JP2015023702A - ステッピングモータの制御装置、光学機器、ステッピングモータの制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 目標駆動速度の変化を適切なタイミングで行うことにより、制御不能な状態に陥ることなく、ステッピングモータの制御を行うことができるステッピングモータの制御装置及び光学機器を提供する。
【解決手段】 ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、位置検出センサからの出力に基づいて、ステッピングモータを進角制御によって駆動する進角駆動手段を有するステッピングモータの制御装置において、進角駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させている間には、目標駆動速度の変更を行わない。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ステッピングモータの制御装置、光学機器、ステッピングモータの制御方法、及びプログラムに関し、特に、エンコーダを用いたステッピングモータの制御装置に関するものである。

ステッピングモータは、コイルへの通電切り替えによって所定の角度毎に回転可能であるため、位置センサを用いることなく容易に位置制御が可能である、という特徴を有している。そのため、決められた時間間隔に従ってコイルへの通電状態を切り替える、オープンループ制御による駆動モードが一般的に用いられている。しかし、モータを高速で駆動させるときや、モータに大きな負荷が掛かるときには、コイルへの通電切り替えに対してロータが応答できなくなり、脱調を起こしやすいという問題がある。

そこで、ロータの位置を検出する位置センサの出力に応じてコイルへの通電状態を切り替える、進角制御を行うことによって、高速駆動が可能な駆動モードに切り替えることができるステッピングモータが知られている。

特許文献１にはオープンループ制御と進角制御を組み合わせることにより、駆動制御を行うステッピングモータが記載されている。つまり、低速時にはオープンループ制御で駆動し、高速時は進角制御で駆動することで、幅広い速度領域の駆動を精度よく行うことができる。

特開２０１３−２７１５６号公報

特許文献１に記載のステッピングモータは、モータを高速に駆動させる場合、進角制御を行っている。このとき、トルクマージンが少ない駆動速度でモータを駆動しているため、モータの加減速中にモータの目標駆動速度を変更すると、モータが制御不能な状態に陥るおそれがある。

本発明は、ステッピングモータにおける目標駆動速度の変更を適切なタイミングで行うことにより、制御不能な状態に陥ることなくステッピングモータの制御を行うことができるステッピングモータの制御装置を提供すること目的とする。

本発明のステッピングモータの制御装置は、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、ステッピングモータのコイルに印加される励磁電流と、ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、進角駆動手段による進角制御と、オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有する。進角駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、目標駆動速度の変更を許可し、ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、目標駆動速度の変更を禁止し、オープンループ駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、およびステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、目標駆動速度の変更を許可することを特徴とする。

本発明の他の側面のステッピングモータの制御装置は、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、ステッピングモータのコイルに印加される励磁電流と、ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、進角駆動手段による進角制御と、オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有する。進角駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、目標駆動速度の変更を許可し、ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、ステッピングモータの駆動速度を第１の速度に到達させてから、第２の速度に向けてステッピングモータの駆動速度を変化させ、オープンループ駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、およびステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、目標駆動速度の変更を許可することを特徴とする。

本発明の他の側面のステッピングモータの制御装置は、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、ステッピングモータのコイルに印加される励磁電流と、ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、進角駆動手段による進角制御と、オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有する。進角駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、目標駆動速度の変更を許可し、ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、ステッピングモータの駆動速度を一定にしてから、第２の速度に向けてステッピングモータの駆動速度を変化させ、オープンループ駆動手段は、ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、およびステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、目標駆動速度の変更を許可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における目標駆動速度の変化を適切なタイミングで行うことにより、制御不能な状態に陥ることなくステッピングモータの制御を行うことができる。

本発明の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の制御装置の詳細を示すブロック図。 進角制御の概念を示す説明図。 ステッピングモータの速度と進角値の関係を示す特性図。 進角制御時の速度変化の一例を示す図。 進角制御時の速度変化の一例を示す図。 進角制御を用いたモータ制御方法を示すフローチャート。 実施例１における、進角制御中に目標速度の変更があった場合の制御方法を示すフローチャート。 実施例１における、進角制御中での速度変更（加速）を示す図。 実施例１における、進角制御中での速度変更（減速）を示す図。 実施例２における、進角制御中に目標速度の変更があった場合の制御方法を示すフローチャート。 実施例２における、進角制御中での速度変更（加速）を示す図。 実施例２における、進角制御中での速度変更（減速）を示す図。 実施例３における、進角制御中に目標速度の変更があった場合の制御方法を示すフローチャート。 実施例３における、進角制御中での速度変更（加速）を示す図。 実施例３における、進角制御中での速度変更（減速）を示す図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のステッピングモータの制御装置を示すブロック図である。

１００は、フォーカスレンズ群である。フォーカスレンズ群１００は、図１に示す矢印の方向（撮影光学系の光軸方向）に移動することにより、焦点調節を行う。撮影光学系を透過した光束は、不図示の撮像素子によって光電変換され、電気信号として出力される。フォーカスレンズ群１００は、カム環やガイドバー等から構成されるレンズ保持部１２２によって保持される。レンズ保持部１２２は光軸方向に移動可能に構成される。

１０９は、ステッピングモータの駆動制御等を行う制御マイコンである。１０３は、ギアやリードスクリュー等の駆動伝達ユニットであり、１０４は、ステッピングモータ（以降、モータ１０４と記載する）である。モータ１０４の回転軸が回転することで、駆動伝達ユニット１０３を介して、レンズ保持部１２２とフォーカスレンズ群１００を一体に駆動することができる。

モータ１０４を駆動するための制御信号は、制御マイコン１０９で生成される。制御マイコン１０９は、モータ１０４の駆動方式に合わせてモータ１０４の各相に対する励磁パターンを生成する。生成された制御信号は、モータドライバ１０７でモータ１０４の駆動に必要な電流、電圧に変換され、モータ１０４に供給される。

制御マイコン１０９には、モータ１０４の目標駆動速度を指定する不図示の速度指示部、進角駆動を行うための進角駆動回路１１０、オープンループ駆動を行うためのオープンループ駆動回路１１１が含まれる。また、制御部１１２が含まれ、制御部１１２は、進角制御、オープンループ制御のいずれかを選択して、制御の切り替えを行う切り替え手段としての機能を有する。また、制御部１１２は、オープンループ駆動回路１１１及び進角駆動回路１１０に対して、駆動パルス数と回転方向に関する情報を送信する。速度指示部は、モータ１０４を特定の回転速度で動作させるため、目標駆動速度を表す信号を制御部１１２に送信する。

図２は、図１におけるモータ１０４の制御装置における制御方法の詳細を示す図である。図２を用いて、オープンループ駆動回路１１１を用いたオープンループ駆動と、進角駆動回路１１０を用いた進角駆動を切り替えながら、モータ１０４の制御を行う方法を説明する。

位置センサ信号処理回路１０８は、モータ１０４の第１の位置センサ１０１ａ及び第２の位置センサ１０１ｂの出力を処理する。第１の位置センサ１０１ａ及び第２の位置センサ１０１ｂは、モータ１０４を構成するロータの回転位置を検出するために用いられ、フォトインタラプタ等を用いて構成される。位置センサ（フォトインタラプタ）１０１ａ及び１０１ｂについては後述する。

位置センサ信号処理回路１０８からの出力は、制御部１１２および進角駆動回路１１０に入力される。進角駆動回路１１０は、モータ１０４の駆動信号を生成する進角駆動手段として機能する。オープンループ駆動回路１１１は、モータ１０４の駆動信号を生成するオープンループ駆動手段として機能する。進角駆動回路１１０から出力される駆動パルスおよびオープンループ駆動回路１１１から出力される駆動パルスは、モータドライバ１０７を介してモータ１０４に供給される。

（オープンループ駆動）
次に、モータ１０４のオープンループ駆動について説明する。

まず、制御部１１２からオープンループ駆動回路１１１に駆動パルス数と回転方向が出力される。オープンループ駆動回路１１１は、入力された駆動パルス数と回転方向にしたがって、予め設定される時間間隔の駆動パルスをモータドライバ１０７に出力する。モータドライバ１０７は、予め設定される時間間隔の駆動パルスにしたがって、第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンを順次切り替える。オープンループ駆動では、オープンループ駆動回路１１１が出力する駆動パルスの時間間隔を変更することによって、ロータの回転速度を変更することが可能である。

オープンループ駆動の際に、駆動パルスの時間間隔を短くしていくと、第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンの切り替えに対してロータが応答できなくなり、脱調を起こす可能性がある。このため、オープンループ駆動における駆動速度は、第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンの切り替えに対してロータが応答できる範囲内に設定される。

（進角駆動）
次に、進角駆動について説明する。

まず、制御部１１２から進角駆動回路１１０に駆動パルス数と回転方向が出力される。進角駆動回路１１０は、入力された駆動パルス数と回転方向にしたがって、所定の時間間隔の駆動パルスをモータドライバ１０７に出力する。進角駆動回路１１０から出力される駆動パルスの時間間隔は、第１の位置センサ（フォトインタラプタ）１０１ａ及び第２の位置センサ（フォトインタラプタ）１０１ｂの出力によって変化する。モータドライバ１０７は、第１の位置センサ１０１ａ及び第２の位置センサ１０１ｂの出力によって変化する時間間隔の駆動パルスにしたがって、第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンを順次切り替える。また、進角駆動回路１１０は、第１の位置センサ１０１ａ及び第２の位置センサ１０１ｂの出力から進角信号を生成する。進角駆動回路１１０は進角を調整することで、モータ１０４のトルク−回転数特性を変化させることが可能となる。このような進角駆動における制御を進角制御という。

このように、進角駆動では、第１の位置センサ１０１ａ及び第２の位置センサ１０１ｂの出力によって変化する時間間隔で第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンを切り替える。ロータの位置に応じて、第１のコイル及び第２のコイルの通電パターンの切り替えを行うため、ロータの応答遅れによる脱調の発生を抑制し、オープンループ駆動よりも高速な駆動を実現することができる。

次にエンコーダ（位置検出センサ）について説明する。モータ１０４の回転軸には、パルス板１０５が装着されている。パルス板１０５の遮光部が、第１の位置センサ（フォトインタラプタ）１０１ａ、第２の位置センサ（フォトインタラプタ）１０１ｂを通過することで、フォトインタラプタ１０１ａ、１０１ｂの出力が変化する。出力の変化からモータ１０４の回転角を検出することできる。本発明においては、位置センサとしてフォトインタラプタを用いている。複数のフォトインタラプタを用いることで、回転角を精度よく検出することができ、さらには、モータ１０４の回転方向を判別することができる。なお、ホール素子やマグネットを用いてエンコーダを構成してもよい。１０８は、位置センサ信号処理回路であり、フォトインタラプタ１０１ａ、１０１ｂの出力を増幅、レベル変換する。これにより、フォトインタラプタ１０１ａ、１０１ｂの出力が、制御マイコン１０９で検出可能な信号レベルに変換される。

１０２は、フォーカスレンズ群１００の基準位置を検出するためのフォトインタラプタである。フォトインタラプタ１０２の出力は信号処理回路１０６に入力され、制御マイコン１０９で検出可能な信号レベル（例えば、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗレベル）に変換される。フォトインタラプタ１０２の出力がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する時点、もしくはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する時点におけるフォーカスレンズ群１００の位置を基準位置として用いる。これにより、フォーカスレンズ群１００の絶対位置を検出することができる。

次に、エンコーダを備えたモータ１０４の駆動制御方法について、図３を用いて説明する。図３は、モータ１０４のコイルに印加される励磁電流の波形を表している。本発明においては、モータ１０４の回転位置を検出するエンコーダの出力に対して進角制御を行うことにより、進角駆動を行っている。つまり、モータ１０４の回転位置を検出するエンコーダの出力を進相させた、励磁波形によってモータ１０４のコイルに印加する電流を制御している。ここで、モータ１０４のコイルに印加される励磁電流と、モータ１０４の回転位置を検出するエンコーダの出力の位相との位相差を進角と記載する。

モータ１０４をオープンループ制御する場合、十分にトルクマージンのある速度で駆動を行う。一方、進角制御の場合、エンコーダで検出したモータ１０４の回転角あるいは回転速度に応じて、励磁電流を印加することでモータ１０４を制御する。

一般に、進角とモータ１０４の回転速度の間には、進角を大きくすれば回転速度が速くなる関係があるため、進角を調節することにより、モータ１０４の回転速度を進角制御することができる。

図３に示すように、エンコーダの出力に関して、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗの切り換えエッジを基準として、所定の励磁相のゼロクロス点と同位相の場合を進角が０°とする。モータ１０４の回転速度を上げる場合、進角を大きくする。センサ出力のエッジごとに進角を大きくする操作を繰り返すことで、目標とする回転速度まで徐々に速度を上げることができる。

一方、モータ１０４の回転速度を下げる場合、センサ出力のエッジごとに進角を小さくする操作を繰り返すことで、目標とする回転速度まで徐々に減速することができる。また、モータ１０４の回転速度を一定とする場合は、進角の制御を繰り返し行い、回転速度を収束させる。なお、図３において、センサの出力エッジと励磁波形Ｂ相のゼロクロス点は一致しているが、実際にはエンコーダの出力の位相とモータ１０４の励磁電流の位相のずれを補正する必要がある。

ここで、図４を用いて進角の制御方法について説明する。進角の制御方法として、モータ１０４の目標速度と現在の速度の差（速度偏差）をもとに進角を決定し、目標速度に到達するまで進角を変更しない、第１の進角制御方法がある。また、目標速度に到達するまでの間に、速度偏差を複数回求め、速度偏差を取得するタイミングで進角を調整する、第２の進角制御方法がある。

第１の進角制御方法では、目標速度に到達するまでの間に進角の変更を行わないため、目標速度に素早く到達することができる。図４（ａ）は、第１の進角制御方法における、進角とモータ１０４の回転速度の関係を示している。ここで、進角をＡｔと定めてからは、目標速度Ｓｔに到達するまで進角の変更を行わない。

第２の進角制御方法では、目標速度に到達するまでの間に進角を変更することができるため、速度変動を制御し、進角の変更にモータ１０４の回転が追従しているか否かを確認しつつ、モータ１０４の回転速度を変更することができる。図４（ｂ）は、第２の進角制御方法における、進角とモータ１０４の回転速度の関係を示している。ここで、目標速度Ｓｔに到達するまでの間に、進角を徐々に変化させることで滑らかな速度変動を実現している。

モータ１０４の速度変化の過程を図５に示す。モータ駆動を開始するときは、オープンループ制御による駆動を行う。これは、エンコーダの出力が安定するまでの間に進角制御を行うと、正確な進角を得ることができないためである。エンコーダの検出分解能が高く、進角に対するモータ１０４の回転速度の追従性がよい場合には、オープンループ制御による駆動の時間を短くすることができる。モータ１０４の駆動を開始してから、進角制御に切り替えるまでの期間を駆動開始期間と呼ぶ。オープンループ制御から進角制御に制御を切り替えた後、回転速度が上昇し、目標速度Ｓｔに到達する。モータ１０４の回転を停止するときは、進角制御により減速を行い、オープンループ制御に切り替えた後に駆動が停止する。オープンループ制御への切り替えを行ってから、モータ１０４の駆動が停止するまでの期間を駆動停止期間と呼ぶ。ここではモータ１０４の駆動開始と停止のタイミングで進角制御とオープンループ制御の切り換えを行っているが、進角制御のみで駆動を行うことも可能である。

図５において、オープンループ制御から進角制御へ切り換えを行ってから、目標速度Ｓｔに到達するまでの間が加速期間である。また、減速を開始した後、進角制御からオープンループ制御へ切り換えが行われるまでの間が減速期間である。

図６は、図５と同じように、モータ１０４の速度変化の過程を示している。図５との相違点は、定速駆動であると判断する速度に幅を持たせていることである。図５では、目標速度Ｓｔに到達すると、定速駆動を行い、定速駆動中の駆動速度をＳｔに設定する。このとき定速駆動中の駆動速度をＳｔと定めると、駆動速度に揺らぎが生じた場合に、定速駆動中にも関わらず、加減速駆動中と判断してしまうおそれがある。そこで、図６に示すように、定速駆動であると判断する速度をＳｌからＳｕの値に設定することで、定速駆動中にも関わらず、誤って加減速駆動中であると判断されることを防止している。

図７は、図５や図６に示した速度制御の過程を実行するための方法を示したフローチャートである。図７において、「Ｓ」は「ステップ」の略であり、図７に示すフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実現させるための制御プログラムとして具現化が可能である。各ステップは、特に断らない限り制御マイコン１０９によって実行される。

まずＳ１０１において、目標速度Ｓｔが設定され、モータ１０４の駆動を開始する。Ｓ１０２で示すように、駆動を開始するときにはオープンループ制御が行われる。次に、Ｓ１０３において、オープンループ制御により、進角制御を行うために必要な駆動量の駆動が行われた否かを判定する。必要な駆動量の駆動が行われたと判定されたときは、Ｓ１０４に移行する。必要な駆動が行われていないと判定されたときは、Ｓ１０３の判定を繰り返し行う。ここで、進角制御を行うために必要な駆動量とは、エンコーダの出力を安定させるために必要なモータ１０４の回転駆動量を示す。

Ｓ１０４では、オープンループ制御から進角制御への切り替えを行う。また、進角制御を行っていることを示す進角制御フラグをセットする。Ｓ１０５では、目標速度に到達したか否かの判定を行う。目標速度に到達していない場合には、Ｓ１０７において加速または減速中であると判断し、加減速フラグをセットする。目標速度に到達した場合には、Ｓ１０６において定速駆動中であると判断し、加減速フラグをクリアする。ここで図５に示したように、目標速度そのものに到達したか否かを判定するのではなく、目標速度Ｓｔに幅を持たせて、目標速度への到達判定を行ってもよい。

Ｓ１０８では、目標の駆動量に対する残駆動量が所定量よりも少ないか否かの判定を行う。残駆動量が、減速期間における駆動量と駆動停止前のオープンループ制御による駆動の駆動量を加えた駆動量よりも少ない場合には、停止処理に入る必要がある。そのため、Ｓ１０８において、残駆動量を確認し、停止処理に入るタイミングを制御している。

残駆動量が所定量以上の場合は、進角制御による駆動を続け、Ｓ１０５に戻る。残駆動量が所定量より少ないと判定されるとＳ１０９に移行する。Ｓ１０９では、モータ１０４の駆動を停止させるため、減速を開始する。減速中、所定量の駆動を行い進角制御からオープンループ制御に切り替えが可能であるか否かを、Ｓ１１０で判定する。ここで、所定量の駆動とは、オープンループ制御に切り替えることが可能な駆動速度に到達するまでに必要な駆動量を表す。

Ｓ１１１において、進角制御からオープンループ制御への切り替えが行われ、進角制御フラグ及び加減速フラグがクリアされる。さらにＳ１１２において、残駆動量がゼロになったか否かの判定が行われ、ゼロとなったときにはＳ１１３において、モータ１０４の駆動が停止される。以上のようなフローに従うことにより、モータ１０４の駆動速度の制御を行うことができる。

次に、モータ１０４が加速または減速をしているときに、指令速度指示部から目標回転速度を変更する指示が出されたときの制御フローを図８のフローチャートを用いて説明する。図８において、「Ｓ」は「ステップ」の略であり、図８に示すフローチャートは、コンピュータに各ステップの機能を実現させるための制御プログラムとして具現化が可能である。各ステップは、特に断らない限り制御マイコン１０９によって実行される。図１１、図１４のフローチャートにおいても同様である。

目標速度を変更する指示があると、Ｓ２０１において目標駆動量に対する残駆動量が、所定量よりも少ないか否かが判定される。残駆動量が、減速期間における駆動量と駆動停止前のオープンループ制御による駆動の駆動量を加えた駆動量よりも少ない場合には、停止処理に入る必要がある。そのため、Ｓ２０１において、残駆動量を確認し、停止処理に入るタイミングを制御している。

残駆動量が所定量より少ないと判定されると、処理を終了する。残駆動量が所定量以上の場合は、Ｓ２０２において進角制御によりモータ１０４の駆動を行っているか否かの判定を行う。進角制御を行っている場合は、Ｓ２０３に移行する。進角制御を行っていない場合は、オープンループ制御による駆動を行っている。オープンループ制御では、加速中、減速中、定速駆動中のいずれにおいても目標速度の変更を行うことが可能であるため、目標速度の変更が許可される。そのため、Ｓ２０４に進み、目標速度を変更後の目標速度に再設定し、処理を終了する。

Ｓ２０３では、定速駆動中であるか否かの判定を行う。つまり、加減速フラグがＯＮのときは、進角制御による加速または減速を行っているため、目標速度の変更が禁止され、処理を終了する。加減速フラグがＯＦＦのときは、定速駆動中であると判断し、Ｓ２０４において、目標速度を再設定し、処理を終了する。

次に、図９及び図１０を用いて、図８で示した速度の制御方法について説明する。図９の時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の駆動を開始する。駆動開始後、所定の期間、オープンループ制御による駆動を行い、進角制御による駆動への切り替えを行う。そして、モータ１０４の加速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では目標速度をＳｔ２に変更することなく、Ｓｔ１としたまま駆動を続ける。

図１０は、モータ１０４が減速駆動をしているときに、目標速度を変更する指示があった場合の制御方法を示している。図９と同様に、ある時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の減速駆動を開始する。そして、モータ１０４の減速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では目標速度をＳｔ２に変更することなく、Ｓｔ１としたまま駆動を続ける。

このように、進角制御による加速駆動または減速駆動中に、目標速度の変更が指示されたときには、目標速度の変更を行わずに駆動を続けることにより、モータ１０４が制御不能な状態となることを防止することができる。実施例１における制御方法は、目標速度に到達するまで進角を変更しない、前述した第１の進角制御方法において特に有効である。また、速度制御の精度がそれほど求められないマニュアルフォーカス時のフォーカスレンズの駆動制御や、速度をわずかに変化させるときの駆動制御に対して有効である。

実施例１では、加減速中に目標速度の変更を行わないことで、モータ１０４が制御不能な状態になることを回避していたが、本実施例では変更前の目標速度に到達した後に、目標速度を変更するように制御を行う。本実施例における制御方法を図１１のフローチャートを用いて説明する。

目標速度を変更する指示があると、Ｓ３０１において目標駆動量に対する残駆動量が、所定量よりも少ないか否かが判定される。残駆動量が、減速期間における駆動量と駆動停止前のオープンループ制御による駆動の駆動量を加えた駆動量よりも少ない場合には、停止処理に入る必要がある。そのため、Ｓ３０１において、残駆動量を確認し、停止処理に入るタイミングを制御している。

残駆動量が所定量より少ないと判定されると、処理を終了する。残駆動量が所定量以上の場合は、Ｓ３０２において進角制御によりモータ１０４の駆動を行っているか否かの判定を行う。進角制御を行っている場合は、Ｓ３０３に移行する。進角制御を行っていない場合は、オープンループ制御による駆動を行っていることになる。オープンループ制御では、加速中、減速中、定速駆動中のいずれにおいても目標速度の変更が許可される。そのため、Ｓ３０５に進み、目標速度を再設定し、処理を終了する。

Ｓ３０３では、定速駆動中であるか否かの判定を行う。加減速フラグがＯＮのときは、進角制御による加速または減速を行っていることになる。この場合、Ｓ３０４に進み、目標速度を変更する前の目標速度に到達するまで待機する。加減速フラグがＯＦＦのときは、定速駆動中であると判断され、Ｓ３０５において目標速度の再設定を行う。Ｓ３０４では、変更前の目標速度に到達した後に、Ｓ３０５において目標速度の再設定を行う。

次に、図１２及び図１３を用いて、図１１で示した速度の制御方法について説明する。図１２の時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の駆動を開始する。駆動開始後、所定の期間、オープンループ制御による駆動を行い、進角制御による駆動への切り替えを行う。そして、モータ１０４の加速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では駆動速度がＳｔ１となる時刻Ｔ３まで、目標速度をＳｔ１に設定する。そして、時刻Ｔ３において目標速度をＳｔ２に変更する。なお、本実施例においては、駆動速度がＳｔ１に到達すると、すぐに目標速度をＳｔ２に変更しているが、モータ１０４の回転が安定するまでの間、待ち時間を設けてもよい。

図１３は、モータ１０４が減速駆動をしているときに、目標速度を変更する指示があった場合の制御方法を示している。図１２と同様に、ある時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の減速駆動を開始する。そして、モータ１０４の減速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では駆動速度がＳｔ１となる時刻Ｔ３まで目標速度をＳｔ１に設定する。そして、時刻Ｔ３において目標速度をＳｔ２に変更する。なお、本実施例においては、駆動速度がＳｔ１に到達すると、すぐに目標速度をＳｔ２に変更しているが、モータ１０４の回転が安定するまでの間、待ち時間を設けてもよい。

このように、進角制御による加速駆動または減速駆動中に、目標速度の変更が指示されたときには、変更前の駆動速度に到達した後に目標速度の変更を行う。これにより、モータ１０４が制御不能な状態となることを防止しつつ、目標速度の変更を行うことができる。実施例２における制御方法は、目標速度を大きく変更するときに特に有効である。

実施例２では、変更前の目標速度に到達した後に、目標速度を変更するように制御を行うが、本実施例では、変更前の目標速度に到達することなく、目標速度を変更する。本実施例における制御方法を図１４のフローチャートを用いて説明する。

目標速度を変更する指示があると、Ｓ４０１において目標駆動量に対する残駆動量が、所定量よりも少ないか否かが判定される。残駆動量が、減速期間における駆動量と駆動停止前のオープンループ制御による駆動の駆動量を加えた駆動量よりも少ない場合には、停止処理に入る必要がある。そのため、Ｓ４０１において、残駆動量を確認し、停止処理に入るタイミングを制御している。

残駆動量が所定量より少ないと判定されると、処理を終了する。残駆動量が所定量以上の場合は、Ｓ４０２において進角制御によりモータ１０４の駆動を行っているか否かの判定を行う。進角制御を行っている場合は、Ｓ４０３に移行する。進角制御を行っていない場合は、オープンループ制御による駆動を行っていることになる。オープンループ制御では、加速中、減速中、定速駆動中のいずれにおいても目標速度の変更が許可される。そのため、Ｓ４０５に進み、目標速度を再設定し、処理を終了する。

Ｓ４０３では、定速駆動中であるか否かの判定を行う。加減速フラグがＯＮのときは、進角制御による加速または減速を行っていることになる。この場合、Ｓ４０４に進み、所定時間が経過するまで待機する。加減速フラグがＯＦＦのときは、定速駆動中であると判断され、Ｓ４０５において目標速度の再設定を行う。Ｓ４０４では、所定の時間が経過した後に、Ｓ４０５において目標速度の再設定を行う。

次に、図１５及び図１６を用いて、図１４で示した速度の制御方法について説明する。図１５の時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の駆動を開始する。駆動開始後、所定の期間、オープンループ制御による駆動を行い、進角制御による駆動への切り替えを行う。そして、モータ１０４が加速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では時刻Ｔ２の時点での駆動速度Ｓｎを時刻Ｔ３まで維持する。Ｔ２からＴ３までの期間は、モータ１０４が非制御状態に陥らないようにするために定められる期間である。そして、時刻Ｔ３において、目標速度をＳｔ２に変更する。

図１６は、モータ１０４が減速駆動をしているときに、目標速度を変更する指示があった場合の制御方法を示している。図１５と同様に、ある時刻Ｔ１において、目標速度をＳｔ１としてモータ１０４の減速駆動を開始する。そして、モータ１０４の減速中である時刻Ｔ２において、目標速度をＳｔ２に変更する指示が出されたとする。このとき、本実施例では時刻Ｔ２の時点での駆動速度Ｓｎを時刻Ｔ３まで維持する。Ｔ２からＴ３までの期間は、モータ１０４が非制御状態に陥らないようにするために定められる期間である。そして、時刻Ｔ３において、目標速度をＳｔ２に変更する。

このように、進角制御による加速駆動または減速駆動中に、目標速度の変更が指示されたときには、所定時間、目標速度の変更が指示された時点における駆動速度を維持した後に目標速度の変更を行う。これにより、モータ１０４が制御不能な状態となることを防止しつつ、目標速度の変更を、素早く行うことができる。実施例３における制御方法は、目標速度に到達するまでに進角を変更することが可能な、前述した第２の進角制御方法において特に有効である。

上記各実施例においては、本発明を適用可能な光学機器として、レンズ装置と、レンズ装置が着脱可能なカメラ装置を組み合わせた構成について説明をした。ただし、本発明は、レンズ一体型のカメラ装置やビデオカメラ、電子顕微鏡等にも同様に適用することができる。

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 フォーカスレンズ群
１０１ａ、１０１ｂ、１０２ フォトインタラプタ
１０３ 駆動伝達ユニット
１０４ ステッピングモータ
１０５ パルス板
１０６ 信号処理回路
１０７ モータドライバ
１０８ 位置センサ信号処理回路
１０９ 制御マイコン
１２２ レンズ保持部

Claims (13)

1. ステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、
   前記ステッピングモータのコイルに印加される励磁電流と、前記ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、前記ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、
   前記ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、
   前記進角駆動手段による進角制御と、前記オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有するステッピングモータの制御装置であって、
   前記進角駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を禁止し、
   前記オープンループ駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御装置。
2. ステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、
   前記ステッピングモータのコイルに供給される励磁電流と、前記ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、前記ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、
   前記ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、
   前記進角駆動手段による進角制御と、前記オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有するステッピングモータの制御装置であって、
   前記進角駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を前記第１の速度に到達させてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
   前記オープンループ駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御装置。
3. ステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの回転位置を検出する位置検出センサと、
   前記ステッピングモータのコイルに供給される励磁電流と、前記ステッピングモータの回転位置との位相差である進角を調整することにより、前記ステッピングモータを駆動する進角駆動手段と、
   前記ステッピングモータをオープンループ制御によって駆動するオープンループ駆動手段と、
   前記進角駆動手段による進角制御と、前記オープンループ駆動手段によるオープンループ制御を切り替える制御手段を有するステッピングモータの制御装置であって、
   前記進角駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を一定にしてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
   前記オープンループ駆動手段は、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御装置。
4. 前記制御手段は、前記ステッピングモータの駆動開始期間および駆動停止期間の少なくとも一方においてオープンループ制御によって前記ステッピングモータを制御し、前記ステッピングモータの前記駆動開始期間と前記駆動停止期間の間においては進角制御によって前記ステッピングモータを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステッピングモータの制御装置。
5. 前記進角制御手段は、前記ステッピングモータの目標駆動速度に基づいて前記進角を調整し、前記ステッピングモータの駆動速度が前記目標駆動速度に到達するまでは、前記進角の値を変更しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステッピングモータの制御装置。
6. 前記進角制御手段は、前記ステッピングモータの目標駆動速度に基づいて前記進角を調整し、前記ステッピングモータの駆動速度が前記目標駆動速度に到達するまでは、前記ステッピングモータの駆動速度に応じて前記設定された進角の値を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステッピングモータの制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステッピングモータの制御装置を有する光学機器。
8. オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
   進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有するステッピングモータの制御方法であって、
   前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を禁止し、
   前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
9. オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
   進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有するステッピングモータの制御方法であって、
   前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を前記第１の速度に到達させてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
   前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
10. オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
    進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有するステッピングモータの制御方法であって、
    前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を一定にしてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
    前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
11. コンピュータにステッピングモータの制御を行わせるステッピングモータの制御プログラムであって、
    オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
    進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有し、
    前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を禁止し、
    前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御プログラム。
12. コンピュータにステッピングモータの制御を行わせるステッピングモータの制御プログラムであって、
    オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
    進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有し、
    前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を前記第１の速度に到達させてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
    前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御プログラム。
13. コンピュータにステッピングモータの制御を行わせるステッピングモータの制御プログラムであって、
    オープンループ制御によりステッピングモータの駆動速度を制御するオープンループ制御ステップと、
    進角制御によりステッピングモータの駆動速度を制御する進角制御ステップを有し、
    前記進角制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているときは、前記目標駆動速度の変更を許可し、前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときに、前記目標駆動速度が第１の速度から第２の速度に変更されるときは、前記ステッピングモータの駆動速度を一定にしてから、前記第２の速度に向けて前記ステッピングモータの駆動速度を変化させ、
    前記オープンループ制御ステップにおいて、前記ステッピングモータの駆動速度が目標駆動速度に到達しているとき、および前記ステッピングモータの駆動速度を目標駆動速度に向けて変化させているときは、前記目標駆動速度の変更を許可することを特徴とするステッピングモータの制御プログラム。