專利名稱：靜電激勵器及其驅動方法、機電轉換器及波形輸出設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種靜電激勵器，一種靜電激勵器驅動方法，一種機電轉換器，一種波形輸出設備，以及該機電轉換器以及其中包含波形輸出設備的電子元件，特別涉及其中在減小功率消耗的同時實現高精度控制的那些。
背景技術：
已經公知(見日本專利申請公開No.8-140367以及日本專利申請公開No.10-239578)靜電激勵器，該激勵器在構成激勵器的定子和可動元件之間產生靜電力，從而由該靜電力的斥力/吸力而驅動可動元件。如圖39所示，靜電激勵器包括MPU(波形數據產生單元)2001，波形輸出寄存器2002，輸出波形產生單元2003，轉換電路2004，以及激勵器(定子和可動元件)2005。圖40示出了基于存儲在程序ROM2006中的控制程序將數據輸入到波形輸出寄存器2002的過程。
如圖41所示，在靜電激勵器中，激勵器的當前位置及驅動方向(可動元件相對定子的當前位置及驅動方向)通過結合控制程序和MPU2001(ST1)而進行計算。恰當的波形數據(驅動時間以及驅動圖案)從程序ROM2006上的波形數據串中提取出來，從而設定波形輸出寄存器2002中的波形(ST2)。輸出波形產生單元2003基于設定在波形輸出寄存器2002中的波形數據產生波形數據。轉換電路2004將波形數據轉換成電壓并且該電壓施加到設置在激勵器(可動元件以及定子)的電極上。
確定是否經過了預定驅動時間(ST3)。根據激勵器的當前位置以及驅動方向，當預定驅動時間已經過去，恰當的波形數據從波形時間數據串設定到波形輸出寄存器2002中，從而輸出下一個波形數據。
除靜電激勵器以外，機電轉換器(如壓電激勵器)作為其中驅動力通過施加電壓而產生的設備已經公知(日本專利申請公開No.2001-119917以及日本專利申請請公開No.2002-27767)。
靜電激勵器以及靜電激勵器驅動方法存在下面的問題。即，為了準確產生波形數據到一組最小波形單元時間(例如0.1ms到1ms)，必須抑制計算可動元件的當前位置以及驅動方向到相對驅動波形的要求分辨率(0.1ms)足夠小的值上(例如，不大于1/1000)。為了實現該要求，必須以非常高的速度驅動MPU。例如，當需要約3000個時鐘脈沖對于計算可動元件的當前位置以及驅動方向，對于MPU必須要求300MHz的時鐘。在這種高速時鐘中，功率消耗在MPU中增加，并且高速時鐘對于其中在電源中余量很少的移動應用中是不恰當的。
已經知道控制激勵器的控制單元，該激勵器例如為靜電激勵器，壓電激勵器，步進電機，以及如采用波形信號的LED的電子設備。圖42示出了控制設備的示例。圖42示出了具有并行輸出端口的通用處理器的結構(例如，見日本專利申請公開No.6-277894)。MPU2010通過讀取程序RAM2011的一組命令而進行處理。如果必要的話，MPU2010將數據寫入輸出數據寄存器2012中，并且MPU2010傳輸數據到輸出波形產生單元2013中。輸出波形產生單元2013傳輸波形信號到轉換電路(未示出)中，從而驅動激勵器等。MPU2010在MPU2010內部具有定時器，從而執行時間管理。當使用具有并行輸出端口的MPU，控制設備可容易形成，這是因為MPU2010自身可執行時間管理。
圖43示出了控制設備的另一示例。圖43示出了步進電機控制電路的結構(例如，見日本專利申請公開No.2000-94569)。控制單元2020確定驅動方向(CW/CCW)位，該驅動方向位用于確定步進器的旋轉方向，并且控制單元2020還確定步進電機2023以半步還是全步操作。控制單元2020輸出半步模式(HSM)位以及STEP位，該STEP位中一步提供在STEP信號的每個負邊沿產生的方向。波形數據產生單元2021從三個位產生特定序列并將該序列輸出到端口PA1到PB2。波形數據產生單元2021準備四類驅動圖案，并且波形數據產生單元2021具有控制功能，其序列依據標志的狀態而進行調用。轉換電路2022接收波形數據產生單元2021的輸出數據(TTL電平，例如3.3V)，從而輸出具有電壓電平(例如10V)的輸出電流(如，500mA)，該電壓電平對于驅動步進電機2023非常必要。存在許多采用步進電機控制器的數字靜止照相機透鏡激勵器。
輸出波形信號的控制設備存在下面的問題。即，當處理設備(MPU)同時執行時間管理和波形管理時，為了進行具有高精度的時間管理，MPU應該高速驅動是非常必要的。特別是，為了準確產生一組最小波形單元時間(例如0.1ms到1ms)的驅動圖案，必須將可動部件的當前位置以及驅動方向的計算步驟抑制到相對驅動波形的要求分辨率(0.1ms)足夠小的值上(例如，不大于1/1000)。
因此，當需要約3000個時鐘脈沖計算可動部件的當前位置以及驅動方向時，對于MPU要求300MHz的時鐘脈沖。當使用這種高速時鐘脈沖時，功率消耗在MPU中增加。結果，存在的問題是高速時鐘脈沖對于其中電源的余量很小的移動應用中是不恰當的。因為，通常，系統時鐘約為10MHz，因此難于由上述結構準確執行時間管理。
由于具有多個不同相位的周期ON/OFF信號在步進電機控制器中使用，因此先前確定幾種類型的輸出波形圖案。另一方面，在通用激勵器(靜電激勵器)中，大量的驅動圖案可以基于激勵器的形式(自動聚焦，放大，以及其它應用)而產生。因此，由于控制器的配置顯著依賴于激勵器的形式，因此在控制器中先前安裝所有的驅動序列是困難的。由于通用激勵器不與先前未確認的驅動序列兼容，因此存在的問題是當激勵器的硬件配置(輸入端的數量)在形成芯片后改變時，通用激勵器的驅動序列不兼容。
發明內容
根據前述，本發明的目的是提供靜電激勵器，靜電激勵器驅動方法，機電轉換器，波形輸出設備，機電轉換器，以及電子設備，其中可減小功率消耗，即使執行高精度驅動時不以高速運行MPU。
根據本發明的一方面，提供一種靜電激勵器，該靜電激勵器包括具有電極基底的定子；具有至少一個可動部件的可動單元，該可動單元由定子導引從而能在預定方向上進行往復運動并且設置有與電極基底相對設置的電極，波形數據產生單元，該波形數據產生單元依據外部的操作要求產生具有至少驅動時間和驅動圖案的波形數據；具有輸出區域和緩沖區域的波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器保存波形數據；波形數據管理單元，該波形數據管理單元將波形數據產生單元產生的波形數據寫入到緩沖區域中，在驅動時間過去之后擦除保持在波形輸出寄存器輸出區域中的波形數據，并且移動保持在緩沖區域中的波形數據到輸出區域中；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器的輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電極基底上的電壓。
圖1示出了根據本發明第一實施例的靜電激勵器的示意結構；圖2示出了結合到靜電激勵器中的激勵器控制單元中的控制流程；圖3示出了用于控制激勵器控制單元中的可動部件保持狀態的波形數據的實施例；圖4為示出了激勵器控制單元中的波形輸出寄存器內的波形數據和波形產生數據之間的關系的示意圖；圖5為示意性地示出了波形輸出寄存器的數據輸入/數據輸出狀態的示意圖；圖6為示出了保持波形數據在輸出波形產生單元中的排列的框圖；圖7為示出了控制輸出驅動數據的時間的計數器的框圖；圖8為其中圖1所示的排列由Verilog-HDL語言描述的示意圖；圖9為其中圖2所示的排列由Verilog-HDL語言描述的示意圖；圖10為示出根據本發明第二實施例的激勵器控制單元的框圖；圖11為示出根據本發明第三實施例的激勵器控制單元的框圖；圖12為示出根據本發明第四實施例的激勵器控制單元的框圖；圖13為示出根據本發明第五實施例的激勵器控制單元的框圖；圖14為示出根據本發明第六實施例的激勵器控制單元的框圖；圖15為示出根據本發明第六實施例的激勵器控制單元的操作原理的示意圖；
圖16為示出本發明第七實施例的LED控制設備的主要部分的框圖；圖17示出了根據本發明第八實施例的靜電平面激勵器的示意結構；圖18為示出根據本發明第八實施例的靜電平面激勵器的操作原理的示意圖；圖19為示出根據本發明第八實施例的靜電平面激勵器的電壓施加時間的示意圖；圖20示出了根據本發明第九實施例的壓電激勵器的示意結構；圖21為示出了從控制結合到壓電激勵器的驅動電路輸出并施加到每個轉換電路的控制信號的示意圖；圖22為示出了在結合到壓電激勵器中的機電轉換器上施加的驅動電壓波形的示意圖；圖23示出了根據本發明第十實施例的波形輸出設備結合到其中的壓電激勵器的結構；圖24為示出根據本發明第十實施例的波形輸出設備中的信號流程的框圖；圖25為示出根據本發明第十實施例的波形輸出設備的波形產生原理的示意圖；圖26示出了根據本發明第十一實施例的波形輸出設備結合到其中的靜電平面激勵器的結構；圖27A到27D每個為示出靜電平面激勵器的操作原理的示意圖；圖28為示出靜電平面激勵器的電壓施加時間的示意圖；圖29示出了根據本發明第十二實施例的波形輸出設備結合到其中的壓電激勵器的結構；圖30為示出從控制結合到壓電激勵器的驅動電路的控制電路輸出并施加到每個轉換電路上的控制信號的示意圖；圖31A和31B分別為示出了在結合到壓電激勵器中的機電轉換器上施加的驅動電壓波形的示意圖；圖32示出了根據本發明第十三實施例的波形輸出設備結合到其中的LED設備的結構；圖33為示出了根據本發明第十三實施例的波形輸出設備的波形產生原理的示意圖；圖34示出了根據本發明第十四實施例的波形輸出設備結合到其中的機電轉換器的結構；圖35為示出根據本發明第十四實施例的波形輸出設備的波形產生原理的示意圖；圖36示出了本發明第十五實施例的波形輸出設備結合到其中的機電轉換器的結構；圖37為示出了根據本發明第十五實施例的波形輸出設備的波形產生原理的示意圖；圖38示出了本發明第十六實施例的波形輸出設備結合到其中的機電轉換器的結構；圖39示出了傳統靜電激勵器的結構；圖40為示出控制傳統靜電激勵器的方法的示意圖；圖41示出了靜電激勵器的波形輸出序列的流程；圖42為示出采用波形信號執行控制的控制設備的實施例的示意圖；圖43為示出采用波形信號執行控制的控制設備的另一實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明第一實施例的靜電激勵器10的示意結構，圖2示出了激勵器控制單元70的控制流程。
靜電激勵器10包括第一可動部件20以及第二可動部件30，定子40，由后面提及的透鏡L1和L2成像的圖像拾取設備50，提供電壓給第一可動部件20、第二可動部件30以及定子40的轉換電路60，以及控制轉換電路60的激勵器控制單元70。
第一可動部件20以及第二可動部件30形成在具有空心部分的基本為矩形的實體中。結合到微型電子設備等中的照相機模塊由靜電激勵器10形成。
第一可動部件20支撐透鏡L1并包括形成為基本矩形實體形狀的可動部件主體21。一對電極平面22和23形成在可動部件主體21中。該對電極平面22和23與定子40的后述電極基底42和43相對，并且凸面條形電極(G)分別形成在該對電極平面22和23中。
第二可動部件30支撐透鏡L2并且包括形成為基本矩形實體形狀的可動部件主體31。一對電極平面32和33形成在可動部件主體31中。該對電極平面32和33與定子40的后述電極基底42和43相對，并且凸面條形電極(H)分別形成在該對電極平面32和33中。
定子框架41以及電極基底42和43形成在定子40中。電極基底42和43連接到與電極平面22，23，32以及33相對的表面上。在電極基底42和43中，條形電極(A到F)形成在與第一可動部件20以及第二可動部件30相對的電極平面中。
轉換電路60具有的功能是將輸入波形數據轉換成施加到電極基底21，22，42以及43的電壓。即，波形的每位1/0對應于提供給電極的電壓的高/低。
激勵器控制單元70包括波形數據產生單元71，其中存儲控制程序的ROM72，波形輸出寄存器73，波形數據管理單元74，輸出波形產生單元75。在波形輸出寄存器73中提供序列(queue)0(輸出區域)以及序列1到3(緩沖區域)。序列0以及序列1到3分別包括在時間寄存器73a以及數據寄存器73b(見圖4)。波形數據產生單元71以及輸出波形產生單元75分別由單獨的MPU進行驅動。
圖2示出了激勵器控制單元70中的控制流程，圖2A為波形數據產生單元71的控制流程，以及圖2B為波形數據管理單元74的控制流程。
波形數據產生單元71計算激勵器的當前位置以及驅動方向(ST10)。然后，確定波形輸出寄存器73的序列0到3是否填充(ST11)。當序列0到3填充時，控制流程返回到ST10。當序列0到3未填充時，波形數據設定在波形輸出緩沖器73的序列3中(ST12)，并且控制流程返回到ST10。
在波形數據管理單元74中，確定波形數據是否存在于波形寄存器73的序列0中(ST20)。當波形數據不存在序列0中時，控制流程變為等待狀態。當波形數據存在于序列0中時，輸出存在于序列0中的波形數據(ST21)。然后，確定序列0的波形數據中指定的波形輸出時間是否過去(ST22)。當波形輸出時間未過去時，控制流程返回到ST21。當波形輸出時間過去時，擦除存在于波形輸出寄存器73的序列3中的波形數據(ST23)。然后，控制流程返回到ST20。
具有上述結構的靜電激勵器10驅動如下。根據激勵器10的尺寸以及驅動速度，系統時鐘信號的頻率等，為激勵器10設定最小波形單位時間。在圖3和4的實施例中，單位時間設定為1ms。圖3示出了波形數據的實施例，圖4為示出波形數據以及激勵器控制單元70內的波形輸出寄存器內的波形產生數據之間的關系的示意圖，圖5為示意性地示出在啟動8ms后波形輸出寄存器73的數據輸入/數據輸出狀態的示意圖。
當靜電激勵器10啟動時，啟動操作通過激勵器控制單元70進行。當靜電激勵器10啟動時波形數據不存在于波形輸出寄存器73的序列0到3中。
緊接該啟動之后，靜電激勵器10這樣設定從而執行可動部件20和30的保持操作，并且圖3的波形數據輸入到波形輸出寄存器73的序列3中。輸入到序列3的波形數據立即傳輸到序列2，序列1以及序列0，并且執行數據輸入(α1到α3)直到填充波形輸出寄存器73的序列0到3為止。當2ms過去時，序列0中的初始波形數據自動輸出(β1)，序列1的波形數據移動到序列0，序列2的波形數據移動到序列1，序列3的波形數據移動到序列2，序列3為空。然后，波形數據管理單元74控制波形數據產生單元71輸入數據(α4)，并且一部分波形數據插入到波形輸出寄存器73的序列3中。執行數據輸出(β2，β3，β4，β5，…)，并且每次序列3為空時執行數據輸入(α5，α6，α7，α8，…)。
從波形輸出寄存器73輸出的驅動圖案的每位1/0對應于定子40或者可動部件20和30的高/低電壓。1/0由轉換電路60轉換成高/低電壓，并且高/低電壓施加到可動部件20和30以及定子40的電極(A到H)上。
當作為緩沖區域的序列1到3設置在波形輸出寄存器73中時，由波形數據管理單元74執行與波形數據產生單元71的操作一起并列執行的波形數據管理。因此，在波形數據產生單元71計算激勵器當前位置以及驅動方向的操作中產生余量。
例如，用于產生1μs精度的波形圖案所需要的時鐘脈沖為1MHz。當至少兩級序列設置在波形輸出寄存器73中時，激勵器的當前位置以及驅動方向可在最小波形單位時間內進行計算。假定最小波形單位時間設定為0.1ms并且需要約3000個時鐘脈沖計算激勵器的當前位置以及驅動方向，當理論值確定時，時鐘脈沖的最小要求為0.3MHz。因此，計算激勵器當前位置以及驅動方向的步驟所需要的時鐘脈沖(0.3MHz)可低于產生波形圖案步驟所需要的時鐘脈沖(1MHz)，這使得與緩沖器(buffer)未設置在波形輸出寄存器73中時比較功率消耗降低。
當最小波形單位時間增加時，時鐘脈沖的最小要求降低。例如，當最小波形單位時間設定為0.5ms，時鐘脈沖的最小要求還降低到60KHz那樣低。
如上所述，根據該實施例的靜電激勵器10，由于當序列作為波形輸出寄存器73中的緩沖器設置時設置波形數據管理單元74，因此即使波形數據的分辨率增加從而執行高精度驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向不必使波形數據產生單元71高速運行，并且功率消耗降低。
緩沖區域形成在波形輸出寄存器73的多級中。因此，數據輸入通常在緩沖區域的最高級上執行，并且數據從緩沖區域到輸出區域的移動通常從最低級進行。在執行數據從緩沖區域到輸出區域的移動后，波形數據的所有部分降低一級。即，指定數據輸入位置以及數據輸出位置，這樣使得該實施例具有的好處是模塊容易形成。
當ROM設定為靜電激勵器10中控制程序的存儲單元時，也可以將RAM設定為控制程序的存儲單元。
將詳細描述序列0到3的結構及操作。圖6為示出保持波形數據在波形輸出寄存器73中的框圖。序列0到3的輸入包括寫入數據WD，寫入允許信號WE，讀取允許信號RE，以及時鐘CLK。監測存儲在序列0到3的數據大小，并且當序列0到3的數據大小不超過序列大小時將寫入允許給序列0到3。在這點上，寫入允許信號WE為1，從而執行序列0到3的寫入。時間寄存器73a(驅動時間寄存器)的數據以及數據寄存器73b(驅動數據寄存器)的數據分別作為i_wave_time數據以及i_wave_ptn數據傳輸到序列模塊上。此時，i_wave_time數據以及i_wave_ptn數據設定為8位。
在當在序列0到3中執行寫入的時刻，i_wave_ptn擴展為16位，從而產生其中i_wave_time保持在高八位中的數據。該數據成為序列0到3的寫入數據WD。當允許從序列0到3讀取的數據時，即，當讀取允許信號RE為1時，來自序列0到3的輸出數據RD被更新。序列0到3的輸出數據RD中的低八位成為從波形輸出設備輸出的驅動數據。序列0到3的輸出數據RD中的高八位成為計數器的輸入數據，該計數器管理輸出驅動數據的時間。
圖7是示出管理輸出驅動數據的時間的計數器的框圖。計數器的輸入包括計數值MAX，控制計數器啟動的復位信號RST，以及時鐘CLK。計數器的輸出為激活信號ENA。激活信號ENA僅當計數器內部的值對應于計數值MAX時為1，除計數器內部的值對應于計數值MAX以外，激活信號ENA為0。序列0到3的輸出數據RD的高八位(波形-時間)輸入到計數器的計數值MAX，并且計數器的輸出信號ENA連接到序列0到3的數據讀取允許信號RE。當rst信號輸入到計數器的輸入RST，輸出數據WAVE_OUT輸出預定時間wave_time，并且然后新數據可從序列0到3讀取。rst信號在計數器的輸出信號ENA的一個時鐘之后變為1，并且在其它情況下rst信號為0。
圖8示出了其中圖6所示的序列0到3通過Verilog-HDL語言進行描述的實施例。模塊名稱以及模塊的輸入/輸出變量在第一行進行說明。在第二到第六行中說明位寬以及模塊的輸入/輸出數據的變量是否為輸入數據或者輸出數據。在序列模塊中使用的寄存器在第七到第十行中說明。此時，在第八行中說明具有八級以及二十位的序列。寫入地址在第九行中說明，并且讀取地址在第十行中說明。寄存器數據以及輸入/輸出變量作為內部變量在第十一到十四行中再次說明。在第十五到十七行中，當寫入允許信號WE有效時更新可寫入索引w_adr(索引的增加)。當索引為七時給出寫入允許，由于索引w_adr僅具有三位的數據寬度，因此執行一個增加，并且索引返回到0。在第十八到二十行中，當給出寫入允許(寫入允許信號WE變為1)時描述保持實際數據在序列的過程。在第二十一到二十三行中，當讀取允許從序列中給出時增加讀取索引。在第二十四到二十六行中，當讀取允許從序列中給出(讀取允許信號RE為1)時描述序列0到3的實際數據輸出的過程。
圖9示出了其中示于圖7的計數器由Verilog-HDL語言描述的實施例。模塊名稱以及模塊的輸入/輸出變量在第一行中說明。在第二到第五行中說明位寬以及模塊的輸入/輸出數據變量是否為輸入數據或者輸出數據。在序列模塊中使用的寄存器在第六行中說明。此時，在第六行中說明計數器內部所采用的計數器寄存器。在第七到十行中描述計數器內部實際執行計數的過程。當復位信號RST輸入時，計數器返回到0(第八行)。在其他情況下，計數器在時鐘的每個上升沿增加。在第十一行中描述輸出計數的過程。僅當內部計數器的計數值等于計數值MAX時激活信號ENA為1。
圖10為示出根據本發明第二實施例的激勵器控制單元200的框圖。類似于上述的激勵器控制單元70，該激勵器控制單元200結合到靜電激勵器10中。在激勵器控制單元200中，采用稱作環形緩沖器的技術。
激勵器控制單元200包括波形數據產生單元210，其中存儲控制程序的ROM220，波形輸出寄存器230，波形數據管理單元240，以及輸出波形產生單元250。輸出區域231以及緩沖區域232到236設置在波形輸出寄存器230中。
波形數據管理單元240包括指針控制單元241，寫指針242，以及讀指針243c。指針控制單元241具有在緩沖區域232到237寫入波形的功能以及將在緩沖區域232到237中寫入的波形數據移動到輸出區域231的功能。指針控制單元241還具有通過分別在寫入或者移動波形數據中移動寫指針242以及讀指針243而控制寫入位置以及讀取位置的功能。
寫指針242具有控制緩沖區域232到237的寫入位置的功能。當波形數據寫入到由寫指針242當前所指的緩沖區域232到237之一時，寫指針242前進一位。讀指針243具有控制從緩沖區域232到237的讀取位置的功能。當波形數據從由讀指針243當前所指的緩沖區域232到237之一讀取并且移動到輸出區域231時，讀指針243前進一位。寫指針242以及讀指針243在移動到最后級的緩沖區域237后移動到最上級的緩沖區域232中。
具有上述結構的激勵器控制單元200傳輸波形信號到轉換電路60，如下所述。在波形數據產生單元210中，波形數據以與波形數據產生單元71相同的方式產生。波形數據管理單元240例如在緩沖區域232到237中由寫指針242指示的緩沖區域233中寫入波形數據，并且波形數據管理單元241移動寫指針242到緩沖區域234上。
當經過預定驅動時間的時候，波形數據管理單元240擦除輸出區域231中的波形，并且移動在緩沖區域232到237中由讀指針243指示的緩沖區域236中的波形數據到輸出區域231中。輸出波形產生單元250基于存儲在輸出區域231中的波形數據產生波形信號，以輸出波形信號給轉換電路60。
當特定波形信號重復使用時，通過用讀指針243指示恒定緩沖區域，波形數據的產生并不是在每個情況下都需要，這樣在波形數據產生單元210的操作中可產生余量。
根據第二實施例的激勵器控制單元200，類似于激勵器控制單元70，即使增加波形數據的分辨率以在控制靜電激勵器10中執行高精度驅動，通過在波形輸出寄存器230中設置緩沖區域232到237，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元210高速運行是不必要的，并且功率消耗降低。波形數據管理單元240在每種情況下指定寫入波形數據的緩沖區域以及讀取波形數據的緩沖區域，這樣不必在緩沖區域之間移動波形數據并且操作簡化。
圖11為示出根據本發明第三實施例的激勵器控制單元300的框圖。類似于激勵器控制單元70，激勵器控制單元300結合到靜電激勵器10中。在激勵器控制單元300種，采用稱作雙緩沖器的技術。
激勵器控制單元300包括波形數據產生單元310，其中存儲控制程序的ROM320，波形輸出寄存器330，波形數據管理單元340，以及輸出波形產生單元350。輸出區域331以及緩沖區域332設置在波形輸出寄存器330中。
波形數據管理單元340在波形輸出寄存器330的緩沖區域332中輸入波形數據。當輸出區域331為空時，波形數據管理單元340移動緩沖區域332中的波形數據到輸出區域331中。當在輸出區域331的波形數據中經過指定波形輸出時間時，波形數據管理單元340擦除波形數據并且將存儲在緩沖區域332中的波形數據移動到輸出區域331。
具有上述結構的激勵器控制單元300傳輸波形信號到轉換電路60，如下所述。即，波形數據產生單元310以與波形數據產生單元71相同的方式產生波形數據。
波形數據管理單元340在緩沖區域332中寫入由波形數據產生單元310產生的波形數據。在這點上，當輸出區域331為空時，波形數據管理單元340移動緩沖區域332中的波形數據到輸出區域331中。基于存儲在輸出區域331中的波形數據輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間。
當在輸出區域331的波形數據中經過指定波形輸出時間時，波形數據管理單元340擦除該波形數據，并且將存儲在緩沖區域332中的波形數據移動到輸出區域331。同樣，輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間。
根據第三實施例的激勵器控制單元300，類似于激勵器控制單元70，即使增加波形數據的分辨率以在控制靜電激勵器10中執行具有高精度的驅動，通過在波形輸出寄存器330中設置緩沖區域332，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向，波形數據產生單元310高速運行是不必要的，并且功率消耗降低。由于緩沖區域小，第三實施例對于其中由于芯片大小的限制不能確保足夠的空間的情況下是有效的。此外，由于子緩沖器(sub-buffer)之間不產生數據移動，因此功率消耗可減小。
圖12為示出根據本發明第四實施例的激勵器控制單元400的框圖。類似于激勵器控制單元70，激勵器控制單元400結合到靜電激勵器10中。在激勵器控制單元400中，采用稱作具有標志的緩沖器的技術。
激勵器控制單元400包括波形數據產生單元410，其中存儲控制程序的ROM420，波形輸出寄存器430，波形數據管理單元440，以及輸出波形產生單元450。輸出區域431以及緩沖區域432到437設置在波形輸出寄存器430中。
波形數據產生單元410計算激勵器的當前位置以及驅動方向并產生波形數據。在這點上，添加基于后面提及的標志的信息。然后，波形數據順序輸入到波形輸出寄存器430的緩沖區域432到437中。波形數據包括標志數據，驅動圖案數據以及驅動時間數據。
當波形數據存在于輸出區域431中時，波形數據管理單元440基于波形數據輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間。當輸出區域431為空時，波形數據管理單元440移動最低級緩沖區域437中的波形數據到輸出區域431中。在這點上，標志傳輸到波形數據產生單元410上。
具有上述結構的激勵器控制單元400傳輸波形信號到轉換電路60，如下所述。即，波形數據產生單元410以于波形數據產生單元71相同的方式產生波形數據。
波形數據管理單元440在緩沖區域432中寫入由波形數據產生單元410產生的波形數據。緩沖區域432中的波形數據順序傳輸到最低級的緩沖區域437上。當輸出區域431為空時，波形數據管理單元440移動緩沖區域437的波形數據到輸出區域431中。在這點上，標志傳輸到波形數據產生單元410上。基于存儲在輸出區域431中的波形數據輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間。
當在輸出區域431的波形數據中經過指定波形輸出時間時，波形數據管理單元440擦除波形數據并且將存儲在緩沖區域437中的波形數據移動到輸出區域431上。同樣，輸出具有預定輸出圖案的波形信號預定驅動時間。
如上所述，在波形數據產生單元410中，其中波形數據的每部分輸入到輸出區域431的時間可基于來自標志的信息進行準確捕獲。波形數據產生單元410可通過準確識別時間而準確捕獲當前輸出波形并產生最佳波形數據。即，當由波形數據的序列驅動靜電激勵器10時，為了實現波形數據產生單元410所需要的移動量，時間標志在緩沖區域432到437中的數據移動中產生。因此，由波形數據產生單元410所控制的實際驅動量與機械驅動量不同。在其中波形數據產生單元410采用根據靜電激勵器1的驅動位置而改變的傳感器信息改變驅動序列的系統中，可以準備調節實際驅動量以及機械驅動量的參數。
當激勵器在一個方向上以恒定速度驅動時，由于實際驅動量和機械驅動量之間的差值恒定，因此可以考慮到差值比較傳感器信息。該差值作為寄存器輸入也是可以的，或者驅動量的差值采用計算公式確定也是可以的。
當沒有來自標志的任何信息時，從到最高級的緩沖區域432的數據輸入到從最低級的緩沖區域437到輸出區域431的波形數據的移動之間的時間間隔取決于包括在每個緩沖區域432到437存儲的波形數據中的驅動時間，這樣當目標波形數據移動到輸出區域431時難于準確捕獲時間間隔。
根據第四實施例的激勵器控制單元400，類似于激勵器控制單元70，即使增加波形數據的分辨率以在控制靜電激勵器10中執行高精度驅動，通過在波形輸出寄存器430中設置緩沖區域432到437，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元410不必高速運行，并且功率消耗降低。此外，其中波形數據的每部分輸入到輸出區域431的時間可準確捕獲。因此，波形數據產生單元410可準確捕獲電流輸出波形并且產生最佳波形數據。
圖13為示出根據本發明第五實施例的結合到激勵器控制單元400A中的輸出波形產生單元460的框圖。在圖13中，與圖12相同功能的部分用相同的附圖標記表示，并且省略相同功能部分的描述。
輸出波形產生單元460包括其中存儲驅動時間的驅動單位時間存儲寄存器461以及子波形產生單元462a到462c。
波形輸出寄存器450輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間，并且波形信號輸入到輸出波形產生單元460中。
此時，驅動圖案設定為九位并且輸出波形信號設定為三位。即，具有三位的驅動圖案可產生一個輸出波形。具有九位的驅動圖案分成每個具有三位的驅動圖案，并且具有三位的三個驅動圖案分別輸入到子波形產生單元462a到462c中。在子波形產生單元462a到462c中，當一個輸出波形從具有三位的驅動圖案中產生時，首先最高位在具有三位的驅動圖案中輸出，并且輸入到轉換電路60中。在單位時間過去后，輸出最高位隨后位的數據單位時間。最后最低位輸出。
類似于第四實施例的激勵器控制單元400，根據第五實施例的激勵器控制單元400A，即使波形數據的分辨率增加以執行高精度的驅動，可降低功率消耗。此外，可產生最佳波形數據。
波形數據產生單元410不執行時間管理而輸出波形數據。時間管理由輸出波形產生單元460執行。因此，時間管理可不受波形數據產生單元410中的時鐘影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行，這樣波形數據產生單元410不要求高速處理性能，并且第五實施例的激勵器控制單元可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。
圖14為示出根據本發明第六實施例的激勵器控制單元500的框圖，并且圖15為示出激勵器控制單元500的操作原理的示意圖，類似于激勵器控制單元70，激勵器控制單元500結合到靜電激勵器10中。
激勵器控制單元500包括波形數據產生單元510，其中存儲控制程序的ROM520，波形輸出寄存器530，波形數據管理單元540，以及輸出波形管理單元550。輸出區域531以及緩沖區域532到537設置在波形輸出寄存器530中。
除轉換電路60以外，具有將輸入電壓值轉換成阻抗值的功能的數字電位計62連接到輸出波形產生單元550的隨后級上。基于輸入阻抗值調節輸出電壓的升壓元件61連接到數字電位計62的隨后級上。轉換電路60連接到升壓元件61的輸出上。由Maxim Integrated Products制造的DS1805作為數字電位計62的示例引用。由TDK制造的CR-0970可作為升壓元件61的示例引用。
波形數據產生單元510計算激勵器的當前位置以及驅動方向并且產生波形數據。在這點上，添加基于后面提及的標志的信息。然后，波形數據隨后輸入到波形輸出寄存器530的緩沖區域532到537中。波形數據包括驅動圖案數據，驅動時間數據以及輸出電壓數據。
當波形數據存在于輸出區域531中時，波形數據管理單元540基于波形數據輸出具有預定驅動圖案的波形信號預定驅動時間。當輸出區域531為空時，波形數據管理單元540移動最低級的緩沖區域537中的波形數據到輸出區域531中。
對應于驅動電壓的波形信號輸入到電位計62并且作為阻抗值輸出。該輸出的阻抗值輸入到升壓元件61上，并且然后作為電壓輸入到轉換電路60上。即，轉換電路60不僅控制電壓的ON/OFF(通/斷)而且控制靜電激勵器10的輸出電壓。
具有上述結構的激勵器控制單元500如下傳輸波形信號到轉換電路60上。即，波形數據產生單元510以與波形數據產生單元71相同的方式產生波形數據。
波形數據管理單元540在緩沖區域532寫入由波形數據產生單元510產生的波形數據。緩沖區域532中的波形數據隨后傳輸到最低級的緩沖區域537上。當輸出區域531為空時，波形數據管理單元540移動緩沖區域537的波形數據到輸出區域531中。基于存儲在輸出區域531的波形數據，波形信號輸出到轉換電路60預定驅動時間，該波形信號具有的預定驅動圖案。
如圖15所示，在輸出電壓數據由輸出波形產生單元550轉換成波形信號后，該波形信號輸入到數字電位計62并且作為阻抗值輸出。該輸出阻抗值輸入到升壓元件61上并且然后作為電壓輸入到轉換電路60上。因此轉換電路60以預定波形圖案以及預定輸出電壓圖案驅動靜電激勵器10。
當在輸出區域531的波形數據中經過指定波形輸出時間時，波形數據管理單元540擦除該波形數據并將存儲在緩沖區域537的波形數據移動到輸出區域531中。因此，驅動靜電激勵器10。
因此，預定驅動圖案可在每個驅動時間內以任意輸出電壓輸出。此外，在其中輸出電壓與例如保持操作等驅動操作相比不必要的操作模式下，通過降低電壓可減小保持操作中的功率消耗。
類似于激勵器控制單元70，根據第五實施例的激勵器控制單元500，即使增加波形數據的分辨率以在控制靜電激勵器10中高精度執行驅動，通過在波形輸出寄存器530中提供緩沖區域532到537，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元510高速運行是不必要的，并且可降低功率消耗。此外，驅動靜電激勵器10的電壓可改變，并且功率消耗可在保持操作中降低。
圖16為示出根據本發明第七實施例的LED控制設備600的主要部分的框圖。LED控制設備600控制LED的亮度。
LED控制設備600包括產生波形信號的LED控制單元601，執行波形信號的D/A轉換的D/A轉換器602，以及由輸入電壓產生施加到LED的恒定電流的LED驅動器603。
類似于激勵器控制單元70，100，200，300，400以及500，LED控制單元601包括在波形輸出寄存器輸出區域前一級的緩沖區域，從而減小波形數據產生單元的負載。LED驅動器603可通過輸出電流值的調節控制LED的亮度。由National Semiconductor制造的LM2792可作為LED驅動器603的實施例引用。
使用在LED控制單元601中的波形數據包括LED的驅動電壓數據以及驅動時間。
在具有上述結構的LED控制設備600中，在波形數據轉換成波形信號之后，由D/A轉換器602執行波形信號到電壓的D/A轉換。該電壓由LED驅動器603轉換成電流并施加到LED上。LED發出具有對應于所施加的電流值的亮度的光。
類似于激勵器控制單元70等，根據第五實施例的LED控制設備600，即使增加波形數據的分辨率而在控制LED的亮度中執行具有高精度的驅動，通過在波形輸出寄存器中設置緩沖區域，為了產生波形數據波形數據產生單元410不必高速運行，并且功率消耗可降低。
圖17示出了根據本發明第八實施例的靜電平面激勵器(機電轉換器)700的示意結構，圖18為示出了靜電平面激勵器700操作原理的示意圖，并且圖19為示出了靜電平面激勵器700的電壓施加時間的示意圖。
靜電平面激勵器700包括定子710，成為移動主體的平行移動板750，施加電壓給電極基底715a，715b，725a，725b，735a以及735b的轉換電路760，以及控制轉換電路760的激勵器控制單元770。
定子710包括由金屬制成的上表面板711以及由陶瓷等制成的底表面板712。上表面板711以及底表面板712為薄平板，并且上表面板711以及底表面板712互相平行設置，同時以預定間隔互相分開。用于固定上表面板711和底表面板712的多個支撐桿714設置在上表面板711和底表面板712之間。多個擺動元件713，723以及733形成在上表面板711中。在擺動元件713，723以及733中，由鉸鏈支撐兩個電極。擺動元件713，723以及733以垂直于紙面方向擺動約一個擺動軸。
在擺動元件713，723以及733中，當特定電壓圖案施加到固定電極上時，電勢差在固定電極和擺動元件713，723以及733之間產生。在這點上，擺動元件713，723以及733的一個電極吸引到固定電極上，并且擺動元件713，723以及733的另一電極開始與平行移動板750進行接觸。這使得將要產生的摩擦力移動到平行移動板750上。在圖18中，附圖標記715a，715b，725a，725b，735a以及735b表示電極基底。
由于轉換電路760以與轉換電路60相同的方式形成并且激勵器控制單元770以與激勵器控制單元70相同的方式形成，因此省略其詳細描述。
在具有上述結構的靜電平面激勵器700中，如下執行驅動。當激勵器控制單元770輸出其中電壓Vh為TTL電平的波形圖案時，將電壓通過轉換電路60轉換成Vh，并且輸入到電極基底715a，715b，725a，725b，735a以及735b。
如圖19所示，當特定電壓圖案隨后施加時，擺動元件713，723以及733開始與平行移動板750進行接觸，其產生摩擦力，從而移動平行移動板750。
在激勵器控制單元770中，通過波形數據管理單元74執行與波形數據產生單元71的操作并列執行的波形數據管理，同時序列1到3作為緩沖器設置在波形輸出寄存器73中。因此，在波形數據管理單元71的操作中產生余量，該波形數據管理單元計算激勵器的當前位置以及驅動方向。
與靜電激勵器10類似，根據該實施例的靜電平面激勵器700，即使增加波形數據的分辨率從而執行高精度驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向不必使波形數據產生單元71高速運行，并且功率消耗降低。
圖20為示意性地示出根據本發明第九實施例的沖擊型壓電激勵器800的基本結構的框圖。壓電激勵器800包括驅動單元812，驅動驅動單元812的驅動電路814，檢測連接到驅動單元812的嚙合部件830的位置的部件傳感器816，設置在驅動單元812基端上的基端傳感器，設置在驅動單元812前端的前端傳感器820，以及控制整個操作的控制單元822。
該驅動單元812具有元件固定型結構。驅動單元812包括支撐部件824，機電轉換器826，驅動部件828，嚙合部件830。支撐部件824支撐機電轉換器826以及驅動部件828。機電轉換器826通過層疊多個具有預定厚度的壓電基底并且同時電極(未示出)夾枉壓電基底之間而形成。作為驅動對象的透鏡L連接到嚙合部件830上。
控制電路814以與轉換電路60相同的方式形成并且控制單元822以與激勵器控制單元70相同的方式形成，因此省略其詳細描述。
在具有上述結構的壓電激勵器800中，當示于圖21的波形數據從控制單元822輸入到驅動電路814時，驅動電路814產生對于機電轉換器826必要的電壓圖案。驅動電路814產生示于圖22A或者22B的鋸齒形驅動波形，以輸入該鋸齒形驅動波形到機電轉換器826中。當示于圖22A的驅動電壓施加到機電轉換器826上時，嚙合部件830間斷地朝圖20的箭頭a1方向移動。當示于圖22B的驅動電壓施加到機電轉換器826時，嚙合部件803間斷地朝圖20的箭頭a2方向移動。
在控制單元822中，通過波形數據管理單元74執行與波形數據產生單元71的操作并列執行的波形數據管理，同時用作緩沖區域的序列1到3設置在波形輸出寄存器73中。因此，余量可在波形數據產生單元71的操作中產生，該波形數據產生單元71計算激勵器的當前位置以及驅動方向。
與激勵器10類似，根據該實施例的靜電平面激勵器800，即使增加波形數據的分辨率，以執行高精度的驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，不必使波形數據產生單元高速運行，并且功率消耗可降低。
盡管靜電激勵器，靜電平面激勵器，以及壓電激勵器用作實施例中的機電轉換器，但本發明并不局限于上述的激勵器，只要通過施加電壓產生機械驅動力的元件用作機電轉換器。除了產生機械驅動力的元件以外，本發明可應用到LED的控制以及各種系統的控制中。
圖23示出了靜電激勵器1100的示意性結構，該靜電激勵器中結合根據本發明第十實施例的波形輸出設備1170，圖24為示出信號流程的框圖，以及圖25為示出波形產生原理的示意圖。
靜電激勵器1100包括激勵器1110，驅動激勵器1110的轉換電路1160，以及控制轉換電路1160的波形輸出設備1170。結合到微型電子設備等中的照相機模塊通過壓電激勵器1100形成。
激勵器1110包括第一可動部件1120以及第二可動部件1130，定子1140，以及由隨后提及的透鏡L1和L2成像的圖像拾取設備1150。
第一可動部件1120支撐透鏡L1并且包括形成為基本矩形實體形狀的可動部件主體1121。一對電極平面1122以及1123形成在可動部件主體1121中。該對電極平面1122以及1123與后面提及的定子1140的電極基底1142以及1143相對，并且凸面條形電極分別在該對電極平面1122以及1123中形成。
第二可動部件1130支撐透鏡L2并且包括形成為基本矩形實體形狀的可動部件主體1131。一對電極平面1132以及1133形成在可動部件主體1131中。該對電極平面1132以及1133與后面提及的定子1140的電極基底1142以及1143相對，并且凸面條形電極分別在該對電極平面1132以及1133中形成。
定子框架1141以及電極基底1142以及1143形成在定子1140中。電極基底1142以及1143連接到相對電極平面1122，1123，1132，1133的平面上。在電極基底1142以及1143中，條形電極形成在相對第一可動部件1120以及第二可動部件1130的電極平面中。
轉換電路1160的功能是將輸入波形信號轉換成電壓，從而將該電壓提供給第一可動部件1120，第二可動部件1130以及電極基底1142，1143。即，驅動圖案的每位1/0對應于提供給電極的電壓的高/低。
波形輸出設備1170包括具有MPU的波形產生單元1171，其中存儲控制程序的ROM1172，波形輸出寄存器1173，波形數據管理單元1174，以及輸出波形產生單元1175。
波形輸出寄存器1173具有數據存儲區域1173a，該數據存儲區域1173a中存儲驅動圖案。輸出波形產生單元1175具有驅動單位時間存儲寄存器1175a以及子波形產生單元1176a到1176c，該驅動單位時間存儲寄存器1175中存儲驅動單位時間。
如圖25所示，在具有上述結構的靜電激勵器1100中，波形信號輸出，從而執行激勵器的控制。單位時間數據預先從波形數據產生單元1171傳輸到輸出波形產生單元1175中，并且單位時間數據存儲在輸出波形產生單元1175的驅動單位時間存儲寄存器1175a中。
波形數據產生單元1171基于從外部或者預置程序輸入的信號產生驅動圖案。在這種情況下，驅動圖案設定為九位并且輸出波形信號設定為三位。即，具有三位的驅動圖案可產生一個輸出波形。
驅動圖案存儲在數據存儲區域1173a中。具有九位的驅動圖案分成每個具有三位的驅動圖案，并且具有三位的三個驅動圖案分別輸入到子波形產生單元1176a到1176c中。在子波形產生單元1176a到1176c中，當一個輸出波形從具有三位的驅動圖案中產生時，首先最高位在具有三位的驅動圖案中輸出，并且輸入到轉換電路1160中。在單位時間過去后，輸出最高位隨后位的數據單位時間。最后輸出最低位。
即使關于驅動時間的信息不存在于波形數據中，波形可通過采用上述方法產生。該結構對于其中不必通過同步到驅動圖案而細致控制驅動時間的情況下是有效的。例如，當輸出可動部件1120以及1130的保持操作時該結構是有效的。
還可以準備多個驅動單位時間存儲寄存器1175a以自動重復使用該單位時間。例如，靜電激勵器的驅動可通過重復兩個單位時間來實現。
輸入到轉換電路1160的波形信號轉換成電壓并提供給電極基底1142，1143，1122，1123，1132以及1133。第一可動部件1120以及第二可動部件1130由四個靜電力重復吸引以及保持。第一可動部件1120以及第二可動部件1130因此朝目標方向或者相對目標方向驅動，以實現放大或者聚焦。第一靜電力在第一可動部件1120的電極基底1142以及1122之間產生。第二靜電力在第一可動部件1120的電極基底1143以及1123之間產生。第三靜電力在第二可動部件1130的電極基底1142以及1132之間產生。第四靜電力在第二可動部件1130的電極基底1143以及1133之間產生。
如上所述，在波形輸出設備1170中，波形數據產生單元1171不執行時間管理而輸出波形數據。時間管理由輸出波形產生單元1175執行。因此，時間管理可不受波形數據產生單元1171的時鐘影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行，這樣對于波形數據產生單元1171不需要高速處理性能，并且第十實施例的波形輸出設備可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。
圖26示出了根據本發明第十一實施例的靜電平面激勵器(機電轉換器)1200的示意結構，圖27A到27D為示出靜電平面激勵器1200的操作原理的示意圖，并且圖28為示出靜電平面激勵器1200的電壓施加時間的示意圖。
靜電平面激勵器1200包括定子1210，成為移動主體的平行移動板1250，施加電壓到電極基底1215a，1215b，1225a，1225b，1235a以及1235b的轉換電路1260，以及通過脈沖信號的施加控制轉換電路1260的波形輸出設備1270。
定子1210包括金屬制成的上表面板1211以及陶瓷等制成的底表面板1212。上表面板1211以及底表面板1212為薄平板，并且上表面板1211以及底表面板1212互相平行設置同時以預定間隔互相分開。用于固定上表面板1211以及底表面板1212的多個支撐桿1214設置在上表面板1211以及底表面板1212之間。多個擺動部件1213，1223以及1233形成在上表面板1211中。在擺動部件1213，1223以及1233中，兩個電極通過鉸鏈支撐。擺動部件1213，1223以及1233在垂直紙面的方向上擺動約一個擺動軸。
在擺動元件1213，1223以及1233中，當特定電壓圖案施加到固定電極上時，電勢差在固定電極和擺動元件1213，1223以及1233之間產生。在這點上，擺動元件1213，1223以及1233的一個電極吸引到固定電極上，并且擺動元件1213，1223以及1233的另一電極開始與平行移動板1250進行接觸。這使得將要產生的摩擦力移動到平行移動板1250上。在圖26中，附圖標記1215a，1215b，1225a，1225b，1235a以及1235b表示電極基底。
由于轉換電路1260以與轉換電路1160相同的方式形成并且波形輸出設備1270以與波形輸出設備1170相同的方式形成，因此省略其詳細描述。
在具有上述結構的靜電平面激勵器1200中，如下執行驅動。當波形輸出設備1270輸出其中電壓Vh為TTL電平的波形圖案時，將電壓通過轉換電路60轉換成Vh，并且輸入到電極基底1215a，1215b，1225a，1225b，1235a以及1235b。
如圖28所示，當特定電壓圖案隨后施加時，擺動元件1213，1223以及1233開始與平行移動板1250進行接觸，其產生摩擦力，從而移動平行移動板1250。
如上所述，在波形輸出設備1270中，波形產生單元1171不執行時間管理而輸出波形數據，并且時間管理由輸出波形產生單元1175執行，這樣時間管理可不受波形數據產生單元1171的時鐘影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行。因此，類似于靜電激勵器1100，即使波形數據的分辨率增加以執行具有高精度的驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元1171不需要高速處理性能，并且靜電平面激勵器1200可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。
圖29為示意性地示出了根據本發明第十二實施例的沖擊型壓電激勵器1300的基本結構的框圖。壓電激勵器1300包括驅動單元1312，驅動驅動單元1312的驅動電路1314，檢測連接到驅動單元1312的嚙合部件1330的位置的部件傳感器1316，設置在驅動單元1312基端上的基端傳感器1318，設置在驅動單元1312前端的前端傳感器1320，以及控制整個操作的控制單元(波形輸出設備)1322。
驅動單元1312具有元件固定型結構。驅動單元1312包括支撐部件1324，機電轉換器1326，驅動部件1328，以及嚙合部件1330。該支撐部件1324支撐機電轉換器1326以及驅動部件1328。機電轉換器1326通過層疊具有預定厚度的多個壓電基底同時電極(未示出)夾在壓電基底之間而形成。作為驅動物體的透鏡L連接到嚙合部件1330。
控制電路1314以與轉換電路1160相同的方式形成并且控制單元1322以與波形輸出設備1170相同的方式形成，這樣省略其詳細描述。
在具有上述結構的壓電激勵器1300中，當圖30所示的驅動圖案從控制單元1322輸入到驅動電路1314中時，驅動電路1314產生對于機電轉換器1326必須的電壓圖案。驅動電路1314產生圖31A或31B所示的鋸齒驅動波形，從而輸入該鋸齒驅動波形到機電轉換器1326中。當圖31A中示出的驅動電壓施加到機電轉換器1326中時，嚙合部件1303朝圖29的箭頭a1的方向間斷移動。當圖31B中示出的驅動電壓施加到機電轉換器1326上時，嚙合部件1303朝圖29的箭頭a2的方向間斷移動。
如上所述，在控制單元1322中，波形產生單元1171不執行時間管理而輸出波形數據，并且時間管理由輸出波形產生單元1175執行，這樣時間管理可不受波形數據產生單元1171的時鐘影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行。因此，類似于靜電激勵器1100，即使波形數據的分辨率增加以執行具有高精度的驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元1171不需要高速處理性能，并且靜電平面激勵器1300可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。
圖32為示出根據本發明第十三實施例的可控制亮度的LED設備(電子元件)1400中的信號流程的框圖，圖33為示出波形產生原理的示意圖。在圖32以及33中，與圖23到25相同功能的部分用相同的附圖標記表示，并且省略其詳細描述。
LED設備1400包括波形輸出設備1170，由輸入電壓產生恒定電流的LED驅動器1180，以及根據LED驅動器1180的電流值改變亮度的LED1181。由National Semiconductor制造的LM2792可作為LED驅動器1180的實施例進行使用。
如圖33所示，在具有上述結構的LED設備1400中，輸出波形信號以控制LED1181的亮度。單位時間數據預先從波形數據產生單元1171傳輸到輸出波形產生單元1175上，并且單位時間數據存儲在輸出波形產生單元1175的驅動單位時間存儲寄存器1175a中。
波形數據產生單元1171基于外部或者預置程序輸入的信號產生對應于LED1181的驅動電壓的驅動圖案。該驅動圖案存儲在數據存儲區域1173a中。輸出波形產生單元1175基于存儲在數據存儲區域1173a中的驅動圖案執行D/A轉換，并且輸出該波形信號存儲在驅動單位時間存儲寄存器1175a中的單位時間。
波形信號作為LED驅動器1180的電壓值輸入。輸入到LED驅動器1180的波形信號轉換成電流并供給LED1181。例如，當LED驅動器的輸入電壓以及輸出電流具有線性關系時，通過增加輸入電壓而增加輸出電流，這導致LED1181亮度的增加。LED1181以根據所提供的電流值的亮度發出光。
如上所述，在波形輸出設備1170中，波形數據產生單元1171不執行時間管理而輸出波形數據，并且由輸出波形產生單元1175執行時間管理，這樣時間管理可不受波形數據產生單元1171的時鐘影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行。因此，波形數據產生單元1171不需要高速處理性能，并且LED設備1400可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。例如，LED設備1400可應用到例如手機的背光控制電路中，其中需要對LED1181的亮度進行控制。
圖34為示出根據本發明第十四實施例的靜電激勵器1500中的信號流程的框圖，并且圖35為示出波形產生原理的示意圖。在圖34以及35中，與圖23到25相同功能的部分用相同的附圖標記表示，并且省略其詳細描述。
靜電激勵器1500包括升壓元件1501，其施加對應于輸入阻抗值的電壓給轉換電路1160。波形數據產生單元1171產生驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓，以通過波形輸出寄存器1173輸入驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓給輸出波形產生單元1175。在圖35中，附圖標記1175b表示數字電位計，并且數字電位計1175b具有的功能是輸出對應于輸入波形信號的阻抗值。
在具有上述結構的靜電激勵器1500中，波形數據產生單元1171基于外部或者預置程序輸入的信號產生激勵器1110的驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據。驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據存儲在數據存儲區域1173a中。如圖35所示，輸出波形產生單元1175基于存儲在數據存儲區域1173a中的驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據執行D/A轉換，并且輸出該波形信號對應于驅動時間數據的單位時間。
波形信號輸入到數字電位計1175b中并作為升壓元件1501的阻抗值輸入。升壓元件1501施加對應于輸入阻抗值的電壓給轉換電路1160。當驅動圖案的每個端口處于高狀態時轉換電路1160輸出升壓電壓，并且在其他情況下轉換電路1160輸出0V給激勵器1110。激勵器1110通過波形信號的順序執行機械運動。
如上所述，在波形輸出設備1170中，波形產生單元1171不執行時間管理而輸出波形數據，并且時間管理由輸出波形產生單元1175執行，這樣時間管理可不受波形數據產生單元1171中時鐘的影響而執行，并且理論上時間管理可以系統時鐘的分辨率執行。因此，類似于靜電激勵器1100，即使波形數據的分辨率增加以執行具有高精度的驅動，對于計算激勵器的當前位置以及驅動方向的步驟，波形數據產生單元1171不需要高速處理性能，并且靜電平面激勵器1500可使用在其中要求低功率消耗的小型便攜式設備中。
在靜電激勵器1500中，由于通常驅動電壓恒定，因此升壓元件1501的輸出電壓可固定，并且驅動電壓數據可不由輸出波形產生單元1175管理。然而，當控制波形電壓時，驅動電壓可在待機狀態降低，其導致功率消耗降低。
圖36為示出根據本發明第十五實施例的靜電激勵器1600的信號流程的框圖，并且圖37為示出波形產生原理的示意圖。在圖36和37中，與圖23到25，34和35相同功能的部分用相同的附圖標記表示，并且省略其詳細描述。
靜電激勵器1600包括施加對應輸入阻抗值的電壓給轉換電路1160的升壓元件1501。波形數據產生單元1171產生驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據以通過波形輸出寄存器1173將驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據輸入到輸出波形產生單元1175。
在具有上述結構的靜電激勵器1600中，波形數據產生單元1171基于外部或者預置程序輸入的信號產生激勵器1110的驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據。驅動時間，驅動圖案以及驅動電壓數據存儲在數據存儲區域1173a中。此外，驅動時間數據存儲在波形時間管理寄存器1175c中。
具有八位的驅動圖案分割成具有兩位的每個驅動圖案，并且每個具有兩位的驅動圖案輸入到子波形產生單元1176a到1176d中。在子波形產生單元1176a到1176d中，當一個輸出波形從具有兩位的驅動圖案中產生時，首先在具有兩位的驅動圖案中輸出高位并且將高位輸入到轉換電路1160中。在單位時間過去之后，將低位輸出單位時間。即，當高位的數據等于低位數據時，輸出該數據波形時間。當高位數據不同于低位數據時，改變該數據半個驅動時間。
通過采用上述方法，波形信號可在比由驅動時間數據確定的驅動時間更好的時間上產生。
根據該靜電激勵器1600，可得到與靜電激勵器1100相同的效果。
圖38是示出根據本發明第十六實施例的靜電激勵器1700中的信號流程的框圖。在圖38中，與圖34相同功能的部分用相同的附圖標記進行表示，其詳細描述將省略。
在靜電激勵器1700中，不執行驅動電壓數據的時間管理，而將驅動電壓數據直接輸出到升壓元件上。此時，通過同步到驅動圖案而準確執行時間管理是不可能的。然而，由于驅動電壓數據由波形數據產生單元1171所具有的時間管理功能進行控制，因此靜電激勵器1700在其中驅動電壓僅當序列(例如驅動狀態以及待機狀態)大大改變時進行控制的系統中是有效的。
盡管靜電激勵器以及壓電激勵器用作上述實施例中機電轉換器的實施例，但本發明可應用到其他機電轉換器上。盡管驅動時間數據，驅動圖案數據，以及驅動電壓數據作為波形數據引用，但本發明可使用控制其它激勵器的各種類型的數據。
對于本領域的技術人員來說，很容易得到其它的益處以及變形。因此，本發明在其更寬方面并不局限于特定描述以及在此示出和描述的代表性實施例。因此，不脫離總的發明構思的精神和范圍內可進行各種變形，該總的發明構思由所附的權利要求以及它們的等同來進行限定。
權利要求
1.一種靜電激勵器，包括具有電極基底的定子；可動單元，該可動單元具有至少一個可動部件，該可動單元由定子引導從而能在預定方向上往復運動并且設置有與電極基底相對設置的電極；波形數據產生單元，該波形數據產生單元基于外部的操作要求產生具有至少驅動時間以及驅動圖案的波形數據；波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器具有輸出區域以及緩沖區域，該輸出區域以及緩沖區域保持波形數據；波形數據管理單元，該波形數據管理單元將由波形數據產生單元產生的波形數據寫入緩沖區域中，在經過驅動時間后擦除保持在波形輸出寄存器輸出區域中的波形數據，并且移動保持在緩沖區域中的波形數據到輸出區域；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器的輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成施加到電極基底上的電壓。
2.根據權利要求1的靜電激勵器，其中緩沖區域包括多個子緩沖器，并且波形數據管理單元輸入來自波形數據產生單元的波形數據到最高級的子緩沖器上，從最低級的子緩沖器輸出移動到輸出區域的波形數據，并且隨后在多個子緩沖器之間從最高級向最低級移動數據波形。
3.根據權利要求1的靜電激勵器，其中波形數據管理單元當波形數據產生單元產生的波形圖案移動到緩沖區域時提供表示波形圖案的標志，并且當波形圖案從緩沖區域移動到輸出區域時傳輸該標志給波形數據產生單元。
4.根據權利要求1的靜電激勵器，其中緩沖區域包括多個子緩沖器，并且波形數據管理單元將來自波形數據產生單元的波形數據輸入到由寫指針所指的子緩沖器上，從由讀指針所指的子緩沖器輸出移動到輸出區域的波形數據，并以預定順序移動寫指針以及讀指針。
5.根據權利要求1的靜電激勵器，其中波形數據包括施加到電極基底上的輸出電壓的數據。
6.一種靜電激勵器驅動方法，該靜電激勵器包括具有電極基底的定子以及可動單元，該可動單元具有至少一個可動部件，該可動單元由定子引導從而能在預定方向上進行往復運動，并且該可動單元具有與電極基底相對設置的電極，該方法包括基于外部的操作要求產生波形數據，該波形數據具有驅動時間以及驅動圖案；順序保持波形數據在輸出區域以及緩沖區域中；在經過驅動時間后擦除保持在輸出區域中的波形數據以及將保持在緩沖區域的波形數據移動到輸出區域；基于保持在波形輸出寄存器輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及將輸入的驅動圖案轉換成施加到電極基底上的電壓。
7.根據權利要求6的靜電激勵器驅動方法，其中緩沖區域包括多個子緩沖器，并且波形數據管理步驟包括將波形數據產生步驟中產生的波形數據輸入到最高級的子緩沖器上；從最低級的子緩沖器輸出移動到輸出區域的波形數據；以及在多個子緩沖器之間從最高級向最低級順序移動波形數據。
8.根據權利要求6的靜電激勵器驅動方法，其中波形數據管理步驟包括當波形數據產生步驟中產生的波形數據移動到緩沖區域時，提供表示波形圖案的標志；以及當波形數據從緩沖區域移動到輸出區域時傳輸該標志，以及基于傳輸步驟中傳輸的標志產生波形數據。
9.根據權利要求6的靜電激勵器驅動方法，其中緩沖區域包括多個子緩沖器，并且波形數據管理步驟包括將波形數據產生單元產生的波形數據輸入到寫指針所指的子緩沖器中；從讀指針所指的子緩沖器輸出移動到輸出區域的波形數據；以及以預定順序移動寫指針以及讀指針。
10.根據權利要求6的靜電激勵器驅動方法，其中波形數據包括施加到電極基底的輸出電壓的數據。
11.一種機電轉換器，其通過施加電壓而產生機械驅動力，該機電轉換器包括波形數據產生單元，該波形數據產生單元基于外部的操作要求產生具有驅動時間以及驅動圖案的波形數據；波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器具有保持波形數據的輸出區域以及緩沖區域；波形數據管理單元，該波形數據管理單元在緩沖區域中寫入波形數據產生單元產生的波形數據，在經過驅動時間后擦除保持在波形輸出寄存器輸出區域中的波形數據，以及將保持在緩沖區域中的波形數據移動到輸出區域；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成施加到機電轉換器的電壓。
12.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子以及具有至少一個可動部件的可動單元之間產生靜電力，并且因此在可動單元中產生機械驅動力，該機電轉換器包括波形數據產生單元，該波形數據產生單元依據外部的操作要求產生具有驅動時間以及驅動圖案的波形數據；波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器具有保持波形數據的輸出區域以及緩沖區域；波形數據管理單元，該波形數據管理單元在緩沖區域中寫入波形數據產生單元產生的波形數據，在經過驅動時間后擦除保持在波形輸出寄存器輸出區域中的波形數據，以及將保持在緩沖區域的波形數據移動到輸出區域；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成施加到電極基底的電壓。
13.一種機電轉換器，通過施加電壓該機電轉換器擴張及壓縮，該機電轉換器包括波形數據產生單元，該波形數據產生單元依據外部的操作要求產生具有驅動時間以及驅動圖案的波形數據；波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器具有保持波形數據的輸出區域以及緩沖區域；波形數據管理單元，該波形數據管理單元在緩沖區域中寫入波形數據產生單元產生的波形數據，在經過驅動時間后擦除保持在波形輸出寄存器輸出區域中的波形數據，以及將保持在緩沖區域的波形數據移動到輸出區域；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器輸出區域中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成施加到機電轉換器的電壓。
14.一種波形輸出設備，該波形輸出設備控制通過波形信號驅動的電子設備，該波形輸出設備包括產生至少驅動圖案的波形數據產生單元；其中存儲驅動圖案的波形輸出寄存器；以及波形產生單元，該波形產生單元依據存儲在波形輸出寄存器中的驅動圖案產生波形信號，并且輸出波形信號預定單位驅動時間，其中波形數據產生單元以及波形產生單元單獨驅動。
15.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓在定子以及具有至少一個可動部件的可動單元之間產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求14的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
16.根據權利要求15的機電轉換器，還包括升壓元件，該升壓元件將波形信號轉換成電壓，從而輸入該電壓到轉換電路上，并且控制轉換電路的輸出電壓。
17.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓給電極而產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求14的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓施加到電極。
18.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子和具有至少一個可動部件的可動單元之間產生靜電力，并且因此在可動單元中產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求14的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波移信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
19.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而擴張或者壓縮，該機電轉換器包括根據權利要求14的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
20.一種電子元件，其中通過施加電流而改變亮度，該電子元件包括根據權利要求14的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電流，從而輸出該電流。
21.一種波形輸出設備，該波形輸出設備控制由波形信號驅動的電子設備，該波形輸出設備包括波形數據產生單元，該波形數據產生單元至少產生驅動圖案以及驅動時間數據；波形輸出寄存器，其中存儲驅動圖案以及驅動時間數據；以及波形產生單元，該波形產生單元基于波形輸出寄存器中存儲的驅動圖案產生波形信號，并且僅輸出波形信號對應于存儲在波形輸出寄存器中的驅動時間數據的驅動時間，其中波形數據產生單元以及波形產生單元單獨驅動。
22.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子和具有至少一個可動部件的可動單元之間產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求21的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
23.根據權利要求22的機電轉換器，還包括升壓元件，該升壓元件將波形信號轉換成電壓，從而輸入該電壓到轉換電路并且控制轉換電路的輸出電壓。
24.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓到電極上而產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求21的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓施加到電極。
25.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子和具有至少一個可動部件的可動單元之間產生靜電力，該機電轉換器包括根據權利要求21的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
26.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而擴張或者壓縮，該機電轉換器包括根據權利要求21的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
27.一種電子元件，其中通過施加電流而改變亮度，該電子元件包括根據權利要求21的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電流，從而輸出電流。
28.一種波形輸出設備，該波形輸出設備控制波形信號驅動的電子設備，該波形輸出設備包括波形數據產生單元，該波形數據產生單元產生至少波形圖案、波形時間數據以及驅動電壓數據；波形輸出寄存器，在波形輸出寄存器中存儲驅動圖案、驅動時間數據以及驅動電壓數據；以及波形產生單元，該波形產生單元基于波形輸出寄存器中存儲的驅動圖案產生波形信號，基于存儲在波形輸出寄存器中的驅動電壓數據產生驅動電壓控制信號，并且輸出該波形信號對應于存儲在波形輸出寄存器中的驅動時間數據的驅動時間，其中波形數據產生單元以及波形產生單元單獨驅動。
29.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子和具有至少一個可動部件的可動單元之間產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求28的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
30.根據權利要求29的機電轉換器，還包括升壓元件，該升壓元件將波形信號轉換成電壓，從而輸入電壓到轉換電路并且控制轉換電路的輸出電壓。
31.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓到電極上而產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求28的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓施加到電極。
32.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而在定子和具有至少一個可動部件的可動單元之間產生靜電力，并且因此在可動單元中產生機械驅動力，該機電轉換器包括根據權利要求28的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
33.一種機電轉換器，該機電轉換器通過施加電壓而擴張或者壓縮，該機電轉換器包括根據權利要求28的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電壓，從而輸出該電壓。
34.一種電子元件，其中通過施加電流而改變亮度，該電子元件包括根據權利要求28的波形輸出設備，該波形輸出設備輸出波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將波形信號轉換成電流，從而輸出該電流。
全文摘要
一種靜電激勵器，包括波形輸出寄存器，該波形輸出寄存器基于外部的操作要求產生具有驅動時間以及驅動圖案的波形數據并具有保持波形數據的序列0以及序列1到3；波形數據管理單元，該波形數據管理單元在經過驅動時間后擦除保持在波形輸出寄存器的序列0中的波形數據，并且將保持在序列1到3中的波形數據移動到序列0；輸出波形產生單元，該輸出波形產生單元基于保持在波形輸出寄存器的序列0中的驅動圖案產生相應的波形信號；以及轉換電路，該轉換電路將輸入驅動圖案轉換成電壓施加到電極。
文檔編號H02N1/00GK1604450SQ20041009210
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月29日 優先權日2003年9月30日
發明者吉田充伸 申請人:株式會社東芝