KR100373295B1

KR100373295B1 - 비디오 카메라용 렌즈 경통 및 그 직선 이송 장치.

Info

Publication number: KR100373295B1
Application number: KR1019950008350A
Authority: KR
Inventors: 나까야마아끼히또; 사까모또사또시; 오시마에이지; 다나까가즈히로; 모로스지
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2003-05-01
Also published as: CN1050463C; CN1121272A; US5602681A; KR950035011A

Abstract

본 발명은 간단하고 소형인 구성으로 저코스트이고, DC 모터를 사용하고 고속도인 한편 고 정밀도의 이송이 행해지도록 한 직선 이송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

브러시 부착 DC 모터(11)과, 이 DC 모터의 회전축(11a)에 일체로 구비된 리드 스크류(12)와, 이 리드 스크류에 나합된 너트 부재(13)을 포함하고 있다. 직선 이송장치(10)에 있어서, 상기 DC 모터의 회전축에 설치되는 한편 원주 방향에 번갈아 N극, S극이 착자된 마그네트(14)와, 이 마그네트에 대향하여 고정 배치된 MR 센서(15)를 구비하도록 직선 이송 장치(10)을 구성한다.

Description

비디오 카메라용 렌즈 경통 및 그 직선 이송 장치

본 발명은 예를 들면, 비디오 카메라용 렌즈 경통의 줌 렌즈 이송 장치 등에 사용되는 직선 이송 장치에 관한 것이다.

종래, 이와 같은 직선 이송 장치는 예를 들면, 브러시 부착된 DC 모터나 스테핑 모터 등을 구동원으로서 사용하고 있다.

상기 직선 이송 장치에는 구동원의 외측에 광학식 인코더를 결합시켜 이 구동원의 회전을 고정밀도로 제어하도록 하는 시스템도 있다.

그러나, 이와 같은 직선 이송 장치에 있어서는, 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 구동원으로서 상기 브러시 부착 DC 모터를 이용하는 경우에는 DC 모터를 고속 회전시켜 기어에 의해 회전 속도를 떨어뜨리는 방식이 채용되고 있다.

이와 같은 방식에 있어서는 기어에 의한 백 래쉬(back lash)가 발생함으로써, 이송 정밀도가 저하됨과 동시에, 기어에 의한 노이즈가 비교적 커지는 등의 문제가 있었다.

또한, 구동원으로서 DC 모터를 이용하는 광학식 인코더로 제어하는 방식은 외부에 부착된 인코더이기 때문에 결합부에 정밀도가 요구되어 부품 코스트 및 조립 코스트가 높아지는 문제가 있다.

또한, 소형의 DC 모터는 토오크가 작기 때문에 외부 부착된 인코더를 직접결합시켜 구동하는 것이 곤란한 문제도 있었다.

또한, 구동원으로서 스테핑 모터를 이용하는 경우는 구동 제어가 오픈 루프이기 때문에, 정지 위치 정밀도가 나쁘다는 등의 문제가 있다. 또는, 스테핑 모터는 탈조(脫調)되었을 때 그것이 검출되지 않고, 성능불량을 일으키는 문제가 있었다. 특히 스테핑 모터로 마이크로 스텝을 행하는 경우에는 1스텝 동안 피구동부가 어느 위치에 있든 관계없이, 정확한 위치 결정이 곤란하였다.

본 발명은 이상의 사항을 감안하여 판단하고 또한 소형인 구성으로, 저 코스트이며 또한 고정밀도의 이송이 행해지도록 한 직선 이송 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적은 본 발명에 의하면, 구동원과 이 구동원의 회전축에 일체적으로 구비된 리드 스크류와, 이 리드 스크류에 나합(螺合)된 너트 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 직선 이송 장치에 있어서,

상기 구동원의 회전축에 설치되고 또한 회전 방향으로 번갈아 N극, S극 착자된 마그네트와, 이 마그네트에 대향하여 고정 배치된 자기 저항 효과형 센서를 구비하고 있는 직선 이송 장치에 의해 달성된다.

상기 구성에 의하면 구동원의 회전축에 설치된 원통상, 원주상 또는 원판상의 마그네트의 주위에 번갈아 착자된 N극, S극의 자계가 이에 대향하여 배치된 자기 저항 효과형 센서에 작용함으로써 이 구동원의 회전 방향 및 속도가 검출된다.

이 경우, 마그네트의 각 자극의 피치에 대응하는 고 정밀도의 위치 검출이 행해지게 된다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 제1도 내지 제24도를 참조하면서 상세히 설명한다.

또, 이하에 서술하는 실시예는 본 발명의 적절한 구체예이기 때문에 기술적으로 바람직한 여러가지의 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범위는 이하의 설명에서 특히 본 발명을 한정하는 요지의 기재가 없는 한, 이것들의 형태에 한정되는것은 아니다.

제1도는 본 발명에 의한 직선 이송 장치의 한 실시예를 도시하고 있다.

즉, 제1도에 있어서, 직선 이송 장치(10)은 브러시 부착 DC 모터(11)과, 이 DC 모터(11)의 회전축(11a)에 일체로 구비된 리드 스크류(12)와, 이 리드 스크류(12)에 나합된(나사식으로 결합된) 너트 부재(13)과, 상기 DC 모터(11)의 회전축(11a)에 설치되고 또한 회전 방향으로 번갈아 N극, S극이 착자된 마그네트(14)와, 이 마그네트(14)에 대향하여 고정 배치된 각도 검출용 자기 저항 효과형 센서(15)와, DC 모터(11)에 대하여 반대측의 단부 근방으로 리드 스크류(12)의 너트 부재(13)이 제1도상의 리드 스크류(12)의 좌단부에 도달하였는지의 여부를 검출하는 끝점 센서(16)을 구비하고 있다. 본 실시예에서는 끝점 센서(16)의 출력은 너트 부재(13)이 이 끝점 센서(16)에 접촉함으로써 하강한다.

상기 브러시 부착 DC 모터(11)은 공지된 구성으로서, 외부에서 직류 전류를 공급함으로써 회전축(11a)가 회전 구동되게 되어 있다.

상기 리드 스크류(12)는 도시된 경우, 회전축(11a)에 직접 나사를 형성함으로써 구성되어 있지만, 예를 들면 회전축(11a)에 압입(壓入), 나착(螺着)등에 의해설치되어 있어도 좋다.

상기 너트 부재(13)은 이 리드 스크류(12)에 나합되어 있기 때문에, 이 리드 스크류(12)의 회전에 의해 화살표로 표시하는 방향으로 직선 이동되도록 되어 있으며 동시에, 도시하지 않은 이동 대상물에 연결되어 있다. 이에 따라, 이 너트 부재(13)의 화살표 방향으로의 직선 이동에 수반하여 상기 이동 대상물이 화살표 방향으로 이동되도록 되어 있다. 여기에서, 상기 이동 대상물은 예를 들면, 비디오 카메라용 렌즈 경통의 줌 렌즈 지지틀이나 포커스용 렌즈 지지틀 혹은 광학 픽업 지지 부재이다.

상기 마그네트(14)는 제2도에 도시한 바와 같이, DC 모터(11)의 회전축(11a)에 대하여 동일 축상에 설치된 마그네트로서 예를 들면 사출 성형에 의해 일체 형성되어 있다.

도시된 경우의 마그네트(14)는 원판상이지만, 원통상 또는 원주상의 마그네트라도 좋다. 원주 방향을 따라서 다극 착자할 수 있다면 다른 형태에서도 이용이 가능하다.

또한, 상기 마그네트(14)는 제3도에 도시한 바와 같이, 원주 방향을 따라서 번갈아 N극, S극으로 착자되어 있다.

상기 자기 저항 효과형 센서(15)는 이 마그네트(14)의 반경 방향 외측에서 이 마그네트(14)의 외주면에 대향하도록 고정 배치되어 있다. 여기에서, 이 자기 저항 효과형 센서(15)는 강자성 박막 소자라고 칭해지는 것으로 예를 들면, Ni, Fe, CoNi 등의 강자성체인 박막에 자계를 작용시키면, 그 저항값이 변화하는 것을이용하여 자계의 변화를 계측하는 것으로, 예를 들면 VTR의 캡스턴 모터의 각속도 검출 등을 위하여 일반적으로 사용되고 있다.

상기 자기 저항 효과형 센서(15)의 동작 원리를 이하에 설명한다.

자기 저항 효과형 센서(15)는 제4도의 상부에 도시한 바와 같이, 자극폭 λ로 N극, S극이 번갈아서 나란하게 마그네트에 대향하여 폭 λ/2인 패턴을 형성하도록 구성되어 있다.

이 패턴의 양단에 각각 정전압 Vcc 와 접지 GND가 접속되고, 이 패턴의 중점 전위 Vs가 탭 A 및 B로부터 출력으로서 얻어진다(제6도 참조).

상기 마그네트(14)가 화살표 방향으로 이동하였을 때, 이 마그네트(14)에 대한 상대 위치에 의거하여 자기 저항 효과형 센서(15)에서는 중점 전위 Vs로서 제4도의 하부의 그래프에 도시한 바와 같이, Vcc/2를 중심으로 하고, 1자극폭 λ에 대하여 1주기인 사인파 또는 의사 사인파가 얻어지도록 되어 있다.

자기 저항 효과형 센서(15)가 서로 λ/4만큼 어긋난 위치에 2개의 패턴을 갖는 경우에는 자기 저항 효과형 센서(15)의 각 패턴의 출력은 제5도의 상단에 도시한 바와 같이 Vcc/2를 중심으로 하는 사인파 및 코사인파가 되고,

[ 식1 ]

A · sinθ + Vcc/2

[ 식2 ]

A · cosθ + Vcc/2

로 표시된다.

이 경우, 자기 저항 효과형 센서(15)는 제6도에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.

제6도에 있어서, 자기 저항 효과형 센서(15)는 Vcc측 패턴과 GND측 패턴이 1 자극폭 λ에 대하여 각각 λ/4 만큼 떨어져 있는 한편 인접하는 2개의 패턴이 서로 λ/4 만큼 떨어져 있다.

이 패턴에 따라, 자기 저항 효과형 센서(15)는 제7도에 도시한 등가 회로를 갖게 된다. 각 저항 중, R1과 R2, R3와 R4, R5와 R6는 각각 같은 저항값을 갖고 있다.

이 저항 중, 저항 R1과 R2, R3와 R4는 제4도의 마그네트(14)의 위치에 따라 작용하는 자계의 세기가 변화하면 저항값이 생긴다. 따라서, 출력 단자 A 및 B의 출력은 마그네트(14)의 위치에 의거하여 제5도의 상단의 그래프에 도시한 바와 같이, 각각 Vcc/2를 중심으로 하는 A sinθ, A cosθ가 된다.

이에 대하여 저항 R5, R6는 자계의 영향을 받지 않는 위치에 배치되어 있기 때문에, 마그네트(14)의 위치에 관계없이 출력 단자 SO는 항상 Vcc/2인 일정 전압을 출력하게 된다.

제8도는 제1도의 직선 이송 장치의 전기적 구성을 도시하고 있다.

제8도에 있어서, 직선 이송 장치(10)은 자기 저항 효과형 센서(15)의 출력 단자 A, SO가 각각 반전 입력, 비반전 입력에 접속된 제1 컴퍼레이터(21)과, 자기 저항 효과형 센서(15)의 출력 단자 B, SO가 각각 반전 입력, 비반전 입력에 접속된 제2 컴퍼레이터(22)와, 각 컴퍼레이터(21, 22)의 출력이 입력되는 위상 판별회로(23)과, 끝점 센서(16)으로부터의 출력 신호가 입력되는 하강 검출 회로(28)과, 위상 판별 회로(23)으로부터의 신호와 하강 검출 회로(28)로부터의 신호가 입력되는 업 다운 카운터(24)와, 하강 검출 회로(28)로부터의 신호가 입력되는 래치 회로(24a)를 갖고 있다.

그리고, 이 업 다운 카운터(24)와 래치 회로(24a)로부터의 신호는 CPU(25)로 입력되고, 이 CPU(25)에 의해 D/A컨버터(26)을 통하여 드라이버(27)이 제어되도록 되어 있다.

상기 자기 저항 효과형 센서(15)는 회전축(11a)의 회전 방향 및 회전 속도에 따라 결정되는 상기 너트 부재(13)의 이동 방향 및 이동 속도를 마그네트(14)의 회전 방향 및 회전 속도에 의해 검출한다.

상기 컴퍼레이터(21, 22)는 각각 MR 센서(15)의 출력 단자 A, B의 A sinθ, A cosθ와 출력 단자 SO의 Vcc/2를 비교하여 제5도의 중단 및 하단에 도시한 디지탈 신호 PA, PB를 출력한다.

상기 위상 판별 회로(23)은 컴퍼레이터(21, 22)로부터의 디지탈 신호 PA, PB에 의거하여 회전축(11a)의 회전 방향 및 신호의 에지를 검출하여, 한 방향인 경우에는 업(UP)펄스를 또 다른 방향인 경우에는 다운(DOWN)펄스를 업 다운 카운터(24)에 출력한다. 이 경우, 업 펄스는 예를 들면, 디지탈 신호 PA 또는 PB에 동기하고 있다.

상기 업 다운 카운터(24)는 위상 판별 회로(23)으로부터의 업 펄스 또는 다운 펄스를 카운트함으로써 DC 모터(1)의 회전축(11a)의 각도를 검출한다.

상기 CPU(25)는 업 다운 카운터(24)로부터 출력되는 카운터값에 의거하여 회전축(11a)의 각도 정보(현재값)을 산출하여 이 각도 정보와 이동 대상물의 원하는 이동 위치에 대응하는 회전축(11a)의 각도(목표값)과의 차이로부터 드라이브 지령값을 출력한다.

이 경우, CPU(25)는 제9도에 도시한 바와 같이, 외측의 위치 루프에서 업 다운 카운터(24)로부터의 카운터값에 의거하여, 이동 대상물의 원하는 이동 위치(목표값)과 현재 위치(현재값)을 비교하여 그 차이값에 위치 비례 게인 kp를 곱하여 비례 제어를 행한다.

또한, 이 CPU(25)는 내측의 속도 루프에서 카운터값의 미분 정보로부터 속도를 구하여 그 속도 정보와 위치 루프의 결과를 비교하고, 그 차이값에 대하여 비례-적분 제어하도록 되어 있다.

이렇게 하여, CPU(25)는 상기 비례 제어 및 비례-적분 제어의 결과를 D/A 컨버터(26)에 의해 아날로그 신호로 변환하여 드라이버 회로(27)로 출력한다. 이에 따라, 이 드라이브 회로(27)은 이 아날로그 신호를 버퍼하여, 모터(11)에 전류를 공급한다.

그리고, 도시된 경우에는 kp : 위치 비례 게인, k1 : 속도 적분 게인, k2 : 속도 비례 게인, S : 라플라스 연산자, kt : 모터 토오크 상수, J : 모터 이너셔, D : 점성 항으로서

[식 3]

k 1 / s + k 2

의 연산이 행해진다. 이에 따라, 드라이버(27)에 의해 구동 제어되는 DC 모터(11)에서는

[식 4]

k t / ( Js + D )

이 된다. 이렇게 하여

[식 5]

1 / s

에 의해 이동후의 카운터값이 얻어지게 된다.

하강 검출 회로(28)은 끝점 센서(16)의 출력 하강을 검출하였을 때, 신호를 출력한다. 이 출력에 따라 업 다운 카운터(24)의 카운트값은 클리어 되어 절대 위치화 되고 또한 래치 회로(24a)에 의해 CPU(25)가 초기화되도록 되어 있다.

본 실시예에 의한 직선 이송 장치(10)은 이상과 같이 구성되어 있고, DC 모터(11)은 CPU(25)로부터 D/A컨버터(26)을 통하여 드라이버(27)에 의해 구동 제어됨으로써 회전된다.

이에 따라, 회전축(11a)가 회전되고, 이 회전축(11a)의 리드 스크류(12)에 나합하는 너트 부재(13)이 회전축(11a)의 축방향을 따라서 이동된다.

제10도는 본 발명에 의한 직선 이송 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.

도면에 있어서, 직선 이송 장치(40)은 구동원으로서의 스테핑 모터(41)과; 이 스테핑 모터(41)의 회전축(41a)에 일체로 구비된 리드 스크류(42)와; 이 리드 스크류(42)에 나합된 너트 부재(43)과; 상기 스테핑 모터(41)의 회전축(41a)에 설치되고 또한 원주 방향으로 번갈아 N극, S극이 착자된 마그네트(44)와; 이 마그네트(44)에 대향하여 고정 배치된 각도 검출용 자기 저항 효과형 센서(45)와; 스테핑 모터(41)에 대하여 반대측의 단부 근방으로 리드 스크류(42)의 너트 부재(43)이 제10도 상의 리드 스크류(42)의 좌단부에 도달하였는지의 여부를 검출하는 끝점 센서(46)을 갖고 있다.

상기 스테핑 모터(41)은 이하와 같이 구성되어 있다.

제10도에 있어서, 스테핑 모터(41)의 지지 프레임(56)은 해당 모터 회전축의 축방향으로 연장되어 있고, 그 축방향의 단면은 도시되어 있는 바와 같이, 상방이 개방된 프레임 형상으로 되어 있다. 이 지지 프레임(56)의 한 단부에는 케이스 체(51)이 고정되어 있다.

케이스체(51)내에는 원통체 형상을 나타내는 요크 어셈블리(52)(스테이터 : stator)가 수납되어 있다. 이 요크 어셈블리(52)는 예를 들면, 4세트의 극치 요크(pole tooth yolks)를 수지로 일체 성형하여 형성되어 있다. 그리고, 이 요크 어셈블리(52)에 예를 들면, 2개의 코일(53a, 53b)가 형성되고 그 외주는 상기 케이스체(51)로 덮여 있다.

또한, 이 요크 어셈블리(52)내에는 회전축(41a)에 마그네트(54)가 설치되어 이루어진 로터(55)가 배치되어 있다. 마그네트(54)의 주위에는 상기 요크 어셈블리(52)의 내주면과의 사이에 소정의 갭 G가 마련되어 있다. 따라서, 상기 코일(53a, 53b)에 흐르는 전류를 차례로 전환함으로써 발생하는 회전 자계에 의해 상기 회전축(41a)가 회전되게 된다.

본 실시예의 구성은 구동원(11)이 스테핑 모터인 것을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 단, 스테핑 모터는, 오픈 루프 제어이기 때문에 제8도에 도시된 구동원으로서 DC 모터를 사용한 경우의 전기적 구성에 있어서의 D/A 컨버터(26)은 CPU로부터의 이송 지령을 마이크로 스텝 신호로서 드라이버에 입력하는 프리 드라이버가 된다.

다음에 구동원을 스테핑 모터로서 이용한 직선 이송 장치의 변형예에 대하여 그 주요부를 도시한 제11도 내지 제23도를 참조하여 설명한다.

제11도의 직선 이송 장치(60)는 모터의 회전축(61)이 지지 프레임(63)의 내측에 연장되어 있는 일단측에 대하여 마그네트(67)을 설치한 구조를 도시하고 있다. 이 제11도의 예에서는 마그네트(67)은 지지 프레임(63)내에서 리드 스크류(62)와 모터 케이스(64)의 사이에 배치되어 있다.

자기 저항 효과형 센서(65)는 지지 프레임(63)의 내측에 대하여 장착 부재(66)을 끼워서 설치되어 있고 게다가 마그네트(67)에 대향하는 위치에 고정되어 있다.

이에 따라, 지지 프레임(63)을 미리 적당하게 설계함으로써, 합성 수지에 의한 형성품을 이용하면, 지지 프레임(63)의 길이 방향에 연하는 중심과, 회전축(61)의 축 중심 O을 정확하게 위치 결정할 수 있다.

따라서, 이 지지 프레임(63)에 대하여, 소정의 두께로 조정한 장착 부재(66)을 끼워서 도시한 바와 같이 자기 저항 효과형 센서(65)를 고정함으로써, 마그네트(67)의 둘레면 상의 착자면과, 자기 저항 효과형 센서(65)와의 사이에 적절한 간격을 형성할 수 있다.

이에 따라, 마그네트(67)의 착자 상태에 따라서 적절한 자속 밀도가 되는 위치에 자기 저항 효과형 센서(65)를 용이하게 배치할 수 있다.

제12도의 직선 이송 장치(70)은 지지 프레임(73)을 크게 형성하고, 이 지지 프레임(73)내에 스테핑 모터의 모터 케이스(74)를 수용한 구성을 도시하고 있다. 이 직선 이송 장치(70)에 있어서도 자기 저항 효과형 센서(75)는 장착 부재(76)을 끼워서 지지 프레임(73)의 내측에 설치되어 있다.

이 때문에, 자기 저항 효과형 센서(75)의 제11도의 경우와 마찬가지로, 지지 프레임(73)을 기준으로 하여 고정되게 되어, 마그네트(67)과의 사이에 적절한 거리를 설정할 수 있다.

제13도의 직선 이송 장치(80)은 마그네트(87)이 지지 프레임(83)의 내측에서 제11도의 경우와 다르게 회전축(81)의 타단측에 고정되어 있다.

따라서, 이 마그네트(87)과 대향하는 위치를 선정하여 제13도와 같이, 지지 프레임(83)의 내측에 자기 저항 효과형 센서(85)를 고정하면, 제11도의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 이런 종류의 직선 이송 장치는 그 조립 공정에 있어서, 회전축을 도면에 있어서 좌측으로부터 지지 프레임을 통하여 모터 케이스 내에 끼워 넣을 필요가 있다. 그런데, 제11도 내지 제13도의 직선 이송 장치는 마그네트가 모터 케이스보다 도면에 있어서 좌측에 배치된다. 이렇기 때문에, 조립 공정에 있어서, 상기 회전축의 조립시에 회전축을 지지 프레임 내에 끼우고 통하게 하면서, 마그네트를소정 위치에 보존하고, 또한 이 마그네트에 끼우고 통하게 한 후에 모터 케이스 내로 통하게 하지 않으면 안된다.

그래서, 제14도 및 제15도에서는 마그네트(97, 117)은 회전축(91, 111)의 선단측으로 끼우고 통하게 하여 고정하도록 하고 있다. 이에 따라, 각 회전축(91, 111)은 지지 프레임(93, 113) 및 모터 케이스(94, 114)에 먼저 통하게 하고, 최후에 마그네트(97, 117)로 통하게 되기 때문에 조립이 보다 간단해 진다.

또, 제14도, 제15도의 직선 이송 장치에서는 지지 프레임(93, 113)이 중간 부근을 되접어 반대로 꺽도록 구성되어 있다. 이들 직선 이송 장치(90, 110)는 지지 프레임(93, 113)의 도면에서 마그네트(97, 117)이 수용된 부분에 자기 저항 효과형 센서(95, 115)가 제11도의 경우와 동일하게 고정되어 있다. 따라서, 제11도의 직선 이송 장치(60)과 동일한 효과를 갖는다.

제16도에 있어서는, 직선 이송 장치(120)의 회전축(121)의 좌단측에 마그네트(127)을 고정하도록 하고 있기 때문에, 제14도, 제15도의 경우와 동일하게 조립이 간단해 진다. 또한, 제17도의 직선 이송 장치(130)는 회전축(131)의 우단부측에 마그네트를 고정하고 있기 때문에 제16도의 직선 이송 장치(120)과 동일한 효과가 있다.

또, 제16도의 경우, 자기 저항 효과형 센서(125)는 지지 프레임(123)에 대하여 단면이 거의 앵글 형상인 고정 부재(128)을 설치하고, 이것에 장착 부재(126)을 고정하여 이 장착 부재(126)을 끼워 고정되어 있다.

또한, 제17도의 경우 자기 저항 효과형 센서(135)는 모터 케이스(134)에 대하여 단면이 L자형상인 고정 부재(138)을 설치하고 이것에 장착 부재(136)을 고정하고, 이 장착 부재(136)을 끼워 고정되어 있다.

제18도는 직선 이송 장치의 또 다른 변형예를 도시하고 있다.

도면에 있어서, 이 직선 이송 장치(140)은 지지 프레임(143) 및 리드 스크류(142)측과, 모터 케이스(144)측을 별도로 구성하고, 회전축(141)의 선단을 조인트부(141b)에서 예를 들면, 용접 등에 의해 결합하고 있다. 이에 따라, 예를 들면 피치가 상이한 리드 스크류(142)를 적당히 선정하여 모터 본체측에 설치할 수 있어서 범용성에 우수하다.

또, 이 경우 자기 저항 효과형 센서(145)는 모터 케이스(144)에 설치된 고정 부재(148)에 장착 부재(146)을 설치하여 이것에 고정하도록 되어 있다.

제19도의 직선 이송 장치(150)에서는 도면에 있어서, 좌측에 리드 스크류(152), 지지 프레임(153), 모터 케이스(154)를 배치하고, 그 회전축(151)의 선단에 조인트부(151b)를 끼워서 다른 회전축(151a)를 접속하고 있다. 이외의 회전축(151a)에는 마그네트(157)이 고정되어 있다. 이외의 회전축(151a)는 별도의 고정부재(158)에 끼워져 통하고 있다. 이 고정 부재(158)의 밑면에는 장착 부재(156)을 끼워서 자기 저항 효과형 센서(155)가 마그네트(157)과 대향하도록 고정되어 있다.

따라서, 이 직선 이송 장치(150)에 있어서도 제18도의 경우와 마찬가지로 다른 크기의 마그네트 등과 적당히 조합할 수 있어서 범용성에 우수하다.

또, 제11도 내지 제19도의 직선 이송 장치의 회전축에는 그 일부에 나사를 형성하여 리드 스크류로 하고 있지만, 전장(全長)에 걸쳐서 리드 스크류로 하여도좋다.

제20A도∼제20C도는 자기 저항 효과형 센서와 마그네트와의 간격의 조정 구조의 예를 도시하고 있다.

제20(A)도는 그 주요부의 정면도, 제20(B)도는 평면도, 제20(C)도는 측면도이다. 이 간격 조정 구조는 예를 들면, 제14도에 도시한 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조에 적용된다. 제20(A)도, 제20(C)도는 설명의 편의를 위하여 제14도와는 상하를 반대로 하여 도시하고 있다.

도면에서, 설치 부재(161)은 지지 프레임(93)에 대하여 고정되는 수평부(161a)와, 이 수평부(161a)의 한쪽끝에서 수직으로 연장하는 수직부(161b)로 구성되어 있다. 수직부(161b)의 마그네트(97) 측의 측면에는 자기 저항 효과형 센서(95)가 고정되어 있다. 수평부(161a)의 밑면에는 돌기(163)이 형성되어 미리 지지 프레임(93)에 형성된 장착홀에 삽입되어 있다. 수평부(161a)의 상기 돌기(163)과 반대측 단부에는 제20(B)도에 도시한 바와 같이, 거의 R 형상으로 이루어진 장공(長孔)(164)가 설치되어 있다. 이 장공(164)에는 지지 프레임(93)의 상면에 형성된 돌기(93a)가 끼워 넣어지도록 되어 있다.

이에 따라, 장공(164) 내에서 돌기(93a)를 상대적으로 이동시킴으로써, 설치 부재(96)을 돌기(163)을 중심으로 하여 화살표 방향으로 회전시킬 수 있다. 이 때문에, 설치 부재(96)에 고정된 자기 저항 효과형 센서(95)가 마그네트(97)에 대하여 접근, 이간한다. 이와 같이 하여, 자기 저항 효과형 센서(95)와 마그네트(97)의 간격을 조정할 수 있어서 적절한 자속 밀도 부분을 선정하여 설치 부재(96)의 수평부(161a)를 지지 프레임(93)에 대하여 접착등으로 고정할 수 있다.

제21도는 자기 저항 효과형 센서와 마그네트와의 간격의 조정 구조의 다른 예를 도시하고 있다. 본 예에서는 마그네트(97)과 자기 저항 효과형 센서(95)와의 방향이 제21도와 상이하지만, 그 외의 구조는 제21도의 것과 동일하다.

제22도는 자기 저항 효과형 센서와 마그네트와의 간격의 조정 구조의 또 다른 예를 도시하고 있다.

제22도는 제11도의 지지 프레임(63)에 자기 저항 효과형 센서(65)를 설치하는 경우의 주요부를 도시하고 있고 예를 들면, 설치 부재(66)은 제1 설치 부재(66a)와 제2 설치 부재(66b)로 되어 있다. 제1 설치 부재(66a)의 상면은 경사면(66c)로 되어 있고, 이 경사면(66c)의 위에 제2 설치 부재(66b)가 얹혀지고, 이 제2 설치 부재(66b) 상에 자기 저항 효과형 센서(65)가 고정되어 있다.

제2 설치 부재(66b)를 경사면(66c) 상에서 화살표 방향으로 이동시키면, 자기 저항 효과형 센서(65)와 마그네트(67)과의 간격이 접근, 이간한다. 이에 따라, 마그네트(67)의 적절한 자속밀도의 위치에 이것과 대향하는 자기 저항 효과형 센서(65)를 일치시키고, 제1 설치 부재(66a)에 대하여 제2 설치 부재(66b)를 접착 등에 의해 고정할 수 있다.

제23도는 제10도의 스테핑 모터의 주요부에 부착되어 나타나 있고, 마그네트의 형성 방법이 상이하다.

본 실시예에서는 로터 마그네트(245)와 이동 검출용 마그네트(244)는 일체로 형성되어 있다. 즉, 로터 마그네트(245)는 코일(53a, 53b)에 대응하여 원주 방향을따라서 S극, N극이 번갈아 착자되어 있다. 이동 검출용 마그네트(244)는 상기 로터 마그네트(245)를 더욱 연장하여 잘룩한 부분(242)를 통하여 로터 마그네트와 일체로 형성되어 있다. 이 이동 검출용 마그네트(244)는 로터 마그네트(245)보다 큰 지름으로 형성되어 있다. 이동 검출용 마그네트(244)에는 원주 방향을 따라서 S극, N극이 로터 마그네트(245)와는 상이한 피치로 번갈아 착자되고 있다.

따라서, 본 실시예에서는 로터 마그네트(245)와 이동 검출용 마그네트(244)를 일체로 구성하였기 때문에, 양자를 회전축(241a)에 동시에 삽입 고정할 수 있어서 조립이 용이해진다. 게다가 로터 마그네트(245)와 이동 검출용 마그네트(244) 사이에는 잘룩한 부분(242)를 설치하고 있기 때문에 양쪽 마그네트의 착자 상태가 달라져 있어도 이들 서로간에 상이한 자계가 상호 영향받기 어렵게 되어 있다.

제24도는 본 실시예에 의한 직선 이송 장치를 줌 렌즈 이송 기구로서 조립한비디오 카메라용 렌즈 경통을 도시하고 있다.

즉, 제24도에 있어서, 비디오 카메라용 렌즈 경통(30)은 차례대로 각각 렌즈를 지지하는 대물 렌즈틀(31), 조리개틀(33), 제3 렌즈틀(34) 및 제4 렌즈틀(35)와, 이들 렌즈틀 및 조리개틀이 설치되는 프레임(36)으로 구성되어 있다.

상기 대물 렌즈틀(31)은 제2 렌즈틀(32), 조리개틀(33), 제3 렌즈틀(34) 및 제4 렌즈틀(25)와 함께 일체로 렌즈군을 구성하고 있다. 제4 렌즈틀(35)는 무빙 코일(35a)를 구비하고, 그 주위에 고정 배치된 마그네트(35b) 내에 끼워 넣어져 있다. 이 무빙 코일(35a)가 통전되면, 이 무빙 코일(35a)와 마그네트(35b)가 소위 리니어 모터로서 사용하여 전체에 광축 방향으로 이동되어 되어 있다.

또한, 제2 렌즈틀(32)는 제1 또는 제10도에 도시되는 직선 이송 장치와 마찬가지로 자기 저항 효과형 센서 부착 직선 이송 장치(37)에 의해 대물 렌즈틀(31)에 대하여 광축 방향을 따라서 이동 가능하게 지지되고 있다. 이 경우, 자기 저항 효과형 센서(37a)는 프레임(36)에 고정 지지되고 있으며 동시에, 이 직선 이송 장치(37)의 너트 부재(37a)가 제2 렌즈틀(32)에 연결되어 있다.

이에 따라, 이 직선 이송 장치(37)의 구동원에 통전함으로써, 제2 렌즈틀(32)가 대물 렌즈(31), 제3 렌즈틀(34), 제4 렌즈틀(35)에 대하여 상대적으로 이동되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 비디오 카메라용 렌즈 경통(30)에 의하면, 무빙 코일(35a)에 적당하게 통전함으로써, 대물 렌즈틀(31), 제2 렌즈틀(32), 제3 렌즈틀(34), 제4 렌즈틀(35)가 일체로 광축 방향으로 이동되어 포커싱이 행해진다. 또한, 직선 이송 장치(37)의 구동원에 적당히 통전함으로써, 제2 렌즈틀(32)가 대물 렌즈틀(31), 제3 렌즈틀(34), 제4 렌즈틀(35)에 대하여 상대적으로 광축 방향으로 이동되어 주밍이 행해진다.

예를 들면, 구동원으로서 DC 모터를 사용한 직선 이송 장치(37)에 있어서, DC 모터의 직경을 10 mmφ로 하고, 자기 저항 효과형 센서용 마그네트의 직경 8 mmφ, 착자 피치 λ를 200 ㎛, 리드 스크류의 피치를 0.5 mm로 하면, 1λ 당 4펄스의 자기 저항 효과형 센서 출력이 얻어진다. 따라서, 1 펄스당 위치 분해능은

[식 5]

1/s

에 의해 1 ㎛가 된다. 이에 비하여 예를 들면, 종래의 자기 저항 효과형 센서를 구비하고 있지 않는 스테핑 모터를 사용한 이송 장치인 경우에는 극수 10인 경우, 1회전 20 펄스이기 때문에 1 펄스당 분해능은 25 ㎛로 된다. 이렇게 하여 본 발명에 의한 직선 이송 기구(37)을 사용함으로써 종래의 스테핑 모터와 비교하여 25배의 분해능이 실현된다. 따라서, 더욱 고정밀도한 이송이 가능해진다.

이렇게 하여, 직선 이송 장치(37)을 사용함으로써, 주밍(zooming) 시의 제2 렌즈틀(32)의 이동에 관한 분해능이 1 자릿수 정도 개선되게 되고 촛점 일치 성능이 개선된다.

이와 같이, 상술한 실시예에 의하면, 구동원의 회전축에 설치된 원통상, 원주상 또는 원판상 마그네트의 주위에 번갈아 착자된 N극, S극의 자계가 이것에 대향하여 배치된 자기 지향 효과형 센서에 작용함으로써, 이 구동원의 회전 방향 및 속도가 고정밀도로 검출된다. 이렇게 하여, 너트 부재의 원하는 위치로의 이동이 고정밀도로 행해진다.

또한, 구동원의 회전축에 설치된 마그네트 및 이 마그네트에 대향하여 배치된 자기 저항 효과형 센서 그리고 이 자기 저항 효과형 센서의 출력 신호의 처리 회로와 같은 간단한 구성에 의해 회전축의 회전 방향 및 회전 속도가 검출된다. 따라서, 부품 코스트나 조립 코스트가 저감됨과 동시에 소형으로 구성되게 된다.

상기 마그네트가 사출 성형에 의해 일체로 형성되어 있는 경우에는 이 마그네트가 용이하게 또한 고정밀도로 형성되기 때문에 더욱더 코스트가 저감되게 된다.

또한, 상기 자기 저항 효과형 센서가 마그네트의 N극 또는 S극의 1 자극폭에서, 1주기의 의사 사인파 및 코사인파로 이루어지는 출력과 중점 전위를 발생하는 패턴 구조를 갖고 있는 경우에는 자기 저항 효과형 센서의 출력과 중점 전위와의 차이 만큼을 취함으로써 구동원의 회전 검출이 용이하게 행해지게 된다.

상기 자기 저항 효과형 센서가 서로 마그네트의 N극 또는 S극의 1자극폭의 1/4 만큼 어긋난 2개의 패턴을 갖고 있는 경우에는 구동원 회전축의 회전 방향이 용이하게 판별되게 된다.

또한, 상기 자기 저항 효과형 센서의 출력과 중점 전위를 비교하는 컴퍼레이터와, 이 컴퍼레이터의 출력에 의거하여 구동원의 회전 방향 및 각도를 검출하는 제어 회로를 구비하고 있는 경우에는 이 컴퍼레이터로부터의 출력 신호의 펄스 에지를 검출함으로써, 구동원의 회전 검출이 행해짐과 동시에 이 구동원의 구동 제어가 용이하게 행해지게 된다.

렌즈 이송 기구를 갖는 비디오 카메라용 렌즈 경통에 있어서, 렌즈 이송 기구로서 상술한 직선 이송 장치가 구비되어 있는 경우에는 렌즈 이송이 고정밀도인 한편 고속도이고, 또한 저 코스트로 행해지게 된다.

줌 렌즈 이송 기구 및 포커스용 렌즈 이송 기구를 갖는 비디오 카메라용 렌즈 경통에 있어서, 줌 렌즈 이송 기구로서 상술한 직선 이송 장치가 구비되어 있는 경우에는 주밍이 고정밀도인 한편 고속도이고 또한 저코스트로 행해지게 된다.

또, 상술한 실시예에 있어서, 포커싱 이송 장치에도 이와 같은 직선 이송 장치를 내장할 수 있다. 이에 따라, 포커싱 속도 및 성능이 모두 개선되게 된다.

또한, 제24도의 실시예에서는 주밍용 모터로서 리니어 모터가 사용되고 있기 때문에, 본 발명에 의한 직선 이송 장치를 주밍에 이용함으로써, 종래의 스테핑 모터를 사용하는 경우와 비교하여 약 10배 정도의 고속화를 행할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 본 발명에 의한 직선 이송 장치를 비디오 카메라용 렌즈 경통(30)에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 축 이송 기구에 의해 광학 디스크의 반경 방향으로 이동시키는 광학 픽업을 갖는 광학 픽업 시스템에 있어서, 광학 픽업의 축 이송 기구로서 본 발명에 의한 직선 이송 장치를 적용할 수도 있다. 이 경우에는 광학 픽업의 광학 디스크에 대한 원하는 위치로의 억세스가 고속이며 고정밀도로 행해져서 억세스 시간이 대폭적으로 단축됨과 동시에 코스트가 저감되고 또한 소형화가 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 직선 이송 장치는 프린터에 있어서의 프린터 헤드의 이송 기구에 적용할 수도 있다. 이 경우, 프린터 헤드의 이동이 고속이며 고정밀도로 행해지게 되어 인자 속도 및 인자 정밀도가 향상되게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 간단하며 소형인 구성으로 저 코스트이며 고정밀도인 이송이 행해지도록 한 직선 이송 장치가 제공되게 된다.

제1도는 본 발명에 의한 직선 이송 장치의 한 실시예를 도시한 측면도.

제2도는 제1도의 직선 이송 장치에 있어서의 회전축과 마크네트를 도시한 측면도.

제3도는 제1도의 직선 이송 장치에 있어서의 마크네트와 자기 저항 효과형 센서와의 관계를 도시한 부분 확대 사시도.

제4도는 마그네트의 각 자극과 자기 저항 효과형 센서의 출력과의 관계를 도시한 개략도.

제5도는 제1도의 직선 이송 장치에 있어서의 자기 저항 효과형 센서의 각 출력을 도시한 그래프.

제6도는 제1도의 직선 이송 장치에 있어서의 자기 저항 효과형 센서의 패턴 구성을 도시한 확대 평면도.

제7도는 제6도의 자기 저항 효과형 센서의 등가 회로도.

제8도는 제1도의 직선 이송 장치의 전기적 구성을 도시한 블럭도.

제9도는 제8도의 카운터에 의한 카운터값에 의거한 제어를 도시한 블럭도.

제10도는 본 발명에 의한 직선 이송 장치의 다른 실시예를 도시한 측면도.

제11도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제12도는 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제13도는 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제14도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제15도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제16도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제17도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제18도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제19도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 설치 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제20A도∼제20C도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 간격 조정 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제21도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 간격 조정 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제22도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트와 자기 저항 효과형 센서의 간격 조정 구조의 한 예를 도시한 개략도.

제23도는 본 발명의 양호한 실시예에 관한 직선 이송 장치의 마그네트의 형성예를 설명하기 위한 개략도.

제24도는 본 발명의 실시예에 의한 직선 이송 장치를 내장한 비디오 카메라용 렌즈 경통(鏡筒)의 줌 렌즈 이송 기구의 한 실시예를 도시한 분해 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 직선 이송 장치 11 : 브러시 부착 DC 모터

11a : 회전축 12 : 리드 스크류

13 : 너트 부재 14 : 마그네트

15 : 자기 저항 효과형 센서 16 : 끝점 센서

21, 22 : 컴퍼레이터 23 : 위상 판별 회로

24 : 업 다운 카운터 24a : 래치 회로

25 : CPU 26 : D/A 컨버터

27 : 드라이버 28 : 하강 검출 회로

30 : 비디오 카메라용 렌즈 경통 31 : 대물 렌즈틀

32 : 제2 렌즈틀 33 : 조리개틀

34 : 제3 렌즈틀 35 : 제4 렌즈틀

36 : 프레임 37 : 직선 이송 장치

37a : 자기 저항 효과형 센서

Claims

구동원과,

상기 구동원의 회전축에 일체적으로 구비된 리드 스크류와,

상기 리드 스크류에 나사식으로 결합된(나합(螺合)된) 너트 부재를 포함하고 있는 직선 이송 장치에 있어서,

상기 구동원의 회전축에 설치되고, 원주 방향에 번갈아 N극, S극이 착자(着磁)된 원통상, 원주상 또는 원판상의 마그네트와,

상기 마그네트에 대향하여 고정 배치되고, 또한 마그네트의 N극 또는 S극의 1 자극 폭에서 1주기의 의사 사인파 및 의사 코사인파로 이루어지는 출력과 중점 전위를 발생하는 패턴 구조를 갖고 있는 자기 저항 효과형 센서와,

상기 자기 저항 효과형 센서의 출력과 중점 전위를 비교하는 컴퍼레이터(comparator)와,

상기 컴퍼레이터의 출력에 의거하여 구동원의 회전 방향 및 각도를 검출하는 제어 회로

를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직선 이송 장치.
구동원과,

상기 구동원의 회전축에 일체적으로 구비된 리드 스크류와,

상기 리드 스크류에 나사식으로 결합된 너트 부재를 포함하고 있는 직선 이송 장치로서 제공되는 줌 렌즈 이송 기구 및 포커스용 렌즈 이송 기구를 갖는 비디오 카메라용 렌즈 경통에 있어서,

상기 구동원의 회전축에 설치되고, 원주 방향에 번갈아 N극, S극이 착자된 원통상, 원주상 또는 원판상의 마그네트와,

상기 마그네트에 대향하여 고정 배치되고, 마그네트의 N극 또는 S극의 1자극폭에서 1주기의 의사 사인파 및 의사 코사인파로 이루어지는 출력과 중점 전위를 발생하는 패턴 구조를 갖고 있는 자기 저항 효과형 센서와,

상기 자기 저항 효과형 센서의 출력과 중점 전위를 비교하는 컴퍼레이터와,

상기 컴퍼레이터의 출력에 의거하여 구동원의 회전 방향 및 각도를 검출하는 제어 회로

를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비디오 카메라용 렌즈 경통.
제2항에 있어서, 상기 구동원이 DC 모터인 것을 특징으로 하는 비디오 카메라용 렌즈 경통.
제2항에 있어서, 상기 구동원이 스테핑 모터인 것을 특징으로 하는 비디오 카메라용 렌즈 경통.