CN102540394B - 驱动装置、镜筒和包括镜筒的光学装置 - Google Patents

驱动装置、镜筒和包括镜筒的光学装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了驱动装置、镜筒和包括镜筒的光学装置。在驱动装置中，在与导向部件的导向方向垂直的平面上，导向部件到振动体的距离小于导向部件到永磁铁的距离。永磁铁和磁性体之间的吸引力用作使保持部件围绕导向部件的轴线旋转的力(即旋转力)，振动体被该旋转力压靠在接触部件上。

Description

驱动装置、镜筒和包括镜筒的光学装置
技术领域
本发明涉及驱动装置、镜筒和包括镜筒的光学装置。更加特别地，本发明涉及使振动体和接触部件相对移动的技术。
背景技术
在振动致动器领域中，已经开发出所谓的直线超声波马达，即产生直线运动的振动致动器。该直线超声波马达的特征在于：对于振动体的尺寸提供相对更大的输出，以及具有良好的可控性。这种产生直线运动的振动致动器例如用于驱动布置在相机镜筒内的透镜单元。
关于上述类型的振动致动器，日本专利特开No.2007-312519提出一种用于向振动体和作为受驱动部件的接触部件加压的机构，该接触部件保持接触振动体。更加具体地，日本专利特开No.2007-312519公开了一种通过利用永磁铁的磁力使振动体和接触部件在压力下彼此接触的方法。此外，日本专利特开No.2007-312519公开了一种永磁铁布置在振动体侧的结构。在该公开的结构中，永磁铁由设置在振动体和接触部件之间的保持部件保持。此外，通过磁性吸引力使振动体与接触部件压接触。根据日本专利特开No.2007-312519，通过将永磁铁布置在形成于振动体和接触部件之间的空间中，实现了具有良好空间效率的小型振动致动器。
美国专利申请公开2007/069609A1提出了一种将永磁铁布置在接触部件侧的结构。此外，美国专利申请公开2007/069609A1公开了包括滑动座和摩擦部件的接触部件，该滑动座为方棒形状并由磁体材料构成，该摩擦部件布置在滑动座与振动体相接触的一侧的表面上。
然而，当如在日本专利特开No.2007-312519中所公开的那样将永磁铁布置在形成于振动体和接触部件之间的空间中时，永磁铁的尺寸受该空间尺寸的限制，在一些情况下不能获得足够的加压力。此外，当接触部件固定在镜筒部上并移动振动体时，如果永磁铁布置在振动体侧，则振动体的响应会由于永磁铁的重量而下降。
当如在美国专利申请公开2007/069609A1中所公开的那样将永磁铁布置在接触部件侧时，要求永磁铁具有的长度比驱动范围更大，且成本相对于驱动范围的长度成比例地增大。
发明内容
本发明能够在不增大成本的条件下在振动体和接触部件之间施加期望的加压力。
根据本发明一个实施例的驱动装置包括：振动体，具有弹性体和固定于弹性体上的机电换能器；布置成接触振动体的接触部件的一部分；永磁铁；磁性体，布置在永磁铁附近，在永磁铁和磁性体之间产生吸引力；布置成保持振动体和永磁铁的保持部件；和布置成限制保持部件移动方向的导向部件；其中，在与导向部件的导向方向垂直的平面上，导向部件到振动体的距离小于导向部件到永磁铁的距离，永磁铁和磁性体之间的吸引力用作使保持部件绕导向部件的纵轴线旋转的力，振动体被旋转力压靠在接触部件上，以及当向振动体的机电换能器施加AC电压时，振动体和接触部件相对于彼此移动。
根据本发明另一个实施例的镜筒包括：振动体，具有弹性体和固定于弹性体上的机电换能器；布置成接触振动体的接触部件的一部分；永磁铁；磁性体，布置成在永磁铁和磁性体之间产生吸引力；透镜；布置成保持振动体、永磁铁和透镜的保持部件；和布置成限制保持部件移动方向的导向部件；其中，在与导向部件的导向方向垂直的平面上，导向部件到振动体的距离小于导向部件到永磁铁的距离，永磁铁和磁性体之间的吸引力用作使保持部件绕导向部件的轴线旋转的力，振动体被旋转力压靠在接触部件上，以及当向振动体的机电换能器施加AC电压时，保持部件在该力作用下沿入射到透镜的光的光轴方向移动。
利用本发明的实施例，由于磁性加压单元布置在远离振动体和接触部件的位置，因此能够根据杠杆原理放大磁性吸引力，并将磁性吸引力用作加压力以将振动体压向接触部件侧。因此，能够在不增大成本的条件下获得足够的加压力。
通过下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是说明根据本发明第一实施例的驱动装置结构的透视图。
图2A和2B是说明可应用本发明的振动致动器的结构以及振动致动器的振动模式的外部透视图。
图3是根据本发明第一实施例的驱动装置的剖视图。
图4是根据本发明第二实施例的驱动装置的平面图。
图5是根据本发明第二实施例的磁性加压单元的剖视图。
图6是根据本发明第三实施例的驱动装置的平面图。
图7是根据本发明第三实施例的磁性加压单元的剖视图。
图8A和8B是说明根据本发明第四实施例的镜筒和图像摄取装置的示意图。
图9A和9B是说明可应用本发明的振动体的振动模式的透视图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的各个实施例。
第一实施例
下面参考图1描述根据本发明第一实施例的驱动装置的示例性结构。第一实施例的驱动装置包括振动体9、接触部件10、永磁铁7、磁性体8、保持部件6和导向部件5。振动体9的振动由压电元件2(参见图2A和2B)激发，该压电元件是机电换能器。使振动体9和与该振动体9相接触的接触部件10相对彼此移动。在本发明的该实施例中，振动体9和接触部件10构成振动致动器。
此外，在第一实施例中，永磁铁7和磁性体8构成磁性加压单元12。利用在永磁铁7和磁性体8之间产生的磁性吸引力将振动体9压靠在接触部件10上。磁性体8由铁磁性材料构成，例如铁、钴、镍、上述元素中的一些组成的合金、或马氏体不锈钢。
保持部件6保持振动体9和永磁铁7。当透镜15布置在保持部件6的中心时，保持部件6还用作透镜支架。保持部件6不仅可围绕导向部件5的轴线(即导向部件5的纵轴线)旋转，而且可沿导向部件5移动，所述导向部件限制了保持部件6的移动方向。在该第一实施例中，导向部件5、接触部件10和磁性体8固定地支撑在底座(未示出)上。因此，当向机电换能器2施加驱动电压(例如AC电压)时，在振动体9和接触部件10之间产生相对移动力，从而通过移动力使保持部件6沿导向部件5移动。
下面参考图2A和2B描述可应用本发明的振动致动器的操作原理。图2A是示出了振动致动器的基本结构的外部透视图。振动致动器的振动体9包括金属材料构成的矩形板形式的弹性体3和粘接到该弹性体3的后表面上的压电元件(机电换能器)2。在弹性体3的前表面上预定的位置处设置两个突出部4，作为与受驱动部件1接触的接触部。应该注意，图1中的接触部件10对应于图2A中的受驱动部件1。尽管在图1中接触部件10固定在底座(未示出)上且振动体9是可动的，但是，为了便于说明，图2A和2B示出了振动体9被固定且受驱动部件1即接触部件是可动的情况。
在该第一实施例中，如图2B所示，AC电压被施加到振动体9的机电换能器2上，在振动体9中激发两个平面外弯曲振动模式(模式A和模式B)。模式A表示第一平面外弯曲振动模式，其中，有两个节点平行于图2B限定的Y轴方向，即平行于振动体9的长度方向。模式A中的振动激发突出部4中沿着与突出部4接触受驱动部件1的表面相垂直的方向(Z轴方向)位移的振动。模式B表示第二平面外弯曲振动模式，其中，有三个节点大体上平行于图2B中限定的X轴方向，即平行于振动体9的宽度方向。模式B中的振动激发突出部4中沿着与突出部4接触受驱动部件1的表面相平行的方向(Y轴方向)位移的振动。
通过将这两个振动模式彼此组合，在突出部4的上表面(作为接触部)中产生大体上处于YZ平面中的椭圆运动，从而产生沿大体上与Y轴方向一致的方向驱动受驱动部件1的力。该驱动力使受驱动部件1相对于振动体9移动。然而，本发明的应用不限于具有上述结构的振动体，本发明还可以应用于激发不同于上述平面外弯曲振动模式的振动的振动体。例如，本发明可以应用于这样的振动体，其具有在图9A和9B所示其他类型振动模式中激发振动的结构。图9A和9B示出的振动体9大体上为平行六面体形状。如图9B所示，在振动体9中激发两种模式的振动，即第一伸展振动模式和第二平面外弯曲振动模式(模式B)，在第一伸展振动模式中振动体沿X轴方向伸展和收缩(模式A)，在第二平面外弯曲振动模式中有三个节点大体上平行于Y轴方向。通过将这两个不同振动模式彼此组合，在各突出部4的上表面中产生大体上处于XZ平面中的椭圆振动。这样，通过以这种方式操作这类振动体，也可以像图2A和2B所示的振动体一样应用本发明。
通过在受驱动部件1保持与突出部4压接触的状态下在振动体9中激发上述振动模式的振动，可使受驱动部件1随着突出部4的椭圆运动而直线移动。当然，当接触部件10如图1所示地被固定时，振动体9移动。
下面参考图3描述根据本发明第一实施例的驱动装置的加压机构的示例性结构。图3是沿与导向部件5的轴线方向(即沿导向部件5的导向方向)垂直的平面截开的图1所示驱动装置的剖视图。
保持部件6具有围绕导向部件5轴线的自由度，使得保持部件6可围绕导向部件5的轴线旋转。此外，保持部件6可具有沿导向部件5的轴线方向直线移动的自由度。在永磁铁7和固定于底座(未示出)上的磁性体8之间产生磁性吸引力。该磁性吸引力产生围绕导向部件5轴线的转矩。该转矩用作使保持部件6围绕导向部件5的轴线旋转的力，该旋转力将振动体9压靠在接触部件10上。
在本发明的第一实施例中，依据杠杆原理，即根据导向部件5、永磁铁7和振动体9之间的位置关系，把利用永磁铁7和磁性体8产生的转矩将振动体9压靠在接触部件10上的力放大。更加具体地，在本发明的第一实施例中，在与导向部件5的轴向方向垂直的平面中看，从导向部件5到振动体9的距离小于从导向部件5到永磁铁7的距离。这样，在示出的位置关系中，导向部件5用作支点，永磁铁7用作动力点，振动体9用作作用点。利用这种结构，永磁铁7和磁性体8之间的磁性吸引力能够被放大，并被用作将振动体9压靠在接触部件10上的力。
由于使振动体9与接触部件10压接触，因此保持部件6围绕其轴线的旋转受到限制。此外，在该第一实施例中，在永磁铁7和磁性体8之间形成气隙，使得永磁铁7和磁性体8保持彼此不接触。因此，上述结构不会产生由于永磁铁7和磁性体8之间摩擦导致的阻力。通过调节永磁铁7和磁性体8之间的相对位置关系能调节气隙并从而调节加压力。
此外，在该第一实施例中，即使在保持部件6沿导向部件5移动时，也保持如图3所示剖视图所看到的导向部件5、永磁铁7和振动体9之间的位置关系。这样，由于如上所述地根据杠杆原理放大了加压力，因此可以相对地减小为了获得所需加压力而需要的永磁铁7尺寸。
第二实施例
下面参考图4和5描述作为第二实施例的驱动装置的示例性结构，其与第一实施例的不同之处在于磁性加压单元12的机构。由于除了磁性加压单元12之外，第二实施例的结构与第一实施例的结构相似，因此省略了对与第一实施例相似的结构的描述。
图4是根据第二实施例的驱动装置的平面图。图4中，图1所示的磁性加压单元12包括永磁铁7、滑动部件11和磁性体8。图5是沿图4中的线V-V截开的剖视图。如图5所示，滑动部件11布置在永磁铁7和磁性体8之间。永磁铁7和磁性体8之间的间隙可保持恒定，滑动部件11处于永磁铁7和磁性体8之间。
滑动部件11优选由具有小摩擦系数的材料构成。更加具体地，滑动部件11材料的摩擦系数优选是选择成使得永磁铁7和滑动部件11之间的摩擦力小于振动体9和接触部件10之间的摩擦力。使用这种类型的滑动部件11减小了当移动保持部件6时的负荷增大。
滑动部件11可以构造成以预定节距磁化的磁性标尺，使得滑动部件11与布置在保持部件6上的磁性传感器相结合还用作位置传感器。
第三实施例
下面参考图6和7描述作为第三实施例的驱动装置的示例性结构，其与第一和第二实施例的不同之处在于磁性加压单元12的机构。由于除了磁性加压单元12和保持部件6之外，第三实施例的结构与第一实施例的结构相似，因此省略了对与第一实施例相似的结构的描述。
图6是根据第三实施例的驱动装置的平面图。如图6所示，在该第三实施例中，图1所示的磁性加压单元12包括磁性体8和由永磁铁构成的辊14。保持部件6包括旋转轴，辊14可围绕该旋转轴旋转。图7是沿图6中的线VII-VII截开的剖视图。图7所示由永磁铁构成的辊14能够在与磁性体8接触的同时旋转。利用该第三实施例，由于由永磁铁构成的辊14能在与磁性体8接触的同时滚动，因此能够保持由磁性加压单元产生的摩擦力比由接触部件10产生的摩擦力小。换句话说，由永磁铁构成的辊14构成了滚动机构，减小了永磁铁和磁性体之间的摩擦力。
第四实施例
在第一至第三实施例中描述的驱动装置都可以用于驱动透镜。下面将参考图8A和8B描述作为第四实施例的示例，其将根据第一至第三实施例的驱动装置应用于图像摄取装置(光学装置)。
图8A是镜筒的示意性剖视图，本发明可应用于该镜筒。如图8A所示，镜筒包括固定的第一透镜单元31、可沿入射光的光轴方向移动以进行图像变焦操作的第二透镜单元32、固定的第三透镜单元33、和可沿光轴方向移动以进行图像对焦操作的第四透镜单元34。光量调节单元35是用于通过沿竖直方向移动彼此平行的一对光圈叶片来增大和减小孔径的机构。
每个图像透镜单元包括图像摄取透镜。可动的第二透镜单元32包括透镜151和保持部件61，即用于保持透镜151的透镜支架。类似地，可动的第四透镜单元34包括透镜152和保持部件62，即用于保持透镜152的透镜支架。
第二透镜单元32固定在接触部件101上。因此，当驱动振动体91时，第二透镜单元32与振动体91一起沿光轴方向移动。类似地，第四透镜单元34固定在接触部件102上。因此，当驱动振动体92时，第四透镜单元34与振动体92一起沿光轴方向移动。应该注意，均在图1中示出的导向部件5和磁性加压机构在图8A中未示出。
图8B是说明装备有上述镜筒的图像摄取装置(光学装置)的方框图。图像摄取元件81在光轴上布置在第一至第四透镜单元31至34后方。图像摄取元件81的输出与相机处理电路82连接。相机处理电路82的一个输出经由AE(自动曝光)门83与CPU84连接，而相机处理电路82的另一个输出经由AF(自动对焦)门85和AF信号处理电路86与CPU84连接。
用于检测第二透镜单元32位置的第一线性编码器87的输出、用于检测光量调节单元35孔径的光圈编码器88的输出以及用于检测第四透镜单元34位置的第二线性编码器89的输出分别与CPU84连接。第一和第二线性编码器87和89分别检测第二透镜单元32和第四透镜单元34在光轴方向的相对位置(即第二和第四透镜单元从基准位置移动的量)。
CPU84的输出与振动体91、92以及马达93连接，该马达是光量调节单元35的驱动源。CPU84包括用于控制图像摄取装置操作的控制电路，相机处理电路82执行对图像摄取元件81输出的放大、伽玛校正等。经过特定处理后的图像信号中的对比信号通过AE门83和AF门85。AE门83和AF门85从整个图像区域设定分别最适合曝光确定和对焦的信号提取区域。适于自动对焦(AF)的AF信号处理电路86提取图像信号的高频成分，并产生AF评价值信号。
如上所述地，根据第一至第四实施例的驱动装置都能够应用于驱动图像摄取装置的透镜。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于这些公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。

Claims (3)

1.一种驱动装置，包括：
振动体，该振动体具有弹性体和固定于弹性体上的机电换能器；
接触部件的一部分，布置成接触振动体；
永磁铁；
磁性体，布置在永磁铁附近，以在永磁铁和磁性体之间产生吸引力；
保持部件，布置成保持振动体和永磁铁；和
导向部件，布置成限制保持部件的移动方向，
其特征在于，在与导向部件的导向方向垂直的平面上，导向部件到振动体的距离小于导向部件到永磁铁的距离，
其中，永磁铁和磁性体之间的吸引力用作使保持部件绕导向部件的纵轴线旋转的旋转力，振动体被旋转力压靠在接触部件上，
其中，当向振动体的机电换能器施加交流电压时，振动体和接触部件相对于彼此移动，以及
其中，该驱动装置还包括布置在磁性体上的滑动部件，该滑动部件布置在永磁铁和磁性体之间，滑动部件和永磁铁之间的摩擦力小于振动体和接触部件之间的摩擦力。
2.一种镜筒，包括：
振动体，该振动体具有弹性体和固定于弹性体上的机电换能器；
接触部件的一部分，布置成接触振动体；
永磁铁；
磁性体，布置成在永磁铁和磁性体之间产生吸引力；
透镜；
保持部件，布置成保持振动体、永磁铁和透镜；和
导向部件，布置成限制保持部件的移动方向，
其特征在于，在与导向部件的导向方向垂直的平面上，导向部件到振动体的距离小于导向部件到永磁铁的距离，
其中，永磁铁和磁性体之间的吸引力用作使保持部件绕导向部件的轴线旋转的旋转力，振动体被旋转力压靠在接触部件上，
其中，当向振动体的机电换能器施加交流电压时，在振动体和接触部件之间产生相对移动力，保持部件在该相对移动力的作用下沿入射到透镜的光的光轴方向移动，以及
其中，该镜筒还包括布置在磁性体上的滑动部件，滑动部件设置于永磁铁和磁性体之间，以及滑动部件和永磁铁之间的摩擦力小于振动体和接触部件之间的摩擦力。
3.一种光学装置，其特征在于，该光学装置包括：根据权利要求2所述的镜筒；以及图像摄取元件，该图像摄取元件设置在已通过透镜的光进入该图像摄取元件的位置。
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