(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的小さな駆動力で急速に起動することができるステッピングモータ駆動装置を提供する。【解決手段】着磁されたロータ２２に対向するように複数のステータ２４が配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、各ステータの励磁用コイル２８に電流を流し、ロータを所定の起動準備位置Ｒ１へ回転させる起動準備回路と、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定される。【選択図】図８
2015050847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、
上記各ステータの励磁用コイルに電流を流し、上記ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、
上記ロータが上記起動準備位置に移動された後、上記各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、上記ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、
上記起動準備位置は、上記各励磁用コイルの非通電状態において、上記ロータが磁力により上記ステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、上記ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
上記駆動電流制御回路は、マイクロステップ励磁方式で回転磁界を発生させる請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
上記駆動電流制御回路は、上記ロータの起動直後から定常回転数の回転磁界を発生させる請求項１又は２記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】
ステッピングモータとこれを駆動するステッピングモータ駆動装置を備えたステッピングモータ駆動システムであって、
着磁されたロータと、
このロータに対向するように配置され、各々励磁用コイルを備えた複数のステータと、
上記各励磁用コイルに電流を流し、上記ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、
上記ロータが上記起動準備位置に移動された後、上記各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、上記ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、
上記起動準備位置は、上記各励磁用コイルの非通電状態において、上記ロータが磁力により上記ステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、上記ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴とするステッピングモータ駆動システム。
【請求項５】
レンズユニットであって、
レンズ鏡筒と、
このレンズ鏡筒の中に収容された撮像用レンズと、
上記レンズ鏡筒内に収容された機構を駆動するための請求項４記載のステッピングモータ駆動システムと、を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項６】
カメラであって、
カメラ本体と、
このカメラ本体に取り付けられた請求項５記載のレンズユニットと、を有することを特徴とするカメラ。
【請求項７】
着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータの駆動方法であって、
上記各ステータの励磁用コイルに電流を流し、上記ロータを所定の起動準備位置へ回転させる段階を有し、
上記起動準備位置は、上記各励磁用コイルの非通電状態において、上記ロータが磁力により上記ステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、上記ロータの起動方向に作用するように設定され、
さらに、上記ロータが上記起動準備位置に移動された後、上記各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、上記ロータを起動する段階と、を有することを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの駆動装置に関し、特に、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータのステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−２３７０４３号公報（特許文献１）には、ステッピングモータ駆動制御方法および装置が記載されている。このステッピングモータ駆動制御方法においては、ステッピングモータのＡ相及びＢ相の第１の励磁状態で、第１の前励磁を第１の時間実行する。次いで、第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相及びＢ相の第２の励磁状態で、第２の前励磁を第１の時間よりも長い第２の時間実行する。これにより、２度目の前励磁で相を正しく合わせることができ、従来の駆動方法よりも前励磁の期間を短くしても、加速状態にスムーズに移行することが確実になり、モータの立ち上げ時間を短縮することができる。
【０００３】
また、ステッピングモータの起動方法としては、起動開始時には励磁パルスの周期を長くしておき、少しずつ周期を短くすることにより徐々に回転数を上昇させ、次いで、目標とする回転数である定常回転数まで回転数が上昇した後、その回転数を維持する速度台形駆動方式等が知られている。即ち、ステッピングモータの起動直後から高回転数に相当する短周期の励磁パルスを印加してしまうと、加速に要するトルクが不足して、脱調が発生してしまう。このため、加速期間を設け、励磁パルスの周期を少しずつ短くすることにより脱調を防止しながら回転数を上昇させる、速度台形駆動方式が採用されている。なお、特開２００５−２３７０４３号公報記載の駆動制御方法は前励磁に要する期間を短縮するものであり、前励磁を実行した後は、従来の速度台形駆動方式等により加速を行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３７０４３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、光学機器の機構を駆動するためのアクチュエータとしてステッピングモータを使用することを想定した場合、特開２００５−２３７０４３号公報記載の駆動制御方法では、十分な立ち上げ時間の短縮ができないという問題がある。例えば、ステッピングモータを絞り機構の駆動に使用する場合、ステッピングモータを急速に起動して回転数を上昇させるが、定常回転数に到達した後は比較的短期間で停止される。従って、従来の速度台形駆動方式では、ステッピングモータの作動期間のうち加速期間が占める割合が多く、効率が悪い。
【０００６】
加速期間を短縮するために励磁パルスの周期を急速に短くし、短時間で定常回転数に対応する周期まで短縮すると、脱調が発生する。これを防止するためにはステータにより生成される磁界を強くして、大きな駆動力を得る必要があるが、多くの光学機器は電池を電源とするものであるため、駆動力の強化には限界がある。本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【０００７】
本発明は、比較的小さな駆動力で急速に起動することができるステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、起動準備回路は、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる。ここで、ステッピングモータのロータには、各励磁用コイルの非通電状態においてロータが磁力によりステータに吸引される位置がある。起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定される。駆動電流制御回路は、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、ステッピングモータの起動時において、ロータは起動準備位置に移動される。起動準備位置にあるロータには、起動方向へ向かうコギングトルクが作用する。起動準備位置にあるロータに対して、駆動電流制御回路による励磁によって発生するトルクが作用するため、コギングトルクと励磁によるトルクの合トルクにより、ロータを急速に起動することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、駆動電流制御回路は、マイクロステップ励磁方式で回転磁界を発生させる。
このように構成された本発明によれば、マイクロステップ励磁方式で回転磁界が発生されるので、起動準備位置に整合した位置から回転磁界を生成することができ、ロータを円滑に起動することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、駆動電流制御回路は、ロータの起動直後から定常回転数の回転磁界を発生させる。
このように構成された本発明によれば、ロータの回転数を漸増させる加速期間がないため、ステッピングモータを急速に起動することができる。
【００１３】
また、本発明は、ステッピングモータとこれを駆動するステッピングモータ駆動装置を備えたステッピングモータ駆動システムであって、着磁されたロータと、このロータに対向するように配置され、各々励磁用コイルを備えた複数のステータと、各励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明は、レンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に収容された撮像用レンズと、レンズ鏡筒内に収容された機構を駆動するための本発明のステッピングモータ駆動システムと、を有することを特徴としている。
また、本発明は、カメラであって、カメラ本体と、このカメラ本体に取り付けられた本発明のレンズユニットと、を有することを特徴としている。
【００１５】
さらに、本発明は、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータの駆動方法であって、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる段階を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定され、さらに、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する段階と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラによれば、比較的小さな駆動力でステッピングモータを急速に起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
【図２】開放状態における絞り機構の斜視図である。
【図３】開口径を絞った状態における絞り機構の斜視図である。
【図４】作動原理を説明するために簡略化されたステッピングモータの模式図である。
【図５】ステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する模式図である。
【図６】ステッピングモータのロータに作用するコギングトルクを説明する模式図である。
【図７】ステッピングモータを起動する際に、ステッピングモータ駆動装置により実行されるフローチャートである。
【図８】ステッピングモータの起動時においてロータが移動される起動準備位置を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態のステッピングモータ駆動装置により駆動されるステッピングモータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図８を参照して、本発明の実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、カメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、透過光量を調節する絞り機構１０と、を有する。
【００１９】
レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子Ｃに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。また、レンズ鏡筒６の内部に配置された絞り機構１０により、撮像素子Ｃに入射する光量を調整するように構成されている。
【００２０】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態によるカメラ１に内蔵されている絞り機構１０の構成を説明する。図２は開放状態における絞り機構１０の斜視図であり、図３は開口径を絞った状態における絞り機構１０の斜視図である。なお、図２及び図３は、絞り機構１０の絞り機構筐体の正面カバーを取り外した状態で示されている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、絞り機構１０は、絞り機構筐体１２と、動輪１４と、複数枚の絞り羽根１６と、カムプレート１７（図１）と、を有する。また、絞り機構１０は、固定部である絞り機構筐体１２の正面カバー１２ａ（図１）に取り付けられた、動輪１４を駆動するためのステッピングモータ１８（図１）を有する。
【００２２】
また、図１に示すように、レンズ鏡筒６にはステッピングモータ駆動装置２０が内蔵されており、ステッピングモータ１８は、このステッピングモータ駆動装置２０により作動される。さらに、ステッピングモータ駆動装置２０には、起動準備回路２０ａと、駆動電流制御回路２０ｂが備えられている。また、ステッピングモータ１８及びステッピングモータ駆動装置２０は、ステッピングモータ駆動システムを構成する。絞り機構１０は、カメラ本体４からの信号に基づいて、ステッピングモータ駆動システムにより駆動され、開度が変更される。本実施形態においては、起動準備回路２０ａ、及び駆動電流制御回路２０ｂは、マイクロプロセッサ、メモリ、これらを作動させるプログラム、及びオペアンプ（以上、図示せず）等により構成されている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、絞り機構筐体１２は、絞り機構１０の各部品が収納された箱形の部材であり、動輪１４を回動可能に支持している。また、絞り機構筐体１２には、動輪１４の開口部と整合するように円形の開口が設けられており、絞り機構１０に入射した光が通過できるようになっている。また、絞り機構筐体１２には、絞り機構筐体正面の開口部を覆うように正面カバー１２ａ（図１）が取り付けられている。この正面カバー１２ａにも、動輪１４の開口部と整合するように円形の開口が設けられている。
【００２４】
動輪１４は、円形の平板であり、その中心に円形の開口部１４ａが形成されている。この動輪１４は、絞り機構筐体１２により、中心軸線Ａを中心に回動可能に支持されている。なお、中心軸線Ａは、レンズユニット２の光軸Ａ（図１）と一致している。また、動輪１４には、中心軸線Ａを中心とする円の円周上に、８つの絞り羽根軸受１４ｂが設けられている。８枚の絞り羽根１６は、夫々、各絞り羽根軸受１４ｂを中心に回動可能に取り付けられている。
【００２５】
また、動輪１４の外周縁の一部には、ギア１４ｃが形成されている。このギア１４ｃは、ステッピングモータ１８の出力軸１８ａに取り付けられた歯車１８ｂ（図１）と係合されている。これにより、ステッピングモータ１８が起動されると、動輪１４が中心軸線Ａを中心に回動される。
【００２６】
絞り羽根１６は、先端に向かって先細に形成された薄板であり、本実施形態においては８枚設けられている。また、各絞り羽根１６には、中心軸線Ａと平行に延びる回転軸（図示せず）が設けられており、これら回転軸が動輪１４の各絞り羽根軸受１４ｂに受け入れられている。各絞り羽根１６が回転軸（図示せず）を中心に回動されることにより、絞り機構１０は、図２に示す開放状態や、図３に示すような絞られた状態をとることができる。
【００２７】
カムプレート１７（図１）はカム溝（図示せず）が形成されたドーナツ形の平板であり、絞り機構筐体１２内に、動輪１４と平行に固定されている。各絞り羽根１６は、カムプレート１７と動輪１４との間に挟まれるように配置されている。各絞り羽根１６のカムプレート側の面には、カムフォロワ突起（図示せず）が形成されており、これらのカムフォロワ突起は、カムプレート１７に形成された８本のカム溝（図示せず）に夫々受け入れられている。これにより、動輪１４がステッピングモータ１８により回動されると、これに取り付けられた各絞り羽根１６も動輪１４と共に回動される。この際、各絞り羽根１６に設けられたカムフォロワ突起（図示せず）がカムプレート１７のカム溝（図示せず）に沿って移動される。これにより、各絞り羽根１６は各絞り羽根軸受１４ｂを中心に回動され、絞りの開度が変更される。なお、本実施形態において採用されているカムプレート１７及び動輪１４によって各絞り羽根１６を回動させる機構は、広く使用されている周知の機構である。
【００２８】
次に、図４を参照して、一般的なステッピングモータの作動原理を説明する。
図４は、作動原理を説明するために簡略化されたステッピングモータの模式図であり、図４（ａ）〜（ｈ）の順に磁界を変化させることにより、ステッピングモータのロータが回転される。
図４に示すように、ステッピングモータ１８は、出力軸１８ａに取り付けられた円形のロータ２２と、このロータ２２と対向するように配置された４つのステータ２４ａ〜２４ｄと、を有する。
【００２９】
ロータ２２は円形の永久磁石であり、図４に示す例では、その直径を挟んで両側がＮ極及びＳ極に夫々着磁されている。
４つのステータは、夫々、鉄芯２６及びこれに巻かれた励磁用コイル２８を備えており、ロータ２２の周囲に等間隔に配置されている。各ステータ２４ａ〜２４ｄは、ロータ２２の半径方向の磁界を夫々発生されるように構成されており、励磁用コイル２８に流す電流の向きを反転させることにより、磁界の向きを反転させることができる。図４に示す例では、ロータ２２を挟んで対向するように設けられたステータ２４ａとステータ２４ｃがＡ相に、ステータ２４ｂとステータ２４ｄがＢ相に、夫々割り当てられている。
【００３０】
まず、図４（ａ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃの励磁用コイル２８に所定の方向の電流を流すことにより、各ステータは、図中に矢印で示す右向きの磁界を生成する。これらの磁界により、図中に大きな矢印で示す右向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は、図４（ａ）に示す回転位置に移動される。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄの励磁用コイル２８にも所定の方向の電流を流すことにより、ステータ２４ｂ、２４ｄは、図中に矢印で示す下向きの磁界を生成する。また、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃは、図４（ａ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す右下向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は時計回りに４５°回転され、図４（ｂ）に示す回転位置に移動される。
【００３２】
さらに、図４（ｃ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＢ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄによる下向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように下向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｃ）に示す回転位置に移動される。
【００３３】
次に、図４（ｄ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに、図４（ａ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ａ及びステータ２４ｃには、図中に矢印で示す左向きの磁界が生成される。また、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄは、図４（ｃ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す左下向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｄ）に示す回転位置に移動される。
【００３４】
さらに、図４（ｅ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＡ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃによる左向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように左向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｅ）に示す回転位置に移動される。
【００３５】
次に、図４（ｆ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄに、図４（ｃ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ｂ及びステータ２４ｄには、図中に矢印で示す上向きの磁界が生成される。また、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃは、図４（ｅ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す左上向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｆ）に示す回転位置に移動される。
【００３６】
さらに、図４（ｇ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＢ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄによる上向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように上向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｇ）に示す回転位置に移動される。
【００３７】
次に、図４（ｈ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに、図４（ｄ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ａ及びステータ２４ｃには、図中に矢印で示す右向きの磁界が生成される。また、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄは、図４（ｇ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す右上向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｈ）に示す回転位置に移動される。
【００３８】
以上、図４（ａ）〜（ｈ）に示したように、各ステータの励磁用コイルに流す電流を順次切り換える動作を繰り返すことにより、ロータ２２が回転駆動される。また、従来のステッピングモータの駆動方法においては、起動時には、図４（ａ）〜（ｈ）の磁界を切り換える周期を長くしておき、少しずつ周期を短縮することによりロータを加速している。次いで、磁界の切り換え周期が、目標とするロータの回転数である定常回転数に対応する周期に到達すると、切り換え周期が一定に維持される。さらに、従来のステッピングモータの駆動方法において採用されている「前励磁」においては、一般に、ロータが図４（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）の何れかの回転位置となるように、各励磁用コイルに電流が流される。
【００３９】
なお、図４に示す例では、簡略化するためにロータ２２は、Ｓ極、Ｎ極の２極に着磁されているが、ロータの円周方向に沿って多数のＳ極、Ｎ極が交互に配置された形式のロータが使用される場合が多い。また、図４に示す例では、４つのステータが設けられていたが、２つ以上の種々の数のステータが備えられたステッピングモータが使用されている。さらに、図４に例示した駆動は１−２相駆動と呼ばれる駆動方式であり、この他に１相駆動、２相駆動と呼ばれる駆動方式も広く使用されている。これらの駆動方式においては、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流はパルス状に変化される。
【００４０】
次に、図５を参照して、ステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する。
図５はステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する模式図である。
図４により説明した１−２相駆動、及び１相駆動、２相駆動においては、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は矩形波状に変化されている。従って、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界は、正方向の最大値、ゼロ、又は負方向の最大値の何れかである。これに対し、マイクロステップ駆動においては、図５（ｂ）に示すように、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は、正弦波状に変化され、Ａ相、Ｂ相の波形は９０°位相がずれている。これにより、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界は、正方向の最大値と負方向の最大値の間で連続的（多段階）に変化される。
【００４１】
例えば、図５（ｂ）の時刻ｔ１の状態においては、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は比較的小さい値を取り、図５（ａ）に示すように、ステータ２４ｂ、２４ｄは弱い磁界を生成する。一方、Ａ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は最大値に近い値を取り、図５（ａ）に示すように、ステータ２４ａ、２４ｃは強い磁界を生成する。これら、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界の合成磁界は、図５（ａ）に大きな矢印で示すように斜め４５°よりも水平に近い右上方向に向けられる。このように、Ａ相とＢ相のステータの励磁用コイルに流す電流を適宜配分することにより、任意の方向の合成磁界を生成することができる。マイクロステップ駆動においては、図５（ｂ）に示すように、各ステータの励磁用コイルに流れる電流を正弦波状に変化させることにより、合成磁界は時計回りに連続的（多段階）に回転される。この合成磁界の回転に伴いロータが回転される。
【００４２】
次に、図６を参照して、ロータに作用するコギングトルクを説明する。
図６は、ステッピングモータのロータに作用するコギングトルクを説明する模式図である。
図６（ａ）に示すように、ロータ２２は着磁されており、一方、ステータ２４ａ〜２４ｄの鉄芯２６は磁性材であるため、ステータ２４ａ〜２４ｄの各励磁用コイル２８に電流が流れていない状態においても、ロータ２２と各鉄芯２６の間には磁気による吸引力が作用する。図６（ａ）に示す状態では、ロータ２２のＳ極とステータ２４ｄの鉄芯２６、及びロータ２２のＮ極とステータ２４ｂの鉄芯２６が夫々近接しており、それらの間に吸引力が発生している。また、ロータ２２が図６（ａ）に示す状態から僅かに回転された位置にある場合には、ロータ２２を図６（ａ）に示す位置に戻すべく、ロータ２２にコギングトルクが作用する。
【００４３】
このように、ロータと各ステータの間には、励磁用コイルに通電されていない状態においても、ロータを所定の位置に回転させようとするトルクが作用する。図６（ａ）に示す例においては、ロータ２２上の点Ｑがステータ２４ｄに近接する位置（図６（ａ）に示す位置）の他、点Ｑがステータ２４ａ〜２４ｃに夫々近接する合計４つの回転位置に向けてロータ２２が吸引される。本明細書においては、このように、各励磁用コイルへの非通電状態において、ロータが磁力により吸引される回転位置を低ポテンシャル位置と呼ぶ。図６（ｂ）はロータの回転角とポテンシャルの関係を示す図であり、図６（ｂ）に示すように、ロータ２２は、３６０°の回転中に４つの低ポテンシャル点Ｐ１〜Ｐ４を通る。
【００４４】
ロータ２２が点Ｐ１〜Ｐ４の低ポテンシャル点の何れにも位置していない場合には、各励磁用コイルへの非通電状態においても、最も近い低ポテンシャル位置へ回転させるべくロータ２２にコギングトルクが作用する。また、励磁用コイル２８への通電が行われている状態においては、各ステータへの励磁に基づいて発生するトルクとコギングトルクが重畳されたトルクがロータ２２に作用する。なお、図６（ｂ）に示すように、ロータ２２が各低ポテンシャル点の中間点Ｐ１２、Ｐ２３、Ｐ３４、Ｐ４１にある場合（図６（ａ）の点Ｑが右上、右下、左下、左上の斜め４５度に向けられている場合）には、コギングトルクはゼロとなり、また、中間点の近傍ではコギングトルクは小さくなる。
【００４５】
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態によるステッピングモータ駆動装置の作用を説明する。
図７は、ステッピングモータを起動する際に、ステッピングモータ駆動装置により実行されるフローチャートである。図８は、ステッピングモータの起動時においてロータが移動される起動準備位置を説明する図である。
まず、図７のステップＳ１においては、ステッピングモータ駆動装置２０に内蔵された起動準備回路２０ａ（図１）により、ロータ２２が所定の起動準備位置へ回転される。
【００４６】
ここでは、一例として、ロータ２２が図８（ａ）の位置にある状態からステッピングモータ１８を時計回りに起動する場合における起動準備位置の設定ついて説明する。図８（ａ）においては、ロータ２２は、点Ｑがステータ２４ａに近接した低ポテンシャル位置にある。このロータ２２の位置を、図８（ｂ）の低ポテンシャル点Ｐ２に対応する低ポテンシャル位置とする。この低ポテンシャル位置を第１の低ポテンシャル位置として、ロータ２２を時計回りに起動する場合、起動準備位置は次のように設定される。即ち、起動準備位置は、第１の低ポテンシャル位置（低ポテンシャル点Ｐ２）に対して、ロータの起動方向とは反対の側で隣接する第２の低ポテンシャル位置（低ポテンシャル点Ｐ１）との間であって、これらの低ポテンシャル位置の中間点（点Ｐ１２）よりも第１の低ポテンシャル位置（点Ｐ２）に近い位置（点Ｒ１）に設定される。このように起動準備位置を設定することにより、コギングトルクがロータの起動方向に作用する。
【００４７】
このように、起動準備位置は、低ポテンシャル点Ｐ２と中間点Ｐ１２の間の点（例えば、点Ｒ１）に、即ち、ロータ２２が図８（ａ）に示す位置から反時計回りに４５°未満回転された位置（例えば、点Ｑが点Ｑ’まで反時計回りに回転された位置）に設定される。本実施形態においては、ロータ２２を時計回りに起動させる場合、ロータ２２を反時計回りに約４２°回転させた点を起動準備位置としている。好ましくは、起動準備位置は、隣接する低ポテンシャル位置までの回転角の約１／４〜約１／２だけ、起動方向とは逆の方向に回転された位置に設定する。即ち、図８（ａ）に示す例においては、起動準備位置は、約２２．５°〜約４５°逆方向に回転された位置に設定するのがよい。低ポテンシャル位置は、実際には製造上のばらつきがあるため、励磁の戻し量は４５°（隣接する低ポテンシャル位置までの回転角の１／２）よりは若干少なくするのが望ましい。
【００４８】
なお、ロータ２２の起動準備位置への移動は、図５により説明したマイクロステップ駆動と同様に、Ａ相のステータの励磁用コイルに流す電流と、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流す電流を適宜配分することにより実行される。また、本実施形態においては、低ポテンシャル位置から起動準備位置へロータ２２を移動させる際、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流す電流は、瞬時に起動準備位置に対応した電流に切り換えられる。或いは、変形例として、起動準備位置へ移動させる際、励磁用コイルに流す電流を少しずつ変化させ、起動準備位置に対応した電流に設定することもできる。
【００４９】
次に、図７のステップＳ２においては、ロータ２２が起動準備位置に移動された後、ステッピングモータ駆動装置２０に内蔵された駆動電流制御回路２０ｂ（図１）により、各ステータの励磁用コイル２８に電流が流され、時計回りの回転磁界が生成される。これによりロータ２２が回転され、ステッピングモータ１８が起動される。即ち、図８（ａ）において、ロータ２２が低ポテンシャル点から反時計回りに回転移動された起動準備位置から、ロータ２２が時計回りに起動される。また、点Ｑは、図８（ｂ）において、点Ｒ１から点Ｐ２→点Ｐ２３→点Ｐ３→点Ｐ３４→点Ｐ４．．．と移動される。
【００５０】
なお、本実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、図５により説明したマイクロステップ駆動方式により、各ステータの励磁用コイル２８に電流を流し、回転磁界を生成する。例えば、起動準備位置におけるＡ相、Ｂ相の電流配分が、図５（ｂ）の時刻ｔ１の電流配分に相当するとすれば、駆動電流制御回路２０ｂは、時刻ｔ１の状態から出発して、正弦波状の電流を各ステータの励磁用コイル２８に流す。また、本実施形態においては、各励磁用コイル２８に流れる正弦波状の電流波形の周期は、ロータ２２の起動直後から目標とする定常回転数の回転磁界が発生されるように設定されている。即ち、各励磁用コイル２８には、最初から、定常回転数に対応した一定の周波数の電流が流される。このため本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、電流波形の周期を少しずつ短くする（周波数を高くする）加速期間が存在せず、脱調することなく、ステッピングモータ１８を急速に起動させることができる。
【００５１】
このような急速な起動は、一旦ロータ２２を起動準備位置に移動させることにより可能にされたものである。即ち、起動準備位置に位置決めされたロータ２２には、ロータ２２を起動方向（図８の例では時計回り）に回転させるコギングトルクが作用しており、このコギングトルクと、各ステータへの励磁により生成されるトルクが重畳されることにより大きな起動トルクを得ることができ、急速な起動が可能となる。これに対し、従来のステッピングモータの駆動方法では、一般に、起動時において「前励磁」が実施される。この「前励磁」においては、通常、ロータは何れかの低ポテンシャル位置（図８（ｂ）における点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に移動される。これらの低ポテンシャル位置からの起動される場合、起動は、各ステータへの励磁により生成されるトルクのみによって行われ、コギングトルクは起動を妨げる方向に作用する。このため、従来の駆動方法では、急速な起動を行うことができず、各ステータの励磁用コイルに流す電流波形の周期を少しずつ短くし、緩やかに加速を行うことにより脱調を防止している。これに対して、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０においては、コギングトルクによって加速が補助されるため、急速な起動が可能になる。
【００５２】
本件発明者が行った実験によれば、一例として、前励磁を行うことなくステッピングモータを起動させた場合、２相換算３１２．５ｐｐｓの回転速度で脱調なく起動させるには最低１．１５９Ｖの電圧が必要であった。また、前励磁を行った場合には、最低電圧は１．０１１Ｖであった。これに対し、本発明の実施形態の駆動方法を使用した場合、同一条件において、ステッピングモータを最低電圧０．８３３Ｖで起動することができた。さらに、約１秒かけて緩やかにロータを起動準備位置まで移動させた後、起動を行った場合、最低電圧０．８２３Ｖで起動することが可能であり、最低起動電圧を更に低下させることができた。このように、本実施形態の駆動方法によれば、より低い電圧でステッピングモータを起動することができる。換言すれば、本実施形態の駆動方法によれば、同一の駆動電圧に対して、より急速にロータを起動することができる。なお、上記の電圧は、ＰＷＭ変調によりパルス状に印加された電圧を、連続的な電圧値に換算した値である。また、図５により説明したマイクロステップ駆動の場合においても、ＰＷＭ変調により電圧を印加し、各ステータの励磁用コイルに実質的に正弦波状の電流を流すことができる。
【００５３】
なお、図８に示す例では、ロータ２２が低ポテンシャル点Ｐ２から時計回りに起動される場合について説明したが、任意の点からロータ２２を起動することができる。また、図８に示す例では、ロータ２２は時計回りに起動されているが、ロータ２２を反時計回りに起動することもできる。この場合には、ロータ２２を例えば、低ポテンシャル点Ｐ２から時計回りに起動準備位置Ｒ２へ回転させておき、この位置から反時計回りの回転磁界を発生させることにより、ロータ２２を反時計回りに起動することができる。
【００５４】
本発明の実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、ステッピングモータ１８の起動時において、ロータ２２は起動準備位置（図８のＲ１又はＲ２）に移動される。起動準備位置は、ロータ２２に起動方向へ向かうコギングトルクが作用するように設定されている。即ち、時計回りに起動される場合には中間点Ｐ１２よりも低ポテンシャル点Ｐ２に近い点Ｒ１に、反時計回りに起動される場合には中間点Ｐ２３よりも低ポテンシャル点Ｐ２に近い点Ｒ２に、起動準備位置が設定される。この結果、起動準備位置にあるロータ２２に対して、駆動電流制御回路２０ｂによる励磁により発生するトルクが作用するため、コギングトルクと励磁によるトルクの合トルクにより、ロータ２２を急速に起動することができる。
【００５５】
また、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、マイクロステップ励磁方式で回転磁界が発生される。このため、ロータ２２を起動準備位置に移動させたＡ相、Ｂ相のステータの励磁状態から、連続的に回転磁界を生成することができ、ロータ２２を円滑に起動することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２の起動直後から定常回転数の回転磁界を発生させる。このため、ロータ２２の回転数を漸増させる加速期間がないため、ステッピングモータ１８を急速に起動することができる。また、一般に、各ステータを励磁する励磁電流の周波数とロータに作用するトルクの関係は一定ではなく、生成されるトルクが大きく落ち込む周波数が存在する。この結果、加速期間中に励磁電流の周波数を漸増させると、或る周波数帯でトルクが低下する場合があり、これが円滑な加速を阻害する。本実施形態によれば、起動直後から定常回転数の回転磁界が生成されるので、このようなトルクムラによる悪影響を回避することができる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した本発明の実施形態では、ロータの周囲に４つのステータが等間隔に配置されたステッピングモータの起動を説明したが、任意のタイプのステッピングモータに本発明を適用することができる。
【００５８】
例えば、図９に示すようなステッピングモータに、本発明を適用することができる。図９に示すステッピングモータ３０は、ロータ３２と、これに対向するように配置された２つのステータ３４ａ、３４ｂを有する。また、２つのステータ３４ａ、３４ｂは、図９に示すように、ロータ３２の両側に「ハ」の字型に配置されている。このような形態のステッピングモータは、撮像用レンズ周囲の少ないスペースに配置可能であるため、レンズ鏡筒内に組み込むステッピングモータとして、特に好適である。
【００５９】
さらに、上述した本発明の実施形態においては、絞り機構駆動用のステッピングモータに本発明を適用していたが、任意の用途のステッピングモータに本発明を適用することができる。なお、本発明の適用が好適な、レンズ鏡筒内に収容される機構としては、絞り機構の他に、例えば、像振れ防止用レンズの係止機構、フィルタの駆動機構等がある。
【００６０】
また、上述した実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２が起動準備位置に移動された後、マイクロステップ駆動方式によりロータ２２を駆動しているが、変形例として、２相駆動方式、又は１−２相駆動方式によってロータ２２を駆動することもできる。
【００６１】
さらに、上述した実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２の起動直後から定常回転数の回転磁界が発生されるように各ステータを励磁していたが、ロータ２２を起動準備位置に移動させた後、速度台形駆動方式によりロータ２２を駆動することもできる。本実施形態の駆動電流制御回路２０ｂによれば、速度台形駆動方式による起動を行う場合であっても、その加速期間を短く設定することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１    本発明の実施形態のカメラ
２    レンズユニット
４    カメラ本体
６    レンズ鏡筒
８    撮像用レンズ
１０    絞り機構
１２    絞り機構筐体
１２ａ  正面カバー
１４    動輪
１４ａ  開口部
１４ｂ  絞り羽根軸受
１４ｃ  ギア
１６    絞り羽根
１７    カムプレート
１８    ステッピングモータ
１８ａ  出力軸
１８ｂ  歯車
２０    ステッピングモータ駆動装置
２０ａ  起動準備回路
２０ｂ  駆動電流制御回路
２２    ロータ
２４ａ〜２４ｄ  ステータ
２６    鉄芯
２８    励磁用コイル
３０    ステッピングモータ
３２    ロータ
３４ａ、３４ｂ  ステータ
【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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