JP4735060B2 - 駆動装置および手振れ補正システム - Google Patents
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Description
また、請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに係る駆動装置において、前記形状記憶合金のワイヤは、15μm以上40μm以下の直径を有することを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項5の発明に係る駆動装置において、前記第2部材は弾性部材であることを特徴とする。
確保できる。
図1は、本発明の実施形態に係る手振れ補正システム10が組み込まれた携帯電話1を示す側面図である。この携帯電話1は、通信機能を有するとともに撮像機能をも有しており、通信装置としてだけでなく撮像装置としても機能する。
図2に示すように、手振れ補正システム10は、撮像ユニット9を駆動するための駆動部16を有している。詳細には、X軸周りの回転方向(ピッチ方向)に撮像ユニット9を駆動するためのP駆動アクチュエータ16Pと、Y軸周りの回転方向(ヨー方向)に撮像ユニット9を駆動するためのY駆動アクチュエータ16Y(図6参照)とを有している。言い換えれば、P駆動アクチュエータ16Pは撮像ユニット9をピッチ方向に回転駆動させることが可能であり、Y駆動アクチュエータ16Yは撮像ユニット9をヨー方向に回転駆動させることが可能である。P・Y駆動アクチュエータ16P,16Yを用いて、ピッチ方向およびヨー方向に回転駆動することによって、撮像ユニット9の揺れを補正すること、すなわち手振れを補正することが可能になる。これにより、手振れとして例えば1〜10Hz程度の正弦波の揺れを補正できることとなる。
図7は、手振れ補正システム10の動作を説明するための図である。ここで、図7(a)は、目標位置の信号波形を示しており、図7(b)は、SMAaおよびSMAbに対する印加電圧の信号波形Ja、Jbを示している。なお、図7(a)の縦軸については、図4に示す中点をPi=0として+側方向への移動量(変位量)を表している。
駆動部材15においては、(1)駆動力、(2)取付け性、(3)応答性による制約を考慮して適切な線径のSMAを使用する必要がある。以下では、これらの各制約について順に説明する。
SMAで発生可能な駆動力(最大駆動力)は、SMAの断面積にほぼ比例するが、例えばφ40μmのSMAの最大駆動力は、実測すると約0.6N(60g程度の力量)である。ここで、手振れ補正システム10のようなサーボ機構において、目標とする手振れ補正の性能を確保するには、駆動機構における個体間のバラツキや、摩擦力、姿勢等を考慮すると、上記のφ40μmのSMAでは5g程度の可動部を駆動させるのが限界である。
SMAをアクチュエータとして使用する場合には、図2に示すようにSMA(駆動部材15a、15b)の両端を固定して取付けなければならない。この際、安定した力量でSMAを取付けるには、φ10μm以上の線径が必要となる。φ10μm以下の線径では、細すぎるため作業性が悪く、一定の応力を付与しつつSMAを固定するのが困難なためである。
手振れ補正システム10においては、上述のように各SMAa、SMAbにバイアス電圧Bsを印加することで応答性の向上を図っているが、伸縮側と異なる伸長側のSMAでは放熱の必要性がある。
・SMAの半径rs=lsma/2:
・可動部の質量m=0.001[kg]:
・基準SMA半径rsφ=19:
・可動部に関する粘性動摩擦係数C=0.4:
・SMAの端子間抵抗R=15×rsφ2/rs2[Ω](端子間抵抗RはSMAの長さが一定であればSMAの断面積に反比例する):
・SMAのインダクタンスL=0.7×10-6[H]:
・パワー定数Kfi=5.0×rs2/rsφ2(パワー定数KfiはSMAの断面積に比例する):
・T1=1:
・SMAにおける駆動力発生時の時定数に対応する応答周波数ft2=30×193/rs3(2次遅れ系でSMAの半径の3乗に比例するモデルを想定し、40μmのSMAでft2は30Hzと設定):
・T2=1/(2π×ft2)2:
・ダンピング用バネのバネ定数Kd=350[N/m]:
・バイアス加熱時のSMAのバネ定数Kbh=300×(rs2/rsφ2)[N/m]:
・dKsma=300×(rs2/rsφ2)[N/m]:
・サーボアンプのゲインGs(SMAの線径を変更してもオープンループの周波数特性における10Hzのゲインが約20dB(10倍)になるように設定)。
図17は、手振れ補正システム10における間引き制御の動作を説明するための図である。ここで、図17(a)は、目標位置の信号波形を示しており、図17(b)は、パルス信号Ptを表している。また、図17(c)および図17(d)は、SMAaおよびSMAbに対する印加電圧の信号波形La、Lbを示している。
図18および図19は、手振れ補正システム10におけるPWM制御の動作を説明するための図である。ここで、図18(a)および図19(a)は、SMAaに対する印加電圧の信号波形Na1、Na2を示しており、図18(b)および図19(b)は、SMAbに対する印加電圧の信号波形Nb1、Nb2を示している。
◎上記の実施形態における駆動部の構成については、2本のSMAを可動部に対してプッシュプル配置とするのは必須でなく、伸縮可能で例えば収縮方向に付勢力を与えるコイルバネのような1つの弾性部材と1本のSMAとをプッシュプル配置としても良い。
8 揺れ検知センサ
9 撮像ユニット
10 手振れ補正システム
11a 弾性支持部材
15、15a、15b 駆動部材(SMA)
16 駆動部
16P P(ピッチ方向)駆動アクチュエータ
16Y Y(ヨー方向)駆動アクチュエータ
30d 振れ検出回路
30e 駆動回路(ドライバ)
31 角度検出部
40a 制御部
40c サーボ制御部
43 位置検出部
80、80a、80b 位置センサ
Claims (11)
- 携帯電子機器に搭載される撮像装置の可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動が可能な駆動装置であって、
(a)前記可動部の駆動に関する計測値を取得する計測手段と、
(b)前記可動部の駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記アクチュエータは、前記可動部の移動に対して互いに反対方向に付勢力を与える配置で接続する伸縮可能な第1部材と第2部材とを有しており、
前記第1部材は、10μm以上80μm以下の直径を有する形状記憶合金のワイヤとして形成されるとともに、両端が固定されて張架されるように配置されてなり、前記第1部材の収縮および伸長を制御することで前記可動部を駆動するよう構成され、
前記制御手段は、
(b-1)前記可動部の駆動に関する駆動目標値と前記計測値とに係る偏差に基づき前記形状記憶合金のワイヤに通電を行うことにより、前記形状記憶合金自体の発熱による収縮と前記形状記憶合金のワイヤ表面からの放熱にともなう前記第2部材の付勢力による伸長とを制御することで、前記可動部の駆動を制御する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置において、
前記第2部材は、10μm以上80μm以下の直径を有する形状記憶合金のワイヤとして形成されることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置において、
前記第2部材は弾性部材であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の駆動装置において、
前記形状記憶合金のワイヤは、15μm以上40μm以下の直径を有することを特徴とする駆動装置。 - 携帯電子機器に搭載される撮像装置の可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動が可能な駆動装置であって、
(a)前記可動部の駆動に関する計測値を取得する計測手段と、
(b)前記可動部の駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記アクチュエータは、前記可動部の移動に対して互いに反対方向に付勢力を与える配置で接続する伸縮可能な第1部材と第2部材とを有しており、
前記第1部材は、80μm2以上5030μm2以下の断面積を有する形状記憶合金のワイヤとして形成されるとともに、両端が固定されて張架されるように配置されてなり、前記第1部材の収縮および伸長を制御することで前記可動部を駆動するよう構成され、
前記制御手段は、
(b-1)前記可動部の駆動に関する駆動目標値と前記計測値とに係る偏差に基づき前記形状記憶合金のワイヤに通電を行うことにより、前記形状記憶合金自体の発熱による収縮と前記形状記憶合金のワイヤ表面からの放熱にともなう前記第2部材の付勢力による伸長とを制御することで、前記可動部の駆動を制御する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。 - 請求項5に記載の駆動装置において、
前記第2部材は、80μm2以上5030μm2以下の断面積を有する形状記憶合金のワイヤとして形成されることを特徴とする駆動装置。 - 請求項5に記載の駆動装置において、
前記第2部材は弾性部材であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の駆動装置において、
前記形状記憶合金のワイヤは、180μm2以上1260μm2以下の断面積を有することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の駆動装置において、
前記アクチュエータによる前記可動部の駆動では、所定の軸を中心とした回動が行われることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の駆動装置において、
前記形状記憶合金のワイヤは、チタン、ニッケルおよび銅を含有していることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の駆動装置を有する手振れ補正システムにおいて、
前記可動部を有し、被写体を撮像する撮像手段と、
前記アクチュエータにより前記可動部を駆動することで前記撮像手段に係る手振れ補正を行う手段と、
を備えることを特徴とする手振れ補正システム。
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