JP5489738B2 - モータ制御装置および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、いわゆるパルスモードとブラシレスモードでの駆動が可能なモータの駆動を制御するモータ制御装置およびこれを用いた光学機器に関する。

ステッピングモータは、開ループ制御によって容易にデジタル的な位置決め制御が可能である。このため、カメラ、交換レンズ、光ディスク装置、プリンタおよびプロジェクタ等の光学機器に広く用いられている。
ただし、ステッピングモータは、負荷が大きくなったり高速回転させたりすると、脱調を生じるおそれがある。このため、ステッピングモータに、ロータの回転位置を検出するエンコーダを取り付け、ロータの回転位置に応じてコイルへの通電状態を切り替える、いわゆるブラシレスＤＣモータと同様の動作を行わせることで、脱調を防ぐ方法が提案されている。以下の説明において、ステッピングモータの開ループ制御による駆動モードをパルスモードと称し、ブラシレスＤＣモータと同様の制御による駆動モードをブラシレスモードと称する。

特許文献１および特許文献２には、モータに内蔵されたホール素子等の非接触式センサにより得られる信号を速度に応じて進相させ、その信号に応じてコイルに流す電流を切り替えるモータ制御装置が開示されている。該モータ制御装置では、電流の立ち上がり遅れをカバーして、モータの高速回転を可能とする。このとき、速度に応じて進相させる電流（パルス）の位相を進角という。

特許文献１にて開示されたモータ制御装置は、電気角で９０゜ずつ位相がずれた２相信号を出力するホール素子を用いている。ロータの回転速度に応じた信号を出力する回路において、ホール素子の出力信号からデジタル的にある位相角度ごとの進相信号を生成しておき、その信号を選択して出力していくことで進相させる。

また、特許文献２にて開示されたモータ制御回路は、ホール素子の出力信号の位相差タイミングをタイマにより計測し、メモリに記憶した進角量に見合う進角タイミングをタイマの計測値に基づいて演算して進相信号を生成することで進相させる。進角量について、ロータの回転の速度域に対応させてそれぞれの進角量を設定したり、ロータの正転方向と逆転方向とで進角量をそれぞれに設定したりしている。

特公平０６−０６７２５９号公報 特開２００２−３５９９９７号公報

特許文献１，２にて開示されたモータ制御装置は、予め用意した進角を設定することでホール素子の出力信号から進相信号を生成している。しかしながら、この方法では、より細かな位置決め制御を行う場合には、用意しなければならない進角値が膨大な数となってしまう。
そこで、ホール素子の出力信号と該ホール素子の出力信号に対するモータを駆動させるための遅れ駆動パルス信号との位相差である遅延角を、駆動パルス信号の極性が変化するごとに所定値だけ増減させていくことで遅延角を変化（増減）させるようにしてもよい。つまり、駆動パルス信号を生成するごとに遅延角を細かく変化させていくことで進相させていく遅延角操作を行ってもよい。
しかしながら、このような遅延角操作で加減速制御を行う際に遅延角操作を進めていくと、モータを駆動するための駆動パルス信号とホール素子の出力信号との位相関係が逆転してしまう。この場合、基準とするホール素子の出力信号の出力タイミングから駆動パルス信号を生成しているためにモータの制御が不能となり、目標最高速度まで加速することができなくなる。
また、パルスモードからブラシレスモードへモードに移行する場合に、生成したい駆動パルス信号に対してパルス信号生成の基準とするホール素子の出力信号を選択する操作が必要となる。このとき、生成したい駆動パルス信号に対して信号出力タイミング的に遠方に位置するホール素子の出力信号を選択すれば、そこからの位相差から大きな遅延角を得ることができる。これにより、駆動パルス信号とホール素子の出力信号の位相関係の逆転を遅らせることができ、位相関係の逆転を生じさせず、ホール素子の出力信号の切り替えをしなくてもモータを目標最高速度まで加速できる可能性が高まる。
しかし、パルスモードからブラシレスモードへの移行の際に取得した遅延角に検出誤差が含まれた場合、遅延角操作が長くなるほど検出誤差の及ぼす影響が大きくなる。これにより、２相の駆動パルス信号（Ａ相駆動パルス信号とＢ相駆動パルス信号）間の位相差が、電気角９０°からずれてしまうという位相ずれの問題が発生する。

本発明は、位相ずれの問題を生じることなくブラシレスモードでのモータの速度制御が可能なモータ制御装置およびこれを用いた光学機器を提供する。

本発明の一側面としてのモータ制御装置は、マグネットを有するロータ、第１のコイルおよび第２のコイルを有するモータの駆動を制御する。該モータ制御装置は、互いに異なる位相に配置され、ロータの回転位置を検出する第１のロータ位置検出手段および第２のロータ位置検出手段と、第１のロータ位置検出手段が出力した第１の信号および第２のロータ位置検出手段が出力した第２の信号のうち一方を基準信号として、モータを駆動するためのパルス信号である第３の信号を生成する駆動パルス信号生成手段と、基準信号と第３の信号との位相差である遅延角を変化させる遅延角操作手段と、第３の信号に基づいてモータを駆動する駆動手段と、
第１の信号と第２の信号との間で基準信号を切り替える基準信号切り替えを行う信号切り替え手段と、第１の信号および第２の信号のうち、基準信号切り替えの直前に基準信号であった信号とは異なる信号と第３の信号との間の遅延角を、基準信号切り替えの直後の初期遅延角として設定する初期遅延角設定手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としてのモータ制御装置は、マグネットを有するロータ、第１のコイルおよび第２のコイルを有するモータの駆動を制御する。該モータ制御装置は、互いに異なる位相に配置され、ロータの回転位置を検出する第１のロータ位置検出手段および第２のロータ位置検出手段と、第１のロータ位置検出手段が出力した第１の信号および第２のロータ位置検出手段が出力した第２の信号のうち一方を基準信号として、モータを駆動するためのパルス信号である第３の信号を生成する駆動パルス信号生成手段と、基準信号と第３の信号との位相差である遅延角を増減させる遅延角操作手段と、第３の信号に基づいてモータを駆動する駆動手段と、
所定の時間間隔で第１および第２のコイルへの通電状態を切り替える第１の駆動モードでモータの駆動を開始した後、遅延角に応じて通電状態を切り替える第２の駆動モードでモータを駆動して目標速度に加速する駆動モード移行手段とを有する。駆動モード移行手段は、第１および第２の信号のうち、第１の駆動モードから第２の駆動モードへの移行の直前における第３の信号との間の遅延角が小さい方の信号との間の該遅延角を、第２の駆動モードの初期遅延角として設定することを特徴とする。
なお、上記モータ制御装置によって、光学素子を移動させるモータの駆動を制御する光学機器も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、位相ずれの問題を生じることなくブラシレスモードでの良好なモータの速度制御が可能なモータ制御装置およびこれを用いた光学機器を実現することができる。

本発明の実施例であるモータ制御装置によって駆動が制御されるステッピングモータの外観図。 図１に示したステッピングモータの断面図。 図１に示したステッピングモータのデジタル制御を説明するための断面図。 実施例のモータ制御装置におけるステッピングモータのブラシレス制御のための構成を示すブロック図。 実施例のモータ制御装置を用いたカメラシステムの構成を示す図。 実施例のモータ制御装置によるステッピングモータの制御全体のシーケンスを示す図。 実施例のモータ制御装置におけるパルスモードからブラシレスモードへの移行を表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの加速制御の開始（ａ）、途中（ｂ）および破綻（ｃ）を表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの加速制御にて遅延角が所定値に達したときのホール素子信号の切り替えを表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの減速制御の開始（ａ）および途中（ｂ）を表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの減速制御にて遅延角が所定値に達したときのホール素子信号の切り替えを表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの減速制御におけるホール素子信号の切り替え例を表す信号波形図。 実施例におけるブラシレスモードの減速制御におけるホール素子信号の他の切り替え例を表す信号波形図。 実施例におけるモータの加速制御を表すフローチャート。 実施例におけるモータの減速制御を表すフローチャート。 実施例におけるモータの他の減速制御を表すフローチャート。 実施例におけるホール素子選択ルーチンを表すフローチャート。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（ステッピングモータの構成について）
図１には、本発明の実施例であるモータ制御装置により駆動が制御されるステッピングモータの構成を示している。説明のため、ステッピングモータの一部を破断して示している。

図１において、ステッピングモータ１は、マグネット２を有するロータ３と、第１のコイル４ａと、第２のコイル４ｂと、第１のヨーク５ａと、第２のヨーク５ｂと、磁気センサ６とを備えている。第１のコイル４ａ、第２のコイル４ｂ、第１のヨーク５ａ、第２のヨーク５ｂおよび磁気センサ６によってステータが構成される。

マグネット２は、その外周がｎ極に多極励磁された円筒上の永久磁石であり、マグネット２の回転位置（角度位置）に対して径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する。本実施例では、ｎ＝８とする。

ロータ３は、ステータに対して回転可能に支持され、マグネット２と一体に固定されている。

第１のコイル４ａおよび第２のコイル４ｂはそれぞれ、不図示のボビンに導線を多数回巻き付けて構成されている。

第１のヨーク５ａは、第１のコイル４ａに通電されることで励磁される複数の磁極歯を有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ３に与えるトルクを変化させることができる。同様に、第２のヨーク５ｂは、第２のコイル４ｂに通電されることで励磁される複数の磁極歯を有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ３に与えるトルクを変化させることができる。
磁気センサ６は、ホール素子であり、マグネット２からの磁束の変化を検出することでロータ３の回転位置を検出する非接触方式の回転位置検出器である。１つの磁気センサ６の中に、第１の感磁極（第１のロータ位置検出手段）６ａおよび第２の感磁極（第２のロータ位置検出手段）６ｂが設けられている。
第１および第２の感磁極６ａ，６ｂは、マグネット２の回転に伴う磁界（磁束密度）の変化を感知する。第１および第２の感磁極６ａ，６ｂはそれぞれ、第１のロータ位置検出手段および第２のロータ位置検出手段に相当する。

磁気センサ６は、２つの出力端子を有し、これら２つの出力端子から、第１および第２の感磁極６ａ，６ｂによって感知した磁束密度に応じた電圧をそれぞれ出力する。各感磁極によってＮ極を感知した場合は正の電圧を出力し、Ｓ極を感知した場合は負の電圧を出力する。本実施例では、磁気センサ６の出力は２値化された出力とし、Ｎ極の場合はＨｉｇｈ信号を、Ｓ極の場合はＬｏｗ信号を出力する。そして、本実施例では、これらの信号に基づいたステッピングモータ１のデジタル制御を行う。
ただし、磁気センサ６をアナログ信号を出力するセンサとし、該信号に基づくアナログ制御でステッピングモータ１を制御するようにしてもよい。

図２は、図１のステッピングモータ１を、ロータ３の中心軸と直交し、磁気センサ６の第１および第２の感磁極６ａ，６ｂを通る平面で切断したときの断面を示している。なお、ここではマグネット２、ロータ３および磁気センサ６のみの位置関係を示している。磁気センサ６の第１および第２の感磁極６ａ，６ｂは一定の距離および一定の角度αだけ離れた位置に配置されている。
（ホール素子信号の位相関係について）
図３には、本実施例におけるステッピングモータ１内における磁気センサ６とその２つの感磁極６ａ，６ｂと第１および第２のヨーク５ａ，５ｂの配置を示す。第１および第２の感磁極６ａ，６ｂは、物理角で２２．５°離れた位置（すなわち、互いに異なる位相）に配置されている。また、第１の感磁極６ａから６７．５°離れた位置に第１のヨーク５ａが存在し、第１のヨーク５ａから２２．５°離れた位置に第２のヨーク５ｂが存在する。
２２．５°はセンサ出力の１波長を３６０°とした電気角に直すと９０°に相当する。第１および第２のヨーク５ａ，５ｂは物理角で９０°毎（電気角で３６０°毎）に４つずつ配置されている。

図３に示すマグネット２の状態をθ＝０°と設定し、図３の矢印の方向に回転させることでθが増加するものとする。θは物理角で９０°動くことで、電気角度が３６０度動くことに相当する。
磁気センサ６の第１および第２の感磁極６ａ，６ｂからの出力信号を、以下、ホール素子信号ともいう。また、第１および第２の感磁極６ａ，６ｂからの出力信号はそれぞれ、第１の信号および第２の信号に相当する。
（ブラシレスモード構成について）
図４には、ブラシレス制御を行うためのモータ制御装置の全体構成を示す。ステッピングモータ１に設けられた磁気センサ６（第１および第２の感磁極６ａ，６ｂ）からのホール素子信号Ｈ１，Ｈ２は、ホール素子信号検出回路７で２値化される。該２値化されたホール素子信号は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１の信号計測処理部８へと送られる。ここでは、ホール素子信号の極性が変化する毎にタイマカウント値を取得して更新していく。
信号計測処理部８では、駆動パルス出力処理部１０から出力された駆動パルス信号の計測も行う。ここでも駆動パルス信号の極性が変化する毎にタイマカウント値を取得して更新していく。
駆動パルス信号は、ステッピングモータ１に励磁切り替え（第１および第２のコイル４ａ，４ｂの通電状態の切り替え）を行わせるために生成される信号であり、第３の信号に相当する。
ホール素子信号と駆動パルス信号のタイマカウント値から、遅延角操作部（遅延角操作手段）９で遅延角を決定する。ここにいう遅延角とは、ホール素子信号と駆動パルス信号との位相差である。遅延角は、時間データとして取得してもよいし、電気角に換算したデータとして取得してもよい。本実施例では、電気角データとして取得した遅延角として説明する。
駆動パルス出力処理部（駆動パルス信号生成手段）１０は、決定された遅延角に基づいてＡ相およびＢ相の駆動パルス信号を生成し、モータドライバ（駆動手段）１２に出力する。モータドライバ１２は、該駆動パルス信号に基づいてステッピングモータ１の励磁切り替えを行う。

以上を踏まえて、ホール素子信号と駆動パルス信号との関係と、ステッピングモータ１の制御方法について説明する。
（パルスモードについて）
図１に示したステッピングモータ１の駆動は、パルスモード（第１の駆動モード）での制御が可能である。パルスモードとは、通常のステッピングモータの開ループ制御に相当し、所定の時間間隔で第１および第２のコイル４ａ，４ｂの通電状態を切り替えるモードである。すなわち、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、第１および第２のコイル４ａ，４ｂの通電を順次切り替えることで、ロータ３を目標速度で回転させる。また、入力された駆動パルス数に従って、ロータ３を目標角度だけ回転させることが可能である。
（ブラシレスモードについて）
ステッピングモータ１の駆動は、ブラシレスモード（第２の駆動モード）での制御も可能である。すなわち、入力された駆動パルス数と回転方向、およびホール素子信号と駆動パルス信号のタイマカウント値から遅延角操作部９で決定する遅延角に従って、第１および第２のコイル４ａ，４ｂの通電状態を順次切り替える。これにより、ロータ３を目標角度だけ回転させることが可能である。
このようにブラシレスモードは、ホール素子信号の極性の変化を基準として駆動パルス信号（第３の信号）を生成してステッピングモータ１を駆動するモードである。生成する駆動パルス信号は、ホール素子信号に対して遅れを持った信号（遅れ信号）となる。
本実施例では、１つのホール素子信号に対して１つの駆動パルス信号を生成するが、他の生成方法を採用してもよい。また、遅延角操作部９で遅延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。
（モータ駆動シーケンスについて）
図６には、本実施例でのステッピングモータ１の起動から停止までの駆動シーケンスを示している。本実施例では、パルスモードで加速制御を開始し、ブラシレスモードに移行する。ブラシレスモード中は、磁気センサ６の２つの感磁極６ａ，６ｂからの２つの出力信号のうち一方であって、駆動パルス信号を生成する基準信号となるホール素子信号を切り替えながらステッピングモータ１を目標速度（目標最高速度）まで加速する。駆動パルス信号を生成する基準信号となるホール素子信号を、以下、基準ホール素子信号という。
その後、加速制御と同様に基準ホール素子信号を切り替えながらパルスモードへの移行点まで減速制御を行う。そして、再びパルスモードに切り替え、入力された駆動パルス数に達することに応じてステッピングモータ１を停止させる。
（駆動全体の制御フローについて）
図６に示した駆動シーケンスを実行するための処理の流れを、図１４〜１６のフローチャートを用いて説明する。
まず図１４のフローチャートは、ステッピングモータ１の駆動開始（加速制御の開始）から減速制御に移行するまでの処理を示す。以下の説明において、「Ｓ」はステップを意味する。また、図１４〜１６の処理は、マイコン１１がコンピュータプログラムに従って実行する。
マイコン１１は、磁気センサ６の２つの感磁極６ａ，６ｂからの２つの出力信号の間で基準ホール素子信号を切り替える基準信号切り替えを行う信号切り替え手段として機能する。マイコン１１は、感磁極６ａ，６ｂからの２つの出力信号のうち、基準信号切り替え直前に基準ホール素子信号であった信号とは異なる信号と駆動パルス信号との間の遅延角を基準信号切り替え直後の初期遅延角として設定する初期遅延角設定手段としても機能する。また、マイコン１１は、パルスモードとブラシレスモードとを切り替える駆動モード移行手段として機能する。
Ｓ１０１では、マイコン１１は、パルスモードでのステッピングモータ１の駆動（加速制御）を開始する。そして、駆動中に、Ｓ１０２において、マイコン１１は、基準ホール素子信号を決定する。これについては後述する。
Ｓ１０３では、マイコン１１は、制御周期が所定周期に達したか否かを判定し、達しない場合はパルスモードでの駆動を繰り返す。一方、所定周期に達するとＳ１０４に進む。
Ｓ１０４では、マイコン１１はブラシレスモードに移行し、加速時において遅延角を変化（増減）させる遅延角操作を行う。このとき、Ｓ１０５で、マイコン１１は、遅延角を取得していく。具体的には、第１の感磁極６ａからのホール素子信号Ｈ１とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との位相差である遅延角と、第２の感磁極６ｂからのホール素子信号Ｈ２とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との位相差である遅延角とを取得していく。マイコン１１は、遅延角の値が所定値まで減少するまでこの遅延角操作を繰り返す。
そして、Ｓ１０６では、マイコン１１は遅延角が所定値まで減少したか否かを判定し、所定値まで減少するとＳ１０７に進み、基準ホール素子信号の切り替えを行う。Ｓ１０８では、マイコン１１は、基準ホール素子信号の切り替えに使用した遅延角を記憶（保持）しておく。
マイコン１１は、以上の処理を、Ｓ１０８にてステッピングモータ１の回転速度が目標最高速度に達するまで繰り返し行う。
図１５には、ステッピングモータ１の回転速度が目標最高速度に達した後、減速制御に移行して駆動を停止させるまでの処理（第１の減速処理）を示している。
Ｓ２０１では、マイコン１１は、減速の遅延角操作を行う。このとき、Ｓ２０２で、Ｓ１０５と同様に遅延角を取得していく。マイコン１１は、Ｓ２０３で、遅延角の値が所定値（第１の所定値）まで増加するまで遅延角操作を行う。
そして、遅延角の値が所定値まで増加すると、マイコン１１は、Ｓ２０４にて基準ホール素子信号の切り替え（基準信号切り替え）を行う。
なお、上述した第１の減速処理に代えて、以下の第２の減速処理を行ってもよい。Ｓ２０１およびＳ２０２で、マイコン１１は、減速の遅延角操作と遅延角取得とを行う。そして、Ｓ２０３にて、遅延角の値が図１４のＳ１０８にて保持した加速制御時の遅延角の記憶値まで増加することに応じて、マイコン１１は、Ｓ２０４にて基準ホール素子信号の切り替え（基準信号切り替え）を行う。
マイコン１１は、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の制御を、Ｓ２０５にて制御周期がパルスモード切り替え周期（所定周期）に達するまで繰り返し行う。制御周期がパルスモード切り替え周期に達すると、マイコン１１はＳ２０６に進み、パルスモードへの切り替えを行い、さらに与えられた駆動パルス数に達するとステッピングモータ１を停止させる。
図１６には、減速制御時において図１５に示した処理とは異なる基準ホール素子信号の切り替え条件を用いた場合の処理（第３の減速処理）を示している。
Ｓ３０１では、マイコン１１は、減速の遅延角操作を行う。このとき、Ｓ３０２で、Ｓ２０２（Ｓ１０５）と同様に遅延角を取得していく。ここで、例えば、ホール素子信号Ｈ１でＡ相駆動パルス信号を生成しているとき、ホール素子信号Ｈ２とＡ相駆動パルス信号の遅延角を遅延角１とし、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号の遅延角を遅延角２とする。このとき、マイコン１１は、Ｓ３０３で遅延角１が遅延角２より小さく、かつ遅延角１が加速制御時での基準ホール素子信号の切り替え条件としていた所定値（第２の所定値）まで増加するまで遅延角操作を繰り返し行う。
Ｓ３０３の条件を満たしたとき、マイコン１１は、Ｓ３０４にて基準ホール素子信号の切り替え（基準信号切り替え）を行う。
マイコン１１は、以上の制御を、Ｓ３０５にて制御周期がパルスモード切り替え周期（所定周期）に達するまで繰り返し行う。制御周期がパルスモード切り替え周期に達すると、マイコン１１はＳ３０６に進み、パルスモードへの切り替えを行い、さらに与えられた駆動パルス数に達するとステッピングモータ１を停止させる。

図１７のフローチャートには、パルスモードからブラシレスモードへの切り替え時に基準ホール素子信号を選択するための処理を示している。
Ｓ４０１では、マイコン１１は、Ｓ１０５と同様に、ホール素子信号Ｈ１，Ｈ２とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との位相差である遅延角を取得していく。

Ｓ４０２では、マイコン１１は、遅延角の大小を比較する。ホール素子信号Ｈ１とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との間の遅延角（Ｈ１−Ａ又はＨ１−Ｂ）がホール素子信号Ｈ２とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との間の遅延角（Ｈ２−Ａ又はＨ１−Ｂ）より小さければＳ４０３に進む。ホール素子信号Ｈ２とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との間の遅延角がホール素子信号Ｈ１とＡ相およびＢ相駆動パルス信号との間の遅延角より小さければＳ４０４に進む。
マイコン１１は、以上の制御を繰り返し行うことで、ブラシレスモードへの移行時の駆動パルス信号生成用の基準ホール素子信号を決定する。
（パルスモードからブラシレスモードへの移行について）
以下、上述した処理と信号波形の変化との関係について説明する。図７はパルスモードからブラシレスモードへの移行時の信号波形の変化を示す。
マイコン１１（遅延角操作部９）は、パルスモードでの駆動中に、ホール素子信号Ｈ１を基準としてＡ相駆動パルス信号を見たときの遅延角Ｔ１と、ホール素子信号Ｈ２を基準としてＡ相駆動パルス信号を見たときの遅延角Ｔ２とを通電切り替え毎に取得していく。このとき、Ｂ相駆動パルス信号に対しても同様の処理を行う。取得した遅延角Ｔ１，Ｔ２は毎回保持されるものではなく、毎回更新されていく。
また、マイコン１１は、取得したホール素子信号Ｈ１を基準とした遅延角Ｔ１とホール素子信号Ｈ２を基準とした遅延角Ｔ２の大小を通電切り替え毎に比較する。比較は、Ａ相およびＢ相のうち一方に限られるものではないが、本実施例では、Ａ相駆動パルス信号で比較を行う。

パルスモードでの駆動中に、所定周期に達すると、パルスモードからブラシレスモードに移行する。モード移行の条件は上記に限られるものではない。

モード移行時に遅延角の小さい方のホール素子信号Ｈ１をＡ相駆動パルス信号の生成のための基準信号として採用し、基準信号切り替えの直前の遅延角Ｔ１をブラシレスモードでの初期遅延角として設定する。言い換えれば、ホール素子信号Ｈ１，Ｈ２のうち、パルスモードからブラシレスモードへの移行の直前においてＡ相駆動パルス信号との間の遅延角が小さい方のホール素子信号との間の該遅延角を、ブラシレスモードの初期遅延角として設定する。
このとき、Ｂ相駆動パルス信号に対しても同様の処理を行う。また、モード移行時に基準信号切り替えの直前の遅延角Ｔ１を所定値ΔＴだけ減算して小さくして、ブラシレスモードでの初期遅延角として設定してもよい。
このような初期遅延角の設定を行うことで、ステッピングモータ１の個体差や磁気センサの検出値のばらつきがあっても、スムーズなモード移行を実現できる。また、遅延角の小さい方のホール素子信号を基準信号として選択することで、磁気センサの検出誤差による駆動パルス信号の位相ずれの影響を抑えることができる。

（ブラシレスモード加減速方法について）
ブラシレスモードで加速する場合、マイコン１１（遅延角操作部９）は、ホール素子信号と駆動パルス信号の位相差から電気角データとして取得した遅延角を所定値ΔＴだけ減算して小さくして新たな遅延角を生成する。そして、その遅延角に基づいて駆動パルス信号を生成していく。つまり、通電切り替え毎に駆動パルス信号を先行させていくことで加速制御を行う。

また、ブラシレスモードで減速する場合、マイコン１１（遅延角操作部９）は、ホール素子信号と駆動パルス信号の位相差から電気角データとして取得した遅延角を所定値ΔＴ分加算して大きくして新たな遅延角を生成する。そして、その遅延角に基づいて駆動パルス信号を生成していく。つまり、通電切り替え毎に駆動パルス信号を遅らせていくことで減速制御を行う。

（ブラシレスモードでの加速中における基準ホール素子信号切り替えについて）
図８（ａ）には、パルスモードからブラシレスモードへの移行直後の加速制御の開始時のＡ相およびＢ相駆動パルス信号とホール素子信号Ｈ１，Ｈ２の波形を示している。ここでは、ホール素子信号Ｈ１を基準としてＡ相駆動パルス信号を生成している場合を代表として説明するが、ホール素子信号Ｈ２を基準としたＢ相駆動パルス信号の生成についても同様である。
ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号の位相差から電気角データとして取得した遅延角Ｔ１を所定値ΔＴずつ減算して小さくしていく。この遅延角操作を進めていくと、図８（ｂ）に示すように、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号の位相差が徐々に小さくなっていき、やがて図８（ｃ）に示すようにホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との関係が同位相となり、さらにこれが逆転する。これでは、ホール素子信号から駆動パルス信号を生成している場合、信号関係の逆転によってアルゴリズムに矛盾が生じ、モータ制御を行えなくなる。
そこで、本実施例では、マイコン１１は、図９に示すように、Ａ相駆動パルス信号を生成するための基準ホール素子信号を、ホール素子信号Ｈ１から、遅延角Ｔ１が所定値まで減少することに応じてホール素子信号Ｈ２に切り替える。図９は、ブラシレスモードでの加速制御における基準ホール素子信号切り替え前後のＡ相およびＢ相駆動パルス信号とホール素子信号Ｈ１，Ｈ２の波形を示している。このときの遅延角Ｔ１は、ブラシレスモードでの減速制御において基準ホール素子信号切り替えの判定に使用するため、記憶値として保持しておく。
そして、マイコン１１は、基準ホール素子信号の切り替え直前における切り替え先の（すなわち、切り替え直前の基準ホール素子信号とは異なる）ホール素子信号Ｈ２に対するＡ相駆動パルス信号の遅延角Ｔ３を、切り替え直後の初期遅延角に設定する。このとき、切り替え直前の遅延角Ｔ３を所定値ΔＴだけ減算して小さくし、切り替え直後の初期遅延角として設定してもよい。
さらに、マイコン１１は、新たに取得した遅延角Ｔ３を、基準ホール素子信号の切り替え前と同様に、所定値ΔＴずつ減算して小さくしていく遅延角操作を行うことで、さらなる加速制御を行う。
加速制御中に遅延角Ｔ３が所定値に達すると、Ａ相駆動パルス信号を生成するための基準ホール素子信号を、ホール素子信号Ｈ２からホール素子信号Ｈ１に切り替える処理を再び行う。
以上の遅延角操作と基準ホール素子信号切り替えとを繰り返し行うことで、ステッピングモータ１の回転速度を目標最高速度まで加速する。同様に、Ｂ相駆動パルス信号を生成する場合も基準ホール素子信号の切り替えを行い、回転速度を目標最高速度に到達させる。

（ブラシレスモード減速中における基準ホール素子信号切り替えについて）
図１０（ａ）には、ブラシレスモードの加速制御によってステッピングモータ１の回転速度を目標最高速度まで到達させた後、減速制御に移行した直後のＡ相およびＢ相駆動パルス信号とホール素子信号Ｈ１，Ｈ２の波形を示している。ここでは、ホール素子信号Ｈ１を基準としてＡ相駆動パルス信号を生成している場合を代表として説明するが、ホール素子信号Ｈ２を基準としたＢ相駆動パルス信号の生成についても同様である。
ホール素子信号と駆動パルス信号の位相差から電気角データとして取得した遅延角Ｔ４を所定値ΔＴずつ加算して大きくしていく。この遅延角操作を進めていくと、図１０（ｂ）に示すように、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との位相差が徐々に大きくなっていき、やがて加速制御時と同様にホール素子信号と駆動パルス信号の関係が逆転してしまう。
そこで、本実施例では、マイコン１１は、図１１に示すように、Ａ相駆動パルス信号を生成するための基準ホール素子信号を、ホール素子信号Ｈ１から、遅延角Ｔ４が所定値まで増加することに応じてホール素子信号Ｈ２に切り替える。
そして、マイコン１１は、基準ホール素子信号の切り替え直前における切り替え先の（すなわち、切り替え直前の基準ホール素子信号とは異なる）ホール素子信号Ｈ２に対するＡ相駆動パルス信号の遅延角Ｔ５を切り替え直後の初期遅延角に設定する。このとき、切り替え直前の遅延角Ｔ５を所定値ΔＴだけ加算して大きくし、切り替え直後の初期遅延角として設定してもよい。
さらに、マイコン１１は、新たに取得した遅延角Ｔ５を、基準ホール素子信号の切り替え前と同様に、所定値ΔＴずつ加算して大きくしていく遅延角操作を行うことで、さらなる減速制御を行う。
減速制御中に遅延角Ｔ５が所定値に達すると、Ａ相駆動パルス信号を生成するための基準ホール素子信号を、ホール素子信号Ｈ２からホール素子信号Ｈ１に切り替える処理を再び行う。
以上のような遅延角操作と基準ホール素子信号切り替えとを繰り返し行い、ブラシレスモードからパルスモードへの切り替え速度まで減速させる。本実施例では駆動パルス信号の周期データから速度を算出し、所定速度に達したらモード切り替えを行うという条件だが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ブラシレスモードからパルスモードへ切り替えたときの周期データを記憶し、記憶値に達したらモード切り替えを行うとしてもよい。

（ブラシレスモードでの減速中における記憶値に基づく基準ホール素子切り替えについて）
上述したブラシレスモードによる減速制御では、遅延角が所定値より大きくなることに応じて基準ホール素子信号を切り替える場合について説明したが、以下の基準ホール素子信号の切り替えを採用してもよい。すなわち、ブラシレスモードの加速制御において基準ホール素子信号の切り替えを行ったときの遅延角を記憶値として保持する。そして、ブラシレスモードの減速制御での基準ホール素子信号とは異なるホール素子信号と生成している駆動パルス信号との間の遅延角が該記憶値に等しくなる（該記憶値まで増加する）ことに応じて、基準ホール素子信号を切り替える。
図１２には、ブラシレスモードでの減速制御における基準ホール素子信号切り替え前後のＡ相およびＢ相駆動パルス信号とホール素子信号Ｈ１，Ｈ２の波形を示している。ここでは、ホール素子信号Ｈ１を基準としてＡ相駆動パルス信号を生成している場合を代表として説明するが、ホール素子信号Ｈ２を基準としたＢ相駆動パルス信号の生成についても同様である。
マイコン１１（遅延角操作部９）は、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との位相差から電気角データとして取得した遅延角Ｔ６を、遅延角操作部９で遅延角を所定値ΔＴずつ加算して大きくしている。この遅延角操作を進めていくと、他方のホール素子信号Ｈ２とＡ相駆動パルス信号との位相差から取得した遅延角Ｔ７が、ブラシレスモードでの加速制御において保持した基準ホール素子信号の切り替え時の遅延角Ｔ１に達する。これに応じて、マイコン１１は、Ａ相駆動パルス信号の生成のための基準ホール素子信号をホール素子信号Ｈ１からホール素子信号Ｈ２へと切り替える。
そして、マイコン１１は、基準ホール素子信号の切り替え直前における切り替え先の（すなわち、切り替え直前の基準ホール素子信号とは異なる）ホール素子信号Ｈ２に対するＡ相駆動パルス信号の遅延角Ｔ７を、切り替え直後の初期遅延角に設定する。このとき、切り替え直前の遅延角Ｔ７を所定値ΔＴだけ加算して大きくし、切り替え直後の初期遅延角として設定してもよい。
さらに、マイコン１１は、新たに取得した遅延角Ｔ７を、基準ホール素子信号の切り替え前と同様に、所定値ΔＴずつ加算して大きくしていく遅延角操作を行うことで、さらなる減速制御を行う。
この遅延角操作をさらに進めていくと、基準ホール素子信号とは異なるホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との位相差である遅延角が加速制御で保持していたブラシレスモードでの加速制御の基準ホール素子信号２回目切り替え時の遅延角に達する。これに応じて、マイコン１１は、Ａ相駆動パルス信号の生成のための基準ホール素子信号をホール素子信号Ｈ２からホール素子信号Ｈ１へと切り替える。
以上の遅延角操作と基準ホール素子信号切り替えとを、Ｂ相駆動パルス信号の生成に関しても同様に返し行い、ブラシレスモードからパルスモードへの切り替え速度までブラシレスモードでの減速制御を行う。
（ブラシレスモードでの減速中における基準ホール素子信号とは異なるホール素子信号（以下、他方のホール素子信号という）を基準とした基準ホール素子信号の切り替えについて）
減速制御での基準ホール素子信号切り替えでは、以下の処理を行ってもよい。駆動パルス信号とその信号を生成するための基準ホール素子信号との間の遅延角と、駆動パルス信号と他方のホール素子信号との間の遅延角とを比較する。他方のホール素子信号との間の遅延角が基準ホール素子信号との間の遅延角よりも小さく、かつ他方のホール素子信号との間の遅延角が加速制御時の基準ホール素子信号の切り替え条件であった所定値まで増加したことに応じて基準ホール素子信号を切り替える。
図１３には、ブラシレスモードでの減速制御における基準ホール素子信号切り替え前後のＡ相およびＢ相駆動パルス信号とホール素子信号Ｈ１，Ｈ２の波形を示している。ここでは、ホール素子信号Ｈ１を基準としてＡ相駆動パルス信号を生成している場合を代表として説明するが、ホール素子信号Ｈ２を基準としたＢ相駆動パルス信号の生成についても同様である。
マイコン１１（遅延角操作部９）は、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との位相差から電気角データとして取得した遅延角Ｔ８を所定値ΔＴずつ加算して大きくしている。同時に、ホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との間の遅延角Ｔ８とホール素子信号Ｈ２とＡ相駆動パルス信号との間の遅延角Ｔ９とを比較する。このとき、遅延角Ｔ９の方が小さく、かつ遅延角Ｔ９が加速制御時の基準ホール素子信号切り替え条件であった所定値より大きいときは、Ａ相駆動パルス信号の生成のための基準ホール素子信号をホール素子信号Ｈ１からホール素子信号Ｈ２へと切り替える。
そして、マイコン１１は、基準ホール素子信号の切り替え直前における切り替え先の（すなわち、切り替え直前の基準ホール素子信号とは異なる）ホール素子信号Ｈ２に対するＡ相駆動パルス信号の遅延角Ｔ９を切り替え直後の初期遅延角として設定する。このとき、切り替え直前の遅延角Ｔ９を所定値ΔＴだけ加算して大きくし、切り替え直後の初期遅延角として設定してもよい。
さらに、マイコン１１は、新たに取得した遅延角Ｔ９を基準ホール素子信号の切り替え前と同様に、遅延角を所定値ΔＴずつ加算して大きくしていく遅延角操作を行う。これにより、ホール素子信号Ｈ２とＡ相駆動パルス信号との間の遅延角とホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との間の遅延角との比較を行いながらさらなる減速制御を行う。
その後、遅延角操作を進めた結果、他方のホール素子信号Ｈ１とＡ相駆動パルス信号との間の遅延角の方が小さく、かつ該遅延角が加速制御時の基準ホール素子信号の切り替え条件であった所定値よりも大きくなる。これに応じて、マイコン１１は、Ａ相駆動パルス信号の生成のための基準ホール素子信号をホール素子信号Ｈ２からホール素子信号Ｈ１へと切り替える。
以上の遅延角操作と基準ホール素子信号の切り替えとを、Ｂ相駆動パルス信号の生成に関しても同様に繰り返し行い、ブラシレスモードからパルスモードへの切り替え速度までブラシレスモードでの減速制御を行う。
（ブラシレスモードからパルスモード切り替えについて）
ブラシレスモードからパルスモードへの切り替え速度まで減速した場合、マイコン１１は、駆動パルス信号の極性状態がＨｉｇｈかＬｏｗかを判別する。そして、パルスモードの初期出力をモード切り替え点の極性状態に対応させて第１および第２のコイル４ａ，４ｂへの通電を切り替える。
以上の処理によってブラシレスモードからパルスモードへの切り替えを行ったマイコン１１は、駆動パルス信号のカウント値が入力された駆動パルス数に達することに応じてステッピングモータ１の駆動を停止する。
（カメラシステムへの適用について）
次に、前述したモータ制御装置をカメラシステムに適用した場合について説明する。図５には、一眼レフカメラと該カメラに対して着脱可能な交換レンズとにより構成されたカメラシステムの構成例を示している。
１０１はカメラであり、１０２は交換レンズである。カメラ本体１０１内には、電気回路部１０３が設けられている。電気回路部１０３は、交換レンズ１０２内の撮影光学系を通ってきた光の量を測定するための測光部１０４と、撮影光学系の焦点状態を検出して撮影光学系のフォーカス制御を行うＡＦ部１０５を含む。また、電気回路部１０３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撮像素子（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等）１０７と、該撮像素子１０７の露光を制御するシャッター１０６を含む。さらに、電気回路部１０３は、カメラ１０１内の上記各部の制御を司るカメラＣＰＵ１０８と、交換レンズ１０２との通信を行う通信部１０９を含む。カメラ１０１内には、該カメラ１０１と交換レンズ１０２に電力を供給する電源１１０が設けられている。
交換レンズ１０２には、フォーカスレンズ（光学素子）１１１、変倍レンズ１１２、絞り１１３を含む撮影光学系が収容されている。また、交換レンズ１０２には、変倍レンズ１１２の位置を検出するズーム位置検出ブラシ１１４と、フォーカスレンズ１１１の位置を検出するエンコーダ１１５と、電気回路部１１６とが設けられている。
電気回路部１１６は、カメラ１０１との間で通信を行う通信部１１７と、交換レンズ１０２の各部の制御を行うレンズＣＰＵ１１８と、フォーカスレンズ１１１を移動させるレンズ駆動用モータ１２０と、該モータ１２０を駆動するモータドライバ１１９とを含む。また、電気回路部１１６は、絞り１１３の動作を制御する絞り制御部１２１と、絞り１１３を駆動する絞り駆動用モータ１２２とを含む。
レンズＣＰＵ１１８は、図４に示したマイコン１１を含む。また、レンズ駆動用モータ１２０は、図１に示したステッピングモータ１に相当する。レンズＣＰＵ１１８にはレンズ駆動用モータ１２０に設けられたホール素子（磁気センサ）からの出力信号が入力されており、レンズＣＰＵ１１８はＡ相およびＢ相の駆動パルス信号を生成してモータドライバ１１９に送る。図４に示したモータドライバ１２に相当するモータドライバ１１９は、入力された駆動パルス信号に基づいてレンズ駆動用モータ１２０を駆動する。
このように構成されたカメラシステムにおいて、先に説明したように、ブラシレスモードでの加減速中に駆動パルス信号を生成する基準となる基準ホール素子信号の切り替えを繰り返し行う。これにより、レンズ駆動用モータ１２０、つまりはフォーカスレンズ１１１を目標最高速度でパルスモードへの切り替え点まで加速又は減速することが可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、ブラシレスモードでの加減速中に基準ホール素子信号の切り替えを繰り返し行うことで、ステッピングモータを目標最高速度でパルスモードへの切り替え点まで加速又は減速することができる。
また、コイル４ａ，４ｂの通電状態の切り替え毎に遅延角を取得し、該取得した遅延角に対する遅延角操作を行っているので、ステッピングモータの個体差やホール素子信号の検出むらの影響を受けにくいモータ制御を実現することができる。
以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

ブラシレスモードでの良好な速度制御が可能なモータ制御装置およびこれを用いた光学機器を提供できる。

１ ステッピングモータ
４ａ 第１のコイル
４ｂ 第２のコイル
６ 磁気センサ
１１ マイコン
１２ モータドライバ

Claims (5)

1. マグネットを有するロータ、第１のコイルおよび第２のコイルを有するモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   互いに異なる位相に配置され、前記ロータの回転位置を検出する第１のロータ位置検出手段および第２のロータ位置検出手段と、
   前記第１のロータ位置検出手段が出力した第１の信号および前記第２のロータ位置検出手段が出力した第２の信号のうち一方を基準信号として、前記モータを駆動するためのパルス信号である第３の信号を生成する駆動パルス信号生成手段と、
   前記基準信号と前記第３の信号との位相差である遅延角を変化させる遅延角操作手段と、
   前記第３の信号に基づいて前記モータを駆動する駆動手段と、
   
   前記第１の信号と前記第２の信号との間で前記基準信号を切り替える基準信号切り替えを行う信号切り替え手段と、
   前記第１の信号および前記第２の信号のうち、前記基準信号切り替えの直前に前記基準信号であった信号とは異なる信号と前記第３の信号との間の前記遅延角を、前記基準信号切り替えの直後の初期遅延角として設定する初期遅延角設定手段とを有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記信号切り替え手段は、前記モータの加速制御時において、前記遅延角が所定値まで減少したことに応じて前記基準信号切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記信号切り替え手段は、
   前記モータの減速制御時において、前記遅延角が第１の所定値まで増加したことに応じて前記基準信号切り替えを行う第１の減速処理と、
   前記モータの加速制御時において前記信号切り替え直後の前記基準信号と前記第３の信号との間の前記遅延角を記憶値として保持し、前記モータの減速制御時において前記第３の信号と前記第１および第２の信号のうち前記基準信号ではない信号との間の位相差である遅延角と前記記憶値とが等しくなったことに応じて前記基準信号切り替えを行う第２の減速処理と、
   前記第１の信号と前記第３の信号との位相差である遅延角と、前記第２の信号と前記第３の信号との位相差である遅延角とを比較し、前記遅延角操作手段によって変化されている前記遅延角とは異なる遅延角の方が小さく、かつ該小さい方の遅延角が第２の所定値まで増加したことに応じて前記基準信号切り替えを行う第３の減速処理のうちいずれかを行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. マグネットを有するロータ、第１のコイルおよび第２のコイルを有するモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   互いに異なる位相に配置され、前記ロータの回転位置を検出する第１のロータ位置検出手段および第２のロータ位置検出手段と、
   前記第１のロータ位置検出手段が出力した第１の信号および前記第２のロータ位置検出手段が出力した第２の信号のうち一方を基準信号として、前記モータを駆動するためのパルス信号である第３の信号を生成する駆動パルス信号生成手段と、
   前記基準信号と前記第３の信号との位相差である遅延角を増減させる遅延角操作手段と、
   前記第３の信号に基づいて前記モータを駆動する駆動手段と、
   
   所定の時間間隔で前記第１および第２のコイルへの通電状態を切り替える第１の駆動モードで前記モータの駆動を開始した後、前記遅延角に応じて前記通電状態を切り替える第２の駆動モードで前記モータを駆動して目標速度に加速する駆動モード移行手段とを有し、
   前記駆動モード移行手段は、前記第１および第２の信号のうち、前記第１の駆動モードから前記第２の駆動モードへの移行の直前における前記第３の信号との間の前記遅延角が小さい方の信号との間の該遅延角を、前記第２の駆動モードの初期遅延角として設定することを特徴とするモータ制御装置。
5. マグネットを有するロータ、第１のコイルおよび第２のコイルを有するモータと、
   該モータによって移動される光学素子と、
   前記モータの駆動を制御する請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置とを有することを特徴とする光学機器。