JP2001264841A - Controller with actuator using shape memory alloy - Google Patents
Controller with actuator using shape memory alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】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に関する。The present invention relates to a control device using an actuator containing a shape memory alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、例えばレンズシャッタカメラの手
振補正機構においても利用できる小型の位置制御機構の
必要性が高まっている。かかる要請に応えるアクチュエ
ータとして、形状記憶合金およびバネを利用したアクチ
ュエータが考えられる。これまで、形状記憶合金を利用
したアクチュエータの制御方法としては、これを単にス
イッチとして利用するためのオン・オフ制御が開示され
ているにすぎない。また、「システムと制御 第29巻
第５号：栗林 １９８５年」には、形状記憶合金を用い
た制御要素の数学モデルおよびＰＩＤ制御が紹介されて
いるが、その具体的手法については触れられていない。2. Description of the Related Art In recent years, a need has arisen for a small position control mechanism that can be used also in a camera shake correction mechanism of a lens shutter camera, for example. An actuator using a shape memory alloy and a spring can be considered as an actuator that meets such a demand. Until now, as a method of controlling an actuator using a shape memory alloy, only on / off control for simply using the actuator as a switch has been disclosed. See also "Systems and Control Vol. 29
No. 5: Kuribayashi 1985 ”introduces a mathematical model of control elements using a shape memory alloy and PID control, but does not mention the specific method.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決すべき技術的課題は、形状記憶合金を含むアクチュ
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
提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a control device for controlling the position of a driven member using an actuator including a shape memory alloy.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段・作用・効果】本発明は、上
記課題を有効に解決するために創案されたものであっ
て、以下の特徴を備えた制御装置を提供するものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to effectively solve the above problems, and provides a control device having the following features.
【０００５】本発明の制御装置においては、「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
して外力を負荷して寸法を変化させる付勢手段」とでア
クチュエータを構成している。そして、「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。なお、付
勢手段としては、バイアスバネ等のスプリングを採用す
ることが好ましい。In the control device of the present invention, an actuator is constituted by "a shape memory alloy whose shape is stored in a predetermined size" and "biasing means for changing a size by applying an external force to the shape memory alloy". ing. Then, the position of the driven member in the "first direction in which the shape memory alloy returns to the memory size" and in the "second direction in which the urging means changes the size of the shape memory alloy" are controlled by the actuator. Preferably, a spring such as a bias spring is used as the biasing means.
【０００６】本発明の制御装置は、さらに「被駆動部材
の目標位置および現在位置に関する情報に基いて繰り返
し演算を行い、形状記憶合金に印加すべき電圧を演算す
る印加電圧演算手段」と「印加電圧演算手段による演算
結果に基いて、被駆動部材が上記第１方向に進行すべき
場合にのみ、演算で得られた電圧を形状記憶合金に印加
する制限回路を含む電圧印加手段」とを備えている。言
い換えると、この電圧印加手段の制限回路は、印加電圧
演算手段による演算結果に基いて、被駆動部材が上記第
２方向に進行すべき場合には、演算で得られた電圧を形
状記憶合金に印加することを制限する(印加しない)もの
である。なお、印加電圧演算手段による演算には、印加
すべき電圧を直接演算する場合だけでなく、流すべき電
流を基準としてその電流に対応する電圧を演算する場合
も含まれる。The control device according to the present invention further comprises "applied voltage calculating means for repeatedly calculating based on information on the target position and the current position of the driven member to calculate a voltage to be applied to the shape memory alloy" and " Voltage applying means including a limiting circuit for applying the voltage obtained by the calculation to the shape memory alloy only when the driven member is to proceed in the first direction based on the calculation result by the voltage calculating means. ing. In other words, the limiting circuit of the voltage applying means, based on the calculation result by the applied voltage calculating means, when the driven member should proceed in the second direction, transfers the voltage obtained by the calculation to the shape memory alloy. This limits (does not apply) the application. The calculation by the applied voltage calculation means includes not only a case where a voltage to be applied is directly calculated but also a case where a voltage corresponding to the current to be supplied is calculated based on a current to be applied.
【０００７】上記構成を有する本発明の制御装置におい
ては、被駆動部材を第１方向に移動させるべき場合にの
み形状記憶合金に電圧が印加され、その結果、被駆動部
材は目標位置に向かって駆動される。一方、被駆動部材
を第２方向に移動させるべき場合には、印加電圧演算手
段による演算結果が負電圧となっても、電圧印加手段が
有する制限回路の働きにより、形状記憶合金に電圧が印
加されて該形状記憶合金によりさらに駆動されて誤制御
するということは起こらず、したがって、被駆動部材
は、付勢手段による付勢力によって目標位置へと駆動さ
れる。このように、本発明によれば、形状記憶合金とス
プリング等の付勢手段とからなるアクチュエータで被駆
動部材の位置を制御できるので、小型で低コストの駆動
システムが可能となる。In the control device of the present invention having the above-described structure, the voltage is applied to the shape memory alloy only when the driven member is to be moved in the first direction. As a result, the driven member moves toward the target position. Driven. On the other hand, when the driven member is to be moved in the second direction, the voltage is applied to the shape memory alloy by the operation of the limiting circuit of the voltage applying unit even if the calculation result by the applied voltage calculating unit becomes a negative voltage. This does not cause erroneous control due to being further driven by the shape memory alloy. Therefore, the driven member is driven to the target position by the urging force of the urging means. As described above, according to the present invention, since the position of the driven member can be controlled by the actuator including the shape memory alloy and the urging means such as the spring, a small-sized and low-cost driving system can be realized.
【０００８】本発明においては、上記電圧印加手段の制
限回路は、印加電圧演算手段の最終出力に対して制限を
行なうものであることが好ましい。上記被駆動部材が具
体的にいかなるものであるかは、本発明において特に限
定されるものではないが、一例として、手振補正機能付
光学装置における手振補正光学系を挙げることができ
る。In the present invention, the limiting circuit of the voltage applying means preferably limits the final output of the applied voltage calculating means. The specific nature of the driven member is not particularly limited in the present invention, but an example is a camera shake correction optical system in an optical device with a camera shake correction function.
【０００９】[0009]
【００１０】本発明の実施形態を、添付の図面を参照し
て以下に詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１１】本発明では、Ｘ方向(水平方向)およびＹ方
向(垂直方向)について、それぞれジャイロ(角速度セン
サ)を利用して手振れに起因する振れ量を検出する。そ
して、鏡胴内に配置した補正光学系を、手振れを打ち消
す方向に駆動させる。補正光学系は、後述するように、
形状記憶合金(ＳＭＡ)およびバイアスバネを利用したア
クチュエータで駆動される。なお、一般的に手振れで
は、最高で約10Hz程度の正弦波振動がカメラに発生する
が、本発明はそのような手振れを補正するものである。According to the present invention, in each of the X direction (horizontal direction) and the Y direction (vertical direction), a gyro (angular velocity sensor) is used to detect a shake amount caused by a camera shake. Then, the correction optical system arranged in the lens barrel is driven in a direction to cancel camera shake. The correction optical system, as described later,
It is driven by an actuator using a shape memory alloy (SMA) and a bias spring. In general, a camera shake generates a sine wave vibration of about 10 Hz at the maximum in the camera, but the present invention corrects such a camera shake.
【００１２】図１は、本発明による手振補正システムの
全体構成を示している。カメラ本体ａ１内には、Ｘ方向
用ジャイロａ２およびＹ方向用ジャイロａ３が配置され
ており、Ｘ方向およびＹ方向の手振れによる角速度が独
立して検出される。振れ検出回路ａ４は、各ジャイロか
らの角速度信号に含まれる信号ノイズをカットするフィ
ルタ回路、および角速度信号を角度信号に変換するため
の積分回路等で構成される。振れ量検出部ａ５は、振れ
検出回路ａ４からの角度信号を所定時間間隔で取り込ん
で、カメラの振れ量を係数変換部ａ８に向けて出力す
る。Ｘ方向の振れ量は"detx"として、Ｙ方向の振れ量
は"dety"として、それぞれ出力される。FIG. 1 shows the overall configuration of a camera shake correction system according to the present invention. A gyro a2 for the X direction and a gyro a3 for the Y direction are arranged in the camera body a1, and angular velocities due to camera shake in the X and Y directions are independently detected. The shake detection circuit a4 includes a filter circuit that cuts signal noise included in the angular velocity signal from each gyro, an integration circuit that converts the angular velocity signal into an angle signal, and the like. The shake amount detection unit a5 captures the angle signal from the shake detection circuit a4 at predetermined time intervals, and outputs the camera shake amount to the coefficient conversion unit a8. The shake amount in the X direction is output as "detx", and the shake amount in the Y direction is output as "dety".
【００１３】シーケンスコントロール部ａ７は、撮影お
よび手振補正に関するシーケンスを制御する。レリーズ
ボタンａ６が半押し状態とされると、測光および測距等
の撮影準備を開始する。レリーズボタンａ６が全押し状
態となると、撮影状態に移行し、以下のシーケンスで手
振補正を行なう。ジャイロからの信号を振れ量検出部
ａ５に取り込んで、振れ量"detx"および"dety"を検出す
る。振れ量検出部ａ５で得られた振れ量"detx"およ
び"dety"を、係数変換部ａ８において、補正光学系の実
際の移動量"px"および"py"に変換する。目標位置算出
部ａ９において、前記移動量"px"および"py"だけ補正光
学系を移動させるための駆動信号量"drvx"および"drvy"
を算出する。なお、係数変換部ａ８は、補正光学系の固
体バラツキや温度に依存して変化する光学性能を考慮し
た最適な係数を、撮影準備に移行した際に算出する。The sequence control section a7 controls a sequence relating to photographing and camera shake correction. When the release button a6 is half-pressed, preparation for photographing such as photometry and distance measurement is started. When the release button a6 is fully pressed, the state shifts to the shooting state, and the camera shake is corrected in the following sequence. The signal from the gyro is taken into the shake amount detection unit a5, and the shake amounts "detx" and "dety" are detected. The shake amounts "detx" and "dety" obtained by the shake amount detection unit a5 are converted into the actual movement amounts "px" and "py" of the correction optical system by the coefficient conversion unit a8. In the target position calculator a9, the drive signal amounts "drvx" and "drvy" for moving the correction optical system by the movement amounts "px" and "py".
Is calculated. Note that the coefficient conversion unit a8 calculates the optimum coefficient in consideration of the optical performance that changes depending on the solid-state variation and the temperature of the correction optical system when shifting to the shooting preparation.
【００１４】目標位置補正部ａ10は、温度センサａ12か
らの信号に基いて、目標位置を補正するための補正信号
を出力する。これは主として、温度が高くなることで性
能が変化するＳＭＡアクチュエータのオフセット量を考
慮した補正を行なうものである。駆動制御補正部ａ11
は、ＳＭＡアクチュエータ、駆動機構の固体バラツキ、
温度による駆動性能の変化によらず、各個体および各温
度で最適な駆動性能が発揮できるよう最適ゲインを設定
し、駆動状態を最適化する。以上の処理は、マイコンを
利用したデジタル処理にて行なう。The target position corrector a10 outputs a correction signal for correcting the target position based on a signal from the temperature sensor a12. This correction is mainly performed in consideration of the offset amount of the SMA actuator whose performance changes as the temperature increases. Drive control correction unit a11
Is the SMA actuator, the solid variation of the drive mechanism,
The optimum gain is set so that the optimum driving performance can be exhibited at each individual and each temperature regardless of the change of the driving performance due to the temperature, and the driving state is optimized. The above processing is performed by digital processing using a microcomputer.
【００１５】撮影光学系ａ21には補正光学系ａ22が組み
込まれている。補正光学系ａ22は、Ｘ方向用アクチュエ
ータａ24およびＹ方向用アクチュエータａ26によって、
Ｘ方向およびＹ方向に独立して駆動される。補正光学系
ａ22のＸ方向位置およびＹ方向位置は、それぞれ位置検
出センサａ25およびａ26によって検出される。これらの
メカ構成を以下に説明する。A correction optical system a22 is incorporated in the photographing optical system a21. The correction optical system a22 includes an X-direction actuator a24 and a Y-direction actuator a26.
It is driven independently in the X and Y directions. The X-direction position and the Y-direction position of the correction optical system a22 are detected by position detection sensors a25 and a26, respectively. These mechanical configurations will be described below.
【００１６】図２は、補正光学系の駆動機構を説明する
平面図である。カメラ本体に対して不動の基台ｄ19に対
して、Ｘ方向にスライド可能な移動台ｄ９が配置されて
いる。移動台ｄ９に対して、補正光学系ｄ１がＹ方向に
スライド可能とされている。したがって、補正光学系ｄ
１は、基台ｄ19に対して、Ｘ方向およびＹ方向のいずれ
にもスライド可能である。FIG. 2 is a plan view for explaining a driving mechanism of the correction optical system. A movable base d9 slidable in the X direction is disposed on a base d19 that is immovable with respect to the camera body. The correction optical system d1 is slidable in the Y direction with respect to the movable table d9. Therefore, the correction optical system d
1 is slidable in both the X and Y directions with respect to the base d19.
【００１７】移動台ｄ９に対する補正光学系ｄ１のスラ
イド機構は次の通りである。移動台ｄ９の上面には、Ｙ
方向に延びる２本の案内ロッドｄ３およびｄ６が固定さ
れており、その間に補正光学系ｄ１が配置される。補正
光学系ｄ１の保持枠ｄ２には各案内ロッドにスライド可
能に係合するスライドガイドが固定されており、したが
って、補正光学系ｄ１は、両案内ロッドに案内されてＹ
方向にスライド可能となっている。一方のスライドガイ
ドｄ４から突出する端子ｄ５には、ＳＭＡｄ７およびバ
イアスバネｄ８が、互いに端子ｄ５を引張り合うように
配置されている。The sliding mechanism of the correction optical system d1 with respect to the movable table d9 is as follows. On the upper surface of the moving table d9, Y
The two guide rods d3 and d6 extending in the direction are fixed, and the correction optical system d1 is arranged between them. A slide guide that is slidably engaged with each guide rod is fixed to the holding frame d2 of the correction optical system d1. Therefore, the correction optical system d1 is guided by the two guide rods and Y
It is slidable in the direction. The SMA d7 and the bias spring d8 are arranged on the terminal d5 protruding from the one slide guide d4 so as to pull the terminal d5 mutually.
【００１８】最初は、「バイアスバネｄ８による引張
力」が「ＳＭＡｄ７による引張力」よりも大きいので、
補正光学系ｄ１は、図２中下側に位置している。その状
態からＳＭＡｄ７への通電量を大きくしていくと、徐々
にＳＭＡｄ７がその記憶長さに向かって縮むので、補正
光学系ｄ１は上方側へと移動する。したがって、ＳＭＡ
ｄ７への通電量を制御することで、補正光学系ｄ１のＹ
方向の位置を制御することができる。なお、基台ｄ19に
対する移動台ｄ９のＸ方向の位置制御は、これと同じ原
理に基いて行なわれる。このように、形状記憶合金とバ
イアスバネによりアクチュエータが構成され、かかるア
クチュエータがＸ方向用とＹ方向用に独立して２つ設け
られている。At first, the "tensile force by the bias spring d8" is larger than the "tensile force by the SMAd7".
The correction optical system d1 is located on the lower side in FIG. When the amount of current supplied to the SMAd 7 is increased from that state, the SMad 7 gradually contracts toward its storage length, and the correction optical system d1 moves upward. Therefore, SMA
By controlling the amount of power to d7, the Y of the correction optical system d1 is controlled.
The position in the direction can be controlled. The control of the position of the movable base d9 in the X direction with respect to the base d19 is performed based on the same principle. Thus, an actuator is constituted by the shape memory alloy and the bias spring, and two such actuators are provided independently for the X direction and for the Y direction.
【００１９】なお、図３には、印加電流に対するＳＭＡ
の伸縮を表すヒステリシスループを示した。ＳＭＡは、
記憶温度よりも低い状態では柔らかく変形し易いので、
バイアスバネに引っ張られて伸びる。そして、加熱され
て記憶温度になると、記憶された形状(寸法)に戻る。Ｓ
ＭＡに印加する電流のオン・オフにより温度を上下させ
ると、ＳＭＡを伸縮させることができる。FIG. 3 shows SMA with respect to applied current.
A hysteresis loop representing the expansion and contraction of is shown. SMA is
Since it is soft and easily deformed in a state lower than the memory temperature,
It is stretched by being pulled by the bias spring. Then, when the storage temperature is reached by heating, the shape returns to the stored shape (dimension). S
The SMA can be expanded and contracted by raising and lowering the temperature by turning on and off the current applied to the MA.
【００２０】図４は、上記補正光学系の現在位置を検出
するための位置検出原理を説明する説明図である。補正
光学系ｄ１の保持枠ｄ２(図２参照)にＬＥＤｅ１が固定
されている。すなわち、ＬＥＤｅ１は補正光学系ｄ１と
ともに移動する。ＬＥＤｅ１内の発光チップｅ２からの
光は、スリットｅ３を通過して、ＰＳＤ(position sens
itive device)ｅ４の受光部ｅ５に到達する。ＰＳＤｅ
４は、カメラ本体に対して不動とされているので、補正
光学系ｄ１が移動すると、受光部ｅ５上での光の重心位
置も移動する。この結果、ＰＳＤｅ４からの出力電流Ｉ
１とＩ２との比が変化するので、この比を測定すること
により、補正光学系ｄ１の位置を検出することができ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of position detection for detecting the current position of the correction optical system. The LED e1 is fixed to a holding frame d2 (see FIG. 2) of the correction optical system d1. That is, the LED e1 moves together with the correction optical system d1. The light from the light emitting chip e2 in the LED e1 passes through the slit e3, and the PSD (position sens
(light-emitting device) e4. PSDe
4 is immovable with respect to the camera body, so that when the correction optical system d1 moves, the position of the center of gravity of light on the light receiving unit e5 also moves. As a result, the output current I from PSDe4
Since the ratio between 1 and I2 changes, the position of the correction optical system d1 can be detected by measuring this ratio.
【００２１】スリットｅ３は、発光ＬＥＤ側が広く、受
光ＰＳＤ側が狭くなるように構成されており、これによ
りエネルギーロスを抑えながら指向性を鋭くしている。
また、スリットｅ３は検出する移動方向(矢印ｅ７)と直
交する方向に延在して設けられているので、図４の例で
は、補正光学系ｄ１の矢印ｅ７方向の移動に敏感に反応
し、それと直交する方向への移動によっては影響を受け
ない。このような位置検出機構を補正光学系ｄ１のＸ方
向位置およびＹ方向位置の検出のために、それぞれ独立
して２つ設ける。The slit e3 is configured such that the light-emitting LED side is wide and the light-receiving PSD side is narrow, thereby sharpening the directivity while suppressing energy loss.
Further, since the slit e3 is provided to extend in a direction orthogonal to the moving direction (arrow e7) to be detected, in the example of FIG. 4, the slit e3 is sensitive to the movement of the correction optical system d1 in the direction of arrow e7, It is not affected by movement in the direction perpendicular to it. Two such position detection mechanisms are independently provided for detecting the X-direction position and the Y-direction position of the correction optical system d1.
【００２２】次に、図１中の駆動制御部ａ23について、
図５および図６を参照しながら詳細に説明する。図５に
は、駆動制御部ａ23の構成概要を示している。この部分
は、大きく分けると、データ受信部(ｂ１〜ｂ４)、ＤＡ
コンバータ部ｂ５、Ｘ方向サーボ制御部(ｂ６、ｂ８)、
Ｙ方向サーボ制御部(ｂ７、ｂ９)、およびアクチュエー
タドライバ部ｂ10から構成される。Next, the drive control unit a23 in FIG.
This will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 shows a schematic configuration of the drive control unit a23. This part can be roughly divided into data receiving units (b1 to b4), DA
Converter section b5, X-direction servo control section (b6, b8),
It comprises a Y-direction servo control section (b7, b9) and an actuator driver section b10.
【００２３】ｂ１およびｂ２は、Ｘ方向およびＹ方向の
それぞれについて、目標位置算出部ａ９からの目標位置
信号を受信して記憶する目標位置データ受信部である。
ｂ３およびｂ４は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにつ
いて、駆動補正部ａ11からの信号を受信して記憶するゲ
インデータ受信部である。ここに記憶されたゲインデー
タに基いてサーボ回路のゲイン設定が行なわれる。以下
に、本発明におけるサーボ制御を説明する。B1 and b2 are target position data receiving sections for receiving and storing target position signals from the target position calculating section a9 in the X direction and the Y direction, respectively.
b3 and b4 are gain data receiving units that receive and store signals from the drive correction unit a11 in the X direction and the Y direction, respectively. The gain of the servo circuit is set based on the gain data stored here. Hereinafter, the servo control according to the present invention will be described.
【００２４】不図示のＸ/Ｙ方向選択回路によってＸ方
向を選択すると、Ｘ方向の目標位置データが目標位置算
出部ａ９からデータ受信部ｂ１に記憶される。このデー
タは、ＤＡコンバータｂ５でＤ/Ａ変換される。このと
き、サンプルホールド回路ｂ６はサンプリング状態とな
り、ｂ５からの出力が目標位置電圧として、Ｘ方向サー
ボ制御回路ｂ８へと出力される。一方、サンプルホール
ド回路ｂ７はホールド状態となっている。When the X / Y direction is selected by an X / Y direction selection circuit (not shown), target position data in the X direction is stored from the target position calculator a9 to the data receiver b1. This data is D / A converted by the DA converter b5. At this time, the sample and hold circuit b6 enters a sampling state, and the output from b5 is output to the X-direction servo control circuit b8 as a target position voltage. On the other hand, the sample hold circuit b7 is in a hold state.
【００２５】次のタイミングでは、Ｙ方向の目標位置を
設定するために、上記Ｘ/Ｙ方向選択回路によってＹ方
向を選択し、上記と同様にして、ｂ５からの出力を目標
位置電圧として、Ｙ方向サーボ制御回路ｂ９へと出力す
る。以下同様にして、Ｘ方向およびＹ方向の目標データ
の出力を交互に繰り返す。At the next timing, in order to set a target position in the Y direction, the Y / Y direction is selected by the X / Y direction selection circuit, and the output from b5 is set as the target position voltage in the same manner as described above. Output to the direction servo control circuit b9. In the same manner, the output of the target data in the X direction and the Y direction is alternately repeated.
【００２６】Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８およびＹ方向サ
ーボ制御回路ｂ９は同様の構成を有するので、Ｘ方向サ
ーボ制御回路ｂ８についてのみ説明する。図５に示した
ように、Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８は、サーボ制御部と
位置検出部とで構成される。サーボ制御部は図６の破線
内に詳しく示されており、これについて説明する。Since the X-direction servo control circuit b8 and the Y-direction servo control circuit b9 have the same configuration, only the X-direction servo control circuit b8 will be described. As shown in FIG. 5, the X-direction servo control circuit b8 includes a servo control unit and a position detection unit. The servo control is shown in detail within the dashed line in FIG. 6 and will be described.
【００２７】前述したように、サンプルホールド回路ｂ
６から目標値相当の電圧Ｖｔが入力される。一方、Ｘ方
向における現在位置相当の電圧は、次のようにして位置
検出部で生成される。ＬＥＤｅ１からの光を受けたＰＳ
Ｄｅ４から出力される電流Ｉ１およびＩ２は、Ｉ/Ｖ変
換回路(電流/電圧変換回路)ｃ23、ｃ24でそれぞれ電圧
に変換される。変換された電圧値は、減算回路ｃ25では
減算され、加算回路ｃ26では加算される。加算回路ｃ26
で得られた電圧値は電流制御部ｃ27に送られる。ここで
は、電圧値の和を一定に保つ制御が行なわれる。電圧値
の和が一定に保たれていると、減算回路ｃ25からの出力
をモニターして補正光学系ｄ1の位置を検出することが
できる。減算回路ｃ25からの出力はローパスフィルタｃ
28を通すことで高周波ノイズがカットされ、補正光学系
ｄ1のＸ方向の現在位置に相当する電圧Ｖｎが出力され
る。As described above, the sample and hold circuit b
6, a voltage Vt corresponding to the target value is input. On the other hand, the voltage corresponding to the current position in the X direction is generated by the position detection unit as follows. PS that received light from LEDe1
The currents I1 and I2 output from De4 are converted into voltages by I / V conversion circuits (current / voltage conversion circuits) c23 and c24, respectively. The converted voltage value is subtracted by the subtraction circuit c25 and added by the addition circuit c26. Adder circuit c26
Is supplied to the current control unit c27. Here, control is performed to keep the sum of the voltage values constant. If the sum of the voltage values is kept constant, the output of the subtraction circuit c25 can be monitored to detect the position of the correction optical system d1. The output from the subtraction circuit c25 is a low-pass filter c.
The high-frequency noise is cut by passing the voltage through 28, and a voltage Vn corresponding to the current position of the correction optical system d1 in the X direction is output.
【００２８】加算回路ｃ３では、上記目標位置相当電圧
Ｖｔと現在位置相当電圧Ｖｎとの減算を行なう。現在位
置相当電圧Ｖｎは、負の値となるので、加算回路で加算
することで減算を行なうことができる。比例ゲイン回路
ｃ４は、目標位置と現在位置との差のゲインを設定す
る。微分回路ｃ５およびｃ６は、90°の位相進み補償を
行なうもので、２回微分を行なうと180°の位相進み補
償を行うことができる。ｃ4〜ｃ６のすべての回路を利
用すると、制御理論でいうＰＤＤ制御を行なうことがで
きる。これらの回路の組み合わせにより、Ｘ方向ゲイン
部ｂ３でのゲインデータ設定値に対応した各種ゲインを
得ることができる。すなわち、駆動メカ部の固体バラツ
キがあっても、それを吸収することができる。また、こ
れらの回路により、温度変化による影響も補正すること
ができる。The adder circuit c3 subtracts the target position equivalent voltage Vt from the current position equivalent voltage Vn. Since the current position equivalent voltage Vn has a negative value, it can be subtracted by adding it with an adder circuit. The proportional gain circuit c4 sets the gain of the difference between the target position and the current position. The differentiating circuits c5 and c6 perform 90 ° phase lead compensation, and can perform 180 ° phase lead compensation by performing the differentiation twice. If all the circuits c4 to c6 are used, PDD control referred to in control theory can be performed. By combining these circuits, various gains corresponding to the gain data set value in the X-direction gain unit b3 can be obtained. That is, even if there is a solid variation in the driving mechanism, it can be absorbed. In addition, these circuits can also correct the effect of a temperature change.
【００２９】サーボオフセット回路ｃ８は、サーボ回路
のオフセット電圧を調整することで、固体バラツキや温
度の影響を除去し駆動状態を最適化する。回路ｃ７は、
最終的な電圧ゲイン変換と、高周波ノイズの除去を行な
う。図示の実施形態では、回路ｃ３〜ｃ８が印加電圧演
算手段を構成する。基準電圧部ｃ９は、アクチュエータ
ドライバｂ10に向けて基準電圧を出力する。アクチュエ
ータドライバｂ10は、入力電圧に比例した電圧をＳＭＡ
ｄ17に印加する。ただし本発明では、後述するように、
Ｖin−Ｖrefの値が負になる場合には、ＳＭＡに対する
電圧の印加は行なわれない。The servo offset circuit c8 adjusts the offset voltage of the servo circuit so as to eliminate the effects of individual variations and temperature and optimize the driving state. The circuit c7 is
Final voltage gain conversion and removal of high frequency noise are performed. In the illustrated embodiment, the circuits c3 to c8 constitute the applied voltage calculation means. The reference voltage section c9 outputs a reference voltage to the actuator driver b10. The actuator driver b10 converts the voltage proportional to the input voltage to SMA
Apply to d17. However, in the present invention, as described later,
When the value of Vin−Vref becomes negative, no voltage is applied to the SMA.
【００３０】アクチュエータドライバｂ10内のドライバ
ＩＣの接続状態を図７に、その出力特性を図８に、それ
ぞれ示した。Ｖin端子ｆ２は、図６中の回路ｃ７からの
入力を受ける。Ｖref端子ｆ３は、図６中の基準電圧部
ｃ９からの入力を受ける。「Ｖin端子ｆ２からの入力
値」と「Ｖref端子ｆ３からの入力値」とを比較し、Ｖi
n−Ｖrefが正の場合には、ＶＭ＋端子ｆ４からＳＭＡｄ
17に対して駆動電圧を印加され、この結果、ＳＭＡｄ17
がバイアスバネｄ18を引き伸ばす方向に縮む。一方、Ｖ
Ｍ−端子ｆ５は外部には接続されていないので、Ｖin−
Ｖrefが負の場合には、ＳＭＡｄ17には電圧は印加され
ない。この場合には、バイアスバネｄ18のバネ力によっ
てＳＭＡｄ17が引き伸ばされる。図示の実施形態では、
アクチュエータドライバｂ10が電圧印加手段を構成し、
その制限回路は、ドライバＩＣがこれに相当する。以上
のように、アクチュエータドライバＩＣの出力は、Ｖin
−Ｖrefが正の場合にはこれに比例したものとなり、Ｖi
n−Ｖrefが負の場合にはゼロとなる。これをグラフに示
したのが図８である。FIG. 7 shows the connection state of the driver IC in the actuator driver b10, and FIG. 8 shows the output characteristics thereof. The Vin terminal f2 receives an input from the circuit c7 in FIG. The Vref terminal f3 receives an input from the reference voltage unit c9 in FIG. By comparing the “input value from the Vin terminal f2” with the “input value from the Vref terminal f3”,
When n−Vref is positive, the SM +
A driving voltage is applied to the SMAd17.
Contracts in the direction in which the bias spring d18 is extended. On the other hand, V
Since the M- terminal f5 is not connected to the outside, Vin-
When Vref is negative, no voltage is applied to SMAd17. In this case, the SMAd17 is extended by the spring force of the bias spring d18. In the illustrated embodiment,
The actuator driver b10 constitutes a voltage applying means,
The driver IC corresponds to the limiting circuit. As described above, the output of the actuator driver IC is Vin
When -Vref is positive, it becomes proportional to this, and Vi
It becomes zero when n-Vref is negative. This is shown in the graph of FIG.
【００３１】これと同等の効果を得るための別の手法と
して、回路ｃ７からの信号値がＶrefよりも高い場合
には、その電圧値をそのままアクチュエータドライバｂ
10へと出力するが、逆の場合には、アクチュエータドラ
イバｂ10へ向けた出力自体を停止するような回路構成と
したり、Ｖin−Ｖrefが負である場合にはＧＮＤでリ
ミットするように、アクチュエータドライバｂ10内のド
ライバＩＣ内の回路を構成してもよい。いずれの場合に
も、本発明では、アクチュエータドライバｂ10への最終
出力に対して、上述のような制限を行なう。As another method for obtaining the same effect, when the signal value from the circuit c7 is higher than Vref, the voltage value is directly used as the actuator driver b.
The output to the actuator driver b10 is stopped in the opposite case, or the actuator driver is controlled to stop at GND when Vin-Vref is negative. A circuit in the driver IC in b10 may be configured. In either case, the present invention restricts the final output to the actuator driver b10 as described above.
【００３２】以上のように、本発明では、ＳＭＡの一端
にのみリニア出力ドライバＩＣの端子を接続して、Ｖin
−Ｖrefが正の場合にだけ電圧を印加しているので、ド
ライバＩＣの回路構成を簡単化することができる。これ
に対して、アクチュエータとしては大型になってしまう
が、従来から使用されているモータを使用した場合につ
いて説明する。ＶＭ＋端子ｆ４およびＶＭ−端子ｆ５の
両方を当該モータに接続して補正光学系ｄ１を駆動しよ
うとする場合の、ドライバＩＣとモータの接続関係を図
９および図10に示す。図９および図10は、そのような場
合における、ドライバＩＣの接続状態および出力特性を
示したものである。図９においては、本発明とは異な
り、ＶＭ−端子ｆ５がアクチュエータであるモータｆ６
に接続されていることが分かる。また、図10から、Ｖin
−Ｖrefが負の場合にも、ＶＭ−端子ｆ５からの出力が
あることが分かる。当該モータをＳＭＡに置き換えて図
９に示す接続をした場合には、バネが縮む方向に駆動し
たい場合でもＳＭＡが縮む方向に駆動が行われ、正しい
駆動を行うことができない。このような例と対比するこ
とで、本発明が明瞭に理解できる。なお、本発明におい
ては、図９および図10の場合に使用される汎用ドライバ
ＩＣであっても、単にＶＭ−端子ｆ５への接続を行なわ
ないことによって、同ＩＣを使用することが可能とな
る。また、図８の出力特性を有する正出力リニアドライ
バ回路を作成して使用してもよい。As described above, in the present invention, the terminal of the linear output driver IC is connected to only one end of
Since the voltage is applied only when -Vref is positive, the circuit configuration of the driver IC can be simplified. On the other hand, a case will be described in which a conventionally used motor is used although the actuator becomes large in size. FIGS. 9 and 10 show the connection relationship between the driver IC and the motor when the VM + terminal f4 and the VM- terminal f5 are both connected to the motor to drive the correction optical system d1. FIG. 9 and FIG. 10 show the connection state and output characteristics of the driver IC in such a case. In FIG. 9, unlike the present invention, the VM-terminal f5 is a motor f6 which is an actuator.
It can be seen that it is connected to. Also, from FIG. 10, Vin
It can be seen that even when −Vref is negative, there is an output from the VM− terminal f5. When the motor is replaced with the SMA and the connection shown in FIG. 9 is made, even if it is desired to drive in the direction in which the spring contracts, the drive is performed in the direction in which the SMA contracts, and correct driving cannot be performed. The present invention can be clearly understood by comparing with such an example. In the present invention, even a general-purpose driver IC used in the case of FIGS. 9 and 10 can be used simply by not connecting to the VM-terminal f5. . Further, a positive output linear driver circuit having the output characteristics shown in FIG. 8 may be created and used.
【００３３】本発明における形状記憶合金とバイアスバ
ネとを利用するアクチュエータにおいては、形状記憶合
金へ電圧を印加すると、「電流」→「発熱」→「引張
力」→「加速度」→「速度」→「位置」という原理に従
って、被駆動部材の位置を制御する。ここで、「電流」
→「発熱」、「加速度」→「速度」、「速度」→「位
置」の３つの過程において、それぞれ90°分の位相遅れ
があるので、トータルでは３次(270°)の位相遅れが生
じることとなる。図６に示したサーボ回路を使用してＰ
ＤＤ(比例＋微分＋微分)制御を行なった場合の効果を、
ボード線図を参照して説明する。In the actuator using the shape memory alloy and the bias spring according to the present invention, when a voltage is applied to the shape memory alloy, “current” → “heat generation” → “tensile force” → “acceleration” → “speed” → The position of the driven member is controlled according to the principle of “position”. Where "current"
→ In the three processes of “heat generation”, “acceleration” → “velocity”, “velocity” → “position”, there is a phase delay of 90 ° each, so a total of third-order (270 °) phase delay occurs It will be. Using the servo circuit shown in FIG.
The effect of performing DD (proportional + differential + differential) control
This will be described with reference to a Bode diagram.
【００３４】形状記憶合金およびバイアスバネを利用し
てアクチュエータモデルを実際に作成し、このモデルの
周波数応答を実測した結果を図11に示した。実測結果を
見ると、70Hzよりも高周波になると、約270°の位相遅
れが生じ、この結果、サーボ制御を行なった場合、一次
(90°分)の位相進み補償(微分)だけでは共振するであろ
うことが予測できる。この共振を抑えるために微分制御
を利用することが必要となるが、一般に１回の微分では
90°分の位相を進ませることしかできないので、図11の
場合、位相遅れを180°よりも十分に小さくするために
は、１回の微分では不十分であって２回微分を行なう必
要あると予測できる。この予測が正しいことを図12およ
び図13で検証する。An actuator model was actually created using a shape memory alloy and a bias spring, and the frequency response of this model was measured. The results are shown in FIG. Looking at the measurement results, when the frequency is higher than 70 Hz, a phase delay of about 270 ° occurs. As a result, when servo control is performed, the primary
It can be predicted that resonance will occur only with phase lead compensation (differential) of (90 °). In order to suppress this resonance, it is necessary to use differential control.
Since the phase can only be advanced by 90 °, in the case of FIG. 11, in order to make the phase delay sufficiently smaller than 180 °, one differentiation is not enough and two differentiations are required. Can be predicted. The correctness of this prediction will be verified with FIGS. 12 and 13.
【００３５】図12(ａ)は、図11に係るアクチュエータモ
デルに対してＰＤ(比例＋微分)制御を行なった場合のオ
ープン特性(フィードバックしない場合の特性)を示す。
図12(ａ)では位相余裕もゲイン余裕もないことが分か
る。これに対してフィードバック制御を行なうと、図12
(ｂ)に示されるように、１KHzよりもやや低い周波数に
おいて共振が生じている。つまり、90°分の位相補償だ
けでは、良好な制御特性が得られないことが分かる。FIG. 12A shows open characteristics (characteristics without feedback) when PD (proportional + differential) control is performed on the actuator model shown in FIG.
FIG. 12A shows that there is no phase margin or gain margin. When feedback control is performed for this, FIG.
As shown in (b), resonance occurs at a frequency slightly lower than 1 KHz. That is, it can be seen that good control characteristics cannot be obtained only by phase compensation for 90 °.
【００３６】これに対して図13(ａ)は、ＰＤＤ制御(比
例＋微分＋微分)を行なった場合のオープン特性を示
す。図12(ａ)の場合とは異なり、位相余裕およびゲイン
余裕が得られている。図13(ｂ)は、これに対してフィー
ドバック制御を行なった場合の周波数応答を示している
が、図12(ｂ)に見られるような共振は発生していない。On the other hand, FIG. 13A shows the open characteristic when PDD control (proportional + differential + differential) is performed. Unlike the case of FIG. 12A, a phase margin and a gain margin are obtained. FIG. 13 (b) shows the frequency response when feedback control is performed on this, but the resonance as shown in FIG. 12 (b) does not occur.
【図１】 本発明の一実施形態に係る手振補正カメラの
システム構成を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of a camera shake correction camera according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１のカメラに使用される補正光学系の駆動
機構を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a driving mechanism of a correction optical system used in the camera of FIG.
【図３】 図２の駆動機構で使用されている形状記憶合
金の動作特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing operating characteristics of a shape memory alloy used in the drive mechanism of FIG.
【図４】 図２の駆動機構における補正光学系の位置検
出原理を説明する概略図である。4 is a schematic diagram illustrating the principle of detecting the position of a correction optical system in the drive mechanism of FIG.
【図５】 図１のシステムにおける駆動制御部の構成を
示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a drive control unit in the system of FIG. 1;
【図６】 図５に示されるサーボ制御部内の回路構成を
示す図である。6 is a diagram showing a circuit configuration in a servo control unit shown in FIG.
【図７】 図６に示されるアクチュエータドライバ内の
ドライバＩＣを説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a driver IC in the actuator driver shown in FIG. 6;
【図８】 図７のドライバＩＣの出力特性を示すグラフ
である。FIG. 8 is a graph showing output characteristics of the driver IC of FIG.
【図９】 アクチュエータとしてモータを使用した例を
説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which a motor is used as an actuator.
【図１０】 図９ドライバＩＣの出力特性を示すグラフ
である。FIG. 10 is a graph showing output characteristics of the driver IC.
【図１１】 形状記憶合金とバイアスバネとを利用して
アクチュエータモデルを作製し、そのモデルの周波数応
答を実測した結果を示すボード線図である。FIG. 11 is a Bode diagram showing a result of producing an actuator model using a shape memory alloy and a bias spring and actually measuring a frequency response of the model.
【図１２】 図11のモデルに対してＰＤ制御を行なった
場合におけるオープン特性およびフィードバック特性を
示すボード線図である。FIG. 12 is a Bode diagram showing open characteristics and feedback characteristics when PD control is performed on the model of FIG. 11;
【図１３】 図11のモデルに対してＰＤＤ制御を行なっ
た場合におけるオープン特性およびフィードバック特性
を示すボード線図である。FIG. 13 is a Bode diagram showing open characteristics and feedback characteristics when PDD control is performed on the model of FIG. 11;
ｄ１ 補正光学系 ｄ２ 保持枠 ｄ３ 案内ロッド ｄ４ スライドガイド ｄ５ 端子 ｄ６ 案内ロッド ｄ７ Ｙ方向用ＳＭＡ ｄ８ Ｙ方向用バイアスバネ ｄ９ 基台 ｄ13 案内ロッド ｄ14 スライドガイド ｄ15 端子 ｄ16 案内ロッド ｄ17 Ｘ方向用ＳＭＡ ｄ18 Ｘ方向用バイアスバネ ｄ19 移動台 ｅ１ ＬＥＤ ｅ２ 発光チップ ｅ３ スリット ｅ４ ＰＳＤ ｅ５ 受光部 d1 Correcting optical system d2 Holding frame d3 Guide rod d4 Slide guide d5 Terminal d6 Guide rod d7 SMA for Y direction d8 Bias spring for Y direction d9 Base d13 Guide rod d14 Slide guide d15 Terminal d16 Guide rod d17 SMA d18 for X direction Direction bias spring d19 Moving table e1 LED e2 Light emitting chip e3 Slit e4 PSD e5 Light receiving unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 滋 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小坂 明 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H303 AA30 BB02 BB07 BB12 DD15 DD22 EE04 FF04 GG11 HH01 JJ04 KK02 KK04 KK24 LL03 MM01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shigeru Wada Osaka International Building Minolta Co., Ltd. 2-3-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka (72) Inventor Akira Kosaka Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka 2-3-1-3 Osaka International Building Minolta Co., Ltd. F-term (reference) 5H303 AA30 BB02 BB07 BB12 DD15 DD22 EE04 FF04 GG11 HH01 JJ04 KK02 KK04 KK24 LL03 MM01
Claims (5)
と、当該形状記憶合金に対して外力を負荷して寸法を変
化させる付勢手段と、でアクチュエータを構成し、 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
制御装置であって、 被駆動部材の目標位置および現在位置に関する情報に基
いて繰り返し演算を行い、形状記憶合金に印加すべき電
圧を演算する印加電圧演算手段と、 印加電圧演算手段による演算結果に基いて、被駆動部材
が上記第１方向に進行すべき場合にのみ、演算で得られ
た電圧を形状記憶合金に印加する制限回路を含む電圧印
加手段と、を備えたことを特徴とする、制御装置。1. An actuator comprising: a shape memory alloy whose shape is stored in a predetermined size; and an urging means for changing a size by applying an external force to the shape memory alloy, wherein the shape memory alloy has a memory size. And a second direction in which the biasing means changes the size of the shape memory alloy. The control device controls the position of the driven member by the actuator, the target position of the driven member and An applied voltage calculating means for repeatedly performing a calculation based on information on the current position to calculate a voltage to be applied to the shape memory alloy; and a driven member traveling in the first direction based on a calculation result by the applied voltage calculating means. And a voltage applying means including a limiting circuit for applying a voltage obtained by calculation to the shape memory alloy only when necessary.
と、当該形状記憶合金に対して外力を負荷して寸法を変
化させる付勢手段と、でアクチュエータを構成し、 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
制御装置であって、 被駆動部材の目標位置および現在位置に関する情報に基
いて繰り返し演算を行い、形状記憶合金に印加すべき電
圧を演算する印加電圧演算手段と、 印加電圧演算手段による演算結果に基いて、被駆動部材
が上記第２方向に進行すべき場合に、演算で得られた電
圧を形状記憶合金に印加することを制限する制限回路を
含む電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする、制御
装置。2. An actuator comprising: a shape memory alloy whose shape is memorized to a predetermined size; and an urging means for applying an external force to the shape memory alloy to change its size. And a second direction in which the biasing means changes the size of the shape memory alloy. The control device controls the position of the driven member by the actuator, the target position of the driven member and An applied voltage calculating means for repeatedly performing a calculation based on information about the current position to calculate a voltage to be applied to the shape memory alloy; and a driven member traveling in the second direction based on a calculation result by the applied voltage calculating means. And a voltage applying means including a limiting circuit for limiting the application of the voltage obtained by the calculation to the shape memory alloy when necessary.
いることを特徴とする、請求項１または２記載の制御装
置。3. The control device according to claim 1, wherein said urging means is constituted by a spring.
圧演算手段の最終出力に対して制限を行なうことを特徴
とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御装
置。4. The control device according to claim 1, wherein the limiting circuit of the voltage applying means limits a final output of the applied voltage calculating means.
装置における手振補正光学系であることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御装置。5. The apparatus according to claim 1, wherein the driven member is a camera shake correction optical system in an optical device with a camera shake correction function.
The control device according to claim 1.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081993A JP2001264841A (en) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | Controller with actuator using shape memory alloy |
| US09/814,068 US6434932B2 (en) | 2000-03-23 | 2001-03-22 | Control mechanism with actuator employing shape memory alloy and method for adjusting servo control of the control mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081993A JP2001264841A (en) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | Controller with actuator using shape memory alloy |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264841A true JP2001264841A (en) | 2001-09-26 |
Family
ID=18598849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2001264841A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006340567A (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Konica Minolta Opto Inc | Drive unit |
| JP2009013891A (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-22 | Konica Minolta Opto Inc | Driving device of shape memory alloy, and imaging device using it |
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-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081993A patent/JP2001264841A/en active Pending
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