(57)【要約】【課題】本発明の実施形態は、バックチャネルの特性を測定し、機械システムの振動特性を導出する検出システムを有する、モータ駆動式機械システムを提供する。【解決手段】検出システムの使用は、機械システムの共振周波数、および、開始用機械的停止位置から機械システムを移動させるのに必要とされる閾ドライブDTHを計算することを含んでもよい。システム製造業者は、製造業者の機械システムの共振周波数およびDTHを正確に知らないことが多い。したがって、製造業者の予想する値に依存するのではなく、特定の機械システムの共振周波数およびDTHを計算することは、機械システム使用時の精度を改善する。バックチャネル計算を使用し、対応する予めプログラムされた値を置き換えることも改善することもできる。【選択図】図9
2010183832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動式機械システムを駆動する方法において、
前記機械システムの目標位置を識別するコードワードに応答して、前記機械システムを開始位置から前記目標位置まで移動させるのに十分な振幅を有する階段状ドライブ信号を生成する段階と、
前記機械システムのモータに第1ドライブ信号ステップを印加する段階と、
前記第1ステップから
tc≒１／(２fR)
だけオフセットした時間tcにおいて前記モータに第2ドライブ信号ステップを印加する段階であって、fRは前記機械システムの予想される共振周波数である、段階とを含む方法。
【請求項２】
前記階段状ドライブ信号は、前記予想される共振周波数において実質的にゼロエネルギーを有する請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第2ステップは、前記機械システムを、実質的に振動が無い状態で前記目標位置に停留させる請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記コードワードは画像信号プロセッサによって生成され、前記ドライブ信号はレンズドライブモータに印加される請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記機械システムは、多次元の運動範囲を有するレンズシステムであり、画像信号プロセッサが、各次元に対応する複数のコードワードを生成し、方法は、複数のドライブ信号を生成し、1つのドライブ信号が前記複数のコードワードのそれぞれに対応する請求項1に記載の方法。
【請求項６】
3つの次元および3つのコードワードが存在し、1つのコードワードは前記レンズシステムの横方向移動のためのものであり、1つのコードワードは前記レンズシステムのピッチのためのものであり、1つのコードワードは前記レンズシステムのヨーのためのものである請求項5に記載の方法。
【請求項７】
モータ駆動式機械システムを駆動する方法において、
前記機械システムの目標位置を識別するコードワードに応答して、開始位置から前記目標位置までの位置の差(ΔP)に対応するドライブ信号振幅を決定する段階と、
前記ドライブ信号振幅の半分で、前記機械システムのモータに第1ドライブ信号ステップを印加する段階と、
前記ドライブ信号振幅の半分で、前記モータに第2ドライブ信号ステップを印加する段階であって、前記第2ステップが、前記第1ステップから
tc≒１／(２fR)
だけオフセットした時間tcにおいて印加され、fRは前記機械システムの予想される共振周波数である、段階とを含む方法。
【請求項８】
前記階段状ドライブ信号は、前記予想される共振周波数において実質的にゼロエネルギーを有する請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記第2ステップは、前記機械システムを、実質的に振動が無い状態で前記目標位置に停留させる請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
前記コードワードは画像信号プロセッサによって生成され、前記ドライブ信号はレンズドライブモータに印加される請求項7に記載の方法。
【請求項１１】
前記機械システムは、多次元の運動範囲を有するレンズシステムであり、画像信号プロセッサが、各次元に対応する複数のコードワードを生成し、方法は、複数のドライブ信号を生成し、1つのドライブ信号が前記複数のコードワードのそれぞれに対応する請求項7に記載の方法。
【請求項１２】
3つの次元および3つのコードワードが存在し、1つのコードワードは前記レンズシステムの横方向移動のためのものであり、1つのコードワードは前記レンズシステムのピッチのためのものであり、1つのコードワードは前記レンズシステムのヨーのためのものである請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
モータ駆動式機械システムを駆動する方法において、
起動信号に応答して、前記機械システムを開始位置から前記目標位置まで移動させるのに十分な振幅を有する階段状ドライブ信号を生成する段階と、
前記機械システムのモータにドライブ信号の第1ステップを印加する段階と、
前記第1ステップから
tc≒１／(２fR)
だけオフセットした時間tcにおいて前記モータに第2ドライブ信号ステップを印加する段階であって、fRは前記機械システムの予想される共振周波数である、段階とを含む方法。
【請求項１４】
前記機械システムは、前記起動信号が存在しないときにデフォルト位置に留まり、前記起動信号が励起されると、前記目標位置に移動する請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
モータ駆動式機械システムを駆動する方法であって、
ドライブ信号を生成させる段階と、
前記機械システムの予想される共振周波数に対応する周波数において前記ドライブ信号をノッチ制限フィルタリングする段階と、
前記機械システムのモータに、前記フィルタリングされたドライブ信号を印加する段階とを含む方法。
【請求項１６】
前記フィルタリングは、縦続接続で設けられた複数のノッチ制限フィルタによって行われ、各フィルタは、前記予想される共振周波数に同調される請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィルタリングされたドライブ信号は、レンズドライブモータに印加される請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
前記機械システムは、多次元の運動範囲を有するレンズシステムであり、方法は、複数のドライブ信号を生成し、1つのドライブ信号が前記次元のそれぞれに対応する請求項15に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2009年2月9日に出願された、米国仮特許出願第61/150,958号「Control Protocols for Motor-Driven Mechanical Systems」からの優先権の利益を主張し、その開示はその全体が参照により本明細書に組込まれる。
【０００２】
本出願は、共に2009年2月9日に出願された、第12/367,883号および第12/367,938号を有する同時係属中の出願「Control Techniques for Motor Driven Systems」に対する一部継続出願であり、かつ両者に対して優先権を主張し、両者の開示はその全体が参照により本明細書に組込まれる。
【０００３】
本発明は、モータ制御およびモータ駆動式システムの制御に関する。特に、本発明は、モータ制御下にある機械システムにおいてリンギングまたは「跳躍(bounce)」を最小にするモータ駆動式システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００４】
モータ駆動式併進システムは、現代の電気デバイスにおいて一般的である。モータ駆動式併進システムは、電気制御下で、所定の運動範囲内で機械システムを移動させることが必要であるときに使用される。一般的な例は、デジタルカメラ、ビデオレコーダ用の自動焦点システム、こうした機能を有する携帯型デバイス(たとえば、移動体電話、携帯情報端末、および手持ち式ゲームシステム)、および光ディスクリーダ用のレーザドライバを含みうる。こうしたシステムでは、モータドライバ集積回路は、モータに対して多値ドライブ信号を生成し、モータは、機械システム(たとえば、自動焦点システムの場合、レンズ組立体)を駆動する。モータドライバは、外部から供給されるコードワードに応答してドライブ信号を生成する。コードワードは、モータが機械システムを移動すべき、機械システムの運動範囲内の場所を識別するデジタル値であることが多い。そのため、運動範囲は、運動範囲に割当てられたコードワードの数に応じて、所定の数のアドレス指定可能な場所(本明細書で「点(points)」と呼ぶ)に分割される。ドライブ信号は、必要に応じて機械システムを移動させるために、モータに直接印加される電気信号である。
【０００５】
機械システムのタイプおよび構成は、一般に様々であるが、多くの機械システムは、バネに結合される質量としてモデル化されうる。モータが、ドライブ信号に応じて質量を移動させると、その運動がシステム内で他の力を生成し、その他の力は、質量をある共振周波数(fR)で、新しい場所の周りで振動させることができる。たとえば、約110Hzの共振周波数が、家電製品において観察されている。こうした振動は、通常、徐々に減少するが、たとえば、カメラレンズシステムが結像するのにかかる時間量、またはディスクリーダが選択されたトラックまで移動するのにかかる時間を延ばすことによって、所期の機能においてデバイスの性能を損なうおそれがある。
【０００６】
図1は、レンズドライバで一般に使用されるモータ駆動式システムの簡略化したブロック図である。システムは、撮像チップ110、モータドライバ120、ボイスコイルモータ130、およびレンズ140を含む。モータドライバは、撮像チップによって供給されるコードに応答して、ボイスコイルモータに対するドライブ信号を生成する。次に、ボイスコイルモータは、レンズの運動範囲内でレンズを移動させる。レンズの移動は、撮像チップの表面上でレンズが到来光を集束する仕方を変化させ、この変化は、モータドライバに対する新しいコードを生成するために検出し使用することができる。図2は、図1のシステムの考えられる応答の周波数プロットであり、周波数fRの共振周波数を示す。
【０００７】
図3は、従来のモータドライバによって生成された2つのドライブ信号を示す。第1ドライブ信号は、第1状態から第2状態へ不連続ジャンプとして変化するステップ関数である(図3(a))。第2の示すドライブ信号は、第1状態から第2状態へ一定変化率で変化するランプ関数である(図3(b))。しかし、どちらのタイプのドライブ信号も、先に述べたように、性能を損なうリンギング挙動をもたらす。たとえば、図4は、1つのこうした機械システムで観察されたリンギングを示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国仮特許出願第61/150,958号明細書
【特許文献２】米国特許出願第12/367,883号明細書
【特許文献３】米国特許出願第12/367,938号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
こうしたモータ駆動式システムのリンギング挙動が、こうした機械システムの設定時間を不必要に延長し、性能を低下させることを本発明者等は観察した。したがって、当技術分野では、デジタルコードワードに応じて駆動され、かつ、これらのシステムで顕著な振動性挙動を回避しうるモータ駆動式システムが求められている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に関して使用するのに適した例示的な機械システムのブロック図である。
【図２】例示的な機械システムの周波数応答および起動中に生じる可能性がある振動のグラフである。
【図３】機械システム用の従来のドライブ信号を示す図である。
【図４】単一ステップドライブ信号の下で観察された機械システムの応答を示す図である。
【図５】本発明の実施形態によるドライブ信号を示す図である。
【図６】図5のドライブ信号の高さおよび位置を示すグラフである。
【図７】本発明のドライブ信号の周波数によるエネルギー分布を示すグラフである。
【図８】図5に示すようなドライブ信号の下で観察された機械システムの応答を示す図である。
【図９】本発明の実施形態によるシステムのブロック図である。
【図１０】本発明の別のドライブ信号の周波数によるエネルギー分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態によるシステムのブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態による他の例示的なドライブ信号を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態による別の例示的なドライブ信号を示すグラフである。
【図１５】例示的なフィルタリングシステムの周波数応答を示すグラフである。
【図１６】本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図１７】本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図１８】印加されたドライブ信号に対する機械システムの(静定後の)典型的な変位を示す例示的なグラフである。
【図１９】本発明のさらなる実施形態による例示的なドライブ信号を示すグラフである。
【図２０】本発明に関して使用するのに適した別の機械システムのブロック図である。
【図２１】本発明の実施形態によるMEMSスイッチシステムの簡略化した図である。
【図２２】本発明の実施形態によるMEMSミラー制御システムの簡略化した図である。
【図２３】本発明の実施形態によるハプティック制御システムの簡略化した図である。
【図２４】本発明の実施形態によるディスクリーダの簡略化した図である。
【図２５】本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図２６】本発明の実施形態による例示的なドライブ信号を示すグラフである。
【図２７】本発明に関して使用するのに適したモータ駆動式システムの簡略化した図である。
【図２８】本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図２９】共振周波数を決定するための簡略化したプロセスフローである。
【図３０】試験ドライブ信号の下で観察された機械システムの応答を示す図である。
【図３１】共振周波数を更新するための簡略化したプロセスフローである。
【図３２（ａ）】共振周波数を調整するための簡略化したプロセスフローである。
【図３２（ｂ）】共振周波数を調整するための簡略化したプロセスフローである。
【図３３】本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器の簡略化したブロック図である。
【図３４】閾電圧を決定するための簡略化したプロセスフローである。
【図３５】試験単位ステップドライブ信号の下で観察された機械システムの応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、その周波数分布が、機械システムの予想される共振周波数においてゼロ(またはほぼゼロ)エネルギーを有するモータ駆動式機械システム用のドライブ信号を提供する。ドライブ信号は、パスカルの三角形(Pascal's triangle)の選択された行による一連のステップで提供されてもよく、ステップの数は、パスカルの三角形の選択された行からのエントリの数に等しく、各ステップは、パスカルの三角形の選択された行のそれぞれのエントリに対応するステップサイズを有し、ステップは、機械システムの予想される共振周波数によって決定される時定数に従って互いに離間される。あるいは、階段状ドライブ信号が、パスカルの三角形の選択された行による一連の均一なステップとして供給され、ステップは、パスカルの三角形の選択された行からのエントリの数に対応するいくつかの間隔に離間され、各間隔は、パスカルの三角形の選択された行からのそれぞれのエントリに対応するいくつかのステップを含む。これらの技法は、予想される共振周波数において実質的にエネルギーがないドライブ信号を生成するだけでなく、実際の共振周波数が予想される共振周波数と異なるシステムを許容するのに十分な幅のゼロエネルギー「ノッチ(notch)」を提供する。モータドライバはまた、バックチャネルの特性を測定し、機械システムの振動特性を導出する検出システムを含んでもよい。検出システムの使用は、機械システムの共振周波数、および、開始用機械的停止位置から機械システムを移動させるのに必要とされる閾ドライブDTHを計算することを含んでもよい。バックチャネル計算を使用し、対応する予めプログラムされた値を置き換えることも、改善することもできる。
【００１２】
図5は、本発明の実施形態による例示的なドライブ信号を示すグラフである。ドライブ信号は、時定数
tc≒１／(２fR)          式１
に対応する時間で変化する多段ステップ関数である。これは、2つのステップでドライブ信号に変換される。時間t0の第1ステップは、新しい位置(PNEW)から古い位置(POLD)を分離する距離(ΔP＝PNEW−POLD)を横断するのに必要とされるレベルの約1/2に対応する振幅を有する。第2ステップは、t0＋tcで生じてもよく、横断するのに必要とされる距離の残りに対応する振幅を有する。図6は、図5のドライブ信号の微分応答を示す。
【００１３】
図7は、図5のドライブ信号のエネルギー分布を周波数によって示すグラフである。図示するように、ドライブ信号は、共振周波数fRの上と下の両方の周波数で非ゼロ分布を有する。共振周波数fRでは、ドライブ信号はゼロエネルギーを有する。このエネルギー分布は、共振領域において機械システムに与えられるエネルギーを最小にし、したがって、こうしたシステムで生じる可能性がある振動を回避する。
【００１４】
図7はまた、単一ステップ関数(仮想線)から生成されるドライブ信号において生じる可能性があるエネルギー分布を示す。このグラフでは、システムは、共振周波数fRにおいて非ゼロエネルギーを有し、それにより、エネルギーがこの周波数で機械システムに与えられる。共振周波数fRのこの非ゼロエネルギー成分は、本発明者等が観察した長引く振動作用に寄与すると思われる。
【００１５】
図8は、図5に示す形状を有するドライブ信号(事例(a))によって駆動されるときの、機械システムの応答を示すグラフである。機械システムは、位置POLDで開始し、位置PNEWへ移動する。起動パルスは、時間t0およびt0＋tCで印加される。この例では、POLDは27μm(デジタルコード50)に対応し、PNEWは170μm(デジタルコード295)に対応し、t0はt＝0に対応し、tCは3.7msに対応する。
【００１６】
図8は、本明細書で提案されたドライブ信号(事例(a))の下で、機械システムの応答を、単一ステップ関数によるドライブ信号(事例(b))によって駆動されるときに観察される応答と比較する。事例(a)では、機械システムが、約4ms後に新しい位置PNEWに静定するが、事例(b)では、同じ機械システムが、長引く振動を示す。30ms後でさえも、機械システムは、PNEWの位置の周りで振動し続ける。したがって、図5のドライブ信号は、従来のドライブ信号と比べて、実質的に速い静定時間を提供する。
【００１７】
図9は、本発明の実施形態によるシステム900のブロック図である。図示するように、システムは、機械システムの古い位置および新しい位置ならびに予想される共振周波数を表すデータを格納するためのレジスタ910〜930を含んでもよい。システム900は、PNEWとPOLDからΔPを計算する減算器940を含んでもよい。システム900は、さらに、システムクロックを受信し、式1から決定されるタイミングに従って累積器960に対してパルスを生成するステップ発生器950を含んでもよい。ステップ発生器950は、たとえば、図6に示すように、それぞれが、機械システムによって横断される総合距離の約1/2に対応する振幅を有するパルスを生成することができる。累積器960は、ステップ発生器950によって生成されるパルスの総計値を加算し、総計値を乗算器970に出力し、乗算器970はまた、減算器からΔP値を受信する。こうして、乗算器970は、図5に示すマルチステップ増分に対応する信号を生成する。乗算器970の出力は、加算器980に入力されてもよく、加算器980はまた、レジスタ910からPOLDの値を受信する。こうして、加算器980は、静定時間を最小にして第1位置から第2位置へ機械システムを駆動するのに十分な時間変動性出力信号を生成することができる。
【００１８】
機械システムが、古い位置から新しい位置への移行を終了すると、古い位置は更新されてもよい。図9に示すシステムでは、ステップ発生器950は、累積器に対してその最終ステップを生成した後、レジスタ910および920に対して転送信号を生成して、古い位置のレジスタ910が新しい位置のレジスタ920からのデータによって更新される。
【００１９】
図5のドライブ信号は、機械システムの共振周波数fRがドライブ信号の「ノッチ」に正確に(たとえば、±3%以内に)一致する場合うまく働く。残念ながら、システム製造業者は、製造業者の機械システムの共振周波数を正確に知らないことが多い。さらに、特にシステムコンポーネントを安価に製作しなければならない消費者デバイスでは、共振周波数は、共通製品の異なる製造ロットにわたって変動しうる。そのため、モータドライバは、予想される共振周波数fREでノッチを提供するようにデザインされるが、予想される共振周波数と機械システムの実際の共振周波数(fRM)との間に実質的な差が存在しうる。
【００２０】
こうした使用に対処するために、本発明の原理を拡張し、周波数ノッチを拡張して、こうしたシステムによって使用される共振周波数のより大きな許容度を可能にすることができる。1つのこうした拡張は、ノッチを「幅広にする(widen)」ために、複数のフィルタリングの層を提供することを含む。図10は、複数のフィルタリングの層の予想される作用を示すグラフである。4つのこうしたフィルタリングの層が示される。こうした付加的なフィルタリングのそれぞれが周波数の「ノッチ」を拡張し、その周波数について、ゼロエネルギーがシステムに与えられる。フィルタリングの各層は、システムに与えるエネルギーの総計量を減少させ、したがって、機械システムによるより遅い移動をもたらす可能性があるが、こうしたフィルタリングは、こうしたシステムの共振周波数を所定の精度で予測(predict)できないときでも機械システムについての静定時間を減少させることによって、総合システム動作にとって有利である可能性がある。
【００２１】
図11は、本発明の別の実施形態によるシステム1100の簡略化したブロック図を示す。システムは、ドライブ信号発生器1110、および、直列に設けられた1つまたは複数のノッチ制限フィルタ1120.1〜1120.Nを含む。システム1100内の第1フィルタ1120.1は、ドライブ信号発生器1110からドライブ信号を受け取ることができる。N(N≧1)のフィルタはそれぞれ、予想される共振周波数(fRE)で入力信号をフィルタリングすることができる。フィルタは縦続接続で設けられるため、複数のフィルタが、集合的に動作して、単一フィルタシステムによってもたらされることになるのに比べて幅広のノッチを有するフィルタリングされたドライブ信号を提供する可能性がある。あるいは、フィルタの減衰帯域を広げるために、さらなるノッチが、予想される単一共振周波数の周りの異なる周波数に配置されてもよい。
【００２２】
時間領域において、さらなるレベルのフィルタリングは、以下のようなステップ応答を提供する。
【００２３】
【表１】
2010183832.tif 000003
【００２４】
出力ドライブ信号は、正規化された後、Table 1(表1)に示すステップ応答に従う(ステップはスケーリングされるため、その和は1に等しい)。たとえば、3ステージシステムに関して、ステップ応答は、Table 1(表1)に記す時間のそれぞれにおいて、1/8、3/8、3/8、および1/8にセットされることになる。ドライブ信号は、所定期間にわたるステップ応答の和から生成される。こうして、Table 1(表1)のドライブ信号は、図12に示す形状を有する波形を生成することができる。
【００２５】
Table 1(表1)に示す数列は、パスカルの三角形の数列に一致する。ある実施形態では、任意のNステージフィルタは、パスカルの三角形の対応するN番目の行から取得される数列を使用することによって、採用されてもよい。望むなら任意の数のステージを使用し、機械システムの予想される共振周波数の不確実性に対処してもよい。任意の数のステージが使用されてもよいが、ステージの数が増すと、静定時間の増加を必要とし、したがって、ステージの数は、注意して選択されるべきである。
【００２６】
図13は、本発明の実施形態による信号発生器1300のブロック図である。信号発生器1300は、機械システムの推定される共振周波数および現在の位置POLDを表すデータを格納する一対のレジスタ1310、1320を含んでもよい。タイミングエンジン1330およびタップレジスタ1340は、Table 1(表1)に示すパターンなどの適切なステップパターンに対応する出力を生成することができる。具体的に、タイミングエンジン1330は、格納された推定される共振周波数によって決定される時間間隔tCに対応するレートでタップレジスタ1340をクロックすることができる。タップレジスタ1340は、パスカルの三角形の正規化された値を表すデータを格納してもよい。印加されるパスカルの三角形の行を識別する制御信号(N select)に基づいて、タップレジスタ1340は、tCクロックの各サイクルに関して、行内の各エントリに対応するステップ値を順次出力してもよい。
【００２７】
乗算累積(multiply accumulate)(MAC)ユニット1350は、新しい位置PNEWを表すデータ、古い位置POLDを表すデータ、およびタップレジスタ1340からのステップパターンデータを受信してもよい。数学的に、MAC1340は、
Drive(t)＝POLD＋(PNEW−POLD)・Σstep(t)
としてデジタルドライブコードを生成することができる。式中、step(t)は、選択されたパターンのステップ応答を表し、tは、選択されたパターンについて関連する全てのtC間隔にわたって変化する。デジタル-アナログ変換器(DAC)1360は、MACのデジタル出力からアナログドライブ出力信号を生成することができる。出力信号は、電流または電圧として生成されうる。
【００２８】
図13の解決策は、図9の実施形態に勝る望ましい幅広のノッチを提供するが、複雑さが増している。パスカルの三角形の各行の正規化された値は、タップレジスタのメモリに格納されるか、または、動的に計算されなければならない。こうした複雑さは、タイミングミスアライメントが、ステップグラフに適用される本発明の別の実施形態において回避することができる。
【００２９】
Table 1(表1)に示すステップ応答を考える。任意のステージN(たとえば、n=3)の応答は、以前のステージN-1と時定数tCだけ遅延した同じステージ(ステージN-1)の複製の和である。たとえば、
【００３０】
【表２】
2010183832.tif 000004
【００３１】
ある実施形態では、システムは、互いに関して時間的にわずかにミスアライメントしている複製信号(以下のTable 3(表3)でΔtとして示される)を表すステップ応答パターンを生成する。ステップ応答パターンは、以下のように表すことができる。
【００３２】
【表３】
2010183832.tif 000005
【００３３】
ステップパターンは、図14の例に示すようなドライブ信号を生成することができる。例では、N=4が示される。
【００３４】
実際に、Δt時間間隔は、モータドライバ内のシステムクロックによって提供されてもよく、システムクロックは、予想される共振周波数fRから計算されるtC時間間隔よりずっと速い可能性がある。図14は、原寸に比例して描かれていない。一実施形態では、減衰帯域を広げるために、一部の係数が互いに交換され(swap)てもよい。係数交換は、小さなtC時間間隔についての要件を低減する可能性がある。たとえば、Δtは、係数交換が利用されるとき、1/4tCまたは1/8tCにセットされてもよい。
【００３５】
時間領域の実施形態は、Nのフィルタの畳込みによって提供される不均一分散ノッチの縦続接続を含むことができ、各フィルタは、パスカルの三角形の第1行に対応する。フィルタは、公称共振周波数の周りにノッチを呈するように同調されてもよい。フィルタはまた、その時定数tCの最小共通乗数（minimum common multiplier）によって規定される共通時間ベースを使用して畳込まれてもよい。
【００３６】
一例は、4つのフィルタを含んでもよく、その応答は、{1 00000 1}{1 000000 1}{1 0000000 1}および{1 000000000 1}である。4つのフィルタが、共振期間の約30倍の時間ベースで畳込まれると、係数{10000011101001111110010111000001}を有する32-タップフィルタがもたらさせる。図15は、140Hz公称共振周波数についての例の32-タップフィルタの周波数応答を示す。
【００３７】
図16は、本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器1600を示す。ドライブ信号発生器は、機械システムの推定される共振周波数および機械システムの現在の位置(POLD)を表すデータを格納する一対のレジスタ1610、1620を含んでもよい。ドライブ信号発生器は、図3に示すパターンなどの分散(distributed)ステップパターンを格納するタップレジスタ1630を含んでもよい。システムクロック(Δtに対応する)のそれぞれの反復に応答して、タップレジスタ1630は、ステップパターンの単一ビットをシフト出力することができる。タップレジスタは、各時定数tCを分離する時間間隔に対応するバッファビット(ゼロ)を含んでもよい。シフトされたビットは、所定期間にわたってパルスの移動和(running sum)を計算する累算器1640に出力されてもよい。
【００３８】
減算器1650は、古い位置および新しい位置からΔPを計算してもよい(ΔP＝PNEW−POLD)。除算器は、ΔPを因子1/2Nで除してもよく、除算器は、単一ビットシフトで実施されてもよく、Nは、現在使用中のパスカルの三角形の行を表す。乗算器1670および加算器1680は、ドライブ信号の生成を行い、ドライブ信号は、数学的に、
Drive(t)＝POLD＋(1/2N)(PNEW−POLD)・Σstep(t)
として表すことができる。
【００３９】
この実施形態では、step(t)項はやはり、タップレジスタからのパルスを表す。しかし、この実施形態では、タップレジスタは、正規化されたステップ値を格納する必要はない。代わりに、タップレジスタは、インクリメンタルな寄与がそれについて必要とされるΔt位置のそれぞれにおいて単一ビット値(1s)を格納してもよい(Table 3(表3)を参照されたい)。N行のそれぞれの中で、単一ビットステップは合計して2Nになる。この実施形態では、除算器1660は、タップレジスタのより簡単な実施態様を可能にしながら、正規化を達成する。DACは、加算器1680によって出力されるコードワードからアナログ信号(電圧または電流)を生成することができる。
【００４０】
図16は、システムクロックによってクロックされるタップレジスタ1630を示すが、タップレジスタは、あるいは、タイミング発生器(図示せず)によってクロックされてもよく、タイミング発生器は、各時定数tCによって規定される期間の間アクティブになり、アクティブになると、タップレジスタをΔtのレートでクロックする。パルスの各バーストが終了すると、タイミング発生器は、次のtC間隔が生じるまで、非アクティブであってよい。この第2の実施形態は、タップレジスタのサイズをより小さくすることを可能にするが、クロックシステムの複雑さを増加させる。
【００４１】
図17は、本発明の別の実施形態によるドライブ信号発生器1700を示す。ドライブ信号発生器は、機械システムの推定される共振周波数および機械システムの現在の位置(POLD)を表すデータを格納する一対のレジスタ1710、1720を含んでもよい。ドライブ信号発生器は、図3に示すパターンなどの分散ステップパターンを格納するタップレジスタ1730を含んでもよい。システムクロック(Δtに対応する)のそれぞれの反復に応答して、タップレジスタ1730は、ステップパターンの単一ビットをシフト出力することができる。タップレジスタは、各時定数tCを分離する時間間隔に対応するバッファビット(ゼロ)を含んでもよい。シフトされたビットは、累算器1740に出力されてもよい。
【００４２】
この実施形態では、POLD値は、累算器1740にプリロードされてもよい。減算器1750は、古い位置および新しい位置からΔPを計算することができる(ΔP＝PNEW−POLD)。値レジスタ1760は、ステップサイズを計算するために、Nビットシフトを使用して、ΔPを2Nで除すことができる。計算されたステップサイズは、値レジスタ1760に格納されてもよい。古い位置の値で初期化される累算器1740は、タップレジスタ1730が1の値でビットをシフトするたびに、値レジスタ1760に含まれるコンテンツ値の加算によって更新されてもよい。DAC1780は、累算器1740によって出力されるコードワードからアナログ信号(電圧または電流)を生成することができる。
【００４３】
図16および17の実施形態は、Table 1(表1)および図13の実施形態に比べてより簡単な実施態様を可能にするため有利である。図14/Table 3(表3)の実施形態のステップ応答は均一であり、したがって、Table 1(表1)に関して説明した部分ステップ応答値を生じる必要はない。図13の実施形態の場合と同様に、図16および図17の実施形態はまた、図5の実施形態と比較してより幅広のノッチに寄与する。
【００４４】
多くの機械システムは、ドライブ信号の印加によって即座に開始用機械的停止位置から移動しない。通常、ドライブ信号の振幅が、ある閾値DTH(図18)に達するまで、打ち勝てないバネ力または他の慣性力が存在する。閾値は、未知であることが多く、製造ロットごとに変わる可能性がある。さらに、閾値は、機械システム配置方向に応じて変わる可能性がある。
【００４５】
応答時間を改善するために、機械的停止位置に対応する開始位置から移動するとき、本発明の実施形態は、閾ドライブ信号DTH(図19)に対応する値までドライブ信号を進め、DTHと機械システムを目標位置まで移動させるのに十分なドライブ信号レベルとの間の差としてΔPを計算してもよい。ドライブ信号をこうしたシステムに印加するとき、ドライブ信号は、モータドライブから即座に印加されるDTHレベル、および、DTHレベル上に設けられる先の実施形態(図5、12、および/または、14)の1つの階段状ドライブ信号に対応する時間変動性成分を含んでもよい。閾ドライブDTHは、(たとえば、機械システムの予想される特性(真であってもよく、または、真でなくてもよい)に基づいて)「ブラインド(blind)」方式で推定されてもよい。あるいは、閾値は、レジスタを介してシステムにプログラムされてもよい。
【００４６】
本発明の原理は、種々の電気制御式機械システムに使用される。先に説明したように、本発明の原理を使用し、図1に示すようなカメラおよびビデオレコーダ用の自動焦点用途においてレンズ組立体を制御することができる。本明細書で説明するドライブ信号を使用するシステムは、従来のドライブ信号を用いるシステムで行われるよりも、レンズ組立体が新しい場所により速く静定することになるため、改善された性能を達成することになることが予想される。したがって、カメラおよびビデオレコーダは、以前に行われていたより迅速に、合焦された画像データを生成することになり、より大きなスループットを生む。
【００４７】
図20は、本発明の実施形態による別のシステム2000を示す。図20のシステム2000は、複数次元の移動を有するレンズ制御システムを示す。このシステムは、図1の場合と同様に、撮像チップ2010、モータドライバ2020、種々のモータ2030〜2050、およびレンズ2060を含んでもよい。各モータ2030〜2050は、多次元空間内でレンズを駆動することができる。たとえば、図20に示すように、自動焦点モータ2050は、撮像チップ2010に関して横方向にレンズを移動させてもよく、レンズは、チップ2010の光感応性表面2010.1内で光を集束させる。ピッチモータ2030は、第1回転軸の周りにレンズを回転させて、第1空間次元におけるレンズ2060の配置方向を制御することができる。ヨーモータ2040は、第1回転軸に垂直な第2回転軸の周りにレンズを回転させて、別の空間次元におけるレンズ2060の配置方向を制御することができる。
【００４８】
図20の実施形態では、撮像チップ2010は、自動焦点制御2010.1、運動検出2010.2、および光学画像安定化(optical image stabilization)(OIS)2010.3を実施する処理ユニットを含んでもよい。これらのユニットは、ドライブモータ2030〜2050のそれぞれについてコードワードを生成してもよく、コードワードは、出力ライン上でモータドライバ2020に出力されてもよい。図20に示す実施形態では、コードワードは、多重化方式でモータドライバ2020に出力されてもよい。モータドライバ2020は、ドライブモータ2030〜2050のそれぞれについてアナログドライブ信号を生成するモータドライブユニット2020.1〜2020.3を含んでもよい。アナログドライブ信号は、本明細書で説明した先の実施形態に従って生成されてもよい。1次元レンズドライバの場合にそうであるように、先の実施形態で示すように駆動される多次元レンズドライバは、従来のドライブ信号に従って駆動されるレンズドライバに比べてより速い静定時間を達成することになることが予想される。
【００４９】
本発明の原理は、他のシステム、たとえば、図21に示すMEMSベーススイッチにおいて使用される。こうしたシステムは、オープン位置とクローズ位置との間を制御信号の制御下で移動するスイッチ部材2110を含んでもよい。閉じると、スイッチ部材2110の可動性「梁(beam)」部分2120は、出力端子2130に接触して配置される(place)。制御信号は、制御端子2140を通してスイッチ部材2110に印加され、制御端子2140は、スイッチ部材2110に静電力を与えて、スイッチ部材2110をノーマリオープン位置からクローズ位置へ移動させる。これに関して、MEMSスイッチの動作が示される。
【００５０】
ある実施形態によれば、MEMS制御システムは、スイッチドライバ2150を含んでもよく、スイッチドライバ2150は、作動用制御信号に応答して、図5、12、または14に示すような形状を有するMEMSスイッチに対するドライブ信号を生成する。MEMSスイッチは、予想される共振周波数、また、拡大解釈すれば、時定数tCを導出することができる質量を有することになる。スイッチドライバ2150は、梁2120を出力端子2130に向かって移動させるのに十分な総計振幅を有するステップを印加することができる。最終時定数の終了時に、スイッチドライバ2150は、最終ステップを印加して、振動が最小の状態で、梁2120をクローズ位置で停止(halt)させることができる。
【００５１】
本発明の原理はまた、図22に示すような光MEMSシステムにおいて使用される可能性がある。光送信機2210および光受信機2220が共通光経路内に設けられる。MEMSミラー2230は、光経路に沿って設けられてもよく、ドライブ信号の制御下で、第1位置から第2位置へ併進してもよい。たとえば、デフォルト状態では、MEMSミラー2230は、送信機2210と受信機2220との間の光経路からはずれて位置決めされてもよい。しかし、起動状態では、MEMSミラー2230は、光経路を覆い隠すように移動してもよく、それにより、光の送信ビームが、受信機2220に達することが妨害される。
【００５２】
ある実施形態によれば、MEMS制御システムは、ミラードライバ2240を含んでもよく、ミラードライバ2240は、作動用制御信号に応答して、MEMSミラー2230に対するドライブ信号を生成して、MEMSミラー2230をデフォルト位置から起動位置へ移動させる。ミラー2230は、予想される共振周波数、また、拡大解釈すれば、時定数tCを導出することができる質量を有してもよい。ミラードライバ2240は、ミラー2230を起動位置に向かって移動させるのに十分な総計振幅を有するステップを印加することができる。最終時定数の終了時に、ミラードライバ2240は、最終ステップを印加して、振動が最小の状態で、ミラー2230を起動位置で停止させてもよい。
【００５３】
光システム2200は、任意選択で、ミラー2230が起動位置に移動するときに形成される第2光経路に沿って設けられる第2受信機2250を含んでもよい。この実施形態では、システム2200は、光システム2200によって受信される光信号用の経路指定能力を提供することができる。
【００５４】
本発明の原理は、触知性またはハプティックフィードバックを使用してデータの受信を確認するタッチ感応性デバイスにおいて使用される可能性がある。ハプティックデバイスは、機械式ボタンの「クリック(click)」をシミュレートするフィードバックまたは他の触知性フィードバックを提供する。図23に示すように、こうしたデバイス2300は、入力デバイス、一般に、オペレータの指、スタイラス、または他の物体からのデータを取込むためのタッチスクリーンパネル2310を含んでもよい。タッチスクリーンパネル2310は、タッチスクリーンコントローラ2320に対してデータを生成し、タッチスクリーンコントローラ2320は、パネルデータを処理して、オペレータがその上でデータを入力したスクリーン位置を導出する。ハプティックフィードバックを提供するために、タッチスクリーンコントローラ2320は、モータドライバに対してデジタルコードワードを生成してもよく、モータドライバは、ハプティックモータコントローラ2330に対してドライブ信号を生成する。ハプティックモータコントローラ2330は、ハプティックエフェクトモータ2340に対してドライブ信号を生成してもよく、ハプティックエフェクトモータ2340は、触知性フィードバックを生成するタッチスクリーンパネル2310内の機械デバイスに力を与える。
【００５５】
ある実施形態では、モータドライバ2330は、図12または14に示すような形状によるドライブ信号をハプティックエフェクトモータ2340に対して生成してもよい。ハプティックエフェクトモータ2340およびタッチスクリーンデバイスの関連する機械コンポーネントは、予想される共振周波数、また、拡大解釈すれば、時定数tCを導出することができる質量を有してもよい。モータドライバ2330は、パスカルの三角形の選択された行または本明細書で述べる任意の実施形態による一連のステップを印加してもよい。変動する質量がユーザ相互作用によって制御されるため、ステップは、他の用途に比べて、パスカルの三角形のより深い行(たとえば、第4行以上)から生じる可能性がある。階段状パルスドライブ信号は、急に開始し終了するタッチスクリーンデバイス内で触知性フィードバックを生成し、したがって、機械デバイスを確実に模擬するフィードバックセンセーションを提供することになると予想される。
【００５６】
本発明の原理はまた、揺動腕またはスレッド(sled)ベースリーダを含んでもよい光または磁気ディスクリーダにおいて使用される可能性がある。ディスク表面2420上に設けられたモータ駆動式揺動腕2410を示すディスクリーダについての1つの共通構造が図24に示される。揺動腕は、揺動腕上に搭載されたモータコイル2430を含んでもよく、モータコイル2430は、ドライブ信号が供給されると、磁束を生成し、磁束は、磁石(図示せず)と相互作用して、揺動腕をある運動範囲にわたって移動させる。こうして、揺動腕上に設けられた読取りヘッド2440が、識別される情報のトラックをディスクからアドレス指定し、情報を読取りうる。
【００５７】
ある実施形態では、ディスクリーダ制御システムは、モータドライバ2450を含んでもよく、モータドライバ2450は、コードワードに応答して、図5、12、または14に示すような形状を有するドライブ信号をモータコイル2430に対して生成する。揺動腕(およびスレッド)は、予想される共振周波数fR、また、拡大解釈すれば、時定数tCを導出することができる慣性を有してもよい。モータドライバ2450は、ディスクリーダを新しい位置に移動させるのに十分な総計振幅を有するステップを印加することができる。最終時定数の終了時に、モータドライバ2450は、最終ステップを印加して、振動が最小の状態で、リーダをアドレス指定された位置で停止させることができる。
【００５８】
ある実施形態によれば、図25のドライブ信号発生器2500は、一定ドライブ窓を有するランプベースモータドライブ信号を生成することができる。従来のモータドライバシステムでは、ランプ信号は一定変化率で提供される。これらの「傾斜(slope)」ランプ信号システムでは、機械システムを所望の場所に押しやるための時間は、横断する距離に依存する。たとえば、100点の移動に対応するランプ信号を送出するのに、50点の移動に対応するランプ信号を送出するのにかかることになる時間の2倍がかかることになる。しかし、「傾斜」ランプ信号は、ノッチフィルタリングを必要とし、種々の周波数応答を有する。一定ドライブ窓を有するランプベースモータドライブ信号は、一方、線形フィルタリングで動作し、一定周波数応答を有する可能性がある。
【００５９】
ドライブ信号発生器2500は、横断される新しい位置を表すコードを格納する入力コードレジスタ2510を含んでもよい。ドライブ信号発生器2500は、機械システムの古い位置または現在の位置を表すコードを格納する古いコードレジスタ2520を含んでもよい。減算器2530は、古い位置コードから新しい位置コードを引くことによって、古い位置と新しい位置との間の分離距離を計算することができる。
【００６０】
ドライブ信号発生器2500はまた、分離距離に基づいてステップ応答信号を生成するための、ステップクロックレートでクロックされるランプ変調器2540を含んでもよい。ステップ応答は、特定のドライブ信号の個々のステップに対応してもよい。さらに、ドライブ信号発生器2500は、ステップ応答信号に応答してデジタルドライブ信号を生成するための累算器2550を含んでもよい。累算器2550は、以前の動作から維持された古いコードに対応する値によって初期化されてもよい。DAC2560は、デジタルドライブ信号からアナログドライブ信号を生成することができる。
【００６１】
図26は、一定ドライブ窓を有するランプベースモータドライブ信号の例を示す。信号は、分離距離によらず、所定の時間tp以内で、機械システムがその所望の目標位置に達するようにさせる。たとえば、図26は、同じ所定の時間tpの間に働く、全レンジ距離、半レンジ距離、および1/4レンジ距離横断用のドライブ信号を示す。所定の時間tpは、機械システムが、全レンジ変位を1点/サイクルで横断するのにかかる時間に対応するようセットされてもよい。所望の目標位置に達するのにかかるステップ数は、横断される距離に応じて変わる可能性がある。ステップは、所定時間にわたって分散してもよく、したがっていくつかのステップは「とられない(not be taken)」可能性がある。たとえば、半レンジ変位は、全レンジ変位についてとられるステップと比較すると、50%のとられないステップを有することができる。たとえば、1/4レンジ変位は、全レンジ変位についてとられるステップと比較すると、75%のとられないステップを有することができる。他の比では、ステップサイクルの対応する比になりうるが、不規則なパターンを生成する可能性もある。
【００６２】
ドライブ信号発生器2500は、本明細書で述べる他の実施形態と協調して使用されてもよい。たとえば、モータドライブシステムは、いくつかのモードで動作し、1つのモードは一定ドライブ窓モードを有するランプベースドライブ信号である。
【００６３】
ある実施形態によれば、モータドライブシステム2700は、図27に示すフィードバックシステムを含んでもよい。フィードバックシステムは、バックチャネル用の検出システム、ホール効果センサ、または他の適したフィードバックデバイスであってよい。モータ駆動式システムは、機械式構造2750を駆動するようにモータドライバ2720に指令するコードを送出する制御チップ2710を含んでもよい。機械式構造2750は、モータ2730および機械システム2740を含んでもよい。モータドライバは、モータドライバ2720とモータ2730を接続する信号ラインによってモータ2730にドライブ信号を送信することができる。モータ2730は、ドライブ信号に応答して機械システム2740を移動させ、ドライブ信号は、機械式構造2750において振動またはリンギング挙動をもたらす可能性がある。振動は、フィードバックシステムによって取込まれてもよい。振動は、モータ2730とモータドライバ2720との間に延びる信号ラインに電気信号を誘導する。バックチャネルは、ドライブ信号が送信される同じ信号ライン上にあってもよく、または、別個の信号ライン上にあってもよい。
【００６４】
バックチャネル検出システムは、機械システムの共振周波数fRを計算してもよい。システム製造業者は、製造業者の機械システムの共振周波数を正確に知らないことが多い。さらに、特にシステムコンポーネントを安価に製作しなければならない消費者デバイスでは、共振周波数は、共通製品の異なる製造ロットにわたって変動しうる。したがって、製造業者の予想する値に依存するのではなく、実際の機械システムの共振周波数を計算することは、使用中の機械システムの精度を改善し、ストップ帯域幅の減少によって静定時間を低減させる。
【００６５】
図28は、機械システムの実際の共振周波数を計算するために、モータドライバに組込まれてもよいドライブ信号発生器2800の実施形態を示す。ドライブ信号発生器2800は、デジタル試験ドライブ信号を生成する累積器2820と、累積器のデジタル出力からアナログ試験ドライブ出力信号(次に、機械式構造のモータに印加される)を生成するデジタル-アナログ変換器(DAC)2830と、バックチャネル電気信号を取込むバックチャネルセンサ2840と、実際の共振周波数を計算する処理ユニット2850と、計算された共振周波数を格納するレジスタ2810とを含んでもよい。アナログ信号は、電流または電圧として生成されてもよい。
【００６６】
図29は、本発明の実施形態による機械システムの実際の共振周波数を決定する方法2900のフロー図である。方法は、試験ドライブ信号を生成することを含んでもよい(ブロック2910)。試験ドライブ信号は、機械システムの運動範囲内の中間位置に機械システムを押しやるのに十分な値を有する単位ステップドライブ信号であってよい。ドライブ信号は、単位ステップ関数、ランプ関数、または、機械システムの候補共振周波数の広い範囲にわたって非ゼロエネルギーを持つ他の関数によって生成されてもよい。モータは、試験ドライブ信号に応答して、機械システムを移動させてもよく、また、機械システムにおいて振動性挙動を誘導するはずである。振動は、モータのバックチャネル内に電気信号を誘導する可能性がある。方法は、バックチャネルセンサにおいてバックチャネル信号を取込んでもよい(ブロック2940)。方法は、取込まれたバックチャネル信号からデータサンプルを生成してもよい(ブロック2950)。データサンプルから、方法は、機械システムの実際の共振周波数を計算してもよい(ブロック2960)。プロセスは、さらに、計算された共振周波数をfRレジスタに格納することを含んでもよい(ブロック2970)。格納された共振周波数は、次に、先の実施形態で説明したように、実行(run)時間中にドライブ信号を生成するのに使用されてもよい。
【００６７】
図30は、図30(a)の試験ドライブ信号および図30(b)の機械システムの対応する移動の例を示す。図30(a)の試験ドライブ信号は、機械システムの移動範囲内の中間点に対応する単位ステップドライブ信号である。ドライブ信号は、モータに印加され、モータは、機械システムの運動を引き起こす。中間点ドライブ信号に応答する機械システムの変位は、図30(b)に示される。リンギング作用が、変位グラフの始めに見られ、機械システムの変位は、その対応する変位値に静定する前に、最初に振動性挙動を伴って作用する。振動性挙動は、機械システム内の振動と同じ共振周波数を有する電気信号をバックチャネルに誘導する。
【００６８】
共振周波数はまた、探索/適応プロセスにおいて計算されてもよい。図31は、ある実施形態による、機械システムの格納された共振周波数を適応的に調整する方法3100のフロー図である。方法は、ドライブ信号を印加することを含んでもよい(ブロック3110)。fRについての公称値は、このとき、レジスタに格納されてもよい。fRについての公称値は、計算された最後のfR値であってよい。ドライブ信号は、試験ドライブ信号か、または、通常動作で印加されるドライブ信号であってよい。ドライブ信号は、試験ドライブ信号である場合、機械システムの運動範囲内の中間位置に機械システムを押しやるのに十分な値を有する単位ステップドライブ信号であってよい。ドライブ信号は、単位ステップ関数、ランプ関数、または、機械システムの候補共振周波数の広い範囲にわたって非ゼロエネルギーを持つ他の関数によって生成されてもよい。モータは、ドライブ信号に応答して、機械システムを移動させてもよく、また、機械システムにおいて振動性挙動を誘導するはずである。方法は、バックチャネルセンサにおいてバックチャネル信号を取込んでもよい(ブロック2940)。方法は、振動の大きさMを推定してもよい(ブロック3120)。Mによって、方法は、fRを調整してもよい(ブロック3130)。調整は、機械システムの配置方向およびステップサイズなどの因子に依存してもよい。方法は、さらに、計算された共振周波数をfRレジスタに格納することを含んでもよい。格納された共振周波数は、次に、先の実施形態で説明したように、実行時間中にドライブ信号を生成するのに使用されてもよい。
【００６９】
図32(a)は、ある実施形態による、fR調整を計算する方法3200のフロー図である。方法は、振動の周波数領域FEを推定することを含んでもよい(ブロック3201)。FEは、±10%などの許容度を有してもよく、したがって、正確な測定は必要とされない。方法は、格納されたfRとFEを比較して、格納されたfRが、FE内か、FE未満か、または、FEを超えるかをチェックしてもよい(ブロック3202)。格納されたfRがFE内にある場合、方法は、格納されたfRを維持してもよい(ブロック3203)。格納されたfRがFE未満である場合、方法は、格納されたfRを所定の量だけ増加してもよい(ブロック3204)。格納されたfRがFEを超える場合、方法は、格納されたfRを所定の量だけ減少してもよい(ブロック3205)。方法は、さらに、調整されたfRをfRレジスタに格納することを含んでもよい。
【００７０】
図32(b)は、別の実施形態によるfR調整を計算する方法3250のフロー図である。方法は、fR調整について、好ましい符合(+または-)を割当てることを含んでもよい(ブロック3251)。好ましい符合は、機械システムの以前のパターンまたは動作に基づいて割当てられてもよい。方法は、現在の振動の大きさを以前の振動の大きさと比較して、機械システムの性能が低下したかどうかを検出してもよい(ブロック3252)。所定期間にわたって振動の大きさが増加することは、性能が低下したことを示す。現在の振動の大きさが以前の振動の大きさより大きい場合、方法は、好ましい符合を変更し、新しく割当てられた符合に従って所定の量だけfRを調整してもよい(ブロック3253)。方法は、さらに、変更された符合を、次の反復についての好ましい符号として格納してもよい。振動の大きさが以前の振動の大きさより大きくない場合、方法は、好ましい符号を維持し、好ましい符合に従って所定の量だけfRを調整してもよい(ブロック3254)。共振周波数の大きな変動が予想されないため、fRに対する所定の量の変化は、比較的小さな量にセットされてもよい。
【００７１】
ある実施形態によれば、バックチャネル検出システムは、開始用機械的停止位置から機械システムを移動させるのに必要とされるDTHを計算してもよい。やはり、システム製造業者は、製造業者の機械システムのDTHを正確に知らないことが多い。さらに、特にシステムコンポーネントを安価に製作しなければならない消費者デバイスでは、DTHは、共通製品の異なる製造ロットにわたって変動しうる。したがって、製造業者の予想するDTHに依存するのではなく、機械システムの実際のDTHを計算することは、使用中の機械システムの精度を改善する。
【００７２】
図33は、機械システムの実際のDTHを計算するためにモータドライバに組込まれてもよいドライブ信号発生器3300の実施形態を示す。ドライブ信号発生器3300は、モータドライバの初期化モードで動作する。ドライブ信号発生器3300は、デジタル試験ドライブ信号を生成する累積器3320と、累積器のデジタル出力に基づいてアナログ試験ドライブ出力信号(機械式構造のモータに印加される)を生成するデジタル-アナログ変換器(DAC)3330と、バックチャネル電気信号を取込むバックチャネルセンサ3340と、実際のDTH値を計算するかまたは別のデジタル試験ドライブ信号を生成するように累積器3320に指令する処理ユニット3350と、計算されたDTH値を格納するDTHレジスタ3330とを含んでもよい。アナログ信号は、電流または電圧として生成されてもよい。
【００７３】
本発明のある実施形態によれば、ドライブ信号発生器は、さらに、機械システムの位置および向きを格納する位置センサ3360を含んでもよい。位置センサ3360は、累算器3320に結合されてもよい。DTHは、機械システムの向きに敏感である可能性がある。たとえば、レンズ機械システムは、下に向くとき重力の補助力が下向きであるため低いDTHを有する可能性があり、逆に、レンズ機械システムは、上に向くとき重力の反対の力が下向きであるため高いDTHを有する可能性がある。位置センサ3360は、傾斜計、ジャイロスコープ、または任意の適した位置検出デバイスであってよい。
【００７４】
図34は、本発明のある実施形態による、機械システムのDTHを決定する方法3400のフロー図である。方法3400は、DTHを決定するために反復プロセスを実施してもよい。プロセスは、DTHレジスタに格納されたDTHの現在の推定値を使用して試験ドライブ信号を生成してもよい(ブロック3420)。試験ドライブ信号は、単位ステップ関数に従って生成されてもよい。第1反復において、DTH推定値は、予めプログラムされた値であってよいが、以降で、以前の反復によってセットされてもよい。ある実施形態によれば、試験ドライブ信号は、向きの変化が検出されると生成されてもよい。試験ドライブ信号はまた、機械システムの向きの検出に応じて生成されてもよい。試験ドライブ信号は、機械システムのモータに印加されてもよい。試験ドライブ信号の値が、実際のDTH以上である場合、モータは、機械システムを移動させるべきであり、それにより、機械システムに振動が生じる。振動は、バックチャネル内に電子信号を誘導する可能性がある。しかし、試験ドライブ信号の値が、実際のDTHより小さい場合、機械システムは、移動せず、その結果、バックチャネル信号は誘導されない。
【００７５】
方法3400は、振動を求めて、バックチャネルを監視し(ブロック3430)、バックチャネル信号が存在するかどうかを判定してもよい。バックチャネル信号が観察されない場合、方法3400は、別の反復のために試験ドライブ信号を増加させる(ブロック3440)。方法は反復してもよい。バックチャネル信号が観察された場合、処理ユニットは、現在のDTH値が、所定の精度レベル内にあるどうかをチェックする(ブロック3450)。このチェックは、たとえば、DTHの値が、プロセスにおいて所定の回数変更されたかどうかを判定することによって行われてもよい。現在のDTHが、所定の精度レベル内にない場合、方法は、試験ドライブ信号を減少させる(ブロック3460)。
【００７６】
DTHの値が、所定の精度レベル内にあることがわかっている場合、処理ユニットは、最終推定値として、DTHレジスタに現在のDTH値を格納する(ブロック3470)。その後、方法は終了してもよい。格納されたDTH値は、その後、予想されるDTH値を使用する本発明の任意の実施形態で使用されてもよい。さらに、フィードバック駆動式探索法は、以前のドライブ信号に応答してバックチャネルの測定されたパラメータに基づいて単位ステップ関数の振幅を計算することによって、収束速度を改善するために実施されてもよい。
【００７７】
図35は、図35(a)の試験ドライブ信号および図35(b)の機械システムの対応する移動の例を示す。図35(a)の第1ステップ値試験ドライブ信号は、推定されたDTH値に対応する単位ステップドライブ信号である。ドライブ信号はモータに印加され、機械システムの運動を引き起こす。第1ステップ値試験ドライブ信号に応答する機械システムの変位は図35(b)に示される。リンギング作用が、変位グラフの始めに見られ、機械システムの変位は、その対応する変位値に静定する前に、最初に振動性挙動を伴って作用する。振動性挙動は、機械システム内の振動と同じ共振周波数を有する電気信号をバックチャネルに誘導する。第1ステップ値試験ドライブ信号より大きさが低い第2ステップ値試験ドライブ信号は、モータを駆動させないため、機械システムの移動はなく、したがって、図35に示す振動性挙動はない。したがって、第2ステップ値試験ドライブ信号は、実際のDTH未満であった。プロセスは、第1ステップ値と第2ステップ値の中間の第3ステップ値(図示せず)を生成し、DTH値が所定の精度レベル内にあると判定されるまで、反復して、振動性挙動を監視することによって継続することになる。
【００７８】
共振周波数fRとDTH値は共に、初期化モードで決定されてもよい。初期化モードは、機械システムが最初にターンオンされると、または、機械システムがターンオンされるたびに、または、他の所定の時間にトリガされてもよい。fR計算プロセスおよびDTH値計算プロセスはまた、同じ初期化モードで、または、異なる初期化モードで、同時にまたは連続して実施されてもよい。両方のプロセスが同時に実施される場合、同じ試験ドライブ信号が、両方のプロセスについて使用されてもよく、処理ユニットは、実際のfRとDTH値の両方を、同じバックチャネル信号を使用して計算する。両方のプロセスが連続して実施される場合、プロセスは、いずれの順序で実施されてもよい。さらに、向き変更が、関数またはルックアップテーブル(LUT)によって検出されると、DTH値が修正されてもよい。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態が、本明細書において具体的に示され述べられている。しかし、本発明の変更および変形は、本発明の精神および所期の範囲から逸脱することなく、上記教示によって包含され、かつ、添付特許請求の範囲内にあることが理解されるであろう。さらに、先に示した信号は、瞬時応答を有するドライブ信号の理想化された形態を表し、実際には、ある量のスルーが、実際の動作状況におけるモータドライバから予想されうることが理解されるであろう。こうした作用は、本発明の原理を曖昧にしないために、先の説明から省かれている。
【符号の説明】
【００８０】
110  撮像チップ
120  モータドライバ
130  ボイスコイルモータ
140  レンズ
910  POLDレジスタ
920  PNEW
930、1610、1710  fRレジスタ
940、1650、1750  減算器
950  ステップ発生器
960、1640、1740  累算器
980、1680  加算器
1110  ドライブ信号発生器
1120.1、1120.2、1120.N、  ノッチ制限フィルタ
1310  レジスタ
1320、1620、1720  古い位置レジスタ
1330  タイミングエンジン
1340、1630、1730  タップレジスタ
1350  乗算/累算
1360、1690、1780  DAC
1660  除算器
1670  乗算器
1760  値レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２（ａ）】
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【図３２（ｂ）】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【外国語明細書】
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