JP2010128285A - 形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置、制御方法およびレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電流を大きくすることなく、かつ、応答性を高めることができる、ＳＭＡアクチュエータを用いた制御装置および制御方法を提供すること。
【解決手段】ＳＭＡアクチュエータ（４４）で可動部材の位置を制御する制御装置(１００)は、目標位置に基いて形状記憶合金に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算する初期値演算器（１２５）を備える。制御装置（１００）は、制御開始時に、初期値に対応した初期電圧を形状記憶合金に印加する。初期値演算器（１２５）は、例えば、目標位置が高くなると初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、初期値を求める。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置および制御方法に関する。

従来から形状記憶合金（ＳＭＡ）を含むアクチュエータを用いた制御装置が提案されている。

例えば、特開平１０−２６０４５２号公報（以下、「特許文献１」と呼ぶ）は、形状記憶合金を利用した応答性のよいコンパクトなカメラのセクタ開閉装置を開示している。この特許文献１に開示されたカメラのセクタ開閉装置は、台板の開口を開閉する一対のセクタと、この一対のセクタを開閉駆動するセクタ駆動手段とを有する。セクタ駆動手段は、バネと形状記憶合金とを備える。バネは、開口を閉じる方向に一対のセクタを付勢する。形状記憶合金は、所定の長さを有し、一端が台板上に固定され、他端が一対のセクタの作動部に支持されている。形状記憶合金は、電圧を印加をすることにより長さが変化して、一対のセクタを開口を開く方向に作動させる。形状記憶合金への印加電圧を制御して一対のセクタの作動を制御している。

また、特開２００１−２６４８４１号公報（以下、「特許文献２」と呼ぶ）は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を含むアクチュエータを用いて被駆動部材の位置を制御する制御装置を開示している。この特許文献２では、被駆動部材が手振補正機能付光学装置における手振補正光学系の例を開示している。特許文献２においては、所定寸法に形状記憶された形状記憶合金と、形状記憶合金に対して外力を負荷した寸法を変化させるスプリング等の付勢手段と、でアクチュエータを構成している。特許文献２に開示された制御装置は、形状記憶合金が記憶寸法に復帰する第１方向と、付勢手段が形状記憶合金の寸法を変化させる第２方向と、における被駆動部材の位置を当該アクチュエータで制御する。制御装置は、印加電圧演算手段と電圧印加手段とを備える。印加電圧演算手段は、被駆動部材の目標位置および現在位置に関する情報に基づいて繰り返し演算を行い、形状記憶合金に印加すべき電圧を演算する。電圧印加手段は、印加電圧演算手段による演算結果に基いて、被駆動部材が上記第１方向に進行すべき場合にのみ、或いは被駆動部材が上記第２方向に進行すべき場合に、演算で得られた電圧を形状記憶合金に印加する制限回路を含む。

さらに、特開２００１−２７３０３４号公報（以下、「特許文献３」と呼ぶ）は、上記特許文献２に開示されたものと同様な制御装置を開示している。この特許文献３に開示された制御装置は、目標位置決定手段と、現在位置検出手段と、制御出力演算手段と、補正手段とを備える。目標位置決定手段は、被駆動部材を移動させるべき目標位置を決定する。現在位置検出手段は、被駆動部材の現在位置を検出する。制御出力演算手段は、目標位置と現在位置との差に対して演算により制御出力を求める。補正手段は、制御出力演算手段による演算結果に対して、アクチュエータの駆動制御を安定させるべく、形状記憶合金の加熱を抑える補正を行う。或いは、補正手段は、制御出力演算手段による演算結果に対して、オフセット電圧を加えることで、形状記憶合金に印加される電圧を補正する。

特開２００１−２６３２２１号公報（以下、「特許文献４」と呼ぶ）は、形状記憶合金（ＳＭＡ）が形状寸法に復帰すべく変形を開始する温度である、逆変態開始温度（Ａｓ点）を高く設定して形状記憶合金の不用意な変形を防ぐと同時に、実際に形状記憶合金を変形させたいときにタイムラグがほとんど発生しない位置制御装置を開示している。この特許文献４に開示された位置制御装置は、アクチュエータによる被駆動部材の制御に先立って、Ａｓ点または、Ａｓ点よりもやや低い温度に、当該形状記憶合金を予備加熱する予備加熱手段を備えている。すなわち、特許文献４では、応答を速めるために、制御開始前に予めＳＭＡへある程度のスタンバイ電流を流している。

また、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、形状記憶合金を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが知られている。

例えば、特開２００６−９８８２９号公報（以下、「特許文献５」と呼ぶ）は、レンズを円滑に速やかに移動することができると共に、携帯情報端末機に組み込み可能に小型化されたレンズ駆動装置を開示している。この特許文献５に開示されたレンズ駆動装置は、レンズを保持するレンズ枠と、このレンズ枠を光軸方向にのみ移動可能に支持する筒状支持部を有する固定枠と、光軸方向に伸縮し得るコイルバネとを備えている。コイルバネは、筒状支持部の外側に露出して同心状に配置され、かつ、通電／非通電による温度変化により光軸方向に伸縮する、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネを含む。特許文献５に開示された実施形態として、コイルバネは、筒状支持部の外側に光軸を中心とする同心状に配置された前側コイルバネ及び後側コイルバネを備える。前側コイルバネ及び後側コイルバネはレンズ枠を光軸方向の前側及び後側から付勢する。前側コイルバネ及び後側コイルバネの少なくとも一方が形状記憶合金で形成されている。

また、特開２００８−４０１９３号公報（以下、「特許文献６」と呼ぶ）は、通電加熱タイプの形状記憶合金を用いてレンズの位置決めをできるようにしたカメラレンズを開示している。この特許文献６に開示されたカメラレンズは、四角形状のケースと、このケース内に該ケースの１箇所の隅部に形成された軸と、この軸にスラスト移動可能に取付けられる軸受を側面に備えるレンズが取付けられたレンズホルダと、このレンズホルダを常時収納方向に付勢できるように軸に取付けられた付勢スプリングと、この付勢スプリングの付勢力に抗してレンズホルダの軸受を突出方向に移動させる突出機構と、この突出機構を作動させる通電加熱タイプの形状記憶合金ワイヤとからなる。

特開平１０−２６０４５２号公報 特開２００１−２６４８４１号公報 特開２００１−２７３０３４号公報 特開２００１−２６３２２１号公報 特開２００６−９８８２９号公報（段落０００９〜００２０、図１〜図５） 特開２００８−４０１９３号公報

前述した特許文献１〜４に開示された制御装置においては、それぞれ、以下に説明するような問題点がある。

特許文献１〜３に開示された制御装置においては、ＰＩＤ制御を行う際の制御値（ＳＭＡへの印加電圧を決める数値で、最大値を１００％とする）が、制御開始時で０％か１００％の固定値である初期値を持つ。

図１は、従来の制御方法（特許文献１〜３に開示された制御方法）でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。図１において、横軸は時間［sec］を示し、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］を示している。制御開始時の制御値（初期値）が０％の場合、図１の一点鎖線で示されるように、ＳＭＡアクチュエータの応答速度が遅くなってしまう。一方、制御開始時の制御値（初期値）が１００％の場合、図１の二点鎖線で示されるように、オーバーシュートが大きくなり、その結果として消費電流が大きくなるという欠点がある。

また、形状記憶合金（ＳＭＡ）は立ち上がりの応答が遅いので、ＰＩＤ制御の制御ゲインを大きくとる必要がある。しなしながら、制御ゲインを大きくすると、制御結果が発散し易いという欠点がある。

そこで、特許文献４では、制御開始前に予めＳＭＡへある程度のスタンバイ電流を流しておくことで応答性を高めている。

図２は、特許文献４に開示された制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。図２において、横軸は時間［sec］を示し、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］とＳＭＡへの印加電圧［Ｖ］を示している。図２において、破線がＳＭＡへの印加電圧を示し、実線がアクチュエータの高さを示す。

図２に示されるように、制御開始前からＳＭＡに通電するので、応答は速くなるが、消費電流が大きくなってしまうという欠点がある。

尚、特許文献５および６は、レンズ駆動装置を開示するのみで、その制御装置や制御方法については何ら開示していない。

したがって、本発明の課題は、消費電流を大きくすることなく、かつ、応答性を高めることができる、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置および制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明の第１の態様によれば、形状記憶合金（４４４）を含むアクチュエータ（４４）で可動部材（４２）の位置を制御する制御装置(１００)において、目標位置に基いて形状記憶合金（４４４）に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算する初期値演算器（１２５）を備え、制御開始時に、初期値に対応した初期電圧を形状記憶合金（４４４）に印加することを特徴とする、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置(１００)が得られれる。

本発明の第１の態様による制御装置（１００）において、初期値演算器（１２５）は、目標位置が高くなると初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、初期値を求めることが好ましい。所定の関数は、例えば、目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
（但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表されてよい。可動部材は、例えば、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）から構成されてよい。この場合、アクチュエータ（４４）は、レンズホルダ（４２２）を光軸（Ｏ）方向のみに移動するアクチュエータから構成される。

本発明の第２の態様によれば、形状記憶合金（４４４）を含むアクチュエータ（４４）で可動部材（４２）の位置を制御する制御方法において、目標位置に基いて形状記憶合金（４４４）に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算するステップ（１２５）と、制御開始時に、初期値に対応した初期電圧を形状記憶合金（４４４）に印加するステップ（１２３，１２４、１３０）と、を含む、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御方法が得られる。

上記第２の態様による制御方法（１００）において、初期値演算ステップ(１２５)は、目標位置が高くなると初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、初期値を求めることが好ましい。所定の関数は、例えば、目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
（但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表されてよい。可動部材（４２）は、例えば、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）から構成されてよい。この場合、アクチュエータ（４４）は、レンズホルダ（４２２）を光軸（Ｏ）方向のみに移動するアクチュエータから構成される。

本発明の第３の態様によれば、レンズ（ＡＦＬ）を保持するレンズホルダ（４２２）と、レンズホルダを光軸（Ｏ）方向にのみ移動可能に支持するハウジング（３０）と、光軸（Ｏ）方向に伸縮し得るコイルバネと、を備えたレンズ駆動装置(２０)において、ハウジング（３０）は略直方体形状をしており、ハウジング内の当該ハウジングの四隅中の第１の隅で、光軸（Ｏ）方向に延在する主軸（３８）を備え、レンズホルダ（４２２）は、その側面に、主軸(３８)にスライド移動可能に取り付けられた主軸受け（４２２２）を有し、コイルバネは、主軸受け（４２２２）を間に挟んで、それぞれ、主軸（３８）の前側及び後側に取り付けられた前側コイルバネ（４４２）及び後側コイルバネ（４４４）から構成され、前側コイルバネ（４４２）及び後側コイルバネ（４４４）の少なくとも一方は、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネからなり、レンズ駆動装置（２０）は、形状記憶合金バネ（４４４）に対する通電を制御する制御装置（１００）を備え、制御装置（１００）は、目標位置に基いて形状記憶合金バネ（４４４）に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算する初期値演算器（１２５）を備え、制御開始時に、初期値に対応した初期電圧を形状記憶合金バネ（４４４）に印加することを特徴とする、レンズ駆動装置(２０)が得られる。

上記第３の態様によるレンズ駆動装置（２０）において、初期値演算器(１２５)は、目標位置が高くなると初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、初期値を求めることが好ましい。所定の関数は、例えば、目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
（但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表されてよい。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、制御開始時の制御値（初期値）として、０％か１００％の固定値ではなく、目標位置に応じて求められる可変値を用いているので、消費電流を大きくすることなく、かつ、応答性を高めることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図３乃至図１０を参照して、本発明の一実施の形態による制御装置が適用されるレンズ駆動装置２０について説明する。図３はレンズ駆動装置２０の外観を斜め前方上方から観た斜視図である。図４はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２と上側カバー３６とを省いた状態で、斜め前方上方から観た斜視図である。換言すれば、図４は図３に示したレンズ駆動装置２０のオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０を、斜め前方上方から観た斜視図である。図５はレンズ駆動装置２０を斜め前方上方から観た分解斜視図である。図６は図４に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０の平面図である。図７はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２と上側カバー３６とを省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。換言すれば、図７はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０を、斜め後方上方から観た斜視図である。図８はレンズ駆動装置２０を斜め後方上方から観た分解斜視図である。図９はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２、上側カバー３６、及びレンズバレル４２１を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。図１０はレンズ駆動装置２０を、中間フレーム３２、上側カバー３６、及びレンズ可動部４２を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。

ここでは、図３乃至図１０に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図３乃至図１０に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。

図示のレンズ駆動装置２０は、例えば、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４として使用される。その場合、図３乃至図１０に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。

但し、実際の使用状況においては、光軸Ｏ方向、すなわち、Ｚ軸方向が前後方向となる。換言すれば、Ｚ軸の上方向が前方向となり、Ｚ軸の下方向が後方向となる。

図３に示されるように、レンズ駆動装置２０は、後述するオートフォーカスレンズ駆動装置４０を覆う略直方体形状の筐体（ハウジング）３０を備える。換言すれば、筐体（ハウジング）３０内に、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０が配置される。筐体（ハウジング）３０は、中空の中間フレーム３２と、アクチュエータ・ベース３４と、上側カバー３６とを含む。中間フレーム３２は、上側カバー３６とアクチュエータ・ベース３４との間に設けられている。中間フレーム３２は、略四角筒形状をしている。

一方、図示はしないが、アクチュエータ・ベース３４の中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。

図５乃至図８を参照して、筐体（ハウジング）３０内には、左奥側に案内軸３７が設けられている。この案内軸３７は、光軸Ｏと平行に延在している。案内軸３７は筐体（ハウジング）３０のアクチュエータ・ベース３４上に立設している。この光軸Ｏを間に挟んで、案内軸３８と反対側である右手前側には、円柱状の駆動軸３８が設けられている。駆動軸３８も、光軸Ｏと平行に延在して、筐体（ハウジング）３０のアクチュエータ・ベース３４上に立設している。すなわち、案内軸３７と駆動軸３８とは、光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。

尚、駆動軸３８は主軸とも呼ばれ、案内軸３７は副軸とも呼ばれる。換言すると、駆動軸（主軸）３８は、ハウジング３０内の当該ハウジング３０の四隅中の第１の隅で、光軸Ｏ方向に延在している。案内軸（副軸）３７は、レンズホルダ４２２（後述する）を間に挟んで、ハウジング３０内の第１の隅と対角線上で対向する第２の隅に設けられている。すなわち、案内軸（副軸）３７は、ハウジング３０内で、駆動軸（主軸）３８に対して光軸Ｏに関して２回回転対称である位置に設けられている。

オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２を光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。

レンズ可動部４２は、可動レンズであるオートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズバレル（レンズアセンブリ）４２１を含む。レンズバレル４２１は、略円筒状の可動鏡筒（レンズホルダ）４２２内に保持・固定される。レンズホルダ４２２の内周壁には雌ネジ（図示せず）が切られている。一方、レンズバレル４２１の外周壁には、上記雌ネジに螺合される雄ネジ（図示）が切られている。従って、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２に装着するには、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２に対して光軸Ｏ周りに回転して光軸Ｏ方向に沿って螺合することにより、レンズバレル４２１をレンズホルダ４２２内に収容し、接着剤などによって互いに接合する。

レンズホルダ４２２は、左奥側で半径方向外側に延びる第１の延在部（第１の係合部）４２２１を有する。第１の延在部（第１の係合部）４２２１は、半径方向外側に開いた略Ｕ字状の窪み４２２１ｕを有し、この窪み４２２１ｕ内に上記案内軸３７が収容されている。すなわち、第１の延在部（第１の係合部）４２２１は、案内軸（副軸）３７にスライド移動可能に取り付けられている。そのため、第１の延在部（第１の係合部）４２２１は副軸受けとも呼ばれる。案内軸（副軸）３７と第１の延在部（副軸受け）４２２１との組み合わせは、レンズホルダ４２２の主軸３８の回りの回転を防止して、レンズホルダ４２２を光軸Ｏ方向にのみリニアに案内する案内機構として働く。

また、レンズホルダ４２２は、右手前側で半径方向外側に延びる第２の延在部（第２の係合部）４２２２を有する。第２の延在部（第２の係合部）４２２２は、駆動軸（主軸）３８が挿通する貫通穴４２２２ｔを有する。すなわち、第２の延在部（第２の係合部）４２２２は、駆動軸（主軸）３８にスライド移動可能に取り付けられている。そのため、第２の延在部（第２の係合部）４２２２は主軸受けとも呼ばれる。

このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体（ハウジング）３０に対して光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。

レンズホルダ４２２と、レンズバレル（レンズアセンブリ）４２１との組み合わせによって、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ可動部４２が構成される。

次に、図３乃至図１０に加えて図１１をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。図１１はレンズ駆動部４４を拡大して示す右側面図である。図示のレンズ駆動部４４は、光軸Ｏ方向に伸縮し得るコイルバネから構成される。詳述すると、レンズ駆動部（コイルバネ）４４は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を間に挟んで、それぞれ、主軸（駆動軸）３８の上側及び下側に設けられた上側コイルバネ４４２及び下側コイルバネ４４４とから構成される。

前述したように、実際の使用状況においては、光軸Ｏ方向、すなわち、Ｚ軸方向が前後方向となるので、上側コイルバネ４４２及び下側コイルバネ４４４は、それぞれ、前側コイルバネ及び後側コイルバネとも呼ばれる。

前側コイルバネ（上側コイルバネ）４４２は、中間フレーム３４の天面と主軸受け４２２２との間に配置されている。後側コイルバネ（下側コイルバネ）４４４は、主軸受け４２２２とアクチュエータ・ベース３４との間に配置されている。

図示の例では、前側コイルバネ４４２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製の付勢バネから構成され、後側コイルバネ４４４は、形状記憶合金（ＳＭＡ）により形成された形状記憶合金バネから構成されている。周知のように、「形状記憶合金」とは、予め与えられた変形歪が、特定の温度領域において、ゼロとなって元の形状に回復する性質を持つ金属である。形状記憶合金は、例えば、ＴｉＮｉ合金からなる。

すなわち、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を下方向（後方向）を付勢するように作用する。一方、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、駆動回路（図示せず）から通電されると、図１１の矢印Ａで示されるように、伸張する。その結果、第２の延在部（主軸受け）４２２２を介して、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２は、図１１の矢印Ｂで示されるように、収縮する。

一方、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４への通電を停止すると、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は自然に冷却される。その結果、前側コイルバネ（付勢バネ）４４２の付勢力より、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、第２の延在部（主軸受け）４２２２を介して、収縮する。

すなわち、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４は、その通電／非通電による温度変化により光軸Ｏ方向に伸縮し、レンズホルダ４２２を光軸Ｏ方向に駆動する。

尚、本実施の形態では、前側コイルバネ４４２をステンレス鋼製の付勢バネから構成し、後側コイルバネ４４４を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成しているが、これに限定されない。例えば、前側コイルバネ４４２を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成し、後側コイルバネ４４４をステンレス鋼製の付勢バネから構成しても良い。或いは、前側コイルバネ４４２と後側コイルバネ４４４の両方を形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネから構成してもよい。

このように、レンズ駆動部４４は、形状記憶合金（ＳＭＡ）を含むので、ＳＭＡアクチュエータとも呼ばれる。

レンズ駆動部４４とレンズ可動部４２とは、図４乃至図８に示されるように、光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。

図５、図８、および図１０に示されるように、レンズ駆動装置２０は、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４に通電するための通電部材５２と、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４を、当該後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の端面（後述する）で通電部材５２と電気的に接続する電気的接続部材５４とを備える。

通電部材５２は、アクチュエータ・ベース３４上に形成（搭載）される、円弧状の第１及び第２の導体パターン５２１及び５２２と、第１の導体パターン５２１に一端が半田で接続された導線５２３とを有する。図示の第１及び第２の導体パターン５２１及び５２２は銅製のパターンから成る。図示の導線５２３は、銅製のリッツ線から成る。

一方、電気的接続部材５４は、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の第１の端部４４４ａを導線５２３を介して第１の導体パターン５２１と電気的に接続する第１の電気的接続部材５４１と、後側コイルバネ（形状記憶合金バネ）４４４の第２の端部４４４ｂを第２の導体パターン５２２と電気的に接続する第２の電気的接続部材５４２とから構成されている。

図１２を参照して、本発明の一実施の形態に係る制御装置１００について説明する。図示の制御装置１００は、図３乃至図８に示されたレンズ駆動装置２０（オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０）のレンズ可動部４２（レンズホルダ４２２）の位置を、図１１に示したレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４を用いて制御する装置である。

図示の制御装置１００は、レンズ可動部４２（レンズホルダ４２２）の位置（アクチュエータ位置）を検出して、現在の検出位置を表す検出信号を出力するアクチュエータ位置検出器１１０と、この検出信号で表される現在の検出位置と外部コントローラから供給されるアクチュエータ位置指令値で表される目標位置とに基いて、制御信号を出力するＰＩＤコントローラ１２０と、制御信号に基いてレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４へ操作量である電圧を印加する制御電源（操作部）１３０とを備えている。

図示の制御電源（操作部）１３０は、レンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）４４へ印加する電圧として、０〜３．３Ｖの電圧を印加する。後述する制御値の最大値を１００％とする。この場合、制御値が０％のとき、制御電源（操作部）１３０は操作量（印加電圧）として０Ｖを出力し、制御値が１００％のとき、制御電源（操作部）１３０は操作量（印加電圧）として３．３Ｖを出力する。

図示のＰＩＤコントローラ１２０は、偏差演算器１２１と、Ａ／Ｄ変換器１２２と、コントロール値演算器１２３と、Ｄ／Ａ変換器１２４と、初期値演算器１２５とを有する。

偏差演算器１２１は、アクチュエータ位置指令値で表される目標位置と検出信号で表される現在の検出位置との偏差を求め、その偏差を表す偏差信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器１２２は、偏差信号をデジタルの偏差値に変換する。コントロール値演算器１２３は、偏差値に対して周知のＰＩＤ演算を施して上記制御値を演算する。コントロール値演算器１２３は、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｉと微分ゲインＧｄとを持つ。上述したように、コントロール値演算器１２３は、最大値を１００％とする制御値を出力する。Ｄ／Ａ変換器１２４は、制御値をアナログの制御信号に変換する。初期値演算器１２５は、目標位置に基いて、ＳＭＡアクチュエータ４４を構成する形状記憶合金バネ４４４に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を、後述するように所定の関数（演算式）に従って求める。この初期値は、コントロール値演算器１２３に供給される。コントロール値演算器１２３は、制御開始時に、制御値としてこの初期値をＤ／Ａ変換器１２４へ供給する。

したがって、制御開始時に、Ｄ／Ａ変換器１２４からこの初期値に対応した初期制御信号が制御電源（操作部）１３０に供給されるので、制御電源（操作部）１３０は、上記初期値に対応した初期電圧を、ＳＭＡアクチュエータ４４を構成する形状記憶合金バネ４４４に印加する。

このように、本発明では、制御値の初期値として、０％や１００％の固定ではなく、目標位置に対して最適な値を選択している。尚、ここでは、制御値の初期値を決めるだけで、ＳＭＡアクチュエータ４４を構成する形状記憶合金バネ４４４に通電を行わないことに注意されたい。したがって、本発明では、制御値の初期値は、ＳＭＡアクチュエータ４４の目標位置（高さ）によって可変する。

初期値演算器１２５は、目標位置が高くなると初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、初期値を求める。具体的には、所定の関数は、目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式で表される。

ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００である。

本発明者は、上記方向係数ａと上記切片ｂとの好ましい値を実験で求めた。その結果、ａ＝０．５８１４、ｂ＝４１．５７を得た。

しかしながら、上記方向係数ａと上記切片ｂとの値は、それらに限定されないのは勿論である。例えば、上記方向係数ａと上記切片ｂとの値は、ＳＭＡアクチュエータ４４の設計、形状記憶合金バネ４４４の形状や設計などにより、最適なものにそれぞれ設定されてよい。

また、上記所定の関数も、上記一次関数に限定されず、他の関数を用いてもよいのは勿論である。

なお、図１２に示したＰＩＤコントローラ１２０の代わりに、プログラムによって動作するマイクロコンピュータを用いてもよい。その場合、マイクロコンピュータは、アクチュエータ位置指令値と検出信号とを入力する入力ユニットと、制御信号を出力する出力ユニットと、演算を実行する演算処理ユニットとから構成され得る。演算処理ユニットは、図１２に示された偏差演算器１２１、コントロール値演算器１２３、および初期値演算器１２５に相当する演算を実行する。演算処理ユニットは、プログラムやデータを記憶する記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ）と、この記憶部に格納されたプログラムに従って、入力ユニット、出力ユニット、および記憶部を制御するための処理部（ＣＰＵ）とから成る。

図１３は、図１２に示した制御装置１００制御方法でのＳＭＡアクチュエータ４４の応答特性を示す特性図である。図１３において、横軸は時間［sec］を示し、０秒を制御開始時刻としている。マイナスの値の時刻は、制御を行う前の状態である。また、図１３において、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］とＳＭＡバネ４４４への印加電圧［Ｖ］を示している。図１３において、破線がＳＭＡバネ４４４への印加電圧（操作量）を示し、実線がアクチュエータの高さを示す。

図１３に示されるように、制御開始時にＳＭＡバネ４４４に初期値に対応する初期電圧を通電するので、応答を速くすることができる。また、制御開始前には、ＳＭＡバネ４４４に通電しないので、消費電流を低減することができる。

図１４は、本発明の制御方法と上記従来の制御方法でのＳＭＡアクチュエータ４４の応答特性を示す特性図である。図１４において、横軸は時間［sec］を示し、縦軸はアクチュエータ高さ［ｍｍ］を示している。図示の例では、本発明の制御方法において、制御開始時の制御値（初期値）を５０％とした場合の例を示している。

制御開始時の制御値（初期値）が０％の場合、図１４の一点鎖線で示されるように、ＳＭＡアクチュエータ４４の応答速度が遅くなってしまう。一方、制御開始時の制御値（初期値）が１００％の場合、図１４の二点鎖線で示されるように、オーバーシュートが大きくなり、その結果として消費電流が大きくなるという欠点がある。

これに対して、本発明の制御方法により、制御開始時の制御値（初期値）を５０％とすると、図１４の実線で示されるように、ＳＭＡアクチュエータ４４が応答する。すなわち、制御開始時の制御値（初期値）を１００％の場合と比較して、本発明の制御方法では、オーバーシュートを防ぐことができるので、消費電力を低減できる。また、制御開始時の制御値（初期値）を０％とした場合と比較して、本発明の方法では、制御時間を短縮することができる。

また、本発明の制御方法では、制御開始時の制御値（初期値）を０％よりも増加しておくので、ＰＩＤコントローラ１２０のゲインを大きくしなくとも、素早い立ち上がりを得ることができる。その結果、制御時間を短縮することができる。また、ＰＩＤコントローラ１２０のゲインを大きくしなくてよいので、制御結果の発散を防ぐことができる。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、上述した実施の形態では、可動部材がオートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ可動部である場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されず、種々のものに適用可能なのは勿論である。例えば、可動部材は、特許文献１、４に開示されているようなカメラのセクタ開閉装置（シャッタ機構）や、特許文献２〜４に開示されているような手振補正機能付光学装置における手振補正光学系（手振補正機構）などであってもよい。

従来の制御方法（特許文献１〜３に開示された制御方法）でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。 特許文献４に開示された制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。 本発明の一実施の形態による制御装置が適用される、レンズ駆動装置の外観を斜め前方上方から観た斜視図である。 図３に示したレンズ駆動装置のオートフォーカスレンズ駆動ユニットを、斜め前方上方から観た斜視図である。 図３に示したレンズ駆動装置を斜め前方上方から観た分解斜視図である。 図４に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットの平面図である。 図４に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットを、斜め後方上方から観た斜視図である。 図３に示したレンズ駆動装置を斜め後方上方から観た分解斜視図である。 図３に示したレンズ駆動装置を、中間フレーム、上側カバー、及びレンズバレルを省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。 図３に示したレンズ駆動装置を、中間フレーム、上側カバー、及びレンズ可動部を省いた状態で、斜め後方上方から観た斜視図である。 図４に示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ駆動部（ＳＭＡアクチュエータ）を拡大して示す右側面図である。 本発明の一実施の形態に係る制御装置を示すブロック図である。 図１２に示した制御装置による制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。 本発明の制御方法と従来の制御方法でのＳＭＡアクチュエータの応答特性を示す特性図である。

符号の説明

２０ レンズ駆動装置
３０ 筐体（ハウジング）
３２ 中間フレーム
３４ アクチュエータ・ベース
３６ 上側カバー
３７ 案内軸（副軸）
３８ 駆動軸（主軸）
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部（可動部材）
４２１ レンズバレル（レンズアセンブリ）
４２２ レンズホルダ
４２２１ 第１の延在部（第１の係合部、副軸受け）
４２２１ｕ 窪み
４２２２ 第２の延在部（第２の係合部、主軸受け）
４２２２ｔ 貫通孔
４４ レンズ駆動部（コイルバネ、ＳＭＡアクチュエータ）
４４２ 前側コイルバネ（上側コイルバネ、付勢バネ）
４４４ 後側コイルバネ（下側コイルバネ、形状記憶合金バネ）
４４４ａ 第１の端部
４４４ｂ 第２の端部
５２ 通電部材
５２１ 第１の導体パターン
５２２ 第２の導体パターン
５２３ 導線
５４ 電気的接続部材
５４１ 第１の電気的接続部材
５４１２ カシメ具（パイプ状電極）
５４２ 第２の電気的接続部材
５４２２ カシメ具
１００ 制御装置
１１０ アクチュエータ位置検出器
１２０ ＰＩＤコントローラ
１２１ 偏差演算器
１２２ Ａ／Ｄ変換器
１２３ コントロール値演算器
１２４ Ｄ／Ａ変換器
１２５ 初期値演算器
１３０ 制御電源（操作部）
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ

Claims (11)

1. 形状記憶合金を含むアクチュエータで可動部材の位置を制御する制御装置において、
   目標位置に基いて前記形状記憶合金に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算する初期値演算器を備え、
   制御開始時に、前記初期値に対応した前記初期電圧を前記形状記憶合金に印加することを特徴とする、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御装置。
2. 前記初期値演算器は、前記目標位置が高くなると前記初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、前記初期値を求める、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記所定の関数が、前記目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、前記初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
   ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
   （但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表される、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記可動部材が、レンズを保持するレンズホルダから構成され、
   前記アクチュエータが、前記レンズホルダを光軸方向のみに移動するアクチュエータから成る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の制御装置。
5. 形状記憶合金を含むアクチュエータで可動部材の位置を制御する制御方法において、
   目標位置に基いて前記形状記憶合金に印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算するステップと、
   制御開始時に、前記初期値に対応した前記初期電圧を前記形状記憶合金に印加するステップと、
   を含む、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いた制御方法。
6. 前記初期値演算ステップは、前記目標位置が高くなると前記初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、前記初期値を求める、請求項５に記載の制御方法。
7. 前記所定の関数が、前記目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、前記初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
   ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
   （但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表される、請求項６に記載の制御方法。
8. 前記可動部材が、レンズを保持するレンズホルダから構成され、
   前記アクチュエータが、前記レンズホルダを光軸方向のみに移動するアクチュエータから成る、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の制御方法。
9. レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを光軸方向にのみ移動可能に支持するハウジングと、前記光軸方向に伸縮し得るコイルバネと、を備えたレンズ駆動装置において、
   前記ハウジングは略直方体形状をしており、
   前記ハウジング内の当該ハウジングの四隅中の第１の隅で、前記光軸方向に延在する主軸を備え、
   前記レンズホルダは、その側面に、前記主軸にスライド移動可能に取り付けられた主軸受けを有し、
   前記コイルバネは、前記主軸受けを間に挟んで、それぞれ、前記主軸の前側及び後側に設けられた前側コイルバネ及び後側コイルバネから構成され、
   前記前側コイルバネ及び前記後側コイルバネの少なくとも一方は、形状記憶合金により形成された形状記憶合金バネからなり、
   前記レンズ駆動装置は、前記形状記憶合金バネに対する通電を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、目標位置に基いて前記形状記憶合金バネに印加すべき初期電圧に対応した制御値の初期値を演算する初期値演算器を備え、制御開始時に、前記初期値に対応した前記初期電圧を前記形状記憶合金バネに印加することを特徴とする、レンズ駆動装置。
10. 前記初期値演算器は、前記目標位置が高くなると前記初期値も徐々に増加するような所定の関数に従って、前記初期値を求める、請求項９に記載のレンズ駆動装置。
11. 前記所定の関数が、前記目標位置を独立変数ｘ（０％≦ｘ≦１００％）とし、前記初期値を従属変数ｙ（０％＜ｙ≦１００％）としたとき、方向係数ａとｙ軸上の切片ｂとを持つ下記の一次関数の式
    ｙ ＝ ａｘ ＋ ｂ
    （但し、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１００で、かつ（１００ａ＋ｂ）≦１００）で表される、請求項１０に記載のレンズ駆動装置。

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