JP6814245B2 - 光学素子駆動装置、カメラ及び携帯電子機器 - Google Patents

Description

本発明は光学素子駆動装置、カメラ及び携帯電子機器に関する。

撮影技術の急速な発展に伴い、光学機器の光学素子駆動装置は、数多くの撮影装置で広く応用されている。光学素子駆動装置を各種の携帯式電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュータ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。

通常の携帯式電子機器に適応された光学素子駆動装置の駆動機構は、一般的にオートフォーカスや手振れ補正に用いられ、駆動のための電磁式アクチュエータには、コイルと永久磁石とによって構成されるボイスコイルモータが知られている。また、近年は電磁式アクチュエータに形状記憶合金を用いた機構も注目を浴びており、その機構が簡略的に実現できることや高い出力トルクが大きな魅力となっている。所定の長さに形状を記憶されたＮｉ−Ｔｉに代表される合金を、常温時の状態で駆動装置に取付け、形状記憶合金の両端へ電流を流すことによる発熱で記憶された形状まで収縮する性質を利用したものである。オートフォーカスや手振れ補正の機構へ用いる場合、中立の状態から、互いに反転した双方向へ駆動できるように、２本の形状記憶合金を用いる場合がある。双方向のうち一方へ駆動する際、２本の形状記憶合金のうち一方へ通電を行い、他方の通電は切る必要があるが、形状記憶合金の一方は収縮し、他方は弾性変形内で引き伸ばされることとなっていた。そのため、双方向への反転した繰り返し駆動は、形状記憶合金にとっては伸縮を繰り返すこととなり、耐久性が著しく低下する懸念があった。

従って、以上の課題を解決できる新しい光学素子駆動装置を提供することが必要となる。

特開２０１５−５３７２４７号公報

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、形状記憶合金を用いた光学素子駆動装置において、形状記憶合金の破壊を防止し、信頼性の高い光学装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の第１態様は、光学素子駆動装置を提供する。前記光学素子駆動装置は、ベースとなる固定部材と、該固定部材に対して略中立な初期位置と、該初期位置に対して互いに反転した双方向へ移動可能な可動部材と、通電により該可動部材を前記双方向の一方へ移動可能とする第１形状記憶合金と、通電により双方向の他方へ移動可能とする第２形状記憶合金と、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金とによって接続される該固定部材と該可動部材の間に配置され、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金との破壊を防止するための安全機構装置を備えたことを特徴とする。

該安全機構装置は、該固定部材、もしくは該可動部材に対し、弾性部材の付勢力により結合されており、該付勢力は、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金の何れかが通電により形状回復する際に発生する力以上であることが好ましい。

前記付勢力は、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれが無通電時に引き伸ばされる際、弾性変形を超える許容応力以下であることが好ましい。

該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれは、一端が安全機構装置に接続され、他端が該固定部材もしくは、該可動部材に接続されていることが好ましい。

該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれは、両端が安全機構装置に、もしくは、該固定部材と該可動部材のいずれかに接続されており、Ｕ字状に折り返された略中間部が、安全機構装置に、もしくは、該固定部材と該可動部材のいずれかに支持されていることが好ましい。

該可動部材は、該固定部材に対し、１軸方向に移動可能に軸支されており、略中立な初期位置に対し、双方向に移動可能であることが好ましい。

該可動部材は、該固定部材に対し、回動可能に軸支されており、略中立な初期位置から双方向に回動可能であることが好ましい。

また、本発明の第２態様は、上記光学素子駆動装置を備えるカメラなどの撮像装置を提供する。

また、本発明の第３態様は、上記撮像装置を備えるスマートフォンなどの携帯電子機器を提供する。

本発明の利点として、形状記憶合金を用いた光学素子駆動装置において、形状記憶合金の破壊を防止し、信頼性の高い光学素子駆動装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態の中立位置図である。 本発明の第１実施形態の左方へ通電した場合の状態図である。 本発明の第１実施形態の左方へ通電した場合、右方の安全機構装置が作動した状態図である。 本発明の第１実施形態の右方へ通電した場合の状態図である。 本発明の第１実施形態の右方へ通電した場合、左方の安全機構装置が作動した状態図である。 （ａ）〜（ｈ）本発明の第１実施形態の様々な実施例パターンを示した中立位置図である。 本発明の第２実施形態の中立位置図である。 本発明の第２実施形態の左方へ通電した場合の状態図である。 本発明の第２実施形態の左方へ通電した場合、右方の安全機構装置が作動した状態図である。 本発明の第２実施形態の右方へ通電した場合の状態図である。 本発明の第２実施形態の右方へ通電した場合、左方の安全機構装置が作動した状態図である。 本発明の光学素子駆動装置を備えた携帯電子機器（携帯情報端末）である。

以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

図１〜図１１は、本発明の光学素子駆動装置１００を示す図面である。

図１〜図５は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子駆動装置１００とその構成要素をオートフォーカス機構に適用した場合の原理図である。

光学素子駆動装置１００は、ベースとなる固定部材１０と可動部材であるレンズブロック２０、一対の安全機構装置３０により構成されている。レンズブロック２０は第１の光軸Ｏ１に対し平行移動可能にベースとなる固定部材１０に対し軸支されている。レンズブロック２０とベースとなる固定部材１０は安全機構装置３０を介して２本の形状記憶合金Ａ３１、形状記憶合金Ｂ３２で接続されており、図１の中立位置に対しお互い反転した方向へ駆動可能である。

また、一対の安全機構装置３０は、スライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４、と弾性部材である引張りバネＡ３５および引張りバネＢ３６により構成され、スライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４はレンズブロック２０の移動方向と平行なそれぞれ反転した方向へスライド可能であり、またベースとなる固定部材１０に対し互いに反転した方向で当て付くようにそれぞれ引張りバネＡ３５および引張りバネＢ３６により付勢されている。

形状記憶合金Ａ３１、形状記憶合金Ｂ３２はそれぞれの両端が、図示しない駆動用基板上に電気的に接続されており、制御基板からの信号により、形状記憶合金の両端に電流が流れる回路が構成されている。

図２は、形状記憶合金Ａ３１への通電を行った場合、長さ方向の収縮が発生し、レンズブロック２０を図示下方向へ駆動された状態を示す図である。安全機構装置３０の引張りバネＡ３５は、形状記憶合金Ａ３１の最大収縮時の引張荷重以下に設定されているため、安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３がベースとなる固定部材１０から離れることはなく、形状記憶合金Ａ３１の収縮量とレンズブロック２０の移動量は同じである。

また、反対側の形状記憶合金Ｂ３２は初期長さよりも引き伸ばされることになるが、引張りバネＢ３６は形状記憶合金Ｂ３２の弾性変形を超える破壊荷重以下に設定されているため、弾性変形領域では図２、弾性変形を超える破壊荷重まで引っ張られた場合は安全機構装置３０により、図３のようにベースとなる固定部材１０に対して安全機構装置３０のスライド部材Ｂ３４が、形状記憶合金Ｂ３２がそれ以上伸ばされない方向へスライドすることで形状記憶合金Ｂ３２の破壊を防止している。

図４は、図２、３の状態から形状記憶合金Ａ３１への通電を切り、形状記憶合金Ｂ３２側への通電へ急激に切り替えた場合を示している。つまり、レンズブロック２０を図示上側へ駆動した場合の図である。形状記憶合金Ｂ３２への通電により形状記憶合金Ｂ３２は長さ方向の収縮が発生し、レンズブロック２０を図示上側へ駆動する。形状記憶合金Ａ３１は、通電が行われないため、冷却により再び初期長さへ復元を開始する。しかし、逆通電が急激であった場合、形状記憶合金Ｂ３２の収縮よりも形状記憶合金Ａ３１の冷却による復元の方が時間を要するため、前述と同様に弾性変形を超える破壊荷重で引き伸ばされる可能性がある。

この場合でも、安全機構装置３０の引張りバネＡ３５が弾性変形を超える破壊荷重以下に設定されているため、弾性変形領域では図４、弾性変形を超える破壊荷重まで引っ張られると安全機構装置３０によって、図５のようにベースとなる固定部材１０とスライド部材Ａ３３が離れることにより形状記憶合金Ａ３２の破壊を防止している。
これにより、該形状記憶合金Ａ３１、形状記憶合金Ｂ３２が双方向への反転した繰り返し駆動を行っても、安全機構装置３０によって耐久性が向上し、信頼性の高い光学素子駆動装置１００を提供する目的が達成された。

図６の（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１の実施形態における、様々な実施例パターンを示した図である。
動作原理は第１の実施形態と同様である。

図６（ａ）は、第１の実施形態の中立図である。

図６（ｂ）は、第１の実施形態に対し、安全機構装置３０を可動部材であるレンズブロック２０側に設けた実施形態である。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）に対し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２をＵ字形状に折り返し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２の両端をベースとなる固定部材１０上の図示しない駆動用基板に接続し、Ｕ字形状の折り返し部を安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４のフック２１に掛けた実施形態である。この場合、形状記憶合金Ａ３１、形状記憶合金Ｂ３２の両端を接続する図示しない駆動用基板上の接点が、それぞれ近傍に配置でき、駆動用基板の小型化や構造の簡略化につながる。

図６（ｄ）は、図６（ａ）に対し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２をＵ字形状に折り返し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２の一方の端部をベースとなる固定部材１０上の図示しない駆動用基板に接続し、もう一端を安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４上の図示しない駆動用基板に接続し、Ｕ字形状の折り返し部をレンズブロック２０のフック２１に掛けた実施形態である。この場合、形状記憶合金Ａ３１、形状記憶合金Ｂ３２の両端を接続する図示しない駆動用基板上の接点が、それぞれ近傍に配置でき、駆動用基板の小型化や構造の簡略化につながる。

図６（ｅ）は、図６（ｄ）に対し、安全機構装置３０を可動部材であるレンズブロック２０側に設けた実施形態である。

図６（ｆ）は、図６（ｄ）に対し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２の両端を、安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４上の図示しない駆動用基板に接続した実施形態である。

図６（ｇ）は、図６（ｅ）に対し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２の両端を安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４上の図示しない駆動用基板に接続した実施形態である。

図６（ｈ）は、図６（ａ）に対し、安全機構装置３０のスライド部材Ａ３３およびスライド部材Ｂ３４を廃止し、形状記憶合金Ａ３１および形状記憶合金Ａ３２の一方の端部を引張りバネＡ３５と引張りバネＢ３６に直接接続した実施形態である。

図７〜１１は、本発明の第２の実施形態に係る光学機器とその構成要素を反射部材４０（例えば反射ミラーやプリズム）に置き替え、ピボットの支点として、第１の光軸Ｏ１を中心に回転する機構に応用した場合の原理図である。
動作原理は第１の実施形態と同様である。

この回転軸をたとえば直交する第２の光軸Ｏ２にも適用し、２軸の手振れ補正機構に応用することも可能である。

本発明において形状記憶合金による駆動時の位置検出に、形状記憶合金の端子間抵抗値の変化による検出や、ホールセンサと永久磁石による磁気検出などを用いてもよい。

上述した光学素子駆動装置１００は、たとえば図１２に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯情報機器３００用の撮像装置２００に用いられてもよい。

以上は、ただ本発明の好ましい実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲は、上記実施形
態に限定されたものではなく、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づき作られ
た同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれて
いる。

１０ … ベースとなる固定部材
２０ … レンズブロック
２１ … フック
３０ … 安全機構装置
３１ … 形状記憶合金Ａ
３２ … 形状記憶合金Ｂ
３３ … スライド部材Ａ
３４ … スライド部材Ｂ
３５ … 引張りバネＡ
３６ … 引張りバネＢ
４０ … 反射部材
４１ … ピボット
１００ … 光学素子駆動装置
２００ … 撮像装置
３００ … 携帯情報機器
Ｏ１ … 第１の光軸
Ｏ２ … 第２の光軸

Claims (9)

1. ベースとなる固定部材と、該固定部材に対して略中立な初期位置と、該初期位置に対して互いに反転した双方向へ移動可能な可動部材と、通電により該可動部材を前記双方向の一方へ移動可能とする第１形状記憶合金と、通電により該可動部材を前記双方向の他方へ移動可能とする第２形状記憶合金と、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金とによって接続される該固定部材と該可動部材の間に配置される安全機構装置とを備え、
   前記安全機構装置は、前記第１形状記憶合金に対応する第１スライド部材及び第１弾性部材と、前記第２形状記憶合金に対応する第２スライド部材及び第２弾性部材とを備え、前記第１スライド部材および前記第２スライド部材は、前記可動部材の移動方向と平行なそれぞれ反転した方向へスライド可能であり、
   前記第１形状記憶合金への通電を行った場合には、前記第１形状記憶合金が収縮し、且つ前記第２形状記憶合金が引き伸ばされ、前記第１弾性部材が、前記第１形状記憶合金の最大収縮時の引張荷重以下に設定され、前記第２弾性部材が、前記第２形状記憶合金の弾性変形を超える破壊荷重以下に設定されることで、前記第１スライド部材が前記固定部材から離れないようにし、前記第２スライド部材が前記第２形状記憶合金の弾性変形を超える破壊荷重まで引っ張られたときに、前記第２スライド部材が、前記固定部材に対して、前記第２形状記憶合金がそれ以上伸ばされない方向へスライドすることにより、前記第１形状記憶合金と前記第２形状記憶合金の破壊を防止することを特徴とする光学素子駆動装置。
2. 該安全機構装置は、該固定部材、もしくは該可動部材に対し、前記第１弾性部材もしくは前記第２弾性部材の付勢力により結合されており、該付勢力は、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金の何れかが通電により形状回復する際に発生する力以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子駆動装置。
3. 前記付勢力は、該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれが無通電時に引き伸ばされる際、弾性変形を超える許容荷重以下であることを特徴とする、請求項２に記載の光学素子駆動装置。
4. 該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれは、一端が安全機構装置に接続され、他端が該固定部材もしくは、該可動部材に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置。
5. 該第１形状記憶合金と該第２形状記憶合金のそれぞれは、両端が安全機構装置に、もしくは、該固定部材と該可動部材のいずれかに接続されており、Ｕ字状に折り返された略中間部が、安全機構装置に、もしくは、該固定部材と該可動部材のいずれかに支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置。
6. 該可動部材は、該固定部材に対し、１軸方向に移動可能に軸支されており、略中立な初期位置に対し、双方向に移動可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置。
7. 該可動部材は、該固定部材に対し、回動可能に軸支されており、略中立な初期位置から双方向に回動可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置を備えることを特徴とするカメラ。
9. 請求項８に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯電子機器。