控制裝置、致動器、圖像模糊校正裝置及可交換透鏡的制作方法
【專利摘要】提供一種控制裝置、致動器、圖像模糊校正裝置及可交換透鏡，控制裝置包括：控制器，在正常操作模式中基于預(yù)定增益分別輸出關(guān)于至少兩個方向的控制信號，并在學(xué)習(xí)操作模式中基于針對這兩個方向設(shè)置的增益來分別輸出控制信號；受控量計算單元，接收控制信號并針對至少兩個馬達分別輸出關(guān)于驅(qū)動參數(shù)的信號，其中受控量計算單元包括：特性差異計算單元，基于控制信號計算至少兩個馬達之間的特性差異；以及增益補償器，根據(jù)計算出的至少兩個馬達的特性差異校正關(guān)于至少兩個馬達的驅(qū)動參數(shù)的受控量，并輸出信號。
【專利說明】控制裝置、致動器、圖像模糊校正裝置及可交換透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制裝置、包括控制裝置的致動器、圖像模糊校正裝置、可交換透鏡、圖像拾取設(shè)備以及自動平臺。更具體地，本發(fā)明涉及這樣的控制裝置:通過學(xué)習(xí)來補償多個馬達的驅(qū)動力的個體差異并合成這些馬達的驅(qū)動力，因此使得移動體可以在多個方向移動，本發(fā)明還涉及包括該控制裝置的致動器、圖像模糊校正裝置、可交換透鏡、圖像拾取設(shè)備以及自動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)地，在能夠驅(qū)動多個方向的致動器(下文，稱為多自由度驅(qū)動裝置)當(dāng)中，已經(jīng)提出利用線性致動器實現(xiàn)XY Θ驅(qū)動的裝置(日本專利申請公開N0.2009-225503)。
[0003]圖20A為示出常規(guī)多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。該圖示出作為多自由度驅(qū)動裝置的基座的底板1，以及用于驅(qū)動移動體5的振動體2、3和4。該圖還示出檢測在X方向上的位置的位置傳感器6。該圖還示出檢測在Y方向上的位置的位置傳感器7和8。
[0004]圖20B為該設(shè)備的側(cè)視圖。通過附接部件(未不出)將振動體2 (未不出)、3和4(其中通過粘合來集成具有一個點凸起的振動部件(振動體3和4的頂部)與壓電元件(陰影部分))附接到底板I。在位置傳感器的頂表面上設(shè)置標(biāo)尺6’、7’和8’。
[0005]例如，當(dāng)標(biāo)尺6’在X方向移動時,傳感器6響應(yīng)于移動量輸出位置信號。
[0006]當(dāng)標(biāo)尺7’和8’在Y方向移動時,傳感器7和8分別響應(yīng)于移動量輸出位置信號。該配置在對振動體2、3和4的驅(qū)動力進行矢量合成得到的方向移動該移動體。
[0007]然而，常規(guī)配置具有這樣的問題:如果振動體2、3和4的驅(qū)動力具有個體差異，則控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，不能增加控制增益，并且位置偏差和響應(yīng)性降低。
[0008]為解決該問題，現(xiàn)有的方法為，預(yù)先獲得各個馬達的特性并選擇具有類似特性的馬達。然而，即使這些馬達具有相同的特性，在被實際附接在設(shè)備中的狀態(tài)的變化(例如，力口壓)也導(dǎo)致問題。
[0009]日本專利申請公開N0.2009-225503提出一種方法，其根據(jù)在設(shè)備狀態(tài)中在操作的情況下的移動體的移動量或振動體的操控量來確定各個馬達的特性，并設(shè)置驅(qū)動參數(shù)以便使這些特性相互匹配或優(yōu)化這些特性，因此適應(yīng)馬達的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]然而，常規(guī)技術(shù)具有以下問題。
[0011]S卩，在多個方向上的實際驅(qū)動控制導(dǎo)致其中在這些方向上的移動量或操控量被混合的狀態(tài)。因此，難于準(zhǔn)確提取特性差異。結(jié)果，失去各個馬達(例如振動體)的受控量的平衡，并且控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，由此降低了位置偏差和響應(yīng)性。
[0012]為了適應(yīng)變化，把作為控制參數(shù)的頻率、驅(qū)動電壓和脈寬重復(fù)設(shè)置為使得特性相互匹配。該設(shè)置使得補償方法變得復(fù)雜。
[0013]考慮到上述問題，本發(fā)明的目的為提供一種振動型驅(qū)動裝置，其對多個振動體的驅(qū)動力進行矢量合成以允許在多個方向上進行驅(qū)動，其中該振動型驅(qū)動裝置通過學(xué)習(xí)操作檢測并補償振動體的驅(qū)動力之間的個體差異，由此允許針對位置偏差和響應(yīng)性改善可控性，并使得可以在多個方向上驅(qū)動移動體。本發(fā)明還具有提供包括振動型驅(qū)動裝置的圖像模糊校正裝置的目的。
[0014]本發(fā)明的一個方面涉及一種控制裝置，包括:控制器，在正常操作模式中基于預(yù)定增益輸出關(guān)于第一方向的第一控制信號和關(guān)于與第一方向相交的第二方向的第二控制信號，并在學(xué)習(xí)操作模式中基于針對第一方向和第二方向設(shè)置的增益來分別輸出第三控制信號和第四控制信號；受控量計算單元，接收第三控制信號和第四控制信號，并針對驅(qū)動移動體的至少第一馬達和第二馬達來分別輸出關(guān)于驅(qū)動參數(shù)的第五控制信號和第六控制信號，其中受控量計算單元包括:特性差異計算單元，基于第三控制信號和第四控制信號計算至少第一馬達和第二馬達之間的特性差異；以及增益補償器，根據(jù)計算出的至少第一馬達和第二馬達的特性差異來校正關(guān)于至少第一馬達和第二馬達的驅(qū)動參數(shù)的受控量，并輸出第五控制信號和第六控制信號。
[0015]本發(fā)明另一方面涉及包括該控制裝置的致動器、圖像模糊校正裝置、可交換透鏡、圖像拾取設(shè)備或者自動平臺。
[0016]通過參考附圖對示例實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1A為示出多自由度振動波驅(qū)動裝置的配置示例的圖。
[0018]圖1B為示出多自由度振動波驅(qū)動裝置的配置示例的圖。
[0019]圖2A為示出線性振動型驅(qū)動裝置的驅(qū)動原理的圖。
[0020]圖2B為示出線性振動型驅(qū)動裝置的驅(qū)動原理的圖。
[0021]圖2C為示出線性振動型驅(qū)動裝置的驅(qū)動原理的圖。
[0022]圖2D為示出線性振動型驅(qū)動裝置的驅(qū)動原理的圖。
[0023]圖3為示出多自由度振動波驅(qū)動裝置的控制系統(tǒng)的圖。
[0024]圖4為示出PID補償器的控制系統(tǒng)的圖。
[0025]圖5為示出受控量計算單元的配置的圖。
[0026]圖6A為示出多輸入多輸出矩陣計算單元的矩陣運算表達式的圖。
[0027]圖6B為示出多輸入多輸出矩陣計算單元的矩陣運算表達式的圖。
[0028]圖6C為示出多輸入多輸出矩陣計算單元的矩陣運算表達式的圖。
[0029]圖7A為示出在多自由度振動波驅(qū)動裝置的X、Y和Θ方向上的操作的圖。
[0030]圖7B為示出在多自由度振動波驅(qū)動裝置的X、Y和Θ方向上的操作的圖。
[0031]圖7C為示出在多自由度振動波驅(qū)動裝置的X、Y和Θ方向上的操作的圖。
[0032]圖7D為示出在多自由度振動波驅(qū)動裝置的X、Y和Θ方向上的操作的圖。
[0033]圖7E為示出在多自由度振動波驅(qū)動裝置的X、Y和Θ方向上的操作的圖。
[0034]圖8A為不出從位置傳感器信號到X、Y和Θ的坐標(biāo)變換的表達式的圖。
[0035]圖8B為示出從位置傳感器信號到X、Y和Θ的坐標(biāo)變換的表達式的圖。
[0036]圖9A為示出學(xué)習(xí)操作模式的流程圖。
[0037]圖9B為示出學(xué)習(xí)操作模式的流程圖。[0038]圖1OA為示出在學(xué)習(xí)步驟I中的PID補償器的在前段(preceding stage)中的X、Y和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0039]圖1OB為示出在學(xué)習(xí)步驟I中的PID補償器的在前段中的X、Y和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0040]圖1OC為示出在學(xué)習(xí)步驟I中的PID補償器的在前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0041]圖1lA為示出在學(xué)習(xí)步驟I中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0042]圖1lB為示出在學(xué)習(xí)步驟I中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0043]圖12Α為示出特性差異計算單元的配置的圖。
[0044]圖12Β為示出特性差異計算單元的配置的圖。
[0045]圖13為示出在學(xué)習(xí)步驟I中在改變補償增益Gl的情況下的檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ的變化的圖。
[0046]圖14示出增益補償器的配置。
[0047]圖15Α為示出在學(xué)習(xí)步驟2中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0048]圖15Β為示出在學(xué)習(xí)步驟2中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0049]圖15C為示出在學(xué)習(xí)步驟2中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0050]圖16Α為示出在學(xué)習(xí)步驟2中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0051]圖16Β為示出在學(xué)習(xí)步驟2中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0052]圖17Α為示出在學(xué)習(xí)步驟3中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0053]圖17Β為示出在學(xué)習(xí)步驟3中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0054]圖17C為示出在學(xué)習(xí)步驟3中的PID補償器的前段中的Χ、Υ和Θ的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號的圖。
[0055]圖18Α為示出在學(xué)習(xí)步驟3中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0056]圖18Β為示出在學(xué)習(xí)步驟3中多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0057]圖19Α為示出在使用在學(xué)習(xí)步驟中計算的補償增益來控制多自由度振動波驅(qū)動裝置的情況下的模擬結(jié)果的圖。
[0058]圖19Β為示出在使用在學(xué)習(xí)步驟中計算的補償增益來控制多自由度振動波驅(qū)動裝置的情況下的模擬結(jié)果的圖。
[0059]圖20Α為示出多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0060]圖20Β為示出多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0061]圖21Α為示出使用取消機構(gòu)(avoiding mechanism)來減少負荷的配置的示例的圖。
[0062]圖21B為示出利用取消機構(gòu)來減少負荷的配置的示例的圖。
[0063]圖22為示出馬達的示例的截面圖。[0064]圖23A為示出多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0065]圖23B為示出多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0066]圖24為示出應(yīng)用馬達控制裝置的示例的圖。
[0067]圖25為示出應(yīng)用馬達控制裝置的示例的圖。
【具體實施方式】
[0068]下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0069](實施例1)
[0070]將在本發(fā)明的實施例中描述這樣的示例:其采用振動多自由度驅(qū)動裝置作為可以在多個方向驅(qū)動移動體的致動器(多自由度驅(qū)動裝置)的示例。
[0071]作為本發(fā)明的實施例，下文將描述這樣的配置示例:其中對作為光學(xué)設(shè)備的照相機的振動隔離機構(gòu)(圖像模糊校正裝置)應(yīng)用本發(fā)明的包括馬達控制裝置的多自由度驅(qū)動裝置。在該實施例中，描述在照相機上安裝的配置的示例。然而，所述配置不限于此。作為另一個示例，本發(fā)明可應(yīng)用于平臺中的控制裝置。
[0072]該實施例的振動多自由度驅(qū)動裝置包括多個通過施加交流電壓來激發(fā)振動的振動體。
[0073]根據(jù)該配置，為了通過由摩擦力產(chǎn)生的驅(qū)動力驅(qū)動與振動體接觸的移動體，對振動體的驅(qū)動力進行矢量合成，并且可以在多個方向上驅(qū)動移動體。
[0074]更具體地，如圖1A和IB所示，將線性振動型驅(qū)動裝置配置為使用多個線性振動馬達來實現(xiàn)在XY θ方向(第一、第二和第三方向)上驅(qū)動移動體。
[0075]照相機的振動隔離機構(gòu)使用二軸陀螺傳感器來檢測在作為平面中的兩個正交坐標(biāo)的X和Y坐標(biāo)的X和Y方向上的波動量，并生成位置命令信號X和Y以校正波動量。
[0076]S卩，基于位置命令信號來控制多自由度驅(qū)動裝置以移動作為移動體的透鏡，因此允許照相機的振動隔離。
[0077]圖1A為示出本發(fā)明的多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0078]該圖示出作為振動多自由度驅(qū)動裝置的基座的底板101，以及用于驅(qū)動移動體102的振動馬達103、104、105和106 (各個振動體)。
[0079]這里，在應(yīng)用于照相機的振動隔離機構(gòu)的情況中，移動體102為透鏡部分。
[0080]該圖還示出檢測X方向上的位置的位置傳感器107、和檢測Y方向上的位置的位置傳感器108和109。
[0081]圖1B為該設(shè)備的側(cè)視圖。
[0082]振動馬達(各個振動體)103、104、105和106 (其中具有兩個凸起的振動部件和壓電元件(未示出)通過粘合集成)經(jīng)由附接部件被附接到底板101。
[0083]在位置傳感器107、108和109的頂表面上設(shè)置標(biāo)尺107’、108’和109’。
[0084]例如，在傳感器107的情況下，在X方向(第一方向)上的標(biāo)尺107’的移動允許傳感器107根據(jù)移動量來輸出位置信號。
[0085]在Y方向(第二方向)上的標(biāo)尺108’和109’的移動允許相應(yīng)的傳感器108和109根據(jù)移動量來輸出位置信號。該配置在對振動馬達103、104、105和106的驅(qū)動力進行矢量合成得到的方向上移動該移動體。[0086]圖2A至圖2D為示出在該實施例中采用的振動馬達的驅(qū)動原理的圖。
[0087]在圖2A中，對粘合到彈性部件203的壓電元件204施加交流電壓導(dǎo)致如圖2C和2D所示的兩個振動模式。根據(jù)所述振動模式，與凸起202按壓接觸的移動體201在箭頭方向上移動。
[0088]圖2B為示出壓電元件204的電極圖案的圖。例如，在振動馬達103的壓電元件204上形成在縱向上平分的電極區(qū)域。
[0089]在每個電極區(qū)域中的極化方向是相同的方向(+)。在壓電元件204的兩個電極區(qū)域之間，對位于圖2B右側(cè)的電極區(qū)域施加交流電壓(VI )。對位于左側(cè)的電極區(qū)域施加交流電壓(V2)。
[0090]如果電壓Vl和V2是具有A模式的諧振頻率附近的頻率和相同相位的交流電壓，則整個壓電元件204 (兩個電極區(qū)域)在特定時刻擴展并在另一個時刻收縮。結(jié)果，振動馬達103生成如圖2C所示的A模式振動。
[0091]如果電壓Vl和V2為具有B模式的諧振頻率附近的頻率和相位彼此相位差180°的交流電壓，則在特定時刻，在壓電元件204的右側(cè)的電極區(qū)域收縮，并且在左側(cè)的電極區(qū)域擴展。
[0092]在另一個時刻，該關(guān)系反轉(zhuǎn)。結(jié)果，振動馬達103生成如圖2D所示的B模式振動。
[0093]因此，兩個振動模式組合以在如圖2A中的箭頭的方向驅(qū)動移動體201。
[0094]可以通過改變輸入到平分電極中的交流電壓的相位差來改變生成A模式和B模式的比率。
[0095]在振動馬達中，可通過改變生成比率來改變移動體的速率。
[0096]圖3為示出本發(fā)明實施例的多自由度驅(qū)動裝置的控制系統(tǒng)的圖。
[0097]該控制系統(tǒng)至少包括振動馬達、移動體、位置傳感器和控制裝置。這里，例如，該系統(tǒng)包括振動馬達103至106、移動體102、位置傳感器107至109、以及控制裝置?？刂蒲b置包括控制器、脈沖生成器、驅(qū)動電路、位置檢測器、以及坐標(biāo)變換器。這里，例如，控制裝置包括控制器、脈沖生成器304、驅(qū)動電路305、位置檢測器307、以及XY Θ坐標(biāo)變換器308?？刂破鬟€包括偏差計算器、補償器、以及受控量計算單元。這里，例如，XY Θ偏差計算器301、PID補償器302、以及受控量計算單元303。
[0098]在多自由度驅(qū)動裝置的控制系統(tǒng)中，通過控制器(未示出)提供位置命令X、Y和Θ，并將其輸入到XY Θ偏差計算器301中。
[0099]XY Θ偏差計算器301計算位置命令X、Y和Θ與通過XY Θ坐標(biāo)變換器308獲取的檢測位置X、Y和Θ之差，并輸出X、Y和Θ偏差信號。將偏差信號輸入到PID補償器302中，并輸出X、Y和Θ控制信號。
[0100]這里，使用PID補償器302 (可通過把具有比例(P)、積分(I)和微分(D)功能的補償器的輸出相加配置而成)補償控制物體的相位延遲和增益并構(gòu)成穩(wěn)定且高度精確的控制系統(tǒng)。PID補償器具有用于控制器的反饋控制的特定控制周期?；诳刂浦芷趤韴?zhí)行時間比例運算、時間微分運算和時間積分運算。該補償器可以為這樣的運算部:補償移動體的位置數(shù)據(jù)相對于位置命令的相位延遲或增益。該補償器例如為H無限大補償器和重復(fù)補償器中的一種，其每個被配置為組合基于時間概念的運算。補償器(還可以被看作為濾波器)實現(xiàn)基于時間構(gòu)思的動作，即響應(yīng)于頻率來增大和減小輸入信號的動作之一。本發(fā)明的補償器不限于上述補償器，而是可以施加上述效果的任何一種。
[0101]從PID補償器302輸出的控制信號被輸入到受控量計算單元303中。X、Y和Θ受控量被矩陣運算并變換，并作為相應(yīng)的四個振動馬達的受控量被輸出。
[0102]在該實施例中，如下文詳細描述，控制裝置具有這樣的配置:該配置在用于對位置命令進行反饋控制的控制系統(tǒng)的路徑中包括被配置為PID補償器302的控制器、和受控量計算單元303。該控制器被配置為:在正常操作模式中輸出預(yù)定增益的控制信號(例如，關(guān)于作為第一方向的X方向的第一控制信號，和關(guān)于作為第二方向的Y方向的第二控制信號)，以及在學(xué)習(xí)操作模式中輸出基于在第一和第二方向的每個中設(shè)置的增益的控制信號(分別為第三控制信號和第四控制信號)。
[0103]受控量計算單元303被配置為從控制器接收控制信號(第三控制信號和第四控制信號)，并通過運算來輸出關(guān)于各個振動體的驅(qū)動參數(shù)的信號(第五控制信號和第六控制信號)。
[0104]從受控量計算單元303輸出的受控量(其包括關(guān)于頻率、相位差和脈寬的信息作為用于振動馬達的控制參數(shù))被校正并輸入到脈沖生成器304中。
[0105]脈沖生成器304生成脈沖信號，該脈沖信號具有根據(jù)關(guān)于輸入驅(qū)動參數(shù)的控制信號而變化的驅(qū)動頻率。該生成器可以是數(shù)字分壓器電路和VCO (壓控振蕩器)中的任一種。
[0106]可以生成這樣的脈沖信號:其脈寬通過PWM(脈寬調(diào)制)控制根據(jù)控制參數(shù)而變化。
[0107]將從脈沖生成器304輸出的脈沖信號輸入到驅(qū)動電路305,并輸出具有相位差90°的兩個相位的交流電壓。
[0108]驅(qū)動電路305以輸入脈沖信號的定時對從電源306提供的DC電壓執(zhí)行切換操作。所述電路可以是以下電路中的任一種:利用將電壓升到期望電壓的變壓器的升壓電路和利用LC諧振的升壓電路。
[0109]從驅(qū)動電路305輸出的交流電壓被施加到振動馬達103、104、105和106(下文中，Μ1、Μ2、Μ3和Μ4)的壓電元件，并且移動體102在其中對Μ1、Μ2、Μ3和Μ4的驅(qū)動力進行矢量合成得到的方向上移動。
[0110]通過位置傳感器107、108和109檢測移動體102的移動。位置檢測器307執(zhí)行運算處理以獲取在各個傳感器的位置的X1、Yl和Υ2位置信息。
[0111]XUYl和Υ2位置信息被輸入到XY 0坐標(biāo)變換器，并被坐標(biāo)變換為Χ、Υ和θ位置信息。因此，該設(shè)備受到反饋控制以接近位置命令X、Y和Θ。
[0112]圖4為示出PID補償器302的配置的圖。
[0113]在對應(yīng)的Χ、Υ和Θ偏差信號中設(shè)置增益，并且PID補償器執(zhí)行運算并輸出。
[0114]在學(xué)習(xí)操作模式中使用增益Χ401、增益Υ402和增益Θ 403，所述增益可以導(dǎo)通和關(guān)閉在每個方向上的控制或者調(diào)節(jié)控制增益的比率。在PID補償器X404、PID補償器Y405和PID補償器Θ 406中設(shè)置基于四個振動馬達的轉(zhuǎn)換特性而被優(yōu)化的控制增益。
[0115]圖5為示出受控量計算單元303的配置的圖。
[0116]通過多輸入多輸出矩陣計算單元501根據(jù)檢測的位置X、Y和Θ對關(guān)于Χ、Υ和Θ控制量進行矩陣運算，并將其輸出作為用于相應(yīng)的四個振動馬達的控制量。
[0117]增益補償器503補償四個振動馬達之間的個體差異，并輸出用于相應(yīng)馬達的控制量。正常操作模式中的控制流程因此已經(jīng)進行了描述。[0118]在學(xué)習(xí)操作模式中，通過特性差異計算單元502根據(jù)檢測位置X、Y和Θ來計算振動馬達之間的個體差異，并且在完成學(xué)習(xí)操作之后計算的補償增益被設(shè)置在增益補償器503 中。
[0119]基于補償增益，調(diào)節(jié)作為振動馬達M1、M2、M3和M4的受控量的頻率、相位差和脈寬作為結(jié)果。
[0120]圖6A至6C示出多輸入多輸出矩陣計算單元501的矩陣運算表達式。
[0121]圖6A示出振動馬達Ml、M2、M3和M4的受控量。 [0122]由于將振動馬達的驅(qū)動軸相對于XY軸傾斜45°，所以才設(shè)置系數(shù)COS (45° )。
[0123]第一項為受控量ΔΧ分量。第二項為受控量ΔΥ分量。第三項為受控量Δ Θ分量。受控量ΛΧ為其中反映X方向的傳遞特性的受控量。量ΛΥ為其中反映Y方向的傳遞特性的受控量。量△ Θ為其中反映Θ方向的傳遞特性的受控量。因此，在垂直布置的情況中，考慮在X和Y方向上的傳遞特性的差異作為受控量ΛΧ和ΛΥ之差，并且運算振動馬達的受控量。這里，第一項和第二項的矢量的X和Y分量具有不同的符號，這是因為進行設(shè)置以使得在施加具有相同相位的驅(qū)動信號的情況下振動馬達的全部驅(qū)動方向都在左旋轉(zhuǎn)方向。
[0124]圖6B示出用于運算受控量Θ分量的旋轉(zhuǎn)矩陣R Θ。旋轉(zhuǎn)矩陣R Θ利用從圖6C所示的中心點到每個振動馬達的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的距離d3來計算以中心點(在中心位置旋轉(zhuǎn)居中)為基準(zhǔn)的受控量Λ Θ的旋轉(zhuǎn)量。
[0125]當(dāng)移動體在X和Y方向移動時，相對于每個振動馬達的相對中心坐標(biāo)偏離。因此，考慮檢測位置X和I作為偏移分量。
[0126]圖7Α至7Ε為示出在Χ、Υ和Θ方向上的多自由度驅(qū)動裝置的操作的圖。
[0127]根據(jù)該實施例的設(shè)備對四個振動馬達Ml、M2、M3和M4的驅(qū)動力進行矢量合成，并在期望方向驅(qū)動移動體。
[0128]特性操作模式被拾取并描述。
[0129]圖7A示出在右下方向驅(qū)動的情況。在該情況中，在馬達Ml和M3處出現(xiàn)相同方向的驅(qū)動力。這里，期望其中在右下方向上在馬達M2和M4的驅(qū)動中未出現(xiàn)負荷的狀態(tài)。
[0130]該方法可以是激勵馬達M2和M4以產(chǎn)生僅具有垂直振動的駐波以由此減少負荷的方法、或者通過取消機構(gòu)來減少負荷的方法。
[0131]圖21A和21B示出利用取消機構(gòu)來減少負荷的配置的示例。
[0132]圖21A是采用滑動機構(gòu)的配置的示例。振動馬達可以通過在箭頭方向上的滑動經(jīng)由固定到底板的棒120釋放負荷。
[0133]圖21B示出采用取消機構(gòu)的配置的示例。固定到底板的簧片121具有在箭頭方向的弱剛性，并在緩沖方向變形，以允許振動馬達釋放負荷。
[0134]圖7B示出在右上方向驅(qū)動的情況。在該情況中，在馬達M2和M4處引起相同方向的驅(qū)動力。
[0135]圖7C示出在X方向驅(qū)動的情況。如果馬達Ml和M3的合成矢量與馬達M2和M4的合成矢量具有相同大小，則如圖所示在X方向出現(xiàn)合成矢量。
[0136]同樣，圖7D示出在Y方向的驅(qū)動。圖7E示出在逆時針方向驅(qū)動的情況。在該情況中，使得全部驅(qū)動力在相同的方向。[0137]對照相機的振動隔離機構(gòu)施加動作允許基于來自嵌入在照相機中的陀螺傳感器(未示出)的指令信號進行振動隔離操作。
[0138]圖8A和8B不出將位置傳感器信號坐標(biāo)變換為X、Y和Θ坐標(biāo)的表達式。
[0139]如圖SB所示，通過三個位置傳感器檢測移動體102的位置。距離dl為從中心點到位置傳感器。
[0140]對每個傳感器位置處的位置信息(視為X1、Y1和Y2)進行運算處理。通過圖8A所示的表達式將X1、Yl和Y2位置信息坐標(biāo)變換為X、Y和Θ位置信息。
[0141]坐標(biāo)變換的構(gòu)思利用X方向上的Xl和旋轉(zhuǎn)角、Y方向上的Yl和Y2之間的平均值、以及Θ方向上的Yl和Y2之差來執(zhí)行運算。
[0142]圖9A和9B為示出該實施例中的學(xué)習(xí)操作模式的流程圖。
[0143]圖9A示出三個學(xué)習(xí)步驟和更新用于補償個體差異的補償增益的過程。
[0144]圖9B示出每個學(xué)習(xí)步驟中的操作的內(nèi)容。
[0145]首先，使用圖9A進行描述。
[0146]當(dāng)通過控制器(未示出)指示學(xué)習(xí)操作模式時，執(zhí)行學(xué)習(xí)步驟I (SI)。
[0147]在學(xué)習(xí)步驟I中，檢測在振動馬達Ml和M3之間的特性差異，并計算補償增益G1。
[0148]通過增益補償器更新作為參數(shù)的補償增益Gl (S2)。
[0149]然后，執(zhí)行學(xué)習(xí)步驟2 (S3)。
[0150]在學(xué)習(xí)步驟2中，檢測具有與振動馬達Ml和M3的驅(qū)動軸正交的驅(qū)動軸的振動馬達M2和M4之間的特性差異，并計算補償增益G2。通過增益補償器更新作為參數(shù)的補償增益G2(S4)。這里，描述了其中振動馬達Ml和M2的驅(qū)動軸與振動馬達M2和M4的驅(qū)動軸正交的情況。然而，本發(fā)明不限于此。例如，振動馬達Ml和M2的驅(qū)動軸可以與振動馬達M2和M4的驅(qū)動軸相交。
[0151]最后，執(zhí)行學(xué)習(xí)步驟3 (S5)。在學(xué)習(xí)步驟3中，檢測在合成驅(qū)動力(M1+M3)和(M2+M4)之間的特性差異，并計算補償增益G3。通過增益補償器更新作為參數(shù)的補償增益G3 (S6)。
[0152]學(xué)習(xí)操作模式因此結(jié)束，并且模式轉(zhuǎn)變到正常操作模式。
[0153]然后，將參考圖9B進行描述。
[0154]當(dāng)開始學(xué)習(xí)步驟時，通過控制器(未示出)設(shè)置用于學(xué)習(xí)的操作模式(S7)。例如，設(shè)置具有任何頻率的連續(xù)正弦波。
[0155]然后，設(shè)置在X、Y和Θ方向上的各個PID補償器的前段中布置的X增益、Y增益和Θ增益。
[0156]作為增益，不同值是基于學(xué)習(xí)步驟I至3來設(shè)置的(S8)。
[0157]在設(shè)置之后，基于學(xué)習(xí)操作模式的指令，開始驅(qū)動(S9 )。
[0158]在經(jīng)過設(shè)定的時間之后，停止驅(qū)動(S10 )。
[0159]這里，根據(jù)后述方法來計算在驅(qū)動期間檢測的X、Y和Θ值，由此計算用于補償特性差異的補償增益(S11)。因此學(xué)習(xí)步驟結(jié)束。
[0160]下文將詳細描述根據(jù)學(xué)習(xí)步驟1、2和3的三個學(xué)習(xí)步驟中的每個。
[0161]首先，描述學(xué)習(xí)步驟I。
[0162]圖1OA至IOC示出在學(xué)習(xí)步驟I中的X、Y和Θ PID補償器的前段中的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號。
[0163]圖1OA示出在PID補償器302的X增益401、Y增益402和Θ增益403的設(shè)置值以及控制環(huán)。
[0164]XY Θ偏差計算器301基于位置命令和檢測位置來輸出在各個方向上的偏差。
[0165]各個方向上的偏差被輸入到PID補償器302中并經(jīng)過運算處理。這里，例如，將X增益401設(shè)置為1，將Y增益402設(shè)置為1，并將Θ增益403設(shè)置為O。所述設(shè)置表示僅在具體Θ方向的開路控制(open control)。
[0166]即使將Θ增益403設(shè)置為充分小于正常操作模式中的值的值，仍可以得到類似的有利效果。
[0167]塊1001包括圖3中的受控量計算單元303至位置檢測器307。
[0168]圖1OB示出X、Y和Θ位置命令。
[0169]X和Y表示具有180°相位差的正弦波形，Θ為零。因此，所述指令用于允許振動體Ml和M3生成驅(qū)動力，并用于在相對于XY軸傾斜-45°的方向上無旋轉(zhuǎn)的往復(fù)動作。
[0170]用于學(xué)習(xí)步驟的位置命令不限于正弦波。取而代之，波形可以是周期性的矩形和三角波中的任何一種。
[0171]圖1IA和IlB示出在學(xué)習(xí)步驟I中的多自由度振動波驅(qū)動裝置的操作。
[0172]圖1lA示出其中振動體Ml和M3的驅(qū)動力理想地相互匹配的情況。在該情況中，在相對于XY軸傾斜-45°的方向出現(xiàn)往復(fù)動作。即使Θ方向受到開路控制，也未出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)力并且根據(jù)指令值來執(zhí)行操作。
[0173]圖1lB示出其中振動體Ml和M3的驅(qū)動力相互不同的情況。如圖所示，在振動體M3具有較大驅(qū)動力的情況下，當(dāng)移動體在作為軸的中心位置旋轉(zhuǎn)的同時，出現(xiàn)往復(fù)動作。
[0174]更具體地，在左上方向的動作的情況中，物體在正方向旋轉(zhuǎn)。在右下方向的動作的情況中，物體在負方向旋轉(zhuǎn)。
[0175]S卩，Ml和M3的驅(qū)動力之差表示出現(xiàn)由于Θ方向上的開路控制導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)力。
[0176]圖1OC示出通過ΧΥΘ坐標(biāo)變換器308計算出的X、Y和Θ檢測值。如果馬達Ml和M3的驅(qū)動力彼此不同，則作為正弦波形的振幅的Θ中出現(xiàn)差異。因此，對檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ的振幅的檢測可以檢測特性差異。
[0177]圖12A和12B示出在該實施例中的特性差異計算單元的配置。
[0178]圖5所示的特性差異計算單元502接收作為輸入的X、Y和Θ檢測值，并在學(xué)習(xí)步驟I至3中計算補償增益G1、G2和G3。
[0179]將描述在學(xué)習(xí)步驟I中計算補償增益Gl的情況。檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ被輸入到坐標(biāo)變換器1201中，并且將該輸入乘以(d2.PI/180)。
[0180]這里，如圖12B所示，距離d2為從四個振動體的中心到每個振動體。通過計算把檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ轉(zhuǎn)換為具有半徑d2的圓的切線方向的移動量。
[0181]同時，將檢測位置X輸入到坐標(biāo)變換器1202，并將該輸入乘以(1/C0S (45° ))。該計算還將X方向上的移動量轉(zhuǎn)換為具有半徑d2的圓的切線方向的驅(qū)動力。
[0182]通過將Θ加到經(jīng)變換的X獲得的值對應(yīng)于振動體M3的移動量；經(jīng)變換的X減去Θ對應(yīng)于振動體Ml的移動量。即，計算其之間的比率可以計算用于補償特性差異的補償增益G1。[0183]更具體地，RMS運算部1203和積分器1204在往復(fù)動作期間對移動量施加連續(xù)均方根處理。除法器1205計算振動體Ml和M3的移動量的比率。
[0184]圖13示出在學(xué)習(xí)步驟I中在改變補償增益Gl的情況中檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ的變化。
[0185]橫軸表示時間?？v軸表示檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ。在圖中，補償增益Gl用于調(diào)節(jié)振動體Ml的受控量的大小。
[0186]這里，根據(jù)用于實驗的振動體，振動體Ml的驅(qū)動力是振動體M3的驅(qū)動力的1/2。這里，以補償增益Gl的1/2、相同大小以及2倍的變化，測量檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ的變化。
[0187]位置命令X和位置命令Y的施加具有±0.5mm的相反相位,并且執(zhí)行在IHz頻率的正弦波形的往復(fù)動作。
[0188]如圖所示，在補償增益Gl的1/2的情況中，檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ增大。相比之下，在補償增益Gl的2倍的情況中，檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ減小。S卩，在2倍補償增益Gl的情況中，可以補償振動體Ml和M3之間的特性差異。
[0189]圖14示出增益補償器的配置。
[0190]從圖5中的多輸入多輸出運算部501輸出的四個受控量被輸入到增益補償器503。
[0191]增益補償器503補償四個振動馬達Ml、M2、M3和M4之間的個體差異，并輸出用于相應(yīng)馬達的控制量。在圖中，補償增益Gl (1401)用于補償振動體Ml和M3之間的特性差異。補償增益G2 (1402)用于補償振動體M2和M4之間的特性差異。在學(xué)習(xí)步驟I中計算增益G1。在學(xué)習(xí)步驟2中計算增益G2。
[0192]補償增益G3 (1403)用于補償合成驅(qū)動力(M1+M3)和(M2+M4)之間的特性差異。在學(xué)習(xí)步驟3中計算增益G3。
[0193]在完成學(xué)習(xí)操作模式之后，在各個增益Gl、G2和G3中設(shè)置補償增益，以補償個體差異。
[0194]下文描述學(xué)習(xí)步驟2。
[0195]圖15A至15C示出在學(xué)習(xí)步驟2中的X、Y和Θ PID補償器的前段中的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號。
[0196]圖15A示出在PID補償器302中的X增益401、Y增益402和Θ增益403的設(shè)置值以及控制環(huán)。
[0197]XY Θ偏差計算器301基于位置命令和檢測位置來輸出在各個方向上的偏差。各個方向上的偏差被輸入到PID補償器302中并經(jīng)過運算處理。
[0198]這里，如同學(xué)習(xí)步驟1，將X增益401設(shè)為1，將Y增益402設(shè)為1，并將Θ增益403設(shè)為0，由此執(zhí)行僅Θ方向上的開路控制。
[0199]同樣在將Θ增益403設(shè)置為充分小于正常操作模式中的值的值的情況中，可以取得類似的有利效果。
[0200]塊1001包括圖3中的受控量計算單元303至位置檢測器307。
[0201]圖15B示出與學(xué)習(xí)步驟I中的指令不同的X、Y和Θ位置命令。X和Y表示具有0°相位差(即，相位相同)的正弦波形；Θ為零。因此，所述指令用于允許振動體M2和M4生成驅(qū)動力，并用于在相對于XY軸傾斜+45°的方向上無旋轉(zhuǎn)的往復(fù)動作。
[0202]圖16A和16B示出在學(xué)習(xí)步驟2中的多自由度驅(qū)動裝置的操作。
[0203]圖16A示出其中振動體M2和M4的驅(qū)動力理想地相互匹配的情況。在該情況中，在相對于XY軸傾斜+45°的方向出現(xiàn)往復(fù)動作。即使Θ方向受到開路控制，也未出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)力，并且根據(jù)指令值來執(zhí)行運算。
[0204]圖16B示出其中振動體M2和M4的驅(qū)動力相互不同的情況。如圖所示,在振動體M2具有較大驅(qū)動力的情況中，在移動體在作為軸的中心位置旋轉(zhuǎn)的同時，出現(xiàn)往復(fù)動作。
[0205]更具體地，在右上方向的動作的情況中，物體在正方向旋轉(zhuǎn)。在左下方向的動作的情況中，物體在負方向旋轉(zhuǎn)。即，M2和M4的驅(qū)動力之差表示出現(xiàn)由于Θ方向上的開路控制導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)力。
[0206]圖15C示出通過XY Θ坐標(biāo)變換器308計算的X、Y和Θ檢測值。如果馬達M2和M4的驅(qū)動力彼此不同，則在作為正弦波形的振幅的檢測旋轉(zhuǎn)角Θ中出現(xiàn)差異。因此，對檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ的振幅的檢測可以檢測特性差異。
[0207]可根據(jù)類似于學(xué)習(xí)步驟I的方法，通過上述圖12A和12B中的特性差異計算單元來計算補償增益G2。
[0208]下文，描述學(xué)習(xí)步驟3。
[0209]圖17A至17C示出在學(xué)習(xí)步驟3中的X、Y和Θ PID補償器的前段中的增益設(shè)置、操作模式和檢測信號。
[0210]圖17A示出在PID補償器302中的X增益401、Y增益402和Θ增益403的設(shè)置值以及控制環(huán)。
[0211]XY Θ偏差計算器301基于位置命令和檢測位置來輸出在各個方向上的偏差。
[0212]各個方向上的偏差被輸入到PID補償器302中并經(jīng)過運算處理。這里，將X增益401設(shè)為1，將Y增益402設(shè)為0，并將Θ增益403設(shè)為1，由此執(zhí)行僅Y方向上的開路控制。
[0213]在將Y增益403設(shè)置為充分小于正常操作模式中的值的值的情況中，可以取得類似的有利效果。
[0214]1001包括圖3中的受控量計算單元303至位置檢測器307。圖17B示出X、Y和Θ位置命令。
[0215]位置命令X為正弦波形。位置命令Y和Θ為零。因此，所述指令用于允許四個振動體生成驅(qū)動力，并用于X軸上的無旋轉(zhuǎn)的往復(fù)動作。
[0216]圖18Α和18Β示出在學(xué)習(xí)步驟3中的多自由度驅(qū)動裝置的操作。
[0217]圖18Α示出其中振動體Μ1、Μ2、Μ3和Μ4的驅(qū)動力理想地相互匹配的情況。在該情況中，在X軸上出現(xiàn)往復(fù)動作，即使Y方向受到開路控制在Y方向也未出現(xiàn)位置偏差，并且物體根據(jù)指令值操作。
[0218]圖18Β示出其中合成驅(qū)動力(Μ1+Μ3)和(Μ2+Μ4)的驅(qū)動力相互不同的情況。如圖所示，在其中合成驅(qū)動力(Μ1+Μ3)較大的情況中，在Y方向出現(xiàn)位置偏差的同時出現(xiàn)往復(fù)動作。
[0219]更具體地，在向右方向的動作的情況中，在負方向出現(xiàn)位置偏差。在向左方向的動作的情況中，在正方向出現(xiàn)位置偏差。即，合成驅(qū)動力之間的差異表示，由于Y方向上的開路控制，在Y方向上出現(xiàn)位置偏差。
[0220]圖17C示出通過ΧΥΘ坐標(biāo)變換器308計算的Χ、Υ和Θ檢測值。如果合成驅(qū)動力相互不同，則在檢測位置Y處出現(xiàn)作為正弦波形的振幅的差異。
[0221]檢測的旋轉(zhuǎn)角Θ被旋轉(zhuǎn)地控制。因此，該角在零附近收斂。因此，對檢測位置Y的振幅的檢測可以檢測特性差異。
[0222]將使用上述特性差異計算單元(圖12A和12B)描述在學(xué)習(xí)步驟3中計算補償增益G3的方法。如圖所示，通過將檢測位置Y加到X獲得的值對應(yīng)于合成驅(qū)動力(M2+M4)的移動量；將檢測位置X減去Y對應(yīng)于合成驅(qū)動力(M1+M3)的移動量。
[0223]計算其之間的比值可以計算用于補償特性差異的補償增益G3。更具體地，RMS運算部1203和積分器1204在往復(fù)動作期間對移動量施加連續(xù)均方根處理。除法器1205計算移動量的比值。
[0224]圖19A和19B示出在使用在學(xué)習(xí)步驟中計算的補償增益來控制多自由度振動波驅(qū)動裝置的情況中的模擬結(jié)果。橫軸表示時間。縱軸表示偏差X、偏差Y和偏差Θ。
[0225]這里，假設(shè)四個振動體具有個體差異，并且振動體M1、M2、M3和M4的驅(qū)動力的比率被設(shè)置為[0.5、1.0、2.0、0.5]。
[0226]圖19A示出在無補償?shù)目刂频那闆r中的結(jié)果。當(dāng)執(zhí)行學(xué)習(xí)步驟I至3時，補償增益Gl、G2和G3被計算為[3.912,0.5067,0.2546]。圖19B示出其中在增益補償器中設(shè)置所述值的控制的結(jié)果。如圖所示，確認了本發(fā)明的補償操作的施加改善了控制特性，并減少
了位置偏差。
[0227]另外，在各個XY Θ方向上的控制系統(tǒng)變得穩(wěn)定。因此，可以增大控制增益。
[0228]另外，根據(jù)驅(qū)動方向來分離并檢測個體差異。因此，可以精確提取特性差異。把個體差異計算為比率允許通過設(shè)置補償增益而進行補償，這是簡單的方法。
[0229]本發(fā)明可應(yīng)用于使用至少兩個馬達在多個方向驅(qū)動。例如，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于使用多個振動體在多個方向上驅(qū)動的配置的另一個示例。
[0230]例如，所述配置可以是以下配置的任何一種:如常規(guī)技術(shù)所述使用三個振動體在XY θ方向上驅(qū)動的配置，以及利用兩個振動體在X和Y方向上驅(qū)動的配置。
[0231 ] 僅使用一個學(xué)習(xí)步驟也可以取得本發(fā)明的有利效果。
[0232]在該實施例中，已經(jīng)描述了考慮在X、Y和Θ方向上的傳遞特性的差異的示例。然而，本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還可以應(yīng)用于僅在兩個方向(即第一和第二方向)驅(qū)動移動體的情況。第一方向和第二方向僅需要彼此相交。所述方向不一定是正交的。
[0233]該實施例的控制裝置實現(xiàn)了協(xié)作控制，其中考慮驅(qū)動力(其中合成了振動馬達的驅(qū)動力)的傳遞特性的在X、Y和Θ方向的差異。該控制可改進位置偏差和響應(yīng)性中的可控性，并在多個方向驅(qū)動移動體。
[0234](實施例2)
[0235]在實施例1中，使用采用振動馬達作為馬達的示例進行了描述。然而，本發(fā)明不限于此。可以采用其它馬達。
[0236]在這個實施例中，將參考圖22描述僅在驅(qū)動單元方面與實施例1中的配置不同的配置示例。在實施例1中，已經(jīng)描述了采用振動馬達的多自由度驅(qū)動裝置的情況。振動馬達具有這樣的配置:其中對振動體中包括的電磁能變換器施加驅(qū)動信號激勵振動體，以產(chǎn)生由于具有基本正交的節(jié)點線的兩個模式(即第一和第二彎曲模式)引起的橢圓形動作，并由于在與振動體接觸的部分的摩擦產(chǎn)生驅(qū)動力。
[0237]在該實施例中，代替振動馬達，采用稱為音圈馬達的驅(qū)動單元。包括驅(qū)動線圈和永磁體的音圈馬達使用通過永磁體產(chǎn)生的磁通量將電能轉(zhuǎn)換為機械能。[0238]圖22為音圈馬達的截面圖。在圖中的狀態(tài)中，附接到固定部分75的驅(qū)動線圈26的中心位于永磁體33的中心線上。永磁體33的磁力生成由圖22中的箭頭表示的磁力線。因此，當(dāng)電流流過驅(qū)動線圈26以生成圖中從右至左的磁場時，生成向下移動可移動部件76的力。當(dāng)電流反向流動時，生成向上移動可移動部件76的力。圖中還示出背磁軛(backyoke) 35和吸磁軛(suction yoke) 27。背磁軛35和吸磁軛27被布置為使得長邊彼此重疊并且短邊彼此重疊。
[0239]圖23A為示出采用音圈馬達的多自由度驅(qū)動裝置的配置的圖。
[0240]在底板101與移動體102之間設(shè)置四個音圈馬達1601、1602、1603和1604。如同實施例1那樣布置所述音圈馬達。該配置在對馬達的驅(qū)動力進行矢量合成得到的方向移動所述移動體。
[0241]圖23B為所述設(shè)備的側(cè)視圖。每個音圈馬達的驅(qū)動線圈26被附接到底板101。永磁體33被附接到移動體102。通過鋼珠1605支持移動體102。鋼珠1605在底板101與移動體102之間平滑滾動，由此允許移動體102可以在垂直于光軸的平面中平移和旋轉(zhuǎn)地移動。
[0242]類似于圖3中的實施例1的系統(tǒng)的控制系統(tǒng)也可以應(yīng)用于該實施例的多自由度驅(qū)動裝置，由此實現(xiàn)驅(qū)動。在該實施例中，采用音圈馬達作為驅(qū)動單元。因此，可以使用從受控量計算單元303輸出的驅(qū)動參數(shù)作為脈寬。在實施例1中，振動馬達的驅(qū)動參數(shù)是關(guān)于頻率、相位差和脈寬的信息。由于該實施例的音圈馬達的驅(qū)動力是由流過驅(qū)動線圈的電流控制的，因此PWM (脈寬調(diào)制)控制可以根據(jù)控制參數(shù)改變脈寬。因此，本發(fā)明的控制裝置還可以應(yīng)用于采用音圈馬達作為驅(qū)動單元的多自由度驅(qū)動裝置。
[0243]本發(fā)明不限于在該實施例中描述的配置。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于任何類型的使用多個音圈馬達在多個方向進行的驅(qū)動。
[0244]例如，本發(fā)明可應(yīng)用于如常規(guī)技術(shù)中所述的采用三個音圈馬達用于在XY Θ方向上進行驅(qū)動的配置，以及應(yīng)用于采用兩個音圈馬達以在X和Y方向上進行驅(qū)動的配置。
[0245]在該實施例中，已經(jīng)描述了考慮在X、Y和Θ方向上的傳遞特性的差異的示例。然而，本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還可以應(yīng)用于僅在作為第一和第二方向的兩個方向上驅(qū)動移動體的情況。第一方向和第二方向可以是彼此相交的任意方向。所述方向不一定是相互正交的。
[0246]該實施例的控制裝置實現(xiàn)了協(xié)作控制，其中考慮X、Y和Θ方向的驅(qū)動力(合成了振動馬達的驅(qū)動力)的傳遞特性的差異。該控制可改善位置偏差和響應(yīng)性的可控性，并在多個方向上驅(qū)動移動體。
[0247]如同實施例1那樣，該實施例還包括:控制器，其在正常操作模式中以預(yù)定增益輸出控制信號，并在學(xué)習(xí)操作模式中輸出控制信號，在所述學(xué)習(xí)操作模式中調(diào)節(jié)增益以計算各個馬達的特性差異；受控量計算單元303，其從控制器接收控制信號，并通過運算輸出用于各個馬達的驅(qū)動參數(shù)。所述控制器和運算部被布置在用于對位置命令進行反饋控制的控制系統(tǒng)的路徑中。在類似于實施例1中的步驟的學(xué)習(xí)步驟中，計算各個馬達的特性差異，由此允許校正受控量。
[0248](實施例3)
[0249]將描述其中將本發(fā)明的馬達控制裝置應(yīng)用于諸如照相機之類的圖像拾取設(shè)備(光學(xué)設(shè)備)的示例。這里，參照圖24描述其中在圖像拾取設(shè)備的透鏡筒中集成用于驅(qū)動透鏡和自動聚焦的振動馬達的示例。
[0250]圖24為作為允許校正透鏡來校正圖像波動的圖像拾取設(shè)備的照相機的截面圖。圖24中的照相機具有拍攝移動圖像和靜止圖像的功能。圖中示出透鏡筒61和照相機主體62。圖中還示出嵌入在透鏡筒61中的校正光學(xué)裝置68。該實施例的校正光學(xué)裝置68包括:校正透鏡31 ;可移動板(可移動部件)32，其保持校正透鏡31。被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)65和滑板41處的驅(qū)動裝置42在垂直于校正光學(xué)裝置的光軸40的平面中平移移動可移動板32。
[0251]盡管圖24中未示出，然而透鏡筒61具有除校正透鏡31之外的光學(xué)系統(tǒng)、檢測透鏡筒61的波動的加速度傳感器、以及檢測可移動板32的二維移動的編碼器。另外，還設(shè)置了:電源，其對驅(qū)動裝置提供電能；以及控制器，其處理加速度傳感器的信號和編碼器的信號并操作電源。
[0252]在照相機主體62中設(shè)置圖像拾取元件67。來自被攝體的光通過包括透鏡筒61中的校正透鏡31的光學(xué)系統(tǒng)，并進入照相機主體62中的圖像拾取元件67。該配置允許校正光學(xué)裝置68基于加速度傳感器的信號來移動校正透鏡31并校正圖像的波動。
[0253]在該實施例中，已經(jīng)描述了圖像拾取設(shè)備的示例，該圖像拾取設(shè)備包括用于通過用振動馬達移動透鏡來校正圖像的波動的校正光學(xué)裝置。然而，本發(fā)明的應(yīng)用不限于此。例如，本發(fā)明還可以應(yīng)用于以下圖像拾取設(shè)備:其包括允許諸如振動馬達之類的馬達來移動圖像拾取元件并校正圖像的波動的校正光學(xué)裝置。
[0254]圖24示出其中將本發(fā)明的振動型驅(qū)動裝置應(yīng)用于圖像拾取設(shè)備的示例。然而，應(yīng)用不限于此。本發(fā)明還可以應(yīng)用于對各種平臺(如顯微鏡的平臺)的驅(qū)動。例如，將參照圖25描述將本發(fā)明應(yīng)用于驅(qū)動顯微鏡的平臺的示例。
[0255]圖25為應(yīng)用本發(fā)明的馬達控制裝置的顯微鏡的透視圖。圖25中的顯微鏡包括:圖像拾取單元30，其被嵌入有圖像拾取元件和光學(xué)系統(tǒng)；以及自動平臺31，其包括在基座上設(shè)置的并且通過振動型驅(qū)動裝置移動的平臺32。在平臺32上放置觀測物體，并通過圖像拾取單元30拍攝放大圖像。在其中觀測范圍覆蓋大面積的情況中，振動型驅(qū)動裝置移動平臺32以在圖中的X方向和Y方向上移動觀測物體，并拍攝各個圖像。通過未示出的計算機組合所拍攝的圖像，以允許拍攝具有寬觀測范圍的高分辨率圖像。
[0256]在該實施例中，參照圖24和25，描述了采用振動馬達作為馬達的示例。然而，該配置可應(yīng)用于采用諸如音圈馬達之類的其它類型的馬達的情況。
[0257]在本發(fā)明另一方面，振動型驅(qū)動裝置被配置為矢量合成多個振動體的驅(qū)動力，以允許在多個方向上進行驅(qū)動。在該配置中，振動型驅(qū)動裝置可以被實現(xiàn)為能夠根據(jù)學(xué)習(xí)操作來檢測和補償各個振動體的驅(qū)動力的個體差異，由此改善位置偏差和響應(yīng)性的可控性，并在多個方向上移動移動體。另外，可以實現(xiàn)包括振動型驅(qū)動裝置的圖像模糊校正裝置。
[0258]盡管參考示例實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權(quán)利要求的范圍要被賦予最寬泛的解釋，以便包括所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種控制裝置，包括: 控制器，被配置為在正常操作模式中基于預(yù)定增益輸出關(guān)于第一方向的第一控制信號和關(guān)于與第一方向相交的第二方向的第二控制信號，并在學(xué)習(xí)操作模式中基于針對第一方向和第二方向設(shè)置的增益來分別輸出第三控制信號和第四控制信號；以及 受控量計算單元，被配置為接收第三控制信號和第四控制信號，并針對至少第一馬達和第二馬達分別輸出關(guān)于驅(qū)動參數(shù)的第五控制信號和第六控制信號，第一馬達和第二馬達被配置為驅(qū)動移動體， 其中所述受控量計算單元包括: 特性差異計算單元，被配置為基于第三控制信號和第四控制信號來計算至少第一馬達和第二馬達之間的特性差異；以及 增益補償器，被配置為根據(jù)計算出的至少第一馬達和第二馬達的特性差異來校正關(guān)于至少第一馬達和第二馬達的驅(qū)動參數(shù)的受控量，并輸出第五控制信號和第六控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中至少這兩個馬達在第一方向上驅(qū)動移動體，以及 其中，特性差異計算單元被配置為基于以下檢測值在學(xué)習(xí)操作模式中計算至少第一馬達和第二馬達之間的特性差異:該檢測值基于用小于第二方向上的控制增益的第一方向上的控制增益或者小于正常操作模式中的控制增益的控制增益驅(qū)動第一馬達和第二馬達時的驅(qū)動力之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中，所述受控量計算單元被設(shè)置在對位置命令執(zhí)行反饋控制的控制系統(tǒng)的路徑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中，控制器是被配置為響應(yīng)于位置命令來補償移動體的位置數(shù)據(jù)的相位延遲或增益的運算部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中，第一方向和第二方向分別是作為一個平面中的兩個正交坐標(biāo)的XY坐標(biāo)的X方向和Y方向，并且移動體具有能夠在第一方向和第二方向上進行驅(qū)動的構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置， 其中，控制器包括能夠調(diào)節(jié)在X和Y方向上的控制增益的PID補償器，以及 受控量計算單元包括矩陣運算部，該矩陣運算部被配置為基于在X方向和Y方向上的受控量來輸出至少第一馬達和第二馬達的受控量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的控制裝置，還包括除了至少第一馬達和第二馬達之外的第三馬達和第四馬達。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中，移動體具有這樣的配置:該配置能夠在作為一個平面中的兩個正交坐標(biāo)的XY坐標(biāo)的X方向和Y方向上、以及在作為以XY坐標(biāo)的中心點為旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)方向的Θ方向上進行驅(qū)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置， 其中，控制器被配置為還在正常操作模式中基于預(yù)定增益輸出關(guān)于Θ方向的第七控制信號，并在學(xué)習(xí)操作模式中基于在Θ方向設(shè)置的增益來輸出第八控制信號，以及受控量計算單元還被配置為接收第八控制信號，并使用該信號計算第一馬達與第二馬達之間的特性差異。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置， 其中控制器包括能夠調(diào)節(jié)在X、Y和Θ方向上的控制增益的PID補償器，以及 受控量計算單元包括基于在移動體的每個驅(qū)動方向上的受控量來輸出至少第一馬達和第二馬達的受控量的矩陣運算部。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置， 其中，受控量計算單元被配置為:將Θ方向上的控制增益設(shè)置為小于X方向和Y方向上的控制增益，或者將控制增益設(shè)置為比在正常操作模式中更小，并且執(zhí)行對第一馬達和第二馬達的驅(qū)動， 并且被配置為使用Θ方向上的檢測旋轉(zhuǎn)角、以及X方向和Y方向上的檢測值或指令值來計算至少第一馬達和第二馬達的特性差異。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置， 其中，受控量計算單元被配置為:將X方向上的控制增益設(shè)置為小于Y方向和Θ方向上的控制增益，或者將控制增益設(shè)置為比在正常操作模式中更小，并且執(zhí)行對第一馬達和第二馬達的驅(qū)動， 并且被配置為使用X方向上的檢測位置、以及Y方向上的檢測值或指令值來計算至少第一馬達和第二馬達的特性差異。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置， 其中，受控量計算單元被配置為:將Y方向上的控制增益設(shè)置為小于X方向和θ方向上的控制增益，或者將控制增益設(shè)置為比在正常操作模式中更小，并且執(zhí)行對第一馬達和第二馬達的驅(qū)動， 并且被配置為使用Y方向上的檢測位置、以及X方向上的檢測值或指令值來計算至少第一馬達和第二馬達的特性差異。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，受控量計算單元被配置為在學(xué)習(xí)操作模式中計算生成相同方向上的驅(qū)動力的至少第一馬達和第二馬達的特性差異。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，還包括第三馬達和第四馬達， 其中，至少第一馬達和第二馬達生成第三方向上的驅(qū)動力， 第三馬達和第四馬達生成在與第三方向相交的第四方向上的驅(qū)動力，以及 受控量計算單元被配置為在學(xué)習(xí)操作模式中檢測至少第一馬達和第二馬達的合成驅(qū)動力與第三馬達和第四馬達的合成驅(qū)動力之間的特性差異。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置， 其中，至少第一馬達和第二馬達分別為振動體， 通過施加相應(yīng)的交流電壓來在各個振動體處激發(fā)振動，以及 通過由于與振動體的摩擦力所得的驅(qū)動力來驅(qū)動移動體。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的控制裝置，其中，至少第一馬達和第二馬達分別為音圈馬達。
18.—種致動器,包括: 根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項所述的控制裝置；至少第一馬達和第二馬達； 移動體；以及 檢測移動體的位置的位置傳感器。
19.一種圖像模糊校正裝置，包括:根據(jù)權(quán)利要求18所述的致動器；以及透鏡， 其中，所述圖像模糊校正裝置移動致動器的移動體以移動透鏡。
20.一種可交換透鏡，包括: 透鏡；以及 根據(jù)權(quán)利要求18所述的致動器，該致動器移動所述移動體以驅(qū)動保持所述透鏡的透鏡保持部件。
21.—種圖像拾取設(shè)備，包括: 圖像拾取元件； 透鏡；以及 根據(jù)權(quán)利要求18所述的致動器，該致動器移動所述移動體以驅(qū)動保持所述透鏡的透鏡保持部件。
22.—種圖像拾取設(shè)備，包括: 透鏡； 圖像拾取元件；以及 根據(jù)權(quán)利要求18所述的致動器，該致動器移動所述移動體以驅(qū)動所述圖像拾取元件。
23.—種自動平臺，包括 平臺；以及 根據(jù)權(quán)利要求18所述的致動器，該致動器移動所述移動體以驅(qū)動所述平臺。
【文檔編號】G02B7/04GK103676071SQ201310404691
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】住岡潤 申請人:佳能株式會社