JP4962271B2 - 駆動装置およびレンズ駆動装置 - Google Patents

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本発明は、例えばカメラ付き携帯電話等の撮像光学系を構成するレンズユニットをズームやフォーカス等のために駆動する駆動装置に関するものである。
近年、カメラ付き携帯電話機等に搭載される撮像素子の画素数が増大する等、高画質化が飛躍的に進んでおり、これに伴い、画像撮影という基本機能に加えて、フォーカス機能やズーム機能等を付加することが求められている。これらの機能を付加するには、レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置が必要であり、最近では、形状記憶合金(shape Memory Alloy・以下、「SMA」という)アクチュエータを用いたレンズ駆動装置の適用が種々考えられている(例えば特許文献1)。この装置は、SMAを通電加熱する等してSMAを作動(収縮力を発生)させ、該収縮力をレンズ駆動力として利用するもので、小型化、軽量化が容易で、又比較的大きな力量を得ることができるという利点がある。
この種のレンズ駆動装置では、一定の可動範囲内でレンズを駆動するようにSMAの通電が制御されるが、例えばドライバの個体差や劣化等の諸要因により電流値がバラツキき、SMAに過電流が印加されることが考えられる。このような場合には、レンズが可動範囲の上限値に達した後もSMAが作動し、その結果、SMAが過剰加熱されてその性能が劣化し、あるいは可動部分のメカ的損傷を招く等のトラブルを招くことが考えられる。
そこで、最近では、センサを設けてSMAの過剰加熱を検知することによりSMAへの通電を停止し(例えば特許文献2)、あるいはレンズ等の可動部分の位置を検知してSMAの通電を停止することが考えられている。
特開2002−130114号公報 特開2003−111458号公報
しかし、カメラ付き携帯電話機等の携帯端末は、近年、小型軽量化が飛躍的に進んでおり、レンズ駆動装置を組込むためのスペースも限定されている。従って、上記のように専用のセンサを設けてSMAの過剰加熱を防止するレンズ駆動装置の構成は、携帯端末への組込みが難しく、また、携帯端末の低廉化を図る上でも望ましいとは言えない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、SMAアクチュエータを適用した駆動装置において、簡単かつ安価な構成でSMAアクチュエータの過剰加熱等のトラブル発生を防止することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は、被駆動物を駆動する駆動装置であって、前記被駆動物を含み、外部からの移動力の入力を受けることにより所定の範囲で変位する可動部材と、電力の供給を受けることにより収縮することで前記可動部材に対して前記移動力を与える形状記憶合金アクチュエータと、前記可動部材に直接設けられ、当該可動部材の移動に伴って変位する電導部と、電力供給による前記形状記憶合金アクチュエータの収縮に伴い、前記可動部材がその移動を規制される規制位置又はその直前の位置に対応する特定位置に変位したときに前記電導部に接触する端子部をもち、当該端子部と前記電導部との接触により前記形状記憶合金アクチュエータの電力供給側の電極と接地電位側の電極とを前記電導部を介して短絡させる短絡手段と、を備え、前記短絡手段は、前記端子部として形状記憶合金アクチュエータの前記電力供給側の電極に接続される第1端子部と前記接地電位側の電極に接続される第2端子部とを有し、前記可動部材が前記特定位置に変位したときにこれら端子部が前記電導部に接触するように構成されているものである。
この構成では、可動部材が特定位置まで変位し、当該可動部材の電導部に前記端子部が接触すると、形状記憶合金アクチュエータの電力供給側の電極と接地電位側の電極とが短絡し、これにより形状記憶合金アクチュエータへの電力供給が遮断(又は電圧が所定値まで低下)される。従って、専用のセンサを設けることなく、可動部材が特定位置に達した時点で、形状記憶合金アクチュエータの作動を停止させることができる。
特に、第1,第2の2つの端子部を電極部に接触させることによって、形状記憶合金アクチュエータの作動を停止させるものであり、非常に簡単な構成で形状記憶合金アクチュエータの作動を停止させることができる。
なお、電導部は、可動部材の適当な箇所に設ければよく、例えば、可動部材が、前記移動力の入力を受けることにより変位し、その変位により前記被駆動物を移動させるレバー部材を含むものである場合には、当該レバー部材に電導部を設けるようにしてもよく、また、被駆動物そのものに電導部を設けるようにしてもよい。
一方、本発明に係るレンズ駆動装置は、被駆動物としてレンズユニットを含み、このレンズユニットをその光軸方向に移動させる上記の駆動装置を有するものである。
この構成によれば、レンズユニットを光軸方向に移動させつつ、当該レンズユニットが特定位置に達した場合には、形状記憶合金アクチュエータの作動を自動的に停止させることができる。しかも、上記の通り、専用のセンサを設けることなく、形状記憶合金アクチュエータの作動を停止させることできるため、携帯電話のような小型の携帯端末への組込みに適したものとなる。
本発明の駆動装置によれば、専用のセンサを設けることなく、可動部材が特定位置に達した時点で、形状記憶合金アクチュエータの作動を自動的に停止させることができる。従って、簡単かつ安価な構成で、形状記憶合金アクチュエータの過剰加熱や可動部分のメカ的損傷等のトラブルの発生を有効に防止することができる。そして、当該駆動装置を利用したレンズ駆動装置によれば、オートフォーカスや光学ズームに対応できる高性能の撮像光学系を提供する一方で、上記のようなトラブルを未然に防止することができ、しかも、携帯電話機のような小型の撮像装置への組み込みにも優れたものとなる。
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
図1(a)及び図2は、本発明に係るレンズ駆動装置(本発明に係る駆動装置が適用されるレンズ駆動装置)の主要構成部分を概略的に示しており、図1(a)は断面図で、図2は平面図(要部平面図)でそれぞれレンズ駆動装置を示している。
このレンズ駆動装置は、箱形の筐体1の内部に、主に、レンズユニット2(被駆動物)、このレンズユニット2を光軸AX方向(上下方向)に移動させるためのレバー部材3、SMAアクチュエータ4、平行板バネ5a,5bおよびバイアスバネ6等が組み込まれた構成となっている。図2では、便宜上、平行板バネ5a,5bは省略している。
筐体1は、当該レンズ駆動装置の取り付け対象となる部材、例えば携帯電話機のフレームやマウント基板等に固定されるものであり、レンズ駆動装置の不動の部材であって全体が樹脂材料等の絶縁材料により構成されている。なお、図示を省略するが、筐体1のうち光軸AX方向に対向する壁部(図1では天板1aおよびベース1b)には、円形の開口部が形成されており光を透過させる構造となっている。
前記レンズユニット2は円筒形を有し、撮像レンズ10と、この撮像レンズ10を保持するレンズ駆動枠12と、このレンズ駆動枠12等を収納する鏡筒14とから構成されている。撮像レンズ10は、対物レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズ等を有し、図外の撮像素子に対する被写体像の結像光学系を構成している。レンズ駆動枠12は、所謂玉枠であって、鏡筒14と共に光軸AX方向に移動する。レンズ駆動枠12の対物側先端の外周縁部には、周方向に180°の角度差を有して一対の支持部16が突設されている。
レンズユニット2は、筐体1の天板1aに形成される前記開口部に挿入された状態で前記ベース1b上に配置されている。天板1aおよびベース1bには、それぞれ上下一対の平行板バネ5a,5bが固定されており、これら平行板バネ5a,5bにレンズユニット2が固定されている。これによってレンズユニット2が変位可能に支持されると共に、その変位自由度が、光軸AXに沿った方向に規制されている。
レバー部材3は、前記支持部16を介してレンズユニット2に係合することによって前記レンズユニット2に光軸AX方向の駆動力を付与するものである。
このレバー部材3は、光軸AXと直交し、かつ前記一対の支持部16の並び方向(図2では上下方向)に延びる軸線回りに揺動可能に支持されている。
図1(a)に示すように、レバー部材3は、アーム部分21と、このアーム部分21の基端部分から光軸AX方向に延びる延設部分22とを有した側面視逆L字型の形状を有しており、アーム部分21と延設部分22との境となる屈曲部分が、ベース1bに立設された支持脚8の先端で支持されることによって、当該支持脚8の先端部分を支点として前記軸線回りに揺動可能に支持されている。
前記アーム部分21は、図2に示すように、延設部分22からからレンズユニット2の両側に二股に分岐してそれぞれ均等に延び、全体としてレンズユニット2の片側半分をその側方から包囲するように形成されている。アーム部分21の先端部21a,21aは、それぞれレンズユニット2の各支持部16の下側に位置しており、これら先端部21a,21aが、レバー部材3の揺動に伴い各支持部16に対してその下側から係合することによって、レンズユニット2に対して光軸AX方向の駆動力を付与するようになっている。
レバー部材3の前記延設部分22には、SMAアクチュエータ4が架け渡されている。
このSMAアクチュエータ4は、レバー部材3に対して光軸AX方向と直交する方向の移動力F1(図1(b)参照))を付与するもので、例えばNi−Ti合金等の形状記憶合金(SMA)ワイヤからなる線状アクチュエータである。このSMAアクチュエータ4は、低温で弾性係数が低い状態(マルテンサイト相)において所定の張力を与えられることで伸長し、この伸長状態において熱が与えられると相変態して弾性係数が高い状態(オーステナイト相)に移行し、伸長状態から元の長さに戻る(形状回復する)という性質を有している。当実施形態では、SMAアクチュエータ4に電力を供給して通電加熱することで、上述の相変態を行わせる構成が採用されている。すなわち、SMAアクチュエータ4は所定の抵抗値を有する導体であることから、当該SMAアクチュエータ4自身に通電することでジュール熱を発生させ、該ジュール熱に基づく自己発熱によりマルテンサイト相からオーステナイト相へ変態させる構成とされている。そのため、SMAアクチュエータ4の両端には、通電加熱用の第1電極24a及び第2電極24bが固着されている。図3に示すように、第1電極24aはドライバ30に、第2電極24bは接地電位を与える接地回路32にそれぞれ接続されている。
これらの電極24a,24bは、筐体1の前記ベース1b上であって、レンズユニット2の各支持部16の近傍に組付けられた固定部材26a,26b(第1固定部材26a、第2固定部材26b)にそれぞれ固定されている。そして、SMAアクチュエータ4は、図2に示すように、レバー部材3の前記延設部分22に対して「く」字状に折り返すように架け渡されている。かかる構成により、SMAアクチュエータ4に電力が供給されると、図1(b)に示すように、当該アクチュエータ4が通電加熱されて作動(収縮)し、レバー部材3(SMAアクチュエータ4の架け渡し位置22a)に対して移動力F1が付与されて、当該レバー部材3が揺動するようになっている。
なお、前記固定部材26a,26bは、図1(a)に示すように、前記電極24a,24bを固定する電極固定部27と、当該電極固定部27の上方に位置する端子部28とを一体に備えた側面視略コ字型の形状を有しており、全体が導電性の材料から構成されている。
各固定部材26a,26bの端子部28は、SMAアクチュエータ4の作動によりレバー部材3が特定位置まで変位したときに、アーム部分21の先端部21a,21aに接触するように設けられている。具体的には、筐体1に設けられる図外の当たりにレンズユニット2が当接することによって当該レンズユニット2の移動が規制される位置又はその直前の位置(以下、限界位置という)までレバー部材3が揺動したときに、アーム部分21の先端部21a,21aに接触し得るように、各端子部28が設けられている。
ここで、前記レバー部材3は、アーム部分21が導電性材料から構成されており、それ以外は絶縁材料から構成されている。つまり、レンズユニット2が上記限界位置まで変位すると、前記アーム部分21の先端部21a,21aが各固定部材26a,26bの端子部28にそれぞれ接触し、この接触によりSMAアクチュエータ4の電力供給側の電極(第1電極24a)と接地電位側の電極(第2電極24b)とが前記アーム部分21および固定部材26a,26bを介して短絡(ショート)し、その結果、SMAアクチュエータ4の電力供給が遮断されて、当該SMAアクチュエータ4の作動が自動的に停止する構成となっている(図3参照)。すなわち、当実施形態では、レバー部材3の前記アーム部分21が本発明に係る電導部に相当し、各固定部材26a,26bが短絡手段に相当し、各固定部材26a,26bの端子部28が本発明に係る第1,第2端子部に相当する。
前記バイアスバネ6は、SMAアクチュエータ4の作動(収縮)によりレンズユニット2が変位する向きとは逆向に、レンズユニット2を光軸AX方向に付勢するものである。このバイアスバネ6は、レンズ駆動枠12の周縁サイズと略合致した径の圧縮コイルバネからなり、筐体1の上記天板1aとレンズ駆動枠12の頂面との間に圧縮された状態で介設されている。
バイアスバネ6の力量は、レバー部材3に付与される前記移動力F1よりも弱いものとされている。これにより、SMAアクチュエータ4が作動していないときは、レンズユニット2がベース1b側に向けて押圧され、一方、SMAアクチュエータ4が作動すると、バイアスバネ6の押圧力に抗してレンズユニット2が反対方向(対物側)に移動するようになっている。つまり、バイアスバネ6は、SMAアクチュエータ4に通電加熱が行われていない時に、レンズユニット1をホームポジションに復帰させるバイアス荷重をレンズユニット2に与えるものである。
上記のようなレンズ駆動装置では、通電加熱が行われていないSMAアクチュエータ4の停止(伸長)時には、バイアスバネ6の押圧力によりレンズユニット2がベース1b側に押圧され、これによってレンズユニット2がホームポジションに保持される(図1(a)の状態)。一方、SMAアクチュエータ4が作動(収縮)すると、この作動によりレバー部材3の延設部分22に移動力F1が付与されてレバー部材3が揺動し、この揺動によりアーム部分21の先端部21a,21aが光軸AX方向に移動する。これにより前記先端部21a,21aが支持部16に係合してレンズユニット2に対物側への駆動力が付与され、レンズユニット2がバイアスバネ6の押圧力に抗して移動することとなる(図1(b)の状態)。この際、SMAアクチュエータ4への通電電流が前記ドライバ30により制御され、前記移動力F1の力量が調整されることによって、レンズユニット2の変位が、ホームポジションと前記限界位置との間で調整される。
そして、SMAアクチュエータ4への通電が停止(若しくは電圧が所定値まで低下)され、SMAアクチュエータ4が冷却されてマルテンサイト相に復帰すると、バイアスバネ6の押圧力により、レンズユニット2が光軸AX方向に沿ってホームポジションに復帰する。このように、上記のレンズ駆動装置では、SMAアクチュエータ4への通電ON−OFFによって、レンズユニット2が光軸AX方向に沿って変位し、その際、SMAアクチュエータ4a,3bへの通電電流が制御されることによりレンズユニット2の変位量が調整される。
なお、上記のようなレンズユニット2の駆動中、レンズユニット2が上記限界位置の近傍にある状態で、SMAアクチュエータ4に何らかの原因で過電流が供給されることが想定される。このような場合、過電流によるSMAアクチュエータ4の通電加熱によりレンズユニット2が上記限界位置まで変位すると、レバー部材3の前記アーム部分21の先端部21a,21aが固定部材26a,26bの端子部28にそれぞれ接触し、この接触によりSMAアクチュエータ4の第1電極24aと第2電極24bとが前記アーム部分21等を介して短絡(ショート)し、SMAアクチュエータ4への電力供給が遮断される。これによりSMAアクチュエータ4の作動が自動的に停止されることとなる。
以上のように、このレンズ駆動装置では、レンズユニット2が限界位置まで変位した場合には、SMAアクチュエータ4の作動を自動的に停止させるので、レンズユニット2の変位が規制された状態(レバー部材3の変位が規制された状態)でSMAアクチュエータ4が継続的に通電加熱されてSMAアクチュエータ4が劣化損傷し、あるいはレバー部材3等を破損するといったトラブルの発生を未然に防止することができる。
しかも、このレンズ駆動装置では、上記の通り、レバー部材3の揺動に伴いアーム部分21の先端部21a,21aを固定部材26a,26b(端子部28)に接触させ、この接触によりSMAアクチュエータ4の電力供給側の電極(第1電極24a)と接地電位側の電極(第2電極24b)とを短絡させてSMAアクチュエータ4の作動を停止させる、すなわち、特殊なセンサを用いることなく、レバー部材3をスイッチとして利用した合理的な構成でSMAアクチュエータ4の作動を停止させる構成となっているので、簡単で、しかも安価な構成で上記のような効果を享受することができるという利点がある。
次に、本発明の第2の実施形態にかかるレンズ駆動装置について説明する。なお、第2の実施形態も、基本的な構成は第1の実施形態と共通するため、第1の実施形態と機能的に共通する部分については同一符号を付して説明を省略し、以下の説明では第1の実施形態との相違点についてのみ詳細に説明する。
図4及び図5は、第2の実施形態に係るレンズ駆動装置の主要構成部分を概略的に示しており、図1(a)は断面図で、図2は平面図(要部平面図)でそれぞれレンズ駆動装置を示している。
このレンズ駆動装置では、レバー部材3を支持する支持脚8が導電性材料から構成されている。また、SMAアクチュエータ4の第2電極24b(接地電位側の電極)が固定される第2固定部材26bには、前記端子部28の代わりに、電極固定部27と前記支持脚8とを接続する接続部29が設けられており、これによってSMAアクチュエータ4の第2電極24bと支持脚8とが電気的に接続されている。
また、レバー部材3の延設部分22のうち、SMAアクチュエータ4の架け渡し位置22aを含む一部分(図4の斜線で示す部分)が樹脂等の絶縁体から構成される以外は、レバー部材3の全体が導電性の材料から構成されている。つまり、概略的には、図6に示すように、レバー部材3(SMAアクチュエータ4が掛け渡される部位を除く)と前記第2電極24bとが支持脚8および第2固定部材26bを介して電気的に接続された構成となっている。
このような第2の実施形態のレンズ駆動装置では、レバー部材3の前記アーム部分21は、上記の通り常時、SMAアクチュエータ4の接地電位側の電極(第2電極24b)に接続されている。そして、SMAアクチュエータ4の作動によりレンズユニット2が上記限界位置まで変位すると、アーム部分21の一方側の先端部21aが第1固定部材26aの前記端子部28に接触し(図4(b)参照)、この接触によりSMAアクチュエータ4の電力供給側の電極(第1電極24a)と接地電位側の電極(第2電極24b)とが短絡(ショート)し、その結果、SMAアクチュエータ4の作動が停止する。
従って、上記第1の実施形態と同様に、自動的にSMAアクチュエータ4を停止されることができ、SMAアクチュエータ4の劣化損傷やレバー部材3等の破損を未然に防止することができる。
なお、この第2の実施形態の構成では、アーム部分21の一方の先端部21aが端子部28に接触すればSMAアクチュエータ4の作動を停止させることができるため、アーム部分21の両方の先端部21a,21aがそれぞれ端子部28に接触する必要がある第1の実施形態に比べると信頼性が高いという利点がある。すなわち、第2の実施形態によれば、2つの端子部28のうち一方に対して先端部21aが非接触となる、いわゆる片当たりが発生するおそれがなく、その分、信頼性が高いものとなる。
ところで、以上説明したレンズ駆動装置は、本発明に係るレンズ駆動装置(本発明に係る駆動装置が適用されるレンズ駆動装置)の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態では、レバー部材3の一部を導電性材料から構成することにより、レバー部材3に、本発明に係る電導部を設けているが、勿論、レバー部材3(アーム部分21)の表面に導電性材料からなる回路を形成することにより前記電導部を設けるような構成であってもよい。
また、実施形態のように、レバー部材3に電導部を設ける以外に、例えばレンズユニット2に電導部を設けるようにしてもよい。この場合には、例えば筐体1の前記当たりに端子部28を設ける一方、レンズユニット2のうち当該当たりに当接する部分に電導部を設け、レンズユニット2が限界位置まで変位して前記当たりに当接することにより、SMAアクチュエータ4への電力供給が停止されるように構成することができる。
なお、実施形態では、SMAアクチュエータ4の第1電極24aと第2電極24bとを短絡(ショート)させる短絡回路の抵抗値、つまり、前記電導部や固定部材26a,26b等の導電経路の抵抗値については特に言及していないが、当該抵抗値は、両電極24a,24bを短絡させた際にSMAアクチュエータ4への電力供給が遮断され得るように適宜設定すればよい。また、このようにSMAアクチュエータ4への電力供給を完全に遮断する以外に、SMAアクチュエータ4の電圧が所定値まで低下し、SMAアクチュエータ4の作動(収縮)が実質的に停止するように設定してもよい。
なお、上記実施形態では、レバー部材3およびSMAアクチュエータ4等により本発明に係る駆動装置が構成され、この駆動装置によりレンズユニット2を駆動(移動)する構成となっている。しかし、本発明に係る駆動装置は、レンズユニット2の駆動に限定されるものではなく、その他の種々の被駆動物についても適用可能である。
本発明の第1の実施形態にかかるレンズ駆動装置(本発明に係る駆動装置が適用されるレンズ駆動装置)の主要部を示す縦断面略図である((a)はSMAアクチュエータの作動前、(b)はSMAアクチュエータの作動後の状態を示す)。 レンズ駆動装置を示す平面概略図である。 SMAアクチュエータの電力供給側の電極(第1電極)と接地電位側の電極(第2電極)とを短絡させるための短絡回路の概略を説明する回路図である。 本発明の第2の実施形態にかかるレンズ駆動装置(本発明に係る駆動装置が適用されるレンズ駆動装置)の主要部を示す縦断面略図である((a)はSMAアクチュエータの作動前、(b)はSMAアクチュエータの作動後の状態を示す)。 レンズ駆動装置を示す平面概略図である。 SMAアクチュエータの電力供給側の電極(第1電極)と接地電位側の電極(第2電極)とを短絡させるための短絡回路の概略を説明する回路図である。
符号の説明
1 筐体
2 レンズユニット
3 レバー部材
4 形状記憶合金(SMA)アクチュエータ
5a,5b 平行板バネ
6 バイアスバネ
8 支持脚
24a 第1電極(電力供給側の電極)
24b 第2電極(接地電位側の電極)
26a 第1固定部材
26b 第2固定部材

Claims (4)

  1. 被駆動物を駆動する駆動装置であって、
    前記被駆動物を含み、外部からの移動力の入力を受けることにより所定の範囲で変位する可動部材と、
    電力の供給を受けることにより収縮することで前記可動部材に対して前記移動力を与える形状記憶合金アクチュエータと、
    前記可動部材に直接設けられ、当該可動部材の移動に伴って変位する電導部と、
    電力供給による前記形状記憶合金アクチュエータの収縮に伴い、前記可動部材がその移動を規制される規制位置又はその直前の位置に対応する特定位置に変位したときに前記電導部に接触する端子部をもち、当該端子部と前記電導部との接触により前記形状記憶合金アクチュエータの電力供給側の電極と接地電位側の電極とを前記電導部を介して短絡させる短絡手段と、を備え
    前記短絡手段は、前記端子部として形状記憶合金アクチュエータの前記電力供給側の電極に接続される第1端子部と前記接地電位側の電極に接続される第2端子部とを有し、前記可動部材が前記特定位置に変位したときにこれら端子部が前記電導部に接触するように構成されていることを特徴とする駆動装置。
  2. 請求項1に記載の駆動装置において、
    前記可動部材は、前記移動力の入力を受けることにより変位し、その変位により前記被駆動物を移動させるレバー部材を含むものであり、
    前記電導部は、このレバー部材に設けられていることを特徴とする駆動装置。
  3. 請求項1又は2に記載の駆動装置において、
    前記電導部は、前記被駆動物に設けられていることを特徴とする駆動装置。
  4. 被駆動物としてのレンズユニットと、このレンズユニットをその光軸方向に移動させる駆動装置として請求項1〜3の何れか一項に記載の駆動装置を有することを特徴とするレンズ駆動装置。
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