(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータの駆動を高精度に制御すること【解決手段】ステッピングモータ１０３の回転軸に取り付けられ、回転位置に対応するパターン列が形成されたセンサマグネットと、センサマグネットのパターン列を検出するホールＩＣ１０４と、を備えたロータリーエンコーダのセンサマグネットの回転位置ごとに設定された補正情報を記憶するメモリと、ホールＩＣの出力を、メモリに記憶されている前記補正情報を用いて補正し、補正後の情報に基づいてステッピングモータの駆動制御を行うレンズＣＰＵ１０２と、を有する制御装置を提供する。【選択図】図１
2014124000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの回転軸に取り付けられ、回転位置に対応するパターン列が形成された回転体と、前記回転体のパターン列を検出する検出手段と、を備えたロータリーエンコーダの前記回転体の回転位置ごとに設定された補正情報を記憶する記憶手段と、
前記検出手段の出力を、前記記憶手段に記憶されている前記補正情報を用いて補正し、補正後の情報に基づいて前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段の出力と前記補正情報のそれぞれのデータ列の類似性が最も高くなるマッチングを行うことによって前記検出手段の出力と前記補正情報を対応させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記回転体のパターン列は、周期的なパターンと、非周期的なパターンと、を含み、
前記制御手段は、前記非周期的なパターンに対応する特定の回転位置を基準位置として前記検出手段の出力と前記補正情報を対応させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記非周期的なパターンに対する前記検出手段の出力は、前記周期的なパターンに対する前記検出手段の出力のパルス幅、周期、振幅およびデューティ比の少なくとも一つが異なることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記検出手段の出力に前記基準位置を検出する基準位置検出手段と、
前記基準位置検出手段が前記基準位置を検出したときに前記記憶手段から前記基準位置に対応する前記補正情報を取得して前記検出手段の出力を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記記憶手段に記憶される補正情報は、制御装置のリセットまたは電源投入時に取得されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記パターン列は磁気パターン列であり、前記検出手段は前記パターン列を磁気的に検出し、前記非周期的なパターンは磁気強度または磁極間隔を用いて形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項８】
前記パターン列は複数の光透過スリットから構成され、前記検出手段は前記パターン列を光学的に検出し、前記非周期的なパターンは光透過スリットの透過光量または透過間隔を用いて形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項９】
前記ロータリーエンコーダを更に有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
被駆動部材を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を制御する、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の制御装置と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
光学素子を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を制御する、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の制御装置と、
を有す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、アクチュエータの駆動を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータには数多くの種類があるが、制御位置、速度または加速度などを制御する場合はエンコーダを利用したクローズドループ方式で制御する方法が一般的である。特許文献１は、回転速度むらをリアルタイムに補正することができるステッピングモータのフィードバック制御装置を開示している。具体的には、フィードバック制御装置は、ステッピングモータの回転速度を監視する手段（ロータリエンコーダ）、回転速度を目標値に近づくように制御信号を発生させる手段、制御信号により回転速度をリアルタイムに変化させる手段を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８９２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンコーダに起因した新たな問題、例えば、位置検出素子の取付け誤差、エンコーダと位置検出素子との距離のずれ、ロータリ型であれば、エンコーダピッチの不均一性やエンコーダの偏芯などが発生する。このような誤差やずれはクローズドループ制御においてフィードバック情報の外乱となり、制御の精度が低下する原因となる。特に、ロータリ型でのエンコーダピッチの不均一性や偏芯は、エンコーダ１周期毎に周期性をもった誤差となる。
【０００５】
本発明は、アクチュエータの駆動を高精度に制御することが可能な制御装置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】
【０００６】
本発明の制御装置は、アクチュエータの回転軸に取り付けられ、回転位置に対応するパターン列が形成された回転体と、前記回転体のパターン列を検出する検出手段と、を備えたロータリーエンコーダの前記回転体の回転位置ごとに設定された補正情報を記憶する記憶手段と、前記検出手段の出力を、前記記憶手段に記憶されている前記補正情報を用いて補正し、補正後の情報に基づいて前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アクチュエータの駆動を高精度に制御することが可能な制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の撮像装置のブロック図である。
【図２】図１に適用可能なフォーカスモータユニットの斜視図である。
【図３】図１に示すアクチュエータの駆動システムのブロック図である。
【図４】図３に示す正弦波信号発生部が格納する正弦波テーブルの図である。
【図５】本発明の実施例における正弦波発生部とエンコーダ出力信号の関係、及びこの関係から得られる正弦波テーブルの値と算出される補正情報を説明する図である。
【図６】本発明の実施例における補正情報の算出を説明する図である。
【図７】理想的に１０極が等間隔に着磁されているセンサマグネットとホールＩＣの概略平面図とそのセンサマグネットが定速回転するときのホールＩＣの出力信号波形を示す図である。
【図８】本実施形態の磁極間隔を有するセンサマグネットとホールＩＣの概略平面図とそのセンサマグネットが定速回転するときのホールＩＣの出力信号波形を示す図である。
【図９】本実施形態のリセット動作時の処理を示すフローチャートである。
【図１０】本実施形態のフォーカス駆動命令時の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態の撮影装置（光学機器）のブロック図である。ここで、図１に示す撮影装置は、アクチュエータの一例であるステッピングモータ１０３をフォーカスユニットに有する交換レンズ１００とカメラ本体２００を有する一眼レフデジタルカメラとして構成されている。交換レンズ１００は、カメラ本体２００に設けられたマウント２０１を介してカメラ本体２００に着脱自在である。
【００１０】
なお、撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラであってもよいし、交換レンズ（レンズ装置）がカメラ本体と一体であってもよい。更に、撮像装置は、一眼レフカメラに限定されず、ミラーレスカメラ、顕微鏡などでもよい。アクチュエータは、ステッピングモータに限定されず、また、プリンタ、スキャナ、コピー機などの他の装置に適用されてもよい。
【００１１】
カメラ本体２００に交換レンズ１００が装着された際に、交換レンズ１００内のレンズＣＰＵ１０２とカメラ本体２００内のカメラＣＰＵ２０６とが互いに通信自在に接続される。これによって、レンズＣＰＵ１０２はカメラＣＰＵ２０６の制御に従って動作する。
【００１２】
以下、交換レンズ１００とカメラ本体２００の本発明に関係する構成について説明する。
【００１３】
交換レンズ１００は、フォーカスレンズ１０１、レンズＣＰＵ１０２、ステッピングモータ１０３、ホールＩＣ１０４、モータドライバ１０５を有する。
【００１４】
フォーカスレンズ（光学素子、被駆動部材）１０１は、不図示の被写体からの光束を集光して光学像を形成する撮影光学系に含まれる。フォーカスレンズ１０１は図１に示す矢印の方向（光軸方向）に駆動することで撮影光学系の焦点位置を調整する。なお、図１では、簡単のためフォーカスレンズ１０１は一つのレンズから構成されているが、複数のレンズからなるレンズユニットによって構成されていてもよい。
【００１５】
ステッピングモータ１０３は、モータドライバ１０５から１ステップ毎に入力されるパルス電流に従って所定のステップ角度毎に回転駆動するアクチュエータであって、フォーカスレンズ１０１を駆動させる可動部に取り付けられる。ステッピングモータ１０３を駆動することでフォーカスレンズ１０１を光軸方向に沿って駆動させることができる。なお、本実施形態のステッピングモータ１０３では２相１０極のモータとする。
【００１６】
ホールＩＣ１０４は、ステッピングモータ１０３の回転状態を検知するロータリーエンコーダを構成する検出手段である。エンコーダの詳細については後述する。
【００１７】
モータドライバ１０５は、レンズＣＰＵ１０２からの駆動指示命令を受け、フォーカスレンズ１０１を駆動するためにパルス電流をステッピングモータ１０３にステップ単位で印加する。
【００１８】
レンズＣＰＵ１０２は、カメラＣＰＵ２０６からの目標位置、駆動速度などのフォーカスレンズ駆動命令を受け、モータドライバ１０５に出力し、ステッピングモータ１０３を駆動する制御手段であり、マイクロコンピュータから構成される。また、レンズＣＰＵ１０２は、ホールＩＣ１０４の出力信号からステッピングモータ１０３のフィードバック情報を得て、ステッピングモータ１０３が駆動命令に従うようにフォーカスレンズ１０１のクローズドループ制御を行う。
【００１９】
カメラ本体２００は、撮像素子２０２、シャッタ２０３、表示部２０４、電源２０５、カメラＣＰＵ２０６を有する。
【００２０】
撮像素子２０２は、光電変換素子が配列された受光面を有し、撮影光学系によって受光面上に結像した不図示の被写体の光学像を光電変換し、さらにデジタル信号に変換してカメラＣＰＵ２０６に出力する。
【００２１】
シャッタ２０３は、撮像素子２０２の受光面に対して配置され、カメラＣＰＵ２０６の命令に従って撮像素子２０２の受光面を露出状態もしくは遮光状態とする。撮像素子２０２の受光面の露出時間を制御することで、撮像素子２０２における露出量を制御することが可能である。
【００２２】
表示部２０４は、例えば、カメラ本体２００の背面に設けられ、カメラＣＰＵ２０６の制御に従って、撮像素子２０２を介して得られる画像データや、それに基づく各種の情報を表示する。
【００２３】
電源２０５は、カメラ本体２００のカメラＣＰＵ２０６や、交換レンズ１００が装着された際はレンズＣＰＵ１０２などに電源電力を供給する。
【００２４】
カメラＣＰＵ２０６は、カメラ本体２００側の各種動作の制御を行う制御手段であり、マイクロコンピュータから構成される。また、カメラＣＰＵ２０６は、撮像素子２０２から得られたデジタル信号に対する画像処理を含む各種処理も担う。オートフォーカス（ＡＦ）時などでフォーカスレンズ１０１を駆動する必要がある場合に、カメラＣＰＵ２０６はフォーカスレンズ１０１の目標位置、駆動速度を含む駆動命令をレンズＣＰＵ１０２に出力する。
【００２５】
図２は、本実施形態のフォーカスモータユニットの斜視図である。フォーカスモータユニットは、ステッピングモータ１０３、ホールＩＣ１０４、センサマグネット１０６、回転軸１０７で構成される。ホールＩＣ１０４とセンサマグネット１０６はロータリーエンコーダを構成する。
【００２６】
センサマグネット１０６は回転軸１０７に取り付けられ、回転位置に対応するパターン列が形成されている回転体である。回転体の形状は円板など限定されない。本実施形態では、パターン列は磁気パターン列であり、ステッピングモータ１０３の磁極数と同数の１０極で着磁されている。また、ホールＩＣ１０４は磁気パターン列を磁気的に検出する。即ち、本実施形態では、機械的に設計された位置にホールＩＣ１０４が取り付けられ、ステッピングモータ１０３のロータ回転に伴って回転軸１０７が回転し、回転軸１０７の軸上のセンサマグネット１０６も回転する。ホールＩＣ１０４に近接するセンサマグネット１０６の回転によってホールＩＣ１０４が受ける磁束密度が変化し、ホールＩＣ１０４の出力信号が変化する。なお、ホールＩＣ１０４は一つＩＣから２種類の交番検知信号を出力する。
【００２７】
但し、検出手段はホールＩＣに限ったものではなく、ホール素子を複数配置するなどして交番磁界を検知してもよい。また、パターン列は複数の光透過スリットから構成され、検出手段は発光素子と受光素子から構成されてその光路が遮断されるかどうかによってパターン列を光学的に検出してもよい。
【００２８】
図３は、フォーカスレンズ１０１を駆動する電気回路を含む駆動システムのブロック図であり、ステッピングモータ１０３以外の構成要素はステッピングモータ１０３の駆動を制御する制御装置として機能することができる。基準位置検出部（基準位置検出手段）１０８、エンコーダ出力補正部（補正手段）１０９、駆動速度更新部１１１、正弦波信号発生部１１２は制御手段であるレンズＣＰＵ１０２の一部であってもよい。
【００２９】
ステッピングモータ１０３が回転することでホールＩＣ１０４が受ける磁束密度が変化し、ホールＩＣ１０４の出力信号が変化する。ホールＩＣ１０４の出力信号は基準位置検出部１０８とエンコーダ出力補正部１０９に入力される。以後、ホールＩＣ１０４の出力信号を「エンコーダ出力信号」と称する。エンコーダ出力信号はパルス信号であり、フィードバックの処理はトグルタイミング、つまりホールＩＣ１０４が受けるセンサマグネット１０６の交番磁界が切り替わったタイミングで実施される。
【００３０】
基準位置検出部１０８では、エンコーダ出力信号が基準位置であるか、つまりホールＩＣ１０４が検知したセンサマグネット１０６の交番磁界が基準とする磁極であるか否かを判定する。即ち、基準位置検出部１０８は、ホールＩＣ１０４の出力に基準位置を検出する。基準位置である場合、エンコーダ出力補正部１０９に現在のエンコーダ出力信号が基準位置である磁極からのエンコーダ出力信号であることを示す基準位置通達信号を出力する。基準位置検出部１０８から出力される基準位置通達信号はセンサマグネット１０６が１回転、つまりステッピングモータ１０３のロータが１回転する度に出力される。
【００３１】
エンコーダ出力補正部１０９は、ホールＩＣ１０４からエンコーダ出力信号、基準位置検出部１０８から基準位置通達信号を取得する。エンコーダ出力補正部１０９は、レンズＣＰＵ１０２からの命令によって駆動方向を判別し、取得した基準位置通達信号ないし直前の基準位置通達信号から相対的にセンサマグネット１０６の磁極位置を算出する。この処理で、現在のエンコーダ出力信号に対応するセンサマグネット１０６の磁極位置が決定する。
【００３２】
また、エンコーダ出力補正部１０９は、センサマグネット１０６の磁極に含まれる誤差を補正するためにメモリ１１０から対応する補正情報を読み出し、マイクロステップ駆動波形の正弦波テーブルの値を補正する。なお、「磁極に含まれる誤差」とは、２相１０極のステッピングモータ１０３が１極３６度で等間隔に着磁されていることを理想的な着磁とし、３６度からのずれ量を指す。
【００３３】
特に、エンコーダ出力補正部１０９は、基準位置検出部１０８が特定の回転位置に対応する基準位置を検出したときにメモリ１１０から基準位置に対応する補正情報を取得してホールＩＣ１０４の出力を補正する。即ち、エンコーダ出力補正部１０９は、ホールＩＣ１０４の出力を、メモリ１１０に記憶されている補正情報を用いて補正する。また、エンコーダ出力補正部１０９は、特定の回転位置を基準位置としてホールＩＣ１０４の出力と補正情報と、を対応させている。また、基準位置は後述する非周期的なパターンに対応している。
【００３４】
但し、基準位置を用いなくてもホールＩＣ１０４の出力と補正情報に類似の特徴があれば両者を対応できる場合がある。この場合は、レンズＣＰＵ１０２は、ホールＩＣ１０４の出力と補正情報のそれぞれのデータ列の類似性が最も高くなるマッチングを行うことによって両者を対応させる。
【００３５】
チャタリングなどの規格外の外乱によって、エンコーダ出力補正部１０９が直前に記憶しているセンサマグネット１０６の磁極とホールＩＣ１０４が検知したセンサマグネット１０６の磁極とにずれが生じた場合には誤った補正を行ってしまう恐れがある。しかし、基準位置検出部１０８が周期的に基準位置を検出しているため、ステッピングモータ１０３のロータ１回転以内という高分解能で再度検知することができ、基準位置を修正・再記憶することが可能である。
【００３６】
メモリ１１０は、エンコーダであるセンサマグネット１０６に含まれる誤差を補正する補正情報を保持する記憶手段である。「補正情報」は、マイクロステップ駆動波形の正弦波テーブルの値である。正弦波テーブルの詳細な説明については正弦波発生部１１２で後述する。
【００３７】
予めステッピングモータ１０３をオープンループ制御で定速駆動させ、図５に示すように、エンコーダ出力信号がトグルしたタイミングでの正弦波テーブルの値を取得する。同図は上段から、ステッピングモータ１０３に印加するマイクロステップ駆動波形、エンコーダ出力信号、エンコーダ出力信号のトグルタイミングによって得られる正弦波パターンの値、及び正弦波パターンの値から算出される補正情報のデータ列である。マイクロステップ駆動波形の横軸は時間、縦軸はＰＷＭ出力のデューティ比である。エンコーダ出力信号の横軸は時間、縦軸はホールＩＣ１０４の出力である。
【００３８】
正弦波テーブルは１周期５１２の分解能で表現する。センサマグネット１０６の同相隣接する２磁極間でのパルス間隔は理想的に２５６の幅を持ち、異相同極の２磁極間でのパルス間隔は理想的に１２８の幅を持つ。この理想的な幅とのずれがセンサマグネット１０６の磁極に含まれる誤差であり、メモリ１１０にはこの誤差を補正する補正情報が保持される。
【００３９】
具体例を図６に示す。横軸は時間である。同図は定速駆動時のステッピングモータ１０３に印加するマイクロステップ駆動波形とエンコーダ出力信号波形である。波形は上段縦軸が正弦波発生部１１２より出力されるマイクロステップ駆動波形、中段縦軸がホールＩＣ１０４より出力されるＡ相のエンコーダ出力信号波形、下段縦軸がＢ相の出力信号波形を表わす。
【００４０】
センサマグネット１０６の同相隣接する２磁極間でのパルス間隔は、Ａ相エンコーダ出力信号波形の時点Ｘと時点Ｙで表わされる。時点Ｘに対応する正弦波テーブルの値は１２０、時点Ｙに対応する正弦波テーブルの値は３７０であり、テーブル幅は３７０−１２０＝２５０である。理想的なテーブル幅は２５６であるので、不足分の６が着磁のずれ量に相当する。
【００４１】
異相同極の２磁極間でのパルス間隔についても時点Ｘと時点Ｚ間のテーブル幅と理想的なテーブル幅１２８との差分が着磁のずれ量に相当する。各磁極で正弦波テーブルの値の過不足分をメモリ１１０に保持しておき、対応する磁極のエンコーダ出力信号が得られる度にメモリ１１０が保有するテーブル値を補うことでセンサマグネット１０６の磁極に含まれる誤差を低減する。メモリ１１０が保有する補正情報のデータ列の取得は、リセット動作時に実施される。リセット動作については後述する。
【００４２】
駆動速度更新部１１１は、ホールＩＣ１０４より得られるステッピングモータ１０３の実駆動速度とカメラＣＰＵ２０６より命令された駆動速度との偏差から、ステッピングモータ１０３の駆動速度をフィードバック制御する。エンコーダ出力補正部１０９からステッピングモータ１０３の駆動速度を算出し、カメラＣＰＵ２０６からの目標速度と差異がある場合、加速ないし減速を実施する。なお、加減速の程度は偏差量、及び目標位置までの距離に依存する。
【００４３】
正弦波信号発生部１１２は、正弦波１周期に対して５１２分解能のテーブル値を備え、このテーブル値に対応するＰＷＭ値をＰＷＭ発生部１１３へ出力する。正弦波信号発生部１１２は５１２個のテーブル各々にＰＷＭのデューティ比を格納している。
【００４４】
図４は、正弦波テーブルの詳細を示す。横軸はテーブル番号で縦軸はＰＷＭ出力のデューティ比である。正弦波の０度位相にテーブル０、正弦波９０度位相にテーブル１２８が相当する。テーブル０には５０％の値が、テーブル１２８には１００％の値が格納されており、各々のテーブルには位相に応じてＰＷＭ出力のデューティ比率の値が格納されている。
【００４５】
ＰＷＭ発生部１１３は、正弦波信号発生部１１２より与えられたＰＷＭ値をＰＷＭ信号に変換し、モータドライバ１０５へ出力する。このように、駆動速度更新部１１１〜ＰＷＭ発生部１１３は、補正後の情報に基づいてステッピングモータ１０３の駆動制御を行う。
【００４６】
モータドライバ１０５は、ＰＷＭ信号を増幅してステッピングモータ１０３へ出力する。Ａ相用コイル１１４、Ｂ相用コイル１１５はモータドライバから発せられるＰＷＭ信号を受けて、後段のステータＡ＋１１６、ステータＡ−１１７、ステータＢ＋１１８、ステータＢ−１１９に対して異なる位相の４種の正弦波電圧を発生させる。
【００４７】
ロータマグネット１２０は自由に回転できる構造となっており、その周囲に物理角１８度毎にステータが設置される。ステータＡ＋１１６、ステータＢ＋１１８はコイルに印加された電圧が正弦波形の正領域にあるときにＮ極磁力を発生し、反対にステータＡ−１１７、ステータＢ−１１９はコイルに印加された電圧が正弦波形の正領域にあるときにＳ極磁力を発生する。ロータマグネット１２０を回転させるために、Ａ相とＢ相間の出力は９０度の位相差を持っており、正転時はＢ相が９０度進んだ波形が出力され、逆転時はＡ相が９０度進んだ波形が出力される。
【００４８】
以上がフォーカスレンズ１０１を駆動する駆動システムの構成であり、ロータリーエンコーダであるホールＩＣ１０４、センサマグネット１０６を用いてクローズドループ制御を実現している。次に、エンコーダに含まれる誤差補正に必要となるエンコーダの基準位置の検出手段について説明する。
【００４９】
メモリ１１０が保持する補正情報は、２相で２０の数値データを至近／無限駆動でそれぞれ有する。ステッピングモータ１０３の駆動方向から一方の相のエンコーダの磁極位置と１相分の補正情報の関係が定まれば、他相及び逆方向駆動の関係も定まる。エンコーダの磁極位置と補正情報の関係を一意に定めるための一手段として、補正情報のデータ列と駆動中に得られた正弦波テーブルの値のデータ列とのマッチング手段が挙げられる。後述するリセット動作でメモリ１１０に保存する補正情報を取得するため、補正情報はセンサマグネット１０６個々によって異なる。そのため、センサマグネット１０６の着磁に特徴、つまり非周期的なパターンがあれば、補正情報も特徴的なデータ列となるためマッチング手段での位置関係の決定は信頼性の高いものとなる。反対に、着磁に特徴のないセンサマグネット１０６である場合、位置関係を保証することは難しい。そこで着磁に故意に非周期的なパターンを持たせることによって、マッチング処理を行いやすいセンサマグネット１０６を得る。
【００５０】
図７（ａ）は、理想的に１０極が等間隔に着磁されているセンサマグネット１０６とホールＩＣ１０４の概略平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すセンサマグネット１０６が図中の矢印の方向（時計回り）に定速回転するときのホールＩＣ１０４の出力信号波形である。ホールＩＣ１０４はＳ極Ｎ極の磁場が交互に印加される場合に対してＨｉｇｈ／Ｌｏｗの動作を行う。具体的にはセンサマグネット１０６のＳ極がホールＩＣ１０４に近づき、磁束密度が一定値を超えるとホールＩＣ１０４の出力信号はＨｉｇｈからＬｏｗへ変化する。反対にセンサマグネット１０６のＮ極がホールＩＣ１０４に近づき、磁束密度が一定値まで低下するとホールＩＣ１０４の出力信号はＬｏｗからＨｉｇｈへ変化する。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、センサマグネット１０６の磁極間隔が理想的に均一で定速駆動であれば、ホールＩＣ１０４の出力信号は、図７（ｂ）に示すように、等間隔なパルス出力となる。しかし、センサマグネット１０６の磁極間隔は製造過程上で少なからず誤差が生じるため、図７（ｂ）のような等間隔な波形は得られない。
【００５２】
着磁間隔に誤差を含んだままフィードバックしてしまうとステッピングモータ１０３の駆動速度が変動していると誤認識してしまうことから、定速駆動でも定常状態に落ち着かず、高感度な駆動制御を行うことができない。
【００５３】
本実施形態は、このようなエンコーダに含まれる製造上の誤差をソフトウェアで低減する。速度制御で扱う値はホールＩＣ１０４の出力信号波形がトグルした瞬間のマイクロステップ駆動の正弦波テーブルの値である。そのため、ホールＩＣ１０４の出力信号のトグルするタイミングに対応するマイクロステップ駆動の正弦波テーブルの値から誤差量を算出し、補正情報としてメモリ１１０に記憶する。前述した通り理想的な磁極間隔は同相隣接極ならば正弦波１８０度、異相間同極ならば正弦波９０度の位相差であるため、この関係とホールＩＣ１０４の実際の出力信号波形から誤差量を算出できる。
【００５４】
以上から、センサマグネット１０６の磁極に含まれる誤差を測定し、補正情報を取得することができるが、補正情報と対応するセンサマグネット１０６の磁極を常に監視する必要がある。
【００５５】
監視手段の一例として、センサの任意の位置へのマーカ設置が考えられる。マーカを設置し、検知することで基準となる位置を把握できるが、新規部材としてマーカが増えたことによって、コスト増加、取付け誤差要素の増加などの理由から好適とはいえない。また前述したように、マーカレスでのマッチング手段でもセンサマグネット１０６が特徴的な着磁状態でない限り、基準位置の信頼性を確保できない。そこで、本実施形態は、センサマグネット１０６の任意の磁極間隔を調節することによって、新規部材を要さずに基準位置を設けている。
【００５６】
図８（ａ）は、本実施形態のセンサマグネット１０６とホールＩＣ１０４の概略平面図である。センサマグネット１０６の１０極の各磁極は（１）〜（１０）で表わされている。センサマグネット１０６では、Ｎ極とＳ極が交互に着磁されている。本実施形態は、磁極（２）、（３）の磁極間隔を不均一（中心角度を不均一）にし、磁極（１）、（４）〜（１０）の磁極間隔を等間隔（中心角度は１極３６度）にしている。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すセンサマグネット１０６が図中の矢印の方向（時計回り）に定速回転するときのホールＩＣ１０４の出力信号波形である。
【００５７】
つまり、本実施形態のセンサマグネット１０６の位置検出用のパターン列は周期的なパターン（４）、（６）、（８）、（１０）と、非周期的なパターン（２）と、を含む。非周期的なパターンに対するホールＩＣ１０４の出力は、周期的なパターンに対するホールＩＣ１０４の出力のパルス幅、周期、振幅およびデューティ比の少なくとも一つが異なる。本実施例では、パターン列は磁気強度または磁気間隔を調節することによって形成されるが、パターン列が光透過スリットから構成される場合には光透過スリットの透過光量または透過間隔を調整することによって形成されてもよい。
【００５８】
図８（ｂ）に示す（１）〜（１０）はホールＩＣ１０４の出力信号波形に対応するセンサマグネット１０６の磁極位置を表わす。磁極間隔が狭く設計された磁極（２）のホールＩＣ１０４の出力信号波形のトグル間隔は他の磁極と比べると狭くなっており、反対に磁極間隔が広く設計された磁極（３）のホールＩＣ１０４の出力信号波形のトグル間隔は他の磁極と比べると広くなっている。
【００５９】
磁極（２）、（３）のトグル間隔は他の磁極と比べて特徴的であるから閾値を設けることで簡単に判別することができる。本実施形態ではトグル間隔が狭くなる磁極（２）を基準位置とする。これは急な速度変動によって他の磁極と判別できなくなる問題を防ぐためである。トグル間隔の広い磁極（３）を基準位置とすると、急減速した場合の磁極（１）、（２）、（４）〜（１０）と混在してしまうおそれが生じる。
【００６０】
不規則なパターンとして設ける磁極間隔の条件としては、製造上で生じる磁極間隔の誤差よりもずれ量が大きい、運用する最高速度で出力される均一着磁間隔のトグル間隔と比較してトグル間隔が狭隘となるなどが挙げられる。
【００６１】
本実施形態は、磁極間隔が不規則な１つの磁極から基準位置検出を行ったが、磁気強度の強弱を変更したり、複数の磁極パターンから基準位置を判定したりしてもよい。またセンサマグネット１０６のパターン列は本実施形態に捉われない。１０極のマグネットに対して例えば、１極を１８度で着磁し、隣接する2極を４５度、残り７極を３６度で設計してもよいし、非周期パターンとなる狭隘な極を２箇所設けてもよい。
【００６２】
図９は、交換レンズ１００のリセット動作時に補正情報を取得する処理を示すフローチャートである。同図において、「Ｓ」は「ステップ」の略であり、図９に示すフローチャートはコンピュータに各ステップの機能を実現させるためのプログラムとして具現化が可能である。図９に示す各ステップは、特に断らない限りレンズＣＰＵ１０２によって実行される。これは図１０でも同様である。
【００６３】
Ｓ１００１でカメラＣＰＵ２０６からリセット命令が発行されると交換レンズ１００でリセット動作が開始される。Ｓ１００２では、カメラＣＰＵ２０６より発行されたリセット命令をレンズＣＰＵ１０２で受け取り、レンズＣＰＵ１０２から交換レンズ１００内の各種駆動系にリセット動作命令が発行される。Ｓ１００３では、レンズＣＰＵ１０２から発行された駆動命令により、フォーカスレンズ１０１を至近端に移動させるためにステッピングモータ１０３をあらかじめ定められた回転速度で駆動する。
【００６４】
Ｓ１００４では、フォーカスレンズ１０１が至近端に到達したかを判定し、未達の場合はＳ１００５へ移行する。Ｓ１００５では基準位置を検出したかの判定を行う。ホールＩＣ１０４から出力されるエンコーダ出力信号のトグルタイミングを基準位置検出部１０８で判定し、基準位置となるパターンが発生した場合にＳ１００６へ移行し、それ以外ではＳ１００４へ移行する。Ｓ１００６では、検出された基準位置の磁極を記憶し、これ以降の処理では基準位置からの相対的な磁極位置を常に監視することで現在の磁極位置を把握する。
【００６５】
ステッピングモータ１０３を駆動し、フォーカスレンズ１０１が至近端に達するとＳ１００７へ移行する。なお、Ｓ１００３の時点でフォーカスレンズ１０１が至近端に位置した場合やホールＩＣ１０４が基準位置となる磁極を検知する前にフォーカスレンズ１０１が至近端に到達した場合が考えられる。Ｓ１００６の基準位置の磁極を記憶することができないが、Ｓ１００７以降の駆動で図９の処理を行いつつ、基準位置を検出することは可能である。
【００６６】
Ｓ１００７では、至近端にあるフォーカスレンズ１０１をステッピングモータ１０３によってあらかじめ定められた回転速度で無限方向へ駆動する。Ｓ１００８では、フォーカスレンズが無限端に到達したかを判定し、未達の場合はＳ１００９において、ステッピングモータ１０３の回転速度が安定しているかを判定する。具体的には、ホールＩＣ１０４のエンコーダ出力信号のパルス幅から駆動速度を算出し、ステッピングモータ１０３に与えた駆動命令の速度に漸近しているかの判定を行う。これはステッピングモータ１０３の動作開始直後はロータ回転が安定せず不安定な回転となり正確な補正情報が取得できない場合があるための処理である。
【００６７】
ステッピングモータ１０３の回転速度が安定していれば、Ｓ１０１０において、エンコーダ出力信号から対応する磁極の補正情報を取得し、メモリ１１０に一時的に記憶する。なお、ここで記憶する補正情報はフォーカスレンズ１０１の無限方向駆動時の補正情報である。
【００６８】
無限方向駆動時の補正情報取得後、Ｓ１０１１において基準位置の磁極がずれていないかの判定が行われる。ステッピングモータ１０３のロータ１周期毎に基準位置が検出されるが、検出された基準位置とＳ１００６で記憶され以降監視している基準位置とに差異がないかを判定する。
【００６９】
差異がある場合、直前のロータ１周期で取得した補正情報に誤りが含まれる可能性があるため、Ｓ１０１２において、Ｓ１０１０で取得した直前のロータ１周期分の補正情報をメモリ１１０から破棄する。同時に基準位置を再記憶し、改めて基準位置からの相対的な磁極位置を常に監視することで現在の磁極位置を把握する。Ｓ１００９〜Ｓ１０１２の処理はフォーカスレンズ１０１が無限端に到達するまで続けられる。フォーカスレンズ１０１が無限端に到達すると、ステッピングモータ１０３は一旦停止し、Ｓ１０１３へ移行する。
【００７０】
Ｓ１０１３では、無限端にあるフォーカスレンズ１０１をステッピングモータ１０３によってあらかじめ定められた回転速度で至近方向へ駆動する。Ｓ１０１４では、フォーカスレンズ１０１が至近端に到達したかを判定し、未達の場合はＳ１０１５へ移行する。
【００７１】
Ｓ１０１５では、Ｓ１００９同様に、ステッピングモータ１０３の回転速度が安定しているかを判定する。回転速度が安定している場合、Ｓ１０１６へ移行し、フォーカスレンズ１０１が至近方向駆動時の補正情報を取得し、メモリ１１０に一時的に記憶する。
【００７２】
Ｓ１０１７では基準位置の磁極がずれていないかの判定を行う。ステッピングモータ１０３のロータ１周期毎に検出される基準位置が、Ｓ１００６で記憶され以降監視している基準位置と差異があった場合、Ｓ１０１８へ移行し、直前のロータ１周期分の補正情報を破棄する。同時に基準位置を再記憶し、改めて基準位置からの相対的な磁極位置を常に監視することで現在位置を把握する。
【００７３】
Ｓ１０１５〜Ｓ１０１８の処理はフォーカスレンズ１０１が至近端に到達するまで続けられる。フォーカスレンズ１０１が至近端に到達すると、ステッピングモータ１０３は一旦停止し、Ｓ１０１９へ移行する。
【００７４】
Ｓ１０１９では再度フォーカスレンズ１０３を駆動し、フォーカスレンズ１０１をリセット位置まで駆動させる。最後に、Ｓ１０２０では、Ｓ１０１０、Ｓ１０１６で取得してきた補正情報を平均化して各磁極の補正情報を決定する。補正情報は駆動方向別に磁極毎に所有するのでデータ数は４０個となる。エンコーダ出力信号にはノイズが含まれるため、補正情報は各磁極複数回取得し、各磁極で平均値を取得することでノイズによる影響を低減する。
【００７５】
本実施形態ではワウ・フラッタ―の影響を考慮して平均化処理を採用したが、外れ値などの懸念から複数回取得した補正情報の中央値をエンコーダ出力補正部１０９で利用する補正情報として利用する手段でもよい。また、本実施形態では、磁気検出方式を採用したため、センサマグネット１０６の温度特性を考慮してリセット動作時に補正情報の取得を行った。
【００７６】
以上のリセット動作によって駆動中にエンコーダ出力信号に適応する補正情報が得られ、フォーカスレンズ１０１がリセット位置に停止している現在のセンサマグネット１０６の磁極位置についても把握できている。このため、駆動開始タイミングからエンコーダ出力信号に対して補正を与えることが可能である。以下、カメラＣＰＵ２０６より駆動命令が発行された際の交換レンズ１００による処理を、図１０のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００７７】
まず、Ｓ２００１では、ユーザからの操作に従ってカメラＣＰＵ２０６が各種動作を決定し、交換レンズ１００側にも操作に応じた駆動命令を発行する。Ｓ２００２では、カメラＣＰＵ２０６より発行された駆動命令をレンズＣＰＵ１０２で受け取り、レンズＣＰＵ１０２からフォーカス駆動系を含む各種駆動系に命令を発行する。
【００７８】
Ｓ２００３では、レンズＣＰＵ１０２からの駆動命令を基にステッピングモータ１０３を駆動させ、フォーカスレンズ１０１を目標位置に移動させる。Ｓ２００４では、フォーカスレンズ１０１が目標位置に到達したかを判定する。未達の場合、Ｓ２００５において、基準位置検出部１０８にてエンコーダ出力信号が基準位置による信号かの判定を行う。
【００７９】
エンコーダ出力信号が基準位置であった場合、Ｓ２００６において、現在記憶されている基準位置と検出された基準位置とが一致するかの判定を行う。記憶されている基準位置と検出された基準位置が一致しない場合、Ｓ２００７において、現在の磁極を基準位置として再設定する。
【００８０】
Ｓ２００７の後、Ｓ２００５が偽（基準位置である磁極からのエンコーダ出力信号でない）、またはＳ２００６が偽（現在記憶されている基準位置と検出された基準位置が一致）の場合、Ｓ２００８において、フォーカスレンズ１０１の駆動方向の判定を行う。レンズＣＰＵ１０２より発行された駆動命令からフォーカスレンズ１０１の駆動方向を判別することで、センサマグネット１０６の回転方向を求める。
【００８１】
この情報を基に、Ｓ２００９では現在の磁極位置を算出する。Ｓ２０１０では、エンコーダ出力信号のトグルタイミングにおけるマイクロステップ駆動の正弦波テーブルの値を取得する。Ｓ２０１０までで現在の正弦波テーブルの値、検出された現在の磁極が得られたので、Ｓ２０１１では現在の磁極位置に対応する補正情報をメモリ１１０から取得し、正弦波テーブルの値に適応することで補正した正弦波テーブルの値を取得する。
【００８２】
Ｓ２０１２では、補正を施した正弦波テーブルの値と、直前の補正を施した正弦波テーブルの値との時間差からステッピングモータ１０３の実駆動速度を算出する。Ｓ２０１３では、算出した実駆動速度とレンズＣＰＵ１０２が命令した駆動速度から速度偏差を算出、さらにフォーカスレンズ１０１の現在位置とレンズＣＰＵ１０２が命令した目標位置までの距離から、ステッピングモータ１０３の駆動速度を決定する。目標位置までの距離が長い間は速度偏差が零になるように駆動速度が調整され、目標位置までの距離が短くなってくると停止精度を得るためにステッピングモータ１０３を減速駆動して目標位置を目指す。フォーカスレンズ１０１が目標位置に到達するまでＳ２００４〜Ｓ２０１３の処理を繰り返し、目標位置に到達するとステッピングモータ１０３の駆動を停止する。
【００８３】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。本実施形態では、補正情報は、リセット時に取得されるが電源投入時にも取得されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオ等に使用されるステッピングモータ、ブラシレスモータ、インダクションモータなどの回転系のアクチュエータに適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０２…レンズＣＰＵ、１０３…ステッピングモータ（アクチュエータ）、１０４…検出手段（ホールＩＣ）、１０６…センサマグネット（回転体）、１０７…回転軸、１１０…記憶手段（メモリ）
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014124000.tif 000010
【図９】
2014124000.tif 000011
【図１０】
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