光学画像安定化
光学画像安定化を実現することができるカメラ装置は、支持構造と、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットと、複数のたわみエレメントを備えたサスペンションシステムであって、複数のたわみエレメントが、カメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ、カメラユニットと支持構造の間に接続され、収縮するとカメラユニットを傾斜させるように配置されたＳＭＡワイヤとして形成された複数のＳＭＡアクチュエータとを備えている。ＳＭＡワイヤは、その末端でカメラユニットに固定し、かつ、支持構造のエレメントに引っ掛けることができる。その出力が駆動信号を生成するための基本として使用される振動センサは、カメラユニットに取り付けることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサおよび画像をイメージセンサ上に結像させるためのレンズシステムを備えたカメラ装置の光学画像安定化（ＯＩＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＩＳの目的は、典型的には使用者の手の動きによって生じるカメラ装置の振動であって、イメージセンサによって捕獲される画像の品質を劣化させるカメラのぶれを補償することである。ＯＩＳには、通常、捕獲された画像に対する振動の影響を補償するために、ジャイロスコープセンサなどの振動センサによる振動の検出、およびカメラ装置を調整するアクチュエータ構造の検出された振動に基づく制御が必要である。
【０００３】
カメラ装置を調整するためのいくつかの技法が知られている。ディジタルスチールカメラに広く使用されている技法の１つは、固定された全体としてのカメラ装置（イメージセンサおよびレンズシステムの大部分を含む）の位置を維持し、かつ、１つのレンズ群を光軸に対して垂直な方向に移動させることである。この技法は、カメラの残りの部分と比較するとレンズ群のサイズおよび慣性が小さいため、大型カメラにとりわけ適している。一代替技法は、レンズシステムを静止状態に維持し、かつ、イメージセンサを光軸に対して垂直な方向に移動させることである。
【０００４】
これらの技法は、ディジタルスチールカメラなどの比較的大型のカメラ装置では成功しているが、それらは小型化が困難である。小型カメラ装置におけるコンポーネントの極めて緊密なパッケージングは、所望のパッケージ内へのＯＩＳアクチュエータの追加を著しく困難にしている。
【０００５】
ＵＳ−２００６／０２７２３２８に、異なる技法を使用してＯＩＳを実現するカメラ装置が開示されている。詳細には、イメージセンサおよびレンズシステムを含んだカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りにカメラユニットを傾斜させることができる弾性支持部材によって支持構造に支持されている。支持構造とカメラユニットの間に２対のＳＭＡワイヤが接続され、光軸に対して鋭角で延在している。個々の対のＳＭＡワイヤは、差動収縮によってカメラユニットが傾斜するよう、プッシュ−プル構成で互いに対向して整列している。ＳＭＡワイヤに印加される駆動電流は、カメラぶれを補償するために支持構造に取り付けられた振動センサの出力に基づいて引き出される。ＵＳ−２００６／０２７２３２８は、ＳＭＡワイヤの直径を小さくすることによって十分に高い周波数応答を達成することができることを教示している。アクチュエータとしてのＳＭＡの広く認識されている欠点は、その応答時間が遅いことである。ＳＭＡアクチュエータは熱によって駆動されるため、応答時間は、ＳＭＡ材料の温度上昇および降下によって制限されており、その温度上昇および降下は、ＳＭＡ材料の熱伝導率、比熱容量および熱質量に関連している。
【０００６】
したがってＯＩＳは、カメラユニットを光軸に対して垂直な方向に傾斜させることによって達成されている。これが可能であるのは、カメラユニットのサイズおよび慣性が小さく、また、ＯＩＳ機能を他のカメラ機能から有利に分離することができることによるものである。特に、許容誤差が大きい光学コンポーネントなどのカメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がない。さらに、ＳＭＡをアクチュエータとして使用することにより、エネルギー密度（所与の材料質量に対して利用することができる機械的なエネルギー）が極めて高い利点が達成される。言い換えると、ＳＭＡをアクチュエータとして使用することによってアクチュエータ構造を極端に小さくすることができる。同様に、ＳＭＡアクチュエータは大きい力を引き渡すことができる。これらの要因は、いずれも、ＳＭＡアクチュエータは小型カメラのためのＯＩＳを実現するのに極めて適していることを意味している。
【０００７】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８に開示されているカメラ装置は、ＳＭＡワイヤの個々の対がプッシュ−プル構成で配置されることに起因する位置制御および寿命ならびに疲労に関連する欠点を抱えている。具体的には、２本のＳＭＡワイヤが光軸に対して垂直な方向に互いに逆方向に引っ張り合う、という意味でそれらは互いに作用を及ぼし合う。つまり、個々のＳＭＡワイヤの応力、延いてはＳＭＡワイヤの長さは、もう一方のＳＭＡワイヤに依存している。
【０００８】
第１に、これは、正確な位置制御の達成に関わる問題をもたらしている。カメラ装置の所望の角度は、特定のワイヤ長に対応しているが、この特定のワイヤ長では、個々のＳＭＡワイヤは、もう一方のＳＭＡワイヤの応力に応じて様々な応力を有することができる。したがって個々のＳＭＡワイヤの位置を独立して制御することができない。位置制御は、原理的には依然として達成可能であるが、実際にはこの位置制御を正確に実施することは困難である。例えばＳＭＡワイヤの抵抗に基づく制御を実現しようと試みる場合、相転移温度は応力に対する依存性を有しており、また、ＳＭＡワイヤの抵抗率も温度によって変化する。したがってもう一方のワイヤに対する作動の場合、所与のワイヤ長は所与の抵抗に対応していない。
【０００９】
第２に、対をなしているＳＭＡワイヤは互いに対して作用するため、例えば両方のＳＭＡワイヤが駆動されるか、あるいは周囲温度が十分に高くなって相転移温度範囲に到達すると、ＳＭＡワイヤは、通常、比較的大きい応力にさらされることになる。ＳＭＡワイヤのこのような大きい応力は疲労の原因になり、延いてはＳＭＡワイヤの寿命を短くする原因になることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの問題が緩和されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
前記カメラユニットが、互いに垂直でかつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで自在に傾斜し、さらに光軸に沿って移動することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステム(suspension system)と、
少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータであって、それぞれカメラユニットと支持構造の間に接続され、かつ、収縮するとカメラユニットを光軸に沿って支持構造に対して変位させるように配置され、また、収縮して差動変位(differential displacement)するとカメラユニットを傾斜させるよう、光軸の周りの異なる位置に配置されたＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００１２】
したがってカメラユニットは、ＳＭＡアクチュエータによって駆動される光軸に対して垂直な方向に傾斜することができる。これは、上で説明した、カメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がなく、また、ＳＭＡのエネルギー密度が高いために装置がコンパクトであるＵＳ−２００６／０２７２３２８の利点と同様の利点を有するＯＩＳ機能の達成を可能にしている。
【００１３】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、カメラユニットを光軸に沿って移動させることができるサスペンションシステムを備えており、また、同様にＳＭＡアクチュエータは、カメラユニットを光軸に沿って変位させるように配置されている。したがって差動変位するＳＭＡアクチュエータによって傾斜が達成されているが、ＳＭＡアクチュエータは互いに対向していない。これは、ＵＳ−２００６／０２７２３２８と比較すると、位置制御および疲労ならびに寿命に関連する改善を提供している。具体的には、当該ＳＭＡアクチュエータの所望の変位を達成するために個々のＳＭＡアクチュエータの変位を独立して制御することができる。差動変位の結果としてカメラユニットの傾斜がもたらされるため、これらの変位は相俟って選択されるが、個々のＳＭＡアクチュエータは、例えばそのＳＭＡアクチュエータの抵抗に基づいて個々のＳＭＡアクチュエータ自体が制御することができる。これは、固定支点の周りの傾斜をもたらすのではなく、サスペンションシステムの形態を変えることによって光軸に沿った運動を可能にすることによるＳＭＡアクチュエータの減結合と見なすことができる。
【００１４】
同様に、ＳＭＡアクチュエータは、それぞれ、光軸に沿った運動を駆動するため、それらは互いに対向していない。そのため、対向するＳＭＡアクチュエータが被ることになる比較的大きい応力が回避され、また、寿命の短縮をもたらすことになる関連する疲労の問題が緩和される。
【００１５】
本発明の第２の態様は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の設計の改善に関している。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
複数のたわみエレメント(flexure element)を備えたサスペンションシステムであって、複数のたわみエレメントは、該たわみエレメントが偏倚(deflection)するとき、互いに垂直かつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれカメラユニットと支持構造の間に接続され、かつ、収縮するとカメラユニットを傾斜させるように配置された複数のＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００１７】
したがってカメラユニットは、ＳＭＡアクチュエータによって駆動される光軸に対して垂直な方向に傾斜することができる。これは、上で説明した、カメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がなく、また、ＳＭＡのエネルギー密度が高いために装置がコンパクトであるＵＳ−２００６／０２７２３２８の利点と同様の利点を有するＯＩＳ機能の達成を可能にしている。
【００１８】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、複数のたわみエレメントによって形成されたサスペンションシステムを備えている。たわみエレメントは、サスペンションシステムとして多くの利点を提供している。たわみエレメントは、運動軸に沿って小さい剛性が付与され、また、運動軸に対して直角に大きい剛性が付与されるように配置することができる。同様に、たわみは、例えば軸受と比較すると、運動に対する最小の摩擦度に遭遇する。最後に、たわみによって形成されるサスペンションシステムは、コンパクトで、かつ、製造が容易である。
【００１９】
さらに、たわみエレメントを使用することにより、カメラユニットを光軸に沿って移動させることができるサスペンションシステムが提供され、それにより上で説明した本発明の第１の態様と同じ利点が提供される。
【００２０】
第２の態様の第１の任意選択の特徴は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直であり、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置のサイズの最小化に関している。これは、例えば携帯型電子デバイスに使用することが意図された小型カメラの場合にとりわけ望ましい。
【００２１】
第２の態様のこの第１の任意選択の特徴は、個々のＳＭＡアクチュエータが一片のＳＭＡワイヤを備え、該ＳＭＡワイヤは、その両方の末端でカメラユニットおよび支持構造のうちの一方に固定され、またその末端を介して、中央部がカメラユニットおよび支持構造のうちのもう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられ、ＳＭＡアクチュエータが、収縮するとカメラユニットを傾斜させ、それによって生じるたわみエレメントの偏倚によって、ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供するように配置されることである。
【００２２】
ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、複数のたわみエレメントによって形成されたサスペンションシステムを備えており、ＳＭＡアクチュエータは、個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられた一片のＳＭＡワイヤとして形成されている。この構造によれば、カメラ装置のサイズが最小化される。カメラ装置は、主としてたわみエレメントおよびＳＭＡワイヤの緊密な配置のため、極めてコンパクトである。ＳＭＡワイヤがたわみエレメントに引っ掛けられると、ＳＭＡワイヤは、ＳＭＡワイヤの固定を本質とすることなくカメラユニットおよび支持構造のうちのもう一方に接続される。
【００２３】
有利には、たわみエレメントは、それぞれ、カメラユニットおよび支持構造のうちの前記もう一方に接続されている中間部分から、カメラユニットおよび支持構造のうちの前記一方に接続されている部分まで延在している一対のたわみビームを備えることができる。中間部分は、光軸に沿ってたわみビームから突出させることができる。その場合、便利でコンパクトな構造を提供する中間部分にＳＭＡワイヤ片を引っ掛けることができる。
【００２４】
有利には、ＳＭＡワイヤ片は、カメラユニットと支持構造の間を、光軸からの仮想線(notional line radial of the optical axis)に対して垂直に延在させることができる。そのようにすることにより、ＳＭＡワイヤの半径方向の範囲全体が最小化されるため、構造のサイズがさらに最小化される。
【００２５】
この場合、ＳＭＡワイヤ片も光軸に対して非ゼロ角度で延在させることができる。この幾何構造によれば、収縮するとＳＭＡワイヤの配向が変化するため、ＳＭＡワイヤ片を光軸に対して非ゼロ角度で延在させることにより、ＳＭＡワイヤの所与の長さによって達成することができる変位度が拡大される。それにより、事実上、必要な変位を達成するために必要な長さが短くなるため、光軸に平行のＳＭＡワイヤと比較するとカメラ装置のサイズが縮小される。
【００２６】
第２の態様の第２の任意選択の特徴は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直であり、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の性能の改善に関している。ＳＭＡ材料の構造および特性、ならびにサスペンションシステムのたわみの構造および特性を始めとする様々な可変要因および制約が存在している。
【００２７】
第２の態様のこの第２の任意選択の特徴は、カメラ装置が、サスペンションシステムとは別に、ＳＭＡアクチュエータが収縮するとＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えていることである。
【００２８】
サスペンションシステムが複数のたわみエレメントを備えている場合、利点は、たわみエレメントが同じく付勢手段として作用し、収縮する際にＳＭＡアクチュエータによって印加される力とは逆方向の付勢力を提供することであることが認識されよう。しかしながら、その代わりに、個別の付勢エレメントは、以下の利点を備えている。
【００２９】
望ましいことには、装置は、比較的大きい応力をＳＭＡアクチュエータ内に展開するように構成される。このような応力により、ＳＭＡ材料の応力が付勢手段に対する収縮をもたらすだけの十分な温度が高くなる。これは、装置を使用することができる周囲温度の範囲を高くするためには望ましい。しかしながら、ＳＭＡアクチュエータに印加されるこのような応力は、他の設計制約、とりわけ達成可能な運動の範囲とバランスを取る必要がある。たわみエレメントの材料限界を超える原因になるたわみエレメントの偏倚度を回避する必要があるため、達成可能な最大運動が制限されている。応力は、たわみエレメントの剛性を大きくすることによって大きくすることができる。しかしながら、たわみエレメントが偏倚すると、これも、より速くたわみエレメントの材料限界に接近し、したがって運動の範囲を間接的に狭くする原因になる。
【００３０】
しかしながら、サスペンションシステムとは別に付勢エレメントを実現することにより、サスペンションシステムに対するこれらの限界に影響を及ぼすことなく比較的大きい応力を展開させることができる利点が提供される。つまり、付勢エレメントは、ＳＭＡアクチュエータ内に展開される力を大きくしてカメラユニットを移動させる比較的大きい力を印加する。しかしながら、付勢エレメントは支持構造でカメラユニットをサスペンションしないため、追加付勢エレメントの設計に対する制約が著しく緩和される。例えば、付勢エレメントは、コイルに巻かれた単純なばねとして提供することができる。
【００３１】
これにより、全体としての装置に対する設計制約が緩和され、改良型設計が可能になる。例えば、追加付勢エレメントがない等価装置と比較すると、最大運動度を大きくすることができ、かつ／またはたわみの設計に対する制約を緩和することができる。
【００３２】
本発明の第３の態様は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の実施態様の単純化に関している。
【００３３】
本発明の第３の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直でかつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ、収縮するとカメラユニットを傾斜させるように配置された一片のＳＭＡワイヤを備え、個々のＳＭＡワイヤ片がその両方の末端でカメラユニットに固定され、かつ、支持構造のエレメントに引っ掛けられた複数のＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００３４】
本発明の第３の態様によれば、ＳＭＡワイヤ片が支持構造ではなくカメラユニットに固定されるため、ＯＩＳ機能を組み込んだカメラ装置全体が単純化される利点が提供される。したがって駆動信号を供給するための制御回路からカメラユニットに固定されるＳＭＡワイヤ片の末端までの電気接続を容易に実施することができる。例えば、ＳＭＡワイヤ片は、通常、ＳＭＡワイヤを圧着する、同じく簡便に電気接続を提供することができる圧着部材によってカメラユニットに固定される。利点は、それ自体が多くの電気接続を有しており、また、一般的にはプリント回路基板を必要とするイメージセンサがカメラユニットに含まれていることを考慮することによって認識されよう。したがってカメラユニットのところでＳＭＡワイヤ片およびイメージセンサの両方に対して電気接続が実施され、したがって、何にしても電気接続を必要とすることになるカメラユニットを介した共通電気配線であるため、電気的構造が単純化される。例えば、場合によっては支持構造には電気接続がまったく不要である。
【００３５】
有利には、カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサをカメラユニット上に取り付けることも可能であり、制御回路は、この出力信号に応答して駆動信号を生成する。したがって、振動センサへの電気接続が同じくカメラユニット上で提供される点で電気的構造が単純化される同様の利点が提供される。さらに、本発明のこの第３の態様によれば、光学画像安定化の品質に対する技術的な改善が可能になる。それは、制御回路によって実施される制御アルゴリズムが、この場合、検知された傾斜とは逆の修正を施すのではなく、振動センサによって検出される振動の最小化を追及することによるものである。実際には、振動センサが支持構造に取り付けられる場合よりも信頼性の高い補償が実現される。
【００３６】
本発明の第４の態様は、光学画像安定化の品質の改善に関している。
【００３７】
本発明の第４の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
カメラユニットを傾斜させるようになされたアクチュエータ構造と、
カメラユニットに取り付けられ、かつ、カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサと、
駆動信号を供給するためにアクチュエータ構造に接続された制御回路であって、振動センサの出力信号に応答して駆動信号を生成するようになされた制御回路と
を備えたカメラ装置が提供される。
【００３８】
本発明のこの第４の態様によれば、光学画像安定化の品質に対する技術的な改善が可能になる。それは、制御回路によって実施される制御アルゴリズムが、この場合、検知された傾斜とは逆の修正を施すのではなく、振動センサによって検出される振動の最小化を追及することによるものである。実際には、振動センサが支持構造に取り付けられる場合よりも信頼性の高い補償が実現される。
【００３９】
本発明の様々な態様は、任意の組合せで相俟って使用することができる。
【００４０】
より深く理解することができるよう、以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照して非制限の例によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】カメラ装置の略横断面図である。
【図２】カメラ装置の第１の構造の斜視図である。
【図３】シャーシの斜視図である。
【図４】サスペンションシステムの斜視図である。
【図５】ＳＭＡアクチュエータの側面図である。
【図６】シャーシおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図７】たわみエレメントおよびＳＭＡアクチュエータの側面図である。
【図８】カメラ装置の第２の構造の斜視図である。
【図９】ハウジングが省略されたカメラ装置の第２の構造の斜視図である。
【図１０】カメラ装置の第３の構造の斜視図である。
【図１１】シャーシの斜視図である。
【図１２】キャリッジの斜視図である。
【図１３】キャリッジおよびシャーシを下から見た斜視図である。
【図１４】サスペンションシステムの平面図である。
【図１５】サスペンションシステムを使用してアセンブルされたキャリッジおよびシャーシを下から見た斜視図である。
【図１６】底部プレートを使用してアセンブルされたキャリッジ、シャーシおよびサスペンションシステムを下から見た斜視図である。
【図１７】キャリッジおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図１８】シャーシを使用してアセンブルされたキャリッジおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図１９】ＳＭＡアクチュエータ内に展開した応力対第１の構造内の位置のグラフである。
【図２０】ＳＭＡアクチュエータ内に展開した応力対第２の構造内の位置のグラフである。
【図２１】ＳＭＡアクチュエータのための駆動信号を生成するための制御回路の線図である。
【図２２】制御回路の駆動回路の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
概説
図１は、ＯＩＳを実行するようになされたカメラ装置１を横断面図で概略的に示したもので、断面は、カメラ装置１の光軸Ｏに沿って取られている。カメラ装置１は、移動電話、メディアプレーヤあるいは携帯型ディジタルアシスタントなどの携帯型電子デバイスに組み込まれることになる。したがって小型化は重要な設計基準である。
【００４３】
カメラ装置１は、支持構造２および以下でより詳細に説明するサスペンションシステムによって支持構造２上で支持されるカメラユニット１００を備えている。
【００４４】
カメラユニット１００は機能カメラであり、いずれもカメラサポート(camera support)１０３上で支持されたイメージセンサ１０１およびレンズシステム１０２を備えている。レンズエレメント１０２およびイメージセンサ１０１は、レンズシステム１０２がイメージセンサ１０１上に画像を結像させるよう、光軸Ｏに沿って配置されている。イメージセンサ１０１は画像を捕獲し、また、イメージセンサ１０１は、適切な任意のタイプのイメージセンサ、例えばＣＣＤ（電荷結合デバイス）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）デバイスであってもよい。カメラユニット１は、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズを有する小型カメラである。
【００４５】
以下でさらに説明するように、ＯＩＳは、光軸Ｏに対して垂直な軸の周りにカメラユニット１００全体を傾斜させることによって実現され、カメラユニット１００の内部構造をこの目的のために適合させる必要がない利点を有している。したがってカメラユニット１００は機能的に標準のカメラであってもよい。したがってカメラユニット１００は、ＯＩＳ機能に無関係に、所望の光学性能を提供するための任意の所望の構造を有することができる。例えば、カメラユニット１００は、光学性能とコストの所望のバランスを実現する必要に応じて、単一のレンズまたは複数のレンズを備えたレンズシステム１０２を含むことができる。同様に、レンズシステム１０２は、固定焦点または可変焦点を実現することができる。後者の場合、カメラユニット１００は、ＳＭＡ駆動構造の使用を含む、焦点を変化させるための適切な任意の構造を使用することができる。例えば、カメラユニット１００は、ＷＯ−２００７／１１３４７８、ＷＯ−２００８／０９９１５６または国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ０８／００３６５７号に記載されているタイプのカメラであってもよい。
【００４６】
次に、カメラ装置、詳細には、支持構造２上でカメラユニット１００をサスペンションするためのサスペンションシステムのいくつかの異なる構造について説明する。これらの異なる構造では、共通のエレメントは共通の参照数表示で示されており、それらの説明は反復されていない。
【００４７】
第１の構造
図２は、カメラ装置１の第１の構造を示したもので、以下で行うサスペンションシステムのコンポーネントを説明するためにカメラユニット１００は省略されている。通常、機械的アーキテクチャはサイズが制限されていないが、この第１の構造は、標準の８．５ｍｍ平方のフットプリントを有する、典型的には移動電話に使用するためのカメラユニット１００のためのＯＩＳを実現している。
【００４８】
支持構造２は、シャーシ３、およびカメラ装置１の様々な電気コンポーネントへの接続のための回路を備えたプリント回路基板（Printed Circuit Board:ＰＣＢ）であるベース４を備えている。ベース４は、正方形部分５および正方形部分５から横方向に突出している延長部分(extension)６を有しており、延長部分６は、制御回路への接続のためのコンタクト(contact)７を有している。シャーシ３は、図３に単体で示されており、まったく同じ形の４つの側壁８を有する環状壁の形態を取っており、側壁の各々は、ベース４の正方形部分５の縁に沿って延在し、そこから突出している。シャーシ３は、射出成形コンポーネントとして形成することができ、以下のように、その上にアセンブルされた他のコンポーネントを有している。
【００４９】
シャーシ３は、カメラユニット１００のための、図４に単体で示されているサスペンションシステム１０を支持している。サスペンションシステム１０は、４つのたわみエレメント１１を備えており、これらのたわみエレメント１１の各々は、それぞれシャーシ３の１つの側壁８に沿って延在している。個々のたわみエレメント１１は、カメラユニット１００が接続される最も内側の面に取り付け部１４を有する中間部分１３から外側に向かって延在している一対のたわみビーム１２を備えている。たわみビーム１２は、中間部分１３から隅部分１５まで延在しており、これらの隅部分１５自体は、シャーシ３の隅に接続されている。全部で４つのたわみエレメント１１からなるサスペンションシステム１０全体は、典型的には金属である単一片の材料から形成されているが、原理的には、たわみエレメント１１の各々は、隅部分１５がシャーシ３に接続されることを前提として、個別のエレメントとして形成することも同じく可能である。
【００５０】
光軸Ｏに沿って見たたわみビーム１２の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがってたわみエレメント１１は、支持構造２上でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント１１が偏倚すると、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動が可能になる。さらに、カメラユニット１００の４つの面の各々にたわみエレメント１１が存在しているため、サスペンションシステム１０は、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にしており、これは、互いに対向して配置された複数のたわみエレメント１１が異なった偏倚をすると起こる。２つの垂直軸の周りのこのような傾斜は、全体として、光軸Ｏに対して垂直な任意の軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００５１】
中間部分１３は、中間部分１３が光軸Ｏに沿ってたわみビーム１２から突出するよう、光軸Ｏに対して垂直な方向から見るとＵ字形を有している。取付け部１４は、たわみビーム１２から遠位の中間部分１３の末端に形成されている。
【００５２】
シャーシ３は、さらに、その上に位置し、かつ、個々の側壁８からサスペンションシステム１０の外側を上に向かって突出している缶(can)１８を有している。缶８は、光軸Ｏに向かって内側に延在している、サスペンションシステム１０を覆うためのリップ１９を有している。缶１８は、カメラ装置１の内部コンポーネントを保護している。サスペンションシステム１０の隅部分１５を直接シャーシ３に接続する代替として、例えばスポット溶接によって隅部分１５を缶１８のリップ１９に接続することも可能である。
【００５３】
カメラ装置１は、さらに、以下のようになされた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えている。図５は、ＳＭＡアクチュエータ２０を単体で示したもので、ＳＭＡアクチュエータ２０は一片のＳＭＡワイヤ２１を備えており、この一片のＳＭＡワイヤ２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着し、それにより機械的端子となる２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、図６に示されているようにそれぞれシャーシ３に固定されており、シャーシ３へのＳＭＡアクチュエータ２０の機械的接続を提供している。この取付けは、接着剤を使用して強化された機械的嵌合によって達成することができる。個々のＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２は、シャーシ３の個々の側壁８の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、側壁８の線に沿って延在している。したがってＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏからの仮想線に対して垂直に延在している。
【００５４】
さらに、圧着部材２２は、ＳＭＡワイヤ片２１への電気接続を提供しており、ＳＭＡワイヤ片２１を介した駆動電流の供給を可能にしている。圧着部材２２は、例えばベース４上に設けられている該当するパッドへのはんだ付けによってベース４上の回路に電気接続される。これによりＳＭＡアクチュエータ２０をベースを介して、以下でさらに説明する制御回路に接続するためのコンタクト７に電気配線接続することができる。
【００５５】
詳細には、個々のＳＭＡワイヤ片２１は、たわみエレメント１１のうちの１つに隣接して配置されており、ＳＭＡワイヤ片２１は中間部分１３に引っ掛けられている。図７は、ＳＭＡアクチュエータ２０およびたわみエレメント１１の特定の構造を詳細に示したものである。したがって個々のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラユニット１００と支持構造２の間に、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在している。カメラ装置をアセンブルしている間、最初にＳＭＡアクチュエータ２０がシャーシ３に取り付けられ、次に、たわみエレメント１１の中間部分１３に適切に引っ掛かるよう、ＳＭＡワイヤ２１が激しく上下前後に揺すられ、あるいは位置決めされる。
【００５６】
この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、たわみエレメント１１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ａの力の成分が印加される。それによりたわみエレメント１１が偏倚し、この偏倚により、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｂの付勢力が提供される。カメラ装置１のこの第１の構造の場合、複数のたわみエレメント１１は、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する唯一の付勢力(sole biasing force)を提供している。
【００５７】
したがって、アセンブルされたカメラ装置１では、たわみエレメント１１はＳＭＡアクチュエータ２０に予荷重を印加している。この予荷重は、たわみエレメント１１の中間部分１３の一部を形成している突起２４と接触しているシャーシ３の側壁８に形成されているエンドストップ２３によって制限されており、それにより方向Ｂの運動を制限している。
【００５８】
ＳＭＡアクチュエータ２０およびサスペンションシステム１０が図１に示されているようにアセンブルされると、カメラ装置１は、いつでもカメラユニット１００をアセンブルすることができる。これを達成するために、激しく上下前後に揺することによってカメラユニット１００がカメラ装置１内の所定の位置に配置され、次に、たわみエレメント１１の各々の取付けプレート４０に固定される。これは、取付けプレート(mounting plate)１４に形成されている孔を介して、かつ孔に接するように接着剤を加え、カメラユニット１００への結着を形成することによって達成することができる。これを達成するために、シャーシ３は開口２５を備えることができ、これらの開口を介して接着剤が加えられ、また、これらの開口２５は、引き続いて、例えば機構を保護するために所定の位置で結合されるポリアミド膜であってもよいカバー２６によって覆われる。
【００５９】
また、支持構造２のベース４は、さらに、支持構造の角速度を表す信号を出力するジャイロスコープセンサ７１を備えており、それによりカメラ装置１が遭遇する振動を検出する振動センサとして作用している。ジャイロスコープセンサ７１は、典型的には、互いに垂直であり、かつ、光軸に対して垂直な２つの軸の周りの振動を検出するための一対の小型ジャイロスコープであるが、一般的にはもっと多くのジャイロスコープあるいは他のタイプの振動センサを使用することも可能である。制御回路にはジャイロスコープセンサ７１からの出力信号が供給され、制御回路は、以下でより詳細に説明するように、その出力信号に基づいて駆動信号を生成する。
【００６０】
第２の構造
図８および９は、カメラ装置１の第２の構造を示したもので、図８および９の両図にはカメラユニット１００が省略されており、また、図９にはハウジング３０およびカメラマウント３１が省略されている。第１の構造と同様、カメラ装置１のこの第２の構造も、標準の８．５ｍｍ平方のフットプリントを有するカメラユニット１００のためのＯＩＳを実現している。
【００６１】
第２の構造では、カメラ装置１は、第１の構造の支持構造２と同様の支持構造２を有しており、支持構造２は、ＰＣＢであるベース４、およびまったく同じ形の４つの側壁８を有する環状壁の形態を取っているシャーシ３を備えている。
【００６２】
シャーシ３は、それぞれシャーシ３の１つの側壁８に沿って延在している４つのたわみエレメント３３を備えたサスペンションシステム３２を支持している。個々のたわみエレメント３３は、その末端でシャーシ３の隅に接続された弓形のたわみビームを備えている。この第２の構造では、個々のたわみビーム３３は個別のエレメントであるが、それらは、原理的には、すべて単一片の材料から形成することができる。
【００６３】
４つのたわみエレメント３３は、シャーシ３の側壁８の内側を平行に延在している４つの壁３４を備えたカメラマウント３１を支持している。個々の壁３４は、外側に向かって延在している、個々のたわみエレメント３３の中央部に接続されるフランジ３５を有している。カメラユニット１００は、カメラマウント３１の壁３４に接続され、したがってたわみエレメント３３によってサスペンションされる。
【００６４】
光軸Ｏに沿って見たたわみエレメント３３の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがってたわみエレメント３３は、支持構造２上でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント１１が偏倚すると、光軸Ｏに沿った運動が可能になる。第１の構造と同様、サスペンションシステム３２も、複数のたわみエレメント３３が異なった偏倚をすると、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００６５】
カメラ装置１は、第１の構造と同様、さらに、それぞれ一片のＳＭＡワイヤ２１を備えた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えており、個々のＳＭＡワイヤ片２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着する２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、それぞれシャーシ３に固定され、個々の側壁８の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、個々の側壁８に沿って、光軸からの仮想線に対して垂直に延在している。
【００６６】
個々のＳＭＡアクチュエータ２０のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラマウント３１の個々の壁３４から外側に向かって突出しているボス３４に引っ掛けられている。この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、個々のたわみエレメント３１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ｃの力の成分が印加される。それによりたわみエレメント３３が偏倚し、この偏倚により、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｄの付勢力が提供される。カメラ装置１のこの第２の構造の場合、複数のたわみエレメント３３は、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して作用する唯一の付勢力を供給している。
【００６７】
カメラ装置１には、さらに、ベース４から上に向かってシャーシ３の外側に突出しているハウジング３０が含まれており、また、ハウジング３０には、光軸Ｏに向かって内側に延在している、サスペンションシステム３２を覆うためのリップ３６が含まれている。
【００６８】
第３の構造
図１０は、カメラ装置１の第３の構造を示したもので、以下のようになされている。この第３の構造では、すべての電気接続は、支持構造２に対してではなく、カメラユニット１００に対して実施される。
【００６９】
支持構造２は、ベースマウント４１に取り付けられるシャーシ４０を備えている。図１１はシャーシ４０を単体で示したもので、シャーシ４０は、環状の形態で配置されたまったく同じ形の４つの側壁４２を備えており、これらの側壁４２は、それぞれ正方形の辺に沿って延在している。個々の側壁４２は、その中心に配置されており、その最も下側の縁（図１０および１１に示されている）からカットアウト４３が延在し、また、側壁４２の内側に、カットアウト４３に隣接してフック４４が配置されている。
【００７０】
ベースマウント４１は、製品の中に取り付けられる際に、カメラユニット１００およびその下側のあらゆる電子機器コンポーネントを機械的接地から分離している。ベースマウント４１中にスロット４５が設けられており、より幅の広い製品システム電子機器からのカメラユニット１００への電気的なアクセス、例えば可撓プリント回路（ＦＰＣ）リボンを介したアクセスを可能にしている。
【００７１】
カメラ装置１は、さらに、カメラユニット１００を取り付けるためのキャリッジ５０を備えている。図１２はキャリッジ５０を単体で示したもので、キャリッジ５０は、環状の形態で配置されたまったく同じ形の４つの側壁５１を備えており、これらの側壁５１は、それぞれ正方形の辺に沿って延在している。カメラユニット１００はキャリッジ５０の内側に固定される。
【００７２】
図１３に示されているように、キャリッジ５０は、光軸Ｏに沿った相対運動を可能にするようにシャーシ４０の内側に嵌合するように寸法設定されている。個々の側壁５１はその中心に配置されており、取付けブロック５２は外側に向かって突出し、かつ、シャーシ４０のカットアウト４３のうちの１つの内側に嵌合している。カットアウト４３の末端表面４５は、取付けブロック５２と係合して支持構造２に対するカメラユニット１００の光軸Ｏに沿った運動を制限するエンドストップを形成している。個々の取付けブロック５２は、さらに、最も下方の末端（図１３の一番上）で開いている凹所５３を有している。
【００７３】
シャーシ３は、カメラユニット１００のための、図１４に単体で示されているサスペンションシステム６０を支持している。サスペンションシステム６０は、４つのたわみエレメント６１を備えており、これらのたわみエレメント６１の各々は、シャーシ４０の１つの側壁４２に沿って延在している。個々のたわみエレメント６１は、中間取付けプレート６３から隅取付けプレート６５まで外側に向かって延在している一対のたわみビーム６２を備えている。図１５に示されているように、中間取付けプレート６３は、キャリッジ５０の取付けブロック５２の最も下方の表面に接続されており、それによりカメラユニット１００を接続している。隅取付けプレート６５は、シャーシ４０の隅に接続されている。したがって、
【００７４】
全部で４つのたわみエレメント６１からなるサスペンションシステム６０全体は、典型的には金属である単一片の材料から形成されているが、原理的には、たわみエレメント６１の各々は、隅部分６５がシャーシ４０に接続されることを前提として、個別のエレメントとして形成することも同じく可能である。
【００７５】
光軸Ｏに沿って見たたわみビーム６２の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがって、たわみエレメント６１は、キャリッジ５０を介して支持構造２でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント６１が偏倚すると、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動が可能になる。カメラユニット１００の４つの面の各々にたわみエレメント６１が存在しているため、サスペンションシステム１０は、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にしており、これは、互いに対向するように配置された複数のたわみエレメント６１が異なった偏倚をすると起こる。２つの垂直軸の周りのこのような傾斜は、全体として、光軸Ｏに対して垂直な任意の軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００７６】
たわみビーム６２が偏倚すると、支持構造２とカメラユニット１００の間に作用する、この偏倚を阻止する力が光軸Ｏに沿って生成される。さらに、コイルに巻かれたばねである付勢ばね６６が個々の取付けブロック５２の凹所５３の内側に取り付けられている。図１６に示されているように、シャーシ４０は、シャーシ４０の側壁４２に沿って延在し、かつ、側壁４２に固定された４つの面を備えた環状の形態のベースプレート６７を有している。個々の付勢ばね６６は、キャリッジ５０の取付けブロック５２とシャーシ４０のベースプレート６７の間に圧縮された状態で保持されており、それにより、たわみビームと同様の形で、支持構造２とカメラユニット１００の間に作用する力が光軸Ｏに沿って印加される。それにより付勢ばね６６は、たわみビーム６２と相俟って、支持構造２とカメラユニット１００の間に予荷重を印加している。
【００７７】
カメラ装置１は、さらに、以下のようになされた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えている。
【００７８】
図１７に示されているように、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は一片のＳＭＡワイヤ２１を備えており、この一片のＳＭＡワイヤ２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着し、それにより機械的端子となる２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、図１７に示されているようにそれぞれキャリッジ５０に固定されており、キャリッジ５０へのＳＭＡアクチュエータ２０の機械的接続を提供している。この取付けは、接着剤を使用して強化された機械的嵌合によって達成することができる。別法としては、キャリッジ５０が重合体材料でできており、かつ、圧着部材２２を保持するための適切な熱変形可能特徴を有している場合、この取付けは、何らかの種類の熱かしめプロセスによって達成することも可能である。個々のＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２は、シャーシ５０の個々の側壁５１の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、側壁５０の線に沿って延在している。したがってＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏからの仮想線に対して垂直に延在している。
【００７９】
さらに、圧着部材２２は、ＳＭＡワイヤ片２１への電気接続を提供しており、ＳＭＡワイヤ片２１を介した駆動電流の供給を可能にしている。圧着部材２２は、図１６に示されているカメラユニット１００の最も下側に固定されているプリント回路基板（ＰＣＢ）６８に、例えばＰＣＢ６８上に設けられている該当するパッドへのはんだ付けによって電気接続される。
【００８０】
ＰＣＢ６８は、ＰＣＢ６８を介してＳＭＡアクチュエータ２０に供給するための駆動信号を生成するための制御回路が実施される集積回路（ＩＣ）チップ７０を備えている。ＰＣＢ６８は、さらに、カメラユニット１００の角速度を表す信号を出力するジャイロスコープセンサ７１を備えており、それによりカメラユニット１００が遭遇する振動を検出する振動センサとして作用している。ジャイロスコープセンサ７１は、典型的には、互いに垂直であり、かつ、光軸に対して垂直な２つの軸の周りの振動を検出するための一対の小型ジャイロスコープであるが、一般的にはもっと多くのジャイロスコープあるいは他のタイプの振動センサを使用することも可能である。ＩＣチップ７０の中の制御回路にはジャイロスコープセンサ７１からの出力信号が供給され、制御回路は、以下でより詳細に説明するように、その出力信号に基づいて駆動信号を生成する。
【００８１】
ＰＣＢ６８は、さらに、その上面にイメージセンサ１０１を備えており、したがってＰＣＢ６８は、イメージセンサ１０１への多数の電気接続を有していなければならない。
【００８２】
図１８に示されているように、個々のＳＭＡアクチュエータ２０のＳＭＡワイヤ片２１は、シャーシ４０の個々のフック４４に引っ掛けられている。したがって個々のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラユニット１００と支持構造２の間に、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在している。この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、個々の付勢ばね６６およびたわみエレメント６１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ｅの力の成分が印加される。付勢ばね６６およびたわみエレメント６１は、相俟って、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｆの付勢力を提供している。
【００８３】
したがって、アセンブルされたカメラ装置１では、付勢ばね６６およびたわみエレメント６１は、相俟って、ＳＭＡアクチュエータ２０に予荷重を印加している。この予荷重は、取付けブロック５２と接触しているシャーシのカットアウト４３の末端表面４５によって形成されているエンドストップによって制限されており、それによりカメラユニット１００の方向Ｅの運動を制限している。これにより、事実上、駆動電流が小さくなるか、あるいはターンオフされた際のＳＭＡワイヤ２１の伸びが制限される。予荷重により、カメラユニット１００が移動を開始する前に、個々のＳＭＡワイヤ２１によって、付勢ばね６６およびたわみエレメント６１によって生成される付勢力に打ち勝つだけの十分な特定の張力が確実に達成される。したがって、事実上、最小の張力によって、運動に必要なＳＭＡ材料の温度に対する下限が設定され、したがって高い周囲温度でのシステムの作動を可能にしている。
【００８４】
付勢力がたわみエレメント１１によってのみ印加される第１の構造とは異なり、この第３の構造の場合、付勢ばね６６によって付勢力が追加で提供される。したがって以下のようにカメラ１に対する設計制約が緩和される。
【００８５】
比較例として、図１９は、第１の構造に関する、カメラユニット１００の異なる位置ｘに展開する（サスペンションシステム１０に展開し、したがって同じくＳＭＡアクチュエータ２０に展開する）応力Ｓのグラフである。位置Ｐ１ａおよびＰ２ａは、カメラユニット１００の運動範囲Δｘａの末端である。
【００８６】
エンドストップ２３の位置Ｐ１ａは、静止状態におけるカメラユニット１００の位置であり、したがってカメラユニット１００の運動を開始するためにＳＭＡアクチュエータ２０に展開させなければならない応力である応力Ｓ１の予備応力がサスペンションシステム１０にかかるように選択される。この予備応力は、２つの効果を達成するために十分に大きくなるように設計される。第１に、予備応力は、ＳＭＡアクチュエータ２０の応力がたわみエレメントに対する収縮をもたらすだけの十分な温度を高くするため、この予備応力は、カメラ装置１を作動させる所望の周囲温度範囲を考慮して選択される。第２に、予備応力は、カメラユニット１００の位置を正確に制御し、かつ、外力に起因するカメラユニット１００の運動を防止するために、カメラユニット１００がエンドストップ２３に対して堅固に保持されるように選択される。
【００８７】
位置Ｐ２ａは、ＳＭＡアクチュエータ２０が完全に収縮し、したがってＳＭＡアクチュエータ２０の構成に依存している場合のカメラユニット１００の位置である。この位置Ｐ２ａでは応力Ｓ２が展開する。位置Ｐ２ａは、この位置Ｐ２ａではたわみエレメント１１の材料限界を超えないように選択される。
【００８８】
図２０は、第３の構造のカメラユニット１００の異なる位置ｘに展開する応力Ｓの等価グラフを示したものである。詳細には、線Ｌ１は、付勢ばね６１に展開する応力であり、線Ｌ２は、サスペンションシステム６０に展開する応力であり、また、線Ｌ３は、付勢ばね６１およびサスペンションシステム６０に展開する総応力であり、したがってそれらを合わせると、ＳＭＡアクチュエータ２０に展開する応力である。位置Ｐ１ｂおよびＰ２ｂは、カメラユニット１００の運動範囲Δｘｂの末端である。
【００８９】
この例では、凹所４３の末端表面４５の位置Ｐ１ｂは、カメラユニット１００の静止位置では、サスペンションシステム６０は偏倚せず、したがって応力が展開しないように、しかも、付勢ばね６１によって、図１９における静止位置と同じ値を有する応力Ｓ１が展開するように選択される。したがってこの応力Ｓ１も、同じく、カメラユニット１００の運動を開始するためにＳＭＡアクチュエータ２０に展開させなければならない応力であり、上で説明したようにして選択される。
【００９０】
位置Ｐ２ｂは、ＳＭＡアクチュエータ２０が完全に収縮し、したがってＳＭＡアクチュエータ２０の構成に依存している場合のカメラユニット１００の位置である。ＳＭＡアクチュエータ２０は、この位置Ｐ２ｂでは応力Ｓ３が付勢ばね６１に展開し、かつ、サスペンションシステム１０に展開する応力Ｓ２ｂが付勢ばね６１およびたわみエレメント６１の材料限界を超えないように構成される。図２に示されている第１の構造と比較すると、たわみエレメント６０の設計に対する制約が著しく緩和されている。第１に、サスペンションシステム１０は、ＳＭＡアクチュエータ２０を付勢するために必要なすべての剛性を付与する必要はなく、これは、主として付勢ばね６１によって与えられる。第２に、たわみエレメント６０をより小さい偏倚度で作動させることができる。したがって、図２０の特定の例では、運動範囲Δｘｂは、図１９の比較例における運動範囲Δｘａより広いが、サスペンションシステム９に付与される応力Ｓ２ｂは、図１９の比較例における応力Ｓ２ａより小さい。
【００９１】
作用
次に、ＯＩＳを実現するためのカメラ装置１の作用について説明する。
【００９２】
ＳＭＡ材料は、加熱すると固体相が変化し、ＳＭＡ材料が収縮する特性を有している。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、ＳＭＡ材料を収縮させる変形を含むオーステナイト相に入る。相変化は、ＳＭＡ結晶構造における転移温度の統計的広がりのため、一定の温度範囲にわたって生じる。したがってＳＭＡワイヤ片２１を加熱すると、その長さが短くなる。
【００９３】
ＳＭＡアクチュエータ２０を加熱すると、その応力が大きくなり、ＳＭＡアクチュエータ２０は、付勢力に対して縮小する。そのため、たわみエレメント６１に接続されているカメラユニット１００が光軸Ｏに沿って運動する。ＳＭＡアクチュエータ２０の温度が、マルテンサイト相からオーステナイト相へのＳＭＡ材料の移行が生じる温度範囲にわたって高くなると、一定の範囲の運動が生じる。逆に、その応力が小さくなるようにＳＭＡアクチュエータ２０を冷却すると、たわみエレメント６１によって提供される付勢によってＳＭＡアクチュエータ２０が膨張し、カメラユニット１００が逆方向に移動する。
【００９４】
支持構造２に対するカメラユニット１００の光軸Ｏに沿った位置は、ＳＭＡアクチュエータ２０の温度を変化させることによって制御される。これは、抵抗性加熱を行う駆動電流をＳＭＡアクチュエータ２０に流すことによって達成される。加熱は駆動電流によって行なわれる。冷却は、駆動電流を小さくするか、あるいは停止し、その周囲への伝導によるＳＭＡアクチュエータ２０の冷却を可能にすることによって行なわれる。
【００９５】
光軸Ｏに沿った達成可能な変位度は、ＳＭＡアクチュエータ２０内に展開するひずみで決まり、また、カメラユニット１と支持構造２の間に延在するＳＭＡワイヤ片２１の光軸Ｏに対する鋭角で決まる。ＳＭＡワイヤ２１に展開する可能性のあるひずみは、相変化の物理現象によって制限される。ＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在するため、ＳＭＡワイヤ２１は、その長さが変化するとその配向が変化する。これは、事実上、運動を調整し、したがって光軸Ｏに沿った変位度は、光軸Ｏに沿って分解されるＳＭＡワイヤの長さの変化より大きい。
【００９６】
ＳＭＡワイヤ２１は、適切な任意のＳＭＡ材料、例えばニチノールまたは他のチタン合金ＳＭＡ材料を使用して製造することができる。有利には、ＳＭＡワイヤ片２１の材料組成および予備処理は、位置制御度を最大化するために、通常の作動の間、期待周囲温度より高い、可能な限り広い一定の温度範囲にわたる相変化が実現されるように選択される。
【００９７】
したがって個々のＳＭＡアクチュエータ２０は、カメラユニット１００を支持構造２に対して光軸Ｏに沿って変位させる。ＳＭＡアクチュエータ２０は、光軸Ｏの周りの異なる位置に配置されるため、これらのＳＭＡアクチュエータ２０は、相俟ってカメラユニットを傾斜させることができ、つまり、複数のＳＭＡアクチュエータ２０が収縮すると差動変位がもたらされる。したがって、ＳＭＡアクチュエータ２０を適切に制御することにより、互いに垂直で、かつ、光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りにカメラユニット１００を傾斜させることができる。具体的には、それぞれ対をなして向かい合ったＳＭＡアクチュエータ２０の異なる動きが、光軸Ｏに対して垂直をなす１つの仮想軸の周りでの動きを発生させる。したがって４つのアクチュエータ２０を駆動することにより、光軸Ｏに対して垂直をなす任意の仮想軸の周りの傾斜を実現することができる。
【００９８】
カメラ装置１の場合、４つのＳＭＡアクチュエータ２０が設置されており、光軸Ｏの周りに等間隔で配置されている。これは、実行される制御の性質を単純化しており、その上、４つのＳＭＡアクチュエータ２０の構成は、簡便で、かつ、コンパクトである。しかしながら、一般的にはＳＭＡアクチュエータ２０の数は、直交する２つの仮想軸の周りの傾斜を実現するために少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータ２０が存在することを条件として変更が可能である。
【００９９】
ＯＩＳは、全体としてのカメラユニット１００を傾斜させることによって達成されるため、これには、ＯＩＳ機能を他のカメラ機能から分離することにより、カメラユニット１００の内部設計が影響を受けない利点がある。これは、小型カメラユニット１００の場合、そのサイズおよび慣性が小さいため、とりわけ容易である。
【０１００】
さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０の使用は、他の駆動構造と比較するとＳＭＡ材料のエネルギー密度が高いため、駆動構造が垂直方向にコンパクトであることを意味している。
【０１０１】
また、第１の構造のカメラ装置１もとりわけコンパクトである。詳細には、第１の構造のカメラ装置１は、わずかに９．５ｍｍ平方、つまりフットプリントの幅にわずかに１ｍｍを追加した総フットプリント内のサイズが８．５ｍｍ平方のカメラユニット１００にＯＩＳを引き渡すことができる。これは、場合によっては、カメラユニット１００のフットプリントが１１ｍｍ平方に拡大している第２の構造とは対照的である。また、ＯＩＳの実現に伴うカメラ装置１の高さに対する影響は極めて小さく、ＯＩＳ中の傾斜運動のためのクリアランスを許容する必要を受け入れている。詳細には、第１の構造のカメラ装置１の高さはたったの３．８ｍｍである。この小さいサイズは、ＳＭＡ材料をアクチュエータとして使用することによって達成されており、また、さらに、ＳＭＡワイヤ片２１がたわみエレメント１１に引っ掛けられる特定の構造によって達成されている。この緊密な構造により、たわみエレメント内に３つの機能、つまり（１）ＳＭＡアクチュエータ２０に対抗する付勢力の実現と、（２）ＳＭＡワイヤ片２１が引っ掛けられる機構の実現と、（３）たわみエレメント１１がカメラユニット１００を全体としてのカメラ装置１内に横方向に垂直に配置し、かつ、ＳＭＡアクチュエータ２０の運動と共に移動するようにカメラユニット１００を拘束するようにカメラユニット１００が接続される機構の実現とを組み合わせることによってサイズが小さくなっている。
【０１０２】
ＳＭＡアクチュエータ２０は、大きい位置制御度で駆動することができる。サスペンションシステム１０、３２、６０は、カメラユニット１００が光軸Ｏに沿って移動することを可能にし、また、ＳＭＡアクチュエータ２０は、光軸Ｏに沿った変位を駆動するようになされているため、傾斜は、差動変位を駆動する複数のＳＭＡアクチュエータ２０によって達成される。個々のＳＭＡアクチュエータ２０からの所望の相対変位度は、所望の差動変位が実現ように選択される。しかしながら、個々の個別のＳＭＡアクチュエータ２０は、個々の個別のＳＭＡアクチュエータ２０から要求される変位を実現するために、例えば、以下でさらに説明するように、そのＳＭＡアクチュエータ２０の抵抗に基づいて独立して制御することができる。サスペンションシステム１０、３２、６０は、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動を可能にするため、この利点は達成可能である。
【０１０３】
さらに、サスペンションシステム１０、３２、６０は、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動を可能にするため、駆動電流が印加されていない状態では、カメラユニットは、サスペンションシステム１０、３２、６０および／または付勢ばね６６によって、エンドストップに対して固定された位置で保持される追加利点がある。したがって、例えばＳＭＡアクチュエータ２０の制御回路８０が故障した場合、ＯＩＳ機能がなくても依然としてカメラ装置１を使用することができる。これは、電力が供給されていない場合、対向するＳＭＡワイヤが両方ともたるみ、そのためにカメラユニットが支持構造に不安定な状態で取り付けられることになるＵＳ−２００６／０２７２３２８のカメラ装置とは対照的である。
【０１０４】
さらに、サスペンションシステム１０、３２、６０は、たわみエレメント１１、３３、６１を使用してカメラユニット１００を支持することによって得られる利点、詳細には、光軸Ｏに沿って小さい剛性が付与され、また、垂直な方向に大きい剛性が付与されるようにたわみエレメント１１、３３、６１を配置することができる利点を有している。同様に、たわみエレメント１１、３３、６１は、他のサスペンションシステム、例えば軸受と比較すると、運動に対する最小の摩擦度に遭遇する。また、サスペンションシステム１０、３２、６０は、コンパクトで、かつ、製造が容易である。
【０１０５】
アクチュエータ技術としてのＳＭＡ材料の重要な利点の１つは、そのエネルギー密度（所与の材料質量に対して利用することができる機械的なエネルギー）が極めて高いことである。したがってＳＭＡアクチュエータ２０および関連する機構を極端に小さくすることができ、したがってＯＩＳを実現するために必要なカメラ装置１のサイズの増加は、ごくわずかである。また、ＳＭＡアクチュエータ２０は大きい力を引き渡すことも可能である。これらの要因は、いずれも、ＳＭＡを小型カメラユニット１００用ＯＩＳシステムのためのアクチュエータを提供するのに極めて適したものにしている。
【０１０６】
さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０は、ＯＩＳを実現するだけの十分な応答速度を備えることができることが認識されている。通常、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は比例駆動され、それにより最大１０Ｈｚ、最大２０Ｈｚまたは最大３０Ｈｚの周波数帯域幅にわたって位置を制御する。アクチュエータとしてのＳＭＡの認識されている欠点は、その応答時間が遅いことである。ＳＭＡアクチュエータ２０は熱によって駆動されるため、応答時間は達成可能な温度変化によって制限されており、熱伝導率、比熱容量および熱質量に関連している。
【０１０７】
ＳＭＡワイヤの加熱は、駆動電流の電力を大きくすることによって強化することができるが、冷却は、ＳＭＡワイヤ片２１の厚さに依存している。ＳＭＡワイヤ片２１の厚さは、冷却中に所望の応答時間が実現されるように選択される。現時点における商用的に利用可能な最も薄い材料である厚さ２５μｍのＳＭＡワイヤ２１の場合、熱応答は、４Ｈｚでロールオフを開始する。ＯＩＳ機能の解析によれば、機能要求事項は、最大３０Ｈｚの帯域幅にわたる運動補償を実現することである。しかしながら、必要な応答の振幅は、作動帯域幅にわたって著しく小さくなり、したがってより小さい運動のみが必要である（例えば２０Ｈｚを超える周波数で１０μｍ未満）。
【０１０８】
驚くべきことには、４Ｈｚを超えるＳＭＡワイヤ応答におけるロールオフにもかかわらず、ＳＭＡワイヤ２１は、依然として３０Ｈｚにおける変位要求事項を引き渡すことができ、したがってＳＭＡアクチュエータ２０は、首尾よく小型カメラのためのＯＩＳの駆動要求事項を満足することができる。
【０１０９】
図２１は、ＳＭＡアクチュエータ２０のための駆動信号を生成するための制御回路８０を示したもので、以下、この制御回路８０について説明する。
【０１１０】
制御回路８０は、ジャイロスコープセンサ７１の出力信号が供給され、その出力信号に応答して、個々のＳＭＡアクチュエータ２０に関する制御信号を生成するＳＭＡコントローラ８１を備えている。ＳＭＡコントローラ８１は、プロセッサの中で実施することができ、また、制御アルゴリズムに従って制御信号を生成することができる。制御信号は、ジャイロスコープセンサ７１の出力信号によって表される振動を補償するために個々のＳＭＡアクチュエータ２０から要求される駆動度を表している。したがって、光軸Ｏに対して垂直な対応する仮想軸の周りの必要な傾斜度を実現する差動変位をもたらすために、対向する一対のＳＭＡアクチュエータ２０のための制御信号が生成される。事実上、これは、制御信号の差がその軸の周りの被要求傾斜角度を表していることを意味している。
【０１１１】
理想的には、ジャイロスコープセンサ７１が整列して、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対がカメラユニット１００を傾斜させることができる軸と整列している直交軸の周りの傾斜を表す２つの出力信号が提供される。この場合、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対のための制御信号は、出力信号のうちの単一の１つから引き出される。しかしながら、良好に整列していない場合、あるいはジャイロスコープセンサ７１がより多くの出力信号を提供している場合、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対のための制御信号は、出力信号の線形結合から引き出される。
【０１１２】
ＳＭＡコントローラ８１の中で実施される制御アルゴリズムは、ジャイロスコープセンサ７１の位置が異なっているため、第１の構造と第３の構造の間で異なっている。第１の構造では、ジャイロスコープセンサ７１は支持構造２に固定されており、したがって出力信号は支持構造２の振動を表している。このような振動は必ず存在しており、ＯＩＳは、カメラユニット１００を逆方向に傾斜させることによって実施される。したがってＳＭＡコントローラ８１は、ジャイロスコープセンサ７１によって測定される実際の傾斜とは逆の被要求傾斜角度を実現する制御信号を生成している。第３の構造では、ジャイロスコープセンサ７１はカメラユニット１００に固定されており、したがって出力信号はカメラユニット１００の振動を表している。ＯＩＳは、これらの振動を小さくするよう作用する形でカメラユニット１００を傾斜させることによって実施される。したがってＳＭＡコントローラ８１は、ジャイロスコープセンサ７１によって測定される実際の傾斜を小さくする被要求傾斜角度を実現する制御信号を生成している。実際には、これは、ジャイロスコープセンサ２０とＳＭＡアクチュエータ２０の出力の間に大きい利得を使用して、駆動回路８２にＳＭＡアクチュエータ２０の比例制御を適用することにより、第３の構造を使用してより正確な補償がより容易に実現されることを意味している。
【０１１３】
個々のＳＭＡアクチュエータ２０のための制御信号は、その制御信号に基づいて駆動信号を生成し、かつ、ＳＭＡアクチュエータ２０に駆動信号を供給する個々の駆動回路８２に供給される。駆動回路８２は、図２２に示されている構造とまったく同じ構造を有している。
【０１１４】
駆動回路８２には、ＳＭＡコントローラ８１から制御信号が供給され、かつ、抵抗帰還を使用してドライバ８４を制御する駆動コントローラ８３が含まれている。駆動コントローラ８３は、プロセッサの中で実施することができる。ＳＭＡコントローラ８１および駆動コントローラ８３は、理解を容易にするために個別のコンポーネントとして示されているが、それらは共通のプロセッサの中で実施することも可能である。
【０１１５】
ドライバ８４は、ＳＭＡアクチュエータ２０に駆動電流を供給するために接続されている。ドライバ８４は、定電圧の電流源であっても、あるいは定電流の電流源であってもよい。例えば後者の場合、定電流は１２０ｍＡ程度にすることができる。
【０１１６】
駆動回路８２には、さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０の抵抗を検出するようになされた検出回路８５が含まれている。ドライバ８４が定電流の電流源である場合、検出回路８５は、ＳＭＡワイヤ片２１の抵抗の測度であるＳＭＡアクチュエータ２０の両端間の電圧を検出するように作動させることができる電圧検出回路であってもよい。ドライバ８４が定電圧の電流源である場合、検出回路８５は電流検出回路であってもよい。精度の度合いがより高い場合、検出回路８５は、ＳＭＡアクチュエータの両端間の電圧および電流の両方を検出し、かつ、それらの比率として抵抗の測度を引き出すように作動させることができる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。
【０１１７】
駆動コントローラ８２は、ドライバ８４を制御してパルス幅変調電流を供給するようになされている。駆動コントローラ８２は、検出回路５４によって測定された抵抗を受け取り、受け取った抵抗を閉ループ制御アルゴリズムにおける帰還信号として使用してドライバ８４のＰＷＭデューティサイクルを制御し、それにより、駆動回路２０に供給される制御信号によって表される要求に応じてＳＭＡアクチュエータ２０を駆動する。閉ループ制御は比例制御であってもよい。
【０１１８】
ＳＭＡアクチュエータ２０の電気抵抗を機能運動範囲全体にわたる位置に関連する帰還パラメータとして使用することにより、ＳＭＡ材料の収縮および膨張は、その電気抵抗に対して概ね線形関係にある。ヒステリシスおよびクリープを含む非線形性は、ある程度まで生じる。これらの非線形性は無視することができるが、より良好な線形性のためには、これらの非線形性を閉ループ制御アルゴリズムに考慮することも可能である。
【０１１９】
この駆動回路８５およびそのアルゴリズムは、ＳＭＡアクチュエータ２０の制御には極めてうまくいっているが、バッチ間におけるＳＭＡ材料特性の自然の変動、およびばね剛性などの他の製造公差ならびにアセンブリ配置公差のため、被要求傾斜の特定の変化に対応するカメラユニット１００の実際の傾斜変化にはある程度の変動があり、精度は恐らくせいぜい約１０％程度にすぎない。
【０１２０】
この変動は、多くの方法で抑制することができる。
【０１２１】
第１の構造の場合、簡便な手法の１つは、要約すると、ＳＭＡアクチュエータ２０の精度誤差をＳＭＡ駆動制御利得の誤差、例えば個々のＳＭＡアクチュエータ２０の変位とその電気抵抗の間の利得の誤差として考慮することである。抵抗の特定の（準線形）変化に対応する位置の変化は利得に対応しており、したがってすべての誤差をこの利得の誤差として考慮することができる。この利得は、製造中に、アクチュエータ２０の変位の測値に基づいて個々のカメラ装置１毎に較正することができる。
【０１２２】
他の手法は、カメラユニット１００にジャイロスコープセンサ７１または他の振動センサを配置し、それらがカメラユニット１００の実際の振動を検知するようにすることである。これにより多くの利点が提供される。
【０１２３】
第１に、ＯＩＳ制御アルゴリズムの目的は、検出された傾斜に対して逆の修正を施すのではなく、ジャイロスコープセンサ７１によって検出された振動を最小化するようになっている。ジャイロスコープセンサ７１の出力信号は、カメラの振動が使用者の手のぶれなどのシステムのベース励起によるものであるかどうかに無関係に、あるいはＳＭＡ制御利得の精度の誤差によるものであるかどうかに無関係に、実際の振動を検知している。したがってＳＭＡアクチュエータ利得を最適化し、それによりジャイロスコープセンサによって検知される傾斜を最小化することが可能になっている。特に、制御回路８０は調整可能利得を有しており、その利得を調整して検知された振動を最小化するようになされている。総合利得は、ＳＭＡコントローラ８１および／または駆動コントローラ８３の利得を調整することによって調整することができる。
【０１２４】
第２に、イメージセンサ１０１を取り付けるために使用されるＰＣＢ６８と同じＰＣＢ６８上にジャイロスコープセンサ７１を取り付けることができるため、電気接続のために便利であり、また、制御回路８０を取り付けるための便利な場所が提供される。
【０１２５】
第１または第３の構造に適用することができる代替スキームは、専用の較正ルーチンを使用することであり、制御回路８０がＳＭＡアクチュエータ２０からの慎重な振動を要求し、次に、誘導された振動がジャイロスコープセンサ７１によって検知され、したがって実際の傾斜振動を検知することができる。ジャイロスコープセンサ７１の出力信号に基づいて、要求された傾斜と測定された傾斜が一致するまで利得が調整される。このスキームには、ベース励起振動を無視することができるか、あるいは検知された振動からデコンボルブ（ｄｅｃｏｎｖｏｌｖｅ）できることが仮定されている。
【０１２６】
複数の個別のＳＭＡアクチュエータ２０が存在しているため、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は、上で説明したアルゴリズムの一部として個々に最適化することができる可変利得を有することができる。
【０１２７】
第３の構造の特定の態様は、ＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２が、第１および第２の構造の場合のように支持構造にではなく、カメラユニット１００に接続されていることである。事実上、これは、ＳＭＡアクチュエータ２０を取り付ける方法とは逆である。この手法には２つの主要な利点がある。
【０１２８】
第１の利点は、カメラユニット１００が実体のある固体コンポーネントであるため、カメラユニット１００とＳＭＡアクチュエータの統合が単純であることである。
【０１２９】
第２の利点は、より幅の広いＯＩＳシステムの電子機器構成に関連している。ＳＭＡアクチュエータ２０はカメラユニット１００に固定されるため、ＳＭＡアクチュエータ２０およびイメージセンサ１０１の両方に対して電気接続がカメラユニット１００の中で実施することができ、特にＰＣＢ６８から実施することができる。そのため、同じコンポーネント内で両方の電気接続を実施することによって電子機器構成が単純化される。また実際には、これによりシステムの総体積が縮小される。
【０１３０】
関連するポイントは、第３の構造では同じくカメラユニット１００に取り付けられるジャイロスコープセンサ７１に関連している。一般に、ＯＩＳの実現には、カメラの振動をモニタするためのジャイロスコープセンサ７１などの振動センサが必要である。制御回路は、典型的にはプロセッサの中で実施される制御アルゴリズムに振動センサの出力信号を使用しており、それにより、振動を抑制し、かつ、カメラユニット１００の配向を維持するために必要なＳＭＡアクチュエータ２０の駆動を表す制御信号を生成している。また、制御回路には、制御信号に基づいてＳＭＡアクチュエータ２０のための駆動信号を生成するための電子コンポーネントを含んだ駆動回路が含まれている。ＳＭＡアクチュエータ２０はカメラユニット１００に固定されるため、制御回路全体およびそのすべての接続をカメラユニット１００の中に設置することができる。さらに、カメラユニット１００にジャイロスコープセンサ７１を設け、あるいは広く任意の振動センサを設けることにより、上で説明したように、制御回路の中で実施される制御アルゴリズムの作動における利点が提供される。
【０１３１】
この方法によれば、支持構造２には電気接続は不要であり、すべての接続は、単純に、いずれの場合においてもイメージセンサ１０１のための電気接続を必要とすることになるカメラユニット１００に対して実施される。
【符号の説明】
【０１３２】
１ カメラ装置（カメラユニット）
２ 支持構造
３、４０ シャーシ
４ ベース
５ ベースの正方形部分
６ ベースの正方形部分から横方向に突出している延長部分
７ コンタクト
８、４２ シャーシの側壁
１０、３２、６０ サスペンションシステム
１１、３３、６１ たわみエレメント（たわみビーム）
１２、６２ たわみビーム
１３ サスペンションシステムの中間部分
１４ マウント（取付け部分、取付けプレート）
１５、６５ サスペンションシステムの隅部分
１８ 缶
１９ 缶のリップ
２０ ＳＭＡアクチュエータ
２１ ＳＭＡワイヤ片
２２ 圧着部材
２３ エンドストップ
２４ 中間部分の一部を形成している突起
２５ 開口
２６ カバー
３０ ハウジング
３１ カメラマウント
３４ シャーシの側壁の内側を平行に延在している壁
３４ ボス
３５ フランジ
３６ ハウジングのリップ
４０ 取付けプレート
４１ ベースマウント
４３ カットアウト（凹所）
４４ フック
４５ ベースマウント中のスロット
４５ カットアウトの末端表面
５０ キャリッジ
５１ キャリッジの側壁
５２ 取付けブロック
５３ 取付けブロックの凹所
６３ 中間取付けプレート
６５ 隅取付けプレート
６６ 付勢ばね
６７ ベースプレート
６８ プリント回路基板（ＰＣＢ）
７０ 集積回路（ＩＣ）チップ
７１ ジャイロスコープセンサ
８０ 制御回路
８１ ＳＭＡコントローラ
８２ 駆動回路
８３ 駆動コントローラ
８４ ドライバ
８５ 検出回路
１００ カメラユニット
１０１ イメージセンサ
１０２ レンズシステム（レンズエレメント）
１０３ カメラサポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサおよび画像をイメージセンサ上に結像させるためのレンズシステムを備えたカメラ装置の光学画像安定化（ＯＩＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＩＳの目的は、典型的には使用者の手の動きによって生じるカメラ装置の振動であって、イメージセンサによって捕獲される画像の品質を劣化させるカメラのぶれを補償することである。ＯＩＳには、通常、捕獲された画像に対する振動の影響を補償するために、ジャイロスコープセンサなどの振動センサによる振動の検出、およびカメラ装置を調整するアクチュエータ構造の検出された振動に基づく制御が必要である。
【０００３】
カメラ装置を調整するためのいくつかの技法が知られている。ディジタルスチールカメラに広く使用されている技法の１つは、固定された全体としてのカメラ装置（イメージセンサおよびレンズシステムの大部分を含む）の位置を維持し、かつ、１つのレンズ群を光軸に対して垂直な方向に移動させることである。この技法は、カメラの残りの部分と比較するとレンズ群のサイズおよび慣性が小さいため、大型カメラにとりわけ適している。一代替技法は、レンズシステムを静止状態に維持し、かつ、イメージセンサを光軸に対して垂直な方向に移動させることである。
【０００４】
これらの技法は、ディジタルスチールカメラなどの比較的大型のカメラ装置では成功しているが、それらは小型化が困難である。小型カメラ装置におけるコンポーネントの極めて緊密なパッケージングは、所望のパッケージ内へのＯＩＳアクチュエータの追加を著しく困難にしている。
【０００５】
ＵＳ−２００６／０２７２３２８に、異なる技法を使用してＯＩＳを実現するカメラ装置が開示されている。詳細には、イメージセンサおよびレンズシステムを含んだカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りにカメラユニットを傾斜させることができる弾性支持部材によって支持構造に支持されている。支持構造とカメラユニットの間に２対のＳＭＡワイヤが接続され、光軸に対して鋭角で延在している。個々の対のＳＭＡワイヤは、差動収縮によってカメラユニットが傾斜するよう、プッシュ−プル構成で互いに対向して整列している。ＳＭＡワイヤに印加される駆動電流は、カメラぶれを補償するために支持構造に取り付けられた振動センサの出力に基づいて引き出される。ＵＳ−２００６／０２７２３２８は、ＳＭＡワイヤの直径を小さくすることによって十分に高い周波数応答を達成することができることを教示している。アクチュエータとしてのＳＭＡの広く認識されている欠点は、その応答時間が遅いことである。ＳＭＡアクチュエータは熱によって駆動されるため、応答時間は、ＳＭＡ材料の温度上昇および降下によって制限されており、その温度上昇および降下は、ＳＭＡ材料の熱伝導率、比熱容量および熱質量に関連している。
【０００６】
したがってＯＩＳは、カメラユニットを光軸に対して垂直な方向に傾斜させることによって達成されている。これが可能であるのは、カメラユニットのサイズおよび慣性が小さく、また、ＯＩＳ機能を他のカメラ機能から有利に分離することができることによるものである。特に、許容誤差が大きい光学コンポーネントなどのカメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がない。さらに、ＳＭＡをアクチュエータとして使用することにより、エネルギー密度（所与の材料質量に対して利用することができる機械的なエネルギー）が極めて高い利点が達成される。言い換えると、ＳＭＡをアクチュエータとして使用することによってアクチュエータ構造を極端に小さくすることができる。同様に、ＳＭＡアクチュエータは大きい力を引き渡すことができる。これらの要因は、いずれも、ＳＭＡアクチュエータは小型カメラのためのＯＩＳを実現するのに極めて適していることを意味している。
【０００７】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８に開示されているカメラ装置は、ＳＭＡワイヤの個々の対がプッシュ−プル構成で配置されることに起因する位置制御および寿命ならびに疲労に関連する欠点を抱えている。具体的には、２本のＳＭＡワイヤが光軸に対して垂直な方向に互いに逆方向に引っ張り合う、という意味でそれらは互いに作用を及ぼし合う。つまり、個々のＳＭＡワイヤの応力、延いてはＳＭＡワイヤの長さは、もう一方のＳＭＡワイヤに依存している。
【０００８】
第１に、これは、正確な位置制御の達成に関わる問題をもたらしている。カメラ装置の所望の角度は、特定のワイヤ長に対応しているが、この特定のワイヤ長では、個々のＳＭＡワイヤは、もう一方のＳＭＡワイヤの応力に応じて様々な応力を有することができる。したがって個々のＳＭＡワイヤの位置を独立して制御することができない。位置制御は、原理的には依然として達成可能であるが、実際にはこの位置制御を正確に実施することは困難である。例えばＳＭＡワイヤの抵抗に基づく制御を実現しようと試みる場合、相転移温度は応力に対する依存性を有しており、また、ＳＭＡワイヤの抵抗率も温度によって変化する。したがってもう一方のワイヤに対する作動の場合、所与のワイヤ長は所与の抵抗に対応していない。
【０００９】
第２に、対をなしているＳＭＡワイヤは互いに対して作用するため、例えば両方のＳＭＡワイヤが駆動されるか、あるいは周囲温度が十分に高くなって相転移温度範囲に到達すると、ＳＭＡワイヤは、通常、比較的大きい応力にさらされることになる。ＳＭＡワイヤのこのような大きい応力は疲労の原因になり、延いてはＳＭＡワイヤの寿命を短くする原因になることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの問題が緩和されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
前記カメラユニットが、互いに垂直でかつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで自在に傾斜し、さらに光軸に沿って移動することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステム(suspension system)と、
少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータであって、それぞれカメラユニットと支持構造の間に接続され、かつ、収縮するとカメラユニットを光軸に沿って支持構造に対して変位させるように配置され、また、収縮して差動変位(differential displacement)するとカメラユニットを傾斜させるよう、光軸の周りの異なる位置に配置されたＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００１２】
したがってカメラユニットは、ＳＭＡアクチュエータによって駆動される光軸に対して垂直な方向に傾斜することができる。これは、上で説明した、カメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がなく、また、ＳＭＡのエネルギー密度が高いために装置がコンパクトであるＵＳ−２００６／０２７２３２８の利点と同様の利点を有するＯＩＳ機能の達成を可能にしている。
【００１３】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、カメラユニットを光軸に沿って移動させることができるサスペンションシステムを備えており、また、同様にＳＭＡアクチュエータは、カメラユニットを光軸に沿って変位させるように配置されている。したがって差動変位するＳＭＡアクチュエータによって傾斜が達成されているが、ＳＭＡアクチュエータは互いに対向していない。これは、ＵＳ−２００６／０２７２３２８と比較すると、位置制御および疲労ならびに寿命に関連する改善を提供している。具体的には、当該ＳＭＡアクチュエータの所望の変位を達成するために個々のＳＭＡアクチュエータの変位を独立して制御することができる。差動変位の結果としてカメラユニットの傾斜がもたらされるため、これらの変位は相俟って選択されるが、個々のＳＭＡアクチュエータは、例えばそのＳＭＡアクチュエータの抵抗に基づいて個々のＳＭＡアクチュエータ自体が制御することができる。これは、固定支点の周りの傾斜をもたらすのではなく、サスペンションシステムの形態を変えることによって光軸に沿った運動を可能にすることによるＳＭＡアクチュエータの減結合と見なすことができる。
【００１４】
同様に、ＳＭＡアクチュエータは、それぞれ、光軸に沿った運動を駆動するため、それらは互いに対向していない。そのため、対向するＳＭＡアクチュエータが被ることになる比較的大きい応力が回避され、また、寿命の短縮をもたらすことになる関連する疲労の問題が緩和される。
【００１５】
本発明の第２の態様は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の設計の改善に関している。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
複数のたわみエレメント(flexure element)を備えたサスペンションシステムであって、複数のたわみエレメントは、該たわみエレメントが偏倚(deflection)するとき、互いに垂直かつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれカメラユニットと支持構造の間に接続され、かつ、収縮するとカメラユニットを傾斜させるように配置された複数のＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００１７】
したがってカメラユニットは、ＳＭＡアクチュエータによって駆動される光軸に対して垂直な方向に傾斜することができる。これは、上で説明した、カメラユニットの複雑な内部設計を変更する必要がなく、また、ＳＭＡのエネルギー密度が高いために装置がコンパクトであるＵＳ−２００６／０２７２３２８の利点と同様の利点を有するＯＩＳ機能の達成を可能にしている。
【００１８】
しかしながら、ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、複数のたわみエレメントによって形成されたサスペンションシステムを備えている。たわみエレメントは、サスペンションシステムとして多くの利点を提供している。たわみエレメントは、運動軸に沿って小さい剛性が付与され、また、運動軸に対して直角に大きい剛性が付与されるように配置することができる。同様に、たわみは、例えば軸受と比較すると、運動に対する最小の摩擦度に遭遇する。最後に、たわみによって形成されるサスペンションシステムは、コンパクトで、かつ、製造が容易である。
【００１９】
さらに、たわみエレメントを使用することにより、カメラユニットを光軸に沿って移動させることができるサスペンションシステムが提供され、それにより上で説明した本発明の第１の態様と同じ利点が提供される。
【００２０】
第２の態様の第１の任意選択の特徴は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直であり、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置のサイズの最小化に関している。これは、例えば携帯型電子デバイスに使用することが意図された小型カメラの場合にとりわけ望ましい。
【００２１】
第２の態様のこの第１の任意選択の特徴は、個々のＳＭＡアクチュエータが一片のＳＭＡワイヤを備え、該ＳＭＡワイヤは、その両方の末端でカメラユニットおよび支持構造のうちの一方に固定され、またその末端を介して、中央部がカメラユニットおよび支持構造のうちのもう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられ、ＳＭＡアクチュエータが、収縮するとカメラユニットを傾斜させ、それによって生じるたわみエレメントの偏倚によって、ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供するように配置されることである。
【００２２】
ＵＳ−２００６／０２７２３２８とは異なり、カメラユニットは、複数のたわみエレメントによって形成されたサスペンションシステムを備えており、ＳＭＡアクチュエータは、個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられた一片のＳＭＡワイヤとして形成されている。この構造によれば、カメラ装置のサイズが最小化される。カメラ装置は、主としてたわみエレメントおよびＳＭＡワイヤの緊密な配置のため、極めてコンパクトである。ＳＭＡワイヤがたわみエレメントに引っ掛けられると、ＳＭＡワイヤは、ＳＭＡワイヤの固定を本質とすることなくカメラユニットおよび支持構造のうちのもう一方に接続される。
【００２３】
有利には、たわみエレメントは、それぞれ、カメラユニットおよび支持構造のうちの前記もう一方に接続されている中間部分から、カメラユニットおよび支持構造のうちの前記一方に接続されている部分まで延在している一対のたわみビームを備えることができる。中間部分は、光軸に沿ってたわみビームから突出させることができる。その場合、便利でコンパクトな構造を提供する中間部分にＳＭＡワイヤ片を引っ掛けることができる。
【００２４】
有利には、ＳＭＡワイヤ片は、カメラユニットと支持構造の間を、光軸からの仮想線(notional line radial of the optical axis)に対して垂直に延在させることができる。そのようにすることにより、ＳＭＡワイヤの半径方向の範囲全体が最小化されるため、構造のサイズがさらに最小化される。
【００２５】
この場合、ＳＭＡワイヤ片も光軸に対して非ゼロ角度で延在させることができる。この幾何構造によれば、収縮するとＳＭＡワイヤの配向が変化するため、ＳＭＡワイヤ片を光軸に対して非ゼロ角度で延在させることにより、ＳＭＡワイヤの所与の長さによって達成することができる変位度が拡大される。それにより、事実上、必要な変位を達成するために必要な長さが短くなるため、光軸に平行のＳＭＡワイヤと比較するとカメラ装置のサイズが縮小される。
【００２６】
第２の態様の第２の任意選択の特徴は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直であり、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の性能の改善に関している。ＳＭＡ材料の構造および特性、ならびにサスペンションシステムのたわみの構造および特性を始めとする様々な可変要因および制約が存在している。
【００２７】
第２の態様のこの第２の任意選択の特徴は、カメラ装置が、サスペンションシステムとは別に、ＳＭＡアクチュエータが収縮するとＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えていることである。
【００２８】
サスペンションシステムが複数のたわみエレメントを備えている場合、利点は、たわみエレメントが同じく付勢手段として作用し、収縮する際にＳＭＡアクチュエータによって印加される力とは逆方向の付勢力を提供することであることが認識されよう。しかしながら、その代わりに、個別の付勢エレメントは、以下の利点を備えている。
【００２９】
望ましいことには、装置は、比較的大きい応力をＳＭＡアクチュエータ内に展開するように構成される。このような応力により、ＳＭＡ材料の応力が付勢手段に対する収縮をもたらすだけの十分な温度が高くなる。これは、装置を使用することができる周囲温度の範囲を高くするためには望ましい。しかしながら、ＳＭＡアクチュエータに印加されるこのような応力は、他の設計制約、とりわけ達成可能な運動の範囲とバランスを取る必要がある。たわみエレメントの材料限界を超える原因になるたわみエレメントの偏倚度を回避する必要があるため、達成可能な最大運動が制限されている。応力は、たわみエレメントの剛性を大きくすることによって大きくすることができる。しかしながら、たわみエレメントが偏倚すると、これも、より速くたわみエレメントの材料限界に接近し、したがって運動の範囲を間接的に狭くする原因になる。
【００３０】
しかしながら、サスペンションシステムとは別に付勢エレメントを実現することにより、サスペンションシステムに対するこれらの限界に影響を及ぼすことなく比較的大きい応力を展開させることができる利点が提供される。つまり、付勢エレメントは、ＳＭＡアクチュエータ内に展開される力を大きくしてカメラユニットを移動させる比較的大きい力を印加する。しかしながら、付勢エレメントは支持構造でカメラユニットをサスペンションしないため、追加付勢エレメントの設計に対する制約が著しく緩和される。例えば、付勢エレメントは、コイルに巻かれた単純なばねとして提供することができる。
【００３１】
これにより、全体としての装置に対する設計制約が緩和され、改良型設計が可能になる。例えば、追加付勢エレメントがない等価装置と比較すると、最大運動度を大きくすることができ、かつ／またはたわみの設計に対する制約を緩和することができる。
【００３２】
本発明の第３の態様は、イメージセンサおよびレンズシステムを備えたカメラユニットが、互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りに傾斜する技法によってＯＩＳが実現されるカメラ装置の実施態様の単純化に関している。
【００３３】
本発明の第３の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直でかつレンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ、収縮するとカメラユニットを傾斜させるように配置された一片のＳＭＡワイヤを備え、個々のＳＭＡワイヤ片がその両方の末端でカメラユニットに固定され、かつ、支持構造のエレメントに引っ掛けられた複数のＳＭＡアクチュエータと
を備えたカメラ装置が提供される。
【００３４】
本発明の第３の態様によれば、ＳＭＡワイヤ片が支持構造ではなくカメラユニットに固定されるため、ＯＩＳ機能を組み込んだカメラ装置全体が単純化される利点が提供される。したがって駆動信号を供給するための制御回路からカメラユニットに固定されるＳＭＡワイヤ片の末端までの電気接続を容易に実施することができる。例えば、ＳＭＡワイヤ片は、通常、ＳＭＡワイヤを圧着する、同じく簡便に電気接続を提供することができる圧着部材によってカメラユニットに固定される。利点は、それ自体が多くの電気接続を有しており、また、一般的にはプリント回路基板を必要とするイメージセンサがカメラユニットに含まれていることを考慮することによって認識されよう。したがってカメラユニットのところでＳＭＡワイヤ片およびイメージセンサの両方に対して電気接続が実施され、したがって、何にしても電気接続を必要とすることになるカメラユニットを介した共通電気配線であるため、電気的構造が単純化される。例えば、場合によっては支持構造には電気接続がまったく不要である。
【００３５】
有利には、カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサをカメラユニット上に取り付けることも可能であり、制御回路は、この出力信号に応答して駆動信号を生成する。したがって、振動センサへの電気接続が同じくカメラユニット上で提供される点で電気的構造が単純化される同様の利点が提供される。さらに、本発明のこの第３の態様によれば、光学画像安定化の品質に対する技術的な改善が可能になる。それは、制御回路によって実施される制御アルゴリズムが、この場合、検知された傾斜とは逆の修正を施すのではなく、振動センサによって検出される振動の最小化を追及することによるものである。実際には、振動センサが支持構造に取り付けられる場合よりも信頼性の高い補償が実現される。
【００３６】
本発明の第４の態様は、光学画像安定化の品質の改善に関している。
【００３７】
本発明の第４の態様によれば、
支持構造と、
イメージセンサおよびイメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直で、かつ、レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニットが傾斜することを可能にするように、カメラユニットを支持構造で支持するサスペンションシステムと、
カメラユニットを傾斜させるようになされたアクチュエータ構造と、
カメラユニットに取り付けられ、かつ、カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサと、
駆動信号を供給するためにアクチュエータ構造に接続された制御回路であって、振動センサの出力信号に応答して駆動信号を生成するようになされた制御回路と
を備えたカメラ装置が提供される。
【００３８】
本発明のこの第４の態様によれば、光学画像安定化の品質に対する技術的な改善が可能になる。それは、制御回路によって実施される制御アルゴリズムが、この場合、検知された傾斜とは逆の修正を施すのではなく、振動センサによって検出される振動の最小化を追及することによるものである。実際には、振動センサが支持構造に取り付けられる場合よりも信頼性の高い補償が実現される。
【００３９】
本発明の様々な態様は、任意の組合せで相俟って使用することができる。
【００４０】
より深く理解することができるよう、以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照して非制限の例によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】カメラ装置の略横断面図である。
【図２】カメラ装置の第１の構造の斜視図である。
【図３】シャーシの斜視図である。
【図４】サスペンションシステムの斜視図である。
【図５】ＳＭＡアクチュエータの側面図である。
【図６】シャーシおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図７】たわみエレメントおよびＳＭＡアクチュエータの側面図である。
【図８】カメラ装置の第２の構造の斜視図である。
【図９】ハウジングが省略されたカメラ装置の第２の構造の斜視図である。
【図１０】カメラ装置の第３の構造の斜視図である。
【図１１】シャーシの斜視図である。
【図１２】キャリッジの斜視図である。
【図１３】キャリッジおよびシャーシを下から見た斜視図である。
【図１４】サスペンションシステムの平面図である。
【図１５】サスペンションシステムを使用してアセンブルされたキャリッジおよびシャーシを下から見た斜視図である。
【図１６】底部プレートを使用してアセンブルされたキャリッジ、シャーシおよびサスペンションシステムを下から見た斜視図である。
【図１７】キャリッジおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図１８】シャーシを使用してアセンブルされたキャリッジおよびＳＭＡアクチュエータの斜視図である。
【図１９】ＳＭＡアクチュエータ内に展開した応力対第１の構造内の位置のグラフである。
【図２０】ＳＭＡアクチュエータ内に展開した応力対第２の構造内の位置のグラフである。
【図２１】ＳＭＡアクチュエータのための駆動信号を生成するための制御回路の線図である。
【図２２】制御回路の駆動回路の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
概説
図１は、ＯＩＳを実行するようになされたカメラ装置１を横断面図で概略的に示したもので、断面は、カメラ装置１の光軸Ｏに沿って取られている。カメラ装置１は、移動電話、メディアプレーヤあるいは携帯型ディジタルアシスタントなどの携帯型電子デバイスに組み込まれることになる。したがって小型化は重要な設計基準である。
【００４３】
カメラ装置１は、支持構造２および以下でより詳細に説明するサスペンションシステムによって支持構造２上で支持されるカメラユニット１００を備えている。
【００４４】
カメラユニット１００は機能カメラであり、いずれもカメラサポート(camera support)１０３上で支持されたイメージセンサ１０１およびレンズシステム１０２を備えている。レンズエレメント１０２およびイメージセンサ１０１は、レンズシステム１０２がイメージセンサ１０１上に画像を結像させるよう、光軸Ｏに沿って配置されている。イメージセンサ１０１は画像を捕獲し、また、イメージセンサ１０１は、適切な任意のタイプのイメージセンサ、例えばＣＣＤ（電荷結合デバイス）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）デバイスであってもよい。カメラユニット１は、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズを有する小型カメラである。
【００４５】
以下でさらに説明するように、ＯＩＳは、光軸Ｏに対して垂直な軸の周りにカメラユニット１００全体を傾斜させることによって実現され、カメラユニット１００の内部構造をこの目的のために適合させる必要がない利点を有している。したがってカメラユニット１００は機能的に標準のカメラであってもよい。したがってカメラユニット１００は、ＯＩＳ機能に無関係に、所望の光学性能を提供するための任意の所望の構造を有することができる。例えば、カメラユニット１００は、光学性能とコストの所望のバランスを実現する必要に応じて、単一のレンズまたは複数のレンズを備えたレンズシステム１０２を含むことができる。同様に、レンズシステム１０２は、固定焦点または可変焦点を実現することができる。後者の場合、カメラユニット１００は、ＳＭＡ駆動構造の使用を含む、焦点を変化させるための適切な任意の構造を使用することができる。例えば、カメラユニット１００は、ＷＯ−２００７／１１３４７８、ＷＯ−２００８／０９９１５６または国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ０８／００３６５７号に記載されているタイプのカメラであってもよい。
【００４６】
次に、カメラ装置、詳細には、支持構造２上でカメラユニット１００をサスペンションするためのサスペンションシステムのいくつかの異なる構造について説明する。これらの異なる構造では、共通のエレメントは共通の参照数表示で示されており、それらの説明は反復されていない。
【００４７】
第１の構造
図２は、カメラ装置１の第１の構造を示したもので、以下で行うサスペンションシステムのコンポーネントを説明するためにカメラユニット１００は省略されている。通常、機械的アーキテクチャはサイズが制限されていないが、この第１の構造は、標準の８．５ｍｍ平方のフットプリントを有する、典型的には移動電話に使用するためのカメラユニット１００のためのＯＩＳを実現している。
【００４８】
支持構造２は、シャーシ３、およびカメラ装置１の様々な電気コンポーネントへの接続のための回路を備えたプリント回路基板（Printed Circuit Board:ＰＣＢ）であるベース４を備えている。ベース４は、正方形部分５および正方形部分５から横方向に突出している延長部分(extension)６を有しており、延長部分６は、制御回路への接続のためのコンタクト(contact)７を有している。シャーシ３は、図３に単体で示されており、まったく同じ形の４つの側壁８を有する環状壁の形態を取っており、側壁の各々は、ベース４の正方形部分５の縁に沿って延在し、そこから突出している。シャーシ３は、射出成形コンポーネントとして形成することができ、以下のように、その上にアセンブルされた他のコンポーネントを有している。
【００４９】
シャーシ３は、カメラユニット１００のための、図４に単体で示されているサスペンションシステム１０を支持している。サスペンションシステム１０は、４つのたわみエレメント１１を備えており、これらのたわみエレメント１１の各々は、それぞれシャーシ３の１つの側壁８に沿って延在している。個々のたわみエレメント１１は、カメラユニット１００が接続される最も内側の面に取り付け部１４を有する中間部分１３から外側に向かって延在している一対のたわみビーム１２を備えている。たわみビーム１２は、中間部分１３から隅部分１５まで延在しており、これらの隅部分１５自体は、シャーシ３の隅に接続されている。全部で４つのたわみエレメント１１からなるサスペンションシステム１０全体は、典型的には金属である単一片の材料から形成されているが、原理的には、たわみエレメント１１の各々は、隅部分１５がシャーシ３に接続されることを前提として、個別のエレメントとして形成することも同じく可能である。
【００５０】
光軸Ｏに沿って見たたわみビーム１２の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがってたわみエレメント１１は、支持構造２上でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント１１が偏倚すると、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動が可能になる。さらに、カメラユニット１００の４つの面の各々にたわみエレメント１１が存在しているため、サスペンションシステム１０は、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にしており、これは、互いに対向して配置された複数のたわみエレメント１１が異なった偏倚をすると起こる。２つの垂直軸の周りのこのような傾斜は、全体として、光軸Ｏに対して垂直な任意の軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００５１】
中間部分１３は、中間部分１３が光軸Ｏに沿ってたわみビーム１２から突出するよう、光軸Ｏに対して垂直な方向から見るとＵ字形を有している。取付け部１４は、たわみビーム１２から遠位の中間部分１３の末端に形成されている。
【００５２】
シャーシ３は、さらに、その上に位置し、かつ、個々の側壁８からサスペンションシステム１０の外側を上に向かって突出している缶(can)１８を有している。缶８は、光軸Ｏに向かって内側に延在している、サスペンションシステム１０を覆うためのリップ１９を有している。缶１８は、カメラ装置１の内部コンポーネントを保護している。サスペンションシステム１０の隅部分１５を直接シャーシ３に接続する代替として、例えばスポット溶接によって隅部分１５を缶１８のリップ１９に接続することも可能である。
【００５３】
カメラ装置１は、さらに、以下のようになされた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えている。図５は、ＳＭＡアクチュエータ２０を単体で示したもので、ＳＭＡアクチュエータ２０は一片のＳＭＡワイヤ２１を備えており、この一片のＳＭＡワイヤ２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着し、それにより機械的端子となる２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、図６に示されているようにそれぞれシャーシ３に固定されており、シャーシ３へのＳＭＡアクチュエータ２０の機械的接続を提供している。この取付けは、接着剤を使用して強化された機械的嵌合によって達成することができる。個々のＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２は、シャーシ３の個々の側壁８の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、側壁８の線に沿って延在している。したがってＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏからの仮想線に対して垂直に延在している。
【００５４】
さらに、圧着部材２２は、ＳＭＡワイヤ片２１への電気接続を提供しており、ＳＭＡワイヤ片２１を介した駆動電流の供給を可能にしている。圧着部材２２は、例えばベース４上に設けられている該当するパッドへのはんだ付けによってベース４上の回路に電気接続される。これによりＳＭＡアクチュエータ２０をベースを介して、以下でさらに説明する制御回路に接続するためのコンタクト７に電気配線接続することができる。
【００５５】
詳細には、個々のＳＭＡワイヤ片２１は、たわみエレメント１１のうちの１つに隣接して配置されており、ＳＭＡワイヤ片２１は中間部分１３に引っ掛けられている。図７は、ＳＭＡアクチュエータ２０およびたわみエレメント１１の特定の構造を詳細に示したものである。したがって個々のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラユニット１００と支持構造２の間に、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在している。カメラ装置をアセンブルしている間、最初にＳＭＡアクチュエータ２０がシャーシ３に取り付けられ、次に、たわみエレメント１１の中間部分１３に適切に引っ掛かるよう、ＳＭＡワイヤ２１が激しく上下前後に揺すられ、あるいは位置決めされる。
【００５６】
この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、たわみエレメント１１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ａの力の成分が印加される。それによりたわみエレメント１１が偏倚し、この偏倚により、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｂの付勢力が提供される。カメラ装置１のこの第１の構造の場合、複数のたわみエレメント１１は、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する唯一の付勢力(sole biasing force)を提供している。
【００５７】
したがって、アセンブルされたカメラ装置１では、たわみエレメント１１はＳＭＡアクチュエータ２０に予荷重を印加している。この予荷重は、たわみエレメント１１の中間部分１３の一部を形成している突起２４と接触しているシャーシ３の側壁８に形成されているエンドストップ２３によって制限されており、それにより方向Ｂの運動を制限している。
【００５８】
ＳＭＡアクチュエータ２０およびサスペンションシステム１０が図１に示されているようにアセンブルされると、カメラ装置１は、いつでもカメラユニット１００をアセンブルすることができる。これを達成するために、激しく上下前後に揺することによってカメラユニット１００がカメラ装置１内の所定の位置に配置され、次に、たわみエレメント１１の各々の取付けプレート４０に固定される。これは、取付けプレート(mounting plate)１４に形成されている孔を介して、かつ孔に接するように接着剤を加え、カメラユニット１００への結着を形成することによって達成することができる。これを達成するために、シャーシ３は開口２５を備えることができ、これらの開口を介して接着剤が加えられ、また、これらの開口２５は、引き続いて、例えば機構を保護するために所定の位置で結合されるポリアミド膜であってもよいカバー２６によって覆われる。
【００５９】
また、支持構造２のベース４は、さらに、支持構造の角速度を表す信号を出力するジャイロスコープセンサ７１を備えており、それによりカメラ装置１が遭遇する振動を検出する振動センサとして作用している。ジャイロスコープセンサ７１は、典型的には、互いに垂直であり、かつ、光軸に対して垂直な２つの軸の周りの振動を検出するための一対の小型ジャイロスコープであるが、一般的にはもっと多くのジャイロスコープあるいは他のタイプの振動センサを使用することも可能である。制御回路にはジャイロスコープセンサ７１からの出力信号が供給され、制御回路は、以下でより詳細に説明するように、その出力信号に基づいて駆動信号を生成する。
【００６０】
第２の構造
図８および９は、カメラ装置１の第２の構造を示したもので、図８および９の両図にはカメラユニット１００が省略されており、また、図９にはハウジング３０およびカメラマウント３１が省略されている。第１の構造と同様、カメラ装置１のこの第２の構造も、標準の８．５ｍｍ平方のフットプリントを有するカメラユニット１００のためのＯＩＳを実現している。
【００６１】
第２の構造では、カメラ装置１は、第１の構造の支持構造２と同様の支持構造２を有しており、支持構造２は、ＰＣＢであるベース４、およびまったく同じ形の４つの側壁８を有する環状壁の形態を取っているシャーシ３を備えている。
【００６２】
シャーシ３は、それぞれシャーシ３の１つの側壁８に沿って延在している４つのたわみエレメント３３を備えたサスペンションシステム３２を支持している。個々のたわみエレメント３３は、その末端でシャーシ３の隅に接続された弓形のたわみビームを備えている。この第２の構造では、個々のたわみビーム３３は個別のエレメントであるが、それらは、原理的には、すべて単一片の材料から形成することができる。
【００６３】
４つのたわみエレメント３３は、シャーシ３の側壁８の内側を平行に延在している４つの壁３４を備えたカメラマウント３１を支持している。個々の壁３４は、外側に向かって延在している、個々のたわみエレメント３３の中央部に接続されるフランジ３５を有している。カメラユニット１００は、カメラマウント３１の壁３４に接続され、したがってたわみエレメント３３によってサスペンションされる。
【００６４】
光軸Ｏに沿って見たたわみエレメント３３の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがってたわみエレメント３３は、支持構造２上でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント１１が偏倚すると、光軸Ｏに沿った運動が可能になる。第１の構造と同様、サスペンションシステム３２も、複数のたわみエレメント３３が異なった偏倚をすると、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００６５】
カメラ装置１は、第１の構造と同様、さらに、それぞれ一片のＳＭＡワイヤ２１を備えた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えており、個々のＳＭＡワイヤ片２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着する２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、それぞれシャーシ３に固定され、個々の側壁８の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、個々の側壁８に沿って、光軸からの仮想線に対して垂直に延在している。
【００６６】
個々のＳＭＡアクチュエータ２０のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラマウント３１の個々の壁３４から外側に向かって突出しているボス３４に引っ掛けられている。この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、個々のたわみエレメント３１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ｃの力の成分が印加される。それによりたわみエレメント３３が偏倚し、この偏倚により、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｄの付勢力が提供される。カメラ装置１のこの第２の構造の場合、複数のたわみエレメント３３は、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して作用する唯一の付勢力を供給している。
【００６７】
カメラ装置１には、さらに、ベース４から上に向かってシャーシ３の外側に突出しているハウジング３０が含まれており、また、ハウジング３０には、光軸Ｏに向かって内側に延在している、サスペンションシステム３２を覆うためのリップ３６が含まれている。
【００６８】
第３の構造
図１０は、カメラ装置１の第３の構造を示したもので、以下のようになされている。この第３の構造では、すべての電気接続は、支持構造２に対してではなく、カメラユニット１００に対して実施される。
【００６９】
支持構造２は、ベースマウント４１に取り付けられるシャーシ４０を備えている。図１１はシャーシ４０を単体で示したもので、シャーシ４０は、環状の形態で配置されたまったく同じ形の４つの側壁４２を備えており、これらの側壁４２は、それぞれ正方形の辺に沿って延在している。個々の側壁４２は、その中心に配置されており、その最も下側の縁（図１０および１１に示されている）からカットアウト４３が延在し、また、側壁４２の内側に、カットアウト４３に隣接してフック４４が配置されている。
【００７０】
ベースマウント４１は、製品の中に取り付けられる際に、カメラユニット１００およびその下側のあらゆる電子機器コンポーネントを機械的接地から分離している。ベースマウント４１中にスロット４５が設けられており、より幅の広い製品システム電子機器からのカメラユニット１００への電気的なアクセス、例えば可撓プリント回路（ＦＰＣ）リボンを介したアクセスを可能にしている。
【００７１】
カメラ装置１は、さらに、カメラユニット１００を取り付けるためのキャリッジ５０を備えている。図１２はキャリッジ５０を単体で示したもので、キャリッジ５０は、環状の形態で配置されたまったく同じ形の４つの側壁５１を備えており、これらの側壁５１は、それぞれ正方形の辺に沿って延在している。カメラユニット１００はキャリッジ５０の内側に固定される。
【００７２】
図１３に示されているように、キャリッジ５０は、光軸Ｏに沿った相対運動を可能にするようにシャーシ４０の内側に嵌合するように寸法設定されている。個々の側壁５１はその中心に配置されており、取付けブロック５２は外側に向かって突出し、かつ、シャーシ４０のカットアウト４３のうちの１つの内側に嵌合している。カットアウト４３の末端表面４５は、取付けブロック５２と係合して支持構造２に対するカメラユニット１００の光軸Ｏに沿った運動を制限するエンドストップを形成している。個々の取付けブロック５２は、さらに、最も下方の末端（図１３の一番上）で開いている凹所５３を有している。
【００７３】
シャーシ３は、カメラユニット１００のための、図１４に単体で示されているサスペンションシステム６０を支持している。サスペンションシステム６０は、４つのたわみエレメント６１を備えており、これらのたわみエレメント６１の各々は、シャーシ４０の１つの側壁４２に沿って延在している。個々のたわみエレメント６１は、中間取付けプレート６３から隅取付けプレート６５まで外側に向かって延在している一対のたわみビーム６２を備えている。図１５に示されているように、中間取付けプレート６３は、キャリッジ５０の取付けブロック５２の最も下方の表面に接続されており、それによりカメラユニット１００を接続している。隅取付けプレート６５は、シャーシ４０の隅に接続されている。したがって、
【００７４】
全部で４つのたわみエレメント６１からなるサスペンションシステム６０全体は、典型的には金属である単一片の材料から形成されているが、原理的には、たわみエレメント６１の各々は、隅部分６５がシャーシ４０に接続されることを前提として、個別のエレメントとして形成することも同じく可能である。
【００７５】
光軸Ｏに沿って見たたわみビーム６２の幅は、光軸Ｏに対して垂直な方向から見た厚さより広く、それにより光軸Ｏに対して垂直な運動を阻止しながらの光軸Ｏに沿った偏倚を可能にしている。したがって、たわみエレメント６１は、キャリッジ５０を介して支持構造２でカメラユニット１００を支持しているが、たわみエレメント６１が偏倚すると、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動が可能になる。カメラユニット１００の４つの面の各々にたわみエレメント６１が存在しているため、サスペンションシステム１０は、互いに垂直でかつ光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にしており、これは、互いに対向するように配置された複数のたわみエレメント６１が異なった偏倚をすると起こる。２つの垂直軸の周りのこのような傾斜は、全体として、光軸Ｏに対して垂直な任意の軸の周りでカメラユニット１００が傾斜することを可能にする。
【００７６】
たわみビーム６２が偏倚すると、支持構造２とカメラユニット１００の間に作用する、この偏倚を阻止する力が光軸Ｏに沿って生成される。さらに、コイルに巻かれたばねである付勢ばね６６が個々の取付けブロック５２の凹所５３の内側に取り付けられている。図１６に示されているように、シャーシ４０は、シャーシ４０の側壁４２に沿って延在し、かつ、側壁４２に固定された４つの面を備えた環状の形態のベースプレート６７を有している。個々の付勢ばね６６は、キャリッジ５０の取付けブロック５２とシャーシ４０のベースプレート６７の間に圧縮された状態で保持されており、それにより、たわみビームと同様の形で、支持構造２とカメラユニット１００の間に作用する力が光軸Ｏに沿って印加される。それにより付勢ばね６６は、たわみビーム６２と相俟って、支持構造２とカメラユニット１００の間に予荷重を印加している。
【００７７】
カメラ装置１は、さらに、以下のようになされた４つのＳＭＡアクチュエータ２０を備えている。
【００７８】
図１７に示されているように、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は一片のＳＭＡワイヤ２１を備えており、この一片のＳＭＡワイヤ２１は、ＳＭＡワイヤ片２１を個々の末端で圧着し、それにより機械的端子となる２つの圧着部材２２の間に取り付けられている。圧着部材２２は、図１７に示されているようにそれぞれキャリッジ５０に固定されており、キャリッジ５０へのＳＭＡアクチュエータ２０の機械的接続を提供している。この取付けは、接着剤を使用して強化された機械的嵌合によって達成することができる。別法としては、キャリッジ５０が重合体材料でできており、かつ、圧着部材２２を保持するための適切な熱変形可能特徴を有している場合、この取付けは、何らかの種類の熱かしめプロセスによって達成することも可能である。個々のＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２は、シャーシ５０の個々の側壁５１の互いに反対側の末端に配置されており、したがってＳＭＡワイヤ片２１は、側壁５０の線に沿って延在している。したがってＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏからの仮想線に対して垂直に延在している。
【００７９】
さらに、圧着部材２２は、ＳＭＡワイヤ片２１への電気接続を提供しており、ＳＭＡワイヤ片２１を介した駆動電流の供給を可能にしている。圧着部材２２は、図１６に示されているカメラユニット１００の最も下側に固定されているプリント回路基板（ＰＣＢ）６８に、例えばＰＣＢ６８上に設けられている該当するパッドへのはんだ付けによって電気接続される。
【００８０】
ＰＣＢ６８は、ＰＣＢ６８を介してＳＭＡアクチュエータ２０に供給するための駆動信号を生成するための制御回路が実施される集積回路（ＩＣ）チップ７０を備えている。ＰＣＢ６８は、さらに、カメラユニット１００の角速度を表す信号を出力するジャイロスコープセンサ７１を備えており、それによりカメラユニット１００が遭遇する振動を検出する振動センサとして作用している。ジャイロスコープセンサ７１は、典型的には、互いに垂直であり、かつ、光軸に対して垂直な２つの軸の周りの振動を検出するための一対の小型ジャイロスコープであるが、一般的にはもっと多くのジャイロスコープあるいは他のタイプの振動センサを使用することも可能である。ＩＣチップ７０の中の制御回路にはジャイロスコープセンサ７１からの出力信号が供給され、制御回路は、以下でより詳細に説明するように、その出力信号に基づいて駆動信号を生成する。
【００８１】
ＰＣＢ６８は、さらに、その上面にイメージセンサ１０１を備えており、したがってＰＣＢ６８は、イメージセンサ１０１への多数の電気接続を有していなければならない。
【００８２】
図１８に示されているように、個々のＳＭＡアクチュエータ２０のＳＭＡワイヤ片２１は、シャーシ４０の個々のフック４４に引っ掛けられている。したがって個々のＳＭＡワイヤ片２１は、カメラユニット１００と支持構造２の間に、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在している。この構成のＳＭＡアクチュエータ２０の場合、ＳＭＡワイヤ片２１は、個々の付勢ばね６６およびたわみエレメント６１によって張力がかかった状態で保持され、それにより光軸Ｏに沿った方向Ｅの力の成分が印加される。付勢ばね６６およびたわみエレメント６１は、相俟って、ＳＭＡアクチュエータ２０に対して反作用する、光軸Ｏに沿った逆方向Ｆの付勢力を提供している。
【００８３】
したがって、アセンブルされたカメラ装置１では、付勢ばね６６およびたわみエレメント６１は、相俟って、ＳＭＡアクチュエータ２０に予荷重を印加している。この予荷重は、取付けブロック５２と接触しているシャーシのカットアウト４３の末端表面４５によって形成されているエンドストップによって制限されており、それによりカメラユニット１００の方向Ｅの運動を制限している。これにより、事実上、駆動電流が小さくなるか、あるいはターンオフされた際のＳＭＡワイヤ２１の伸びが制限される。予荷重により、カメラユニット１００が移動を開始する前に、個々のＳＭＡワイヤ２１によって、付勢ばね６６およびたわみエレメント６１によって生成される付勢力に打ち勝つだけの十分な特定の張力が確実に達成される。したがって、事実上、最小の張力によって、運動に必要なＳＭＡ材料の温度に対する下限が設定され、したがって高い周囲温度でのシステムの作動を可能にしている。
【００８４】
付勢力がたわみエレメント１１によってのみ印加される第１の構造とは異なり、この第３の構造の場合、付勢ばね６６によって付勢力が追加で提供される。したがって以下のようにカメラ１に対する設計制約が緩和される。
【００８５】
比較例として、図１９は、第１の構造に関する、カメラユニット１００の異なる位置ｘに展開する（サスペンションシステム１０に展開し、したがって同じくＳＭＡアクチュエータ２０に展開する）応力Ｓのグラフである。位置Ｐ１ａおよびＰ２ａは、カメラユニット１００の運動範囲Δｘａの末端である。
【００８６】
エンドストップ２３の位置Ｐ１ａは、静止状態におけるカメラユニット１００の位置であり、したがってカメラユニット１００の運動を開始するためにＳＭＡアクチュエータ２０に展開させなければならない応力である応力Ｓ１の予備応力がサスペンションシステム１０にかかるように選択される。この予備応力は、２つの効果を達成するために十分に大きくなるように設計される。第１に、予備応力は、ＳＭＡアクチュエータ２０の応力がたわみエレメントに対する収縮をもたらすだけの十分な温度を高くするため、この予備応力は、カメラ装置１を作動させる所望の周囲温度範囲を考慮して選択される。第２に、予備応力は、カメラユニット１００の位置を正確に制御し、かつ、外力に起因するカメラユニット１００の運動を防止するために、カメラユニット１００がエンドストップ２３に対して堅固に保持されるように選択される。
【００８７】
位置Ｐ２ａは、ＳＭＡアクチュエータ２０が完全に収縮し、したがってＳＭＡアクチュエータ２０の構成に依存している場合のカメラユニット１００の位置である。この位置Ｐ２ａでは応力Ｓ２が展開する。位置Ｐ２ａは、この位置Ｐ２ａではたわみエレメント１１の材料限界を超えないように選択される。
【００８８】
図２０は、第３の構造のカメラユニット１００の異なる位置ｘに展開する応力Ｓの等価グラフを示したものである。詳細には、線Ｌ１は、付勢ばね６１に展開する応力であり、線Ｌ２は、サスペンションシステム６０に展開する応力であり、また、線Ｌ３は、付勢ばね６１およびサスペンションシステム６０に展開する総応力であり、したがってそれらを合わせると、ＳＭＡアクチュエータ２０に展開する応力である。位置Ｐ１ｂおよびＰ２ｂは、カメラユニット１００の運動範囲Δｘｂの末端である。
【００８９】
この例では、凹所４３の末端表面４５の位置Ｐ１ｂは、カメラユニット１００の静止位置では、サスペンションシステム６０は偏倚せず、したがって応力が展開しないように、しかも、付勢ばね６１によって、図１９における静止位置と同じ値を有する応力Ｓ１が展開するように選択される。したがってこの応力Ｓ１も、同じく、カメラユニット１００の運動を開始するためにＳＭＡアクチュエータ２０に展開させなければならない応力であり、上で説明したようにして選択される。
【００９０】
位置Ｐ２ｂは、ＳＭＡアクチュエータ２０が完全に収縮し、したがってＳＭＡアクチュエータ２０の構成に依存している場合のカメラユニット１００の位置である。ＳＭＡアクチュエータ２０は、この位置Ｐ２ｂでは応力Ｓ３が付勢ばね６１に展開し、かつ、サスペンションシステム１０に展開する応力Ｓ２ｂが付勢ばね６１およびたわみエレメント６１の材料限界を超えないように構成される。図２に示されている第１の構造と比較すると、たわみエレメント６０の設計に対する制約が著しく緩和されている。第１に、サスペンションシステム１０は、ＳＭＡアクチュエータ２０を付勢するために必要なすべての剛性を付与する必要はなく、これは、主として付勢ばね６１によって与えられる。第２に、たわみエレメント６０をより小さい偏倚度で作動させることができる。したがって、図２０の特定の例では、運動範囲Δｘｂは、図１９の比較例における運動範囲Δｘａより広いが、サスペンションシステム９に付与される応力Ｓ２ｂは、図１９の比較例における応力Ｓ２ａより小さい。
【００９１】
作用
次に、ＯＩＳを実現するためのカメラ装置１の作用について説明する。
【００９２】
ＳＭＡ材料は、加熱すると固体相が変化し、ＳＭＡ材料が収縮する特性を有している。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、ＳＭＡ材料を収縮させる変形を含むオーステナイト相に入る。相変化は、ＳＭＡ結晶構造における転移温度の統計的広がりのため、一定の温度範囲にわたって生じる。したがってＳＭＡワイヤ片２１を加熱すると、その長さが短くなる。
【００９３】
ＳＭＡアクチュエータ２０を加熱すると、その応力が大きくなり、ＳＭＡアクチュエータ２０は、付勢力に対して縮小する。そのため、たわみエレメント６１に接続されているカメラユニット１００が光軸Ｏに沿って運動する。ＳＭＡアクチュエータ２０の温度が、マルテンサイト相からオーステナイト相へのＳＭＡ材料の移行が生じる温度範囲にわたって高くなると、一定の範囲の運動が生じる。逆に、その応力が小さくなるようにＳＭＡアクチュエータ２０を冷却すると、たわみエレメント６１によって提供される付勢によってＳＭＡアクチュエータ２０が膨張し、カメラユニット１００が逆方向に移動する。
【００９４】
支持構造２に対するカメラユニット１００の光軸Ｏに沿った位置は、ＳＭＡアクチュエータ２０の温度を変化させることによって制御される。これは、抵抗性加熱を行う駆動電流をＳＭＡアクチュエータ２０に流すことによって達成される。加熱は駆動電流によって行なわれる。冷却は、駆動電流を小さくするか、あるいは停止し、その周囲への伝導によるＳＭＡアクチュエータ２０の冷却を可能にすることによって行なわれる。
【００９５】
光軸Ｏに沿った達成可能な変位度は、ＳＭＡアクチュエータ２０内に展開するひずみで決まり、また、カメラユニット１と支持構造２の間に延在するＳＭＡワイヤ片２１の光軸Ｏに対する鋭角で決まる。ＳＭＡワイヤ２１に展開する可能性のあるひずみは、相変化の物理現象によって制限される。ＳＭＡワイヤ２１は、光軸Ｏに対して鋭い非ゼロ角度で延在するため、ＳＭＡワイヤ２１は、その長さが変化するとその配向が変化する。これは、事実上、運動を調整し、したがって光軸Ｏに沿った変位度は、光軸Ｏに沿って分解されるＳＭＡワイヤの長さの変化より大きい。
【００９６】
ＳＭＡワイヤ２１は、適切な任意のＳＭＡ材料、例えばニチノールまたは他のチタン合金ＳＭＡ材料を使用して製造することができる。有利には、ＳＭＡワイヤ片２１の材料組成および予備処理は、位置制御度を最大化するために、通常の作動の間、期待周囲温度より高い、可能な限り広い一定の温度範囲にわたる相変化が実現されるように選択される。
【００９７】
したがって個々のＳＭＡアクチュエータ２０は、カメラユニット１００を支持構造２に対して光軸Ｏに沿って変位させる。ＳＭＡアクチュエータ２０は、光軸Ｏの周りの異なる位置に配置されるため、これらのＳＭＡアクチュエータ２０は、相俟ってカメラユニットを傾斜させることができ、つまり、複数のＳＭＡアクチュエータ２０が収縮すると差動変位がもたらされる。したがって、ＳＭＡアクチュエータ２０を適切に制御することにより、互いに垂直で、かつ、光軸Ｏに対して垂直な２つの仮想軸の周りにカメラユニット１００を傾斜させることができる。具体的には、それぞれ対をなして向かい合ったＳＭＡアクチュエータ２０の異なる動きが、光軸Ｏに対して垂直をなす１つの仮想軸の周りでの動きを発生させる。したがって４つのアクチュエータ２０を駆動することにより、光軸Ｏに対して垂直をなす任意の仮想軸の周りの傾斜を実現することができる。
【００９８】
カメラ装置１の場合、４つのＳＭＡアクチュエータ２０が設置されており、光軸Ｏの周りに等間隔で配置されている。これは、実行される制御の性質を単純化しており、その上、４つのＳＭＡアクチュエータ２０の構成は、簡便で、かつ、コンパクトである。しかしながら、一般的にはＳＭＡアクチュエータ２０の数は、直交する２つの仮想軸の周りの傾斜を実現するために少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータ２０が存在することを条件として変更が可能である。
【００９９】
ＯＩＳは、全体としてのカメラユニット１００を傾斜させることによって達成されるため、これには、ＯＩＳ機能を他のカメラ機能から分離することにより、カメラユニット１００の内部設計が影響を受けない利点がある。これは、小型カメラユニット１００の場合、そのサイズおよび慣性が小さいため、とりわけ容易である。
【０１００】
さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０の使用は、他の駆動構造と比較するとＳＭＡ材料のエネルギー密度が高いため、駆動構造が垂直方向にコンパクトであることを意味している。
【０１０１】
また、第１の構造のカメラ装置１もとりわけコンパクトである。詳細には、第１の構造のカメラ装置１は、わずかに９．５ｍｍ平方、つまりフットプリントの幅にわずかに１ｍｍを追加した総フットプリント内のサイズが８．５ｍｍ平方のカメラユニット１００にＯＩＳを引き渡すことができる。これは、場合によっては、カメラユニット１００のフットプリントが１１ｍｍ平方に拡大している第２の構造とは対照的である。また、ＯＩＳの実現に伴うカメラ装置１の高さに対する影響は極めて小さく、ＯＩＳ中の傾斜運動のためのクリアランスを許容する必要を受け入れている。詳細には、第１の構造のカメラ装置１の高さはたったの３．８ｍｍである。この小さいサイズは、ＳＭＡ材料をアクチュエータとして使用することによって達成されており、また、さらに、ＳＭＡワイヤ片２１がたわみエレメント１１に引っ掛けられる特定の構造によって達成されている。この緊密な構造により、たわみエレメント内に３つの機能、つまり（１）ＳＭＡアクチュエータ２０に対抗する付勢力の実現と、（２）ＳＭＡワイヤ片２１が引っ掛けられる機構の実現と、（３）たわみエレメント１１がカメラユニット１００を全体としてのカメラ装置１内に横方向に垂直に配置し、かつ、ＳＭＡアクチュエータ２０の運動と共に移動するようにカメラユニット１００を拘束するようにカメラユニット１００が接続される機構の実現とを組み合わせることによってサイズが小さくなっている。
【０１０２】
ＳＭＡアクチュエータ２０は、大きい位置制御度で駆動することができる。サスペンションシステム１０、３２、６０は、カメラユニット１００が光軸Ｏに沿って移動することを可能にし、また、ＳＭＡアクチュエータ２０は、光軸Ｏに沿った変位を駆動するようになされているため、傾斜は、差動変位を駆動する複数のＳＭＡアクチュエータ２０によって達成される。個々のＳＭＡアクチュエータ２０からの所望の相対変位度は、所望の差動変位が実現ように選択される。しかしながら、個々の個別のＳＭＡアクチュエータ２０は、個々の個別のＳＭＡアクチュエータ２０から要求される変位を実現するために、例えば、以下でさらに説明するように、そのＳＭＡアクチュエータ２０の抵抗に基づいて独立して制御することができる。サスペンションシステム１０、３２、６０は、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動を可能にするため、この利点は達成可能である。
【０１０３】
さらに、サスペンションシステム１０、３２、６０は、光軸Ｏに沿ったカメラユニット１００の運動を可能にするため、駆動電流が印加されていない状態では、カメラユニットは、サスペンションシステム１０、３２、６０および／または付勢ばね６６によって、エンドストップに対して固定された位置で保持される追加利点がある。したがって、例えばＳＭＡアクチュエータ２０の制御回路８０が故障した場合、ＯＩＳ機能がなくても依然としてカメラ装置１を使用することができる。これは、電力が供給されていない場合、対向するＳＭＡワイヤが両方ともたるみ、そのためにカメラユニットが支持構造に不安定な状態で取り付けられることになるＵＳ−２００６／０２７２３２８のカメラ装置とは対照的である。
【０１０４】
さらに、サスペンションシステム１０、３２、６０は、たわみエレメント１１、３３、６１を使用してカメラユニット１００を支持することによって得られる利点、詳細には、光軸Ｏに沿って小さい剛性が付与され、また、垂直な方向に大きい剛性が付与されるようにたわみエレメント１１、３３、６１を配置することができる利点を有している。同様に、たわみエレメント１１、３３、６１は、他のサスペンションシステム、例えば軸受と比較すると、運動に対する最小の摩擦度に遭遇する。また、サスペンションシステム１０、３２、６０は、コンパクトで、かつ、製造が容易である。
【０１０５】
アクチュエータ技術としてのＳＭＡ材料の重要な利点の１つは、そのエネルギー密度（所与の材料質量に対して利用することができる機械的なエネルギー）が極めて高いことである。したがってＳＭＡアクチュエータ２０および関連する機構を極端に小さくすることができ、したがってＯＩＳを実現するために必要なカメラ装置１のサイズの増加は、ごくわずかである。また、ＳＭＡアクチュエータ２０は大きい力を引き渡すことも可能である。これらの要因は、いずれも、ＳＭＡを小型カメラユニット１００用ＯＩＳシステムのためのアクチュエータを提供するのに極めて適したものにしている。
【０１０６】
さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０は、ＯＩＳを実現するだけの十分な応答速度を備えることができることが認識されている。通常、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は比例駆動され、それにより最大１０Ｈｚ、最大２０Ｈｚまたは最大３０Ｈｚの周波数帯域幅にわたって位置を制御する。アクチュエータとしてのＳＭＡの認識されている欠点は、その応答時間が遅いことである。ＳＭＡアクチュエータ２０は熱によって駆動されるため、応答時間は達成可能な温度変化によって制限されており、熱伝導率、比熱容量および熱質量に関連している。
【０１０７】
ＳＭＡワイヤの加熱は、駆動電流の電力を大きくすることによって強化することができるが、冷却は、ＳＭＡワイヤ片２１の厚さに依存している。ＳＭＡワイヤ片２１の厚さは、冷却中に所望の応答時間が実現されるように選択される。現時点における商用的に利用可能な最も薄い材料である厚さ２５μｍのＳＭＡワイヤ２１の場合、熱応答は、４Ｈｚでロールオフを開始する。ＯＩＳ機能の解析によれば、機能要求事項は、最大３０Ｈｚの帯域幅にわたる運動補償を実現することである。しかしながら、必要な応答の振幅は、作動帯域幅にわたって著しく小さくなり、したがってより小さい運動のみが必要である（例えば２０Ｈｚを超える周波数で１０μｍ未満）。
【０１０８】
驚くべきことには、４Ｈｚを超えるＳＭＡワイヤ応答におけるロールオフにもかかわらず、ＳＭＡワイヤ２１は、依然として３０Ｈｚにおける変位要求事項を引き渡すことができ、したがってＳＭＡアクチュエータ２０は、首尾よく小型カメラのためのＯＩＳの駆動要求事項を満足することができる。
【０１０９】
図２１は、ＳＭＡアクチュエータ２０のための駆動信号を生成するための制御回路８０を示したもので、以下、この制御回路８０について説明する。
【０１１０】
制御回路８０は、ジャイロスコープセンサ７１の出力信号が供給され、その出力信号に応答して、個々のＳＭＡアクチュエータ２０に関する制御信号を生成するＳＭＡコントローラ８１を備えている。ＳＭＡコントローラ８１は、プロセッサの中で実施することができ、また、制御アルゴリズムに従って制御信号を生成することができる。制御信号は、ジャイロスコープセンサ７１の出力信号によって表される振動を補償するために個々のＳＭＡアクチュエータ２０から要求される駆動度を表している。したがって、光軸Ｏに対して垂直な対応する仮想軸の周りの必要な傾斜度を実現する差動変位をもたらすために、対向する一対のＳＭＡアクチュエータ２０のための制御信号が生成される。事実上、これは、制御信号の差がその軸の周りの被要求傾斜角度を表していることを意味している。
【０１１１】
理想的には、ジャイロスコープセンサ７１が整列して、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対がカメラユニット１００を傾斜させることができる軸と整列している直交軸の周りの傾斜を表す２つの出力信号が提供される。この場合、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対のための制御信号は、出力信号のうちの単一の１つから引き出される。しかしながら、良好に整列していない場合、あるいはジャイロスコープセンサ７１がより多くの出力信号を提供している場合、対向するＳＭＡアクチュエータ２０の個々の対のための制御信号は、出力信号の線形結合から引き出される。
【０１１２】
ＳＭＡコントローラ８１の中で実施される制御アルゴリズムは、ジャイロスコープセンサ７１の位置が異なっているため、第１の構造と第３の構造の間で異なっている。第１の構造では、ジャイロスコープセンサ７１は支持構造２に固定されており、したがって出力信号は支持構造２の振動を表している。このような振動は必ず存在しており、ＯＩＳは、カメラユニット１００を逆方向に傾斜させることによって実施される。したがってＳＭＡコントローラ８１は、ジャイロスコープセンサ７１によって測定される実際の傾斜とは逆の被要求傾斜角度を実現する制御信号を生成している。第３の構造では、ジャイロスコープセンサ７１はカメラユニット１００に固定されており、したがって出力信号はカメラユニット１００の振動を表している。ＯＩＳは、これらの振動を小さくするよう作用する形でカメラユニット１００を傾斜させることによって実施される。したがってＳＭＡコントローラ８１は、ジャイロスコープセンサ７１によって測定される実際の傾斜を小さくする被要求傾斜角度を実現する制御信号を生成している。実際には、これは、ジャイロスコープセンサ２０とＳＭＡアクチュエータ２０の出力の間に大きい利得を使用して、駆動回路８２にＳＭＡアクチュエータ２０の比例制御を適用することにより、第３の構造を使用してより正確な補償がより容易に実現されることを意味している。
【０１１３】
個々のＳＭＡアクチュエータ２０のための制御信号は、その制御信号に基づいて駆動信号を生成し、かつ、ＳＭＡアクチュエータ２０に駆動信号を供給する個々の駆動回路８２に供給される。駆動回路８２は、図２２に示されている構造とまったく同じ構造を有している。
【０１１４】
駆動回路８２には、ＳＭＡコントローラ８１から制御信号が供給され、かつ、抵抗帰還を使用してドライバ８４を制御する駆動コントローラ８３が含まれている。駆動コントローラ８３は、プロセッサの中で実施することができる。ＳＭＡコントローラ８１および駆動コントローラ８３は、理解を容易にするために個別のコンポーネントとして示されているが、それらは共通のプロセッサの中で実施することも可能である。
【０１１５】
ドライバ８４は、ＳＭＡアクチュエータ２０に駆動電流を供給するために接続されている。ドライバ８４は、定電圧の電流源であっても、あるいは定電流の電流源であってもよい。例えば後者の場合、定電流は１２０ｍＡ程度にすることができる。
【０１１６】
駆動回路８２には、さらに、ＳＭＡアクチュエータ２０の抵抗を検出するようになされた検出回路８５が含まれている。ドライバ８４が定電流の電流源である場合、検出回路８５は、ＳＭＡワイヤ片２１の抵抗の測度であるＳＭＡアクチュエータ２０の両端間の電圧を検出するように作動させることができる電圧検出回路であってもよい。ドライバ８４が定電圧の電流源である場合、検出回路８５は電流検出回路であってもよい。精度の度合いがより高い場合、検出回路８５は、ＳＭＡアクチュエータの両端間の電圧および電流の両方を検出し、かつ、それらの比率として抵抗の測度を引き出すように作動させることができる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。
【０１１７】
駆動コントローラ８２は、ドライバ８４を制御してパルス幅変調電流を供給するようになされている。駆動コントローラ８２は、検出回路５４によって測定された抵抗を受け取り、受け取った抵抗を閉ループ制御アルゴリズムにおける帰還信号として使用してドライバ８４のＰＷＭデューティサイクルを制御し、それにより、駆動回路２０に供給される制御信号によって表される要求に応じてＳＭＡアクチュエータ２０を駆動する。閉ループ制御は比例制御であってもよい。
【０１１８】
ＳＭＡアクチュエータ２０の電気抵抗を機能運動範囲全体にわたる位置に関連する帰還パラメータとして使用することにより、ＳＭＡ材料の収縮および膨張は、その電気抵抗に対して概ね線形関係にある。ヒステリシスおよびクリープを含む非線形性は、ある程度まで生じる。これらの非線形性は無視することができるが、より良好な線形性のためには、これらの非線形性を閉ループ制御アルゴリズムに考慮することも可能である。
【０１１９】
この駆動回路８５およびそのアルゴリズムは、ＳＭＡアクチュエータ２０の制御には極めてうまくいっているが、バッチ間におけるＳＭＡ材料特性の自然の変動、およびばね剛性などの他の製造公差ならびにアセンブリ配置公差のため、被要求傾斜の特定の変化に対応するカメラユニット１００の実際の傾斜変化にはある程度の変動があり、精度は恐らくせいぜい約１０％程度にすぎない。
【０１２０】
この変動は、多くの方法で抑制することができる。
【０１２１】
第１の構造の場合、簡便な手法の１つは、要約すると、ＳＭＡアクチュエータ２０の精度誤差をＳＭＡ駆動制御利得の誤差、例えば個々のＳＭＡアクチュエータ２０の変位とその電気抵抗の間の利得の誤差として考慮することである。抵抗の特定の（準線形）変化に対応する位置の変化は利得に対応しており、したがってすべての誤差をこの利得の誤差として考慮することができる。この利得は、製造中に、アクチュエータ２０の変位の測値に基づいて個々のカメラ装置１毎に較正することができる。
【０１２２】
他の手法は、カメラユニット１００にジャイロスコープセンサ７１または他の振動センサを配置し、それらがカメラユニット１００の実際の振動を検知するようにすることである。これにより多くの利点が提供される。
【０１２３】
第１に、ＯＩＳ制御アルゴリズムの目的は、検出された傾斜に対して逆の修正を施すのではなく、ジャイロスコープセンサ７１によって検出された振動を最小化するようになっている。ジャイロスコープセンサ７１の出力信号は、カメラの振動が使用者の手のぶれなどのシステムのベース励起によるものであるかどうかに無関係に、あるいはＳＭＡ制御利得の精度の誤差によるものであるかどうかに無関係に、実際の振動を検知している。したがってＳＭＡアクチュエータ利得を最適化し、それによりジャイロスコープセンサによって検知される傾斜を最小化することが可能になっている。特に、制御回路８０は調整可能利得を有しており、その利得を調整して検知された振動を最小化するようになされている。総合利得は、ＳＭＡコントローラ８１および／または駆動コントローラ８３の利得を調整することによって調整することができる。
【０１２４】
第２に、イメージセンサ１０１を取り付けるために使用されるＰＣＢ６８と同じＰＣＢ６８上にジャイロスコープセンサ７１を取り付けることができるため、電気接続のために便利であり、また、制御回路８０を取り付けるための便利な場所が提供される。
【０１２５】
第１または第３の構造に適用することができる代替スキームは、専用の較正ルーチンを使用することであり、制御回路８０がＳＭＡアクチュエータ２０からの慎重な振動を要求し、次に、誘導された振動がジャイロスコープセンサ７１によって検知され、したがって実際の傾斜振動を検知することができる。ジャイロスコープセンサ７１の出力信号に基づいて、要求された傾斜と測定された傾斜が一致するまで利得が調整される。このスキームには、ベース励起振動を無視することができるか、あるいは検知された振動からデコンボルブ（ｄｅｃｏｎｖｏｌｖｅ）できることが仮定されている。
【０１２６】
複数の個別のＳＭＡアクチュエータ２０が存在しているため、個々のＳＭＡアクチュエータ２０は、上で説明したアルゴリズムの一部として個々に最適化することができる可変利得を有することができる。
【０１２７】
第３の構造の特定の態様は、ＳＭＡアクチュエータ２０の圧着部材２２が、第１および第２の構造の場合のように支持構造にではなく、カメラユニット１００に接続されていることである。事実上、これは、ＳＭＡアクチュエータ２０を取り付ける方法とは逆である。この手法には２つの主要な利点がある。
【０１２８】
第１の利点は、カメラユニット１００が実体のある固体コンポーネントであるため、カメラユニット１００とＳＭＡアクチュエータの統合が単純であることである。
【０１２９】
第２の利点は、より幅の広いＯＩＳシステムの電子機器構成に関連している。ＳＭＡアクチュエータ２０はカメラユニット１００に固定されるため、ＳＭＡアクチュエータ２０およびイメージセンサ１０１の両方に対して電気接続がカメラユニット１００の中で実施することができ、特にＰＣＢ６８から実施することができる。そのため、同じコンポーネント内で両方の電気接続を実施することによって電子機器構成が単純化される。また実際には、これによりシステムの総体積が縮小される。
【０１３０】
関連するポイントは、第３の構造では同じくカメラユニット１００に取り付けられるジャイロスコープセンサ７１に関連している。一般に、ＯＩＳの実現には、カメラの振動をモニタするためのジャイロスコープセンサ７１などの振動センサが必要である。制御回路は、典型的にはプロセッサの中で実施される制御アルゴリズムに振動センサの出力信号を使用しており、それにより、振動を抑制し、かつ、カメラユニット１００の配向を維持するために必要なＳＭＡアクチュエータ２０の駆動を表す制御信号を生成している。また、制御回路には、制御信号に基づいてＳＭＡアクチュエータ２０のための駆動信号を生成するための電子コンポーネントを含んだ駆動回路が含まれている。ＳＭＡアクチュエータ２０はカメラユニット１００に固定されるため、制御回路全体およびそのすべての接続をカメラユニット１００の中に設置することができる。さらに、カメラユニット１００にジャイロスコープセンサ７１を設け、あるいは広く任意の振動センサを設けることにより、上で説明したように、制御回路の中で実施される制御アルゴリズムの作動における利点が提供される。
【０１３１】
この方法によれば、支持構造２には電気接続は不要であり、すべての接続は、単純に、いずれの場合においてもイメージセンサ１０１のための電気接続を必要とすることになるカメラユニット１００に対して実施される。
【符号の説明】
【０１３２】
１ カメラ装置（カメラユニット）
２ 支持構造
３、４０ シャーシ
４ ベース
５ ベースの正方形部分
６ ベースの正方形部分から横方向に突出している延長部分
７ コンタクト
８、４２ シャーシの側壁
１０、３２、６０ サスペンションシステム
１１、３３、６１ たわみエレメント（たわみビーム）
１２、６２ たわみビーム
１３ サスペンションシステムの中間部分
１４ マウント（取付け部分、取付けプレート）
１５、６５ サスペンションシステムの隅部分
１８ 缶
１９ 缶のリップ
２０ ＳＭＡアクチュエータ
２１ ＳＭＡワイヤ片
２２ 圧着部材
２３ エンドストップ
２４ 中間部分の一部を形成している突起
２５ 開口
２６ カバー
３０ ハウジング
３１ カメラマウント
３４ シャーシの側壁の内側を平行に延在している壁
３４ ボス
３５ フランジ
３６ ハウジングのリップ
４０ 取付けプレート
４１ ベースマウント
４３ カットアウト（凹所）
４４ フック
４５ ベースマウント中のスロット
４５ カットアウトの末端表面
５０ キャリッジ
５１ キャリッジの側壁
５２ 取付けブロック
５３ 取付けブロックの凹所
６３ 中間取付けプレート
６５ 隅取付けプレート
６６ 付勢ばね
６７ ベースプレート
６８ プリント回路基板（ＰＣＢ）
７０ 集積回路（ＩＣ）チップ
７１ ジャイロスコープセンサ
８０ 制御回路
８１ ＳＭＡコントローラ
８２ 駆動回路
８３ 駆動コントローラ
８４ ドライバ
８５ 検出回路
１００ カメラユニット
１０１ イメージセンサ
１０２ レンズシステム（レンズエレメント）
１０３ カメラサポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
前記カメラユニットが、互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで自在に傾斜し、さらに前記光軸に沿って移動することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
前記カメラユニットと前記支持構造の間に接続された少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータであって、収縮時に前記カメラユニットを前記光軸に沿って前記支持構造に対して移動させるように配置され、収縮して差動変位すると前記カメラユニットを傾斜させるように前記光軸の周りの異なる位置に配置されたＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項２】
前記サスペンションシステムが複数のたわみエレメントを備え、前記複数のたわみエレメントが、前記たわみエレメントが偏倚するときに互いに垂直かつ前記レンズシステムの前記光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜できるように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時、複数の前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する唯一の付勢力が提供される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータが収縮すると前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
個々のＳＭＡアクチュエータが、前記カメラユニットと前記支持構造との間で、前記光軸からの仮想線に対して垂直に延在するＳＭＡワイヤ片を備えた、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
個々のＳＭＡアクチュエータが、前記カメラユニットと前記支持構造との間で、前記光軸に対して非ゼロ角度で延在するＳＭＡワイヤ片を備えた、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ＳＭＡアクチュエータが前記光軸の周りの異なる位置に等間隔を隔てて配置された、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
４つのＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
複数のたわみエレメントを備えたサスペンションシステムであって、前記複数のたわみエレメントは、該たわみエレメントが偏倚すると、互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜できるように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ前記カメラユニットと前記支持構造との間で接続され、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるように配置された複数のＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項１０】
前記ＳＭＡアクチュエータが、それぞれ一片のＳＭＡワイヤを備え、前記ＳＭＡワイヤは、その両方の末端で前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの一方に固定され、その末端を介して、中央部が前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちのもう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられ、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記カメラユニットを傾斜させるように配置され、前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力が提供される、請求項９に記載のカメラ装置。
【請求項１１】
前記たわみエレメントが、それぞれ、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方に接続されている中間部分から、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方に接続されている部分まで延在している一対のたわみビームを備え、前記ＳＭＡワイヤ片が前記中間部分に引っ掛けられた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記中間部分が前記光軸に沿って前記たわみビームから突出している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記たわみエレメントが一体形成された、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記たわみエレメントがそれぞれ整形された材料シートである、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１５】
個々のＳＭＡワイヤ片が、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方と、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部の間を、前記光軸からの仮想線に対して垂直に延在している、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＳＭＡワイヤ片が、前記光軸に対して非ゼロ角度で延在している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
複数の前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する唯一の付勢力が提供される、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方が前記支持構造であり、また、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方が前記カメラユニットである、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項９に記載のカメラ装置。
【請求項２１】
前記付勢エレメントがコイル状に巻かれたばねを備えた、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ＳＭＡアクチュエータが、前記光軸の周りの異なる位置に等間隔で配置された、請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
４つのＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直で前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるように配置された一片のＳＭＡワイヤを備え、個々のＳＭＡワイヤ片がその両方の末端で前記カメラユニットに固定され、前記支持構造のエレメントに引っ掛けられた複数のＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項２５】
前記ＳＭＡワイヤ片が、前記ＳＭＡワイヤを圧着する圧着部材によって前記カメラユニットに固定された、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記カメラユニットが、前記カメラユニットに固定された前記ＳＭＡワイヤ片の前記末端に電気接続され、前記カメラユニットに駆動信号を供給するための制御回路をさらに備えた、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記カメラユニットに取り付けられ、前記カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサをさらに備え、前記制御回路が、振動センサの前記出力信号に応答して前記駆動信号を生成するようになされた、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記制御回路が調整可能利得を有し、その利得を調整することによって検知された振動を最小化するようになされた、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記振動センサが、前記カメラユニットの角速度を表す出力信号を生成するようになされた、請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記振動センサがジャイロスコープセンサである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
前記カメラユニットを傾斜させるようになされたアクチュエータ構造と、
前記カメラユニットに取り付けられ、前記カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサと、
駆動信号を供給するために前記アクチュエータ構造に接続された制御回路であって、前記振動センサの前記出力信号に応答して前記駆動信号を生成するようになされた制御回路と、を備えたカメラ装置。
【請求項３２】
前記制御回路が調整可能利得を有し、その利得を調整することによって検知された振動を最小化するようになされた、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記振動センサが、前記カメラユニットの角速度を示す出力信号を生成するようになされた、請求項３１または３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記振動センサがジャイロスコープセンサである、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記アクチュエータ構造が、それぞれ、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるようになされた複数のＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項３１から３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
前記カメラユニットが、互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで自在に傾斜し、さらに前記光軸に沿って移動することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
前記カメラユニットと前記支持構造の間に接続された少なくとも３つのＳＭＡアクチュエータであって、収縮時に前記カメラユニットを前記光軸に沿って前記支持構造に対して移動させるように配置され、収縮して差動変位すると前記カメラユニットを傾斜させるように前記光軸の周りの異なる位置に配置されたＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項２】
前記サスペンションシステムが複数のたわみエレメントを備え、前記複数のたわみエレメントが、前記たわみエレメントが偏倚するときに互いに垂直かつ前記レンズシステムの前記光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜できるように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時、複数の前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する唯一の付勢力が提供される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータが収縮すると前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
個々のＳＭＡアクチュエータが、前記カメラユニットと前記支持構造との間で、前記光軸からの仮想線に対して垂直に延在するＳＭＡワイヤ片を備えた、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
個々のＳＭＡアクチュエータが、前記カメラユニットと前記支持構造との間で、前記光軸に対して非ゼロ角度で延在するＳＭＡワイヤ片を備えた、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ＳＭＡアクチュエータが前記光軸の周りの異なる位置に等間隔を隔てて配置された、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
４つのＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
複数のたわみエレメントを備えたサスペンションシステムであって、前記複数のたわみエレメントは、該たわみエレメントが偏倚すると、互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜できるように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ前記カメラユニットと前記支持構造との間で接続され、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるように配置された複数のＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項１０】
前記ＳＭＡアクチュエータが、それぞれ一片のＳＭＡワイヤを備え、前記ＳＭＡワイヤは、その両方の末端で前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの一方に固定され、その末端を介して、中央部が前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちのもう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部に引っ掛けられ、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記カメラユニットを傾斜させるように配置され、前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力が提供される、請求項９に記載のカメラ装置。
【請求項１１】
前記たわみエレメントが、それぞれ、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方に接続されている中間部分から、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方に接続されている部分まで延在している一対のたわみビームを備え、前記ＳＭＡワイヤ片が前記中間部分に引っ掛けられた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記中間部分が前記光軸に沿って前記たわみビームから突出している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記たわみエレメントが一体形成された、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記たわみエレメントがそれぞれ整形された材料シートである、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１５】
個々のＳＭＡワイヤ片が、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方と、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方に接続された個々のたわみエレメントの一部の間を、前記光軸からの仮想線に対して垂直に延在している、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＳＭＡワイヤ片が、前記光軸に対して非ゼロ角度で延在している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
複数の前記たわみエレメントの偏倚によって、前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する唯一の付勢力が提供される、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記一方が前記支持構造であり、また、前記カメラユニットおよび前記支持構造のうちの前記もう一方が前記カメラユニットである、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記サスペンションシステムとは別に、前記ＳＭＡアクチュエータの収縮時に前記ＳＭＡアクチュエータに対して反作用する付勢力を提供する付勢エレメントをさらに備えた、請求項９に記載のカメラ装置。
【請求項２１】
前記付勢エレメントがコイル状に巻かれたばねを備えた、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ＳＭＡアクチュエータが、前記光軸の周りの異なる位置に等間隔で配置された、請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
４つのＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直で前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
複数のＳＭＡアクチュエータであって、それぞれ、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるように配置された一片のＳＭＡワイヤを備え、個々のＳＭＡワイヤ片がその両方の末端で前記カメラユニットに固定され、前記支持構造のエレメントに引っ掛けられた複数のＳＭＡアクチュエータと、を備えたカメラ装置。
【請求項２５】
前記ＳＭＡワイヤ片が、前記ＳＭＡワイヤを圧着する圧着部材によって前記カメラユニットに固定された、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記カメラユニットが、前記カメラユニットに固定された前記ＳＭＡワイヤ片の前記末端に電気接続され、前記カメラユニットに駆動信号を供給するための制御回路をさらに備えた、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記カメラユニットに取り付けられ、前記カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサをさらに備え、前記制御回路が、振動センサの前記出力信号に応答して前記駆動信号を生成するようになされた、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記制御回路が調整可能利得を有し、その利得を調整することによって検知された振動を最小化するようになされた、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記振動センサが、前記カメラユニットの角速度を表す出力信号を生成するようになされた、請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記振動センサがジャイロスコープセンサである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
支持構造と、
イメージセンサおよび前記イメージセンサ上に画像を結像させるためのレンズシステムを備えたカメラユニットと、
互いに垂直でかつ前記レンズシステムの光軸に対して垂直な２つの仮想軸の周りで前記カメラユニットが傾斜することを可能にするように、前記カメラユニットを前記支持構造で支持するサスペンションシステムと、
前記カメラユニットを傾斜させるようになされたアクチュエータ構造と、
前記カメラユニットに取り付けられ、前記カメラユニットの振動を表す出力信号を生成するようになされた振動センサと、
駆動信号を供給するために前記アクチュエータ構造に接続された制御回路であって、前記振動センサの前記出力信号に応答して前記駆動信号を生成するようになされた制御回路と、を備えたカメラ装置。
【請求項３２】
前記制御回路が調整可能利得を有し、その利得を調整することによって検知された振動を最小化するようになされた、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記振動センサが、前記カメラユニットの角速度を示す出力信号を生成するようになされた、請求項３１または３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記振動センサがジャイロスコープセンサである、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記アクチュエータ構造が、それぞれ、収縮すると前記カメラユニットを傾斜させるようになされた複数のＳＭＡアクチュエータを備えた、請求項３１から３４のいずれか一項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公表番号】特表２０１２−５０２３２３（Ｐ２０１２−５０２３２３Ａ）
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２６５５６（Ｐ２０１１−５２６５５６）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００２１９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２９３１６
【国際公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（５０９２２７０８９）ケンブリッジ メカトロニクス リミテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００２１９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２９３１６
【国際公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（５０９２２７０８９）ケンブリッジ メカトロニクス リミテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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