JP2006081356A

JP2006081356A - モータ制御装置、撮像装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび記録媒体

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Publication number: JP2006081356A
Application number: JP2004264853A
Authority: JP
Inventors: Hisao Yagi; 久雄八木; Yoichi Kato; 陽一加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: JP4652755B2

Abstract

【課題】被駆動部材を駆動する際の駆動音を小さくしたり、高負荷時に適したトルクで被駆動部材を駆動したりすることを可能にする。
【解決手段】被駆動部材を駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動する駆動手段とを有し、被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて（Ｓ１００、Ｓ１０２）、ステッピングモータの駆動を矩形波駆動とサイン波駆動のいずれかに設定（Ｓ１０３、Ｓ１０４）する制御手段を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被駆動部材を駆動するステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動するモータ制御装置、ズームレンズやフォーカスレンズをステッピングモータにより駆動する撮像装置、モータ制御方法、モータ制御プログラム、および、モータ制御プログラムを格納した記録媒体に関するものである。

従来、ＣＣＤなどの撮像素子を備え、ズームレンズにより被写体倍率を変更し、フォーカスレンズでピントを合わせる撮像装置が広く知られている。そして、上記ズームレンズを駆動する機構およびフォーカスレンズを駆動する機構にはレンズ駆動手段が設けられており、その駆動源として、ステッピングモータが用いられることが多い。

上記ステッピングモータの駆動には、駆動波形を矩形波で制御する駆動方法と駆動波形をサイン波で制御する駆動方法が広く知られており、特許文献１には、サイン波駆動におけるモータ負荷を推測し、駆動電圧または駆動電流を変えることによる制御方法が開示されている。上記矩形波駆動とサイン波駆動にはそれぞれ特徴があり、矩形波でステッピングモータを駆動すると高トルクの駆動が行えるが、駆動音が大きくかつ消費電力も大きくなる。また、サイン波でステッピングモータを駆動すると駆動音および消費電力が共に小さくなるが、トルクも小さくなるという特徴がある。

ステッピングモータでズームレンズ機構やフォーカスレンズ機構を駆動する場合、構成される部材を動かすのに必要なトルクをステッピングモータから得られない場合は、脱調という現象が発生し、制御不能となる。そのため、撮像装置でステッピングモータを用いる場合は、設計や試作時に、脱調しないように駆動トルクに余裕がある駆動波形の設定を行う検討がなされる。

上記のようにズームレンズ機構やフォーカスレンズ機構の駆動源にステッピングモータを用いた場合、設計や試作段階で駆動トルクに余裕のある駆動波形の設定を行う。ズームレンズ機構やフォーカスレンズ機構の駆動を行う場合、駆動に必要なトルクは駆動方向や回転速度により変化する。一般的に、機構の構成にバネを用いている場合は、バネに反発する方向への駆動は高トルクが必要になり、バネに反発しない方向の駆動は低トルクで駆動できる。同じ駆動方向への駆動の場合は、回転速度が高速の場合は低速に比べて高トルクの駆動が必要になる。そこで従来では、駆動波形を決める際には最悪条件を想定して設定を行っていた。そのため、比較的低トルクで駆動できる駆動方向や回転速度であっても、最悪の条件に合わせて高トルクの駆動を行っていた。
特開平８−２７５５９０号公報

しかしながら、従来のように、低トルクで駆動できる場合に高トルクで駆動を行うと、構成部材に余分な力が加わり、動作音が大きくなるという問題があった。

また、特許文献１のようにサイン波駆動におけるモータ負荷を推測し、駆動電圧または駆動電流を変えるという制御方法では、小型の撮像装置の電源は主に電池が使用され、供給電力には限界があるため、サイン波の駆動電圧または駆動電流を変えることの制約となり、サイン波駆動だけでは充分な駆動トルクを得られないという問題もあった。

（発明の目的）
本発明の目的は、被駆動部材を駆動する際の駆動音を小さくしたり、高負荷時に適したトルクで被駆動部材を駆動したりすることのできるモータ駆動装置、撮像装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよび記録媒体を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、被駆動部材を駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動する駆動手段とを有するモータ制御装置であって、前記被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定する制御手段を有するモータ制御装置とするものである。

また、上記目的を達成するために請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置と、該モータ制御装置のステッピングモータにより駆動される、フォーカスレンズ機構とズームレンズ機構の少なくとも一方を含む被駆動部材とを有する撮像装置とするものである。

また、上記目的を達成するために請求項５に記載の発明は、被駆動部材を駆動するステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動するモータ制御方法であって、前記被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定するモータ制御方法とするものである。

また、上記目的を達成するために請求項８に記載の発明は、被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定するように制御するモータ制御プログラムとするものである。

また、上記目的を達成するために請求項１１に記載の発明は、請求項８ないし請求項１０に記載のモータ制御プログラムを格納した記録媒体とするものである。

本発明によれば、被駆動部材を駆動する際の駆動音を小さくしたり、高負荷時に適したトルクで被駆動部材を駆動したりすることができるモータ駆動装置、撮像装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムまたは記録媒体を提供できるものである。

以下の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係る撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。同図において、３００はレンズ鏡筒であり、以下に説明するズームレンズ３１２や撮像素子３１６等により構成される。３０１はＤＣモータであり、被写体倍率を変更するためのレンズ３１２（以下、ズームレンズ）の駆動に用いられる。ズームレンズ３１２の駆動には、ＤＣモータ以外に駆動仕様を満たせば、ステップモータや超音波モータといった他のモータを用いることができる。３０２はリニアセンサであり、ズームレンズ３１２の位置検出に用いる。ズームレンズ３１２の位置検出には、リニアセンサ以外にもエンコーダや他の検出手段を用いてもよい。３０３は後述の制御部３０６の指示により撮像素子３１６に入る光量を制限する絞りユニットであり、撮影する画像を適正露出に保つことができる。３１４はステップモータであり、被写体にピントを合わせるためのレンズ３１３（以下、フォーカスレンズ）の駆動に用いられる。このようにフォーカスレンズ３１３の駆動には前記ズームレンズ３１２とは独立したステップモータ３１４が用いられるため、ズームレンズ３１２と干渉しない範囲で自由な位置に駆動することができる。３１５はフォトインタラプタであり、フォーカスレンズ３１３の位置の初期化の際に用いられる。３１６は撮像素子であり、上記ズームレンズ３１２を通過し、フォーカスレンズ３１３によりピント合せの行われた被写体像が入射する。３０４は信号処理回路であり、撮像素子３１６で光電変換された画像信号に対して色変換、ガンマ処理等、所定の処理を施す。３０５はカード媒体等のメモリであり、信号処理回路３０４からの画像信号を記録する。

また、図１において、３０６はカメラ全体の制御を行う制御部であり、鏡筒内部のリニアセンサ３０２、フォトインタラプタ３１５などの出力を監視しながら、ステップモータ３１４、ＤＣモータ３０１及び絞りユニット３０３の制御指示を駆動波形ドライバ３０７に出す。また、上記信号処理回路３０４及びメモリ３０５の制御も行っている。駆動波形ドライバ３０７は主にＨブリッジ回路で構成されており、該駆動波形ドライバ３０７は、ＤＣモータ３０１に対しては制御部３０６の指示により入力電圧の極性の切り換え（回転方向の制御）を行い、ステップモータ３１４に対しては制御部３０６の指示により矩形波もしくはサイン波のいずれかを駆動波形として出力する。

上記駆動波形ドライバ３０７の、ステップモータを駆動する内部の回路構成の一部を、図２に示している。図２において、６００はステップモータ３１４を駆動する駆動部であり、信号Ａ，Ｂが入力する二つの入力端子６０２，６０３を有している。この端子６０２，６０３に、図３で示す矩形波の信号７０１（Ａ１），７０２（Ｂ１）が入力されると、ステップモータ３１４は矩形波で駆動され、図４で示すサイン波の信号８０１（Ａ２），８０２（Ｂ２）が入力されると、ステップモータ３１４はサイン波で駆動される。一般的にステップモータ３１４を矩形波で駆動した場合は、同じピーク電流でのサイン波駆動に対して高トルクの駆動を行えるが、サイン波駆動に対して駆動音が大きくなるという特性がある。

図１に戻り、３０９は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。このメモリ３０９には制御部３０６のプログラムや撮像装置を制御するためのパラメータが記憶される。３１０はモードダイアルであり、電源オフ、撮影モード、再生モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードの切り換え設定に用いられる。３０８はズームスイッチであり、ワイド／テレの切り換え操作に用いられる。３１１はレリーズスイッチであり、撮影開始指示に用いられる。

図５は、レンズ鏡筒３００のフォーカスレンズ３１３の機構部分を示す斜視図である。同図において、５００はフォーカスユニット全体を支えるベース部材である。このベース部材５００上に、フォーカスレンズ３１３を駆動するためのステップモータ３１４と位置を検出するためのフォトインタラプタ３１５が取り付けられる。ベース部材５００には、さらにガイドバー５０２が取り付けられており、このガイドバー５０２にはフォーカスレンズ３１３を取り付けたフォルダ５０１が取り付けられる。ステップモータ３１４の回転出力がスクリュー５０３等を介してフォルダ５０１に取り付けられたナット５０５に伝達されることにより、フォルダ５０１がガイドバー５０２に沿って光軸方向に移動可能である。ベース部材５００とフォルダ５０１の間には引っ張りコイルバネ５０４が取り付けられ、この引っ張りコイルバネ５０４のバネ力によりフォルダ５０１がベース部材５００側に常に寄せられている。これにより、ガイドバー５０２上を安定して動くことができるようになるが、反面、バネ力に反発する方向にフォルダ５０１を駆動するには大きなトルクが必要になる。また、駆動方向がバネ力に反発しない方向でも、駆動速度が高速になると低速に比較して大きなトルクが必要になる。ステップモータ３１４の駆動に必要なトルクは、製品の試作段階または製造工程で測定することが可能である。

そこで、本実施例では、製品試作段階または製造工程でフォルダ５０１の駆動方向および駆動速度に必要なトルクを測定し、その結果から得られた駆動条件を不揮発性メモリ３０９に予め記憶しておく。そして、ステップモータ３１４を駆動する際に、制御部３０６が駆動条件を不揮発性メモリ３０９より取得し、駆動波形ドライバ３０７に対して矩形波駆動させるか、サイン波駆動させるかの出力指示を行うようにしている。

上記不揮発性メモリ３０９に予め記憶される駆動条件としては、「駆動方向」については、例えばフォーカスレンズ３１３を繰り出す場合は、引っ張りコイルバネ５０４の付勢力に抗するトルクを要し、この際の駆動方向に必要なトルクは所定量より大きなトルクが必要となるので、高負荷に適した矩形波駆動を選択させ、フォーカスレンズ３１３を繰り込む場合は、引っ張りコイルバネ５０４の付勢力を利用できるのでこの際の駆動方向に必要なトルクは所定量より小さなトルクで良いので、静音に適したサイン波駆動を選択させるような駆動条件を記憶しておく。また、「駆動速度」については、例えばフォーカスレンズ３１３を高速で駆動する場合は所定量よりも大きなトルクが必要となるので、高負荷に適した矩形波駆動を選択させ、低速で駆動する場合は所定量より小さなトルクで良いので、静音に適したサイン波駆動を選択させるような駆動条件を記憶しておく。また、上記駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクよりも小さい場合でも、駆動速度が所定速度より速い場合には、ステッピングモータの駆動として高負荷に適した矩形波駆動を選択させるような駆動条件を記憶しておく。

図６は、上記構成の撮像装置の制御部３０６でのフォーカスレンズ３１３の駆動時の制御を示すフローチャートである。ユーザーによりレリーズスイッチ３１１の操作が行われると、フォーカスレンズ３１３を駆動してのＡＦ（オートフォーカス）処理に入り、このＡＦ処理の中で、制御部３０６がステップモータ３１４の駆動方向と駆動速度を決定する（Ｓ１００）。駆動方向が決まると制御部３０６は不揮発性メモリ３０９に記憶している駆動方向による駆動条件との比較、つまりこの際の駆動方向に必要なトルクが所定量より大きいか否かを判定し（Ｓ１０１）、駆動方向に必要なトルクが所定量より大きいと判定すると（Ｓ１０１のＹｅｓ）、ステップモータ３１４を矩形波により駆動するように駆動波形ドライバ３０７に指示を行う（Ｓ１０４）。

一方、駆動方向に必要なトルクが所定量より小さいと判定した場合（Ｓ１０１のＮｏ）は、不揮発性メモリ３０９に記憶した駆動速度による駆動条件と比較、つまりこのときの駆動速度に必要なトルクが所定量より大きいか否か、換言すれば、このときの駆動速度が所定速度よりも速いか否かを判定し（Ｓ１０２）、駆動速度が所定速度よりも速いと判定すると（Ｓ１０２のＹｅｓ）、高負荷に適した矩形波駆動（図３参照）によりステップモータ３１４を駆動するように駆動波形ドライバ３０７に指示を行う（Ｓ１０４）。また、駆動速度が所定速度以下と判定した場合（Ｓ１０２のＮｏ）は、静音に適したサイン波によりステップモータ３１４を駆動するように駆動波形ドライバ３０７に指示を行う（Ｓ１０３）。

上記実施例によれば、被駆動部材（フォーカスレンズ機構、ズームレンズ機構）を駆動する駆動源であるステッピングモータ３１４の駆動を、高負荷に適した矩形波駆動と静音に適したサイン波駆動とに切り換え可能な撮像装置において、被駆動部材が駆動される方向および／または駆動速度に応じて、ステッピングモータ３１４の駆動を矩形波駆動とサイン波駆動のいずれかを選択するようにしている。詳しくは、予め不揮発性メモリ３０９に記憶されている駆動条件とそのときの駆動方向および／または駆動速度とを比較し、適宜、矩形波駆動とサイン波駆動のいずれかを選択するようにしている。よって、被駆動部材を駆動する際の駆動音を小さくしたり、高負荷時に適したトルクで被駆動部材を駆動することが可能となる。

本発明は、上記実施例に限定されず、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器から成る装置に適用してもよい。上記実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体をシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、完成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施例の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

また、被駆動部材は、フォーカスレンズ機構やズームレンズ機構に限定されず、その他、シャッタ羽根や絞り部材等であっても良い。

本発明の一実施例に係るカメラの概略回路構成を示すブロック図である。図１の駆動波形ドライバ内の一部を示す回路図である。図２のステッピングモータの駆動に用いられる矩形波を示す図である。図２のステッピングモータの駆動に用いられるサイン波を示す図である。レンズ鏡筒のフォーカスレンズの機構部分を示す斜視図である。本発明の一実施例に係るカメラの主要部分の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

３００レンズ鏡筒
３０１ＤＣモータ
３０２リニアセンサ
３０４信号処理回路
３０６制御部
３０７駆動波形ドライバ
３０９不揮発性メモリ
３１２ズームレンズ
３１３フォーカスレンズ
３１４ステップモータ
３１６撮像素子
５０２ガイドバー
５０３スクリュー
５０４引っ張りコイルバネ

Claims

被駆動部材を駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動する駆動手段とを有するモータ制御装置であって、
前記被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定する制御手段を有することを特徴とするモータ制御装置。
前記制御手段は、前記被駆動部材の駆動時の負荷が所定値よりも大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記所定値よりも小さい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記サイン波駆動に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記制御手段は、前記被駆動部材の駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクより大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクよりも小さい場合でも、駆動速度が所定速度より速い場合には、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置と、該モータ制御装置のステッピングモータにより駆動される、フォーカスレンズ機構とズームレンズ機構の少なくとも一方を含む被駆動部材とを有することを特徴とする撮像装置。
被駆動部材を駆動するステッピングモータを矩形波駆動もしくはサイン波駆動で駆動するモータ制御方法であって、
前記被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定することを特徴とするモータ制御方法。
前記被駆動部材の駆動時の負荷が所定値よりも大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記所定値よりも小さい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記サイン波駆動に設定することを特徴とする請求項５に記載のモータ制御方法。
前記被駆動部材の駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクより大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクよりも小さい場合でも、駆動速度が所定速度より速い場合には、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定することを特徴とする請求項６に記載のモータ制御方法。
被駆動部材の駆動方向と駆動速度の一方もしくは両方に応じて、前記ステッピングモータの駆動を矩形波駆動と前記サイン波駆動のいずれかに設定するように制御することを特徴とするモータ制御プログラム。
前記被駆動部材の駆動時の負荷が所定値よりも大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記所定値よりも小さい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記サイン波駆動に設定するように制御することを特徴とする請求項８に記載のモータ制御プログラム。
前記被駆動部材の駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクより大きい場合は、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定し、前記駆動方向に必要な駆動トルクが所定トルクよりも小さい場合でも、駆動速度が所定速度より速い場合には、前記ステッピングモータの駆動を前記矩形波駆動に設定する用に制御することを特徴とする請求項９に記載のモータ制御プログラム。
請求項８ないし請求項１０に記載のモータ制御プログラムを格納することを特徴とする記録媒体。