JP4539784B2 - 形状記憶合金駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、形状記憶合金の形状回復動作を利用して可動部を移動させる形状記憶合金駆動装置に関するものである。
近年、撮像装置においては、形状記憶合金の形状回復動作を利用して、撮像レンズを保持する可動部を移動させ、撮像レンズの位置決めを行う技術が採用されている。形状記憶合金は、ある温度より高くならなければ変形しないため、通電が開始された後、直ぐに可動部の移動を開始させることはできないという問題がある。これを改善するために、特許文献1では、目標位置への駆動開始前の待機状態にて予め通電しておき、応答速度を高める技術が開示されている。
しかしながら、形状記憶合金の形状回復動作を利用して可動部を位置決めする場合、環境温度の変化や劣化により形状記憶合金の特性の変化、可動部を移動させる移動機構の劣化等により位置ずれが発生する。そのため、位置精度が要求される装置、特に、撮像レンズを待機位置に高精度に位置決めすることが要求される撮像装置には不向きであった。
特開2001−263221号公報
本発明の目的は、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる形状記憶合金駆動装置を提供することである。
本発明の一局面による形状記憶合金駆動装置は、可動部と、形状記憶合金を含み、前記可動部を移動させる移動機構部と、前記可動部と接触することで前記可動部の移動を規制し、前記可動部の移動範囲を規定する規制部材と、前記可動部を位置決めするための指示値に応じた駆動信号を前記形状記憶合金に出力し、前記形状記憶合金の形状を変形させることにより、前記移動機構部に前記可動部を移動させる駆動制御部と、前記可動部が前記規制部材と接触する接触位置に位置するか否かを検出する接触検出部と、前記可動部が前記接触位置に位置するときの指示値として予め定められた初期接触指示値を含む初期位置情報を記憶する記憶部と、前記接触検出部により前記可動部が前記接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と前記初期位置情報とを基に、前記可動部が前記待機位置に位置するときの指示値として予め定められた初期待機指示値を補正することで、実待機指示値を算出する補正部と、前記実待機指示値に対応する待機位置を前記可動部の実際の待機位置として設定する設定部とを備えている。
本発明の実施の形態による形状記憶合金駆動装置の外観構成図を示している。 制御回路のブロック図を示している。 可動部の位置と形状記憶合金の抵抗値との関係をグラフである。 可動部の位置と形状記憶合金に印加する駆動電流との関係を示すグラフである。 マイコン部から出力される指示値と、形状記憶合金の抵抗値との関係を示すグラフである。 マイコン部から出力される指示値と、形状記憶合金に印加される駆動電流との関係を示すグラフである。 マイコン部から出力される指示値と、可動部の位置との関係を示すグラフである。 可動部の位置と指示値との関係を示すグラフである。 初期シーケンスを示すフローチャートである。 補正処理を示すフローチャートである。 接触センサを備えた形状記憶合金駆動装置の外観構成図を示している。 図11に示す制御回路のブロック構成図を示している。 可動部の位置と指示値との関係を示したグラフである。 初期シーケンスを示すフローチャートである。 補正処理を示すフローチャートである。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1による形状記憶合金駆動装置について説明する。以下の説明では、形状記憶合金駆動装置を撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、形状記憶合金駆動装置の外観構成図を示している。形状記憶合金駆動装置は、形状記憶合金1、固定部2、バイアスばね3、レンズ4、可動部5、ガイド軸6、ストッパー7,8、導線9、及び制御回路10を備えている。なお、形状記憶合金1、バイアスばね3、及びガイド軸6が移動機構部の一例に相当し、ストッパー7,8が規制部材の一例に相当する。
形状記憶合金1は、上端が可動部5の右端に接続され、下端が下側の固定部2に接続された上下方向を長手方向とする線材であり、ある一定の温度を超えると、記憶形状に復帰するために収縮し、その収縮力により可動部5を下方向に移動させる。また、形状記憶合金1は、両端が導線9を介して制御回路10に接続され、制御回路10からの駆動電流によって通電されて加熱される。
固定部2は、撮像装置の筐体に対して固定された上下一対の固定部2,2からなり、上側の固定部2は、ストッパー7及びバイアスばね3が接続され、下側の固定部2は、ストッパー8及び形状記憶合金1が接続されている。また、上側の固定部2には、レンズ4に被写体からの光を導くための穴(図略)が形成され、下側の固定部2には、レンズ4により結像された被写体の光像を撮像センサ80(図2参照)に導くための穴(図略)が形成されている。
バイアスばね3は、上端が上側の固定部2に接続され、下端が可動部5の右端に接続され、上方向の応力を形状記憶合金1に与え、収縮した形状記憶合金1を上方向に引き延ばし、可動部5を上方向に移動させる。レンズ4は、例えば凸レンズから構成され、被写体からの光を結像して撮像センサ80に導く。
可動部5は、可動本体部51と保持部52とを備え、形状記憶合金1の収縮力によってガイド軸6に沿って下方向に移動し、バイアスばね3の付勢力によってガイド軸6に沿って上方向に移動し、レンズ4を上下方向に移動させる。
可動本体部51は、上下方向を長手方向とする長穴が貫通され、この長穴にガイド軸6が挿入されている。保持部52は、可動本体部51の右側面の上下方向のほぼ中央から右方向に向けて延びるように形成され、円形のレンズ4の周囲を取り囲むようにしてレンズ4を保持する。また、保持部52の右端の上側にはバイアスばね3の下端が接続され、右端の下側には形状記憶合金1が接続されている。
ガイド軸6は、上端がストッパー7の下面に接続され、下端がストッパー8の上面に接続された上下方向を長手方向とする棒状の部材から構成され、可動部5を上下方向に移動させるためのガイドを行う。
ストッパー7は、上面が上側の固定部2に取り付けられた例えば直方体形状又は円筒形状を有し、可動本体部51の上面と接触することで可動部5の上方向への移動を規制し、可動部5の移動範囲の上側の限界を規定する。
ストッパー8は、下面が下側の固定部2に取り付けられた例えば直方体形状又は円筒形状を有し、可動本体部51の下面と接触することで可動部5の下方向への移動を規制し、可動部5の移動範囲の下側の限界を規定する。
以上の構成において、形状記憶合金1が加熱により収縮・硬化するとバイアスばね3が伸び、また放熱により軟化するとバイアスばね3の応力により形状記憶合金1が伸びることにより、レンズ4を保持する可動部5が移動することになる。制御回路10は可動部5を位置決め制御すると共に、撮像装置全体の制御を司る。
図2は、制御回路10のブロック図を示している。図2に示すように制御回路10は、駆動制御回路20(駆動制御部の一例)、マイコン部30、記憶部70、撮像センサ80、及び温度センサ90(温度検出部の一例)を備えている。駆動制御回路20は、形状記憶合金1と導線9を介して接続され、抵抗値検出部21及びサーボ制御部22を備え、可動部5を位置決めするための指示値に応じた駆動電流を形状記憶合金1に出力し、形状記憶合金1の温度を変化させ、形状記憶合金1の形状を変形させることにより、可動部5を移動させる。
抵抗値検出部21は、形状記憶合金1の抵抗値を例えば一定の時間間隔で検出し、検出した抵抗値を例えば一定の時間間隔でマイコン部30に出力する。サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された形状記憶合金1の抵抗値が、マイコン部30から出力された指示値に応じた抵抗値と一致するように形状記憶合金1に出力する駆動電流を増減させる。ここで、サーボ制御部22は、実験によって得られた指示値と抵抗値との関係を予め記憶しておき、この関係にしたがって指示値に応じた抵抗値を決定すればよい。なお、サーボ制御部22は、例えば、一定の時間間隔で駆動電流値をマイコン部30に出力する。
マイコン部30は、CPU、ROM及びRAM等を備え、演算部40、時間を計時するタイマー50(計時部の一例)、形状記憶合金1の動作回数を計測する動作回数計測部60(回数計測部の一例)を備えている。演算部40〜動作回数計測部60は、CPUに所定のプログラムを実行させることで実現してもよいし、専用のハードウエア回路により実現してもよい。
演算部40は、接触検出部41、補正部42、及び設定部43を備えている。接触検出部41は、可動部5がストッパー7,8と接触する接触位置に位置するか否かを検出する。ここで、接触検出部41は、抵抗値の変化を検出することで、可動部5がストッパー7と接触する第1の接触位置に位置するか否かを検出すると共に、可動部5がストッパー8と接触する第2の接触位置に位置するか否かを検出する。具体的には、接触検出部41は、抵抗値検出部21により一定間隔で出力される抵抗値から抵抗値の変化量を算出し、算出した変化量が予め定められた値より大きくなったとき、可動部5がストッパー7,8から離れたと判定し、算出した変化量が予め定められた値より小さくなったとき、可動部5がストッパー7,8と接触したと判定すればよい。
なお、接触検出部41は、抵抗値に代えて形状記憶合金1に流れる電流又は電圧の変化を検出することで接触位置を検出してもよい。この場合、抵抗値検出部21に代えて形状記憶合金1を流れる電流を検出してマイコン部30に出力する電流検出部、又は電圧を検出してマイコン部30に出力する電圧検出部を駆動制御回路20に設ければよい。
記憶部70は、初期における前記可動部の位置と指示値との関係を定める初期位置情報を記憶する。ここで、初期位置情報としては、可動部5が第1の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第1の初期接触指示値と、可動部5が第2の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第2の初期接触指示値と、可動部5が移動範囲内の所定の待機位置に位置するときの指示値として予め定められた初期待機指示値とが含まれる。これら、第1の初期接触指示値、第2の初期接触指示値、及び初期待機指示値は、例えば製造工程において実験によって得られた値が採用されている。
補正部42は、接触検出部41により可動部5が第2の接触位置に位置することが検出されたときの第2の実接触指示値と、第2の初期接触指示値とを基に、初期待機指示値を補正し、実待機指示値を算出する。
ここで、補正部42は、第2の初期接触指示値をXstop、初期待機指示値をXstby、第2の実接触指示値をXstop´とすると、例えば式(1)を用いて実待機指示値Xstby´を算出する。
Xstby´=Xstby+(Xstop´−Xstop) (1)
なお、補正部42は、接触検出部41により可動部5が第1の接触位置に位置することが検出されたときの第1の実接触指示値Xstart´と、第1の初期接触指示値Xstartとを基に、初期待機指示値Xstbyを補正して実待機指示値Xstby´を算出してもよい。この場合、式(2)により実待機指示値Xstby´を算出すればよい。
Xstby´=Xstby+(Xstart´−Xstart) (2)
設定部43は、実待機指示値に対応する待機位置を可動部5の実際の待機位置として設定する。そして、設定部43は、可動部5を待機位置に移動させる場合、実待機指示値を駆動制御回路20に出力し、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が実待機指示値に応じた抵抗値となるように駆動電流を調節する。これによって、可動部5が正規の待機位置に位置決めされることになる。
また、設定部43は、可動部5を移動範囲のある目標の位置に位置決めする場合は、当該目標の位置に対する指示値を算出し、この指示値を駆動制御回路20に出力することで、可動部5を当該位置に位置決めさせる。ここで、設定部43は、実験によって予め計測された、可動部5の移動範囲内の各位置と、待機位置を基準としたときの各位置における指示値の増減値との関係を予め記憶しており、可動部5をある目標の位置に位置決めする場合、当該目標の位置に対する増減値を補正部42により算出された実待機指示値に加算又は減算することで当該目標の位置に対する指示値を算出し、駆動制御回路20に出力する。
温度センサ90は、サーミスタ等の温度センサが採用される。撮像センサ80は、CMOSイメージセンサやCCDイメージセンサ等の撮像センサが採用され、制御回路10の制御の下、被写体を撮像し、被写体の画像データを取得する。なお、この画像データは、図略の画像処理部により所定の画像処理が実施された後、図略の画像メモリに記憶される。
図3は、可動部5の位置と形状記憶合金1の抵抗値との関係をグラフであり、縦軸は抵抗値を示し、横軸は位置を示している。図3において、0の位置は第1の接触位置を示し、Pmaxの位置は、可動部5がストッパー8と接触する第2の接触位置を示している。
0の位置において、形状記憶合金1は、駆動電流が小さく温度が低いため、バイアスばね3によって引き伸ばされており、可動部5は、ストッパー7に接触し、第1の接触位置に位置する。A点において、駆動電流は最も小さくなっており、抵抗値は形状記憶合金1の最大抵抗値Rmaxとなっている。
形状記憶合金1への駆動電流を徐々に大きくしていくと抵抗値が減少すると共に、形状記憶合金1の収縮力が増し、この収縮力がバイアスばね3による応力を超えるB点において、可動部5はストッパー7から離れ、移動を開始する。このときの抵抗値をRstartとする。
その後、駆動電流の増加に伴い形状記憶合金1の収縮力により可動部5はPmaxに向けて移動する。そして、可動部5がストッパー8に接触するC点まで移動する。C点において、可動部5はPmaxに位置し、形状記憶合金1の抵抗値はRstopとなる。
更に、駆動電流を増加すると抵抗値は減少するが、可動部5はストッパー8によって規制されるため、これ以上変化しない。D点において、駆動電流は最大値となり、抵抗値は形状記憶合金1の最小抵抗値Rminとなっている。
このように可動部5の位置と抵抗値との関係を示すグラフにおいて変曲点であるB点とC点とが現れる。そのため、形状記憶合金1の抵抗値の変化を検出することで、可動部5がストッパー7,8と接触しているか否かを判定することができる。
図4は、可動部5の位置と形状記憶合金1に印加する駆動電流との関係を示すグラフである。A点において、駆動電流は最小値Iminとなり、可動部5はストッパー7に接触し、位置は0となっている。
そして、徐々に駆動電流を大きくしていくと、B点において、可動部5がストッパー7から離れ、Pmaxに向けて移動を開始する。このとき、駆動電流はIstartとなっている。
その後、駆動電流の増加に伴い形状記憶合金1の収縮によって可動部5の位置は増加する。そして、可動部5がストッパー8に接触するC点において、位置は最大値Pmaxとなり、駆動電流はIstopとなる。
更に、駆動電流を増加しても、変位はストッパー8によって規制され変化せず、D点において、駆動電流は最大値Imaxとなっている。
このように可動部5の位置と駆動電流との関係を示すグラフにおいて変曲点であるB点とC点とが現れる。したがって、接触検出部41は、抵抗値に代えて形状記憶合金1に流れる電流の変化を検出することで、可動部5がストッパー7,8に接触しているか否かを判定することができる。
図5は、マイコン部30から出力される指示値と、形状記憶合金1の抵抗値との関係を示すグラフであり、縦軸は抵抗値を示し、横軸は指示値を示している。このグラフにおいて、サーボ制御部22は、指示値が0のとき、駆動電流を最小にし、抵抗値を最大抵抗値Rmaxにし、指示値を増加させ、抵抗値を減少させる。
A点において、指示値は0であり、駆動電流は最小値であり、抵抗値はRmaxである。そして、徐々に指示値が増加されると、サーボ制御部22は、指示値に対応した抵抗値となるように駆動電流を増加させる。これにより抵抗値が減少する。
B点において、抵抗値がRstartとなり、可動部5は、ストッパー7から離れ、可動部5の位置が増加し始める。このときの指示値はXstartとなっている。
その後、指示値の増加に伴う形状記憶合金1の収縮によって可動部5は下方向に移動する。そして、可動部5がストッパー8に接触するC点において、形状記憶合金1の抵抗値はRstopとなり、指示値はXstopとなる。
更に、指示値を増加すると、抵抗値は減少するが位置は、可動部5の移動がストッパー8によって規制されるため変化しない。領域Dにおいて、駆動電流が最大となり抵抗値がRminとなる。領域Dにおいて、サーボ制御部22は、駆動電流を制限回路により最大値で飽和させているので、指示値を増大しても最大値Xmaxまで抵抗値はRminを維持する。
図6は、マイコン部30から出力される指示値と、形状記憶合金1に出力される駆動電流との関係を示すグラフである。A点において、指示値は0であり、駆動電流は最小値Iminになっている。
徐々に指示値が増加されると、抵抗値が減少して駆動電流が増加する。B点において、駆動電流がIstartとなり、可動部5がストッパー7を離れ、移動を開始する。このときの指示値はXstartになっている。
その後、指示値の増加に伴い形状記憶合金1の収縮力により、可動部5の位置は下方向に移動する。そして、ストッパー8に接触するC点まで可動部5の位置が増加し、駆動電流はIstopになる。このときの指示値はXstopになっている。
更に、指示値を増加すると駆動電流は増加するが、可動部5の位置はストッパー8によって規制され変化しない。領域Dにおいて、駆動電流が最大値Imaxとなる。領域Dにおいて、サーボ制御部22は、駆動電流を制限回路によって最大値で飽和させているので、指示値を増大させても最大値Xmaxまで駆動電流は最大値を維持する。
図7は、マイコン部30から出力される指示値と、可動部5の位置との関係を示すグラフである。A点からB点まで、すなわち指示値が0からXstartまでは、可動部5はストッパー7に接触しており、0に位置する。
そして、徐々に指示値が増加されると、可動部5の位置はサーボ制御により徐々に増加し、C点において、最大値Pmaxとなる。このときの指示値がXstopになる。その後、指示値がXmaxまで増加されても、可動部5はストッパー8によって規制され位置が変化しない。
図8は、可動部5の位置と指示値との関係を示すグラフであり、実線のグラフは関係が変化する前のグラフを示し、点線のグラフは関係が変化した後のグラフを示している。図8に示すPstbyは初期待機位置を示している。実線のグラフにおいては、指示値をXstbyとすれば、サーボ制御部22は、可動部5を目標の待機位置Pstbyに位置決めする。
可動部5の位置と指示値との関係が、環境温度の変化や形状記憶合金1等の部材の寿命劣化によって実線のグラフから点線のグラフのように変化したとする。
このとき、指示値がXstbyとされると、可動部5は、Pstby´に位置決めされ、正規の待機位置Pstbyからずれてしまう。ここで、点線のグラフは実線のグラフに対して横軸と平行移動したとすると、XstopとXstop´のずれは、XstbyとXstby´のずれと同一になる。
このことから、記憶部70にXstopとXstbyとを予め記憶させておき、補正部42は、実際に可動部5がストッパー8に接触するときの指示値である第2の実接触指示値Xstop´を取得し、上記式(1)にXstop´を代入することで、正規の待機位置に位置決めするための指示値である実待機指示値Xstby´を求めることができる。
そして、点線のグラフに示すように、指示値としてXstby´が設定されると、可動部は正規の待機位置であるPstbyに位置決めされることになる。
次に、第2の初期接触位置及び初期待機位置の検出する初期シーケンスについて説明する。図9は、初期シーケンスを示すフローチャートである。まず、設定部43は、第2の接触位置を検出するために指示値を初期値に設定する(ステップS1)。ここで、初期値としては、例えば、第2の初期接触指示値と想定される値よりも十分に小さい値を採用することが好ましい。
次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を移動させる(ステップS2)。次に、接触検出部41は、可動部5がストッパー8に接触したか否かを検出する(ステップS3)。そして、接触検出部41により可動部5がストッパー8に接触したことが検出された場合(ステップS3でYES)、設定部43は、この場合に設定した指示値を第2の初期接触指示値Xstopとして記憶部70に書き込む(ステップS5)。
一方、ステップS3でNOと判定された場合、設定部43は、設定値を所定の値だけ増加させ(ステップS4)、処理をステップS2に戻す。以上、ステップS2〜S4の処理が繰り返され、第2の初期接触指示値Xstopが検出される。
次に、設定部43は、指示値を所定の値だけ減少させる(ステップS6)。次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を移動させる(ステップS7)。
次に、設定部43は、可動部5が目標の待機位置に位置するか否かを判定する(ステップS8)。ここで、設定部43は、撮像センサ80によりテストチャートを撮影させ、得られた画像データから可動部5が目標の待機位置に位置するか否かを判断すればよい。本実施の形態では、待機位置として撮像装置から一定の距離離れた被写体にピントを合わせる基準フォーカス位置、又は被写体を一定の倍率でとらえる基準ズーム位置を採用することができる。そして、待機位置として基準フォーカス位置を採用した場合は、撮像装置から一定の距離離れた位置にテストチャートを設置し、そのテストチャートを撮影し、ピントが合った画像データが得られたときの可動部5の位置を目標の待機位置とすればよい。
また、待機位置として基準ズーム位置を採用した場合は、撮像装置から一定の距離離れた位置に一定の大きさのテストチャートを設置し、テストチャートを撮影し、得られた画像データでのテストチャート大きさが一定の大きさになったときの可動部5の位置を目標の待機位置とすればよい。
ステップS8において、設定部43は、可動部5が目標の待機位置に位置すると判定した場合、(ステップS8でYES)、この場合に設定した指示値を初期待機指示値Xstbyとして記憶部70に書き込む(ステップS9)。
一方、ステップS8でNOと判定された場合、設定部43は、処理をステップS6に戻し、指示値を所定の値だけ減少させる。以上、ステップS6〜S8の処理が繰り返され、初期待機指示値Xstbyが検出される。
以上により初期シーケンスが終了される。なお、この初期シーケンスは、例えば製品の製造工程の調整工程において実施される。
次に、補正処理について説明する。図10は、補正処理を示すフローチャートである。まず、補正部42は、第2の初期接触指示値Xstopを記憶部70から読み出す(ステップS21)。次に、補正部42は、初期待機指示値Xstbyを記憶部70から読み出す(ステップS22)。
次に、設定部43は、第2の接触位置を検出するために指示値を初期値に設定する(ステップS23)。ここで、初期値としては、第2の初期接触指示値よりも十分に小さい値を採用することが好ましい。
次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を移動させる(ステップS24)。次に、接触検出部41は、可動部5がストッパー8に接触したか否かを検出する(ステップS25)。そして、接触検出部41により可動部5がストッパー8に接触したことが検出された場合(ステップS25でYES)、補正部42は、この場合に設定部43により設定された指示値を第2の実接触指示値Xstop´として取得する(ステップS27)。
一方、ステップS25でNOと判定された場合、設定部43は、設定値を所定の値だけ増加させ(ステップS26)、処理をステップS24に戻す。
次に、補正部42は、ステップS21で読み出した第2の初期接触指示値Xstopと、ステップS22で読み出した初期待機指示値Xstbyと、ステップS27で取得した第2の実接触指示値Xstop´とを式(1)に代入し、実待機指示値Xstby´を算出する(ステップS28)。
次に、設定部43は、ステップS28で算出された実待機指示値Xstby´を指示値として設定する(ステップS29)。次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を待機位置に移動させる(ステップS30)。以上で補正処理が終了され、シーケンスは完了し、撮像装置は待機状態となる。
このように、実施の形態1による形状記憶合金駆動装置によれば、接触検出部41により可動部5が第2の接触位置に位置することが検出されたときの第2の実接触指示値と初期接触指示値とのずれを基に、初期待機指示値が補正されて実待機指示値が算出されるため、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
ここで、補正部42は、補正処理を、例えば撮像装置の電源がオンされたときに実施してもよいし、温度センサ90による検出温度が一定値変化したときに実施してもよい。また、補正部42は、補正処理を、例えば撮像装置の電源がオンされてからタイマー50により計時された撮像装置の稼働時間が一定時間経過する毎に実施してもよい。
また、補正部42は、この補正処理を、動作回数計測部60により計測された稼働回数が一定値変化する毎に実施してもよい。この場合、動作回数計測部60は、設定部43により可動部5の位置をある目標の位置に移動させるために指示値が設定されたときに動作回数を1回とカウントすればよい。また、補正部42は、電源がオンされたとき、温度センサ90による検出温度が一定値変化したとき、電源がオンされてから一定時間がタイマー50により計時されたとき、及び稼働回数が一定値変化したときを組み合わせて補正処理を実施してもよい。
このように補正処理の実施の条件を設定することで、待機位置のずれが予想されるときには補正処理を再実施して、可動部5を正規の待機位置により確実に位置決めすることができると共に、補正処理が不必要に実施されることを防止することができる。
また、形状記憶合金駆動装置では、駆動回数が増えると寿命劣化が発生して、待機位置のずれが大きくなっていく。そのため、補正部42は、動作回数計測部60により計測された稼働回数が一定値変化したときに、記憶部70に記憶された第2の初期接触指示値及び初期待機指示値を、第2の実接触指示値及び実待機指示値で更新してもよい。これにより、寿命劣化が発生しても第2の接触位置を探すための第2の初期接触指示値を適切な値に設定できるようになり、検知処理の時間を短縮することができる。
なお、上記説明では、接触検出部41は、抵抗値の変化により接触の有無を判定したが、これに限定されず、接触センサを用いて接触の有無を判定してもよい。図11は、接触センサ11を備えた形状記憶合金駆動装置の外観構成図を示している。
接触センサ11は、ストッパー7の下面に設置されると共に、ストッパー8の上面に設置されている。接触センサ11としては、例えば電気接点スイッチや圧電センサ等を採用することができる。
接触センサ11は、導線12を介して制御回路10に接続され、可動部5とストッパー7,8とが接触したとき、接触したことを示す信号を出力する。その他の構成は図1と同一であるため説明を省く。図12は、図11に示す制御回路10のブロック構成図を示している。接触検出部41は、上側の接触センサ11から接触したことを示す信号を受信した場合、可動部5がストッパー7に接触したと判定し、上側の接触センサ11から非接触となったことを示す信号を受信した場合、可動部5がストッパー7から離れたと判定する。また、接触検出部41は、下側の接触センサ11についても上側の接触センサ11と同様、可動部5とストッパー8との接触、非接触の有無を判定する。
また、上記説明では、記憶部70は、第1の初期接触指示値(Xstart)と、第2の初期接触指示値(Xstop)と、初期待機指示値(Xstby)とを記憶するものとしたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、記憶部70は、第2の初期接触指示値(Xstop)と、初期待機指示値(Xstby)及び第2の初期接触指示値(Xstop)の差分値(=Xstby−Xstop)とを予め記憶してもよい。この場合、補正部70は、この差分値(=Xstby−Xstop)を記憶部70から読み出し、式(1)を実行して、実待機指示値(Xstby´)を算出すればよい。
また、記憶部70は、第1の初期接触指示値(Xstart)と、初期待機指示値(Xstby)及び第1の初期接触指示値(Xstart)の差分値(=Xstby−Xstart)とを予め記憶してもよい。この場合、補正部70は、この差分値(=Xstby−Xstart)を記憶部70から読み出し、式(2)を実行して、実待機指示値(Xstby´)を算出すればよい。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2による形状記憶合金駆動装置について説明する。なお、本実施の形態において、外観構成及びブロック図は実施の形態1と同一であるため、図1及び図2を用いるものとする。また、実施の形態1と同一のものは説明を省く。
図13は、可動部5の位置と指示値との関係を示したグラフであり、実線のグラフは可動部5の位置と指示値との関係が変化する前のグラフを示し、点線のグラフは可動部5の位置と指示値との関係が初期状態から変化した後のグラフを示している。
可動部5の位置と指示値との関係は、環境温度の変化や形状記憶合金1等の部材の寿命劣化によって実線のグラフから点線のグラフのように示すように横軸にシフトすると共に、傾きも変化することがある。
このとき、指示値をXstbyとすると、可動部5は、Pstby´に位置決めされ、正規の待機位置Pstbyからずれてしまう。また、Xstartは、Xstart´に、XstopはXstop´にずれることになる。なお、Xstartは、第1の初期接触指示値を示している。
このことから、XstartとXstopとXstbyとを記憶部70に予め記憶させておき、補正部42は、実際に可動部5がストッパー7,8に接触するときの指示値であるXstart´,Xstop´を取得し、式(3)にXstop´,Xstop´を代入することで、実待機指示値Xstby´を求めることができる。
(Xstby´−Xstart´):(Xstop´−Xstart´)=(Xstby−Xstart):(Xstop−Xstart)
Xstby´=Xstart´+(Xstby−Xstart)×(Xstop´−Xstart´)/(Xstop−Xstart) (3)
すなわち、補正部42は、初期待機指示値Xstbyと第1の初期接触指示値Xstartとの差分、第1の実接触指示値Xstart´と第2の実接触指示値Xstop´との差分、及び第1の初期接触指示値Xstartと第2の初期接触指示値Xstopとの差分を基に、初期待機指示値Xstbyを補正して実待機指示値Xstby´を算出すればよい。
次に、第1及び第2の初期接触位置、並びに初期待機位置を検出する初期シーケンスについて説明する。図14は、初期シーケンスを示すフローチャートである。まず、設定部43は、第1の接触位置を検出するために、指示値を初期値に設定する(ステップS41)。ここで、初期値としては、例えば、第1の初期接触指示値として想定される値よりも十分に小さい値を採用することが好ましい。
次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を移動させる(ステップS42)。次に、接触検出部41は、可動部5がストッパー7から離れた否かを検出する(ステップS43)。そして、接触検出部41により可動部5がストッパー7から離れたことが検出された場合(ステップS43でYES)、設定部43は、この場合に設定した指示値を第1の初期接触指示値Xstartとして記憶部70に書き込む(ステップS45)。
一方、ステップS43でNOと判定された場合、設定部43は、設定値を所定の値だけ増加させ(ステップS44)、処理をステップS42に戻す。以上、ステップS42〜S44の処理が繰り返され、第1の初期接触指示値Xstartが検出される。
次に、設定部43は、第2の接触位置を検出するために、指示値を初期値に設定する(ステップS46)。以下、ステップS47〜S49の処理が繰り返され、第2の接触位置が検出される。なお、ステップS47〜S50は、図9に示すステップS2〜S5と同一であるため、説明を省略する。
次に、設定部43は、指示値を第1の初期接触指示値Xstartに戻し、Xstartを所定の値だけ増加させる(ステップS51)。以下、ステップS51〜S53の処理が繰り返され、可動部5が目標となる待機位置に移動され、初期待機指示値Xstbyが検出され、記憶部70に書き込まれる。なお、ステップS51〜S54の処理は、図9に示すステップS6〜S9と同一であるため、説明を省略する。
以上により初期シーケンスが終了される。なお、この初期シーケンスは、例えば製品の製造工程の調整工程において実施される。
次に、補正処理について説明する。図15は、補正処理を示すフローチャートである。まず、補正部42は、第1の初期接触指示値Xstart、第2の初期接触指示値Xstop、及び初期待機指示値Xstbyを記憶部70から読み出す(ステップS61〜S63)。
次に、設定部43は、第1の接触位置を検出するために、指示値を初期値に設定する(ステップS64)。ここで、初期値としては、第1の初期接触指示値よりも十分に小さい値を採用することが好ましい。
次に、サーボ制御部22は、抵抗値検出部21により検出された抵抗値が設定部43により設定された指定値に対応する抵抗値に一致するように駆動電流を調節して可動部5を移動させる(ステップS65)。次に、接触検出部41は、可動部5がストッパー7から離れたか否かを検出する(ステップS66)。そして、接触検出部41により可動部5がストッパー7から離れたことが検出された場合(ステップS66でYES)、補正部42は、この場合に設定部43により設定された指示値を第1の実接触指示値Xstart´として取得する(ステップS68)。
一方、ステップS66でNOと判定された場合、設定部43は、設定値を所定の値だけ増加させ(ステップS67)、処理をステップS65に戻す。ステップS69〜S73は、図10に示すステップS23〜S27と同一であるため、説明を省略する。
次に、補正部42は、ステップS61で読み出した第1の初期接触指示値Xstartと、ステップS62で読み出した第2の初期接触指示値Xstopと、ステップS63で読み出した初期待機指示値Xstbyと、ステップS66で取得した第1の実接触指示値Xstart´と、ステップS73で取得した第2の実接触指示値Xstop´とを式(3)に代入し、実待機指示値Xstby´を算出する(ステップS74)。
ステップS75〜S76は、図10に示すステップS29〜S30と同一であるため、説明を省略する。以上で補正処理が終了され、シーケンスは完了し、撮像装置は待機状態となる。
このように、実施の形態2による形状記憶合金駆動装置によれば、式(3)を用いて初期待機指示値が補正され実待機指示値が算出されるため、可動部5を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
なお、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、補正処理の実施の条件を設定すればよい。また、接触検出部41は、接触センサ11を用いて接触の有無を判定してもよい。また、稼働回数が所定回数に到達する毎に、第1及び第2の初期接触指示値を第1及び第2の実接触指示値で更新すると共に、初期待機指示値を実待機指示値で更新してもよい。
上記実施の形態は、以下のように纏めることができる。
(1)上記形状記憶合金駆動装置は、可動部と、形状記憶合金を含み、前記可動部を移動させる移動機構部と、前記可動部と接触することで前記可動部の移動を規制し、前記可動部の移動範囲を規定する規制部材と、前記可動部を位置決めするための指示値に応じた駆動電流を前記形状記憶合金に出力し、前記形状記憶合金の形状を変形させることにより、前記移動機構部に前記可動部を移動させる駆動制御部と、前記可動部が前記規制部材と接触する接触位置に位置するか否かを検出する接触検出部と、前記可動部が前記接触位置に位置するときの指示値として予め定められた初期接触指示値を含む初期位置情報を記憶する記憶部と、前記接触検出部により前記可動部が前記接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と前記初期位置情報とを基に、前記可動部待機位置に位置するときの指示値として予め定められた初期待機指示値を補正することで、実待機指示値を算出する補正部と、前記実待機指示値に対応する待機位置を前記可動部の実際の待機位置として設定する設定部とを備え、前記駆動制御部は、前記形状記憶合金の抵抗値が前記指示値に応じた抵抗値に一致するように前記駆動電流を調節し、前記接触検出部は、前記駆動電流の変化を検出するものであり、前記設定部により指示値が徐々に増加されたときに現れる前記駆動電流の変曲点を検出することで前記接触位置を検出することを特徴とする。
この構成によれば、接触検出部により可動部が前記接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と初期における前記可動部の位置と指示値との関係を定める初期位置情報とを基に、実待機指示値が算出され、実待機指示値に対応する待機位置が可動部の実際の待機位置として設定される。そのため、環境温度の変化や劣化により形状記憶合金の特性が変化する等して、待機位置が正規の位置からずれたとしても、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
また、この構成によれば、形状記憶合金を流れる電流の変化を検出することで接触位置が検出されているため、接触位置を精度良く検出することができる。すなわち、可動部の動作が規制部材によって規制されると、指示値を目標にサーボ制御する駆動制御部の場合、駆動制御部が電流を大きく変化させる。したがって、この電流の変化を検出することで可動部の規制部材への接触の有無を精度良く検出することができる。また、別途センサを設けなくても、接触の有無を検出することが可能となり、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
(2)前記初期位置情報は、前記初期待機指示値を更に含み、前記設定部は、前記実接触指示値と前記初期接触指示値と前記初期待機指示値とを基に、前記実待機指示値を算出することが好ましい。
この構成によれば、接触検出部により可動部が前記接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と初期接触指示値と初期待機指示値とを基に、実待機指示値が算出され、実待機指示値に対応する待機位置が可動部の実際の待機位置として設定される。そのため、環境温度の変化や劣化により形状記憶合金の特性が変化する等して、待機位置が正規の位置からずれたとしても、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
(3)前記初期位置情報は、前記初期待機指示値及び前記初期接触指示値の差分値を更に含み、前記設定部は、前記差分値と前記実接触指示値とを基に、前記実待機指示値を算出することが好ましい。
この構成によれば、初期待機指示値及び初期接触指示値の差分値と、接触検出部により可動部が接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値とを基に、実待機指示値が算出され、実待機指示値に対応する待機位置が可動部の実際の待機位置として設定される。そのため、環境温度の変化や劣化により形状記憶合金の特性が変化する等して、待機位置が正規の位置からずれたとしても、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
(4)また、前記補正部は、前記実接触指示値と前記初期接触指示値とのずれを基に、前記実待機指示値を算出することが好ましい。
この構成によれば、接触検出部により可動部が接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と初期接触指示値とのずれを基に、実待機指示値が算出されるため、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
(5)また、前記規制部材は、前記移動範囲の一方の限界を超える前記可動部の移動を規制する第1の規制部材と、前記移動範囲の他方の限界を超える前記可動部の移動を規制する第2の規制部材とを備え、前記接触検出部は、前記可動部が前記第1の規制部材と接触する第1の接触位置に位置するか否かを検出すると共に、前記可動部が前記第2の規制部材と接触する第2の接触位置に位置するか否かを検出し、前記初期接触指示値は、前記可動部が前記第1の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第1の初期接触指示値と、前記可動部が前記第2の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第2の初期接触指示値とを含み、前記実接触指示値は、前記接触検出部により前記可動部が前記第1の接触位置に位置することが検出されたときの第1の実接触指示値と、前記接触検出部により前記可動部が前記第2の接触位置に位置することが検出されたときの第2の実接触指示値とを含み、前記補正部は、前記第1の初期接触指示値、前記第2の初期接触指示値、前記第1の実接触指示値、及び前記第2の実接触指示値を基に、実待機指示値を算出することが好ましい。
この構成によれば、初期待機指示値、第1の初期接触指示値、第2の初期接触指示値、第1の実接触指示値、及び第2の実接触指示値を基に、実待機指示値が算出されるため、可動部を正規の待機位置に精度良く位置決めすることができる。
)また、前記可動部は撮像装置に用いられる撮像レンズを保持し、前記待機位置は、前記撮像装置の基準フォーカス位置であることが好ましい。
この構成によれば、オートフォーカス機能が内蔵された撮像装置において、フォーカス調節開始前に被写体の画像データが大きくボケないような基準フォーカス位置に待機位置が設定される場合があり、この場合、基準フォーカス位置が正規の基準フォーカス位置からずれた場合であっても、可動部を正規の基準フォーカス位置に精度良く位置決めすることができる。
)また、前記可動部は撮像装置に用いられる撮像レンズを保持し、前記待機位置は、前記撮像装置の基準ズーム位置であることが好ましい。この構成によれば、ズーム機能が内蔵された撮像装置において、ズーム調節開始前に被写体を全体的に撮像できるように基準ズーム位置に待機位置を決める必要があり、この場合、基準ズーム位置が正規の基準ズーム位置からずれた場合であっても、可動部を正規の基準ズーム位置に精度良く位置決めすることができる。
)また、前記補正部は、電源がオンされたときに前記実待機指示値を算出することが好ましい。この構成によれば、電源がオンされる毎に実待機指示値が算出されるため、可動部を正規の待機位置により精度良く位置決めすることができる。
)また、環境温度を検出する温度検出部を更に備え、前記補正部は、前記温度検出部による検出温度が一定値変化したときに前記実待機指示値を算出することが好ましい。この構成によれば、温度が一定値変化する毎に実待機指示値が算出されるため、環境温度が変化して待機位置が正規の待機位置からずれた場合であっても、可動部を正規の待機位置により精度良く位置決めすることができる。
10)また、稼働時間を計測する計時部を更に備え、前記補正部は、前記計時部により計測された稼働時間が一定時間経過したときに前記実待機指示値を算出することが好ましい。この構成によれば、稼働時間が一定値変化する毎に実待機指示値が算出されるため、稼働時間の経過とともに待機位置が正規の待機位置からずれた場合であっても、可動部を正規の待機位置により精度良く位置決めすることができる。
11)また、稼働回数を計測する回数計測部を更に備え、前記補正部は、回数計測部により計測された稼働回数が一定値変化したときに前記実待機指示値を算出することが好ましい。この構成によれば、稼働回数が一定値変化する毎に実待機指示値が算出されるため、経年的使用により待機位置が正規の待機位置からずれた場合であっても、可動部を正規の待機位置により精度良く位置決めすることができる。
12)また、稼働回数を計測する回数計測部を更に備え、前記補正部は、回数計測部により計測された稼働回数が一定値変化したときに、前記初期接触指示値及び前記初期待機指示値を、前記実接触指示値及び前記実待機指示値で更新することが好ましい。この構成によれば、初期接触指示値が、最近検出された実接触指示値で更新され、初期待機位置が最近検出された実待機位置に変更されるため、検出までの時間を短縮し補正処理を高速化できる。

Claims (12)

  1. 可動部と、
    形状記憶合金を含み、前記可動部を移動させる移動機構部と、
    前記可動部と接触することで前記可動部の移動を規制し、前記可動部の移動範囲を規定する規制部材と、
    前記可動部を位置決めするための指示値に応じた駆動電流を前記形状記憶合金に出力し、前記形状記憶合金の形状を変形させることにより、前記移動機構部に前記可動部を移動させる駆動制御部と、
    前記可動部が前記規制部材と接触する接触位置に位置するか否かを検出する接触検出部と、
    前記可動部が前記接触位置に位置するときの指示値として予め定められた初期接触指示値を含む初期位置情報を記憶する記憶部と、
    前記接触検出部により前記可動部が前記接触位置に位置することが検出されたときの実接触指示値と前記初期位置情報とを基に、前記可動部待機位置に位置するときの指示値として予め定められた初期待機指示値を補正することで、実待機指示値を算出する補正部と、
    前記実待機指示値に対応する待機位置を前記可動部の実際の待機位置として設定する設定部とを備え、
    前記駆動制御部は、前記形状記憶合金の抵抗値が前記指示値に応じた抵抗値に一致するように前記駆動電流を調節し、
    前記接触検出部は、前記駆動電流の変化を検出するものであり、前記設定部により指示値が徐々に増加されたときに現れる前記駆動電流の変曲点を検出することで前記接触位置を検出することを特徴とする形状記憶合金駆動装置。
  2. 前記初期位置情報は、前記初期待機指示値を更に含み、
    前記設定部は、前記実接触指示値と前記初期接触指示値と前記初期待機指示値とを基に、前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1記載の形状記憶合金駆動装置。
  3. 前記初期位置情報は、前記初期待機指示値及び前記初期接触指示値の差分値を更に含み、
    前記設定部は、前記差分値と前記実接触指示値とを基に、前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1記載の形状記憶合金駆動装置。
  4. 前記補正部は、前記実接触指示値と前記初期接触指示値とのずれを基に、前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項2又は3記載の形状記憶合金駆動装置。
  5. 前記規制部材は、前記移動範囲の一方の限界を超える前記可動部の移動を規制する第1の規制部材と、前記移動範囲の他方の限界を超える前記可動部の移動を規制する第2の規制部材とを備え、
    前記接触検出部は、前記可動部が前記第1の規制部材と接触する第1の接触位置に位置するか否かを検出すると共に、前記可動部が前記第2の規制部材と接触する第2の接触位置に位置するか否かを検出し、
    前記初期接触指示値は、前記可動部が前記第1の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第1の初期接触指示値と、前記可動部が前記第2の接触位置に位置するときの指示値として予め定められた第2の初期接触指示値とを含み、
    前記実接触指示値は、前記接触検出部により前記可動部が前記第1の接触位置に位置することが検出されたときの第1の実接触指示値と、前記接触検出部により前記可動部が前記第2の接触位置に位置することが検出されたときの第2の実接触指示値とを含み、
    前記補正部は、前記第1の初期接触指示値、前記第2の初期接触指示値、前記第1の実接触指示値、及び前記第2の実接触指示値を基に、前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項2又は3記載の形状記憶合金駆動装置。
  6. 前記可動部は撮像装置に用いられる撮像レンズを保持し、
    前記待機位置は、前記撮像装置の基準フォーカス位置であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  7. 前記可動部は撮像装置に用いられる撮像レンズを保持し、
    前記待機位置は、前記撮像装置の基準ズーム位置であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  8. 前記補正部は、電源がオンされたときに前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  9. 環境温度を検出する温度検出部を更に備え、
    前記補正部は、前記温度検出部による検出温度が一定値変化したときに前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  10. 稼働時間を計測する計時部を更に備え、
    前記補正部は、前記計時部により計測された稼働時間が一定時間経過したときに前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  11. 稼働回数を計測する回数計測部を更に備え、
    前記補正部は、前記回数計測部により計測された稼働回数が一定値変化したときに前記実待機指示値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
  12. 稼働回数を計測する回数計測部を更に備え、
    前記補正部は、前記回数計測部により計測された稼働回数が一定値変化したときに、前記初期接触指示値及び前記初期待機指示値を、前記実接触指示値及び前記実待機指示値で更新することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の形状記憶合金駆動装置。
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