(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流のための電流を供給する可変出力の電流源と、
前記電流源からの前記電流と、前記定電流源からの前記定電流とを切換えて、前記形状記憶合金に前記駆動電流または前記探索信号を与えるスイッチ素子を備えた駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるような駆動電流を前記駆動回路に供給させる制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記スイッチ素子を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項２】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流のための電流を供給する電流源と、
前記電流源からの前記電流と、前記定電流源からの前記定電流とを切換えて、前記形状記憶合金に前記駆動電流または前記探索信号を与えるスイッチ素子を備えた駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流のデューティを制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記スイッチ素子を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項３】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流ための電流を供給する可変出力の電流源と、
前記電流源からの前記電流と、前記定電流源からの前記定電流とを切換えて、前記形状記憶合金に前記駆動電流または前記探索信号を与えるスイッチ素子を備えた駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流の電流値およびデューティを制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記スイッチ素子を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項４】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流ための電流を供給する可変出力の電流源と、
前記電流源からの前記電流と前記定電流源からの前記定電流との何れかに切換えて、前記駆動信号あるいは前記探索信号として出力する駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるような駆動電流を前記駆動回路に供給させる制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記駆動回路を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項５】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流のための電流を供給する電流源と、
前記電流源からの前記電流と前記定電流源からの前記定電流との何れかに切換えて、前記駆動信号あるいは前記探索信号として出力する駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流のデューティを制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記駆動回路を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項６】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、
前記駆動電流のための電流を供給する可変出力の電流源と、
前記電流源からの前記電流と前記定電流源からの前記定電流との何れかに切換えて、前記駆動信号あるいは前記探索信号として出力する駆動回路と、
前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流の電流値およびデューティを制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記駆動回路を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする形状記憶合金の駆動装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記探索信号と駆動電流との切換えを周期的に行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の形状記憶合金の駆動装置。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の形状記憶合金の駆動装置を用いることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、
前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、
前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流の電流値を制御するステップとを含み、
前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする形状記憶合金の駆動方法。
【請求項１０】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、
前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、
前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流のデューティを制御するステップとを含み、
前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする形状記憶合金の駆動方法。
【請求項１１】
駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、
前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、
前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、
前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流の電流値およびデューティを制御するステップとを含み、
前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする形状記憶合金の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ付き携帯電話機等に搭載される比較的小型の撮像装置およびその撮像装置に好適に用いられ、撮像光学系を構成するレンズユニットをフォーカス調整やズーム調整等のために駆動するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ付き携帯電話機等に搭載される撮像素子の画素数が飛躍的に増大する等、高画質化が進んでいる。これに合わせて、撮像光学系を構成するレンズユニットの高性能化も求められている。具体的には、固定焦点式であったものがオートフォーカス式に、またズーム機能についてもデジタルズームに代えて若しくは追加して光学式ズームが要求されている。ここで、オートフォーカスや光学式ズームのいずれにおいても、レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータが必要となる。
【０００３】
そこで、かかるアクチュエータとしては、形状記憶合金（以下、ＳＭＡという場合がある）を用いたものが知られている。これは、ＳＭＡを通電加熱する等して緊縮力を発生させ、該緊縮力をレンズ駆動力として用いるもので、一般に、小型化、軽量化が容易であり、しかも比較的大きな力量が得られるという利点がある。
【０００４】
図１に、レンズユニット１０の一構成例を模式的に示す。レンズ１を保持する鏡筒２は、固定部材３，４間に架設された案内軸５上を摺動可能となっており、前記鏡筒２と、一方の固定部材３との間にはバイアスばね６が張架されており、他方の固定部材４との間にはＳＭＡ７が張架されている。前記ＳＭＡ７の両端子は、駆動回路８に接続されている。そして、駆動回路８がＳＭＡ７に駆動電流を供給し、或いは現在供給している駆動電流を大きくして、加熱すると、該ＳＭＡ７が緊縮してバイアスばね６の弾発力と釣り合った位置に被駆動部材である前記鏡筒２、したがってレンズ１を保持する。これに対して、ＳＭＡ７への駆動電流の供給を停止して、或いは現在供給している駆動電流を小さくして、放冷させると、該ＳＭＡ７が伸長してバイアスばね６の弾発力と釣り合った位置に前記鏡筒２、したがってレンズ１を保持する。
【０００５】
このように構成されるレンズユニット１０において、鏡筒２、したがってレンズ１の変位位置は、ＳＭＡ７の抵抗値を測定することで検知することができる。図２に、そのＳＭＡの変位量と抵抗値との関係を示す。このように、ＳＭＡは、所定の変位量Ｘｍａｘ（そのときの抵抗値がＲｍｉｎ）までの範囲で、その長さに応じて抵抗値が単調に変化することが知られている。そこで、特許文献１では、前記ＳＭＡを抵抗と直列に接続して定電圧を与え、その分圧電圧から抵抗値を求めたり、さらに比較用の２つの抵抗から成る直列回路を並列に接続してホイートストーンブリッジ回路を形成し、分圧電圧の差から抵抗値を求めている。
【特許文献１】特開２００６−１８３５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術では、ＳＭＡと抵抗との直列回路に定電圧を与えて、それらの接続点の電圧を検出することで抵抗値を求めているので、抵抗には高精度なものが必要になり、集積回路化する場合にはそれらは外付けとなってコストやスペースが嵩むとともに、抵抗による電力損失が大きいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、集積回路化に好適で低損失な形状記憶合金の駆動装置およびそれを用いる撮像装置ならびに形状記憶合金の駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状記憶合金の駆動装置は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、前記駆動電流のための電流を供給する可変出力の電流源と、前記電流源からの前記電流と、前記定電流源からの前記定電流とを切換えて、前記形状記憶合金に前記駆動電流または前記探索信号を与えるスイッチ素子を備えた駆動回路と、前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるような駆動電流を前記駆動回路に供給させる制御手段とを含み、前記制御手段は、前記スイッチ素子を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の形状記憶合金の駆動装置は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、前記駆動電流ための電流を供給する可変出力の電流源と、前記電流源からの前記電流と前記定電流源からの前記定電流との何れかに切換えて、前記駆動信号あるいは前記探索信号として出力する駆動回路と、前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるような駆動電流を前記駆動回路に供給させる制御手段とを含み、前記制御手段は、前記駆動回路を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の形状記憶合金の駆動方法は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流の電流値を制御するステップとを含み、前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、携帯電話のレンズユニットの駆動などに使用される小型の形状記憶合金を駆動するための装置において、前記形状記憶合金は、駆動回路からの駆動電流が直接与えられて加熱され、または駆動電流の供給が停止されて放冷し、或いは前記駆動電流がペルチェ素子などの別途に設けられた温度変化手段に与えられて該温度変化手段によって加熱および冷却が行われることで伸縮を行い、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせる。その際、制御手段が、駆動開始タイミングや、駆動中の所定時間間隔で、該形状記憶合金の抵抗値、すなわち伸縮長さ、したがって被駆動部材の変位位置を検出して、前記駆動回路の駆動電流をフィードバック制御するにあたって、前記抵抗値の検出を、定電流源から前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、検出手段がそのときの端子間電圧を検出することで行う。
【００１２】
したがって、高精度な定電流源が必要になるものの、ブリッジ回路を用いる場合に必要となるような高精度な抵抗を不要にすることができ、一方、前記定電流源はカレントミラー回路などで実現することができ、集積回路化に好適であるとともに、電力損失を低減することもできる。
【００１３】
また、前記駆動回路は、可変電流出力の電流源に、その出力電流と前記定電流源からの探索信号とを切換えて前記形状記憶合金に与えるスイッチ素子を備えて構成され、前記制御手段は、前記電流源の出力電流値を制御することで前記検出手段の検出結果が目標電圧値となるように制御するので、スイッチ素子の切換えを周期的に行うことで、前記探索信号を出力する定電流源を決まった周期で動作させて、その動作状態を安定させることができる。したがって、高精度な端子間電圧、したがって抵抗値検出を行うことができるとともに、前記端子間電圧の検出に要する時間を最小限にして、すなわち１周期当りの駆動電流の供給時間の割合を大きくして、形状記憶合金の応答性を向上することができる。また、駆動電流の最小値を任意に設定することができ、形状記憶合金の微小変位を可能にすることもできる。さらにまた、デューティ制御に比べて、駆動回路を簡略化することもできる。
【００１４】
さらにまた、本発明の形状記憶合金の駆動装置は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、前記駆動電流のための電流を供給する電流源と、前記電流源からの前記電流と、前記定電流源からの前記定電流とを切換えて、前記形状記憶合金に前記駆動電流または前記探索信号を与えるスイッチ素子を備えた駆動回路と、前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流のデューティを制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記スイッチ素子を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の形状記憶合金の駆動方法は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流のデューティを制御するステップとを含み、前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、前記電流源はカレントミラー回路などで実現することができ、集積回路化に好適であるとともに、電力損失を低減することもできる。
【００１７】
さらにまた、本発明の形状記憶合金の駆動装置は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動装置において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給する定電流源と、前記駆動電流のための電流を供給する可変出力の電流源と、前記電流源からの前記電流と前記定電流源からの前記定電流との何れかに切換えて、前記駆動信号あるいは前記探索信号として出力する駆動回路と、前記探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した前記形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較し、前記検出結果が前記目標電圧値となるように前記駆動電流の電流値およびデューティを制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記駆動回路を制御し、前記形状記憶合金に前記探索信号を供給している間に、前記検出手段に前記形状記憶合金の端子間電圧を検出させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の形状記憶合金の駆動方法は、駆動電流によって形状記憶合金を昇温および降温させて伸縮を行わせることで、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせるようにした形状記憶合金の駆動方法において、前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、その探索信号によって前記形状記憶合金の端子間に生じた電圧を検出するステップと、前記探索信号による前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果と、前記被駆動部材の所望の変位位置に対応した形状記憶合金の目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値とを比較するステップと、前記比較結果に応じて、前記形状記憶合金の端子間電圧の検出結果が前記目標電圧値となるように、前記駆動電流の電流値およびデューティを制御するステップとを含み、前記探索信号による端子間電圧の検出ステップと、前記駆動電流による被駆動部材の駆動のステップとを、周期的に切換えて行うことを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、前記駆動電流の変化幅を大きくすることができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の撮像装置は、前記の形状記憶合金の駆動装置を用いることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、駆動装置が小型で低損失な撮像装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の形状記憶合金の駆動装置は、以上のように、携帯電話のレンズユニットの駆動などに使用される小型の形状記憶合金を駆動するための装置において、前記形状記憶合金は、駆動回路からの駆動電流が直接与えられて加熱され、または駆動電流の供給が停止されて放冷し、或いは前記駆動電流がペルチェ素子などの別途に設けられた温度変化手段に与えられて該温度変化手段によって加熱および冷却が行われることで伸縮を行い、該形状記憶合金が連結された被駆動部材に所望の変位を行わせ、その際、制御手段が、駆動開始タイミングや、駆動中の所定時間間隔で、該形状記憶合金の抵抗値、すなわち伸縮長さ、したがって被駆動部材の変位位置を検出して、前記駆動回路の駆動電流をフィードバック制御するにあたって、前記抵抗値の検出を、定電流源から前記形状記憶合金に探索信号として予め定める定電流を供給し、検出手段がそのときの端子間電圧を検出することで行う。
【００２３】
それゆえ、高精度な定電流源が必要になるものの、ブリッジ回路を用いる場合に必要となるような高精度な抵抗を不要にすることができ、一方、前記定電流源はカレントミラー回路などで実現することができ、集積回路化に好適であるとともに、電力損失を低減することもできる。
【００２４】
さらにまた、本発明の撮像装置は、以上のように、前記の形状記憶合金の駆動装置を用いる。
【００２５】
それゆえ、駆動装置が小型で低損失な撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［実施の形態１］
図３は、本発明の実施の第１の形態に係る形状記憶合金の駆動装置１１の電気的構成を示すブロック図である。注目すべきは、本実施の形態の駆動装置１１では、前記ＳＭＡ７が、駆動回路１２からのデューティ制御された定電流で駆動され、検出回路１３がその定電流によるＳＭＡ７の端子間電圧を検出し、制御回路１４が、目標抵抗値および前記定電流値から算出される目標電圧値に、前記ＳＭＡ７の端子間電圧がなるように前記駆動回路１２のデューティを制御することである。この駆動装置１１は、集積回路化されている。
【００２７】
前記検出回路１３は、前記ＳＭＡ７の端子間電圧を逐次検出しているオペアンプ１５と、その検出結果を、後述するトリガ信号のタイミングで保持するサンプルホールド回路１６とを備えて構成される。前記トリガ信号のタイミングで読取られたＳＭＡ７の端子間電圧は、前記制御回路１４のサーボアンプ１７に入力され、基準電圧源１８からの目標電圧と比較される。前記目標電圧は、被駆動部材であるレンズ１が所望の変位位置にある状態、すなわちＳＭＡ７が所望の長さに伸縮している状態での抵抗値に対応した電圧に、図示しないフォーカス制御回路やズーム制御回路によって設定される。こうして、サーボアンプ１７は、前記サンプルホールド回路１６のホールド電圧と目標電圧との差に対応したエラー信号を出力し、電圧−時間幅変調回路１９は、そのエラー信号に応答して、駆動回路１２へ時間幅信号を出力する。駆動回路１２は、予め定める定電流を出力している定電流源２０と、その定電流を前記時間幅信号に応答してｏｎ／ｏｆｆ制御するスイッチ素子２１とを備えて構成される。
【００２８】
図４は、上述のように構成される駆動装置１１の動作を説明するための波形図である。カメラの動作中は、前記駆動回路１２からは、予め定める周期ｔ０、たとえば１ｍｓｅｃ毎に、レンズ１を保持する駆動電流が出力される。その電流値は前記定電流源２０によって一定値に保持されており、前記電圧−時間幅変調回路１９は、前記スイッチ素子２１に、ＳＭＡ７を、与える熱量を小さくして放冷させるときには図４（ａ）で示すような低デューティ（前記周期ｔ０に対して、ｏｎ期間ｔ１が短く、ｏｆｆ期間ｔ２が長い）の駆動電流を出力させ、加熱するときには図４（ｂ）で示すような高デューティ（前記周期ｔ０に対して、ｏｎ期間ｔ１’が長く、ｏｆｆ期間ｔ２’が短い）の駆動電流を出力させる。このように電流が高速でスイッチングされる場合、ＳＭＡ７で発生するジュール熱は時間で平均されるので、デューティ（ｔ１／（ｔ１＋ｔ２（＝ｔ０）），ｔ１’／（ｔ１’＋ｔ２’））を制御することで、与える熱量を制御することができる。その熱量が、周囲温度から、ＳＭＡ７を昇温させる場合には加熱となり、降温させる場合には放冷となる。
【００２９】
これによって、ＳＭＡ７は、放冷時には抵抗値が高くなって前記オペアンプ１５で検出される電圧ｖは大きく、加熱時には抵抗値が低くなって前記オペアンプ１５で検出される電圧ｖ’は小さくなる。なお、図４では、短時間であるので、徐々に高くなってゆく電圧ｖおよび低くなってゆく電圧ｖ’は、図面の簡略化のために、それぞれ同じ大きさで示している。
【００３０】
そのｏｎ期間ｔ１，ｔ１’において、前記電圧−時間幅変調回路１９はまた、前記サンプルホールド回路１６にトリガ信号を出力している。これによって、駆動回路１２からの駆動電流を制御回路１４がフィードバック制御するにあたって、その駆動電流がＳＭＡ７の抵抗値を測定するための探索信号となり、検出回路１３によって、ＳＭＡ７の抵抗値、すなわち伸縮長さ、したがってレンズ１の変位位置を検出することができる。ただし、ｏｎデューティの期間ｔ１，ｔ１’は、前記サンプルホールド回路１６のサンプリングに要する時間よりも長く設定され、そのサンプリングの開始タイミングをｏｎデューティとなったタイミングに一致させておくことで、最小のｏｎデューティの期間を最も短くすることができる。
【００３１】
このように構成することで、高精度な定電流源２０が必要になるものの、ブリッジ回路を用いる場合に必要となるような高精度な抵抗を不要にすることができ、一方前記定電流源２０はカレントミラー回路などで実現することができ、該駆動装置１１を前述のように集積回路化することができるとともに、電力損失を低減することもできる。また、ＳＭＡ７の駆動回路１２を、定電流源２０に、その出力電流をスイッチングするスイッチ素子２１とによって構成し、前記制御回路１４が前記スイッチ素子２１のデューティを制御することでＳＭＡ７に所望の変位を行わせるので、その定電流源２０を探索信号を出力する定電流源に共用することができる。
【００３２】
図５は、上述のように構成される駆動装置１１にＳＭＡ７を前述のレンズユニット１０に用いたカメラ付携帯電話機７０の斜視図であり、図５（ａ）は正面（操作面）側を表し、図５（ｂ）は背面側を表す。レンズユニット１０の概略的な機構は、前述の図１で示すとおりである。このカメラ付携帯電話機７０は、図５（ａ）に示すように、第１の筐体７１と第２の筐体７２とがヒンジ７３によって連結された折り畳み可能な構造である。そして、第１の筐体７１の正面には、各種情報の表示部としてのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）７４が設けられ、第２の筐体７１の正面にはキー入力部７５が設けられている。また、図５（ｂ）に示すように、第１の筐体７１の背面には、カメラユニット７７が、対物レンズが露出される態様で内蔵されている。
【００３３】
前記キー入力部７５には、携帯電話機能を動作させる各種ダイヤルボタンのほか、画像撮影モードの起動および静止画と動画撮影の切り替えを行うモード設定ボタン、レンズユニット１０の光学ズーム（変倍）動作を制御する変倍ボタン、撮影動作を実行させるシャッタボタンなどが含まれている。
【００３４】
図６は、カメラ付携帯電話機７０の大略的な電気的構成を示すブロック図である。このカメラ付携帯電話機７０は、上述のレンズユニット１０および撮像素子８０を備えるカメラユニット７７のほか、タイミングジェネレータ（ＴＧ）８１、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）８２、画像処理部８３、画像メモリ８４、全体制御部８５、シャッタ駆動部８６、前記駆動装置１１、表示部８８および画像記録部８９を備えて構成されている。
【００３５】
レンズユニット１０は、被写体の光学像を取り入れ、該レンズユニット１０の像側に配置されている撮像素子８０へ導く撮像光学系を構成するものである。このレンズユニット１０の内部には、被写体の光学像を形成するレンズ群９０と、撮像光学系の光路を遮光若しくは通光するシャッタ９１とが内蔵されている。レンズ群９０の適所には、絞り９２が配置されており、またレンズ群９０にはフォーカス／ズームを行うための前記レンズ１が含まれている。そして、このレンズ１が、前記駆動装置によって伸縮駆動される前記ＳＭＡ７によって光軸方向に変位駆動される。
【００３６】
タイミングジェネレータ８１は、撮像素子８０による撮影動作（露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読出し等）を制御するものである。タイミングジェネレータ８１は、全体制御部８５から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直転送パルス、水平転送パルス、電荷掃き出しパルス等）を生成して撮像素子８０に出力し、撮像素子８０の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを生成してアナログフロントエンド８２に出力することにより、Ａ／Ｄ変換動作等を制御する。
【００３７】
アナログフロントエンド８２は、撮像素子８０から出力される画像信号（ＣＣＤエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部８３へ出力するものである。このアナログフロントエンド８２には、アナログ画像信号電圧に含まれるリセット雑音を低減する相関二重サンプリング回路、アナログ画像信号のレベルを補正するオートゲインコントロール回路、黒レベルを示す電位を固定化するクランプ回路、アナログのＲ，Ｇ，Ｂの画像信号をたとえば１４ビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路等が備えられている。
【００３８】
画像処理部８３は、アナログフロントエンド８２から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路、ホワイトバランス制御回路、色補完回路およびガンマ補正回路等を備えて構成されている。なお、画像処理部８３へ取り込まれた画像データは、撮像素子８０からの読み出しに同期して画像メモリ８４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ８４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部８３の各ブロックにおいて処理が行なわれる。
【００３９】
画像メモリ８４は、撮影モード時には、画像処理部８３から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し全体制御部８５により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、画像記録部８９から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００４０】
全体制御部８５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等から成り、カメラ付携帯電話機７０の各部を集中制御する他、撮影動作の制御も行うものである。すなわち全体制御部８５は、撮影動作のためのタイミングジェネレータ８１、電圧供給回路８７およびシャッタ駆動部８６の制御、画像信号の出力制御などを行う。
【００４１】
また、全体制御部８５には、機能的にフォーカス制御部８５１とズーム制御部８５２とを備えている。フォーカス制御部８５１は、所定の測距情報に基づきレンズ１を合焦位置へ移動させるためのフォーカス制御信号を生成する。ズーム制御部８５２は、レンズ１を光学ズーミングのために移動させるズーム制御信号を生成する。これらの制御部８５１，８５２は、前記基準電圧源１８となり、出力された制御信号は、前記制御回路１４のサーボアンプ１７に、目標電圧として入力される。シャッタ駆動部８６は、全体制御部８５から与えられるシャッタ開閉制御信号に応じ、シャッタ９１が所定時間開放されるようシャッタ９１を開閉駆動する。
【００４２】
表示部８８は、図５（ａ）に示したＬＣＤ７４に相当するもので、撮像された画像や、撮像前のライブビュー画像などを表示することが可能とされている。画像記録部８９は、メモリカード等からなり、画像処理部８３で画像処理された画像データを保存するものである。
【００４３】
以上説明したカメラ付携帯電話機７０によれば、上記で説明したＳＭＡ７を用いたレンズユニット１０が搭載されているので、小型軽量で耐衝撃性に優れ、部品点数が少なく安価でありながら、オートフォーカスや光学ズームのために必要なレンズの移動量を確保できると共にバックラッシ等がなく高い位置精度を得ることができる等の利点がある。
【００４４】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の第２の形態に係る形状記憶合金の駆動装置３１の電気的構成を示すブロック図である。この駆動装置３１は、前述の駆動装置１１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態の駆動装置３１では、前記ＳＭＡ７が、駆動回路３２からの可変電流値の駆動電流で駆動されることである。このため、前記定電流源２０は探索信号専用となり、スイッチ素子３６は前記定電流源２０からの探索信号と、制御回路３４からの駆動電流とを切換えて前記ＳＭＡ７へ供給する。そして、前記定電流源２０および制御回路３４は、電流を出力したままであり、前記スイッチ素子３６の切換えは、別途設けられたスイッチ信号生成回路３５からの切換え信号に応答して行われ、前記切換え信号が前記サンプルホールド回路１６のトリガ信号となる。また、制御回路３４では、電圧−電流ドライバ３９が、前記サーボアンプ１７からのエラー信号に対応した電流値の駆動電流を出力する。
【００４５】
図８は、上述のように構成される駆動装置３１の動作を説明するための波形図である。本実施の形態では、スイッチ素子３６が定電流源２０側に切換わる期間ｔ１，ｔ１’では、定電流が前記探索信号として出力され、その時のＳＭＡ７の温度、すなわち抵抗値によって、検出される電圧ｖ１，ｖ１’の差が生じる。一方、スイッチ素子３６が電圧−電流ドライバ３９側に切換わる期間ｔ２，ｔ２’では、その電圧−電流ドライバ３９から、放冷させるべき時には小さな電流が、加熱すべき時には大きな電流が出力され、これによって、図８（ａ）で示すように放冷させるべき時に検出される電圧ｖ２は低く、図８（ｂ）で示すように加熱すべき時に検出される電圧ｖ２’は高くなる。
【００４６】
ここで、上述の図８は、電圧−電流ドライバ３９からＳＭＡ７に流れる電流による電圧変換値よりも、定電流源２０からＳＭＡ７に流れる探索信号による電圧変換値の方が大きい場合の例を示しており、電流の大小関係が逆の場合は、図９で示すようになる。図９（ａ）は図８（ａ）に対応して放冷時であり、図９（ｂ）は図８（ｂ）に対応して加熱時である。
【００４７】
このようにスイッチ素子３６の切換えを周期的に行うことで、前記探索信号を出力する定電流源２０を決まった周期ｔ０およびｏｎ期間ｔ１，ｔ１’で動作させて、その動作状態（負荷状態）を安定させることができる。したがって、高精度な端子間電圧、したがって抵抗値検出を行うことができる。また、前記端子間電圧の検出に要する時間を最小限にして、すなわち１周期当りの駆動電流の供給時間の割合を大きくして、ＳＭＡ７に与える熱量をほぼ駆動電流で規定することができるとともに、ＳＭＡ７の応答性を向上することができる。また、駆動電流の最小値を任意に設定することができ、ＳＭＡ７の微小変位を可能にすることもできる。さらにまた、デューティ制御の電圧−時間幅変調回路１９に比べて、電圧−電流ドライバ３９は簡略化することもできる。
【００４８】
［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の第３の形態に係る形状記憶合金の駆動装置４１の電気的構成を示すブロック図である。この駆動装置４１は、前述の駆動装置１１，３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態の駆動装置４１では、電圧−時間幅変調回路４９によってデューティ制御を行うものの、駆動回路４２がＳＭＡ７に与える駆動電流を、前記定電流源２０からの探索信号兼用の電流と、別途設けた駆動電流源４０からの電流とに切換え可能とすることである。このため、前記電圧−時間幅変調回路４９は、２入力１出力の前記スイッチ素子３６に前記定電流源２０と駆動電流源４０とを選択するためのスイッチ信号を出力するとともに、デューティ制御用の前記スイッチ素子２１に前記時間幅信号を与える。
【００４９】
図１１は、上述のように構成される駆動装置４１の動作を説明するための波形図である。図１１（ａ）は図８（ａ）および図９（ａ）に対応して放冷時であり、図１１（ｂ）は図８（ｂ）および図９（ｂ）に対応して加熱時である。予め定める周期ｔ０となると、電圧−時間幅変調回路４９は、期間ｔ１，ｔ１’に亘ってスイッチ素子３６を定電流源２０側に切換えるスイッチ信号を出力し、そのスイッチ素子３６が定電流源２０側に切換わっている間に、サンプルホールド回路１６へはトリガ信号を出力してＳＭＡ７の端子間電圧の測定を行わせる。
【００５０】
端子間電圧の測定が終了すると、電圧−時間幅変調回路４９はスイッチ素子３６を駆動電流源４０側に切換えるスイッチ信号を出力するとともに、スイッチ素子２１をｏｎさせる時間幅信号を出力する。期間ｔ１０，ｔ１０’に亘ってスイッチ素子２１をｏｎさせた後、ｏｆｆさせ、前記期間ｔ２，ｔ２’に亘ってｏｆｆデューティの期間となる。なお、駆動電流源４０からの駆動電流は、スイッチ素子３６の切換えによってＳＭＡ７へ出力されるので、図１１において仮想線で示すように、スイッチ素子２１をｏｎさせる時間幅信号は、前記期間ｔ１，ｔ１’内の任意のタイミングでｏｎとなってもよい。
【００５１】
このように構成してもまた、周期ｔ０および前記定電流源２０をｏｎする期間ｔ１，ｔ１’が一定になり、動作状態（負荷状態）を安定させることができる。また、駆動電流源４０からの駆動電流の精度をむやみに高める必要はなく、出力可能な電流値を大きくすることができるとともに、電力の利用効率を高めることができる（複雑な電流値制御が不要になり、制御のために必要な電力を削減できる）。
【００５２】
［実施の形態４］
図１２は、本発明の実施の第４の形態に係る形状記憶合金の駆動装置５１の電気的構成を示すブロック図である。この駆動装置５１は、前述の駆動装置１１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態の駆動装置５１では、前記駆動電流がペルチェ素子などの別途に設けられた温度変化手段である加熱・冷却装置５２に与えられて、該加熱・冷却装置５２によってＳＭＡ７に加熱および冷却が行われることで伸縮を行わせることである。
【００５３】
前記ペルチェ素子は、線状のＳＭＡ７に近接し、かつ熱の伝搬が効率良く行われるように、好ましくはそれらは周囲と断熱される。駆動装置５１では、前記定電流源２０からの探索信号は出力され続けており、オペアンプ１５で検出される前記端子間電圧ｖ，ｖ’と前記目標電圧との差に対応して、サーボアンプ１７から前記加熱・冷却装置５２に前記駆動電流が供給される。このように駆動電流は必ずしもＳＭＡ７に直接流さなくてもよい。この場合、探索信号の電流がＳＭＡ７の伸縮に影響を与える場合には、電流値を小さくするか、探索信号をｏｎ／ｏｆｆする前記スイッチ素子２１を設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】携帯電話のレンズユニットの一構成例を模式的に示す図である。
【図２】ＳＭＡの変位量と抵抗値との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の第１の形態に係る形状記憶合金の駆動装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図３で示す駆動装置の動作を説明するための波形図である。
【図５】図３の構成を用いるカメラ付携帯電話機の斜視図である。
【図６】前記カメラ付携帯電話機の大略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の第２の形態に係る形状記憶合金の駆動装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】図７で示す駆動装置の動作を説明するための波形図である。
【図９】図７で示す駆動装置の動作を説明するための波形図である。
【図１０】本発明の実施の第３の形態に係る形状記憶合金の駆動装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０で示す駆動装置の動作を説明するための波形図である。
【図１２】本発明の実施の第４の形態に係る形状記憶合金の駆動装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    レンズ
２    鏡筒
６    バイアスばね
７    ＳＭＡ
１０    レンズユニット
１１，３１，４１，５１    駆動装置
１２，３２，４２    駆動回路
１３    検出回路
１４，３４    制御回路
１５    オペアンプ
１６    サンプルホールド回路
１７    サーボアンプ
１８    基準電圧源
１９，４９    電圧−時間幅変調回路
２０    定電流源
２１，３６    スイッチ素子
３５    スイッチ信号生成回路
３９    電圧−電流ドライバ
４０    駆動電流源
７０    カメラ付携帯電話機
７７    カメラユニット
８０    撮像素子
８５    全体制御部
【図１】
0004946675.tif 000002
【図２】
0004946675.tif 000003
【図３】
0004946675.tif 000004
【図４】
0004946675.tif 000005
【図５】
0004946675.tif 000006
【図６】
0004946675.tif 000007
【図７】
0004946675.tif 000008
【図８】
0004946675.tif 000009
【図９】
0004946675.tif 000010
【図１０】
0004946675.tif 000011
【図１１】
0004946675.tif 000012
【図１２】
0004946675.tif 000013