(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＭＡ作動装置であって、
支持構造体と、
前記支持構造体上に可動的に支持された可動要素と、
前記支持構造体と前記可動要素の間に機械的に接続された３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物であって、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤは、それらが収縮すると前記支持構造体に対する前記可動要素の変位を駆動するように構成され、３つ以上の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループは、前記可動要素における相互接続部を有し、前記相互接続部が前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループを一緒に電気的に接続する、ＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物と、
前記支持構造体において前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに電気的に接続された制御回路であって、前記制御回路が前記可動要素で前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに電気的に接続されることなく、駆動信号を前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに供給するためにある、制御回路とを備え、
前記制御回路が、前記グループの中のＳＭＡアクチュエータワイヤの異なる組み合わせを通して選択的に駆動信号を供給するように構成され、前記異なる組み合わせは、前記可動要素における前記相互接続部の一方の側の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、前記可動要素における前記相互接続部の他方の側の並列の複数のＳＭＡアクチュエータワイヤとからなる、ＳＭＡ作動装置。
【請求項２】
前記制御回路は前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに信号を供給するように構成され、前記信号の供給時に前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループの両端の電圧および／または電流の測定を行いかつ測定値から各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出するように構成された抵抗測定部をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号は所定の電流値を有し、前記抵抗測定部は前記支持構造体での前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループ内の各ＳＭＡアクチュエータワイヤの端部において電圧の測定を行うように構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号は所定の電圧値を有し、前記抵抗測定部は前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループの両端の電流の測定を行うように構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記信号は可動要素における前記相互接続部の各側での前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの異なる組み合わせを通して供給される信号からなり、前記抵抗測定部は前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの異なる組み合わせにわたる測定値の関数として各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出するように構成された、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記信号が、前記可動要素における前記相互接続部の一方の側の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、前記可動要素における前記相互接続部の他方の側の並列の前記グループの中の残りのＳＭＡアクチュエータワイヤのすべてとを通して供給される信号からなる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記信号が、所定の電流値を有し、かつ前記可動要素における前記相互接続部の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤの１つを通して供給される信号からなり、少なくとも１つの他の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤを通しては信号は供給されず、それにより前記支持構造体での当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤの端部の電圧は前記可動要素における前記相互接続部での電圧に追随し、前記抵抗測定部は、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの前記１つの抵抗の大きさを、前記支持構造体での前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの端部での電圧の測定値から導出するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、帰還パラメータとして電気抵抗の大きさを用いて、個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱を変化させるように構成された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路が、個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱を各アクチュエータワイヤに対してそのＳＭＡアクチュエータワイヤの目標抵抗とそのＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさとの間の誤差に基づいて変化させるように構成された、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御回路が駆動信号を、前記可動要素における前記相互接続部の一方の側の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、前記可動要素における前記相互接続部の他方の側の並列の前記グループの中の残りのＳＭＡアクチュエータワイヤのすべてとからなる異なる組み合わせを通して選択的に供給するように構成された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記可動要素が、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのみによって前記支持構造体上に支持される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ＳＭＡアクチュエータワイヤはそれが収縮すると、３つ以上の自由度を有して前記支持構造体に対する前記可動要素の変位を駆動するように構成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
ＳＭＡアクチュエータワイヤの配列が、主軸の周りの４つのそれぞれの側面上に２つのＳＭＡアクチュエータワイヤを有して、概念的主軸に対して傾斜した８個のＳＭＡアクチュエータワイヤを備え、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤは前記可動要素と前記支持構造体の間に機械的に接続され、それにより、収縮すると４つのＳＭＡアクチュエータワイヤの２つの群は、主軸に沿った方向とは反対の成分で前記可動要素に対して力を生じ、各群のＳＭＡアクチュエータワイヤは主軸の周りに２重の回転対称を有して配置された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記可動要素がイメージセンサと、画像の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成されたカメラレンズ素子とを備えるカメラユニットである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＳＭＡ作動装置が前記支持構造体に固定されたイメージセンサをさらに備えたカメラ装置であり、前記可動要素は画像の焦点を前記イメージセンサに合わせるように構成されたカメラレンズ素子を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＳＭＡアクチュエータワイヤの少なくとも３つの前記グループが、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのすべてからなる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持構造体上に支持された可動要素の位置制御をもたらすための、ＳＭＡ（形状記憶合金（ｓｈａｐｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ａｌｌｏｙ））アクチュエータワイヤの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動要素の位置制御をもたらすことが求められる多様なタイプの装置がある。ＳＭＡアクチュエータワイヤは特に、所与の力を加える必要があるＳＭＡアクチュエータのサイズが比較的小さいことを意味するその高エネルギー密度によりこれらの装置におけるアクチュエータとして有利である。ＳＭＡアクチュエータワイヤがアクチュエータとして使用されることが知られている１つの非限定的なタイプの装置はカメラであり、特に小型カメラである。
【０００３】
多くの応用分野では、複数の方向での動きをもたらすことが望ましい。これは一般に、支持構造体と可動要素の間に機械的に接続された複数のＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物を用意することが必要である。このような配列を制御するには、ＳＭＡアクチュエータワイヤを加熱してそれらを収縮させそれによって可動要素の変位を制御する、駆動信号がそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤに供給される。
【０００４】
非限定的な例として国際公開第２０１１／１０４５１８号は、主軸の周りの４つのそれぞれの側面上に２つのＳＭＡアクチュエータワイヤを有して、概念的主軸に対して傾斜した８個のＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物を備えるＳＭＡ作動装置を開示しており、ＳＭＡアクチュエータワイヤは可動要素と支持構造体の間に機械的に接続され、それにより、収縮すると４つのＳＭＡアクチュエータワイヤの２つの群は、主軸に沿った方向とは反対の成分で可動要素に対して力を生じる。各群のＳＭＡアクチュエータワイヤは主軸の周りに２重の回転対称を有して配置され、それによりそれらは主軸の横方向に回転および／または変位を駆動する。国際公開第２０１１／１０４５１８号で述べられているように装置は、動きが光学的画像安定化（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ  ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ：ＯＩＳ）をもたらし一部の場合にはカメラの焦点合わせをもたらすカメラとすることができる。
【０００５】
国際公開第２０１１／１０４５１８号では最大数の自由度を有して制御が実施される場合は、制御回路は電気抵抗を帰還パラメータとして用いて、制御されるＳＭＡアクチュエータワイヤに駆動信号を供給する、各ＳＭＡアクチュエータワイヤに接続された駆動回路を備える。具体的には駆動回路は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗を測定し、閉ループ制御アルゴリズムにおいてそのＳＭＡアクチュエータワイヤに対する目標抵抗と、測定した抵抗との間の誤差に基づいて駆動信号を変化させる。この制御をもたらすために各駆動回路は、支持構造体においておよび可動要素においてそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤに接続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこの構成を改良することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
支持構造体と、
支持構造体上に可動的に支持された可動要素と、
支持構造体と可動要素の間に機械的に接続された３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物であって、ＳＭＡアクチュエータワイヤはそれが収縮すると支持構造体に対する可動要素の変位を駆動するように構成され、３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤのグループは、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループを一緒に電気的に接続する、可動要素における相互接続部を有する、ＳＭＡアクチュエータワイヤの配置物と
を備える、ＳＭＡ作動システムが提供される。
【０００８】
国際公開第２０１１／１０４５１８号に開示された装置とは異なり３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤのグループは、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループを一緒に電気的に接続する、可動要素における相互接続部を有する。相互接続部を含むこの構成は、可動要素において行う必要がある電気的接続の数を低減しながら、各ＳＭＡアクチュエータワイヤの別々の制御を可能にすることが認識された。具体的には可動要素においては、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに対して電気的接続を行う必要がない。ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループはすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤからなるものとすることができ、その場合は可動要素において電気的接続を行う必要は全くない。
【０００９】
可動要素において行う必要がある電気的接続を減らすまたは無くすことは有利であり、なぜなら支持構造体と可動要素の間の追加的な電気的接続はまた、支持構造体に対する可動要素の運動を妨げ得る機械的特性を必然的にもつことになるからである。電気的接続は、その機械的特性が運動に及ぼす影響を最小にするように設計することができるが、実際にこれを達成するのは難しく、コストおよび設計の複雑さが増すことになる。したがってＳＭＡアクチュエータワイヤ以外には、可動要素と支持構造体の間に追加的な接続はないことが望ましい。
【００１０】
このような電気的接続がなくても、群の中の個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱は、駆動信号を、可動要素における相互接続部の各側で群の中のＳＭＡアクチュエータワイヤの異なる組み合わせを通して選択的に供給することによって達成できることが認識された。例示的であるが非限定的な一例では、駆動信号は、可動要素における相互接続部の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、可動要素における相互接続部の他方の側で並列の複数のＳＭＡアクチュエータワイヤ、たとえば残りのＳＭＡアクチュエータワイヤのすべてとからなる異なる組み合わせを通して、選択的に供給することができる。この場合は、複数のＳＭＡアクチュエータワイヤは並列に構成されるので、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤが主に加熱される。１つのＳＭＡアクチュエータワイヤを通って流れる電流は、複数のＳＭＡアクチュエータワイヤの間で分割される。さらに並列構成がそれらの全体の抵抗を減少させることにより、複数のＳＭＡアクチュエータワイヤの両端の電圧は減少される。
【００１１】
装置はさらに、駆動信号をＳＭＡアクチュエータワイヤに供給するために、支持構造体においてＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに電気的に接続された制御回路を備えることができる。
【００１２】
さらに個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱は、電気抵抗を帰還パラメータとして用いて制御することができる。これは各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出することを必要とし、これは実際に、可動要素においてＳＭＡアクチュエータワイヤのグループへの電気的接続を行う必要なしに達成できることが認識された。可動要素においてＳＭＡアクチュエータワイヤのグループへの電気的接続がない場合は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗を直接測定することはできないが、各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさは間接的に得られることが認識された。
【００１３】
具体的にはこれは、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに信号を供給し、前記信号の供給時にＳＭＡアクチュエータワイヤのグループの両端の電圧および／または電流の測定を行い、測定値から各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出することによって達成することができる。例示的であるが非限定的ないくつかの例は次の通りである。
【００１４】
一例では信号は、可動要素における相互接続部の各側でのＳＭＡアクチュエータワイヤの異なる組み合わせを通して供給される信号からなる。この場合は各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさは、ＳＭＡワイヤの異なる組み合わせにわたる測定値の関数として導出される。たとえば信号は、可動要素における相互接続部の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、可動要素における相互接続部の他方の側の並列のグループの中の残りのＳＭＡアクチュエータワイヤのすべてとに供給される信号とすることができる。異なる組み合わせは、個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の異なる関数である全体の抵抗を有する。したがって異なる組み合わせの測定値は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出することを可能にする。
【００１５】
他の例では信号は、可動要素における相互接続部の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤの１つを通して供給される信号からなり、少なくとも１つの他のＳＭＡアクチュエータワイヤを通しては信号は供給されず、それにより支持構造体での当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤの端部の電圧は可動要素における相互接続部での電圧に追随する。この場合はＳＭＡアクチュエータワイヤの１つの抵抗の大きさは、支持構造体でのＳＭＡアクチュエータワイヤの端部での電圧の測定値から直接導出される。
【００１６】
したがって制御回路はさらに、前記信号の供給時にＳＭＡアクチュエータワイヤのグループの両端の電圧および／または電流の測定を行うように構成された抵抗測定部を備えることができ、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループに信号を供給して、測定値から各ＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさを導出するように構成することができる。次いで制御回路は、たとえば、個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱を各アクチュエータワイヤに対してそのＳＭＡアクチュエータワイヤの目標抵抗とそのＳＭＡアクチュエータワイヤの抵抗の大きさとの間の誤差に基づいて変化させることにより、電気抵抗の大きさを帰還パラメータとして用いて個々のＳＭＡアクチュエータワイヤの加熱を制御することができる。
【００１７】
次により良く理解できるように本発明の実施形態について、添付の図面を参照して非限定的な例によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＳＭＡ作動装置の透視図である。
【図２】ＳＭＡ作動ワイヤのための制御回路の図である。
【図３】制御回路の駆動回路の第１の構成の図である。
【図４】駆動回路の第１の構成に供給される制御信号のための２つの方式のタイミング図である。
【図５】駆動回路の第１の構成に供給される制御信号のための２つの方式のタイミング図である。
【図６】制御回路の駆動回路の第２から第５の構成の図である。
【図７】制御回路の駆動回路の第２から第５の構成の図である。
【図８】制御回路の駆動回路の第２から第５の構成の図である。
【図９】制御回路の駆動回路の第２から第５の構成の図である。
【図１０】駆動回路の第５の構成に供給される制御信号のための方式のタイミング図である。
【図１１】ＯＩＳをもたらすカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【図１２】ＯＩＳおよびレンズの動きをもたらすカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１にはＳＭＡ作動装置１０が示され、次に説明する。可動要素１１は、８個のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８によって支持構造体１２上に支持される。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の配列は変わり得るが、共通の要素は共通の参照番号を有する。
【００２０】
可動要素１１は一般に任意のタイプの要素とすることができる。可動要素１１は主軸Ｐに沿って見ると正方形の形状を有するが、より一般には任意の形状を有し得る。支持構造体１２は概略的に示されるが、一般には可動要素１１を支持するための任意のタイプの要素とすることができる。支持構造体１２は、支持構造体に対する可動要素１１の動きを可能にするように可動要素を支持する。可動要素１１はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のみによって支持構造体１２上に支持されるが、原理上はＳＭＡ作動装置１０は支持構造体１２上に可動要素１１を追加的に支持する懸架システムを備えることができる。
【００２１】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、場合により中間構成要素を介して、可動要素１１および支持構造体１２のそれぞれの１つに各端部において接続された１つのＳＭＡワイヤを備える。機械的接続をもたらす任意の適切な手段、たとえば任意選択で接着剤を用いて強化されたクリンプ部材を用いることができる。
【００２２】
さらにたとえばクリンプ部材が用いられる場合はそれによって、各端部においてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に電気的接続がなされる。支持構造体１２においてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は以下で述べる制御回路２０に電気的に接続される。可動要素１１においてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は相互接続部１３によって一緒に電気的に接続される。相互接続部１３は任意の導電性材料の導電性要素、典型的には金属によって形成することができる。相互接続部１３は一般に任意の形状を有することができる。相互接続部１３は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通して以外は、支持構造体または制御回路２０への電気的接続を有しない。
【００２３】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、主軸Ｐの半径の概念的な線に垂直な主軸Ｐの１つの側面に沿って延び、主軸に対して傾斜する。各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は張力を有して保持され、それによって主軸Ｐに沿った方向の力の成分と、主軸Ｐに垂直な横方向の力の成分とを印加する。
【００２４】
ＳＭＡ材料は加熱すると、ＳＭＡ材料を収縮させる固体相変化を受けるという特性を有する。低温度ではＳＭＡ材料はマルテンサイト相に入る。高温度ではＳＭＡはオーステナイト相に入り、これは変形を誘起しＳＭＡ材料を収縮させる。相変化は、ＳＭＡ結晶構造における転移温度の統計的広がりによりある範囲の温度にわたって起きる。したがってＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を加熱することは、それらの長さの減少を引き起こす。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は任意の適切なＳＭＡ材料、たとえばニチノールまたは他のチタン合金ＳＭＡ材料から作製することができる。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の材料組成および前処理は、通常動作時に予想周囲温度より高く、位置制御の程度を最大化するためにできるだけ広い温度の範囲にわたって相変化を生じるように選ぶことが有利である。
【００２５】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つが加熱すると、その中で応力が増加し収縮する。これは可動要素１１の動きを引き起こす。ＳＭＡ材料のマルテンサイト相からオーステナイト相への転移が起きる温度の範囲にわたってＳＭＡの温度が上昇するのに従って、ある範囲の動きが生じる。逆に言えばＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つが冷却しそれによりその中の応力が減少すると、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対向するものからの力を受けて膨張する。これにより可動要素１１が反対方向に動くことが可能になる。
【００２６】
光軸Ｏに沿った支持構造体１２に対する可動要素１１の位置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の温度を変化させることによって制御される。これは、抵抗加熱を生じる駆動信号をＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に通過させることによって達成される。加熱は駆動信号によって直接行われる。冷却は、その周囲への伝導によってＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が冷えるのを可能にするように駆動信号を低減または停止することによって行われる。
【００２７】
主軸Ｐの周りの４つのそれぞれの側面上に、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の２つが配置される。各側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の２つ、たとえばＳＭＡアクチュエータワイヤ１および２は、主軸Ｐから垂直に見て、互いに対して反対の方向に傾斜し、互いに交差する。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８がその上に配置された４つの側面は、主軸Ｐの周りを環状に囲んで延びる。この例では諸側面は直交し、したがって主軸Ｐに沿って見ると正方形となるが、別法として諸側面は異なる四辺形形状を有することもできる。この例ではＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、可動要素１１の外面に平行であり、それによりＳＭＡ作動装置１０が好都合にパッケージされるがこれは本質的ではない。
【００２８】
各側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の２つは、可動要素１１と支持構造体１２とに接続されて、主軸Ｐに沿って同じ方向の成分を有して可動要素１１に対する力を生じ、これは連続する側面上で交替する。したがって対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４は一方の方向（図１では下向き）に力を生じるグループを形成し、他の対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８は反対方向（図１では上向き）に力を生じるグループを形成する。
【００２９】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、長さおよび傾斜角が同じである対称配置を有し、それによりＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の群とＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の群の両方は、主軸Ｐの周りに２重の回転対称を有してそれぞれ配置される。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の群と、ＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の群は、主軸Ｐに沿って同じ位置に設けられる。
【００３０】
この対称配置の結果として、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組み合わせは選択的に作動されたときに、以下のように複数の自由度を有して可動要素１１の動きを駆動することができる。
【００３１】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の群およびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の群は共通して作動されたときは、主軸Ｐに沿った動きを駆動する。
【００３２】
各群内で、対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜２、および他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３〜４）は差動的に作動されたときは、主軸Ｐに垂直な横軸の周りの傾きを駆動する。２つの横軸の周りの傾きの線形結合として、任意の方向の傾きを得ることができる。
【００３３】
各群内で平行な２つのＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１と４、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ２と３）は共通して作動されたときは、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った動きを駆動する。２つの横軸に沿った動きの線形結合として、主軸Ｐに垂直な任意の方向の動きを得ることができる。
【００３４】
相互接続部１３を除いて図１に示されるＳＭＡ作動装置１０の構成は、参照され参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０１１／１０４５１８号で述べられているＳＭＡ作動装置の第１の構成と同じであるが、代わりに国際公開第２０１１／１０４５１８号で述べられているＳＭＡ作動装置の第２から第５の構成のいずれかと同じとすることができる。しかしこれらの構成は限定するものではなく、一般に本発明は、支持構造体と可動要素の間に機械的に接続された３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤの配置が、それらが収縮すると支持構造体に対する可動要素の変位を駆動するように構成された任意のＳＭＡ作動システムに応用することができる。
【００３５】
次にＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の制御についてさらに述べる。
【００３６】
図２に示される制御回路２０は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対する駆動信号を発生する。制御回路２０は、動き信号２１によって表される所望の動きから駆動信号を導出する。１つの動き信号２１は主軸Ｐに沿った所望の動きｘを表す。別の動き信号２１は主軸Ｐに垂直な横軸に沿った所望の動きｙ、ｚを表す。別の動き信号２１は所望の傾きθ１、θ２を表す。
【００３７】
動き信号２１は、プロセッサにまたはハードウェアに実装されるマトリックスコントローラ２２に供給される。マトリックスコントローラ２２は、動き信号２１に基づいてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対する目標信号２３を発生する。各目標信号２３はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対する目標抵抗を表す。マトリックスコントローラ２２は、それぞれの自由度での動きを達成するために、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の必要な収縮を関係付けるマトリクス計算を用いる。したがってマトリクス計算は、ＳＭＡ作動装置１０におけるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の実際の構成を表す。
【００３８】
第１から第５の構成のそれぞれに対して上述したように、それぞれの自由度での動きに対して、収縮すると反対の方向の動きを駆動するＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の組がある。目標信号２３は、動き信号２１のそれぞれに対してこれらの組の差動収縮をもたらす。したがって動き信号２１の１つによって表されるいずれかの自由度において反対のＳＭＡアクチュエータワイヤの２組に対する目標信号２３が発生されてその自由度での差動の変位を生じる。実効的にこれは、これらの組に対する目標信号２３は、その自由度での要求された動きを表す差動成分を有することを意味する。
【００３９】
異なる動き信号２１によって表される異なる自由度を有する動きから生じる、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組の差動収縮を表す差動成分は、組み合わせることができる。このようにして任意の自由度を含む任意の動きを、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の適切な組み合わせを選択的に作動させるための制御信号に変換することができる。
【００４０】
これらの差動成分は、ＳＭＡ材料でのヒステリシスなどの非線形効果を補償するように、様々な補償アルゴリズムによって修正することができる。
【００４１】
さらに目標信号２３は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８における所望の応力を表す共通成分を含む。それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は互いに応力を加えるので、この応力はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱を変化させることによって制御することができる。これはＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の応力サイクルの能動的制御をもたらす。ＳＭＡ作動装置１０は、応力範囲を最小にしながら、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に相対的に高い応力を生じるように構成される。高い応力は、ＳＭＡ材料内の応力が収縮を引き起こすのに十分となる温度を引き上げる。したがって共通成分は、それ自体は温度センサ（図示せず）によってまたはＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の測定した電気的パラメータから確定することができる周囲温度に応答して、変化させることができ、周囲温度の上昇と共に増加される。逆に言えば歪みの大きな変化に対して応力範囲を小さく保つことは、疲労効果を最小にするという利点がある。応力範囲を最小にすることはまた、ＳＭＡ材料の相を変化させてそれが収縮できるようにするのに必要な駆動電力を最小にするという効果がある。
【００４２】
各目標信号２３はそれぞれの誤差検出器２４に供給され、誤差検出器２４にはまた抵抗測定回路２６から抵抗信号２５が供給される。抵抗信号２５は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対応するものの抵抗の大きさを表し、帰還パラメータとして用いられる。抵抗測定回路２６は、以下にさらに述べるように抵抗信号２５を導出する。
【００４３】
各誤差検出器２４は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに対して、そのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する目標信号２３によって表される目標抵抗と、そのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する抵抗信号２５によって表される抵抗の大きさとの間の誤差を表す誤差信号２７を検出する。
【００４４】
誤差検出器２４は誤差信号２７を制御ユニット２８に供給する。誤差信号２７に基づいて制御ユニット２８は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通って供給されるべき駆動信号を表す制御信号２９を駆動回路３０に対して発生する。駆動回路３０は、制御信号２９によって表される駆動信号を、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通して供給する。
【００４５】
駆動回路３０は、支持構造体においてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に接続され、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は相互接続部１３によって可動要素１２において一緒に接続されるので、駆動信号は、相互接続部１３の各側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組み合わせを通して供給される。具体的には駆動信号は、異なるＳＭＡアクチュエータワイヤ１を通して相互接続部１３におよび相互接続部１３から供給される。用いられるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の各組み合わせに対して、駆動信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号として供給される。
【００４６】
選択された組み合わせに応じて、異なるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、異なる電力の、したがって個々のＳＭＡアクチュエータワイヤに程度の異なる加熱を引き起こす駆動信号を受ける。
【００４７】
一例では駆動信号はそれぞれが、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つ１と、相互接続部１３の他方の側で並列に複数の他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８好ましくは残りのＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８のすべてとからなる、８通りの異なる組み合わせを通して選択的に供給される。この場合は複数の他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８は並列に構成されるので、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１が主に加熱される。
【００４８】
具体的には、相互接続部１３の一方の側の１つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１を通って流れる電流は、相互接続部１３の他方の側の他のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の間で分割される。これは他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８を流れる電流は、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１を通って流れる電流の１／７であることを意味する。同様に他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８の両端の電圧は減少され、なぜならそれらの全体の抵抗はそれらの並列構成によって減少されるからでる。これは他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８の両端の電圧は、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１の両端の電圧の１／７であることを意味する。これら２つの要因は相まって、ＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８において発生される電力は、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１において発生される電力の１／４９（またはより一般的には１／（ｎ−１）２、ただしｎは駆動信号が並列にそれらを通って流れるＳＭＡアクチュエータワイヤの数）であることを意味する。
【００４９】
制御ユニット２８は、誤差信号２７に従って個々のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱を変化させるように、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組み合わせ、およびＰＷＭデューティサイクルを選択する制御信号２９を出力する。したがって抵抗測定回路２６によって測定された抵抗は、動き信号２１から導出された目標信号２３によって表される要求を満たすように個々のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱を制御するための、閉ループ制御アルゴリズムにおける帰還信号として用いられる。閉ループ制御は比例制御でよく、またはより複雑な制御アルゴリズムたとえば比例積分制御を実装することもできる。
【００５０】
位置に関係する帰還パラメータとしてＳＭＡアクチュエータワイヤ１の電気抵抗を用いることにより、機能的な動きの範囲にわたってＳＭＡ材料の収縮および膨張は、その電気抵抗に対してほぼ線形となる。ヒステリシスおよびクリープを含む非線形性はある程度生じる。これらは無視し得るが、より良い線形性のためにこれらを閉ループ制御アルゴリズムにおいて考慮に入れることもできる。
【００５１】
どのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が加熱されるかを制御するように、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組み合わせが選択される。
【００５２】
組み合わせが、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれ１つ１と、相互接続部の他方の側で他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤ２〜８とである上記の例では、制御回路２８によって実施される１つの制御アルゴリズムは、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤとして順に各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通して、そのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する誤差信号２７にのみに従って選択された駆動信号を供給することである。その駆動信号はまた他のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の並列組み合わせも通過するが、それらによって引き起こされる加熱は比較的小さく、単なるクロストークと見なすことができる。制御回路３０の構成のいくつかのためのこのような制御アルゴリズムの例示の実装形態を示すタイミング図は、図４、図５、および図１０に示され以下で説明する。別法としてすべての誤差信号２７を考慮に入れたより複雑な制御アルゴリズムを用いることもできる。
【００５３】
この例では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つ１を通して選択的に供給されるが、他の例では駆動信号は、相互接続部１３の両側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる並列組み合わせを通して供給することができる。一般に組み合わせおよびＰＷＭデューティサイクルは、全体としての１組の誤差信号２７に基づいて選択することができる。
【００５４】
次に駆動回路３０の６つの代替構成について図３から図１０を参照して説明する。これらの構成は限定するものではなく、どのように制御信号２９が、相互接続部１３の各側のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる組み合わせで駆動信号を発生するか、さらにどのように抵抗測定回路２６が、個々のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の抵抗の大きさを表す抵抗信号２５を導出するかを示すのに役立てるためものである。
【００５５】
駆動回路３０の構成のいくつかは共通の参照番号が付けられた共通の要素を利用し、以下のように構成される。
【００５６】
各構成においてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、可動要素１１において相互接続部１３に、支持構造体１２において駆動回路３０に接続される。抵抗Ｒ１〜Ｒ８はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の抵抗である。以下では並列抵抗を表すために記号‖が用いられる。たとえばＲ１‖Ｒ２は並列のＲ１とＲ２の抵抗を表す。
【００５７】
電流Ｉ１〜Ｉ８はそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通って流れる電流を表す。
【００５８】
電圧Ｖ１〜Ｖ８は支持構造体１２でのそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部での電圧である。構成のいくつかでは電圧Ｖ１〜Ｖ８は、抵抗測定回路２６によって測定される。他の実施形態ではＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の両端の電流が抵抗測定回路２６によって測定される。
【００５９】
各構成において駆動回路３０は、駆動回路３０の諸要素がそれらの間に配置される正電源レールＶｃｃと負電源レールＧＮＤとを含む。
【００６０】
異なる構成では、電流Ｉ１〜Ｉ８および電圧Ｖ１〜Ｖ８は、（ａ）それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部に接続された電流源Ｓ１〜Ｓ８、および／または（ｂ）それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部に接続されたスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８の、様々な組み合わせによって制御される。電流源Ｓ１〜Ｓ８およびスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８は、それらが存在する場合は制御信号２９によって制御される。
【００６１】
電流源Ｓ１〜Ｓ８は、それらが存在する場合は所定の電流値の電流Ｉ１〜Ｉ８を供給する。これらは適切な高出力インピーダンスを有する任意の従来のタイプの電流源によって実装することができる。構成のいくつかでは、所定の電流値の電流を用いることにより電流の値が既知であるので、抵抗測定回路２６によって測定された電圧Ｖ１〜Ｖ８が抵抗の大きさとなることが可能になる。
【００６２】
スイッチデバイスＱ１〜Ｑ８は、それらが存在する場合は任意の適切なスイッチングデバイス、たとえばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって実装することができる。
【００６３】
図３には駆動回路３０の第１の構成が示される。この構成では電流源Ｓ１〜Ｓ８は正電源レールＶｃｃとそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部との間に接続され、スイッチデバイスＱ１〜Ｑ８は負電源レールＧＮＤとそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部との間に接続される。
【００６４】
図４は時分割多重化を用いた、駆動回路３０の第１の構成に供給される制御信号２９に対する第１の方式のタイミング図である。図４では、上側の８個のトレースはスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８に供給される制御信号２９を示し、下側の８個のトレースは電流源Ｓ１〜Ｓ８に供給される制御信号２９を示す。具体的には、ハイレベルはそれぞれのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８または電流源Ｓ１〜Ｓ８をオンにし、ローレベルはそれぞれのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８または電流源Ｓ１〜Ｓ８をオフにする。
【００６５】
図４は抵抗測定がインターリーブされながら、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に駆動信号を供給する典型的な手法を示す。具体的には制御信号２９は、それぞれがサブスロットＴ１からＴ８に再分割された一連のタイムスロットにおいて印加される。図４は見やすいように、各８個のタイムスロットサイクルの最初の４個のタイムスロットだけを示す。
【００６６】
各タイムスロットは、その間に順にＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つが主に加熱される８個のサブスロットＴ１からＴ８に分割される。各タイムスロットのサブスロットＴ１〜Ｔ８の１つにおいて、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の異なる１つの抵抗が測定される。
【００６７】
各サブスロットＴ１〜Ｔ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに接続された単一の電流源Ｓ１〜Ｓ８はオンにされ、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つに接続されたスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８はオフにされる。各タイムスロット内の１つのサブスロットでは、他の１つのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８がオフにされ、他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に接続されたスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８はオンにされる。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ１では、電流源Ｓ１だけがオンで、スイッチデバイスＱ１およびＱ２はオフで、スイッチデバイスＱ３〜Ｑ８はオンとなる。各タイムスロットの他のサブスロットでは、他のすべてのＳＭＡアクチュエータに接続されたスイッチデバイスはオンにされる。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ２では、電流源Ｓ２だけがオンで、スイッチドライブＱ２はオフ、スイッチデバイスＱ１、Ｑ３〜Ｑ８はオンとなる。
【００６８】
結果として１つのサブスロットＴ１〜Ｔ８では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、相互接続部１３の他方の側で並列に１つを除く他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤとを通して供給される。したがって、各サブスロットＴ１〜Ｔ８では１つのＳＭＡアクチュエータワイヤが主に加熱され、他のサブスロットでは駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つと、相互接続部１３の他方の側で並列に他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤとを通して供給される。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ１では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１と、相互接続部１３の他方の側で並列にＳＭＡアクチュエータワイヤＳ３〜Ｓ８（ＳＭＡアクチュエータワイヤＳ２でなく）とを通して供給され、第１のタイムスロットのサブスロットＴ２では駆動信号は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ２と、並列のＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３〜８とを通して供給される。
【００６９】
図４内の差し込み図に示されるようにサブスロットＴ１〜Ｔ８のそれぞれの中では、電流源Ｓ１〜Ｓ８のＰＷＭデューティサイクルは、主に加熱されているＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに対して誤差信号２７に従って変化される。たとえばサブスロットＴ１ではＰＷＭデューティサイクルは、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗の大きさに従って変化される。このようにしてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれの加熱は、それらのそれぞれのサブスロットＴ１〜Ｔ８において、その測定した抵抗を閉ループ制御ループにおける帰還信号として用いて変化される。
【００７０】
また任意選択で、ワイヤに送られる電力を制御する他の手段として電流パルスの振幅を調整することもできる。これは典型的には負荷に、より少ない電力を送りながら依然として抵抗を測定することが必要な高温度動作において有用である。
【００７１】
この閉ループ制御内では１つの可能なことは、並列に接続されたときにＳＭＡアクチュエータワイヤに生じる加熱を単なるクロストークとして無視することである。もう１つの可能なことは制御回路が、既知のそれらの抵抗と、既知の駆動信号の電流とから、並列に接続されたときのＳＭＡアクチュエータワイヤに生じる加熱の大きさを導出することである。次いでこの加熱は、それに従ってＰＷＭデューティサイクルを低減することによって考慮に入れることができる。
【００７２】
２つのスイッチデバイスがオフにされる各タイムスロットのサブスロットＴ１〜Ｔ８では、抵抗測定回路２６は主に加熱されるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに対する抵抗の大きさを、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つ、およびそのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８がオフにされた当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の電圧の測定値から導出する。たとえばサブスロットＴ１ではＳＭＡアクチュエータワイヤ１に対する抵抗の大きさは、電圧Ｖ１およびＶ２の測定値から導出される。当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえばサブスロットＴ１でのＳＭＡアクチュエータワイヤＳ２）を通って供給される信号はないので、支持構造体１２での当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤの端部電圧は、可動要素１１での相互接続部１３での電圧に追随する。したがって主に加熱されるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つの両端の電圧は、２つの測定した電圧の差（たとえばサブスロットＴ１でのＶ１−Ｖ２）となる。電流源Ｓ１〜Ｓ８によって供給される電流Ｉ１〜Ｉ８は所定の値であるので、測定した電圧はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つの抵抗の大きさである。
【００７３】
任意選択で、抵抗が測定されるサブスロットＴ１〜Ｔ８の１つの間での駆動電流は低減することができ、これはより高い精度をもたらすが本質的ではない。
【００７４】
図４のタイミング図に示される第１の方式の代替の変更形態は次の通りである。
【００７５】
この変更形態では各サブスロットＴ１〜Ｔ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに接続されたスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８だけがオンにされ、他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に接続されたスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８はオフにされる。結果として各タイムスロットでは駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、相互接続部１３の他方の側で並列の他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤとを通して供給される。上述のように１つのＳＭＡアクチュエータワイヤが主に加熱される。たとえばサブスロットＴ１では電流源Ｓ１だけがオンで、スイッチデバイスＱ１はオフ、スイッチデバイスＱ２〜Ｑ８はオンであるので、駆動信号は、相互接続部１３の一方の側でＳＭＡアクチュエータワイヤ１と、相互接続部１３の他方の側で並列のＳＭＡアクチュエータワイヤＳ２〜Ｓ８とを通して供給される。
【００７６】
サブスロットＴ１〜Ｔ８のそれぞれの中では、上述のようにＰＷＭデューティサイクルは変化される。しかし抵抗測定回路２６は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する抵抗の大きさを、各サブスロットＴ１〜Ｔ８での電圧Ｖ１〜Ｖ８の測定値の関数として導出する。
【００７７】
各サブスロットＴ１〜Ｔ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８によって形成される回路網の全体の抵抗は、（１）相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤの１つの抵抗と、（２）相互接続部１３の他方の側の他のＳＭＡアクチュエータワイヤの並列抵抗との和である。たとえばサブスロットＴ１では、全体の抵抗は、Ｒ１＋Ｒ２‖Ｒ３‖Ｒ４‖Ｒ５‖Ｒ６‖Ｒ７‖Ｒ８に等しく、抵抗Ｒ１〜Ｒ８の関数となる。
【００７８】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８によって形成される全体の回路網の両端の電圧は、各サブスロットＴ１〜Ｔ８において測定される。たとえばサブスロットＴ１では、測定される電圧Ｖ１は全体の回路網の両端の電圧である（これは開いたスイッチデバイスＱ２〜Ｑ８の両端の電圧降下をゼロと仮定しているが、より精度を得るには電圧Ｖ１−Ｖ２を測定することもできる）。電流源Ｓ１〜Ｓ８によって供給される電流Ｉ１〜Ｉ８は所定の値であるので、測定した電圧は全体の抵抗の大きさである。
【００７９】
各サブスロットＴ１〜Ｔ８での全体の抵抗の大きさ（測定した電圧によって表される）は、抵抗Ｒ１〜Ｒ８の組み合わせの異なる関数である。したがって抵抗測定回路２６は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の抵抗の大きさを、１組のサブスロットＴ１〜Ｔ８内で取得した全体の抵抗の大きさの関数として導出する。
【００８０】
測定値の組み合わせは反復的なやり方で行うことができ、そこでは各サブスロットＴ１〜Ｔ８において、前の測定値から前のサブスロットＴ１〜Ｔ８において導出された他のＳＭＡアクチュエータワイヤに対する抵抗の大きさを用いて、そのサブスロット内で主に加熱されるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の更新された抵抗の大きさが導出される。たとえばサブスロットＴ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ８の更新された抵抗Ｒ８の大きさは次式から導出される。
【００８１】
Ｒ８≒Ｖ８／Ｉ８−１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ３＋１／Ｒ４＋１／Ｒ５＋１／Ｒ６＋１／Ｒ７）
ただしＩ８は所定の値を有し、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８は前のサブスロットにおいて導出された値である。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８のそれぞれがＲ１の値に及ぼす影響は小さいので、Ｒ１での誤差は、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８での誤差より小さくなる。これは、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対してこの計算が順次的に行われ、次いでこのプロセスが繰り返された場合は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の抵抗Ｒ１〜Ｒ８の大きさの正確な値を得ることができることを意味する。
【００８２】
図５は時分割多重化を用いた、駆動回路３０の第１の構成に供給される制御信号２９に対する第２の方式のタイミング図である。図４ａでは、上側の８個のトレースはスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８に供給される制御信号２９を示し、下側の８個のトレースは電流源Ｓ１〜Ｓ８に供給される制御信号２９を示す。具体的には、ハイレベルはそれぞれのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８または電流源Ｓ１〜Ｓ８をオンにし、ローレベルはそれぞれスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８または電流源Ｓ１〜Ｓ８をオフにする。
【００８３】
図５は抵抗測定がインターリーブされながら、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に駆動信号を供給する別の手法を示す。具体的には制御信号２９は、それぞれがサブスロットＴ１からＴ８に再分割された一連のタイムスロットにおいて印加される。図５は見やすいように、各８個のタイムスロットサイクルの最初の４個のタイムスロットだけを示す。
【００８４】
各タイムスロットは、その間に順にＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つが主に加熱される８個のサブスロットＴ１からＴ８に分割され、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つの抵抗が測定される。
【００８５】
各サブスロットＴ１〜Ｔ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに接続された単一のスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８がオンにされる。たとえばサブスロットＴ１〜Ｔ８では、スイッチデバイスＱ１〜Ｑ８はそれぞれ単独でオンとなる。ほとんどのサブスロットＴ１〜Ｔ８では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つに接続された電流源Ｓ１〜Ｓ８はオフにされ、他のすべての電流源Ｓ１〜Ｓ８はオンにされる。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ２〜Ｔ８では電流源Ｓ２〜Ｓ８はそれぞれオフであり、他のすべての電流源Ｓ１〜Ｓ８はオンにされる。しかし各タイムスロット内の１つのサブスロットＴ１〜Ｔ８では、もう１つの電流源がオフにされる。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ１では、電流源Ｓ１およびＳ８がオフにされるが電流源Ｓ２〜Ｓ７はオンにされ、第２のタイムスロットのサブスロットＴ２では、電流源Ｓ２およびＳ８はオフにされるが電流源Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ７はオンにされる。
【００８６】
結果として各サブスロットＴ１〜Ｔ８では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤの１つと、相互接続部１３の他方の側の並列の１つを除く他のすべてのＳＭＡアクチュエータワイヤとを通して供給される。したがって各サブスロットＴ１〜Ｔ８では、１つのＳＭＡアクチュエータワイヤが主に加熱される。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ１では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤ１と、相互接続部１３の他方の側の並列のＳＭＡアクチュエータワイヤＳ２〜Ｓ３（ＳＭＡアクチュエータワイヤＳ８ではなく）とを通して供給され、第１のタイムスロットのサブスロットＴ２では駆動信号は、相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤ２と、相互接続部１３の他方の側の並列のＳＭＡアクチュエータワイヤＳ１、Ｓ３〜Ｓ７を通して供給される。
【００８７】
図５内の差し込み図に示されるようにサブスロットＴ１〜Ｔ８のそれぞれの中では、電流源Ｓ１〜Ｓ８のＰＷＭデューティサイクルは、主に加熱されているＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに対して誤差信号２７に従って変化される。たとえばサブスロットＴ１ではＰＷＭデューティサイクルは、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗の大きさに従って変化される。このようにしてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれの加熱は、それらのそれぞれのサブスロットＴ１〜Ｔ８において、その測定した抵抗を閉ループ制御ループにおける帰還信号として用いて変化される。
【００８８】
この閉ループ制御内では１つの可能なことは、並列に接続されたときにＳＭＡアクチュエータワイヤに生じる加熱を単なるクロストークとして無視することである。もう１つの可能なことは制御回路が、既知のそれらの抵抗と、既知の駆動信号の電流とから、並列に接続されたときのＳＭＡアクチュエータワイヤに生じる加熱の大きさを導出することである。次いでこの加熱は、それに従ってＰＷＭデューティサイクルを低減することによって考慮に入れることができる。
【００８９】
他の１つのスイッチデバイスがオフにされる各タイムスロットのサブスロットＴ１〜Ｔ８では、抵抗測定回路２６は主に加熱されるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つに対する抵抗の大きさを、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つ、およびその電流源Ｓ１〜Ｓ８がオフにされた当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の電圧の測定値から導出する。たとえば第１のタイムスロットのサブスロットＴ１ではＳＭＡアクチュエータワイヤ１に対する抵抗の大きさは、電圧Ｖ１およびＶ８の測定値から導出される。当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえばサブスロットＴ１でのＳＭＡアクチュエータワイヤＳ８）を通って供給される信号はないので、支持構造体１２での当該他のＳＭＡアクチュエータワイヤの端部電圧は、可動要素１１での相互接続部１３での電圧に追随する。したがって主に加熱されるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つの両端の電圧は、２つの測定した電圧の差（たとえばサブスロットＴ１でのＶ１−Ｖ２）となる。電流源Ｓ１〜Ｓ８によって供給される電流Ｉ１〜Ｉ８は所定の値であるので、測定した電圧はＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のその１つの抵抗の大きさである。
【００９０】
第１の方式に対する第２の方式の利点は、電流源Ｓ１からＳ８のうちの６個が並列に電流を供給するので、電流源Ｓ１からＳ８の単一の１つに対する電流要件が軽減され、それらのコストが低減されることである。
【００９１】
第２の方式は第１の方式と同じ方法で、各サブスロットＴ１〜Ｔ８において１つの電流源だけがオフにされ、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対して抵抗の大きさが、各サブスロットＴ１〜Ｔ８での電圧Ｖ１〜Ｖ８の測定値の関数として導出されるように変更することができる。
【００９２】
図４および図５に示されるタイミング図は限定するものではなく、電流源Ｓ１〜Ｓ８およびスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８を変調する代替の手法がある。１つの手法ではスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８の幅を変調し、相全体で電流源をオンにすることができる。これは実際的な電流源は、実際的なスイッチデバイスよりも遅く切り換わるので、スイッチング性能の改善をもたらすことができる。
【００９３】
駆動回路３０の第２の構成は図６に示される。この構成では、電流源Ｓ１〜Ｓ４は正電源レールＶｃｃと４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の端部との間に接続され、スイッチデバイスＱ５〜Ｑ８は負電源レールＧＮＤと他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の端部との間に接続される。この場合は駆動信号は、（１）相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４と、（２）相互接続部１３の他方の側の他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８との異なる組み合わせを通過する。制御信号２９は、第１の構成と同様なやり方で時分割多重化を用いて駆動回路３０の第２の構成に供給されるが、駆動信号は最大で並列の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ、すなわち４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４または他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のいずれかを通過するという点が異なる。
【００９４】
駆動回路３０の第３の構成は図７に示される。この構成ではスイッチデバイスＱ１〜Ｑ４は、それ自体が正電源レールＶｃｃに接続された共通の電流源Ｓ０と、４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の端部との間に接続され、スイッチデバイスＱ５〜Ｑ８は負電源レールＧＮＤと他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の端部との間に接続される。この場合は駆動信号は、（１）相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４と、（２）相互接続部１３の他方の側の他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８との異なる組み合わせを通過する。制御信号２９は、第１の構成と同様なやり方で時分割多重化を用いて駆動回路３０の第３の構成に供給されるが、駆動信号は最大で並列の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ、すなわち４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４または他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のいずれかを通過するという点が異なる。
【００９５】
駆動回路３０の第４の構成は図８に示される。この構成では、電流源Ｓ１〜Ｓ４は正電源レールＶｃｃと４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４の端部との間に接続され、電流源Ｓ５〜Ｓ８は負電源レールＧＮＤと他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８の端部との間に接続される。この場合は駆動信号は、（１）相互接続部１３の一方の側のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４と、（２）相互接続部１３の他方の側の他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８との異なる組み合わせを通過する。制御信号２９は、第１の構成と同様なやり方で時分割多重化を用いて駆動回路３０の第４の構成に供給されるが、駆動信号は最大で並列の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ、すなわちＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４または他の４つのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のいずれかを通過するという点が異なる。
【００９６】
駆動回路３０の第５の構成は図９に示される。この構成では駆動信号は所定の電圧値を有し、抵抗測定回路２６は抵抗の大きさをもたらすために、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通る電流の測定を行う。具体的にはスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８は、それ自体が負電源レールＧＮＤに接続された検出抵抗器Ｒｓｅｎｓｅと、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部との間に接続され、さらに他のスイッチデバイスＱ９〜Ｑ１６は正電源レールＶｃｃとＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の端部との間に接続される。抵抗測定回路２６は、抵抗器Ｒｓｅｎｓｅを通って流れるしたがってＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を通る電流の大きさである、抵抗器Ｒｓｅｎｓｅの両端の電圧を測定する。
【００９７】
スイッチデバイスＱ１〜Ｑ８および追加のスイッチデバイスＱ９〜Ｑ１６は、第１の構成でのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８および電流源Ｓ１〜Ｓ８と同じやり方で制御される。これは第１の構成の場合に上述したのと同じ動作を生じるが、駆動信号が所定の電流値ではなく所定の電圧値（すなわち正電源レールＶｃｃと負電源レールＧＮＤの電圧の差）であるという点が異なる。したがって抵抗測定回路２６は電圧Ｖ１〜Ｖ８の測定を行う代わりに、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の両端の電流の測定を行う。測定した電流は、ＳＭＡアクチュエータワイヤのグループ１〜８の全体の抵抗を表す。
【００９８】
図１０は時分割多重化を用いた、駆動回路３０の第５の構成に供給される制御信号２９に対する方式のタイミング図である。図１０では、上側の８個のトレースはスイッチデバイスＱ１〜Ｑ８に供給される制御信号２９を示し、下側の８個のトレースはスイッチデバイスＱ９〜Ｑ１６に供給される制御信号２９を示す。具体的には、ハイレベルはそれぞれのスイッチデバイスＱ１〜Ｑ１６をオンにし、ローレベルはそれぞれスイッチデバイスＱ１〜Ｑ１６をオフにする。タイミング図によれば駆動信号は、第１の方式の代替の変更形態として、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の同じ組み合わせを通して供給される。したがって上述の第１の方式の代替の変更形態と同じやり方で、抵抗測定回路２６は、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する抵抗の大きさを、各サブスロットＴ１〜Ｔ８での電流の測定値の関数として導出する。
【００９９】
より高度の精度を得るために抵抗検出回路２６は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の両端の電圧および電流の両方を測定し、それらの比として抵抗の大きさを導出することができる。
【０１００】
駆動回路３０のこれらの構成要素のいずれか、または実際に他の構成は、コストと性能のトレードオフに従って選択することができる。
【０１０１】
上述の実施形態ではＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のすべてが、移動要素１１において相互接続部１３に電気的に接続される。３つ以上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１つまたは複数の群が移動要素１１において電気的に接続される場合は、同様な技法を適用することができる。
【０１０２】
ＳＭＡ作動装置１０は、広範囲のタイプの可動要素１１の位置制御をもたらすために用いることができる。次にＳＭＡ作動装置１０がカメラ装置であるいくつかの非限定的な例について述べる。これらの例は国際公開第２０１１／１０４５１８号により詳しく述べられており、その開示はＳＭＡ作動装置１０にも応用することができ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１０３】
第１の例ではＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図１１に概略的に示されるようにＯＩＳを行うように構成されたカメラ装置であり、断面はカメラ装置の光軸である主軸Ｐに沿って取られたものである。カメラ装置は、携帯電話、メディアプレーヤ、または携帯情報端末などの携帯用電子機器に組み込まれるためのものである。したがって小型化は重要な設計基準である。
【０１０４】
可動要素１１は、機能的なカメラであるカメラユニットであり、イメージセンサ３５およびカメラレンズ素子３１を備え、支持構造体１２は、制御回路２０が実装されたＩＣ（集積回路）チップ３４がその上にあるカメラ支持体である。
【０１０５】
可動要素１１はその底面上にプリント回路基板（ＰＣＢ）３２を有し、それにはイメージセンサ３５が搭載され接続される。カメラレンズ素子３１は金属製容器（缶状体）３３によってＰＣＢ３２上に支持され、画像の焦点をイメージセンサ３５に合わせるように構成される。イメージセンサ３５は画像を捕捉し、任意の適当なタイプの、たとえばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）デバイスとすることができる。カメラユニットは、カメラレンズ素子３１が最大でも１０ｍｍの直径の１つまたは複数のレンズを有する小型カメラである。
【０１０６】
以下でさらに述べるようにＯＩＳは、可動要素１１全体を動かすことによってもたらされ、この目的にためにカメラユニットの内部構造を適合させる必要がないという利点を有する。したがってＯＩＳ機能に関わらず、カメラユニットは機能的に標準のカメラでよく、たとえば単一のレンズまたは複数のレンズを備え、固定焦点または可変焦点の、所望の光学的性能をもたらすように任意の所望の構造を有することができる。
【０１０７】
この例ではＯＩＳは可動要素１１を傾けることによってもたらされるが、光軸である主軸Ｐに垂直な横軸に沿って可動要素１１を動かすことによってももたらされる。したがってＳＭＡ作動装置は、傾けることのみによってＯＩＳを行うカメラよりも利点をもたらす。これは小型カメラ用のＯＩＳシステムは、より大きなデジタルスチルカメラ用に用いられるものとは異なるやり方で用いられるようになるとの認識に基づく。したがって通常の２軸ではなく、３つの直交軸（光軸を含む）において傾きを補償するので有利である。ＳＭＡ作動装置１０は、この所見を用いて、３つの直交軸でのカメラの動的な傾きを能動的に補償することができるアクチュエータ構成を実現する。
【０１０８】
この場合はＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、支持構造体１２の角速度を表す信号を出力しそれによってＳＭＡ作動装置１０が経験する振動を検出する振動センサとして動作するジャイロスコープセンサ２７を含むように適合される。制御回路２０はジャイロスコープセンサ２７からの出力信号を分析して、ＳＭＡ作動装置１０の全体としての動きを補償するのに必要な可動要素１１の動きを表す動き信号２１を導出する。一般にこれは、所望の傾きθ１、θ２を表し主軸Ｐに垂直な横軸に沿った所望の動きｙ、ｚを表す動き信号２１を含む。この例では主軸Ｐに沿った動きは必要ないので、主軸Ｐに沿った所望の動きｘを表す動き信号２１は実効的に固定されるかまたは使用しなくてもよい。ジャイロスコープセンサ２７は支持構造体１２上に搭載されているので、出力信号は支持構造体１２の振動を表す。このような振動は常に存在し、ＯＩＳは可動要素１１を反対に傾けることによってもたらされる。したがってＯＩＳコントローラ２８は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾きとは反対の所望の動きを生じる動き信号２１を発生する。
【０１０９】
第２の例ではＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図１２に概略的に示されるように、ＯＩＳおよび光軸に沿ったレンズ素子の動きを行うように構成されたカメラ装置であり、断面は光軸である主軸Ｐに沿って取られたものである。カメラ装置は、携帯電話、メディアプレーヤ、または携帯情報端末などの携帯用電子機器に組み込まれるためのものである。したがって小型化は重要な設計基準である。
【０１１０】
支持構造体１２は、制御回路２０が実装されたＩＣ（集積回路）チップ４２がその上にあるイメージセンサ４０を支持するカメラ支持体である。可動要素１１は、画像の焦点をイメージセンサ４０に合わせるように構成されたカメラレンズ素子４１を備える。イメージセンサ４０は画像を捕捉し、任意の適当なタイプの、たとえばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）デバイスとすることができる。カメラ装置は、カメラレンズ素子４１が最大でも１０ｍｍの直径の１つまたは複数のレンズを有する小型カメラである。
【０１１１】
この例ではＯＩＳは、カメラレンズ素子４１を光軸の横方向に移動することによってもたらされる。前の場合のようにＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、支持構造体１２の角速度を表す信号を出力しそれによってＳＭＡ作動装置１０が経験する振動を検出する振動センサとして動作するジャイロスコープセンサ２７を含むように適合される。制御回路２０はジャイロスコープセンサ２７からの出力信号を分析して、ＳＭＡ作動装置１０の全体としての動きを補償するのに必要な可動要素１１の動きを表す動き信号２１を導出する。この例では動き信号２１は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾きとは反対の、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った所望の動きｙ、ｚを表す。
【０１１２】
さらに制御回路２０はたとえば、ユーザ入力による選択、または自動焦点アルゴリズムによる導出に従って視野を変化させるためまたは焦点合わせを行うために、光軸に沿ったカメラレンズ素子４１の所望の動きｘを表す動き信号２１を発生する。したがってＳＭＡ作動装置１０内で、ＯＩＳ機能および移動（たとえば焦点合わせ）機能は組み合わされる。この例では傾く動きは必要ないので、所望の傾きθ１、θ２を表す動き信号２１は実効的に固定されるかまたは使用しなくてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
２  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
３  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
４  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
５  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
６  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
７  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
８  ＳＭＡアクチュエータワイヤ
１０  ＳＭＡ作動装置
１１  可動要素
１２  支持構造体
１３  相互接続部
２０  制御回路
２１  動き信号
２２  マトリックスコントローラ
２３  目標信号
２４  誤差検出器
２５  抵抗信号
２６  抵抗測定回路
２７  誤差信号、ジャイロスコープセンサ
２８  制御ユニット、ＯＩＳコントローラ
２９  制御信号
３０  駆動回路
３１  カメラレンズ素子
３２  プリント回路基板（ＰＣＢ）
３３  金属製容器（缶状体）
３４  ＩＣ（集積回路）チップ
３５  イメージセンサ
４０  イメージセンサ
４１  カメラレンズ素子
４２  ＩＣ（集積回路）チップ
【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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