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JP7621785B2 - MOTOR CONTROL DEVICE, OPTICAL DEVICE, AND ROBOT MANIPULATOR DEVICE - Google Patents
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MOTOR CONTROL DEVICE, OPTICAL DEVICE, AND ROBOT MANIPULATOR DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、モータの位置フィードバック制御を行うモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that performs position feedback control of a motor.

モータの実回転位置を検出し、実回転位置と目標回転位置(目標軌跡)との偏差に基づいてモータに印加する駆動電圧を調整する位置フィードバック制御を行うことで、モータの実回転位置を目標軌跡に沿って制御することができる。 By detecting the actual rotational position of the motor and performing position feedback control to adjust the drive voltage applied to the motor based on the deviation between the actual rotational position and the target rotational position (target trajectory), the actual rotational position of the motor can be controlled to follow the target trajectory.

またデジタルカメラや交換レンズ等の光学装置には、シャッタユニット、絞りユニット等、モータにより駆動される光学ユニットが搭載される。特許文献1には、モータを順方向に回転させて駆動レバーを介してシャッタ羽根を初期位置から露光終了位置に走行させ、その後モータを逆方向に回転させてシャッタ羽根を初期位置に戻すフォーカルプレーンシャッタユニットが開示されている。このシャッタユニットでは、モータの1回程度の少ない回転でシャッタ羽根を初期位置と露光終了位置との間で駆動する。 Optical devices such as digital cameras and interchangeable lenses are equipped with optical units, such as a shutter unit and an aperture unit, that are driven by a motor. Patent Document 1 discloses a focal plane shutter unit in which the motor is rotated in the forward direction to move the shutter blades from an initial position to an exposure end position via a drive lever, and then the motor is rotated in the reverse direction to return the shutter blades to their initial positions. In this shutter unit, the shutter blades are driven between the initial position and the exposure end position with only one rotation of the motor.

特開2015-7723号公報JP 2015-7723 A

しかしながら、モータの少ない回転の中で該モータを位置フィードバック制御する場合、該制御の開始時の実回転位置と目標軌跡との差である初期位置偏差が大きいと、制御対象であるモータの駆動電圧に発振が生じ、モータの実回転位置を目標軌跡に一致させることが困難となる。特にフォーカルプレーンシャッタユニットにおいてモータの実回転位置(シャッタ羽根の実走行軌跡)が目標軌跡(シャッタ羽根の目標走行軌跡)からずれると、露光むらが発生する。さらに、モータの駆動電圧の発振は、該モータの停止回転位置の精度を低下させる原因となる。 However, when position feedback control of a motor is performed during a small number of rotations, if the initial position deviation, which is the difference between the actual rotation position at the start of the control and the target trajectory, is large, oscillation occurs in the drive voltage of the motor to be controlled, making it difficult to match the actual rotation position of the motor with the target trajectory. In particular, in a focal plane shutter unit, if the actual rotation position of the motor (actual travel trajectory of the shutter blades) deviates from the target trajectory (target travel trajectory of the shutter blades), uneven exposure occurs. Furthermore, oscillation of the motor drive voltage causes a decrease in the accuracy of the stop rotation position of the motor.

これらは光学ユニットに限らず、高速かつ低回転数でモータを位置フィードバック制御する用途において同様の課題と言える。 These issues are not limited to optical units, but can be said to be similar to those in applications where motor position feedback control is performed at high speeds and low rotation speeds.

本発明は、モータを位置フィードバック制御する際に初期位置偏差を吸収して良好な制御性を得ることができるモータ制御装置およびこれを用いた光学装置、ロボットマニピュレータ装置を提供する。 The present invention provides a motor control device that can absorb initial position deviations and achieve good controllability when performing position feedback control of a motor, as well as an optical device and a robot manipulator device that use the same.

本発明の一側面としてのモータ制御装置は、モータの実回転位置を検出する検出手段と、モータを一方向に回転させる際に、検出される実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうようにモータに対する位置フィードバック制御を行う制御手段と、位置フィードバック制御の開始前に、実回転位置と複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行う処理手段とを有し、処理手段は、処理として、実回転位置が1番目の目標回転位置に近づく又は一致するようにモータを一方向または逆方向に回転させる処理回転させる処理を行い、処理手段は、処理におけるモータの回転方向に応じて、複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置を含む少なくとも一部の目標回転位置を変更することを特徴とする。また処理手段は、処理として、1番目の目標回転位置を実回転位置に近づく又は一致するように一方向または逆方向に変更する処理を行うことを特徴とする。さらに処理手段は、処理を、実回転位置が1番目の目標回転位置に近づく又は一致するようにモータを一方向または逆方向に回転させる第1の処理と1番目の目標回転位置を実回転位置に近づく又は一致するように一方向または逆方向に変更する第2の処理から選択することを特徴とする。なお、上記モータ制御装置を備えた光学装置やロボットマニピュレータ装置も、本発明の他の一側面を構成する。 A motor control device according to one aspect of the present invention includes a detection means for detecting an actual rotational position of a motor, a control means for performing position feedback control on the motor so that the detected actual rotational position moves sequentially toward a plurality of target rotational positions when the motor is rotated in one direction, and a processing means for performing processing for keeping an initial position deviation, which is a difference between the actual rotational position and a first target rotational position among the plurality of target rotational positions, within a predetermined range before starting the position feedback control, the processing means performing a processing for rotating the motor in one direction or in a reverse direction so that the actual rotational position approaches or coincides with the first target rotational position, and the processing means changes at least a part of the target rotational positions including the first target rotational position among the plurality of target rotational positions according to the rotation direction of the motor in the processing. The processing means also performs a processing for changing the first target rotational position in one direction or in the reverse direction so that the first target rotational position approaches or coincides with the actual rotational position. The processing means further selects the processing from a first processing for rotating the motor in one direction or in the reverse direction so that the actual rotational position approaches or coincides with the first target rotational position and a second processing for changing the first target rotational position in one direction or in the reverse direction so that the actual rotational position approaches or coincides with the actual rotational position. An optical device or a robot manipulator device including the motor control device also constitutes another aspect of the present invention.

また本発明の他の一側面としてのモータ制御方法は、モータの実回転位置を検出するステップと、モータを一方向に回転させる際に、検出される実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうようにモータに対する位置フィードバック制御を行うステップと、位置フィードバック制御の開始前に、実回転位置と複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行うステップとを有し、所定範囲内に収める処理を行うステップは、処理として、実回転位置が1番目の目標回転位置に近づく又は一致するようにモータを一方向または逆方向に回転させる処理を行い、所定範囲内に収める処理を行うステップは、処理におけるモータの回転方向に応じて、複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置を含む少なくとも一部の目標回転位置を変更することを特徴とする。また処理として、1番目の目標回転位置を実回転位置に近づく又は一致するように一方向または逆方向に変更する処理を行うことを特徴とする。さらに処理を、実回転位置が1番目の目標回転位置に近づく又は一致するようにモータを一方向または逆方向に回転させる第1の処理と1番目の目標回転位置を実回転位置に近づく又は一致するように一方向または逆方向に変更する第2の処理から選択することを特徴とする。なお、上記制御方法に従う処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
A motor control method according to another aspect of the present invention includes a step of detecting an actual rotational position of a motor, a step of performing position feedback control on the motor so that the detected actual rotational position moves sequentially toward a plurality of target rotational positions when the motor is rotated in one direction, and a step of performing processing before starting the position feedback control to keep an initial position deviation, which is a difference between the actual rotational position and a first target rotational position among the plurality of target rotational positions, within a predetermined range, the step of performing processing to keep within the predetermined range includes a processing of rotating the motor in one direction or in a reverse direction so that the actual rotational position approaches or matches the first target rotational position, and the step of performing processing to keep within the predetermined range includes a processing of changing at least a part of the target rotational positions including the first target rotational position among the plurality of target rotational positions according to the rotation direction of the motor in the processing. The processing is also characterized in that the processing includes a processing of changing the first target rotational position in one direction or in the reverse direction so that the first target rotational position approaches or matches the actual rotational position. The processing is further characterized in that the processing is selected from a first processing of rotating the motor in one direction or in the reverse direction so that the actual rotational position approaches or matches the first target rotational position, and a second processing of changing the first target rotational position in one direction or in the reverse direction so that the actual rotational position approaches or matches the actual rotational position. A computer program for causing a computer to execute processing according to the above control method also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、モータを位置フィードバック制御する際に初期位置偏差を吸収して良好な制御性を得ることができる。 According to the present invention, when performing position feedback control of a motor, the initial position deviation can be absorbed, thereby achieving good controllability.

実施例1のモータ制御装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment. 実施例1のモータ制御装置の詳細構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the motor control device according to the first embodiment. 実施例1におけるモータおよび位置検出センサの構成を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a motor and a position detection sensor according to the first embodiment. 実施例1における位置ENC回路および駆動波形生成回路が行う処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing a process performed by a position ENC circuit and a drive waveform generating circuit in the first embodiment. 実施例1における位置検出センサ信号と検出位置カウントとの関係を示す図。5 is a diagram showing the relationship between a position detection sensor signal and a detected position count in the first embodiment. FIG. 実施例1における駆動波形と電気角との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a drive waveform and an electrical angle in the first embodiment. 実施例1における駆動対象の構造例を示す図。3A and 3B are diagrams illustrating an example of the structure of a driven object in the first embodiment. 実施例1における目標回転位置情報を示す図。FIG. 4 is a diagram showing target rotational position information in the first embodiment. 実施例1における初期位置偏差と制御性との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the initial position deviation and controllability in the first embodiment. 実施例1、2で行われる処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing the processing performed in the first and second embodiments. 実施例2における目標回転位置情報の更新を示す図。13A and 13B are diagrams illustrating update of target rotational position information in the second embodiment. 実施例1、2のモータ制御装置により制御されるモータを用いたフォーカルプレーンシャッタユニットの構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a focal plane shutter unit using a motor controlled by the motor control device of the first and second embodiments. 実施例1、2のフォーカルプレーンシャッタユニットを搭載したデジタルカメラの構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a digital camera equipped with the focal plane shutter unit of the first and second embodiments. 実施例3のロボットマニピュレータ装置の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a robot manipulator apparatus according to a third embodiment.

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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

実施例1では、モータ制御装置および光学ユニットとしてのフォーカルプレーンシャッタユニットを用いて説明を行う。 In Example 1, we will explain using a motor control device and a focal plane shutter unit as the optical unit.

図1は、本発明の実施例1であるモータ制御装置の概略構成を示している。モータ制御装置は、モータ11の実際の回転位置(以下、実回転位置という)が予め設定された複数の目標回転位置に順次向かうようにモータ11に対する位置フィードバック制御を行う。 Figure 1 shows a schematic configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention. The motor control device performs position feedback control on the motor 11 so that the actual rotational position of the motor 11 (hereinafter referred to as the actual rotational position) moves sequentially toward a number of preset target rotational positions.

モータ11としては、電気を回転運動に変換するものであれば様々な種類のモータを用いることができる。より具体的には、ブラシレス付きDCモータ、ブラシレスDCモータ、ステッピングモータなどが挙げられる。本実施例では高精度な回転位置決めが可能なステッピングモータを用いる。 Various types of motors can be used as the motor 11 as long as they convert electricity into rotational motion. More specifically, they include brushless DC motors, brushless DC motors, and stepping motors. In this embodiment, a stepping motor is used, which allows for highly accurate rotational positioning.

モータ制御装置は、回転位置検出部(検出手段)12、駆動波形生成部13、電圧ゲイン設定部14、目標回転位置保持部15、制御部16および初期位置偏差調整部(処理手段)17を有する。駆動波形生成部13、電圧ゲイン設定部14、目標回転位置保持部15および制御部16により制御手段が構成される。 The motor control device has a rotational position detection unit (detection means) 12, a drive waveform generation unit 13, a voltage gain setting unit 14, a target rotational position holding unit 15, a control unit 16, and an initial position deviation adjustment unit (processing means) 17. The drive waveform generation unit 13, the voltage gain setting unit 14, the target rotational position holding unit 15, and the control unit 16 constitute the control means.

回転位置検出部12は、モータ11の回転位置を検出する。これら位置の検出センサとしては、例えば、明暗パターンを有する光学スケールと、発光部から発せられて光学スケールで反射あるいは透過した光を受光する光学センサとより構成される光学エンコーダを用いることができる。また、磁気パターンを有する磁気スケールと、磁気スケールからの磁気の変化を検出する磁気抵抗素子(MRセンサ)とにより構成される磁気エンコーダ等を用いることもできる。これらセンサを用いて、モータ軸の回転角度を直接検出してもよく、また、モータにより駆動される被駆動部材の位置を検出してモータ軸の回転角度に換算してもよい。 The rotational position detection unit 12 detects the rotational position of the motor 11. For example, an optical encoder consisting of an optical scale with a light-dark pattern and an optical sensor that receives light emitted from a light-emitting unit and reflected or transmitted by the optical scale can be used as a position detection sensor. Alternatively, a magnetic encoder consisting of a magnetic scale with a magnetic pattern and a magnetoresistance element (MR sensor) that detects changes in magnetism from the magnetic scale can be used. These sensors can be used to directly detect the rotational angle of the motor shaft, or the position of a driven member driven by the motor can be detected and converted into the rotational angle of the motor shaft.

駆動波形生成部13は、モータ11に印加される駆動電圧の波形(以下、駆動波形という)を生成する。電圧ゲイン設定部14は、駆動波形に対する電圧ゲイン値を設定する。 The drive waveform generating unit 13 generates a waveform of the drive voltage (hereinafter referred to as the drive waveform) to be applied to the motor 11. The voltage gain setting unit 14 sets a voltage gain value for the drive waveform.

目標回転位置保持部15は、上述した複数の目標回転位置の情報(以下、まとめて目標回転位置情報ともいう)を保持する。制御部16は、回転位置検出部12により検出されたモータ11の実回転位置とその検出時点での目標回転位置との差分である位置偏差を入
力として出力制御量を決定し、該出力制御量を駆動波形生成部13と電圧ゲイン設定部14に割り振る。
The target rotational position holding unit 15 holds information on the above-mentioned multiple target rotational positions (hereinafter, also referred to as target rotational position information). The control unit 16 determines an output control amount using a position deviation, which is a difference between the actual rotational position of the motor 11 detected by the rotational position detection unit 12 and the target rotational position at the time of detection, as an input, and allocates the output control amount to the drive waveform generation unit 13 and the voltage gain setting unit 14.

初期位置偏差調整部17は、モータ11の制御の開始前における位置偏差(以下、初期位置偏差という)を所定範囲内(許容範囲内)に収めるようにモータ11を制御する。制御部16は、初期位置偏差調整部17の処理が行われた後に、モータ11に対する位置フィードバック制御を開始する。 The initial position deviation adjustment unit 17 controls the motor 11 so that the position deviation before control of the motor 11 starts (hereinafter referred to as the initial position deviation) falls within a predetermined range (tolerable range). After processing by the initial position deviation adjustment unit 17 is performed, the control unit 16 starts position feedback control of the motor 11.

なお、駆動波形生成部13は、回転位置検出部12により検出される実回転位置の位相(機械角)と駆動波形生成部13で生成される駆動波形の位相(電気角)とを同期させる同期部と、該同期部による位相の同期時に実回転位置と駆動波形との間に所定の位相差を保持させる位相差設定部とを有してもよい。位相差は進角に相当し、モータ11の駆動開始時点において回転位置に対して駆動波形の位相を90度先行させるとモータ11に最大トルクを発生させることができる。 The drive waveform generating unit 13 may have a synchronization unit that synchronizes the phase (mechanical angle) of the actual rotational position detected by the rotational position detecting unit 12 with the phase (electrical angle) of the drive waveform generated by the drive waveform generating unit 13, and a phase difference setting unit that maintains a predetermined phase difference between the actual rotational position and the drive waveform when the phases are synchronized by the synchronization unit. The phase difference corresponds to an advance angle, and the maximum torque can be generated in the motor 11 by leading the phase of the drive waveform by 90 degrees relative to the rotational position when the motor 11 starts to drive.

図2は、図1に示したモータ11としてステッピングモータ101を用いた場合のモータ制御装置の具体的な構成を示している。図1に示した回転位置検出部12は、図2に示すENC磁石103、ホール(Hall)素子ユニット104、アンプ107、AD変換回路108、位置ENC回路109により構成される。図1に示した駆動波形生成部13は図2に示す駆動波形生成回路110に相当し、図1に示した電圧ゲイン設定部14はPWM発生器112に相当する。また図1に示した目標回転位置保持部15および制御部16は、CPU111に相当する。モータドライバ113は、モータ制御装置のPWM発生器112からの信号を受けてステッピングモータ101に駆動電圧を印加する駆動回路である。 Figure 2 shows a specific configuration of a motor control device when a stepping motor 101 is used as the motor 11 shown in Figure 1. The rotational position detection unit 12 shown in Figure 1 is composed of the ENC magnet 103, Hall element unit 104, amplifier 107, AD conversion circuit 108, and position ENC circuit 109 shown in Figure 2. The drive waveform generation unit 13 shown in Figure 1 corresponds to the drive waveform generation circuit 110 shown in Figure 2, and the voltage gain setting unit 14 shown in Figure 1 corresponds to the PWM generator 112. The target rotational position holding unit 15 and control unit 16 shown in Figure 1 correspond to the CPU 111. The motor driver 113 is a drive circuit that receives a signal from the PWM generator 112 of the motor control device and applies a drive voltage to the stepping motor 101.

ステッピングモータ101は、ロータ磁石120と、該ロータ磁石120と一体に回転するロータ軸102と、4つのステータ(A+、A-、B+、B-)116、117、118、119と、A相用コイル114、B相用コイル115およびリセット機構121を有する。ロータ軸102は、ENC磁石103とリセット機構121を備えている。ENC磁石103は、回転位置に応じて正弦波状の磁場を発生するように着磁されている。リセット機構121は、ロータ軸102の特定の1つの回転位置において変化する信号を出力する。該出力信号は、ロータ軸102の回転位置の絶対値の基準を与える。リセット機構121は、例えば、ロータ軸102に設けられたスクリュー部の回転に応じて並進移動する移動体とフォトインタラプタ(PI)とを含み、移動体に設けられたスリットがPIを通過する際にPIの出力信号を変化させる構成を有する。 The stepping motor 101 has a rotor magnet 120, a rotor shaft 102 that rotates integrally with the rotor magnet 120, four stators (A+, A-, B+, B-) 116, 117, 118, 119, an A-phase coil 114, a B-phase coil 115, and a reset mechanism 121. The rotor shaft 102 is equipped with an ENC magnet 103 and a reset mechanism 121. The ENC magnet 103 is magnetized so as to generate a sinusoidal magnetic field according to the rotational position. The reset mechanism 121 outputs a signal that changes at one specific rotational position of the rotor shaft 102. The output signal provides a reference for the absolute value of the rotational position of the rotor shaft 102. The reset mechanism 121 includes, for example, a moving body that moves translationally in response to the rotation of a screw portion provided on the rotor shaft 102, and a photointerrupter (PI), and is configured to change the output signal of the PI when a slit provided in the moving body passes through the PI.

Hall素子ユニット104は、2つのHall素子105、106を有する。Hall素子105、106はそれぞれ、それらの位置にてENC磁石103の回転による磁場の変化を検出して検出信号を出力する。ENC磁石103およびHall素子ユニット104は磁気式エンコーダを構成する。なお、磁気式エンコーダに代えて、光学式エンコーダを用いてもよい。この場合、ENC磁石103は反射部と非反射部または透光部と非透光部とが交互に配置されたパターンを有するスケールに置き換えられ、Hall素子ユニット104はLEDとフォトダイオードに置き換えられる。 The Hall element unit 104 has two Hall elements 105 and 106. The Hall elements 105 and 106 each detect a change in the magnetic field caused by the rotation of the ENC magnet 103 at their respective positions and output a detection signal. The ENC magnet 103 and the Hall element unit 104 form a magnetic encoder. Note that an optical encoder may be used instead of the magnetic encoder. In this case, the ENC magnet 103 is replaced with a scale having a pattern in which reflective and non-reflective portions or translucent and non-translucent portions are alternately arranged, and the Hall element unit 104 is replaced with an LED and a photodiode.

図3(a)は、ステッピングモータ101の外観を示している。ステッピングモータ101のロータ軸102には円板状のENC磁石103が固定されており、ENC磁石103の回転による磁場の変化を検出できる位置にHall素子ユニット104が不図示の支持部材によって保持されている。ステッピングモータ101からは配線201が外部に延出しており、この配線201がモータドライバ113に接続されている。 Figure 3(a) shows the external appearance of the stepping motor 101. A disk-shaped ENC magnet 103 is fixed to the rotor shaft 102 of the stepping motor 101, and a Hall element unit 104 is held by a support member (not shown) at a position where a change in the magnetic field caused by the rotation of the ENC magnet 103 can be detected. A wiring 201 extends from the stepping motor 101 to the outside, and this wiring 201 is connected to the motor driver 113.

図3(b)は、ENC磁石103とHall素子ユニット104(Hall素子105、106)との位置関係を示している。ENC磁石103はその周方向(回転方向)にそれぞれ5つのN極とS極が物理角36°ごとに交互に着磁されている。Hall素子105、106は、ENC磁石103の中心位置に対して等距離に配置されている。Hall素子105、106の間の中点とENC磁石103の中心位置を通る直線に対して、各Hall素子の中心とENC磁石103の中心位置を通る直線がなす物理角は18°である。このような配置により、Hall素子105、106のそれぞれからの検出信号は、互いに90°の位相差を有する関係(すなわちSinとCosの関係)となる。 Figure 3 (b) shows the positional relationship between the ENC magnet 103 and the Hall element unit 104 (Hall elements 105, 106). The ENC magnet 103 has five N poles and five S poles magnetized alternately in the circumferential direction (rotation direction) at physical angles of 36° each. The Hall elements 105 and 106 are arranged at equal distances from the center position of the ENC magnet 103. The physical angle formed by the line passing through the center of each Hall element and the center position of the ENC magnet 103 with respect to the line passing through the midpoint between the Hall elements 105 and 106 and the center position of the ENC magnet 103 is 18°. With this arrangement, the detection signals from the Hall elements 105 and 106 have a phase difference of 90° from each other (i.e., a Sin and Cos relationship).

図2に示したアンプ107は、Hall素子105、106からの2つの検出信号を増幅し、増幅された検出信号をAD変換回路108に伝える。AD変換回路108は、入力された2つの検出信号(電圧信号)を数値に変換し、その結果をデジタル数値信号(以下、センサ信号という)として位置ENC回路109に出力する。 The amplifier 107 shown in FIG. 2 amplifies the two detection signals from the Hall elements 105 and 106 and transmits the amplified detection signals to the AD conversion circuit 108. The AD conversion circuit 108 converts the two input detection signals (voltage signals) into numerical values and outputs the result to the position ENC circuit 109 as a digital numerical signal (hereinafter referred to as a sensor signal).

位置ENC回路109は、入力された2つのセンサ信号のオフセット調整およびゲイン調整を行い、調整後の2つのセンサ信号(正弦波信号)からTAN値を生成する。さらに位置ENC回路109は、TAN値に対する逆TAN演算を行って回転角度情報を生成し、この回転角度情報を積分して回転位置情報を生成する。生成された回転位置情報は、駆動波形生成回路110に出力される。 The position ENC circuit 109 performs offset adjustment and gain adjustment on the two input sensor signals, and generates a TAN value from the two adjusted sensor signals (sine wave signals). Furthermore, the position ENC circuit 109 performs an inverse TAN operation on the TAN value to generate rotation angle information, and integrates this rotation angle information to generate rotation position information. The generated rotation position information is output to the drive waveform generation circuit 110.

駆動波形生成回路110は、設定された周波数で位相が互いに異なる2つの正弦波信号としての駆動波形を出力するOPEN駆動と、位置ENC回路109からの回転位置情報と連動する2つの駆動波形を出力するCLOSE駆動とを切り替えることができる。これらの切り替えはCPU111の指令に応じて行われる。CPU111は、OPEN駆動時に出力される正弦波信号の周波数と振幅ゲインを設定し、また位置ENC回路109における後述する位置カウント値の初期化設定等を行う。 The drive waveform generating circuit 110 can switch between OPEN drive, which outputs a drive waveform as two sine wave signals with different phases at a set frequency, and CLOSE drive, which outputs two drive waveforms linked to rotational position information from the position ENC circuit 109. These switching modes are performed according to commands from the CPU 111. The CPU 111 sets the frequency and amplitude gain of the sine wave signal output during OPEN drive, and also initializes the position count value in the position ENC circuit 109, which will be described later.

図4(a)は、位置ENC回路109と駆動波形生成回路110の具体的構成を示している。Apos生成部301とBpos生成部302が位置ENC回路109を構成し、駆動波形位相決定部303~駆動用位相差変化時間設定部307が駆動波形生成回路110を構成する。 Figure 4 (a) shows the specific configuration of the position ENC circuit 109 and the drive waveform generation circuit 110. The Apos generation unit 301 and the Bpos generation unit 302 make up the position ENC circuit 109, and the drive waveform phase determination unit 303 to the drive phase difference change time setting unit 307 make up the drive waveform generation circuit 110.

Hall素子105,106およびAD変換回路108からの2つのセンサ信号は、位置ENC回路109のApos生成部301に入力される。Apos生成部301は、2つのセンサ信号に対してオフセット調整およびゲイン調整を行い、該調整後のセンサ信号を用いて回転位置を算出する。より詳細には、Apos生成部301は、まず前処理として、入力された2つのセンサ信号(正弦波信号)に対するオフセット調整およびゲイン調整を行ってこれらのオフセットとゲインを同一にする。オフセット調整およびゲイン調整は、OPEN駆動でステッピングモータ101を回転させることによって得られる2つの正弦波信号のピーク値とボトム値を用いて行う。 The two sensor signals from the Hall elements 105, 106 and the AD conversion circuit 108 are input to the Apos generation unit 301 of the position ENC circuit 109. The Apos generation unit 301 performs offset adjustment and gain adjustment on the two sensor signals, and calculates the rotational position using the adjusted sensor signals. More specifically, the Apos generation unit 301 first performs offset adjustment and gain adjustment on the two input sensor signals (sine wave signals) as preprocessing to make these offsets and gains the same. The offset adjustment and gain adjustment are performed using the peak value and bottom value of the two sine wave signals obtained by rotating the stepping motor 101 in OPEN drive.

次にApos生成部301は、オフセット調整およびゲイン調整後において90°の位相差を持つ2つのセンサ信号からTAN値を生成し、その値に逆TAN演算を行って得られる回転角度情報を積分して回転位置情報Aposを生成する。 Next, the Apos generation unit 301 generates a TAN value from two sensor signals that have a phase difference of 90° after offset adjustment and gain adjustment, and integrates the rotation angle information obtained by performing an inverse TAN operation on the generated value to generate the rotation position information Apos.

図5(a)~(c)は、オフセット調整およびゲイン調整後の2つのセンサ信号と回転位置情報Aposとの関係を示している。図5(a)、(b)はそれぞれ、90°の位相差を持つ2つのセンサ信号を示し、横軸は回転量を示している。本実施例では、2つのセンサ信号が正弦波の1波長分を出力したときに0~1023(1024カウント分)の位置分解能で回転位置を検出することができる。ENC磁石103はN極とS極を合計10極有するため、ステッピングモータ101の1回転で5波長分のセンサ信号が出力される。図5(c)は、2つのセンサ信号から得られる回転位置情報(検出位置カウント値)Aposを示している。 Figures 5(a) to (c) show the relationship between the two sensor signals and the rotational position information Apos after offset and gain adjustment. Figures 5(a) and (b) each show two sensor signals with a phase difference of 90°, with the horizontal axis showing the amount of rotation. In this embodiment, when the two sensor signals output one wavelength of a sine wave, the rotational position can be detected with a position resolution of 0 to 1023 (1024 counts). Since the ENC magnet 103 has a total of 10 poles, including north and south poles, sensor signals for five wavelengths are output with one rotation of the stepping motor 101. Figure 5(c) shows the rotational position information (detected position count value) Apos obtained from the two sensor signals.

Bpos生成部302は、回転位置情報Aposに対して任意のオフセット値を持った回転位置情報Bposを生成する。回転位置情報Bposは、CPU111が任意のタイミングで任意の値に書き換えることが可能であり、Bpos生成部302は書き換えタイミングにて書き換え後のBposとAposとの差分量をオフセット値として記録する。 The Bpos generation unit 302 generates rotational position information Bpos having an arbitrary offset value for the rotational position information Apos. The rotational position information Bpos can be rewritten by the CPU 111 to an arbitrary value at an arbitrary timing, and the Bpos generation unit 302 records the difference between the rewritten Bpos and Apos as an offset value at the rewrite timing.

さらにBpos生成部302は、図4(b)に示す回転位置情報Aposに対して、図4(c)に示す記録されたオフセット値を全回転量(横軸)において付与して回転位置情報Bposを生成する。オフセット値は、リセット機構121の動作タイミングで任意に決定される絶対位置の値に関連付けられる。Bpos生成部302は、ステッピングモータ101の1回転ごとにオフセットを有する、すなわち絶対位置化された回転位置情報Bposを算出する。算出された回転位置情報Bposは、駆動波形位相決定部303に出力される。 The Bpos generation unit 302 further generates rotational position information Bpos by applying the recorded offset value shown in FIG. 4(c) to the rotational position information Apos shown in FIG. 4(b) over the total amount of rotation (horizontal axis). The offset value is associated with an absolute position value that is arbitrarily determined at the operation timing of the reset mechanism 121. The Bpos generation unit 302 calculates rotational position information Bpos that has an offset for each rotation of the stepping motor 101, i.e., is made into an absolute position. The calculated rotational position information Bpos is output to the drive waveform phase determination unit 303.

駆動波形位相決定部303は、最終的にA相用コイル114とB相用コイル115に印加される駆動波形の位相カウント情報を決定し、PWM発生器112に位相カウントに相当するPWM値を出力する。駆動波形位相決定部303は、OPEN駆動用カウント部304の指令に基づいた位相カウント情報を出力するOPEN駆動と、回転位置情報Bposに基づいた位相カウント情報を出力する位置連動駆動とを切り替えることができる。 The drive waveform phase determination unit 303 determines the phase count information of the drive waveform that is ultimately applied to the A-phase coil 114 and the B-phase coil 115, and outputs a PWM value corresponding to the phase count to the PWM generator 112. The drive waveform phase determination unit 303 can switch between OPEN drive, which outputs phase count information based on a command from the OPEN drive count unit 304, and position-linked drive, which outputs phase count information based on the rotational position information Bpos.

OPEN駆動と位置連動駆動の切り替えは、CPU111が駆動波形位相決定部303に切り替え設定を行うことで行われる。OPEN駆動に切り替える際には、CPU111がOPEN駆動用カウント部304に駆動波形の周波数を指令し、さらに駆動波形位相決定部303に駆動波形の振幅ゲインを設定することで、駆動波形位相決定部303は、指令された周波数で設定された振幅ゲインに対応する振幅の駆動波形を出力する。 Switching between OPEN drive and position-linked drive is performed by CPU 111 setting the switch in drive waveform phase determination unit 303. When switching to OPEN drive, CPU 111 commands the frequency of the drive waveform to OPEN drive count unit 304, and further sets the amplitude gain of the drive waveform in drive waveform phase determination unit 303, so that drive waveform phase determination unit 303 outputs a drive waveform with an amplitude corresponding to the amplitude gain set at the commanded frequency.

一方、位置連動駆動に切り替える際には、CPU111が回転位置情報Bposの下位10ビット値に対して、定常位相差設定部305を通じて設定したSTC_OFS値と駆動用位相差設定部306を通じて設定したPHS_OFS値によってオフセットを与えた値を算出する。この算出された値が駆動波形の位相カウント値となり、この位相カウント値に相当する位相の出力値が駆動波形として選択される。この関係を、図4(d)、(e)のグラフによって示す。図4(d)は回転量に対する回転位置情報Bposの下位10ビット値を示し、図4(e)は回転量に対する駆動波形の位相を示す。 On the other hand, when switching to position-linked drive, the CPU 111 calculates a value by offsetting the lowest 10 bits of the rotational position information Bpos with the STC_OFS value set through the steady-state phase difference setting unit 305 and the PHS_OFS value set through the drive phase difference setting unit 306. This calculated value becomes the phase count value of the drive waveform, and the output value of the phase equivalent to this phase count value is selected as the drive waveform. This relationship is shown in the graphs of Figures 4(d) and (e). Figure 4(d) shows the lowest 10 bits of the rotational position information Bpos versus the amount of rotation, and Figure 4(e) shows the phase of the drive waveform versus the amount of rotation.

図4(d)、(e)から分かるように、駆動波形の位相は、結果的にBposの下位10ビット値に対してSTC_OFSとPHS_OFSの両方が加算されてオフセット値が与えられたものとなっており、STC_OFSとPHS_OFSのうちいずれか1つがあればよいとも見受けられる。 As can be seen from Figures 4(d) and (e), the phase of the drive waveform is determined by adding both STC_OFS and PHS_OFS to the lowest 10 bits of Bpos to give it an offset value, and it appears that only one of STC_OFS or PHS_OFS is required.

しかし、STC_OFSは検出位置カウント値と駆動波形の位相カウント値の安定位置を管理する役割を有し、PHS_OFSはトルク発生のための位相差を管理する役割を有する。STC_OFSは、位置連動機能をON/OFFした瞬間にロータ磁石120の位相と駆動波形の位相とがずれないようにするための値であり、Bposのオフセットに関連付けられている。また、PHS_OFSは、駆動波形に対していくつの進角を設定するかを決定するために用いられる値である。PHS_OFSの値を設定することで、ロータ磁石120(ロータ軸102)の回転の向きとトルクの大きさを調整することが可能である。 However, STC_OFS has the role of managing the stable positions of the detected position count value and the phase count value of the drive waveform, and PHS_OFS has the role of managing the phase difference for torque generation. STC_OFS is a value that prevents the phase of the rotor magnet 120 and the phase of the drive waveform from shifting the moment the position interlocking function is turned ON/OFF, and is associated with the offset of Bpos. Furthermore, PHS_OFS is a value used to determine how much advance angle to set for the drive waveform. By setting the value of PHS_OFS, it is possible to adjust the direction of rotation of the rotor magnet 120 (rotor shaft 102) and the magnitude of the torque.

また、駆動波形生成回路110は、駆動用位相差設定部306への設定値を変化させた場合に、設定前の位相差から設定後の位相差へと瞬時に切り替えるのでなく、一定時間をかけて漸次変化させる機能を有する。この機能のON/OFFはCPU111から設定することができ、CPU111は該機能における位相差の変化時間PS_TIMEを駆動用位相差変化時間設定部307に対してμs~msオーダーで設定する。 The drive waveform generating circuit 110 also has a function that, when the setting value in the drive phase difference setting unit 306 is changed, gradually changes the phase difference over a certain period of time, rather than instantly switching from the phase difference before setting to the phase difference after setting. This function can be turned ON/OFF by the CPU 111, which sets the phase difference change time PS_TIME for this function in the drive phase difference change time setting unit 307 on the order of μs to ms.

図2に示したPWM発生器112は、モータドライバ113に対して、駆動波形生成回路110から出力されるPWM指令値に対応するPWM信号を出力する。A相、B相の電気角のカウント値とPWM指令値との関係を、図6(a)、(b)に示す。図6(a)、(b)において横軸はテーブル番号を示し、図4(e)の駆動波形と同様に1024分解能を有する。縦軸はPWM指令値としてのDuty%値である。A相駆動電圧波形はA相用コイル114に印加される駆動波形(以下、A相波形という)であり、B相駆動電圧波形はB相用コイル115に印加される駆動波形(以下、B相波形という)である。 The PWM generator 112 shown in FIG. 2 outputs a PWM signal corresponding to the PWM command value output from the drive waveform generating circuit 110 to the motor driver 113. The relationship between the count value of the electrical angle of A phase and B phase and the PWM command value is shown in FIG. 6(a) and (b). In FIG. 6(a) and (b), the horizontal axis indicates the table number, and has a resolution of 1024, similar to the drive waveform in FIG. 4(e). The vertical axis indicates the duty % value as the PWM command value. The A phase drive voltage waveform is the drive waveform applied to the A phase coil 114 (hereinafter referred to as the A phase waveform), and the B phase drive voltage waveform is the drive waveform applied to the B phase coil 115 (hereinafter referred to as the B phase waveform).

図6(a)は、テーブル番号が+カウントされてB相波形がA相波形より90°先行し、ステッピングモータ101が時計回り(CW)方向に回転する場合を示している。図6(b)は、テーブル番号が-カウントされてA相波形がB相波形より90°先行し、ステッピングモータ101が反時計回り(CCW)方向に回転する場合を示している。縦軸のDuty%値は、CPU111からのGain設定値に応じて増減するが、本実施例ではステッピングモータ101の回転に対して適切な値が設定されているものとする。 Figure 6(a) shows a case where the table number is counted up, the B-phase waveform leads the A-phase waveform by 90°, and the stepping motor 101 rotates in a clockwise (CW) direction. Figure 6(b) shows a case where the table number is counted up, the A-phase waveform leads the B-phase waveform by 90°, and the stepping motor 101 rotates in a counterclockwise (CCW) direction. The Duty% value on the vertical axis increases or decreases according to the Gain setting value from the CPU 111, but in this embodiment it is assumed that an appropriate value is set for the rotation of the stepping motor 101.

モータドライバ113は、PWM発生器112から出力されるPWM指令値を増幅してA相用コイル114とB相用コイル115に駆動電圧を印加する。印加される駆動電圧はPWM信号に応じた高周波信号であるが、各コイルに発生する電流値信号に該コイルのインダクタンス(L)成分によるローパスフィルタがかかるのと同様になるため、コイルには実効的に図6(a)、(b)に示される正弦波状の駆動電圧が印加されるものとして扱う。 The motor driver 113 amplifies the PWM command value output from the PWM generator 112 and applies a drive voltage to the A-phase coil 114 and the B-phase coil 115. The applied drive voltage is a high-frequency signal corresponding to the PWM signal, but since the current value signal generated in each coil is equivalent to being low-pass filtered by the inductance (L) component of the coil, the coils are treated as effectively receiving the sine wave drive voltage shown in Figures 6(a) and (b).

図2に示したステータA+116およびステータA-117はそれぞれ、A相用コイル114の両端に発生する磁場を集中して放出する働きをする。ステータB+118およびステータB-119はそれぞれ、B相用コイル115の両端に発生する磁場を集中して放出する働きをする。図3(c)は、ステータ群(ステータA+116、ステータA-117、ステータB+118およびステータB-119)とロータ磁石120との位置関係を示す。 The Stator A+ 116 and Stator A- 117 shown in FIG. 2 each function to concentrate and emit the magnetic field generated at both ends of the A-phase coil 114. The Stator B+ 118 and Stator B- 119 each function to concentrate and emit the magnetic field generated at both ends of the B-phase coil 115. FIG. 3(c) shows the positional relationship between the stator group (Stator A+ 116, Stator A- 117, Stator B+ 118, and Stator B- 119) and the rotor magnet 120.

図3(c)に示すように、ステータA+116、ステータB+118、ステータA-117およびステータB-119は、CCW方向にこの順で物理角18°ごとにそれぞれ5つずつ配置されている。ロータ磁石120は、ステータ群の中央に配置され、回転方向にN極とS極を交互に5極ずつ、計10極を有する。ロータ磁石120は、駆動波形の正弦波が1波長分出力されるごとに物理角72°だけ回転し、駆動波形の正弦波が5波長分出力されると物理角360°だけ回転する。 As shown in FIG. 3(c), Stator A+ 116, Stator B+ 118, Stator A- 117 and Stator B- 119 are arranged in this order in the CCW direction, with five of each at a physical angle of 18°. Rotor magnet 120 is arranged in the center of the stator group, and has a total of 10 poles, with five N poles and five S poles alternating in the direction of rotation. Rotor magnet 120 rotates a physical angle of 72° every time one wavelength of the sine wave of the drive waveform is output, and rotates a physical angle of 360° when five wavelengths of the sine wave of the drive waveform are output.

なお、本実施例では、ENC磁石103とロータ磁石120がともに10極を有する場合について説明するが、それぞれの極数は適宜選択することが可能である。 In this embodiment, the ENC magnet 103 and the rotor magnet 120 each have 10 poles, but the number of poles for each can be selected as appropriate.

図12は、ステッピングモータ101(100a、100b)を駆動源として用いた光学ユニットとしてのフォーカルプレーンシャッタユニット300の構成を示している。このフォーカルプレーンシャッタユニット300は、図13に示す撮像装置(光学装置)としてのデジタルカメラ500に搭載され、交換レンズ600内の撮像光学系601からの光によるCMOSセンサ等の撮像素子400の露光量を制御する。 Figure 12 shows the configuration of a focal plane shutter unit 300 as an optical unit using a stepping motor 101 (100a, 100b) as a drive source. This focal plane shutter unit 300 is mounted on a digital camera 500 as an imaging device (optical device) shown in Figure 13, and controls the amount of exposure of an imaging element 400 such as a CMOS sensor to light from an imaging optical system 601 in an interchangeable lens 600.

フォーカルプレーンシャッタユニット300は、光が通過する開口部(アパーチャ)310aを有するシャッタベース310と、アパーチャ310aを開閉する先幕ユニットおよび後幕ユニットと、先幕用および後幕用ステッピングモータ101a、101bと、これらステッピングモータ101a、101bの回転をそれぞれ先幕ユニットおよび後幕ユニットに伝達する先幕駆動系および後幕駆動系とを有する。ステッピングモータ101a、101bには、これに駆動電圧を印加するための配線201が接続されている。 The focal plane shutter unit 300 has a shutter base 310 having an opening (aperture) 310a through which light passes, a front curtain unit and a rear curtain unit that open and close the aperture 310a, front curtain and rear curtain stepping motors 101a, 101b, and a front curtain drive system and a rear curtain drive system that transmit the rotation of these stepping motors 101a, 101b to the front curtain unit and rear curtain unit, respectively. Wiring 201 is connected to the stepping motors 101a, 101b to apply a drive voltage thereto.

先幕ユニットは、複数の先幕シャッタ羽根311と、これら先幕シャッタ羽根311に回動可能に連結された2つの先幕アーム312と、一方の先幕アーム312を回動させる先幕駆動レバー313とを有する。後幕ユニットは、複数の後幕シャッタ羽根321と、これら後幕シャッタ羽根321に回動可能に連結された2つの後幕アーム322と、一方の後幕アーム322を回動させる後幕駆動レバー323とを有する。 The front curtain unit has a plurality of front curtain shutter blades 311, two front curtain arms 312 rotatably connected to the front curtain shutter blades 311, and a front curtain drive lever 313 that rotates one of the front curtain arms 312. The rear curtain unit has a plurality of rear curtain shutter blades 321, two rear curtain arms 322 rotatably connected to the rear curtain shutter blades 321, and a rear curtain drive lever 323 that rotates one of the rear curtain arms 322.

図7は、先幕駆動系を拡大して示している。先幕駆動系は、先幕用ステッピングモータ101aのロータ軸102に固定された第1駆動ギア301と、第1駆動ギア301に噛み合うアイドラギア302と、アイドラギア302に噛み合う第2駆動ギア303とを有する。第2駆動ギア303は、先幕駆動レバー313に連結されている。後幕駆動系の構成は、先幕駆動系の構成と同じである。 Figure 7 shows an enlarged view of the front curtain drive system. The front curtain drive system has a first drive gear 301 fixed to the rotor shaft 102 of the front curtain stepping motor 101a, an idler gear 302 meshing with the first drive gear 301, and a second drive gear 303 meshing with the idler gear 302. The second drive gear 303 is connected to a front curtain drive lever 313. The configuration of the rear curtain drive system is the same as that of the front curtain drive system.

先幕用ステッピングモータ101aを回転させると、その回転が第1駆動ギア301、アイドラギア302および第2駆動ギア303を介して先幕駆動レバー313に伝達され、先幕駆動レバー313が回動して先幕アーム312を回動させることにより先幕シャッタ羽根311が走行する。同様に後幕用ステッピングモータ101bを回転させると、その回転が第1駆動ギア301、アイドラギア302および第2駆動ギア303を介して後幕駆動レバー323に伝達され、後幕駆動レバー323が回動して後幕アーム322を回動させることにより後幕シャッタ羽根321が走行する。 When the leading curtain stepping motor 101a is rotated, its rotation is transmitted to the leading curtain drive lever 313 via the first drive gear 301, the idler gear 302, and the second drive gear 303, and the leading curtain drive lever 313 rotates to rotate the leading curtain arm 312, causing the leading curtain shutter blade 311 to travel. Similarly, when the trailing curtain stepping motor 101b is rotated, its rotation is transmitted to the trailing curtain drive lever 323 via the first drive gear 301, the idler gear 302, and the second drive gear 303, and the trailing curtain drive lever 323 rotates to rotate the trailing curtain arm 322, causing the trailing curtain shutter blade 321 to travel.

撮像素子の露光時には、先幕用ステッピングモータ101aの回転によって先幕シャッタ羽根311が展開状態(閉状態)となる初期位置から重畳状態(開状態)となる走行終了位置に走行し、さらに所定のシャッタ秒時の経過後に後幕用ステッピングモータ101bの回転によって後幕シャッタ羽根321が重畳状態となる初期位置から展開状態となる走行終了位置に走行する。露光終了後には、先幕用および後幕用ステッピングモータ101a、101bの回転によって先幕および後幕シャッタ羽根311、321が走行終了位置から初期位置に戻るように走行する。このように、先幕および後幕ユニットは、先幕および後幕用ステッピングモータ101a、101bによって開方向および閉方向の両方向に駆動される。 When the image sensor is exposed, the front curtain stepping motor 101a rotates to move the front curtain shutter blade 311 from an initial position in an unfolded state (closed state) to a running end position in an overlapped state (open state), and after a predetermined shutter time has elapsed, the rear curtain stepping motor 101b rotates to move the rear curtain shutter blade 321 from the initial position in an overlapped state to a running end position in an unfolded state. After exposure is completed, the front curtain and rear curtain stepping motors 101a and 101b rotate to move the front curtain and rear curtain shutter blades 311 and 321 from the running end position back to their initial positions. In this way, the front curtain and rear curtain units are driven in both the open and closed directions by the front curtain and rear curtain stepping motors 101a and 101b.

本実施例では、ロータ軸102の回転を直接、先幕および後幕ユニットに作用させるため、露光時および露光終了後のステッピングモータ101a、101bの回転量は物理角360°(すなわち1回転)より小さい。 In this embodiment, the rotation of the rotor shaft 102 acts directly on the front and rear curtain units, so the amount of rotation of the stepping motors 101a and 101b during and after exposure is less than a physical angle of 360° (i.e., one rotation).

ステッピングモータ101a、101bの回転位置は、前述したようにENC磁石103が発生する磁場の変化をHall素子105、106により検出することで得られる。なお、ENC磁石を先幕および後幕駆動系のギアと一体回転するように設けて、該ギアの回転による磁場の変化をHall素子により検出して得られた回転位置情報をギア比を用いてステッピングモータの回転位置に変換してもよい。このことは、磁気式エンコーダに代えて光学式エンコーダを用いる場合も同様である。 The rotational positions of the stepping motors 101a and 101b can be obtained by detecting the change in the magnetic field generated by the ENC magnet 103 using the Hall elements 105 and 106, as described above. The ENC magnets can be arranged to rotate together with the gears of the front and rear curtain drive systems, and the rotational position information obtained by detecting the change in the magnetic field caused by the rotation of the gears using the Hall elements can be converted into the rotational position of the stepping motor using a gear ratio. This is also true when an optical encoder is used instead of a magnetic encoder.

上述した撮像素子の露光時には、図7に示すように先幕用ステッピングモータ101aを初期目標回転位置N0からCW方向に回転させて先幕ユニットを展開状態となっている初期位置から重畳状態になる開位置に走行させる。また露光終了後にはステッピングモータ101aを初期目標回転位置N0までCCW方向に回転させて先幕ユニットを開位置から初期位置に戻す。後幕用ステッピングモータ101bについても同様である。 When the image sensor is exposed as described above, the stepping motor 101a for the front curtain is rotated in the CW direction from the initial target rotation position N0 as shown in FIG. 7 to move the front curtain unit from the initial position in which it is in an unfolded state to the open position in which it is in an overlapped state. After the exposure is completed, the stepping motor 101a is rotated in the CCW direction to the initial target rotation position N0 to return the front curtain unit from the open position to the initial position. The same applies to the stepping motor 101b for the rear curtain.

初期目標回転位置N0は任意の回転位置に設定することが可能である。第1駆動ギア301にストッパ部を設け、ステッピングモータ101aのCCW方向への戻り回転時にストッパ部がシャッタベース310に設けられた当接部に当接することでステッピングモータ101aが強制停止された回転位置を初期目標回転位置N0に設定してもよい。また、ストッパ部と当接部との強い衝突を避ける場合には、初期目標回転位置N0をストッパ部と当接部とが当接する回転位置よりも若干CW方向の回転位置を初期目標回転位置N0に設定してもよい。 The initial target rotation position N0 can be set to any rotation position. A stopper portion may be provided on the first drive gear 301, and the initial target rotation position N0 may be set to a rotation position at which the stepping motor 101a is forcibly stopped when the stopper portion abuts against an abutment portion provided on the shutter base 310 during return rotation of the stepping motor 101a in the CCW direction. In addition, when a strong collision between the stopper portion and the abutment portion is to be avoided, the initial target rotation position N0 may be set to a rotation position slightly in the CW direction from the rotation position at which the stopper portion abuts against the abutment portion.

なお、先幕および後幕駆動系の構成は、ロータ軸102の回転を直接、先幕および後幕ユニットに作用させるものであれば、図7に示したもの以外の構成であってもよい。例えば、駆動ギアに代えて、駆動レバーを用いてもよい。 The configuration of the front and rear curtain drive system may be other than that shown in FIG. 7, so long as the rotation of the rotor shaft 102 acts directly on the front and rear curtain units. For example, a drive lever may be used instead of a drive gear.

上記のように構成されたフォーカルプレーンシャッタユニットでは、シャッタ羽根の走行軌跡、特に露光区間での走行軌跡がわずかでも目標とする走行軌跡からずれると撮像素子の露光むらが生じる。このため、温度変化やメカニカルな経時変化等、シャッタ羽根の走行軌跡を変動させる要因があっても、シャッタ羽根の走行軌跡を所定の目標走行軌跡に近づける又は一致させるようにステッピングモータ101を制御することが求められる。 In a focal plane shutter unit configured as described above, even a slight deviation in the trajectory of the shutter blades, particularly in the exposure section, from the target trajectory will result in uneven exposure of the image sensor. For this reason, even if there are factors that cause the trajectory of the shutter blades to vary, such as temperature changes or mechanical changes over time, it is necessary to control the stepping motor 101 so that the trajectory of the shutter blades approaches or matches a predetermined target trajectory.

本実施例では、ステッピングモータ101を位置フィードバック制御することで走行軌跡の変動を吸収し、実際の走行軌跡を目標走行軌跡に近づける又は一致させる。この位置フィードバック制御における初期位置偏差の算出に、上述した初期目標回転位置N0が用いられる。 In this embodiment, the stepping motor 101 is subjected to position feedback control to absorb fluctuations in the running trajectory and bring the actual running trajectory closer to or into agreement with the target running trajectory. The initial target rotation position N0 described above is used to calculate the initial position deviation in this position feedback control.

図8は、位置フィードバック制御における制御時間(横軸)に対するステッピングモータ101の複数の目標回転位置(縦軸)の軌跡、つまりはシャッタ羽根の目標走行軌跡を示している。位置フィードバック制御の1番目(初期)の目標回転位置である初期目標回転位置N0からステッピングモータ101をCW方向に回転させてシャッタ羽根を走行させる場合、図中に幕元Nmとして示す露光開始位置に到達するまでの時間がタイムラグであり、幕元Nmから幕末Nnとして示す露光終了位置までの走行時間が幕速となる。タイムラグと幕速は、フォーカルプレーンシャッタユニットの製品ごとの仕様として決められており、仕様を満たすようにステッピングモータ101を制御する必要がある。そして幕元Nmから幕末Nnまでの露光区間での実際の走行軌跡(実走行軌跡)の目標走行軌跡からのずれが露光むらに繋がるため、高い制御精度が求められる。 Figure 8 shows the trajectories of multiple target rotation positions (vertical axis) of the stepping motor 101 against the control time (horizontal axis) in position feedback control, that is, the target running trajectory of the shutter blades. When the stepping motor 101 is rotated in the CW direction from the initial target rotation position N0, which is the first (initial) target rotation position of the position feedback control, to run the shutter blades, the time until the exposure start position shown as the curtain origin Nm in the figure is reached is the time lag, and the running time from the curtain origin Nm to the exposure end position shown as the curtain end Nn is the curtain speed. The time lag and curtain speed are determined as specifications for each product of the focal plane shutter unit, and the stepping motor 101 must be controlled to satisfy the specifications. And since deviation of the actual running trajectory (actual running trajectory) from the target running trajectory in the exposure section from the curtain origin Nm to the curtain end Nn leads to uneven exposure, high control accuracy is required.

本実施例では、初期目標回転位置N0から幕末Nnまでの走行区間におけるステッピングモータ101の目標回転位置の軌跡(集合)を目標回転位置情報として有し、位置フィードバック制御によってステッピングモータ101の実回転位置の軌跡を目標回転位置の軌跡に近づける又は一致させるようにステッピングモータ101を制御する。 In this embodiment, the target rotational position information is the trajectory (set) of the target rotational positions of the stepping motor 101 in the running section from the initial target rotational position N0 to the end of the run Nn, and the stepping motor 101 is controlled by position feedback control so that the trajectory of the actual rotational position of the stepping motor 101 approaches or coincides with the trajectory of the target rotational position.

目標回転位置情報はCPU111の制御周期ごとの情報であり、目標回転位置情報としてある駆動条件下においてタイムラグと幕速が仕様を満たす代表的なデータを用いてもよい。また、目標回転位置情報として、実際にステッピングモータ101を駆動して得られたデータに基づかなくても、ステッピングモータ101を駆動できる範囲で任意に作成されたデータを用いてもよい。 The target rotational position information is information for each control cycle of the CPU 111, and representative data that satisfies the specifications for time lag and curtain speed under certain driving conditions may be used as the target rotational position information. In addition, the target rotational position information does not have to be based on data obtained by actually driving the stepping motor 101, and may be data that is arbitrarily created within the range in which the stepping motor 101 can be driven.

例えば、CPU111の制御周期を16kHz(62μs)とし、初期目標回転位置N0から幕末Nnまでの走行に要する時間を10msとすれば、目標回転位置情報に含まれる目標回転位置(図中のドット:一部は省略)として62usごとの約162個のデータを用意することになる。なお、幕末Nnより後の目標回転位置のデータを保持してもよい。また、制御周期や目標回転位置情報に含まれる目標回転位置のデータ数も適宜選択することができる。 For example, if the control period of the CPU 111 is 16 kHz (62 μs) and the time required to travel from the initial target rotational position N0 to the end of the rotation Nn is 10 ms, then approximately 162 pieces of data (dots in the figure: some omitted) every 62 μs will be prepared as the target rotational positions included in the target rotational position information. Note that data for target rotational positions after the end of the rotation Nn may also be retained. The control period and the number of pieces of data for the target rotational positions included in the target rotational position information can also be selected as appropriate.

ステッピングモータ101のトルク特性は温度によって変化し、一般には低温環境ではトルク特性が向上し、高温環境ではトルク特性が低下する。ある目標回転位置情報に対して位置フィードバック制御を行わない場合は、低温環境ではステッピングモータ101の実回転位置が目標回転位置を上回りやすく、高温環境では下回りやすくなる。このようなステッピングモータ101に対して位置フィードバック制御を行う場合は、初期目標回転位置N0からある番目の目標回転位置までは実回転位置の軌跡が目標回転位置の軌跡から乖離するおそれがある。しかし、幕元Nmに到達するまでに実回転位置が目標回転位置に近づくか一致して、幕元Nmから幕末Nnで実回転位置の軌跡が目標回転位置の軌跡に近づくか一致すれば露光むらを抑制することができる。 The torque characteristics of the stepping motor 101 change depending on the temperature, and generally the torque characteristics improve in a low-temperature environment and decrease in a high-temperature environment. If position feedback control is not performed for a certain target rotational position information, the actual rotational position of the stepping motor 101 is likely to exceed the target rotational position in a low-temperature environment and to fall below the target rotational position in a high-temperature environment. If position feedback control is performed for such a stepping motor 101, the trajectory of the actual rotational position may deviate from the trajectory of the target rotational position from the initial target rotational position N0 to a certain target rotational position. However, if the actual rotational position approaches or matches the target rotational position by the time the curtain origin Nm is reached, and if the trajectory of the actual rotational position approaches or matches the trajectory of the target rotational position from the curtain origin Nm to the curtain end Nn, uneven exposure can be suppressed.

図9(a)、(b)は、本実施例における初期位置偏差と位置フィードバック制御性との関係を示している。図9(a)は初期目標回転位置N0から幕末Nnまで位置フィードバック制御を行った場合の物理角エラー値を、図9(b)は同じ場合の電圧ゲイン値を示している。 Figures 9(a) and (b) show the relationship between the initial position deviation and the position feedback controllability in this embodiment. Figure 9(a) shows the physical angle error value when position feedback control is performed from the initial target rotation position N0 to the end of the rotation Nn, and Figure 9(b) shows the voltage gain value in the same case.

初期目標回転位置N0は、前述したストッパと当接部とが当接する回転位置よりも若干CW方向の回転位置であり、初期目標回転位置N0からCCW方向にa、b、c、dの初期位置偏差だけずれた回転位置から位置フィードバック制御を開始している。初期位置偏差はa>b>c>dの順で大きく、dはほぼ0である。位置フィードバック制御には、PID(Proportional-Integral-Differential )制御が用いられ、位置偏差、すなわち物理角のエラー値を入力として出力制御量を決定して電圧ゲイン値、つまりはステッピングモータ101に印加する駆動電圧を制御する。具体的には、電圧ゲイン値を0~511(512カウント分)で調整してステッピングモータ101に印加される駆動電圧を制御する。初期位置偏差a、b、c、d以外のステッピングモータ101の駆動条件は等しく、同一の進角値と同一のPIDパラメータを用いている。なお、PID制御に代えて、PI制御やPD制御等の各種制御手法を用いてもよい。 The initial target rotation position N0 is a rotation position slightly in the CW direction from the rotation position where the stopper and the contact portion contact each other, and the position feedback control is started from a rotation position shifted from the initial target rotation position N0 in the CCW direction by the initial position deviations a, b, c, and d. The initial position deviations are a>b>c>d in order, and d is almost 0. Proportional-Integral-Differential (PID) control is used for the position feedback control, and the position deviation, i.e., the physical angle error value, is used as an input to determine the output control amount and control the voltage gain value, that is, the drive voltage applied to the stepping motor 101. Specifically, the voltage gain value is adjusted from 0 to 511 (512 counts) to control the drive voltage applied to the stepping motor 101. The drive conditions of the stepping motor 101 other than the initial position deviations a, b, c, and d are the same, and the same lead angle value and the same PID parameters are used. Instead of PID control, various control methods such as PI control and PD control may be used.

図9(a)、(b)において、初期位置偏差が大きいほど物理角エラー値は大きく波打ち、それを補正するべく電圧ゲイン値も同様に波打っている。初期位置偏差aでは、発振していて制御性が著しく低い。初期位置偏差bでも、発振の傾向を示している。初期位置偏差cでは、物理角エラー値がある程度収束し、初期位置偏差dにて制御性が最も良い。 In Figures 9(a) and (b), the larger the initial position deviation, the more the physical angle error value fluctuates, and the voltage gain value fluctuates to compensate for this. At initial position deviation a, there is oscillation and controllability is extremely poor. At initial position deviation b, there is also a tendency for oscillation. At initial position deviation c, the physical angle error value converges to a certain extent, and at initial position deviation d, controllability is the best.

幕元Nmから幕末Nnで物理角エラー値が大きいと、看過できない露光むらが生じる。このため、許容される露光むらに応じて初期位置偏差の許容値が決まる。したがって、フォーカルプレーンシャッタユニットの駆動源として用いられるステッピングモータ101の位置フィードバック制御において、初期位置偏差をできるだけ小さくすることが重要である。 If the physical angle error value is large from the beginning Nm to the end Nn of the curtain, unnoticeable uneven exposure will occur. For this reason, the allowable value of the initial position deviation is determined according to the allowable uneven exposure. Therefore, in the position feedback control of the stepping motor 101 used as the driving source of the focal plane shutter unit, it is important to make the initial position deviation as small as possible.

図10のフローチャートは、ステッピングモータ101の制御処理(制御方法)、具体的には図1に示した制御部16と初期位置偏差調整部17が実行する処理を示している。コンピュータにより構成される制御部16と初期位置偏差調整部17は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。なお、ステップS1000の前に、前回の露光において走行終了位置に走行したシャッタ羽根を初期位置に戻すようにステッピングモータ101が初期目標回転位置N0を目標停止位置としてCCW方向に駆動される。ただし、ステッピングモータ101の停止精度によっては実際の停止位置にばらつきが生じ、初期位置偏差が変動し得る。 The flowchart in FIG. 10 shows the control process (control method) of the stepping motor 101, specifically the process executed by the control unit 16 and initial position deviation adjustment unit 17 shown in FIG. 1. The control unit 16 and initial position deviation adjustment unit 17, which are configured by a computer, execute this process according to a computer program. Note that before step S1000, the stepping motor 101 is driven in the CCW direction with the initial target rotation position N0 as the target stop position so as to return the shutter blades, which have traveled to the travel end position in the previous exposure, to their initial positions. However, depending on the stopping accuracy of the stepping motor 101, variations in the actual stop position may occur, and the initial position deviation may fluctuate.

ステップS1000で露光、すなわちステッピングモータ101のCW方向への駆動が指示されると、初期位置偏差調整部17はステップS1001にて初期位置偏差調整処理を開始する。 When exposure, i.e., driving the stepping motor 101 in the CW direction, is instructed in step S1000, the initial position deviation adjustment unit 17 starts the initial position deviation adjustment process in step S1001.

まず初期位置偏差調整部17は、ステップS1002で初期位置偏差を算出する。初期位置偏差は、初期目標回転位置N0と現在の実回転位置との差分として算出される。初期目標回転位置N0は、前回の露光の際のステッピングモータ101の制御で用いられた目標回転位置情報における初期目標回転位置を意味する。また、現在の実回転位置は、図2に示したHall素子105、106からの検出信号を用いて位置ENC回路109で生成された回転位置情報をCPU111を介して取得する。 First, the initial position deviation adjustment unit 17 calculates the initial position deviation in step S1002. The initial position deviation is calculated as the difference between the initial target rotational position N0 and the current actual rotational position. The initial target rotational position N0 means the initial target rotational position in the target rotational position information used in the control of the stepping motor 101 during the previous exposure. In addition, the current actual rotational position is obtained via the CPU 111 from the rotational position information generated by the position ENC circuit 109 using the detection signals from the Hall elements 105 and 106 shown in FIG. 2.

続くステップS1003では、初期位置偏差調整部17は、得られた初期位置偏差が許容範囲内であるか否かを判定する。初期位置偏差の許容範囲は、露光むらの許容範囲に応じて決まる。初期位置偏差調整部17は、初期位置偏差が許容範囲内であれば目標回転位置保持部15が保持している目標回転位置情報をそのまま位置フィードバック制御に使用する。この場合、初期位置偏差調整処理は終了となり、ステップS1013において制御部16はステッピングモータ101を目標回転位置情報を用いた位置フィードバック制御によりCW方向に駆動する。 In the next step S1003, the initial position deviation adjustment unit 17 determines whether the obtained initial position deviation is within the allowable range. The allowable range of the initial position deviation is determined according to the allowable range of exposure unevenness. If the initial position deviation is within the allowable range, the initial position deviation adjustment unit 17 uses the target rotational position information held by the target rotational position holding unit 15 for position feedback control as is. In this case, the initial position deviation adjustment process ends, and in step S1013, the control unit 16 drives the stepping motor 101 in the CW direction by position feedback control using the target rotational position information.

一方、初期位置偏差が許容範囲外であれば、位置フィードバック制御性が低下するため、この初期位置偏差を吸収するための調整が必要となる。このため、初期位置偏差調整部17は、ステップS1004に進み、モードを選択する。以下では、モード1(第1の処理)が選択された場合について説明する。モード2(第2の処理)が選択される場合については次の実施例2で説明する。 On the other hand, if the initial position deviation is outside the allowable range, the position feedback controllability is reduced, and adjustment is required to absorb this initial position deviation. For this reason, the initial position deviation adjustment unit 17 proceeds to step S1004 and selects a mode. Below, a case where mode 1 (first processing) is selected is described. A case where mode 2 (second processing) is selected is described in the next Example 2.

モード1において、ステップS1005では、初期位置偏差調整部17は、初期位置偏差が0より大きいか否かを判定する。初期位置偏差が0よりも大きければ現在の実回転位置は初期目標回転位置N0よりもCCW側に位置することになり、0よりも小さければ現在回転位置は初期目標回転位置N0よりもCW側に位置することになる。現在の実回転位置が初期目標回転位置N0よりもCCW側に位置する場合は、初期位置偏差調整部17はステップS1006に進む。現在の実回転位置が初期目標回転位置N0よりもCW側に位置する場合は、初期位置偏差調整部17はステップS1007に進む。 In mode 1, in step S1005, the initial position deviation adjustment unit 17 determines whether the initial position deviation is greater than 0. If the initial position deviation is greater than 0, the current actual rotation position is located on the CCW side of the initial target rotation position N0, and if it is less than 0, the current rotation position is located on the CW side of the initial target rotation position N0. If the current actual rotation position is located on the CCW side of the initial target rotation position N0, the initial position deviation adjustment unit 17 proceeds to step S1006. If the current actual rotation position is located on the CW side of the initial target rotation position N0, the initial position deviation adjustment unit 17 proceeds to step S1007.

ステップS1006では、初期位置偏差調整部17は、ステッピングモータ101をCW方向に駆動させる。この場合のステッピングモータ101の駆動はOPEN駆動とCLOSE駆動のいずれでもよいが、停止位置精度の観点からはOPEN駆動がより好ましい。 In step S1006, the initial position deviation adjustment unit 17 drives the stepping motor 101 in the CW direction. In this case, the stepping motor 101 may be driven in either OPEN or CLOSE mode, but OPEN mode is more preferable from the viewpoint of stopping position accuracy.

次にステップS1008では、初期位置偏差調整部17は、ステッピングモータ101の実回転位置および初期位置偏差をモニタし、初期位置偏差が許容範囲内に入ると、ステッピングモータ101のCW方向への駆動を停止させる。 Next, in step S1008, the initial position deviation adjustment unit 17 monitors the actual rotational position and initial position deviation of the stepping motor 101, and when the initial position deviation falls within the allowable range, stops driving the stepping motor 101 in the CW direction.

次にステップS1010では、初期位置偏差調整部17は、予めステッピングモータ101の初期位置偏差調整のための回転方向(CW方向およびCCW方向)に応じて保持している2つの目標回転位置情報から、初期位置偏差調整がCW方向に対応する目標回転位置情報を取得し、目標回転位置保持部15が保持する目標回転位置情報を、取得した目標回転位置情報に変更(更新)する。 Next, in step S1010, the initial position deviation adjustment unit 17 acquires target rotational position information corresponding to the initial position deviation adjustment in the CW direction from two pieces of target rotational position information previously stored according to the rotational directions (CW direction and CCW direction) for adjusting the initial position deviation of the stepping motor 101, and changes (updates) the target rotational position information stored in the target rotational position storage unit 15 to the acquired target rotational position information.

一方、ステップS1007では、初期位置偏差調整部17は、ステッピングモータ101をCCW方向に駆動させる。この場合のステッピングモータ101の駆動もOPEN駆動とCLOSE駆動のいずれでもよいが、停止位置精度の観点からはOPEN駆動がより好ましい。 On the other hand, in step S1007, the initial position deviation adjustment unit 17 drives the stepping motor 101 in the CCW direction. In this case, the stepping motor 101 may be driven in either OPEN or CLOSE mode, but OPEN mode is more preferable from the viewpoint of stopping position accuracy.

次にステップS1009では、初期位置偏差調整部17は、ステッピングモータ101の実回転位置および初期位置偏差をモニタし、初期位置偏差が許容範囲内に入ると、ステッピングモータ101のCCW方向への駆動を停止させる。 Next, in step S1009, the initial position deviation adjustment unit 17 monitors the actual rotational position and initial position deviation of the stepping motor 101, and when the initial position deviation falls within the allowable range, stops driving the stepping motor 101 in the CCW direction.

次にステップS1011では、初期位置偏差調整部17は、上記2つの目標回転位置情報から初期位置偏差調整がCCW方向に対応する目標回転位置情報を取得し、目標回転位置保持部15が保持する目標回転位置情報を取得した目標回転位置情報に変更(更新)する。 Next, in step S1011, the initial position deviation adjustment unit 17 acquires target rotational position information in which the initial position deviation adjustment corresponds to the CCW direction from the above two pieces of target rotational position information, and changes (updates) the target rotational position information held by the target rotational position holding unit 15 to the acquired target rotational position information.

CW方向とCCW方向とで目標回転位置情報を異ならせる理由は、ステッピングモータ101の回転方向によって第1駆動ギア301、アイドラギア302および第2駆動ギア303間のバックラッシによる隙間(ガタ)が現れる方向が異なるためである。隙間が現れる方向を同じとするためには、ステッピングモータ101を回転させる必要である。このため、目標回転位置情報を回転方向によって異ならせている。回転方向ごとの目標回転位置情報では、少なくとも初期目標回転位置から幕元Nmの手前までの一部の目標回転位置が異なり、幕元Nmから幕末Nnまでの目標回転位置は初期位置偏差調整の回転方向によらず同一である。 The reason for making the target rotational position information different for the CW direction and the CCW direction is that the direction in which the gap (play) due to backlash appears between the first drive gear 301, the idler gear 302, and the second drive gear 303 differs depending on the rotation direction of the stepping motor 101. In order to make the direction in which the gap appears the same, it is necessary to rotate the stepping motor 101. For this reason, the target rotational position information is made different depending on the rotation direction. In the target rotational position information for each rotation direction, at least a portion of the target rotational position from the initial target rotational position to just before the curtain origin Nm differs, and the target rotational position from the curtain origin Nm to the curtain end Nn is the same regardless of the rotation direction of the initial position deviation adjustment.

またステップS1013でのステッピングモータ101のCW方向への駆動を、CW方向でのバックラッシを無くした状態から行う場合は、図10には図示していないが、ステップS1007において、一旦、ステッピングモータ101を初期目標回転位置N0よりもCCW方向に駆動し、次いでステップS1006、S1008、S1010の処理を行えばよい。ただし、ギアのガタが詰められている場合のようにバックラッシの影響が小さい場合は、ステッピングモータ101の回転方向によらず同じ目標回転位置情報を用いてもよい。 In addition, if driving the stepping motor 101 in the CW direction in step S1013 is performed from a state where backlash in the CW direction has been eliminated, then in step S1007, the stepping motor 101 is first driven in the CCW direction from the initial target rotation position N0, and then steps S1006, S1008, and S1010 are performed, although this is not shown in FIG. 10. However, if the effect of backlash is small, such as when the gear play has been eliminated, the same target rotation position information may be used regardless of the rotation direction of the stepping motor 101.

ステップS1010またはステップS1011で初期位置偏差調整処理が終了すると、ステップS1013において制御部16は、ステッピングモータ101を変更後の目標回転位置情報を用いた位置フィードバック制御によりCW方向に駆動する。 When the initial position deviation adjustment process is completed in step S1010 or step S1011, in step S1013, the control unit 16 drives the stepping motor 101 in the CW direction by position feedback control using the changed target rotational position information.

以上説明したように、本実施例では、ステッピングモータ101の実回転位置を初期目標回転位置に近づけて又は一致させてから、すなわち初期位置偏差を許容範囲内に収めてからステッピングモータ101の位置フィードバック制御を開始する。これにより、少ない回転内(短い制御時間)で高い速度追従性が求められるステッピングモータ101に対する位置フィードバック制御を行う場合に、初期位置偏差を吸収して良好な制御性を得ることができる。 As described above, in this embodiment, position feedback control of the stepping motor 101 is started after the actual rotational position of the stepping motor 101 is brought close to or coincides with the initial target rotational position, i.e., after the initial position deviation is within an allowable range. This makes it possible to absorb the initial position deviation and obtain good controllability when performing position feedback control on the stepping motor 101, which requires high speed tracking within a small number of rotations (short control time).

次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例では、実施例1で説明した初期位置偏差調整部17が実行する実施例1とは別の初期位置偏差調整処理について説明する。ステッピングモータ101を制御するモータ制御装置の構成と位置フィードバック制御の方法は実施例1と同様である。本実施例では、図10のフローチャートにおけるステップS1004においてモード2が選択される場合について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an initial position deviation adjustment process different from that in the first embodiment will be described, which is executed by the initial position deviation adjustment unit 17 described in the first embodiment. The configuration of the motor control device that controls the stepping motor 101 and the method of position feedback control are the same as those in the first embodiment. In this embodiment, a case where mode 2 is selected in step S1004 in the flowchart of FIG. 10 will be described.

モード2において、ステップS1012では、初期位置偏差調整部17は、モード1のようにステッピングモータ101を回転させて初期位置偏差を許容範囲に収めるのではなく、初期目標回転位置N0を実回転位置に近づける又は一致させるように変更し、さらに初期目標回転位置N0の変更に伴って目標回転位置保持部15が保持する目標回転位置情報を変更する。 In mode 2, in step S1012, the initial position deviation adjustment unit 17 does not rotate the stepping motor 101 to bring the initial position deviation within an acceptable range as in mode 1, but changes the initial target rotation position N0 to approach or match the actual rotation position, and further changes the target rotation position information held by the target rotation position holding unit 15 in accordance with the change in the initial target rotation position N0.

図11(a)、(b)を用いてステップS1012における目標回転位置情報の変更について説明する。図11(a)は、更新前の目標回転位置情報とステップS1000での実回転位置との関係を示している。実回転位置は初期目標回転位置N0よりもCW側に位置している。 The change in the target rotational position information in step S1012 will be described with reference to Figures 11(a) and (b). Figure 11(a) shows the relationship between the target rotational position information before the update and the actual rotational position in step S1000. The actual rotational position is located on the CW side of the initial target rotational position N0.

初期位置偏差調整部17は、この初期位置偏差を吸収するために、図11(b)に示すように初期目標回転位置N0を実回転位置に近づける又は一致させるように変更する。さらに、初期位置偏差調整部17は、変更後の初期目標回転位置N0から2番目以降で幕元Nmより手前の任意のX番目の目標回転位置Nxまでの軌跡が、(X+1)番目の目標回転位置Nx+1からの軌跡にスムーズに繋がるように、2番目からX番目の目標回転位置N1~Nxを新たに算出し、これら新たに算出した目標回転位置N1~Nxを用いて目標回転位置保持部15が保持する目標回転位置情報を変更する。この際、Nx+1から幕元Nmまで、さらに幕元Nmから幕末Nnまでの目標回転位置は変更しない。 In order to absorb this initial position deviation, the initial position deviation adjustment unit 17 changes the initial target rotation position N0 to approach or match the actual rotation position, as shown in FIG. 11(b). Furthermore, the initial position deviation adjustment unit 17 newly calculates the second to Xth target rotation positions N1 to Nx so that the trajectory from the changed initial target rotation position N0 to an arbitrary Xth target rotation position Nx that is the second or later and before the curtain origin Nm smoothly connects to the trajectory from the (X+1)th target rotation position Nx+1, and changes the target rotation position information held by the target rotation position holding unit 15 using these newly calculated target rotation positions N1 to Nx. At this time, the target rotation positions from Nx+1 to the curtain origin Nm, and further from the curtain origin Nm to the curtain end Nn, are not changed.

実回転位置が変更前の初期目標回転位置N0よりもCCW側である場合も同様な初期位置偏差調整処理が行われる。この場合、変更後の目標回転位置情報が示す軌跡は、変更前の目標回転位置情報が示す軌跡よりもCCW側から始まる軌跡となる。 A similar initial position deviation adjustment process is performed when the actual rotation position is on the CCW side of the initial target rotation position N0 before the change. In this case, the trajectory indicated by the changed target rotation position information will be a trajectory that starts on the CCW side of the trajectory indicated by the target rotation position information before the change.

こうして初期位置偏差調整処理が終了すると、制御部16はステップS1013にてステッピングモータ101を変更後の目標回転位置情報を用いた位置フィードバック制御によりCW方向に駆動する。 Once the initial position deviation adjustment process is completed in this manner, the control unit 16 drives the stepping motor 101 in the CW direction by position feedback control using the changed target rotational position information in step S1013.

なお、ステップS1004で選択されるモードを判定するためのステップをさらに設け、その判定結果に応じてモード1とモード2を使い分けることも可能である。モード1では、ステッピングモータ101を回転させるため、モード2よりも処理時間を必要とする。また、モード2では、実回転位置が初期目標回転位置N0よりCW側に大きくずれている場合に幕元Nmまでの走行(加速)区間が短くなるため、幕速が遅くなって仕様を満たさないケースが生じ得る。このため、初期位置偏差がCW側に第1の所定値を超えるように大きすぎる場合は処理時間を有してもモード1を選択し、初期位置偏差が第2の所定値より小さい場合はモード2を選択する等の使い分けが可能である。 It is also possible to provide an additional step for determining the mode selected in step S1004, and use mode 1 or mode 2 depending on the result of the determination. Mode 1 requires more processing time than mode 2 to rotate the stepping motor 101. Also, in mode 2, if the actual rotation position is significantly deviated from the initial target rotation position N0 to the CW side, the travel (acceleration) section to the curtain base Nm becomes shorter, which may result in the curtain speed becoming slower and not satisfying the specifications. For this reason, it is possible to select mode 1 even if it requires processing time when the initial position deviation is too large to the CW side, exceeding a first predetermined value, and to select mode 2 when the initial position deviation is smaller than a second predetermined value.

また、ステップS1004でのモードの選択において、モード1とモード2の両方を選択することも可能である。モード1のステップS1008およびS1009では、ステッピングモータ101の実回転位置をモニタし、初期位置偏差が許容範囲内に入ったらステッピングモータ101の回転を停止させる。このとき、ロータ磁石120の着磁むらやロータ磁石120の回転に対するメカニカルな干渉等によって停止後の回転位置がわずかにずれる場合がある。このような場合にそのずれ分が加わった初期位置偏差をモード2を用いて小さくすることが可能である。この場合の処理は、ステップS1008またはステップS1009の後にステップS1012に進んだり、ステップS1010またはステップS1011の後にステップS1012に進んだりすることで行われる。 In addition, when selecting the mode in step S1004, it is possible to select both mode 1 and mode 2. In steps S1008 and S1009 of mode 1, the actual rotational position of the stepping motor 101 is monitored, and when the initial position deviation falls within the allowable range, the rotation of the stepping motor 101 is stopped. At this time, the rotational position after stopping may be slightly shifted due to uneven magnetization of the rotor magnet 120 or mechanical interference with the rotation of the rotor magnet 120. In such a case, it is possible to reduce the initial position deviation including the deviation by using mode 2. In this case, the process proceeds to step S1012 after step S1008 or step S1009, or to step S1012 after step S1010 or step S1011.

以上説明したように、本実施例では、目標回転位置情報のうち初期目標回転位置を含む一部の目標回転位置をステッピングモータ101の実回転位置に近づけて又は一致させてから、すなわち初期位置偏差を許容範囲内に収めてからステッピングモータ101の位置フィードバック制御を開始する。これにより、少ない回転内(短い制御時間)で高い速度追従性が求められるステッピングモータ101に対する位置フィードバック制御を行う場合に、初期位置偏差を吸収して良好な制御性を得ることができる。 As described above, in this embodiment, position feedback control of the stepping motor 101 is started after some target rotation positions, including the initial target rotation position, among the target rotation position information are brought close to or coincident with the actual rotation position of the stepping motor 101, i.e., after the initial position deviation is within an acceptable range. This makes it possible to absorb the initial position deviation and obtain good controllability when performing position feedback control on the stepping motor 101, which requires high speed tracking within a small number of rotations (short control time).

なお、フォーカルプレーンシャッタユニットとしては、実施例1、2で説明したように先幕と後幕がともにシャッタ羽根を開閉する構成であるものだけでなく、撮像素子の電子シャッタが用いられる先幕に対して後幕だけシャッタ羽根を開閉する構成のものもある。後者のようなフォーカルプレーンシャッタユニットに用いられるステッピングモータに対しても、実施例1、2で説明した初期位置偏差を吸収する処理を行ってもよい。 Note that focal plane shutter units include not only those in which both the front and rear curtains open and close their shutter blades as described in the first and second embodiments, but also those in which only the rear curtain opens and closes its shutter blades while the front curtain uses an electronic shutter for the image sensor. The stepping motor used in the latter focal plane shutter unit may also be subjected to the process of absorbing the initial position deviation described in the first and second embodiments.

また、実施例1、2では、先幕と後幕に対する幕元Nmから幕末Nnまでの目標回転位置情報を同じとしているが、先幕の露光制御の変更に対しては、後幕の幕元Nmから幕末Nnまでの目標回転位置情報を先幕の露光制御に合わせるように変更してもよい。例えば、実施例2において、先幕の目標回転位置情報の作成を幕末Nnまでにわたって行ってもよく、この場合、露光区間の目標回転位置情報が前後で変更される。シャッタユニットとしては、先幕と後幕の露光区間における羽根の走行の軌跡が揃えばよいため、後幕の露光区間の目標回転位置情報を、変更後の先幕の露光区間の目標回転位置情報と一致させればよい。 In addition, in the first and second embodiments, the target rotational position information for the front and rear curtains from the beginning Nm to the end Nn is the same, but in response to a change in the exposure control of the front curtain, the target rotational position information for the rear curtain from the beginning Nm to the end Nn may be changed to match the exposure control of the front curtain. For example, in the second embodiment, the target rotational position information for the front curtain may be created up to the end Nn, in which case the target rotational position information for the exposure section is changed before and after. As the shutter unit only needs to align the trajectories of the blades in the exposure sections of the front and rear curtains, the target rotational position information for the exposure section of the rear curtain may be made to match the target rotational position information for the exposure section of the front curtain after the change.

また、経時変化や劣化等で先幕の制御性が変動した場合は、目標回転位置情報の露光区間のデータを使い続けることが難しく、コンピュータの内部処理で情報を変更する可能性がある。この場合も、後幕の露光区間の目標回転位置情報を、変更後の先幕の露光区間の目標回転位置情報と一致させればよい。逆もまた同様である。 Furthermore, if the controllability of the front curtain changes due to aging or deterioration, it may be difficult to continue using the data for the exposure section of the target rotational position information, and the information may need to be changed by internal processing of the computer. In this case as well, the target rotational position information for the exposure section of the rear curtain should be made to match the target rotational position information for the exposure section of the front curtain after the change. The same is true in reverse.

さらに実施例1、2では、撮像装置に搭載されるシャッタユニットを駆動するモータを制御対象とした場合について説明したが、撮像装置に搭載されてクイックリターンミラーを駆動するミラーユニットや撮像装置または交換レンズ(光学装置)に搭載されて絞り羽根を駆動する絞りユニット等の他の光学ユニットのモータを制御対象としてもよい。ミラーユニットには、シャッタユニットのような露光区間でのモータの回転位置の制御精度は求められないが、初期位置偏差を吸収することでミラー駆動用モータの制御性を高め、停止精度を向上させることが可能となる。停止精度を向上させることで、次の動作への移行時間を減少させ、次の動作の制御性を高めることが可能である。絞りユニットにおいても同様な効果を得ることが可能である。 Furthermore, in the first and second embodiments, the motor that drives the shutter unit mounted on the imaging device is described as the controlled object, but the motor of other optical units, such as a mirror unit mounted on the imaging device and driving a quick return mirror, or an aperture unit mounted on the imaging device or an interchangeable lens (optical device) and driving aperture blades, may also be controlled. Although the mirror unit does not require the same control accuracy of the motor's rotational position during the exposure interval as the shutter unit, it is possible to increase the controllability of the mirror drive motor and improve stopping accuracy by absorbing the initial position deviation. By improving the stopping accuracy, it is possible to reduce the transition time to the next operation and improve the controllability of the next operation. A similar effect can be obtained with the aperture unit.

次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例のモータ制御装置は、実施例1、2で説明した初期位置偏差調整部17を有する。本実施例におけるステッピングモータ101を制御するモータ制御装置の構成と位置フィードバック制御の方法は実施例1、2と同様である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. The motor control device of this embodiment has the initial position deviation adjustment unit 17 described in the first and second embodiments. The configuration of the motor control device that controls the stepping motor 101 in this embodiment and the method of position feedback control are the same as those in the first and second embodiments.

本実施例では、制御対象として、ロボットマニピュレータ装置について説明する。図14はロボットマニピュレータ装置700の構成例を示す。ロボットマニピュレータ装置は、静止した把持対象物を把持し、定められた位置まで把持対象物を移動させる把持搬送系を構成する。 In this embodiment, a robot manipulator device will be described as the control target. FIG. 14 shows an example of the configuration of a robot manipulator device 700. The robot manipulator device constitutes a gripping and transporting system that grips a stationary gripping target and moves the gripping target to a specified position.

ロボットマニピュレータ装置700において、台座701、アーム702およびハンド703a、703bによりマニピュレータが構成される。台座701に対してアーム702が旋回および揺動可能に連結されている。アーム702は、互いに揺動可能に連結された第1アーム702a、第2アーム702bおよび第3アーム702cにより構成されている。第3アーム702cの先端には、ハンド703a、703bが開閉可能に連結されている。台座701とアーム703の各連結部に配置されたモータ704a~704eによって上記旋回、揺動および回転が駆動される。またハンド703a、703bは、モータ704g、704fによって開閉駆動される。台座701およびアーム702の旋回と揺動によってハンド703a、703bが任意の空間的座標に移動され、ハンド703a、703bの開閉によって把持対象物が把持されて搬送される。 In the robot manipulator device 700, a manipulator is formed by a base 701, an arm 702, and hands 703a and 703b. The arm 702 is connected to the base 701 so as to be able to rotate and swing. The arm 702 is formed by a first arm 702a, a second arm 702b, and a third arm 702c which are connected to each other so as to be able to swing. Hands 703a and 703b are connected to the tip of the third arm 702c so as to be able to open and close. The above-mentioned rotation, swing, and rotation are driven by motors 704a to 704e arranged at each connection between the base 701 and the arm 703. The hands 703a and 703b are driven to open and close by motors 704g and 704f. The rotation and swinging of the base 701 and arm 702 moves the hands 703a and 703b to any spatial coordinates, and the object to be grasped is grasped and transported by opening and closing the hands 703a and 703b.

本実施例では、把持機能を有するハンド703a、703bを備えたロボットマニピュレータ装置について説明するが、ハンドに代えて別機能を有するアタッチメントをアーム702に装着してもよい。例えば、溶接トーチを装着して溶接用ロボットマニピュレータ装置としてもよいし、材料の加工・切断機能を有するアタッチメントを装着して加工・切断用ロボットマニピュレータ装置としてもよい。また、液体等の定量吐出機能を有するアタッチメントを装着してディスペンサー用ロボットマニピュレータ装置としてもよい。 In this embodiment, a robot manipulator device equipped with hands 703a and 703b having a gripping function is described, but an attachment having a different function may be attached to the arm 702 instead of the hand. For example, a welding torch may be attached to make it a welding robot manipulator device, or an attachment having a material processing/cutting function may be attached to make it a processing/cutting robot manipulator device. Also, an attachment having a fixed amount of liquid or the like may be attached to make it a dispenser robot manipulator device.

モータ704a~704gとしては、実施例1、2と同様にステッピングモータ101を用いてもよいし、産業ロボット用途で多く用いられるDCブラシレスモータ等を用いてもよい。 Motors 704a to 704g may be stepping motors 101 as in the first and second embodiments, or may be DC brushless motors that are often used in industrial robot applications.

ここで、一般にモータは高速回転、低出力トルクであるため、ロボットでは減速機構を設け、モータの回転速度を下げてトルクを大きくして使用する場合が多い。低出力トルクで操作されるマニピュレータ系等では、減速比を小さくして用いられることが多い。減速比が小さいとモータの回転量とアームやハンドの回転量がより近い関係となるため、モータの高速かつ低回転数での駆動における課題を考慮する必要がある。 Since motors generally rotate at high speeds and have low output torque, robots often use a reduction mechanism to reduce the motor's rotation speed and increase the torque. Manipulators that are operated with low output torque often use a small reduction ratio. When the reduction ratio is small, the relationship between the amount of rotation of the motor and the amount of rotation of the arm or hand becomes closer, so it is necessary to consider the issues involved in driving the motor at high speeds and low rotation speeds.

減速機構としては、実施例1で説明したアイドラギア302のようなギアが用いられ、各モータの出力軸上に設けられた駆動ギアと減速機構のギアを噛み合わせて用いられるため、バックラッシの影響を考慮する必要がある。また、バックラッシは各連結部で生じるため、各連結部での影響が微小であっても全体では許容されない誤差を生じさせる可能性がある。 The reduction mechanism uses a gear such as the idler gear 302 described in Example 1, and the drive gear provided on the output shaft of each motor is engaged with the gear of the reduction mechanism, so the effect of backlash must be taken into consideration. In addition, since backlash occurs at each connection, even if the effect at each connection is minute, it can cause an unacceptable error overall.

ロボットマニピュレータ装置において安定した繰り返し動作を実現するためには、動作の始点と目標となる終点との間で理想軌跡に追従させるように制御する位置フィードバック制御が用いられる。理想軌跡は、制御上の内部情報として予め記憶された位置軌跡情報を用いてもよい。また、任意の始点と終点間の距離情報に応じて、予め設定されたモータの回転速度(加速運転時間、減速運転時間)の情報から都度算出された位置軌跡情報を用いてもよい。また、始点と終点間の距離情報は、不図示の外部カメラからの撮像情報から取得することも可能である。さらに加工・切断用やディスペンサー用のロボットマニピュレータ装置では、直線以外にも曲線や円形の理想軌跡が設定されることがあり、各種形状の理想軌跡に追従することが求められる。 To achieve stable repetitive motion in a robot manipulator device, position feedback control is used to control the robot to follow an ideal trajectory between the start point of the motion and the target end point. The ideal trajectory may be position trajectory information stored in advance as internal information for control. In addition, position trajectory information calculated each time from information on the motor's rotation speed (acceleration operation time, deceleration operation time) that is preset according to distance information between any start point and end point may be used. In addition, distance information between the start point and end point can also be obtained from image information from an external camera (not shown). Furthermore, in robot manipulator devices for processing/cutting or dispensing, ideal trajectories may be set that are curved or circular in addition to straight lines, and it is required to follow ideal trajectories of various shapes.

ハンド703a、703bが互いに協調して把持動作を行う場合にも、それぞれが理想軌跡に沿うことが好ましい。一方のハンドが把持対象物に先に触れると把持対象物の位置ずれや振動が生じ、把持動作の安定性を低下させるおそれがある。このため、ハンド703a、703bのそれぞれが理想軌跡に沿うことで安定した把持動作が可能となる。 Even when hands 703a and 703b cooperate with each other to perform a gripping operation, it is preferable for each to follow an ideal trajectory. If one hand touches the object to be gripped first, the object to be gripped may shift in position or vibrate, which may reduce the stability of the gripping operation. For this reason, a stable gripping operation is possible when hands 703a and 703b each follow an ideal trajectory.

モータの高速かつ低回転数での位置フィードバック制御では、駆動開始時の初期位置偏差の大きさを考慮することが必要である。初期位置偏差は、前回の駆動での停止精度が低かった場合に大きくなり、また、ギアの噛み合わせ状態(バックラッシによるガタの大きさや偏りの方向)でも変わる。実施例1で述べたように、初期位置偏差が大きいと位置フィードバックの制御性が低下するため、なるべく初期位置偏差を小さくすることが望ましい。また、減速機構におけるギアのガタの方向によっては、ロストモーションとして知られるアーム先端での目標からのずれ量が拡大する。ロストモーションを小さくするためには、駆動開始時においてガタは一方に寄っていることが好ましい。 In position feedback control at high speeds and low rotation speeds of a motor, it is necessary to take into account the magnitude of the initial position deviation at the start of drive. The initial position deviation becomes large if the stopping accuracy of the previous drive was low, and also changes depending on the gear meshing state (the magnitude of play due to backlash and the direction of bias). As described in Example 1, if the initial position deviation is large, the controllability of the position feedback decreases, so it is desirable to make the initial position deviation as small as possible. In addition, depending on the direction of the gear play in the reduction mechanism, the amount of deviation from the target at the tip of the arm, known as lost motion, increases. To reduce lost motion, it is preferable for the play to be biased to one side at the start of drive.

汎用的な小型で軽量なロボットマニピュレータ装置は様々な場所や環境にて使用され、場所や環境によってロボットマニピュレータ装置の振動状態が変わったり、温度によってモータのトルク特性が変化したりする。また、ロボット本体の熱的な膨張や収縮によって位置精度が低下する場合もある。このような特性の変動はモータの位置制御性を変動させる要因となるため、停止精度が安定せず、初期位置偏差の大きさのばらつきに繋がる。 General-purpose, small, lightweight robot manipulator devices are used in a variety of locations and environments, and the vibration state of the robot manipulator device changes depending on the location and environment, and the torque characteristics of the motor change depending on the temperature. In addition, the position accuracy may decrease due to thermal expansion and contraction of the robot body. Such fluctuations in characteristics cause fluctuations in the position controllability of the motor, leading to unstable stopping accuracy and variations in the magnitude of the initial position deviation.

このような初期位置偏差の大きさが変動するロボットマニピュレータ装置に対して、実施例1、2で述べたモータ制御装置を適用することで、位置フィードバック制御性の低下を小さくすることが可能となる。すなわち、本実施例のロボットマニピュレータ装置は、初期位置偏差を目標範囲内に収めてから各モータの位置フィードバック制御を開始する。これにより、少ない回転量(短い制御時間)で高い速度追従性が求められるモータの位置フィードバック制御において、良好な制御性を得ることができる。 By applying the motor control device described in Examples 1 and 2 to a robot manipulator device in which the magnitude of such initial position deviation fluctuates, it is possible to reduce the deterioration of position feedback controllability. In other words, the robot manipulator device of this embodiment starts position feedback control of each motor after bringing the initial position deviation within a target range. This makes it possible to obtain good controllability in the position feedback control of motors that require high speed tracking with a small amount of rotation (short control time).

本実施例において、実施例1で説明したように一方にガタ寄せを行う処理を行ってロストモーションの影響を小さくすることがより好ましい。また、材料加工のように始点近傍の軌跡の変更が許容されない用途も存在するが、把持搬送系では駆動の始点から終点までの軌跡の内、始点近傍の軌跡が変更することは許容されることが多い。このため、実施例2における目標軌跡の書き換えを用いることが可能である。 In this embodiment, it is more preferable to reduce the effect of lost motion by performing a process to offset the backlash to one side as described in embodiment 1. Also, while there are applications such as material processing in which changing the trajectory near the start point is not permitted, in gripping and conveying systems, changing the trajectory near the start point among the trajectory from the start point to the end point of the drive is often permitted. For this reason, it is possible to use rewriting of the target trajectory in embodiment 2.

本実施例によれば、初期位置偏差を吸収することでロボットマニピュレータ装置に用いられるモータの制御性を高め、停止精度を向上させることが可能となる。停止精度を向上させることで、次の動作への移行時間を減少させ、次の動作の制御性を高めることが可能である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
According to this embodiment, it is possible to improve the controllability of the motor used in the robot manipulator device and improve the stopping accuracy by absorbing the initial position deviation. By improving the stopping accuracy, it is possible to reduce the transition time to the next operation and improve the controllability of the next operation.
Other Examples
The present invention can also be realized by a process in which a program for implementing one or more of the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device read and execute the program. The present invention can also be realized by a circuit (e.g., ASIC) that implements one or more of the functions.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。 The above-described embodiments are merely representative examples, and various modifications and variations are possible when implementing the present invention.

11 モータ
12 回転位置検出部
13 駆動波形生成部
14 電圧ゲイン設定部
15 目標回転位置保持部
16 制御部
17 初期位置偏差調整部
101 ステッピングモータ
11 Motor 12 Rotational position detection unit 13 Drive waveform generation unit 14 Voltage gain setting unit 15 Target rotational position holding unit 16 Control unit 17 Initial position deviation adjustment unit 101 Stepping motor

Claims (16)

モータの実回転位置を検出する検出手段と、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行う制御手段と、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行う処理手段とを有し、
前記処理手段は、前記処理として、前記実回転位置が前記1番目の目標回転位置に近づく又は一致するように前記モータを前記一方向または逆方向に回転させる処理を行い、
前記処理手段は、前記処理における前記モータの回転方向に応じて、前記複数の目標回転位置のうち前記1番目の目標回転位置を含む少なくとも一部の目標回転位置を変更することを特徴とするモータ制御装置。
A detection means for detecting an actual rotational position of the motor;
a control means for performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves successively toward a plurality of target rotation positions when the motor is rotated in one direction ;
a processing means for performing a process for controlling an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range before starting the position feedback control,
the processing means performs, as the processing, a process of rotating the motor in the one direction or the reverse direction so that the actual rotation position approaches or coincides with the first target rotation position;
The motor control device is characterized in that the processing means changes at least some of the plurality of target rotation positions, including the first target rotation position, depending on the rotation direction of the motor in the processing.
モータの実回転位置を検出する検出手段と、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行う制御手段と、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行う処理手段とを有し、
前記処理手段は、前記処理として、前記1番目の目標回転位置を前記実回転位置に近づく又は一致するように前記一方向または逆方向に変更する処理を行うことを特徴とするモータ制御装置。
A detection means for detecting an actual rotational position of the motor;
a control means for performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves successively toward a plurality of target rotation positions when the motor is rotated in one direction ;
a processing means for performing a process for controlling an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range before starting the position feedback control,
The motor control device, wherein the processing means performs, as the processing, a process of changing the first target rotation position in the one direction or the reverse direction so that the first target rotation position approaches or coincides with the actual rotation position.
前記処理手段は、前記複数の目標回転位置のうち2番目以降の目標回転位置のうち一部の目標回転位置を変更しないことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1 or 2, characterized in that the processing means does not change some of the second and subsequent target rotation positions among the plurality of target rotation positions. 前記処理手段は、前記複数の目標回転位置のうち、前記1番目の目標回転位置を変更するとともに、2番目以降の目標回転位置のうち少なくとも一部を変更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。 The motor control device according to claim 2, characterized in that the processing means changes the first target rotational position among the plurality of target rotational positions, and changes at least some of the second and subsequent target rotational positions. モータの実回転位置を検出する検出手段と、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行う制御手段と、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行う処理手段とを有し、
前記処理手段は、前記処理を、前記実回転位置が前記1番目の目標回転位置に近づく又は一致するように前記モータを前記一方向または逆方向に回転させる第1の処理と前記1番目の目標回転位置を前記実回転位置に近づく又は一致するように前記一方向または逆方向に変更する第2の処理から選択することを特徴とするモータ制御装置。
A detection means for detecting an actual rotational position of the motor;
a control means for performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves successively toward a plurality of target rotation positions when the motor is rotated in one direction ;
a processing means for performing a process for controlling an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range before starting the position feedback control,
a first process for rotating the motor in one direction or the reverse direction so that the actual rotational position approaches or matches the first target rotational position, and a second process for changing the first target rotational position to the one direction or the reverse direction so that the first target rotational position approaches or matches the actual rotational position.
前記処理手段は、前記初期位置偏差が第1の所定値よりも大きい場合は前記第1の処理を選択し、前記初期位置偏差が第2の所定値よりも小さい場合は前記第2の処理を選択することを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 5, characterized in that the processing means selects the first processing when the initial position deviation is greater than a first predetermined value, and selects the second processing when the initial position deviation is less than a second predetermined value. 前記処理手段は、前記第1の処理を選択して行った後に前記第2の処理を行うことを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 5, characterized in that the processing means selects and performs the first processing and then performs the second processing. 前記制御手段は、
前記モータに印加する駆動電圧の波形を生成し、
前記実回転位置と前記目標回転位置との位置偏差を入力として出力制御量を決定し、
前記出力制御量に応じて駆動波形に対する電圧ゲイン値を制御することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
The control means
generating a waveform of a drive voltage to be applied to the motor;
determining an output control amount using a position deviation between the actual rotation position and the target rotation position as an input;
8. The motor control device according to claim 1, wherein a voltage gain value for a drive waveform is controlled in accordance with the output control amount.
前記制御手段は、
検出される前記実回転位置の位相と前記駆動波形の位相とを同期させ、
前記実回転位置と前記駆動波形とに所定の位相差を持たせることを特徴とする請求項8に記載のモータ制御装置。
The control means
Synchronizing a phase of the detected actual rotational position with a phase of the drive waveform;
9. The motor control device according to claim 8, wherein a predetermined phase difference is provided between the actual rotation position and the drive waveform.
モータと、
該モータにより駆動されるマニピュレータと、
請求項1から9のいずれか一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ロボットマニピュレータ装置。
A motor;
a manipulator driven by the motor;
A robot manipulator apparatus comprising the motor control device according to any one of claims 1 to 9.
モータの実回転位置を検出するステップと、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行うステップと、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行うステップとを有し、
前記所定範囲内に収める処理を行うステップは、前記処理として、前記実回転位置が前記1番目の目標回転位置に近づく又は一致するように前記モータを前記一方向または逆方向に回転させる処理を行い、
前記所定範囲内に収める処理を行うステップは、前記処理における前記モータの回転方向に応じて、前記複数の目標回転位置のうち前記1番目の目標回転位置を含む少なくとも一部の目標回転位置を変更することを特徴とするモータ制御方法。
detecting an actual rotational position of the motor;
performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves sequentially toward a plurality of target rotation positions when rotating the motor in one direction ;
a step of performing a process for, before starting the position feedback control, keeping an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range;
the step of performing the process of fitting the actual rotation position within the predetermined range includes, as the process, a process of rotating the motor in the one direction or the reverse direction so that the actual rotation position approaches or coincides with the first target rotation position;
A motor control method characterized in that the step of performing processing to keep the motor within the specified range changes at least some of the multiple target rotation positions, including the first target rotation position, depending on the rotation direction of the motor in the processing.
コンピュータに、請求項11に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program that causes a computer to execute a process according to the control method described in claim 11. モータの実回転位置を検出するステップと、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行うステップと、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行うステップとを有し、
前記所定範囲内に収める処理を行うステップは、前記処理として、前記1番目の目標回転位置を前記実回転位置に近づく又は一致するように前記一方向または逆方向に変更する処理を行うことを特徴とするモータ制御方法。
detecting an actual rotational position of the motor;
performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves sequentially toward a plurality of target rotation positions when rotating the motor in one direction ;
a step of performing a process for, before starting the position feedback control, keeping an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range;
A motor control method characterized in that the step of performing processing to keep the target rotation position within the specified range includes processing to change the first target rotation position in one direction or the reverse direction so that the first target rotation position approaches or coincides with the actual rotation position.
コンピュータに、請求項13に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program that causes a computer to execute a process according to the control method described in claim 13. モータの実回転位置を検出するステップと、
前記モータを一方向に回転させる際に、検出される前記実回転位置が複数の目標回転位置に順次向かうように前記モータに対する位置フィードバック制御を行うステップと、
前記位置フィードバック制御の開始前に、前記実回転位置と前記複数の目標回転位置のうち1番目の目標回転位置との差分である初期位置偏差を所定範囲内に収める処理を行うステップとを有し、
前記所定範囲内に収める処理を行うステップにおいて、前記実回転位置が前記1番目の目標回転位置に近づく又は一致するように前記モータを前記一方向または逆方向に回転させる第1の処理と前記1番目の目標回転位置を前記実回転位置に近づく又は一致するように前記一方向または逆方向に変更する第2の処理から選択することを特徴とするモータ制御方法。
detecting an actual rotational position of the motor;
performing a position feedback control on the motor so that the detected actual rotation position moves sequentially toward a plurality of target rotation positions when rotating the motor in one direction ;
a step of performing a process for, before starting the position feedback control, keeping an initial position deviation, which is a difference between the actual rotation position and a first target rotation position among the plurality of target rotation positions, within a predetermined range;
a first process for rotating the motor in one direction or the reverse direction so that the actual rotation position approaches or matches the first target rotation position, and a second process for changing the first target rotation position in the one direction or the reverse direction so that the first target rotation position approaches or matches the actual rotation position.
コンピュータに、請求項15に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program that causes a computer to execute a process according to the control method described in claim 15.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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