(57)【要約】【課題】  単にステッピングモータを絞り制御に用いたのでは、絞りの位置が初期位置に位置しているか否かを検出する手段が必要になる。【解決手段】  ステッピングモータの作動範囲を規制するストッパー位置の前記ステッピングモータの励磁コイルへ通電する際の通電位相が１相通電の条件に略一致した位相関係に設定され、初期化動作及び脱調検出はストッパー位置から同一方向で次の１相通電状態で励磁コイルを通電した際に前記ステッピングモータの無通電状態の励磁コイルから発生する逆起電圧の検出回路と前記逆起電圧の発生時間が所定時間をこえたかどうか判別することにより前記ステッピングモータの脱調状態の有無を判別し、初期化動作を実行可否を決定する。【選択図】        図１
2006129598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータを用いた駆動装置において、前記ステッピングモータの作動範囲を規制するストッパー位置の前記ステッピングモータの励磁コイルへ通電する際の通電位相が１相通電の条件に略一致した位相関係に設定された駆動機構と前記ステッピングモータの初期化動作及び前記ステッピングモータの脱調検出方法は、前記ステッピングモータの駆動機構の作動範囲を規制するストッパー位置からさらに同一方向で次の１相通電状態で励磁コイルを通電した際に前記ステッピングモータの無通電状態の励磁コイルから発生する逆起電圧の検出回路と前記逆起電圧の発生時間が所定時間をこえたかどうか判別する判別回路とそれらの回路を制御する制御回路により前記ステッピングモータの脱調状態の有無を判別した後、初期化動作を実行するかどうかを決定する事を特徴とするステッピングモータを用いた駆動装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータの脱調検出用のパルスレート及び励磁コイルへの通電波形を備えていることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータを用いた駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載のステッピングモータを用いた駆動装置を備えていることを特徴とする光量調節装置。
【請求項４】
請求項１記載のステッピングモータを用いた駆動装置を備えていることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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といった光学機器及びそれに備えられる光量調節装置と、それに備えられるレンズ駆動装置であるステッピングモータを用いた駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９には、ビデオカメラなどに一般的に用いられている撮像部の構成を示している。この撮像部における撮像光学系は、被写体側から順に、フィールドレンズ１０１、バリエータレンズ１０２、絞り装置（光量調節装置）１１４、アフォーカルレンズ１０３、およびＣＣＤ撮像素子１１６が配置されて構成されている。
【０００３】
バリエータレンズ１０２とフォーカスレンズ１０４はそれぞれ鏡枠１０５、１０６に保持され、これら鏡枠１０５，１０６に保持され、これら鏡枠１０５、１０６は不図示のガイド軸によって光軸方向にガイドされている。
【０００４】
鏡枠１０５，１０６にはラック１０５ａ、１０６ａが取り付けられており、ステッピングモータ１０７，１０８の出力軸としてのスクリュウ軸１０７ａ、１０８ａが作動してスクリュウ軸１０７ａと１０８ａとの噛合い作用によってバリエータレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０４が光軸方向（矢印方向）に進退駆動される。
【０００５】
このようにステッピングモータ１０７，１０８によりバリエータレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０４を目標位置に駆動する場合、まずバリエータレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０４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１０７、１０８に入力する。このため、この撮影部には、バリエータレンズ１０２、およびフォーカスレンズ１０４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１０９、１１０が設けられている。
【０００６】
この撮影部の制御を司るマイクロプロセッサ１１１は、フォトインターラプタ１０９、１１０の発光素子と受光素子の間に鏡枠１０５、１０６に設けられた遮光部材１０５ｂ、１０６ｂ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１０２およびフォーカスレンズ１０４が初期位置に位置したことを検知する。
【０００７】
なお、遮光部材１０５ｂは、バリエータレンズ１０２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１０６ｂはフォーカスレンズ１０４の遠距離物体に対してフォーカスする位置か至近物体に対してフォーカスする位置かのゾーン検出を可能する形状に設定されている。
【０００８】
マイクロプロセッサ１１１の内部記憶装置１１２には、バリエータレンズ１０２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１０７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１０４の初期位置に対しても、物体距離とバリエータレンズ１０２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。
【０００９】
ステッピングモータ１０７、１０８はステッピングモータ駆動回路１１９、１２０に入力されるマイクロプロセッサ１１１からの正逆信号により駆動される。
【００１０】
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カムデータを利用した電子カム方式によりステッピングモータ１０７、１０８を制御することによって行われる。
【００１１】
一方、絞り装置１１４は所謂ガルバノ方式のアクチュエータ１１３とこのアクチュエータ１１３により開閉駆動される絞り羽根１１４ａと絞り開閉状態を検出する位置検出素子（ホール素子）１１５とから構成されている。ＣＣＤ撮像素子１１６からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１７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１１８に入力される。信号処理回路１１８は、入力された電気信号から映像信号を記録部に送る。マイクロプロセッサ１１１は、入力された輝度信号成分が常に適正値になるようにアクチュエータ１１３をフィードバック制御する。
【００１２】
この際、マイクロプロセッサ１１１には、位置検出素子１１５からの出力が増幅され、さらにＡ／Ｄ変換回路１２３によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて絞りの開閉位置を示す情報として入力される。マイクロプロセッサ１１１は、この絞り位置情報に基づいて輝度信号成分が常に適正値になるように駆動回路１２１に開閉信号を送り、アクチュエータ１１３を制御する。マイクロプロセッサ１１１からは、絞り位置を所定の開閉位置に位置決めするための開閉信号を駆動回路に送ることもできる。
【００１３】
しかしながら、上記撮影部では、レンズ１０２、１０４の駆動制御については、ステッピングモータを駆動源として使用し直接マイクロプロセッサ１１１によるスピード制御や位置制御を行うことができるにもかかわらず、絞り装置１１４の駆動源にはガルバノ方式のアクチュエータ１１３を用いているため。制御回路が複雑になるだけでなく、絞り位置情報を得るための増幅器１２２やＡ／Ｄ変換回路１２３も必要になり、部品点数の増加やコスト増を招くと言う問題がある。
【００１４】
また、近年普及している高画素タイプのデジタルスチルカメラでは、絞り装置に絞り調節機能とシャッター機能とが必要となっており、上記絞り装置１１４のようにガルバノ方式のアクチュエータを用いたのでは、シャッター応答性を確保するために、アクチュエータの大型化を招いたり、シャッター用に別のアクチュエータを搭載する必要性が生じたりして、装置の小型化に不向きである。
【００１５】
なを、上記絞り装置では、ガルバノ方式のアクチュエータを駆動源として用いているが、例えば（特許文献１）や（特許文献２）にて提案されているように、絞り装置の駆動源としてステッピングモータを用いることもできる。
【特許文献１】特開平０６−０９５２０５号公報
【特許文献２】特開平０６−０５９３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、単にステッピングモータを用いたのでは、レンズの駆動制御と同様に、絞りの位置が初期位置に位置しているか否かを検出する手段が必要になる。このため、部品点数が増し、回路構成や制御が複雑になってしまう。例えば、（特許文献２）にて提案の絞り装置では、絞りのホームポジション検出するホームポジション検出手段を設けている。
【００１７】
本発明は、以上の点に着目して成されたもので、特別な初期位置設定の為の位置検出素子などを用いることなく安価で精度のよい、ステッピングモータを用いた駆動装置及びそれを備えた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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明ではステッピングモータを用いた駆動装置において、前記ステッピングモータの作動範囲を規制するストッパー位置の前記ステッピングモータの励磁コイルへ通電する際の通電位相が１相通電の条件に略一致した位相関係に設定された駆動機構と前記ステッピングモータの初期化動作及び前記ステッピングモータの脱調検出方法は、前記ステッピングモータの駆動機構の作動範囲を規制するストッパー位置からさらに同一方向で次の１相通電状態で励磁コイルを通電した際に前記ステッピングモータの無通電状態の励磁コイルから発生する逆起電圧の検出回路と前記逆起電圧の発生時間が所定時間をこえたかどうか判別する判別回路とそれらの回路を制御する制御回路により前記ステッピングモータの脱調状態の有無を判別した後、初期化動作を実行するかどうかを決定する構成とした。
【００１９】
また、前記ステッピングモータを用いた駆動装置において前記ステッピングモータの脱調検出用のパルスレート及び励磁コイルへの通電波形を備える構成としたのでステッピングモータを用いた駆動装置の初期化のための位置検出素子を用いることなく光学機器の光量調節装置やレンズ駆動装置に使用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に記載のステッピングモータを用いた駆動装置において、前記ステッピングモータの作動範囲を規制するストッパー位置の前記ステッピングモータの励磁コイルへ通電する際の通電位相が１相通電の条件に略一致した位相関係に設定された駆動機構と前記ステッピングモータの初期化動作及び前記ステッピングモータの脱調検出方法は、前記ステッピングモータの駆動機構の作動範囲を規制するストッパー位置からさらに同一方向で次の１相通電状態で励磁コイルを通電した際に前記ステッピングモータの無通電状態の励磁コイルから発生する逆起電圧の検出回路と前記逆起電圧の発生時間が所定時間をこえたかどうか判別する判別回路とそれらの回路を制御する制御回路により前記ステッピングモータの脱調状態の有無を判別した後、初期化動作を実行するかどうかを決定するようにし、また前記ステッピングモータを用いた駆動装置において前記ステッピングモータの脱調検出用のパルスレート及び励磁コイルへの通電波形を備える構成としたので特別な初期位置設定の為の位置検出素子などを用いることなく安価で精度のよい駆動装置を備えた光量調節装置および光学機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例】
【００２２】
（発明の実施形態）
図１〜図３には、本発明の第１の実施形態の構成を示している。
【００２３】
まず、２相のステッピングモータを用いた駆動機構にストッパー（メカ端）４、５が設けてあるのでステッピングモータは作動範囲の規制を受けている。ストッパー４、５とステッピングモータの励磁コイル２６、２７への通電位相を図１に示してあるとおりストッパー位置で略１相通電の状態になるように設定してある。本実施例のステッピングモータ作動範囲は説明を簡単にするために電気角で３６０°×２．５＝９００°に設定してあるが、ストッパー４、５と１相通電の位相関係が成立すればいくらでも拡大して使用することができる。図３のＡ、Ｂ、Ｃはステッピングモータの励磁コイルの通電位相が同じ条件を示している。即ち、この通電条件を励磁コイルへ与えればＡ、Ｂ、Ｃのいずれかの位相にステッピングモータが引き込まれる事を意味する。次にステッピングモータの脱調検出の方法について説明する。ステッピングモータがＡの位相で引き込まれているとするとＡの通電状態でストッパー４の位置近傍に位置している。ここでａの状態Ｂ相が無通電状態（オープン状態）でＡ相のみに通電するとステッピングモータは微小変位するもののほとんど停止した状態となる。ところが、ステッピングモータがＢの位相で引き込まれているとすれば前述と同様の通電状態に設定した場合はステッピングモータが電気角で９０°回転するので無通電状態のＢ相の励磁コイル端に逆起電圧が得られる。図２には制御回路であるマイコン２０から逆起電圧検出ＳＷＯＮから脱調検出までの図１に記載の回路構成で得られる各部の波形をしめしてある。
【００２４】
マイコン２０は逆起電圧検出ＳＷ２１をＯＮにするとともに逆起電圧発生時間判別回路のトリガー信号となる脱調検出信号を出力する。コンパレータ２２はＢ相コイルが無通電状態でステッピングモータのマグネットロータ２５が回転する事によって得られた逆起電圧を２値化でして検出する脱調判定時間経過後にコンパレータ２２の２値化信号が検出されればステッピングモータは脱調していると判断できる。
【００２５】
図４、図５にステッピングモータの脱調検出および脱調検出後の初期化動作のフローチャートを示す。逆起電圧検出ＳＷ（アナログＳＷ）をＯＮにすると同時にステッピングモータの励磁コイルへの通電をＡ→ａに変化させる。
【００２６】
ＳＴ１０４においてコンパレータ２２により逆起電圧を２値化信号に変換する。
【００２７】
ＳＴ１０５において逆起電圧発生時間が所定時間をこえているか判別する。
【００２８】
ＳＴ１０６において逆起電圧発生時間が所定時間をこえていなければステッピングモータは初期化された状態にある。
【００２９】
ＳＴ１０７において逆起電圧発生時間が所定時間をこえていればステッピングモータは脱調していると判別できるので、初期化モードを選択する。
【００３０】
ＳＴ１０８において脱調している場合にはＣの状態が最も初期位置からはなれた位置にいるので電気角で７２０°ストパー４の方向まで通電位相を進めてやれば初期状態Ａに設定できる事が容易にわかる。
【００３１】
図５では、ステッピングモータの脱調検出の際に逆起電圧の検出を精度よく行うためにステッピングモータへの通電波形を正弦波にしている。このためモータの回転速度が安定しパルスレートを低下させると逆起電圧発生時間の設定に余裕ができより安定した検出ができる。
【００３２】
以上説明したとおり前述の構成のステッピングモータを用いた駆動装置においてはステッピングモータの脱調検出および初期化動作が特別な位置検出素子などを用いず簡単な構成で実現できる。
【００３３】
図６は、本発明を光量調節装置に用いる場合の構成を示している。
【００３４】
図６において、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１０は光量調節装置のベースとなる固定地板１２と結合するためのビス閉め用の円弧状の長穴１０ａ，１０ｂをそなえており固定地板１２との位置関係すなわちレバー１３の位置規制ストッパー４，５との位相関係を調整できる構成にしてある。レバー１３は、固定地板１２に圧入などで固定された軸１８に回転可能に支持されている。
【００３５】
ステッピングモータ出力軸２に圧入などで固着されたピニオンギヤ１１はレバーギヤ１３ａ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１１が回転するとレバー３が軸１８を回転中心としてストッパー４〜５の位置規制範囲を往復作動できる。
【００３６】
絞り羽根１４，１５はレバー１３に設けたレバーピン１３ｂ，１３ｃと絞り羽根に設けた長溝１４ａ，１５ａが作動可能に勘合しており、絞り羽根１４，１５のスラスト方向の作動をガイドするガイド１６により、絞り羽根１４，１５は直進移動する。絞り羽根１４，１５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、ステッピングモータの出力軸２が正逆回転する事により、図７に示すように、絞り羽根１４，１５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。
【００３７】
ステッピングモータ１を固定地板１２に取り付ける際には、ストッパー４・５に対応する励磁コイルへの通電入力をステッピングモータ１へ与えて保持する。次にレバー１３をストッパー５へ付勢して固定する。この状態でステッピングモータ１のピニオンギヤ１１とレバーギヤ１３ａを噛合せてビス止めしてステッピングモータ１を仮固定する。このときストッパー５とレバー１３の当接部に隙間などが生じている場合やストッパー４，５とレバー１３の当接部の隙間が不均等になっている場合は円弧状の長穴１０ａ，１０ｂの範囲で微調節をして励磁コイルへの通電入力とストッパー４，５との位相関係を実用上問題ない範囲（電気角で±４５°程度）に合わせておく事が必要である。
【００３８】
図８は本発明の光量調節装置を光学機器に用いた場合の構成図である。
【００３９】
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、絞り装置（光量調節装置）２１４、脱調検出回路２３０（図１〜図３で説明し構成）、アフォーカルレンズ２０３、およびＣＣＤ撮像素子２１６が配置されて構成されている。
【００４０】
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、これら鏡枠２０５，２０６に保持され、これら鏡枠２０５、２０６は不図示のガイド軸によって光軸方向にガイドされている。
【００４１】
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。
【００４２】
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、この撮影部には、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。
【００４３】
この撮影部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。
【００４４】
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位置か至近物体に対してフォーカスする位置かのゾーン検出を可能する形状に設定されている。
【００４５】
マイクロプロセッサ２１１の内部記憶装置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。
【００４６】
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。
【００４７】
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カムデータを利用した電子カム方式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。
【００４８】
一方、絞り・シャッター装置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、さらにこの駆動回路２２５へ制御信号を入力するマイクロプロセッサ２１１とから構成されている。なお、ステッピングモータ駆動回路２２５およびマイクロプロセッサ２１１により請求の範囲に言う制御手段が構成される。
【００４９】
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作り、この映像信号を記憶部に送るとともに、映像信号のうちの輝度信号成分をマイクロプロセッサ２１１に送る。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。
【００５０】
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のステッピングモータ２２４の励磁コイルに通電を行ったり、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。
【００５１】
なお、バリエータレンズ２０２およびフォーカスレンズ２０４の駆動とともに絞り・シャッター装置２１４の駆動もステッピングモータにて行うため、従来のように絞り装置についてのいガルバノ方式のアクチュエータの駆動回路や絞りの位置検出のためのＡＭＰ（増幅器），Ａ／Ｄ変換機などを設ける必要がなくなり、カメラ全体としての制御を容易にすることができる。
【００５２】
ズームスイッチ２２９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に制御信号を送り、バリエータレンズ２０２をズーム駆動するとともに、このズーム駆動装置に応じた位置にフォーカシングレンズ２０４を駆動する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
絞り・シャッター装置２１４の絞り動作については図１〜５で詳細に説明してあるので詳細な説明は省略する。また、シャッター動作については任意の絞り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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態のステッピングモータを用いた駆動装置の回路構成図
【図２】脱調検出の各部の波形を示した図
【図３】ステッピングモータとストッパーの位相関係を示した図
【図４】ステッピングモータを用いた駆動装置の脱調検出のフローチャート
【図５】ステッピングモータを用いた駆動装置の脱調検出のフローチャート
【図６】光量調節装置の構造図
【図７】光量調節装置の構造図
【図８】光学機器に応用した場合の構成図
【図９】従来の光学機器（カメラ）の構成図
【符号の説明】
【００５８】
１  ステッピングモータ
２  ステッピングモータ出力軸
３  レバー
４  ストッパー
１０  ステッピングモータ地板
１０ａ，１０ｂ  長穴
１１  ピニオンギヤ
１２  固定地板
１３  レバー
１４，１５  絞り羽根
１４ａ，１５ａ  長溝
１６  ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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