(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＭＡ作動装置内のＳＭＡアクチュエータワイアを制御する方法であって、前記ＳＭＡアクチュエータワイアは、可動要素と支持構造との間に、張った状態で、前記ＳＭＡアクチュエータワイアが対向方向で前記可動要素に力を印加する配置で接続され、前記方法は、所定の軸に沿って前記支持構造に対する前記可動要素の動きを駆動するように前記ＳＭＡアクチュエータワイアを制御する方法であり、前記方法は、
前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度を検出するステップと、
前記所定の軸に関するフィードバック差分測度を導出するステップであって、前記フィードバック差分測度が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数によって互いに対して拡大縮小された前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、前記係数の大きさが、前記ＳＭＡアクチュエータワイアによって前記可動要素に印加される力の前記所定の軸に沿った成分を表し、前記係数の符号が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアが前記力の成分を印加する前記所定の軸に沿った方向を表す、導出するステップと、
前記フィードバック差分測度に応答して、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度と前記所定の軸に関する標的差分測度との差を低減させるように、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御する前記ステップが、前記駆動信号の平均電力を制御して、前記ＳＭＡアクチュエータワイア内で所定の張力を達成するように実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周囲温度の測度を得るステップをさらに含み、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御する前記ステップが、前記周囲温度の測度に応答して平均電力を制御するように実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御する前記ステップが、前記フィードバック差分測度に応答して、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度と前記所定の軸に関する標的差分測度との差を低減させるように、前記駆動信号の前記電力が平均電力から変動する相対的な量を調整することを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアと、任意選択で、前記所定の軸に直交して前記可動要素に力を印加する直交するＳＭＡアクチュエータワイアとからなり、したがって、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に対して鋭角で前記可動要素に力を印加する少なくとも１つの位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアを備え、したがって、前記少なくとも１つの位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアに関する前記係数が、１未満の大きさを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の軸に加えて、前記所定の軸に直交するさらなる軸に沿って前記支持構造に対する前記可動要素の動きを駆動するように前記ＳＭＡアクチュエータワイアを制御する方法であり、
前記さらなる軸に関するフィードバック差分測度を導出するステップであって、前記フィードバック差分測度が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数によって互いに対して拡大縮小された前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、前記係数の大きさが、前記ＳＭＡアクチュエータワイアによって前記可動要素に印加される力の前記さらなる軸に沿った成分を表し、前記係数の符号が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアが前記力の成分を印加する前記さらなる軸に沿った方向を表す、導出するステップと、
前記フィードバック差分測度に応答して、前記さらなる軸に関する前記フィードバック差分測度と前記さらなる軸に関する標的差分測度との差を低減させるように、前記さらなる軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御するステップとをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアと、前記さらなる軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する直交するＳＭＡアクチュエータワイアとからなり、したがって、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記所定の軸に沿って前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記所定の軸に沿って前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差であり、前記さらなる軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記さらなる軸に沿って前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる直交するＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記さらなる軸に沿って前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＳＭＡ作動装置が、前記支持構造に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、前記可動要素が、前記画像センサ上に画像を集束させるように配置された１つまたは複数のレンズを備えるカメラレンズ要素を構成し、前記所定の軸と前記さらなる軸がどちらも、前記カメラレンズ要素の光軸に直交する、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのレンズが、最大でも１０ｍｍの直径を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記装置の振動を表す振動信号を生成するステップと、
前記振動信号に応答して、前記カメラレンズ要素の動きを駆動して前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるように、前記標的差分測度を生成するステップと
をさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
支持構造と、前記支持構造に対して可動の可動要素と、前記可動要素と前記支持構造との間に、張った状態で、対向方向で前記可動要素に力を印加する配置で接続されたＳＭＡアクチュエータワイアとを備えるＳＭＡ作動装置に対する制御システムであって、
前記ＳＭＡアクチュエータワイアを通って駆動信号を供給するように動作可能な駆動回路と、
前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度を検出するように配置された検出回路と、
所定の軸に沿って前記支持構造に対する前記可動要素の動きを駆動するように、前記駆動回路によって供給される前記駆動信号の電力を制御するように構成された制御回路とを備え、  前記制御回路が、前記所定の軸に関するフィードバック差分測度を導出するように構成され、前記フィードバック差分測度が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数によって互いに対して拡大縮小された前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、前記係数の大きさが、前記ＳＭＡアクチュエータワイアによって前記可動要素に印加される力の前記所定の軸に沿った成分を表し、前記係数の符号が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアが前記力の成分を印加する前記所定の軸に沿った方向を表し、
前記制御回路が、前記フィードバック差分測度に応答して、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度と前記所定の軸に関する標的差分測度との差が低減されるように、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御するように構成される、制御システム。
【請求項１３】
前記制御回路が、前記駆動信号の平均電力を制御して、前記ＳＭＡアクチュエータワイア内で所定の張力を達成するように、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御するように構成される、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記制御システムが、周囲温度の測度を得るように配置され、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御する前記ステップが、前記周囲温度の測度に応答して平均電力を制御するように実行される、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記制御回路が、前記フィードバック差分測度に応答して、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度と前記所定の軸に関する標的差分測度との差が低減されるように、前記駆動信号の前記電力が平均電力から変動する相対的な量を調整することによって、前記所定の軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御するように構成される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアと、任意選択で、前記所定の軸に直交して前記可動要素に力を印加する直交するＳＭＡアクチュエータワイアとからなり、したがって、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差である、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に対して鋭角で前記可動要素に力を印加する少なくとも１つの位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアを備え、したがって、前記少なくとも１つの位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアに関する前記係数が、１未満の大きさを有する、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記制御回路が、前記所定の軸に加えて、前記所定の軸に直交するさらなる軸に沿って前記支持構造に対する前記可動要素の動きを駆動するように、前記駆動回路によって供給される前記駆動信号の前記電力を制御するように構成され、
前記制御回路が、前記さらなる軸に関するフィードバック差分測度を導出するように構成され、前記フィードバック差分測度が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数によって互いに対して拡大縮小された前記ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、前記係数の大きさが、前記ＳＭＡアクチュエータワイアによって前記可動要素に印加される力の前記さらなる軸に沿った成分を表し、前記係数の符号が、前記ＳＭＡアクチュエータワイアが前記力の成分を印加する前記さらなる軸に沿った方向を表し、
前記制御回路が、前記フィードバック差分測度に応答して、前記さらなる軸に関する前記フィードバック差分測度と前記さらなる軸に関する標的差分測度との差が低減されるように、前記さらなる軸に沿って前記可動要素に力の成分を印加する前記ＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の前記電力を制御するように構成される、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１９】
前記ＳＭＡアクチュエータワイアが、前記所定の軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアと、前記さらなる軸に沿って対向方向で前記可動要素に力を印加する直交するＳＭＡアクチュエータワイアとからなり、したがって、前記所定の軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記所定の軸に沿って前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記所定の軸に沿って前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差であり、前記さらなる軸に関する前記フィードバック差分測度が、前記さらなる軸に沿って前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる直交するＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記さらなる軸に沿って前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差である、請求項１７に記載の制御システム。
【請求項２０】
支持構造と、
前記支持構造に対して可動の可動要素と、前記可動要素と前記支持構造との間に、張った状態で、対向方向で前記可動要素に力を印加する配置で接続されたＳＭＡアクチュエータワイアと、
請求項１２から１９のいずれか一項に記載の制御システムと
を備えるＳＭＡ作動装置。
【請求項２１】
前記ＳＭＡ作動装置が、前記支持構造に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、前記可動要素が、前記画像センサ上に画像を集束させるように配置された１つまたは複数のレンズを備えるカメラレンズ要素を構成し、前記所定の軸と前記さらなる軸がどちらも、前記カメラレンズ要素の光軸に直交する、請求項２０に記載のＳＭＡ作動装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのレンズが、最大でも１０ｍｍの直径を有する、請求項２１に記載のＳＭＡ作動装置。
【請求項２３】
前記装置の振動を表す振動信号を生成するように配置された振動センサをさらに備え、
前記制御回路が、前記振動信号に応答して、前記カメラレンズ要素の動きを駆動して前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるように、標的差分測度を導出するように構成される、
請求項２１または２２に記載のＳＭＡ作動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＭＡ作動装置内のＳＭＡ（形状記憶合金）アクチュエータワイアの制御に関し、ＳＭＡアクチュエータワイアは、支持構造に対する可動要素の位置制御を提供する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプのＳＭＡ作動装置において、可動要素の位置制御を提供することが望まれている。そのような装置では、ＳＭＡアクチュエータワイアは、可動要素と支持構造との間に、張った状態で接続される。ＳＭＡアクチュエータワイアは、特にエネルギー密度が高く、これは所与の力を印加するために必要とされるＳＭＡアクチュエータが比較的小さい寸法であることを意味するため、そのような装置内のアクチュエータとして有利である。
【０００３】
ＳＭＡアクチュエータワイアがアクチュエータとして使用されることが知られている１つのタイプの装置は、カメラ、特に小型カメラである。いくつかの例を以下に挙げる。
【０００４】
ＷＯ２００７／１１３４７８は、たとえばカメラレンズ要素によって形成された画像を画像センサ上に集束させる目的で、光軸に沿ってカメラレンズ要素の動きを駆動するためにＳＭＡアクチュエータワイアが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。
【０００５】
ＷＯ２０１０／０２９３１６およびＷＯ２０１０／０８９５２９はそれぞれ、カメラレンズ要素および画像センサを含むカメラユニットの傾き調整を駆動することによってカメラ内に光学式画像安定化（ＯＩＳ）を提供するためにＳＭＡアクチュエータワイアが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。傾き調整は、カメラレンズ要素によって画像センサ上に形成された画像を振動に対して安定化させるために制御される。振動は、典型的には使用者の手の動きによって引き起こされ、画像センサによって捕捉される画像の品質を劣化させる。
【０００６】
ＷＯ２０１１／１０４５１８は、カメラユニットの傾き調整を駆動することによってカメラ内にＯＩＳを提供するためにＳＭＡアクチュエータワイアが使用されるが、追加の自由度を伴うＳＭＡ作動装置を開示している。
【０００７】
ＳＭＡアクチュエータワイアを抵抗の測度に基づいて制御することができることは、すでに開示されている。典型的には、ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度が検出され、この抵抗の測度と標的抵抗との差を低減させるようにＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御することによって、フィードバックパラメータとして使用される。これは、ＳＭＡアクチュエータワイアがばねなどの付勢要素に対して動作する装置の場合、ＳＭＡアクチュエータワイアがその抵抗対温度曲線に沿ってＳＭＡアクチュエータワイアの最大および最小抵抗から離れた領域内で動作される限り、うまく機能する。
【０００８】
抵抗の測度を使用するフィードバック制御はまた、ＳＭＡアクチュエータワイアが対向方向で可動要素に力を印加する配置であるＳＭＡ作動装置にも適用することができる。その場合、各ＳＭＡアクチュエータワイアは、ワイアを所望の位置へ駆動するように選択された標的抵抗を有する。各ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度が検出され、この抵抗の測度と標的抵抗との差を低減させるようにＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御することによって、フィードバックパラメータとして使用される。
【０００９】
しかし、両ＳＭＡアクチュエータワイアがこのようにしてそれぞれの抵抗に基づいて独立して制御される場合、個々のＳＭＡアクチュエータワイアへ供給される電力およびその結果のＳＭＡアクチュエータワイアの温度が、ＳＭＡアクチュエータワイアを損傷しうる値に到達する可能性があるというリスクがある。
【００１０】
加えて、この制御では、ＳＭＡアクチュエータワイアへ送達される電力が増大するにつれて、抵抗を減少させる必要がある。したがって、この制御は、その抵抗対温度曲線に沿って最大および最小抵抗付近のＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗では機能しなくなる。これらの抵抗は、ＳＭＡアクチュエータワイアが一定の張力に逆らって加熱されるときに観察される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、ＳＭＡ作動装置内のＳＭＡアクチュエータワイアを制御する方法が提供され、ＳＭＡアクチュエータワイアは、可動要素と支持構造との間に、張った状態で、ＳＭＡアクチュエータワイアが対向方向で可動要素に力を印加する配置で接続され、この方法は、所定の軸に沿って支持構造に対する可動要素の動きを駆動するようにＳＭＡアクチュエータワイアを制御する方法であり、この方法は、
ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度を検出するステップと、
所定の軸に関するフィードバック差分測度を導出するステップであって、フィードバック差分測度が、ＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数によって互いに対して拡大縮小されたＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、係数の大きさが、ＳＭＡアクチュエータワイアによって可動要素に印加される力の所定の軸に沿った成分を表し、係数の符号が、ＳＭＡアクチュエータワイアが前記力の成分を印加する所定の軸に沿った方向を表す、導出するステップと、
フィードバック差分測度に応答して、所定の軸に関するフィードバック差分測度と所定の軸に関する標的差分測度との差を低減させるように、所定の軸に沿って可動要素に力の成分を印加するＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御するステップとを含む。
【００１２】
本発明では、抵抗の測度をフィードバックパラメータとして使用するのではなく、所定の軸に沿った動きの制御は、フィードバック差分測度を使用して実行される。これは、係数によって互いに対して拡大縮小されたＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和である。係数は、ＳＭＡアクチュエータワイアが可動要素に対して可動要素に力を印加する方向に依存する。
【００１３】
係数の符号は、ＳＭＡアクチュエータワイアが力の成分を印加する所定の軸に沿った方向を表す。したがって、フィードバック差分測度は、実質上、所定の軸に沿って１方向に力を印加するあらゆるＳＭＡアクチュエータワイアと、所定の軸に沿って逆方向に力を印加するあらゆるＳＭＡアクチュエータワイアとの差測度である。
【００１４】
係数の大きさは、ＳＭＡアクチュエータワイアによって可動要素に印加される力の所定の軸に沿った成分を表す。これは、ＳＭＡアクチュエータワイアが可動要素に力を印加する角度を考慮に入れるためのものである。
【００１５】
いくつかの配置では、ＳＭＡアクチュエータワイアは、所定の軸に沿って対向方向で可動要素に力を印加する位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアを含む。その場合、所定の軸に関するフィードバック差分測度は、前記対向方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、前記対向方向のうちの第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差とすることができる。
【００１６】
いくつかの配置では、ＳＭＡアクチュエータワイアは、所定の軸に対して鋭角で可動要素に力を印加する位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアを含む。その場合、そのような位置合わせされていないＳＭＡアクチュエータワイアに関する係数は、位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアに対する係数に対して、１未満の大きさを有することができる。
【００１７】
フィードバック差分測度は、所定の軸に沿って可動要素に力の成分を印加するＳＭＡアクチュエータワイアに供給される駆動信号の電力を制御するために使用される。この制御は、フィードバック差分測度に応答して、所定の軸に関する標的差分測度に対して実行される。この制御は、所定の軸に関するフィードバック差分測度と所定の軸に関する標的差分測度との差を低減させるように実行される。
【００１８】
そのようなフィードバック制御により、過度の電力を印加して、その結果、ＳＭＡアクチュエータワイア内で高温を生じさせることなく、可動要素の位置を制御することが可能になる。これは、フィードバック差分パラメータを使用する位置制御を、印加される平均電力とは独立して制御することができるからである。したがって、過度の電力および温度がＳＭＡアクチュエータワイアを損傷しうるというリスクが低減される。同様に、そのようなフィードバック制御により、その抵抗対温度曲線に沿ってＳＭＡアクチュエータワイアの最大および最小抵抗近傍で閉ループ制御が可能になる。これにより、アクチュエータの行程を増大させる。
【００１９】
平均電力は、作動動作中は一定に維持することができるが、作動間には、たとえば周囲温度の測度に応答して変動させることができる。平均電力は、周囲温度が増大するにつれて減少するように制御することができる。任意選択で、周囲温度が比較的高い場合、平均電力は、より小さい量だけ減少するように、または周囲温度がさらに増大しても一定のままとなるように制御することができる。これらの設定により、良好な動作効率およびワイアの損傷に対する保護が提供される。
【００２０】
この制御方法は、前記所定の軸に加えて、所定の軸に直交するさらなる軸に沿って、支持構造に対する可動要素の動きを駆動するように、ＳＭＡアクチュエータワイアを制御するように拡張させることができる。この場合、この方法では、所定の軸に関するフィードバック差分測度に同等であるさらなる軸に関する同等のフィードバック差分測度を導出して使用する。このフィードバック差分測度は、対応するＳＭＡアクチュエータワイアに関して、（ａ）さらなる軸に沿ってＳＭＡアクチュエータワイアによって可動要素に印加される力の成分と、（ｂ）ＳＭＡアクチュエータワイアによって可動要素に印加される全体的な力との比によって互いに対して拡大縮小された、ＳＭＡアクチュエータワイアの抵抗の測度の和であり、この比は、前記対向方向のうちのそれぞれの方向に対して、逆の符号を有する。
【００２１】
本発明は、種々のタイプのＳＭＡ作動装置に適用することができる。１つの有利な適用分野では、ＳＭＡ作動装置は、支持構造に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、可動要素は、画像センサ上に画像を集束させるように配置された１つまたは複数のレンズを備えるカメラレンズ要素を構成する。その場合、所定の軸とさらなる軸はどちらも、カメラレンズ要素の光軸に直交することができ、その場合、この動きにより、光学式画像安定化（ＯＩＳ）を提供することができる。
【００２２】
本発明のさらなる態様によれば、類似の方法を実施するＳＭＡ作動装置に対する制御システムが提供される。
【００２３】
さらなる理解を可能にするために、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照しながら非限定的な例として次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１のカメラ装置の概略側面図である。
【図２】第１のカメラ装置のＳＭＡアクチュエータワイアに対する制御システムの図である。
【図３】カメラ装置である第２のＳＭＡ作動装置の概略横断面図である。
【図４】第２のカメラ装置の懸架システムの斜視図である。
【図５】カメラ装置内のＳＭＡアクチュエータワイアの配置の斜視図である。
【図６】図４の懸架システムと図５のＳＭＡアクチュエータワイアとを合わせた配置の斜視図である。
【図７】第２のカメラ装置のＳＭＡアクチュエータワイアに対する制御システムの図である。
【図８】第３のカメラ装置の斜視図である。
【図９】第４のカメラ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
後述する実施形態はそれぞれ、ＳＭＡ作動装置の一例であるカメラ装置であり、可動要素はレンズ要素である。各カメラ装置は、移動電話、メディアプレーヤ、または携帯型デジタルアシスタントなどの携帯型電子装置内に組み込むためのものである。したがって、小型化は重要な設計基準である。それにもかかわらず、概して、同じタイプのＳＭＡ作動装置を、レンズ要素以外の可動要素を含む任意のタイプの可動要素に適用することができる。
【００２６】
第１のカメラ装置１が、光軸Ｏに沿って切り取った横断面で図１に示されている。第１のカメラ装置１は、懸架システム４によって支持構造３上に支持されたレンズ要素２を備え、懸架システム４は、レンズ要素２と支持構造３との間に延びる屈曲部の形をとる。懸架システム４により、光軸Ｏに沿って支持構造３に対するレンズ要素２の動きを可能にする。したがって、レンズ要素２は可動要素である。
【００２７】
支持構造３は、レンズ要素２の後ろに光軸Ｏに沿って配置された画像センサ５を支持するカメラ支持体である。支持構造３の後ろ側にはＩＣ（集積回路）チップ１０が取り付けられており、この中で制御システム１１が実施される。
【００２８】
レンズ要素２は、光軸Ｏに沿って配置されたレンズ８を支持するが、概して任意の数のレンズを設けることができる。第１のカメラ装置１は小型カメラであり、レンズ８（または２つ以上のレンズが設けられた場合は複数のレンズ）は、最大でも１０ｍｍの直径を有する。レンズ要素２は、画像センサ５上へ画像を集束させるように配置される。画像センサ５は画像を捕捉するものであり、任意の適したタイプ、たとえばＣＣＤ（電荷結合デバイス）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）デバイスとすることができる。動作の際には、レンズ要素２は、焦点および／または倍率を変化させるように、光軸Ｏに沿って動かされる。
【００２９】
第１のカメラ装置１は、２つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂをさらに備え、各ＳＭＡアクチュエータワイアは、レンズ要素２と支持構造３との間に、張った状態で接続される。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂは、それぞれ光軸Ｏと位置合わせされるが互いに対向し、したがって対向方向（図１の上下）にレンズ要素２に力を印加する配置を有する。
【００３０】
ＳＭＡ材料は、加熱時に固体の相変化を受けてＳＭＡ材料を収縮させる特性を有する。低温では、ＳＭＡ材料はマルテンサイト相に入る。高温では、ＳＭＡはオーステナイト相に入り、変形を引き起こしてＳＭＡ材料を収縮させる。相変化は、ＳＭＡ結晶構造内の遷移温度の統計的な広がりのため、広い温度範囲にわたって生じる。したがって、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂを加熱することで、これらの長さが減少する。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂは、任意の適したＳＭＡ材料、たとえばニチノールまたは別のチタン合金のＳＭＡ材料から作ることができる。有利には、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの材料組成および前処理は、通常動作中に予期される周囲温度を上回り、位置制御度を最大にするために可能な限り広い温度範囲にわたって、相変化を提供するように選択される。
【００３１】
２つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂは、光軸Ｏに沿って対向方向でレンズ要素２に力を印加し、したがって互いに応力を印加する。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの一方を加熱する際、その中の応力が増大し、そのＳＭＡアクチュエータワイアは収縮する。これにより、レンズ要素２が動かされる。運動範囲は、マルテンサイト相からオーステナイト相へのＳＭＡ材料の遷移が生じる温度範囲にわたってＳＭＡの温度が増大するときに生じる。逆に、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの一方を冷却し、したがってその中の応力が減少すると、そのＳＭＡアクチュエータワイアは、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの他方からの力を受けて膨張する。これにより、レンズ要素２は逆方向に動くことが可能になる。
【００３２】
ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂがそれぞれ光軸Ｏと位置合わせされると、この例では所定の軸である光軸Ｏに沿って動きが生じる。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの制御は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂに対する駆動信号を生成する図２に示す制御システム１１（破線の輪郭で示す構成要素を除く）によって行われる。
【００３３】
支持構造３に対するレンズ要素２の位置は、選択的駆動信号を使用してＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの温度を選択的に変動させることによって制御される。加熱は、駆動信号によって直接提供される。冷却は、駆動信号の電力を低減または停止して、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂをその周辺への伝導、対流、および放射によって冷却することを可能にすることによって提供される。制御システム１１は、以下の配置および動作を有する。
【００３４】
制御システム１１は、各ＳＭＡアクチュエータワイア９に接続されたＳＭＡ回路１２を備える。各ＳＭＡ回路１２は、以下と同じ構造を有するが、見やすいように、図２は、これらのＳＭＡ回路のうちの単一のＳＭＡ回路のみの内部配置を示す。
【００３５】
ＳＭＡ回路１２は、それぞれＳＭＡアクチュエータワイア９に接続された駆動回路１３および検出回路１４を備える。したがって、各ＳＭＡ回路１２は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９に別個に接続される。
【００３６】
駆動回路１３は、ＳＭＡアクチュエータワイア９に接続され、ＳＭＡアクチュエータワイア９を通って駆動信号を供給する。駆動回路１３は、定電圧電流源または定電流電流源とすることができる。たとえば、後者の場合、定電流を１２０ｍＡ程度とすることができる。駆動回路１３は、各ＳＭＡ回路１２に共通の電源１５から電力を受け取る。
【００３７】
駆動回路１３によって生成される駆動信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。駆動信号のＰＷＭデューティーサイクルは、以下でさらに論じるように、駆動回路１３に供給される制御信号に従って電力を変動させるように、駆動回路１３によって変動させられる。
【００３８】
検出回路１４は、ＳＭＡアクチュエータワイア９に接続され、ＳＭＡアクチュエータワイア９の抵抗の測度を検出するように配置される。駆動回路１３が定電流電流源である場合、検出回路１４は、ＳＭＡアクチュエータワイア９の抵抗の測度であるＳＭＡアクチュエータワイア９の電圧を検出するように動作可能な電圧検出回路とすることができる。駆動回路１４が定電圧電流源である場合、検出回路１４は、電流検出回路とすることができる。より高精度の場合、検出回路１４は、ＳＭＡアクチュエータの電圧と電流の両方を検出し、電圧と電流の比として抵抗の測度を導出するように動作可能な電圧検出回路および電流検出回路を備えることができる。
【００３９】
各ＳＭＡ回路１２の検出回路１４によって導出される各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの抵抗の測度は差分測度回路１６に供給され、差分測度回路１６はフィードバック差分測度ΔＲａｃｔを導出する。フィードバック差分測度ΔＲａｃｔは、係数によって互いに対して拡大縮小された各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの抵抗の測度の和である。係数の大きさは、レンズ要素２に印加される力の光軸Ｏに沿った成分を表す。この例では、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂはそれぞれ、係数が等しい大きさになるように光軸Ｏと位置合わせされている。係数の符号は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａまたは９ｂが前記力の成分を印加する光軸Ｏに沿った方向を表す。この例では、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂはそれぞれ、光軸Ｏに沿って対向方向でレンズ要素２に力を印加し、したがって係数は逆の符号になる。したがって、第１のカメラ１の簡単な配置の結果、この例では、フィードバック差分測度ΔＲａｃｔは単に、２つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの抵抗の差である。
【００４０】
フィードバック差分測度ΔＲａｃｔは、以下のように、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの閉ループ制御においてフィードバック信号として使用される。
【００４１】
位置信号Ｓは、レンズ要素２の所望の位置を表し、オフセット減算器１９に供給され、オフセット減算器１９は、オフセットΔＲｏｆｆを引いて標的差分測度ΔＲｔａｒｇを導出する。オフセットΔＲｏｆｆは、固定値を有し、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの特性抵抗間の差を表す。これらの特性抵抗は、制御器１８上で測定、計算、または記憶することができる。たとえば、各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの特性抵抗は、（ａ）ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂのすべてに等しい電力が印加されたときのそれぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａもしくは９ｂの抵抗、（ｂ）レンズ要素２の運動範囲の中心の位置に関連する抵抗、または（ｃ）固定の張力下で長さを変化させたときのＳＭＡアクチュエータワイア９ａもしくは９ｂの最大抵抗に関係する抵抗とすることができる。オフセットΔＲｏｆｆは、第１のカメラ装置１の環境またはＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの特性の違いによって生じることがある。オフセットΔＲｏｆｆは任意選択であるが、使用されるときは改善された制御を与え、ワイアに電力が印加されるときの抵抗の変化はゼロに近づく（すなわち、固定の張力で電力を変化させたときの最大抵抗または最小抵抗）。なぜなら、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの一方の抵抗が電力の変化とともに変動しない場合でも、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの他方の抵抗が印加される電力とともにそれでもなお変動する限り、抵抗の差もやはり変動するからである。
【００４２】
フィードバック差分測度ΔＲａｃｔおよび標的差分測度ΔＲｔａｒｇは誤差検出器１７に供給され、誤差検出器１７は、フィードバック差分測度ΔＲａｃｔと標的差分測度ΔＲｔａｒｇとの差を表す誤差信号Ｅを導出する。
【００４３】
誤差信号Ｅは、制御器１８に供給される。制御器１８は、プロセッサ内で実施することができる。差分測度回路１６、誤差検出器１７、および制御器１８について、理解を容易にするために別個の構成要素として示すが、これらはともに制御回路を構成し、共通のプロセッサ内で実施することができる。
【００４４】
制御器１８は、誤差信号Ｅを低減させ、すなわちフィードバック差分測度ΔＲａｃｔと標的差分測度ΔＲｔａｒｇとの差を低減させる閉ループ制御アルゴリズムを使用して、誤差信号Ｅに基づいて、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂに対する制御信号を生成する。閉ループ制御は、比例制御とすることができ、または微分および／もしくは積分の項を含むことができる。上記で論じたように、制御器１８は各ＳＭＡ回路１２の駆動回路１３に制御信号を供給し、これらの制御信号を使用して、生成された駆動信号を制御する。
【００４５】
フィードバック制御がフィードバック差分測度ΔＲａｃｔに基づいて実行されるため、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの張力および温度は実質上、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂに供給される平均電力を変動させることによって、位置制御とは独立して実行することができる。したがって、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの制御信号は、それぞれの駆動信号の相対的な電力を表すことができ、誤差信号Ｅを低減させるように選択される。次いで駆動回路１３は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂに供給される平均電力に、制御信号によって表される相対的な電力を掛けた値に等しい電力を有する駆動信号を供給する。これには、駆動信号の電力が制御信号に従って平均電力から変動する相対的な量を調整する効果がある。
【００４６】
制御器１８は、各駆動回路１３に供給される電力を変動させるように電源１５を制御することによって、平均電力を制御することができる。このようにして、制御器１８は、駆動信号の平均電力を制御して、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの所定の張力を達成する。平均電力は、作動動作中は一定に維持することができるが、作動と作動の間には、たとえば周囲温度の測度に応答して変動させることができる。周囲温度の測度は、温度センサ１９によって判定することができる。別法として、温度センサが省略される場合、周囲温度の測度は、たとえばＷＯ２００９／０７１８９８に開示されているように判定された周囲温度を表すＳＭＡアクチュエータ９ａおよび９ｂの電気的特性の測度とすることができる。
【００４７】
典型的には、平均電力は、周囲温度が増大するにつれて減少するように制御されるが、周囲温度が比較的高い場合、平均電力は、より小さい量だけ減少するように、または周囲温度がさらに増大しても一定のままとなるように制御される。たとえば、平均電力は、たとえば５０℃の閾値を上回って一定のままとなるように制御することができる。これらの設定により、良好な動作効率およびワイアの損傷に対する保護が提供される。上記の例では、２つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂのみが設けられているが、概して任意の数のＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｎを設けることができる。その場合、制御システム１１は、以下のように簡単明瞭に修正することができる。図２に破線の輪郭で示すように、各ＳＭＡアクチュエータワイア９ｎに対して余分のＳＭＡ回路１２が含まれている。差分測度回路１６は、係数によって互いに対して拡大縮小された各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｎの抵抗の測度の和であるフィードバック差分測度ΔＲａｃｔを導出する。係数の大きさは、レンズ要素２に印加される力の光軸Ｏに沿った成分を表す。すべてのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｎが光軸Ｏと位置合わせされており、このとき係数は等しい大きさである。係数の符号は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｎが前記力の成分を印加する光軸Ｏに沿った方向を表す。すべてのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｎが光軸Ｏと位置合わせされている場合、フィードバック差分測度ΔＲａｃｔは、光軸Ｏに沿ってこれらの方向のうちの第１の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗と、光軸に沿ってこれらの方向のうちの逆の第２の方向に力を印加するあらゆる位置合わせされたＳＭＡアクチュエータワイアの全抵抗との差である。
【００４８】
多くの構成要素を第１のカメラ装置と共用するいくつかのさらなるカメラ装置について、次に説明する。したがって、共通の要素については共通の参照番号で説明し、話を簡単にするために、その説明は繰り返さない。
【００４９】
第２のカメラ装置２０が図３〜６に示されている。図３は、光軸Ｏに沿って切り取った横断面図であり、概念上、光軸Ｏを主軸とする。第１のカメラ装置１の主要な部分について明確に説明するために、図３にはＳＭＡアクチュエータワイア９が示されていないが、後に図５および図６を参照して説明する。
【００５０】
第２のカメラ装置２０は、詳細には後述するように、懸架システム４によって支持構造３上に支持されたレンズ要素２を備える。懸架システムにより、それぞれ光軸Ｏに直交する２つの直交方向において支持構造３に対するレンズ要素２の動きを可能にする。したがって、レンズ要素２は可動要素である。
【００５１】
支持構造３は、レンズ要素２の後ろに光軸Ｏに沿って配置された画像センサ５を支持するカメラ支持体である。支持構造３の後ろ側にはＩＣ（集積回路）チップ１０が取り付けられており、この中で制御システム１１が実施され、またジャイロスコープセンサ２１も取り付けられている。
【００５２】
レンズ要素２はレンズキャリア２２を備え、レンズキャリア２２上には光軸Ｏに沿って配置されたレンズ８が支持されるが、概して任意の数のレンズを設けることができる。第２のカメラ装置２０は小型カメラであり、レンズ８（または２つ以上のレンズが設けられた場合は複数のレンズ）は、最大でも１０ｍｍの直径を有する。レンズ要素２は、画像センサ５上へ画像を集束させるように配置される。
【００５３】
レンズ８（または２つ以上のレンズが設けられた場合は複数のレンズ）は、レンズキャリア２２に対して固定することができ、または別法として、たとえば集束を提供するために、光軸Ｏに沿って可動になるように支持することができる。レンズ８が光軸Ｏに沿って可動である場合、たとえばＷＯ２００７／１１３４７８に記載されているようにボイスコイルモータまたはＳＭＡアクチュエータワイアを使用して、適した作動システム（図示せず）を設けることができる。
【００５４】
動作の際には、レンズ要素２は、どちらも光軸Ｏに直交する画像センサ５に対してＸおよびＹとして示す２つの直交方向に、光軸Ｏに直交して動かされる。これには、画像センサ５上の画像を動かす効果がある。この動きを使用してＯＩＳを提供し、たとえば手の震えによって引き起こされるカメラ装置１の画像の動きを補償する。このタイプのＯＩＳを、「シフト」または「ＯＩＳシフト」と呼ぶことができる。その結果得られる画像補償は、使用者の手の震えの影響を完全に逆にするわけではないが、その性能は、上記の制約を考慮すると、十分に良好であると考えられ、特に、傾きを使用する装置と比較すると、カメラ装置１の寸法を低減させることが可能である。
【００５５】
懸架システム４は、図２とは別個に示されており、以下のように配置される。
【００５６】
懸架システム４は、支持構造３の一部を形成する支持板４２と、レンズ要素２の一部を形成し、図３に示すようにレンズキャリア２２の後端部に接続されるレンズ板４３との間に接続された４つの梁４１を備える。梁４１は、カメラ装置１の各隅に１つずつ、光軸Ｏの周りに等しく隔置される。４つの梁４１は、互いに対してかつ光軸Ｏに対して平行に延び、したがってレンズ要素２が動く直交方向に直交して延びるが、直交方向を横断する場合、直角以外の角度をなして延びることもできる。梁４１は、４つの梁４１が回転しないように、たとえばはんだ付けによって支持板４２およびレンズ板４３のそれぞれに固定される。
【００５７】
梁４１は、支持構造３の内側でレンズキャリア２２の外側に位置決めされ、支持板４２およびレンズ板４３は同じ構造を有し、レンズ要素２を収容して画像センサ５への光の通過を可能にするように光軸Ｏと位置合わせされたそれぞれの開口４４および４５を含む。
【００５８】
それによって、梁４１は、単に梁４１が特にＳ字状に曲がることによって、光軸Ｏに直交する２つの直交方向において支持構造３に対するレンズ要素２の動きを可能にするように、支持構造３上にレンズ要素２を支持する。逆に、梁４１は、光軸Ｏに沿った動きに耐える。梁４１は、光軸Ｏに直交して所望の柔軟性を提供する任意の構造を有することができ、典型的にはワイア、たとえば金属ワイアによって形成される。
【００５９】
概して、懸架システム４は、光軸Ｏに直交する２つの直交方向において支持構造３に対するレンズ要素２の動きを可能にする任意の代替構造を有することができる。たとえば、懸架システム４は、玉軸受または屈曲部を用いることができる。
【００６０】
第２のカメラ装置２０は、合計４つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄをさらに備え、各ＳＭＡアクチュエータワイアは、レンズ要素２と支持構造３との間に接続され、特に図５および図６に示すように、（ｉ）支持構造３の一部を形成する支持ブロック２３と、（ｉｉ）レンズ要素２の一部を形成し、レンズ板４３の後ろに取り付けられた可動プラットホーム２４との間に接続される。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄは、一方の端部でそれぞれの圧着部材２５によって支持ブロック２３に接続され、他方の端部で圧着部材２６によって可動プラットホーム２４に接続される。圧着部材２５および２６は、ワイアを圧着してワイアを機械的に保持し、任意選択で、これは接着剤の使用によって補強される。圧着部材２５および２６はまた、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄへの電気的接続を提供する。
【００６１】
ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄはそれぞれ、張った状態で接続され、それによって光軸Ｏに直交する方向にレンズ要素２および支持構造３に力を印加する。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄはそれぞれ、共通の平面内で光軸Ｏに対して直角に延びているが、これは必須ではない。
【００６２】
ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄは、光軸Ｏに直交する対向方向でレンズ要素２に力を印加する配置を有する。図５に示すように、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄはそれぞれ、レンズ要素２の片側に沿って配置される。したがって、光軸Ｏの両側に配置された第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂは、光軸Ｏに直交する第１の軸Ｘに沿って対向方向でレンズ要素２に力を印加する。光軸Ｏの両側に配置された第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄは、第１の軸および光軸Ｏに直交する第２の軸Ｙに沿って対向方向でレンズ要素２に力を印加する。したがって、第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂは、第１の軸に沿って支持構造３に対するレンズ要素２の動きを選択的に駆動することが可能であり、第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄは、第２の軸に沿って支持構造３に対するレンズ要素２の動きを選択的に駆動することが可能である。他の方向の動きは、これらの対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの作動を組み合わせて第１の軸Ｘおよび第２の軸Ｙに沿った動きの線形の組合せを提供することによって駆動することができる。
【００６３】
ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの制御は制御システム１１によって行われ、制御システム１１は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄに対する駆動信号を生成する。動きは、第１の軸および第２の軸に沿って駆動され、したがってこの例では、第１の軸および第２の軸は所定の軸およびさらなる軸である。
【００６４】
第２のカメラ装置２０の制御システム１１は、図７に示す以下の修正を除いて、図２に示す第１のカメラ装置１の制御システム１１と同じである。
【００６５】
それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄは、上記のように配置されたＳＭＡ回路１２を備え、したがって差分測度回路１６に各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの抵抗の測度が供給される。
【００６６】
一代替形態では、各ＳＭＡ回路１２は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９に別個に接続することができる。別の代替形態では、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄは、可動要素において、１群のＳＭＡアクチュエータワイアをともに電気的に接続する相互接続を有する。この代替形態では、ＳＭＡ回路１２の駆動回路１３および検出回路１４は、ＷＯ２０１２／０６６２８５に開示されているように、たとえば同文献に開示されている時分割多重技法を使用して、駆動信号を供給し、抵抗の測度を検出するように配置することができる。
【００６７】
制御システム１１の残り部分は、以下のように２つの軸のそれぞれに対して同じである。
【００６８】
差分測度回路１６は、２つの軸ＸおよびＹに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙを導出する。各フィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙは、係数によって互いに対して拡大縮小された各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの抵抗の測度の和である。係数の大きさは、レンズ要素２に印加される力の当該軸に沿った成分を表し、係数の符号は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄがその力の成分を印加するその軸に沿った方向を表す。第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂが第１の軸Ｘに沿って位置合わせされるとき、第１の軸Ｘに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘは、第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂの抵抗間の差である。同様に、第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄが第２の軸Ｙに沿って位置合わせされるとき、第２の軸Ｙに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｙは、第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄの抵抗間の差である。
【００６９】
２つの軸ＸおよびＹに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙは、以下のように、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの閉ループ制御においてフィードバック信号として使用される。
【００７０】
２つの位置信号ＳｘおよびＳｙは、２つの軸ＸおよびＹに関するレンズ要素２の所望の位置を表す。位置信号ＳｘおよびＳｙは、それぞれのオフセット減算器１９ａおよび１９ｂに供給され、オフセット減算器１９ａおよび１９ｂは、それぞれのオフセットΔＲｏｆｆｘおよびΔＲｏｆｆｙを引いて、２つの軸ＸおよびＹに関する標的差分測度ΔＲｔａｒｇｘおよびΔＲｔａｒｇｙを導出する。オフセットΔＲｏｆｆｘおよびΔＲｏｆｆｙは、図２のオフセットΔＲｏｆｆと同じ基準に従って、固定値を有する。
【００７１】
２つの誤差検出器１７ａおよび１７ｂが設けられる。一方の誤差検出器１７ａには、第１の軸に関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよび標的差分測度ΔＲｔａｒｇｘが供給され、フィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘと標的差分測度ΔＲｔａｒｇｘとの差を表す第１の軸Ｘに関する誤差信号Ｅｘを導出する。他方の誤差検出器１７ｂには、第２の軸Ｙに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｙおよび標的差分測度ΔＲｔａｒｇｙが供給され、フィードバック差分測度ΔＲａｃｔｙと標的差分測度ΔＲｔａｒｇｙとの差を表す第２の軸Ｙに関する誤差信号Ｅｙを導出する。
【００７２】
誤差信号ＥｘおよびＥｙは制御器１８に供給され、制御器１８は、誤差信号ＥｘおよびＥｙに基づいて、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄに対する制御信号を生成する。閉ループ制御は、比例制御とすることができ、または微分および／もしくは積分の項を含むことができる。上記で論じたように、制御器１８は各ＳＭＡ回路１２の駆動回路１３に制御信号を供給し、これらの制御信号を使用して、生成された駆動信号を制御する。
【００７３】
制御器１８は、誤差信号ＥｘおよびＥｙを低減させる閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御信号を生成する。第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂが第１の軸Ｘに沿って位置合わせされ、第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄが第２の軸Ｙに沿って位置合わせされるとき、この例では、第１の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａおよび９ｂに印加される制御信号は、第１の軸Ｘに関する誤差信号Ｅｘを低減させ、第２の対のＳＭＡアクチュエータワイア９ｃおよび９ｄに印加される制御信号は、第２の軸Ｙに関する誤差信号Ｅｙを低減させる。
【００７４】
より一般に、ＳＭＡアクチュエータワイアの他の配置では、各軸に対して鋭角をなす所与のＳＭＡアクチュエータワイアに関する制御信号は、両誤差信号ＥｘおよびＥｙに依存することができ、具体的には、各誤差信号ＥｘおよびＥｙを係数によって相対的に拡大縮小することから導出された成分を含み、係数の大きさは、軸ＸおよびＹのそれぞれに沿って所与のＳＭＡアクチュエータワイア９によって印加される力の成分を表す。
【００７５】
図２の制御システムと同様に、フィードバック制御がフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙに基づいて実行されるため、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの張力および温度は実質上、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄに供給される平均電力を変動させることによって、位置制御とは独立して実行することができる。したがって、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの制御信号は、それぞれの駆動信号の相対的な電力を表すことができ、誤差信号Ｅを低減させるように選択される。次いで駆動回路１３は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄに供給される平均電力に、制御信号によって表される相対的な電力を掛けた値に等しい電力を有する駆動信号を供給する。これには、駆動信号の電力が制御信号に従って平均電力から変動する相対的な量を調整する効果がある。
【００７６】
制御器１８は、各駆動回路１３に供給される電力を変動させるように電源１５を制御することによって、平均電力を制御することができる。このようにして、制御器１８は、駆動信号の平均電力を制御して、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄの所定の張力を達成する。
【００７７】
図５の配置では、モジュールの回転は、第１の対のワイア９ａおよび９ｂの平均電力を第２の対のワイア９ｃおよび９ｄの平均電力と比較して制御することによって制御することができる。たとえば懸架システムがモジュールを何らかの形で回転させる傾向を有する場合、第１の平均電力と第２の平均電力は異なることがある。概して、外部係数がない場合、両方の対のワイアに同じ平均電力を印加することで、回転を打ち消すことが可能である。
【００７８】
この例では、レンズ要素２の動きは、やはり制御システム１１の一部を形成する以下の構成要素を使用してＯＩＳを提供するように配置される。
【００７９】
ジャイロスコープセンサ２１は、レンズ要素２の角速度を表す信号を出力し、それによってカメラ装置１が受けている振動を検出する振動センサとして作用する。ジャイロスコープセンサ２１は、典型的には、互いに対して直角をなす２つの軸および光軸Ｏの周りの振動を検出する１対の小型ジャイロスコープであるが、概して、より多くの数のジャイロスコープまたは他のタイプの振動センサを使用することもできる。
【００８０】
ジャイロスコープセンサ２１からの出力信号は、プロセッサ内で実施することができるＯＩＳ制御器３０に供給される。このプロセッサは、制御器１８と同じプロセッサでも異なるプロセッサでもよい。ＯＩＳ制御器３０は、位置信号ＳｘおよびＳｙを導出する。位置信号ＳｘおよびＳｙは、全体として第２のカメラ装置２０の動きを補償するのに必要なレンズ要素２の位置を表し、したがって画像センサ５によって感知される画像を安定化させる。ジャイロスコープセンサ２１が支持構造３上に取り付けられているとき、出力信号は、支持構造３の振動を表す。ＯＩＳは、レンズ要素２を横方向に反対に動かすことによって行われる。したがって、ＯＩＳ制御器３０は、ジャイロスコープセンサ２１によって測定される実際の傾きとは逆の所望の動きを提供する位置信号ＳｘおよびＳｙを生成する。ＯＩＳ制御器３０は、たとえば位置信号ＳｘおよびＳｙを生成する前にジャイロスコープセンサ２１からの出力信号をフィルタリングすることによって、これらの出力信号を処理することができる。
【００８１】
第３のカメラ装置５０が図８に示されており、合計８つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈは、ＷＯ２０１１／１０４５１８により詳細に開示されている配置で、レンズ要素２と支持構造３との間に接続されている。同文献の詳細な説明を参照されたい。したがって、ＷＯ２０１１／１０４５１８は、参照により本明細書に組み込まれる。具体的には、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈは光軸Ｏに対して傾斜しており、光軸Ｏの周りで４つの辺のそれぞれの上に位置する１対のＳＭＡアクチュエータワイアが配置され、したがって収縮時には、４つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｄおよび９ｅ〜９ｈからなる２つのグループが、光軸Ｏに沿って対向方向の成分を有する力をレンズ要素２上に提供する。各グループのＳＭＡアクチュエータワイアは、主軸の周りに２回回転対称で配置され、したがって４つのＳＭＡワイアからなる他のグループは、光軸Ｏに直交する２つの軸ＸおよびＹに沿って対向方向の成分を有する力をレンズ要素２上に提供する。このようにして、８つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｇが、複数の自由度で可動要素の位置制御を提供することができる。
【００８２】
第３のカメラ装置５０の制御システム１１は、さらに光軸Ｏに沿った位置制御を提供するように修正されていることを除いて、図５に示す第２のカメラ装置２０の制御システム１１と同じである。この場合も、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈは、上記のように配置されたＳＭＡ回路１２を備える。一代替形態では、各ＳＭＡ回路１２は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９に別個に接続することができる。別の代替形態では、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈは、可動要素において、１群のＳＭＡアクチュエータワイアをともに電気的に接続する相互接続を有する。この代替形態では、ＳＭＡ回路１２の駆動回路１３および検出回路１４は、ＷＯ２０１２／０６６２８５に開示されているように、たとえば同文献に開示されている時分割多重技法を使用して、駆動信号を供給し、抵抗の測度を検出するように配置することができる。
【００８３】
光軸Ｏに沿った位置制御を提供することは、図２に示す第１のカメラ装置１の制御システム１１と比較すると、図７に示す第２のカメラ装置２０の制御システム１１に加えたものと類似の修正を伴い、さらに光軸に関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｏおよび標的差分測度ΔＲｔａｒｇｏを提供および使用する。この場合、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈは、軸Ｏ、Ｘ、およびＹのそれぞれに対して鋭角をなして傾斜している。したがって、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｈに関する制御信号は、軸Ｏ、Ｘ、およびＹのうち、当該ＳＭＡアクチュエータワイアが力の成分を印加する２つの軸に関する、誤差信号Ｅｏ、Ｅｘ、およびＥｙのうちの２つに依存する。たとえば、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａは、光軸Ｏおよび軸Ｙに沿って力の成分を印加し、したがってＳＭＡアクチュエータワイア９ａに関する制御信号は、光軸Ｏに関する誤差信号Ｅｏおよび軸Ｙに関する誤差信号Ｅｙに依存する。具体的には、各制御信号は、誤差信号Ｅｏ、Ｅｘ、およびＥｙを係数によって相対的に拡大縮小することから導出された成分を含み、係数の大きさは、軸Ｏ、Ｘ、およびＹのそれぞれに沿って所与のＳＭＡアクチュエータワイア９によって印加される力の成分を表す。
【００８４】
第４のカメラ装置６０が図９に示されており、合計３つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃは、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃが３回回転対称で光軸Ｏに直交する共通の平面内に位置する配置で、レンズ要素２と支持構造３との間に接続されている。したがって、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃは、光軸Ｏに直交する対向方向でレンズ要素２に力を印加する。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃはいずれも位置合わせされていないが、それでもなお互いに応力を印加する。１つのＳＭＡアクチュエータ９ａが、光軸Ｏに対して直角をなす第１の軸Ｘと位置合わせされる。他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃは、第１の軸Ｘと、第１の軸Ｘに直交する第２の軸Ｙとに対して鋭角をなし、具体的にはそれぞれ６０°および３０°の鋭角をなす。したがって、ＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃは、両軸ＸおよびＹに対して位置合わせされていないアクチュエータである。
【００８５】
その結果、３つすべてのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃは、第１の軸Ｘに沿って支持構造３に対するレンズ要素２の動きを選択的に駆動することが可能であり、ＳＭＡアクチュエータワイア９ｂおよび９ｃは、第２の軸Ｙに沿って支持構造３に対するレンズ要素２の動きを選択的に駆動することが可能である。他の方向の動きは、これらの対のＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃの作動を組み合わせて第１の軸Ｘおよび第２の軸Ｙに沿った動きの線形の組合せを提供することによって駆動することができる。
【００８６】
ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃの制御は制御システム１１によって行われ、制御システム１１は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃに対する駆動信号を生成する。動きは、第１の軸Ｘおよび第２の軸Ｙに沿って駆動され、したがってこの例では、第１の軸Ｘおよび第２の軸Ｙは所定の軸およびさらなる軸である。
【００８７】
第４のカメラ装置６０の制御システム１１は、以下の修正を除いて、図７に示す第２のカメラ装置２０の制御システム１１と同じである。
【００８８】
３つのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃしかないため、第４のＳＭＡ回路１２は省略される。残りのＳＭＡ回路１２は、各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃの抵抗の測度を差分測度回路１６に供給する。
【００８９】
差分測度回路１６は、２つの軸ＸおよびＹに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙを導出する。各フィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘおよびΔＲａｃｔｙは、係数によって互いに対して拡大縮小された各ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃの抵抗の測度の和である。前述のように、係数の大きさは、レンズ要素２に印加される力の当該軸に沿った成分を表し、係数の符号は、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ、９ｂ、または９ｃがその力の成分を印加する軸に沿った方向を表す。しかし、以下のように、これらの係数は、配置が異なるため、第２のカメラ装置２０とは異なる値を有する。
【００９０】
第１の軸Ｘは、以下のように考えられる。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａが第１の軸Ｘに沿って位置合わせされ、他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃが第１の軸Ｘに対して鋭角をなす場合、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａに対する係数の大きさは１であり、他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃに対する係数の大きさは１未満であり、実際には、第１の軸Ｘに沿って印加される力の成分を表すため、ｃｏｓ（６０）である。同様に、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａに対する係数の符号は、他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃに対する係数の符号とは逆である。したがって、第１の軸Ｘに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｘは、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａと、ｃｏｓ（６０）によって相対的に拡大縮小された他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃの抵抗の和との差である。
【００９１】
第２の軸Ｙは、以下のように考えられる。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａが第２の軸Ｙに直交し、他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃが第２の軸Ｙに対して鋭角をなす場合、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａに対する係数の大きさは０であり、他のＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃに対する係数の大きさは１未満であり、実際には、第２の軸Ｙに沿って印加される力の成分を表すため、ｃｏｓ（３０）である。同様に、ＳＭＡアクチュエータワイア９ｂに対する係数の符号は、他のＳＭＡアクチュエータ９ｃに対する係数の符号とは逆である。したがって、第２の軸Ｙに関するフィードバック差分測度ΔＲａｃｔｙは、ｃｏｓ（３０）によってそれぞれ相対的に拡大縮小されたＳＭＡアクチュエータワイア９ｂと他方のＳＭＡアクチュエータ９ｃの抵抗との差である。
【００９２】
誤差信号ＥｘおよびＥｙは制御器１８に供給され、制御器１８は、この場合も、誤差信号ＥｘおよびＥｙに基づいて、それぞれのＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃに対する制御信号を生成する。閉ループ制御は、比例制御とすることができ、または微分および／もしくは積分の項を含むことができる。上記で論じたように、制御器１８は各ＳＭＡ回路１２の駆動回路１３に制御信号を供給し、これらの制御信号を使用して、生成された駆動信号を制御する。
【００９３】
制御器１８は、誤差信号ＥｘおよびＥｙを低減させる閉ループ制御アルゴリズムを使用して制御信号を生成する。しかし、以下のように、制御信号が誤差信号ＥｘおよびＥｙに依存する形は、物理的配置が異なるため、第２のカメラ装置２０とは異なる。ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃのうちの所与の１つに関する制御信号は、各誤差信号ＥｘおよびＥｙを係数によって相対的に拡大縮小することから導出された成分を含み、係数の大きさは、軸ＸおよびＹのそれぞれに沿ってＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃのうちの所与の１つによって印加される力の成分を表す。したがって、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａに印加される制御信号は、第２の軸Ｙに沿った力の成分を印加しないため、誤差信号Ｅｘのみに依存する。他方では、ＳＭＡアクチュエータ９ｂおよび９ｃのそれぞれに印加される制御信号は、誤差信号Ｅｘを第１の係数によって拡大縮小することに依存する成分と、誤差信号Ｅｘを第２の係数によって拡大縮小することに依存する成分とを含む。第１の係数は、第１の軸Ｘに沿って印加される力の成分を表し、したがってｃｏｓ（６０）であり、第２の係数は、第２の軸Ｙに沿って印加される力の成分を表し、したがってｃｏｓ（３０）である。
【００９４】
上記の制御システムと同様に、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃの張力および温度の制御は、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃに供給される平均電力を変動させることによって、たとえば各駆動回路１３に供給される電力を変動させるように電源１５を制御して、ＳＭＡアクチュエータワイア９ａ〜９ｃ内で所定の張力を達成することによって、位置制御とは独立して実行することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１  第１のカメラ装置
２  レンズ要素
３  支持構造
４  懸架システム
５  画像センサ
８  レンズ
９ａ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｂ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｃ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｄ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｅ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｆ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｇ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｈ  ＳＭＡアクチュエータワイア
９ｎ  ＳＭＡアクチュエータワイア
１０  ＩＣチップ
１１  制御システム
１２  ＳＭＡ回路
１３  駆動回路
１４  検出回路
１５  電源
１６  差分測度回路
１７  誤差検出器
１７ａ  誤差検出器
１７ｂ  誤差検出器
１８  制御器
１９  温度センサ
１９ａ  オフセット減算器
１９ｂ  オフセット減算器
２０  第２のカメラ装置
２１  ジャイロスコープセンサ
２２  レンズキャリア
２３  支持ブロック
２４  可動プラットホーム
２５  圧着部材
２６  圧着部材
３０  ＯＩＳ制御器
４１  梁
４２  支持板
４３  レンズ板
４４  開口
４５  開口
５０  第３のカメラ装置
６０  第４のカメラ装置
Ｅ  誤差信号
Ｅｘ  誤差信号
Ｅｙ  誤差信号
Ｏ  光軸
Ｓ  位置信号
Ｓｘ  位置信号
Ｓｙ  位置信号
Ｘ  第１の軸
Ｙ  第２の軸
ΔＲａｃｔ  フィードバック差分測度
ΔＲａｃｔｘ  フィードバック差分測度
ΔＲａｃｔｙ  フィードバック差分測度
ΔＲｏｆｆ  オフセット
ΔＲｏｆｆｘ  オフセット
ΔＲｏｆｆｙ  オフセット
ΔＲｔａｒｇ  標的差分測度
ΔＲｔａｒｇｘ  標的差分測度
ΔＲｔａｒｇｙ  標的差分測度
【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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