JP2019510451A - 圧電負荷の充電を制御する電子回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧電負荷（１９０）の充電を制御するための電子回路（１００）に関する。この電子回路は、充電制御信号（１３１）に応じて圧電負荷に充電電流を供給するように構成されるチャージポンプ（１１１）と、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を得るように構成される測定回路（１１３）と、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するように構成される比較回路（１１４）と、を備える。制御信号が比較に応じて充電電流の供給を制御するよう、電子回路が、比較に応じて充電制御信号を決定するように構成される。電子回路はさらに、調整可能な基準電圧を目標電圧（ＶＴ）に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、容量性負荷、特に圧電負荷および変形可能レンズのためのアクチュエータとして配置される圧電負荷の充電を制御する電子回路に関する。

圧電負荷、例えば、圧電素子は、通常、チャージポンプまたは電流増幅器によって電力が供給される。通常、圧電負荷、および容量性負荷の充電の制御には、いくつかの課題がある。それらの課題１つは、圧電負荷の伸長または収縮を制御するために、圧電負荷を制御することに関する。

圧電負荷が変形可能レンズを作動させるために使用されるアプリケーション（例えば、撮像目的で使用されるレンズ）では、圧電負荷の伸長や収縮の制御は重要である。高画質を得るために、例えば、画像の鮮明さを向上させるためには、所望の光学パワーを得るためにレンズを予測可能に変形しなければならない。

したがって、圧電負荷、例えば、変形可能レンズを作動させるための圧電負荷の制御を改善することが必要である。

経年劣化による圧電負荷の状態（健康状態、圧電特性の変化）に関する情報を得る必要もある。

目的は、概して、圧電負荷の制御を改善することである。

本発明のさらなる目的は、変形可能レンズを作動させるために使用される圧電負荷の制御を改善することである。

本発明の目的は、圧電素子の状態を特徴づけ、省電力化などの他の利点をもたらし、圧電アクチュエータの感度などの短期的な圧電特性を印加電圧の関数として予測する方法を提供することである。

本発明の第１の態様では、圧電負荷の充電を制御する電子回路が提供される。この電子回路は、充電制御信号に応じて充電電流を圧電負荷に供給するように構成されるチャージポンプを備える。この回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を得るように構成される測定回路と、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するように構成される比較回路とをさらに備える。制御信号が比較に応じて充電電流の供給を制御するよう、電子回路が、比較に応じて充電制御信号を決定するように構成される。この電子回路はさらに、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、この調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するように構成される。

充電電流の大きさは、回路の耐用期間中に一定のままであるポンプコンデンサ、およびその他の物理的パラメータの大きさに対応する。したがって、出力電圧／出力電流の容量は、任意の所与の回路の耐用期間にわたって繰り返し使用可能である。この制御回路は、例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号のクロック周波数（１／ｔｓ）を調整することによって、ポンプからの充電電流の大きさを制御することもできる。

この電子回路の目的は、目標電圧と下限電圧との間のプログラム可能な電圧範囲で負荷電圧を変動可能にすることである。この期間中、チャージポンプおよび電子回路から放出されるノイズが最小限に抑えられるよう、チャージポンプはスイッチオフされる。同時に、測定回路などの回路のその他の部分も一時的にスイッチオフすることによって、電子回路によって消費される電流をさらに抑えることができ、回路に電力を供給するバッテリの耐用期間を延ばすことができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも大きい場合、制御信号によりチャージポンプを制御して、充電電流を供給するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成するように構成される。

一実施形態によれば、この電子回路電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合、すなわち負荷電圧が目標電圧に達した場合に、制御信号によってチャージポンプが制御されて充電電流の供給を停止するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成する。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定するように構成される。

したがって、この電子回路は、１）基準電圧（例えば、下限電圧）が負荷電圧よりも低い場合、すなわち負荷電圧が基準電圧に達した場合、制御信号によってチャージポンプを制御して、充電電流の供給を停止するよう（あるいは、充電電流が供給されない状態を維持するよう）、充電制御信号を生成する動作と、２）負荷電圧が下限電圧に達したとき、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、この基準電圧（例えば、目標電圧）が負荷電圧より大きい限り、制御信号によって、チャージポンプを制御して、充電電流を再び供給する動作と、を交互に行うように構成され得る。

これにより、圧電負荷の負荷電圧が自動的に調整されて、圧電負荷が限度内の所望の伸びを保つように制御される。したがって、圧電負荷によって作動する変形可能レンズが、光学パワーが所定の最大値および最小値内に留まるよう制御され得る。

一実施形態によれば、この電子回路は、離散的な時点、またはサンプリング時点で負荷電圧を得るように構成される。有利なことに、離散的な時点で負荷電圧を得ることによって、圧電負荷の放電を抑えられる。これらのサンプリング時点間では、この回路を低電力モードにして（回路の一部をオフに切り替えることにより、あるいはシステムクロック周波数を低くすることにより）、電力消費およびノイズ放出をさらに低減することができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が第１の電圧を有する第１の時点と、負荷電圧が第２の電圧を有する第２の時点との間の充電時間や放電時間を決定するように構成されるカウンタ回路をさらに備える。

関連の実施形態によれば、第１の時点とは、チャージポンプが充電を開始し、第１の電圧が初期負荷電圧である時点である。

充電電流が分かり、充電時間をカウンタ回路によって決定することができるため、（例えば、圧電負荷の状態を特徴づける目的で）充電中の圧電負荷の静電容量が決定される。

一実施形態によれば、この電子回路は、制御可能なシンク電流で圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備える。

例えば、この電流シンクは、電圧低減回路（例えば、測定回路に含まれる）でよく、この電圧低減回路が負荷に接続し、端子電圧を負荷電圧まで下げる。

別の実施形態では、この電子回路は、サンプリング時点（ｔｓ）間に測定回路を負荷から絶縁するように構成される。このように、測定回路だけに接続し、関連する電流を各サンプリング時点で即座に引き込むことで、ホールド状態で負荷から引き込まれる電流を最小限に抑えることができる。

好都合にも、放電フェーズの間に圧電負荷を放電する電圧測定回路を使用するため、その他のシンク回路を必要としない。電圧測定回路によって引き出される放電電流と測定デューティサイクルが分かっていると、２つの電圧間の放電時間が決定されると、圧電負荷の静電容量を判定することができる、あるいは、近似値を得ることができる。この測定の分解能は、サンプリング周波数（１／ｔｓ）、負荷電圧の変化率、およびその近似した充電電流または放電電流によって決定する。

一実施形態によれば、第１の時点は、負荷電圧が目標電圧に達した時点であり、第２の時点は、負荷電圧が下限電圧に達した時点であり、圧電負荷のリーク電流と、少なくとも測定回路によって引き出される測定電流とを含むリーク電流によって、圧電負荷は実質的に放電される。

一実施形態では、充電電流とは、電子回路からの充電制御信号に応じて調整可能な充電電流である。このように、充電電流を調整することによって充電中の負荷電圧の変化率を操作することができる。これの利点は、静電容量測定の分解能を上げるか、あるいは、アプリケーション要件に応じて変化率を調整することである。そのような要件は、負荷電圧の所望の変化率でよい、あるいは、多重負荷システムにおける異なる容量性負荷に対応し得る。

同様に、本質的に同じ理由によりシンク電流を調整可能にすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様による電子回路と、圧電負荷とを備える圧電アクチュエータシステムに関する。

本発明の第３の態様は、変形可能レンズユニットに関する。このレンズユニットは、第２の態様による圧電アクチュエータシステムと、圧電負荷によって変形するように配置される変形可能レンズとを備える。この圧電アクチュエータシステムは、異なる光学パワーを実現するようレンズを変形させるように構成される。

この変形可能レンズユニットに関する実施形態では、電子回路は、制御パラメータに応じて目標電圧、および／または下限電圧を設定するように構成される。

したがって、目標電圧または下限電圧を設定するために使用される基準電圧は、その他のパラメータ（例えば、レンズユニットを含むカメラの設定に関するパラメータ）に依存して設定されてもよい。

本発明の第４の態様は、圧電負荷の充電を制御する方法に関する。この方法には、充電制御信号に対応して圧電負荷に充電電流を供給するステップが含まれる。この方法には、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を取得するステップと、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するステップと、がさらに含まれる。最後に、この方法には、比較に対応して、制御信号により充電電流の供給を制御するよう、比較に対応して、充電制御信号を決定するステップと、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するステップと、が含まれる。

複数の負荷の充電を制御するために適合される、方法の一実施形態によると、この方法には、第２充電制御信号（１３５）に応じて、第２充電電流を第２圧電負荷に供給するステップと、第２の圧電負荷の第２の負荷端子における端子電圧に対応する第２の負荷電圧を取得するステップと、がさらに含まれる。次いで、第２の調整可能な基準電圧を第２の負荷電圧と比較するステップと、比較に応じて第２の制御信号により、第２の充電電流の供給を制御するよう、比較に応じて第２の充電制御信号を決定するステップと、が含まれる。最後に、第２の調整可能な基準電圧を第２の目標電圧（ＶＴ）に設定し、第２の負荷電圧が第２の目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を第２の目標電圧より低い第２の下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するステップが含まれる。

下記の図面を参照して、本発明の実施形態を、単に例として説明する。

圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第１の実施形態を示す図である。 充電フェーズおよび放電フェーズにおける負荷電圧の変化を示す図である。 変形可能レンズユニットを示す図である。 充電フェーズ中に静電容量を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷のリーク電流を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第２の実施形態を示す図である。 複数の圧電負荷の充電を制御するための第３の電子回路を示す図である。

図１には、圧電負荷１９０（例えば、圧電ベースのアクチュエータ）の充電を制御する電子回路１００が示される。この電子回路は、圧電ドライバ１００とも呼ばれる。

この電子回路は、充電制御信号１３１に応じて圧電負荷１９０に充電電流を供給するように構成されるチャージポンプ１１１を備える。チャージポンプは、電子回路、例えば、入力電圧に応じて制御可能な電流を生成することができる電圧−電流増幅器である。したがって、このチャージポンプは、圧電負荷または他の容量性負荷を充電するための一定の電流を生成することが可能であり得る。充電電流の大きさは、例えば、チャージポンプのクロック周波数を調整することによってさらに制御することができる。これにより、カウンタ回路の周波数を変えずに充電傾きを変更することができるので、静電容量測定の分解能を操作することができる。

この電子回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を決定するように構成される電圧測定回路１１３をさらに備える。端子電圧とは、例えば、接地電圧に対する、充電電流を受け取るように構成される電気接続の電圧である。

測定回路１１３は、抵抗回路１１３ａ、例えば、端子電圧（すなわち、負荷電圧）に対応するダウンスケールされた電圧を供給する抵抗分圧器として構成され得る。

この測定回路１１３はまた、アナログ−デジタル変換器、すなわち端子電圧すなわちダウンスケールされた端子電圧をデジタル値に変換することが可能なＡＤ変換器によって具体化される、あるいは、そういったアナログ−デジタル変換器を含むことができる。この測定回路１１３はまた、容量性電圧測定回路として構成することもできる。

この電子回路は、調整可能な基準電圧１３２を負荷電圧と比較するように構成される比較回路１１４をさらに備え、比較器のどの入力部が最も高い電圧を有するのかを示す制御ユニットに２進信号（１３３）を送信する。

この電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、比較に応じて充電制御信号１３１を決定するように構成され、この充電制御信号１３１により比較に応じて（すなわち、比較回路１１４からの出力１３３に応じて）、充電電流の供給を制御するようにする。チャージポンプは、調整可能な基準電圧１３２と負荷電圧との比較に応じて、充電電流の供給を開始、停止、または継続するように制御され得る。例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号の入力周波数またはクロック周波数などの制御ユニット内のホスト制御パラメータによって、ポンプの充電電流の大きさを調整することができる。

この電子回路１００は、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧がこの目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され、この下限電圧は目標電圧よりも低い。例えば、この電子回路１００は、例えば、制御ロジック１２１からの基準信号１３４に基づいて、調整可能な基準電圧１３２を生成し、調整することができる電圧基準コントローラ１１５を用いて構成され得る。いくつかの実施形態では、電圧基準コントローラ１１５は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）として実装され得、その他の実施形態では、電圧基準コントローラは、積分器の前のパルス幅変調器にとして実装され得る。また、調整可能な基準電圧１３２は、基準コントローラ１１５を使用せずに制御ロジック１２１によっても決定され得る。

したがって、基準電圧と負荷電圧との比較に応じて負荷１９０が、チャージポンプによって、充電されたり充電されなかったりするよう、充電制御信号１３１を決定することによって、電子回路１００は圧電負荷の充電を制御することができる。

この電子回路は、負荷スイッチ１１２をさらに含み得、この負荷スイッチ１１２が、圧電負荷１９０、チャージポンプ１１１の出力、および測定回路１１３に接続される。したがって、この負荷スイッチは制御可能となり（例えば、スイッチ信号１３５を介して）、これにより、負荷１９０をチャージポンプ１１１の出力および電圧測定回路１１３に接続したり、接続を切断したりすることができる。

調整可能な基準電圧１３２、基準信号１３４、スイッチ信号１３５、および／または充電制御信号１３１は、例えば、制御インターフェース１２３を介して制御ロジック１３２に供給される駆動パラメータに応じて制御ロジック１３２によって決定され得る。

この電子回路１００は、充電制御信号１３１を生成するよう構成され得、これにより、基準電圧１３２が負荷電圧よりも大きい場合、チャージポンプがこの制御信号により制御されて充電電流を供給するようにする。したがって、負荷電圧が基準電圧（例えば、圧電負荷の所望の目標電圧）に達していない限り、負荷１９０の充電が継続される。

この電子回路１００は、比較に応じて充電制御信号を生成するように構成され得、これにより、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合チャージポンプが、制御信号により制御されて、充電電流の供給を停止するようにする。したがって、負荷電圧が下限電圧まで低下しない限り、圧電負荷に電流は供給されない。充電が停止されるフェーズでは、電子回路１００の１つ以上の電子構成要素（例えば、電圧測定回路１１３）は、電子雑音を抑えるためにスイッチをオフにすることができる。このフェーズを低騒音フェーズまたは放電フェーズと呼ぶこともできる。

図２には、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２の間に、負荷電圧Ｖｌｏａｄの変化を示すことによって電子回路１００の機能が示されている。圧電負荷１９０は、最初、Ｖ０（例えば、０ボルト）から目標電圧ＶＴまで充電される。したがって、Ｖ０からＶＴへの最初の充電の間、調整可能な基準電圧はＶＴに設定される。負荷電圧が目標電圧ＶＴに到達した後、調整可能な基準電圧が低電圧限界Ｖｌｏｗに設定され、例えば、チャージポンプ１１１をオフに切り替えることにより、負荷１９０の充電が停止される。電圧測定回路１１３によって測定される負荷電圧がＶｌｏｗより大きい限り、放電フェーズは維持される。負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗに達すると、調整可能な基準電圧が目標電圧に設定され、新しいリフレッシュ充電フェーズ２０１が開始される。充電フェーズ２００またはリフレッシュ充電フェーズ２０１の後、回路は維持フェーズ２０２に入り得る。維持フェーズの間、この目的は負荷１９０上の電荷を保存することである。したがって、このスイッチ１１２を開いて、負荷を絶縁し、間隔を置いて閉めて、負荷の電圧を測定してリフレッシュ充電フェーズ２０１を開始する必要があるかどうかを判定する。デューティサイクルが低い場合、維持フェーズの長さを利用して負荷のリーク電流の近似値を得ることができる。スイッチ１１２のおおよそのリーク電流と、測定回路１１３によって引き出されるデューティサイクル補正される電流とを合計することによって有効測定電流を計算する。このデューティサイクルは、スイッチ１１２が閉じられる時間として計算され得、この時間を利用してサンプルサイクル時間ＴＳのパーセンテージとして電圧測定を実行することができる。測定時間は、１００ｎｓ〜１０ｕｓの範囲内でよく、サンプリングサイクル時間ＴＳは、ホールド時間２０２の間の、０．１ｍｓ〜１０ｍｓの範囲内でよい。測定回路によって引き出される電流は、約１ｕＡ〜１ｍＡｕＡでよい。測定電流と測定デューティサイクルを調整することにより、デューティサイクルに関して補正される非常に広範囲の有効測定電流を得ることができる。

例えば、負荷電圧が目標電圧に達すると、比較器１１４の出力電圧１３３がハイレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が下限電圧に設定される。負荷電圧が下限電圧まで低下すると、比較器１１４の出力電圧１３３はローレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が目標電圧に設定される。同時に、論理回路１２１は、充電制御信号１３１を生成することができ、この信号によりチャージポンプ１１１をスイッチオンさせることができる。

したがって、この電子回路（例えば、制御ロジック１２１）は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され得る。

電子回路は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を、連続的にまたは離散的な時点で実行するように構成され得る。例えば、図２に示すように、離散的な時点ｔｓで比較を行うこともできる。離散的な時点ｔｓは、一定の時間Ｔｓの間隔で時間的に分離されもよい、あるいは、分離は非一定の間隔であってもよい、例えば、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２に応じて調整可能でもよい。離散的な時点での比較には、維持フェーズの同じ離散的な時点で、あるいは、ほぼ同じ離散的な時点で、負荷電圧をサンプリングすることが含まれ得る。サンプルレートは、好ましくは、負荷から抽出される電流、または負荷に供給される電流の期待値に応じて変化し得る。

離散的な時点とは、比較、および／または、サンプリングが別個の分離した時点で行われることを意味する。すなわち、比較は所与の測定周波数を用いて間欠的に行われる。この測定頻度は、制御インターフェース１２３を介して設定可能である。

図１を参照すると、離散的な時点での調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較は、電子回路１００の構成に応じて、スイッチ１１２を制御して、負荷１９０を測定回路１１３に接続することにより、随意的には、負荷１９０をチャージポンプ１１１に接続することにより間欠的に行われる。例えば、スイッチ１２２は、時点ｔｓにおいて、負荷１９０と測定回路１１３との接続を確立するよう、随意的には、負荷１９０とチャージポンプ１１１との接続を確立するように制御される。この接続は、時点ｔｓごとに、所与の時間、例えば、２００ｎｓ〜５μｓの範囲、さらには４００ｎｓ〜２μｓの範囲のような１００ｎｓ〜１０μｓの範囲の、例えば、数ナノ秒〜数マイクロ秒の範囲の時間だけ維持されることは理解されよう。

したがって、離散的な時点で調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を行うために、この電子回路は、例えば、スイッチ１１２を作動させることによって、離散的な時点で負荷電圧を得るように構成され得る。

あるいは、負荷電圧は、連続的にまたは所与のサンプリングレートで測定され得、この電子回路１００は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較が離散的な時点で実行されるよう構成され得る。

スイッチ１１２が閉じられるたびに、すなわち、負荷電圧がサンプリングされ、調整可能な基準電圧１３２と比較されるたびに、少量の電荷だけ圧電負荷が放電されるため、少なくとも放電フェーズ２０２の間は、スイッチ１１２が閉じられる時間、すなわち比較が行われる時間は可能な限り短いことが望ましい。

したがって、この電子回路は、圧電負荷１９０の負荷端子を電圧測定回路１１２（例えば、所与の測定周波数を有する）に断続的に接続するよう制御可能なスイッチ１１２を備えることができる。このスイッチは、機械スイッチでも電子スイッチでもよい。

電子回路１００は、この電子回路１００に加えて、圧電負荷１９０またはその他の容量性負荷も含む異なる圧電アクチュエータシステムで使用することも可能である。したがって、電子回路１００は、容量性負荷またはアクチュエータを駆動するのに適した回路と見なすことができ、容量性負荷は様々な作動目的に使用することができる。この電子回路は、例えば、１つのスイッチ１１２を各負荷に順番に接続することにより、複数の負荷を駆動するために使用することさえできる。

この電子回路は、図３に示される変形可能レンズユニット３００で使用される圧電アクチュエータシステムに特に有用であり得る。

図３には、変形可能レンズユニット３００が示され、この変形可能レンズユニット３００は、
電子回路１００および圧電負荷１９０を含む圧電アクチュエータシステム３０１と、
圧電負荷１９０によって変形されるよう配置された変形可能レンズ３０２と、を含み、
この圧電アクチュエータシステム３０１が、レンズを変形させて異なる光学パワーを実現するように構成される。

この変形可能レンズユニット３００は、ＣＣＤチップまたは同様のデジタル画像記録チップをさらに備えるマイクロユニットでもよい。この変形可能レンズ３０２は、圧電負荷１９０の充電が変化すると、レンズが変形して異なる光学パワーを実現するよう、圧電負荷１９０と接続される（点線で示されている）、ポリマーレンズまたはガラスレンズでよい。圧電素子によって作動される変形可能レンズの一例が、国際特許第２００８１００１５４号明細書に開示されている。

図１には、電子回路１００がタイマまたはカウンタ回路１２２を備えることができることが示される。図２に示されるように、このカウンタ１２２は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａを有する第１の時点ｔａと、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂを有する第２の時点ｔｂとの間の充電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴを決定するように構成される。このタイマの計数周波数は、事象が最大の実際の時間の分解能で捕捉されるよう、比較回路の最大帯域幅と一致するよう設定され得る。典型的な計数周波数ｃは、例えば、負荷の静電容量に応じて、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内、例えば、３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚの範囲内とすることができる。

例えば、この論理回路１２１は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａに対応することを示す変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマをスタートさせ、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂに対応することを示す別の変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマを停止させるよう構成され得る。負荷電圧が調整可能な基準電圧と等しい場合、比較器１１４が出力１３３の変化を生成するよう、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂを調整可能な基準電圧として設定することができる。第１の時点と第２の時点との間の差ΔＴは、充放電フェーズ２０１，２０２の間の圧電負荷１９０の静電容量を決定するために使用され得る。

一般に、静電容量は、次の式によって決定され得る。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶａとＶｂとの間の圧電素子の平均の静電容量である。Ｉは既知または推定された充電電流または放電電流である。

図４には、充電フェーズ中の静電容量を決定するための例が示される。なお、第１の時点ｔａは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を開始し、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧Ｖ０である時点である。なお、初期電圧Ｖ０は、完全に放電された圧電素子に対応するゼロ電圧とすることができる。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが下限電圧Ｖｌｏｗから充電電流Ｉｐで充電を開始する時点（すなわち、Ｖｌｏｗが第１の電圧Ｖａを表す時点）であってもよい。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが中間電圧から充電電流Ｉｐで充電を開始する、あるいは継続する時点であってもよい。

第２の時点ｔｂは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を停止する、あるいは継続する時点であり、この第２の電圧Ｖｂが、最終負荷電圧（例えば、目標電圧ＶＴ）、あるいはその他の中間電圧である。

図４には、充電フェーズ中の離散測定時間ｔｓが示される。

充電フェーズ中の静電容量は、次の式を用いて算出することができる。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｐ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
第１の時点ｔａは、圧電負荷１９０が所定のシンク電流Ｉｓで放電される時点であり、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧（例えば、ＶＴ）または他の中間電圧であるである場合、放電フェーズ中に静電容量Ｃ（ｖ）も同様に算出することができる。シンク電流は、電流シンクにより、例えば、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして、測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによって供給され得る。また、シンク電流は、他の回路（例えば、専用の放電抵抗）によっても供給され得る。

したがって、この電子回路１００は、シンク電流Ｉｓで圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備えることができる。例えば、一実施形態では、この電流シンクは、電圧測定回路１１３に含まれる（すなわち、電圧測定回路１１３を構成する）電圧低減回路または抵抗回路でよく、この抵抗回路または電圧低減回路が、端子電圧を負荷電圧に低下させるために負荷１９０に接続する。

放電フェーズ２０２の間の静電容量は、下記の式を用いて算出される。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
静電容量は、周期的に測定することができる。例えば、圧電負荷１９０の初期充電中、圧電１９０を所定の回数使用した後、あるいは膨張サイクルの後に測定することができる。

この例では、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによってシンク電流が供給される場合、チャージポンプ１１１の出力抵抗は高い。実際には、測定回路１１３を通る放電電流は、負荷リーク電流、すなわち圧電負荷１９０を通る放電電流よりもはるかに大きい。したがって、スイッチ１１２が閉じているとき、負荷１９０から流れる電流ＩｌｏａｄはＩｌｏａｄ＝Ｉｌｋｇ＋ＶＲ／Ｒである。なお、Ｉｌｋｇは負荷リーク電流であり、ＶＲは抵抗測定回路１１３の両端の電圧である。ここで、測定回路の抵抗はＲ、すなわち、この抵抗を通って負荷１９０が放電される全抵抗であると仮定する。負荷リーク耐性は測定回路の抵抗Ｒよりもはるかに高いため、おおよそＩｌｏａｄ＝ＶＲ／Ｒとなる。アッテネータ抵抗Ｒは既知であるので、選択される降下電圧ΔＶ（図５参照）および放電時間ΔＴを使用して、次式により、負荷静電容量Ｃ（ｖ）の近似値を得ることができる。

Ｃ（ｖ）＝ΔＴ＊（（ＶＴ−ΔＶ／２）／Ｒ）／ΔＶ
なお、Ｃ（ｖ）は、電圧ＶａとＶｂとの間の平均負荷静電容量であり、例えば、ＶＴとＶｌｏｗとの間にあり、ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｂである。

制御ロジック１２１は、静電容量対電圧曲線（ＣＶ曲線）を決定するために、異なる電圧で、充電フェーズ中または放電フェーズ中の静電容量Ｃ（ｖ）を決定するように構成され得る。所与の静電容量測定のための電圧は、第１の電圧と第２の電圧の平均（Ｖｂ−Ｖａ）／２として与えられ得、カウンタ１２２は、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂの間の期間ΔＴを決定するために用いられる。

圧電負荷の電圧の関数としての静電容量は、経時的に変化し得る。同様に、圧電負荷のその他の性能関連特性も、経時的に変化し得る。したがって、ＣＶ曲線の変化は、このようなその他の性能関連特性の変化を示し得る。

図５には、第１の時点ｔａが、負荷電圧が目標電圧ＶＴ（第１の電圧）に達した時点であり、第２の時点ｔｂが、負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗ（第２の電圧）に達した時点である例が示されている。なお、圧電負荷は、圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅと少なくとも測定回路１１３によって引き出される測定電流Ｉｍとを含むリーク電流Ｉｌｋｇ（すなわち、Ｉｌｋｇ＝Ｉｔｒｕｅ＋Ｉｍ）によって実質的に放電されている。

リーク電流Ｉｌｋｇは次の式により得ることができる。

Ｉｌｋｇ＝（Ｃ（ｖ）×ΔＶ）／ΔＴ
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶＴとＶｌｏｗとの間の負荷１９０の平均静電容量であり、例えば、Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）によって決定され、ΔＶはΔＶ＝ＶＴ−Ｖｌｏｗで与えられる許容垂下電圧である。測定回路によって引き出された電流Ｉｍが既知であれば、本当のリーク電流は、下記の式で表される。

Ｉｔｒｕｅ＝Ｉｌｋｇ−Ｉｍ
測定点ｔｓでの負荷電圧、および各測定ｔｓの持続時間ｔｓが分かっているため、放電期間２０２中に測定回路１１３によって引き出される電流Ｉｍ（すなわち、平均電流Ｉｍ）を決定することができる。

測定電流Ｉｍを最小にするために、測定回路１１３を介して負荷１９０からわずかな電流しか流出しないように、例えば、時点ｔｓでスイッチ１１２を短時間作動させることにより、負荷電圧を離散的な時点ｔｓで間欠的に得ることができる。

圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅの決定値は、圧電負荷１９０の試験を実行するために使用することができる。例えば、Ｉｔｒｕｅが高い場合（例えば、Ｉｔｒｕｅの履歴の値の平均値よりも大きい場合）、これは圧電負荷に問題があることを示している可能性がある。

電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、受信された制御パラメータに応じて目標電圧（ＶＴ）、下限電圧（Ｖｌｏｗ）または両方を設定するように構成され得る。さらに、電子回路１００は、受信した制御パラメータに応じて、サンプリング周期Ｔｓ、およびサンプリング時間ｔｓを設定するように構成され得る。例えば、制御パラメータは制御インターフェース１２３を介して受信されてもよい。

制御ロジック１２１はまた、例えば、外部処理ユニットによるさらなる処理のために、充電時間または放電時間ΔＴ、リーク電流（ＩｌｋｇまたはＩｔｒｕｅ）の決定測定値を制御インターフェース１２３を介して、送信するよう構成され得る。

変形可能レンズユニット３００内の電子回路１００の特定の使用に関連して、放電フェーズ２０２（すなわち、低ノイズ位相）は、画像チップを使用する画像形成中に使用することができる。したがって、放電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴの一部は、画像チップの露光時間、すなわちチップのピクセルが入射光子によって生成される電荷を蓄積する露光時間として使用され得る。チャージポンプ１１２が非作動（オフまたはスリープモード）であるので、ノイズに敏感な画像センサは画像センサからの電子雑音の影響を受けない。なお、このサンプリング期間Ｔｓは、ノイズをさらに低減するために、すなわち測定回路１１３を通るリーク電流を低減するために、放電期間中に増やしてもよい。

一般に、露光時間は、放電期間ΔＴに実質的に等しくてもよく、露光時間は放電期間ΔＴの一部を構成してもよく、または露光時間は、複数の放電期間ΔＴ、および／または放電期間ΔＴの一部により構成されてもよい。

レンズの光学パワー（すなわち、焦点距離）は、低ノイズ期間中に減少する負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じて変化するため、画像センサ上の画像の画像は変化する（例えば、露光時間中に画像の鮮明度が低下することがある）。理想的には、光学パワーは露光期間中一定でなければならない。一方、変動が画質を著しく低下させない場合には、光学パワーのいくつかの変動が許容可能であり得る。露光期間中の光学パワーの許容可能な変動は、所望の焦点距離（目標電圧ＶＴによって設定される）、照明条件および、例えば、ユーザーの好みに依存し得る。下限電圧Ｖｌｏｗを適切なレベルに設定することにより（例えば、制御インターフェース１２３からの入力を介して）、圧電負荷１９０（すなわち、レンズアクチュエータ）は、光学パワーが光学パワーの許容値よりも低下しないことが保証されるよう制御することができる。

図６には、負荷の差動ドライブのオプションを使用する実施形態が示される。この実施形態は、図１に示される実施形態に関連し、同様の参照番号は、同一または類似の部品または構成要素を指す。したがって、図１の関連する部分が繰り返される。出力スイッチ１１２は、差動ドライブの出力スイッチ１１２ａおよび１１２ｂに置き換えられている。これらのスイッチは、負荷端子をＧＮＤまたはチャージポンプの出力に接続する。このように、ＧＮＤと呼ばれる負の電圧を発生させることなく、負荷１９０の極性を反転させることが可能である。一方の極性が選択されると、「負」の負荷端子はＧＮＤに接続され、他方の「正」の端子は上述のように高インピーダンスか、あるいはチャージポンプ出力１１１または測定／電圧低減回路１１３に接続される。スイッチ１１２ａおよび１１２ｂの役割を逆にすることによって、極性が逆転される。

図７には、１つのドライバが複数の負荷を制御するために使用される実施形態が示される。チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３は、スイッチ１１２_１、１１２_２、…１１２_ｎを介して一連の負荷１９０_１、１９０_２、…１９０_ｎに接続されている任意の時点で、同じ目標電圧を有する１つまたは複数の負荷が、チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３に接続される。その他の負荷はハイインピーダンスになり、各負荷の充電が維持される。制御装置は、負荷ごとに許容される許容電圧変動に応じて、各負荷／一連の負荷を任意の順序で接続する。

一実施形態では、図６に示すように、負荷の１つ以上を差動とすることが可能である。

図面および前述の説明において本発明を詳細に図示し、説明されてきたが、そのような図示および説明は、図示的あるいは例示的であって、限定的であると見なされないものとし、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示されている実施形態に対するその他の変更形態は、図面、開示、および添付の請求項を研究することにより、クレームされた発明を実施しようとする当業者によって理解され得、実現され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数を表す不定冠詞（「ａ」または「ａｎ」）は複数を除外しない。単一のプロセッサまたはその他のユニットが、請求項に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されている単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体や固体媒体のような適切な媒体上で記憶／分配することができるが、インターネットまたは他の有線または無線の電気通信システムなどのその他の形態を介しても分配可能である。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されないものとする。

本発明は、容量性負荷、特に圧電負荷および変形可能レンズのためのアクチュエータとして配置される圧電負荷の充電を制御する電子回路に関する。

圧電負荷、例えば、圧電素子は、通常、チャージポンプまたは電流増幅器によって電力が供給される（米国特許公開公報２００７／１０９０６４号）。通常、圧電負荷、および容量性負荷の充電の制御には、いくつかの課題がある。それらの課題１つは、圧電負荷の伸長または収縮を制御するために、圧電負荷を制御することに関する。

圧電負荷が変形可能レンズを作動させるために使用されるアプリケーション（例えば、撮像目的で使用されるレンズ）では、圧電負荷の伸長や収縮の制御は重要である（国際公開公報２００８／１００１５４号）。高画質を得るために、例えば、画像の鮮明さを向上させるためには、所望の光学パワーを得るためにレンズを予測可能に変形しなければならない。

米国特許公開公報２０１２／０２１２０９９号には、圧電素子を駆動するための装置が記載されている。このデバイスは、他の電気的に高感度な回路を阻害することのある相対的に大きな消費電力や、継続的な電子ノイズという欠点を有している。
したがって、圧電負荷、例えば、変形可能レンズを作動させるための圧電負荷の制御を改善することが必要である。

経年劣化による圧電負荷の状態（健康状態、圧電特性の変化）に関する情報を得る必要もある。

米国特許公開公報２００７／１０９０６４号 国際公開公報２００８／１００１５４号 米国特許公開公報２０１２／０２１２０９９号

目的は、概して、圧電負荷の制御を改善することである。

本発明のさらなる目的は、変形可能レンズを作動させるために使用される圧電負荷の制御を改善することである。

本発明の目的は、圧電素子の状態を特徴づけ、省電力化などの他の利点をもたらし、圧電アクチュエータの感度などの短期的な圧電特性を印加電圧の関数として予測する方法を提供することである。

本発明の第１の態様では、圧電負荷の充電を制御する電子回路が提供される。この電子回路は、充電制御信号に応じて充電電流を圧電負荷に供給するように構成されるチャージポンプを備える。この回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を得るように構成される測定回路と、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するように構成される比較回路とをさらに備える。制御信号が比較に応じて充電電流の供給を制御するよう、電子回路が、比較に応じて充電制御信号を決定するように構成される。この電子回路はさらに、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、この調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するように構成される。

充電電流の大きさは、回路の耐用期間中に一定のままであるポンプコンデンサ、およびその他の物理的パラメータの大きさに対応する。したがって、出力電圧／出力電流の容量は、任意の所与の回路の耐用期間にわたって繰り返し使用可能である。この制御回路は、例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号のクロック周波数（１／ｔｓ）を調整することによって、ポンプからの充電電流の大きさを制御することもできる。

この電子回路の目的は、目標電圧と下限電圧との間のプログラム可能な電圧範囲で負荷電圧を変動可能にすることである。この期間中、チャージポンプおよび電子回路から放出されるノイズが最小限に抑えられるよう、チャージポンプはスイッチオフされる。同時に、測定回路などの回路のその他の部分も一時的にスイッチオフすることによって、電子回路によって消費される電流をさらに抑えることができ、回路に電力を供給するバッテリの耐用期間を延ばすことができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも大きい場合、制御信号によりチャージポンプを制御して、充電電流を供給するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成するように構成される。

一実施形態によれば、この電子回路電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合、すなわち負荷電圧が目標電圧に達した場合に、制御信号によってチャージポンプが制御されて充電電流の供給を停止するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成する。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定するように構成される。

したがって、この電子回路は、１）基準電圧（例えば、下限電圧）が負荷電圧よりも低い場合、すなわち負荷電圧が基準電圧に達した場合、制御信号によってチャージポンプを制御して、充電電流の供給を停止するよう（あるいは、充電電流が供給されない状態を維持するよう）、充電制御信号を生成する動作と、２）負荷電圧が下限電圧に達したとき、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、この基準電圧（例えば、目標電圧）が負荷電圧より大きい限り、制御信号によって、チャージポンプを制御して、充電電流を再び供給する動作と、を交互に行うように構成され得る。

これにより、圧電負荷の負荷電圧が自動的に調整されて、圧電負荷が限度内の所望の伸びを保つように制御される。したがって、圧電負荷によって作動する変形可能レンズが、光学パワーが所定の最大値および最小値内に留まるよう制御され得る。

一実施形態によれば、この電子回路は、離散的な時点、またはサンプリング時点で負荷電圧を得るように構成される。有利なことに、離散的な時点で負荷電圧を得ることによって、圧電負荷の放電を抑えられる。これらのサンプリング時点間では、この回路を低電力モードにして（回路の一部をオフに切り替えることにより、あるいはシステムクロック周波数を低くすることにより）、電力消費およびノイズ放出をさらに低減することができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が第１の電圧を有する第１の時点と、負荷電圧が第２の電圧を有する第２の時点との間の充電時間や放電時間を決定するように構成されるカウンタ回路をさらに備える。

関連の実施形態によれば、第１の時点とは、チャージポンプが充電を開始し、第１の電圧が初期負荷電圧である時点である。

充電電流が分かり、充電時間をカウンタ回路によって決定することができるため、（例えば、圧電負荷の状態を特徴づける目的で）充電中の圧電負荷の静電容量が決定される。

一実施形態によれば、この電子回路は、制御可能なシンク電流で圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備える。

例えば、この電流シンクは、電圧低減回路（例えば、測定回路に含まれる）でよく、この電圧低減回路が負荷に接続し、端子電圧を負荷電圧まで下げる。

別の実施形態では、この電子回路は、サンプリング時点（ｔｓ）間に測定回路を負荷から絶縁するように構成される。このように、測定回路だけに接続し、関連する電流を各サンプリング時点で即座に引き込むことで、ホールド状態で負荷から引き込まれる電流を最小限に抑えることができる。

好都合にも、放電フェーズの間に圧電負荷を放電する電圧測定回路を使用するため、その他のシンク回路を必要としない。電圧測定回路によって引き出される放電電流と測定デューティサイクルが分かっていると、２つの電圧間の放電時間が決定されると、圧電負荷の静電容量を判定することができる、あるいは、近似値を得ることができる。この測定の分解能は、サンプリング周波数（１／ｔｓ）、負荷電圧の変化率、およびその近似した充電電流または放電電流によって決定する。

一実施形態によれば、第１の時点は、負荷電圧が目標電圧に達した時点であり、第２の時点は、負荷電圧が下限電圧に達した時点であり、圧電負荷のリーク電流と、少なくとも測定回路によって引き出される測定電流とを含むリーク電流によって、圧電負荷は実質的に放電される。

一実施形態では、充電電流とは、電子回路からの充電制御信号に応じて調整可能な充電電流である。このように、充電電流を調整することによって充電中の負荷電圧の変化率を操作することができる。これの利点は、静電容量測定の分解能を上げるか、あるいは、アプリケーション要件に応じて変化率を調整することである。そのような要件は、負荷電圧の所望の変化率でよい、あるいは、多重負荷システムにおける異なる容量性負荷に対応し得る。

同様に、本質的に同じ理由によりシンク電流を調整可能にすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様による電子回路と、圧電負荷とを備える圧電アクチュエータシステムに関する。

本発明の第３の態様は、変形可能レンズユニットに関する。このレンズユニットは、第２の態様による圧電アクチュエータシステムと、圧電負荷によって変形するように配置される変形可能レンズとを備える。この圧電アクチュエータシステムは、異なる光学パワーを実現するようレンズを変形させるように構成される。

この変形可能レンズユニットに関する実施形態では、電子回路は、制御パラメータに応じて目標電圧、および／または下限電圧を設定するように構成される。

したがって、目標電圧または下限電圧を設定するために使用される基準電圧は、その他のパラメータ（例えば、レンズユニットを含むカメラの設定に関するパラメータ）に依存して設定されてもよい。

本発明の第４の態様は、圧電負荷の充電を制御する方法に関する。この方法には、充電制御信号に対応して圧電負荷に充電電流を供給するステップが含まれる。この方法には、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を取得するステップと、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するステップと、がさらに含まれる。最後に、この方法には、比較に対応して、制御信号により充電電流の供給を制御するよう、比較に対応して、充電制御信号を決定するステップと、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するステップと、が含まれる。

複数の負荷の充電を制御するために適合される、方法の一実施形態によると、この方法には、第２充電制御信号（１３５）に応じて、第２充電電流を第２圧電負荷に供給するステップと、第２の圧電負荷の第２の負荷端子における端子電圧に対応する第２の負荷電圧を取得するステップと、がさらに含まれる。次いで、第２の調整可能な基準電圧を第２の負荷電圧と比較するステップと、比較に応じて第２の制御信号により、第２の充電電流の供給を制御するよう、比較に応じて第２の充電制御信号を決定するステップと、が含まれる。最後に、第２の調整可能な基準電圧を第２の目標電圧（ＶＴ）に設定し、第２の負荷電圧が第２の目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を第２の目標電圧より低い第２の下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するステップが含まれる。

下記の図面を参照して、本発明の実施形態を、単に例として説明する。

圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第１の実施形態を示す図である。 充電フェーズおよび放電フェーズにおける負荷電圧の変化を示す図である。 変形可能レンズユニットを示す図である。 充電フェーズ中に静電容量を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷のリーク電流を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第２の実施形態を示す図である。 複数の圧電負荷の充電を制御するための第３の電子回路を示す図である。

図１には、圧電負荷１９０（例えば、圧電ベースのアクチュエータ）の充電を制御する電子回路１００が示される。この電子回路は、圧電ドライバ１００とも呼ばれる。

この電子回路は、充電制御信号１３１に応じて圧電負荷１９０に充電電流を供給するように構成されるチャージポンプ１１１を備える。チャージポンプは、電子回路、例えば、入力電圧に応じて制御可能な電流を生成することができる電圧−電流増幅器である。したがって、このチャージポンプは、圧電負荷または他の容量性負荷を充電するための一定の電流を生成することが可能であり得る。充電電流の大きさは、例えば、チャージポンプのクロック周波数を調整することによってさらに制御することができる。これにより、カウンタ回路の周波数を変えずに充電傾きを変更することができるので、静電容量測定の分解能を操作することができる。

この電子回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を決定するように構成される電圧測定回路１１３をさらに備える。端子電圧とは、例えば、接地電圧に対する、充電電流を受け取るように構成される電気接続の電圧である。

測定回路１１３は、抵抗回路１１３ａ、例えば、端子電圧（すなわち、負荷電圧）に対応するダウンスケールされた電圧を供給する抵抗分圧器として構成され得る。

この測定回路１１３はまた、アナログ−デジタル変換器、すなわち端子電圧すなわちダウンスケールされた端子電圧をデジタル値に変換することが可能なＡＤ変換器によって具体化される、あるいは、そういったアナログ−デジタル変換器を含むことができる。この測定回路１１３はまた、容量性電圧測定回路として構成することもできる。

この電子回路は、調整可能な基準電圧１３２を負荷電圧と比較するように構成される比較回路１１４をさらに備え、比較器のどの入力部が最も高い電圧を有するのかを示す制御ユニットに２進信号（１３３）を送信する。

この電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、比較に応じて充電制御信号１３１を決定するように構成され、この充電制御信号１３１により比較に応じて（すなわち、比較回路１１４からの出力１３３に応じて）、充電電流の供給を制御するようにする。チャージポンプは、調整可能な基準電圧１３２と負荷電圧との比較に応じて、充電電流の供給を開始、停止、または継続するように制御され得る。例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号の入力周波数またはクロック周波数などの制御ユニット内のホスト制御パラメータによって、ポンプの充電電流の大きさを調整することができる。

この電子回路１００は、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧がこの目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され、この下限電圧は目標電圧よりも低い。例えば、この電子回路１００は、例えば、制御ロジック１２１からの基準信号１３４に基づいて、調整可能な基準電圧１３２を生成し、調整することができる電圧基準コントローラ１１５を用いて構成され得る。いくつかの実施形態では、電圧基準コントローラ１１５は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）として実装され得、その他の実施形態では、電圧基準コントローラは、積分器の前のパルス幅変調器にとして実装され得る。また、調整可能な基準電圧１３２は、基準コントローラ１１５を使用せずに制御ロジック１２１によっても決定され得る。

したがって、基準電圧と負荷電圧との比較に応じて負荷１９０が、チャージポンプによって、充電されたり充電されなかったりするよう、充電制御信号１３１を決定することによって、電子回路１００は圧電負荷の充電を制御することができる。

この電子回路は、負荷スイッチ１１２をさらに含み得、この負荷スイッチ１１２が、圧電負荷１９０、チャージポンプ１１１の出力、および測定回路１１３に接続される。したがって、この負荷スイッチは制御可能となり（例えば、スイッチ信号１３５を介して）、これにより、負荷１９０をチャージポンプ１１１の出力および電圧測定回路１１３に接続したり、接続を切断したりすることができる。

調整可能な基準電圧１３２、基準信号１３４、スイッチ信号１３５、および／または充電制御信号１３１は、例えば、制御インターフェース１２３を介して制御ロジック１２１に供給される駆動パラメータに応じて制御ロジック１２１によって決定され得る。

この電子回路１００は、充電制御信号１３１を生成するよう構成され得、これにより、基準電圧１３２が負荷電圧よりも大きい場合、チャージポンプがこの制御信号により制御されて充電電流を供給するようにする。したがって、負荷電圧が基準電圧（例えば、圧電負荷の所望の目標電圧）に達していない限り、負荷１９０の充電が継続される。

この電子回路１００は、比較に応じて充電制御信号を生成するように構成され得、これにより、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合チャージポンプが、制御信号により制御されて、充電電流の供給を停止するようにする。したがって、負荷電圧が下限電圧まで低下しない限り、圧電負荷に電流は供給されない。充電が停止されるフェーズでは、電子回路１００の１つ以上の電子構成要素（例えば、電圧測定回路１１３）は、電子雑音を抑えるためにスイッチをオフにすることができる。このフェーズを低騒音フェーズまたは放電フェーズと呼ぶこともできる。

図２には、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２の間に、負荷電圧Ｖｌｏａｄの変化を示すことによって電子回路１００の機能が示されている。圧電負荷１９０は、最初、Ｖ０（例えば、０ボルト）から目標電圧ＶＴまで充電される。したがって、Ｖ０からＶＴへの最初の充電の間、調整可能な基準電圧はＶＴに設定される。負荷電圧が目標電圧ＶＴに到達した後、調整可能な基準電圧が低電圧限界Ｖｌｏｗに設定され、例えば、チャージポンプ１１１をオフに切り替えることにより、負荷１９０の充電が停止される。電圧測定回路１１３によって測定される負荷電圧がＶｌｏｗより大きい限り、放電フェーズは維持される。負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗに達すると、調整可能な基準電圧が目標電圧に設定され、新しいリフレッシュ充電フェーズ２０１が開始される。充電フェーズ２００またはリフレッシュ充電フェーズ２０１の後、回路は維持フェーズ２０２に入り得る。維持フェーズの間、この目的は負荷１９０上の電荷を保存することである。したがって、このスイッチ１１２を開いて、負荷を絶縁し、間隔を置いて閉めて、負荷の電圧を測定してリフレッシュ充電フェーズ２０１を開始する必要があるかどうかを判定する。デューティサイクルが低い場合、維持フェーズの長さを利用して負荷のリーク電流の近似値を得ることができる。スイッチ１１２のおおよそのリーク電流と、測定回路１１３によって引き出されるデューティサイクル補正される電流とを合計することによって有効測定電流を計算する。このデューティサイクルは、スイッチ１１２が閉じられる時間として計算され得、この時間を利用してサンプルサイクル時間ＴＳのパーセンテージとして電圧測定を実行することができる。測定時間は、１００ｎｓ〜１０ｕｓの範囲内でよく、サンプリングサイクル時間ＴＳは、ホールド時間２０２の間の、０．１ｍｓ〜１０ｍｓの範囲内でよい。測定回路によって引き出される電流は、約１ｕＡ〜１ｍＡｕＡでよい。測定電流と測定デューティサイクルを調整することにより、デューティサイクルに関して補正される非常に広範囲の有効測定電流を得ることができる。

例えば、負荷電圧が目標電圧に達すると、比較器１１４の出力電圧１３３がハイレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が下限電圧に設定される。負荷電圧が下限電圧まで低下すると、比較器１１４の出力電圧１３３はローレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が目標電圧に設定される。同時に、論理回路１２１は、充電制御信号１３１を生成することができ、この信号によりチャージポンプ１１１をスイッチオンさせることができる。

したがって、この電子回路（例えば、制御ロジック１２１）は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され得る。

電子回路は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を、連続的にまたは離散的な時点で実行するように構成され得る。例えば、図２に示すように、離散的な時点ｔｓで比較を行うこともできる。離散的な時点ｔｓは、一定の時間Ｔｓの間隔で時間的に分離されもよい、あるいは、分離は非一定の間隔であってもよい、例えば、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２に応じて調整可能でもよい。離散的な時点での比較には、維持フェーズの同じ離散的な時点で、あるいは、ほぼ同じ離散的な時点で、負荷電圧をサンプリングすることが含まれ得る。サンプルレートは、好ましくは、負荷から抽出される電流、または負荷に供給される電流の期待値に応じて変化し得る。

離散的な時点とは、比較、および／または、サンプリングが別個の分離した時点で行われることを意味する。すなわち、比較は所与の測定周波数を用いて間欠的に行われる。この測定頻度は、制御インターフェース１２３を介して設定可能である。

図１を参照すると、離散的な時点での調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較は、電子回路１００の構成に応じて、スイッチ１１２を制御して、負荷１９０を測定回路１１３に接続することにより、随意的には、負荷１９０をチャージポンプ１１１に接続することにより間欠的に行われる。例えば、スイッチ１１２は、時点ｔｓにおいて、負荷１９０と測定回路１１３との接続を確立するよう、随意的には、負荷１９０とチャージポンプ１１１との接続を確立するように制御される。この接続は、時点ｔｓごとに、所与の時間、例えば、２００ｎｓ〜５μｓの範囲、さらには４００ｎｓ〜２μｓの範囲のような１００ｎｓ〜１０μｓの範囲の、例えば、数ナノ秒〜数マイクロ秒の範囲の時間だけ維持されることは理解されよう。

したがって、離散的な時点で調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を行うために、この電子回路は、例えば、スイッチ１１２を作動させることによって、離散的な時点で負荷電圧を得るように構成され得る。

あるいは、負荷電圧は、連続的にまたは所与のサンプリングレートで測定され得、この電子回路１００は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較が離散的な時点で実行されるよう構成され得る。

スイッチ１１２が閉じられるたびに、すなわち、負荷電圧がサンプリングされ、調整可能な基準電圧１３２と比較されるたびに、少量の電荷だけ圧電負荷が放電されるため、少なくとも放電フェーズ２０２の間は、スイッチ１１２が閉じられる時間、すなわち比較が行われる時間は可能な限り短いことが望ましい。

したがって、この電子回路は、圧電負荷１９０の負荷端子を電圧測定回路１１３（例えば、所与の測定周波数を有する）に断続的に接続するよう制御可能なスイッチ１１２を備えることができる。このスイッチは、機械スイッチでも電子スイッチでもよい。

電子回路１００は、この電子回路１００に加えて、圧電負荷１９０またはその他の容量性負荷も含む異なる圧電アクチュエータシステムで使用することも可能である。したがって、電子回路１００は、容量性負荷またはアクチュエータを駆動するのに適した回路と見なすことができ、容量性負荷は様々な作動目的に使用することができる。この電子回路は、例えば、１つのスイッチ１１２を各負荷に順番に接続することにより、複数の負荷を駆動するために使用することさえできる。

この電子回路は、図３に示される変形可能レンズユニット３００で使用される圧電アクチュエータシステムに特に有用であり得る。

図３には、変形可能レンズユニット３００が示され、この変形可能レンズユニット３００は、
電子回路１００および圧電負荷１９０を含む圧電アクチュエータシステム３０１と、
圧電負荷１９０によって変形されるよう配置された変形可能レンズ３０２と、を含み、
この圧電アクチュエータシステム３０１が、レンズを変形させて異なる光学パワーを実現するように構成される。

この変形可能レンズユニット３００は、ＣＣＤチップまたは同様のデジタル画像記録チップをさらに備えるマイクロユニットでもよい。この変形可能レンズ３０２は、圧電負荷１９０の充電が変化すると、レンズが変形して異なる光学パワーを実現するよう、圧電負荷１９０と接続される（点線で示されている）、ポリマーレンズまたはガラスレンズでよい。圧電素子によって作動される変形可能レンズの一例が、国際特許第２００８１００１５４号明細書に開示されている。

図１には、電子回路１００がタイマまたはカウンタ回路１２２を備えることができることが示される。図２に示されるように、このカウンタ１２２は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａを有する第１の時点ｔａと、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂを有する第２の時点ｔｂとの間の充電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴを決定するように構成される。このタイマの計数周波数は、事象が最大の実際の時間の分解能で捕捉されるよう、比較回路の最大帯域幅と一致するよう設定され得る。典型的な計数周波数ｃは、例えば、負荷の静電容量に応じて、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内、例えば、３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚの範囲内とすることができる。

例えば、この論理回路１２１は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａに対応することを示す変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマをスタートさせ、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂに対応することを示す別の変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマを停止させるよう構成され得る。負荷電圧が調整可能な基準電圧と等しい場合、比較器１１４が出力１３３の変化を生成するよう、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂを調整可能な基準電圧として設定することができる。第１の時点と第２の時点との間の差ΔＴは、充放電フェーズ２０１，２０２の間の圧電負荷１９０の静電容量を決定するために使用され得る。

一般に、静電容量は、次の式によって決定され得る。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶａとＶｂとの間の圧電素子の平均の静電容量である。Ｉは既知または推定された充電電流または放電電流である。

図４には、充電フェーズ中の静電容量を決定するための例が示される。なお、第１の時点ｔａは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を開始し、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧Ｖ０である時点である。なお、初期電圧Ｖ０は、完全に放電された圧電素子に対応するゼロ電圧とすることができる。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが下限電圧Ｖｌｏｗから充電電流Ｉｐで充電を開始する時点（すなわち、Ｖｌｏｗが第１の電圧Ｖａを表す時点）であってもよい。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが中間電圧から充電電流Ｉｐで充電を開始する、あるいは継続する時点であってもよい。

第２の時点ｔｂは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を停止する、あるいは継続する時点であり、この第２の電圧Ｖｂが、最終負荷電圧（例えば、目標電圧ＶＴ）、あるいはその他の中間電圧である。

図４には、充電フェーズ中の離散測定時間ｔｓが示される。

充電フェーズ中の静電容量は、次の式を用いて算出することができる。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｐ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
第１の時点ｔａは、圧電負荷１９０が所定のシンク電流Ｉｓで放電される時点であり、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧（例えば、ＶＴ）または他の中間電圧であるである場合、放電フェーズ中に静電容量Ｃ（ｖ）も同様に算出することができる。シンク電流は、電流シンクにより、例えば、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして、測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによって供給され得る。また、シンク電流は、他の回路（例えば、専用の放電抵抗）によっても供給され得る。

したがって、この電子回路１００は、シンク電流Ｉｓで圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備えることができる。例えば、一実施形態では、この電流シンクは、電圧測定回路１１３に含まれる（すなわち、電圧測定回路１１３を構成する）電圧低減回路または抵抗回路でよく、この抵抗回路または電圧低減回路が、端子電圧を負荷電圧に低下させるために負荷１９０に接続する。

放電フェーズ２０２の間の静電容量は、下記の式を用いて算出される。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
静電容量は、周期的に測定することができる。例えば、圧電負荷１９０の初期充電中、圧電１９０を所定の回数使用した後、あるいは膨張サイクルの後に測定することができる。

この例では、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによってシンク電流が供給される場合、チャージポンプ１１１の出力抵抗は高い。実際には、測定回路１１３を通る放電電流は、負荷リーク電流、すなわち圧電負荷１９０を通る放電電流よりもはるかに大きい。したがって、スイッチ１１２が閉じているとき、負荷１９０から流れる電流ＩｌｏａｄはＩｌｏａｄ＝Ｉｌｋｇ＋ＶＲ／Ｒである。なお、Ｉｌｋｇは負荷リーク電流であり、ＶＲは抵抗測定回路１１３の両端の電圧である。ここで、測定回路の抵抗はＲ、すなわち、この抵抗を通って負荷１９０が放電される全抵抗であると仮定する。負荷リーク耐性は測定回路の抵抗Ｒよりもはるかに高いため、おおよそＩｌｏａｄ＝ＶＲ／Ｒとなる。アッテネータ抵抗Ｒは既知であるので、選択される降下電圧ΔＶ（図５参照）および放電時間ΔＴを使用して、次式により、負荷静電容量Ｃ（ｖ）の近似値を得ることができる。

Ｃ（ｖ）＝ΔＴ＊（（ＶＴ−ΔＶ／２）／Ｒ）／ΔＶ
なお、Ｃ（ｖ）は、電圧ＶａとＶｂとの間の平均負荷静電容量であり、例えば、ＶＴとＶｌｏｗとの間にあり、ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｂである。

制御ロジック１２１は、静電容量対電圧曲線（ＣＶ曲線）を決定するために、異なる電圧で、充電フェーズ中または放電フェーズ中の静電容量Ｃ（ｖ）を決定するように構成され得る。所与の静電容量測定のための電圧は、第１の電圧と第２の電圧の平均（Ｖｂ−Ｖａ）／２として与えられ得、カウンタ１２２は、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂの間の期間ΔＴを決定するために用いられる。

圧電負荷の電圧の関数としての静電容量は、経時的に変化し得る。同様に、圧電負荷のその他の性能関連特性も、経時的に変化し得る。したがって、ＣＶ曲線の変化は、このようなその他の性能関連特性の変化を示し得る。

図５には、第１の時点ｔａが、負荷電圧が目標電圧ＶＴ（第１の電圧）に達した時点であり、第２の時点ｔｂが、負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗ（第２の電圧）に達した時点である例が示されている。なお、圧電負荷は、圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅと少なくとも測定回路１１３によって引き出される測定電流Ｉｍとを含むリーク電流Ｉｌｋｇ（すなわち、Ｉｌｋｇ＝Ｉｔｒｕｅ＋Ｉｍ）によって実質的に放電されている。

リーク電流Ｉｌｋｇは次の式により得ることができる。

Ｉｌｋｇ＝（Ｃ（ｖ）×ΔＶ）／ΔＴ
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶＴとＶｌｏｗとの間の負荷１９０の平均静電容量であり、例えば、Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）によって決定され、ΔＶはΔＶ＝ＶＴ−Ｖｌｏｗで与えられる許容垂下電圧である。測定回路によって引き出された電流Ｉｍが既知であれば、本当のリーク電流は、下記の式で表される。

Ｉｔｒｕｅ＝Ｉｌｋｇ−Ｉｍ
測定点ｔｓでの負荷電圧、および各測定ｔｓの持続時間ｔｓが分かっているため、放電期間２０２中に測定回路１１３によって引き出される電流Ｉｍ（すなわち、平均電流Ｉｍ）を決定することができる。

測定電流Ｉｍを最小にするために、測定回路１１３を介して負荷１９０からわずかな電流しか流出しないように、例えば、時点ｔｓでスイッチ１１２を短時間作動させることにより、負荷電圧を離散的な時点ｔｓで間欠的に得ることができる。

圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅの決定値は、圧電負荷１９０の試験を実行するために使用することができる。例えば、Ｉｔｒｕｅが高い場合（例えば、Ｉｔｒｕｅの履歴の値の平均値よりも大きい場合）、これは圧電負荷に問題があることを示している可能性がある。

電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、受信された制御パラメータに応じて目標電圧（ＶＴ）、下限電圧（Ｖｌｏｗ）または両方を設定するように構成され得る。さらに、電子回路１００は、受信した制御パラメータに応じて、サンプリング周期Ｔｓ、およびサンプリング時間ｔｓを設定するように構成され得る。例えば、制御パラメータは制御インターフェース１２３を介して受信されてもよい。

制御ロジック１２１はまた、例えば、外部処理ユニットによるさらなる処理のために、充電時間または放電時間ΔＴ、リーク電流（ＩｌｋｇまたはＩｔｒｕｅ）の決定測定値を制御インターフェース１２３を介して、送信するよう構成され得る。

変形可能レンズユニット３００内の電子回路１００の特定の使用に関連して、放電フェーズ２０２（すなわち、低ノイズ位相）は、画像チップを使用する画像形成中に使用することができる。したがって、放電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴの一部は、画像チップの露光時間、すなわちチップのピクセルが入射光子によって生成される電荷を蓄積する露光時間として使用され得る。チャージポンプ１１２が非作動（オフまたはスリープモード）であるので、ノイズに敏感な画像センサは画像センサからの電子雑音の影響を受けない。なお、このサンプリング期間Ｔｓは、ノイズをさらに低減するために、すなわち測定回路１１３を通るリーク電流を低減するために、放電期間中に増やしてもよい。

一般に、露光時間は、放電期間ΔＴに実質的に等しくてもよく、露光時間は放電期間ΔＴの一部を構成してもよく、または露光時間は、複数の放電期間ΔＴ、および／または放電期間ΔＴの一部により構成されてもよい。

レンズの光学パワー（すなわち、焦点距離）は、低ノイズ期間中に減少する負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じて変化するため、画像センサ上の画像の画像は変化する（例えば、露光時間中に画像の鮮明度が低下することがある）。理想的には、光学パワーは露光期間中一定でなければならない。一方、変動が画質を著しく低下させない場合には、光学パワーのいくつかの変動が許容可能であり得る。露光期間中の光学パワーの許容可能な変動は、所望の焦点距離（目標電圧ＶＴによって設定される）、照明条件および、例えば、ユーザーの好みに依存し得る。下限電圧Ｖｌｏｗを適切なレベルに設定することにより（例えば、制御インターフェース１２３からの入力を介して）、圧電負荷１９０（すなわち、レンズアクチュエータ）は、光学パワーが光学パワーの許容値よりも低下しないことが保証されるよう制御することができる。

図６には、負荷の差動ドライブのオプションを使用する実施形態が示される。この実施形態は、図１に示される実施形態に関連し、同様の参照番号は、同一または類似の部品または構成要素を指す。したがって、図１の関連する部分が繰り返される。出力スイッチ１１２は、差動ドライブの出力スイッチ１１２ａおよび１１２ｂに置き換えられている。これらのスイッチは、負荷端子をＧＮＤまたはチャージポンプの出力に接続する。このように、ＧＮＤと呼ばれる負の電圧を発生させることなく、負荷１９０の極性を反転させることが可能である。一方の極性が選択されると、「負」の負荷端子はＧＮＤに接続され、他方の「正」の端子は上述のように高インピーダンスか、あるいはチャージポンプ出力１１１または測定／電圧低減回路１１３に接続される。スイッチ１１２ａおよび１１２ｂの役割を逆にすることによって、極性が逆転される。

図７には、１つのドライバが複数の負荷を制御するために使用される実施形態が示される。チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３は、スイッチ１１２_１、１１２_２、…１１２_ｎを介して一連の負荷１９０_１、１９０_２、…１９０_ｎに接続されている任意の時点で、同じ目標電圧を有する１つまたは複数の負荷が、チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３に接続される。その他の負荷はハイインピーダンスになり、各負荷の充電が維持される。制御装置は、負荷ごとに許容される許容電圧変動に応じて、各負荷／一連の負荷を任意の順序で接続する。

一実施形態では、図６に示すように、負荷の１つ以上を差動とすることが可能である。

図面および前述の説明において本発明を詳細に図示し、説明されてきたが、そのような図示および説明は、図示的あるいは例示的であって、限定的であると見なされないものとし、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示されている実施形態に対するその他の変更形態は、図面、開示、および添付の請求項を研究することにより、クレームされた発明を実施しようとする当業者によって理解され得、実現され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数を表す不定冠詞（「ａ」または「ａｎ」）は複数を除外しない。単一のプロセッサまたはその他のユニットが、請求項に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されている単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体や固体媒体のような適切な媒体上で記憶／分配することができるが、インターネットまたは他の有線または無線の電気通信システムなどのその他の形態を介しても分配可能である。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されないものとする。

本発明は、容量性負荷、特に圧電負荷および変形可能レンズのためのアクチュエータとして配置される圧電負荷の充電を制御する電子回路に関する。

圧電負荷、例えば、圧電素子は、通常、チャージポンプまたは電流増幅器によって電力が供給される（米国特許公開公報２００７／１０９０６４号）。通常、圧電負荷、および容量性負荷の充電の制御には、いくつかの課題がある。それらの課題１つは、圧電負荷の伸長または収縮を制御するために、圧電負荷を制御することに関する。

圧電負荷が変形可能レンズを作動させるために使用されるアプリケーション（例えば、撮像目的で使用されるレンズ）では、圧電負荷の伸長や収縮の制御は重要である（国際公開公報２００８／１００１５４号）。高画質を得るために、例えば、画像の鮮明さを向上させるためには、所望の光学パワーを得るためにレンズを予測可能に変形しなければならない。

米国特許公開公報２０１２／０２１２０９９号には、圧電素子を駆動するための装置が記載されている。このデバイスは、他の電気的に高感度な回路を阻害することのある相対的に大きな消費電力や、継続的な電子ノイズという欠点を有している。
したがって、圧電負荷、例えば、変形可能レンズを作動させるための圧電負荷の制御を改善することが必要である。

経年劣化による圧電負荷の状態（健康状態、圧電特性の変化）に関する情報を得る必要もある。

米国特許公開公報２００７／１０９０６４号 国際公開公報２００８／１００１５４号 米国特許公開公報２０１２／０２１２０９９号

目的は、概して、圧電負荷の制御を改善することである。

本発明のさらなる目的は、変形可能レンズを作動させるために使用される圧電負荷の制御を改善することである。

本発明の目的は、圧電素子の状態を特徴づけ、省電力化などの他の利点をもたらし、圧電アクチュエータの感度などの短期的な圧電特性を印加電圧の関数として予測する方法を提供することである。

本発明の第１の態様では、圧電負荷の充電を制御する電子回路が提供される。この電子回路は、充電制御信号に応じて充電電流を圧電負荷に供給するように構成されるチャージポンプを備える。この回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を得るように構成される測定回路と、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するように構成される比較回路とをさらに備える。制御信号が比較に応じて充電電流の供給を制御するよう、電子回路が、比較に応じて充電制御信号を決定するように構成される。この電子回路はさらに、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、この調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するように構成される。

充電電流の大きさは、回路の耐用期間中に一定のままであるポンプコンデンサ、およびその他の物理的パラメータの大きさに対応する。したがって、出力電圧／出力電流の容量は、任意の所与の回路の耐用期間にわたって繰り返し使用可能である。この制御回路は、例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号のクロック周波数（１／ｔｓ）を調整することによって、ポンプからの充電電流の大きさを制御することもできる。

この電子回路の目的は、目標電圧と下限電圧との間のプログラム可能な電圧範囲で負荷電圧を変動可能にすることである。この期間中、チャージポンプおよび電子回路から放出されるノイズが最小限に抑えられるよう、チャージポンプはスイッチオフされる。同時に、測定回路などの回路のその他の部分も一時的にスイッチオフすることによって、電子回路によって消費される電流をさらに抑えることができ、回路に電力を供給するバッテリの耐用期間を延ばすことができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも大きい場合、制御信号によりチャージポンプを制御して、充電電流を供給するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成するように構成される。

一実施形態によれば、この電子回路電子回路は、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合、すなわち負荷電圧が目標電圧に達した場合に、制御信号によってチャージポンプが制御されて充電電流の供給を停止するよう、比較に応じて、充電制御信号を生成する。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定するように構成される。

したがって、この電子回路は、１）基準電圧（例えば、下限電圧）が負荷電圧よりも低い場合、すなわち負荷電圧が基準電圧に達した場合、制御信号によってチャージポンプを制御して、充電電流の供給を停止するよう（あるいは、充電電流が供給されない状態を維持するよう）、充電制御信号を生成する動作と、２）負荷電圧が下限電圧に達したとき、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、この基準電圧（例えば、目標電圧）が負荷電圧より大きい限り、制御信号によって、チャージポンプを制御して、充電電流を再び供給する動作と、を交互に行うように構成され得る。

これにより、圧電負荷の負荷電圧が自動的に調整されて、圧電負荷が限度内の所望の伸びを保つように制御される。したがって、圧電負荷によって作動する変形可能レンズが、光学パワーが所定の最大値および最小値内に留まるよう制御され得る。

一実施形態によれば、この電子回路は、離散的な時点、またはサンプリング時点で負荷電圧を得るように構成される。有利なことに、離散的な時点で負荷電圧を得ることによって、圧電負荷の放電を抑えられる。これらのサンプリング時点間では、この回路を低電力モードにして（回路の一部をオフに切り替えることにより、あるいはシステムクロック周波数を低くすることにより）、電力消費およびノイズ放出をさらに低減することができる。

一実施形態によれば、この電子回路は、負荷電圧が第１の電圧を有する第１の時点と、負荷電圧が第２の電圧を有する第２の時点との間の充電時間や放電時間を決定するように構成されるカウンタ回路をさらに備える。

関連の実施形態によれば、第１の時点とは、チャージポンプが充電を開始し、第１の電圧が初期負荷電圧である時点である。

充電電流が分かり、充電時間をカウンタ回路によって決定することができるため、（例えば、圧電負荷の状態を特徴づける目的で）充電中の圧電負荷の静電容量が決定される。

一実施形態によれば、この電子回路は、制御可能なシンク電流で圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備える。

例えば、この電流シンクは、電圧低減回路（例えば、測定回路に含まれる）でよく、この電圧低減回路が負荷に接続し、端子電圧を負荷電圧まで下げる。

別の実施形態では、この電子回路は、サンプリング時点（ｔｓ）間に測定回路を負荷から絶縁するように構成される。このように、測定回路だけに接続し、関連する電流を各サンプリング時点で即座に引き込むことで、ホールド状態で負荷から引き込まれる電流を最小限に抑えることができる。

好都合にも、放電フェーズの間に圧電負荷を放電する電圧測定回路を使用するため、その他のシンク回路を必要としない。電圧測定回路によって引き出される放電電流と測定デューティサイクルが分かっていると、２つの電圧間の放電時間が決定されると、圧電負荷の静電容量を判定することができる、あるいは、近似値を得ることができる。この測定の分解能は、サンプリング周波数（１／ｔｓ）、負荷電圧の変化率、およびその近似した充電電流または放電電流によって決定する。

一実施形態によれば、第１の時点は、負荷電圧が目標電圧に達した時点であり、第２の時点は、負荷電圧が下限電圧に達した時点であり、圧電負荷のリーク電流と、少なくとも測定回路によって引き出される測定電流とを含むリーク電流によって、圧電負荷は実質的に放電される。

一実施形態では、充電電流とは、電子回路からの充電制御信号に応じて調整可能な充電電流である。このように、充電電流を調整することによって充電中の負荷電圧の変化率を操作することができる。これの利点は、静電容量測定の分解能を上げるか、あるいは、アプリケーション要件に応じて変化率を調整することである。そのような要件は、負荷電圧の所望の変化率でよい、あるいは、多重負荷システムにおける異なる容量性負荷に対応し得る。

同様に、本質的に同じ理由によりシンク電流を調整可能にすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様による電子回路と、圧電負荷とを備える圧電アクチュエータシステムに関する。

本発明の第３の態様は、変形可能レンズユニットに関する。このレンズユニットは、第２の態様による圧電アクチュエータシステムと、圧電負荷によって変形するように配置される変形可能レンズとを備える。この圧電アクチュエータシステムは、異なる光学パワーを実現するようレンズを変形させるように構成される。

この変形可能レンズユニットに関する実施形態では、電子回路は、制御パラメータに応じて目標電圧、および／または下限電圧を設定するように構成される。

したがって、目標電圧または下限電圧を設定するために使用される基準電圧は、その他のパラメータ（例えば、レンズユニットを含むカメラの設定に関するパラメータ）に依存して設定されてもよい。

本発明の第４の態様は、圧電負荷の充電を制御する方法に関する。この方法には、充電制御信号に対応して圧電負荷に充電電流を供給するステップが含まれる。この方法には、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を取得するステップと、調整可能な基準電圧を負荷電圧と比較するステップと、がさらに含まれる。最後に、この方法には、比較に対応して、制御信号により充電電流の供給を制御するよう、比較に対応して、充電制御信号を決定するステップと、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を目標電圧よりも低い下限電圧に設定するステップと、が含まれる。

複数の負荷の充電を制御するために適合される、方法の一実施形態によると、この方法には、第２充電制御信号（１３５）に応じて、第２充電電流を第２圧電負荷に供給するステップと、第２の圧電負荷の第２の負荷端子における端子電圧に対応する第２の負荷電圧を取得するステップと、がさらに含まれる。次いで、第２の調整可能な基準電圧を第２の負荷電圧と比較するステップと、比較に応じて第２の制御信号により、第２の充電電流の供給を制御するよう、比較に応じて第２の充電制御信号を決定するステップと、が含まれる。最後に、第２の調整可能な基準電圧を第２の目標電圧（ＶＴ）に設定し、第２の負荷電圧が第２の目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を第２の目標電圧より低い第２の下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するステップが含まれる。

下記の図面を参照して、本発明の実施形態を、単に例として説明する。

圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第１の実施形態を示す図である。 充電フェーズおよび放電フェーズにおける負荷電圧の変化を示す図である。 変形可能レンズユニットを示す図である。 充電フェーズ中に静電容量を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷のリーク電流を決定するための一例を示す図である。 圧電負荷の充電を制御するための電子回路の第２の実施形態を示す図である。 複数の圧電負荷の充電を制御するための第３の電子回路を示す図である。

図１には、圧電負荷１９０（例えば、圧電ベースのアクチュエータ）の充電を制御する電子回路１００が示される。この電子回路は、圧電ドライバ１００とも呼ばれる。

この電子回路は、充電制御信号１３１に応じて圧電負荷１９０に充電電流を供給するように構成されるチャージポンプ１１１を備える。チャージポンプは、電子回路、例えば、入力電圧に応じて制御可能な電流を生成することができる電圧−電流増幅器である。したがって、このチャージポンプは、圧電負荷または他の容量性負荷を充電するための一定の電流を生成することが可能であり得る。充電電流の大きさは、例えば、チャージポンプのクロック周波数を調整することによってさらに制御することができる。これにより、カウンタ回路の周波数を変えずに充電傾きを変更することができるので、静電容量測定の分解能を操作することができる。

この電子回路は、圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を決定するように構成される電圧測定回路１１３をさらに備える。端子電圧とは、例えば、接地電圧に対する、充電電流を受け取るように構成される電気接続の電圧である。

測定回路１１３は、抵抗回路１１３ａ、例えば、端子電圧（すなわち、負荷電圧）に対応するダウンスケールされた電圧を供給する抵抗分圧器として構成され得る。

この測定回路１１３はまた、アナログ−デジタル変換器、すなわち端子電圧すなわちダウンスケールされた端子電圧をデジタル値に変換することが可能なＡＤ変換器によって具体化される、あるいは、そういったアナログ−デジタル変換器を含むことができる。この測定回路１１３はまた、容量性電圧測定回路として構成することもできる。

この電子回路は、調整可能な基準電圧１３２を負荷電圧と比較するように構成される比較回路１１４をさらに備え、比較器のどの入力部が最も高い電圧を有するのかを示す制御ユニットに２進信号（１３３）を送信する。

この電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、比較に応じて充電制御信号１３１を決定するように構成され、この充電制御信号１３１により比較に応じて（すなわち、比較回路１１４からの出力１３３に応じて）、充電電流の供給を制御するようにする。チャージポンプは、調整可能な基準電圧１３２と負荷電圧との比較に応じて、充電電流の供給を開始、停止、または継続するように制御され得る。例えば、チャージポンプ内の電荷移動を制御する信号の入力周波数またはクロック周波数などの制御ユニット内のホスト制御パラメータによって、ポンプの充電電流の大きさを調整することができる。

この電子回路１００は、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧がこの目標電圧に到達した後、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され、この下限電圧は目標電圧よりも低い。例えば、この電子回路１００は、例えば、制御ロジック１２１からの基準信号１３４に基づいて、調整可能な基準電圧１３２を生成し、調整することができる電圧基準コントローラ１１５を用いて構成され得る。いくつかの実施形態では、電圧基準コントローラ１１５は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）として実装され得、その他の実施形態では、電圧基準コントローラは、積分器の前のパルス幅変調器にとして実装され得る。また、調整可能な基準電圧１３２は、基準コントローラ１１５を使用せずに制御ロジック１２１によっても決定され得る。

したがって、基準電圧と負荷電圧との比較に応じて負荷１９０が、チャージポンプによって、充電されたり充電されなかったりするよう、充電制御信号１３１を決定することによって、電子回路１００は圧電負荷の充電を制御することができる。

この電子回路は、負荷スイッチ１１２をさらに含み得、この負荷スイッチ１１２が、圧電負荷１９０、チャージポンプ１１１の出力、および測定回路１１３に接続される。したがって、この負荷スイッチは制御可能となり（例えば、スイッチ信号１３５を介して）、これにより、負荷１９０をチャージポンプ１１１の出力および電圧測定回路１１３に接続したり、接続を切断したりすることができる。

調整可能な基準電圧１３２、基準信号１３４、スイッチ信号１３５、および／または充電制御信号１３１は、例えば、制御インターフェース１２３を介して制御ロジック１２１に供給される駆動パラメータに応じて制御ロジック１２１によって決定され得る。

この電子回路１００は、充電制御信号１３１を生成するよう構成され得、これにより、基準電圧１３２が負荷電圧よりも大きい場合、チャージポンプがこの制御信号により制御されて充電電流を供給するようにする。したがって、負荷電圧が基準電圧（例えば、圧電負荷の所望の目標電圧）に達していない限り、負荷１９０の充電が継続される。

この電子回路１００は、比較に応じて充電制御信号を生成するように構成され得、これにより、基準電圧が負荷電圧よりも小さい場合チャージポンプが、制御信号により制御されて、充電電流の供給を停止するようにする。したがって、負荷電圧が下限電圧まで低下しない限り、圧電負荷に電流は供給されない。充電が停止されるフェーズでは、電子回路１００の１つ以上の電子構成要素（例えば、電圧測定回路１１３）は、電子雑音を抑えるためにスイッチをオフにすることができる。このフェーズを低騒音フェーズまたは放電フェーズと呼ぶこともできる。

図２には、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２の間に、負荷電圧Ｖｌｏａｄの変化を示すことによって電子回路１００の機能が示されている。圧電負荷１９０は、最初、Ｖ０（例えば、０ボルト）から目標電圧ＶＴまで充電される。したがって、Ｖ０からＶＴへの最初の充電の間、調整可能な基準電圧はＶＴに設定される。負荷電圧が目標電圧ＶＴに到達した後、調整可能な基準電圧が低電圧限界Ｖｌｏｗに設定され、例えば、チャージポンプ１１１をオフに切り替えることにより、負荷１９０の充電が停止される。電圧測定回路１１３によって測定される負荷電圧がＶｌｏｗより大きい限り、放電フェーズは維持される。負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗに達すると、調整可能な基準電圧が目標電圧に設定され、新しいリフレッシュ充電フェーズ２０１が開始される。充電フェーズ２００またはリフレッシュ充電フェーズ２０１の後、回路は維持フェーズ２０２に入り得る。維持フェーズの間、この目的は負荷１９０上の電荷を保存することである。したがって、このスイッチ１１２を開いて、負荷を絶縁し、間隔を置いて閉めて、負荷の電圧を測定してリフレッシュ充電フェーズ２０１を開始する必要があるかどうかを判定する。デューティサイクルが低い場合、維持フェーズの長さを利用して負荷のリーク電流の近似値を得ることができる。スイッチ１１２のおおよそのリーク電流と、測定回路１１３によって引き出されるデューティサイクル補正される電流とを合計することによって有効測定電流を計算する。このデューティサイクルは、スイッチ１１２が閉じられる時間として計算され得、この時間を利用してサンプルサイクル時間ＴＳのパーセンテージとして電圧測定を実行することができる。測定時間は、１００ｎｓ〜１０ｕｓの範囲内でよく、サンプリングサイクル時間ＴＳは、ホールド時間２０２の間の、０．１ｍｓ〜１０ｍｓの範囲内でよい。測定回路によって引き出される電流は、約１ｕＡ〜１ｍＡｕＡでよい。測定電流と測定デューティサイクルを調整することにより、デューティサイクルに関して補正される非常に広範囲の有効測定電流を得ることができる。

例えば、負荷電圧が目標電圧に達すると、比較器１１４の出力電圧１３３がハイレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が下限電圧に設定される。負荷電圧が下限電圧まで低下すると、比較器１１４の出力電圧１３３はローレベルに変化し得る。この変化は論理回路１２１によって検出され、これにより、調整可能な基準電圧１３２が目標電圧に設定される。同時に、論理回路１２１は、充電制御信号１３１を生成することができ、この信号によりチャージポンプ１１１をスイッチオンさせることができる。

したがって、この電子回路（例えば、制御ロジック１２１）は、負荷電圧が下限電圧に達すると、調整可能な基準電圧を目標電圧に設定し、負荷電圧が目標電圧に達すると、調整可能な基準電圧を下限電圧に設定するように構成され得る。

電子回路は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を、連続的にまたは離散的な時点で実行するように構成され得る。例えば、図２に示すように、離散的な時点ｔｓで比較を行うこともできる。離散的な時点ｔｓは、一定の時間Ｔｓの間隔で時間的に分離されもよい、あるいは、分離は非一定の間隔であってもよい、例えば、充電フェーズ２００、リフレッシュ充電フェーズ２０１、および維持フェーズ２０２に応じて調整可能でもよい。離散的な時点での比較には、維持フェーズの同じ離散的な時点で、あるいは、ほぼ同じ離散的な時点で、負荷電圧をサンプリングすることが含まれ得る。サンプルレートは、好ましくは、負荷から抽出される電流、または負荷に供給される電流の期待値に応じて変化し得る。

離散的な時点とは、比較、および／または、サンプリングが別個の分離した時点で行われることを意味する。すなわち、比較は所与の測定周波数を用いて間欠的に行われる。この測定頻度は、制御インターフェース１２３を介して設定可能である。

図１を参照すると、離散的な時点での調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較は、電子回路１００の構成に応じて、スイッチ１１２を制御して、負荷１９０を測定回路１１３に接続することにより、随意的には、負荷１９０をチャージポンプ１１１に接続することにより間欠的に行われる。例えば、スイッチ１１２は、時点ｔｓにおいて、負荷１９０と測定回路１１３との接続を確立するよう、随意的には、負荷１９０とチャージポンプ１１１との接続を確立するように制御される。この接続は、時点ｔｓごとに、所与の時間、例えば、２００ｎｓ〜５μｓの範囲、さらには４００ｎｓ〜２μｓの範囲のような１００ｎｓ〜１０μｓの範囲の、例えば、数ナノ秒〜数マイクロ秒の範囲の時間だけ維持されることは理解されよう。

したがって、離散的な時点で調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較を行うために、この電子回路は、例えば、スイッチ１１２を作動させることによって、離散的な時点で負荷電圧を得るように構成され得る。

あるいは、負荷電圧は、連続的にまたは所与のサンプリングレートで測定され得、この電子回路１００は、調整可能な基準電圧と負荷電圧との比較が離散的な時点で実行されるよう構成され得る。

スイッチ１１２が閉じられるたびに、すなわち、負荷電圧がサンプリングされ、調整可能な基準電圧１３２と比較されるたびに、少量の電荷だけ圧電負荷が放電されるため、少なくとも放電フェーズ２０２の間は、スイッチ１１２が閉じられる時間、すなわち比較が行われる時間は可能な限り短いことが望ましい。

したがって、この電子回路は、圧電負荷１９０の負荷端子を電圧測定回路１１３（例えば、所与の測定周波数を有する）に断続的に接続するよう制御可能なスイッチ１１２を備えることができる。このスイッチは、機械スイッチでも電子スイッチでもよい。

電子回路１００は、この電子回路１００に加えて、圧電負荷１９０またはその他の容量性負荷も含む異なる圧電アクチュエータシステムで使用することも可能である。したがって、電子回路１００は、容量性負荷またはアクチュエータを駆動するのに適した回路と見なすことができ、容量性負荷は様々な作動目的に使用することができる。この電子回路は、例えば、１つのスイッチ１１２を各負荷に順番に接続することにより、複数の負荷を駆動するために使用することさえできる。

この電子回路は、図３に示される変形可能レンズユニット３００で使用される圧電アクチュエータシステムに特に有用であり得る。

図３には、変形可能レンズユニット３００が示され、この変形可能レンズユニット３００は、
電子回路１００および圧電負荷１９０を含む圧電アクチュエータシステム３０１と、
圧電負荷１９０によって変形されるよう配置された変形可能レンズ３０２と、を含み、
この圧電アクチュエータシステム３０１が、レンズを変形させて異なる光学パワーを実現するように構成される。

この変形可能レンズユニット３００は、ＣＣＤチップまたは同様のデジタル画像記録チップをさらに備えるマイクロユニットでもよい。この変形可能レンズ３０２は、圧電負荷１９０の充電が変化すると、レンズが変形して異なる光学パワーを実現するよう、圧電負荷１９０と接続される（点線で示されている）、ポリマーレンズまたはガラスレンズでよい。圧電素子によって作動される変形可能レンズの一例が、国際特許第２００８１００１５４号明細書に開示されている。

図１には、電子回路１００がタイマまたはカウンタ回路１２２を備えることができることが示される。図２に示されるように、このカウンタ１２２は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａを有する第１の時点ｔａと、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂを有する第２の時点ｔｂとの間の充電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴを決定するように構成される。このタイマの計数周波数は、事象が最大の実際の時間の分解能で捕捉されるよう、比較回路の最大帯域幅と一致するよう設定され得る。典型的な計数周波数ｃは、例えば、負荷の静電容量に応じて、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内、例えば、３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚの範囲内とすることができる。

例えば、この論理回路１２１は、負荷電圧が第１の電圧Ｖａに対応することを示す変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマをスタートさせ、負荷電圧が第２の電圧Ｖｂに対応することを示す別の変化を比較器出力１３３が提供すると、タイマを停止させるよう構成され得る。負荷電圧が調整可能な基準電圧と等しい場合、比較器１１４が出力１３３の変化を生成するよう、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂを調整可能な基準電圧として設定することができる。第１の時点と第２の時点との間の差ΔＴは、充放電フェーズ２０１，２０２の間の圧電負荷１９０の静電容量を決定するために使用され得る。

一般に、静電容量は、次の式によって決定され得る。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶａとＶｂとの間の圧電素子の平均の静電容量である。Ｉは既知または推定された充電電流または放電電流である。

図４には、充電フェーズ中の静電容量を決定するための例が示される。なお、第１の時点ｔａは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を開始し、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧Ｖ０である時点である。なお、初期電圧Ｖ０は、完全に放電された圧電素子に対応するゼロ電圧とすることができる。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが下限電圧Ｖｌｏｗから充電電流Ｉｐで充電を開始する時点（すなわち、Ｖｌｏｗが第１の電圧Ｖａを表す時点）であってもよい。

第１の時点ｔａは、チャージポンプが中間電圧から充電電流Ｉｐで充電を開始する、あるいは継続する時点であってもよい。

第２の時点ｔｂは、チャージポンプが充電電流Ｉｐで充電を停止する、あるいは継続する時点であり、この第２の電圧Ｖｂが、最終負荷電圧（例えば、目標電圧ＶＴ）、あるいはその他の中間電圧である。

図４には、充電フェーズ中の離散測定時間ｔｓが示される。

充電フェーズ中の静電容量は、次の式を用いて算出することができる。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｐ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
第１の時点ｔａは、圧電負荷１９０が所定のシンク電流Ｉｓで放電される時点であり、第１の電圧Ｖａが初期負荷電圧（例えば、ＶＴ）または他の中間電圧であるである場合、放電フェーズ中に静電容量Ｃ（ｖ）も同様に算出することができる。シンク電流は、電流シンクにより、例えば、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして、測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによって供給され得る。また、シンク電流は、他の回路（例えば、専用の放電抵抗）によっても供給され得る。

したがって、この電子回路１００は、シンク電流Ｉｓで圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備えることができる。例えば、一実施形態では、この電流シンクは、電圧測定回路１１３に含まれる（すなわち、電圧測定回路１１３を構成する）電圧低減回路または抵抗回路でよく、この抵抗回路または電圧低減回路が、端子電圧を負荷電圧に低下させるために負荷１９０に接続する。

放電フェーズ２０２の間の静電容量は、下記の式を用いて算出される。

Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）
静電容量は、周期的に測定することができる。例えば、圧電負荷１９０の初期充電中、圧電１９０を所定の回数使用した後、あるいは膨張サイクルの後に測定することができる。

この例では、放電中にスイッチ１１２を閉じたままにして測定回路１１３を介して負荷１９０を放電させることによってシンク電流が供給される場合、チャージポンプ１１１の出力抵抗は高い。実際には、測定回路１１３を通る放電電流は、負荷リーク電流、すなわち圧電負荷１９０を通る放電電流よりもはるかに大きい。したがって、スイッチ１１２が閉じているとき、負荷１９０から流れる電流ＩｌｏａｄはＩｌｏａｄ＝Ｉｌｋｇ＋ＶＲ／Ｒである。なお、Ｉｌｋｇは負荷リーク電流であり、ＶＲは抵抗測定回路１１３の両端の電圧である。ここで、測定回路の抵抗はＲ、すなわち、この抵抗を通って負荷１９０が放電される全抵抗であると仮定する。負荷リーク耐性は測定回路の抵抗Ｒよりもはるかに高いため、おおよそＩｌｏａｄ＝ＶＲ／Ｒとなる。アッテネータ抵抗Ｒは既知であるので、選択される降下電圧ΔＶ（図５参照）および放電時間ΔＴを使用して、次式により、負荷静電容量Ｃ（ｖ）の近似値を得ることができる。

Ｃ（ｖ）＝ΔＴ＊（（ＶＴ−ΔＶ／２）／Ｒ）／ΔＶ
なお、Ｃ（ｖ）は、電圧ＶａとＶｂとの間の平均負荷静電容量であり、例えば、ＶＴとＶｌｏｗとの間にあり、ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｂである。

制御ロジック１２１は、静電容量対電圧曲線（ＣＶ曲線）を決定するために、異なる電圧で、充電フェーズ中または放電フェーズ中の静電容量Ｃ（ｖ）を決定するように構成され得る。所与の静電容量測定のための電圧は、第１の電圧と第２の電圧の平均（Ｖｂ−Ｖａ）／２として与えられ得、カウンタ１２２は、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂの間の期間ΔＴを決定するために用いられる。

圧電負荷の電圧の関数としての静電容量は、経時的に変化し得る。同様に、圧電負荷のその他の性能関連特性も、経時的に変化し得る。したがって、ＣＶ曲線の変化は、このようなその他の性能関連特性の変化を示し得る。

図５には、第１の時点ｔａが、負荷電圧が目標電圧ＶＴ（第１の電圧）に達した時点であり、第２の時点ｔｂが、負荷電圧が下限電圧Ｖｌｏｗ（第２の電圧）に達した時点である例が示されている。なお、圧電負荷は、圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅと少なくとも測定回路１１３によって引き出される測定電流Ｉｍとを含むリーク電流Ｉｌｋｇ（すなわち、Ｉｌｋｇ＝Ｉｔｒｕｅ＋Ｉｍ）によって実質的に放電されている。

リーク電流Ｉｌｋｇは次の式により得ることができる。

Ｉｌｋｇ＝（Ｃ（ｖ）×ΔＶ）／ΔＴ
なお、Ｃ（ｖ）は電圧ＶＴとＶｌｏｗとの間の負荷１９０の平均静電容量であり、例えば、Ｃ（ｖ）＝（Ｉｓ＊ΔＴ）／（Ｖｂ−Ｖａ）によって決定され、ΔＶはΔＶ＝ＶＴ−Ｖｌｏｗで与えられる許容垂下電圧である。測定回路によって引き出された電流Ｉｍが既知であれば、本当のリーク電流は、下記の式で表される。

Ｉｔｒｕｅ＝Ｉｌｋｇ−Ｉｍ
測定点ｔｓでの負荷電圧、および各測定ｔｓの持続時間ｔｓが分かっているため、放電期間２０２中に測定回路１１３によって引き出される電流Ｉｍ（すなわち、平均電流Ｉｍ）を決定することができる。

測定電流Ｉｍを最小にするために、測定回路１１３を介して負荷１９０からわずかな電流しか流出しないように、例えば、時点ｔｓでスイッチ１１２を短時間作動させることにより、負荷電圧を離散的な時点ｔｓで間欠的に得ることができる。

圧電負荷１９０のリーク電流Ｉｔｒｕｅの決定値は、圧電負荷１９０の試験を実行するために使用することができる。例えば、Ｉｔｒｕｅが高い場合（例えば、Ｉｔｒｕｅの履歴の値の平均値よりも大きい場合）、これは圧電負荷に問題があることを示している可能性がある。

電子回路１００（例えば、制御ロジック１２１）は、受信された制御パラメータに応じて目標電圧（ＶＴ）、下限電圧（Ｖｌｏｗ）または両方を設定するように構成され得る。さらに、電子回路１００は、受信した制御パラメータに応じて、サンプリング周期Ｔｓ、およびサンプリング時間ｔｓを設定するように構成され得る。例えば、制御パラメータは制御インターフェース１２３を介して受信されてもよい。

制御ロジック１２１はまた、例えば、外部処理ユニットによるさらなる処理のために、充電時間または放電時間ΔＴ、リーク電流（ＩｌｋｇまたはＩｔｒｕｅ）の決定測定値を制御インターフェース１２３を介して、送信するよう構成され得る。

変形可能レンズユニット３００内の電子回路１００の特定の使用に関連して、放電フェーズ２０２（すなわち、低ノイズ位相）は、画像チップを使用する画像形成中に使用することができる。したがって、放電時間ΔＴまたは放電時間ΔＴの一部は、画像チップの露光時間、すなわちチップのピクセルが入射光子によって生成される電荷を蓄積する露光時間として使用され得る。チャージポンプ１１２が非作動（オフまたはスリープモード）であるので、ノイズに敏感な画像センサは画像センサからの電子雑音の影響を受けない。なお、このサンプリング期間Ｔｓは、ノイズをさらに低減するために、すなわち測定回路１１３を通るリーク電流を低減するために、放電期間中に増やしてもよい。

一般に、露光時間は、放電期間ΔＴに実質的に等しくてもよく、露光時間は放電期間ΔＴの一部を構成してもよく、または露光時間は、複数の放電期間ΔＴ、および／または放電期間ΔＴの一部により構成されてもよい。

レンズの光学パワー（すなわち、焦点距離）は、低ノイズ期間中に減少する負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じて変化するため、画像センサ上の画像の画像は変化する（例えば、露光時間中に画像の鮮明度が低下することがある）。理想的には、光学パワーは露光期間中一定でなければならない。一方、変動が画質を著しく低下させない場合には、光学パワーのいくつかの変動が許容可能であり得る。露光期間中の光学パワーの許容可能な変動は、所望の焦点距離（目標電圧ＶＴによって設定される）、照明条件および、例えば、ユーザーの好みに依存し得る。下限電圧Ｖｌｏｗを適切なレベルに設定することにより（例えば、制御インターフェース１２３からの入力を介して）、圧電負荷１９０（すなわち、レンズアクチュエータ）は、光学パワーが光学パワーの許容値よりも低下しないことが保証されるよう制御することができる。

図６には、負荷の差動ドライブのオプションを使用する実施形態が示される。この実施形態は、図１に示される実施形態に関連し、同様の参照番号は、同一または類似の部品または構成要素を指す。したがって、図１の関連する部分が繰り返される。出力スイッチ１１２は、差動ドライブの出力スイッチ１１２ａおよび１１２ｂに置き換えられている。これらのスイッチは、負荷端子をＧＮＤまたはチャージポンプの出力に接続する。このように、ＧＮＤと呼ばれる負の電圧を発生させることなく、負荷１９０の極性を反転させることが可能である。一方の極性が選択されると、「負」の負荷端子はＧＮＤに接続され、他方の「正」の端子は上述のように高インピーダンスか、あるいはチャージポンプ出力１１１または測定／電圧低減回路１１３に接続される。スイッチ１１２ａおよび１１２ｂの役割を逆にすることによって、極性が逆転される。

図７には、１つのドライバが複数の負荷を制御するために使用される実施形態が示される。チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３は、スイッチ１１２_１、１１２_２、…１１２_ｎを介して一連の負荷１９０_１、１９０_２、…１９０_ｎに接続されている任意の時点で、同じ目標電圧を有する１つまたは複数の負荷が、チャージポンプ１１１および電圧監視／低減回路１１３に接続される。その他の負荷はハイインピーダンスになり、各負荷の充電が維持される。制御装置は、負荷ごとに許容される許容電圧変動に応じて、各負荷／一連の負荷を任意の順序で接続する。

一実施形態では、図６に示すように、負荷の１つ以上を差動とすることが可能である。

図面および前述の説明において本発明を詳細に図示し、説明されてきたが、そのような図示および説明は、図示的あるいは例示的であって、限定的であると見なされないものとし、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示されている実施形態に対するその他の変更形態は、図面、開示、および添付の請求項を研究することにより、クレームされた発明を実施しようとする当業者によって理解され得、実現され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数を表す不定冠詞（「ａ」または「ａｎ」）は複数を除外しない。単一のプロセッサまたはその他のユニットが、請求項に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されている単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体や固体媒体のような適切な媒体上で記憶／分配することができるが、インターネットまたは他の有線または無線の電気通信システムなどのその他の形態を介しても分配可能である。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されないものとする。

Claims (16)

1. 圧電負荷（１９０）の充電を制御する電子回路（１００）であって、
   充電制御信号（１３１）に応じて圧電負荷に充電電流を供給するように構成されるチャージポンプ（１１１）と、
   前記圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を取得するように構成される測定回路（１１３）と、
   調節可能な基準電圧を前記負荷電圧と比較するように構成される比較回路（１１４）と、を備え、
   充電制御信号が、比較に応じて前記充電電流の供給を制御するよう、前記電子回路が、比較に応じて、前記充電制御信号を決定するように構成され、
   電子回路が、前記調整可能な基準電圧を目標電圧（ＶＴ）に設定し、前記負荷電圧が前記目標電圧に到達したときに、前記調整可能な基準電圧を前記目標電圧よりも低い下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するように構成される、電子回路。
2. 前記電子回路が、前記基準電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合、前記制御信号により前記チャージポンプを制御して、前記充電電流を供給するよう、前記比較に応じて、前記充電制御信号（１３１）を生成するように構成される、請求項１に記載の電子回路。
3. 前記電子回路がさらに、前記基準電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合、前記制御信号により前記チャージポンプを制御して前記充電電流の供給を停止するよう、前記比較に応じて、前記充電制御信号を生成するように構成される、請求項１〜２のいずれかに記載の電子回路。
4. 前記電子回路が、前記負荷電圧が前記下限電圧に達すると、前記調整可能な基準電圧を前記目標電圧に設定するように構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の電子回路。
5. 前記電子回路が、離散的な時点（ｔｓ）で前記負荷電圧を取得するように構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の電子回路。
6. 前記負荷電圧が第１の電圧（Ｖａ）を有する第１の時点（ｔａ）と、前記負荷電圧が第２の電圧（Ｖｂ）を有する第２の時点（ｔｂ）との間の充電時間または放電時間（ΔＴ）を決定するように構成されるカウンタ回路（１２２）をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の電子回路。
7. 前記第１の時点が、前記チャージポンプが充電を開始する時点であり、前記第１の電圧は初期負荷電圧である、請求項６に記載の電子回路。
8. シンク電流で前記圧電負荷を放電するための電流シンクをさらに備える、請求項６に記載の電子回路。
9. サンプリング時点（ｔｓ）間に前記測定回路を前記負荷から絶縁するように構成される、請求項１〜８のいずれかに記載の電子回路。
10. 前記第１の時点（ｔａ）は、前記負荷電圧が前記目標電圧（ＶＴ）に達した時点であり、
    前記第２の時点（ｔｂ）は前記負荷電圧が前記下限電圧（Ｖｌｏｗ）に達した時点であり、
    前記圧電負荷（１９０）のリーク電流（Ｉｔｒｕｅ）と、少なくとも測定回路（１１３）によって引き出される測定電流（Ｉｍ）を含むリーク電流（Ｉｌｋｇ）によって前記圧電負荷が実質的に放電されている、請求項６に記載の電子回路。
11. 前記充電電流は、前記電子回路からの前記充電制御信号（１３１）に応じて調整可能な充電電流である、請求項１〜１０のいずれかに記載の電子回路。
12. 圧電アクチュエータシステムであって、請求項１〜１１のいずれかに記載の電子回路（１００）と、
    圧電負荷（１９０）と、を備える圧電アクチュエータシステム。
13. 変形可能レンズユニット（３００）であって、
    請求項１２に記載の圧電アクチュエータシステム（３０１）と、
    前記圧電負荷（１９０）によって変形されるように配置される変形可能レンズ（３０２）と、を備え、
    前記圧電アクチュエータシステム（３０１）が、異なる光学パワーを実現するようレンズを変形させるように構成される、変形可能レンズユニット。
14. 前記電子回路が、制御パラメータに応じて、前記目標電圧（ＶＴ）および／または前記下限電圧（Ｖｌｏｗ）を設定するように構成される、請求項１３に記載の変形可能レンズユニット。
15. 圧電負荷（１９０）の充電を制御する方法であって、
    充電制御信号（１３１）に応じて、圧電負荷に充電電流を供給するステップと、
    前記圧電負荷の負荷端子における端子電圧に対応する負荷電圧を取得するステップと、
    調整可能な基準電圧を前記負荷電圧と比較するステップと、
    前記制御信号が、前記比較に応じて、前記充電電流の供給を制御するよう、前記比較に応じて、前記充電制御信号を決定するステップと、
    前記調整可能な基準電圧を目標電圧（ＶＴ）に設定し、前記負荷電圧が前記目標電圧に達すると、前記調整可能な基準電圧を前記目標電圧よりも低い下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するステップと、を含む方法
16. 第２の充電制御信号（１３５）に応じて、第２の充電電流を第２の圧電負荷に供給するステップと、
    前記第２の圧電負荷の第２の負荷端子における端子電圧に対応する第２の負荷電圧を得るステップと、
    第２の調整可能な基準電圧を前記第２の負荷電圧と比較するステップと、
    前記第２の制御信号が、前記比較に応じて、前記第２の充電電流の供給を制御するよう、前記比較に応じて、前記第２の充電制御信号を決定するステップと、
    前記第２の調整可能な基準電圧を第２の目標電圧（ＶＴ）に設定し、前記第２の負荷電圧が前記第２の目標電圧に達すると、前記第２の調整可能な基準電圧を前記第２の目標電圧よりも低い第２の下限電圧（Ｖｌｏｗ）に設定するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。

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