DE602004002731T2

DE602004002731T2 - Zweiachsige Drehantriebsvorrichtung und System zum Steuern der Drehung eines angetriebenes Elementes

Info

Publication number: DE602004002731T2
Application number: DE602004002731T
Authority: DE
Inventors: Takuji Ohta-ku Okamoto; Senzo Hirosaki-shi Katagiri
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: EP1493959A2; JP2005024074A; US20070108354A1; JP4058392B2; EP1493959B1; US7626633B2; EP1493959A3; DE602004002731D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zweiachsiges Drehantriebsgerät, das ein angetriebenes Element wie beispielsweise ein Bildaufnahmegerät um zwei Achsen dreht.
Üblicherweise wurden Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgeräte verwendet, bei denen ein angetriebenes Element wie beispielsweise eine Überwachungskamera in zweiachsiger Richtung drehend angetrieben werden kann (zum Beispiel in einer Schwenkrichtung und in einer Neigerichtung).
Die 4 zeigt ein herkömmliches Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät. Das Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät besitzt ein Stützelement 406, an dem eine Überwachungskamera, die nicht gezeigt ist, montiert ist. Das Stützelement 406 kann in einer Schwenkrichtung (einer Richtung, die durch einen Pfeil B angedeutet ist) und in einer Neigerichtung (einer Richtung, die durch einen Pfeil A angedeutet ist) gedreht werden (siehe auch die offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2000-47292).
Ein Abbremsmechanismus 417 ist mit einem Neigemotor 411 verbunden. Das Stützelement 406 ist mit dem Abbremsmechanismus 417 verbunden. Das Stützelement 406 wird in der Neigerichtung um eine Drehachse L1 infolge der Aufnahme einer Antriebskraft von dem Neigemotor 411 durch den Abbremsmechanismus 417 gedreht.
Ein Abbremsmechanismus 407 ist mit einem Schwenkmotor 401 verbunden. Ein Gehäuse 421, an dem das Stützelement 406 fixiert ist, ist mit dem Abbremsmechanismus 407 verbunden. Wenn der Schwenkmotor angetrieben wird, wird das Gehäuse 421 in der Schwenkrichtung um eine Drehachse L2 zusammen mit dem Neigemotor 411 und dem Abbremsmechanismus 417 gedreht.
Die 5 zeigt ein weiteres herkömmliches Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät. Das Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät besitzt auch ein Stützelement 506, an dem eine Überwachungskamera montiert ist, und unterscheidet sich von dem Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät, das in der 4 gezeigt ist, durch einen Mechanismus für das Drehen in einer Neigerichtung.
Während das Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät, das in der 4 gezeigt ist, den Neigemotor 411 und den Schwenkmotor 411 rechtwinklig zueinander angeordnet hat, hat das Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät, das in der 5 gezeigt ist, insbesondere einen Schwenkmotor 501 und einen Neigemotor 511 Seite an Seite im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse L2 angeordnet. Diese Anordnung wird dazu verwendet, den Raum (Betriebsraum), der durch das sich in einer -Schwenkrichtung drehende Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät belegt wird, zu minimieren.
In der 5 sind die Abbremsmechanismen 517A und 517B mit dem Neigemotor 511 verbunden und das Stützelement 506 ist mit dem Abbremsmechanismus 517B verbunden. Ein Abbremsmechanismus 507 ist mit dem Schwenkmotor 501 verbunden und ein Gehäuse 521, an dem das Stützelement 506 fixiert ist, ist mit dem Abbremsmechanismus 507 verbunden.
Wenn der Neigemotor 511 angetrieben wird, wird die Ausgabe von dem Neigemotor 511 (Ausgabe für das Drehen in der Schwenkrichtung) durch den Abbremsmechanismus 517A und 517B in eine Ausgabe zum Drehen in der Neigerichtung so umgewandelt, dass ein angetriebenes Element 506 in der Neigerichtung gedreht wird. Wenn der Schwenkmotor 501 angetrieben wird, wird das Gehäuse 521, an dem das angetriebene Element 506 fixiert ist, zusammen mit dem Neigemotor 511 und den Abbremsmechanismus 517A und 517B in der Schwenkrichtung gedreht.
Bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgeräten wird, wenn eine Überwachungskamera an dem Stützelement montiert ist, die Kamera vorzugsweise an der Drehachse für das Schwenken und das Neigen (L1 und L2) angeordnet. Dies wird daher gemacht, da die Kamera leicht in eine beabsichtigte Richtung gedreht werden kann und das Gerät (ein Schwenk-Neige-Vergrößerungseinheitsgerät) als Ganzes miniaturisiert werden kann.
Bei dem in der 4 gezeigten Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät wird, falls eine Kamera an den Drehachsen für das Schwenken und das Neigen (L1 und L2) angeordnet ist und der Schwenkmotor 401 angetrieben wird, der Neigemotor 411 zusammen mit der Kamera in der Schwenkrichtung gedreht. Somit ist der Schwenkmotor 411 an einer Position angeordnet, die sich nicht mit der Drehbewegungsbahnkurve des Neigemotors 411 überlagert, so dass eine Beeinflussung der Drehung des Neigemotors 411 in der Schwenkrichtung vermieden wird.
Andererseits sind bei dem in der 5 gezeigten Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät der Schwenkmotor 501 und der Neigemotor 511 im Wesentlichen parallel angeordnet, so dass der Raum (Betriebsraum) verringert wird, der durch den Neigemotor 511 belegt wird, der sich während der Drehung in der Schwenkrichtung bewegt. Somit kann bei dem Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät der Betriebsraum des gesamten Geräts im Vergleich zu dem in der 4 gezeigten Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät miniaturisiert werden.
Sogar bei dem in der 5 gezeigten Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät mit dem Schwenkmotor 501 und dem Neigemotor 511, die in derselben Richtung angeordnet sind, ist es allerdings immer noch erforderlich, einen Raum für das Anordnen des Schwenkmotors 501 neben dem Raum, der durch die Drehbewegungsbahnkurve des Schwenkmotors belegt ist, sicherzustellen.
Mit anderen Worten umfasst bei jedem der Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgeräte, die in 4 und 5 gezeigt sind, der minimale benötigte Raum zusätzlich zu dem durch das Antriebselement, wie beispielsweise eine Kamera, belegten Raum den Raum für das Anordnen des Schwenkmotors, den Raum für das Anordnen des Neigemotors und den Raum zum Sicherstellen der Drehbewegungsbahnkurve des Neigemotors.
Zusätzlich dazu ist bei den Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgeräten, die in den 4 und 5 gezeigt sind, der Neigemotor nur an einer Seite einer Ausgabewelle des Schwenkmotors angeordnet, so dass die Masse, die an der Ausgabewelle des Schwenkmotors zentriert ist, aus dem Gleichgewicht ist. Somit kann ein sehr präzises Antreiben nur schwierig erzielt werden.
Zum Beispiel haben hochauflösende Kameras eher große Linsen, um schärfere Bilder zu liefern. In Verbindung damit sind die Motoren größer, die in den Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgeräten enthalten sind.
Um dieses Problem anzugehen, ist es ein in Betracht zu ziehender Ansatz, ein Gewicht an der entgegengesetzten Seite des Motors vorzusehen, so dass der Massenausgleich um die Ausgabewelle des Schwenkmotors eingestellt wird. Allerdings benötigt der Schwenkmotor ein größeres Antriebsdrehmoment entsprechend dem hinzugefügten Gewicht, was einer Miniaturisierung der Größe des Schwenkmotors zuwider läuft.
Diese Probleme treten bei einem Schwenk-Neige-Antriebseinheitsgerät mit einem Aufbau auf, bei dem ein Schwenkmotor zusammen mit einem angetriebenen Element gedreht wird, wenn ein Neigemotor angetrieben wird.
Zudem offenbart das Dokument US 6 027 257 ein zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zweiachsiges Drehantriebsgerät und ein Drehsteuergerät für ein angetriebenes Element vorzusehen, die klein sind und ein Drehantreiben mit hoher Präzision ermöglichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein zweiachsiges Drehantriebsgerät ein erstes Drehelement und ein zweites Drehelement, die unabhängig voneinander um eine erste Achse drehbar sind, ein Stützelement, an dem ein angetriebenes Element montiert ist, einen ersten Aktuator, der das Stützelement um die erste Achse durch das erste Drehelement drehbar antreibt, einen zweiten Aktuator, der das zweite Drehelement drehbar antreibt, einen Umwandlungsmechanismus, der eine Drehung des zweiten Drehelements in eine Drehung um eine zweite Achse umwandelt, die sich in einer Richtung erstreckt, die sich von der ersten Achse unterscheidet, so dass das Stützelement um die zweite Achse gedreht wird, wobei der erste Aktuator und der zweite Aktuator an der ersten Achse angeordnet sind.
Diese und weitere Eigenschaften des zweiachsigen Drehantriebsgeräts und des Drehsteuersystems für das angetriebene Element sind aus der folgenden speziellen Beschreibung der Ausführungsbeispiele 1 und 2 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich.
1 ist eine Schnittansicht, die ein zweiachsiges Drehantriebsgerät zeigt, das dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung entspricht;
2 ist eine Schnittansicht, die eine Abwandlung des zweiachsigen Drehantriebsgeräts des Ausführungsbeispiels 1 zeigt;
3 ist eine Schnittansicht, die ein zweiachsiges Drehantriebsgerät zeigt, das dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung entspricht,
4 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen zweiachsigen Drehantriebsgeräts; und
5 ist eine Schnittansicht eines weiteren herkömmlichen zweiachsigen Drehantriebsgeräts.
Im Folgenden findet sich eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
(Ausführungsbeispiel 1)
Die 1 ist eine Schnittansicht eines zweiachsigen Drehantriebsgeräts, das dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung entspricht. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet einen elektromagnetischen Motor zum Schwenken und das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen elektromagnetischen Motor zum Neigen, der benachbart zu dem Schwenkmotor 101 angeordnet ist.
Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine hohle Schwenkdrehwelle (ein zweites Drehelement), das eine Ausgabe von dem Schwenkmotor 101 überträgt. Das Bezugszeichen 104 bezeichnet eine Neigedrehwelle (ein erstes Drehelement), das an dem Innenumfang der Schwenkdrehwelle 103 so angeordnet ist, dass es die Ausgabe von dem Neigemotor 102 überträgt. Die Neigedrehwelle 104 ist drehbar durch ein nicht gezeigtes Lager gestützt, das an einem oberen Abschnitt eines Gehäuses 106 fixiert ist.
Das Bezugszeichen 115 bezeichnet ein Stützelement, dessen Ausrichtung in einer Schwenkrichtung (einer Richtung, die durch einen Pfeil B in der 1 angedeutet ist) und einer Neigerichtung (einer Richtung, die durch einen Pfeil A in der 1 angedeutet ist) durch das zweiachsige Drehantriebsgerät verändert werden kann. Das Stützelement 115 besitzt einen Montageabschnitt 115a, an dem eine Kamera (eine Videokamera, eine Fernsehkamera, eine Überwachungskamera oder des gleichen) 105 montiert ist (zum Einsatz kommt), und ein Verbindungsabschnitt 115, der sich von einem Ende des Montageabschnitts 115a nach unten erstreckt. Die Neigedrehwelle 104 ist an einem Ende an dem Verbindungsabschnitt 115b fixiert (mit ihm verbunden).
Das Bezugszeichen 107 bezeichnet eine Basis, die das ganze zweiachsige Drehantriebsgerät trägt. Das Bezugszeichen 108 bezeichnet ein Lager, das an dem Gehäuse 106 fixiert ist und das Gehäuse 106 bezüglich eines zweiten Kegelgetriebes 110 stützt, das im Folgenden beschrieben ist.
Das Bezugszeichen 109 bezeichnet ein erstes Kegelgetriebe, das an einer weiteren Endseite der Schwenkdrehwelle 103 (die andere Endseite bedeutet an der entgegengesetzten Seite zu dem Verbindungsabschnitt 115 der Motoren 101 und 102, und diese Definition gilt für die folgende Beschreibung) fixiert ist, wird zusammen mit der Schwenkdrehwelle 103 gedreht und greift in das zweite Kegelgetriebe 110 ein. Das zweite Kegelgetriebe 110 hat einen Wellenabschnitt in der Mitte in einer Durchmesserrichtung und der Wellenabschnitt ist an der Basis 107 fixiert.
Das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Schwenk-Wertgeberskala, die an dem ersten Kegelgetriebe 109 fixiert ist und zusammen mit dem ersten Kegelgetriebe 109 und der Schwenkdrehwelle 103 gedreht wird. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet einen Kopf, der an dem Gehäuse 106 an einer gegenüberliegenden Position zu der der Schwenk-Wertgeberskala 111 fixiert ist. Die Schwenk-Wertgeberskala 111 und der Kopf 112 bilden eine Wertgebereinheit, die einen Antriebsbetrag des Schwenkmotors 101 erfasst.
Das Bezugszeichen 113 bezeichnet eine Neige-Wertgeberskala, die an dem anderen Ende der Neigedrehwelle 104 fixiert ist und zusammen mit der Neigedrehwelle 104 gedreht wird. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet einen Kopf, der an dem Gehäuse 106 an einer gegenüberliegenden Position zu der Neige-Wertgeberskala 113 fixiert ist. Die Neige-Wertgeberskala 113 und der Kopf 114 bilden eine Wertgebereinheit, die einen Antriebsbetrag des Neigemotors 102 erfasst.
Ein Antriebsschaltkreis 150, der die Motoren 102 und 103 antreibt, ist für das zweiachsige Drehantriebsgerät vorgesehen. Eine Steuereinheit (wie beispielsweise ein PC und eine Betätigungseinheit) 160, die als eine Steuervorrichtung dienen, ist in einer Position abseits des Geräts vorgesehen. Ein Steuersignal zum Befehlen eines schwenkenden Antreibens oder eines neigenden Antreibens wird in dem Antriebsschaltkreis 150 von der Steuereinheit 160 durch einen Kommunikationskanal wie beispielsweise einen LAN-Kanal (drahtgebunden oder drahtlos), das Internet, das Ethernet^®, oder einen fest zugeordneten Kanal eingegeben. Der Antriebsschaltkreis 150 treibt die Motoren 101 und 102 basierend auf dem Eingangssteuersignal und einem erfassten Signal von den entsprechenden Wertgebereinheiten an.
Die Steuereinheit 160 kann auch den Betrieb der Kamera 105 (inklusive des Zoomens, des Fokussierens, des Startens und Beendens der Bildaufnahme usw.) steuern. Dies realisiert ein Bildaufnahmesystem (ein Drehsteuersystem für ein angetriebenes Element). Solch ein Aufbau gilt auch für das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel 2, obwohl dies nicht gezeigt ist.
Wenn der Neigemotor 102 angetrieben wird, wird seine Ausgabe an das Stützelement 115 durch die Neigedrehwelle 104 übertragen, die um eine Neigeachse (eine erste Achse) T gedreht wird, wodurch das Stützelement 115 und die Kamera 105 in der Neigerichtung (der Richtung, die durch den Pfeil A in der 1 angedeutet ist) gedreht werden.
Wenn der Schwenkmotor 101 angetrieben wird, wird die Ausgabe von der Schwenkdrehwelle 103, die um die selbe Achse (die Neigeachse T) wie die Neigedrehwelle 104 gedreht wird, an das erste Kegelgetriebe 109 übertragen. Da das zweite Kegelgetriebe 110 an der Basis 107 fixiert ist, wird das erste Kegelgetriebe 109 um eine Schwenkachse P (eine zweite Achse) bezüglich des zweiten Kegelgetriebes 110 gedreht. Mit anderen Worten wird die Drehung der Schwenkdrehwelle 103 um die Neigeachse T in die Drehung um die rechtwinklig zu der Neigeachse T angeordnete Schwenkachse P umgewandelt. Da das Gehäuse 106 durch das Lager 108 bezüglich des zweiten Kegelgetriebes 110 drehbar gestützt ist, drehen sich die Motoren 101 und 102, die Drehwellen 103 und 104, das Stützelement 115 und die Kamera 105 um die Schwenkachse P als gemeinsamem Zentrum abhängig vom Umlaufen des ersten Kegelgetriebes 109.
Bei dem zweiachsigen Drehantriebsgerät des Ausführungsbeispiels 1 wird, da der Schwenkmotor 101 und der Neigemotor 102 benachbart zueinander an der Neigeachse T angeordnet sind (insbesondere in Kontakt miteinander angeordnet sind), der durch die Motoren 101 und 102 belegte Raum (das Volumen) in dem Gerät minimiert. Zusätzlich dazu wird, da die Neigedrehwelle 104 im Inneren der Schwenkdrehwelle 103 angeordnet ist, der durch die zwei Drehwellen 103 und 104 belegte Raum (das Volumen) in dem Gerät auch minimiert. Folglich kann das Gerät als Ganzes miniaturisiert werden.
Da die zwei Aktuatoren an der selben Achse (der Neigeachse T) angeordnet sind, ist es leicht, eine Anordnung mit einem stabilen Gleichgewicht der zwei Aktuatoren um die Schwenkachse P zu realisieren, das heißt im Vergleich mit den herkömmlichen Beispielen eine ausgewogene Masse und sich weitgehend überlappende Drehflächen.
In dem Ausführungsbeispiel 1 sind der Schwenkmotor 101 und der Neigemotor 102 an den beiden Seiten der Schwenkachse P oder mit der Schwenkachse P als ihre Mitte angeordnet (und zusätzlich dazu sind das Stützelement 115 und die Kamera 105 in der Nähe der Schwenkachse P so angeordnet, dass sie eine Neigedrehung entlang der oberen Abschnitte der Umfänge der Motoren 101 und 102 verursachen). Somit kann die Masse der Motoren 101 und 102 und sogar des ganzen Geräts zugleich an beiden Seiten der Schwenkachse P als der Mitte angeordnet werden, ohne ein Extragewicht oder desgleichen vorzusehen. Folglich ist es möglich, die Vibrationen während der Schwenkdrehung und eine Verminderung der Anhaltegenauigkeit im Vergleich zu den herkömmlichen Beispielen zu verringern.
Zusätzlich dazu erlauben der Schwenkmotor 101 und der Neigemotor 102, die benachbart zueinander angeordnet sind, dass die zwei Motoren 101 und 102 an der Innendurchmesserseite des zweiten Kegelgetriebes 110 angeordnet sind, die die tatsächliche Achse in der Schwenkrichtung bildet. Somit können sich die Drehbewegungsbahnlinien der zwei Motoren 101 und 102 überlappen oder überlagern.
Die Neigedrehwelle 104, die im Inneren der Schwenkdrehwelle 103 angeordnet ist, ermöglicht, dass sich die Drehwellen 103 und 104 koaxial an einer Seite (an der anderen Endseite) der Neigeachse T so erstrecken, dass die zwei Wertgebereinheiten, die die Drehung der Drehwellen 103 und 104 erfassen (das heißt die Drehung der Motoren 101 und 102), gemeinsam und koaxial an der einen Seite (an der anderen Endseite) der Neigeachse T angeordnet sein können. Da die Neigedrehwelle 104 der einen Endseite, die den Wertgebereinheiten gegenüber liegt, mit dem Stützelement 115 verbunden ist, überlappen oder überlagern sich im Allgemeinen die Drehbewegungsbahnlinien (Drehräume) der Wertgebereinheiten und des Kupplungsabschnitts 115b. Es ist somit möglich, den Aufbau der zwei Aktuatoren an der selben Achse und die Anordnung der Wertgebereinheiten, die als Erfassungsvorrichtung dienen, mit geringem Platzbedarf zu realisieren.
Zusätzlich dazu sind bei dem Ausführungsbeispiel 1 die zwei Kegelgetriebe 109 und 110 unter Verwendung des Raumes zwischen den zwei Motoren 101 und 102 und dem Raum entlang der unteren Abschnitte der Umfänge der Motoren 101 und 102 angeordnet. Mit anderen Worten sind die zwei Kegelgetriebe 109 und 110 so angeordnet, dass sie die zwei vorstehend beschriebenen räumlichen Bereiche belegen. Dies kann die effiziente Anordnung ermöglichen, so dass eine Vergrößerung des Gerätes sogar dann vermieden werden kann, wenn das Gerät die Kegelgetriebe (Umwandlungsmechanismen) 109 und 110 besitzt, welche relativ große Elemente sind.
Daher ist es möglich, ein zweiachsiges Drehantriebsgerät zu realisieren, das eine geringere Größe besitzt und ein drehendes Antreiben mit höherer Genauigkeit im Vergleich zu den herkömmlichen Beispielen ermöglicht.
Während das Ausführungsbeispiel 1 die zwei Motoren an der Neigeachse T in der Reihenfolge des Schwenkmotors 101 und des Neigemotors 102 von den Wertgebereinheiten her besitzt, kann die Reihenfolge umgekehrt sein. Es ist auch die Neigedrehwelle 104 im Inneren der Schwenkdrehwelle 103 in dem Ausführungsbeispiel 1 angeordnet, aber die Schwenkdrehwelle 103 kann innerhalb der Neigedrehwelle 104 angeordnet sein. Zusätzlich dazu können, während in dem Ausführungsbeispiel 1 die zwei Motoren an der Neigeachse T angeordnet sind, die zwei Motoren an der Schwenkachse P angeordnet sein.
Die Position der Kamera 105, die als ein angetriebenes Element dient, ist nicht auf die in der 1 gezeigte Position beschränkt. Zum Beispiel kann, wie dies in der 2 gezeigt ist, die Kamera 105 an einer Verlängerungslinie des einen Endes der Neigedrehwelle 104 vorgesehen sein.
(Ausführungsbeispiel 2)
Die 3 zeigt eine Schnittansicht eines zweiachsigen Drehantriebsgeräts, das dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung entspricht. Während das Ausführungsbeispiel 1 die elektromagnetischen Motoren als die Aktuatoren des zweiachsigen Drehantriebsgeräts verwendet, verwendet das Ausführungsbeispiel 2 Motoren der Vibrationsart (auch als Ultraschallmotoren oder desgleichen bezeichnet) als Aktuatoren.
Der Motor der Vibrationsart, der in dem Ausführungsbeispiel 2 verwendet wird, besitzt ein Vibrationselement, das aus einem elektrischen Körper (einem Vibrationskörper) besteht, der aus Metall oder des gleichen, das in einer Ringform ausgebildet ist, und einem piezoelektrischen Element (einem elektromechanischen Energieumwandlungselement) besteht, das an einer Bodenfläche des elastischen Körpers fixiert ist und eine vorbestimmte Elektrodenstruktur auf sich ausgebildet hat. Eine Vielzahl von Frequenzwellensignalen mit unterschiedlichen Phasen wird auf das piezoelektrische Element so angewendet, dass eine wandernde Welle an einer Oberfläche des elastischen Körpers erzeugt wird.
Insbesondere wird eine Vielzahl von stehenden Wellen durch die Vielzahl von Frequenzwellensignalen mit einem vorbestimmten Phasenunterschied bezüglich der Zeit vorgesehen (zwei stehende Wellen: die Phasendifferenz ist 90 Grad, drei stehende Wellen: die Phasendifferenz ist 120 Grad), wobei die Vielzahl von stehenden Wellen so kombiniert wird, dass eine wandernde Welle erzeugt wird, die entlang der ringförmigen Ringform an der Oberfläche des elastischen Körpers wandert. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich jedes Materialteil an der Oberfläche des elastischen Körpers elliptisch. Wenn ein Rotor (ein Kontaktelement) in Druckkontakt mit der Oberfläche des elastischen Körpers gebracht wird, verursacht die Reibungskraft zwischen dem Rotor und der Oberfläche des elastischen Körpers, der sich in der elliptischen Bewegung befindet, dass sich der Rotor entgegengesetzt zu einer Richtung der Wanderrichtung der wandernden Welle drehend bewegt. Auf diese Weise wird eine Motorausgabe vorgesehen.
Das einfachste Verfahren, um den Rotor in Druckkontakt mit dem elastischen Körper zu bringen, ist, den Rotor durch eine Feder gegen den elastischen Körper zu drücken und die Druckbeaufschlagungskraft wird bei diesem Verfahren leicht eingestellt.
Die Grundstrukturen bei dem Ausführungsbeispiel 2 sind denen des Ausführungsbeispiels 1 ähnlich, inklusive eines Schwenkaktuators und eines Neigeaktuators, die benachbart zueinander an einer Neigeachse T angeordnet sind, Wertgebereinheiten, die gemeinsam an einer Seite der Neigeachse (an der entgegengesetzten Seite zu einem Verbindungsabschnitt eines Stützelements mit einer Neigedrehwelle gegenüber den Motoren) angeordnet sind, wobei eine Drehung um die Neigeachse T mit den Kegelgetrieben und des gleichen in eine Drehung um eine Schwenkachse P umgewandelt wird. Die folgende Beschreibung ist auf den Aufbau fokussiert, der sich von dem Aufbau des Ausführungsbeispiels 1 unterscheidet. Gleiche Bauteile wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 sind mit den selben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 bezeichnet und auf eine Beschreibung von diesen wird verzichtet.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel 1 die zwei Motoren der Vibrationsart, die als die Aktuatoren dienen, bei dem Ausführungsbeispiel 2 benachbart zueinander angeordnet. Zusätzlich dazu sind bei dem Ausführungsbeispiel 2 die zwei Motoren der Vibrationsart derart einander gegenüberliegend angeordnet, dass ihre elastischen Körper gegenüberliegend angeordnet sind.
Eine spezielle Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die 3. Das Bezugszeichen 201 bezeichnet ein erstes Vibrationselement und das Bezugszeichen 211 bezeichnet ein zweites Vibrationselement. Jedes der Vibrationselemente ist durch das Fixieren eines piezoelektrischen Elements an einem elastischen Körper ausgebildet, der aus Metall oder des gleichen gemacht ist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Eine flexible Leiterplatte für das Zuführen eines Antriebssignals (eines Frequenzwellensignals) ist an dem piezoelektrischen Element fixiert. Beide Vibrationselemente 201 und 211 sind an einem Gehäuse 106 fixiert.
Das Bezugszeichen 202 bezeichnet einen Rotor, der sich in Kontakt mit einem Gleitelement (mit keinem Bezugszeichen bezeichnet) befindet, das an einer Oberfläche des elastischen Körpers des ersten Vibrationselements 201 vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 212 bezeichnet einen Rotor, der sich in Kontakt mit einem Gleitelement (mit keinem Bezugszeichen bezeichnet) befindet, das an einer Oberfläche des zweiten Vibrationselements 211 vorgesehen ist.
Das erste Vibrationselement 201 und der Rotor 202 bilden einen Schwenkmotor der Vibrationsart. Das zweite Vibrationselement 211 und der Rotor 212 bilden einen Neigemotor der Vibrationsart.
Das Bezugszeichen 203 bezeichnet ein erstes Kegelgetriebe, das an dem Rotor 202 fixiert ist. Das erste Kegelgetriebe 203 greift, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel 1, in ein zweites Kegelgetriebe 110 ein, das an einer Basis 107 fixiert ist.
Das Bezugszeichen 213 bezeichnet eine Neigedrehwelle, die sich durch eine Innenseite des ersten Vibrationselements 201, des Rotors 202 und des ersten Kugelgetriebes 203 erstreckt. Der Rotor 212 des Neigemotors der Vibrationsart ist mit einem Ende der Neigedrehwelle 213 so verbunden, dass sie zusammen gedreht werden können. Ein Stützelement 115 ist auch mit dem einen Ende der Neigedrehwelle 213 verbunden. Eine Kamera 105, die als ein angetriebenes Element dient, ist an dem Stützelement 115 fixiert.
Ein zylindrisches Gehäuse 214 ist mit dem anderen Ende der Neigedrehwelle 213 verbunden. Die Neigedrehwelle 213 ist drehbar durch eine Lagerbuchse 216 gestützt, die so an der Mitte der jeweils an dem Gehäuse 106 fixierten Vibrationselemente 201 und 211 angeordnet ist, dass die Neigedrehwelle 213 sich in einem Zustand befindet, in dem eine Bewegung in einer Achsrichtung möglich ist.
Ein Lager 204 ist an der Mitte des ersten Kegelgetriebes 203 angeordnet. Ein äußerer Ring des Lagers 204 ist an dem ersten Kegelgetriebe 203 fixiert. Ein innerer Ring des Lagers ist so auf die Neigedrehwelle 213 aufgesetzt, dass er die Bewegung in der Achsrichtung ermöglicht.
Ein Federgehäuse 215 und eine Spiralfeder 205 sind zwischen dem inneren Ring des Lagers 204 und dem Gehäuse 214 angeordnet. Die Spiralfeder 205 setzt das Gehäuse 214 und die Neigedrehwelle 213 in der 3 nach links unter Spannung und setzt das Lager 204 und das erste Kegelgetriebe 203 durch das Federgehäuse 215 in der 3 nach rechts unter Spannung. Dadurch wird ein Druckbeaufschlagungsmechanismus gebildet, der von beiden Motoren der Vibrationsart gemeinsam genutzt wird, wobei der Druckbeaufschlagungsmechanismus den Rotor 212, der an der Neigedrehwelle 213 fixiert ist, gegen das zweite Vibrationselement 211 drückt und zur selben Zeit den Rotor 202, der an dem ersten Kegelgetriebe 203 fixiert ist, gegen das erste Vibrationselement 201 drückt. Die Spiralfeder 205 wird vorzugsweise als ein Druckbeaufschlagungsmechanismus mit einer Bereitschaft zur Feineinstellung einer Druckbeaufschlagungskraft in Folge einer geringeren Federkonstante als bei einer konischen Feder verwendet.
Üblicherweise wurde vorgeschlagen, dass jeder Motor der Vibrationsart einen Druckbeaufschlagungsmechanismus brauchen sollte. Gemäß dem in der 3 gezeigten Aufbau können die Rotoren der zwei Motoren der Vibrationsart gleichzeitig in Druckkontakt mit den Vibrationselementen der einzigen Spiralfeder 205 gebracht werden. Das Ausführungsbeispiel 2 verwendet als den ersten und den zweiten Aktuator die Motoren der Vibrationsart, von denen jeder eine entgegengesetzte Drehung (Relativdrehung) der Vibrationselemente erzeugt, an denen Vibrationen durch elektromechanische Energieumwandlung und das in Druckkontakt mit den Vibrationselement befindliche Kontaktelement angeregt werden, und der Druckbeaufschlagungsmechanismus, der die Druckkraft erzeugt, um die Vibrationselemente in Druckkontakt mit dem Kontaktelement zu bringen, wird von beiden Motoren der Vibrationsart gemeinsam genutzt, wodurch der Raum reduziert wird, der durch die Druckbeaufschlagungseinrichtung im Vergleich zu dem Fall, in dem für jeden der Motoren der Vibrationsart ein Druckbeaufschlagungsmechanismus vorgesehen ist, belegt wird.
Da der Druckbeaufschlagungsmechanismus von den beiden Motoren der Vibrationsart, wie dies vorstehend beschrieben ist, gemeinsam genutzt wird, wirkt die Druckkraft gleichmäßig auf die beiden Motoren der Vibrationsart ein. Dies kann eine Abweichung (Unausgeglichenheit) der Beträge des zwischen den Vibrationselementen und den Kontaktelementen der Motoren der Vibrationsart verursachten Abriebs so verhindern, dass eine längere Lebensdauer des Gerätes vorgesehen werden kann. Während, wie dies vorstehend beschrieben ist, vorzugsweise die Spiralfeder verwendet wird, benötigt die Spiralfeder einen großen Verschiebebetrag derart, dass sie entsprechend Stauraum für ihre Anordnung braucht. Somit kann der Aufbau, der nur die eine Spiralfeder erforderlich macht, bei einer Verringerung der Größe des Gerätes helfen.
Es wird angemerkt, dass beide Motoren der Vibrationsart durch die Abdichtelemente 221, 222, 223 und die Deckel 224 und 225 abgedichtet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel 2 ist ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel 1 die Neigedrehwelle 213, die durch den Neigemotor der Vibrationsart angetrieben wird, im Inneren einer Schwenkdrehwelle 103 angeordnet, die durch den Schwenkmotor der Vibrationsart angetrieben wird. Dies ermöglicht, dass die Spiralfeder 205, das Federgehäuse 215, das Gehäuse 214 und die Wertgebereinheiten (die Wertgeberskalen 111, 113 und die Köpfe 112, 114) gemeinsam an der selben Achse an einer Seite der Neigeachse T angeordnet werden.
Da das erste Kegelgetriebe 203 und die Neigedrehwelle 213, die jeweils mit den Rotoren 202 und 212 verbunden sind, durch das Lager 204 angeordnet sind, können sie unabhängig gedreht werden.
Wenn der Schwenkmotor der Vibrationsart angetrieben wird, wird das erste Kegelgetriebe 203 um die Schwenkachse P bezüglich des zweiten Kegelgetriebes 110 zum Laufen gebracht. Daher wird das Gehäuse 106, der Motor der Vibrationsart, das Stützelement 115 und die Kamera 105 in der Schwenkrichtung gedreht. Wenn der Neigemotor der Vibrationsart so angetrieben wird, dass die Neigedrehwelle 213 gedreht wird, werden das Stützelement 115 und die Kamera 105 in der Neigerichtung gedreht. Die durch das Antreiben der entsprechenden Motoren verursachten Drehungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, sind denen des Ausführungsbeispiels 1 ähnlich.
Zusätzlich dazu gelten die folgenden bei dem Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Punkte auch für das Ausführungsbeispiel 2. Insbesondere die an der Schwenkachse P der Motoren zentrierte Masse ist an beiden Seiten nahezu gleich verteilt. Die Drehbewegungsbahnlinien beider Motoren können sich überlappen oder überlagern. Die Drehbewegungsbahnlinien der Wertgebereinheiten und der Verbindungsabschnitt des Stützelements mit der Neigedrehwelle überlappen oder überlagern sich im Allgemeinen. Eine Vergrößerung des Gerätes kann sogar dann verhindert werden, wenn es die Kegelgetriebe besitzt. Schlussendlich ermöglichen diese Merkmale eine Miniaturisierung des Gerätes und einen Drehantrieb mit höherer Genauigkeit.
Während bei dem Ausführungsbeispiel 2 die zwei Motoren an der Neigeachse T in der Reihenfolge des Schwenkmotors und des Neigemotors von den Wertgebereinheiten her angeordnet sind, kann die Reihenfolge umgekehrt sein. Es ist auch die Neigedrehwelle im Inneren der Schwenkdrehwelle bei dem Ausführungsbeispiel 2 angeordnet, aber die Schwenkdrehwelle kann in der Neigedrehwelle angeordnet sein. Zusätzlich dazu können, da die zwei Motoren bei dem Ausführungsbeispiel 2 an der Neigeachse T angeordnet sind, die zwei Motoren an der Schwenkachse P angeordnet sein.
Die Position der Kamera 105, die als angetriebenes Element dient, ist nicht auf die in der 3 gezeigte Position beschränkt. Die Kamera kann zum Beispiel, wie dies in der 2 gezeigt ist, an einer Verlängerungslinie des einen Endes der Neigedrehwelle 203 angeordnet sein.
Zusätzlich dazu kann, während jedes der Ausführungsbeispiele 1 und 2 für das zweiachsige Drehantriebsgerät beschrieben wurde, das die Kamera als das angetriebene Element antreibt, ein anderes angetriebenes Element als die Kamera an dem zweiaxialen Drehantriebsgerät jedes der Ausführungsbeispiele 1 und 2 montiert werden und durch diese angetrieben werden.
Es ist ein zweiaxiales Drehantriebsgerät offenbart, das eine kleine Größe und einen Drehantrieb mit einer ausbalancierten Anordnung und einer höheren Genauigkeit erzielt. Das zweiaxiale Drehantriebsgerät besitzt einen ersten Aktuator, der ein Stützelement, an dem ein angetriebenes Element montiert ist, um eine erste Achse durch ein erstes Drehelement drehbar antreibt, einen zweiten Aktuator, der ein zweites Drehelement drehbar antreibt, und einen Umwandlungsmechanismus, der die Drehung des zweiten Drehelements in eine Drehung um eine zweite Achse so umwandelt, dass das Stützelement um die zweite Achse gedreht wird.

Claims

Zweiachsiges Drehantriebsgerät mit: einem ersten Drehelement (104; 213) und einem zweiten Drehelement (103), die unabhängig voneinander um eine erste Achse (T) drehbar sind; einem Stützelement (115) zum Montieren eines angetriebenen Elements (105); einem ersten Aktuator (102; 211, 212), der das Stützelement (15) um die erste Achse (T) durch das erste Drehelement (104; 213) drehbar antreibt; einem zweiten Aktuator (101; 201, 202), der das zweite Drehelement (103) drehbar antreibt; und einem Umwandlungsmechanismus (106 bis 110), der die Drehung des zweiten Drehelements (103) in eine Drehung um eine zweite Achse (P) umwandelt, die sich in einer von der ersten Achse (T) unterschiedlichen Richtung erstreckt, so dass das Stützelement (115) um die zweite Achse (P) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (102; 211, 212) und der zweite Aktuator (101; 201, 202) an der ersten Achse (T) angeordnet sind.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch eine erste Erfassungseinrichtung (113, 114), die einen Antriebsbetrag des ersten Aktuators (102; 211, 212) erfasst, und eine zweite Erfassungsvorrichtung (111, 112), die einen Antriebsbetrag des zweiten Aktuators (101; 201, 202) erfasst, wobei ein Verbindungsabschnitt (115b) des Stützelements (115) zu dem ersten Drehelement (104; 213) und die erste und die zweite Erfassungsvorrichtung (113, 114; 111, 112) an entgegengesetzten Seiten des ersten und des zweiten Aktuators (102; 211, 212; 101, 201, 202) in einer Richtung der ersten Achse (T) vorgesehen sind.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (102; 211, 212) und der zweite Aktuator (101; 201, 202) zueinander benachbart an der ersten Achse (T) angeordnet sind.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (102; 211, 212) und der zweite Aktuator (101; 201, 202) an beiden Seiten der zweiten Achse (P) an der ersten Achse (T) angeordnet sind.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass entweder das erste oder das zweite Drehelement (104; 213; 103) in dem anderen Element angeordnet ist.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Umwandlungsmechanismus (106 bis 110) in einem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Aktuator (102; 211, 212; 101, 201, 202) und der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (113, 114; 111, 112) angeordnet ist.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abschnitt (115a) des Stützelements (115) parallel zu der ersten Achse (T) erstreckt, wobei dieser Abschnitt zum Montieren des Antriebselements (105) dient.
Zweiachsiges Drehantriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder des ersten und des zweiten Aktuators (211, 212; 201, 202) ein Motor der Vibrationsart ist, der eine relative Drehung eines Vibrationselements (211; 201) erzeugt, an dem Vibrationen durch elektromechanische Energieumwandlung und ein in Druckkontakt mit dem Vibrationselement (211; 201) stehendes Kontaktelement (212; 202) angeregt werden, und wobei ein Druckbeaufschlagungsmechanismus (205), der eine Druckkraft erzeugt, um das Vibrationselement (211; 201) in Druckkontakt mit dem Kontaktelement (212; 202) zu bringen, von den beiden Motoren der Vibrationsart gemeinsam genutzt wird.
Drehsteuersystem für ein angetriebenes Element, gekennzeichnet durch das zweiachsige Drehantriebsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, und ein angetriebenes Element (105), das an dem Stützelement (115) montiert ist.
Drehsteuersystem für ein angetriebenes Element gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Element (105) ein Bildaufnahmegerät ist.
Drehsteuersystem für ein angetriebenes Element gemäß Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (160), die den Betrieb des ersten und des zweiten Aktuators (102; 101) steuert.
Drehsteuersystem für ein angetriebenes Element gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (160) den Betrieb des angetriebenen Elements (105) steuert.