[发明专利]位置控制装置、位置控制方法、驱动装置及摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置控制装置及位置控制方法，适于用于例如以偏置赋予方式(bias applying method)利用形状记忆合金使可动部件移动的形状记忆合金致动器(shape memory alloy actuator)，来控制该可动部件的位置。并且还涉及具备上述位置控制装置和形状记忆合金致动器的驱动装置及摄像装置。

背景技术

形状记忆合金(Shape Memory Alloy，以下简称为“SMA”)，在温度高于相变温度的高温状态下呈被称为奥氏体相(austenite phase)(母相)的晶体结构，在温度低于相变温度的低温状态下呈被称为马氏体相(martensite phase)的晶体结构。一般的金属材料如果被施加指定的外力，则不能返回到变形前的形状，但是SMA即使在马氏体相的状态下被施加指定的外力而变形，如果达到相变温度以上，则从马氏体相向奥氏体相相变，且形状也将恢复到变形前的原来的形状。通过利用该特性，开发出了利用SMA的致动器(形状记忆合金致动器)。

这里，应对升温及降温而反复动作的致动器，被要求具有与该温度转换相对应的双方向性。然而，虽然SMA会因加热其形状恢复到记忆形状，但通常即使冷却也保持着恢复后的记忆形状不变，仅有单方向性。因此，在形状记忆合金致动器的一个实施方式中，设置偏置赋予部件(bias applying member)，用来施加一种使SMA在形状恢复后向不同于所述一方向的另一方向变形的外力(偏置)，由此能够实现双方向的驱动。另外，基于SMA的推挽(push-pull)方式也为人们所知。

在以这种偏置赋予方式利用形状记忆合金部件(以下简称为“SMA部件”)使可动部件移动的形状记忆合金致动器中，利用图18至图20所示的特性，由位置控制装置控制可动部件的位置。

图18是表示可动部件的位移与形状记忆合金部件的阻抗值之间的关系的图。图18的横轴是位移，其纵轴是阻抗值。图19是表示可动部件的位移与形状记忆合金部件的驱动电流之间的关系的图。图19的横轴是位移，其纵轴是驱动电流。图20是表示作为控制目标的可动部件的位置的指示值与形状记忆合金部件的阻抗值之间的关系的示意图。图20的横轴是指示值，其纵轴是阻抗值。图21是表示作为控制目标的可动部件的位置的指示值与形状记忆合金部件的驱动电流之间的关系的示意图。图21的横轴是指示值，其纵轴是驱动电流。图22是表示作为控制目标的可动部件的位置的指示值与可动部件的位移之间的关系的示意图。图22的横轴是指示值，其纵轴是位移。

下面，更具体地说明利用SMA部件使可动部件移动并且以指定的范围限定所述可动部件的可动范围的形状记忆合金致动器，其中，所述SMA部件例如在马氏体相时通过偏置赋予部件而伸长，并且在因通电加热而达到相变温度以上的奥氏体相时通过恢复记忆形状而收缩。首先，在马氏体相时对于该形状记忆合金致动器而言SMA部件已伸长的状态下，SMA部件的阻抗值Rs如图18所示达到最大阻抗值Rmax。此时的可动部件的位移为最小位移Pmin(通常，位移Pmin＝0)。并且，SMA部件的驱动电流Is如图19所示为最小驱动电流Imin。该最小驱动电流Imin通常例如为0或者为不会使SMA部件因偏置而发生位移的程度的电流值。

从该状态开始，如果通过像图19所示那样增加驱动电流Is来对SMA部件进行通电加热，则SMA部件抵抗偏置而逐渐地收缩以恢复到记忆形状。因此，可动部件的位移P逐渐增加。此时，SMA部件的阻抗值Rs如图18所示逐渐减少。并且，随即到达可动部件的可动范围的界限，可动部件的位移P成为最大位移Pmax。此时，SMA部件的阻抗值Rs看上去为最小阻抗值Rmin。然后，如果进一步通电加热，则SMA部件的驱动电流Is如图19所示达到其最大驱动电流Is。该最大驱动电流Is通常例如为电源的最大电流值。此时，因为到达可动部件的可动范围的界限，所以虽然可动部件的位移P为最大位移Pmax，但是SMA部件的阻抗值Is由于可动机构的所谓的游隙(反弹)(backlash)等而如图18所示略微减少，随即该阻抗值Rs也不再变化。

SMA部件的阻抗值与SMA部件的收缩量之间存在关联，其结果，如上所述，SMA部件的阻抗值与可动部件的位移之间也存在关联，用于形状记忆合金致动器中的位置控制装置通过检测SMA部件的阻抗值，无需另外设置位置传感器即可控制可动部件的位置。

另一方面，如果取代可动部件的位移利用从外部装置(例如微型计算机等)输入到位置控制装置的指示值来对上述的动作进行说明，则如下所述。