JP2013017309A - ステッピングモータの駆動制御装置および駆動制御方法、駆動制御システムならびに光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータの振動量を簡易な構成で低減すること
【解決手段】ステッピングモータ１０７、１０８の複数の巻線を励磁する駆動信号を制御する駆動制御装置は、複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、Ａ相に対応する巻線の励磁電流波形において設定された第１の基準時Ｔ０１から設定電流値Ｉｔｈを与える時間までの第１の時間差Ｔａと、Ｂ相に対応する巻線の励磁電流波形において設定されて第１の基準時に対応する第２の基準時Ｔ０２から設定電流値Ｉｔｈを与える時間までの第２の時間差Ｔｂとの差が減少するように駆動回路１１９、１２０をフィードバック制御するマイクロプロセッサ１１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御装置および駆動制御方法、駆動制御システムならびに光学機器に関する。

ステッピングモータによって被駆動体を駆動するとステッピングモータの製造誤差に起因して振動とそれによる駆動音が発生するが、製造誤差を低減または除去することは困難でコストアップをもたらす。このため、ステッピングモータを製造誤差に合わせて駆動制御をすることによって振動を抑えることが提案されており、そのためには製造誤差（振動量）を検出することが必要となる。

例えば、特許文献１は、ステッピングモータの共振現象を回避するために、その電流波形を検出し、電流波形の周期毎の面積のばらつき率が基準値以下になるような電流値でステッピングモータを駆動する方法を開示している。

特開２０１０−００４５９２号公報

しかしながら、特許文献１のように電流波形の周期毎の面積のばらつき率を取得するのには処理時間がかかり、また、処理能力の高いプロセッサを使用しなければならず、駆動制御装置の大型化とコストアップをもたらす。

本発明は、ステッピングモータの振動を簡易な構成で低減することが可能なステッピングモータの駆動制御装置および駆動制御方法、駆動制御システムならびに光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明のステッピングモータの駆動制御装置は、ステッピングモータの複数の巻線を励磁する駆動信号を印加する駆動手段と、前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、第１の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定された第１の基準時から設定電流値を与える時間までの第１の時間差と、第２の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定されて前記第１の基準時に対応する第２の基準時から前記設定電流値を与える時間までの第２の時間差との差が減少するように、あるいは一つの巻線の励磁電流波形に設定されてそれぞれが同一の時間差を有する複数の期間における前記ステッピングモータの回転角の差が減少するように前記駆動手段が印加する前記駆動信号をフィードバック制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ステッピングモータの駆動制御装置および駆動制御方法、駆動制御システムならびに光学機器を提供することができる。

実施例１の撮像装置（光学機器）のブロック図である。（実施例１、２） 図１に示すフォーカスレンズ用のステッピングモータの斜視図である。（実施例１、２） ２相駆動方式の場合の図２に示すステータ磁極とロータ磁極の位置関係を示す図である。（実施例１、２） 図１に示す電流検出回路の一例を示す回路図である。（実施例１、２） 図１に示す電流検出回路の別の例を示す図である。（実施例１、２） 図２に示すステッピングモータの駆動電流の波形図である。（実施例１、２） 励磁電流の補正方法を説明するための波形図である。（実施例１、２） 図１に示すマイクロプロセッサの動作を説明するためのフローチャートである。（実施例１） 図８に示す補正処理１のフローチャートである。（実施例１） 位相差の補正と振動量との関係を示すグラフである。（実施例１） 駆動波形補正による振動低減特性を示すグラフである。（実施例１） マイクロプロセッサによるステッピングモータの駆動制御方法を説明するためのフローチャートである。（実施例２） 駆動制御システムのブロック図である。（実施例３）

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、実施例１であるデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（光学機器）のブロック図である。なお、本発明が適用可能な装置は撮像装置に限定されず、カメラ本体と着脱可能なレンズ鏡筒（光学機器）、産業用ロボット、自動車部品、パチンコやゲーム等の遊戯機器、スキャナー、プリンター、コピー機等の事務機などの他の装置を含む。

図１に示す撮像装置は、被写体側から順に、フィールドレンズ１０１、変倍レンズ（ズームレンズ）１０２、光量調節（絞り）ユニット１１４、アフォーカルレンズ１０３およびフォーカスレンズ１０４を含む撮影光学系を有する。撮影光学系は、被写体の光学像を形成するリアフォーカスタイプのズームレンズであるが、その構成は本実施例に限定されない。

変倍レンズ１０２はレンズ保持枠１０５に保持され、フォーカスレンズ１０４はレンズ保持枠１０６により保持され、レンズ保持枠１０５、１０６は、不図示のガイド軸によって光軸方向（図中の矢印方向）に移動可能に構成されている。

レンズ保持枠１０５、１０６にはそれぞれラック１０５ａ、１０６ａが取り付けられ、ラック１０５ａ、１０６ａは、ステッピングモータ１０７、１０８の出力軸であるスクリュー軸１０７ａ、１０８ａに噛み合っている。各ステッピングモータが駆動されてスクリュー軸が回転することにより、スクリュー軸とラックとの噛み合い作用によってラックが取り付けられたレンズ保持枠が光軸方向に移動する。

図２は、フォーカスレンズ１０４用のステッピングモータ１０８の斜視図である。ステッピングモータ１０８は、例えば、ＰＭ型２相ステッピングモータから構成され、図２では、その一部をカットしてその内部を示している。但し、相数は２相に限定されない。

図２において、４１はステッピングモータの出力軸であるシャフトであり、４２はシャフト４１に一体に取り付けられたマグネットロータ（回転子）である。シャフト４１は、ケース４０Ａに設けられた軸受け４３Ａと、ケース４０Ｂに設けられた不図示の軸受けとによって回転可能に支持されている。

ケース４０Ｂ内には、コイルが巻かれたボビン４４Ａ、４４Ｂが収容され、ボビン４４Ａ、４４Ｂの内側には、櫛歯状のステータ（固定子）４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄが配置されている。

ＰＭ型２相ステッピングモータにおいては、ステータ側に複数の（２系統の）コイル巻線が設けられ、巻線を励磁する駆動信号（電圧または電流）の励磁パターンを切り換える。これによって、ステータとロータの間で励磁磁極を乗り換える動作が発生し、これを繰り返すことでロータが回転する。

２つの励磁相をＡ相、Ｂ相とし、電流が流れる方向を示すために、順方向をＡ、Ｂ、逆方向を／Ａ、／Ｂと表わすと、１相駆動方式ではＡ→Ｂ→／Ａ→／Ｂの順に常時１相のみを励磁する。１相駆動方式は、励磁電力は常に１相分のみの励磁電流に抑えられるので発熱量を低くすることができるが、発生する駆動トルクが小さく高速回転に不向きとなる。

これに対して、２相駆動方式では（／Ｂ＋Ａ）→（Ａ＋Ｂ）→（Ｂ＋／Ａ）→（／Ａ＋／Ｂ）の順に、１パルスずつずらしながら同時に２つの励磁相を励磁する。１相駆動方式に比べて大きなトルクが得られるが、励磁電力も２倍になる。

これら２つの駆動方式は共に、１パルス与えるごとに隣り合う磁極間隔に相当する角度だけ回転するため、最小回転角度が粗いという特徴があり、これを細かくすることは機械加工上困難である。

これを制御方法により改善する手段として１−２相駆動方式がある。これは１相駆動方式と２相駆動方式を交互に行う方式であり、停止位置の分解能を１相駆動方式と２相駆動方式と比べて１／２に小さくすることができ、細かい角度制御が実現できるという特徴がある。

一方、ステッピングモータは回転振動が大きいという問題がある。

第１の原因は、励磁パルスに追従する際のロータのトルクリップル振動である。ステッピングモータは、パルス形状の励磁制御信号に同期して回転し、励磁角を１ステップ角だけ進めようとした場合、ロータはその速度を加速しながら励磁角に追従しようとする。ロータ角が励磁角と一致した時、ロータ回転速度はピークに達しているために停止できずに行き過ぎ、その後、再び励磁位置に戻ろうとする。これを繰り返しながらやがて励磁角と一致する。この現象は、ロータが持つ固有振動に起因した振動成分として発生し、連続回転中にもこの一連のロータ振動が継続的に繰り返されることでモータの回転振動となる。

第２の原因は、モータ個々の製造誤差である。ステッピングモータの駆動はオープンループで制御され、励磁駆動信号はモータが理想的な磁極配置で作られていることを前提に設計されているが、特に、ＰＭ型ステッピングモータなどでは製造精度を高めることが困難である。更に、小型化の要求からモータが小型になるとステータおよびロータの磁極位置に要求される寸法精度はさらに厳しくなるが、製造精度が同レベルのままであれば、励磁駆動信号に対する磁極配置の励磁角誤差は増加する。この誤差量とともにモータ振動量も増大する。

例えば、ロータ軸１回転あたりの励磁ステップ数が４０ステップ（１−２相カウント）のＰＭ型ステッピングモータでは１ステップあたり９度の軸回転角となる。１ステップは励磁角で４５度にあたるので、励磁角１度あたりに換算すると励磁角１度＝ロータ角０．２度となり、外形が直径φ８ｍｍのモータでは、ステータ直径は４．４ｍｍ程度であることから、ステータ側の磁極歯の寸法精度は０．００７７ｍｍとなる。

励磁角で１度の精度を必要とする場合には、ステータ側精度０．００７７ｍｍが必要となるが、これを実現するためには、製造工具の精度向上や、組立て後の選別による検査実施で精度を上げていくなどコストアップをもたらす。

本実施例のステッピングモータにおいて、１ステップは９度の回転角度に相当する。このため、ロータ４２には１０対のＮ極とＳ極が着磁されている。また、ステータ４５Ａ〜Ｄは相互に９度の角度差を持つように周方向にずれた状態で軸方向にて重ね合わされている。

ボビン４４Ａ、４４Ｂに巻かれているコイルは、各ステータ（櫛歯部分）に磁極を作り出すために励磁電流を流すためのものである。ボビン４４Ａに巻かれたコイルをＡ相コイルといい、ステータ４５Ａ、４５Ｂを励磁する。また、ボビン４４Ｂに巻かれたコイルをＢ相コイルといい、ステータ４５Ｃ、４５Ｄを励磁する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、２相駆動方式のステータ磁極とロータとの位置関係を示す図である。

図３（ａ）は、Ａ相コイルとＢ相コイルに順方向に励磁電流を流した状態を示している。この状態では、ステータ４５ＡはＮ極に、ステータ４５ＢはＳ極に、ステータ４５ＣはＮ極に、ステータ４５ＤはＳ極に磁化される。

ステータ側のＳ極の位置について注目すると、Ｓ極の中心は、ステータ４５Ｂの櫛歯部分とステータ４５Ｄの櫛歯部分との間の中央位置に相当する図中にＰ１、Ｐ２で示す位置となり、ロータ４２のＮ極がこれに対向する位置で安定する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態に対して、Ｂ相コイルに励磁電流を流す方向はそのままでＡ相コイルに励磁電流を流す方向を逆方向とした状態を示している。この状態では、ステータ４５ＡがＳ極に、ステータ４５ＢがＮ極に変化するので、ステータ側のＳ極の中心Ｐ１、Ｐ２も９度だけ回転し、これに伴い、ロータのＮ極も９度回転する。

同様に、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、Ａ相およびＢ相コイルに流す励磁電流の方向を切り換えることにより、ステータ側のＳ極の中心を９度ごと回転させることができ、この結果、ロータ４２を９度ずつ回転させることができる。

ステッピングモータ１０７、１０８はそれぞれ駆動回路（駆動手段）１１９、１２０によって駆動される。各駆動回路は、マイクロプロセッサ１１１からの駆動制御信号に応じて、各ステッピングモータのＡ相コイルとＢ相コイルに励磁信号（励磁電流または励磁電圧）を供給する。例えば、駆動回路１１９、１２０は直流電源から複数のコイル巻線を励磁する駆動信号を印加する。

絞りユニット１１４は、いわゆるガルバノ方式の絞りモータ１１３と、絞りモータ１１３により開閉駆動される絞り羽根１１４ａ、１１４ｂと、その開閉状態を検出する位置検出素子（ホール素子）１１５と、を有する。

位置検出素子１１５から出力されて絞りユニット１１４の開閉状態を示すアナログ信号が、増幅器１２２によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１２３によりデジタル信号に変換されて絞り位置情報としてマイクロプロセッサ１１１に入力される。

１１６は撮影光学系により形成された被写体像を光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。被写体像を光電変換した撮像素子１１６から出力されたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１７によってデジタル信号に変換され、該デジタル信号は信号処理回路１１８に入力される。

信号処理回路１１８は、入力されたデジタル信号に対して各種画像処理を行い、撮影画像データや該撮影画像データの輝度情報を生成したりする。撮影画像データは、記録部１５０にて不図示の記録媒体に記録される。

制御手段としてのマイクロプロセッサ１１１は、不図示の操作部材である電源スイッチ、録画スイッチ、ズームスイッチ等からの入力に応じて撮像装置の動作全体の制御を司る。

例えば、マイクロプロセッサ１１１は、信号処理回路１１８から取得した輝度情報が適正値になるように、絞りモータ１１３をフィードバック制御する。マイクロプロセッサ１１１は、Ａ／Ｄ変換回路１２３からの絞り位置情報に基づいて輝度情報が適正値になるように絞り駆動回路１２１に対して開閉制御信号を送り、絞りモータ１１３を制御する。

また、撮像光学系の変倍動作およびこれに伴う像面変動補正動作は、マイクロプロセッサ１１１内の内部メモリ１１２に記憶されたカム軌跡データを用いた、いわゆる電子カム方式によってステッピングモータ１０７、１０８の駆動を制御することにより行われる。なお、各ステッピングモータの駆動方式は限定されない。

また、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータの駆動回路１１９、１２０に駆動制御信号を与えて駆動制御を行う。駆動回路１１９、１２０とステッピングモータ１０７、１０８の間には、ステッピングモータ１０７、１０８の複数のコイル巻線に流れる励磁電流を検出する電流検出回路（電流検出手段）１４０、１４１が設けられている。電流検出回路１４０、１４１の検出結果はマイクロプロセッサ１１１へと伝えられる。

図４および図５に電流検出回路１４０、１４１として使用される具体的な構成例を示す。

図４は、シリーズ抵抗法による電流検出回路１４０（又は１４１）を示す回路図である。この回路例では、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によりマイクロステップ駆動を行うためにトランジスタ４個をＨブリッジ型に構成した駆動回路１１９（または１２０）が設けられている。また、ステッピングモータ１０７（または１０８）の端子との間に直列に抵抗を挿入されている。

一般的に、抵抗挿入による駆動回路系に対する影響を少なくするために抵抗値は小さな値に抑えられる。この抵抗の両端の電圧を差動増幅アンプにて所望の電圧値にまで増幅した後に、マイクロプロセッサ１１１に内蔵されたＡ／Ｄ変換器にて計測される（Ａ／Ｄ変換器１２３を使用してもよい）。

図５はホール素子を用いた電流検出回路である。駆動回路とステッピングモータ端子の間をつなぐ配線Ｐ１をフェライトコア等で構成された磁気ループコアＰ２内に通し、配線Ｐ１に流れる電流により発生した磁束量をホール素子Ｐ３で電圧値に変換する検出回路である。この回路の場合も一般的に検出電圧値は小さなレベルであるため、シリーズ抵抗法と同様、差動増幅アンプＰ４にて増幅した後に不図示のＡ／Ｄ変換器にて計測される。

ここでのＡ／Ｄ変換器のサンプリング周期は、電流波形の形状を検出する目的に対し十分な早さの周期で実施することが求められ、目安としては電流波形１周期の１００倍程度のサンプリング周期があれば、電流波形の近似度を判断することができる。

マイクロプロセッサ１１１は、電流検出回路１４０、１４１の検出結果からモータ振動量が小さくなるようにステッピングモータの各相に与える駆動信号を補正し、レンズ駆動音の静音化を行っている。

マイクロプロセッサ１１１内に設けられた内部メモリ（記憶手段）１１２には、ステッピングモータの駆動制御プログラム、および駆動補正パラメータ等が記憶されている。また、内部メモリ１１２には、被写体距離とズームレンズ１０２の位置とで決定されるフォーカスレンズ１０４の位置データが、ステッピングモータ１０８の回転量に対応するステップ数として記憶されている。

図６は、モータ駆動信号の補正を行った場合のＡ相とＢ相の波形図であり、横軸は時間（ｍｓ）で縦軸は電流（ｍＡ）である。ステッピングモータは２相ＰＭ型ステッピングモータで、駆動信号の補正は、Ａ相とＢ相の２相に与える励磁信号間の位相差を変化させたものである。

図６は、Ａ相とＢ相の位相差角を５つの条件で補正した駆動波形を与えて測定し、それらの形状変化が容易に把握できるよう重ね書きをした電流波形図である。ステッピングモータに流れる励磁電流は駆動回路１１９、１２０が印加する（理想の）駆動信号からそれによってステッピングモータに発生する逆起電力（電圧）の差によって生じる。

Ａ相とＢ相とは９０°ずれているが、比較の便宜上、同位相となるように時間軸をずらしている。図中、最適補正角α（°）は、被測定モータのＡ相とＢ相間の電気励磁角としての製造誤差角度を加味した最適な位相差角を指しており、製造誤差角度をβ（°）とした場合、最適位相差角αは、次式で表される。

図中、「α−２」、「α−４」、「α＋２」、「α＋４」は、最適位相差角αを中心に２°、４°だけ±方向に電気励磁角を変化させた条件での電流波形である。位相差角条件と電流波形形状を照らし合わせてみると、Ａ相とＢ相は、最適補正角αにおいて理想的な正弦波および余弦波に近く、かつ、相互で近似した波形となる。

ステッピングモータの励磁電流波形は、間接的にロータの回転状態を表し、安定した一定の速度で回転する無振動状態の場合に理想的な三角波形状を示す。しかし、無振動で回転するステッピングモータを実現することは困難であり、実際にはスティフネス特性、ディテント特性などパルスモータとしての諸特性の影響により、回転速度は変動し、その結果、電流波形もある程度の歪みをもった三角関数波形状を示す。

この歪み部の位置と量と方向が、製造誤差に起因する機械的な位相ズレを含んだモータとして最適な要求励磁波形形状と、印加している電気励磁波形形状との合致度を表し、双方の励磁波形形状が合致した状態では、Ａ相とＢ相の電流波形は最も近似した形状となる。

よって、複数の励磁相（例えば、Ａ相とＢ相）の励磁電流波形が近づくようにステッピングモータの駆動波形を補正することにより、振動量の低減を実現することができる。

マイクロプロセッサ１１１は電流検出回路１４０、１４１からステッピングモータ１０７、１０８の複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得する。次に、マイクロプロセッサ１１１は、Ａ相とＢ相の位相を図７に示すように合わせる。図７の横軸は時間（ｍｓ）で縦軸は電流（ｍＡ）である。理想状態ではＡ相は正弦波、Ｂ相は余弦波であるので位相が９０°ずれているが、これが合うように一方が他方に対してシフトされている。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、Ａ相（第１の励磁相）に対応するコイル巻線の励磁電流波形に設定された（所定の電流値を与える）第１の基準時Ｔ０１から設定電流値Ｉｔｈを与える時間までの第１の時間差Ｔａを取得する。

また、マイクロプロセッサ１１１は、Ｂ相（第２の励磁相）に対応するコイル巻線の励磁電流波形に設定されて（前記所定の電流値を与える）第１の基準時Ｔ０１に対応する第２の基準時Ｔ０２から設定電流値Ｉｔｈを与える時間までの第２の時間差Ｔｂを取得する。

そして、マイクロプロセッサ１１１は、第１の時間差Ｔａと第２の時間差Ｔｂとの差（｜Ｔａ−Ｔｂ｜）が減少するように駆動回路が印加する駆動信号を制御する。この場合、マイクロプロセッサ１１１は、差（｜Ｔａ−Ｔｂ｜）が小さくなるように駆動回路をフィードバック制御してもよいし、比（＝Ｔａ／Ｔｂ）が１に近づくように駆動回路をフィードバック制御してもよい。

フィードバック制御では、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータの複数の相に与える励磁信号間の位相差または振幅比の少なくとも１つ以上を補正し、ＴａとＴｂとの差が小さくなればフィードバック補正の方向が正しいためにそれを継続する。差が小さくなる方向から反転して大きくなった極値が目的値であるからその時間差を与える駆動補正をかける。

図８及び図９は、マイクロプロセッサ１１１により行われるステッピングモータ１０７の駆動制御方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。かかる駆動制御方法は、コンピュータによって実行されるプログラムとして具現化が可能であり、これは他の実施例においても同様である。

ここでは、マイクロプロセッサ１１１が駆動回路１１９に与える駆動制御信号は、ステッピングモータ１０７の複数の相（Ａ相とＢ相）にそれぞれ与えられる励磁信号間の位相を決定する。このため、駆動制御信号を補正することは励磁信号間の位相を補正することに相当する。

本実施例では、電流検出回路１４０から得られるモータ駆動電流検出信号を用いて駆動回路１１９に与えられる駆動制御信号を補正し、これにより、ステッピングモータ１０７に発生する振動（駆動音）を低減する。

撮像装置の電源が投入されると、マイクロプロセッサ１１１は初期化処理を行う。その後、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０７の個体特性に合わせた駆動制御信号の補正値（以下、「駆動補正値」という）を求める補正処理１を含むシステム制御１を実行する。

まず、マイクロプロセッサ１１１は、フォトインターラプタ１０９からの信号を用いて、変倍レンズ１０２の移動方向（レンズ駆動方向）を判別し（Ｓ１０１）、その方向の駆動を開始する（Ｓ１０２）。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、変倍レンズ１０２が目的位置である基準位置に到達してフォトインターラプタ１０９からの信号レベルがＨｉｇｈからＬｏｗ、もしくはＬｏｗからＨｉｇｈに変化したか否かを判別する（Ｓ１０３）。

フォトインターラプタ１０９からの信号レベルが変化すると、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０７の駆動停止処理や内部位置カウンタの設定処理を行い（Ｓ１０４）、基準位置設定処理を完了する。

次に、マイクロプロセッサ１１１は図９に示す駆動補正値を算出するための補正処理１を行う（Ｓ１０５）。補正処理１を終了すると、マイクロプロセッサ１１１は、撮像装置の背面モニタ（図示せず）への撮影画像データの表示出力を開始する（Ｓ１０６）。以上で電源起動時の動作として行われるシステム制御１を完了する。

次に、図９に示した補正処理１について説明する。補正処理１では、図７に示した、Ａ相とＢ相の電流波形が近づくように（図７のＴａとＴｂが等しくなるように）駆動回路をフィードバック制御する。

なお、設定電流値Ｉｔｈは、駆動補正値の変化に対して電流波形の歪み量が顕著に検出できる値となるように規定値を使用しているが、補正処理中にＩｔｈを変化させてモータに対して最適な設定電流値Ｉｔｈを設定してもよい。

まず、マイクロプロセッサ１１１は、駆動回路にステッピングモータに適した駆動を行わせるための駆動補正値を求めるための変倍レンズ１０２の駆動速度を所定速度ＳＰに設定すると共に駆動補正値を初期値である０に設定する（Ｓ２０１）。

所定速度ＳＰは図６に示すステッピングモータの振動量が規定値以上になる、予め決められた設定速度（あるいは設定範囲にある速度）であることが好ましい。あるいは、マイクロプロセッサ１１１は、第１の時間差Ｔａと第２の時間差Ｔｂとの差（＝｜Ｔａ−Ｔｂ｜）が設定値よりも大きい時の電流検出結果に基づいて駆動回路をフィードバック制御してもよい。これらの場合に補正方向が明確になるからである。

なお、駆動補正値を求めるための駆動速度は、変倍レンズ１０２の駆動速度を変更しながら振動量の大小を判定することでモータ個々の特性に対し最適な速度を決定してもよい。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、設定した駆動速度で変倍レンズ１０２を移動させるようにステッピングモータ１０７の駆動を開始する（Ｓ２０２）。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、変倍レンズ１０２の駆動速度を一定速度に保った方がステッピングモータ１０７の振動量を安定して検出することができるため、駆動開始後の加速期間を経て到達した駆動速度が一定速度で安定したかを確認する（Ｓ２０３）。

駆動速度が安定したことを確認すると、マイクロプロセッサ１１１は、励磁電流波形の励磁位置が計測条件としての基準位置（図７のＴ０１とＴ０２）にあるかを判定する（Ｓ２０４）。この励磁電流波形上の基準位置をＡ相測定時とＢ相測定時で一致させることにより、電気励磁角で９０°の時間差を持つ２つの励磁相を同一条件で計測できるようにする。なお、三相であれば１２０°のずれを補正するようにされる。

少なくとも２つの励磁相の基準位置が合わせされると、マイクロプロセッサ１１１は、マイクロプロセッサ１１１内に備えられている時間計測用のタイマーのカウントアップを開始する（Ｓ２０５）。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、電流検出回路１４０、１４１にて計測された電流値が、予め決められた設定電流値Ｉｔｈとなるタイミングを検出するために判定処理を繰返し行う（Ｓ２０６）。

マイクロプロセッサ１１１は、設定電流値Ｉｔｈを検出すると時間計測用タイマーのカウントアップを停止する（Ｓ２０７）。そして、マイクロプロセッサ１１１は、基準位置（第１の基準時Ｔ０１又は第２の基準時Ｔ０２）から設定電流値Ｉｔｈとなる点までの経過時間（第１の時間差Ｔａ、第２の時間差Ｔｂ）を算出する。

設定電流値Ｉｔｈは、モータの振動量の増減に対して顕著に電流波形形状が変化する予め設定された値または補正処理中に駆動位相差角の変化に対する計測時間の変化が顕著な反応を示す電流値を設定してもよい。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、電流波形形状を相互比較する励磁相の計測を全て行ったかどうかを判断する（Ｓ２０８）。完了していなければＳ２０４へ戻り、完了していれば、計測された経過時間に基づいて電流波形の近似率Ｋｎを算出し（Ｓ２０９）、これを記憶する。

なお、本実施例では近似率Ｋｎ（＝１００×Ｔａ／Ｔｂ）を求めているが、別の実施例では時間差（＝｜Ｔａ−Ｔｂ｜）を求める。いずれにしても各励磁相の電流波形が近づくように（あるいは第１の時間差Ｔａと第２の時間差Ｔｂの差が減少するように）駆動補正値が変化されれば足りる。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、駆動補正値を徐々に変化させていくことで適切な駆動補正値を決定する過程において必要な、駆動補正値を変化させていく方向（補正方向）が決定されているか否かを判断する（Ｓ２１０）。

補正開始時点ではまだ補正方向が決定されていないため、マイクロプロセッサ１１１は近似率Ｋｎを複数回（例えば、２回）算出し、駆動補正値の変化に対して近似率Ｋｎが大きくなる補正方向を決定する（Ｓ２１０）。

マイクロプロセッサ１１１は補正方向が決定された場合は（Ｓ２１０）、今回得られた近似率Ｋｎと１回前に得られた近似率Ｋｎ−１とを比較する（Ｓ２１５）。今回の近似率Ｋｎが前回の近似率Ｋｎ−１より小さい場合は、マイクロプロセッサ１１１は、過去の最大近似率を与える駆動補正値αｎ−１を取得して、これを駆動補正値として決定し（Ｓ２１６）、補正処理１を終了する。

一方、今回の近似率Ｋｎが前回の近似率Ｋｎ−１より大きい場合は、最良の駆動補正値を取得していないので、マイクロプロセッサ１１１は決定されている補正方向に駆動補正値を変化させ（Ｓ２１３、Ｓ２１４）、Ｓ２０４に戻る。

図１０は、駆動補正パラメータとしてＡ相とＢ相の励磁信号間の位相差（°）を変化させた場合の、ステッピングモータ１０７のＡ相とＢ相の励磁信号間の位相差（°）（横軸）とステッピングモータ１０７の振動量（ｍＶ）（縦軸）との関係を示す図である。図中の実線と破線は、ステッピングモータ１０７としての２つのモータのサンプルの測定結果を示している。

測定結果から分かるように、駆動補正値（Ａ相とＢ相の励磁信号間の位相差）をステッピングモータの振動量が減少する方向に徐々に変化させて振動量が最小となる駆動補正値を探すことで、そのステッピングモータに適切な駆動補正値が得られる。

このようにして、近似率Ｋｎが最大値をとるように決定された駆動補正値によって駆動制御信号を補正する、言い換えれば駆動補正値を用いてステッピングモータ１０７の駆動を制御する。これにより、ステッピングモータ１０７の個体特性に適したステッピングモータ１０７の駆動が可能となり、ステッピングモータ１０７の振動およびこれにより発生するモータ駆動音を低減することができる。

図１１は、本実施例にて説明した方法によってＰＭ型２相ステッピングモータの２つの相に与える励磁信号間の位相差を補正した場合のステッピングモータの振動低減効果を示す図である。横軸はステッピングモータの回転速度に対応した駆動周波数（ＰＰＳ）、横軸は振動量（ｍＶ）である。図中の実線と破線は、ステッピングモータ１０７としての２つのモータのサンプルの測定結果を示している。

図１１から分かるように、駆動補正の前後で振動は効果的かつ駆動速度の全域に亘って低減している。特に駆動補正前に振動量がピークであった駆動速度９００ＰＰＳ付近において、駆動補正後の振動量が約１／４に低減されている。

本実施例によれば、ステッピングモータの振動量の低減を実現することができる。

図１２は、実施例２のステッピングモータの駆動制御方法（補正処理２）を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。なお、本実施例の撮像装置の構成は実施例１（図１）と同じである。

補正処理２は補正処理１の代わりに行われる。補正処理２では、ステッピングモータの駆動制御信号に関する複数の補正項目を補正して、ステッピングモータの振動量の更なる低減を実現する。

また、補正処理２においては、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータの振動量を実施例１とは異なる方法によって検出している。即ち、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータのＡ相およびＢ相へ流れる励磁電流値を、一定時間間隔でＡ／Ｄ変換によりデジタルデータとして取得する。Ａ相とＢ相のＡ／Ｄ変換サンプリングのタイミングは可能な限り同時刻に実施することが好ましいが、Ａ／Ｄ変換回路のチャネル数等の制約によりシーケンシャルにサンプリングをせざるを得ない場合もある。そこで、補正処理２では、サンプリング時間差があっても測定精度が低下しない算出方法を採用している。

図１２のＳ３０１からステップＳ３０３の処理は、図９のＳ２０１からＳ２０３と同じであるため、説明を省略する。

Ｓ３０３の後で、マイクロプロセッサ１１１は、規定時間間隔で電流波形のＡ／Ｄ変換を実行する時間計測を行う（Ｓ３０４）。Ａ／Ｄ変換サンプリングタイミングになったら、マイクロプロセッサ１１１は、Ａ／Ｄ変換の開始指示を行い、ステッピングモータのＡ相とＢ相の駆動電流値をデジタルデータに変換する（Ｓ３０５）。

変換されたＡ相とＢ相の電流値は、ＡＳＩＮ（アークサイン）、ＡＣＯＳ（アークコサイン）によって三角関数上の角度θＢｎ、角度θＡｎに変換される。Ａ相とＢ相の２つの出力を用いることによって、三角関数波形の角度変化量あたりの出力変化量が１８０°周期で減衰することによる検出精度の低下を相互に補完することができる。

サンプリング実行した瞬間の三角関数上の角度θｎを、複数の電流波形を用いて正確に算出するためには、データ間のＡ／Ｄ変換のサンプリングを同一のタイミングで行うことが好ましい。しかし、ある一定の時間的ズレは２つの角度データθＢｎ、θＡｎを用いて次式にて算出することにより、十分な精度が得られる。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０７の回転角度θｎのデータ取得が複数回であるＮ回（本実施例では１０回）繰り返されたか否かを判定し（Ｓ３０６）、Ｎ回に達していない場合はＳ３０４に戻る。Ｎ回に達した場合は、マイクロプロセッサ１１１は、Ｎ個の回転角度データθｎの分散σ_ｎを算出する（Ｓ３０７）。

分散（標準偏差）σ_ｎは、複数回求めた誤差データΔθｎの変動量の大きさを表す値であり、分散σ_ｎが小さいほど一定時間あたりの回転角度の変動量が小さいこと、つまりは回転変動による振動量が小さいことを意味する。但し、θ_ａｖｅはＮ個の回転角度データθｎの平均値である。

例えば、図７のＡ相に示すように、一つの巻線（Ａ相用のコイル巻線）の励磁電流波形に設定された複数の期間（Δ１、Δ２、Δ３、…）におけるステッピングモータの回転角（例えば、１０°、１２°、８°…）を取得する。なお、複数の期間のそれぞれは同一の時間差Δを有する（Δ＝Δ１＝Δ２＝Δ３…）。理想状態では各期間の回転角は（例えば、１０°のように）等しいはずであるから、測定された回転角が等しくなるように駆動補正量が決定される。

なお、補正方向を明確に検出するために、本実施例でもステッピングモータの回転角の変動量が設定値よりも大きい時の電流検出結果に基づいて駆動回路をフィードバック制御することが好ましい。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、複数の補正項目の中から実際に補正を行う補正対象項目を選択する（Ｓ３０８）。ここでは、補正項目Ａと補正項目Ｂの中から選択する場合を示している。

例えば、補正項目Ａとしては、実施例１で説明したステッピングモータ１０７のＡ相とＢ相に印加する励磁信号間の位相差とし、補正項目Ｂとしては該励磁信号の振幅比とすることができる。また、他の補正項目として、ステッピングモータ１０７のＡ相とＢ相に印加する励磁信号を、励磁相ごとに０度位置に対する１８０度位置をずらした正弦波等の三角関数波形状に補正してもよい。

補正項目Ａが補正対象項目として選択された場合は、マイクロプロセッサ１１１は今回算出した分散値σ_ｎと前回算出した分散値σ_ｎ−１とを比較する（Ｓ３１０）。σ_ｎ＜σ_ｎ−１の場合は、マイクロプロセッサ１１１は、補正項目Ａの次の駆動補正値の評価を繰り返す（Ｓ３１１、Ｓ３１２）。

なお、図示はしないが、実施例１の補正方向の決定は行われているものとする。一方、σ_ｎ＞σ_ｎ−１の場合は適切な駆動補正値を超えたために、マイクロプロセッサ１１１は、前回の駆動補正値をステッピングモータ１０７に対して適切な駆動補正値Ａ_ｎ−１として決定し（Ｓ３１３）、補正項目Ａに対する補正を完了する。

次に、マイクロプロセッサ１１１は、複数の補正項目の全てに対して補正が完了したか否かを判定し（Ｓ３３０）、まだ完了していない場合は補正が未完了である補正項目（ここでは、補正項目Ｂ）に切り換え（Ｓ３３１）、Ｓ３０４に戻る。

回転角度データθｎの変動ができるだけ小さくなるように決定された各補正項目における駆動補正値によって駆動制御信号を補正し、ステッピングモータ１０７の駆動を制御する。これにより、ステッピングモータの振動量の低減を実現することができる。

図１３は、実施例３の撮像装置と計測装置で構成される駆動制御システムのブロック図である。本実施例の撮像装置（光学機器）の構成は実施例１（図１）にて説明したものから電流検出手段が無く、外部情報取得部１５０を更に有する点で相違する。

本実施例では、撮像装置１に搭載されたステッピングモータの駆動電流を、撮像装置１とは別に設けられた計測装置２により検出する。撮像装置１は、外部情報取得部１５０を介して取得した計測装置２の検出結果に基づいてステッピングモータの適切な駆動補正値と対応する補正項目を決定してステッピングモータの振動量を低減する。

外部情報取得部１５０は、撮像装置１の外部機器と通信する手段であり、例えば、ＵＳＢ、ＥＴＨＥＲ、ＲＳ２３２Ｃなどの通信回路や、メモリを介在したデータ入出力回路等により実現されるが、これらに限定されるものではない。

計測装置２は、駆動回路１２０から出力されるステッピングモータ１０８への駆動電流を計測する電流検出回路２０２、例えば、実施例１の電流検出回路１４０、１４１を有する。計測処理部２０１は、電流検出回路２０２で検出されたステッピングモータの駆動電流情報を取得し、撮像装置１へ提供する。

動作において、マイクロプロセッサ１１１は、予め決められた駆動条件にてステッピングモータ１０８の駆動を開始し、駆動中に所定のタイミングで計測装置２は電流を測定する。電流検出回路２０２が検出した電流値は、計測処理部２０１にて規定周期でＡ／Ｄ変換処理を行い、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータの駆動電流を、外部情報取得手段１５０を介してデジタルデータとして取得する。

取得した駆動電流情報に基づいて、マイクロプロセッサ１１１は、モータ個々の最適な駆動補正値を算出する方法を用いて、モータの振動量が小さくなる駆動条件を算出し、内部メモリ１１２に記憶する。これにより、以後の撮像装置１の使用時には計測装置２が無い単独状態で使用することができる。

以上の構成により、ステッピングモータの製造精度を高めることなく、簡易な構成で比較的短時間でステッピングモータを駆動補正することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明のステッピングモータの駆動制御装置はカメラなどの光学機器の用途に適用することができる。

１０７、１０８…ステッピングモータ、１１１…マイクロプロセッサ（制御手段）、１１９、１２０…駆動回路（駆動手段）、Ｉｔｈ…設定電流値、Ｔ０１…第１の基準時、Ｔ０２…第２の基準時、Ｔａ…第１の時間差、Ｔｂ…第２の時間差

Claims (12)

1. ステッピングモータの複数の巻線を励磁する駆動信号を印加する駆動手段と、
   前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、第１の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定された第１の基準時から設定電流値を与える時間までの第１の時間差と、第２の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定されて前記第１の基準時に対応する第２の基準時から前記設定電流値を与える時間までの第２の時間差との差が減少するように前記駆動手段が印加する前記駆動信号をフィードバック制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
2. ステッピングモータの複数の巻線を励磁する駆動信号を印加する駆動手段と、
   前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、複数の期間において前記励磁電流から前記ステッピングモータの回転角を取得し、前記ステッピングモータの回転角の差が減少するように前記駆動手段が印加する前記駆動信号をフィードバック制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
3. 前記制御手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が設定速度である時の前記検出結果に基づいて前記駆動手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の時間差と前記第２の時間差との差が設定値よりも大きくなるステッピングモータの駆動速度のときに、前記検出結果に基づいて前記駆動手段をフィードバック制御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駆動制御装置。
5. 前記制御手段は、前記ステッピングモータの回転角の変動量が設定値よりも大きくなるステッピングモータの駆動速度のときに、前記検出結果に基づいて前記駆動手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
6. 前記制御手段は、複数の巻線を励磁する前記駆動信号の位相差または振幅比が変わるように前記駆動手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
7. 前記制御手段は、前記励磁相ごとに前記励磁電流の０度位置に対する１８０度位置がずれるように前記駆動手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
8. 前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流を検出する電流検出手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動制御装置を有することを特徴とする光学機器。
10. 請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動制御装置と、
    前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流を検出する電流検出手段を有する計測装置と、
    を有することを特徴とする駆動制御システム。
11. ステッピングモータの複数の巻線を励磁する駆動信号を印加するステップと、
    前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、第１の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定された第１の基準時から設定電流値を与える時間までの第１の時間差と、第２の励磁相に対応する巻線の励磁電流波形において設定されて前記第１の基準時に対応する第２の基準時から前記設定電流値を与える時間までの第２の時間差との差が減少するように前記駆動信号を制御するステップと、
    を有することを特徴とするステッピングモータの駆動制御方法。
12. ステッピングモータの複数の巻線を励磁する駆動信号を印加するステップと、
    前記ステッピングモータの前記複数の巻線に流れる励磁電流の検出結果を取得し、一つの巻線の励磁電流波形に設定されてそれぞれが同一の時間差を有する複数の期間における前記ステッピングモータの回転角の差が減少するように前記駆動信号を制御するステップと、
    を有することを特徴とするステッピングモータの駆動制御方法。