JP2006320166A - 二次元移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
Ｘ方向の移動機構とＹ方向の移動機構とを同一平面上で実現することで全体を薄型化する。
【解決手段】
水平移動ステージ１１と、水平移動ステージの隣接する第１辺Ａ１および第２辺Ａ２の外側にそれぞれ設けられ、水平移動ステージを第１，第２辺に直角でかつ水平な方向にそれぞれ付勢する扁平な第１，第２ボイスコイルモータ１２１，１２２と、第１辺に対向する第３辺Ａ３，第２辺に対向する第４辺Ａ４の外側にそれぞれ設けられ、第１，第２ボイスコイルモータによる付勢に反作用する第１，第２バネ１３１，１３２と、水平移動ステージ１１が載置され、第１，第２ボイスコイルモータが固定され、第１，第２バネが取り付けられた基台盤１４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラに搭載されるいわゆる手ブレ補正機構や自動焦点機構等に用いる二次元移動装置に関し、具体的には、Ｘ方向の移動機構とＹ方向の移動機構とを同一平面上で実現することで全体を薄型化した二次元移動装置に関する。

たとえば、デジタルカメラに搭載される手ブレ補正機構においてＸＹステージを移動させるために、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を使用した二次元移動装置が用いることが考えられる（図7参照）。
図７の二次元移動装置９は、第１，第２ボイスコイルモータ９１，９２を備えている。ステージ９３をＸ方向に移動する第１ボイスコイルモータ９１は可動テーブル９４に設けられ、この可動テーブル９４をＹ方向に移動する第２ボイスコイルモータ９２は基台盤９５に設けられている。

可動テーブル９４には第１ボイスコイルモータ９１によるＸ方向の付勢に反作用するバネ９６が設けられ、基台盤９５には第２ボイスコイルモータ９２によるＹ方向の付勢に反作用するバネ９７が設けられている。

ところが、図７に示した二次元移動装置は、ステージ９３のＸ方向移動を上段の可動テーブル９４上で行い、ステージ９３のＹ方向移動を下段の可動テーブル９４上で行っているため、二次元移動装置の全体厚が厚くなり、特に携帯電話付に組み込まれたデジタルカメラに図７の二次元移動装置を搭載する場合には問題がある。また、２段構成であるため配線が複雑となるという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するために提案されたものであって、Ｘ方向の移動機構とＹ方向の移動機構とを同一平面上で実現することで全体を、薄型化し配線が複雑にならない二次元移動装置を提供することを目的とする。

本発明の二次元移動装置は、扁平な四角形状の水平移動ステージと、前記水平移動ステージの隣接する第１辺および第２辺の外側にそれぞれ設けられ、前記水平移動ステージを前記第１辺および前記第２辺に直角でかつ水平な方向にそれぞれ付勢する扁平な第１および第２ボイスコイルモータと、前記第１辺に対向する第３辺および前記第２辺に対向する第４辺の外側にそれぞれ設けられ、前記第１および第２ボイスコイルモータによる付勢に反作用する第１および第２バネと、前記水平移動ステージが載置され、前記第１および第２ボイスコイルモータが固定され、前記第１および第２バネが取り付けられた基台盤とを備えたものである。

また、請求項２記載の二次元移動装置は、請求項１記載の二次元移動装置において、前記第1ボイスコイルモータは、前記第１辺の端面に設けられた扁平コアと、前記扁平コアが前記第１辺に直角でかつ水平な方向に移動できるように前記扁平コアに巻回された扁平ソレノイドコイルとからなり、前記第２ボイスコイルモータは、前記第２辺の端面に設けられた扁平コアと、前記扁平コアが前記第２辺に直角でかつ水平な方向に移動できるように前記扁平コアに巻回された扁平ソレノイドコイルとからなるものである。

また、請求項３記載の二次元移動装置は、請求項１又は２記載の二次元移動装置において、前記水平移動ステージの四隅の外側に、当該水平移動ステージの垂直移動を拘束するように設けられた前記基台盤から鉤形状に立ち上がる拘束部材を備えたものである。

また、請求項４記載の二次元移動装置は、前記第１ボイスコイルモータは前記水平移動ステージを前記第１バネに向けて付勢し、前記第２ボイスコイルモータは前記水平移動ステージを前記第２バネに向けて付勢する請求項１から３の何れかに記載の二次元移動装置において、前記第１バネは、一辺が前記移動ステージの第３辺に当接し、他辺が前記基台盤に固定された上方に湾曲する板バネにより構成され、前記第２バネは、一辺が前記移動ステージの第４辺に当接し、他辺が前記基台盤に固定された上方に湾曲する板バネにより構成されているものである。,

本発明は、水平移動ステージを、直接、第１ボイスコイルモータおよび第２ボイスコイルモータにより駆動するので二次元移動装置全体が薄型化できる。
また、従来のように２段には構成しないので、配線が簡素化される。

本発明の二次元移動装置の実施形態を図面により説明する。
図１は本発明の二次元移動装置の一例を示す説明図である。図１において、二次元移動装置１は、水平移動ステージ１１と、第１ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２と、第１バネ１３１（例えば、コイルバネ又は板バネ）および第２バネ１３２（例えば、コイルバネ又は板バネ）と、基台盤１４とを備えている。

水平移動ステージ１１は扁平な四角形状（図１では正方形状）をなしている。
第１ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２はそれぞれ扁平コアＦＣと扁平ソレノイドコイルＳＣとを備えている。第１ボイスコイルモータ１２１は、水平移動ステージ１１の第１辺Ａ１の外側に設けられ、水平移動ステージ１１をＸ方向（第１辺Ａ１に直角でかつ水平な方向：本実施形態では第１辺Ａ１から対向辺（第３辺Ａ３）に向かう方向を正とする）に付勢することができる。また、第２ボイスコイルモータ１２２は、水平移動ステージ１１の第１辺Ａ１に隣接する第２辺Ａ２の外側に設けられ、水平移動ステージ１１をＹ方向（第２辺Ａ２に直角でかつ水平な方向：本実施形態では第２辺Ａ２から対向辺（第４辺Ａ４）に向かう方向を正とする）に付勢することができる。

第１バネ１３１は、第１ボイスコイルモータ１２１が設けられた第１辺Ａ１に対向する第３辺Ａ３の外側に設けられ、第１ボイスコイルモータ１２１による付勢に反作用する。また、第２バネ１３２は、第２ボイスコイルモータ１２２が設けられた第２辺Ａ２に対向する第４辺Ａ４の外側に設けられ、第２ボイスコイルモータ１２２による付勢に反作用する。

なお、二次元移動装置１は、第１ボイスコイルモータ１２１が水平移動ステージ１１を第１バネ１３１に向けて（＋Ｘ方向に向けて）付勢し、第２ボイスコイルモータ１２２が水平移動ステージ１１を第２バネ１３２に向けて（＋Ｙ方向に向けて）付勢するように構成するようにできる。この場合には、第１バネ１３１の反作用の向きは第１辺Ａ１に向かう向き（−Ｘ方向）であり、第２バネ１３２の反作用の向きは第２辺Ａ２に向かう向き（−Ｙ方向）である。

また、二次元移動装置１は、第１ボイスコイルモータ１２１が水平移動ステージ１１を第１バネ１３１と反対側に向けて（−Ｘ方向に向けて）付勢し、第２ボイスコイルモータ１２２が水平移動ステージ１１を第２バネ１３２と反対側に向けて（−Ｙ方向に向けて）付勢するように構成するようにもできる。この場合には、第１バネ１３１の反作用の向きは第１辺Ａ１とは反対向き（＋Ｘ方向）であり、第２バネ１３２の反作用の向きは第２辺Ａ２とは反対向き（＋Ｙ方向）である。

基台盤１４には、水平移動ステージ１１が載置され、第１ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２が固定され、第１バネ１３１および第２バネ１３２が取り付けられている。

第１ボイスコイルモータ１２１の扁平ソレノイドコイルＳＣに電流Ｉ₁を流すことで、扁平コアＦＣが水平移動ステージ１１の第１辺Ａ１の端面を押し、水平移動ステージ１１は第１バネ１３１の反作用（第１バネ１３１が第３辺Ａ３の端面を押し戻す力）を受けつつＸ方向に移動することができる。また、第２ボイスコイルモータ１２１の扁平ソレノイドコイルＳＣに電流Ｉ₂を流すことで、扁平コアＦＣが水平移動ステージ１１の第２辺Ａ２の端面を押し、水平移動ステージ１１は第２バネ１３２の反作用（第２バネ１３２が第４辺Ａ４の端面を押し戻す力）を受けつつＹ方向に移動することができる。

また、図１には示していないが、二次元移動装置１では、水平移動ステージ１１の基準位置からの移動距離（ｘおよびｙ）を、第1ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２の各ソレノイドコイルＳＣを流れる電流Ｉ₁，Ｉ₂により知ることができる。また、二次元移動装置１では、高精度の位置検出を行う場合には、位置検出ユニットを搭載することができる。この位置検出ユニットは、たとえば水平移動ステージ１１、または水平移動ステージ１１に載置されるテーブル（後述する図２の符号１７参照）に設けたＸ方向リニアスケールおよびＹ方向リニアスケールと、各リニアスケールの目盛りを読み取るセンサとから構成できる。なお、位置検出ユニットとして、光学式，静電容量式等、周知のものが利用できる。

第1ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２として、周知構成の種々の方式のものが使用できる。これらの方式に応じて、第1ボイスコイルモータ１２１（第２ボイスコイルモータ１２２）の扁平コアＦＣは、第１辺Ａ１（第２辺Ａ２）の端面に当接して設けることができる。また、第1ボイスコイルモータ１２１（第２ボイスコイルモータ１２２）の周知の構成に応じて、扁平コアＦＣが第１辺Ａ１（第２辺Ａ２）に直角でかつ水平な方向に移動できるようにソレノイドコイルＳＣが巻回される。

図２の斜視図、図３の平面図、図４（Ａ）のＸ方向側面図、図４（Ｂ）の−Ｙ方向側面図により、二次元移動装置のより具体的な実施形態を説明する。

なお、図２から図４における構成要素に付した符号のうち、図１に示した符号と同一の符号の構成要素は、図１の構成要素と同じであるので説明は省略する。

図２から図４では、二次元移動装置１は、水平移動ステージ１１、第１，第２ボイスコイルモータ１２１，１２２、第１，第２バネ１３１，１３２、基台盤１４に加え、拘束部材１５１，１５２，１５３および１５４と、Ｘ方向移動用駆動回路１６１およびＹ方向移動用駆動回路１６２と、テーブル１７とが示されている。
水平移動ステージ１１および第２ボイスコイルモータ１２２は図４（Ｂ）には示されない。移動ステージ１１の第１辺Ａ１，第３辺Ａ３，第４辺Ａ４は図４（Ａ）には示されず、移動ステージ１１の第１辺Ａ１，第２辺Ａ２，第３辺Ａ３，第４辺Ａ４は図４（Ｂ）には示されない。
拘束部材１５２，１５３は図４（Ａ）には示されず、拘束部材１５１，１５２は図４（Ｂ）には示されない。Ｙ方向移動用駆動回路１６２は図４（Ｂ）には示されない。また、拘束部材１５１，１５２，１５３，１５４が水平移動ステージ１１の垂直移動を拘束する様子を明らかにするために、図３および図４（Ａ），（Ｂ）にはテーブル１７は示していない。

ここでは、第１ボイスコイルモータ１２１は水平移動ステージ１１を第１バネ１３１に向けて付勢し、第２ボイスコイルモータ１２２は水平移動ステージ１１を第２バネ１３２に向けて付勢するように構成されている。

基台盤１４は、概略十字形に構成されており、水平移動ステージ１１が載置される中央部１４０（図４（Ａ），（Ｂ）には示さない）と、第１ボイスコイルモータ１２１が搭載される第１突出部１４１と、第２ボイスコイルモータ１２２が搭載される第２突出部１４２と、第１バネ１３１が搭載される第３突出部１４３と、第２バネ１３２が搭載される第４突出部１４４と、中央部１４０の４隅に形成された拘束部材１５１，１５２，１５３および１５４の立上がり部１４５１，１４５２，１４５３，１４５４とから構成されている。
第３突出部１４３は図４（Ａ）には示されず、第２突出部１４２は図４（Ｂ）には示されない。立上がり部１４５２，１４５３は図２には示されず、立上がり部１４５１〜１４５４は図３には示されない。立上がり部１４５２，１４５３は図４（Ａ）には示されず、立上がり部１４５１，１４５２は図４（Ｂ）には示されない。

第１バネ１３１は、一辺が水平移動ステージ１１の第３辺Ａ３に当接し、他辺が基台盤１４の第３突出部１４３の外側端に固定されており、全体が上方に湾曲する板バネにより構成されている。また、第２バネ１３２は、一辺が移動ステージ１１の第４辺Ａ４に当接し、他辺が基台盤１４の第３突出部１４３の外側端に固定されており、全体が上方に湾曲する板バネにより構成されている。

拘束部材１５１，１５２，１５３，１５４は、基台盤１４の立上がり部１４５１，１４５２，１４５３，１４５４から鉤形状に立ち上がるように設けられている。拘束部材１５１，１５２，１５３，１５４の先端は、水平移動ステージ１１の四隅上に鉤状に延びており、水平移動ステージ１１の垂直移動を拘束することができる。

Ｘ方向移動用駆動回路１６１およびＹ方向移動用駆動回路１６２は、たとえば図示しない位置検出ユニットからの検出情報に基づき、第１ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２の各ソレノイドコイルＳＣに駆動信号を送出することができる。

また、テーブル１７は、水平移動ステージ１１に載置される。テーブル１７は、図２では、取り付け前の状態で示してある。

図２から図４の二次元移動装置１では、第１バネ１３１および第２バネ１３２として板バネを使用しているので、水平移動ステージ１１の第１および第３辺はＸ方向に直角でかつ水平に保持され（すなわちＹ方向に平行に保持され）、水平移動ステージ１１の第２および第４辺はＹ方向に直角でかつ水平に保持される（すなわちＸ方向に平行に保持される）。

本発明において使用される、第１ボイスコイルモータ１２１および第２ボイスコイルモータ１２２の例を図５（Ａ），（Ｂ）により説明する。

図５（Ａ）は非磁性体（金属，樹脂等）により構成された水平移動ステージ１１に、第１ボイスコイルモータ１２１，第２ボイスコイルモータ１２２の各扁平コアＦＣをステー２１により取り付けた場合を示している。この場合には、ソレノイドコイルＳＣに流す電流Ｉの向きによらず、扁平コアＦＣは水平移動ステージ１１を押すように付勢する（付勢力をｆで示す）ことができる。

図５（Ｂ）に示すように、扁平コアＦＣとして永久磁石を使用することもできる。
この場合には、図示しない第１バネ１３１および第２バネ１３２（図１参照）として、コイルバネを使用し、コイルバネの反作用がないときの水平移動ステージ１１の位置を基台盤１４の中央に設定しておき、水平移動ステージ１１を押すように変位させたときでも、あるいは引くように変位させたときでもコイルバネの反作用が働くように構成できる。

図６は、二次元移動装置１に位置検出ユニットを搭載し、当該位置検出ユニットにより位置制御を行う例を示している。なお、図６では、説明に不要な構成要素には符号は付していない。
位置検出ユニット４は、Ｘ方向リニアスケール４１１，Ｙ方向リニアスケール４１２と、Ｘ方向位置検出器４２１，Ｙ方向位置検出器４２２とからなる。

Ｘ方向位置検出器４２１，Ｙ方向位置検出器４２１は、それぞれＸ方向リニアスケール４１１，Ｙ方向リニアスケール４１２を光学的に検出し、検出信号Ｄ１，Ｄ２を制御装置５に送出し、制御装置５は、Ｘ方向位置検出器４２１，Ｙ方向位置検出器４２１による検出結果に応じて、Ｘ方向移動用の駆動回路１６１およびＸ方向移動用の駆動回路１６２に制御信号ＣＴＲＬ１，ＣＴＲＬ２を送出する。

本発明の二次元移動装置の一実施形態を示す説明図である。 本発明の二次元移動装置の具体的例を示す斜視図である。 図２の二次元移動装置の平面図である。 （Ａ）は図３の二次元移動装置の平面図におけるＸ方向側面図、（Ｂ）は図３の二次元移動装置の平面図におけるＹ方向側面図である。 （Ａ）は扁平コイルとして磁性体を用いたボイスコイルモータの態様を示す説明図、（Ｂ）は扁平コイルとして強磁性体を用いたボイスコイルモータの態様を示す説明図である。 本発明の二次元移動装置を用いて位置制御を行う場合を示す説明図である。 従来の二次元移動装置を示す説明図である。

符号の説明

１ 二次元移動装置
４ 位置検出ユニット
５ 制御装置
１１ 水平移動ステージ
１４ 基台盤
１７ テーブル
２１，２２ ステー
３１，３２ 永久磁石
１２１ 第１ボイスコイルモータ
１２２ 第２ボイスコイルモータ
１３１ 第１バネ
１３２ 第２バネ
１４０ 基台盤の中央部
１４１，１４２，１４３ 基台盤の突出部
１５１，１５２，１５３，１５４ 拘束部材
１６１ Ｘ方向移動用駆動回路
１６２ Ｙ方向移動用駆動回路
４１１ Ｘ方向リニアスケール
４１２ Ｙ方向リニアスケール
４２１ Ｘ方向位置検出器
４２２ Ｙ方向位置検出器
１４５１，１４５２，１４５３，１４５４ 拘束部材の立上がり部

Claims (4)

1. 扁平な四角形状の水平移動ステージと、
   前記水平移動ステージの隣接する第１辺および第２辺の外側にそれぞれ設けられ、前記水平移動ステージを前記第１辺および前記第２辺に直角でかつ水平な方向にそれぞれ付勢する扁平な第１および第２ボイスコイルモータと、
   前記第１辺に対向する第３辺および前記第２辺に対向する第４辺の外側にそれぞれ設けられ、前記第１および第２ボイスコイルモータによる付勢に反作用する第１および第２バネと、
   前記水平移動ステージが載置され、前記第１および第２ボイスコイルモータが固定され、前記第１および第２バネが取り付けられた基台盤と、
   を備えたことを特徴とする二次元移動装置。
2. 前記第1ボイスコイルモータは、前記第１辺の端面に設けられた扁平コアと、前記扁平コアが前記第１辺に直角でかつ水平な方向に移動できるように前記扁平コアに巻回された扁平ソレノイドコイルとからなり、
   前記第２ボイスコイルモータは、前記第２辺の端面に設けられた扁平コアと、前記扁平コアが前記第２辺に直角でかつ水平な方向に移動できるように前記扁平コアに巻回された扁平ソレノイドコイルとからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の二次元移動装置。
3. 前記水平移動ステージの四隅の外側に、当該水平移動ステージの垂直移動を拘束するように設けられた前記基台盤から鉤形状に立ち上がる拘束部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の二次元移動装置。
4. 前記第１ボイスコイルモータは前記水平移動ステージを前記第１バネに向けて付勢し、前記第２ボイスコイルモータは前記水平移動ステージを前記第２バネに向けて付勢する請求項１から３の何れかに記載の二次元移動装置において、
   前記第１バネは、一辺が前記移動ステージの第３辺に当接し、他辺が前記基台盤に固定された上方に湾曲する板バネにより構成され、
   前記第２バネは、一辺が前記移動ステージの第４辺に当接し、他辺が前記基台盤に固定された上方に湾曲する板バネにより構成されている,
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の二次元移動装置。