JP5447501B2 - 駆動装置及びレンズ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電話、携帯情報端末等に搭載されたデジタルカメラのレンズのような、小型で精細な被駆動体の駆動を行う駆動装置に関するものである。

携帯電話や携帯情報端末（PDA）、携帯型音楽プレーヤ等の小型携帯端末には、画像を撮影するためのデジタルカメラが搭載されている場合が多い。近年、前記小型携帯端末に搭載されたデジタルカメラは、画像を撮影できることだけでは不十分であり、高品質な画像を撮影できることが要求されている。前記デジタルカメラで高品質な画像を撮影するためのひとつの方法として、前記デジタルカメラへフォーカス機能、ズーム機能等の光学機能を付加する方法が用いられている。

上述のような光学機能を付加するためには、前記デジタルカメラに備えられたレンズ（及びレンズ支持体）を駆動するための駆動装置を搭載する必要がある。前記デジタルカメラの限られたスペースに搭載されるものであり、そのデジタルカメラに搭載される前記駆動装置は小型及び軽量である必要がある。このような、小型、軽量の条件を満たす駆動装置として、形状記憶合金（Shape Memory Alloy：以下、SMAという）アクチュエータを備えた駆動装置が提案されている。

前記SMAアクチュエータを用いた駆動装置として、一端（支持端部）を回動可能に支持された片持ち梁様のレバー部を、SMAアクチュエータの伸縮を利用して他端（自由端部）を持ち上げ、前記他端（自由端部）で被駆動体を動かすものが提案されている。このようなSMAを動力源とするアクチュエータを用いた駆動装置は、回動するレバー部の自由端部の１点で前記レンズ支持体を押し上げて前記被駆動体を動かしている。前記レバー部の自由端部の1点で被駆動体を押す場合、前記レバー部から前記被駆動体にかかる力が前記被駆動体の中心に作用しないと、いわゆる片押し状態となってしまい、前記被駆動体が傾いた状態で移動してしまう。

そこで、このような傾きを抑制する駆動装置として、前記被駆動体の移動方向と平行に配置され、前記被駆動体をガイドする柱状のガイドポール及びガイドシャフトを備えた駆動装置がある。この駆動装置では、前記被駆動体が前記ガイドポール及び前記ガイドシャフトでガイドされて移動するので、前記被駆動体が片押し状態で押された場合であっても、前記被駆動体は移動時に傾きにくい。この駆動装置をレンズが保持されたレンズ支持体の移動装置として用いることで、前記レンズ支持体が移動するとき、当該レンズ支持体が傾く（以下チルトという）のを抑制できる（例えば、特開2007-58075号公報、特開2007-58076号公報、特開2007-60530号公報等参照）。

特開2007-58075号公報 特開2007-58076号公報 特開2007-60530号公報

従来の小型携帯端末に搭載されたデジタルカメラに用いられている撮像素子の画素数及びこの撮像素子で画像を撮影するためのレンズを用いる場合、上述のような、ガイドポール及びガイドシャフトでガイドされたレンズ駆動部を用いることで、十分な精細度の撮影を行うことが可能であった。

しかしながら、近年の小型携帯端末に搭載されるデジタルカメラの撮像素子は高画素化しており、高画素の撮像素子を利用するために、レンズも高性能なものが要求されている。したがって、従来のような、ガイドポール及びガイドシャフトのガイド部材でレンズ支持体の移動をガイドするレンズ駆動部では、前記ガイド部材と前記レンズ支持体との遊びによって発生するチルトであっても、画像乱れの原因となる。

そこで、レバー部の自由端部が前記被駆動体（レンズ支持体）を押す点を、ガイドシャフト及びガイドポールの中間点とすることで、前記チルトによる画像乱れを抑制することは可能であるが、その場合、前記被駆動体の大きさを小さくするのが困難であり、撮像装置自体が大きくなってしまう。

また、駆動装置として、さらなる小型化、軽量化を達成するために被駆動体（レンズが保持されたレンズ支持体）の移動方向の両側を平行板ばねで保持するものもあるが、片持ち梁様のレバー部で押す構成の場合、チルトの発生を抑制するのは困難である。

そこで本発明は、被駆動体を駆動させる小型の駆動装置であって、前記被駆動体の移動を精度良く行うことができる駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、支持脚部と、前記支持脚部に回動可能に支持されたレバー部と、前記レバー部に連結され被駆動体と少なくとも２箇所で係合された変位出力部と、前記レバー部と係合し、可逆的に変形する形状記憶合金アクチュエータとを備え、前記形状記憶合金アクチュエータの変形により前記レバー部に連結された前記変位出力部が前記被駆動体を所定の方向に移動させる駆動装置であって、前記支持脚部または前記レバー部のいずれか一方から突出し、先端に係合部を具備するレバー支持部と、他方に形成され、前記係合部が係合される支持凹部とを備え、前記レバー部が、前記係合部と前記支持凹部との接触部又はその近傍を通り前記被駆動体の移動方向と直交又は交差する回転軸を中心に回動可能に、且つ、前記回転軸又は前記回転軸と平行な線と直交又は交差する揺動軸を中心に揺動可能に、支持脚部に支持されている。

この構成によると、前記レバー部が前記揺動軸を中心に揺動可能となるように前記支持脚部に支持されているので、例えば、前記変位出力部が前記レバー部に対して傾いて取り付けられていたとしても、前記レバー部が揺動され、各変位出力部から前記被駆動体に対して均一な変位が出力される。

これにより、前記被駆動体には均一な変位が加えられるので、移動時に前記被駆動体が姿勢を崩したり、誤った方向に移動したりする不具合の発生を抑えることができる。

上記構成において、前記レバー部は、前記レバー支持部の係合部と前記支持凹部との前記接触部で支持されていてもよい。前記係合部と前記支持凹部とは１点で接触していてもよく、少なくとも３点で接触していてもよく、曲面で接触していてもよい。

前記支持凹部としては、円錐、三角錐、四角錐等の錐体形状、球面形状、滑らかな曲面形状のものを挙げることができる。また、前記係合部の形状としては、円錐、三角錐、四角錐等の錐体形状、球面形状、円柱等の柱体形状を挙げることができる。また、前記支持凹部と前記係合部の形状を組み合わせることで、回転しやすさ、安定性を変更することが可能である。なお、異なる形状のものを組み合わせる場合、安定性を考慮して、少なくとも３点以上の点で接触するものが好ましい。また、少なくともどちらか一方は円或いは球形状を基本とする形状であることが好ましい。

上記構成において、前記レバー支持部が前記支持脚部又は前記レバー部のいずれか一方に形成された揺動穴に揺動可能に挿入された揺動軸部を備えており、前記係合部が前記揺動軸部の中心軸又は中心軸と平行な線に対して直交又は交差する方向に延伸する係合軸部を備えており、前記支持凹部は前記係合軸部を中心軸周りに摺動可能に支持する凹溝形状であってもよい。

上記目的を達成するために本発明は、支持脚部と、前記支持脚部に回動自在に支持されたレバー部と、前記レバー部に連結され被駆動体と少なくとも２箇所で係合された複数個の変位出力部と、前記レバー部に係合し、可逆的に変形する形状記憶合金アクチュエータとを備え、前記形状記憶合金アクチュエータの変形によって前記レバー部が揺動され、前記変位出力部が前記被駆動体を所定の方向に移動させる駆動装置であって、前記複数個の変位出力部の前記被駆動体の移動方向に沿う方向の位置を前記レバーの傾きに応じて変動させ、すべての変位出力部を該被駆動体とバランスをとって係合させる変位調整部を備えていてもよい。

この構成によると、前記変位出力部が前記レバー部に傾いて配置されている場合でも、前記変位調整部によって各変位出力部の変位が調整され、前記レバー部が移動するときには、前記被駆動体にバランスよく変位を出力することが可能である。これにより、被駆動体が傾いたり、被駆動体の移動方向がずれてしまったりする不具合が発生するのを抑制することが可能である。

上記構成において、前記複数の変位出力部は前記被駆動体の一部を側方から包囲するアーム部を介して前記レバー部に取り付けられていてもよく、前記複数の変位出力部は前記被駆動体の一部を側方から包囲するアーム部を介して前記レバー部に取り付けられており、前記変位調整部は前記アーム部の少なくとも一部に形成されており、前記アーム部は前記変位調整部で弾性変形可能であってもよい。

上記構成において、前記被駆動体が前記変位出力部より受ける力と反対方向の力を前記被駆動体に付勢する付勢部材を備えていてもよい。

上記構成において、前記レバー部は前記形状記憶合金アクチュエータからの駆動力と、前記変位出力部が前記被駆動体から受ける抗力とが釣り合うことで静止する形状のものを挙げることができる。

上記構成において、互いに平行となるように配置され、前記被駆動体を移動方向の前後両側から保持した一対の平行ばねを備えているものであってもよく、前記被駆動体の少なくとも一部と接触し、前記被駆動体の移動方向と平行に配置されたガイド部を備えていてもよい。

上記構成において、前記SMAアクチュエータは線状に形成されているものを挙げることができる。

上記構成において、駆動装置の例として、前記被駆動体としてレンズを備えたレンズユニットを駆動するレンズ駆動装置を挙げることができる。

本発明によると、被駆動体を駆動させる小型の駆動装置であって、前記被駆動体の移動を精度良く行うことができる。

本発明にかかる駆動装置が用いられている撮像装置の平面図である。 図１に示す撮像装置を矢印II方向に見たときの概略配置図である。 図１に示す撮像装置を矢印III方向に見たときの概略配置図である。 図１に示す撮像装置に用いられたアクチュエータが作動されたときの矢印II側から見た図である。 図１に示す撮像装置に用いられたアクチュエータが作動されたときの矢印III側から見た図である。 アーム部が傾いているレンズ駆動装置を備えた撮像装置の図である。 図６に示すレンズ駆動装置のアクチュエータを組み立てる途中の図である。 図６に示すレンズ駆動装置がレンズユニットを持ち上げた状態の図である。 本発明にかかる駆動装置の他の例の支持凹部及びレバー支持部を拡大した概略側面図である。 本発明にかかる駆動装置の他の例の支持凹部及びレバー支持部を拡大した概略側面図である。 本発明にかかる駆動装置の他の例の支持凹部及びレバー支持部を分解した状態の概略平面図である。 図１１に示す駆動装置を分解した状態の概略側面図である。 図１１のレバー支持部の他の例の側面図である。 本発明にかかる撮像装置のさらに他の例の図である。 図１４に示す撮像装置で用いられるレンズ駆動装置のアクチュエータを組み立てる途中の図である。 図１４に示す撮像装置で用いられるレンズ駆動装置がレンズユニットを持ち上げた状態の図である。

本発明にかかる駆動装置について図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる駆動装置が用いられている撮像装置の平面図であり、図２は図１に示す撮像装置を矢印ＩＩ方向に見たときの概略配置図であり、図３は図１に示す撮像装置を矢印ＩＩＩ方向に見たときの概略配置図である。なお、図１で図示された撮像装置は、説明の便宜上、ケースの上面、天板、板ばね、バイアスばねを省略しており、図２及び図３ではケースの側部を省略している。また、以下の説明で上下の位置関係について説明する場合は、図面における位置関係である。

撮像装置Ａは、平面視正方形状の箱体であるケースＣａと、画像を撮像するための個体撮像素子を具備するイメージセンサＩｍｓと、イメージセンサＩｍｓの光電変換部に被写体像を撮像させるレンズを駆動するレンズ駆動装置Ｌａとを備えている。

ケースＣａは撮像装置Ａの外殻をなし、外部からの撮像光以外の光の入射、異物の混入、及び内部に配置された部材への衝撃及び（又は）振動を抑制するものである。ケースＣａは樹脂等で形成されており、底面が矩形（ここでは正方形）の直方体形状を有する箱体である。ケースＣａの上面部には、撮像光を入射させるための撮像窓Ｃｗが形成されている。撮像窓Ｃｗは、撮像装置Ａの光軸Ａｘが中心を通るように形成されている。

イメージセンサＩｍｓは照射された撮像光を電気信号に変換する個体撮像素子を備えている。個体撮像素子として、光電変換部にＣＭＯＳ型のセンサまたはＣＣＤ撮像センサを用いたものが採用されている。イメージセンサＩｍｓは平面視長方形の板状であり、図１に示す撮像装置Ａでは、長辺及び短辺がケースＣａの底面の対角線のそれぞれと平行で、中心が撮像装置Ａの光軸Ａｘと重なるように配置されている。

本発明の要部である駆動装置を用いたレンズ駆動装置Ｌａについて説明する。レンズ駆動装置Ｌａは、ケースＣａの内部に配置されている。レンズ駆動装置Ｌａは、中央に貫通孔１０が形成されている板状のベース部１と、中央にベース部１と同じ大きさの貫通孔２０が形成された天板部２と、イメージセンサＩｍｓに被写体像を撮像させるレンズを備えたレンズユニット３と、レンズユニット３をイメージセンサＩｍｓに対して接近離反させる駆動装置４と、ベース部１及び天板部２に固定されレンズユニット３を保持する上板ばね５１、下板ばね５２と、レンズユニット３を押圧するバイアスばね６とを備えている。

ベース部１は平面視正方形状の平板であり、ケースＣａに固定され、レンズ駆動装置Ｌａの底部を構成する不動の部材である。また、天板部２は平板状の部材であり、ベース部１と平行となるように配置されている。ベース部１及び天板部２には貫通孔１０及び貫通孔２０が形成されている。貫通孔１０はレンズユニット３の外径よりも小さく、レンズユニット３に配置された撮像レンズ３１（後述）よりも大きな内径の円筒形状の孔である。さらに、貫通孔１０の内径はイメージセンサＩｍｓへの光の入射を妨げない大きさである。一方、貫通孔２０はレンズユニットの外径よりも大きな内径の円筒形状の孔である。貫通孔１０及び貫通孔２０の中心軸は、いずれも、撮像装置Ａの光軸Ａｘと重なっている。

ベース部１の上面及び天板部２の下面には、下板ばね５２、上板ばね５１がそれぞれ取り付けられている。なお、上板ばね５１と下板ばね５２とは平行であり、レンズユニット３を上下から挟持している。上板ばね５１及び下板ばね５２には、撮像光が透過するための孔が形成されている。

レンズユニット３は撮像レンズ３１と、撮像レンズ３１が保持されたレンズ保持枠３２とを備えている。撮像レンズ３１は、対物レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズ等を含むレンズ群であり、撮像窓Ｃｗより入射した撮像光をイメージセンサＩｍｓに導き、イメージセンサＩｍｓに被写体像を結像する結像光学系を構成するものである。なお、撮像レンズ３１として複数のレンズで構成されるレンズ群としているが、単一のレンズで構成されるものであってもよい。

レンズ保持枠３２は円筒形状の枠体（いわゆる玉枠）であり、内部に撮像レンズ３１を保持している。上面が上板ばね５１に、下面が下板ばね５２に保持されており、レンズ保持枠３２の中心軸が光軸Ａｘと重なっている。また、レンズユニット３はレンズ保持枠３２が上板ばね５１及び下板ばね５２で挟持されていることで、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。なお、レンズユニット３は軸に沿った方向に移動するときは、天板部２の貫通孔２０を貫通するように移動する。

レンズ保持枠３２は外周部の上面の近傍に、径方向外側に向かって突出した２個の凸部３３を備えている。２個の凸部３３は上面から等距離となるように形成されているものであり、中心軸を挟んで対称の位置に形成されている。凸部３３はベース部１の対角線方向に並んで配置されており、凸部３３はケースＣａの対向する角部の近傍に配置されている。

駆動装置４は、レンズユニット３に駆動力を付与するものである。駆動装置４は、レバー部４１と、レバー部４１を支持する支持脚部４２と、レバー部４１に固定されたアーム部４３と、形状記憶合金（Shape Memory Alloy：以下SMAという）で形成され、レバー部４１に形成された後述の変位入力部４１２に架設されたSMAアクチュエータ４４と、SMAアクチュエータ４４の両端を固定するとともに、SMAアクチュエータ４４に電気を供給する電極４５とを備えている。

図に示すように、レバー部４１は直方体形状を有しており、一面の上下方向の略中央に円錐状の凹部である支持凹部４１１が形成されている。また、下端部には、支持凹部４１１と反対側の面側にSMAアクチュエータ４４が架設された変位入力部４１２が形成されている。レバー部４１の変位入力部４１２が形成されている部分はSMAアクチュエータ４４に応力が集中しないように湾曲した曲面形状に形成されている。また、変位入力部４１２はレバー部４１が移動したときにSMAアクチュエータ４４が外れないように、曲面に沿うＶ字の溝形状を有している。

支持脚部４２はベース部１に固定された四角柱状の部材である。支持脚部４２はケースＣａの凸部３３が近接している角部とは異なる角部に近接して配置されている。支持脚部４２はレンズユニット３と対向する面と反対側の面より突出し、支持凹部４１１に挿入された円錐形状のレバー支持部４２１を備えている。レバー支持部４２１は中心軸（揺動軸Ｂｘ）が凸部３３の配列方向又はこれに平行な方向と直交するように形成されている。レバー支持部４２１は先端が支持凹部４１１の円錐形状の頂点部と接触して配置されている。なお、レバー支持部４２１は支持脚部４２と一体で形成されていても良く、支持脚部４２と別体で支持脚部４２に固定されたものであってもよい。

支持凹部４１１とレバー支持部４２１は支持部を形成しており、レバー支持部４２１はその先端の係合部が支持凹部４１１の最深部と接触することで、レバー部４１を点で支持している。これにより、レバー部４１は揺動軸Ｂｘ周りに揺動可能であるとともに、揺動軸Ｂｘと交差（変位の方向によっては直交）する軸（回転軸Ｃｘ）周りにも回動可能となっている。なお、レバー部４１に作用する力のつりあいは後述する。

アーム部４３はレバー部４１の支持凹部４１１が形成されている面と隣り合う両側面に配置されている。アーム部４３は二股に分かれており、レンズユニット３に近接してそれぞれ均等に伸びている。アーム部４３は途中で屈曲しており、先端側に変位出力部４３１が形成されている。二股に分かれたアーム部４３の両方に形成された変位出力部４３１は互いに平行となっており、凸部３３の下部と接触している。変位出力部４３１は凸部３３との係合面が曲面となるように切り欠かれた係止部４３２を備えている。なお、アーム部４３とレバー部４１とは一体で形成されていてもよく、別体で形成されていてもよい。

SMAアクチュエータ４４として例えばＮｉ−Ｔｉ合金等をワイヤー状に形成したものを挙げることができる。また、SMAアクチュエータとして、ワイヤー状のものに限定されるものではなく、アーム部を動かすことのできる形状（例えば、帯状、板状等）のものを広く採用することが可能である。

SMAはそれ自体の温度によって結晶相が変化するものである。SMAアクチュエータ４４は、低温状態のときはマルテンサイト相に、高温状態のときはオーステナイト相に相変態する。SMAアクチュエータ４４は温度変化によって可逆的に相変態を繰り返す。SMAアクチュエータ４４は相変態することで伸長又は収縮する。

SMAアクチュエータ４４は所定の電気抵抗を有する導体であるので、電極４５よりSMAアクチュエータに通電することでジュール熱が発生する。SMAアクチュエータ４４はこのジュール熱によって高温状態になり、高温状態から通電する電流量を減らす或いは通電を遮断することで放熱し、低温状態になる。

図１、図２に示すように、SMAアクチュエータ４４はレバー部４１の変位入力部４１２に架設されており、レバー部４１で折り返すＶ字状に配置されている。SMAアクチュエータ４４の両端部は、それぞれ、凸部３３の近傍に電極４５にて固定されている。電極４５はベース部１に固定されている。

なお、SMAアクチュエータ４４はベース部１と平行となるように変位入力部４１２に架設され両端部を電極４５で固定されている。SMAアクチュエータ４４が収縮するとき、変位入力部４１２がSMAアクチュエータ４４に引っ張られる。これにより、レバー部４１に支持凹部４１１を中心とした回転モーメントが作用する。このとき、アーム部４３は変位出力部４３１を持ち上げるように回動し、変位出力部４３１が凸部３３を押し、レンズユニット３が変位される。

このとき、アーム部４３及び変位出力部４３１はレバー部４１に対して対称となるように形成されているとともに、２個の凸部３３がレンズユニット３の中心軸を挟んで対称に形成されているので、２個の凸部３３には均等な力が作用する。これによって、レンズユニット３は撮像レンズ３１の光軸がずれないように変位される。

さらに詳しく説明すると、電極４５は取り付けられた各SMAアクチュエータ４４とベース部１の対角線との角度が同じである。また、各電極４５から変位入力部４１２までの長さが等しい。SMAアクチュエータ４４の変位入力部４１２を挟んだ両側が等長、等角度で配置されていることで、変位入力部４１２を挟んで両側のSMAアクチュエータ４４の伸縮量及び伸縮による力が等しくなる。

以上のようにSMAアクチュエータ４４が設置されていることで、SMAアクチュエータ４４の伸縮量がどちらかに偏ってしまうのを抑制することできる。これにより、SMAアクチュエータ４４の変位入力部４１２に架設されている部分が変位入力部４１２からずれにくい。ずれを抑制できるので、SMAアクチュエータ４４と変位入力部４１２との摩擦を低減することができる。さらに、両電極４５に固定されたSMAアクチュエータ４４の伸縮による力は変位入力部４１２に均等（大きさ及び方向）に作用する。これにより、変位入力部４１２の変位方向は凸部３３の配列方向と直交する方向、すなわち揺動軸Ｂｘと平行な方向となる。これにより、変位入力部４１２に変位の入力があった場合、レバー部４１には、揺動軸Ｂｘに直交するとともに、ベース部１と平行な軸（回転軸Ｃｘのひとつ）周りのモーメントが発生する。

バイアスばね６はレンズ保持枠３２の周縁サイズと略同じ径の圧縮コイルばねである。バイアスばね６は下端部がレンズ保持枠３２の上面と当接しており、上端部がケースＣａの上側と当接している。これにより、バイアスばね６はレンズ保持枠３２を下方に付勢している。バイアスばね６は撮像光がイメージセンサＩｍｓに入射するのを妨げないように配置されている。なお、バイアスばね６として、圧縮コイルばねを挙げているが、それに限定されるものではなく、板ばね等のコイルとは異なる形状のものや、空気圧、磁力、静電力等による力を発生するものであってもよい。

ここで、駆動装置４の力の釣り合い及びアクチュエータの動作について図面を参照して説明する。図４は図１に示す撮像装置に用いられたアクチュエータが作動されたときの矢印II側から見た図であり、図５は図１に示す撮像装置に用いられたアクチュエータが作動されたときの矢印III側から見た図である。

まず、駆動装置４が駆動していないときの力の釣り合いについて説明する。駆動装置４が駆動していないとき、図２に示すように、レンズユニット３はベース部１に形成された貫通孔１０の辺縁部１００と接触して静止している（ベースポジション）。このとき、レンズユニット３の図中上面はバイアスばね６によって下方にバイアス力Ｆ１で押されている。そして、レンズユニット３の図中下面は、ベース部１に形成された貫通孔１０の辺縁部１００と接触しており、レンズユニット３は辺縁部１００から抗力Ｒ１を受けている。

また、レバー部４１の変位入力部４１２にはSMAアクチュエータ４４が架設されており、SMAアクチュエータ４４は緊張した状態で電極４５に固定されている。このとき、変位入力部４１２にはSMAアクチュエータ４４の緊張による引張力Ｆ２が作用している。この引張力Ｆ２による第３軸Ｃｘ周りのモーメント（図中反時計回り）が、レバー部４１及びアーム部４３に作用し、そのモーメントによって凸部３３にはバイアス力Ｆ１と対向する方向の力が作用している。

そして、レンズユニット３は、それに作用するバイアス力Ｆ１、抗力Ｒ１及びモーメントによる力が釣り合っており、静止している。なお、引張力Ｆ２の大きさは、SMAアクチュエータ４４がたるみなく緊張する程度の力とすることができる。また、引っ張り力Ｆ２を強くして、レンズユニット３が辺縁部１００と接触せずに、バイアス力Ｆ１とモーメントによる力とが釣り合うようにし、その位置をベース位置とすることも可能である。

なお、本実施形態では、貫通孔１０の内径がレンズユニット３の外径よりも小さく、辺縁部１００でレンズユニット３の図中底面を支持するものを例に説明しているが、貫通孔１０の辺縁部より貫通孔１０の中心に向かってレンズユニット３を保持するための保持部が形成されているものであってもよい。保持部としては、レンズユニット３を安定して保持することができる個数であり、イメージセンサＩｍｓへの光の入射を妨げないものを広く採用することが可能である。

駆動装置４において、レンズユニット３がベースポジションで停止しているとき、SMAアクチュエータ４４には通電されておらず、低温状態（マルテンサイト相）であり、SMAアクチュエータ４４が伸長された状態になっている。

次に、レンズユニット３がフォーカス動作、ズーム動作等のためにベースポジションから移動される手順について説明する。まず、電極４５よりSMAアクチュエータ４４に通電する。上述したとおり、SMAアクチュエータ４４は通電されることでジュール熱によって加熱される。これにより、SMAアクチュエータ４４はマルテンサイト相からオーステナイト相に相変態を起こし、SMAアクチュエータ４４は収縮する。

図４に示すように、SMAアクチュエータ４４の収縮により変位入力部４１２には収縮力Ｆ３が作用する。このとき、収縮力Ｆ３は引張力Ｆ２よりも大きな力であり、レバー部４１に作用する回転軸Ｃｘを中心とする反時計回りのモーメントが大きくなる。このモーメントがアーム部４３及び変位出力部４３１に伝達され、力の釣り合いが崩れ、変位出力部４３１が凸部３３を上方に押す。レンズユニット３は凸部３３を変位出力部４３１に押され、バイアスばね６から作用されている押圧力Ｆ１に抗して上方に変位する。バイアスばね６はレンズユニット３の移動により圧縮され、反発力Ｆ４でレンズユニット３を押し返す。レバー部４１に作用する収縮力Ｆ３によるレンズユニット３を押し上げる力と、と反発力Ｆ４によるレンズユニット３を押し下げる力が釣り合った位置で、レンズユニット３は停止する。

なお、変位出力部４３１は凸部３３と係合する曲面を有する係止部４３２を備えているので、アーム部４３が回動し、変位出力部４３１と凸部３３との相対位置が変わっても、凸部３３と変位出力部４３１とは確実に係合する。二股のアーム部４３は両側が均等に変位する。そして、レンズユニット３は中心軸を挟んで対称に配置された凸部３３がアーム部４３に均等に押されるので、レンズ保持枠３２は中心軸が光軸Ａｘと重なった或いは略重なった状態で変位する。すなわち、撮像レンズ３１はレンズユニット３が変位しても、その光軸が撮像装置Ａの光軸Ａｘとずれたり、傾いたりすることがなく、撮像精度の低下を抑制することが可能である。

以上のようにして、駆動装置４はSMAアクチュエータ４４に通電することでレンズユニット３を持ち上げ、フォーカス動作或いはズーム動作を行うことができる。そして、SMAアクチュエータ４４は通電する電流量によって発熱量を変化させ、収縮力Ｆ３の大きさを調整することができる。すなわち、駆動装置４は通電する電流量を制御することで、レンズユニット３の移動量の調整が可能である。

SMAアクチュエータ４４は収縮している状態で通電が停止されると、ジュール熱の発生が停止され、SMAアクチュエータ４４は冷却される。そして、SMAアクチュエータ４４は冷却によってオーステナイト相からマルテンサイト相に相変態し、収縮により発生していた収縮力Ｆ３が減少する。収縮力Ｆ３が減少することで、レンズユニット３はベースポジションに戻る方向に移動する。

このとき、収縮力Ｆ３によって圧縮されていたバイアスばね６は伸びる。これに伴い、レンズユニット３に作用していた反発力Ｆ４が小さくなる。そして、バイアスばね６は元の長さに戻り（バイアスばね６からレンズユニット３へは押圧力Ｆ１が作用している状態に戻り）SMAアクチュエータ４４が元の長さまで伸長する（SMAアクチュエータ４４からレバー部４１へは引張力Ｆ２が作用している状態に戻る）。最終的に、レンズユニット３及び駆動装置４はベースポジションに戻る。

以上のように、駆動装置４は、SMAアクチュエータ４４への通電ＯＮ−ＯＦＦによって、レンズユニット３を光軸Ａｘに沿って変位させることができる。また、SMAアクチュエータ４４へ通電する電流量を適宜調整することで、収縮力Ｆ３を調整し、レンズユニット３を所定の位置間で移動させ、その位置で停止させることも可能である。これにより、撮像装置Ａはフォーカス動作、ズーム動作を行う場合であっても、撮像レンズ３１の光軸がずれたり、傾いたりすることなくレンズユニット３を移動させることができ、イメージセンサＩｍｓに高精度（高解像度）の被写体像を結像することが可能である。

上述のレンズ駆動装置は、二股のアーム部４３が完全に均等であるものを例に説明したが、実際のレンズ駆動装置Ｌａでは加工時の加工誤差（加工精度）や組み立て時の組み立て誤差（組み立て精度）によって二股のアームを完全に均等にすることは困難である。レンズ駆動装置Ｌａにおいてアーム部４３の精度が落ちると、撮像レンズ３１の光軸と撮像装置Ａの光軸Ａｘとがずれたり、傾いたりしてしまい、イメージセンサＩｍｓに決像される被写体像の精度が落ちてしまう。そこで、本発明のレンズ駆動装置Ｌａは二股に分かれたアーム部４３が完全に対称でない場合でも、精度良くレンズユニット３を変位させる工夫がなされている。

以下に、アーム部がずれて形成されているレンズ駆動装置及びレンズ駆動装置の駆動について図面を参照して説明する。図６はアーム部が傾いているレンズ駆動装置を備えた撮像装置の図であり、図７は図６に示すレンズ駆動装置のアクチュエータを組み立てる途中の図であり、図８は図６に示すレンズ駆動装置がレンズユニットを持ち上げた状態の図である。なお、アーム部以外は同じ構成を有しているので、実質上同じ部分には同じ符号が付してあり、同じ部分の詳細な説明は省略する。

図６に示す撮像装置Ａに用いられるレンズ駆動装置Ｌａでは、アーム部４３がレバー部４１に対して傾いて形成されている。まず、レンズユニット３は、図中上面がバイアスばね６に押されており、図中下面がベース部１に形成された貫通孔１０の辺縁部１００に接触されたベースポジションにある。

支持脚部４３のレバー支持部４２１がレバー部４１の支持凹部４１１に挿入された状態で、SMAアクチュエータ４４を変位入力部４１２に架設して変位入力部４１２に引張力を作用させる。このとき、アーム部４３は回転軸Ｃｘ周りに回転され、右側の変位出力部４３１Ｒが最初に凸部３３と当接する。さらに、SMAアクチュエータ４４に引張力が作用されると、右側の変位出力部４３１Ｒが凸部３３に接触しているので、レバー部４１は支持凹部４１１を中心に、左側の変位出力部４３１Ｌが凸部３３と当接するまで回動する。

左右両方の変位出力部４３１Ｌ、４３１Ｒが凸部３３と当接し、SMAアクチュエータ４４のたるみがなくなったところで、SMAアクチュエータ４４の両端部を電極４５に固定する。（図７参照）。この状態がベースポジションであり、レンズユニット３において、バイアスばね６から受けるバイアス力、貫通孔１０の辺縁部１００から受ける抗力及びSMAアクチュエータ４４の緊張によって発生するモーメントによる力が釣り合っており、レンズユニット３は静止している。なお、SMAアクチュエータ４４からの引張力を大きくして、レンズユニット３がベース部１に形成された貫通孔１０の辺縁部１００から浮いた状態がベースポジションとなるようにSMAアクチュエータ４４を形成してもよい。

この後、SMAアクチュエータ４４への通電によって収縮力Ｆ３が発生すると、レバー部４１が回転軸Ｃｘ周りに回動し、アーム部４３の左右の変位出力部４３１Ｌ、４３１Ｒが上方に移動する。これによって、レンズユニット３が変位出力部４３１Ｌ、４３１Ｒに押されて変位する。このとき、左右の変位出力部４３１Ｌ、４３１Ｒよりそれぞれの凸部３３に均等に力が作用するので、レンズユニット３は安定して（撮像レンズ３１の光軸が光軸Ａｘと重なった或いは略重なった状態で）変位される（図８参照）。レンズ駆動装置Ｌａの駆動に関しては、前述のものと同じであり、詳細な説明は省略する。

このように、支持凹部４１１とレバー支持部４２１とが点で接触していることで、レバー部４１は揺動軸Ｂｘ及び回転軸Ｃｘ周りに自在に揺動及び回動できる。レンズ駆動装置Ｌａはレバー部４１及び（又は）アーム部４３等に製造或いは組み立て時の誤差によってずれが発生しても、支持凹部４１１とレバー支持部４２１によってずれを補正することができる。これにより、レンズユニット３が傾いた状態で変位される不具合が発生するのを抑制することが可能である。

レンズ駆動装置Ｌａにおいて、支持凹部４１１とレバー支持部４２１とはともに円錐形状であり、支持凹部４１１の方が大きな広がり角を有する円錐形状となっている。これは、レバー支持部４２１が支持凹部４１１に挿入されたときに、レバー支持部４２１の外壁面と支持凹部４１１の内壁面とが接触しないようにして、摩擦を低減するためである。また、支持凹部４１１とレバー支持部４２１との間に間隙があることで、レバー部４１の回転軸Ｃｘ周りの回動が可能となっている。

支持凹部とレバー支持部４２１との形状はこれには限定されない。レバー部４１が揺動軸Ｂｘ及び回転軸Ｃｘ周りに自在に揺動及び回動できる形状であればよい。これらの、支持凹部及びレバー支持部の形状の他の例について図面を参照して説明する。図９、図１０は本発明にかかる駆動装置の他の例の支持凹部及びレバー支持部を拡大した概略側面図であり、図１１は本発明にかかる駆動装置の他の例の支持凹部及びレバー支持部を分解した状態の概略平面図であり、図１２は図１１に示す駆動装置を分解した状態の概略側面図であり、図１３は図１１に示すレバー支持部の他の例の側面図である。なお、図９〜図１３はアーム部の支持凹部と支持脚部のレバー支持部及びその近傍部を拡大している。

図９に示す駆動装置４Ｂは、支持凹部４１１が球面状の凹部で、レバー支持部４２１の先端の係合部４２２が球面状の凸形状を有している。このとき、支持凹部４１１とレバー支持部４２１の係合部４２２とは係合できる大きさである。このように、支持凹部４１１及びレバー支持部４２１の係合部４２２が球面（あるいは曲面）で接触するので、点で接触する場合に比べて安定する。また、球面で接触しているので、レバー部４１が揺動軸Ｂｘ周りに揺動自在であるだけでなく、回転軸Ｃｘ周りにも自在に回動することが可能である。なお、係合部４２２がわずかに小さな径の球面状となっていてもよい。

また、係合部４２２の形状は必ずしも球面である必要はなく、中心軸を通る断面が常に同じ形状となるような曲面であってもよく、円柱形状であってもよい。この場合、支持凹部４１１と係合部４２２とが面全体で接触せず、円形状の接触面になる。この場合であっても、レバー部４１は揺動軸Ｂｘ及び回転軸Ｃｘ周りに自在に揺動及び回動可能である。

図１０に示す駆動装置４Ｃは、支持凹部４１１が円錐形の凹部で、レバー支持部４２１の先端の係合部４２２が球面形状である。このように、レバー支持部４２１の係合部４２２が球面形状であるので、係合部４２２と支持凹部４１１との接触部は円形となる。接触部の面積が両方とも円錐の場合に比べて大きくなるので、レバー部４１が安定して支持される。また、係合部４２２が球面形状であるので、回転軸Ｃｘ周りの回動も円滑に行われる。

なお、支持凹部４１１の形状として、円錐以外にも、三角錐や四角錐であってもよい。これらの、角錐の場合、球面形状の係合部４２２との接触面積は円錐に比べて小さくなるが、それだけ摩擦を減らすことができる。また、球面形状の係合部４２２が角錐を形成する傾斜面のそれぞれと接触しているので、互いに円錐の場合に比べてレバー部４１は安定する。また、係合部４２２の先端の形状が中心軸を通る断面が常に同じ形状となるような曲面であってもよい。また、少なくとも３点で接触すれば、安定した回動を行うことができるので、支持凹部４１１は三角形以上の多角形状の底面を有する錐体であることが好ましい。

上述の各実施形態に記載されているレバー支持部４２１は支持脚部４２と一体又は支持脚部４２に固定されているものであったが、レバー支持部と支持脚部とが別体で形成されているものも考えられる。図１１、１２に示す支持脚部４６のように、着脱可能なレバー支持部４６１を備えたものであってもよい。支持脚部４６はレバー支持部４６１が回動可能に挿入される揺動穴４６０を備えている。

図１１、１２に示す駆動装置４Ｄは、レバー支持部４６１は揺動穴４６０に挿入される揺動軸部４６２と、揺動軸部４６２の一方の端部に揺動軸部４６２と直交するように固定され、レバー部４１に形成された支持凹部４１３に係合される係合軸部４６３とを備えている。図示するように、揺動軸部４６２の一方の端部は係合軸部４６３の中央部と連結されている。なお、ここでは、レバー支持部４６１は一体成形で作製された部材である。レバー支持部４６１の揺動軸部４６２が揺動穴４６０に挿入されていることで、レバー支持部４６１は中心軸、すなわち揺動軸Ｂｘ方向に自在に揺動可能である。

支持凹部４１３は断面形状が等曲率の円弧である凹曲面状の内壁面を有する凹溝である。また、係合軸部４６３は円柱形状を有する部材であり、支持凹部４１３に係合可能な大きさを有している。支持凹部４１３が係合軸部４６３に係合され、係合軸部４６３に係合支持されることで、レバー部４１は係合軸部４６３の中心軸、すなわち、回転軸Ｃｘ周りに回動可能に支持される。なお、力の釣り合いに関しては、上述と同じであるので詳細な説明は省略する。

レバー支持部４６１の揺動軸部４６２を支持脚部４６の揺動穴４６０に挿入し、レバー支持部４６１の係合軸部４６３にレバー部４１の支持凹部４１３を係合させることで組み立てられる。以上のように、係合軸部４６３は揺動軸部４６２に直交しており、揺動軸部４６２が支持凹部４１３に係合されているので、レバー部４１は揺動軸Ｂｘ周りに自在に揺動可能であるとともに、上述のとおり、回転軸Ｃｘ周りに回動自在である。この、レバー支持部４６１を用いることで、支持脚部４６にしっかり支持されるとともに、レバー部４１を安定して支持することができるので、駆動時も振動等の不安定な動作を起こしにくい。

図１３に示すように、レバー支持部４６１として揺動軸部４６２の端部と係合軸部４６３とを中間部材で連結する構造としてもよい。このように構成することで、揺動穴４６０のベース部からの高さと、支持凹部４１３のベース部からの高さをそろえなくてもよく、それだけ、レンズ駆動部の構成の自由度を上げることが可能であり、小型化、特殊形状に対応しやすい。

次に本発明にかかる撮像装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１４は本発明にかかる撮像装置のさらに他の例の図であり、図１５は図１４に示す撮像装置で用いられるレンズ駆動装置のアクチュエータを組み立てる途中の図であり、図１６は図１４に示す撮像装置で用いられるレンズ駆動装置がレンズユニットを持ち上げた状態の図である。なお、アーム部以外は撮像装置Ａと同じ構成を有しているので、実質上同じ部分には同じ符号が付してあり、同じ部分の詳細な説明は省略する。

図１４に示す撮像装置Ｂに用いられているレンズ駆動装置Ｌｂにおいて、アーム部４７がレバー部４１に対して傾いて形成されている。アーム部４７の中間部にはヒンジ部４７０が形成されている。ヒンジ部４７０はアーム部４７の他の部分に比べて薄肉で形成されている。このように薄肉に形成されていることで、ヒンジ部４７０は弾性変形する。

レンズ駆動装置Ｌｂは次のように組み立てられる。まず、支持脚部４３のレバー支持部４２１がレバー部４１の支持凹部４１１に挿入され、SMAアクチュエータ４４をレバー部４１の変位入力部４１２に架設し、SMAアクチュエータ４４を引っ張って変位入力部４１２に引張力を作用させる。これにより、アーム部４７が回転軸Ｃｘを中心に回動し、右側の変位出力部４７１Ｒが最初にレンズユニット３の凸部３３と当接する。さらに、SMAアクチュエータ４４を引っ張り、変位入力部４１２にさらに引張力が作用されると、アーム部４７の右側に形成されているヒンジ部４７０が変形し、左側の変位出力部４７１Ｌが凸部３３と当接する。

この状態をベースポジションとして、SMAアクチュエータ４４の両端部を電極４５に固定する（図１５参照）。このとき、レンズユニット３は、バイアスばね６が図中上面を下方に押圧するバイアス力、ベース部１に形成された貫通孔１０の辺縁部１００から受ける抗力及び引張力によるモーメントから受ける力とが釣り合っている。

ヒンジ部４７０の右側が変形した状態で、SMAアクチュエータ４４が駆動され（収縮され）ると、左右の変位出力部４７１Ｌ、４７１Ｒが駆動される。このとき、左右の変位出力部４７１Ｌ、４７１Ｒがそれぞれ凸部３３に均等に力を作用させ、レンズユニット３は安定して変位される（図１６参照）。レンズ駆動装置Ｌａの駆動に関しては、前述のものと同じであり、詳細な説明は省略する。

なお、SMAアクチュエータ４４の引張力は左右の変位出力部４７１Ｌ、４７１Ｒが凸部３３と接触し、SMAアクチュエータ４４がたるまない程度のものを挙げることができる。さらには、SMAアクチュエータ４４の引張力をさらに強くし、レンズユニット３がベース部１の貫通孔１０の辺縁部１００より浮いた状態をベースポジションとすることも可能である。

このように、アーム部４７に弾性変形するヒンジ部４７１が形成されていることで、レバー部４１及び（又は）アーム部４３等に製造或いは組み立て時の誤差によってずれが発生しても、そのずれによって、レンズユニット３が傾いて変位される不具合が発生するのを抑制することが可能である。

上記実施形態では、凸部であるレバー支持部が支持脚部に、凹部である支持凹部がレバー部に形成されているものを例に説明しているが、逆にレバー支持部がレバー部に支持凹部が支持脚部に形成されていてもかまわない。

上述の各実施形態では、SMAアクチュエータとして、線状の形状記憶合金を用いるものが記載されているが、それに限定されるものではなく、ベルト状のものなど、レバー部を安定して、精度良く回動及び（又は）揺動させることができる形状のものを広く採用することが可能である。また、SMAアクチュエータの加熱方法として通電によりジュール熱を発生させるものが挙げられているが、それに限定されるものではなく、誘導加熱を用いる方法等、加熱冷却をすばやく切り替えることができる方法を広く採用することが可能である。また、SMAアクチュエータとして、温度により収縮する形状記憶合金を用いるものだけではなく、たとえば磁性によって形状が変化する合金等、伸縮を容易且つすばやく切り替えることができるものを広く採用することが可能である。

また、上述の各実施形態では、レンズホルダがレンズの光軸方向に移動するものが記載されているが、それに限定されるものではない。

上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明は、携帯電話、携帯情報端末等に搭載されたデジタルカメラのレンズ駆動装置のような、小型且つ高精度な駆動が要求される駆動装置に適用することが可能である。

Ａ 撮像装置
Ｃａ ケース
Ｉｍｓ イメージセンサ
１ ベース部
１０ 貫通孔
２ 天板部
２０ 貫通孔
３ レンズユニット
３１ 撮像レンズ
３２ レンズ保持枠
３３ 凸部
４ アクチュエータ
４１ レバー部
４１１ 支持凹部
４１２ 変位入力部
４２ 支持脚部
４２１ レバー支持部
４３ アーム部
４３１ 変位出力部
４４ SMAアクチュエータ
４５ 電極
４６ 支持脚部
４６０ 揺動穴
４６１ レバー支持部
４６２ 揺動軸部
４６３ 係合軸部
４７ アーム部
５１ 上板ばね
５２ 下板ばね
６ バイアスばね

Claims (21)

1. 支持脚部と、
   前記支持脚部に回動可能に支持されたレバー部と、
   前記レバー部に連結され被駆動体と少なくとも２箇所で係合された変位出力部と、
   前記レバー部と係合し、可逆的に変形する形状記憶合金アクチュエータとを備え、
   前記形状記憶合金アクチュエータの変形により前記レバー部に連結された前記変位出力部が前記被駆動体を所定の方向に移動させる駆動装置であって、
   前記支持脚部または前記レバー部のいずれか一方から突出し、先端に係合部を具備するレバー支持部と、他方に形成され、前記係合部が係合される支持凹部とを備え、
   前記レバー部が、前記係合部と前記支持凹部との接触部又はその近傍を通り前記被駆動体の移動方向と直交又は交差する回転軸を中心に回動可能に、且つ、前記回転軸又は前記回転軸と平行な線と直交又は交差する揺動軸を中心に揺動可能に、支持脚部に支持されており、
   前記形状記憶合金アクチュエータの変形により、前記レバー部が前記回転軸周りに回転するとき、前記複数個の変位出力部がそれぞれ対応する前記被駆動体の係合する部分と係合するように揺動可能であることを特徴とする駆動装置。
2. 前記レバー部は、前記係合部と前記支持凹部との接触によって支持されている請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記係合部と前記支持凹部とが１点で接触している請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記係合部と前記支持凹部とは、少なくとも３点以上の点で接触している請求項２に記載の駆動装置。
5. 前記レバー支持部は前記レバー部又は前記支持脚部に形成された揺動穴に揺動可能に挿入された円柱状の揺動軸部を備えており、
   前記係合部は前記揺動軸部の中心軸又は前記中心軸と平行な線に対して直交又は交差する方向に延伸する係合軸部を備えており、
   前記支持凹部は前記係合軸部を中心軸周りに摺動可能に支持する凹溝形状である請求項２に記載の駆動装置。
6. 前記変位出力部は前記被駆動体の一部を側方から包囲するアーム部を介して前記レバー部に取り付けられている請求項１に記載の駆動装置。
7. 前記被駆動体が前記変位出力部より受ける力と反対方向の力を前記被駆動体に付勢する付勢部材を備えている請求項１に記載の駆動装置。
8. 前記レバー部は前記形状記憶合金アクチュエータからの駆動力と、前記変位出力部が前記被駆動体から受ける抗力とが釣り合うことで静止する請求項１に記載の駆動装置。
9. 互いに平行となるように配置され、前記被駆動体を移動方向の前後両側から保持した一対の平行ばねを備えている請求項１に記載の駆動装置。
10. 前記被駆動体の少なくとも一部と接触し、前記被駆動体の移動方向と平行に配置されたガイド部を備えている請求項１に記載の駆動装置。
11. 前記形状機構合金アクチュエータが線状に形成されている請求項１に記載の駆動装置。
12. 前記複数個の変位出力部の前記被駆動体の移動方向に沿う方向の位置を前記レバーの傾きに応じて変動させ、すべての変位出力部を該被駆動体とバランスを取って係合させる変位調整部を備えている請求項１に記載の駆動装置。
13. 前記複数の変位出力部は前記被駆動体の一部を側方から包囲するアーム部を介して前記レバー部に取り付けられている請求項１２に記載の駆動装置。
14. 前記複数の変位出力部は前記被駆動体の一部を側方から包囲するアーム部を介して前記レバー部に取り付けられており、
    前記変位調整部は前記アーム部の少なくとも一部に形成されており、
    前記アーム部は前記変位調整部で弾性変形可能である請求項１２に記載の駆動装置。
15. 前記被駆動体が前記変位出力部より受ける力と反対方向の力を前記被駆動体に付勢する付勢部材を備えている請求項１２に記載の駆動装置。
16. 前記レバー部は前記形状記憶合金アクチュエータからの駆動力と、前記変位出力部が前記被駆動体から受ける抗力とが釣り合うことで静止する請求項１２に記載の駆動装置。
17. 互いに平行となるように配置され、前記被駆動体を移動方向の前後両側から保持した一対の平行ばねを備えている請求項１２に記載の駆動装置。
18. 前記被駆動体の少なくとも一部と接触し、前記被駆動体の移動方向と平行に配置されたガイド部を備えている請求項１２に記載の駆動装置。
19. 前記形状機構合金アクチュエータは線状に形成されている請求項１２に記載の駆動装置。
20. 請求項１に記載の駆動装置を用いて、前記被駆動体としてレンズを備えたレンズユニットを駆動することを特徴とするレンズ駆動装置。
21. 請求項１２に記載の駆動装置を用いて、前記被駆動体としてレンズを備えたレンズユニットを駆動することを特徴とするレンズ駆動装置。