JP6188349B2 - 制御装置、制御方法、プログラム - Google Patents
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Description
そこで、ステッピングモータが持つ複数の相間の電気角誤差量に応じて予め補正値として測定しておき、その補正値を用いて相の切り換えタイミングを変更して各相に流れる励磁電流の位相を補正することで、振動を低減する方法が知られている。
例えば、特許文献1には、移動速度と移動時間に応じて光学素子の基準移動量を記憶して、光学素子を移動させた際の実際の位置と基準移動量との差が小さくなるように補正値を求め、モータの駆動波形を制御して、モータ振動を軽減させる方法が記されている。
さらに、特許文献1に記載の構成では、光学素子の所定時間内の実際の位置と基準移動量との差分を複数回求めて、その差分が最も小さくなるように補正量を決めている。そのため、瞬間的に大きくなる変動の影響を受けやすいという課題がある。
本発明は、電気角誤差量を求める煩雑な前工程を必要とすることなく、精度良く電気角誤差を検出することにより、光学素子を移動させる際のモータ駆動音を低減できるようにした制御装置、制御方法、プログラムを提供する。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例に過ぎない。本発明は、適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正や変更されるべきものであり、以下の実施形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態である制御装置が適用される撮像装置1の構成を示す。この撮像装置1は、ズームレンズ群を含むレンズシステムを搭載したビデオカメラであるものとする。なお、本発明は、ビデオカメラの制御装置に限らず、デジタルスチルカメラ等、各種の撮像装置、その他ステッピングモータを用いて制御対象を制御する制御装置にも適用できる。
ズーム駆動源111は、ステッピングモータ130とリードスクリュー131を含んで構成されている。そして、このリードスクリュー131とズームレンズ102に取り付けられたラックとの噛み合い作用により、ズームレンズ102がレンズ保持枠とともに光軸方向に移動する。
また、レンズ制御部116は、メモリ117に格納されるカム軌跡データを用いて、フォーカスレンズ105をズームレンズ102と連動して動作させる。そして、レンズ制御部116は、フォーカス駆動回路113を介してフォーカス駆動源114に駆動信号を与える。なお、フォーカスレンズ105は、レンズ鏡筒部など対して移動可能なレンズ保持枠に固定されている。レンズ保持枠にはラックが取り付けられている。フォーカス駆動源114は、ステッピングモータ132とリードスクリュー133とを含んで構成されている。そして、リードスクリュー133とフォーカスレンズ105に取り付けられたラックとの噛み合い作用により、フォーカスレンズ105がレンズ保持枠とともに光軸方向に移動する。
なお、本実施形態において、ステッピングモータ130,132の駆動方式は特に限定されない。たとえば、マイクロステップ駆動方式、1−2相駆動方式および2−2相駆動方式等、いずれの駆動方式を用いてもよい。
そして、ズームレンズ位置センサ112とズームレンズ用位置スケール119とにより、ズーム位置検出手段が構成される。また、フォーカスレンズ位置センサ115とフォーカスレンズ用位置スケール120とにより、フォーカス位置検出手段が構成される。
ズームレンズ用位置スケール119とフォーカスレンズ用位置スケール120には、光軸方向に変化する磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが形成されている。ズームレンズ用位置スケール119は、ズームレンズ102とともにズームレンズ位置センサ112に対して光軸方向に移動する。そうすると、ズームレンズ位置センサ112は、スケールパターンに対応して強度が変化する磁気や反射光等を電気信号に変換して位置検出信号として出力する。同様に、フォーカスレンズ用位置スケール120が、フォーカスレンズ105とともにフォーカスレンズ位置センサ115に対して光軸方向に移動すると、フォーカスレンズ位置センサ115は位置検出信号を出力する。
ズームレンズ位置センサ112とフォーカスレンズ位置センサ115からの位置検出信号は、システムマイコン118に出力される。システムマイコン118は、これらの位置検出信号を、ズーム駆動源111とフォーカス駆動源114のステッピングモータ130,132の駆動の制御を通じて、ズームレンズ102とフォーカスレンズ105の位置制御に用いる。
図2(a)に示すように、A−、B−、A+、B−の誘導子の機械的配置の位相差は90[deg]となっている。このような関係を保っている場合は、ステッピングモータ130,132の各相に、図2(b)のような励磁位相間の位相が90[deg]の2相の電流波形を印加する。そうすると、ステッピングモータ130,132の駆動時における振動が少なくなり、ステッピングモータ130,132の回転軸は滑らかに回転する。
図3(a)は、ステッピングモータ130,132の組み立て誤差により、A相とB相の誘導子の位置関係が90+α[deg]となっている場合の機械的配置を模式的に示す図である。図3(b)は、A相とB相の誘導子に印加する2相の電流波形の例を模式的に示す図である。
図3(a)に示すように、A−、B−の誘導子の機械的配置の位相差が90+α[deg]の場合について説明する。この場合、ステッピングモータ130,132の各相に対して図2(b)のような励磁位相間の差が90[deg]の電流波形を印加すると、トルク変動が大きくなり振動が大きくなる。そこでこの場合には、図3(a)のステッピングモータ130,132に、誘導子配置の位相ずれに合わせて、図3(b)に示すような励磁位相間の位相が90+α[deg]の波形の電流を印加すればよい。そうすると、ステッピングモータ130,132の回転が滑らかになり振動が抑制される。
この処理を実行するためのコンピュータプログラムは、あらかじめシステムマイコン118のROMに格納されている。そして、システムマイコン118のCPUは、このコンピュータプログラムをROMから読出し、RAMに展開して実行する。これにより、この処理が実現する。
ステップS402において、レンズ制御部116は、ステップS401で得た駆動速度Vを設定する。そしてステップS403に進む。
ステップS403では、レンズ制御部116は、ステップS401で得た位相角βを設定する。
ステップS404において、レンズ制御部116は、ステップS402とS403で設定した駆動速度Vと位相角βに基づいて駆動制御信号を生成し、ズーム駆動回路110に与える。これにより、レンズ制御部116は、ズーム駆動回路110を介してズームレンズ102の駆動を開始する。
ステップS405では、レンズ制御部116は、加速処理が終わってステッピングモータ130の駆動速度が一定速度になるまでウェイト状態となる。そして、駆動速度が安定したら(一定速度になったら)ステップS406に進む。
ステップS406〜S408では、レンズ制御部116は、ズームレンズ102が一定速度で駆動中に、ズームレンズ位置センサ112から出力されるズームレンズ102の位置を、一定の時間間隔で複数保存する。具体的には、次のとおりである。
ステップS406で、レンズ制御部116は、ズームレンズ102が一定速度で駆動中にズームレンズ位置センサ112から得られるズームレンズ102の実際の位置を、P[C](0<C<N−1。Nは3以上の自然数)に格納する。
ステップS407にて、レンズ制御部116は、次の位置を取得するためのカウンタCをインクリメントする。
ステップS408にて、レンズ制御部116は、取得したズームレンズ102の実際の位置を示す位置データの数CがN個に達したか否かを判定する。実際の位置を示す位置データの数CがN個に達した場合には、S409に進む。
ステップS406〜408で取得する位置データの数Cは、3以上であるものとする。また、レンズ制御部116は、ズームレンズ102の駆動中における実際の位置の取得を、一定の時間間隔で行う。
ステップS409では、レンズ制御部116は、ステップS406〜S408で取得した位置P[0]〜P[N−1]のズームレンズ102の実際の位置のデータを1次近似する(基準位置算出)。すなわち、1次近似として最小二乗法を用いて、次の(式1)に示す近似直線の係数aとbの算出を行う。
Y = aX + b (式1)
図5は、ズームレンズ102の位置のデータ502と近似直線501の一例を示すグラフである。なお、最小二乗法の詳細な説明は省略する。この近似直線501がズームレンズ102の駆動中の各時間における基準位置となる。
ステップS410にて、レンズ制御部116は、カウンタCをクリアする。そして、S411に進む。
D[C] = aP[C] + b (式2)
ステップS412にて、レンズ制御部116は、次の(式3)を用いて、近似直線上の点D[C](基準位置)とステップS406〜S408で取得した位置P[C](実際の位置)の差分の2乗(累乗)を算出する。
Vaf[C] = (D[C] − P[C] )2 (式3)
そして、算出した差分の2乗(累乗)を、RamであるVaf[C]に格納する。なお、ステップS412においては、レンズ制御部116は、次の(式3’)を用いて、近似直線上の点D[C](基準位置)とステップS406〜S408で取得した位置P[C](実際の位置)の差分の絶対値を算出してもよい。この場合には、算出した差分の絶対値をVaf[C]に格納することになる。
Vaf[C] = |D[C] − P[C]| (式3’)
ステップS414にて、レンズ制御部116は、ステップS411〜S413の処理をN回繰り返したかを判定する。N回繰り返したと判定した場合にはステップS415に進み、そうでない場合にはステップS411に進む。
ステップS415にて、レンズ制御部116は、ステップS411〜S414で得られたN個のVaf[0]〜Vaf[N−1]の総和を算出し、算出した総和を評価値Valとする。そして、評価値Valを、図4のフローチャートに示すサブルーチンの呼びもとに返す。
以上のように図4のフローチャートに従い、振動を評価するための評価値Valを求める。
ステップS602にて、レンズ制御部116は、ステッピングモータ130の下限位相差90−ΔMax[deg]のときの評価値(Val[90−ΔMax])を算出する。この処理は、図4のフローチャートで示される処理を用いて行う。
ステップS603にて、レンズ制御部116は、評価値であるVal[90+ΔMax]とVal[90−ΔMax]の大小比較を行う。そして、Val[90+ΔMax]<Val[90−ΔMax]である場合にはステップS604へ進み、そうでない場合はステップS611に進む。
ステップS605〜S609にて、レンズ制御部116は、評価値Valが最小となる位相角90+d[deg]を追い込んでいき、図7に示すような位相差αを特定する。具体的には、次のとおりである。
ステップS605にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数d(=0〜ΔMax)のときの評価値Val[90+d]を算出する。
ステップS606にて、レンズ制御部116は、算出した評価値Val[90+d]をRam変数dat[d]に格納する。
ステップS607において、レンズ制御部116は、カウンタ変数dをインクリメントする。そしてステップS608に進む。
ステップS608では、前回算出した評価値と、今回算出した評価値の大きさを比較する。そして、dat[d−1](前回の評価値)>dat[d](今回の評価値)である場合にはS610へ進み、そうでない場合はS609へ進む。
ステップS609にて、レンズ制御部116は、ΔMaxとカウンタ変数dの大きさを比較する。カウンタ変数dがΔMaxより大きいと判定された場合にはステップS618へ進む。
ステップS618では、レンズ制御部116は、位相角検出エラーが生じたと判定する。そしてこの処理を終了する。
ステップS610に進んだ場合には、レンズ制御部116は、カウンタ変数dの大きさを電気角誤差αとしてメモリに格納する。そしてこの処理を終了する。
ステップS611では、レンズ制御部116は、補正方向−フラグをセットし、カウンタ変数dをクリアする。その後、ステップS612〜S616の処理で評価値が最小となる位相角90−d[deg]を追い込んでいき、電気角誤差αを特定する。
ステップS612では、レンズ制御部116は、カウンタ変数d(=0〜ΔMax)のときの評価値Val[90−d]を算出する。
ステップS613にて、レンズ制御部116は、算出した評価値Val[90−d]を、Ram変数dat[d]に格納する。
ステップS614において、レンズ制御部116は、カウンタ変数dをインクリメントする。そしてS615に進む。
ステップS615では、レンズ制御部116は、今回のステップS613において算出した評価値Val[90−d]と、前回のステップS613において算出した評価値Val[90−(d−1)]と大きさを比較する。そして、Val[90−(d−1)]>Val[90−d]である場合にはステップS616へ進み、そうでない場合はステップS617へ進む。
ステップS615にてVal[90−(d−1)]>dat[d]でないと判定された場合にはステップS616に進む。ステップS616にてΔMaxよりカウンタ変数dが大きいと判定された場合にはステップS618へ進み、位相角検出エラーとして処理を終了する。
一方、ステップS615にてVal[90−(d−1)]>dat[d]であると判定された場合には、その時の位相角90−d[deg]が最小値となり、最も振動成分が小さくなることを示している。そこでこの場合には、ステップS617へ進む。
ステップS617にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数dの値を電気角誤差αとして格納する。そしてこの処理を終了する。
図8に示すように、レンズ制御部116は、2相の電流波形の位相差を、90[deg]から90°+α[deg]に決定する(位相変更)。そして、レンズ制御部116は、2相の電流波形を決定した位相差(90+α[deg])となるように位相変更し、位相変更した2相の電流をステッピングモータ130に印加する。このように、2相の電流の位相変更を行う構成によれば、ズーム位置データの振動が少なくなるため、ステッピングモータ130の振動が軽減できる。したがって、回転が滑らかになり振動が抑制される。
以下、添付図面を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態と第1の実施形態とは、システムマイコン118の処理が相違し、その他は共通の構成が適用できる。したがって、相違する構成を説明し、共通の構成については説明を省略する。
はじめに、図9のフローチャートと図10のグラフを用いて、ズームレンズ位置センサ112から出力に基づき、ステッピングモータ130の振動の大きさを比較するための平均速度Uaveを算出する処理について説明する。図9は、平均速度Uaveを算出する処理を示すフローチャートである。図10は平均速度を算出する処理を説明するためのグラフである。具体的には、図10(a)は時間とズーム位置との関係を示すグラフであり、図10(b)は、速度の絶対値の変動を模式的に示すグラフである。
ステップS902において、レンズ制御部116は、ステップS901で得た駆動速度Vを設定する。そして、S903に進む。
ステップS903では、レンズ制御部116は、ステップS901で得た位相角γを設定する。
ステップS904において、レンズ制御部116は、ステップS902とS903で設定した駆動速度Vと位相角γに基づき、駆動制御信号をズーム駆動回路110に与えて、ズームレンズ102を駆動する。
ステップS905では、レンズ制御部116は、加速処理が終わりステッピングモータ130が一定速度になるまでウェイト状態となる。そして、駆動速度が安定したら(一定速度となったら)ステップS906に進む。
ステップS906にて、レンズ制御部116は、現在の位置Pを取得する。その後S907に進む。
ステップS907にて、レンズ制御部116は、あらかじめ保存してある前回の処理ときの位置Pbkと、現在位置Pから、次の(式4)を用いて速度(単位時間当たりの移動量)の絶対値を算出する。そして、算出した速度の絶対値をU[C](0<C<N−1)に格納する(図10(a)参照)。
U[C]=|Pbk−P| (式4)
ステップS909にて、レンズ制御部116は、次の速度データU[C]を取得するためのカウンタ変数Cをインクリメントする。
ステップS910にて、レンズ制御部116は、取得したズームレンズ102の速度データVの数CがN個に達したか否かを判定する。速度データ数CがN個に達していない場合にはステップS906に戻り、達した場合にはステップS911に進む。
ステップS911にて、レンズ制御部116は、ズームレンズ102の駆動を停止させる。そして、処理をS912に進ませる。
ステップS912では、レンズ制御部116は、ステップS906〜S916の処理で得られたN個の駆動速度U[0]〜U[N−1]の平均値を算出し、算出した平均値を実速度平均Uaveとする(図10(b)参照)。そして、実速度平均Uaveを、図4のフローチャートに示すサブルーチンの呼びもとに返す。
ステップS1102にて、レンズ制御部116は、ステッピングモータ130の上限位相差90―ΔMax[deg]のときの平均速度Uave[90−ΔMax]を、図10のフローチャートで示される処理を用いて算出する。
ステップS1103にて、レンズ制御部116は、Uave[90+ΔMax]とUave[90−ΔMax]の大小比較を行う。そして、Uave[90+ΔMax]<Uave[90−ΔMax]である場合にはステップS1104へ進み、そうでない場合はステップS1111に進む。
そこで、ステップS1104では、レンズ制御部116は、補正方向+フラグをセットし、カウンタ変数dをクリアする。
ステップS1105において、レンズ制御部116は、カウンタ変数d(=0〜ΔMax)のときの評価値Uave[90+d]を求める。
ステップS1106にて、レンズ制御部116は、次の(式5)を用いて、Uave[90+a]と、駆動速度の差分の絶対値を算出する。
Uave = |Uave[90+d]−V| (式5)
そして、算出した絶対値を、Ram変数dat[d]に格納する。
なお、(式5)の代わりに、次の(式5’)を用いてUave[90+d]と、駆動速度の差分の2乗(累乗)を算出してもよい。この場合には、算出した差分の2乗(累乗)をRam変数dat[d]に格納することになる。
Uave = (Uave[90+d]−V)2 (式5’)
ステップS1107において、レンズ制御部116は、カウンタ変数dをインクリメントする。そしてステップS1108に進む。
ステップS1108では、レンズ制御部116は、前回のステップS1106において格納したdat[d−1]と、今回のステップS1106において格納したdat[d]の大きさを比較する。dat[d−1]>dat[d]である場合にはS1110へ進む。そうでない場合はS1109へ進む。
ステップS1109にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数dがΔMaxより大きいか否かを判定する。大きいと判定された場合にはステップS1118へ進む。
ステップS1118では、レンズ制御部116は、位相角検出エラーであると判定する。そして処理を終了する。
ステップS1108の処理でdat[d]の方が小さいと判定された場合には、その時の位相角90+dが最小値となり、最も振動成分が小さくなることを示す。そこでこの場合には、ステップS1110へ進む。
ステップS1110にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数dの値を、電気角誤差αとして、メモリに格納する。そして処理を終了する。
ステップS1111では、レンズ制御部116は、補正方向−フラグをセットし、カウンタ変数dをクリアする。
ステップS1112〜S1116では、レンズ制御部116は、平均速度Uaveと駆動速度Vの差分が最小となる位相角90−d[deg]を追い込んでいき、電気角誤差αを特定する。具体的には、次のとおりである。
ステップS1112にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数d(=0〜ΔMax)のときの評価値Uave[90−d]を求める。そしてステップS1113に進む。
ステップS1113にて、レンズ制御部116は、次の(式6)を用いて、Uave[90−d]と駆動速度Vの差分の絶対値を算出する。
Uave = |Uave[90−d]−V| (式6)
そして、算出結果をRam変数dat[d]に格納する。
ステップS1114において、レンズ制御部116は、カウンタ変数dをインクリメントする。そしてステップS1115に進む。
ステップS1115では、前回のステップS1106の結果であるdat[d−1]と、今回のS1106の結果であるdat[d]の大きさを比較する。dat[d−1]>dat[d]である場合にはステップS1117へ進み、そうでない場合はステップS1116へ進む。
ステップS1118にて、レンズ制御部116は、位相角検出エラーが生じたと判定する。そしてこの処理を終了する。
一方、ステップS1115の処理でdat[d]の方が小さいと判定された場合には、その時の位相角90−dが最小値となり、振動成分が最も小さくなることを示す。そこでこの場合には、ステップS1117へ進む。
ステップS1117にて、レンズ制御部116は、カウンタ変数dの値を、電気角誤差αとして、メモリに格納する。そして処理を終了する。
たとえば、上述した実施形態においては、本発明を撮像装置の制御装置に適用した場合を例にして説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明は、少なくとも2相の電流で駆動するステッピングモータの制御装置であれば適用可能である。すなわち、本発明は、撮像装置のみならず、各種アクチュエータなどにも適用できる。
Claims (4)
- 駆動対象を駆動するステッピングモータと、
前記ステッピングモータを少なくとも2相の電流で駆動させる駆動手段と、
前記駆動対象の実際の位置を検出する位置検出手段と、
前記駆動手段の少なくとも2相の電流の位相を変更する位相変更手段と、
前記位相変更手段を用いて前記駆動手段を制御する制御手段と、
前記位置検出手段により検出された位置から前記駆動対象の駆動中における基準位置を算出する基準位置算出手段と、
を含み、
前記基準位置算出手段は、前記位置検出手段により検出される駆動中の前記駆動対象の少なくとも3つの実際の位置を1次近似することで基準位置を算出し、
前記位相変更手段は、前記位置検出手段が検出した前記駆動対象の実際の位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との差分の絶対値の総和または前記差分の累乗の総和が最も小さくなる電流の位相差を決定し、
前記制御手段は、前記位相差の電流を用い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制御装置。 - 前記位置検出手段は、前記ステッピングモータが一定速度で駆動中に、一定の時間間隔で前記駆動対象の位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 駆動対象を駆動するステッピングモータの制御方法であって、
前記駆動対象の実際の位置を検出するステップと、
検出された前記駆動対象の実際の位置から前記駆動対象の駆動中における基準位置を、検出された駆動中の前記駆動対象の少なくとも3つの実際の位置を1次近似することで算出するステップと、
検出された前記駆動対象の実際の位置と算出した基準位置との差分の絶対値の総和または前記差分の累乗の総和が最も小さくなる電流の位相差を決定するステップと、
決定した位相差となるように2相の電流の位相を変更するステップと、
位相を変更した2相の電流を用いて前記ステッピングモータを駆動するステップと、
を有することを特徴とする制御方法。 - コンピュータを、請求項1または2に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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