光学的な制御用部材の駆動装置及び撮像装置
【課題】 羽根部材等の光学的な制御用部材の駆動装置への適用において、該部材の保持力を確保するとともに、小型化やコンパクト化に適した構成を提供する。
【解決手段】 アイリスやシャッター等の駆動において、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子３を用い、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を羽根部材の回転力や移動力に変換する。従来の電歪素子や磁歪素子に比べた場合に、同じ印加電圧下において羽根保持力が大きく、高速な駆動が可能である。
【解決手段】 アイリスやシャッター等の駆動において、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子３を用い、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を羽根部材の回転力や移動力に変換する。従来の電歪素子や磁歪素子に比べた場合に、同じ印加電圧下において羽根保持力が大きく、高速な駆動が可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイリス絞りやシャッター羽根等の駆動装置において、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を使うことにより、高速な駆動制御を可能にし、応答性能の向上や小型化を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置のレンズ鏡胴には、アイリスやシャッター等に係る駆動機構が設けられ、アイリスメータ等のモータを駆動源として、その制御回路によって可動羽根の駆動制御が行われる。例えば、一枚羽根や二枚羽根を駆動する構成等が知られている。
【０００３】
尚、駆動源に電気−機械変換素子を用いた駆動装置として、例えば、逆圧電効果を利用した構成形態が挙げられる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３００７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の駆動装置にあっては、羽根部材の保持力や駆動制御の速度、小型化等に関して下記のような問題がある。
【０００６】
先ず、磁気バネ等を利用した羽根保持の構成では、小型化やコンパクト化への対応において羽根部材の保持力を充分に確保することが難しくなる。あるいは、所要の保持力を得るための機構が大型化し、コンパクト化等に支障を来たす原因となる。また、高速駆動への対応に関して限界がある。
【０００７】
尚、モータに代わって、電歪素子や磁歪素子を用いたアクチュエータが考えられるが、一般に高電圧が必要であるため、トランス等を用いた昇圧回路が必要な場合が多く、その分、構成が複雑化し、コンパクト化が困難である。また、発生力が小さいことが問題とされ、小型で駆動力の大きなアクチュエータの実現が困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、光学的な制御用部材の駆動装置への適用において、制御用部材の保持力を確保するとともに、小型化やコンパクト化に適した構成の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子（あるいは磁気−変位変換素子）を用い、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を、光学的な制御用部材（光量制御や遮光のための羽根部材や、フィルター部材等）の回転力又は移動力に変換する構成にしたものである。
【００１０】
従って、本発明では、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子（所謂「超磁歪素子」）を用いることにより、制御用部材の駆動力を得ることができる。つまり、従来の電歪素子や磁歪素子との比較において、同じ印加電圧下において制御用部材の移動速度が大きく、また、同一体積で比較した場合に、超磁歪素子の発生力は桁違い（例えば、約２５０倍）に大きいため、小型化に適する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化やコンパクト化に好適であって、駆動力や保持力の大きな駆動装置を実現できる。例えば、アイリスやシャッター、フィルター等の駆動制御において、高速性、応答性等の性能向上や高精度な位置決めに有効であり、高電圧の印加が不要であることや消費電力が少ない等の効果が得られる。
【００１２】
そして、磁気−機械変換素子を形成する超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成するとともに、該駆動軸を磁気−機械変換素子に固定し、該駆動軸から回転機構又はリンク機構を介して制御用部材を回転させ又は移動させる構成では、超磁歪材料で駆動軸を形成する構成形態に比して、駆動時の消費電力を低減することができる。
【００１３】
また、磁気−機械変換素子に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御回路を備えた構成では、磁気−機械変換素子又は該素子に固定された駆動軸に対して、該素子又は駆動軸との接触部分が滑らずに移動する過程と、該素子又は該素子に固定された駆動軸に対して、該素子又は駆動軸との接触部分に滑りが生じる過程とが繰り返されて駆動力が制御用部材に伝達され、高速な応答特性を得ることが可能である。
【００１４】
レンズ鏡胴や撮像装置等への適用において、磁気−機械変換素子の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回された振動励起用コイルと、磁気−機械変換素子の周囲に設けられたヨークと、磁気−機械変換素子の一端部を固定するために比重の大きい材料で形成された固定部材を備えた構成の採用は、簡素化や小型化、駆動速度の高速化等に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、超磁歪素子を用いて高速駆動が可能な、光学的な制御用部材の駆動装置を提供するものであり、発生力及び保持力が大きく、応答性に優れた駆動装置を実現することができる。本発明は、光学系における光量調節や遮光、Ｆナンバー制御等に用いる制御用部材の駆動装置に好適であり、例えば、小型カメラや携帯型電子機器のカメラ等に幅広く適用することができる。
【００１６】
本発明に係る駆動装置の構成について説明する前に、超磁歪素子を用いた基本構成について説明する。
【００１７】
図１は、超磁歪素子を用いて移動体を直線的に動かす場合の原理的な説明図である。
【００１８】
（Ａ）図に示すように、アクチュエータ１は、移動体２を所定の方向に沿って移動させるために、磁気−機械変換素子３として棒状の超磁歪素子を備えており、その一端が固定部４に固定されている。
【００１９】
超磁歪素子は、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子であり、超磁歪材料を用いて形成されている。超磁歪材料は、常温下でも従来の磁歪材料と比べて２桁も大きい巨大磁歪(Giant-magnetostriction)が得られる材料であり、近年急速にその実用化が進められている。例えば、磁気モーメントの大きいランタノイド元素（「Ｒ」と記す。）と鉄属元素「Ｔ」（Ｔ＝Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等）で構成され、ラーベス型の立方晶素材(ＲＴ２：ＲとＴの原子比１：２の組成を持っており、例えば、鉄の場合に、ＴｂＦｅ２、ＤｙＦｅ２、ＳｍＦｅ２、ＨｏＦｅ２、ＥｒＦｅ２等)が挙げられる。従来の磁歪材料の磁歪が４０〜８０ｐｐｍ(磁歪：ppm=ΔL/L×１０6）であるのに対して、超磁歪材料の場合は、２，０００ｐｐｍ前後の磁歪が得られる。そして、他の変位素材に比べ、磁界の強さに応じて生じる寸法変化量(ジュール効果)が大きく、変位と磁界の強さの積である発生応力が大きい。他方、外部応力によって生じる磁化率の変化量(ビラリ効果)が４０％程度と大きく、これらの変化の変換速度はマイクロ秒に相当する周波数に追随可能である。
【００２０】
尚、外部磁界や外部応力によって素子内部の磁化方向が変わり、例えば、ジュール効果の場合、磁気エネルギーと弾性エネルギーの均衡点が変化することから、素子に寸法変化が生じる。線形領域での相互関係は、下式のようになる。
【００２１】
・歪み：ΔＩ＝ｓ・Ｔ＋ｄＨ
・駆動力：Ｆ＝Ｙ・（ΔＩ／Ｉ）
但し、各記号は「ｓ：弾性係数」、「Ｔ：応力」、「Ｙ：ヤング率」、「Ｈ：外部磁界の強さ」、「ｄＨ：外部磁界の強さの変化量」、「（ΔＩ／Ｉ）：磁歪値」を示す。
【００２２】
超磁歪材料が他の素材に比べ優れている点は、磁歪量と応力が大きいこと、また、応力Ｔによる透磁率の変化、即ち、インダクタンスの変化幅が大きいことである。この原因はランタノイド元素の大きな磁気モーメントに起因する。他方、このことは磁気異方性エネルギーを大きくし、外部磁界応力と素子内部で起こる磁化変化、寸法変化の間に残留磁化によるヒステリシスが存在することを意味する（その原因となる磁気異方性については、構成元素比で調整することができる。）。
【００２３】
図１の（Ｂ１）図に示すように、超磁歪素子の端部のうち、固定部４とは反対側の端部には、金属や炭素繊維（炭化繊維）強化樹脂等を用いて形成された部材（摩擦部材）５が固定されており、移動体２が該部材５に対して移動可能な状態で摩擦結合により保持されている。つまり、移動体２と部材５が摩擦力をもって接触した構成とされている。尚、図には移動体２と部材５との接触部６（摩擦部分）に斜線を付して示している。
【００２４】
超磁歪素子に対する外部磁界を変化させることで、（Ｂ２）図に示すように、超磁歪素子が矢印Ａの向きにゆっくりと伸びる（図には、伸び量を誇張して示している。）。
【００２５】
超磁歪素子の伸びに従って部材５が矢印Ａに示す向きに変位するが、移動体２と部材５との摩擦により両者の間に滑りを伴うことなく移動する。
【００２６】
その後、（Ｂ３）図に示すように、超磁歪素子を矢印Ｂの向きに縮めると（図には、縮み量を誇張して示している。）、移動体２はその慣性により、部材５との間に滑りが生じ、現位置に留まろうとする。
【００２７】
図２は、変位量及び速度の時間的変化を例示したものである。尚、上図は、横軸に時間をとり、縦軸に変位量をとって両者の関係を概略的に例示しており、破線で示すグラフ曲線ｇ２が移動体２の変位量を表し、実線で示す三角波状のグラフ曲線ｇ３が、超磁歪素子の伸縮変化を表している。また、下図では、横軸に時間をとり、縦軸に速度をとっており、破線で示すグラフ曲線Ｇ２が移動体２の速度を表し、実線で示す波状のグラフ曲線Ｇ３が、超磁歪素子の伸縮速度を表している。
【００２８】
グラフ曲線ｇ３において、緩やかな傾斜をもって右上がりに上昇している期間（「Δｔ１」参照）において、超磁歪素子が図１（Ｂ２）に示す伸張状態とされ、ある時点（速度ゼロの時点）から右下がりに急下降している期間（「Δｔ２」参照）において、超磁歪素子が図１（Ｂ３）に示す縮小状態とされる。このように、超磁歪素子の伸縮が繰り返えされることで移動体２の変位量が所定方向に増加していく。即ち、伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させる制御により、移動体２を所望の方向に移動させることができる。
【００２９】
上記したアクチュエータ１について構成上の要点をまとめると下記のようになる。
【００３０】
・磁気−機械変換素子３と該素子に結合して一緒に変位する部材５を備え、該部材に対して移動体２が摩擦結合した構成を有すること。
【００３１】
・磁気−機械変換素子３の伸びと縮みの速度を異ならせることにより、移動体２が部材５との摩擦結合により該部材と共に実質的に移動する状態と、移動体２が部材５の移動に対して実質的に移動しない状態（慣性）をとり得ること。
【００３２】
・移動体２は、磁気−機械変換素子３の変位方向（伸縮方向）に移動すること及びその移動の向きについては、磁気−機械変換素子３に係る伸びと縮みの速さ（速度の絶対値）のうち、速さが緩やかな変位方向（相対的に変位がゆっくり変化する方向）に移動すること。
【００３３】
・速度は１パルス当たりの送り量及び駆動周波数に比例し、また、推力については、素子の発生力及び該発生力に応じた摩擦力に拠ること。
【００３４】
以上の構成により、高速応答が可能となり、小型で推力の大きなインパクト駆動型のアクチュエータや駆動ユニットを実現することができる。
【００３５】
例えば、従来の磁歪素子や電歪素子を用いた場合に、駆動電圧３Ｖにて２０〜３０ｎｍ（ナノメートル）の微小な伸びに過ぎないのに対して、超磁歪素子の場合には、磁気回路にも依るが、駆動電圧３Ｖにて１〜３μｍ（ミクロン）の伸びを示す。即ち、超磁歪素子の方が、同じ電圧において、移動体２を高速に移動させることができる。あるいは、従来の磁歪素子や電歪素子を用いて、超磁歪素子の場合と同じ伸びを得ようとすると、数十乃至数百Ｖの電圧が必要となる（トランス等を用いた昇圧回路が必要になる。）。
【００３６】
また、従来の磁歪素子や電歪素子を用いる場合と、超磁歪素子を用いる場合とで、同一体積での発生力を比較すると、後者では前者の２００倍程度の力が得られる。例えば、同回路(駆動電圧３Ｖ程度)にて、前者では、径φ１×長さ５ｍｍにおいて発生力が４〜５ｇｆ（グラム・フォース）であるが、超磁歪素子では、径φ１×長さ３ｍｍ程度で発生力が約９００ｇｆ（≒８．８２Ｎ）である。
【００３７】
このように、従来の磁歪素子や電歪素子との比較において、超磁歪素子を用いた構成は、より重い移動体を高速に移動させる用途に好適であること示している。
【００３８】
上記のアクチュエータを用いた直線駆動機構は、超磁歪素子と部材５とが同期して動き、移動体が素子の伸縮速度に応じた駆動速度をもって素子の伸縮方向に沿って移動し、次いで移動体が現位置を保持するという制御が繰り返されて、摩擦及び移動体の慣性を巧みに利用して高速な応答特性を得ることが可能である。
【００３９】
次に、上記アクチュエータの駆動力を回転力として伝達させる機構例について、図３を用いて説明する。
【００４０】
図１（Ｂ１）乃至（Ｂ３）との相違点は、移動体２が回転体２Ａに置き換わっていることである。つまり、回転体２Ａは回動軸２ａを中心として回動可能な状態で支持されており、その一部が部材５に接触している。
【００４１】
図３の（Ｃ１）図に示すように、回転体２Ａが回転可能な状態で部材５に摩擦結合により当接されており（回転体２Ａと部材５が摩擦力をもって接触しており、図には両者の接触部６に斜線を付して示している。）、超磁歪素子に対する外部磁界を変化させることで、（Ｃ２）図に示すように、超磁歪素子が矢印Ａの向きにゆっくりと伸びる。この伸びに従って、回転体２Ａが部材５との摩擦により滑りを伴うことなく図の反時計回り方向に回転する。その後、（Ｃ３）図に示すように、超磁歪素子を矢印Ｂの向きに縮めると、回転体２Ａにはその慣性により、部材５との間に滑りが生じ、現状の回転位置に留まろうとする。こうして、超磁歪素子及び部材５の伸縮運動が回転運動へと変換される。尚、回転体２Ａの回転方向は、超磁歪素子の伸びと縮みとの比較において、速さが緩やかな変位方向に対応している（図３では、超磁歪素子の伸びの速さが、縮みの速さよりも小さい場合を示しているが、この関係を逆にすれば回転方向を反転させることができる。）。
【００４２】
光学的な制御用部材（羽根部材等）を回転体２Ａに取り付けるか又は回転体２Ａの回転力を、ギヤ等の伝達機構を介して制御用部材に作用させることによって、アイリスやシャッター等の駆動制御が可能である。
【００４３】
図４は、一枚羽根を駆動させる場合（固定絞り）の構成例７の要部を示したものである。
【００４４】
超磁歪素子に結合された部材５にはカーボンシャフト等が用いられ、駆動軸として、該素子の振動に伴って矢印Ｍに示す方向に往復運動する。そして、該駆動軸に対して直交する方向に延びる回動軸８が上記回転体２Ａに相当する。
【００４５】
回動軸８には、例えば、図示しない手段によって回転可能に支持されたシャフト部材が使用され、制御用部材９が取り付けられている。
【００４６】
本例に示す制御用部材９は羽根部材とされ、所定の位置に透光孔９ａが形成されているが、シャッター機構への適用においては透光孔が不要である。
【００４７】
本例では、磁界変化に応じた超磁歪素子の伸縮変化に伴う駆動力が、回転機構を介して制御用部材９への回転力として伝達され、回動軸８を中心として矢印「Ｒ」に示す方向に制御用部材９が回転する。
【００４８】
次に、図５を用いて本発明を撮像装置１０に適用した場合の構成例について説明する（尚、図５は、光学系の概略との制御系の要部を併せて示したものである。）。
【００４９】
レンズ鏡胴１１において、図中に「ＯＬ」で示す光軸方向に沿って、例えば、固定レンズ群１２、可動レンズ群１３、固定レンズ群１４、固体撮像素子１５が配置されている。
【００５０】
アイリス及びシャッター部については、図中の１６Ａ（図の一点鎖線参照）に示すように、固定レンズ群１２の前方（被写体側）に配置する形態と、図中の１６Ｂ（図の二点鎖線参照）のように、固定レンズ群１４と固体撮像素子１５との間に配置する形態等が挙げられる。
【００５１】
尚、最も被写体側に位置する固定レンズ群１２に対物レンズが含まれ、また、固定レンズ群１２と１４との間に位置された可動レンズ群１３にはフォーカスレンズ等が含まれる。
【００５２】
固体撮像素子１５によって得られる画像出力は、画像信号処理部１７に送出されて所定の信号処理を受ける。画像信号処理部１７は、制御等に必要な情報を演算処理部１８に送出し、また撮影画像をビユーファインダやモニター等に送って表示させ、あるいはユーザの操作指示に従って画像情報等を記録媒体に記録させる。尚、マイクロコンピュータ等を用いた演算処理部１８は、制御部１９に制御指令を送出し、これによってアイリス及びシャッター部１６Ａ（又は１６Ｂ）の駆動制御や、可動レンズ群１３の位置制御が行われる。
【００５３】
制御部１９には、アイリス及びシャッター制御回路１９ａと、可動レンズ群１３の移動制御のためのレンズ制御回路１９ｂが含まれる。
【００５４】
アイリス及びシャッター制御回路１９ａは、アイリス及びシャッター部１６Ａ（又は１６Ｂ）の動作を制御するものであり、例えば、後述のように、対をなす羽根を有し、それらを駆動することにより、入射光量の調節機能及びシャッター機能を兼用した構成において、アイリス及びシャッター部に送られる信号により光量調節のための絞り制御及びシャッター動作制御が行われる。つまり、制御回路１９ａは、前記したように磁気−機械変換素子（超磁歪素子）に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御を行う。
【００５５】
レンズ制御回路１９ｂは、可動レンズ群１３の駆動手段（駆動源及び駆動機構）を制御して、光軸ＯＬに沿って可動レンズの位置制御を行うものである。例えば、ステッピングモータ等を用いた構成等が挙げられるが、図１に示すアクチュエータ１を用いて可動レンズの保持枠を移動させる形態を用いることができる（小型で推力の大きなアクチュエータを実現できる。）。
【００５６】
尚、本例では、固体撮像素子を使用した構成を示したが、本発明の適用上はこれに限らず、フィルム式カメラ等に用いることが可能である。
【００５７】
図６乃至図８は、二枚羽根を用いたアイリス及びシャッター部の構成例を示したものである。尚、図６及び図７は、可動羽根の開閉状態を示す斜視図であり、図６は最大開口の状態、図７は閉塞状態をそれぞれ示している。また、図８は、図６、図７とは別の方向から見た斜視図であり、リンク機構の構成を示している。
【００５８】
本例に示す可動羽根の駆動装置２０において、支持部材２１の中央に円孔２１ａが形成されることにより開口を有しており、図６、図７に示すように、支持部材２１の一方の面２１ｂには対をなす羽根部材２２、２３がスライド可能な状態で支持されている。
【００５９】
第１の羽根部材２２は平板状とされ、Ｖ字状の切欠部２２ａと、長手方向に延びる部分２２ｂを有する。該部分２２ｂには、ガイド長孔２４が形成されており、該ガイド長孔２４の一端部の近辺には、別の長孔２５が形成されている。尚、長孔２５には後述のリンク部材の一端部（回動端部）が挿通され、その形成方向がガイド長孔２４の形成方向に対して直交する方向とされている。
【００６０】
第２の羽根部材２３は平板状とされ、Ｖ字状の切欠部２３ａと、長手方向に延びる部分２３ｂを有する。該部分２３ｂには、ガイド長孔２６が形成されており、該ガイド長孔２６の一端部の近辺には、別の長孔２７が形成されている。尚、長孔２７には後述のリンク部材の一端部（回動端部）が挿通され、その形成方向がガイド長孔２６の形成方向に対して直交する方向とされている。
【００６１】
羽根部材２２、２３は、支持部材２１と該部材２１に取り付けられた固定部材２８との間に配置され、いずれも光軸（円孔２１ａの中心を通って支持部材２１における羽根部材の支持面２１ｂに直交する方向に延びる軸）に対して直交方向にスライド可能とされている。尚、固定部材２８は、後述するリンク部材の回動に応じて移動される羽根部材２２、２３の運動方向を直線方向に規制する役目をもつ。該固定部材２８は円環状の部分２８ａを有しており、図示は省略するが、該部分から突設された複数の凸部が羽根部材２２のガイド長孔２４や、羽根部材２３のガイド長孔２６にそれぞれ挿通された後、支持部材２１の取付孔に嵌合されている。
【００６２】
図８に示すように、支持部材２１において、上記の面２１ｂの反対側には、リンク部材２９と、スライダ３０が設けられている。
【００６３】
リンク部材２９は、その回動軸２９ａが支持部材２１に支持されており、一対のアーム部３１、３２と、係合部３３とが一体に形成されている。
【００６４】
アーム部３１、３２のうち、回動軸２９ａから離れた回動端部は、支持部材２１に形成された円弧状の溝部２１ｃ、２１ｄにそれぞれ挿通されて一方の面２１ｂ側に突出されている。つまり、一方のアーム部３１の回動端部３１ａは一方の溝部２１ｃに挿通された後に、面２１ｂ側において羽根部材２２の長孔２５に挿通されるとともに抜け止めが施されている。同様に、他方のアーム部３２の回動端部３２ａは他方の溝部２１ｄに挿通された後に、面２１ｂ側において羽根部材２３の長孔２７に挿通されるとともに抜け止めが施されている。
【００６５】
リンク部材２９の係合部３３には回動軸２９ａから所定の間隔をおいて離れた位置に係合軸３３ａが形成されており、該係合軸３３ａは、スライダ３０に形成された係合凹部３０ａに係合されている。
【００６６】
スライダ３０は、光軸に直交する方向に沿って互いに平行に延びる軸３４、３５を用いて移動可能な状態で支持部材２１に支持されている。例えば、一方の軸３４がガイド軸とされる構成において、該ガイド軸がスライダ３０に形成された孔に挿通されるとともに、ガイド軸の各端部が支持部材２１に固定される。そして、他方の軸３５が駆動軸（つまり、超磁歪素子を用いたアクチュエータ１の駆動軸）とされて、スライダ３０に設けられた被係合部３０ｂに係合されている。尚、これに限らず、軸３４を駆動軸とし、軸３５をガイド軸にする等、各種実施での形態が可能である。
【００６７】
本構成において、超磁歪素子に結合された駆動軸３５（又は３４）の伸縮運動に伴い、スライダ３０がガイド軸に沿って直線的に駆動され、係合軸３３ａを介してリンク部材２９への回動力に変換される。即ち、駆動軸に対して該駆動軸との接触部分が滑らずに移動する第１の過程と、駆動軸に対して該駆動軸との接触部分に滑りが生じる第２の過程とが順次に繰り返され、駆動力がリンク部材２９に伝達される。
【００６８】
リンク部材２９は、それらのアーム部３１、３２を介して羽根部材２２、２３を移動させるためのリンク機構３６を構成しており、駆動軸３５（又は３４）からリンク機構を介した回動力が羽根部材２２、２３に伝わる。その結果、図６に示すように、羽根部材同士が最も離れた状態と、図７に示すように羽根部材同士が最も接近した状態との間の任意の位置に亘って可動羽根が移動される。
【００６９】
図９は、超磁歪素子を用いたアクチュエータの構造例を示したものであり、部分的に切り欠いて断面構成を示している。
【００７０】
本例では、超磁歪素子３７に駆動軸３８が固定され、それらを中心軸として周囲に配置される振動励起用コイル３９、ヨーク４０を備えている。
【００７１】
超磁歪素子３７は円柱状に形成されていて、その一端部が固定部材４１に固定されている。尚、図中の矢印「α」は、前記超磁歪材料を用いて軸（振動軸）として形成される素子の振動方向を示している。また、固定部材４１については、共振防止等を考慮して、比重の大きい材料（例えば、タングステン）を用いて形成される。
【００７２】
駆動軸３８は、その一端部が超磁歪素子３７に固定されている。駆動軸３８の材質については、表面粗度又は摩擦係数が小さいことや、超磁歪素子３７の振動波形（図２の三角波形ｇ３参照。）を伝達し易いこと、そして、剛性が大きいことが望ましい。例えば、金属（ステンレス材料や鉄等）若しくはこれにカーボンコーティング等を施したもの又は炭素繊維強化プラスチック等を用いて形成される。
【００７３】
ヨーク４０は、超磁歪素子３７の周囲に設けられ、例えば、中心孔を有する円板部４０ａ、４０ａを、円筒部４０ｂで連結した如き形状を有し、鉄等の磁性材料を用いて形成されている。尚、ヨーク４０は、その一方の円板部４０ａが固定部材４１に固定されている。
【００７４】
振動励起用コイル３９は、超磁歪素子３７の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回されている。本例では、ヨーク４０の円筒部４０ｂの外周面に巻きつけられており、矢印「θ」で示す方向に電流に流れると、右ネジの法則に従って超磁歪素子３７の振動方向に沿うようにして磁界が発生する（コイル電流の向きに応じて磁界の向きが変わる。）。この磁界変化に応じて超磁歪素子３７が伸縮し、該変化に伴う駆動力が駆動軸３８から上記スライダ３０に伝達される。
【００７５】
超磁歪素子の部分、つまり、超磁歪材料で形成された軸（振動軸）と、駆動軸とを兼用する構成形態も挙げられるが、それよりも、両軸の機能を区別し、駆動軸を金属や炭素繊維強化材料で形成してこれを超磁歪素子に固定する構成形態が好ましい。例えば、超磁歪材料を用いて駆動軸も形成した場合に、その表面粗度が大きいことが問題とされる（摩擦により駆動時の消費電力が大きくなってしまう。）。
【００７６】
そこで、超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成することにより、このような問題を解消することができ、該駆動軸を超磁歪素子に固定して、該駆動軸とこれに接触される部材とが適度な摩擦力をもって当接された構成が好ましい。
【００７７】
図１０は、そのような構成例の要部を概略的に示したものである。
【００７８】
例えば、（Ａ）図のように、駆動軸３８の一端を接着等により、超磁歪材料で形成された振動軸４２に固定した構成と、（Ｂ）図のように、振動軸４２の一端部に有底穴４３を形成して、この穴に駆動軸３８の端部を圧入し又は接着等により固定した形態が挙げられる。尚、接着強度や機械的強度等を考慮した場合には、後者の形態が好ましい。
【００７９】
上記のように、超磁歪素子を有するリニア・アクチュエータを用いた形態において、リンク機構を介して二枚羽根の移動制御を行い、アイリスとしての要素とシャッターとしての要素を兼ね備えた装置構成を実現することができる。そして、二枚の羽根を同時に、かつ高速に移動させることが可能である。
【００８０】
以上に説明した構成によれば、例えば、下記に示す利点が得られる。
【００８１】
・カメラのアイリスやシャッター等の駆動装置への適用において、高速化に適し、応答性能を高められること。
・超磁歪素子の振動周波数に応じた伸縮量の制御で済み、アイリスメータのような磁気的検出素子が不要であること（アクチュエータの制御系が簡素化される。）。
・撮像装置の小型化、コンパクト化に有効であること。
・電動機を用いた駆動装置を採用する場合には、複数種類のモータを使用する必要があるが、超磁歪素子を用いた構成形態では、同一構成の駆動ユニットやデバイスを使用できること。
・静音化、低振動化が可能なこと（マイクロホンによる集音等への影響がない。）。
・従来の構成に比べて羽根部材の保持力が大きくなること（羽根部材の保持は勿論、重量が比較的大きい部材（ＮＤフィルタ等）の移動に有利である。）。
・従来の磁歪素子や電歪素子に比べ、同じ体積での伸び量が大きいため、駆動の速度が大きいこと。
【００８２】
・従来の磁歪素子や電歪素子に比べ、同じ移動量に対する駆動パルス数（総数）が少なくて済み、消費電力が低いこと。
・積層型の電歪素子と比べた場合に、より低い電圧（例えば、１０Ｖ以下）での駆動が可能であること。
・従来の磁歪素子と比べた場合に、磁気ヒステリシス損が少ないこと。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】超磁歪素子を用いた直線移動機構の原理説明図である。
【図２】移動体、超磁歪素子の変位量及び速度の時間的変化を例示した図である。
【図３】超磁歪素子を用いた回転機構の原理説明図である。
【図４】一枚羽根の駆動例を示した図である。
【図５】撮像装置への適用例を示す説明図である。
【図６】図７及び図８とともに、二枚羽根を用いた構成例を示したものであり、本図は、可動羽根の開閉状態を示す斜視図であり、最大開口状態を示す。
【図７】開口の閉塞状態を示す斜視図である。
【図８】図６、図７とは別の方向から見た斜視図である。
【図９】超磁歪素子を用いたアクチュエータの構成例を示した図である。
【図１０】駆動軸の固定形態を例示した説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
３…磁気−機械変換素子、９…制御用部材、１０…撮像装置、１９ａ…制御回路、２０…駆動装置、３６…リンク機構、３８…駆動軸、３９…振動励起用コイル、４０…ヨーク、４１…固定部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイリス絞りやシャッター羽根等の駆動装置において、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を使うことにより、高速な駆動制御を可能にし、応答性能の向上や小型化を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置のレンズ鏡胴には、アイリスやシャッター等に係る駆動機構が設けられ、アイリスメータ等のモータを駆動源として、その制御回路によって可動羽根の駆動制御が行われる。例えば、一枚羽根や二枚羽根を駆動する構成等が知られている。
【０００３】
尚、駆動源に電気−機械変換素子を用いた駆動装置として、例えば、逆圧電効果を利用した構成形態が挙げられる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３００７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の駆動装置にあっては、羽根部材の保持力や駆動制御の速度、小型化等に関して下記のような問題がある。
【０００６】
先ず、磁気バネ等を利用した羽根保持の構成では、小型化やコンパクト化への対応において羽根部材の保持力を充分に確保することが難しくなる。あるいは、所要の保持力を得るための機構が大型化し、コンパクト化等に支障を来たす原因となる。また、高速駆動への対応に関して限界がある。
【０００７】
尚、モータに代わって、電歪素子や磁歪素子を用いたアクチュエータが考えられるが、一般に高電圧が必要であるため、トランス等を用いた昇圧回路が必要な場合が多く、その分、構成が複雑化し、コンパクト化が困難である。また、発生力が小さいことが問題とされ、小型で駆動力の大きなアクチュエータの実現が困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、光学的な制御用部材の駆動装置への適用において、制御用部材の保持力を確保するとともに、小型化やコンパクト化に適した構成の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子（あるいは磁気−変位変換素子）を用い、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を、光学的な制御用部材（光量制御や遮光のための羽根部材や、フィルター部材等）の回転力又は移動力に変換する構成にしたものである。
【００１０】
従って、本発明では、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子（所謂「超磁歪素子」）を用いることにより、制御用部材の駆動力を得ることができる。つまり、従来の電歪素子や磁歪素子との比較において、同じ印加電圧下において制御用部材の移動速度が大きく、また、同一体積で比較した場合に、超磁歪素子の発生力は桁違い（例えば、約２５０倍）に大きいため、小型化に適する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化やコンパクト化に好適であって、駆動力や保持力の大きな駆動装置を実現できる。例えば、アイリスやシャッター、フィルター等の駆動制御において、高速性、応答性等の性能向上や高精度な位置決めに有効であり、高電圧の印加が不要であることや消費電力が少ない等の効果が得られる。
【００１２】
そして、磁気−機械変換素子を形成する超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成するとともに、該駆動軸を磁気−機械変換素子に固定し、該駆動軸から回転機構又はリンク機構を介して制御用部材を回転させ又は移動させる構成では、超磁歪材料で駆動軸を形成する構成形態に比して、駆動時の消費電力を低減することができる。
【００１３】
また、磁気−機械変換素子に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御回路を備えた構成では、磁気−機械変換素子又は該素子に固定された駆動軸に対して、該素子又は駆動軸との接触部分が滑らずに移動する過程と、該素子又は該素子に固定された駆動軸に対して、該素子又は駆動軸との接触部分に滑りが生じる過程とが繰り返されて駆動力が制御用部材に伝達され、高速な応答特性を得ることが可能である。
【００１４】
レンズ鏡胴や撮像装置等への適用において、磁気−機械変換素子の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回された振動励起用コイルと、磁気−機械変換素子の周囲に設けられたヨークと、磁気−機械変換素子の一端部を固定するために比重の大きい材料で形成された固定部材を備えた構成の採用は、簡素化や小型化、駆動速度の高速化等に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、超磁歪素子を用いて高速駆動が可能な、光学的な制御用部材の駆動装置を提供するものであり、発生力及び保持力が大きく、応答性に優れた駆動装置を実現することができる。本発明は、光学系における光量調節や遮光、Ｆナンバー制御等に用いる制御用部材の駆動装置に好適であり、例えば、小型カメラや携帯型電子機器のカメラ等に幅広く適用することができる。
【００１６】
本発明に係る駆動装置の構成について説明する前に、超磁歪素子を用いた基本構成について説明する。
【００１７】
図１は、超磁歪素子を用いて移動体を直線的に動かす場合の原理的な説明図である。
【００１８】
（Ａ）図に示すように、アクチュエータ１は、移動体２を所定の方向に沿って移動させるために、磁気−機械変換素子３として棒状の超磁歪素子を備えており、その一端が固定部４に固定されている。
【００１９】
超磁歪素子は、ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子であり、超磁歪材料を用いて形成されている。超磁歪材料は、常温下でも従来の磁歪材料と比べて２桁も大きい巨大磁歪(Giant-magnetostriction)が得られる材料であり、近年急速にその実用化が進められている。例えば、磁気モーメントの大きいランタノイド元素（「Ｒ」と記す。）と鉄属元素「Ｔ」（Ｔ＝Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等）で構成され、ラーベス型の立方晶素材(ＲＴ２：ＲとＴの原子比１：２の組成を持っており、例えば、鉄の場合に、ＴｂＦｅ２、ＤｙＦｅ２、ＳｍＦｅ２、ＨｏＦｅ２、ＥｒＦｅ２等)が挙げられる。従来の磁歪材料の磁歪が４０〜８０ｐｐｍ(磁歪：ppm=ΔL/L×１０6）であるのに対して、超磁歪材料の場合は、２，０００ｐｐｍ前後の磁歪が得られる。そして、他の変位素材に比べ、磁界の強さに応じて生じる寸法変化量(ジュール効果)が大きく、変位と磁界の強さの積である発生応力が大きい。他方、外部応力によって生じる磁化率の変化量(ビラリ効果)が４０％程度と大きく、これらの変化の変換速度はマイクロ秒に相当する周波数に追随可能である。
【００２０】
尚、外部磁界や外部応力によって素子内部の磁化方向が変わり、例えば、ジュール効果の場合、磁気エネルギーと弾性エネルギーの均衡点が変化することから、素子に寸法変化が生じる。線形領域での相互関係は、下式のようになる。
【００２１】
・歪み：ΔＩ＝ｓ・Ｔ＋ｄＨ
・駆動力：Ｆ＝Ｙ・（ΔＩ／Ｉ）
但し、各記号は「ｓ：弾性係数」、「Ｔ：応力」、「Ｙ：ヤング率」、「Ｈ：外部磁界の強さ」、「ｄＨ：外部磁界の強さの変化量」、「（ΔＩ／Ｉ）：磁歪値」を示す。
【００２２】
超磁歪材料が他の素材に比べ優れている点は、磁歪量と応力が大きいこと、また、応力Ｔによる透磁率の変化、即ち、インダクタンスの変化幅が大きいことである。この原因はランタノイド元素の大きな磁気モーメントに起因する。他方、このことは磁気異方性エネルギーを大きくし、外部磁界応力と素子内部で起こる磁化変化、寸法変化の間に残留磁化によるヒステリシスが存在することを意味する（その原因となる磁気異方性については、構成元素比で調整することができる。）。
【００２３】
図１の（Ｂ１）図に示すように、超磁歪素子の端部のうち、固定部４とは反対側の端部には、金属や炭素繊維（炭化繊維）強化樹脂等を用いて形成された部材（摩擦部材）５が固定されており、移動体２が該部材５に対して移動可能な状態で摩擦結合により保持されている。つまり、移動体２と部材５が摩擦力をもって接触した構成とされている。尚、図には移動体２と部材５との接触部６（摩擦部分）に斜線を付して示している。
【００２４】
超磁歪素子に対する外部磁界を変化させることで、（Ｂ２）図に示すように、超磁歪素子が矢印Ａの向きにゆっくりと伸びる（図には、伸び量を誇張して示している。）。
【００２５】
超磁歪素子の伸びに従って部材５が矢印Ａに示す向きに変位するが、移動体２と部材５との摩擦により両者の間に滑りを伴うことなく移動する。
【００２６】
その後、（Ｂ３）図に示すように、超磁歪素子を矢印Ｂの向きに縮めると（図には、縮み量を誇張して示している。）、移動体２はその慣性により、部材５との間に滑りが生じ、現位置に留まろうとする。
【００２７】
図２は、変位量及び速度の時間的変化を例示したものである。尚、上図は、横軸に時間をとり、縦軸に変位量をとって両者の関係を概略的に例示しており、破線で示すグラフ曲線ｇ２が移動体２の変位量を表し、実線で示す三角波状のグラフ曲線ｇ３が、超磁歪素子の伸縮変化を表している。また、下図では、横軸に時間をとり、縦軸に速度をとっており、破線で示すグラフ曲線Ｇ２が移動体２の速度を表し、実線で示す波状のグラフ曲線Ｇ３が、超磁歪素子の伸縮速度を表している。
【００２８】
グラフ曲線ｇ３において、緩やかな傾斜をもって右上がりに上昇している期間（「Δｔ１」参照）において、超磁歪素子が図１（Ｂ２）に示す伸張状態とされ、ある時点（速度ゼロの時点）から右下がりに急下降している期間（「Δｔ２」参照）において、超磁歪素子が図１（Ｂ３）に示す縮小状態とされる。このように、超磁歪素子の伸縮が繰り返えされることで移動体２の変位量が所定方向に増加していく。即ち、伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させる制御により、移動体２を所望の方向に移動させることができる。
【００２９】
上記したアクチュエータ１について構成上の要点をまとめると下記のようになる。
【００３０】
・磁気−機械変換素子３と該素子に結合して一緒に変位する部材５を備え、該部材に対して移動体２が摩擦結合した構成を有すること。
【００３１】
・磁気−機械変換素子３の伸びと縮みの速度を異ならせることにより、移動体２が部材５との摩擦結合により該部材と共に実質的に移動する状態と、移動体２が部材５の移動に対して実質的に移動しない状態（慣性）をとり得ること。
【００３２】
・移動体２は、磁気−機械変換素子３の変位方向（伸縮方向）に移動すること及びその移動の向きについては、磁気−機械変換素子３に係る伸びと縮みの速さ（速度の絶対値）のうち、速さが緩やかな変位方向（相対的に変位がゆっくり変化する方向）に移動すること。
【００３３】
・速度は１パルス当たりの送り量及び駆動周波数に比例し、また、推力については、素子の発生力及び該発生力に応じた摩擦力に拠ること。
【００３４】
以上の構成により、高速応答が可能となり、小型で推力の大きなインパクト駆動型のアクチュエータや駆動ユニットを実現することができる。
【００３５】
例えば、従来の磁歪素子や電歪素子を用いた場合に、駆動電圧３Ｖにて２０〜３０ｎｍ（ナノメートル）の微小な伸びに過ぎないのに対して、超磁歪素子の場合には、磁気回路にも依るが、駆動電圧３Ｖにて１〜３μｍ（ミクロン）の伸びを示す。即ち、超磁歪素子の方が、同じ電圧において、移動体２を高速に移動させることができる。あるいは、従来の磁歪素子や電歪素子を用いて、超磁歪素子の場合と同じ伸びを得ようとすると、数十乃至数百Ｖの電圧が必要となる（トランス等を用いた昇圧回路が必要になる。）。
【００３６】
また、従来の磁歪素子や電歪素子を用いる場合と、超磁歪素子を用いる場合とで、同一体積での発生力を比較すると、後者では前者の２００倍程度の力が得られる。例えば、同回路(駆動電圧３Ｖ程度)にて、前者では、径φ１×長さ５ｍｍにおいて発生力が４〜５ｇｆ（グラム・フォース）であるが、超磁歪素子では、径φ１×長さ３ｍｍ程度で発生力が約９００ｇｆ（≒８．８２Ｎ）である。
【００３７】
このように、従来の磁歪素子や電歪素子との比較において、超磁歪素子を用いた構成は、より重い移動体を高速に移動させる用途に好適であること示している。
【００３８】
上記のアクチュエータを用いた直線駆動機構は、超磁歪素子と部材５とが同期して動き、移動体が素子の伸縮速度に応じた駆動速度をもって素子の伸縮方向に沿って移動し、次いで移動体が現位置を保持するという制御が繰り返されて、摩擦及び移動体の慣性を巧みに利用して高速な応答特性を得ることが可能である。
【００３９】
次に、上記アクチュエータの駆動力を回転力として伝達させる機構例について、図３を用いて説明する。
【００４０】
図１（Ｂ１）乃至（Ｂ３）との相違点は、移動体２が回転体２Ａに置き換わっていることである。つまり、回転体２Ａは回動軸２ａを中心として回動可能な状態で支持されており、その一部が部材５に接触している。
【００４１】
図３の（Ｃ１）図に示すように、回転体２Ａが回転可能な状態で部材５に摩擦結合により当接されており（回転体２Ａと部材５が摩擦力をもって接触しており、図には両者の接触部６に斜線を付して示している。）、超磁歪素子に対する外部磁界を変化させることで、（Ｃ２）図に示すように、超磁歪素子が矢印Ａの向きにゆっくりと伸びる。この伸びに従って、回転体２Ａが部材５との摩擦により滑りを伴うことなく図の反時計回り方向に回転する。その後、（Ｃ３）図に示すように、超磁歪素子を矢印Ｂの向きに縮めると、回転体２Ａにはその慣性により、部材５との間に滑りが生じ、現状の回転位置に留まろうとする。こうして、超磁歪素子及び部材５の伸縮運動が回転運動へと変換される。尚、回転体２Ａの回転方向は、超磁歪素子の伸びと縮みとの比較において、速さが緩やかな変位方向に対応している（図３では、超磁歪素子の伸びの速さが、縮みの速さよりも小さい場合を示しているが、この関係を逆にすれば回転方向を反転させることができる。）。
【００４２】
光学的な制御用部材（羽根部材等）を回転体２Ａに取り付けるか又は回転体２Ａの回転力を、ギヤ等の伝達機構を介して制御用部材に作用させることによって、アイリスやシャッター等の駆動制御が可能である。
【００４３】
図４は、一枚羽根を駆動させる場合（固定絞り）の構成例７の要部を示したものである。
【００４４】
超磁歪素子に結合された部材５にはカーボンシャフト等が用いられ、駆動軸として、該素子の振動に伴って矢印Ｍに示す方向に往復運動する。そして、該駆動軸に対して直交する方向に延びる回動軸８が上記回転体２Ａに相当する。
【００４５】
回動軸８には、例えば、図示しない手段によって回転可能に支持されたシャフト部材が使用され、制御用部材９が取り付けられている。
【００４６】
本例に示す制御用部材９は羽根部材とされ、所定の位置に透光孔９ａが形成されているが、シャッター機構への適用においては透光孔が不要である。
【００４７】
本例では、磁界変化に応じた超磁歪素子の伸縮変化に伴う駆動力が、回転機構を介して制御用部材９への回転力として伝達され、回動軸８を中心として矢印「Ｒ」に示す方向に制御用部材９が回転する。
【００４８】
次に、図５を用いて本発明を撮像装置１０に適用した場合の構成例について説明する（尚、図５は、光学系の概略との制御系の要部を併せて示したものである。）。
【００４９】
レンズ鏡胴１１において、図中に「ＯＬ」で示す光軸方向に沿って、例えば、固定レンズ群１２、可動レンズ群１３、固定レンズ群１４、固体撮像素子１５が配置されている。
【００５０】
アイリス及びシャッター部については、図中の１６Ａ（図の一点鎖線参照）に示すように、固定レンズ群１２の前方（被写体側）に配置する形態と、図中の１６Ｂ（図の二点鎖線参照）のように、固定レンズ群１４と固体撮像素子１５との間に配置する形態等が挙げられる。
【００５１】
尚、最も被写体側に位置する固定レンズ群１２に対物レンズが含まれ、また、固定レンズ群１２と１４との間に位置された可動レンズ群１３にはフォーカスレンズ等が含まれる。
【００５２】
固体撮像素子１５によって得られる画像出力は、画像信号処理部１７に送出されて所定の信号処理を受ける。画像信号処理部１７は、制御等に必要な情報を演算処理部１８に送出し、また撮影画像をビユーファインダやモニター等に送って表示させ、あるいはユーザの操作指示に従って画像情報等を記録媒体に記録させる。尚、マイクロコンピュータ等を用いた演算処理部１８は、制御部１９に制御指令を送出し、これによってアイリス及びシャッター部１６Ａ（又は１６Ｂ）の駆動制御や、可動レンズ群１３の位置制御が行われる。
【００５３】
制御部１９には、アイリス及びシャッター制御回路１９ａと、可動レンズ群１３の移動制御のためのレンズ制御回路１９ｂが含まれる。
【００５４】
アイリス及びシャッター制御回路１９ａは、アイリス及びシャッター部１６Ａ（又は１６Ｂ）の動作を制御するものであり、例えば、後述のように、対をなす羽根を有し、それらを駆動することにより、入射光量の調節機能及びシャッター機能を兼用した構成において、アイリス及びシャッター部に送られる信号により光量調節のための絞り制御及びシャッター動作制御が行われる。つまり、制御回路１９ａは、前記したように磁気−機械変換素子（超磁歪素子）に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御を行う。
【００５５】
レンズ制御回路１９ｂは、可動レンズ群１３の駆動手段（駆動源及び駆動機構）を制御して、光軸ＯＬに沿って可動レンズの位置制御を行うものである。例えば、ステッピングモータ等を用いた構成等が挙げられるが、図１に示すアクチュエータ１を用いて可動レンズの保持枠を移動させる形態を用いることができる（小型で推力の大きなアクチュエータを実現できる。）。
【００５６】
尚、本例では、固体撮像素子を使用した構成を示したが、本発明の適用上はこれに限らず、フィルム式カメラ等に用いることが可能である。
【００５７】
図６乃至図８は、二枚羽根を用いたアイリス及びシャッター部の構成例を示したものである。尚、図６及び図７は、可動羽根の開閉状態を示す斜視図であり、図６は最大開口の状態、図７は閉塞状態をそれぞれ示している。また、図８は、図６、図７とは別の方向から見た斜視図であり、リンク機構の構成を示している。
【００５８】
本例に示す可動羽根の駆動装置２０において、支持部材２１の中央に円孔２１ａが形成されることにより開口を有しており、図６、図７に示すように、支持部材２１の一方の面２１ｂには対をなす羽根部材２２、２３がスライド可能な状態で支持されている。
【００５９】
第１の羽根部材２２は平板状とされ、Ｖ字状の切欠部２２ａと、長手方向に延びる部分２２ｂを有する。該部分２２ｂには、ガイド長孔２４が形成されており、該ガイド長孔２４の一端部の近辺には、別の長孔２５が形成されている。尚、長孔２５には後述のリンク部材の一端部（回動端部）が挿通され、その形成方向がガイド長孔２４の形成方向に対して直交する方向とされている。
【００６０】
第２の羽根部材２３は平板状とされ、Ｖ字状の切欠部２３ａと、長手方向に延びる部分２３ｂを有する。該部分２３ｂには、ガイド長孔２６が形成されており、該ガイド長孔２６の一端部の近辺には、別の長孔２７が形成されている。尚、長孔２７には後述のリンク部材の一端部（回動端部）が挿通され、その形成方向がガイド長孔２６の形成方向に対して直交する方向とされている。
【００６１】
羽根部材２２、２３は、支持部材２１と該部材２１に取り付けられた固定部材２８との間に配置され、いずれも光軸（円孔２１ａの中心を通って支持部材２１における羽根部材の支持面２１ｂに直交する方向に延びる軸）に対して直交方向にスライド可能とされている。尚、固定部材２８は、後述するリンク部材の回動に応じて移動される羽根部材２２、２３の運動方向を直線方向に規制する役目をもつ。該固定部材２８は円環状の部分２８ａを有しており、図示は省略するが、該部分から突設された複数の凸部が羽根部材２２のガイド長孔２４や、羽根部材２３のガイド長孔２６にそれぞれ挿通された後、支持部材２１の取付孔に嵌合されている。
【００６２】
図８に示すように、支持部材２１において、上記の面２１ｂの反対側には、リンク部材２９と、スライダ３０が設けられている。
【００６３】
リンク部材２９は、その回動軸２９ａが支持部材２１に支持されており、一対のアーム部３１、３２と、係合部３３とが一体に形成されている。
【００６４】
アーム部３１、３２のうち、回動軸２９ａから離れた回動端部は、支持部材２１に形成された円弧状の溝部２１ｃ、２１ｄにそれぞれ挿通されて一方の面２１ｂ側に突出されている。つまり、一方のアーム部３１の回動端部３１ａは一方の溝部２１ｃに挿通された後に、面２１ｂ側において羽根部材２２の長孔２５に挿通されるとともに抜け止めが施されている。同様に、他方のアーム部３２の回動端部３２ａは他方の溝部２１ｄに挿通された後に、面２１ｂ側において羽根部材２３の長孔２７に挿通されるとともに抜け止めが施されている。
【００６５】
リンク部材２９の係合部３３には回動軸２９ａから所定の間隔をおいて離れた位置に係合軸３３ａが形成されており、該係合軸３３ａは、スライダ３０に形成された係合凹部３０ａに係合されている。
【００６６】
スライダ３０は、光軸に直交する方向に沿って互いに平行に延びる軸３４、３５を用いて移動可能な状態で支持部材２１に支持されている。例えば、一方の軸３４がガイド軸とされる構成において、該ガイド軸がスライダ３０に形成された孔に挿通されるとともに、ガイド軸の各端部が支持部材２１に固定される。そして、他方の軸３５が駆動軸（つまり、超磁歪素子を用いたアクチュエータ１の駆動軸）とされて、スライダ３０に設けられた被係合部３０ｂに係合されている。尚、これに限らず、軸３４を駆動軸とし、軸３５をガイド軸にする等、各種実施での形態が可能である。
【００６７】
本構成において、超磁歪素子に結合された駆動軸３５（又は３４）の伸縮運動に伴い、スライダ３０がガイド軸に沿って直線的に駆動され、係合軸３３ａを介してリンク部材２９への回動力に変換される。即ち、駆動軸に対して該駆動軸との接触部分が滑らずに移動する第１の過程と、駆動軸に対して該駆動軸との接触部分に滑りが生じる第２の過程とが順次に繰り返され、駆動力がリンク部材２９に伝達される。
【００６８】
リンク部材２９は、それらのアーム部３１、３２を介して羽根部材２２、２３を移動させるためのリンク機構３６を構成しており、駆動軸３５（又は３４）からリンク機構を介した回動力が羽根部材２２、２３に伝わる。その結果、図６に示すように、羽根部材同士が最も離れた状態と、図７に示すように羽根部材同士が最も接近した状態との間の任意の位置に亘って可動羽根が移動される。
【００６９】
図９は、超磁歪素子を用いたアクチュエータの構造例を示したものであり、部分的に切り欠いて断面構成を示している。
【００７０】
本例では、超磁歪素子３７に駆動軸３８が固定され、それらを中心軸として周囲に配置される振動励起用コイル３９、ヨーク４０を備えている。
【００７１】
超磁歪素子３７は円柱状に形成されていて、その一端部が固定部材４１に固定されている。尚、図中の矢印「α」は、前記超磁歪材料を用いて軸（振動軸）として形成される素子の振動方向を示している。また、固定部材４１については、共振防止等を考慮して、比重の大きい材料（例えば、タングステン）を用いて形成される。
【００７２】
駆動軸３８は、その一端部が超磁歪素子３７に固定されている。駆動軸３８の材質については、表面粗度又は摩擦係数が小さいことや、超磁歪素子３７の振動波形（図２の三角波形ｇ３参照。）を伝達し易いこと、そして、剛性が大きいことが望ましい。例えば、金属（ステンレス材料や鉄等）若しくはこれにカーボンコーティング等を施したもの又は炭素繊維強化プラスチック等を用いて形成される。
【００７３】
ヨーク４０は、超磁歪素子３７の周囲に設けられ、例えば、中心孔を有する円板部４０ａ、４０ａを、円筒部４０ｂで連結した如き形状を有し、鉄等の磁性材料を用いて形成されている。尚、ヨーク４０は、その一方の円板部４０ａが固定部材４１に固定されている。
【００７４】
振動励起用コイル３９は、超磁歪素子３７の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回されている。本例では、ヨーク４０の円筒部４０ｂの外周面に巻きつけられており、矢印「θ」で示す方向に電流に流れると、右ネジの法則に従って超磁歪素子３７の振動方向に沿うようにして磁界が発生する（コイル電流の向きに応じて磁界の向きが変わる。）。この磁界変化に応じて超磁歪素子３７が伸縮し、該変化に伴う駆動力が駆動軸３８から上記スライダ３０に伝達される。
【００７５】
超磁歪素子の部分、つまり、超磁歪材料で形成された軸（振動軸）と、駆動軸とを兼用する構成形態も挙げられるが、それよりも、両軸の機能を区別し、駆動軸を金属や炭素繊維強化材料で形成してこれを超磁歪素子に固定する構成形態が好ましい。例えば、超磁歪材料を用いて駆動軸も形成した場合に、その表面粗度が大きいことが問題とされる（摩擦により駆動時の消費電力が大きくなってしまう。）。
【００７６】
そこで、超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成することにより、このような問題を解消することができ、該駆動軸を超磁歪素子に固定して、該駆動軸とこれに接触される部材とが適度な摩擦力をもって当接された構成が好ましい。
【００７７】
図１０は、そのような構成例の要部を概略的に示したものである。
【００７８】
例えば、（Ａ）図のように、駆動軸３８の一端を接着等により、超磁歪材料で形成された振動軸４２に固定した構成と、（Ｂ）図のように、振動軸４２の一端部に有底穴４３を形成して、この穴に駆動軸３８の端部を圧入し又は接着等により固定した形態が挙げられる。尚、接着強度や機械的強度等を考慮した場合には、後者の形態が好ましい。
【００７９】
上記のように、超磁歪素子を有するリニア・アクチュエータを用いた形態において、リンク機構を介して二枚羽根の移動制御を行い、アイリスとしての要素とシャッターとしての要素を兼ね備えた装置構成を実現することができる。そして、二枚の羽根を同時に、かつ高速に移動させることが可能である。
【００８０】
以上に説明した構成によれば、例えば、下記に示す利点が得られる。
【００８１】
・カメラのアイリスやシャッター等の駆動装置への適用において、高速化に適し、応答性能を高められること。
・超磁歪素子の振動周波数に応じた伸縮量の制御で済み、アイリスメータのような磁気的検出素子が不要であること（アクチュエータの制御系が簡素化される。）。
・撮像装置の小型化、コンパクト化に有効であること。
・電動機を用いた駆動装置を採用する場合には、複数種類のモータを使用する必要があるが、超磁歪素子を用いた構成形態では、同一構成の駆動ユニットやデバイスを使用できること。
・静音化、低振動化が可能なこと（マイクロホンによる集音等への影響がない。）。
・従来の構成に比べて羽根部材の保持力が大きくなること（羽根部材の保持は勿論、重量が比較的大きい部材（ＮＤフィルタ等）の移動に有利である。）。
・従来の磁歪素子や電歪素子に比べ、同じ体積での伸び量が大きいため、駆動の速度が大きいこと。
【００８２】
・従来の磁歪素子や電歪素子に比べ、同じ移動量に対する駆動パルス数（総数）が少なくて済み、消費電力が低いこと。
・積層型の電歪素子と比べた場合に、より低い電圧（例えば、１０Ｖ以下）での駆動が可能であること。
・従来の磁歪素子と比べた場合に、磁気ヒステリシス損が少ないこと。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】超磁歪素子を用いた直線移動機構の原理説明図である。
【図２】移動体、超磁歪素子の変位量及び速度の時間的変化を例示した図である。
【図３】超磁歪素子を用いた回転機構の原理説明図である。
【図４】一枚羽根の駆動例を示した図である。
【図５】撮像装置への適用例を示す説明図である。
【図６】図７及び図８とともに、二枚羽根を用いた構成例を示したものであり、本図は、可動羽根の開閉状態を示す斜視図であり、最大開口状態を示す。
【図７】開口の閉塞状態を示す斜視図である。
【図８】図６、図７とは別の方向から見た斜視図である。
【図９】超磁歪素子を用いたアクチュエータの構成例を示した図である。
【図１０】駆動軸の固定形態を例示した説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
３…磁気−機械変換素子、９…制御用部材、１０…撮像装置、１９ａ…制御回路、２０…駆動装置、３６…リンク機構、３８…駆動軸、３９…振動励起用コイル、４０…ヨーク、４１…固定部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光量制御又は遮光のための制御用部材を回転させ又は移動させる、光学的な制御用部材の駆動装置において、
ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を用いて、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を上記制御用部材の回転力又は移動力に変換する
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子を形成する超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成するとともに該駆動軸を上記磁気−機械変換素子に固定し、該駆動軸から回転機構又はリンク機構を介して上記制御用部材が回転され又は移動される構成にした
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御回路を設け、
上記磁気−機械変換素子又は該素子に固定された駆動軸に対して接触部分が滑らずに移動する過程と、該素子又は該素子に固定された駆動軸に対して接触部分に滑りが生じる過程とが繰り返されて駆動力が回転機構又はリンク機構を介して上記制御用部材に伝達される
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回された振動励起用コイルと、上記磁気−機械変換素子の周囲に設けられたヨークと、上記磁気−機械変換素子の一端部を固定するために比重の大きい材料で形成された固定部材を備えている
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項５】
光量調節又はシャッター制御のために回転され又は移動される制御用部材を備えた撮像装置において、
ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を用いて、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を上記制御用部材の回転力又は移動力に変換する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
光量制御又は遮光のための制御用部材を回転させ又は移動させる、光学的な制御用部材の駆動装置において、
ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を用いて、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を上記制御用部材の回転力又は移動力に変換する
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子を形成する超磁歪材料に比して表面粗度又は摩擦係数の小さい材料を用いて駆動軸を形成するとともに該駆動軸を上記磁気−機械変換素子に固定し、該駆動軸から回転機構又はリンク機構を介して上記制御用部材が回転され又は移動される構成にした
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子に係る伸び量の速度と縮み量の速度とが異なるように伸縮状態を変化させるための制御回路を設け、
上記磁気−機械変換素子又は該素子に固定された駆動軸に対して接触部分が滑らずに移動する過程と、該素子又は該素子に固定された駆動軸に対して接触部分に滑りが生じる過程とが繰り返されて駆動力が回転機構又はリンク機構を介して上記制御用部材に伝達される
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載した光学的な制御用部材の駆動装置において、
上記磁気−機械変換素子の振動方向に延びる軸を中心軸としてその回りに巻回された振動励起用コイルと、上記磁気−機械変換素子の周囲に設けられたヨークと、上記磁気−機械変換素子の一端部を固定するために比重の大きい材料で形成された固定部材を備えている
ことを特徴とする光学的な制御用部材の駆動装置。
【請求項５】
光量調節又はシャッター制御のために回転され又は移動される制御用部材を備えた撮像装置において、
ジュール効果により巨大磁歪が得られる磁気−機械変換素子を用いて、磁界変化に応じた該素子の伸縮変化に伴う駆動力を上記制御用部材の回転力又は移動力に変換する
ことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２６２５８０（Ｐ２００６−２６２５８０Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７４５６６（Ｐ２００５−７４５６６）
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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