JP2014095852A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力化、および、位置決め精度と高速駆動を両立させたステッピングモータを有する光学機器を提供する。
【解決手段】光学機器は、レンズ群を移動させるステッピングモータと、所定の駆動信号を用いてステッピングモータを駆動する駆動部と、ステッピングモータに発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出部と、逆起電圧に応じて駆動部を制御する方式を変更する制御部とを有し、制御部は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御し、逆起電圧が所定の条件を満たさない場合、所定の駆動信号の振幅を維持するように制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ステッピングモータを有する光学機器に関する。

従来から、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、交換レンズなどにおけるレンズ群の駆動源として、オープンループ制御方式によるステッピングモータが広く用いられている。オープンループ制御方式によりステッピングモータを駆動する場合、脱調を回避するため、レンズ群を駆動する際の負荷トルクよりもステッピングモータの発生トルクを高く設定する必要がある。ただし、ステッピングモータの駆動周波数を高くするほど、また駆動電流の供給を少なくするほど、発生トルクは低くなる。このため、脱調を回避するには、ステッピングモータの駆動周波数を低くし、または、駆動電流を増加させることが必要である。

一方、ステッピングモータの脱調を回避するための制御方式として、フィードバック制御方式がある。フィードバック制御方式は、エンコーダやポテンショメータなどの位置検出用センサを配置し、または、モータに速度検出用のサーチコイルを付加することにより実現可能である。

特許文献１には、ステッピングモータの複数の巻線に対し、非励磁状態の巻線部分に発生する誘起電圧を順次切り替えて検出することにより、巻線部分にセンサ機能を分担させて速度検出を行う装置が開示されている。

特公平６−４６８８０号公報

しかしながら、特許文献１において、低消費電力化のために駆動電流を減少させると、ステッピングモータ固有の負荷トルク（ディテントトルク）やレンズ駆動の際の負荷変動により、位置決め精度が劣化し、また、脱調により高速駆動が困難である。一方、位置決め精度の向上および高速駆動化のために駆動電流を増加させると、低消費電力化が困難となる。

そこで本発明は、低消費電力化、および、位置決め精度と高速駆動を両立させたステッピングモータを有する光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、レンズ群を移動させるステッピングモータと、所定の駆動信号を用いて前記ステッピングモータを駆動する駆動部と、前記ステッピングモータの励磁コイルに発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出部と、前記逆起電圧に応じて前記駆動部を制御する方式を変更する制御部とを有し、前記制御部は、前記逆起電圧が所定の条件を満たす場合、前記所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御し、前記逆起電圧が前記所定の条件を満たさない場合、前記所定の駆動信号の振幅を維持するように制御する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、低消費電力化、および、位置決め精度と高速駆動を両立させたステッピングモータを有する光学機器を提供することができる。

本実施例における光学機器の構成図である。 本実施例における光学機器の外観図である。 本実施例におけるステッピングモータの駆動電流の波形図である（無補正時）。 本実施例におけるステッピングモータのロータとステータとの位置関係を示す模式図である。 実施例１におけるステッピングモータの逆起電圧の波形図である。 本実施例における初期動作処理を示すフローチャートである。 実施例１におけるステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。 実施例１におけるレンズの位置決め精度の説明図である。 実施例２におけるステッピングモータの逆起電圧の波形図である。 実施例２におけるステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。 実施例３におけるステッピングモータの逆起電圧の波形図である。 実施例３におけるステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の実施例１における光学機器の構成について説明する。図１は、本実施例における光学機器（撮像装置１００）の構成図である。図２は、撮像装置１００（ビデオカメラ）の外観図である。なお本実施例において、撮像装置１００はレンズ装置（撮像光学系）が撮像装置本体と一体的に構成されている。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置を撮像装置本体に装着して構成された撮像システムにも適用可能である。

撮像装置１００において、被写体像の入射方向から順に、フィールドレンズ１０１、変倍レンズとしてのズームレンズ群１０２、光量を調節する絞りユニット１１４、アフォーカルレンズ１０３、合焦レンズとしてのフォーカスレンズ群１０４が配置されている。フィールドレンズ１０１、ズームレンズ群１０２、絞りユニット１１４、アフォーカルレンズ１０３、および、フォーカスレンズ群１０４により、撮像光学系（ズームレンズ）が構成される。ズームレンズは、被写体像を撮像素子１１６に結像させる。フォーカスレンズ群１０４が被写体側から見て後ろ側（像側）に配置される構成のレンズは、リアフォーカスレンズと呼ばれる。リアフォーカスレンズは、ビデオカメラやコンパクトデジタルカメラなどの撮像装置において一般的に用いられている。

１１６は、撮影光学系（ズームレンズ）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センサなどの撮像素子である。ズームレンズ群１０２およびフォーカスレンズ群１０４は、ズームレンズ保持枠１０５およびフォーカスレンズ保持枠１０６によりそれぞれ保持されている。レンズ保持枠１０５、１０６は、ガイド軸（不図示）により光軸ＯＡの方向（光軸方向）に移動可能に構成されている。

レンズ保持枠１０５、１０６には、ラック１０５ａ、１０６ａがそれぞれ取り付けられている。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のスクリュー部にそれぞれ噛み合っている。ステッピングモータ１０７、１０８が駆動されスクリュー軸１０７ａ、１０８ａが回転することにより、スクリュー軸１０７ａ、１０８ａとラック１０５ａ、１０６ａとがそれぞれ噛み合い、レンズ保持枠１０５、１０６が光軸方向（図１中の矢印方向）に移動する。

ステッピングモータ１０７、１０８は、ズームレンズ群１０２およびフォーカスレンズ群１０４（レンズ群）をそれぞれ光軸方向に移動させるために駆動するモータである。ステッピングモータ１０７、１０８によりズームレンズ群１０２およびフォーカスレンズ群１０４をそれぞれの目標位置に駆動する場合、まず、撮像装置１００の起動時に、各レンズ群を位置制御の基準となる位置（リセット位置）に設定する。そして、このリセット位置からそれぞれの目標位置まで移動させるため、必要な駆動パルス数の駆動波形をステッピングモータ１０７、１０８に入力する。

このため撮像装置１００には、ズームレンズ群１０２およびフォーカスレンズ群１０４がそれぞれのリセット位置に位置しているか否かを検出するリセット位置センサが設けられている。本実施例において、リセット位置センサは、発光素子と受光素子とが一体的に構成されたフォトインタラプタ１０９、１１０を備えて構成されている。フォトインタラプタ１０９、１１０の発光素子と受光素子との間には、レンズ保持枠１０５、１０６のそれぞれに設けられた遮光部１０５ｂ、１０６ｂが挿入されている。

遮光部１０５ｂ、１０６ｂが、発光素子から受光素子に向かう光を遮断することにより、ズームレンズ群１０２およびフォーカスレンズ群１０４がリセット位置に位置していることが検出される。遮光部１０５ｂは、ズームレンズ群１０２が望遠側または広角側であるかのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。また遮光部１０６ｂは、フォーカスレンズ群１０４の遠距離物体に対してフォーカスする位置か、至近物体に対してフォーカスする位置かのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。

マイクロプロセッサ１１１（制御部）は、ステッピングモータを駆動するための駆動回路１１９、１２０（駆動部）を制御する。駆動回路１１９、１２０は、マイクロプロセッサ１１１からの制御信号（駆動波形に関する情報）に基づき、所定の駆動信号を用いてステッピングモータ１０７、１０８をそれぞれ駆動する。このように、撮像光学系の変倍動作およびこれに伴う合焦動作は、ビデオカメラなどの撮像装置で一般的に用いられるカム軌跡データを利用した電子カム方式によりステッピングモータ１０７、１０８を駆動制御することで行われる。

またマイクロプロセッサ１１１は、電源スイッチ、録画スイッチ、操作手段としてのズームスイッチなどのスイッチ（不図示）からの入力信号に基づいて、撮像装置１００の全体の制御を司る。マイクロプロセッサ１１１に設けられた記憶装置１１２には、ズームレンズ群１０２のリセット位置に対する望遠側と広角側の位置（テレ端およびワイド端）が記憶されている。また記憶装置１１２には、フォーカスレンズ群１０４のリセット位置に対して、物体距離およびズームレンズ群１０２の位置に応じて決定される位置データが記憶されている。

ステッピングモータ１０７とマイクロプロセッサ１１１との間には、逆起電圧検出回路１２４およびフィードバック制御回路１２６が接続されている。逆起電圧検出回路１２４（逆起電圧検出部）は、ステッピングモータ１０７（の励磁コイル）に発生した逆起電圧を検出する。フィードバック制御回路１２６（フィードバック回路）は、逆起電圧検出回路１２４により検出された逆起電圧をマイクロプロセッサ１１１（制御部）へフィードバックする。マイクロプロセッサ１１１（制御装置１１３）は、フィードバック制御回路１２６によりフィードバックされたステッピングモータ１０７の逆起電圧の振幅に応じて、駆動回路１１９の駆動信号（駆動波形）に関する情報を記憶装置１１２（記憶部）から選択する。駆動信号に関する情報とは、マイクロプロセッサ１１１から駆動回路１１９への信号または駆動回路１１９からステッピングモータ１０７への信号（駆動信号）に関する情報である。このようにマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧に応じて駆動回路１１９を制御する方式を変更する。

ステッピングモータ１０８とマイクロプロセッサ１１１の間には、逆起電圧検出回路１２５およびフィードバック制御回路１２７が接続されている。逆起電圧検出回路１２５（逆起電圧検出部）は、ステッピングモータ１０８（の励磁コイル）で発生した逆起電圧を検出する。フィードバック制御回路１２７（フィードバック回路）は、逆起電圧検出回路１２５により検出された逆起電圧をマイクロプロセッサ１１１（制御部）へフィードバックする。マイクロプロセッサ１１１（制御装置１１３）は、フィードバック制御回路１２７によりフィードバックされたステッピングモータ１０８の逆起電圧の振幅に応じて、駆動回路１２０の駆動信号（駆動波形）に関する情報を記憶装置１１２（記憶部）から選択する。駆動信号に関する情報とは、マイクロプロセッサ１１１から駆動回路１２０への信号または駆動回路１２０からステッピングモータ１０８への信号（駆動信号）に関する情報である。この詳細については後述する。このようにマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧に応じて駆動回路１２０を制御する方式を変更する。なお本実施例において、ステッピングモータ１０７、１０８の駆動方式には限定されるものではなく、マイクロステップ駆動方式のみならず、１−２相駆動方式や２−２相駆動方式などの駆動方式を用いてもよい。

絞りユニット１１４は、所謂ガルバノ方式のアクチュエータ１１４ｃ、および、アクチュエータ１１４ｃにより開閉駆動される絞り羽根１１４ａ、１１４ｂ、および、絞り開閉状態を検出する位置検出素子１１５（ホール素子）を有する。撮影の際に、撮像素子１１６は、被写体像（光学像）を電気信号（アナログ信号）に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換回路１１７は、撮像素子１１６からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号処理回路１１８に出力する。信号処理回路１１８は、Ａ／Ｄ変換回路１１７から入力された電気信号（デジタル信号）に対して各種の画像処理を施すことにより、画像の露出状態を示す輝度信号情報を生成する。そして信号処理回路１１８は、輝度信号情報を記録可能なデータ形式へ変換して映像信号を生成し、映像信号を記録部１５０に送る。

マイクロプロセッサ１１１は、信号処理回路１１８から取得した輝度信号情報が常に適正値となるように、アクチュエータ１１４ｃをフィードバック制御する。このとき、増幅器１２２（Ａｍｐ）は、位置検出素子１１５から出力された信号を増幅する。そしてＡ／Ｄ変換回路１２３は、増幅器１２２により増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、絞り（絞り羽根１１４ａ、１１４ｂ）の開閉位置を示す情報（絞り位置情報）としてこのデジタル信号をマイクロプロセッサ１１１に出力する。マイクロプロセッサ１１１は、この絞り位置情報に基づいて、輝度信号情報が常に適正値となるように駆動回路１２１に開閉信号（制御信号）を送り、アクチュエータ１１４ｃの駆動制御を行う。また、マイクロプロセッサ１１１は、絞り（絞り羽根１１４ａ、１１４ｂ）を任意の開閉位置に位置決めするための開閉信号を駆動回路１２１に送ることもできる。

次に、図３および図４を参照して、ステッピングモータ１０８（ステッピングモータ１０７）としての２相ＰＭ型ステッピングモータの動作原理について説明する。ここで、ステッピングモータにおける２相のコイル（不図示）をそれぞれＡ相コイル、Ｂ相コイルと呼ぶ。また、２相ＰＭ型ステッピングモータの構造は、公知であるため、その説明は省略する。

図３は、ステッピングモータ１０８の駆動電流の波形図である。図３において、横軸は電気角、縦軸は電流値（駆動電流）を示している。図３は、ステッピングモータ１０８を駆動するための無補正（定格振幅Ｃ_０）時の駆動電流の波形を示し、１００ａはＡ相コイルに励磁する余弦波形、１００ｂはＢ相コイルに励磁する正弦波形である。

図４は、ステッピングモータ１０８（２相ＰＭ型ステッピングモータ）におけるロータ（マグネット１０ｃ）とステータ（Ａ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅ）の位置関係を示す模式図である。本実施例の２相ＰＭ型ステッピングモータにおいて、マグネット１０ｃは合計１０極、Ｎ極とＳ極が円周方向に交互に着磁されており（図４では８極のみ示されている）、例えば１−２相駆動方式で駆動した場合、１ステップあたりの回転角度は９°となる。また、Ａ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅは、マグネット１０ｃの外周を包み込むように、かつ同一形状を１周期とした場合に９０°だけ互いに位相をずらして配置されている。２相のコイル（不図示）に電流が供給されると、Ａ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅに磁極が発生し、マグネット１０ｃの磁極と引き合い、磁気力が釣り合う角度でマグネット１０ｃは停止する。

図４（ａ）は、図３の電気角Ｐ２におけるマグネット１０ｃとＡ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅの位置関係を示している。図４（ｂ）は、図３の電気角Ｐ６におけるマグネット１０ｃとＡ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅの位置関係を示している。図４（ｃ）は、図３の電気角Ｐ１０におけるマグネット１０ｃとＡ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅの位置関係を示している。図４（ｄ）は、図３の電気角Ｐ１４におけるマグネット１０ｃとＡ相ステータ１０ｄ、Ｂ相ステータ１０ｅの位置関係を示している。このようにして２相のコイルのそれぞれに適切な電流値が励磁されることで、ロータとしてのマグネット１０ｃが回転し、ステッピングモータ１０８が駆動される。

次に、図５乃至図８を参照して、フォーカスレンズ群１０４を光軸方向に移動させる際におけるステッピングモータ１０８の駆動波形（駆動信号）の最適化処理について説明する。

図５は、逆起電圧検出回路１２５により検出されたステッピングモータ１０８の逆起電圧の波形図である。図５において、２０ａはＡ相の逆起電圧の波形、２０ｂはＢ相の逆起電圧の波形であり、横軸は電気角、縦軸は逆起電圧をそれぞれ示している。また図５には、逆起電圧の範囲である第１の電圧範囲（第１の振幅範囲）および第２の電圧範囲（第２の振幅範囲）を示している。第１の電圧範囲および第２の電圧範囲は、制御装置１１３がステッピングモータ１０８の逆起電圧の振幅に応じて駆動回路１２０へ入力する駆動波形を記憶装置１１２より選択する際の指標（指標電圧範囲）として用いられる。これらの指標電圧範囲（指標電圧）は、ユーザにより任意に設定可能であるが、第１の電圧範囲の最大値（第１の電圧）は第２の電圧範囲の最大値（第２の電圧）よりも大きい関係（第１の電圧＞第２の電圧）になるように設定される。

図６は、本実施例における初期動作処理を示すフローチャートである。撮像装置１００の電源がオンになると（電源起動時）、マイクロプロセッサ１１１は一連の初期化処理を行ってから、図６に示される初期動作処理を実行する。図６において、まず、マイクロプロセッサ１１１はフォーカスレンズ群１０４のリセット位置を設定するため、ステップＳ１０１において、フォトインタラプタ１１０の情報に基づいて、リセット位置に向かって移動させるためのレンズ駆動方向を判別する。続いてステップＳ１０２において、マイクロプロセッサ１１１は、レンズ駆動を開始する。

次にステップＳ１０３において、マイクロプロセッサ１１１は、レンズ駆動中、リセット位置が検出されたか否かを判定する。リセット位置が検出されない場合、ステップＳ１０３は繰り返される。すなわちマイクロプロセッサ１１１は、レンズ駆動中、フォトインタラプタ１１０の出力レベルがハイ（Ｈｉｇｈ）からロー（Ｌｏｗ）に、またはロー（Ｌｏｗ）からハイ（Ｈｉｇｈ）に変化するまで、フォトインタラプタ１１０の出力レベルを常時検出し続ける。一方、リセット位置が検出されると、ステップＳ１０４において、駆動停止処理および内部位置カウンタの設定処理を行い、リセット位置の設定動作は完了する。続いてステップＳ１０５において、後述するステッピングモータの駆動波形の最適化処理を行う。そしてステップＳ１０６において、撮影画像の出力（画像出力）を開始し、電源起動時の初期動作処理を完了する。

図７は、ステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。図７の各ステップは、マイクロプロセッサ１１１の指令に基づいて行われる。本実施例において、ステッピングモータの駆動方式として、ハーフステップ駆動方式が採用される。ハーフステップ駆動方式とは、１−２相駆動方式と比較して、１相位置と２相位置との中間位置でさらに細かい停止が可能であり、１ステップあたりの回転角度は機械角で４．５°、すなわち１−２相駆動方式の２倍の停止分解能を有する駆動方式である。

まずステップＳ２０１において、マイクロプロセッサ１１１は、記憶装置１１２において予め準備されたステッピングモータの駆動速度Ｖおよび駆動方向Ｄを設定する。また、駆動波形を定格振幅値Ｃ_０（無補正値）、このときの各励磁位置での値ｎを１００に設定する。次に、ステップＳ２０２において、Ａ相コイルに励磁する規定の余弦波、Ｂ相コイルに励磁する規定の正弦波をそれぞれ入力する。このときの駆動波形は図３に示される状態であり、図３の波形における振幅（±１．０００ライン）がｎ＝１００を意味する。

続いてステップＳ２０３において、ステップＳ２０１、Ｓ２０２にて設定された駆動波形によりステッピングモータ１０８を駆動する。そして、逆起電圧検出回路１２５は、フォーカスレンズ群１０４を駆動させたときのステッピングモータ１０８で発生する逆起電圧を検出する。次にステップＳ２０４において、フィードバック制御回路１２７は、逆起電圧検出回路１２５により検出されたステッピングモータ１０８の逆起電圧をマイクロプロセッサ１１１の記憶装置１１２へフィードバックする。このときマイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０８の逆起電圧Ｅが記憶装置１１２で予め設定された第１の電圧以下かつ第２の電圧以上（第１の電圧≧Ｅ≧第２の電圧）であるか否かを判定（比較）する。

ステップＳ２０４において、逆起電圧Ｅが第１の電圧よりも大きいか、または、第２の電圧よりも小さい場合、ステップＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９では、ステッピングモータ１０８の駆動波形（補正値）として、ステップＳ２０１、Ｓ２０２で設定された無補正の定格振幅値Ｃ_０かつｎ＝１００に決定し、最適化処理を終了する。これにより、本実施例のズームレンズにおいて、フォーカスレンズ群１０４の位置決め精度出しに有効なモータ制御が可能となる。

ここで、無補正の定格振幅値Ｃ_０かつｎ＝１００によりステッピングモータ１０８を駆動させた場合のフォーカスレンズ群１０４の位置決め精度が効果的であることについて説明する。

図８は、レンズの位置決め精度の説明図である。図８において、定格振幅の駆動波形で駆動させたときのフォーカスレンズ群１０４の位置決め精度３０、および、振幅を定格振幅の６０％となる駆動波形で駆動させた場合のフォーカスレンズ群１０４の位置決め精度４０が示されている。ここで、振幅を定格振幅の６０％となる駆動波形で駆動させる理由は、後述のステップＳ２０５〜Ｓ２０８における低消費電力を目的とする駆動波形の最適化を想定しているためである。図８において、横軸はパルス数、縦軸はフォーカスレンズ群１０４の位置決め精度をステッピングモータ１０８の回転角度に換算した量として示している。

測定時のフォーカスレンズ群１０４の動作としては、双方とも０．０°のポイントを原点とし、正回転方向に４０パルス動作させた後、逆回転方向に４０パルス動作させている。正回転方向動作と逆回転方向動作の間、すなわち反転動作時のグラフに直線形状があるのは、反転動作時にパルスはステッピングモータ１０８へ入力されているがフォーカスレンズ群１０４が動作していない領域が発生していることを意味している。

ここで、レンズの位置決めとして理想的に動作した場合、４０パルス動作させたときにグラフのうねりが発生せず（０．０°の水平線上に位置する）、正回転方向と逆回転方向の動作グラフが一致する（重なる）グラフが描かれる。図８に示されるように、定格振幅の駆動波形で駆動させた場合のレンズ位置決め精度３０に対して、振幅を定格振幅の６０％となる駆動波形で駆動させた場合のレンズ位置決め精度４０のグラフのほうが、誤差が大きい。これは、ステッピングモータ１０８の駆動波形の振幅を小さくしたことで、前述のステッピングモータ固有の負荷トルクであるディテントトルクやレンズを駆動する際の負荷変動の影響を受け、位置決め精度が劣化したことを意味する。すなわち、位置決め精度を優先するための駆動波形としては、ステッピングモータ１０８の駆動波形の振幅をより大きく設定すること（無補正の定格振幅Ｃ_０かつｎ＝１００を維持した状態）が望ましい。

第１の電圧≧Ｅ≧第２の電圧（第１の振幅≧Ｅ≧第２の振幅）の関係が成立しない動作例として、ステッピングモータ１０８を低速駆動、または高速駆動している状態、さらに起動および停止を繰り返している動作がある。また、前述のステッピングモータの代表的な特性のとおり、駆動電流の供給を増加させることで、高速駆動が可能となる。これにより、本実施例のズームレンズにおいて、フォーカスレンズ群１０４の位置決め精度出し、高速駆動に対応可能なモータ制御が行われる。

一方、図７のステップＳ２０４において、第１の電圧≧Ｅ≧第２の電圧（第１の振幅≧Ｅ≧第２の振幅）の関係が成立している場合、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５〜Ｓ２０８において、低消費電力を目的とした駆動波形の最適化が行われる。まず、ステップＳ２０５において、予め記憶装置１１２に記憶された駆動波形から、ステップＳ２０１で設定されたｎ＝１００から１だけ振幅を減算する。そして、ｎ＝９９（ｎ＝ｎ−１）の振幅を有する駆動波形が駆動回路１２０を介してステッピングモータ１０８へ出力される。

次に、ステップＳ２０６において、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０８が脱調しているか否かを判定する。ステップＳ２０６においてステッピングモータ１０８が脱調していない場合、ステップＳ２０５に戻り、駆動波形の振幅ｎをさらに１つ減少させる。このように、ステップＳ２０５、Ｓ２０６は、ステッピングモータ１０８が脱調するまで繰り返される。

一方、ステップＳ２０５にてステッピングモータ１０８が脱調したと判定されると、ステップＳ２０７に移行する。ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６でステッピングモータ１０８が脱調したと判定されたため、記憶装置１１２に記憶された駆動波形の中から、ステップＳ２０６で脱調したと判定された振幅ｎを１だけ増加させる（ｎ＝ｎ＋１）。すなわち、脱調が開始する振幅ｎに対してｎ＋１となる、すなわち脱調しない振幅ｎ＋１での駆動波形が制御装置１１３により選択される。

次にステップＳ２０８において、マイクロプロセッサ１１１は、ステップＳ２０７にて選択された（脱調しない）駆動波形をステッピングモータ１０８に対する最適な駆動波形Ｃ_ｎとして設定し、最適化処理が終了する。ここで、第１の電圧≧Ｅ≧第２の電圧（第１の振幅≧Ｅ≧第２の振幅）の関係が成立する動作例は、ステッピングモータ１０８を中速駆動域で動作させている状態である。すなわち、ステッピングモータ１０８への駆動波形を、中速駆動域で前述のステップＳ２０８で設定された駆動波形Ｃ_ｎにすることで、必要トルクに対して最小限の振幅とした駆動波形を適用することができる。

このように、マイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）が小さくなるように制御し、逆起電圧が所定の条件を満たさない場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）を維持するように制御する。すなわちマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、ステッピングモータが脱調しない範囲内で所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御する。本実施例において、所定の条件とは、逆起電圧の振幅（電圧）が第１の振幅以下かつ第２の振幅以上（第１の電圧以下かつ第２の電圧以上）である。

本実施例によれば、フォーカスレンズ群１０４の低消費電力に効果的なモータ制御を行うことができる。このため本実施例のズームレンズにおいて、フォーカスレンズ群１０４における低消費電力と、位置決め精度および高速駆動の両立が実現可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例において、図１乃至図４、図６は本実施例にも適用されるため、それらの説明は省略する。

図９は、本実施例におけるステッピングモータの逆起電圧の波形図である。図９において、２０ｃは逆起電圧検出回路１２５により検出されたステッピングモータ１０８のＡ相の逆起電圧の波形、２０ｄはＢ相の逆起電圧の波形である。また、横軸は時間、縦軸は逆起電圧をそれぞれ示している。ここで、Ａ相の逆起電圧の波形２０ｃに着目する。図９における時間０ｍｓを開始点として、余弦波１周期（逆起電圧の値が再び１．０Ｖに達する点）分に要する時間を８で割って逆数を取った数値が１−２相表記での周波数（ｐｐｓ）である。すなわち、１周期分に要する時間が短いほど、周波数は高い値となる。図９では、ステッピングモータ１０８の逆起電圧の周波数に応じて、ステッピングモータ１０８への駆動波形を選択する際の指標となる、同じ時間軸で対応する第１の周波数および第２の周波数が示されている。これらの指標となる周波数は、ユーザにより任意に設定可能であるが、第１の周波数は第２の周波数よりも高い関係（第１の周波数＞第２の周波数）、すなわち第１の周期は第２の周期よりも短い関係（第１の周期＜第２の周期）になるように設定される。

次に、本実施例における初期動作処理および最適化処理について説明する。初期動作処理のフローチャートは、実施例１の図６と同様であるため、ここでの説明は省略する。図１０は、本実施例におけるステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。ステッピングモータの駆動方式としては、実施例１と同様にハーフステップ駆動方式が採用される。図１０において、ステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０５〜Ｓ３０９は、図７のステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０５〜２０９とそれぞれ同様であるため、それらの説明については省略する。

ステップＳ３０３において、マイクロプロセッサ１１１は、ステップＳ３０１、Ｓ３０２にて設定された駆動波形によりステッピングモータ１０８を駆動する。また、逆起電圧検出回路１２５は、フォーカスレンズ群１０４を駆動させたときにステッピングモータ１０８で発生する逆起電圧を検出する。本実施例において、逆起電圧検出回路１２５またはマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧の波形の１周期あたりの周波数Ｆも検出する。

次にステップＳ３０４において、フィードバック制御回路１２７は、逆起電圧検出回路１２５により検出されたステッピングモータ１０８の逆起電圧をマイクロプロセッサ１１１の記憶装置１１２へフィードバックする。このとき、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０８の逆起電圧の周波数Ｆが、記憶装置１１２で予め設定された第１の周波数と第２の周波数との範囲内であるか否か（第１の周波数≧Ｆ≧第２の周波数の関係を満たすか否か）を判定（比較）する。ステップＳ３０４にて上記関係が成立していない場合、ステップＳ３０９に進み、駆動波形をステップＳ３０１、Ｓ３０２で設定された無補正の定格振幅値Ｃ_０かつｎ＝１００を維持した状態で、最適化処理は終了する。これにより、本実施例のズームレンズにおいては、フォーカスレンズ群１０４の位置決め精度出し、および、高速駆動に効果的なモータ制御が可能となる。

一方、ステップＳ３０４において第１の周波数≧Ｆ≧第２の周波数の関係が成立している場合、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５〜Ｓ３０８における最適化処理については、実施例１と同様であるためそれらの説明を省略する。すなわち、ステッピングモータ１０８への駆動波形を、中速駆動域でステップＳ３０８にて設定された駆動波形Ｃ_ｎにすることで、必要トルクに対して最小限の振幅とした駆動波形を適用することができるため、低消費電力化に効果的である。

このように、マイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）が小さくなるように制御し、逆起電圧が所定の条件を満たさない場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）を維持するように制御する。すなわちマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、ステッピングモータが脱調しない範囲内で所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御する。本実施例において、所定の条件とは、逆起電圧の周波数が第１の周波数以下かつ第２の周波数以上である。

本実施例によれば、フォーカスレンズ群１０４の低消費電力に有効なモータ制御が行われる。このため本実施例のズームレンズにおいて、フォーカスレンズ群１０４における低消費電力、および、位置決め精度と高速駆動の両立が実現可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例において、図１乃至図４、図６は本実施例にも適用されるため、それらの説明は省略する。

図１１は、本実施例におけるステッピングモータの逆起電圧の波形図であり、ステッピングモータ１０８の正回転および逆回転、停止の動作を示している。図１１において、横軸は時間、縦軸はステッピングモータ１０８の逆起電圧をそれぞれ示している。ここで、「正回転動作→停止→逆回転動作→停止」の一連動作を反復動作と呼ぶ。正回転、逆回転時の駆動速度、および、停止時の時間設定に関しては、ユーザにより任意に設定可能である。

次に、本実施例における初期動作処理および最適化処理について説明する。初期動作処理のフローチャートは、実施例１の図６と同様であるため、ここでの説明は省略する。図１２は、本実施例におけるステッピングモータの駆動波形の最適化処理を示すフローチャートである。ステッピングモータの駆動方式としては、実施例１と同様にハーフステップ駆動方式が採用される。図１２において、ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０５〜Ｓ４０９は、図７のステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０５〜２０９とそれぞれ同様であるため、それらの説明については省略する。

ステップＳ４０３において、マイクロプロセッサ１１１は、ステップＳ４０１、Ｓ４０２にて設定された駆動波形によりステッピングモータ１０８を駆動する。また、逆起電圧検出回路１２５は、フォーカスレンズ群１０４を駆動（反復動作）させたときにステッピングモータ１０８で発生する逆起電圧を検出する。本実施例において、逆起電圧検出回路１２５は、このときの反復動作時間も同時に検出する。

次にステップＳ４０４において、フィードバック制御回路１２７は、逆起電圧検出回路１２５により検出されたステッピングモータ１０８の逆起電圧をマイクロプロセッサ１１１の記憶装置１１２へフィードバックする。このとき、マイクロプロセッサ１１１は、ステッピングモータ１０８の逆起電圧における反復動作期間Ｔが、記憶装置１１２で予め設定された期間以上（所定の期間以上以上）、すなわちＴ≧所定の期間の関係が満たされるか否かを判定（比較）する。本実施例において、所定の期間は例えば０．２ｓｅｃに設定される。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。

ステップＳ４０４にて上記関係が成立していない場合、ステップＳ４０９に進み、駆動波形をステップＳ４０１、Ｓ４０２で設定された無補正の定格振幅値Ｃ_０かつｎ＝１００を維持した状態で、最適化処理は終了する。ここで、Ｔ≧０．２ｓｅｃの関係が成立しない動作例として、動画撮影中に被写体の像が焦点深度内に入るように制御を行う場合における微小な反復動作がある。このような制御を行う場合、フォーカスレンズ群１０４の位置決め精度が重要になるため、ステッピングモータ１０８への駆動波形は、前述のステップＳ４０１、Ｓ４０２で設定された無補正の定格振幅値Ｃ_０かつｎ＝１００を維持した状態が最適である。このため、本実施例によれば、フォーカスレンズ群１０４の位置決め精度出し、および、高速駆動に効果的なモータ制御を行うことが可能となる。

一方、ステップＳ４０４においてＴ≧０．２ｓｅｃの関係が成立している場合、ステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５〜Ｓ４０８における最適化処理については、実施例１と同様であるためそれらの説明を省略する。すなわち、ある程度大きい反復動作時では、ステッピングモータ１０８への駆動波形をステップＳ４０８で設定された駆動波形Ｃ_ｎにすることで、必要トルクに対して最小限の振幅とした駆動波形を適用できるため、低消費電力化に効果的である。

このように、マイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）が小さくなるように制御し、逆起電圧が所定の条件を満たさない場合、所定の駆動信号の振幅（電圧）を維持するように制御する。すなわちマイクロプロセッサ１１１は、逆起電圧が所定の条件を満たす場合、ステッピングモータが脱調しない範囲内で所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御する。本実施例において、所定の条件とは、ステッピングモータの反復動作期間が所定の期間以上である。これにより、本実施例のズームレンズにおいて、フォーカスレンズ群１０４における低消費電力、および、位置決め精度と高速駆動の両立が実現可能となる。

上記各実施例によれば、フィードバック制御回路よりフィードバックされたステッピングモータの逆起電圧の振幅に応じて、制御装置によって選択された駆動波形を出力する場合と、所定の駆動波形を出力する場合とに分けた制御方法を取ることができる。これにより、低消費電力化、および、位置決め精度と高速駆動を両立させたステッピングモータを有する光学機器（レンズ装置、撮像装置、撮像システム）を提供することができる。

なお上記各実施例において、マイクロプロセッサは、逆起電圧が所定の条件（振幅、周波数など）を満たす場合、フィードバック制御方式により駆動回路を制御し、逆起電圧が所定の条件を満たさない場合、オープンループ制御方式により駆動回路を制御する。ただし、各実施例はこれに限定されるものではない。また各実施例では、フォーカスレンズ群（レンズ群）についてのみ説明したが、ステッピングモータによって駆動させる被駆動体であれば、ズーム機構、光量調節機構、防振機構などにも適用可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ 撮像装置
１０４ フォーカスレンズ群
１０８ ステッピングモータ
１１１ マイクロプロセッサ
１２０ 駆動回路
１２５ 逆起電圧検出回路

Claims (10)

1. レンズ群を移動させるステッピングモータと、
   所定の駆動信号を用いて前記ステッピングモータを駆動する駆動部と、
   前記ステッピングモータに発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出部と、
   前記逆起電圧に応じて前記駆動部を制御する方式を変更する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記逆起電圧が所定の条件を満たす場合、前記所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御し、
   前記逆起電圧が前記所定の条件を満たさない場合、前記所定の駆動信号の振幅を維持するように制御する、ことを特徴とする光学機器。
2. 前記所定の条件は、前記逆起電圧の振幅が第１の振幅以下かつ第２の振幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記所定の条件は、前記逆起電圧の周波数が第１の周波数以下かつ第２の周波数以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. 前記所定の条件は、前記ステッピングモータの反復動作期間が所定の期間以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
5. 前記制御部は、前記逆起電圧が前記所定の条件を満たす場合、前記ステッピングモータが脱調しない範囲内で前記所定の駆動信号の振幅が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学機器。
6. 前記制御部は、
   前記逆起電圧が前記所定の条件を満たす場合、フィードバック制御方式により前記駆動部を制御し、
   前記逆起電圧が前記所定の条件を満たさない場合、オープンループ制御方式により前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学機器。
7. 前記駆動部から出力される前記駆動信号に関する情報を記憶する記憶部と、
   前記逆起電圧を前記制御部へフィードバックするフィードバック回路と、を更に有し、
   前記制御部は、前記逆起電圧が前記所定の条件を満たす場合、前記記憶部に記憶された前記情報から前記駆動部により用いられる前記駆動信号を選択することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学機器。
8. 前記レンズ群は、被写体像を撮像素子に結像させるズームレンズを構成し、
   前記光学機器は、前記ズームレンズを有するレンズ装置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学機器。
9. 被写体像を結像する撮像素子を更に有し、
   前記光学機器は撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学機器。
10. 前記レンズ群を含み、被写体像を撮像素子に結像させるズームレンズを備えたレンズ装置と、
    前記被写体像を結像する撮像素子を備えた撮像装置と、を有し、
    前記光学機器は、前記レンズ装置および前記撮像装置を備えて構成された撮像システムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学機器。