JP7145985B2 - アクチュエータ制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハプティックフィードバックシステムに関し、特にハプティックフィードバックのためのアクチュエータを制御する装置および方法に関する。

ユーザーインターフェースのために様々な装置にハプティックフィードバック（ｈａｐｔｉｃ ｆｅｅｄｂａｃｋ）システムが搭載されて使用されている。例えば携帯装置のタッチスクリーン、ソフトキー（ｓｏｆｔ ｋｅｙ）、ホームボタン（ｈｏｍｅ ｂｕｔｔｏｎ）、指紋認識センサーなどにおいて振動を通じてユーザにハプティックフィードバックを提供している。最近には、自動車と家電などタッチスクリーンを含む多くの装置においても振動フィードバックシステムが搭載されている。

ハプティックフィードバックシステムにおいて振動を作り出す手段として使用されるものが、線形共振アクチュエータ（Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ：ＬＲＡ）である。線形共振アクチュエータは、共振周波数（ｆ_０）で駆動をする場合、最適なパワー効率で最大大きさの振動を得ることができる特徴がある。

線形共振アクチュエータの共振周波数は、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わることができる。また、共振周波数から外れて駆動する場合、振動力が弱くなったり、振動が発生しないことがある。したがって、アラート（ａｌｅｒｔ）振動のような一般振動で小さい駆動電圧で最大加速度を得るためには、アクチュエータの共振周波数で駆動しなければならず、このために、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わることができるアクチュエータの共振周波数をリアルタイムで補正する必要がある。

また、最近には、携帯装置の防水機能および画面拡張のために、物理ボタンを除去する代わりに、タッチボタンを採用する傾向にあるが、タッチボタンで物理ボタンのようなクリック感を具現するために振動フィードバックを使用することがある。このような場合、１０ｍｓ～２０ｍｓの短い駆動時間に１Ｇ以上の加速度で振動フィードバックが発生するが、アクチュエータの駆動が止まった後、残留振動が小さいほど物理ボタンを押したようなクリック感が再現される。

一般的に、アクチュエータの残留振動を減らすために、ＢＥＭＦ（Ｂａｃｋ ＥｌｅｃｔｒｏＭｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）信号のゼロクロスポイントとＢＥＭＦ信号の大きさを感知して、自動でブレーキ信号を発生させて制御するが、駆動時間が非常に短かったり、ＢＥＭＦ信号の大きさが小さい場合には、アクチュエータの残留振動を減らすことができる効果的なブレーキ信号の波形を発生するのに困難がある。したがって、ハプティックフィードバックシステムにおいてアクチュエータの残留振動の大きさおよび残留振動時間を最小化できる効果的な方法が必要である。

韓国特許登録第１０－１７９９７２２号公報 韓国特許登録第１０－１７０３４７２号公報

これより、本発明は、上述した必要性によって創案された発明であって、本発明の目的は、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数をリアルタイム補正して、最適なパワー効率で最大大きさの振動を得ることができる線形共振アクチュエータの制御装置および制御方法を提供することにある。

ひいては、本発明の他の目的は、多様な感じの振動を発生させる駆動信号波形も、共振周波数に合うようにトラッキングできる線形共振アクチュエータの制御装置および制御方法を提供することにある。

また、本発明は、タッチボタンを操作しながらも、あたかも物理ボタン操作時のクリック感が得られるようにアクチュエータを制御できるアクチュエータの制御装置およびその方法を提供することを目的とする。

ひいては、本発明のさらに他の目的は、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数を、定められたイベント条件の満足時に測定および補正して、最適なパワー効率で最大大きさの振動を持続的に維持できる線形共振アクチュエータの制御装置および制御方法を提供することにある。

ひいては、本発明のさらに他の目的は、機器の使用期間によって最適なパワー効率で最大大きさの振動を持続的に維持するように、アクチュエータの共振周波数を補正し、且つ、特に内部クロック周波数の変更を通じてアクチュエータの共振周波数を補正するアクチュエータの制御装置およびその制御方法を提供することにある。

上述した技術的課題を解決するための本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置は、
基準クロック周波数で発振されたクロックとアクチュエータを駆動させるための基準駆動信号波形データの組合せによって生成されたＰＷＭパルスをアクチュエータ駆動部に出力する共振周波数補正部と；
前記アクチュエータ駆動によるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイントを検出するためのゼロクロスポイント検出部と；を含み、且つ、前記共振周波数補正部は、
前記ゼロクロスポイントの検出周期から前記アクチュエータの共振周波数を算出して、これを追従するためのクロック周波数を前記基準クロック周波数に新しく変更設定する自動補正プロセスを行うことを特徴とする。

本発明のさらに他の実施例によるアクチュエータ制御装置は、上述した基本構成の他に、前記ゼロクロスポイント検出部の前端に位置し、ＢＥＭＦ信号を増幅するためのＢＥＭＦ増幅部；をさらに含むことをさらに他の特徴とする。

一方、上述したそれぞれのアクチュエータ制御装置において、前記共振周波数補正部は、
前記ゼロクロスポイントの検出周期を内部クロックでカウントするためのカウンターと；
前記カウンターのカウント値から前記アクチュエータの共振周波数を算出し、算出された前記アクチュエータの共振周波数を追従するためのクロック周波数を計算して新しい基準クロック周波数に変更設定して、発振器の出力クロックを制御するクロック周波数制御部と；
前記クロック周波数制御部の制御によって設定されるクロック周波数で発振する発振器と；
前記発振器によるクロックと外部から印加される駆動信号波形データの組合せによってＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生部と；を含むことを特徴とし、
前記クロック周波数制御部は、定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行うことを特徴とし、
ひいては、前記クロック周波数制御部は、
定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行い、且つ、前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号波形データあるいは前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が小さく、駆動時間が長い補正用第２駆動信号波形データをＰＷＭ発生部に印加して自動補正プロセスを行うことを特徴とする。

一方、本発明の実施例によるアクチュエータの制御方法は、ハプティックフィードバックシステムを構成するアクチュエータを共振周波数で駆動させるための制御方法であって、
前記アクチュエータを駆動させるための駆動信号の生成のために必要なクロックが基準クロック周波数で発振されるように発振器の出力を制御する第１段階と；
前記アクチュエータの駆動によるＢＥＭＦ信号の周期から前記アクチュエータの共振周波数を算出する第２段階と；
算出された前記アクチュエータの共振周波数を追従するためのクロック周波数を計算して前記基準クロック周波数に新しく変更設定して前記発振器の出力を制御する第３段階と；を含むことを特徴とし、
前記第２段階と第３段階は、デバイスのパワーオン時に、あるいは定められた補正周期に、あるいはデバイス内の設定温度到達時に行い、且つ、前記駆動信号より相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号あるいは前記駆動信号より相対的に駆動電圧が小さく、駆動時間が長い補正用第２駆動信号が生成されるように駆動信号波形データを変更させる段階；をさらに含むことを特徴とする。

上述した課題解決手段によれば、本発明は、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数を基準クロック周波数の補正を通じて定められたイベント条件の満足時に補正しておくことによって、ハプティックフィードバックシステムに最適なパワー効率で最大大きさの振動を提供できるという長所がある。

ひいては、本発明は、初期駆動信号の波形でアクチュエータを駆動させ、且つ、駆動信号を構成する保護時間区間でＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント検出時間によって次のサイクルの駆動時間区間の長さを補正する方式でアクチュエータの共振周波数をトラッキングするので、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数をリアルタイム補正することによって、最適なパワー効率で最大大きさの振動を得ることができるという長所がある。

また、本発明は、駆動信号の波形データを保存した後、周波数を調節して使用するので、多様な波形を共振周波数で駆動して、多様な感じの振動を具現することができ、メモリに保存する駆動信号の波形データを最適化して、最大加速度調整およびアクチュエータ加速度散布を最小化できる効果も得ることができる。

また、アクチュエータに最適化されたブレーキ信号の波形を実験的な方法で探してメモリに保存した後、アクチュエータ駆動完了後の区間で検出されるゼロクロスポイントに合わせて残留振動を妨害する方向にブレーキ信号を印加することによって、ホームボタンのように駆動時間が短い波形やＢＥＭＦ信号の大きさが小さい場合にも、安定的に残留振動を除去できるという利点がある。

本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置のブロック構成の例示図である。 本発明の実施例によるアクチュエータ制御方法を説明するための流れ図である。 本発明の実施例を説明するための駆動信号波形の例示図である。 本発明の実施例を説明するための駆動信号波形の例示図である。 本発明の実施例を説明するためのブレーキ信号波形の例示図である。 本発明の実施例を説明するためのブレーキ信号波形の例示図である。 本発明の実施例を説明するためのブレーキ信号波形の例示図である。 本発明のさらに他の実施例によるアクチュエータ制御装置のブロック構成の例示図である。 図８に示したアクチュエータ制御装置の制御動作を説明するための制御流れの例示図である。 図８に示したアクチュエータ制御装置の動作を付加説明するための信号波形の例示図である。 本発明の実施例による共振周波数測定過程を説明するための図である。 本発明の実施例による共振周波数測定過程を説明するための図である。 本発明の実施例による共振周波数測定過程を説明するための図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明することとする。本発明を説明するに際して、関連した公知機能あるいは構成のような具体的な説明が本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合、それに関する詳細な説明は省略することとする。例えば本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置は、ハプティックフィードバックシステムに適用可能なものであって、本発明が適用可能なデバイスは、タッチ感応面または他の類型のインターフェースを含むものと仮定することとし、アクチュエータによる振動は、タッチ面上に生成されるものと仮定することとする。

一方、下記で使用される用語のうち「駆動波形」とは、駆動信号を構成する駆動時間区間にアクチュエータに印加される波形を意味するものであって、駆動時間区間の長さが調整されるというのは、駆動波形の変更を意味するものと解すことができる。

まず、図１は、本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置のブロック構成図を例示するものである。

図１に示されたように、ハプティックフィードバックシステムは、一例として、タッチ面に振動を生成する手段として共振周波数を有するアクチュエータを含み、後述する共振周波数補正部１００により生成される駆動信号によって前記アクチュエータを駆動させるアクチュエータ駆動部３００を含む。アクチュエータ駆動部３００は、既に公知となっているように、ゲートドライバーとＨ－ブリッジ回路を含むので、これに関する詳細な説明は省略することとする。

図１を参照すると、本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置は、大きく、アクチュエータ駆動によるＢＥＭＦ（Ｂａｃｋ ＥｌｅｃｔｒｏＭｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ：以下、ＢＥＭＦという）信号のゼロクロスポイント（Ｚｅｒｏ Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｉｎｔ：以下、ＺＣＰという）を検出するためのゼロクロスポイント検出部２００と、
アクチュエータを共振周波数で駆動させるための駆動信号を生成出力する共振周波数補正部１００と、を含む。

共振周波数補正部１００は、図３に示されたように、アクチュエータを駆動させるための駆動時間ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ区間と前記アクチュエータのＢＥＭＦ信号を検出する保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥ区間とを含む駆動信号を連続生成して出力し、且つ、前記保護時間区間内で検出される前記ＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時間によって前記駆動時間区間の長さが補正された駆動信号を生成出力する。

このような共振周波数補正部１００は、アクチュエータを駆動させるための駆動信号波形データ（基準となるあるいは初期駆動信号の波形と定義できる）を保存するメモリ１１０と、
アクチュエータ駆動によるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時間によって前記駆動信号波形のデータ個数を調整するデータ補正部１２０と、
入力される内部クロック（ＯＳＣ）と前記データ個数調整された駆動信号波形データに対応するＰＷＭパルスを生成して、アクチュエータの駆動部３００に出力するＰＷＭ発生部１４０と、を含むように構成することができる。

もちろん、前記メモリ１１０とデータ補正部１２０を１つのプロセッサで具現することができ、このようなプロセッサも、ハプティックフィードバックシステムが搭載されるデバイスの全般的な動作を制御するプロセッサで具現されることもできる。

ハードウェアはもちろん、ソフトウェアロジックで具現可能な共振周波数補正部１００は、駆動信号の保護時間区間で検出されるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時間が、事前に保存された基準値のゼロクロスポイント検出時間より早いと、駆動時間区間を短縮させ、前記基準値のゼロクロスポイント検出時間より遅れていると、駆動時間区間を延長させた駆動信号が生成出力されるようにする。

ひいては、共振周波数補正部１００は、アクチュエータの残留振動を除去するために、駆動信号に含まれた保護時間（ＧＵＡＲＤ ＴＩＭＥ）区間内で検出されるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期して１つ以上のブレーキ（ＢＲＡＫＥ）信号を出力するが、前記ブレーキ信号が互いに異なる周波数と大きさを有し得るようにすることができる。また、共振周波数補正部１００は、ブレーキ信号を複数で出力し、且つ、複数のブレーキ信号のうち１つのブレーキ信号の大きさをスケールダウン（ｓｃａｌｅ ｄｏｗｎ）比率によって大きさ調節して繰り返して出力することもできる。

一方、本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置は、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出部２００の前端に位置し、一定の大きさ以下のＢＥＭＦ信号を増幅するためのＢＥＭＦ増幅部４００をさらに含むことができる。

参考的に、ゼロクロスポイントを正確に検出するためには、ＢＥＭＦ信号とノイズ信号を区分しなければならない。このために、ＺＣＰ検出部２００の前端でノイズバンドを設定して、一定の大きさ以下のＢＥＭＦ信号は無視するようにする。すなわち、ＢＥＭＦ信号を増幅し、増幅された信号から低臨界電圧（ｌｏｗ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ）、高臨界電圧（ｈｉｇｈ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ）を使用する２つの比較器を構成すると、臨界バンド（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｂａｎｄ）以内の電圧はノイズとして処理される。

以下では、上述した構成を有するアクチュエータ制御装置の動作を添付の図面を参照してより詳細に説明することとする。

図２は、本発明の実施例によるアクチュエータ制御方法を説明するための流れ図を例示したものであり、図３と図４は、本発明の実施例を説明するための駆動信号波形の例示図を、図５～図７は、本発明の実施例を説明するためのブレーキ信号波形をそれぞれ例示したものである。

本発明の実施例を説明するに先立って、本発明の技術的特徴を要約してみると、
まず、アクチュエータの基準共振周波数に合わせてアクチュエータを駆動させるための駆動信号を生成出力する。このような駆動信号の波形を生成するための駆動信号波形データは、メモリに保存され、初期駆動に用いられる。初期駆動後に、アクチュエータ駆動を一時中止（保護時間区間を意味する）し、ＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）と極性（方向情報）を検出して、動く振動子の実際共振周期と運動方向を測定する。次のサイクルの駆動時にゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時点の期待値と測定値の偏差を計算して、メモリに保存された駆動信号の波形を延ばしたり縮めたりする方法で駆動信号を構成する駆動信号波形の周波数を補正することができる。

このように駆動信号の波形を実際共振周波数と一致させ、印加電圧の極性を振動子の運動方向と同相で合わせて駆動させると、最適なパワー効率で最大の振動力を得ることができる。

上述した技術的特徴を具体化したアクチュエータ制御方法が図２に示されている。

図２を参照すると、共振周波数補正部１００は、アクチュエータ駆動命令が受信されると、メモリ１１０にあらかじめ保存されている駆動信号波形データでアクチュエータの駆動が行われるようにする（Ｓ１０段階）。このようなアクチュエータ駆動段階で振動子の運動方向が決定されることが一般的である。前記駆動信号波形データは、出力信号の大きさ情報を有し、アクチュエータ駆動部３００に出力されるＰＷＭパルスのデューティーを決定する。

参考的に、前記駆動信号は、図３に示されたように、アクチュエータに電圧を印加する駆動時間区間ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとＢＥＭＦ信号を感知する保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥ区間とで構成される。

前記駆動時間区間ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥは、メモリ１１０にあらかじめ保存した最小駆動時間（ＭＩＮ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ：駆動信号波形データの形態で保存される）区間と、補正結果によって駆動時間が変わる補正時間ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ区間とからなる。

前記補正時間ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ区間の初期値であるＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ（０）は、基準ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時間ＺＸＤ＿ＴＩＭＥとして設定され、メモリ１１０に保存される。

保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥ区間は、さらに、ＧＮＤ＿ＴＩＭＥ、ＮＵＬＬ＿ＴＩＭＥ、ＺＸＤ＿ＲＥＡＬで構成される。前記ＧＮＤ＿ＴＩＭＥは、アクチュエータに残っている残留エネルギーを除去するために必要であり、ＮＵＬＬ＿ＴＩＭＥは、アクチュエータの出力をＨｉ－Ｚ状態で作り、センシングアンプとＺＣＰ検出部２００がＢＥＭＦ信号を感知するために待機状態にある時間である。ＺＸＤ＿ＲＥＡＬは、ＢＥＭＦ信号が実際ゼロクロスポイントに到達した時間を示す。

アクチュエータを駆動させるための駆動信号の波形が、図３に示されたような構成の時間区間を有すると、
一番目の駆動時間ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥであるＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）は、アクチュエータ共振周波数の半周期から初期保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥを除いた時間である。すなわち、
ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）＝（１／ｆ_０）／２－（ＧＮＤ＿ＴＩＭＥ＋ＮＵＬＬ＿ＴＩＭＥ＋ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ）であり、
最小、最大ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥは、下記のように定義することができる。

ＭＡＸ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ＝ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）＋ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ（０）
ＭＩＮ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ＝ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）－ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ（０）
ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ（０）＝ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ

一番目の駆動信号波形の出力後、次のサイクルの駆動信号のＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（１）は、ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）から基準ＺＸＤ＿ＴＩＭＥと実際測定したＺＸＤ＿ＲＥＡＬの差異を補正した値に決定される。

ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（１）＝ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（０）＋［ＺＸＤ＿ＲＥＡＬ（０）－ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ］

上記の説明を一般式で定義すると、下記の通りである。

ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（ｎ＋１）＝ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（ｎ）＋［ＺＸＤ＿ＲＥＡＬ（ｎ）－ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ］

以上で説明した内容を参照してみたとき、アクチュエータ駆動によるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント検出時間を検出して、これを基準値にあらかじめ設定されたゼロクロスポイント検出時間と比較して駆動時間ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ（ｎ）区間の長さ（すなわち駆動波形の周波数）を補正すると、アクチュエータを共振周波数で駆動することができる。

これにより、共振周波数補正部１００を構成するデータ補正部１２０は、メモリ１１０に保存された駆動信号波形データをＰＷＭ発生部１４０に出力した後、ＺＣＰ検出部２００からゼロクロスポイント検出を示す信号が入力されるかをチェック（Ｓ２０段階）する。

メモリ１１０に保存された前記駆動信号波形データに対応するＰＷＭパルスがアクチュエータ駆動部３００に印加されると、アクチュエータである振動子は振動することになり、アクチュエータ振動によるＢＥＭＦ信号がＢＥＭＦ増幅部４００に入力される。

ノイズバンド設定によって一定の大きさ以下のＢＥＭＦ信号は無視され、一定の大きさ以上のＢＥＭＦ信号がＺＣＰ検出部２００に入力されることによって、データ補正部１２０は、アクチュエータ駆動が一時停止される保護時間区間でゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出を示す信号が入力されるかをチェックすることができる。

もし、Ｓ２０段階で、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）が検出された場合、データ補正部１２０は、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）ファースト（Ｆａｓｔ）であるかをチェック（Ｓ３０段階）する。「ゼロクロスポイントファースト」とは、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）が基準値にあらかじめ設定されたゼロクロスポイント検出時間ＺＸＤ＿ＴＩＭＥの以前に発生した場合と定義する。

このような定義によれば、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）ファースト（Ｆａｓｔ）で「ＺＸＤ＿ＲＥＡＬ＝０」であり、「ＣＯＭＰ＿ＴＩＭＥ＝－ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ」となって、駆動信号の駆動時間区間は、ＭＩＮ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥに減少して、最大共振周波数で駆動する。すなわち、データ補正部１２０は、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）がファースト（Ｆａｓｔ）であれば、駆動時間区間の長さを補正し、且つ、駆動時間の長さがＭＩＮ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとなるように、メモリ１１０に保存された前記駆動信号波形のデータ個数を調整（これを最小駆動波形と定義することができる）（Ｓ４０段階）する。

もし、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）がスロー（Ｓｌｏｗ）（Ｓ５０段階）であれば、データ補正部１２０は、駆動時間区間の長さを補正し、且つ、駆動時間の長さがＭＡＸ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとなるように、メモリ１１０に保存された前記駆動信号波形のデータ個数を調整（これを最大駆動波形と定義することができる）（Ｓ６０段階）する。

参考的に、本発明では、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）が２倍のＺＸＤ＿ＴＩＭＥまで発生しない場合を「ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）スロー（Ｓｌｏｗ）」と定義することとする。すなわち、ＺＸＤ＿ＲＥＡＬ＝２^＊ＺＸＤ＿ＴＩＭＥとなり、駆動時間区間は、ＭＡＸ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥに増加して、最小共振周波数で駆動する。これにより、データ補正部１２０は、上記のように、駆動時間の長さがＭＡＸ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとなるように、前記駆動信号波形のデータ個数を調整する。

一方、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）がファーストでもスローでもない場合、データ補正部１２０は、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出時間（ＺＸＤ＿ＲＥＡＬ－ＺＸＤ＿ＴＩＭＥを計算）によって保存された前記駆動信号波形のデータ個数を調整（Ｓ７０段階）する。

もし非正常な条件で瞬間的にアクチュエータが共振周波数領域から外れて動作する場合、あるいは、ＢＥＭＦ信号に異常が発生する場合にも、設定された最小共振周波数と最大共振周波数領域との間で振動するように制御することが好ましい。

整理すると、データ補正部１２０は、アクチュエータ駆動命令に応答してメモリ１１０に保存されている駆動信号波形を出力し、出力方向を決定する。アクチュエータ駆動終了命令が受信されると、終了し、そうでない場合、ＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）を検出する。ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）の検出時に設定されたノイズバンドより小さい場合、同じ駆動信号波形を連続出力してアクチュエータを駆動したり、そのまま終了する。もしゼロクロスポイント（ＺＣＰ）が検出されたとき、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）ファーストであれば、反対方向にＭＩＮ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとなるように、メモリ１１０に保存された前記駆動信号波形のデータ個数を調整し、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）スローであれば、反対方向にＭＡＸ＿ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥとなるように、前記駆動信号波形のデータ個数を調整する。もしＺＣＰがＺＸＤ＿ＴＩＭＥ区間内で検出された場合であれば、ＺＸＤ＿ＲＥＡＬとＺＸＤ＿ＴＩＭＥとの差を計算し、それによって、前記駆動信号波形のデータ個数を調整する。

以上の実施例によれば、本発明のアクチュエータ制御装置および制御方法は、保存された駆動信号波形でアクチュエータを初期駆動させ、且つ、駆動信号を構成する保護時間区間でＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント検出時間によって次のサイクルの駆動時間区間の長さを補正する方式でアクチュエータの共振周波数をトラッキングするので、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数をリアルタイム補正して、最適なパワー効率で最大大きさの振動を得ることができる長所がある。

一方、上述した実施例では、アクチュエータの共振周波数をトラッキングするために、駆動信号の波形、すなわち駆動時間区間の長さを補正する方法を説明したが、図４に示されたように、駆動時間区間を固定し、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期を合わせる方式で共振周波数をトラッキングすることもできる。

この際、メモリ１１０に保存する駆動信号波形のデータＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥは、下記式によって定めることができる。

ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥ＜（１／ｆ_０）／２－（ＧＮＤ＿ＴＩＭＥ＋ＮＵＬＬ＿ＴＩＭＥ＋２^＊ＺＸＤ＿ＴＩＭＥ）

一方、駆動時間区間の長さを固定し、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期化してアクチュエータの共振周波数をトラッキングする場合、半周期スクエア（ｓｑｕａｒｅ）波形だけでなく、多様な形態と大きさを有する波形も、共振周波数に合わせてトラッキングできるという長所がある。このような場合、共振周波数で様々な感じの振動を作ることができる。

以下では、上述したアクチュエータの共振周波数補正駆動段階後にアクチュエータの残留振動を迅速に除去するためのアクチュエータブレーキング段階について付加説明することとする。

まず、データ補正部１２０は、アクチュエータ駆動停止命令が受信されると（Ｓ８０段階）、図５（一体型ブレーキング波形の例）に示されたように、駆動信号波形ＤＲＩＶＥ＿ＴＩＭＥが終了した後、アクチュエータの残留振動を除去するために、保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥ区間の間感知されるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期化してブレーキ信号波形ＢＲＡＫＥ＿ＴＩＭＥを出力（Ｓ９０段階）する。前記ブレーキ信号の波形データも、メモリ１１０に保存して利用することができ、図示のように、ブレーキ信号の波形は、アクチュエータ振動を妨害する方向の波形を有する。

言及したように、保護時間ＧＵＡＲＤ＿ＴＩＭＥ区間の間感知されるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期化してブレーキ信号の波形をアクチュエータに印加されるように制御すると、アクチュエータ振動子の動きを早く中止させることができる。

上述したアクチュエータブレーキング段階のさらに他の具現方法として、図６（半周期ブレーキング波形の例）に示されたように、メモリ１１０に互いに異なる周波数と大きさを有するブレーキ信号（ＢＲＡＫＥ０＿ＴＩＭＥ、ＢＲＡＫＥ１＿ＴＩＭＥ、‥）の波形データを保存して、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）に同期化させると、多様な方法でさらに速いアクチュエータフォーリングタイム（ｆａｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ）特性を得ることができる。

また、ブレーキ信号によりアクチュエータがさらに振動する場合を防止するために、図７（半周期自動大きさ調節ブレーキング波形の例）に示されたように、複数のブレーキ信号を出力し、且つ、前記複数のブレーキ信号のうち１つのブレーキ信号の大きさをスケールダウン（ｓｃａｌｅ ｄｏｗｎ）比率によって大きさ調節して繰り返して出力されるようにすることもできる。図７では、ＢＲＡＫＥ１＿ＴＩＭＥの大きさをスケールダウンしたものであって、スケールダウン比率は、アクチュエータのフォーリングタイム特性に合うように選択（例えば１．０、０．７５、０．５、０．２５等）することができる。

上述したような本発明の実施例によれば、本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置および方法は、メモリ１１０に駆動信号の波形データを保存した後、周波数を調節して使用するので、多様な波形を共振周波数で駆動して多様な感じの振動を具現することができ、メモリ１１０に保存する駆動信号の波形データを最適化して最大加速度の調整およびアクチュエータ加速度の散布を最小化できる効果も得ることができる。

また、アクチュエータに最適化されたブレーキ信号の波形を実験的な方法で探してメモリ１１０に保存した後、アクチュエータ駆動完了後の区間で検出されるゼロクロスポイントに合わせて残留振動を妨害する方向にブレーキ信号を印加することによって、ホームボタンのように駆動時間が短い波形やＢＥＭＦ信号の大きさが小さい場合にも、安定的に残留振動を除去できるという利点がある。

以上の実施例では、ＰＷＭ発生部１４０に印加する駆動信号波形のデータ個数、すなわち駆動信号波形データを調整してアクチュエータの共振周波数を補正する装置および方法について説明したが、ＰＷＭ発生部１４０に印加されるクロック周波数の調整を通じてもアクチュエータの共振周波数を補正することができる。このような本発明のさらに他の実施例を説明し、且つ、図１で既に説明された構成と同じ構成に対する説明は省略することとする。

まず、図８は、本発明のさらに他の実施例によるアクチュエータ制御装置のブロック構成図を例示したものであり、図９は、図８に示したアクチュエータ制御装置の制御動作を説明するための制御流れ図を例示したものであり、図１０は、図８に示したアクチュエータ制御装置の動作を付加説明するための信号波形を、図１１～図１３は、本発明の実施例による共振周波数測定過程を説明するための図をそれぞれ例示したものである。

図８に示されたように、本発明のさらに他の実施例によるアクチュエータ制御装置は、ハプティックフィードバックシステムを構成するアクチュエータを制御するための装置であって、
発振器（ＯＳＣ）５３０で基準クロック周波数で発振されたクロックとアクチュエータを駆動させるための基準駆動信号波形データの組合せによって生成されたＰＷＭパルスをアクチュエータ駆動部に出力する共振周波数補正部５００と、
前記アクチュエータ駆動によるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイント（ＺＣＰ）を検出するためのゼロクロスポイント検出部６００と、を含み、且つ、前記共振周波数補正部５００は、
前記ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出周期から前記アクチュエータの共振周波数を算出し、算出された現在の共振周波数を追従するためのクロック周波数を前記基準クロック周波数に新しく変更設定する自動補正プロセスを行うことを特徴とする。

前記「基準クロック周波数」と「基準駆動信号波形データ」は、それぞれアクチュエータを共振周波数で駆動させるために事前に設定されるクロック周波数と駆動信号波形データと定義することとする。このような基準クロック周波数は、後述する自動補正プロセスにより新しく変更設定される。前記自動補正プロセスとは、アクチュエータの共振周波数を補正するための一連のプロセスであると定義する。

図１で既に説明したように、図８に示したアクチュエータ制御装置も、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出部６００の前端に位置し、ＢＥＭＦ信号を増幅するためのＢＥＭＦ増幅部８００をさらに含むことができる。

一方、前記共振周波数補正部５００は、前記ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）検出周期を内部クロックでカウントするためのカウンター５２０と、
前記カウンター５２０のカウント値から前記アクチュエータの共振周波数を算出し、算出された前記アクチュエータの共振周波数を追従するために必要なクロック周波数を計算してこれを新しい基準クロック周波数に変更設定して、発振器５３０の出力クロックを制御するクロック周波数制御部５１０と、
前記クロック周波数制御部５１０の制御によって設定されるクロック周波数で発振する発振器５３０と、
前記発振器５３０によるクロックと外部から印加される駆動信号波形データの組合せによってＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生部５４０と、を含む。

前記「外部」とは、ハプティックフィードバックシステムが適用されたデバイスのホストプロセッサであり得、具現方法によっては、クロック周波数制御部５１０が自動補正プロセスのために補正用第１駆動信号波形データあるいは第２駆動信号波形データを印加する主体として動作することもできる。もちろん、クロック周波数制御部５１０とカウンター５２０が1つのプロセッサで具現される場合、図１で説明した駆動信号波形データの調整主体として動作することもでき、基準クロック周波数を変更設定する主体として、あるいは基準クロック周波数と駆動信号波形データのうちいずれか1つを動作モードによって相互変更設定する主体として動作することができるようにプログラミングすることもできる。

一方、前記クロック周波数制御部５１０は、定められたイベント条件の満足時に前記定義した自動補正プロセスを行う。前記定められたイベント条件とは、ハプティックフィードバックシステムが適用されたデバイスのパワーオン（ｐｏｗｅｒ ｏｎ）時に、あるいは定められた補正周期（デバイス利用者あるいは製造社が設定する周期）あるいは性能劣化をもたらす温度を考慮して設定されるデバイス内の設定温度到達時などをいくつかの例として挙げることができる。これは、例示に過ぎず、利用者、製造社などによって多様な形態のイベント条件を設定することができる。

変形可能なさらに他の具現方法として、クロック周波数制御部５１０は、定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行い、且つ、前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号波形データ（図１１と同じ）あるいは前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が小さくて駆動時間が長い補正用第２駆動信号波形データ（図１２のような）をＰＷＭ発生部５４０に印加して自動補正プロセスを行うこともできる。

一方、本発明の実施例によるアクチュエータ制御装置の共振周波数補正部５００が単純にクロック周波数を変更して共振周波数を補正するシステムであれば、自動補正プロセスが制限的であり得る。これにより、定められたイベント条件の満足時に前記共振周波数補正部５００による自動補正プロセスが正常に行われ得るように支援、すなわち補正用第１あるいは第２駆動信号波形データを印加するためのデバイスプロセッサ（ホスト）をさらに含むことができる。

以下、図９を参照して上述した構成を含むアクチュエータ制御装置の制御方法をより詳細に説明することとする。

まず、クロック周波数制御部５１０は、先立って定義した定められたイベント条件が満足されると（デバイスプロセッサであるホストの命令によって行われることもできる）、アクチュエータを駆動させるための駆動信号の生成のために必要なクロックが基準クロック周波数で発振されるように発振器５３０の出力を制御（Ｓ１１０段階）する。この際、デバイスプロセッサであるホストは、基準駆動信号波形データをＰＷＭ発生部５４０に印加することによって、アクチュエータは、事前に設定されたアクチュエータの共振周波数で駆動する。

このようにアクチュエータに駆動信号が印加されると、それによるＢＥＭＦ信号が発生してＺＣＰ検出部６００に印加されて、ゼロクロスポイント（ＺＣＰ）が検出され、それによるパルスが共振周波数補正部５００に印加される。

これにより、共振周波数補正部５００内のカウンター５２０は、内部クロックでＢＥＭＦ信号の周期をカウントし、その値がクロック周波数制御部５１０に伝達されることによって、クロック周波数制御部５１０は、アクチュエータの駆動によるＢＥＭＦ信号の周期からアクチュエータの現在の共振周波数を算出（Ｓ１２０段階）する。

共振周波数の算出は、下記数式を利用して算出可能である。下記数式でＦ_０Ｍ，Ａ，Ｆ_ＯＳＣそれぞれは、算出されたアクチュエータの共振周波数、カウント個数、内部クロック周波数であり、Ｎは、駆動信号波形データの解像度を示す。そして、Ｆ_０，Ｆ_ＯＵＴ，Ｆ_{ＯＳＣＣＡＬ}，Ｆ_ＰＷＭそれぞれは、アクチュエータの共振周波数、補正完了したアクチュエータの共振周波数、アクチュエータの共振周波数を補正するためのクロック周波数（補正したクロック周波数に新しく変更設定される基準周波数に該当する）、ＰＷＭパルス周波数を示す。

前記数式に基づいてアクチュエータの現在共振周波数を算出すると、クロック周波数制御部５１０は、Ｓ１３０段階に進めて、前記算出されたアクチュエータの共振周波数と以前に設定されていた共振周波数との間に偏差が発生したかをチェックする。チェック結果、共振周波数間に偏差が発生した場合、劣化などの様々な要因によってアクチュエータの現在共振周波数が変更されたのであるから、新しく算出されたアクチュエータの現在共振周波数を追従（偏差補正の意味である）するためのクロック周波数を計算して、これを前記基準クロック周波数に新しく変更設定（Ｓ１４０段階）する。

このように既に保存されている基準クロック周波数を現在測定されたアクチュエータの共振周波数を追従できるクロック周波数に新しく変更設定することによって、アクチュエータは、最適なパワー効率で最大大きさの振動特性を発揮することができる。

したがって、本発明は、製造公差、装着条件、温度、老化によって変わるアクチュエータの共振周波数を基準クロック周波数の補正を通じて定められたイベント条件の満足時に補正しておくことによって、ハプティックフィードバックシステムに最適なパワー効率で最大大きさの振動を提供することができるという長所がある。

一方、本発明のさらに他の具現方法として、ホームボタン振動のように１０ｍｓ～２０ｍｓ以内に駆動しなければならない短い駆動条件で十分な振動力と測定可能なＢＥＭＦ信号の大きさを得るためには、図１１に示したような駆動信号がアクチュエータに印加されるようにすることが好ましい。すなわち、ホームボタン振動イベントの発生時にアクチュエータの共振周波数を補正するために、クロック周波数制御部５１０またはデバイスプロセッサであるホストは、基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号波形データをＰＷＭ発生部５４０に印加して共振周波数の算出が行われるようにすることが好ましい。

これとは反対に、図１２に示されたように、アクチュエータを十分に動くことができる駆動時間と駆動電圧、すなわち基準駆動信号より相対的に駆動電圧が小さく、駆動時間が長い補正用第２駆動信号波形データをＰＷＭ発生部５４０に印加して共振周波数の算出が行われるようにすることもできる。

また、図１３のように、アラート振動で長時間振動し、且つ、小さい振幅で駆動する場合にも、一定時間以降に十分な振動力と測定可能なＢＥＭＦ信号の大きさを得ることができるので、アラート振動周期の中間に駆動信号を中断し、ＢＥＭＦ信号の周期を内部クロックで測定してアクチュエータの共振周波数を測定して、基準クロック周波数を変更することもできる。

以上は、図面に示された実施例を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができる。

Claims (9)

1. 基準クロック周波数で発振されたクロックとアクチュエータを駆動させるための基準駆動信号波形データの組合せによって生成されたＰＷＭパルスをアクチュエータ駆動部に出力する共振周波数補正部と；
   前記アクチュエータの駆動によるＢＥＭＦ信号のゼロクロスポイントを検出するためのゼロクロスポイント検出部と；を含み、
   前記共振周波数補正部は、
   前記ゼロクロスポイントの検出周期を内部クロックでカウントするためのカウンターと；
   前記カウンターのカウント値から前記アクチュエータの共振周波数を算出し、算出された前記アクチュエータの共振周波数を追従するためのクロック周波数を計算して新しい基準クロック周波数に変更設定して、発振器の出力クロックを制御するクロック周波数制御部と；
   前記クロック周波数制御部の制御によって設定されるクロック周波数で発振する発振器と；
   前記発振器によるクロックと外部から印加される駆動信号波形データの組合せによってＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生部と；を含み、且つ、
   前記共振周波数補正部は、前記ゼロクロスポイントの検出周期から前記アクチュエータの共振周波数を算出して、これを追従するためのクロック周波数を前記基準クロック周波数に新しく変更設定する自動補正プロセスを行うことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記ゼロクロスポイント検出部の前端に位置し、ＢＥＭＦ（Ｂａｃｋ ＥｌｅｃｔｒｏＭｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）信号を増幅するためのＢＥＭＦ増幅部；をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記クロック周波数制御部は、
   定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
4. 前記クロック周波数制御部は、
   定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行い、且つ、前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号波形データあるいは前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が小さく、駆動時間が長い補正用第２駆動信号波形データをＰＷＭ発生部に印加して自動補正プロセスを行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
5. 前記共振周波数補正部は、
   定められたイベント条件の満足時に前記自動補正プロセスを行うことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
6. 定められたイベント条件の満足時に前記共振周波数補正部による自動補正プロセスが正常に行われ得るように支援するためのデバイスプロセッサ；をさらに含み、且つ、前記デバイスプロセッサは、
   定められたイベント条件の満足時に前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が大きく、駆動時間が短い補正用第１駆動信号波形データあるいは前記基準駆動信号波形データより相対的に駆動電圧が小さく、駆動時間が長い補正用第２駆動信号波形データをＰＷＭ発生部に印加することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
7. ハプティックフィードバックシステムを構成するアクチュエータを共振周波数で駆動させるためのアクチュエータの制御方法において、
   前記アクチュエータを駆動させるための駆動信号の生成のために必要なクロックが基準クロック周波数で発振されるように発振器の出力を制御する第１段階と；
   前記アクチュエータの駆動によるＢＥＭＦ信号の周期から前記アクチュエータの共振周波数を算出する第２段階と；
   算出された前記アクチュエータの共振周波数を追従するためのクロック周波数を計算して前記基準クロック周波数に新しく変更設定して、前記発振器の出力を制御する第３段階と；
   前記駆動信号より相対的に駆動電圧が大きく駆動時間が短い補正用第１駆動信号、または前記駆動信号より相対的に駆動電圧が小さく駆動時間が長い補正用第２駆動信号が生成されるように、駆動信号波形データを変更させてＰＷＭ発生部に印加する第４段階と；を含むことを特徴とするアクチュエータ制御方法。
8. 前記第２段階、第３段階および第４段階は、デバイスのパワーオン時にあるいは定められた補正周期にあるいはデバイス内の設定温度到達時に行われることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ制御方法。
9. 前記第２段階、第３段階および第４段階は、アラート振動周期の中間に行われることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ制御方法。

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