JP2005110438A - 波形出力装置、電気機械変換素子及び電気素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器を制御するために多様な波形信号を出力する場合であっても、高精度で制御を行うことができるとともに、消費電力を低減すること。
【解決手段】駆動パターンを生成する波形データ生成部１７１と、駆動パターンを格納する波形出力レジスタ１７３と、波形出力レジスタ１７３に格納された駆動パターンに基づいて波形信号を生成し、予め設定された単位駆動時間だけ出力する波形生成部１７５とを備え、波形データ生成部１７１と波形生成部１７５とは独立に駆動されている。
【選択図】 図３

Description

アクチュエータやＬＥＤ等の電子機器を制御するために波形信号を出力する波形出力装置やこの波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子及び電気素子に関し、特に消費電力を低減できるとともに、高精度な制御を行うことができるものに関する。

静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、ステッピングモータ等のアクチュエータやＬＥＤ等の電子機器を波形信号を用いて制御するための制御装置が知られている。図１７はこのような制御装置の一例であり、パラレル出力ポートを持つ汎用のプロセッサの構成を示す図である（例えば特許文献１参照）。ＭＰＵ１０はプログラムＲＡＭ１１の命令セットを読み込み、処理を行う。必要に応じて出力データレジスタ１２へデータを書き込み、出力波形生成部１３にデータを送り、出力波形生成部１３では波形信号をスイッチング素子（不図示）へ送り、アクチュエータ等を駆動する。ＭＰＵ１０は、内部にタイマを持ち時間管理を行っている。このようなパラレル出力ポートをもつＭＰＵであればＭＰＵ１０自身で時間管理を行うことが出るため容易に構成できる。

図１８は制御装置の他の例であり、ステッピングモータの制御回路の構成を示す図である（例えば特許文献２参照）。制御部２０は、ステップの回転方向を決定する駆動方向（ＣＷ／ＣＣＷ）ビットと、ステッピングモータ２３がハーフステップまたはフルステップのどちらで動作するかを決定する。ハーフステップ・モード（ＨＳＭ）ビットと、ＳＴＥＰ信号の各ネガティブエッジで１つのステップが生成を指示するＳＴＥＰビットに対して出力を行う。波形データ生成部２１では以上の３ビットから特定のシーケンスを生成し、ＰＡ１〜ＰＢ２ポートに出力する。波形データ生成部２１では４種類の駆動パターンを予め用意して置き、フラグの状態によってどのシーケンスを呼び出すかを制御する構成を持つ。スイッチング回路２２では波形データ生成部２１の出力データ（ＴＴＬレベル、例えば３．３Ｖ）を受け、ステッピングモータ２３の駆動に必要な電圧レベル（例えば１０Ｖ）の電流（例えば５００ｍＡ）を出力する。このようなステッピングモータコントローラを用いたデジタルスチルカメラレンズアクチュエータは多く存在する。
特開平６−２７７８９４号公報 特開平２０００−９４５６９号公報

上述した波形信号を出力する制御装置であると次のような問題があった。すなわち、時間管理と波形管理を処理装置（ＭＰＵ）で同時に行う場合において、高精度な時間管理をするには高速で駆動しなければならない。具体的には、設定された最小波形単位時間（例えば０．１ｍｓ〜１ｍｓ）に対し正確に駆動パターンを生成するためには、可動子の現在位置及び駆動方向を算出するステップを駆動波形の要求分解能（０．１ｍｓ）に対して十分小さい値（例えば１／１０００以下）に抑える必要となる。

したがって、可動子の位置及び駆動方向を算出するために約３０００クロック必要な場合は、３００ＭＨｚのクロックがＭＰＵに要求されることとなる。このように高速なクロックであるとＭＰＵでの消費電力が上昇し、電源に余裕が無いモバイル用途には適していないという問題があった。またシステムクロックは通常１０ＭＨｚ程度であり、このような構成で時間管理を正確に行うのは困難である。

一方、ステッピングモータコントローラでは、複数の位相の異なる周期的なＯＮ／ＯＦＦ信号を用いているため、出力波形パターンが数種類に予め決められている。これに対し、汎用のアクチュエータ（静電アクチュエータ）用は、アクチュエータの形態（ＡＦ用、ＺＯＯＭ用、その他のアプリケーション用）によって駆動パターンの可能性が膨大である。このためコントローラの構成も大きく異なることから、予め全ての駆動シーケンスをコントローラ内に実装しておくのは困難である。また、想定していない駆動シーケンスに対応することができないため、アクチュエータのハードウェア構成（入力端子の数）をチップの開発後に変えた場合などに対応することができないという問題があった。

そこで本発明は、アクチュエータやＬＥＤ等の電子機器を制御するために多様な波形信号を出力する場合であっても、高精度で制御を行うことができるとともに、消費電力を低減できる波形出力装置及びこの波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子及び電気素子を提供することを目的としている。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の波形出力装置、電気機械変換素子及び電気素子は次のように構成されている。

（１）波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、少なくとも駆動パターンを生成する波形データ生成部と、上記駆動パターンを格納する駆動パターン格納領域を有する波形出力レジスタと、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、予め設定された単位駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする。

（２）波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、少なくとも駆動パターン及び駆動時間データを生成する波形データ生成部と、上記駆動パターンを格納する駆動パターン格納領域及び上記駆動時間データを格納する駆動時間データ格納領域を有する波形出力レジスタと、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、上記駆動時間データ格納領域に格納された上記駆動時間データに対応する駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする。

（３）波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、少なくとも駆動パターン、駆動時間データ、駆動電圧データを生成する波形データ生成部と、上記駆動パターンを格納する駆動パターン格納領域、上記駆動時間データを格納する駆動時間データ格納領域及び上記駆動電圧データを格納する駆動電圧データ格納領域を有する波形出力レジスタと、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、上記駆動電圧データレジスタに格納された上記駆動電圧波形データに基づいて駆動電圧制御信号を生成し、上記駆動時間格納領域に格納された上記駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする。

（４）電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、波形信号を出力する（１）〜（３）いずれか記載の波形出力装置と、上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（５）上記（４）の電気機械変換素子において、上記波形信号を変換して電圧として上記スイッチング回路に入力し、上記スイッチング回路からの出力電圧を制御する昇圧素子をさらに備えていることを特徴とする。

（６）電極に電圧が印加されることにより機械的な駆動力を発生する電気機械変換素子において、波形信号を出力する（１）〜（３）いずれか記載の波形出力装置と、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（７）電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、波形信号を出力する（１）〜（３）いずれか記載の波形出力装置と、上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（８）電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子において、波形信号を出力する（１）〜（３）いずれか記載の波形出力装置と、上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（９）電流が印加されることにより輝度が変化する電気素子において、波形信号を出力する（１）〜（３）いずれか記載の波形出力装置と、上記波形信号を変換して電流として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気素子。

本発明によれば、アクチュエータやＬＥＤ等の電子機器を制御するために多様なパルス信号を出力する場合であっても、高精度で制御を行うことができるとともに、消費電力を低減することが可能である。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る波形出力装置１７０が組み込まれた静電アクチュエータ１００の概略構成を示す図、図２は信号の流れを示すブロック図、図３は波形生成原理を示す説明図である。

静電アクチュエータ１００は、アクチュエータ１１０と、アクチュエータ１１０を駆動するスイッチング素子１６０と、このスイッチング素子１６０を制御する波形出力装置１７０とを備えており、この静電アクチュエータ１００により小型の電子機器等に内蔵されるカメラモジュールが構成されている。

アクチュエータ１１０は、第１の可動子１２０及び第２の可動子１３０と、固定子１４０と、後述するレンズＬ１，Ｌ２によって結像される撮像素子１５０とを備えている。

第１の可動子１２０は、レンズＬ１を保持するとともに略直方体状に形成された可動子本体１２１を備えている。この可動子本体１２１には、固定子４０の後述する電極基板１４２，１４３と対向するとともに凸状ストライプ電極が形成された一対の電極面１２２，１２３が形成されている。

第２の可動子１３０は、レンズＬ２を保持するとともに略直方体状に形成された可動子本体１３１を備えている。この可動子本体１３１には、固定子１４０の後述する電極基板１４２，１４３と対向するとともに凸状ストライプ電極が形成された一対の電極面１３２，１３３が形成されている。

固定子１４０は、固定子枠１４１と、電極面１２２，１２３，１３２，１３３と対向する面に装着された電極基板１４２，１４３とが形成されている。電極基板１４２，１４３の第１の可動子１２０及び第２の可動子１３０に対向する電極面には、ストライプ状の電極が形成されている。

スイッチング素子１６０は、入力された波形信号を電圧に変換し、第１の可動子１２０、第２の可動子１３０、固定子１４０に付与する機能を有している。すなわち、駆動パターンの各ビットの１／０が電極に付与する電圧のＨｉｇｈ／Ｌｏｗに対応している。

波形出力装置１７０は、ＭＰＵからなる波形データ生成部１７１と、制御プログラムを収納するＲＯＭ１７２と、波形出力レジスタ１７３と、波形データ管理部１７４と、出力波形生成部１７５とを備えている。

波形出力レジスタ１７３は、駆動パターンを格納するデータ格納領域１７３ａを有している。出力波形生成部１７５は、駆動単位時間を格納する駆動単位時間格納レジスタ１７５ａと、サブ波形生成部１７６ａ〜１７６ｃとを有している。

このように構成された静電アクチュエータ１００においては、図３に示すようにして波形信号を出力し、アクチュエータの制御を行う。なお、予め波形データ生成部１７１から波形生成部１７５へ単位時間データが送られ、波形生成部１７５の駆動単位時間格納レジスタ１７５ａに記憶される。

外部からの信号入力又は予め設定されたプログラムに基づいて、波形データ生成部１７１において駆動パターンが生成される。このときの駆動パターンとしては９ビットで、出力される波形信号は３ビットとする。すなわち、３ビットの駆動パターンから１つの出力波形が生成されることになる。

この駆動パターンは、データ格納領域１７３ａに格納される。次に、９ビットの駆動パターンは３ビットずつ分けられて、それぞれサブ波形生成部１７６ａ〜１７６ｃに入力される。これらサブ波形生成部１７６ａ〜１７６ｃでは、３ビットの駆動パターンから１つの出力波形を生成する場合は３ビットの駆動パターンのうち最上位ビットを先に出力し、スイッチング素子１６０に入力する。単位時間経過後は、１ビット下位のデータを単位時間分だけ出力する。最後に最下位のビットを出力する。

このような方法を用いることで波形データには駆動時間に関する情報を持たない場合でも波形生成を行うことができる。この構成を用いた場合は駆動パターンに同期して細かく駆動時間を制御する必要がない場合に有効である。例えば、可動子１２０，１３０の保持動作などを出力する場合にはこのような構成が有効である。

なお、駆動単位時間格納レジスタ１７５ａを複数用意して、自動的に単位時間を繰り返し用いる構成を行うことも可能である。例えば、静電アクチュエータの駆動は２つの単位時間の繰り返しで実現することができる。

スイッチング素子１６０に入力された波形信号は電圧に変換され、電極基板１４２，１４３に供給される。そして、電極基板１４２，１４３により発生した静電気力により、第１の可動子１２０及び第２の可動子１３０を吸引・保持を繰り返すことにより、被写体方向あるいはその反対方向に駆動し、ズーム又はフォーカスを行う。

上述したように波形出力装置１７０においては、波形データ生成部１７１では時間管理を行わず、波形データを出力するのみで、時間管理は波形生成部１７５で行うようにしている。このため、波形データ生成部１７１におけるクロックに影響されることなく時間管理を行うことができ、理論的にはシステムクロックの分解能で時間管理ができることとなる。このため、波形データ生成部１７１に高速度の処理能力が要求されず、低消費電力が求められる小型の携帯機器に用いることが可能となる。

図４は本発明の第２の実施の形態に係る静電平面アクチュエータ（電気変換素子）２００の概略構成を示す図、図５は静電平面アクチュエータ２００の動作原理を示す説明図、図６は静電平面アクチュエータ２００の電圧印加タイミングを示す説明図である。

静電平面アクチュエータ２００は、ステータ２１０と、移動体となる平面移動板２５０と、電極基板２１５ａ，２１５ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２３５ａ，２３５ｂに電圧を印加するスイッチング回路２６０と、このスイッチング回路２６０にパルス信号を印加することで制御する波形出力装置２７０とを備えている。

ステータ２１０は、金属製の上面板２１１と、セラミックス等で成形された底面板２１２から成る。上面板２１１と底面板２１２は、ともに薄厚な平板で、互いに所定間隔をおいて平行関係にある。また、上面板２１１と底面板２１２との間には、上面板２１１と底面板２１２を固定するための支柱２１４が複数設けられている。上面板２１１には、複数の揺動要素２１３，２２３，２３３が形成されており、揺動要素２１３，２２３，２３３は二つの電極がヒンジで支持されており、紙面に垂直方向を揺動軸として揺動する。

揺動要素２１３，２２３，２３３は、固定電極に特定の電圧パターンを印加すると、固定電極と揺動要素２１３，２２３，２３３に電位差が発生する。このとき揺動要素２１３，２２３，２３３の一方の電極が固定電極に吸引され、他方の電極は平行移動板２５０に接触する。このとき発生した摩擦力により平行移動板２５０は移動するように構成されている。図４中２１５ａ，２１５ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２３５ａ，２３５ｂは電極基板を示している。

スイッチング回路２６０は上述したスイッチング回路１６０と同様に構成され、また波形出力装置２７０は上述した波形出力装置１７０と同様に構成されているので詳細な説明は省略する。

このように構成された静電平面アクチュエータ２００においては、次のようにして駆動が行われる。波形出力装置２７０から、電圧ＶｈがＴＴＬレベルである波形パターンが出力されると、スイッチング回路６０によって電圧がＶｈに変換され電極基板２１５ａ，２１５ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２３５ａ，２３５ｂに入力される。

図６に示すように特定の電圧パターンを順次印加することで、揺動要素２１３，２２３，２３３が平行移動板２５０に接触し、このとき発生した摩擦力により平行移動板６０は移動してゆくことになる。

上述したように波形出力装置２７０においては、波形データ生成部１７１では時間管理を行わず、波形データを出力するのみで、時間管理は波形生成部１７５で行うようにしている。このため、波形データ生成部１７１におけるクロックに影響されることなく時間管理を行うことができ、理論的にはシステムクロックの分解能で時間管理ができることとなる。したがって、静電平面アクチュエータ２００によれば、静電アクチュエータ１００と同様に、駆動パターンの分解能を高めて高精度な駆動を行う場合であっても、アクチュエータの現在位置と駆動方向を算出するステップのために波形データ生成部１７１に高速度で動作させる必要がなく、低消費電力が求められる小型の携帯機器に用いることが可能となる。

図７は、本発明の第３の実施の形態に係るインパクト型の圧電アクチュエータ３００の基本構成を概略的に示すブロック図である。この図において、圧電アクチュエータ３００は、駆動部３１２と、駆動部３１２を駆動する駆動回路３１４と、駆動部３１２に取り付けられている係合部材３３０の位置を検出する部材センサ３１６と、駆動部３１２の基端に配設された基端センサ３１８と、駆動部３１２の先端に配設された先端センサ３２０と、全体の動作を制御する制御部（波形出力装置）３２２とを備えている。

駆動部３１２は、素子固定式構造のものであり、支持部材３２４、電気機械変換素子３２６、駆動部材３２８及び係合部材３３０から構成されている。支持部材３２４は、電気機械変換素子３２６及び駆動部材３２８を保持するものである。電気機械変換素子３２６は、例えば、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に図略の電極を介して積層することにより構成したものである。係合部材３３０には駆動対象物であるレンズＬが取り付けられるようになっている。

制御回路３１４は上述したスイッチング回路１６０と同様に構成され、また制御部３２２は上述した波形出力装置１７０と同様に構成されているので詳細な説明は省略する。

このように構成された圧電アクチュエータ３００においては、制御部３２２から駆動回路３１４に図８に示すような駆動パターンが入力されると、駆動回路３１４では電気機械変換素子３２６に必要な電圧パターンが生成される。駆動回路３１４では図９の（ａ）又は（ｂ）のようなのこぎり状の駆動波形が生成され、電気機械変換素子３２６に入力される。電気機械変換素子３２６に図９の（ａ）に示すような駆動電圧が印加されると、係合部材３０３は図９中矢印ａ１方向に間欠的に移動する。また、図９の（ｂ）に示すような駆動電圧が印加されると、係合部材３０３は図７中矢印ａ２方向に間欠的に移動する。

上述したように制御部３２２においては、波形データ生成部１７１では時間管理を行わず、波形データを出力するのみで、時間管理は波形生成部１７５で行うようにしている。このため、波形データ生成部１７１におけるクロックに影響されることなく時間管理を行うことができ、理論的にはシステムクロックの分解能で時間管理ができることとなる。したがって、圧電アクチュエータ３００によれば、静電アクチュエータ１００と同様に、駆動パターンの分解能を高めて高精度な駆動を行う場合であっても、アクチュエータの現在位置と駆動方向を算出するステップのために波形データ生成部１７１に高速度で動作させる必要がなく、低消費電力が求められる小型の携帯機器に用いることが可能となる。

図１０は本発明の第４の実施の形態に係る輝度制御可能なＬＥＤ装置（電気素子）４００における信号の流れを示すブロック図、図１１は波形生成原理を示す説明図である。これらの図において、図１〜図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ＬＥＤ装置４００は、波形出力装置１７０と、入力電圧により定電流発生するＬＥＤドライバ１８０と、このＬＥＤドライバ１８０からの電流値に対応して輝度が変化するＬＥＤ１８１とを備えている。なお、ＬＥＤドライバ１８０としては、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社のＬＭ２７９２などが挙げられる。

このように構成されたＬＥＤ装置４００においては、図１１に示すようにして波形信号を出力し、ＬＤＥ１８１の輝度制御を行う。なお、予め波形データ生成部１７１から波形生成部１７５へ単位時間データが送られ、波形生成部１７５の駆動単位時間格納レジスタ１７５ａに記憶される。

外部からの信号入力又は予め設定されたプログラムに基づいて、波形データ生成部１７１においてＬＥＤ１８１のドライブ電圧に対応する駆動パターンが生成される。この駆動パターンは、データ格納領域１７３ａに格納される。波形生成部１７５では、データ格納領域１７３ａに格納された駆動パターンに基づいてＤ／Ａ変換が行われ、駆動単位時間格納レジスタ１７５ａに格納された単位時間だけ波形信号の出力を行う。

波形信号は、電圧値としてＬＥＤドライバ１８０に入力される。ＬＥＤドライバ１８０に入力された波形信号は電流に変換され、ＬＥＤ１８１に供給される。例えば、ＬＥＤドライバ入力電圧と出力電流が線形の関係があれば、入力電圧を大きくすることで出力電流が大きくなりＬＥＤ１８１の輝度は大きくなる。ＬＥＤ１８１では供給された電流値に応じた輝度で発光する。

上述したように波形出力装置１７０においては、波形データ生成部１７１では時間管理を行わず、波形データを出力するのみで、時間管理は波形生成部１７５で行うようにしている。このため、波形データ生成部１７１におけるクロックに影響されることなく時間管理を行うことができ、理論的にはシステムクロックの分解能で時間管理ができることとなる。このため、波形データ生成部１７１に高速度の処理能力が要求されず、低消費電力が求められる小型の携帯機器に用いることが可能となり、例えばＬＥＤ１８１の輝度を制御する必要がある携帯電話のバックライト制御回路等に適用可能である。

図１２は本発明の第５の実施の形態に係る静電アクチュエータ５００における信号の流れを示すブロック図、図１３は波形生成原理を示す説明図である。これらの図において、図１〜図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

静電アクチュエータ５００においては、入力された抵抗値に対応した電圧をスイッチング素子１６０に印加する昇圧素子５０１を備えている。また、波形データ生成部１７１では、駆動時間、駆動パターン、駆動電圧データが生成され、波形出力レジスタ１７３を介して波形生成部１７５に入力される構成となっている。なお、図１３中１７５ｂはデジタルポテンショメータであり、入力された波形信号に対応して抵抗値を出力する機能を有している。

このように構成された静電アクチュエータ５００においては、外部からの信号入力又は予め設定されたプログラムに基づいて、波形データ生成部１７１においてアクチュエータ１１０の駆動時間、駆動パターン、駆動電圧データが生成される。これら駆動時間データ、駆動パターン、駆動電圧データは、データ格納領域１７３ａに格納される。波形生成部１７５では、データ格納領域１７３ａに格納された駆動パターン、駆動電圧データに基づいて図１３に示すように、Ｄ／Ａ変換が行われ、駆動時間データに対応する駆動時間だけ波形信号の出力を行う。

波形信号は、デジタルポテンショメータ１７５ｂに入力され抵抗値として昇圧素子５０１に入力される。昇圧素子５０１では入力された抵抗値に対応した電圧をスイッチング素子１６０に印加する。スイッチング素子１６０では、駆動パターンのそれぞれのポートがＨｉｇｈの状態の場合は昇圧電圧を出力し、そうでない場合は０Ｖをアクチュエータ１１０にに出力する。アクチュエータ１１０は、波形信号のシーケンスにより機械運動を行う。

上述したように波形出力装置１７０においては、波形データ生成部１７１では時間管理を行わず、波形データを出力するのみで、時間管理は波形生成部１７５で行うようにしている。このため、波形データ生成部１７１におけるクロックに影響されることなく時間管理を行うことができ、理論的にはシステムクロックの分解能で時間管理ができることとなる。したがって、静電アクチュエータ５００によれば、静電アクチュエータ１００と同様に、駆動パターンの分解能を高めて高精度な駆動を行う場合であっても、アクチュエータの現在位置と駆動方向を算出するステップのために波形データ生成部１７１に高速度で動作させる必要がなく、低消費電力が求められる小型の携帯機器に用いることが可能となる。

なお、静電アクチュエータ５００の場合は一般的に駆動電圧は一定であるため、昇圧素子５０１の出力電圧を固定し、波形生成部１７５で駆動電圧データを管理しなくても良い。しかしながら、波形電圧を管理した場合には待機時の駆動電圧を低下させることができるため消費電力が低減するという効果がある。

図１４は本発明の第６の実施の形態に係る静電アクチュエータ６００における信号の流れを示すブロック図、図１５は波形生成原理を示す説明図である。これらの図において、図１〜図３、図１２、１３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

静電アクチュエータ６００においては、入力された抵抗値に対応した電圧をスイッチング素子１６０に印加する昇圧素子５０１を備えている。また、波形データ生成部１７１では、駆動時間、駆動パターン、駆動電圧データが生成され、波形出力レジスタ１７３を介して波形生成部１７５に入力される構成となっている。

このように構成された静電アクチュエータ６００においては、外部からの信号入力又は予め設定されたプログラムに基づいて、波形データ生成部１７１においてアクチュエータ１１０の駆動時間、駆動パターン、駆動電圧データが生成される。これら駆動時間データ、駆動パターン、駆動電圧データは、データ格納領域１７３ａに格納される。さらに駆動時間データは、波形時間管理レジスタ１７５ｃに格納される。

次に、８ビットの駆動パターンは２ビットずつ分けられて、それぞれサブ波形生成部１７６ａ〜１７６ｄに入力される。これらサブ波形生成部１７６ａ〜１７６ｄでは、２ビットの駆動パターンから１つの出力波形を生成する場合は２ビットの駆動パターンのうち上位ビットを先に出力し、スイッチング素子１６０に入力する。単位時間経過後は、下位ビットを単位時間分だけ出力する。すなわち、データが両方とも同一の値の場合は波形時間分だけデータを出力する。異なる値の場合は、駆動時間の半分の時間でデータが変化する。

このような方法を用いることで駆動時間データで定められた駆動時間よりもさらに細かいタイミングで変化する波形信号を生成することができる。

本静電アクチュエータ６００によれば、静電アクチュエータ１００と同様の効果を得ることができる。

図１６は、本発明の第７の実施の形態に係る静電アクチュエータ７００における信号の流れを示すブロック図である。これらの図において、図１２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

静電アクチュエータ７００においては、駆動電圧データを時間管理せず、昇圧素子に直接出力するようにしている。この場合は、駆動パターンに同期して正確な時間管理はできないが、波形データ生成部１７１が持つ時間管理機能によって、駆動電圧データの制御が可能であるため、駆動時・待機時など大きなシーケンスの変化の時にのみ駆動電圧を制御するようなシステムの場合には有効である。

なお、上述した各実施の形態において、電気機械変換素子として、静電アクチュエータの他、圧電アクチュエータ等を例示したが、その他の電気機械変換素子などにも適用することができる。また、波形データとして、駆動時間データ、駆動パターンデータ、駆動電圧データを挙げたが、その他のアクチュエータ等を制御する各種のデータを用いても良い。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明によれば、アクチュエータやＬＥＤ等の電子機器を制御するために多様なパルス信号を出力する場合であっても、消費電力を低減できるとともに、高精度で制御を行うことができる波形出力装置及びこの波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子及び電気素子が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた静電アクチュエータの構成を示す図。 同波形出力装置における信号の流れを示すブロック図。 同波形出力装置による波形生成の原理を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた静電平面アクチュエータの構成を示す図。 同静電平面アクチュエータの動作原理を示す説明図。 同静電平面アクチュエータの電圧印加タイミングを示す説明図。 本発明の第３の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた圧電アクチュエータの構成を示す図。 同圧電アクチュエータに組み込まれた駆動回路を制御する制御回路から出力されて各スイッチ素子に印加される制御信号を示す説明図。 同圧電アクチュエータに組み込まれた電気機械変換素子に印加される駆動電圧の波形を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれたＬＥＤ装置の構成を示す図。 同波形出力装置による波形生成の原理を示す説明図。 本発明の第５の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子の構成を示す図。 同波形出力装置による波形生成の原理を示す説明図。 本発明の第５の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子の構成を示す図。 同波形出力装置による波形生成の原理を示す説明図。 本発明の第６の実施の形態に係る波形出力装置が組み込まれた電気機械変換素子の構成を示す図。 波形信号を用いて制御を行う制御装置の一例を示す説明図。 波形信号を用いて制御を行う制御装置の他の例を示す説明図。

符号の説明

１００…静電アクチュエータ１００、１１０…アクチュエータ、１６０…スイッチング素子、１７０…波形出力装置、１７１…波形データ生成部、１７３…波形出力レジスタ、１７５…出力波形生成部。

Claims (9)

1. 波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、
   少なくとも駆動パターンを生成する波形データ生成部と、
   上記駆動パターンを格納する波形出力レジスタと、
   上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、予め設定された単位駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、
   上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする波形出力装置。
2. 波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、
   少なくとも駆動パターン及び駆動時間データを生成する波形データ生成部と、
   上記駆動パターン及び上記駆動時間データを格納する波形出力レジスタと、
   上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動時間データに対応する駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、
   上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする波形出力装置。
3. 波形信号により駆動される電子機器を制御する波形出力装置において、
   少なくとも駆動パターン、駆動時間データ、駆動電圧データを生成する波形データ生成部と、
   上記駆動パターン、上記駆動時間データ及び上記駆動電圧データを格納する波形出力レジスタと、
   上記波形出力レジスタに格納された上記駆動パターンに基づいて上記波形信号を生成し、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動電圧データに基づいて駆動電圧制御信号を生成し、上記波形出力レジスタに格納された上記駆動時間だけ出力する波形生成部とを備え、
   上記波形データ生成部と上記波形生成部とは独立に駆動されていることを特徴とする波形出力装置。
4. 電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、
   波形信号を出力する請求項１〜３いずれか記載の波形出力装置と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
5. 上記波形信号を変換して電圧として上記スイッチング回路に入力し、上記スイッチング回路からの出力電圧を制御する昇圧素子をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の電気機械変換素子。
6. 電極に電圧が印加されることにより機械的な駆動力を発生する電気機械変換素子において、
   波形信号を出力する請求項１〜３いずれか記載の波形出力装置と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
7. 電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、
   波形信号を出力する請求項１〜３いずれか記載の波形出力装置と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
8. 電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子において、
   波形信号を出力する請求項１〜３いずれか記載の波形出力装置と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
9. 電流が印加されることにより輝度が変化する電気素子において、
   波形信号を出力する請求項１〜３いずれか記載の波形出力装置と、
   上記波形信号を変換して電流として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気素子。

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