JP2010098922A - モータ駆動装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】オープンループ制御及びフィードバック制御が可能で、フィードバック制御によってモータを連続かつ安定して駆動することが可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】オープンループ制御又はフィードバック制御によってモータ１４０を駆動することができるモータ駆動装置は、モータのロータ２０２の回転位置を検出する位置センサ１４２の出力に応じてオープンループ制御又はフィードバック制御を選択する制御部１５０を有する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、モータ駆動装置及び電子機器に関する。

ステッピングモータは小型化に優れている。また、脱調を防止するために、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センサを取り付け、そ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を行うことも知られている（特許文献１参照）。

その他の従来技術として特許文献２がある。
特開平１０−１５０７９８号公報 特開平０９−３３１６６６号公報

モータの駆動時のコイルの発熱や環境温度の上昇により、モータの磁石の温度が上昇すると磁石の磁力が減少する（減磁）。位置センサが磁力を検知するホール素子である場合、減磁によってその出力が低下し、また、位置センサの温度が上昇した場合も感度が低下して出力が低下する。位置センサの出力が低下するとノイズの影響を受けやすくなり、フィードバック制御によるモータの駆動が不安定になる。この問題は、コイルと磁石、コイルと位置センサが比較的近くに配置されている小型のステッピングモータモータにおいてより顕著となる。

そこで、本発明は、オープンループ制御及びフィードバック制御が可能で、フィードバック制御においてモータを安定して連続的に駆動することが可能なモータ駆動装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面のモータ駆動装置は、磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、前記モータのロータの回転位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出結果に対して進角を有する進角信号を生成する進角信号生成部と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替えるオープンループ制御によって前記モータを駆動する第１の駆動部と、前記進角信号生成部の出力に応じて前記コイルへの通電を切り替えるフィードバック制御によって前記モータを駆動する第２の駆動部と、前記位置センサの出力が第１の閾値を下回った場合に前記第１の駆動部を選択し、前記位置センサの出力が第１の閾値以上の場合に前記第２の駆動部を選択する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、オープンループ制御及びフィードバック制御が可能で、フィードバック制御によってモータを連続かつ安定して駆動することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、デジタルカメラ（撮像装置、電子機器）１００のブロック図である。なお、本発明の電子機器は、デジタルカメラやビデオカメラなどの光学機器（撮像装置）以外に、光ディスク装置、プリンタなどでもよく、一般に、制御対象（被駆動部材）と、制御対象をモータにより駆動及び位置決めするモータ駆動装置と、を有する。また、制御対象（被駆動部材）は限定されず、光学部材、レンズ開口を調節する絞り羽根、振れ補正レンズ、光学機器以外の用途における駆動対象などであってもよい。

カメラ１００は、ズーム系と、焦点調節装置と、制御系と、を有する。

ズーム系は、ズームレンズ１１０、モータ１１２、ドライバ１１４、ズームスイッチ１１６、制御系の制御回路１５０を含む。ズームレンズ１１０はズーム動作を行い、モータ１１２によって駆動され、後述する撮像素子１３０の撮像面における像の倍率を変化させる。モータ１１２は、ドライバ１１４によって駆動され、ズームレンズ１１０を駆動するステッピングモータである。ドライバ１１４は、制御回路１５０から出力される駆動信号に従ってモータ１１２を駆動するステッピングモータドライバである。ズームスイッチ（ＳＷ）１１６は、ユーザーが操作することでズーム指令信号を出力する。制御回路１５０は、ズームスイッチ１１３から出力されるズーム指令信号に従ってドライバ１１４にズームレンズ駆動信号を出力し、モータ１１２を制御してズーム動作を行う。

焦点調節装置は、フォーカスレンズ（光学部材）１２０と、画像信号生成部と、焦点状態検出部と、モータ駆動部（モータ駆動装置）と、を有する。

フォーカスレンズ１２０は焦点調節動作を行い、モータ駆動部によって駆動され、画像信号生成部の撮像素子１３０の撮像面における像の焦点状態を変化させる。また、ズームレンズ１１０のズーム動作中の撮像素子１３０の撮像面における像の焦点状態の変化を補正することができる。

画像信号生成部は、ズームレンズ１１０とフォーカスレンズ１２０などの光学部材によって形成された像を検出して画像信号を出力する。画像信号生成部は、撮像素子１３０と信号処理回路１３２を含む。撮像素子１３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子で構成され、ズームレンズ１１０とフォーカスレンズ１２０を介して入射した外部の光を電気信号に変換して出力する。信号処理回路１３２は、撮像素子１３０から出力される電気信号を処理し、映像信号として出力する。より具体的には、撮像素子１３０から出力されるアナログ電気信号に対し、ゲイン調整・ガンマ処理などを行った後、ＲＧＢ画像データなどのデジタル映像信号として出力する。

焦点状態検出部は、画像信号生成部から出力された画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出し、本実施例では制御系の制御回路（制御部）１５０を含む。

モータ駆動部は、焦点を調節する際にフォーカスレンズ１２０を移動するのに使用される。モータ駆動部は、モータ１４０、位置センサ１４２、第１のドライバ（第１の駆動部）１４４、第２のドライバ（第２の駆動部）１４６、制御系の制御回路（制御部）１５０とメモリ１５２を含む。

モータ１４０は、第１のドライバ１４４又は第２のドライバ１４６によって駆動され、フォーカスレンズ１２０を駆動する。位置センサ１４２は、モータ１４０のロータの位置（回転位置）を検出して検出信号を出力する。

図２は、モータ１４０と位置センサ１４２の構成例を示す斜視図である。なお、説明のため一部の部品を破断して示している。モータの構造は特許文献２と同じである。

図２を参照するに、モータ１４０は、磁石２０１を有するロータ２０２、一対のコイル２０３及び２０４、一対のヨーク２０５及び２０６、一対の位置センサ２０７及び２０８を有する。一対の位置センサ２０７及び２０８は図１に示す位置センサ１４２に対応する。一対のコイル２０３及び２０４、一対のヨーク２０５及び２０６、一対の位置センサ２０７及び２０８はステータを構成する。

磁石２０１は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。磁石２０１は、角度位置に対し、径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有し、磁束密度の高いネオジウム磁石などが用いられる。ロータ２０２は、ステータに対して回転可能に支持され、磁石２０１と一体に固定されている。ヨーク２０５はコイル２０３に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。ヨーク２０６はコイル２０４に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。

一対の位置センサ２０７及び２０８は磁石２０１の磁束を検出し、電気角で９０°ずつ位相のずれた信号を出力するホール素子である。磁石２１の極数をｎとすると、電気角３６０°は実際のロータ角度の７２０／ｎ°に相当する。なお、ロータ２０２の回転位置を検出する方式を限定されず、ロータ２０２の回転に伴って変位する検出用磁石を配置して検出してもよいし、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。また、位置センサ１４２はモータ１４０と一体に固定されていてもよいし、モータ１４０とは別部材に固定されていてもよい。

第１のドライバ１４４は、制御回路１５０から出力される駆動信号に従ってモータ１４０のコイル２０３及び２０４への通電を切り替えるオープンループ制御によってモータ１４０を駆動する。かかる駆動を、以下、「ＯＰ駆動」と呼ぶ場合がある。

第２のドライバ１４６は、位置センサ１４２の検出結果又は信号に対して任意の位相差（進角）を有する進角信号を生成する進角回路（進角信号生成部）１４７を有する。第２のドライバ１４６は、制御回路１５０から出力される駆動信号と、進角回路１４７が出力する進角信号に従ってコイル２０３及び２０４への通電を切り替えるフィードバック制御によってモータ１４０を駆動する。かかる駆動を、以下、「ＦＢ駆動」と呼ぶ場合がある。

制御回路１５０は、第１のドライバ（第１の駆動部）１４４又は第２のドライバ（第２の駆動部）１４６にフォーカスレンズ駆動信号を出力することによっていずれかを選択し、モータ１４０を制御することでフォーカス（焦点調節）動作を行う。その際、制御回路１５０は、位置センサ１４２の出力に応じて第１のドライバ１４４と第２のドライバ１４６を選択してフォーカスレンズ１２０の駆動をＯＰ駆動とＦＢ駆動との間で切り替える。更に、制御回路１５０は、進角回路１４７に進角設定信号を供給して進角回路１４７の位相を設定する。制御回路１５０はタイマを内蔵してもよい。また、メモリ１５２は、後述する制御回路１５０の動作に必要な閾値を格納している。

本実施例は、第１のドライバ１４４と第２のドライバ１４６を別体として設けてＯＰ駆動又はＦＢ駆動を切り替え可能に構成している。しかし、単一のドライバに第１のドライバ１４４と第２のドライバ１４６の機能を持たせてＯＰ駆動又はＦＢ駆動を切り替え可能に構成してもよい。

その他、制御系の制御回路１５０は、信号処理回路１３２から出力されるデジタル映像信号を処理し、メモリ１５２に対して記録用データを出力する。メモリ１５２は、制御回路１５０から出力される記録用データを記録可能である。メモリ１５２の種類は限定されず、メモリーカード、カメラ内蔵メモリ、テープ、ディスクなど各種メモリを使用可能である。

モータ１４０は、第１のドライバ１４４によってオープンループ通電切り替え駆動（ＯＰ駆動）を行うことができる。ＯＰ駆動は、通常のステッピングモータのオープンループ制御と同様であり、予め決められた時間間隔に従ってモータ１４０のコイル２０３と２０４への通電状態を切り替える駆動である。即ち、第１のドライバ１４４は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向に従ってコイル２０３と２０４の通電を順次切り替えることによってロータ２０２を所望の速度で回転させることができる（速度制御）。また、第１のドライバ１４４は、入力された駆動パルス数に従って、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることができる（位置制御）。ＯＰ駆動は、予め決められた時間間隔（駆動パルス間隔）に従うために位置センサ１４２の出力変化の影響を受けない。しかし、ＯＰ駆動は、駆動速度を速く（駆動パルス間隔を短く）するとコイル２０３と２０４への通電の切り替えに対してロータ２０２が応答できなくなり、脱調をおこすおそれがある。このため、駆動パルス間隔に下限を加える必要があり、高速駆動が制限される。

モータ１４０は、第２のドライバ１４６を用いて、フィードバック通電切り替え駆動（ＦＢ駆動）を行うことができる。ＦＢ駆動は、位置センサ１４２の出力に応じてコイルの通電状態を切り替える駆動である。即ち、第２のドライバ１４６は、入力された駆動パルス数と回転方向、位置センサ１４２の出力する検出信号に基づいて生成される進角信号に従ってコイル２０３とコイル２０４の通電を順次切り替える。これによってロータ２０２を所望の角度だけ回転させることができる（位置制御）。また、コイル２０３と２０４に流す電流を制御することによってロータ２０２を所望のトルクで回転させることができる（電流制御）。また、検出信号と進角信号との間の位相差（進角）を制御することで、トルク−回転数特性を変化させることが可能である（進角制御）。ＦＢ駆動は、コイル２０３と２０４の通電切り替えをロータ２０２の位置に合わせて行うために脱調を低減することができ、高速駆動が可能になるが、位置センサ１４２の出力が低下するとノイズの影響を受けやすくなるので不安定になる。

図３は、ヨークと位置センサとロータの位相関係を示す軸方向の断面図である。図中で時計回りを正の方向とする。２０５ａ〜２０５ｄはヨーク２０５の磁極歯、２０６ａ〜２０６ｄはヨーク２０６の磁極歯である。本実施例では、磁石２０１の極数は８極、着磁角Ｐは４５°である。また、ヨーク２０５を基準とするとヨーク２０６の位相Ｐ／２は−２２．５°、位置センサ２０７の位相β１は＋２２．５°、位置センサ２０８の位相β２は−４５°である。

以下、電気角を用いてＦＢ駆動の動作を説明する。電気角とは、磁石磁力の１周期を３６０°として表したものであり、ロータ２０２の極数をＭ、実際の角度をθ_０とすると電気角θは次式で表すことができる。

ヨーク２０５とヨーク２０６の位相差、位置センサ２０７と位置センサ２０８の位相差、ヨーク２０５と位置センサ２０７の位相差は全て電気角で９０°である。なお、図３において、ヨーク２０５の磁極歯中心と磁石２０１のＮ極中心が対向している。この状態をロータ２０２の初期状態とし、電気角０°とする。

以下、モータ１４０におけるロータ位置とモータトルクとの関係、ロータ位置と各信号の出力の関係について説明する。

図４（１）は、ロータ２０２の回転角度とモータトルクの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータ２０２を時計回りに回転させるトルクを正とする。コイル２０３に正方向の電流を流すと、ヨーク２０５がＮ極に磁化し、磁石２０１の磁極との間に電磁気力が発生する。また、コイル２０４に正方向の電流を流すと、ヨーク２０６がＮ極に磁化し、磁石２０１の磁極との間に電磁気力が発生する。２つの電磁気力を合成すると、ロータ２０２の回転に伴って概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ＋）。他の通電状態においても、同様に、概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ−、Ａ−Ｂ−、Ａ−Ｂ＋）。また、ヨーク２０５はヨーク２０６に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、４つのトルクは互いに電気角で９０°の位相差を持っている。

図４（２）はロータ２０２の回転角度と位置センサ１４２からの信号の出力との関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は位置センサ１４２からの信号の出力を示す。磁石２０１は、電気角に対しておおよそ正弦波状になるように着磁している。そのため、位置センサ２０７からは概略正弦波状の信号が得られる（センサ信号Ａ）。なお、本実施例では、位置センサ２０７は、磁石のＮ極と対向するときに正の値を出力する。また、位置センサ２０８は位置センサ２０７に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、位置センサ２０８からは余弦波状の信号が得られる（センサ信号Ｂ）。本実施例では、位置センサ２０８は、位置センサ２０７に対して極性を反転してあるため、磁石２０１のＳ極と対向するときに正の値を出力する。

進角回路１４７は、位置センサ２０７の出力と位置センサ２０８の出力に基づいて演算を行い、制御回路１５０によって設定される任意の進角を有する第１の進角信号と第２の進角信号を出力する。以下、進角信号の演算方法について述べる。

電気角θ、位置センサ２０７の出力をＨＥ１、位置センサ２０８の出力をＨＥ２とすると、各信号は次式で表すことができる。

また、進角αだけ進めた第１の進角信号をＰＳ１、進角αだけ進めた第２の進角信号をＰＳ２とすると、これらはＨＥ１、ＨＥ２、αを用いて次式で表すことができる。

本実施例ではこの演算式に基づいて進角回路１４７を構成する。

図５は、進角回路１４７の回路図である。進角回路１４７を、例えば、図５に示すようなアナログ回路で構成することで上記の演算が実現可能である。まず、各位置センサの出力を増幅率Ａだけ増幅した信号と、それらを反転させた信号を生成する（Ａｓｉｎθ，Ａｃｏｓθ，−Ａｓｉｎθ，−Ａｃｏｓθ）。それらに抵抗値Ｒ１、Ｒ２をかけて加算することにより、進角信号を生成する。第１の進角信号ＰＳ１、第２の進角信号ＰＳ２は次のように表される。

回路中の可変抵抗Ｒ、Ｒ１、Ｒ２を次のように選択することによって任意の進角αだけ進めた進角信号を生成することができる。

更に、第１の進角信号ＰＳ１、第２の進角信号ＰＳ２に対してコンパレータを用いて２値化した２値化信号を出力する。

以上の進角信号の生成方法は単なる一例であり、本発明はこの方法に限定されない。上記の演算を行うデジタル回路によって進角信号を生成してもよいし、高分解能のエンコーダを用いて通電を切り替えるパルス間隔を調整することで進角信号を生成してもよい。これら周知の方法を用いても上記進角信号の生成方法と同様の効果が得られる。

以下、進角回路１４７から出力される進角信号が有する進角がゼロの場合のＦＢ駆動について説明する。図４（２）において、進角信号Ａ、進角信号Ｂは、センサ信号Ａとセンサ信号Ｂに対して前述の進角演算を行い、進角を与えた信号である。ここでは、進角がゼロの場合を示しており、センサ信号Ａと進角信号Ａ、センサ信号Ｂと進角信号Ｂがそれぞれ一致している。２値化信号Ａ、２値化信号Ｂは、進角信号Ａ、進角信号Ｂに対してコンパレータを用いて２値化を行った信号である。

ＦＢ駆動では、２値化信号Ａに基づいてコイル２０３の通電を切り替え、２値化信号Ｂに基づいてコイル２０４の通電を切り替える。即ち、２値化信号Ａが正の値を示すときコイル２０３に正方向の電流を流し、負の値を示すときコイル２０３に逆方向の電流を流す。また、２値化信号Ｂが正の値を示すときコイル２０４に正方向の通電を流し、負の値を示すときコイル２０４に逆方向の通電を流す。

図６は、ＦＢ駆動の動作を示す軸方向の断面図である。

図６（ａ）はロータ２０２が電気角で１３５°回転した状態を示している。各進角信号は図４（２）の（ａ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、コイル２０３には正方向の電流が流れてヨーク２０５はＮ極に磁化し、コイル２０４には逆方向の電流が流れてヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｂ）はロータ２０２が電気角で１８０°回転した状態を示している。位置センサ２０７は磁石２０１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正の値から負の値に切り換わり、コイル２０３の通電方向が正方向から逆方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。

図６（ｂ’）はロータ２０２が電気角で１８０°回転し、コイル２０３の通電方向が切り換わった状態を示している。コイル２０３には逆方向の電流が流れてヨーク２０５はＳ極に磁化し、コイル２０４には逆方向の電流が流れてヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｃ）はロータ２０２が電気角で２２５°回転した状態を示している。各進角信号は図４（２）の（ｃ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは負、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、コイル２０３には負方向の電流が流れてヨーク２０５はＳ極に磁化し、コイル２０４には逆方向の電流が流れてヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｄ）はロータ２０２が電気角で２７０°回転した状態を示している。位置センサ２０８は磁石２０１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負の値から正の値に切り換わり、コイル２０４の通電方向が逆方向から正方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ−Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ＋との交点の電気角と一致する。

図６（ｂ’）はロータ２０２が電気角で２７０°回転し、コイル２０４の通電方向が切り換わった状態を示している。コイル２０４には正方向の電流が流れてヨーク２０６はＳ極に磁化し、コイル２０３には逆方向の電流が流れてヨーク２０５はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する時計回りのトルクがはたらき、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

以上の動作を繰り返すことで、ロータ２０２を連続的に回転させることが可能となる。また、２値化信号Ａ又は２値化信号Ｂの正負を反転させれば、逆回転も可能である。

次に、進角回路１４７から出力される進角信号が進角αを有する場合のＦＢ駆動について説明する。図７（１）は、進角回路１４７から出力される進角信号が進角αを有する場合のロータ２０２の回転角度とモータトルクとの関係を示すグラフである。図７（２）は、ロータ２０２の回転角度と位置センサ１４２からの信号の出力との関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は各信号の出力を示す。図７（２）において、センサ信号Ａに対して進角信号Ａが、センサ信号Ｂに対して進角信号Ｂがそれぞれ進角αだけ進んでいる。また、進角信号に基づいて生成された２値化信号Ａ、２値化信号Ｂもそれぞれセンサ信号Ａ、センサ信号Ｂに対して進角αだけ進んでいる。ＦＢ駆動では、２値化信号Ａに基づいてコイル２０３の通電を切り替え、２値化信号Ｂに基づいてコイル２０４の通電を切り替えるため、コイル２０３、２０４の通電切り替えタイミングは進角がゼロの時に比べて進角αだけ早いことになる。

図８は、進角を変えたときのトルクと回転数の関係を示すグラフである。横軸はモータのトルクを、縦軸はモータの回転数を示す。グラフから、進角αによってトルクと回転数の関係が変化する性質がわかる。この性質を用いて、ＦＢ駆動では駆動条件によって進角αを変える進角制御を行っている。一定の負荷条件下でＦＢ駆動を行う場合、進角αを制御することで駆動速度を制御することも可能である。

静止画撮影を繰り返すなど、ズームレンズ１１０及びフォーカスレンズ１２０を間欠的に駆動する場合、停止時にモータ１１２及び１４０のコイル２０３、２０４への通電を行わないか、または、電流を小さくすることができる。このとき、駆動時にコイル２０３、２０４から発生する熱を停止時に放熱することができ、モータ１４０の発熱を抑えることができる。

一方、動画撮影を行うなど、ズームレンズ１１０及びフォーカスレンズ１２０を連続的に駆動する場合、モータ１１２及び１４０のコイル２０３、２０４に対する通電が連続して行われる。そのため、コイル２０３、２０４から発生する熱が放熱されにくくなり、モータ１４０の発熱を抑えることが困難になる。従って、間欠駆動に比べて連続駆動の場合は、モータ周辺の温度が上昇することになる。また、環境温度の変化、可動部の摩擦、カメラ１００に含まれる他の電子機器の発熱などによってもモータ周辺の温度が上昇する場合がある。

図９は、磁石２０１の磁束密度の温度特性を示したグラフである。モータ１４０の周辺温度が上昇すると、磁石２０１の減磁によって温度上昇に従って磁石２０１の磁束密度が低下する。本実施例では、ホール素子によって磁石２０１の磁束密度を検出するため、温度上昇に従ってホール素子の出力が低下し、ＳＮ比が低下することになる。

図１０は、本実施例におけるホール素子の温度特性を示したグラフである。モータ１４０の周辺温度が上昇するとホール素子の温度特性によって温度が上昇するにつれてホール素子の出力が低下し、ＳＮ比が低下する。本実施例は位置センサ１４２としてホール素子を用いたが、他の位置センサを用いた場合も位置センサ１４２の温度特性によって出力が低下し、ＳＮ比が低下する場合がある。また、温度上昇以外にも、外来ノイズなどの理由によりホール素子のＳＮ比が低下することも考えられる。

以下、位置センサ１４２の出力の低下に伴うＳＮ比の低下がモータ１４０の駆動に与える影響について説明する。進角がゼロの場合は、センサ信号と進角信号は一致している。また、片方の位置センサ１４２の信号のみを用いて説明する。

図１１は、位置センサ１４２の出力が通常の状態においてロータ２０２が一定の速度で回転している場合の位置センサ１４２の出力を示すグラフである。図１１では、位置センサ１４２に対向する磁石２０１のＮ極又はＳ極の磁極が４回通過しており、２周期弱のセンサ信号が示されている。センサ信号は、ロータ２０２の回転に応じた正弦波と、センサ信号に対するノイズ（ノイズ幅Ｂ）との合成信号（振幅Ａ）として得られる。図１１に示す条件下では、２値化信号は磁極の切り替わりと共に３回反転しており、ロータ２０２の回転と同期して出力されている。従って、ＦＢ駆動では磁極の切り替わりで通電切り替えを行うことになり、ロータ２０２の回転に同期したコイル２０３、２０４の通電切り替えが正常に行われるため、ＦＢ駆動は安定する。一方、ＯＰ駆動は、センサ信号を用いないために安定することができる。

図１２は、位置センサ１４２の出力が低下した状態においてロータ２０２が一定の速度で回転している場合の位置センサ１４２の出力を示すグラフである。図１２では、位置センサ１４２に対向する磁石２０１のＮ極またはＳ極の磁極が４回通過しており、２周期弱のセンサ信号が示されている。センサ信号は、ロータ２０２の回転に応じた正弦波と、センサ信号に対するノイズとの合成信号（振幅Ａ）として得られる。図１２のセンサ信号では、図１１のセンサ信号に比べて、ロータ２０２の回転に応じた正弦波の振幅が小さくなっているため、ＳＮ比が小さくなり、信号ノイズによる影響を受けやすくなっている。図１２に示す条件下では、２値化信号は磁極の切り替わりの周辺で複数回反転している。従って、ＦＢ駆動では磁極の切り替わりの周辺で複数回通電切り替えを行うことになり、ロータ２０２の回転に同期したコイルの通電切り替えが正常に行われず、センサ出力が低下すると安定してＦＢ駆動を行うことが困難となる。一方、ＯＰ駆動は、センサ信号を用いないために安定することができる。

以下、制御回路１５０による、第１のドライバ１４４と第２のドライバ１４６の選択について説明する。制御回路１５０は位置センサ１４２の出力に応じて第１のドライバ１４４と第２のドライバ１４６（又はＯＰ駆動とＦＢ駆動）を選択してフォーカスレンズ１２０を駆動する。

図１３は、本実施例の制御回路１５０のフォーカスレンズ１２０の駆動処理を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップを表している。駆動処理が開始すると、制御回路１５０は現在の合焦状態を検出し、フォーカスレンズ１２０の目標位置を算出する（Ｓ１０１）。その後、算出したフォーカスレンズ１２０の目標位置から、第１のドライバ１４４又は第２のドライバ１４６に出力するフォーカスレンズ駆動信号を生成する（Ｓ１０２）。

次に、制御回路１５０は、位置センサ１４２の出力に基づいてセンサ出力のピーク値Ｐｋを検出する（Ｓ１０３）。ここで、「ピーク値Ｐｋ」は、位置センサ２０７及び２０８の２つの出力信号の振幅のピーク値のうちで最小値（極小値）を意味する。制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋを検出すると予め設定された閾値（第１の閾値）ＳＨ１と比較する（Ｓ１０４）。

制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１よりも小さいと判断すると（Ｓ１０４のＹｅｓ）、第１のドライバ１４４に駆動信号を出力し、ＯＰ駆動によりフォーカスレンズ１２０を駆動して（Ｓ１０５）、処理を終了する。一方、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１以上である判断すると（Ｓ１０４のＮｏ）、第２のドライバ１４６に駆動信号を出力し、ＦＢ駆動によりフォーカスレンズ１２０を駆動して（Ｓ１０６）、処理を終了する。即ち、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１よりも小さい（第１の閾値未満）と判断するとＯＰ駆動を選択し、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１以上（第１の閾値以上）であると判断するとＦＢ駆動を選択する。

図１１、図１２におけるセンサ信号の振幅Ａは、制御回路１５０で検知されるピーク値Ｐｋと同等であるため、センサ出力（又はピーク値Ｐｋ）が低下すると安定してＦＢ駆動を行うことが困難になる。本実施例は、安定してＦＢ駆動することが可能な時のセンサ信号のピーク値に閾値ＳＨ１を設定し、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１未満となって２値化信号がロータの回転と同期しなくなった場合はＯＰ駆動に切り替えてモータ１４０の駆動の安定性を確保している。

制御回路１５０は、Ｓ１０４の判断を、位置センサ１４２の出力を取得してから一定時間後に（即ち、ピーク値Ｐｋが変動してから一定時間後に）行ってもよい。これにより、ピーク値Ｐｋが閾値周辺で変動する場合でも、頻繁に駆動制御の切り替えが起こらないのでモータの駆動の安定性を確保することができる。判断の遅延は、一定期間の計時を制御回路１５０に内蔵されたタイマで測定したり、シフトレジスタなどの遅延回路を使用したりすることによって可能である。

図１４は、本実施例において温度上昇により位置センサ１４２の出力が低下した場合の制御回路１５０の動作を示すタイミングチャートである。モータ１４０を連続してＦＢ駆動すると、モータ１４０の温度が上昇し、それに応じて位置センサ１４２としてのホール素子の出力が低下してピーク値Ｐｋも低下する。ｔ１においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１を下回ると、制御回路１５０は駆動方法をＯＰ駆動に切り替える。ｔ２においてモータ１４０の連続駆動を完了し、間欠駆動を行うと、モータ１４０は放熱されてピーク値Ｐｋが上昇する。ｔ３においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１を上回ると、制御回路１５０は駆動方法をＦＢ駆動に切り替える。閾値ＳＨ１は安定してＦＢ駆動することが可能な時のセンサ信号のピーク値に設定されているため、位置センサ１４２の出力が低下して安定してＦＢ駆動が行えない場合にはＯＰ駆動によりモータ１４０は安定して駆動される。

このように、本実施例のカメラ１００は、ＦＢ駆動中にモータ１４０の温度が上昇して位置センサ１４２の出力が低下した場合にＯＰ駆動に切り替えてモータ１４０の駆動を安定化させる。

実施例２は、実施例１のカメラ１００、モータ１４０と同様の構成を使用し、実施例１とは制御回路１５０によるフォーカスレンズ１２０の駆動処理が相違する。図１５は、本実施例の制御回路１５０のフォーカスレンズ１２０の駆動処理を示すフローチャートであり、図１３と同様のステップには同一の参照符号を付している。Ｓ１０１〜Ｓ１０５までのフローは図１３と同様である。

図１３では、制御回路１５０は、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１未満となったと判断するとＯＰ駆動に移行する。一方、図１５では、制御回路１５０は、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１よりも大きい値である閾値（第２の閾値）ＳＨ２に到達したと判断すると、モータ１４０の駆動速度をＯＰ駆動における脱調速度以下まで減速する。ここで、「脱調速度」とは、所定の負荷条件において、ＯＰ駆動を行っても脱調が起こらない最大の速度を意味する。本実施例は、このように脱調速度より小さい駆動速度を確保した状態でＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えを行うことによって脱調の発生を防止している。

具体的には、図１５において、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１以上である判断すると（Ｓ１０４のＮｏ）、閾値ＳＨ１よりも大きい値である予め設定された閾値ＳＨ２とピーク値Ｐｋを比較する（Ｓ２０７）。制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ２よりも小さい（第２の閾値未満）と判断すると（Ｓ２０７のＹｅｓ）、フォーカスレンズ１２０の駆動速度が脱調速度以下の駆動速度Ｖ２以下になるように減速処理を行う（Ｓ２０８）。減速処理は、コイルに流す電流を制御することで速度を制御する電流制御を利用してもよいし、センサ信号と進角信号の位相差（進角）を制御することでトルク−回転数特性を変化させ、速度を制御する進角制御を行ってもよい。Ｓ２０８の後で、又は、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ２以上（第２の閾値以上）であると判断すると（Ｓ２０７のＮｏ）、第２のドライバ１４６に駆動信号を出力する。そして、ＦＢ駆動によりフォーカスレンズ１２０を駆動して（Ｓ１０６）、駆動処理を終了する。このように、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１より小さい場合はＯＰ駆動、ピーク値ＰｋがＳＨ２より大きい場合はＦＢ駆動、ピーク値がＳＨ２とＳＨ１の間の場合は駆動速度がＶ２以下になるように減速してＦＢ駆動を行う。

本実施例は、安定してＦＢ駆動することが可能な時のセンサ信号のピーク値に閾値ＳＨ１を設定し、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１未満となって２値化信号がロータの回転と同期しなくなった場合はＯＰ駆動に切り替えてモータ１４０の駆動の安定性を確保している。

また、本実施例は、駆動速度Ｖ２をＯＰ駆動における脱調速度以下に設定し、閾値ＳＨ２を閾値ＳＨ１より大きな値に設定している。この結果、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少するとピーク値Ｐｋは閾値ＳＨ１に達する前に閾値ＳＨ２に到達し、モータ１４０の駆動速度はＯＰ駆動における脱調速度以下まで減速される。そして、更にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１を下回り、ＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えが行われる。この際、駆動速度が脱調速度以下であるのでＯＰ駆動時の脱調を回避することができる。

制御回路１５０は、Ｓ２０７の判断を、位置センサ１４２の出力を取得してから一定時間後に（即ち、ピーク値Ｐｋが変動してから一定時間後に）行ってもよい。これにより、ピーク値Ｐｋが閾値周辺で変動する場合でも、頻繁に駆動制御の切り替えが起こらないのでモータの駆動の安定性を確保することができる。判断の遅延は、一定期間の計時を制御回路１５０に内蔵されたタイマで測定したり、シフトレジスタなどの遅延回路を使用したりすることによって可能である。

図１６は、本実施例において温度上昇により位置センサ１４２の出力が低下した場合の制御回路１５０の動作を示すタイミングチャートである。モータ１４０を連続して駆動速度Ｖ２より大きい駆動速度Ｖ１でＦＢ駆動すると、モータ１４０の温度が上昇し、それに応じて位置センサ１４２としてのホール素子の出力が低下してピーク値Ｐｋも低下する。ｔ１においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ２を下回ると、制御回路１５０は駆動速度Ｖ１が駆動速度Ｖ２以下になるように第２のドライバ１４６を制御してモータ１４０を減速する。更に、位置センサ１４２のピーク値Ｐｋが低下し、ｔ２においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１を下回ると、制御回路１５０は駆動方法をＯＰ駆動に切り替える。この際、モータ１４０の駆動速度はＯＰ駆動における脱調速度以下の駆動速度Ｖ２に設定されているため、ＯＰ駆動への切り替えによる脱調の発生を抑えることができる。

このように、本実施例のカメラは、ＦＢ駆動中にモータ１４０の温度が上昇して位置センサ１４２の出力が低下した場合にＯＰ駆動に切り替えてモータ１４０の駆動を安定化させる。また、ＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えも安定化させる。

実施例３も、実施例１のカメラ１００、モータ１４０と同様の構成を使用し、実施例１とは制御回路１５０によるフォーカスレンズ１２０の駆動処理が相違する。図１７は、本実施例の制御回路１５０のフォーカスレンズ１２０の駆動処理を示すフローチャートであり、図１３と同様のステップには同一の参照符号を付している。Ｓ１０１〜Ｓ１０５までのフローは図１３と同様である。

図１３では、制御回路１５０は、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１未満となったと判断するとＯＰ駆動に移行する。ＯＰ駆動は、コイルへの通電切り替えとロータの回転、即ち、進角は、ゼロ又はロータの応答遅れ相当の位相差となるが、ＦＢ駆動では進角αは任意の値に制御されている。高速のＦＢ駆動では進角αをＯＰ駆動の場合よりも大きな値に制御する必要があるが、この状態でＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えを行うと進角の急激な変化により、脱調が発生するおそれがある。そこで、図１７では、制御回路１５０は、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１よりも大きい値である閾値（第３の閾値）ＳＨ３に到達したと判断すると、位置センサ１４２の信号と進角信号との位相差（進角）を減少又は調節する。この場合、進角は、ゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値に減少（調節）される。このように、本実施例は、モータ１４０の進角をゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値に維持した状態でＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えを行うことによって脱調の発生を防止している。

具体的には、図１７において、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１以上である判断すると（Ｓ１０４のＮｏ）、閾値ＳＨ１よりも大きい値である予め設定された閾値ＳＨ３とピーク値Ｐｋを比較する（Ｓ３０７）。制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ３よりも小さい（第３の閾値未満）と判断すると（Ｓ３０７のＹｅｓ）、モータ１４０の進角をゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値に減少又は制御する（Ｓ３０８）。Ｓ３０８において、本実施例では進角をα２以下に減少又は制御している。Ｓ３０８の後で、又は、制御回路１５０は、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ３以上（第３の閾値以上）であると判断すると（Ｓ３０７のＮｏ）、第２のドライバ１４６に駆動信号を出力する。そして、ＦＢ駆動によりフォーカスレンズ１２０を駆動して（Ｓ１０６）、駆動処理を終了する。このように、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１より小さい場合はＯＰ駆動、ピーク値ＰｋがＳＨ２より大きい場合はＦＢ駆動、ピーク値がＳＨ３とＳＨ１の間の場合は進角がα２以下になるようにＦＢ駆動を行う。

本実施例は、安定してＦＢ駆動することが可能な時のセンサ信号のピーク値に閾値ＳＨ１を設定し、ピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１未満となって２値化信号がロータの回転と同期しなくなった場合はＯＰ駆動に切り替えてモータの駆動の安定性を確保している。

また、本実施例は、進角α２をゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値に設定し、閾値ＳＨ２をＳＨ１より大きな値に設定している。この結果、ＦＢ駆動中にピーク値Ｐｋが減少するとピーク値Ｐｋは閾値ＳＨ１に達する前に閾値ＳＨ３に到達し、モータ１４０の進角はゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値以下まで減少又は制御される。そして、更にピーク値Ｐｋが減少して閾値ＳＨ１を下回り、ＦＢ駆動からＯＰ駆動への切り替えが行われる。この際、進角がゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値以下であるので進角の変化は小さくＯＰ駆動への切り換え時の脱調を防止して安定した駆動が可能になる。

制御回路１５０は、Ｓ３０７の判断を、位置センサ１４２の出力を取得してから一定時間後に（即ち、ピーク値Ｐｋが変動してから一定時間後に）行ってもよい。これにより、ピーク値Ｐｋが閾値周辺で変動する場合でも、頻繁に駆動制御の切り替えが起こらないのでモータの駆動の安定性を確保することができる。判断の遅延は、一定期間の計時を制御回路１５０に内蔵されたタイマで測定したり、シフトレジスタなどの遅延回路を使用したりすることによって可能である。

図１８は、本実施例において温度上昇により位置センサ１４２の出力が低下した場合の制御回路１５０の動作を示すタイミングチャートである。モータ１４０を進角α２より大きい進角α１でＦＢ駆動している場合を考える。この状態で連続的に駆動されることにより、モータ１４０の温度が上昇し、それに応じて位置センサ１４２としてのホール素子の出力が低下してピーク値Ｐｋも低下する。ｔ１においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ２を下回ると、制御回路１５０は進角がα２以下になるように第２のドライバ１４６を制御する。更に、位置センサ１４２のピーク値Ｐｋが低下し、ｔ２においてピーク値Ｐｋが閾値ＳＨ１を下回ると、制御回路１５０は駆動方法をＯＰ駆動に切り替える。この際、進角はゼロ又はＯＰ駆動におけるロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値以下に設定されているため、ＯＰ駆動への切り替えによる脱調の発生を抑えることができる。

このように、本実施例のカメラは、ＦＢ駆動でモータ１４０を連続的に駆動するなどしてモータ１４０の温度が上昇して位置センサ１４２の出力が低下した場合にＯＰ駆動に切り替えて安定してモータ１４０を駆動することができる。また、ＦＢ駆動からＯＰ駆動へ安定して切り替えることができる。

実施例１のカメラのブロック図である。 図１に示すモータと位置センサの斜視図である。 図２に示すヨークと位置センサとロータの位相関係を示す断面図である。 図２に示すロータの回転角度とモータトルク及び位置センサからの信号の出力との関係を示すグラフである。 図１に示す進角回路の回路図である。 ＦＢ駆動における図２に示すヨークと位置センサとロータの断面図である。 進角αを有する場合のロータの回転角度とモータトルクおよび各信号の出力との関係を示すグラフである。 進角を変えたときのトルクと回転数の関係を示すグラフである。 図２に示す磁石の磁束密度の温度特性を示すグラフである。 ホール素子の温度特性を示すグラフである。 通常の状態の位置センサ出力を示すグラフである。 出力が低下した位置センサ出力を示すグラフである。 実施例１の制御回路のフォーカスレンズの駆動処理を示すフローチャートである。 実施例１において温度上昇により位置センサの出力が低下した場合の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例２の制御回路のフォーカスレンズの駆動処理を示すフローチャートである。 実施例２において温度上昇により位置センサの出力が低下した場合の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例３の制御回路のフォーカスレンズの駆動処理を示すフローチャートである。 実施例３において温度上昇により位置センサの出力が低下した場合の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００ デジタルカメラ（撮像装置、電子機器）
１２０ フォーカスレンズ
１３０ 撮像素子
１５０ 制御回路（制御部）
１４４ 第１のドライバ（第１の駆動部）
１４６ 第２のドライバ（第２の駆動部）
１４７ 進角回路
１４０ モータ
１４２、２０７、２０８ 位置センサ
２０１ 磁石
２０２ ロータ
２０３、２０４ コイル

Claims (9)

1. 磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、
   前記モータのロータの回転位置を検出する位置センサと、
   前記位置センサの検出結果に対して進角を有する進角信号を生成する進角信号生成部と、
   決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替えるオープンループ制御によって前記モータを駆動する第１の駆動部と、
   前記進角信号生成部の出力に応じて前記コイルへの通電を切り替えるフィードバック制御によって前記モータを駆動する第２の駆動部と、
   前記位置センサの出力が第１の閾値未満である場合に前記第１の駆動部を選択し、前記位置センサの出力が前記第１の閾値以上である場合に前記第２の駆動部を選択する制御部と、
   を有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記制御部は、前記位置センサの出力を取得してから一定時間後に、前記位置センサの出力が第１の閾値未満であるか前記第１の閾値以上であるかの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記制御部は、前記位置センサの出力が第１の閾値と当該第１の閾値よりも大きい第２の閾値との間である場合に、前記モータを減速することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記制御部は、前記位置センサの出力を取得してから一定時間後に、前記位置センサの出力が第２の閾値未満であるか前記第２の閾値以上であるかの判断を行うことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記制御部は、前記位置センサの出力が第１の閾値と当該第１の閾値よりも大きい第３の閾値との間である場合に、前記位置センサの信号と前記進角信号との位相差をゼロ又は前記オープンループ制御による駆動における前記モータの前記ロータの応答遅れ相当の位相差と同等の値に調節することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記制御部は、前記位置センサの出力を取得してから一定時間後に、前記位置センサの出力が第３の閾値未満であるか前記第３の閾値以上であるかの判断を行うことを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力する画像信号生成部と、
   当該画像信号生成部から出力された前記画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、
   焦点を調節させる際に前記光学部材を移動する請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
   を有する焦点調節装置。
8. 光学部材と、当該光学部材の焦点を調節する焦点調節装置と、を有する撮像装置であって、
   前記焦点調節装置は、
   光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力する画像信号生成部と、
   当該画像信号生成部から出力された前記画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、
   焦点を調節する際に前記光学部材を移動する請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
9. 制御対象と、
   当該制御対象を位置決め及び駆動する請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
   を有する電子機器。