CN104300855A - 步进式电机控制设备、光学装置以及步进式电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供步进式电机控制设备、光学装置以及步进式电机控制方法。该步进式电机控制设备包括被构造为检测步进式电机的旋转位置的位置检测传感器、被构造为驱动所述步进式电机的电压控制器、被构造为控制作为对所述步进式电机的线圈施加的励磁电流与所述步进式电机的旋转位置之间的相位差的超前角的超前角控制器、以及被构造为控制所述步进式电机的驱动速度的速度控制器。所述速度控制器组合利用通过电压控制器的电压控制以及通过超前角控制器的超前角控制，来控制所述驱动速度。

Description

步进式电机控制设备、光学装置以及步进式电机控制方法

技术领域

本发明涉及步进式电机控制设备、光学装置、以及步进式电机控制方法，更具体地涉及包括被构造为检测转子的位置的位置传感器的步进式电机控制设备。

背景技术

步进式电机由于线圈的通电切换而可按照每预定角度的幅度旋转，由此具有无需利用位置传感器而容易控制位置的特征。因为该特征，通常使用利用开环控制的驱动模式，其中根据确定的时间间隔来切换线圈的通电的状态。然而，可能存在如下问题：当以高速驱动电机时或当对该电机施加大负荷时，电机可能不对线圈的通电的切换进行响应并且易发生失步(out-of-step)情况。

为了解决该问题，可用可切换至通过反馈控制来提供高速驱动的驱动模式的步进式电机，在该反馈控制中，根据被构造为检测转子的位置的位置传感器的输出来切换线圈的通电状态以加速或减速。此外，还可用这样一种步进式电机，该步进式电机组合利用开环控制和反馈控制，使得利用开环控制以低速驱动该步进式电机，并且利用反馈控制以高速驱动该步进式电机。这样，能够在低速区域和高速区域中精确控制步进式电机的驱动。

由电机产生的转矩与该电机的旋转速度之间的关系称为“T-N特性”。该T-N特性取决于对电机施加的电压、即线圈的端子间电压而变化。随着电压增加，产生的转矩增加，使得电机以高速旋转。

日本特开昭62-285695号公报公开了一种包括用于检测旋转角度的编码器的步进式电机驱动控制设备。该驱动控制设备中的存储器预先存储对电机施加的电压与电机的旋转速度之间的对应数据。因此，能够容易地确定要施加给电机的电压的值以使电机达到目标旋转速度。该控制设备能够减小电机上的负荷的变化，并且能够提供电机的加速和减速的精确控制。

日本特开平10-150798号公报公开了一种用于通过在反馈控制中对电机施加具有方形驱动波形的电流来提供电机的高速、高精度旋转的驱动控制方法。

在步进式电机被安装在诸如摄像装置的光学装置内的情况下，期望快速移动光学装置中包含的部件并且减小该部件的速度变化，从而提高光学装置的可操作性及功能性。

发明内容

本发明的一方面提供一种可以在减小速度变化的同时以高速驱动步进式电机的步进式电机控制设备。

根据本发明的一方面的步进式电机控制设备包括：位置检测传感器，其被构造为检测步进式电机的旋转位置；电压控制器，其被构造为对所述步进式电机施加电压以驱动所述步进式电机；超前角控制器，其被构造为控制作为对所述步进式电机的线圈施加的励磁电流与所述步进式电机的旋转位置之间的相位差的超前角；以及速度控制器，其被构造为控制所述步进式电机的驱动速度。所述速度控制器被构造为利用第一加速控制和第二加速控制来控制所述驱动速度，在所述第一加速控制中，在通过所述电压控制器使电压保持恒定的同时，通过所述超前角控制器增加所述超前角，在所述第二加速控制中，通过所述电压控制器增加电压，并且通过所述超前角控制器减小所述超前角或使所述超前角保持恒定。

根据本发明的另一方面的步进式电机控制设备包括：位置检测传感器，其被构造为检测所述步进式电机的旋转位置；电压控制器，其被构造为对所述步进式电机施加电压以驱动所述步进式电机；超前角控制器，其被构造为控制作为对所述步进式电机的线圈施加的励磁电流与所述步进式电机的旋转位置之间的相位差的超前角；以及速度控制器，其被构造为控制所述步进式电机的驱动速度。所述速度控制器被构造为利用第一减速控制和第二减速控制来控制所述驱动速度，在所述第一减速控制中，在通过所述电压控制器使电压保持恒定的同时，通过所述超前角控制器减小所述超前角，在所述第二减速控制中，通过所述电压控制器减小电压，并且通过所述超前角控制器增加所述超前角或使所述超前角保持恒定。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示根据第一实施例的摄像装置的结构的框图。

图2是例示自动聚焦操作的流程图。

图3A和图3B是例示超前角(advance angle)控制的示意图。

图4是例示当使用超前角控制时步进式电机的旋转速度随时间的变化的图。

图5是例示步进式电机的旋转速度与电流消耗之间的关系的图。

图6是例示超前角与旋转速度之间的关系的图。

图7是例示在电机加速期间根据第一实施例的控制设备的各参数随时间的变化的图。

图8是例示在电机加速期间根据第一实施例的控制设备的速度控制方法的流程图。

图9是例示在电机速度变化被减小的情况下的加速期间、根据第一实施例的控制设备的各参数随时间的变化的图。

图10是例示在电机加速期间根据第一实施例的控制设备的速度控制方法的流程图。

图11是例示根据第二实施例的控制设备的速度控制的流程图，其中超前角控制模式和电压控制模式被组合使用。

图12是例示在加速期间根据第二实施例的控制设备的各参数随时间的变化的图。

图13是例示在减速期间根据第二实施例的控制设备的各参数随时间的变化的图。

图14是例示根据第三实施例的控制设备中的超前角与旋转角度之间的关系的特性图。

图15是例示根据第三实施例的控制设备的速度控制的流程图，其中超前角控制模式和电压控制模式被组合使用。

图16是例示步进式电机的结构的图。

具体实施方式

下文中将参照附图详细描述本发明的某些示例性实施例。图1是包括配备有编码器的步进式电机104(下文中称为“电机104”)的镜头装置10、以及镜头装置10可拆卸地安装其上的照相机装置20的框图。

聚焦镜头单元100通过沿由图1所示的箭头指示的方向(沿摄像光学系统的光轴方向)移动来进行焦点调节。通过摄像光学系统发送的光通量被摄像元件(未例示)光电转换，并且被输出为电信号。聚焦镜头单元100通过可以由凸轮环、导杆等组成的镜头保持器122保持。镜头保持器122被构造为沿光轴方向可移动。

镜头控制微计算机109被构造为与照相机装置20通信，控制电机104的驱动，并且处理以下所述的从传感器(即，编码器)输入的信号。驱动发送单元103可以为齿轮、导螺杆等。电机104的转轴旋转，由此允许镜头保持器122和聚焦镜头单元100通过驱动发送单元103被整体驱动。

通过镜头控制微计算机109生成用于驱动电机104的控制信号。镜头控制微计算机109根据电机104的驱动机构生成针对电机104的各相位的励磁(excitation)模式。驱动机构的示例包括基于方波驱动信号的两相驱动和1-2相驱动、以及基于正弦波驱动信号的微阶驱动。

镜头控制微计算机109包括被构造为指定电机104的目标旋转速度的速度指示器。镜头控制微计算机109还包括被构造为控制作为应用到电机104的线圈的励磁电流与电机104的旋转位置之间的相差的超前角的超前角控制器、以及被构造为控制应用到电机104的电压的电压控制器。镜头控制微计算机109还包括被构造为通过组合利用由超前角控制器进行的超前角控制以及由电压控制器进行的驱动电压控制来控制电机104的旋转速度(或驱动速度)的速度控制器。

生成的控制信号被电机驱动器107转换成驱动电机104必须的电流或电压，并且被供给给电机104。电机驱动器107需要的电力从照相机装置20中包括的电池212被供给。经由被构造为将电力转换为期望电压的电力转换电路213来供给电力。由于电池212的电压根据电池212的剩余容量变化，因此利用升压或降压DC-DC转换器(电力转换电路)来保持电压恒定。另外，电源触头215和电源触头124分别被布置在照相机装置20和镜头装置10中，以从照相机装置20向镜头装置10供电。电压检测电路110被构造为检测要供给到电机驱动器107的电压值。检测到的电压经历模拟-数字(AD)转换，使得关于检测到的电压的信息被转换成输入到镜头控制微计算机109的数字信号。

现在将对编码器(位置检测传感器)给出描述。电机104的转轴被附装到脉冲板105。构成编码器的部件之一是光斩波器101。脉冲板105的遮光部分通过光斩波器101，使光斩波器101的输出改变至高电平(level)或低电平。因此，旋转角度可以被检测。还能够通过检测光斩波器101的输出时间段来测量旋转速度。可以使用多个光斩波器来提高旋转角度的检测精度并且进一步检测旋转方向。在该实施例中，使用光斩波器作为编码器。作为选择，霍尔效应元件或磁铁可用作编码器。信号处理电路108对光斩波器101的输出放大并进行电平转换。这样，光斩波器101的输出被转换成镜头控制微计算机109可检测的信号电平。

光斩波器102被构造为检测聚焦镜头单元100的基准位置。光斩波器102的输出被输入到信号处理电路106，并且被转换为镜头控制微计算机109可检测的信号电平(例如，高/低电平)。当光斩波器102的输出从高电平改变至低电平或从低电平改变至高电平时聚焦镜头单元100的位置被用作基准位置。因此，聚焦镜头单元100的绝对位置可以被检测。

镜头装置10侧上的针对通信线的触点部分123a、123b及123c分别是针对时钟信号线、从照相机装置20到镜头装置10的数据线、以及从镜头装置10到照相机装置20的数据线的触点部分。在本实施例中，利用三线串行通信。诸如异步通信方法或低电压差分信号(LVDS)的可选择通信方法可以被使用。镜头控制微计算机109经由通信线123b从照相机装置20接收驱动指令、照相机标识信息、状态、摄像条件等。另外，镜头控制微计算机109经由通信线123c向照相机装置20发送镜头标识信息、状态、以及关于诸如焦点、光圈及变焦位置的位置的信息。

镜头装置10包括变焦操作单元119、手动聚焦(MF)操作单元120、以及自动聚焦(AF)/手动聚焦(MF)开关121。利用变焦操作单元119进行变焦操作。在其中前镜头在聚焦期间不移动的内部聚焦的变焦镜头系统中，聚焦镜头单元需要移动以对由于变焦操作引起的焦点变化进行校正。聚焦镜头单元的移动所需的控制称为追踪控制，并且根据追踪曲线来确定聚焦镜头单元与变焦镜头单元之间的关系。MF操作单元120由聚焦按钮、聚焦环等组成。用户可以操作MF操作单元120以调节聚焦镜头单元100的位置。

现对照相机装置20给出描述。照相机控制微计算机200被构造为控制诸如图像的拍摄以及该图像在记录设备上的记录的操作。照相机控制微计算机200经由触点部分向镜头装置10发送驱动指令以及诸如摄像条件的信息，并且经由触点部分从镜头装置10接收诸如镜头装置10的状态的信息。触点部分214a、214b和214c是照相机装置20侧上的分别针对时钟信号线、从照相机装置20到镜头装置10的数据线、以及从镜头装置10到照相机装置20的数据线的触点部分。

照相机装置20包括诸如液晶显示器或有机电致发光(EL)显示器的显示设备209、记录设备210以及AF传感器211。显示设备209被构造为显示摄像条件以及拍摄的图像。记录设备210存储拍摄的静态图像或移动图像。AF传感器211被构造为通过以相差自动聚焦方法测量到被摄体的距离来自动调节焦点(或者进行自动聚焦)。AF不仅可以通过利用AF传感器211的相差方法还可以通过基于由摄像元件208获得的图像对比度信息的对比方法来实现。

针对照相机装置20和镜头装置10的通信线及电源线经由接口(未例示)连接。照相机装置20与镜头装置10可以在各通信定时或以固定周期彼此通信。固定周期的示例包括定义从摄像元件208输出的信号的周期的垂直同步信号的周期。

现在将参照图16来明确描述步进式电机104的结构。步进式电机104包括由磁铁形成的转子301、以及线圈302和303。线圈302是被分配给相位A的励磁线圈，线圈303是被分配给相位B的励磁线圈。励磁线圈302和302用作定子，并且励磁线圈302和303的各个其中布置有核。流过励磁线圈302和303的各个的电流、或者要施加的线圈302和303的各个的端子间电压被改变，由此改变产生的磁场，使转子301旋转。电机驱动器304对应于图1所示的电机驱动器107。

图2是例示包括图1所示的照相机装置20和镜头装置10的组合的摄像装置的焦点驱动操作的图。在图2中，例示了针对利用AF传感器的相差自动聚焦的操作的流程图。在图2中，“S”代表“步骤”，图2所示的流程图可以被实现为用于允许计算机实现各步骤的功能的控制程序。

首先，将对照相机装置20的控制给出描述。除非特别指明，否则针对照相机装置20的步骤由照相机控制微计算机200执行。

在S101中，AF传感器211检测被摄体的图像，并且利用相关计算来测量到被摄体的距离。在S102中，关于检测到的距离的信息被转换成摄像面上的散焦量。在S103中，利用表示摄像面上的移动量与聚焦镜头单元100的移动量之间的关系的信息、根据在S102中确定的散焦量来计算聚焦镜头单元100的移动量。

在S104中，向镜头装置10发送焦点驱动指令以将聚焦镜头单元100驱动在S103中计算的移动量。在这种情况下，关于聚焦镜头单元100的移动速度的指令也被发送。移动速度取决于聚焦镜头单元100的移动量以及诸如光圈速度和快门速度的摄像条件。在焦点驱动指令已被发送后，然后在S105中，通过与镜头装置10的通信来检查镜头装置10的状态。即，从镜头装置10接收表示聚焦镜头单元100是否正被驱动的状态信息。在该状态信息已被接收后，然后在S106中，确定聚焦镜头单元100是正被驱动还是未在操作。如果聚焦镜头单元100正被驱动，则重复S105中对镜头状态的接收以及在S106中针对聚焦镜头单元100是否正被驱动的检查。当聚焦镜头单元100的驱动停止时，确定被摄体处于对焦状态，并且处理结束。

接着，将对镜头装置10的控制给出描述。除非指明，否则通过镜头控制微计算机109执行针对镜头装置10的步骤。

首先，在S201中，从照相机装置20接收到焦点驱动指令。在这种情况下，由照相机装置20指定的聚焦镜头单元100的移动量及移动速度也被接收。在S202中，开始聚焦镜头单元100的驱动。具体地，开始对电机104施加驱动电压，并且设置表示聚焦镜头单元100正被驱动的标记。在S202中，聚焦镜头单元100的移动量及移动速度被转换为电机104的旋转量(旋转角度)及旋转速度。

在S203中，镜头装置10的状态被发送到照相机装置20。在这种情况下，发送表示聚焦镜头单元100是否正被驱动的信息。在S204中，确定聚焦镜头单元100是否移动了在S201中接收的移动量。如果移动尚未完成，在S203中，镜头装置10的状态被再次发送到照相机装置20，并且重复S204的确定。如果在S204中确定移动已经完成，在S205中，停止聚焦镜头单元100的驱动、即电机104的旋转。然后，在S206中，清除表示聚焦镜头单元100正被驱动的标记。然后，在S207中，镜头装置10的状态被发送到照相机装置20以停止聚焦镜头单元100的驱动。

接着，将参照图3A和图3B来描述配备有编码器的步进式电机104的驱动控制方法。图3A和图3B例示了对电机104的线圈施加的励磁电流的波形。在本发明的实施例中，对被构造为检测电机104的旋转位置以提供反馈驱动的编码器的输出进行超前角控制。即，利用使被构造为检测电机104的旋转位置的编码器的输出按相位推进的励磁波形来控制对电机104的线圈施加的电流。这里，对电机104的线圈施加的励磁电流与电机104的旋转位置之间的相差在本文中称为超前角。

在开环控制中，以具有充足转矩余量的速度驱动电机104。另一方面，在反馈控制中，通过根据由编码器检测到的电机104的旋转角度或旋转速度施加适当的励磁电压来控制电机104。

一般地，在电机104的超前角与旋转速度之间存在其中随着超前角增加、旋转速度增加的关系。这样，可以针对电机104的旋转速度的反馈控制来调节超前角。

如图3A中所示，在假设编码器的输出的高/低切换沿的发生用作基准，该基准具有与预定励磁相位过0的点相同相位的情况下，超前角被定义为0°。为了增加电机104的旋转速度，如图3B中所示，增加超前角。重复针对传感器输出的各沿增加超前角的操作能够以渐进、逐步的方式来向目标旋转速度增加速度。

另一方面，为了减小电机104的旋转速度，重复针对传感器输出的各沿减小超前角的操作能够以渐进、逐步的方式向目标旋转速度降低速度。另外，为了将电机104的旋转速度保持恒定，重复控制超前角以收敛旋转速度。在图3A中，传感器输出的上升沿与励磁波形的0交叉点一致。然而，实际上，编码器的输出相位与电机104的励磁相位之间的偏移A需要被校正。

接着，图4中例示了其中通过超前角控制来驱动电机104的示例。在从驱动开始直到电机104的旋转稳定为止的时间段中，通过开环控制来驱动电机104。电机104在其被停止时也通过开环控制来被驱动，以精确停止电机104的旋转。这里，电机104通过开环控制驱动以稳定电机104的旋转。针对诸如使到达目标速度所花的时间优先的其他目的，可以仅通过超前角控制来驱动电机104。在电机104的加速期间，通过超前角控制驱动电机104以达到目标速度St。在减速期间，通过超前角控制驱动电机104从目标速度St直至当前控制被切换到开环控制的速度，以减小旋转速度。

图5例示了流过电机104的线圈的消耗电流I与电机104的旋转速度之间的关系。在线圈的端子间施加的施加电压用VM代表，线圈的电阻分量与电感分量分别用R和L代表。当在施加电压VM保持恒定的情况下旋转电机104时，产生反电动势E。由于反电动势E与电机104的旋转速度成比例地增加，如图5的左部分所示，电机104的电流消耗随着电机104的旋转速度增加而降低。即，电机104的转矩根据电机104的旋转速度的增加而降低。

在图5的左部分中，上限值指能够对电机104施加的电力的最大值。基于对电池的额定电流的限制以及用于避免对电机104施加过度负荷的限制来确定电力的上限值。

图6例示了电机104的旋转速度与超前角之间的关系(下文中称为超前角特性)。当超前角增加时，电机104的旋转速度增加，当施加电压VM改变时，超前角特性变化。在图6中，施加电压P与施加电压Q具有Q＞P的关系。施加电压越高，电机104的转矩越高，由此电机104的旋转速度变得越高。超前角特性表现出针对电机104的旋转速度的局部最大值，并且具有即使超前角增加、电机104的旋转速度也不增加的速度区域。

考虑到反电动势E，可想到通过在不超出电力消耗的上限值的范围内增加施加电压VM来增加流过线圈的电流，使得电机104的转矩避免降低。然而，如图6中的箭头所指示，由于增加施加电压改变了电机104的旋转速度，因此施加电压的频繁改变可能引起不自然的速度变动。

将参照图7来描述不自然的速度变动的示例。图7例示了在电机104的加速期间要施加给电机104的施加电压、驱动波形(电压)、电力消耗(电流)、超前角以及旋转速度随时间的变化。施加电压是与驱动波形的实际值相等的值，时间Tc代表改变要施加给电机104的施加电压的定时。

改变要施加给电机104的施加电压的最简单的方法为增加要输入给电机驱动器107的电压。在另一方法中，在要输入给电机驱动器107的电压被保持恒定的同时，电压接通时间与断开时间的比率(占空比)可以被改变，由此改变施加电压。

这里假设施加电压在时间Tc增加。此时，如图7中所示，驱动波形的幅度增加。注意，驱动波形被假设为用于微阶控制的驱动波形。当关注电力消耗时，由于反电动势的影响，电力消耗根据电机104的旋转速度的增加而降低，并且电力消耗在时间Tc突然增加。就这一点，电力消耗需要被控制为使得不超出上限值。在这种情况下，如果超前角断续增加，如图7的底部所示，电机104的旋转速度将突然改变。

第一实施例

将参照图8、图9以及图10来描述根据第一实施例的用于通过根据施加电压的变化改变超前角来减小电机104的旋转速度的变化的控制方法。

图8是例示在电机104的加速控制的情况下针对电机104的控制方法的流程图。在图8中，“S”代表“步骤”，并且图8所示的流程图可以被实现为用于允许计算机实现各步骤的功能的控制程序。除非指明，否则各步骤由镜头控制微计算机109执行。通过使镜头控制微计算机109读取镜头控制微计算机109中存储的控制程序来执行图8所示的控制流程。

在超前角控制的加速期间，在S301中，超前角被增加以加速电机104的旋转。然后，在S302中，基于编码器的输出检测电机104的旋转速度。然后，在S303中，将检测的电机104的旋转速度与目标速度比较，并且确定是否达到目标速度。如果达到目标速度，电机103的加速控制结束。如果未达到目标速度，在S304中，确定电力消耗是否小于等于阈值。是否达到阈值的确定基于是否即使在S305中改变施加电压也不超出电力消耗的上限值。如果能够改变施加电压，处理进行到S305，否则，返回到S301。

可以通过实际测量电压值或电流值来获得用于S304的确定的关于电力消耗的信息。然而，为了实现简单的电路，可以利用电机104的旋转速度与电力消耗基本成比例的事实，并且可以由检测的电机104的旋转速度来估计电力消耗。替代电力消耗，可以使用检测的电机104的旋转速度来确定是否能够改变施加电压。在基于电机104的旋转速度检测电力消耗的情况下，镜头控制微计算机109被提供存储单元，并且表示电机104的旋转速度与电力消耗之间的对应关系的数据被存储在存储单元中。

如果在S304中确定能够改变向电机104施加电压，在S305中，要施加给电机104的施加电压被改变。为了加速电机104的旋转，增加施加电压。可以通过如上所述增加对电机驱动器107的输入电压或者改变要输入到电机104的施加电压的占空比来改变施加电压。在S306中，超前角被偏移从而消除由施加电压的改变引起的电机104的旋转速度的改变。在图8所示的流程图中，为了描述简单，S305和S306的处理被例示为各个块。然而，实际上，S306的处理需要与S305的处理基本同时。

图9例示了在图8所示的流程图中各参数随时间的改变。假设施加电压在时间Tc增加。此时，如图9中所示，驱动波形的幅度增加。由于反电动势的影响，电力消耗随着电机104的旋转速度增加而降低，并且在时间Tc，电力消耗在不超出上限值的范围内增加。此时，超前角被减小，由此提供电机104的旋转速度的平滑改变，可以减小当电机104被加速时的快速速度波动。

图10是例示在电机104的减速控制的情况下针对电机104的控制方法的流程图。在图10中，“S”代表“步骤”，图10所示的流程图可以被实现为用于允许计算机实现各步骤的功能的控制程序。除非指明，否则各步骤由镜头控制微计算机109执行。

在超前角控制中的减速期间，在S401中，超前角被减小以减速电机104的旋转。然后，在S402中，基于编码器的输出来检测电机104的旋转速度。然后，在S403中，确定检测的电机104的旋转速度是否达到当前控制被切换到开环控制的速度(停止速度)。停止速度指当执行从反馈控制到开环控制的切换时电机104的旋转速度，并且是预定速度。

如果达到停止速度，电机104的减速控制结束。如果未达到停止速度，在S404中，确定电力消耗是否大于等于预定阈值。在电机104的旋转的减速中，反电动势随着旋转速度降低而降低。由于该原因，如果施加电压即使在旋转速度低时也被保持，电力消耗可能在减速期间超出上限值。为了减轻该风险，通过S404的确定，在电力消耗超出上限值前减小施加电压。

如果在S404中确定针对电机104的施加电压的改变是必须的，在S405中，要施加给电机104的施加电压被改变。为了减速电机104的旋转，施加电压被减小。在S406中，超前角被偏移从而消除由施加电压的改变引起的电机104的旋转速度的改变。与图8中的S305与S306之间的关系类似，S406的处理需要与S405的处理基本同时。

如上所述，当通过超前角控制驱动配备编码器的步进式电机时，施加给电机的电压以及超前角可以被适当控制，由此实现电力的有效使用并实现电机的高速旋转。此外，电机加速或减速期间电机的速度变化可以被减小，由此提供电机的旋转速度中的平滑改变。

在本实施例中，照相机装置20包括电池212和电力转换电路213。作为选择，镜头装置10可以包括电力转换电路213。

第二实施例

在第一实施例中，施加电压在特定定时改变，并且超前角根据施加电压的改变而改变，由此减小电机104的旋转速度变化。本实施例提供了如下方法，其中，通过在其中超前角保持恒定的情况下改变施加电压的控制(电压控制模式)与其中施加电压保持恒定的情况下改变超前角的控制(超前角控制模式)之间切换，来减小电机104的旋转速度变化。图11例示了根据本实施例的针对电机104的加速和减速的操作流程。在图11中，“S”代表“步骤”，并且图11所示的流程图可以被实现为用于允许计算机实现各步骤的功能的控制程序。除非指明，否则各步骤由镜头控制微计算机109执行。通过使镜头控制微计算机109读取镜头控制微计算机109中存储的控制程序来执行图11所示的控制流程。

首先，在S501中，确定控制模式是电压控制模式还是超前角控制模式。如果控制模式是超前角控制模式，在S502中，施加电压被固定。然后，在S503中，超前角被增加或减小以控制电机104的加速或减速。

如果控制模式为电压控制模式，在S504中，超前角被固定。然后，在S505中，施加电压被增加或降低以控制电机104的加速或减速。在图11所示的流程图中，当处理从START开始时，控制模式被设为超前角控制模式。在S506中，基于编码器的输出来检测电机104的旋转速度。在S507中，确定电机104是正在被加速还是减速。

如果电机104正被加速，处理进行到S508。在S508中，确定是否达到目标速度。该确定基于在S506中检测到的旋转速度。如果达到目标速度，处理结束。

如果未达到目标速度，在S510中，确定电力消耗是否大于或等于上限值。如果电力消耗大于或等于上限值，利用电压控制模式的控制不可用。这样，在S514中，控制模式被设为超前角控制模式。如果电力消耗小于上限值，则在S512中，确定电力消耗是否等于或小于下限值。如果电力消耗不等于或小于下限值，则在S516中，维持当前控制模式，然后处理再次从S501开始。如果电力消耗小于或等于下限值，则在S515中，下一控制模式被设为电压控制模式。

如果在S507中确定电机104正被减速，则在S509中，确定是否达到停止速度。该确定基于在S506中检测到的旋转速度。如果达到停止速度，处理结束。

如果未达到停止速度，在S511中，确定电力消耗是否大于或等于上限值。如果电力消耗大于或等于上限值，利用超前角控制模式的减速不可用。这样，在S518中，控制模式被设为电压控制模式。如果电力消耗小于上限值，则在S513中，确定电力消耗是否等于或小于下限值。如果电力消耗不等于或小于下限值，则在S516中，维持当前控制模式，然后处理再次从S501开始。如果电力消耗小于或等于下限值，则在S517中，下一控制模式被设为超前角控制模式。

电力消耗的确定可以基于电压或电流的实际测量。然而，为了实现简单电路，可以利用电机104的旋转速度与电力消耗基本成比例的事实，并且可以由检测的电机104的旋转速度来估计电力消耗。替代电力消耗，可以使用检测的电机104的旋转速度来估计电力消耗。电力消耗的上限值和下限值是被提供用于确定控制模式的切换定时的值。即使电力消耗超出上限值或下限值，电机104的旋转控制可能不会立即丢失。

图12例示了根据本实施例的在加速期间各参数随时间的改变。时间Tc1，Tc2，Tc3，...代表控制模式的切换定时。在图12中，首先，超前角在超前角控制模式中被改变以增加电机104的旋转速度。增加旋转速度产生反电动势，能够导致施加电压的增加。如果电力消耗达到预定下限值，当前控制模式被切换到电压控制模式，并且施加电压被改变以改变电机104的旋转速度。由于通过增加施加电压来增加电机104的旋转速度，所以电力消耗达到预定上限值。此时，执行到超前角控制模式的切换。按照上述方式的控制模式的顺序切换允许电机104的平滑速度控制。

基于控制模式的切换间隔来确定电力消耗的下限值。如果切换间隔短，电力消耗的上限值与下限值之间的差能够被减小，并且电力消耗能够被保持在上限值附近的值。如果切换间隔长，电力消耗的上限值与下限值之间的差可以被增加以将由超前角和施加电压的改变引起的加速设置在可控制范围内的值。在减速期间，超前角的大改变可能使电力消耗超出上限值。图13例示了根据本实施例的减速期间各参数的变化。

本实施例提供了如下方法，其在其中超前角保持恒定的情况下改变施加电压的控制模式与其中施加电压保持恒定的情况下改变超前角的超前角控制模式之间切换的同时实现速度控制。这里，其中超前角保持恒定的控制包括超前角在电力消耗不超出上限值或下限值的范围内被改变的情况。另外，其中电压保持恒定的控制包括电压在电力消耗不超出上限值或下限值的范围内被改变的情况。

第三实施例

将对用于通过根据超前角在超前角控制模式与电压控制模式之间切换来减小电机104的旋转角度变化的方法给出描述。

图14例示了电机104的超前角与旋转速度之间的关系以及电机104的施加电压的值与旋转速度之间的关系。电机104的旋转速度在超前角为90°时最高。当超前角接近90°时，针对超前角中的改变，电机104的速度不以恒定速率改变。然而，当超前角保持恒定时，施加电压的值与电机104的旋转速度成比例。因此，如果超前角小于预定值At，电机104在超前角控制模式中被驱动，而如果超前角大于或等于预定值At并且能够改变施加电压，利用电压控制模式来进行电机104的速度控制。

图14所示的操作的流程图在图15中被例示。在图15中，“S”代表“步骤”，并且图15所示的流程图可以被实现为用于允许计算机实现各步骤的功能的控制程序。除非指明，否则各步骤由镜头控制微计算机109来执行。通过使镜头控制微计算机109读取镜头控制微计算机109中存储的控制程序来执行图15中所示的控制流程。

首先，在S601中，基于编码器的输出来检测电机104的旋转速度。同时，电机104的旋转速度被检测到的超前角也可检测。在S602中，超前角的值被检测，并且确定是否必须设置大于或等于值At的超前角从而实现电机104的速度控制。如果必须设置大于或等于值At的超前角，处理进行到S603。如果必须设置小于值At的超前角，处理进行到S605。在S605中，通过改变超前角来进行速度控制。

在S603中，确定是否能够改变施加电压。如上参照图8所述，可以通过实际测量电压或电流来获得关于电力消耗的信息。然而，为了实现简单电路，可以利用电机104的旋转速度与电力消耗基本成比例的事实并且可以由检测的电机104的旋转速度来估计电力消耗。替代电力消耗，可以使用检测的电机104的旋转速度来确定是否能够改变施加电压。

如果不能够改变施加电压，处理进行到S605。由于存在即使超前角被改变电机104将不能够被加速的可能性，因此必须将超前角控制为不大于或等于值Ap。如果能够改变施加电压，处理进行到S604。在S604中，通过在将超前角固定为值At的同时改变针对电机104的施加电压来进行速度控制。在图14中，电压从施加电压P连续改变到施加电压Q，由此提供电机104的速度控制。在这种情况下，进行控制，使得超前角控制模式中的加速与电压控制模式中的加速具有基本相同的值。因此，加速被维持基本恒定，实现了平滑的速度控制。

在本发明的前述实施例中，在其中组合有镜头装置以及该镜头装置可拆卸地安装于上的照相机装置的结构的情况下描述了光学装置。在其他实施例中，本发明还可以提供配备镜头的照相机装置、视频照相机、电子显微镜等。

虽然描述了本发明的一些示例性实施例，但是本发明并不限于这些实施例，可以在不背离本发明范围的情况下作出多种变型和改变。

其他实施例

还可以通过读出并执行记录在存储介质(例如，非易失性计算机可读存储介质)上的用于执行本发明的一个或多个上述实施例的功能的计算机可执行指令的系统或装置的计算机来实现本发明的各实施例、以及通过系统或装置的计算机通过例如从存储介质读出并执行用于执行一个或多个上述实施例的功能的计算机可执行指令的方法来实现本发明的各实施例。计算机可以包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其他电路中的一个或多个，并且可以包括独立的计算机或独立的计算机处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如压缩光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)^TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (19)

1.一种步进式电机控制设备，其用于控制步进式电机，该步进式电机控制设备包括：

位置检测传感器，其被构造为检测所述步进式电机的旋转位置；

电压控制器，其被构造为对所述步进式电机施加电压以驱动所述步进式电机；

超前角控制器，其被构造为控制超前角；以及

速度控制器，其被构造为控制所述步进式电机的驱动速度，其中

所述速度控制器被构造为利用第一加速控制和第二加速控制来控制所述驱动速度，在所述第一加速控制中，在通过所述电压控制器使电压保持恒定的同时，通过所述超前角控制器增加所述超前角，在所述第二加速控制中，通过所述电压控制器增加电压，并且通过所述超前角控制器减小所述超前角或使所述超前角保持恒定。

2.根据权利要求1所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为在所述超前角小于预定值的情况下利用所述第一加速控制使所述驱动速度增加，而在所述超前角大于等于所述预定值的情况下利用所述第二加速控制使所述驱动速度增加。

3.根据权利要求2所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为利用所述第二加速控制使所述电压连续增加。

4.根据权利要求1所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为控制所述驱动速度，使得所述步进式电机的电力消耗不超出预定上限值。

5.根据权利要求4所述的步进式电机控制设备，所述步进式电机控制设备还包括：

存储单元，其被构造为存储表示所述驱动速度与所述电力消耗之间的关系的数据，其中

基于所述数据和所述驱动速度来检测所述电力消耗。

6.根据权利要求4所述的步进式电机控制设备，其中

利用所述步进式电机的所述驱动速度以及所述电压的值来确定所述电力消耗。

7.根据权利要求1所述的步进式电机控制设备，其中

所述电压控制器被构造为通过改变所述电压的占空比来改变所述电压。

8.一种步进式电机控制设备，其用于控制步进式电机，该步进式电机控制设备包括：

位置检测传感器，其被构造为检测所述步进式电机的旋转位置；

电压控制器，其被构造为对所述步进式电机施加电压以驱动所述步进式电机；

超前角控制器，其被构造为控制超前角；以及

速度控制器，其被构造为控制所述步进式电机的驱动速度，其中

所述速度控制器被构造为利用第一减速控制和第二减速控制来控制所述驱动速度，在所述第一减速控制中，在通过所述电压控制器使电压保持恒定的同时，通过所述超前角控制器减小所述超前角，在所述第二减速控制中，通过所述电压控制器减小电压，并且通过所述超前角控制器增加所述超前角或使所述超前角保持恒定。

9.根据权利要求8所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为在所述超前角小于预定值的情况下利用所述第一减速控制使所述驱动速度降低，而在所述超前角大于等于所述预定值的情况下利用所述第二减速控制使所述驱动速度降低。

10.根据权利要求9所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为利用所述第二减速控制使所述电压连续降低。

11.根据权利要求8所述的步进式电机控制设备，其中

所述速度控制器被构造为控制所述驱动速度，使得所述步进式电机的电力消耗不超出预定上限值。

12.根据权利要求11所述的步进式电机控制设备，所述步进式电机控制设备还包括：

存储单元，其被构造为存储表示所述驱动速度与所述电力消耗之间的关系的数据，其中

基于所述数据和所述驱动速度来检测所述电力消耗。

13.根据权利要求11所述的步进式电机控制设备，其中

利用所述步进式电机的所述驱动速度以及所述电压的值来确定所述电力消耗。

14.根据权利要求8所述的步进式电机控制设备，其中

所述电压控制器被构造为通过改变所述电压的占空比来改变所述电压。

15.一种光学装置，其包括：

步进式电机；以及

根据权利要求1至14中的任意一项所述的步进式电机控制设备。

16.一种步进式电机控制方法，其用于通过控制对步进式电机施加的电压和超前角来控制所述步进式电机的驱动速度，所述步进式电机控制方法包括：

第一加速控制步骤，使所述电压保持恒定并增加所述超前角；以及

第二加速控制步骤，增加所述电压，并且减小所述超前角或使所述超前角保持恒定，

其中，在所述超前角小于预定值的情况下利用所述第一加速控制步骤增加所述驱动速度，而在所述超前角大于等于所述预定值的情况下利用所述第二加速控制步骤增加所述驱动速度。

17.根据权利要求16所述的步进式电机控制方法，其中

在所述第一加速控制步骤和所述第二加速控制步骤中，控制所述驱动速度使得所述步进式电机的电力消耗不超出预定上限值。

18.一种步进式电机控制方法，其用于通过控制对步进式电机施加的电压和超前角来控制所述步进式电机的驱动速度，所述步进式电机控制方法包括：

第一减速控制步骤，使所述电压保持恒定并减小所述超前角；以及

第二减速控制步骤，减小所述电压，并且增加所述超前角或使所述超前角保持恒定，

其中，在所述超前角小于预定值的情况下利用所述第一减速控制步骤降低所述驱动速度，而在所述超前角大于等于所述预定值的情况下利用所述第二减速控制步骤降低所述驱动速度。

19.根据权利要求18所述的步进式电机控制方法，其中

在所述第一减速控制步骤与所述第二减速控制步骤中，控制所述驱动速度使得所述步进式电机的电力消耗不超出预定上限值。