(57)【要約】【課題】ステッピングモータの制御方法として、必要精度に応じて励磁電流波形を変更することにより、低消費電流で高精度の制御方法を提供する。【解決手段】ステッピングモータの励磁コイルの通電波形が、正弦波を基本波形として正弦波のピーク電流を制限して正弦波形から略台形波形までの任意の通電波形となるように、励磁コイルへの通電量を可変する。【選択図】　図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの励磁コイルの通電波形が、正弦波を基本波形として前記正弦波のピーク電流を制限して正弦波形から略台形波形までの任意の通電波形となるように、前記励磁コイルへの通電量を可変することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
【請求項２】
前記励磁コイルへの通電量を制限するときのピーク電流値（Ｉｔｐ）が、前記励磁電流が前記正弦波である場合のピーク電流値をＩｐとして、Ｉｐ≧Ｉｔｐ≧（Ｉｐ／√２）の範囲となるように前記通電量を可変することを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの制御方法。
【請求項３】
ステッピングモータからの駆動力を受けることにより駆動可能な光量調節装置であって、
ステッピングモータの励磁コイルの通電波形が、正弦波を基本波形として前記正弦波のピーク電流を制限して正弦波形から略台形波形までの任意の通電波形となるように、前記励磁コイルへの通電量を可変する制御手段を有することを特徴とする光量調節装置。
【請求項４】
光量に応じて前記正弦波形のピーク電流を制限することを特徴とする請求項３に記載の光量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器の駆動装置や光量調節装置に使用されるステッピングモータの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いられているステッピングモータの制御方法は、近年ステッピングモータの制御法として一般的に用いられている正弦波形や、ステッピングモータの駆動速度に応じて台形波の傾きを切り換えることで行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１４４５０７号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術のステッピングモータの制御方法では、ステッピングモータの励磁コイルへの通電量は光学機器の駆動装置や光量調節装置の必要精度に応じて制限するなどの手段を講じていないため、必要以上に電力を消費するなどの欠点がある。
【０００５】
このため、近年、デジタルスチルカメラなどに要求される省エネに対応できるステッピングモータの制御方法やステッピングモータの制御方法を用いた光学機器の駆動装置や光量調節装置を実現することが困難である。
【０００６】
本出願に係る発明の目的は、省エネに対応できるステッピングモータの制御方法やステッピングモータの制御方法を用いた光学機器の駆動装置や光量調節装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明であるステッピングモータの制御方法は、ステッピングモータの励磁コイルの通電波形が、正弦波を基本波形として正弦波のピーク電流を制限して正弦波形から略台形波形までの任意の通電波形となるように、励磁コイルへの通電量を可変することを特徴とする。
【０００８】
これにより、例えば、ステッピングモータの励磁コイルへの通電量を変更することで、ステッピングモータのステップ角度の精度を変更する場合において、精度が必要ない場合には、励磁コイルへの通電波形を略台形波形としてピーク電流の制限ができるので消費電力を低減することができる。
【０００９】
ここで、励磁コイルへの通電量を制限するときのピーク電流値（Ｉｔｐ）が、励磁電流が正弦波である場合のピーク電流値をＩｐとして、Ｉｐ≧Ｉｔｐ≧（Ｉｐ／√２）の範囲となるように通電量を可変するようにすることができる。このように通電量を可変させることで、消費電流を低減するとともにステッピングモータのステップ角度精度を維持することができる。
【００１０】
本願第２の発明は、ステッピングモータからの駆動力を受けることにより駆動可能な光量調節装置であって、ステッピングモータの励磁コイルの通電波形が、正弦波を基本波形として正弦波のピーク電流を制限して正弦波形から略台形波形までの任意の通電波形となるように、励磁コイルへの通電量を可変する制御手段を有することを特徴とする。ここで、光量に応じて正弦波形のピーク電流を制限するようにしてもよい。本発明においても、第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるステッピングモータの制御方法における、励磁コイルへの通電波形と精度の関係を図１、図２、図３、図４に示す。
【００１２】
図１〜図３はステッピングモータの励磁コイルへの通電波形を示す。本実施形態のステッピングモータは、外周面に多極着磁した円筒形状のロータマグネットに対して電気角で９０度の位相差を有して対向配置したステータにコイルを巻回した２組の電磁石を有し、各コイル（Ａ相・Ｂ相）に交番電流を通電する事によりロータマグネットを正逆回転させる２相のＰＭ型ステッピングモータである。
【００１３】
図１は、励磁コイルへ通電する通電波形の基本になる正弦波形で電気角で３６０°の範囲と各励磁コイルへ通電する各相の通電位相関係を示している。また、正弦波形を用いた場合は、通電波形の電気角度とステッピングモータの機械角の関係は略比例関係となるので高精度なステッピングモータの制御方法として一般的に用いられているものである。
【００１４】
正弦波形のピーク値を５０％で制限した場合とＩｐ／√２（≒７０％）で制限した場合のステッピングモータの励磁コイルへの通電波形を示している。
【００１５】
前述のステッピングモータの励磁コイルへの通電波形と精度の関係を図４に示す。本実施形態のステッピングモータは２相通電停止位置は２０ステップ／１回転のステッピングモータとして説明する。ここで、図１〜図３の通電波形（電気角で３６０°）ではステッピングモータの機械角７２°となっている。
【００１６】
前述のステッピングモータの励磁コイルへの通電条件におけるステッピングモータのステップ精度の関係を図４に示す。
【００１７】
基本波形の正弦波形を基準とした場合に図２の正弦波形のピーク値を５０％で制限した場合と図３の正弦波形のピーク値をＩｐ／√２（≒７０％）で制限した場合のステッピングモータの機械角に換算した場合のステップ精度の関係を示している。
【００１８】
ステッピングモータは、２相通電の基本ステップ角度は機械角で１８°であるので図２の正弦波形のピーク値を５０％で制限した場合のステップ角度制度は≒４°で高精度が要求されない場合には通電波形のピーク値が正弦波形の５０％となることから特に低消費電力な制御方法として有効である。
【００１９】
本実施形態では、ステッピングモータの励磁コイルへの通電波形がポイントとなっているので具体的な駆動制御回路については省略する。但し、正弦波形のピーク値を制限する方法としては一般的に励磁コイルへ印加する入力電圧を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦしＯＮとＯＦＦの比を可変して通電波形をコントロールする手法が用いられる。
【００２０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、図３の正弦波形のピーク値をＩｐ／√２（７０％）で制限した。この場合のステップ角度制度は≒１°であり、高精度を維持しながら消費電力の低減も実現することができる。また、正弦波形のピーク値をＩｐ／√２で制限した。これにより、２相通電状態でステッピングモータの発生トルクを低下させることがないので信頼性も高くなる。
【００２１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態であるステッピングモータの制御方法を用いた省エネモードを備えた光量調節装置について説明する。
【００２２】
図７において、１は外周面に４極着磁されたロータマグネット、２はロータマグネット１に固着された回転軸、３は回転軸２に固着されロータマグネット１とともに旋回するレバーである。
【００２３】
４は電磁石の一方の磁極となるＡステータ、５はＡステータ４を励磁して磁力を発生させるＡ励磁コイル、６はもう一方の電磁石の磁極となるＢステータである。７はＢステータ６を励磁して磁力を発生させるＢ励磁コイルで、上記２組みの電磁石は電気角で９０°の位相差をもって配置してある。
【００２４】
すなわち、Ａ励磁コイル５とＢ励磁コイルへ７へ９０°の位相差を有する交番電流をながすことにより、発生する回転磁界にロータマグネット１が同期して回転する２相のステッピングモータを構成している。
【００２５】
８，９は旋回レバー３と当接して旋回レバー３の回動規制する第１ストッパーである。第２ストッパーで、Ａ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電した時の初期状態を基準とし、ロータマグネット１の機械角を（（２×３６０°）／Ｐ）以下、すなわち本実施形態では、Ｐ＝４であるから、機械角＜１８０°の範囲に制限する。
【００２６】
図８は、第１ストッパー８、第２ストッパー９に旋回レバー３が当接している旋回規制状態からＡ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電することにより、初期位置に設定できる動作を示す。なお、ロータマグネット１に矢印で第１、第２ストッパーとレバー３が当接する位置関係を代用する。
【００２７】
図８（ａ）に示すように、旋回レバー３が第１ストッパー８に当接している状態からＡ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電すると、Ａステータ４に図示の如くＮ・Ｓ極が磁化されるので、図示の回転方向に回転力が生じて初期状態へ復帰する。この関係は、図８（ｂ）に示すレバー３が第２ストッパー８に当接している状態からも同様である。
【００２８】
すなわち、第１，第２ストッパー８，９で規制するロータマグネット１の機械角が（（２×３６０°）／Ｐ）以上になると、Ａ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電しても、第１，第２ストッパー８，９から初期状態へ復帰する方向の回転力は生じず、逆方向に回転力を生じるため、ロータマグネット１の機械角を（（２×３６０°）／Ｐ）以下にする必要がある。
【００２９】
図９は、初期状態からＡ励磁コイル５，Ｂ励磁コイル７への通電によりロータマグネット１が回転位置を設定する動作を示す。
【００３０】
図９（ａ）から（ｂ）への動作ロータマグネット１を初期位置に復帰させるために、Ａ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電する。
【００３１】
次に、Ｂ励磁コイル７に、図９（ｂ）に示す方向に通電するとともに、Ａ励磁コイル５の通電をＯＦＦすると、ロータマグネット１は図９（ｂ）中、矢印方向（右）へ回転し、Ｂステータ６の磁極とロータマグネットの磁極が対向した▲１▼位置で停止する。
【００３２】
図９（ａ）から（ｃ）への動作ロータマグネット１を初期位置に復帰させるために、Ａ励磁コイル５に矢印に示す方向に通電する。
【００３３】
次に、Ｂ励磁コイル７に、図９（ｃ）　に示す通電方向に通電するとともに、Ａ励磁コイル５の通電をＯＦＦにすると、ロータマグネット１は図９（ｃ）　の矢印方向（左）へ回転し、Ｂステータ６の磁極とロータマグネット１の磁極が対向した▲３▼位置で停止する。
【００３４】
回転角の位置規制を、▲１▼位置と▲３▼位置よりも狭い範囲に設けておけば、３ポジションの位置がＡ励磁コイル５とＢ励磁コイル７の通電条件だけで決定できる。
【００３５】
本実施形態においては、励磁コイルの通電は１相励磁で説明しているが、１−２相励磁で行えば更に停止位置を簡単に増やすことができる。
【００３６】
図１０は、２相のステッピングモータのＡ励磁コイル５とＢ励磁コイル７の制御入力をマイクロステップ（擬似正弦波）駆動入力とした時の通電波形を示す。レバー３の初期位置は、Ｂ励磁コイル７がＳＩＮ１００％の入力となっている時である。
【００３７】
初期位置に対して電気角でθ°回転させるには、図の通電波形からわかるように、Ａ励磁コイル５とＢ励磁コイル７の通電量の比を、Ａ励磁コイル５＝ＳＩＮ（θ−９０）、Ｂ励磁コイル７＝ＳＩＮ（θ）で求められる比に設定すれば、レバーの停止位置を略制御することができる。
【００３８】
すなわち、Ａ励磁コイル５とＢ励磁コイル７の通電量の比に対応してレバーの位置が決定できるので、任意の絞り値に設定が可能になる。また、マイクロステップ駆動波形の分割数は、機器の必要精度に応じて選択して決定すれば、最適な絞り値の選択が可能である。
【００３９】
図１１は、図３に示す動作を行うモータを光量調節装置に適用した場合の概略構成図である。
【００４０】
図１１において、１０は２相のステッピングモータである。１１はステッピングモータ１０の回転軸２に支持される回動レバーで、ステッピングモータ１０に設けられている２個のストッパー１２とレバー１１とにより、ステッピングモータ１０は回転位置が規制される。この回転位置の規制範囲は、前述の機械角＜（（２×３６０°）／Ｐ）に設定されている。
【００４１】
ステッピングモータ１０への通電入力は、不図示の端子よりＡ励磁コイル５とＢ励磁コイル７に供給され、通電方法は、不図示の制御装置により前述したように行われる。
【００４２】
レバー１１はステッピングモータ１０の回転軸２と圧入、あるいは接着により固着されると共に、アームレバー部１１ｂが形成され、アームレバー部１１ｂの両端部に設けられた係合ピン１１ａが、遮光部材としての一対の絞り羽根１３に夫々形成された長溝１３ｃと係合し、一対の絞り羽根１３の直進移動をガイド１５によって案内することにより、レバー１１の回動で一対の絞り羽根１３を進退移動できるようになっている。
【００４３】
ここで、絞り閉じ状態は、ステッピングモータがＡ励磁コイル５に図９（ａ）の通電条件により初期位置の状態を決定する。
【００４４】
次に、Ｂ励磁コイル７に図９（ｂ）（ｃ）の通電条件により、絞り開放状態と絞り閉じ状態を決定する。
【００４５】
絞り開放は、図９（ｂ）の通電条件により、モータの回転軸２が時計方向に回転し、この回転軸２の時計方向回転で絞り羽根１３が開動作すると共に、レバー１１が時計方向に回転し、ストッパー１２ｂで位置規制され不図示の撮像装置の絞り開放径１４で開放状態を設定する。この時、一対の絞り羽根１３の各開口用切欠き部１３ａによって形成される開口部は、絞り開放径よりも大径となっている。
【００４６】
一方、閉じ状態は、図９（ｃ）の通電条件により、モータの回転軸２が反時計方向に回転し、この回転軸２の反時計方向回転でレバー１１が反時計方向に回転し、ストッパー１２ａで位置規制され絞り閉じ状態が決定される。図９と図１１の対応は以下の通りである。
図９　⇔　図１１
初期位置⇔　絞り小絞り位置
▲１▼位置　⇔　絞り開放位置
▲２▼位置　⇔　絞り閉じ位置
図１２は、本実施形態の光量調節装置をデジタルカメラなどに応用した場合のフローチャートを示す。ステップＳＴ（以下、ＳＴ）１０１において、電源（カメラのメイン電源）投入後、モードＳＷが撮影モードかどうか判断する。ＳＴ１０２において、撮影モードであれば、カメラが省エネモードかどうか判断する。
【００４７】
ＳＴ１０３において、省エネモードであれば、通電波形を台形波に設定する。このときの通電波形を図１３（ａ）に示す。台形波の通電量の設定は、光量調節の精度が維持できる範囲まで通電量を制限することができる。
【００４８】
ＳＴ１０４において、省エネモードでなければ、通電波形を正弦波に設定する。このときの通電波形を図１３（ｂ）に示す。
【００４９】
ＳＴ１０５において、ステッピングモータの駆動パルスレートをＡ［ＰＰＳ］に設定する。Ａ［ＰＰＳ］の設定は絞りの停止位置精度を保証する為に低パルスレートに設定することが望ましい。ここで、パルスレートとは、１秒間にモータを何パルス（ステップ）移動させるかのパルス数を示し、ＰＰＳはパルス（ステップ）／秒を示す。
【００５０】
例えば、４８０（ＰＰＳ）のパルスレートとは、１秒間にモータを４８０パルス（ステップ）回転させるパルス（ステップ）数である。２０ステップ／１回転のステッピングモータでは、２４回転する。
【００５１】
ＳＴ１０６において、絞りを開放位置に設定する。ＳＴ１０７において、レリーズボタンの半押しでオンする露出決定の為のスイッチである第１レリーズスイッチ（以下ＳＷ１と略す）がＯＮされたかどうかを判断する。
【００５２】
ＳＴ１０８において、ＳＷ１がＯＮの場合、マイコンのＲＯＭに予めプログラムされている露出決定処理を実行し、絞りを開放か小絞り方向の最適絞り位置に設定する指示を出す。
【００５３】
ＳＴ１０９において、最適絞り位置の演算を行い所定の絞り位置に設定する。ＳＴ１１０において、ステッピングモータの駆動パルスレートをＢ［ＰＰＳ］　に設定する。Ｂ［ＰＰＳ］設定時よりも高パルスレートに設定し、高速で閉じ動作（シャッタ−）を行う。
【００５４】
ＳＴ１１１において、露光動作（シャッタ動作）のためにレリーズボタンをさらに押し込んでオンする第２レリーズスイッチ（以下ＳＷ２と略する）がＯＮしたかどうかを判断する。
【００５５】
ＳＴ１１２において、絞りを閉位置に駆動する。ＳＴ１１３において、ＳＷ２に同期して撮像素子（ＣＣＤ）に画像を蓄積させる。
【００５６】
ＳＴ１１４において、絞り閉じ位置でステッピングモータへ所定時間通電保持する。ＳＴ１１５において、絞り閉じ位置でステッピングモータの通電をＯＦＦする。
【００５７】
ＳＴ１１６において、撮像素子（ＣＣＤ）に蓄積した画像データをカメラ回路のメモリに格納する。ＳＴ１１７において、画像データの読み出しが完了したかどうかを判断する。完了していれば、ＳＴ１０１に戻る。
【００５８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の光量調節装置においてステッピングモータの励磁コイルへの通電波形を図５、図６に示す如く絞り開放側と絞り小絞り側とで必要精度に応じて通電波形を切り換える事としたので絞り開放側では励磁コイルへの通電量を制限するので省電力化が図れる。
【００５９】
図５は、絞り開放側で正弦波形のピーク値に対してＩｐ／√２（≒７０％）に励磁コイルへの通電量を制限した場合を示し、図６は、絞り開放側で正弦波形のピーク値に対して５０％に励磁コイルへの通電量を制限した場合を示す。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、通電波形を台形波にする事でマイクロステップ駆動入力と同様に分割数を小さくする事ができ、必要最低限の通電量に抑えるので光量調節装置の省エネを図ることができる。
【００６１】
この光量調節装置をデジタルカメラなどの絞りシャッターとして用いることにより、高精度で低消費電力なカメラシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ステッピングモータの励磁コイルの通電波形（正弦波形）。
【図２】ステッピングモータの励磁コイルへの通電量を正弦波形の５０％に制限した波形。
【図３】ステッピングモータの励磁コイルへの通電量を正弦波形の≒７０％に制限した波形。
【図４】ステッピングモータの励磁コイルへの通電条件とステッピングモータのステップ精度の関係。
【図５】光量調節装置に応用した場合の励磁コイルへの通電波形。
【図６】光量調節装置に応用した場合の励磁コイルへの通電波形。
【図７】第３実施形態の光量調節装置のモータの駆動原理を示す図。
【図８】図７のモータの駆動位置を示し、（ａ）は第１ストッパ位置から初期位置への復帰、（ｂ）は第２のストッパ位置から初期位置への復帰を示す。
【図９】（ａ）〜（ｃ）はモータのコイルへの通電方向と回転方向を示す図。
【図１０】モータへの通電波形と機械角の関係を示した波形図。
【図１１】第３実施形態の光量調節装置の絞り位置を示す図。
【図１２】第３実施形態の動作フローチャート図。
【図１３】正弦波と台形波の通電量を示す図。
【符号の説明】
１：ロータマグネット
２：回転軸
３、１１：レバー
４：Ａステータ
５：Ａ励磁コイル
６：Ｂステータ
７：Ｂ励磁コイル
８：第１ストッパー
９：第２ストッパー
１０：ステッピングモータ
１２、１６：ストッパー
１３：絞り羽根
１４：絞り開放径
１５：絞り羽根直進ガイド
【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】
2004120957.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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