CN103582838A - 驱动装置、光学装置及拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

一种驱动装置,包括:第一轴部件,以预定方向为轴向延伸设置;以及驱动构件,能够产生第一驱动力和第二驱动力,该第一驱动力对所述第一轴部件在所述轴向上产生,该第二驱动力对所述第一轴部件在与所述轴向相交的方向上产生。

Description

驱动装置、光学装置及拍摄装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置、光学装置及拍摄装置。
背景技术
有一种驱动机构通过一对引导杆使所引导的部件沿轴向移动(参照专利文献1)。
专利文献1:特开平07-104166号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述驱动机构出于传递驱动力的目的,是利用振荡波致动器的振子对驱动对象进行推压的结构。因此,由于将驱动对象朝一方的引导杆进行推压,从而使驱动对象与该引导杆无缝紧贴(ガタ寄せ)。然而,该驱动机构无法对另一方的引导杆抑制间隙。
解决问题的方案
本发明第一方式提供一种驱动装置,包括:第一轴部件,以预定方向为轴向延伸设置;驱动构件,能够产生第一驱动力和第二驱动力,该第一驱动力对所述第一轴部件在所述轴向上产生,该第二驱动力对所述第一轴部件在与所述轴向相交的方向上产生。
本发明第二方式提供一种光学装置,包括:上述驱动装置;以及保持部件,其保持透镜,并与所述第一轴部件相结合。
本发明第三方式提供一种拍摄装置,包括:上述光学装置;以及拍摄部,其对经过所述光学装置而入射的像光进行拍摄。
另外,上述发明内容并未列举出本发明的全部可能特征,特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1为驱动装置101的示意性立体图。
图2为显示线性致动器120的配置的模式图。
图3为单独显示线性致动器120的模式图。
图4为显示线性致动器120的驱动信号的一例的曲线图。
图5为显示线性致动器120的动作的模式图。
图6为显示线性致动器120的动作的模式图。
图7为举例显示线性致动器120的驱动方法的图。
图8为显示位置检测部117的结构、动作的图。
图9为狭缝部件118的侧视图。
图10为缝隙232的部分放大图。
图11为缝隙234的部分放大图。
图12为说明位置检测部117的动作的曲线图。
图13为驱动控制部160的方框图。
图14为举例显示由驱动控制部160进行的驱动方法的图。
图15为显示驱动装置的另一实施方式的图。
图16为驱动装置103的示意性剖视图。
图17为单镜头反光相机100的示意性剖视图。
具体实施方式
以下通过发明实施方式对本发明进行说明,但以下实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。并且,实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。
图1为驱动装置101的示意性立体图。驱动装置101包括:基台110、固定于基台110上的一对线性致动器120和固定透镜保持框140、可相对于基台110移动的一对轴部件132和134。固定透镜保持框140用于保持包含具有光轴J的固定透镜142的光学部件。轴部件132和134在与光轴J相平行的轴向上延伸设置。
基台110具有:一对嵌合支撑部112、单个接合支撑部114、一对线性致动器支撑部116。一对嵌合支撑部112具有与一方的轴部件132的剖面形状互补的嵌合孔113,在与光轴J相平行的方向上可滑动地支撑轴部件132。接合支撑部114的内周面包括:与另一方的轴部件134的侧周面相接触的接合面115(图1中位于基台110侧的面)、接合面119(图1中位于基台110相对侧的面)。
线性致动器支撑部116分别支撑线性致动器120。由线性致动器支撑部116所支撑的一对线性致动器120夹持着一方的轴部件132。一对线性致动器120分别相对于线性致动器支撑部116固定,因此当线性致动器120动作时,传递驱动力的轴部件132相对于基台110移动。
轴部件132的一端处固定有移动透镜保持框150。因此,当轴部件132被线性致动器120驱动时,移动透镜保持框150与轴部件132共同移动。
在移动透镜保持框150上保持有移动透镜152。移动透镜152具有与固定透镜142共用的光轴J。据此,固定透镜142及移动透镜152形成光学系统。
在移动透镜保持框150上还固定有另一方的轴部件134的一端。据此,当移动透镜保持框150移动时,轴部件134也共同移动。另外,轴部件134与轴部件132平行配置,在与光轴J相垂直的面内被配置在不同于上述轴部件132的位置处。在本实施方式中,轴部件134被配置于相对于光轴J与轴部件132对称的位置附近。轴部件134的侧面与接合支撑部114的接合面115或115b相接触。从而限制了移动透镜保持框150以一方的轴部件132为旋转轴的旋转。
位置检测部117结合设置于基台110或接合支撑部114上,使用与轴部件134一体设置的狭缝部件118,用于检测轴部件134在光轴J方向上的位置及图1中的上下方向(Z方向)的位置。关于位置检测部117及狭缝部件118的结构,以后进行说明。
图2为显示驱动装置101中的一对线性致动器120与轴部件132的位置关系的模式图。在图2中,画括号表示的附图标记X、Y、Z表示视线相对于线性致动器120的方向。
此处,作为压电致动器的线性致动器120分别具有振动体122、电极124、接触部126和施压部128。振动体122由PZT(锆钛酸铅)等压电材料制成。
在振动体122的表面设置有多个电极124。电极124也设置于振动体122的背面。电极124由在振动体122的表面印刷的金属层形成,从外部施加驱动电压,产生作用于使振动体122的电场。
接触部126设置于振动体122端面的一部分上,与轴部件132相接触。接触部126被设置成一对。当振动体122振动时,接触部126也一同振动,并将接触部126的移位作为驱动力传递给轴部件132。接触部126由耐磨损性强的含有钛酸钾的树脂材料等(例如,“ポチコン”(注册商标))制成。
轴部件132的基材硬度优选为接触部126的硬度以上。以便有效防止由驱动时的振动引起的破坏。另外,通过将接触部126的硬度设定为轴部件132的基材硬度以下,能够提高对由外部干扰引起的冲击的吸收能力,从而提高保持轴部件132的状态下的耐冲击性。
轴部件132的表面的硬度最好高于轴部件132的基材。从而能够提高相对于接触部126滑动时的耐磨损性。由此,例如可以考虑采用不锈钢SUS304作为轴部件132的基材,并对其表面进行氮化处理以在表面形成硬膜。
施压部128具有弹性,以被压缩状态夹设于图1中所示的线性致动器支撑部116与振动体122之间。从而对振动体122施力,以使接触部126被轴部件132推压。另外,施压部128在振动体122的长度方向中央附近与振动体122相抵接。
另外,线性致动器120也可以通过层叠分别具有电极124的薄板状的振动体122来形成。从而能够以较低的电压高效率地使振动体122振动。
上述那样的一对线性致动器120夹持着轴部件132互相平行设置。另外,一对线性致动器120在图1所示的Y-Z平面中相对于Y轴倾斜。因此,一对线性致动器120中的每一个所发生的驱动力均包含:在轴部件132的轴向上的成分(分力)、以及在轴部件132的圆周方向上的成分。
换言之,对一对线性致动器120进行配置,使得一对线性致动器120的驱动力的产生方向相对于图1的Y轴(轴部件132的轴向)倾斜。该倾斜角度优选为5°~10°。而且,对一对线性致动器120进行配置,使得一对线性致动器120各自的驱动力的产生方向互相平行。
图3为单独地显示单个线性致动器120的模式图。此处,线性致动器120相对于轴部件132平行设置。
如图所示,电极124将振动体122的表面在轴部件132的轴向及与轴向垂直的方向上分别进行两段分割。从而在振动体122的表面上形成两对电极124。
针对于电极124,对在振动体122的对角线方向上设置的一对电极124施加共用的驱动电压。据此,A相及B相的双相驱动电压被施加于具有四个电极124的线性致动器120上。
图4为显示线性致动器120的驱动信号的一例的曲线图。如图所示,施加于驱动电极124的A相及B相的驱动电压具有相位相差90°的正弦波信号波形。
据此,施加有A相驱动电压的电极124所在区域以及施加有B相驱动电压的区域中,由压电材料形成的振动体122在互不相同的定时进行伸缩。在此后的说明中,分别将在振动体122中施加有A相信号的区域记为A相区域,将在振动体122中施加有B相信号的区域记为B相区域。
图5为显示施加有图4所示驱动电压的线性致动器120的单个动作的模式图。图中的画圈数字与图4所示画圈数字相对应。在图中还显示了接触部126与轴部件132相接触的接触点C。
在定时1(由画圈数字1表示),A相信号的电压为零,B相信号的电压为负电压。据此,在振动体122中,A相区域不伸缩,而B相区域收缩。因此,振动体122分别以B相区域为内侧进行弯曲。当振动体122发生上述变形时,接触部126处的接触点C也发生移位。
然后,在定时2(由画圈数字2表示),A相信号具有正电压,B相信号的电压变为零。据此,在振动体122中,A相区域伸长而B相区域不伸缩。因此,振动体122中虽然以B相区域为内侧进行弯曲,但振动体122的整体也比定时1的状态有所伸长。接触部126处的接触点C也伴随着振动体122的变形而发生了移位。
接下来,A相信号及B相信号均具有正电压,振动体122的整体在经过了不弯曲地伸长期间L后到达定时3(由画圈数字3表示)。在该期间L内,接触点C伴随着振动体122的伸长也发生了移位。
然后,在定时3,A相信号的电压变为零,B相信号具有正电压。由此,在振动体122中,A相区域不伸缩而B相区域伸长。因此,振动体122虽然以A相区域为内侧进行弯曲,但振动体122在整体上与定时1时的状态相比伸长了。只是比期间L时的振动体122有所收缩。接触点C伴随着振动体122的变形发生了移位。
在接下来的定时4(由画圈数字4表示),A相信号具有负电压而B相信号的电压变为零。由此,在振动体122中,A相区域收缩而B相区域不伸缩。因此,振动体122以A相区域为内侧进行弯曲。另外,振动体122的整体长度变得比定时3时的振动体122短。接触点C随着振动体122的变形而发生移位。
接下为,A相信号及B相信号均具有负电压,振动体122经过了整体不弯曲地进行收缩的期间S,A相信号及B相信号再次回到与定时1相同的状态。通过向振动体122供应A相及B相的周期性驱动信号,从而重复定时1~4的状态。
图6为显示线性致动器120的动作的模式图。图中的画圈数字与图4和图5所示的画圈数字相对应。
如图所示,通过从定时1到定时4的一连串动作,接触点C产生了描绘出椭圆状轨迹的运动。由此,在接触点C处与接触部126相接触的轴部件132上,在从定时3至定时4的期间内作用有来自于接触部126的驱动力。
不过,如参照图1和图2已经说明的那样,在驱动装置101中,线性致动器120具有相对于轴部件132的轴向的倾斜度。因此,一对线性致动器120的每一个均同时产生使轴部件132沿长度方向行进的如下述式1所示的轴向推力Fg(N)以及使轴部件132围绕长度方向的旋转轴旋转的转轴转矩Tg(Nm)。
【式1】
F g = ± μ g · F c · cos ψ T g = ± d 2 · μ g · F c · sin ψ …(式1)
其中,在上述式1中,“ψ”表示线性致动器120的驱动力与轴部件132的倾斜度(单位为rad),“μg”表示接触部126与轴部件132表面之间的动摩擦系数(无单位)、“FC”表示由施压部128带来的施压力(单位为N),“d”表示轴部件132的直径(单位为mm)。
在上述式1中,各式右边的符号当施加于线性致动器120的A相及B相的驱动信号的相位相差180°时,即当驱动信号的正负发生反转时也发生反转。由此,能够分别使由一对线性致动器120产生的轴向推力Fg及转轴转矩Tg个别地进行反转。
图7为举例显示线性致动器120的驱动方法的一部分的图,如上所述,显示了当使驱动信号的符号变化时而发生变化的轴部件132的运动。关于一对线性致动器12,当区别表示各自的轴向推力Fg1、Fg2和转轴转矩Tg1、Tg1时,如图所示,对一对线性致动器120个别地供应驱动信号,通过改变驱动方向能够使轴部件132在任一方向上行进或旋转。
也就是说,当一对线性致动器120产生彼此相同方向的轴向推力Fg1、Fg2时,轴部件132被一对线性致动器120的轴向推力Fg1、Fg2的合力所驱动行进。另外,当一对线性致动器120产生彼此相反方向的轴向推力Fg1、Fg2时,由于作用于轴部件132上的轴向推力Fg1、Fg2互相抵消,因此轴部件132不会行进。
同样地,当一对线性致动器120产生彼此相同方向的转轴转矩Tg1、Tg2时,轴部件132被一对线性致动器120的轴向转矩Tg1、Tg2的总转矩所驱动旋转。另外,当一对线性致动器120产生彼此相反方向的转轴转矩Tg1、Tg2时,由于作用于轴部件132的转轴转矩Tg1、Tg2相互抵消,因此轴部件132不会旋转。
如此,驱动装置101通过具备一对线性致动器120,既能够使轴部件132沿轴向行进,也能够使轴部件132旋转。由此,在图1所示的驱动装置101中,通过驱动轴部件132沿轴向行进,从而能够使移动透镜152沿光轴J方向行进。另外,通过驱动轴部件132旋转,从而能够将另一方的轴部件134推压于接合面115或115b上,以实现无缝紧贴。
此时,在轴部件134与接合支撑部114之间存在间隙。例如,当轴部件134与接合面115相接触时,处于不与接合面119相接触的状态。也就是说,通过具有间隙,使轴部件134能够在接合面115与接合面119之间的空间中改变位置。
当移动透镜152停止时,根据轴部件134在间隙范围内处于哪个位置,来改变移动透镜152在与光轴J相垂直的面内的位置。因此,间隙会对光学性能带来影响。
另外,作为轴部件134与接合支撑部114之间的间隙,也可存在图1中的X方向上的间隙(与上述间隙相交的方向上的间隙)。然而,由于通过一对线性致动器120在X方向上夹住轴部件132,因此消除了X方向上的间隙。另外,借助于相对轴部件132倾斜并抵接的单个线性致动器120,也能够形成使轴部件132同时产生旋转运动和行进运动的无缝紧贴结构。
图7所示控制方法的前提是,在对一对线性致动器120施加的驱动信号中,A相信号及B相信号的相位差彼此相等,由一对线性致动器120产生的轴向推力Fg1、Fg2及转轴转矩Tg1、Tg1也彼此相等。然而,在各个线性致动器120中,当改变A相信号及B相信号的相位差时,由线性致动器120产生的轴向推力Fg1、Fg2及转轴转矩Tg1、Tg1也会发生变化。
此处,将一对线性致动器120的接触部126与轴部件132相接触期间的速度分别设为ν1、ν2。由于线性致动器120相对于轴部件132以角度ψ(rad)倾斜,因此由线性致动器120为轴部件132带来的轴向的速度νg1、νg2以及圆周方向的角速度ωg1、ωg2能够以下述式2进行表示。
【式2】
v g 1 = v 1 · cos ψ 1 , ω g 1 = 2 v 1 d · sin ψ 1 v g 2 = v 2 · cos ψ 2 , ω g 2 = - 2 v 2 d · sin ψ 2 …(式2)
如果认为除一对线性致动器120以外没有作用于轴部件132的力,则必须保持由线性致动器120各自的做功量彼此相互匹配。由此可以从上述式2导出下述式3。
【式3】
μ g 1 · F c 1 cos ψ 1 · ( V g - v g 1 ) + μ g 2 · F c 2 cos ψ 2 · ( V g - v g 2 ) = 0 d 2 · μ g 1 · F c 1 · sin ψ 1 · ( ω g - ω g 1 ) - d 2 · μ g 2 · F c 2 · sin ψ 2 · ( ω g - ω g 2 ) = 0 …(式3)
其中,在上述式3中,分别地,“Vg”表示由一对线性致动器120驱动的轴部件132的轴向速度,“ωg”表示由一对线性致动器120驱动的轴部件132的圆周方向角速度。
此处假设动摩擦系数μg1、μg2、施压力FC1、FC2及倾角ψ1、ψ2如下述式4所示分别相等。
【数4】
μ g 1 = μ g 2 F c 1 = F c 2 ψ 1 = ψ 2 …(式4)
据此,从上述式3可以导出下述式5。
【式5】
V g = ( v g 1 + v g 2 ) / 2 ω g = ( ω g 1 + ω g 2 ) / 2 …(式5)
从上述式5可以看到,通过控制速度ν1、ν2,便能够控制由一对线性致动器120驱动的轴部件132的轴向速度Vg及角速度ωg。接触部126在线性致动器120中的速度νg与图6所示接触点C的椭圆运动的X方向振幅AX及驱动频率f成比例。即,当驱动频率一定时,通过改变振幅AX便能够改变接触部的速度νg
为此,再次参照图4及图5,当B相信号相对于A相信号的相位差从图示的90°增加时,接触点C的椭圆运动中的图中纵向振幅AY增大,图中水平方向振幅AX减小。另外,当B相信号相对于A相信号的相位差从图示的90°减小时,接触点C的椭圆运动中的图中纵向振幅AY减小,图中水平方向振幅AX增大。
从图8到图12是显示图1所示位置检测部117的结构及功能的图。图8是从轴部件的轴向观看位置检测部117的图,在位置检测部117上设置有受光传感器221、222、223、224、以及发光部225。
并且,在轴部件134上设置有狭缝部件118。发光部225相对于狭缝部件118设置于与受光传感器221、222、223、224相反侧。
图9为从图8的X方向观看狭缝部件118的图,在平板状的狭缝部件118上形成有:沿轴部件134的轴向(Y方向)彼此等间隔平行形成的多个缝隙232;以及沿与轴部件134的轴向相交的方向(Z方向,与缝隙232相交的方向)彼此等间隔平行形成的多个缝隙234。
通过以上的结构,在从发光部225射出的光中,穿过了狭缝部件的缝隙232的光被一对受光传感器221、222接收。另外,在从发光部225射出的光中,穿过了缝隙234的光被一对受光传感器223、224接收。
图10为显示受光传感器221、222相对于缝隙232的配置位置的图。如图10所示,对受光传感器221、222进行配置,使得当一方的受光传感器221位于以整个受光面接收来自于一条缝隙的光的位置时,另一方的受光传感器222位于以部分受光面接收来自于相邻缝隙的光的位置。
同样地,图11为显示受光传感器223、224相对于缝隙234的配置位置的图。如图11所示,对受光传感器223、224进行配置,使得当一方的受光传感器223位于以整个受光面接收来自于一条缝隙的光的位置时,另一方的受光传感器224位于以部分受光面接收穿过了相邻缝隙的光的位置。各个受光传感器221、222、223、224输出与受光面接收到的光量相对应的电信号。
图12为显示来自于各个受光传感器的输出信号随着狭缝部件118的移动而发生变化的图。也就是显示了当狭缝部件118在与轴部件134的轴向相垂直方向(Z方向)上移动时,来自于受光传感器221、222的输出信号的变化、以及当狭缝部件118在轴部件134的轴向(Y方向)上移动时,来自于受光传感器223、224的输出信号的变化的图。
图12所示的一对受光传感器各自的输出信号随着狭缝部件118的移动而呈正弦波状变化,但各个输出信号的相位错开。这是由于一对受光传感器以图10、图11所示的位置关系进行配置而造成的。
通过图12所示的两个信号波形在某个时间点的电平差异能够识别出狭缝部件118(即轴部件134)的位置(轴向及与轴向相垂直的方向)。另外,通过信号波形的电平随时间的变化,能够识别出狭缝部件118(即轴部件134)的移动量(轴向及与轴向相垂直的方向)。
上述位置检测部117与后述的透镜侧控制部250相连接。据此,透镜侧控制部250能够根据来自于受光传感器的信号而识别出轴部件134的位置和移动量。另外,虽然以使用狭缝部件118的方式为例进行了说明,但也可以代替狭缝部件118而使用反射型线性刻度尺等来形成位置检测部117。另外,通过在轴部件132上设置旋转刻度尺,能够检测出轴部件132的旋转位置。进一步地,也可以使用周期性磁化的磁性刻度尺和磁性传感器等除光学传感器以外的传感器来形成位置检测部117。
图13为一边执行如上所述控制一边为线性致动器120供应驱动电压的驱动控制部160的方框图。驱动控制部160包括:驱动信号发生部161、驱动电压发生部162、163、相位差信号控制部164、开关控制部165及开关部166。驱动控制部160设置于图1的驱动装置101的附近。另外,通过透镜侧控制部250来控制驱动控制部160的动作。
当驱动移动透镜152时(对焦时、变倍时等),从透镜侧控制部250向驱动信号发生部161、相位差信号控制部164、开关控制部165发出指令信号。以使驱动控制部160执行如以下动作。
驱动信号发生部161产生振幅一定的正弦波,确定供应给驱动装置101的驱动信号的驱动频率。驱动电压发生部162、163分别产生对应于由驱动信号发生部161供应的驱动信号而变化的驱动电压。
一方的驱动电压发生部162产生与从驱动信号发生部161供应的驱动信号同相位变化的驱动电压。另一方的驱动电压发生部163对应于从相位差信号控制部164供应的相位差信号所表现出的相位差Δθ的大小来产生具有相对于驱动信号变化的相位差Δθ的驱动电压。相位差信号控制部164产生-π/2~π/2之间的相位差信号Δθ。使得由驱动电压发生部162、163输出的驱动电压具有在-π/2~π/2的范围内的相位差。
由驱动电压发生部162、163输出的驱动电压作为A相驱动电压及B相驱动电压施加于线性致动器120上。此处,在一方的线性致动器120的电极M、N上直接施加从一方的驱动电压发生部162输出的驱动电压。在另一方的线性致动器120的电极P、Q上经由开关部166施加驱动电压。
开关部166当从开关控制部165接收到切换信号时,切换是否将A相驱动电压及B相驱动电压施加于另一方的线性致动器120的电极P、Q的某一个上。从而使施加于另一方的线性致动器120上的驱动电压相对于施加到一方的线性致动器120的电极M、N上的驱动电压为同相或反相。
如此,驱动控制部160具有用于产生供一对线性致动器120共用的驱动信号的驱动信号发生部161。由此,即便驱动多个线性致动器120,电路规模也较小,从而有助于实现驱动装置101的小型化。
另外,驱动控制部160能够通过控制驱动信号发生部161来确定驱动频率。进一步地,驱动控制部160能够通过控制相位差信号控制部164来改变A相驱动信号及B相驱动信号的相位差。还有,驱动控制部160还可以通过控制开关控制部165来同相或反相地驱动一对线性致动器120。
图14为举例显示了由驱动控制部160执行线性致动器120的驱动方法的图。如图所示,在驱动控制部160中通过使相位差信号控制部164产生的相位差信号Δ的值为正和为负,从而使轴部件132产生不同的运动。另外,在驱动控制部160中通过使开关部166倒向a侧和倒向b侧,从而使轴部件132产生不同的运动。
由此,通过进行这些组合,能够在驱动装置101中使轴部件132产生双方向的行进运动以及双方向的旋转运动。进一步地,通过使相位差信号在零至π/2或-π/2至零的范围内变化,能够改变轴部件132的运动速度。另外,对应于开关部166的状态,轴部件132会产生如图7所示的运动。
如此,在驱动装置101中,通过改变一对线性致动器120的每一个中的A相信号及B相信号的相位差,能够改变接触部126的振幅AX、AY。进一步地,通过改变接触部126的振幅来改变由线性致动器120所产生的速度νg1、νg2,从而能够改变轴部件132的轴向行进速度νg或旋转角速度ωg
这就意味着对应于一对线性致动器120的做功量的差值来驱动轴部件132。另外,在驱动装置101中,一对线性致动器120彼此平行配置。因此,无论旋转方向如何,都同样会产生驱动力,从而易于控制。只不过,即便当一对线性致动器120相对于轴部件具有彼此不同的倾斜度时,对应于一对线性致动器120的做功量的差值来驱动轴部件132仍然是没有变的。
另外,在上述举例中具有由固定的线性致动器120来驱动轴部件132,使固定的移动透镜保持框150相对于轴部件132移动的结构。然而,使搭载有线性致动器120的移动透镜保持框150相对于固定的轴部件132、134移动的构造也是可行的。
另外,在上述举例中,将压电致动器用作线性致动器120。然而,线性致动器120并不限于压电致动器,使用利用电磁力等其他形式的线性致动器也是可以的。
进一步地,在上述举例中,一对线性致动器120被设置在夹持轴部件132的相对向位置。然而,一对线性致动器120也可以被设置成夹持轴部件132的至少一部分。
以下就由线性致动器120执行的移动透镜152的驱动控制进行说明。针对由线性致动器120执行的驱动控制说明了如下的四种方式。
无论采用哪种驱动控制方式,线性致动器120在未被施加有驱动电压时都不会动作,通过自我位置保持功能而保持在对轴部件132施力的状态。因此,如果没有冲击等外部干扰,轴部件134并不会在轴向上移动,也不会围绕轴向旋转,而是处于固定状态。
然后,当开始驱动移动透镜152时,透镜侧控制部250向驱动信号发生部161、相位差信号控制部164及开关控制部165输出指令信号。
(1)第一驱动控制方式
首先,透镜侧控制部250对沿轴向驱动轴部件132的驱动力进行控制。使驱动信号发生部161产生驱动信号,并使相位差信号控制部164对应于驱动方向产生例如90°(或-90°)的相位差信号。然后,控制开关控制部165使开关部166设在a侧。从而在轴向上驱动轴部件132,以使轴部件134也在轴向上移动。
透镜侧控制部250输入来自于位置检测部117的信号,基于来自于受光传感器223、224的信号,监视轴部件134在轴向上的移动距离。然后,当检测出已经移动到目标位置时,向驱动信号发生部161输出停止产生驱动信号的指令信号。
然后,透镜侧控制部250基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号来检测轴部件134在与轴向相垂直方向(Z方向)上的位置。在透镜侧控制部250中预先保存有轴部件134与接合面115相接触时的位置以及与接合面115b相接触时的位置。
然后,透镜侧控制部250执行用于旋转驱动轴部件132的驱动力的控制。使驱动信号发生部161产生驱动信号,并使相位差信号控制部164对应于驱动方向产生例如90°(或-90°)的相位差信号。然后,使开关控制部165执行将开关部166设为b侧的控制。此处,使轴部件134与接合面115相接触,以实现无缝紧贴。
通过进行上述控制,使轴部件132绕轴旋转。从而使轴部件134在与轴向相交的方向上、例如在垂直方向上移动。透镜侧控制部250基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号监视轴部件134在与轴向相垂直方向上的位置。然后,当检测出已经移动到预先保存的轴部件134与接合面115相接触的位置时,向驱动信号发生部161输出停止产生驱动信号的指令信号。
如上所述,通过对轴部件132进行轴向驱动和旋转驱动,使移动透镜152移动到预定的光轴方向位置,从而能够实现轴部件134的无缝紧贴。如此,透镜侧控制部250可以择一地产生进行轴向驱动的驱动力和进行旋转驱动的驱动力。
另外,在上述驱动控制中,执行了使轴部件134与接合面115相接触的控制。其理由是因为,当被调整成使轴部件134与接合面115相接触来执行无缝紧贴时,与不执行无缝紧贴时相比,优化了光学系统的性能。
如果与接合面119相接触会使光学系统的性能得到优化,则可以执行与接合面119相接触的控制。此处的光学系统性能是指由透镜单元或透镜镜筒的全部或一部分构成的光学系统的光学性能。
另外,在上述驱动控制中并未考虑当开始轴部件132的轴向驱动时轴部件134在与轴向相垂直方向上的位置。轴部件134在与接合面115(或119)相接触的状态下移动有可能会引起磨损等问题,在该情况下,可以在轴向驱动前执行旋转驱动,基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号,使轴部件134移动到不与接合面115、119相接触的位置之后,再开始轴向移动。
(2)第二驱动控制方式
在前述第一驱动控制方式中,在使轴部件132沿轴向移动到轴向的目标位置时停止移动后,旋转驱动轴部件132,使轴部件134与接合面115相接触,从而实现轴部件134的无缝紧贴。
在第二驱动控制方式中,在使轴部件132移动到轴向的目标位置期间,反复执行朝轴向的驱动和朝旋转方向的驱动。也就是说,在移动途中执行无缝紧贴的同时,使轴部件132移动到轴向的目标位置。为此,透镜侧控制部250也可以同时产生进行轴向驱动的驱动力和进行旋转驱动的驱动力。
首先,与第一驱动控制方式的情形相同,透镜侧控制部250开始在轴向驱动控制轴部件132。即,使驱动信号发生部161产生驱动信号,使相位差信号控制部164产生相位差信号,并控制开关控制部165将开关部166设为a侧。
然后,根据来自于位置检测部117的受光传感器223、224的信号,当检测出轴部件132沿轴向移动了预先确定的设定距离时,透镜侧控制部250便停止轴部件132的轴向驱动。即,向驱动信号发生部161输出停止产生驱动信号的指令信号。
然后,与第一驱动控制方式的情形相同,透镜侧控制部250旋转驱动轴部件132,使轴部件134接触接合面115,以实现无缝紧贴。即,使驱动信号发生部161产生驱动信号,控制开关控制部165将开关部166设为b侧。基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号,当将轴部件132旋转驱动到轴部件134与接合面115相接触的位置时,停止从驱动信号发生部161产生驱动信号,从而停止旋转驱动。
反复进行以上这种轴向驱动、旋转驱动,当轴向的移动距离达到目标位置的距离时,停止轴向驱动,最后再进行一次旋转驱动,以实现无缝紧贴。
(3)第三驱动控制方式
如前所述,第一驱动控制方式、第二驱动控制方式为对轴部件132实施轴向驱动后使其驱动停止,然后通过对轴部件132实施旋转驱动来实现轴部件134与接合支撑部114的无缝紧贴的方式。
与此相对,第三驱动控制方式是在实施轴向驱动的同时实现无缝紧贴的方式。如图7所说明的那样,在图7(上述第一驱动控制方式、第二驱动控制方式也一样)中,以向一对线性致动器120施加的驱动信号的A相信号、B相信号的相位差彼此相等为前提。
此时,一对线性致动器120产生的轴向推力彼此相等,转轴转矩也彼此相等。因此,在图13中,当将开关部166设为a侧时,一对线性致动器120产生同向且相等的轴向推力以及反向且相等的转轴转矩。因此,轴向转矩互相抵消,轴部件132在旋转方向上不被驱动,而仅在轴向上被驱动。
然而,通过使对于一对线性致动器120的驱动信号的A相信号、B相信号的相位差互不相同(例为60°和120°等),从而能够使转轴转矩互不相同。据此,在反向上产生的轴向转矩不会互相抵消,从而使轴部件132在旋转方向上被驱动。此时,一对线性致动器120在轴向上的推力虽然互不相同,但却是在相同方向上产生的,因此,轴部件132在轴向上被驱动。从而在使轴部件132在旋转的同时,还能够在轴向上被驱动。
在第三驱动控制方式中,通过进行上述控制,在使轴部件132旋转的同时,还在轴向上进行驱动。而且,在使轴部件132在轴向上移动期间,通过同时产生的旋转驱动,能够使轴部件134对接合面115持续施力。即,在轴向上驱动轴部件132的同时,还能够实现轴部件134的无缝紧贴。
在第三驱动控制方式中,图13的驱动电压发生部163是使输出给各个线性致动器的驱动电压的相位各异的结构。例如,可以使输出给各个线性致动器的驱动电压成为相位与从驱动电压发生部162输出的驱动电压相比具有60°相位差的驱动电压和具有120°相位差的驱动电压。
透镜侧控制部250开始在轴向上驱动轴部件132的控制。即,使驱动信号发生部161产生驱动信号,使相位差信号控制部164产生相位差信号,并控制驱动电压发生部163执行如上所述的动作。进一步地,控制开关控制部165将开关部166设在a侧。
轴部件132在轴向上被驱动,同时在旋转方向上也被驱动。当在旋转方向被驱动时,轴部件134朝接合面115方向施力。当轴部件134与接合面115相接触时,轴部件132虽然不能进一步旋转,但会持续产生旋转方向的作用力。
然后,当根据来自于位置检测部117的受光传感器223、224的信号来检测出轴部件132沿轴向移动了预先设定的设定距离时,透镜侧控制部250停止驱动轴部件132。即,向驱动信号发生部161输出停止产生驱动信号的指令信号。
然后,虽然轴部件132在轴向上的驱动被停止,但在驱动轴部件132的过程中,轴部件134处于被接合面115施力的状态,因此在停止后,其状态仍然得到维持。因此,当停止时实现了轴部件134的无缝紧贴。
(4)第四驱动控制方式
在以上三种驱动控制方式中进行控制,使得当轴部件132结束轴向移动时,即移动透镜152在光轴方向上的移动结束时,轴部件134位于无缝紧贴状态。这是因为前提是,进行如前所述的调整以便在达到无缝紧贴时优化光学系统性能。
然而,在本实施方式中,通过一边由位置检测部117检测出轴部件134的位置一边驱动一对线性致动器120,从而能够控制轴部件134在与轴向相垂直方向(图1中的Z轴方向)上的位置。即,能够在可动范围内任意地设定移动透镜152在与光轴J相垂直方向(图1中的Z轴方向)上的位置。
在第四驱动控制方式中,当预先调整光学系统时,在移动透镜152的光轴J方向上的各个位置中查找移动透镜152在与光轴J相垂直方向(图1中的Z轴方向)的可动范围内能使光学系统性能最优化的位置,并保存与此相对应的轴部件134的位置。这些位置数据可以由透镜侧控制部250进行保存。
在移动透镜152的可动范围内,在考虑图1所示的移动透镜152及固定透镜142两者时,使光学系统性能最优化的位置通常是指两个透镜的光轴相一致的位置或与其接近的位置。
另外,图1所示包含驱动装置101的透镜单元虽然仅记载了两个透镜,但实际上在将该透镜单元组装到透镜镜筒中时,也可以在透镜镜筒内设置其他透镜。因此,所保存的是使包含这些其他透镜在内容的整个光学系统的性能最优化的位置。
另外,在变倍光学系统的情况下,除移动透镜152以外的透镜的光轴方向位置在变倍时会发生变化。因此也可以保存在变倍时的各个焦点距离中,能使移动透镜152的各个光轴方向位置均最优化的Z方向位置。
第四驱动控制方式中的动作如下所示。在轴向上驱动轴部件132直到停止之前的动作与第一驱动控制方式相同。虽然也以与第二驱动方式、第三驱动控制方式相同,但由于在本方式中不需要进行无缝紧贴,因此还是第一驱动方式的效率更高。
然后,透镜侧控制部250基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号,检测出轴部件134在与轴向相垂直方向上的位置。然后读出预先保存的在当前轴向位置处的轴部件在与轴向相垂直方向上的位置。
然后,透镜侧控制部250进行旋转驱动轴部件132的控制。使驱动信号发生部161产生驱动信号,使相位差信号控制部164对应于驱动方向产生例如90°(或-90°)的相位差信号。然后,控制开关控制部165将开关部166设在b侧。
通过进行上述控制使轴部件132绕轴旋转。从而使轴部件134在与轴向相垂直的方向上移动。透镜侧控制部250基于来自于位置检测部117的受光传感器221、222的信号,监视轴部件134在与轴向相垂直方向上的位置。然后,当检测出移动到了预先保存的位置时,向驱动信号发生部161输出停止产生驱动信号的指令信号。
通过使用以上说明的这四种驱动控制方式中的任一种来对一对线性致动器120进行驱动控制,能够使移动透镜152在光轴J方向上移动并实现轴部件134的无缝紧贴。
图15为显示另一实施方式所述驱动装置102的图。在图15中,对与图1相同的部件标注相同的附图标记。该实施方式的驱动装置102与图1所示实施方式的驱动装置101的区别在于图15所示接合支撑部214单侧开放。因此,通过驱动轴部件132沿图中顺时针方向旋转,能够使移动透镜152以轴部件132为旋转轴避开光轴J,从而改变包含固定透镜142的光学系统的特性。
另外,关于无缝紧贴,与图1所示实施方式所说明的相同,通过第一至第三驱动控制方式,能够使轴部件134与接合面115相接触,因此能够使轴部件134进行无缝紧贴。
图16为驱动装置103的示意性剖视图。对与驱动装置101共用的要件标注相同的参照附图标记并省略重复说明。
驱动装置103包括:轴部件132;和相对于轴部件132移动的移动件。移动件除了一对线性致动器120之外还具有滑动部件170、施力部件180和柔性基板190。
一对线性致动器120的单个结构等同于驱动装置101。即线性致动器120的每一个分别具有振动体122、电极124、接触部126及施压部128。在各个线性致动器120中,接触部126与轴部件132相抵接。
此处,各个线性致动器120相对于轴部件132的轴向倾斜,并且线性致动器120彼此之间也具有倾斜度。因此,一对线性致动器120的接触部126虽然彼此相对,但不夹持轴部件132。
在剖面中,在轴部件132的从线性致动器120开放的下表面上抵接有滑动部件170。滑动部件170由相对于轴部件132的滑动阻力较小的材料,例如,聚醛树脂、氟树脂等制成。由此,即便当轴部件132相对于滑动部件170滑动时,也不会产生较大的滑动阻力。
施力部件180由弹性材料构成,从外侧包围一对线性致动器120及滑动部件170,并将这些部件朝轴部件132推压。使得轴部件132不会从一对线性致动器120之间脱出。
进一步地,柔性基板190在施压部128的周围与线性致动器120的电极124相结合。由此,能够经由柔性基板190对电极124施加驱动电压。具有这种结构的驱动装置103结构简单,并且与驱动装置101相同,也能够使轴部件132产生轴向的行进运动,并能够产生以轴部件132为旋转轴的旋转运动。
另外,在上述举例中,针对线性致动器120在轴部件132的轴向上倾斜且线性致动器120彼此也相互倾斜的方式进行了举例说明。然而,如图1及图2所示,在一对线性致动器120相互平行相对的情形中,可以省略滑动部件170,而形成由施力部件180将线性致动器120朝轴部件132推压的结构。
图17为单反相机100的示意性剖视图。单反相机100包括作为透镜单元的替换镜头200及相机本体300。
替换镜头200具有固定透镜142、移动透镜152、固定筒210、透镜侧控制部250及透镜侧安装部260。在固定筒210的一端上设置有透镜侧安装部260。透镜侧安装部260与相机本体300的本体侧安装部360相嵌合,从而将替换镜头200结合于相机本体300上。
透镜侧安装部260及本体侧安装部360的结合可以通过特定操作来解除。从而能够将具有相同规格的透镜侧安装部260的另一替换镜头200装设于相机本体300上。
固定透镜142及移动透镜152与其他光学部件共同在固定筒210的内侧沿着光轴J排列从而形成光学系统。固定透镜142相对于固定筒210固定。移动透镜152沿光轴J移动。据此改变光学系统的焦点距离或焦点位置。
透镜侧控制部250管理替换镜头200自身的控制,还承担与相机本体300的本体侧控制部322的通信任务。以使装设于相机本体300上的替换镜头200与相机本体300协同动作。
在替换镜头200中,移动透镜152支撑于移动透镜保持框150上。移动透镜保持框150固定于一对轴部件132、134的前端。轴部件132穿插于设置在固定筒210上的一对嵌合支撑部112中,以便能够在与光轴J相平行的方向上可滑动地被支撑。
另外,轴部件132由被设置于一对嵌合支撑部112之间的一对线性致动器120驱动。另一方的轴部件134与固定筒210上形成的接合支撑部114相抵接。从而在替换镜头200上形成驱动装置101。
在上述这种替换镜头200中,通过由驱动装置101驱动轴部件132在与光轴J相平行的方向上行进,从而使光学系统实现对焦或变倍。另外,在替换镜头200中,通过由驱动装置101对轴部件132进行旋转驱动,从而将另一方的轴部件134推压于接合支撑部114的接合面115或115b上。从而在轴部件132、134与固定筒210之间实现无缝紧贴,使移动透镜152在光轴J上得到高精度定位。
在相机本体300中,在替换镜头200的相对侧隔着本体侧安装部360地设置有反射镜单元370。在反射镜单元370的上方水平地设置有对焦屏352。
分别地,在对焦屏352的更上方设置有五棱镜354,并在五棱镜354后方设置有取景器光学系统356。取景器光学系统356的后端从相机本体300的背面露出作为取景器350。
在相机本体300中,在反射镜单元370的后方依次设置有焦平面快门310、光学滤镜332及拍摄元件330。焦平面快门310进行开闭,以便导入或阻断入射到拍摄元件330的被摄体光束。
光学滤镜332设置于拍摄元件330的正前方,用于去除入射到拍摄元件330的被摄体光束中的红外线及紫外线。另外,光学滤镜332用于保护拍摄元件330的表面。
进一步地,光学滤镜332作为低通滤镜用于减小被摄体光束的空间频率。从而抑制当具有超过拍摄元件330的奈奎斯特频率的空间频率的被摄体光束入射到拍摄元件330时产生的莫尔条纹。
设置于光学滤镜332背后的拍摄元件330由CCD传感器、CMOS传感器等光电转换元件形成。进一步地,在拍摄元件330的背后依次设置有主基板320、背面显示部340。在主基板320上装设有本体侧控制部322及图像处理部324等。背面显示部340由液晶显示板等形成,从相机本体300的背面露出。
反射镜单元370具有主镜保持框372及主镜371。主镜保持框372保持主镜371并由主镜转动轴373进行轴支撑。
反射镜单元370还具有副镜保持框375及副镜374。副镜保持框375保持副镜374并由副镜转动轴376从主镜保持框372进行轴支撑。
据此,副镜374能够相对于主镜保持框372转动。当主镜保持框372转动时,副镜374与副镜保持框375与主镜保持框372共同移动,并相对于主镜保持框372转动。
在图示的反射镜单元370中,降下的主镜371被定位于斜向横切被摄体光束的光轴J的观察位置。入射到处于观察位置处的主镜371的部分被摄体光透过在主镜371的一部分上形成的半反射镜区域入射到副镜374。入射到副镜374的部分被摄体光被反射到调焦光学系统380,并随即入射到调焦位置传感器382。
调焦位置传感器382检测出替换镜头200的光学系统中的散焦量并通知给本体侧控制部322。本体侧控制部322与透镜侧控制部250进行通信,使移动透镜152等进行移动以抵消检测到的散焦量。这样一来,替换镜头200为了将被摄体像呈现在拍摄元件330的元件排列面上而进行调焦。
位于观察位置的主镜371将被摄体光束的大部分向对焦屏352反射。对焦屏352设置于与拍摄元件330的元件排列面光学共轭的位置,使得由替换镜头200的光学系统形成的被摄体像实现可视化。
从取景器350对经过了五棱镜354及取景器光学系统356后在对焦屏352上呈现的被摄体的像进行观察。经过了五棱镜354的被摄体像从取景器350看来成为了正立正像。
从五棱镜354射出的部分被摄体光束被设置于取景器光学系统356上方的测光传感器390接收。当相机本体300的释放按钮处于半按下状态时,测光传感器390从接收到的部分入射光束检测出被摄体的亮度。
本体侧控制部322对应于所检测出的被摄体的亮度来计算光圈值、快门速度、ISO(国际标准化组织,International Standards Organization)感光度(灵敏度)等拍摄条件。从而使单反相机100处于能够以适当拍摄条件对被摄体进行拍摄的状态。
当在单反相机100中按下释放按钮时,主镜保持框372沿图中顺时针方向与主镜371共同转动,当与退避位置大致水平时停止。从而使主镜371避开经过了替换镜头200的光学系统而入射的被摄体光束的光路。
当主镜371向拍摄位置转动时,副镜保持框375也与主镜保持框372上升,并且围绕副镜转动轴376转动,在拍摄位置处大致水平地停止。从而使副镜374也避开被摄体光束的光路。
当主镜371及副镜374移动到拍摄位置时,接着,在相机本体300中焦平面快门310打开。从而使经过了替换镜头200的光学系统而入射的入射光束经过光学滤镜332而被拍摄元件330接收。当拍摄结束时,焦平面快门310的后膜关闭,主镜371及副镜374再次回到观察位置。这样一来便进行了一圈与拍摄相关的一连串动作。
到此,以单反相机100的替换镜头200为例进行了说明,但在无反相机、袖珍相机、摄像机等各种各样的拍摄装置的透镜单元中,当要使光学部件移动时,也可以使用驱动装置101。进一步地,并不限于拍摄装置,也可以广泛地应用于使以具有光学部件的显微镜等光学设备为代表的要求以高定位精度进行定位的部件实现行进的情形中。
以上,使用本发明的实施方式进行了说明,但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外,本领域技术人员应当清楚,在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外,由权利要求的记载可知,这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
附图标记说明:
100单反相机   101、102、103驱动装置   110基台   112嵌合支撑部    113嵌合孔    114、214接合支撑部    115、119接合面116线性致动器支撑部    117位置检测部    118狭缝部件    120线性致动器    122振动体    124电极    126接触部    128施压部132、134轴部件    140固定透镜保持框    142固定透镜    150移动透镜保持框    152移动透镜    160驱动控制部    161驱动信号发生部    162、163驱动电压发生部    164相位差信号控制部    165开关控制部    166开关部    170滑动部件    180施力部件    190柔性基板    200替换镜头    210固定筒    221、222、223、224受光传感器    225发光部    232、234缝隙    250透镜侧控制部    260透镜侧安装部    300相机本体    310焦平面快门    320基板    322本体侧控制部    324图像处理部    330拍摄元件    332光学滤镜340显示部    350取景器    352对焦屏    354五棱镜    356取景器光学系统    360本体侧安装部    370反射镜单元    371主镜372主镜保持框    373主镜转动轴    374副镜    375副镜保持框376副镜转动轴    380调焦光学系统    382调焦位置传感器    390测光传感器

Claims (15)

1.一种驱动装置,其特征在于,包括:
第一轴部件,以预定方向为轴向而延伸设置;以及
驱动构件,能够产生第一驱动力和第二驱动力,该第一驱动力对所述第一轴部件在所述轴向上产生,该第二驱动力对所述第一轴部件在与所述轴向相交的方向上产生。
2.根据权利要求1所述的驱动装置,其中,所述第一驱动力使所述第一轴部件产生沿所述轴向的直进运动,所述第二驱动力使所述第一轴部件产生以所述轴向为中心的旋转运动。
3.根据权利要求1或2所述的驱动装置,其中,所述驱动构件包括:
第一驱动部,对所述第一轴部件产生相对于所述轴向倾斜方向的驱动力;和
第二驱动部,沿所述第一轴部件的圆周方向设置于与所述第一驱动部不同的位置处,对所述第一轴部件产生相对于所述轴向倾斜方向的驱动力。
4.根据权利要求3所述的驱动装置,其中,所述第一驱动部产生的驱动力的方向与所述第二驱动部产生的驱动力的方向互相平行。
5.根据权利要求3或4所述的驱动装置,其中,根据所述第一驱动部的做功量与所述第二驱动部的做功量的差值使所述第一轴部件产生以所述轴向为中心的旋转运动。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的驱动装置,其中,所述驱动构件能够择一地产生所述第一驱动力和所述第二驱动力。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的驱动装置,其中,所述驱动构件能够同时产生所述第一驱动力及所述第二驱动力。
8.一种光学装置,其特征在于,包括:
权利要求1~7中任一项所述的驱动装置;以及
保持部件,其保持透镜,并与所述第一轴部件相结合。
9.根据权利要求8所述的光学装置,其中,包括:
第二轴部件,在与所述第一轴部件不同的位置处与所述保持部件相结合,并沿与所述轴向相平行的方向延伸设置;以及
支撑部件,使所述第二轴部件能够沿所述轴向移动地接合并进行支撑。
10.根据权利要求9所述的光学装置,其中,借助于所述第二驱动力使所述第二轴部件沿与所述轴向相交的方向移动,并在所述第二轴部件与所述支撑部件之间实现无缝紧贴。
11.根据权利要求9或10所述的光学装置,其中,借助于所述第一驱动力使所述第一轴部件沿所述轴向移动,以实现包含所述透镜的光学系统的调焦及变倍中的任一动作。
12.根据权利要求9~11中任一项所述的光学装置,其中,
该光学装置具备检测部,该检测部检测所述第二轴部件在与所述轴向相交方向上的位置,
该光学装置具备控制部,该控制部基于所述检测部所产生的检出结果,来借助于第二驱动力进行使所述第二轴部件移动到在与所述轴向相交方向上的预定位置的控制。
13.根据权利要求12所述的光学装置,其中,所述预定位置根据所述第二轴部件的所述轴向位置来决定。
14.根据权利要求8或9所述的光学装置,其中,
该光学装置包括除所述透镜以外的另一透镜,
借助于所述第二驱动力,来使所述保持部件从所述另一透镜所形成的光路避开。
15.一种拍摄装置,其特征在于,包括:
权利要求8~14中任一项所述的光学装置;以及
拍摄部,其对经过所述光学装置而入射的像光进行拍摄。
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