JP5328187B2 - 羽根駆動装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光量を規制するためのシャッタ羽根や絞り羽根を成す羽根部材を駆動する羽根駆動装置および該羽根駆動装置を具備する撮像装置に関するものである。

従来から、カメラ等の光量を規制するためのシャッタ羽根や絞り羽根を駆動する装置の駆動源として、ステッピングモータが使われている。ステッピングモータは、開ループ制御により容易に位置や速度を決めることができ、制御系が簡単になるというメリットがある。その反面、ステッピングモータには脱調現象を生じるという問題がある。脱調現象とは、駆動トルクよりも負荷トルクの方が上まってしまい、ステッピングモータのロータが指令信号に追従できなくなり、回転を停止してしまう現象をいう。

近年のカメラの小型化や高性能化の要求に伴い、モータにも小型化、省電力化、高速化が求められている。これらはすべて脱調現象を誘起する方向に働くため、これらを実現するためには、脱調現象への対策が不可欠である。脱調現象を避けるためにはモータの駆動トルクに余裕をもたせなければならず、小型のモータを使うことが難しかった。

脱調現象への対策として、特許文献１には、次のような技術が開示されている。ステッピングモータを駆動させて絞り羽根を動かした際、該絞り羽根の絞り値が特定の値になると信号を出力する特定絞り値検出部を備える。そして、特定絞り値検出部から信号が出力されない時には、脱調現象が発生していると判定する。脱調現象であると検出したら、まず、低速、高トルク駆動を行ってロータを初期位置へ戻す。その後は、絞り羽根の速度を、脱調現象を検出したときよりも遅くすることでトルクを向上させ、脱調現象が生じないようにしている。

しかし、上記特許文献１に開示された技術は、脱調現象が生じた時の対策を示すものであり、脱調現象が生じないようにするものではない。このため、モータのトルクが小さければ脱調現象が起こることに変わりがないものであった。

これに対し、ステッピングモータのロータ位置を検出する位置センサを取り付け、ロータの回転に合わせてコイルへの通電を切り換えていくことで脱調現象が生じないようにする、いわゆるブラシレス駆動を行う技術が特許文献２に開示されている。この種のモータをシャッタ装置に用いることにより、脱調現象の生じないシャッタ装置とすることができる。また、この駆動技術は、開ループ制御でステッピングモータを駆動させるよりも、高速で高効率の駆動が行える。したがって、この種のモータを用いることで、シャッタ装置の高速化および高効率化に役立つことになる。
特開平２−１０５１２１号公報 特開平１０−１５０７９８号公報

しかしながら、特許文献２に示されている構成のモータは、ロータの位置を読み取るための位置センサをモータに内蔵させる必要があるため、該モータの大型化を招き、シャッタ装置や絞り装置、つまり羽根駆動装置の小型化を妨げてしまうものであった。

（発明の目的）
本発明の目的は、ステッピングモータを大型化することなく、脱調現象の発生を無くすることのできる羽根駆動装置および撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、被検出部が形成され、駆動されることで光量を規制する羽根部材と、第１のコイルおよび第２のコイルを有し、前記羽根部材を駆動するステッピングモータと、前記羽根部材が駆動されるとき、前記被検出部の有無を検出し、前記ステッピングモータを１ステップ分動かしたときに１パルスの出力信号を出力する検出手段と、前記出力信号の出力を受けて前記第１のコイルまたは前記第２のコイルの通電方向を切り換える駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記羽根駆動装置を具備する撮像装置とするものである。

本発明によれば、ステッピングモータを大型化することなく、脱調現象の発生を無くすることができる羽根駆動装置または撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし３に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係る羽根駆動装置の一例であるシャッタ装置の構成を示す分解斜視図である。図１において、１はブラシレスのステッピングモータであり、第１、第２のコイルを有するステータおよびマグネットを有するロータによって構成される。そして、第１、第２のコイルへ流す電流の方向を順次切り換えることによって、ロータを所定の角度だけ回転させることができる。ステッピングモータ１のステータは、図示しない方法により地板５に固定されている。

２は地板５に対して回転可能に支持されたロータリープレートであり、シャッタ羽根であるところの遮光羽根４を回転させる駆動ピン２１を備える。ロータリープレート２には、ステッピングモータ１のピニオンと噛み合うギヤ部２２を備える。３は図示しない方法で地板５に固定された位置センサであり、遮光羽根４の位置を読み取ることができる。本実施例１では、位置センサ３として光学式の位置センサを用い、遮光羽根４に設けたスリット４１の位置を読み取ることで、該遮光羽根４の位置（開閉状態）を特定している。詳しくは、遮光羽根４に設けられたスリット４１の有無を検出し、空隙であればＬ（ローレベルを意味する）の信号を、スリットであればＨ（ハイレベルを意味する）の信号を出力し、そのＨ、Ｌの個数により遮光羽根４の位置（遮光状態）を特定している。

上記遮光羽根４は２枚の羽根部材より成り、穴４２を中心に回転することで地板５に設けられた開口部５２を開閉して光量を規制する。遮光羽根４は、位置検出に用いる信号発生部として上記したスリット４１を複数（図１では４個）備えている。また、駆動ピン２１に嵌合する穴４２とカム溝５１に案内される突起４３を有し、ロータリープレート２の回転によって地板５に開けられた開口部５２の開口量を規制する。地板５は、上記したように、遮光羽根４を案内するカム溝５１を備えると共に、光束を通過させるための開口部５２を有する。また、地板５には、ロータリープレート２の軸部、ステッピングモータ１のステータ部および位置センサ３が固定されている。

６は裏蓋であり、地板５に固定されることで遮光羽根４が脱落することを防止している。７はキャップであり、地板５に固定することでロータリープレート２が脱落することを防止している。

次に、遮光羽根４に設けられた複数のスリット４１の間隔について説明する。

図２は、ステッピングモータ１を開ループ制御で駆動したときの、ロータの回転角度と第１及び第２のコイルに印加する電圧との関係、およびそのときの位置センサ３のセンサ信号との関係を示している。ロータが１ステップ回転する毎に、位置センサ３から出力される出力信号、つまりセンサ信号がＬからＨへ、あるいはＨからＬへ切り換わる。

ここで、ロータが１ステップ進むときに遮光羽根４の遮光面が回転する角度は、カム溝５１のカム形状によって変わってくる。したがって、遮光面に設けられるスリット４１の間隔は一般には不均等になる。そこで、スリット４１の間隔を調整することで、ロータの１ステップに合わせて、位置センサ３から図２のようなセンサ信号が出力されるようにする。

なお、本実施例１では、第１及び第２のコイルの両方に通電する、２相駆動の方式を示しているが、これに限るものではなく、２つのコイルへの通電と片方のコイルのみへの通電を交互に繰り返す、１−２相駆動など他の駆動方法を用いても良い。この場合、ロータの１ステップの角度が変わるが、その駆動方法におけるロータの１ステップに合わせて位置センサ３から１パルスのセンサ信号を出力されるようにする。

図３は、本実施例１に係わるシャッタ装置の電気的構成を示す図であり、図３において、１０１は駆動パルスおよび回転方向信号が入力するデコーダである。１０２はデコーダ１０１からの信号にしたがってステッピングモータ１内の第１のコイル１ａ、第２のコイル１ｂを駆動するコイル駆動部である。１０３はステッピングモータ１の動力を遮光羽根に伝達する伝達機構であり、図１のロータリープレート２がこれに相当する。

上記のように構成したシャッタ装置において、カメラのシャッタレリーズボタンが押されるなど、外部から駆動開始信号（駆動パルスおよび回転方向信号）が入力されたとする。すると、デコーダ１０１およびコイル駆動部１０２を介して第１、第２のコイル１ａ，１ｂへの通電が開始され、ステッピングモータ１が回転をするようになる。ステッピングモータ１が１ステップ分回転し、その動きが伝達機構１０３を介して遮光羽根４に伝達され、該遮光羽根４が１ステップ分回転すると、位置センサ３からのセンサ信号がＨからＬへ切り換わる。デコーダ１０１はそのセンサ信号の切り換わりを受けて、第２のコイル１ｂへの通電する方向を切り換える。通電の切り換えにより、ロータが次の１ステップ分の回転をする。このように、センサ信号がＬからＨへ切り換わったときに第１のコイル１ａへの通電する方向を切り換え、センサ信号がＨからＬへ切り換わったときに第２のコイル１ｂへ通電する方向を切り換えていく。このようにすることで、遮光羽根４は回転を続ける。

所定の回転を終えて遮光羽根４が所定の量閉じ切ったら、所定のシャッタスピード分の露光時間だけその位置で停止する。そして、閉じるときとは逆方向の回転をして、シャッタを開ける。この過程において、負荷が重くなる、電池の消耗などで駆動トルクが下がるなどの原因で、遮光羽根４の作動スピードが落ちた場合、それに併せて通電の切り換えタイミングが遅くなる。したがって、遮光羽根４が通電切り換えタイミングに追従できなくなることがなく、脱調現象は発生しない。

本実施例１では、負荷に応じて遮光羽根４の作動スピードは変わる。シャッタスピードを正確に決めたいときなどは、フィードバック制御によって第１、第２のコイルへ１ａ，１ｂに流す電流を調整するなど、公知の方法でスピードを制御すればよい。

上記の実施例１によれば、遮光羽根４の位置を読み取る位置センサ３をステッピングモータの外に、つまり遮光羽根４に設け、該遮光羽根４の移動に合わせてステッピングモータ１に具備される第１、第２のコイル１ａ，１ｂの通電を切り換えるようにしている。よって、脱調現象の発生をなくすことができる。つまり、脱調現象とは、ステッピングモータ１のロータの動きが指令信号に追従できなくなる現象である。ロータの移動に合わせて第１、第２のコイル１ａ，１ｂへの通電を切り換えていく方式とすれば、脱調現象の発生をなくすことができる。このことにより、脱調現象を生じないようにするために駆動トルクに余裕をもたせる必要がなく、より小型のモータを使用可能となる。

さらに、ステッピングモータ内にスリットを有する板部材を備える必要がないため、該ステッピングモータ１の軸方向の寸法を小さくでき、装置全体の小型化を実現できる。

なお、本実施例１における信号発生部であるスリット４１によって発生する信号は、ステッピングモータ１を１ステップ動かしたときに１パルス分の信号を発生となる。

本実施例１では、位置センサ３を、ステッピングモータ１の通電切り換え信号のタイミングを決めるために用いている。しかし、その他にも位置センサ３の用途として、遮光羽根４が閉まりきった後の跳ね返り現象の検出や、絞り羽根として用いたときのＦ値（絞り値）設定の確認用として利用しても良い。このとき、ステッピングモータ１やロータリープレート２ではなく、最終的な駆動部材である遮光羽根４の動きを検出しているため、各部品の持っているガタ等の影響がなく、精度の良い検出が可能である。

次に、本発明の実施例２に係る羽根駆動装置について説明する。上記実施例１では、遮光羽根４上に、該遮光羽根４の位置検出に用いる信号発生部としてスリット４１を複数具備する構成であったが、本実施例２では、遮光羽根上に設ける信号発生部の設け方が上記実施例１と異なる。実施例１と同じ部分についてはその説明は省略する。

実施例１では、第１及び第２のコイルに印加している電圧に応じたステップの位置まで、ステッピングモータの回転角度が到達してから、第１及び第２のコイルに印加する電圧を次のステップ位置に応じた値に変更する。これに対し、本発明の実施例２では、遮光羽根４に設けるスリット４１の位置を、実施例１の場合に対してずらしている。つまり、実施例２では、あるステップに応じた値の電圧を第１及び第２のコイルに印加し、その値に応じた回転角度へステッピングモータ１が到達する前に、第１及び第２のコイルに印加する電圧を次のステップの値へ変更する。つまり、実施例１の場合よりもセンサ信号が早く切り換わるようにスリットの位置をずらすことによって、コイル（第１、第２のコイル１ａ，１ｂ）へ流す電流の切り換えタイミングを調整するようにしている。このことで、ステッピングモータ１の効率を高めることができる。

その理由について説明する。ステッピングモータ１の励磁電流は、コイルのインダクタンスの影響を受けるため、励磁電圧に対して遅れをもって立ち上がる。したがって、ロータの回転が高速化するにつれ、励磁電流が一定値に達する前に相が切り換わってしまい、トルクが低下してしまう。この対策として、ロータの速度の上昇とともに電流の切り換えタイミングを早くしていくことで、電流の立ち上がりの遅れをカバーでき、高速時でも励磁電流を一定値に達することが可能となるためトルクを安定させることができる。ここで、電流の切り替えタイミングを早める量を、電流の切り替え周期に対する位相で表したものを進角と呼ぶ。

図４に、ステッピングモータ１のトルクと進角の概念図を示している。また、図５はロータの回転角度（横軸）と、ロータ速度、進角、位置センサのセンサ信号との関係を示す図である。図５に示すように、ロータの回転角度に応じて、そのときに必要なロータ速度が定められている。従って、ロータの位置に応じてスリット位置をずらすことによって、回転速度の応じた任意の進角をつけることができるようになる。図５のように、実施例１の場合よりもセンサ信号が早く切り換わるようにスリットの位置をずらすことで、電流の立ち上がりの遅れをカバーすることができる。

しかしながら、図５からわかるように、進角を大きくするほど低速時のトルクが低下してしまうことになる。そのため、本実施例２では、ステッピングモータ１の起動時には、進角を０にしている。図４から分かるように、速度が遅いときには進角が０のときが最もトルクが高い。そして、ロータの速度の増加とともに進角を付けていく（進角中→進角大）。こうすることで、それぞれの速度での最大のトルクを得る。減速時には進角を小さくしていき、停止前には負の進角にすることで、駆動トルクを小さくする。これにより、ロータの速度を下げて跳ね返りの発生を抑えている。

ここで、どのようにして進角を変化させるかについて説明する。本発明において、電流の切り換えタイミングは、スリットの位置によって決めている。上記実施例１では、常に進角が０°になるようなスリット間隔にしている（図５のセンサ信号の実施例１）。この実施例１のスリットに対して、電流切り換えタイミングが早くなる方向にスリット位置をずらすことによって、進角を変化させることができる（図５のセンサ信号の実施例２）。

また、ロータの位置とロータの速度には、図５のロータ速度で示すような相関関係がある。ロータの位置が決まれば、そのときに必要なロータ速度は決まる。また、上述のように進角をスリット位置によって決めることで、ロータの位置に応じて進角を決めることができる。したがって、速度の変化に応じて任意の進角をつけることができる。

本発明の実施例２における効果について説明する。

上述のようにコイルへの切り換えタイミングに進角を与えることで、高速時のトルクを向上させ、ステッピングモータの効率を上げることができる。この結果、より小型のステッピングモータでも、遮光羽根を駆動させることができ、装置全体の小型化を達成できる。もしくは、同じサイズのステッピングモータを用いる場合は、より小さな電流で遮光羽根を駆動させることができ、装置の省電力化を達成できる。

また、本実施例２では、ロータの位置検出にロータリーエンコーダではなく、平面状に展開された遮光羽根に信号発生部を備えている。このため、遮光羽根のスリットの間隔を変えることにより、ステップ毎にそれぞれ別の進角を与えることができる。例えば、複数の遮光羽根４によって調整される開口量が小さいときほど、これら遮光羽根４の重なる量が増加して摩擦力が大きくなり、光量を１段変化させるために必要なステッピングモータ１の駆動量が小さくなることから、進角を小さく抑えることが望ましい。反対に、開口量が大きいときほど、遮光羽根４の重なる量が減少して摩擦力が小さくなり、光量を１段変化させるために必要なステッピングモータの駆動量が大きくなることから、進角を大きくすることが望ましい。また、遮光羽根のスリットの間隔を変えることにより進角を与えているので、電気的な回路を用いずに進角を与えることができ、回路の負荷を減らせるという効果がある。

なお、本実施例２における信号発生部であるスリット４１によって発生する信号は、ステッピングモータ１を１ステップ動かしたときに１パルス分の信号となり、センサ信号に対してパルス毎に異なる位相差をもつようになっている。

上記実施例１では、スリットの位置を光学式センサを用いて読み取っていた。しかし、本実施例３に係るシャッタ駆動装置に用いる位置センサは、これに限るものではない。以下、本発明の実施例３について、図を参照しながら説明する。実施例１と同じ部分にいてはその説明は省略する。

本発明の実施例３では、位置検出のために光学的センサではなく、ホール素子やＭＲセンサなどの磁気センサを用い、信号発生部として、Ｎ極とＳ極が細かいピッチで交互に着磁された薄型の永久磁石を用いる。そして、永久磁石により生じる磁気信号を磁気センサを用いて磁気的に読み取り、遮光羽根４の駆動状態を検出する。また、信号発生部の取り付け箇所を、遮光羽根ではなく、ロータリープレートにつけている。そして、位置センサの数は２個である。

上記実施例１，２のように、位置センサとして光学式センサを用いる場合、信号発生部（スリット）の上に別部材が重なっていると、位置を検出できない。しかし、本実施例３のように磁気式センサを用いた場合、信号発生部（永久磁石）の上に別部材が重なっていても、その部材が非磁性体であれば位置の検出が可能である。このため、部品の配置の自由度を増すことができる。

また、本実施例３では、信号発生部をロータリープレートに設けている。モータが１ステップ回転したときの遮光羽根の回転量は、カム溝の形状によって変わる。このため、信号発生部を遮光羽根に付けた場合は、信号発生部のスリットや着磁ピッチの間隔は一定になるとは限らない。しかし、ロータリープレートをステッピングモータとギヤで連結した場合、モータが１ステップ回転したときのロータリープレートの回転量は一定である。この場合は、ロータリープレートに信号発生部を備えることで、信号発生部であるスリットや着磁ピッチを一定間隔とすることができ、信号発生部の製造を容易にすることができる。

また、位置センサを二つにすることで、遮光羽根の回転方向を検出できる。上記実施例１，２のように位置センサが一つの場合は、駆動時には遮光羽根が逆転しないことを前提としており、逆転してしまった場合は正常に動作しない。位置センサが一つしかないため、遮光羽根が正常に回転しているときでも、外力によって逆方向に回転したときでも、Ｈの信号の後にはＬの信号が出力されるため、異常動作を検知することができない。

これに対し、本実施例３のように、位置センサを二つ備えた場合、どちらの位置センサの信号が切り換わるかをチェックすることによって、遮光羽根の逆転を検出できる。図６のように、第１のセンサ信号に合わせて第１のコイルへの通電を切り換え、第２のセンサ信号に合わせて第２のコイルへの通電を切り換える。これにより、遮光羽根が逆方向に回転してしまったときにも、常にロータの位置とコイルへの通電方向を対応させることができ、異常動作を避けることができる。

（本発明と実施例の対応）
遮光羽根４が、本発明の、光量を規制する羽根部材に相当し、ステッピングモータ１が、本発明の、羽根部材を駆動するステッピングモータに相当する。また、スリット４１および位置センサ３や不図示の永久磁石および不図示の磁気式センサが、本発明の、羽根部材の位置を検出する位置検出手段に相当する。また、デコーダ１０１、コイル駆動部１０２が、本発明の、位置検出手段の出力信号にしたがって前記ステッピングモータへの通電状態を切り換える駆動制御手段に相当する。また、スリット４１や不図示の永久磁石が本発明の信号発生部に相当し、位置センサ３や不図示の磁気式センサが本発明のセンサ部に相当する。また、伝達機構１０３が、本発明の、ステッピングモータの動力を羽根部材に伝達し、羽根部材を回転させる伝達機構に相当する。

本発明の実施例１に係るシャッタ装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施例１に係るステッピングモータに具備される第１、第２のコイルへの印加電圧と遮光羽根の位置を検出する位置センサのセンサ信号の関係を示す図である。 本発明の実施例１に係るシャッタ装置の電気的構成の概略を示す図である。 本発明の実施例２に係るシャッタ装置に具備されるステッピングモータのトルクと回転数の関係を示す図である。 本発明の実施例２に係るシャッタ装置に具備されるステッピングモータのロータ速度、進角、位置センサのセンサ信号の状態を示す図である。 本発明の実施例３に係るステッピングモータに具備される第１、第２のコイルへの印加電圧と遮光羽根の位置を検出する第１、第２の位置センサのセンサ信号の関係を示す図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
１ａ 第１のコイル
１ｂ 第２のコイル
２ ロータリープレート
３ 位置センサ
４ 遮光羽根
５ 地板
１０１ デコーダ
１０２ コイル駆動部
１０３ 伝達機構

Claims (5)

1. 被検出部が形成され、駆動されることで光量を規制する羽根部材と、
   第１のコイルおよび第２のコイルを有し、前記羽根部材を駆動するステッピングモータと、
   前記羽根部材が駆動されるとき、前記被検出部の有無を検出し、前記ステッピングモータを１ステップ分動かしたときに１パルスの出力信号を出力する検出手段と、
   前記出力信号の出力を受けて前記第１のコイルまたは前記第２のコイルの通電方向を切り換える駆動制御手段と、を備えることを特徴とする羽根駆動装置。
2. 前記羽根部材には、前記被検出部としてスリットが複数形成され、
   前記検出手段は、前記スリットの有無を光学的に検出する光学センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の羽根駆動装置。
3. 前記羽根部材には、前記被検出部としてＮ極とＳ極が交互に着磁され、
   前記検出手段は、前記Ｎ極または前記Ｓ極を磁気的に検出する磁気センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の羽根駆動装置。
4. 前記被検出部は、前記ステッピングモータの進角に基づいて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の羽根駆動装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の羽根駆動装置を具備することを特徴とする撮像装置。

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