JP5419360B2

JP5419360B2 - 光学機器

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Publication number: JP5419360B2
Application number: JP2008015832A
Authority: JP
Inventors: 雅夫水牧
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2014-02-19
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Also published as: US8035327B2; US20090189552A1; JP2009177988A

Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像光学装置に用いられる光量調節装置あるいは焦点調節装置等のモータ駆動装置、及びモータ駆動装置を備えた光学機器に関するものである。

固体撮像素子を内蔵したビデオカメラ、デジタルカメラなどのカメラやフイルムを使用するカメラには、レンズの焦点深度の確認、フイルムや固体撮像素子に結像される被写体の光量を調節するため、開口径を制御する絞り装置（光量調節装置）が設置されている。それとともに、撮影レンズの焦点を自動で調節する焦点調節装置もまた設けられている。映像を投影するための光学機器にも光量調節装置や焦点調節装置を有したものがある。これらの光量調節装置は、遮光部材として複数の絞り羽根をステッピングモータを駆動動力源として駆動することで、開口径を変化させるものが主流となっている。また、焦点調節装置は、撮影レンズの一部をステッピングモータを駆動動力源として光軸方向に駆動することで焦点を調節するものが主流となっている。

近年、カメラの静止画撮影時におけるシャッタタイムラグの短縮化が望まれており、ステッピングモータを目的位置まで高速度で駆動することで、絞り駆動やレンズ駆動に要する時間を短縮することが重要課題となっている。

しかし、ステッピングモータは、高速駆動又は負荷変動により脱調が起こる可能性があるため、駆動速度に制限を加えたり、トルクに安全率を見込む必要がある。そのため、本来の性能を最大限に生かすことができない。ステッピングモータを用いて高速駆動を行うには、ステップ幅の大きいモータを用いるか、伝達機構の減速比を低くする方法が考えられるが、この場合は高分解能を得ることが困難となり、絞り口径精度や合焦精度が悪化する。ステッピングモータを駆動動力源とした光量調節装置や焦点調節装置においては、例えばデジタルカメラの場合にはステッピングモータに所定の相から通電を開始して、何ステップ、ロータを回転させるかで絞り口径やレンズ停止位置を決定している。そのため、高い精度の絞り口径やレンズ停止位置を得るためには、１ステップ当りにロータが回転する角度が少ない方が望ましい。

また、ステッピングモータのサイズを大型化することなく高速化を行うには、モータに通電する電圧若しくは電流を高める方法もあるが、この場合は電源となる電池の消耗が激しくなる。そこで、電源となる電池の消耗を避けるために、所定位置への駆動後には、モーターへの通電を切る率が高い方が望ましく、そのためには、コギングトルクによりロータ１回転当りのロータが安定に停止する停止位置が数多くあるとよい。ステッピングモータを駆動動力源とした光量調節装置や焦点調節装置においては、１−２相励磁駆動が一般的である。しかし、通電を継続した際にロータが停止できる位置の数に対し、通電を切った時にロータがコギングトルクにより安定して停止していられる位置の数は１／２である。通電を切った時に不安定となる停止位置で通電を切ると、コギングトルクによって、進行方向へ１ステップ分ずれるか、逆方向へ１ステップ分ずれるかを特定できない。結果的に±１ステップの誤差が生じ、通電を切った場合には高い停止精度が得られない。よって、比較的長時間の露光を行う場合にも、高い停止精度を得るためにはコイルへの通電を継続しなければならず、電源となる電池の消耗が激しい。

この問題の解決策として、特許文献１が提案されている。これは、マグネット外周面に磁極中心から所定角度ずれた位置に溝を設けることで、通電を切った時にコギングトルクにより回転させられる方向を特定させることができ、長時間露光時に電池を消耗させることなく絞り精度を向上できるものである。

さらに、１−２相励磁駆動のパルスモータを、消費電力を少なくしつつ、必要な精度を得ることができるものとして、特許文献２が提案されている。これは、１−２相励磁駆動において、高精度駆動する場合は１相励磁位置で停止する時は通電を切り、２相励磁位置で停止する時は通電維持する。通常駆動する場合は１相位置でのみ停止し、通電を切るものである。
特許０２５６６０３１号公報特開平１０−２８２３９５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている電磁駆動露光量調節装置は、マグネット外周面に溝を設ける必要があり、磁力の高い焼結マグネットやコンプレッションマグネットではそのような複雑で精度の必要な形状は作成できない。したがって、特許文献1では磁力の低いインジェクションマグネットを使用しなければならないという制約がある。そのため、モータトルクが低いものとなるか、マグネット径を大きくしたりコイル巻数を増やしたりする必要が生じ、モータが大型化する必要がある。また、マグネット外周面に溝を設けると、コギングトルクが増大するため、低い電圧で作動するためには、よりコイルを大型化しなければならず、さらに、駆動音もかなり大きなものになる。

上記特許文献２に開示されているカメラのパルスモータ駆動装置は、高精度駆動する場合の２相励磁位置では必ず通電維持するものである。また、通常駆動では１相位置でしか停止できない。

本発明の一側面としての光学機器は、コイルとロータを有するモータと、ロータの位置による信号を出力するロータ位置検出手段と、ロータ位置検出手段の出力に応じてモータのコイルへの通電状態を切り替える第１駆動モードおよび決められた時間間隔によってコイルへの通電状態を切り替える第２駆動モードを用いて目標位置にモータを駆動する制御手段とを備えたモータ駆動装置を有し、撮像に用いられる。モータ駆動装置は、遮光羽根またはレンズを駆動する。制御手段は、撮像におけるシャッタ速度が所定時間より長い場合に目標位置への駆動完了によりコイルへの通電を切り、その後、ロータ位置検出手段によってロータの位置が目標位置からずれていることを検出した場合に、目標位置への駆動完了時における通電条件でコイルに通電する再通電を、前記撮像を開始させる操作が行われた後から該撮像が終了するまで行うことを特徴とする。

本発明によれば、遮光羽根やレンズの高速駆動が可能で、目標位置に駆動後、通電を切った時の停止位置精度を向上させ、省エネと高精度の両立を図ることのできるモータ駆動装置を備えた光学機器を提供できる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１乃至図９は本発明の実施例１に係わる図である。

図１において、１、２、３、４、５、６、７は光量調節部材としての遮光羽根である。これら複数枚の遮光羽根は、遮光性を有し開口量を規制する第１基部１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、同じく遮光性を有し開口量を規制する第２基部１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとからなる薄板状の羽根基部、そして、該第１基部の一方の面に設けられる円柱或いは円筒状の第１軸部１ｃ，２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃと、該第１基部の他方の面に設けられる円柱或いは円筒状の第２軸部１ｄ，２ｄ，３ｄ，４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄ（一部不図示）とが一体で形成されている。これらは全て合成樹脂により一体成型される。

８は前記遮光羽根１乃至７の開閉手段としての被駆動部材（回転部材）であり、回転部材８は中央に開口部８ａが形成されたリング状に形成され、穴部８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈと、回転嵌合突起部８ｉと、ギア部８ｊが設けられている。また、回転部材８には遮光部８ｋを備える。

９は中央に開口部９ａが形成されたリング状のカム部材であり、カム部材９にはカム溝部９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈが設けられている。

１０は中央に開口部１０ａが形成されたリング状の支持部材であり、支持部材１０には穴部１０ｂと、モータ取り付け部１０ｃが設けられている。

１６０は回転部材８を駆動するモータであり、モータ１６０の軸先端にはピニオンギア１１が固定されており、支持部材１０のモータ撮り付け部１０ｃに取り付けられる。その際、ピニオンギア１１は支持部材１０の穴部１０ｃを貫通して回転部材８のギア部８ｊと噛み合う。モータ１６０は、２つのコイルを備える２相のステッピングモータにロータ位置検出センサを配置したものである。

ここで、図２を用いてモータ１６０の構成について詳しく説明する。モータの構造は本出願人が特開平０９−３３１６６６として提案したものと同じである。

モータ１６０は、マグネット１６１を有するロータ１６２、第１コイル１６３、第２コイル１６４、第１ヨーク１６５、第２ヨーク１６６、ロータ位置検出手段としての第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２によって構成される。このうち、第１コイル１６３、第２コイル１６４、第１ヨーク１６５、第２ヨーク１６６、第１ロータ位置検出センサ１７１、第１ロータ位置検出センサ１７２でステータを構成している。モータ１６０は、通電切替ドライバ（図４での２８及び２９）に接続される。

マグネット１６１は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。角度位置に対し、径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。ロータ１６２は、ステータに対して回転可能に支持され、マグネット１６１と一体に固定されている。第１ヨーク１６５は、第１コイル１６３によって励磁される４つの磁極歯１６５ａ〜１６５ｄを有している。磁極歯１６５ａ〜１６５ｄはマグネット１６１の外周面に沿って、所定の隙間を持って対向している。第２ヨーク１６６は、第２コイル１６４によって励磁される４つの磁極歯１６６ａ〜１６６ｄを有している。磁極歯１６６ａ〜１６６ｄはマグネット１６１の外周面に所定の隙間を持って対向している。第１ロータ位置検出センサ１７１、第２ロータ位置検出センサ１７２はマグネット１６１の磁束を検出するホールセンサである。１２は初期位置センサであり、回転部材８に設けられる遮光部８ｋが初期位置センサに挿入されているかを検知する。それによって、回転部材８が初期位置にあるか認識する。支持部材１０は回転部材８と遮光羽根１〜７を間に挟んでカム部材９に固定され、回転部材８と遮光羽根１〜７を支持する。回転部材８の回転嵌合突起部８ｉは支持部材１０の開口部１０ａに嵌合して回転可能に支持される。また遮光羽根１〜７の第１軸部１ｃ〜７ｃは回転部材８の穴部８ｂ〜８ｈにそれぞれ回動可能に嵌合しており、第２軸部１ｄ〜７ｄはカム部材９のカム溝部９ｂ〜９ｈにそれぞれ摺動可能に嵌合している。遮光羽根１〜７は光軸を中心に円周方向に均等配置されて、遮光性を有する第１基部１ａ〜７ａ及び第２基部１ｂ〜７ｂが重ね合わされることで絞り開口を制御する。重ね合わせが大きいほど絞り開口量は小さくなる。

以上、遮光羽根１〜７、回転部材８、カム部材９、支持部材１０、モータ１６０、ピニオンギア１１、初期位置センサ１２により、モータによって駆動する光量調節装置が構成される。

図４は光量調節装置を備えた光学機器の構成を表すブロック図である。図４において２０は光学機器である。

２１は撮影レンズであり、被写体からの光は撮影レンズ２１を通って撮像素子２４（撮像記録手段）に入射する。２２は撮影レンズ２１中に組み込まれる絞り装置であり、モータ１６０によって駆動される。絞り装置２２は前述の遮光羽根１〜７、回転部材８、カム部材９、支持部材１０で構成される。２３は光学機器２０全体の制御を司るマイクロコンピュータを含む制御回路である。２４は撮像素子であり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子で構成されている。撮像素子２４において光電変換によって得られた出力信号は、制御回路２３で増幅され、デジタル映像信号として出力される。本実施例における光学機器では、この映像信号を用いて動画・静止画を形成する。２５は測光回路であり、被写体からの光を検出して検出信号を制御回路２３に出力し、制御回路２３によって最適なシャッタ速度と絞り値が算出される。２６はシャッタ駆動回路であり、上記で算出されたシャッタ速度にしたがってシャッタ装置２７を駆動する。２８は第１駆動手段としてのフィードバック通電切換ドライバ、２９は第２駆動手段としての非フィードバック通電切換ドライバ、３０は駆動切替手段としての切替回路であり、フィードバック通電切換ドライバ２８、非フィードバック通電切換ドライバ２９、切替回路３０によりモータ１６０の駆動回路が構成される。フィードバック通電切換ドライバ２８は、算出された絞り値にしたがってモータ１６０を駆動する。その際、第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力する検出信号にしたがってコイル通電を切り換える。

非フィードバック通電切換ドライバ２９は、算出された絞り値にしたがってモータ１６０を駆動する。その際、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）にしたがってコイル通電を切り換える。この駆動方式は、通常の２相ステップモータの駆動方式と同等である。切替回路３０は、モータ１６０を駆動する際に、フィードバック通電切換ドライバ２８と非フィードバック通電切換ドライバ２９のどちらで駆動するかを切り替える回路である。２つの駆動ドライバと切替回路については後述する。

１６０はモータであり、上記モータ駆動回路の出力にしたがって回転し、絞り装置２２を駆動する。１７１はホールセンサからなる第１ロータ位置検出センサ、１７２はホールセンサからなる第２ロータ位置検出センサであり、モータ１６０のロータ位置を検出して検出信号を出力する。３１は２値化回路であり、第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力信号を２値化して出力する。３２は判定回路であり、２値化回路３１の出力信号からモータ１６０のロータ位置が駆動目標に対して正常な位置にあるか否かを判定する。判定方法については後述する。

以下、非フィードバック通電切替モードについて説明する。
モータ１６０は、非フィードバック通電切替ドライバ２９を用いて非フィードバック通電切替駆動を行うことができる。すなわち、非フィードバック通電切替ドライバ２９は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向にしたがって、第１コイル１６３と第２コイル１６４の通電を順次切り替えることで、ロータ１６２を所望の速度で回転させることが可能である。また、入力された駆動パルス数にしたがって、ロータ１６２を所望の角度だけ回転させることが可能である。さらに、非フィードバック通電切替駆動は入力される駆動パルス間隔によって正確な速度制御が可能であり、低速でも安定した駆動が可能である。マイクロステップ駆動によって１ステップの中を分割して位置決めすることもできるため、分解能が高く、微小変位の制御性が高い。

しかしながら、駆動パルス間隔を小さく（駆動周波数を大きく）すると、コイル通電の切り替えに対してロータが応答できなくなり、脱調をおこす可能性が高まる。このため、駆動パルス間隔に下限を加えるとともに、実際の負荷に対して所定の安全率を見込む必要があり、高速度での駆動が制限される。

この非フィードバック通電切替モードが、決められた時間間隔にしたがってモータのコイルへの通電状態を切り替える第２の駆動手段による駆動方式である。

以下、フィードバック通電切換モードについて説明する。
モータ１６０は、第１ロータ位置検出センサ１７１と第２ロータ位置検出センサ１７２が出力する信号により通電を切り替えるフィードバック通電切換モードによって回転することができる。図３は第１ヨーク１６５、第２ヨーク１６６と、第１ロータ位置検出センサ１７１、第２ロータ位置検出センサ１７２と、ロータ１６２の位相関係を示す軸方向断面図、図６はフィードバック通電切換モードの動作を示す軸方向断面図である。図中で時計回りを正の方向とする。１６５ａ〜ｄは第1ヨーク１６５の磁極歯、１６６ａ〜ｄは第２ヨーク１６６の磁極歯である。本実施形では、マグネットの極数は８極であり、着磁角Ｐは４５°である。また、第１ヨーク１６５を基準とすると、第２ヨーク１６６の位相Ｐ／２は−２２．５°、第１ロータ位置検出センサ１７１の位相β１は＋２２．５°、第２ロータ位置検出センサ１７２の位相β２は−４５°である。以上はロータの回転角で構成を示したが、以下、電気角を用いてフィードバック通電切替モードの動作を説明する。電気角とは、マグネット磁力の１周期を３６０°として表したものであり、マグネットの極数をＭ、実際の角度をθ_０とすると、電気角θは以下の式で表せる。

θ＝（２×θ_０／Ｍ）
すなわち、マグネット１６１の極数をＭとすると電気角３６０°はロータ回転角度では７２０／Ｍ°に相当する。第１ヨーク１６５と第２ヨーク１６６の位相差、第１ロータ位置検出センサ１７１と第２ロータ位置検出センサ１７２の位相差、第１ヨーク１６５と第１ロータ位置検出センサ１７１の位相差は全て電気角で９０°である。なお、図３において、第１ヨーク１６５の磁極歯１６５ａ〜１６５ｄの中心とマグネット１６１のＮ極中心が対向している。この状態をロータの初期状態とし、電気角０°とする。

図７（２）はロータの回転角度と２つのロータ位置検出センサ出力の関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はロータ位置検出センサの出力を示す。センサ信号Ａは第１ロータ位置検出センサ１７１の出力、センサ信号Ｂは第２ロータ位置検出センサ１７２の出力である。マグネット１６１の第１ロータ位置検出センサ１７１での磁力の強さは、電気角に対しておおよそ正弦波状になる。そのため、第１ロータ位置検出センサ１７１からは概略正弦波状の信号が得られる（センサ信号Ａ）。なお、本実施例では、第１ロータ位置検出センサ１７１は、マグネットのＮ極と対向するときに正の値を出力する。

また、第２ロータ位置検出センサ１７２は第１ロータ位置検出センサ１７１に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、第２ロータ位置検出センサ１７２からは余弦波状の信号が得られる（センサ信号Ｂ）。なお、本実施例では、第２ロータ位置検出センサ１７２は、第１ロータ位置検出センサ１７１に対して極性を反転してあるため、マグネット１６１のＳ極と対向するときに正の値を出力する。

センサ信号Ａ、センサ信号Ｂの波状信号の値を、＋であるか−であるかで２値化した信号が、２値化信号Ａ、２値化信号Ｂである。フィードバック通電切換モードでは、２値化信号Ａをもとに第１コイル１６３の通電を切り換え、２値化信号Ｂをもとに第２コイル１６４の通電を切り換える。すなわち、２値化信号Ａが正の値を示すとき第１コイル１６３に正方向の電流を流し、負の値を示すとき第１コイル１６３に逆方向の電流を流す。また、２値化信号Ｂが正の値を示すとき第２コイル１６４に正方向の通電を流し、負の値を示すとき第２コイル１６４に逆方向の通電を流す。

図７（１）はロータの回転角度とモータトルクの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータを時計回りに回転させるトルクを正とする。

第１コイル１６３に正方向の電流を流すと、第１ヨーク１６５がＮ極に磁化し、マグネット１６１の磁極との間に電磁気力が発生する。また、第２コイル１６４に正方向の電流を流すと、第２ヨーク１６６がＮ極に磁化し、マグネット１６１の磁極との間に電磁気力が発生する。２つの電磁気力を合成すると、ロータの回転にともなって概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ＋）。他の通電状態においても、同様に、概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ−、Ａ−Ｂ−、Ａ−Ｂ＋）。また、第１ヨーク１６５は第２ヨーク１６６に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、４つのトルクは互いに電気角で９０°の位相差を持っている。

図６（ａ）はロータが電気角で１３５°回転した状態を示している。各センサの出力は図７（２）の（ａ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値を示している。したがって、第１コイル１６３には正方向の電流が流れて第１ヨーク１６５はＮ極に磁化し、第２コイル１６４には逆方向の電流が流れて第２ヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図７（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する時計回りのトルクが発生し、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｂ）はロータが電気角で１８０°回転した状態を示している。第１ロータ位置検出センサ１７１はマグネット１６１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正の値から負の値に切り換わり、第１コイル１６３の通電方向が正方向から逆方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。

図６（ｂ’）はロータが電気角で１８０°回転し、第１コイル１６３の通電方向が切り換わった状態を示している。第１コイル１６３には逆方向の電流が流れて第１ヨーク１６５はＳ極に磁化し、第２コイル１６４には逆方向の電流が流れて第２ヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図７（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが発生し、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｃ）はロータが電気角で２２５°回転した状態を示している。各センサの出力は図７（２）の（ｃ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは負、２値化信号Ｂは負の値を示している。したがって、第１コイル１６３には負方向の電流が流れて第１ヨーク１６５はＳ極に磁化し、第２コイル１６４には逆方向の電流が流れて第２ヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図７（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが発生し、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｄ）はロータが電気角で２７０°回転した状態を示している。第２ロータ位置検出センサ１７２はマグネット１６１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負の値から正の値に切り換わり、第２コイル１６４の通電方向が逆方向から正方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ−Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ＋との交点の電気角と一致する。

図６（ｄ’）はロータが電気角で２７０°回転し、第２コイル１６４の通電方向が切り換わった状態を示している。第２コイル１６４には正方向の電流が流れて第２ヨーク１６６はＳ極に磁化し、第１コイル１６３には逆方向の電流が流れて第１ヨーク１６５はＳ極に磁化する。このとき、図７（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する時計回りのトルクが発生し、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。

以上の動作を繰り返すことで、ロータを連続的に回転させることが可能となる。２値化信号Ａ又は２値化信号Ｂの正負を反転させれば、逆回転も可能である。

フィードバック通電切換モードでは、駆動パルス数と回転方向を入力することで、ロータを所望の角度だけ回転させることが可能である。コイルに流す電流を制御することで各ヨークの磁極歯とマグネット磁極との間の磁力を変化させ、ロータにはたらく回転力を制御し、ロータを所望の速度で回転させることも可能である。

また、フィードバック通電切換モードにおいて高速度で回転させると、通電切換の周期が短くなり、コイルのインダクタンスの影響によって通電切換の周期に比べて電流値の立ち上がりが遅くなる。これによって、トルクが低くなるが、位置センサの出力信号の位相を早めることで、電流値の立ち上がりが遅くなるのを防ぎ、高速でのトルク低下を抑えることが可能となる。

なお、本実施例では、ロータ位置を検出する方式に制限を加えるわけではない。例えば、ロータの回転にともなって変位する検出用マグネットを配置して検出してもよいし、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。また、ロータ位置検出センサがモータと一体に固定されていてもよいし、モータとは別部材に固定されていてもよい。

このフィードバック通電切換モードがロータ位置検出手段の出力に応じてモータのコイルへの通電状態を切り替える第１駆動手段による駆動方式である。

以下、フィードバック通電切換モードと非フィードバック通電切換モードの比較について説明する。

非フィードバック通電切換モードでは、駆動周波数を高くすると、通電切換に対してロータの回転が追いつかず、脱調を起こすことがある。

一方、フィードバック通電切換モードでは、ロータの位置を検出しながら図７（１）に示すように各トルク曲線の交点と一致する電気角において通電を切り換えるため、脱調することなくモータから得られるトルクを最大にすることができる。そのため、非フィードバック通電切換モードのように駆動速度を制限したり、安全率を見込む必要がない。すなわち、非フィードバック通電切換モードに対して高速・高効率で駆動することが可能である。

しかしながら、フィードバック通電切換モードでは、コイルに流す電流を制御することで速度制御を行うことができるが、負荷トルク変動などの影響を受けるため、非フィードバック通電切換モードと比較して高精度の速度制御は困難である。また、低速駆動時には電流値を低くしなければならず、トルクが低下する。そのため、低速駆動時の位置決め精度は低下し、低速の振れに対して高精度で振れ補正を行うことが困難となる。

非フィードバック通電切換モードでは、モータ外部から与えられる駆動周波数にしたがって通電を切り換えるため、一定速度でロータを回転することができる。また、駆動周波数を制御することで、速度変動の少ない、正確な速度制御、位置決めを行うことができる。

本実施例では、モータ１６０の駆動を第１駆動モードであるフィードバック通電切換モードと第２駆動モードである非フィードバック通電切換モードとを切り替えながら作動させて、光量調節装置の駆動高速化を計っている。図５はモータ１６０の駆動パターンを表す図であり、図の縦軸はモータ駆動時のパルスレート（ＰＰＳ）、図の横軸は駆動ステップを表す。図のように、モータ１６０は、起動から途中までは第１駆動モードであるフィードバック通電切換モードで駆動する。駆動ステップ目標値まで所定ステップ以下になると、第２駆動モードである非フィードバック通電切換モードに切り替えて減速駆動して目標位置に停止する。これにより、起動から所定のステップまでは脱調することなく高速・高効率で駆動することができ、減速時には、安定した駆動が可能となるため、ロータを正確な位置に停止できる。したがって、本実施例の光量調節装置は、高速でかつ正確な位置決めが可能となる。

以下、本実施例のロータの停止位置の制御について説明する。

まず、図８を用いて駆動源となるモータ１６０のコギングトルクについて説明する。
図８は本実施例のモータ１６０のコギングトルクを表す図であり、一般的な２つのコイルを備えた２相のステッピングモータと同様となる。図の横軸はモータのステップ位置を示し、図の縦軸はトルク値を表す。サインカーブで示される実線がコギングトルク曲線である。ステップ１、３、５は非フィードバック通電切替モード時の１−２相励磁時の１相通電時（片方のコイルに通電）の位置であり、ステップ２、４は非フィードバック通電切替モード時の１−２相励磁時の２相通電時（両方のコイルに通電）の位置である。

ステップ１、３、５の位置はその位置から左右に少しずれてもコギングトルクにより元の位置に戻す力が働く安定位置である。ステップ２、４の位置はその位置から左右に少しずれただけでコギングトルクにより１ステップ進むか１ステップ戻る力が働く不安定位置である。すなわち、モータを１相通電後に通電をＯＦＦしても、コギングトルクによりその位置に留まる力が働くが、モータを２相通電後に通電をＯＦＦすると、その位置に止まる場合はごく稀で、コギングトルクにより１ステップ進むか１ステップ戻る位置で止まる場合が多い。これは、モータの回転精度により通電を切った時のロータ停止位置にバラツキが生じることによるものである。

また、非フィードバック通電切替モード時の２相励磁駆動時の場合も、通電時はステップ２、４の位置に停止するため、通電をＯＦＦすると、その位置に止まる場合はごく稀で、コギングトルクにより１ステップ進むか１ステップ戻る位置で止まる。

図９は本実施例の光量調節装置の絞り値（Ｆｎｏ．）とモータ駆動ステップとロータ位置検出センサ出力値との関係を表す図である。図のように、各Ｆｎｏ．に対応してモータ１６０の駆動ステップ数があらかじめ決められており、各駆動ステップ位置では図７（２）のように第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力を２値化した２値化対応値が自動的に決まる。例えば、光量調節装置の絞りＦｎｏ．を６．１６９にするには、モータ１６０の駆動ステップ数を７とし、その位置での２つのロータ位置検出センサの２値化対応値は図７（２）中の（ａ）および図９に示すようにＨ／Ｌとなる。絞りＦｎｏ．を６．７２７にするには、モータ１６０の駆動ステップ数を８とし、その位置での２つのロータ位置検出センサの２値化対応値は図７（２）中の（ｃ）および図９に示すようにＬ／Ｌとなる。

以上のように本実施例の光量調節装置では、モータ１６０に第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２を備えているので、モータ駆動ステップ位置とロータ位置検出センサの２値化対応値とを対応させることが可能となる。したがって、モータ１６０停止時に目標ステップ位置にロータが停止しているかどうか判別することが可能となる。

本実施例の光学機器では、駆動目標まで駆動後にモータ１６０の通電を維持して停止する通電ＯＮモードと、駆動目標まで駆動後にモータ１６０の通電を切る通電ＯＦＦモードとを有しており、電源となる電池の消費を抑えるため、シャッタ速度が所定時間よりも長い時には、通電ＯＦＦモードとなる。ここで、図８で説明したように、通電ＯＦＦ時にはギングトルクによりロータの停止位置がばらつく可能性がある。そこで、本実施例の光学機器では、通電ＯＦＦモード時にロータ位置検出センサの出力信号を２値化して、目標ステップ位置での２値化対応値と比較することで、通電ＯＦＦ時のロータ位置が正常な位置にあるか否かを判別する。ここで、目標ステップ位置からずれていたならば、モータ１６０を再び駆動目標ステップに停止する駆動完了時の通電条件で露光している間、通電する。これにより、電源となる電池の消費を抑えるとともに、光量調節装置の高精度を維持することが可能となる。また、本発明では目標ステップ位置からずれていた際に露光している間、通電するとしたが、通電する時間は露光時間以上の長さであればよい。

次に本実施例の光量調節装置を備えた光学機器の動作を図１０及び図１１のフローチャートにしたがって説明する。

先ず、ステップ（以下、ステップの表記は省略する）Ｓ２０１でＳＷ１スイッチの待機状態となる。不図示のレリーズ釦の半押しにより、ＳＷ１スイッチがオンされたならＳ２０２へと進み、このＳ２０２で測光回路２５により被写体の測光を行う。

次いで、Ｓ２０３において、Ｓ２０２の測光値に基づいてシャッタ速度と絞り値を算出する。Ｓ２０４では、ＳＷ２スイッチの状態を判別する。不図示のレリーズ釦の全押しによるＳＷ２スイッチがオンされたならＳ２０５へと進み、絞り装置２２に連結される絞りモータであるモータ１６０をＳ２０３で算出した絞り値に対応したモータ駆動ステップ数だけ駆動する。ここで、絞りモータ駆動の様子を図１１にしたがって詳しく説明する。

Ｓ２０６で、回転部材８の初期位置状態を検知する初期位置センサ１２により、遮光羽根１乃至７が初期位置にあるか（絞りが開いているか）を検知し、初期位置にあることが検知されたなら、Ｓ２０８へと進み、初期位置状態が検知されない場合は、Ｓ２０７へと進んでモータ１６０を絞り方向とは逆方向に回転させる戻り駆動を行う。ここで、戻り駆動は初期位置状態が検知されるまで行う。

Ｓ２０８では、モータ１６０を所定の通電条件でイニシャル通電した後、Ｓ２０９で、フィードバック通電切換ドライバ２８により第１駆動モードであるフィードバック通電切換モードでモータ１６０の駆動を開始する。モータ１６０を図１の反時計方向に回転させることでピニオンギア１１が回転し、ピニオンギア１１は回転部材８のギア部８ｊに噛み合っているので回転部材８は図１の時計方向に回転する。回転部材８の穴部８ｂ〜８ｈには遮光羽根１〜７の第１軸部１ｃ〜７ｃが嵌合しているので、遮光羽根１〜７はそれぞれ第１軸部１ｃ〜７ｃが動かされることで、第２軸部１ｄ〜７ｄがカム部材９のカム溝部９ｂ〜９ｈに沿って移動する。これら７枚の遮光羽根１〜７が同様の回転動作をすることで、カム部材９の開口部９ａから絞り位置への挿入状態になる。

Ｓ２１０では、モータ１６０の駆動ステップが目標値であるＳ２０３で算出した絞り値に対応したモータ駆動ステップ位置の所定ステップ前になったか否かを判定する。所定ステップ前に達するまでＳ２０９のフィードバック通電切換モードでのモータ１６０の駆動を継続し、所定ステップ前となれば、Ｓ２１１へと進む。

Ｓ２１１では、切替回路３０によりモータ１６０の駆動モードを切り替え、モータ１６０は非フィードバック通電切換ドライバ２９により第２駆動モードである非フィードバック通電切換モードで減速駆動されて目標値で停止する。
絞りモータ駆動が目標値に達したなら、Ｓ２１２にて、Ｓ２０３で算出したシャッタ速度を判別する。シャッタ速度が０．５ｍｓｅｃ未満ならＳ２１３へと進んで、モータ１６０の通電が維持され、Ｓ２１４へと進む（通電ＯＮモード）。シャッタ速度が０．５ｍｓｅｃ以上ならＳ２１５へと進んで、モータ１６０の通電を切る（通電ＯＦＦモード）。Ｓ２１５でモータ１６０の通電が切られた後、Ｓ２１６にて、２つのホールセンサからなる第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力を検出する。この出力を２値化回路３１により２値化して、判定回路３２によりＳ２０３で算出した絞り値でロータが停止した時にホールセンサにより出力される予定の２値化対応値と比較することで、目標ステップ位置にロータが停止しているかどうかを判定する。判定の結果、ロータ停止位置にずれがなければ、Ｓ２１４へと進み、ロータ停止位置がずれていれば、Ｓ２１７へと進んで、モータ１６０を目標ステップで停止する時の通電条件で再び通電してＳ２１４へと進む。Ｓ２１４では、シャッタ駆動回路２６によりＳ２０３で算出したシャッタ速度でシャッタ装置２７を駆動して撮像素子２４への露光し、撮像記録を行う。Ｓ２１８では、モータ１６０を絞り方向とは逆方向に駆動することで、絞りモータの戻り駆動を絞り値対応ステップ数だけ行った後、Ｓ２１９で、モータ１６０の通電が切られて終了する。なお、本実施例においては、消費電力節約のために、シャッタ速度の判定を行い、シャッタ速度が０．５ｍｓｅｃ未満か否かの判定を行っているが、これに限られるわけではない。このような判定を行わず、Ｓ２１１にて目標値でモータ１６０を停止させたら、常に通電をＯＦＦにするようにしても良い。

図１２乃至図１３は本発明の実施例２に係わる図であり、そのうち、図１２は本発明の実施例２の光学機器の構成を表すブロック図、図１３はモータ停止時の通電状態とロータ位置検出センサ出力値との関係を表す図である。ここで、実施例１と同一のものには同一記号を記して説明は省略する。

図１３において４０は本発明の実施例２の光学機器である。４１は撮影レンズであり、被写体からの光は撮影レンズ４１を通って撮像素子２４に入射する。４２は撮影レンズ４１中に組み込まれるフォーカスレンズであり、フォーカスレンズ４２は不図示のレンズホルダーとともにモータ１６０によって光軸方向に駆動される。４３は光学機器４０全体の制御を司るマイクロコンピュータを含む制御回路である。４４は測距回路であり、不図示のＡＦセンサから出力された被写体からの検出信号をもとに算出されるデフォーカス量を制御回路４３に出力し、制御回路４３ではフォーカスレンズ４２の敏感度から、フォーカスレンズ４２の目標駆動量を求める。さらにフォーカスレンズ４２の駆動に必要なモータ１６０の駆動量を求め、駆動目標信号（ＡＦモータ駆動ステップ数）を出力する。

フィードバック通電切換ドライバ２８、非フィードバック通電切換ドライバ２９、切替回路３０、２値化回路３１、判定回路３２、モータ１６０、第１ロータ位置検出センサ１７１、第２ロータ位置検出センサ１７２は実施例１と同一のもので構成される。フォーカスレンズ４２、不図示のレンズホルダー、モータ１６０、第１ロータ位置検出センサ１７１、第２ロータ位置検出センサ１７２で実施例２のモータ駆動装置を構成する。

本実施例２では、実施例１と同様に、モータ１６０の駆動を第１駆動モードであるフィードバック通電切換モードと第２駆動モードである非フィードバック通電切換モードとを切り替えながら作動させて、フォーカスレンズの駆動高速化を計っている。

モータ１６０の駆動パターンは実施例１と同様に図５に示すとおりのものであり、これにより、起動から所定のステップまでは脱調することなく高速・高効率で駆動することができる。減速時には正確な速度制御が可能となるとともに、低速でも安定した駆動が可能となるため、ロータを正確な位置に停止できる。したがって、本実施例２のモータ駆動装置は、高速でかつ正確な位置決めが可能なものとなる。

図１３はモータ最終通電状態とロータ位置検出センサ出力値との関係を表す図である。第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力を２値化した値（２値化対応値）が表のように決まる。これにより、AＦモータであるモータ１６０の駆動目標停止位置に対応した通電条件がわかる。例えば、モータ１６０の駆動目標停止位置での最終通電状態がＡ＋／Ｂ＋の場合、図７（１）のＡ＋／Ｂ＋のモータトルク曲線は電機角１３５°の位置で０になるため、（ａ）の位置で停止する。（ａ）の位置でのロータ位置検出センサの出力は図７（２）のように２値化信号はＨ／Ｌとなる。同様に、最終通電状態がＡ＋／Ｂ−の場合、図７（１）のＡ＋／Ｂ−のモータトルク曲線は電機角２２５°の位置で０になるため、（ｃ）の位置で停止する。（ｃ）の位置でのロータ位置検出センサの出力は図７（２）のように２値化信号はＬ／Ｌとなる。

以上のように本実施例のモータ駆動装置では、モータ１６０に第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２を備えているので、モータ駆動ステップ位置をロータ位置検出センサの２値化対応値に対応させることが可能となる。したがって、モータ１６０停止時に目標ステップ位置にロータが停止しているかどうかを判別可能となる。

本実施例の光学機器では、実施例１と同様に、駆動目標まで駆動後にモータ１６０の通電を維持して停止する通電ＯＮモードと、駆動目標まで駆動後にモータ１６０の通電を切る通電ＯＦＦモードとを有している。電源となる電池の消費を抑えるため、シャッタ速度が所定時間よりも長い時には、通電ＯＦＦモードとなる。

しかしながら、実施例１にて図８で説明したように、通電ＯＦＦ時にコギングトルクによりロータの停止位置がばらつく可能性がある。そこで、本実施例の光学機器では、通電ＯＦＦモード時にロータ位置検出センサの出力を検出し、この信号を２値化して、目標ステップ位置での２値化対応値と比較することで、通電ＯＦＦ時のロータ位置が所定の位置にあるか否かを判別する。ここで、所定の位置にないならば、モータ１６０を再び駆動目標ステップで停止する時の通電条件で露光している間、通電する。これにより、電源となる電池の消費を抑えるとともに、モータ駆動装置の高精度を維持することが可能となる。

次に本実施例のモータ駆動装置を備えた光学機器の動作を図１４及び図１５のフローチャートにしたがって説明する。

先ず、ステップ（以下、ステップの表記は省略する）Ｓ３０１でＳＷ１スイッチの待機状態となる。不図示のレリーズ釦の半押しにより、ＳＷ１スイッチがオンされたならＳ３０２へと進み、このＳ３０２で測光回路２５により被写体の測光を行うとともに、測距回路３４にてフォーカスレンズ３２のデフォーカス量を検出する。

次いで、Ｓ３０３において、Ｓ３０２の測光値に基づいてシャッタ速度を算出する。それとともに、Ｓ３０２のデフォーカス量からフォーカスレンズ４２の目標駆動量を求め、フォーカスレンズ４２の駆動に必要なモータ１６０の駆動目標信号（ＡＦモータ駆動ステップ数）を算出する。

Ｓ３０４では、ＳＷ２スイッチの状態を判別し、不図示のレリーズ釦の全押しによるＳＷ２スイッチがオンされたならＳ３０５へと進み、フォーカスレンズ４２に連結されるＡＦモータであるモータ１６０をＳ３０３で算出したＡＦモータ駆動ステップ数だけ駆動する。ここで、ＡＦモータ駆動の様子を図１５にしたがって詳しく説明する。

先ず、Ｓ３０６で、第１ロータ位置検出センサ１７１及び、第１ロータ位置検出センサ１７１により、ロータの現在位置状態を検出する。この現在位置状態と、ＡＦモータ駆動ステップ数から目標位置で停止する時の通電状態が求まる。例えば、現在位置でのホール素子出力の２値化対応値がＨ／Ｈで、ＡＦモータ駆動ステップ数が１０の場合、ＡＦモータの通電条件はＡ＋／Ｂ−となる。

Ｓ３０７では、フィードバック通電切換ドライバ２８により第１駆動モードであるフィードバック通電切換モードでモータ１６０の駆動を開始する。

Ｓ３０８では、モータ１６０の駆動ステップが目標値であるＳ３０３で算出したＡＦモータ駆動ステップ数に対応したモータ駆動ステップ位置の所定ステップ前になったか否かを判定する。そして、所定ステップ前に達するまでＳ３０７のフィードバック通電切換モードでのモータ１６０の駆動を継続し、所定ステップ前となれば、Ｓ３０９へと進む。

Ｓ３０９では、切替回路３０によりモータ１６０の駆動モードを切り替え、モータ１６０は非フィードバック通電切換ドライバ２９により第２駆動モードである非フィードバック通電切換モードで減速駆動されて目標値で停止する。

ＡＦモータ駆動が目標値に達したなら、Ｓ３１０にて、Ｓ３０３で算出したシャッタ速度を判別する。シャッタ速度が０．５ｍｓｅｃ未満ならＳ３１１へと進んで、モータ１６０の通電が維持され、Ｓ３１２へと進む（通電ＯＮモード）。シャッタ速度が０．５ｍｓｅｃ以上ならＳ３１３へと進んで、モータ１６０の通電を切る（通電ＯＦＦモード）。Ｓ３１３でモータ１６０の通電が切られた後、Ｓ３１４にて、２つのホールセンサからなる第１ロータ位置検出センサ１７１及び第２ロータ位置検出センサ１７２の出力を検出する。この出力を２値化回路３１により２値化して、判定回路３２によりＡＦモータ停止時にホールセンサから出力される予定の２値化対応値と比較することで、目標ステップ位置にロータが停止しているかどうかを判定する。判定の結果、ロータ停止位置にずれがなければ、Ｓ３１２へと進み、ロータ停止位置がずれていれば、Ｓ３１５へと進んで、モータ１６０を目標ステップの最終通電状態で再び通電してＳ３１２へと進む。

Ｓ３１２では、シャッタ駆動回路２６によりＳ３０３で算出したシャッタ速度でシャッタ装置２７を駆動して撮像素子２４への露光を行った後、Ｓ３１６で、モータ１６０の通電が切られて終了する。

本発明の実施例１に係る光量調節装置の分解斜視図。モータにおけるヨークとロータとロータ位置検出センサの位相関係を示す軸方向断面図。図２のモータにおけるヨークとロータとロータ位置検出センサの位相関係を示す軸方向断面図。図１の光量調節装置を備えた光学機器の構成を表すブロック図。図２のモータの駆動パターンを表す図。図２のモータのフィードバック通電切換モードの動作を示す説明図。図２のモータのフィードバック通電切換モードのセンサ信号処理を示す図。図２のモータのコギングトルクを表す図。図９は図１の光量調節装置の絞り値とモータ駆動ステップとロータ位置検出センサ出力値との関係を表す図。図１の光量調節装置を備えた光学機器の動作を示すフローチャート。図１０の光学機器の動作中における絞りモータ駆動の動作を示すフローチャート。実施例２に係るモータ駆動装置を備えた光学機器の構成を表すブロック図。モータ最終通電状態とロータ位置検出センサ出力値との関係を表す図。図１２の光学機器の動作を示すフローチャート。図１２の光学機器の動作中におけるＡＦモータ駆動の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１〜７遮光羽根
１ａ〜７ａ第１基部
１ｂ〜７ｂ第２基部
１ｃ〜６ｃ第１軸部
１ｄ〜６ｄ第２軸部
８回転部材
８ｂ〜８ｈ穴部
８ｉギア部
９カム部材
９ｂ〜９ｈカム溝部
１０支持部材
１１ピニオンギア
１２初期位置センサ
１６０モータ
１６１マグネット
１６２ロータ
１６３第１コイル
１６４第２コイル
１６５第１ヨーク
１６５ａ〜１６５ｄ第１ヨーク磁極歯
１６６第２ヨーク
１６６ａ〜１６６ｄ第２ヨーク磁極歯
１７１、１７２ロータ位置検出センサ
２１撮影レンズ
２２絞り装置

Claims

コイルとロータを有するモータと、前記ロータの位置による信号を出力するロータ位置検出手段と、前記ロータ位置検出手段の出力に応じて前記モータのコイルへの通電状態を切り替える第１駆動モードおよび決められた時間間隔によって前記コイルへの通電状態を切り替える第２駆動モードを用いて目標位置に前記モータを駆動する制御手段とを備え、遮光羽根またはレンズを駆動するモータ駆動装置を有し、撮像に用いられる光学機器であって、
前記制御手段は、前記撮像におけるシャッタ速度が所定時間より長い場合に前記目標位置への駆動完了により前記コイルへの通電を切り、その後、前記ロータ位置検出手段によって前記ロータの位置が前記目標位置からずれていることを検出した場合に、前記目標位置への駆動完了時における通電条件で前記コイルに通電する再通電を、前記撮像を開始させる操作が行われた後から該撮像が終了するまで行うことを特徴とする光学機器。
前記ロータ位置検出手段は、２つのセンサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記制御手段は、前記ロータ位置検出手段の出力を＋か−で２値化することによってその出力値と、前記目標位置で停止する時に出力される値とを比較し、前記目標位置からのずれを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。