KR20130014621A - 렌즈 경동 및 촬상 장치 - Google Patents

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lens
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사오리 히라따
가쯔미 오오쯔까
지에 네모또
겐뽀 쯔찌야
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코니카 미놀타 어드밴스드 레이어즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은, 형상 기억 합금의 신축을 이용하여, 피구동체인 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키도록 구성한 구동 장치, 렌즈 경동, 촬상 장치, 렌즈 구동 방법 및 상기 구동 장치에 이용되는 형상 기억 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 관한 구동 장치는, 피사체광을 촬상 소자로 유도하는 렌즈 군과, 형상 기업 합금을 갖고, 상기 형상 기억 합금에 통전하여 변형시킴으로써, 상기 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키는 구동 장치이며, 상기 형상 기억 합금으로의 통전량을 제어하는 통전 제어 수단과, 상기 렌즈 군이 이동을 개시하였는지 여부를 검출하는 검출 수단을 갖고, 상기 검출 수단이 상기 렌즈 군의 이동을 검출하였을 때의 상기 통전량을 기초로 하여 상기 렌즈 군의 광축 방향의 이동량을 제어한다.

Description

렌즈 경동 및 촬상 장치{LENS BARREL AND IMAGING DEVICE}
본 발명은, 형상 기억 합금의 신축을 이용하여, 피구동체인 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키도록 구성한 구동 장치, 렌즈 경동, 촬상 장치, 렌즈 구동 방법 및 상기 구동 장치에 이용되는 형상 기억 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
형상 기억 합금[이하,「SMA」(Shape Memory Alloy)라 칭하는 경우가 있음]은, 마르텐사이트 변태 종료 온도 이하의 온도에서 힘을 받아 소성 변형되어도, 역변태 종료 온도 이상의 온도로 가열되면 형상 회복된다.
도23은 형상 기억 합금의 온도와 왜곡의 관계를 모식적으로 그래프화한 도면이다. 도23은 횡축을 온도(℃), 종축을 왜곡(％)으로 한 것이다.
도23에 나타낸 바와 같이, 저온 상태에서 형상 기억 합금의 양단부 사이에 통전하면, 발열에 의해 수축하여 기억 길이로 복귀된다. 한편, 이 고온 상태로부터 통전을 차단하면, 방열에 의해 형상 기억 합금은 온도 하강하고, 히스테리시스를 갖고 길이가 변화되어, 다시 신장한 상태로 된다. 이 형상 기억 효과를 이용하여, 액츄에이터로서 사용하는 것이 가능하며, 종래부터 다양한 제안이 행해지고 있다.
그러나, 형상 기억 합금(SMA)의 동작은, SMA에 통전하여 줄열(joule's heat)에 의해 가열하고, 그 온도에 대응한 왜곡을 이용하여 피구동 부재의 변위를 얻는 것이며, 구성하는 시스템 내의 다양한 변동, 예를 들어 SMA의 길이의 오차, SMA의 저항치의 오차, 구성 부품의 기계적인 치수 오차, 환경 온도 등에 따라, 원하는 변위를 얻기 위한 SMA로의 입력 조건을 일의적으로 결정하는 것이 곤란했다.
이로 인해 상기 문제를 해소하기 위해, 피구동체인 렌즈 군의 위치를 위치 검지 수단으로 검지하고, 검지 결과에 따라서 형상 기억 합금을 부분적으로 변화시키는 위치 제어 구동 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
또한, 일본 특허 공개 평11-324896호 공보에는, 온도 센서에 의해 주위 온도를 검지하고, 검지 결과에 따라서 형상 기억 합금으로 형성된 와이어로 공급하는 전류치, 전압치, 혹은 펄스 전류 또는 펄스 전압의 듀티비를 제어하는 구동 기구가 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2002-99019호 공보에는, 끈 형상의 형상 기억 합금을「く」형으로 하여 사용하고, 대략 중앙부에서 피구동체와 접촉하여, 양단부를 고정한 구동 기구가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평10-307628호 공보
상기 특허 문헌 1의 위치 제어 구동 장치는 카메라 등의 렌즈 경동 내에 배치되고, 렌즈 군을 구동하는 경우에는 적합한 것이지만, 예를 들어 휴대 단말 등에 내장되는 바와 같은 소형 박형의 촬상 장치의 렌즈 구동 장치에 적용하는 경우에는, 피구동 부재의 현재 위치에 관한 정보를 취득하기 위한 위치 검출 센서를 피구동 부재의 이동의 전체 영역에 걸쳐 배치할 필요가 있어, 소형화, 저비용화에 약간 불리한 문제가 있다.
또한, 상기한 일본 특허 공개 평11-324896호 공보에 기재된 구동 기구에 있어서는, 카메라의 이면 덮개 등 비교적 온도 분포가 균일한 장치 내의 경우에는 적합한 것이지만, 예를 들어 휴대 단말 등에 내장되는 바와 같은 소형 박형의 촬상 장치의 경우에는 다른 기능을 실행하는 회로 부품 등이 근방에 밀집 배치되어 있어, 장치 내의 온도 분포가 균일하게는 되지 않고, 온도 센서가 배치되는 위치에 의해 검출치가 다른 경우도 있어, 최적의 제어를 행하는 것이 곤란한 경우도 있다.
또한, 상기한 일본 특허 공개 제2002-99019호 공보에 기재된, 끈 형상의 형상 기억 합금을, 「く」형으로 하여 사용하는 것은, 쌍안경 등의 큰 기기에 내장하는 데에는 그다지 문제로 되지 않지만, 양단부의 고정부가 피구동체의 양측에 크게 돌출하게 되어, 휴대 단말에 내장하려면 소형의 촬상 장치에 적용하기 위해서는, 어떠한 고안을 필요로 하는 것이다.
또한, 형상 기억 합금은, 통전 횟수가 적은 초기 단계에 있어서 왜곡량이 통전 횟수에 수반하여 변화되는 초기 크리프 현상이 발생하는 것이 알려져 있다. 형상 기억 합금을 이용한 구동 장치에 의해 피구동체의 위치 제어를 행하는 경우, 상기 초기 크리프 현상으로 인해, 동일한 전류를 흘려도 왜곡량이 변해 버리므로, 정밀도 좋은 위치 제어를 할 수 없다는 문제도 있다.
본 발명은 상기 문제에 비추어, 액츄에이터에 형상 기억 합금을 이용하여, 간편한 구성으로, 원하는 위치에 정확하게 렌즈 군을 정지시킬 수 있는, 휴대 단말 등에 내장하는 데 적합한 소형이며 저비용의 구동 장치, 렌즈 경동, 촬상 장치, 렌즈 구동 방법 및 상기 구동 장치에 이용되는 형상 기억 합금의 제조 방법을 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기한 과제는, 이하의 구성에 의해 해결된다.
1. 피사체광을 유도하는 렌즈 군과 형상 기억 합금을 갖고, 상기 형상 기억 합금에 통전하여 변형시킴으로써 상기 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키는 구동 장치이며, 상기 형상 기억 합금으로의 통전량을 제어하는 통전 제어 수단과, 상기 렌즈 군이 이동을 개시했는지 여부를 검출하는 검출 수단을 갖고, 상기 검출 수단이 상기 렌즈 군의 이동을 검출했을 때의 상기 통전량을 기초로 하여, 상기 렌즈 군의 광축 방향의 이동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
2. 피사체광을 유도하는 렌즈 군과 형상 기억 합금을 갖고, 상기 형상 기억 합금에 통전하여 변형시킴으로써 상기 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키는 구동 장치이며, 상기 형상 기억 합금으로의 통전량을 제어하는 통전 제어 수단과, 상기 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하는 검출 수단을 갖고, 상기 검출 수단이 상기 렌즈 군의 상기 2군데 사이의 이동을 검출했을 때의 각각의 통전량을 기초로 하여, 상기 렌즈 군의 광축 방향의 이동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
3. 상기 검출 수단은 촬상 소자 출력인 것을 특징으로 하는 1 또는 2에 기재된 구동 장치.
4. 피구동체와, 상기 피구동체에 결합된 형상 기억 합금과, 상기 형상 기억 합금을 가열하는 가열부와, 상기 가열부를 제어하여 상기 피구동체의 구동을 제어하는 제어부를 갖는 구동 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 형상 기억 합금의 최초 사용시의 에이징 처리로서, 상기 가열부를 제어하여 가열 및 비가열을 소정 횟수 이상 반복시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
5. 상기 가열부는 상기 형상 기억 합금에 전류를 흘리는 것에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 4에 기재된 구동 장치.
6. 피구동체와, 상기 피구동체에 결합된 형상 기억 합금과, 상기 형상 기억 합금을 가열하는 가열부와, 상기 가열부를 제어하여 상기 피구동체의 구동을 제어하는 제어부를 갖는 구동 장치에 있어서, 상기 형상 기억 합금은, 미리 가열 및 비가열이 소정 횟수 이상 반복된 에이징 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
7. 상기 가열은 형상 기억 합금에 전류를 흘리는 것에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 6에 기재된 구동 장치.
8. 피사체광을 유도하는 렌즈 군과, 상기 렌즈 군을 보유 지지하는 거울 프레임을 갖고, 끈 형상으로 형성된 형상 기억 합금을 이용하여 상기 거울 프레임을 소정의 방향으로 이동시키는 렌즈 경동에 있어서, 상기 형상 기억 합금의 일부를 상기 렌즈 군의 광로 내에 배치하고, 통전에 의해 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 이동시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 경동.
9. 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 광축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 8에 기재된 렌즈 경동.
10. 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 피사체측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 9에 기재된 렌즈 경동.
11. 상기 거울 프레임은 결상면측으로 압박되어 있는 것을 특징으로 하는 10에 기재된 렌즈 경동.
12. 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
13. 8 내지 11 중 어느 하나에 기재된 렌즈 경동을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
14. 피사체광을 유도하는 렌즈 군과, 형상 기억 합금과, 상기 형상 기억 합금으로의 통전량을 제어함으로써 상기 렌즈 군의 광축 방향의 이동량을 제어하는 렌즈 구동 방법에 있어서, 상기 형상 기억 합금으로의 통전을 서서히 변화시켜 상기 렌즈 군이 이동을 개시했는지 여부를 검출하는 공정과, 상기 렌즈 군이 이동을 개시한 시점의 통전량을 기초로 하여, 상기 렌즈 군을 원하는 위치로 이동시키는 데 필요한 통전량을 결정하는 공정과, 결정된 통전량을 상기 형상 기억 합금으로 인가하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 방법.
15. 피사체광을 유도하는 렌즈 군과, 형상 기억 합금과, 상기 형상 기억 합금으로의 통전량을 제어함으로써 상기 렌즈 군의 광축 방향의 이동량을 제어하는 렌즈 구동 방법에 있어서, 상기 형상 기억 합금으로의 통전을 서서히 변화시켜 상기 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하는 공정과, 상기 렌즈 군이 상기 소정의 2군데에서 검출된 시점의 통전량을 기초로 하여, 상기 렌즈 군을 원하는 위치로 이동시키는 데 필요한 통전량을 결정하는 공정과, 결정된 통전량을 상기 형상 기억 합금으로 인가하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 방법.
16. 피구동체와, 상기 피구동체에 접속된 형상 기억 합금과, 상기 형상 기억 합금을 가열하는 가열부와, 상기 가열부를 제어하여 상기 피구동체의 구동을 제어하는 제어부를 갖는 구동 장치에 이용되는 형상 기억 합금의 제조 방법에 있어서, 형상 기억 합금에 가열 및 비가열을 소정 횟수 이상 반복하는 에이징 처리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 형상 기억 합금의 제조 방법.
17. 상기 가열은 형상 기억 합금에 전류를 흘리는 것에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 16에 기재된 형상 기억 합금의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 간편한 구성으로, 원하는 위치에 정확하게 렌즈 군을 정지시킬 수 있는, 소형이며 저비용의 구동 장치, 렌즈 경동, 촬상 장치, 렌즈 구동 방법 및 상기 구동 장치에 이용되는 형상 기억 합금의 제조 방법을 얻는 것이 가능해진다.
도1은 본 실시 형태에 관한 촬상 장치를 구비한 휴대 단말의 일례인 휴대 전화기의 외관도이다.
도2는 본 실시 형태에 관한 촬상 장치의 유닛 상태일 때의 사시도이다.
도3은 촬상 장치의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도4는 촬상 장치 내부를 도시하는 사시도이다.
도5는 촬상 장치 내부의 각 부품의 배치를 도시한 정면도이다.
도6은 끈 형상의 형상 기억 합금이 팽팽하게 되어 있는 각 부의 관계를 나타낸 모식도이다.
도7은 제1 실시 형태에 관한 렌즈 구동 장치의 각 부의 초기 상태(무통전 상태)를 나타내는 도면이다.
도8은 제1 실시 형태에 관한 촬상 장치의 렌즈 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도9는 전류량을 결정하는 방법을 나타내는, 형상 기억 합금의 전류량과 왜곡의 관계를 나타내는 그래프이다.
도10은 제2 실시 형태에 관한 촬상 장치의 렌즈 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도11은 렌즈 이동량과 전류량의 관계를 구하는 방법을 나타내는, 형상 기억 합금의 전류량과 왜곡의 관계를 나타내는 그래프이다.
도12는 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하는 검출 수단의 그 밖의 예를 나타내는 도면이다.
도13은 통전 횟수가 1회째와 10회째인 경우의 왜곡량(ε)과 온도(T)와의 관계를 나타내는 개념도이다.
도14는 왜곡량과 통전 횟수와의 관계를 나타내는 개념도이다.
도15는 본 실시 형태의 구동 장치의 제어 블럭을 나타내는 도면이다.
도16은 본 실시 형태의 구동 장치의 제어 루틴을 나타내는 도면이다.
도17은 에이징 제어 루틴을 나타내는 도면이다.
도18은 촬상 장치 내부의 렌즈 경동을 구성하는 각 부품의 배치의 그 밖의 예를 나타낸 정면도이다.
도19는 도18에 도시하는 촬상 장치 내부의 렌즈 경동을 형상 기억 합금을 포함하는 면에서 절단한 단면도이다.
도20은 형상 기억 합금이 광로를 차단한 경우의 설명도이다.
도21은 다이어프램 타입의 판 스프링의 상면도이다.
도22는 형상 기억 합금을 걸친 단면도이다.
도23은 형상 기억 합금의 온도와 왜곡의 관계를 모식적으로 그래프화한 도면이다.
[부호의 설명]
11 : 렌즈 군
12 : 덮개 부재
13 : 지판
15, 16 : 가이드 축
17 : 제1 거울 프레임
18 : 제2 거울 프레임
19 : 압축 코일 스프링
21 : 나사
23 : 형상 기억 합금
31 : 프린트 기판
32 : 가요성 프린트 기판
34 : 촬상 소자
41 : 포토인터럽터
100 : 촬상 장치
이하, 실시 형태에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 실시 형태에 관한 촬상 장치를 구비한 휴대 단말의 일례인 휴대 전화기(T)의 외관도이다.
도1에 도시하는 휴대 전화기(T)는, 표시 화면(D1, D2)을 구비한 케이스로서의 상부 하우징(71)과, 조작 버튼(P)을 구비한 하부 하우징(72)이 힌지(73)를 통해 연결되어 있다. 촬상 장치(100)는 상부 하우징(71) 내의 표시 화면(D2)의 하방에 내장되어 있고, 촬상 장치(100)가 상부 하우징(71)의 외표면측으로부터 광을 도입하도록 배치되어 있다.
또한, 이 촬상 장치(100)의 위치는 상부 하우징(71) 내의 표시 화면(D2)의 상방이나 측면에 배치해도 좋다. 또한 휴대 전화기는 절첩식에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.
도2는 본 실시 형태에 관한 촬상 장치의 유닛 상태일 때의 사시도이다.
도2에 도시하는 바와 같이, 실시 형태에 관한 촬상 장치의 외표면은, 렌즈 군(11)이 피사체광을 도입하도록 개구부를 갖는 상자 형상의 덮개 부재(12)와, 나사(14)에 의해 덮개 부재(12)가 고정되는 동시에 내부에 배치되는 각 부재를 보유 지지하고 있는 지판(地板)(13)과, 지판(13)의 하면에 고착되고 내부에 촬상 소자가 실장된 프린트 기판(31)과, 이 프린트 기판(31)에 접속된 가요성 프린트 기판(32)으로 구성되어 있다. 또한, 후술하는 형상 기억 합금으로 전력을 공급하기 위한 가요성 프린트 기판(32f)이 배치되어 있다. 또한, 가요성 프린트 기판(32f)은, 지판(13)에 고정된 포토인터럽터(41)와도 접속되어 있다. 이 가요성 프린트 기판(32f)은, 가요성 프린트 기판(32)과 일체로 또는 별개 부재로 구성해도 좋다.
또한, 가요성 프린트 기판(32)에는, 휴대 단말의 다른 기판과 접속하기 위한 접점부(32t)가 형성되고, 이면에는 보강판(33)이 풀로 부착되어 있다. 또한, O는 렌즈 군(11)의 광축이다. 또한 접점부(32t)는 전원, 제어 신호, 화상 신호 출력, 형상 기억 합금으로의 입력 단자 등으로 20핀 이상으로 되지만, 모식적으로 도시되어 있다.
계속해서, 도3, 도4 및 도5를 이용하여, 본 실시 형태에 관한 촬상 장치의 내부 구조에 대해 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일 기능 부재에는 동일 부호를 부여하여 설명한다.
도3은 촬상 장치의 내부 구조를 도시하는 단면도이다. 도3은 도2에 도시하는 F-F선으로 절단한 단면을 도시하고 있다.
도4는 촬상 장치 내부를 도시하는 사시도이다. 도4는 도2에 도시하는 촬상 장치(100)로부터 덮개 부재(12), 프린트 기판(31) 및 가요성 프린트 기판(32, 32f)을 제거한 상태를 나타내고 있다.
도5는 촬상 장치 내부의 렌즈 경동을 구성하는 각 부품의 배치를 도시한 정면도이다. 도5는 도4에 도시하는 촬상 장치를 광축(O) 방향의 피사체측으로부터 본 도면이다.
촬상 장치(100) 내부는, 단렌즈 혹은 복수매의 렌즈로 구성된 렌즈 군(11)을 내포하는 제1 거울 프레임(17)[이하, 거울 프레임(17)이라고도 칭함]과, 이 거울 프레임(17)의 외측에서 거울 프레임(17)을 보유 지지하는 제2 거울 프레임(18)[이하, 거울 프레임(18)이라고도 칭함]이 배치되어 있다.
거울 프레임(17)과 거울 프레임(18)은 나사부(17n, 18n)에서 나사 결합되어 있고, 거울 프레임(18)에 대해 거울 프레임(17)을 회전시킴으로써, 거울 프레임(17)을 거울 프레임(18)에 대해 광축(O) 방향으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 또한, 거울 프레임(17)과 거울 프레임(18)은 헬리코이드나 그 밖의 구성으로 광축(O) 방향으로 상대적으로 이동이 가능하게 되어 있어도 좋다.
지판(13)은 광축(O) 방향에서 보아 대략 사변형으로 형성되고, 광축(O)을 사이에 두고 대략 대각의 위치에, 광축(O)과 대략 평행하게 가이드 축(15)이 지판(13)에 꽂아 설치되고, 가이드 축(16)이 일체로 형성되어 있다. 또한, 가이드 축(15)도 지판(13)에 일체로 형성해도 좋고, 가이드 축(16)을 꽂아 설치해도 좋다.
거울 프레임(18)에는, 가이드 축(15)이 끼워 맞추어져 관통하는 통 형상부(18p)가 일체적으로 형성되는 동시에, 가이드 축(16)에 결합하는 U자 형상의 결합부(18u)가 형성되어 있다. 이에 의해, 거울 프레임(18)은 가이드 축(15, 16)을 따라 광축 방향으로 이동 가능하며, 이 거울 프레임(18)과 함께 거울 프레임(17) 및 렌즈 군(11)도 광축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 이 통 형상부(18p)는, 압박 부재인 압축 코일 스프링(19)에 의해 가이드 축(15)의 축 방향으로 압박되어 있다. 본 예에서는, 렌즈 군(11)의 후방에 배치되는 촬상 소자(34) 방향으로 압박되어 있다.
또한, 거울 프레임(18)의 통 형상부(18p)에는 차폐판(18s)이 일체적으로 형성되어 있다. 이 차폐판(18s)은, 지판(13)에 나사(42)로 고정된 포토인터럽터(41)의 투수(投受) 광로에 배치되어 있고, 거울 프레임(18)의 광축 방향의 이동에 의해 차폐판(18s)이 이동하여, 포토인터럽터(41)의 투수 광로를 차폐 혹은 투수 광로로부터 퇴피할 수 있도록 되어 있다.
또한, 거울 프레임(18)의 측면에는 돌기부(18t)가 일체적으로 형성되어 있다. 한편, 지판(13)에는 보스(20)가 형성되고, 보스(20)의 도시하지 않은 구멍에 평두(平頭) 나사(21)가 조립 부착되어 있다. 돌기부(18t)는, 이 나사(21)의 머리부에 접촉하고 있다. 즉, 거울 프레임(18)은 압박 부재인 압축 코일 스프링(19)에 의해 촬상 소자측으로 압박되어 있지만, 이 지판(13)에 배치된 접촉 부재인 나사(21)의 머리부에 돌기부(18t)가 접촉하는 것에 의해, 거울 프레임(18)의 촬상 소자(34)측의 위치가 결정되어 있다.
지판(13)에는, 일체적으로 2개의 기둥 형상부(22)가 형성되어 있고, 2개의 기둥 형상부(22)는 렌즈 군(11)의 광축(O)과 통 형상부(18p)의 중심을 연결하는 선을 사이에 두는 위치에 형성되고, 이 2개의 기둥 형상부(22)의 상부에서, 끈 형상의 형상 기억 합금(23)의 양단부가 고정되고, 끈 형상의 형상 기억 합금(23)은 렌즈 군(11)의 광축(O)과 통 형상부(18p) 사이에서, 거울 프레임(18)의 촬상 소자(34)측의 하부에 접촉하여 팽팽하게 되어 있다.
도6은 끈 형상의 형상 기억 합금(23)이 팽팽하게 되어 있는 각 부의 관계를 나타낸 모식도이다.
도6에 도시하는 바와 같이, 끈 형상의 형상 기억 합금(23)은, 지판(13)에 일체적으로 형성된 2개의 기둥 형상부(22)의 상부에, 그 양단부가 고정되어 있다. 이 고정부의 쌍방으로부터 대칭적으로 형상 기억 합금(23)은, 기둥 형상부(22)의 일부에서 각도를 바꾼 후, 대략 중앙부에서 거울 프레임(18)의 하부에 접촉하도록 팽팽하게 되어 있다.
또한, 형상 기억 합금(23)의 양단부는, 판 부재(23k)에 끼워 넣어져 절단되어 있고, 이 판 부재(23k)가 기둥 형상부(22)의 상부에 고정되어 있다.
이와 같이 팽팽하게 된, 형상 기억 합금(23)에, 가요성 프린트 기판(32f)(도2 참조)으로부터 판 부재(23k)를 경유하여 형상 기억 합금(23)에 소정의 전류 또는 전압을 공급하는 것에 의해, 저항체인 형상 기억 합금(23)은 발열하여 온도 상승하고, 그 전체 길이를 단축하는 방향으로 변화, 즉 수축한다. 이에 의해 거울 프레임(18)은, 압박 부재인 압축 코일 스프링(19)에 대항하여, 가이드 축(15, 16)을 따라 광축(O) 방향으로 이동될 수 있도록 되어 있다. 즉, 거울 프레임(18)과 거울 프레임(17)에 의해 보유 지지되어 있는 렌즈 군(11)은, 광축(O)을 따라 피사체 방향으로 이동하여, 더욱 근거리에 초점을 맞출 수 있도록 된다.
이상이, 본 실시 형태에 관한 촬상 장치(100)의 내부 구조이다.
계속해서, 상기와 같이 구성된, 휴대 전화기(T)에 내장된 촬상 장치(100)의 렌즈 군(11)을 원하는 위치로 이동시키는 구동 장치 및 구동 방법에 대해 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 제1 실시 형태에 관한 렌즈 구동 장치 및 렌즈 구동 방법을 설명한다. 제1 실시 형태는, 형상 기억 합금으로의 통전을 서서히 변화시켜, 렌즈 군의 이동의 유무를 검출하고, 이동이 검출된 시점의 통전량을 기초로 하여, 렌즈 군을 광축 방향으로 소정량 이동시키는 통전량을 결정하고, 렌즈 군의 구동 제어를 행하는 것이다.
도7의 (a), (b), (c)는 제1 실시 형태에 관한 렌즈 구동 장치(100)의 각 부의 초기 상태(무통전 상태)를 나타내는 도면이다. 도7의 (a)는 초기 상태에 있어서의, 차폐판(18s)과 포토인터럽터(41)와의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도7의 (b)는 포토인터럽터(41)의 출력을 나타내는 도면이고, 도7의 (c)는 초기 상태에 있어서의, 거울 프레임(18)과 형상 기억 합금(23)의 관계를 나타내는 도면이다.
우선, 촬상 장치(100)의 거울 프레임(18)이 소정의 위치로 되도록 조정되고, 도7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 차폐판(18s)의 위치가 포토인터럽터(41)의 투수광 광속의 일부를 차폐하는 위치로 되도록 조정된다. 이 조정은, 평두 나사(21)를 회전시켜, 접촉하는 돌기부(18t)를 광축 방향으로 이동시킴으로써 행해진다(도4 또는 도5 참조).
더욱 상세하게는, 차폐판(18s)의 위치가, 도7의 (b)에 나타내는 포토인터럽터(41)의 투수광 영역 내에서, 차폐판(18s)에 의한 차폐 상태와 퇴피 상태와의 절환 영역인 도시 D의 범위로 되는 위치, 즉, 차폐판(18s)이 투수광 광속의 일부를 차폐하는 위치로 되도록, 평두 나사(21)에 의해 거울 프레임(18)의 위치가 결정된다.
계속해서, 거울 프레임(18)에 대해 거울 프레임(17)을 회전시킴으로써, 거울 프레임(17)을 광축(O) 방향으로 이동시켜 핀트 조정을 행한다. 거울 프레임(17)에 보유 지지된 렌즈 군(11)의 핀트 위치는, 촬상 소자(34)의 촬상면에 대해, 예를 들어 과초점 거리의 피사체에 포커싱되도록 조정된다. 이때, 형상 기억 합금(23)은, 도7의 (c)에 도시하는 바와 같이 거울 프레임(18)과의 사이에서 긴장한 상태이지만, SMA에 작용하는 힘의 광축 방향의 분력이 작고, 압축 코일 스프링(19)에 의한 압박력에 의해 약간량 신장된 상태에서, 나사(21)의 머리부에 거울 프레임의 돌기부(18t)가 접촉하여 정지되어 있다. 또한, SMA는 거울 프레임(18)과 약간의 이완을 갖는 상태라도 좋다.
즉, 제1 실시 형태에 관한 렌즈 구동 장치(100)는, 무통전 상태에서 과초점 거리의 피사체에 포커싱되도록 조정되어 있다. 또한, 이 핀트 위치는, 과초점 거리에 한정되는 것은 아니고 무한원의 피사체에 포커싱하는 위치라도 좋지만, 본 실시 형태에서는 과초점 거리의 피사체에 포커싱되도록 조정된 것으로 설명한다.
도8은 제1 실시 형태에 관한 촬상 장치(100)의 렌즈 구동 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 도8에 나타내는 흐름에 따라서 설명한다.
도8에 있어서, 우선 촬영 모드인지 여부를 확인한다(스텝 S101). 어떠한 조작이 이루어져 촬영 모드 이외의 모드가 지정된 경우(스텝 S101 ; 아니오)는 촬영 모드를 종료(스텝 S120)하고, 지정된 다른 모드로 이행한다(스텝 S121).
촬영 모드인 경우(스텝 S101 ; 예)는 촬상 소자를 구동하고, 표시 화면에 리얼타임으로 프리뷰 화상[스루 화상(through image)이라고도 함]을 표시한다(스텝 S102). 계속해서, 휴대 전화의 버튼류 중, 릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온(on)으로 되는 것을 대기한다(스텝 S103). 릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온으로 되어 있지 않은 경우(스텝 S103 ; 아니오)는 스텝 S101로 복귀된다.
릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온으로 된 경우(스텝 S103 ; 예)는, 우선, 핀트 평가용 화상을 도입한다(스텝 S104). 즉, 스텝 S104에서 도입된 핀트 평가용 화상은, 렌즈 군이 과초점 위치에 있을 때의 화상이다.
계속해서, 형상 기억 합금으로 미리 설정된 전류치를 인가하고(스텝 S105), 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부를 판단한다(스텝 S106). 포토인터럽터의 출력이 변화되지 않은 경우(스텝 S106 ; 아니오)는, 전류치를, 전회 인가한 전류치에 소정의 미소량을 증가시킨 전류치를 형상 기억 합금으로 인가한다(스텝 S107). 계속해서, 다시 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부를 판단한다(스텝 S108). 포토인터럽터의 출력이 변화되지 않은 경우(스텝 S108 ; 아니오)는 스텝 S107로 복귀되고, 전회 인가한 전류치에 소정의 미소량을 더 증가시킨 전류치를 형상 기억 합금으로 인가하고, 스텝 S108에서 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부의 판단을 반복한다.
즉, 포토인터럽터의 출력이 변화될 때까지, 형상 기억 합금에 인가하는 전류치를 서서히 증가시킨다는 것이며, 포토인터럽터의 출력이 변화되기 시작하는 전류치라 함은, 형상 기억 합금에 작용하는 힘의 광축 방향의 분력이, 압축 코일 스프링(19)에 의한 광축 방향의 압박력을 초과하여, 나사(21)의 머리부로부터 거울 프레임의 돌기부(18t)가 멀어질 때의 전류치를 의미하고 있다.
포토인터럽터의 출력이 변화된 경우(스텝 S108 ; 예)에는, 이때의 전류치를 기초로 하여, 렌즈 군을 소정의 위치(매크로 위치)로 이동시키기 위한, 형상 기억 합금으로 인가하는 전류량을 결정(스텝 S109)하고, 결정된 전류량을 형상 기억 합금으로 인가한다(스텝 S110). 이 스텝 S109에서의 전류량의 결정 방법은, 예를 들어, 이하와 같이 한다.
도9는 전류량을 결정하는 방법을 나타내는, 형상 기억 합금의 전류량과 왜곡의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 전류치, 종축은 왜곡을 나타내고 있다.
포토인터럽터의 출력이 변화된 시점의 전류치가 Ia1이었던 경우에는, Ia1로부터 소정량 증가시킨 전류치 Ia2를 형상 기억 합금에 인가한다. 한편, 포토인터럽터의 출력이 변화된 시점의 전류치가 Ib1이었던 경우에는, Ib1로부터 소정량 증가시킨 전류치 Ib2를 형상 기억 합금에 인가한다. 이와 같이 함으로써, 거울 프레임(18)을 초기 상태로부터 소정량만큼 물체측으로 이동시킬 수 있다. 즉, 렌즈 군을 과초점 거리에 포커싱하는 위치로부터 매크로 촬영 위치로 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 포토인터럽터의 출력이 변화된 시점의 전류치를 기준으로 하여, 매크로 촬영 위치로 이동시키기 위한 통전량을 결정하고, 형상 기억 합금에 인가하도록 구성함으로써, 형상 기억 합금의 미소한 길이 오차, 장착 오차, 환경 온도 등에 기인하는 렌즈 군의 이동량의 변동을 해소하고, 매크로 위치로의 렌즈 군의 이동시에, 개체 차가 발생하지 않는 촬상 장치를 얻을 수 있다.
또한, 스텝 S109에서의 전류치의 결정 방법을 그래프를 이용하여 설명했지만, 참조표를 이용하는 것이라도 좋고, 연산에 의해 결정하는 것이라도 좋은 것은 물론이다.
도8의 흐름으로 복귀하여, 스텝 S110에 의해, 렌즈 군이 매크로 위치로 이동한다. 이 위치에서, 핀트 평가용 화상을 도입한다(스텝 S111). 계속해서, 스텝 S104와 스텝 S111에서 도입한 2개의 화상을 평가한다(스텝 S112).
계속해서, 스텝 S112에서의 평가, 예를 들어, 2개의 화상에서, 고주파 성분이 많은 화상이 얻어진 위치에 렌즈 군을 설정한다(스텝 S113). 구체적으로는, 스텝 S104에서 얻은 평가용 화상이 고주파 성분을 많이 포함하는 경우에는, 형상 기억 합금으로의 전류의 인가를 끊고, 초기 상태, 즉 렌즈 군을 과초점 거리에 포커싱하는 위치로 한다. 스텝 S111에서 얻은 평가용 화상이 고주파 성분을 많이 포함하는 경우에는, 스텝 S110에서 결정된 전류치를 형상 기억 합금으로 인가한 상태로 하고, 렌즈 군을 매크로 촬영 위치로 하는 것이다.
계속해서, 스텝 S113에서 설정된 렌즈 군 위치에서, 촬영 및 기록 매체로의 화상 기록을 행하고(스텝 S114), 스텝 S101로 복귀된다.
이상 설명한 바와 같이, 형상 기억 합금으로 인가하는 통전량을 서서히 변화시키면서, 렌즈 군이 이동을 개시했는지 여부를 검출하고, 이동을 개시했을 때의 통전량을 기초로 하여, 원하는 위치로의 렌즈 군을 이동시키기 위한 통전량을 결정하고, 이 결정된 통전량을 형상 기억 합금으로 인가함으로써, 형상 기억 합금의 미소한 길이 오차, 장착 오차, 환경 온도 등에 기인하는 렌즈 군의 이동량의 변동을 해소하고, 매크로 위치로의 렌즈 군의 이동시에, 개체 차가 발생하지 않는 렌즈 구동 장치를 얻어, 간편한 구성으로, 원하는 위치에 정확하게 렌즈 군을 정지시킬 수 있고, 소형이며 저비용의 촬상 장치를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 설명에서는, 과초점 위치와 매크로 위치의 2점의 위치 제어에 대해 설명했지만, Ia1로부터 증가시키는 전류치를 단계적으로 복수 설정하여, 다단계의 렌즈 위치에 정지할 수 있도록 구성해도 좋다. 또한, 포토인터럽터의 출력의 변화를 검출하는 위치와 렌즈의 과초점 위치가, 대략 동일한 위치인 예로 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 렌즈의 과초점 위치로부터 소정량 조출된 위치를 포토인터럽터의 출력의 변화를 검출하는 위치로 설정해도 좋다.
또한, 오토포커스의 촬상 장치의 예로 설명했지만, 메뉴얼 설정에도 적용 가능하며, 과초점 위치가 선택된 경우에는 형상 기억 합금으로의 통전을 끊은 상태로 하고, 매크로 위치가 선택된 경우에는, 도8의 스텝 S105 내지 스텝 S110의 동작을 행함으로써 렌즈 군의 위치를 메뉴얼 설정할 수 있다.
또한, 상기한 예에서는 렌즈 군이 이동을 개시했는지 여부를, 포토인터럽터를 이용하여 검출하도록 구성했지만, 예를 들어 프리뷰 화상의 소정의 영역을 연속적으로 감시하고, 핀트 상태가 변화된 시점을 이동의 개시로 간주하도록 구성해도 좋다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태는, 형상 기억 합금으로 인가하는 전류치를 서서히 변화시켜, 렌즈 군의 이동을 소정의 2군데에서 검출하고, 소정의 2군데에서 검출된 시점의 통전량을 기초로 하여, 렌즈 군을 원하는 위치로 이동시키는 데 필요한 통전량을 결정하여, 렌즈 군의 구동 제어를 행하는 것이다.
렌즈 구동 장치(100)의 각 부의 초기 상태(무통전 상태)는 도7의 (a), (b), (c)에 도시하는 것과 마찬가지이지만, 차폐판(18s)은 포토인터럽터의 투수 광로에 매우 근접한 상태에서, 투수광을 차단하지 않은 상태인 것이 바람직하다.
도10은 제2 실시 형태에 관한 촬상 장치(100)의 렌즈 구동 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 도10에 나타내는 흐름에 따라서 설명한다.
도10에 있어서, 우선 촬영 모드인지 여부를 확인한다(스텝 S201). 어떠한 조작이 이루어져 촬영 모드 이외의 모드가 지정된 경우(스텝 S201 ; 아니오)는 촬영 모드를 종료(스텝 S220)하고, 지정된 다른 모드로 이행한다(스텝 S221).
촬영 모드인 경우(스텝 S201 ; 예)에는, 형상 기억 합금으로 미리 설정된 전류치를 인가하고(스텝 S202), 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부를 판단한다(스텝 S203). 포토인터럽터의 출력이 변화된 경우(스텝 S203 ; 예)는 인가한 전류치를 기억한다(스텝 S204).
포토인터럽터의 출력이 변화되지 않은 경우(스텝 S203 ; 아니오)는, 전류치를, 전회 인가한 전류치에 소정의 미소량을 증가시킨 전류치를 형상 기억 합금으로 인가한다(스텝 S205). 계속해서, 다시 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부를 판단한다(스텝 S206).
포토인터럽터의 출력이 변화되지 않은 경우(스텝 S206 ; 아니오)는, 스텝 S205로 복귀되고, 전회 인가한 전류치에 소정의 미소량을 더 증가시킨 전류치를 형상 기억 합금으로 인가하여, 포토인터럽터의 출력이 변화되는지 여부의 판단(스텝 S206)을 반복한다.
포토인터럽터의 출력이 변화된 경우(스텝 S206 ; 예)에는 인가한 전류치를 기억한다(스텝 S207). 계속해서, 기억한 전류치가 2개가 되었는지 판단한다(스텝 S208). 1개인 경우(스텝 S208 ; 아니오)에는 스텝 S205로 복귀되고, 전회 인가한 전류치에 소정의 미소량을 더 증가시킨 전류치를 형상 기억 합금으로 인가하고, 다시 포토인터럽터의 출력이 변화될 때까지 스텝 S205와 스텝 S206을 반복하고, 기억한 전류치가 2개가 된 경우(스텝 S208 ; 예)는, 스텝 S209로 이행하여, 얻어진 2개의 전류치로부터 렌즈 이동량과 전류량의 관계를 구한다. 이 스텝 S209에서 얻어지는 관계는, 이하와 같은 것이다.
도11은 렌즈 이동량과 전류치의 관계를 구하는 방법을 나타내는, 형상 기억 합금으로 인가하는 전류치와 왜곡의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 전류치, 종축은 왜곡을 나타내고 있다.
포토인터럽터 출력은, 1회째가 도7의 (a)에 도시하는 초기 상태로부터 거울 프레임(18)과 일체의 차폐판(18s)이 광축 방향 물체측으로 이동을 개시한 시점에서 변화되고, 2회째는 차폐판(18s)이 광축 방향 물체측으로 더욱 이동하여 포토인터럽터의 투수광 영역으로부터 이탈 퇴피하는 시점에서 변화된다. 즉, 기억된 2개의 전류치는, 1회째가 형상 기억 합금에 작용하는 힘의 광축 방향의 분력이, 압축 코일 스프링(19)에 의한 광축 방향의 압박력을 초과하여, 나사(21)의 머리부로부터 거울 프레임의 돌기부(18t)가 멀어질 때의 전류치이며, 2회째가 거울 프레임(18)을 차폐판(18s)의 광축 방향의 두께분만큼 이동시킨 시점의 전류치이다.
도11에 있어서, 1회째의 포토인터럽터 출력이 변화된 시점의 전류치는 Ic1이며, 2회째의 포토인터럽터 출력이 변화된 시점의 전류치는 Ic2이다. 전류치를 Ic1로부터 Ic2로 증가시킴으로써 왜곡률이 변화되고, 도시 H의 변화가 거울 프레임(18)을 차폐판(18s)의 광축 방향의 두께분만큼 이동시킨 것이 된다.
즉, 차폐판(18s)의 광축 방향의 두께를 A(㎜)로 하면, 거울 프레임(18)을 도7의 (a), (b), (c)에 도시하는 초기 상태로부터 B(㎜) 광축 방향으로 이동시키기 위한 전류치는,
Ic1 + B(Ic2 - Ic1)/A로 나타내어진다.
이에 의해, 거울 프레임(18), 즉, 렌즈 군(11)을 초기 상태의 위치로부터 임의의 광축 방향 물체측의 위치로 이동시키기 위한 전류치를 구할 수 있다.
도10의 흐름으로 복귀하여, 스텝 S209에서 얻어진 관계를 기억한 후, 형상 기억 합금으로의 통전을 정지한다(스텝 S210). 이에 의해, 거울 프레임(18)은 초기 상태로 복귀된다.
계속해서, 다시, 촬영 모드인지 여부를 판단하고(스텝 S211), 촬영 모드가 아닌 경우(스텝 S211 ; 아니오)는 스텝 S201로 복귀되고, 촬영 모드인 경우(스텝 S211 ; 예)는 촬상 소자를 구동하여, 표시 화면에 리얼타임으로 프리뷰 화상(스루 화상이라고도 함)을 표시한다(스텝 S212). 계속해서, 휴대 전화의 버튼류 중, 릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온으로 되는 것을 대기한다(스텝 S213). 릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온으로 되어 있지 않은 경우(스텝 S213 ; 아니오)는 스텝 S211로 복귀된다.
릴리즈 버튼에 상당하는 버튼이 온으로 된 경우(스텝 S213 ; 예)는, 우선, 핀트 평가용 화상을 도입한다(스텝 S214). 즉, 스텝 S214에서 도입된 핀트 평가용 화상은, 렌즈 군이 과초점 위치에 있을 때의 화상이다.
계속해서, 상기에서 구한 형상 기억 합금으로 인가하는 전류량과 거울 프레임의 이동량과의 관계를 이용하여, 원하는 렌즈 위치로 이동시키기 위한 전류치를 구하고, 형상 기억 합금에 인가한다(스텝 S215). 이에 의해, 렌즈 군은 초기 위치로부터 원하는 근거리측의 핀트 위치로 이동한다. 이 위치에서, 핀트 평가용 화상을 도입한다(스텝 S216).
또한, 근거리측의 핀트 위치가 복수 설정되어 있는 경우에는, 각각의 렌즈 위치로 이동시키기 위한 전류치를 구하고, 스텝 S215와 스텝 S216을 반복하여, 각각의 위치에서 핀트 평가용 화상을 도입하도록 한다.
계속해서, 스텝 S214와 스텝 S216에서 도입한 평가용 화상을 평가한다(스텝 S217).
스텝 S217에서의 평가, 예를 들어, 얻어진 평가용 화상 중 고주파 성분이 많은 화상이 얻어진 위치에 렌즈 군을 설정한다(스텝 S218). 구체적으로는, 스텝 S214에서 얻은 평가용 화상이 고주파 성분을 많이 포함하는 경우에는, 형상 기억 합금으로의 전류의 인가를 끊고, 초기 상태, 즉 렌즈 군을 과초점 거리에 포커싱하는 위치로 한다. 스텝 S216에서 얻은 평가용 화상 중 어느 하나가 고주파 성분을 많이 포함하는 경우에는, 그 화상이 얻어진 위치로 이동시키는 전류량을 형상 기억 합금으로 인가한 상태로 하는 것이다.
계속해서, 스텝 S218에서 설정된 렌즈 군 위치에서, 촬영 및 기록 매체로의 화상 기록을 행하고(스텝 S219), 스텝 S201로 복귀된다.
즉, 제2 실시 형태는, 바꾸어 말하면, 렌즈 군을 미리 결정된 양만큼 이동시키기 위한 전류치를 검출하여, 이것을 기초로 하여 원하는 위치로 이동시키기 위한 전류량을 구하도록 한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 형상 기억 합금으로의 통전을 서서히 변화시키면서, 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하고, 이 2군데에서의 통전량을 기초로 하여, 원하는 위치로 렌즈 군을 이동시키기 위한 통전량을 결정하고, 이 결정된 통전량을 형상 기억 합금으로 인가함으로써, 렌즈 군을 원하는 위치로 이동시키도록 구성함으로써, 형상 기억 합금의 길이 오차, 장착 오차, 환경 온도 등에 기인하는 렌즈 군의 이동량의 변동을 해소하여, 렌즈 군의 이동시에, 개체 차가 발생하지 않는 렌즈 구동 장치를 얻어, 간편한 구성으로, 원하는 위치에 정확하게 렌즈 군을 정지시킬 수 있고, 소형이며 저비용의 촬상 장치를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 2군데에서 검출하는 것에 의해, 1군데만인 경우에 비해, 압축 코일 스프링의 압박력의 변동이나 형상 기억 합금의 와이어선 직경의 변동에 의한, 전류-왜곡 특성 곡선의 기울기의 변동이 발생하는 경우라도 정확한 위치 제어가 가능해진다.
또한, 오토포커스 촬상 장치의 예로 설명했지만, 메뉴얼 설정에도 적용 가능하며, 이 경우에는 스텝 S214 내지 S218을 변경하여, 과초점 위치가 선택된 경우에는 형상 기억 합금으로의 통전을 끊은 상태로 하고, 원하는 근거리측의 핀트 위치가 선택된 경우에는, 스텝 S209에서 얻어진 관계로부터 지정된 렌즈 위치로 이동시키기 위한 전류치를 구하고, 형상 기억 합금에 인가함으로써 메뉴얼 설정할 수 있다.
또한, 렌즈 군의 초기 설정을 과초점 위치로 한 것으로 설명했지만, 무한원에 포커싱하는 위치로 해도 좋고, 또한 렌즈 군을 촬상 소자측에 위치시키고 있어도 좋다.
또한, 평가용 화상을 도입하기 전에, 미리 포토인터럽터의 출력이 변화되는 2점의 전류치를 구하도록 구성했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 스텝 S213 이후에 행해도 좋고, 스텝 S213 이전에 1회째의 포토인터럽터 출력이 변화되는 전류치를 구하고, 스텝 S213 이후에 2회째의 포토인터럽터 출력이 변화되는 전류치를 구하도록 해도 좋다.
도12는 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하는 검출 수단의 그 밖의 예를 나타내는 도면이다.
도12에 도시하는 바와 같이, 거울 프레임(18)에는 가요성을 갖는 시트 부재(43)가 고착되어 있다. 이 시트 부재(43)는 차광성을 갖는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
시트 부재(43)는, 도시하는 바와 같이 한쪽의 단부가, 촬상 소자(34)의 수광 화소 중, 화상으로서 사용되지 않는 화소 영역 위에 겹쳐져, 렌즈 군(11)으로부터의 피사체 광속을 차폐하고 있다. 이 상태로부터, 거울 프레임(18)이 광축(O) 방향으로 이동하면, 거울 프레임(18)에 고착된 시트 부재(43)는 도시 화살표 방향으로 이동하여, 화상으로서 사용되지 않는 화소 영역의 화소 출력이 변화되게 된다.
즉, 형상 기억 합금(23)으로의 통전을 서서히 변화시키면서, 촬상 소자(34)의 화소 출력을 감시하고, 화상으로서 사용되지 않는 화소 영역의 화소 출력의 변화를 검출하는 것에 의해, 렌즈 군의 이동의 개시를 검출할 수 있다. 또한, 시트 부재(43)가 소정의 화소수 사이의 이동을 검출하는 것에 의해, 렌즈 군의 이동을 광축 방향의 소정의 2군데에서 검출하는 것이 가능해진다.
이와 같이 구성함으로써, 포토인터럽터 등의 새로운 부재를 추가하는 일없이, 렌즈 군의 이동을 검출할 수 있어, 더욱 저비용의 촬상 장치로 할 수 있다.
또한, 상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 형상 기억 합금으로 통전할 때 전류치를 변경하는 것으로 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전압의 변경 혹은 전류치를 고정하여 듀티비를 변경하는 구성이라도 되는 것은 물론이다.
또한, 상술한 바와 같이 형상 기억 합금은, 통전 횟수가 적은 초기 단계에 있어서 왜곡량이 통전 횟수에 수반하여 변화되는 초기 크리프 현상이 있다. 초기 크리프 현상이라 함은, 이하와 같은 것이다.
도13은 통전 횟수가 1회째와 10회째인 경우의 왜곡량(ε)과 온도(T)와의 관계를 나타내는 개념도이다. 도13은 선 형상의 형상 기억 합금에 소정의 부하 가중을 가하여, 형상 기억 합금의 온도를 T2 → T1 → T2(T1 ＜ T2)로 변화시킨 경우를 나타내고 있다. 종축의 왜곡량은, 각각의 횟수째에 있어서, 개시 시점의 온도(T2)일 때의 선 길이를 기준으로 했을 때의 상기 선 길이에 대한 신장 길이의 비율을 나타내고 있다.
도13에 나타내는 바와 같이, 10회째의 왜곡량은, 1회째의 왜곡량에 대해 작게 되어 있다. 예를 들어, 온도를 T2 → T1로 내렸을 때에 있어서의, 10회째의 왜곡량은 ε1이며, 1회째의 왜곡량의 ε2에 비해 작게 되어 있다.
도14는 왜곡량과 통전 횟수와의 관계를 나타내는 개념도이다. 도14는 선 형상의 형상 기억 합금에 소정의 부하 가중을 가하고, 소정의 통전 전류를 소정의 온 시간, 오프 시간에서 흘린 경우를 나타내고 있다. 종축의 왜곡량은, 1회째의 통전 온일 때의 선 길이를 기준으로 했을 때의 상기 선 길이에 대한 신장 길이의 비율을 나타내고 있다.
도14에 나타내는 바와 같이, 통전 횟수가 수십회 정도까지는 통전 온일 때의 왜곡량이 크게 변화되고 있다. 이들의 것은, 통전 횟수가 수십회 정도까지는 동일한 전류를 흘려도 왜곡량이 변해 버리므로, 정밀도 좋은 위치 제어를 할 수 없는 것을 의미하고 있다.
이상과 같은, 초기 크리프 현상에 대해, 이하와 같이 하는 것이 바람직하다.
도15는 본 실시 형태의 구동 장치의 제어 블럭을 나타내는 도면이다. 제어부(50)는, 렌즈 경동 이동량 입력부(51)로부터 입력되는 렌즈 경동 이동량을 기초로 하여, 전류 공급 회로(52)를 통해 형상 기억 합금(23)에 공급하는 전류를 제어한다. 또한, 제어부(50) 내에는, 통전 횟수를 차례로 기억하는 EEPROM 등의 불휘발성 메모리로 구성되는 기억부(501)가 설치되어 있다.
도16은 본 실시 형태의 구동 장치의 제어 루틴을 나타내는 도면이다. 제어부(50)는, 우선, 제어부(50) 내의 기억부(501)에 에이징 동작 완료 플래그가 세트 되어 있는지의 여부를 판단한다(S1). 제어부(50)는, 에이징 동작 완료 플래그가 세트되어 있다고 판단하면(S1 ; 예), 통상 제어 루틴(S3)으로 점프하고, 렌즈 경동 이동량 입력부(51)로부터 입력되는 렌즈 경동 이동량을 기초로 하여, 전류 공급 회로(52)를 통해 형상 기억 합금(23)에 공급하는 전류를 제어한다. 한편, 제어부(50)는, 에이징 동작 완료 플래그가 세트되어 있지 않다고 판단하면(S1 ; 아니오) 에이징 제어 루틴(S2)으로 점프한다.
도17은 에이징 제어 루틴을 나타내는 도면이다. 우선, 제어부(50)는, 초기 설정으로서 통전 횟수(i) = 0을 세트한다(S21). 다음에, 제어부(50)는, 전류 공급 회로(52)를 통해 형상 기억 합금(23)에 소정량의 전류(예를 들어, 80 ㎃)를 소정 시간(예를 들어, 0.5초) 공급한다(S22). 다음에, 제어부(50)는, 전류 공급 회로(52)를 통해 형상 기억 합금(23)에 흐르고 있는 전류의 공급을 소정 시간(예를 들어, 1.0초) 정지시킨다(S23). 다음에, 제어부(50)는, 통전 횟수(i)를 1횟수 카운트 업시킨다(S24). 다음에, 제어부(50)는, 통전 횟수(i)가 소정 횟수에 도달했는지 여부를 판단한다(S25). 제어부(50)는, 통전 횟수(i)가 소정 횟수에 도달했다고 판단하면(S25 ; 예), 에이징 동작 완료 플래그를 기억부(501)에 세트하여(S26), 루틴을 종료한다. 제어부(50)는, 통전 횟수(i)가 아직 소정 횟수에 도달하고 있지 않다고 판단하면(S25 ; 아니오), S22로 복귀되어, 통전 횟수(i)가 소정 횟수에 도달할 때까지 S22 내지 S25의 스텝을 반복한다.
또한, 소정 횟수는, 왜곡량이 안정되는 횟수로 적절하게 설정하면 좋고, 소정 횟수의 상한에 제한은 없다.
이와 같이, 소정 횟수의 통전 온, 통전 오프를 반복하여 에이징을 행함으로써, 도14에 보여지는 바와 같이, 통전 전류에 대해 왜곡량이 안정되도록 되고, 그 후의 제어에 있어서, 렌즈 경동 이동량을 기초로 하여 형상 기억 합금에 흘리는 전류량을 정함으로써, 정밀도 좋은 위치 제어를 행하는 것이 가능해진다.
또한, 형상 기억 합금에 전류를 흘림으로써 발생하는 줄열에 의해 형상 기억 합금의 가열, 비가열을 소정 횟수 반복하여 행했지만, 외부로부터 가열, 비가열을 반복하여 행해도 좋다.
또한, 촬상 장치 유닛의 조립 완료 후에 형상 기억 합금(23)에 대해 에이징 처리를 행했지만, 형상 기억 합금의 에이징 처리의 시기는, 예를 들어 외부로부터의 가열에 의해, 양단부에 판 부재(23k)를 장착하기 전, 기둥 형상부(22)에 장착하기 전, 압축 코일 스프링(19)으로 압박하기 전 등 어느 것이라도 좋다. 특히, 형상 기억 합금에 응력을 가한 상태, 가하지 않는 상태 중 어느 쪽의 상태라도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서는, 도5에 도시한 바와 같이, 끈 형상의 형상 기억 합금(23)은 렌즈 군(11)의 광축(O)과 통 형상부(18p) 사이에서, 거울 프레임(18)의 촬상 소자(34)측의 하부에 접촉하여 팽팽하게 된 예를 이용하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 이하와 같은 구성을 이용해도 좋다.
도18은 촬상 장치 내부의 렌즈 경동을 구성하는 각 부품의 배치의 그 밖의 예를 나타낸 정면도이다. 도18에 대해서는, 도5에 도시하는 촬상 장치와 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도18에 도시하는 촬상 장치에 있어서, 2개의 기둥 형상부(22)가 지판(13)으로부터 세워 설치하여 형성되어 있고, 광축(O)을 사이에 두고 대향하고 있다. 그리고, 끈 형상으로 형성된 형상 기억 합금(23)의 양단부가, 각각 기둥 형상부(22)에 판 부재(23k)에 의해 끼움 장착되어 고정되어 있다. 그리고, 형상 기억 합금(23)의 양단부는 판 부재(23k)를 통해 가요성 프린트 기판에 접속된다.
형상 기억 합금(23)의 중앙부는 제2 거울 프레임(18)의 촬상 소자(34)측(결상면측)의 후단부에 접촉 가능하게 배치되어 있다. 따라서, 중앙부가 렌즈 군(11)의 광로 내에 배치된 상태에서 형상 기억 합금(23)이 걸쳐져 있다.
도19의 (a), (b)는 도18에 도시하는 촬상 장치 내부의 렌즈 경동을 형상 기억 합금(23)을 포함하는 면에서 절단한 단면도이다. 도19의 (a)는 형상 기억 합금(23)에 통전이 이루어지고 있지 않을 때의 상태를 나타내는 도면이고, 도19의 (b)는 형상 기억 합금(23)에 통전되었을 때의, 렌즈 군(11)이 조출되었을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도19의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 거울 프레임(18)의 후단 돌기부가 지판(13)의 받침면에 접촉하고 있다. 이 결과, 형상 기억 합금(23)에 통전이 이루어지고 있지 않은 경우에는, 렌즈 군(11)은 일정 위치에 고정되고, 피사체상은 촬상 소자(34) 위에 결상되므로, 렌즈 군(11)을 과초점 거리에 포커싱되도록 하면, 무한원으로부터 과초점 거리의 1/2의 거리까지 초점이 맞은 촬영이 가능해진다.
이와 같은 상태에서, 판 부재(23k)를 통해, 형상 기억 합금(23)에 통전하면, 저항체인 형상 기억 합금(23)은 발열하여 온도가 상승하고, 그 전체 길이가 단축하는 방향으로 수축된다. 이에 의해, 도19의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 거울 프레임(18)은 압축 코일 스프링(19)의 압박력에 대항하여 가이드 축(15, 16)으로 안내되어, 촬상 소자(34)와는 반대측의 피사체측으로 이동한다. 즉, 제2 거울 프레임(18)을 통해 제1 거울 프레임(17)에 의해 보유 지지되어 있는 렌즈 군(11)은, 광축(O)을 따라 피사체측으로 이동하므로, 보다 근거리에 있는 피사체상을 촬상 소자(34) 위에 포커싱시킬 수 있다.
따라서, 원거리나 중거리의 촬영일 때에는 형상 기억 합금(23)에 통전하지 않고, 꽃 등을 근접 촬영할 때에는 형상 기억 합금(23)에 통전하도록 하면 좋다.
또한, 촬상 장치가 A/F 기능을 갖고 있거나, 수동으로 원근의 거리 설정이 가능하도록 구성한 경우에는, 촬영 거리에 따라서 형상 기억 합금에 입력하는 전력을 다단계로 조정하면 좋다.
이와 같이, 렌즈 군(11)의 광축(O)을 가로지르는 상태에서 형상 기억 합금(23)을 배치하고, 제2 거울 프레임(18)을 균등하게 압박하므로, 제2 거울 프레임(18)은 효율적으로 광축(O) 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 도시에서는, 렌즈 군(11)의 광축(O)을 가로지르는 상태에서 형상 기억 합금(23)을 배치한 예를 나타냈지만, 형상 기억 합금(23)은 광축을 피한 상태로 걸쳐져 있어도 좋다.
또한, 상술한 형상 기억 합금(23)의 중앙부라 함은, 단부가 아닌 부분이라는 의미이며, 양단부로부터 동일 거리인 중앙 위치를 의미하는 것은 아니다.
또한, 이상의 구성에서는, 형상 기억 합금(23)의 중앙부가 렌즈 군(11)의 광로 내에 배치되어 있다. 따라서, 형상 기억 합금(23)에 의해 광로의 일부가 차단되어, 조건에 따라서는 보기 흉해진다. 이것을 해결하는 수단을 도20의 (a), (b)를 기초로 하여 설명한다.
도20의 (a), (b)는 형상 기억 합금이 광로를 차단한 경우의 설명도이다. 도20의 (a)는 형상 기억 합금(23)이 렌즈 군(11)의 광로 내에 배치되어 있는 도면, 도20의 (b)는 형상 기억 합금(23)을 광축 방향에서 본 도면이다.
우선, 촬상 렌즈의 광로 내에 배치되어 있는 물체의 크기가, 그 물체를 가로지르는 광로의 면적의 3 ％ 이하이면, 촬상 소자 등에 결상되어도 육안 확인하기 어렵다는 것이 알려져 있다.
도20의 (b)에 도시하는 바와 같이, 형상 기억 합금(23)이 렌즈 군(11)의 광로 내에 배치되어 있는 위치의 광로의 직경을 D로 하고, 형상 기억 합금(23)의 굵기를 d로 하면, 광로의 면적은 πD2/4, 광로 내의 형상 기억 합금(23)의 면적은 dㆍD로 된다. 따라서, 하기의 조건식 (1)을 만족하도록 하면 된다.
dㆍD/(πD2/4) ＜ 0.03 …(1)
이 조건식 (1)은 하기와 같이 간이화할 수 있다.
d/D ＜ 0.02 …(2)
또한, 조건식 (2)를 만족시키기 위해서는, 형상 기억 합금(23)을 가능한 한 렌즈 군(11)의 최종면 근방에 있어서의 광로의 면적이 큰 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 촬상 소자(34)에 결상한 형상 기억 합금(23)의 상을 화상 처리에 의해 삭제하도록 구성하면, 반드시 조건식 (2)를 만족하지 않아도 된다.
또한, 경우에 따라서는 형상 기억 합금을, 복수매의 렌즈를 갖는 촬상 렌즈의 렌즈 사이에 배치해도 좋고, 촬상 렌즈의 피사체측에 배치해도 좋다.
또한, 이와 같은 형상 기억 합금(23)을 이용한 촬상 장치를 내장한 휴대 전화기 등을 고온 환경하에서 사용할 수도 있다. 따라서, 50 내지 60 ℃ 이하의 온도에서는 형상 기억 합금(23)이 수축되어도 제2 거울 프레임(18)을 조출하지 않도록 형상 기억 합금(23)을 약간 느슨하게 한 상태에서 배치하고, 예를 들어 100 ℃가 되었을 때에 형상 기억 합금(23)이 수축하여 후단부(18d)에 팽팽하게 장착되어, 제2 거울 프레임(18)을 조출하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이하에, 도21, 도22의 (a), 도22의 (b)를 이용하여, 상기와 다른 구성의 렌즈 경동에 대해 설명한다. 도21은 다이어프램 타입의 판 스프링의 상면도, 도22의 (a), (b)는 형상 기억 합금을 걸친 단면도이며, 도22의 (a)는 형상 기억 합금(23)에 통전이 이루어지고 있지 않을 때의 상태를 나타내는 도면이고, 도22의 (b)는 형상 기억 합금(23)에 통전되었을 때의, 렌즈 군(11)이 조출되었을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
이 렌즈 경동이 전술한 렌즈 경동과 유사한 점은, 형상 기억 합금(23)의 중앙부가 렌즈 군(11)의 광로 내에 배치되고, 양단부가 각각 기둥 형상부(22)에 고정되어, 형상 기억 합금(23)이 걸쳐져 있는 점이다. 한편, 다른 점은, 제2 거울 프레임(18)이 결합부(18u)를 갖지 않고, 지판(13)에 가이드 축(15, 16)이 세워 설치하지 않고, 또한, 압축 코일 스프링(19)도 설치되어 있지 않은 점이다.
우선, 도21에 도시하는 다이어프램 타입의 판 스프링(25)은 청동이나 스테인레스로 형성되고, 외주측의 평탄부(25a)와 내주측의 평탄부(25c)가 중심축 방향으로 단차를 갖고, 평탄부(25a)와 평탄부(25c)가 경사부(25b)에 의해 접속되어 있어, 경사부(25b)의 변형에서 스프링성을 갖고 있다.
도22의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 판 스프링(25)은, 덮개 부재(12)의 상부 이면과 제2 거울 프레임(18)의 상단부에 고정되고, 또한 같은 판 스프링(26)이, 제2 거울 프레임(18)의 후단 돌기부(18c)와 지판(13)의 하면(13e)에 고정되어 있다. 그리고, 판 스프링(25) 쪽이 판 스프링(26)보다 스프링압이 강하다. 따라서, 도22의 (a)에 도시하는 바와 같이, 형상 기억 합금(23)에 통전하지 않을 때에는, 판 스프링(25)이 판 스프링(26)에 대항하여 제2 거울 프레임(18)을 압박하고, 판 스프링(26)의 이면을 지판(13)의 받침면(13b)에 접촉시켜, 렌즈 군(11)을 광축(O) 방향으로 위치 결정한다. 또한, 근접 촬영을 위해 형상 기억 합금(23)에 통전했을 때에는, 형상 기억 합금(23)이 수축되므로, 판 스프링(25)에 대항하여 제2 거울 프레임(18), 즉 렌즈 군(11)은 소정 위치까지 조출된다.
이와 같이 다이어프램 타입의 판 스프링(25)을 이용한 경우도, 전술한 압축 코일 스프링(19)을 이용한 경우와 기본적인 작용은 동등하지만, 2개의 판 스프링(25, 26)을 이용하는 것에 의해, 광축(O)을 경사시키지 않고 제2 거울 프레임(18), 제1 거울 프레임(17) 및 렌즈 군(11)을 보유 지지할 수 있으므로, 가이드 축(15, 16)이 불필요해져 전술한 구성보다 렌즈 경동을 소형화할 수 있다.
또한, 이상의 구성에서, 형상 기억 합금(23)은 반드시 광축(O)을 가로지르지 않아도 좋지만, 가능한 한 광축(O)의 근방을 가로지르는 것이 바람직하다.
또한, 형상 기억 합금이 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시키는 방향은 반드시 피사체측에 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라서는 결상면측으로 이동시키도록 구성해도 좋다. 예를 들어, 렌즈 군을 근거리만 피사계 심도로 들어가도록 해 두고, 무한원을 포함한 원거리를 촬영할 때는 렌즈 군을 결상면측으로 이동시킨다.
또한, 손 떨림 보정을 위한 렌즈 이동이나 컨버젼 렌즈의 이동을 위해, 렌즈를 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동시키도록 구성해도 좋다. 이와 같은 구성의 경우라도 형상 기억 합금이 렌즈 군의 광로 내에 배치되게 되지만, 반드시 형상 기억 합금의 중앙부에 한정되는 것은 아니고, 형상 기억 합금의 일부가 렌즈 군의 광로 내에 배치되게 된다.
또한, 상기한 설명에서는, 제1 거울 프레임(17)과 제2 거울 프레임(18)을 갖는 예로 설명했지만, 제1 거울 프레임(17)과 제2 거울 프레임(18)이 일체화된 것이라도 좋다.

Claims (5)

  1. 피사체광을 촬상 소자로 유도하는 렌즈 군과, 상기 렌즈 군을 보유 지지하는 거울 프레임을 갖고, 끈 형상으로 형성된 형상 기억 합금을 이용하여 상기 거울 프레임을 소정의 방향으로 이동시키는 렌즈 경동에 있어서,
    상기 형상 기억 합금의 일부를 상기 렌즈 군의 광로 내에 배치하고,
    통전에 의해 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 이동시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 경동.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 광축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 경동.
  3. 제2항에 있어서, 상기 형상 기억 합금을 수축시킴으로써 상기 거울 프레임을 피사체측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 경동.
  4. 제3항에 있어서, 상기 거울 프레임은 상기 촬상 소자측으로 압박되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 경동.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 렌즈 경동을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
KR1020127033655A 2005-08-11 2006-08-02 렌즈 경동 및 촬상 장치 KR20130014621A (ko)

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