CN103676072B

CN103676072B - 控制装置、致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台

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Publication number: CN103676072B
Application number: CN201310404731.8A
Authority: CN
Inventors: 住冈润
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: US20140074297A1; EP2706390A3; JP2014068523A; EP2706390A2; US9823630B2; JP6253312B2; EP2706390B1; CN103676072A

Abstract

本发明涉及控制装置、致动器、校正装置、透镜、成像装置和自动台。提供一种在考虑多个马达的合成驱动力在至少两个相交方向之间的传输特性的差的同时能够实现移动体的多方向驱动的振动型驱动装置。其控制装置包括：偏差计算单元，被配置为基于位置命令和关于移动体的位置数据之间的差来输出分别关于第一方向和与第一方向交叉的第二方向的第一偏差信号和第二偏差信号；补偿单元，其分别基于第一偏差信号和第二偏差信号来输出第一控制信号和第二控制信号；以及控制量计算单元，其基于第一控制信号和第二控制信号来至少输出关于第一马达的驱动参数的第一信号和关于第二马达的驱动参数的第二信号。

Description

控制装置、致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台

技术领域

本发明涉及控制装置、包括控制装置的致动器、图像模糊校正装置、置换透镜（replacementlens）、成像装置和自动台。特别是，本发明涉及能够通过合成多个马达的驱动力来多方向地驱动移动体的控制装置、包括控制装置的致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台。

背景技术

传统上提出的能够实现多方向驱动的致动器（在下文中被称为多自由度驱动装置）包括使用线性致动器来实现XYθ驱动的装置（日本专利申请公开No.2009-225503）。

图10A示出传统的多自由度驱动装置的结构。

基板1是多自由度驱动装置的基体，并且，振动器2、3和4驱动移动体5。位置传感器6检测X方向位置，并且，位置传感器7和8检测Y方向位置。

图10B是该装置的侧视图。

振动器2（未图示）、3和4均包括通过接合等成为一体的具有一个突起的振动构件（振动器3、4的上部）和压电元件（阴影区域），并且经由未图示的附接构件被附接到基板1。

标尺部分6’、7’和8’被设置在位置传感器之上的一面处。例如，随着标尺部分6’在X方向上移动，传感器6输出对应于移动量的位置信号。

传感器7和传感器8分别输出与标尺部分7’和标尺部分8’在Y方向上的移动量相对应的位置信号。

该配置在作为振动器2、3和4的驱动力的矢量合成方向的方向上移动移动体。

日本专利申请公开No.2009-225503提出了图10A和10B中示出的振动型多自由度驱动装置的控制系统，并且提出了一种控制方法来校正各个振动型马达的变化。控制系统包括被配置为针对多个振动型马达独立地执行PID控制的控制器。也就是说，传统控制器将XYθ的位置命令值变换为每一个马达移动量，然后使独立地设置的PID补偿器执行位置控制。

图11示出传统的多自由度驱动装置的控制系统。

下面描述使用图10A和10B中示出的振动型多自由度驱动装置的情况。未图示的控制器给出输入到马达坐标变换单元1101的位置命令X、Y和θ。

马达坐标变换单元1101涉及三个振动型马达（三个振动器）M1、M2和M3，并且包括M1坐标变换单元、M2坐标变换单元和M3坐标变换单元。

该单元将位置命令X、Y和θ变换为这些振动型马达所处的坐标位置上的值，并且，这些值取决于产生马达的驱动力的矢量的角度和位置命令X、Y和θ的方向。

这里，在考虑每一个马达离移动体的中心的相对位置的同时，必须执行θ方向上的变换。

例如，在接收位置命令XYθ时，M1坐标变换单元的X方向指令值是振动型马达M1的坐标上的位置命令值，并且，当θ方向被忽视时，其Y方向分量是零。

类似地，振动型马达M2和M3的X、Y和θ方向上的指令值也取决于角度与驱动矢量的关系来被分配。

同时，由XYθ坐标变换单元308获得的检测位置X、Y和θ被输入到马达坐标变换单元1101并被变换为马达坐标位置上的值。

然后，被变换为三个马达坐标位置的检测位置和位置命令被输入到用于计算差的偏差计算单元1102。这是每一个振动型马达的位置偏差。

接下来，三个振动型马达的位置偏差被输入到PID补偿器1103。PID补偿器1103包括三个PID补偿器，每一个PID补偿器被设置用来控制对应的振动型马达。

这里，当三个振动型马达具有相同的驱动力时，基本上对其设置相同的控制增益。

然后，从PID补偿器1103输出的振动型马达的控制信号包含信息，例如，成为驱动参数的频率、相位差和脉冲宽度，并且，控制信号被输入到脉冲发生器304。

从脉冲发生器304输出的脉冲信号被输入到驱动电路305，从该驱动电路305输出相位相差90o的两个相位的AC电压。

从驱动电路305输出的AC电压被施加到振动型马达2、3和4（在下文中被称为M1、M2和M3）的压电元件，使得移动体5在M1、M2和M3的驱动力的矢量合成方向上操作。

移动体5的操作由位置传感器6、7和8检测，并且，位置检测单元307对作为X1、Y1和Y2的在每一个传感器位置处的位置信息执行算术运算。位置信息X1、Y1和Y2被输入到XYθ坐标变换单元308，并且作为X、Y和θ的位置信息经过坐标变换。

以这样的方式，由PID补偿器对各个马达执行反馈控制，以便接近位置命令X、Y和θ。

发明内容

上述的传统例子具有如下问题。

这种多自由度驱动装置在该装置水平地放置于XY平面上的情况和在该装置垂直地放置的情况之间在X、Y和θ的驱动方向（移动方向）上显示出不同的传输特性。但是，传统例子的控制系统没有考虑传输特性的这种差异，所以不能总是实现令人满意的控制性能。

例如，在Y方向上存在重力的影响。于是，为了用作包括在移动体5的中心处设置的透镜的照相机的振动吸收机构，当在XY方向上驱动透镜时，在Y方向上产生驱动力的振动型马达（振动器）M2和M3将会受与透镜的质量相对应的重力的影响。

与X方向上的传输特性中的增益和相位延迟相比，这样会降低y方向上的传输特性中的增益和相位延迟。

随着振动吸收的频率增加，即，加速度增加，这种趋势变得更加突出。

结果，由于Y方向上的影响所导致的振动型马达（振动器）当中的控制量的不平衡，控制系统变得不稳定，从而使位置偏差和响应度劣化。

本发明的一个方面涉及构成通过对多个马达的驱动力进行矢量合成而使得能够进行多方向驱动的的致动器的马达控制装置。这种装置在考虑合成驱动力在至少两个相交方向之间的传输特性的差异的同时实现协调控制，从而能够提高对位置偏差和响应度的可控性。本发明的另一个方面涉及包括该控制装置的致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台。

本发明的一个方面涉及控制装置，该控制装置包括：偏差计算单元，被配置为基于位置命令和关于移动体的位置数据之间的差来输出分别关于第一方向和与第一方向交叉的第二方向的第一偏差信号和第二偏差信号；补偿单元，其分别基于第一偏差信号和第二偏差信号来输出第一控制信号和第二控制信号；以及控制量计算单元，其基于第一控制信号和第二控制信号至少输出关于第一马达的驱动参数的第一信号和关于第二马达的驱动参数的第二信号。

本发明的另一个方面涉及包括控制装置的致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台。

根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1A描述多自由度驱动装置的示例性结构。

图1B描述多自由度驱动装置的示例性结构。

图2A描述线性振动型驱动装置的驱动原理。

图2B描述线性振动型驱动装置的驱动原理。

图2C描述线性振动型驱动装置的驱动原理。

图2D描述线性振动型驱动装置的驱动原理。

图3描述多自由度驱动装置的控制系统。

图4描述PID补偿器的控制系统。

图5描述在控制量计算单元中包含的多输入多输出矩阵计算单元。

图6A描述多输入多输出矩阵计算单元的矩阵计算表达式。

图6B描述多输入多输出矩阵计算单元的矩阵计算表达式。

图6C描述多输入多输出矩阵计算单元的矩阵计算表达式。

图7A描述在X、Y和θ方向上的多自由度驱动装置的操作。

图7B描述在X、Y和θ方向上的多自由度驱动装置的操作。

图7C描述在X、Y和θ方向上的多自由度驱动装置的操作。

图7D描述在X、Y和θ方向上的多自由度驱动装置的操作。

图7E描述在X、Y和θ方向上的多自由度驱动装置的操作。

图8A描述用于将位置传感器信号的坐标变换为X、Y和θ的表达式。

图8B描述用于将位置传感器信号的坐标变换为X、Y和θ的表达式。

图9描述当在实际装置中使用控制系统时的有益效果。

图10A示出多自由度驱动装置的结构。

图10B示出多自由度驱动装置的结构。

图11示出多自由度驱动装置的控制系统。

图12A描述使用避免机构减少负荷的示例性结构。

图12B描述使用避免机构减少负荷的示例性结构。

图13是描述示例性马达的截面图。

图14A示出多自由度驱动装置的结构。

图14B示出多自由度驱动装置的结构。

图15描述马达控制装置的应用例子。

图16描述马达控制装置的应用例子。

具体实施方式

现在将根据附图详细地描述本发明的优选实施例。

（实施例1）

下面举例说明本发明的一个实施例中的作为能够多方向地驱动移动体的致动器（多自由度驱动装置）的振动型多自由度驱动装置。

下面描述作为本发明的一个实施例的示例性结构，其中，包括本发明的马达控制装置的多自由度驱动装置作为光学装置被应用于用于照相机的振动吸收机构（图像模糊校正装置）。虽然本实施例描述照相机中的安装的示例性结构，但是本发明并不限于此，并且可应用于台架等处的控制装置。

本实施例的振动型多自由度驱动装置包括被配置为使得通过施加AC电压来激励振动的多个振动器。

然后，与多个振动器接触的移动体通过由于摩擦力而导致的驱动力来被驱动，其中，驱动力包括多个振动器的矢量合成驱动力，并且可以多方向地驱动移动体。

具体地，如图1A和1B所示，在XYθ方向（第一方向、第二方向和第三方向）上实现移动体的驱动的线性振动型驱动装置被配置为使用多个线性振动型马达。

用于照相机的振动吸收机构包括两轴陀螺传感器，由此检测在XY坐标上的在XY方向上的振动量并产生位置命令信号XY以校正振动，XY坐标是一个平面上的两个笛卡尔坐标。

也就是说，该机构基于位置命令信号来控制多自由度驱动装置，以为了照相机的振动吸收而移动作为移动体的透镜。

图1A示出本实施例的振动型多自由度驱动装置的结构。

基板101是振动型多自由度驱动装置的基体，并且，振动型马达（振动器）103、104、105和106驱动移动体102。

这里，对于作为用于照相机的振动吸收机构的使用，移动体102对应于透镜部分。

位置传感器107检测X方向位置，并且，位置传感器108和109检测Y方向位置。

图1B是该装置的侧视图。

振动型马达103、104、105和106均包括通过接合等成为一体的具有两个突起的振动构件和压电元件（未图示），并且，经由附接构件被附接到基板101。

标尺部分107’、108’和109’被设置在位置传感器107、108和109之上的一面处。

例如，随着标尺部分107’在X方向（第一方向）上移动，传感器107输出对应于移动量的位置信号。随着标尺部分108’和标尺部分109’在Y方向（第二方向）上移动，传感器108和109分别输出对应于移动量的位置信号。

因此，移动体在作为振动型马达103、104、105和106的驱动力的矢量合成方向的方向上移动。

虽然描述了所有振动型马达103、104、105和106的驱动力生成轴与X方向（第一方向）和Y方向（第二方向）交叉的情况，但是本发明不限于此。振动型马达103、104、105和106的驱动力生成轴中的至少一个可平行于X方向和Y方向的至少之一。注意，在振动型马达103、104、105和106中的至少一个的驱动力生成轴与X方向和Y方向交叉的情况下，本发明的控制装置实现振动型马达103、104、105和106的合成驱动力的传输特性的更精确的坐标控制，由此能够进一步改善位置偏差和响应度的可控性。

图2A至2D描述本实施例的线性振动型马达的驱动原理。被施加到图2A中的与弹性体203接合的压电元件204的AC电压产生如图2C和2D所示的两种振动模式，由此在箭头的方向上移动与突起202加压接触的移动体201。

图2B示出压电元件204的电极的模式。例如，振动型马达103的压电元件204被形成有沿纵向方向分离成各半的电极区域。

这些电极区域具有相同的极化方向（+）。

AC电压（V1）被施加到压电元件204的两个电极区域的图2B的右边的电极区域，AC电压（V2）被施加到左边的电极区域。

当V1和V2是相同相位的在A模式的共振频率附近的频率处的AC电压时，压电元件204（两个电极区域）整体上在某一时刻膨胀并且在另一时刻收缩。

结果，振动型马达103产生图2C所示的A模式振动。

当V1和V2是相位偏移180o的在B模式的共振频率附近的频率处的AC电压时，那么，在某一时刻，在压电元件204的右边的电极区域收缩，并且，在左边的电极区域膨胀。

在另一时刻，该关系变成反向的。结果，振动型马达103产生图2D所示的B模式振动。

这样，两种振动模式被合成，由此在图2A的箭头的方向上驱动移动体201。

通过改变输入到分成各半的电极的AC电压的相位差，可以改变A模式和B模式的发生比。

该振动型马达可以通过改变所述发生比来改变移动体的速度。

图3描述本发明的一个实施例中的多自由度驱动装置的控制系统。

控制系统至少包括振动型马达、移动体、位置传感器和控制装置。本例子中的控制系统包括，例如，振动型马达103至106、移动体102、位置传感器107至109、以及控制装置。控制装置包括控制器、脉冲发生器、驱动电路、位置检测单元和坐标变换单元。本例子中的控制装置包括，例如，控制器、脉冲发生器304、驱动电路305、位置检测单元307和XYθ坐标变换单元308。控制器还包括偏差计算单元、补偿器（补偿单元）和控制量计算单元。本例子中的控制装置包括，例如，XYθ偏差计算单元301、PID补偿器302和控制量计算单元303。

在多自由度驱动装置的控制系统中，未图示的控制器给出输入到XYθ偏差计算单元301的位置命令X、Y和θ。

计算该位置命令与在XYθ坐标变换单元308处获得的检测位置X、Y和θ之间的差，由此输出X、Y和θ的偏差信号。

偏差信号被输入到构成控制装置的PID补偿器302，X、Y和θ的控制信号从该控制装置输出。

这里，PID补偿器302是指对来自具有比例（P）、积分（I）和微分（D）的功能的补偿器的输出的相加，并且被用来补偿控制目标的相位延迟和增益并构成稳定的精确的控制系统。PID补偿器具有用于控制器执行反馈控制的固定控制周期，并且，基于该控制周期来执行时间比例计算、时间微分计算和时间积分计算。补偿单元是相对于位置命令补偿移动体的位置数据的相位延迟或增益的计算单元。作为补偿器，例如，可以使用H无限大补偿器、重复补偿器，所有这些补偿器被配置为基于时间概念来组合计算。补偿器可以被视为所谓的滤波器，从该滤波器可以获得基于时间概念的动作，即，根据频率的对输入信号的放大或衰减的动作。本发明的补偿器并不限于这些补偿器，并且，可以使用任何补偿器，只要可以获得上述效果即可。

在本实施例中，如稍后描述的，该PID补偿器302被配置为：能够根据通过合成振动型马达的驱动力而获得的驱动力的传输特性在X、Y和θ方向之间的差异来调整在X、Y和θ方向上的控制增益。然后，经过控制增益的调整的控制信号从PID补偿器302输出，并且被输入到控制量计算单元303。

该控制量计算单元303包括通过矩阵计算来变换X、Y和θ的控制量的下述的多输入多输出矩阵计算单元，并且输出用于四个振动型马达的控制量。

此时，本实施例计算经过控制增益的调整的控制信号和由每一个振动型马达的驱动力产生轴和移动体的驱动方向轴（X、Y和θ方向）之间的相对角确定的系数，并且计算每一个振动型马达的驱动参数。

这样，在对位置命令执行反馈控制的控制系统的路径中设置本实施例中的PID补偿器302和控制量计算单元，所述PID补偿器302输出经过在X、Y和θ方向上的控制增益的调整的控制信号，并且，所述控制量计算单元计算用于每一个振动型马达的驱动参数。

由此，每一个振动型马达的控制参数可以被设置为在考虑X、Y和θ方向之间的传输特性的差异的同时针对增益进行优化，由此，与传统技术相比，可以实现具有大的控制容限的精确的协调的控制。

由此计算得到的振动型马达（振动器）的驱动参数包括关于频率、相位差和脉冲宽度的信息，并且，关于用于振动型马达的这些驱动参数的信号从控制量计算单元303输出并然后被输入到脉冲发生器304。

脉冲发生器304产生其驱动频率随着输入的控制信号而改变的脉冲信号，并且，数字分频电路、VCO（电压控制振荡器）等可以被用于此。

可替换地，可以执行PWM（脉冲宽度调制）控制，以产生其脉冲宽度随着控制信号而改变的脉冲信号。

驱动电路305致使在输入的脉冲信号的定时处对从电源306供应的DC电压进行切换操作，使用变压器来提升到期望的电压的升压器电路或者使用LC共振的升压器电路可以被用于此。

从驱动电路305输出的AC电压被施加到振动型马达103、104、105和106（在下文中被称为M1、M2、M3和M4）的压电元件，使得移动体102在M1、M2、M3和M4的驱动力的矢量合成方向上操作。

移动体102的相对位置由位置传感器107、108和109检测，并且，位置检测单元307在作为X1、Y1和Y2的每一个传感器位置处对位置信息执行算术运算。

位置信息X1、Y1和Y2被输入到XYθ坐标变换单元，并且作为X、Y和θ的位置信息经过坐标变换。这样，本装置执行反馈控制，以便接近位置命令X、Y和θ。

图4描述本实施例中的PID补偿器302的控制系统。X、Y和θ的偏差信号均被设置有增益，其由PID补偿器计算以便输出。

增益X401、增益Y402和增益θ403使得能够调整在这些方向上的控制增益比。

这样使得能够自由地控制用于多个振动器的协调控制的XYθ的每一个控制量，由此提高用于控制的设计自由度。

对于PID补偿器X404、PID补偿器Y405和PID补偿器θ406中的每一个，当在每一个方向上独立地驱动多个振动器时，基于传输特性来设置优化的控制增益，由此能够实现对多个振动器的协调控制。

图5描述在控制量计算单元303中包含的多输入多输出矩阵计算单元501的结构。

X、Y和θ的每一个控制量经过了由多输入多输出矩阵计算单元501根据检测位置X、Y和θ进行的矩阵计算，并且被变换为用于四个振动型马达中的每一个的控制量。

结果，根据控制量来调整作为振动型马达M1、M2、M3和M4的驱动参数的频率、相位差和脉冲宽度。

图6A至6C描述多输入多输出矩阵计算单元501的矩阵计算表达式。

在图6A中描绘振动型马达M1、M2、M3和M4的控制量。

因为每一个振动型马达的驱动轴相对于XY轴以45o的斜率设置，所以设置系数COS（45度）。

第一项是控制量ΔX分量，第二项是控制量ΔY分量，并且，第三项是控制量Δθ分量。控制量ΔX反映在X方向上的传输特性，控制量ΔY反映在Y方向上的传输特性，并且，控制量Δθ反映在θ方向上的传输特性。因此，当垂直地设置该装置时，X和Y方向之间的传输特性的差可以被视为控制量ΔX和ΔY之间的差，由此，可以计算用于每一个振动型马达的控制量。

这里，第一项矢量和第二项矢量在其X和Y分量之间符号不同。这是因为，当施加相同相位的驱动信号时，振动型马达的驱动方向全部被设置在左旋转方向上。

图6B示出计算控制量θ分量的旋转矩阵Rθ。旋转矩阵Rθ使用图6C所示的沿着X坐标轴和Y坐标轴从XY坐标的中心点到每一个振动型马达的距离d3来计算关于中心点(将中心点设置为旋转中心)的控制量Δθ的旋转量。

当移动体在X和Y方向上移动时，对关于振动型马达的相对中心坐标进行移位。然后，检测位置x和y被视为偏移分量。

图7A至7E描述在X、Y和θ方向上的本实施例的多自由度驱动装置的操作。

该装置执行四个振动型马达M1、M2、M3和M4的驱动力的矢量合成，并且在期望的方向上驱动移动体。

下面描述选择的典型操作模式。

图7A描述在对角地向右下的方向上的驱动的情况。在这种情况中，在M1和M3处产生相同方向上的驱动力。

这里，期望M2和M4不产生用于在对角地向右下的方向上的驱动的任何负荷。为此，仅仅在用于在垂直方向上驱动的M2和M4处激励驻波以减少负荷，或者，可以通过避免机构来减少负荷。

图12A和12B示出使用避免机构来减少负荷的示例性结构。

图12A示出使用滑动机构的示例性结构。振动型马达经由被固定到基板的杆120在箭头方向上滑动，由此，可以释放负荷。

图12B示出使用避免机构的示例性结构。被固定到基板的板弹簧121在箭头方向上具有低刚度，所以沿避免方向变形，从而，振动型马达可以释放负荷。

图7B描述在对角地向右上的方向上的驱动的情况。在这种情况中，在M2和M4处产生相同方向上的驱动力。

图7C描述在X方向上的驱动的情况。当M1和M3的合成矢量与M2和M4的合成矢量具有相同的大小时，在如该图中示出的X方向上产生合成矢量。类似地，图7D描述在Y方向上的驱动的情况。

图7E描述在左旋转方向上的驱动的情况。在这种情况中，所有的驱动力都可以在同一方向上产生。

这种操作被应用于用于照相机的振动吸收机构，由此，根据来自未图示的照相机中内置的陀螺传感器的指令信号，能够实现振动吸收操作。

图8A和8B描述用于将位置传感器信号的坐标变换为X、Y和θ的表达式。

如图8B所示，移动体102的位置由三个位置传感器检测。这里，从中心点到位置传感器的距离是d1。

在每一个传感器位置处的位置信息被计算为X1、Y1和Y2。位置信息X1、Y1和Y2作为X、Y和θ的位置信息经过由图8A中示出的表达式进行的坐标变换。坐标变换是基于这样的想法：使用X1和旋转角来计算X方向，使用Y1和Y2的平均值来计算Y方向，并且，使用Y1和Y2之间的差来计算θ方向。

图9描述当在实际装置中使用本实施例的控制系统时的有益效果。

位置命令X和位置命令Y具有相同相位的±1mm冲程（stroke），并且，以1Hz至20Hz的SIN波形执行往返运动。水平轴表示频率，并且，垂直轴表示位置偏差比。

这里，位置偏差比被定义为位置偏差与SIN波形的振幅之比。也就是说，较小的位置偏差比意味着较高的位置追从能力。

该测量结果显示使用同一装置在本发明的控制方法和传统的控制方法之间的比较。该装置被垂直地设置，并且，在下述条件下执行测量：在Y方向上施加对应于移动体的质量的重力。也就是说，传输特性在X方向和Y方向之间不同，从而实现本发明的有益效果。

根据本发明的一个方面的方法分别在X和Y方向上测量多自由度驱动装置的驱动期间的传输特性，并且，基于在这些方向上的传输特性来优化PID补偿器的控制增益。于是，该方法降低了在θ方向上的控制增益，由此，增加了在XY方向上的控制容限。这样，本发明的方法具有高自由度设计以稳定控制系统的特征。

如图9所示，本发明的方法导致小的位置偏差比。这种效果随着频率而增加。

如上所述，本实施例的配置对多方向指令执行多输入多输出矩阵计算。由此，可以在考虑XYθ方向之间的传输特性的差异的同时优化增益。

这意味着比传统的控制容限大的控制容限，并且能够实现具有更高的增益的控制以及精确的高响应驱动。

更具体地，可以在考虑多个方向之间的传输特性的差异的同时针对每一个方向设置最佳控制增益，由此，可以协调地控制多个振动器，并且可以改善位置偏差和响应度。

本发明并不限于上述实施例中描述的配置，并且可应用于使用至少两个马达的任何多方向驱动。例如，本发明可以广泛地应用于使用多个振动器的任何多方向驱动。

例如，本发明可应用于传统例子中示出的使用三个振动器的XYθ方向驱动的配置和使用两个振动器的XY方向驱动的配置。

本实施例描述考虑X、Y和θ方向之间的传输特性的差异的例子，并且，本发明并不限于此。本发明可应用于仅仅在包括第一方向和第二方向的两个方向上驱动移动体的情况，其中，第一方向和第二方向可以彼此相交，但是可以不直角彼此相交。

本实施例的控制装置在考虑通过合成振动型马达的驱动力而获得的驱动力在X、Y和θ方向之间的传输特性的差异的同时执行协调控制，从而能够提高位置偏差的可控性和响应度并能够多方向地驱动移动体。

（实施例2）

实施例1描述使用振动型马达作为马达的例子，并且，本发明并不限于此，并且可以使用其他类型的马达。

参照图13，本实施例描述仅仅在驱动部件方面不同于实施例1的示例性配置。实施例1描述使用包括作为马达的振动型马达的振动型多自由度驱动装置的情况。这种振动型马达被配置为使得向在振动器中设置的电－机械能量转换元件施加驱动信号激励在该振动器处的椭圆运动，该椭圆运动是由包括第一和第二弯曲模式的两个弯曲模式产生的，这两个弯曲模式的节点线彼此基本上正交地相交，并且，由于振动器与接触部分的摩擦而产生驱动力。

本实施例描述了使用所谓的音圈马达代替这种振动型马达作为驱动部件的例子，其中，音圈马达包括驱动线圈和永久性磁铁，并且使用由该永久性磁铁产生的磁通量来将电能转换为机械能。

图13是音圈马达的截面图。在该图的状态中，在固定部分75处设置的驱动线圈26的中心位于永久性磁铁33的中心线上。永久性磁铁33的磁力产生用图13的箭头指示的磁线。因此，当电流从图中的右边向左边流过驱动线圈26时，产生向下移动可移动部分76的力。当电流在相反的方向上流动时，产生向上移动可移动部分76的力。音圈马达包括后磁轭35和吸入磁轭（suctionyoke）27。后磁轭35和吸入磁轭27被设置为使得其长边和短边相互重叠。

图14A示出包括音圈马达的多自由度驱动装置的结构。

四个音圈马达1601、1602、1603和1604被设置在基板101和移动体102之间。与实施例1中的那些马达类似地设置每一个音圈马达，并且，该装置被配置为在马达的驱动力的矢量合成方向上移动移动体。

图14B是该装置的侧视图。每一个音圈马达的驱动线圈26被附接到基板101，并且，永久性磁铁33被附接到移动体102。移动体102由钢珠1605支撑。在基板101和移动体102之间平滑地滚动的钢珠1605使得移动体102在与光轴正交的平面上执行平移运动和旋转运动。

本实施例的多自由度驱动装置也可以由与实施例1的图3中的控制系统类似的控制系统来驱动。由于本实施例使用音圈马达作为驱动部件，所以从控制量计算单元303输出的驱动参数可以是脉冲宽度。在实施例1中，用于每一个振动型马达的驱动参数包括关于频率、相位差和脉冲宽度的信息。由于本实施例的音圈马达的驱动力由流过驱动线圈的电流控制，所以通过PWM（脉冲宽度调制）控制，根据控制信号来改变脉冲宽度。这样，本发明的控制装置也可应用于包括作为驱动部件的音圈马达的这种多自由度驱动装置。

本发明并不限于上述实施例中描述的配置，并且可以广泛地应用于使用多个音圈马达的任何多方向驱动。

例如，本发明可应用于传统例子中示出的使用三个音圈马达的XYθ方向驱动的配置和使用两个音圈马达的XY方向驱动的配置。

（实施例3）

下面描述本发明的马达控制装置被应用于诸如照相机的成像装置（光学设备）的例子。参照图15，下面描述在成像装置的透镜镜筒中组装驱动用于自动聚焦的透镜的振动型马达的例子。

图15是作为通过校正透镜校正图像模糊的成像装置的照相机的截面图。图15的照相机具有运动图片和静止图片的成像功能。照相机包括透镜镜筒61和照相机体62。照相机还包括在透镜镜筒61中内置的校正光学装置68。本实施例的校正光学装置68包括校正透镜31和保持该校正透镜31的移动板（可移动构件）32，并且，移动板32通过在旋转环65处设置的驱动装置42和滑动板41在与校正光学装置的光轴40正交的平面中执行平移运动。

虽然在图15中没有图示，但是透镜镜筒61包括除了校正透镜31以外的光学系统、检测透镜镜筒61的抖动的加速度传感器和检测移动板32的二维运动的编码器。透镜镜筒61还包括向驱动装置供应电能的电源和通过处理加速度传感器的信号和编码器的信号来操作该电源的控制器。

在照相机体62中包括成像元件67。来自被摄体的光通过包括校正透镜31的透镜镜筒61中的光学系统，并且入射在照相机体62中的成像元件67上。校正光学装置68根据加速度传感器的信号来移动校正透镜31，由此能够实现对图像模糊的校正。

本实施例描述包括通过由振动型马达移动透镜来校正图像模糊的校正光学装置的成像装置的例子，并且，本发明不限于此。例如，本实施例也可应用于包括下述校正光学装置的成像装置，该校正光学装置被配置为通过由诸如振动型马达的马达移动成像元件来校正图像模糊。

图15描述在成像装置中使用本发明的振动型驱动装置的例子。应用例子并不限于此，并且，可以使用本发明的振动型驱动装置来驱动用于显微镜等的各种台架。图16描述驱动显微镜的台架的应用例子。

图16是包括本发明的马达控制装置的显微镜的透视图。图16的显微镜包括成像单元30和自动台31，该成像单元30包括内置在其中的成像元件和光学系统，自动台31被设置在基座上并且包括由振动型驱动装置移动的台架32。观察对象被放置在台架32上，并且，用成像单元30观察其放大图像。当观察范围宽时，振动型驱动装置移动台架32，以在图中的X方向和Y方向上移动观察对象，由此获取大量的图像。未图示的计算机组合这些图像，由此，可以获得具有宽观察范围的一个高清晰图像。

本实施例描述图15和16中的使用振动型马达作为马达的例子，并且，本实施例也可应用于使用诸如音圈马达的其它马达的情况。

根据本发明的一个方面，构造能够通过多个马达的矢量合成驱动力来实现多方向驱动的振动型驱动装置。这种装置在考虑多个马达的合成驱动力在第一方向和与第一方向交叉的第二方向之间的传输特性的差异的同时实现协调控制，由此，可以提高位置偏差的可控性和响应度。本发明还可以实现能够多方向地驱动移动体的致动器、图像模糊校正装置、置换透镜、成像装置和自动台。

虽然参考示例性实施例已经描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应该被赋予最广义的解释，以涵盖所有这样的修改及等同的结构和功能。

Claims

1.一种控制装置，包括：

偏差计算单元，所述偏差计算单元被配置为基于位置命令和关于移动体的位置数据之间的差来输出分别对于第一方向和与第一方向交叉的第二方向的第一偏差信号和第二偏差信号；

补偿单元，所述补偿单元分别基于第一偏差信号和第二偏差信号来输出第一控制信号和第二控制信号；以及

控制量计算单元，所述控制量计算单元基于第一控制信号和第二控制信号来至少输出关于第一马达的驱动参数的第一信号和关于第二马达的驱动参数的第二信号，

其中，移动体由通过合成至少所述第一马达和第二马达的驱动力获得的驱动力驱动，第一马达和第二马达中的每一个具有驱动力产生轴，第一马达的驱动力产生轴所沿着的方向与第二马达的驱动力产生轴所沿着的方向交叉，并且，所述控制量计算单元基于使用第一控制信号和第二控制信号的计算结果来输出第一信号和第二信号。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述控制量计算单元被设置在对位置命令执行反馈控制的控制系统的路径中。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述补偿单元是相对于位置命令补偿移动体的位置数据的相位延迟或增益的计算单元。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述补偿单元被配置为：根据通过合成至少所述第一马达和第二马达的驱动力获得的驱动力的传输特性在第一方向和第二方向之间的差来调整第一偏差信号和第二偏差信号的控制增益，由此输出第一控制信号和第二控制信号。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其中

第一方向和第二方向是作为一个平面中的两个笛卡尔坐标的XY坐标上的X方向和Y方向，并且

移动体被配置为能够在第一方向和第二方向上移动。

6.根据权利要求4所述的控制装置，其中

所述控制量计算单元被配置为：

计算经过了第一方向和第二方向上的控制增益的调整的控制量、根据第一马达的驱动力产生轴相对于移动体的驱动方向轴的相对角确定的系数、以及根据第二马达的驱动力产生轴相对于移动体的驱动方向轴的相对角确定的系数；并且

输出各振动器的驱动参数。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述控制量计算单元基于第一马达相对于移动体的相对位置和第二马达相对于移动体的相对位置来执行计算。

8.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述控制量计算单元使用旋转矩阵来执行计算。

9.根据权利要求1所述的控制装置，其中

所述偏差计算单元被配置为：还基于位置命令和关于移动体的位置数据之间的差来输出对于与第一方向和第二方向交叉的第三方向的第三偏差信号，

所述补偿单元被配置为还基于第三偏差信号来输出第三控制信号，并且

所述控制量计算单元被配置为基于第三控制信号来输出关于用于至少所述第一马达和第二马达中的每一个的驱动参数的信号。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其中

第一方向和第二方向是作为一个平面中的两个笛卡尔坐标的XY坐标上的X方向和Y方向，并且，第三方向是绕XY坐标的中心点旋转的θ方向，并且

移动体被配置为能够在第一方向、第二方向和第三方向上移动。

11.根据权利要求1所述的控制装置，其中，移动体被第一马达和第二马达以及另外的第三马达和第四马达驱动。

12.根据权利要求1所述的控制装置，其中

控制的手段包括能够调整第一方向和第二方向上的控制增益的PID补偿器，并且

所述控制装置还包括驱动电路，所述驱动电路根据从所述控制量计算单元输出的第一信号和第二信号来产生驱动信号。

13.根据权利要求1所述的控制装置，其中

至少所述第一马达和第二马达均是振动器，

在多个振动器中的每一个处通过施加AC电压来激励振动，并且

移动体是由与所述多个振动器的摩擦力导致的驱动力驱动的。

14.根据权利要求1至12中的任何一项所述的控制装置，其中，至少所述第一马达和第二马达均是音圈马达。

15.一种致动器，包括：

根据权利要求1至14中的任何一项所述的控制装置；

多个马达；

移动体；以及

检测移动体的位置的位置传感器。

16.一种图像模糊校正装置，包括透镜和根据权利要求15所述的致动器，其中

所述透镜是通过移动所述致动器的移动体来被移动的。

17.一种置换透镜，包括：

透镜；以及

根据权利要求15所述的致动器，所述致动器通过驱动移动体来驱动保持所述透镜的透镜保持构件。

18.一种成像装置，包括：

成像元件；

透镜；以及

19.一种成像装置，包括：透镜；成像元件；以及根据权利要求15所述的致动器，所述致动器通过驱动移动体来驱动成像元件。

20.一种自动台，包括：

台架；以及

根据权利要求15所述的致动器，所述致动器通过驱动移动体来驱动所述台架。