JP2010078731A - Actuator device - Google Patents

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稔 竹田
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秀樹 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove inconsistency of a digital signal between a feedback signal for detecting a position and an input signal into a PWM driving part for driving a shape memory alloy, when controlling the position of a control object by using an extending/contracting property of the shape memory alloy. <P>SOLUTION: This device includes the shape memory alloy 2 for displacing a lens of an autofocus mechanism of an optical system 3 of an image capturing apparatus by being expanded/contracted corresponding to a driving signal, the PWM driving part 1 for supplying the driving signal to the shape memory alloy 2, a feedback control part 4 for output of a feedback signal carrying information to be fed-back to the PWM driving part 1 corresponding to a change state of the lens displaced by the shape memory alloy 2, and a delta sigma modulation part 5 for reducing the number of bits which is an information quantity of digital data of the feedback signal output from the feedback control part 4 to input it into the PWM driving part 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータ装置に関する。より詳しくは、形状記憶合金を利用したアクチュエータ装置に関する。   The present invention relates to an actuator device. More specifically, the present invention relates to an actuator device using a shape memory alloy.

近年、カメラその他の撮像装置のオートフォーカス機構において、鏡筒内のレンズの位置を変位させる手段として形状記憶合金を使用する提案がなされている。形状記憶合金は、例えば細線状のワイヤやコイルばねで構成されている。このような形状記憶合金は、電流を流して加熱すると収縮するとともに、その抵抗値が変化する性質がある。したがって、形状記憶合金が電流に応じて伸縮する性質を利用してオートフォーカス機構のレンズの位置を変位させることができる。形状記憶合金に電力を供給する手段としては、電圧制御やPWM(パルス幅変調)制御が用いられている。特に、PWM制御の場合には、一定の振幅及び周期のパルス信号のデューティ比を変化させて、形状記憶合金に供給する電力をデジタル信号によって制御するので、マイクロコンピュータ等を利用したフィードバック回路を比較的簡単に構築することができる。   In recent years, proposals have been made to use shape memory alloys as means for displacing the position of a lens in a lens barrel in an autofocus mechanism of a camera or other imaging device. The shape memory alloy is composed of, for example, a fine wire or a coil spring. Such a shape memory alloy has the property that when it is heated by passing an electric current, it shrinks and its resistance value changes. Therefore, the position of the lens of the autofocus mechanism can be displaced using the property that the shape memory alloy expands and contracts according to the current. As means for supplying power to the shape memory alloy, voltage control or PWM (pulse width modulation) control is used. In particular, in the case of PWM control, the power supplied to the shape memory alloy is controlled by a digital signal by changing the duty ratio of a pulse signal having a constant amplitude and period, so a feedback circuit using a microcomputer or the like is compared. Can be constructed easily.

例えば、特許文献1のアクチュエータ装置においては、画像の輝度が最大になるようにアクチュエータを制御して、ピントすなわちフォーカスの自動調節を行うようになっている。そのために、カメラコントロールユニットから画像の輝度信号を制御装置に入力している。形状記憶合金に印加される電圧波形は、周期T及びデューティ比t/TのPWM信号の制御信号で構成されている。さらに、形状記憶合金に断続的に流れる電流波形の電流値をサンプルホールド回路でホールドすることで、抵抗値を演算して制御装置にフィードバックする構成になっている。   For example, in the actuator device of Patent Document 1, the actuator is controlled so that the brightness of the image is maximized, and the focus, that is, the focus is automatically adjusted. For this purpose, an image luminance signal is input from the camera control unit to the control device. The voltage waveform applied to the shape memory alloy is composed of a PWM signal control signal having a period T and a duty ratio t / T. Further, the current value of the current waveform intermittently flowing in the shape memory alloy is held by the sample hold circuit, so that the resistance value is calculated and fed back to the control device.

特開2002−130114号公報(段落番号0032、図11及び図17参照)JP 2002-130114 A (see paragraph number 0032, FIG. 11 and FIG. 17)

一般に、近年のデジタルカメラ等の撮像装置において、画像信号を処理する回路は、分解能が1024ステップすなわち10ビット以上で信号処理を行っている。しかしながら、上記特許文献1のようにPWM信号で形状記憶合金を駆動する場合には、PWM信号のデューティ比の分解能は256ステップないし64ステップ、すなわち8ビットないし6ビット程度が一般的である。このため、合焦点を検出するための画像の輝度信号や輪郭検出のエッジ信号による、例えば10ビット(又はそれ以上)の検出信号に基づくフィードバック信号と、デューティ比が256ステップないし64ステップの分解能のPWM信号との間で、デジタル信号の整合性が取れなくなるという問題があった。例えば、検出信号が10ビットでPWM駆動部の入力信号が6ビットの場合には、実に16倍の情報量の比率になる。この対策として、10ビット(又はそれ以上)の入力信号によってPWM信号を発生する形状記憶合金の駆動回路も考えられるが、そのための専用のハードウェアが必要となる上、システム開発に要する物的資源や人的資源のために、製品のコストアップを招くという新たな問題が発生する。   In general, in a recent imaging apparatus such as a digital camera, a circuit that processes an image signal performs signal processing with a resolution of 1024 steps, that is, 10 bits or more. However, when the shape memory alloy is driven by the PWM signal as in Patent Document 1, the resolution of the duty ratio of the PWM signal is generally 256 steps to 64 steps, that is, about 8 bits to 6 bits. For this reason, a feedback signal based on, for example, a 10-bit (or more) detection signal based on an image luminance signal for detecting a focal point or an edge signal for contour detection, and a duty ratio having a resolution of 256 steps to 64 steps. There was a problem that the digital signal could not be matched with the PWM signal. For example, when the detection signal is 10 bits and the input signal of the PWM drive unit is 6 bits, the information amount ratio is actually 16 times. As a countermeasure, a shape memory alloy drive circuit that generates a PWM signal by a 10-bit (or more) input signal is also conceivable. However, a dedicated hardware for that purpose is required, and physical resources required for system development are also required. Due to the human resources, there is a new problem of increasing the cost of the product.

さらに、駆動信号の電流に応じた加熱で形状記憶合金が収縮する応答速度はかなり遅い。すなわち、形状記憶合金自体がローパスフィルタを構成しているので、例えば、1024ステップすなわち10ビットの駆動信号の高速な変化に対して形状記憶合金の伸縮が応答できないという問題がある。   Further, the response speed at which the shape memory alloy contracts by heating according to the current of the drive signal is considerably low. That is, since the shape memory alloy itself constitutes a low-pass filter, there is a problem that the expansion and contraction of the shape memory alloy cannot respond to, for example, a high-speed change in 1024 steps, that is, a 10-bit drive signal.

本発明は、上記課題を解決するものであり、PWM信号を駆動信号として形状記憶合金に供給し、形状記憶合金が伸縮する性質を利用して制御対象の位置を制御する場合に、制御対象から得られる位置検出のためのフィードバック信号と、PWM駆動部への入力信号との間で、デジタル信号の不整合性を解消することにより、安価な製品を実現するアクチュエータ装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problem. When a PWM signal is supplied as a drive signal to a shape memory alloy and the position of the control object is controlled using the property that the shape memory alloy expands and contracts, An object of the present invention is to provide an actuator device that realizes an inexpensive product by eliminating digital signal inconsistency between the obtained feedback signal for position detection and the input signal to the PWM drive unit. To do.

また、本発明は、PWM信号を駆動信号として形状記憶合金に供給し、形状記憶合金が伸縮する性質を利用して制御対象の位置を制御する場合に、制御対象の応答速度に応じた駆動信号を生成することにより、最適なフィードバック・ループを構成するアクチュエータ装置を提供することを他の目的とする。   Further, the present invention supplies a PWM signal as a drive signal to the shape memory alloy, and controls the position of the controlled object by utilizing the property that the shape memory alloy expands and contracts. It is another object of the present invention to provide an actuator device that constitutes an optimal feedback loop by generating

上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータ装置は、供給される駆動信号に応じて伸縮して所定の制御対象を変位させる形状記憶合金と、前記形状記憶合金に対して駆動信号を供給する駆動手段と、前記形状記憶合金によって変位した前記制御対象の変化状態を検出して当該変化状態に応じて前記駆動手段に帰還すべき情報を担うフィードバック信号を出力する状態検出手段と、前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号の情報量を削減して前記駆動手段に入力する情報削減手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an actuator device according to the present invention supplies a drive signal to a shape memory alloy that expands and contracts according to a supplied drive signal and displaces a predetermined control object, and the shape memory alloy. A state detection means for detecting a change state of the controlled object displaced by the shape memory alloy and outputting a feedback signal carrying information to be fed back to the drive means according to the change state; and the state detection And an information reduction means for reducing the amount of information of the feedback signal output by the means and inputting the information to the driving means.

本発明に係るアクチュエータ装置において、前記情報削減手段は、デジタルシグマ変調部を備え、前記フィードバック信号を構成するデジタルデータのビット数を削減して前記駆動手段に入力することを特徴とする。   In the actuator device according to the present invention, the information reduction unit includes a digital sigma modulation unit, and reduces the number of bits of digital data constituting the feedback signal and inputs the digital data to the driving unit.

また、本発明に係るアクチュエータ装置において、前記情報削減手段は、前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号を量子化する量子化手段と、当該量子化手段において発生する量子化ノイズを遅延させる遅延手段と、当該遅延手段によって遅延された量子化ノイズを前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号と合成して前記量子化手段にフィードバックする合成手段と、を備えることを特徴とする。   Further, in the actuator device according to the present invention, the information reduction unit includes a quantization unit that quantizes the feedback signal output by the state detection unit, and a delay unit that delays quantization noise generated in the quantization unit. And combining means for combining the quantization noise delayed by the delay means with the feedback signal output by the state detecting means and feeding back to the quantizing means.

さらに、この場合において、前記駆動手段は、前記情報削減手段から入力されたデジタルデータに基づくパルス幅変調信号を駆動信号として生成することを特徴とする。   Further, in this case, the driving unit generates a pulse width modulation signal based on the digital data input from the information reduction unit as a driving signal.

またさらに、この場合において、前記駆動手段は、生成した前記パルス幅変調信号を平滑処理してアナログの駆動信号に変換する平滑手段を有することを特徴とする。   Furthermore, in this case, the driving means includes a smoothing means for smoothing the generated pulse width modulation signal and converting it into an analog driving signal.

本発明に係るアクチュエータ装置において、前記制御対象は、オートフォーカス機構の光学手段を有する撮像装置であり、前記形状記憶合金は、前記駆動手段から供給される駆動信号に応じて伸縮して前記オートフォーカス機構のレンズを変位させ、前記状態検出手段は、当該撮像装置によって撮像された画像信号に基づいて当該光学手段のフォーカス状態を検出することを特徴とする。   In the actuator device according to the present invention, the object to be controlled is an imaging device having optical means of an autofocus mechanism, and the shape memory alloy expands and contracts according to a drive signal supplied from the drive means. The lens of the mechanism is displaced, and the state detection unit detects a focus state of the optical unit based on an image signal captured by the imaging device.

本発明によれば、PWM信号を駆動信号として形状記憶合金に供給し、形状記憶合金が伸縮する性質を利用して制御対象の位置を制御する場合に、制御対象から得られる位置検出のためのフィードバック信号と、PWM駆動部への入力信号との間で、デジタル信号の不整合性を解消することにより、安価な製品を実現することができる。   According to the present invention, when a PWM signal is supplied as a drive signal to a shape memory alloy and the position of the controlled object is controlled using the property of the shape memory alloy to expand and contract, the position detection obtained from the controlled object is performed. An inexpensive product can be realized by eliminating digital signal inconsistency between the feedback signal and the input signal to the PWM drive unit.

また、本発明によれば、PWM信号を駆動信号として形状記憶合金に供給し、形状記憶合金が伸縮する性質を利用して制御対象の位置を制御する場合に、制御対象の応答速度に応じた駆動信号を生成することにより、最適なフィードバック・ループを構成することができる。   Further, according to the present invention, when a PWM signal is supplied to a shape memory alloy as a drive signal and the position of the controlled object is controlled using the property that the shape memory alloy expands and contracts, the response speed of the controlled object is determined. By generating the drive signal, an optimal feedback loop can be constructed.

以下、本発明に係るアクチュエータ装置の第1ないし第3実施の形態及び変形例について、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等のオートフォーカス機構を有する撮像装置を制御対象とした場合を例に採って、図を参照して説明する。   Hereinafter, with respect to the first to third embodiments and modifications of the actuator device according to the present invention, taking as an example a case where an imaging device having an autofocus mechanism such as a digital camera or a mobile phone with a camera is a control target, This will be described with reference to the drawings.

図1は、第1実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。図1において、PWM駆動部1(駆動手段)は、D/A変換回路、PWM信号発生回路、6ビット構成のマイクロコンピュータ等(いずれも図示せず)で構成され、6ビットの入力信号S1に応じて、64ステップのデューティ比のPWM信号S2を出力する。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the actuator device according to the first embodiment. In FIG. 1, a PWM drive unit 1 (drive means) is composed of a D / A conversion circuit, a PWM signal generation circuit, a 6-bit microcomputer, etc. (all not shown), and a 6-bit input signal S1. In response, a PWM signal S2 having a duty ratio of 64 steps is output.

SMA(Shape Memory Alloy:形状記憶合金)2は、例えば細線状のワイヤで構成され、PWM駆動部1から入力されるPWM信号による電流値に応じて伸縮し、光学システム3のオートフォーカス機構に対する作用力A1を変化させてレンズの位置を調整する。   The SMA (Shape Memory Alloy) 2 is composed of, for example, a thin wire, and expands and contracts in accordance with the current value of the PWM signal input from the PWM drive unit 1 to act on the autofocus mechanism of the optical system 3. The position of the lens is adjusted by changing the force A1.

光学システム3は、SMA2の作用力によってレンズの位置が調整されるオートフォーカス機構、CCDやCMOS等の撮像素子、画像処理回路等(いずれも図示せず)で構成されている。光学システム3は、画像処理回路から被写体の輪郭の画像から得られる10ビットのエッジ信号S3を出力する。エッジ信号S3は、フォーカスが合ったときにレベルが最大となり、フォーカスが外れるほどレベルが小さくなるので、オートフォーカスの検出信号として広く利用されている。   The optical system 3 includes an autofocus mechanism in which the lens position is adjusted by the acting force of the SMA 2, an image pickup device such as a CCD or CMOS, an image processing circuit, and the like (none of which are shown). The optical system 3 outputs a 10-bit edge signal S3 obtained from the image of the contour of the subject from the image processing circuit. The edge signal S3 has a maximum level when the focus is achieved, and the level decreases as the focus is removed. Therefore, the edge signal S3 is widely used as an autofocus detection signal.

フィードバック制御部4(状態検出手段)は、光学システム3から出力されるフォーカスの状態を検出するためのエッジ信号S3及び目標値の信号S5に基づいて、増幅処理、波形整形処理、インピーダンス変換処理等の信号処理を施して、PWM駆動部1に帰還すべき情報を担う10ビットのフィードバック信号S4を出力する。目標値の信号S5は、例えば、鏡筒の機構部やスイッチの操作によって設定された遠景撮影や近景撮影のズーム設定値である。   The feedback control unit 4 (state detection unit) performs amplification processing, waveform shaping processing, impedance conversion processing, etc. based on the edge signal S3 for detecting the focus state output from the optical system 3 and the target value signal S5. The 10-bit feedback signal S4 that carries information to be fed back to the PWM drive unit 1 is output. The target value signal S5 is, for example, a zoom setting value for far-field shooting or foreground shooting set by operating a mechanical part of the lens barrel or a switch.

デルタシグマ変調部5(情報削減手段)は、本発明の特徴的な構成要素であり、フィードバック制御部4から入力される10ビットのフィードバック信号S4を6ビットのデジタル信号にビット変換(削減)して、PWM駆動部1に供給すべき入力信号S1として出力する。ビット変換の詳細については後述する。   The delta-sigma modulation unit 5 (information reduction unit) is a characteristic component of the present invention, and performs bit conversion (reduction) of the 10-bit feedback signal S4 input from the feedback control unit 4 into a 6-bit digital signal. And output as an input signal S1 to be supplied to the PWM drive unit 1. Details of the bit conversion will be described later.

図1において、PWM駆動部1は、生成したデジタルのPWM信号を直接SMA2に供給する構成になっているが、第1実施の形態の変形例として、PWM信号をデジタルからアナログに変換してSMA2に供給してもよい。図2は、第1実施の形態の変形例によるPWM駆動部1を示すブロック図及び回路図である。図2(1)において、PWM発生回路11は、図1のデルタシグマ変調部5から供給される6ビットの入力信号S1に応じて、64ステップのデューティ比からなるPWM信号S11を出力する。LPF(ローパスフィルタ)回路または平滑回路12は、そのPWM信号S11を積分して鋸歯状波のアナログ信号に変換して出力する。V/I変換回路13は、その鋸歯状波のアナログ信号を電流に変換して出力する。   In FIG. 1, the PWM drive unit 1 is configured to supply the generated digital PWM signal directly to the SMA 2. However, as a modification of the first embodiment, the PWM signal is converted from digital to analog to convert the SMA 2. May be supplied. FIG. 2 is a block diagram and a circuit diagram showing a PWM drive unit 1 according to a modification of the first embodiment. 2 (1), the PWM generation circuit 11 outputs a PWM signal S11 having a duty ratio of 64 steps in accordance with the 6-bit input signal S1 supplied from the delta-sigma modulation unit 5 in FIG. An LPF (low-pass filter) circuit or smoothing circuit 12 integrates the PWM signal S11, converts it into a sawtooth analog signal, and outputs it. The V / I conversion circuit 13 converts the sawtooth analog signal into a current and outputs the current.

図2(2)は、図2(1)のLPF回路12及びV/I変換回路13の具体的な実施例の回路図である。図2(2)において、パッシブ型の1次LPF回路12は、直列抵抗Riと並列コンデンサCからなる積分回路であり、PWM信号S11を積分(フィルタリング)して電圧Vcの鋸歯状波のアナログ信号S12に変換して出力する。V/I変換回路13は、高い入力インピーダンスのオペアンプOP、電流設定用抵抗(帰還抵抗)Rf、NPNトランジスタTr、保護抵抗Rp1、Rp2で構成されている。このV/I変換回路13においては、オペアンプOPの反転入力の電圧が非反転入力のVcと等しくなる。したがって、If・Rf=Vcとなり、If=Vc/Rfで表される電圧Vcに比例した電流Ifの入力信号S2がSMA2に供給される。すなわち、負荷であるSMA2の抵抗値が変化しても負荷電流Ifは変化せず、SMA2の両端の電圧が変化することになる。   FIG. 2B is a circuit diagram of a specific example of the LPF circuit 12 and the V / I conversion circuit 13 of FIG. In FIG. 2 (2), a passive primary LPF circuit 12 is an integrating circuit composed of a series resistor Ri and a parallel capacitor C, and integrates (filters) the PWM signal S11 to provide a sawtooth wave analog signal having a voltage Vc. Convert to S12 and output. The V / I conversion circuit 13 includes an operational amplifier OP having a high input impedance, a current setting resistor (feedback resistor) Rf, an NPN transistor Tr, and protective resistors Rp1 and Rp2. In the V / I conversion circuit 13, the voltage at the inverting input of the operational amplifier OP is equal to Vc at the non-inverting input. Therefore, If · Rf = Vc, and the input signal S2 of the current If proportional to the voltage Vc represented by If = Vc / Rf is supplied to the SMA2. That is, even if the resistance value of the load SMA2 changes, the load current If does not change, and the voltage across the SMA2 changes.

図3は、図1のデルタシグマ変調部5の内部回路を示すブロック図である。図3において、デルタシグマ変調部5は、量子化回路51(量子化手段)、加算回路(あるいは減算回路)52、遅延回路53、乗算回路54、加算回路55(合成手段)で構成されている。すなわち、図3に示すように、デルタシグマ変調部5は、量子化回路51で発生する量子化ノイズを入力側に帰還する事により高域上がりの微分特性を与える1次ノイズシェーピングの動作を行う。   FIG. 3 is a block diagram showing an internal circuit of the delta-sigma modulation unit 5 of FIG. In FIG. 3, the delta-sigma modulation unit 5 includes a quantization circuit 51 (quantization means), an addition circuit (or subtraction circuit) 52, a delay circuit 53, a multiplication circuit 54, and an addition circuit 55 (synthesis means). . That is, as shown in FIG. 3, the delta-sigma modulation unit 5 performs a primary noise shaping operation that gives a differential characteristic that rises higher by returning the quantization noise generated in the quantization circuit 51 to the input side. .

上記したように、デルタシグマ変調部5には10ビットのフィードバック信号S4が入力され、加算回路55を経て量子化回路51に入力される。量子化回路51においては、その入力信号S51と相関性のない量子化ノイズNqが発生する。この量子化ノイズNqは、加算回路52において量子化回路51の出力信号S1から量子化回路51への入力信号S51を減算してS52として出力(抽出)される。加算回路52の出力信号S52(=Nq)の量子化ノイズの成分は、z−1の伝達関数の遅延回路53に入力されて、1サンプリング時間fsだけ遅延される。遅延回路53の出力信号S53(=Nq・z−1)が乗算回路54に入力されて、係数a1(この場合は−1)と乗算され、その出力信号S54(=−Nq・z−1)が加算回路55に入力されて、入力信号S4と加算され、量子化回路51の入力信号S51(=S4−Nq・z−1)となる。この結果、量子化回路51の出力信号、すなわちデルタシグマ変調部5の出力信号S1は、下記の式で表される。
S1=S4+Nq(1−z−1
As described above, the 10-bit feedback signal S4 is input to the delta-sigma modulation unit 5, and is input to the quantization circuit 51 via the addition circuit 55. In the quantization circuit 51, a quantization noise Nq having no correlation with the input signal S51 is generated. The quantization noise Nq is output (extracted) as S52 by subtracting the input signal S51 to the quantization circuit 51 from the output signal S1 of the quantization circuit 51 in the addition circuit 52. The quantization noise component of the output signal S52 (= Nq) of the adder circuit 52 is input to the delay circuit 53 of the transfer function of z −1 and is delayed by one sampling time fs. The output signal S53 (= Nq · z −1 ) of the delay circuit 53 is input to the multiplication circuit 54, multiplied by the coefficient a1 (in this case, −1), and the output signal S54 (= −Nq · z −1 ). Is added to the adder circuit 55 and added to the input signal S4 to become the input signal S51 (= S4-Nq · z −1 ) of the quantizer 51. As a result, the output signal of the quantization circuit 51, that is, the output signal S1 of the delta-sigma modulation unit 5 is expressed by the following equation.
S1 = S4 + Nq (1-z −1 )

図4は、図1のデルタシグマ変調部5によって10ビットの入力信号S4が6ビットの出力信号に変換される内容を示す図である。無信号を表す0は除外して、10ビットの入力ビット信号S4は「0000000001」から「1111111111」までのレベル1からレベル1023で表される。これに対して、6ビットの出力ビット信号S1は「000001」から「111111」までのレベル1からレベル63で表される。また、正規化数である10進表示によって両者の対応関係を示す。   FIG. 4 is a diagram showing the contents of the 10-bit input signal S4 converted into the 6-bit output signal by the delta-sigma modulation unit 5 of FIG. Excluding 0 representing no signal, the 10-bit input bit signal S4 is represented by level 1 to level 1023 from “0000000001” to “1111111111”. On the other hand, the 6-bit output bit signal S1 is represented by level 1 to level 63 from “000001” to “111111”. In addition, the correspondence between the two is indicated by a decimal display that is a normalized number.

図4において、入力ビット信号S4が「1000000000」(512レベル)の場合は、正規化数が「0.5」すなわちフルスケールの50%に相当し、その出力ビット信号S1は「100000」(32レベル)となる。例えば、522(512+10)レベルの入力ビット信号S4が入力された場合には、
S4=0.5+10/1024
となる。この状態でサンプリング時間tが0,Ts,2Ts,3Ts,4Ts,5Ts(6Ts以上は省略)のときの量子化回路51の入力信号S51、出力信号S1、量子化ノイズNqは下記の式で表される。
S51(t=0)=0.5+10/1024
S51(t=Ts)=0.5+20/1024
S51(t=2Ts)=0.5+14/1024
S51(t=3Ts)=0.5+24/1024
S51(t=4Ts)=0.5+18/1024
S51(t=5Ts)=0.5+12/1024
S1(t=0)=32レベル=32/64=0.5
S1(t=Ts)=32レベル=33/64=0.5+1/64
S1(t=2Ts)=32レベル=32/64=0.5
S1(t=3Ts)=32レベル=33/64=0.5+1/64
S1(t=4Ts)=32レベル=33/64=0.5+1/64
S1(t=5Ts)=32レベル=32/64=0.5
Nq(t=0)=−10/1024
Nq(t=Ts)=−4/1024
Nq(t=2Ts)=−14/1024
Nq(t=3Ts)=−8/1024
Nq(t=4Ts)=−2/1024
Nq(t=5Ts)=−12/1024
In FIG. 4, when the input bit signal S4 is “1000000000” (512 level), the normalized number corresponds to “0.5”, that is, 50% of the full scale, and the output bit signal S1 is “100,000” (32 Level). For example, when an input bit signal S4 of 522 (512 + 10) level is input,
S4 = 0.5 + 10/1024
It becomes. In this state, when the sampling time t is 0, Ts, 2Ts, 3Ts, 4Ts, 5Ts (more than 6Ts is omitted), the input signal S51, the output signal S1, and the quantization noise Nq of the quantization circuit 51 are expressed by the following equations. Is done.
S51 (t = 0) = 0.5 + 10/1024
S51 (t = Ts) = 0.5 + 20/1024
S51 (t = 2Ts) = 0.5 + 14/1024
S51 (t = 3Ts) = 0.5 + 24/1024
S51 (t = 4Ts) = 0.5 + 18/1024
S51 (t = 5Ts) = 0.5 + 12/1024
S1 (t = 0) = 32 levels = 32/64 = 0.5
S1 (t = Ts) = 32 level = 33/64 = 0.5 + 1/64
S1 (t = 2Ts) = 32 levels = 32/64 = 0.5
S1 (t = 3Ts) = 32 levels = 33/64 = 0.5 + 1/64
S1 (t = 4Ts) = 32 levels = 33/64 = 0.5 + 1/64
S1 (t = 5Ts) = 32 levels = 32/64 = 0.5
Nq (t = 0) = − 10/1024
Nq (t = Ts) = − 4/1024
Nq (t = 2Ts) = − 14/1024
Nq (t = 3Ts) = − 8/1024
Nq (t = 4Ts) = − 2/1024
Nq (t = 5Ts) = − 12/1024

図5は、522レベルの入力ビット信号S4が入力された場合に、サンプリング時間tが0,Ts,2Ts,3Ts,4Ts,5Tsのときの量子化回路51の入力信号S51、量子化回路51の出力信号すなわちデルタシグマ変調部5の出力信号S1の推移を示している。図5において、L1は0.5レベル、L2は0.5+1/64、L3は0.5+1/32を示している。   FIG. 5 shows that when a 522 level input bit signal S4 is input, the input signal S51 of the quantization circuit 51 when the sampling time t is 0, Ts, 2Ts, 3Ts, 4Ts, 5Ts, The transition of the output signal, that is, the output signal S1 of the delta-sigma modulation unit 5 is shown. In FIG. 5, L1 indicates 0.5 level, L2 indicates 0.5 + 1/64, and L3 indicates 0.5 + 1/32.

図6は、デルタシグマ変調部5の出力信号S1が0レベルから63レベルの場合における、PWM信号の64段階のデューティ比を表している。   FIG. 6 shows the duty ratio of 64 steps of the PWM signal when the output signal S1 of the delta-sigma modulation unit 5 is from 0 level to 63 level.

図7は、図3のデルタシグマ変調部5の1次ノイズシェーパによる直流近傍の量子化ノイズの低減効果を示す図である。周波数fにおける量子化ノイズのスペクトルNqのエネルギーNqは、サンプリング周波数fsによって下記の式で表される。
Nq=4{sin(ω/fs)}
ただし、ω=2πf
図7において、直流(f=0)からサンプリング周波数fsの1/2までの範囲の量子化ノイズのエネルギーNqのうち、直流からサンプリング周波数fsの1/6までのノイズ成分は、サンプリング周波数fsの1/6以上の高周波ノイズ成分と比較して、デルタシグマ変調部5の1次ノイズシェーパにより低減されている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a reduction effect of quantization noise in the vicinity of direct current by the primary noise shaper of the delta-sigma modulation unit 5 of FIG. Energy Nq 2 spectrum Nq of the quantization noise in the frequency f is represented by the sampling frequency fs by the following equation.
Nq 2 = 4 {sin (ω / fs)} 2
However, ω = 2πf
In FIG. 7, among the quantization noise energy Nq 2 in the range from direct current (f = 0) to 1/2 of the sampling frequency fs, the noise component from direct current to 1/6 of the sampling frequency fs is the sampling frequency fs. Is reduced by the primary noise shaper of the delta-sigma modulation unit 5 in comparison with a high-frequency noise component of 1/6 or more.

図8は、第1実施の形態の変形例であり、図1のデルタシグマ変調部5の内部回路を示している。図8において、デルタシグマ変調部5は、量子化回路51、加算回路(あるいは減算回路)52、遅延回路53、乗算回路54、遅延回路56、乗算回路57、加算回路55で構成されている。すなわち、図8に示すように、デルタシグマ変調部5は、量子化回路51で発生する量子化ノイズを入力側に2重に帰還する事により、高域上がりの微分特性が1次ノイズシェーピングより激しい2次ノイズシェーピングの動作を行う。   FIG. 8 is a modification of the first embodiment, and shows an internal circuit of the delta-sigma modulation unit 5 of FIG. In FIG. 8, the delta sigma modulation unit 5 includes a quantization circuit 51, an addition circuit (or subtraction circuit) 52, a delay circuit 53, a multiplication circuit 54, a delay circuit 56, a multiplication circuit 57, and an addition circuit 55. In other words, as shown in FIG. 8, the delta-sigma modulation unit 5 double-feeds back the quantization noise generated in the quantization circuit 51 to the input side, so that the differential characteristic of higher frequency rise is higher than that of primary noise shaping. Perform intense secondary noise shaping.

図8の量子化回路51の量子化ノイズNqは、加算回路52において量子化回路51の出力信号S1から量子化回路51への入力信号S51を減算してS52として出力(抽出)される。加算回路52の出力信号S52(=Nq)の量子化ノイズは、z−1の伝達関数の遅延回路53に入力されて、1サンプリング時間fsだけ遅延される。遅延回路53の出力信号S53(=Nq・z−1)が乗算回路54に入力されて、係数a1(この場合は−2)と乗算され、その出力信号S54(=−2Nq・z−1)が加算回路55に入力される。また、遅延回路53の出力信号S53(=Nq・z−1)は、z−1の伝達関数の遅延回路56に入力されて、その出力信号S56(=Nq(z−1)が乗算回路57に入力されて、係数a2(この場合は1)と乗算される。したがって、乗算回路54の出力信号S54(=−2Nq・z−1)と乗算回路57の出力信号S57(=Nq(z−1)とが、加算回路55において入力信号S4と加算される。したがって、量子化回路51の入力信号S51はS4+Nq(z−1−2Nq・z−1となる。量子化回路51においては、発生した量子化ノイズNqがS51に加算される結果、量子化回路51の出力信号、すなわちデルタシグマ変調部5の出力信号S1は、下記の式で表される。
S1=S4+Nq−2Nq・z−1+Nq(z−1=S4+Nq(1−z−1
The quantization noise Nq of the quantization circuit 51 in FIG. 8 is output (extracted) as S52 by subtracting the input signal S51 to the quantization circuit 51 from the output signal S1 of the quantization circuit 51 in the addition circuit 52. The quantization noise of the output signal S52 (= Nq) of the adder circuit 52 is input to the delay circuit 53 of the transfer function of z −1 and is delayed by one sampling time fs. The output signal S53 (= Nq · z −1 ) of the delay circuit 53 is input to the multiplication circuit 54, multiplied by the coefficient a1 (in this case −2), and the output signal S54 (= −2Nq · z −1 ). Is input to the adder circuit 55. The output signal S53 in the delay circuit 53 (= Nq · z -1) is input to the delay circuit 56 of the transfer function of z -1, the output signal S56 (= Nq (z -1) 2) is multiplied by The signal is input to the circuit 57 and multiplied by a coefficient a2 (in this case, 1). Therefore, the output signal S54 (= −2Nq · z −1 ) of the multiplication circuit 54 and the output signal S57 (= Nq (z −1 ) 2 ) of the multiplication circuit 57 are added to the input signal S4 in the addition circuit 55. . Therefore, the input signal S51 of the quantization circuit 51 is S4 + Nq (z −1 ) 2 −2Nq · z −1 . In the quantization circuit 51, the generated quantization noise Nq is added to S51. As a result, the output signal of the quantization circuit 51, that is, the output signal S1 of the delta-sigma modulation unit 5 is expressed by the following equation.
S1 = S4 + Nq-2Nq · z −1 + Nq (z −1 ) 2 = S4 + Nq (1-z −1 ) 2

図9は、図8のデルタシグマ変調部5の2次ノイズシェーパによる直流近傍の量子化ノイズの低減効果を示す図である。周波数fにおける量子化ノイズのスペクトルNqのエネルギーNqは、サンプリング周波数fsによって下記の式で表される。
Nq=16{sin(ω/fs)}
ただし、ω=2πf
図9において、直流(f=0)からサンプリング周波数fsの1/2までの範囲の量子化ノイズのエネルギーNqのうち、直流からサンプリング周波数fsの1/6までのノイズ成分は、サンプリング周波数fsの1/6以上の高周波ノイズ成分と比較して、デルタシグマ変調部5の2次ノイズシェーパにより大幅に低減されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating the effect of reducing quantization noise in the vicinity of direct current by the secondary noise shaper of the delta-sigma modulation unit 5 in FIG. Energy Nq 2 spectrum Nq of the quantization noise in the frequency f is represented by the sampling frequency fs by the following equation.
Nq 2 = 16 {sin (ω / fs)} 4
However, ω = 2πf
In FIG. 9, among the quantization noise energy Nq 2 in the range from DC (f = 0) to 1/2 of the sampling frequency fs, the noise component from DC to 1/6 of the sampling frequency fs is the sampling frequency fs. Is significantly reduced by the secondary noise shaper of the delta-sigma modulation unit 5 in comparison with a high-frequency noise component of 1/6 or more.

以上のように、上記第1実施の形態のアクチュエータ装置は、供給される駆動信号に応じて伸縮して撮像装置の光学システム3のオートフォーカス機構のレンズを変位させるSMA(形状記憶合金)2と、SMA2に対して駆動信号を供給するPWM駆動部1と、SMA2によって変位したレンズの撮像装置のフォーカス状態の変化を検出して、その変化状態に応じてPWM駆動部1に帰還すべき情報を担うフィードバック信号を出力するフィードバック制御部4と、フィードバック制御部4によって出力されたフィードバック信号のデジタルデータの情報量であるビット数を削減して、PWM駆動部1に入力するデルタシグマ変調部5と、を備えている。   As described above, the actuator device according to the first embodiment includes the SMA (shape memory alloy) 2 that expands and contracts according to the supplied drive signal and displaces the lens of the autofocus mechanism of the optical system 3 of the imaging device. The PWM drive unit 1 that supplies a drive signal to the SMA 2 and the change in the focus state of the imaging device of the lens displaced by the SMA 2 are detected, and information to be fed back to the PWM drive unit 1 according to the change state A feedback control unit 4 that outputs a responsible feedback signal, and a delta-sigma modulation unit 5 that is input to the PWM drive unit 1 by reducing the number of bits that is the amount of digital data information of the feedback signal output by the feedback control unit 4 It is equipped with.

この場合において、PWM駆動部1は、デルタシグマ変調部5から入力されたデジタルデータに基づくPWM信号を駆動信号として生成する。   In this case, the PWM drive unit 1 generates a PWM signal based on the digital data input from the delta-sigma modulation unit 5 as a drive signal.

またこの場合において、デルタシグマ変調部5は、フィードバック制御部4によって出力されたフィードバック信号を量子化する量子化回路51と、量子化回路51において発生する量子化ノイズを遅延させる遅延回路53(さらには遅延回路56)と、遅延回路53等によって遅延された量子化ノイズをフィードバック制御部4によって出力されたフィードバック信号と合成して量子化回路51にフィードバックする加算回路55と、を備える。   In this case, the delta-sigma modulation unit 5 also includes a quantization circuit 51 that quantizes the feedback signal output from the feedback control unit 4 and a delay circuit 53 that delays the quantization noise generated in the quantization circuit 51 (further, Includes a delay circuit 56) and an adder circuit 55 that combines the quantization noise delayed by the delay circuit 53 and the like with the feedback signal output by the feedback control unit 4 and feeds back to the quantization circuit 51.

またこの場合において、PWM駆動部1は、生成したPWM信号を平滑処理してアナログの駆動信号に変換するローパスフィルタ回路又は平滑回路を有する構成にしてもよい。   In this case, the PWM drive unit 1 may include a low-pass filter circuit or a smoothing circuit that smoothes the generated PWM signal and converts it into an analog drive signal.

したがって、上記第1実施の形態及び変形例によると、PWM信号を駆動信号としてSMA2に供給し、SMA2が伸縮する性質を利用して撮像装置の光学システム3のオートフォーカス機構のレンズの位置を制御する場合に、撮像装置の光学システム3から得られる位置検出のためのフィードバック信号と、PWM駆動部1への入力信号との間で、デジタル信号の不整合性を解消することにより、安価な製品を実現することができる。   Therefore, according to the first embodiment and the modification described above, a PWM signal is supplied to the SMA 2 as a drive signal, and the position of the lens of the autofocus mechanism of the optical system 3 of the imaging apparatus is controlled using the property that the SMA 2 expands and contracts. In this case, an inexpensive product can be obtained by eliminating the inconsistency of the digital signal between the feedback signal for position detection obtained from the optical system 3 of the imaging device and the input signal to the PWM drive unit 1. Can be realized.

また、第1実施の形態によると、PWM信号を駆動信号としてSMA2に供給し、SMA2が伸縮する性質を利用して撮像装置の光学システム3のオートフォーカス機構のレンズの位置を制御する場合に、SMA2の応答速度に応じた駆動信号を生成することにより、最適なフィードバック・ループを構成することができる。   Further, according to the first embodiment, when a PWM signal is supplied to the SMA 2 as a drive signal and the position of the lens of the autofocus mechanism of the optical system 3 of the imaging apparatus is controlled using the property that the SMA 2 expands and contracts, An optimal feedback loop can be configured by generating a drive signal corresponding to the response speed of SMA2.

次に、本発明の第2実施の形態について説明する。図10は、第2実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。図10において、PWM駆動部1は、D/A変換回路、PWM信号発生回路、6ビット構成のマイクロコンピュータ等(いずれも図示せず)で構成され、6ビットの入力信号S1に応じて、64ステップのデューティ比のPWM信号S2を出力する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the actuator device according to the second embodiment. In FIG. 10, the PWM drive unit 1 is composed of a D / A conversion circuit, a PWM signal generation circuit, a 6-bit microcomputer, or the like (all not shown), and 64 according to the 6-bit input signal S1. The step duty ratio PWM signal S2 is output.

SMA(Shape Memory Alloy:形状記憶合金)2は、例えば細線状のワイヤで構成され、PWM駆動部1から入力されるPWM信号による電流値に応じて変形し、光学システム3のオートフォーカス機構に対する作用力A1を変化させてレンズの位置を調整する。   The SMA (Shape Memory Alloy) 2 is composed of a thin wire, for example, and is deformed according to the current value by the PWM signal input from the PWM drive unit 1 to act on the autofocus mechanism of the optical system 3. The position of the lens is adjusted by changing the force A1.

光学システム3は、SMA2の作用力によってレンズの位置が調整されるオートフォーカス機構、CCDやCMOS等の撮像素子、画像処理回路等(いずれも図示せず)で構成されている。   The optical system 3 includes an autofocus mechanism in which the lens position is adjusted by the acting force of the SMA 2, an image pickup device such as a CCD or CMOS, an image processing circuit, and the like (none of which are shown).

フィードバック制御部6は、SMA2の抵抗値の変化を検出して、6ビットのフィードバック信号S1を出力する。目標値の信号S7は、例えば、鏡筒の機構部やスイッチの操作によって設定された遠景撮影や近景撮影のズーム設定値である。   The feedback control unit 6 detects a change in the resistance value of the SMA 2 and outputs a 6-bit feedback signal S1. The target value signal S7 is, for example, a zoom setting value for far-field shooting or foreground shooting set by operating a mechanical part of the lens barrel or a switch.

図11は、図10のフィードバック制御部6の内部構成及びPWM駆動部1を示すブロック図である。図11において、抵抗Rsmaは図10のSMA2の等価回路であり、PWM駆動部1から供給される電流値Iに応じて伸縮するとともに、抵抗値(便宜上「Rsma」とする)が変化する。抵抗Rrefは一定の抵抗値(便宜上「Rref」とする)を有する基準固定抵抗である。したがって、供給される電流値Iによって抵抗Rsma及び抵抗Rrefのそれぞれの両端の電圧Vsma、Vrefは下記の式で表される。
Vsma=Rsma・I
Vref=Rref・I
FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of the feedback control unit 6 and the PWM drive unit 1 of FIG. In FIG. 11, a resistor Rsma is an equivalent circuit of the SMA 2 in FIG. 10, and expands and contracts according to the current value I supplied from the PWM drive unit 1 and changes in resistance value (referred to as “Rsma” for convenience). The resistor Rref is a reference fixed resistor having a constant resistance value (for convenience, “Rref”). Therefore, the voltages Vsma and Vref at both ends of the resistor Rsma and the resistor Rref are expressed by the following formulas depending on the supplied current value I.
Vsma = Rsma · I
Vref = Rref · I

高入力抵抗差動増幅回路61は、抵抗Rsmaの両端の電圧Vsmaを増幅して第1の検出信号k1・Vsmaを出力する。また、高入力抵抗差動増幅回路62は、抵抗Rrefの両端の電圧Vrefを増幅して第2の検出信号k1・Vrefを出力する。   The high input resistance differential amplifier circuit 61 amplifies the voltage Vsma across the resistor Rsma and outputs a first detection signal k1 · Vsma. The high input resistance differential amplifier circuit 62 amplifies the voltage Vref across the resistor Rref and outputs a second detection signal k1 · Vref.

対数増幅回路63は、高入力抵抗差動増幅回路61から出力される第1の検出信号k1・Vsmaを対数増幅して信号k2・ln(k1・Vsma)を出力する。また、対数増幅回路64は、高入力抵抗差動増幅回路62から出力される第2の検出信号k1・Vrefを対数増幅して信号k2・ln(k1・Vref)を出力する。   The logarithmic amplifier circuit 63 logarithmically amplifies the first detection signal k1 · Vsma output from the high input resistance differential amplifier circuit 61 and outputs a signal k2 · ln (k1 · Vsma). The logarithmic amplifier circuit 64 logarithmically amplifies the second detection signal k1 · Vref output from the high input resistance differential amplifier circuit 62 and outputs a signal k2 · ln (k1 · Vref).

減算回路65は、プラス入力端子が対数増幅回路63に接続され、マイナス入力端子が対数増幅回路64に接続され、対数増幅回路63から出力される信号k2・ln(k1・Vsma)と対数増幅回路64から出力される信号k2・ln(k1・Vref)との差分を演算して、差信号k2・ln(Vsma/Vref)を出力する。   The subtraction circuit 65 has a positive input terminal connected to the logarithmic amplifier circuit 63, a negative input terminal connected to the logarithmic amplifier circuit 64, a signal k2 · ln (k1 · Vsma) output from the logarithmic amplifier circuit 63, and a logarithmic amplifier circuit. The difference from the signal k2 · ln (k1 · Vref) output from 64 is calculated, and the difference signal k2 · ln (Vsma / Vref) is output.

逆対数増幅回路66は、減算回路65から出力されるk2・ln(Vsma/Vref)を逆対数変換して、SMA2の抵抗値Rsmaと基準抵抗値Rrefとの比を表す比信号k3・(Vsma/Vref)を出力する。   The inverse logarithmic amplifier circuit 66 performs inverse logarithmic conversion on k2 · ln (Vsma / Vref) output from the subtracting circuit 65, and a ratio signal k3 · (Vsma) representing the ratio between the resistance value Rsma of the SMA2 and the reference resistance value Rref. / Vref) is output.

MPU(マイクロコンピュータ)等からなる制御回路67は、図には示していないが、制御プログラム用のROM、ワーク用のRAM、サンプルホールド回路、A/D変換回路等を有し、逆対数増幅回路66から出力される比信号k3・(Vsma/Vref)をサンプルホールドしてA/D変換し、目標値S7との誤差に対応する6ビットのデジタルデータの入力信号S1としてPWM駆動部1にフィードバックする。   Although not shown in the figure, the control circuit 67 comprising an MPU (microcomputer) or the like has a control program ROM, work RAM, sample hold circuit, A / D conversion circuit, etc., and an antilogarithmic amplifier circuit. The ratio signal k3 · (Vsma / Vref) output from 66 is sampled and held, A / D converted, and fed back to the PWM drive unit 1 as an input signal S1 of 6-bit digital data corresponding to an error from the target value S7. To do.

図12は、制御回路67によって実行されるオートフォーカス動作を示すフローチャートである。まず、RAMのワークエリアの処理、例えば、タイマTを0にクリアするなどの初期化処理(ステップS1)を行った後、タイマTの値が0からSMAを測定するインターバルである所定時間T1に達したか否かを判別する(ステップS2)。所定時間に達しない場合には、撮像装置としての他の処理を実行する(ステップS3)。他の処理としては、例えば、一定時間ごとに発生するタイマ割込み処理やその他の割込み処理等がある。   FIG. 12 is a flowchart showing an autofocus operation executed by the control circuit 67. First, after processing of the RAM work area, for example, initialization processing (step S1) such as clearing the timer T to 0, the value of the timer T is from 0 to a predetermined time T1, which is an interval for measuring SMA. It is determined whether or not it has been reached (step S2). If the predetermined time has not been reached, another process as the imaging device is executed (step S3). As other processes, for example, there are a timer interrupt process that occurs at regular intervals and other interrupt processes.

ステップS2において、タイマTの値がT1に達したときは、図11の逆対数増幅回路66から出力される信号k3・(Vsma/Vref)をサンプルホールドして6ビットのデジタルデータにA/D変換して、SMAの抵抗値Rsmaを取り込む(ステップS4)。次に、SMAの抵抗値を検出して(ステップS5)、レンズなどの光学部品の位置の変位量を算出する(ステップS6)。   In step S2, when the value of the timer T reaches T1, the signal k3 · (Vsma / Vref) output from the antilogarithmic amplifier circuit 66 of FIG. 11 is sampled and held, and A / D is converted into 6-bit digital data. Conversion is performed and the resistance value Rsma of SMA is taken in (step S4). Next, the resistance value of SMA is detected (step S5), and the displacement amount of the position of an optical component such as a lens is calculated (step S6).

次に、算出した変位量に基づいて、目標位置と検出位置との誤差を計算し(ステップS7)、その計算結果に基づいて、フィードバック信号を生成する(ステップS8)。次に、生成したフィードバック信号をPWM駆動部1に出力する(ステップS9)。この後は、タイマTを0にクリアして(ステップS10)、ステップS2に移行して、所定時間T1が経過するたびにステップS10までのループ処理を繰り返す。   Next, an error between the target position and the detected position is calculated based on the calculated displacement amount (step S7), and a feedback signal is generated based on the calculation result (step S8). Next, the generated feedback signal is output to the PWM drive unit 1 (step S9). Thereafter, the timer T is cleared to 0 (step S10), the process proceeds to step S2, and the loop process up to step S10 is repeated every time the predetermined time T1 elapses.

以上のように、上記第2実施の形態のアクチュエータ装置は、SMA2に対して駆動信号を供給するPWM駆動部1と、SMA2の抵抗値Rsmaを検出して第1の検出信号を出力する高入力抵抗差動増幅回路61と、基準抵抗値Rrefを検出して第2の検出信号を出力する高入力抵抗差動増幅回路62と、高入力抵抗差動増幅回路61によって出力される第1の検出信号に対して対数変換処理を行う対数増幅回路63と、高入力抵抗差動増幅回路62によって出力される第2の検出信号に対して対数変換処理を行う対数増幅回路64と、対数増幅回路63から出力される信号と対数増幅回路64から出力される信号との差分を演算して差信号を出力する減算回路65と、減算回路65から出力される差信号に対して逆対数変換処理を行ってSMA2の抵抗値と基準抵抗値との比を表す比信号を出力する逆対数増幅回路66と、逆対数増幅回路66から出力される比信号に応じたフィードバック信号を生成して、PWM駆動部1に入力する制御回路67を備えている。したがって、制御回路67は、PWM駆動部1におけるPWM信号の生成に適応したビット数のフィードバック信号を生成する。   As described above, the actuator device according to the second embodiment includes the PWM drive unit 1 that supplies a drive signal to the SMA 2 and the high input that detects the resistance value Rsma of the SMA 2 and outputs the first detection signal. A resistance differential amplifier circuit 61, a high input resistance differential amplifier circuit 62 that detects the reference resistance value Rref and outputs a second detection signal, and a first detection output by the high input resistance differential amplifier circuit 61 A logarithmic amplification circuit 63 that performs logarithmic conversion processing on the signal, a logarithmic amplification circuit 64 that performs logarithmic conversion processing on the second detection signal output by the high input resistance differential amplification circuit 62, and a logarithmic amplification circuit 63 The subtraction circuit 65 that calculates a difference between the signal output from the logarithmic amplification circuit 64 and the signal output from the logarithmic amplification circuit 64 and outputs a difference signal, and performs an inverse logarithmic conversion process on the difference signal output from the subtraction circuit 65 The inverse logarithmic amplifier circuit 66 that outputs a ratio signal representing the ratio between the resistance value of the SMA 2 and the reference resistance value, and a feedback signal corresponding to the ratio signal output from the antilogarithmic amplifier circuit 66 are generated, and the PWM driver 1 A control circuit 67 is provided. Therefore, the control circuit 67 generates a feedback signal having the number of bits adapted to the generation of the PWM signal in the PWM drive unit 1.

以上のように、上記第2実施の形態によれば、SMA2の抵抗値の第1の検出信号と基準抵抗値の第2の検出信号との比によって検出されるオートフォーカス機構のレンズの位置の誤差をPWM駆動部1にフィードバックする場合に、第1の検出信号と第2の検出信号との比を直接演算する複雑な除算回路を使用する代わりに、第1の検出信号及び第2の検出信号をそれぞれ対数変換して、これらの差分を演算することにより、SMA2の抵抗値と基準抵抗値との比を検出するので、除算回路の演算処理に比べて高速の演算処理を行うことが可能になり、高速のオートフォーカス制御を実現することができる。   As described above, according to the second embodiment, the position of the lens of the autofocus mechanism detected by the ratio of the first detection signal of the resistance value of SMA2 and the second detection signal of the reference resistance value. When the error is fed back to the PWM drive unit 1, instead of using a complicated division circuit that directly calculates the ratio of the first detection signal and the second detection signal, the first detection signal and the second detection signal are used. Each signal is logarithmically converted and the difference between these is calculated to detect the ratio between the resistance value of SMA2 and the reference resistance value, so that high-speed arithmetic processing can be performed compared to arithmetic processing of the division circuit. Thus, high-speed autofocus control can be realized.

次に、本発明の第3実施の形態について説明する。図13は、第3実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。図13に示すように、第3実施の形態は、図10に示した第2実施の形態の構成に、第1の実施の形態におけるデルタシグマ変調部5を組み込んだ構成になっている。他の構成要素については、第2実施の形態と同じであるので、同一の符号で表すとともに、説明は省略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a block diagram illustrating the configuration of the actuator device according to the third embodiment. As shown in FIG. 13, the third embodiment has a configuration in which the delta-sigma modulation unit 5 in the first embodiment is incorporated into the configuration of the second embodiment shown in FIG. The other components are the same as those in the second embodiment, and are thus denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

上記の第2実施の形態においては、図11の制御回路67のマイクロコンピュータ出力を6ビット構成にして、PWM駆動部1におけるPWM信号の生成に適応した6ビットのフィードバック信号を生成したが、制御回路67が撮像装置全体を制御する構成も考えられる。この場合のマイクロコンピュータとしては、6ビット構成のものよりも10ビット以上、例えば16ビット構成のものを使用するのが一般的である。このため、デューティ比が64ステップの分解能のPWM信号との間で、デジタル信号の整合性が取れなくなるという問題や、駆動信号の高速な変化に対して形状記憶合金の伸縮が応答できないという問題があるので、制御回路67から出力される16ビットないし32ビットのフィードバック信号のビット数を削減して、PWM駆動部1におけるPWM信号の生成に適応したビットのフィードバック信号に変換する必要がある。この際、図1のS1〜S4のサンプリング周波数は、SMA2の伸縮応答が可能な周波数の数倍から数十倍である。   In the second embodiment, the microcomputer output of the control circuit 67 in FIG. 11 has a 6-bit configuration, and a 6-bit feedback signal adapted to generate a PWM signal in the PWM drive unit 1 is generated. A configuration in which the circuit 67 controls the entire imaging apparatus is also conceivable. As the microcomputer in this case, it is general to use a microcomputer having 10 bits or more, for example, a 16-bit structure, rather than a 6-bit structure. For this reason, there is a problem that the consistency of the digital signal cannot be obtained with the PWM signal having a resolution with a duty ratio of 64 steps, and a problem that the expansion and contraction of the shape memory alloy cannot respond to a high-speed change of the drive signal. Therefore, it is necessary to reduce the number of 16-bit to 32-bit feedback signals output from the control circuit 67 and convert the feedback signals into bits suitable for generating the PWM signal in the PWM drive unit 1. At this time, the sampling frequency of S1 to S4 in FIG. 1 is several to several tens of times the frequency at which the expansion and contraction response of SMA2 is possible.

図13において、フィードバック制御部6は、第2実施の形態と同じく、除算回路を使用することなく、SMA2の抵抗値と基準抵抗値との比を検出する。その検出信号を処理するフィードバック制御部6のマイクロコンピュータが汎用の16ビット以上の構成である場合に、第1実施の形態の場合と同様に、デルタシグマ変調部5によって10ビット以上のフィードバック信号を6ビットのフィードバック信号に変換して、PWM駆動部1に供給する。   In FIG. 13, the feedback control unit 6 detects the ratio between the resistance value of the SMA 2 and the reference resistance value without using a divider circuit, as in the second embodiment. When the microcomputer of the feedback control unit 6 that processes the detection signal has a general-purpose 16-bit or more configuration, a delta-sigma modulation unit 5 outputs a feedback signal of 10-bit or more as in the case of the first embodiment. It is converted into a 6-bit feedback signal and supplied to the PWM drive unit 1.

したがって、この第3実施の形態によれば、複雑な除算回路の演算処理に比べて高速の演算処理を行うことが可能になり、高速のオートフォーカス制御を実現できる。また、フィードバック制御部6からのフィードバック信号とPWM駆動部1への入力信号との間で、デジタル信号の不整合性を解消することにより、安価な製品を実現することができる。さらに、SMA2の応答速度に応じた駆動信号を生成することにより、最適なフィードバック・ループを構成することができる。   Therefore, according to the third embodiment, it is possible to perform high-speed arithmetic processing as compared with the arithmetic processing of a complicated division circuit, and high-speed autofocus control can be realized. Further, an inexpensive product can be realized by eliminating the inconsistency of the digital signal between the feedback signal from the feedback control unit 6 and the input signal to the PWM drive unit 1. Furthermore, an optimal feedback loop can be configured by generating a drive signal corresponding to the response speed of SMA2.

なお、上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明は上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者によって考えられる他の実施の形態や変形例についても本発明に属するものである。   The above embodiments are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and other embodiments and other embodiments that can be considered by those skilled in the art without departing from the scope of the claims. Modifications also belong to the present invention.

例えば、上記実施の形態においては、カメラその他の撮像装置のオートフォーカス機構を制御対象とするアクチュエータ装置について説明したが、本願発明のアクチュエータ装置の制御対象としてはオートフォーカス機構に限定されない。撮像装置のアイリス機構やシャッター機構等の制御にも使用が可能なことはもちろん、撮像装置以外の装置又は部品において、高精度かつ高速の位置制御が必要なあらゆるアクチュエータ装置として、本願発明が有効であることは明らかである。   For example, in the above-described embodiment, the actuator device whose control target is the autofocus mechanism of a camera or other imaging device has been described. However, the control target of the actuator device of the present invention is not limited to the autofocus mechanism. The present invention is effective as any actuator device that requires high-precision and high-speed position control in devices or parts other than the imaging device, as well as being usable for controlling the iris mechanism and shutter mechanism of the imaging device. It is clear that there is.

本発明の第1実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the actuator apparatus in 1st Embodiment of this invention. 第1実施の形態の変形例によるPWM駆動部を示す図であり、(1)はそのブロック図、(2)はその回路図である。It is a figure which shows the PWM drive part by the modification of 1st Embodiment, (1) is the block diagram, (2) is the circuit diagram. 図1のデルタシグマ変調部の内部回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal circuit of the delta-sigma modulation part of FIG. 図1のデルタシグマ変調部によって10ビットの入力信号が6ビットの出力信号に変換される内容を示す図である。It is a figure which shows the content by which a 10-bit input signal is converted into a 6-bit output signal by the delta-sigma modulation part of FIG. 図1のデルタシグマ変調部の出力信号の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the output signal of the delta-sigma modulation part of FIG. 図1のデルタシグマ変調部の出力信号のレベルに対応したPWM信号のデューティ比を表す図である。It is a figure showing the duty ratio of the PWM signal corresponding to the level of the output signal of the delta-sigma modulation part of FIG. 図3のデルタシグマ変調部の1次ノイズシェーパによる直流近傍の量子化ノイズの低減効果を示す図である。It is a figure which shows the reduction effect of the quantization noise near direct current | flow by the primary noise shaper of the delta-sigma modulation part of FIG. 第1実施の形態の変形例における図1のデルタシグマ変調部の回路図である。It is a circuit diagram of the delta-sigma modulation part of FIG. 1 in the modification of 1st Embodiment. 図8のデルタシグマ変調部の2次ノイズシェーパによる直流近傍の量子化ノイズの低減効果を示す図である。It is a figure which shows the reduction effect of the quantization noise of DC vicinity by the secondary noise shaper of the delta-sigma modulation part of FIG. 本発明の第2実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the actuator apparatus in 2nd Embodiment of this invention. 図10のフィードバック制御部の内部構成及びPWM駆動部1を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the feedback control part of FIG. 10, and the PWM drive part 1. FIG. 図11の制御回路によって実行されるオートフォーカス動作を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an autofocus operation executed by the control circuit of FIG. 11. 本発明の第3実施の形態におけるアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the actuator apparatus in 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 PWM駆動部
2 形状記憶合金
3 光学システム
4,6 フィードバック制御部
5 デルタシグマ変調部
51 量子化回路
53,56 遅延回路
52,55 加算回路
61,62 高入力抵抗差動増幅回路
63,64 対数増幅回路
65 減算回路
66 逆対数増幅回路
67 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 PWM drive part 2 Shape memory alloy 3 Optical system 4,6 Feedback control part 5 Delta-sigma modulation part 51 Quantization circuit 53,56 Delay circuit 52,55 Addition circuit 61,62 High input resistance differential amplification circuit 63,64 Logarithm Amplifier circuit 65 Subtractor circuit 66 Reverse logarithmic amplifier circuit 67 Control circuit

Claims (6)

供給される駆動信号に応じて伸縮して所定の制御対象を変位させる形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に対して駆動信号を供給する駆動手段と、
前記形状記憶合金によって変位した前記制御対象の変化状態を検出して当該変化状態に応じて前記駆動手段に帰還すべき情報を担うフィードバック信号を出力する状態検出手段と、
前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号の情報量を削減して前記駆動手段に入力する情報削減手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータ装置。
A shape memory alloy that expands and contracts according to a supplied drive signal to displace a predetermined control object;
Driving means for supplying a driving signal to the shape memory alloy;
State detection means for detecting a change state of the controlled object displaced by the shape memory alloy and outputting a feedback signal carrying information to be fed back to the drive means according to the change state;
Information reduction means for reducing the amount of information of the feedback signal output by the state detection means and inputting it to the driving means;
An actuator device comprising:
前記情報削減手段は、デルタシグマ変調部を備え、前記フィードバック信号を構成するデジタルデータのビット数を削減して前記駆動手段に入力することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。   2. The actuator device according to claim 1, wherein the information reduction unit includes a delta-sigma modulation unit, and reduces the number of bits of digital data constituting the feedback signal and inputs the digital data to the driving unit. 前記情報削減手段は、前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号を量子化する量子化手段と、当該量子化手段において発生する量子化ノイズを遅延させる遅延手段と、当該遅延手段によって遅延された量子化ノイズを前記状態検出手段によって出力されたフィードバック信号と合成して前記量子化手段にフィードバックする合成手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ装置。   The information reduction means includes a quantization means for quantizing the feedback signal output from the state detection means, a delay means for delaying quantization noise generated in the quantization means, and a quantum delayed by the delay means. The actuator device according to claim 2, further comprising: a combining unit that combines the quantization noise with the feedback signal output by the state detection unit and feeds back to the quantization unit. 前記駆動手段は、前記情報削減手段から入力されたデジタルデータに基づくパルス幅変調信号を駆動信号として生成することを特徴とする請求項2又は3に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 2, wherein the driving unit generates a pulse width modulation signal based on the digital data input from the information reduction unit as a driving signal. 前記駆動手段は、生成した前記パルス幅変調信号を平滑処理してアナログの駆動信号に変換する平滑手段を有することを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 4, wherein the driving unit includes a smoothing unit that smoothes the generated pulse width modulation signal and converts the signal into an analog driving signal. 前記制御対象は、オートフォーカス機構の光学手段を有する撮像装置であり、前記形状記憶合金は、前記駆動手段から供給される駆動信号に応じて伸縮して前記オートフォーカス機構のレンズを変位させ、前記状態検出手段は、当該撮像装置によって撮像された画像信号に基づいて当該光学手段のフォーカス状態を検出することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。   The control target is an imaging device having an optical means of an autofocus mechanism, and the shape memory alloy expands and contracts according to a drive signal supplied from the drive means to displace the lens of the autofocus mechanism, 6. The actuator device according to claim 1, wherein the state detection unit detects a focus state of the optical unit based on an image signal imaged by the imaging device.
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