JP2014055519A - 形状記憶合金アクチュエータ制御装置および光学部品駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】形状記憶合金（ＳＭＡ）を利用したアクチュエータ制御装置において、可動機構を始点位置から目標位置に移動させる際に、正確な位置制御を実現する技術を提供する。
【解決手段】ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴは、可動機構の指令位置に応じた通電をＳＭＡに対して行うとともに、当該ＳＭＡの抵抗値に対応した検出値を用いてサーボ制御を行う。そして、可動機構を始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnに移動させる際に、少なくとも１つの中間位置Ｐ1，Ｐ3を付加してそれを中間段階での指令位置とすることによって、移動開始からの移動履歴に依存するヒステリシスの影響を低減し、正確な位置制御を実現することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、形状記憶合金を用いたアクチュエータの制御装置および、それを用いた光学部品駆動ユニットに関する。

携帯電話などに内蔵されるマイクロカメラユニット(ＭＣＵ)は現在数多く生産されているが、近年、高画質化が進むとともに、画質とユーザ利便を求めるために、オートフォーカス（ＡＦ）機能が必須になりつつある。一方、携帯電話の部品としてのＭＣＵには、小型、低価格に対する非常に強い要求がある。

また、温度変化による変形を駆動原理としたアクチュエータとして、Ni-Ti等の形状記憶合金（Shape Memory Alloy: ＳＭＡ）を線材に加工したものが知られており、小型、大出力で十分な応答速度を実現できることから、上記のＭＣＵのＡＦ用のような用途向けとして有望視されている。

しかしながら、一般にＳＭＡは、温度上昇過程と温度下降過程とで温度に対する歪み量が異なるヒステリシスをもつため、ＳＭＡのこのようなヒステリシスをもつアクチュエータでは、移動過程の履歴が異なると位置制御精度の低下を引き起こしてしまう問題がある。

そこで、このようなヒステリシスが制御応答に与える悪影響を改善するために、例えば、特許文献１で開示されている技術では、アクチュエータの移動量と駆動制御値に基づいた、応答遅れの補正を導入している。また、特許文献２で開示されている技術では、予め記憶された補正値を元に、ヒステリシスを補正し位置精度を向上させることが提案されている。

特開２０１０−１３３３５０号公報 特開２００８−２７６０９０号公報

しかしながら、特許文献１の技術は応答遅れの補正であって、ヒステリシスが位置精度に与える悪影響は低減できない。また、特許文献２の技術では、補正値をテーブルなどの形で予め記憶し、これを逐次参照しながら制御することになり、システムが複雑化するとともに、補正値を、例えば、製品個別に測定して記憶するため製造上のコスト増要因にもなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可動機構を始点位置から目標位置に移動させる際に、システムの複雑化やコストアップを抑制しつつ、移動開始からの移動履歴に依存するヒステリシスの影響を低減し、正確な位置制御を実現する形状記憶合金アクチュエータ制御装置およびそれを用いた光学部品駆動ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、形状記憶合金の温度変化による形状復元力を利用して対象物の移動を行う可動機構を備えたアクチュエータの制御装置であって、前記可動機構の指令位置に応じた通電を前記形状記憶合金に対して行うとともに、前記形状記憶合金の抵抗値に対応した検出値を用いてサーボ制御を行うサーボ制御手段と、前記可動機構の移動の始点位置と目標位置との間に少なくとも１つの中間位置を付加することによって、前記目標位置と前記少なくとも１つの中間位置とを含んだ複数の指令位置を設定し、前記始点位置に近い側から順に前記複数の指令位置を前記サーボ制御手段に順次に与えて、前記可動機構を前記始点位置から前記目標位置まで複数段階に分けて段階的に移動させる段階的移動手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、前記目標位置を終点とする最終分割区間が、前記複数の分割区間のうちで最も短い幅を持つことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、少なくとも１つの分割区間の幅を、前記始点位置と前記目標位置との差に応じて可変に設定する分割区間幅可変設定手段、をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１または請求項３に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、前記目標位置を終点とする最終分割区間の幅が、前記始点位置と前記目標位置との距離差に拘わらず、固定値として設定されることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、前記始点位置からの移動先の最初の指令位置として前記目標位置を設定することにより、前記始点位置から前記目標位置までの前記可動機構の移動を１段階で行わせる単一段階移動手段と、前記始点位置と前記目標位置との差が所定の閾値を超える場合には前記段階的移動手段を選択的に能動化し、前記差が前記閾値以下の場合には前記単一段階移動手段を選択的に能動化する選択的能動化手段と、をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、前記段階的移動手段が、ひとつの指令位置までの前記可動機構の移動制御が行われた後、所定の静定期間を経てから次の指令位置への前記可動機構の移動を開始させる静定期間設定手段、を備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、形状記憶合金の温度変化による形状復元力を利用して所定の光学部品の駆動を行うアクチュエータと、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置と、を備えることを特徴とする。

請求項１ないし請求項７の発明によれば、可動機構を始点位置から目標位置に移動させる際に、複数段階の移動過程を経ることで、移動開始からの移動履歴に依存するヒステリシスの影響を低減し、正確な位置制御を実現することができる。

特に請求項２の発明によれば、複数の分割区間のうち、最終分割区間が最も短い区間とされる。目標位置への可動機構の移動精度への影響は、最終分割区間でのヒステリシスの影響が主要であり、それよりも前の分割区間のヒステリシスの影響は相対的に小さい。このため、最終分割区間の幅（距離）を短くし、他の分割区間の幅はそれよりも長くすることによって、目標位置における位置精度の向上と、始点位置から目標位置までのトータルの変位時間の短縮との両立を図ることができる。

特に請求項３の発明によれば、可動機構の変位の始点位置と目標位置との差に応じて、最終分割区間以外の少なくとも１つの分割区間の幅を可変に設定することで、移動に要する時間と目標位置での位置精度の最適化を図ることが可能となる。

特に請求項４の発明によれば、始点位置と目標位置との距離差に拘わらず、最終分割区間の幅を固定値とすることにより、目標位置への移動位置精度を均質にすることができる。

特に請求項５の発明によれば、可動機構の始点位置と目標位置との差が所定の閾値以下のときには１段階の移動制御とする。始点位置と目標位置との差が小さいときには、段階的移動過程を経なくても位置誤差はあまり生じないため、目標位置へ直接に可動機構を移動させることによって、制御時間の短縮をも図ることができる。

特に請求項６の発明によれば、ひとつの指令位置までの移動制御が行われた後、所定の静定期間を経てから次の指令位置への移動を開始させるため、直前の分割区間での移動停止前の状態のばらつきが次の分割区間での移動過程に波及することがなく、各分割区間での移動が安定化する。

本実施形態に係るＳＭＡ駆動装置を使用したレンズ駆動ユニットの機構要部を概略的に示す平面図である。 図１のレンズ駆動ユニットの動作を示す側面図である。 ＳＭＡの抵抗値の温度依存性を特性曲線として示す図である。 ＳＭＡの抵抗値の温度依存性を特性曲線として示す図である。 ＳＭＡの抵抗値のレンズ変位依存性を特性曲線として示す図である。 ＳＭＡレンズ駆動ユニットの駆動応答を説明する図である。 ＳＭＡレンズ駆動ユニットの駆動応答を説明する図である。 本実施形態に係るＳＭＡアクチュエータ制御装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＭＡレンズ駆動ユニットの駆動応答を説明する図である。 本実施形態に係るＳＭＡアクチュエータ制御装置の動作を説明するフローチャートである。 本実施形態での区間分割と移動過程との説明図である。 本実施形態での判定閾値の設定に関する説明図である。

＜１．レンズ駆動ユニットの機構部の概要および構成＞
図１および図２は、この発明の実施の形態のＳＭＡアクチュエータ制御装置を使用して構成したレンズ駆動ユニット１００のうち、機構要部を概略的に示す図である。このうち、図１は、レンズ側から見た平面図（レンズ開口面）であり、図２は、図１における矢示Ａ方向から見た側面図を示している。なお、図２（ａ）は、駆動前の状態を、図２（ｂ）は、駆動後の状態を表している。

このレンズ駆動ユニット１００は、例えば、携帯電話に組み込まれる小型カメラシステムなどにおいて使用されるものであり、ＳＭＡを用いたアクチュエータ（ＳＭＡアクチュエータ）を駆動源としてＡＦ動作を行う。

具体的構成において、このレンズ駆動ユニット１００は、主に、レンズユニット１（被駆動物）、このレンズユニット１を光軸ＡＸ方向（第１軸方向）に移動させるレバー部材２、ＳＭＡアクチュエータ３、ベース部材４、天板５、平行板バネ６ａ，６ｂおよびバイアスバネ７等を備え、ベース部材４に対してレンズユニット１等が組み付けられた構成となっている。天板５および平行板バネ６ａ，６ｂは、便宜上、図１では省略している。

ベース部材４は、レンズ駆動ユニット１００の取り付け対象となる部材（例えば携帯電話機のフレームやマウント基板等）に固定されるものであり、レンズ駆動ユニット１００の底辺を構成する不動の部材である。このベース部材４は、平面視正方形の板状に形成され、全体が樹脂材料等により構成されている。

レンズユニット１は円筒形を有し、撮像レンズ１０と、この撮像レンズ１０を保持するレンズ駆動枠１２と、該レンズ駆動枠１２が収納される鏡筒１４とから構成されている。

撮像レンズ１０は、対物レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズ等を有し、図外の撮像素子に対する被写体像の結像光学系を構成している。レンズ駆動枠１２は、所謂玉枠であって、鏡筒１４と共に光軸ＡＸ方向に移動する。レンズ駆動枠１２の対物側先端の外周縁部には、周方向に１８０°の角度差を有して一対の支持部１６が突設されている。

レンズユニット１は、天板５に形成される開口部分に挿入された状態でベース部材４上に配置されている。詳しくは、一対の支持部１６がベース部材４の一対の対角の近傍に位置するように配置されている（図１参照）。

ベース部材４および天板５には、それぞれ平行板バネ６ａ，６ｂが固定されており、これら平行板バネ６ａ，６ｂにレンズユニット１が固定されている。これによってレンズユニット１がベース部材４等に対して変位可能に支持されると共に、その変位自由度が、光軸ＡＸに沿った方向に規制されている。なお、天板５は、ベース部材４に対して図外の支柱等を介して固定しても良いし、ベース部材４と一体となる構造でも良い。

レバー部材２は、支持部１６を介してレンズユニット１に係合することによってレンズユニット１に光軸ＡＸ方向の駆動力を付与するものである。

このレバー部材２は、レンズユニット１の側方、具体的には、ベース部材４の角部であってレンズユニット１の支持部１６が位置する角部以外の一の角部に設置されている。このレバー部材２は、光軸ＡＸと直交し、かつ一対の支持部１６の並び方向（図１では上下方向）に延びる軸線回りに揺動可能に支持されている。

図２（ａ）に示すように、レバー部材２は、アーム部分２１と、このアーム部分２１の基端部分から光軸ＡＸ方向に延びる延設部分２２とを有した側面視逆Ｌ字型の形状を有しており、アーム部分２１と延設部分２２との境となる屈曲部分が、ベース部材４に立設された支持脚８の先端で支持されることによってベース部材４上に支持されている。

支持脚８の先端（以下、レバー支持部８ａという）の形状は、光軸ＡＸ方向と直交する方向（図２（ａ）の紙面と直交する方向）に延びる略円柱形状とされている。これにより、レバー部材２が、当該レバー支持部８ａを支点として光軸ＡＸ方向と直交する軸線回りに揺動可能に支持されている。

アーム部分２１は平面視で円弧状に形成されている。詳しくは、図１に示すように、延設部分２２からからレンズユニット１の両側に二股に分かれて当該レンズユニット１の外周面に近接してそれぞれ均等に延び、全体としてレンズユニット１の片側半分を包囲するように形成されている。アーム部分２１の先端（両端）は、それぞれレンズユニット１の各支持部１６の位置に達している。そして、延設部分２２にＳＭＡアクチュエータ３が架け渡され、この架け渡し位置（変位入力部２ａという）に光軸ＡＸ方向と直交する方向（第２軸方向：図２（ａ）の左右方向）の移動力Ｆ１（図２（ｂ）参照）が入力されることにより、レバー部材２が揺動する。この揺動に伴いアーム部分２１の先端（変位出力部２ｂという）が光軸ＡＸ方向に変位し、当該変位出力部２ｂが各支持部１６に係合してレンズユニット１に光軸ＡＸ方向の駆動力が付与されることとなる。

ＳＭＡアクチュエータ３は、レバー部材２に対して移動力Ｆ１（図２（ｂ）参照）を付与するもので、例えばNi-Ti合金等のＳＭＡワイヤで構成され、断面がほぼ円形の線状アクチュエータである。なお、この明細書では、ＳＭＡアクチュエータ３およびそれを構成するＳＭＡワイヤを単に「ＳＭＡ３」とも略称する。

このＳＭＡアクチュエータ３は、低温で弾性係数が低い状態（マルテンサイト相）において張力を与えられることで伸長し、この伸長状態において熱が与えられると相変態して弾性係数が高い状態（オーステナイト相：母相）に移行し、伸長状態から元の長さに戻る（形状回復する）という性質を有している。

当実施形態では、ＳＭＡアクチュエータ３を通電加熱することで、上述の相変態（詳細は後述）を行わせる構成が採用されている。すなわち、ＳＭＡアクチュエータ３は有限の電気抵抗値を有する導体であることから、当該ＳＭＡアクチュエータ３自身に通電することでジュール熱を発生させ、該ジュール熱に基づく自己発熱によりマルテンサイト相からオーステナイト相へ変態させる構成とされている。このため、ＳＭＡアクチュエータ３の両端には、通電加熱用の第１電極３０ａおよび第２電極３０ｂが固着されている。これら電極３０ａ，３０ｂはベース部材４に設けられる所定の電極固定部に固定されている。

ＳＭＡアクチュエータ３は、図１に示すように、レバー部材２の延設部分２２に係合する部分を折り返し地点として、電極３０ａおよび３０ｂの間に架け渡されている。かかる構成により、ＳＭＡアクチュエータ３が電極３０ａ，３０ｂを介して通電加熱され、作動（収縮）すると、レバー部材２に対して移動力Ｆ１（図２（ｂ）参照）が付与され、この移動力Ｆ１によりレバー部材２が揺動することとなる。

なお、電極３０ａ，３０ｂは、ベース部材４のうちレンズユニット１の支持部１６の近傍にそれぞれ配置されている。ＳＭＡアクチュエータ３のうち各電極３０ａ，３０ｂから折り返し地点までのそれぞれの長さは等しく設定されており、これによって変位入力部２ａ両側のＳＭＡアクチュエータ３の伸縮量が等しくなってＳＭＡアクチュエータ３作動時のレバー部材２とＳＭＡアクチュエータ３との擦れが防止される。また、延設部分２２にはＶ溝２１ａ（上記変位入力部２ａに相当する）が形成されており、当該Ｖ溝２１ａに嵌り込むようにＳＭＡアクチュエータ３が架け渡されることにより、レバー部材２に対してＳＭＡアクチュエータ３が安定的に懸架されている。

上記のレンズ移動装置では、通電加熱が行われていないＳＭＡアクチュエータ３の停止（伸長）時には、バイアスバネ７の押圧力によりレンズユニット１がベース部材４側に押圧され、これによってレンズユニット１がホームポジションに保持される（図２（ａ）参照）。一方、ＳＭＡアクチュエータ３が作動（収縮）すると、この作動によりレバー部材２の変位入力部２ａに移動力Ｆ１が付与されてレバー部材２が揺動し、この揺動により変位出力部２ｂが光軸ＡＸ方向に移動することとなる（図２（ｂ）参照）。その結果、レンズユニット１に対物側への駆動力が付与され、レンズユニット１がバイアスバネ７の押圧力に抗して移動する。この際、ＳＭＡアクチュエータ３への通電電流が制御されて移動力Ｆ１の力量が調整されることで、レンズユニット１の変位量が調整されることとなる。

そして、ＳＭＡアクチュエータ３への通電が停止（若しくは電圧が所定値まで低下）され、ＳＭＡアクチュエータ３が冷却されてマルテンサイト相に復帰すると、前記移動力Ｆ１が消失し、バイアスバネ７の押圧力により、レンズユニット１が光軸ＡＸ方向に沿ってホームポジションに復帰する。このように、ＳＭＡアクチュエータ３への通電ＯＮ−ＯＦＦによって、レンズユニット１を光軸ＡＸ方向に沿って変位させることができ、また、ＳＭＡアクチュエータ３ａ，３ｂへの通電電流を制御して移動力Ｆ１の力量を調整することで、レンズユニット１の変位量を調整できるようになる。

このように、上記レンズ駆動ユニットによると、ＳＭＡアクチュエータ３の作動に応じ、レンズユニット１を光軸ＡＸ方向に沿って良好に移動させることができる。

＜１−１．ＳＭＡの一般的性質＞
この実施形態におけるＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴ（図８）の詳細を説明する準備として、この実施形態の前提となるＳＭＡの物理特性の一般的性質について説明しておく。

図３から図５は、ＳＭＡの物理特性の一般的性質を示す図である。これらのうち、図３は、ＳＭＡ線材の温度−抵抗値の関係を示す特性図である。Ni-TiまたはNi-Ti-CuなどのＳＭＡ線材に、適切なバイアス力を与えて記憶形状よりも引っ張り変形を与えた状態で架設しておき、温度変化させたときの一般的な特性曲線を示している。

温度を上昇させると、ＳＭＡの結晶相変態により、収縮方向に変形するとともに、抵抗値が通常の金属とは逆方向に変化する領域がある。具体的には、変態温度よりも十分に低温の領域では、通常の金属と同様に温度上昇とともに抵抗値が増加する方向に変化するが、低温相（一般にマルテンサイト相）から高温相（一般にオーステナイト相）に変態を開始するＡｓ点を超えると、線材が記憶形状になるように収縮するとともに、抵抗値が急激に減少する方向に変化する。そして、高温相への変態を終了するＡｆ点を超えると、また通常の金属と同様に抵抗値は増加方向に変化する。

また逆に温度を低下させる過程では、変態温度よりも十分に高温の領域では、温度低下とともに抵抗値が減少し、高温相から低温相への変態を開始するＭｓ点以下の温度となると、ＳＭＡ線材がバイアス力により伸長するとともに、抵抗値が温度低下に伴って急激に増加する。そして、低温相への変態を終了するＭｆ点以下の温度になると、温度低下に伴ってまた抵抗値は減少する。なお、抵抗値は、Ｍｆ点よりも低い温度領域では温度上昇時と同じ軌跡を逆にたどる。

このように、温度上昇過程と温度低下過程でのＳＭＡ線材の特性曲線はヒステリシスをもっている（図３参照）。

図４は、実施形態のレンズ駆動ユニット１００においてＡＦレンズ駆動に利用されるＳＭＡの温度−抵抗値の関係を示す特性図である。レンズの最大繰り出し量はマクロ端までであり、それ以上の領域は使用しないので、図４では、図３の曲線をマクロ端までの動作として示しており、実際に製品として使われる範囲を示す。

ここで、各過程での抵抗値を下記のように定義する。
・「初期抵抗値Rstart」の用語は、通電前の完全に放熱した状態での抵抗値、すなわち、通電加熱を開始するときの抵抗値を指し；
・「最大抵抗値Rmax」の用語は、低温領域から温度上昇する過程におけるオーステナイト相への変態が始まる付近での最大となる抵抗値を指し；
・「変位開始抵抗値Rinf」の用語は、温度が上がりレンズが無限端から動き出すときの抵抗値を指し；
・「マクロ端抵抗値Rmcr」の用語は、レンズがマクロ端にあるときの抵抗値を指すものとする。

最大抵抗値Rmaxとなる温度から、ＳＭＡ線材の収縮は開始されるが、線の弛みや各部の弾性変形などがあるので、その状態ではまだレンズは動き出さず、収縮によるＳＭＡの応力が増加し、バイアスバネ７による応力を超えると実際に撮像レンズ１０が動き出すように、線材架設時の張力が適切に設定されている。したがって、最大抵抗値Rmaxとなる点からさらに温度が上がったところが変位開始抵抗値Rinfとなる。撮像レンズ１０が無限端からマクロ方向に繰り出し始め、さらなる温度上昇に伴い、マクロ方向に撮像レンズ１０が移動するに伴い抵抗値Ｒは減少してゆき、マクロ端抵抗値Rmcrに達する。逆に温度低下する過程では、無限方向に撮像レンズ１０が移動するに伴い抵抗値Ｒは増加してゆく。

続いて、図５は、実施形態のレンズ駆動ユニット１００に用いるＳＭＡの抵抗値−レンズ変位の関係を示す特性図である。この特性図については、
・ＲＴ相関（図４参照）：「抵抗値−温度」の間の相関（ＳＭＡが収縮する温度範囲で、温度上昇に伴い抵抗値が小さくなる）、
・ＴＸ相関（図示せず）：「温度−ＳＭＡの伸縮量」の間の相関（温度が高いほど伸縮量が大きい）、
と定義すれば、ＲＴ相関とＴＸ相関とを組み合わせることで、図５のような「抵抗値−ＳＭＡ伸縮量（レンズ変位）（以下、「ＲＸ相関」と称する）」の相関を特定できる。このため、ＳＭＡ３の抵抗値Ｒを測定することによってＳＭＡ３の伸縮量Ｘ（ＳＭＡの伸縮によるレンズ変位Ｘ）を知得するようにしている。

フィードバック制御によるＳＭＡ３への通電量は、目標位置と現在位置とを比較して決定される。簡易な制御方法である比例制御の場合には、目標位置と現在位置との差に比例するように通電量を決定する。

再び、図５を参照してＲＸ相関について具体的に説明する。温度上昇過程におけるＳＭＡ３の抵抗値Ｒは、「初期抵抗値Rstart〜最大抵抗値Rmax〜変位開始抵抗値Rinf」と順に変化する領域では、変位は無限端で動かず、「変位開始抵抗値Rinf〜マクロ端抵抗値Rmcr」となる領域では、変位がマクロ端方向に増加する。

一方、温度低下過程におけるＳＭＡの抵抗値Ｒは、「マクロ端抵抗値Rmcr〜変位開始抵抗値Rinf」となる領域では変位が減少し、「変位開始抵抗値Rinf〜最大抵抗値Rmax〜初期抵抗値Rstart」と順に変化する領域では、変位は無限端で動かない。

このように、ＲＸ相関特性曲線には、温度上昇過程と温度低下過程のヒステリシスが存在している（図５参照）。この原因には、ＳＭＡ３の変態温度が温度ヒステリシスを持つことに加えて、図１および図２の支持部１６とアーム部分２１間の摩擦や、各部の弾性歪み、ガタなどによる機械的なヒステリシスも含まれている。

＜１−２．ＳＭＡアクチュエータ制御装置の前提事情＞
続いて、上述のＳＭＡの物理特性の一般的性質に伴って生じるＳＭＡアクチュエータ制御装置の前提事情を説明する。なお、ＳＭＡアクチュエータ制御装置では、定電流駆動を行うと、駆動対象物（レンズ）の変位が静定するまでに長時間がかかり、また周囲温度などの条件により変位も変化してしまうため、サーボ制御により高速にステップ駆動することを前提としている。周知のように、サーボ制御とは、現在の変位に関する情報を取得しつつ通電量をフィードバック制御して目標の変位に移動させる方法である。ここでＳＭＡの変形に関する情報取得のためには、変位センサを設けておくという方法もあるが、この発明の実施形態では、ＳＭＡ自身の抵抗値がＳＭＡの変形量（伸縮量）と相関していることを利用して、ＳＭＡの抵抗値を検出し、その抵抗値をＳＭＡの変位情報として用いる。

図６及び図７は、ＳＭＡアクチュエータ制御装置において、始点位置と目標位置との距離差が異なる場合の駆動応答の特性を説明する図であり、図６は当該距離差が小さい（以下、「小幅ステップ」と称する。）場合の駆動応答性を示し、図７は当該距離差が大きい（以下、「大幅ステップ」と称する。）場合における駆動応答性を示す。なお、図６（ａ）および図７（ａ）は、レンズ変位の時間変化を説明した図であり、図６（ｂ）および図７（ｂ）は、図６（ａ）および図７（ａ）のそれぞれに対応したヒステリシス曲線（図５参照）における移動過程を説明した図である。

図６（ａ）は、小幅ステップ駆動におけるレンズ変位の時間変化のグラフである。ＳＭＡ３が時刻ｔ0の始点位置Ｐ0にあるときに目標位置Ｐnが与えられ、この目標位置Ｐnに向かってレンズが移動を開始して時刻ｔnに、目標位置Ｐnに至り静定する。これは、図６（ｂ）では、ヒステリシス曲線の加熱側の経路に沿って状態点Ｓ0から状態点Ｓnへの移動する経路に相当する。

一方、図７は、従来の制御装置で大幅ステップ駆動を行った場合のグラフである。図７（ａ）で示されるように、始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnに向かってレンズが移動するが、１回のステップ駆動により目標位置Ｐnを通り過ぎ、時刻ｔn1には状態点Ｓn1に相当する位置Ｐn1にまで至ってしまう。位置Ｐn1に至った後はサーボ制御が行われるため、目標位置Ｐnに向かう方向に戻りつつも、目標位置Ｐnからの変位誤差ΔＤを残したまま時刻ｔn2には状態点Ｓn2に対応する位置Ｐn2（＞Ｐn）で静定することになる。

この大幅ステップにおける現象は、小幅ステップの場合と同様にヒステリシス曲線の加熱過程の経路を経由するが、移動幅が大きいためサーボ制御による加速が大きくなり、大きな移動速度となることに起因する。すなわち、オーバーシュートが発生しやすい状態になる。

これを、図７（ｂ）のヒステリシス曲線上の抵抗値の時間変化の観点から説明する。大幅ステップ駆動のオーバーシュートにより目標位置Ｐnを通り過ぎて位置Ｐn1に至ったときの状態点Ｓn1の抵抗値Ｒn1は、目標抵抗値Ｒnよりも低い抵抗値を示すことになる。そのため、サーボ制御により逆向き(放熱過程)で駆動され、ヒステリシス曲線上の目標抵抗値Ｒnもしくはそれに近似する抵抗値に対応する状態点Ｓn2の抵抗値Ｒn2、すなわち、位置Ｐn2で静定する。しかしながら、この状態点Ｓn1はヒステリシス曲線の放熱側の経路上に移るため、検出された抵抗値Ｒn2が目標抵抗値Ｒnと一致するに至ったとしても、先述したように、位置Ｐn2は目標位置Ｐnから変位誤差ΔＤ（図７（ａ）参照）だけずれた位置となる。

このような変位誤差の原因となる具体的なオーバーシュート量は、移動体の質量、各部の弾性、フィードバックゲイン、摩擦部のすべり挙動など、多くのパラメータが関与している。このため、周波数応答特性（ボード線図）を測定し、位相余裕量を求めることで、ある程度の推定は可能である。しかしながら、正確なオーバーシュート量を予想し、それに応じて単に目標位置をずらせることのみによってオーバーシュート量を正確に打ち消すような制御を従来技術によって行うと、システムの複雑化や大幅なコストアップを招く。

以上の背景の下、この実施形態のＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴ（図８）では、図１１（ａ）に概念的に示すように、レンズユニット１を始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnに移動させる際に、一回で目標位置Ｐnまで移動させるのではなく、始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnまでの区間Ｄを複数の区間Ｄa，Ｄbに分割して、複数段階の移動過程を経るように構成されている。これによって、移動開始からの移動履歴に依存するヒステリシスの影響を低減し、正確な位置制御を実現することが、本発明の技術的思想に対応する実施形態の特徴的事項である。

以下では、実施形態について具体的に説明する。

＜２．実施形態の具体的構成と動作＞
＜２−１．ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの概略＞
以上説明した本発明の技術的思想に基づくＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴは、線材状のＳＭＡ３の温度変化による形状復元力を利用してアクチュエータを制御する。具体的には、ＳＭＡ３への通電量の制御を、目標位置Ｐnまでを分割した複数区間Ｄa，Ｄbのそれぞれの移動ステップ幅（つまり分割区間Ｄa，Ｄbのそれぞれの距離）に応じて可変に設定する。その設定された通電量を基準として、アクチュエータへの作動指令値に応じて制御信号を変化させ、ＳＭＡ３への通電制御を行う。

図８（ａ）は、実施形態に係るＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの構成を示すブロック図であり、このＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴは、レンズ駆動ユニット１００のうち、図１および図２に示した機構系を制御するための制御系に相当する。図８（ａ）に示されるように、電源電圧Ｖを供給する電源ラインＰＬと接地ラインＧＬとの間に、電源ラインＰＬ側から、トランジスタ１０６により、ＳＭＡアクチュエータ３に通電できるようになっている。ここで、ＳＭＡアクチュエータ３は、図１〜図２に示したレンズ駆動ユニット１００のＳＭＡアクチュエータ３に相当する。

ＳＭＡアクチュエータ３の両端は抵抗値検出部１０２に接続され、抵抗値検出部１０２が、オームの法則により、既知の電流値ＩとＳＭＡアクチュエータ３の両端電圧Ｖとから抵抗値Ｒ_SMAを検出する。電流値Ｉが既知であれば両端電圧Ｖは抵抗値Ｒ_SMAに対して一対一の関係にある代用指標となるため、両端電圧Ｖを検出することは、抵抗値Ｒ_SMAを検出することと物理的あるいは数学的に等価である。なお、図８では定電流回路や検出タイミング回路は省略している。

抵抗値検出部１０２により検出されたＳＭＡアクチュエータの抵抗値Ｒ_SMAは、比較部１０３の一つの入力端子に入力され、比較部１０３のもう一つの入力端子には、指令値分割制御部１０４から出力される指令位置（具体的には、指令位置に相当する目標抵抗値Ｒn）が入力される。なお、指令値分割制御部１０４には、マイコンなどから構成される上位制御部１０１から目標位置Ｐnが入力されるようになっている。ここでは、上述したＳＭＡの抵抗値−レンズ変位の関係（図５参照）を利用して、変位センサを設ける代わりに抵抗値Ｒを検出する。この検出によって得た実測抵抗値と目標抵抗値との比較によって、間接的に、レンズ変位現在値とレンズ変位目標値との比較が行われる。すなわち、比較部１０３では、実測抵抗値Ｒ_SMAと目標抵抗値Ｒnとの入力値を比較した結果を通電制御演算部１０５に出力する。そして、通電制御演算部１０５の出力結果（実測抵抗値Ｒ_SMAと目標抵抗値Ｒnとの差）に伴い、通電制御値信号が決定されトランジスタ１０６に入力されることで、ＳＭＡアクチュエータ３に通電されジュール熱により加熱されるようになっている。

以上のように、ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴは、レンズユニット１の指令位置に応じた通電をＳＭＡアクチュエータ３に対して行うとともに、ＳＭＡアクチュエータ３の抵抗値に対応した検出値を用いてサーボ制御を行う。

＜２−２．ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの機能構成＞
ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴでは、上述したオーバーシュートの問題を回避するため、以下のような機能を備えている。

すなわち、ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの指令値分割制御部１０４ではまず、レンズユニット１の移動の始点位置Ｐ0（図１１（ａ））と目標位置Ｐnとの間の区間Ｄに中間位置Ｐ1を付加することによって、目標位置Ｐnと当該中間位置Ｐ1とを含んだ複数の指令位置Ｐ1，Ｐnを設定する。そして、始点位置Ｐ0に近い側から順に当該複数の指令位置を比較部１０３に順次に与えて、レンズユニット１を始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnまで複数段階に分けて段階的に移動させる。これらの機能を達成するのが、指令値分割制御部１０４に含まれる段階的移動部１１０（図８（ｂ）参照）である。なお、位置Ｐ2は第１段階の移動完了と第２段階の移動開始との間に設けられる静定期間に、オーバーシュート分の一部に相当する距離だけＳＭＡ３が戻った位置を示しており、これについては後に説明する。

ここで、ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの指令値分割制御部１０４は、この段階的移動部１１０のほか、さらに以下のような機能を備えている。

＜２−２−１．最後のステップ幅の最小化＞
始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの区間Ｄを中間位置Ｐ1によって分割して形成される複数の分割区間Ｄa，Ｄbのうち、目標位置Ｐnを終点とする最終分割区間Ｄbが、当該複数の分割区間Ｄa，Ｄbのうちで最も短い幅を持つ。すなわち、複数の分割区間Ｄa，Ｄbのうち、最終分割区間Ｄbが最も短い区間とされる（図１１（ａ）参照）。

これは、目標位置Ｐnへのレンズユニット１の移動精度への影響は、目標位置Ｐnに到達する直前の期間すなわち最終分割区間Ｄaでのヒステリシスの影響が主要であり、それよりも前の分割区間Ｄaのヒステリシスの影響は相対的に小さいことを考慮した結果である。このため、最終分割区間の幅（距離）を短くし、他の分割区間の幅はそれよりも長くすることによって、目標位置Ｐnにおける位置精度の向上と、始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnまでのトータルの変位時間の短縮との両立を図ることができる。

このとき、最終分割区間Ｄbの幅は、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの距離差（区間Ｄの距離）に拘わらず、固定値として設定されることが好ましい。これは、始点位置Ｐnと目標位置Ｐnとの距離差に拘わらず、最終分割区間の幅を固定値とすることにより、目標位置Ｐnへの移動位置精度を均質にすることができるためである。

図１１（ｂ）には、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの区間Ｄに複数の中間位置Ｐ1，Ｐ3を設定して区間Ｄを複数の分割区間Ｄa，Ｄb，Ｄcに分割した場合を示しているが、この場合においても、同様に、分割区間Ｄa，Ｄb，Ｄcのうち最終分割区間Ｄcが最も短い区間とされるとともに、区間Ｄの距離が異なっても、最終分割区間Ｄcの幅は固定値とすることが好ましい。

図１１（ａ）の場合と同様に、図１１（ｂ）の位置Ｐ2，Ｐ4は、各段階のステップ移動の境界の静定期間にオーバーシュート分と同程度だけ戻った位置を示している。

以下においては、包括的な説明を行う部分では、複数の分割区間を集合的に｛Ｄa，…，Ｄn｝と書き、最終分割区間を記号「Ｄn」によって、それ以外の分割区間を記号「Ｄi」によって、それぞれ表現することにする。また、初期位置Ｐ0から目標位置Ｐnへの移動制御における各中間位置を「Ｐi」で代表的に表現する。

＜２−２−２．分割区間幅可変設定部＞
図８（ｂ）の指令値分割制御部１０４はまた、分割区間幅可変設定部１２０を備える。分割区間幅可変設定部１２０では、複数の分割区間｛Ｄa，…，Ｄn｝のうち、最終分割区間Ｄn以外の少なくとも１つの分割区間Ｄiの幅を、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差（区間Ｄの距離）に応じて可変に設定する。

最もシンプルな例は、区間Ｄを２個の分割区間｛Ｄa，Ｄb｝に分割する図１１（ａ）の場合であり、区間Ｄの幅に応じて、最終分割区間Ｄb以外の分割区間Ｄaの幅を可変とする。

また、図１１（ｂ）の例では、最終分割区間Ｄc以外の分割区間｛Ｄi｝＝｛Ｄa，Ｄb｝のうち少なくとも１つの幅を可変とすることにより、トータル区間Ｄの幅の変化に対応してより細かなステップ移動制御が可能となる。

サーボ制御時のオーバーシュート量は、先述したように周波数応答特性から推定できるので、オーバーシュートで目標位置Ｐnを行き過ぎないように、分割区間幅可変設定部１２０が、各分割段階での位置指令値Ｐi，Ｐnを設定する。また、区間Ｄの分割数を可変にする場合には、幅Ｄが大きいほど分割数を増やすようにすることが好ましい。ただし、分割数が過剰であると目標位置Ｐnに到達するまでの時間の増大が無視できなくなるため、区間幅Ｄに応じて数種類の分割数を使い分ける程度の使い分けが好ましい。たとえば区間Ｄの幅が所定の閾値よりも小さいときには２分割、区間Ｄの幅が当該閾値を超えると３分割、というような選択である。具体的な分割区間幅は、目標位置Ｐnに到達するためのトータル時間と、目標位置Ｐnへの位置決め精度とがバランスするように選択することができる。

このように、レンズユニット１の変位の始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差（区間Ｄの幅）に応じて、最終分割区間Ｄn以外の少なくとも１つの分割区間Ｄiの幅を可変に設定することで、移動に要する時間と目標位置Ｐnでの位置精度の最適化を図ることが可能となる。

＜２−２−３．単一段階移動部と選択的能動化部＞
図８（ｂ）の指令値分割制御部１０４はまた、単一段階移動部１４０を備える。この単一段階移動部１４０では、始点位置Ｐ0からの移動先の最初の指令位置として目標位置Ｐnを設定することにより、始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnまでのレンズユニット１の移動を１段階で行わせる。したがって、この単一段階移動部１４０は、従来の１段階移動と同様の移動制御を実現することができる。

単一段階移動部１４０と段階的移動部１１０とは状況に応じて選択的に利用されることが可能であり、そのような選択制御の目的で、指令値分割制御部１０４には選択的能動化部１３０が設けられる。具体的には、選択的能動化部１３０は、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差（区間Ｄの幅）が所定の閾値を超える場合には段階的移動部１１０を選択的に能動化し、当該差が当該閾値以下の場合には単一段階移動部１４０を、それぞれ選択的に能動化する。また、選択的能動化部１３０は、前回のレンズユニット１の移動時に上部制御部１０１から与えられた目標値を記憶しており、これを現在位置である始点位置Ｐ0としている。なお、この現在位置（始点位置Ｐ0）は、抵抗値検出部１０２からの出力値に基づいて決めることも可能である。

すなわち、レンズユニット１の始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差が所定の閾値以下のときには１段階の移動制御とする。また、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差が小さいときには、段階的移動過程を経なくても位置誤差ΔＤはあまり生じないため、目標位置Ｐnへ直接にレンズユニット１を移動させることによって、制御時間の短縮を図ることができる。

＜２−２−４．静定期間設定部＞
段階的移動部１１０は、ひとつの指令位置までのレンズユニット１の移動制御が行われた後、所定の静定期間（ゼロでない有限期間）を経てから次の指令位置へのレンズユニット１の移動を開始させる静定期間設定部１１１を備える。

すなわち、ひとつの指令位置までの移動制御が行われた後、所定の静定期間を経てから次の指令位置への移動を開始させる。このため、直前の分割区間での移動停止前の状態のばらつきが次の分割区間での移動過程に波及することがなく、各分割区間での移動を安定化させることが目的である。静定期間は固定値であってもよく、静定期間を可変に設定できるようにしておいてもよい。

＜２−３．ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの制御例＞
以下では、レンズ駆動ユニット１００が携帯電話に組み込まれている場合を例として、レンズ駆動ユニット１００中のＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴの動作を説明する。以下の各機能は、既述した図８（ａ）および図８（ｂ）の各部の機能に対応するが、これらはマイクロコンピュータに事前にインストールされているプログラムの実行によって実現されてもよく、専用のハードウエア回路で実現されても良い。

また、変位制御の始点位置Ｐ0は、前回の目標位置への変位制御が完了して新たな目標位置Ｐnへの変位制御を開始する時点での位置であって、電源ＯＮ時による初期化位置とは限らない。従って、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの関係は任意である。

図９は、本実施形態に係るＳＭＡレンズ駆動ユニット１００の駆動応答を説明する図である。グラフの縦軸、横軸および用いる記号などは、図６および図７と同様である。図９に示されるように、ここでは２回のステップ駆動によって始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnにレンズを駆動させる例である。

以下、図１０のフローチャートおよび図９を参照して、各過程における制御およびそれらにおけるＳＭＡ３の状況について説明する。

なお、以下では、「目標位置」、「現在位置」、「指令位置」のように、「位置」という用語を用いて説明するが、実際の制御回路上においては、それらの位置に対応するＳＭＡ３の抵抗値（ないしはＳＭＡ３に所定の定電流を流したときのＳＭＡ３の両端電圧）で定量的に表現される。

●ステップＳＴ１：
まず、ユーザが携帯電話の電源またはカメラモードをＯＮとする初期操作に応答して、ＳＭＡアクチュエータ制御装置ＣＴへの電源供給がＯＮの状態になり、本動作フローが開始される。

たとえばユーザがズームボタン操作などを行って撮像レンズ１０を変位させる必要が生じた時点で、撮像レンズ１０の変位先位置に相当する目標位置Ｐnが上位制御部１０１で算出され、上位制御部１０１から指令値分割制御部１０４に入力される（図８参照）。そして、指令値分割制御部１０４が、目標位置Ｐnを目標抵抗値Ｒnに変換し保持する（図９（ａ）および図９（ｂ）参照）。

●ステップＳＴ２：
一方、抵抗値検出部１０２で検出した現時点でのSMA３の抵抗値に関する情報が、比較部１０３を迂回して指令値分割制御部１０４に与えられ、現在の抵抗値に基づいてＳＭＡ３の現在位置Ｐiが算出される。

●ステップＳＴ３：
選択的能動化部１３０は、目標位置Ｐnと現在位置Ｐとの差の絶対値：
│ΔＰ│＝│Ｐn−Ｐ│
を算出して、これを判定用偏差とする。そして、判定用偏差│ΔＰ│が所定の閾値Ｃ１（ただしＣ１＞０）を超えるかどうかを判断する。

後述するように、ステップＳＴ２は繰返しループによって繰り返して実行されるが、ステップＳＴ２の最初の実行時においては、時刻ｔ0での現在位置Ｐは始点位置Ｐ0に該当するため、この判定用偏差│ΔＰ│は、図１１の区間Ｄの距離に対応する。

この判定用偏差│ΔＰ│が閾値Ｃ１を超える場合には、選択的能動部１３０は段階的移動部１１０を選択的に能動化し、分割移動モードに入る。

●ステップＳＴ４
分割移動モードに相当するステップＳＴ４では、目標位置Ｐnと現在位置Ｐとのいずれが大きいかを判定する。これは、目標位置Ｐnと現在位置Ｐとの差ΔＰの正負符号を判定することと等価である。

現在位置Ｐiが目標位置Ｐnよりも小さい場合には、現在位置Ｐは目標位置Ｐnよりも手前にあることになるが、そのときには、目標位置Ｐnから所定の距離Ｃ２だけ小さな変位を持つ位置、すなわち目標位置Ｐnよりも少し手前の位置Ｐf2（図１２）を移動指令値とする。現在位置Ｐが目標位置Ｐnよりも大きい場合には、現在位置Ｐは目標位置Ｐnよりも遠い側に存在することになるが、そのときには、目標位置Ｐnから所定の距離Ｃ２だけ大きな変位変数を持つ位置、すなわち目標位置Ｐnよりも少し先の位置Ｐr2を移動指令値とする。

したがって、図１２から理解できるように、目標位置Ｐnからの距離が閾値距離Ｃ１よりも大きい領域Ｗf、Ｗrのいずれかに現在位置Ｐiが存在しているときには、目標位置Ｐnをそのまま移動指令値とせず、目標位置Ｐnから距離Ｃ２だけ離れた位置Ｐf2，Ｐr2を中間位置として設定し、その中間位置を当面の指令位置とすることになる。

２つの閾値Ｃ１，Ｃ２は同じ値でもよく、互いに異なる値でもよい。ただし、後者の場合にはＣ１＞Ｃ２とする。これによって、目標位置Ｐnから見たときに、中間位置Ｐf2，Ｐr2が現在位置Ｐよりも遠くに設定されてしまうという事態を防止する。好ましくは、Ｃ１：Ｃ２の比を、１〜３：１の範囲の中から選択する。このようにして決定された指令位置はそれに対応する抵抗値で表現されて、比較部１０３（図８（ａ））に出力され、その指令位置に移動するサーボ制御が行われる。サーボ制御での指令位置および現在位置はＳＭＡ３の抵抗値（さらに正確にはＳＭＡ３の両端電圧値）で表現されるが、以下では「指令位置」や「現在位置」のように「位置」として説明する。

●ステップＳＴ５：
指令位置への移動制御が完了すると、段階的移動部１１０に含まれる静定期間設定部１１１にあらかじめ設定されていた期間だけ駆動を停止し、ＳＭＡ３を静定させる。この静定期間設定部１１１に設定される静定期間は可変である。

ここまでのステップによる具体的動作例を、図９を参照して説明すると以下のようになる。

すなわち、始点位置Ｐ0と目標位置Ｐnとの差が閾値Ｃ１を超える場合には、ステップＳＳＴ４によって、時刻ｔ0での始点位置Ｐ0を持つ始点Ｓ0から第１段階のステップ駆動として、目標位置Ｐnに至る手前の位置Ｐ1（Ｐ0＜＜Ｐ1＜Ｐn：図１１（ａ））に相当する抵抗値Ｒ1を、指令位置Ｐ1の代理指標として与える。

この第１段階のステップ駆動によって、最初の指令位置Ｐ1に向かっての移動制御が行われるが、この第１段階のステップ駆動では比較的大きな移動幅Ｄaを持つため、オーバーシュートが発生し、それから不完全に戻って静定した時刻ｔ2での位置Ｐ2は、当初の指令位置Ｐ1よりも始点位置Ｐ0に近い位置となる（Ｐ2＜Ｐ1）。

図９（ｂ）のヒステリシス曲線上で見ると、指令位置Ｐ1に相当する点Ｓ1をいったん超えた後にヒステリシス曲線の放熱側の経路（枝）に移って静定する。抵抗値ではＲ1＜Ｒ2の関係にある。

●ステップＳＴ６〜ＳＴ８：
上記静定期間の経過した時点で、目標位置Ｐnが次の指示位置として設定されて、レンズユニット１の移動を再開する。また、その移動の終端で静定時間だけ経過させる。

このときの移動幅Ｄbは小さいため、オーバーシュートは発生しないか、発生してもわずかである。このため、ＳＭＡ３は目標位置Ｐnまたはその近傍に、高精度で到達して停止する。

図９（ｂ）上で見ると、ヒステリシス曲線の放熱側の経路にあった状態点は、この過程においては再び加熱側の経路に戻り、時刻ｔnに、目標位置Ｐnに対応する状態点Ｓnに到達する。次の目標位置が与えられるまで、この状態点Ｓnに留まるべく、ＳＭＡ３の温度を維持するサーボ制御が行われる。

●ステップＳＴ３からステップＳＴ６への迂回：
一方、ステップＳＴ３において、現在位置Ｐと目標位置Ｐnとの差の絶対値である判定用偏差│ΔＰ│が閾値Ｃ１を超えていないと判断されたときには、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ５は迂回されて、直接にステップＳＴ６に入る。したがって、このときには、中間位置Ｐ1をいったん指令位置とする中間移動段階を経ることなく、ただちに目標位置Ｐnが指令位置とされて移動制御が実行される。

これは、始点位置Ｐ0が目標位置Ｐnに近い場合には、目標位置Ｐnを直接に指令位置としてもオーバーシュートは発生しないかあるいは発生してもごく小さなオーバーシュートであって、最終的な位置決め精度にほとんど影響しないという事実に基づく。

そして、ステップＳＴ３からステップＳＴ６へのこのような迂回は、図８（ｂ）の選択敵能動化部１３０が単一段階移動指令部１４０を選択的に能動化して、単一段階のみで目標位置Ｐnに移動させる制御を行わせることに相当する。

なお、目標状態点Ｓnに到達した以降は、目標位置Ｐnを維持するために、絶えずサーボ制御により駆動が行われることになる。

図９で示したように、始点位置Ｐ0から目標位置Ｐnまで複数段階に分けて段階的に移動させることで、ヒステリシスの影響を低減し正確な位置制御を実現することが可能となる。

以上の制御シーケンスでは、定数（固定あるいは可変の定数）としての閾値Ｃ１、Ｃ２といった設定値を用いた簡単な演算であるので、制御は複雑化せず、個々の製品ごとに補正テーブルを持たせる必要もない。このため、比較的小規模のデジタルロジック回路でも実現可能である。また、機構的に特別な要素の付加も必要としないので、システムの複雑化やコストアップ抑制しつつ、正確な位置制御を実現することができる。

＜３．変形例＞
始点位置Ｐ0から目標位置までの分割数が３以上の場合には、図９のステップＳＴ３〜ＳＴ５に相当する部分を多段階に組み合わせることによって、複数段階の移動制御が実現できる。

たとえば３分割の場合には、
Ｃ１＞（または＝）Ｃ２＞Ｃ３＞（または＝）Ｃ４＞０，
の関係にある定数Ｃ１〜Ｃ４を定めておき、定数Ｃ１、Ｃ２を用いたステップＳＴ３〜ＳＴ５のルーチンの後に、定数Ｃ３、Ｃ４を定数Ｃ１、Ｃ２の代わりにそれぞれ用いた同様のルーチンを設けることにより、図１１（ｂ）中の点線のような移動制御を実現する。この図１１（ｂ）において、位置Ｐ1〜Ｐ4はそれぞれ、目標位置Ｐnから定数Ｃ１〜Ｃ４に相当する距離だけ離れた位置であり、３つの分割区間のそれぞれについて、分割幅Ｄa〜Ｄcに対応する指令位置が、始点位置Ｐ0に近い側から順に設定される。分割区間数が４以上の場合も同様である。

この発明のＳＭＡアクチュエータ制御装置は、種々の駆動ユニットに利用できるが、特に、レンズ、ミラーなどの光学部品の駆動ユニットでＳＭＡを用いる場合に特に好適である。

１ レンズユニット
２ レバー部材
２ａ 変位入力部
２ｂ 変位出力部
３ 形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ
４ ベース部材
８ａ レバー支持部
１０ 撮像レンズ
１０１ 上位制御部
１００ レンズ駆動ユニット
１０２ 抵抗値検出部
１０３ 比較部
１０４ 指令値分割制御部
１０５ 通電制御演算部
１０６ トランジスタ
ＣＴ ＳＭＡアクチュエータ制御装置
Ｐ0 始点位置
Ｐ1，Ｐ3 分割位置
Ｐn 目標位置
Ｒn 目標抵抗値
Ｄa〜Ｄc 分割区間

Claims (7)

1. 形状記憶合金の温度変化による形状復元力を利用して対象物の移動を行う可動機構を備えたアクチュエータの制御装置であって、
   前記可動機構の指令位置に応じた通電を前記形状記憶合金に対して行うとともに、前記形状記憶合金の抵抗値に対応した検出値を用いてサーボ制御を行うサーボ制御手段と、
   前記可動機構の移動の始点位置と目標位置との間に少なくとも１つの中間位置を付加することによって、前記目標位置と前記少なくとも１つの中間位置とを含んだ複数の指令位置を設定し、前記始点位置に近い側から順に前記複数の指令位置を前記サーボ制御手段に順次に与えて、前記可動機構を前記始点位置から前記目標位置まで複数段階に分けて段階的に移動させる段階的移動手段と、
   を備えることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
2. 請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
   前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、前記目標位置を終点とする最終分割区間が、前記複数の分割区間のうちで最も短い幅を持つことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
3. 請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
   前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、少なくとも１つの分割区間の幅を、前記始点位置と前記目標位置との差に応じて可変に設定する分割区間幅可変設定手段、
   をさらに備えることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
4. 請求項１または請求項３に記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
   前記始点位置と前記目標位置との間を前記少なくとも１つの中間位置によって分割して形成される複数の分割区間のうち、前記目標位置を終点とする最終分割区間の幅が、前記始点位置と前記目標位置との距離差に拘わらず、固定値として設定されることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
   前記始点位置からの移動先の最初の指令位置として前記目標位置を設定することにより、前記始点位置から前記目標位置までの前記可動機構の移動を１段階で行わせる単一段階移動手段と、
   前記始点位置と前記目標位置との差が所定の閾値を超える場合には前記段階的移動手段を選択的に能動化し、前記差が前記閾値以下の場合には前記単一段階移動手段を選択的に能動化する選択的能動化手段と、
   をさらに備えることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
   前記段階的移動手段が、
   ひとつの指令位置までの前記可動機構の移動制御が行われた後、所定の静定期間を経てから次の指令位置への前記可動機構の移動を開始させる静定期間設定手段、
   を備えることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
7. 形状記憶合金の温度変化による形状復元力を利用して所定の光学部品の駆動を行うアクチュエータと、
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ制御装置と、
   を備えることを特徴とする光学部品駆動ユニット。

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