JPWO2007138856A1 - ステッピングモータの駆動制御方法、レンズ駆動制御装置およびレンズ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

レンズ移動用のステッピングモータを１‐２相励磁駆動方法によって駆動するに際して高い回転精度および停止精度を得る。レンズの原点位置検出処理動作時において、レンズを保持するレンズホルダがＰＩ位置に到達した際には、着磁ロータに対して最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの状態でステッピングモータ(４)を停止させる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータ(４)の１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を得ることができる。

Description

この発明は、ステッピングモータの駆動制御方法、特にカメラモジュールのレンズ駆動制御装置およびレンズ駆動制御方法に関する。

従来、ビデオカメラやスチルカメラにおいては、ステッピングモータの回転力をこのステッピングモータの出力軸に取り付けられた減速ギアを介してレンズの駆動装置に伝達してレンズ駆動を実現する方法が多く採られている。その場合における上記ステッピングモータは、一般的には、着磁された回転ロータが取り付けられたシャフトと、上記回転ロータに回転運動を与えるための複数の磁極と、各磁極を切り換え励磁する励磁切換機構とを含む構成を有している。

上記ステッピングモータを１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動してレンズを移動させる場合には、２相励磁駆動方法によって駆動する場合に比較して、高精度な位置決め制御が可能となると共に、駆動音が軽減されるという利点を有する。しかしながら、その反面、レンズ送り速度が低速になることが知られている。

これらの問題を解決するために、特開２００３‐２２４９９８号公報に開示されたステッピングモータ駆動方法においては、レンズを駆動する際に、所望する停止位置近傍までは２相励磁駆動方法によってステッピングモータを駆動し、停止位置近辺においてはマイクロステップ駆動方法に切り換えることによって、レンズを高速に移動させると共に、精密な位置決めを可能にしている。

また、特開２００４‐４３６２号公報に開示されたデジタルカメラにおいては、動画撮影の場合は、動作音の影響を軽微にすることを目的として、駆動音が静かな１‐２相励磁駆動方法によってレンズ駆動用のステッピングモータを駆動する。そして、静止画撮影の場合には、駆動音は大きいものの、高速に駆動できる２相励磁駆動方法によって上記ステッピングモータを駆動するようにしている。

しかしながら、上記従来のステッピングモータの駆動方法においては、以下のような問題がある。

すなわち、携帯電話に搭載されるカメラモジュールは、一般的なデジタルスチルカメラに搭載されるものと比較して小型であるため、デジタルスチルカメラと同等の焦点距離を有する場合であっても、少ないレンズ駆動量で画角変化およびフォーカスの合焦を可能にするレンズ設計が必要である。そのため、一般的なデジタルスチルカメラとは異なって、１‐２相励磁駆動方法によってステッピングモータを動作させても、レンズの移動量が少なくて済むために遅いレンズ送り速度が気になることは無く、上記特許文献１および上記特許文献２に記載の効果は得られ難い。そのために、携帯電話用のカメラモジュールにおいては、２相励磁駆動方法に比較して駆動音が静かな１‐２相励磁駆動方法によってステッピングモータを駆動することが望ましいのである。

一方、携帯電話の小型化を実現するためには、搭載するステッピングモータはより小型・小径なものが必要とされる。しかしながら、ステッピングモータを１‐２相励磁駆動方法によって駆動する場合は、１相励磁位置に比較して２相励磁位置での励磁力が高い。また、小径のステッピングモータでは、隣り合う１相励磁位置と２相励磁位置との間隔が狭いために回転角が微小となり、１相励磁位置にある着磁されたロータ(以下、着磁ロータと言う)は２相励磁位置での磁力配置の影響を強く受けることになる。以上のことから、１相励磁位置における上記着磁ロータの挙動は不安定であることが多く、例えば１相励磁位置で着磁ロータを停止させようとしても隣り合う２相励磁位置で停止する場合や、２相励磁位置から隣の１相励磁位置に１ステップ回転させようとしても回転しない場合が、発生することがある。

つまり、特に小径モータを用いた上記１‐２相励磁駆動方法においては、１相励磁位置における上記着磁ロータの回転精度および停止精度が、２相励磁位置における回転動作および停止動作と比較して精度が低くなるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、レンズ移動用のステッピングモータを１‐２相励磁駆動方法によって駆動するに際して高い回転精度および停止精度を得ることができるステッピングモータの駆動制御方法、レンズ駆動制御装置、および、レンズ駆動制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のステッピングモータの駆動制御方法は、
ステッピングモータを、１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動し、
駆動開始および停止を、必ず、着磁されたロータに磁界を与える励磁部の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行う
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記ステッピングモータを駆動する場合に、上記ステッピングモータの駆動開始および停止が、着磁されたロータに対して上記励磁部が最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの場合に行われる。したがって、小径のステッピングモータを１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を維持することができる。

また、この発明のレンズ駆動制御装置は、
レンズを保持するレンズホルダと、
上記レンズホルダを上記レンズの光軸方向に移動させるレンズ移動部と、
着磁されたロータに複数の励磁パターンで磁界を与える励磁部を含むと共に、上記レンズ移動部を駆動するステッピングモータと、
上記ステッピングモータを１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動して上記レンズホルダを上記光軸方向に移動させると共に、上記レンズホルダの移動開始および停止を、必ず、上記励磁部の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行うように、上記励磁部を制御するステッピングモータ駆動制御部と
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記レンズホルダを上記ステッピングモータによって移動させる場合において、上記レンズホルダの移動開始および停止が、着磁されたロータに対して上記励磁部が最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの場合に行われる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータの１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を維持することができる。

また、１実施の形態のレンズ駆動制御装置では、
上記ステッピングモータ駆動制御部は、上記レンズホルダの移動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データを、常に、上記励磁部の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に得るようになっている。

この実施の形態によれば、上記レンズホルダの駆動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データが、常に安定した動作が得られる２相励磁パターンである場合に得られる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータの１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合に、さらに高い回転精度および停止精度を維持することができる。

また、この発明のレンズ駆動制御方法は、
ステッピングモータを１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動して、レンズを保持するレンズホルダを上記レンズの光軸方向に移動させるに際して、
上記レンズホルダの移動開始および停止を、必ず、上記ステッピングモータにおける着磁されたロータに磁界を与える励磁部の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行うように、制御部によって、上記励磁部を制御する
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記レンズホルダを上記ステッピングモータによって移動させる場合において、上記レンズホルダの移動開始および停止が、着磁されたロータに対して上記励磁部が最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの場合に行われる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータの１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を維持することができる。

また、１実施の形態のレンズ駆動制御方法では、
上記制御部は、上記レンズホルダの移動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データを、常に、上記励磁部の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に得るようにしている。

この実施の形態によれば、上記レンズホルダの駆動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データを、上記ステッピングモータの励磁パターンが安定に動作できる２相励磁パターンである場合に得るので、上記レンズホルダを小径のステッピングモータの１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合でも、高い回転精度および停止精度を維持することができる。

以上より明らかなように、この発明のステッピングモータの駆動制御方法によれば、駆動開始および停止を、着磁されたロータに対して励磁部が最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの場合に行うので、小径のステッピングモータを１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を得ることができる。

また、この発明のレンズ駆動制御装置およびレンズ駆動制御方法によれば、レンズを保持するレンズホルダをステッピングモータによって移動させる場合において、上記レンズホルダの移動開始および停止を、着磁されたロータに対して励磁部が最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの場合に行うことができる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータの１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を得ることができる。

この発明のレンズ駆動制御装置を構成するステッピングモータ駆動制御装置のブロック図である。 図１におけるステッピングモータの励磁状態を示す概略図である。 図１における制御部の制御に基づいて実行されるレンズの原点位置検出処理動作のフローチャートである。 図１における制御部の制御に基づいて実行されるＡＦ制御処理動作のフローチャートである。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、この発明は、以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態のレンズ駆動制御方法を実現するためのステッピングモータ駆動制御装置におけるブロック図である。

図１において、本ステッピングモータ駆動制御装置１は、レンズを保持するレンズホルダ(図示せず)を上記レンズの光軸方向に移動させるレンズ移動部(図示せず)を駆動するためのステッピングモータ４の駆動を制御するものである。

上記ステッピングモータ駆動制御装置１は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイクロコンピュータから構成される制御部２と、ステッピングモータ４に対して４相駆動パルスを切換出力してステッピングモータ４を駆動するモータドライバ３とによって、概略構成されている。制御部２は、モータドライバ３の動作制御に必要なデータをデータ格納部５から読み出し、この読み出されたデータに基づいて、モータドライバ３の動作を制御する。

図２は、上記ステッピングモータ４の励磁状態を示す概略図である。尚、図２中において、６‐Ａ〜６‐Ｂ'は、複数の磁極６における励磁の切り換え状態を示し、７‐Ｃは着磁ロータ８の磁極７における励磁状態を示す。また、図３は、制御部２によるモータドライバ３の動作制御に基づいて実行されるレンズの原点位置検出処理動作のフローチャートである。尚、図示してはいないが、上記レンズの原点位置検出は、レンズを保持するレンズホルダがレンズ鏡筒に取り付けられたＰＩ(Photointerrupter)を横切った際のオン・オフ信号を検出することによって行われる。

すなわち、本実施の形態においては、上記励磁部を、複数の磁極６によって構成するのである。

以下、図２および図３に従って、上記制御部２によるモータドライバ３の動作制御に基づいて実行されるレンズの原点位置検出処理動作について説明する。ステッピングモータ駆動制御装置１の電源がオンされると、レンズの原点位置検出処理動作がスタートする。

ステップＳ1で、上記複数の磁極６の励磁パターンが、図２(a)に示すように、磁極６‐Ａと磁極６‐Ｂとの２相励磁パターンに設定される。その場合、着磁ロータ８の磁極７‐Ｃは、磁極６‐Ａおよび磁極６‐Ｂからの磁界の影響を略等しく受けることになる。そのため、確実に着磁ロータ８を磁極６‐Ａと磁極６‐Ｂとの間で停止させることができる。ステップＳ2で、励磁パターンが、図２(b)に示すように、磁極６‐Ａ'の１相励磁パターンに設定される。その場合、着磁ロータ８の磁極７‐Ｃは、磁極６‐Ａ'の位置で停止されて、上記レンズホルダがステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。

ステップＳ3で、上記ＰＩからのオン・オフ信号に基づいて、上記レンズホルダが上記ＰＩを横切ったか否かを検出することによって、上記レンズホルダがＰＩ位置(原点位置)に到達したか否かが判別される。その結果、ＰＩ位置に到達していればステップＳ4に進む。一方、ＰＩ位置に到達していなければステップＳ2に戻って、磁極６‐Ａ'の１相励磁パターンから励磁パターンが１磁極分だけ進められて、上記レンズホルダが、さらにステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。

ステップＳ4で、上記レンズホルダが上記ＰＩ位置に到達した際におけるモータドライバ３の状態等に基づいて、励磁パターンが２相励磁パターンであるか否かが判別される。その結果、２相励磁パターンである場合にはステップＳ6に進み、そうでない場合にはステップＳ5に進む。ステップＳ5で、上記ステップＳ3において上記レンズホルダが上記ＰＩを横切った際における励磁パターンは１相励磁パターンであるため、励磁パターンが２相励磁パターンに設定されて、上記レンズホルダがステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。こうして、着磁ロータ８が２相励磁位置で静止される。そうした後、ステップＳ6に進む。

ステップＳ6で、ステッピングモータ４が停止され、レンズの位置をパルス数で表すパルスカウント値Ｃに「０」がセットされて、現在のレンズの位置が原点位置として記録される。そうした後、レンズの原点位置検出処理動作が終了される。

このように、本実施の形態においては、レンズの原点位置検出処理動作時において、上記レンズホルダが上記ＰＩ位置に到達した際には、着磁ロータ８に対して最も安定して磁力を与えることができる２相励磁パターンの状態でステッピングモータ４を停止することができる。したがって、上記レンズホルダを小径のステッピングモータ４の１‐２相励磁駆動方法で駆動する場合であっても、常に高い回転精度および停止精度を得ることができるのである。

尚、上記レンズの原点位置検出処理動作の上記ステップＳ5において上記レンズホルダが１ステップ分だけ移動された場合には、得られるレンズの原点位置は正確な原点位置から１ステップ分だけずれることになる。しかしながら、例えば、フォーカスレンズの最低被写界深度の範囲がステッピングモータ４の２ステップ分以上になるようにレンズ設計を行うことによって、原点位置からステッピングモータ４の１ステップ分だけずれた位置をフォーカスレンズの原点位置としても、常に合焦した状態でレンズ位置を制御することが可能なのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、レンズの原点位置を検出する際に、必ず２相励磁パターンの位置でレンズを静止させることになるため、繰り返してレンズの原点位置を検出する場合であっても、常に高い停止位置精度を得ることが可能になるのである。

・第２実施の形態
本実施の形態におけるレンズ駆動制御方法を実現するためのステッピングモータ駆動制御装置は、上記第１実施の形態におけるステッピングモータ駆動制御装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、ステッピングモータ４の励磁状態も上記第１実施の形態と同様である。

図４は、上記制御部２によるモータドライバ３の動作制御に基づいて実行されるオートフォーカス(ＡＦ：Auto Focus)制御処理動作のフローチャートである。例えば、ＡＦボタンが押圧されることによって、ＡＦ制御処理動作がスタートする。

ステップＳ11で、本実施の形態においてはレンズ移動開始時および終了時におけるステッピングモータ４の励磁パターンは２相励磁パターンである。そのため、励磁パターンが１相励磁パターンに設定され、上記フォーカスレンズのレンズホルダがステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。ここで、励磁パターンが１相励磁パターンである場合には、着磁ロータ８の回転精度および停止精度が低いため、上記レンズホルダの停止位置精度が２相励磁パターンの場合に比較して低い。そのために、本ステップにおいては、ＡＦデータの取得は行なわないのである。ステップＳ12で、励磁パターンが２相励磁パターンに設定され、上記レンズホルダがステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。その場合、励磁パターンは２相励磁パターンであり、着磁ロータ８の停止位置が２相励磁位置となるため、高い精度で上記レンズホルダを停止することができるのである。

ステップＳ13で、上記励磁パターンが２相励磁パターンの状態で、データ格納部５に格納されている被写体の画像データが読み出され、この画像データに基づいてＡＦデータが取得される。ステップＳ14で、上記ＡＦデータに基づいて、上記レンズホルダが停止位置に到達したか否かが判別される。その結果、停止位置に到達していればステップＳ15に進み、そうでなければ上記ステップＳ11に戻って、再度励磁パターンが１相励磁パターンに設定されて上記レンズホルダがステッピングモータ４の１ステップ分だけ移動される。ステップＳ15で、ステッピングモータ４が停止されて、上記フォーカスレンズのレンズホルダの移動が停止される。そうした後、ＡＦ制御処理動作が終了される。

尚、上記ＡＦ制御処理動作における上記ステップＳ14において行われる上記レンズホルダが停止位置に到達したか否かの判別方法について具体的には述べないが、例えば、画像データのコントラストデータを上記ＡＦデータとし、このコントラストデータからフォーカスレンズの停止位置を算出する山登りサーチ法等を用いることができる。

ところで、理想的には、上記フォーカスレンズのレンズホルダが移動する毎にＡＦデータを取得し、停止位置に到達したか否かの判別することによって、フォーカスレンズの停止位置を決定することが望ましい。例えば、上記山登りサーチ法等においてはＡＦデータを取得しながらフォーカスレンズを往復運動させる必要がある。そのために、高いフォーカスレンズの停止位置精度が要求される。したがって、励磁パターンに関わらず駆動ステップ毎にＡＦデータを得ればよいのであるが、携帯電話搭載用等の小径のステッピングモータにおいては、上述したように、１相励磁パターンでの着磁ロータ８の停止精度が低いという問題がある。

しかしながら、本実施の形態においては、フォーカスレンズのＡＦ制御の際には、上記ステップＳ12および上記ステップＳ13によって、常に、安定動作が得られる２相励磁パターンの状態でのみ上記ＡＦデータを取得して、停止位置の判定に用いるようにしている。したがって、高い停止位置精度を得ることができる。それと共に、１相励磁パターンの状態ではＡＦデータの取得を行わないので、ＡＦ制御時間の短縮を図ることが可能になる。

Claims (5)

1. ステッピングモータ(４)を、１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動し、
   駆動開始および停止を、必ず、着磁されたロータ(８)に磁界を与える励磁部(６)の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行う
   ことを特徴とするステッピングモータの駆動制御方法。
2. レンズを保持するレンズホルダと、
   上記レンズホルダを上記レンズの光軸方向に移動させるレンズ移動部と、
   着磁されたロータ(８)に複数の励磁パターンで磁界を与える励磁部(６)を含むと共に、上記レンズ移動部を駆動するステッピングモータ(４)と、
   上記ステッピングモータ(４)を１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動して上記レンズホルダを上記光軸方向に移動させると共に、上記レンズホルダの移動開始および停止を、必ず、上記励磁部(６)の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行うように、上記励磁部(６)を制御するステッピングモータ駆動制御部(１)と
   を備えたことを特徴とするレンズ駆動制御装置。
3. 請求項２に記載のレンズ駆動制御装置において、
   上記ステッピングモータ駆動制御部(１)は、上記レンズホルダの移動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データを、常に、上記励磁部(６)の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に得るようになっている
   ことを特徴とするレンズ駆動制御装置。
4. ステッピングモータ(４)を１相励磁駆動パターンと２相励磁駆動パターンとを交互に繰り返す１‐２相励磁駆動方法によって駆動して、レンズを保持するレンズホルダを上記レンズの光軸方向に移動させるに際して、
   上記レンズホルダの移動開始および停止を、必ず、上記ステッピングモータ(４)における着磁されたロータ(８)に磁界を与える励磁部(６)の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に行うように、制御部(２)によって、上記励磁部(６)を制御する
   ことを特徴とするレンズ駆動制御方法。
5. 請求項４に記載のレンズ駆動制御方法において、
   上記制御部(２)は、上記レンズホルダの移動開始位置および停止位置を決定するために必要な制御データを、常に、上記励磁部(６)の励磁パターンが２相励磁パターンである場合に得る
   ことを特徴とするレンズ駆動制御方法。

Images