ＳＭＡ作動装置
ＳＭＡ作動装置は、たとえば光学画像の安定化を図るために、ＳＭＡアクチュエータワイヤを使用して、支持構造体上に支持された可動要素を動かす。８本のＳＭＡアクチュエータワイヤが、仮想主軸に対して傾いて配置され、その主軸周りの４つの側面上それぞれに１対のＳＭＡアクチュエータワイヤが存在する。４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが収縮すると、主軸に沿って対向する方向の成分を有する力を発生するように、ＳＭＡアクチュエータが連結され、その結果、それらグループは、主軸に沿う運動を実現することができる。各グループのＳＭＡアクチュエータワイヤは主軸周りに２回回転対称であり、その結果、横方向運動または傾動を実現することができる互いに対抗するＳＭＡアクチュエータワイヤが存在する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持構造体上に支持された可動要素の位置制御を行うためのＳＭＡ（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ：形状記憶合金）アクチュエータワイヤの使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動要素の位置制御を行うことが望ましい様々なタイプの装置が存在する。ＳＭＡワイヤは、特にその高エネルギー密度により、その種装置のアクチュエータとして利点があり、その高エネルギー密度は、所与の力を加えるのに必要とされるＳＭＡアクチュエータが比較的小型であることを意味する。
【０００３】
ＳＭＡワイヤがアクチュエータとして使用されていることが知られている装置の１つのタイプがカメラ、特に小型カメラである。一例として、国際公開第２００７／１１３４７８号は、たとえばカメラのレンズ要素によって画像センサ上に形成される画像を合焦させる目的で、光軸に沿うカメラのレンズ要素の運動を駆動するためにＳＭＡアクチュエータワイヤが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。別の例として、国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号はそれぞれ、カメラのレンズ要素および画像センサを含むカメラユニットの傾動を駆動することによってカメラの光学画像の安定化（ＯＩＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ）を図るように駆動するためにＳＭＡアクチュエータワイヤが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。傾動は、カメラのレンズ要素によって画像センサ上に形成される画像を振動に対して安定させるように制御される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、
支持構造体と、
支持構造体に対して運動することが可能なように支持構造体上に支持されている可動要素と、
仮想的な主軸に対して傾き、主軸周りの４つの側面上それぞれに１対のＳＭＡアクチュエータワイヤが存在する８本のＳＭＡアクチュエータワイヤであって、４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが収縮すると、主軸に沿って対向する方向の成分を有する力を可動要素に及ぼすように、ＳＭＡアクチュエータが、可動要素と支持構造体との間に連結され、各グループのＳＭＡアクチュエータワイヤが、主軸周りに２回回転対称に配置されている、８本のＳＭＡアクチュエータワイヤと
を備えるＳＭＡ作動装置が提供される。
【０００５】
このように、ＳＭＡ作動装置は、多自由度によって可動要素の位置制御を行うことができるように構成された８本のＳＭＡアクチュエータワイヤを使用する。各ＳＭＡアクチュエータワイヤが独立に駆動される最も一般的な場合には、位置制御は、以下の全ての自由度で可動要素を動かせるように形成することができる。すなわち、主軸に沿う運動、主軸に横向きのあらゆる任意の方向の運動、あらゆる任意の方向の傾動である。いくつかの実施形態では、任意選択で、より制約した方式で駆動を実施することができるが、一般的に言えば、ＳＭＡ作動装置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤの様々な組合せを選択的に作動させることによって、多様な位置制御を実現する。
【０００６】
位置制御の自由度は、以下のように、ＳＭＡアクチュエータワイヤの構成から生じる。４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが、対向する方向の成分を有する力を可動要素に及ぼし、それにより、こられグループを共通に作動させると、主軸に沿う運動が駆動される。配置が対称なため、各グループ内のＳＭＡアクチュエータワイヤの対に差違のある作動をさせると、傾動運動が駆動される。さらに、配置が対称なため、主軸に横方向の成分を有する力を発生するＳＭＡアクチュエータワイヤの対がある。したがって、それぞれの対を共通に作動させることによって、それら横方向の運動が駆動される。その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤのこれら組合せの選択的な作動を組み合わせて様々な運動を駆動することができる。
【０００７】
一般に、ＳＭＡ作動装置は、支持構造体上に支持された広範囲のタイプの可動要素の位置制御を行うために用いることができる。カメラ装置内の非限定的ないくつかの例が、次いで、説明される。
【０００８】
一例では、ＳＭＡ作動装置は、画像センサと、画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素とを備えるカメラユニットの運動を駆動することによって、ＯＩＳを有するカメラを形成するために使用することができる。この場合には、主軸が、カメラレンズ要素の主軸である。ＳＭＡ作動装置は、国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号に開示されたのと同じ方式でカメラユニットの傾動を駆動するために使用することができる。さらに、ＳＭＡ作動装置は、光軸に横方向にカメラユニットの運動を駆動するために使用することができる。傾動は、光軸に直交する傾斜によって生じるぼけに対して安定化を図る。光軸周りの傾斜によって生じるぼけに対して安定化を図るために、横向きの運動をさらに使用することができることが認められている。この追加のＯＩＳは、小型カメラに適合されたとき特に利点を有し、その場合、比較的広角の画像は、光軸周りのそのような傾斜によって生じるぼけを特に受けやすい。
【０００９】
別の例では、ＳＭＡ作動装置は、ＯＩＳを有し、たとえば合焦のために、光軸に沿うカメラレンズ要素の運動を有するカメラを形成するために使用することができる。この例では、ＳＭＡ作動装置は、支持構造体に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、可動要素は、画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素を備える。主軸は、カメラレンズ要素の光軸である。ＳＭＡ作動装置は、光軸に横向きのカメラ要素の運動によるＯＩＳ、ならびに光軸に沿うカメラレンズ要素の運動を実施することができる。これは、ＯＩＳの実施と、光軸に沿うカメラレンズ要素の運動の実施とに別々の作動機構が用いられるカメラに比較して、全体の大きさを減少させるので、有利である。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、独立に制御される複数のＳＭＡワイヤを使用する、小型カメラ用の光学画像安定化装置であって、各ワイヤに印加される電力が制御され、各ワイヤの電気抵抗が、制御を可能にするために監視され、ワイヤがさらに、基礎励起（基部励振又は励弧（ｂａｓｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ））によってカメラモジュールに加えられる傾斜を感知するために、協調して作用し、ＳＭＡワイヤシステム上に懸架されているカメラモジュールの実効共振周波数を低下させるようにワイヤを制御することによって、ワイヤが、ジャイロスコープセンサなしでＯＩＳ機能を達成するように制御される、光学画像安定化装置が提供される。
【００１１】
より良い理解を可能にするために、次いで、本発明の実施形態が、添付図面を参照して非限定的例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＳＭＡ作動装置の第１の配置の図である。
【図２】ＳＭＡ作動装置の第２の配置の図である。
【図３】ＳＭＡ作動装置の第３の配置の図である。
【図４】ＳＭＡ作動装置の第４の配置の図である。
【図５】ＳＭＡ作動装置の第５の配置の図である。
【図６】ＳＭＡ作動ワイヤの制御回路の構成図である。
【図７】制御回路の駆動回路の構成図である。
【図８】ＯＩＳを行うカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【図９】図８または図１０のカメラ装置用に適合された制御回路の構成図である。
【図１０】ＯＩＳおよびレンズの運動を行うカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【図１１】ＳＭＡ作動装置の第１の構造の透視図である。
【図１２】図１１の支持構造体の透視図である。
【図１３】図１１の可動要素の透視図である。
【図１４】ＳＭＡ作動装置の第２の構造の透視図である。
【図１５】図１４の支持構造体の透視図である。
【図１６】図１４の可動要素の透視図である。
【図１７】図１４のサブアセンブリの透視図である。
【図１８】図１４のサブアセンブリの透視図である。
【図１９】図１７のサブアセンブリの組立ての透視図である。
【図２０】図１８のサブアセンブリの組立ての透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ＳＭＡ作動装置１０のいくつかの異なる配置が、図１〜５に示されており、次いで、説明される。各事例では、可動要素１１が、８つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８によって支持構造体１２上に支持されている。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の配置は変化しているが、共通の要素は共通の参照番号を有する。
【００１４】
可動要素１１は、一般にいかなるタイプの要素でもよい。可動要素１１は、主軸Ｐに沿って視ると正方形を有するが、より一般にはいかなる形状をも有し得る。支持構造体１２は、概略的に図示されているが、一般には、可動要素１１を支持するのに適したいかなるタイプの要素でもよい。支持構造体１２は、可動要素１１が支持構造体に対して運動することができるように可動要素を支持する。図１〜５の配置では、可動要素１１は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のみによって支持構造体１２に支持されているが、原理的に、ＳＭＡ作動装置１０は、可動要素１１を支持構造体１２にさらに懸架する懸架システムを備えてもよい。
【００１５】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、場合によっては中間構成要素を介して、可動要素１１および支持構造体１２のそれぞれ１つに両端で連結される１本のＳＭＡワイヤを備える。機械的連結を行う任意の適切な手段を使用することができ、たとえば任意選択で接着剤を使用することによって補強されたクリンピング部材を使用してもよい。さらに、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する電気的接続が、たとえばクリンピング部材が使用されればそれによって、行われる。
【００１６】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、主軸Ｐの側面に沿って、主軸Ｐに関し放射状の仮想線に対して垂直に、主軸に対して傾いて延在する。各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、引張状態に保持され、それによって、主軸Ｐに沿う方向の力成分および主軸Ｐに垂直な横方向の力成分を及ぼす。
【００１７】
ＳＭＡ材は、加熱すると、ＳＭＡ材を収縮させる固体相変化を生じる特性を有する。低温では、ＳＭＡ材はマルテンサイト相に移行する。高温では、ＳＭＡは、ＳＭＡ材に収縮を生じさせる変形を起こすオーステナイト相に移行する。相変化は、ＳＭＡ結晶構造の転移温度の統計的分布による温度範囲全体を通じて生じる。このように、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を加熱することによって、それらワイヤの長さが減少する。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、任意の適切なＳＭＡ材、たとえばニチノールまたは別のチタニウム合金ＳＭＡ材から製作することができる。有利には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の材料成分および前処理は、通常作動中の予想環境温度より上の、位置制御の範囲を最大限にするような可能な限り広い温度範囲に亘って相変化を行うように選択される。
【００１８】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本を加熱すると、その応力が増加し、そのＳＭＡアクチュエータワイヤが収縮する。これが、可動要素１１を運動させる。運動の範囲は、マルテンサイト相からオーステナイト相へのＳＭＡ材の転移が生じる温度の範囲を通してＳＭＡの温度が増加するにつれて広がる。逆に、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本をその応力が減少するように冷却すると、そのＳＭＡアクチュエータワイヤが、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対抗するワイヤからの力を受けて伸長する。これにより、可動要素１１を反対方向に動かすことができる。
【００１９】
光軸Ｏに沿った、支持構造体１２に対する可動要素１１の位置が、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の温度を変化させることによって制御される。これは、抵抗加熱を生じる駆動電流をＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に通すことによって達成される。加熱は、駆動電流によって直接行われる。冷却は、駆動電流を減少または停止して可動要素１１をその周囲への熱伝導によって冷却させることによって行われる。
【００２０】
図１に示されるＳＭＡ作動装置１０の第１の配置は以下の通りである。
【００２１】
２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が、主軸Ｐの周りの４つの側面のそれぞれに配置されている。各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、たとえばＳＭＡアクチュエータワイヤ１および２は、主軸Ｐから垂直方向に視て互いに反対方向に傾き、互いに交差している。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が配置されている４つの側面は、主軸Ｐの周りを一周して延在する。この例では、側面同士は直交し、その結果、主軸Ｐに沿って視ると正方形を形成するが、その代わりに、側面同士は違う４辺形を取ることもできる。この例では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、ＳＭＡ作動装置１０を好都合に実装する可動要素１１の外面に平行であるが、必須ではない。
【００２２】
各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、主軸Ｐに沿う同じ方向の成分を有する力を可動要素１１に及ぼすように可動要素１１および支持構造体１２に連結され、これが、隣り合う側面に互い違いに起こる。それにより、対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４が、一方の方向（図１では下向き）の力を発生するグループを形成し、別の対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８が、反対方向（図１では上向き）の力を発生するグループを形成する。
【００２３】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、長さおよび傾斜角が同じである対称な配置を有し、その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループの両方が、それぞれ主軸Ｐの周りに２回回転対称に配置されている（すなわち、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８および可動要素１１の正方形の面に垂直に）。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４およびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループは、主軸Ｐに沿って同じ位置に設けられている。
【００２４】
この対称配置の結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の様々な組合せを選択的に作動させると、以下の通り、可動要素１１の運動を多数の自由度で駆動することができる。
【００２５】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループに共通の作動をさせると、主軸Ｐに沿った運動を駆動する。
【００２６】
各グループ内で、対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜２、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３〜４）に差違のある作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸周りの傾動を駆動する。あらゆる任意の方向の傾動を、２つの横軸周りの傾斜の線型組合せとして実現することができる。
【００２７】
各グループ内で、平行な２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１および４、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ２および３）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００２８】
図２に示されるＳＭＡ作動装置１０の第２の配置は以下の通り行われている。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、第１の配置と同じ構成を有する。ただし、ＳＭＡ作動装置１０は、可動要素の各側面上に配置された枢動部材１３をさらに備える。各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ、たとえばＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜２が、それぞれ枢動部材１３に連結され、その結果、それらＳＭＡアクチュエータワイヤは、可動要素１１に間接的に連結されている。枢動部材１３はそれぞれ、２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が枢動部材に連結されている間の中途位置で可動要素１１に枢動的に連結されている。したがって、枢動部材１３は、２本のＳＭＡワイヤ１〜８と可動要素１１との間の枢動を可能にし、それによって、一方のグループのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４（または５〜８）が、他方のグループのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８（または１〜４）からの干渉なしに可動要素１１の傾動を駆動することを可能にする。
【００２９】
ＳＭＡ作動装置１０の第２の配置は、第１の配置と同様に作動する。
【００３０】
主軸Ｐに沿った運動を駆動する２つのグループそれぞれが、主軸Ｐ周りに２回回転対称であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の別の配置を実現することが、たとえば以下のように可能である。
【００３１】
図３に示されるＳＭＡ作動装置１０の第３の配置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループとＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループとが主軸に沿って別々の位置に設けられている以外は、第１の配置と同じである。ＳＭＡ作動装置１０の第３の配置は、第１の配置と同様に作動する。
【００３２】
図４に示されるＳＭＡ作動装置１０の第４の配置は以下のように行われる。
【００３３】
第４の配置は、主軸Ｐの４つの垂直側面のそれぞれの上に、第１の配置と本質的に同じ位置に配置されているが、可動要素１１および支持構造体に異なる連結をされたＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を備える。それによって、各側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本が、主軸Ｐに沿って同じ方向の力を可動要素１１に及ぼす。詳細には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７が一方の方向（図４では上向き）の力を発生するグループを形成し、他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８が、反対方向（図４では下向き）の力を発生するグループを形成する。
【００３４】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、長さおよび傾斜角が同じである対称な配置を有し、その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループの両方が、それぞれ主軸Ｐの周りに２回回転対称に配置されている（すなわち、隣接する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８間の角度を２等分し、可動要素の正方形の対角線に交差して）。
【００３５】
この対称配置の結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の様々な組合せを選択的に作動させると、以下の通り、可動要素１１の運動を多数の自由度で駆動することができる。
【００３６】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループに共通の作動をさせると、主軸Ｐに沿った運動を駆動する。
【００３７】
各グループ内で、ＳＭＡアクチュエータワイヤの隣接する対（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、７、および他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３、５）に差違のある作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸周りの傾動を駆動する。あらゆる任意の方向の傾動を、２つの横軸周りの傾斜の線型組合せとして実現することができる。
【００３８】
各グループから２本のＳＭＡアクチュエータワイヤを含む４本のＳＭＡアクチュエータワイヤのセット（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、２、７、８、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３〜６）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００３９】
図５に示されるＳＭＡ作動装置１０の第５の配置は以下のように行われる。
【００４０】
第５の配置は、各側面上の１方のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、すなわちＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８の傾きが逆向きであり、その結果、それらＳＭＡアクチュエータワイヤが、同じ側面上の他方のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、すなわちＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７に平行であることを除いては、第４の配置と同様である。
【００４１】
したがって、第５の配置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤの同じグループ、すなわち、第４の配置のように、共通に作動させると主軸Ｐに沿う方向の力を発生し、差違のある作動をさせると傾斜を発生するＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループを備える。同様に、各グループから２本のＳＭＡアクチュエータワイヤを含む４本のＳＭＡアクチュエータワイヤのセット（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、４、６、７、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ２、３、５、８）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００４２】
次いで、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の制御がさらに論じられる。
【００４３】
図６に示される制御回路２０が、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対する駆動信号を生成する。制御回路２０は、運動信号２１によって表される所望の運動から駆動信号を導出する。１つの運動信号は、主軸Ｐに沿う所望の運動ｘを表す。別の運動信号は、主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す。別の運動信号は所望の傾斜θ１、θ２を表す。
【００４４】
運動信号２１は、プロセッサまたはハードウェアに実装することができるマトリックスコントローラ２２に入力される。マトリックスコントローラ２２は、運動信号２２に基づいてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対して制御信号を生成する。これには、それぞれの自由度による運動を達成するために各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に必要な収縮に関するマトリックス計算を用いる。したがって、マトリックス計算は、ＳＭＡ作動装置１０のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の実際の構成を表し、上記の第１から第５の配置のそれぞれに対して異なる。
【００４５】
第１から第５の配置のそれぞれに関して上記に詳述したように、それぞれの自由度による運動に対して、収縮すると反対方向に運動を駆動するＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のセットが存在する。制御信号は、それぞれの運動信号２１に対して、それらセットに差違のある収縮を行わせる。したがって、運動信号２１の１つによって表されるいかなる自由度においても、２セットの対抗するＳＭＡアクチュエータワイヤに対する制御信号が、その自由度での、差違のある変位を実現するように生成される。実際に、これは、それらセットに対する制御信号が、その自由度による要求された運動を表す、差違のある成分を有することを意味する。
【００４６】
様々な運動信号２１によって表される様々な自由度による運動から生じる、ＳＭＡアクチュエータ１〜８の様々なセットの差違のある収縮を表す差違のある成分は、線型に加算することができる。このようにして、いかなる自由度を含むいかなる運動も、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の適切な組合せを選択的に作動させる制御信号に変換することができる。
【００４７】
これら差違のある成分は、ＳＭＡ材のヒステリシスなどの非線型作用を補正するために、様々な補正アルゴリズムによって修正することができる。
【００４８】
さらに、制御信号は、ＳＭＡアクチュエータ１〜８の所望の応力を表す共通成分を含む。それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が互いに応力を掛けるので、この応力を、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱を変化させることによって制御することができる。これによって、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の応力サイクルの能動的制御が可能になる。ＳＭＡ作動装置１０は、最小限にその応力の範囲を抑えながら、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に比較的高応力を発生するように構成される。高応力は、ＳＭＡ材の応力が収縮を生じさせるのに十分になるまで温度を上昇させる。したがって、共通成分は、環境温度に応答して変化され得、環境温度自体は、温度センサ（図示せず）または環境温度が増加すると増加するＳＭＡアクチュエータ１〜８の測定電気パラメータから求められる。逆に、歪の大きな変化に対して応力の範囲を小さく保つと、疲労作用を最小限に抑える利点を有する。応力範囲を最小限に抑えると、ＳＭＡ材の相を変化させそれを収縮させるのに必要な駆動電力を最小限に抑える効果も有する。
【００４９】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、マトリックスコントローラ２２によって該当ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に関する制御信号が入力されるそれぞれの駆動回路２３に接続されている。駆動回路２３は、制御信号に従って駆動信号を生成し、その駆動信号をＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に入力する。各駆動回路２３は、単独のＳＭＡアクチュエータワイヤ１について図７に示されたのと同一の配置を有する。
【００５０】
駆動回路２３は、マトリックスコントローラ２２から制御信号が入力され、抵抗フィードバックを用いてドライバ２５を制御する駆動コントローラ２４を備える。駆動コントローラ２４は、プロセッサに実装することができる。マトリックスコントローラ２２および駆動コントローラ２４は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、それらを共通のプロセッサに実装することもできる。
【００５１】
ドライバ２５は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１に駆動電流を供給するように接続されている。ドライバ２５は、定電圧電源でも定電流電源でもよい。たとえば、後者の場合、定電流は１２０ｍＡ程度であり得る。
【００５２】
駆動回路２３は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗を検出するために配置された検出回路２６をさらに備える。ドライバ２５が定電流電源である場合、検出回路２６は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗値の尺度であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１両端間の電圧を検出するように作動可能な電圧検出回路でもよい。ドライバ２５が定電圧電源である場合、検出回路２６は電流検出回路でもよい。より高度な精度のために、検出回路２６は、ＳＭＡアクチュエータ両端間の電圧およびそれを通る電流の両方を検出し、それらの比率として抵抗の測定値を導出するように作動可能な、電圧検出回路と電流検出回路とを備えてもよい。
【００５３】
駆動コントローラ２４は、パルス幅変調電流を供給するドライバ２５を制御するように配置されている。駆動コントローラ２４は、検出回路２６によって測定された抵抗値を受け取り、ドライバ２６のＰＷＭデューティサイクルを制御するための閉ループアルゴリズムにおけるフィードバック信号としてそれを使用して、全体制御信号によって表される要求値に従ってＳＭＡアクチュエータ３１を作動させる。その閉ループは比例型でもよい。
【００５４】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の電気抵抗を位置に関するフィードバックパラメータとして使用することによって、機能的運動範囲全体に亘って、ＳＭＡ材の収縮および伸長は、その電気抵抗とほぼ線型になる。ヒステリシスおよびクリープを含めて、非線型性がある程度生じる。これらを無視することもできるが、より良好な線型性のために、閉ループ制御アルゴリズムにおいてこれらを補正することもできる。
【００５５】
ＳＭＡ作動装置１０は、広範囲のタイプの可動要素１１の位置制御を実現するために使用することができるが、ＳＭＡ作動装置がカメラ装置であるいくつかの非限定的例が、次いで説明される。
【００５６】
第１の例では、ＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図８に概略的に示された、ＯＩＳを実行するように配置されたカメラ装置であり、断面は、カメラ装置の光軸である主軸Ｐに沿って取られている。そのカメラ装置は、携帯電話機、メディアプレイヤまたは携帯情報端末などの携帯電子装置に組み込まれる。したがって、小型化が重要な設計基準である。
【００５７】
可動要素１１は、機能上のカメラであるカメラユニットであり、画像センサ３０およびカメラレンズ要素３１を備え、支持構造体１２は、制御回路２０が実装されているＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）チップ３４がその上に存在するカメラ支持体である。
【００５８】
可動要素１１は、画像センサ３０が装着され接続されているプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）３２をその底面に有する。カメラレンズ要素３１は、ＰＣＢ３２に向けて筐体３３によって支持されており、画像センサ３０上に画像を集束するように配置されている。画像センサ３０は、画像を捕捉し、いかなる適切なタイプのもの、たとえばＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化物半導体）素子でもよい。カメラユニットは、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズをカメラレンズ要素３１が有する小型カメラである。
【００５９】
さらに以下に説明するように、ＯＩＳは、可動要素１１全体を運動させることによって実現され、カメラユニットの内部構造がこの目的に対応しなくて済む利点を有する。したがって、カメラユニットは、機能的に標準的カメラでよく、ＯＩＳ機能に拘わらず、所望の光学性能を実現するためにいかなる所望の構造をも有し得、たとえば、単一レンズまたは複数のレンズを備え、固定焦点式または可変焦点式である。
【００６０】
この例では、ＯＩＳは、可動要素１１を傾動することによって行われるが、光軸である主軸Ｐに垂直な横軸に沿って可動要素１１を動かすことによっても行われる。したがって、ＳＭＡ作動装置は、傾動のみによってＯＩＳを行うカメラに勝る利点を提供する。これは、小型カメラ用のＯＩＳシステムは、より大型のデジタルスチールカメラに用いられるものとは異なる形で使用されるという認識に基づいている。この所見は、現時点では市場が認識していないと思われる。主として、デジタルスチールカメラ用のＯＩＳシステムは、カメラから遠い対象の望遠画像を撮るときの画像のぶれに対処するために使用される。そのような状況では、光軸に直交する軸周りのカメラの傾斜が、画像のぶれの主な原因である。
【００６１】
しかし、小型カメラに関し、光学ズームは現時点では使用されていず、画像は広角である（たとえば典型的には６０度視野を有する）。そのような状況では、画像が広角であるほど、光軸に直交する傾斜に加えて、光軸周りの傾斜によって起きるぼけを生じやすい。小型カメラ用のＯＩＳは、より良好な室内、低光量画像を可能にするより長い露出時間を許容する利点を有する。これは小型カメラに関して、画素およびレンズが小さいので、比較的少しの光子しかカメラに入らず画素によって感知されないので、特に重要である。したがって、ＯＩＳシステムは、低光量状態での画質を改善する効果を有し、小型カメラを「より大型」に見せかけることを可能にする。カメラのビデオモードでのぶれを減少させるためにＯＩＳシステムを使用することもある。
【００６２】
したがって、通常の２つではなく、直交する３つの軸（光軸を含めて）での傾斜を補正することが極めて有利である。この知見は、現時点では顧客仕様書に反映されていない。しかし、ＳＭＡ作動装置１０は、この知見を利用して、直交３軸におけるカメラの動的傾斜を積極的に補正することを可能にするアクチュエータ配置を提供する。
【００６３】
マクロ画像に関しては、カメラの横ぶれ（傾斜に対して）によって生じる画像のぼけもまた著しい場合があることにも留意すべきである。これに対処するにはいくつかの方策があり、その１つは、この横ぶれを加速度計によって感知し、次いで、傾斜を誘起することによってそれを補正することであり、その誘起傾斜は、カメラからの撮影距離に関する情報を提供するカメラの自動焦点状態に依存する。これは、横ぶれを補正するために必要な傾斜は、カメラからの撮影距離に依存するからである。
【００６４】
別法は、これら誘発線型運動を補正するために、カメラを横方向に変位させる追加の自由度を実現することがさらにできる作動機構を試行し準備することである。ＳＭＡ作動装置１０は、これら追加の自由度を可能にする。
【００６５】
ＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、ＯＩＳ機能を実現するために図９に示すように適合される。
【００６６】
制御回路２０は、可動要素１１の角速度を表す信号を出力し、それによって、ＳＭＡ作動装置１０が受けている振動を検出する振動センサとして作動するジャイロスコープセンサ２７をさらに備える。ジャイロスコープセンサ２７は、通常、互いに垂直でかつ光軸に垂直な２軸周り、ならびに光軸周りの振動を検出する１対の小型ジャイロスコープであるが、一般に、より多くの数のジャイロスコープまたは他のタイプの振動センサを使用することもできる。
【００６７】
ジャイロスコープセンサ２７からの出力信号は、プロセッサに実装することができるＯＩＳコントローラ２８に入力される。マトリックスコントローラ２２およびＯＩＳコントローラ２８は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、それらを共通のプロセッサに実装することもできる。ＯＩＳコントローラ２８は、ＳＭＡ作動装置１０全体としての運動を補正するために必要な可動要素１１の運動を表す運動信号２１を導出する。これは、所望の傾斜θ１、θ２、および主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す運動信号２１を含む。この例では、主軸Ｐに沿う運動は必要なく、それ故、主軸Ｐに沿う所望の運動ｘを表す運動信号２１は事実上固定されまたは使用されなくてもよい。
【００６８】
ジャイロスコープセンサ２７は、支持構造体１２上に装着されているので、出力信号は支持構造体１２の振動を表す。上記の振動は常に存在し、ＯＩＳは、可動要素１１をそれに対抗して傾動させることによって達成される。したがって、ＯＩＳコントローラ２８は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾斜とは逆の所望の運動を実現する運動信号２１を生成する。
【００６９】
第２の例では、ＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図１０に概略的に示された、ＯＩＳと光軸に沿うレンズ要素の運動とを実行するように配置されたカメラ装置であり、断面は、光軸である主軸Ｐに沿って取られている。そのカメラ装置は、携帯電話機、メディアプレイヤまたは携帯情報端末などの携帯電子装置に組み込まれる。したがって、小型化が重要な設計基準である。
【００７０】
支持構造体１２は、画像センサ４０を支持するカメラ支持体であり、制御回路２０が実装されているＩＣ（集積回路）チップ４２がその上に存在する。可動要素１１は、画像センサ４０上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素４１を備える。画像センサ４０は、画像を捕捉し、いかなる適切なタイプのもの、たとえばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）素子でもよい。カメラ装置は、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズをカメラレンズ要素４１が有する小型カメラである。
【００７１】
この例では、ＯＩＳは、カメラレンズ要素４１を光軸に横向きに動かすことによって行われる。さらに、カメラレンズ要素４１は、たとえば合焦を行うために光軸に沿って動かすことができる。このように、ＯＩＳ機能と運動機能とがＳＭＡ作動装置１０において組み合わされている。
【００７２】
たとえば国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号に開示されているような、ＯＩＳ機能を果たすためにＳＭＡアクチュエータワイヤを用いる多くの既知の配置では、レンズ要素および画像センサを含めてカメラ全体を、実質的に剛体として傾動させることによって行われる。小型カメラではレンズ要素を画像センサに整合させることが難しく、製造公差が極めて厳しいので、使用者の手ぶれを補正するこの方法は、原則として最良のＯＩＳ性能をもたらす。さらに、補正される使用者の手ぶれは原則としてカメラの傾斜であり、その補正にはやはりカメラを傾斜させればよいことは直感的に理解できる。しかし、この例では、ＯＩＳは、他のいくつかの問題を緩和するために、異なる実現がなされる。
【００７３】
第１に、小型カメラは、通常、携帯電話機などの多機能製品内に使用される。そのような最新の電話機では、迫真性および遊戯性の増強を含めて、様々な機能を果たすために、ジャイロスコープおよび加速度計を電話機に組み入れることが益々一般的になっている。製品に１つのジャイロパッケージを使用することによって、ＯＩＳ感知機能を含めて複数の機能を果たすことが高度に望ましい。このようにすると、コストが削減される。通常、現時点では、そのようなジャイロは約＄２掛かり、他方、ＯＩＳアクチュエータ機構は、おそらくこれより安くなる。したがって、ジャイロをカメラに組み入れずに、装置１０のマザーボードに装着し、それによって、他の機能にもそのジャイロを使用できるようにすることが極めて有利である。これにより、カメラのＯＩＳ機能の事実上の付加コストが削減される。
【００７４】
第２は、この第１の点に関連して、組み入れることを回避することによって、電話のジャイロはカメラを小さくし、正方形の設置領域を有することを可能にすることである。これにより、弾力的な電話機アーキテクチャにおいて、ＯＩＳなしのカメラをＯＩＳ付きのカメラと交換することが容易になる。ジャイロを「カメラ以外に」組み入れるのが市場的に好ましいとの結論を得て、その結果の１つは、カメラ傾斜への単純な閉ループフィードバックが失われたことである。これは、ＯＩＳ性能を劣化させもするが、ＯＩＳ機能を発揮するのに使用することができるアクチュエータアーキテクチャの可能性を広げもする。
【００７５】
本発明が緩和すると見られる、カメラ傾動アーキテクチャに関するさらに３つの問題がある。
【００７６】
第１の問題は、「カメラ傾斜」方法では、固定されたカメラ構造体に対して画像センサが動くことである。これは、画像センサからカメラの固定構造体および携帯電話機のマザーボードへの電気的接続配線が極めて困難であることを表す。これに対する解決策は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）から配線への接続周りに集中するが、ＦＰＣ設計にも、接点の数が多くデータ転送速度が高いために問題が残っている。したがって、画像センサが静止し固定されたままであることが極めて望ましい。
【００７７】
第２の問題は、カメラ傾斜方法は、最小限としてレンズおよび画像センサを備え、周囲の支持構造体の内側で傾斜する必要がある支持構造体を有するカメラ構造体が存在することを要することである。カメラは有限の占有領域を有するので、カメラの傾斜は、ＯＩＳカメラのカメラ厚さ（高さ）が、ＯＩＳなしの同等のカメラに対するより大きい必要があることを意味する。携帯電話機では、カメラの高さを最小限にすることが極めて望ましい。
【００７８】
第３の問題は、カメラ全体を傾動させることによって、ＯＩＳなしのカメラのそれを超えてカメラ占有領域を増加させることなしに傾動アクチュエータを組み入れることが困難であることである。
【００７９】
したがって、この例では、「レンズ変位」と言うと、レンズ要素は、光軸に共に直交する２つの直交方向に線型に動かされる。その結果生じる画像補正は、使用者の手ぶれの影響を完全には打ち消さないが、上記の制約を考慮すれば、その達成度は十分に良好と見られる。さらに、それは、同じＳＭＡ作動装置によって、光軸に沿うレンズの運動を達成することを可能にする。これは、ＯＩＳと光軸に沿う運動とに別々の機構を使用することに比較して、大きさを減少させる。
【００８０】
ＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、図１０に示されるこの例、ならびに図８に示される例のためのＯＩＳ機能を実現するために、図９に示すように適合される。ただし、この事例では、作動は以下の通りである。
【００８１】
制御回路２０は、可動要素１１の角速度を表す信号を出力し、それによって、ＳＭＡ作動装置１０が受けている振動を検出する振動センサとして作動するジャイロスコープセンサ２７をさらに備える。ジャイロスコープセンサ２７は、通常、互いに垂直でかつ光軸に垂直な２軸周りの振動を検出する１対の小型ジャイロスコープであるが、一般に、より多くの数のジャイロスコープまたは他のタイプの振動センサを使用することもできる。
【００８２】
ジャイロスコープセンサ２７からの出力信号は、プロセッサに実装することができるＯＩＳコントローラ２８に入力される。マトリックスコントローラ２２およびＯＩＳコントローラ２８は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、共通のプロセッサに実装することもできる。ＯＩＳコントローラ２８は、ＳＭＡ作動装置１０全体としての運動を補正するために必要な可動要素１１の運動を表す運動信号２１を導出する。これは、主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す運動信号２１を含む。ＯＩＳコントローラ２８はまた、光軸、すなわち主軸Ｐに沿う所望の運動を表す運動信号も生成する。レンズ要素４１の構成に応じて、この信号は、合焦を行うことができ、視野を変化させることができる。この所望の運動は、利用者の入力によって選択することができる。あるいは、所望の運動は、たとえば画像センサ４０の出力に基づいて、自動合焦アルゴリズムによって駆動することができる。この例では、傾動運動は必要とされず、それ故、所望の傾斜θ１、θ２を表す運動信号２１は、事実上固定され、または使用しなくてよい。
【００８３】
ジャイロスコープセンサ２７は、支持構造体１２上に装着されているので、出力信号は支持構造体２の振動を表す。上記の振動は常に存在し、ＯＩＳは、カメラレンズ要素４１をそれに対抗して運動させることによって達成される。したがって、ＯＩＳコントローラ２８は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾斜とは逆の所望の運動を実現する運動信号２１を生成する。
【００８４】
図８および１０の第１および第２の例両方共に、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、ＯＩＳを行うために十分な応答速度を実現することができる。通常、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、１０Ｈｚまで、２０Ｈｚまで、または３０Ｈｚまでの周波数帯域全体に亘って、位置を制御するために比例的に駆動される。アクチュエータとしてのＳＭＡの考えられる欠点はその低応答時間である。ＳＭＡ材は温度で駆動されるので、応答時間は、熱伝導率、比熱容量、および熱質量に関連する達成可能な温度変化によって制約される。
【００８５】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱は、駆動電流の電力を増加させることによって強化することができるが、冷却は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の厚さに依存する。この厚さは、冷却中に所望の応答時間が得られるように選択される。たとえば、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が厚さ２５μｍである場合、現時点で入手可能な最も薄い市販材であるが、熱応答は、４Ｈｚでロールオフを始める。ＯＩＳ機能の解析に基づくと、機能上の要求は、３０Ｈｚまでの帯域全体に亘って運動補正を実現することである。ただし、必要な応答の振幅は作動帯域を通じて著しく低下し、したがって、より少ない運動しか必要なくなる（たとえば２０Ｈｚより上で１０μｍ未満）。驚いたことに、４Ｈｚより上でのＳＭＡワイヤ応答のロールオフにも拘らず、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、３０Ｈｚでもまだ変位要求値を達成することができ、それ故、小型カメラ用のＯＩＳの作動要件を十分に満足することができる。
【００８６】
この第２の例に従うＳＭＡ作動装置１０のいくつかの特定の構造が以下に説明される。これら構造のそれぞれでは、ＳＭＡワイヤ１〜８は、図１に示されるように配置されている。
【００８７】
第１の構造が図１１〜１３に示される。
【００８８】
図１１は、支持構造体１２と、カメラレンズ要素４１をその中にねじ止めすることができるレンズ担体である可動要素１１とを備えるＳＭＡ作動装置１０全体を示し、それら要素がそれぞれ図１２および１３に示されている。
【００８９】
ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８が、ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８をクリンプし、支持構造体１２および可動要素１１の１つに固定されているクリンピング部材５０によって、支持構造体１２と可動要素１１との間に連結されている。ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８は、可動要素１１を支持構造体１２上に懸架する唯一の構成要素である。支持構造体１２と可動要素１１との間のそれぞれの連結経路に、可動要素１１が直交する３つの線型方向に動くことを可能にするためのさらに別の撓曲部または他の構成要素は存在せず、１つの運動方向にそれぞれ対処するジンバルおよび入れ子式支持構造体を必要としない。
【００９０】
この第２の例では、傾動運動は必要ないので、可動要素１１の対向する側面上で互いに平行であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対が、クリンプ５０間に延在する相互接続部５１によって電気的に直列に接続されている。これは、この例では傾動は必要とされず、それ故、これらワイヤは常に共通の駆動信号によって駆動されるので、可能である。これは、制御回路２０から駆動信号を入力するのに必要な全ての電気接続部を、可動要素１１上に電気接続部を追加することなく、支持構造体１２上に置くことができる利点を有する。
【００９１】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれの対が、電気的に直列に接続され、それにより、単一の電圧信号を印加することによって合わせて作動するので、別法は、８本ではなく４本のワイヤを使用することであるが、これは、２区間の能動ワイヤを連結する非使用ワイヤの区間が制御上の問題、ならびに機械的組立ておよび寿命上の問題を呈するので、現時点では好ましくない。
【００９２】
第２の構造が図１４〜２０に示される。
【００９３】
図１４は、支持構造体１２と、カメラレンズ要素４１をその中にねじ止めすることができるレンズ担体である可動要素１１とを備えるＳＭＡ作動装置１０全体を示し、それら要素がそれぞれ図１５および１６に示されている。
【００９４】
第２の構造は、クリンピング部材５０の配置が、その比較的複雑な構造の製造を単純化するように適合されていることを除いて、第１の構造と同様である。詳細には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８およびクリンピング部材５０は、図１７および１８に示されるように、２つの別々のサブアセンブリ５３および５４内に配置される。各サブアセンブリ５３および５４のクリンピング部材５０が、互いに適切に位置決めされるように配置され、次いで、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が、適切な対のクリンピング部材５０間にクリンプされる。クリンピング部材５０は、クリンピング処理中、それらの適切な位置に指示されている。これは、クリンピング部材５０と同じ材料から形成された１つまたは複数のフレット（ｆｒｅｔ）の補助によって達成することができ、そのフレットは、次いで引き続き、後に組立工程において取り外される。あるいは、それは、クリンピング部材５０を位置決めする組立治具を用いることによって達成することができる。
【００９５】
サブアセンブリ５３および５４は支えられてはいるが、その配列は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８がそれにクリンプされた後に、各サブアセンブリ５３および５４を単一の構成要素として扱いＳＭＡアクチュエータ装置上に配置することを可能にする。詳細には、図１９が、可動要素１１および支持構造体１２上に組み立てられている第１のサブアセンブリ５３を示す。その後、第１のサブアセンブリ５３のクリンピング部材５０が、可動要素１１および支持構造体１２に結合される。図２０は、引き続き組み立てられている第２のサブアセンブリ５４を示し、その配置が、第１のサブアセンブリ５３と干渉することを防止する。その後、第２のサブアセンブリ５３のクリンピング部材５０が、可動要素１１および支持構造体１２に結合される。この組立て中、可動要素１１および支持構造体１２は、たとえば冶具（図示せず）によって支持されている。
【００９６】
様々な傾斜および振動を感知することに関する本発明の別の態様がある。現在のシステムは、惹起されたカメラぶれを感知するために２軸ジャイロスコープを採用する。さらに、光軸周りの傾斜もまた補正する場合、３軸ジャイロスコープが必要になることを理解することができる。そのようなジャイロスコープは比較的費用が掛かり、かなりのスペースを占める。したがって、そのようなジャイロスコープの必要性をなくすことが極めて望ましい。以前の出願において考えられた１つの選択肢は、電気抵抗およびＳＭＡワイヤに印加される電力を監視することによってＳＭＡワイヤの位置および張力の両方を推定することが可能であるので、ＳＭＡワイヤおよびカメラを使用してそれ自体の傾斜センサを形成することである。
【００９７】
思考実験として、要求されていることは、支持構造体は基礎励起を受けているのに、カメラは静止したままであることを考えられたい。したがって、システムの１つの考え方は振動絶縁装置のようなものである。これは、台座上のカメラの共振周波数が様々な自由度で極めて低くなるように、極めて柔な台座にカメラを取り付けることによって達成することができる。１Ｈｚ（たとえば）未満の周波数に対しては、カメラを回してパン撮りできるように、そのシステムは比較的剛であるべきであるが、より高い周波数に対しては柔であるべきである。
【００９８】
通常、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本が長さを維持することを要求された場合、いかなる外力がそれを引き伸ばそうとしても、コントローラは、より大きな電力を印加してそのＳＭＡワイヤを収縮させることによってそれに対処し、それにより、電気抵抗および長さを維持する。
【００９９】
それに代えて、コントローラを、その反応が遅くなるように構成すると、その結果、１Ｈｚ未満の励振に対してはＳＭＡワイヤは「剛」のままに見えるが、より高い周波数に対しては、事実上、一定の電力が印加されているように見え、ＳＭＡワイヤは、より高い周波数でより剛性が低く見えることは理解されよう。
【０１００】
そのような構成は、満足な性能を有するＯＩＳシステムを形成しそうもない。しかし、コントローラが、ワイヤを引き伸ばす励振に応答して能動的に電力を減少させるように構成され、その正のフィードバックが周波数に依存して行われれば、ＳＭＡ ＯＩＳシステムが、別途ジャイロスコープセンサを必要とせずに振動抑制性能を達成することができることが理解されよう。
【０１０１】
そのようなシステムの別の考え方は、ＳＭＡワイヤを、擬似一定力装置を実現するように作動させることである。そのようなシステムは、効果的に一定の力に制御するために、各ワイヤ上に個々の高度に正確な力センサを必要とするか、または、抵抗および各ワイヤに印加された電力の高度に正確な測定値を必要とする。
【符号の説明】
【０１０２】
１ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
２ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
３ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
４ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
５ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
６ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
７ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
８ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
１０ ＳＭＡ作動装置
１１ 可動要素
１２ 支持構造体
１３ 枢動部材
２０ 制御回路
２１ 運動信号
２２ マトリックスコントローラ
２３ 駆動回路
２４ 駆動コントローラ
２５ ドライバ
２６ 検出回路
２７ ジャイロスコープセンサ
２８ ＯＩＳコントローラ
３０ 画像センサ
３１ カメラレンズ要素
３２ プリント回路基板（ＰＣＢ）
３３ 筐体
３４ ＩＣチップ
４０ 画像センサ
４１ カメラレンズ要素
４２ ＩＣチップ
５０ クリンピング部材
５１ 相互接続部
５３ 第１のサブアセンブリ
５４ 第２のサブアセンブリ
Ｏ 光軸
Ｐ 主軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持構造体上に支持された可動要素の位置制御を行うためのＳＭＡ（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ：形状記憶合金）アクチュエータワイヤの使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動要素の位置制御を行うことが望ましい様々なタイプの装置が存在する。ＳＭＡワイヤは、特にその高エネルギー密度により、その種装置のアクチュエータとして利点があり、その高エネルギー密度は、所与の力を加えるのに必要とされるＳＭＡアクチュエータが比較的小型であることを意味する。
【０００３】
ＳＭＡワイヤがアクチュエータとして使用されていることが知られている装置の１つのタイプがカメラ、特に小型カメラである。一例として、国際公開第２００７／１１３４７８号は、たとえばカメラのレンズ要素によって画像センサ上に形成される画像を合焦させる目的で、光軸に沿うカメラのレンズ要素の運動を駆動するためにＳＭＡアクチュエータワイヤが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。別の例として、国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号はそれぞれ、カメラのレンズ要素および画像センサを含むカメラユニットの傾動を駆動することによってカメラの光学画像の安定化（ＯＩＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ）を図るように駆動するためにＳＭＡアクチュエータワイヤが使用されるＳＭＡ作動装置を開示している。傾動は、カメラのレンズ要素によって画像センサ上に形成される画像を振動に対して安定させるように制御される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、
支持構造体と、
支持構造体に対して運動することが可能なように支持構造体上に支持されている可動要素と、
仮想的な主軸に対して傾き、主軸周りの４つの側面上それぞれに１対のＳＭＡアクチュエータワイヤが存在する８本のＳＭＡアクチュエータワイヤであって、４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが収縮すると、主軸に沿って対向する方向の成分を有する力を可動要素に及ぼすように、ＳＭＡアクチュエータが、可動要素と支持構造体との間に連結され、各グループのＳＭＡアクチュエータワイヤが、主軸周りに２回回転対称に配置されている、８本のＳＭＡアクチュエータワイヤと
を備えるＳＭＡ作動装置が提供される。
【０００５】
このように、ＳＭＡ作動装置は、多自由度によって可動要素の位置制御を行うことができるように構成された８本のＳＭＡアクチュエータワイヤを使用する。各ＳＭＡアクチュエータワイヤが独立に駆動される最も一般的な場合には、位置制御は、以下の全ての自由度で可動要素を動かせるように形成することができる。すなわち、主軸に沿う運動、主軸に横向きのあらゆる任意の方向の運動、あらゆる任意の方向の傾動である。いくつかの実施形態では、任意選択で、より制約した方式で駆動を実施することができるが、一般的に言えば、ＳＭＡ作動装置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤの様々な組合せを選択的に作動させることによって、多様な位置制御を実現する。
【０００６】
位置制御の自由度は、以下のように、ＳＭＡアクチュエータワイヤの構成から生じる。４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが、対向する方向の成分を有する力を可動要素に及ぼし、それにより、こられグループを共通に作動させると、主軸に沿う運動が駆動される。配置が対称なため、各グループ内のＳＭＡアクチュエータワイヤの対に差違のある作動をさせると、傾動運動が駆動される。さらに、配置が対称なため、主軸に横方向の成分を有する力を発生するＳＭＡアクチュエータワイヤの対がある。したがって、それぞれの対を共通に作動させることによって、それら横方向の運動が駆動される。その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤのこれら組合せの選択的な作動を組み合わせて様々な運動を駆動することができる。
【０００７】
一般に、ＳＭＡ作動装置は、支持構造体上に支持された広範囲のタイプの可動要素の位置制御を行うために用いることができる。カメラ装置内の非限定的ないくつかの例が、次いで、説明される。
【０００８】
一例では、ＳＭＡ作動装置は、画像センサと、画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素とを備えるカメラユニットの運動を駆動することによって、ＯＩＳを有するカメラを形成するために使用することができる。この場合には、主軸が、カメラレンズ要素の主軸である。ＳＭＡ作動装置は、国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号に開示されたのと同じ方式でカメラユニットの傾動を駆動するために使用することができる。さらに、ＳＭＡ作動装置は、光軸に横方向にカメラユニットの運動を駆動するために使用することができる。傾動は、光軸に直交する傾斜によって生じるぼけに対して安定化を図る。光軸周りの傾斜によって生じるぼけに対して安定化を図るために、横向きの運動をさらに使用することができることが認められている。この追加のＯＩＳは、小型カメラに適合されたとき特に利点を有し、その場合、比較的広角の画像は、光軸周りのそのような傾斜によって生じるぼけを特に受けやすい。
【０００９】
別の例では、ＳＭＡ作動装置は、ＯＩＳを有し、たとえば合焦のために、光軸に沿うカメラレンズ要素の運動を有するカメラを形成するために使用することができる。この例では、ＳＭＡ作動装置は、支持構造体に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、可動要素は、画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素を備える。主軸は、カメラレンズ要素の光軸である。ＳＭＡ作動装置は、光軸に横向きのカメラ要素の運動によるＯＩＳ、ならびに光軸に沿うカメラレンズ要素の運動を実施することができる。これは、ＯＩＳの実施と、光軸に沿うカメラレンズ要素の運動の実施とに別々の作動機構が用いられるカメラに比較して、全体の大きさを減少させるので、有利である。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、独立に制御される複数のＳＭＡワイヤを使用する、小型カメラ用の光学画像安定化装置であって、各ワイヤに印加される電力が制御され、各ワイヤの電気抵抗が、制御を可能にするために監視され、ワイヤがさらに、基礎励起（基部励振又は励弧（ｂａｓｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ））によってカメラモジュールに加えられる傾斜を感知するために、協調して作用し、ＳＭＡワイヤシステム上に懸架されているカメラモジュールの実効共振周波数を低下させるようにワイヤを制御することによって、ワイヤが、ジャイロスコープセンサなしでＯＩＳ機能を達成するように制御される、光学画像安定化装置が提供される。
【００１１】
より良い理解を可能にするために、次いで、本発明の実施形態が、添付図面を参照して非限定的例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＳＭＡ作動装置の第１の配置の図である。
【図２】ＳＭＡ作動装置の第２の配置の図である。
【図３】ＳＭＡ作動装置の第３の配置の図である。
【図４】ＳＭＡ作動装置の第４の配置の図である。
【図５】ＳＭＡ作動装置の第５の配置の図である。
【図６】ＳＭＡ作動ワイヤの制御回路の構成図である。
【図７】制御回路の駆動回路の構成図である。
【図８】ＯＩＳを行うカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【図９】図８または図１０のカメラ装置用に適合された制御回路の構成図である。
【図１０】ＯＩＳおよびレンズの運動を行うカメラ装置であるＳＭＡ作動装置の概略断面図である。
【図１１】ＳＭＡ作動装置の第１の構造の透視図である。
【図１２】図１１の支持構造体の透視図である。
【図１３】図１１の可動要素の透視図である。
【図１４】ＳＭＡ作動装置の第２の構造の透視図である。
【図１５】図１４の支持構造体の透視図である。
【図１６】図１４の可動要素の透視図である。
【図１７】図１４のサブアセンブリの透視図である。
【図１８】図１４のサブアセンブリの透視図である。
【図１９】図１７のサブアセンブリの組立ての透視図である。
【図２０】図１８のサブアセンブリの組立ての透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ＳＭＡ作動装置１０のいくつかの異なる配置が、図１〜５に示されており、次いで、説明される。各事例では、可動要素１１が、８つのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８によって支持構造体１２上に支持されている。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の配置は変化しているが、共通の要素は共通の参照番号を有する。
【００１４】
可動要素１１は、一般にいかなるタイプの要素でもよい。可動要素１１は、主軸Ｐに沿って視ると正方形を有するが、より一般にはいかなる形状をも有し得る。支持構造体１２は、概略的に図示されているが、一般には、可動要素１１を支持するのに適したいかなるタイプの要素でもよい。支持構造体１２は、可動要素１１が支持構造体に対して運動することができるように可動要素を支持する。図１〜５の配置では、可動要素１１は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のみによって支持構造体１２に支持されているが、原理的に、ＳＭＡ作動装置１０は、可動要素１１を支持構造体１２にさらに懸架する懸架システムを備えてもよい。
【００１５】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、場合によっては中間構成要素を介して、可動要素１１および支持構造体１２のそれぞれ１つに両端で連結される１本のＳＭＡワイヤを備える。機械的連結を行う任意の適切な手段を使用することができ、たとえば任意選択で接着剤を使用することによって補強されたクリンピング部材を使用してもよい。さらに、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に対する電気的接続が、たとえばクリンピング部材が使用されればそれによって、行われる。
【００１６】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、主軸Ｐの側面に沿って、主軸Ｐに関し放射状の仮想線に対して垂直に、主軸に対して傾いて延在する。各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、引張状態に保持され、それによって、主軸Ｐに沿う方向の力成分および主軸Ｐに垂直な横方向の力成分を及ぼす。
【００１７】
ＳＭＡ材は、加熱すると、ＳＭＡ材を収縮させる固体相変化を生じる特性を有する。低温では、ＳＭＡ材はマルテンサイト相に移行する。高温では、ＳＭＡは、ＳＭＡ材に収縮を生じさせる変形を起こすオーステナイト相に移行する。相変化は、ＳＭＡ結晶構造の転移温度の統計的分布による温度範囲全体を通じて生じる。このように、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を加熱することによって、それらワイヤの長さが減少する。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、任意の適切なＳＭＡ材、たとえばニチノールまたは別のチタニウム合金ＳＭＡ材から製作することができる。有利には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の材料成分および前処理は、通常作動中の予想環境温度より上の、位置制御の範囲を最大限にするような可能な限り広い温度範囲に亘って相変化を行うように選択される。
【００１８】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本を加熱すると、その応力が増加し、そのＳＭＡアクチュエータワイヤが収縮する。これが、可動要素１１を運動させる。運動の範囲は、マルテンサイト相からオーステナイト相へのＳＭＡ材の転移が生じる温度の範囲を通してＳＭＡの温度が増加するにつれて広がる。逆に、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本をその応力が減少するように冷却すると、そのＳＭＡアクチュエータワイヤが、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対抗するワイヤからの力を受けて伸長する。これにより、可動要素１１を反対方向に動かすことができる。
【００１９】
光軸Ｏに沿った、支持構造体１２に対する可動要素１１の位置が、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の温度を変化させることによって制御される。これは、抵抗加熱を生じる駆動電流をＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に通すことによって達成される。加熱は、駆動電流によって直接行われる。冷却は、駆動電流を減少または停止して可動要素１１をその周囲への熱伝導によって冷却させることによって行われる。
【００２０】
図１に示されるＳＭＡ作動装置１０の第１の配置は以下の通りである。
【００２１】
２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が、主軸Ｐの周りの４つの側面のそれぞれに配置されている。各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、たとえばＳＭＡアクチュエータワイヤ１および２は、主軸Ｐから垂直方向に視て互いに反対方向に傾き、互いに交差している。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が配置されている４つの側面は、主軸Ｐの周りを一周して延在する。この例では、側面同士は直交し、その結果、主軸Ｐに沿って視ると正方形を形成するが、その代わりに、側面同士は違う４辺形を取ることもできる。この例では、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、ＳＭＡ作動装置１０を好都合に実装する可動要素１１の外面に平行であるが、必須ではない。
【００２２】
各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、主軸Ｐに沿う同じ方向の成分を有する力を可動要素１１に及ぼすように可動要素１１および支持構造体１２に連結され、これが、隣り合う側面に互い違いに起こる。それにより、対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４が、一方の方向（図１では下向き）の力を発生するグループを形成し、別の対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８が、反対方向（図１では上向き）の力を発生するグループを形成する。
【００２３】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、長さおよび傾斜角が同じである対称な配置を有し、その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループの両方が、それぞれ主軸Ｐの周りに２回回転対称に配置されている（すなわち、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８および可動要素１１の正方形の面に垂直に）。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４およびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループは、主軸Ｐに沿って同じ位置に設けられている。
【００２４】
この対称配置の結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の様々な組合せを選択的に作動させると、以下の通り、可動要素１１の運動を多数の自由度で駆動することができる。
【００２５】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループに共通の作動をさせると、主軸Ｐに沿った運動を駆動する。
【００２６】
各グループ内で、対向する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜２、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３〜４）に差違のある作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸周りの傾動を駆動する。あらゆる任意の方向の傾動を、２つの横軸周りの傾斜の線型組合せとして実現することができる。
【００２７】
各グループ内で、平行な２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１および４、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ２および３）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００２８】
図２に示されるＳＭＡ作動装置１０の第２の配置は以下の通り行われている。ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、第１の配置と同じ構成を有する。ただし、ＳＭＡ作動装置１０は、可動要素の各側面上に配置された枢動部材１３をさらに備える。各側面上の２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ、たとえばＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜２が、それぞれ枢動部材１３に連結され、その結果、それらＳＭＡアクチュエータワイヤは、可動要素１１に間接的に連結されている。枢動部材１３はそれぞれ、２本のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が枢動部材に連結されている間の中途位置で可動要素１１に枢動的に連結されている。したがって、枢動部材１３は、２本のＳＭＡワイヤ１〜８と可動要素１１との間の枢動を可能にし、それによって、一方のグループのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４（または５〜８）が、他方のグループのＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８（または１〜４）からの干渉なしに可動要素１１の傾動を駆動することを可能にする。
【００２９】
ＳＭＡ作動装置１０の第２の配置は、第１の配置と同様に作動する。
【００３０】
主軸Ｐに沿った運動を駆動する２つのグループそれぞれが、主軸Ｐ周りに２回回転対称であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の別の配置を実現することが、たとえば以下のように可能である。
【００３１】
図３に示されるＳＭＡ作動装置１０の第３の配置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜４のグループとＳＭＡアクチュエータワイヤ５〜８のグループとが主軸に沿って別々の位置に設けられている以外は、第１の配置と同じである。ＳＭＡ作動装置１０の第３の配置は、第１の配置と同様に作動する。
【００３２】
図４に示されるＳＭＡ作動装置１０の第４の配置は以下のように行われる。
【００３３】
第４の配置は、主軸Ｐの４つの垂直側面のそれぞれの上に、第１の配置と本質的に同じ位置に配置されているが、可動要素１１および支持構造体に異なる連結をされたＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８を備える。それによって、各側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本が、主軸Ｐに沿って同じ方向の力を可動要素１１に及ぼす。詳細には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７が一方の方向（図４では上向き）の力を発生するグループを形成し、他のＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８が、反対方向（図４では下向き）の力を発生するグループを形成する。
【００３４】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、長さおよび傾斜角が同じである対称な配置を有し、その結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループの両方が、それぞれ主軸Ｐの周りに２回回転対称に配置されている（すなわち、隣接する側面上のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８間の角度を２等分し、可動要素の正方形の対角線に交差して）。
【００３５】
この対称配置の結果、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の様々な組合せを選択的に作動させると、以下の通り、可動要素１１の運動を多数の自由度で駆動することができる。
【００３６】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループに共通の作動をさせると、主軸Ｐに沿った運動を駆動する。
【００３７】
各グループ内で、ＳＭＡアクチュエータワイヤの隣接する対（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、７、および他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３、５）に差違のある作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸周りの傾動を駆動する。あらゆる任意の方向の傾動を、２つの横軸周りの傾斜の線型組合せとして実現することができる。
【００３８】
各グループから２本のＳＭＡアクチュエータワイヤを含む４本のＳＭＡアクチュエータワイヤのセット（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、２、７、８、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ３〜６）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００３９】
図５に示されるＳＭＡ作動装置１０の第５の配置は以下のように行われる。
【００４０】
第５の配置は、各側面上の１方のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、すなわちＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８の傾きが逆向きであり、その結果、それらＳＭＡアクチュエータワイヤが、同じ側面上の他方のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８、すなわちＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７に平行であることを除いては、第４の配置と同様である。
【００４１】
したがって、第５の配置は、ＳＭＡアクチュエータワイヤの同じグループ、すなわち、第４の配置のように、共通に作動させると主軸Ｐに沿う方向の力を発生し、差違のある作動をさせると傾斜を発生するＳＭＡアクチュエータワイヤ１、３、５、７のグループおよびＳＭＡアクチュエータワイヤ２、４、６、８のグループを備える。同様に、各グループから２本のＳＭＡアクチュエータワイヤを含む４本のＳＭＡアクチュエータワイヤのセット（たとえば、一方でＳＭＡアクチュエータワイヤ１、４、６、７、他方でＳＭＡアクチュエータワイヤ２、３、５、８）に共通の作動をさせると、主軸Ｐに垂直な横軸に沿った運動を駆動する。主軸Ｐに垂直なあらゆる任意の方向の運動を、２つの横軸に沿った運動の線型組合せとして実現することができる。
【００４２】
次いで、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の制御がさらに論じられる。
【００４３】
図６に示される制御回路２０が、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対する駆動信号を生成する。制御回路２０は、運動信号２１によって表される所望の運動から駆動信号を導出する。１つの運動信号は、主軸Ｐに沿う所望の運動ｘを表す。別の運動信号は、主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す。別の運動信号は所望の傾斜θ１、θ２を表す。
【００４４】
運動信号２１は、プロセッサまたはハードウェアに実装することができるマトリックスコントローラ２２に入力される。マトリックスコントローラ２２は、運動信号２２に基づいてＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれに対して制御信号を生成する。これには、それぞれの自由度による運動を達成するために各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に必要な収縮に関するマトリックス計算を用いる。したがって、マトリックス計算は、ＳＭＡ作動装置１０のＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の実際の構成を表し、上記の第１から第５の配置のそれぞれに対して異なる。
【００４５】
第１から第５の配置のそれぞれに関して上記に詳述したように、それぞれの自由度による運動に対して、収縮すると反対方向に運動を駆動するＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のセットが存在する。制御信号は、それぞれの運動信号２１に対して、それらセットに差違のある収縮を行わせる。したがって、運動信号２１の１つによって表されるいかなる自由度においても、２セットの対抗するＳＭＡアクチュエータワイヤに対する制御信号が、その自由度での、差違のある変位を実現するように生成される。実際に、これは、それらセットに対する制御信号が、その自由度による要求された運動を表す、差違のある成分を有することを意味する。
【００４６】
様々な運動信号２１によって表される様々な自由度による運動から生じる、ＳＭＡアクチュエータ１〜８の様々なセットの差違のある収縮を表す差違のある成分は、線型に加算することができる。このようにして、いかなる自由度を含むいかなる運動も、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の適切な組合せを選択的に作動させる制御信号に変換することができる。
【００４７】
これら差違のある成分は、ＳＭＡ材のヒステリシスなどの非線型作用を補正するために、様々な補正アルゴリズムによって修正することができる。
【００４８】
さらに、制御信号は、ＳＭＡアクチュエータ１〜８の所望の応力を表す共通成分を含む。それぞれのＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が互いに応力を掛けるので、この応力を、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱を変化させることによって制御することができる。これによって、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の応力サイクルの能動的制御が可能になる。ＳＭＡ作動装置１０は、最小限にその応力の範囲を抑えながら、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に比較的高応力を発生するように構成される。高応力は、ＳＭＡ材の応力が収縮を生じさせるのに十分になるまで温度を上昇させる。したがって、共通成分は、環境温度に応答して変化され得、環境温度自体は、温度センサ（図示せず）または環境温度が増加すると増加するＳＭＡアクチュエータ１〜８の測定電気パラメータから求められる。逆に、歪の大きな変化に対して応力の範囲を小さく保つと、疲労作用を最小限に抑える利点を有する。応力範囲を最小限に抑えると、ＳＭＡ材の相を変化させそれを収縮させるのに必要な駆動電力を最小限に抑える効果も有する。
【００４９】
各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、マトリックスコントローラ２２によって該当ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に関する制御信号が入力されるそれぞれの駆動回路２３に接続されている。駆動回路２３は、制御信号に従って駆動信号を生成し、その駆動信号をＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８に入力する。各駆動回路２３は、単独のＳＭＡアクチュエータワイヤ１について図７に示されたのと同一の配置を有する。
【００５０】
駆動回路２３は、マトリックスコントローラ２２から制御信号が入力され、抵抗フィードバックを用いてドライバ２５を制御する駆動コントローラ２４を備える。駆動コントローラ２４は、プロセッサに実装することができる。マトリックスコントローラ２２および駆動コントローラ２４は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、それらを共通のプロセッサに実装することもできる。
【００５１】
ドライバ２５は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１に駆動電流を供給するように接続されている。ドライバ２５は、定電圧電源でも定電流電源でもよい。たとえば、後者の場合、定電流は１２０ｍＡ程度であり得る。
【００５２】
駆動回路２３は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗を検出するために配置された検出回路２６をさらに備える。ドライバ２５が定電流電源である場合、検出回路２６は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の抵抗値の尺度であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１両端間の電圧を検出するように作動可能な電圧検出回路でもよい。ドライバ２５が定電圧電源である場合、検出回路２６は電流検出回路でもよい。より高度な精度のために、検出回路２６は、ＳＭＡアクチュエータ両端間の電圧およびそれを通る電流の両方を検出し、それらの比率として抵抗の測定値を導出するように作動可能な、電圧検出回路と電流検出回路とを備えてもよい。
【００５３】
駆動コントローラ２４は、パルス幅変調電流を供給するドライバ２５を制御するように配置されている。駆動コントローラ２４は、検出回路２６によって測定された抵抗値を受け取り、ドライバ２６のＰＷＭデューティサイクルを制御するための閉ループアルゴリズムにおけるフィードバック信号としてそれを使用して、全体制御信号によって表される要求値に従ってＳＭＡアクチュエータ３１を作動させる。その閉ループは比例型でもよい。
【００５４】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１の電気抵抗を位置に関するフィードバックパラメータとして使用することによって、機能的運動範囲全体に亘って、ＳＭＡ材の収縮および伸長は、その電気抵抗とほぼ線型になる。ヒステリシスおよびクリープを含めて、非線型性がある程度生じる。これらを無視することもできるが、より良好な線型性のために、閉ループ制御アルゴリズムにおいてこれらを補正することもできる。
【００５５】
ＳＭＡ作動装置１０は、広範囲のタイプの可動要素１１の位置制御を実現するために使用することができるが、ＳＭＡ作動装置がカメラ装置であるいくつかの非限定的例が、次いで説明される。
【００５６】
第１の例では、ＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図８に概略的に示された、ＯＩＳを実行するように配置されたカメラ装置であり、断面は、カメラ装置の光軸である主軸Ｐに沿って取られている。そのカメラ装置は、携帯電話機、メディアプレイヤまたは携帯情報端末などの携帯電子装置に組み込まれる。したがって、小型化が重要な設計基準である。
【００５７】
可動要素１１は、機能上のカメラであるカメラユニットであり、画像センサ３０およびカメラレンズ要素３１を備え、支持構造体１２は、制御回路２０が実装されているＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）チップ３４がその上に存在するカメラ支持体である。
【００５８】
可動要素１１は、画像センサ３０が装着され接続されているプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）３２をその底面に有する。カメラレンズ要素３１は、ＰＣＢ３２に向けて筐体３３によって支持されており、画像センサ３０上に画像を集束するように配置されている。画像センサ３０は、画像を捕捉し、いかなる適切なタイプのもの、たとえばＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化物半導体）素子でもよい。カメラユニットは、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズをカメラレンズ要素３１が有する小型カメラである。
【００５９】
さらに以下に説明するように、ＯＩＳは、可動要素１１全体を運動させることによって実現され、カメラユニットの内部構造がこの目的に対応しなくて済む利点を有する。したがって、カメラユニットは、機能的に標準的カメラでよく、ＯＩＳ機能に拘わらず、所望の光学性能を実現するためにいかなる所望の構造をも有し得、たとえば、単一レンズまたは複数のレンズを備え、固定焦点式または可変焦点式である。
【００６０】
この例では、ＯＩＳは、可動要素１１を傾動することによって行われるが、光軸である主軸Ｐに垂直な横軸に沿って可動要素１１を動かすことによっても行われる。したがって、ＳＭＡ作動装置は、傾動のみによってＯＩＳを行うカメラに勝る利点を提供する。これは、小型カメラ用のＯＩＳシステムは、より大型のデジタルスチールカメラに用いられるものとは異なる形で使用されるという認識に基づいている。この所見は、現時点では市場が認識していないと思われる。主として、デジタルスチールカメラ用のＯＩＳシステムは、カメラから遠い対象の望遠画像を撮るときの画像のぶれに対処するために使用される。そのような状況では、光軸に直交する軸周りのカメラの傾斜が、画像のぶれの主な原因である。
【００６１】
しかし、小型カメラに関し、光学ズームは現時点では使用されていず、画像は広角である（たとえば典型的には６０度視野を有する）。そのような状況では、画像が広角であるほど、光軸に直交する傾斜に加えて、光軸周りの傾斜によって起きるぼけを生じやすい。小型カメラ用のＯＩＳは、より良好な室内、低光量画像を可能にするより長い露出時間を許容する利点を有する。これは小型カメラに関して、画素およびレンズが小さいので、比較的少しの光子しかカメラに入らず画素によって感知されないので、特に重要である。したがって、ＯＩＳシステムは、低光量状態での画質を改善する効果を有し、小型カメラを「より大型」に見せかけることを可能にする。カメラのビデオモードでのぶれを減少させるためにＯＩＳシステムを使用することもある。
【００６２】
したがって、通常の２つではなく、直交する３つの軸（光軸を含めて）での傾斜を補正することが極めて有利である。この知見は、現時点では顧客仕様書に反映されていない。しかし、ＳＭＡ作動装置１０は、この知見を利用して、直交３軸におけるカメラの動的傾斜を積極的に補正することを可能にするアクチュエータ配置を提供する。
【００６３】
マクロ画像に関しては、カメラの横ぶれ（傾斜に対して）によって生じる画像のぼけもまた著しい場合があることにも留意すべきである。これに対処するにはいくつかの方策があり、その１つは、この横ぶれを加速度計によって感知し、次いで、傾斜を誘起することによってそれを補正することであり、その誘起傾斜は、カメラからの撮影距離に関する情報を提供するカメラの自動焦点状態に依存する。これは、横ぶれを補正するために必要な傾斜は、カメラからの撮影距離に依存するからである。
【００６４】
別法は、これら誘発線型運動を補正するために、カメラを横方向に変位させる追加の自由度を実現することがさらにできる作動機構を試行し準備することである。ＳＭＡ作動装置１０は、これら追加の自由度を可能にする。
【００６５】
ＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、ＯＩＳ機能を実現するために図９に示すように適合される。
【００６６】
制御回路２０は、可動要素１１の角速度を表す信号を出力し、それによって、ＳＭＡ作動装置１０が受けている振動を検出する振動センサとして作動するジャイロスコープセンサ２７をさらに備える。ジャイロスコープセンサ２７は、通常、互いに垂直でかつ光軸に垂直な２軸周り、ならびに光軸周りの振動を検出する１対の小型ジャイロスコープであるが、一般に、より多くの数のジャイロスコープまたは他のタイプの振動センサを使用することもできる。
【００６７】
ジャイロスコープセンサ２７からの出力信号は、プロセッサに実装することができるＯＩＳコントローラ２８に入力される。マトリックスコントローラ２２およびＯＩＳコントローラ２８は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、それらを共通のプロセッサに実装することもできる。ＯＩＳコントローラ２８は、ＳＭＡ作動装置１０全体としての運動を補正するために必要な可動要素１１の運動を表す運動信号２１を導出する。これは、所望の傾斜θ１、θ２、および主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す運動信号２１を含む。この例では、主軸Ｐに沿う運動は必要なく、それ故、主軸Ｐに沿う所望の運動ｘを表す運動信号２１は事実上固定されまたは使用されなくてもよい。
【００６８】
ジャイロスコープセンサ２７は、支持構造体１２上に装着されているので、出力信号は支持構造体１２の振動を表す。上記の振動は常に存在し、ＯＩＳは、可動要素１１をそれに対抗して傾動させることによって達成される。したがって、ＯＩＳコントローラ２８は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾斜とは逆の所望の運動を実現する運動信号２１を生成する。
【００６９】
第２の例では、ＳＭＡ作動装置１０は、断面図である図１０に概略的に示された、ＯＩＳと光軸に沿うレンズ要素の運動とを実行するように配置されたカメラ装置であり、断面は、光軸である主軸Ｐに沿って取られている。そのカメラ装置は、携帯電話機、メディアプレイヤまたは携帯情報端末などの携帯電子装置に組み込まれる。したがって、小型化が重要な設計基準である。
【００７０】
支持構造体１２は、画像センサ４０を支持するカメラ支持体であり、制御回路２０が実装されているＩＣ（集積回路）チップ４２がその上に存在する。可動要素１１は、画像センサ４０上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素４１を備える。画像センサ４０は、画像を捕捉し、いかなる適切なタイプのもの、たとえばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）素子でもよい。カメラ装置は、直径が最大１０ｍｍの１つまたは複数のレンズをカメラレンズ要素４１が有する小型カメラである。
【００７１】
この例では、ＯＩＳは、カメラレンズ要素４１を光軸に横向きに動かすことによって行われる。さらに、カメラレンズ要素４１は、たとえば合焦を行うために光軸に沿って動かすことができる。このように、ＯＩＳ機能と運動機能とがＳＭＡ作動装置１０において組み合わされている。
【００７２】
たとえば国際公開第２０１０／０２９３１６号および国際公開第２０１０／０８９５２９号に開示されているような、ＯＩＳ機能を果たすためにＳＭＡアクチュエータワイヤを用いる多くの既知の配置では、レンズ要素および画像センサを含めてカメラ全体を、実質的に剛体として傾動させることによって行われる。小型カメラではレンズ要素を画像センサに整合させることが難しく、製造公差が極めて厳しいので、使用者の手ぶれを補正するこの方法は、原則として最良のＯＩＳ性能をもたらす。さらに、補正される使用者の手ぶれは原則としてカメラの傾斜であり、その補正にはやはりカメラを傾斜させればよいことは直感的に理解できる。しかし、この例では、ＯＩＳは、他のいくつかの問題を緩和するために、異なる実現がなされる。
【００７３】
第１に、小型カメラは、通常、携帯電話機などの多機能製品内に使用される。そのような最新の電話機では、迫真性および遊戯性の増強を含めて、様々な機能を果たすために、ジャイロスコープおよび加速度計を電話機に組み入れることが益々一般的になっている。製品に１つのジャイロパッケージを使用することによって、ＯＩＳ感知機能を含めて複数の機能を果たすことが高度に望ましい。このようにすると、コストが削減される。通常、現時点では、そのようなジャイロは約＄２掛かり、他方、ＯＩＳアクチュエータ機構は、おそらくこれより安くなる。したがって、ジャイロをカメラに組み入れずに、装置１０のマザーボードに装着し、それによって、他の機能にもそのジャイロを使用できるようにすることが極めて有利である。これにより、カメラのＯＩＳ機能の事実上の付加コストが削減される。
【００７４】
第２は、この第１の点に関連して、組み入れることを回避することによって、電話のジャイロはカメラを小さくし、正方形の設置領域を有することを可能にすることである。これにより、弾力的な電話機アーキテクチャにおいて、ＯＩＳなしのカメラをＯＩＳ付きのカメラと交換することが容易になる。ジャイロを「カメラ以外に」組み入れるのが市場的に好ましいとの結論を得て、その結果の１つは、カメラ傾斜への単純な閉ループフィードバックが失われたことである。これは、ＯＩＳ性能を劣化させもするが、ＯＩＳ機能を発揮するのに使用することができるアクチュエータアーキテクチャの可能性を広げもする。
【００７５】
本発明が緩和すると見られる、カメラ傾動アーキテクチャに関するさらに３つの問題がある。
【００７６】
第１の問題は、「カメラ傾斜」方法では、固定されたカメラ構造体に対して画像センサが動くことである。これは、画像センサからカメラの固定構造体および携帯電話機のマザーボードへの電気的接続配線が極めて困難であることを表す。これに対する解決策は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）から配線への接続周りに集中するが、ＦＰＣ設計にも、接点の数が多くデータ転送速度が高いために問題が残っている。したがって、画像センサが静止し固定されたままであることが極めて望ましい。
【００７７】
第２の問題は、カメラ傾斜方法は、最小限としてレンズおよび画像センサを備え、周囲の支持構造体の内側で傾斜する必要がある支持構造体を有するカメラ構造体が存在することを要することである。カメラは有限の占有領域を有するので、カメラの傾斜は、ＯＩＳカメラのカメラ厚さ（高さ）が、ＯＩＳなしの同等のカメラに対するより大きい必要があることを意味する。携帯電話機では、カメラの高さを最小限にすることが極めて望ましい。
【００７８】
第３の問題は、カメラ全体を傾動させることによって、ＯＩＳなしのカメラのそれを超えてカメラ占有領域を増加させることなしに傾動アクチュエータを組み入れることが困難であることである。
【００７９】
したがって、この例では、「レンズ変位」と言うと、レンズ要素は、光軸に共に直交する２つの直交方向に線型に動かされる。その結果生じる画像補正は、使用者の手ぶれの影響を完全には打ち消さないが、上記の制約を考慮すれば、その達成度は十分に良好と見られる。さらに、それは、同じＳＭＡ作動装置によって、光軸に沿うレンズの運動を達成することを可能にする。これは、ＯＩＳと光軸に沿う運動とに別々の機構を使用することに比較して、大きさを減少させる。
【００８０】
ＳＭＡ作動装置１０の制御回路２０は、図１０に示されるこの例、ならびに図８に示される例のためのＯＩＳ機能を実現するために、図９に示すように適合される。ただし、この事例では、作動は以下の通りである。
【００８１】
制御回路２０は、可動要素１１の角速度を表す信号を出力し、それによって、ＳＭＡ作動装置１０が受けている振動を検出する振動センサとして作動するジャイロスコープセンサ２７をさらに備える。ジャイロスコープセンサ２７は、通常、互いに垂直でかつ光軸に垂直な２軸周りの振動を検出する１対の小型ジャイロスコープであるが、一般に、より多くの数のジャイロスコープまたは他のタイプの振動センサを使用することもできる。
【００８２】
ジャイロスコープセンサ２７からの出力信号は、プロセッサに実装することができるＯＩＳコントローラ２８に入力される。マトリックスコントローラ２２およびＯＩＳコントローラ２８は、理解を容易にするために別々の構成要素として図示されているが、共通のプロセッサに実装することもできる。ＯＩＳコントローラ２８は、ＳＭＡ作動装置１０全体としての運動を補正するために必要な可動要素１１の運動を表す運動信号２１を導出する。これは、主軸Ｐに垂直な横軸に沿う所望の運動ｙ、ｚを表す運動信号２１を含む。ＯＩＳコントローラ２８はまた、光軸、すなわち主軸Ｐに沿う所望の運動を表す運動信号も生成する。レンズ要素４１の構成に応じて、この信号は、合焦を行うことができ、視野を変化させることができる。この所望の運動は、利用者の入力によって選択することができる。あるいは、所望の運動は、たとえば画像センサ４０の出力に基づいて、自動合焦アルゴリズムによって駆動することができる。この例では、傾動運動は必要とされず、それ故、所望の傾斜θ１、θ２を表す運動信号２１は、事実上固定され、または使用しなくてよい。
【００８３】
ジャイロスコープセンサ２７は、支持構造体１２上に装着されているので、出力信号は支持構造体２の振動を表す。上記の振動は常に存在し、ＯＩＳは、カメラレンズ要素４１をそれに対抗して運動させることによって達成される。したがって、ＯＩＳコントローラ２８は、ジャイロスコープセンサ２７によって測定された実際の傾斜とは逆の所望の運動を実現する運動信号２１を生成する。
【００８４】
図８および１０の第１および第２の例両方共に、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、ＯＩＳを行うために十分な応答速度を実現することができる。通常、各ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、１０Ｈｚまで、２０Ｈｚまで、または３０Ｈｚまでの周波数帯域全体に亘って、位置を制御するために比例的に駆動される。アクチュエータとしてのＳＭＡの考えられる欠点はその低応答時間である。ＳＭＡ材は温度で駆動されるので、応答時間は、熱伝導率、比熱容量、および熱質量に関連する達成可能な温度変化によって制約される。
【００８５】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の加熱は、駆動電流の電力を増加させることによって強化することができるが、冷却は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の厚さに依存する。この厚さは、冷却中に所望の応答時間が得られるように選択される。たとえば、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が厚さ２５μｍである場合、現時点で入手可能な最も薄い市販材であるが、熱応答は、４Ｈｚでロールオフを始める。ＯＩＳ機能の解析に基づくと、機能上の要求は、３０Ｈｚまでの帯域全体に亘って運動補正を実現することである。ただし、必要な応答の振幅は作動帯域を通じて著しく低下し、したがって、より少ない運動しか必要なくなる（たとえば２０Ｈｚより上で１０μｍ未満）。驚いたことに、４Ｈｚより上でのＳＭＡワイヤ応答のロールオフにも拘らず、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８は、３０Ｈｚでもまだ変位要求値を達成することができ、それ故、小型カメラ用のＯＩＳの作動要件を十分に満足することができる。
【００８６】
この第２の例に従うＳＭＡ作動装置１０のいくつかの特定の構造が以下に説明される。これら構造のそれぞれでは、ＳＭＡワイヤ１〜８は、図１に示されるように配置されている。
【００８７】
第１の構造が図１１〜１３に示される。
【００８８】
図１１は、支持構造体１２と、カメラレンズ要素４１をその中にねじ止めすることができるレンズ担体である可動要素１１とを備えるＳＭＡ作動装置１０全体を示し、それら要素がそれぞれ図１２および１３に示されている。
【００８９】
ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８が、ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８をクリンプし、支持構造体１２および可動要素１１の１つに固定されているクリンピング部材５０によって、支持構造体１２と可動要素１１との間に連結されている。ＳＭＡ作動ワイヤ１〜８は、可動要素１１を支持構造体１２上に懸架する唯一の構成要素である。支持構造体１２と可動要素１１との間のそれぞれの連結経路に、可動要素１１が直交する３つの線型方向に動くことを可能にするためのさらに別の撓曲部または他の構成要素は存在せず、１つの運動方向にそれぞれ対処するジンバルおよび入れ子式支持構造体を必要としない。
【００９０】
この第２の例では、傾動運動は必要ないので、可動要素１１の対向する側面上で互いに平行であるＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の対が、クリンプ５０間に延在する相互接続部５１によって電気的に直列に接続されている。これは、この例では傾動は必要とされず、それ故、これらワイヤは常に共通の駆動信号によって駆動されるので、可能である。これは、制御回路２０から駆動信号を入力するのに必要な全ての電気接続部を、可動要素１１上に電気接続部を追加することなく、支持構造体１２上に置くことができる利点を有する。
【００９１】
ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８のそれぞれの対が、電気的に直列に接続され、それにより、単一の電圧信号を印加することによって合わせて作動するので、別法は、８本ではなく４本のワイヤを使用することであるが、これは、２区間の能動ワイヤを連結する非使用ワイヤの区間が制御上の問題、ならびに機械的組立ておよび寿命上の問題を呈するので、現時点では好ましくない。
【００９２】
第２の構造が図１４〜２０に示される。
【００９３】
図１４は、支持構造体１２と、カメラレンズ要素４１をその中にねじ止めすることができるレンズ担体である可動要素１１とを備えるＳＭＡ作動装置１０全体を示し、それら要素がそれぞれ図１５および１６に示されている。
【００９４】
第２の構造は、クリンピング部材５０の配置が、その比較的複雑な構造の製造を単純化するように適合されていることを除いて、第１の構造と同様である。詳細には、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８およびクリンピング部材５０は、図１７および１８に示されるように、２つの別々のサブアセンブリ５３および５４内に配置される。各サブアセンブリ５３および５４のクリンピング部材５０が、互いに適切に位置決めされるように配置され、次いで、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８が、適切な対のクリンピング部材５０間にクリンプされる。クリンピング部材５０は、クリンピング処理中、それらの適切な位置に指示されている。これは、クリンピング部材５０と同じ材料から形成された１つまたは複数のフレット（ｆｒｅｔ）の補助によって達成することができ、そのフレットは、次いで引き続き、後に組立工程において取り外される。あるいは、それは、クリンピング部材５０を位置決めする組立治具を用いることによって達成することができる。
【００９５】
サブアセンブリ５３および５４は支えられてはいるが、その配列は、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８がそれにクリンプされた後に、各サブアセンブリ５３および５４を単一の構成要素として扱いＳＭＡアクチュエータ装置上に配置することを可能にする。詳細には、図１９が、可動要素１１および支持構造体１２上に組み立てられている第１のサブアセンブリ５３を示す。その後、第１のサブアセンブリ５３のクリンピング部材５０が、可動要素１１および支持構造体１２に結合される。図２０は、引き続き組み立てられている第２のサブアセンブリ５４を示し、その配置が、第１のサブアセンブリ５３と干渉することを防止する。その後、第２のサブアセンブリ５３のクリンピング部材５０が、可動要素１１および支持構造体１２に結合される。この組立て中、可動要素１１および支持構造体１２は、たとえば冶具（図示せず）によって支持されている。
【００９６】
様々な傾斜および振動を感知することに関する本発明の別の態様がある。現在のシステムは、惹起されたカメラぶれを感知するために２軸ジャイロスコープを採用する。さらに、光軸周りの傾斜もまた補正する場合、３軸ジャイロスコープが必要になることを理解することができる。そのようなジャイロスコープは比較的費用が掛かり、かなりのスペースを占める。したがって、そのようなジャイロスコープの必要性をなくすことが極めて望ましい。以前の出願において考えられた１つの選択肢は、電気抵抗およびＳＭＡワイヤに印加される電力を監視することによってＳＭＡワイヤの位置および張力の両方を推定することが可能であるので、ＳＭＡワイヤおよびカメラを使用してそれ自体の傾斜センサを形成することである。
【００９７】
思考実験として、要求されていることは、支持構造体は基礎励起を受けているのに、カメラは静止したままであることを考えられたい。したがって、システムの１つの考え方は振動絶縁装置のようなものである。これは、台座上のカメラの共振周波数が様々な自由度で極めて低くなるように、極めて柔な台座にカメラを取り付けることによって達成することができる。１Ｈｚ（たとえば）未満の周波数に対しては、カメラを回してパン撮りできるように、そのシステムは比較的剛であるべきであるが、より高い周波数に対しては柔であるべきである。
【００９８】
通常、ＳＭＡアクチュエータワイヤ１〜８の１本が長さを維持することを要求された場合、いかなる外力がそれを引き伸ばそうとしても、コントローラは、より大きな電力を印加してそのＳＭＡワイヤを収縮させることによってそれに対処し、それにより、電気抵抗および長さを維持する。
【００９９】
それに代えて、コントローラを、その反応が遅くなるように構成すると、その結果、１Ｈｚ未満の励振に対してはＳＭＡワイヤは「剛」のままに見えるが、より高い周波数に対しては、事実上、一定の電力が印加されているように見え、ＳＭＡワイヤは、より高い周波数でより剛性が低く見えることは理解されよう。
【０１００】
そのような構成は、満足な性能を有するＯＩＳシステムを形成しそうもない。しかし、コントローラが、ワイヤを引き伸ばす励振に応答して能動的に電力を減少させるように構成され、その正のフィードバックが周波数に依存して行われれば、ＳＭＡ ＯＩＳシステムが、別途ジャイロスコープセンサを必要とせずに振動抑制性能を達成することができることが理解されよう。
【０１０１】
そのようなシステムの別の考え方は、ＳＭＡワイヤを、擬似一定力装置を実現するように作動させることである。そのようなシステムは、効果的に一定の力に制御するために、各ワイヤ上に個々の高度に正確な力センサを必要とするか、または、抵抗および各ワイヤに印加された電力の高度に正確な測定値を必要とする。
【符号の説明】
【０１０２】
１ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
２ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
３ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
４ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
５ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
６ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
７ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
８ ＳＭＡアクチュエータワイヤ
１０ ＳＭＡ作動装置
１１ 可動要素
１２ 支持構造体
１３ 枢動部材
２０ 制御回路
２１ 運動信号
２２ マトリックスコントローラ
２３ 駆動回路
２４ 駆動コントローラ
２５ ドライバ
２６ 検出回路
２７ ジャイロスコープセンサ
２８ ＯＩＳコントローラ
３０ 画像センサ
３１ カメラレンズ要素
３２ プリント回路基板（ＰＣＢ）
３３ 筐体
３４ ＩＣチップ
４０ 画像センサ
４１ カメラレンズ要素
４２ ＩＣチップ
５０ クリンピング部材
５１ 相互接続部
５３ 第１のサブアセンブリ
５４ 第２のサブアセンブリ
Ｏ 光軸
Ｐ 主軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体と、
前記支持構造体に対して運動することが可能なように前記支持構造体上に支持されている可動要素と、
仮想的な主軸に対して傾き、前記主軸周りの４つの側面上それぞれに２本ずつのＳＭＡアクチュエータワイヤを備える８本のＳＭＡアクチュエータワイヤであって、４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが収縮すると、前記主軸に沿って対向する方向の成分を有する力を前記可動要素に及ぼすように、前記ＳＭＡアクチュエータが、前記可動要素と前記支持構造体との間に連結され、各グループの前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、前記主軸周りに２回回転対称に配置されている、８本のＳＭＡアクチュエータワイヤと
を備えるＳＭＡ作動装置。
【請求項２】
前記可動要素が、画像センサと、前記画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素とを備えるカメラユニットであり、前記主軸が、前記カメラレンズ要素の光軸である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＳＭＡ作動装置が、前記支持構造体に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、前記可動要素が、前記画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素を備え、前記主軸が、前記カメラレンズ要素の光軸である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記８本のＳＭＡアクチュエータワイヤが、独立した駆動信号を前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのそれぞれが受け取ることができる電気的接続を有する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
駆動信号を前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに入力するために、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに電気的に接続された制御回路をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路が、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのそれぞれに独立した駆動信号を入力するように配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置の振動を表す出力信号を生成するように配置された振動センサをさらに備え、前記制御回路が、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために、振動センサの出力信号に応答して前記駆動信号を生成するように配置されている、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために、前記カメラユニットを傾斜させ、前記光軸に対して横向きに動かす駆動信号を生成するように配置されている、請求項２に従属するときの請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路が、前記可動要素を、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために前記光軸に対して横向きに動かし、前記画像の焦点を変化させるために前記光軸に沿って動かす駆動信号を生成するように配置されている、請求項３に従属するときの請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの各グループが、対向する側面上に２対のＳＭＡアクチュエータワイヤを備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記可動要素の各側面上に、前記可動要素に枢動的に連結された枢動部材をさらに備え、各側面上の前記２本のＳＭＡアクチュエータワイヤが前記枢動部材に連結されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの各グループが、各側面上に１本のＳＭＡアクチュエータワイヤを備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御回路が、対向する側面上の互いに平行である前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに共通の駆動信号を入力するように配置されている、請求項５に従属するときの請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各側面上で、２本の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、互いに平行であるか、または互いに反対方向に傾きかつ交差する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
各側面上に存在する２本の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、前記主軸に垂直な同じ仮想横軸に対してそれぞれ垂直である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記可動要素が、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのみによって前記支持構造体上に支持されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記可動要素が、直径が最大１０ｍｍである１つまたは複数のレンズを有するカメラレンズ要素を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
独立に制御される複数のＳＭＡワイヤを使用する、小型カメラ用の光学画像安定化装置であって、各ワイヤに印加される電力が制御され、各ワイヤの電気抵抗が、制御を可能にするために監視され、前記ワイヤがさらに、基礎励起によって前記カメラモジュールに加えられる傾斜を感知するために、協調して作用し、前記ＳＭＡワイヤシステム上に懸架されている前記カメラモジュールの実効共振周波数を低下させるように前記ワイヤを制御することによって、前記ワイヤが、ジャイロスコープセンサなしでＯＩＳ機能を達成するように制御される、光学画像安定化装置。
【請求項１９】
前記ＳＭＡワイヤが、前記基礎励起が加えられているとき、一定の力を前記カメラに実質的に及ぼすように制御される、請求項１８に記載の光学画像安定化装置。
【請求項１】
支持構造体と、
前記支持構造体に対して運動することが可能なように前記支持構造体上に支持されている可動要素と、
仮想的な主軸に対して傾き、前記主軸周りの４つの側面上それぞれに２本ずつのＳＭＡアクチュエータワイヤを備える８本のＳＭＡアクチュエータワイヤであって、４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの２つのグループが収縮すると、前記主軸に沿って対向する方向の成分を有する力を前記可動要素に及ぼすように、前記ＳＭＡアクチュエータが、前記可動要素と前記支持構造体との間に連結され、各グループの前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、前記主軸周りに２回回転対称に配置されている、８本のＳＭＡアクチュエータワイヤと
を備えるＳＭＡ作動装置。
【請求項２】
前記可動要素が、画像センサと、前記画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素とを備えるカメラユニットであり、前記主軸が、前記カメラレンズ要素の光軸である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＳＭＡ作動装置が、前記支持構造体に固定された画像センサをさらに備えるカメラ装置であり、前記可動要素が、前記画像センサ上に画像を合焦するように配置されたカメラレンズ要素を備え、前記主軸が、前記カメラレンズ要素の光軸である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記８本のＳＭＡアクチュエータワイヤが、独立した駆動信号を前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのそれぞれが受け取ることができる電気的接続を有する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
駆動信号を前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに入力するために、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに電気的に接続された制御回路をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御回路が、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのそれぞれに独立した駆動信号を入力するように配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置の振動を表す出力信号を生成するように配置された振動センサをさらに備え、前記制御回路が、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために、振動センサの出力信号に応答して前記駆動信号を生成するように配置されている、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路が、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために、前記カメラユニットを傾斜させ、前記光軸に対して横向きに動かす駆動信号を生成するように配置されている、請求項２に従属するときの請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御回路が、前記可動要素を、前記画像センサによって感知される前記画像を安定化させるために前記光軸に対して横向きに動かし、前記画像の焦点を変化させるために前記光軸に沿って動かす駆動信号を生成するように配置されている、請求項３に従属するときの請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの各グループが、対向する側面上に２対のＳＭＡアクチュエータワイヤを備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記可動要素の各側面上に、前記可動要素に枢動的に連結された枢動部材をさらに備え、各側面上の前記２本のＳＭＡアクチュエータワイヤが前記枢動部材に連結されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
４本のＳＭＡアクチュエータワイヤの各グループが、各側面上に１本のＳＭＡアクチュエータワイヤを備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御回路が、対向する側面上の互いに平行である前記ＳＭＡアクチュエータワイヤに共通の駆動信号を入力するように配置されている、請求項５に従属するときの請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各側面上で、２本の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、互いに平行であるか、または互いに反対方向に傾きかつ交差する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
各側面上に存在する２本の前記ＳＭＡアクチュエータワイヤが、前記主軸に垂直な同じ仮想横軸に対してそれぞれ垂直である、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記可動要素が、前記ＳＭＡアクチュエータワイヤのみによって前記支持構造体上に支持されている、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記可動要素が、直径が最大１０ｍｍである１つまたは複数のレンズを有するカメラレンズ要素を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
独立に制御される複数のＳＭＡワイヤを使用する、小型カメラ用の光学画像安定化装置であって、各ワイヤに印加される電力が制御され、各ワイヤの電気抵抗が、制御を可能にするために監視され、前記ワイヤがさらに、基礎励起によって前記カメラモジュールに加えられる傾斜を感知するために、協調して作用し、前記ＳＭＡワイヤシステム上に懸架されている前記カメラモジュールの実効共振周波数を低下させるように前記ワイヤを制御することによって、前記ワイヤが、ジャイロスコープセンサなしでＯＩＳ機能を達成するように制御される、光学画像安定化装置。
【請求項１９】
前記ＳＭＡワイヤが、前記基礎励起が加えられているとき、一定の力を前記カメラに実質的に及ぼすように制御される、請求項１８に記載の光学画像安定化装置。
【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２】
【図３】
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【図１０】
【図１１】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１３−５２０７０１（Ｐ２０１３−５２０７０１Ａ）
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５４４１０（Ｐ２０１２−５５４４１０）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／０００２７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０４５１８
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／０００２７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０４５１８
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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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