JP2014158358A

JP2014158358A - モータ駆動装置、モータ駆動方法、および制御プログラム

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Publication number: JP2014158358A
Application number: JP2013027823A
Authority: JP
Inventors: Koichi Washisu; 晃一鷲巣; Akira Yamazaki; 亮山▲崎▼; Ko Yamanaka; 巧山中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP6095397B2

Abstract

【課題】加速および減速を繰り返すステップモータを安定して駆動制御する。
【解決手段】ＣＰＵ１８の制御下でドライバ１９はステップモータ１４ａの駆動コイル１４ｇに所定の駆動電圧を印加する。定抵抗１４ｈによって駆動コイルに発生する逆起電力が検出され、差動部１８ｂは逆起電力と駆動電圧との差分である差分信号を出力する。フィルタ１８ｃは駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定され差分信号をフィルタリングし、コンパレータ１８ｄはフィルタの出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する。駆動目標値発生部１８ａは駆動電圧の周期を比較結果信号に応じて調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータの駆動装置、モータ駆動方法、および制御プログラムに関し、特に、デジタルカメラ又はデジタルビデオなどの撮像装置においてレンズを駆動するためのモータ駆動装置に関する。

一般に、撮像装置に備えられた撮影レンズなどを駆動する際には、安定的に撮影レンズを駆動するためステップモータが用いられている。一方、ステップモータを高速に安定的に駆動するため、ステップモータの逆起電力を検出するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００１―９５２９７号公報

前述のように、特許文献１に記載の手法では、ステップモータのコイルに発生する逆起電力を検出してステップモータを安定的に高速で駆動している。

一方、特許文献１に記載の手法は、時計又はディスクドライブなどで用いられる定常回転のステップモータには向いているものの、撮像装置におけるレンズ駆動で用いられるステップモータのように、加速および減速を繰り返す場合には、安定的に逆起電力を検出することができない。

このため、ステップモータの逆起電力を検出してステップモータを駆動制御しようとしても、安定的にステップモータを駆動制御すること難しい。

従って、本発明の目的は、加速および減速を繰り返すステップモータを安定して駆動制御することのできるモータ駆動装置、モータ駆動方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によるモータ駆動装置、ステップモータを駆動制御するためのモータ駆動装置であって、前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段によって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されて、前記逆起電力検出手段から出力される出力信号をフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段から出力される出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較手段とを有し、前記電圧印加手段は前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整することを特徴とする。

本発明によるモータ駆動方法は、ステップモータを駆動制御するためのモータ駆動方法であって、モータ駆動装置が前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する検出ステップと、前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、前記電圧印加ステップによって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されるフィルタを用いて、前記検出ステップで検出された出力信号をフィルタリングするフィルタステップと、前記フィルタステップで得られた出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較ステップと、前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整する調整ステップと、を行うことを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、ステップモータを駆動制御する際に用いられる制御プログラムであって、モータ駆動装置に備えられたコンピュータに、前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する検出ステップと、前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、前記電圧印加ステップによって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されるフィルタを用いて、前記検出ステップで検出された出力信号をフィルタリングするフィルタステップと、前記フィルタステップで得られた出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較ステップと、前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整する調整ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、加速および減速を繰り返すステップモータを安定して駆動制御することができる。

本発明の第１実施形態によるモータ駆動装置を備える撮像装置の一例を破断して示す側面図である。図１に示すＣＰＵの機能構成をドライバおよびＡＦ駆動ユニットとともに示すブロック図である。図２に示すマグネットロータと駆動コイルとの関係を平面展開して示す図である。図３に示す駆動コイルを貫く磁束が変化した際の駆動コイルに流れる電流（検出信号）と駆動コイルに印加される電圧とを説明するための図であり、（ａ）は駆動コイルに印加される電圧と定抵抗から出力される検出信号との関係を示す図、（ｂ）はフィルタの出力およびコンパレータの出力の一例を示す図、（ｃ）はフィルタの出力およびコンパレータの出力の他の例を示す図である。図２に示すフィルタの周波数特性を示すボード線図である。図２に示すステップモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は駆動目標値を示す図、（ｂ）はコンパレータの出力を示す図である。図１に示すＡＦレンズにおける加速、定速駆動、および減速停止を説明するための図である。図１に示すＡＦレンズの駆動制御を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態によるモータ駆動装置の一例に備えられたＣＰＵの機能構成をドライバおよびＡＦ駆動ユニットとともに示すブロック図である。図９に示す駆動コイルに流れる電流（検出信号）とドライバに印加される駆動パルスとを説明するための図であり、（ａ）は駆動パルスと検出信号との関係を示す図、（ｂ）はフィルタの出力およびコンパレータの出力の一例を示す図である。図９に示すステップモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は駆動目標値（駆動パルス）を示す図、（ｂ）はコンパレータの出力を示す図である。本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置によるＡＦレンズの駆動制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態によるモータ駆動装置の一例について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態によるモータ駆動装置を備える撮像装置の一例を破断して示す側面図である。

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、このカメラは撮影レンズユニットを備えている。カメラ筐体１６には鏡筒１５が備えられ、この鏡筒１５には撮影レンズユニットが保持されている。そして、撮影レンズユニットは固定レンズ１３ａ、変倍レンズ１３ｂ、およびオートフォーカス（ＡＦ）レンズ１３ｃを有している。

撮影光軸１１に沿って変倍レンズ１３ｂとＡＦレンズ１３ｃとの間にはシャッタ１２が配置され、ＡＦレンズ１３ｃの後段には光学ローパスフィルタ１３ｄが配置されている。また、光学ローパスフィルタ１３ｄの後段には撮像素子１３ｅが配置されている。

この撮像素子１３ｅには撮影レンズユニットを介して光学像が結像する。そして、撮像素子１３ｅは光学像に応じたアナログ信号（画像信号）を出力する。なお、カメラ筐体１６の背面側には液晶モニタ１７が設けられている。

ＡＦレンズ１３ｃは保持枠１４ｄに保持されており、保持枠１４ｄは支持軸１４ｅ上に撮影光軸１１に沿って摺動可能に支持されている。保持枠１４ｄの端部（図中上端部）にはナット１４ｃが設けられており、リードスクリュー１４ｂがナット１４ｃとねじ結合している。

リードスクリュー１４ｂには、ステップモータ１４ａが結合されており、ステップモータ１４ａによってリードスクリュー１４ｂを回転駆動させると、ＡＦレンズ１３ｃが支持軸１４ｅに沿って実線矢印１４ｂ方向に駆動される。

なお、上述のステップモータ１４ａ、リードスクリュー１４ｂ、ナット１４ｃ、保持枠１４ｄ、および支持軸１４ｅによってＡＦ駆動ユニット１４が構成される。

カメラ筐体１６にはＣＰＵ１８およびドライバ１９が内蔵されており、ドライバ１９はＣＰＵ１８の制御下でステップモータ１４ａを駆動制御する。

図２は、図１に示すＣＰＵ１８の機能構成をドライバ１８およびＡＦ駆動ユニット１４とともに示すブロック図である。

ステップモータ１４ａはマグネットロータ１４ｆを有しており、このマグネットローラ１４ｆは、ドライバ１９から駆動コイル１４ｇに印加される電流（又は電圧）に応じて回転駆動する。図示の例では、ドライバ１９は双方向に電流を駆動コイル１４ｇに印加することができる。

なお、ステップモータ１４ａは複数の駆動コイル１４ｇを備えている。そして、駆動コイル１４ｇの各々に対して所定のタイミングで電流を印加することによって、マグネットロータ１４ｆが回転駆動されるが、ここでは、説明の便宜上、理解を容易にするため１つの駆動コイル１４ｇのみが示されている。

また、ここでは、マグネットロータ１４ｆおよび駆動コイル１４ｇによってステップモータ１４ａが構成される。

駆動コイル１４ｇには、駆動コイル１４ｇの抵抗値に比べて十分に抵抗値が小さい定抵抗１４ｈが直列に接続されている。そして、定抵抗１４ｈの一端（駆動コイル１４ｇ側）はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路（図示せず）などを介してＣＰＵ１８に接続されている。この結果、定抵抗１４ｈの出力信号（ここでは検出信号と呼ぶ）がＡ／Ｄ変換回路を介してＣＰＵ１８に与えられる。

ＣＰＵ１８は、駆動目標値発生部１８ａ、差動部１８ｂ、フィルタ１８ｃ、およびコンパレータ１８ｄを有している。駆動目標値発生部１８ａはドライバ１９に駆動目標値を出力する。そして、ドライバ１９は駆動目標値に応じた駆動パルス（駆動電圧）を駆動コイル１４ｇに出力する。

逆起電力を演算する差動部１８ｂは駆動目標値発生部１８ａの駆動目標値（つまり、駆動電圧）と検出信号が示す電圧値との差分を求める。この際、差動部１８ｂは検出信号と駆動目標値との差が最も小さくなるようにゲインを調節する。

差動部１８ｂから出力される信号（差分信号と呼ぶ）は、後述する特性（周波数特性）を有するフィルタ１８ｃで波形整形されて（つまり、フィルタリングされて）コンパレータ１８ｄに与えられる。コンパレータ１８ｄは波形成形された差分信号と基準値とを比較して、比較結果に応じた比較結果信号を出力する。

コンパレータ１８ｄの出力である比較結果信号は駆動目標値発生部１８ａに入力され、駆動目標値発生部１８ａは比較結果信号に応じてステップモータ１４ａの駆動目標値を修正する。

ここで、図２に示す定抵抗１４ｈによる逆起電力の検出について説明する。

定抵抗１４ｈは駆動コイル１４ｇと直列に接続されているので、定抵抗１４ｈの出力である検出信号の大きさは駆動コイル１４ｇに流れる電流に比例することになる。

一方、駆動コイル１４ａはマグネットロータ１４ｆと対向しているので、マグネットロータ１４ｆの回転に応じて、駆動コイル１４ｇを通過する磁束の大きさおよび向きが変化する。

図３は、図２に示すマグネットロータ１４ｆと駆動コイル１４ｇとの関係を平面展開して示す図である。

図示のように、駆動コイル１４ｇはヨーク３１に巻回されており、マグネットロータ１４ｆが、図中実線矢印３２の方向に移動（回転）すると、駆動コイル１４ｇを貫く磁束が、例えば、Ｎ極からＳ極に変化する。

図４は、図３に示す駆動コイル１４ｇを貫く磁束が変化した際の駆動コイル１４ｇに流れる電流（検出信号）と駆動コイル１４ｇに印加される電圧とを説明するための図である。そして、図４（ａ）は駆動コイル１４ｇに印加される電圧と定抵抗１４ｈから出力される検出信号との関係を示す図であり、図４（ｂ）はフィルタ１８ｃの出力およびコンパレータ１８ｄの出力の一例を示す図である。また、図４（ｃ）はフィルタ１８ｃの出力およびコンパレータ１８ｄの出力の他の例を示す図である。

図４において、電圧４１（駆動パルス）が駆動コイル１４ｇに印加され、この際、検出信号４２が定抵抗１４ｈから出力される。検出信号４２は、電圧４２が駆動コイル１４ｇの抵抗値と定抵抗１４ｈの抵抗値とで分圧されるので、検出信号４２は印加電圧４１と相似するが、幅４２ａで示す電圧降下が生じる領域を有している。この電圧降下は、駆動コイル１４ｇに貫く磁束が、例えば、Ｎ極からＳ極に変化する際の磁束分布の影響に起因する。

なお、実際の検出信号には電流ノイズ４３が加わっているので、図４に示す検出信号４２のようにＳ／Ｎ比は高くない。

信号波形４６は、差動部１８ｂによって駆動目標値（つまり、印加電圧４１）から検出信号４２を減算した後フィルタ１８ｃで波形成形された信号波形である。印加電圧４１と検出信号４２とはそれぞれ振幅４４および４５を有しているので、これら振幅４４および４５を揃えた後、差動部１８ｂは差分信号を求める。

例えば、検出信号４２の振幅４４が印加電圧４１の振幅４５と同一となるように、差動部１８ｂは検出信号４２を増幅した後、増幅後の検出信号４２と印加電圧４１との差を求める。

この際、電流ノイズ４３も同時に増幅されることになるが、差動部１８ｂの出力である差分信号に重畳するノイズをフィルタ１８ｃで減衰させて、つまり、波形整形して信号波形４６を得る。

コンパレータ１８ｄは波形整形後の差分信号（信号波形４６）を基準値と比較して比較結果信号（信号波形４７）を得る。

ところで、ステップモータ１４ａはＡＦレンズ１３ｃを駆動する際には加減速を行う。このため、ステップモータ１４ａを駆動するための駆動信号（つまり、駆動目標値）の信号波形は、信号波形４８のように信号波形４６よりも高周波になることもあれば逆に低周波になることもある。このような駆動信号の周波数変化に対応するため、フィルタ１８ｃの周波数特性を駆動目標値に応じて設定する。

図５は、図２に示すフィルタ１８ｃの周波数特性を示すボード線図である。

図５において、横軸は周波数を示し、縦軸は利得を示す。曲線（線図）５０はステップモータ１４ａが低速の際のフィルタ特性（周波数特性）を示しており、線図５２はステップモータ１４ａが高速の際のフィルタ特性を示している。

線図５０においては、その中心周波数５１は、例えば、２ＫＨｚであり、当該中心周波数よりも周波数が低い信号および高い信号は減衰するバンドパスフィルタ特性である。

一方、線図５２においては、その中心周波数５３は、例えば、５ＫＨｚであり、当該中心周波数よりも周波数が低い信号および高い信号は減衰するバンドパスフィルタ特性である。

これらフィルタの特性は、例えば、ステップモータ１４ａの駆動目標値（例えば、２０００ｐｐｓおよび５０００ｐｐｓ）に応じて変更可能に設定してもよいし、所定の領域毎（例えば、ステップモータ１４ａの駆動目標値が１０００ｐｐｓから２５００ｐｐｓまでの間は線図５０のフィルタ特性を用いる）に設定してもよい。

図５に示すように、駆動目標値に応じてフィルタ特性を選択すると、例えば、ステップモータ１４ａが駆動目標値の通りに駆動していない場合には、図４に示すコンパレータ１８ｄの出力（信号波形）４７および４９が所定の出力とならない。つまり、コンパレータ１８ｄの出力が所定の出力とならない場合には、ステップモータ１４ａの回転が異常であると判定することができる。

図６は、図２に示すステップモータ１４ａの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。そして、図６（ａ）は駆動目標値（駆動電圧）を示す図であり、図６（ｂ）はコンパレータ１８ｄの出力を示す図である。

図６において、横軸は時間、縦軸は駆動目標値発生部１８ａの出力およびコンパレータ１８ｄの出力の大きさを表す。コンパレータ１８ｄの出力６１は図４（ｂ）又は図４（ｃ）に示す出力（信号波形）４７又は４９と同一の出力である。

ここで、コンパレータ１８ｄの出力のパルス幅６１ａを測定して、当該パルス幅６１ａが現在の駆動目標値において適正範囲である場合には、駆動目標値発生部１８ａは現在の駆動目標値の出力を維持してステップモータ１４ａの駆動を続行する。

一方、パルス幅６１ａが現在の駆動目標値において適正範囲でない場合又はコンパレータ１８ｄの出力が得られない場合には、駆動目標値発生部１８ａは駆動目標値の出力を停止する。これによって、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａを停止した後、再駆動を行う。

この際には、駆動目標値発生部１８ａは出力（信号波形）６１をタイミング基準として遅延時間６２だけ遅延させて駆動コイル１４ｇに駆動目標値６３を印加する。駆動目標値発生部１８ｄはステップモータ１４ａを停止する直前の駆動目標値に応じて遅延時間６２を求める。

これによって、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａが適正に回転していることを知るとともに、適正に回転していない場合には、ステップモータ１４ａを適正に回転させるための駆動制御を行う。

一般に、ステップモータ１４ａは駆動目標値の通りに回転駆動（ここでは、ステップ駆動と呼ぶ）するので、上述のような逆起電力によるフィードバック（ここではフィードバック駆動と呼ぶ）は不要と考えられる。

しかしながら、ステップモータ１４ａには脱調の危険があることを考慮すると、高速で回転させることはできない。一方、上述のように、逆起電力をフィードバックするようにすれば、ステップモータ１４ａを高速で回転させることが可能となる。

図７は、図１に示すＡＦレンズ１３ｃにおける加速、定速駆動、および減速停止を説明するための図である。

図７において、横軸は時間を示し、縦軸はステップモータ１４ａの回転速度を示す。信号波形７１で示すように、ステップモータ１４ａの加速期間７２においてはステップ駆動が行われフィードバック駆動は行われない。

そして、ステップモータ１４ａの回転速度が所定の回転速度（例えば、１５００ｐｐｓ）になると、駆動目標値発生部１８ｄは、図６で説明したフィードバック駆動を行うとともに、ステップモータ１４ａが適正に回転しているか否かを検出する（期間７３）。

ステップモータ１４ａの減速を開始して、ステップモータ１４ａの回転速度が予め定められた回転速度（例えば、１０００ｐｐｓ）となると、駆動目標値発生部１８ｄはステップ駆動に戻す（期間７４）。

ここで、加速時にフィードバック駆動に移行する回転速度と減速時にステップ駆動に移行する回転速度とが異なるのは、減速時は加速時よりも負荷が小さいので脱調の危険が少ないからである。

なお、ステップ駆動で加減速を行うことによって、ＡＦレンズ１３ａの加速制御および停止制御を正確に行うことができる。

図８は、図１に示すＡＦレンズ１３ｃの駆動制御を説明するためのフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートに係る処理は、図２に示すＣＰＵ１８によって行われる。

ＡＦレンズ１３ｃの駆動制御を開始すると、ＣＰＵ１８はステップモータ１４ａに対して加速指示を行う（ステップＳ４００１）。そして、ＣＰＵ１８において、駆動目標値発生部１８ａが駆動コイル１４ｇに駆動目標値（ステップ駆動目標値）を入力して、前述のようにしてステップ駆動を行う（ステップＳ４００２）。

続いて、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａの回転速度が所定の回転速度（例えば、１５００ＰＰＳ）となったか否かを判定する（ステップＳ４００３）。ステップモータ１４ａの回転速度が所定の回転速度未満であると（ステップＳ４００３において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４００２の処理に戻ってステップモータ１４ａのステップ駆動を行う。

ステップモータ１４ａの回転速度が所定の回転速度以上となると（ステップＳ４００３において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａは図６で説明した待機時間（加速遅延時間）６２を求める（ステップＳ４００４）。ステップモータ１４ａを加速する際の待機時間６２はステップモータの回転速度に応じて徐々に短くなるように設定される。

次に、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａを加速する際に生じる逆起電力を抽出するためのフィルタ特性の設定を行う（ステップＳ４００５）。ここでは、例えば、フィルタ１８ｃの特性を図５に示す線図５０の特性に設定する。

そして、駆動目標値発生部１８ａは、ステップＳ４００４で求めた待機時間で駆動コイル１４ｇに対する駆動目標値の印加タイミングを制御する（ステップＳ４００６：駆動フィードバック）。ここでは、待機時間がステップモータ１４ａの回転速度に応じて徐々に短くなるので、ステップモータ１４ａは加速することになる。

続いて、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４００５で設定した特性のフィルタ１８ｃで抽出した逆起電力に基づいて、図６に示す期間６１ａ、つまり、逆起電力発生期間を計測する（ステップＳ４００７）。そして、駆動目標値発生部１８ａは逆起電力発生期間に応じて、ステップモータ１４ａの回転速度が加速区間において望ましい回転速度の範囲（想定期間と呼ぶ）であるか否かを判定する（ステップＳ４００８）。

ステップモータ１４ａの回転速度が想定期間にあると（ステップＳ４００８において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａの回転速度をコンパレータ１８ｄの出力ピッチ（パルス周期）に応じて求めて、当該回転速度に応じて加速が終了したか否かを判定する（ステップＳ４００９）。

ステップモータ１４ａの加速が終了していないと（ステップＳ４００９において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４００４の処理に戻って加速遅延時間を算出する。

ステップモータ１４ａの加速が終了すると（ステップＳ４００９において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａを定速駆動する制御を開始する。そして、駆動目標値発生部１８ａは、図６で説明した待機時間６２（定速遅延時間）を求める（ステップＳ４０１０）。なお、定速駆動の期間における待機時間６２は所定の固定値となる。

続いて、駆動目標値発生部１８ａは、ステップモータが定速回転する際に発生する逆起電力を抽出するためのフィルタ特性設定を行う（ステップＳ４０１１）。ここでは、例えば、フィルタ１８ｃの周波数特性を図５に示す線図５２の特性に設定する。

次に、駆動目標値発生部１８ａは、ステップＳ４０１０で求めた待機時間で駆動コイル１４ｇに対する駆動目標値の印加タイミングを制御する（ステップＳ４０１２：駆動フィードバック）。ここでは、待機時間が一定であるので、ステップモータ１４ａの回転速度は一定速度となる。

続いて、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０１１で設定した周波数特性を有するフィルタ１８ｃから抽出した逆起電力に基づいて、図６に示す期間６１ａ（逆起電力発生期間）を計測する（ステップＳ４０１３）。そして、駆動目標値発生部１８ａは、計測の結果得られた期間６１ａが定速区間において望ましいステップモータ１４ａの回転速度の範囲（想定期間）にあるか否かを判定する（ステップＳ４０１４）。

定速区間においてステップモータ１４ａの回転速度が想定期間にあると（ステップＳ４０１４において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａの回転速度をコンパレータ１８ｄの出力ピッチ（パルス周期）に応じて求めて、当該回転速度に応じて定速制御を終了する減速指示を行うか否かを判定する（ステップＳ４０１５）。

減速指示を行わないと判定すると（ステップＳ４０１５において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０１０の処理に戻って定速遅延時間の算出を行う。

一方、減速指示を行う判定すると（ステップＳ４０１５において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａの減速駆動制御を開始する。そして、駆動目標値発生部１８ａは、図６に示す待機時間６２（減速遅延時間）を求める（ステップＳ４０１６）。この待機時間６２はステップモータ１４ａの回転速度に応じて徐々に長くなるように設定される。

続いて、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａを減速駆動する際に発生する逆起電力を抽出するためのフィルタ特性の設定を行う（ステップＳ４０１７）。ここでは、フィルタ１８ｃの周波数特性を図５に示す線図５０に設定する。

次に、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０１６で求めた減速遅延時間で駆動コイル１４ｇに対する駆動目標値の印加タイミングを制御する（ステップＳ４０１８：駆動フィードバック）。

ここでは、減速遅延時間が徐々に長くなるので、ステップモータ１４ａは減速する。そして、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０１７で設定した周波数特性を備えるフィルタ１８ｃによって抽出した逆起電力に基づいて、図６に示す期間６１ａ（逆起電力発生期間）を計測する（ステップＳ４０１９）。

続いて、駆動目標値発生部１８ａは、計測の結果得られた期間６１ａが減速区間で望ましいステップモータ１４ａの回転速度の範囲（想定期間）にあるか否かを判定する（ステップＳ４０２０）。

ステップモータ１４ａの回転速度が想定期間にあると（ステップＳ４０２０において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａの回転速度をコンパレータ１８ｄの出力ピッチ（パルス周期）に基づいて求める。そして、駆動目標値発生部１８ａは当該回転速度が予め定められた回転速度以下（例えば、１０００ｐｐｓ以下）であるか否かを判定する（ステップＳ４０２１）。

ステップモータ１４ａの回転速度が予め定められた回転速度を超えていると（ステップＳ４０２１において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０１９の処理に戻って逆起電力発生期間を計測する。

一方、ステップモータ１４ａの回転速度が予め定められた回転速度以下であると（ステップＳ４０２１において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａは駆動コイル１４ｇに対してステップ駆動に係る駆動目標値を出力する（ステップＳ４０２２：ステップ駆動）。そして、ＣＰＵ１８は今までのコンパレータ１８ｄの出力カウント（パルス数）とステップ駆動におけるパルスカウントとに基づいてＡＦレンズ１３ｃが所定の位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ４０２３）。

ＡＦレンズ１３ｃが所定の位置に到達していないと判定すると（ステップＳ４０２３において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップＳ４０２２の処理に戻ってステップ駆動を継続する。

一方、ＡＦレンズ１３ｃが所定の位置に到達したと判定すると（ステップＳ４０２３において、ＹＥＳ）、駆動目標値発生部１８ａ（つまり、ＣＰＵ１８）はステップモータ１４ａの駆動を停止して（ステップＳ４０２４）、ＡＦレンズ１３ｃの駆動制御を終了する。

ステップＳ４００８において、ステップモータ１４ａの回転速度が想定期間にないと（ステップＳ４００８において、ＮＯ）、駆動目標値発生部１８ａはステップモータ１４ａが脱調しているとして、一旦ステップモータ１４ａの回転を停止して再度ステップ駆動でステップモータ１４ａを再起動する制御を開始する。

まず、駆動目標値発生部１８ａ（つまり、ＣＰＵ１８）はステップモータ１４ａを停止して（ステップＳ４０２５）、ステップ駆動によってステップモータ１４ａを初期位置に復帰させる（ステップＳ４０２６）。ここで、初期位置とはＡＦレンズ１３ｃの無限端又は至近端などの基準となる位置をいう。

続いて、駆動目標値発生部１８ａ（つまり、ＣＰＵ１８）は、図示しないセンサによってステップモータ１４ａが初期位置に復帰したか否かを判定する（ステップＳ４０２７）。ステップモータ１４ａが初期位置に復帰すると（ステップＳ４０２７において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４００１処理に戻って加速指示を行う。

一方、ステップモータ１４ａが初期位置に復帰しないと（ステップＳ４０２７において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８は、停止後所定の時間（例えば、１秒）が経過したか否かを判定する（ステップＳ４０２８）。所定の時間が経過していないと（ステップＳ４０２８において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２７の処理に戻ってステップモータ１４ａが初期位置に戻ったか否かを判定する。

所定の時間が経過すると（ステップＳ４０２８において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１８はステップモータ１４ａに故障が発生したとして、その旨を液晶モニタ１７にエラー表示する（ステップＳ４０２９）。そして、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２４の処理に進んでステップモータ１４ａを停止する。

なお、ステップＳ４０１４又はＳ４０２０において、ステップモータ１４ａの回転速度が想定期間にないと（ステップＳ４０１４又はＳ４０２０において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２５の処理に進む。

上述のように、本発明の第１の実施形態では、ステップモータの回転速度に応じて変化する逆起電力を、当該回転速度に応じた周波数特性が設定されたフィルタで抽出するようにしたので、加速および減速を繰り返すステップモータにおいても安定して逆起電力を検出することができる。

［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置の一例について説明する。

図９は、本発明の第２実施形態によるモータ駆動装置の一例に備えられたＣＰＵ１８の機能構成をドライバ１９およびＡＦ駆動ユニット１４とともに示すブロック図である。

なお、図９において、図２に示すモータ駆動装置と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。また、図９に示すモータ駆動装置は、例えば、図１に示す撮像装置で用いられる。

図９においては、ドライバ１９は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有しており、駆動コイル１４ｇに電界効果トランジスタが接続されている。また、駆動コイル１４ｇの端子９１は電源に接続されている。

電界効果トランジスタは、後述するように、ＣＰＵ１８によってオン／オフ制御される。そして、電界効果トランジスタがオンとなると、駆動コイル１４ｇに電流が流れてマグネットロータ１４ｆが回転する。図示の例では、ドライバ１９は一方向に電流を流すことができる。

なお、ステップモータ１４は複数の駆動コイルを備えているが、図９においても図２と同様に、説明の便宜上１つの駆動コイル１４ｇのみが示されている。

図示の例では、駆動コイル１４ｇと電界効果トランジスタとの接点（端子９２）がＡ／Ｄ変換回路（図示せず）を介してＣＰＵ１８に接続されており、端子９２からの出力信号（ここでは検出信号と呼ぶ）がＣＰＵ１８に与えられる。

ＣＰＵ１８は駆動目標値発生部１８ａ、フィルタ１８ｃ、コンパレータ１８ｄ、および切替部９３を有している。駆動目標値発生部１８ａはドライバ（電界効果トランジスタ）１９のゲートに駆動パルス（駆動目標値）を与える。

切替部９３には端子９２から検出信号が入力され、後述するように駆動パルスと同期して検出信号をスイッチングする。なお、切替部９３は駆動コイル１４ｇに電流が流れていない期間における端子９２の出力を、バイアス成分を減算して求める。

切替部９３からの出力である切替部出力信号はフィルタ１８ｃによって波形整形される。そして、コンパレータ１８ｄは波形整形後の切替部出力信号と基準値とを比較して、比較結果信号を出力する。この比較結果信号は駆動目標値発生部１８ａに与えられ、駆動目標値発生部１８ａは比較結果信号に応じて駆動目標値（駆動パルス）を調整する。

駆動コイル１４ｇの端子９２は駆動コイル１４ｇに電流が流れている場合には接地とほぼ等しい電圧となる。一方、端子９１および９２の間にはマグネットロータ１４ｆの回転による逆起電力が生じる。

図１０は、図９に示す駆動コイルに流れる電流（検出信号）とドライバ１９に印加される駆動パルスとを説明するための図である。そして、図１０（ａ）は駆動パルスと検出信号との関係を示す図であり、図１０（ｂ）はフィルタの出力およびコンパレータの出力の一例を示す図である。

図１０において、駆動パルス１００１がドライバ（電界効果トランジスタ）１９に与えられ、検出信号１００２が端子９２から出力される。前述のように、端子９２の電位は駆動コイル１４ｇに電流が流れると接地とほぼ等しい電圧となり、端子９１および９２の間にはマグネットロータ１４ｆの回転による逆起電力が生じる。

従って、図１０に示すように、駆動パルス１００１がオン（Ｈレベル）である場合には、端子９２の電位は接地電位となるので、検出信号はオフ（Ｌレベル）となる。

一方、駆動パルス１００１がオフ（Ｌレベル）である場合には、端子９２は端子９１（つまり、電源）とほぼ同電位となるので、検出信号はオン（Ｈレベル）となる。この際、端子９１および９２の間にはマグネットロータ１４ｆの回転による逆起電力が生じると、検出信号１００２には幅１００２ａで示す逆起電力による電圧降下が生ずる。

この電圧降下は、駆動コイル１４ｇに貫く磁束が、例えば、Ｎ極からＳ極に変化する際の磁束分布の影響に起因する。なお、実際の検出信号には電流ノイズ１００３が加わっているので、図１０に示す検出信号１００２のようにＳ／Ｎ比は高くない。

切替部９３では、駆動パルス１００１に同期して、駆動パルス１００１がドライバ１９に印加されている期間はその出力をオフとする。なお、切替部９３は駆動パルス１００１がドライバ１９に印加されていない期間においてバイアス成分をその出力から減算する。

図１０（ｂ）に示す信号波形１００６は、切替部９３の出力をフィルタ１８ｃで波形成形された信号波形である。フィルタ１８ｃは切替部出力信号に重畳するノイズ１００３を減衰させて、つまり、波形整形して信号波形１００６を得る。

コンパレータ１８ｄは波形整形後の切替部出力信号（信号波形１００６）を基準値と比較して比較結果信号（信号波形１００７）を得る。

図１１は、図９に示すステップモータ１４ｇの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。そして、図１０（ａ）は駆動目標値（駆動パルス）を示す図であり、図１０（ｂ）はコンパレータの出力を示す図である。

図１１において、横軸は時間、縦軸は駆動目標値発生部１８ａの出力およびコンパレータ１８ｄの出力の大きさを表す。コンパレータ１８ｄの出力１１０１は図１０（ｂ）に示す出力（信号波形）１００７と同一の出力である。第２の実施形態では、コンパレータ１８ｄの出力１１０１の間隔（パルス周期）を測定して、ＣＰＵ１８はステップモータ１４ａの駆動状況を観察する。

つまり、ＣＰＵ１８はコンパレータ１８ｄの出力間隔１１０１ｂを計測して、当該出力間隔１１０１ｂが現在の駆動目標値において適正間隔である場合には、ＣＰＵ１８はステップモータ１４ａの駆動を続行する。

一方、出力間隔１１０１ｂが現在の駆動目標値において適正間隔でない場合又はコンパレータ１８ｄの出力が得られない場合には、ＣＰＵ１８はステップモータ１４ａを停止した後再駆動を行う。

この際には、前述したように、駆動目標値発生部１８ａは出力（信号波形）１１０１をタイミング基準として遅延時間１１０２だけ遅延させてドライバ１９に駆動目標値１１０３を印加する。

図１２は、本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置によるＡＦレンズの駆動制御を説明するためのフローチャートである。なお、図１２において、図８に示すフローチャートにおけるステップと同一のステップについては、同一の参照符号を付して説明を省略する。

ＡＦレンズ１３ｃの駆動制御を開始すると、ＣＰＵ１８は図８で説明したステップＳ４００１〜Ｓ４００６の処理を行った後、ＣＰＵ１８（つまり、駆動目標値発生部１８ａ）はコンパレータ１８ｄの出力間隔１１０１ｂ（逆起電力発生間隔）を計測する（ステップＳ１２００１）。

そして、駆動目標値発生部１８ａは、計測の結果得られた出力間隔が望ましいステップモータ１４ａの駆動における出力間隔の範囲（想定ピッチ）であるか否かを判定する判定する（ステップＳ１２００２）。

計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチ（想定周期）であると（ステップＳ１２００２において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１８はＳ４００９の処理に進む。一方、計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチでないと（ステップＳ１２００２において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２５の処理に進む。

同様にして、ステップＳ４０１２において駆動フィードバックを行った後、駆動目標値発生部１８ａはコンパレータ１８ｄの出力間隔１１０１ｂ（逆起電力発生間隔）を計測する（ステップＳ１２００３）。そして、駆動目標値発生部１８ａは、計測の結果得られた出力間隔が望ましいステップモータ１４ａの駆動における出力間隔の範囲（想定ピッチ）であるか否かを判定する判定する（ステップＳ１２００４）。

計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチであると（ステップＳ１２００４において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１８はＳ４０１５の処理に進む。一方、計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチでないと（ステップＳ１２００４において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２５の処理に進む。

また、ステップＳ４０１８において駆動フィードバックを行った後、駆動目標値発生部１８ａはコンパレータ１８ｄの出力間隔１１０１ｂ（逆起電力発生間隔）を計測する（ステップＳ１２００５）。そして、駆動目標値発生部１８ａは、計測の結果得られた出力間隔が望ましいステップモータ１４ａの駆動における出力間隔の範囲（想定ピッチ）であるか否かを判定する判定する（ステップＳ１２００６）。

計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチであると（ステップＳ１２００６において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１８はＳ４０２１の処理に進む。一方、計測の結果得られた出力間隔が想定ピッチでないと（ステップＳ１２００６において、ＮＯ）、ＣＰＵ１８はステップＳ４０２５の処理に進む。

このように、本発明の第２の実施形態では、逆起電力検出の際に定抵抗が不要となるので、ステップモータ１４ａの駆動効率を高めることができる。さらに、逆起電力の発生間隔を測定するようにしたので、ステップモータ１４ａの回転状況を安定して観察することができる。

また、第２の実施形態においても、ステップモータ１４ａの回転速度に応じて変化する逆起電力を、回転速度に応じた周波数特性が設定されたフィルタを用いて抽出するようにしたので、加速および減速を繰り返すステップモータにおいても安定して逆起電力を検出することができる。

なお、本発明の実施の形態においては、モータ駆動装置が逆起電力検出手段（定抵抗１４ｈ）、電圧印加手段（駆動目標値発生部１８ａ）、およびフィルタ手段（フィルタ１８ｃ）を備えている。そして、逆起電力検出手段がステップモータ１４ａの駆動コイル１４ｇに発生する逆起電力を検出して、電圧印加手段がステップモータ１４ａの駆動コイル１４ｇに所定の駆動パルス（駆動目標値）を印加する。また、フィルタ手段は駆動パルスの周波数に応じて時定数が変更されて逆起電力検出手段の出力信号をフィルタ処理する。

また、ＣＰＵ１８は電圧印加手段（駆動目標値発生部１８ａ）に加えて逆起電力（検出信号）と駆動目標値との差分を求める演算部（差動部１８ｂ）を有しており、さらに、モータ駆動装置は逆起電力の発生期間（図６に示す期間６１ａ）に応じてステップモータ１４ａの回転状態を判定する回転判定手段（ＣＰＵ１８）を有している。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能をモータ駆動方法として、このモータ駆動方法をモータ駆動装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムをモータ駆動装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

上記のモータ駆動方法および制御プログラムの各々は、少なくとも検出ステップ、電圧印加ステップ、フィルタステップ、比較ステップ、および調整ステップを有している。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１４ａステップモータ
１４ｆマグネットロータ
１４ｇ駆動コイル
１８ＣＰＵ
１８ａ駆動目標値発生部
１８ｂ差動部
１８ｃフィルタ
１８ｄコンパレータ
１９ドライバ
９３切替部

Claims

ステップモータを駆動制御するためのモータ駆動装置であって、
前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、
前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段によって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されて、前記逆起電力検出手段から出力される出力信号をフィルタリングするフィルタ手段と、
前記フィルタ手段から出力される出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較手段とを有し、
前記電圧印加手段は前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整することを特徴とするモータ駆動装置。
前記逆起電力検出手段は、前記逆起電力と前記駆動電圧との差分を求めて、当該差分を前記フィルタ手段に与えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記逆起電力の発生期間に応じて前記ステップモータの回転状態を判定する回転判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
前記逆起電力の発生間隔に応じて前記ステップモータの回転状態を判定する回転判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
ステップモータを駆動制御するためのモータ駆動方法であって、
モータ駆動装置が前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する検出ステップと、
前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップによって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されるフィルタを用いて、前記検出ステップで検出された出力信号をフィルタリングするフィルタステップと、
前記フィルタステップで得られた出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較ステップと、
前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整する調整ステップと、
を行うことを特徴とするモータ駆動方法。
ステップモータを駆動制御する際に用いられる制御プログラムであって、
モータ駆動装置に備えられたコンピュータに、
前記ステップモータの駆動コイルに発生する逆起電力を検出する検出ステップと、
前記ステップモータの駆動コイルに所定の駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップによって前記駆動コイルに印加される駆動電圧の周期に応じた周波数特性が設定されるフィルタを用いて、前記検出ステップで検出された出力信号をフィルタリングするフィルタステップと、
前記フィルタステップで得られた出力信号と所定の基準値とを比較して比較結果信号を出力する比較ステップと、
前記駆動電圧の周期を前記比較結果信号に応じて調整する調整ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。