(57)【要約】  本発明の形状記憶合金駆動装置は、変位検出手段、駆動制御手段、及び補償演算手段を備えている。変位検出手段は、形状記憶合金から検出した抵抗値等に基づき、形状記憶合金に発生している変位を検出する。駆動制御手段は、サーボ制御により形状記憶合金に電圧又は電流を印加することにより、マイコン等から与えられる目標変位値まで形状記憶合金を変位させる。補償演算手段は、検出変位値と、駆動制御手段が電圧又は電流の制御に用いる駆動制御値の環境温度に起因する変化とから、補償変位値を演算する。補償変位値を与えられた駆動制御手段は、補償変位値と目標変位値とが一致するように駆動制御値を変化させる。
2009069574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段により検出された変位を示す検出変位値と目標変位値とが一致するように前記形状記憶合金に電圧又は電流を印加する駆動制御手段と、
を備えた形状記憶合金駆動装置において、
前記検出変位値と前記駆動制御手段が印加する電圧又は電流量を示す駆動制御値とに基づき、温度変化に起因する前記検出変位値の変位誤差を補償した補償変位値を演算する補償演算手段を備え、
前記駆動制御手段が、前記補償変位値と目標変位値とが一致するように前記駆動制御値を制御すること
を特徴とする形状記憶合金駆動装置。
【請求項２】
前記変位検出手段が、形状記憶合金の抵抗を検出することにより検出抵抗値を取得し、
前記補償演算手段が、前記駆動制御値と前記検出抵抗値とに基づき、温度変化に起因する前記検出抵抗値の誤差を補正した補償抵抗値を演算し、
前記駆動制御手段が、前記補償抵抗値と、前記目標変位値に対応する形状記憶合金の抵抗値を示す目標抵抗値とが一致するように前記駆動制御値を制御すること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項３】
前記補償演算手段が、前記検出変位値を定数或いは関数を用いて演算した変位検出項と、前記駆動制御値を定数或いは関数を用いて演算した温度補償項とを用いて前記補償変位値を演算するとともに、前記温度補償項が前記変位検出項と比較して相対的に小さい値となるように前記定数或いは前記関数を設定すること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項４】
前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御手段の制御周波数帯域の上限を制限するフィルタ手段を備えていること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御値を固定値にするホールド手段を備えていること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項６】
前記補償演算手段が、前記駆動制御手段の制御履歴に基づいて演算されたヒステリシス補正値を用いて前記変位誤差の補償演算を行うこと
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項７】
形状記憶合金の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段により検出された変位を示す検出変位値と目標変位値とが一致するように前記形状記憶合金に電圧又は電流を印加する駆動制御手段と
を備えた形状記憶合金駆動装置において、
目標変位値と前記駆動制御値とに基づき、温度変化に起因する前記目標変位値の変位誤差を補償した補償目標変位値を演算する補償演算手段を備え、
前記駆動制御手段が、前記検出変位値と前記補償目標変位値とが一致するように前記駆動制御値を制御すること
を特徴とする形状記憶合金駆動装置。
【請求項８】
前記補償演算手段が、前記検出変位値を定数或いは関数を用いて演算した変位検出項と、前記駆動制御値を定数或いは関数を用いて演算した温度補償項とを用いて前記補償変位値を演算するとともに、前記温度補償項が前記変位検出項と比較して相対的に小さい値となるように前記定数或いは前記関数を設定すること
を特徴とする請求項７に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項９】
前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御手段の制御周波数帯域の上限を制限するフィルタ手段を備えていること
を特徴とする請求項７に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項１０】
前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御値を固定値にするホールド手段を備えていること
を特徴とする請求項７に記載の形状記憶合金駆動装置。
【請求項１１】
前記補償演算手段が、前記駆動制御手段の制御履歴に基づいて演算されたヒステリシス補正値を用いて前記変位誤差の補償演算を行うこと
を特徴とする請求項７に記載の形状記憶合金駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金の形状回復動作を利用して可動部を駆動する形状記憶合金駆動装置に関するものであり、特に環境温度変化によって生ずる形状記憶合金の変位誤差を補償することが可能な形状記憶合金駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置においては、レンズ移動を形状記憶合金を用いて行う形状記憶合金アクチュエータ（＝形状記憶合金駆動装置）実用化の検討が進んでいる。形状記憶合金は、電圧又は電流を印加して加熱することにより収縮する。また放熱を行うことにより伸長する。このため、形状記憶合金の一端にレンズユニット等の可動部を接続して電圧又は電流を印加し、流れる電流量を制御することにより、フォーカシング等を行うことが可能である。【０００３】
しかし駆動電流に対する形状記憶合金の変位量は、環境温度によって変化する。例えば環境温度が極端に低い場合は、形状記憶合金を過熱するために通常より多くの駆動電流が必要となる。従って同じ目標変位でも、環境温度に応じてアクチュエータの駆動電流を変化させる必要がある。【０００４】
上記の問題に関連して特許文献１においては、形状記憶合金を用いて燃料噴射量を可変制御可能なユニットインジェクタの制御装置が開示されている。この制御装置は温度センサー、或いは形状記憶合金の抵抗値を用いて、形状記憶合金の温度を検出する。そして検出温度に応じて形状記憶合金への通電量、通電時間を変化させることにより、燃料噴射量を制御する。このように、制御対象の状態を検出して目標になるように制御する（＝サーボ制御）ことにより、環境温度が変化しても、それに応じて通電量等（以下、「駆動制御値」という）が変化するように制御される。
【特許文献１】特開２００６−１８９０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている制御装置は、温度センサーを用いる場合、コスト面や省サイズ化の点で不利である。また形状記憶合金の抵抗値を用いる場合、環境温度の変化により制御装置の構成部材が熱膨張した場合に、変位誤差が生じる。また、環境温度の変化により形状記憶合金の局所的な温度分布変化が生じた場合にも、変位誤差が生じる。従って位置精度が高度に要求される用途には不適であるという問題があった。【０００６】
以上の点を鑑みて、本発明の目的は、形状記憶合金の形状回復動作を利用して可動部を駆動する形状記憶合金アクチュエータにおいて、温度センサーを用いることなく、且つ環境温度変化に起因する変位誤差を高い精度で補償することができる形状記憶合金駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の形状記憶合金駆動装置は、形状記憶合金の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段により検出された変位を示す検出変位値と目標変位値とが一致するように前記形状記憶合金に電圧又は電流を印加する駆動制御手段とを備えた形状記憶合金駆動装置において、前記検出変位値と前記駆動制御手段が印加する電圧又は電流量を示す駆動制御値とに基づき、温度変化に起因する前記検出変位値の変位誤差を補償した補償変位値を演算する補償演算手段を備え、前記駆動制御手段が、前記補償変位値と目標変位値とが一致するように前記駆動制御値を制御することを特徴としている。【０００８】
この構成によると、本発明の形状記憶合金駆動装置は、変位検出手段、駆動制御手段、及び補償演算手段を備えている。変位検出手段は、形状記憶合金から検出した抵抗値等に基づき、形状記憶合金に発生している変位を検出する。駆動制御手段は、サーボ制御により形状記憶合金に電圧又は電流を印加することにより、マイコン等から与えられる目標変位値まで形状記憶合金を変位させる。補償演算手段は、環境温度の変化に起因して形状記憶合金に発生する変位誤差を補償する。【０００９】
補償演算手段は、検出変位値と、駆動制御手段が電圧又は電流の制御に用いる駆動制御値の環境温度に起因する変化とから、補償変位値を演算する。補償変位値を与えられた駆動制御手段は、補償変位値と目標変位値とが一致するように駆動制御値を変化させる制御を行う。上記の補償演算手段による補償演算と、駆動制御手段による駆動制御を繰り返し行うことにより、形状記憶合金の駆動を行う。【００１０】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、前記変位検出手段が、形状記憶合金の抵抗を検出することにより検出抵抗値を取得し、前記補償演算手段が、前記駆動制御値と前記検出抵抗値とに基づき、温度変化に起因する前記検出抵抗値の誤差を補正した補償抵抗値を演算し、前記駆動制御手段が、前記補償抵抗値と、前記目標変位値に対応する形状記憶合金の抵抗値を示す目標抵抗値とが一致するように前記駆動制御値を制御することを特徴としている。【００１１】
この構成によると、前記変位検出手段が、形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出部を備えている。また補償演算手段は、検出抵抗値と、駆動制御手段が用いる駆動制御値の環境温度に起因する変化とから、補償抵抗値を演算する。補償抵抗値を与えられた駆動制御手段は、補償抵抗値と、目標変位値に対応する抵抗値である目標抵抗値とが一致するように、駆動制御値を変化させる制御を行う。なお目標抵抗値は、駆動制御手段が目標変位値に基づいて算出する形態であってもよいし、或いはマイコン等の制御装置が目標抵抗値を駆動制御手段へ直接与える形態であってもよい。【００１２】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、前記補償演算手段が、前記検出変位値を定数或いは関数を用いて演算した変位検出項と、前記駆動制御値を定数或いは関数を用いて演算した温度補償項とを用いて前記補償変位値を演算するとともに、前記温度補償項が前記変位検出項と比較して相対的に小さい値となるように前記定数或いは前記関数を設定することを特徴としている。【００１３】
この構成によると、補償演算手段は、検出変位値に対して定数或いは関数を用いた演算を行うことにより変位検出項を算出する。また、駆動制御値に対して定数或いは関数を用いた演算を行うことにより温度補償項を算出する。そして変位検出項と温度補償項とを加算することにより、補償変位値を演算する。なおこの際、温度補償項が変位検出項と比較して相対的に小さくなる定数或いは関数を用いる。これにより、基本的には検出変位に基づいた制御がなされ、温度変化による相対的に小さな変位誤差が補償されるような演算式となる。【００１４】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御手段の制御周波数帯域の上限を制限するフィルタ手段を備えていることを特徴としている。【００１５】
この構成によると、形状記憶合金駆動装置はローパスフィルタ等のフィルタ手段を備えている。フィルタ手段は、駆動制御演算手段と温度補償演算手段との間に設けられ、駆動制御演算手段の制御周波数帯域のうち低域成分のみを通過させて温度補償演算手段に与える。このため、高周波ノイズや駆動制御値の極端な変化等を除去し、駆動制御値を安定化することができる。【００１６】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、前記駆動制御手段から前記補償演算手段に与えられる前記駆動制御値を固定値にするホールド手段を備えていることを特徴としている。【００１７】
この構成によると、形状記憶合金駆動装置はホールド回路等のホールド手段を備えている。ホールド手段は、駆動制御演算手段と温度補償演算手段との間に設けられ、駆動制御演算手段が出力する駆動制御値を一時的に固定値にして温度補償演算手段に与える。なおホールド手段は、例えばマイコン等からホールド信号を与えられた際に、その時点での駆動制御値を取得し、取得した値を固定値として温度補償演算手段に与える。このため、過渡応答時に駆動制御値が極端に変化したとしても、温度補償演算手段の過剰応答を防止し、応答を安定化することができる。【００１８】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、前記補償演算手段が、前記駆動制御手段の制御履歴に基づいて演算されたヒステリシス補正値を用いて前記変位誤差の補償演算を行うことを特徴としている。【００１９】
この構成によると、マイコン等の制御装置が、温度補償演算手段に対してヒステリシス補正値を与える。形状記憶合金は同じ環境温度でも加熱過程／冷却過程により、変位に対応する駆動制御値が異なる特性を備えている。ヒステリシス補正値これを補正するための補正値である。具体的には、形状記憶合金の特性や形状記憶合金駆動装置の駆動履歴から、制御装置がヒステリシス補正値を算出する。温度補償演算手段は通常の補償演算結果にヒステリシス補正値を加えることにより、補償変位値や補償抵抗値等の算出を行う。【００２０】
また本発明の形状記憶合金駆動装置は、形状記憶合金の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段により検出された変位を示す検出変位値と目標変位値とが一致するように前記形状記憶合金に電圧又は電流を印加する駆動制御手段とを備えた形状記憶合金駆動装置において、目標変位値と前記駆動制御値とに基づき、温度変化に起因する前記目標変位値の変位誤差を補償した補償目標変位値を演算する補償演算手段を備え、前記駆動制御手段が、前記検出変位値と前記補償目標変位値とが一致するように前記駆動制御値を制御することを特徴としている。【００２１】
この構成によると、補償演算手段は、マイコン等から与えられる目標変位値と、駆動制御手段が用いる駆動制御値の環境温度に起因する変化とから、補償目標変位値を演算する。補償目標変位値を与えられた駆動制御手段は、検出変位値と補償目標変位値とが一致するように駆動制御値を変化させる制御を行う。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、補償演算手段が検出変位値と駆動制御値とから補償変位値を演算し、補償変位値と目標変位値とが一致するように駆動制御値を制御する。これにより、温度変化の影響を最小限に留めながら、形状記憶合金に接続された可動部、例えばレンズユニット等の駆動制御を行うことが可能である。また環境温度による駆動制御値の変化を利用して変位誤差の補償を行うので、温度センサー等の新規部材を追加することなく、制御処理のみで環境温度の変化に対応できる。このため、装置の省サイズ及び低コストを実現するとともに、精度の高い変位制御を実現することができる【００２３】
また本発明によれば、温度変化に応じた駆動制御値の変化に基づいて補償抵抗値を演算し、補償抵抗値と目標抵抗値とが一致するように駆動制御値を制御する。このように既存の抵抗値検出部を用いて温度補償を行うため、低コスト且つ高精度の変位制御を行うことができる。【００２４】
また本発明によれば、温度補償項が変位検出項と比較して相対的に小さくなる定数或いは関数を用いる。これにより、温度補償演算において温度補償項が支配的となることがなく、従って補償変位値や補償抵抗値等が収束するまでの収束時間の増加を防ぐことができる。【００２５】
また本発明によれば、フィルタ手段により駆動制御値の低域成分のみを温度補償演算手段に与える。このため、高周波ノイズや駆動制御値の極端な変化等を除去することができる。従って、サーボ制御等により応答性を高めたシステムにおいて、過渡応答時に駆動電流が非常に大きくなったとしても、温度補償項の過剰応答を防止し、応答を安定化することができる。このため、補償変位値や補償抵抗値等が収束するまでの収束時間の増加を防ぐことができる。【００２６】
また本発明によれば、ホールド手段がホールド信号を与えられた際に、その時点での駆動制御値を取得し、取得した値を固定値として温度補償演算手段に与える。従って、サーボ制御等により応答性を高めたシステムにおいて、過渡応答時に駆動電流が非常に大きくなったとしても、温度補償項の過剰応答を防止し、応答を安定化することができる。このため、補償変位値や補償抵抗値等が収束するまでの収束時間の増加を防ぐことができる。【００２７】
また本発明によれば、マイコン等の制御装置が、温度補償演算手段に対してヒステリシス補正値を与える。温度補償演算手段は通常の補償演算結果にヒステリシス補正値を加えることにより、補償変位値や補償抵抗値等の算出を行う。このようにヒステリシス補正を導入することにより、環境温度による駆動制御値の変化のみを使用する場合と比較して高精度な変位制御を行うことが可能である。【００２８】
また本発明によれば、温度変化に応じた駆動制御値の変化に基づいて補償目標変位値を演算し、検出変位値と目標補償変位値とが一致するように駆動制御値を制御する。このようにマイコン等から与えられる目標変位値に変更を加えるだけで本発明を実施できるため、低コスト且つ高精度の変位制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】は、本発明の形状記憶合金駆動装置を示した構成図である。
【図２】は、形状記憶合金の検出抵抗値と発生変位との関係を温度変化特性に基づいて表したグラフ図である。
【図３】は、形状記憶合金に対する駆動制御値と発生変位との関係を温度変化特性に基づいて表したグラフ図である。
【図４】は、第一の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図５】は、第二の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図６】は、第三の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図７】は、第四の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図８】は、第五の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図９】は、第六の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００    形状記憶合金アクチュエータ（形状記憶合金駆動装置）
１        形状記憶合金
１０ａ    駆動制御演算部（駆動制御手段）
１０ｂ    温度補償演算部（補償演算手段）
１２      抵抗値検出部（変位検出手段）
１３      駆動制御演算部（駆動制御手段）
１４      温度補償演算部（補償演算手段）
１５      ＬＰＦ（フィルタ手段）
１６      ホールド回路（ホールド手段）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。【００３２】
［実施の形態１］
〈１−１．内部構成について〉
図１は、本発明の第一の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ１００（＝形状記憶合金駆動装置）を示す構成図である。形状記憶合金アクチュエータ１００は、形状記憶合金１、固定部２、バイアスばね３、レンズ４、可動部５、ガイド軸６、ストッパー７、導線８、制御回路９を備えている。また、制御回路９に接続される外部装置として、マイコン１０が存在する。【００３３】
線材の形状をした形状記憶合金１は、その一端が固定部２に、もう一端が可動部５に取り付けられている。またバイアスばね３は、一端が固定部２に、もう一端が可動部５の形状記憶合金１とは反対側に取り付けられている。従ってバイアスばね３は、可動部５及び形状記憶合金１を引っ張る方向に応力を与えている。【００３４】
可動部５にはレンズ４が取り付けられており、ガイド軸６により可動軸が決められている。またストッパー７は、形状記憶合金１が加熱により収縮した場合における、可動部５の可動範囲を規制している。上記の構成において、形状記憶合金１が加熱により収縮・硬化するとバイアスばね３が伸びる。また放熱により軟化すると、バイアスばね３の応力により形状記憶合金１が伸びる。これにより、レンズ４を載せた可動部５が移動するようになっている。【００３５】
形状記憶合金１の両端は導線８で制御回路９に接続されており、電圧又は電流の印加が可能となっている。制御回路９は、後述する抵抗値検出部１２（図４）を用いて形状記憶合金１の抵抗値を検出し、検出抵抗値に基づいて形状記憶合金１に発生している変位を算出する。なお、変位と抵抗値との相関関係は予め調査されて記録部（不図示）或いは制御回路９の内部等に保持されている。【００３６】
マイコン１０は、可動部５を目標位置へ移動させるために必要な変位に対応する抵抗値を示す目標抵抗値を、制御回路９に与える。制御回路９は、与えられた目標抵抗値になるように、流れる電流量（＝駆動制御値）を変化させるサーボ制御を行う。具体的には、抵抗値検出部１２により検出された抵抗値と目標抵抗値とが一致するまで、駆動制御値の増減及び抵抗値の検出を繰り返し行う。これにより、可動部５が目標位置に移動するように駆動制御を行うことが可能である。【００３７】
上記の構成によれば、位置センサーを用いることなく変位制御が可能であるが、固定部２等の部材が熱膨張することに起因した変位変化は検出できない。このため、環境温度が変化した場合に、変位誤差が発生する可能性がある。【００３８】
図２は、形状記憶合金１に発生している変位を示す変位値Ｄと、後述する抵抗検出部１２により検出される検出抵抗値Ｘとの関係を、環境温度の変化に応じて表したグラフ図である。図１における下方向（＝矢印方向）を可動部の変位大なる方向とし、ストッパー７の当たり位置が変位原点とする。環境温度が高温になった場合には、固定部２が熱膨張し上下方向に大きくなる。すると通常時よりも形状記憶合金が伸長された状態で変位原点から動き始める。【００３９】
すなわち、検出抵抗値Ｘが通常より大きい状態から動き始める。結果的に図２に示すように特性曲線は検出抵抗値Ｘが大きくなる方向にずれる。また低温の場合は逆の現象となり、検出抵抗値Ｘが通常より小さい状態で動き始める。結果的に図２に示すように特性曲線は検出抵抗値Ｘが小さくなる方向にずれることとなる。【００４０】
例えば、マイコン１０より与えられる目標変位値がＤ１であり、且つ環境温度が低温であったとする。従来は、常温時の変位値Ｄ１に対応する抵抗値Ｘ１を目標抵抗値Ｚとし、駆動制御値Ｙ（＝駆動電流、又は駆動電圧）を決定していた。しかし図２に示すように、低温時は変位値Ｄ１に対応する抵抗値がＸ１ではなくＸ２となるため、なんらかの補償を行わなければ変位誤差が生じる。上記のような変位誤差は、レンズ４の位置精度が要求される用途において問題となる。【００４１】
次に図３を用いて、形状記憶合金１の変位と駆動制御値Ｙとの関係を、温度変化特性に基づいて説明する。形状記憶合金アクチュエータ１００は、形状記憶合金１の温度に応じて動作する。従って環境温度が変化すると、形状記憶合金を目標温度にするために発生させるジュール熱量を変化させる必要がある。【００４２】
環境温度が低温の場合は、大きなジュール熱量が必要であり、駆動制御値を常温時よりも増加させる必要がある。環境温度が高温の場合は、逆に駆動制御値を常温時よりも減少させる必要がある。本実施例のように、検出抵抗値を目標値として制御する構成においては、結果的に環境温度に応じて駆動制御値が増減することとなる。従って本構成の既知の特性であるところの、温度変化に応じて増減する駆動制御値の変化（図３のΔＹ）に基づいて、温度変化に起因する検出抵抗値の誤差（図２のΔＸ）を補償する。【００４３】
〈１−２．制御回路の構成について〉
図４は、本発明の第一の実施形態に係る制御回路９の詳細を示したブロック図である。制御回路９は、駆動トランジスタ１１、抵抗値検出部１２（＝変位検出手段）、駆動制御演算部１３（＝駆動制御手段）、及び温度補償演算部１４（＝補償演算手段）を備えている。また駆動制御演算部１３はマイコン１０に接続されており、マイコン１０より目標抵抗値Ｚが与えられる。【００４４】
形状記憶合金１は駆動トランジスタ１１を介して駆動制御演算部１３に接続されている。駆動トランジスタ１１は、駆動制御演算部１３から与えられる駆動制御値Ｙにより、通電量を制御する。また形状記憶合金１の両端子は抵抗値検出部１２に接続されている。抵抗値検出部１２は形状記憶合金１の抵抗を検出し、抵抗検出値Ｘを温度補償演算部に与える。或いは、検出した抵抗値から検出変位値Ｄを算出して温度補償演算部１４に与える機能を備えた形態であってもよい。【００４５】
駆動制御演算部１３は、マイコン１０から入力される目標抵抗値Ｚと形状記憶合金１の検出抵抗値とが一致するように、駆動制御値Ｙの制御を行う。或いは、マイコン１０から入力される目標変位値Ｅと形状記憶合金の検出変位値Ｄとが一致するように制御を行う形態であってもよい。また駆動制御演算部１３は、現在の駆動制御値Ｙの値を温度補償演算部１４に与える役割も持つ。【００４６】
温度補償演算部１４は、駆動制御値Ｙと検出抵抗値Ｘとから、温度補償された補償抵抗値Ｘ'を算出する。具体的には例えば、次式を用いてＸとＹからＸ'を算出する。
Ｘ'＝α×Ｘ＋β×Ｙ（α、βは定数又はＸ，Ｙの関数とする）
ただし、α×Ｘは抵抗値検出項、β×Ｙは温度補償項である。α、βは、例えば最も簡単な実施形態であれば「９」や「０．０５」といった定数を用いる。なお、α＝１、β＝０の時にＸ'＝Ｘとなるため、これは従来と同様、温度補償無しの状態となる。【００４７】
また図２及び図３に示すように、温度変化に応じて変化する抵抗検出値Ｘ及び駆動制御値Ｙの特性（例えば図中のΔＸやΔＹに示す変化量）を予め調査しておき、この特性から導き出した関数α、βを用いてＸ'を算出する形態であってもよい。この場合、関数α及び関数βは例えば、検出抵抗値Ｘ、駆動制御値Ｙ、或いはマイコン１０から与えられる環境温度等をパラメータとする。算出された補償抵抗値Ｘ'は駆動制御演算部１３に与えられ、目標抵抗値Ｚとの比較に用いられる。【００４８】
なお、駆動制御演算部１３においてＹはＸ'を変数として演算されるので、制御回路９内でＹが帰還されることとなる。このため、本実施形態の制御回路９において変位制御が安定であるために、抵抗値検出項が支配的となる、つまり｜α×Ｘ｜＞＞｜β×Ｙ｜である必要がある。従って、温度補償項が抵抗値検出項よりも十分に小さければ、安定した制御が可能である。【００４９】
実際には、温度変化による変位誤差は、検出抵抗値Ｘと比較して極めて小さい値となる。従って定数／関数βの値が、定数／関数αの値と比較して極めて小さい値となるように設定する。この結果、温度補償項は抵抗値検出項の数十分の一程度となる。このため、上記の関係式が反転することはなく、Ｘ'の値が安定するまでに時間がかかるといった問題が発生することもない。【００５０】
［実施の形態２］
〈２−１．内部構成について〉
実施の形態１の図１と同内容であるため、説明を省略する。【００５１】
〈２−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第二の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図５のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。【００５２】
本実施形態の制御回路９は、実施の形態１の駆動トランジスタ１１〜温度補償演算部１４と同じ構成であるが、各機能部の機能が実施の形態１と一部異なる。本実施形態の温度補償演算部１４は、検出抵抗値Ｘを入力するのではなく、目標抵抗値Ｚを入力して補償目標抵抗値Ｚ'を出力する。従って駆動制御演算部１３は、検出抵抗値Ｘと補償目標抵抗値Ｚ'とを比較することにより、駆動制御値Ｙの制御を行う。【００５３】
また本実施形態の駆動制御演算部１３は、温度補償演算部１４から入力される補償目標抵抗値Ｚ'と、抵抗値検出部１２から入力される検出抵抗値Ｘとが一致するように、駆動制御値Ｙの制御を行う。また、現在の駆動制御値Ｙの値を温度補償演算部１４に与える役割を持つ。【００５４】
温度補償演算部１４は、次式のようにＺとＹからＺ'を算出する。
Ｚ'＝α×Ｚ＋β×Ｙ（α、βは定数又はＺ，Ｙの関数とする）
ただし、α×Ｚは目標抵抗値項、β×Ｙは温度補償項である。なお、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。【００５５】
［実施の形態３］
〈３−１．内部構成について〉
実施の形態１の図１と同内容であるため、説明を省略する。【００５６】
〈３−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第三の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図６のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。【００５７】
本実施形態の制御回路９は、実施の形態１の駆動トランジスタ１１〜温度補償演算部１４に加え、ＬＰＦ（Low-pass  filter）１５（＝フィルタ手段）を備えている。また、各機能部の機能が実施の形態１と一部異なる。ＬＰＦ１５は駆動制御演算部１３より与えられる信号のうち、低周波数成分のみを通過させる。これにより駆動制御値Ｙの低周波数成分を抽出した補正制御値Ｙ’を、温度補償演算部１４へ与える。【００５８】
本実施形態の駆動制御演算部１３は、現在の駆動制御値Ｙの値をＬＰＦ１５に与える。また温度補償演算部１４は、ＬＰＦ１５から与えられる補正制御値Ｙ’と検出抵抗値Ｘとから、温度補償された補償抵抗値Ｘ'を算出して駆動制御演算部１３に与える。【００５９】
温度補償演算部１４は、次式のようにＸとＹ'からＸ'を算出する。
Ｘ'＝α×Ｘ＋β×Ｙ'（α、βは定数又はＸ，Ｙ'の関数とする）
ただし、α×Ｘは抵抗値検出項、β×Ｙ'は温度補償項である。なお、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。【００６０】
上記の構成によれば、ＬＰＦ１５で周波数帯域を制限することにより、温度補償項の応答が比較的遅くなるようにする。これにより、駆動制御値Ｙが急激に変化した場合には温度補償項を応答させなくし、無効化する。従って、サーボ制御等により応答性を高めたシステムにおいて、過渡応答時に駆動電流が非常に大きくなったとしても、温度補償項の過剰応答を防止し、応答を安定化することができる。このため、補償抵抗値Ｘ'の値が収束するまでの収束時間の増加を防ぐことができる。【００６１】
なお、温度補償項は環境温度変化という速度が遅い変化に対する補償が目的であるため、ＬＰＦ１５によって応答が若干遅くなったとしても影響が少ない。従って、本実施形態のように応答性を低下させたとしても、問題なく温度補償を行うことができる。【００６２】
［実施の形態４］
〈４−１．内部構成について〉
実施の形態１の図１と同内容であるため、説明を省略する。【００６３】
〈４−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第四の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図７のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。【００６４】
本実施形態の制御回路９は、実施の形態１の駆動トランジスタ１１〜温度補償演算部１４に加え、ホールド回路１６（＝ホールド手段）を備えている。ホールド回路１６は、マイコン１０によりホールド信号がネゲートされている期間は、駆動制御演算部１３より与えられる駆動制御値Ｙをそのまま補正制御値Ｙ”として温度補償演算部１４に与える。【００６５】
マイコン１０によりホールド信号がアサートされると、アサートされた時点のＹを保持する。そしてホールド信号がネゲートされるまで、保持している値を補正制御値Ｙ”として温度補償演算部１４に与える。つまり、アサートされている間に駆動制御演算部１３より与えられる駆動制御値Ｙは破棄され、温度補償演算部１４に伝送されることはない。なおホールド信号のアサートは、例えば形状記憶合金１の目標変位の変化に伴い、目標抵抗値を変化させたときの過渡応答期間等に行う。【００６６】
温度補償演算部１４は、次式のようにＸとＹ”からＸ'を算出する。
Ｘ'＝α×Ｘ＋β×Ｙ”（α、βは定数又はＸ，Ｙ”の関数とする）
ただし、α×Ｘは抵抗値検出項、β×Ｙ”は温度補償項である。なお、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。【００６７】
このようにホールド回路１６によってＹ”を固定することにより、温度補償項の過渡応答時の変化をなくし、変位制御を安定化することができる。従ってサーボ制御等により応答性を高めたシステムにおいて、過渡応答時に駆動電流が非常に大きくなったとしても、実施の形態３と同様に温度補償項の過剰応答を防止し、応答を安定化することができる。また、補償抵抗値Ｘ'の収束時間の増加を防ぐことができる。【００６８】
［実施の形態５］
〈５−１．内部構成について〉
実施の形態１の図１と同内容であるため、説明を省略する。【００６９】
〈５−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第五の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図８のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。【００７０】
本実施形態の制御回路９は、実施の形態１の駆動トランジスタ１１〜温度補償演算部１４と同様の構成であるが、温度補償演算部１４の機能が一部異なっている。本実施形態の温度補償演算部１４は、マイコン１０より与えられるヒステリシス補正値Ａに基づいて検出抵抗値Ｘの補償を行う。【００７１】
温度補償演算部１４は、次式のようにＸとＹとＡからＸ'を算出する。
Ｘ'＝α×Ｘ＋β×Ｙ＋Ａ（α、βは定数又はＸ，Ｙ”の関数とする）
ただし、α×Ｘは抵抗値検出項、β×Ｙは温度補償項、Ａはヒステリシス補正項である。図３に示すように、形状記憶合金１は同じ環境温度でも加熱過程／冷却過程により、変位値Ｄに対応する駆動制御値Ｙが異なる特性（＝ヒステリシス特性）備えている。Ａはこれを補正するために導入する補正項である。なお、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。【００７２】
具体的には、可動部５の駆動履歴と、予め調査により取得された形状記憶合金１の特性データとから、マイコン１０が補正値Ａを決定する。マイコン１０は形状記憶合金アクチュエータ１００の制御履歴を保持しているため、この制御履歴から、形状記憶合金１が図３に示す加熱過程／冷却過程のどの状態にあるのかを判定し、検出抵抗値Ｘを補正する。【００７３】
なお、ヒステリシス補正値Ａは形状記憶合金アクチュエータ１００の制御が行われている限り、常に温度補償演算部１４に対して与えられ続けることが望ましい。上記の補正を導入することにより、通常よりも更に高精度な変位制御を行うことが可能である。【００７４】
［実施の形態６］
〈６−１．内部構成について〉
実施の形態１の図１と同内容であるため、説明を省略する。【００７５】
〈６−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第六の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図９のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。【００７６】
本実施形態の制御回路９は、実施の形態１の駆動トランジスタ１１、及び抵抗値検出部１２に加え、Ｄ／Ａ変換部１７、Ａ／Ｄ変換部１８を備えている。また、駆動演算部１３及び温度補償演算部１４に代わり、マイコン１０において所定のプログラムを実行することにより実現される駆動制御演算部１０ａ及び温度補償演算部１０ｂを備えている。【００７７】
マイコン１０の駆動制御演算部１０ａにより演算された駆動制御値ＹはＤ／Ａ変換部１７を介して駆動トランジスタ１１に入力される。抵抗値検出部１２の出力値はＡ／Ｄ変換部１８を介して、抵抗検出値Ｘとして温度補償演算部１０ｂに入力される。抵抗検出値Ｘは温度補償演算部１０ｂにより、駆動制御値Ｙに基づいて温度補償演算される。【００７８】
上記の処理動作は実施の形態１の駆動回路と同一であるが、各演算部がマイコン１０内でソフトウエア処理されるため、演算のための追加回路を必要としない。また、これと同一の回路構成でマイコン１０のソフトウエアを変更すれば、実施の形態２〜５の駆動回路もマイコン演算によって置き換え可能である。さらに各駆動回路の演算機能を組み合わせて実装することも容易にできるので、高機能な温度補償を低コストで実現することができる。【００７９】
［その他の実施の形態］
以上、好ましい実施の形態及び実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。【００８０】
例えば本実施形態では、駆動制御演算部１３が検出抵抗値Ｘと駆動制御値Ｙとに基づいて算出した補償抵抗値Ｘ’を目標抵抗値Ｚと比較して駆動制御値Ｙの制御を行っているが、検出変位値Ｄと駆動制御値Ｙとに基づいて算出した補償変位値Ｄ’を目標変位値Ｅと比較して駆動制御値Ｙの制御を行う形態であってもよい。
この場合、補償変位値Ｄ’の算出方法は以下の数式となる。
Ｄ'＝α×Ｄ＋β×Ｙ（α、βは定数又はＤ，Ｙの関数とする）
温度補償演算部１４は、抵抗値検出部１２から与えられる検出変位値Ｄ、及び駆動制御演算部１３から与えられる駆動制御値Ｙに基づいて上記の数式による補償演算を行い、算出した補償変位値Ｄ’を駆動制御演算部１３に与える。なお、目標変位値Ｅはマイコン１０より駆動制御演算部１３に与えられる。また、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。【００８１】
また本実施形態では、各種補償値（例えば補償抵抗値Ｘ'）を求めるために、所定の数式を用いた演算を行っているが、数式を用いずに各種補償値を求める形態でもよい。例えば、各種補償値を算出するためのテーブルを予め作成して記録媒体（不図示）に記録しておき、各種変数（例えば検出抵抗値Ｘや駆動制御値Ｙ）の値に基づいて、該テーブルから各種補償値を求める形態でもよい。
【図１】
2009069574.tif 000003
【図２】
2009069574.tif 000004
【図３】
2009069574.tif 000005
【図４】
2009069574.tif 000006
【図５】
2009069574.tif 000007
【図６】
2009069574.tif 000008
【図７】
2009069574.tif 000009
【図８】
2009069574.tif 000010
【図９】
2009069574.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【図１】は、本発明の形状記憶合金駆動装置を示した構成図である。
【図２】は、第一の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図３】は、第二の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図４】は、第三の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図５】は、第四の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図６】は、第五の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【図７】は、第六の実施形態に係る制御回路の構成を示したブロック図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
形状記憶合金１の両端は導線８で制御回路９に接続されており、電圧又は電流の印加が可能となっている。制御回路９は、後述する抵抗値検出部１２（図２）を用いて形状記憶合金１の抵抗値を検出し、検出抵抗値に基づいて形状記憶合金１に発生している変位を算出する。なお、変位と抵抗値との相関関係は予め調査されて記録部（不図示）或いは制御回路９の内部等に保持されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
形状記憶合金１に発生している変位を示す変位値Ｄと、後述する抵抗検出部１２により検出される検出抵抗値Ｘとの関係は、環境温度の変化に応じて変化する。図１における下方向を可動部の変位大なる方向とし、ストッパー７の当たり位置が変位原点とする。環境温度が高温になった場合には、固定部２が熱膨張し上下方向に大きくなる。すると通常時よりも形状記憶合金が伸長された状態で変位原点から動き始める。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
すなわち、検出抵抗値Ｘが通常より大きい状態から動き始める。結果的に変位値Ｄと検出抵抗値Ｘとの関係を示す特性曲線（不図示）は検出抵抗値Ｘが大きくなる方向にずれる。また低温の場合は逆の現象となり、検出抵抗値Ｘが通常より小さい状態で動き始める。結果的に特性曲線は検出抵抗値Ｘが小さくなる方向にずれることとなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
例えば、マイコン１０より与えられる目標変位値がＤ1であり、且つ環境温度が低温であったとする。従来は、常温時の変位値Ｄ1に対応する抵抗値Ｘ1を目標抵抗値Ｚとし、駆動制御値Ｙ（＝駆動電流、又は駆動電圧）を決定していた。しかし低温時は変位値Ｄ1に対応する抵抗値がＸ1ではなくなるため、なんらかの補償を行わなければ変位誤差が生じる。上記のような変位誤差は、レンズ４の位置精度が要求される用途において問題となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
次に形状記憶合金１の変位と駆動制御値Ｙとの関係を、温度変化特性に基づいて説明する。形状記憶合金アクチュエータ１００は、形状記憶合金１の温度に応じて動作する。従って環境温度が変化すると、形状記憶合金を目標温度にするために発生させるジュール熱量を変化させる必要がある。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
環境温度が低温の場合は、大きなジュール熱量が必要であり、駆動制御値を常温時よりも増加させる必要がある。環境温度が高温の場合は、逆に駆動制御値を常温時よりも減少させる必要がある。本実施例のように、検出抵抗値を目標値として制御する構成においては、結果的に環境温度に応じて駆動制御値が増減することとなる。従って本構成の既知の特性であるところの、温度変化に応じて増減する駆動制御値の変化に基づいて、温度変化に起因する検出抵抗値の誤差を補償する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
〈１−２．制御回路の構成について〉
図２は、本発明の第一の実施形態に係る制御回路９の詳細を示したブロック図である。制御回路９は、駆動トランジスタ１１、抵抗値検出部１２（＝変位検出手段）、駆動制御演算部１３（＝駆動制御手段）、及び温度補償演算部１４（＝補償演算手段）を備えている。また駆動制御演算部１３はマイコン１０に接続されており、マイコン１０より目標抵抗値Ｚが与えられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
また、温度変化に応じて変化する検出抵抗値Ｘ及び駆動制御値Ｙの特性を予め調査しておき、この特性から導き出した関数α、βを用いてＸ'を算出する形態であってもよい。この場合、関数α及び関数βは例えば、検出抵抗値Ｘ、駆動制御値Ｙ、或いはマイコン１０から与えられる環境温度等をパラメータとする。算出された補償抵抗値Ｘ'は駆動制御演算部１３に与えられ、目標抵抗値Ｚとの比較に用いられる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
〈２−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第二の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図３のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
〈３−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第三の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図４のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
〈４−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第四の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図５のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
〈５−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第五の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図６のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
温度補償演算部１４は、次式のようにＸとＹとＡからＸ'を算出する。
Ｘ'＝α×Ｘ＋β×Ｙ＋Ａ（α、βは定数又はＸ，Ｙ”の関数とする）
ただし、α×Ｘは抵抗値検出項、β×Ｙは温度補償項、Ａはヒステリシス補正項である。形状記憶合金１は同じ環境温度でも加熱過程／冷却過程により、変位値Ｄに対応する駆動制御値Ｙが異なる特性（＝ヒステリシス特性）を備えている。Ａはこれを補正するために導入する補正項である。なお、α及びβの導き出し方は実施の形態１のα及びβと同様の手法を用いるため、ここでは説明を省略する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
具体的には、可動部５の駆動履歴と、予め調査により取得された形状記憶合金１の特性データとから、マイコン１０が補正値Ａを決定する。マイコン１０は形状記憶合金アクチュエータ１００の制御履歴を保持しているため、この制御履歴から、形状記憶合金１が加熱過程／冷却過程のどの状態にあるのかを判定し、検出抵抗値Ｘを補正する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
〈６−２．制御回路の構成について〉
ここで、本発明の第六の実施形態に係る制御回路９の詳細を、図７のブロック図を用いながら説明する。なお、実施の形態１と同内容の構成要素については、同じ符号番号を付加することにより説明を省略するものとする。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009069574.tif 000012
【図２】
2009069574.tif 000013
【図３】
2009069574.tif 000014
【図４】
2009069574.tif 000015
【図５】
2009069574.tif 000016
【図６】
2009069574.tif 000017
【図７】
2009069574.tif 000018
【国際調査報告】
2009069574.tif 000019
2009069574.tif 000020