JP5631144B2

JP5631144B2 - 光量調節装置

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Publication number: JP5631144B2
Application number: JP2010225557A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　潤一; 潤一斎藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: JP2012078690A

Description

本発明は、撮像装置等に用いられる光量調節装置に関する。

撮像装置による撮像時には、撮像する被写体の露出や被写界深度を撮影者の希望に応じて調節し或いは変化させるために、光量調節装置（絞り機構）を用いて撮像装置に取り込む光量を調節している。例えば、一眼レフレックスカメラの場合、連続撮影速度を向上させるために、光量調節装置の駆動速度が速く、或いは、駆動時間が短いことが望まれる。

駆動速度向上の観点から、一般的に、光量調節装置の駆動は、カメラ内部に配設された大型モータにより行われ、或いは、光量調節装置に内蔵されたモータにより直接に行われている。光量調節装置に内蔵されるモータとしては、ステッピングモータ等が一般的である。そこで、ロータの回転位置を検知する検知手段を備え、検知手段の検知信号を利用した制御による高速駆動が可能なステッピングモータを利用することで、更なる高速駆動を可能にする技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、モータでレンズの絞り機構を駆動し、カメラのレリーズ動作開始時にそのモータを逆転させてレンズの絞り機構を常に開放位置とするレンズ絞り駆動装置が提案されている（特許文献２参照）。この技術によれば、絞り機構を確実に開放位置へと駆動した後に所定の絞り値が得られる位置へと駆動させるため、正確な絞り値が得られるとされる。

特開平１０−１５０７９８号公報特開昭５８−０４３４３３号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたレンズ絞り駆動装置では、レリーズ動作開始前にモータを逆転させる初期位置出しの動作に、毎回、一定の時間が必要であるため、レリーズ動作全体の動作時間が長くなってしまう。また、レリーズ動作の周期短縮が難しく、連続撮影速度を向上させることも容易ではない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、レリーズ動作時間が短縮されるように駆動、制御が可能な光量調節装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光量調節装置は、ロータを有するステッピングモータと、前記ロータの回転位置に基づいて周期的な信号を出力する出力手段と、前記モータによって駆動される被駆動部材と、前記被駆動部材が駆動されることで開口を開閉する絞り羽根と、前記絞り羽根が前記開口を開放する開放状態となっているか否かを検出する検出手段と、前記出力手段から出力される信号および前記検出手段の検出結果に基づいて前記ステッピングモータを駆動制御する駆動制御手段と、を備え、前記出力手段は、前記絞り羽根が前記開口を開放して前記被駆動部材がストッパに当接する初期状態から、前記検出手段が前記開放状態となっていないことを検出するまでの間に、前記ロータの回転位置によってそれぞれ異なる信号を出力し、前記駆動制御手段は、前記検出手段によって前記開放状態となっていることが検出される場合に、前記出力手段からの出力信号に基づいて、前記絞り羽根を目標絞り状態までのステップ数を演算するとともに、駆動開始時の通電位相を決定することを特徴とする。

本発明に係る光量調節装置によれば、レリーズ動作時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係る光量調節装置の分解斜視図である。図１の光量調節装置が備えるモータの分解斜視図である。図１の光量調節装置における、モータを中心とした駆動制御系の構成を示すブロック図である。図３の光量調節装置の駆動制御系におけるホールセンサとフォトインタラプタのそれぞれの検出結果の関係を模式的に示す図である。光量調節装置の駆動制御系において駆動制御部７がモータ１を駆動制御する際に用いる、記憶部８に格納された駆動テーブルの例（ａ）と、ステップ数に応じた駆動テーブルの参照結果の例（ｂ），（ｃ）である。図１の光量調節装置の制御フローを示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る光量調節装置の制御フローを示すフローチャートである。図７のフローチャートのステップＳ１０５の処理を模式的に示す図（ａ）と、（ａ）に示される位置（ｉ）〜（ｖ）から初期位置出しを行う場合の駆動周波数と所要時間とを示すテーブル（ｂ）である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る光量調節装置の分解斜視図である。また、図２は、図１の光量調節装置が備えるステッピングモータ１（以下、モータ１という）の分解斜視図である。

光量調節装置は、図１に示されるように、モータ１、カバープレート２、フォトインタラプタ３、ロータリプレート４、絞り羽根５及びカムプレート６を備える。図１に示されるように、光量調節装置の回転駆動手段であるモータ１はカバープレート２上に保持されており、モータ１は、図２に示されるように、モータカバー１０７、ロータ１０１、軸受１０６、ヨーク１０３及びピニオン１０８を備えている。

図２に示されるように、ロータ１０１は、回転方向に着磁されたマグネット１０１２がコア１０１１の外周に取り付けられ、回転中心に軸１０１３が取り付けられた構造を有している。ロータ１０１の軸１０１３は、一端が軸受１０６に、他端がモータカバー１０７に設けられた嵌合穴１０７１にそれぞれ嵌合されており、軸１０１３の出力側（軸受１０６側）の先端には、ヨーク１０３を挟んで、ピニオン１０８が圧入されている。

ヨーク１０３は、マグネット１０１２の半径方向おいてマグネット１０１２に対向する極歯１０３ａ，１０３ｂを有している。極歯１０３ａ，１０３ｂにはそれぞれ、ボビン１０５ａ，１０５ｂと、ボビン１０５ａ，１０５ｂのそれぞれに捲回された励磁コイル１０４ａ，１０４ｂとが配設されている。ホールセンサ１０２は、モータカバー１０７に設けられた位置決め穴１０７２に嵌入されており、マグネット１０１２のスラスト面に対向している。ホールセンサ１０２は、そのパッケージ内部に２つのホール素子Ａ，Ｂ（不図示）を有しており、マグネット１０１２のスラスト面の異なる２位相の磁界を検出する。ホールセンサ１０２は、ロータ１０１の回転位置に基づいて周期的な信号を出力する出力手段に相当する。

図１に示されるロータリプレート４は、カバープレート２の内孔に嵌合されており、モータ１のピニオン１０８によって光軸回りに回転駆動される被駆動部材である。絞り羽根５は、光軸回りに円形に配置された複数（本実施形態では６枚）の遮光羽根５ａ〜５ｆを有している。遮光羽根５ａ〜５ｆにそれぞれ設けられたダボ５０１ａ〜５０１ｆはそれぞれ、ロータリプレート４に設けられた孔部４０２ａ〜４０２ｆに嵌合し、ロータリプレート４と共に光軸回りに回転駆動される。ダボ５０１ａ〜５０１ｆはそれぞれ、カムプレート（カム部材）６に設けられたカム溝６０１ａ〜６０１ｆにも嵌合しており、カム溝６０１ａ〜６０１ｆに沿って移動するように、移動が規制（案内）されている。

こうして、絞り羽根５が、モータ１の回転駆動に伴うロータリプレート４の回転位置の変化に連動して光軸を中心とした円柱状の光路の開閉動作を行うことにより、撮像時の光量調節が行われる。なお、光軸を中心とした円柱状の光路の絞り羽根５による開閉動作は、換言すれば、カムプレート６の開口の絞り羽根５による開閉動作である。

検出手段であるフォトインタラプタ３は、モータ１の回転駆動によって回転するロータリプレート４に設けられた被検出部４０１によってフォトインタラプタ３が有する検出部（不図示）が遮光されるか否かを検出する。フォトインタラプタ３は、絞り羽根５が開口を開放する開放状態となることを検出する。後述する通り、フォトインタラプタ３の検出部が遮光されていること（出力信号がＯＦＦ）が検出された場合、ロータリプレート４の回転に伴って光路を開閉する絞り羽根５は、光路を全開放する開放位置に存在している。すなわち、フォトインタラプタ３は、ロータリプレート４が、絞り羽根５が開放位置にある状態に対応する回転位置にあるのか、それとも、絞り羽根５が所定の絞り値（開放値を除く）を実現する絞り位置にある状態に対応する回転位置にあるのか、を検出する。

図３は、モータ１を中心とした光量調節装置の駆動制御系の構成を示すブロック図である。駆動制御部７は、記憶手段である記憶部８に格納された駆動テーブルを参照してモータ１に励磁信号を与え、モータ１を駆動制御する。モータ１の駆動制御時におけるロータ１０１の回転位置がホールセンサ１０２により検出される。駆動制御部７は、ホールセンサ１０２の検出結果を用いて、クローズドループ制御を行うことが可能である。

本実施形態は、駆動制御部７がホールセンサ１０２とフォトインタラプタ３の双方の検出結果に応じて記憶部８に格納された駆動テーブルを参照し、モータ１を駆動制御することを特徴としており、その詳細について以下に説明する。

図４は、光量調節装置の駆動制御系におけるホールセンサ１０２とフォトインタラプタ３のそれぞれの検出結果の関係を模式的に示す図である。図４（ａ）において、横軸はモータ１の駆動ステップを示しており［図４（ｂ）〜（ｅ）についても同様］、各駆動ステップでのモータ１への最終通電状態が、１相通電での停止位置（白丸）と２相通電での停止位置（黒丸）とで示されている。

図４（ａ）に示される位置Ｓは、ロータリプレート４のメカストッパ近傍での停止位置に相当する。

図４（ｂ）は、フォトインタラプタ３の出力を示しており、位置Ｐを境にＯＮ／ＯＦＦが切り替わることを示している。すなわち、位置Ｐから左側の領域では、フォトインタラプタ３の検出部が遮光されており、これは、絞り羽根５は開放位置に存在していることを示している。一方、位置Ｐから右側の領域では、フォトインタラプタ３の検出部は遮光されておらず、これは、絞り羽根５は開放位置でない所定の絞り位置、すなわち、絞り羽根５が光路を遮蔽せずに取り得る絞り位置の範囲内に存在していることを示している。

なお、絞り羽根５を開放位置に移動させる際には、一般に、慣性力によってロータリプレート４がメカストッパに衝突して反発する。このとき、再びフォトインタラプタ３の出力がＯＮになる位置まで移動しないように、フォトインタラプタ３の出力がＯＦＦとなる領域が広く確保されている。

図４（ｃ）は、ロータ１０１を構成するマグネット１０１２が、ホールセンサ１０２の２つのホール素子Ａ，Ｂに与える磁束を示している。ホール素子Ａ，Ｂがそれぞれ検出した磁束は、ホールセンサ１０２内の３値化回路により、図４（ｄ），（ｅ）に示されるホール素子Ａ出力，ホール素子Ｂ出力に変換される。

すなわち、ロータリプレート４がメカストッパに当接する状態からフォトインタラプタ３の出力がＯＦＦになるまでのロータ１０１の回転量が、ホールセンサ１０２から出力される信号を１周期分変化させるために必要なロータ１０１の回転量よりも小さい。したがって、ロータリプレート４がメカストッパに当接する状態から、フォトインタラプタ３の出力がＯＦＦになるまでの間では、ロータ１０１の回転位置によって、ホールセンサ１０２から異なる信号が出力される。これによって、フォトインタラプタ３の出力がＯＮであれば、ホールセンサ１０２から出力される信号によって、ロータ１０１の回転位置を特定できる。

図４（ｆ）は、モータ１への最終通電状態とホールセンサ１０２の出力とをステップ毎に配列して示したものである。図４（ｆ）から、モータ１への最終通電状態とホールセンサ１０２の出力の組み合わせとは１対１に対応しており、９ステップを１周期としていることがわかる。フォトインタラプタ３の出力がＯＮである場合、つまり、位置Ｐから右側の領域では、ロータ１０１の回転位置はホールセンサ１０２の出力によって一意に決まる。

図５（ａ）は、光量調節装置の駆動制御系において駆動制御部７がモータ１を駆動制御する際に用いる、記憶部８に格納された駆動テーブルの例である。また、図５（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、ステップ数に応じた駆動テーブルの参照結果の例であり、図５（ｂ），（ｃ）中のステップ数は、図４に示される位置Ｓを初期位置とした場合の駆動ステップ数を表している。モータ１の駆動制御では、撮影者によって設定される目標絞り値に応じた駆動ステップ数とこの駆動テーブルを使用して、図５（ｂ），（ｃ）に示されるような駆動ステップ数に応じた駆動制御を行う。

図６は、本実施形態（第１実施形態）に係る光量調節装置の制御フローを示すフローチャートである。制御フローのスタート時点では、光量調節装置を備えるカメラシステムが撮影動作に入る前の状態にある。また、この制御フローは光量調節装置の動作が完了した時点で終了するものとする。

最初に、駆動制御部７はフォトインタラプタ３の出力がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ１）。出力がＯＮではない場合、つまり、出力がＯＦＦの場合（Ｓ１で“ＮＯ”）、ロータリプレート４は絞り羽根５を開放位置とする回転位置に存在しないことになる。これはエラーであるため、駆動制御部７は絞り羽根５を光路から退避させる（絞りを開く）方向にモータ１を駆動（逆回転）させ（ステップＳ３）、その後、処理をステップＳ１に戻す。つまり、絞り羽根５が開放位置へ移動したか否かが再び判定される。

出力がＯＮの場合（Ｓ１で“ＹＥＳ”）は、フォトインタラプタ３は遮光されている。つまり、ロータリプレート４が絞り羽根５を開放位置とする回転位置にあるため、駆動制御部７は、ホールセンサ１０２の出力読み取りを行う（ステップＳ２）。ホールセンサ１０２の出力によって、ロータ１０１の回転位置を特定することができる。ステップＳ２により、ロータ１０１の現在位置が、図４に示した位置Ｓを基準として、何ステップずれた位置であるのかを検出する。

ステップＳ２の後、駆動制御部７は、位置Ｓからロータ１０１の現在位置までのステップ数と撮影者が設定した絞り値とから、モータ１の必要な駆動ステップ数を演算するとともに、駆動開始時の通電位相を決定する（ステップＳ４）。具体的には、位置Ｓから撮影者が設定した絞り値を得るために必要な駆動ステップ数から位置Ｓからロータ１０１の現在位置までのステップ数を減算することで、ロータ１０１の現在位置から撮影者が設定した絞り値を得るために必要な駆動ステップ数を求める。そして、ホールセンサ１０２からの出力によって、駆動開始時の通電位相を決定する。例えば、ロータ１０１が図４に示した位置Ｐの位相にある場合、ホールセンサ１０２の出力はＬ／０であるため、次ステップ（Ｓ５）での絞り駆動開始時の通電位相をＡ−／Ｂｏｆｆにする。

ステップＳ５では、前ステップ（Ｓ４）での演算結果に基づいて、駆動制御部７が図５に示した方法でモータ１の駆動制御を行う。すなわち、駆動制御部７は、駆動開始の通電位相と絞り羽根５が撮影者の設定した目標絞り値を実現するためのロータ１０１の目的位置までの駆動ステップ数とを、駆動を開始する前のホールセンサ１０２の出力に基づいて変更する。こうして、ロータリプレート４を介して絞り羽根５を絞り込む絞り駆動が行われ、カメラシステムが行う露光動作の準備を完了させる。

上述の通り、本実施形態によれば、絞り駆動のために従来から行われている直前の初期位置の位置出し動作を行うことなく、絞り羽根５により所望の絞り値が得られるように、モータ１を駆動制御することができる。これにより、カメラシステムの連続撮影における１シーケンス毎の絞り値の調整に必要な時間を短縮して、高速撮影を行うことができるようになる。

《第２実施形態》
本発明の第２実施形態に係る光量調節装置は、第１実施形態に係る光量調節装置と比較すると、駆動制御部７によるモータ１の制御形態のみが異なる。具体的には、本実施形態に係る光量調節装置では、絞り羽根５による絞り駆動の直前に、ロータ１０１に対して予め定められた初期位置への初期位置出しを行う。本実施形態では、この初期位置は図４に示した位置Ｓであるとし、以下「初期位置Ｓ」と記すこととする。

図７は、本実施形態（第２実施形態）に係る光量調節装置の制御フローを示すフローチャートである。制御フローのスタート時点では、第１実施形態と同様に、光量調節装置を含むカメラシステムが撮影動作に入る前の状態にあり、制御フローは光量調節装置の動作を完了した時点で終了するものとする。

図７に示されるステップＳ１０１〜１０３の処理は、図６を参照して説明したステップＳ１〜Ｓ３と同じであるため、ここでの説明を省略する。ステップＳ１０２により、ロータ１０１の現在位置が図４に示された初期位置Ｓに対して何ステップ分ずれた位置であるのかが検出される。そこで、次に、駆動制御部７は、次ステップ（＝ステップＳ１０５）で行うロータ１０１を初期位置Ｓまで駆動するためのステップ数を演算する（ステップＳ１０４）。

続いて、駆動制御部７は、ステップＳ１０４で算出された初期位置Ｓまでのステップ数に応じた駆動周波数でモータ１を駆動制御し、ロータ１０１を初期位置Ｓへ移動させるように通電する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の詳細については後に説明するが、このステップＳ１０５により、ロータ１０１の位置を初期位置Ｓへ適切な制御時間で移動させることができる。その後、駆動制御部７は、図６のステップＳ５と同様の絞り駆動を行い（ステップＳ１０６）、制御フローを終了させる。

図８（ａ）は、図７のフローチャートのステップＳ１０５の処理の詳細を模式的に示す図である。図８（ａ）には、ステップＳ１０２におけるホールセンサ１０２の出力を読み取った結果が示されており、モータ制御ステップ、ホール素子Ａ，Ｂの３値化出力がそれぞれ示している状態は、図４（ａ），（ｄ），（ｅ）に示される状態と同じである。図８（ｂ）は、ロータ１０１が（ａ）に示される（ｉ）〜（ｖ）の各位置にある場合に、駆動制御部７が行う初期位置出しに関わる駆動周波数と所要時間を示している。

いずれの通電でも、ロータ１０１を初期位置Ｓへ戻す初期位置出しを目的としているため、駆動制御部７はモータ１のＡ相に＋通電を行う。このとき、例えば、初期位置Ｓに最も遠い（ｖ）の場合、４００ＰＰＳ（４００パルス／秒）で通電され、２．５ｍｓｅｃだけ通電されることで初期位置出しが完了する。別の例を挙げれば、（ｖ）の場合よりも初期位置出しのための移動距離が半分でよい（ｉｉｉ）の場合、その通電時間は半分の１．２５ｍｓｅｃでよいことがわかる。

本実施形態によれば、絞り駆動前の初期位置出し動作の所要時間を従来よりも短縮して、必要最小限のものとすることができる。これによってカメラシステムの連続撮影における１シーケンス毎の所要時間を短縮することができるため、高速撮影を行うことが可能になる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してカメラシステム或いは光量調節装置に供給し、そのカメラシステム或いは光量調節装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１モータ
３フォトインタラプタ
４ロータリプレート
５絞り羽根
６カムプレート
７駆動制御部
８記憶部
１０１ロータ
１０２ホールセンサ
４０１被検出部

Claims

ロータを有するステッピングモータと、
前記ロータの回転位置に基づいて周期的な信号を出力する出力手段と、
前記モータによって駆動される被駆動部材と、
前記被駆動部材が駆動されることで開口を開閉する絞り羽根と、
前記絞り羽根が前記開口を開放する開放状態となっているか否かを検出する検出手段と、
前記出力手段から出力される信号および前記検出手段の検出結果に基づいて前記ステッピングモータを駆動制御する駆動制御手段と、を備え、
前記出力手段は、前記絞り羽根が前記開口を開放して前記被駆動部材がストッパに当接する初期状態から、前記検出手段が前記開放状態となっていないことを検出するまでの間に、前記ロータの回転位置によってそれぞれ異なる信号を出力し、
前記駆動制御手段は、前記検出手段によって前記開放状態となっていることが検出される場合に、前記出力手段からの出力信号に基づいて、前記絞り羽根を目標絞り状態までのステップ数を演算するとともに、駆動開始時の通電位相を決定することを特徴とする光量調節装置。
ロータを有するステッピングモータと、
前記ロータの回転位置に基づいて周期的な信号を出力する出力手段と、
前記モータによって駆動される被駆動部材と、
前記被駆動部材が駆動されることで開口を開閉する絞り羽根と、
前記絞り羽根が前記開口を開放する開放状態となっているか否かを検出する検出手段と、
前記出力手段から出力される信号および前記検出手段の検出結果に基づいて前記ステッピングモータを駆動制御する駆動制御手段と、を備え、
前記出力手段は、前記絞り羽根が前記開口を開放して前記被駆動部材がストッパに当接する初期状態から、前記検出手段が前記開放状態となっていないことを検出するまでの間に、前記ロータの回転位置によってそれぞれ異なる信号を出力し、
前記駆動制御手段は、前記検出手段によって前記開放状態となっていることが検出される場合に、前記出力手段からの出力信号に基づいて、前記ロータを現在の回転位置から前記被駆動部材が前記ストッパに当接する前記初期状態となるまで駆動し、その後、前記駆動制御手段は、前記絞り羽根を目標絞り状態までのステップ数を前記ステッピングモータに供給することを特徴とする光量調節装置。
前記駆動制御手段が、前記ロータを前記現在の回転位置から前記被駆動部材が前記ストッパに当接する前記初期状態となるまで駆動する場合に、前記駆動制御手段は、前記出力手段からの出力信号に基づいて、前記ステッピングモータの駆動周波数と通電時間を設定することを特徴とする請求項２記載の光量調節装置。
前記被駆動部材が前記ストッパに当接する前記初期状態から前記検出手段が前記開放状態となっていないことを検出するまでの間における前記ロータの回転量が、前記出力手段から出力される信号を１周期分変化させるために必要な前記ロータの回転量よりも小さくなるように、設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光量調節装置。