線形運動デバイスの制御装置、線形運動デバイスの制御方法
【課題】 線形運動デバイスが端点間の移動の際に発生する衝突音を抑制する。
【解決手段】磁石１０が発生する磁場から出力信号ＳDを出力する磁場センサ１３、線形運動デバイス１２が目標位置にある場合に出力されるデバイス位置指令信号ＳEを出力するデバイス位置指令信号生成回路２２と出力信号ＳDとデバイス位置指令信号ＳEとの偏差を示す操作量信号ＳFを出力する差動増幅器１４、線形運動デバイス１２に、ＸＢＯＴに向かう力とＸＴＯＰに向かう力とを交互に加えながら、ＸＢＯＴ、ＸＴＯＰ間を移動させるドライバ制御信号ＳGを出力する端点移動制御回路１９、ドライバ制御信号ＳG、操作量信号ＳFのいずれか一方を選択するスイッチ２０、ドライバ制御信号ＳGまたは操作量信号ＳFに応じて線形運動デバイス１２を駆動する出力ドライバ１７、１８によって線形運動デバイスを制御する。
【解決手段】磁石１０が発生する磁場から出力信号ＳDを出力する磁場センサ１３、線形運動デバイス１２が目標位置にある場合に出力されるデバイス位置指令信号ＳEを出力するデバイス位置指令信号生成回路２２と出力信号ＳDとデバイス位置指令信号ＳEとの偏差を示す操作量信号ＳFを出力する差動増幅器１４、線形運動デバイス１２に、ＸＢＯＴに向かう力とＸＴＯＰに向かう力とを交互に加えながら、ＸＢＯＴ、ＸＴＯＰ間を移動させるドライバ制御信号ＳGを出力する端点移動制御回路１９、ドライバ制御信号ＳG、操作量信号ＳFのいずれか一方を選択するスイッチ２０、ドライバ制御信号ＳGまたは操作量信号ＳFに応じて線形運動デバイス１２を駆動する出力ドライバ１７、１８によって線形運動デバイスを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形運動デバイスの制御装置及び、線形運動デバイスの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号と、この入力信号に応じた変位とが一次関数で表されるデバイスは、線形運動デバイスとも呼ばれている。線形運動デバイスには、例えば、カメラのオートフォーカスレンズ等がある。
図６は、線形運動デバイス１１２を制御する従来の制御装置を示した図である。図６に示した制御装置は、磁場センサ１１３と、差動増幅器１１４と、非反転出力バッファ１１５と、反転出力バッファ１１６と、第１の出力ドライバ１１７と、第２の出力ドライバ１１８とを備えている。図中に符号１１２を付して示したのは、制御装置によってフィードバック制御される線形運動デバイス１１２である。線形運動デバイス１１２は、コイル１１１と磁石１１０とを備えている。
【０００３】
磁場センサ１１３は、検出した磁場に基づいて信号を生成し、出力信号ＳAとして出力する。磁場センサ出力信号ＳAとデバイス位置指令信号ＳBは、差動増幅器１１４の正転入力端子と反転入力端子とにそれぞれ入力される。磁場センサ出力信号ＳAとデバイス位置指令信号ＳBとが入力された差動増幅器１１４からは、出力ドライバ１１７、１１８の操作量（偏差と増幅度の積）を表す操作量信号ＳCが出力される。
【０００４】
操作量信号ＳCの大きさによって線形運動デバイス１１２のコイル１１１を流れる電流方向及び電流量が変化する。コイル１１１を流れる電流により、磁石１１０を含む線形運動デバイス１１２の位置が変化する（移動する）。このとき、磁場センサ１１３の出力信号ＳAは、磁石１１０の移動に伴って変化する。制御装置は、出力信号ＳAの変化によって線形運動デバイス１１２の位置を検出し、この位置が外部から入力されるデバイス位置指令信号ＳBによって指示される位置に一致するようにフィードバック制御を行っている。
【０００５】
ここで、図６に示した線形運動デバイス１１２では、磁石１１０の着磁のばらつきが生じ得る。また、制御装置では、磁場センサ１１３の搭載位置のずれにばらつきが生じ得る。このようなばらつきにより、線形運動デバイス１１２の位置と、磁場センサ１１３によって検出される磁場が設計時に想定された関係と相違する。
図７は、図６に示した磁場センサ１１３によって検出される磁場（以下、検出磁場とも記す）と、線形運動デバイス１１２の位置との関係を示した図である。図７では、図中左側の縦軸には磁場センサ１１３によって検出された磁場が示され、図中右側の縦軸には磁場センサ１１３の出力信号ＳAの値が示されている。また、図７の横軸は、線形運動デバイス１１２の位置である。
【０００６】
図７中の実線ａは、検出磁場と線形運動デバイス１１２の位置とのずれがない（設計値のとおり）場合の特性を比較のため示している。一点鎖線ｂは、検出磁場と線形運動デバイス１１２の位置とのずれがある場合の特性を示している。
図７に示したように、磁石１１０に着磁のばらつき、または磁場センサ１１３の位置にずれがある場合、検出磁場が線形運動デバイス１１２の正しい位置を示さない。このため、制御装置が、線形運動デバイス１１２を適正に位置制御することができなくなる場合がある。
【０００７】
つまり、実線ａで表された設計値通りの場合だと線形運動デバイス１１２が端点ＸＢＯＴから他方の端点ＸＴＯＰまで移動する場合、磁場センサ出力ＳAはＶＭＬａからＶＭＨａまで変化する（図中にこの範囲をＳA（ａ）として示す）。このとき、磁場センサ出力ＳAと同じ電圧範囲であるＶＭＬａからＶＭＨａまでの位置指令信号ＳBが制御装置に入力される。そして、中間の電位ＶＭＭ（＝（ＶＭＨａ−ＶＭＬａ）／２＋ＶＭＬａ）の位置指令信号ＳBが入力されると、線形運動デバイス１１２は中間の位置ＸＭＩＤを得る。
【０００８】
一方、磁石１１０に着磁のばらつき、または磁場センサ１１３の位置にずれがある場合、磁場センサ出力ＳAは、実線ａとは異なる傾きで、例えばＶＭＬｂからＶＭＨｂまで変化する（図７中に実線ａとは異なる傾きを持った一点鎖線ｂを示し、この変化の範囲をＳA（ｂ）として示す）。このとき、電位ＶＭＭ（＝（ＶＭＨａ−ＶＭＬａ）／２＋ＶＭＬａ）の位置指令信号ＳBが制御装置に入力されると、線形運動デバイス１１２は位置ＸＰＯＳに位置することになり、制御装置は線形運動デバイス１１２を正しく位置制御できなくなる。
【０００９】
上述した、問題を解決するためには、磁場センサ出力ＳAとデバイス位置の同期化が必要不可欠である。しかし、同期化を行うためには、デバイス位置を端点ＸＢＯＴから他方の端点ＸＴＯＰまで移動させる手段が必要である。さらに、同期化中の線形運動デバイス１１２の移動では位置制御が実施できないためオープンループによりコイル１１１に強制的に電流を流すことで実施する必要がある。
【００１０】
ただし、位置制御を行わず線形運動デバイス１１２を端点ＸＢＯＴまたはＸＴＯＰに移動させた場合、端点衝突時に衝突音が発生する。この衝突音を抑制する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、コイル１１１に流す電流を段階的に増減させる方法が記載されている。
図８（ａ）、（ｂ）は、従来の衝突音を抑制する方法を実施した場合のコイル電流と線形運動デバイス位置の状態を説明するための図である。図８（ａ）の縦軸は、コイル１１１に流れる電流を示し、図８（ｂ）の縦軸は、線形運動デバイスの位置（以下、デバイス位置とも記す）を示している。図８（ａ）、（ｂ）の横軸は、図８（ａ）、（ｂ）に共通の時間軸である。
【００１１】
特許文献１に記載された方法によれば、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、コイル電流を段階的に増減させることで端点の衝突が起こる時間Ｔ７及びＴ８の直前の移動距離を短くできる。このため、衝突時の速度が下げられて、衝突音を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−６４９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図９は、特許文献１に記載の発明が適用できる線形運動デバイスを説明するための図である。図９の縦軸はデバイス位置を示し、横軸はコイル１１１に流れるコイル電流を示している。特許文献１に記載された従来技術は、図９に示すように、コイル１１１に流れる電流により発生する磁場と、磁石１１０との磁場により得られる移動トルクと、線形運動デバイス１１２を端点ＸＢＯＴに復元させる、機械的なバネ等による復元トルクと、が釣り合う位置に線形運動デバイス１１２を移動させる構造のものに適用される。
【００１４】
しかしながら、線形運動デバイスには、復元トルクが無い、または小さく、図９に示すようなコイル電流と線形運動デバイス位置の関係が成り立たないものがあり、特許文献１記載の従来技術は、このような線形運動デバイスには適用することができない。なお、携帯電話等のカメラモジュールでは、消費電力を下げるため、復元トルクを弱めた構造の線形運動デバイスが用いられる場合が多い。
【００１５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、復元トルクが無い、または小さい線形運動デバイスの挙動を説明するための図である。図１０（ａ）の縦軸は、コイル１１１に流れる電流を示し、図１０（ｂ）の縦軸は、線形運動デバイスの位置（以下、デバイス位置とも記す）を示している。図１０（ａ）、（ｂ）の横軸は、図１０（ａ）、（ｂ）に共通の時間軸である。
図１０に示すように、復元トルクが無い、または小さい場合には、図１０（ｂ）の実線に示すように、線形運動デバイスは、少ないコイル電流で端点ＸＢＯＴまたはＸＴＯＰまで移動する。このため、端点の衝突が起こる時間Ｔ９及びＴ１０の直前の移動量が大きくなり、速度も速くなるため衝突音は大きくなる。なお、コイル電流を０からi（ｍａｘ）まで流した後、０から−i（ｍａｘ）まで流す理由は、復元トルクが無いまたは小さい場合、コイル電流が流れていないとき線形運動デバイスには端点ＸＢＯＴまで移動するための移動トルクが存在せず、端点ＸＢＯＴまで移動するには端点ＸＴＯＰへ移動した時とは逆方向のコイル電流を流し、端点ＸＴＯＰへ移動した時とは逆の移動トルクを発生させる必要があるからである。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスを、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点と端点との間の移動の際に発する衝突音を抑制できるように制御する、線形運動デバイスの制御装置、線形運動デバイスの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、磁石（例えば図１に示した磁石１０）を備える線形運動デバイスの制御装置であって、前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号（例えば図１に示した出力信号ＳD）を出力する磁場センサ（例えば図１に示した磁場センサ１３）と、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号（例えば図１に示した目標位置信号ＳH）に基づいて、位置指令信号(例えば図１に示したデバイス位置指令信号ＳE)を出力するデバイス位置指令回路（例えば図１に示したデバイス位置指令信号生成回路２２）と、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号（例えば図１に示した操作量信号ＳF）を出力する差動増幅器（例えば図１に示した差動増幅器１４）と、前記線形運動デバイスに対し、予め定められている移動範囲の一方の端点（例えばＸＢＯＴ）に向かう力と、他方の端点（例えばＸＴＯＰ）に向かう力とを交互に加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号（例えば図１に示したドライバ制御信号ＳG）を出力する端点移動制御回路（例えば図１に示した端点移動制御回路１９）と、前記端点移動信号、前記操作量信号のいずれか一方を選択する選択回路（例えば図１に示したスイッチ２０）と、前記選択回路によって選択された、前記端点移動信号または前記操作量信号に応じて前記線形運動デバイスを駆動する出力ドライバ（例えば図１に示した出力ドライバ１７、１８）と、を含み、前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化する場合、前記選択回路は前記端点移動信号を選択し、前記出力ドライバは前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記デバイス位置指令回路が、前記出力ドライバが前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動したときに出力された前記検出位置信号に基づいて、前記目標指示信号から前記位置指令信号を生成することが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記線形運動デバイスが、コイルを備え、該コイルにコイル電流が流れることによって発生する力によって移動し、前記端点移動制御回路は、前記線形運動デバイスの移動方向のトルクを生む電流方向と、前記移動方向のトルクとは逆のトルクを生む電流方向との割合を変更させながら、前記端点に到達するときには、前記移動方向のトルクを生む電流方向のみへと変化するようなコイル電流が前記コイルに流れるように前記端点移動信号を出力することが望ましい。
【００１９】
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記端点移動信号が、ＰＷＭ信号であることが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記ＰＷＭ信号の周期が、前記コイルの抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記ＰＷＭ信号の周期が、前記線形運動デバイスの前記コイルが発生する磁場及び前記磁石で決定される機械的時定数よりも短いことが望ましい。
【００２０】
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御方法は、線形運動デバイスが備える磁石が発生する磁場を検出する磁場センサと、デバイス位置指令回路と、差動増幅器と、端点移動制御回路と、選択回路と、出力ドライバと、を含む線形運動デバイスの制御装置において行われる線形運動デバイスの制御方法であって、前記磁場センサが、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力するステップと、前記デバイス位置指令回路が、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するステップと、前記差動増幅器が、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力するステップと、前記端点移動制御回路が、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に前記線形運動デバイスに加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力するステップと、前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路が、前記端点移動信号、前記操作量信号のうちの前記端点移動信号を選択するステップと、前記出力ドライバが、前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、線形運動デバイスの位置と磁場センサの出力信号とを同期化させるにあたり、操作量信号とは別の端点移動信号を出力することができる。また、端点移動信号は、線形運動デバイスが予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に加えながら、一方の端点から他方の端点まで移動させるので、線形運動デバイスが端点に衝突する際の速度を抑制し、線形運動デバイスと端点との衝突音を小さくすることができる。
【００２２】
このような本発明によれば、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスを、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点と端点との間の移動の際に発する衝突音を抑制できるように制御する、線形運動デバイスの制御装置、線形運動デバイスの制御方法を提供することができる。
そして、本発明は、携帯電話のカメラモジュール等の低消費電力を目的とした端点ＸＢＯＴに復元させるトルクが無いまたは小さい線形運動デバイスの場合においても、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点ＸＢＯＴ及びＸＴＯＰへの移動の際に発生する衝突音を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の線形運動デバイスの制御装置の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示した位置指令信号生成回路を説明するための回路図である。
【図３】図１に示した端点移動制御回路を説明するための回路図である。
【図４】本発明の一実施形態の線形運動デバイスの動作概要を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施形態の変形例を説明するための図である。
【図６】線形運動デバイスを制御する従来の制御装置を示した図である。
【図７】図６に示した磁場センサによって検出される検出磁場と、線形運動デバイスの位置との関係を示した図である。
【図８】従来の衝突音を抑制する方法を実施した場合のコイル電流と線形運動デバイス位置の状態を説明するための図である。
【図９】特許文献１に記載の発明が適用できる線形運動デバイスを説明するための図である。
【図１０】復元トルクが無い、または小さい線形運動デバイスの挙動を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態の線形運動デバイス制御装置を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
（１） 回路構成
図１は、本実施形態の線形運動デバイスの制御装置（以下、単に制御装置とも記す）の構成を説明するための図である。
【００２５】
本実施形態の制御回路は、磁場を検出し、検出磁場に応じた出力信号ＳDを出力する磁場センサ１３と、出力信号ＳDを反転入力端子に入力し、デバイス位置指令信号ＳEを非反転入力端子に入力し、この差分を操作量信号ＳF（偏差と増幅度の積）として出力する差動増幅器１４と、操作量信号ＳFを反転させずに非反転操作量信号として出力する非反転出力バッファ１５と、操作量信号ＳFを反転させ、反転操作量信号として出力する反転出力バッファ１６と、非反転操作量信号を出力する出力ドライバ１７と、反転操作量信号を出力する出力ドライバ１８を含んでいる。また、本実施形態の制御装置は、同期化実行信号ＳMを入力し、線形運動デバイスの端点移動時のドライバ制御信号ＳGを生成する端点移動制御回路１９を含んでいる。なお、図１中に示した破線は、本実施形態の制御装置が、線形運動デバイスの同期化処理を実行する場合にのみ流れる信号を示している。
【００２６】
また、本実施形態の制御装置は、外部から入力される目標位置信号ＳH（例えば、０〜２５５の整数）に対して出力信号ＳDと同期がとれたデバイス位置指令信号ＳEを生成するデバイス位置指令信号生成回路２２を含んでいる。さらに、図１中に符号１２を付して示したのは、上記した制御装置によってフィードバック制御される線形運動デバイス１２である。線形運動デバイス１２は、コイル１１と磁石１０とを備えている。
【００２７】
目標位置信号ＳHは、線形運動デバイス１２を移動すべき目標位置を示す信号である。同期化実行信号ＳMは、外部から制御装置に線形運動デバイス１２の同期化を指示するための信号であり、本実施形態では、同期化実行信号ＳMがハイレベルになったことによって同期化開始の指示が制御装置に入力される。ドライバ制御信号ＳGとは、磁場センサ１３の出力信号ＳDとデバイス位置指令信号ＳEの同期化を実施するために必要な信号である。スイッチ２０は、線形運動デバイス１２の通常の操作時と同期化時とで、操作量信号ＳFまたはドライバ制御信号ＳGのいずれか一方が出力ドライバ１７、または出力ドライバ１８に入力されるように切り替える。同期化実行信号ＳMがスイッチ２０の図示しない制御回路に入力されおり、同期化実行信号ＳＭがローレベルの場合は、操作量信号ＳＦを選択し、ハイレベルの場合は、ドライバ制御信号ＳＧを選択する。
【００２８】
図１に示した構成では、操作量信号ＳFの大きさによって線形運動デバイス１２のコイル１１を流れる電流方向及び電流量が変化する。コイル１１を流れる電流により、磁石１０を含む線形運動デバイス１２の位置が変化する（移動する）。このとき、磁場センサ１３の出力信号ＳDは、磁石１０の移動に伴って変化する。本実施形態の制御装置は、出力信号ＳDの変化によって線形運動デバイス１２の位置を検出し、この位置が、デバイス位置指令信号生成部２２から入力されるデバイス位置指令信号ＳEによって指示される位置に一致するようにフィードバック制御を行っている。
また、デバイス位置指令信号生成回路２２は、外部から入力される、目標位置信号ＳH（例えば、０〜２５５の整数）に対して磁場センサ出力ＳDと同期がとれたデバイス位置指令信号ＳEを生成する回路である。
【００２９】
図２は、図１に示した位置指令信号生成回路２２を説明するための回路図である。位置指令信号生成回路２２は、記憶装置４０、４２と、例えば、正側の基準電位を正電源電圧（ＶＤＤ）、負側の基準電位をグランド電位（ＧＮＤ）とするＤ／Ａ変換器４８、４９、と正側の基準電位をＤ／Ａ変換器４８の出力電位、負側の基準をＤ／Ａ変換器４９の出力電位とするＤ／Ａ変換器５０とを含んでいる。同期化が行われる場合、線形運動デバイス１２を端点ＸＢＯＴに固定した状態で出力された磁場センサ１３の出力信号ＳDの値（図７に示したＶＭＬａまたはＶＭＬｂ）が、記憶装置４０に記憶される。
【００３０】
続いて、線形運動デバイス１２が他方の端点ＸＴＯＰに固定した状態で、磁場センサ１３から出力された出力信号ＳDの値（図７に示したＶＭＨａまたはＶＭＨｂ）が、記憶装置４２に記憶される。記憶装置４０に記憶された値は、Ｄ／Ａ変換器４８に出力され、アナログ値に変換される。また、記憶装置４２に記憶された値は、Ｄ／Ａ変換器４９に出力され、アナログ値に変換される。Ｄ／Ａ変換器４８、４９から出力されたアナログ値は、Ｄ／Ａ変換器５０に入力される。Ｄ／Ａ変換器５０は、Ｄ／Ａ変換器４９から出力された値のＶＭＬａまたはＶＭＬｂを下限値、Ｄ／Ａ変換器４８から出力された値をＶＭＨａまたはＶＭＨｂを上限値とし、目標位置信号ＳHの値に基づいてその間の値をリニアに変化するアナログ信号を出力する。
【００３１】
同期化が終了すると、デバイス位置指令信号ＳEの出力範囲がＶＭＨａまたはＶＭＨｂからＶＭＬａまたはＶＭＬｂとなり、目標位置信号ＳHの値が「０」から「２５５」の値と対応する。このような処理により、本実施形態では、同期化の結果が、デバイス位置指令信号生成回路２２によって生成されるデバイス位置指令信号ＳEに反映される。
図３は、図１に示した端点移動制御回路１９を説明するための回路図である。端点移動制御回路１９は、同期化実行を指示する同期化実行信号ＳMに基づいてカウントを行うカウンタ３０、カウンタ３０がカウントしたカウント値ＳJをデコードするデコーダ３１、カウンタ３２がカウントを行ったカウント値とデコーダ３１にデコードされたカウント値ＳJ（デコード値ＳK）とを比較する比較器３３と、を含んでいる。
【００３２】
（２） 動作
図４は、本実施形態の線形運動デバイスの動作概要を説明するためのタイミングチャートである。図４の縦軸は信号の出力タイミングを示し、横軸は時間を示している。図４には、図１に示した同期化実行信号ＳM、図３に示したカウント値ＳJ、デコード値ＳK、カウント値ＳL、ドライバ制御信号ＳGの出力タイミングと、そのとき、出力ドライバ１７、１８によって駆動された図１に示したコイル１１に流れるコイル電流（図４中にはCoil Currentと記す）と、線形運動デバイス１２の位置（図４中にはPositionと記す）が示されている。カウント値ＳLは、０〜９の値をとる。
【００３３】
図３に示した比較器３３は、デコード値ＳKとカウント値ＳLとを比較する。そして、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合には、ハイレベルのドライバ制御信号ＳGを出力し、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合には、ローレベルのドライバ制御信号ＳGを出力する。同期化実行を指示する同期化実行信号ＳMがローレベルからハイレベルへと変化すると、カウンタ３０及びカウンタ３２がカウントを開始する。カウンタ３２のカウント周期は、カウンタ３０のカウント周期の、例えば１／１０以下となっている。
【００３４】
上記したように、ドライバ制御信号ＳGが、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合にはハイレベル、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合にはローレベルとなる。このことから、図４に示したように、ドライバ制御信号ＳGはデコード値ＳKが大きくなるにしたがってハイレベルの割合が大きくなっている。
また、カウンタ３０は「０」からカウントを開始し、例えば「１１」までカウントし終えたらカウントを終了する。一方、カウンタ３２は、「０」からカウントを開始し、例えば「９」までカウントをしたら再度「０」からカウントする。デコーダ３１は、カウンタ３０のカウント値ＳJに応じて、図４に示したような値を出力する。具体的には、デコーダ３１は、図４に示したように、カウント値ＳJが「０」のときデコード値ＳK「５」を出力し、カウント値ＳJが「１」のときにデコード値ＳK「４」を出力する。また、カウント値ＳJが「１１」のとき、デコード値ＳK「１０」を出力する。
【００３５】
比較器３３は、デコード値ＳKとカウント値ＳLとを比較する。そして、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合はハイレベルのドライバ制御信号ＳGを、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合には、ローレベルのドライバ制御信号ＳGを出力する。このため、ドライバ制御信号ＳGは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ０％まで減少した後、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ１００％まで増加するＰＷＭ（Pulse-Width-Modulation）波形となる。このＰＷＭ波形のＤｕｔｙの変化はカウンタ３０のカウント周期で変化し、ＰＷＭ周波数はカウンタ３２のカウント周期×カウント数の逆数となる。
【００３６】
上述した端点移動制御回路１９で生成されたＰＷＭ波形を用い、出力ドライバ１７、１８を介して線形運動デバイスを駆動すると、コイル１１に流れる電流は、図４に示すような波形となる。コイル電流は、端点移動制御回路１９で生成されたＰＷＭ波形のＤｕｔｙの変化にしたがって、線形運動デバイス１１の移動方向にトルクを生じる成分と、移動方向とは逆のトルクを生む成分との割合を変化させる。そして、コイル１１に流れる電流は、最終的に、線形運動デバイス１２の移動方向のトルクを生じる成分だけになる。
【００３７】
以上のことから、線形運動デバイス１２は、端点方向（ＸＴＯＰ）の移動トルクとブレーキとなるトルクとを交互に受けながら移動する。このため、本実施形態の制御回路は、線形運動デバイス１２が端点に衝突する際の速度を低下させ、衝突音を抑制することができる。
このとき、コイル１１を流れる電流の基となるＰＷＭ波形の周期は、コイル１１の抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことが好ましい。コイル電流が平坦化されないようにするためである。また、ＰＷＭ波形の周期は、線形運動デバイス１２のコイル１１が発生する磁場や磁石１０等の構成部品で決定される機械的時定数よりも短いことが望ましい。線形運動デバイス１２を滑らかに移動させるためである。
【００３８】
（３） 変形例
以上、本実施形態では、ＰＷＭ波形のＤｕｔｙが同一周期でＤｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ１００％まで単調増加、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ０％まで減少となるように制御する例を説明した。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することも可能である。
【００３９】
図５は、本実施形態の変形例を説明するための図である。図５は、コイル１１のコイル電流、線形運動デバイス１２の位置を縦軸に、横軸に時間を示している。図５に示した変形例では、Ｄｕｔｙは、例えば、時間Ｔ0からＴ1までは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ３０％まで単調減少し、後に時間Ｔ1においてＤｕｔｙ０％に変化する。そして、Ｄｕｔｙは、時間Ｔ3からＴ4までは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ７０％まで単調増加した後に時間Ｔ4において一気にＤｕｔｙ１００％に変化する。さらに、Ｄｕｔｙは、時間Ｔ5においてＤｕｔｙ７０％に変化した後、時間Ｔ5からＴ6までは、Ｄｕｔｙ７０％からＤｕｔｙ５０％まで単調減少してもいる。図５中破線で示しているのは、コイル電流のＤｕｔｙの変化をわかりやすくするために、コイル電流の平均値を表したものである。
【００４０】
このような変形例によれば、Ｄｕｔｙを単調増加、または単調減少させる区間を限定することにより、図４に示した制御に比べ、同一の制御時間内における線形運動デバイス１２の位置をよりなだらかに変化させることができる。このため、変形例は、線形運動デバイス１２の移動速度をさらに下げて衝突音を抑制できる。
また、本実施形態は、図５中に破線で示したように、Ｄｕｔｙを一定の割合で単調に変化させる必要はない。例えば、衝突音抑制にＤｕｔｙの変化するタイミングが影響しない時間Ｔ2から時間Ｔ3の区間の動作周期を他の区間よりも早くすることもできる。動作周期は、制御対象の線形運動デバイスの特性に合わせて変更してもよい。本実施形態は、このように、衝突音抑制に影響しない区間を短くすることで、同期化動作の無駄時間を削減することができる。
【００４１】
本実施形態のＤｕｔｙは、端点移動制御回路１９中のデコーダ値ＳKを変更することで容易に制御することが可能である。変化のタイミングは、カウンタ３０のカウント周期を変更することにより、容易に変更可能であることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスに適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１０ 磁石
１１、１１１ コイル
１２、１１２ 線形運動デバイス
１３、１１３ 磁場センサ
１４、１１４ 差動増幅器
１５、１１５ 正転出力バッファ
１６、１１６ 反転出力バッファ
１７、１８、１１７、１１８ 出力ドライバ
１９ 端点移動制御回路
２０ 制御信号切り替えスイッチ
３０ カウンタ
３１ デコーダ
３２ カウンタ
３３ 比較器
４０、４２ 記憶装置
４８、４９、５０ Ｄ／Ａ変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形運動デバイスの制御装置及び、線形運動デバイスの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号と、この入力信号に応じた変位とが一次関数で表されるデバイスは、線形運動デバイスとも呼ばれている。線形運動デバイスには、例えば、カメラのオートフォーカスレンズ等がある。
図６は、線形運動デバイス１１２を制御する従来の制御装置を示した図である。図６に示した制御装置は、磁場センサ１１３と、差動増幅器１１４と、非反転出力バッファ１１５と、反転出力バッファ１１６と、第１の出力ドライバ１１７と、第２の出力ドライバ１１８とを備えている。図中に符号１１２を付して示したのは、制御装置によってフィードバック制御される線形運動デバイス１１２である。線形運動デバイス１１２は、コイル１１１と磁石１１０とを備えている。
【０００３】
磁場センサ１１３は、検出した磁場に基づいて信号を生成し、出力信号ＳAとして出力する。磁場センサ出力信号ＳAとデバイス位置指令信号ＳBは、差動増幅器１１４の正転入力端子と反転入力端子とにそれぞれ入力される。磁場センサ出力信号ＳAとデバイス位置指令信号ＳBとが入力された差動増幅器１１４からは、出力ドライバ１１７、１１８の操作量（偏差と増幅度の積）を表す操作量信号ＳCが出力される。
【０００４】
操作量信号ＳCの大きさによって線形運動デバイス１１２のコイル１１１を流れる電流方向及び電流量が変化する。コイル１１１を流れる電流により、磁石１１０を含む線形運動デバイス１１２の位置が変化する（移動する）。このとき、磁場センサ１１３の出力信号ＳAは、磁石１１０の移動に伴って変化する。制御装置は、出力信号ＳAの変化によって線形運動デバイス１１２の位置を検出し、この位置が外部から入力されるデバイス位置指令信号ＳBによって指示される位置に一致するようにフィードバック制御を行っている。
【０００５】
ここで、図６に示した線形運動デバイス１１２では、磁石１１０の着磁のばらつきが生じ得る。また、制御装置では、磁場センサ１１３の搭載位置のずれにばらつきが生じ得る。このようなばらつきにより、線形運動デバイス１１２の位置と、磁場センサ１１３によって検出される磁場が設計時に想定された関係と相違する。
図７は、図６に示した磁場センサ１１３によって検出される磁場（以下、検出磁場とも記す）と、線形運動デバイス１１２の位置との関係を示した図である。図７では、図中左側の縦軸には磁場センサ１１３によって検出された磁場が示され、図中右側の縦軸には磁場センサ１１３の出力信号ＳAの値が示されている。また、図７の横軸は、線形運動デバイス１１２の位置である。
【０００６】
図７中の実線ａは、検出磁場と線形運動デバイス１１２の位置とのずれがない（設計値のとおり）場合の特性を比較のため示している。一点鎖線ｂは、検出磁場と線形運動デバイス１１２の位置とのずれがある場合の特性を示している。
図７に示したように、磁石１１０に着磁のばらつき、または磁場センサ１１３の位置にずれがある場合、検出磁場が線形運動デバイス１１２の正しい位置を示さない。このため、制御装置が、線形運動デバイス１１２を適正に位置制御することができなくなる場合がある。
【０００７】
つまり、実線ａで表された設計値通りの場合だと線形運動デバイス１１２が端点ＸＢＯＴから他方の端点ＸＴＯＰまで移動する場合、磁場センサ出力ＳAはＶＭＬａからＶＭＨａまで変化する（図中にこの範囲をＳA（ａ）として示す）。このとき、磁場センサ出力ＳAと同じ電圧範囲であるＶＭＬａからＶＭＨａまでの位置指令信号ＳBが制御装置に入力される。そして、中間の電位ＶＭＭ（＝（ＶＭＨａ−ＶＭＬａ）／２＋ＶＭＬａ）の位置指令信号ＳBが入力されると、線形運動デバイス１１２は中間の位置ＸＭＩＤを得る。
【０００８】
一方、磁石１１０に着磁のばらつき、または磁場センサ１１３の位置にずれがある場合、磁場センサ出力ＳAは、実線ａとは異なる傾きで、例えばＶＭＬｂからＶＭＨｂまで変化する（図７中に実線ａとは異なる傾きを持った一点鎖線ｂを示し、この変化の範囲をＳA（ｂ）として示す）。このとき、電位ＶＭＭ（＝（ＶＭＨａ−ＶＭＬａ）／２＋ＶＭＬａ）の位置指令信号ＳBが制御装置に入力されると、線形運動デバイス１１２は位置ＸＰＯＳに位置することになり、制御装置は線形運動デバイス１１２を正しく位置制御できなくなる。
【０００９】
上述した、問題を解決するためには、磁場センサ出力ＳAとデバイス位置の同期化が必要不可欠である。しかし、同期化を行うためには、デバイス位置を端点ＸＢＯＴから他方の端点ＸＴＯＰまで移動させる手段が必要である。さらに、同期化中の線形運動デバイス１１２の移動では位置制御が実施できないためオープンループによりコイル１１１に強制的に電流を流すことで実施する必要がある。
【００１０】
ただし、位置制御を行わず線形運動デバイス１１２を端点ＸＢＯＴまたはＸＴＯＰに移動させた場合、端点衝突時に衝突音が発生する。この衝突音を抑制する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、コイル１１１に流す電流を段階的に増減させる方法が記載されている。
図８（ａ）、（ｂ）は、従来の衝突音を抑制する方法を実施した場合のコイル電流と線形運動デバイス位置の状態を説明するための図である。図８（ａ）の縦軸は、コイル１１１に流れる電流を示し、図８（ｂ）の縦軸は、線形運動デバイスの位置（以下、デバイス位置とも記す）を示している。図８（ａ）、（ｂ）の横軸は、図８（ａ）、（ｂ）に共通の時間軸である。
【００１１】
特許文献１に記載された方法によれば、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、コイル電流を段階的に増減させることで端点の衝突が起こる時間Ｔ７及びＴ８の直前の移動距離を短くできる。このため、衝突時の速度が下げられて、衝突音を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−６４９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図９は、特許文献１に記載の発明が適用できる線形運動デバイスを説明するための図である。図９の縦軸はデバイス位置を示し、横軸はコイル１１１に流れるコイル電流を示している。特許文献１に記載された従来技術は、図９に示すように、コイル１１１に流れる電流により発生する磁場と、磁石１１０との磁場により得られる移動トルクと、線形運動デバイス１１２を端点ＸＢＯＴに復元させる、機械的なバネ等による復元トルクと、が釣り合う位置に線形運動デバイス１１２を移動させる構造のものに適用される。
【００１４】
しかしながら、線形運動デバイスには、復元トルクが無い、または小さく、図９に示すようなコイル電流と線形運動デバイス位置の関係が成り立たないものがあり、特許文献１記載の従来技術は、このような線形運動デバイスには適用することができない。なお、携帯電話等のカメラモジュールでは、消費電力を下げるため、復元トルクを弱めた構造の線形運動デバイスが用いられる場合が多い。
【００１５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、復元トルクが無い、または小さい線形運動デバイスの挙動を説明するための図である。図１０（ａ）の縦軸は、コイル１１１に流れる電流を示し、図１０（ｂ）の縦軸は、線形運動デバイスの位置（以下、デバイス位置とも記す）を示している。図１０（ａ）、（ｂ）の横軸は、図１０（ａ）、（ｂ）に共通の時間軸である。
図１０に示すように、復元トルクが無い、または小さい場合には、図１０（ｂ）の実線に示すように、線形運動デバイスは、少ないコイル電流で端点ＸＢＯＴまたはＸＴＯＰまで移動する。このため、端点の衝突が起こる時間Ｔ９及びＴ１０の直前の移動量が大きくなり、速度も速くなるため衝突音は大きくなる。なお、コイル電流を０からi（ｍａｘ）まで流した後、０から−i（ｍａｘ）まで流す理由は、復元トルクが無いまたは小さい場合、コイル電流が流れていないとき線形運動デバイスには端点ＸＢＯＴまで移動するための移動トルクが存在せず、端点ＸＢＯＴまで移動するには端点ＸＴＯＰへ移動した時とは逆方向のコイル電流を流し、端点ＸＴＯＰへ移動した時とは逆の移動トルクを発生させる必要があるからである。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスを、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点と端点との間の移動の際に発する衝突音を抑制できるように制御する、線形運動デバイスの制御装置、線形運動デバイスの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、磁石（例えば図１に示した磁石１０）を備える線形運動デバイスの制御装置であって、前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号（例えば図１に示した出力信号ＳD）を出力する磁場センサ（例えば図１に示した磁場センサ１３）と、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号（例えば図１に示した目標位置信号ＳH）に基づいて、位置指令信号(例えば図１に示したデバイス位置指令信号ＳE)を出力するデバイス位置指令回路（例えば図１に示したデバイス位置指令信号生成回路２２）と、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号（例えば図１に示した操作量信号ＳF）を出力する差動増幅器（例えば図１に示した差動増幅器１４）と、前記線形運動デバイスに対し、予め定められている移動範囲の一方の端点（例えばＸＢＯＴ）に向かう力と、他方の端点（例えばＸＴＯＰ）に向かう力とを交互に加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号（例えば図１に示したドライバ制御信号ＳG）を出力する端点移動制御回路（例えば図１に示した端点移動制御回路１９）と、前記端点移動信号、前記操作量信号のいずれか一方を選択する選択回路（例えば図１に示したスイッチ２０）と、前記選択回路によって選択された、前記端点移動信号または前記操作量信号に応じて前記線形運動デバイスを駆動する出力ドライバ（例えば図１に示した出力ドライバ１７、１８）と、を含み、前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化する場合、前記選択回路は前記端点移動信号を選択し、前記出力ドライバは前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記デバイス位置指令回路が、前記出力ドライバが前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動したときに出力された前記検出位置信号に基づいて、前記目標指示信号から前記位置指令信号を生成することが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記線形運動デバイスが、コイルを備え、該コイルにコイル電流が流れることによって発生する力によって移動し、前記端点移動制御回路は、前記線形運動デバイスの移動方向のトルクを生む電流方向と、前記移動方向のトルクとは逆のトルクを生む電流方向との割合を変更させながら、前記端点に到達するときには、前記移動方向のトルクを生む電流方向のみへと変化するようなコイル電流が前記コイルに流れるように前記端点移動信号を出力することが望ましい。
【００１９】
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記端点移動信号が、ＰＷＭ信号であることが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記ＰＷＭ信号の周期が、前記コイルの抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことが望ましい。
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御装置は、前記ＰＷＭ信号の周期が、前記線形運動デバイスの前記コイルが発生する磁場及び前記磁石で決定される機械的時定数よりも短いことが望ましい。
【００２０】
本発明の一態様の線形運動デバイスの制御方法は、線形運動デバイスが備える磁石が発生する磁場を検出する磁場センサと、デバイス位置指令回路と、差動増幅器と、端点移動制御回路と、選択回路と、出力ドライバと、を含む線形運動デバイスの制御装置において行われる線形運動デバイスの制御方法であって、前記磁場センサが、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力するステップと、前記デバイス位置指令回路が、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するステップと、前記差動増幅器が、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力するステップと、前記端点移動制御回路が、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に前記線形運動デバイスに加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力するステップと、前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路が、前記端点移動信号、前記操作量信号のうちの前記端点移動信号を選択するステップと、前記出力ドライバが、前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、線形運動デバイスの位置と磁場センサの出力信号とを同期化させるにあたり、操作量信号とは別の端点移動信号を出力することができる。また、端点移動信号は、線形運動デバイスが予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に加えながら、一方の端点から他方の端点まで移動させるので、線形運動デバイスが端点に衝突する際の速度を抑制し、線形運動デバイスと端点との衝突音を小さくすることができる。
【００２２】
このような本発明によれば、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスを、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点と端点との間の移動の際に発する衝突音を抑制できるように制御する、線形運動デバイスの制御装置、線形運動デバイスの制御方法を提供することができる。
そして、本発明は、携帯電話のカメラモジュール等の低消費電力を目的とした端点ＸＢＯＴに復元させるトルクが無いまたは小さい線形運動デバイスの場合においても、磁場センサ出力とデバイス位置指令信号の同期化のために必要な端点ＸＢＯＴ及びＸＴＯＰへの移動の際に発生する衝突音を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の線形運動デバイスの制御装置の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示した位置指令信号生成回路を説明するための回路図である。
【図３】図１に示した端点移動制御回路を説明するための回路図である。
【図４】本発明の一実施形態の線形運動デバイスの動作概要を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施形態の変形例を説明するための図である。
【図６】線形運動デバイスを制御する従来の制御装置を示した図である。
【図７】図６に示した磁場センサによって検出される検出磁場と、線形運動デバイスの位置との関係を示した図である。
【図８】従来の衝突音を抑制する方法を実施した場合のコイル電流と線形運動デバイス位置の状態を説明するための図である。
【図９】特許文献１に記載の発明が適用できる線形運動デバイスを説明するための図である。
【図１０】復元トルクが無い、または小さい線形運動デバイスの挙動を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態の線形運動デバイス制御装置を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
（１） 回路構成
図１は、本実施形態の線形運動デバイスの制御装置（以下、単に制御装置とも記す）の構成を説明するための図である。
【００２５】
本実施形態の制御回路は、磁場を検出し、検出磁場に応じた出力信号ＳDを出力する磁場センサ１３と、出力信号ＳDを反転入力端子に入力し、デバイス位置指令信号ＳEを非反転入力端子に入力し、この差分を操作量信号ＳF（偏差と増幅度の積）として出力する差動増幅器１４と、操作量信号ＳFを反転させずに非反転操作量信号として出力する非反転出力バッファ１５と、操作量信号ＳFを反転させ、反転操作量信号として出力する反転出力バッファ１６と、非反転操作量信号を出力する出力ドライバ１７と、反転操作量信号を出力する出力ドライバ１８を含んでいる。また、本実施形態の制御装置は、同期化実行信号ＳMを入力し、線形運動デバイスの端点移動時のドライバ制御信号ＳGを生成する端点移動制御回路１９を含んでいる。なお、図１中に示した破線は、本実施形態の制御装置が、線形運動デバイスの同期化処理を実行する場合にのみ流れる信号を示している。
【００２６】
また、本実施形態の制御装置は、外部から入力される目標位置信号ＳH（例えば、０〜２５５の整数）に対して出力信号ＳDと同期がとれたデバイス位置指令信号ＳEを生成するデバイス位置指令信号生成回路２２を含んでいる。さらに、図１中に符号１２を付して示したのは、上記した制御装置によってフィードバック制御される線形運動デバイス１２である。線形運動デバイス１２は、コイル１１と磁石１０とを備えている。
【００２７】
目標位置信号ＳHは、線形運動デバイス１２を移動すべき目標位置を示す信号である。同期化実行信号ＳMは、外部から制御装置に線形運動デバイス１２の同期化を指示するための信号であり、本実施形態では、同期化実行信号ＳMがハイレベルになったことによって同期化開始の指示が制御装置に入力される。ドライバ制御信号ＳGとは、磁場センサ１３の出力信号ＳDとデバイス位置指令信号ＳEの同期化を実施するために必要な信号である。スイッチ２０は、線形運動デバイス１２の通常の操作時と同期化時とで、操作量信号ＳFまたはドライバ制御信号ＳGのいずれか一方が出力ドライバ１７、または出力ドライバ１８に入力されるように切り替える。同期化実行信号ＳMがスイッチ２０の図示しない制御回路に入力されおり、同期化実行信号ＳＭがローレベルの場合は、操作量信号ＳＦを選択し、ハイレベルの場合は、ドライバ制御信号ＳＧを選択する。
【００２８】
図１に示した構成では、操作量信号ＳFの大きさによって線形運動デバイス１２のコイル１１を流れる電流方向及び電流量が変化する。コイル１１を流れる電流により、磁石１０を含む線形運動デバイス１２の位置が変化する（移動する）。このとき、磁場センサ１３の出力信号ＳDは、磁石１０の移動に伴って変化する。本実施形態の制御装置は、出力信号ＳDの変化によって線形運動デバイス１２の位置を検出し、この位置が、デバイス位置指令信号生成部２２から入力されるデバイス位置指令信号ＳEによって指示される位置に一致するようにフィードバック制御を行っている。
また、デバイス位置指令信号生成回路２２は、外部から入力される、目標位置信号ＳH（例えば、０〜２５５の整数）に対して磁場センサ出力ＳDと同期がとれたデバイス位置指令信号ＳEを生成する回路である。
【００２９】
図２は、図１に示した位置指令信号生成回路２２を説明するための回路図である。位置指令信号生成回路２２は、記憶装置４０、４２と、例えば、正側の基準電位を正電源電圧（ＶＤＤ）、負側の基準電位をグランド電位（ＧＮＤ）とするＤ／Ａ変換器４８、４９、と正側の基準電位をＤ／Ａ変換器４８の出力電位、負側の基準をＤ／Ａ変換器４９の出力電位とするＤ／Ａ変換器５０とを含んでいる。同期化が行われる場合、線形運動デバイス１２を端点ＸＢＯＴに固定した状態で出力された磁場センサ１３の出力信号ＳDの値（図７に示したＶＭＬａまたはＶＭＬｂ）が、記憶装置４０に記憶される。
【００３０】
続いて、線形運動デバイス１２が他方の端点ＸＴＯＰに固定した状態で、磁場センサ１３から出力された出力信号ＳDの値（図７に示したＶＭＨａまたはＶＭＨｂ）が、記憶装置４２に記憶される。記憶装置４０に記憶された値は、Ｄ／Ａ変換器４８に出力され、アナログ値に変換される。また、記憶装置４２に記憶された値は、Ｄ／Ａ変換器４９に出力され、アナログ値に変換される。Ｄ／Ａ変換器４８、４９から出力されたアナログ値は、Ｄ／Ａ変換器５０に入力される。Ｄ／Ａ変換器５０は、Ｄ／Ａ変換器４９から出力された値のＶＭＬａまたはＶＭＬｂを下限値、Ｄ／Ａ変換器４８から出力された値をＶＭＨａまたはＶＭＨｂを上限値とし、目標位置信号ＳHの値に基づいてその間の値をリニアに変化するアナログ信号を出力する。
【００３１】
同期化が終了すると、デバイス位置指令信号ＳEの出力範囲がＶＭＨａまたはＶＭＨｂからＶＭＬａまたはＶＭＬｂとなり、目標位置信号ＳHの値が「０」から「２５５」の値と対応する。このような処理により、本実施形態では、同期化の結果が、デバイス位置指令信号生成回路２２によって生成されるデバイス位置指令信号ＳEに反映される。
図３は、図１に示した端点移動制御回路１９を説明するための回路図である。端点移動制御回路１９は、同期化実行を指示する同期化実行信号ＳMに基づいてカウントを行うカウンタ３０、カウンタ３０がカウントしたカウント値ＳJをデコードするデコーダ３１、カウンタ３２がカウントを行ったカウント値とデコーダ３１にデコードされたカウント値ＳJ（デコード値ＳK）とを比較する比較器３３と、を含んでいる。
【００３２】
（２） 動作
図４は、本実施形態の線形運動デバイスの動作概要を説明するためのタイミングチャートである。図４の縦軸は信号の出力タイミングを示し、横軸は時間を示している。図４には、図１に示した同期化実行信号ＳM、図３に示したカウント値ＳJ、デコード値ＳK、カウント値ＳL、ドライバ制御信号ＳGの出力タイミングと、そのとき、出力ドライバ１７、１８によって駆動された図１に示したコイル１１に流れるコイル電流（図４中にはCoil Currentと記す）と、線形運動デバイス１２の位置（図４中にはPositionと記す）が示されている。カウント値ＳLは、０〜９の値をとる。
【００３３】
図３に示した比較器３３は、デコード値ＳKとカウント値ＳLとを比較する。そして、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合には、ハイレベルのドライバ制御信号ＳGを出力し、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合には、ローレベルのドライバ制御信号ＳGを出力する。同期化実行を指示する同期化実行信号ＳMがローレベルからハイレベルへと変化すると、カウンタ３０及びカウンタ３２がカウントを開始する。カウンタ３２のカウント周期は、カウンタ３０のカウント周期の、例えば１／１０以下となっている。
【００３４】
上記したように、ドライバ制御信号ＳGが、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合にはハイレベル、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合にはローレベルとなる。このことから、図４に示したように、ドライバ制御信号ＳGはデコード値ＳKが大きくなるにしたがってハイレベルの割合が大きくなっている。
また、カウンタ３０は「０」からカウントを開始し、例えば「１１」までカウントし終えたらカウントを終了する。一方、カウンタ３２は、「０」からカウントを開始し、例えば「９」までカウントをしたら再度「０」からカウントする。デコーダ３１は、カウンタ３０のカウント値ＳJに応じて、図４に示したような値を出力する。具体的には、デコーダ３１は、図４に示したように、カウント値ＳJが「０」のときデコード値ＳK「５」を出力し、カウント値ＳJが「１」のときにデコード値ＳK「４」を出力する。また、カウント値ＳJが「１１」のとき、デコード値ＳK「１０」を出力する。
【００３５】
比較器３３は、デコード値ＳKとカウント値ＳLとを比較する。そして、カウント値ＳLがデコード値ＳK未満の場合はハイレベルのドライバ制御信号ＳGを、カウント値ＳLがデコード値ＳK以上の場合には、ローレベルのドライバ制御信号ＳGを出力する。このため、ドライバ制御信号ＳGは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ０％まで減少した後、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ１００％まで増加するＰＷＭ（Pulse-Width-Modulation）波形となる。このＰＷＭ波形のＤｕｔｙの変化はカウンタ３０のカウント周期で変化し、ＰＷＭ周波数はカウンタ３２のカウント周期×カウント数の逆数となる。
【００３６】
上述した端点移動制御回路１９で生成されたＰＷＭ波形を用い、出力ドライバ１７、１８を介して線形運動デバイスを駆動すると、コイル１１に流れる電流は、図４に示すような波形となる。コイル電流は、端点移動制御回路１９で生成されたＰＷＭ波形のＤｕｔｙの変化にしたがって、線形運動デバイス１１の移動方向にトルクを生じる成分と、移動方向とは逆のトルクを生む成分との割合を変化させる。そして、コイル１１に流れる電流は、最終的に、線形運動デバイス１２の移動方向のトルクを生じる成分だけになる。
【００３７】
以上のことから、線形運動デバイス１２は、端点方向（ＸＴＯＰ）の移動トルクとブレーキとなるトルクとを交互に受けながら移動する。このため、本実施形態の制御回路は、線形運動デバイス１２が端点に衝突する際の速度を低下させ、衝突音を抑制することができる。
このとき、コイル１１を流れる電流の基となるＰＷＭ波形の周期は、コイル１１の抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことが好ましい。コイル電流が平坦化されないようにするためである。また、ＰＷＭ波形の周期は、線形運動デバイス１２のコイル１１が発生する磁場や磁石１０等の構成部品で決定される機械的時定数よりも短いことが望ましい。線形運動デバイス１２を滑らかに移動させるためである。
【００３８】
（３） 変形例
以上、本実施形態では、ＰＷＭ波形のＤｕｔｙが同一周期でＤｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ１００％まで単調増加、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ０％まで減少となるように制御する例を説明した。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することも可能である。
【００３９】
図５は、本実施形態の変形例を説明するための図である。図５は、コイル１１のコイル電流、線形運動デバイス１２の位置を縦軸に、横軸に時間を示している。図５に示した変形例では、Ｄｕｔｙは、例えば、時間Ｔ0からＴ1までは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ３０％まで単調減少し、後に時間Ｔ1においてＤｕｔｙ０％に変化する。そして、Ｄｕｔｙは、時間Ｔ3からＴ4までは、Ｄｕｔｙ５０％からＤｕｔｙ７０％まで単調増加した後に時間Ｔ4において一気にＤｕｔｙ１００％に変化する。さらに、Ｄｕｔｙは、時間Ｔ5においてＤｕｔｙ７０％に変化した後、時間Ｔ5からＴ6までは、Ｄｕｔｙ７０％からＤｕｔｙ５０％まで単調減少してもいる。図５中破線で示しているのは、コイル電流のＤｕｔｙの変化をわかりやすくするために、コイル電流の平均値を表したものである。
【００４０】
このような変形例によれば、Ｄｕｔｙを単調増加、または単調減少させる区間を限定することにより、図４に示した制御に比べ、同一の制御時間内における線形運動デバイス１２の位置をよりなだらかに変化させることができる。このため、変形例は、線形運動デバイス１２の移動速度をさらに下げて衝突音を抑制できる。
また、本実施形態は、図５中に破線で示したように、Ｄｕｔｙを一定の割合で単調に変化させる必要はない。例えば、衝突音抑制にＤｕｔｙの変化するタイミングが影響しない時間Ｔ2から時間Ｔ3の区間の動作周期を他の区間よりも早くすることもできる。動作周期は、制御対象の線形運動デバイスの特性に合わせて変更してもよい。本実施形態は、このように、衝突音抑制に影響しない区間を短くすることで、同期化動作の無駄時間を削減することができる。
【００４１】
本実施形態のＤｕｔｙは、端点移動制御回路１９中のデコーダ値ＳKを変更することで容易に制御することが可能である。変化のタイミングは、カウンタ３０のカウント周期を変更することにより、容易に変更可能であることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、端点に復元させるトルクが無い、または小さい線形運動デバイスに適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１０ 磁石
１１、１１１ コイル
１２、１１２ 線形運動デバイス
１３、１１３ 磁場センサ
１４、１１４ 差動増幅器
１５、１１５ 正転出力バッファ
１６、１１６ 反転出力バッファ
１７、１８、１１７、１１８ 出力ドライバ
１９ 端点移動制御回路
２０ 制御信号切り替えスイッチ
３０ カウンタ
３１ デコーダ
３２ カウンタ
３３ 比較器
４０、４２ 記憶装置
４８、４９、５０ Ｄ／Ａ変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を備える線形運動デバイスの制御装置であって、
前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力する磁場センサと、
前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するデバイス位置指令回路と、
前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力する差動増幅器と、
前記線形運動デバイスに対し、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力する端点移動制御回路と、
前記端点移動信号、前記操作量信号のいずれか一方を選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された、前記端点移動信号または前記操作量信号に応じて前記線形運動デバイスを駆動する出力ドライバと、
を含み、
前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路は前記端点移動信号を選択し、前記出力ドライバは前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させることを特徴とする線形運動デバイスの制御装置。
【請求項２】
前記デバイス位置指令回路は、前記出力ドライバが前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動したときに出力された前記検出位置信号に基づいて、前記目標指示信号から前記位置指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項３】
前記線形運動デバイスは、コイルを備え、該コイルにコイル電流が流れることによって発生する力によって移動し、
前記端点移動制御回路は、前記線形運動デバイスの移動方向のトルクを生む電流方向と、前記移動方向のトルクとは逆のトルクを生む電流方向と、の割合を変更させながら、前記端点に到達するときには、前記移動方向のトルクを生む電流方向のみへと変化するようなコイル電流が前記コイルに流れるように前記端点移動信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項４】
前記端点移動信号は、ＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項３に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号の周期は、前記コイルの抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことを特徴とする請求項４に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ信号の周期は、前記線形運動デバイスの前記コイルが発生する磁場及び前記磁石で決定される機械的時定数よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項７】
線形運動デバイスが備える磁石が発生する磁場を検出する磁場センサと、デバイス位置指令回路と、差動増幅器と、端点移動制御回路と、選択回路と、出力ドライバと、を含む線形運動デバイスの制御装置において行われる線形運動デバイスの制御方法であって、
前記磁場センサが、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力するステップと、
前記デバイス位置指令回路が、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するステップと、
前記差動増幅器が、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力するステップと、
前記端点移動制御回路が、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に前記線形運動デバイスに加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力するステップと、
前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路が、前記端点移動信号、前記操作量信号のうちの前記端点移動信号を選択するステップと、
前記出力ドライバが、前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させるステップと、
を含むことを特徴とする線形運動デバイスの制御方法。
【請求項１】
磁石を備える線形運動デバイスの制御装置であって、
前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力する磁場センサと、
前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するデバイス位置指令回路と、
前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力する差動増幅器と、
前記線形運動デバイスに対し、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力する端点移動制御回路と、
前記端点移動信号、前記操作量信号のいずれか一方を選択する選択回路と、
前記選択回路によって選択された、前記端点移動信号または前記操作量信号に応じて前記線形運動デバイスを駆動する出力ドライバと、
を含み、
前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路は前記端点移動信号を選択し、前記出力ドライバは前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させることを特徴とする線形運動デバイスの制御装置。
【請求項２】
前記デバイス位置指令回路は、前記出力ドライバが前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動したときに出力された前記検出位置信号に基づいて、前記目標指示信号から前記位置指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項３】
前記線形運動デバイスは、コイルを備え、該コイルにコイル電流が流れることによって発生する力によって移動し、
前記端点移動制御回路は、前記線形運動デバイスの移動方向のトルクを生む電流方向と、前記移動方向のトルクとは逆のトルクを生む電流方向と、の割合を変更させながら、前記端点に到達するときには、前記移動方向のトルクを生む電流方向のみへと変化するようなコイル電流が前記コイルに流れるように前記端点移動信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項４】
前記端点移動信号は、ＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項３に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号の周期は、前記コイルの抵抗成分及びインダクタ成分で決定される電気的時定数より長いことを特徴とする請求項４に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ信号の周期は、前記線形運動デバイスの前記コイルが発生する磁場及び前記磁石で決定される機械的時定数よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項７】
線形運動デバイスが備える磁石が発生する磁場を検出する磁場センサと、デバイス位置指令回路と、差動増幅器と、端点移動制御回路と、選択回路と、出力ドライバと、を含む線形運動デバイスの制御装置において行われる線形運動デバイスの制御方法であって、
前記磁場センサが、検出された磁場の値に対応する検出位置信号を出力するステップと、
前記デバイス位置指令回路が、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する目標指示信号に基づいて、位置指令信号を出力するステップと、
前記差動増幅器が、前記検出位置信号と、前記位置指令信号とを入力し、前記検出位置信号と前記位置指令信号との偏差を示す操作量信号を出力するステップと、
前記端点移動制御回路が、予め定められている移動範囲の一方の端点に向かう力と、他方の端点に向かう力とを交互に前記線形運動デバイスに加えながら、前記一方の端点から前記他方の端点まで前記線形運動デバイスを移動させる端点移動信号を出力するステップと、
前記位置指令信号と前記線形運動デバイスの位置とを同期化させる処理を行う場合、前記選択回路が、前記端点移動信号、前記操作量信号のうちの前記端点移動信号を選択するステップと、
前記出力ドライバが、前記端点移動信号に応じて前記線形運動デバイスを前記端点に移動させるステップと、
を含むことを特徴とする線形運動デバイスの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９９１３８（Ｐ２０１３−９９１３８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４９９（Ｐ２０１１−２４０４９９）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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