CN104350673A - 振动型驱动设备、二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜、图像拾取设备和自动化载物台 - Google Patents
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Abstract
一种振动型驱动设备，包括：振动器，所述振动器包括机电能量转换装置；从动体，所述从动体位于振动器和可动体之间并由振动器沿着第一方向驱动；和运动机构，所述运动机构允许可动体相对于从动体沿着第二方向运动，其中，第二方向是在与振动器和从动体相互接触的平面平行的平面中与所述第一方向交叉的方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动型驱动设备以及包括振动型驱动设备的二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜和图像拾取设备以及自动化载物台。
背景技术
已经提出了多种振动型驱动设备，所述振动型驱动设备激发振动器中的振动，以便使得与振动器按压接触的可动体运动。振动型驱动设备尤其在需要精确操作的光学装置中定位为重要功能部件。其示例是二维驱动设备，在所述二维驱动设备中布置有多个直线运动型(能够使得可动体直线运动的类型)振动型驱动设备，并且组合它们的驱动操作，以便允许可动体的二维运动。另一个示例是使用这种二维驱动设备的图像模糊校正设备(见专利文献1)。
然而，组合多个振动型驱动设备的驱动操作的方法面临以下需解决的重要问题。
例如，根据可动体的运动方向，可动体的运动方向和多个振动型驱动设备中的一些的驱动方向有时以直角或者接近直角的角度交叉。在这种情况中，不仅仅其驱动方向与所述运动方向以直角或者接近直角的角度交叉的振动型驱动设备无助于驱动，而且因可动体与所述振动型驱动设备之间的接触而产生的摩擦力也对可动体的运动施加负荷，从而致使能量损耗，这导致输出损失。这在例如用作二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜、图像拾取设备或者自动化载物台时导致特性下降。
为了解决这些问题，专利文献1公开了一种构造，所述构造具有运动机构(偏转机构)，所述运动机构允许振动器沿着与驱动方向交叉的方向(偏转方向)运动。这防止振动器和可动体沿着偏转方向相对于彼此运动。通过由具有极小滑动损失的引导机构或者具有低刚度的弹簧形成偏转机构，能够使得作用在可动体上的负荷极小。这显著降低了输出损失。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利公开No.2012-44832
发明内容
技术问题
然而，上述用于振动型驱动设备、二维驱动设备或者图像模糊校正设备的输出损失降低单元在使得振动器沿着偏转方向运动的操作(交叉操作)方面主要存在以下三个问题。
第一个问题是振动型驱动设备在加速和减速期间因振动器的质量需要额外的加速力和减速力，原因在于除了可动体运动之外振动器也运动。这些力致使作用在可动体上的力减小，从而致使输出到可动体的输出损失。
第二个问题是用于向振动器供应电力的电源构件与振动器一起运动。例如，如果电源构件是挠性印刷电路板，则存在这样的可能性，即，例如，电线因变形而断裂。
第三个问题是必须提供振动器和电源构件能够在其中运动的空间，从而增大了设备的尺寸。
本发明的方面涉及一种振动型驱动设备、二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜、图像拾取设备或者自动化载物台，在上述设备中能够减小输出损失，同时又没有引发上述三个问题。
问题的解决方案
本发明的方面涉及一种振动型驱动设备，其包括：振动器，所述振动器包括机电能量转换装置；从动体，其位于振动器和可动体之间并且由振动器沿着第一方向驱动；和运动机构，所述运动机构允许可动体相对于从动体沿着第二方向运动，其中，第二方向是在平行于振动器和从动体相互接触的平面的平面中与第一方向交叉的方向。
参照附图从示例性实施例的以下描述中，本发明的其它特征将变得显而易见。
本发明的有利效果
根据本发明，能够降低振动型驱动设备、二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜、图像拾取设备或者自动化载物台的输出损失，同时又不会使致动器实施交叉操作。因此，能够解决因振动器的加速和减速导致的输出损失问题、电源构件中的电线断裂的可能性以及因振动器和电源构件能够在其中运动的空间而增大设备尺寸的问题。
附图说明
图1是图像拾取设备的简图；
图2是镜筒的内部的示意性简图；
图3是图像模糊校正设备的透视图；
图4A是振动器的透视图；
图4B是振动器的透视图；
图5A是振动模式的简图；
图5B是振动模式的简图；
图6是振动型驱动设备的透视图；
图7是图像模糊校正设备的前视图；
图8是图像模糊校正设备的前视图，示出了其操作；
图9是图像模糊校正设备的前视图，示出了其操作；
图10是图像模糊校正设备的前视图，示出了其操作；。
图11是作为图像拾取设备的显微镜的透视图；
图12是二维驱动设备的透视图；
图13A是运动机构和从动体的透视图；
图13B是运动机构和从动体的前视图；
图13C是运动机构的局部放大前视图；
图14A是运动机构的另一构造的简图；
图14B是运动机构的又一构造的简图；
图14C是运动机构的还一构造的简图；
图15是运动机构、可动体的一部分、和从动体的透视图；
图16是运动机构、可动体的一部分、和从动体的透视图；
图17A是运动机构、可动体的一部分、和从动体的透视图；
图17B是运动机构、可动体的一部分、和从动体的透视图；
图18是图像模糊校正设备的透视图；
图19A是振动型驱动设备的透视图；
图19B是振动型驱动设备的分解图；
图20是从动体主体的透视图；
图21是图像模糊校正设备的前视图；
图22是图像模糊校正设备的前视图；
图23A是旋转机构的透视图；
图23B是旋转机构的前视图；
图23C是旋转机构的俯视图；
图23D是旋转机构的俯视图；
图24A是另一旋转机构的透视图；
图24B是旋转机构的俯视图；
图25A是另一旋转机构的透视图；
图25B是旋转机构的俯视图；
图26A是另一旋转机构的透视图；
图26B是旋转机构的俯视图；
图27A是另一旋转机构的透视图；
图27B是旋转机构的俯视图。
具体实施方式
将在下文描述本发明的实施例。
在本发明中，“振动器和从动体相互接触的平面”指的是这样的虚平面，所述虚平面包括多个接触点，在所述多个接触点处，振动器和从动体相互接触。“平行于振动器和从动体相互接触的平面的平面”指的是这样的虚平面，所述虚平面基本平行于“振动器和从动体相互接触的虚拟平面”。存在无限个平面。它们是用于限定本发明的运动机构的运动方向的平面，这些平面不仅仅包括精确平行于振动器和从动体相互接触的平面的平面，而且还包括基本平行的平面，并且这些平面被限定用以清楚地确定第一方向和第二方向。在本发明中，第一方向是振动器驱动从动体所沿的方向并且还称作驱动方向。本发明的第二方向是这样的方向，可动体能够借助于本发明的运动机构而相对于从动体沿着该方向运动，并且所述第二方向还称作“偏转方向”。“偏转”指的是当沿着与从动体的驱动方向交叉的方向的力作用在可动体上时，可动体在没有抵抗所述力的情况下运动。本发明的运动机构的特征在于其能够使得可动体沿着由上述构造限定的第二方向相对于从动体运动。
在本发明中，能够通过提供引导构件实现这样的构造，所述构造允许可动体相对于从动体沿着第二方向选择性地运动(在振动器停止时从动体基本上不沿着第一方向运动)，所述引导构件能够仅仅沿着第二方向运动。而且，还能够通过利用弹性构件(通常为弹簧构件)相对于可动体支撑从动体以及使得弹性构件仅仅沿着指定方向容易移位来实现这种构造。
在本发明中，存在“沿着与第一方向交叉的第二方向的力”的状态指的是存在沿着与驱动方向或者第一方向不同的方向的分量力(产生沿着与第一方向不同的方向的运动力)的状态。如上所述，沿着与驱动方向不同的方向的运动力起作用的状态导致输出损失。尽管在第一方向和第二方向交叉的角度典型地为90度时输出损失最高，但是如果仅仅略微交叉也能够产生对应于交叉角的输出损失。
本发明的振动器由振动板(也称作振动体)和机电能量转换装置(典型地，压电元件，诸如压电陶瓷)构成并且通过向机电能量转换装置施加特定电场而激发所需振动。
在本发明中，直线运动型振动型驱动设备指的是能够进行直线驱动的振动型驱动设备并且还被称作直线振动型驱动设备。如果单独使用，直线振动型驱动设备经由从动体使得可动体直线运动；然而，通过组合多个直线运动型振动型驱动设备，可动体能够沿着所需方向多维运动。
尽管参照实施例在下文具体描述了本发明，但是本发明并不局限于这些描述。
第一实施例
图1是根据本发明的第一实施例的作为图像拾取设备的照相机的简图。图1中的照相机具有捕捉运动图像和静止图像的功能。附图标记1指代镜筒，所述镜筒装配有图像模糊校正设备，附图标记2表示照相机主体，所述照相机主体包括图像拾取元件36(光电转换元件等)。
图2是镜筒1和照相机主体2的内部的示意图。附图标记3指代图像模糊校正设备。附图标记4指代光学透镜。附图标记5指代振动型驱动设备；19指代可动体，光学透镜4安装到所述可动体；18指代从动体，由振动器8驱动所述从动体。从动体18具有用于将位移和力传递到可动体19的构造。在这种构造中，振动器8能够使得光学透镜4运动。图2中示出的镜筒1的部分能够作为可互换透镜互换并且适于图像采集目标的可互换透镜能够安装到照相机主体。
而且，除了光学透镜4之外，镜筒1包括光学系统37。尽管在图2中未示出，但是照相机还包括：加速传感器，所述加速传感器检测镜筒1的抖动；和编码器，所述编码器检测可动体19的二维运动。照相机还包括电源38，所述电源向振动型驱动设备5供应电力；和控制单元，所述控制单元包含用于处理从加速传感器输出的信号和从编码器输出的信号以及用于控制电源38的控制方法。
来自拍摄物的光穿透镜筒1中的光学系统37(包括光学透镜4)，进入到照相机主体2中的图像拾取元件36。通过基于来自加速传感器的信号利用图像模糊校正设备3使光学透镜4运动，能够校正因照相机抖动等导致的图像模糊。尽管在此示出了光学透镜4安装到可动体19的示例，但是本发明并不局限于此；本发明包括例如这样的情况，在所述情况中图像拾取元件36安装到可动体19并且通过利用图像模糊校正设备3使图像拾取元件36运动来校正图像模糊。而且，尽管在此示出了图像模糊校正设备3设置在镜筒1中的示例，但是本发明并不局限于此。本发明包括例如这样的情况，镜筒1没有与照相机主体2分离并且透镜和图像模糊校正设备3设置在照相机主体2中。
图3是图像模糊校正设备3的透视图。附图标记9指代例如镜筒1的一部分。镜筒1具有四个振动型驱动设备24(24a、24b、24c、24d)。振动型驱动设备24a至24b共用可动体19。可动体19保持光学透镜4。振动型驱动设备24是能够进行直线驱动的致动器。振动型驱动设备24a和24b的驱动方向是图3中的X方向。另一方面，振动型驱动设备24c和24d的驱动方向是图3中的Y方向。通过组合四个振动型驱动设备24的驱动，提供了能够沿着二维(沿着X方向，沿着Y方向以及围绕Z轴)驱动可动体19的二维驱动设备。除此之外，设置了光学透镜4、加速传感器、编码器和用于校正图像模糊的控制单元，以便构造成图像模糊校正设备。
镜筒9具有四个振动器安装部分10，振动器8安装到所述振动器安装部分10。振动器8各个均与从动体18按压接触。从动体18具有从动体传递部分23。可动体19保持光学透镜4。可动体19连接到八个引导构件20。通过振动器8驱动从动体18并且经由从动体传递部分23和引导构件20将驱动力传递到可动体19，可动体19上的光学透镜4运动。在第一实施例中，从动体传递部分23和引导构件20构成运动机构25。
由振动器8、从动体18、运动机构25和可动体19构成根据本发明的实施例的每个振动型驱动设备24。由从动体传递部分23和引导构件20构成作为本发明的特征的振动型驱动设备24的运动机构25。将在下文对它们进行描述。
在此，将描述振动器8的构造。图4A和图4B是振动器8的透视图。振动器8由压电陶瓷11和金属振动板12以及挠性印刷电路板13构成，所述压电陶瓷11是矩形板状的机电能量转换装置，所述金属振动板12具有磁性，所述挠性印刷电路板13是用于向压电陶瓷11供应电能的导电构件。振动板12具有形成为单个单元的两个突出部分14、两个振动器固定部分15、四个振动器支撑梁16以及振动器基部部分17。振动板12的振动器基部部分17利用粘合剂固定到压电陶瓷11。挠性印刷电路板13利用粘合剂固定到压电陶瓷11。压电陶瓷11包括沿着厚度方向分层堆积的内电极和电连接内电极和挠性印刷电路板13的电线的外电极。挠性印刷电路板13电连接到电源38。
在此，将描述振动器8的操作。
将交变电压施加到压电陶瓷11，以在振动器8中以两种振动模式激发振动。图5A和图5B示出了两种振动模式。图5A中的振动模式也称作A模式。图5B中的振动模式也称作B模式。图5A中示出的振动模式是这样的振动模式(A模式)，在所述模式中，突出部分14的上表面沿着振动器8的纵向方向(也称作输送方向：图5A中的X方向)振动。图5B中示出的振动模式是这样的振动模式(B模式)，在所述模式中，突出部分14的上表面沿着突出部分14与从动体18相接触的方向(也称作上推方向：图5B中的Z方向)振动。交变电压设定成以便在时间相位上以大约90度激发两种振动模式的振动。在此“大约90度”表示在产生所需振动的范围内允许的除精确90度之外的其它角度。同样内容也适用于本发明中的表述“大约”。因此，突出部分14的上表面在与附图中的X-Y平面平行的平面中以椭圆轨道运动。通过将两种振动模式的振动之间的相位差设定为大约－90度能够使得椭圆轨道的前进方向反向。
尽管已经描述了在振动器8中激发两种振动模式的振动以使得突出部分14的上表面以椭圆轨道运动的情况，但是振动器8的振动模式和形式并不局限于此。例如，能够使用包括单个突出部分和具有沿着图中的Z方向的振动模式的振动器。在这种情况中，通过使得突出部分相对于竖直线倾斜成与从动体18接触振动器的接触表面相接触，能够驱动从动体18。
在此，将描述振动型驱动设备24的构造和驱动操作。图6是振动型驱动设备24的透视图。由从动体主体21和耐磨构件22构成从动体18，所述耐磨构件22由高耐磨材料形成。利用螺丝(未示出)固定从动体主体21和耐磨构件22。从动体18和振动器8布置成，使得耐磨构件22与振动器8的突出部分14的上表面相接触。从动体主体21由钕磁体制成，所述钕磁体在钕磁体与具有磁性的振动板12之间产生吸引力。这致使突出部分14和耐磨构件22相互按压接触。如上所述，当在振动器8中激发两种振动模式的振动时，能够在突出部分14的上表面处产生遵循椭圆轨道的运动。这允许沿着图6中的X方向驱动与突出部分14的上表面按压接触的从动体18。在此，尽管示出了这样的示例，在所述示例中，振动板12由具有磁性的材料形成，并且在振动板12和由钕磁体制成的从动体主体21之间产生的吸引力致使突出部分14和耐磨构件22相互按压接触，但是本发明的振动型驱动设备并不局限于此。例如，振动板12和从动体主体21可以由非磁性材料制成。在这种情况中，通过提供压力构件，诸如盘簧，允许突出部分14和耐磨构件22相互按压接触。
在此，将描述作为本发明特征的运动机构25的构造。振动体8驱动从动体18所沿的驱动方向(第一方向)是图6中的X方向(第一方向)。Y方向(第二方向或者偏转方向)与X方向(第一方向)交叉。
从动体18的从动体主体21具有作为从动体传递部分23的圆孔状开口，所述圆孔状开口的轴线沿着Y方向(第二方向)延伸。开口的内圆周表面承受镀硬铬，以便提高耐磨性能。由耐磨材料制成的引导构件20布置成穿过开口(从动体传递部分23)。引导构件20连接到可动体19并且具有圆棒形状，所述圆棒形状的纵向方向(轴向方向)沿着Y方向(第二方向)延伸。从动体传递部分23的圆孔的内圆周表面和圆棒状的引导构件20的外圆周表面是沿着图6中的Y方向(第二方向或者偏转方向)相对于彼此运动的表面。这些表面涂覆有润滑剂，以便在滑动期间减小负荷。作为运动机构25的引导构件20和从动体传递部分23的上述构造允许从动体18和可动体19在小负荷下沿着Y方向(第二方向或者偏转方向)相对于彼此运动。而且，运动机构25能够将沿着驱动方向(第一方向)的位移和力传递到可动体19。
在此，将描述二维驱动设备中的振动型驱动设备24的操作。图7是图像模糊校正设备3的前视图。图7中的坐标系的原点位于镜筒1的外圆周的中心处。振动型驱动设备24a和24b的驱动方向(第一方向)是图7中的X方向，并且借助于运动机构25的偏转方向(第二方向)沿着Y方向。振动型驱动设备24c和24d的驱动方向(第一方向)沿着Y方向，借助于运动机构25的偏转方向(第二方向)沿着X方向。
驱动振动型驱动设备24a和24b允许保持光学透镜4的可动体19沿着正X方向运动，如图8所示。
因为振动型驱动设备24c和24d的驱动方向(第一方向)沿着Y方向，所以振动型驱动设备24c和24d无助于可动体19的运动。此时，可动体19能够通过运动机构25沿着X方向(第二方向)相对于振动型驱动设备24a和24b运动，并且因此不会产生阻碍可动体19沿着X方向运动的负荷。而且，振动器8和从动体18不会运动。
驱动振动型驱动设备24c和24d允许可动体19沿着正Y方向运动，如图9所示。因此，根据以上原理，振动型驱动设备24a和24b不会产生对通过运动机构25使得可动体19沿着Y方向的运动造成阻碍的负荷。此外，振动器8和从动体18也不会运动。
图10是显示所有振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)均操作以便使得可动体19在X方向和Y方向之间运动的状态的简图。在这种情况中，所有振动型驱动设备(24a、24b、24c和24d)的运动机构25均相对于彼此运动，并且振动型驱动设备24不会阻碍可动体19沿着X方向和Y方向运动。
而且，从动体传递部分23具有围绕Z轴旋转的灵活性的构造允许可动体19围绕垂直于X轴和Y轴的Z轴运动。这能够通过例如沿着正X方向驱动振动型驱动设备24a、沿着负X方向驱动振动型驱动设备24b、沿着负Y方向驱动振动型驱动设备24c和沿着正Y方向驱动振动型驱动设备24d来实现。
通过调整振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)的驱动量，能够使得可动体19运动至X-Y平面中的任意位置中。能够将附图平面中的旋转运动添加到可动体。
将通过比较相关技术和本发明来描述本发明的优点。在相关技术中，在可动体沿着与振动器的驱动方向交叉的方向运动时需要振动器运动。因此，振动型驱动设备在加速和减速期间因振动器的质量需要额外的加速力和减速力。而且，因为用于将电力供应到振动器的电源构件与振动器一起运动，所以例如用作电源构件的挠性印刷电路板会显著变形，从而致使电线可能断裂。而且，必须提供振动器和电源构件能够在其中运动的空间，从而设备的尺寸增大。
另一方面，在本发明的实施例中，与相关技术相比，振动器8和从动体18在偏转方向(第二方向)上保持静止。因此，与相关技术相比，本发明具有以下优点。
具体地，能够使得可动体沿着与振动器的驱动方向(第一方向)交叉的方向(第二方向)运动的运动机构设置在从动体和可动体之间。这允许降低振动型驱动设备、二维驱动设备、图像模糊校正设备、可互换透镜、图像拾取设备或者自动化载物台的输出损失，而同时振动器和从动体又没有实施偏转操作。因此这能够降低用于使振动器加速或减速的输出损失，由此防止电源构件的电线断裂或者防止因振动器和电源构件能够在其中运动的空间而增加设备的尺寸。
在此，将使用图6描述限制机构。附图标记26指代限制机构。设置两个限制机构26用于每个振动型驱动设备24。限制机构26各个均由固定到镜筒1的轴28和能够围绕轴28旋转的辊27构成。辊27布置成，使得其外圆周表面沿着Y方向(第二方向)从从动体18的两侧与从动体18的侧面相接触。换言之，两个限制机构26布置成，以便沿着第二方向位于从动体18的侧翼。这限制了振动器8和从动体18沿着Y方向(第二方向)的相对运动量。另一方面，振动器8和从动体18沿着X方向(第一方向)的相对运动不受限制。
在此，将描述限制机构26的优点。当振动器8的驱动方向(第一方向)因安装位置的误差等偏离X方向时，通过驱动振动器8，从动体18还接收沿着Y方向(第二方向)的力。这致使从动体18要沿着Y方向(第二方向)运动，这阻碍了振动器8和从动体18在预定范围内相互接触，从而导致不稳定的接触。太大的偏离将阻碍振动器8和从动体18之间的接触。然而，因为第一实施例设置有上述限制机构26，所以振动器8和从动体18能够在预定范围内恒定地接触。由于外部撞击等能够导致振动器8和从动体18的非沿着驱动方向的偏离而是沿着Y方向(第二方向)的偏离。此外在这种情况中，通过限制机构26，振动器8和从动体18能够保持在预定范围内的接触。
在此，将描述第一实施例的补充。在第一实施例中，尽管四个振动型驱动设备24布置成，使得它们的驱动方向(第一方向)交叉，但是本发明并不局限于此；如果振动型驱动设备24布置成使得其驱动方向交叉，则如在第一实施例中一样，可动体19的二维运动也是可能的。这个情况的运动机构25和限制机构26的优点相同。
此外，尽管这个实施例仅仅使用振动型驱动设备24就实现了可动体19的二维运动，但是其一部分可以由驱动单元，诸如音圈马达替代，所述音圈马达不使用触头。即使例如音圈马达和振动型驱动设备24布置成使得其驱动方向不同，也能实现可动体19的二维运动。
第二实施例
图11是作为根据本发明的第二实施例的图像拾取设备的显微镜的透视图。图11中的显微镜包括：图像拾取部分30，所述图像拾取部分30容纳有图像拾取元件和光学系统；以及自动化载物台31，所述自动化载物台31具有二维驱动设备32。观察目标放置在二维驱动设备32上，并且通过光学拾取部分30获得放大图像。在观察范围较宽的情况中，通过二维驱动设备32使得观察目标沿着图11中的X方向和Y方向运动，以便获得大量图像。计算机(未示出)能够组合所获得的图像，以获得宽观察范围内的高分辨率图像。
在此，将描述二维驱动设备32。图12是二维驱动设备32的透视图。第二实施例的二维驱动设备32和第一实施例的二维驱动设备之间的功能性区别在于安装到可动体19的部件从光学透镜4改变为观察目标安装部分33。观察目标放置在观察目标安装部分33上并且在观察目标沿着两个维度运动的同时获得图像。如在第一实施例中那样，二维驱动设备32能够围绕Z轴旋转。这种操作能够用于调整观察目标的位置。
尽管这个实施例已经被描述为应用于这样的示例，在所述示例中，装配有本发明的振动型驱动设备的二维驱动单元应用于显微镜的自动化载物台，但是本发明并不局限于此；其能够应用于各种设备的载物台。
第三实施例
第三实施例和第一实施例的不同之处在于运动机构25的构造。将对这此进行描述。图13A是运动机构25和从动体18的透视图。图13B是其前视图。图中的X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)。Y方向是偏转方向(第二方向)，可动体19和从动体18能够凭借运动机构25相对于彼此沿着所述偏转方向运动。
引导构件20连接到可动体19并且在X和Y方向上的横截面中具有梯形形状而且各个均具有沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)的槽。从动体18的从动体传递部分23在X和Y方向上的横截面中具有梯形形状并且各个均具有沿着Y方向(偏转方向或第二方向)延伸的槽。具有弯曲表面的陶瓷可滚动球形滚珠34布置在这些槽之间。引导构件20、从动体传递部分23和滚珠34构成运动机构25。运动机构25沿着X方向(驱动方向或者第一方向)布置在从动体18的两个端部处。可动体19和从动体18承受由推压单元(未示出)沿着图中的Z方向施加的预负荷。这致使从动体传递部分23的槽的斜坡和滚珠34相互按压接触。类似地，引导构件20的槽的斜坡和滚珠34相互按压接触。因此，运动机构25能够使得可动体19和从动体18相对于彼此沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)运动。在相对运动期间，滚珠34在引导构件20的表面和从动体传递部分23的表面上滚动。因为滚动阻力极小，所以滑动期间的运动机构25的负荷极小。而且，因为滚珠34恒定地处于按压接触状态，所以运动机构25不存在间隙。另一方面，对于X方向(驱动方向或者第一方向)而言，引导构件20和从动体传递部分23不能相对于彼此运动，而是沿着这个方向的位移和力能够传递到可动体19。运动机构25沿着这个方向也没有间隙。
将描述用于制造从动体18的方法。通过作为冲压加工的锻造在薄板不锈钢材料中形成从动体传递部分23的槽，此后，通过冲压加工使得其沿着X方向的两个端部弯曲。此后，表面承受渗氮处理，以形成耐磨构件。因为冲压加工是低成本制造方法，所以能够以较低的成本制造从动体18。类似地，也能够以低成本制造连接到可动体19的引导构件20，原因在于通过作为一种冲压加工的锻造处理引导构件20。
图13C是这个示例的运动机构25的局部放大前视图，在所述示例中，从动体传递部分23的形状由槽变为平坦表面。如在上述第三实施例中，运动机构25构造成能够使得可动体19和从动体18相对于彼此沿着Y方向(沿着离开纸张表面的方向、偏转方向或者第二方向)运动。在运动时，滚珠34在引导构件20的表面和从动体传递部分23的表面上滚动。因为滚动阻力极小，所以运动机构25在滑动期间的负荷极小。另一方面，对于X方向(驱动方向或者第一方向)而言，引导构件20和从动体传递部分23不能相对于彼此运动，并且沿着这个方向的位移和力能够被传递到可动体19。另外，它们还沿着Z方向相对于彼此运动。此时，滚珠34没有滚动，并且在从动体传递部分23和滚珠34的接触面之间产生滑动摩擦。
在图14A至图14C中示出了运动机构25的另一种构造。图14A和14B示出了作为上述滚珠34的替代方案的滚柱。如图14A所示的圆柱形和如图14B所示的三级圆柱形具有滚动表面35(弯曲形状)，所述滚动表面具有可滚动曲线。图14C示出了作为引导构件20和从动体传递部分23的槽的替代方案的横截面为矩形的槽。图14C中的X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)，Y方向是偏转方向(第二方向)。滚柱设置在从动体传递部分23的槽和引导构件20的槽之间。因为滚柱的滚动表面35在这些槽之间滚动，所以构造成了能够沿着Y方向(偏转方向或第二方向)运动的运动机构。
第四实施例
第四实施例与第一实施例的不同之处在于运动机构25的构造。将对其进行描述。图15是运动机构25、可动体19的一部分以及从动体18的透视图。图15中的X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)。Y方向是偏转方向(第二方向)，运动机构25使得可动体19和从动体18能够沿着所述偏转方向相对于彼此运动。
运动机构25是具有薄矩形板状的不锈钢弹性构件。板厚度方向是Y方向(偏转方向或者第二方向)。通过冲压加工使得一个端部以直角弯曲并且将所述一个端部固定到从动体18。另一个端部固定到可动体19。
因为运动机构25的薄板厚度方向是Y方向(偏转方向或者第二方向)，所以Y方向(偏转方向或者第二方向)上的弯曲刚度较小。当可动体19因另一个振动型驱动设备24沿着Y方向运动时，运动机构25沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)变形。这允许从动体18和可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)相对于彼此运动。因为这个运动机构25是单部件并且能够通过冲压加工形成，所以其具有这样的优点，即，其具有简单的构造并且能够以低成本制造。
而且，运动机构25沿着X方向(驱动方向或者第一方向)的尺寸大于沿着板厚度方向(Y方向、偏转方向或者第二方向)的尺寸。因此，X方向(驱动方向或者第一方向)上的刚度高于Y方向(偏转方向或者第二方向)的刚度。因为X方向(驱动方向或者第一方向)上的刚度较高，所以能够沿着这个方向传递位移或者力。而且，运动机构25沿着这个方向不具有间隙并且因此使可动体19运动的精度高。
第五实施例
第五实施例与第四实施例的不同之处在于运动机构25的构造。图16是运动机构25、可动体19的一部分和从动体18的透视图。图16中的X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)。Y方向是偏转方向(第二方向)，运动机构25使得可动体19和从动体18能够沿着所述偏转方向相对于彼此运动。
尽管，在第四实施例中，单个弹性构件用作运动机构25，但是第五实施例构造成，使得两个(多个)弹性构件沿着X方向(驱动方向或者第一方向)并排布置。这增加了运动机构25围绕图16中的Z轴的刚度。当可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)运动时，力施加在运动机构25的连接到从动体18的部分上。在第五实施例中，沿着X方向连接两个运动机构25，以便将从动体18保持在两个运动机构25之间。因此，当可动体19沿着Y方向运动时，施加在连接部分上的力在两个运动机构25之间相等。因此，沿着围绕Z轴的方向在从动体18中没有产生力矩。这稳定了振动器8和从动体18围绕Z轴的相对位置，从而提供了性能稳定的优点。这种优点添加到第四实施例中描述的优点中。
第六实施例。
第六实施例与第五实施例的不同之处在于运动机构25的构造。图17A和图17B是运动机构25、可动体19的一部分和从动体18的透视图。图17A和17B的观察方向不同。图17A和图17B中的X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)。Y方向是偏转方向(第二方向)，运动机构25使得可动体19和从动体18能够沿着所述偏转方向相对于彼此运动。
尽管在第五实施例中两个弹性构件沿着X方向(驱动方向或者第一方向)并排布置，但是第六实施例构造成，使得这些弹性构件沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)并排布置。
利用这种构造，运动机构25用作挠性联动装置，所述挠性联动装置的主要变形方向是Y方向(偏转方向或者第二方向)。当可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)运动时，从动体18接收到的围绕Z轴的力极小。如在第五实施例中那样，这稳定了振动器8和从动体18围绕Z轴的相对位置，从而提供了性能稳定的优点。
在第四实施例的情况中，随着从动体18和可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)的相对位移增加，弹性构件沿着纵向方向被拉拔。因为弹性构件的两个端部沿着纵向方向被固定约束并且沿着纵向方向具有高刚度，所以Y方向(偏转方向或者第二方向)上的刚度快速增加。这是所谓的非线性现象。当这种刚度增加时，弹性构件变形时的反作用力在从动体18和可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)相对于彼此运动时增大。这种反作用力作用在可动体19上，从而增大了负荷。这因此将从动体18和可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)的实际相对位移限制至小量。
另一方面，在第六实施例中，弹性构件的两个端部没有被约束，使得连接到从动体18的端部能够沿着X方向移位。因此，如在第四实施例中那样因非线性形状而使得刚度快速增加的情况不会发生。这允许增加从动体18和可动体19沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)实际相对位移增大。
第七实施例
图18是根据本发明的第七实施例的图像模糊校正设备的透视图。光学透镜4附接到可动体19。可动体19具有四个圆棒状的引导构件20。各个引导构件20均沿着图18中的X方向和Y方向从可动体19的中心延伸。设置了四个振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)，其包括可动体19和引导构件20。四个振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)共用一个可动体19。各个振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)固定到镜筒9。
振动型驱动设备24a和24b的驱动方向(第一方向)是图18中的X方向。振动型驱动设备24C和24d的驱动方向(第一方向)是Y方向。通过组合四个振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)的驱动，提供了能够二维驱动(X方向、Y方向和围绕Z轴)可动体19的二维驱动设备。除此之外，提供了光学透镜4、加速传感器、编码器和用于校正图像模糊的控制单元，以构造图像模糊校正设备。
在此，将描述振动型驱动设备24的构造。
图19A和图19B是振动型驱动设备24的透视图。图19B示出了零部件的组装构造，其中，各个零部件沿着Z方向分解开。附图标记101指代单元基部；103指代弹簧；8指代振动器；22指代耐磨构件；34指代陶瓷滚珠；21指代从动体主体；102指代单元顶部。单元基部101和单元顶部102用螺丝(未示出)固定在一起并且固定其它零部件沿着Z方向的位置。
振动器8与第一实施例中的振动器相同。驱动方向(第一方向)是图19A和19B中的X方向。振动器固定部分15固定到单元基部101。
耐磨构件22的表面承受渗氮处理，以增加耐磨性。耐磨构件22和从动体主体21通过粘接连结在一起，以构成从动体18。
弹簧103设置在单元基部101和振动器8之间并且具有使得振动器8与耐磨构件22按压接触的功能。振动器8的突出部分14的上表面和耐磨构件22的按压接触力F1表示为F0-K*Δz，其中，F0是弹簧103的按压力，K是突出部分14的上表面沿着图19B中的Z方向相对于振动器固定部分15的刚度，Δz是因变形产生的位移。Δz取决于组装之后零部件的相对位置并且显著受到零部件误差的影响。因此，通过将K设定成较小来减小按压接触力F1的变化。对于这种振动器8，通过在振动器固定部分15和突出部分14之间设置振动器支撑梁16将K设定成较小，所述振动器支撑梁16在Y-Z平面内的横截面面积较小且沿着X方向较长。因此，按压接触力F1基本由弹簧103的按压力F0构成。
振动器8的操作与第一实施例中的振动器的操作相同。突出部分14的上表面能够在平行于图19A和19B中的X-Y平面的平面中以椭圆轨道运动。这允许沿着X方向驱动与突出部分14的上表面和从动体主体21按压接触的耐磨构件22。
耐磨构件22具有四个槽，四个陶瓷滚珠34与所述四个槽相接触。沿着Y方向更靠近观察者的两个槽具有沿着X方向延伸的V形。沿着Y方向远离观察者的两个槽具有沿着X方向延伸的凹形。单元顶部102也具有四个槽，四个陶瓷滚珠34与所述四个槽相接触。四个槽具有沿着X方向延伸的V形。弹簧103使得耐磨构件22、陶瓷滚珠34和单元顶部102沿着Z方向相互按压接触。如上所述，按压接触力是F1。这种构造允许陶瓷滚珠34沿着X方向滚动而防止陶瓷滚珠34沿着除X方向之外的方向(包括Y方向)运动。因此，从动体18构成限制机构26，其相对于单元顶部102沿着Y方向的运动量受到限制。这种构造的优点与第一实施例中描述的限制机构26的优点相同。
在此，将描述作为本发明的特征的运动机构25的构造。
图19A和图19B中示出的从动体主体21具有从动体传递部分23。从动体传递部分23具有两个平行于图19A和19B中的Y-Z平面的平坦表面。图18中示出的引导构件20插入其中。
从动体传递部分和引导构件构成运动机构25，所述运动机构25能够实施沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)的相对运动。运动机构25的接触表面涂覆有润滑剂，使得其基本处于无滑动负荷的条件下。而且，因这种机构对Z方向的相对位置没有约束。
这种构造具有在第一实施例中描述的优点。各个振动型驱动设备24能够将沿着驱动方向(第一方向)的位移和力传递到可动体19。各个振动型驱动设备24能够使得可动体19和从动体18在平行于振动器8和从动体18相互接触的平面的平面中沿着与驱动方向(第一方向)交叉(在此，直角)的偏转方向(第二方向)相对于彼此运动。这防止产生阻碍可动体19沿着振动型驱动设备24(24a、24b、24c和24d)中的每一个的偏转方向(第二方向)运动的负荷。而且，振动器8和从动体18能够沿着偏转方向(第二方向)保持静止。
除了第一实施例中描述的优点之外，还能够提供以下优点。因零部件精度的误差或者安装误差，引导构件20和从动体传递部分23沿着Z方向的相对位置有时会出现偏差。因为由于这种机构对于Z方向上的相对位置没有约束，所以不会发生Z方向上的不必要的约束。
第八实施例
第八实施例和第七实施例的不同之处在于从动体主体21的构造。将描述这种差别。
图20是从动体主体21的透视图。X方向是振动型驱动设备24的驱动方向(第一方向)。Y方向是偏转方向(第二方向)。Z方向是振动器8和从动体18的接触方向。沿着Z方向这些零部件展开。
从动体主体下部分104和从动体主体上部分105构成从动体主体21。
图20中的从动体主体下部分104的下表面固定到耐磨构件22。从动体主体下部分104具有圆棒状轴106。轴106的中心轴线109平行于Z方向。轴106的表面设置有硬质膜并且覆盖有润滑剂。从动体主体上部分105具有作为运动机构25一部分的从动体传递部分23和圆孔107。引导构件20放置在从动体传递部分23中。圆孔107的中心轴线与从动体主体下部分104的轴106的中心轴线109对准。圆孔107的表面设置有硬质膜并且涂覆有润滑剂。
从动体主体下部分104和从动体主体上部分105通过将轴106插入到圆孔107中而连结在一起。圆孔107和轴106构成旋转机构108。其旋转轴线(第一轴线)是中心轴线109，所述中心轴线109与振动器8和从动体18相互接触的平面交叉(大致垂直)。
这个旋转机构108允许从动体18和可动体19围绕第一轴线相对于彼此旋转。
将在下文描述借助于旋转机构108旋转二维驱动设备的旋转操作。
图21是图像模糊校正设备的前视图。图21中的坐标系的原点与镜筒1的外圆周的中心位置对准。使振动型驱动设备24a产生沿着负X方向的驱动力。使振动型驱动设备24b产生沿着正X方向的驱动力。使振动型驱动设备24c产生沿着正Y方向的驱动力。使振动型驱动设备24d产生沿着负Y方向的驱动力。换言之，产生图21的平面中沿着顺时针方向的驱动力。这种操作允许可动体19顺时针运动，如图22所示。此时，旋转机构108还使得从动体主体上部分105顺时针旋转，使得从动体传递部分23能够保持处于这样的状态，在所述状态中，从动体传递部分沿着引导构件20。如果没有设置旋转机构108，则从动体传递部分23和引导构件20的相对旋转受到约束，并且因此减小了可动体19的旋转操作量。
第九实施例
第九实施例与第八实施例的不同之处在于旋转机构108的构造。
图23A至图23D是旋转机构108的简图。图23A是其透视图。图23B是其前视图。图23C和23D是其俯视图。
从动体主体21具有两个平坦的从动体传递部分23。引导构件20由作为滚珠轴承的旋转构件110和引导构件主体111构成。在第九实施例中，旋转构件110用作旋转机构108。旋转构件110的内座圈固定到引导构件主体111。旋转构件110的旋转中心是中心轴线109。旋转构件110的外径略微小于两个从动体传递部分23之间的距离，使得旋转构件110和从动体传递部分23在它们之间具有沿着X方向的间隙。从动体传递部分23和旋转构件110的外座圈的表面均没有涂覆润滑剂。
在此，将描述偏转操作。
当可动体19沿着图23A至23D中的Y方向(偏转方向或者第二方向)运动时，旋转构件110能够滚动且外座圈与从动体传递部分23中的一个相接触，原因是外座圈具有可滚动的弯曲部分。因为滚动阻力较之滑动阻力小得多并且滚珠轴承的滚动阻力极小，所以即使在没有润滑剂的情况下偏转方向上的阻力也能够基本为零。
在此，将描述旋转机构108的操作。
图23D示出了当如图22所示可动体19在图22的平面中顺时针旋转时振动型驱动设备24a的旋转机构108的操作。沿着负X方向驱动从动体主体21。在此时，位于两个从动体传递部分23的平坦表面的正X方向侧处的、从动体传递部分23的平坦表面与旋转构件110相接触。随着从动体主体21被驱动，旋转构件110沿着负X方向运动。因为旋转构件110能够围绕旋转中心(旋转轴线109)旋转，所以引导构件主体111能够围绕可动体19的中心(附图的平面的右侧)顺时针旋转。此时，旋转构件110相对于从动体主体21沿着正Y方向略微移动。
在第九实施例中，通过使得具有运动机构25的可滚动弯曲部分的构件的旋转中心与旋转机构108的旋转中心对准，能够通过单个旋转构件110实现其功能。这允许简化构造。
在此，将描述旋转机构108的其它构造。
图24A和24B是旋转机构的第一构造的简图。图24A是其透视图。图24B是其俯视图。旋转构件110具有球形形状。球的中心位于旋转轴线109上。旋转构件110和引导构件主体111构成引导构件20。从动体主体21的从动体传递部分23的平坦表面和旋转构件110的表面相互接触，这构成了运动机构25和旋转机构108。接触表面涂覆有润滑剂。当可动体19沿着图24A和24B中的Y方向运动时，从动体主体21和引导构件20能够相对于彼此沿着Y方向(偏转方向或者第二方向)运动。在此时，接触表面滑动。然而，因为接触表面涂覆有润滑剂，所以其滑动阻力较小。
而且，当可动体19旋转运动时，从动体主体21和引导构件20能够相对于彼此围绕旋转轴线109旋转。换言之，可动体19具有旋转机构，所述旋转机构能够相对于从动体18旋转。在旋转运动期间，接触表面滑动。然而，因为接触表面涂覆有润滑剂，所以其滑动阻力较小。
图25A和25B是旋转机构的第二构造的简图。图25A是其透视图。图25B是其俯视图。旋转构件110的与从动体传递部分23的平坦表面相接触的端部具有锐角形状。而且利用这种形状，当可动体19旋转运动时，从动体主体21和引导构件20能够相对于彼此围绕旋转轴线109旋转。换言之，可动体19用作能够相对于从动体18旋转的旋转机构。
图26A和图26B是旋转机构的第三构造的简图。图26A是其透视图。图26B是其俯视图。从动体传递部分23的与引导构件20相接触的部分的端部具有锐角形状。引导构件20具有圆棒状。而且利用这种形状的组合，当可动体19旋转运动时，从动体主体21和引导构件20能够相对于彼此围绕旋转轴线109旋转。换言之，可动体19用作能够相对于从动体18旋转的旋转机构。
图27A和27B是旋转机构的第四构造的简图。图27A是其透视图。图27B是其俯视图。旋转机构的第四构造和第三构造的不同之处在于引导构件20具有方杆状。而且利用这种组合，当可动体19旋转运动时，从动体主体21和引导构件20能够相对于彼此围绕旋转轴线109旋转。换言之，可动体19用作能够相对于从动体18旋转的旋转机构。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明并不局限于公开的示例性实施例。应当赋予以下权利要求的范围以最宽泛的解释，以便涵盖所有修改方案和等效结构和功能。
本申请要求在2012年6月5日提交的日本专利申请No.2012-128283和在2013年4月12日提交的No.2013-084115的权益，其全部内容在此以援引的方式并入本申请。
附图标记列表
8振动器；18从动体；19可动体；24振动性驱动设备；25运动机构
Claims (22)
1.一种振动型驱动设备，包括：
振动器，所述振动器包括机电能量转换装置；
从动体，所述从动体位于所述振动器和一可动体之间并由所述振动器沿着第一方向驱动；和
运动机构，所述运动机构允许所述可动体相对于所述从动体沿着第二方向运动，
其中，所述第二方向是在与所述振动器和所述从动体相互接触的平面平行的平面中与所述第一方向交叉的方向。
2.根据权利要求1所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构包括引导构件，所述引导构件能够沿着所述第二方向运动。
3.根据权利要求1或者2所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构包括：圆棒状引导构件，所述圆棒状引导构件的轴线沿着所述第二方向延伸；和开口，所述开口设置在所述从动体中并且所述开口的轴线沿着所述第二方向延伸。
4.根据权利要求1所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构包括：引导构件，所述引导构件能够沿着所述第二方向运动；和具有可滚动的弯曲部分的构件。
5.根据权利要求4所述的振动型驱动设备，其中，所述可滚动的弯曲部分具有球形或者圆柱形形状。
6.根据权利要求1所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构包括弹性构件。
7.根据权利要求6所述的振动型驱动设备，其中，所述弹性构件的沿着所述第二方向的刚度小于所述弹性构件的沿着所述第一方向的刚度。
8.根据权利要求6所述的振动型驱动设备，其中，所述弹性构件包括板状弹性构件。
9.根据权利要求8所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构构造成，使得多个所述板状弹性构件沿着所述第一方向并排布置。
10.根据权利要求8所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构构造成，使得多个所述板状弹性构件沿着所述第二方向并排布置。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的振动型驱动设备，还包括限制机构，所述限制机构限制所述振动器和所述从动体沿着所述第二方向的相对运动量。
12.根据权利要求11所述的振动型驱动设备，还包括两个限制机构，
其中，所述两个限制机构中的每一个构造成用以限制所述振动器和所述从动体沿着所述第二方向的相对运动量，并且
其中，所述两个限制机构布置成用以将所述从动体保持在所述两个限制机构之间。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的振动型驱动设备，还包括旋转机构，所述旋转机构能够使得所述可动体相对于所述从动体围绕第一轴线旋转；
其中所述第一轴线沿着与所述振动器和所述从动体相互接触的平面交叉的方向延伸。
14.根据权利要求13所述的振动型驱动设备，其中，所述运动机构包括：引导构件，所述引导构件能够沿着所述第二方向运动；和具有可滚动的弯曲部分的构件，
其中，在滚动期间所述具有可滚动的弯曲部分的构件的旋转中心基本与所述旋转机构的旋转中心一致。
15.一种二维驱动设备，包括：
至少根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备；和
驱动单元，所述驱动单元的驱动方向与所述振动型驱动设备的驱动方向交叉，
其中，所述振动型驱动设备和所述驱动单元使得所述可动体二维运动。
16.根据权利要求15所述的二维驱动设备，其中，所述驱动单元是根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备。
17.根据权利要求15或者16所述的二维驱动设备，其中，所述驱动单元的驱动方向与所述第一方向交叉。
18.一种图像模糊校正设备，包括：
根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备；和
光学透镜或者图像拾取元件，所述光学透镜或者图像拾取元件安装到所述振动型驱动设备的所述可动体。
19.一种图像模糊校正设备，包括：
根据权利要求15至17中的任意一项所述的二维驱动设备；和
光学透镜或者图像拾取元件，所述光学透镜或者图像拾取元件安装到所述振动型驱动设备的所述可动体。
20.一种可互换透镜，包括：
根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备；和
光学透镜，所述光学透镜安装到所述振动型驱动设备的所述可动体。
21.一种图像拾取设备，包括：
根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备；
光学透镜或者图像拾取元件，所述光学透镜或者图像拾取元件安装到所述振动型驱动设备的所述可动体；和
电源。
22.一种自动化载物台，所述自动化载物台包括根据权利要求1至14中的任意一项所述的振动型驱动设备，其中，观察目标安装部分安装到所述振动型驱动设备的所述可动体。
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