JP2018106116A - 並進駆動装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】並進駆動装置の部品点数を削減し、構成を簡略化させる。【解決手段】並進駆動装置100は、推力受け溝7が形成された移動体3と、推力受け溝7と係合する出力部5を有する駆動ユニット4aと、推力受け溝7と係合する出力部6を有する駆動ユニット4b,4c1,4c2と、同軸に且つ相対的に回転可能に配置される回転体1及び固定部材2とを備え、駆動ユニット4a,4b,4c1,4c2を駆動することにより移動体3を回転体1及び固定部材2に共通する中心軸と直交する面内で並進駆動する。駆動ユニット4aを固定部材2に配置し、駆動ユニット4b,4c1,4c2を回転体1に配置し、駆動ユニット4aの出力部5によって中心軸と直交する面内での移動体3の回転を規制する構成とする。【選択図】図1
Description
本発明は、駆動対象物を並進駆動する並進駆動装置、並進駆動装置を備える電子機器に関する。
デジタルカメラ等の撮像装置による撮像時の手ぶれ等に起因する画像ぶれを補正する像ぶれ補正機構として、レンズ又は撮像素子を保持する部材を撮像光軸と直交する面内の任意の方向に駆動するものが知られている。例えば、特許文献1には、保持板、スライド板、回転リング、移動板及び駆動ユニットを備える像ぶれ補正機構が記載されている。スライド板は、保持板に対して光軸方向と直交する第1の方向に移動可能に保持されている。移動板は、レンズを保持しており、スライド板と一体となって第1の方向に移動可能であり、且つ、スライド板に対して光軸方向及び第1の方向と直交する第2の方向に移動可能である。こうして、移動板は、スライド板によって光軸まわりの回転が規制された状態で、光軸と直交する面内(第1の方向と第2の方向を含む面内)で移動可能となっており、駆動ユニットが移動板を駆動する。回転部材は、例えば、回転操作によって移動板に対して係合とその解除を行うことができ、回転部材と移動板とが係合した状態では、光軸と直交する面内での移動板の駆動が規制される。
しかしながら、上記特許文献1に記載された像ぶれ補正機構では、光軸と直交する面内での移動板の回転や並進を規制するためにスライド板や回転リング等の部材を必要とするため、部品点数が多くなり、構成が複雑になってしまう。また、移動板の並進を規制するためには、移動板を駆動する駆動ユニットとは別に、回転リングを駆動する手段を設けるか又は手動操作が可能な構成とする必要が生じる。
本発明は、部品点数を削減し、構成を簡略化させた並進駆動装置を提供することを目的とする。
本発明に係る並進駆動装置は、移動体と、前記移動体を駆動する出力部をそれぞれ有する3つ以上の駆動ユニットと、同軸に且つ相対的に回転可能に配置される第1の支持部材および第2の支持部材と、を備え、前記移動体を前記第1の支持部材と前記第2の支持部材に共通する中心軸と直交する面内で駆動する並進駆動装置であって、前記3つ以上の駆動ユニットのうち少なくとも1つの駆動ユニットは前記第1の支持部材に配置されると共に他の駆動ユニットは前記第2の支持部材に配置され、前記第1の支持部材に配置される前記少なくとも1つの駆動ユニットの出力部は前記中心軸と直交する面内での前記移動体の回転を規制することを特徴とする。
本発明によれば、部品点数を削減し、構成を簡略化させた並進駆動装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。最初に、本発明の第1実施形態について説明する。図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る並進駆動装置100の分解斜視図である。説明の便宜上、3次元の直交座標系を構成するX軸、Y軸及びZ軸を図示の通りに定め、並進駆動装置100のスラスト方向(厚さ方向)をZ軸方向とし、Z軸方向と直交する平面に互いに直交するX軸方向とY軸方向を規定している。並進駆動装置100は、固定部材2(第1の支持部材)、回転体1(第2の支持部材)、移動体3(駆動対象物)、駆動ユニット4a,4b,4c1,4c2、リング14、第1の位置センサ10a,10b、係合ピン11及び第2の位置センサ15を備える。図1(b)は、図1(a)の分解斜視図から移動体3を除いた残りの部分を更に分解して示す分解斜視図である。
回転体1は、略円板状の形状を有し、3つの駆動ユニット4b,4c1,4c2(以下「駆動ユニット4b〜4c2」と記す)を保持している。固定部材2は、略環状の形状を有し、1つの駆動ユニット4aを保持している。駆動ユニット4a,4b,4c1,4c2(以下「駆動ユニット4a〜4c2」と記す)の詳細な構成については後述することとし、ここでの説明は、並進駆動装置100の全体的な構成に止める。回転体1と固定部材2は同軸に配置され、且つ、回転体1と固定部材2とは、これらに共通する中心軸まわりに相対的に回転可能な状態で嵌合している。リング14は、回転体1の固定部材2からの脱落を防止している。
3本の係合ピン11は回転体1に設けられており、それぞれの係合ピン11と係合可能な係合部12が移動体3に設けられている。図2(a)は、係合ピン11と係合部12とが係合解除状態にある(移動体3がロック解除状態にある)ときの並進駆動装置100の平面図である。図2(b)は、係合ピン11と係合部12とが係合状態にある(移動体3がロック状態にある)ときの並進駆動装置100の平面図である。係合ピン11と係合部12との係合/係合解除の態様の詳細については後述する。
駆動ユニット4aは、Z軸方向を軸方向とする四角柱状の(Z軸方向から見たときの形状が略四角形である)出力部5を有する。駆動ユニット4aは、出力部5がZ軸方向に突出するように配置されており、出力部5は移動体3に設けられた出力受け部である長穴状の4つの推力受け溝7のうちの1つに挿入されている。また、駆動ユニット4b〜4c2はそれぞれ、軸方向を軸方向とする円柱状の(Z軸方向から見たときの形状が略円形である)出力部6を有する。駆動ユニット4b〜4c2は、出力部6がZ軸方向に突出するように配置されており、3つの出力部6は、移動体3に設けられた長穴状の残りの3つの推力受け溝7にそれぞれ挿入されている。移動体3が出力部5,6からZ軸方向に力を受けることのないように、推力受け溝7の幅(短手方向の幅)は出力部5の幅及び出力部6の直径と同じか又はそれ以上に設定されている。一方、推力受け溝7の幅と出力部5の幅及び出力部6の直径との差が大きいと、移動体3を駆動する際の遊びが大きくなってしまう。そこで、例えば、グリスを介して出力部5,6と推力受け溝7の幅方向側(短手方向側)の壁面(推力受け溝7の長手方向と平行な壁面)とが接触するようにしてもよい。
移動体3には3カ所に支持コロ8が設けられており、3つの支持コロ8はそれぞれ、固定部材2に設けられた3カ所のコロ受け溝9に挿入されている。コロ受け溝9は、周方向を長手方向とする長穴状の形状を有しており、固定部材2に対する移動体3のXY面内での移動(並進)を可能にすると共に、移動体3の固定部材2からの脱落を防止している。第1の位置センサ10a,10bは、測長方向が90度(°)異なるように固定部材2に取り付けられている。一方、第2の位置センサ15は、回転体1に取り付けられている。第1の位置センサ10a,10b及び第2の位置センサ15としては、移動体3に設けられた不図示の直線スケールに対する投光と反射光の受光によって、移動体3の変位を検出するものを用いることができるが、このような構成のものに限定されない。
ここで、駆動ユニット4a〜4c2の構造について説明する。図3(a)は、駆動ユニット4bの概略構成を示す分解斜視図である。なお、駆動ユニット4b〜4c2は、同じ構造を有しており、並進駆動装置100における配設位置が異なるだけであるため、ここでは、駆動ユニット4bについて説明する。
駆動ユニット4bは、振動体21、保持部材22、スライダ23、第1の固定レール24、第2の固定レール25及び転動ボール27を備える。振動体21は、矩形平板状の弾性体21aの一方の面に弾性体21aの厚み方向に突出する2つの突起部21bが形成され、弾性体21aの他方の面に不図示の圧電素子(電気−機械エネルギ変換素子)が接着された構造を有する。弾性体21aの長手方向端は、剛性の小さい延出部(又は部材)を介して保持部材22に固定されている。そのため、振動体21は、2つの突起部21bを結ぶ方向と平行な軸(ロール軸)について回転の自由度を持ち、スライダ23の摺動面に倣うことができる。こうして、スライダ23に対する振動体21の接触状態を安定して維持することができる。なお、振動体21をスライダ23に倣わせるための構成例は、剛性の小さい部位を介して振動体21を固定する方向に限定されず、振動体21がある程度の自由度を持って保持部材22に支持されるのであれば、どのような構成であってもよい。
振動体21は、不図示の圧縮コイルバネや円錐バネ、板バネ等の加圧手段によってスライダ23側へ押圧されており、振動体21の突起部21bの先端はスライダ23の下面(出力部6が設けられている面の反対側の面)に加圧接触している。スライダ23は、ステンレス材等からなる。スライダ23の上面には3カ所にボール受け溝28が設けられており、それぞれのボール受け溝28と対向するように、第1の固定レール24と第2の固定レール25のそれぞれに溝部26が設けられている。転動ボール27は、一対のボール受け溝28と溝部26の間に転動可能に配置されている。
第1の固定レール24と第2の固定レール25は、保持部材22に固定される。転動ボール27がボール受け溝28と溝部26の間を転動することで、スライダ23の駆動方向と位置が定められている。なお、スライダ23の移動方向と位置を定める手段は、ボールと溝部の組み合わせに限られるものではなく、例えば、直線状のスライドレール等を用いても構わない。
このように構成された駆動ユニット4bでは、圧電素子に所定の交流電圧を印加して2つの突起部21bを結ぶ方向と突起部21bの突出方向の両方向を含む面内で突起部21bに楕円運動を生じさせる。これにより、被駆動体であるスライダ23を、2つの突起部21bを結ぶ方向に駆動することができる。なお、振動体21に励起される駆動振動の詳細については、図4を参照して後述する。
図3(b)は、駆動ユニット4aの概略構成を示す斜視図である。駆動ユニット4aの構成は駆動ユニット4bの構成に準ずるため、ここでは、駆動ユニット4aについて、駆動ユニット4bとの相違点についてのみ説明し、共通する構成の説明を省略する。
駆動ユニット4aの第1の固定レール16(第1の固定レール24に対応する)には、被駆動体であるスライダ19(スライダ23に対応する)に向かうように、その長手方向に所定の間隔で2カ所に凸部18が設けられている。同様に、第2の固定レール17(第2の固定レール25に対応する)にも、不図示であるが、スライダ19に向かうようにその長手方向に所定の間隔で2カ所に凸部が設けられている。凸部18をスライダ19とのギャップが接触寸前まで小さくなるように設けられるか又はスライダ19にグリスを介して接するように設けることで、スライダ19の駆動方向(ロール軸)に対するヨー軸まわりのスライダ19の回転を抑制することができる。これにより、後述するように移動体3の並進移動を抑制する動作を行うときに、駆動ユニット4aの出力部5が回転し難くなり、移動体3の回転を抑制する効果を高めることができる。
なお、駆動ユニット4b〜4c2の第1の固定レール24及び第2の固定レール25には凸部18は必要ではない。しかし、駆動ユニット4a〜4c2で固定レールの形状を共通化させることで、形状の異なる部品点数を減らすことができ、これによりコストを削減し、また、組み立てミスを回避することも可能になる。よって、第1の固定レール24及び第2の固定レール25として、第1の固定レール16及び第2の固定レール17と同じものを用いてもよい。また、駆動ユニット4aでは、スライダ19のガイドとして転動ボール27を用いているために凸部18を設けることが望ましいが、ヨー軸まわりの回転に強いガイド方法(例えば、スリーブを用いた構成等)であれば、必ずしも凸部18は必要ではない。
続いて、スライダ19,23を駆動するために振動体21に励起する駆動振動について説明する。図4(a)は、振動体21の構成を簡略的に示す図である。説明の便宜上、図4(a)に示す互いに直交するα方向、β方向、γ方向を規定する。α方向は、弾性体21aの長手方向であり、2つの突起部21bを結ぶ方向である。γ方向は、弾性体21aの厚み方向であり、突起部21bの突出方向である。β方向は、弾性体21aの短手方向(幅方向)であり、α方向及びγ方向と直交する方向である。
前述の通り、矩形平板状の弾性体21aの一方の面には、α方向に所定の間隔でγ方向に突出するように、2つの突起部21bが形成されている。また、弾性体21aの他方の面には、矩形平板状の圧電素子21cが接着されている。図4(b)は、振動体21に励起される第1の振動モードを説明する図である。第1の振動モードは、β方向における一次の屈曲振動であり、α方向と略平行な2本の節線を有する。突起部21bは、第1の振動モードで腹となる位置の近傍に配置されており、第1の振動モードの振動が振動体21に励起されることによりγ方向に振動変位する。図4(c)は、振動体21に励起される第2の振動モードを説明する図である。第1の振動モードは、α方向における二次の屈曲振動であり、β方向と略平行な3本の節線を有する。2つの突起部21bは、第2の振動モードで節となる位置の近傍に配置されており、第2の振動モードの振動が振動体21に励起されることによりα方向に振動変位する。よって、圧電素子21cに所定の位相差を有する2相の交流電圧を印加して第1の振動モードと第2の振動モードとを所定の位相差で発生させることにより、突起部21bの先端にαγ面内で楕円運動(又は円運動)を発生させることができる。よって、突起部21bの先端がスライダ19,23に当接する際に生じるα方向の摩擦力によって、振動体21とスライダ19,23とを相対的にα方向に移動させることができる。
駆動ユニット4aでは振動体21を保持した保持部材22は固定部材2に保持されており、駆動ユニット4b〜4c2では振動体21を保持した保持部材22は回転体1に保持されている。そのため、駆動ユニット4a〜4c2を駆動する(振動体21に駆動振動を励起する)と、スライダ19,23がそれぞれの長手方向に移動する。ここで、図2に示したように、スライダ19,23に設けられた出力部5,6は、移動体3に設けられた推力受け溝7に対して摺動可能に嵌合しており、出力部5,6の移動方向は推力受け溝7の幅方向と一致している。よって、駆動ユニット4a〜4c2を駆動すると、駆動方向(出力部5,6の移動方向)に移動体3を駆動する推力(駆動力)が得られる。
移動体3は、XY面内において駆動ユニット4a〜4c2の駆動方向と直交する方向に対しては出力部5,6が推力受け溝7を滑りながら移動するように構成されている。よって、駆動ユニット4a〜4c2のそれぞれの駆動方向と異なる方向に移動体3が並進移動する際には、出力部5,6は推力受け溝7内を滑りながら移動する。また、固定部材2に設けられたコロ受け溝9に支持コロ8が挿入されていることで、移動体3のZ軸方向位置(高さ)は支持コロ8によって定まっている。一方、推力受け溝7の幅は出力部5の幅及び出力部6の直径と同等以上となっているため、推力受け溝7がZ軸方向の力を受けることはない。よって、移動体3のZ軸方向位置は、駆動ユニット4a〜4c2の出力部5,6の位置とは無関係に定まる。したがって、移動体3は、駆動ユニット4a〜4c2からの推力以外の力を受けることなく、XY面内の任意の方向に移動することができる。その際、推力受け溝7の長手方向を出力部5,6の移動方向と直交する方向とすることにより、駆動ユニット4a〜4c2のうち推力を出力しない駆動ユニットの駆動方向に移動体3が駆動されても、移動体3の駆動負荷を小さくすることができる。こうして、並進駆動装置100では、駆動ユニット4a〜4c2の推力を効率よく移動体3に与えることが可能となっている。
移動体3の移動方向と移動量は、2つの第1の位置センサ10a,10bと第2の位置センサ15により検出される。なお、第2の位置センサ15は、後述するように、移動体3を回転させた際の回転角度を検出し、第2の位置センサ15からの検出信号は移動体3の並進駆動には用いない。移動体3の並進駆動は、各位置センサからの情報と駆動ユニット4a〜4c2の推力のベクトル合成による移動量との偏差に基づいて、不図示の制御装置により制御される。例えば、制御装置は、駆動ユニット4a,4bを同じ制御量で動作させ、同様に駆動ユニット4c1,4c2を同じ制御量で動作させる。これにより、駆動ユニット4a,4bの駆動方向と駆動ユニット4c1,4c2の駆動方向の2つの方向の動作量のベクトル合成を行って移動体3を並進駆動させることができる。
2つの第1の位置センサ10a,10bの一方でX軸方向の移動量を測定し、他方でY軸方向の移動量を測定する。例えば、図2(a)の状態から移動体3をX軸方向に移動させたい場合、駆動ユニット4a,4bにX軸から見て−45°方向に、且つ、駆動ユニット4c1,4c2にX軸から見て+45°方向にそれぞれ、同じ大きさの推力を発生させればよい。また、例えば、図2(a)の状態から移動体3をX軸から見て+45°方向に駆動させたい場合、駆動ユニット4a,4bを駆動せず、駆動ユニット4c1,4c2のみを駆動すればよい。このとき、駆動ユニット4aの出力部5及び駆動ユニット4bの出力部6が推力受け溝7内をその長手方向に滑ることで、駆動負荷の発生を抑制することができる。
続いて、移動体3の移動を規制し、所定位置に固定する方法(ロック動作)について説明する。ロック動作は、例えば、並進駆動装置100を装備した機器について、並進駆動装置100を使用しない場合や、機器を移動させる際の移動体3と機器内の他の部品等との接触を防止する必要がある場合等に行われる。前述の通り、回転体1には3本の係合ピン11が設けられ、移動体3には3カ所に係合部12が設けられている。図2(a)の状態では、係合ピン11と係合部12は係合しておらず、よって、移動体3の並進は規制されていない。一方、図2(b)の状態では、係合ピン11と係合部12が係合して、移動体3の並進が規制されている。
図2(a)の状態から図2(b)の状態へ遷移させるためには、図2(a)の状態から回転体1を時計まわりに回転させる必要がある。そこで、回転体1に配置された3つの駆動ユニット4b〜4c2には移動体3を反時計まわりに駆動させる推力を発生させ、固定部材2に配置された1つの駆動ユニット4aを無通電状態(停止状態)とする。3つの駆動ユニット4b〜4c2の出力部6は円柱状であるため、出力部6の推力受け溝7内での回転は許容される。なお、移動体3を並進駆動する場合とは異なり、Z軸方向から見たときに駆動ユニット4c1,4c2の駆動方向は反対方向となる。
一方、駆動ユニット4aが有する出力部5は四角柱状であり、出力部5の2つの側面は推力受け溝7の側面と極めて小さい間隙で対向しているため、出力部5が推力受け溝7内で回転することはできず、よって、移動体3の回転が規制される。その結果、駆動ユニット4b〜4c2が出力した推力の反力によって駆動ユニット4b〜4c2が時計まわりに動こうとすることで、駆動ユニット4b〜4c2を支持する回転体1が回転体1の中心軸まわりに時計まわりに回転する。回転体1の回転は、係合ピン11が係合部12に係合することにより停止し、これにより、移動体3を並進動作ができないロック状態とすることができる。
回転体1の回転時には、制御装置が、回転体1に取り付けられた第2の位置センサ15により移動体3に対する回転体1の相対的な回転角度を測定し、制御パラメータとして記憶手段(不図示)に記憶する。ここで、回転体1の外周側の側面には、1つの溝が形成された溝ブロック13が回転体1に設けられている。溝ブロック13の溝に不図示のボールプランジャを係合させることで、回転体1の位置を一定位置に定めることができ、また、回転体1をロック状態に保持する力を高めることができる。
移動体3のロック状態を解除し、並進可能な状態に戻すには、回転体1を反時計まわりに回転させればよい。具体的には、図2(b)の状態から、1つの駆動ユニット4aを無通電状態とし、3つの駆動ユニット4b〜4c2に移動体3を時計まわりに駆動させる推力を発生させ、その反力により回転体1を反時計まわりに回転させる。その際の回転角度をロック動作時に記憶した回転体1の回転角度と等しくなるようにすることで、図2(b)の状態から図2(a)の状態に戻すことができる。
なお、並進駆動装置100において移動体3をロック状態に保持するための構成は、係合ピン11のような棒状の係合部材と、係合部12のような切り欠き部(凹部)との組み合わせに限定されるものではない。また、駆動ユニット4aを無通電状態とせずに、原点(スライダ19の駆動可能範囲の中心)に止めるように制御してもよい。その場合には、駆動ユニット4aの移動量を測定するためのセンサを設け、正確に出力部5の位置を制御することが望ましい。
ところで、駆動ユニット4aの出力部5の形状は、移動体3の回転を規制することができればよいため、上述した四角柱状に限定されるものではない。図5の各図は、駆動ユニット4aが備える出力部の変形例を示す平面図であり、紙面と直交する方向は出力部の突出方向(Z軸方向)となっている。なお、図5では、図3(b)と共通する構成要素については、同じ符号を付しており、ここでの説明を省略する。
図5(a)は、六角柱状の出力部5aを有する駆動ユニットの概略構成を示す平面図である。この場合、出力部5aは、対向する一対の辺がスライダ19の駆動方向と略平行となるように配置される。図5(b)は、2つの円柱状突起がスライダ19の駆動方向に並べられて構成された出力部5bを有する駆動ユニットの概略構成を示す平面図である。出力部5a,5bは、移動体3に形成された推力受け溝7に挿入した際に、推力受け溝7の幅方向側の壁面と2点以上で接触可能であり、出力部5よりも推力受け溝7の幅方向側の壁面との接触面積が小さい状態で移動体3の回転を抑制することができる。なお、出力部5bに代えて、球軸受けを用いてもよい。図5(c)は、楕円柱状の出力部5cを有する駆動ユニットの概略構成を示す平面図である。この場合、出力部5cをその長軸がスライダ19の駆動方向と平行となるように配置することにより、移動体3の回転を抑制することができる。
上記の通り、並進駆動装置100によれば、固定部材2に配置されて移動体3を駆動する駆動ユニット4aが移動体3の回転を規制する機能を有する。そのため、移動体3の回転を規制するための別途の部品が不要となり、また、部品点数を削減することができ、これにより並進駆動装置100の小型化や構造の簡略化が可能になる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態で説明した並進駆動装置100は、4つの駆動ユニット4a〜4c2を備える構造となっているのに対して、第2実施形態では、3つの駆動ユニットを備える並進駆動装置について説明する。図6(a)は、第2実施形態に係る並進駆動装置における駆動ユニット4a,4b,4cの配置を簡略化して示す平面図である。なお、駆動ユニット4cの構成は、駆動ユニット4bの構成と同じである。図6(b)は、第2実施形態に係る並進駆動装置を構成する移動体3Aを簡略化して示す平面図である。
本実施形態では、回転体1Aに2つの駆動ユニット4b,4cを配置し、固定部材2Aに1つの駆動ユニット4aを配置する。駆動ユニット4aの出力部5及び駆動ユニット4b,4cの出力部6に対して、移動体3Aに図6(b)に示すように、推力受け溝7を設ける。これにより、移動体3Aの回転を規制するための別途の部品を必要とすることなく、移動体3を並進駆動する際の移動体3の回転を駆動ユニット4aの出力部5により規制することができる。こうして、本実施形態によれば、駆動ユニットの数を少なくすることで、並進駆動装置の更なる小型化、軽量化、構成の簡略化を図ることができる。なお、本実施形態から、並進駆動装置を構成する駆動ユニットの数は、3つ以上であればよいことがわかる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図7(a)は、第3実施形態に係る並進駆動装置100Aの分解斜視図である。図7(b)は、図7(a)の分解斜視図から移動体3を除いた残りの部分を更に分解して示す分解斜視図である。図8(a)は、係合ピン11と係合部12とが係合解除状態(ロック解除状態)にあるときの並進駆動装置100Aの平面図である。図8(b)は、係合ピン11と係合部12とが係合状態(ロック状態)にあるときの並進駆動装置100Aの平面図である。
並進駆動装置100Aは、構成要素である回転体31及び固定部材32のそれぞれの形状が、第1実施形態に係る並進駆動装置100を構成する回転体1及び固定部材2と異なる。また、並進駆動装置100Aでは、並進駆動装置100を構成する駆動ユニット4aは用いられておらず、駆動ユニット4bと同等な4つの駆動ユニット4b1,4b2,4c1,4c2が用いられている。図7及び図8では、第1実施形態に係る並進駆動装置100と共通する構成要素については、図1及び図2と同じ符号を付しており、ここでの説明も省略することとする。
並進駆動装置100Aは、駆動ユニット4c1,4c2を保持する回転体31と、駆動ユニット4b1,4b2を保持する固定部材32と、移動体3とを備える。回転体31と固定部材32は同軸となるように配置され、回転体31は固定部材32に対して回転可能に固定部材32に嵌合されている。駆動ユニット4b1,4b2は回転体31の中心軸(Z軸方向と略平行で回転体31の中心を通る軸)を中心として点対称となるように配置されている。駆動ユニット4c1,4c2は固定部材32の中心軸を中心として点対称となるように配置されている。駆動ユニット4b1,4b2,4c1,4c2は駆動ユニット4bと同等であるため、説明を省略する。移動体3の並進駆動方法は第1実施形態での移動体3の並進駆動方法と同じであるため、説明を省略する。
続いて、並進駆動装置100Aでの移動体3のロック動作/ロック解除動作の方法について説明する。回転体31には3本の係合ピン11が設けられ、移動体3には3カ所に係合部12が設けられており、図8(a)のロック解除状態では、係合ピン11と係合部12とは係合しておらず、移動体3の並進駆動が可能となっている。ロック解除状態において、移動体3を反時計まわりに回転させる推力を回転体31に保持された駆動ユニット4c1,4c2に発生させ、固定部材32に保持された駆動ユニット4b1,4b2を無通電状態とする。このとき、回転体31と固定部材32の共通する中心軸について点対称に駆動ユニット4b1,4b2が固定部材32に配置されているため、移動体3の回転が抑制される。そして、駆動ユニット4c1,4c2に発生させた推力の反力により、駆動ユニット4b1,4b2を保持した回転体31が時計まわりに回転し、図8(b)の位置まで回転したところで係合ピン11と係合部12とが係合する。こうして、移動体3をロック状態とすることができる。
ロック状態からロック解除状態へは、駆動ユニット4b1,4b2を無通電状態とし、移動体3を時計まわりに回転させる推力を駆動ユニット4c1,4c2に発生させ、その推力の反力により回転体31を反時計まわりに回転させればよい。なお、ロック動作時とロック解除動作時の第2の位置センサ15の用い方は、第1実施形態に準ずる。また、本実施形態では固定部材32に設けられた2つの駆動ユニット4b1,4b2で移動体3の回転を規制するため、駆動ユニット4b1,4b2の出力部6の形状は円柱状で構わない。但し、これに限定されず、駆動ユニット4b1,4b2の出力部6の形状を、四角柱状や多角柱状、楕円柱状、複数の円柱状部材を並べた形状としてもよい。
上記の通り、本実施形態では、回転体31と固定部材32に共通する中心軸について点対称となる位置に駆動ユニット4b1,4b2が配置されているため、ロック動作時及びロック解除動作時に移動体3は中心軸について点対称に2点で支持されている。そのため、第1実施形態のように駆動ユニット4aの出力部5のみの1点で支持する構成と比較して、出力部6に掛かる負荷が小さくなることで、出力部6と推力受け溝7に損傷が生じ難くなる。また、出力部6の形状をすべての駆動ユニット4b1,4b2,4c1,4c2で共通化させることができることで、部品点数を削減することができる。
なお、移動体3を回転させる推力は、3つの駆動ユニット4b〜4c2を用いる第1実施形態に係る並進駆動装置100に比べて、2つの駆動ユニット4c1,4c2を用いる並進駆動装置100Aでは小さくなる。そこで、移動体3を確実に回転させることが必要な用途には第1実施形態に係る並進駆動装置100を用い、回転駆動のための推力が小さくても問題のない用途には、本実施形態に係る並進駆動装置100Aを用いるとよい。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。図9は、第4実施形態に係る並進駆動装置100Bの平面図である。なお、並進駆動装置100Bの構成要素であって、第1実施形態に係る並進駆動装置100の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して説明を省略する。並進駆動装置100Bは、移動体43、回転体44及び固定部材45を備える。回転体44の構成は、第1実施形態に係る並進駆動装置100の回転体1の構成に準じており、駆動ユニット4b,4c1,4c2を支持している。固定部材45の構成は、第1実施形態に係る並進駆動装置100の固定部材2の構成に準じており、駆動ユニット4dを支持している。
図10(a)は、移動体43の概略構成を示す斜視図である。図10(b)は、駆動ユニット4dの概略構成を示す斜視図である。移動体43は、駆動ユニット4b,4c1,4c2のそれぞれの出力部6が挿入される3つの推力受け溝7を有する。また、移動体43は、径方向(移動体43が移動可能な面内の一方向)に突出する出力受け部としての1本の推力受け部42を有する。推力受け部42は、ここでは、円柱状の棒状部材を示しているが、これに限らず、角柱状や多角柱状等の任意の形状の棒状部材とすることができる。一方、駆動ユニット4dのスライダ19には、2つの四角柱状の突起がスライダ19の駆動方向に並べられることで構成された出力部41が設けられている。推力受け部42は、出力部41の2つの突起の間に摺動可能に嵌合している。出力部41の2つの突起は、推力受け部42を摺動可能に挟持することができる構造であれば、四角柱状に限定されず、円柱状や多角柱状等の形状であってもよく、或いは、U字状の窪みを入れた1つのブロックで推力受け部42を受ける構成としてもよい。なお、出力部41の2つの四角柱状の突起の対向する面の端(角)には、推力受け部42の軸方向の移動を滑らかに行うことができるように面取り処理が施されている。
並進駆動装置100Bの駆動方法は、第1実施形態に係る並進駆動装置100の駆動方法と同様に行うことができ、よって、ここでの説明を省略する。第1実施形態に係る並進駆動装置100では、駆動ユニット4aからの出力(推力)を受ける推力受け溝7に一定の深さを持たせるために、移動体3に一定の肉厚を持たせる必要がある。これに対して、移動体43では、推力受け部42を単純な棒状部材とすることができ、また、推力受け部42の周囲を切り欠くことができる。よって、移動体3と比較して、移動体43では、軽量化を図ることができる。なお、第3実施形態に係る並進駆動装置100Aの駆動ユニット4b1,4b2に代えて駆動ユニット4dを用い、2つの駆動ユニット4dの推力受け部42のそれぞれと摺動可能に嵌合する推力受け部42を移動体3に設けた構成の並進駆動装置も実現可能である。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態に係る並進駆動装置100を像ぶれ補正装置として実装した撮像装置について説明する。図11は、並進駆動装置100を備える撮像装置200の概略構成を示す上面図である。撮像装置200は、大略的に、撮像素子(不図示)を有する撮像装置本体51と、撮像装置本体51に対して着脱自在なレンズ鏡筒52から構成されている。レンズ鏡筒52は、複数のレンズ群53を有すると共に、被写体の像ぶれを補正する像ぶれ補正装置としての並進駆動装置100を有する。レンズ鏡筒52を通過した光束は、撮像素子に結像する。撮像素子は、結像した光学像を光電変換により電気信号に変換し、撮像装置200が備える画像処理回路(不図示)へ出力する。画像処理回路は、受信した電気信号から画像データを生成する。生成された画像データは、不図示のメモリカード等の記憶媒体に記憶される。
並進駆動装置100は、移動体3の中心孔に固定された像ぶれ補正レンズ54を有し、図1に示すZ軸方向がレンズ鏡筒52の光軸方向と一致するように、レンズ鏡筒52に配置される。よって、像ぶれ補正レンズ54を光軸と直交する面内で移動させることによって、手ぶれ等に起因する像ぶれを補正して、明瞭な画像を撮像することができる。
なお、撮像装置200の非使用時には、移動体3を並進が規制された状態(図2(b))とすることが望ましい。これにより、撮像装置200の運搬時等に外力が並進駆動装置100に作用しても、並進駆動装置100の損傷等を防止することができる。また、ここでは、並進駆動装置100が像ぶれ補正レンズ54を並進駆動することで像ぶれを補正する構成について説明したが、並進駆動装置100が撮像素子を並進駆動することで像ぶれを補正する構成としてもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。上記実施形態に係る各並進駆動装置は、像ぶれ補正装置としての用途に限定されない。例えば、顕微鏡等の光学機器におけるステージを、本発明に係る並進駆動装置の移動体3,43を用いて実現することができる。また、本発明に係る並進駆動装置は、各種の電子機器において並進による位置決めが必要とされる部品の駆動装置として用いることができる。
1,1A,31,44 回転体
2,2A,32,45 固定部材
3,3A,43 移動体
4a,4b,4c,4d 駆動ユニット
5,6 出力部
7 推力受け溝
10a,10b 第1の位置センサ
11 係合ピン
12 係合部
41 出力部
42 推力受け部
100,100A、100B 並進駆動装置
200 撮像装置
2,2A,32,45 固定部材
3,3A,43 移動体
4a,4b,4c,4d 駆動ユニット
5,6 出力部
7 推力受け溝
10a,10b 第1の位置センサ
11 係合ピン
12 係合部
41 出力部
42 推力受け部
100,100A、100B 並進駆動装置
200 撮像装置
Claims (13)
- 移動体と、
前記移動体を駆動する出力部をそれぞれ有する3つ以上の駆動ユニットと、
同軸に且つ相対的に回転可能に配置される第1の支持部材および第2の支持部材と、を備え、
前記移動体を前記第1の支持部材と前記第2の支持部材に共通する中心軸と直交する面内で駆動する並進駆動装置であって、
前記3つ以上の駆動ユニットのうち少なくとも1つの駆動ユニットは前記第1の支持部材に配置されると共に他の駆動ユニットは前記第2の支持部材に配置され、
前記第1の支持部材に配置される前記少なくとも1つの駆動ユニットの出力部は前記中心軸と直交する面内での前記移動体の回転を規制することを特徴とする並進駆動装置。 - 前記第1の支持部材は、略環状の形状を有し、前記移動体を前記中心軸と直交する面内で移動可能に支持し、
前記第2の支持部材は、前記中心軸まわりに前記第1の支持部材と相対的に回転可能に嵌合していることを特徴とする請求項1に記載の並進駆動装置。 - 前記移動体は、前記3つ以上の駆動ユニットのそれぞれの出力部と摺動可能に嵌合する出力受け部を有し、
前記3つ以上の駆動ユニットのうち、前記第2の支持部材に配置された駆動ユニットの前記出力部は、対応する出力受け部と嵌合した状態で前記出力受け部に対する回転が許容される形状を有し、前記第1の支持部材に配置された駆動ユニットの前記出力部は、対応する出力受け部と嵌合した状態で前記出力受け部に対する回転が規制される形状を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の並進駆動装置。 - 前記出力部は、前記中心軸と略平行な方向を軸方向とする柱状の形状を有し、
前記出力受け部は、前記中心軸と直交する面内に長手方向と短手方向を有し、前記出力部が前記中心軸と略平行な方向に挿入される長穴状の形状を有し、
前記駆動ユニットにおける前記出力部の駆動方向は前記出力受け部の短手方向と略平行であり、
前記第1の支持部材に配置される駆動ユニットの前記出力部は、前記出力受け部の短手方向側の壁面と面または2点以上で接触することを特徴とする請求項3に記載の並進駆動装置。 - 前記移動体において前記第1の支持部材に配置される前記少なくとも1つの駆動ユニットの出力部と嵌合する出力受け部は、前記移動体の中心から径方向に突出する棒状部材であり、
前記棒状部材はその軸方向に摺動可能であることを特徴とする請求項3に記載の並進駆動装置。 - 前記駆動ユニットを4つ備え、
前記4つの駆動ユニットのうち、2つの駆動ユニットは前記中心軸について点対称となる位置で前記第1の支持部材に配置され、残る2つの駆動ユニットは前記中心軸について点対称となる位置で前記第2の支持部材に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の並進駆動装置。 - 前記移動体は、4つ以上の前記駆動ユニットのそれぞれの出力部と摺動可能に嵌合する出力受け部を有し、
少なくとも前記第2の支持部材に配置された2つの駆動ユニットの前記出力部はそれぞれ、対応する出力受け部と嵌合した状態で前記出力受け部に対する回転が許容される形状を有することを特徴とする請求項6に記載の並進駆動装置。 - 前記4つの駆動ユニットのそれぞれの出力部は、前記中心軸と略平行な方向を軸方向とする円柱の形状を有し、
前記移動体に設けられた出力受け部は、前記中心軸と直交する面内に長手方向と短手方向を有して前記出力部が前記中心軸と略平行な方向に挿入される長穴状の形状を有し、
前記出力受け部の短手方向の幅は、前記出力部の直径と同じかまたはそれ以上であることを特徴とする請求項7に記載の並進駆動装置。 - 前記移動体に係合部が設けられると共に、前記係合部と係合可能な係合部材が前記第2の支持部材に設けられ、
前記第1の支持部材に配置された駆動ユニットを駆動せず、前記第2の支持部材に配置された駆動ユニットを駆動したときに、前記第1の支持部材に配置された駆動ユニットによって前記移動体の回転が規制されているために前記第2の支持部材に配置された駆動ユニットが前記移動体に与える推力の反力によって前記第2の支持部材が前記中心軸まわりに回転することで、前記係合部と前記係合部材とが係合することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の並進駆動装置。 - 前記移動体の移動方向と移動量を検出する複数の位置センサを備え、
前記複数の位置センサのうち少なくとも2つの位置センサの測長方向が異なることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の並進駆動装置。 - 前記複数の位置センサのうち少なくとも1つは前記第1の支持部材に設けられ、少なくとも別の1つは前記第2の支持部材に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の並進駆動装置。
- 前記駆動ユニットはそれぞれ、
前記出力部を有する被駆動体と、
前記被駆動体と加圧接触し、振動が励起されることで前記被駆動体を所定の方向に駆動する振動体と、を備え、
前記振動体は、
板状の弾性体と、
前記板状の弾性体の一方の面に接着された電気−機械エネルギ変換素子と、
前記弾性体において前記電気−機械エネルギ変換素子が接着された面の反対側の面に設けられ、先端が前記被駆動体に当接する突起部と、を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の並進駆動装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載と並進駆動装置と、
前記並進駆動装置が備える移動体により位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016255521A JP2018106116A (ja) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 並進駆動装置及び電子機器 |
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JP2016255521A Pending JP2018106116A (ja) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 並進駆動装置及び電子機器 |
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- 2016-12-28 JP JP2016255521A patent/JP2018106116A/ja active Pending
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