专利名称：致动器和具有该致动器的镜头单元及照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种致动器和具有该致动器的镜头单元及照相机。
背景技术：
日本特开平03-186823号公报(如下面列出的称作专利文献1)公开了一种用于避免图像振动的防振装置。该防振装置检测镜筒的振动，并分析检测到的振动以在平行于胶片的平面上驱动校正镜头，以避免引起散焦。为了沿所期望的方向平移校正镜头，该防振装置采用保持校正镜头的固定架；沿垂直于光轴的第一方向可移动地支撑固定架的第一支架；以及固定于镜筒并沿垂直于光轴和第一方向的第二方向可移动地支撑第一支架的第二支架。将沿相互垂直的第一和第二方向的运动组合，以允许放置在镜筒内的校正镜头在平行于胶片的平面上沿所期望的方向平移。此外，该防振装置具有专用的分别沿第一和第二方向驱动校正镜头的直线电动机(linear motor)，利用该电动机获得的组合位移使校正镜头沿所期望的方向移动。另外，该防振装置包括位于安全运载校正镜头的固定架的对面的光束投射器和光接收器，这些电子设备用于检测固定架的位置，以控制校正镜头的位置。
此外，日本特开平10-26781号公报(专利文献2)公开了一种用于避免图像振动的防抖补偿装置。该防抖补偿装置设有磁体，该磁体被嵌入到支撑校正镜头的架上、并由安装在固定基板上的线圈来驱动，以补偿图像的振动。通过位于中间插入磁体的线圈对面的霍尔器件(hall device)来检测运载校正镜头的支撑架的移动。
专利文献1日本特开平03-186823号公报专利文献2日本特开平10-26781号公报发明内容然而，在日本特开平03-186823号公报中所公开的用于防振装置的致动器中，通过投射器和位于投射器对面的接收来自投射器的光的光接收器，来检测可移动部件的变化位置，并且在它们之间移动的可移动元件还必须具有狭缝。结果整体上，使致动器结构复杂、尺寸增大，并且制造成本也增加。
另一方面，当利用磁性传感器，例如日本特开平10-26781号公报中所公开的防振补偿装置的致动器中的霍尔器件，来检测可移动部件的位置变化时，来自驱动磁体的磁力可被用来检测该变化位置，因此，对于位置检测无需除霍尔器件外的附加元件。然而，利用磁性传感器，磁性传感器必须位于其能够检测来自驱动磁体的磁力、同时不受驱动线圈产生的磁场的影响的位置。因此，在日本特开平10-26781号公报中所公开的防振补偿装置的致动器被设计为使霍尔器件和驱动线圈分别位于驱动磁体的相对侧。因此整体上，反而使致动器结构复杂、尺寸增大。
对于上述结构，可选地，可将磁性传感器和驱动线圈设置在相同平面内，但是在这种情况下，这些元件相互之间充分分开，以便磁性传感器不受来自驱动线圈的磁力的影响。磁性传感器与驱动线圈的这种隔离使来自驱动线圈的驱动力的施加点与磁性传感器的测量点分开，结果导致定位致动器的精度降低。
因此，本发明的一个目的在于提供一种结构简单并且小型化的致动器、和具有该致动器的镜头单元及照相机。
本发明的另一目的在于提供一种以简单结构实现高精度定位的致动器、和具有该致动器的镜头单元及照相机。
为了提供对上述现有技术缺点的解决办法，根据本发明的致动器包括一种致动器，其包括固定部件；可移动部件；可移动部件支撑装置，用来相对于固定部件支撑可移动部件；驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中的另一个上、当电流流入驱动线圈时接受驱动力的位置；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组(winding)内，用于检测驱动磁体的位置；以及控制装置，用来控制流入每一驱动线圈的驱动电流，以响应指示可移动部件将移动到的位置的命令信号和磁性传感器检测到的位置信号。
在这样配置的本发明中，控制装置接收指示可移动部件将移动到的位置的命令信号。控制装置控制流入驱动线圈的驱动电流，以响应表示位置的信号和由磁性传感器检测到的位置数据。当作为电流流入驱动线圈的结果，在驱动线圈周围产生电场时，驱动线圈和对应的驱动磁体相互作用。该相互作用力允许可移动部件相对于固定部件移动。通过磁性传感器来检测可移动部件的位移，并将检测结果传送到控制装置。
在根据本发明以这种方式配置的致动器中，由于磁性传感器在驱动线圈的绕组内，因此具有简单结构的致动器成功达到整体上的小型化。来自驱动线圈的驱动力的施加点靠近由磁性传感器检测到的位置，这将使移动可移动部件的位置的精度提高。
另外，根据本发明的另一致动器包括一种致动器，其包括固定部件；可移动部件；可移动部件支撑装置，用来支撑可移动部件，以允许可移动部件在平行于固定部件的平面内移动到任意位置；至少三个驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中的另一个、对应于驱动线圈的位置；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动线圈对驱动磁体的相对位置；以及控制装置，用来基于指示可移动部件将移动到的位置的命令信号，产生与每一驱动线圈有关的线圈位置命令信号，并控制流入每一驱动线圈的驱动电流，以响应该线圈位置命令信号和磁性传感器所检测的位置信号。
在这样配置的本发明中，控制装置接收指示可移动部件将移动到的位置的信号，并响应于该位置命令信号，控制装置产生与每个驱动线圈相关的线圈位置命令信号。而且，控制装置控制流入驱动线圈的驱动电流，以响应线圈位置命令信号和线圈内的磁性传感器所检测的位置数据。当流入驱动线圈的电流产生磁场时，驱动线圈和对应的驱动磁体相互作用。因此，可移动部件在平行于固定部件的平面内移动。通过磁性传感器来检测可移动部件的位移，并将该位移传送到控制装置。
根据这样配置的本发明，由于磁性传感器在驱动线圈的绕组内，因此结构简单的致动器可实现小型化。来自驱动线圈的驱动力的施加点靠近由磁性传感器检测到的位置，因此，可移动部件可以高精度移动。
在本发明中，优选地，致动器还包括补偿装置，该补偿装置用来校正磁性传感器检测到的位置信号，以消除驱动线圈产生的磁场对磁性传感器的影响。
在这样配置的本发明中，由于补偿装置补偿驱动线圈产生的磁场对磁性传感器的不利影响，因此即使磁性传感器被设置在驱动线圈内，磁性传感器也可准确检测可移动部件的变化位置。
在本发明中，优选地，补偿装置具有电流检测装置，用来检测流入驱动线圈的电流，并根据电流检测装置检测到的电流产生补偿信号，以校正磁性传感器检测到的位置信号。
此外，在本发明中，优选地，流入驱动线圈的电流被调制过脉冲宽度或调制过脉冲密度，并且补偿装置具有平滑装置，该平滑装置用于使由电流检测装置所检测的调制过脉冲宽度的电流或调制过脉冲密度的电流平滑，以产生补偿信号。
根据这样配置的本发明，可移动部件可以高能量效率移动。
此外，根据本发明的一种镜头单元包括镜筒；位于镜筒内的拍摄镜头；固定在镜筒上的固定部件；运载图像稳定镜头的可移动部件；可移动部件支撑装置，用来支撑可移动部件，以允许可移动部件在平行于固定部件的平面上移动到任意位置；至少三个驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中另一个对应于驱动线圈的位置上；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动磁体对驱动线圈的相对位置；振动检测装置，用来检测镜筒的振动；信号生成装置，基于来自振动检测装置的检测信号，产生指示图像稳定镜头将移动到的位置的镜头位置命令信号；以及控制装置，用来基于来自信号生成装置的镜头位置命令信号，产生与每个驱动线圈相关的线圈位置命令信号，并控制流入每个驱动线圈的驱动电流，以响应线圈位置命令信号和磁性传感器所检测的位置信号。
而且，根据本发明的照相机具有根据本发明的镜头单元。
根据本发明，提供一种简单结构的小型化的致动器，以及具有该致动器的镜头单元和照相机。
此外，根据本发明，提供一种结构简单并且定位准确性高的致动器、以及具有该致动器的镜头单元和照相机。
图1A是示出根据本发明的致动器的第一实施例的侧视图，而图1B是仰视图；图2是示出控制流入驱动线圈的电流的控制器的电路的例子的电路图；
图3是根据本发明的照相机的第二实施例的剖视图；图4是示出在根据本发明的照相机的第二实施例中使用的致动器的局部剖切的正面局部剖视图；图5是沿图4中的A-A线的横截面图，示出在根据本发明的照相机的第二实施例中使用的致动器；图6是示出在根据本发明的照相机的第二实施例中使用的致动器的上部的剖视图；图7A和图7B是示出驱动线圈、驱动磁体、背面磁轭(backyokes)和吸引磁轭(attracting yokes)的相互关系的部分放大的俯视图和正视图；图8和图9A～9F是示出驱动磁体的移动和由磁性传感器所产生的信号之间的关系的图；图10是示出控制器上的信号处理的框图；图11是示出安装在固定板上的驱动线圈和安装在可移动架上的三个驱动磁体的位置关系的图；图12是示出在平移和转动可移动架时的线圈位置命令信号的图；图13是示出在根据本发明的照相机的第二实施例中使用的致动器的一种改进例的图；以及图14是示出在根据本发明的照相机中使用的致动器的另一改进例的图。
具体实施例方式
参考附图来说明本发明的优选实施例。
首先，参考图1和图2来说明根据本发明的致动器的第一实施例。图1A是示出致动器的第一实施例的侧视图，而图1B是去除其固定板的致动器的仰视图。图2是示出该实施例中的致动器中的控制电路的例子的图。
从图1可以看出，致动器1具有固定部件或固定板2；以及可滑动地支撑在固定板2上的可移动部件或可移动架4。致动器1具有安装在固定板2上的驱动线圈6；在可移动架4上对应于驱动线圈6的位置上设置的驱动磁体8；以及将来自驱动磁体8的磁力指向驱动线圈6的背面磁轭10。为了检测可移动架4的位置，磁性传感器或霍尔器件12被安装在驱动线圈6的绕组内。致动器1还具有控制装置或控制器14，该控制器14能使电流流入驱动线圈6，以响应霍尔器件12所检测的位置信号和命令信号。
可移动架4在图1中的横向方向可滑动地支撑在固定板2上，并且限制其沿垂直于图1的图纸平面的方向的移动。此外，可移动架4在外形上使其能够支撑背面磁轭10和驱动磁体8离开驱动线圈6一定距离。在该实施例中，可移动架4还用作可移动部件支撑装置。
如图1B所示，驱动线圈6是由绕在近似矩形的线圈架(reelframe)(未示出)上的导线制成的形状近似矩形的线圈，并被安装在固定板2上。当电流流入驱动线圈6的绕组时，产生如图1A的虚线粗略所示的电场。
驱动磁体8被安装在可移动架4的底侧，背面磁轭10安装在二者之间。此外，从图1A可以看出，驱动磁体8被磁化，从而其面向驱动线圈6的左半边呈现北极(N)，而其面向驱动线圈6的右半边呈现另一南极(S)，同时其面向背面磁轭10的右半边呈现N极，而其面向背面磁轭10的左半边呈现S极。因此，驱动磁体8使其磁中性轴线经过矩形驱动磁体8的长边的中点。此外，驱动磁体8通过安装在可移动架4和驱动磁体8之间的背面磁轭10使其磁通量偏转，给出如图1A中双点划线所示的线的分布。在该实施例中，术语“磁中性轴线C”是指将驱动磁体8的相对端定义为S极和N极时，连接从一个极性到另一个极性的转变点的线。
如图1B所示，霍尔器件12由驱动线圈6的绕组包围，位于驱动磁体8上面且相互对齐。霍尔器件12用于检测来自驱动磁体8的磁通量，并测量可移动架4的位置。当位于驱动磁体8的磁中性轴线C时，霍尔器件12产生零输出，并且当可移动架4沿图1A的横向方向移动时，其输出信号改变为正弦波形，而来自霍尔器件12的输出信号在可移动架4的实际移动范围内，近似与可移动架4的位移成比例。
控制器14被设计用来控制流入驱动线圈6的电流，以响应指示可移动架4将移动到的位置的命令信号和霍尔器件12所检测的位置信号，从而将可移动架4移动到命令信号所指示的位置。控制器14具有嵌入其中以用作补偿装置的补偿电路16，并从霍尔器件12所检测的信号中消除由驱动线圈产生的磁场的影响。
接着，参考图2来说明控制器14的实施电路的例子。图2给出控制流入驱动线圈6的电流的电路的例子。在图2的电路中，省略启动运算放大器所需的辅助电路例如电源线。首先，从图2可以看出，电源电压+VCC和地电位GND与它们之间的电阻R8和R9串连连接。运算放大器OP5的正输入端连接到电阻R8和R9之间。运算放大器OP5的负输入端连接到运算放大器OP5的输出端。这样，电阻R8和R9允许运算放大器OP5的输出端的电压达到并保持电源电压+VCC和地电位GND之间的参考电压VREF的电平。
另一方面，在霍尔器件12的第一和第二端口之间施加电源电压+VCC。霍尔器件12的第三端口连接到参考电压VREF。这样，由于影响霍尔器件12的磁力发生变化，从而霍尔器件12的第四端的电压电平相应地在+VCC和GND之间变化。
霍尔器件12的第四端连接到运算放大器OP1的正输入端。运算放大器OP1的输出端连接到运算放大器OP1的负输入端，并且其用作霍尔器件12的输出信号的缓冲放大器。运算放大器OP1的输出端还连接到运算放大器OP2的负输入端，其中插入电阻R1。
可变电阻VR1的相对的固定端分别连接到+VCC和GND。可变电阻VR1的可移动端连接到运算放大器OP2的负输入端，其中插入电阻R3。调节可变电阻VR1可以调整从运算放大器OP2输出的补偿电压。运算放大器OP2的输出端连接到负输入端，其中插入可变电阻VR2。调节可变电阻VR2可以调整运算放大器OP2的增益。另外，运算放大器OP2的正输入端连接到参考电压VREF。
在运算放大器OP4的正输入端接收指示可移动架14将移动到的位置的位置命令信号。该运算放大器的输出端连接到其负输入端。因此，运算放大器OP4用作位置命令信号的缓冲放大器。
运算放大器OP4的输出端连接到运算放大器OP3的负输入端，其中插入电阻R5。运算放大器OP3的输出端连接到运算放大器OP3的负输入端，其中插入电阻R6。运算放大器OP2的输出端连接到运算放大器OP3的正输入端，其中插入电阻R7，并且参考电压VREF也连接到运算放大器OP3的正输入端，其中插入电阻R4。因此，从运算放大器OP3的输出端产生霍尔器件12的输出和位置命令信号之间的差。另外，电阻R4～R7一起来确定运算放大器OP3的增益。
运算放大器OP3的输出端连接到驱动线圈6的其中一个相对端，并且驱动线圈6的另一端连接到参考电压VREF，其中插入电流检测装置或电阻R10。在该实施例中，电流检测电阻R10具有0.1Ω的预设值。因此，由于运算放大器OP3的输出和参考电压VREF之间的大致电压差而产生的电流流入驱动线圈6。流入驱动线圈6的电流产生磁场，磁场产生的磁力影响驱动磁体8，最终产生驱动磁体8的位移。该磁力被定向为使驱动磁体8靠近线圈位置命令信号所指示的位置。一旦驱动磁体8移动，则从霍尔器件12的第四端口输出的电压就会发生变化。当驱动磁体8到达线圈位置命令信号所指示的位置时，向运算放大器OP3的正、负输入端提供的电压彼此相等，不再有电流流入驱动线圈6。
如图1A所示，通过流入驱动线圈的电流产生的磁场出现在驱动线圈6的周围。该磁场影响驱动线圈6的绕组内的霍尔器件12的输出。为了消除该磁场对霍尔器件12的输出的不利影响，应当检测流入驱动线圈6的电流。特别地，用于检测电流并且其中一端连接到驱动线圈6的电阻R10使其该端还连接到运算放大器OP2的负输入端，其中插入电阻R2。对电阻R2和连接在运算放大器OP1的输出和运算放大器OP2的负输入端之间的电阻R1分别给出适当的预设值，则可以消除由驱动线圈6产生的磁场的不利影响。
例如，现在假定一旦驱动磁体8远离驱动磁体6移动，以便来自驱动磁体8的磁通量线不再对其产生影响，使50mA的电流流入驱动线圈6会使霍尔器件12产生相对于参考电压VREF为-1.5mV的输出电压Vih。当对用作缓冲放大器的运算放大器OP1施加输入时，其输出端产生相同的电压Vih。另一方面，流入驱动线圈6的50mA的电流也会在连接到驱动线圈6的电流检测电阻R10端产生相对于参考电压VREF为+5mV的电压Vi。将电阻R1与电阻R2的比率设置为电压Vih的绝对值与电压Vi的绝对值的比率，则可以消除由驱动线圈6产生的磁场的影响而产生的霍尔器件12的输出。这样，将电阻R1与电阻R2预先设置为预定值，尽管正、负符号彼此相反，从驱动线圈6周围的磁场产生的霍尔器件12的输出电压等于电阻R10的端电压，并且作为加到运算放大器OP2的负输入端的结果，这两个电压抵消为零。在该实施例中，设电阻R1为1kΩ，电阻R2为3.33kΩ。
此外，实际上，来自驱动磁体8的磁场与来自驱动线圈6的磁场叠加，并从霍尔器件12产生与叠加后的磁场相对应的输出电压。因此，在霍尔器件12受来自驱动磁体8和驱动线圈6的磁场影响的情况下，只消除来自驱动线圈6的磁场分量，从运算放大器OP2的输出端产生与驱动磁体8的位移成比例的信号。在根据本发明的该实施例中，电阻R1、R2和R10以及运算放大器OP2一起发挥补偿电路16的作用。此外，在该实施例中，从电阻R10通过电阻R2输入到运算放大器OP2的信号用作校正从霍尔器件12产生的信号的补偿信号。
电流检测电阻R10的值0.1Ω远远小于电阻R1和R2的值1kΩ和3.33kΩ，因此可以忽略不计，并且也可以忽略因为连接到电阻R2的电阻R10的端电压的变化。另外，通过电阻R1施加到运算放大器OP2的负输入端的电压有时可能受运算放大器OP1的补偿电压的影响。为了避免该影响，可以去除运算放大器OP1，将霍尔器件12直接连接到电阻R1。然而，在这种情况下，在确定电阻R1和R2的值时，应当考虑霍尔器件12的内电阻。
现在来说明在根据本发明的该实施例中的致动器1的操作。首先，可移动架4处于其起始位置，在该位置霍尔器件12的灵敏度中心S在驱动磁体8的磁中性轴线C上，并且当控制器14不接收位置命令信号时，运算放大器OP3使其正、负输入端保持电位相同，从而导致没有电流流入驱动线圈6。当控制器14接收位置命令信号时，运算放大器OP3的负输入端的电位发生变化，这将在运算放大器OP3的输出端产生电压，从而产生流入驱动线圈6的电流。流入驱动线圈6的电流迫使驱动磁体8移动。作用于驱动磁体8的这种驱动力使可移动架4更靠近位置命令信号所指示的位置。
当可移动架4离开其起始位置时，霍尔器件12的灵敏度中心S偏离驱动磁体8的磁中性轴线C，这使得霍尔器件12产生输出信号。由于霍尔器件12受驱动线圈6周围产生的磁场的影响，因此来自霍尔器件12的输出信号包含来自驱动线圈6的磁场分量。另一方面，当电流流入驱动线圈6时，在连接到驱动线圈6的电流检测电阻R10的一端产生作为电流信号的电压。
在分别经电阻R1和R2传送后，来自霍尔器件12的输出信号和该电流信号在运算放大器OP2的负输入端相加，并且消除包含在来自霍尔器件的输出信号中、且受驱动线圈6周围的磁场影响的分量。在消除磁场所影响的分量后，霍尔器件12的输出信号的剩余部分首先由运算放大器OP2放大，然后将其施加到运算放大器OP3的正输入端。
当可移动架4移动到更靠近位置命令信号所指示的位置时，霍尔器件12的输出信号发生变化，因此，运算放大器OP3的正、负输入端之间的电位差降低。而且，当可移动架4到达位置命令信号所指示的位置时，运算放大器OP3的正、负输入端之间的电位差变为零，而且流入驱动线圈6的电流变为零。若位置命令信号发生改变，或者外部干扰使可移动架4偏离位置命令信号所指示的位置的情况下，电流继续流入驱动线圈6，导致可移动架4移动到位置命令信号所指示的位置。重复这些电子处理的步骤，可移动架4可随位置命令信号的指示而移动。
利用在根据本发明的该实施例中的致动器，可以通过设置在驱动线圈的绕组内的霍尔器件来检测驱动磁体的位移，因此，可以获得结构简单的小型化的致动器。因此，在该致动器中，在现有技术实施例中的驱动线圈的绕组内的无用空间被用来放置霍尔器件，这样，空间得到有效利用，也使致动器小型化。
此外，在根据本发明的该实施例中的致动器中，由于由驱动线圈的绕组内的霍尔器件来检测驱动磁体的位移，因此霍尔器件的检测点和由驱动线圈引起的驱动力的中心点相互一致，因此，可以准确检测可移动架的变化位置。
在该致动器中，由于补偿电路用于消除驱动线圈产生的磁场对霍尔器件的影响，因此，尽管霍尔器件位于驱动线圈内，其仍能准确检测可移动架的位置。
在上述实施例中，可移动架在固定板上是可滑动的，而可选地，其可由任何类型的可移动部件支撑装置例如直线轴承(linearbearing)、辊(roller)等来支撑。
此外，在上述实施例中，尽管根据施加到驱动线圈的电压的模拟变化来控制流入驱动线圈的电流，但也可将由PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)所调制过的高频脉冲施加给驱动线圈。在这种情况下，连接到驱动线圈的电流检测电阻R10的端电压在形状上改变为脉冲的形状，因此，插入如图2中假想线(phantomline)所示的用作脉冲平滑装置的电容器C1和/或线圈I1，以产生电流信号。因此，将电容器C1和/或线圈I1加入补偿电路以用作低通滤波器，解调脉冲形状的波形，最终所产生的是形状上与将电压以模拟方式施加到驱动线圈而获得的电流信号相同的电流信号。在该改进的实施例中，可以提高驱动可移动架的能量效率。
参考图3～图12来说明根据本发明的第二实施例的照相机。该照相机的实施例内有图像稳定镜头的驱动机构，该驱动机构应用根据本发明的致动器的上述实施例。
图3是本发明的该实施例的照相机的剖视图。从图3可以看出，由附图标记101所表示的本发明的示例照相机包括镜头单元102和照相机主体104。该镜头单元102包括镜筒106、多个安装在镜筒106内的拍摄镜头108、在预定平面内移动图像稳定镜头116的致动器110、以及分别用作振动检测装置以检测镜筒106的振动的陀螺仪(gyro)134a、134b(图3仅示出陀螺仪134a)。照相机101使用陀螺仪134a、134b来检测振动，并响应于检测结果，致动器110工作以移动图像稳定镜头116，从而获得聚焦在照相机主体104内的胶片平面F上的稳定图像。在该实施例中，陀螺仪134a、134b分别使用压电振动陀螺仪。此外，在该实施例中，图像稳定镜头116由一个透镜构成，可选地，其可以是多于一个透镜的一组透镜。在下文中，术语“图像稳定镜头”包括用来稳定图像的一个透镜和一组透镜。
接着，参考图4～6来详细说明致动器110。图4是致动器110的正面局部剖视图，图5是沿图4中的A-A线的横截面图，图6是其上部的局部剖视图。图4是从图3中的胶片平面F侧看致动器110的图示，局部剖切之后示出了固定板112，仅为了理解的方便，以下将该视图称为“正视图”。如图4～6所示，致动器110具有固定在镜筒106内的固定板112或固定部件；相对于固定板112被可移动地支撑的可移动架114或可移动部件；以及支撑可移动架114并用作可移动部件支撑装置的三个钢珠118。致动器110还具有安装在固定板112上的三个驱动线圈120a、120b、120c；安装在可移动架114上、分别与驱动线圈120a、120b、120c对应的位置处的三个驱动磁体122；以及分别设在驱动线圈120a、120b、120c内的磁性传感器124a、124b、124c，即位置检测装置。致动器110还具有安装在固定板112上、使靠驱动磁体的磁力将可移动架114吸引到固定板112上的吸引磁轭(take-up yoke)126；以及安装在每个驱动磁体122的反面、使驱动磁体的磁力有效传播到固定板112上的背面磁轭128。致动器110还包括将钢珠118拉到可移动架114上的吸引磁体130；以及安装在固定板112和可移动架114上、以便在固定板112和可移动架114之间光滑地滚动钢珠118的钢珠接触体(contact)132。驱动线圈120a、120b、120c和设在与其对应的位置处的驱动磁体122一起构成使可移动架114相对于固定板112平移和转动的驱动装置。
而且，如图3所示，致动器110具有控制装置或控制器136，其根据由陀螺仪134a、134b检测到的振动和由磁性传感器124a、124b、124c感测到的可移动架114的位置数据，来控制分别流入驱动线圈120a、120b、120c的电流。
镜头单元102安装在照相机主体104上以聚焦入射光束，并在胶片平面F上形成图像。
镜筒106的形状近似为圆柱形，其内部保持多个拍摄镜头108，并允许部分拍摄镜头108移动，从而进行调焦。
致动器110使可移动架114在平行于胶片平面F的平面内相对于固定在镜筒106上的固定板112移动，从而使可移动架114上的图像稳定镜头116移动，使得即使当镜筒106振动时，也能避免在胶片平面F上形成的图像的振动。
固定板112的形状近似为圆环状，其上设有三个驱动线圈120a、120b、120c。从图4可以看出，驱动线圈120a、120b、120c设在圆心与镜头单元102的光轴相同的圆上。在该实施例中，驱动线圈120a位于光轴的垂直上方，驱动线圈120b位于沿光轴的水平位置，驱动线圈120c位于分别与驱动线圈120a和120b相距135度中心角的位置。因此，相邻的驱动线圈120a和120b、120b和120c、以及120c和120a，相互之间分别以90度中心角、135度中心角、和135度中心角依次分开。驱动线圈120a、120b、120c分别具有圆角方形(rounded square)的绕组，将这些线圈设置为使其各自的圆角方形的中心线指向线圈所在的圆周的半径方向。
可移动架114的形状近似为圆环状，位于平行于固定板112且在其上方的位置。在可移动架114的中心孔中，安装图像稳定镜头116。矩形驱动磁体122嵌在可移动架114的圆周上，并分别设在对应于驱动线圈120a、120b、120c的位置。在下文中，“对应于驱动线圈的位置”是指由驱动线圈产生的磁场实质上所影响到的位置。每个驱动磁体122在其反面具有矩形背面磁轭128，以便将来自驱动磁体122的磁通量高效率地设置为朝向固定板112。
在固定板112上的每个驱动线圈的反面，即在可移动架114的相对侧，安装矩形吸引磁轭126。由于将来自每个驱动磁体122的磁力传播到对应的吸引磁轭126上，因而可移动架114被吸引在固定板112上。在该实施例中，因为固定板112由非磁性材料形成，因此来自驱动磁体122的磁力线高效率地到达吸引磁轭126。
图7A是示出了驱动线圈120a、所对应的驱动磁体122、背面磁轭128、以及吸引磁轭126之间的位置关系的局部放大的俯视图，图7B是局部放大的正视图。从图4和图7A及7B可以看出，均为矩形的驱动磁体122、背面磁轭128和吸引磁轭126使其各自的长边相互沿长边延伸，而同样地使其各自的短边相互沿短边延伸。此外，驱动线圈120a以使其长边和短边平行于对应的矩形背面磁轭128的长边和短边的方式进行放置。驱动磁体122使其各磁中性轴线C与安装驱动磁体122的圆周的半径一致。这样，当电流流入对应的驱动线圈时，驱动磁体122接收圆的切线方向的驱动力。其余的驱动线圈120b、120c以与其各自对应的驱动磁体122、背面磁轭128和吸引磁轭126具有类似的位置关系的方式进行布置。在下文中，术语“磁中性轴线C”是指将驱动磁体122相对端定义为S极和N极时，连接从一个极性到另一个极性的转变点的线。因此，在该实施例中，磁中性轴线C经过矩形驱动磁体122的长边的中点。此外，如图7A所示，驱动磁体122的极性在深度方向上变化，假定图7A中的左下和右上部分为南极(S)，而右下和左上为北极(N)。
从图4～7中可以看出，驱动线圈120a、120b、120c分别围绕磁性传感器124a、124b、124c。当可移动架114在其中性位置时，每个磁性传感器的灵敏度中心S位于驱动磁体122的磁中性轴线C。在该实施例中，霍尔元件用于磁性传感器。
图8和图9A～9F是示出驱动磁体122的位移和由磁性传感器124a所产生的信号之间的关系的图。如图8所示，当磁性传感器124a的灵敏度中心S位于驱动磁体122的磁中性轴线C上时，来自磁性传感器124a的输出信号为零电平。随着可移动架114沿其上的驱动磁体122移动而导致磁性传感器124a的灵敏度中心S偏离磁中性轴线时，来自磁性传感器124a的输出信号发生变化。如图8所示，当沿X轴方向即垂直于磁中性轴线C的方向移动驱动磁体122时，磁性传感器124a产生正弦信号。因此，当位移小时，磁性传感器124a产生与驱动磁体122的位移大约成比例的信号。在该实施例中，当驱动磁体122的位移落在小于驱动磁体122的长边的3％的范围内时，从磁性传感器124a输出的信号与从磁性传感器124a的灵敏度中心S到磁中性轴线C的距离近似成比例。此外，在该实施例中，只要来自磁性传感器的输出与距离近似成比例，致动器110即可有效工作。
如图9A～9C所示，当驱动磁体122的磁中性轴线C位于磁性传感器124a的灵敏度中心S时，在图9B的情况下驱动磁体122转动、或在图9C的情况下驱动磁体122沿磁中性轴线C的方向移动的情况下，来自磁性传感器124a的输出信号为零电平。而且，如图9D～9F所示，当驱动磁体122的磁中性轴线C偏离磁性传感器124a的灵敏度中心S时，从磁性传感器124a输出的信号与如下圆的半径r成比例该圆的中心与灵敏度中心S重合，并且该圆与驱动磁体122的磁中性轴线C相切。因此，对于与驱动磁体122的磁中性轴线C相切的圆的相同半径r，在如图9D所示驱动磁体122沿垂直于磁中性轴线C的方向移动、如图9E所示驱动磁体122平移和转动、以及如图9F所示驱动磁体122沿任意方向平移的任何情况下，从磁性传感器124a产生相同电平的信号。
尽管在此根据磁性传感器124a说明了实施例，但其余磁性传感器124b、124c在与对应驱动磁体122的位置关系下，也产生类似的信号。因此，分析分别由磁性传感器124a、124b、124c所检测的信号，能够指定可移动架114在平移和转动运动后相对于固定板112的位置。
从图4可以看出，三个钢珠118被设置在设有固定板112的驱动线圈的圆的外圆上。钢珠118以120度中心角的间隔相互分开，其中一个钢珠118被设在驱动线圈120a和120b之间。如图5所示，通过在对应于钢珠118的位置上分别嵌入的吸引磁体130，将钢珠118吸引到可移动架114上。因此，通过吸引磁体130将钢珠118吸引到可移动架114上，同时通过驱动磁体122将可移动架114吸引到固定板112上，从而将钢珠118夹在固定板112和可移动架114之间。这使得可移动架114被支撑在平行于固定板112的平面上，保持在这两个部件之间的钢珠118的滚动允许可移动架114以任意方向相对于固定板112平移和转动。
钢珠接触体132安装在固定板112和可移动架114的各自的外周上。当可移动架114通过夹在固定板112和可移动架114中间的钢珠118移动时，钢珠118在钢珠接触体132上滚动。因此，由于移动架114和固定板112任一部件相互滑动，因而可移动架114对于固定板112的相对运动将不产生摩擦力。优选地，钢珠接触体132被加工成表面光滑，并由具有高表面硬度的材料制成，从而由于钢珠的滚动来降低钢珠118对钢珠接触体132的阻力。
而且，在该实施例中，钢珠接触体132由非磁性材料制成，使得来自吸引磁体130的磁力线高效率地到达钢珠118。此外，在该实施例中，尽管钢球被用于钢珠118，但其不必为球体。因此，它们可以用任何使其与钢珠接触体132的各接触表面通常为球面的替代物来代替。在本说明书中将这种形式称为“球状部件”。
然后，参考图10来说明致动器110的控制。图10是示出控制器136中的信号处理的系统结构的框图。从图10可以看出，由两个陀螺仪134a、134b时刻检测镜头单元102的振动，并将检测结果传送到内置在控制器136中的算术运算电路138a、138b或镜头位置命令信号生成装置。在该实施例中，陀螺仪134a适合于检测镜头单元102的偏转运动的角加速度，而陀螺仪134b适合于检测镜头单元的俯仰运动的角加速度。
在从陀螺仪134a、134b时刻接收角加速度时，算术运算电路138a、138b产生指示图像稳定镜头116移动到的随时间变化的位置的命令信号。具体地，算术运算电路138a在时间积分处理中对由陀螺仪134a检测的偏转运动的角加速度进行两次积分，并加上预定的校正信号以获得镜头位置命令信号的水平分量，同样地，算术运算电路138b通过对由陀螺仪134b检测的俯仰运动的角加速度进行算术运算，来产生镜头位置命令信号的垂直分量。由此获得的镜头位置命令信号用于随时间变化地移动图像稳定镜头116，使得即使当在拍摄照片的曝光期间镜头单元102振动时，也能使在照相机主体104内的胶片平面F上聚焦的图像不振动而稳定。
内置在控制器136中的线圈位置命令信号产生装置适合于基于由算术运算电路138a、138b生成的镜头位置命令信号来产生与每个驱动线圈有关的线圈位置命令信号。线圈位置命令信号是在图像稳定镜头116移动到由镜头位置命令信号指示的位置的情况下，表示驱动线圈120a、120b、120c和其各自对应的驱动磁体122之间的位置关系的信号。具体地，当驱动磁体122和其各自的驱动线圈成对被移动到由线圈位置命令信号指示的位置时，图像稳定镜头116被移动到由镜头位置命令信号指示移动到的位置。在该实施例中，由于驱动线圈120a在光轴的垂直上方，因此与驱动线圈120a有关的线圈位置命令信号与从算术运算电路138a产生的镜头位置命令信号的水平分量相等。此外，由于驱动线圈120b位于光轴的侧方，因此与驱动线圈120b有关的线圈位置命令信号与从算术运算电路138b产生的镜头位置命令信号的垂直分量相等。而且，基于镜头位置命令信号的水平和垂直分量，从用作线圈位置命令信号产生装置的算术运算电路140产生与驱动线圈120c有关的线圈位置命令信号。
另一方面，由磁性传感器放大器142a以预定的放大倍数来放大由磁性传感器124a判定的驱动磁体122相对于驱动线圈120a的位移。差动电路144a允许电流以如下比率流入驱动线圈120a该比率与来自算术运算电路138a的线圈位置命令信号的水平分量和来自磁性传感器放大器142a的与驱动线圈120a成对的驱动磁体122的位移之间的差成比例。因此，当线圈位置命令信号和来自磁性传感器放大器142a的输出之间的差为零时，没有电流流入驱动线圈120a，导致驱动驱动磁体122的力也为零。
同样地，由磁性传感器放大器142b以预定的放大倍数来放大由磁性传感器124b判定的驱动磁体122相对于驱动线圈120b的位移。差动电路144b允许电流以如下比率流入驱动线圈120b该比率与来自算术运算电路138b的线圈位置命令信号的垂直分量和来自磁性传感器放大器142b的与驱动线圈120b成对的驱动磁体122的位移之间的差成比例。因此，当线圈位置命令信号和来自磁性传感器放大器142b的输出之间的差为零时，没有电流流入驱动线圈120b，导致驱动驱动磁体122的力也为零。
同样地，由磁性传感器放大器142c以预定的放大倍数来放大由磁性传感器124c判定的驱动磁体122相对于驱动线圈120c的位移。差动电路144c允许电流以如下比率流入驱动线圈120c该比率与来自算术运算电路140的线圈位置命令信号和来自磁性传感器放大器142c的与驱动线圈120c成对的驱动磁体122的位移之间的差成比例。因此，当线圈位置命令信号和来自磁性传感器放大器142c的输出之间的差为零时，没有电流流入驱动线圈120c，导致驱动驱动磁体122的力也为零。
参考图11，现在将说明在平移可移动架114的情况下镜头位置命令信号和线圈位置命令信号的关系。图11是示出设在固定板112上的驱动线圈120a、120b、120c与配置在可移动架114上的三个驱动磁体122的位置关系的图。首先，三个驱动线圈120a、120b、120c分别位于半径为R、中心与坐标系的原点(或零点)Q一致的圆上的L、M、N点。磁性传感器124a、124b、124c也位于使其各自的灵敏度中心S分别与点L、M、N一致的位置。当可移动架114位于中性位置时，或者当图像稳定镜头116的中心在光轴上时，与驱动线圈成对的驱动磁体122的磁中性轴线C的中点也分别与点L、M、N一致。假定具有共同的原点Q的水平轴X和垂直轴Y分别在原点以135度与另一轴V相交，驱动磁体的各自的磁中性轴线线C分别与X轴、Y轴和V轴一致。
然后，当可移动架114移动，使图像稳定镜头116的中心移动到点Q1，并进一步关于点Q1沿逆时针方向移动角度θ时，驱动磁体122的磁中性轴线C的中点被分别移动到点L1、M1、N1。为了将可移动架114移动到该位置，需要与驱动线圈120a、120b、120c有关的线圈位置命令信号的各自的信号电平分别与如下圆的半径成比例这些圆的各自的中心分别与点L、M、N一致，并且分别与直线Q1L1、Q1M1、Q1N1相切。这些圆的半径分别由rX、rY、rV来表示。
如图11所示来确定线圈位置命令信号rX、rY、rV的正、负条件。具体地，将点L1移动到第一象限的线圈位置命令信号rX为正，而移动到第二象限则为负；同样地，将点M1移动到第一象限的命令信号rY为正，而移动到第四象限则为负。此外，将点N1移动到V轴以下的线圈位置命令rV被确定为正，而移动到V轴以上则为负。对于角度的正、负条件，设顺时针方向为正号。因此，如果可移动架114从中性位置沿顺时针方向转动，则线圈位置命令信号rX、rY、rV分别假定为正、负、和负。
此外，现在假定点Q1、L1、N1的坐标分别为(j，g)、(i，e)和(k，h)，并且V轴和Y轴以角度α相交。而且假定经过点M且平行于直线Q1L1的辅助线A与经过点L且平行于直线Q1M1的另一辅助线B的交点为P。
现在对直角三角形LMP应用正弦定理，给出以下公式 从以上公式得到以下公式LP＝R(cosθ+sinθ) (2)MP＝R(cosθ-sinθ) (3)使用项R、rX、rY、rV、θ、和α来分别表示坐标e、g、h、i、j、和k如下e＝-rXsinθ+Rg＝e-(MP-rY)cosθ＝-rXsinθ+rYcosθ-Rcosθ(cosθ-sinθ)+Rh＝-Rcosα-rVsin(α+θ)i＝rXcosθ (4)j＝i-(MP-rY)sinθ＝rXcosθ+rYsinθ-Rsinθ(cosθ-sinθ)k＝-Rsinα+rVcos(α+θ)对于具有顶点坐标为(k，g)、(j，g)和(k，h)的直角三角形，可以用以下公式来表示所成立的关系j-kg-h=tan(α+0)=sin(α+θ)cos(α+θ)=sinαcosθ+cosαsinθcosαcosθ-sinαsinθ]]>=rXcosθ+rYsinθ-Rsinθ(cosθ-sinθ)+Rsinα-rVcos(α+θ)-rXsinθ+rYcosθ-Rcosθ(cosθ-sinθ)+R+Rcosα+rVsin(α+θ)]]>(5)以上公式(5)可以展开并重新整理为以下公式γXcosα-rYsinα-rV＝R(sinα+cosα)sinθ+Rsinθ(6)此外，在平移可移动架114的情况下，满足θ＝0，并将以上公式(6)重新整理如下rXcosα-rYsinα-rV＝0 (7)在该实施例中，也满足α＝45°，则公式(7)可简化如下rV=(rX-rY)2---(8)]]>因此，在该实施例中，当响应于镜头位置命令信号，图像稳定镜头116的中心平移到坐标(j，g)时，对驱动线圈120a和120b分别生成线圈位置命令信号rX和rY，这些命令信号各自的信号电平与坐标j和g成比例，同时，应用公式(8)来计算对驱动线圈120c的线圈位置命令信号rV。
线圈位置命令信号rX与来自算术运算电路138a的输出信号相同，而线圈位置命令信号rY与来自算术运算电路138b的输出信号相同。同样地，线圈位置命令信号rV与来自算术运算电路140的输出信号相同，该算术运算电路140执行与公式(8)提供的处理相同的算术运算。
然后，参考图12，即在转动可移动架114的情况下，镜头位置命令信号和线圈位置命令信号的关系。图12是示出在平移和转动可移动架114的情况下，线圈位置命令信号的图。从图12可以看出，首先平移可移动架114以使安装在可移动架114上的图像稳定镜头116的中心从点Q移动到另一点Q2，因此，安装在可移动架114上的驱动磁体122被分别从点L、M、N移动到点L2、M2、N2。该平移运动产生线圈位置命令信号rX、rY、rV。通过上述公式(8)可以获得线圈位置命令信号的信号电平。在可移动架114关于点Q2沿逆时针方向转动角度η的情况下，将获得命令信号rXη、rYη、rVη。
与图11所示情况相同，首先假定点Q2的坐标和直线Q2N2与半径为rV、中心为N的圆的切点的坐标分别为(j，g)和(k，h)，并且用零来替换公式(4)中的项θ，导出以下关系g＝rYj＝i＝rX(9)k=-Rsinα+rVcos(α+θ)=-R12+rV12]]>当可移动架114关于点Q2沿逆时针方向转动角度η时，点L2、M2、N2分别移动到点L3、M3、N3。还假定成对的线段Q2L2和Q2L、Q2M2和Q2M、以及Q2N2和Q2N的夹角分别用β、δ、和γ来表示。此外，假定线段Q2L、Q2M、以及Q2N各自的长度表示为U、W、和V。线圈位置命令信号rXη、rYη、rVη各自的信号电平分别等于各自的中心为点L、M、N且与直线Q2L3、Q2M3、以及Q2N3相切的圆的半径，因此，如下表示的关系成立rXη＝Usin(β+η)＝U(sinβcosη+cosβsinη)rVη＝-Vsin(γ+η)＝-V(sinγcosη+cosγsinη)(10)rYη＝-Wsin(δ+η)＝-W(sinδcosη+cosδsinη)根据一些数学关系，可以用以下表达式来代替sinβ、cosβ和其它项。
sinβ=iU=rXU]]>cosβ=R-gU=R-rYU]]>sinγ=rVV---(11)]]>cosγ=2(i-k)V=2rX+R-rVV]]>sinδ=gW=-rYW]]>cosδ=R-iW=R-rXW]]>此外，用公式(11)中的关系来替换公式(10)中各对应的项，以消除如β、γ、和δ的项，从而得到表示以下关系的公式rXη＝rXcosη+(R-rY)sinηrVη=rVcosη-(2rX+R-rV)sinη---(12)]]>rYη＝rYcosη-(R-rX)sinη因此，为了将可移动架114移动到通过首先将图像稳定镜头116的中心平移到坐标(j，g)、然后关于所得到的点沿逆时针方向将其转动角度η而确定的点上，首先通过公式(8)和(9)获得线圈位置命令信号rX、rY、rV，然后用所获得的值代替公式(12)中的对应项，以获得对驱动线圈给出的线圈位置命令信号rXη、rYη、rVη。
在可移动架114没有平移运动，而关于点Q沿逆时针方向转动角度η的情况下，用零替换公式(12)中的rX、rY、rV项如下rXη＝RsinηrVη＝Rsinη (13)rYη＝-Rsinη因此，可以通过算术运算获得线圈位置命令信号rXη、rYη、和rVη。
通过对每个驱动线圈添加图2中的示例电路可具体配置控制器136。例如，为了构造控制流入驱动线圈120a的电流的电路，驱动线圈6应当由驱动线圈120a来代替，并且来自算术运算电路138a的输出应当作为位置命令信号施加给图2中的电路。在这种情况下，磁性传感器放大器142a与图2中的运算放大器OP2相对应，差动电路144a是运算放大器OP3的替换物。可以同样来配置控制流入驱动线圈120b的电流的电路。也可以通过相同的电路来控制流入驱动线圈120c的电流，但是在这种情况下，将算术运算电路140的输出连接到运算放大器OP4的正输入端，以输入其位置命令信号。算术运算电路140可包括与运算放大器OP3相同的差动电路、产生预处理电平的(1/2)1/2的分压的电阻等，以执行与公式(8)所表示的算术运算相同的算术运算。
参考图3和10，将说明根据本发明的照相机101的优选实施例的操作。首先，打开用于照相机101的防振功能的启动开关(未示出)，允许镜头单元102中的致动器110开始工作。在镜头单元102中内设的陀螺仪134a和134b随时间变化地检测在预定频带的振动，并且陀螺仪134a对算术运算电路138a产生偏转方向的角加速度信号，同时陀螺仪134b对算术运算电路138b产生俯仰方向的角加速度信号。算术运算电路138a在时间积分处理中对接收到的角加速度信号进行两次积分以计算偏转角度，并将计算结果进一步与预定的校正信号相加，以产生水平方向的镜头位置的命令信号。同样，算术运算电路138b在时间积分处理中对接收到的角加速度信号进行两次积分以计算俯仰角度，并将计算结果与预定的校正信号相加，以产生垂直方向的镜头位置的命令信号。将图像稳定镜头116随时间变化地移动到从算术运算电路138a、138b基于时间变化所产生的镜头位置命令信号所指示的位置，从而可稳定在照相机主体104内的胶片平面F上聚焦的图像。
将从算术运算电路138a所产生的水平方向的镜头位置的命令信号传送到差动电路144a，作为与驱动线圈120a相关的线圈位置命令信号rX。同样，将从算术运算电路138b产生的垂直方向的镜头位置的命令信号传送到差动电路144b，作为与驱动线圈120b相关的线圈位置命令信号rY。将来自算术运算电路138a、138b的输出传送到算术运算电路140，并且公式(8)所表示的算术运算能够产生对驱动线圈120c的线圈位置命令信号rV。
另一方面，分别位于驱动线圈120a、120b、和120c内部的磁性传感器124a、124b、和124c分别产生给磁性传感器放大器142a、142b、和142c的检测信号。由磁性传感器所检测的检测信号在磁性传感器放大器142a、142b、和142c中被分别放大以后，被分别传送到差动电路144a、144b、和144c。
差动电路144a、144b、和144c分别产生与从磁性传感器接收的检测信号和线圈位置命令信号rX、rY、及rV之间的差相等的电压，并允许与该电压成比例的电流分别流入驱动线圈120a、120b、和120c。当电流流入驱动线圈时，产生与该电流成比例的磁场。由于该磁场，使安装在驱动线圈对应位置的驱动磁体122分别向更靠近线圈位置命令信号rX、rY、及rV所指示的位置移动，从而移动可移动架114。驱动磁体122一旦到达由线圈位置命令信号所指示的位置，由于线圈位置命令信号等于检测信号，所以来自差动电路的输出变为零电平，并且移动驱动磁体的力也变为零。当外部干扰和/或线圈位置命令信号的变化使驱动磁体122偏离线圈位置命令信号所指定的位置时，恢复驱动线圈中的电流，使驱动磁体122返回所指定的位置。
随时间变化地重复上述步骤，允许安装在可移动架114上的图像稳定镜头116与驱动磁体122一起，随镜头位置命令信号到达所指定的位置。因此，使聚焦在照相机主体104内的胶片平面F上的图像稳定。
在根据本发明的照相机的实施例中，由于图像稳定致动器的可移动架可沿所期望的方向平移，而不使用在两个不同方向上垂直引导，因此致动器可具有简单的结构。此外，作为这种简单结构的结果，可减轻致动器的可移动架的重量，并实现快速反应的致动器。
在根据本发明的照相机的第二实施例中，图像稳定致动器的可移动架可在预定的平面内沿所期望的方向平移和转动。
另外，由于磁性传感器位于驱动线圈内，因此从每一驱动线圈对每一驱动磁体所施加的力的作用点与由磁性传感器检测为驱动磁体的位置的点近似相同，这使得能够准确检测可移动架的位置，而不受机械失调的影响。
此外，控制器具有内置的补偿电路，因此，可以消除来自驱动线圈的磁场对磁性传感器的影响。
在根据本发明的照相机的实施例中，固定板和可移动部件之间的间隔由钢珠保持为常数，并且钢珠在固定板和可移动架之间的滚动允许可移动部件相对于固定板移动，排除了固定板和位于固定板相对位置的可移动架之间的滑动摩擦阻力的影响。
尽管已说明了本发明的第二实施例，但是可对其进行各种改进。在上述第二实施例中本发明特别用于胶卷照相机，但是它可用于任何静态照相机或动画照相机例如数字照相机、视频照相机等。此外，本发明可适用于与任何上述照相机的照相机主体一起使用的镜头单元。此外，本发明可用作移动照相机的图像稳定镜头的致动器，或者移动XY台等的致动器。
此外，在上述实施例中，驱动线圈被安装在固定部件上，而驱动磁体被安装在可移动部件上，相反，驱动磁体可安装在固定部件上，而驱动线圈可安装在可移动部件上。此外，在上述实施例中，使用三对驱动线圈和驱动磁体，可选地，可使用四对或更多对的驱动线圈和驱动磁体。此外，在上述实施例中，永久磁体用作驱动磁体，但对其也可选电磁体。
此外，在上述实施例中，三个钢珠118用作可移动部件支撑装置，而可选地，可用四个或更多个球形物体来代替该可移动部件支撑装置。另外，可使可移动部件和固定部件各自的接触表面为光滑状况，以使可移动部件和固定部件相互直接接触进行相同的滑动，而不使用任何球形物体。
此外，在上述实施例中，驱动线圈按如下布置使驱动线圈对124a和124b、124c和124a、及124b和124c分别以90度、135度、及135度中心角相交，而可选地，可确定驱动线圈124c的位置以使驱动线圈124b和驱动线圈124c的交点处的中心角为公式90+α(0≤α≤90)所表示的范围内。另外，驱动线圈124a和124b的交点处的中心角可以为90度以外的任意所期望的角度，并且三个驱动线圈相交的中心角范围可以为90度到180度，比如，由三个驱动线圈构成的所有三个中心角都为120度。
而且，在上述第二实施例中，驱动磁体的磁中性轴线均沿径向延伸，可选地，其可以朝向任何所期望的方向。优选地，至少一个驱动磁体被布置为其磁中性轴线沿径向延伸。
图13示出对本发明的上述实施例的改进，其中分别与驱动线圈124a和124b成对的驱动磁体122的磁中性轴线延伸为中心为点Q的圆的切线，而与驱动线圈124c成对的余下的磁体122的磁中性线与该圆的半径一致地延伸。尽管在图中省略，驱动线圈124a、124b、124c分别位于点L、M、N。在该例中，产生与驱动线圈124a、124b、124c相关的线圈位置命令信号rX、rY、及rV以指示将这些磁体从其各自的当前位置L、M、N移动到的位置。根据线圈位置命令信号，在可移动架114位于其中性位置的情况下，点L、M、N处的驱动磁体122的磁中性轴线的中点被分别移到L4、M4、N4，同时，将图像稳定镜头116的中心从点Q移到点Q3。
在该改进中，将线圈位置命令信号rX，即镜头位置命令信号的水平分量提供给点M上的驱动线圈124b，而线圈位置命令信号rY，即镜头位置命令信号的垂直分量提供给点上的驱动线圈124a。此外，在图13所示情况下，用线圈位置命令信号rX和rY代替公式(8)中的对应项，如此获得的线圈位置命令信号rV被与驱动线圈124c有关地给出，结果，使点Q分别沿X轴和Y轴平移-rX和+rY。
然后，参考图14，来说明根据本发明的实施例的另一改进。该实施例不同于上述实施例之处在于，致动器145具有锁定机构，该锁定机构当无需控制可移动架114时，将可移动架114紧固在固定板112上。
从图14可以看出，在该实施例中的致动器145在可移动架114的外周具有三个接合突起114a。固定板112也具有围绕可移动架114的环形部件146，并且该环形部件146在其内周有三个接合元件146a，以分别与接合突起114a相配合。此外，可移动架114在其外周具有三个可移动部件保持磁体148。环形部件146在内周对应于可移动部件保持磁体148的位置上具有三个固定板保持磁体150，以便这两组磁体产生磁力并在一对一的基础上相互影响。而且，手动锁定元件152从环形部件146的外部沿半径方向向里延伸，并可沿环形部件146的圆周方向移动。手动锁定元件152将其顶端加工为U形凹槽152a。接合栓154位于可移动架114的外周，其容纳在U形凹槽152a中，并与手动锁定元件152接合。
将详细说明致动器145的操作。首先，在图14中，致动器145的可移动架114沿逆时针方向转动，结果，可移动架114的外周的接合突起114a分别与环形部件146中的接合元件146a相接合，从而将可移动架114紧固在固定板112上。此外，在可移动架114上的可移动部件保持磁体148和环形部件146中的固定部件保持磁体150在图14所示的状况下几乎不相互影响。当可移动架114沿逆时针方向转动，并携带可移动部件保持磁体148更靠近固定部件保持磁体150时，固定部件保持磁体150对可移动架114施加磁力以使其沿顺时针方向转动。抵抗该磁力，可移动架114进一步沿逆时针方向转动，直到可移动部件保持磁体148经过固定部件保持磁体150，结果，固定部件保持磁体150对可移动架114施加磁力以使其沿逆时针方向转动。该磁力迫使接合突起114a贴紧接合元件146a，因此，接合突起114a和接合元件146a保持相互配合。这样，在停止对致动器145的电源供应期间，保证接合突起114a和接合元件146a的稳定接合，可移动架114被紧固在固定板112上。
当图14中手动锁定元件152沿逆时针方向手动转动时，可移动架114上的接合栓154被钩在U形凹槽152a中，并且可移动架114也沿逆时针方向转动。这样，接合突起114a和接合元件146a可手动地相互连接。当手动锁定元件152反向、或沿顺时针方向手动转动时，可移动架114沿顺时针方向转动，使得接合突起114a和接合元件146a相互分开。
根据本发明的示例致动器能够转动可移动架，并如该改进所述，有助于锁定机构的实现。
权利要求
1.一种致动器，包括固定部件；可移动部件；可移动部件支撑装置，用来相对于固定部件支撑可移动部件；驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中的另一个上、当电流流入驱动线圈时接受驱动力的位置；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动磁体的位置；以及控制装置，用来控制流入每一驱动线圈的驱动电流，以响应指示可移动部件将移动到的位置的信号和磁性传感器检测到的位置信号。
2.一种致动器，包括固定部件；可移动部件；可移动部件支撑装置，用来支撑可移动部件，以允许可移动部件在平行于固定部件的平面内移动到任意位置；至少三个驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中的另一个上、对应于驱动线圈的位置；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动线圈对驱动磁体的相对位置；以及控制装置，用来基于指示可移动部件将移动到的位置的命令信号，产生与每一驱动线圈有关的线圈位置命令信号，并控制流入每一驱动线圈的驱动电流，以响应该线圈位置命令信号和磁性传感器所检测的位置信号。
3.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，该致动器还包括补偿装置，该补偿装置用来校正磁性传感器检测到的位置信号，以消除驱动线圈产生的磁场对磁性传感器的影响。
4.根据权利要求3所述的致动器，其特征在于，该补偿装置具有电流检测装置，用来检测流入驱动线圈的电流，并由该电流检测装置检测到的电流产生补偿信号，以校正磁性传感器检测到的位置信号。
5.根据权利要求4所述的致动器，其特征在于，流入驱动线圈的电流被调制过脉冲宽度或调制过脉冲密度，并且补偿装置具有平滑装置，用于使由电流检测装置所检测的调制过脉冲宽度的电流或调制过脉冲密度的电流平滑，以产生补偿信号。
6.一种镜头单元，包括镜筒；位于镜筒内的拍摄镜头；固定在镜筒上的固定部件；运载图像稳定镜头的可移动部件；可移动部件支撑装置，用来支撑可移动部件，以允许可移动部件在平行于固定部件的平面上移动到任意位置；至少三个驱动线圈，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体，安装在固定部件和可移动部件中另一个上、对应于驱动线圈的位置上；磁性传感器，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动磁体对驱动线圈的相对位置；振动检测装置，用来检测镜筒的振动；信号生成装置，基于来自振动检测装置的检测信号，产生镜头位置命令信号以指示图像稳定镜头将移动到的位置；以及控制装置，用来基于来自信号生成装置的镜头位置命令信号，产生与每个驱动线圈相关的线圈位置命令信号，并控制流入每个驱动线圈的驱动电流，以响应线圈位置命令信号和磁性传感器所检测到的位置信号。
7.一种照相机，其包括根据权利要求6所述的镜头单元。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种具有简单结构和小型化机体的致动器和具有该致动器的镜头单元及照相机。该致动器(1)包括固定部件(2)；可移动部件(4)；可移动部件支撑装置，用来相对于固定部件支撑可移动部件；驱动线圈(6)，安装在固定部件和可移动部件中的任一个上；驱动磁体(8)，安装在固定部件和可移动部件中的另一个上，以当电流流入驱动线圈时接受驱动力；磁性传感器(12)，设置在驱动线圈的绕组内，用于检测驱动磁体的位置；以及控制装置(14)，用来控制流入每一驱动线圈的驱动电流，以响应指示可移动部件将移动到的位置的命令信号和磁性传感器检测到的位置信号。
文档编号G03B17/00GK1790147SQ200510134450
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者野地孝义 申请人:株式会社腾龙