JP2006042408A

JP2006042408A - リニアアクチュエータ、光学装置

Info

Publication number: JP2006042408A
Application number: JP2004214323A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Yamanaka; 智明山中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】リニアアクチュエータにおいて、移動部と固定部が接する部分に塗布する摺動油のむらをなくすために行う潤滑動作の回数を、温度や湿度を考慮して制御し、効果的な潤滑動作を行うことを目的とする。
【解決手段】マグネットと、移動部を駆動するための駆動コイルを有し、前記駆動コイルへの通電により前記移動部を駆動するための推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段の検出結果から、前記移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の回数を決定する潤滑動作制御手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影レンズの駆動や工作機器の駆動に適用されているリニアアクチュエータの潤滑動作に関するものである。

昨今の各種装置の高精度化、小型化によりその駆動制御も高精度化する傾向にある。例えば、ビデオカメラ等では上記ニーズを満たすためにリニアアクチュエータを用いて撮影レンズの駆動制御を行っているものがある。リニアアクチュエータは直接、移動物体を駆動することができるため、ギアやスクリューなどにより駆動力を伝達する必要がない。したがって、装置の小型化や静音化を図ることが可能である。このようなリニアアクチュエータを用いて駆動制御を行う場合、移動部とこれを支持する固定部の接触部分にはある程度の摩擦が必要である。この摩擦により、移動部には受動的にブレーキが働くため、高精度の位置制御や速度制御を行うことができるようになる。一般にこの摩擦を維持するため、接触部分には摺動油が塗られている。
特開２００２−３５０７１６号公報

しかしながら、摺動油の粘性は温度や湿度といった環境条件で異なってくる。特に低温状態では摺動油の粘性が高くなるため、装置の移動部と固定部の接触部分への浸透性が低くなり、移動域での摺動油のむらが発生することになる。また、移動域の限られた部分を頻繁に利用し、残りの部分の利用頻度が極端に低いような使い方をする場合にも、利用頻度の高い移動域と低い移動域との間で摩擦の差が生じることになる。このような摩擦むらは制御性能を劣化や異音の発生原因となるため、摺動油をなじませるための潤滑動作が必要となってくる。一般的に潤滑動作は電源投入直後の起動動作中に行うが、潤滑動作時間が長すぎると起動に時間がかかってしまい、潤滑動作時間が短すぎると摩擦むらが残ってしまうという課題ある。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の発明ではマグネットと、移動部を駆動するための駆動コイルを有し、前記駆動コイルへの通電により前記移動部を駆動するための推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段の検出結果から、前記移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の回数を決定する潤滑動作制御手段とを有している。ここでの環境条件とは、温度や湿度のことである。また、請求項５記載の発明では、撮影レンズと前記撮影レンズを移動するためのリニアアクチュエータを有する光学装置において、前記撮影レンズと前記撮影レンズの保持部材を含む移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の際に、撮影時に移動するレンズ移動域よりも大きい移動域を移動し、前記潤滑動作を行う。

リニアアクチュエータにおいて、移動部と固定部の嵌合部分に塗布する摺動油のむらをなくすために行う潤滑動作を温度や湿度を考慮し、必要な回数だけ潤滑動作を行うようにすることで、余計な潤滑動作を低減することができ、効率的な摺動動作を実現することができる。これにより、嵌合部分の摩擦むらがなくなるため、リニアアクチュエータをスムーズに駆動することができ、高精度の位置制御あるいは速度制御が可能となる。

以下、図面を参照しながら、ビデオカメラシステムに搭載したリニアアクチュエータを例として本発明の実施の形態を説明する。

図1は、リニアアクチュエータを搭載した光学機器を示している。リニアアクチュエータの場合、可動側にコイルを配置するムービングコイルタイプと、可動側にマグネットを配置するムービングマグネットタイプとがあるが、ここではムービングコイルタイプを例として説明する。固定鏡筒１０９に取り付けられたリセットセンサ１００は、例えばフォトインタラプタであり、軸受け１０２と一体となって設けられた遮光板により遮光されることで、リセットセンサ出力に変化が生じ、この変化をトリガとして位置情報の検出を行う。得られた位置情報は基準位置となり、絶対位置を求めるために利用される。また、位置情報は例えば光学式の位置センサである場合、軸受け１０２に固定された光学式スケールと、発光素子と受光素子からなる位置センサ１０５を用いて検出され、例えば正弦波A相と、９０°位相の異なるB相等の位置信号を出力する。移動部はガイドバー１０１により支えられており、ガイドバー１０１と軸受け１０２の嵌合部分には摺動油が塗布されている。ヨーク１０６、マグネット１０７、コイル１０８によりボイスコイルモータが構成され、コイル１０８に電流を流すことによって移動部を光軸方向に駆動する推力が発生する。

図２はビデオカメラのブロック構成を示す。２００、２０１、２０３、２０４は撮影レンズ群であり、２００は固定の前玉レンズ群、２０１はズームレンズ群、２０３は固定のレンズ群、２０３はフォーカスレンズ群を示している。ズームレンズ群２０１の位置はズームエンコーダ２０９によって検出できる。ズームエンコーダの種類としては、例えば、ズーム移動部に一体となって取り付けられたブラシを、抵抗パターンが印刷された基板上を摺動するように構成したボリューム抵抗や、ズーム移動部に取り付けた光学式スケールに対して、固定鏡筒側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置検出センサなどがある。ズームスイッチ２１７を操作するとＣＰＵ２１６はその操作信号を取り込み、駆動信号をズーム駆動部２０８に送ることで、ズームレンズ群２０１を移動することができる。２０２は光量調整を行うＩＲＩＳであり、絞り値は絞りエンコーダ２１１で検出する。この絞りエンコーダ２１１は例えば、ＩＲＩＳの中に設けられたホール素子の出力を検出している。ＣＰＵ２１６はＩＲＩＳ駆動部に駆動信号を与えることによりＩＲＩＳを駆動する。フォーカスレンズ群２０４はＣＰＵ２１６からの駆動信号を、フォーカス駆動部を介して駆動され、そのときの位置はフォーカスエンコーダ２１３により検出される。フォーカスエンコーダは例えばフォーカス移動部に取り付けられた光学式スケールに対して、固定鏡筒側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置センサや、所定ピッチで着磁された磁気パターンを磁気抵抗素子の変化を検出することで位置を検出するセンサ等が考えられる。なお、ズームレンズ群やフォーカスレンズ群の駆動には、リニアアクチュエータの他、ＤＣモータやステッピングモータが用いられる場合もある。被写体光は撮影レンズ群を通過してＣＣＤなどの撮像素子２０５で検出される。撮像素子２０５はＣＣＤ駆動回路２１４の指令によって駆動する。また、撮像素子２０５で検出された映像信号は信号処理回路２０６に送られる。信号処理回路２０６では撮像素子２０５の出力に対して、所定の増幅やガンマ補正などを施す。信号処理回路で処理された映像信号のY信号は、オートフォーカスの判定に利用するためにAF信号処理２１５に送られる。AF信号処理２１５では合焦、非合焦の判別を行い、判定結果はＣＰＵ２１６に取り込まれ、オートフォーカス時にはこの判別にしたがってフォーカスレンズを駆動する。２１８はズームトラッキングメモリであり、変倍に際して被写体距離とズームレンズ位置に応じてセットすべきフォーカスレンズ群の位置情報を記憶する。なお、ズームトラッキングメモリとしてＣＰＵ２１６内のメモリを使用してもよい。２０７は環境変化に比例して出力電位が変化する温度または湿度センサであり、ＣＰＵ２１６は温度または湿度センサ２０７の出力変化を読取ることで温度情報や湿度情報を得る。

図３は本発明に関わる動作の説明をするためのフローチャートである。ここでは、フォーカスレンズ駆動用に本発明を適用した場合について説明する。

潤滑動作は例えば、使用者が装置へ電源投入を行った直後の初期起動動作で開始される。

［ステップ１０１］
まず、絶対位置を検出するための基準となる基準位置を決定するために、位置リセットを行う。位置リセットの詳細説明は省略するが、フォトインタラプタ等のリセットセンサの出力を監視し、リセットセンサ出力変化をトリガにして位置情報を検出する。この検出した位置情報を絶対位置を求めるための基準位置とする。位置リセットが終了したら次のステップに進む。

［ステップ１０２］
温度データ、湿度データどちらか一方あるいは両方ををそれぞれのセンサを用いて検出する。検出した温度データ、または湿度データはAD変換され、ＣＰＵに取り込まれる。

［ステップ１０３］
取り込んだ温度データを基に、潤滑する回数を決定する。潤滑動作回数は例えばテーブルデータを用いて決定する。その際、温度データを用いて潤滑動作回数を決定する場合には、低温側では潤滑回数を多くし、高温側では潤滑回数を少なくするようなテーブルデータとするとよい。また、湿度データを用いて潤滑動作回数を決定する場合には、低湿側では潤滑動作回数を多くし、高湿側では潤滑動作回数を少なくするようなデータテーブルとするとよい。さらに温度データと湿度データの両方から潤滑動作回数を決める場合には、テーブルデータのうち回数の多いほうのデータを選択して使うことにする。図４にそのときのデータテーブルの一例を示す。

［ステップ１０４］
コイルに通電を行い光軸方向への推力を発生させ、どちらか一方への駆動を開始する。ここでは＋方向と呼ぶことにする。

［ステップ１０５］
位置センサを用いて位置検出を行い、所定位置に到達したかの判断を行う。到達していなかった場合には引続き通電を行い、到達するまで移動部を駆動する。所定位置に到達したと判断した場合には次のステップに進む。

潤滑動作を行う範囲が狭すぎると、実際の撮影時に、潤滑されていない領域で駆動しなければならない場合が発生する可能性がある。撮影レンズの移動域には実際の撮影には使用されない余裕分が移動域の両側に存在する。すなわち、潤滑動作範囲は実際の撮影の際に使用する移動域をカバーした範囲で潤滑動作を行う必要がある。前述した所定位置とは、この余裕分の移動域の位置または、移動限界となる端位置（例えばフォーカス至近端）である。

［ステップ１０６］
コイルに逆通電を行い、Ｓ１０４の駆動方向と逆方向に駆動させる。ここでは−方向と呼ぶことにする。
［ステップ１０７］
位置センサを用いて位置検出を行い、所定位置に到達したかの判断を行う。到達していなかった場合には引続き通電を行い、到達するまで移動部を駆動する。所定位置に到達したと判断した場合には次のステップに進む。所定位置とは、Ｓ１０５で説明した移動域のもう一方の余裕分または移動限界となるもう一方の端位置（例えばフォーカス無限端）である。このＳ１０４からＳ１０７までの動作が潤滑動作となり、軸受けとガイドバーの接触部分に塗布された摺動油が均一になじんでくる。

［ステップ１０８］
潤滑動作回数をカウントするカウンタのカウント数をアップ（＋１回）する。ここでは、Ｓ１０４〜Ｓ１０７で示したように、移動部を所定区間で１往復したときを潤滑動作１回とカウントする。

［ステップ１０９］
Ｓ１０３で決定した潤滑回数にだけ潤滑動作を行ったか否かの判別を行う。所定回数に達していない場合には再びＳ１０４に戻り、所定回数に達している場合には潤滑動作を終了する。

以上でリニアアクチュエータの潤滑動作が完了し、撮影動作を開始することができる。

リニアアクチュエータを適用した光学機器の断面図本発明実施例のビデオレンズシステムを示すブロック図本発明実施例のリニアアクチュエータの動作を示すフローチャート本発明実施例のデータテーブル例を示す図

Claims

マグネットと、移動部を駆動するための駆動コイルを有し、前記駆動コイルへの通電により前記移動部を駆動するための推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段の検出結果から、前記移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の回数を決定する潤滑動作制御手段とを有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記環境条件検出手段は、温度を検出するための温度検出手段であることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
前記環境条件検出手段は、湿度を検出するための湿度検出手段であることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
前記環境条件検出手段は、温度を検出するための温度検出手段と、湿度を検出するための湿度検出手段であることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
撮影レンズと前記撮影レンズを移動するためのリニアアクチュエータを有する光学装置において、前記撮影レンズと前記撮影レンズの保持部材を含む移動部の駆動むらをなくすための潤滑動作の際に、撮影時に移動するレンズ移動域よりも大きい移動域を移動し、前記潤滑動作を行うことを特徴とする光学装置。
前記移動部の移動域を制限するためのメカ的移動端を有し、前記潤滑動作の際に前記移動端まで移動することを特徴とする請求項５記載の光学装置。