(57)【要約】【課題】比較的簡単に安定したフィードバック制御を行うこと【解決手段】ステッピングモータ１１４の回転位置に応じた信号を出力するホールセンサ１１８と、アクチュエータを制御するレンズＣＰＵ１２０と、を有する。ステッピングモータ１１４の加速に際してその振動量がピークを超えて所定の量まで減少したときの駆動速度を閾値速度とするとき、レンズＣＰＵは、ステッピングモータの駆動速度が閾値速度未満のときはオープンループ制御によってステッピングモータを制御し、駆動速度が閾値速度以上のときは、エンコーダから出力される信号に基づく進角制御によってステッピングモータを制御する。【選択図】図１
2015023700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダと、
前記アクチュエータを制御する制御手段と、
を有し、
前記アクチュエータの加速に際して前記アクチュエータの振動量がピークを超えて所定の量まで減少したときの前記アクチュエータの駆動速度を閾値速度とするとき、前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度未満のときはオープンループ制御によって前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度以上のときは、前記エンコーダから出力される信号に基づく進角制御によって前記アクチュエータを制御することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定の速度に到達したか否かを、前記アクチュエータの駆動速度と、前記信号から算出される周期変動量を用いて判断することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、進角制御の期間中において、前記アクチュエータを減速させるときは、前記アクチュエータの駆動速度が前記所定の速度まで減速したときに、進角制御からオープンループ制御に切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータの制御装置。
【請求項４】
アクチュエータの駆動に応じた信号を生成するエンコーダと、
前記エンコーダによって生成される信号を用いて進角を制御する進角制御で前記アクチュエータを制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記エンコーダによって生成される信号に含まれる情報から、前記アクチュエータの駆動速度に応じて変化する前記アクチュエータの振動量を取得し、
前記アクチュエータの振動量が所定量以上の共振領域においては、前記エンコーダによって生成される信号に含まれるジッタ成分を第１のジッタ除去幅で除去し、
前記アクチュエータの振動量が所定量よりも小さい非共振領域においては、前記ジッタ成分を、前記第１のジッタ除去幅よりも狭い第２のジッタ除去幅で除去することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項５】
アクチュエータの駆動に応じた信号を生成するエンコーダと、
前記エンコーダによって生成される信号を用いて進角を制御する進角制御により前記アクチュエータを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記エンコーダによって生成される信号に含まれる情報から、前記アクチュエータの駆動速度に応じて変化する前記アクチュエータの振動量を取得し、
前記アクチュエータの振動量が所定量以上の共振領域においては、第１のゲインを用いて進角変化量を算出し、
前記アクチュエータの振動量が所定量よりも小さい非共振領域においては、前記第１のゲインより高い第２のゲインを用いて進角変化量を算出することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項６】
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５のうちいずれか１項に記載のアクチュエータの制御装置と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記アクチュエータはステッピングモータであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
アクチュエータの加速に際して前記アクチュエータの振動量がピークを超えて所定の量まで減少したときの前記アクチュエータの駆動速度を閾値速度とするとき、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度未満のときはオープンループ制御によって前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度以上のときは、前記アクチュエータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダから出力される信号に基づく進角制御によって前記アクチュエータを制御することを特徴とするアクチュエータの制御方法。
【請求項９】
アクチュエータの駆動に応じた信号を生成するエンコーダによって生成される信号を用いて進角を制御する進角制御により前記アクチュエータを制御するアクチュエータの制御方法であって、
前記エンコーダによって生成される信号に含まれる情報から、前記アクチュエータの駆動速度に応じて変化する前記アクチュエータの振動量を取得するステップと、
前記アクチュエータの振動量が所定量以上の共振領域においては、第１のゲインを用いて進角変化量を算出するステップと、
前記アクチュエータの振動量が所定量よりも小さい非共振領域においては、前記第１のゲインより高い第２のゲインを用いて進角変化量を算出するステップと、
を有することを特徴とするアクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダを備えたアクチュエータの制御装置および制御方法に関する。
【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フィードバック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。特許文献２は、１次指令パルスとロータ位置パルスとの偏差を所定範囲に維持し、加減速時の脱調または定速駆動時の振動を抑制する、ステッピングモータの制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８９２９３号公報
【特許文献２】特許第４１３３０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステッピングモータの動作を、駆動速度（回転相度）と振動量で表した場合、共振点を含む共振領域ではフィードバック制御が不安定になり、騒音も増大する。例えば、制御周期が振動周期に対して十分に短くないと励磁切替えに対するロータの回転位置の偏差が大きくなり、脱調するおそれがある。また、特許文献２では、偏差が所定範囲になるように駆動制御部への２次指令パルスの出力を制御する専用の回路が必要になるか、ソフトウェアで処理するためには高速制御のための高性能なマイコンが必要となる。このため、消費電力の増加からステッピングモータがカメラのフォーカスレンズの駆動手段に使用されれば、撮影可能枚数の減少やバッテリーの大容量化による製品の大型化を招く。
【０００５】
本発明は、比較的簡単に安定したフィードバック制御を行うことが可能なアクチュエータの制御装置および制御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】
【０００６】
本発明のアクチュエータの制御装置は、アクチュエータの回転位置に応じた信号を出力するエンコーダと、前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、前記アクチュエータの加速に際して前記アクチュエータの振動量がピークを超えて所定の量まで減少したときの前記アクチュエータの駆動速度を閾値速度とするとき、前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度未満のときはオープンループ制御によって前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの駆動速度が閾値速度以上のときは、前記エンコーダから出力される信号に基づく進角制御によって前記アクチュエータを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、比較的簡単に安定したフィードバック制御を行うことが可能なアクチュエータの制御装置および制御方法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】本発明のステッピングモータの制御を示すグラフである。（実施例１）
【図６】本発明の制御モードの切換え処理を示すフローチャートである。（実施例１）
【図７】本発明の制御モードの切換え処理を示すフローチャートである。（実施例１）
【図８】図６（ａ）の変形例のフローチャートである。（実施例１）
【図９】本発明のフィードバック制御を示すフローチャートとグラフである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態のカメラシステム（光学機器）のブロック図である。本実施形態のカメラシステムは、図１に示すように、アクチュエータの一例であるステッピングモータ１１４を有する交換レンズ１００と、カメラ本体（撮像装置）２００から構成されている。交換レンズ１００は、カメラ本体２００との間に設けられたマウント３００を介してカメラ本体２００と着脱自在である。
【００１０】
なお、撮像装置は、静止画撮影用のデジタルスチルカメラや動画撮影用のデジタルビデオカメラでもよく、また、一眼レフカメラに限定されず、ミラーレスカメラ、コンパクトカメラであってもよい。また、レンズ装置がカメラ本体と一体構成であってもよい。更に、アクチュエータは、ステッピングモータに限定されず、ボイスコイルモータやブラシレスモータ等であってもよい。
【００１１】
カメラ本体２００と交換レンズ１００は、マウント３００を介して接続される。交換レンズ１００内のレンズＣＰＵ（レンズ制御手段）１２０とカメラ本体２００内のカメラＣＰＵ（カメラ制御手段）２０１はマウント３００に具備された通信端子３０１を介して互いに通信自在に接続される。これによって、レンズＣＰＵ１２０はカメラＣＰＵ２０１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１１１、絞り１１２、ズームレンズ１１３、レンズＣＰＵ１２０、ステッピングモータ１１４、回転検出用センサマグネット１１７、ホールセンサ１１８、モータドライバ１０１を有する。
【００１４】
フォーカスレンズ（光学素子、被駆動部材）１１１は、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１１０に含まれ、（一点鎖線で示す光軸方向に沿った）矢印の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１１１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１１４は、モータドライバ１０１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１１１を駆動させる可動部１１６に取り付けられる。ステッピングモータ１１４を駆動することでフォーカスレンズ１１１を光軸方向に沿って駆動させることができる。
【００１６】
ホールセンサ１１８は、ステッピングモータ１１４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。エンコーダはアクチュエータの駆動に応じた信号を生成、出力する。
【００１７】
モータドライバ１０１は、レンズＣＰＵ１２０からの駆動指示命令を受け、フォーカスレンズ１１１を駆動するためにパルス電流をステッピングモータ１１４にステップ単位で印加する。あるいは、ステップ駆動方式ではモータ内部のロータ振動により駆動騒音が大きくなるため、静音駆動が求められる場合にはステッピングモータへ印加する駆動信号を正弦波形状の波形とする、いわゆるマイクロステップ駆動方式で駆動をおこなう。
【００１８】
レンズＣＰＵ１２０は、カメラＣＰＵ２０１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１０１に駆動信号を出力し、ステッピングモータ１１４を駆動し、マイクロコンピュータから構成される。また、レンズＣＰＵ１２０は、ホールセンサ１１８の出力信号からステッピングモータ１１４の回転状態を表わすフィードバック情報を得て、ステッピングモータ１１４を制御目標に駆動制御するフィードバック制御を行う。これにより、フォーカスレンズ１１１を所望の位置に駆動することができる。このように、レンズＣＰＵ１２０は、エンコーダが生成する信号を用いないオープンループ制御によってアクチュエータを制御すると共にエンコーダが生成する信号を用いたフィードバック制御によってアクチュエータを制御する。レンズＣＰＵ１２０は、エンコーダによって生成される信号に含まれる情報から、アクチュエータの駆動速度に応じて変化するアクチュエータの駆動量を取得する。エンコーダとレンズＣＰＵ１２０はアクチュエータの制御装置を構成する。また、アクチュエータの制御方法も本発明の一側面を構成する。
【００１９】
カメラ本体２００は、カメラＣＰＵ２０１，撮像素子２０２、画像処理部２０３、表示部２０４、画像記録部２０５、電源部２０６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画像処理部２０３に出力する。
【００２１】
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ＣＰＵ２０１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などに基づく各種の画像を表示する。
【００２２】
電源部２０６は、カメラ本体２００内のカメラＣＰＵ２０１等の電子部品や各種アクチュエータへ電力を供給する電源であり、交換レンズ１００が装着された際は、マウント３００に具備された電源供給端子３０２を経由して交換レンズ１００へ電力を供給する。
【００２３】
カメラＣＰＵ２０１は、カメラ本体２００の各種動作の制御を行い、マイクロコンピュータから構成される。
【００２４】
また、カメラＣＰＵ２０１は、撮影処理として、撮像素子２０２にて被写体の画像信号を取得し、後続の画像処理部２０３にて撮影画像データを生成するために必要な現像処理や画像補正などの各種画像処理を行わせた後に画像記録部２０５へ保存する。ＡＦ（オートフォーカス）時にフォーカスレンズ１１１を駆動する必要がある場合に、カメラＣＰＵ２０１はフォーカスレンズ１１１の目標位置、駆動速度を含む駆動命令をレンズＣＰＵ１２０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１１４、回転軸１１５、センサマグネット１１７、ホールセンサ１１８、で構成される。ホールセンサ１１８とセンサマグネット１１７はロータリーエンコーダ（相対値エンコーダ）を構成する。
【００２６】
センサマグネット１１７は、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り、回転軸１１５の軸上に取り付けられている。回転体の形状は円板形状などに限定されない。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１１４の磁極数と同数の１０極で着磁されている。
【００２７】
ホールセンサ１１８は磁気パターン列を磁気的に検出する手段である。即ち、本実施形態では、機械的に設計された位置にホールセンサ１１８が取り付けられ、ステッピングモータ１１４のロータ回転に伴い回転軸１１５が回転する。これに伴って、回転軸１１５の軸上に装備されたセンサマグネット１１７も回転する。この回転情報は、センサマグネット１１７に対向する位置に近接するように配置されたホールセンサ１１８が受ける磁束密度が変化し、ホールセンサ１１８の出力信号が変化する。
【００２８】
エンコーダインタフェース回路１０２は、ホールセンサ１１８の出力信号をモータコントローラ１２２が扱える信号形式へ変換する。別の構成として、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が対応する構成により、検出用光路が形成され、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。
【００２９】
図３は、フォーカスレンズ１１１を駆動する電気回路を含むアクチュエータの駆動システムのブロック図であり、ステッピングモータ１１４以外の構成要素は、モータを駆動制御するための制御部に相当する。
【００３０】
以下に、ステッピングモータ１１４の駆動制御処理の流れに沿って、各構成要素における処理内容について説明する。まず初めに、停止状態にあるステッピングモータ１１４を回転開始時の所定の励磁条件に従って駆動開始を行う。ステッピングモータ１１４が回転することでホールセンサ１１８が受ける磁界が変化し、ホールセンサ１１８の出力信号波形が変化する。
【００３１】
ホールセンサ１１８からは位相が９０度ずれた２つの正弦波信号が出力され、エンコーダインタフェース回路１０２へ入力される。２つの正弦波入力に対してアークタンジェント（ＡＴＡＮ）処理を行うことにより、モータコントローラ１２２で処理が可能なモータ回転情報に変換する。このモータ回転情報の具体的な信号形態は、デジタルのパルス信号であり、センサマグネット１１７の磁極が切り替わったタイミングで論理レベルが変化する。また、出力信号の形式としては前述のパルス信号のほかに、モータ軸の回転情報を正弦波信号として出力する形態も併せ持つ。
【００３２】
次に、モータコントローラ１２２は、処理の流れに沿って、駆動状態判定部１２３、制御モード決定部１２４、オープンループ制御部１２５、フィードバック制御部１２６により構成される。
【００３３】
駆動状態判定部１２３は、エンコーダインタフェース回路１０２から得られたエンコーダ信号と現在の駆動条件から決定される係数αに基づいてステッピングモータ１１４の駆動状態を表す安定度Ｓを算出する。駆動状態判定部１２３は、安定度Ｓをカメラ本体２００の撮影状態等により設定された閾値Ｔｈと比較し、駆動状態が安定的か振動的かを判定し、判定結果を制御モード決定部１２４へ通知する。
【００３４】
制御モード決定部１２４は、駆動状態判定部１２３から得られた判定結果と交換レンズ１００の状態情報に基づき、ステッピングモータ１１４を駆動する駆動制御モードを決定する。状態情報とは、ステッピングモータ１１４へ印可される駆動電圧や供給可能な駆動電流、不図示の温度センサから得られたレンズ内部温度等の情報を含む。決定される駆動制御モードは、オープンループ制御モードまたはフィードバック制御モードである。制御モード決定部１２４は、決定された制御モードに対応するオープンループ制御部１２５またはフィードバック制御部１２６へ必要な情報および指示を与える。
【００３５】
オープンループ制御部１２５は、制御モード決定部１２４でオープンループ制御モードが選択された場合にエンコーダ信号は使用しないオープンループ制御を実施し、駆動波形生成用のタイミングを駆動波形生成部１２７へ出力する。
【００３６】
フィードバック制御部１２６は、制御モード決定部１２４でフィードバック制御モードが選択された場合にエンコーダ信号を使用したフィードバック制御を実施し、駆動波形生成用のタイミングを駆動波形生成部１２７へ出力する。
【００３７】
駆動波形生成部１２７は、正弦波１周期に対して５１２分解能のテーブル値を備え、各々テーブル値にはパルス幅変調（ＰＷＭ）のデューティ比データを格納している。
【００３８】
図４は、正弦波１周期のＰＷＭ出力データの詳細を示す。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。各テーブルに格納されたＰＷＭ値はタイマ回路へ設定されることでＰＷＭ信号に変換され、モータドライバ１０１へ出力する。
【００３９】
モータドライバ１０１は、ＰＷＭ信号を増幅して励磁駆動信号としてステッピングモータ１１４へ出力する。ステッピングモータ１１４は、Ａ相用コイルＭ１、Ｂ相用コイルＭ２を有する。モータドライバから出力される励磁駆動信号を受けて、ステータＡ（＋）Ｍ３、ステータＡ（−）Ｍ４、ステータＢ（＋）Ｍ５、ステータＢ（−）Ｍ６に異なる位相の４種の正弦波信号を発生させる。
【００４０】
ロータマグネットＭ７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（＋）Ｍ３、ステータＢ（＋）Ｍ５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、ステータＡ（−）Ｍ４、ステータＢ（−）Ｍ６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Ｍ７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。
【００４１】
マグネットロータの磁界に対してステータの励磁位相の進み角を「進角」と呼ぶ。本実施形態のフィードバック制御では進角を調整することで、フォーカスレンズ１１１の駆動速度を満足させる。
【００４２】
ステータに対してマグネットロータは遅れて追従するため、駆動状態であれば０度よりも大きい進角が保証される。進角が９０度まではトルクは上昇するが、９０度を超えるとトルクは低下し、負荷トルクよりも小さくなると脱調する。そのため、進角は０度よりも大きく９０度以下の範囲で制限される。
【００４３】
従って、マグネットロータと同様の磁界変化を示すセンサマグネット１１７の磁界変化をホールセンサ１１８で検出し、角速度偏差があればホールセンサ１１８の出力信号を基に励磁波形の切替えタイミングを遅速させる。なお、角速度偏差はカメラＣＰＵ２０１から与えられる目標となる角速度と、ホールセンサ１１８の出力信号から観測されるエンコーダマグネット１１７の回転周期である現在の角速度との差分値である。
【実施例１】
【００４４】
図５は、実施例１のレンズＣＰＵ１２０によるステッピングモータ１１４のオープンループ制御とフィードバック制御を示すグラフである。横軸は角速度、縦軸は振動量である。同図に示すように、アクチュエータであるステッピングモータ１１４には、振動量がピーク（極大点）となる角速度（駆動速度）ＳＰ２が存在する。以下、この角速度ＳＰ２を「共振点」と呼び、共振点を含み、振動量が所定量以上の駆動速度領域を「共振領域Ｕ」と呼ぶ。
【００４５】
従来は、レンズＣＰＵは、ステッピングモータ１１４の角速度（または回転数）ＳＰが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可能な速度ＳＰ１になったときにフィードバック制御に切り替えていた。しかしながら、閾値ＳＰ１は、図５に示すように、共振領域Ｕにあることが多く、共振領域Ｕでフィードバック制御が不安定になるおそれがあった。即ち、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、切り替え可能な駆動速度に到達してすぐに行うと、共振等の影響により、制御が不安定になることがある。
【００４６】
そこで、実施例１のレンズＣＰＵ１２０は、アクチュエータを加速に際して、駆動速度ＳＰが振動量のピークとなる共振点を超え、振動量が所定の量Ｖ１まで下がったときの閾値速度ＳＰ３まではオープンループ制御によってアクチュエータを制御する。つまり、レンズＣＰＵ１２０は、アクチュエータの駆動速度が閾値速度未満のときはオープンループ制御によってアクチュエータを制御する。そして、レンズＣＰＵ１２０は、駆動速度が閾値速度以上の領域（ＳＰ≧ＳＰ３）ではエンコーダから出力される信号に基づくフィードバック制御（進角制御）によってアクチュエータを制御することとした。ＳＰ１≦ＳＰ２≦ＳＰ３である。これにより、共振領域Ｕを超えた後でフィードバック制御に切り替わるので、フィードバック制御が安定し、駆動騒音を抑えることができる。このように、エンコーダからの出力を用いて、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を行う駆動速度を設定することで、安定的に制御の切り替えを行うことができる。
【００４７】
しかしながら、振動量が所定量Ｖ１まで下がったときの閾値速度ＳＰ３の値はアクチュエータごとにばらつくため、本実施例では、幾つかの方法によってこれを検出している。なお、エンコーダからの信号は、規定間隔の駆動軸位置ごとに信号が変化するパルス信号、または駆動軸位置に対してリニアに変化する信号である。
【００４８】
図６は、現在の駆動速度が閾値速度ＳＰ３であるかどうかを安定度Ｓが閾値Ｔｈであるかどうかを判断することによって判断する例である。図６（ａ）は、実施例１のレンズＣＰＵ１２０による、ステッピングモータ１１４の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処理を示すフローチャートである。「Ｓ」はステップを表し、図６（ａ）以降の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行させるプログラムとして具現化が可能である。本実施例の駆動開始時点では、レンズＣＰＵ１２０はオープンループ制御でステッピングモータ１１４を駆動制御し、その後フィードバック制御へ切り替える。
【００４９】
まず、レンズＣＰＵ１２０のモータコントローラ１２２の制御モード決定部１２４は、Ｓ１００において、駆動停止中に制御モードをオープンループ制御モードに設定する。次に、レンズＣＰＵ１２０のモータコントローラ１２２のオープンループ制御部１２５は、駆動速度ＳＰの初速を予め決められた速度テーブルデータから選択して設定する。
【００５０】
次に、レンズＣＰＵ１２０のモータコントローラ１２２のオープンループ制御部１２５は、Ｓ１０１にて、オープンループ制御での駆動開始処理を実施する。ここでは、速度テーブルの「０」に対応する角速度が使用される。オープンループ制御は、設定速度を一定時間維持する既知のマイクロステップ駆動を使用する。
【００５１】
次に、オープンループ制御部１２５は、Ｓ１０２にて、駆動速度ＳＰを速度テーブルデータに基づいて増加する。ここでは、速度テーブルの「１」に対応する角速度が使用される。
【００５２】
次に、Ｓ１０３にて、制御モード決定部１２４は駆動速度ＳＰがオープンループ制御からフィードバック制御へ切り替え可能な閾値度ＳＰ１に達したかどうかを判断する。達していなければフローはＳ１０２へ戻り、速度テーブルの「２」に対応する角速度が設定され、達していれば、Ｓ１０４にてカメラＣＰＵ２０１から設定情報を取得する。設定情報は、撮影モードとして静止画撮影モードまたは動画撮影モードのどちらであるか、現在の録画状態として録画記録状態または非録画記録状態のどちらであるか、マイクから取得される音情報からレンズ駆動騒音を判断して得られる所定の閾値Ｔｈなどである。
【００５３】
なお、本実施例は閾値Ｔｈの設定をレンズ側で実施するフローを説明したが、同様な情報からカメラ側で設定した閾値Ｔｈを通信でレンズ側へ通知してもよく、その際に、より多くのカメラ側内部の情報を参照して閾値Ｔｈを設定してもよい。
【００５４】
次に、Ｓ１０５では、レンズＣＰＵ１２０のモータコントローラ１２２の駆動状態判定部１２３が安定度Ｓを求める。図６（ｂ）は、Ｓ１０５の詳細を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、Ｓ２０１では、エンコーダからアクチュエータの駆動情報を取得し、この情報から回転速度を表す周期情報を算出する。エンコーダが出力する駆動情報は、規定間隔の駆動軸位置ごとに信号が変化するパルス信号、または駆動軸位置に対しリニアに変化する信号である。パルス信号の場合は論理が変化するパルスエッジから次以降のパルスエッジの間を、リニア信号の場合は変局点と変局点の間の時間計測をタイマ回路等によりおこなうことで、周期情報を算出する。
【００５６】
次に、Ｓ２０２では、周期変動情報を算出するのに必要な規定数の周期測定を取得完了したかどうかを判断し、未完了の場合にはＳ２０１へ戻り、再びエンコーダ情報の取得を継続し、完了した場合は、フローはＳ２０３へ移行する。
【００５７】
次に、Ｓ２０３にて、Ｓ２０２で取得した周期情報から周期変動量Ｄを、次式で定義されるように、最大周期時間と最小周期時間の差の絶対値として算出する。
【００５８】
Ｄ＝｜最大周期時間―最小周期時間｜          …（１）
次に、Ｓ２０４では、現在の駆動速度、駆動電力から決定される駆動係数αを算出する。
【００５９】
次に、Ｓ２０５では、Ｓ２０３で算出した周期変動量ＤとＳ２０４で算出した駆動係数αを用いて、駆動状態の安定度Ｓを、次式を用いて算出する。
【００６０】
Ｓ＝α／Ｄ                                  …（２）
図６（ａ）に戻って、Ｓ１０６では、制御モード決定部１２４は、Ｓ２０５で求められた安定度ＳがＳ１０４で取得した所定の閾値Ｔｈよりも大きいかどうかを判断する。安定度Ｓが閾値Ｔｈよりも小さい場合（Ｓ＜Ｔｈ）は、アクチュエータ駆動状態が不安定な状態であるため、安定したフィードバック制御ができない。このため、Ｓ１０７へ進み、オープンループ制御の状態のまま駆動速度を高める処理を実施したのちに、Ｓ１０５へ戻る。一方、安定度Ｓが所定の閾値以上（閾値Ｔｈ以上）である場合（Ｓ≧Ｔｈ）は、アクチュエータ駆動状態が安定状態であるため、Ｓ１０８へ進み、制御モード決定部１２４は、オープンループ制御からフィードバック制御に切り換える。
【００６１】
以上の処理により、共振領域Ｕを超えてステッピングモータ１１４の回転が安定した後でフィードバック制御に切り替わるので、フィードバック制御が安定し、駆動騒音を抑えることができる。
【００６２】
図７は、交換レンズ１００のレンズＣＰＵ１２０による、ステッピングモータ１１４のオープンループ制御、フィードバック制御、オープンループ制御の切り替え処理を示すフローチャートである。
【００６３】
図６（ａ）と同様に、Ｓ１００からＳ１０８が実行されてフィードバック制御に切り替わる。その後、Ｓ１０９では、Ｓ１０８までの処理で取得した、オープンループ制御からフィードバック制御への切換えタイミングを判定する際に参照した切換え情報をレンズＣＰＵ１２０の不図示の記憶手段へ記憶する。切換え情報は、駆動速度ごとの変動量Ｄ情報、安定度Ｓ情報、オープンループ制御からフィードバック制御へのその他の切換情報等である。
【００６４】
次に、Ｓ１１０では、レンズＣＰＵ１２０のモータコントローラ１２２のフィードバック制御部１２６は、進角制御の期間中において、駆動目標位置までの残駆動距離に応じて駆動速度を減速開始するタイミングを判断する。具体的には、フィードバック制御部１２６は、予め決められた、減速制御中における駆動速度ＳＰごとの駆動パルス数をあらわした減速テーブルデータに基づき、残駆動距離に応じて、減速開始タイミング、および速度変更タイミングを決定する。
【００６５】
次に、Ｓ１１１では、フィードバック制御部１２６は、Ｓ１１０で決定された速度変更指示を受け、速度変更処理を行う。
【００６６】
次に、Ｓ１１２では、制御モード決定部１２６は、Ｓ１０９で記憶した切換え情報を参照し、制御モードの切換え判断を行う。具体的には、記憶部に記憶されている駆動速度ＳＰごとの安定度情報を参照することで、フィードバック制御中における減速過程において、実際の速度変更を行うことなく速度変更後の駆動安定度の悪化度合いを事前に確認する。この処理を行うことで、安定度の高い駆動速度ＳＰの時点でオープンループ制御へ切り換えることで安定したフィードバック制御を行うことができる。
【００６７】
次に、Ｓ１１３では、制御モード決定部１２６は、オープンループ制御に切り替えて一連の処理が完了する。
【００６８】
以上の処理により、減速時は、共振領域Ｕになる前のステッピングモータ１１４の回転が安定している状態でオープンループ制御に切り替わるので、フィードバック制御が安定し、駆動騒音を抑えることができる。
【００６９】
図８は、実施例１のレンズＣＰＵ１２０による、ステッピングモータ１１４の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処理の変形例を示すフローチャートである。Ｓ１００からＳ１０２と同一の処理のため、説明は省略する。ここでは、レンズＣＰＵ１２０は、共振点を超えたかどうかを、安定度Ｓがピークを超えたかどうかによって判断する。
【００７０】
次に、Ｓ１０５において、駆動状態判定部１２３は安定度Ｓを算出する。次に、Ｓ１１５では、制御モード決定部１２４は、安定度Ｓの取得履歴データに基づいてアクチュエータが共振領域Ｕの駆動速度域を通過したか否かを判断する。ほとんどのステッピングモータにはロータ固有の共振領域Ｕが比較的低速な速度域に存在することが分かっている。Ｓ１１５では、制御モード決定部１２４は、少なくとも１か所以上の安定度の低下を示す速度を検出した後に、安定度が改善することで共振速周波数帯域の速度域を通過したことを判定し、Ｓ１０８において、フィードバック制御へ切り替える。
【００７１】
以上の処理により、共振領域Ｕを超えてステッピングモータ１１４の回転が安定した後でフィードバック制御に切り替わるので、フィードバック制御が安定し、駆動騒音を抑えることができる。
【実施例２】
【００７２】
図９（ａ）は、実施例２のレンズＣＰＵ１２０による、ステッピングモータ１１４のフィードバック制御を示すフローチャートである。Ｓ３００では、制御モード決定部１２４はフィードバック制御モードを設定し、Ｓ３０１では、駆動状態判定部１２３は安定度Ｓを算出する。
【００７３】
次に、Ｓ３０２では、フィードバック制御部１２６は、算出した安定度Ｓに基づいて、フィードバック制御のゲインＧを決定する。安定度Ｓの増加に伴ってゲインＧは線形または非線形で増加し、この関係は予め取得しておく。ゲインＧは、進角変化量を算出する際に用いられる。進角変化量Δφは、ステッピングモータの目標駆動速度と現在の駆動速度の差をΔω、進角φに対する角速度ωの傾きをｄω／ｄφとしたときに、
Δφ＝Δω・（ｄω／ｄφ）−１・Ｇ
と表される。
【００７４】
次に、Ｓ３０３では、フィードバック制御部１２６は、算出した安定度Ｓに基づいて、エンコーダ信号に含まれるジッタ成分を除去するためのジッタ除去フィルタ特性Ｆを決定する。
【００７５】
ジッタ除去フィルタ特性Ｆのジッタ除去幅Ｗは、安定度Ｓの増加に伴ってＷが線形または非線形で減少し、この関係は予め取得しておく。図９（ｂ）は、実施例２のレンズＣＰＵ１２０によるステッピングモータ１１４のフィードバック制御を示すグラフである。横軸は角速度、縦軸は振動量である。ステッピングモータ１１４の振動量が所定量よりも小さい、共振領域以外の非共振領域では、フィードバック制御は制御特性Ａ（第２の制御特性）を有する。ステッピングモータ１１４の振動量が所定量以上の共振領域Ｕにおいては、制御特性Ｂ（第１の制御特性）を有する。本実施例では、レンズＣＰＵ１２０は、アクチュエータの駆動速度が共振領域Ｕにあるかどうかを、安定度Ｓが共振領域に対応した範囲にあるかどうかによって判断する。
【００７６】
図９（ｃ）は、制御特性Ａ、Ｂにおけるジッタ除去幅を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は進角値である。図９（ｃ）から制御特性Ｂにおけるジッタ除去フィルタ特性Ｆのジッタ除去幅Ｗは制御特性Ａにおけるジッタ除去フィルタ特性Ｆのジッタ除去幅Ｗよりも大きく設定される。即ち、制御特性Ｂは、エンコーダによって生成される信号の含まれるジッタ成分を第１のジッタ除去幅を有する第１のフィルタを使用する。制御特性Ａは、ジッタ成分を第２のジッタ除去幅を有する第２のフィルタを使用し、第１のジッタ除去幅は制御特性Ａの第２のジッタ除去幅よりも大きく設定される。つまり、第２のジッタ除去幅は第１のジッタ除去幅よりも狭い。
【００７７】
また、Ｓ３０２においては、共振領域Ｕに対する制御特性Ｂの第１のゲインは共振領域以外の領域の制御特性Ａの第２のゲインよりも低く設定される。
【００７８】
以上の処理により、共振領域Ｕにおいて、フィードバック制御が安定し、駆動騒音を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
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、ボイスコイルモータ、ブラシレスモータ、インダクションモータなどのアクチュエータの制御装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１１４…ステッピングモータ（アクチュエータ）、１１７…センサマグネット（エンコーダ）、１１８…ホールセンサ（エンコーダ）、１２０…レンズＣＰＵ（レンズ制御手段）
【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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