JP2009128423A - Drive control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状記憶合金からなる駆動部材を複数備えたアクチュエータの駆動を制御する駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a drive control device that controls the drive of an actuator including a plurality of drive members made of a shape memory alloy.
形状記憶合金(以下、SMA(Shape Memory Alloy)とも称する)は、収縮速度が速く、また大きな変位量および応力を有しているため、多様な用途のアクチュエータにおける駆動部材として頻繁に用いられている。近年では、モバイル機器やカメラあるいはMEMS(Micro Electro Machine System)といった小型または超小型機器向けのアクチュエータにおける駆動部材として利用するための開発が進められている。 Shape memory alloys (hereinafter also referred to as SMA (Shape Memory Alloy)) are frequently used as drive members in actuators for various applications because of their high contraction speed and large displacement and stress. . In recent years, development for use as a drive member in an actuator for a small or ultra-small device such as a mobile device, a camera, or a MEMS (Micro Electro Machine System) has been advanced.
特許文献1には、SMAを用いたアクチュエータ装置の一例が開示されている。特許文献1に開示されているアクチュエータ装置は、SMAからなるパイプをアクチュエータ装置の一部とし、その動きを与圧バネと組み合わせているテコ機構の上下動に変換したものである。
しかし、SMAを用いたアクチュエータ装置は、冷却して形状を復元する際の応答速度が放熱および冷却速度に依存するという課題を有している。特許文献2には、この課題を解決したアクチュエータ装置が開示されている。特許文献2に記載のアクチュエータ装置では、特許文献1に記載のアクチュエータ装置とは異なり、複数のSMAを用いている。より具体的には、通電に応じて発熱し反り変形を起こすSMA薄膜片の間に絶縁薄膜を挟み、各SMA薄膜片に対する通電を独立させている。これによって、SMAの冷却伸張時の動作速度の問題が改善され、SMA板材は全体として高い応答性を示すことになる。
However, the actuator device using the SMA has a problem that the response speed when the shape is restored by cooling depends on the heat radiation and the cooling speed. Patent Document 2 discloses an actuator device that solves this problem. Unlike the actuator device described in
SMAを用いたアクチュエータ装置は、上述したように、カメラのレンズに代表される光学素子の駆動に対しても用いられている。カメラのレンズなどを駆動するアクチュエータ装置の場合、アクチュエータ装置の誤作動の防止、長寿命化はもちろんのこと、レンズを高い精度で位置保持できることが要求される。このような要求を満たすアクチュエータ装置は、以下に示す特許文献3〜5に開示されている。
As described above, the actuator device using the SMA is also used for driving an optical element typified by a camera lens. In the case of an actuator device that drives a lens of a camera or the like, it is required that the position of the lens can be held with high accuracy as well as preventing the actuator device from malfunctioning and extending its life. Actuator devices that satisfy these requirements are disclosed in
特許文献3には、複数のSMAを用いることによってSMAの周辺温度による誤動作の防止を図ったカメラシャッター用のアクチュエータが開示されている。特許文献3におけるアクチュエータ装置の模式図を図19に示す。特許文献3に記載のアクチュエータ装置は、SMAワイヤ225および与圧バネ227によって回動軸223を回動させ、可動節点222をレール224に沿って移動させるアクチュエータ装置である。これによって、被駆動部材221を動かし、シャッターとしての開閉動作を行っている。このとき、SMAワイヤ225の環境温度が高温になることによって誤動作することのないように、SMAワイヤ226が回動軸223に対してSMAワイヤ225とは反対側に接続されている。すなわち、環境温度が高温になりSMAワイヤ225が変態開始温度に到達した場合であっても、SMAワイヤ225とSMAワイヤ226とが互いに力を打ち消しあう。そのため、被駆動部材221は動かない。
特許文献4には、ワイヤに発生する応力を低減し、繰り返し動作寿命を延長したアクチュエータ装置が開示されている。なお、特許文献4に記載のアクチュエータ装置でも、複数のSMAが用いられている。特許文献4におけるアクチュエータ装置の模式図を図20に示す。特許文献4に記載のアクチュエータ装置は、固定部材と駆動部材11との間に配設された引張バネ325を備えている。引張バネ325は、ワイヤ321により駆動付加の小さい第1の方向へ駆動部材311を駆動するときには、ワイヤ321から発生する駆動エネルギーの一部を弾性エネルギーとして蓄える。一方、ワイヤ322により駆動負荷の大きい第2の方向へ駆動部材を駆動するときには、蓄えた弾性エネルギーを駆動部材311の駆動エネルギーの一部として放出する。これによって、ワイヤ321への通電により発生する応力は引張バネ325の力の分だけ減少するため、繰り返し寿命を延長することができる。
Patent Document 4 discloses an actuator device that reduces the stress generated in the wire and extends the repeated operation life. Note that the actuator device described in Patent Document 4 also uses a plurality of SMAs. A schematic diagram of the actuator device in Patent Document 4 is shown in FIG. The actuator device described in Patent Document 4 includes a
そして、特許文献5には、カメラなどのレンズ群を所望の位置に正確に停止させることができるSMAを用いたレンズ駆動装置が開示されている。特許文献5に記載のレンズ駆動装置は、レンズ群が移動を開始した時点の通電量に基づいて、レンズ群を所望する位置に移動させるために必要な通電量を決定し、決定された通電量をSMAに印加することによってレンズ群を所望の位置に正確に停止させている。
一般的に、形状記憶合金(SMA)は、図5(b)に示すような特性曲線を有している。図5(b)は、SMAにおける温度に対する歪量の特性を表す特性曲線を示す図である。SMAの特性曲線は、図5(b)に示すように、L1およびL3領域により表される特性曲線が緩慢な部分とL2領域により表される特性曲線が急峻な部分とからなる。 Generally, a shape memory alloy (SMA) has a characteristic curve as shown in FIG. FIG. 5B is a diagram showing a characteristic curve representing the characteristics of strain with respect to temperature in SMA. As shown in FIG. 5B, the SMA characteristic curve includes a portion where the characteristic curve represented by the L1 and L3 regions is slow and a portion where the characteristic curve represented by the L2 region is steep.
特許文献1〜4に開示したような従来のアクチュエータ装置は、SMAの印加電流や温度により特性曲線が急峻に変化する部分があることを利用して、被駆動部材を高速で動作させている。被駆動部材の高速動作が可能であることは、例えば、On/Off切替えおよび開閉切替えなどの二極状態の動作において非常に好適である。つまり、SMAを用いたアクチュエータ装置は、特性曲線が急峻な部分、すなわち被駆動部材を高速で移動することができる領域を使えることにその利点がある。
The conventional actuator devices disclosed in
しかし、SMAを用いたアクチュエータ装置による被駆動部材の移動を高い精度で行う場合には、この急峻な部分の存在が問題となる。すなわち、図5(b)に示すL2領域により表される特性曲線の変位が急峻な部分では、印加電流および周辺の温度の揺らぎが増幅されるような形でSMAの変位に現れてしまう。したがって、被駆動部材を所望する移動位置にまで位置精度よく移動させようとする場合、特性曲線の急峻な部分を使用してSMAの変位量を決定すると、僅かな印加電流の差および温度の差により被駆動部材の変位量が大きく違ってしまうことになる。そのため、単に所望する移動値に基づいて通電量を決定する特許文献5に記載のレンズ駆動装置の構成では、レンズ群(被駆動部材)を完全に所望の位置に移動させることは困難であるという問題を有する。 However, when the driven member is moved with high accuracy by the actuator device using SMA, the presence of this steep portion becomes a problem. That is, in the portion where the displacement of the characteristic curve represented by the L2 region shown in FIG. 5B is steep, the applied current and the surrounding temperature fluctuate and appear in the displacement of the SMA. Therefore, when the driven member is moved to a desired moving position with high positional accuracy, a slight difference in applied current and a difference in temperature are determined by determining the amount of displacement of the SMA using a steep portion of the characteristic curve. Therefore, the displacement amount of the driven member is greatly different. Therefore, it is difficult to completely move the lens group (driven member) to a desired position in the configuration of the lens driving device described in Patent Document 5 in which the energization amount is simply determined based on a desired movement value. Have a problem.
この問題は、アクチュエータ装置に精度の高い電流制御系または温度揺らぎを素早くフィードバックできるような制御系を組み合わせることにより対処は可能であるが、このような制御系は非常に複雑かつ長大となるため、コストや効率の面で問題がある。 This problem can be dealt with by combining the actuator device with a highly accurate current control system or a control system that can quickly feed back temperature fluctuations, but such a control system becomes very complex and long. There are problems in terms of cost and efficiency.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、被駆動部材を位置精度良く駆動させるようにSMAからなる複数の駆動部材の駆動を制御する駆動制御装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a main object thereof is to provide a drive control device that controls driving of a plurality of drive members made of SMA so as to drive a driven member with high positional accuracy. To do.
本発明に係る駆動制御装置は、上記課題を解決するために、
絶縁部を介して互いに直列に接続された、形状記憶合金からなる複数の駆動部材を備えたアクチュエータによる被駆動部材の駆動を制御する駆動制御装置であって、
上記駆動部材ごとの歪量の合計値が上記被駆動部材の変位量と等しくなり、かつ、上記駆動部材ごとの歪量が、使用する上記形状記憶合金の逆変態開始温度以下の歪量、またはマルテンサイト変態開始温度以上の歪量となるように、上記駆動部材ごとの歪量を設定する歪量設定手段と、
上記歪量設定手段において設定された各歪量に基づいて、上記駆動部材それぞれに印加する電流値を決定する印加電流値決定手段と、
上記印加電流値決定手段において決定された電流値の電流を上記駆動部材それぞれに印加する電流印加手段と、
を備えていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a drive control device according to the present invention provides
A drive control device that controls driving of a driven member by an actuator including a plurality of driving members made of a shape memory alloy connected in series with each other via an insulating portion,
The total value of the strain amount for each driving member is equal to the displacement amount of the driven member, and the strain amount for each driving member is equal to or lower than the reverse transformation start temperature of the shape memory alloy used, or A strain amount setting means for setting a strain amount for each of the drive members so that the strain amount is equal to or higher than the martensite transformation start temperature;
An applied current value determining means for determining a current value to be applied to each of the driving members based on each strain amount set in the strain amount setting means;
Current applying means for applying a current of the current value determined by the applied current value determining means to each of the driving members;
It is characterized by having.
本発明に係る駆動制御装置における歪量設定手段は、各駆動部材の歪量と被駆動部材の変位量とが等しくなるように、かつ、使用する形状記憶合金の逆変態開始温度以下の歪量、またはマルテンサイト変態開始温度以上の歪量となるように、各駆動部材の歪量を設定する。 The strain amount setting means in the drive control device according to the present invention is configured so that the strain amount of each driving member is equal to the displacement amount of the driven member, and the strain amount is equal to or lower than the reverse transformation start temperature of the shape memory alloy to be used. Alternatively, the strain amount of each drive member is set so that the strain amount is equal to or higher than the martensite transformation start temperature.
上記の構成によれば、各駆動部材の歪量は、使用される形状記憶合金の特性曲線の急峻な部分を用いることなく、緩慢な部分における歪量を用いて、被駆動部材の変位量と等しくとなるように駆動部材の歪量を設定することができる。これによって、駆動部材に対するわずかな温度変化により駆動部材の歪量が大きく変化してしまうことを防ぐことができるため、各駆動部材の歪量の合計値と被駆動部材の変位量との間の誤差を非常に小さくすることができる。すなわち、被駆動部材を移動させる際の位置合わせの精度を非常に高くすることができる効果を奏する。 According to the above configuration, the amount of strain of each driving member is equal to the amount of displacement of the driven member by using the amount of strain in the slow portion without using the steep portion of the characteristic curve of the shape memory alloy used. The amount of distortion of the drive member can be set to be equal. As a result, it is possible to prevent the amount of distortion of the driving member from greatly changing due to a slight temperature change with respect to the driving member, and therefore, between the total value of the amount of distortion of each driving member and the amount of displacement of the driven member. The error can be made very small. That is, there is an effect that the accuracy of alignment when the driven member is moved can be extremely increased.
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、上記歪量設定手段は、上記変位量と上記駆動部材ごとの歪量とを対応付けて記録している歪量設定テーブルを参照して各上記駆動部材の歪量を決定することが好ましい。 In the drive control device according to the present invention, each of the drive members refers to a strain amount setting table in which the strain amount setting means records the displacement amount and the strain amount for each of the drive members in association with each other. It is preferable to determine the amount of distortion.
上記構成によれば、所望する被駆動部材の変位量となるような各駆動部材の歪量を容易に、かつ迅速に設定することができる。これによって、被駆動部材を所望の位置まで駆動させる際に要する時間を短縮することができる効果を奏する。 According to the above configuration, it is possible to easily and quickly set the distortion amount of each driving member so as to obtain a desired displacement amount of the driven member. As a result, the time required for driving the driven member to a desired position can be shortened.
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、上記印加電流値決定手段は、上記歪量と上記印加電流値とを対応付けて記録している印加電圧決定テーブルを参照して上記駆動部材それぞれに印加する印加電流値を決定することが好ましい。 In the drive control device according to the present invention, the applied current value determining means may further apply the applied current to each of the drive members with reference to an applied voltage determination table in which the distortion amount and the applied current value are recorded in association with each other. The applied current value to be determined is preferably determined.
上記構成によれば、所望する各駆動部材の歪量となるような電流値を容易に、かつ迅速に設定することができる。これによって、被駆動部材を所望の位置まで駆動させる際に要する時間をより一層短縮することができる効果を奏する。 According to the above configuration, it is possible to easily and quickly set a current value that provides a desired amount of distortion of each driving member. As a result, the time required for driving the driven member to a desired position can be further shortened.
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、全ての上記駆動部材を最大限に収縮または伸長した状態における上記被駆動部材の位置を基準とした上記被駆動部材の移動値と、上記被駆動部材の物理パラメータとを対応付けたパラメータデータを参照し、所定の物理パラメータとなる上記移動値を上記変位量として設定する変位量設定手段をさらに備えていることが好ましい。 The drive control device according to the present invention further includes a movement value of the driven member with reference to the position of the driven member in a state where all the driving members are contracted or extended to the maximum, and the driven member It is preferable to further include a displacement amount setting unit that refers to parameter data associated with a physical parameter and sets the movement value that is a predetermined physical parameter as the displacement amount.
上記構成によれば、被駆動部材の変位量を駆動制御装置において自動で認識することができる効果を奏する。すなわち、被駆動部材の所望位置が操作ごとに変化するような場合であっても、駆動制御装置により駆動を制御されるアクチュエータの備えられた装置の操作者(オペレータ)がその変化を把握する必要を省くことができる効果を奏する、
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、上記駆動部材ごとの抵抗値に基づいて、上記被駆動部材の位置を算出する位置認識手段と、上記被駆動部材の位置に基づいて、上記移動値を算出する移動値算出手段と、上記被駆動部材の可動範囲において上記被駆動部材を走査させつつ、算出された移動値と当該移動値ごとの上記物理パラメータとを対応付けて記録するパラメータデータ作成手段と、をさらに備えていることが好ましい。
According to the said structure, there exists an effect which can recognize the displacement amount of a to-be-driven member automatically in a drive control apparatus. That is, even when the desired position of the driven member changes for each operation, it is necessary for the operator (operator) of the device equipped with the actuator controlled by the drive control device to grasp the change. The effect that can be omitted,
The drive control device according to the present invention further includes position recognition means for calculating the position of the driven member based on the resistance value for each driving member, and the movement value based on the position of the driven member. Movement value calculation means for calculating and parameter data creation means for recording the calculated movement value in association with the physical parameter for each movement value while scanning the driven member within the movable range of the driven member. And are preferably further provided.
上記構成によれば、被駆動部材の種類および駆動部材の少なくともいずれかを変更した場合であっても、新たな被駆動部材の移動値と物理パラメータとを対応付けて記録したパラメータデータを作成することができる。これによって、被駆動部材および駆動部材の少なくともいずれかを変更した場合であっても、位置精度よく被駆動部材を駆動させることができる効果を奏する。 According to the above configuration, even when the type of the driven member and / or at least one of the driving members is changed, the parameter data in which the movement value of the new driven member is associated with the physical parameter is created. be able to. Thus, even when at least one of the driven member and the driving member is changed, the driven member can be driven with high positional accuracy.
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、上記変位量決定手段は、上記パラメータデータにおける上記移動値を、上記位置認識手段において算出した位置からの差分値に補正することが好ましい。 In the drive control apparatus according to the present invention, it is preferable that the displacement amount determination unit corrects the movement value in the parameter data to a difference value from the position calculated by the position recognition unit.
上記構成によれば、被駆動部材の初期位置(基準位置)を0として算出されている移動値を、被駆動部材の移動を開始する際における現在位置を0とした値に補正することができる。これによって、変位量を設定する際に、被駆動部材の位置を初期位置に戻す動作を不要とすることができる。したがって、被駆動部材の移動に要する時間を短縮することができる効果を奏する。 According to the above configuration, the movement value calculated with the initial position (reference position) of the driven member as 0 can be corrected to a value with the current position when starting the movement of the driven member as 0. . Thereby, when setting the amount of displacement, the operation of returning the position of the driven member to the initial position can be made unnecessary. Therefore, there is an effect that the time required for the movement of the driven member can be shortened.
本発明に係る駆動制御装置は、さらに、上記駆動部材ごとの歪量が上記歪量設定手段において設定された歪量と同一であるか否かを判定する歪量判定手段をさらに備えており、上記歪量判定手段による判定が否である場合、上記印加電流決定手段は、上記歪量設定手段において設定した歪量となるように上記駆動部材に印加する電流値を補正することが好ましい。 The drive control apparatus according to the present invention further includes a strain amount determination unit that determines whether or not the strain amount for each of the driving members is the same as the strain amount set in the strain amount setting unit. When the determination by the distortion amount determination unit is negative, it is preferable that the applied current determination unit corrects the current value applied to the driving member so that the distortion amount set by the distortion amount setting unit is obtained.
上記構成によれば、例えば、外部からの衝撃またが駆動部材の周辺環境の温度変化により駆動部材の歪量が変化してしまった場合であっても、設定した歪量となるように電流値を補正することができる。これによって、被駆動部材を駆動する指示があるまで、被駆動部材を所望の位置に保持しておくことができる効果を奏する。 According to the above configuration, for example, even when the amount of distortion of the driving member changes due to an external impact or a temperature change in the surrounding environment of the driving member, the current value is set so that the set amount of distortion is obtained. Can be corrected. As a result, the driven member can be held at a desired position until an instruction to drive the driven member is given.
なお、上述した駆動制御装置により駆動制御されるアクチュエータおよび当該アクチュエータを備えたカメラモジュールも本発明の範疇に含まれる。 Note that an actuator driven and controlled by the drive control device described above and a camera module including the actuator are also included in the scope of the present invention.
本発明に係る駆動制御装置において歪量設定手段は、駆動部材ごとの歪量の合計値が被駆動部材の変位量と等しくなり、かつ、駆動部材ごとの歪量が使用する形状記憶合金の逆変態開始温度以下の歪量、またはマルテンサイト変態開始温度以上の歪量となるように、駆動部材ごとの歪量を設定する。 In the drive control device according to the present invention, the strain amount setting means is configured such that the total strain amount for each drive member is equal to the displacement amount of the driven member, and the strain amount for each drive member is the reverse of the shape memory alloy used. The strain amount for each drive member is set so that the strain amount is equal to or lower than the transformation start temperature, or the strain amount is equal to or higher than the martensite transformation start temperature.
これによって、駆動部材に対するわずかな温度変化により駆動部材の歪量が大きく変化してしまうことがないため、各駆動部材の歪量の合計値と被駆動部材の変位量との誤差を非常に小さくすることができる。すなわち、被駆動部材を移動させる際の位置合わせの精度を非常に高くすることができる効果を奏する。 As a result, the amount of distortion of the driving member does not change greatly due to a slight temperature change with respect to the driving member, so the error between the total amount of distortion of each driving member and the amount of displacement of the driven member is very small. can do. That is, there is an effect that the accuracy of alignment when the driven member is moved can be extremely increased.
〔実施形態1〕
本発明に係る駆動制御装置について、図1〜17を参照して以下に説明する。なお、本発明に係る駆動制御装置により駆動を制御されるアクチュエータは、SMAからなる駆動部材を複数備えたものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態では、発明の理解を容易とするために、カメラモジュールに搭載されたアクチュエータの制御の場合を例に挙げて説明する。したがって、本実施形態に係る被駆動部材はレンズ群となる。
A drive control apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The actuator whose driving is controlled by the drive control device according to the present invention is not particularly limited as long as it includes a plurality of driving members made of SMA. In the present embodiment, in order to facilitate understanding of the invention, a case of controlling an actuator mounted on a camera module will be described as an example. Therefore, the driven member according to the present embodiment is a lens group.
(駆動制御装置1の構成)
本発明に係る駆動制御装置の構成について、図1を参照して以下に説明する。
(Configuration of drive control device 1)
The configuration of the drive control apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG.
図1は、本発明に係る駆動制御装置1の構成を示すブロック図である。なお、図1において、カメラモジュール100は駆動制御装置1に含まれる構成ではないが、便宜上、図1に図示している。図1に示すように、駆動制御装置1は、変位量設定部10、歪量設定部11、印加電流決定部12、記憶部13、制御部(位置認識手段、移動値算出手段、歪量判定手段)14、パラメータデータ生成部15、および電源(電流印加手段)16を備えている。各部材について以下に説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
(変位量設定部10)
変位量設定部10は、被駆動部材をどちらの方向に、どの程度移動させるのかを示す量、すなわち変位量を設定するためのものである。変位量は、外部の装置から設定してもよいし、駆動制御装置1において算出するようにしてもよい。駆動制御装置1において変位量を算出する場合については、下記に説明する。
(Displacement amount setting unit 10)
The displacement
(歪量設定部11)
歪量設定部11は、変位量設定部10において設定された変位量だけ被駆動部材を駆動させるように、形状記憶合金(以下、SMAとも称する)からなる駆動部材の歪量を設定するためのものである。歪量設定部11は、変位量設定部10において設定された変位量と、駆動部材ごとの歪量の合計値とが等しくなるように歪量を設定する。さらに、歪量の設定において、駆動部材ごとの歪量が、使用するSMA素材の逆変態開始温度以下の歪量、またはマルテンサイト変態開始温度以上の歪量となるように設定する。歪量の詳細な設定方法については、下記に説明する。
(Distortion amount setting unit 11)
The strain
(印加電流決定部12)
印加電流決定部12は、歪量設定部11において設定された歪量となるように、各駆動部材に対して印加する電流値を決定するためのものである。印加する電流値の詳細な決定方法については、下記に説明する。
(Applied current determination unit 12)
The applied
(記憶部13)
記憶部13は、電源を切っても記憶された情報が消えない不揮発メモリと、電源を切れば記憶された情報が消える揮発メモリとを備えている。不揮発メモリには、例えば、使用するSMA素材における温度に対する歪量の特性を表す特性曲線などが格納されており、揮発メモリは、変位量設定部10、歪量設定部11および印加電流決定部12において設定された変位量、歪量および電流値などを記憶する。
(Storage unit 13)
The
(制御部14)
制御部14は、電流の印加指示、被駆動部材の位置の確認および移動値の算出など、駆動制御装置1全体の制御を行うものである。制御部14としては、マイクロコンピュータ(マイコン)などを用いることができる。制御部14には印加電流決定部12、パラメータデータ生成部15、および電源16が接続されている他、駆動制御に必要な各種機構が接続されている。
(Control unit 14)
The
(パラメータデータ生成部15)
パラメータデータ生成部15は、変位量設定部10における変位量の設定の際に用いられるパラメータデータを作成するためのものである。パラメータデータの作成の詳細な方法については、下記に説明する。
(Parameter data generation unit 15)
The parameter
(電源16)
電源16は、印加電流決定部12において決定された電流値の電流を駆動部材に対して印加するためのものである。
(Power supply 16)
The
(カメラモジュール100の構成)
ここで、本実施形態において、駆動制御装置1により駆動を制御されるアクチュエータを備えたカメラモジュールの構成について、図2(a)〜(d)を参照して以下に説明する。本実施形態において、以下の説明における駆動部材等は、図2(a)〜(d)に示すカメラモジュールに備えられているものを指す。図2(a)〜(d)は、カメラモジュール100の構成を示す図であり、(a)はカメラモジュール100の斜視図であり、(b)はカメラモジュール100を構成する各部材を示す図であり、(c)はAA´線におけるカメラモジュール100の断面図であり、(d)はBB´線におけるカメラモジュール100の断面図である。
(Configuration of camera module 100)
Here, in the present embodiment, the configuration of a camera module including an actuator whose drive is controlled by the
図2(a)に示すように、カメラモジュール100は、受光素子107およびレンズユニット120を備えている。さらに、レンズユニット120は、図2(b)に示すように、SMA部材121、被駆動部材123、与圧部材124、支持機構125、およびベース部材126を備えている。なお、図2(c)に示すように、SMA部材121および与圧部材124を併せてアクチュエータ127と称する。
As shown in FIG. 2A, the
(受光部材107)
受光素子107は、レンズユニット120に入射し、被駆動部材123を通過した入射光を受光する素子である。したがって、受光素子107は、レンズユニット120の受光面と反対の面に配置されている。受光素子107としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)およびCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などを挙げることができる。また、受光素子107は、単に結像された映像を受光するだけではなく、受光信号の処理を通じて光学的な物理パラメータを解析するようにしてもよい。物理パラメータとは、例えば被駆動部材123のスポット径など画像信号から導出されるデータである。
(Light receiving member 107)
The
(SMA部材121)
SMA部材121は、被駆動部材123を駆動するためのものであり、駆動部材101a、101b、および接続治具(絶縁部)103からなる。図2(c)および(d)に示すように、駆動部材101a、101bは、被駆動部材123に対して同一軸上の同一の方向へと応力を印加させるように配置されている。駆動部材101aの端部のうち、接続治具103と接続されていない端部は、ベース部材126の接続点P1に固定されている。また、駆動部材101bの端部のうち、接続治具103と接続されていない端部は、被駆動部材123に固定されている。
(SMA member 121)
The
また、駆動部材101a、101bは、形状記憶合金からなる駆動部材であり、接続治具103を介して互いに直列に備えられている。すなわち、駆動部材101aと駆動部材101bとは、電気的に絶縁するように、かつ熱的に独立するように接続されている。図3(a)〜(c)には、駆動部材101aおよび101bの接続の具体例を示す図である。
The
図3(a)には、駆動部材101aおよび101bを絶縁体からなる接続治具103の両端に設けられた金属接点において、ハンダなどの金属に融着して接続する構成を示している。融着点には、リード線104が接続されている。図3(b)には、駆動部材101aおよび101bの端部を圧着した圧着端子105をリード線104を有するネジにより接続治具103にネジ留めする構成を示している。また、図3(c)には、接続治具103に対して駆動部材101aおよび101bをリード線104を有するネジによりネジ留めする際に、抑え治具106を介するようにする構成を示している。なお、図3(a)〜(c)は、駆動部材101aと駆動部材101bとの接続の一例を示しているのみであり、駆動部材101aと駆動部材101bとを電気的に絶縁するように、かつ熱的に独立するように接続できるのであれば図3(a)〜(c)の構成に限定されるものではない。
FIG. 3A shows a configuration in which the
なお、駆動部材101aおよび101bの形状については、特に限定されるものではなく、コイル状や板状などの材料をSMA部材121の目的に合わせて適宜用いればよい。本実施形態では、細線状のものを用いる場合を例に挙げて説明している。
The shapes of the
(被駆動部材123)
被駆動部材123は、SMA部材121により駆動される部材である。なお、本実施形態ではカメラモジュール100を具体例として例示しているため、被駆動部材123は少なくとも1枚のレンズを備えたレンズ群となる。なお、図2(c)および(d)の矢印は、SMA部材121による被駆動部材123の駆動方向を示す矢印である。
(Driven member 123)
The driven
(与圧部材124)
与圧部材124は、ベース部材126の底面と被駆動部材123との間に備えられているものである。与圧部材124は、SMA部材121における駆動部材101a、101bからの応力に対して、同一軸上の反対の方向へ応力を印加している。すなわちSMA部材121と与圧部材124とを組み合わせることによって、被駆動部材123を所定の駆動方向へ駆動させることができるアクチュエータ127として働く。
(Pressure member 124)
The pressurizing
ここで、被駆動部材3は、駆動部材101a、101bおよび与圧部材124による応力のつりあう点に静止する。したがって、被駆動部材3における初期位置、すなわち移動値を測定する際の基準位置が、この静止している状態となるように、駆動部材101a、101bおよび与圧部材124の材質、長さおよびばね定数などの各パラメータを設定することが好ましい。なお、このときの駆動部材101a、101bは、与圧部材124からの与圧により記憶した形状よりも伸びた状態となる。
Here, the driven
(支持機構125およびベース部材126)
支持機構125は、被駆動部材123の駆動をガイドする機構である。また、ベース部材126は、その内部に被駆動部材123、支持機構125、およびアクチュエータ127を備える筐体であり、その上面および底面には、光を取り込むための開口部、および被駆動部材123を通過した光を受光素子107に受光させるための開口部がそれぞれ設けられている。
(
The
(SMAの特性)
次に、SMA部材121に備えられているSMAについて以下に説明する。SMAは、高温処理することによりその形状を記憶させることができる合金(例えば、Ni−Ti合金)である。すなわち、SMAは温度を変化させることによりその形状を変化することができる。なお、本発明において、用いられるSMAの材質は、特に限定されるものではなく、従来公知のSMAであればいかなる材質のものでも用いることができる。
(Characteristics of SMA)
Next, the SMA provided in the
SMAによる形状記憶について、図4(a)〜(c)を参照して以下に説明する。図4(a)〜(c)は、温度を変化させることによるSMAの結晶構造の変化を示す図であり、(a)はオーステナイト相における結晶構造を示しており、(b)はマルテンサイト相における結晶構造を示しており、(c)は応力マルテンサイト変態した状態の結晶構造を示している。 The shape memory by SMA is demonstrated below with reference to Fig.4 (a)-(c). 4 (a) to 4 (c) are diagrams showing changes in the crystal structure of SMA by changing the temperature, (a) shows the crystal structure in the austenite phase, and (b) shows the martensite phase. (C) shows the crystal structure in the state of stress martensite transformation.
図4(a)に示すオーステナイト相(形状記憶されている状態)にあるSMAを変態点以下の温度に冷却すると図4(b)に示すようなマルテンサイト相となる(これをマルテンサイト変態と称する)。SMAは、通常、常温付近においてマルテンサイト相であるように設計されている。そして、この状態において負荷をかけると、図4(c)に示すように隣の原子同士が連なって折れ曲がるような形でせん断変形する(これを応力マルテンサイト変態と称する)。そして、応力マルテンサイト変態したSMAを変態点以上に加熱するとオーステナイト相に戻る(これを逆変態と称する)。 When the SMA in the austenite phase (the shape memory state) shown in FIG. 4 (a) is cooled to a temperature below the transformation point, a martensite phase as shown in FIG. 4 (b) is obtained (this is called martensitic transformation). Called). SMA is usually designed to be in the martensite phase around room temperature. Then, when a load is applied in this state, as shown in FIG. 4 (c), adjacent atoms are sheared and deformed in such a way that they are bent (this is referred to as stress martensite transformation). When the stress martensitic transformed SMA is heated above the transformation point, it returns to the austenite phase (this is referred to as reverse transformation).
ここで、SMAにおいて低温時に変形に要する応力は約20MPaであり、高温時に形状の復帰によって生じる応力は約100MPaである。そのため、SMAにおける温度に対する変位の性質を示す特性曲線は、図5(a)および(b)に示すように、ヒステリシスの曲線となる。なお、図5(a)および(b)における「Ms」はマルテンサイト変態開始温度、「Mf」はマルテンサイト変態終了温度、「As」は逆変態開始温度、および「Af」は逆変態終了温度を表している。しかし、実際の特性曲線におけるMf〜As間、およびMs〜Af間における変位は、図5(a)に示すように「0」ではない。すなわち、上記の温度間におけるSMAの歪量は、図5(b)に示すように、緩慢に変化している。特性曲線におけるMf〜As間、およびMs〜Af間における歪量の緩慢な変化は、SMAの材料、組成、および形状によってその度合いは若干異なるものの、一般的に用いられているSMAには必ずみられる。 Here, in SMA, the stress required for deformation at a low temperature is about 20 MPa, and the stress generated by the shape recovery at a high temperature is about 100 MPa. Therefore, a characteristic curve indicating the nature of displacement with respect to temperature in SMA is a hysteresis curve as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). In FIGS. 5A and 5B, “Ms” is the martensite transformation start temperature, “Mf” is the martensite transformation end temperature, “As” is the reverse transformation start temperature, and “Af” is the reverse transformation end temperature. Represents. However, the displacement between Mf and As and between Ms and Af in the actual characteristic curve is not “0” as shown in FIG. That is, the strain amount of SMA between the above temperatures changes slowly as shown in FIG. Slow changes in the amount of strain between Mf and As and between Ms and Af in the characteristic curves are slightly different depending on the material, composition, and shape of the SMA, but are not necessarily observed in commonly used SMAs. It is done.
したがって、本明細書等では、逆変態開始温度(As)以下およびマルテンサイト変態開始温度(Ms)以上における特性曲線の変化を、変化の「緩慢な部分(それぞれL1およびL3)」と定義している。また、逆変態開始温度(As)以上マルテンサイト変態開始温度(Ms)以下における特性曲線の変化を、変化の「急峻な部分(L2)」と定義している。なお、より具体的には、「緩慢な部分」とは、As以下Mf以上およびMs以上Af以下における特性曲線の変化を意味している。 Therefore, in this specification and the like, the characteristic curve changes below the reverse transformation start temperature (As) and above the martensite start temperature (Ms) are defined as “slow portions (L1 and L3, respectively)”. Yes. In addition, a change in the characteristic curve at the reverse transformation start temperature (As) or more and the martensite transformation start temperature (Ms) or less is defined as a “steep portion (L2)” of the change. More specifically, the “slow part” means a change in the characteristic curve between As and Mf and Ms and Af and below.
(駆動清書装置1の制御動作)
駆動制御装置1によるアクチュエータ127の駆動制御動作について、図6を参照して以下に説明する。図6は、駆動制御装置1によるアクチュエータ127の駆動制御動作を示すフローチャートである。
(Control operation of the driving cleansing device 1)
The drive control operation of the
制御部14は、外部の装置(図示しない)から被駆動部材213の駆動をさせる信号を受信すると(ステップS1においてYes)、変位量設定手段10に対して被駆動部材123の変位量を設定させる。すなわち、変位量設定手段10は、被駆動部材213をどちらの方向へどれだけ移動するかを示す変位量を設定する(ステップS2)。このとき、被駆動部材213の変位量は、上述した駆動信号と共に外部の手段から送信してもよいし、駆動制御装置1において算出し、設定してもよい。駆動制御装置1において変位量を算出する処理についてか下記に説明する。変位量設定手段10は、設定した変位量を記憶部13および歪量設定部11に送る。
When the
歪量設定部11は、変位量設定部10において設定された変位量に基づいて、駆動部材101aおよび101bにおける歪量を設定する(ステップS3)。このとき、歪量設定部11は、駆動部材101aおよび101bの歪量の合計値が変位量と等しくなるように設定するとともに、駆動部材101aおよび101bにおける特性曲線の緩慢な部分を用いるように各歪量を設定する。歪量設定部11は、設定した歪量を記憶部13および印加電流決定部12に送る。印加電流決定部12は、歪量設定部11において設定された各歪量に基づいて、駆動部材101aおよび101bに印加する電流値を決定する(ステップS4)。印加電流決定部12は、決定した電流値を記憶部13および制御部14に送る。
The strain
制御部14は、印加電流決定部12において決定された電流値を認識し、電源16に対して決定された電流値を駆動部材101aおよび101bそれぞれに対して印加するように指示を送る。制御部14からの電流印加指示を受けた電源16は、駆動部材101aおよび101bそれぞれに対して、所定の電流値を印加する(ステップS5)。
The
これによって、駆動部材101aおよび101bは所望する量の歪量だけ伸縮するため、被駆動部材123は、所望する変位量分駆動される。
As a result, the driving
なお、次に制御部14が外部の装置から被駆動部材213の駆動をさせる信号を受信する(すなわち、ステップS1においてYesとなる)まで、電源16は、駆動部材101a、101bに電流を印加し続け、被駆動部材123の位置を保持し続ける。
The
(変位量の詳細な設定方法)
駆動制御装置1において変位量を算出し、設定する場合について、図7を参照して以下に説明する。駆動制御装置1において変位量を算出し、設定する場合、変位量設定手段10は、記憶部13に記憶されている図7に示すような被駆動部材の移動値に対する物理パラメータを対応付けて記録したパラメータデータを参照する。すなわち、変位量設定部10は、被駆動部材の物理パラメータが所望する値となる移動値を被駆動部材の変位量として設定する。なお、本明細書等において、「移動値」とは、全ての駆動部材を最大限に収縮または伸長した状態における被駆動部材の位置を基準値(初期位置)として、被駆動部材がどれだけ移動したのかを示す値である。
(Detailed setting method of displacement)
A case where the displacement amount is calculated and set in the
変位量設定部10は、例えば、図7に示すパラメータデータから変位に対応させた物理パラメータの関数における極小点を探し、極小値の中で値が最も小さくなる値(すなわち最小値)の移動値Zを被駆動部材123の変位量Zとして設定する。なお、パラメータデータは、駆動制御装置1において作成してもよいし、また予め記憶部13に記憶させておいてもよい。パラメータデータを作成する場合については、下記に説明する。
For example, the displacement
また、被駆動部材123の変位量を設定するとき、駆動される被駆動部材123の現在位置からの移動値を変位量として算出するようにしてもよい。具体的には、被駆動部材123の駆動を開始する際に、制御部14が駆動される被動部材123の現在位置を算出する。そして、変位量設定手段10は、パラメータデータにおける所望する物理パラメータの値となる移動値から算出された被駆動部材123の現在位置を減じる。すなわち、パラメータデータの移動値を算出した現在位置からの値に補正する。
Further, when the displacement amount of the driven
このように、被駆動部材123の初期位置(基準位置)を0として算出されている移動値を、被駆動部材123の移動を開始する際における現在位置を0とした値に補正することによって、変位量を設定する際に、被駆動部材123の位置を初期位置に戻す動作を不要とすることができる。したがって、被駆動部材123の移動に要する時間を短縮することができる。
Thus, by correcting the movement value calculated with the initial position (reference position) of the driven
なお、図7に示すパラメータデータは、一例を示しているのみであり、被駆動部材123の移動値と当該移動値における物理パラメータとが対応付けて記録されているものであれば特に限定されるものではない。
The parameter data shown in FIG. 7 is only an example, and is particularly limited as long as the movement value of the driven
このように、制御駆動装置1は、被駆動部材123の変位量を自動で設定することができる。これによって、被駆動部材123の所望位置が操作ごとに変化するような場合であっても、カメラモジュール100の操作者(オペレータ)がその変化を把握する必要を省くことができる。
As described above, the
(パラメータデータの作成方法)
パラメータデータを駆動制御装置1において作成する場合の詳細な作成方法について、以下に説明する。パラメータデータは、制御部14およびパラメータデータ作成部15を用いて作成される。具体的には、制御部14は、被駆動部材123をその可動範囲全体において走査(スキャン)させる。被駆動部材123の走査と同時に、制御部14は、被駆動部材123の移動値および受光素子107において測定される物理パラメータを取得し、パラメータ作成部15に送る。パラメータ作成部15は、受信した移動値と物理パラメータとを対応付けて登録し、パラメータデータを作成する。そして、パラメータ作成部15は、作成されたパラメータデータを記憶部13に記憶する。
(How to create parameter data)
A detailed creation method when the parameter data is created in the
なお、パラメータデータは、被駆動部材123の駆動動作ごとに作成するようにしてもよいし、一度パラメータデータを作成した後は、記憶部13に記憶されているパラメータデータを利用するようにしてもよい。
The parameter data may be created for each driving operation of the driven
このように、パラメータデータ作成部15においてパラメータデータを作成することによって、被駆動部材123および駆動部材101a、101bの少なくともいずれかを変更した場合であっても、被駆動部材の移動値と物理パラメータとを対応付けて記録した新たなパラメータデータを作成することができる。これによって、被駆動部材123および駆動部材101a、101bの少なくともいずれかを変更した場合であっても、位置精度よく被駆動部材123を駆動させることができる。
Thus, even if at least one of the driven
(被駆動部材123の移動値の算出)
ここで、パラメータデータを作成する際に算出する被駆動部材123の移動値の算出方法について、図8を参照して以下に説明する。
(Calculation of the movement value of the driven member 123)
Here, a method for calculating the movement value of the driven
被駆動部材123の移動値は、駆動部材101a、101bの抵抗値を測定することにより算出することができる。駆動部材101a、101bの抵抗値は、例えば、図8に示すような構成により測定することができる。図8は、駆動部材101a、101bの抵抗値を駆動部材101a、101b自体または抵抗20により測定する構成を示す図である。
The movement value of the driven
本実施形態では、駆動部材101a、101bを加熱する方法として、通電加熱を用いている。駆動部材101a、101bを通電加熱する場合の通電方法としては、電圧制御またはPWM(Pulse Width Modulation)制御を挙げることができる。通電方法として電圧制御を用いる場合、駆動部材101a、101bの両端部に接続されたリード線104を通して、駆動部材101a、101bに印加される電圧を制御するとともに、駆動部材101a、101bの抵抗値をフィードバックしながら駆動部材101a、101bの伸縮量を制御することができる。すなわち、駆動部材101a、101bの抵抗値を測定することにより、被駆動部材123の位置を認識することができる。駆動部材101a、101bに印加されている電圧は、電圧計21を用いて測定することができる。また、駆動部材101a、101bに直列に接続された抵抗素子20の電圧を測定し、その測定値をもって演繹的に駆動部材101a、101bの抵抗値を算出してもよい。なお、図8は、駆動部材101a、101bの抵抗値を算出するための構成の一例を示しているのみである。すなわち、駆動部材101a、101bにおける抵抗値を測定できる構成であれば、図8の構成に限定されるものではない。
In the present embodiment, energization heating is used as a method of heating the
(パラメータデータを作成する場合における被駆動部材123の駆動制御)
パラメータデータを作成する場合における被駆動部材123の動作および駆動部材101b、101bの温度について、図9(a)〜(c)を参照して説明する。図9(a)〜(c)は、パラメータデータを作成する場合における被駆動部材123の動作および駆動部材101b、101bの温度の変化を示す図であり、(a)は走査前を示し、(b)は走査終了時を示し、(c)は変位終了時を示している。
(Driving control of driven
The operation of the driven
図9(a)に示すように、被駆動部材123を走査する前は、駆動部材101a、101bのいずれにも電流は印加されていない。続いて、制御部14から被駆動部材123を走査する指示を受けた電源16は、駆動部材101aに電流を印加する。
As shown in FIG. 9A, before the driven
電流を印加された駆動部材101aは、図9(b)に示すように、収縮を開始する。このとき、駆動部材101bには、電流を印加しない。駆動部材101bは、そのままの長さを維持しており、被駆動部材123の移動は、駆動部材101aによる駆動のみによりなされる。すなわち、駆動部材101aの収縮により生じる引張応力のみで被駆動部材123を走査する。このとき、被駆動部材123の位置、すなわち被駆動部材123の移動値は、上述したように制御部14にフィードバックされる。また、受光素子107は、被駆動部材123の好適な焦点位置を探すためにスポット径を測定し、測定結果を制御部14に送る。
The
パラメータデータ作成部15は、制御部14に送られた各データに基づいて、パラメータデータを作成し、作成したパラメータデータを記憶部13に記憶する。すなわち、駆動部材101aの歪量と被駆動部材123の移動値とは、一対一の対応となる。なお、被駆動部材123の走査には、駆動部材101aの特性曲線全体、すなわち特性曲線(図5(b)参照)におけるL1、L2、およびL3のすべての領域を用いる。
The parameter
被駆動部材123の走査において、印加する電圧あるいは電流を大きくすることにより、被駆動部材123の走査を高速とすることができる。被駆動部材123の走査に要する時間は、熱の伝わり方がSMAの形状、または周辺の熱分布の状況などによって決まるのため、一概にはいえないが、およそ100ms程度のオーダーであることが好ましい。
In the scanning of the driven
走査が終了すると、上述したように、変位量設定部10は、パラメータデータを参照して、所望する物理パラメータとなる被駆動部材123の移動値を変位量として設定する。そして歪量設定部11が上記の変位量となるように駆動部材101a、101bの歪量をそれぞれ設定し、印加電流決定部12がその歪量となる電流値を決定する。このようにして、図9(c)に示すように、被駆動部材123は所望する位置に駆動される。このとき、図9(c)に示すように、駆動部材101a、101bの各歪量は、特性曲線における緩慢な部分となるように設定されている。
When the scanning is completed, as described above, the displacement
なお、図9(a)〜(c)では、被駆動部材123の走査に駆動部材101aを用いる場合を例示しているが、もちろん駆動部材101aの代わりに駆動部材101bを用いてもよいし、駆動部材101a、101bの両方を使用してもよい。駆動部材101a、101bの両方を使用する場合、駆動部材101a、101bの特性曲線における急峻な部分を用いることによって、走査速度をより一層速くすることができる。
9A to 9C illustrate the case where the driving
また、パラメータデータの作成において、被駆動部材123は、可動範囲全体を走査しなくてもよい。例えば、所望する物理パラーメータがすでに判明している場合には、被駆動部材123を走査させつつ、物理パラメータを測定し、所望する物理パラメータとなった時点における被駆動部材123の移動値を変位量として設定するようにしてもよい。
In creating parameter data, the driven
(駆動部材101a、101bの歪量の詳細な設定)
次に、駆動部材101a、101bの各歪量を設定する詳細な方法について、図10および11を参照して以下に説明する。図10は、被駆動部材123の変位量に対する駆動部材101a、101bの使用領域を示す図である。また、図11は、被駆動部材123の変位量と駆動部材101a、101bの歪量とを対応付けて登録した歪量設定テーブルを示す図である。なお、図10では、便宜上、駆動部材101aの特性曲線における領域を図5(b)に示すL1、L2、L3とし、駆動部材101bの特性曲線における領域を、それぞれL1´、L2´、L3´とする。
(Detailed setting of the distortion amount of the driving
Next, a detailed method for setting each strain amount of the
例えば、図10に示すように、被駆動部材123の変位量がZ1である場合、駆動部材101aのL1領域(緩慢な部分)のみで所望する位置に位置合わせすることができる。すなわち、歪量設定部11は、図11に示す歪量設定テーブルを参照して、駆動部材101aの歪量を「a1」、駆動部材101bの歪量を「0」と設定する。
For example, as shown in FIG. 10, it is possible to align the position displacement amount of the driven
例えば、図10に示すように、被駆動部材123の変位量がZ2である場合、駆動部材101a、101bのいずれかのみを用いて所望する位置に位置合わせしようとすると、SMAの特性曲線におけるL2領域(急峻な部分)を用いる必要がある。したがって、駆動部材101a、101bの特性曲線の緩慢な部分であるL1およびL1´の2つの領域を使用することにより、特性曲線の急峻な部分を用いることなく、被駆動部材123を所望の位置に位置合わせする。具体的には、歪量設定部11は、図11に示す歪量設定テーブルを参照して、駆動部材101aの歪量を「b1」、駆動部材101bの歪量を「b2」と設定する。もちろん、「b1」および「b2」は、いずれもSMAの特性曲線における緩慢な部分の歪量である。
For example, as shown in FIG. 10, when the displacement amount of the driven
例えば、図10に示すように、被駆動部材123の変位量がZ3である場合、駆動部材101aのL3領域(緩慢な部分)のみで所望する位置に位置合わせすることができる。すなわち、歪量設定部11は、図11に示す歪量設定テーブルを参照して、駆動部材101aの歪量を「c1」、駆動部材101bの歪量を「0」と設定する。
For example, as shown in FIG. 10, it is possible to align the position displacement amount of the driven
なお、被駆動部材123の変位量がZ3である場合、駆動部材101aのL3領域で位置合わせをせず、駆動部材101a、101bの特性曲線の緩慢な部分であるL1およびL1´の2つの領域を使用するようにしてもよい。この場合、駆動部材101aのL3領域を用いる場合よりも各駆動部材における応力を小さくすることができる。歪量設定テーブルは、駆動部材101aのL3領域を用いるか、または駆動部材101a、101bのL1、L1´領域を用いるかをどちから一方の使用に限定していてもよいし、例えば優先度を設定しておくことによりいずれの場合も選択できるようにしてもよい。
In the case the amount of displacement of the driven
また、上記の説明では、図10、11の双方を用いて各駆動部材の歪量を設定しているが、実際に歪量を設定する際には、歪量設定テーブルのみを参照して歪量を設定すればよい。さらに、上記の説明では、変位量がZ1およびZ3の場合には、駆動部材101aのL1、L3領域を用いているが、もちろん駆動部材101bのL1´、L3´領域を用いてもよい。
In the above description, the strain amount of each driving member is set using both FIGS. 10 and 11. However, when actually setting the strain amount, the strain amount is set by referring only to the strain amount setting table. What is necessary is just to set quantity. Further, in the above description, when the displacement amounts are Z 1 and Z 3 , the L1 and L3 regions of the driving
このように、駆動部材101a、101bにおける歪量の設定において、歪量設定テーブルを参照することによって、駆動部材101a、101bの歪量を容易に、かつ迅速に設定することができる。これによって、被駆動部材123を所望の位置まで駆動させる際に要する時間を短縮することができる。
As described above, in setting the strain amounts in the
(印加電流の詳細な決定方法)
駆動部材101a、101bに印加する電流値の詳細な決定方法について、図12を参照して以下に説明する。図12は、駆動部材101aの歪量と当該歪量となる電流値とを対応付けて登録した印加電流決定テーブルを示す図である。歪量設定手段11において各駆動部材における歪量が設定されると、印加電流決定部12は、図12に示す印加電流決定テーブルを参照して、設定された歪量となる電流値を決定する。
(Detailed determination method of applied current)
A detailed method of determining the current value applied to the
具体的には、例えば、歪量設定部11において駆動部材101aの歪量が「a1」と設定された場合、印加電流決定部12は、印加電流決定テーブルを参照して、駆動部材101aに印加する電流値を「I1(t)」と決定する。同様に、駆動部材101aの歪量が、それぞれ、「b1」および「c1」と設定された場合、印加電流決定部12は、印加電流決定テーブルを参照して、駆動部材101aに印加する電流値を、それぞれ「I2(t)」、「I3(t)」と決定する。駆動部材101bに印加する電流値も同様に設定することができる。ここで、駆動部材101aと駆動部材101bとが、同一の材質、形状である場合には、同じ印加電流決定テーブルを参照して印加する電流値を決定してもよい。
Specifically, for example, when the strain amount of the driving
なお、印加電流決定テーブルは図12に示すものに限定されるものではない。例えば、駆動部材101a、101bに印加する電流値を同時に決定することができるような印加電流決定テーブルとしてもよい。また、歪量設定テーブルと印加電流決定テーブルとを関連付けておき、各駆動部材における歪量の設定と印加する電流値とを同時に決定できるようにしてもよい。
The applied current determination table is not limited to that shown in FIG. For example, it may be an applied current determination table that can simultaneously determine the current values applied to the
このように、駆動部材101a、101bに印加する電流値の設定において、印加電流決定テーブルを参照することによって、駆動部材101a、101bにおいて所望する歪量となるような電流値を容易に、かつ迅速に設定することができる。これによって、被駆動部材123を所望の位置まで駆動させる際に要する時間をより一層短縮することができる。
As described above, in setting the current value to be applied to the driving
(被駆動部材123の位置保持)
上述したように、電源16は、次に被駆動部材213を駆動させるまで駆動部材101a、101bに電流を印加し続け、被駆動部材123の位置を保持し続ける。しかし、例えば、被駆動部材123の位置を保持している間に、外部からの衝撃または駆動部材101a、101bの温度変化により駆動部材101a、101bの歪量が変化する場合も考えられる。したがって、駆動制御装置1は、被駆動部材123の位置を所望する物理パラメータの値となる位置に保持し続けるように制御することが好ましい。以下に、駆動部材123を所望の位置まで移動した後の被駆動部材123の位置保持について、図13を参照して説明する。図13は、被駆動部材123の位置保持動作を示すフローチャートである。
(Position maintenance of driven member 123)
As described above, the
被駆動部材123の所望位置までの移動が完了すると、制御部14は、被駆動部材123の位置を算出する(ステップS10)。このとき、被駆動部材123の位置の算出は、駆動部材101a、101bの歪量が設定された歪量と同一であるか否かを判定することにより算出する。すなわち、駆動部材101a、101bにおける抵抗値を測定することにより算出する。
When the movement of the driven
制御部14は、算出した被駆動部材123の位置が所望する物理パラメータとなる位置であるのか否かを判定する(ステップS11)。制御部14における判定結果において、被駆動部材123の位置に問題がない場合(ステップS11においてYes)には、次の被駆動部材123の移動が指示されるまで、電源16は、決定された電流値の電流を駆動部材101a、101bに印加し続ける。
The
制御部14における判定結果において、被駆動部材123の位置に問題がある場合(ステップS11においてNo)、すなわち被駆動部材123の位置が所望する物理パラメータとなる位置にないと判定された場合には、所望する物理パラメータとするための駆動部材101a、101bの歪量を設定し、当該歪量とするように電流値を補正する(ステップS12)。そして、補正された電流値を駆動部材101a、101bに印加することにより、所望する物理パラメータとなる位置に被駆動部材123を移動させる(ステップS13)。
In the determination result in the
なお、被駆動部材123の位置の確認は、常時行うようにしてもよいし、また一定期間ごとに行うようにしてもよい。
The position of the driven
このように被駆動部材123の位置を監視することによって、例えば、外部からの衝撃または駆動部材101a、101bの温度変化により駆動部材101a、101bの歪量が変化した場合であっても、設定した歪量となるように電流を印加し直すことができる。これによって、次の被駆動部材123を駆動する指示があるまで、被駆動部材123を所望の位置に保持し続けることができる。
By monitoring the position of the driven
(作用効果)
本発明に係る駆動制御装置1における歪量設定手段11は、駆動部材101a、101bにおいて用いられている形状記憶合金の特性曲線の緩慢な部分における歪量を用いて、被駆動部材123の変位量と等しくとなるように駆動部材101a、101bの歪量を設定している。これによって、駆動部材101a、101bに対する温度変化により駆動部材101a、101bの歪量が大きく変化してしまうことがないため、駆動部材101a、101bの歪量の合計値と被駆動部材123の変位量との誤差を非常に小さくすることができる。すなわち、被駆動部材123を移動させる際の位置合わせの精度を非常に高くすることができる。
(Function and effect)
The strain amount setting means 11 in the
(カメラモジュール100の変形例)
本実施形態において好適に用いることができるカメラモジュールは、図2(a)〜(d)に示すカメラモジュール100に限定されるものではない。例えば、図14(a)〜(c)に示すような構成のカメラモジュール100bであってもよい。図14(a)〜(c)は、カメラモジュール100の変形例を示す図であり、(a)は、カメラモジュール100bの斜視図であり、(b)はAA´線におけるカメラモジュール100bの断面図であり、(c)はBB´線におけるカメラモジュール100bの断面図である。
(Modification of camera module 100)
The camera module that can be suitably used in the present embodiment is not limited to the
図14(b)および(c)に示すように、SMA部材121を支持機構126に対向する位置に設けるようにしてもよい。カメラモジュール100の場合は、被駆動部材123に対する与圧部材124の与圧方向は引張方向であるが、カメラモジュール100bのような配置とする場合は、与圧方向は圧縮方向となる。また、図15に示すように、滑車などの運動方向変換機構130を用いてSMA部材121による運動方向を変換するようにしてもよい。図15に示すような構成とすることによって、より低背なカメラモジュールとすることができる。なお、図14および図15では便宜上示していないが、図2(a)〜(d)と同様に、SMA部材121および与圧部材124とを併せた構成が、アクチュエータ127となる。
As shown in FIGS. 14B and 14C, the
さらに、図16に示すように、与圧部材124をSMA部材121において用いるSMAとは別の形状記憶合金からなる与圧部材131としてもよい。すなわち、アクチュエータ127bは、図16に示すように、SMA部材121および与圧部材131からなる。この場合、SMA部材121を冷却伸張するとともに与圧部材131を加熱収縮して被駆動部材を駆動させることとなる。したがって、与圧部材124がばねなどの弾性部材である場合と比較して応答速度を高くすることができる。すなわち、カメラモジュール100と比べてより応答性の高いカメラモジュール100dを作製することができる。また、与圧部材131の材質および長さを適切に設定することによって、駆動部材101a、101bが環境温度により収縮しようとした場合であっても、与圧部材131が駆動部材101a、101bの収縮を打ち消すように被駆動部材123に対して力を及ぼすことができるように設定することができる。与圧部材131をこのように設定した場合には、カメラモジュール100dの誤動作をより一層防止することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 16, the pressurizing
他にも、図17に示すように、SMA部材121bを駆動部材101a〜101cの3本からなるようにしてもよい。この場合、アクチュエータ127cは、図17に示すように、SMA部材121bおよび与圧部材124からなる。また、駆動部材101a、101b、および101cは、同一の材質、および形状であってもよいし、また異なっていてもよい。
In addition, as shown in FIG. 17, the
また、3本の駆動部材を図18(a)および(b)に示すように接続することによって、被駆動部材123bの駆動方向を上下方向の2次元駆動だけでなく、3次元駆動できるようにしてもよい。図18(a)および(b)は、被駆動部材123bを3次元駆動することができる駆動装置150を示す断面図であり、(a)は被駆動部材123bの駆動前を示しており、(b)は被駆動部材123bの駆動後を示している。具体的には、図18(a)および(b)に示すように、与圧部材124上に備えられた被駆動部材123bには、駆動部材101b、101cが並列に接続されている。駆動部材101aは、接続治具103を介して駆動部材101b、101cと直列に接続されており、接続治具103に接続されていない端部は、ベース部材126bに接続されている。図18(b)に示すように、駆動部材101bの長さを保持したまま、駆動部材101aおよび駆動部材101cの長さを短縮することにより、被駆動部材123bを3次元的に駆動させることができる。本発明に係る駆動制御装置1は、このような駆動装置の駆動制御にも好適に用いることができる。なお、便宜上記載していないが、この場合も図17と同様に、駆動部材101a、101b、101cおよび接続治具103がSMA部材121bとなり、アクチュエータ127cは、SMA部材121bおよび与圧部材124からなる。
Further, by connecting the three drive members as shown in FIGS. 18A and 18B, the drive direction of the driven
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(付記事項)
なお、本発明において用いることができるカメラモジュールにおけるレンズユニットは、以下のように記載することもできる。
(Additional notes)
The lens unit in the camera module that can be used in the present invention can also be described as follows.
(第1の構成)
被駆動部材と、固定部と、駆動部材と、被駆動部材を所定の方向へと変位するように支持する支持機構と、駆動部材に対する与圧部材を有しているレンズユニット。
(First configuration)
A lens unit having a driven member, a fixing portion, a driving member, a support mechanism for supporting the driven member so as to be displaced in a predetermined direction, and a pressurizing member for the driving member.
(第2の構成)
前記駆動部材と前記固定部間の接続点である第一の接続点と、前記与圧部材と前記固定部間の接続点である第二の接続点とが、被駆動部材の重心を通って駆動方向に垂直な面に関して異なる側にある第1の構成に記載のレンズユニット。
(Second configuration)
A first connection point that is a connection point between the driving member and the fixed portion and a second connection point that is a connection point between the pressurizing member and the fixed portion pass through the center of gravity of the driven member. The lens unit according to the first configuration, which is on a different side with respect to a plane perpendicular to the driving direction.
(第3の構成)
前記駆動部材と前記固定部間の接続点である第一の接続点と前記与圧部材と前記固定部間の接続点である第二の接続点とが,被駆動部材の重心を通って駆動方向に垂直な面に関して同じ側にあることを特徴とする第1または第2の構成に記載のレンズユニット。
(Third configuration)
A first connection point that is a connection point between the driving member and the fixed portion and a second connection point that is a connection point between the pressurizing member and the fixed portion are driven through the center of gravity of the driven member. The lens unit according to the first or second configuration, wherein the lens unit is on the same side with respect to a plane perpendicular to the direction.
(第4の構成)
前記与圧部材がSMA部材によって形成されていることを特徴とする第1〜3の構成のいずれか1つに記載のレンズユニット。
(Fourth configuration)
The lens unit according to any one of the first to third configurations, wherein the pressurizing member is formed of an SMA member.
(第5の構成)
複数のSMA部材のうちの一部あるいは全てを用いて,その特性曲線の急峻な部分を利用して前記被駆動部材を駆動範囲全体において駆動した後、前記複数のSMA部材のうちの一部あるいは全てを用いて、その特性曲線の緩慢な部分を利用して前記被駆動部材の位置を規定し、保持する第1〜4の構成のいずれか1つに記載のレンズユニット。
(Fifth configuration)
A part or all of the plurality of SMA members are used to drive the driven member over the entire driving range using a steep portion of the characteristic curve, and then a part of the plurality of SMA members or The lens unit according to any one of the first to fourth configurations, wherein all are used to define and hold the position of the driven member using a slow portion of the characteristic curve.
(第6の構成)
前記複数のSMA部材のうち一部あるいは全てを用いて、その特性曲線の急峻な部分を利用して前記被駆動部材を駆動し、最適位置が決定した時点で前記複数のSMA部材のうちの一部あるいは全てを用いて、その特性曲線の緩慢な部分を利用して前記被駆動部材の位置を規定し、保持する第1〜5の構成のいずれか1つに記載のレンズユニット。
(Sixth configuration)
A part or all of the plurality of SMA members are used to drive the driven member using a steep portion of the characteristic curve, and one of the plurality of SMA members is determined when the optimum position is determined. The lens unit according to any one of the first to fifth configurations, in which the position of the driven member is defined and held by using a slow part of the characteristic curve using a part or all of the part.
(第7の構成)
最適位置に関する情報を外部より入力し、その情報に基づいて前記複数のSMA部材の一部あるいは全てにおける、それぞれの特性曲線の緩慢な部分を利用して被駆動部材の位置を規定し、保持する第1〜6の構成のいずれか1つに記載のレンズユニット。
(Seventh configuration)
Information on the optimum position is input from the outside, and based on the information, the position of the driven member is defined and held using the slow part of each characteristic curve in some or all of the plurality of SMA members. The lens unit according to any one of the first to sixth configurations.
本発明に係る駆動制御装置を用いることによって、SMAからなる駆動部材を備えたアクチュエータにおいて、被駆動部材を位置精度よく移動させることができる。被駆動部材を位置精度良く移動することができるアクチュエータは、携帯機器に搭載するカメラなどの小型カメラのレンズユニットなどに好適に利用することができる。 By using the drive control device according to the present invention, the driven member can be moved with high positional accuracy in the actuator including the driving member made of SMA. An actuator that can move a driven member with high positional accuracy can be suitably used for a lens unit of a small camera such as a camera mounted on a portable device.
1 駆動制御装置
10 変位量設定部
11 歪量設定部
12 印加電流決定部
13 記憶部
14 制御部(位置認識手段、移動値算出手段、歪量判定手段)
15 パラメータデータ作成部
16 電源(電流印加手段)
101a 駆動部材
101b 駆動部材
101c 駆動部材
100 カメラモジュール
100b カメラモジュール
100c カメラモジュール
100d カメラモジュール
100e カメラモジュール
103 接続治具(絶縁部)
104 リード線
107 受光素子
120 レンズユニット
121 SMA部材
123 被駆動部材
124 与圧部材
125 支持機構
126 ベース部材
126b ベース部材
127 アクチュエータ
127b アクチュエータ
127c アクチュエータ
150 駆動装置
DESCRIPTION OF
15
101a driving
104
Claims (9)
上記駆動部材ごとの歪量の合計値が上記被駆動部材の変位量と等しくなり、かつ、上記駆動部材ごとの歪量が、使用する上記形状記憶合金の逆変態開始温度以下の歪量、またはマルテンサイト変態開始温度以上の歪量となるように、上記駆動部材ごとの歪量を設定する歪量設定手段と、
上記歪量設定手段において設定された各歪量に基づいて、上記駆動部材それぞれに印加する電流値を決定する印加電流値決定手段と、
上記印加電流値決定手段において決定された電流値の電流を上記駆動部材それぞれに印加する電流印加手段と、
を備えていることを特徴とする駆動制御装置。 A drive control device that controls driving of a driven member by an actuator including a plurality of driving members made of a shape memory alloy connected in series with each other via an insulating portion,
The total value of the strain amount for each driving member is equal to the displacement amount of the driven member, and the strain amount for each driving member is equal to or lower than the reverse transformation start temperature of the shape memory alloy used, or A strain amount setting means for setting a strain amount for each of the drive members so that the strain amount is equal to or higher than the martensite transformation start temperature;
An applied current value determining means for determining a current value to be applied to each of the driving members based on each strain amount set in the strain amount setting means;
Current applying means for applying a current of the current value determined by the applied current value determining means to each of the driving members;
A drive control device comprising:
上記被駆動部材の位置に基づいて、上記移動値を算出する移動値算出手段と、
上記被駆動部材の可動範囲において上記被駆動部材を走査させつつ、算出された移動値と、当該移動値ごとの上記物理パラメータとを対応付けて記録するパラメータデータ作成手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項4に記載の駆動制御装置。 Position recognition means for calculating the position of the driven member based on the resistance value for each driving member;
A movement value calculating means for calculating the movement value based on the position of the driven member;
Parameter data creating means for recording the calculated movement value and the physical parameter for each movement value in association with each other while scanning the driven member within the movable range of the driven member. The drive control apparatus according to claim 4.
上記判定が否である場合、上記印加電流決定手段は、上記歪量設定手段において設定した歪量となるように上記駆動部材に印加する電流値を補正することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の駆動制御装置。 A strain amount judging means for judging whether or not the strain amount for each driving member is the same as the strain amount set in the strain amount setting means;
If the determination is negative, the applied current determining means corrects the current value applied to the driving member so as to be the strain amount set in the strain amount setting means. The drive control apparatus according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007300541A JP2009128423A (en) | 2007-11-20 | 2007-11-20 | Drive control device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20120230665A1 (en) * | 2009-11-24 | 2012-09-13 | Konica Minolta Advanced Layers, Inc. | Drive device |
-
2007
- 2007-11-20 JP JP2007300541A patent/JP2009128423A/en active Pending
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