(57)【要約】【課題】  フィードバック制御とオープンループ制御でモータを制御することができる駆動制御装置において、フィードバック制御によりモータを駆動する際に発生し得るモータの振動及び、それに伴って発生する騒音を抑制すること。【解決手段】  ステッピングモータと、ステッピングモータのロータの回転位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段からの出力に基づいて、ステッピングモータをフィードバック制御によって駆動するフィードバック駆動手段と、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、フィードバック制御による前記ステッピングモータの駆動と、オープンループ制御によるステッピングモータの駆動を切り替える切り替え手段を有し、フィードバック駆動手段と、オープンループ駆動手段のいずれも、マイクロステップ駆動でステッピングモータを駆動させることを特徴とする。【選択図】  図８
2015002609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータと、
前記ステッピングモータのロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段からの出力に基づいて、前記ステッピングモータをフィードバック制御によって駆動するフィードバック駆動手段と、
前記ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、
前記フィードバック制御による前記ステッピングモータの駆動と、前記オープンループ制御による前記ステッピングモータの駆動を切り替える切り替え手段を有し、
前記切り替え手段は、前記オープンループ制御による前記ステッピングモータの駆動と前記フィードバック制御による前記ステッピングモータの駆動の切り替えを行うことが可能であり、
前記フィードバック駆動手段と、前記オープンループ駆動手段のいずれもが、マイクロステップ駆動で前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記オープンループ駆動手段は、前記ロータの駆動周波数が高くなるにつれて、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数を小さくするように、前記ステッピングモータの駆動を制御し、
前記フィードバック駆動手段は、前記オープンループ駆動手段と独立して、前記マイクロステップの分割数を設定することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記フィードバック駆動手段は、切り替え前の前記オープンループ駆動手段により設定されていた、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数で、前記ステッピングモータの駆動を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記切り替え手段により、前記オープンループ制御による前記ステッピングモータの駆動から前記フィードバック制御による前記ステッピングモータの駆動への切り替えが実行されるとき、前記フィードバック駆動手段は、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数を変化させないことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記フィードバック駆動手段は、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数を周波数に対して離散的に変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記フィードバック駆動手段は、前記ロータの駆動周波数が高くなるにつれて、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数を小さくし、
前記ロータが定速で駆動するときの駆動周波数と、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数の切り替えを実行する周波数との差分が、所定の値以下である場合には、前記マイクロステップの分割数の切り替えを実行する周波数を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
光学素子を駆動するステッピングモータと、
前記ステッピングモータの駆動を制御する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動制御装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記撮像装置は、動画撮影が可能であって、動画撮影を行っている間、前記フィードバック駆動手段は、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数の切り替えを行わないことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像装置は、動画撮影が可能であって、動画撮影を行っている間、前記フィードバック駆動手段は、前記マイクロステップ駆動におけるマイクロステップの分割数が所定の値より小さくならないようにすることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
オープンループ制御とフィードバック制御のどちらか一方を選択してステッピングモータの駆動を制御する駆動制御方法であって、
前記オープンループ制御と前記フィードバック制御のいずれにおいても、マイクロステップ駆動により前記ステッピングモータの駆動を制御することを特徴とする駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動制御装置、及び駆動制御方法に関し、特にステッピングモータをマイクロステップ駆動により駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、コイルへの通電の切り換えによって、所定の角度ごとに回転させることができるため、位置センサを用いることなく位置制御を行うことができる。そのため、所定の時間間隔に従ってコイルの通電状態を切り替える、オープンループ制御による駆動方法が一般的に用いられる。しかし、モータを高速で駆動させる場合や、モータに急激な負荷変動が生じる場合には、コイルの通電の切り替えに対してロータが追従できなくなり、脱調を引き起こすおそれがある。そこで、ステッピングモータに、ロータの回転位置を検出する位置検出センサを取り付け、加速や減速をする際には、位置検出センサの出力に応じて、コイルの通電状態を切り替えるフィードバック制御による駆動方法も用いられる。
【０００３】
特許文献１に記載のステッピングモータでは、モータの駆動を開始してから所定の期間と、モータの停止をする前の所定の期間はオープンループ制御によりモータの駆動が行われ、その他の期間ではフィードバック制御により、モータの駆動が行われる。これにより、モータを高速で駆動させることができ、さらに、モータを精度よく停止させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６５９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の駆動制御装置では、オープンループ制御によりモータの駆動を行う際の励磁方式と、フィードバック制御によりモータの駆動を行う際の励磁方式が異なる。オープンループ制御では、コイルを励磁するための駆動電流の位相を微小変化させることで正弦波形の電圧を印加するマイクロステップ駆動によりモータの駆動を行う。一方、フィードバック制御では、矩形波形の電圧を印加することによりモータの駆動を行う。
【０００６】
ここで、励磁方式が異なるため、オープンループ制御からフィードバック制御に切り替えるタイミングが制限される。これは、駆動電流の制御単位が、マイクロステップから粗いステップに変更されることにより、所定のタイミングで切り替えを行わないとモータの駆動が不安定になるおそれがあるからである。よって、モータ駆動の安定性が確保できるタイミングを待って、制御の切り替えが行われることになる。
【０００７】
このように、制御の切り替えタイミングが制限されるため、オープンループ制御からフィードバック制御に切り替えるタイミングが、意図していたタイミングに対して遅れてしまう可能性がある。切り替えのタイミングが遅れることにより、目標の駆動位置に到達するまでに多くの時間を要するおそれがある。
【０００８】
本発明は、フィードバック制御とオープンループ制御でモータを制御することができる駆動制御装置において、モータの制御の切り替えタイミングを制限することなく、被駆動体を目標の駆動位置にすばやく到達させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の駆動制御装置は、ステッピングモータと、ステッピングモータのロータの回転位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段からの出力に基づいて、ステッピングモータをフィードバック制御によって駆動するフィードバック駆動手段と、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、フィードバック制御によるステッピングモータの駆動と、オープンループ制御によるステッピングモータの駆動を切り替える切り替え手段を有するものであり、フィードバック駆動手段と、オープンループ駆動手段のいずれもが、マイクロステップ駆動でステッピングモータを駆動させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の駆動制御方法は、オープンループ制御とフィードバック制御のどちらか一方を選択してステッピングモータの駆動を制御する駆動制御方法であって、オープンループ制御とフィードバック制御のいずれにおいても、マイクロステップ駆動により、ステッピングモータの駆動を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィードバック制御とオープンループ制御でモータを制御することができる駆動制御装置において、モータの制御の切り替えタイミングを制限することなく、被駆動体を目標の駆動位置にすばやく到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るステッピングモータを含むモータユニットの外観斜視図
【図２】第１の実施形態に係るステッピングモータを構成するステータとロータの構成図
【図３】第１の実施形態に係るステッピングモータの駆動制御装置のブロック構成図
【図４】ロータに加えられるトルクの波形を励磁条件ごとに示す概念図
【図５】フィードバック制御において、高効率のトルクを得るための励磁の切り替え方法を示す図
【図６】オープンループ制御において、ステッピングモータを低速で駆動した場合の励磁の切り替え方法を示す図
【図７】オープンループ制御において、ステッピングモータを中速で駆動した場合の励磁の切り替え方法を示す図
【図８】オープンループ制御、フィードバック制御における、ステッピングモータの駆動周波数とマイクロステップの分割数の関係を示す図
【図９】オープンループ制御において分割数を連続的に変化させる場合の、ステッピングモータの駆動周波数とマイクロステップの分割数の関係を示す図
【図１０】フィードバック制御において分割数を一定とする場合の、ステッピングモータの駆動周波数とマイクロステップの分割数の関係を示す図
【図１１】第１の実施形態に係るステッピングモータの駆動周波数の時間変化を示す図
【図１２】第１の実施形態に係るステッピングモータの駆動制御装置における制御の詳細を示すフローチャート
【図１３】第２の実施形態に係る交換レンズ及びカメラの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るステッピングモータ１０１を含むステッピングモータユニット１００の外観斜視図である。図２は、ステッピングモータ１０１を構成するステータ１０７、１０９、１１１、１１３とロータ１１４の関係を示す構成図である。ステッピングモータユニット１００は、ステッピングモータ１０１、ロータ１１４の回転位置を検出するエンコーダ（位置検出手段）１０２、エンコーダマグネット１０３、ロータ軸１０４、エンコーダホルダ１０５から構成される。本実施形態に係るステッピングモータ１０１は、励磁コイルを含むＡ＋相ステータ１０７、Ａ−相ステータ１０９、Ｂ＋相ステータ１１１、Ｂ−相ステータ１１３とロータ１１４を備えている。
【００１５】
ロータ１１４に固定されるマグネットは、外周が１０極に着磁された円筒形上の永久磁石であり、角度位置に対して磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。ステッピングモータ１０１の各相励磁コイルに電流を流し、Ａ＋相ステータ１０７、Ａ−相ステータ１０９、Ｂ＋相ステータ１１１、Ｂ−相ステータ１１３を励磁することでロータ１１４を回転させることができる。エンコーダマグネット１０３は、ロータ１１４と同様に外周が１０極で着磁された円筒形状の永久磁石である。本実施形態ではエンコーダマグネット１０３はロータ１１４と同様の構成であるが、異なる極数で着磁されるように構成することも可能である。
【００１６】
エンコーダ１０２は、エンコーダホルダ１０５上に取り付けられ、エンコーダマグネット１０３の回転により生じる磁束密度の変化を一定の周期で検出し、出力信号を発信する。ロータ１１４の回転に伴ってロータ軸１０４も回転し、ロータ軸１０４上に取り付けられたエンコーダマグネット１０３も、ロータ１１４と同期して回転する。本実施形態ではエンコーダ１０２としてホールＩＣを用いており、単一のホールＩＣから２種類の交番検知信号を得て、２値の出力信号を発信する。なお、本実施例ではエンコーダとしてデジタル信号を出力するホールＩＣを用いたが、フォトインタラプタなどのアナログ出力のエンコーダを用いてもよい。
【００１７】
次に、本実施形態における駆動制御装置について図３を用いて詳細に説明する。ロータ１１４の回転位置を検出するエンコーダ１０２から得られた出力信号は、検出値演算部３０１に入力される。検出値演算部３０１において、エンコーダ１０２の出力信号からステッピングモータ１０１の回転状態（角速度、角加速度、回転方向等）が演算される。また、エンコーダ出力がアナログ出力であった場合は、不図示のＡＤコンバータ回路により、Ａ／Ｄ変換が行われ、デジタル信号に変換して検出値演算部３０１に入力される。
【００１８】
検出値演算部３０１及び、不図示の上位コントローラから与えられた駆動指令値（駆動量、駆動方向、駆動速度、制御方式等）が制御部３０２に入力され、制御部３０２を介して駆動制御装置の各構成要素に処理命令が与えられる。制御部３０２は、駆動指令値及び検出値演算部３０１より得られるステッピングモータ１０１の帰還信号に基づいて、ステッピングモータ１０１の制御方式を決定する。制御部３０２によって決定された制御方式に基づいて、オープンループ制御回路（オープンループ駆動手段）３０４またはフィードバック制御回路（フィードバック駆動手段）３０５のいずれかにより、モータの駆動制御が行われる。そして、オープンループ制御回路３０４及びフィードバック制御回路３０５は、モータの駆動状態に応じて適切な駆動速度を算出する。マイクロステップの分割数を設定する分割数設定部３０３では、制御部３０２が有する駆動速度等の情報をもとに、マイクロステップの分割数を決定する。モータドライバ３０６は、制御部３０２から与えられた処理命令を基に駆動信号を生成し、ステッピングモータ１０１を駆動させる。
【００１９】
ここで、検出値演算部３０１、制御部３０２、分割数設定部３０３、オープンループ制御回路３０４、フィードバック制御回路３０５におけるモータの駆動制御は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、モータの駆動制御に関する機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムや装置に供給し、そのシステムや装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するものである。
【００２０】
次に、オープンループ制御とフィードバック制御について説明する。オープンループ制御とは、駆動速度に応じてあらかじめ設定される時間間隔で、コイルへの通電を切り替えることによりモータを駆動させる制御方式である。
【００２１】
オープンループ制御では、各相励磁コイル１０６、１０８、１１０、１１２への通電を順次切り替えることで、駆動指令値が示す駆動方向に回転磁界を発生させる。ロータ１１４は、回転磁界に追従して回転するが、停止状態から動き始める場合等には、静止摩擦力の影響により一時的に大きなトルクがかかり、オーバーシュートが発生する。オープンループ制御では、過剰な回転を抑制する手段が存在しないため、動きはじめ等の区間では動作が不安定になってしまう。また、急速な加速や減速を行う駆動指令を受けると、ロータ１１４の回転が、コイルの励磁の切り替えに追従することができなくなり、ロータ１１４の脱調が生じる。このように、オープンループ制御では、急速な加速や減速を行うとき等の動特性上の問題はあるが、ロータ１１４の回転を停止させるときには、コイルの駆動電流とロータ１１４の磁界の位相差が小さくなることから、停止精度において優れた特性を有する。
【００２２】
フィードバック制御では、エンコーダマグネット１０３の磁束変化をエンコーダ１０２により検出し、エンコーダ１０２の出力に応じてステッピングモータ１０１のコイルへの通電を切り替える。駆動電流を制御することにより、駆動電流に対して最大のトルクを得ることができ、また、過剰な回転を防止する手段を有することにより、オーバーシュートの発生を抑制することができるため、良好な動特性が得られる。
【００２３】
一方で、ステッピングモータ１０１で発生するトルクリップルやセンサに含まれるノイズ等が、駆動系の安定性に影響を与えるため、十分な静特性を得られないおそれがある。つまり、ロータ１１４の回転を停止させる際には、コイルの駆動電流とロータ１１４の回転磁界の位相差が小さくなるため、フィードバック情報に含まれるトルクリップル等のノイズが相対的に大きくなる。これにより、ロータ１１４の回転が乱れ、モータの振動や騒音が発生するため、オープンループ制御と比較して、ロータ１１４の停止精度が低下する。
【００２４】
以上より、ロータ１１４を低速駆動させるときや、ロータ１１４を精度よく停止させるためには、オープンループ制御によりモータの駆動を制御し、ロータ１１４を高速で駆動させるときには、フィードバック制御によりモータの駆動を制御することが好ましい。
【００２５】
続いて、オープンループ制御によるモータの駆動とフィードバック制御によるモータの駆動との励磁切り換えに関して説明する。
【００２６】
まず、ステッピングモータ１０１の相励磁コイルを通電することで励磁し、Ａ＋相ステータ１０７、Ａ−相ステータ１０９、Ｂ＋相ステータ１１１、Ｂ−相ステータ１１３が磁化される。通電する相を周期的に切り替えることで、ロータ１１４を任意の方向に回転させることができる。Ａ＋相ステータ１０７とＡ−相ステータ１０９の電気的な位相差は１８０度であり、Ｂ＋相ステータ１１１とＢ−相ステータ１１３の電気的な位相差も１８０度となっている。また、Ａ＋相ステータ１０７とＢ＋相ステータ１１１の電気的な位相差は９０度であり、Ａ−相ステータ１０９とＢ−相ステータ１１３の電気的な位相差も９０度となっている。
【００２７】
図４は、コイルに正弦波電流を流したときに、ロータ１１４に付与される正転方向のトルクの大きさの変化を示す図である。横軸はロータ１１４の磁気位相、縦軸はロータ１１４が受けるトルクである。図４の４つの波形は、各相を励磁した際の合成波から得られるトルクを示している。Ａ＋Ｂ＋と表記した波形は、Ａ＋相ステータ１０７とＢ＋相ステータ１１１を励磁した場合のトルク波形を示し、Ａ−Ｂ＋と表記した波形は、Ａ−相ステータ１０９とＢ＋相ステータ１１１を励磁した場合のトルク波形を示す。Ａ＋Ｂ−と表記した波形は、Ａ＋相ステータ１０７とＢ−相ステータ１１３を励磁した場合のトルク波形を示し、Ａ−Ｂ−と表記した波形は、Ａ−相ステータ１０９とＢ−相ステータ１１３を励磁した場合のトルク波形を示す。図４で示すトルク波形に関して、コイルで発生する逆起電力等によるトルクの減少は考慮していない。
【００２８】
励磁相の切り替えとは、位相の変化に応じて図４の４つの波形を切り替えることをいう。高効率のトルクを得るためには、図５に示すように、位相角０度でＡ＋Ｂ＋波形に切替え、９０度でＡ−Ｂ＋波形、１８０度でＡ−Ｂ−波形、２７０度でＡ＋Ｂ−波形に励磁を切り替える。フィードバック制御により、励磁相を切り替えるタイミングを制御することにより、高効率のトルクを得ることができる。
【００２９】
一方、オープンループ制御では励磁相の切り替えをあらかじめ設定される時間間隔で行うため、高効率のトルクを得ることは困難である。オープンループ制御により得られるトルク波形の例を図６、図７に示す。図６は、ロータ１１４を低速で駆動する際のトルク波形を示し、図７は、ロータ１１４を中速で駆動する際のトルク波形を示している。上段の図は、磁気位相と、ロータ１１４において発生するトルクの波形との関係を示している。中段の図は、磁気位相と、Ａ＋相ステータ１０７、Ｂ＋相ステータ１１１の駆動電流の関係を示している。下段の図は、任意の観測点における、磁気位相とロータマグネットの回転磁界との関係を示している。
【００３０】
図６に示すように、低速駆動時には励磁コイルの磁気位相の変化に対して、ロータ１１４の回転の遅れがほとんど生じないため、コイルの駆動電流とロータ１１４の回転磁界との位相差はほぼ０となる。ロータ１１４の駆動状態が安定したところで、励磁相の切り替えが行われる。
【００３１】
ここで、ロータ１１４の駆動速度を上げると、コイルの駆動電流に対して、ロータ１１４の回転が追従できなくなるため、コイルの駆動電流とロータ１１４の回転磁界との位相差が大きくなる。これにより、図７に示すように、励磁相を切り替えるタイミングが低速駆動時に比べて遅れて、逆回転方向のトルクが発生する。駆動速度をさらに上げて高速駆動を行うと、正転方向のトルクは減少し、逆回転方向のトルクは増大し、脱調が生じるおそれが高まる。
【００３２】
次に、フィードバック制御の手法の一つとして、進角制御について説明する。進角制御では、コイルの駆動電流とロータ１１４の回転磁界との位相差を制御するために、適当な位相角を設定することで、ロータ１１４が脱調を起こすことなく、高速に駆動することができる。エンコーダ１０２により検出されるロータ１１４の回転角に基づき、ステッピングモータ１０１の励磁相を切り替えるタイミングの制御を行っている。本実施形態における位相差は、図７の矢印αにより表される。αは、ロータ１１４の回転磁界を示す波形のゼロクロス点から、駆動電流の波形における次のゼロクロス点までの位相差を示す。コイルに流れる駆動電流の周波数を操作することで、位相差の調整を行うことができ、ステッピングモータ１０１を脱調させることなく、安定して駆動させることができる。また、位相差αを小さくするようにコイルの駆動電流を操作して位相角を進めることにより、ステッピングモータ１０１を高速に駆動させることができる。本実施例ではフィードバック制御として進角制御を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＩＤ制御やカルマンフィルタによる制御等、他のフィードバック制御であってもよい。
【００３３】
続いて、マイクロステップ駆動とマイクロステップの分割について説明する。マイクロステップ駆動とは、コイルを励磁する駆動電流の位相を微小変化させることで、ステッピングモータ１０１固有のステップ角よりも小さなステップ角で、ステッピングモータを駆動することである。マイクロステップで駆動を行うことより、モータの振動を低減させることができる。特に、モータを低速で駆動する際には、マイクロステップ駆動を行うことにより振動を低減させる効果が顕著に表れる。これは、モータを低速で駆動する際にステッピングモータのステップ角を粗くすると、間欠駆動が起こり、モータの振動が大きくなるためである。一方で、ステップ角を小さくすると、より高いクロック周波数で、モータを駆動する必要があるため、制御部３０２、オープンループ制御回路３０４、フィードバック制御回路３０５等の制御系において高速な情報処理が求められる。
【００３４】
本実施形態においては、オープンループ制御、フィードバック制御のいずれにおいてもマイクロステップ駆動を行うことにより、制御の切り替えタイミングに対する制限が緩和される。このため、オープンループ制御とフィードバック制御の切り替えを遅れなく実行することができる。これにより、より速い駆動速度で被駆動体を駆動することができる、フィードバック制御にすばやく切り替えることができ、被駆動体を目標の駆動位置にすばやく到達させることができる。
【００３５】
モータの駆動速度のみに依存して、ステップの分割数を切り替える手法は、駆動速度を能動的に制御することができるオープンループ制御においては有効に作用する。しかし、帰還信号によって駆動速度を受動的に制御するフィードバック制御では、有効に作用しない場合がある。
【００３６】
そこで、本発明においては、オープンループ制御におけるマイクロステップの分割数とフィードバック制御におけるマイクロステップの分割数を、それぞれ個別に定めることで、各制御方式において最適なマイクロステップの分割数を設定することができる。
【００３７】
本実施形態における、マイクロステップの分割数の設定方法の例を図８に示す。図８は、ステッピングモータ１０１の駆動周波数とマイクロステップの分割数の関係を示している。点線はオープンループ制御におけるマイクロステップの分割数の変化を、実線はフィードバック制御におけるマイクロステップの分割数の変化を示している。マイクロステップの分割数の設定に関して、オープンループ駆動手段とフィードバック駆動手段は、それぞれ独立の制御を行っている。
【００３８】
いずれの制御方式においても、駆動周波数に応じてマイクロステップの分割数が設定され、本実施形態では、駆動周波数が高くなるにつれて分割数を小さくしている。また、マイクロステップの分割数は離散的な値をとり、所定の駆動周波数を閾値として分割数を決定する。ここで、離散的な値をとるというのは、所定の駆動周波数において、分割数がステップ状に変化することを示す。例えば、設定可能な分割数をテーブルデータとして保存しておき、あらかじめ定められた駆動周波数において分割数を変化させる。具体例としては、分割数を５１２、２５６、１２８、６４…というように、変化させることができる。
【００３９】
横軸のｆｍａｘ，ｏｐはオープンループ制御での駆動周波数の最大値を示し、オープンループ制御においては、ｆｍａｘ，ｏｐより大きな駆動周波数でステッピングモータ１０１の駆動を行うことはない。ｆｍａｘ，ｆｂはフィードバック制御での駆動周波数の最大値を示している。オープンループ制御による演算処理と、フィードバック制御による演算処理では演算に要する時間に差があるため、マイクロステップの分割数を切り替えるときの駆動周波数は、オープンループ制御とフィードバック制御で異なる。本実施形態においては、フィードバック制御における演算時間の方が長いため、フィードバック制御では、オープンループ制御に比べて低い駆動周波数でマイクロステップの分割数の切り替えを行っている。
【００４０】
図８とは異なる、マクロステップの分割数の設定方法を図９、図１０に示す。図９は、オープンループ制御で分割数を連続的に変化させる場合の、駆動周波数とマイクロステップの分割数との関係を示している。オープンループ制御では、駆動周波数が揺らぐことはないため、マイクロステップの分割数が、駆動周波数に対して連続的に変化してもよい。ただし、ステッピングモータ１０１の共振周波数帯域では、分割数を変更しないことが好ましい。ここで、分割数を連続的に変化させるというのは、駆動周波数の変化に追従して分割数を変化させるものである。具体例としては、分割数を５１２、５１１、５１０…というように、小さなステップで変化させることができる。
【００４１】
また、オープンループ制御からフィードバック制御への切り替えを実行する駆動周波数においては、各制御方式におけるマイクロステップの分割数が一致していることが好ましい。フィードバック制御への切り替えが実行されたときは、切り替え前のオープンループ制御において設定されていたマイクロステップの分割数で制御が開始される。さらに、フィードバック制御への切り替えの直後は、モータを安定して制御するために、マイクロステップの分割数を所定の時間、一定に保つことが好ましい。
【００４２】
図１０は、フィードバック制御においてマイクロステップの分割数を一定にする場合の、駆動周波数とマイクロステップの分割数との関係を示している。フィードバック制御における駆動周波数の最大値ｆｍａｘ，ｆｂにおいて定められる、マイクロステップの分割数を全ての駆動周波数領域で用いている。そのため、図８や図９と比較して、駆動周波数の低い領域の分割数が相対的に小さくなる。ここで、図１０におけるマイクロステップの分割数は、ステッピングモータ１０１の粗動動作による振動や騒音が発生しない程度の分割数に設定される。これにより、マイクロステップの分割数を一定にすることで、ステッピングモータ１０１を駆動するために必要な情報処理量が減少し、ＣＰＵ等の処理負担を低減することができる。
【００４３】
図１１は、本実施形態におけるマイクロステップの分割数の切り替えタイミングを示す図である。図１１において、横軸は時間を、縦軸は駆動周波数を示す。時刻ｔ０においてオープンループ制御で駆動を開始し、時刻ｔ１において所定の駆動周波数でフィードバック制御に移行し、時刻ｔ２において目標の駆動速度に到達する。時刻ｔ３において減速を開始し、時刻ｔ４においてフィードバック制御からオープンループ制御へ移行し、時刻ｔ５で駆動を停止する。縦軸に示す、オープンループ制御においてマイクロステップの分割数の切り替えを実行する周波数（分割数切り替え周波数）ｆｏｐ１、ｆｏｐ２と、フィードバック制御における分割数切り替え周波数ｆｆｂ１、ｆｆｂ２は、図８における各記号と対応している。
【００４４】
フィードバック制御においては、ｔ２〜ｔ３の高い駆動周波数における定速領域であっても、帰還信号によって駆動周波数に揺らぎが生じる。図１１に示すように、駆動周波数が揺らぐことにより、分割数切り替え周波数ｆｆｂ２を上回ったり、下回ったりを繰り返す場合、ロータ１１４を安定して駆動できないおそれが生じる。そこで分割数切り替え周波数が、目標の駆動速度における周波数と一致する場合や、目標の駆動速度における周波数と分割数切り替え周波数の差分が所定の値以下である場合には、分割数の切り替えを実施する周波数を変化させてもよい。
【００４５】
本実施形態では、分割数切り替え周波数ｆｆｂ２を、低い駆動周波数側に再設定する（ただし、ｆｆｂ２＞ｆｆｂ１）。本実施形態では、目標の駆動速度を基準に、分割数切り替え周波数を再設定するか否かを判断した。
【００４６】
次に、本実施形態の駆動制御装置における駆動処理の詳細を、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１０１において制御部３０２は駆動指令値を取得する。本実施形態において取得する駆動指令値は、目標駆動量、目標駆動速度、制御方式、パワーレートに関する情報である。駆動量は正負の値をとり、正であれば正転方向の回転を、負であれば逆回転の回転を示す。ステップＳ１０２で、制御部３０２は、制御方式の選択を行う。制御部３０２は駆動指令値に基づいて、オープンループ制御による駆動を行うか、フィードバック制御による駆動を行うかを決定する。オープンループ制御であればステップＳ１０６へ、フィードバック制御であればステップＳ１０３へ移行する。ステップＳ１０３で、制御部３０２は、マイクロステップの分割数の切り替えを実行する駆動速度（分割数切り替え速度）を再設定する必要があるか否かを判定する。駆動指令値に含まれる目標駆動速度と分割数切り替え速度を比較し、あらかじめ定められた分割数切り替え速度と等しいか、もしくは分割数切り替え速度に近い速度であれば、ステップＳ１０４で分割数切り替え速度を再設定する。ここで、分割数切り替え速度に近い速度とは、フィードバック制御における駆動速度の揺らぎを考慮した値である。分割数切り替え速度の再設定を実行しない場合は、ステップＳ１０５へ移行する。
【００４７】
ステップＳ１０５で、制御部３０２は、エンコーダ１０２の出力に基づいて算出される駆動速度と、あらかじめ定められた制御切替え速度を比較する。その結果、駆動速度の方が速い場合は、Ｓ１０９以降のフィードバック制御に移行する。駆動速度の方が遅い場合は、Ｓ１０６以降のオープンループ制御に移行する。本実施形態においては、所定の駆動速度まではオープンループ制御により駆動を行い、所定の駆動速度を超えると、フィードバック制御により駆動を行う。駆動制御を切り替える駆動速度の閾値として制御切り替え速度を定める。本実施形態では、オープンループ制御において設定可能な駆動速度の最大値を、制御切り替え速度とする。
【００４８】
Ｓ１０２でオープンループ制御が選択された場合や、Ｓ１０５で駆動速度が制御切り替え速度より遅い場合には、Ｓ１０６以降の処理が実行される。Ｓ１０６では駆動速度が、Ｓ１０７ではパワーレートが、それぞれ設定される。目標駆動量、目標駆動速度、パワーレートに関する情報が、制御部３０２よりオープンループ制御回路３０４に送信され、これらに基づいて、オープンループ制御回路３０４で算出された駆動速度、パワーレートが制御部３０２に出力される。Ｓ１０８では、分割数設定部３０５において、Ｓ１０６で得られた駆動速度を基準にマイクロステップの分割数が定められる。Ｓ１０６からＳ１０８で得た情報を、制御部３０２からモータドライバ３０６に送信し、Ｓ１１３において、ステッピングモータ１０１をマイクロステップで駆動する。
【００４９】
Ｓ１０５において駆動速度が制御切り替え速度以上であると判定された場合、Ｓ１０９以降の処理が実行される。Ｓ１０９では、エンコーダ１０２の出力信号を検出値演算部３０１で演算し、フィードバック制御回路３０５に帰還させる。フィードバック制御回路３０５では、制御部３０２から送信された目標駆動速度と、検出値演算部３０１により演算されたステッピングモータ１０１の実際の駆動速度をもとに、速度偏差を算出する。Ｓ１１０、Ｓ１１１では、フィードバック制御回路３０５により、速度偏差や、制御部３０２から送信される目標駆動量、目標駆動速度、パワーレート等の情報を用いて駆動速度及びパワーレートを算出し、制御部３０２に出力する。Ｓ１１２では、分割数設定部３０３により、マイクロステップの分割数が定められる。ここで、マイクロステップの分割数は、一定の値としてもよいし、周波数が高くなるにつれて小さくしてもよい。Ｓ１１３では、制御部３０２からモータドライバ３０６に駆動信号が与えられ、モータドライバ３０６は、ステッピングモータ１０１をマイクロステップで駆動させる。Ｓ１１４では、制御部３０２により、マイクロステップ単位で目標地点への到達判定が行われ、目標駆動量を駆動した場合は処理を終了し、目標駆動量に満たない場合は、Ｓ１０５へ戻り、一連のフローが繰り返される。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態では、オープンループ制御、フィードバック制御のいずれの場合も、マイクロステップの分割数を特定の周波数を閾値として離散的に設定したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、フィードバック制御による駆動を行う領域を複数の区間に分類し、区間ごとにマイクロステップの分割数の設定を切り替える方法が考えられる。
【００５１】
例えば、加速駆動や減速駆動をする区間と、定速駆動をする区間に分類する。加速駆動や減速駆動をするときは、モータドライバ３０６から出力される駆動速度や、検出値演算部３０１において演算されるステッピングモータ１０１の回転角速度に基づいて、マイクロステップの分割数を設定する。定速駆動をするときは、目標駆動速度に基づいて、マイクロステップの分割数を一定の値とする。これにより低速で駆動する領域においても、マイクロステップの分割数を適切に設定することができる。また、フィードバック制御のもとで定速駆動をし、駆動周波数の揺らぎが生じた場合に、マイクロステップの分割数が頻繁に変化することを避けられる。
【００５２】
また、本実施形態では、フィードバック制御による駆動を行う場合に、駆動指令値に応じて、マイクロステップの分割数の切り替えを実行する駆動速度（分割数切り替え速度）を再設定するが、本発明はこれに限定されるものではない。分割数の切り替えを実行する駆動速度に幅を持たせ、駆動指令値に応じて適切な分割数切り替え速度を選択できるようにしてもよい。
【００５３】
［第２の実施形態］
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の一例として、レンズが着脱可能な一眼レフカメラの構成を示した図である。ここで、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、ミラーレスカメラ、顕微鏡であってもよく、レンズはカメラ本体と一体であってもよい。
【００５４】
フォーカスレンズ４００は、フォーカスレンズ支持部４１８によって固定され、ステッピングモータ４０２が回転することにより、伝達機構４０４を介して光軸方向に駆動される。ステッピングモータ４０２の回転軸上には、伝達機構４０４とエンコーダマグネット４０３が取り付けられている。ステッピングモータ４０２の回転に伴い発生するエンコーダマグネット４０３の磁界変化を磁気センサ４０１ａ、４０１ｂにより検出する。ここで、ステッピングモータ４０２の回転を検出する手段は、磁気センサに限られず、スリットを備える円板とフォトインタラプタを用いてもよい。
【００５５】
モータドライバ４０５は、ステッピングモータ４０２の励磁コイルに駆動電流を印加する。信号処理回路４０６は、磁気センサ４０１ａ、４０１ｂから得られる検出信号に信号処理を施す。さらに、信号処理回路４０６では、検出信号に対して、信号増幅やレベル変換、Ｄ／Ａ変換やノイズ除去のための高周波信号の除去等が行われる。さらに、検出信号に対して適切なフィルタ処理が施された後に、レンズ制御マイコン４０７へ出力される。レンズ制御マイコン４０７は、レンズ通信部４０８、フォーカスレンズ４００の移動量指示部４０９、速度指示部４１０、及びプログラムなどを記憶するＲＯＭ４１２、一時的な情報を記憶するＲＡＭ４１３から構成される。レンズ制御マイコン４０７は、モータドライバ４０５、信号処理回路４０６の制御を行う。
【００５６】
レンズ通信部４０８は、接点部４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃを介してカメラ通信部５０１から駆動命令等の情報を受信し、また、カメラ通信部５０１にレンズの状態を示す情報等を送信している。接点部４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃは、カメラ側におけるクロック信号ライン、カメラからレンズへのデータライン、レンズからカメラへのデータラインを示し、カメラ側の接点部５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃに接続される。移動量指示部４０９は、レンズ通信部４０８で受信した駆動命令を基にフォーカスレンズ４００の移動量を決定し、ＲＡＭ４１３に移動量に関する情報を記憶させる。
【００５７】
モータ制御部４１１は、１−２相駆動やマイクロステップ駆動等の駆動方式に応じてステッピングモータ４０２の各相へ励磁するパターンを生成し、モータドライバ４０５へ出力を行う。また、信号処理回路４０６から受信する信号により、ステッピングモータ４０２の回転状態を検知し、さらにステッピングモータ４０２の駆動速度の算出も行う。ズーム操作部４１４は、撮影者によって操作され、操作量に応じて不図示のズーム駆動に関連する光学系、メカ系が駆動する。
【００５８】
ＭＦ操作部４１５は、撮影者によって操作され、操作量に応じてフォーカスレンズ４００が駆動する。ＡＦ／ＭＦスイッチ４１６は、撮影者が、フォーカスの形式を、ＡＦ（オートフォーカス）とＭＦ（マニュアルフォーカス）のどちらかを選択するためのスイッチである。ＡＦが選択された場合、カメラからの合焦命令に従ってフォーカスレンズ４００は駆動する。一方、ＭＦが選択された場合、フォーカスレンズ４００は、カメラからの合焦命令があっても駆動せず、撮影者がＭＦ操作部４１５を操作することで、フォーカスレンズ４００を駆動させることができる。
【００５９】
カメラ側には、カメラを制御するカメラ制御マイコン５００が存在し、カメラ通信部５０１、レンズ制御部５０２、ＡＦ制御部５０３、ＲＯＭ５０４、ＲＡＭ５０５から構成される。カメラ通信部５０１は、接点５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃを介して、カメラ装置からレンズ装置へ駆動命令等の情報を送信し、レンズの状態を示す情報を受信する。接点５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃは、カメラ側におけるクロック信号ライン、カメラからレンズへのデータライン、レンズからカメラへのデータラインを示す。
【００６０】
レンズ制御部５０２は、レンズに対する駆動命令を生成する。ＲＯＭ５０４には、各種の制御を実行させるためのプログラム等が記憶される。ＲＡＭ５０５には、一時的に必要とされる情報が記憶される。撮影モード切替え部５０６は、撮影者によって操作され、フォーカス形式の選択や、静止画撮影モード、動画撮影モード等の撮影モードの切り替えが行われる。レリーズスイッチ５０７は、撮影者によって操作され、スイッチを押すことで静止画撮影が行われる。撮影された静止画は記録装置５１０へ記録される。撮影モード切替え部５０６でＡＦが選択され、さらにＡＦ／ＭＦスイッチ４１６でＡＦスイッチが選択されている状態で、レリーズスイッチ５０７が半押しされると、焦点調節が自動で行われる。
【００６１】
録画スイッチ５０８は、動画撮影用のスイッチであり、撮影者によって操作される。撮影された動画像は記録装置５１０へ記憶される。表示装置５０９は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成され、Ｆ値やＩＳＯなどの撮影に関する各情報の表示や、撮影画像等を表示する。記録装置５１０は、撮影された静止画や動画像を記録する不揮発性の半導体メモリである。記録装置５１０は、カメラに備え付けられたメモリでもよいし、ＳＤカードやＣＦカードなどのフラッシュメモリーカードを用いてもよい。マイクロフォン５１１は、動画撮影中の音声を音声データとして記録装置５１０へ記録する。
【００６２】
ここで、モータ制御部４１１は、第１の実施形態に示す検出値演算部３０１、制御部３０２、分割数設定部３０３、オープンループ制御回路３０４、フィードバック制御回路３０５を含む。モータ制御部４１１からの指令により、フォーカスレンズ４００等の光学素子が駆動される。また、モータ制御部４１１において、マイクロステップの分割数が決定される。
【００６３】
動画撮影中に、フォーカスレンズ４００の駆動により駆動音が発生すると、マイクロフォン５１１により駆動音として記録されてしまう。ステッピングモータ４０２で発生する駆動音として、モータの間欠駆動に伴う振動が挙げられる。本実施形態においては、マイクロステップ駆動によりロータの駆動を行うことにより、駆動音を低減している。高周波領域では、マイクロステップの分割数が小さくなり、駆動音の影響が大きくなるため、分割数の最小値をあらかじめ定めておく。これにより、モータ制御部４１１は、マイクロステップの分割数が、あらかじめ定められた最小値よりも小さくならないように制御することができる。
【００６４】
分割数が最小値をとるときの駆動速度を、ステッピングモータ４０２の駆動速度の上限とすることで、動画撮影中のフォーカスレンズ４００の駆動音を抑制することができる。また、フィードバック制御を行う際には、マイクロステップの分割数を一定にしてもよい。フィードバック制御を行う期間、オープンループ制御からフィードバック制御への切り替えが行われたときの分割数を保持し、一定にする。
【００６５】
以上のように、動画撮影中におけるマイクロステップの分割数を制限することにより、ロータの駆動音を低減することができるため、動画撮影中の静粛性が保たれる。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの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。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  ステッピングモータ
１０２  エンコーダ（ホールＩＣ）
１０３  エンコーダマグネット
１０４  ロータ軸
１０５  エンコーダホルダ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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