JP2024090648A - 振動型アクチュエータ、レンズ鏡筒、撮像装置およびステージ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動型アクチュエータを高精度に駆動させることを目的とする。【解決手段】本発明の振動型アクチュエータ100では、下側支持部材18は、保持部材9と下側支持部材18との相対位置を第2の方向にガイドする一対のガイド部18cを有し、保持部材9は、一対のガイド部18cによりガイドされる一対のガイド受部9aを有する。エンコーダ本体31は、第2の方向から見て、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域と重なる位置において下側支持部材18に固定されている。【選択図】図5
Description
本発明は、振動型アクチュエータ、レンズ鏡筒、撮像装置およびステージ装置に関する。
一般に、振動型アクチュエータは、振動体と被駆動体とを加圧接触させ、振動体に励起した振動により振動体と被駆動体とを相対的に摩擦駆動させることにより駆動力を得る。振動型アクチュエータは、構造が簡素で薄型であるとともに高精度で静粛な駆動が可能であるために、レンズ鏡筒、雲台等の旋回駆動装置、FA等の生産装置、OA機器等の駆動モータとして用いられている。
特許文献1には、接触体の厚み方向(接触体の長手方向および短手方向に直交する方向)において接触体を2つの振動体で挟み込み、接触体の長手方向に振動体がガイドバーに沿って駆動する構造の振動型アクチュエータが開示されている。
振動型アクチュエータは、高精度な位置決めを行うために、エンコーダ本体と、スケールを設けることがある。しかしながら、特許文献1の振動型アクチュエータでは、エンコーダ本体やスケールを取り付ける位置によっては、振動体と接触体との相対的な移動を高精度に検出できない場合がある。すなわち、振動体とエンコーダ本体が取り付けられている部品との間にガタ等が発生すると、ガタによってエンコーダ本体がスケールに対して相対的に移動してしまう。したがって、振動体が接触体に対して移動していないにもかかわらず、エンコーダからは移動した信号が検出されるため振動型アクチュエータの駆動が不安定になり、位置決めの精度が低下してしまうおそれがある。
本発明は、振動型アクチュエータを高精度に駆動させることを目的とする。
本発明は、電気-機械エネルギ変換素子と突出部とを有する振動体と、前記突出部が接触され、前記振動体に対して第1の方向に相対移動可能に設けられた接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、前記振動体を前記第1の方向に対して交差する第2の方向である前記接触体の側に加圧するとともに、前記振動体を振動可能に保持する保持部と、前記保持部を介して前記振動体を支持する支持部と、前記支持部に固定され、前記振動体または前記接触体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記保持部と前記支持部のうち何れか一方は、前記保持部と前記支持部との相対位置を前記第2の方向にガイドする一対のガイド部を有し、前記保持部と前記支持部のうち何れか他方は、前記一対のガイド部によりガイドされる一対のガイド受部を有し、前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部により挟まれる領域と重なる位置において前記支持部に固定されていることを特徴とする。
本発明によれば、振動型アクチュエータを高精度に駆動させることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1実施形態の振動型アクチュエータ100の概略構成を示す斜視図である。図2は、振動型アクチュエータ100の分解斜視図である。図3は、下側支持部材18の分解斜視図である。図3(a)は下側支持部材18を上側から見た分解斜視図であり、図3(b)は下側支持部材18を下側から見た分解斜視図である。
振動型アクチュエータ100は、振動体2、保持部材9、接触体10、下側支持部材18、上側支持部材19、トッププレート20、土台部21、ガイドバー22、接触体保持部23、24、引張コイルばね25等を有する。
<第1の実施形態>
図1は、第1実施形態の振動型アクチュエータ100の概略構成を示す斜視図である。図2は、振動型アクチュエータ100の分解斜視図である。図3は、下側支持部材18の分解斜視図である。図3(a)は下側支持部材18を上側から見た分解斜視図であり、図3(b)は下側支持部材18を下側から見た分解斜視図である。
振動型アクチュエータ100は、振動体2、保持部材9、接触体10、下側支持部材18、上側支持部材19、トッププレート20、土台部21、ガイドバー22、接触体保持部23、24、引張コイルばね25等を有する。
振動体2は、弾性体3と、弾性体3の一方の面に設けられた一対の突出部5と、弾性体3において突出部5が設けられた面の反対側の面に設けられた圧電素子4と、を有する(図3を参照)。なお、突出部5は一対である場合に限られず、少なくとも1つあれば接触体10の駆動は可能である。
弾性体3は、略矩形で平板状の形状である。弾性体3は、例えば、マルテンサイト系のステンレス等の金属材料からなり、耐久性を高めるための硬化処理として焼入処理が施される。
弾性体3は、略矩形で平板状の形状である。弾性体3は、例えば、マルテンサイト系のステンレス等の金属材料からなり、耐久性を高めるための硬化処理として焼入処理が施される。
突出部5は、弾性体3の一方側の面から接触体10側に突出する部位である。突出部5は、ばね性を有する厚さで形成される。突出部5は、例えば、弾性体3を構成する板材のプレス加工等によって、弾性体3と一体的に形成される。ただし、突出部5は、弾性体3と一体である場合に限られず、例えば、溶接等によって弾性体3に固定してもよい。突出部5の先端5a(上面)は、接触体10と摩擦摺動するため、耐摩耗性を高めるための硬化処理として焼入処理等が施される。
保持部材9(保持部)は、突出部5が設けられた面の反対側から振動体2を振動可能に保持する。保持部材9は、引張コイルばね25によって付勢されることで振動体2を接触体10の側に加圧する。
接触体10は、振動体2に対して相対移動可能である。接触体10は、ステンレス等の金属材料からなり、突出部5との摩擦摺動面には、耐摩耗性を高めるために窒化処理等の硬化処理が施される。
接触体10は、振動体2に対して相対移動可能である。接触体10は、ステンレス等の金属材料からなり、突出部5との摩擦摺動面には、耐摩耗性を高めるために窒化処理等の硬化処理が施される。
圧電素子4は、電気量を機械量に変換する電気-機械エネルギ変換素子である。圧電素子4は、接着剤によって弾性体3に接着される。圧電素子4は、板状の圧電セラミックスの両面に所定の形状の電極が形成された構造を有する。圧電素子4の電極には、給電フレキシブル基板41から所定の周波数の駆動電圧(交流電圧)が印加される。圧電素子4は、駆動電圧の印加に応じて振動体2に後述する第1の振動モードと第2の振動モードとの振動を励起し、2つの突出部5を結ぶ方向と突出部5の突出方向とを含む面内での楕円運動を突出部5に生じさせる。したがって、突出部5は接触体10を摩擦駆動(以下、駆動という)し、接触体10と振動体2とを相対的にリニア駆動させることができる。
図4は、振動型アクチュエータ100を駆動する(振動体2と接触体10とを相対移動させる)ために振動体2に励起させる固有振動モードを説明するための斜視図である。図4(a)は、振動型アクチュエータ100を駆動するために振動体2に励起させる第1の振動モードを説明する斜視図である。図4(b)は、振動型アクチュエータ100を駆動するために振動体2に励起させる第2の振動モードを説明する斜視図である。
図4(a)、(b)は、変形形状の理解を容易にするために、振動体2の形状に比べて変位量が拡大して表わしている。また、第1の振動モードおよび第2の振動モードを説明するためにX方向、Y方向およびZ方向を示している。X方向は、2つの突出部5(の先端)を結ぶ方向であり、振動体2の長手方向でもある。Z方向は、突出部5の突出方向であり、振動体2が加圧され接触体10と接触する方向でもある。Y方向は、X方向およびZ方向と直交(交差)する方向であり、振動体2の短手方向でもある。
第1の振動モードは、X方向(振動体の長手方向)に2次(振動の腹が2つ)の屈曲振動を生じるモードであり、Y方向と平行な3本の振動の節(以下、節という)を有する。突出部5(の先端)は、第1の振動モードの振動によりX方向で往復運動を行う。このとき、突出部5を第1の振動モードの振動で節となる位置またはその近傍に(第1の振動モードの振動で節となる位置と重なるように)配置することにより、突出部5(の先端)をX方向で最も大きく変位させることができる。
第2の振動モードは、Y方向(振動体の短手方向)に1次(振動の腹が1つ)の屈曲振動を生じるモードであり、X方向と平行な2本の節を有する。突出部5は、第2の振動モードの振動によりZ方向で往復運動を行う。このとき、突出部5が第2の振動モードで腹となる位置またはその近傍に(第2の振動モードの振動で腹となる位置と重なるように)配置することにより、突出部5をZ方向で最も大きく変位させることができる。
振動体2では、第1の振動モードと第2の振動モードとを組み合わせることにより、突出部5の先端に、略ZX面内で楕円運動を発生させることができ、楕円運動により略X方向に振動体2を駆動する駆動力が発生する。このとき、2つの突出部5がそれぞれ、第1の振動モードの節の位置、且つ、第2の振動モードの腹の位置またはその近傍に配置されることにより、突出部5(の先端)の振動変位を最も大きくすることができ、高い出力を得ることができる。
図1、図2、図3に戻り、振動型アクチュエータ100について説明する。
振動型アクチュエータ100は、下側支持部材18(支持部)に支持された振動体2と上側支持部材19(支持部)に支持された振動体2とで接触体10を挟み込んだ構成を有する。接触体10の長手方向の端部はそれぞれ、接触体保持部23、24に制振ゴム23a、24aを介して固定される。制振ゴム23a、24aは、振動減衰性能が高いブチルゴムやシリコーンゴム等からなる。制振ゴム23a、24aは振動型アクチュエータ100の駆動中に接触体10に不要な振動が発生することを抑制する。したがって、振動型アクチュエータ100は異音の発生が抑制されるとともに出力の低下が防止される。
振動型アクチュエータ100は、下側支持部材18(支持部)に支持された振動体2と上側支持部材19(支持部)に支持された振動体2とで接触体10を挟み込んだ構成を有する。接触体10の長手方向の端部はそれぞれ、接触体保持部23、24に制振ゴム23a、24aを介して固定される。制振ゴム23a、24aは、振動減衰性能が高いブチルゴムやシリコーンゴム等からなる。制振ゴム23a、24aは振動型アクチュエータ100の駆動中に接触体10に不要な振動が発生することを抑制する。したがって、振動型アクチュエータ100は異音の発生が抑制されるとともに出力の低下が防止される。
土台部21は、スケール保持部21a、外枠部21b、ボトムプレート21cを備える。スケール保持部21aは、接触体10とX方向に略平行となるようにスケール30が接着剤や粘着テープ等で固定される。接触体保持部23、24と、トッププレート20と、土台部21とがねじ等により連結されることで、振動型アクチュエータ100の基部が形成される。
ガイドバー22は、上側支持部材19をガイドする。ガイドバー22は接触体10とX方向に略平行となるように配置される。ガイドバー22は、軸方向の端部がそれぞれ、接触体保持部23、24に固定される。
ガイドバー22は、上側支持部材19をガイドする。ガイドバー22は接触体10とX方向に略平行となるように配置される。ガイドバー22は、軸方向の端部がそれぞれ、接触体保持部23、24に固定される。
上側支持部材19は、ガイドバー22が摺動可能に嵌合する貫通穴部19cが設けられる(図2を参照)。ガイドバー22を貫通穴部19cに嵌合させることにより、上側支持部材19が案内部材であるガイドバー22の軸方向(X方向)に案内され、接触体10に対して相対的に移動可能となっている。上側支持部材19は、上部に球状の駆動伝達部19dが設けられる。駆動伝達部19dと駆動対象物とが連結されることにより、振動型アクチュエータ100の駆動力を駆動対象物に伝達する。なお、上側支持部材19の貫通穴部19cとガイドバー22の摺動を滑らかにするためにグリスを塗布してもよい。
下側支持部材18は、X方向に突出する接続ピン18bが設けられる。接続ピン18bを上側支持部材19に設けられた接続受け部19bと接続することにより、下側支持部材18が上側支持部材19に対して位置決めされる。したがって、下側支持部材18と上側支持部材19とは、ガイドバー22に沿って案内され、一体的に移動可能である。
下側支持部材18は、X方向に突出する接続ピン18bが設けられる。接続ピン18bを上側支持部材19に設けられた接続受け部19bと接続することにより、下側支持部材18が上側支持部材19に対して位置決めされる。したがって、下側支持部材18と上側支持部材19とは、ガイドバー22に沿って案内され、一体的に移動可能である。
引張コイルばね25は、下側支持部材18に設けられたバネ受け部18aと上側支持部材19に設けられたバネ受け部19aとに懸架される。引張コイルばね25は、下側支持部材18と上側支持部材19を互いに引き寄せる方向に付勢する。したがって、下側支持部材18と上側支持部材19のそれぞれに支持されている振動体2の突出部5の先端5aが接触体10に加圧接触させた状態で保持される。なお、下側支持部材18と上側支持部材19を互いに引き寄せる方向に付勢するには、引張コイルばね25に限られず、円錐コイルばねやゴム等であってもよい。
下側支持部材18と上側支持部材19のそれぞれに支持される振動体2は、給電フレキシブル基板41が接続される。給電フレキシブル基板41は、連結フレキシブル基板40の接続コネクタ42にそれぞれ挿入することで接続される。連結フレキシブル基板40からは、下側支持部材18に支持されている振動体2と、上側支持部材19に支持されている振動体2とに発生する略ZX面内での楕円運動が互いに反対方向になるような交流信号が印可される。したがって、接触体10に対して対向して配置されている2つの振動体2が接触体10を同じ方向に駆動できるようになっている。また、連結フレキシブル基板40は、振動体2のX方向での移動と一体的に移動するため、Uターン部40aが形成される。Uターン部40aは、連結フレキシブル基板40が他の部品と干渉せずに安定したX方向の駆動を実現する。
以上の構成により、振動型アクチュエータ100は、振動体2を駆動すると接触体10に対して振動体2、保持部材9、下側支持部材18、上側支持部材19、引張コイルばね25が一体となってガイドバー22の軸方向に移動する。
次に、下側支持部材18の構成と、振動体2の突出部5を接触体10に接触させる構成について、図3を参照して説明する。
振動体2は、振動体2の長手方向(2つの突出部5の先端5aを結ぶ方向)の端部近傍(平板部から長手方向に延びた固定部)で、接着や溶接等の手段により保持部材9に固定される。
ここで、図3(a)に示すように、下側支持部材18の上面には複数(ここでは2つ)のガイド部18cが設けられる。ガイド部18cは、下側支持部材18の上面からZ方向に突出する円柱状である。2つのガイド部18cは、X方向に離れている。2つのガイド部18cの間隔は、振動体2の2つの突出部5の間隔よりも大きい。2つのガイド部18cは、一対のガイド部の一例に対応する。
一方、図3(b)に示すように、保持部材9の下面には複数(ここでは2つ)のガイド受部9aが設けられる。ガイド受部9aは、保持部材9の下面からZ方向に円柱状に凹んだ凹部としての穴である。ガイド受部9aは貫通穴であってもよく、有底穴であってもよい。2つのガイド受部9aは、X方向に離れている。2つのガイド受部9aの間隔は、2つのガイド部18cの間隔と略同一である。ガイド受部9aにはガイド部18cが挿入可能である。2つのガイド受部9aは、一対のガイド受部の一例に対応する。また、Z方向から見たときに、2つのガイド受部9aの間に振動体2の2つの突出部5が位置する。
振動体2は、振動体2の長手方向(2つの突出部5の先端5aを結ぶ方向)の端部近傍(平板部から長手方向に延びた固定部)で、接着や溶接等の手段により保持部材9に固定される。
ここで、図3(a)に示すように、下側支持部材18の上面には複数(ここでは2つ)のガイド部18cが設けられる。ガイド部18cは、下側支持部材18の上面からZ方向に突出する円柱状である。2つのガイド部18cは、X方向に離れている。2つのガイド部18cの間隔は、振動体2の2つの突出部5の間隔よりも大きい。2つのガイド部18cは、一対のガイド部の一例に対応する。
一方、図3(b)に示すように、保持部材9の下面には複数(ここでは2つ)のガイド受部9aが設けられる。ガイド受部9aは、保持部材9の下面からZ方向に円柱状に凹んだ凹部としての穴である。ガイド受部9aは貫通穴であってもよく、有底穴であってもよい。2つのガイド受部9aは、X方向に離れている。2つのガイド受部9aの間隔は、2つのガイド部18cの間隔と略同一である。ガイド受部9aにはガイド部18cが挿入可能である。2つのガイド受部9aは、一対のガイド受部の一例に対応する。また、Z方向から見たときに、2つのガイド受部9aの間に振動体2の2つの突出部5が位置する。
ガイド部18cをガイド受部9aに挿入した状態では、保持部材9が下側支持部材18のガイド部18cの軸方向に沿って摺動可能である。
ここで、保持部材9と下側支持部材18は、振動体2の振動が伝わりにくい構造にするため、ポリカーボネートやPOM等の樹脂材料で形成される。したがって、保持部材9に設けられたガイド受部9aと、下側支持部材18に設けられたガイド部18cとの隙間は樹脂成型可能な精度であり、金属材料で作る場合よりも大きい隙間が設けられる。
また、振動体2の駆動力はガイド部18cに伝達されるため、円柱状のガイド部18cの直径は、駆動力が作用しても破損しない程度の大きさで形成される。
ここで、保持部材9と下側支持部材18は、振動体2の振動が伝わりにくい構造にするため、ポリカーボネートやPOM等の樹脂材料で形成される。したがって、保持部材9に設けられたガイド受部9aと、下側支持部材18に設けられたガイド部18cとの隙間は樹脂成型可能な精度であり、金属材料で作る場合よりも大きい隙間が設けられる。
また、振動体2の駆動力はガイド部18cに伝達されるため、円柱状のガイド部18cの直径は、駆動力が作用しても破損しない程度の大きさで形成される。
下側支持部材18は、振動体2から保持部材9に伝達された振動を減衰する一対の振動減衰部材26が設けられる。振動減衰部材26は穴部26aを有しており、穴部26aに下側支持部材18の凸部18fを挿入することにより、保持部材9の短手方向から保持部材9を挟み込む状態に取り付けられる。振動減衰部材26の材質は、柔らかい樹脂材料が用いられ、例えば、振動減衰性能が高いブチルゴムやシリコーンゴム等のゴム材料を成形したものが好適である。ただし、振動減衰部材26の材質は、上述した材質に限られず、例えば、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、紫外線硬化ゲル、高分子ゲル等を用いることができる。また、減衰効果を高めるために、振動減衰部材26は円柱部が潰れる程度に変形させて実装している。振動減衰部材26は振動体2から保持部材9に伝わる振動を減衰することにより、振動型アクチュエータ100の異音や出力の低下を防止する。なお、上側支持部材19にも振動減衰部材26が取り付けられ、下側支持部材18の振動減衰部材26と同様の機能を有する。
振動体2には、緩衝部材11と加圧ブロック13が接触するように配置される。
緩衝部材11は、加圧力を分散させるための部材であり、加圧ブロック13に接着等の手段により取り付けられる。緩衝部材11は、例えば、フェルトを用いることができる。緩衝部材11は、圧電素子4の厚み方向の2つの面のうち弾性体3と接着されていない面と接触する。
加圧ブロック13は、緩衝部材11が取り付けられている面の反対側の面に突出部13aが設けられる。加圧ブロック13は、突出部13aが下側支持部材18に設けられた穴部18eに嵌合することで、下側支持部材18に対して位置決めされる。
緩衝部材11は、加圧力を分散させるための部材であり、加圧ブロック13に接着等の手段により取り付けられる。緩衝部材11は、例えば、フェルトを用いることができる。緩衝部材11は、圧電素子4の厚み方向の2つの面のうち弾性体3と接着されていない面と接触する。
加圧ブロック13は、緩衝部材11が取り付けられている面の反対側の面に突出部13aが設けられる。加圧ブロック13は、突出部13aが下側支持部材18に設けられた穴部18eに嵌合することで、下側支持部材18に対して位置決めされる。
振動体2の突出部5の先端5aを接触体10に対して加圧する加圧力は、引張コイルばね25によって付与される。具体的に、加圧ブロック13において緩衝部材11が張り付けられている面の反対側の面が下側支持部材18に設けられた突出部18dと接触することで、保持部材9と下側支持部材18との間に隙間が形成され、加圧ブロック13は振動体2の側に加圧される。これにより、突出部5の先端5aを接触体10に加圧するための加圧力は振動体2に対してのみ与えられる。
なお、上側支持部材19は、下側支持部材18と同様に、振動体2、保持部材9、緩衝部材11、加圧ブロック13が設けられる。したがって、引っ張りコイルバネ25が下側支持部材18と上側支持部材19を引き寄せる力が加圧ブロック13を介して振動体2を接触体10に対して加圧する力に変換されて、振動体2と接触体10とが所定の加圧力で接触する。
図5(a)は下側支持部材18の上面図であり、図5(b)は下側支持部材18の下面図である。図6は、エンコーダ本体31の構成を示す図である。以下、エンコーダ本体31およびスケール30について図2、図3、図5、図6を参照して説明する。
エンコーダ本体31(位置検出部)は、振動体2または接触体10の位置を検出する。エンコーダ本体31は、振動体2と接触体10の相対位置(変位情報)を検出してもよく、振動体2と接触体10の絶対位置(位置情報)を検出してもよい。なお、「変位情報」とは、いわゆるインクリメンタル・エンコーダにおいて検出される情報のことである。また、「位置情報」とは、いわゆるアブソリュート・エンコーダにおいて検出される情報のことである。
エンコーダ本体31(位置検出部)は、振動体2または接触体10の位置を検出する。エンコーダ本体31は、振動体2と接触体10の相対位置(変位情報)を検出してもよく、振動体2と接触体10の絶対位置(位置情報)を検出してもよい。なお、「変位情報」とは、いわゆるインクリメンタル・エンコーダにおいて検出される情報のことである。また、「位置情報」とは、いわゆるアブソリュート・エンコーダにおいて検出される情報のことである。
本実施形態では、エンコーダ本体31として、発光素子と受光素子とを有する反射型の光学式センサを用いる。なお、図5(b)では、エンコーダ本体31の検出中心31aを黒丸で示している。エンコーダ本体31から照射された光が、リフレクタとしてのスケール30(被検出部)で反射され、反射された光をエンコーダ本体31が受け取ることで変位情報(または位置情報)が検出される。スケール30には、エンコーダ本体31により取得可能な位置に関する情報が含まれている。
ここで、エンコーダ本体31の検出中心31aについて説明する。
図6(a)は、エンコーダ本体31とスケール30との位置関係を示す図であり、Y方向から見た図である。
エンコーダ本体31には、発光素子31bと、受光素子31cとを有する。ここでは、発光素子31bと受光素子31cとはX方向に離れている。発光素子31bはスケール30に向かって斜めに光を照射し、受光素子31cがスケール30で反射された光を検出窓部31dを通して受ける。発光素子31bからスケール30に向かう光の入射角と、スケール30により反射される光の反射角は等しいことから光の軌跡は、二等辺三角形となる。二等辺三角形の頂点は、エンコーダ本体31がスケール30の位置を検出するときの検出中心31aである。検出中心31aは、XY平面においてエンコーダ本体31の発光素子31bと受光素子31cとの間の中心である光学中心31eと一致する。すなわち、検出中心31aをZ方向に延長させると光学中心31eと重なる。本実施形態ではZ方向から見て、発光素子31bと受光素子31cとの間の中心(二等辺三角形の底辺の中心)が光学中心31eである。
なお、本実施形態では、Z方向から見て、発光素子31bと受光素子31cとの間の中心と、検出中心31aとが一致するが、この場合に限られず、エンコーダ本体31の光学式センサに応じて異なる。例えば、光学式センサが受光素子を中心として発光素子を囲むように複数の発光素子が配置された光学式センサであれば、Z方向から見て、受光素子の位置が光学中心であり、検出中心となる。
図6(a)は、エンコーダ本体31とスケール30との位置関係を示す図であり、Y方向から見た図である。
エンコーダ本体31には、発光素子31bと、受光素子31cとを有する。ここでは、発光素子31bと受光素子31cとはX方向に離れている。発光素子31bはスケール30に向かって斜めに光を照射し、受光素子31cがスケール30で反射された光を検出窓部31dを通して受ける。発光素子31bからスケール30に向かう光の入射角と、スケール30により反射される光の反射角は等しいことから光の軌跡は、二等辺三角形となる。二等辺三角形の頂点は、エンコーダ本体31がスケール30の位置を検出するときの検出中心31aである。検出中心31aは、XY平面においてエンコーダ本体31の発光素子31bと受光素子31cとの間の中心である光学中心31eと一致する。すなわち、検出中心31aをZ方向に延長させると光学中心31eと重なる。本実施形態ではZ方向から見て、発光素子31bと受光素子31cとの間の中心(二等辺三角形の底辺の中心)が光学中心31eである。
なお、本実施形態では、Z方向から見て、発光素子31bと受光素子31cとの間の中心と、検出中心31aとが一致するが、この場合に限られず、エンコーダ本体31の光学式センサに応じて異なる。例えば、光学式センサが受光素子を中心として発光素子を囲むように複数の発光素子が配置された光学式センサであれば、Z方向から見て、受光素子の位置が光学中心であり、検出中心となる。
エンコーダ本体31は、エンコーダフレキシブル基板32の表面に半田等を用いて実装されている。また、エンコーダフレキシブル基板32は複数の固定ねじ33により下側支持部材18に固定されることにより、エンコーダ本体31はエンコーダフレキシブル基板32を介して下側支持部材18に固定される。したがって、振動体2と接触体10が相対移動すると、エンコーダ本体31は振動体2および下側支持部材18とともに接触体10に対して相対移動する。このとき、エンコーダ本体31とスケール30が相対的に移動することから、エンコーダ本体31は振動体2と接触体10との相対位置(または絶対位置)を検出することができる。なお、エンコーダ本体31とスケール30とは、X方向(接触体と振動体が相対移動する方向)から見たときに、エンコーダ本体31とスケール30のパターンとがZ方向に対向するように下側支持部材18と土台部21との間に配置される。
また、エンコーダフレキシブル基板32は、移動時の安定した給電を実現するためにUターン部32aが形成される(図2を参照)。エンコーダフレキシブル基板32のUターン部32aは、連結フレキシブル基板40のUターン部40aとはY方向において重ならないように配置される。したがって、振動体2のX方向の移動の際にエンコーダフレキシブル基板32のUターン部32aと連結フレキシブル基板40のUターン部40aとが接触することなく、フレキシブル基板の摩耗による接続不良や断線等を防止することができる。また、センサ信号と、振動体2への給電信号との距離を離すことができることから、ノイズを抑制し、安定したセンサ信号の読み取りが可能となる。ただし、エンコーダフレキシブル基板32のUターン部32aと連結フレキシブル基板40のUターン部40aとはY方向において重ならない場合に限られず、例えば、小型化のためにY方向に重なるように配置してもよい。
本実施形態のエンコーダ本体31は、振動体2と接触体10の相対的位置、または絶対位置を高い精度で検出できる位置に配置される。具体的に、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。
ここで、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aについて説明する。
図5(b)は、下側支持部材18の下面図であり、保持部材9に設けられる一対のガイド受部9aを隠れ線(破線)で示している。また、図5(b)では、2つガイド受部9aのX方向における略中心である直線をY0で示し、2つガイド受部9aの円の中心を繋ぐ直線をL1で示している。また、2つガイド受部9aの円の外形のうち直線L1からY方向に離れた端部同士を繋ぐ直線をL2、L3で示している。すなわち、直線L1は、ガイド受部9aのY方向の幅Wの略中心を通る直線である。ここで、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aとは、一対のガイド受部9aの間であって直線L2と直線L3により囲まれた、ハッチングを付した領域である。また、換言すると、領域Aは、X方向において一対のガイド受部9aに挟まれ、かつY方向に沿った一対のガイド受部9aの投影領域と重なる領域に対応する。
このように、エンコーダ本体31は領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。
ここで、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aについて説明する。
図5(b)は、下側支持部材18の下面図であり、保持部材9に設けられる一対のガイド受部9aを隠れ線(破線)で示している。また、図5(b)では、2つガイド受部9aのX方向における略中心である直線をY0で示し、2つガイド受部9aの円の中心を繋ぐ直線をL1で示している。また、2つガイド受部9aの円の外形のうち直線L1からY方向に離れた端部同士を繋ぐ直線をL2、L3で示している。すなわち、直線L1は、ガイド受部9aのY方向の幅Wの略中心を通る直線である。ここで、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aとは、一対のガイド受部9aの間であって直線L2と直線L3により囲まれた、ハッチングを付した領域である。また、換言すると、領域Aは、X方向において一対のガイド受部9aに挟まれ、かつY方向に沿った一対のガイド受部9aの投影領域と重なる領域に対応する。
このように、エンコーダ本体31は領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。
また、エンコーダ本体31の検出中心31aは、Z方向から見て、領域A内に位置する。
具体的に、検出中心31aは、Y方向における位置がガイド受部9aの幅Wの略中心であって、直線L1上である。換言すると、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの略中心に検出中心31aを有する。
また、検出中心31aは、一方のガイド受部9aと他方のガイド受部9aとの間の略中心であって、直線Y0上である。換言すると、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、Y方向におけるガイド受部9aの幅の略中心に検出中心31aを有する。
具体的に、検出中心31aは、Y方向における位置がガイド受部9aの幅Wの略中心であって、直線L1上である。換言すると、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの略中心に検出中心31aを有する。
また、検出中心31aは、一方のガイド受部9aと他方のガイド受部9aとの間の略中心であって、直線Y0上である。換言すると、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、Y方向におけるガイド受部9aの幅の略中心に検出中心31aを有する。
また、エンコーダ本体31の受光素子31cは、図6(b)に示すように、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの間の中心Oと重なっている。一対のガイド受部9aの中心は、一対のガイド受部9aをXY平面上に投影した投影領域の面積重心Oと換言される。
図6(b)は、エンコーダ本体31を下側から見た下面図である。ここでは、保持部材9に設けられる一対のガイド受部9aを隠れ線(破線)で示し、一対のガイド受部9aの中心をOで示している。受光素子31cは、発光素子31bから発光されスケール30で後方に散乱した散乱光のうちの少なくとも正反射成分を受光可能な位置に所定の開口径の検出窓部31dを有している。検出窓部31dは、一点鎖線の円形で示す対物レンズL31dのレンズ径に該当する開口径を有している。受光素子31cの検出窓部31dは、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの間の中心Oと重なっている。このように、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの中心と重なる位置に検出窓部31dを有する。このような位置関係を満たす位置に検出窓を設けることで、一対のガイド受部9aと一対のガイド部9bとの間の間隙と、駆動時に支持部が受けるヨー方向の応力と、の影響により駆動時に傾く検出部の位置変動を低減することができる。すなわち、受光素子31cの検出窓部31dのX方向における大きさL(範囲)内に、一対のガイド受部9aの中心Oが位置することが好ましい。ヨー方向の応力は、第1の方向(X方向)に対して支持部(下側支持部材18)が第2の方向に沿った軸(Z方向)の周りに受ける応力に対応する。ヨー方向の応力は、図6(b)のXY平面の周方向に沿った応力である。ヨー方向の応力は、ヨー方向のトルクと換言される場合がある。
図6(b)は、エンコーダ本体31を下側から見た下面図である。ここでは、保持部材9に設けられる一対のガイド受部9aを隠れ線(破線)で示し、一対のガイド受部9aの中心をOで示している。受光素子31cは、発光素子31bから発光されスケール30で後方に散乱した散乱光のうちの少なくとも正反射成分を受光可能な位置に所定の開口径の検出窓部31dを有している。検出窓部31dは、一点鎖線の円形で示す対物レンズL31dのレンズ径に該当する開口径を有している。受光素子31cの検出窓部31dは、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの間の中心Oと重なっている。このように、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aの中心と重なる位置に検出窓部31dを有する。このような位置関係を満たす位置に検出窓を設けることで、一対のガイド受部9aと一対のガイド部9bとの間の間隙と、駆動時に支持部が受けるヨー方向の応力と、の影響により駆動時に傾く検出部の位置変動を低減することができる。すなわち、受光素子31cの検出窓部31dのX方向における大きさL(範囲)内に、一対のガイド受部9aの中心Oが位置することが好ましい。ヨー方向の応力は、第1の方向(X方向)に対して支持部(下側支持部材18)が第2の方向に沿った軸(Z方向)の周りに受ける応力に対応する。ヨー方向の応力は、図6(b)のXY平面の周方向に沿った応力である。ヨー方向の応力は、ヨー方向のトルクと換言される場合がある。
次に、上述したように配置されるエンコーダ本体31により、振動体2と接触体10の相対的位置、または絶対位置を高精度で検出することができる作用について説明する。
図7は、本実施形態の下側支持部材18の下面図である。図7では、上述したようにエンコーダ本体31が領域A内に位置している。図7(a)は下側支持部材18が回転していない状態であり、図7(b)は下側支持部材18がZ軸回りにθだけ回転した状態を示している。
図8は、比較例の下側支持部材18の下面図である。図8では、エンコーダ本体31が上述した領域Aに重なり合わず、検出中心31aの位置が直線L1からY方向においてY1の距離だけ離れている。図8(a)は下側支持部材18が回転していない状態であり、図8(b)は下側支持部材18がZ軸回りにθだけ回転した状態を示している。
なお、図7(b)および図8(b)では理解を容易にするために、回転角度を拡大して表している。
図7は、本実施形態の下側支持部材18の下面図である。図7では、上述したようにエンコーダ本体31が領域A内に位置している。図7(a)は下側支持部材18が回転していない状態であり、図7(b)は下側支持部材18がZ軸回りにθだけ回転した状態を示している。
図8は、比較例の下側支持部材18の下面図である。図8では、エンコーダ本体31が上述した領域Aに重なり合わず、検出中心31aの位置が直線L1からY方向においてY1の距離だけ離れている。図8(a)は下側支持部材18が回転していない状態であり、図8(b)は下側支持部材18がZ軸回りにθだけ回転した状態を示している。
なお、図7(b)および図8(b)では理解を容易にするために、回転角度を拡大して表している。
振動型アクチュエータ100は、上述したように振動体2は保持部材9に保持される。一方、保持部材9は、下側支持部材18のガイド部18cの軸方向に摺動可能となるように、保持部材9のガイド受部9aと下側支持部材18のガイド部18cとの間には隙間が設けられている。すなわち、ガイド受部9aの円の直径が、ガイド部18cの円の直径よりも大きくなっている。また、下側支持部材18と連結される上側支持部材19の貫通穴部19cは、ガイドバー22に摺動可能となるように、貫通穴部19cとガイドバー22との間には隙間が設けられている。
このような構成において、振動型アクチュエータ100の駆動伝達部19dに駆動対象物からの外力が作用すると、振動体2は接触体10との摩擦力により位置が保持される。一方、図8(b)に示すように、下側支持部材18は保持部材9のガイド受部9aとガイド部18cとの隙間の分だけ、直線L1と直線Y0との交点を中心としてZ軸回りに回転する。このときの回転角度をθとすると、検出中心31aは、Y1×sinθの量だけX方向に移動した検出中心31a´の位置に移動する。したがって、土台部21に固定されているスケール30に対して、エンコーダ本体31の検出中心31aがX方向においてY1×sinθだけ相対的に移動してしまう。これにより、振動体2と接触体10との相対移動が発生していないにも関わらず、エンコーダ本体31からはY1×sinθだけ移動した信号が生成され、振動型アクチュエータ100の位置決め精度が低下し、制御が不安定になる。
一方、本実施形態のエンコーダ本体31は、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。具体的には、エンコーダ本体31の検出中心31aが直線L1に位置するとともに直線Y0上に位置する。したがって、図7(b)に示すように、振動型アクチュエータ100に外力が作用して下側支持部材18がZ軸回りに回転しても、検出中心31aは直線L1と直線Y0との交点で回転するのみでX方向に移動しない。したがって、土台部21に固定されているスケール30に対してもエンコーダ本体31の検出中心31aはX方向に移動せず、移動した信号も生成されない。
このように、エンコーダ本体31が一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。したがって、ガイド部18cとガイド受部9aとの間の隙間の影響によりエンコーダ本体31が移動しても、移動量が抑制される。特に、エンコーダ本体31の検出中心31aを、直線L1と直線Y0との交点に位置させることにより、エンコーダ本体31が振動体2と接触体10との相対移動(または絶対位置)を精度良く検出することができる。このように、エンコーダ本体31が振動体2と接触体10との相対位置を精度よく検出できることにより、振動型アクチュエータ100の位置決め精度が向上し、安定した制御が可能となる。
以上のように本実施形態によれば、保持部材9に対して下側支持部材18が隙間等のガタを有する構造であっても、振動型アクチュエータ100の位置決め精度が向上することにより振動型アクチュエータ100を高精度に駆動することができる。
以上のように本実施形態によれば、保持部材9に対して下側支持部材18が隙間等のガタを有する構造であっても、振動型アクチュエータ100の位置決め精度が向上することにより振動型アクチュエータ100を高精度に駆動することができる。
なお、本実施形態では、検出中心31aが直線L1上に位置する場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、検出中心31aは、直線L2と直線L3との間に位置していればよい。この場合には、下側支持部材18のZ軸回りの回転に伴って検出中心31aはX方向に移動するものの、移動量は非常に小さいため、比較例よりも振動型アクチュエータの高精度な駆動が可能である。
また、本実施形態では、検出中心31aが直線Y0上に位置する場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、検出中心31aは、2つのガイド受部9aの間に位置していればよい。この場合には、下側支持部材18のZ軸回りの回転の影響は小さいため、比較例よりも振動型アクチュエータの高精度な駆動が可能である。
また、本実施形態では、検出中心31aが直線Y0上に位置する場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、検出中心31aは、2つのガイド受部9aの間に位置していればよい。この場合には、下側支持部材18のZ軸回りの回転の影響は小さいため、比較例よりも振動型アクチュエータの高精度な駆動が可能である。
また、本実施形態では、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド部18cによって挟まれる領域と重なるように位置してもよい。
また、本実施形態では、エンコーダ本体31の検出中心31aは、Z方向から見て、領域A内に位置する場合について説明したが、一対のガイド部18cによって挟まれる領域内に位置してもよい。
また、本実施形態では、エンコーダ本体31の検出中心31aは、Z方向から見て、領域A内に位置する場合について説明したが、一対のガイド部18cによって挟まれる領域内に位置してもよい。
また、本実施形態では、保持部材9にガイド受部9aを設け、下側支持部材18にガイド部18cを設ける場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、保持部材9にガイド部18cを設け、下側支持部材18にガイド受部9aを設けてもよい。
また、本実施形態では、位置検出部が反射型の光学式エンコーダである場合について説明したが、この場合に限られず、光学的、磁気的または電気的のうち少なくとも何れか一つの形式により位置に関する情報を取得できるものであってもよい。例えば、エンコーダとしてホール素子や磁気抵抗素子等の磁気センサを採用し、スケールとして磁力線発生部、具体的には、パターンのある磁石を用いる形式であってもよい。何れの形式であってもZ方向から見て、位置検出部を一対のガイド受部9aによって挟まれる領域Aと重なる位置に固定させることができる。また、何れの形式であってもZ方向から見て、位置検出部による位置を検出するときの検出中心を領域A内に位置させることができる。また、何れの形式であってもZ方向から見て、一対のガイド受部9aの中心と重なる検出窓部を有することができる。
<第2の実施形態>
図9は、第2の実施形態の振動型アクチュエータの構成を示す図である。
本実施形態は、振動体102および保持部材109の構造が第1の実施形態と異なる。なお、第1の実施形態と同様の構成は適宜、説明を省略する。
図9は、第2の実施形態の振動型アクチュエータの構成を示す図である。
本実施形態は、振動体102および保持部材109の構造が第1の実施形態と異なる。なお、第1の実施形態と同様の構成は適宜、説明を省略する。
図9に示す振動型アクチュエータ200の保持部材109は、2つの凸部109b-1、109b-2が設けられる。2つの凸部109b-1、109b-2は、図4(a)、(b)で示した振動体の2つの振動モードの共通の節近傍に給電フレキシブル基板141を介して接触し、振動体102を支持する位置に設けられる。したがって、振動体102に発生させる2つの振動(変位)を阻害することなく振動体102を支持することが可能である。本実施形態では振動体102の中でも給電フレキシブル基板141と凸部109b-1、109b-2が接触するが、この最大静止摩擦力が接触体110に発生する推力よりも常に大きい値になるように加圧力と摩擦係数を調整している。すなわち、凸部109b-1、109b-2によってあたかも点接触するかのように振動体102を加圧するため、振動型アクチュエータ200の駆動中に振動体102が保持部材109に対して移動することが抑制される。
一方、保持部材109には4つの遊嵌部109c(109c-1、109c-2、109c-3、109c-4)が設けられる。遊嵌部109cは、振動体102の外周面に対して、ガタを有した状態で支持(遊嵌)している。遊嵌部109cは振動体102の組立時の位置決めや、接触体110に何らかの外力が働いた場合にストッパーとして機能する。
また、遊嵌部109cは、振動体102の外周面の振動の節とは異なる2か所で接触している可能性がある。しかしながら、上述したように給電フレキシブル基板141と凸部109b-1、109b-2の最大摩擦力が接触体110に発生する推力より大きくなるために、遊嵌部109cと振動体102との接触部にはX方向およびY方向の力が働かない。このために、遊嵌部109cと振動体102との接触による損失は無視できる程度であり駆動上の問題は生じない。
このように保持部材109の凸部109bと振動体102の節近傍、遊嵌部109cと振動体102との外周面とが直接接触するので、保持部材109の材質は異音の発生を防ぐために振動絶縁性が高い樹脂材料であることが好ましい。凸部109bは振動体102との保持力を高めるために摩擦係数が高いほうが好ましく、遊嵌部109cは振動体102との摩擦損失をより低減するために摩擦係数が小さいほうが好ましい。したがって、凸部109bには摩擦係数を高めるコーティングを施し、遊嵌部109cには摩擦係数を下げるコーティングを別々に施すことが可能である。また、凸部109bおよび遊嵌部109cに、それぞれに適した摩擦係数の別部品を接着や圧入して構成してもよい。
本実施形態の振動型アクチュエータ200は、保持部材109の遊嵌部109cで振動体102を位置決めし、凸部109bと振動体102の摩擦力で振動体102を保持することで、第1の実施形態のような振動体と保持部との接合部が不要である。したがって、振動体102の駆動方向であるX方向のサイズを小さくすることができる。また、振動体102が保持部材109に接着等で固定されていないため、接着による振動の抑制がなくなり、振動型アクチュエータ200の速度や効率、推力等を向上できる。
本実施形態の保持部材109は、2つのガイド受部109aが設けられる。また、ガイド受部109aは、Z方向に円柱状に凹んだ貫通穴である。一方、図示しない下側支持部材18は、第1の実施形態と同様の構成であり、2つの図示しないガイド部18cが設けられる。ガイド受部109aにはガイド部18cが挿入可能である。
ガイド部18cをガイド受部109aに挿入した状態では、保持部材109が下側支持部材18のガイド部18cの軸方向に沿って摺動可能である。振動体102のX方向への移動に伴って、保持部材109および下側支持部材18は一体的に移動する。
ガイド部18cをガイド受部109aに挿入した状態では、保持部材109が下側支持部材18のガイド部18cの軸方向に沿って摺動可能である。振動体102のX方向への移動に伴って、保持部材109および下側支持部材18は一体的に移動する。
また、保持部材109に設けられた2つのガイド受部109aと、下側支持部材18に設けられたガイド部18cとの隙間は樹脂成型可能な精度であり、金属材料で作る場合よりも大きい隙間が設けられる。
本実施形態でも、第1の実施形態と同様、エンコーダ本体31は、Z方向から見て、一対のガイド受部109cによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。図9(c)には、下側支持部材18に固定されるエンコーダ本体31を想像線(二点鎖線)で示し、エンコーダ本体31の検出中心31aを黒丸で示している。また、2つガイド受部109aの間の中心である直線をY0で示しており、2つガイド受部109aの円の中心を繋ぐ直線をL1で示している。また、2つガイド受部109aの円の外形のうち直線L1からY方向に離れた端部同士を繋ぐ直線をL2、L3で示している。本実施形態でも、第1の実施形態と同様、エンコーダ本体31の検出中心31aが、直線L1と直線Y0との交点に位置している。
このように、エンコーダ本体31が一対のガイド受部109aによって挟まれる領域Aと重なる位置において下側支持部材18(支持部)に固定されている。したがって、ガイド部18cとガイド受部109aとの間の隙間の影響によりエンコーダ本体31が移動しても、移動量が抑制される。そのため、エンコーダ本体31が振動体102と接触体10との相対位置を精度よく検出できることにより、振動型アクチュエータ200の位置決め精度が向上し、安定した制御が可能となる。
<第3の実施形態>
図10は、振動型アクチュエータ100を備える撮像装置60の概略構成を示す上面図である。
撮像装置60は、撮像装置本体61と、レンズ鏡筒62とを備える。
撮像装置本体61は、レンズ鏡筒62の後述する複数のレンズ群63を通過した光を結像する図示しない撮像素子をする。
レンズ鏡筒62は、撮像装置本体61に対して着脱可能である。レンズ鏡筒62は、複数のレンズ群63(レンズ)と、フォーカス調整用レンズ64(レンズ)と、振動型アクチュエータ100とを有する。フォーカス調整用レンズ64は、図示しないレンズ保持枠により保持される。レンズ保持枠は、振動型アクチュエータ100における移動体である上側支持部材19に連結される。したがって、振動型アクチュエータ100を駆動することにより、フォーカス調整用レンズ64が光軸方向に移動して、被写体にピントを合わせることができる。
図10は、振動型アクチュエータ100を備える撮像装置60の概略構成を示す上面図である。
撮像装置60は、撮像装置本体61と、レンズ鏡筒62とを備える。
撮像装置本体61は、レンズ鏡筒62の後述する複数のレンズ群63を通過した光を結像する図示しない撮像素子をする。
レンズ鏡筒62は、撮像装置本体61に対して着脱可能である。レンズ鏡筒62は、複数のレンズ群63(レンズ)と、フォーカス調整用レンズ64(レンズ)と、振動型アクチュエータ100とを有する。フォーカス調整用レンズ64は、図示しないレンズ保持枠により保持される。レンズ保持枠は、振動型アクチュエータ100における移動体である上側支持部材19に連結される。したがって、振動型アクチュエータ100を駆動することにより、フォーカス調整用レンズ64が光軸方向に移動して、被写体にピントを合わせることができる。
なお、振動型アクチュエータ100は、レンズ鏡筒62にズーム用レンズが配置されている場合に、ズーム用レンズを光軸方向に移動させる駆動源として用いることができる。更に、レンズ鏡筒62に像ブレ補正レンズが配置されている場合に、振動型アクチュエータ100は、像ブレ補正レンズを光軸と直交する平面内で駆動する駆動源として用いることができる。また、撮像装置60は、振動型アクチュエータ100に代えて、振動型アクチュエータ200を用いることができる。
<第4の実施形態>
図11は、振動型アクチュエータ100を備える顕微鏡400(ステージ装置)の概略構成を示す斜視図である。
顕微鏡400は、振動型アクチュエータ100を少なくとも2つ以上を備える。装置の一例として、X-Yステージを備える顕微鏡400の構成について図11を参照して説明する。
図11は、振動型アクチュエータ100を備える顕微鏡400(ステージ装置)の概略構成を示す斜視図である。
顕微鏡400は、振動型アクチュエータ100を少なくとも2つ以上を備える。装置の一例として、X-Yステージを備える顕微鏡400の構成について図11を参照して説明する。
顕微鏡400は、図示しない撮像素子と光学系とを内蔵する撮像部410と、自動ステージ430とを有する。
自動ステージ430は、基台440と、基台440に設けられる第1の振動型アクチュエータ(不図示)および第2の振動型アクチュエータ(不図示)と、基台440上に設けられているX-Y面内で移動されるステージ420とを有する。第1の振動型アクチュエータおよび第2の振動型アクチュエータのそれぞれは、上述した振動型アクチュエータ100を用いることができる。
自動ステージ430は、基台440と、基台440に設けられる第1の振動型アクチュエータ(不図示)および第2の振動型アクチュエータ(不図示)と、基台440上に設けられているX-Y面内で移動されるステージ420とを有する。第1の振動型アクチュエータおよび第2の振動型アクチュエータのそれぞれは、上述した振動型アクチュエータ100を用いることができる。
第1の振動型アクチュエータは、ステージ420を、ステージ420のX方向に駆動する駆動装置として用いられる。また、第1の振動型アクチュエータは、振動体2と接触体10の一部との相対移動の方向がステージ420のX方向と一致するように配置される。
第2の振動型アクチュエータは、ステージ420を、ステージ420のY方向に駆動する駆動装置として用いられる。また、第2の振動型アクチュエータは、振動体2と接触体10の一部との相対移動の方向がステージ420のY方向と一致するように配置される。
第2の振動型アクチュエータは、ステージ420を、ステージ420のY方向に駆動する駆動装置として用いられる。また、第2の振動型アクチュエータは、振動体2と接触体10の一部との相対移動の方向がステージ420のY方向と一致するように配置される。
被観察物をステージ420の上面に置いて、拡大画像を撮像部410で撮影する。観察範囲が広範囲にある場合には、第1の振動型アクチュエータおよび第2の振動型アクチュエータを用いて自動ステージ430を駆動してステージ420を面内方向に移動させて被観察物を移動させることにより、撮像領域を変更する。異なる撮像領域で撮影された画像を図示しないコンピュータで画像処理により結合させることで、観察範囲が広範囲で、高精細な1枚の画像を取得することができる。
なお、顕微鏡400は、振動型アクチュエータ100に代えて、振動型アクチュエータ200を用いることができる。
なお、顕微鏡400は、振動型アクチュエータ100に代えて、振動型アクチュエータ200を用いることができる。
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。また、上述した各実施形態は本発明の一実施例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。
また、本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
(構成1)
電気-機械エネルギ変換素子と突出部とを有する振動体と、
前記突出部が接触され、前記振動体に対して第1の方向に相対移動可能に設けられた接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体を前記第1の方向に対して交差する第2の方向である前記接触体の側に加圧するとともに、前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
前記保持部を介して前記振動体を支持する支持部と、
前記支持部に固定され、前記振動体または前記接触体の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか一方は、前記保持部と前記支持部との相対位置を前記第2の方向にガイドする一対のガイド部を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか他方は、前記一対のガイド部によりガイドされる一対のガイド受部を有し、
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部により挟まれる領域と重なる位置において前記支持部に固定されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
(構成2)
前記一対のガイド受部により挟まれる領域は、前記第1の方向において前記一対のガイド受部に挟まれ、かつ前記第1の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向に沿った前記一対のガイド受部の投影領域と重なる領域に対応する構成1に記載の振動型アクチュエータ。
(構成3)
前記突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する構成1または2に記載の振動型アクチュエータ。
(構成4)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の中心と重なる検出窓部を有する構成1ないし3の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成5)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の略中心に検出中心を有する構成1ないし4の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成6)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向および前記第2の方向に交差する第3の方向における前記ガイド受部の幅の略中心に検出中心を有する構成1ないし5の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成7)
前記第2の方向は、前記第1の方向と直交し、
前記第3の方向は、前記第1の方向および前記第2の方向のそれぞれと直交する構成2または6に記載の振動型アクチュエータ。
(構成8)
前記突出部は、前記第1の方向に離れた一対で構成され、
前記一対の突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する構成1ないし7の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成9)
前記ガイド部は、前記第2の方向に突出する円柱状であり、
前記ガイド受部は、前記ガイド部が挿入される凹部である構成1ないし8の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成10)
前記ガイド受部は、前記ガイド部との間に隙間を有する構成9に記載の振動型アクチュエータ。
(構成11)
前記接触体が固定される基部を有し、
前記基部は、前記位置検出部により検出される被検出部を有する構成1ないし10の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成12)
前記被検出部は、前記位置検出部が取得可能な位置に関する情報を含む構成11に記載の振動型アクチュエータ。
(構成13)
前記位置検出部は、光学的、磁気的または電気的のうち少なくとも何れか一つの形式により前記被検出部から前記位置に関する情報を取得する構成12に記載の振動型アクチュエータ。
(構成14)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有するレンズ鏡筒。
(構成15)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有する撮像装置。
(構成16)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるステージと、を有するステージ装置。
(構成1)
電気-機械エネルギ変換素子と突出部とを有する振動体と、
前記突出部が接触され、前記振動体に対して第1の方向に相対移動可能に設けられた接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体を前記第1の方向に対して交差する第2の方向である前記接触体の側に加圧するとともに、前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
前記保持部を介して前記振動体を支持する支持部と、
前記支持部に固定され、前記振動体または前記接触体の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか一方は、前記保持部と前記支持部との相対位置を前記第2の方向にガイドする一対のガイド部を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか他方は、前記一対のガイド部によりガイドされる一対のガイド受部を有し、
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部により挟まれる領域と重なる位置において前記支持部に固定されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。
(構成2)
前記一対のガイド受部により挟まれる領域は、前記第1の方向において前記一対のガイド受部に挟まれ、かつ前記第1の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向に沿った前記一対のガイド受部の投影領域と重なる領域に対応する構成1に記載の振動型アクチュエータ。
(構成3)
前記突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する構成1または2に記載の振動型アクチュエータ。
(構成4)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の中心と重なる検出窓部を有する構成1ないし3の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成5)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の略中心に検出中心を有する構成1ないし4の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成6)
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向および前記第2の方向に交差する第3の方向における前記ガイド受部の幅の略中心に検出中心を有する構成1ないし5の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成7)
前記第2の方向は、前記第1の方向と直交し、
前記第3の方向は、前記第1の方向および前記第2の方向のそれぞれと直交する構成2または6に記載の振動型アクチュエータ。
(構成8)
前記突出部は、前記第1の方向に離れた一対で構成され、
前記一対の突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する構成1ないし7の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成9)
前記ガイド部は、前記第2の方向に突出する円柱状であり、
前記ガイド受部は、前記ガイド部が挿入される凹部である構成1ないし8の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成10)
前記ガイド受部は、前記ガイド部との間に隙間を有する構成9に記載の振動型アクチュエータ。
(構成11)
前記接触体が固定される基部を有し、
前記基部は、前記位置検出部により検出される被検出部を有する構成1ないし10の何れか1つに記載の振動型アクチュエータ。
(構成12)
前記被検出部は、前記位置検出部が取得可能な位置に関する情報を含む構成11に記載の振動型アクチュエータ。
(構成13)
前記位置検出部は、光学的、磁気的または電気的のうち少なくとも何れか一つの形式により前記被検出部から前記位置に関する情報を取得する構成12に記載の振動型アクチュエータ。
(構成14)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有するレンズ鏡筒。
(構成15)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有する撮像装置。
(構成16)
構成1ないし13の何れか1つに記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるステージと、を有するステージ装置。
100、200:振動型アクチュエータ 2:振動体 4:圧電素子(電気-機械エネルギ変換素子) 5:突出部 9:保持部材(保持部) 9a:ガイド受部 10:接触体 18:下側支持部材(支持部) 18c:ガイド部 19:上側支持部材 31:エンコーダ本体(位置検出部)
Claims (16)
- 電気-機械エネルギ変換素子と突出部とを有する振動体と、
前記突出部が接触され、前記振動体に対して第1の方向に相対移動可能に設けられた接触体と、を備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体を前記第1の方向に対して交差する第2の方向である前記接触体の側に加圧するとともに、前記振動体を振動可能に保持する保持部と、
前記保持部を介して前記振動体を支持する支持部と、
前記支持部に固定され、前記振動体または前記接触体の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか一方は、前記保持部と前記支持部との相対位置を前記第2の方向にガイドする一対のガイド部を有し、
前記保持部と前記支持部のうち何れか他方は、前記一対のガイド部によりガイドされる一対のガイド受部を有し、
前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部により挟まれる領域と重なる位置において前記支持部に固定されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。 - 前記一対のガイド受部により挟まれる領域は、前記第1の方向において前記一対のガイド受部に挟まれ、かつ前記第1の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向に沿った前記一対のガイド受部の投影領域と重なる領域に対応する請求項1に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の中心と重なる検出窓部を有する請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記一対のガイド受部の略中心に検出中心を有する請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記位置検出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向および前記第2の方向に交差する第3の方向における前記ガイド受部の幅の略中心に検出中心を有する請求項1に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記第2の方向は、前記第1の方向と直交し、
前記第3の方向は、前記第1の方向および前記第2の方向のそれぞれと直交する請求項2または6に記載の振動型アクチュエータ。 - 前記突出部は、前記第1の方向に離れた一対で構成され、
前記一対の突出部は、前記第2の方向から見て、前記第1の方向において、前記一対のガイド受部の間に位置する請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。 - 前記ガイド部は、前記第2の方向に突出する円柱状であり、
前記ガイド受部は、前記ガイド部が挿入される凹部である請求項1に記載の振動型アクチュエータ。 - 前記ガイド受部は、前記ガイド部との間に隙間を有する請求項9に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記接触体が固定される基部を有し、
前記基部は、前記位置検出部により検出される被検出部を有する請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。 - 前記被検出部は、前記位置検出部が取得可能な位置に関する情報を含む請求項11に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記位置検出部は、光学的、磁気的または電気的のうち少なくとも何れか一つの形式により前記被検出部から前記位置に関する情報を取得する請求項12に記載の振動型アクチュエータ。
- 請求項1または2に記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有するレンズ鏡筒。 - 請求項1または2に記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるレンズと、を有する撮像装置。 - 請求項1または2に記載の振動型アクチュエータと、
前記接触体を前記振動体に対して相対移動させることによって駆動されるステージと、を有するステージ装置。
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2023
- 2023-12-11 WO PCT/JP2023/044220 patent/WO2024135436A1/ja unknown
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Publication number | Publication date |
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WO2024135436A1 (ja) | 2024-06-27 |
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