JP2012078418A - Autofocus device, imaging apparatus mounting the autofocus device, and portable electronic device mounting the imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オートフォーカス装置、該オートフォーカス装置を搭載した撮像装置、及び、該撮像装置を搭載した、デジタルカメラやカメラ機能付きの携帯電話機や携帯情報端末(PDA)等の携帯電子機器に関するものである。 The present invention relates to an autofocus device, an imaging device equipped with the autofocus device, and a portable electronic device equipped with the imaging device, such as a digital camera, a mobile phone with a camera function, and a personal digital assistant (PDA). It is.
従来から、オートフォーカス装置には、オートフォーカスの高速化を図るため、アクチュエータに形状記憶合金が用いられるものがある。このオートフォーカス装置は、形状記憶合金に電力を供給することにより、形状記憶合金が発熱して縮むことでレンズを一方の方向に移動させるとともに、形状記憶合金が自然放熱して伸びることでレンズを前記方向とは反対方向に移動させるように構成されている。 Conventionally, some autofocus devices use a shape memory alloy for an actuator in order to increase the speed of autofocus. This autofocus device supplies power to the shape memory alloy to generate heat and shrink the shape memory alloy to move the lens in one direction, and the shape memory alloy naturally dissipates and expands the lens. It is comprised so that it may move in the direction opposite to the said direction.
これらのオートフォーカス装置には形状記憶合金の変形量に対応する抵抗値、即ち、縮むことで減少し且つ伸びることで増加する抵抗値により、レンズの位置を制御している。
そして、かかるオートフォーカス装置を延命させるために、形状記憶合金を加熱し、測定抵抗を監視して、極大抵抗および極小抵抗を検出することと、その検出された極大抵抗の抵抗値と検出された極小抵抗の抵抗値との間の抵抗範囲の大きさを導出して記憶することとを含む予備較正動作を実行している。(例えば、特許文献1)。
In these autofocus devices, the position of the lens is controlled by a resistance value corresponding to the deformation amount of the shape memory alloy, that is, a resistance value that decreases by contraction and increases by extension.
In order to prolong the life of such an autofocus device, the shape memory alloy is heated, the measurement resistance is monitored, the maximum resistance and the minimum resistance are detected, and the resistance value of the detected maximum resistance is detected. A pre-calibration operation is performed which includes deriving and storing the magnitude of the resistance range between the resistance values of the minimum resistances. (For example, patent document 1).
この予備較正動作は電力が供給されるか、または装置のスイッチがオンにされたときにのみ実行され、予備較正動作後はレンズの位置を初期位置へ移動させる。通常この初期位置は、レンズが無限遠位置となるように設定される(例えば、特許文献2)。 This pre-calibration operation is performed only when power is supplied or the device is switched on, and after the pre-calibration operation, the lens position is moved to the initial position. Normally, this initial position is set so that the lens is at infinity (for example, Patent Document 2).
しかし、上述のオートフォーカス装置では、レンズが移動する方向は、無限位置となる初期位置での保持電力を小さくするために、形状記憶合金が発熱して縮むと撮像素子からレンズが乖離する方向に移動する構成のため、予備較正動作を実施してから撮像素子に近い位置にある無限位置へ移動するまでの時間が長くなり、カメラの起動時間が長くなるという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するもので、予備較正動作後に初期位置へレンズを移動させる時間を短縮することができるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。
However, in the above-described autofocus device, the lens moves in a direction in which the lens deviates from the image sensor when the shape memory alloy generates heat and contracts in order to reduce the holding power at the initial position, which is an infinite position. Due to the moving configuration, there is a problem that the time from the execution of the preliminary calibration operation to the movement to the infinite position close to the image sensor becomes longer, and the startup time of the camera becomes longer.
The present invention solves the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an autofocus device that can shorten the time for moving the lens to the initial position after the preliminary calibration operation.
被写体からの光を集光するレンズと、該レンズを収容するレンズホルダと、該レンズホルダを介して前記レンズを収納するフレームと、該フレームの被写体側の上部または下部に取り付けられ、前記レンズホルダを光軸方向に弾性的に支持する支持部材と、前記フレームと前記レンズホルダに接続され、伸縮することで前記レンズを光軸方向に移動させる形状記憶合金とを備え、前記形状記憶合金は伸びると前記レンズが被写体の方向に移動するように取り付けられたことを特徴とする。 A lens that collects light from a subject; a lens holder that houses the lens; a frame that houses the lens through the lens holder; and an upper or lower portion of the frame on the subject side; And a shape memory alloy that is connected to the frame and the lens holder and moves the lens in the optical axis direction by extending and contracting, and the shape memory alloy extends. The lens is attached so as to move in the direction of the subject.
かかる構成によれば、前記形状記憶合金が伸びるとレンズが被写体の方向に移動するように取り付けられたことで、無限位置となる初期位置を保持する場合の形状記憶合金の抵抗値は極小抵抗値に近い抵抗値となり、予備較正動作後に初期位置へ移動するまでの抵抗値の差が小さくでき、よって予備較正動作後に初期位置へ移動する時間を短くすることができる。
本発明の請求項2に係るオートフォーカス装置では、前記形状記憶合金を伸縮させる駆動部と、前記駆動部に動作の指示を行う制御部とを備え、前記駆動部は、前記形状記憶合金に通電する通電部と、前記形状記憶合金の抵抗値を算出する抵抗値計測部と、前記レンズを任意の位置へ移動させるに際に、前記抵抗値計測部で測定される抵抗値を取得しながら、任意の位置に対応する抵抗値となるまで前記形状記憶合金への通電量を前記通電部に指示する駆動制御部とを具備し、前記通電部を制御して前記形状記憶合金を加熱し、前記形状記憶合金の測定抵抗を監視することで極大抵抗値および極小抵抗値を検出し、前記極大抵抗値と前記極小抵抗値の間の抵抗範囲を導出し記憶する予備較正動作が実行でき、前記制御部は前記予備較正動作実行後に初期位置へレンズを移動させるよう前記駆動部を制御することを特徴とする。
かかる構成によれば、極小抵抗値を使用することで、周囲温度の抵抗値変化の影響を受けにくくなり、これにより可動要素の正確な位置決めが可能となる。
また、極小抵抗値と極大抵抗値間の抵抗値を使用し、極小抵抗値を越えない範囲で動作させることで、形状記憶合金結晶への損傷を減らし、形状記憶合金アクチュエータを延命させることが可能となる。
本発明の撮像装置では、請求項1または請求項2のオートフォーカス装置を搭載したことを特徴とする。
According to this configuration, when the shape memory alloy is stretched, the lens is attached so as to move in the direction of the subject, so that the resistance value of the shape memory alloy when the initial position that is an infinite position is maintained is the minimum resistance value. Therefore, the difference in resistance value before moving to the initial position after the preliminary calibration operation can be reduced, so that the time for moving to the initial position after the preliminary calibration operation can be shortened.
In an autofocus device according to a second aspect of the present invention, the autofocus device includes a drive unit that expands and contracts the shape memory alloy, and a control unit that instructs the drive unit to operate, and the drive unit energizes the shape memory alloy. When acquiring the resistance value measured by the resistance value measurement unit when moving the lens to an arbitrary position, the current value to be calculated, the resistance value measurement unit for calculating the resistance value of the shape memory alloy, A drive control unit for instructing the energization unit to energize the shape memory alloy until a resistance value corresponding to an arbitrary position, and controlling the energization unit to heat the shape memory alloy, By monitoring the measurement resistance of the shape memory alloy, the maximum resistance value and the minimum resistance value are detected, and a preliminary calibration operation for deriving and storing the resistance range between the maximum resistance value and the minimum resistance value can be executed, and the control Is the preliminary calibration operation And controlling the driving unit to move the lens to the initial position after.
According to such a configuration, by using the minimum resistance value, it becomes difficult to be influenced by a change in the resistance value of the ambient temperature, thereby enabling accurate positioning of the movable element.
In addition, by using the resistance value between the minimum resistance value and the maximum resistance value, and operating within the range not exceeding the minimum resistance value, it is possible to reduce the damage to the shape memory alloy crystal and prolong the life of the shape memory alloy actuator It becomes.
The image pickup apparatus according to the present invention includes the autofocus device according to
かかる構成によれば、撮像装置においても上記同様な効果を得ることができる。
本発明の係る携帯電子機器では、請求項3の撮像装置を搭載したことを特徴とする。
かかる構成によれば、携帯電子機器においても上記同様な効果を得ることができる。
According to this configuration, the same effect as described above can be obtained in the imaging apparatus.
The portable electronic device according to the present invention is characterized in that the imaging device according to
According to this configuration, the same effect as described above can be obtained even in a portable electronic device.
本発明によれば、従来のオートフォーカス装置と比較して、予備較正動作後に初期位置へレンズを移動させる時間を短縮することができる。 According to the present invention, it is possible to shorten the time for moving the lens to the initial position after the preliminary calibration operation, as compared with the conventional autofocus device.
以下、本発明に係るオートフォーカス装置、撮像装置、及び、携帯電子機器における一実施形態について、図1〜図4を参酌して説明する。なお、本実施形態に係るオートフォーカス装置は、撮像装置に採用されている場合を説明する。本実施形態に係る撮像装置は、携帯電子機器に採用されている場合を説明する。 Hereinafter, an embodiment of an autofocus device, an imaging device, and a portable electronic device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that a case where the autofocus device according to the present embodiment is employed in an imaging device will be described. The case where the imaging device according to the present embodiment is employed in a portable electronic device will be described.
まず、本実施形態に係る携帯電子機器の概略構成について、図1を参酌しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る携帯電子機器の全体図である。本実施形態に係る携帯電子機器1は、いわゆる、折り畳み式携帯電話機である。図1(a)は、この折り畳み式携帯電話機が開いた状態にあり、メイン画面(後述する第1ディスプレイ10)を視認可能な方向からの斜視図である。同図(b)は、同図(a)に示す携帯電話機の背面側(メイン画面が嵌め込まれた面の反対面側)からの斜視図である。
First, a schematic configuration of the portable electronic device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall view of a portable electronic device according to the present embodiment. The mobile
本実施形態に係る携帯電子機器1は、デジタルカメラ機能を搭載した、即ち、撮像装置2を備える携帯電話機である。携帯電話機1は、第1本体3と、該第1本体3とヒンジ機構4を介して折り畳み自在である第2本体5とを備える。
The mobile
第1本体3には、携帯電話機1を折り畳んだ際の内面側に、数字キーなどによって構成されて携帯電話機1の操作の入力を行う操作キー部6と、送話音声を入力するマイク7とが設けられている。また、第1本体3には、携帯電話機1を折り畳んだ際の外面側に、着信状態などを通知するサウンダ8が設けられている。
The first
第2本体5には、携帯電話機1を折り畳んだ際の内面側に、受話音声を出力するスピーカ9と、文字や画像を表示する第1ディスプレイ10とが設けられている。また、第2本体5には、携帯電話機1を折り畳んだ際の外周面に、第1ディスプレイ10と同様に文字や画像を表示する第2ディスプレイ11と、光を放射する発光素子12と、被写体で反射した光(発光素子12の光や太陽光などの光)を集光する撮像装置2とが設けられている。
The second
本実施形態に係る携帯電子機器1の構成については以上の通りであり、以下、本実施形態に係る撮像装置2の構成について、図2及び図3を参酌して説明する。図2は、同実施形態に係る撮像装置2の断面図である。図3は、同実施形態に係る撮像装置2のシステム構成を示すブロック図である。
The configuration of the portable
図2又は図3に示すように、本実施形態に係る撮像装置2は、被写体からの光を集光するレンズ13と、レンズ13を介して光を受光する撮像素子14と、レンズ13を収容するレンズホルダ15と、レンズホルダ15を介してレンズ13を収納するフレーム16と、フレーム16の被写体側の上部および下部に取り付けられ、レンズホルダ15を光軸方向(図2におけるA矢印方向)に弾性的に支持する、例えば金属(又は樹脂等)の板バネである支持部材17と、フレーム16とレンズホルダ15に接続され、伸縮することでレンズホルダ15を光軸方向に移動させるアクチュエータとなる形状記憶合金18とを備える。そして、撮像素子14を電気的に接続し且つフレーム16に固定される基板19と、形状記憶合金18を伸縮させる駆動部20と、撮像素子14からの画像信号を処理し、かつオートフォーカスを行う際に各指定の位置へ移動するよう都度、駆動部20に動作の指示を行う制御部21とを備える。
オートフォーカス装置22は上記レンズホルダ15、フレーム16、支持部材17、形状記憶合金18、駆動部20とを備える。なお、制御部21は、撮像素子14に内蔵されていてもよい。
レンズ13は、レンズホルダ15と一体になって、撮像装置2におけるフォーカス領域を光軸方向(図2におけるA矢印方向)に移動可能となるように構成される。また、レンズ13は、本実施形態においては、一つ備えるが、かかる場合に限らず、二つ又は三つ以上備える場合でもよい。
レンズホルダ15は、筒状に形成され、レンズ13の軸心が光軸(一点鎖線)と一致するようにして配置される。また、レンズホルダ15は、光軸方向に安定して移動すべく、フレーム16に設けられた案内部(図示及び採番しない)に案内される被案内部(図示及び採番しない)を備える。なお、レンズホルダ15は、上記実施形態に限らず、内側にレンズ13を保持し、外側に雄ネジが形成され、図示していないアウタホルダ(又はレンズキャリア)の内側に形成された雌ネジと螺合する構成をとってもよい(例えば、特表2010−518438号公報の図2等を参照)。その場合、アウタホルダが支持部材17(サスペンション要素)により光軸方向に弾性的に支持される構成となる。
As shown in FIG. 2 or 3, the
The
The
The lens holder 15 is formed in a cylindrical shape, and is arranged so that the axis of the
形状記憶合金18は、V字状に構成されている(図2においては、V字状の二辺が重なって図示されている)。つまり、形状記憶合金18は、V字の両端部18a、18cをフレーム16に、V字の谷部18bをレンズホルダ15にそれぞれ固定されている。形状億合金18には、V字の両端部18a、18cより熱量(例えば電圧(電力、電流))が供給され、その熱量によって、全体として光軸方向に変形(伸縮)し、その結果、レンズホルダ15及びフレーム16間の距離を調整して、レンズ13を移動させる。なお、熱量を供給する手段として、外部ヒータ等を別に設ける場合でもよい。
The
具体的には、形状記憶合金18は、電圧が印加されることにより発熱して縮むことでレンズ13を一方方向に移動させるとともに、自然放熱して伸びることでレンズ13を一方方向とは反対方向に移動させるように構成される。より具体的には、形状記憶合金18は、縮むことにより、レンズ13と撮像素子14とを接近させる一方、伸びることでレンズ13と撮像素子14とを離反させる。
そして、駆動部20は、制御部21からの移動指示(動作指示)、例えば通信信号を受けることで形状記憶合金18を伸縮させ、レンズホルダ15を光軸方向に移動させるもので、具体的には、駆動部20は、制御部21からの移動指示に基づきレンズ13を指定された位置に移動させ、制御部21から次の移動指示を受けるまではその位置を保持する。
Specifically, the
And the
その際、形状記憶合金18の変形量に対応する形状記憶合金18の抵抗値を、抵抗値計測部24でモニターしながら、その抵抗値に基づき駆動制御部25により、通電部23への通電を制御し形状記憶合金18の変形量を調整することにより、レンズ13の位置を制御する。なお、駆動部20は、形状記憶合金18に印加する電圧を、パルス制御(PWM制御)、即ち、所定の電圧値を印加する時間(パルス幅)を変調することによって、供結する電力量を調整している。
つまり、駆動部20は、図3に示すように、形状記憶合金18に通電する通電部23と、通電部23によって通電されているときの形状記憶合金18の抵抗値を計測する抵抗値計測部24と、レンズホルダ15を所定の位置に移動させるために、抵抗値計測部24によって計測された形状記憶合金18の抵抗値に基づき通電部23への通電を制御する駆動制御部25とを備えたものである。これにより駆動部20は、形状記憶合金18の測定抵抗を監視することで極大抵抗値および極小抵抗値を検出し、極大抵抗値と極小抵抗値の間の抵抗範囲を導出し記憶する予備較正動作が実行できる。予備較正動作以後に使用する抵抗値範囲は、記憶された極大抵抗値と極小抵抗値の間の値を使用する。
At that time, while the resistance value of the
That is, as shown in FIG. 3, the
次に、本実施形態に係る撮像装置2の予備較正動作について、図4、5を参酌しつつ、詳細に説明する。図4(a)は同実施形態に係るオートフォーカス装置の時間とレンズの位置との相間図、図4(b)は、同実施形態に係るオートフォーカス装置の時間と抵抗値の相関図であり、図5(a)は、従来のオートフォーカス装置の時間とレンズの位置との相間図、図5(b)は、従来のオートフォーカス装置の時間と抵抗値の相関図を示す。
Next, the preliminary calibration operation of the
本構成では、形状記憶合金18が伸びるとレンズ13が被写体の方向に移動するように取り付けられているため、図4(a)に示すように、形状記憶合金18が非通電の状態ではレンズ13はPmaxの位置となり、そのため予備較正動作を実施する際には、まずピーク位置Pmaxの位置から動作し、レンズ13が撮像素子14に接近する方向に移動しながら予備校生動作の最移動点に対応するボトム位置Pminを経由し、予備較正動作が完了する。ここでピーク位置とは形状記憶合金18が非通電状態のときで、レンズ13が撮像素子14から最も乖離している状態、つまり被写体に接近している状態であり、ボトム位置とはレンズ13が撮像素子14から最も接近、つまり被写体から乖離している状態を指す。その後、レンズ13は初期位置Pini1に移動される。
この一連の動作を抵抗値の変化として図示したものが図4(b)であり、予備較正動作が開始されると極大抵抗値Rmaxを経由して極小抵抗値Rminを検出した後に予備較正動作が終了となる。その後抵抗値は初期位置Pini1に対応する抵抗値Rini1まで変化することになる。
In this configuration, since the
FIG. 4B illustrates this series of operations as a change in resistance value. When the preliminary calibration operation is started, the preliminary calibration operation is performed after the minimum resistance value Rmin is detected via the maximum resistance value Rmax. End. Thereafter, the resistance value changes to the resistance value Rini1 corresponding to the initial position Pini1.
一般的にレンズの初期位置は無限遠方に焦点が合う位置に設定され、そのため本構成の場合、形状記憶合金18が縮むとレンズ13が撮像素子14に接近する構成のため、初期位置に対応する抵抗値は極小抵抗値に近い値となる。そのため予備較正動作終了し、形状記憶合金18の抵抗値が極小抵抗値付近にある状況から初期位置に対応する抵抗値まで移動する時間が短くなる。すなわち、予備較正動作から初期位置に移動するまでの時間Tを短くすることができる。
一方、従来の構成では、形状記憶合金18が縮むとレンズ13が被写体の方向に移動するように取り付けられているため、図5(a)に示すように、形状記憶合金18が非通電の状態ではレンズ13はボトム位置Pminの位置となり、そのため予備較正動作を実施する際には、まずボトム位置Pminの位置から動作し、レンズ13が撮像素子14から乖離する方向に移動しながら予備校生動作の最移動点に対応するピーク位置Pmaxを経由し、予備較正動作が完了する。ここでのボトム位置とは形状記憶合金18が非通電状態のときで、レンズ13が撮像素子14から最も接近している状態、つまり被写体に乖離している状態であり、ピーク位置とはレンズ13が撮像素子14から最も乖離、つまり被写体に接近している状態を指す。その後、レンズ13は初期位置Pini2に移動される。
この一連の動作を抵抗値の変化として図示したものが図5(b)であり、予備較正動作が開始されると極大抵抗値Rmaxを経由して極小抵抗値Rminを検出した後に予備較正動作が終了となる。その後初期位置Pini2に対応する抵抗値Rini2まで変化することになる。
ところが従来の構成の場合、形状記憶合金18が縮むとレンズ13が撮像素子14から乖離する構成のため、初期位置に対応する抵抗値は極大抵抗値に近い値となる。そのため予備較正動作終了し、形状記憶合金18の抵抗値が極小抵抗値付近にある状況から、初期位置に対応する抵抗値(極大抵抗値付近)まで移動するため時間が長くなる。すなわち、予備較正動作から初期位置に移動するまでの時間Tが長くなってしまう。
Generally, the initial position of the lens is set to a position where the focal point is at infinity. Therefore, in the case of this configuration, the
On the other hand, in the conventional configuration, when the
FIG. 5B illustrates this series of operations as changes in resistance value. When the preliminary calibration operation is started, the preliminary calibration operation is performed after detecting the minimum resistance value Rmin via the maximum resistance value Rmax. End. Thereafter, the resistance value Rini2 corresponding to the initial position Pini2 changes.
However, in the case of the conventional configuration, when the
特に予備較正終了後から初期位置までの移動は、形状記憶合金が放熱をすることにより移動する方向のため、形状記憶合金18の周囲温度によって移動時間が長くなる場合がある。
In particular, since the movement from the end of the preliminary calibration to the initial position is a direction in which the shape memory alloy moves due to heat dissipation, the movement time may become longer depending on the ambient temperature of the
なお、本発明に係る携帯電子機器1、撮像装置2、及び、オートフォーカス装置22は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
The portable
本発明にかかるオートフォーカス装置、該オートフォーカス装置を搭載した撮像装置、及び、該撮像装置を搭載した携帯電子機器は、デジタルカメラやカメラ機能付きの携帯電話機や携帯情報端末(PDA)などを構成するものとして有効に利用することができる。 An autofocus device according to the present invention, an imaging device equipped with the autofocus device, and a portable electronic device equipped with the imaging device constitute a digital camera, a mobile phone with a camera function, a personal digital assistant (PDA), and the like It can be used effectively as something to do.
13 レンズ
15 レンズホルダ
16 フレーム
17 支持部材
18 形状記憶合金(アクチュエータ)
13 Lens 15 Lens holder 16
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