(57)【要約】  サスペンションシステムによって支持構造体に支持されたカメラレンズの動きを駆動するカメラレンズ駆動装置。装置は、支持構造体に取り付けられた少なくとも１つの取付部材に接続されたＳＭＡワイヤを含むサブアセンブリを組み込む。ＳＭＡワイヤの少なくとも１対の長さ方向部分が、カメラレンズエレメントと支持構造体との間において光軸に対してそれぞれの鋭角で緊張状態に保持され、光軸に沿った成分を有する張力を付与する。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対は光軸に沿って見たときに互いに角度を有して保持されている。長さ方向部分対はバランスがとれた構成で複数あってもよく、その場合、発生する力は光軸に直交する方向には正味成分を有さず、光軸に直交する軸回りにも正味トルクを発生させない。制御回路は、ＳＭＡワイヤの抵抗測定値に応答してＳＭＡワイヤの加熱を制御する。【選択図】  図２
2009531729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントを前記カメラレンズエレメントの光軸に沿ってガイドして前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間で緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１対の長さ方向部分であって、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対は前記カメラレンズエレメントおよび前記支持構造体の一方と共通点で組み合わされており、前記光軸に対して半径方向に見たときに、そこから前記光軸に対して互いに反対の符号を有する鋭角で延びており、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対が前記光軸に沿って見たときに互いに１８０度未満の角度で延びている、少なくとも１対の長さ方向部分と、
を含む、カメラレンズ駆動装置。
【請求項２】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対が、前記光軸に沿って見たときに互いに実質的に９０度の角度で延びている、請求項１に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項３】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対が同一の長さを有する、請求項１または２に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対が単一のＳＭＡワイヤ片の一部である、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５】
前記カメラレンズエレメントおよび前記支持構造体の前記一方がカメラレンズエレメントである、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６】
前記ＳＭＡワイヤ片が前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの前記一方の保持部材に掛けられることにより前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの前記一方に組み合わされている、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項７】
前記光軸回りに対称に設けられた前記ＳＭＡワイヤの同一の複数対の長さ方向部分を含む、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項８】
前記ＳＭＡワイヤの前記少なくとも１対の長さ方向部分がサブアセンブリの一部分を構成し、前記サブアセンブリが前記ＳＭＡワイヤに接続された少なくとも１つの取付部材をさらに含み、前記サブアセンブリが、前記少なくとも１つの取付部材が前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方に取り付けられた状態で構成されている、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項９】
前記カメラレンズエレメントが最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１０】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢するように構成された、上記請求項のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１１】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、前記撓み部が撓んで前記付勢を提供する、請求項１０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１２】
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において前記光軸に対してそれぞれの鋭角で緊張状態に保持されて前記光軸に沿った成分を有する張力を付与する、ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分であって、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分は前記光軸回りの適切な位置および方向に保持されており、前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が前記光軸に沿った正味成分を有するが前記光軸に直交する正味成分は実質的に有することがなく、前記光軸に直交する軸回りに実質的に正味トルクを提供しないようになっている、複数の長さ方向部分と、
を含む、カメラレンズ駆動装置。
【請求項１３】
前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が、前記光軸回りにも実質的に正味トルクを提供しない、請求項１２に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１４】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が、前記光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で保持された、ＳＭＡワイヤの等しい長さ方向部分であり、前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが第１の符号の鋭角で傾斜し、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上記とは反対の第２の符号の鋭角で傾斜しており、前記各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項１３に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１５】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が各々、その中点と前記光軸との間の仮想線に直交して保持されている、請求項１４に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１６】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が、単一のＳＭＡワイヤ片の一部分である、請求項１２から１５のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１７】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分が、前記ＳＭＡワイヤをクリンピングするクリンプによって前記カメラレンズエレメントおよび前記支持構造体の少なくとも一方に接続されている、請求項１２から１６のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１８】
ＳＭＡワイヤの少なくとも２つの長さ方向部分が、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を緊張状態に保持する前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方の少なくとも１つの保持部材に掛けられた単一のＳＭＡワイヤ片によって形成されている、請求項１２から１７のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項１９】
前記カメラレンズエレメントが最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項１２から１８のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項２０】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢するように構成された、請求項１２から１９のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項２１】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、前記が撓んで前記付勢を提供する、請求項２０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項２２】
前記弾性撓み部が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項２１に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項２３】
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において前記光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で緊張状態に保持された、ＳＭＡワイヤの複数の等しい長さ方向部分であって、前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上方に傾斜し、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが下方に傾斜しており、前記各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りに回転対称に配置されている、複数の等しい長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動配置。
【請求項２４】
カメラレンズエレメントを支持構造体に対して相対移動させるカメラレンズ駆動装置を製造する方法であって、
少なくとも１つの取付部材に接続された少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を含むサブアセンブリを作って前記ＳＭＡワイヤを含む連続ループを形成する工程と、
前記サブアセンブリを作動構造体に組み込む工程であって、前記作動構造体は支持構造体と、サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントとを含み、前記サスペンションシステムは前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させ、前記組み込みが、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されて前記光軸に沿って張力を付与している状態で、前記少なくとも１つの取付部材を前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方に取り付けることによって行われる工程と、
を含む方法。
【請求項２５】
前記サブアセンブリを作る工程が、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を前記少なくとも１つの取付部材に緊張状態で設ける工程と、前記ＳＭＡワイヤを前記少なくとも１つの取付部材に接続する工程とを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を前記少なくとも１つの取付部材に緊張状態で設ける工程が、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を前記少なくとも１つの取付部材に緊張状態で巻き付ける工程を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記サブアセンブリが複数の取付部材を含む、請求項２４から２６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２８】
前記サブアセンブリが単一のワイヤ片を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記サブアセンブリを作る工程において、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記少なくとも１つの取付部材内に形成されたクリンプによってクリンピングされることにより、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記少なくとも１つの取付部材に接続される、請求項２４から２８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
前記サブアセンブリを前記作動構造体に組み込む工程において、前記ＳＭＡワイヤが前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方の少なくとも１つの保持部材に掛けられ、その結果前記少なくとも１つの保持部材が前記保持部材の各側から延びる前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を緊張状態に保持する、請求項２４から２９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの取付部材が、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片と電気的に接触する、請求項２４から３０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３２】
前記サブアセンブリが、金属から形成されて複数の別々の位置で前記ＳＭＡワイヤに接続されて前記ＳＭＡワイヤと電気的に接触する少なくとも１つの取付部材を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記カメラレンズエレメントが、最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項２４から３２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３４】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢するように構成された、請求項２４から３３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３５】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、前記撓み部が撓んで前記付勢を提供する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記弾性撓み部が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記サブアセンブリを前記作動構造体に組み込む工程において、前記連続ループが、前記少なくとも１つのワイヤ片の複数の長さ方向部分が前記光軸に対してそれぞれの鋭角で保持されて前記光軸に沿った成分を有する張力を付与している状態で、前記カメラレンズエレメントの周囲に延びるように設けられている、請求項２４から３６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３８】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りの適切な位置および方向に保持されており、前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が前記光軸に沿った正味成分を有するが前記光軸に直交する正味成分は実質的に有することがなく、前記光軸に直交する軸回りに実質的に正味トルクを提供しないようになっている、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が、前記光軸回りにも実質的に正味トルクを提供しない、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が、前記光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で保持された等しい長さ方向部分であり、前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上方に傾斜し、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが下方に傾斜しており、前記各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項３７から３９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項４１】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が各々、その中点と前記光軸との間の仮想線に直交して保持されている、請求項２４から４０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項４２】
カメラレンズエレメントを支持構造体に対して相対移動させるカメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
少なくとも１つの取付部材に接続されてＳＭＡワイヤを含む連続ループを形成する少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を含むサブアセンブリであって、前記少なくとも１つの取付部材が前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの一方に取り付けられ且つ前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されて前記光軸に沿って張力を付与している状態で構成されている、サブアセンブリと、
を含むカメラレンズ駆動装置。
【請求項４３】
前記サブアセンブリが複数の取付部材を含む、請求項４２に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４４】
前記サブアセンブリが単一のワイヤ片を含む、請求項４３に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４５】
前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が少なくとも１つの取付部材内に形成されたクリンプによってクリンピングされていることによって、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記少なくとも１つの取付部材に接続されている、請求４３から４４のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４６】
前記ＳＭＡワイヤが前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方の少なくとも１つの保持部材に掛けられ、前記少なくとも１つの保持部材が前記保持部材の各側から延びる前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を緊張状態に保持する、請求項４２から４５のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの取付部材が、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片と電気的に接触する、請求項４２から４６のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４８】
前記サブアセンブリが、金属から形成されて複数の別々の位置で前記ＳＭＡワイヤに接続された少なくとも１つの取付部材を含む、請求項４７に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項４９】
前記カメラレンズエレメントが、最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項４２から４８のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５０】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢するように構成された、請求項４２から４９のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５１】
前記サスペンションシステムが、前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、前記撓み部が撓んで前記付勢を提供する、請求項５０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５２】
前記弾性撓み部が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項５１に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５３】
前記連続ループが、前記少なくとも１つのワイヤ片の複数の長さ方向部分が前記光軸に対してそれぞれの鋭角で保持されて前記光軸に沿った成分を有する張力を付与している状態で、前記カメラレンズエレメントの周囲に延びて移動するように設けられている、請求項４２から５２のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５４】
前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りの適切な位置および方向に保持されており、前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が前記光軸に沿った正味成分を有するが前記光軸に直交する正味成分は実質的に有することがなく、前記光軸に直交する軸回りに実質的に正味トルクを提供しないようになっている、請求項５３に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５５】
前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が、前記光軸回りにも実質的に正味トルクを提供しない、請求項５４に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５６】
前記ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が、前記光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で保持された等しい長さ方向部分であり、前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上方に傾斜し、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが下方に傾斜しており、前記各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りに回転対称に配置されている、請求項４２から５５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５７】
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分であって、少なくとも前記光軸に沿った成分を有する張力を付与し、前記ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分が３５μｍ以下の直径を有する、少なくとも１つの長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動配置。
【請求項５８】
前記カメラレンズエレメントが最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項５７に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項５９】
支持構造体と、
複数の弾性撓み部によって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記弾性撓み部が各々光軸の周囲に延びて一端で前記カメラレンズエレメントに組み合わされ且つ他端で前記支持構造体に組み合わされており、前記撓み部の撓みが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分であって、少なくとも前記光軸に沿った成分を有する張力を付与し、前記撓み部の撓みが前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢する、少なくとも１つの長さ方向部分と、を含み、
前記支持構造体が前記光軸に対して半径方向の前記カメラレンズエレメントの移動を制限するように構成されており、前記光軸に沿って見たときに、前記撓み部が長さ方向に沿って湾曲し、交互に変化する曲率を有する少なくとも３つの領域を有する、カメラレンズ駆動装置。
【請求項６０】
前記撓み部が、交互に変化する曲率を有する３つの領域を有して湾曲している、請求項５９に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６１】
中央領域が外側領域よりも長い、請求項６０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６２】
中央領域が外側領域の少なくとも２倍の長さを有する、請求項６０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６３】
中央領域が外側領域よりも小さい曲率を有する、請求項６０から６２のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６４】
中央領域が最大でも外側領域の半分の曲率を有する、請求項６０から６２のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６５】
各領域の曲率に対する長さの割合が実質的に同一である、請求項６０から６４のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６６】
前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記撓み部が長さ方向に直線である、請求項５９から６５のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６７】
前記撓み部が、前記光軸回りに対称に配置されている、請求項５９から６６のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６８】
前記撓み部が互いに平行な複数群の撓み部を含む、請求項５９から６７のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項６９】
前記カメラレンズエレメントが、最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項５９から６８のいずれか一つに記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項７０】
カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させ、前記カメラレンズエレメントが光をイメージセンサにフォーカスする、カメラレンズエレメントと、
前記支持構造体と前記カメラレンズエレメントとの間に接続されて前記支持構造体に対して前記カメラレンズエレメントの前記相対移動を駆動するＳＭＡアクチュエータと、
前記ＳＭＡアクチュエータに接続されて前記ＳＭＡアクチュエータを駆動する駆動信号を発生することができるドライブ回路であって、前記支持構造体によって前記イメージセンサの後方に取り付けられたドライブ回路と、
を含むカメラレンズ駆動装置。
【請求項７１】
前記ドライブ回路がドライブ回路基板上に形成され、前記支持構造体が、前記イメージセンサの後方に突出する突出壁であって前記ドライブ回路基板が取り付けられている突出壁を有する、請求項７０に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項７２】
前記イメージセンサが画像回路基板上に形成され、前記支持構造体が、前記突出壁内部に形成された突起であって前記画像回路基板が取り付けられている突起を有する、請求項７１に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項７３】
前記カメラレンズエレメントが、最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含む、請求項７２に記載のカメラレンズ駆動装置。
【請求項７４】
加熱されるとカメラレンズエレメントを光軸に沿って移動させてイメージセンサ上での前記カメラレンズエレメントのフォーカスを変化させるように構成されたＳＭＡアクチュエータを含むカメラレンズ駆動装置を制御する方法であって、前記ＳＭＡアクチュエータに電流を流すことによって前記ＳＭＡアクチュエータの加熱が行われる方法であって、
前記ＳＭＡアクチュエータをマルテンサイトから加熱して、前記ＳＭＡアクチュエータが前記マルテンサイト相からオーステナイト相に変化する、前記ＳＭＡアクチュエータの作動温度領域に到達させる初期段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記作動温度領域に亘って加熱し、前記イメージセンサが出力した画像信号のフォーカスの質を監視し、前記フォーカスの質が許容可能なレベルであるときに前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値を保存する走査段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記マルテンサイト相まで冷却するフライバック段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを加熱するフォーカス段階であって、前記フォーカス段階において、前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値が引き出され、前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流がフィードバック制御手法によって変化し、前記フィードバック制御手法が前記ＳＭＡアクチュエータの測定抵抗値をフィードバック信号として用いて前記引き出された抵抗測定値を前記ＳＭＡアクチュエータの保存された抵抗測定値に到達させる、フォーカス段階と、
を含む方法。
【請求項７５】
前記フォーカス段階において、前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流がパルス幅変調され、前記電流が、前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記電流が、前記引き出された抵抗測定値と前記保存された抵抗測定値との差異に比例する量だけ前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記初期段階において、前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値が引き出され、前記抵抗測定値が低下することに応答して前記走査段階が始まる、請求項７４から７６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７８】
前記走査段階が始まったときの前記抵抗測定値のピーク値が保存され、前記フライバック段階において、前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値が引き出され、前記ＳＭＡアクチュエータの前記引き出された抵抗測定値が前記保存されたピーク値に到達するか前記ピーク値を超越するまで前記アクチュエータを冷却することにより前記アクチュエータが前記マルテンサイト相まで冷却される、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記走査段階において、前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値が引き出され、前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流がフィードバック制御手法によって変化し、前記フィードバック制御手法が前記ＳＭＡアクチュエータの前記測定抵抗値をフィードバック信号として用いて前記引き出された抵抗測定値を順に一連のテスト値に到達させる、請求項７４から７８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８０】
前記走査段階において、前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流がパルス幅変調され、前記電流が、前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記電流が、前記引き出された抵抗測定値と前記テスト値の各々との差異に比例する量だけ前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流が定電流電源から供給され、前記引き出された抵抗測定値がＳＭＡアクチュエータの電圧である、請求項７４から８１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８３】
加熱されるとカメラレンズエレメントを光軸に沿って移動させてイメージセンサ上での前記カメラレンズエレメントのフォーカスを変化させるように構成されたＳＭＡアクチュエータを含むカメラレンズ駆動装置用の制御システムであって、
前記ＳＭＡアクチュエータに電流を流して前記ＳＭＡアクチュエータを加熱するように駆動可能な電源と、
前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値を検出するように駆動可能な検出回路と、
前記電源を制御するように構成され、検出回路が検出した前記ＳＭＡアクチュエータの前記抵抗測定値に応答するコントローラであって、オートフォーカスサイクルを行うように駆動可能なコントローラと、
を含み、前記オートフォーカスサイクルが、
前記ＳＭＡアクチュエータをマルテンサイト相から加熱して、前記ＳＭＡアクチュエータが前記マルテンサイト相からオーステナイト相に変化する、前記ＳＭＡアクチュエータの作動温度領域に到達させるように前記電源を制御する初期段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記作動温度領域に亘って加熱し、前記イメージセンサが出力した画像信号のフォーカスの質を監視し、前記フォーカスの質が許容可能なレベルであるときに前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値を保存するように前記電源を制御する走査段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記マルテンサイト相まで冷却するように前記電源を制御するフライバック段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを加熱する制御を行うフォーカス段階であって、前記フォーカス段階において、前記コントローラが前記電源を制御して、前記検出回路がフィードバック信号として検出した前記ＳＭＡアクチュエータの前記測定抵抗値に応答してフィードバック制御手法で前記電流を変化させることにより、前記ＳＭＡアクチュエータの引き出された抵抗測定値を前記保存された抵抗測定値に到達させる、フォーカス段階と、
を含む制御システム。
【請求項８４】
前記フォーカス段階において、前記コントローラが前記電源を制御してパルス幅変調された電流が前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れるようにし、前記電流が、前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項８３に記載の制御システム。
【請求項８５】
前記電流が、前記引き出された抵抗測定値と前記保存された抵抗測定値との差異に比例する量だけ前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項８４に記載の制御システム。
【請求項８６】
前記初期段階において、前記コントローラが、前記検出回路が検出した前記ＳＭＡアクチュエータの前記抵抗測定値を監視し、前記抵抗測定値が低下することに応答して前記走査段階を開始する、請求項８３から８５のいずれか一つに記載のコントローラシステム。
【請求項８７】
前記コントローラが、前記走査段階が始まったときの前記抵抗測定値のピーク値を保存し、前記フライバック段階において、前記コントローラが前記検出回路が検出した前記ＳＭＡアクチュエータの前記抵抗測定値を監視し、前記ＳＭＡアクチュエータの前記引き出された抵抗測定値が前記保存されたピーク値に到達するか前記ピーク値を超越するまで前記アクチュエータを冷却することにより前記アクチュエータを前記作動温度領域の最下点まで冷却する、請求項８６に記載の制御システム。
【請求項８８】
前記走査段階において、前記コントローラが前記電源を制御して、前記検出回路がフィードバック信号として検出した前記ＳＭＡアクチュエータの前記抵抗測定値に応答してフィードバック制御手法で前記電流を変化させることにより、前記引き出された抵抗測定値を順に一連のテスト値に到達させる、請求項８３から８７のいずれか一つに記載の制御システム。
【請求項８９】
前記走査段階において、前記コントローラが前記電源を制御してパルス幅変調された電流が前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れるようにし、前記電流が、前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項８８に記載のコントローラシステム。
【請求項９０】
前記電流が、前記引き出された抵抗測定値と前記テスト値の各々との差異に比例する量だけ前記パルス幅変調された電流のデューティサイクルを変化させることによって変化する、請求項８９に記載の制御システム。
【請求項９１】
前記電源が定電流電源であり、前記検出回路が、前記ＳＭＡアクチュエータの電圧を検出するように駆動可能な電圧検出器である、請求項８３から９０のいずれか一つに記載のコントローラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話またはモバイルデジタルデータ処理および／または送信デバイスなどの携帯型電子機器に使用可能な小型カメラに用いられるタイプのカメラレンズエレメントを移動させるアクチュエータとして、ＳＭＡ（形状記憶合金）材料を用いたカメラレンズ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ＰＤＡ（ポータブルデジタルアシスタンツ）および携帯電話として知られることもある携帯情報端末の爆発的普及に伴って、イメージセンサを採用したコンパクトなデジタルカメラ装置を組み込んだデバイスが増えている。比較的小さい画像感知領域を有するイメージセンサを用いてこのようなデジタルカメラ装置が小型化されると、それに従って１枚以上のレンズを含む光学系の小型化も必要となる。
【０００３】
フォーカシングまたはズーミングを達成するためには、光軸に沿ってカメラレンズエレメント(lens element)を移動させるミニチュアカメラの閉鎖空間に、ある種の作動構造体(actuation arrangement)を含めることが必要である。カメラレンズエレメントが小さいため、作動構造体はこれに対応する小さい移動範囲に亘って精密な作動を行うことができなければならない。カメラ装置全体を小型化することが望まれる場合、同時に作動構造体自体がコンパクトであることが望ましい。実際にはこれらの点によって、適用可能な作動構造体のタイプが限定されている。広範囲に亘る他の小さなものの作動構造体にも同様の制約があてはまる。
【０００４】
現行のカメラのほとんどが周知の様々な電気コイルモータに依存している一方で、レンズ系用の小さなドライブユニットとして他の多くの作動構造体が提案されている。このような他の作動構造体は、一般に電子活性デバイスと呼ばれる、圧電、電歪または磁歪材料に基づくトランスデューサを含み得る。その一例は、ＷＯ−０１／４７０４１に開示されているような湾曲構造の螺旋コイル式圧電ベンダーテープを含むアクチュエータである。上記アクチュエータはＷＯ−０２／１０３４５１に開示されているようにカメラレンズ用のアクチュエータとして用いることができる。
【０００５】
アクチュエータとして形状記憶合金(shape memory alloy)（ＳＭＡ）材料を用いた別のタイプの作動構造体も提案されている。ＳＭＡ材料は、加熱されるとカメラレンズエレメントを移動させるように構成されている。ＳＭＡ材料がマルテンサイト相からオーステナイト相に変化する作動温度範囲(active temperature range)に亘ってＳＭＡ材料の温度を制御することにより作動を行うことができる。この変化の間にＳＭＡ材料の応力および歪みが変化する。ＳＭＡ材料は低温ではマルテンサイト相にあり、高温ではオーステナイト相に変化する。オーステナイト相では変形が起こりＳＭＡ材料が収縮する。ＳＭＡ材料の温度はＳＭＡ材料に選択的に電流を流して加熱することにより変化させることができ、それによって相変化が起こる。ＳＭＡ材料は、その結果起こる変形によって物体を移動させるように構成されている。ミニチュアカメラのカメラレンズエレメントなどの小さなもののためのアクチュエータとしてＳＭＡ材料を用いた場合、本来線形であるという利点があり、これにより単位質量ごとのパワーが大きい、商品として低価格である、比較的小さなコンポーネントであるなどの利点が提供される。
【０００６】
ＳＭＡ材料をアクチュエータとして用いることは理論的にはこれらの利点があるものの、実際にはＳＭＡ材料の性質によってもたらされる制限のために、特にミニチュアデバイスにおいてはＳＭＡアクチュエータの設計および製造が困難である。ＳＭＡ材料はワイヤとして入手するのが最も便利である。
【０００７】
カメラレンズエレメントの場合、カメラレンズエレメントを懸架して光軸に沿った移動をガイドするサスペンションシステム(suspension system)も考慮する必要がある。レンズエレメントの軸がカメラ軸に沿って移動する場合またはカメラと電話とが異なる位置に方向づけられている場合、レンズエレメントの軸が、基準のカメラ軸からごく僅かに外れることは避けられない。この逸脱は、軸の相対的な角度傾きおよび／または線形並行移動という形であり得る。このような逸脱により画質が劣化する可能性がある。そのためサスペンションシステムは所望の移動方向において剛性または抵抗力が小さく且つ他の全方向においては剛性が大きいことが理想的である。
【０００８】
適切なサスペンションシステムの例が以下の文献に記載されている。ＷＯ２００５／００３８３４には、最も簡単な構成では、４本のバーによるリンクまたは平行四辺形のサスペンションの形態を含むサスペンションシステムが記載されている。ＷＯ−０３／０４８８３１およびＷＯ２００６／０５９０９８には共に、収縮状態に保持された２つの弾力性部材を含むサスペンションシステムが記載されている。中央点を挟む両側の部分は互いに反対方向に湾曲しており、ほぼ正弦波のような形状となっている。ＷＯ−２００６／０６１６２３には、互いに垂直に配置され広いヒンジで取り付けられた連結部を少なくとも２つ含むサスペンションシステムが記載されている。同時係属中の英国特許出願第０６００９１１．２号には、主に方向の変化と伸張による移動に順応する少なくとも１つの弾性部材を含むサスペンションシステムが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＳＭＡワイヤをアクチュエータとして用いた場合、ＳＭＡワイヤをカメラレンズと支持構造体との間において緊張状態に保持することが有利である。この場合、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分(length)を光軸に対してそれぞれ異なる鋭角にする。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分は、光軸に沿った成分を有する張力を付与する。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分における摩擦力の変化はＳＭＡ材料自体の物理的特性によって制限されるため、ＳＭＡワイヤが移動方向に平行に設けられている場合は、例えばフォーカシングまたはズーミングを行うに十分なだけカメラレンズエレメントを移動させることは困難となる。しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を光軸に対して鋭角に設けることにより、ＳＭＡの長さの所与の変化に対する光軸沿いの移動度が増加する。理由は、ＳＭＡワイヤの長さが変化するとＳＭＡワイヤの方向が変わり、その結果光軸沿いの移動度が光軸に沿った実際のワイヤの長さ変化よりも大きくなるため、ＳＭＡワイヤが光軸に対して角度を有することにより有効に連動が生じるからである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点は、光軸に沿った移動度を最大にすることに関する。これは、駆動装置のサイズが限られているという実用面での制約内で達成しなければならない。十分な長さを有するワイヤを用いることにより概していずれの移動度も達成することができるが、これによると駆動装置のサイズが増大し小型化に対する要望と相容れない。
【００１１】
本発明の第１の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１対の長さ方向部分であって、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対は前記カメラレンズエレメントおよび前記支持構造体の一方と共通点で組み合わされており、前記光軸に対して半径方向に見たときに、そこから前記光軸に対して互いに反対の符号を有する鋭角で延びており、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分対が前記光軸に沿って見たときに互いに１８０度未満の角度で延びている、少なくとも１対の長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００１２】
これにより対をなすＳＭＡワイヤの２つの長さ方向部分を用いることにより作動が行われる。長さ方向部分はカメラレンズエレメントおよび支持構造体の一方に共通点で組み合わされており、光軸に対して半径方向に見たときに、共通点から光軸に対して互いに反対の符号を有する鋭角で延びている。ワイヤの鋭角は上記の伝達効果を提供し、これにより光軸に沿って延びる場合に比べて移動度が増加する。
【００１３】
２本のワイヤを用いることにより、１本の場合に比べて力が増大する。両ワイヤが共通点で組み合わされ互いに反対の符号を有する鋭角で延びているという、角度を有する構成により、光軸に直交する方向にワイヤが発生させる力のバランスがある程度とられる。鋭角に設けられたワイヤの場合、このような軸を外れた力は避けられず、レンズエレメントを横方向に変位または傾斜させる傾向がある。このような軸を外れた力はサスペンションシステムの設計によって抑えることができるが、そうするとサスペンションシステムの選択が限定され、摩擦力が大きくコンパクトではないサスペンションシステムが必要となりがちである。そのため、角度を有する構成がもたらすバランスは有利であり、サスペンションシステムの選択を広げ、例えば撓み部の使用を容易にする。
【００１４】
さらにワイヤは、光軸に沿ってみたときに互いに１８０度未満、好ましくは９０度の角度を有するように構成されている。そのためワイヤ対により形成されるＶ字形の平面は光軸に対して角度を有するか、あるいは傾斜していると考えることができる。これにより上記した装置全体のサイズが限られているという実用面での制約内で変位度をさらに増大することが可能となる。光軸に沿ってみたときにワイヤが角度を有していなければ、ワイヤは光軸から外方に突出している。そのためワイヤの長さ、従って光軸に対するワイヤの角度は、光軸に直交する方向の装置の面積を制限することが必要であるという実用面の要件によって限定される。しかし、光軸に沿って見たときに角度を有するようにワイヤを設けることにより、ワイヤの長さを長くし光軸に沿ってより大きな角度で配置することが可能となる。例えば角度が９０度であるという好ましいケースでは、各ワイヤは、光軸に直交する正方形の断面を有する装置の一辺に沿って延びることができる。これにより、正方形の断面はレンズエレメントの直径より僅かに大きいだけであるが、ワイヤの長さはカメラ装置の幅全体と同じであるコンパクトなカメラ装置が提供される。このようにしてワイヤの長さと光軸に対する角度とを増大することにより、アクチュエータによる移動度がこの増大に応じて増加する。
【００１５】
アクチュエータとしてＳＭＡワイヤを用いた場合、ＳＭＡワイヤは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分が光軸に対してそれぞれ鋭角にある状態で、カメラレンズエレメントと支持構造体との間において緊張状態に保持されることが有利である。理由は上で述べた通りである。
【００１６】
しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を光軸に対して鋭角に設けることは、ＳＭＡワイヤも軸を外れた力、すなわち光軸に直交する成分を有する力を供給するという不利を提供する。このような力はレンズエレメントを横方向に変位または傾斜させる傾向がある。このような軸を外れた力はサスペンションシステムの設計によって抑えることができる。しかし、そうするとサスペンションシステムの選択が限定され、摩擦力が大きくコンパクトではないサスペンションシステムが必要となりがちである。
【００１７】
例えば軸を外れた力に対して高い抵抗力を有する１つのタイプのサスペンションシステムは、可動ベアリング部材がロッドまたはトラックに接触しそれに沿って移動するベアリングである。この場合、ベアリング部材とロッドまたはトラックとの間の反応によって軸を外れた抵抗力が提供される。しかし、ベアリングは、摩擦力が比較的高く比較的大型のサスペンションシステムの一つの型である。カメラレンズエレメントの場合、特にミニチュアカメラ用のカメラレンズエレメントの場合、このようなベアリングは有利でない。
【００１８】
逆に、カメラレンズエレメントに有利なタイプのサスペンションシステムは、カメラレンズエレメントと支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含む。しかし、このような弾性撓み部は光軸に沿ったカメラレンズエレメントの移動をガイドするに十分な軸外れの抵抗力を提供するが、光軸に対して鋭角に設けられたＳＭＡワイヤが発生する大きさの軸外れの力に耐えるだけ十分大きな撓み部を用いることは便利ではない。
【００１９】
本発明の第２の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において前記光軸に対してそれぞれの鋭角で緊張状態に保持されて前記光軸に沿った成分を有する張力を付与する、ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分であって、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分は前記光軸回りの適切な位置および方向に保持されており、前記ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときに前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分によって前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間に発生する力が前記光軸に沿った正味成分を有するが前記光軸に直交する正味成分は実質的に有することがなく、前記光軸に直交する軸回りに実質的に正味トルクを提供しないようになっている、複数の長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００２０】
これによりＳＭＡワイヤの長さ方向部分は光軸回りの適切な位置および方向に保持されており、カメラレンズエレメントが軸を外れて実質的に移動または傾斜しない状態でバランスのとれた構成を提供している。これは比較的弱い軸外れの抵抗力を有するレンズサスペンションシステムの使用を可能にする。なぜなら、サスペンションシステムは軸に沿ったカメラレンズエレメントの移動をガイドするに十分な軸外れの抵抗力を提供すればよいだけだからである。これにより使用可能なレンズサスペンションシステムの選択が広がる。
【００２１】
例えば本発明の第２の観点は特に、物体と支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、撓み部が撓むことによりＳＭＡワイヤが付与する張力に抗する付勢を提供するレンズサスペンションシステムに有利である。このようなサスペンションシステムはコンパクトであり製造が簡単なため、カメラレンズエレメントを懸架するために有利である。さらにＳＭＡワイヤをアクチュエータとして用いたカメラレンズ駆動装置に適用された場合、撓み部が撓むことにより、物体が、光軸に沿ってＳＭＡワイヤによって付与された張力とは反対の方向に支持構造体に対して相対的に付勢される。
【００２２】
ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分間で等しい値の電流によって加熱されたときにＳＭＡワイヤの長さ方向部分によってカメラレンズエレメントと支持構造体との間に発生する力が、光軸回りに実質的に正味トルクを提供しないことが有利である。この場合、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分は光軸回りにカメラレンズエレメントを回転させる傾向はない。これが有利であるのは、ＳＭＡワイヤが提供するサスペンションシステムの性質に対する制約をさらに低減するからである。逆に光軸回りのある程度のトルクは許容可能である。なぜならサスペンションシステムがある程度の回転移動を吸収することが可能であるから、および／またはカメラレンズエレメント内のレンズが球状であるか又は非球面度が低い場合、このような回転移動は光学的に許容可能であり得るからである。
【００２３】
１つの有利な構成は、ＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が、光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で保持された、ＳＭＡワイヤの等しい長さ方向部分であることである。光軸に対して半径方向に見たときに、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上方に傾斜し、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが下方に傾斜しており、各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が光軸回りに回転対称に配置されている。
【００２４】
この構成では、等しい長さ方向部分と対称的な配置のために、ＳＭＡワイヤ内で発生する力が適度なバランスをとる状態で駆動装置を設計および製造することが容易である。従ってさらに本発明の第２の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において前記光軸に対してそれぞれ同一の大きさの鋭角で緊張状態に保持された、ＳＭＡワイヤの複数の等しい長さ方向部分であって、前記光軸に対して半径方向に見たときに、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが上方に傾斜し、前記ＳＭＡワイヤの長さ方向部分の半分を集めたセットが下方に傾斜しており、前記各セットのＳＭＡワイヤの長さ方向部分が前記光軸回りに回転対称に配置されている、複数の等しい長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００２５】
ＳＭＡ材料をアクチュエータとして用いる公知の利点があるにもかかわらず、実際にはＳＭＡ材料の性質によってもたらされる制限のために、特にミニチュアデバイスにおいてはＳＭＡアクチュエータの製造が困難である。ＳＭＡ材料はワイヤとして入手するのが最も便利である。ＳＭＡワイヤを用いてアクチュエータを製造する場合、ワイヤの長さおよび張力を必要なだけ正確に保ちながらワイヤを他のコンポーネントに取り付けることが困難である。これは、所望の駆動特性を提供するためにＳＭＡワイヤの複数の長さ方向部分が必要な場合に特に問題である。この場合、ワイヤの互いの長さおよび張力を制御することが困難である。
【００２６】
別の問題は、ＳＭＡ材料にダメージを与えたりその構造的完全性を低下させたりすることなくＳＭＡワイヤに所望の機械的および電気的接続を行う際に、実用上の問題があることである。
【００２７】
概して製造中におけるこれらの実用上の困難性は非常に重要であり、ＳＭＡ材料自体の固有の特性により公知の利点があるにもかかわらず、大量生産されるデバイスのアクチュエータとしてＳＭＡ材料を用いることを制限してきた。
【００２８】
本発明の第３の観点によると、カメラレンズエレメントを支持構造体に対して相対移動させるカメラレンズ駆動装置を製造する方法であって、
少なくとも１つの取付部材に組み合わされた少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を含むサブアセンブリを作って前記ＳＭＡワイヤを含む連続ループを形成する工程と、
前記サブアセンブリを作動構造体に組み込む工程であって、前記作動構造体は支持構造体と、サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントとを含み、前記サスペンションシステムは前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させ、前記組み込みが、前記少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片が前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されて前記光軸に沿って張力を付与している状態で、前記少なくとも１つの取付部材を前記支持構造体および前記カメラレンズエレメントの少なくとも一方に取り付けることによって行われる工程と、
を含む方法が提供される。
【００２９】
さらに本発明の第３の観点によると、この方法によって製造されるカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００３０】
本発明の第３の観点は、ＳＭＡワイヤをアクチュエータとして採用してカメラレンズ駆動装置を製造することを容易にする。なぜなら、ＳＭＡワイヤが連続ループに含まれた状態でサブアセンブリが別の専用プロセスで製造されるからである。これによりＳＭＡワイヤの長さ方向部分の制御が簡単になる。ＳＭＡワイヤを組み込むサブアセンブリを独立して製造およびテストすることが可能になる。さらにＳＭＡワイヤがサブアセンブリの連続ループに含まれるため、ＳＭＡワイヤを適切な張力でカメラレンズ駆動装置内に配置することが容易であり、特にＳＭＡワイヤの異なる長さ方向部分に生じる相対的な張力のバランスが適切になる。
【００３１】
本発明の第３の観点の別の利点は、まずカメラレンズ駆動装置の他の部分とは別にＳＭＡワイヤを取付部材に取り付け、その後取付部材をカメラレンズ駆動装置内の支持構造体および／またはカメラレンズエレメントに取り付けることにより、ＳＭＡワイヤを物理的に接続することが容易となる。
【００３２】
実際これらの利点は、ＳＭＡワイヤが連続ループに含まれない状態でサブアセンブリを構成する場合でも達成し得る。従って本発明の第３の観点はさらに、サブアセンブリがＳＭＡワイヤを含む連続ループを形成しないカメラレンズ駆動装置を製造する方法およびそれにより得られるカメラレンズ駆動装置を提供し得る。
【００３３】
サブアセンブリを製造する際に、少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片を少なくとも１つの取付部材に緊張状態に設けて、ＳＭＡワイヤを上記少なくとも１つの取付部材に接続することにより、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分を制御してもよい。例えば１つの手法は、上記少なくとも１つの組立部材に上記少なくとも１つのＳＭＡワイヤを緊張状態で巻き付けることである。このような巻き付けプロセスでは、従来のワイヤ巻き付け手法を用いて、付与された張力下でＳＭＡワイヤの長さ方向部分を正確に制御することが可能である。
【００３４】
サブアセンブリは、ループ状に構成された単一のワイヤ片が各端部に接続された単一の取付部材のみを含んでもよい。しかし、より典型的には、サブアセンブリは、複数の取付部材を含んで、サブアセンブリが支持構造体および／またはカメラレンズエレメントに取り付けられる箇所の数を増やす。この場合サブアセンブリは、取付部材の周囲にループ状に延びる単一のワイヤを含み、ワイヤの端部が重なるようになっていてもよい。このようなサブアセンブリは製造を容易にするために便利である。
【００３５】
他方サブアセンブリは、取付部材間に接続された複数の別々のワイヤ片からなることもできる。この場合、ワイヤ自体ではなく取付部材によって連続ループの一部分が形成されてもよい。
【００３６】
ＳＭＡワイヤをクリンピング(crimping)することによって、取付部材をＳＭＡワイヤに接続するのが有利である。クリンプ(crimp)の使用が有利であるのは、ＳＭＡワイヤを接続するために便利で有効な方法だからである。クリンプはさらに、必要であればＳＭＡワイヤに対する電気的接続を容易にするという利点を有する。なぜなら、取付部材内に形成されたクリンプがＳＭＡワイヤに自然に発生する酸化物コーティングを突破するからである。
【００３７】
サブアセンブリをカメラレンズ駆動装置に組み込む工程において、ＳＭＡワイヤが支持構造体およびカメラレンズエレメントの少なくとも一方の少なくとも１つの保持部材に掛けられ、その結果上記少なくとも１つの保持部材が保持部材の各側から延びるＳＭＡワイヤの長さ方向部分を緊張状態に保持することが有利である。これは保持部材の各側から延びるＳＭＡワイヤの長さ方向部分の長さおよび張力の調整を補助するという利点を提供する。なぜならワイヤは、保持部材に掛けられると、バランスのとれた構成を実現するためにスリップする傾向があるからである。上記構成により、ＳＭＡワイヤの長さおよび張力が所望の設計上の制約を満たす状態でＳＭＡ構造体を製造することが容易になる。
【００３８】
カメラレンズ駆動装置は、カメラレンズエレメントを、上記移動軸に沿って少なくとも１つのＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に支持構造体に対して相対的に付勢するように構成されたサスペンションシステムを含んでもよい。この場合、サスペンションシステムはレンズを懸架する機能のみならず、作動機能の一部としてＳＭＡワイヤに抗する付勢を提供するという機能も果たすことができる。これによりカメラレンズ駆動装置のコンパクト性がより高まる。
【００３９】
１つの特に有利な形態では、サスペンションシステムは、カメラレンズエレメントと支持構造体との間に組み合わされた複数の弾性撓み部を含み、撓み部は撓むことにより上記付勢を提供する。このタイプのサスペンションシステムは、元々コンパクトであり且つ製造が単純で安価であるという利点を有する。
【００４０】
ＳＭＡワイヤを含む連続ループを形成するサブアセンブリの使用は、本発明の上記した第２の観点によるカメラレンズ駆動装置の製造を容易にするという利点も提供する。
【００４１】
ＳＭＡアクチュエータを用いることの１つの問題点は、ＳＭＡ材料を冷却する速度によて、対応する方向の移動速度が制限されることである。典型的には冷却は単にＳＭＡ材料から周辺に熱が自然に伝導することにより起こる。カメラレンズエレメントの場合、このことが、ＳＭＡ材料の冷却に対応する方向で駆動装置の応答速度が制限されるという特別な問題を引き起こす。これは駆動装置の性能に影響を与える。例えば駆動装置が、必然的にＳＭＡ材料の加熱と冷却とを含むオートフォーカスアルゴリズムによって制御される場合、これは応答速度を低下させる。この問題を克服することが望まれる。
【００４２】
１つの解決策は、能動的にＳＭＡ材料を冷却する何らかの手段を実装することである。しかし、実際にはこれは達成困難である。
【００４３】
本発明の第４の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分であって、少なくとも前記光軸に沿った成分を有する張力を付与し、前記ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分が３５μｍ以下の直径を有する、少なくとも１つの長さ方向部分と、
を含むカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００４４】
本発明の第４の観点は、細いワイヤを用いることによってＳＭＡワイヤの冷却速度を低下することができるという原理に基づいている。特に最大３５μｍの直径を有するＳＭＡワイヤを用いることにより、許容可能なオートフォーカスアルゴリズムの実装を可能にするに十分迅速な応答時間を有する駆動装置が提供されると認識されている。
【００４５】
本発明の第５の観点は、複数の弾性撓み部によって支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、弾性撓み部が各々光軸の周囲に延びて、カメラレンズエレメントをガイドしてカメラレンズエレメントの光軸に沿って移動させる、カメラレンズエレメントを含むカメラレンズ駆動装置に関する。このようなサスペンションシステムは、カメラレンズエレメントと支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分によって移動が行われるミニチュアカメラの場合に特に利点を提供する。この場合、撓み部は２つの目的、すなわちレンズエレメントを支持するという目的と、レンズエレメントを、光軸に沿ってＳＭＡワイヤ片によって付与された張力とは反対の方向に支持構造体に対して相対的に付勢するという目的とを有する。撓み部の使用はさらに、コンパクトであるという利点と、圧迫はしないが光軸に沿って小さい剛性かつ光軸に直交する方向には大きい剛性でスムーズな移動を提供するという所望の機械的特性を提供するという利点とを有するサスペンションシステムを提供する。
【００４６】
このようなミニチュアカメラの場合、カメラの性能が結果として劣化するなどのダメージがない状態で装置が機械的衝撃に耐えることが必要である。カメラは製造中に落下テストを受け、さらに使用中に誤って落下するかもしれない。このような機械的衝撃は、カメラが安定して保持されている場合よりもはるかに大きな力をカメラに与える。サスペンションシステムが撓み部によって形成されている場合、撓み部は外部からの衝撃によって起こされるカメラレンズエレメントの変位を吸収することが必要であり、しかもこの変位が例えば撓み部の材料の降伏ひずみを超えるなどにより撓み部に永久的ダメージを引き起こすことなく、吸収しなければならない。
【００４７】
光軸に沿った移動に関して、機械的衝撃によって起こるような光軸に沿った大きな移動を吸収することができる撓み部を設計することは概して簡単である。なぜなら撓み部はこの方向での大きな移動を可能にするように設計されているからである。しかし、光軸に沿った移動をガイドするという第１の目的を達成するために、撓み部は光軸に直交する移動に関して大きな剛性を有するように設計される。これによりこの方向の機械的衝撃に対して永久的ダメージなしに耐えることができる撓み部を設計することがより困難となる。本発明の第５の観点は、この要件を満たす手段に関する。
【００４８】
本発明の第５の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
複数の弾性撓み部によって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記弾性撓み部が各々光軸の周囲に延びて一端で前記カメラレンズエレメントに組み合わされ且つ他端で前記支持構造体に組み合わされており、前記撓み部の撓みが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させる、カメラレンズエレメントと、
前記カメラレンズエレメントと前記支持構造体との間において緊張状態に保持されたＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分であって、少なくとも前記光軸に沿った成分を有する張力を付与し、前記撓み部の撓みが前記カメラレンズエレメントを、前記光軸に沿って前記ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの長さ方向部分によって付与された張力とは反対の方向に前記支持構造体に対して相対的に付勢する、少なくとも１つの長さ方向部分と、
を含み、
前記支持構造体が前記光軸に対して半径方向の前記カメラレンズエレメントの移動を制限するように構成されており、前記光軸に沿って見たときに、前記撓み部が長さ方向に沿って湾曲し、交互に変化する曲率を有する少なくとも３つの領域を有する、
カメラレンズ駆動装置が提供される。
【００４９】
支持構造体は光軸に対する半径方向のカメラレンズエレメントの移動を制限する。小さいクリアランスまたはストップを用いたこのような物理的制約は一般に、コンポーネントの変位をシステムがダメージを受けないレベルまでに制限するために他の機械的システムで用いられる。しかし、ミニチュアカメラの場合、撓み部の性質は、非常に小さいクリアランス（例えば５０μｍ以下のオーダー）でパーツを位置決めすることを必要とする。しかし、実際には、このことは小さい製造誤差および組立誤差を示唆し、実際そのためにパーツの価格が上がり製造歩留まりが下がるという結果に陥り易い。
【００５０】
この問題は、撓み部の設計、特に撓み部が光軸に沿って見たときに長さ方向およびに湾曲し、交互に変化する少なくとも３つの領域を有することにより低減される。この設計により、撓み部が光軸に対して半径方向に増加する変位を永久的ダメージなく吸収することが可能になる。なぜなら、曲率が撓み部の最大バルク変形を制限する一方で、ある程度の機械的変形による変位を吸収するからである。
【００５１】
本発明の第６の観点は、ＳＭＡアクチュエータを用いてカメラレンズエレメントを移動させるカメラレンズ駆動装置のコンパクト性に関する。
【００５２】
本発明の第６の観点によると、カメラレンズ駆動装置であって、
支持構造体と、
サスペンションシステムによって前記支持構造体に支持されたカメラレンズエレメントであって、前記サスペンションシステムが前記カメラレンズエレメントをガイドして前記カメラレンズエレメントの光軸に沿って前記支持構造体に対して相対移動させ、前記カメラレンズエレメントが光をイメージセンサにフォーカスする、カメラレンズエレメントと、
前記支持構造体と前記カメラレンズエレメントとの間に接続されて前記支持構造体に対して前記カメラレンズエレメントの前記相対移動を駆動するＳＭＡアクチュエータと、
前記ＳＭＡアクチュエータに接続されて前記ＳＭＡアクチュエータを駆動する駆動信号を発生することができるドライブ回路であって、前記支持構造体によって前記イメージセンサの後方に取り付けられたドライブ回路と、
を含むカメラレンズ駆動装置が提供される。
【００５３】
ＳＭＡアクチュエータを用いる場合、ＳＭＡアクチュエータを駆動する駆動信号を発生させることができるドライブ回路を提供することが必要である。このようなドライブ回路は、装置の他の部分のサイズに比べて小さくないサイズを有する。そのためドライブ回路は装置全体のサイズを増大させる。しかし、ドライブ回路をイメージセンサの後方に設けることにより、光軸に沿って見たときのカメラ装置の面積を最小にすることが可能である。多くの適用においてこれが有利であると認識されているのは、デバイス内に様々なコンポーネントをパッケージする際に装置の面積が光軸に沿った装置の奥行きよりも重要だからである。従ってこの設計はデバイスをパッケージする能力を効果的に向上させる。
【００５４】
本発明の第７の観点は、光軸に沿ってカメラレンズエレメントを移動させてイメージセンサ上でのフォーカスを変化させるように構成されたＳＭＡアクチュエータを採用したカメラレンズ駆動装置の制御に関する。特に本発明の第７の観点は、制御を自動的に提供することができるオートフォーカスアルゴリズムに関する。
【００５５】
ＳＭＡ以外の技術、例えば電気モータおよび圧電アクチュエータを採用したカメラレンズ駆動装置の場合、オートフォーカスを提供する技術は公知である。概して、必要なフォーカスの度合いが決定され、それに従ってアクチュエータが制御される。
【００５６】
必要なフォーカスの度合いを決定する１つの技術は、物理的レンジファインダ、例えば飛行時間の計算を用い得る超音波レンジファインダ、または反射輝度の平方根として距離を引き出し得る赤外線レンジファインダからの情報を用いることである。しかし、概して、レンジファインダからの情報に基づくオートフォーカスは正確さに限界がある。
【００５７】
必要なフォーカスの度合いを決定する別の方法は、イメージセンサが出力する画像信号を用いて、形成された画像のフォーカスの質の測定値を決定し、決定されたフォーカスの質の測定値に基づいて、例えば測定値を最大にするアルゴリズムに従ってカメラレンズ駆動装置を制御することである。
【００５８】
本発明の第７の観点は、光軸に沿ってカメラレンズエレメントを移動させるために、イメージセンサが出力する画像信号に基づいてフォーカスの質を決定し、それに基づいてフォーカスを制御するオートフォーカス手法に関する。フォーカスの制御は、ＳＭＡ材料内に電流を流し、それによりＳＭＡ材料を加熱することによって行われる。
【００５９】
カメラレンズエレメントを移動させるためにＳＭＡ材料を用いる場合、正確で反復可能な制御を提供するという大きな問題がある。この問題は、付与した電流とカメラレンズエレメントの実際の位置との間のヒステリシスにより起こる。ＳＭＡ材料の長さの変化は温度に依存するが、それにもかかわらず制御の実行に問題がある。第１の問題は、ＳＭＡ材料内を流れる付与電流だけでなく、周囲の条件に依存して様々な速度で起こるＳＭＡ材料の冷却にも依存する温度を正確に決定することが難しいということである。そのため付与電流がわかっていても温度を正確に決定することはできない。第２の問題は、温度が正確にわかっていると仮定しても、ＳＭＡ材料の長さの変化および温度にヒステリシスがある。特に材料が加熱中にマルテンサイト相からオーステナイト相に変化する作動温度範囲は、ＳＭＡ材料が冷却中にオーステナイト相からマルテンサイト相に変化する温度範囲よりも高い。このヒステリシスの結果、ＳＭＡ材料を加熱冷却するサイクルの後では、現在の状況を知ること、従ってＳＭＡ材料自体の長さを知ることが困難となる。
【００６０】
ＳＭＡ材料のこのような問題は概して知られているが、これらの問題はＳＭＡ材料がカメラレンズエレメント、特に、例えばカメラレンズエレメントのレンズが最大１０ｍｍの直径を有するミニチュアカメラを移動させるために用いられる場合に特に深刻である。この場合、位置制御における分解度は非常に細かい。なぜならカメラレンズエレメントの全移動範囲が小さく、しかも適切なフォーカスを提供するためにレンズエレメントは高度な正確さで制御されなければならないからである。
【００６１】
本発明の第７の観点は、これらの問題を鑑みて、カメラレンズエレメントを移動させるＳＭＡアクチュエータ構造体のオートフォーカス制御を正確に行うことに関する。
【００６２】
本発明の第７の観点によると、加熱されるとカメラレンズエレメントを光軸に沿って移動させてイメージセンサ上での前記カメラレンズエレメントのフォーカスを変化させるように構成されたＳＭＡアクチュエータを含むカメラレンズ駆動装置を制御する方法であって、前記ＳＭＡアクチュエータに電流を流すことによって前記ＳＭＡアクチュエータの加熱が行われる方法であって、
前記ＳＭＡアクチュエータをマルテンサイトから加熱して、前記ＳＭＡアクチュエータが前記マルテンサイト相からオーステナイト相に変化する、前記ＳＭＡアクチュエータの作動温度領域に到達させる初期段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記作動温度領域に亘って加熱し、前記イメージセンサが出力した画像信号のフォーカスの質を監視し、前記フォーカスの質が許容可能なレベルであるときに前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値を保存する走査段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを前記マルテンサイト相まで冷却するフライバック段階と、
前記ＳＭＡアクチュエータを加熱するフォーカス段階であって、前記フォーカス段階において、前記ＳＭＡアクチュエータの抵抗測定値が引き出され、前記ＳＭＡアクチュエータ内を流れる前記電流がフィードバック制御手法によって変化し、前記フィードバック制御手法が前記ＳＭＡアクチュエータの測定抵抗値をフィードバック信号として用いて前記引き出された抵抗測定値を前記ＳＭＡアクチュエータの保存された抵抗測定値に到達させる、フォーカス段階と、
を含む方法が提供される。
【００６３】
さらに本発明の第７の観点によると、同様のオートフォーカスサイクルを実装した駆動装置用の制御システムが提供される。
【００６４】
本発明の第７の観点は、上記の問題を低減することによりカメラレンズエレメントのフォーカスが自動的に制御されることを可能にするオートフォーカス手法を提供する。これは以下の理由による。
【００６５】
まず本発明の第７の観点は、ＳＭＡ材料の長さの測定値、従ってカメラレンズエレメントの位置の測定値としてＳＭＡ材料の抵抗測定値を利用する。特にフォーカス段階では、フィードバック制御手法が、フィードバック信号としてＳＭＡ材料の抵抗測定値を用いて、抵抗測定値を、フォーカスの質が許容可能であると決定された保存値に到達させる。
【００６６】
抵抗値の使用は、ＳＭＡ材料を加熱する電流を供給するために必要な制御回路を補足する追加の電子コンポーネントを提供することにより、実装が簡単であるという大きな利点を有する。
【００６７】
しかし、ＳＭＡ材料の抵抗値はそれ自体が正確な位置測定値を提供するものではないと認識されている。なぜなら抵抗測定値と実際の位置との間にはヒステリシスがあるからである。このヒステリシスの問題は、フライバック手法を用いることによって克服されている。特にフォーカスの質が許容可能なレベルであるときのＳＭＡ材料の所望抵抗測定値は予備走査段階で決定される。ＳＭＡ材料が冷却されてマルテンサイト相に戻るフライバック段階が終了して初めて、ＳＭＡ材料はこの保存値に戻る。従って走査段階とフォーカス段階との両方において、ＳＭＡ材料はマルテンサイト相から加熱される。その結果、ＳＭＡ材料の抵抗値は、走査段階とフォーカス段階において同じ反復形態でＳＭＡ材料の長さに応じて変化する。そのため、フライバック手法により、走査段階の間、許容可能なフォーカスの質を提供することを決める同様の位置に、カメラレンズエレメントを戻すことができる。
【００６８】
フォーカス段階でフィードバック制御手法を用いることは、概して変わりやすいＳＭＡ材料の冷却を考慮して制御することを可能とするという利点を提供する。
【００６９】
本発明の全ての観点は、特に、最大１０ｍｍの直径を有するレンズを１つ以上含むミニチュアカメラレンズエレメントへの適用を有する。本発明の様々な観点およびその特徴は、いずれの組合せでも用いることができ、際立った利点を提供する。
【００７０】
以下、より良い理解のため、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら実施例によって説明する。実施例は本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
第１のカメラ１を図１に模式的に示す。カメラ１は支持構造体２を含み、支持構造体２は、イメージセンサ４が取り付けられた基部３を有する。イメージセンサ４はＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）デバイスであり得る。支持構造体２は、イメージセンサ４が取り付けられた基部３の前面から突出した環状壁５をさらに含む。支持構造体２はプラスチック製であり得る。
【００７２】
カメラ１はさらにレンズエレメント６を含み、レンズエレメント６は１以上のレンズ８からなるレンズシステム７を保持する。レンズシステム７は例えば図１では２枚のレンズ８からなるように示しているが、概してレンズ８は、所望の光学性能バランスと低価格とを提供するために必要に応じて１枚であってもよいし複数枚であってもよい。カメラ１は、典型的には最大１０ｍｍの直径を有するレンズシステム７のレンズ８を有するミニチュアカメラである。カメラ１の設計はこれより大きいカメラにも適用可能であるが、このようなミニチュアカメラに特に適している。
【００７３】
レンズエレメント６は、レンズシステム７の光軸Ｏがイメージセンサ４に直交するように配置されている。これによりレンズシステム７は光をイメージセンサ４にフォーカスする。
【００７４】
レンズエレメント６は、サスペンションシステム９によって支持構造体２に懸架されている。サスペンションシステム９は２つのサスペンションエレメント(suspension element)１０からなり、２つのサスペンションエレメント１０は支持構造体２の環状壁５とレンズエレメント６との間で接続されている。サスペンションシステム９は、光軸Ｏに沿ったレンズエレメント６の移動をガイドする。レンズエレメント６のこのような移動によって、イメージセンサ４上に形成された画像のフォーカスが変化する。
【００７５】
以下、図２を参照してカメラ１の詳細な構成を説明する。図２は、詳細な斜視図であり、支持構造体２の基部３が省略されている。カメラ１は対称的な構造を有しており、図２とは反対の側から見ても同じに見える。
【００７６】
レンズエレメント６は２部構造を有しており、レンズキャリア２０とレンズホルダ２１とを含む。レンズホルダ２１はレンズキャリア２０の内側に取り付けられており、レンズキャリア２０の内側に形成された内ねじ切り２２上に設けられている。レンズホルダ２１は典型的には６．５ｍｍの直径を有する。レンズキャリア２０の下縁には金属リング１４が固定されている。これは以下に詳細に述べる。レンズキャリア２０はレンズエレメント６を懸架するサスペンションシステム９に接続されている。レンズホルダ２１はレンズシステム７の１以上のレンズ８を搭載している。レンズキャリア２０とレンズホルダ２１とは共に成形プラスチック製であり得る。
【００７７】
このような２部構造のレンズエレメント６は製造上の利点を有する。カメラ１は、レンズホルダ２１を所定位置に配置することなくレンズキャリア２０をまず取り付け、その後レンズキャリア２０に対する様々な接続をすべて行った後に初めてレンズホルダ２１を取り付けることにより組み立てることができる。ねじ切り２２を用いることにより、光軸Ｏに沿ったレンズシステム７の位置をキャリア６に対して調整することが可能となり、従ってイメージセンサ４に対して調整することが可能となる。このような調整は、製造誤差から生じるレンズシステム７のレンズ８の焦点距離および相対位置のばらつきを吸収する目的で組立作業中に行われる。これより後、レンズシステム７はレンズキャリア２０に対して同一位置に固定される。
【００７８】
以下、レンズエレメント６用サスペンションシステム９を詳細に説明する。サスペンションシステム９は２つのサスペンションエレメント１０を含む。２つのサスペンションエレメント１０は各々、鋼またはベリリウム銅などの材料を適切な形状に切断した１枚のシートから形成されている。１つの可能性として、高い降伏応力を提供するという利点を有する硬圧グレード３０２オーステナイト鋼がある。サスペンションエレメント１０はキャリア２０の互いに反対側の端部に取り付けられている。図２ではサスペンションエレメント１０の一方のみがはっきりと見えるが、サスペンションエレメント１０は以下のように、共に同一の構成を有する。
【００７９】
各サスペンションエレメント１０は、レンズキャリア２０に接続された内リング１１を含む。特に内リング１１はそれぞれレンズキャリア２０の端面に接続され、レンズホルダ２１の外周を取り囲むように延びている。
【００８０】
各サスペンションエレメント１０は、支持構造体２に接続された外リング１２をさらに含む。特に外リング１２は支持構造体２の環状壁５の端面に沿うように延びて、この端面に接続している。
【００８１】
最後に各サスペンションエレメント１０は、４つの撓み部１３を含む。各撓み部１３は内リング１１と外リング１２との間に延びている。これにより撓み部１３はレンズエレメント６および支持構造体２の互いに反対側の端部に組み合わされている。光軸Ｏに沿って見た場合、撓み部１３は光軸Ｏに対する半径方向に対して傾いている。このように撓み部１３は光軸Ｏ回りに延びている。撓み部１３はレンズキャリア２０を取り囲むように、互いに異なる半径方向位置に設けられており、光軸Ｏに対して回転対称をなしている。さらに撓み部１３の光軸Ｏに沿った厚み（すなわちサスペンションエレメント１０を形成している材料シートの厚み）は、光軸Ｏに直交する方向の幅よりも小さい。光軸Ｏに沿って見た場合、撓み部１３はさらに長さ方向に沿って湾曲している。この点は後により詳細に述べる。
【００８２】
２つのサスペンションエレメント１０は、撓み部１３がレンズエレメント６と支持構造体２との間に組み合わされていることにより、支持構造体２上にレンズエレメント６を懸架している。撓み部１３はその構造のために、撓む又は折れ曲がることにより光軸Ｏに沿ったレンズエレメント６の移動を吸収する。レンズエレメント６が光軸Ｏに沿って移動すると、内リング１１が光軸Ｏに沿って外軸リング１２に対して相対移動し、その結果、撓み部１３が折れ曲がる。
【００８３】
撓み部１３の光軸Ｏに平行な厚みが幅よりも小さいため、撓み部１３は幅方向よりも厚み方向により折れ曲がり易い。従って撓み部１３により、レンズエレメント６の移動に対するサスペンションシステム９の剛性は、レンズエレメント６が光軸Ｏに沿って支持構造体２に対して相対移動する場合の方が光軸Ｏに直交する方向に相対移動する場合よりも小さくなる。
【００８４】
さらに２つのサスペンションエレメント１０は光軸Ｏに沿って間隔があいており、そのために光軸Ｏに直交する方向へのレンズエレメント６の移動に対する抵抗により、レンズエレメント６の傾きに対する抵抗も生じる。
【００８５】
レンズエレメント６の軸を外れた移動および傾きに対するこのような抵抗は望ましい。なぜなら、このような軸を外れた移動および傾きはイメージセンサ４上に画像をフォーカスする際のレンズシステム７の光学性能を劣化させる可能性があるからである。
【００８６】
支持構造体２と、レンズキャリア２０（金属リング１４を含む）と、サスペンションエレメント１０と、２つの補剛材(stiffener element)１５とは１つのアセンブリとして製造される。以下、図３を参照してこれを説明する。これらのコンポーネントを図３に示すような積層状態に配置する。支持構造体２およびレンズキャリア２０上に形成された位置ピン１６を、サスペンションエレメント１０内に形成された孔１７内に位置づける。積層体全体は治具内で圧縮するが、積層体の上部および下部の両方において、各位置ピン１６の端部に接着剤を塗る。好ましい接着剤は紫外線硬化性でもあるシアノアクリレートである。接着剤は毛細作用により位置ピン１６の表面全体に浸透し、複数の層を支持構造体２およびレンズキャリア２０に接着する。接着剤が一旦硬化すると、サブアセンブリを治具から取り外すことができる。接着剤に代えて、ジョイントを形成して位置ピン１６に熱杭を打ち込み、機械的にパーツを保持するプラスチック製ヘッドを形成することも可能である。
【００８７】
各補剛材１５は２つのリング１８を含み、リング１８はそれぞれサスペンションエレメントの内リング１１および外リング１２と同じ輪郭を有してこれらを補剛する。２つのリング１８はスプルー(sprue)１９によって加えられ、スプルー１９はサブアセンブリが完成した後に初めて取り除かれる。スプルー１９の使用は、補剛材１５のリング１８を治具で制御することに関して組立作業を補助し、コンポーネントの数を減少させ、その結果パーツのコストを低減させる。スプルー１９が一旦取り除かれると、レンズキャリア２０を外部負荷により支持構造体２に対して上方に移動させることができる。
【００８８】
カメラ１はさらに、図４に緩和した状態で単独に示すサブアセンブリ３０を含む。サブアセンブリ３０はＳＭＡワイヤ片３１を含み、ＳＭＡワイヤ片３１は端部３６と３７とが重なった状態で連続ループとして構成されている。
【００８９】
サブアセンブリ３０はさらに、２つの取付部材３２および３３を含む。取付部材３２および３３は各々、例えば真鍮などの細長い金属片として形成されている。取付部材３２および３３はクリンピング(crimping)によってＳＭＡワイヤ片３１に接続されている。特に取付部材３２および３３の端部は各々ＳＭＡワイヤ片３１にクリンピングされており、クリンプ(crimp)３４および３５を形成している。
【００９０】
第１の取付部材３２はＳＭＡワイヤ片３１の重なった端部３６および３７にクリンピングされており、端部３６と３７とを束ねて保持している。第２の取付部材３３はＳＭＡワイヤ片３１の中間点にクリンピングされている。これによりＳＭＡワイヤ片３１と２つの取付部材３２および３３とが連続ループを形成し、このことは製造上の利点を提供する。
【００９１】
製造に際して、サブアセンブリ３０はカメラ１の他の部分とは別に製造される。特にサブアセンブリ３０は、図５に示すように取付部材３２および３３を所定位置に保持し、その後ＳＭＡワイヤ片３１を取付部材３２および３３に巻き付けることによって製造される。巻き付ける間、ＳＭＡワイヤ片３１は緩く垂れた箇所がないように緊張状態に保持される。ワイヤの張力が低くてＳＭＡワイヤ片３１が張れないこともあり得るが、より高い張力を使うことも同様に可能である。
【００９２】
ＳＭＡワイヤ片３１を緊張状態に保持して巻き付けた後、２つの取付部材３２および３３をＳＭＡワイヤ片３１にクリンピングしてクリンプ３４および３５を形成する。クリンピングの使用により、ＳＭＡワイヤ片３１に対して強くて便利な機械的接続が得られる。さらにクリンプ３４および３５はＳＭＡワイヤ片３１の酸化物コーティングを突破するため、取付部材３２および３３をＳＭＡワイヤ片３１に電気的に接続する。
【００９３】
クリンプ３４および３５によって取付部材３２および３３をＳＭＡワイヤ片３１に接続した後、ＳＭＡワイヤを緩めることができる。その後サブアセンブリ３０は、以下にさらに述べる構成でカメラ１に組み込まれる。
【００９４】
サブアセンブリ３０の製造中、公知の巻き付け手法を用いてＳＭＡワイヤ片３１を取付部材３２および３３に巻き付けてもよい。このような手法はさらに、巻き付け装置の一部を構成する前者にＳＭＡワイヤ片３１が巻き付けられることを含んでもよい。このようにサブアセンブリ３０だけをカメラ１の他の部分とは別のプロセスで製造することにより、ＳＭＡワイヤ片３１のうち、２つの取付部材３２および３３に挟まれた状態で互いに対向する各半分部分の張力と長さとを正確に制御することができる。同様に、カメラ１の組立作業全体の複雑さも最小限に抑えることができる。さらにサブアセンブリ３０だけを別のプロセスで製造することにより、クリンプ３４および３５によって取付部材３２および３３をＳＭＡワイヤ片３１に接続することが容易になる。
【００９５】
サブアセンブリ３０はカメラ１内で以下のように配置される。２つの取付部材３２および３３はそれぞれ支持構造体２の環状壁５の外側に取り付けられる。取付部材３２および３３は所定位置に固定され、それによりＳＭＡワイヤ片３１が支持構造体２に接続される。図２に示すように、取付部材３２および３３は環状壁５内に設けられた凹部４０内に、例えば接着剤を用いる、壁５を適切な形状にする、またはその他の手段で取り付けられる。
【００９６】
さらに、ＳＭＡワイヤ片３１のうち２つの取付部材３２および３３間に挾まれた各半分部分は、それぞれ対応する保持部材(retaining element)４１に掛けられる。保持部材４１はレンズエレメント６に固定された金属リング１４の一部であり、レンズエレメント６から外方に突出している。これにより２つの保持部材４１が金属リング１４を介して電気的に接続される（しかしこれは必須ではない）。金属はＳＭＡワイヤ片３１内で発生する熱に耐えるため、保持部材４１にとって適切な材料である。保持部材４１のうちＳＭＡワイヤ片３１に接する表面は、ＳＭＡワイヤの最大曲率を減少させるために湾曲していてもよい。
【００９７】
カメラ１内において、取付部材３２および３３は光軸Ｏを通る直径方向に互いに反対の位置にある。同様に、２つの保持部材４１は２つの取付部材３２と３３との中間であって、光軸Ｏを通る直径方向に互いに反対の位置にある。さらに保持部材４１は光軸Ｏに沿った方向において、ＳＭＡワイヤを保持する取付部材３２および３３のクリンプ３４および３５よりもイメージセンサ４に近い位置にある。その結果ＳＭＡワイヤ片３１は、ＳＭＡワイヤの４つの長さ方向部分４２が、各々（ａ）取付部材３２および３３の一方と（ｂ）保持部材４１の一方との対の間に延びており、且つ光軸Ｏに対して鋭角にある状態で保持されている。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２のうち互いに隣接する対は、各々、共通の点でレンズエレメント６または支持構造体２に組み合わせられている。共通の点とは保持部材４１または取付部材３２および３３の一方である。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２はカメラ１内で緊張状態に保持されており、光軸Ｏに沿った成分を有する張力を、特にレンズエレメント６をイメージセンサ４から遠ざけるように付勢する方向に付与している。
【００９８】
さらにＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は各々、光軸Ｏに直交する成分を有する張力を付与する。しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、これらが同一の長さを有し、光軸Ｏに対して同一の鋭角で傾斜し、光軸に対して半径方向に見たときに交互に上方および下方に傾斜しているという対称的バランスのとれた構成で保持されている。換言すると、ＳＭＡワイヤのうち互いに対向する長さ方向部分４２の１対が上方に傾斜して光軸Ｏ回りに回転対称をなし、同様にＳＭＡワイヤのうち互いに対向する長さ方向部分４２の別の対が下方に傾斜して光軸Ｏ回りに回転対称をなしている。
【００９９】
その結果、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２により付与される正味の力はバランスがとれており、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は各々同一値の電流で加熱された場合に起こるように同一の張力を有している。これにより正味の力は、光軸Ｏに直交する方向に沿った成分の力は提供しない。同様に正味の力は、光軸Ｏに直交する軸回りのトルクを実質的に提供することはなく、光軸Ｏ回りのトルクも提供しない。勿論、製造誤差による正味の力またはトルクはある程度存在する可能性があり、本明細書において正味の力がないという場合、正味の力が少なくとも光軸に沿った正味の力よりも小さいオーダーであることを意味する。
【０１００】
このことは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の配置によって、カメラのレンズエレメント６の軸を外れた移動または傾きが起こることは実質的にないことを意味する。これはさらに、サスペンションシステム９がこのような軸を外れた移動または傾きに対して耐える必要がないことを意味する。これによりサスペンションシステム９に対する制約が減少する。そのためサスペンションシステム９は、光軸Ｏに直交する移動に対する剛性よりも光軸Ｏに沿った移動に対する剛性を小さくすることにより、光軸Ｏに沿ったレンズエレメント６の移動をガイドするようにのみ設計されればよい。
【０１０１】
製造中、サブアセンブリ３０をカメラ１に組み込んでＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の力をバランスよく配置することは、カメラ１の構造のせいで簡単である。特にサブアセンブリ３０は、取付部材３２および３３を扱うことにより容易に操作できる。同様に、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の適切な長さおよび緊張は、ＳＭＡワイヤを保持部材４１に掛けることにより容易に得られる。なぜなら、保持部材４１上を滑らせることは、単一の保持部材４１の互いに反対の側においてＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２に均等な緊張を与える補助となるからである。そのためＳＭＡワイヤとレンズエレメント６との組み合わせは、良好な電気性能を必要としない単純な機械的接続となる。このタイプの構成により、カメラ１に対する組立誤差による制約の一部が取り除かれる。ＳＭＡワイヤがクリンプによってレンズエレメント６上で終端する場合、自然な組立ばらつきにより、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の長さと緊張とがばらつく。
【０１０２】
組み立てが行われて平衡状態になると、ＳＭＡワイヤは少量の接着剤で所定位置に保持することができ、これにより動作テストまたは落下テスト中に保持部材４１に保持されることが保証される。これはＳＭＡワイヤを循環させて組立誤差の排除を補助した後に行ってもよい。
【０１０３】
製造プロセスの中で最も困難な部分は、ＳＭＡワイヤの組み立てとカメラ１への継合である。主に３つの問題点がある。すなわち（１）ＳＭＡワイヤの長さの制御、（２）ＳＭＡワイヤへの機械的および電気的連結を行うこと、そして（３）組み立てた物体をカメラ１内で制御することである。これらの問題点はＳＭＡワイヤを含むサブアセンブリ３０の発展につながっている。サブアセンブリ３０は、カメラ１の他の部分とは独立して製造し品質をテストしてもよい。支持構造体に別々に取り付けられた取付部材３２および３３にＳＭＡワイヤ片３１を電気的および機械的に接続することにより、製造上の問題点の複雑性が最小限に抑えられる。
【０１０４】
ＳＭＡワイヤが熱くて従って完全に収縮している場合、ＳＭＡワイヤは剛性であり従って実質的に自然な長さを有している。撓み部１３からの力によるワイヤの歪みは無視できる程度である。そのためこの場合、レンズエレメント６の位置は撓み部のパラメータとはほとんど無関係であり、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の長さに大いに依存している。この長さが、キーとなる制御パラメータであり、測定が簡単であり従って制御が簡単である。
【０１０５】
ＳＭＡワイヤは冷たい状態にある場合、撓み部１３によって伸張される。ＳＭＡワイヤの応力−歪み曲線は非常に平坦であり、ワイヤが誘発された応力に影響を与えることなく大幅に歪み得ることを意味している。そのためＳＭＡワイヤが冷たい状態にある場合、レンズの位置はワイヤの長さとはほとんど無関係であり、撓み部の剛性に大いに依存している。撓み部１３の剛性は組み立ての段階で測定可能である。
【０１０６】
そのため移動範囲に亘るアクチュエータの性能は、ワイヤの長さと撓み部の剛性というこれら２つの製造上の制御パラメータに分割することができる。設計された好ましい組み立てプロセスの場合、これらのパラメータの各々は別々にテスト可能であり従って別々に制御可能である。このことは、製造歩留まりおよびプロセスコントロールの面で利点を有し、これらは共に製品のコストに影響を与える。
【０１０７】
カメラ１がレンズエレメント６を、光軸Ｏに沿って支持構造体２に対して相対移動させる作用を以下に述べる。
【０１０８】
ＳＭＡ材料は剛性が温度に従って変化するという現象を示す。これは固相変化により起こる。低い温度の範囲で、ＳＭＡ材料はマルテンサイト相に移行し、その剛性は比較的小さい。高い温度の範囲で、ＳＭＡ材料はオーステナイト相に移行し、マルテンサイト相での剛性よりも大きな剛性を有する。従ってＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、負荷に対して反応する場合、加熱（または冷却）することにより長さが減少（増加）する。
【０１０９】
カメラ１内において、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は緊張状態で設けられ、レンズエレメント６と支持構造体２との間で光軸Ｏに沿って、レンズエレメント６をイメージセンサ４から遠ざける方向に正味の張力を提供する。この力は、サスペンションシステム９が光軸Ｏに沿って反対の方向に提供した付勢力に対して作用する。撓み部１３はＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２からの張力に依存して撓む。製造された状態の撓み部１３は、光軸Ｏに対して半径方向に見た場合、直線状である。撓み部１３は撓んだ場合、概して直線状のままであるが、僅かな曲率を発生させる場合もある。
【０１１０】
サスペンションシステム９の剛性は一定に保持されているため、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の剛性が加熱または冷却中に温度に応じて変化することにより、レンズエレメント６が光軸Ｏに沿って移動して新しい平衡位置に達する。この平衡位置では、サスペンションシステム９とＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２とによって生成された付勢力がバランスをとっている。これによりＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の加熱（または冷却）により、レンズエレメント６がイメージセンサ４から遠ざかる（またはイメージセンサ４に近づく）方向に移動する。
【０１１１】
そのためカメラ１の重要な観点は、受動的付勢部材として撓み部１３を含むサスペンションシステム９を使用することである。特に撓み部１３が撓むと、カメラレンズエレメント６が、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２により付与された張力とは反対の方向に付勢する。換言すると、サスペンションシステム９はカメラレンズエレメント６の移動をガイドするという機能とＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２用の受動的付勢部材として作用するという機能の２つの機能を提供する。
【０１１２】
レンズエレメント６が光軸Ｏに沿って支持構造体２に対して相対変位する度合いは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２内に生じる応力と、光軸Ｏに対するＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の鋭角とに依存する。ＳＭＡワイヤ内に生じ得る歪みは相変化という物理的現象によって制限される。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を光軸Ｏに対して鋭角に配置することにより、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２はその長さが変化したときに方向を変える、すなわち光軸Ｏに対する鋭角を増加させる。これは移動を有効に促進し、光軸Ｏに沿ったレンズエレメント６の変位度が光軸Ｏに沿ったＳＭＡの長さ方向部分４２の長さ変化よりも大きくなる。促進度は、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２と光軸Ｏとの間の鋭角を増加させることにより増大することができる。図１に示すカメラ１内では、鋭角は約７０度であるが、鋭角は概してレンズエレメント６の所望の移動範囲に依存して選択することができる。
【０１１３】
移動量は、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２と光軸Ｏとの間の鋭角と、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の長さとの両方によって決定される。これらのパラメータを最大にすることが望ましい。しかし、これによりカメラ１の全体のサイズが大きくなるため、カメラ１のサイズを最小にする現実的必要性とバランスをとらなければならない。このバランスは、カメラ１内でＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を特定の様式で配置すること、特に光軸Ｏに沿って見たときにＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２が互いに９０度に配置されているようにすることにより達成される。これによりＳＭＡワイヤの２つの長さ方向部分４２によって形成される平面は、光軸Ｏに対して角度を有しているとか又は傾斜していると考えることができる。光軸Ｏに沿って見た場合、ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２は、カメラ１を取り囲む正方形の１辺に沿って延びており、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２が外方に突出していることはなく、従って光軸Ｏに直交するカメラ１の面積が増加することもない。これにより、光軸Ｏに対して半径方向に見た場合、ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２の長さおよび鋭角が、カメラ１のそれぞれの側面の面積内の最大値まで増加する。これによりレンズエレメント６の比較的大きい変位が、比較的コンパクトなサイズのカメラ１で達成される。
【０１１４】
レンズエレメント６の光軸Ｏに沿った支持構造体２に対する相対位置は、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の温度を制御することにより制御することができる。作動中、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、抵抗性加熱を提供する電流を流すことにより加熱される。冷却は、電流を止めて周辺への伝導によってＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を冷却することにより行われる。電流は図６に示すように構成された制御回路５０によって制御される。
【０１１５】
制御回路５０は取付部材３２および３３の各々に接続されており、取付部材３２および３３はクリンプ３４および３５を介してＳＭＡワイヤ片３１に電気的に接続している。制御回路５０は２つの取付部材３２および３３に電流を供給する。そのため電流は、ＳＭＡワイヤ片３１のうち、取付部材３２と３３との間に平行に接続された半分部分の各々を流れる。
【０１１６】
制御回路５０の性質とそれによりもたらされる制御を以下にさらに述べる。なぜなら、これは以下に述べる別のカメラにも同様に当てはまるからである。
【０１１７】
第１のカメラ１はコンパクトであるという特定の利点を有する。これは、サスペンションシステム９を形成するサスペンションエレメント１０のコンパクト性から、およびＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２のコンパクト性からもたらされる。このことは、カメラ１が非常に効率的にパッケージ可能であることを意味する。逆にカメラ１は、１以上のレンズ８がカメラ１の設置面積に対して相対的に大きい直径を有するレンズシステム７を含むレンズエレメント６を有するように設計することができる。例えば第１のカメラ１は、カメラの設置面積が８．５ｍｍ平方に適合する場合、最大６．０ｍｍの直径を有するレンズ８を用いることができる。典型的には、第１のカメラ１の設計により、レンズホルダ２１の直径をカメラ１の設置面積の幅の少なくとも７０％または８０％にすることができる。
【０１１８】
ＳＭＡワイヤ片３１の材料組成および前処理は、通常作動中に相変化が予想周囲温度より高い温度で起こるように選択される。典型的には、温度範囲は７０°Ｃを上回る。ＳＭＡワイヤ片３１の材料組成および前処理はさらに、マルテンサイト相からオーステナイト相への変化ができるだけ広い温度範囲で起こるように選択される。これは位置制御の度合いを最大にするためである。
【０１１９】
留意すべきは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、レンズエレメント６をイメージセンサ４から遠ざけるように付勢するように配置されていることである。これが有利であるのは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２が加熱されていない場合にはレンズエレメント６は移動範囲内でイメージセンサ４に最も近い位置にあるからである。カメラ１は、この位置が遠野または過焦点に対応するように設計されている。これはカメラ１にとって最も一般的な設定であり、特にオートフォーカス機能が提供されている場合はそうである。これによりＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、できるだけ長時間に亘って加熱されないままであることができ、それにより消費パワーが低減される。さらに制御回路５０からの電流供給が何らかの理由で停止しても、カメラ１はできるだけ広い焦点位置範囲を提供する固定焦点モードで駆動可能である。
【０１２０】
サスペンションエレメント１０およびＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の具体的設計として考えられる例をいくつか以下に示す。
【０１２１】
多くの適用において、例えばオートフォーカス機能が提供されている場合にレンズエレメント６の高速作動が望まれる。作動の応答速度は、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を冷却することにより制限される。高パワーの電流を付与することによりＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を迅速に加熱することは容易であるが、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の冷却は受動的に、すなわち単に周辺の空気に熱が奪われることにより起こる。このような冷却は単純に加速することはできない。原理的には能動的冷却手段を提供することができるが、現実的には実行困難である。
【０１２２】
しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の厚みを減少させることにより、冷却の速度を上げることができる。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の厚みは、周辺の空気への熱伝導が十分迅速に起こってカメラ１の特定の適用にとって十分迅速な応答速度が提供できるレベルにまで抑えることができる。ここで考えられているサイズのカメラおよびワイヤの場合、冷却時間は直径に対してほぼ線形に変化する。この理由により、カメラのオートフォーカス適用にとって許容可能な応答を提供するには、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の厚みは最大３５μｍであることが望ましいと認識されている。例えば上記の装置では、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の直径が２５μｍである場合、近焦点から遠焦点までの移動時間（すなわち受動的冷却サイクル）は約２００ｍｓである。
【０１２３】
サスペンションシステム９は、光軸Ｏに沿った方向とそれに直交する方向に所望の度合いの剛性を提供するに適切な幅、厚みおよび長さを有する適切な数の撓み部１３で設計されている。撓み部は典型的には２５μｍから１００μｍの範囲の厚みを有する。撓み部１３の数は、サスペンションエレメント１０内の撓み部１３の数を変更すること、および／または追加のサスペンションエレメント１０を提供することにより変更することができる。各サスペンションエレメント１０は４の倍数の撓み部１３を有して４回回転対称をなすことが便利である。なぜならこれにより、光軸Ｏに沿って見たときに正方形の形状を有する支持構造体２の環状壁５にうまくパッケージすることが可能になるからである。
【０１２４】
さらにＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２もまた光軸Ｏに沿った方向とそれに直交する方向に剛性を提供する。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の厚みは上記したように冷却目的のために制約を受けており、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の光軸Ｏに直交する方向の剛性は撓み部の剛性よりも概してはるかに小さいが、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２はサスペンションシステム９の一部と考えることができ、その剛性はカメラ１を設計する際に考慮される。
【０１２５】
光軸Ｏに沿った支持構造体２に対するレンズエレメント６の相対移動を考慮すると、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の総剛性はサスペンションシステム９の撓み部１３の総剛性と同じオーダーであることが望ましい。望ましくは、サスペンションシステム９の撓み部１３の総剛性は（ａ）ＳＭＡ材料のオーステナイト相で得られるＳＭＡの長さ方向部分４２の総剛性から（ｂ）ＳＭＡ材料のマルテンサイト相で得られるＳＭＡの長さ方向部分４２の総剛性までの範囲内の値を有する。最大のレンズ変位を得るためには、サスペンションシステム９の撓み部１３の総剛性は（ａ）ＳＭＡ材料のオーステナイト相で得られるＳＭＡの長さ方向部分４２の総剛性と（ｂ）ＳＭＡ材料のマルテンサイト相で得られるＳＭＡの長さ方向部分４２の総剛性との間の幾何学的中間値に等しい値を有する。
【０１２６】
再び光軸Ｏに沿った支持構造体２に対するレンズエレメント６の相対移動に対する剛性を考慮すると、撓み部１３の剛性とＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の剛性の合計であるサスペンションシステム９の総剛性は、カメラ１の光軸Ｏに対する方向が地球の引力場に対して平行な状態と非平行な状態との間で変化するときに、引力下の支持構造体２に対するレンズエレメント６の相対移動を最小にするに十分大きいことが望まれる。これは、カメラ１が通常の使用中に起こるように様々な異なる方向に向けられたときにレンズエレメント６の移動を最小にするためである。典型的なレンズシステムの場合、支持構造体２に対するレンズエレメント６の相対移動は最大でも５０μｍに制限されることが望ましい。典型的なミニチュアカメラの場合、このことは、撓み部１３とＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２との組合せによって提供されるサスペンションシステムの総剛性が少なくとも１００Ｎ／ｍ、好ましくは少なくとも１２０Ｎ／ｍでなければならないことを意味する。
【０１２７】
さらに撓み部１３は、光軸Ｏに直交する方向における支持構造体２に対するレンズエレメント６の相対移動に対して所望の剛性を提供するに適した幅で設計されている。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の剛性も考慮されるが、撓み部１３の幅が大きいためにこの剛性は通常は撓み部１３よりも貢献度は低い。所望の剛性は、レンズエレメント７の性質、特にレンズエレメント７が軸を外れた移動と傾きを吸収できる度合いに依存する。
【０１２８】
さらに考えられる設計は、撓み部１３およびＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２によって起こる最大応力がそれぞれの材料に過度の応力を加えないことを保証することである。
【０１２９】
例えば１つの設計は以下の通りである。各サスペンションエレメント１０は３つの撓み部１３（図２に示す４つの撓み部１３ではなく）を有し、各撓み部１３のサイズは長さ４．８５ｍｍ、幅０．２ｍｍ、厚み５０μｍである。ＳＭＡワイヤ片１３は直径２５．４μｍである。これにより、周辺が室温である場合、空気中のＳＭＡ材料は約０．２秒で完全なオーステナイト相から冷却されて完全なマルテンサイト相になる。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は光軸Ｏに対して６０°傾く。すなわちＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２は水平方向（光軸Ｏに直交する）の長さが５ｍｍであり、垂直方向の高さ（光軸Ｏに平行）が３ｍｍである。ＳＭＡ材料がオーステナイト相にあるとき、サスペンションエレメント１０は０．５ｍｍ偏向する。この場合、６つの撓み部１３はＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２と平衡状態で光軸方向に合計１３８ｍＮの力（イメージセンサ４の方向にレンズエレメント６を引っ張る）を提供する。この偏向で、撓み部１３は最大１ＧＰａの応力を有する。この状態で、ＳＭＡ材料は１３２ＭＰａの引っ張り応力を有しており、これは長い疲労寿命（数百万サイクル）と関連づけられる許容可能な最大応力に近い。ＳＭＡ材料がマルテンサイト相にあるとき、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は約３％伸張され、撓み部１３は僅か０．２ｍｍだけ偏向する。このことは、レンズエレメント６の移動が０．３ｍｍであることを意味している。このとき撓み部１３内の応力は３８０ＭＰａであり、ＳＭＡ材料内の応力は４７ＭＰａである。
【０１３０】
以下、図２に示す撓み部１３の湾曲形状を説明する。撓み部１３を湾曲形状にする目的は、カメラ１が機械的衝撃に耐えることを可能にし、ダメージを受けた結果カメラ性能が劣化するようなことがないようにすることである。特にサスペンションシステム９が、衝撃によって起こるレンズエレメント６の変位を吸収することが必要であるが、このとき例えば撓み部１３の材料の降伏ひずみを超えて撓み部１３に永久的ダメージを与えてはならない。このように変位を吸収することはレンズエレメント６を光軸Ｏに沿って移動させる機械的衝撃の場合、簡単である。なぜならサスペンションシステム９の剛性は小さく、大きな変位を吸収するように設計されているからである。しかし、レンズエレメント６を光軸Ｏに対して半径方向に移動させる機械的衝撃の場合、サスペンションシステム９は軸を外れた変位および傾きに耐えるために比較的大きい剛性を有するように設計されている。このため撓み部１３は、この方向への変位に対してよりダメージを受け易い。平面方向の大きい剛性を達成するためには、撓み部１３はできるだけ短く最小の曲率を有することが必要であるが、撓み部１３の長さが減少するとバランスをとるために軸方向の剛性が増加する。しかし、撓み部１３の曲率を最小にして直線か又は光軸Ｏ回りに穏やかな曲線を描くようにすることにより、撓み部１３は内リング１１および外リング１２との継合部の応力集中領域で曲がったり、伸びたり、可塑的に変形したりする傾向を得る。システムの力にバランスがとれていないことにより、これらの継合部に応力集中領域ができる。
【０１３１】
この方向における変位を制限するため、カメラ１にはレンズエレメント６と支持構造体２の壁５との間に小さいクリアランスが設けられている。これにより支持構造体２の壁５は光軸Ｏに対する半径方向における最大変位を制限するストップとして作用する。しかし、クリアランスが例えば５０μｍのオーダー以下と小さいために製造および組み立ての許容誤差が非常に小さくなり、実際パーツのコストが上昇し製造歩留まりが低下するという結果になり易い。
【０１３２】
撓み部１３はこの問題に取り組むために湾曲した形状を有する。特に撓み部１３は光軸に沿って見たときに長さ方向にして湾曲している。撓み部１３は曲率が交互に変化する３つの領域を有する。撓み部１３にこのような曲率を導入することにより、構造体の歪みがある程度緩和される。撓み部１３が可塑的に変形する傾向が低下し、代わりに撓み部１３は弾性的に撓む傾向を有する。中央領域に対して反対の曲率を有する外側領域を導入することにより、力のアンバランスが低下し、内リング１１および外リング１２との継合部に生じる応力が低下する。従って撓み部１３は平面方向においてより柔軟になり、材料の破壊が起こらない。これは半径方向および軸方向の剛性を許容不可能なほど劣化させることなく達成される。
【０１３３】
この効果を最大にするため、撓み部１３の３つの領域の長さおよび曲率は不均等であることが好ましく、特に中央領域が外側領域よりも長く曲率が小さいことが好ましい。好ましくは中央領域が少なくとも外側領域の２倍の長さを有し、例えば３つの領域の長さの比率Ａ：Ｂ：Ｃは１：２．５：１である。好ましくは中央領域が最大でも外側領域の半分の曲率を有し、例えば各領域の曲率に対する長さは実質的に同一であり、各領域の境界による角度α、βおよびγは実質的に同一である。しかし、曲率に関する上記幾何学的関係は絶対必要なものではなく、他の関係である場合、例えば長さおよび曲率が上記以外である場合、または交互に変化する曲率を有する領域がより多い場合でも効果は達成される。
【０１３４】
図２に示すサスペンションシステムの設計において、各撓み部１３では、光軸Ｏに沿った厚みよりも光軸Ｏに対する半径方向の幅の方が大きい。しかし、図７にはサスペンションエレメント１０の別の設計が示され、ここでは各撓み部１３は１群の互いに平行な撓み部４３からなるように変更されている。これにより各々の平行撓み部４３の幅が減少し、その結果サスペンションシステム９は光軸に対する半径方向により柔軟になる。これにより構造体の中立軸から材料の縁までの距離が減少し、その結果平行撓み部４３内の応力が低下する。
【０１３５】
単一の撓み部１３の幅を減少させると平面方向の剛性が減少するという望ましからぬ結果となる。しかし、例えば幅の減少度に比例して互いに平行な複数の撓み部４３を導入することにより平面方向の全体的剛性は維持される。この手法の実用上の限界は、平行な撓み部４３が製造され得る最小幅である。これは現在約５０μｍであると考えられている。３つの平行撓み部４３が図示されているが、概して平行撓み部４３の数はいくらでもよい。
【０１３６】
図８はカメラ１全体を詳細に示すが、簡潔化のためにレンズホルダ２１が省略されている。この構成で（レンズホルダ２１が適合された後）、カメラ１は完成しており、すべての顧客信頼性テストおよび強度テストをパスすることができる。以下、図２に示す以外にカメラ１に設けられた追加のコンポーネントを説明する。
【０１３７】
カメラ１は、支持構造体２の壁５に留められ接合されたスクリーニングカン(screeningcan)４４を有する。壁５はさらに支持構造体２の基部３にも接合されている。光軸Ｏに沿った方向に、レンズエレメント６とスクリーニングカン４４との間、およびレンズエレメント６と基部３との間にクリアランスがある。これによりレンズエレメント６はイメージセンサ４上に画像がフォーカスされるに十分なだけ光軸Ｏに沿って移動できるが、サスペンションシステム９またはＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２にダメージを与えるほどは移動できない。
【０１３８】
実際、基部３は図１に模式的に示すよりも複雑な構成を有する。特に基部３は中央孔４５を有し、その後方にイメージセンサ４が取り付けられている。イメージセンサ４を取り付けるために、基部３は孔４５の後方かつ孔４５の領域外に形成された突起４５を有する。突起４６上に画像回路基板４７が取り付けられ、その上にイメージセンサ４が形成されている。イメージセンサ４は孔４５に対向し且つ整合しており、光軸Ｏに沿った光を受光する。
【０１３９】
孔４５には必要に応じて赤外線フィルタが適合されてもよい。このようなフィルタは望ましくない照射によって画質が劣化しないことを保証するが、埃がイメージセンサ４に付着して画質を劣化させることを防止するシールとしても作用する。そのため基部３はイメージセンサ４を取り囲んで密閉することができる。この工程は高度なクリーンルームで行われる。
【０１４０】
基部３はさらに、突起４６の外方に設けられ後方に突出する突出壁４８を含む。突出壁４８にドライブ回路基板４９が取り付けられ、このドライブ回路基板上にドライブ回路５０が形成されている。これによりドライブ回路５０はイメージセンサ４の後方に位置する。これにより光軸Ｏに沿った方向に見たときのカメラ１の面積が最小となる。これは多くの適用において有利である。なぜならデバイス内に様々なコンポーネントをパッケージする際に、カメラ１の面積は光軸Ｏに沿った深さよりも重要だからである。例えばこの構成により、典型的には電子デバイスのマザーボードに搭載される目的設計されたソケット内の電子デバイス内にカメラ１を搭載することができる。
【０１４１】
あるいは両面型の画像回路基板４７を、その下面に取り付けたドライブ回路５０と共に用いることも可能である。このような構成はコストおよび組み立ての面で有利であり、実際に接続性の面でも有利である。
【０１４２】
電子部品のサイズを最小にする別の方法は、回路基板５０をイメージセンサ４と同じチップに一体化することである。これが便利であるのは、オートフォーカスアルゴリズムに必要な計算が他のタスクのためにすでにイメージセンサ４で行われている計算に似ているからである。これは明らかに、用いる特定のイメージセンサ４に依存する。あるいは同一の処理機能をカメラ１外部の電子デバイス内に別の目的ですでに存在している別のプロセッサによって行うこともできる。
【０１４３】
図２に示す構成ではＳＭＡのすべての長さ方向部分４２が１本のＳＭＡワイヤ３１から形成されたサブアセンブリ３０内に形成されているが、この構成での１つの問題点は、ループの２つの半分部分の長さが少しでも異なると半分部分の抵抗が異なることである。これは、同じ電圧で駆動されても加熱状態が異なることにつながる。そうなるとレンズに対する力がアンバランスになり得、そのためレンズエレメント６の傾きが最適値よりも大きくなり得る。
【０１４４】
この問題点に取り組む、第１のカメラ１の２つの変更形態を図９および図１０に示す。
【０１４５】
図９に示す第１の変更形態では、単一のサブアセンブリ３０に代えて図１１に示す２つの別々のサブアセンブリ２５を用いている。各サブアセンブリ２５は、各端部がクリンプ２８によって取付部材２７に取り付けられたＳＭＡワイヤ片２６を含む。サブアセンブリ２５はカメラ１の他の部分とは別々に形成される。これにより上記したサブアセンブリ３０と同様の利点が提供される。この構成を用いるとサブアセンブリ２５はワイヤを巻き付けることなく形成することができる。２つの取付部材２７は、クリンプ２８間の距離を設定し従ってＳＭＡワイヤ片２６の距離を設定するクリンプマシンを備えた帯部に取り付けることができる。ワイヤは２つの取付部材２７間に置かれ、両クリンプ２８が形成される。クリンプ２８は標準のＷ字形状のクリンプツールを用いて形成される。
【０１４６】
２つのサブアセンブリ２５は以下のようにカメラ１内に配置され、図２に示したものと実質的に同一の構成でＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を提供する。特に２つのサブアセンブリ２５はカメラ１に対して互いに反対の側に取り付けられるが、これは取付部材２７を支持構造体２の環状壁５の外側に取り付けることにより行われる。さらに２つの取付部材２７間の各ＳＭＡワイヤ片２６はそれぞれの保持部材４１に掛けられる。これによりＳＭＡワイヤ片２６の各半分部分が図２に示すものと実質的に同一の構成でＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を形成する。そのためカメラ１の第１の変更形態は上記と同じ様式で作動する。しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を２つの異なるサブアセンブリ２５から形成することにより、加熱状態が異なるという上記問題点が回避される。
【０１４７】
ＳＭＡワイヤの２つの長さ方向部分４２を直列に電気駆動するか並列に電気駆動するかという選択がある。ＳＭＡワイヤの２つの長さ方向部分４２が直列に電気駆動されると、ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２が同じ加熱電流により加熱され従って相変化が同一になることが保証される。
【０１４８】
図１０に示す第２の変更形態は、サブアセンブリ２５が１つだけであるという点以外は図９に示す第１の変更形態と同じである。この相違の結果、カメラ１はＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を１対のみ有する。この構成は性能上最適ではない。なぜなら、ＳＭＡワイヤの２つの長さ方向部分４２によって生じる力は、保持部材４１で光軸Ｏに対する半径方向に生じる正味の力と部分的にのみバランスをとり、これによりレンズエレメント６が傾く傾向が生まれるからである。しかし、適切な撓み部１３を有するサスペンションシステム９と組み合わせると、レンズエレメント６の傾きは多くのレンズおよびイメージセンサに適するに十分小さくなる。逆にサブアセンブリ２５を１つ含むこの設計はコストおよび組み立ての複雑さが減少するという利点を有する。
【０１４９】
上記したすべての選択肢の利点は、ＳＭＡワイヤがカメラ１の移動パーツであるレンズエレメント６で終端しないことである。むしろＳＭＡワイヤは、カメラ１の中で固定されて移動しないパーツである支持構造体２にのみ固定されている。これによりレンズエレメント６の構造およびレンズエレメント６上の構造物が簡略化され、これらが共にカメラの製造性を高めサイズを小型化する。
【０１５０】
カメラ１内のサブアセンブリ３０および作動構造物の設計および製造には多くの変更が可能である。以下、任意の組合せで適用可能な、本発明を限定しない例をいくつか述べる。
【０１５１】
第１の変形例は、レンズエレメント６回りのＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の数および／または構成を変更することである。この場合、変更後もＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２が上記した力のバランスをとる効果を提供することが望ましい。
【０１５２】
第２の変形例は、サブアセンブリ３０の取付部材３２および３３の数を変更することである。ＳＭＡワイヤ片３１の両端部３６および３７に接続されてループを完成させる取付部材３２のみを含めることが可能である。しかし、これはあまり望ましくない。なぜなら取付部材３１および３２によってサブアセンブリ３０の取り扱いおよび取り付けを容易にするという利点ならびにＳＭＡワイヤ片３１への電気的接続を容易にするという利点が提供されるからである。逆に追加の取付部材を設けてもよい。取付部材３２および３３をレンズエレメント６または支持構造体２のいずれかに接続してもよい。ＳＭＡワイヤ片３１を保持部材４１に掛けてループにする代わりに、レンズエレメント６に追加の取付部材を取り付けてもよい。
【０１５３】
第３の変形例は、取付部材にＳＭＡワイヤを載せる代わりに、ＳＭＡワイヤを複数の位置で取付部材３２に接続することである。これは例えばＳＭＡワイヤ片３１の端部３６および３７が第１の取付部材３２で重複するように行われる。この場合、連続ループはＳＭＡワイヤと取付部材自体の両者によってサブアセンブリ３０内に形成される。
【０１５４】
第４の変形例は、クリンプ以外の手法でＳＭＡワイヤを取付部材３２および３５に接続することである。１つの可能性として溶接がある。
【０１５５】
第６の変形例は、取付部材３２および３３を省略して代わりにＳＭＡワイヤ片３１の端部３６および３７を互いに溶接してＳＭＡワイヤの連続ループを形成することである。この場合、カメラ１の他の部分への接続は、単に得られたＳＭＡワイヤのループをレンズエレメント６および支持構造体２上で保持部材に掛けることによって行ってもよい。これによりＳＭＡワイヤは機械的固定を必要とせずに緊張状態に保持される。以下に述べる第３のカメラがこのタイプの構成の一例である。
【０１５６】
サスペンションシステム９を変更してもよい。撓み部を採用した他の様々な形態のサスペンションシステムが可能である。単に例としてであるが１つの可能性として、光軸Ｏに直交する平面から湾曲する撓み部を用いることができる。この場合、シート材料の面内で受動付勢ばね撓み部は直線状であり、おそらく製造中に直線かつ平坦になる段階を経るが、その後の製造段階で弾性的または可塑的に形成されてカメラ内では平坦ではない自然な形状を取る。このような撓み部の一例はＧＢ−２，３９８，８５４に記載されている。この追加の曲率または形態は、衝撃を受けている間に可塑的変形に耐えるために必要なたるみを撓み部に供給する。
【０１５７】
さらなるカメラをいくつか以下に述べる。さらなるカメラは第１のカメラ１と共通のコンポーネントを多く採用している。簡潔化のため共通のコンポーネントには同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【０１５８】
図１７に第２のカメラ６０を示す。第２のカメラ６０は基本的に第１のカメラ１と同一の構成を有し、１対のサスペンションエレメント１０を含むサスペンションシステム９によって支持構造体２に懸架されたレンズエレメント６を含む。
【０１５９】
第２のカメラ６０は、第１のカメラ１と同様の構成で配置されたＳＭＡワイヤの４つの長さ方向部分４２を含む。しかし、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は第１のカメラ１とは異なる態様でレンズエレメント６および支持構造体２に取り付けられており、特に上記とは異なりサブアセンブリ３０には設けられていない。
【０１６０】
特にレンズエレメント６は、光軸Ｏ回りに互いに反対の位置で外方に突出した２つの取付部７１を有する。同様に支持構造体２も２つの取付部７２を有し、取付部７２はレンズエレメント６の取付部７１の中間で光軸回りに互いに反対の位置に設けられ、支持構造体２の環状壁２の外表面から外方に突出している。取付部７１および７２の各々は、半径方向の最外部に角部７４を有するように形成されている。
【０１６１】
ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２は、取付部７１の一方と取付部７２の一方との間に設けられ、支持構造体２の環状壁５内の孔７６を貫通して延びている。ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２は、それぞれのクリップ７５によって取付部７１および７２の角部７４に組み合わされている。
【０１６２】
ＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２は、例えばＳＭＡワイヤ片３１の端部を好ましくは溶接によって互いに接続することにより形成されたＳＭＡワイヤの連続ループ７８の一部であり得る。溶接はＹＡＧレーザ溶接であり得、これは材料に対するダメージを最小限に抑える。ワイヤのループ７８の長さはループ製造プロセス中に決定され、従って第２のカメラ２０の組立作業中に制御する必要はない。これにより製造の複雑性が低減される。ＳＭＡワイヤを連続ループ７８として形成することにより、クリップ７５によって行わなければならない固定の度合いが低減され、このことによりワイヤのＳＭＡ材料にダメージを与えるリスクが低減される。
【０１６３】
あるいはクリップ７５がＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２の各端部を固定することができるため、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２がＳＭＡワイヤの別々の片であってもよい。
【０１６４】
ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２に対する電気的接続は、クリップ７５のいずれかによって行われるが、支持構造体２の取付部材７２上のクリップによって行うことが好ましい。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は上記のように第１のカメラ１と同じ様式で配置され作動する。
【０１６５】
図１８および図１９に第３のカメラ８０を示す。第３のカメラ８０は、第１のカメラ１と同一の構成を有しており、１対のサスペンションエレメント１０を含むサスペンションシステム９によって支持構造体２に懸架されたレンズエレメント６を含む。この場合、図１８からわかるように、支持構造体２の環状壁５がレンズエレメントを取り囲むように設けられた４つの平面壁８１として形成されている。図１９では、内部の部材を見せるために支持構造体２は省略されている。
【０１６６】
第３のカメラ８０はさらに、第１のカメラ１と同様の構成を有するＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を含む。しかし、第３のカメラ８０では、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２はＳＭＡワイヤの連続ループ８８の一部であり、ＳＭＡワイヤの連続ループ８８はワイヤ片の端部を好ましくは溶接を用いて互いに接続することによって形成してもよい。第２のカメラ６０同様、溶接はＹＡＧレーザ溶接であり得る。ＹＡＧレーザ溶接は材料のダメージを最小限に抑え、これにより典型的にはＳＭＡの特性を溶接されていない材料の８０％に保持する。ループ８８でのＳＭＡワイヤの長さはループ製造プロセスによって決定され、従って第３のカメラの組立作業中に制御する必要はない。これにより製造の複雑性が低減される。
【０１６７】
ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２を接続するために、レンズエレメント６は、光軸Ｏ回りに互いに反対の位置で外方に突出した２つの取付部８６を有する。支持構造体２は２つの取付部８２を有し、取付部８２は光軸Ｏ回りに互いに反対の位置に設けられ、支持構造体２の環状壁２の内表面から内方に突出している。取付部８２のうち図１９中において斜線で表す面は、支持構造体２の環状壁５に接続されている。レンズエレメント６の取付部８６は、支持構造体２の取付部８２よりもイメージセンサ４に近い。レンズエレメント６の各取付部８６は、イメージセンサ４に向かって光軸Ｏに平行に突出するポスト８４を含み、支持構造体２の各取付部８２は、イメージセンサ４から離れる方向に光軸Ｏに平行に突出するポスト８５を含む。このようにポスト８４および８５は取付部８６および８２から外方に突出している。
【０１６８】
ＳＭＡワイヤの連続ループ８８は取付部８１および８２回りに、すなわち取付部８１の下面および取付部８２の上面を通ってループ状に巻かれている。ポスト８４および８５はそれぞれ取付部８１および８２にワイヤ８０を保持しており、これによりＳＭＡワイヤの各長さ方向部分４２が、ワイヤのループ８８のうち取付部８１の一方と取付部８２の一方との間に延びる一部分によって形成される。
【０１６９】
ワイヤが取付部８１および８２にループ状に巻かれている連続ループ８８であるため、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は、取付部８１と８２との間において緊張状態に保持されることによりレンズエレメント６および支持構造体２に接続されており、ＳＭＡワイヤと取付部８１および８２との間に例えばクリンプなどによる他の形態の接続を行う必要がない。クリンプによる接続は、ＳＭＡワイヤの材料にダメージを与えるリスクがあり、これはクラックまたは材料の破壊につながる。
【０１７０】
ポスト８４および８５は導電材料、典型的には金属により形成される。ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２への電気的接続はポスト８４と８５のいずれかによってなされるが、支持構造体２上のポスト８５による方が好ましい。ワイヤが取付部８１および８２にループ状に巻かれている連続ループ８８であるため、原理的にはワイヤ８０とポスト８４または８５とは十分に電気的に接触可能であり、ワイヤをハンダ付けする必要はない。しかし、実際にはＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２に生じる緊張は比較的小さく、そのためＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２上に形成された酸化物ケーシングを良好に突破しない。電気的接触を向上させるためにＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２をポスト８４または８５にハンダ付けすることが可能であるが、これには酸化物コーティングを貫通する攻撃的なハンダフラックスの使用が必要である。このようなハンダ付けは、ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の完全性を低減させるという望ましからぬ影響を及ぼし得るが、この影響は例えばワイヤをポッティングするなどの手法を用いてハンダ周囲の熱の影響を受けた領域の歪みを緩和することにより低減することができる。
【０１７１】
ＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２は上記のように第１のカメラ１と同じ様式で配置され作動する。
【０１７２】
図２０および図２１に第４のカメラ９０を示す。第４のカメラ９０は、第１のカメラと同様の構成を有しており、２つのサスペンションエレメント１０からなるサスペンションシステム９によって支持構造体２に懸架されたレンズエレメント６を含む。しかし、第４のカメラ９０では、レンズエレメント６を移動させるために用いられるＳＭＡ材料の形態が第１のカメラ１のＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２とは異なる。特に第１のカメラのＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２に代えてＳＭＡワイヤ９５が用いられ、ＳＭＡワイヤ９５はレンズエレメント６回りに複数回巻回されて延びている。
【０１７３】
ＳＭＡワイヤ９５には２つの選択可能な構成がある。図２０に示す第１の構成では、ＳＭＡワイヤ９５はレンズエレメント６回りにコイル状に延びている。図２１に示す第２の構成では、ＳＭＡワイヤ９５はレンズ６回りに１回完全に巻回され、その後方向を逆転させてレンズエレメント６回りに反対方向に１回完全に巻回されている。その結果第２の構成におけるＳＭＡワイヤ９５は、互いに反対方向にレンズエレメント回りに延びる２つの半分部分を有する。これにより第４のカメラ９０の電磁的適合性が向上する。なぜならＳＭＡワイヤ９５の各半分部分の誘導が互いに打ち消し合うからである。
【０１７４】
レンズエレメント６には、光軸Ｏ回りの互いに反対の位置において外表面に２つの取付部９１が設けられている。同様に支持構造体１の環状壁５には、レンズエレメント６の取付部９１の中間に、光軸Ｏ回りの互いに反対の位置において内表面に２つの取付部９２が設けられている。そのため取付部９１および９２は光軸Ｏ回りに交互に設けられている。ＳＭＡワイヤ９５の各巻回は、取付部９１および９２の各々に組み合わされている。この結果、ＳＭＡワイヤ９５のうち取付部９１の一方と取付部９２の一方との中間に組み合わされた各部分９３が、それ自体が撓むことにより光軸Ｏに沿ったレンズエレメント６の移動を吸収する撓み部を構成する。
【０１７５】
取付部９１は、光軸Ｏに沿ってイメージセンサ４に向かう方向に、取付部９２に対して相対移動し、これによりＳＭＡワイヤ９５の部分９３が応力を受けて光軸Ｏに沿ってイメージセンサ４から離れる方向にレンズエレメント６を付勢する。サスペンションシステム９の撓み部１３は反対方向にレンズエレメント６を付勢する。これにより光軸Ｏに沿った移動については、第４のカメラ９０のワイヤ９３は第１のカメラ１のＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２と同一の機能および効果を有するが、ＳＭＡワイヤ９５の部分９３は緊張状態にあるのではなく撓み部として作用する。作動中、ＳＭＡワイヤ９５の温度はその中に電流を流すことにより制御され、この電流が第１のカメラ１と同じ様式でレンズエレメント６を移動させる。
【０１７６】
図２２および図２３に第５のカメラを示す。第５のカメラ１００では、レンズエレメント６はサスペンションシステム９によって支持構造体２に懸架されている。サスペンションシステム９は２つのサスペンションエレメント１０および１１０を含む。一方は第１のカメラ１のサスペンションエレメント１０と同一の受動的サスペンションエレメント１０である。他方はＳＭＡサスペンションエレメント１１０であり、第１のカメラ１のサスペンションエレメント１０と同一の構成を有するが受動的材料ではなくＳＭＡ材料から形成されている。ＳＭＡサスペンションエレメント１１０は受動的サスペンションエレメント１０と同一の形態および構成を有するが、材料が異なるということはＳＭＡサスペンションエレメント１１０の撓み部１１３が適切な剛性を提供するために異なるサイズを有し得るということを意味する。受動的サスペンションエレメント１０とＳＭＡサスペンションエレメント１１０とは、互いに反対の端部でレンズホルダ６に接続されており、そのため第１のカメラ１のサスペンションエレメント１０と同一の様式で光軸Ｏに沿ったレンズホルダ６の移動をガイドする。
【０１７７】
第５のカメラ１００では、受動的サスペンションエレメント１０が、内リング１１および外リング１２が光軸Ｏ上に相対的に設けられた状態で取り付けられており、撓み部１３は撓むことにより応力を受けてレンズホルダ６を光軸Ｏに沿ってイメージセンサに向かう方向に付勢する。ＳＭＡサスペンションエレメント１１０も同様に取り付けられて撓み部１１３が撓むことにより応力を受け、レンズエレメント６を光軸Ｏに沿って付勢するが、この付勢はイメージセンサ４から離れる方向に行われる。このようにレンズエレメント６の光軸Ｏに沿った位置は、受動的サスペンションエレメント１０の撓み部１３とＳＭＡサスペンションエレメント１１０の撓み部１１３との相対的剛性によって決定され、レンズエレメント６のこの位置はＳＭＡサスペンションエレメント１１０の撓み部１１３の温度を制御することによって制御することができる。この温度制御はＳＭＡサスペンションエレメント１１０に電流を流すことによって達成される。このように、第５のカメラ１００の制御および効果は基本的に第１のカメラ１と同一であり、ＳＭＡサスペンションエレメント１１０がＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２の代わりに作用する。
【０１７８】
以下、制御回路５０の性質およびそれによってもたらされる制御を説明する。図１２に制御回路５０の模式図を示す。制御回路５０は上記のいずれのカメラと共に用いてもよく、あるいは実際いずれのＳＭＡ作動構造体と共に用いてもよい。従って以下では、第１から第３のカメラの場合のＳＭＡワイヤの長さ方向部分４２、第４のカメラの場合のＳＭＡワイヤのループ、第５のカメラの場合のＳＭＡサスペンションシステム９の撓み部１１３のいずれであってもよいＳＭＡアクチュエータ５１の制御について包括的に述べる。従って図１２では、制御回路５０はＳＭＡアクチュエータ５１に接続されており、ＳＭＡアクチュエータ５１に電流を付与してその温度を制御する。これによりレンズエレメント６が移動し、イメージセンサ４上に形成される画像のフォーカスが変化する。
【０１７９】
制御回路５０は、ＳＭＡアクチュエータ５１を流れる電流を制御することによりＳＭＡアクチュエータ５１の加熱度を制御し、これにより電流を付与して加熱し、電流を停止（または低減）して冷却する。
【０１８０】
この制御はセンサによって出力されるレンズエレメント６の位置測定値に基づいて行うことができる。
【０１８１】
このようなレンズエレメント６の位置測定値は、レンズ６の位置を直接検出する位置センサ（例えば光学センサまたは誘導センサなど）によって出力される信号であり得る。
【０１８２】
あるいはこのようなレンズエレメント６の位置測定値は、温度センサによって引き出された信号が示すＳＭＡアクチュエータ５１の温度であってもよい。
【０１８３】
あるいはこのようなレンズエレメント６の位置測定値は、温度センサによって引き出された信号が示すＳＭＡアクチュエータ５１の抵抗値であってもよい。歪みによってＳＭＡアクチュエータ５１の長さと面積が、ＳＭＡアクチュエータ５１の抵抗性がマルテンサイト相とオーステナイト相とで反対に変化することを克服するだけ十分に変化するという事実によって変化が起こる。その結果、抵抗値は実効的にＳＭＡアクチュエータ５１の長さ変化の測定値となる。
【０１８４】
光学または誘導位置センサは安価になり易く、概して出力信号用の処理回路の複雑性は低い。他方、光学または誘導センサは追加のスペースを必要とし、光学センサの場合はイメージセンサ４への光の漏れを回避することが必要となる。しかし、抵抗センサは、制御回路５０内にコンポーネントを追加するだけで実装されるため、カメラのパッケージサイズを大きくすることがない。
【０１８５】
光学センサは、レンズエレメント６（または支持構造体２）上に設けられたパッケージ内に配置された光学トランスミッタおよびレシーバによって実装することができ、これによりトランスミッタからの光が支持構造体２（またはレンズエレメント６）上のターゲットによりレシーバ方向に反射する。レシーバは受光した光量を検出する。例えばレシーバはフォトトランジスタであり得る。フォトトランジスタでは、光によって電流が流れ、電流は適切な外部コンポーネントが選択された場合、電圧を線形に変化させる。ターゲットおよびターゲットの動きには多くの選択肢があり、ターゲットの動きはフォトトランジスタに入射する光を変化させる。ターゲットの動きとは例えば、ターゲットをセンサに近づく方向およびセンサから離れる方向に移動させる、ターゲットをセンサ上でスライドさせる、グレイスケールのターゲットをスライドさせる、楔形の黒／白遷移ターゲットをスライドさせる、白／黒遷移をターゲット上でスライドさせる、反射器の角度を変えるなどである。
【０１８６】
誘導センサの実装は、レンズエレメント６および支持構造体２の一方に光軸Ｏに沿って設けられた３つのインダクタを用い、インダクタの軸が光軸Ｏに直交し、中央のインダクタが外側のインダクタからずれた状態で行うことができる。中央のインダクタが駆動され、外側のインダクタは同一の束を受け取る。レンズエレメント６および支持構造体２の他方に設けられた金属製の物体がインダクタ上を移動して対称状態を壊す。これにより外側のインダクタが受け取った束がアンバランスになる。外側のインダクタを直列に、しかし、互いに反対の極性で接続することにより、このアンバランスが検出され、共通モードの同一の信号が打ち消される。これにより感知手法から大きなＤＣ出力が除去される。その後出力は増幅され、単なるＡＭ無線信号として整流される。
【０１８７】
対照的に抵抗センサはＳＭＡアクチュエータ５１に接続された電気コンポーネントを必要とするだけであるが、信号出力を解釈するために比較的複雑な処理を要する。
【０１８８】
抵抗値を用いることの原理は以下の通りである。ＳＭＡアクチュエータ５１の抵抗値は温度と変形とに応じて変化する。変形が起こる作動温度範囲以外では、抵抗値は一般的な導電体の場合のように温度に応じて増加する。作動温度範囲内では、温度が上昇するにつれてＳＭＡアクチュエータ５１の長さが収縮し、長さの変化によって抵抗値が減少する（ＳＭＡ材料がポアソン比に応じて増大する場合と同様である）。そのため抵抗値はＳＭＡアクチュエータ５１の長さの測定値を提供する。
【０１８９】
抵抗測定値を利用するために制御回路５０に適用できる多くの手法があり、例を以下に示す。
【０１９０】
第１の手法は、制御回路５０が所望の加熱度で線形に制御される電源を用いるリニアドライブを適用することである。例えば電源は単純な線形のクラスＢ増幅器であり得る。この場合、ＳＭＡアクチュエータ５１の電流と電圧とが測定され、抵抗を引き出すために用いられる。しかし、電圧と電流とを測定し抵抗値を計算することが必要であるため、制御回路５０の複雑性が増す。さらに分割が必要であることが、フィードバックの待ち時間を長引かせて不正確さの原因となる可能性がある。定電流または定電圧電源を用いることによって問題を低減することはできるが完全に取り除くことはできない。
【０１９１】
第２の手法は、重畳する小さい信号でリニアドライブを用いることである。制御回路５０は線形に制御される電源を用いてリニアドライブ信号を出力し、所望の加熱を行う。
【０１９２】
さらに制御回路５０はリニアドライブ信号に小さい信号を重畳する。小さい信号は十分小さいためワイヤの加熱に実質的に寄与しない。小さい信号はリニアドライブと比べて、例えば少なくとも１オーダー小さい。小さい信号はその後リニアドライブ信号から独立して抽出され、その後、抵抗測定値を提供するために用いられる。これは、小さい信号がリニアドライブ信号に対して高周波数を有するためフィルタリングによって抽出可能であることによって達成することができる。
【０１９３】
抵抗測定値を提供するために、小さい信号は定電流信号であってもよい。この場合、抵抗測定値を提供するためにＳＭＡアクチュエータ５１から抽出された小さい信号の電圧が測定される。
【０１９４】
第２の手法は、リニアドライブ信号からは独立して正確な抵抗測定値を提供するが、小さい信号を重畳し抽出するための複雑な電子部品を要するという不利がある。
【０１９５】
第３の手法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いることである。この場合、制御回路５０はパルス幅変調電流を付与して、付与された電流量を変化させ従って加熱度を変化させるためにデューティサイクルを変化させる。ＰＷＭの使用は、供給されるパワーを細かい間隔で正確に制御できるという利点を提供する。この方法は駆動力が低くても高い信号対雑音比を提供する。ＰＷＭは公知のＰＷＭ手法を用いて実施することができる。典型的には制御回路５０は、例えば５％から９５％の範囲で変化する電流パルスを連続的に供給する。デューティサイクルがこの範囲内の低い値であるとき、ＳＭＡアクチュエータ５１で表示される平均パワーは低く、従って一部の電流が供給されているときもワイヤは冷却される。逆にデューティサイクルがこの範囲内の高い値であるとき、ＳＭＡアクチュエータ５１は加熱される。
【０１９６】
この第３の手法では、電流パルス中に、例えばパルスの開始から所定の短時間だけ遅れて抵抗値が測定される。１つの選択肢は定電圧電源を用いることであり、この場合ＳＭＡアクチュエータ５１内を流れる電流が測定されて抵抗測定値として用いられる。この選択肢は、電流の測定が比較的複雑な回路、例えばＳＭＡアクチュエータ５１と直列の抵抗器およびディジタル回路による測定のために抵抗器の電圧を増幅するための増幅器を用いた回路を必要とする困難を有する。第２の選択肢は、定電流電源を用いることである。この場合、ＳＭＡアクチュエータ５１の電圧が測定されて抵抗測定値を提供する。
【０１９７】
制御回路５０が定電流電源で第３の手法を実施する例を図１３に示す。この例は以下の構成を有する。
【０１９８】
制御回路５０は定電流電源５３を含み、定電流電源５３はＳＭＡアクチュエータ５１に接続されて電流を供給する。例えば第１のカメラ１では、定電流は１２０ｍＡのオーダー(order)であり得る。
【０１９９】
制御回路５０はさらに、ＳＭＡアクチュエータ５１の電圧を検出するように構成された検出回路５４を含む。適切なマイクロプロセッサを実装したコントローラ５２が電源５３を制御してパルス幅変調電流を供給する。コントローラ５２は検出回路５４によって測定された検出電圧を受け取り、これに応答してＰＷＭ制御を行う。
【０２００】
図１３に示す制御回路５０用の２つの詳細な回路構成を図１４および図１５に示す。
【０２０１】
図１４の第１の回路構成は安価であるが性能に限界がある。特に電源５３が単純な構成のバイポーラトランジスタ１２０を用いて構成されている。電圧検出回路５４は１対のダイオード１２１と抵抗器１２２との単純なブリッジ構造体として形成されている。
【０２０２】
図１５に示す第２の回路構成はより正確であるがより高価である。特に電源５２がＭＯＳＦＥＴトランジスタ１２３によって構成されており、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１２３はオペアンプ１２４によって制御される。検出回路１２５は、２つの抵抗器１２５のブリッジ構造体として構成されており、抵抗器１２５の出力がオペアンプ１２６によって増幅される。オペアンプ１２６は、コントローラ５２のＡ／Ｄ変換器がそのダイナミックレンジ全体を利用することを可能にする。
【０２０３】
コントローラ５２は、電源５３によって出力されるパルス幅変調電流のデューティサイクルを変化させるために複数の制御アルゴリズムを実装することができる。１つの可能性は、検出された抵抗値とターゲット抵抗値との差異に比例する量だけデューティサイクルを変化させる比例制御である。ＳＭＡアクチュエータ５１は作動温度領域に亘って加熱するため、フィードバック制御手法におけるように抵抗値の減少が感知され用いられる。加熱中はＳＭＡアクチュエータ５１の固有の比例微分作用(proportional-integral action)によってフィードバック制御の安定性が維持される。ＳＭＡアクチュエータ５１の加熱全体の応答によって全てのフィードバック応答が支配される。
【０２０４】
ＳＭＡアクチュエータ５１はその応答に非線形部分を有してもよい。このような非線形部分は制御回路５０に事前補償を組み入れることによって制限してもよい。１つの選択肢は事前補償を、例えばデマンドおよびデマンド信号の履歴に基づいて電源５３に供給される出力信号のデマンドゲインまたはオフセット変更値からなるようにすることである。ＳＭＡアクチュエータ５１を制御するためのフィードバックが不十分である場合、これが最も有益である。
【０２０５】
ＳＭＡアクチュエータ５１の加熱中、抵抗値はＳＭＡアクチュエータ５１の長さに応じて、サンプル毎および連続した加熱サイクルにおいて一貫した態様で変化すると認識されている。しかし、冷却中、抵抗値はサンプル毎にこれほど高い反復性で変化せず、加熱の場合に比べてヒステリシスが多様である。これによって冷却中の位置測定値として抵抗値を用いることが全く妨げられるというわけではないが、制御の正確さが低減する。この問題は、制御回路５０が例えばフライバック手法を用いて所定の反復作動ルーチンを行うことによって減少し得る。フライバック手法の一例を以下に述べる。
【０２０６】
制御回路５０はオートフォーカスアルゴリズムを実装していてもよい。この場合、制御は画像の焦点測定値に基づいてもよい。画像の焦点測定値は例えば、変調伝達関数(Modulation Transfer Function : MTF)または空間周波数応答(spatial frequency response)であり、イメージセンサ４からの画像信号から引き出される。広範囲の適切な測定値が公知であり、これらのいずれを適用してもよい。
【０２０７】
この場合、フォーカス測定値を引き出すことが遅いという限界がある。この問題に取り組むため、制御回路５０は多くの焦点位置を走査する間に、フォーカス測定値から決定された所望の焦点位置において、上記のようにセンサを用いてレンズエレメント６の位置測定値を決定してもよい。その後走査の最後にレンズエレメント６は、フォーカス測定値ではなく位置測定値のベースの同じ位置まで駆動される。
【０２０８】
この場合、第１のフィードバックパラメータを引き出すためにイメージセンサ４からの画像信号が用いられるため、反復サイクルおよび時代に亘って第２のパラメータとしての位置測定値の絶対値が変動しても無関係である。これには、オートフォーカスの１サイクル中に感知可能な変化がないことが条件である。この条件は、位置測定値として部材１３の抵抗値を用いることによって満たされる。例えば所与の装置において、抵抗値は高温時の１０オームから低温時の１２オームまで変化し得、その後数１００キロサイクルに亘って高温時の１５オームおよび低温時の２０オームまで変化し得る。しかし、所与のサイクルにおいて、最適なフォーカスは十分正確に特定の抵抗値に対応する。従って単にこの特定の抵抗値に戻りさえすればよく、その絶対値は無関係である。
【０２０９】
制御回路５０で実行される制御アルゴリズムによって実装し得るオートフォーカスサイクルの一例を図１５に示し、以下に説明する。オートフォーカスサイクルはフライバック手法を採用している。
【０２１０】
オートフォーカスサイクルはＳＭＡアクチュエータ５１がマルテンサイト相にある状態で開始される。この初期状態では、制御回路５０は電流を付与しなくてもよいし、最小デューティサイクルのパルス幅変調電流を付与してもよい。
【０２１１】
初期段階Ｓ１で、制御回路５０はＳＭＡ材料をマルテンサイト相から加熱して作動温度領域に到達させる。作動温度領域からはＳＭＡ材料内に生じる応力が増加する。加熱は、制御回路５０が最大デューティサイクルでパルス幅変調電流を供給することにより達成される。コントローラ５２は、検出回路５４がＳＭＡアクチュエータ５１の抵抗測定値として検出したＳＭＡアクチュエータ５１の電圧を監視する。抵抗値は作動温度領域外では温度に応じて上昇するが、作動温度範囲内では、ＳＭＡアクチュエータ５１が短縮するにつれて下降する。従ってピーク抵抗値は作動温度領域の始まりを示す。コントローラ５２はＳＭＡアクチュエータ５１の電圧の下降に応答して、初期段階Ｓ１を停止し走査段階Ｓ２を開始する。
【０２１２】
走査段階Ｓ２中、ＳＭＡアクチュエータ５１は作動温度範囲に亘って走査される。これは、ＳＭＡアクチュエータ５１の電圧の一連のテスト値を用いることによって達成される。一連のテスト値は抵抗測定値として作用する。その後各テスト値はコントローラ５２が実行するフィードバック制御手法のターゲット値として用いられる。ＳＭＡアクチュエータ５１の測定電圧値をフィードバック信号として用いることにより、電源５３が出力するパルス幅変調電流のデューティサイクルが制御される。その結果、フィードバック制御手法によってこの値がテスト値に到達する。測定電圧値が一旦テスト値に達すると、イメージセンサ４によって出力された画像信号のフォーカスの質の測定値が導出され、コントローラ５２のメモリに保存される。各テスト値についてこのプロセスが繰り返される。連続したテスト値が増加し、その結果ＳＭＡアクチュエータ５１の温度が単調に上昇する。このようにしてＳＭＡアクチュエータ５１が走査段階中に加熱される間、画像信号のフォーカスの質が監視される。
【０２１３】
テスト値は作動温度範囲に亘って線形に設けられてもよいがこれは必須ではない。あるいはテスト値は不均一にばらまかれてもよく、例えば範囲の特定の一部に集中してもよい。
【０２１４】
フォーカスの質の保存測定値は、フォーカス質が許容可能レベルである制御信号のフォーカス値を引き出すために用いられる。これは最も単純には、最高のフォーカス質測定値を有する複数のテスト値の１つを選択することによって行われる。あるいは曲線適合手法を用いて、最高のフォーカスを提供する抵抗値をテスト値から予測することも可能である。この場合フォーカス値はテスト値の１つでなくてもよい。曲線の適合はＭ次多項式（但しＭ＞１）などの単純な数式であってもよいし、あるいは代表的シーンから予め測定された曲線ライブラリから取られた曲線に最も適合したものとして選択されてもよい。
【０２１５】
フォーカス値は走査段階Ｓ２の最後に決定されてもよいし、走査段階Ｓ２の間に決定されてもよい。フォーカス値は後に使用するためにコントローラ５２のメモリに保存される。
【０２１６】
次にフライバック段階Ｓ３で、ＳＭＡ材料がマルテンサイト相まで冷却される。これは、最小デューティサイクルでパルス幅変調電流を付与することによって達成されてもよいが、電流を全く付与しなくても達成することができる。フライバック段階の終了を示すマルテンサイト相への変化は、コントローラ５２が検出回路５４によって測定された電圧値を監視することによって検出可能である。あるいは単にフライバック段階は、ＳＭＡアクチュエータ５１が任意の予想作動条件下で冷却されるに十分長い期間として選択された所定期間に亘って維持することも可能である。
【０２１７】
次にフォーカス段階Ｓ４で、ＳＭＡアクチュエータ５１が加熱されて走査段階の終了時に決定されたフォーカス値に対応する位置まで戻る。これは、制御回路５２がフィードバック制御手法を適用することによって達成される。この際、保存されたフォーカス値はターゲット値として用いられ、その結果フィードバック信号として用いられるＳＭＡアクチュエータ５１の電圧測定値が保存されたフォーカス値に達する。温度上昇は走査段階Ｓ２同様単調である。上記のように、フライバック手法を用いた結果、ＳＭＡアクチュエータ５１のヒステリシスの問題が解決され、レンズエレメント６は保存されたフォーカス値に対応する位置にあることが知られている。
【０２１８】
インフォーカス画像を得る別の手法として、制御回路５０はＷＯ−２００５／０９３５１０に記載の手法を適用してもよい。
【０２１９】
別の形態の制御回路５０は単にレンズエレメント２を、近焦点位置および遠焦点位置に対応する２つの位置まで駆動する。この場合、制御回路５０は電流を付与しないか、レンズエレメント２を近焦点位置まで駆動するために電流を付与するかのいずれかである。これは制御回路５０がより簡素化され、そのためよりコンパクトで低価格になるという利点を有する。例えば近焦点位置の場合、制御回路５０はフィードバックのない固定電流を付与してもよいが、フィードバックが用いられるときもフィードバック制御を簡素化する低度の正確さは必要である。このような２焦点位置制御を組み込んだカメラは、固定フォーカスカメラに比べて良好な画質を提供するが、完全なオートフォーカス制御を備えたカメラよりも低価格であり小型である。
【産業上の利用可能性】
【０２２０】
以上、カメラレンズエレメントを移動させるＳＭＡ作動構造体を組み込んだカメラに関する実施形態を述べてきたが、ここに述べたＳＭＡ作動構造体はカメラレンズエレメント以外の物体を移動させるためにも同等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】図１は、ＳＭＡアクチュエータを組み込んだ第１のカメラの模式的断面図である。
【図２】図２は、第１のカメラの詳細な斜視図である。
【図３】図３は、第１のカメラの一部を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、第１のカメラのサブアセンブリの緩和状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、製造中に緊張状態にあるサブアセンブリを示す斜視図である。
【図６】図６は、第１のカメラの制御回路を示す図である。
【図７】図７は、第１のカメラのサスペンションエレメントの変更形態を示す平面図である。
【図８】図８は、第１のカメラの詳細な断面図である。
【図９】図９は、第１のカメラの２つの変形形態の一方を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第１のカメラの２つの変形形態の他方を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、第１のカメラの変更形態のサブアセンブリを示す斜視図である。
【図１２】図１２は、制御用電子部品を示す図である。
【図１３】図１３は、制御回路を示す図である。
【図１４】図１４は、制御回路の２つの可能な回路構成の一方を示す図である。
【図１５】図１５は、制御回路の２つの可能な回路構成の他方を示す図である。
【図１６】図１６は、制御回路内で実行可能なオートフォーカス制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図１７】図１７は、第２のカメラの斜視図である。
【図１８】図１８は、第３のカメラの斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８に示す第３のカメラの斜視図であって、内部の部材を見せるために支持部を省略した図である。
【図２０】図２０は、第４のカメラの斜視図であって、支持構造体の環状壁を切り欠き、ＳＭＡワイヤの構造の第１の選択肢を示す図である。
【図２１】図２１は、図２０に示す第４のカメラの斜視図であって、支持構造体の環状壁を切り欠き、ＳＭＡワイヤの構造の第２の選択肢を示す図である。
【図２２】図２２は、第５のカメラの側面図であって、支持部を断面で示す図である。
【図２３】図２３は、図２２に示す第５のカメラの斜視図であって、支持構造体を省略した図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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