JP2010133350A - 形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置、制御方法およびレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状記憶合金（ＳＭＡ）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルして、高速な応答を得ること。
【解決手段】形状記憶合金（４４４）を含むアクチュエータ（４４）で可動部材（４２）の位置をフィードバック制御する制御装置（１００）は、可動部材（４２）の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出器（１１０）と、この検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算器（１２０）と、偏差に基いて制御値を求める制御値演算器（１３４）と、制御値に基いて操作量である電圧を形状記憶合金（４４４）に印加する操作部（１４０）と、制御値と偏差とに基いて、形状記憶合金（４４４）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算器（１３４）の動作を制御する演算器制御器（１３８）と、を備える。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置および制御方法に関する。

この技術分野において周知のように、形状記憶合金（Shape Memory Alloy：ＳＭＡ）とは、ある相（母相）で形成された合金が他の相にあるときに変形をうけても、母相にもどすと形状も再び元にもどる性質、つまり形状記憶効果（shape-memory effect）をもつ合金のことをいう。すなわち、形状記憶合金は、熱弾性マルテンサイト変態の逆変態に付随して顕著な形状記憶効果を示す。そのような形状記憶合金として、ＴｉＮｉ合金が知られている。

このような形状記憶合金（ＳＭＡ）は、温度に対する形状変化にヒステリシス特性を持つことが知られている。すなわち、形状記憶合金（ＳＭＡ）は、温度によって、「マルテンサイト相」と「オーステナイト相」との２つの相に変態し、その形状が変化する。形状記憶合金（ＳＭＡ）では、それぞれの相に変態する温度が異なり、一般に以下のように呼ばれている。尚、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態は「マルテンサイト変態」と呼ばれている。

Ｍｓ点は、ＳＭＡが放熱（冷却）し、オーステナイト相（母相）からマルテンサイト相に変化し始める温度である。Ｍｓ点は「マルテンサイト変態開始温度」或いは単に「変態開始温度」と呼ばれている。

Ｍｆ点とは、ＳＭＡがオーステナイト相（母相）から完全にマルテンサイト相に変化し終わる温度である。Ｍｆ点は「マルテンサイト変態完了温度」或いは単に「変態完了温度」と呼ばれている。尚、「マルテンサイト変態完了温度」および「変態完了温度」は、それぞれ、「マルテンサイト変態終了温度」および「変態終了温度」とも呼ばれる。ここで、Ｍｆ＜Ｍｓである。

Ａｓ点とは、ＳＭＡが加熱し、マルテンサイト相からオーステナイト相（母相）に変化し始める温度である。Ａｓ点は「オーステナイト変態開始温度」或いは「逆変態開始温度」と呼ばれている。

Ａｆ点とは、ＳＭＡがマルテンサイト相から完全にオーステナイト相（母相）に変化し終わる温度である。Ａｆ点は「オーステナイト変態完了温度」或いは「逆変態完了温度」と呼ばれている。尚、「オーステナイト変態完了温度」および「逆変態完了温度」は、それぞれ、「オーステナイト変態終了温度」および「逆変態終了温度」とも呼ばれる。ここで、Ａｓ＜Ａｆである。

すなわち、マルテンサイト変態は、Ｍｓ点で始まり、Ｍｆ点で完了して、母相（オーステナイト相）がすべてマルテンサイト相になる。マルテンサイト相から母相への逆変態は、Ａｓ点で始まり、Ａｆ点で終了して、すべてが母相（オーステナイト相）になる。

特に、冷却方向の変態開始温度（Ｍｓ点）と加熱方向の逆変態完了温度（Ａｆ点）との間に差（Ｍｓ−Ａｆ）が生じることから、ＳＭＡはヒステリシス特性を示す。

このようなＳＭＡのヒステリシス特性について、形状記憶合金（ＳＭＡ）で形成したＳＭＡコイルバネの場合を例に挙げて説明する。

図１は、ＳＭＡコイルバネのＳＭＡ温度とＳＭＡバネ定数との関係を示した図である。図１において、横軸はＳＭＡ温度［℃］を示し、縦軸はＳＭＡバネ定数［Ｎ／ｍ］を示す。

ＳＭＡコイルバネに電流を流すなどしてＳＭＡコイルバネを加熱したとする。この場合、図１の曲線（ａ）に示されるように、ＳＭＡコイルバネのバネ定数はＡｓ点から徐々に上昇する。

ＳＭＡコイルバネがＡｆ点以上の温度になると、図１の曲線（ｂ）に示されるように、ＳＭＡコイルバネのバネ定数は飽和する。

ＳＭＡコイルバネへ流す電流をカットしたとする。この場合、ＳＭＡコイルバネの加熱時に飽和した温度（Ａｆ点）よりも下がっても、図１の曲線（ｃ）に示されるように、ＳＭＡコイルバネのバネ定数は変化しない。

ＳＭＡコイルバネの加熱時に飽和した温度（Ａｆ点）よりもさらに低い温度（Ｍｓ点）となった時に、図１の曲線（ｄ）に示されるように、ＳＭＡコイルバネのバネ定数は下がり始める。

ここで、このようなＳＭＡコイルバネを用いてＳＭＡアクチュエータを構成する場合、ＳＭＡコイルバネをその圧縮方向に付勢する付勢コイルバネと組み合わせて、ＳＭＡアクチュエータが構成される。ＳＭＡコイルバネが放熱して冷却されると、その剛性（バネ定数）が低下するので、付勢コイルバネによりＳＭＡコイルバネは収縮する。すなわち、ＳＭＡがマルテンサイト相の状態にあるとき、ＳＭＡコイルバネは収縮した状態にある。一方、ＳＭＡコイルバネを加熱すると、その剛性（バネ定数）が上昇するので、付勢コイルバネの付勢力に抗して、ＳＭＡコイルバネは伸張する。すなわち、ＳＭＡがオーステナイト相（母相）の状態にあるとき、ＳＭＡコイルバネは伸張した状態にある。

このようなＳＭＡアクチュエータを用いて、被駆動部材（可動部材）を駆動することができる。

図２は、上記ＳＭＡアクチュエータを用いて、被駆動部材（可動部材）の位置をフィードバック制御する、従来の制御方法を示すフローチャートである。尚、図示はしないが、従来の制御方法を実現する制御装置は、被駆動部材の位置を検出する位置検出器と、この位置検出器で検出された現在の検出位置と目標位置との偏差を求める偏差演算器（減算器）と、この偏差に基いて制御値（制御信号）を求めるＰＩＤ制御器と、制御値（制御信号）に基いて操作量（電圧）を上記ＳＭＡアクチュエータのＳＭＡコイルバネに印加する操作部（制御電源）とを有する。

制御が開始すると、偏差演算器（減算器）で上記偏差を測定する（ステップＳ１０１）。この偏差の測定は、ＳＭＡコイルバネの状態（加熱又は放熱）によらずに、常に行われる。引き続いて、ＰＩＤ制御器で、測定した偏差から制御値を決定する（ステップＳ１０２）。すなわち、測定した偏差に基いて、ＰＩＤ制御器は制御値を演算する。最後に、操作部は、制御値（制御信号）から操作量（電圧）を求めて、それをＳＭＡコイルバネに印加する（ステップＳ１０３）。

また、従来からＳＭＡを含むＳＭＡアクチュエータを用いた制御装置が提案されている。

例えば、特開２００１−２７３０３４号公報（以下、「特許文献１」と呼ぶ）は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を含むアクチュエータを用いて被駆動部材の位置を制御する制御装置を開示している。この特許文献１では、被駆動部材が手振補正機能付光学装置における手振補正光学系の例を開示している。特許文献１においては、所定寸法に形状記憶された形状記憶合金と、形状記憶合金に対して外力を負荷した寸法を変化させるスプリング等の付勢手段と、でアクチュエータを構成している。特許文献１に開示された制御装置は、形状記憶合金が記憶寸法に復帰する第１方向と、付勢手段が形状記憶合金の寸法を変化させる第２方向と、における被駆動部材の位置を当該アクチュエータで制御する。制御装置は、目標位置決定手段と、現在位置検出手段と、制御出力演算手段と、補正手段とを備える。目標位置決定手段は、被駆動部材を移動させるべき目標位置を決定する。現在位置検出手段は、被駆動部材の現在位置を検出する。制御出力演算手段は、目標位置と現在位置との差に対して演算により制御出力を求める。補正手段は、制御出力演算手段による演算結果に対して、アクチュエータの駆動制御を安定させるべく、形状記憶合金の加熱を抑える補正を行う。或いは、補正手段は、制御出力演算手段による演算結果に対して、オフセット電圧を加えることで、形状記憶合金に印加される電圧を補正する。

すなわち、特許文献１では、形状記憶合金（ＳＭＡ）を利用してアクチュエータを構成すると、形状記憶合金が加熱気味になることに起因してサーボ制御が不安定になるという問題を、最終ゲイン（演算結果）に対してオフセット電圧を加えることで解決している。

特開２００３−１２５５９０号公報（以下、「特許文献２」と呼ぶ）は、高速応答性に優れた駆動装置及び駆動制御方法を開示している。この特許文献２では、第１状態に形状記憶された形状記憶合金と、この形状記憶合金を第１状態から第２状態へと変形させるバイアスバネ（変形手段）と、をそれぞれ可動部に接続してアクチュエータを構成している。第２状態にある形状記憶合金に対して電圧又は電流を印加することにより加熱を行い、加熱により第１状態へと変形した形状記憶合金の発生力でバイアスバネを変形させるとともに可動部を動作させる動作を連続的に行う。形状記憶合金の素材特性とバイアスバネの力量とのバランスで、アクチュエータの温度ヒステリシス又は印加電流ヒステリシスを小さくしている。

また、特開平７−７２９２７号公報（以下、「特許文献３」と呼ぶ）は、ヒステリシスを含む非線形の形状記憶合金アクチュエータの制御を行うことが可能な形状記憶合金アクチュエータ制御装置を開示している。この形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、ヒータを用いて形状記憶合金の加熱を行い、位置制御を行っている。形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、形状記憶合金の温度とひずみ、応力のうち、少なくとも何れか２を計測するセンサと、形状記憶合金の温度とひずみ、応力の関係を記述したデータベースと、センサからの信号を記憶する記憶手段と、データベースと記憶手段のデータを用いて形状記憶合金を加熱するエネルギー量を演算する制御量演算手段と、を具備している。

さらに、特開２００７−３１５３５２号公報（以下、「特許文献４」と呼ぶ）は、線状の形状記憶合金の両端に印加する電圧を制御することにより、その温度を制御して、形状記憶合金の長さを制御する長さ制御装置を開示している。この特許文献４に開示された長さ制御装置は、形状記憶合金に流れる電流値に基づいて、形状記憶合金の抵抗値を求める抵抗値算出手段と、求められた抵抗値を、形状記憶合金の目標長さに対応する抵抗値である目標抵抗値とすべく形状記憶合金の両端に印加する電圧値を求める電圧値算出手段と、求められた電圧値の電圧を形状記憶合金の両端に印加する電圧印加手段と、抵抗値算出手段によって求められた抵抗値と、目標抵抗値とに基づいて、電圧印加手段の動作を所定時間だけ禁止し、形状記憶合金の両端の電圧を印加させない動作禁止手段と、を備える。この特許文献４では、冷却時の応答速度を向上させるため、所定期間だけ形状記憶合金の両端に電圧を印加させないようにしている。

また、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、形状記憶合金を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが知られている。

例えば、特開２００６−９８８２９号公報（以下、「特許文献５」と呼ぶ）は、レンズを円滑に速やかに移動することができると共に、携帯情報端末機に組み込み可能に小型化されたレンズ駆動装置を開示している。この特許文献５に開示されたレンズ駆動装置は、レンズを保持するレンズ枠と、このレンズ枠を光軸方向にのみ移動可能に支持する筒状支持部を有する固定枠と、光軸方向に伸縮し得るコイルバネとを備えている。コイルバネは、筒状支持部の外側に露出して同心状に配置され、かつ、通電／非通電による温度変化により光軸方向に伸縮する、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネを含む。特許文献５に開示された実施形態として、コイルバネは、筒状支持部の外側に光軸を中心とする同心状に配置された前側コイルバネ及び後側コイルバネを備える。前側コイルバネ及び後側コイルバネはレンズ枠を光軸方向の前側及び後側から付勢する。前側コイルバネ及び後側コイルバネの少なくとも一方が形状記憶合金で形成されている。

また、特開２００８−４０１９３号公報（以下、「特許文献６」と呼ぶ）は、通電加熱タイプの形状記憶合金を用いてレンズの位置決めをできるようにしたカメラレンズを開示している。この特許文献６に開示されたカメラレンズは、四角形状のケースと、このケース内に該ケースの１箇所の隅部に形成された軸と、この軸にスラスト移動可能に取付けられる軸受を側面に備えるレンズが取付けられたレンズホルダと、このレンズホルダを常時収納方向に付勢できるように軸に取付けられた付勢スプリングと、この付勢スプリングの付勢力に抗してレンズホルダの軸受を突出方向に移動させる突出機構と、この突出機構を作動させる通電加熱タイプの形状記憶合金ワイヤとからなる。

特開２００１−２７３０３４号公報（段落００２８、００３６） 特開２００３−１２５５９０号公報 特開平７−７２９２７号公報 特開２００７−３１５３５２号公報 特開２００６−９８８２９号公報（段落０００９〜００２０、図１〜図５） 特開２００８−４０１９３号公報

前述した従来の制御方法では、次のような問題点がある。

図３は、従来の制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。図３において、横軸は時間［ｍsec］を示し、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］とＳＭＡへの印加電圧［Ｖ］とを示している。図３において、破線は目標位置を示し、図示の例では０．２ｍｍである場合を示している。また、図３において、一点鎖線はＳＭＡへの印加電圧、すなわち、操作量を示し、実線はアクチュエータ位置を示している。

前述したように、ＳＭＡにはヒステリシス特性がある。その結果、ＳＭＡコイルバネへの通電をオフにして操作量を減らしても、アクチュエータ位置が変化しない。このような状態にも拘わらず、操作量（印加電圧）を減らしてしまうと、ある時点で突然、アクチュエータ位置が変化する。ＳＭＡのヒステリシス特性により、アクチュエータ位置が変化しなかった期間で減少させ過ぎた操作量（印加電圧）の増加が間に合わない。その結果として、アクチュエータ位置が定まらない。

前述した特許文献１〜４に開示された制御装置においては、それぞれ、以下に述べるような問題点がある。

特許文献１に開示された制御装置は、演算結果に対してオフセット電圧を加えることで形状記憶合金が加熱気味になるのを防止し、これによってアクチュエータの駆動特性を安定させる技術的思想を開示しているに過ぎない。すなわち、特許文献１では、形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れについての認識が全くないので、それを解決する手段についても何ら開示せず示唆していない。そのため、特許文献１に開示された制御装置では、被駆動部材の位置を高精度に安定して制御することは困難である。

特許文献２は、形状記憶合金の素材特性とバイアスバネの力量とのバランスで、アクチュエータの温度ヒステリシス又は印加電流ヒステリシスを小さく技術的思想を開示している。すなわち、特許文献２では、アクチュエータのヒステリシスそのものを小さくしようとする技術的思想を開示しているだけであり、ヒステリシスそのものを完全に無くすことはできない。そのため、特許文献２に開示された駆動制御方法でも、形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れが伴ってしまう。その結果、特許文献２に開示された駆動制御方法では、可動部の動作を高精度に安定して制御することが困難である。

特許文献３に開示された形状記憶合金アクチュエータ制御装置では、形状記憶合金を加熱するためのヒータが必要になると共に、形状記憶合金の温度とひずみ、応力の関係を記述したデータベースが必要となり、部品点数が増加してしまう。

特許文献４に開示された長さ制御装置では、形状記憶合金（ＳＭＡ）が、温度に応じて抵抗値及び長さが一意に求められるということを前提としている。しかしながら、実際には、形状記憶合金（ＳＭＡ）は、温度に対してヒステリシス特性を有している（図１参照）。このように、特許文献４は、形状記憶合金（ＳＭＡ）のヒステリシス特性を何ら考慮していないので、形状記憶合金の長さを高精度に制御することは困難である。

尚、特許文献５および６は、レンズ駆動装置を開示するのみで、その制御装置や制御方法については何ら開示していない。

したがって、本発明の課題は、形状記憶合金（ＳＭＡ）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルして、高速な応答を得ることができる、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置および制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明の第１の態様によれば、形状記憶合金（４４４）を含むアクチュエータ（４４）で可動部材（４２）の位置を、形状記憶合金に対する通電を制御することにより、フィードバック制御する制御装置（１００；１００Ａ）において、可動部材（４２）の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出器（１１０）と、この検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算器（１２０）と、偏差に基いて制御値を求める制御値演算器（１３４）と、制御値に基いて操作量である電圧を形状記憶合金（４４４）に印加する操作部（１４０）と、制御値と偏差とに基いて、形状記憶合金（４４４）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算器（１３４）の動作を制御する演算器制御器（１３８；１３８Ａ）と、を備えたことを特徴とする、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置(１００；１００Ａ)が得られる。

本発明の第１の態様による制御装置（１００；１００Ａ）において、演算器制御器（１３８；１３８Ａ）は、制御値に基いて、形状記憶合金（４４４）が加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出器（１５０）と、この熱／放熱検出器で放熱状態と判断された場合に起動され、偏差に基いて制御値演算器（１３４）の動作を制御する演算器制御部(１６０；１７０)と、から構成されてよい。加熱／放熱検出器（１５０）は、今回の制御値をラッチして、前回の制御値を出力する制御値ラッチ回路（１５２）と、今回の制御値と前回の制御値とを比較し、今回の制御値が前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、形状記憶合金（４４４）が放熱状態であることを示す起動信号を演算器制御部（１６０；１７０）へ送出する制御値比較器(１５４)と、から構成されてよい。

本発明の第１の態様による制御装置（１００）において、演算器制御部は、偏差に基いて制御値演算器（１３４）での演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定器（１６０）から構成されてよい。この場合、演算オン／オフ決定器（１６０）は、今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路(１６２)と、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、制御値演算器(１３４)の演算をオフさせる演算オフ信号を出力する偏差比較器（１６４）と、から構成されてよい。

本発明の第１の態様による制御装置（１００Ａ）において、演算器制御部は、偏差に基いて制御値演算器(１３４)のゲインを制御するゲイン制御器（１７０）から構成されてよい。この場合、ゲイン制御器（１７０）は、今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路（１７２）と、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較器（１７４）と、一致信号に応答して、制御値演算器（１３４）のゲインを抑制するゲイン抑制器（１７６）と、から構成されてよい。

本発明の第１の態様による制御装置（１００；１００Ａ）において、可動部材が、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）から構成されてよい。この場合、アクチュエータは、レンズホルダを光軸（Ｏ）方向のみに移動するアクチュエータ（４４）から構成される。

本発明の第２の態様によれば、形状記憶合金（４４４）を含むアクチュエータ（４４）で可動部材（４２）の位置を、形状記憶合金に対する通電を制御することにより、フィードバック制御する制御方法（１００；１００Ａ）において、可動部材（４２）の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出ステップ（１１０）と、この検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算ステップ（１２０）と、偏差に基いて制御値を求める制御値演算ステップ(１３４；Ｓ２０４))と、制御値に基いて操作量である電圧を形状記憶合金（４４４）に印加する操作ステップ（１４０）と、制御値と偏差とに基いて、形状記憶合金（４４４）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算ステップの動作を制御する演算制御ステップ（１３８；１３８Ａ、Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０８）と、を含む、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御方法が得られる。

上記第２の態様による制御方法において、演算制御ステップは、制御値に基いて、形状記憶合金（４４４）が加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出ステップ（Ｓ２０２）と、この加熱／放熱検出ステップで放熱状態と判断された場合に起動され、偏差に基いて制御値演算ステップ（Ｓ２０４）の動作を制御する動作制御ステップ（Ｓ２０３；Ｓ２０８）と、を有することが望ましい。加熱／放熱検出ステップ（Ｓ２０２）は、今回の制御値と前回の制御値とを比較し、今回の制御値が前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、形状記憶合金（４４４）が放熱状態であることを示す起動信号を動作制御ステップ（Ｓ２０３）へ送出するものでよい。

上記第２の態様による制御方法において、動作制御ステップは、偏差に基いて制御演算ステップ（Ｓ２０４）での演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定ステップ（Ｓ２０３）から成ってよい。この場合、演算オン／オフ決定ステップ（Ｓ２０３）は、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、制御演算ステップ（Ｓ２０４）での演算をオフするステップから成る。

上記第２の態様による制御方法において、動作制御ステップは、偏差に基いて制御演算ステップ（Ｓ２０４）でのゲインを制御するゲイン制御ステップ（Ｓ２０３，Ｓ２０８）から成ってよい。この場合、ゲイン制御ステップは、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較ステップ（Ｓ２０３）と、一致信号に応答して、制御演算ステップ（Ｓ２０４）でのゲインを抑制するゲイン抑制ステップ（Ｓ２０８）と、から成る。

上記第２の態様による制御方法において、可動部材（４２）は、例えば、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）から構成されてよい。この場合、アクチュエータ（４４）は、レンズホルダ（４２２）を光軸（Ｏ）方向のみに移動するアクチュエータから構成される。

本発明の第３の態様によれば、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）と、レンズホルダを光軸（Ｏ）方向にのみ移動可能に支持するハウジング（３０）と、光軸（Ｏ）方向に伸縮し得るコイルバネと、を備えたレンズ駆動装置(２０)において、ハウジング（３０）は略直方体形状をしており、ハウジング内の当該ハウジングの四隅中の第１の隅で、光軸（Ｏ）方向に延在する主軸（３８）を備え、レンズホルダ（４２２）は、その側面に、主軸(３８)にスライド移動可能に取り付けられた主軸受け（４２２２）を有し、コイルバネは、主軸受け（４２２２）を間に挟んで、それぞれ、主軸（３８）の前側及び後側に取り付けられた前側コイルバネ（４４２）及び後側コイルバネ（４４４）から構成され、前側コイルバネ（４４２）及び後側コイルバネ（４４４）の少なくとも一方は、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネからなり、レンズ駆動装置（２０）は、形状記憶合金バネ（４４４）に対する通電を制御する制御装置（１００；１００Ａ）を備え、制御装置（１００；１００Ａ）は、レンズホルダ（４２２）の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出器（１１０）と、この検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算器（１２０）と、偏差に基いて制御値を求める制御値演算器（１３４）と、制御値に基いて操作量である電圧を形状記憶合金バネ（４４４）に印加する操作部（１４０）と、制御値と偏差とに基いて、形状記憶合金バネ（４４４）のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算器（１３４）の動作を制御する演算器制御器（１３８；１３８Ａ）と、を備えたことを特徴とする、レンズ駆動装置(２０)が得られる。

上記第３の態様によるレンズ駆動装置（２０）において、演算器制御器（１３８；１３８Ａ）は、制御値に基いて、形状記憶合金バネ（４４４）が加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出器（１５０）と、この加熱／放熱検出器で放熱状態と判断された場合に起動され、偏差に基いて制御値演算器（１３４）の動作を制御する演算器制御部（１６０；１７０）と、から構成されてよい。加熱／放熱検出器（１５０）は、今回の制御値をラッチして、前回の制御値を出力する制御値ラッチ回路（１５２）と、今回の制御値と前回の制御値とを比較し、今回の制御値が前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、形状記憶合金バネ（４４４）が放熱状態であることを示す起動信号を演算器制御部（１６０；１７０）へ送出する制御値比較器（１５４）と、から構成されてよい。演算器制御部は、偏差に基いて制御値演算器（１３４）での演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定器（１６０）から構成されてよい。この場合、演算オン／オフ決定器（１６０）は、例えば、今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路（１６２）と、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、制御値演算器（１３４）の演算をオフさせる演算オフ信号を出力するする偏差比較器（１６４）と、から構成される。その代わりに、演算器制御部は、偏差に基いて制御値演算器のゲインを制御するゲイン制御器（１７０）から構成されてよい。この場合、ゲイン制御器（１７０）は、例えば、今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路（１７２）と、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、今回の偏差と前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較器（１７４）と、一致信号に応答して、制御値演算器（１３４）のゲインを抑制するゲイン抑制器（１７６）と、から構成される。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、制御値と偏差とに基いて、形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算器の動作を制御しているので、高速な応答を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図４乃至図１１を参照して、本発明の一実施の形態による制御装置が適用されるレンズ駆動装置２０について説明する。図４はレンズ駆動装置２０の外観を斜め前方上方から観た斜視図である。図５はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２と上側カバー３６とを省いた状態で、斜め前方上方から観た斜視図である。換言すれば、図５は図４に示したレンズ駆動装置２０のオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０を、斜め前方上方から観た斜視図である。図６はレンズ駆動装置２０を斜め前方上方から観た分解斜視図である。図７は図５に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０の平面図である。図８はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２と上側カバー３６とを省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。換言すれば、図８はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０を、斜め後方上方から観た斜視図である。図９はレンズ駆動装置２０を斜め後方上方から観た分解斜視図である。図１０はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２、上側カバー３６、及びレンズバレル４２１を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。図１１はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２、上側カバー３６、及びレンズ可動部４２を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。

ここでは、図４乃至図１１に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図４乃至図１１に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）おいて、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。

図示のレンズ駆動装置２０は、例えば、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４として使用される。その場合、図４乃至図１１に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。

但し、実際の使用状況においては、光軸Ｏ方向、すなわち、Ｚ軸方向が前後方向となる。換言すれば、Ｚ軸の上方向が前方向となり、Ｚ軸の下方向が後方向となる。

図４に示されるように、レンズ駆動装置２０は、後述するオートフォーカスレンズ駆動装置４０を覆う略直方体形状の筐体（ハウジング）３０を備える。換言すれば、筐体（ハウジング）３０内に、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０が配置される。筐体（ハウジング）３０は、中空の中間フレーム３２と、アクチュエータ・ベース３４と、上側カバー３６とを含む。中間フレーム３２は、上側カバー３６とアクチュエータ・ベース３４との間に設けられている。中間フレーム３２は、略四角筒形状をしている。

一方、図示はしないが、アクチュエータ・ベース３４の中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。

図６乃至図９を参照して、筐体（ハウジング）３０内には、左奥側に案内軸３７が設けられている。この案内軸３７は、光軸Ｏと平行に延在している。案内軸３７は筐体（ハウジング）３０のアクチュエータ・ベース３４上に立設している。この光軸Ｏを間に挟んで、案内軸３８と反対側である右手前側には、円柱状の駆動軸３８が設けられている。駆動軸３８も、光軸Ｏと平行に延在して、筐体（ハウジング）３０のアクチュエータ・ベース３４上に立設している。すなわち、案内軸３７と駆動軸３８とは、光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。

尚、駆動軸３８は主軸とも呼ばれ、案内軸３７は副軸とも呼ばれる。換言すると、駆動軸（主軸）３８は、ハウジング３０内の当該ハウジング３０の四隅中の第１の隅で、光軸Ｏ方向に延在している。案内軸（副軸）３７は、レンズホルダ４２２（後述する）を間に挟んで、ハウジング３０内の第１の隅と対角線上で対向する第２の隅に設けられている。すなわち、案内軸（副軸）３７は、ハウジング３０内で、駆動軸（主軸）３８に対して光軸Ｏに関して２回回転対称である位置に設けられている。

オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２を光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。

レンズ可動部４２は、可動レンズであるオートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズバレル（レンズアセンブリ）４２１を含む。レンズバレル４２１は、略円筒状の可動鏡筒（レンズホルダ）４２２内に保持・固定される。レンズホルダ４２２の内周壁には雌ネジ（図示せず）が切られている。一方、レンズバレル４２１の外周壁には、上記雌ネジに螺合される雄ネジ（図示）が切られている。従って、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２に装着するには、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２に対して光軸Ｏ周りに回転して光軸Ｏ方向に沿って螺合することにより、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２内に収容し、接着剤などによって互いに接合する。

レンズホルダ４２２は、左奥側で半径方向外側に延びる第１の延在部（第１の係合部）４２２１を有する。第１の延在部（第１の係合部）４２２１は、半径方向外側に開いた略Ｕ字状の窪み４２２１ｕを有し、この窪み４２２１ｕ内に上記案内軸３７が収容されている。すなわち、第１の延在部（第１の係合部）４２２１は、案内軸（副軸）３７にスライド移動可能に取り付けられている。そのため、第１の延在部（第１の係合部）４２２１は副軸受けとも呼ばれる。案内軸（副軸）３７と第１の延在部（副軸受け）４２２１との組み合わせは、レンズホルダ４２２の主軸３８の回りの回転を防止して、レンズホルダ４２２を光軸Ｏ方向にのみリニアに案内する案内機構として働く。

また、レンズホルダ４２２は、右手前側で半径方向外側に延びる第２の延在部（第２の係合部）４２２２を有する。第２の延在部（第２の係合部）４２２２は、駆動軸（主軸）３８が挿通する貫通穴４２２２ｔを有する。すなわち、第２の延在部（第２の係合部）４２２２は、駆動軸（主軸）３８にスライド移動可能に取り付けられている。そのため、第２の延在部（第２の係合部）４２２２は主軸受けとも呼ばれる。

このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体（ハウジング）３０に対して光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。

レンズホルダ４２２と、レンズバレル（レンズアセンブリ）４２１との組み合わせによって、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ可動部４２が構成される。

次に、図４乃至図１１に加えて図１２をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。図１２はレンズ駆動部４４を拡大して示す右側面図である。図示のレンズ駆動部４４は、光軸Ｏ方向に伸縮し得るコイルバネから構成される。詳述すると、レンズ駆動部（コイルバネ）４４は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を間に挟んで、それぞれ、主軸（駆動軸）３８の上側及び下側に設けられた上側コイルバネ４４２及び下側コイルバネ４４４とから構成される。

前述したように、実際の使用状況においては、光軸Ｏ方向、すなわち、Ｚ軸方向が前後方向となるので、上側コイルバネ４４２及び下側コイルバネ４４４は、それぞれ、前側コイルバネ及び後側コイルバネとも呼ばれる。

前側コイルバネ（上側コイルバネ）４４２は、中間フレーム３４の天面と主軸受け４２２２との間に配置されている。後側コイルバネ（下側コイルバネ）４４４は、主軸受け４２２２とアクチュエータ・ベース３４との間に配置されている。

図示の例では、前側コイルバネ４４２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製の付勢バネから構成され、後側コイルバネ４４４は、形状記憶合金（ＳＭＡ）により形成された形状記憶合金バネから構成されている。周知のように、「形状記憶合金」とは、予め与えられた変形歪が、特定の温度領域において、ゼロとなって元の形状に回復する性質を持つ金属である。形状記憶合金は、例えば、ＴｉＮｉ合金からなる。

すなわち、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を下方向（後方向）を付勢するように作用する。一方、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、駆動回路（図示せず）から通電されると、図９の矢印Ａで示されるように、伸張する。その結果、第２の延在部（主軸受け）４２２２を介して、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２は、図９の矢印Ｂで示されるように、収縮する。

一方、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４への通電を停止すると、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は自然に冷却される。その結果、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２の付勢力より、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を介して、収縮する。

すなわち、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、その通電／非通電による温度変化により光軸Ｏ方向に伸縮し、レンズホルダ４２２を光軸Ｏ方向に駆動する。

尚、本実施の形態では、前側コイルバネ４４２をステンレス鋼製の付勢バネから構成し、後側コイルバネ４４４を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成しているが、これに限定されない。例えば、前側コイルバネ４４２を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成し、後側コイルバネ４４４をステンレス鋼製の付勢バネから構成しても良い。或いは、前側コイルバネ４４２と後側コイルバネ４４４の両方を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成してもよい。

このように、レンズ駆動部４４は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を含むので、ＳＭＡアクチュエータとも呼ばれる。

レンズ駆動部４４とレンズ可動部４２とは、図５乃至図９に示されるように、光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。

図６、図９、および図１１に示されるように、レンズ駆動装置２０は、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４に通電するための通電部材５２と、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４を、当該後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の端面で通電部材５２と電気的に接続する電気的接続部材５４とを備える。

通電部材５２は、アクチュエータ・ベース３４上に形成（搭載）される、円弧状の第１及び第２の導体パターン５２１及び５２２と、第１の導体パターン５２１に一端が半田で接続された導線５２３とを有する。図示の第１及び第２の導体パターン５２１及び５２２は銅製のパターンから成る。図示の導線５２３は、銅製のリッツ線から成る。

一方、電気的接続部材５４は、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の第１の端部４４４ａを導線５２３を介して第１の導体パターン５２１と電気的に接続する第１の電気的接続部材５４１と、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の第２の端部４４４ｂを第２の導体パターン５２２と電気的に接続する第２の電気的接続部材５４２とから構成されている。

図１３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１００について説明する。図示の制御装置１００は、図４乃至図９に示されたレンズ駆動装置２０（オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０）のレンズ可動部４２（レンズホルダ４２２）の位置を、図１２に示したレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４を用いて、形状記憶合金コイルバネ４４４の通電を制御することにより、フィードバック制御する装置である。

図示の制御装置１００は、レンズ可動部４２（レンズホルダ４２２）の位置（アクチュエータ位置）を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力するアクチュエータ位置検出器１１０と、この検出信号で表される現在の検出位置と外部コントローラから供給されるアクチュエータ位置指令値で表される目標位置と間の偏差を求め、その偏差を表す偏差信号を出力する偏差演算器１２０と、この偏差信号に基いて、制御信号を出力するＰＩＤコントローラ１３０と、制御信号に基いてレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４へ操作量である電圧を印加する制御電源（操作部）１４０とを備えている。

図示の制御電源（操作部）１４０は、レンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４へ印加する電圧として、０〜３．３Ｖの電圧を印加する。後述する制御値の最大値が１００％であるとする。この場合、制御値が０％のとき、制御電源（操作部）１４０は操作量（印加電圧）として０Ｖを出力し、制御値が１００％のとき、制御電源（操作部）１４０は操作量（印加電圧）として３．３Ｖを出力する。

図示のＰＩＤコントローラ１３０は、Ａ／Ｄ変換器１３２と、コントロール値演算器１３４と、Ｄ／Ａ変換器１３６と、演算器制御器１３８とを有する。

Ａ／Ｄ変換器１３２は、偏差信号をデジタルの偏差値に変換する。コントロール値演算器１３４は、偏差値に対して周知のＰＩＤ演算を施して上記制御値を演算する。コントロール値演算器１３４は、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｉと微分ゲインＧｄとを持つ。上述したように、コントロール値演算器１３４は、最大値を１００％とする制御値を出力する。Ｄ／Ａ変換器１３６は、制御値をアナログの制御信号に変換する。演算器制御器１３８は、制御値と偏差値とに基いて、形状記憶合金コイルバネ４４４のヒステリシス特性をキャンセルするように、コントロール値演算器１３４の動作を制御する。

図１４は、図１３に示した制御装置１００に使用される演算器制御器１３８の構成を示すブロック図である。演算器制御器１３８は、加熱／放熱検出器１５０と演算オン／オフ決定器１６０とから構成される。

加熱／放熱検出器１５０は、制御値に基いて、形状記憶合金コイルバネ４４４が加熱状態か放熱状態かを判断する。詳述すると、加熱／放熱検出器１５０は、制御値ラッチ回路１５２と制御値比較器１５４とから構成される。制御値ラッチ回路１５２は、今回の制御値をラッチして、前回の制御値を出力する。制御値比較器１５４は、今回の制御値と前回の制御値とを比較し、制御値比較結果を出力する。前回の制御値が今回の制御値以下のとき、制御値比較器１５４は、制御値比較結果として、形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態であることを示す起動信号を出力する。

演算オン／オフ決定器１６０は、加熱／放熱検出器１５０で放熱状態と判断されたときに起動される。すなわち、演算オン／オフ決定部１６０は、加熱／放熱検出器１５０から供給される起動信号に応答して、起動される。演算オン／オフ決定器１６０は、偏差に基いて、後述するように、コントロール値演算器１３４での演算のオン／オフを決定する。

詳述すると、演算オン／オフ決定器１６０は、偏差ラッチ回路１６２と偏差比較器１６４とから構成される。偏差ラッチ回路１６２は、今回の偏差値をラッチして、前回の偏差値を出力する。偏差比較器１６４は、今回の偏差値と前回の偏差値とを比較する。今回の偏差値と前回の偏差値とが等しいとき、偏差比較器１６４は、一致信号として、コントロール値演算器１３４の演算をオフさせる演算オフ信号を出力する。とにかく、演算オン／オフ決定器１６０は、加熱／放熱検出器１５０で放熱状態と判断された場合に起動され、偏差値に基いてコントロール値演算器１３４の動作を制御する演算器制御部として働く。

尚、コントロール値演算器１３４は、演算オフ信号に応答して、制御値の演算を停止して、前回の制御値をそのまま今回の制御値として出力する。

なお、図１３に示したＰＩＤコントローラ１３０の代わりに、プログラムによって動作するマイクロコンピュータを用いてもよい。その場合、マイクロコンピュータは、偏差演算器（減算器）１２０からの偏差信号を入力する入力ユニット（Ａ／Ｄ変換器１３２）と、制御信号を出力する出力ユニット（Ｄ／Ａ変換器１３６）と、演算を実行する演算処理ユニット（図示せず）とから構成され得る。演算処理ユニットは、図１３に示されたコントロール値演算器１３４および演算器制御器１３８に相当する演算を実行する。演算処理ユニットは、プログラムやデータを記憶する記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ）と、この記憶部に格納されたプログラムに従って、入力ユニット、出力ユニット、および記憶部を制御するための処理部（ＣＰＵ）とから成る。

図１５は、ＰＩＤコントローラ１３０を上記マイクロコンピュータで実現した場合に、記憶部に格納されたプログラムに従って動作する、演算処理ユニット（処理部）の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図１５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る制御方法について説明する。

制御が開始すると、演算処理ユニットは、偏差演算器（減算器）１２０で測定された偏差信号（偏差値）を得る（ステップＳ２０１）。引き続いて、演算処理ユニットは、形状記憶合金コイルバネ４４４が加熱状態か放熱状態かを判断する（ステップＳ２０２）。この判断は、前回の制御値と今回の制御値とを比較することによって行なわれる。すなわち、今回の制御値が前回の制御値以下である場合、演算処理ユニットは、形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態であると判断する。

形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態であると判断したとき（ステップＳ２０２のＮｏ）、演算処理ユニットは、今回の偏差と前回の偏差とを比較し、偏差に差がない場合、ヒステリシス特性による形状記憶合金の状態が保持されている状態であると判断する（ステップＳ２０３）。

一方、形状記憶合金コイルバネ４４４が加熱状態であると判断したとき（ステップＳ２０２のＹｅｓ）又は上記ステップＳ２０３において今回の偏差と前回の偏差とに差が有ると判断された場合（ステップＳ２０３のＮｏ）、演算処理ユニットは、上記測定した偏差（得た偏差）に対して、周知のＰＩＤ制御器で行われている演算を施して、制御値を決定する（ステップＳ２０４）。すなわち、測定した偏差に基いて、演算処理ユニット（ＰＩＤ制御器）は制御値を演算する。

上記ステップＳ２０３において、今回の偏差と前回の偏差とに差が無いと判断された場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、演算処理ユニットは、ステップＳ２０４をスキップして、ＰＩＤ制御器による制御値の演算を行わない。すなわち、演算処理ユニットは、前回の制御値をそのまま今回の制御値として出力する。

引き続いて、演算処理ユニットは、制御値を記憶部に記憶し（ステップＳ２０５）、偏差を記憶部に記録する（ステップＳ２０６）。最後に、演算処理ユニットは、出力ユニット（Ｄ／Ａ変換器１３６）を介して、制御電源（操作部）１４０に制御信号を供給し、制御電源（操作部）１４０から操作量（電圧）を形状記憶合金コイルバネ４４４に印加させる（ステップＳ２０７）。

図１６は、図１３に示した制御装置１００（図１５に示した制御方法）でのＳＭＡアクチュエータ４４の応答特性を示す特性図である。図１６において、横軸は時間［ｍsec］を示し、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］と形状記憶合金コイルバネ４４４への印加電圧［Ｖ］とを示している。図１６において、破線は目標位置を示し、図示の例では０．２ｍｍである場合を示している。また、図１６において、一点鎖線は形状記憶合金コイルバネ４４４への印加電圧、すなわち、操作量を示し、実線はアクチュエータ位置を示している。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１００（制御方法）では、前述したように、形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態で、かつ今回の偏差と前回の偏差との間に差がない場合、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を変化させない。その結果、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を保持することができる。

その後、形状記憶合金コイルバネ４４４が、図１に示したヒステリシス特性のＭｓ点（変態開始温度）を超えて、ＳＭＡアクチュエータ４４の位置が急激に下がったとする。上述したように、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１００（制御方法）では、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を保持しているので、すぐに操作量（印加電圧）を増やすことができる。

また、図１６の細い破線で示されるような、ＳＭＡアクチュエータ４４のアンダーシュートを抑えることができる。その結果、アクチュエータ位置制御の応答速度が速くなり、安定性も改善することができる。

図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る制御装置１００Ａについて説明する。図示の制御装置１００Ａは、ＰＩＤコントローラの構成および動作が後述するように相違している点を除いて、図１３に示した制御装置１００と同様の構成を有し、動作をする。したがって、ＰＩＤコントローラに１３０Ａの参照符号を付してある。

図示のＰＩＤコントローラ１３０Ａは、演算器制御器の構成および動作が後述するように相違している点を除いて、図１３に示したＰＩＤコントローラ１３０と同様の構成を有し、動作をする。したがって、演算器制御器に１３８Ａの参照符号を付してある。図１３に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のために、以下では異なる点についてのみ説明する。

図１８は、図１７に示した制御装置１００Ａに使用される演算器制御器１３８Ａの構成を示すブロック図である。演算器制御器１３８Ａは、加熱／放熱検出器１５０とゲイン制御器１７０とから構成される。

加熱／放熱検出器１５０は、図１４に示した加熱／放熱検出器１５０と同様な構成を有し動作をするので、その説明を省略する。

ゲイン制御器１７０は、偏差ラッチ回路１７２と、偏差比較器１７４と、ゲイン抑制器１７６とから構成される。偏差ラッチ回路１７２および偏差比較器１７４は、それぞれ、図１４に示した偏差ラッチ回路１６２および偏差比較器１６４と同様の構成を有し動作をするので、それらの説明については省略する。

ゲイン抑制器１７６は、偏差比較器１７４から供給される一致信号に応答して、コントロール値演算器１３４（図１７）のゲインを抑制する。すなわち、ゲイン抑制器１７６は、コントロール値演算器１３４（図１７）のゲインを抑制するゲイン抑制信号をコントロール値演算器１３４（図１７）に供給する。

とにかく、ゲイン抑制器１７０は、加熱／放熱検出器１５０で放熱状態と判断された場合に起動され、偏差値に基いてコントロール値演算器１３４の動作を制御する演算器制御部として働く。

尚、コントロール値演算器１３４は、上記ゲイン抑制信号に応答して、そのゲイン（比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、微分ゲインＧｄ）を抑制する。

なお、図１７に示したＰＩＤコントローラ１３０Ａの代わりに、プログラムによって動作するマイクロコンピュータを用いてもよい。その場合、マイクロコンピュータは、偏差演算器（減算器）１２０から偏差信号を入力する入力ユニット（Ａ／Ｄ変換器１３２）と、制御信号を出力する出力ユニット（Ｄ／Ａ変換器１３６）と、演算を実行する演算処理ユニット（図示せず）とから構成され得る。演算処理ユニットは、図１７に示されたコントロール値演算器１３４および演算器制御器１３８Ａに相当する演算を実行する。演算処理ユニットは、プログラムやデータを記憶する記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ）と、この記憶部に格納されたプログラムに従って、入力ユニット、出力ユニット、および記憶部を制御するための処理部（ＣＰＵ）とから成る。

図１９は、ＰＩＤコントローラ１３０Ａを上記マイクロコンピュータで実現した場合に、記憶部に格納されたプログラムに従って動作する、演算処理ユニット（処理部）の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図１９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る制御方法について説明する。

演算処理ユニットは、ステップ２０８が付加されている点を除いて、図１５に示したフローチャートと同様の動作をする。したがって、図１５に示されたものと同様のステップには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のために、以下では相違点についてのみ説明する。

図１５に示すフローチャートでは、ステップＳ２０３において今回の偏差と前回の偏差とが同じと判断されたとき（ステップＳ２０３のＹｅｓ）とき、演算処理ユニットは、ステップＳ２０４をスキップして、ステップＳ２０５の処理を実行している。

すなわち、上述した本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１００（制御方法）では、形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態で、かつ今回の偏差と前回の偏差とに差がない場合、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を保持している。

これに対して、図１９に示すフローチャートにおいては、ステップＳ２０３において今回の偏差と前回の偏差とが同じと判断されたとき（ステップＳ２０３のＹｅｓ）とき、演算処理ユニットは、ＰＩＤ制御器のゲインを下げる（抑制）する処理を行って（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０４の処理を実行している。

これにより、本発明の第２の実施の形態に係る制御装置１００Ａ（制御方法）では、形状記憶合金コイルバネ４４４が放熱状態で、かつ今回の偏差と前回の偏差との間に差がない場合、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を徐々に減少させるようにしている。

その後、形状記憶合金コイルバネ４４４が、図１に示したヒステリシス特性のＭｓ点（変態開始温度）を超えて、ＳＭＡアクチュエータ４４の位置が急激に下がったとする。上述したように、本発明の第２の実施の形態に係る制御装置１００Ａ（制御方法）では、形状記憶合金コイルバネ４４４への操作量（印加電圧）を徐々に減少させているので、すぐに操作量（印加電圧）を増やすことができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る制御装置１００Ａ（制御方法）でも、図１６の細い破線で示されるような、ＳＭＡアクチュエータ４４のアンダーシュートを抑えることができる。その結果、アクチュエータ位置制御の応答速度が速くなり、安定性も改善することができる。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、上述した実施の形態では、可動部材がオートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ可動部である場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されず、種々のものに適用可能なのは勿論である。例えば、可動部材は、特許文献１、２に開示されているような手振補正機能付光学装置における手振補正光学系（手振補正機構）などであってもよい。また、加熱／放熱検出器や、演算オン／オフ決定器、ゲイン制御器の構成も上述した実施の形態のものに限定されず、種々の構成のものを採用しても良い。さらに、演算器制御器の構成も上述した実施の形態のものに限定されず、制御値と偏差とに基づいて、形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、制御値演算器の動作を制御するものであればどのような構成であっても構わない。また、上述した実施の形態では、制御電源（操作部）１４０が０〜３．３Ｖの範囲の電圧を印加しているが、電圧の範囲はこの限りでは無い。

ＳＭＡコイルバネのＳＭＡ温度とＳＭＡバネ定数との関係を示した図である。 ＳＭＡアクチュエータを用いて、被駆動部材（可動部材）の位置をフィードバック制御する、従来の制御方法を示すフローチャートである。 従来の制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。 本発明に係る制御装置が適用される、レンズ駆動装置の外観を斜め前方上方から観た斜視図である。 図４に示したレンズ駆動装置のオートフォーカスレンズ駆動ユニットを、斜め前方上方から観た斜視図である。 図４に示したレンズ駆動装置を斜め前方上方から観た分解斜視図である。 図５に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットの平面図である。 図５に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットを、斜め後方上方から観た斜視図である。 図４に示したレンズ駆動装置を斜め後方上方から観た分解斜視図である。 図４に示したレンズ駆動装置を、中間フレーム、上側カバー、及びレンズバレルを省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。 図４に示したレンズ駆動装置を、中間フレーム、上側カバー、及びレンズ可動部を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。 図５に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）を拡大して示す右側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を示すブロック図である。 図１３に示した制御装置に使用される演算器制御器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。 図１３に示した制御装置（図１５に示した制御方法）でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置を示すブロック図である。 図１７に示した制御装置に使用される演算器制御器１３８Ａの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

２０ レンズ駆動装置
３０ 筐体（ハウジング）
３２ 中間フレーム
３４ アクチュエータ・ベース
３６ 上側カバー
３７ 案内軸（副軸）
３８ 駆動軸（主軸）
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部（可動部材）
４２１ レンズバレル（レンズアセンブリ）
４２２ レンズホルダ
４２２１ 第１の延在部（第１の係合部、副軸受け）
４２２１ｕ 窪み
４２２２ 第２の延在部（第２の係合部、主軸受け）
４２２２ｔ 貫通孔
４４ レンズ駆動部（コイルバネ、ＳＭＡアクチュエータ）
４４２ 前側コイルバネ（上側コイルバネ、付勢バネ）
４４４ 後側コイルバネ（下側コイルバネ、形状記憶合金コイルバネ）
４４４ａ 第１の端部
４４４ｂ 第２の端部
５２ 通電部材
５２１ 第１の導体パターン
５２２ 第２の導体パターン
５２３ 導線
５４ 電気的接続部材
５４１ 第１の電気的接続部材
５４１２ カシメ具（パイプ状電極）
５４２ 第２の電気的接続部材
５４２２ カシメ具
１００，１００Ａ 制御装置
１１０ アクチュエータ位置検出器
１２０ 偏差演算器
１３０，１３０Ａ ＰＩＤコントローラ
１３２ Ａ／Ｄ変換器
１３４ コントロール値演算器
１３６ Ｄ／Ａ変換器
１３８，１３８Ａ 演算器制御器
１４０ 制御電源（操作部）
１５０ 加熱／放熱検出器
１５２ 制御値ラッチ回路
１５４ 制御値比較器
１６０ 演算オン／オフ決定器
１６２ 偏差ラッチ回路
１６４ 偏差比較器
１７０ ゲイン制御器
１７２ 偏差ラッチ回路
１７４ 偏差比較器
１７６ ゲイン抑制器
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ

Claims (23)

1. 形状記憶合金を含むアクチュエータで可動部材の位置を、前記形状記憶合金に対する通電を制御することにより、フィードバック制御する制御装置において、
   前記可動部材の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出器と、
   該検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算器と、
   前記偏差に基いて制御値を求める制御値演算器と、
   前記制御値に基いて操作量である電圧を前記形状記憶合金に印加する操作部と、
   前記制御値と前記偏差とに基いて、前記形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、前記制御値演算器の動作を制御する演算器制御器と、
   を備えたことを特徴とする、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置。
2. 前記演算器制御器は、
   前記制御値に基いて、前記形状記憶合金が加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出器と、
   該加熱／放熱検出器で放熱状態と判断された場合に起動され、前記偏差に基いて前記制御値演算器の動作を制御する演算器制御部と、
   を有する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記加熱／放熱検出器は、
   今回の制御値をラッチして、前回の制御値を出力する制御値ラッチ回路と、
   前記今回の制御値と前記前回の制御値とを比較し、前記今回の制御値が前記前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、前記形状記憶合金が放熱状態であることを示す起動信号を前記演算器制御部へ送出する制御値比較器と、
   から構成される、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記演算器制御部は、前記偏差に基いて前記制御値演算器での演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定器から構成される、請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 前記演算オン／オフ決定器は、
   今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路と、
   前記今回の偏差と前記前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、前記制御値演算器の演算をオフさせる演算オフ信号を出力する偏差比較器と、
   から構成される、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記演算器制御部は、前記偏差に基いて前記制御値演算器のゲインを制御するゲイン制御器から構成される、請求項２又は３に記載の制御装置。
7. 前記ゲイン制御器は、
   今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路と、
   前記今回の偏差と前記前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較器と、
   前記一致信号に応答して、前記制御値演算器のゲインを抑制するゲイン抑制器と、
   から構成される、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記可動部材が、レンズを保持するレンズホルダから構成され、
   前記アクチュエータが、前記レンズホルダを光軸方向のみに移動するアクチュエータから成る、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の制御装置。
9. 形状記憶合金を含むアクチュエータで可動部材の位置を、前記形状記憶合金に対する通電を制御することにより、フィードバック制御する制御方法において、
   前記可動部材の位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出ステップと、
   該検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算ステップと、
   前記偏差に基いて制御値を求める制御値演算ステップと、
   前記制御値に基いて操作量である電圧を前記形状記憶合金に印加する操作ステップと、
   前記制御値と前記偏差とに基いて、前記形状記憶合金のヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、前記制御値演算ステップの動作を制御する演算制御ステップと、
   を含む、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御方法。
10. 前記演算制御ステップは、
    前記制御値に基いて、前記形状記憶合金が加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出ステップと、
    該加熱／放熱検出ステップで放熱状態と判断された場合に起動され、前記偏差に基いて前記制御値演算ステップの動作を制御する動作制御ステップと、
    を有する請求項９に記載の制御方法。
11. 前記加熱／放熱検出ステップは、
    今回の制御値と前回の制御値とを比較し、前記今回の制御値が前記前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、前記形状記憶合金が放熱状態であることを示す起動信号を前記動作制御ステップへ送出する、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記動作制御ステップは、前記偏差に基いて前記制御演算ステップでの演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定ステップから成る、請求項１０又は１１に記載の制御方法。
13. 前記演算オン／オフ決定ステップは、
    今回の偏差と前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、前記制御演算ステップでの演算をオフする、請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記動作制御ステップは、前記偏差に基いて前記制御演算ステップでのゲインを制御するゲイン制御ステップから成る、請求項１０又は１１に記載の制御方法。
15. 前記ゲイン制御ステップは、
    今回の偏差と前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較ステップと、
    前記一致信号に応答して、前記制御演算ステップでのゲインを抑制するゲイン抑制ステップと、
    から成る、請求項１４に記載の制御方法。
16. 前記可動部材が、レンズを保持するレンズホルダから構成され、
    前記アクチュエータが、前記レンズホルダを光軸方向のみに移動するアクチュエータから成る、請求項９乃至１５のいずれか１つに記載の制御方法。
17. レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを光軸方向にのみ移動可能に支持するハウジングと、前記光軸方向に伸縮し得るコイルバネと、を備えたレンズ駆動装置において、
    前記ハウジングは略直方体形状をしており、
    前記ハウジング内の当該ハウジングの四隅中の第１の隅で、前記光軸方向に延在する主軸を備え、
    前記レンズホルダは、その側面に、前記主軸にスライド移動可能に取り付けられた主軸受けを有し、
    前記コイルバネは、前記主軸受けを間に挟んで、それぞれ、前記主軸の前側及び後側に設けられた前側コイルバネ及び後側コイルバネから構成され、
    前記前側コイルバネ及び前記後側コイルバネの少なくとも一方は、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネからなり、
    前記レンズ駆動装置は、前記形状記憶合金バネに対する通電を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記レンズホルダの位置を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力する位置検出器と、
    該検出信号で表された現在の検出位置と目標位置との間の偏差を演算する偏差演算器と、
    前記偏差に基いて制御値を求める制御値演算器と、
    前記制御値に基いて操作量である電圧を前記形状記憶合金バネに印加する操作部と、
    前記制御値と前記偏差とに基いて、前記形状記憶合金バネのヒステリシス特性に起因する応答遅れをキャンセルするように、前記制御値演算器の動作を制御する演算器制御器と、
    を備えたことを特徴とする、レンズ駆動装置。
18. 前記演算器制御器は、
    前記制御値に基いて、前記形状記憶合金バネが加熱状態か放熱状態かを判断する加熱／放熱検出器と、
    該加熱／放熱検出器で放熱状態と判断された場合に起動され、前記偏差に基いて前記制御値演算器の動作を制御する演算器制御部と、
    を有する請求項１７に記載のレンズ駆動装置。
19. 前記加熱／放熱検出器は、
    今回の制御値をラッチして、前回の制御値を出力する制御値ラッチ回路と、
    前記今回の制御値と前記前回の制御値とを比較し、前記今回の制御値が前記前回の制御値以下のときに、制御値比較結果として、前記形状記憶合金バネが放熱状態であることを示す起動信号を前記演算器制御部へ送出する制御値比較器と、
    から構成される、請求項１８に記載のレンズ駆動装置。
20. 前記演算器制御部は、前記偏差に基いて前記制御値演算器での演算のオン／オフを決定する演算オン／オフ決定器から構成される、請求項１８又は１９に記載のレンズ駆動装置。
21. 前記演算オン／オフ決定器は、
    今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路と、
    前記今回の偏差と前記前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号として、前記制御値演算器の演算をオフさせる演算オフ信号を出力するする偏差比較器と、
    から構成される、請求項２０に記載のレンズ駆動装置。
22. 前記演算器制御部は、前記偏差に基いて前記制御値演算器のゲインを制御するゲイン制御器から構成される、請求項１８又は１９に記載のレンズ駆動装置。
23. 前記ゲイン制御器は、
    今回の偏差をラッチして、前回の偏差を出力する偏差ラッチ回路と、
    前記今回の偏差と前記前回の偏差とを比較し、前記今回の偏差と前記前回の偏差とが等しいとき、一致信号を出力する偏差比較器と、
    前記一致信号に応答して、前記制御値演算器のゲインを抑制するゲイン抑制器と、
    から構成される、請求項２２に記載のレンズ駆動装置。

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