線形運動デバイスの制御装置
【課題】検出磁場と線形運動デバイスの位置とにずれがある場合でも、線形運動デバイスを正確に位置決めすることができる線形運動デバイスの制御装置を提供する。
【解決手段】デバイス１１の磁石１９が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に応答する出力信号ＶＭＯを出力する磁場センサ１１３、制御信号ＶＣＭ［２：０］と出力信号ＶＭＯの振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する電圧信号生成回路１１４、出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの偏差を増幅して出力信号ＶＥＯを生成する差動増幅器１１５、出力信号ＶＥＯの値に応じて線形運動デバイス１１を駆動する出力ドライバ１１２と、出力信号ＶＥＯを、磁場センサ１１３から出力される出力信号ＶＭＯの振幅に応じて補正し、出力ドライバ１１２への入力信号を生成するゲイン補正回路１１６によって制御装置を構成する。
【解決手段】デバイス１１の磁石１９が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に応答する出力信号ＶＭＯを出力する磁場センサ１１３、制御信号ＶＣＭ［２：０］と出力信号ＶＭＯの振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する電圧信号生成回路１１４、出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの偏差を増幅して出力信号ＶＥＯを生成する差動増幅器１１５、出力信号ＶＥＯの値に応じて線形運動デバイス１１を駆動する出力ドライバ１１２と、出力信号ＶＥＯを、磁場センサ１１３から出力される出力信号ＶＭＯの振幅に応じて補正し、出力ドライバ１１２への入力信号を生成するゲイン補正回路１１６によって制御装置を構成する。
【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（オートフォーカスレンズなど）の制御装置及び制御方法に関する。
【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１３は、線形運動デバイス１１を制御する従来の制御装置１０を示した図である。図１３に示した制御装置１０は、磁場センサ１３と、電圧指令信号生成回路１４と、差動増幅器１５と、出力ドライバ１２と、を備えている。図中に符号１１を付して示したのは、制御装置１０によってフィードバック制御される線形運動デバイス１１である。線形運動デバイス１１は、コイル１８と磁石１９とを備えている。
【０００３】
磁場センサ１３は、検出した磁場に基づいて信号を生成し、出力信号ＶＭＯとして出力する。電圧指令信号生成回路１４は、図示しないインターフェースから入力された信号に基づいて電圧指令信号ＶＣＯを生成する。出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯは、差動増幅器１５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。出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとが入力された差動増幅器１５からは、出力ドライバ１２の操作量（偏差と増幅度の積）を表す操作量信号ＶＥＯが出力される。
【０００４】
操作量信号ＶＥＯの大きさによって出力ドライバ１２を流れる電流が変化し、線形運動デバイス１１のコイル１８を流れる電流が変化する。コイル１８を流れる電流により、磁石１９を含む線形運動デバイス１１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ＶＭＯは、磁石１９の移動に伴って変化する。制御装置１０は、出力信号ＶＭＯの変化によって線形運動デバイス１１の位置を検出し、この位置が外部から入力される信号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】
図１４は、図１３に示した磁場センサ１３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１１の位置との関係を示した図である。図１４では、図中左側の縦軸には磁場センサ１３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１３の出力信号ＶＭＯの値が示されている。図１４の出力信号ＶＭＯを示す縦軸のさらに右側には、電圧指令信号ＶＣＯが示されている。
【０００６】
また、図１４の横軸は、線形運動デバイス１１における所定の部位の基準点から計測した位置を示している。図１３に示した制御装置１０によれば、制御装置１０は、図１４に示した電圧指令信号ＶＣＭが与えられた場合、磁場センサ１３が検出磁場ＢＭを得るように、フィードバック制御を実行する。フィードバック制御により、線形運動デバイス１１の位置は位置ＸＭＩＤを得る。
【０００７】
ところで、図１３に示した線形運動デバイス１１では、磁石１９の着磁のばらつきが生じ得る。また、制御装置１０では、磁場センサ１３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１１の位置と、磁場センサ１３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１５は、検出磁場と線形運動デバイス１１の位置との関係を示した図である。図１５の図中左側の縦軸には磁場センサ１３の検出磁場が示され、図中右側の縦軸には磁場センサ１３の出力信号が示されている。図１５中の実線ａは、図１４に示した特性を示したもので、検出磁場と線形運動デバイス１１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及び二点鎖線ｃは、検出磁場と線形運動デバイス１１の位置とのずれがある場合の特性を示している。
【０００８】
図１５に示したように、磁場センサ１３の位置にずれがある場合、検出磁場が線形運動デバイス１１の正しい位置を示さない。このため、制御装置１０が、線形運動デバイス１１を適正にフィードバック制御することができなくなることが分かる。
このような不具合を解消する従来技術には、例えば、特許文献１に記載された発明がある。図１６は、特許文献１に記載された従来技術を説明するための図である。特許文献１に記載された従来技術では、線形運動デバイス１１の最大移動幅（図１６、横軸に示したＸＴＯＰ−ＸＢＯＴ）に対応する磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯの最大値から最小値を、電圧指令信号のステップ数で等分割する。そして、等分割された磁場センサ１３の出力範囲の各々を、線形運動デバイス１１の移動幅に対する電圧指令信号の固定ステップとする。
特許文献1記載の従来技術によれば、磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１３の搭載位置ずれによって生じる線形運動デバイス１１の位置と磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯとのずれを補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した特許文献１に記載された従来技術には、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載された従来技術では、線形運動デバイス個々の最大移動幅に対して電圧指令信号の固定ステップを定義する。しかしながら、磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯ及び電圧指令信号生成回路１４の電圧指令信号ＶＣＯの振幅値には様々なケースがあって、制御装置１０ごとに異なるものと考えられる。
このため、図１７に示すように、差動増幅器１５に入力される偏差ε（磁場センサの出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの差）及び出力ドライバ１２の操作量ＶＥＯ（偏差と増幅度の積）にも様々なケースがあり、制御装置１０ごとに異なっている。
【００１１】
図１８（ａ）、（ｂ）は、上記の点によって生じる従来技術の不具合を説明するための図である。図１８（ａ）は、縦軸に電圧指令信号を示し、横軸に時間を示している。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示した電圧指令信号にしたがって動作した場合の線形運動デバイス１１の位置を縦軸に示し、横軸に時間を示している。
差動増幅器１５の増幅度Ｋｐは、図１８中の実線ｄに対して線形運動デバイス１１のステップ応答時間が最適となるような一定値に設定される。このため、図１８（ａ）に示すように、電圧指令信号ＶＣＯの値が本来出力されるべきＶＣ／２からずれてＶＣ／４（一点鎖線ｅで示す）、ＶＣ（二点鎖線ｆで示す）になると、図１８（ｂ）に示したように、適切な操作量ＶＥＯが出力ドライバ１２に与えられず、応答時間が増えてしまう。
【００１２】
例えば、一点鎖線ｅで示すように、操作量ＶＥＯが不足する場合には、線形運動デバイス１１が所望の位置に達するまでの応答速度が遅くなり、実線ｄで示した場合の応答時間ｔ１が応答時間ｔ２にまで延びている。一方、二点鎖線ｆで示すように、操作量ＶＥＯが過剰の場合には応答時間が速くなって線形運動デバイス１１がリンギングする。このため、線形運動デバイス１１が所望の位置に収束するまで時間がかかり、応答時間が時間ｔ３にまで延びている。さらに、操作量ＶＥＯ過剰な場合、操作量ＶＥＯによっては線形運動デバイス１１が発振に至る場合もある。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、検出磁場と線形運動デバイスの位置との関係が設計時の関係と異なる場合でも、電圧指令信号に対する線形運動デバイスの位置のずれを補正することができる線形運動デバイスの制御装置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】
【００１４】
本発明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１９）を有する線形運動デバイス（例えば図１に示した線形運動デバイス１１）の、前記磁石が発生する磁場を検出し、外部から指示された位置に前記線形運動デバイスを移動させる線形運動デバイスの制御装置（例えば図１に示した制御装置１０１）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応答する第１出力信号を出力する磁場センサ（例えば図１に示した磁場センサ１１３）と、外部から入力される入力信号（例えば図１示した制御信号ＶＣＭ［２：０］）と、前記磁場センサの出力信号（例えば図１示した出力信号ＶＭＯ）の振幅とを関連付けた電圧指令信号を生成する電圧指令信号生成回路（例えば図１に示した電圧指令信号生成回路１１４）と、前記磁場センサの出力信号と前記電圧指令信号との偏差を増幅して第２出力信号を生成する差動増幅器（例えば図１に示した差動増幅器１１５）と、前記第２出力信号の値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１１２）と、前記差動増幅器から出力される前記第２出力信号を、前記磁場センサから出力される第１出力信号の振幅に応じて補正し、前記出力ドライバへの入力信号を生成する補正回路（例えば図１に示したゲイン補正回路１１６）と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記補正回路が、前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するゲイン補正回路（例えば図１に示したゲイン補正回路１１６）であることが望ましい。
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記ゲイン補正回路が、抵抗値が可変の抵抗素子（例えば図４に示した抵抗分割器４１）と、前記第１出力信号の振幅によって前記抵抗素子の抵抗値を決定する制御信号を生成するデコーダ（例えば図４に示したデコーダ４２）と、を含むことが望ましい。
【００１６】
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記補正回路が、前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するＰＷＭ変調回路（例えば図１０に示したＰＷＭ変調回路９０）であることが望ましい。
また、また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記第１出力信号の振幅を示す制御信号を保持するメモリをさらに備え、前記補正回路は、前記メモリから前記第１出力信号の振幅を読み出して前記第２出力信号を補正することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、線形運動デバイスの磁石や制御装置の磁場センサの搭載位置のずれによって検出磁場の値が設計値と相違する場合であっても、線形運動デバイスを外部から指示された適正な位置に移動させることができる。つまり、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、検出磁場と線形運動デバイスの位置との関係が設計時の関係と異なる場合でも、電圧指令信号に対する線形運動デバイス位置のずれを補正することができる線形運動デバイスの制御装置を提供することができる。
なお、本発明によれば、単に検出磁場のみを補正したことによって生じる過渡応答特性の劣化も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の線形運動デバイス制御装置と、線形運動デバイスとを説明するための図である。
【図２】図１に示した出力ドライバの他の構成を例示した図である。
【図３】図１に示した電圧指令信号生成回路の回路構成を説明するための図である。
【図４】図１に示したゲイン補正回路の回路構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態の線形運動デバイスの制御装置の動作を説明するための図である。
【図６】図４に示した抵抗分割器の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態の線形運動デバイスの制御装置の効果を説明するための図である。
【図８】図１に示したゲイン補正回路の他の構成例を説明するための図である。
【図９】図４に示した抵抗分割器の他の構成例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の線形運動デバイスの回路構成を説明するための図である。
【図１１】図１０に示したＰＷＭ変調回路の構成を、より具体的に説明するための図である。
【図１２】図１０、１１に示したＰＷＭ変調回路によって生成されるＰＷＭ波を示した図である。
【図１３】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１４】図１３に示した磁場センサの検出磁場と、線形運動デバイスの位置との関係を示した図である。
【図１５】図１３に示した磁場センサの検出磁場と、線形運動デバイスの位置との他の関係を示した図である。
【図１６】特許文献１に記載された従来技術を説明するための図である。
【図１７】一般的な差動増幅器に入力される偏差ε及び出力ドライバの操作量を例示した図である。
【図１８】特許文献１に記載された従来技術で生じる不具合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
・回路構成
図１は、第１実施形態の線形運動デバイス１１を制御する制御装置１０１と、制御装置１０１によって制御される線形運動デバイス１１とを説明するための図である。図１には、線形運動デバイス１１と、線形運動デバイス１１を制御する制御装置１０１とが示されている。線形運動デバイス１１は、図１３に示した線形運動デバイス１１と同様の構成であるから、図１５に示した符号と同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
【００２０】
第１実施形態の線形デバイス１１は、コイル１８と、磁石１９とを有している。第１実施形態では、コイル１８において電磁誘導により発生する磁場によって磁石１９及び線形運動デバイス１１の位置が変化するものとする。また、コイル１８には制御装置１０１から電流が供給されて、供給された電流に応じて磁石１９及び線形運動デバイス１１が移動するから、制御装置１０１は、線形運動デバイス１１の位置を制御することができる。
【００２１】
制御装置１０１は、磁石１９において発生した磁場を検出し、検出された磁場に応答する出力信号ＶＭＯを生成する磁場センサ１１３と、線形運動デバイス１１を所望の位置に移動させるための信号（以降、入力信号とも記す）を外部から入力するためのインターフェースとして機能する電圧指令信号生成回路１１４と、を備えている。磁場センサ１１３の位置は固定されているから、磁場センサ１１３によって検出される磁場は、磁場センサ１１３と磁石１９との相対的な位置を示す。
電圧指令信号生成回路１１４は、入力信号と磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯの振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する。
【００２２】
また、制御装置１０１は、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと電圧指令信号生成回路１１４から出力された出力信号ＶＭＯとを入力する差動増幅器１１５を備えている。差動増幅器１１５は、出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの差である偏差を増幅度Ｋｐで増幅した出力信号ＶＥＯを生成し、出力する。出力信号ＶＥＯは、後述するように補正されて入力信号ＶＡＪとなる。入力信号ＶＡＪは、線形運動デバイス１１を駆動する出力ドライバ１１２に入力される。
出力ドライバ１１２は、ＭＯＳスイッチＭＮ１を備えている。入力信号ＶＡＪは、ＭＯＳスイッチＭＮ１のゲートに印加されてＭＯＳスイッチＭＮ１のソース、ドレイン間に流れる電流の値を制御する。コイル１８で発生する磁場の強さに応じて磁石１９の移動量が決定する。
【００２３】
また、制御装置１０１は、出力信号ＶＣＯの振幅に応じて出力信号ＶＥＯを補正するゲイン補正回路１１６と、ゲイン補正回路１１６の補正に使用される制御信号ＶＭＨ［２：０］及びＶＭＬ［２：０］を記憶するためのメモリ１７を備えている。ゲイン補正回路１１６による出力信号ＶＥＯの補正によって入力信号ＶＡＪが生成される。
制御信号ＶＭＨ［２：０］は、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号である。また、制御信号ＶＭＬ［２：０］は、磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号である。
【００２４】
制御信号ＶＭＨ［２：０］、制御信号ＶＭＬ［２：０］のメモリ１７への書き込みは、例えば、以下のようにして行われる。すなわち、制御装置１０１を製造するメーカにおいて、制御装置１０１の出荷時に最大出力電圧ＶＭＨと最小出力電圧ＶＭＬとを測定する。そして、測定された最大出力電圧ＶＭＨに応じた制御信号ＶＭＨ［２：０］、最小出力電圧ＶＭＬに応じた制御信号ＶＭＬ［２：０］を電圧指令信号生成回路１１４が決定してメモリ１７に書き込むようにしてもよい。
また、図１中の磁場センサ１１３は、ホールセンサであっても、または磁気抵抗センサであってもよい。
【００２５】
ｉ 出力ドライバ
なお、出力ドライバ１１２の回路構成は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、出力ドライバ１１２は、図１に示したように、１つのＭＯＳスイッチＭＮ１によって構成されるものに限定されるものではない。
図２は、出力ドライバ１１２の他の構成を例示した図である。出力ドライバ１１２は、出力ドライバ２０１、２０２を含むＨブリッジドライバによって構成され、出力ドライバ２０１が２つのＭＯＳスイッチＭ１、Ｍ３を含むように構成され、出力ドライバ２０２が２つのＭＯＳスイッチＭ２、Ｍ４を含むように構成されるものであってもよい。
【００２６】
ｉｉ 電圧指令信号生成回路
図３は、図１に示した電圧指令信号生成回路１１４の回路構成を説明するための図である。電圧指令信号生成回路１１４は、正電源（すなわち、ＶＤＤ）と負電源（すなわち、ＶＳＳ）の間に接続される抵抗素子ＲＭ０〜ＲＭ５と、正電源−負電源間に接続される抵抗を分割し、磁場センサ１１３の最大振幅相当の電圧を選択するスイッチＳＷＨ０〜ＳＷＨ２及び磁場センサ１１３の最小振幅相当の電圧を選択するスイッチＳＷＬ０〜ＳＷＬ２と、スイッチＳＷＨ０〜ＳＷＨ２によって選択された電圧を入力するボルテージフォロア回路３１と、スイッチＳＷＬ０〜ＳＷＬ２によって選択された電圧を入力とするボルテージフォロア回路３２と、ボルテージフォロア回路３１の出力信号ＶＭＨＱとボルテージフォロア回路３２の出力信号ＶＭＬＱとを分割するＲＣ０〜ＲＣ３と、線形運動デバイス１１を所望の位置へ移動させるための電圧指令信号を選択するスイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２と、スイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２によって選択された電圧を入力とし、電圧指令信号ＶＣＯを出力するボルテージフォロア回路３３と、を備えている。
【００２７】
このような電圧指令信号生成回路１１４は、外部から入力される入力信号として、制御信号ＶＣＭ［２：０］が入力される。電圧指令信号生成回路１１４は、制御信号ＶＣＭ［２：０］と、磁場センサ１１３の出力信号の振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する。すなわち、電圧指令信号生成回路１１４は、磁場センサ１１３の最大振幅から最小振幅の間を電圧指令信号のステップ数で等分割して電圧指令信号の固定ステップとする。また、外部から入力される制御信号ＶＣＭ［２：０］を、固定ステップに応じた電圧指令信号ＶＣＯとする。
【００２８】
ｉｉｉ 差動増幅器
図１中の差動増幅器１１５は、微分要素と積分要素との少なくとも一つを含むように構成されたものであってもよい。
ｉｖ ゲイン補正回路
図４は、図１に示したゲイン補正回路１１６の回路構成を説明するための図である。ゲイン補正回路１１６は、メモリ１７に記憶されている制御信号ＶＭＨ［２：０］と、制御信号ＶＭＬ［２：０］とを入力し、抵抗分割器４１の分割比を決定する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］を生成するデコーダ４２、制御信号ＲＳＥＬ［２：０］によって決定された分割比で分割される抵抗分割器４１、図１に示した差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯを反転増幅する抵抗分割器４１、フィードバック抵抗素子ＲＦ１及び差動増幅器４３によって構成される反転増幅器４４と、反転増幅器４４の出力信号を反転増幅し、信号ＶＡＪを生成する入力抵抗素子ＲＩ２、フィードバック抵抗素子ＲＦ２及び差動増幅器４５によって構成される反転増幅器４６と、を備えている。
【００２９】
・動作
次に、図５を用い、第１実施形態の線形運動デバイス１１の制御装置１０１の動作を説明する。
図１に示した線形運動デバイス１１の磁石１９が移動すると、磁石１９と磁場センサの相対的な位置が変化する。磁場センサ１１３は、磁石１９の位置に応じた磁場を検出する。検出磁場に基づいて、磁場センサ１１３からは出力信号ＶＭＯが出力される。
本明細書の［発明が解決しようとする課題］で説明したように、検出磁場と線形運動デバイスの位置のずれは、線形運動デバイス１１の磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１１３の搭載位置ずれによってケースごとに異なっている。
【００３０】
先に示した図１６では、検出磁場と線形運動デバイスの位置ずれを３つのケースについて示した。つまり、図１６で示したように、実線ａで示したケース１では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭ／２であるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達するのに対し、一点鎖線ｂで示したケース２では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭ／４であるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達する。また、二点鎖線ｃで示したケース３では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭであるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達する。
【００３１】
図５に示した電圧指令信号生成回路１１４には、制御信号ＶＭＨ［２：０］によって選択される電圧（つまり磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨ）と制御信号ＶＭＬ［２：０］によって選択される電圧（つまり磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬ）との間において、線形運動デバイス１１を所望の位置に移動させるための制御信号ＶＣＭ［２：０］が入力される。電圧指令信号生成回路１１４は、制御信号ＶＣＭ［２：０］によって図３に示したスイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２を切り替えることによって電圧指令信号ＶＣＯを生成する。
【００３２】
電圧指令信号ＶＣＯは、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨと磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬの間において生成されるため、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと同じ電圧振幅を得る。
図５に示した差動増幅器１１５は、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと、電圧指令信号生成回路１１４の出力信号ＶＣＯとの差である偏差εを増幅度Ｋｐで増幅し、操作量信号ＶＥＯを生成する。すなわち、差動増幅器１１５は、図１６に示したケース１においてＫｐ×ε／２の操作量ＶＥＯを生成するのに対し、ケース２においてＫｐ×ε／４の操作量ＶＥＯを、ケース３においてＫｐ×εの操作量ＶＥＯを生成することになる。
【００３３】
図４に示したゲイン補正回路１１６では、反転増幅器４４が、抵抗分割器４１の分割比を選択する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］によって決定された入力抵抗と、フィードバック抵抗素子ＲＦ１とによって磁場センサ１１３の出力振幅に対応した増幅度が決定される。そして、反転増幅器４６は、入力抵抗素子ＲＩ２と、フィードバック抵抗素子ＲＦ２とによって、反転増幅器４４を介して出力される位相が反転した信号ＶＡＪＮを、さらに位相を反転して正転信号として出力する。
【００３４】
図６は、図４中に示した抵抗分割器４１の構成を説明するための図である。図６に示した抵抗分割器４１は、抵抗素子ＲＳ０〜ＲＳ２のそれぞれに対して、並列に接続されているスイッチＳＲＳ０〜ＳＲＳ２を短絡、開放することによって抵抗値を任意に選択できるように構成されている。
以上の構成によれば、ケース１の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）が最適だとすると、磁場センサ出力振幅がケース１の１／２倍となるケース２の場合でも、反転増幅器４４の増幅度が２倍となる抵抗分割器４１の抵抗比が選択され、ケース１と同じ値の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）を得ることができる。
【００３５】
また、以上の構成によれば、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯの振幅がケース１の２倍となるケース３の場合でも、反転増幅器４４の増幅度が１／２倍となる抵抗分割器４１の抵抗比が選択され、ケース１と同じ値の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）を得ることができる。
すなわち、第１実施形態では、ゲイン補正回路１１６が、差動増幅器１１５から得られる偏差εを増幅度Ｋｐで増幅した信号ＶＥＯを補正して、出力ドライバ１１２の最適な操作量ＶＡＪを得ることができる。このため、第１実施形態によれば、磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１１３の搭載位置ずれによって磁場センサ１１３の出力信号と線形運動デバイスの位置との関係が設計と異なる場合でも、設計値と同様の過渡応答特性及びステップ応答時間を得ることができる。
【００３６】
図７は、上記した第１実施形態の効果を説明するための図である。図７に示したように、第１実施形態によれば、一点鎖線ｅで示したケース２、二点鎖線ｆで示したケース３であっても、実線ｄで示したケース１と同じ過渡応答特性及びステップ応答時間ｔ１を得ることが明らかである。
なお、第１実施形態では、電圧指令信号生成回路１１４に入力される制御信号と、ゲイン補正回路１１６のデコーダ４２に入力される制御信号として、同じ磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号ＶＭＨ［２：０］と磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号ＶＭＬ［２：０］をトラッキングさせることが望ましい。ただし、第１実施形態は、電圧指令信号生成回路１１４に入力される制御信号と、ゲイン補正回路１１６のデコーダ４２に入力される制御信号を互いに独立した制御信号としてもよい。
【００３７】
また、第１実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、図４に示したようにゲイン補正回路１１６を構成した。しかし、第１実施形態のゲイン補正回路１１６は、図４中に示した抵抗分割器４１とフィードバック抵抗素子ＲＦ１を入れ替えて、図８のように構成してもよい。
また、第１実施形態の図４、図８に示した抵抗分割器４１は、図６の構成に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、抵抗の分割比を選択する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］を入力し、抵抗選択スイッチ制御信号ＳＳＥＬ［７：０］を生成する抵抗選択信号生成回路７１と、抵抗選択信号生成回路７１によって生成される制御信号ＳＳＥＬ［７：０］を入力する抵抗素子ＲＰ０〜ＲＰ８の間を選択するスイッチＳＲＰ０〜ＳＲＰ７を含むように構成されるものであってもよい。
また、第１実施形態で着した入力信号はビット数を３ビットとしている場合がある。しかし、入力信号は３ビット以下であっても、３ビット以上であってもよい。
【００３８】
［第２実施形態］
・回路構成
図１０は、本発明の第２実施形態の線形運動デバイスの回路構成を説明するための図である。なお、図１０において、図１に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
第２実施形態は、先に説明した第１実施形態のように出力ドライバ１１２に入力される操作量ＶＡＪが線形的に変化するものであるのに対し、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を用いて出力ドライバ１１２への入力信号を生成することが特徴となる。
図１０に示したように、実施形態２の線形運動デバイス１１の制御装置１０９は、図１に示したゲイン補正回路１１６に代えて、ＰＷＭ変調回路９０を備えている。
【００３９】
図１１は、ＰＷＭ変調回路９０の構成を、より具体的に説明するための図である。図１１に示したように、ＰＷＭ変調回路９０は、のこぎり波生成回路９１と、差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯとのこぎり波ＶＲＭを比較してＰＷＭ波を生成するコンパレータ９２とを備えている。
のこぎり波生成回路９１は、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号ＶＭＨ［２：０］と磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号ＶＭＬ［２：０］とを入力する。そして、制御信号ＶＭＨ［２：０］によって選択される電圧ＶＭＨを振幅最大値と、制御信号ＶＭＬ［２：０］によって選択される電圧ＶＭＬを振幅最小値とする、のこぎり波ＶＲＭを生成する。
【００４０】
このようなのこぎり波生成回路９１によれば、磁場センサ１１３の出力電圧振幅に関連付けた振幅を有するのこぎり波ＶＲＭを生成することができ、磁場センサ１１３の出力電圧幅に関連付けられる差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯとのこぎり波ＶＲＭとを比較して生成されるＰＷＭ波は、図１５に示すようなデバイスごとに異なる磁場センサ１１３の出力電圧幅に因らない線形運動デバイス位置に対応したデューティー（すなわち、スイッチング周期Ｔｓに対するＶＤＤの期間Ｔｏｎの割合）を得ることができる。すなわち、ＰＷＭ変調回路９０によって操作量信号ＶＥＯのゲイン補正を行い出力ドライバ１１２に対してデバイスに因らず最適の操作量を与えることができる。
【００４１】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１５中に示すケースのように、デバイスごとに異なった磁場センサ１１３の出力振幅を得た場合の図１０、１１に示したＰＷＭ変調回路９０によって生成されるＰＷＭ波を示した図である。例えば、図１２（ａ）中の磁場センサ１１３の最大出力電圧がＶＭＨ１、最小出力電圧がＶＭＬ１の場合に得られる操作量ＶＰＷ１を最適と考えると、デバイスごとに異なる磁場センサ１１３の出力電圧幅により得られる磁場センサ１１３の最大出力電圧がＶＭＨ２、最小出力電圧がＶＭＬ２であっても、図１２（ｂ）中に示すように、出力ドライバ１１２に与えられる制御量ＶＰＷ２は、操作量ＶＰＷ１と同じ操作量を得ることができる。図１２（ｃ）において、磁場センサの最大出力電圧ＶＭＨ３及び最小出力電圧ＶＭＬ３が得られた場合でも出力ドライバ１１２に与えられる操作量ＶＰＷ３は、操作量ＶＰＷ１と同じ操作量を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、カメラのオートフォーカスレンズのように、磁石を使って正確に位置決めする必要がある線形運動デバイスであれば、どのようなものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１ 線形運動デバイス
１８ コイル
１９ 磁石
３１、３２、３３ ボルテージフォロア回路
４１ 抵抗分割器
４２ デコーダ
４４、４６ 反転増幅器
７１ 抵抗選択信号生成回路
９０ 変調回路
９１ のこぎり波生成回路
９２ コンパレータ
１０１、１０９ 制御装置
１１２ 出力ドライバ
１１３ 磁場センサ
１１４ 電圧指令信号生成回路
１１５ 差動増幅器
１１６ ゲイン補正回路
２０１、２０２ 出力ドライバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形運動デバイス（オートフォーカスレンズなど）の制御装置及び制御方法に関する。
【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１３は、線形運動デバイス１１を制御する従来の制御装置１０を示した図である。図１３に示した制御装置１０は、磁場センサ１３と、電圧指令信号生成回路１４と、差動増幅器１５と、出力ドライバ１２と、を備えている。図中に符号１１を付して示したのは、制御装置１０によってフィードバック制御される線形運動デバイス１１である。線形運動デバイス１１は、コイル１８と磁石１９とを備えている。
【０００３】
磁場センサ１３は、検出した磁場に基づいて信号を生成し、出力信号ＶＭＯとして出力する。電圧指令信号生成回路１４は、図示しないインターフェースから入力された信号に基づいて電圧指令信号ＶＣＯを生成する。出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯは、差動増幅器１５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。出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとが入力された差動増幅器１５からは、出力ドライバ１２の操作量（偏差と増幅度の積）を表す操作量信号ＶＥＯが出力される。
【０００４】
操作量信号ＶＥＯの大きさによって出力ドライバ１２を流れる電流が変化し、線形運動デバイス１１のコイル１８を流れる電流が変化する。コイル１８を流れる電流により、磁石１９を含む線形運動デバイス１１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ＶＭＯは、磁石１９の移動に伴って変化する。制御装置１０は、出力信号ＶＭＯの変化によって線形運動デバイス１１の位置を検出し、この位置が外部から入力される信号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】
図１４は、図１３に示した磁場センサ１３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１１の位置との関係を示した図である。図１４では、図中左側の縦軸には磁場センサ１３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１３の出力信号ＶＭＯの値が示されている。図１４の出力信号ＶＭＯを示す縦軸のさらに右側には、電圧指令信号ＶＣＯが示されている。
【０００６】
また、図１４の横軸は、線形運動デバイス１１における所定の部位の基準点から計測した位置を示している。図１３に示した制御装置１０によれば、制御装置１０は、図１４に示した電圧指令信号ＶＣＭが与えられた場合、磁場センサ１３が検出磁場ＢＭを得るように、フィードバック制御を実行する。フィードバック制御により、線形運動デバイス１１の位置は位置ＸＭＩＤを得る。
【０００７】
ところで、図１３に示した線形運動デバイス１１では、磁石１９の着磁のばらつきが生じ得る。また、制御装置１０では、磁場センサ１３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１１の位置と、磁場センサ１３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１５は、検出磁場と線形運動デバイス１１の位置との関係を示した図である。図１５の図中左側の縦軸には磁場センサ１３の検出磁場が示され、図中右側の縦軸には磁場センサ１３の出力信号が示されている。図１５中の実線ａは、図１４に示した特性を示したもので、検出磁場と線形運動デバイス１１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及び二点鎖線ｃは、検出磁場と線形運動デバイス１１の位置とのずれがある場合の特性を示している。
【０００８】
図１５に示したように、磁場センサ１３の位置にずれがある場合、検出磁場が線形運動デバイス１１の正しい位置を示さない。このため、制御装置１０が、線形運動デバイス１１を適正にフィードバック制御することができなくなることが分かる。
このような不具合を解消する従来技術には、例えば、特許文献１に記載された発明がある。図１６は、特許文献１に記載された従来技術を説明するための図である。特許文献１に記載された従来技術では、線形運動デバイス１１の最大移動幅（図１６、横軸に示したＸＴＯＰ−ＸＢＯＴ）に対応する磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯの最大値から最小値を、電圧指令信号のステップ数で等分割する。そして、等分割された磁場センサ１３の出力範囲の各々を、線形運動デバイス１１の移動幅に対する電圧指令信号の固定ステップとする。
特許文献1記載の従来技術によれば、磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１３の搭載位置ずれによって生じる線形運動デバイス１１の位置と磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯとのずれを補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した特許文献１に記載された従来技術には、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載された従来技術では、線形運動デバイス個々の最大移動幅に対して電圧指令信号の固定ステップを定義する。しかしながら、磁場センサ１３の出力信号ＶＭＯ及び電圧指令信号生成回路１４の電圧指令信号ＶＣＯの振幅値には様々なケースがあって、制御装置１０ごとに異なるものと考えられる。
このため、図１７に示すように、差動増幅器１５に入力される偏差ε（磁場センサの出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの差）及び出力ドライバ１２の操作量ＶＥＯ（偏差と増幅度の積）にも様々なケースがあり、制御装置１０ごとに異なっている。
【００１１】
図１８（ａ）、（ｂ）は、上記の点によって生じる従来技術の不具合を説明するための図である。図１８（ａ）は、縦軸に電圧指令信号を示し、横軸に時間を示している。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示した電圧指令信号にしたがって動作した場合の線形運動デバイス１１の位置を縦軸に示し、横軸に時間を示している。
差動増幅器１５の増幅度Ｋｐは、図１８中の実線ｄに対して線形運動デバイス１１のステップ応答時間が最適となるような一定値に設定される。このため、図１８（ａ）に示すように、電圧指令信号ＶＣＯの値が本来出力されるべきＶＣ／２からずれてＶＣ／４（一点鎖線ｅで示す）、ＶＣ（二点鎖線ｆで示す）になると、図１８（ｂ）に示したように、適切な操作量ＶＥＯが出力ドライバ１２に与えられず、応答時間が増えてしまう。
【００１２】
例えば、一点鎖線ｅで示すように、操作量ＶＥＯが不足する場合には、線形運動デバイス１１が所望の位置に達するまでの応答速度が遅くなり、実線ｄで示した場合の応答時間ｔ１が応答時間ｔ２にまで延びている。一方、二点鎖線ｆで示すように、操作量ＶＥＯが過剰の場合には応答時間が速くなって線形運動デバイス１１がリンギングする。このため、線形運動デバイス１１が所望の位置に収束するまで時間がかかり、応答時間が時間ｔ３にまで延びている。さらに、操作量ＶＥＯ過剰な場合、操作量ＶＥＯによっては線形運動デバイス１１が発振に至る場合もある。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、検出磁場と線形運動デバイスの位置との関係が設計時の関係と異なる場合でも、電圧指令信号に対する線形運動デバイスの位置のずれを補正することができる線形運動デバイスの制御装置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】
【００１４】
本発明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１９）を有する線形運動デバイス（例えば図１に示した線形運動デバイス１１）の、前記磁石が発生する磁場を検出し、外部から指示された位置に前記線形運動デバイスを移動させる線形運動デバイスの制御装置（例えば図１に示した制御装置１０１）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応答する第１出力信号を出力する磁場センサ（例えば図１に示した磁場センサ１１３）と、外部から入力される入力信号（例えば図１示した制御信号ＶＣＭ［２：０］）と、前記磁場センサの出力信号（例えば図１示した出力信号ＶＭＯ）の振幅とを関連付けた電圧指令信号を生成する電圧指令信号生成回路（例えば図１に示した電圧指令信号生成回路１１４）と、前記磁場センサの出力信号と前記電圧指令信号との偏差を増幅して第２出力信号を生成する差動増幅器（例えば図１に示した差動増幅器１１５）と、前記第２出力信号の値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１１２）と、前記差動増幅器から出力される前記第２出力信号を、前記磁場センサから出力される第１出力信号の振幅に応じて補正し、前記出力ドライバへの入力信号を生成する補正回路（例えば図１に示したゲイン補正回路１１６）と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記補正回路が、前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するゲイン補正回路（例えば図１に示したゲイン補正回路１１６）であることが望ましい。
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記ゲイン補正回路が、抵抗値が可変の抵抗素子（例えば図４に示した抵抗分割器４１）と、前記第１出力信号の振幅によって前記抵抗素子の抵抗値を決定する制御信号を生成するデコーダ（例えば図４に示したデコーダ４２）と、を含むことが望ましい。
【００１６】
また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記補正回路が、前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するＰＷＭ変調回路（例えば図１０に示したＰＷＭ変調回路９０）であることが望ましい。
また、また、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、上記した発明において、前記第１出力信号の振幅を示す制御信号を保持するメモリをさらに備え、前記補正回路は、前記メモリから前記第１出力信号の振幅を読み出して前記第２出力信号を補正することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、線形運動デバイスの磁石や制御装置の磁場センサの搭載位置のずれによって検出磁場の値が設計値と相違する場合であっても、線形運動デバイスを外部から指示された適正な位置に移動させることができる。つまり、本発明の線形運動デバイスの制御装置は、検出磁場と線形運動デバイスの位置との関係が設計時の関係と異なる場合でも、電圧指令信号に対する線形運動デバイス位置のずれを補正することができる線形運動デバイスの制御装置を提供することができる。
なお、本発明によれば、単に検出磁場のみを補正したことによって生じる過渡応答特性の劣化も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の線形運動デバイス制御装置と、線形運動デバイスとを説明するための図である。
【図２】図１に示した出力ドライバの他の構成を例示した図である。
【図３】図１に示した電圧指令信号生成回路の回路構成を説明するための図である。
【図４】図１に示したゲイン補正回路の回路構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態の線形運動デバイスの制御装置の動作を説明するための図である。
【図６】図４に示した抵抗分割器の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態の線形運動デバイスの制御装置の効果を説明するための図である。
【図８】図１に示したゲイン補正回路の他の構成例を説明するための図である。
【図９】図４に示した抵抗分割器の他の構成例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の線形運動デバイスの回路構成を説明するための図である。
【図１１】図１０に示したＰＷＭ変調回路の構成を、より具体的に説明するための図である。
【図１２】図１０、１１に示したＰＷＭ変調回路によって生成されるＰＷＭ波を示した図である。
【図１３】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１４】図１３に示した磁場センサの検出磁場と、線形運動デバイスの位置との関係を示した図である。
【図１５】図１３に示した磁場センサの検出磁場と、線形運動デバイスの位置との他の関係を示した図である。
【図１６】特許文献１に記載された従来技術を説明するための図である。
【図１７】一般的な差動増幅器に入力される偏差ε及び出力ドライバの操作量を例示した図である。
【図１８】特許文献１に記載された従来技術で生じる不具合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の第１実施形態、第２実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
・回路構成
図１は、第１実施形態の線形運動デバイス１１を制御する制御装置１０１と、制御装置１０１によって制御される線形運動デバイス１１とを説明するための図である。図１には、線形運動デバイス１１と、線形運動デバイス１１を制御する制御装置１０１とが示されている。線形運動デバイス１１は、図１３に示した線形運動デバイス１１と同様の構成であるから、図１５に示した符号と同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
【００２０】
第１実施形態の線形デバイス１１は、コイル１８と、磁石１９とを有している。第１実施形態では、コイル１８において電磁誘導により発生する磁場によって磁石１９及び線形運動デバイス１１の位置が変化するものとする。また、コイル１８には制御装置１０１から電流が供給されて、供給された電流に応じて磁石１９及び線形運動デバイス１１が移動するから、制御装置１０１は、線形運動デバイス１１の位置を制御することができる。
【００２１】
制御装置１０１は、磁石１９において発生した磁場を検出し、検出された磁場に応答する出力信号ＶＭＯを生成する磁場センサ１１３と、線形運動デバイス１１を所望の位置に移動させるための信号（以降、入力信号とも記す）を外部から入力するためのインターフェースとして機能する電圧指令信号生成回路１１４と、を備えている。磁場センサ１１３の位置は固定されているから、磁場センサ１１３によって検出される磁場は、磁場センサ１１３と磁石１９との相対的な位置を示す。
電圧指令信号生成回路１１４は、入力信号と磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯの振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する。
【００２２】
また、制御装置１０１は、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと電圧指令信号生成回路１１４から出力された出力信号ＶＭＯとを入力する差動増幅器１１５を備えている。差動増幅器１１５は、出力信号ＶＭＯと電圧指令信号ＶＣＯとの差である偏差を増幅度Ｋｐで増幅した出力信号ＶＥＯを生成し、出力する。出力信号ＶＥＯは、後述するように補正されて入力信号ＶＡＪとなる。入力信号ＶＡＪは、線形運動デバイス１１を駆動する出力ドライバ１１２に入力される。
出力ドライバ１１２は、ＭＯＳスイッチＭＮ１を備えている。入力信号ＶＡＪは、ＭＯＳスイッチＭＮ１のゲートに印加されてＭＯＳスイッチＭＮ１のソース、ドレイン間に流れる電流の値を制御する。コイル１８で発生する磁場の強さに応じて磁石１９の移動量が決定する。
【００２３】
また、制御装置１０１は、出力信号ＶＣＯの振幅に応じて出力信号ＶＥＯを補正するゲイン補正回路１１６と、ゲイン補正回路１１６の補正に使用される制御信号ＶＭＨ［２：０］及びＶＭＬ［２：０］を記憶するためのメモリ１７を備えている。ゲイン補正回路１１６による出力信号ＶＥＯの補正によって入力信号ＶＡＪが生成される。
制御信号ＶＭＨ［２：０］は、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号である。また、制御信号ＶＭＬ［２：０］は、磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号である。
【００２４】
制御信号ＶＭＨ［２：０］、制御信号ＶＭＬ［２：０］のメモリ１７への書き込みは、例えば、以下のようにして行われる。すなわち、制御装置１０１を製造するメーカにおいて、制御装置１０１の出荷時に最大出力電圧ＶＭＨと最小出力電圧ＶＭＬとを測定する。そして、測定された最大出力電圧ＶＭＨに応じた制御信号ＶＭＨ［２：０］、最小出力電圧ＶＭＬに応じた制御信号ＶＭＬ［２：０］を電圧指令信号生成回路１１４が決定してメモリ１７に書き込むようにしてもよい。
また、図１中の磁場センサ１１３は、ホールセンサであっても、または磁気抵抗センサであってもよい。
【００２５】
ｉ 出力ドライバ
なお、出力ドライバ１１２の回路構成は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、出力ドライバ１１２は、図１に示したように、１つのＭＯＳスイッチＭＮ１によって構成されるものに限定されるものではない。
図２は、出力ドライバ１１２の他の構成を例示した図である。出力ドライバ１１２は、出力ドライバ２０１、２０２を含むＨブリッジドライバによって構成され、出力ドライバ２０１が２つのＭＯＳスイッチＭ１、Ｍ３を含むように構成され、出力ドライバ２０２が２つのＭＯＳスイッチＭ２、Ｍ４を含むように構成されるものであってもよい。
【００２６】
ｉｉ 電圧指令信号生成回路
図３は、図１に示した電圧指令信号生成回路１１４の回路構成を説明するための図である。電圧指令信号生成回路１１４は、正電源（すなわち、ＶＤＤ）と負電源（すなわち、ＶＳＳ）の間に接続される抵抗素子ＲＭ０〜ＲＭ５と、正電源−負電源間に接続される抵抗を分割し、磁場センサ１１３の最大振幅相当の電圧を選択するスイッチＳＷＨ０〜ＳＷＨ２及び磁場センサ１１３の最小振幅相当の電圧を選択するスイッチＳＷＬ０〜ＳＷＬ２と、スイッチＳＷＨ０〜ＳＷＨ２によって選択された電圧を入力するボルテージフォロア回路３１と、スイッチＳＷＬ０〜ＳＷＬ２によって選択された電圧を入力とするボルテージフォロア回路３２と、ボルテージフォロア回路３１の出力信号ＶＭＨＱとボルテージフォロア回路３２の出力信号ＶＭＬＱとを分割するＲＣ０〜ＲＣ３と、線形運動デバイス１１を所望の位置へ移動させるための電圧指令信号を選択するスイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２と、スイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２によって選択された電圧を入力とし、電圧指令信号ＶＣＯを出力するボルテージフォロア回路３３と、を備えている。
【００２７】
このような電圧指令信号生成回路１１４は、外部から入力される入力信号として、制御信号ＶＣＭ［２：０］が入力される。電圧指令信号生成回路１１４は、制御信号ＶＣＭ［２：０］と、磁場センサ１１３の出力信号の振幅とを関連付けた電圧指令信号ＶＣＯを生成する。すなわち、電圧指令信号生成回路１１４は、磁場センサ１１３の最大振幅から最小振幅の間を電圧指令信号のステップ数で等分割して電圧指令信号の固定ステップとする。また、外部から入力される制御信号ＶＣＭ［２：０］を、固定ステップに応じた電圧指令信号ＶＣＯとする。
【００２８】
ｉｉｉ 差動増幅器
図１中の差動増幅器１１５は、微分要素と積分要素との少なくとも一つを含むように構成されたものであってもよい。
ｉｖ ゲイン補正回路
図４は、図１に示したゲイン補正回路１１６の回路構成を説明するための図である。ゲイン補正回路１１６は、メモリ１７に記憶されている制御信号ＶＭＨ［２：０］と、制御信号ＶＭＬ［２：０］とを入力し、抵抗分割器４１の分割比を決定する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］を生成するデコーダ４２、制御信号ＲＳＥＬ［２：０］によって決定された分割比で分割される抵抗分割器４１、図１に示した差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯを反転増幅する抵抗分割器４１、フィードバック抵抗素子ＲＦ１及び差動増幅器４３によって構成される反転増幅器４４と、反転増幅器４４の出力信号を反転増幅し、信号ＶＡＪを生成する入力抵抗素子ＲＩ２、フィードバック抵抗素子ＲＦ２及び差動増幅器４５によって構成される反転増幅器４６と、を備えている。
【００２９】
・動作
次に、図５を用い、第１実施形態の線形運動デバイス１１の制御装置１０１の動作を説明する。
図１に示した線形運動デバイス１１の磁石１９が移動すると、磁石１９と磁場センサの相対的な位置が変化する。磁場センサ１１３は、磁石１９の位置に応じた磁場を検出する。検出磁場に基づいて、磁場センサ１１３からは出力信号ＶＭＯが出力される。
本明細書の［発明が解決しようとする課題］で説明したように、検出磁場と線形運動デバイスの位置のずれは、線形運動デバイス１１の磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１１３の搭載位置ずれによってケースごとに異なっている。
【００３０】
先に示した図１６では、検出磁場と線形運動デバイスの位置ずれを３つのケースについて示した。つまり、図１６で示したように、実線ａで示したケース１では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭ／２であるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達するのに対し、一点鎖線ｂで示したケース２では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭ／４であるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達する。また、二点鎖線ｃで示したケース３では、磁場センサ出力信号ＶＭＯの振幅がＶＭであるときに線形運動デバイス１１の位置が最大移動幅に達する。
【００３１】
図５に示した電圧指令信号生成回路１１４には、制御信号ＶＭＨ［２：０］によって選択される電圧（つまり磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨ）と制御信号ＶＭＬ［２：０］によって選択される電圧（つまり磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬ）との間において、線形運動デバイス１１を所望の位置に移動させるための制御信号ＶＣＭ［２：０］が入力される。電圧指令信号生成回路１１４は、制御信号ＶＣＭ［２：０］によって図３に示したスイッチＳＷＣ０〜ＳＷＣ２を切り替えることによって電圧指令信号ＶＣＯを生成する。
【００３２】
電圧指令信号ＶＣＯは、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨと磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬの間において生成されるため、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと同じ電圧振幅を得る。
図５に示した差動増幅器１１５は、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯと、電圧指令信号生成回路１１４の出力信号ＶＣＯとの差である偏差εを増幅度Ｋｐで増幅し、操作量信号ＶＥＯを生成する。すなわち、差動増幅器１１５は、図１６に示したケース１においてＫｐ×ε／２の操作量ＶＥＯを生成するのに対し、ケース２においてＫｐ×ε／４の操作量ＶＥＯを、ケース３においてＫｐ×εの操作量ＶＥＯを生成することになる。
【００３３】
図４に示したゲイン補正回路１１６では、反転増幅器４４が、抵抗分割器４１の分割比を選択する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］によって決定された入力抵抗と、フィードバック抵抗素子ＲＦ１とによって磁場センサ１１３の出力振幅に対応した増幅度が決定される。そして、反転増幅器４６は、入力抵抗素子ＲＩ２と、フィードバック抵抗素子ＲＦ２とによって、反転増幅器４４を介して出力される位相が反転した信号ＶＡＪＮを、さらに位相を反転して正転信号として出力する。
【００３４】
図６は、図４中に示した抵抗分割器４１の構成を説明するための図である。図６に示した抵抗分割器４１は、抵抗素子ＲＳ０〜ＲＳ２のそれぞれに対して、並列に接続されているスイッチＳＲＳ０〜ＳＲＳ２を短絡、開放することによって抵抗値を任意に選択できるように構成されている。
以上の構成によれば、ケース１の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）が最適だとすると、磁場センサ出力振幅がケース１の１／２倍となるケース２の場合でも、反転増幅器４４の増幅度が２倍となる抵抗分割器４１の抵抗比が選択され、ケース１と同じ値の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）を得ることができる。
【００３５】
また、以上の構成によれば、磁場センサ１１３の出力信号ＶＭＯの振幅がケース１の２倍となるケース３の場合でも、反転増幅器４４の増幅度が１／２倍となる抵抗分割器４１の抵抗比が選択され、ケース１と同じ値の出力ドライバ１１２の操作量ＶＡＪ（すなわち、Ｋｐ×ε／２）を得ることができる。
すなわち、第１実施形態では、ゲイン補正回路１１６が、差動増幅器１１５から得られる偏差εを増幅度Ｋｐで増幅した信号ＶＥＯを補正して、出力ドライバ１１２の最適な操作量ＶＡＪを得ることができる。このため、第１実施形態によれば、磁石１９の着磁ばらつきや磁場センサ１１３の搭載位置ずれによって磁場センサ１１３の出力信号と線形運動デバイスの位置との関係が設計と異なる場合でも、設計値と同様の過渡応答特性及びステップ応答時間を得ることができる。
【００３６】
図７は、上記した第１実施形態の効果を説明するための図である。図７に示したように、第１実施形態によれば、一点鎖線ｅで示したケース２、二点鎖線ｆで示したケース３であっても、実線ｄで示したケース１と同じ過渡応答特性及びステップ応答時間ｔ１を得ることが明らかである。
なお、第１実施形態では、電圧指令信号生成回路１１４に入力される制御信号と、ゲイン補正回路１１６のデコーダ４２に入力される制御信号として、同じ磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号ＶＭＨ［２：０］と磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号ＶＭＬ［２：０］をトラッキングさせることが望ましい。ただし、第１実施形態は、電圧指令信号生成回路１１４に入力される制御信号と、ゲイン補正回路１１６のデコーダ４２に入力される制御信号を互いに独立した制御信号としてもよい。
【００３７】
また、第１実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、図４に示したようにゲイン補正回路１１６を構成した。しかし、第１実施形態のゲイン補正回路１１６は、図４中に示した抵抗分割器４１とフィードバック抵抗素子ＲＦ１を入れ替えて、図８のように構成してもよい。
また、第１実施形態の図４、図８に示した抵抗分割器４１は、図６の構成に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、抵抗の分割比を選択する制御信号ＲＳＥＬ［２：０］を入力し、抵抗選択スイッチ制御信号ＳＳＥＬ［７：０］を生成する抵抗選択信号生成回路７１と、抵抗選択信号生成回路７１によって生成される制御信号ＳＳＥＬ［７：０］を入力する抵抗素子ＲＰ０〜ＲＰ８の間を選択するスイッチＳＲＰ０〜ＳＲＰ７を含むように構成されるものであってもよい。
また、第１実施形態で着した入力信号はビット数を３ビットとしている場合がある。しかし、入力信号は３ビット以下であっても、３ビット以上であってもよい。
【００３８】
［第２実施形態］
・回路構成
図１０は、本発明の第２実施形態の線形運動デバイスの回路構成を説明するための図である。なお、図１０において、図１に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
第２実施形態は、先に説明した第１実施形態のように出力ドライバ１１２に入力される操作量ＶＡＪが線形的に変化するものであるのに対し、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を用いて出力ドライバ１１２への入力信号を生成することが特徴となる。
図１０に示したように、実施形態２の線形運動デバイス１１の制御装置１０９は、図１に示したゲイン補正回路１１６に代えて、ＰＷＭ変調回路９０を備えている。
【００３９】
図１１は、ＰＷＭ変調回路９０の構成を、より具体的に説明するための図である。図１１に示したように、ＰＷＭ変調回路９０は、のこぎり波生成回路９１と、差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯとのこぎり波ＶＲＭを比較してＰＷＭ波を生成するコンパレータ９２とを備えている。
のこぎり波生成回路９１は、磁場センサ１１３の最大出力電圧ＶＭＨを選択する制御信号ＶＭＨ［２：０］と磁場センサ１１３の最小出力電圧ＶＭＬを選択する制御信号ＶＭＬ［２：０］とを入力する。そして、制御信号ＶＭＨ［２：０］によって選択される電圧ＶＭＨを振幅最大値と、制御信号ＶＭＬ［２：０］によって選択される電圧ＶＭＬを振幅最小値とする、のこぎり波ＶＲＭを生成する。
【００４０】
このようなのこぎり波生成回路９１によれば、磁場センサ１１３の出力電圧振幅に関連付けた振幅を有するのこぎり波ＶＲＭを生成することができ、磁場センサ１１３の出力電圧幅に関連付けられる差動増幅器１１５の出力信号ＶＥＯとのこぎり波ＶＲＭとを比較して生成されるＰＷＭ波は、図１５に示すようなデバイスごとに異なる磁場センサ１１３の出力電圧幅に因らない線形運動デバイス位置に対応したデューティー（すなわち、スイッチング周期Ｔｓに対するＶＤＤの期間Ｔｏｎの割合）を得ることができる。すなわち、ＰＷＭ変調回路９０によって操作量信号ＶＥＯのゲイン補正を行い出力ドライバ１１２に対してデバイスに因らず最適の操作量を与えることができる。
【００４１】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１５中に示すケースのように、デバイスごとに異なった磁場センサ１１３の出力振幅を得た場合の図１０、１１に示したＰＷＭ変調回路９０によって生成されるＰＷＭ波を示した図である。例えば、図１２（ａ）中の磁場センサ１１３の最大出力電圧がＶＭＨ１、最小出力電圧がＶＭＬ１の場合に得られる操作量ＶＰＷ１を最適と考えると、デバイスごとに異なる磁場センサ１１３の出力電圧幅により得られる磁場センサ１１３の最大出力電圧がＶＭＨ２、最小出力電圧がＶＭＬ２であっても、図１２（ｂ）中に示すように、出力ドライバ１１２に与えられる制御量ＶＰＷ２は、操作量ＶＰＷ１と同じ操作量を得ることができる。図１２（ｃ）において、磁場センサの最大出力電圧ＶＭＨ３及び最小出力電圧ＶＭＬ３が得られた場合でも出力ドライバ１１２に与えられる操作量ＶＰＷ３は、操作量ＶＰＷ１と同じ操作量を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、カメラのオートフォーカスレンズのように、磁石を使って正確に位置決めする必要がある線形運動デバイスであれば、どのようなものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１ 線形運動デバイス
１８ コイル
１９ 磁石
３１、３２、３３ ボルテージフォロア回路
４１ 抵抗分割器
４２ デコーダ
４４、４６ 反転増幅器
７１ 抵抗選択信号生成回路
９０ 変調回路
９１ のこぎり波生成回路
９２ コンパレータ
１０１、１０９ 制御装置
１１２ 出力ドライバ
１１３ 磁場センサ
１１４ 電圧指令信号生成回路
１１５ 差動増幅器
１１６ ゲイン補正回路
２０１、２０２ 出力ドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を有する線形運動デバイスの、前記磁石が発生する磁場を検出し、外部から指示された位置に前記線形運動デバイスを移動させ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応答する第１出力信号を出力する磁場センサと、
外部から入力される入力信号と、前記磁場センサの出力信号の振幅とを関連付けた電圧指令信号を生成する電圧指令信号生成回路と、
前記磁場センサの出力信号と前記電圧指令信号との偏差を増幅して第２出力信号を生成する差動増幅器と、
前記第２出力信号の値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、
前記差動増幅器から出力される前記第２出力信号を、前記磁場センサから出力される第１出力信号の振幅に応じて補正し、前記出力ドライバへの入力信号を生成する補正回路と、
を含む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】
前記補正回路は、
前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するゲイン補正回路であ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】
前記ゲイン補正回路は、
抵抗値が可変の抵抗素子と、
前記第１出力信号の振幅によって前記抵抗素子の抵抗値を決定する制御信号を生成するデコーダと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項４】
前記補正回路は、
前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するＰＷＭ変調回路であ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５】
前記第１出力信号の振幅を示す制御信号を保持するメモリをさらに備え、
前補正回路は、前記メモリから前記第１出力信号の振幅を読み出して前記第２出力信号を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項１】
磁石を有する線形運動デバイスの、前記磁石が発生する磁場を検出し、外部から指示された位置に前記線形運動デバイスを移動させ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応答する第１出力信号を出力する磁場センサと、
外部から入力される入力信号と、前記磁場センサの出力信号の振幅とを関連付けた電圧指令信号を生成する電圧指令信号生成回路と、
前記磁場センサの出力信号と前記電圧指令信号との偏差を増幅して第２出力信号を生成する差動増幅器と、
前記第２出力信号の値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、
前記差動増幅器から出力される前記第２出力信号を、前記磁場センサから出力される第１出力信号の振幅に応じて補正し、前記出力ドライバへの入力信号を生成する補正回路と、
を含む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】
前記補正回路は、
前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するゲイン補正回路であ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】
前記ゲイン補正回路は、
抵抗値が可変の抵抗素子と、
前記第１出力信号の振幅によって前記抵抗素子の抵抗値を決定する制御信号を生成するデコーダと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【請求項４】
前記補正回路は、
前記第１出力信号の振幅が予め定められた基準振幅と相違する場合、前記第１出力信号の振幅に対する前記基準振幅の比で前記第２出力信号を増幅するＰＷＭ変調回路であ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５】
前記第１出力信号の振幅を示す制御信号を保持するメモリをさらに備え、
前補正回路は、前記メモリから前記第１出力信号の振幅を読み出して前記第２出力信号を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の線形運動デバイスの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２４８０２５（Ｐ２０１２−２４８０２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９６１６（Ｐ２０１１−１１９６１６）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【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２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【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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