(57)【要約】【課題】低速から高速までＦＢ制御を行い、消費電力の少ないレンズ駆動装置およびレンズ駆動方法を提供する。【解決手段】ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御を行い（Ｓ１３）、ステッピングモータの回転位置を検出し、ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御を行い（Ｓ１１）、ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに（Ｓ６Ｎｏ→Ｓ８→Ｓ１１）、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行う（Ｓ６→Ｓ１１）。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御する開ループ制御手段と、
上記ステッピングモータの回転位置を検出し、上記ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御する閉ループ制御手段と、
を有し、
ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うことを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項２】
加速動作中であっても、上記追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、強制的に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
【請求項３】
上記ステッピングモータの駆動速度が所定の条件を満たした場合に、まず上記閉ループ制御手段によって上記制御偏差に応じた駆動速度となるように閉ループ制御を行い、次に、上記加速動作が完了するか又は上記追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、上記制御偏差に応じた駆動電圧となるように閉ループ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
【請求項４】
ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御を行い、
上記ステッピングモータの回転位置を検出し、上記ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御で制御するレンズ駆動方法において、
ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うことを特徴とするレンズ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、レンズ一体型の撮像装置およびレンズ交換式の撮像装置等におけるレンズ駆動装置およびレンズ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置では撮像素子の高速化や高画素化に伴い、オートフォーカスの高速化や高精度化が要求されている。また、大口径で明るいレンズや焦点距離の長い望遠レンズ、撮影倍率の高いマクロレンズなど特徴のあるレンズの要求が高まってきている。そのため、フォーカスレンズの駆動装置に対しては、大きく重いレンズを動かしたり、長いストロークを高速に動かしたりすることが要求される。
【０００３】
フォーカスレンズの駆動には、コストやサイズの観点からステッピングモータを使用することが多い。ステッピングモータは負荷に対して速度が速すぎると脱調という現象が発生することがある。脱調が発生すると、指示した位置と実際の位置にズレが生じてしまうため、設計で想定される負荷に対して十分な安全率を確保して最大の速度を決定している。
【０００４】
脱調を考慮して十分な安全率を確保しようとすると、ステッピングモータの性能を最大限引き出すことができず、非効率である。そこで、特許文献１には、ステッピングモータにセンサを取り付け、常時ステッピングモータの回転位置を検出し、モータ位置指令信号との差が零となるようにフィードバック制御を行い、ステッピングモータの性能を最大限に引き出す方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示のレンズ駆動装置では、常時フィードバック制御を行っているため、モータの位置指令信号の動き出しに対して、静止摩擦や慣性により負荷の追従が遅れることから現在位置とモータ指令信号との差が一時的に大きくなる。このため、差を打ち消すように急激にモータの速度や回転方向を制御してしまい、極端な速度低下や一時的な逆転現象が発生しフィードバック制御が不安定になり、滑らかにかつ短時間に動作開始できないことがあった。
【０００７】
そこで、これを解決するために、ステッピングモータのロータの回転位置を検出する手段を設け、モータを回転させる際の励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標とする追従遅れとの差を制御偏差として求め、制御偏差に基づいてモータの駆動速度と駆動電圧を制御することでモータの発生トルクと負荷トルクのバランスを取り、脱調を防ぎながら可能な限り目標速度で動作させる方法が考えられる。 
【０００８】
上述の方法は、想定される負荷トルクに対してモータの発生トルクの安全率が十分に確保できない速度領域において、速度や電圧の閉ループ制御（ＦＢ制御）を行うことで脱調を回避して高速にレンズ駆動を行うためのものである。レンズの動き出しにおいては、所定速度に達した時点でＦＢ制御を開始したり、目標の追従遅れに対する追従遅れ量の値や変化の方向を見てＦＢ制御を開始したりすることで、ＦＢ制御移行時の不安定な状態の発生を防止することが可能である。
【０００９】
しかし、この方法では、低速でレンズ駆動を行う場合、すなわち目標の追従遅れに対して追従遅れが非常に小さい状態（安全率が十分に確保できる低速の領域）におけるＦＢ制御の安定性を維持することは困難である。すなわち、低速でレンズ駆動を行う場合に合わせてＦＢ制御に移行する速度を下げ、低速からＦＢ制御を行おうとすると、目標速度に達するまでの電圧制御と速度制御のバランスが悪く、加速に要する時間がＦＢ制御を行わない場合よりも長くかかってしまったり、加速動作が終わって一定速動作に移行するときに制御が安定しない。従って、ズームレンズのように低速から高速までできるだけ消費電力が少なく、重いレンズを高速で駆動できる性能が期待されているものに対しては、十分な性能を発揮できない。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、低速から高速までＦＢ制御を行い、消費電力の少ないレンズ駆動装置およびレンズ駆動方法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】
【００１１】
上記目的を達成するため第１の発明に係るレンズ駆動装置は、ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御する開ループ制御手段と、上記ステッピングモータの回転位置を検出し、上記ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御する閉ループ制御手段と、を有し、ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行う。
【００１２】
第２の発明に係るレンズ駆動装置は、上記第１の発明において、加速動作中であっても、上記追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、強制的に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行う。
【００１３】
第３の発明に係るレンズ駆動装置は、上記第１の発明において、上記ステッピングモータの駆動速度が所定の条件を満たした場合に、まず上記閉ループ制御手段によって上記制御偏差に応じた駆動速度となるように閉ループ制御を行い、次に、上記加速動作が完了するか又は上記追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、上記制御偏差に応じた駆動電圧となるように閉ループ制御を行う。
【００１４】
第４の発明に係るレンズ駆動方法は、ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御を行い、上記ステッピングモータの回転位置を検出し、上記ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御で制御するレンズ駆動方法において、ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行う。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低速から高速までＦＢ制御を行い、消費電力の少ないレンズ駆動装置およびレンズ駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るカメラにおけるステッピングモータの速度制御を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御を行わない場合の判定動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る制御を行わない場合のＦＢ制御を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係るカメラにおいて、判定制御の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係るカメラにおいて、指示速度が低く、駆動開始からＦＢ制御を開始した場合のＦＢ制御を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るカメラにおいて、指示速度がやや低い場合のＦＢ制御を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るカメラにおいて、判定制御の動作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】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態としてデジタルカメラに適用した例について説明する。このカメラは、レンズ鏡筒部内の光学レンズによって形成された被写体像を、撮像部によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示し、また記録媒体に静止画や動画の画像データを記録する。レリーズ釦の半押し操作等に連動し、コントラスト法や位相差法等による焦点検出がなされ、焦点検出の結果に応じて、光学レンズを合焦位置にステッピングモータの駆動によって移動させる。
【００１８】
光学レンズの合焦位置への移動にあたっては、指示速度に到達せず、制御偏差が０未満の場合には、駆動開始時は予め決められたパターンで開ループ制御（「オープンループ制御」、または「オープン制御」ともいう）によってステッピングモータの駆動を行う。そして、駆動速度が指示速度に到達するか、制御偏差が０以上になる等、所定の条件を満たすと、閉ループ制御（「フィードバック制御」ともいう）によってステッピングモータの駆動を行う（例えば、図５のＳ２７、Ｓ２９、図６のｔ２１のタイミング、図７のｔ３１のタイミング等参照）。
【００１９】
以下、図面に従って本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るカメラのレンズ駆動部の機械的な構成と、カメラのレンズ駆動に関わる主として電気的な構成を示すブロック図である。
【００２０】
レンズ駆動部１は、レンズ一体型のカメラまたはレンズ交換式カメラの交換レンズ内に配置されている。レンズ駆動部１内には、光学レンズ（以下「レンズ」と略称する）２、レンズ枠３、ガイド軸４ａ、４ｂ、バネ５、ステッピングモータ６、リードスクリュー７、スケール磁石８、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive Effect：巨大磁気抵抗効果）センサ９、フォトインタラプタ１０が備えられている。
【００２１】
レンズ２は、複数または単数の光学レンズを有し、被写体像を形成する。レンズ２は、レンズ枠３に保持されている。ガイド軸４ａとガイド軸４ｂは、レンズ２の光軸方向に沿って延びた軸であり、レンズ鏡枠等に固定されている。バネ５は引っ張りバネであり、レンズ枠３とレンズ鏡枠の固定部材との間に設けられ、レンズ枠３に対して、図中、右側向きの付勢力を与えている。
【００２２】
前述のレンズ枠３は、レンズ２の光軸方向とは直角方向に延びた固定部３ａと、この固定部３ａと一体であり、ガイド軸４ｂに嵌合した嵌合部３ｂを有する。またレンズ枠３は、リードスクリュー７が貫通する貫通孔３ｃと、遮光ハネ３ｅを有する。遮光ハネ３ｅは、固定部３ａと一体であり固定部３ａの一端側に設けられている。後述するように、遮光ハネ３ｅは、レンズ２が基準位置に移動した際に、フォトインタラプタ１０の発光部から投光された光を遮光する。
【００２３】
ステッピングモータ６は、モータ駆動回路（モータドライバ）２４から、モータ駆動信号としてＡ相、Ｂ相からなる２相のパルス信号を受け、回転駆動する。ステッピングモータ６は、レンズを駆動するステッピングモータである。ステッピングモータ６の回転駆動軸は、リードスクリュー７と一体である。このため、リードスクリュー７は、ステッピングモータ６に印加されたモータ駆動信号に応じて、正転・逆転する。
【００２４】
リードスクリュー７が正転・逆転すると、リードスクリュー７に噛み合ったナット１１を介して、レンズ２は光軸方向に沿って移動する。このナット１１はレンズ枠３とは別体である。バネ５によってレンズ枠３は図１の右側向きに引っ張られ、貫通孔３ｃの周囲がリードスクリュー７に噛み合うナット１１に当て付けられた状態となる。ナット１１の回転止め（不図示）がレンズ枠３に設けられているので、リードスクリュー７が回転するとナット１１は右または左方向に移動し、そこに当て付けられているレンズ枠３も光軸方向に移動する。
【００２５】
スケール磁石８は、リードスクリュー７の一端側に一体に設けられており、円周面に沿って、Ｓ極とＮ極が交互に帯磁されている。ＧＭＲセンサ９は、スケール磁石８と対向する位置に配置されており、スケール磁石８のＳ極、Ｎ極によって生成される磁場に応じて２相信号を出力する。スケール磁石８およびＧＭＲセンサ９によって、ステッピングモータ６の相対的な回転位置（レンズ２の相対的な光軸方向の位置）を検出することができる。スケール磁石８とＧＭＲセンサ９は、ステッピングモータの回転位置を検出する回転検出センサとして機能する。
【００２６】
フォトインタラプタ１０は、レンズ鏡枠等に固定されており、発光部と受光部を有する。レンズ２が基準位置に移動してくると、発光部からの投光が遮光ハネ３ｅによって遮光される。受光部は遮光状態になると出力が変化し、これによって、レンズ２が基準位置にあることを検知することができる。すなわち、遮光ハネ３ｅとフォトインタラプタ１０によって、レンズ２の絶対的な位置検出することができる。フォトインタラプタ１０からの位置検出信号はＩＯポート３２に出力される。
【００２７】
このように、本実施形態におけるレンズ駆動部１においては、ステッピングモータ６によって駆動されるリードスクリュー７の回転によりナット１１を直線移動させ、レンズ枠３をガイド軸４ａ、４ｂに沿って移動させる。これによって、レンズ枠３に固定されたレンズ２が光軸方向に駆動する。また、リードスクリュー７の先端にはＧＭＲセンサ９と対向する位置にスケール磁石８が取り付けられており、リードスクリューが正転または逆転すると、スケール磁石８も同方向に回転する。
【００２８】
ＧＭＲセンサ９の出力は、増幅回路２１に接続されている。増幅回路２１は、ＧＭＲセンサ９からの２相のアナログのセンサ出力信号をそれぞれ増幅し、センサ信号のノイズ除去処理を行う。増幅回路２１で処理された増幅センサ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３と２値化回路２２に出力される。
【００２９】
２値化回路２２は、増幅回路２１からの２相のセンサ出力信号について、それぞれ２値化し、アップ／ダウンカウンタ（２相カウンタ）３４に２値化信号を出力する。２値化にあたって、２値化回路２２は、Ｄ／Ａコンバータ３５からの閾値電圧を入力し、この閾値電圧を用いて２値化する。
【００３０】
マイクロコンピュータ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１とその周辺回路を有し、レンズ駆動全体の制御を行う。具体的には、マイクロコンピュータ３０は、例えば、レンズ駆動部１からの各種信号に応じて、ステッピングモータ６の駆動のための各種信号を生成する。周辺回路としては、ＩＯ（Input／Output）ポート３２、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ３３、アップ／ダウンカウンタ３４、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）コンバータ３５、パルス発生器３６、通信ポート３７、タイマ３８、メモリ３９が設けられている。
【００３１】
ＩＯポート３２は、フォトインタラプタ１０から位置検出信号を入力し、この位置検出信号に基づいて、レンズ２が基準位置にあることを示す信号をＣＰＵ３１に出力する。
【００３２】
Ａ／Ｄコンバータ３３は、増幅回路２１からＡ相およびＢ相の増幅センサ信号を入力し、それぞれの信号に対してＡＤ変換を行って、Ａ相およびＢ相の増幅センサ信号をデジタルデータに変換しＣＰＵ３１に出力する。
【００３３】
Ｄ／Ａコンバータ３５は、ＣＰＵ３１から閾値電圧に相当するデジタル値を入力し、アナログ電圧に変換し、２値化回路２２に閾値電圧として出力する。ＧＭＲセンサ９から出力され増幅されたセンサ信号の中点電位は、ＧＭＲセンサ９の特性や増幅回路２１によってばらつきがある。そこで、予めＡ相およびＢ相の中点電位を調整値としてメモリ３９に記憶しておき、２値化回路２２は、この中点電位を閾値電圧として使用し、２値化を行う。
【００３４】
アップ／ダウンカウンタ３４は、２値化回路２２から２値化信号を入力し、アップ／ダウンカウントを行う。ＧＭＲセンサ９は、Ａ相およびＢ相センサ信号を出力しており、２値化信号を入力する度にアップ／ダウンカウントを行う。これにより、スケール磁石８が正転しているか、逆転している、即ち、レンズ２がいずれの方向に移動しているかを判定することができる。
【００３５】
メモリ３９は、電気的に書き換え可能な揮発性メモリ（例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等）と、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ（例えば、フラッシュＲＯＭ（Flash Read Only Memory）等）を有する。メモリ３９には、ＣＰＵ３１で実行するためのプログラム、レンズの各種調整値（例えば、前述の中点電位に関する値）、レンズ駆動用の設定値等、種々のデータが記憶される。
【００３６】
タイマ３８は、フィードバック制御の制御周期を発生させたり、レンズの各種動作の時間を行うための計時動作を行う。また、カレンダ機能等を有する。通信ポート３７は、ＣＰＵ３１の外部との信号のやり取りを行うためのポートである。本実施形態においては、通信ポート３７を介して種々の通信が行われるが、例えば、通信ポート３７からモータ駆動回路２４への設定信号が送出される。
【００３７】
パルス発生器３６は、ＣＰＵ３１からの制御信号を受け、ステッピングモータ６の駆動用にモータ駆動回路２４に出力するクロック信号（パルス信号）を発生する。すなわち、パルス発生器３６は、モータ駆動回路２４にクロック信号を出力し、ステッピングモータの励磁位置を進める。
【００３８】
モータ駆動回路２４は、モータ電源２３から電源電圧の供給を受け、またパルス発生器３６からクロック信号と通信ポート３７からの設定信号を入力し、ステッピングモータ６に２相の電圧信号からなるモータ駆動信号を出力する。また、モータ駆動回路２４は、モータ駆動信号の出力にあたって、ＣＰＵ３１からの設定信号に基づいて、モータ駆動信号の最大印加電圧の調整を行う。モータ電源２３は、電池等の電源を有し、図示しない定電圧回路等によって定電圧化されてモータ駆動回路２４に電源を供給する。
【００３９】
モータ駆動信号の生成にあたって、マイクロコンピュータ３０内のＣＰＵ３１は、ＧＭＲセンサ９が検出したセンサ出力信号に基づいて演算を行い、モータ駆動回路２４が出力する駆動パルスの管理、駆動速度の設定、駆動電圧の設定、フィードバック制御に必要なデジタルデータの各種演算処理を行う。
【００４０】
次に、図２を用いて、ステッピングモータ６による駆動制御について説明する。図２はステッピングモータ６による駆動速度の変化を示す。図２において、横軸は時間、縦軸は駆動速度を示す。
【００４１】
レンズ駆動を高速に行うためには、ステッピングモータのプルイントルクを大きく取るために初速は低くおさえる。図２に示す例では、時刻ｔ１において、初速として駆動開始速度Ｖｓで駆動を開始、徐々に速度を上げる加速制御を行い、脱調を防ぎながら指示された速度まで速度を上げる。時刻ｔ２において指示された指示速度Ｖｄに到達すると、指示速度Ｖｄで一定速の制御を行う。時刻ｔ３において目標の駆動量に近づくと、減速制御を行い徐々に速度を落とし、時刻ｔ４において目標駆動量に応じた位置でモータを停止させる。
【００４２】
ステッピングモータの脱調を防ぐため、速度の上昇と共に低下するモータトルクが、負荷のトルクに対して設計上で数倍の安全率を持つように、一定速の期間で駆動可能な速度を指示速度Ｖｄに制限している。ステッピングモータの励磁位置と回転位置のずれ（制御偏差）を監視して速度を閉ループ制御することで、設計上の安全率を小さくすることができ、一定速の期間で駆動可能な速度は更に高めることができる。
【００４３】
次に、本実施形態におけるフィードバック制御を理解するためにまず、一定速の期間で駆動可能な速度を高めるために安全率が小さい速度域でフィードバック制御を行う場合について、フィードバック制御しないオープン制御状態からフィードバック制御への移行判定を図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示す判定のフローは、ステッピングモータ６の駆動が開始すると、ステッピングモータ６の駆動が停止されるまで、所定のタイミングでステップＳ１から繰り返し実行される。
【００４４】
図３の判定のフローが開始すると、まず、フィードバック（ＦＢ）制御中か否かを判定する（Ｓ１）。ステッピングモータ６の駆動を開始した直後は開ループ制御（オープン制御）であり、フィードバック制御の条件が成立すると後述するステップＳ１１においてＦＢ制御が開始される。このステップ（Ｓ１）では、ステップＳ１１においてＦＢ制御が開始されたか否かを判定する。この判定の結果、ＦＢ制御中であれば、ＦＢ制御を継続し、このフローを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ１における判定の結果、ＦＢ制御中でない場合には、制御偏差を取得する（Ｓ３）。制御偏差は、現在の追従遅れと目標とする追従遅れの差である。現在の追従遅れは、モータを回転させる際の励磁位置の変化に対する回転位置の変化を追従遅れとして算出する。モータの励磁位置は、ＣＰＵ３１からモータ駆動回路２４に出力した設定信号とクロック信号を出力した数に基づいて算出する。また、モータの回転位置の変化は、ＧＭＲセンサ９の出力に基づくＡ／Ｄコンバータ３３からのデータに基づいて検出する。
【００４６】
制御偏差を取得すると、次に、駆動速度を取得する（Ｓ５）。駆動速度とは、モータの励磁位置を変化させる速度であり、オープン制御中は予め決められた速度パターンに従い、所定の周期または所定の駆動量（励磁位置を変化させた量）毎に変化させる。このステップでは、現在設定されているモータの励磁位置を変化させる速度を取得する。
【００４７】
駆動速度を取得すると、次に、ＦＢ開始速度に到達したか否かを判定する（Ｓ７）。ＦＢ制御を開始させる駆動速度は、予めメモリ３９に記憶されており、このステップでは、ステップＳ５において取得した駆動速度と、メモリ３９に記憶されているＦＢ開始速度を比較し、判定する。
【００４８】
ステップＳ７における判定の結果、ＦＢ開始速度に到達した場合には、次に、制御偏差条件が成立したか否かを判定する（Ｓ９）。ここでは、ステップＳ３において取得した制御偏差と、予め設定しておきメモリ３９に記憶されている条件（例えば、制御偏差≧０）が成立したか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ７における判定の結果ＦＢ開始速度に到達していない場合、またはステップＳ９における判定の結果、制御偏差条件が成立していない場合には、駆動電圧・駆動速度開ループ制御を継続する（Ｓ１３）。開ループ制御の場合の駆動電圧と駆動速度は、予めメモリ３９にテーブル形式等によって記憶されており、この記憶されているデータに沿ってステップピングモータ６の駆動制御が実行される。
【００５０】
一方、ステップＳ９における判定の結果、制御偏差条件が成立すると、駆動電圧・駆動速度のＦＢ制御を開始する（Ｓ１１）。ここでは、ステップＳ３で求めた制御偏差に基づいてステッピングモータ６の駆動速度と駆動電圧を制御する。ステッピングモータ６の発生トルクと負荷トルクのバランスを取り、脱調を防ぎながら可能な限り目標速度で動作させる。
【００５１】
ステップＳ１３において開ループ制御を継続すると、またはステップＳ１１においてＦＢ制御を開始すると、判定のフローを終了する。判定のフローは、次の所定のタイミングで再開し、ステッピングモータ６の駆動が停止されるまで、繰り返し実行される。
【００５２】
ここで、消費電力を低減させるために、より低速でフィードバック制御によってレンズ駆動を行う時の問題点について説明する。
この図３に示した判定のフローの制御により、ステッピングモータ６によって低速でレンズ駆動を行うため、ＦＢ制御に移行する速度（ステップＳ７のＦＢ開始速度）を下げ、低速状態からＦＢ制御を行おうとすると、図４に示す次のような弊害が生じてしまう。
【００５３】
図４において、横軸は時間であり、時刻ｔ０はフィードバック制御を開始するタイミングであり、時刻ｔ１１は制御偏差が０を超えるタイミングであり、時刻ｔ１２は駆動速度が指示速度Ｖｄに到達したタイミングであり、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の期間Ｔ３は振動的な期間であり、時刻ｔ１３以降の期間Ｔ４は安定した期間である。
【００５４】
また、図４中の上段のグラフ４０ａの縦軸は、追従遅れと制御偏差であり、グラフ４０ａ中の実線は制御偏差を示す。中段のグラフ４０ｂの縦軸は、駆動電圧であり、初期電圧Ｖｄｄからスタートし、一点鎖線は期待する電圧変化を示し、実線は実際の電圧変化を示す。下段のグラフ４０ｃの縦軸は、ステッピングモータの励磁位置を変化させる速度、すなわち駆動速度であり、二点鎖線は期待する速度変化を示し、実線は実際の速度変化を示す。
【００５５】
モータを駆動していない状態では追従遅れは０であるため、駆動開始直後は目標追従遅れに対して追従遅れが小さい状態、すなわち、制御偏差（追従遅れから目標追従遅れの値を引いた値）はマイナスになる（図４のグラフ４０ａにおいて期間Ｔ１参照）。そして、駆動開始後の図４のｔ０からフィードバック制御を開始させる。制御偏差がマイナスの状態は、負荷に対してステッピングモータのトルクが十分にあり脱調に対して余裕のある状態を示しており、駆動速度を上昇させるとともに、駆動電圧を下げるようにフィードバック制御を行う。従って、制御偏差が０になるまで、駆動電圧は駆動開始時の初期電圧から急速に電圧を下げていく（図４のグラフ４０ｂにおいて期間Ｔ１参照）。このため、駆動速度の上昇は抑制されて緩慢な速度上昇となる（図４のグラフ４０ｃにおいて期間Ｔ１参照）。この結果、駆動速度が指示速度に達するまでの時間が長くなる。
【００５６】
制御偏差が０近辺になり駆動電圧の低下が収まると、指示速度に向けた駆動速度の上昇は急峻になる（図４のグラフ４０ｃの期間Ｔ２参照）。そして、駆動速度が指示速度Ｖｄに達すると指示速度を上限とした駆動速度制御のため一定速を維持するようになる（図４のグラフ４０ｃの期間Ｔ３参照）。このとき、駆動速度の変化率が急に変わるため、モータの共振が発生し制御偏差の振動が発生しやすい（図４のグラフ４０ａの期間Ｔ３参照）。また、駆動電圧が低下した状態ではモータの共振の収束に時間がかかるとともに、振動が収束しきれずに脱調してしまう場合もある。
【００５７】
期間Ｔ３は、振動的な領域では駆動速度は一定になっているが、制御偏差が振動的なので、ステッピングモータ６の駆動軸７の回転及びレンズの動きは振動的である。このため、レンズが一定速になる期間Ｔ４までには時間がかかってしまう。
【００５８】
そこで、本実施形態においては、図５に示すようなＦＢ制御を行うようにしている。図５は、ステッピングモータ６によってレンズ駆動を行う際に、開ループ制御を行うかＦＢ制御を行うか、いずれの制御を行うかを判定し、開ループ制御または閉ループ制御を行うフローチャートである。この図５に示すフローチャートは、メモリ３９に記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ３１が実行する。
【００５９】
この図５に示すフローチャートにおいて、レンズ駆動の開始直後は、固定の駆動電圧および、制御周期または所定の駆動量毎に加速テーブルに従って更新される駆動速度設定値で開ループ制御の状態にある。また、駆動制御は周期的に状態が監視され、その周期制御内で実行されるＦＢ制御開始判定フローによってＦＢ制御に移行判定を行う部分（Ｓ１〜Ｓ５、Ｓ１１、Ｓ１３）は、図３に示すフローチャートと同じである。
【００６０】
図３に示すフローチャートと異なるのは、基本的に、指示速度に達したことによりＦＢ制御を開始する点である（後述するＳ６参照）。更に、指示速度に達していなくても、制御偏差がプラス（すなわち追従遅れが目標追従遅れ以上）になった時点で駆動電圧のＦＢ制御および駆動速度のＦＢ制御を開始する点である（後述するＳ８参照）。したがって、図５に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートと比較して、Ｓ１〜Ｓ５、Ｓ１１、Ｓ１３は同じであり、ステップＳ６、Ｓ８が相違する。この相違点を中心に説明する。
【００６１】
図５に示す判定のフローを開始すると、まず、フィードバック（ＦＢ）制御中か否かを判定する（Ｓ１）。ステップＳ１における判定の結果、ＦＢ制御中でなければ、次に、制御偏差値を取得する（Ｓ３）。制御偏差値を取得すると、次に、駆動速度を取得する（Ｓ５）。
【００６２】
駆動速度を取得すると、次に、指示速度に到達したか否かを判定する（Ｓ６）。ここでは、ステップＳ５において取得した駆動速度が、予め記憶されている指示速度Ｖｄと比較し、この速度に到達したか否かを判定する。なお、指示速度は図２、図４（後述する図５、図６も同様）に示す指示速度Ｖｄに相当する。
【００６３】
ステップＳ６における判定の結果、指示速度に到達していない場合には、ステップＳ３において取得した制御偏差が０以上か否かを判定する（Ｓ８）。ここでは、ステップＳ３において取得した制御偏差が０以上であるか否かを判定する。
【００６４】
ステップＳ８における判定の結果、制御偏差が０未満の場合には、駆動電圧・駆動速度について開ループ制御で継続して行う（Ｓ１３）。一方、ステップＳ６における判定の結果が指示速度に到達した場合、またはステップＳ８における判定の結果が制御偏差値０以上の場合には、駆動電圧・駆動速度をＦＢ制御で制御を開始する（Ｓ１１）。
【００６５】
次に、図６および図７を用いて、図５に示すフローチャートに基づいてＦＢ制御判定を行った場合の例について説明する。図６および図７の縦軸および横軸は、図４に示した例と同じである。図６は、指示速度Ｖｄが十分低く、指示速度Ｖｄに達した時点でＦＢ制御を開始する例であり、図７は指示速度Ｖｄがやや低く、指示速度に達する前に制御偏差が０以上となった時点でＦＢ制御を開始する例である。
【００６６】
図６および図７において何れの場合も、駆動開始後では、駆動電圧は高い初期電圧Ｖｄｄに固定され（グラフ６０ｂ、７０ｂ参照）、駆動速度は加速テーブルに従って徐々に速度を上げていく（グラフ６０ｃ、７０ｃ参照）。ＦＢ制御を行っていないので、駆動電圧が下がることはなく（グラフ６０ｂにおける期間Ｔ２１参照）、設計想定の負荷範囲であれば脱調することなく短時間に速度を指示速度に向けて上昇させることができる。
【００６７】
図６に示す例では、指示速度Ｖｄに達するまでに制御偏差が０以上にならなければ、指示速度Ｖｄに達した時点ｔ２１でＦＢ制御を開始する。ＦＢ制御を開始すると速度制御は指示速度に概ね一致するようになり（グラフ６０ｃの期間Ｔ２２参照）、モータの共振により生じる制御偏差の振動は駆動電圧制御により抑制される（グラフ６０ａの期間Ｔ２２参照）。このとき、駆動電圧は初期電圧に近い高い電圧で制御が行われるので、モータの共振を速やかに抑制することができ、早く安定した状態に制御することができる（グラフ６０ｂの期間Ｔ２２参照）。
【００６８】
また、図７に示す例では、指示速度Ｖｄに到達する前に制御偏差が０以上となると、その時点ｔ３１でＦＢ制御を開始する。制御偏差が０以上になった状態では、設計上の安全率が小さくなっているが、ＦＢ制御を開始することにより、脱調を確実に防止することができるだけでなく、駆動電圧を初期の高い電圧の状態で（電圧が下がる前に）駆動電圧を制御することになり、モータの共振を速やかに抑制することができる（グラフ７０ａの期間Ｔ３２、Ｔ３３参照）。
【００６９】
このように、本実施形態においては、ステッピングモータ６の加速動作中（図６の期間Ｔ２１、図７の期間Ｔ３１）は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに（図５のＳ１１）、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して（図５のＳ１３、図６のｔ２１、図７のｔ３１）、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うようにしている。このため、低速から高速までＦＢ制御を行い、消費電力を少なくすることができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、加速動作中であっても、追従遅れが目標追従遅れ以上になったら（図５のＳ８Ｙｅｓ）、強制的に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うようにしている（図５のＳ１１）。
【００７１】
次に、図８を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、速度ＦＢ制御および電圧ＦＢ制御を開始するタイミングは同じであった。これに対して、第２実施形態においては、速度ＦＢ制御と電圧ＦＢ制御の開始タイミングを別にしている。第２実施形態における構成は、図１に示した第１実施形態の構成と同様であることから、詳しい説明を省略する。
【００７２】
図８に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるＦＢ制御の判定について説明する。なお、図８に示すフローチャートは、メモリ３９に記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ３１が実行する。
【００７３】
図８に示すＦＢ制御の判定のフローに入ると、まず、電圧ＦＢ制御中か否かについて判定する（Ｓ４１）。本実施形態においても、ステッピングモータ６の駆動を開始した直後は駆動速度よび駆動電圧の両方について、開ループ制御（オープン制御）であり、後述するステップＳ６３において電圧ＦＢ制御が開始される。このステップＳ４１では、ステップＳ６３において、電圧ＦＢ制御が開始されたか否かを判定する。この判定の結果、電圧ＦＢ制御中であれば、駆動速度および駆動電圧についてＦＢ制御を継続し、このフローを終了する。
【００７４】
ステップＳ４１における判定の結果、電圧ＦＢ制御が行われていない場合には、次に、ステップＳ３と同様にして、制御偏差を取得する（Ｓ４３）。制御偏差を取得すると、次に、ステップＳ５と同様にして、駆動速度を取得する（Ｓ４５）。
【００７５】
駆動速度を取得すると、次に、速度ＦＢ制御中か否かを判定する（Ｓ４７）。前述したように、ステッピングモータ６の駆動を開始した直後は駆動速度および駆動電圧の両方について、開ループ制御（オープン制御）であり、このステップでは、速度制御についてＦＢ制御がなされているか否かについて判定する。なお、後述するステップＳ５３において、速度制御についてＦＢ制御が開始される。
【００７６】
ステップＳ４７における判定の結果、速度ＦＢ制御がなされていない場合には、速度ＦＢ条件が成立するか否かについて判定する（Ｓ４９）。ここでは、駆動速度が所定条件を満たし（例えば、指示速度より低く設定した指定速度以上）、且つ制御偏差が所定の条件を満たしているか否かにに基づいて判定する。しかし、これに限らず、いずれか一方でもよく、また他の条件で判定するようにしてもよい。
【００７７】
ステップＳ４９における判定の結果、速度ＦＢ条件が成立していない場合には、駆動速度について開ループ制御を継続する（Ｓ５１）。このため、駆動速度および駆動電圧の両方について開ループ制御が続行される。
【００７８】
一方、ステップＳ４９における判定の結果、速度ＦＢ条件が成立すると、駆動速度についてＦＢ制御を開始する（Ｓ５３）。ここでは、ＣＰＵ３１からモータ駆動回路２４に出力するモータの駆動速度に関する信号、すなわちステッピングモータ６の励磁位置を変更するクロック信号の間隔について、制御偏差に基づいて変更する。
【００７９】
ステップＳ５１において駆動速度の開ループ制御を継続すると、またはステップＳ５３において駆動速度のＦＢ制御を開始すると、駆動電圧を初期値設定で継続する（Ｓ５５）。ステッピングモータ６の印加電圧は初期電圧Ｖｄｄのままとする。すなわち、駆動速度についてＦＢ制御に切り替えられても、モータの駆動電圧は初期電圧Ｖｄｄのままである。
【００８０】
ステップＳ４７に戻り、判定の結果、速度ＦＢ制御中の場合には、次に、指示速度に到達したか否かについて判定する（Ｓ５７）。ここでは、ステップＳ４５において取得した駆動速度が指示速度Ｖｄに到達したか否かについて判定する。
【００８１】
ステップＳ５７における判定の結果、駆動速度が指示速度Ｖｄに到達していない場合には、制御偏差が０以上か否かについて判定する（Ｓ５９）。ここでは、ステップＳ４３において取得した制御偏差が０以上か否かを判定する。
【００８２】
ステップＳ５９における判定の結果、制御偏差が０未満の場合には、駆動電圧を初期値に設定した状態を継続する（Ｓ６１）。ここでは、駆動速度についてはＦＢ制御しているが、駆動電圧については開ループ制御を継続するために、初期電圧Ｖｄｄに設定したままとしておく。
【００８３】
一方、ステップＳ５７における判定の結果、駆動速度が指示速度Ｖｄに到達すると、またはステップＳ５９における判定の結果、制御偏差が０以上となった場合には、駆動電圧についてＦＢ制御を開始する（Ｓ６３）。ここでは、ＣＰＵ３１からモータ駆動回路２４に出力する設定信号の内、モータの駆動電圧に関する信号、すなわちステッピングモータ６に印加する電圧について、制御偏差に基づいて変更する。
【００８４】
ステップＳ５５またはＳ６１において駆動電圧を初期値に設定する状態を継続すると、またはステップＳ６３において駆動電圧についてＦＢ制御を開始すると、判定のフローを一旦終了する。なお、第２実施形態においても、判定のフローはステッピングモータ６の駆動を開始すると、駆動停止になるまで所定間隔で繰り返し実行される。
【００８５】
このように、本実施形態においては、速度ＦＢ制御に先に移行し、その後第１実施形態の条件と同様の条件で電圧ＦＢ制御に移行する。速度ＦＢ制御の移行条件は、ＦＢ制御開始速度（指定速度）や制御偏差条件で設定すればよい。
【００８６】
第２実施形態においては、初期の高い駆動電圧のまま先に速度ＦＢ制御に移行するため、速度を固定の加速テーブルに従って指示速度あるいはＦＢ制御開始まで制御する第１の実施形態に比べて、負荷に対する余裕があれば指示速度までの到達をより早くすることができる。また、加速途中の外乱による一時的な負荷の増加があっても、速度制御により脱調を防止できる等のメリットがある。
【００８７】
以上説明したように、本発明の各実施形態においては、メモリ３９に記憶されているステッピングモータ６の駆動速度および駆動電圧に関するデータに基づいて、ＣＰＵ３１がステッピングモータ６の駆動制御を行っている（例えば、図５のＳ１３、図６のＴ２１期間、図７のＴ３１等参照）。これが、ステッピングモータを所定の励磁位置変化と所定の駆動電圧により開ループ制御する開ループ制御手段として機能する。
【００８８】
また、本発明の各実施形態においては、ＧＭＲセンサ９、Ａ／Ｄコンバータ３３、アップダウンカウンタ３４によってＣＰＵ３１に入力されるデータに基づいて算出される制御偏差と駆動速度に基づいて、ＣＰＵ３１がステッピングモータ６の駆動制御を行っている（例えば、図５のＳ１１、図６のＴ２２期間、図７のＴ３２、Ｔ３３期間）。これらが、ステッピングモータの回転位置を検出し、ステッピングモータを回転させる際に、励磁位置の変化に対する回転位置の変化の追従遅れを算出し、目標追従遅れと追従遅れの差である制御偏差に応じてステッピングモータの駆動速度と駆動電圧を閉ループ制御する閉ループ制御手段として機能する。
【００８９】
また、本発明の各実施形態においては、ステッピングモータの加速動作中は少なくとも駆動電圧を開ループ制御するとともに（例えば、図５のＳ１３）、加速動作が完了する際に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うようにしている（例えば、図５のＳ６Ｙｅｓ→Ｓ１１）。このため、低速から高速までＦＢ制御を行い、消費電力を少なくすることができる。すなわち、加速動作が完了するまでは開ループ制御を行っていることから、駆動電圧が低下することがなく（図４のグラフ４０ｂの期間Ｔ１と、図６のグラフ６０ｂの期間Ｔ２１参照）、このため駆動速度が短時間で指示速度Ｖｄに到達することができる（例えば、図４のグラフ４０ｃの期間Ｔ１と、図６のグラフ６０ｃの期間Ｔ２１参照）。
【００９０】
また、本発明の各実施形態においては、加速動作中であっても、追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、強制的に駆動電圧の閉ループ制御に移行して、制御偏差に応じた駆動電圧と駆動速度の閉ループ制御を行うようにしている（例えば、図５のＳ８Ｙｅｓ→Ｓ１１、図７のグラフ７０ａの期間Ｔ２２参照）。追従遅れがなくなったことから、閉ループ制御を行うことによって脱調を防止できるとともに、駆動電圧が下がり過ぎない状態で電圧制御を行えるので短時間で安定させることができる。
【００９１】
また、本発明の第２実施形態においては、ステッピングモータの駆動速度が所定の条件を満たした場合に、まず制御偏差に応じた駆動速度となるように閉ループ制御を行い（例えば、図８のＳ４９Ｙｅｓ→Ｓ５３）、次に、加速動作が完了するか又は追従遅れが目標追従遅れ以上になったら、制御偏差に応じた駆動電圧となるように閉ループ制御を行うようにしている（例えば、図８のＳ５７Ｙｅｓ又はＳ５９Ｙｅｓ→Ｓ６３）。このため、負荷に対する余裕があれば指示速度までの到達をより早くすることができ、加速途中の外乱による一時的な負荷の増加があっても、速度制御により脱調を防止できる。
【００９２】
なお、本発明の各実施形態においては、ＦＢ制御を行うためのステッピングモータ６の回転位置検出用として、ＧＭＲセンサ９を用いたが、これに限らず、光学的エンコーダ等、位置を検出することが可能な位置センサであればよい。
【００９３】
また、本発明の各実施形態においては、ＣＰＵ３１の周辺回路の全部または一部をＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムコードによって実現するようにしてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラムコードで実行される回路で実現するようにしてもよく、ヴェリログ（Verilog）によって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またハードウエア回路によって実行するようにしても勿論かまわない。また、ＣＰＵ３１の機能の一部をＤＳＰ等のプログラムコードで実行される回路で実現するようにしてもよく、ヴェリログによって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またハードウエア回路によって実現するようにしてもよい。
【００９４】
また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラ、医療用カメラ、顕微鏡等の科学機器用のカメラ、自動車搭載用カメラ、監視用カメラでも構わない。いずれにしても、レンズの駆動制御を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
【００９５】
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
【００９６】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【００９７】
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・レンズ駆動部、２・・・レンズ、３・・・レンズ枠、３ａ・・・固定部、３ｂ・・・嵌合部、３ｃ・・・貫通孔、３ｅ・・・遮光ハネ、４ａ・・・ガイド軸、４ｂ・・・ガイド軸、５・・・バネ、６・・・ステッピングモータ、７・・・リードスクリュー、８・・・スケール磁石、９・・・ＧＭＲセンサ、１０・・・フォトインタラプタ、１１・・・ナット、２１・・・増幅回路、２２・・・２値化回路、２３・・・モータ電源、２４・・・モータ駆動回路、３０・・・マイクロコンピュータ、３１・・・ＣＰＵ、３２・・・ＩＯポート、３３・・・Ａ／Ｄコンバータ、３４・・・アップ／ダウンカウンタ、３５・・・Ｄ／Ａコンバータ、３６・・・パルス発生器、３７・・・通信ポート、３８・・・タイマ、３９・・・メモリ
【図１】
2018084655.tif 000003
【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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