発明の実施例１であるステッピングモータの構成を示す側面断面図。 実施例１のステッピングモータの模式図。 実施例１のステッピングモータにおけるマグネットロータの着磁角を説明する図。 実施例１のステッピングモータにおけるマグネットロータの着磁角を説明する図。 実施例１のマグネットロータの着磁方法を説明する図。 実施例１のマグネットロータの斜視図。 実施例１のステッピングモータにおけるＡ相、Ｂ相の出力位相差を示す図。 本発明の実施例２であるステッピングモータの模式図。 本発明の実施例２であるステッピングモータの模式図。 本発明の実施例２であるステッピングモータの模式図。 本発明の実施例２であるステッピングモータの模式図。 本発明の実施例２であるステッピングモータの模式図。 実施例のステッピングモータを用いたビデオカメラのレンズ鏡筒部の構成を示す側面断面図。

符号の説明

１０１ 調節軸受け
１０２ モータ保持板
１０３ 外ヨーク
１０４Ａ，１０４Ｂ コイル
１０５Ａ，１０５Ｂ ステータ
１０７ スラストばね
１０８ モータ出力軸
１０９，Ｒ マグネットロータ
１０９Ａ，１０９Ｂ 着磁領域
１０９Ａａ，１０９Ｂａ，ＭＢ 着磁境界
θ 着磁角
Ｍ，Ｍ′ 磁束

Claims (5)

1. それぞれ周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁され、モータ軸方向に第１相着磁領域と第２相着磁領域とを有するマグネットロータと、前記マグネットロータの外周においてモータ軸方向に配置され、それぞれコイルを備えた第１相ステータおよび第２相ステータと、前記マグネットロータに一体的に取り付けられたモータ出力軸とを有するステッピングモータと、前記ステッピングモータの前記モータ出力軸に係合し、前記ステッピングモータが作動して前記モータ出力軸が回転することで光軸方向に移動するレンズと、を備えたレンズ鏡筒であって、
   前記マグネットロータの軸受けを、前記モータ出力軸を回転軸として回転させることで、前記第１相ステータおよび前記第２相ステータに対する前記モータ出力軸のモータ軸方向位置を変更する調節機構を有し、
   前記第１相着磁領域における着磁角と前記第２相着磁領域における着磁角とが互いに異なり、
   前記調節機構は、前記モータ出力軸のモータ軸方向位置を変更することで、前記第１相ステータおよび前記第２相ステータが有する歯部と、前記第１相着磁領域および前記第２相着磁領域のうち少なくとも一つにおいて着磁されている極とのモータ回転方向における位置関係を変更することを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第１相および第２相着磁領域のうち少なくとも一方の着磁角が、Ｎ極およびＳ極の着磁境界がモータ軸方向に平行に延びる場合の着磁角よりも大きい又は小さいことを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記マグネットロータにおいて、前記第１相着磁領域と前記第２相着磁領域とがモータ軸方向において離れていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記マグネットロータにおいて、前記第１相着磁領域と前記第２相着磁領域とがモータ軸方向において連続して形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のレンズ鏡筒。
5. 前記調節機構は、前記モータ出力軸を軸方向一端側から他端側に付勢する付勢部材を含むことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１つに記載のレンズ鏡筒。