(57)【要約】【課題】周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及び方法において、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させ、共振周波数の変化を制御し、かつ、ショートまたはオープンされる場合であっても駆動回路を保護する。【解決手段】周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路は、一定振幅の駆動電圧パルスで駆動されるピエゾアクチュエーター３３０と、これを駆動させるピエゾドライバー３２０と、ピエゾドライバー３２０でピエゾアクチュエーター３３０を駆動させる際に消費される電流を測定し、測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる周波数制御部３４０と、周波数制御部の周波数制御信号によってピエゾアクチュエーターの周波数を固定し、ピエゾドライバーに固定された周波数を発生する周波数シンセサイザー３１０を備える。【選択図】        図３−１
2007049890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定振幅の駆動電圧パルスで駆動されるピエゾアクチュエーターと、
前記ピエゾアクチュエーターに接続され、ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーと、
前記ピエゾドライバーに接続され、前記ピエゾドライバーで前記ピエゾアクチュエーターを駆動させる際に消費される電流を測定し、該測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる周波数制御部と、
前記周波数制御部の周波数制御信号によって前記ピエゾアクチュエーターの周波数を固定し、前記ピエゾドライバーに前記固定された周波数を発生する周波数シンセサイザー
を備えることを特徴とする、周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項２】
前記ピエゾドライバーは、
前記固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させるパルス発生器と、
前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、電圧パルスを緩衝して出力する第１ドライバー端と、
前記第１ドライバー端で緩衝して出力された電圧パルスを電流パルスに変換して前記ピエゾアクチュエーターに出力する第２ドライバー端
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項３】
前記第１ドライバー端は、バッファー用インバータであることを特徴とする、請求項２に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項４】
前記第２ドライバー端は、
前記ピエゾアクチュエーターを充電させるための電流パルスを伝達する第１電流源と、
前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、電源電圧及び前記第１電流源に接続される第１スイッチング素子と、
前記ピエゾアクチュエーターを放電させるための電流パルスを伝達する第２電流源と、
前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、接地電圧及び前記第２電流源に接続される第２スイッチング素子
を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路
【請求項５】
前記第１スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスターで、前記第２スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスターであることを特徴とする、請求項４に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項６】
前記パルス発生器の電圧パルスがロー（low）のとき、前記ＰＭＯＳトランジスターがオンにされ、前記ピエゾアクチュエーターが充電されることを特徴とする、請求項５に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項７】
前記パルス発生器の電圧パルスがハイ（high）のとき、前記ＮＭＯＳトランジスターがオンにされ、前記ピエゾアクチュエーターが放電されることを特徴とする、請求項５に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項８】
前記ピエゾアクチュエーターは、
直列に接続されたインダクター、第１キャパシター及び抵抗で構成されたインダクター端と、前記インダクターと並列に接続されて共振し、前記第２ドライバー端から出力された電流パルスを充放電させることによって、前記一定振幅の駆動電圧パルスを維持する第２キャパシター
を備えた複数のピエゾ素子からなることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項９】
前記周波数制御部は、
前記ピエゾドライバーに接続され、前記ピエゾドライバーで消費される電流を感知し測定する電流探知器と、
前記電流探知器に接続され、前記測定された電流をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器に接続され、前記変換されたデジタルデータを格納する第１レジスターと、
前記第１レジスターに格納されたデジタルデータが入力され、入力されたデジタルデータのうち最大値を持つ電流に対するデジタルデータに対応する周波数データを検出するマイクロ制御装置と、
前記マイクロ制御装置で検出された周波数データを格納する第２レジスターと、
前記第１及び第２レジスターとマイクロ制御装置に接続され、前記マイクロ制御装置に前記第１レジスターのデジタルデータを入力させ、前記第２レジスターに前記マイクロ制御装置の周波数データを出力させる制御入出力装置と、
前記第２レジスター及び周波数シンセサイザーに接続され、前記第２レジスターの周波数データによって前記周波数シンセサイザーに周波数制御信号を発生する周波数信号制御器
を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項１０】
前記ピエゾドライバー及び電流探知器に接続され、前記駆動回路がショートしたりオープンされたりするのを防止する回路保護部をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項１１】
前記回路保護部は、オープン回路保護部とショート回路保護部とから構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項１２】
前記駆動電圧パルスの振幅は、１０ピーク電圧以上であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項１３】
前記マイクロ制御装置で検出される周波数は、共振周波数であることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路。
【請求項１４】
ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーで消費される電流を測定し、該測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる周波数制御段階と、
前記周波数制御段階で発生された周波数制御信号によって周波数を固定し、該固定された周波数を発生させる周波数発生段階と、
前記周波数発生段階で固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させてピエゾアクチュエーターを駆動させるアクチュエーター駆動段階
を備える周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項１５】
前記周波数制御段階は、
一定の周期を持つタイマーを動作させるタイマー動作段階と、
周波数初期値を設定する初期値設定段階と、
前記設定された周波数に対応する電流を感知しその値を測定する電流測定段階と、
前記測定された電流を貯蔵する電流貯蔵段階と、
前記貯蔵された電流のうち最大値を持つ電流を探索する最大電流探索段階と、
前記探索された電流が最大値を持つ電流であるか否かを判断する最大電流判断段階と、
前記判断された電流が最大値を持つ電流であると、前記最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生する周波数検出段階と、
前記タイマーをチェックし、該タイマーの周期が終わったか否かを判断するタイマー判断段階
を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項１６】
前記判断された電流が最大値を持つ電流でない場合は、周波数を１段階スイープする段階をさらに含み、前記電流測定段階にフィードバックすることを特徴とする、請求項１５に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項１７】
前記タイマーの周期が終わっていないものと判断される場合は、前記周波数検出段階にフィードバックすることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項１８】
前記タイマーの周期が終わったものと判断される場合は、前記タイマー動作段階にフィードバックすることを特徴とする、請求項１５に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項１９】
前記電流測定段階は、
駆動回路がショートしたりオープンされたりするのを防止する回路保護段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項２０】
前記周波数検出段階では共振周波数が検出されることを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項２１】
前記アクチュエーター駆動段階は、
前記周波数発生段階で発生した周波数を持つ電圧パルスを発生させる電圧パルス発生段階と、
前記発生した電圧パルスを緩衝する電圧パルス緩衝段階と、
前記緩衝された電圧パルスを電流パルスに変換する電流パルス変換段階と、
前記電圧パルス発生段階で発生した電圧パルスがロー（low）のとき、前記電流パルス変換段階で変換された電流パルスによって前記ピエゾアクチュエーターが充電されるアクチュエーター充電段階と、
前記電圧パルス発生段階で発生した電圧パルスがハイ（high）のとき、前記電流パルス変換段階で変換された電流パルスによって前記ピエゾアクチュエーターが放電されるアクチュエーター放電段階と、
前記アクチュエーター充電段階及び放電段階によって一定振幅の駆動電圧パルスを維持しピエゾアクチュエーターを駆動させる駆動電圧維持段階
を含む、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【請求項２２】
前記駆動電圧維持段階は、
前記駆動電圧パルスを１０ピーク電圧以上の駆動電圧パルスに維持させることを特徴とする、請求項２１に記載の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及びその方法に関し、特に、ピエゾアクチュエーターで消費される電流を測定し共振周波数を自動で制御することによって、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させることができ、工程バラツキまたは温度変化による共振周波数変化を制御でき、かつ、ショートしまたはオープンされる場合であっても駆動回路を保護することができる周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在モバイルフォン（Mobile Phone）市場は、２００５年を基準に６億５９８０万台も販売され、毎年２０％以上の急成長を遂げてきており、また、その機能面においても、単なる音声サービスに止まらず、種々の機能が追加された複合的なモバイルフォンの開発が要求されている。
【０００３】
このような要求に応じて、カメラ、ＰＤＡ、ＭＰ３、メディアプレーヤー（Media Player）などの機能が追加され、今は全モバイルフォンの４０％（２億６３２０万台）にカメラ機能が支援されている。現在モバイルフォンで主として採択されているカメラモジュールは３５万画素のものであるが、１００万画素のものも多く出現しており、さらには、５００万画素、７００万画素などの高解像度のカメラフォンも相次いで発売され、モバイル用カメラモジュールの機能は大きく向上した。特に、デジタルカメラとの直接的な競争に備え、自動焦点機能と自動光学ズーム（Zoom）機能が大きく要求されているが、こういう機能を揃えるには、小型で電力消費の少ないレンズ駆動アクチュエーター（actuator）とドライバー（ＬＳＩ）を提供する技術が切実に必要である。この点から、最近最も注目されている技術がピエゾ（Piezo）素子を用いたレンズ駆動方式である。
【０００４】
ピエゾ素子を用いた駆動方式は、既存のモーター（Motor）駆動方式に比し、騒音と振動がほとんどない上、電力消費を１／３以下と大きく減少させるメリットがある。
【０００５】
しかしながら、ピエゾ素子は、１０Ｖ以上の電圧で共振時に動作するため、駆動信号が正確な共振周波数を合わせられないと正常に動作しないか又は動作効率が大きく落ちてしまう特性を持っており、よって、正確な共振周波数を合わせることが重要である。
【０００６】
ところが、ピエゾ素子の共振周波数帯域は非常に狭く、生産時に共振周波数のバラツキが大きいため、正確な共振周波数を合わせ難い。
【０００７】
図１−１は、従来技術によるピエゾアクチュエーター駆動回路１００を示すブロック図であり、図１−２は、駆動回路１００のピエゾドライバー１２０及び一つのピエゾ素子１３０ａに対する回路図である。
【０００８】
図１−１に示すように、従来のピエゾアクチュエーター駆動回路１００は、ピエゾアクチュエーター１３０の共振周波数Ｆresを発生させる周波数発振器１１０と、ピエゾアクチュエーター１３０を駆動させるピエゾドライバー１２０と、４個のピエゾ素子１３０ａ〜１３０ｄからなるピエゾアクチュエーター１３０で構成されている。
【０００９】
ここで、共振周波数Ｆresは、駆動回路１００の外部に在る発振器で発生させたものでもよく、ピエゾドライバー１２０は、ピエゾアクチュエーター１３０を駆動させる４個の位相（phase）Ａ１〜Ａ４信号を出力する。
【００１０】
また、図１−２に示すように、ピエゾドライバー１２０は、一定周期の電圧パルスＶPULSEを発生させるパルス発生器１２１、パルス発生器１２１からの電圧パルスＶPULSEが印加され、この電圧パルスＶPULSEを緩衝して出力する第１ドライバー端１２２、及び第１ドライバー端１２２から緩衝して出力された電圧パルスＶPULSEを、電流パルスに変換して出力する第２ドライバー端１２３で構成される。
【００１１】
ここで、第１ドライバー端１２２は、バッファー用インバータから構成され、パルス発生器１２１から発生する電圧パルスＶPULSEを緩衝する役割を果たす。
【００１２】
また、第２ドライバー端１２３は、ピエゾアクチュエーター１３０を充電させるための電流パルスを伝達する第１電流源１２３ａ、パルス発生器１２１の電圧パルスＶPULSEが印加され、電源電圧ＶＤＤ及び第１電流源１２３ａに接続される第１スイッチング素子１２３ｂ、ピエゾアクチュエーター１３０を放電させるための電流パルスを伝達する第２電流源１２３ｃ、及びパルス発生器１２１の電圧パルスＶPULSEが印加され、接地電圧及び第２電流源１２３ｃに接続される第２スイッチング素子１２３ｄで構成される。
【００１３】
ここで、第１スイッチング素子１２３ｂはＰＭＯＳトランジスター、第２スイッチング素子１２３ｄはＮＭＯＳトランジスターで構成されているので、第１スイッチング素子１２３ｂと第２スイッチング素子１２３ｄは、パルス発生器１２１から印加される電圧パルスＶPULSEによってオンまたはオフにされピエゾアクチュエーター１３０を駆動させるための電流パルスを発生させる。
【００１４】
また、ピエゾアクチュエーター１３０を構成するピエゾ素子は、抵抗、インダクター、キャパシターの受動素子でモデリングできるが、直列に接続されたインダクター１３１、第１キャパシター１３２及び抵抗１３３で構成されたインダクター端と、このインダクター端に並列に接続されて共振し、第２ドライバー端１２３から発生する電流パルスによって充放電されて一定振幅の駆動電圧パルスＶACTを保持させる第２キャパシター１３４と、で構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような従来のピエゾアクチュエーター駆動回路においては、周波数発振器から出力される共振周波数を固定させる場合、ピエゾ素子の工程バラツキまたは温度変化によって共振点が変動し、正確な共振周波数を制御し難いという問題点があった。
【００１６】
また、正確な共振周波数を制御できず、ピエゾアクチュエーターの駆動効率が落ちたりピエゾアクチュエーターが動作をしなかったりする問題点があった。
【００１７】
一方、周波数発振器から出力される共振周波数を外部で制御する方法も使用可能であるが、この場合、それぞれのピエゾアクチュエーターごとに異なる共振周波数を調整しなければならないので、生産性が落ち生産コストが大きく増加するという問題点があった。
【００１８】
本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、ピエゾアクチュエーターで消費される電流を測定して共振周波数を自動で制御することによって、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させることができ、工程バラツキまたは温度変化による共振周波数の変化を制御でき、かつ、ショートまたはオープンされる場合であっても駆動回路を保護することができる周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明に係る周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路は、一定振幅の駆動電圧パルスで駆動されるピエゾアクチュエーターと、前記ピエゾアクチュエーターに接続され、ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーと、前記ピエゾドライバーに接続され、前記ピエゾドライバーで前記ピエゾアクチュエーターを駆動させる際に消費される電流を測定し、該測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる周波数制御部と、前記周波数制御部の周波数制御信号によって前記ピエゾアクチュエーターの周波数を固定し、前記ピエゾドライバーに前記固定された周波数を発生する周波数シンセサイザーを備える。
【００２０】
ここで、一実施形態では、前記ピエゾドライバーは、前記固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させるパルス発生器と、前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、電圧パルスを緩衝して出力する第１ドライバー端と、前記第１ドライバー端で緩衝して出力された電圧パルスを電流パルスに変換して前記ピエゾアクチュエーターに出力する第２ドライバー端を備える。
【００２１】
ここで、一実施形態では、前記第１ドライバー端は、バッファー用インバータである。
【００２２】
また、一実施形態では、前記第２ドライバー端は、前記ピエゾアクチュエーターを充電させるための電流パルスを伝達する第１電流源と、前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、電源電圧及び前記第１電流源に接続される第１スイッチング素子と、前記ピエゾアクチュエーターを放電させるための電流パルスを伝達する第２電流源と、前記パルス発生器の電圧パルスが印加され、接地電圧及び前記第２電流源に接続される第２スイッチング素子から構成される。
【００２３】
ここで、一実施形態では、前記第１スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスターで、前記第２スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスターである。
【００２４】
また、一実施形態では、前記パルス発生器の電圧パルスがロー（low）のとき、前記ＰＭＯＳトランジスターがオンにされ、前記ピエゾアクチュエーターが充電される。
【００２５】
そして、一実施形態では、前記パルス発生器の電圧パルスがハイ（high）のとき、前記ＮＭＯＳトランジスターがオンにされ、前記ピエゾアクチュエーターが放電される。
【００２６】
また、一実施形態では、前記ピエゾアクチュエーターは、直列に接続されたインダクター、第１キャパシター及び抵抗で構成されたインダクター端と、前記インダクターと並列に接続されて共振し、前記第２ドライバー端から出力された電流パルスを充放電させることによって、前記一定振幅の駆動電圧パルスを維持する第２キャパシターから構成された複数のピエゾ素子からなる。
【００２７】
そして、一実施形態では、前記周波数制御部は、前記ピエゾドライバーに接続され、前記ピエゾドライバーで消費される電流を感知し測定する電流探知器と、前記電流探知器に接続され、前記測定された電流をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器と、前記アナログ／デジタル変換器に接続され、前記変換されたデジタルデータを格納する第１レジスターと、前記第１レジスターに格納されたデジタルデータが入力され、入力されたデジタルデータのうち最大値を持つ電流に対するデジタルデータに対応する周波数データを検出するマイクロ制御装置と、前記マイクロ制御装置で検出された周波数データを格納する第２レジスターと、前記第１及び第２レジスターとマイクロ制御装置に接続され、前記マイクロ制御装置に前記第１レジスターのデジタルデータを入力させ、前記第２レジスターに前記マイクロ制御装置の周波数データを出力させる制御入出力装置と、前記第２レジスター及び周波数シンセサイザーに接続され、前記第２レジスターの周波数データによって前記周波数シンセサイザーに周波数制御信号を発生する周波数信号制御器を備える。
【００２８】
また、一実施形態では、前記周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路は、前記ピエゾドライバー及び電流探知器に接続され、前記駆動回路がショートしたりオープンされるのを防止する回路保護部をさらに備える。
【００２９】
ここで、一実施形態では、前記回路保護部は、オープン回路保護部とショート回路保護部とから構成される。
【００３０】
また、一実施形態では、前記駆動電圧パルスの振幅は、１０ピーク電圧以上である。
【００３１】
また、一実施形態では、前記マイクロ制御装置で検出される周波数は、共振周波数である。
【００３２】
一方、上記目的を達成するための本発明に係る周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動方法は、ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーで消費される電流を測定し、該測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる周波数制御段階と、前記周波数制御段階で発生された周波数制御信号によって周波数を固定し、該固定された周波数を発生させる周波数発生段階と、前記周波数発生段階で固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させてピエゾアクチュエーターを駆動させるアクチュエーター駆動段階を備える。
【００３３】
ここで、一実施形態では、前記周波数制御段階は、一定の周期を持つタイマーを動作させるタイマー動作段階と、周波数初期値を設定する初期値設定段階と、前記設定された周波数に対応する電流を感知しその値を測定する電流測定段階と、前記測定された電流を貯蔵する電流貯蔵段階と、前記貯蔵された電流のうち最大値を持つ電流を探索する最大電流探索段階と、前記探索された電流が最大値を持つ電流なのか否かを判断する最大電流判断段階と、前記判断された電流が最大値を持つ電流であると、前記最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、該検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生する周波数検出段階と、前記タイマーをチェックし該タイマーの周期が終わったか否かを判断するタイマー判断段階を含む。
【００３４】
このときに、一実施形態では、前記判断された電流が最大値を持つ電流でない場合は、周波数を１段階スイープする段階をさらに含み、前記電流測定段階にフィードバックする。
【００３５】
また、一実施形態では、前記タイマーの周期が終わっていないものと判断される場合は、前記周波数検出段階にフィードバックする。
【００３６】
一方、一実施形態では、前記タイマーの周期が終わったものと判断される場合は、前記タイマー動作段階にフィードバックする。
【００３７】
また、一実施形態では、前記電流測定段階は、駆動回路がショートしたりオープンされるのを防止する回路保護段階をさらに含む。
【００３８】
また、一実施形態では、前記周波数検出段階では共振周波数が検出される。
【００３９】
また、一実施形態では、前記アクチュエーター駆動段階は、前記周波数発生段階で発生した周波数を持つ電圧パルスを発生させる電圧パルス発生段階と、前記発生した電圧パルスを緩衝する電圧パルス緩衝段階と、前記緩衝された電圧パルスを電流パルスに変換する電流パルス変換段階と、前記電圧パルス発生段階で発生した電圧パルスがロー（low）のとき、前記電流パルス変換段階で変換された電流パルスによって前記ピエゾアクチュエーターが充電されるアクチュエーター充電段階と、前記電圧パルス発生段階で発生した電圧パルスがハイ（high）のとき、前記電流パルス変換段階で変換された電流パルスによって前記ピエゾアクチュエーターが放電されるアクチュエーター放電段階と、前記アクチュエーター充電段階及び放電段階によって一定振幅の駆動電圧パルスを維持しピエゾアクチュエーターを駆動させる駆動電圧維持段階を含む。
【００４０】
ここで、一実施形態では、前記駆動電圧維持段階は、前記駆動電圧パルスを１０ピーク電圧以上の駆動電圧パルスに維持させる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及び方法によれば、ピエゾアクチュエーターで消費される電流を測定し共振周波数を自動で制御するため、工程バラツキまたは温度変化による共振周波数の変化を制御することが可能になる。
【００４２】
また、本発明によれば、共振周波数を自動で制御するため、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させることが可能になる。
【００４３】
さらに、本発明はピエゾアクチュエーターの消費電流量を感知し共振周波数を検出するため、駆動回路のショートまたはオープン状態を容易に把握でき、駆動回路の損傷を未然に防止できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００４５】
まず、図２−１は、本発明によるピエゾアクチュエーターの消費電流の測定方法を示す図であり、図２−２は、本発明によるピエゾアクチュエーターの周波数によるアドミタンスＹを示すグラフである。
【００４６】
本発明は、図２−１に示す電流測定方法を用いる。すなわち、図２−１に示すように、ピエゾアクチュエーター１３０の電流消費量を測定するためには、電源端子ＶＤＤとピエゾアクチュエーター１３０との間に抵抗Ｒを接続し、この抵抗Ｒに流れる電流Ｉを測定すればよい。また、図２−１に示す方法で測定した結果を、図２−２に示すように、周波数によるアドミタンスＹ（＝１／Ｒ）の関係で表すと、抵抗両端にかかる電圧Ｖが最も大きい点Ｐ、すなわち、電流消費量Ｉが最も大きいためアドミタンスＹが最も小さい点Ｐ
で共振周波数ｆresが合わせられることが確認できる。
【００４７】
この特性に着眼し、適当な時間間隔をおいて共振周波数を変換しながら、共振周波数ごとに電流消費量を測定して共振周波数を自動で制御でき、これにより、工程バラツキまたは温度変化による共振周波数の変化時にもより効率的にピエゾアクチュエーターを駆動させることができる周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路及び方法を提供することができる。
【実施例１】
【００４８】
図３−１は、本発明の実施形態１によるピエゾアクチュエーター駆動回路３００を示すブロック図であり、図３−２は、駆動回路３００のピエゾドライバー３２０及び一つのピエゾ素子３３０ａに対する回路図である。
【００４９】
図３−１に示すように、実施形態１によるピエゾアクチュエーター駆動回路３００は、一定振幅の駆動電圧パルスで駆動するピエゾアクチュエーター３３０、ピエゾアクチュエーター３３０に接続され、ピエゾアクチュエーター３３０を駆動させるピエゾドライバー３２０、ピエゾドライバー３２０に接続され、ピエゾドライバー３２０でピエゾアクチュエーター３３０を駆動させる際に消費される電流を測定し、この測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、検出された周波数に対応する周波数制御信号Ｖfcontrolを発生する周波数制御部３４０、及び周波数制御部３４０の周波数制御信号Ｖfcontrolによってピエゾアクチュエーター３３０の周波数Ｆresを固定し、この固定された周波数Ｆresをピエゾドライバー３２０に発生させる周波数シンセサイザー３１０で構成されている。
【００５０】
ここで、ピエゾドライバー３２０は、ピエゾアクチュエーター３３０を駆動させる４個の位相（phase）Ｂ１〜Ｂ４信号を出力する。
【００５１】
また、図３−２に示すように、ピエゾドライバー３２０は、前記固定された周波数を有する電圧パルスＶPULSEを発生させるパルス発生器３２１、パルス発生器３２１の電圧パルスＶPULSEが印加され、該電圧パルスＶPULSEを緩衝して出力する第１ドライバー端３２２、及び第１ドライバー端３２２で緩衝して出力された電圧パルスＶPULSEを電流パルスに変換して前記ピエゾアクチュエーター３３０に出力する第２ドライバー端３２３で構成される。
【００５２】
ここで、第１ドライバー端３２２は、バッファー用インバータから構成され、パルス発生器３２１から発生する電圧パルスＶPULSEを緩衝する役割を担う。
【００５３】
また、第２ドライバー端３２３は、ピエゾアクチュエーター３３０を充電させるための電流パルスを伝達する第１電流源３２３ａ、パルス発生器３２１の電圧パルスＶPULSEが印加され、電源電圧ＶＤＤ及び前記第１電流源３２３ａに接続される第１スイッチング素子３２３ｂ、ピエゾアクチュエーター３３０を放電させるための電流パルスを伝達する第２電流源３２３ｃ、及びパルス発生器３２１の電圧パルスＶPULSEが印加され、接地電圧及び第２電流源３２３ｃに接続される第２スイッチング素子３２３ｄで構成される。
【００５４】
ここで、第１スイッチング素子３２３ｂはＰＭＯＳトランジスター、第２スイッチング素子３２３ｄはＮＭＯＳトランジスターで構成されているので、第１スイッチング素子３２３ｂと第２スイッチング素子３２３ｄは、パルス発生器３２１から印加される電圧パルスＶPULSEによってオンまたはオフにされ、ピエゾアクチュエーター３３０を駆動させるための電流パルスを発生させる。
【００５５】
したがって、パルス発生器３２１の電圧パルスＶPULSEがロー（low）のときに、ＰＭＯＳトランジスター３２３ｂがオンにされピエゾアクチュエーター３３０が充電され、パルス発生器３２１の電圧パルスＶPULSEがハイ（high）のときに、ＮＭＯＳトランジスター３２３ｄがオンにされピエゾアクチュエーターＶPULSEが放電される。このような充放電によって一定振幅の駆動電圧パルスＶACTを維持でき、ピエゾアクチュエーター３３０を駆動させることが可能になる。このときに、ピエゾアクチュエーター３３０を駆動可能にする駆動電圧パルスＶACTの振幅は、１０ピーク電圧以上にならなければならない。
【００５６】
また、ピエゾアクチュエーター３３０は、抵抗、インダクター、キャパシターの受動素子でモデリングした複数のピエゾ素子３３０ａ〜３３０ｄで構成され、ピエゾ素子３３０ａ〜３３０ｄのそれぞれ（例えば３３０ａ）は、直列に接続されたインダクター３３１と、第１キャパシター３３２及び抵抗３３３で構成されたインダクター端と、このインダクター端と並列に接続されて共振し、第２ドライバー端３２３から出力された電流パルスを充放電させることによって一定振幅の駆動電圧パルスＶACTを維持する第２キャパシター３３４とで構成されている。
【００５７】
図３−３は、本発明の実施形態１の周波数制御部３４０を示すブロック図である。図３−３に示すように、実施形態１の周波数制御部３４０は、ピエゾドライバーに接続され、該ピエゾドライバーで消費される電流を感知し測定する電流探知器３４１と、電流探知器３４１と接続され、測定された電流をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器３４２と、アナログ／デジタル変換器３４２に接続され、変換されたデジタルデータを格納する第１レジスター３４３と、第１レジスター３４３に格納されたデジタルデータが入力され、入力されたデジタルデータのうち最大値を持つ電流に対するデジタルデータに対応する周波数データを検出するマイクロ制御装置３４４と、マイクロ制御装置３４４で検出された周波数データを格納する第２レジスター３４５と、第１及び第２レジスター３４３，３４５及びマイクロ制御装置３４４に接続され、マイクロ制御装置３４４に第１レジスター３４３のデジタルデータを入力させ、第２レジスター３４５にマイクロ制御装置３４４の周波数データを出力させる制御入出力装置３４６と、第２レジスター３４５及び周波数シンセサイザー（３１０、図３−１）に接続され、第２レジスター３４５の周波数データによって該周波数シンセサイザーに周波数制御信号を発生する周波数信号制御器３４７で構成される。
【００５８】
ここで、マイクロ制御装置３４４で検出される周波数データがピエゾアクチュエーターの共振周波数データとなり、この共振周波数データに対応する周波数制御信号が発生され、これにより、共振周波数によってピエゾアクチュエーターが駆動されるため駆動効率が向上する。
【００５９】
一方、図４−１は、本発明の実施形態１の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法を示す流れ図であり、図４−３は、本発明の実施形態１の周波数制御部で周波数を制御する方法を示す流れ図であり、図４−５は、本発明の実施形態１のピエゾドライバーでピエゾアクチュエーターを駆動させる方法を示す流れ図である。
【００６０】
図４−１に示すように、実施形態１の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法は、大きく、３段階からなる。
【００６１】
まず、ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーで消費される電流を測定し、この測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、この検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる（Ｓ４０１ａ）。
この発生した周波数制御信号によって周波数を固定し、該固定された周波数を発生させる（Ｓ４０２ａ）。
この固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させピエゾアクチュエーターを駆動させる（Ｓ４０３ａ）。
【００６２】
ここで、Ｓ４０１ａ段階は図４−３の流れ図のように進行され、その詳細は、次の通りである。
【００６３】
まず、一定の周期を持つタイマーを動作させる（Ｓ４０１ｃ）。
その後、初期値を設定する（Ｓ４０２ｃ）。
その後、設定された周波数に対応する電流を感知しその値を測定する（Ｓ４０３ｃ）。
測定された電流を貯蔵する（Ｓ４０４ｃ）。
続いて、貯蔵された電流のうち最大値を持つ電流を探索する（Ｓ４０５ｃ）。
探索された電流が最大値を持つ電流であるか否かを判断する（Ｓ４０６ｃ）。
判断された電流が最大値を持つ電流であるときは、この最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる（Ｓ４０７ｃ）。
最後に、タイマーをチェック（Ｓ４０９ｃ）し、タイマーの周期が終わったか否かを判断する（Ｓ４１０ｃ）。
【００６４】
一方、Ｓ４０６ｃ段階で、探索された電流が最大値を持つ電流ではないと判断される場合、周波数を１段階スイープした後（Ｓ４０８ｃ）、Ｓ４０３ｃ段階にフィードバックし以降の段階を繰り返し行う。
【００６５】
また、Ｓ４１０ｃ段階で、タイマーの周期が終わっていないものと判断される場合は、Ｓ４０７ｃ段階にフィードバックしてそれ以降の段階を繰り返し行い、タイマーの周期が終わったものと判断されると、Ｓ４０１ｃ段階にフィードバックしてそれ以降の段階を繰り返し行う。
【００６６】
このとき、Ｓ４０７ｃ段階では、ピエゾアクチュエーターの共振周波数が検出され、この共振周波数に対応する周波数制御信号が発生するため、この共振周波数によってピエゾアクチュエーターが駆動され、その駆動効率が向上する。
【００６７】
また、図４−１に示した段階のうちＳ４０３ａ段階は、図４−５の流れ図のように進行され、その詳細は次の通りである。
【００６８】
まず、Ｓ４０２ａ段階で発生した周波数を持つ電圧パルスを発生させる（Ｓ４０１ｅ）。
その後、発生した電圧パルスを緩衝する（Ｓ４０２ｅ）。
緩衝した電圧パルスを電流パルスに変換する（Ｓ４０３ｅ）。
その後、発生した電圧パルスがロー（low）のとき、変換された電流パルスによってピエゾアクチュエーターが充電され、発生した電圧パルスがハイ（high）のとき、変換された電流パルスによってピエゾアクチュエーターが放電される（Ｓ４０４ｅ）。
最後に、アクチュエーター充電段階及び放電段階によって一定振幅の駆動電圧パルスを維持する（Ｓ４０５ｅ）。このとき、駆動電圧パルスは、１０ピーク電圧以上の振幅に維持する。
【実施例２】
【００６９】
本発明の実施形態２によるピエゾアクチュエーター駆動回路のブロック図、及び該駆動回路のピエゾドライバー及び一つのピエゾ素子に対する回路図は、図３−１及び図３−２に示す実施形態１によるピエゾアクチュエーター駆動回路のブロック図、及び駆動回路のピエゾドライバー及び一つのピエゾ素子の回路図と同一である。
【００７０】
ただし、実施形態２の周波数制御部は、図３−３に示す実施形態１の周波数制御部３４０に回路保護部をさらに備えたものであり、これは図３−４に示す。
【００７１】
図３−４は本発明の実施形態２の周波数制御部３４０を示すブロック図であり、同図に示すように、実施形態２の周波数制御部３４０は、ピエゾドライバーに接続され、ピエゾドライバーで消費される電流を感知し測定する電流探知器３４１と、ピエゾドライバー及び電流探知器３４１に接続され、駆動回路がショートしたりオープンされたりするのを防止する回路保護部３４８と、電流探知器３４１に接続され、測定された電流をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換器３４２と、アナログ／デジタル変換器３４２に接続され、変換されたデジタルデータを格納する第１レジスター３４３と、第１レジスター３４３に格納されたデジタルデータが入力され、受信したデジタルデータのうち最大値を持つ電流に対するデジタルデータに対応する周波数データを検出するマイクロ制御装置３４４と、マイクロ制御装置３４４で検出された周波数データを格納する第２レジスター３４５と、第１及び２レジスター３４３，３４５及びマイクロ制御装置３４４に接続され、マイクロ制御装置３４４に第１レジスター３４３のデジタルデータを入力させ、第２レジスター３４５にマイクロ制御装置３４４の周波数データを出力させる制御入出力装置３４６と、第２レジスター３４５及び周波数シンセサイザー（３１０、図３−１）に接続され、第２レジスター３４５の周波数データによって周波数シンセサイザーに周波数制御信号を発生する周波数信号制御器３４７で構成される。
【００７２】
ここで、回路保護部３４８は、オープン回路保護部３４８ａとショート回路保護部３４８ｂとで構成されており、駆動回路がオープンされたりショートしたりするのを未然に防止し、回路損傷による不良を除去することができる。
【００７３】
また、マイクロ制御装置３４４で検出される周波数データがピエゾアクチュエーターの共振周波数データとなり、この共振周波数データに対応する周波数制御信号が発生されるため、この共振周波数によってピエゾアクチュエーターが駆動し、駆動効率が向上する。
【００７４】
一方、実施形態２のピエゾドライバーにおいてピエゾアクチュエーターを駆動させる方法は、図４−５に示す実施形態１のピエゾドライバーでピエゾアクチュエーターを駆動させる方法と同一である。ただし、実施形態２のＳ４０１ｅ段階は、後述するＳ４０２ｂ段階で固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させる段階となる。
【００７５】
ただし、実施形態２の周波数制御部には回路保護部がさらに備えられていることから、実施形態２の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法、及び周波数制御部で周波数を制御する方法はそれぞれ、図４−１及び図４−３に示す実施形態１の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法、及び周波数制御部で周波数を制御する方法とやや異なり、これは図４−２及び図４−４に示す。
【００７６】
図４−２は、本発明の実施形態２の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法を示す流れ図であり、図４−４は、本発明の実施形態２の周波数制御部で周波数を制御する方法を示す流れ図である。
【００７７】
図４−２に示すように、実施形態２の駆動回路の駆動方法は、大きく、３段階からなる。
【００７８】
まず、ピエゾアクチュエーターを駆動させるピエゾドライバーで消費される電流を測定すると同時に、駆動回路のショートまたはオープン状態を感知してこれを保護し、測定された電流のうち最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、この検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる（Ｓ４０１ｂ）。
発生した周波数制御信号によって周波数を固定し、固定された周波数を発生させる（Ｓ４０２ｂ）。
該固定された周波数を持つ電圧パルスを発生させピエゾアクチュエーターを駆動させる（Ｓ４０３ｂ）。
【００７９】
図４−２に示した段階のうちＳ４０１ｂ段階は、図４−４の流れ図のように進行し、その詳細は次の通りである。
【００８０】
まず、一定の周期を持つタイマーを動作させる（Ｓ４０１ｄ）。
その後、初期値を設定する（Ｓ４０２ｄ）。
続いて、設定された周波数に対応する電流を感知しその値を測定すると同時に、駆動回路のショートまたはオープン状態を感知して駆動回路を保護する（Ｓ４０３ｄ）。
測定された電流を貯蔵する（Ｓ４０４ｄ）。
その後、貯蔵された電流のうち最大値を持つ電流を探索する（Ｓ４０５ｄ）。
探索された電流が最大値を持つ電流なのか否かを判断する（Ｓ４０６ｄ）。
Ｓ４０６ｄの判断結果、探索された電流が最大値を持つ電流であると、この最大値を持つ電流に対応する周波数を検出し、検出された周波数に対応する周波数制御信号を発生させる（Ｓ４０７ｄ）。
最後に、タイマーをチェックし（Ｓ４０９ｄ）、タイマーの周期が終わったか否かを判断する（Ｓ４１０ｄ）。
【００８１】
一方、Ｓ４０６ｄの判断結果、探索された電流が最大値を持つ電流でないと、周波数を１段階スイープした後（Ｓ４０８ｄ）、Ｓ４０３ｄ段階にフィードバックしそれ以降の段階を繰り返し行う。
【００８２】
また、Ｓ４１０ｄ段階でタイマーの周期が終わっていないものと判断される場合は、Ｓ４０７ｄ段階にフィードバックしそれ以降の段階を繰り返し行い、タイマーの周期が終わったものと判断されると、Ｓ４０１ｄ段階にフィードバックしそれ以降の段階を繰り返し行う。
【００８３】
このときに、Ｓ４０７ｄ段階では、ピエゾアクチュエーターの共振周波数が検出され、この共振周波数に対応する周波数制御信号が発生するため、前記共振周波数によってピエゾアクチュエーターが駆動されることによってその駆動効率が向上する。
【００８４】
また、図５は、本発明による周波数スイープによるピエゾアクチュエーターの消費電流量の変化を示す図である。同図に示すように、１３２ｋＨｚ〜１４８ｋＨｚの範囲の周波数をスイープしたとき、約１３８ｋＨｚの周波数に対応する地点Ｑで最大電流が消費されたことがわかる。これにより、ピエゾアクチュエーターの共振周波数を１３８ｋＨｚに制御することが可能である。この場合、たとえ、工程バラツキまたは温度変化によって共振周波数が変化しても、本発明による駆動回路及び方法を適用すると、ピエゾアクチュエーターの共振周波数を、最も效率的にピエゾアクチュエーターを駆動させうるような周波数に制御することが可能である。
【００８５】
また、共振周波数を自動で制御するため、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させることが可能になる。
【００８６】
図６は、本発明によるピエゾアクチュエーターの出力信号を示す図で、図中の４つの波形は、ピエゾアクチュエーターを構成する４個のピエゾ素子のそれぞれに対するものである。
【００８７】
図６に示すように、本発明によって共振周波数を制御しこの共振周波数によってピエゾアクチュエーターを駆動することによって、一定振幅（１０Ｖ）以上の駆動電圧パルスを確保可能になり、ピエゾアクチュエーターの駆動効率を向上させることができる。
【００８８】
しかも、本発明は、ピエゾアクチュエーターの消費電流量を感知し共振周波数を検出するため、駆動回路のショートまたはオープン状態を容易に把握でき、駆動回路の損傷を未然に防止できるという効果が得られる。
【００８９】
以上説明した本発明の好適な実施形態は本発明を例示するためのもので、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者なら、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更を行うことが可能であり、したがって、これら置換、変形及び変更なども特許請求の範囲に属するものとして解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明にかかるピエゾアクチュエーター駆動回路は、例えばモバイル用カメラモジュール等のレンズ駆動に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１−１】従来技術によるピエゾアクチュエーター駆動回路を示すブロック図である。
【図１−２】従来技術によるピエゾアクチュエーター駆動回路のピエゾドライバー及び一つのピエゾ素子に対する回路図である。
【図２−１】本発明によるピエゾアクチュエーターの消費電流を測定する方法を示す図ある。
【図２−２】本発明によるピエゾアクチュエーターの周波数によるアドミタンスを示す図である。
【図３−１】本発明の実施形態１及び実施形態２によるピエゾアクチュエーター駆動回路を示すブロック図である。
【図３−２】本発明の実施形態１及び実施形態２によるピエゾアクチュエーター駆動回路のピエゾドライバー及び一つのピエゾ素子に対する回路図である。
【図３−３】本発明の実施形態１の周波数制御部を示すブロック図である。
【図３−４】本発明の実施形態２の周波数制御部を示すブロック図である。
【図４−１】本発明の実施形態１の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法を示す流れ図である。
【図４−２】本発明の実施形態２の周波数制御型ピエゾアクチュエーター駆動回路の駆動方法を示す流れ図である。
【図４−３】本発明の実施形態１の周波数制御部で周波数を制御する方法を示す流れ図である。
【図４−４】本発明の実施形態２の周波数制御部で周波数を制御する方法を示す流れ図である。
【図４−５】本発明の実施形態１及び実施形態２のピエゾドライバーでピエゾアクチュエーターを駆動させる方法を示す流れ図である。
【図５】本発明による周波数スイープによるピエゾアクチュエーターの消費電流量の変化を示す図である。
【図６】本発明によるピエゾアクチュエーターの出力信号を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
３００  ピエゾアクチュエーター駆動回路
３１０  周波数シンセサイザー
３２０  ピエゾドライバー
３２１  パルス発生器
３２２  第１ドライバー端
３２３  第２ドライバー端
３２３ａ  第１電流源
３２３ｂ  第１スイッチング素子
３２３ｃ  第２電流源
３２３ｄ  第２スイッチング素子
３３０  ピエゾアクチュエーター
３３０ａ〜３３０ｄ  ピエゾ素子
３３１  インダクター
３３２  第１キャパシター
３３３  抵抗
３３４  第２キャパシター
３４０  周波数制御部
３４１  電流探知器
３４２  アナログ／デジタル変換器
３４３  第１レジスター
３４４  マイクロ制御装置
３４５  第２レジスター
３４６  制御入出力装置
３４７  周波数信号制御器
３４８  回路保護部
３４８ａ  オープン回路保護部
３４８ｂ  ショート回路保護部
Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４  位相
Ｆres  共振周波数
ＶACT  駆動電圧パルス
ＶＤＤ  電源電圧
Ｖfcontrol  周波数制御信号
ＶPULSE  パルス発生器の第１電圧パルス
【図１−１】
2007049890.tif 000003
【図１−２】
2007049890.tif 000004
【図２−１】
2007049890.tif 000005
【図２−２】
2007049890.tif 000006
【図３−１】
2007049890.tif 000007
【図３−２】
2007049890.tif 000008
【図３−３】
2007049890.tif 000009
【図３−４】
2007049890.tif 000010
【図４−１】
2007049890.tif 000011
【図４−２】
2007049890.tif 000012
【図４−３】
2007049890.tif 000013
【図４−４】
2007049890.tif 000014
【図４−５】
2007049890.tif 000015
【図５】
2007049890.tif 000016
【図６】
2007049890.tif 000017