(57)【要約】  本発明の形状記憶合金アクチュエータの駆動回路２１は、形状記憶合金（ＳＭＡ）１５が温度変化によって伸縮し、その伸縮に関するパラメータ−歪み特性にヒステリシスを有し、ＳＭＡ１５の温度を昇温または降温させる間に、ＳＭＡ１５の伸縮によって変位駆動する可動部の目標位置に対応する前記パラメータ値を測定部によって測定して目標パラメータとして設定し、ＳＭＡ１５の結晶相がマルテンサイト相になる前であって前記測定部で測定された前記パラメータ値が前記目標パラメータを通過するように、ＳＭＡ１５の温度を降温または昇温させ、その後、前記測定部で測定された前記パラメータ値が前記目標パラメータとなるように、再度、ＳＭＡ１５の温度を昇温または降温させるものである。
2010073902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電による発熱で伸縮し、その伸縮に関するパラメータ−歪み特性にヒステリシスを有する形状記憶合金と、前記伸縮によって変位駆動される可動部とを備える形状記憶合金アクチュエータを駆動する形状記憶合金アクチュエータの駆動装置であって、
前記形状記憶合金に前記通電を行う駆動回路と、
前記形状記憶合金の前記伸縮に関するパラメータを測定する測定部と、
前記可動部の目標変位位置を検知する目標変位位置検出部と、
前記測定部および目標変位位置検出部からの出力に応答して、前記駆動回路による前記形状記憶合金への通電電流値を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記駆動回路に前記通電電流値の増減を一方方向に掃引させることで前記可動部を一方方向に変位させ、その間に前記目標変位位置検出部が前記目標変位位置を通過したことを検知すると、その時点での前記測定部での測定結果を目標パラメータとして読込み、前記駆動回路による通電電流値の増減を他方方向に変化させることで前記可動部を他方方向に移動させる際に、前記目標パラメータを、前記伸縮に関するパラメータ−歪み特性のヒステリシス量に相当する行き過ぎ量だけずれた値に設定し、その値となった時点から再度前記通電電流値の増減を一方方向に変化させることで前記可動部を一方方向に移動させて前記目標パラメータに対応した前記目標変位位置に再位置決めすること
を特徴とする形状記憶合金アクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記形状記憶合金の伸縮に関するパラメータは、温度であること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
前記形状記憶合金の伸縮に関するパラメータは、抵抗値であること
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
前記形状記憶合金の組成が、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕの三元系で、Ｃｕを３原子％以上含むこと
を特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置を用いたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
通電による発熱で伸縮し、その伸縮に関するパラメータ−歪み特性にヒステリシスを有する形状記憶合金と、前記伸縮によって変位駆動される可動部とを備える形状記憶合金アクチュエータを駆動する形状記憶合金アクチュエータの駆動方法であって、
前記形状記憶合金に通電される通電電流値の増減を一方方向に掃引させることで前記可動部を一方方向に変位させるステップと、
前記可動部を一方方向に変位させている間に、前記可動部の目標変位位置を通過したことを検知した場合に、その時点での前記形状記憶合金の前記伸縮に関するパラメータ値を目標パラメータとして読み込むステップと、
前記通電電流値の増減を他方方向に変化させることで前記可動部を他方方向に移動させる際に、前記目標パラメータを、前記伸縮に関するパラメータ−歪み特性のヒステリシス量に相当する行き過ぎ量だけずれた値に設定するステップと、
前記可動部を他方方向に変位させている間に、前記ステップで設定された値となった時点から再度前記通電電流値の増減を一方方向に変化させることで前記可動部を一方方向に移動させて前記目標パラメータに対応した前記目標変位位置に再位置決めするステップとを備えること
を特徴とする形状記憶合金アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、カメラ付き携帯電話機等に搭載される比較的小型の撮像装置およびその撮像装置に好適に用いられ、撮像光学系を構成するレンズユニットをフォーカス調整やズーム調整等のために駆動する形状記憶合金アクチュエータを駆動するための駆動装置および該方法ならびにそれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ付き携帯電話機等に搭載される撮像素子の画素数が飛躍的に増大する等、高画質化が進んでいる。これに合わせて、撮像光学系を構成するレンズユニットの高性能化も求められている。具体的には、固定焦点式に代えて、オートフォーカス式が要求され、またズーム機能についても、デジタルズームに代えて、若しくは追加して、光学式ズームが要求されている。ここで、オートフォーカスや光学式ズームのいずれにおいても、レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータが必要となる。【０００３】
そこで、このようなアクチュエータとしては、形状記憶合金（以下、ＳＭＡ（Shape  Memory  Alloy）という場合がある）を用いた装置が知られている。これは、ＳＭＡを通電加熱すること等によって緊縮力を発生させ、この緊縮力を、レンズを駆動するレンズ駆動力として用いるものであり、これは、一般に、小型化、軽量化が容易であり、しかも比較的大きな力量が得られるという利点がある。【０００４】
しかしながら、一般に形状記憶合金は、その温度−歪み特性にヒステリシスを有し、温度上昇過程（加熱過程）と温度下降過程（放熱過程）とで温度に対する歪み量が異なる。ここで、前記カメラのオートフォーカスの場合、フォーカスレンズは、衝撃等に対応できるホームポジション（遠方端）に在る状態（前記ＳＭＡはマルテンサイト相（低温相））から、一旦掃引端（近接端）に在る状態（前記ＳＭＡはオーステナイト相（高温相））まで移動（加熱）される。そして、その移動の間に画像センサの出力から、コントラストが高くなってエッジが検出されること等によって、フォーカス点が検出され、フォーカスレンズは、掃引後に、前記フォーカス点に位置決めされる。したがって、温度−歪み特性に前記ヒステリシスを有すると、遠方端から近接端までの掃引（加熱）の場合に通るヒステリシスカーブと、近接端からフォーカス点まで戻る（放熱）場合に通るヒステリシスカーブとが異なることになる。このため、制御部は、フォーカス点の検出時に読み取ったＳＭＡの温度となるように、復帰時にＳＭＡの通電を制御すると、目標位置の手前で留まってしまうことになる（充分に戻らない）。【０００５】
そこで、このような問題に対応するために、特許文献１では、図１２で示すように、一旦形状記憶合金の結晶相をマルテンサイト相（低温相）に戻す制御が行われている。すなわち、目標位置（フォーカス点）に関わらず、形状記憶合金を完全に放熱させる制御が行われている。言い換えれば、結晶相がマルテンサイト相（低温相）になるホームポジション（遠方端）まで、フォーカスレンズが一旦戻され、再度、形状記憶合金の加熱過程によって目標変位（フォーカス点）にフォーカスレンズを到達させる制御が行われている。【０００６】
上述の従来技術では、掃引（フォーカス点探索）時と同じの加熱過程だけを経て目標位置（フォーカス点）に移動させているので、正確な位置制御を実現することができる。しかしながら、前記マルテンサイト相まで戻すために、かなりの放熱時間が必要となり、再度目標位置（フォーカス点）に到達するまでに時間がかかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０７／１１３４７８号パンフレット
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より短い時間で正確な位置制御を実現することができる形状記憶合金アクチュエータの駆動装置および該方法ならびにそれを用いた撮像装置を提供することである。
【０００９】
本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータの駆動装置および該方法ならびにそれを用いた撮像装置は、形状記憶合金が温度変化によって伸縮し、その伸縮に関するパラメータ−歪み特性にヒステリシスを有する場合に好適に用いられ、形状記憶合金の温度を昇温または降温させる間に、形状記憶合金の伸縮によって変位駆動する可動部の目標位置に対応する前記パラメータ値を測定部によって測定して目標パラメータとして設定し、形状記憶合金の結晶相がマルテンサイト相になる前であって前記測定部で測定された前記パラメータ値が前記目標パラメータを通過するように、形状記憶合金の温度を降温または昇温させ、その後、前記測定部で測定された前記パラメータ値が前記目標パラメータとなるように、再度、形状記憶合金の温度を昇温または降温させるものである。したがって、このような構成の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置は、形状記憶合金の結晶相がマルテンサイト相まで戻す必要がないので、より短い時間で正確な位置制御を実現することができる。
【００１０】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る撮像装置におけるオートフォーカスレンズ駆動機構の正面図である。
【図２】図１に示すオートフォーカスレンズ駆動機構の動作を説明するための側面図である。
【図３】形状記憶合金における温度―歪み特性を示すグラフであり、加熱過程で目標位置へ変位させる場合を示す。
【図４】形状記憶合金における温度―歪み特性を示すグラフであり、放熱過程で目標位置へ変位させる場合を示す。
【図５】本発明の実施の一形態のオートフォーカスシーケンスの動作例を示すグラフである。
【図６】形状記憶合金における変位−駆動電流特性および変位―温度特性を示すグラフであり、周囲温度の違いによる変位の違いを示す。
【図７】ＳＭＡアクチュエータを駆動する本発明の実施の一形態の制御回路のブロック図である。
【図８】図７に示す制御回路によるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】ＳＭＡアクチュエータを駆動する本発明の実施の他の形態の制御回路のブロック図である。
【図１０】形状記憶合金における変位−抵抗値特性と変位−温度特性とを示すグラフである。
【図１１】図９に示す制御回路によるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】従来のオートフォーカスシーケンスの動作例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る撮像装置におけるオートフォーカスレンズ駆動機構１の正面図（レンズ開口面から見た図）であり、図２は、その動作を説明するための側面図である。図２（ａ）は、ＳＭＡ１５がバイアスばね１０の弾発力によって伸長している場合を示し、図２（ｂ）は、ＳＭＡ１５がバイアスばね１０の弾発力に抗して収縮している場合を示す。この駆動機構１は、レンズ２を、その軸線ＡＸ（前後）方向に変位させることで、フォーカス合せを行う。鏡筒４は、レンズ２と、レンズ駆動枠３とを備えて構成されており、レンズ２は、レンズ駆動枠３に取付けられている。鏡筒４の外周面において、前端（前記前後方向における前端）には一対の突出部５が形成されており、その突出部５が形状記憶合金アクチュエータ１１のアーム部１２に引っ掛けられて、鏡筒４は、軸線ＡＸ（前後）方向に変位される。
【００１４】
鏡筒４は、ベース部６上に搭載され、レンズ駆動枠３の前後端が、一対のリンク部材７によって、ベース部６と上ベース８とによって支持され、軸線ＡＸ（前後）方向に平行に変位可能となっている。この上ベース部８は、図示しない横面外壁を介してベース部６と一体になっている。レンズ駆動枠３の前端には、前カバー９との間にバイアスばね１０が介在されている。
【００１５】
形状記憶合金アクチュエータ１１は、可動部となるアーム部１２、レバー１３および支持脚１４と、形状記憶合金（ＳＭＡ）の線材から成るＳＭＡ１５とを備えて構成される。アーム部１２は、正面（レンズ開口）側から見て、略くの字状（略Ｃの字状）に形成されており、その両端に突出部５が引っ掛けられ、その中央部がレバー１３の一端に固着されている。レバー１３の中央部は、支持脚１４の支点１４ａによって揺動変位自在に支持されており、レバー１３の他端には、切欠き１３ａが形成されている。そして、その切欠き１３ａに前記ＳＭＡ１５が巻掛けられており、これによって、鏡筒４の軸線ＡＸ（前後）方向の変位に対しても、前記ＳＭＡ１５のずれが防止されている。ＳＭＡ１５の両端は、ベース部６に立設された一対の電極１６によって張架されている。
【００１６】
このような構成によって、電極１６間に通電されていない間では、ＳＭＡ１５は、周囲に自然放熱して、マルテンサイト相（低温相）となって該ＳＭＡ１５に張力が発生せず、バイアスばね１０の弾発力によって、伸長する。したがって、図２（ａ）で示すように、鏡筒４は、ベース部６に押付けられたホームポジション（遠方端）にあり、衝撃等に対応できるようになっている。これに対して、電極１６間に、通電が例えばパルスで行われ、そのデューティ比が高くなる（通電量が多くなる）程、ＳＭＡ１５は、ジュール熱を発し、この自己加熱によって収縮し、該ＳＭＡ１５に張力が発生する。この該ＳＭＡ１５の張力は、バイアスばね１０の弾発力に抗して、図２（ｂ）で示すように、レバー１３を矢符１８方向に揺動させる。この揺動によって、アーム部１２および突出部５を介して、鏡筒４は、矢符１９の前カバー９方向に押出されて行き、最もデューティが高い状態でＳＭＡ１５がオーステナイト相（高温相）となって、鏡筒４は、掃引端（近接端）に到達する。
【００１７】
また、側面視（図２）でＬ字状となるレバー１３およびアーム部１２において、屈曲点付近が支点１４ａによって支持され、アーム部１２において突出部５が係合する点までの距離が、レバー１３においてＳＭＡ１５が係合する点までの距離よりも長く形成される。これによってＳＭＡ１５の変位が拡大し、ＳＭＡ１５は、前記張力によって鏡筒４を変位させることができる。
【００１８】
図３および図４は、ＳＭＡにおける温度―歪み（伸縮の変位量）の特性を示すグラフである。実線で示すように、ＳＭＡは、一定以下の温度では、マルテンサイト相（低温相）と呼ばれる結晶相となっており、線材は、伸長している。温度を上げて行くと、ＳＭＡは、ヒステリシスループの一方を辿り、特定の温度（Ａｓ点）から急に収縮をして行き、収縮方向に変位が増加する。特定の温度（Ａｆ点）よりも温度を上げると、線材の収縮は、終わり、ＳＭＡは、オーステナイト相（高温相）と呼ばれる結晶相になる。この状態から温度を下げて行くと、ＳＭＡは、ヒステリシスループの他方を辿り、特定の温度（Ｍｓ点）から急に伸長して行き、前記収縮方向の変位が減少する。特定の温度（Ｍｆ点）よりも温度を下げると、線材の伸長は、終わり、ＳＭＡは、マルテンサイト相に戻る。そして、ＳＭＡは、一般に温度−歪み特性にこれらの図３および図４で示すようなヒステリシスを有し、Ｍｆ点＜Ａｓ点、Ｍｓ点＜Ａｆ点の関係がある。このヒステリシスがあるために、加熱過程と放熱過程とでは、ＳＭＡは、同じ温度であっても異なる変位量を示す。
【００１９】
そこで、前述のように特許文献１では、ＳＭＡを完全に放熱させて一旦マルテンサイト相（低温相）まで復帰させた後に、目標位置まで変位させる制御が行われている。このような制御を図１および図２に示す駆動機構１に適用すると、図１２で示すように、時刻ｔ０でＳＭＡ１５への通電が開始され、時刻ｔ１から鏡筒４が移動し始め、鏡筒４が移動し始めると（ホームポジションから離れると）、複数のステップにおいてフォーカス評価が行われてその評価値（フォーカス評価値）が保存されて行き、この過程で、例えば時刻ｔ２で取得したフォーカス評価値から最適フォーカス位置らしきハイコントラスト（エッジ）の検出を行った後も、所定範囲では、掃引が行われ、時刻ｔ３で掃引が終了し、前記時刻ｔ２前後での正確なフォーカス位置の判定が行われる。その後、時刻ｔ４までの充分な時間、ＳＭＡ１５を放熱させてＳＭＡ１５をマルテンサイト相（低温相）まで確実に復帰させた後に、再びその時刻ｔ４から通電が開始され、時刻ｔ５で鏡筒４が前記時刻ｔ２前後での正確なフォーカス位置まで移動すると、その温度が維持され、撮影が行われる。
【００２０】
この図１２は、従来のオートフォーカスシーケンスの動作例を示すグラフであり、この図１２において、左の図は、前述の図３および図４と同様に、ＳＭＡの温度−歪み特性であるが、駆動機構１による可動範囲の規制のために、メカ基準位置（前記ホームポジション）から、近接（マクロ）端までの範囲が、動作範囲となっている。また、右の図は、オートフォーカスのシーケンスの各過程でのレンズ位置の変化を表しており、横軸は、時間軸である。そして、左右の図において、縦軸の歪みと変位との関係が一致するように描いている。本実施形態にかかる次の図５も同様である。
【００２１】
これに対して、本実施の形態では、図５で示すように、時刻ｔ０でＳＭＡ１５への通電が開始され、時刻ｔ１から鏡筒４が移動し始め、時刻ｔ２で最適なフォーカス位置の検出が行われ、時刻ｔ３で掃引が終了する。この時刻ｔ０から時刻ｔ３までの加熱過程は、前述の図１２と同様である。ここで、本実施の形態では、この時刻ｔ３から始まる放熱過程において、前記最適なフォーカス位置を所定値Δだけ行き過ぎた時刻ｔ１４から、再度、ＳＭＡ１５の通電電流値を増加させて加熱過程が始まり、時刻ｔ１５で前記最適なフォーカス位置に到達させてオートフォーカス処理が完了し、撮影が行われる。
【００２２】
より具体的には、再び、図３において、この図３には、ヒステリシスループの一方を成す加熱過程において或る目標位置ＰＴを決めた後、ヒステリシスループの他方を成す放熱過程を経て鏡筒４を復帰させ、さらに加熱した状態で前記目標位置ＰＴに戻して再位置決めする制御動作も示されている。すなわち、破線で示すように、目標位置ＰＴへの移動開始位置（掃引停止位置）ＰＭから該目標位置ＰＴに戻す際には、参照符号Ｆ１で示すような放熱過程を経ることになるが、このとき予め分かっている前記温度―歪みのヒステリシス特性を基にした前記所定値Δだけ、放熱過程の目標位置ＰＴに相当する温度よりも低くなるようにＳＭＡ１５が制御される。こうして、一旦、放熱過程で目標位置ＰＴを通り過ぎた後、参照符号Ｆ２で示すように、再度の加熱過程で目標位置ＰＴに相当する温度に制御することで、駆動機構１は、レンズ位置を正確に目標位置に移動することができる。
【００２３】
同様に、図４では、放熱過程において或る目標位置ＰＴを決めた後、さらに放熱した状態で目標位置に戻す制御の動作が示されている。この図４では、図３に対し、加熱と放熱との関係が逆となっているが、図３と同様の制御方法で、駆動機構１は、レンズ位置を正確に目標位置ＰＴに移動することができる。
【００２４】
図６に、ＳＭＡの変位−駆動電流（周囲温度）特性および変位―温度特性を示す。駆動電流によってジュール熱を発生させることでＳＭＡの温度を変化させることができるので、基本的には、ＳＭＡは、前述の図３や図４の変位―温度の特性と同じようなヒステリシス特性を示す。ただし、ＳＭＡの温度は、周囲温度の影響も受けるために、変位―駆動電流特性は、周囲温度によって変化し（周囲温度に依存し）、周囲温度が高いときには同じ変位に対して駆動電流は小さく、周囲温度が低いときには同じ変位に対して駆動電流は大きい。したがって、ＳＭＡアクチュエータ１１の変位を制御するためには、このような特性に応じ、駆動電流を適切に制御する必要がある。
【００２５】
そこで、図７にＳＭＡアクチュエータ１１を駆動するための第１の駆動装置である制御回路２１のブロック図を示す。この制御回路２１は、温度センサ２２と、温度検出部２３と、マイコン２４と、画像センサ２５と、駆動制御演算部２６と、駆動素子２７とを備えており、駆動素子２７を介してＳＭＡ１５に流れる駆動電流を制御している。この制御回路２１では、ＳＭＡ１５の伸縮に関するパラメータ、すなわち鏡筒４の位置を検出するパラメータとして、温度が用いられる。このため、ＳＭＡ１５付近には、測定部となる温度センサ２２が設置されており、その出力は、温度検出部２３で検出され、温度検出値としてマイコン２４に入力される。温度センサ２２は、サーミスタ、熱電対、薄膜抵抗等から成り、例えば、レバー１３において、このＳＭＡ１５が巻掛けられる切欠き１３ａの部分に設けられる。
【００２６】
マイコン２４には、画像センサ２５の検出結果が入力されており、マイコン２４は、画像センサ２５の出力から、コントラストが高くなってエッジが検出されると、フォーカス点と判定する。したがって、このマイコン２４は、制御部となるとともに、鏡筒４が目標変位位置に到達したことを検出する検出部となる。マイコン２４は、それらの画像センサ２５の出力および温度センサ２２の出力に応答して、駆動電流値を演算し、駆動制御演算部２６に与える。駆動制御演算部２６は、前記駆動電流値に対応したデューティの駆動信号を作成し、駆動素子２７を介してＳＭＡ１５への通電電流値（駆動電流の電流値）を制御する。このため、マイコン２４には、加熱／放熱過程および周囲温度に応じて、前記通電電流値（デューティ）を適切に設定できるように、前述の図６に示すような駆動電流および周囲温度と変位との関係が、そのメモリに予め記憶されている。周囲温度を測定するために、ＳＭＡ１５の温度を検出する温度センサ２２とは別に温度センサが設けられてもよく、或いは、周囲温度は、通常、急激には変化しないので、ＳＭＡ１５への通電開始前や、所定時間通電を休止して、温度センサ２２の検出結果を読込むように、マイコン２４が構成されてもよい。
【００２７】
図８は、前記制御回路２１によるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。この図８は、前述の図３で示すような加熱過程でフォーカス位置の探索を行うものとする。オートフォーカス処理が開始されると、マイコン２４は、まずステップＳ１で、フォーカス位置の探索を始める初期位置が最初のステップ位置とされる（図２ではベース部６上の位置）。ステップＳ２では、マイコン２４は、温度検出部２３を介して、温度センサ２２による周囲温度を取得する。ステップＳ３では、マイコン２４は、この取得した温度情報と予め記憶された加熱過程の変位―駆動電流特性とから、次のステップ位置にレンズを移動するための駆動電流値を決定し、駆動制御演算部２６へ出力する。
【００２８】
ステップＳ４では、その駆動電流値で駆動制御演算部２６は、駆動素子２７を介してＳＭＡ１５を駆動し、鏡筒４の移動に必要な応答時間を見込んだ一定の時間後に、ステップＳ５で、マイコン２４は、温度検出部２３を介して、温度センサ２２によるＳＭＡ１５の温度を取得する。ステップＳ６では、マイコン２４は、そのステップ位置でのコントラストなどから、フォーカス評価を行い、ステップＳ５でのＳＭＡ１５の温度と共に保存する。ステップＳ７では、マイコン２４は、現在のステップ位置がフォーカス探索の終了位置かどうかを判断し、終了位置でなければ、次のステップ位置に変更するために前記ステップＳ３に戻り、一方、マイコン２４は、前記フォーカス評価のデフォーカス量などから、ステップ位置を終了位置と判断すると、フォーカス位置探索としての加熱過程を終了し、ステップＳ８で、保存されているフォーカス評価値の中で最も高い値のステップ位置を最適フォーカス位置（目標位置）とし、そのステップ位置での温度を目標温度に設定する。
【００２９】
前記ステップＳ８から始まる各処理は、前記目標位置への移動動作に移る処理であり、マイコン２４は、先ずステップＳ９からの放熱過程を始める。ステップＳ９では、マイコン２４は、ステップＳ２で求められた周囲温度と予め記憶された放熱過程の変位―駆動電流特性とから、目標変位に相当する温度よりも低い温度であり、前記目標位置から前記所定値Δだけ行き過ぎる位置になるように駆動電流値を決定し、ステップＳ１０で、ステップＳ４と同様に、ＳＭＡ１５を駆動する。ステップＳ１１では、マイコン２４は、ステップＳ５と同様に、ＳＭＡ１５の温度を測定し、ステップＳ１２で、ステップＳ９で設定した行き過ぎ位置での温度となっているか否かを判断し、到達していなければ前記ステップＳ９に戻り、到達していれば放熱過程を終了し、ステップＳ１３以降の再加熱過程に移る。
【００３０】
ステップＳ１３では、ステップＳ３と同様に、マイコン２４は、ステップＳ２で求められた周囲温度と予め記憶された加熱過程の変位―駆動電流特性とから、前記目標位置に対応した駆動電流値を決定し、ステップＳ１４で、ステップＳ４と同様に、ＳＭＡ１５を駆動する。ステップＳ１５では、マイコン２４は、ステップＳ５と同様に、ＳＭＡ１５の温度を測定し、ステップＳ１６で、ステップＳ１３で設定した目標位置での温度となっているか否かを判断し、到達していなければ前記ステップＳ１３に戻り、到達していればその温度を維持して再加熱過程を終了し、撮影動作に移る。
【００３１】
この図８のフローでは、図３で示す加熱過程でフォーカス位置の探索を行っているけれども、図４で示す放熱過程でフォーカス位置を探索する場合には、上述の加熱／放熱過程と、温度の高／低との関係を入れ替えた同様のフローでオートフォーカス処理を行うことができる。
【００３２】
このように本実施の形態の制御回路２１では、マイコン２４は、ＳＭＡ１５への通電電流値を予め定める範囲で一方方向に掃引させ、それによる可動部の変位で、マイコン２４が目標位置を通過したことを検知すると、マイコン２４は、その時点での温度センサ２２での測定結果を前記目標位置に対応した目標温度として読み込む。そして、その目標温度となるように駆動素子２７による通電電流値を他方方向に変化させることで前記可動部を前記目標位置に再位置決めする際に、マイコン２４は、図５で示すように、ＳＭＡ１５が有する温度−歪み特性のヒステリシス量に相当する行き過ぎ量Δだけずれた値に設定し、その値となった時点から再度前記通電電流値を前記一方方向に変化させ、前記目標位置（温度）に到達させる。このため、本実施の形態の制御回路２１は、図１２で示す従来技術のように結晶相を一旦マルテンサイト相（低温相）まで戻してから、目標位置に移動させる方法に比べて、より短い時間で正確な位置制御を実現することができる。
【００３３】
なお、ＳＭＡ１５の組成として、Ｎｉ（ニッケル）−Ｔｉ（チタン）−Ｃｕ（銅）の三元系でＣｕを３原子％以上含むものが好ましい。それは、Ｎｉ−Ｔｉ合金の二元系の材料では、温度ヒステリシスが２０℃程度に対し、前記Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の三元系の材料では、１０℃程度であり、前記温度ヒステリシスを小さく抑えることができるからである。前記温度ヒステリシスが小さければ、加熱／放熱過程を経由するときの時間的ロスを小さくすることができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図９は、前記ＳＭＡアクチュエータ１１を駆動するための第２の駆動装置である制御回路３１の電気的構成を示すブロック図である。この制御回路３１は、抵抗値検出部３２と、比較部３３と、マイコン３４と、画像センサ２５と、駆動制御演算部２６と、駆動素子２７とを備えており、駆動素子２７を介してＳＭＡ１５に流れる駆動電流を制御している。この制御回路３１は、前述の制御回路２１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。ここで、本実施の形態２では、この制御回路３１では、前記ＳＭＡ１５の伸縮に関するパラメータ、すなわち鏡筒４の位置を検出するパラメータとして、ＳＭＡ１５の抵抗値が用いられる。このため、ＳＭＡ１５の電極１６間の抵抗値が抵抗値検出部３２で検出され、その検出結果と、マイコン３４から与えられる目標抵抗値とが比較部３３で比較され、その比較結果に対応して前記駆動電流値が設定される。
【００３５】
前述の駆動素子２７からＳＭＡ１５に流れる駆動電流は、目標位置に応じて、前述のように定電流で、デューティが変化される。このため、抵抗値検出部３２は、ＯＮデューティの期間の既知の定電流値と、ＳＭＡ１５の電極１６間の電圧とから、前記抵抗値を求めることができる。或いは、駆動素子２７がＯＦＦして前記駆動電流が流れていないＯＦＦデューティの期間に、抵抗値検出部３２自身が既知の探索電流をＳＭＡ１５に流し、それによるＳＭＡ１５の電極１６間の電圧から、前記抵抗値を求めることができる。
【００３６】
図１０には、ＳＭＡの変位−抵抗値特性と変位−温度特性とを示す。ＳＭＡの結晶相の変化および収縮／伸長伸縮の影響のため、ＳＭＡの抵抗値は、変位によって変化する。この変位−抵抗値特性は、前述の図６で示すような温度−変位特性に比べてヒステリシスが少なく、また原理的に周囲温度の影響を受けないので、この抵抗値を検出して駆動電流にフィードバック制御する場合は、前記行き過ぎの所定値Δを小さくすることができる。こうして、直接温度を知る手段がなくとも、ＳＭＡ１５の抵抗値−歪み特性を利用して、前述と同様に位置を検出することができ、この目標抵抗値と変位との関係がマイコン３４に予め記憶されている。
【００３７】
図１１は、前記制御回路３１によるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。この図１１の動作は、前述の図８の動作に類似し、同一の動作には同一のステップ番号を付して示し、また類似する動作には同一のステップ番号に’を付して示す。この図１１の動作も、加熱過程でフォーカス位置の探索を行うものとする。オートフォーカス処理が開始されると、マイコン３４は、まずステップＳ１で、フォーカス位置の探索を始める初期位置が最初のステップ位置とされ、ステップＳ３’では、マイコン３４は、予め記憶された加熱過程の変位―抵抗値特性から、そのステップ位置にレンズを移動するための目標抵抗値を決定し、比較部３３に設定する。
【００３８】
ステップＳ４では、設定された目標抵抗値と現在の抵抗値とから比較部３３が求めた駆動電流値で、駆動制御演算部２６は、駆動素子２７を介してＳＭＡ１５を駆動し、鏡筒４の移動に必要な応答時間を見込んだ一定の時間後に、ステップＳ５’で、マイコン３４は、抵抗値検出部３３によって、ＳＭＡ１５の抵抗値を取得する。ステップＳ６’では、マイコン３４は、そのステップ位置でのコントラストなどから、フォーカス評価を行い、ステップＳ５’でのＳＭＡ１５の抵抗値と共に保存する。ステップＳ７では、マイコン３４は、現在のステップ位置がフォーカス探索の終了位置かどうかを判断し、終了位置でなければ、次のステップ位置に変更するために前記ステップＳ３’に戻り、一方、マイコン３４は、前記フォーカス評価のデフォーカス量などから、ステップ位置を終了位置と判断すると、フォーカス位置探索としての加熱過程を終了し、ステップＳ８’で、保存されているフォーカス評価値の中で最も高い値のステップ位置を最適フォーカス位置（目標位置）とし、そのステップ位置での抵抗値を目標抵抗値に設定する。
【００３９】
前記ステップＳ８’から始まる各処理は、前記目標位置への移動動作に移る処理であり、マイコン３４は、先ずステップＳ９’からの放熱過程を始める。ステップＳ９’では、マイコン３４は、予め記憶された放熱過程の変位―抵抗値特性から、目標変位に相当する抵抗値よりも大きい抵抗値であり、前記目標位置から前記所定値Δだけ行き過ぎる位置になるように目標抵抗値を決定し、ステップＳ１０で、ステップＳ４と同様に、比較部３３が駆動電流値を作成してＳＭＡ１５を駆動する。ステップＳ１１’では、マイコン３４は、ステップＳ５’と同様に、ＳＭＡ１５の抵抗値を測定し、ステップＳ１２’で、ステップＳ９’で設定した行き過ぎ位置での目標抵抗値となっているか否かを判断し、到達していなければ前記ステップＳ９’に戻り、到達していれば放熱過程を終了し、ステップＳ１３’以降の再加熱過程に移る。
【００４０】
ステップＳ１３’では、ステップＳ３’と同様に、マイコン３４は、予め記憶された加熱過程の変位―抵抗値特性から、前記目標位置に対応した目標抵抗値を決定し、ステップＳ１４’で、ステップＳ４と同様に、ＳＭＡ１５を駆動する。ステップＳ１５’では、マイコン３４は、ステップＳ５’と同様に、ＳＭＡ１５の抵抗値を測定し、ステップＳ１６’で、ステップＳ１３’で設定した目標位置での抵抗値となっているか否かを判断し、到達していなければ前記ステップＳ１３’に戻り、到達していればその抵抗値を維持して再加熱過程を終了し、撮影動作に移る。
【００４１】
このように構成することで、ＳＭＡ１５の抵抗値から、短時間で正確な位置制御を実現することができる。
【００４２】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００４３】
一態様にかかる形状記憶合金アクチュエータの駆動装置は、通電による発熱で伸縮し、その伸縮に関するパラメータ−歪み特性にヒステリシスを有する形状記憶合金と、前記伸縮によって変位駆動される可動部とを備える形状記憶合金アクチュエータを駆動する形状記憶合金アクチュエータの駆動装置であって、前記形状記憶合金に前記通電を行う駆動回路と、前記形状記憶合金の前記伸縮に関するパラメータを測定する測定部と、前記可動部の目標変位位置を検知する目標変位位置検出部と、前記測定部および目標変位位置検出部からの出力に応答して、前記駆動回路による前記形状記憶合金への通電電流値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動回路に前記通電電流値の増減を一方方向に掃引させることで前記可動部を一方方向に変位させ、その間に前記目標変位位置検出部が前記目標変位位置を通過したことを検知すると、その時点での前記測定部での測定結果を目標パラメータとして読込み、前記駆動回路による通電電流値の増減を他方方向に変化させることで前記可動部を他方方向に移動させる際に、前記目標パラメータを、前記伸縮に関するパラメータ−歪み特性のヒステリシス量に相当する行き過ぎ量だけずれた値に設定し、その値となった時点から再度前記通電電流値の増減を一方方向に変化させることで前記可動部を一方方向に移動させて前記目標パラメータに対応した前記目標変位位置に再位置決めする。
【００４４】
この構成によれば、通電による発熱で伸縮する形状記憶合金に、前記伸縮によって変位駆動される可動部を備えて構成される形状記憶合金アクチュエータは、温度−歪み特性や抵抗値−歪み特性にヒステリシスを有する。このため、形状記憶合金アクチュエータの駆動装置は、前記形状記憶合金に前記通電を行う駆動回路と、前記形状記憶合金の前記温度や抵抗値などの前記伸縮に関するパラメータを測定する測定部と、前記可動部の目標変位位置を検知する目標変位位置検出部と、前記測定部および目標変位位置検出部からの出力に応答して、前記駆動回路による前記形状記憶合金への通電電流値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、通電電流値を予め定める範囲で一方方向に掃引させることでヒステリシスループの一方を使用して前記可動部を変位させ、その間に前記目標変位位置検出部が前記目標変位位置を通過したことを検知すると、その時点での前記測定部での測定結果を目標パラメータとして読込み、その目標パラメータとなるように前記駆動回路による通電電流値を他方方向に変化させることで前記ヒステリシスループの他方に移行させて前記可動部を前記目標変位位置に再位置決めする。この際に、前記ヒステリシスを考慮しない制御を行うと、前記ヒステリシスループの一方を使用する場合と他方を使用する場合とで実際の変位の位置にずれが生じる。そこで、正確に位置決めするために、従来の制御技術では、形状記憶合金の結晶相を一旦マルテンサイト相（低温相）まで戻してから、目標位置（前記温度や抵抗値）に移動させる方法が用いられている。しかしながら、このような従来技術では、前記マルテンサイト相まで結晶相を戻すには時間がかかってしまう。このため、前記一態様では、前記制御部は、形状記憶合金が有する伸縮に関するパラメータ（前記温度や抵抗値）−歪み特性のヒステリシス量を越える程度まで温度を変化させ、その後、目標位置（温度または抵抗値）に移動させる。
【００４５】
したがって、このような構成の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置は、より短い時間で正確な位置制御を実現することができる。
【００４６】
また、他の一態様では、上述の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置において、好ましくは、前記形状記憶合金の伸縮に関するパラメータは、温度であることである。
【００４７】
この構成によれば、温度によって形状記憶合金の伸縮を制御することができ、形状記憶合金アクチュエータの可動部の位置を制御することができる。
【００４８】
また、他の一態様では、上述の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置において、好ましくは、前記形状記憶合金の伸縮に関するパラメータは、抵抗値であることである。
【００４９】
この構成によれば、温度によって形状記憶合金の伸縮を制御することができ、形状記憶合金アクチュエータの可動部の位置を制御することができる。
【００５０】
また、他の一態様では、これら上述の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置において、好ましくは、前記形状記憶合金の組成が、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕの三元系で、Ｃｕを３原子％以上含むことである。
【００５１】
この構成によれば、Ｎｉ−Ｔｉ合金の温度ヒステリシスが２０℃程度に対し、前記Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金では１０℃程度であり、前記温度ヒステリシスを小さく抑えることができる。
【００５２】
そして、他の一態様にかかる撮像装置は、これら上述の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置のいずれか１つを用いるものである。
【００５３】
この構成によれば、撮像装置は、これら上述の形状記憶合金アクチュエータの駆動装置のいずれか１つをフォーカスレンズの駆動制御に用いることで、高速のオートフォーカスを実現することができる。
【００５４】
この出願は、２００８年１２月２４日に出願された日本国特許出願特願２００８−３２７１４６を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【００５５】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、形状記憶合金を利用した駆動装置および撮像装置を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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