(57)【要約】【課題】複数のＳＭＡアクチュエータを並行して駆動する場合でも電流負荷のピークを抑制できる駆動装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、手振れ補正を行うためにイメージセンサ(可動部)をピッチ方向およびヨー方向に駆動する２組のアクチュエータを備えている。各アクチュエータは、可動部にプッシュプル配置で接続する２本の形状記憶合金(ＳＭＡ)を有し、ＰＷＭ制御により各ＳＭＡに電圧印加(通電)を行うことで可動部を目標位置に駆動できる。ここで、各アクチュエータを並行して駆動する場合には、ＰＷＭ制御に関するキャリア周波数の１周期ｔａを４分割し、それぞれの分割時間を各ＳＭＡの電圧印加に割り当てる(パルス信号Ｊａ〜Ｊｄ)。これにより、電流波形Ｋａのように電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分の通電電流に抑え、電流負荷のピークを抑制できる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部に接続する複数の形状記憶合金を有するアクチュエータを駆動し、駆動制御値に基づく前記可動部の駆動が可能な駆動装置であって、
(a)通電制御信号に基づき形状記憶合金に通電を行って加熱することで、前記可動部の駆動に連動する記憶形状への復元動作を行わせる通電手段と、
(b)前記駆動制御値に基づき前記通電制御信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
(b-1)前記複数の形状記憶合金において２以上の形状記憶合金を並行して加熱する場合には、前記２以上の形状記憶合金それぞれに対して通電する通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成する通電拡散手段、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記形状記憶合金に通電を行うための電源ラインには、所定のコンデンサが接続されるとともに、
前記通電拡散手段によって前記通電時間帯の重複を５.５マイクロ秒以下にすることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記通電拡散手段によって前記通電時間帯を重複させないことを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の駆動装置において、
前記アクチュエータは、前記可動部に対して互いにプッシュプルの配置で接続する１対の形状記憶合金を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記通電制御信号は、間引き信号に基づく間引き処理が施されており、
前記通電拡散手段は、
前記間引き信号を用いて前記通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の駆動装置において、
前記通電制御信号は、前記駆動制御値に比例したデューティ比を有するパルス幅変調信号であることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の駆動装置において、
前記可動部は、異なる複数の駆動軸による駆動が可能となっており、
前記２以上の形状記憶合金は、前記複数の駆動軸それぞれについて前記可動部を駆動するための形状記憶合金を含むことを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の駆動装置において、
前記可動部は、複数の可動体を有しており、
前記２以上の形状記憶合金は、前記複数の可動体それぞれに接続する形状記憶合金を含むことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部に接続する複数の形状記憶合金を有するアクチュエータを駆動し、駆動制御値に基づく可動部の駆動を行う駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金(以下では「ＳＭＡ」とも称する)は、マルテンサイト変態開始温度以下の温度で外力を受けて塑性変形しても、逆変態終了温度以上の温度に加熱されると記憶された形状(記憶形状)に復元するという特性を有している。このような特性を持つＳＭＡをアクチュエータとして利用する技術が知られている。
【０００３】
上記ＳＭＡを用いたアクチュエータ(以下では「ＳＭＡアクチュエータ」ともいう)の利用技術は、例えば特許文献１に開示されている。この技術は、可動部にプッシュプル構成で一対のＳＭＡが接続するＸ軸方向およびＹ軸方向の駆動機構に関して、一対のＳＭＡのうち放熱して伸長する側のＳＭＡには通電せず、加熱して収縮させる側のＳＭＡのみに通電を行うことにより可動部をＸ軸方向やＹ軸方向に駆動させるものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１１４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１の技術では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向それぞれの駆動機構において並行して可動部を駆動する場合には、Ｘ軸方向のＳＭＡアクチュエータおよびＹ軸方向のＳＭＡアクチュエータに対して同時に通電が行われることとなるが、この際、電流負荷のピークはＳＭＡ２本分以上の通電電流値となる。ここで、ＳＭＡアクチュエータは小型・軽量であるために携帯機器の可動機構を駆動するアクチュエータとして利用されることが多いが、携帯機器の電源からＳＭＡ２本分以上の通電電流を供給するのは難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数のＳＭＡアクチュエータを並行して駆動する場合でも電流負荷のピークを抑制できる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、可動部に接続する複数の形状記憶合金を有するアクチュエータを駆動し、駆動制御値に基づく前記可動部の駆動が可能な駆動装置であって、(a)通電制御信号に基づき形状記憶合金に通電を行って加熱することで、前記可動部の駆動に連動する記憶形状への復元動作を行わせる通電手段と、(b)前記駆動制御値に基づき前記通電制御信号を生成する制御手段とを備え、前記制御手段は、(b-1)前記複数の形状記憶合金において２以上の形状記憶合金を並行して加熱する場合には、前記２以上の形状記憶合金それぞれに対して通電する通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成する通電拡散手段を有する。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記形状記憶合金に通電を行うための電源ラインには、所定のコンデンサが接続されるとともに、前記通電拡散手段によって前記通電時間帯の重複を５.５マイクロ秒以下にする。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記通電拡散手段によって前記通電時間帯を重複させない。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記アクチュエータは、前記可動部に対して互いにプッシュプルの配置で接続する１対の形状記憶合金を有する。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記通電制御信号は、間引き信号に基づく間引き処理が施されており、前記通電拡散手段は、前記間引き信号を用いて前記通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成する手段を有する。
【００１２】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記通電制御信号は、前記駆動制御値に比例したデューティ比を有するパルス幅変調信号である。
【００１３】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記可動部は、異なる複数の駆動軸による駆動が可能となっており、前記２以上の形状記憶合金は、前記複数の駆動軸それぞれについて前記可動部を駆動するための形状記憶合金を含む。
【００１４】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記可動部は、複数の可動体を有しており、前記２以上の形状記憶合金は、前記複数の可動体それぞれに接続する形状記憶合金を含む。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ないし請求項８の発明によれば、可動部に接続する複数の形状記憶合金において２以上の形状記憶合金を並行して加熱する場合には、２以上の形状記憶合金それぞれに対して通電する通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成する。その結果、電流負荷のピークを抑制できる。
【００１６】
特に、請求項２の発明においては、形状記憶合金に通電を行うための電源ラインには所定のコンデンサが接続されるとともに、通電拡散手段によって通電時間帯の重複を５.５マイクロ秒以下にするため、１つの形状記憶合金の加熱に必要な電流値程度に電流負荷のピークを抑えることができる。
【００１７】
また、請求項３の発明においては、通電拡散手段によって通電時間帯を重複させないため、１の形状記憶合金の加熱に必要な電流値に電流負荷のピークを抑えることができる。
【００１８】
また、請求項４の発明においては、アクチュエータが可動部に対して互いにプッシュプルの配置で接続する１対の形状記憶合金を有するため、アクチュエータの応答性を向上できる。
【００１９】
また、請求項５の発明においては、間引き信号を用いて通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各通電制御信号を生成するため、各通電制御信号を簡易に生成できるとともに、省電力化が図れる。
【００２０】
また、請求項６の発明においては、通電制御信号が駆動制御値に比例したデューティ比を有するパルス幅変調信号であるため、通電制御信号を簡易で適切に生成できる。
【００２１】
また、請求項７の発明においては、２以上の形状記憶合金は複数の駆動軸それぞれについて可動部を駆動するための形状記憶合金を含むため、駆動軸ごとに並行して可動部を駆動する場合でも、電流負荷のピークを抑制できる。
【００２２】
また、請求項８の発明においては、２以上の形状記憶合金は複数の可動体それぞれに接続する形状記憶合金を含むため、可動体ごとに並行して駆動する場合でも、電流負荷のピークを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。
【００２４】
撮像装置１Ａは、例えばデジタルカメラとして構成されており、手振れ補正機能を有している。
【００２５】
この撮像装置１Ａは、撮影光学系１０とイメージセンサ１１と２次元位置センサ１２とを備えるとともに、イメージセンサ１１を駆動するための駆動部(駆動システム)２Ａと、駆動部２Ａを制御するデジタル制御部１９とを備えている。また、撮像装置１Ａは、手振れを検出して手振れ信号を出力する手振れ検出部１３と、撮像装置１Ａの筐体内に設けられている温度センサ１４と、撮影指示を行うために撮影者が操作するレリーズ釦１５とを備えている。
【００２６】
撮影光学系１０は、例えば複数のレンズからなり、撮影する被写体をイメージセンサ１１の撮像面に結像させるための部位である。
【００２７】
イメージセンサ１１は、例えばＣＣＤとして構成されており、撮影光学系１０によって結像された被写体光像を光電変換して画像信号を生成する。このイメージセンサ(可動部)１１は、アクチュエータ２０(後で詳述)で保持されており、異なる２の駆動軸による駆動、具体的にはＹａｗ方向およびＰｉｔｃｈ方向に関する移動が可能となっている。そして、イメージセンサ１１の位置は、マグネットおよび２次元のホール素子を有する２次元位置センサ１２で検出できる。
【００２８】
駆動部２Ａは、Ｙａｗ方向およびＰｉｔｃｈ方向それぞれについてイメージセンサ１１を駆動するための２個のアクチュエータ２０(Ｙ駆動アクチュエータ２１およびＰ駆動アクチュエータ２２)と、アクチュエータ２０を駆動させるための駆動回路部(駆動装置)２３Ａとを有している。
【００２９】
Ｙ駆動アクチュエータ２１は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を有するアクチュエータとして構成されており、イメージセンサ１１をＹａｗ方向に駆動する。
【００３０】
Ｐ駆動アクチュエータ２２も、ＳＭＡを有するアクチュエータとして構成されており、イメージセンサ１１をＰｉｔｃｈ方向に駆動する。
【００３１】
駆動回路部２３Ａは、デジタル制御部１９からの制御信号に基づきアクチュエータ２０に駆動電力を供給する(後で詳述)。この駆動回路部２３Ａにより、手振れ検出部１３で検出される撮像装置１Ａの揺れに応じてＹ・Ｐ駆動アクチュエータ２１、２２の駆動を行い、イメージセンサ１１を移動させることによって、被写体光像の結像位置をシフトできるため、撮像装置１Ａの手振れ補正が可能となる。
【００３２】
手振れ検出部１３は、撮像装置１Ａの揺れを検出する２個のジャイロ１３０（Ｙ振れ検出ジャイロ１３１、Ｐ振れ検出ジャイロ１３２）と、ジャイロ１３０からの信号を処理する信号処理回路１３３とを備えている。
【００３３】
Ｙ振れ検出ジャイロ１３１は、揺れ検出を行えるジャイロセンサとして構成されており、撮像装置１Ａが手振れによってＹａｗ方向（水平方向）に回転する場合の回転振れを検出して、その角速度信号を出力する。
【００３４】
Ｐ振れ検出ジャイロ１３２も、揺れ検出を行えるジャイロセンサとして構成されており、撮像装置１Ａが手振れによってＰｉｔｃｈ方向（垂直方向）に回転する場合の回転振れを検出して、その角速度信号を出力する。
【００３５】
信号処理回路１３３は、主に各ジャイロ１３０から出力される角速度信号を増幅するための部位である。
【００３６】
温度センサ１４は、撮像装置１Ａの特定部位について温度変化による性能変化を補正するために設けられている。具体的には、２次元位置センサ１２の補正や、Ｙ・Ｐ駆動アクチュエータ２１、２２の駆動周波数、駆動電圧等を必要に応じて補正し最適な手振れ補正を行えるようにする。
【００３７】
デジタル制御部１９は、例えばＣＰＵおよびメモリを有し、撮像装置１Ａの各部を統括的に制御する部位である。このデジタル制御部１９は、信号処理回路１３３からの出力信号に基づき手振れを検出する振れ量検出部１９１と、係数変換部１９２と、駆動制御部１９３と、シーケンスコンロトール部１９４とを備えている。
【００３８】
振れ量検出部１９１は、信号処理回路１３３から出力される撮像装置１ＡのＹ方向およびＰ方向の回転振れ(角速度)を一定の時間間隔で取り込み、角速度信号を角度信号に変換する積分処理を行う。これにより、撮像装置１ＡにおけるＹａｗ方向の振れ量ｄｅｔｙとＰｉｔｃｈ方向の振れ量ｄｅｔｐとが算出されることとなる。
【００３９】
係数変換部１９２は、振れ量検出部１９１で検出された振れ量ｄｅｔｙ、ｄｅｔｐを移動量ｐｙ、ｐｐに変換する部位である。
【００４０】
駆動制御部１９３は、係数変換部１９２から出力された移動量ｐｙ、ｐｐに基づき、駆動回路部２３Ａに制御信号を送る部位である。この駆動制御部１９３においては、最適制御値を演算してフィードバック制御を行うことにより、イメージセンサ１１の高性能な駆動が実現できることとなる。
【００４１】
シーケンスコントロール部１９４は、撮像装置１Ａの撮影や手振れ補正に関するシーケンスを制御する。例えば、撮影制御においては、撮影者によるレリーズ釦１５の半押し（Ｓ１オン）が行われると測光や測距などの撮影準備動作を開始し、レリーズ釦１５の全押し（Ｓ２オン）が行われると本撮影の撮影状態に移行する。そして、本撮影時において手振れ補正モードに設定されている場合には、手振れ補正動作が実施されることとなる。この手振れ補正動作では、次の順番でシーケンスが制御される。
【００４２】
(１)振れ量検出部１９１において、信号処理回路１３３からの角速度信号を取り込んで、上記の振れ量（ｄｅｔｙ、ｄｅｔｐ）を検出する。
【００４３】
(２)係数変換部１９２において、振れ量（ｄｅｔｙ、ｄｅｔｐ）を移動量（ｐｙ、ｐｐ）に変換する。
【００４４】
(３)駆動制御部１９３において、移動量（ｐｙ、ｐｐ）を最適な駆動制御量に変換する。
【００４５】
以上のような処理をシーケンスコントロール部１９４で行うことにより、適切な手振れ補正が実施できることとなる。
【００４６】
＜駆動部２Ａの構成＞
図２は、駆動部２Ａの構成を説明するための図である。なお、駆動部２Ａには、図１に示すように２個のアクチュエータ２０が設けられているが、便宜上、一方のアクチュエータ２０のみを図示している。
【００４７】
アクチュエータ２０は、イメージセンサ１１に連結する１の可動体としての可動部２４と、可動部２４の両端にプッシュ・プルの配置で接続するワイヤ状のＳＭＡ２５(２５ａ、２５ｂ)と、一対のＳＭＡ２５ａ、２５ｂそれぞれの端部を固定するための固定部２６ａ、２６ｂとを備えている。
【００４８】
可動部２４の両端および固定部２６ａ、２６ｂには、２本のＳＭＡ２５それぞれの端部を固定するための端子部２４ｆ、２６ｆが設けられている。これらの端子部２４ｆ、２６ｆは、導電性を有しており、ＳＭＡ２５ａ、２５ｂに電気を流して通電する場合の端子として機能する。
【００４９】
ＳＭＡ２５は、例えば２０Ωの抵抗値を有しており、その両端に接続する端子部２４ｆ、２６ｆから通電されると、ジュール熱が発生しＳＭＡ２５自身が加熱される。この加熱により、ＳＭＡ２５は記憶された形状に回復するため、可動部２４を一定の方向（Ｘ方向）に駆動することが可能となる。ここで、各ＳＭＡ２５は、通電による加熱によって収縮動作を行うように一定の縮み量が記憶されており、図２に示す中立位置において適度な応力が加えられている。なお、ＳＭＡ２５は、通電による加熱速度(ＳＭＡ２５の温度上昇率)と通電の停止からの放熱速度(ＳＭＡ２５の温度降下率)とがほぼ等しい特性を有している。
【００５０】
このようなアクチュエータ２０の構成により、ＳＭＡ２５ａを通電すると可動部２４が＋Ｘ方向に移動し、ＳＭＡ２５ｂを通電すると可動部２４が−Ｘ方向に移動することとなる。ＳＭＡ２５の特性について、以下で詳しく説明する。
【００５１】
図３は、ＳＭＡ２５における通電電流と変位との関係を示す図である。この図３においては、横軸が電流値を示しており、縦軸がＳＭＡ２５の変位を示している。
【００５２】
ＳＭＡ２５は、通電電流が３０ｍＡに相当する電流値Ｉ１になると収縮方向に変形が開始されるとともに、１２０ｍＡに相当する電流値Ｉ２に達すると変形が完了する。すなわち、ＳＭＡ２５をオーステナイト変態開始温度に加熱するために必要な電流値Ｉ１から、変態終了温度に加熱するために必要な電流値Ｉ２までの領域が、ＳＭＡ２５で変形が生じる変態温度領域に相当する。
【００５３】
図４は、ＳＭＡ２５の通電によるステップ応答の結果を示す図である。この図４においては、横軸が時間を示しており、縦軸がＳＭＡ２５の変位(％)を示している。
【００５４】
ＳＭＡ２５においては、８０ｍＡ、１００ｍＡ、１２０ｍＡおよび１４０ｍＡの各電流のステップ入力を行った場合、グラフＧａ〜Ｇｄに示すように変位が時間の経過とともに変化する。
【００５５】
グラフＧｃおよびグラフＧｄに示すように、１２０ｍＡを通電する場合も１４０ｍＡを通電する場合も変位が４.２％付近に収束している。このことから、１２０ｍＡの電流を通電する場合に変位が飽和することが言えるが、この場合にはグラフの傾斜部Ｋｔに相当する応答速度も略最大となる。換言すれば、ＳＭＡ２５において最大の変位速度を得られる必要最低限の電流値は、１２０ｍＡとなる。なお、ＳＭＡ２５自身の抵抗値を上記のように２０Ωとすれば、１２０ｍＡの電流値を通電するには、２０[Ω]×０.１２[Ａ]＝２.４[Ｖ]の電圧の印加が必要である。
【００５６】
図２に戻って、説明を続ける。
【００５７】
駆動回路部２３Ａは、各ＳＭＡ２５に電圧を印加して電力供給を行う電力供給回路２７と、電力供給回路２７に駆動制御信号を送る制御回路２８Ａとを備えている。
【００５８】
電力供給回路２７は、例えばパワーアンプとして構成されており、制御回路２８Ａからの駆動制御信号に基づく電圧をＳＭＡ２５に印加する。すなわち、電力供給回路２７によって、制御回路２８Ａから送られる通電制御信号に基づきＳＭＡ２５に通電を行って加熱することで、可動部２４の駆動に連動するＳＭＡ２５の記憶形状への復元動作を行えることとなる。なお、電力供給回路２７においては、パワーアンプに限らず、定電圧制御機能付きのＨブリッジドライバとして構成されていても良い。
【００５９】
制御回路２８Ａは、デジタル制御部１９から入力される制御信号に基づき、可動部２４を目標変位(駆動制御値)分だけ駆動するために必要なＳＭＡ２５の通電電流を演算して、演算結果を通電制御信号として電力供給回路２７に出力する。
【００６０】
以上のような構成を有する駆動部２Ａの駆動原理について以下で説明する。
【００６１】
＜駆動部２Ａの駆動原理＞
駆動部２Ａでは、各ＳＭＡ２５ａ、２５ｂに基準バイアス電流(以下では単に「バイアス電流」ともいう)を通電して、アクチュエータ２０の応答性の向上が図られているが、このバイアス電流について、まず説明する。
【００６２】
ＳＭＡ２５は、図３に示すような電流・変位の特性を有しており、変態開始温度となる電流値Ｉ１から変態終了温度となる電流値Ｉ２までの範囲では通電に対して良好な応答性が得られる。そこで、バイアス電流に対応するＳＭＡ２５への投入電流の平均値は、上記の電流値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内になるように設定する。
【００６３】
図５は、駆動部２Ａの駆動原理を説明するための図である。ここで、図５(ａ)および図５(ｂ)は、ＳＭＡ２５ａおよびＳＭＡ２５ｂに対する印加電圧の信号波形Ｍａ、Ｍｂを示している。
【００６４】
制御回路２８Ａにおいては、パルス信号(ＰＷＭ信号)に基づきＳＭＡ２５に印加電圧が与えられる。ここで、パルス信号における電圧の平均値はＳＭＡ２５への投入電力に相当するため、ＳＭＡ２５ａ、２５ｂに対する各パルス信号のデューティ比を調整すれば加熱量、つまり変位量を制御できることとなる。なお、パルス信号のキャリア周波数(搬送周波数)については、ＳＭＡ２５の応答性に対して十分に高速な周波数(例えば１ｋＨｚ以上)に設定することで、パルス信号そのものに追従することによる駆動誤差の影響が無視できるレベルに抑えるようにする。また、ＳＭＡ２５の応答速度を向上させるために、パルス信号におけるオン時のピーク電圧値をＳＭＡの応答速度がほぼ飽和する電流値１２０ｍＡ(図４参照)に相当する電圧(例えば２.４[Ｖ])以上に設定する。
【００６５】
図５(ａ)および図５(ｂ)に示す時間帯ｔ１１においては、制御回路２８Ａにより上述のバイアス電流に対応するパルス信号Ｍａ１、Ｍｂ１が生成される。これらのパルス信号Ｍａ１、Ｍｂ１については、ＳＭＡ２５に通電する単位時間当たりの平均電流がバイアス電流に対応しており、デューティ比ａ１／ｔ１１(＝ｂ２／ｔ１１)を有するパルス信号となっている。
【００６６】
このようにバイアス電流に対応するデューティ比のパルス信号Ｍａ１、Ｍｂ１がＳＭＡ２５ａ、２５ｂに印加されることにより、可動部２４は図２に示す中立位置を目標位置とする変位が与えられることとなる。
【００６７】
可動部２４を−Ｘ方向(図２)に駆動するためには、時間帯ｔ１２のようにパルス信号Ｍａ２、Ｍｂ２が制御回路２８Ａで生成される。すなわち、ＳＭＡ２５ｂに対するパルス信号Ｍｂ２のデューティ比ｂ２／ｔ１２については、パルス信号Ｍｂ１における基準のデューティ比ｂ１／ｔ１１に対して、−Ｘ方向への目標変位に応じた大きさのデューティ比が加算される。一方、ＳＭＡ２５ａに対するパルス信号Ｍａ２のデューティ比ａ２／ｔ１２については、ａ２＝ｂ１−ｂ２＋ａ１が成立するように電圧オン時間ａ２が減少して設定される。
【００６８】
このように可動部２４の目標変位(駆動制御値)に比例したデューティ比を有するパルス幅変調信号Ｍａ２、Ｍｂ２に基づきＳＭＡ２５ａ、２５ｂに電圧印加が繰り返して行われることにより、ＳＭＡ２５ｂの収縮動作が連続して行われるとともにＳＭＡ２５ａが伸長し、可動部２４が徐々に−Ｘ方向(図２)の目標位置に移動されることとなる。
【００６９】
一方、可動部２４を＋Ｘ方向(図２)に駆動するためには、時間帯ｔ１３のようにパルス信号Ｍａ３、Ｍｂ３が制御回路２８Ａで生成される。すなわち、ＳＭＡ２５ａに対するパルス信号Ｍａ３のデューティ比ａ３／ｔ１３については、パルス信号Ｍａ１のデューティ比ａ１／ｔ１１に対して、＋Ｘ方向への目標変位に応じた大きさのデューティ比が加算され、ＳＭＡ２５ｂに対するパルス信号Ｍｂ３のデューティ比ｂ３／ｔ１３については、ｂ３＝ａ１−ａ３＋ｂ１が成立するように電圧オン時間ｂ３が減少して設定されることとなる。
【００７０】
このようなパルス信号Ｍａ３、Ｍｂ３に基づく電圧の印加がＳＭＡ２５ａ、２５ｂに対して繰り返して行われることにより、ＳＭＡ２５ａの収縮動作が連続して行われるとともにＳＭＡ２５ｂが伸長し、可動部２４が徐々に＋Ｘ方向(図２)に移動されることとなる。
【００７１】
以上のような駆動原理により可動部２４を目標変位に応じて駆動できることとなるが、図５に示すように各ＳＭＡ２５に電圧を印加すると、ＳＭＡ２５ａおよびＳＭＡ２５ｂに同時に電圧が印加される時間帯(例えば図６に示す時間帯ａ２、ｂ３)において電流負荷が２倍に増加する。
【００７２】
このような電流負荷のピークを抑えるための駆動部２Ａ全体の動作を説明する。
【００７３】
＜駆動部２Ａ全体の動作＞
駆動部２Ａは、２本のＳＭＡを有する２組のアクチュエータ２０を備えるため、合計４本のＳＭＡを有している。そこで、これらのＳＭＡを区別するため、Ｙ駆動アクチュエータ２１に設けられる２本のＳＭＡをＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２と称するとともに、Ｐ駆動アクチュエータ２２に設けられる２本のＳＭＡをＳＭＡｐ１、ＳＭＡｐ２と称して、駆動部２Ａ全体の動作を説明する。
【００７４】
通常、手ぶれ補正のように高速な応答性が必要なサーボ制御系でＳＭＡアクチュエータを使用する場合、ＳＭＡの変態に関する応答速度を高めるために瞬間的に大電流を流すのが好ましいが、耐久性の劣化、冷却時間増加による応答性の低下を招くため、最大変位(図３に示す電流値Ｉｍから電流値Ｉ２(１２０ｍＡ)までの電流が平均的に必要な変位)を生じさせる駆動を実施しなくてもよいようにＳＭＡアクチュエータの長さが設計されている。すなわち、応答性確保のためにパルス信号における通電オン時の電流値は上述の１２０[ｍＡ]に設定する一方、必要な変位量は６０[ｍＡ]程度の平均的な電流値で得られるため、駆動パルス信号のデューティ比は５０％以下で十分となる。このようなＳＭＡアクチュエータの特徴を活用して、撮像装置１Ａでは以下で説明する駆動部２Ａ全体の動作が行われることとなる。
【００７５】
図７は、駆動部２Ａ全体の動作を説明するための図である。ここで、図７(ａ)〜(ｄ)は、ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に対する印加電圧のパルス信号Ｊａ〜Ｊｄを示している。また、図７(ｅ)は、駆動部２Ａ全体でＳＭＡに供給する通電電流の波形Ｋａを示している。
【００７６】
ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に通電するための各パルス信号Ｊａ〜Ｊｄにおいては、まずキャリア周波数を同一に設定する。このキャリア周波数については、上述したようにＳＭＡの応答性に対して十分に高速な周波数(例えば１ｋＨｚ以上)に設定する。
【００７７】
次に、キャリア周波数における１周期分の時間ｔａ[sec]を４つに等分割し、分割した時間(以下では「分割時間」ともいう)ｔａ/４[sec]ごとに順に各ＳＭＡに電圧印加を行うようにする。
【００７８】
具体的には、ＳＭＡｙ１に電圧を印加できる時間として図７(ａ)に示すように周期ｔａのうちの最初の分割時間ｔａ１が割り当てられるとともに、ＳＭＡｙ２に電圧を印加できる時間として図７(ｂ)に示すように周期ｔａのうちの２番目の分割時間ｔａ２が割り当てられる。また、ＳＭＡｐ１に電圧を印加できる時間として図７(ｃ)に示すように周期ｔａのうちの３番目の分割時間ｔａ３が割り当てられるとともに、ＳＭＡｐ２に電圧を印加できる時間として図７(ｄ)に示すように周期ｔａのうちの最後(４番目)の分割時間ｔａ４が割り当てられる。すなわち、ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２それぞれに対して通電する通電時間帯を時間軸方向に拡散させた各パルス信号(通電制御信号)Ｊａ〜Ｊｄが生成される。
【００７９】
各ＳＭＡのパルス信号Ｊａ〜Ｊｄにおいて、割り当てられた分割時間ｔａ/４を限度(デューティ比１００％)として、デューティ比を変化させることにより、可動部２４を所望の２次元位置に駆動できることとなる。
【００８０】
以上のようにキャリア周波数の１周期を４つに時分割して各ＳＭＡの通電時間に割り当てることにより、図７(ｅ)に示す通電電流の波形Ｋａのように電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分の通電電流に抑えることでき、電流負荷の平準化が図れる。
【００８１】
すなわち、駆動部２Ａ全体の動作では、パルス信号Ｊａ〜Ｊｄにおいて各ＳＭＡに対する通電時間帯を重複させいないため、駆動部２Ａに設けられた４本のＳＭＡにおいて２以上のＳＭＡを並行して加熱する場合でも、電流負荷のピークを抑制できることとなる。
【００８２】
また、駆動部２Ａ全体の動作については、図７に示すようにキャリア周波数の１周期を４等分して各ＳＭＡの通電可能時間として割り当てるのは必須でなく、図８および図９に示すような時分割を行うようにしても良い。
【００８３】
図８は、駆動部２Ａ全体の他の動作を説明するための図である。ここで、図８(ａ)〜(ｄ)は、ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に対する印加電圧のパルス信号Ｊｅ〜Ｊｋを示している。また、図８(ｅ)は、駆動部２Ａ全体でＳＭＡに供給する通電電流の波形Ｋｂを示している。
【００８４】
ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に通電するための各パルス信号Ｊｅ〜Ｊｋにおいては、まずキャリア周波数を同一に設定する。次に、キャリア周波数における１周期分の時間ｔｂ[sec]を不均等に４分割して、各分割時間ごとに順に各ＳＭＡに電圧印加を行うようにする。
【００８５】
具体的には、ＳＭＡｙ１に電圧を印加できる時間として図８(ａ)に示すように周期ｔｂのうちの最初の分割時間ｔｂ１(＝６ｔｂ/２０)[sec]が割り当てられるとともに、ＳＭＡｙ２に電圧を印加できる時間として図８(ｂ)に示すように周期ｔｂのうちの２番目の分割時間ｔｂ２(＝５ｔｂ/２０)[sec]が割り当てられる。また、ＳＭＡｐ１に電圧を印加できる時間として図８(ｃ)に示すように周期ｔｂのうちの３番目の分割時間ｔｂ３(＝４ｔｂ/２０)[sec]が割り当てられるとともに、ＳＭＡｐ２に電圧を印加できる時間として図８(ｄ)に示すように周期ｔｂのうちの最後(４番目)の分割時間ｔｂ４(＝５ｔｂ/２０)[sec]が割り当てられる。
【００８６】
各ＳＭＡのパルス信号Ｊｅ〜Ｊｋにおいては、割り当てられた各分割時間を限度(デューティ比１００％)として、デューティ比を変化させることにより、可動部２４を所望の２次元位置に駆動できることとなる。
【００８７】
以上のようにキャリア周波数の１周期を４分割して各ＳＭＡの通電時間に割り当てることにより、図８(ｅ)に示すように電流負荷の最大値を１本分のＳＭＡへの通電電流に抑えることでき、電流負荷の平準化が図れる。また、図８に示す不均一な時分割は、各ＳＭＡが必要とする最大の通電電流値が異なる場合において有効である。
【００８８】
図９は、駆動部２Ａ全体の他の動作を説明するための図である。ここで、図９(ａ)〜(ｄ)は、ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に対する印加電圧のパルス信号Ｊｐ〜Ｊｓを示している。また、図９(ｅ)は、駆動部２Ａ全体でＳＭＡに供給する通電電流の波形Ｋｃを示している。
【００８９】
ＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に通電するための各パルス信号Ｊｐ〜Ｊｓにおいては、キャリア周波数を同一に設定するが、その１周期ｔｃ[sec]の時分割では、次のＳＭＡに対するパルス信号のＯＮタイミングを、前のＳＭＡに対するパルス信号のＯＦＦタイミングに適合させるように設定する。
【００９０】
具体的には、ＳＭＡｙ１の電圧印加は、図９(ａ)に示すように周期ｔｃのうち最初の時間ｔｃ１(＝ｔｃ／４×ＳＭＡｙ１のデューテイ比)に行われるとともに、ＳＭＡｙ２の電圧印加は、図９(ｂ)に示すようにパルス信号Ｊｐのオフ動作直後に開始され、時間ｔｃ２(＝ｔｃ／４×ＳＭＡｙ２のデューテイ比)[sec]の間、実施される。また、ＳＭＡｐ１の電圧印加は、図９(ｃ)に示すようにパルス信号ＪｑのＯＦＦタイミングから開始され、時間ｔｃ３(＝ｔｃ／４×ＳＭＡｐ１のデューテイ比)[sec]の間、実施されるとともに、ＳＭＡｐ２の電圧印加は、図９(ｄ)に示すようにパルス信号ＪｒのＯＦＦタイミングから開始され、時間ｔｃ４(＝ｔｃ／４×ＳＭＡｐ２のデューテイ比)[sec]の間、実施される。
【００９１】
以上のようにキャリア周波数の１周期を４つに時分割して各ＳＭＡの通電を行っても、図９(ｅ)に示すように電流負荷の最大値を１本分のＳＭＡへの通電電流に抑えることでき、電流負荷の平準化が図れる。
【００９２】
なお、駆動部２Ａ全体の動作については、各ＳＭＡへの通電時間帯を完全にずらしていたが、各ＳＭＡに通電を行うための電源ラインに適切な容量のコンデンサを接続すれば通電時間帯を多少重複させるようにしても良い。具体的には、電源ラインに１０[μＦ]程度のコンデンサを設けることにより、５.５μsec程度以下の通電時間帯の重複であれば、必要な電流を上記のコンデンサから瞬間的に出力できるため、システム電源(撮像装置１Ａの電源)の負荷はほとんど変化しない。その結果、電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分程度の通電電流に抑えて、電流負荷のピークを抑制できることとなる。
【００９３】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂについては、図１および図２に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと類似の構成を有しているが、駆動部の構成が異なっている。
【００９４】
すなわち、第２実施形態の駆動部２Ｂにおいては、以下の動作を行える制御回路２８Ｂを有している。
【００９５】
＜駆動部２Ｂ全体の動作＞
図１０は、駆動部２Ｂ全体の動作を説明するための図である。ここで、図１０(ａ)および図１０(ｂ)は、Ｙ駆動アクチュエータ２１に関する印加電圧のパルス信号Ｐａ、Ｐ駆動アクチュエータ２２に関する印加電圧のパルス信号Ｐｂを示している。また、図１０(ｃ)および図１０(ｄ)は、ＳＭＡへの印加電圧を間引くためのパルス信号(間引きパルス信号)Ｑａ、Ｑｂを示している。
【００９６】
Ｙ駆動アクチュエータ２１においては、ＳＭＡｙ２の駆動パルスとして図１０(ａ)に示すパルス信号Ｐａをそのまま使用するとともに、ＳＭＡｙ１の駆動パルスとしてパルス波形Ｐａを論理反転させたパルスを使用する。これにより、ＳＭＡｙ１およびＳＭＡｙ２に対する各駆動パルスは、一方がオン時には他方がオフとなる相補的な信号となる。なお、パルス信号Ｐａのキャリア周波数(１/ｔｄ)は、ＳＭＡの応答性に対して十分に高速な周波数に設定する。
【００９７】
ここで、パルス信号Ｐａのデューティ比を５０％に設定すれば、ＳＭＡｙ１およびＳＭＡｙ２の通電量が等しくなるため、可動部２４を中立位置に移動できる。一方、パルス信号Ｐａのデューティ比を５０％より小さくすると、ＳＭＡｙ１の通電量が増加してＳＭＡｙ２の通電量が減少するため、可動部２４を＋方向に移動できる。また、パルス信号Ｐａのデューティ比を５０％より大きくすると、ＳＭＡｙ２の通電量が増加してＳＭＡｙ１の通電量が減少するため、可動部２４を−方向に移動位できることとなる。
【００９８】
Ｐ駆動アクチュエータ２２においても、上記のＹ駆動アクチュエータ２１と同様にＳＭＡｐ２の駆動パルスとして図１０(ｂ)に示すパルス信号Ｐｂをそのまま使用するとともに、ＳＭＡｐ１の駆動パルスとしてパルス信号Ｐｂを論理反転させたパルスを使用する。これにより、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２に対する各駆動パルスは、一方がオン時には他方がオフとなる相補的な信号となる。なお、パルス信号Ｐｂのキャリア周波数も、ＳＭＡの応答性に対して十分に高速な周波数に設定する。図１０(ａ)、(ｂ)では、Ｙ駆動用のパルス信号ＰａとＰ駆動用のパルス信号Ｐｂを同一のキャリア周波数としているが、上述の条件のもと任意の周波数に設定すれば良い。
【００９９】
ここで、上記のパルス信号Ｐａの場合と同様に、パルス信号Ｐｂのデューティ比を制御すれば、可動部２４をPitch方向の所望位置に移動できることとなる。
【０１００】
次に、駆動部２Ｂでの省電力化を図るため、上述した各ＳＭＡの駆動パルスに対して、間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂによる間引き処理を施すこととする。この間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂについて詳しく説明する。
【０１０１】
間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂにおいては、キャリア周波数(１/ｔｅ)が同一に設定されるが、上記の駆動パルスのキャリア周波数に対して高周波数に設定される。そして、キャリア周波数における１周期分の時間ｔｅ[sec]を２分割し、分割時間ｔｅ/２[sec]ごとに間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂで交互にオン信号を発生させるようにする。
【０１０２】
具体的には、Ｙ駆動アクチュエータ２１について電圧を印加できる時間として、図１０(ｃ)に示すように周期ｔｅのうちの最初の分割時間ｔｅ１が割り当てられるとともに、Ｐ駆動アクチュエータ２２について電圧を印加できる時間として、図１０(ｄ)に示すように周期ｔｅのうちの２番目の分割時間ｔｅ２が割り当てられる。
【０１０３】
各間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂにおいては、割り当てられた分割時間ｔｅ/２を限度(デューティ比１００％)として、デューティ比を変化させることにより、間引き率を制御できることとなる。
【０１０４】
以上の間引きパルス信号Ｑａ、Ｑｂに基づきＳＭＡｙ１、ＳＭＡｙ２、ＳＭＡｐ１およびＳＭＡｐ２の各駆動パルスについて間引き処理した結果を、図１１に示す。
【０１０５】
図１１(ａ)に示すＳＭＡｙ１の印加電圧のパルス信号Ｐａａは、パルス信号Ｐａ(図１０(ａ))を反転させた駆動パルス信号と間引きパルス信号Ｑａ(図１０(ｃ))とに関する論理積演算により生成された信号であり、図１１(ｂ)に示すＳＭＡｙ２の印加電圧のパルス信号Ｐａｂは、パルス信号Ｐａ(図１０(ａ))をそのまま用いた駆動パルス信号と間引きパルス信号Ｑａ(図１０(ｃ))とに関する論理積演算により生成された信号である。また、図１１(ｃ)に示すＳＭＡｐ１の印加電圧のパルス信号Ｐｂａは、パルス信号Ｐｂ(図１０(ｂ))を論理反転させた駆動パルス信号と間引きパルス信号Ｑｂ(図１０(ｄ))とに関する論理積演算により生成された信号であり、図１１(ｄ)に示すＳＭＡｐ２の印加電圧のパルス信号Ｐｂｂは、パルス信号Ｐｂ(図１０(ｂ))をそのまま用いた駆動パルス信号と間引きパルス信号Ｑｂ(図１０(ｄ))とに関する論理積演算により生成された信号である。
【０１０６】
以上のように相補的な関係を有する一対の駆動パルス信号ごとに、オン信号のタイミングが異なる間引きパルスにより間引き処理を行うため、図１１(ｅ)に示すように電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分の通電電流に抑えることでき、電流負荷の平準化が図れる。
【０１０７】
すなわち、駆動部２Ｂ全体の動作では、間引きパルス信号を用いて各ＳＭＡの通電時間帯を時間軸方向に拡散させることにより各通電時間帯の重複をなくすため、電流負荷のピークを抑制できることとなる。
【０１０８】
なお、駆動部２Ｂ全体の動作については、図１０(ｃ)および図１０(ｄ)に示すようにキャリア周波数の周期ｔｅを２等分した時間ｔｅ１、ｔｅ２を各間引きパルスのオン出力可能時間に割り当てるのは必須でなく、図１２に示すように各間引きパルスのオン出力時間を割り当てるようにしても良い。
【０１０９】
図１２は、駆動部２Ｂにおける他の間引きパルス信号を説明するための図である。
【０１１０】
各間引きパルス信号Ｑｃ、Ｑｄについては、キャリア周波数が同一に設定されるが、キャリア周波数の１周期ｔｆ[sec]に関する時分割では、例えば間引きパルス信号Ｑｃのオン出力時間帯ｔｆ１の直後に間引きパルス信号Ｑｄのオン出力時間帯ｔｆ２がくるように、間引きパルス信号ＱｄのＯＮタイミングを、間引きパルス信号ＱｃのＯＦＦタイミングに適合させるように設定する。
【０１１１】
以上のような間引きパルス信号Ｑｃ、Ｑｄによっても、電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分の通電電流に抑えることでき、電流負荷の平準化が図れることとなる。
【０１１２】
なお、駆動部２Ｂ全体の動作については、各ＳＭＡへの通電時間帯を完全にずらしていたが、各ＳＭＡに通電を行うための電源ラインに適切な容量のコンデンサを接続すれば通電時間帯を多少重複させるようにしても良い。具体的には、電源ラインに１０[μＦ]程度のコンデンサを設けることにより、５.５μsec程度以下の通電時間帯の重複であれば、必要な電流を上記のコンデンサから瞬間的に出力できるため、システム電源(撮像装置１Ｂの電源)の負荷はほとんど変化しない。その結果、電流負荷の最大値をＳＭＡ１本分程度の通電電流に抑えて、電流負荷のピークを抑制できることとなる。
【０１１３】
＜変形例＞
◎上記の各実施形態におけるアクチュエータについては、図２に示すようにＳＭＡ２５の伸縮方向と可動部２４の移動方向とが一致するように構成されるのは必須でなく、図１３に示すように２本のＳＭＡ２５の伸縮によって可動部２４が支点Ｃｏを中心として回動するプッシュプル構成であっても良い。
【０１１４】
◎上記の各実施形態における可動部については、１つの可動体として構成されるのは必須でなく、複数の可動体で構成されても良い。この場合でも、複数の可動体それぞれに接続するＳＭＡアクチュータを加熱し各可動体を並行して駆動する時には、上述のように各ＳＭＡの通電時間帯を時間軸方向に拡散させて重複させないことで、電流負荷のピークを抑制できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。
【図２】駆動部２Ａの構成を説明するための図である。
【図３】ＳＭＡ２５における通電電流と変位との関係を示す図である。
【図４】ＳＭＡ２５の通電によるステップ応答の結果を示す図である。
【図５】駆動部２Ａの駆動原理を説明するための図である。
【図６】電流負荷のピークを説明する図である。
【図７】駆動部２Ａ全体の動作を説明するための図である。
【図８】駆動部２Ａ全体の他の動作を説明するための図である。
【図９】駆動部２Ａ全体の他の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る駆動部２Ｂ全体の動作を説明するための図である。
【図１１】駆動部２Ｂ全体の動作を説明するための図である。
【図１２】駆動部２Ｂにおける他の間引きパルス信号を説明するための図である。
【図１３】本発明の変形例に係るアクチュエータ２０Ａの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１Ａ、１Ｂ  撮像装置
２Ａ、２Ｂ  駆動部
２０、２０Ａ  アクチュエータ
２３Ａ、２３Ｂ  駆動回路部
２４  可動部
２５、２５ａ、２５ｂ  形状記憶合金（ＳＭＡ）
２７  電力供給回路
２８Ａ、２８Ｂ  制御回路
【図１】
2006340567.tif 000003
【図２】
2006340567.tif 000004
【図３】
2006340567.tif 000005
【図４】
2006340567.tif 000006
【図５】
2006340567.tif 000007
【図６】
2006340567.tif 000008
【図７】
2006340567.tif 000009
【図８】
2006340567.tif 000010
【図９】
2006340567.tif 000011
【図１０】
2006340567.tif 000012
【図１１】
2006340567.tif 000013
【図１２】
2006340567.tif 000014
【図１３】
2006340567.tif 000015