专利名称：驱动装置、其应用以及包括该装置的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置。
这种装置在实践中是已知的，且可用在多种不同的应用场合，尤其用在驱动装置必须较小的应用场合，比如用在光学系统、变焦镜头、光存储系统驱动器等中。
US5225941描述了一种驱动装置，它包括一个与从动元件摩擦接合的驱动元件。摩擦接合是通过采用片簧实现的。将一个压电元件安置成与驱动元件接触以使其移动。在使用过程中，将锯齿形电压施加到压电元件上，从而使该元件膨胀的速度不同于其收缩的速度。因此，驱动元件在相反的方向上以不同的速度经历交替的运动。驱动元件仅在其低速运动中移动从动元件，而在其高速运动中不使从动元件移动，从而使从动元件产生一定的位移。
US5225941描述了另一个实施例，其包括两个驱动元件，每个驱动元件都与一个压电元件相连，其中，每个驱动元件与一个相对应的从动元件摩擦接合，以改变该从动元件的位置。在该实施例中，每个驱动元件给另一从动元件提供了导向支座。该导向支座与从动元件之间的摩擦必须相对低，以防止从动元件在其运动过程中夹紧。美国专利US6232697描述了一种可替换的驱动装置，它包括两根具有压电元件的驱动轴，其中，第一和第二压电元件的慢速和快速移动是在不同时期实施的。
已知装置的一个问题在于，一方面，固有地存在适当调节驱动元件与从动元件之间摩擦的困难，另一方面，难于选择和控制驱动元件的速度来达到从动元件进行理想运动的程度。另一个问题在于，装置发生故障的可能性较大。这样的故障会在驱动元件与从动元件之间的摩擦在使用过程中改变时产生。例如，所述摩擦的变化可能是缘于装置一定程度的污染，比如颗粒和/或灰尘不期望地出现在驱动元件与从动元件之间。此外，摩擦变化也可能是因为环境条件的改变引起的，比如湿度和/或温度的变化。
本发明的目的在于解决上述问题，尤其是提供一种故障发生可能性较小的相对紧凑的驱动装置。
本发明提供了一种驱动装置，包括至少两个驱动元件和至少一个从动元件，其中，所述至少两个驱动元件与所述至少一个从动元件摩擦接合，以移动所述从动元件，当与所述从动元件摩擦接合的多过一半的驱动元件在第一位置与第二位置之间移动时，每个从动元件与每个驱动元件之间的摩擦使得从动元件移动，而当少于一半的驱动元件移动时，所述从动元件与每个驱动元件之间的摩擦使得从动元件基本静止不动。
该驱动装置较为可靠，因为设置了至少两个优选是三个的驱动元件来使每个从动元件移动，此时采用了这些元件之间的所述摩擦。在多过一半的驱动元件分别处于运动中或不处于运动中的情况下，该摩擦使得从动元件移动或保持固定。因此，在多过一半的驱动元件不处于运动的情况下，剩下的驱动元件就可移动而不影响从动元件的位置，例如使剩下的驱动元件返回到起始位置。优选的是，设置至少三个驱动元件来与一个从动元件摩擦接合，这样当其他的驱动元件移回到起始位置上时，两个驱动元件就可将从动元件相对紧地保持在原位，从而避免了所述其他驱动元件一并将从动元件拉回。
此外，本发明的装置具有这样的优点，即，它可以被制得相对紧凑、坚固、部件较少。因此，就可将装置有利地用在所得空间较小的应用场合，比如用在某些光学系统中。
通过按适当的顺序实施下列步骤，可有利地使用本发明的驱动装置(a)多过一半的与从动元件摩擦接合的驱动元件基本同时地从第一位置移动到第二位置；(b)驱动元件在包括少于一半的驱动元件的组合中从第二位置返回到第一位置。
在步骤(a)中，从动元件是通过驱动元件移动的，因为与之接合的多过一半的驱动元件在一定程度的理想方向上同时移动。在步骤(b)中，驱动元件可收回到第一位置而不会在相反的方向上将从动元件拉回，因为包括少于一半的驱动元件的组合是一个接一个收缩的。此后，步骤(a)和(b)可重复实施，以在所述理想的方向上使从动元件在更远的距离上移动。
有利的是，设置了不止一个从动元件，它们可通过很多驱动元件独立地移动。例如，第一驱动元件可仅与第一从动元件摩擦接合，而第二驱动元件仅与第二从动元件摩擦接合。在该情况下，可设置第三驱动元件，它与第一和第二从动元件都摩擦接合。接着，通过在第一和第三驱动元件上实施步骤(a)和(b)可让第一从动元件移动，而不管第二驱动元件的情况如何。采用相同的方式，通过在第二和第三驱动元件上实施步骤(a)和(b)可让第二从动元件移动，而不管第一驱动元件的情况如何。
本发明驱动装置进一步有利的实施例在从属权利要求中阐述。
本发明还涉及一种包括本发明驱动装置的光学系统。这样的系统包括一个承载了光学部件的系统。在本发明的光学系统中，系统固定在从动元件或多个元件上。系统可用来将信息写入光盘比如CD或DVD中或从中读取信息。
现在将基于附图中所示的示范性实施例对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明第一实施例的透视图；图2是图1视图中平面II的剖视图；图3是本发明第二实施例的透视图，包括三根驱动轴和一根固定轴；图4是图3的一剖面IV，示出了与第一从动元件接合的驱动元件；图5是与图4所示剖面相似的一剖面，示出了与第二从动元件接合的驱动元件；图6是图2的一剖面VI，示出了与第三从动元件接合的驱动元件。
图1示出了一个驱动装置的实施例，包括三个驱动元件1、2、3和一个从动元件5。从动元件5包括一个圆柱形元件。驱动元件1、2、3中的每一个都与从动元件5摩擦接合，以使所述从动元件5在距离L上移动。为此，每个驱动元件都包括一个长条元件1、2、3，特别是一根轴，其部分地贯穿圆柱形从动元件5。此外，驱动轴1、2、3平行且相互邻近地按紧密压靠的排列在所述距离L上延伸。因此，三根驱动轴1、2、3共同形成一根导向轴，以在所述距离L上引导圆柱形从动元件5。可留意到现有技术文献US5225941和US6232697披露了这样的装置，即，其中每根驱动轴都仅与一个从动元件摩擦接合，以使该从动元件移动，从而产生上述问题。此外，所述现有技术披露了每根驱动轴都只用作另一从动元件的一根低摩擦导向轴，因而不能使其他从动元件运转。
三根驱动轴1、2、3通过一个支座6活动地支承在一端。驱动轴1、2、3自该支座6起相互邻近地按所述压紧排列沿着所述距离L延伸，接着在一定的距离上相互间隔开较小的角度，最后朝着第二支架9b穿过第一支架9a间隔开的孔10。每根驱动轴1、2、3都具有一个凸缘7，其被活动地布置在所述支架9a、9b间的间隙11中，如图2所示。两个支架9都具有压电元件8，它们被布置成与所述凸缘7接合，以使每根驱动轴1、2、3都独立地在较短的距离上移动，所述短距离为所述间隙11的宽度减去所述凸缘7的厚度。特别是，压电元件8可在相应凸缘7邻接第一支架9a的第一位置与相应凸缘7邻接第二支架9b的第二位置之间移动每根驱动轴1、2、3。
当三根驱动轴1、2、3中的至少两根移动时，圆柱形从动元件5与每根驱动轴1、2、3之间的摩擦使得从动元件5移动。此外，当每根驱动轴1、2、3靠自身在第一与第二位置之间移动时，每个从动元件5与每根驱动轴1、2、3之间的摩擦使得从动元件5静止不动。为此，圆柱形从动元件5可由一种弹性材料制成，这样就能弹性地与每根长条驱动轴1、2、3接合。此外，每根驱动轴1、2、3可具有特定的外表面粗糙度或平滑度，和/或从动元件5可具有一定的内表面粗糙度或平滑度，以提供理想的摩擦力。例如，从动元件5与每个驱动元件1、2、3之间的摩擦力可基本相同。从动元件5可以是载片(slide)15的一部分或可固定在其上。载片15可以是光学扫描系统的一部分，在该情况下，载片承载光学部件比如物镜。
在使用过程中，从动元件5可如下所述地朝着一对支架9在所述距离L上移动。首先，在步骤(a)中，至少两根但优选是全部三根驱动轴1、2、3基本同时地通过压电元件8在上述短距离上从所述第一位置移动到所述第二位置。因此，从动元件5通过与驱动轴1、2、3摩擦接合而被朝着第一支架9a在所述短距离上向前拉。接着，在步骤(b)中，驱动轴1、2、3连续地从第二位置返回到第一位置。因此，当一根驱动轴返回时，另外两根驱动轴限制从动元件5被所述返回的驱动轴拉回，这样从动元件5仍固定在原位。
通过重复所述步骤(a)和(b)，驱动轴1、2、3基本上可在距离L的任何一部分上移动从动元件5。从动元件与每根所述驱动轴1、2、3之间夹紧的机会是较小的，因为驱动轴1、2、3被布置成相互邻近，这样它们就共同形成一根导向轴。图1中示出的驱动装置发生故障的可能性较小，因为三根驱动轴与从动元件摩擦接合，从而执行上述步骤。特别是，在步骤(b)中，由两根不运动的驱动轴施加到从动元件5上的摩擦约束力要比由返回的驱动轴施加到其上的摩擦牵引力大得多，这样每根驱动轴就可安全地返回到第一位置，而不用改变从动元件5的位置。通过实施所述步骤(a)和(b)，同时使驱动轴1、2、3反向运动，从动元件5可在相反的方向上朝着支座6移动。
图3示出了第二实施例的一部分，其包括四根基本上平行的轴1、2、3、4，它们被布置在两个分开的紧密压靠的结构中，从而相对于一个从动元件5形成一根导向轴。在该实施例中，第一根轴1、第二根轴2和第三根轴3是以与图1中前述实施例相同的方式布置的，即，这些轴1、2、3中的每一根轴都可在所述较短距离上移动。第四根轴4是不可移动的。
四根平行的驱动轴1、2、3、4的一部分被这样压紧，即，第二根轴2和第四根轴4相互靠着，如图4和5中的剖面IV所示。而四根轴1、2、3、4的另一部分被这样压紧，即，第一根轴1和第三根轴3相互靠着，如图6中的剖面VI所示。在所述紧密压靠的结构之间，轴1、2、3、4包括一个不紧密压靠的结构。
图3的实施例可用于相互独立地移动三个从动元件5，其在图4-6中以三个从动元件5a、5b、5c示出。为此，每个从动元件5包括一部分圆柱形元件，这样该从动元件5就可仅仅与四根轴1、2、3、4中的三根轴摩擦接合，同时轴1、2、3、4中的另一根穿过圆柱部分的纵向孔。
在图4中，第一从动元件5a包围第一根驱动轴1、第二根驱动轴2以及固定轴4的部分，这样从动元件5a就与这三根轴1、2、4摩擦接合。第三根驱动轴3穿过从动元件5a的孔，这样第三根驱动轴3就不会与从动元件5a摩擦接合。所述步骤(a)和(b)仅采用第一根驱动轴1和第二根驱动轴2实施，以便移动从动元件5a。
在图5中，第二从动元件5b与第二根驱动轴2、第三根驱动轴3以及固定轴4摩擦接合。第一根驱动轴1穿过从动元件5b的孔，这样第一根驱动轴1就不与从动元件5b摩擦接合。因此，为了移动第二从动元件5b，所述步骤(a)和(b)仅采用第二根驱动轴2和第三根驱动轴3实施。该运动独立于第一从动元件5a的运动，因为第一从动元件5a在第二根驱动轴2和第三根驱动轴3的运动过程中由第一根驱动轴1和第四根驱动轴4固定就位。
图4和5示出了四根轴1-4的第一压紧结构的应用，以使两个从动元件5a、5b独立移动。图6中示出了第二压紧结构的应用。在此，第三从动元件5c与第一根驱动轴1、第三根驱动轴3以及固定轴4摩擦接合。在该情况下，第二根驱动轴2穿过从动元件5c的孔，这样第二根驱动轴2就不会与从动元件5c摩擦接合。为了移动从动元件5c，所述步骤(a)和(b)仅采用第一根驱动轴1和第三根驱动轴3实施。
由上述文字可知还可通过在运动中设定合适的驱动轴1、2、3的组合，使第一、第二和第三从动元件5a、5b、5c在理想的组合中同时运动。
尽管已经参照附图详细地描述了本发明的所示实施例，但应理解的是，本发明并不局限于其实施例。本领域的技术人员可作出各种变化或改进，而不脱离限定在权利要求中的本发明的范围或精神。
例如，每个驱动元件都可采用多种不同的方式成型。例如，每个驱动元件可包括导线、轴、杆、棒、板或此类元件和/或不同元件的组合。驱动元件可包括不同的材料，比如金属、合金、塑料或此类材料和/或其他材料的组合。
在使用过程中，每个驱动元件都可以不同的速度移动，以移动从动元件和/或在驱动元件不必移动从动元件的情况下缩回驱动元件。每个驱动元件的运动都可通过不同的部件实现，比如压电元件、电力促动器、电磁铁等。
此外，从动元件与各驱动元件之间摩擦接合的摩擦力可基本相同或不同。摩擦接合可采用不同方式提供，例如采用轴承等。
另外，装置可包括不止四根的轴，以移动数量更多的从动元件。例如，在图3中所示的实施例包括五根轴的情况下，可进行六次独立平移。在装置包括大量从动元件的情况下，装置在结构上仍较为紧凑简单，因为驱动元件的数量并未随着从动元件的数量直线上升，这与采用一个驱动元件来移动一个从动元件的所述现有装置大不相同。
此外，每个从动元件可采用多种不同的方式成型，且它可包括多种不同的材料如金属、合金、塑料或此类材料和/或其他材料的组合。
权利要求
1.一种驱动装置，包括至少两个驱动元件(1、2、3、4)和至少一个从动元件(5)，其中，所述至少两个驱动元件中的每一个都与所述至少一个从动元件(5)摩擦接合，以移动所述从动元件(5)，其中当与所述从动元件摩擦接合的多过一半的驱动元件(1、2、3、4)在第一位置与第二位置之间同时移动时，每个从动元件(5)与每个驱动元件(1、2、3、4)之间的摩擦使得从动元件移动，而当与所述从动元件摩擦接合的少于一半的驱动元件(1、2、3、4)移动时，每个从动元件(5)与每个驱动元件(1、2、3、4)之间的摩擦使得从动元件(5)基本静止不动。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，装置包括至少两个压电元件(8)，其被布置成使至少两个驱动元件(1、2、3、4)独立移动。
3.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，装置包括至少三个驱动元件(1、2、3、4)。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，装置包括至少两个从动元件(5a、5b、5c)。
5.如权利要求3和4所述的驱动装置，其特征在于，第一驱动元件仅与第一从动元件摩擦接合，第二驱动元件仅与第二从动元件摩擦接合，第三驱动元件与第一和第二从动元件摩擦接合。
6.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，装置包括至少四个驱动元件(1、2、3、4)。
7.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，装置包括至少三个从动元件(5a、5b、5c)。
8.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，驱动元件(1、2、3、4)中的每一个都至少部分地被至少一个从动元件(5a、5b、5c)的一部分包围。
9.至少如权利要求5和8所述的驱动装置，其特征在于，每个从动元件都包括基本上为圆柱形的元件的一部分。
10.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，每个驱动元件(1、2、3、4)都包括一个长条元件。
11.如前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，驱动元件在一定距离(L)上基本平行。
12.如权利要求9和10所述的驱动装置，其特征在于，长条驱动元件相互邻近地在一定距离(L)上延伸。
13.至少如权利要求1所述的驱动装置的应用，其特征在于，按适当的顺序实施使每个从动元件(5)移动的下列步骤(a)与从动元件(5)摩擦接合的多过一半的驱动元件(1、2)基本同时地从第一位置移动到第二位置；以及(b)驱动元件(1、2)在包括少于一半的驱动元件(1、2)的组合中从第二位置返回到第一位置。
14.如权利要求13所述的应用，其特征在于，所述步骤重复，直到所述从动元件(5)已在指定的距离上移动。
15.如权利要求13或14所述的应用，其特征在于，步骤(a)包括使驱动元件(1、2)从第一位置移到第二位置。
16.如权利要求13-15中任一项所述的应用，其特征在于，步骤(b)包括使驱动元件(1、2)基本上一个接一个地返回到第一位置。
17.一种包括载片和如权利要求1-13中任一项所述的驱动装置的光学系统，其特征在于，载片被固定在至少一个从动元件上。
全文摘要
一种驱动装置，包括至少两个驱动元件(1、2、3、4)和至少一个从动元件(5)，其中，所述至少两个驱动元件中的每一个都与所述至少一个从动元件(5)摩擦接合，以移动所述从动元件(5)，当与所述从动元件摩擦接合的多过一半的驱动元件(1、2、3、4)在第一位置与第二位置之间同时移动时，每个从动元件(5)与每个驱动元件(1、2、3、4)之间的摩擦使得从动元件移动，而当与所述从动元件摩擦接合的少于一半的驱动元件(1、2、3、4)移动时，每个从动元件(5)与每个驱动元件(1、2、3、4)之间的摩擦使得从动元件(5)基本静止不动。
文档编号G02B7/00GK1684792SQ03822816
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月18日 优先权日2002年9月25日
发明者G·E·罗斯马伦, W·G·奥普海伊 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司