JP6030573B2 - カメラ駆動装置 - Google Patents

Description

本願は、撮像素子を含むカメラ部を、パンニング（ヨーイング）方向およびチルティング（ピッチング）方向に傾け、かつ、レンズの光軸を中心に回転（ローリング）させることが可能なカメラ駆動装置に関する。

近年市販されるビデオカメラやデジタルカメラの多くには、手振れによる撮影画像の像振れを補正する手振れ補正装置が設けられている。この手振れ補正装置は、レンズ、レンズ鏡筒、反射ミラーまたは撮像素子等をカメラの光軸に対して傾斜させるか、または、光軸に直交する平面で２次元的に移動させる。

たとえば、特許文献１は、レンズ鏡筒を１点で弾性支持し、レンズ鏡筒を光軸に対して傾斜させる構造を有する振れ補正機構を開示している。特許文献２は、ミラーをピポッド構成で支持し、光軸に対して傾斜させる手振れ補正装置を開示している。また、特許文献３は、球状のレンズ鏡筒を３点で支持し、光軸に沿って移動させるとともに傾斜させる撮像レンズユニットを開示している。

特開２００６−５３３５８号公報 特開平１１−２２０６５１号公報 特開２００８−５８３９１号公報

従来の手振れ補正装置では、補正できる振れの角度が小さかった。本願の限定的ではない例示的なある実施形態は、カメラ部をより大きな角度で３軸方向に回転可能なカメラ駆動装置を提供する。

本発明の一態様による駆動装置は、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの前記磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器とを備え、前記第２の検出器は、前記第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられている。

本発明の一態様にかかるカメラ駆動装置によれば、吸着用磁石および第１の凸状部分球面を有する可動ユニットと、磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、吸着用磁石の磁性体に対する磁気吸引力によって、可動ユニット点または線接触する固定ユニットとを備えるため、第１の凸状部分球面の球心を中心として可動ユニットを固定ユニットに対し自在に回転させることができる。また、磁気吸引力によって第１の凸状部分球面が凹部に内接した状態を維持するため、可動ユニットの回転状態によらず、接触による負荷を一定にできる。

本発明の第１の実施形態のカメラ駆動装置１６５の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態の下部可動部１０２の詳細構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。 本発明の第１の実施形態の違う角度の上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の違う角度の上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上方から見た脱落防止部材２０１の斜視図である。 本発明の第１の実施形態のカメラ部１００に搭載するレンズの光軸１０方向から見た平面図である。 本発明の第１の実施形態のカメラ部１００の直線１３方向から見た平面図である。 本発明の第１の実施形態の上方から見たカメラ部１００とベース２００を排除した可動ユニット１８０と駆動部の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の違う角度の上方から見たカメラ部１００とベース２００を排除した可動ユニット１８０と駆動部の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上方から見た固定ユニットの斜視図である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上面図である。 本発明の第１の実施形態の上光軸１０とパンニング方向回転軸１２を含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態の上面図である。 本発明の第１の実施形態の光軸１０とチルティング方向回転軸１1を含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態の上面図である。 本発明の第１の実施形態の光軸１０と直線1４を含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態のパンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態のパンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。 本発明の第１の実施形態の上面図である。 本発明の第１の実施形態のパンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における光軸１０と直線１４を含む平面での断面図である。 本発明の第１の実施形態の傾斜検出器と回転検出器を上方から見た分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態の傾斜検出器と回転検出器を上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出器を上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の回転検出器を違う角度の上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態のローリング方向２２に角度+θRに回転させた状態における回転検出器を上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態のローリング方向２２に角度-θRに回転させた状態における回転検出器を上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットと支持ボール５５の位置関係を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットの上面図である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットの光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットの上面である。 本発明の第１の実施形態の固定ユニットの光軸１０と支持ボール５５の中心を含む平面での回転断面図である。 本発明の第１の実施形態のカメラ駆動装置の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方からみた斜視図である。 本発明の第１の実施形態のカメラ駆動装置の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方からみた他の斜視図である。 本発明の第２の実施形態のカメラユニットに設ける角速度センサーの配置を示す斜視図である。 カメラユニットの実施形態を示すブロック図である。

本願発明者は従来のカメラやビデオに備えられている手ぶれ補正装置を詳細に検討した。一般に、人が静止して撮影する場合に発生する手振れ角度は、±０．３度程度であり、またその発生周波数成分は２０〜３０Ｈｚ程度であると言われている。また手振れ補正制御は、１０Ｈｚ程度の周波数帯域で行う必要があると言われている。

このように、撮影者が静止した状態でビデオカメラやデジタルカメラの撮影を行う場合、手振れ角度は比較的小さく、また、制御のための周波数も比較的低い。このため、静止時の手振れによる撮影画像の像振れを補正する従来のカメラ駆動装置は、カメラ駆動装置を構成する各部（レンズ、レンズ鏡筒、反射ミラー、撮像素子等）をレンズの光軸に対して傾斜させる傾斜角度や、光軸に直交する平面で２次元的に直線移動させる移動量が微少であるにもかかわらず、良好な手振れ補正を実現していた。

しかしながら、撮影者が歩きながら動画や静止画の撮影する歩行撮影時においては、発生する画像の振れ（以下、歩行振れと呼ぶ場合がある。歩行振れには手振れも含まれる。）の角度は、たとえば±１０度以上であり、歩行振れを補正するためには、５０Ｈｚ程度の周波数帯域で制御を行う必要があると言われている。

このように画像の振れ角度が大きくなり、より高い周波数で制御を行う場合、従来のカメラ駆動装置では、構成要素を支持する支持系および構成要素を駆動する駆動系の構成において課題がある。

たとえば、特許文献１の装置は、レンズ鏡筒を微小な角度で傾斜させるのに適しているが、±１０度を超えるような大きな角度でレンズ鏡筒を傾斜させる場合、支持している弾性体が塑性領域まで変形してしまうと考えられる。また傾斜させる角度が大きくなると、弾性体のバネ定数による負荷が非常に大きくなり、弾性体による固有振動の振幅増大係数（Ｑ値）も増大する。その結果、補正制御の位相特性やゲイン特性が悪化し、上述した周波数帯域で補正制御を行うことが困難になると考えられる。

特許文献２の装置は、画像の振れを補正するために、反射ミラーを駆動させている。しかしながら、ビデオカメラやデジタルカメラが広角レンズ系を備えている場合、光学系に反射ミラーを設けようとすれば、反射ミラーは光学系において大きな構成要素となってしまう。このため、反射ミラーは小型化が望まれるビデオカメラやデジタルカメラには適切な解決手段とは言い難い。また、磁気吸引力でミラーをピポッド支持しているため、振動や衝撃等の外乱によって、ミラーが脱落する可能性がある。

特許文献３のレンズユニットは、球状のレンズホルダーを備えているため、大きな角度でレンズホルダーを傾斜させることが可能である。しかし、レンズホルダーと、その外側に設けられたホルダーとが接触する部分の回転半径が大きいことから、可動ユニットへの摩擦負荷が増大し、動作移動距離が大きくなる。その結果、傾斜角度が大きくなると、接触摩擦負荷の変動が増大し、正確な制御が困難であると考えられる。また、レンズホルダーと外側に設けられたホルダーとの間隔を正確に制御しないと、レンズホルダーの傾斜角度を正確に制御することが困難となる。これらの部品の加工精度によっては、機械的なガタが発生し、可動ユニットの周波数応答特性に支障をきたす可能性がある。

また、特許文献１から３の装置は、レンズ等の構成要素をカメラ部の光軸を中心に回転させる構造を備えていない。従って、カメラ部の光軸を中心に高精度に大きな回転角度を制御することは困難となる。

このような従来技術の課題に鑑み、本願発明者は新規な構造を備えたカメラ駆動装置を想到した。本発明の一態様の概要は以下のとおりである。

本発明の一態様であるカメラ駆動装置は、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石と前記少なくとも１つの前記磁性体との磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器とを備え、前記第２の検出器は、前記第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられている。

前記第２の検出器は、前記可動ユニットの前記球心近傍に設けられ、かつ前記光軸に対して対称に配置された１対の回転検出用磁石と、前記固定ユニットに固定され、前記球心近傍位置まで一端が挿入される棒状のホルダーバーと、前記１対の回転検出用磁石のそれぞれに対して、対峙するように前記ホルダーバーの前記一端に固定された１対の第２の磁気センサーと、を含み、前記１対の第２の磁気センサーは、前記回転検出用磁石の回転による磁力変化を検出して、前記カメラ部の回転角度を算出する。

前記可動ユニットは、前記ホルダーバーが挿入される開口部を有し、前記開口部と前記ホルダーバーとが接触することにより前記可動ユニットの回転角度が制限される。

前記固定ユニットは、前記凹部内に位置する少なくとも３つの第２の凸状部分球面を有し、前記第２の凸状部分球面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが点接触している。

前記固定ユニットは、前記凹部の内側面を構成する凹状円錐面を有し、前記円錐面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが線接触している。

前記カメラ駆動装置は、固定ユニットに設けられ、前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記可動ユニットの移動を制限する規制面を有する脱落防止部材をさらに備え、前記規制面は、前記第１の凸状部分球面の球心と一致した中心を有する凹状部分球面を有する。

前記パンニング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された１対のパンニング駆動磁石と、前記１対のパニングング駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のパンニング磁気ヨークと、前記１対のパニング磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対のパニング駆動コイルとを含み、前記チルティング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された１対のチルティング駆動磁石と、前記１対のチルティング駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のチルティング磁気ヨークと、前記１対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対のチルティング駆動コイルとを含み、前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のパンニング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線上に設けられ、前記１対のチルティング駆動磁石および前記チルティング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通り、前記直線と直行する他の直線上に設けられ、前記第１の前記光軸方向における中心の位置は、前記凸状部分球面の球心の位置とほぼ一致している。

前記ローリング駆動部は、前記１対の前記パンニング磁気ヨークおよび前記１対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された４つのローリング駆動コイルを含み、前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石をローリング駆動磁石として用いる。

前記少なくとも１つの磁性体は、前記１対のパンニング磁気ヨークおよび前記１対のチルティング磁気ヨークである。

前記吸着用磁石は、前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石である。

前記１対のパンニング駆動コイルおよび前記１対のチルティング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれの駆動コイルを通る直線は、前記光軸に垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ａをなしており、前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石は、前記１つのパンニング駆動コイルおよび前記１対のチルティング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている。

前記１対のローリング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線は、前記光軸に垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれのローリング駆動コイルの中心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ｂをなしており、前記１対のローリング駆動磁石は、前記ローリング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている。

前記傾斜角度Ａおよび前記傾斜角度Ｂが２０度である。

前記各第２の凸状部分球面の球心と前記第１の凸状部分球面の球心とを結ぶ直線は、前記光軸に垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度の傾斜角度Ｃをなしている。

前記１対のパンニング駆動磁石、前記１対のチルティング駆動磁石および前記１対のローリング駆動磁石は、それぞれ、前記可動ユニットの内側に位置しており、前記第１の凸状部分球面において露出していない。

前記１対のパンニング駆動コイル、前記１対のチルティング駆動コイルおよび前記１対のローリング駆動コイルは、それぞれ、前記固定ユニットの内側に設けられ、前記凹部内において露出していない。

前記可動ユニットは、樹脂材料によって構成されている。

前記可動ユニットは、前記１対のパンニング駆動磁石、前記１対のチルティング駆動磁石および前記１対のローリング駆動磁石とともに一体成型されている。

前記固定ユニットは、樹脂材料によって構成されている。

前記固定ユニットは、前記１対のパンニング駆動コイル、前記１対のチルティング駆動コイル、前記１対のローリング駆動コイル、前記１対のパンニング磁気ヨーク、前記１対のチルティング磁気ヨークおよび前記１対のローリング磁気ヨークとともに一体成型されている。

前記可動ユニットの重心は前記第１の凸状部分球面の球心と一致している。

前記カメラ駆動装置は、前記カメラ部に接続され、フレキシブルケーブルによって構成された配線をさらに備え、前記配線は、前記光軸に対して線対称に配置されており、前記光軸に垂直な平面において、前記１対のチルティング駆動磁石を結ぶ線または前記１対のパンニング駆動磁石を結ぶ線に対して４５度をなす方向において、前記可動ユニットに固定されている。

前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、前記前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する。

前記第１の磁気センサーおよび前記傾斜検出用磁石は、前記光軸上に位置している。

前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された光センサーと、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面の一部に設けられた光検出パターンとを含み、前記光センサーは、前記光検出パターンの傾斜による前記光センサに入射する光の変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する。

前記光センサーおよび前記光検出パターンは、前記光軸上に位置している。

前記第２の検出器は、前記固定ユニットに固定された１対の第２の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた１対の回転検出用磁石とを含み、前記１対の第２の磁気センサーは、前記回転検出用磁石の回転による磁力変化を検出して、前記カメラ部の回転角度を算出する。

前記可動ユニットが中立の位置にあるとき、前記光軸に直交する平面において、前記１対の第２の磁気センサーと前記１対の回転検出用磁石および前記ホルダー部は、それぞれ、前記１対のパンニング駆動磁石を結ぶ直線および前記１対のチルティング駆動磁石を結ぶ直線に対して４５度の角度をなす直線上に配置されている。

前記１対の回転検出用磁石のそれぞれは、前記光軸に直交する平面において、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線に平行であり互いに逆向き方向に着磁された磁石から構成されている。

前記脱落防止部材の前記規制面と前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面との間に空隙が設けられており、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面が前記固定ユニットの前記凹部から離間しても、前記磁気吸引力によって、点または線接触の状態に戻るように前記空隙は決定されている。

本発明の一態様によるカメラユニットは、上記いずれかに規定されるカメラ駆動装置と、前記固定ユニットの直交する３軸周りの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーと、前記角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角度信号を生成する演算処理部と、前記目標回転角度信号に基づき、前記第１の駆動部および前記第２の駆動部を駆動する信号を生成する駆動回路とを備える。

本発明の一態様による光デバイス駆動装置は、光軸を有し、光を受光または発光する光デバイスと、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記光デバイスを内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石と前記少なくとも１つの磁性体との磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回動する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記光デバイスをパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記光デバイスを前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記光デバイスを前記光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記固定ユニットに対する前記光デバイスの前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器とを備え、前記第２の検出器は、前記第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられている。

本発明の一態様によるカメラ駆動装置によれば、吸着用磁石および第１の凸状部分球面を有する可動ユニットと、磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、吸着用磁石の磁性体に対する磁気吸引力によって、可動ユニット点または線接触する固定ユニットとを備えるため、第１の凸状部分球面の球心を中心として可動ユニットを固定ユニットに対し自在に回転させることができる。また、磁気吸引力によって第１の凸状部分球面が凹部に内接した状態を維持するため、可動ユニットの回転状態によらず、接触による負荷を一定にできる。

さらに、凸状部分球面を凹部と係合させるピポッド支持構造によって、可動ユニットの重心支持が実現できるため、制御周波数領域における機械的共振を大幅に抑圧することができる。

また、更に以下の効果が得られる。具体的には、脱落防止部材を備えることにより、可動ユニットに外部から衝撃受けても、可動ユニットが脱落することなく、凸状部分球面が凹部に接触した状態に復帰することができる。

さらに、可動ユニットの凸状部分球面が固定ユニットの凹状円錐面に内接するピポッド構成において、回動角度に影響しない磁気吸引力による一定の垂直抗力を付加することにより、回動角度に対する摩擦負荷変動を低減し、制御動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。

さらに脱落防止規制面を固定ユニットに固定される脱落防止部材に設けることで、可動ユニットを固定ユニットに組込む際の作業が容易となり、組立性の大幅な向上を実現できる。

さらにパンニング、チルティング方向の駆動部は、可動ユニットに固定され、かつ光軸を中心とした円周状に互いに直交配置された２対の駆動磁石と、駆動磁石に対向するよう固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の駆動コイルからなる。

さらにローディング方向の駆動部は、可動ユニットに固定され、かつ光軸を中心とした円周状に配置された１対の駆動磁石と、駆動磁石に対向するよう固定ユニットに設けられた１対の駆動コイルからなる。

また、可動ユニットに駆動磁石を搭載するムービングマグネット駆動型の構成を実現することで、可動ユニットへの駆動電流供給を削除させることができる。

また、可動ユニットの凸状部分球面と固定ユニットの脱落防止規制面との間に構成される略リング状の空隙に振動減衰用の粘性部材もしくは磁性流体を充填することにより、可動ユニットに設けられた駆動磁石と固定ユニットに設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力の磁気バネ効果による振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減でき、良好な制御特性を得ることができる。

また、可動ユニットの傾斜検出手段は、可動部の底部の光軸上に傾斜検出用磁石と、傾斜検出用磁石に対向するように固定ユニットに設けた第１の磁気センサーにより構成され、これにより可動ユニットの傾斜による傾斜検出用磁石の磁力変化を検出し、傾斜角度の算出をすることで装置の小型化を実現できる。

また、可動ユニットの回転検出手段は、可動ユニットにおける第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられ、かつカメラ部の光軸に対して対称に配置された１対の回転検出用磁石と、固定ユニットに固定され、球心近傍位置まで挿入される棒状のホルダー部と、１対の回転検出用磁石のそれぞれに対して、対峙するようにホルダー部に固定された１対の第２の磁気センサーとから構成される。これにより、回転検出用磁石の磁気変化を検出することが可能となり、特に可動ユニットの球心近傍に、１対の回転検出用磁石を設けていることから、可動部の傾斜による回転検出用磁石の移動オフセット量を減少させることが可能となる。

その結果、パンニングとチルティング方向に可動ユニットを回動した場合に通常発生するクロストーク出力を大幅に減少させることができ、可動ユニットの回動可能な範囲でローリング方向の角度のみを抽出して検出することができる。

さらに光軸の方向からみて回転検出手段をパンニング駆動部とチルティング駆動部に対して４５度をなす角度に配置し、光軸を中心とした円周上に複数の駆動部を設けて駆動モーメント力を向上するとともに、同一の円周上に回転検出手段を設けることで、装置として省スペース化を実現できる。

さらにローリング駆動部において、パンニングおよびチルティング駆動磁石をローリング駆動磁石として併用し、かつローリング駆動コイルは、パンニングおよびチルティング駆動コイルのコイル巻回方向に対して直交するようにパニングおよびチルティング磁気ヨークに巻回する十字巻き構成を有することで、装置として省スペース化・小型化と部品点数削減を実現できる。

さらに固定ユニットに固定されるパンニング、チルティングおよびローリング駆動コイルとそれぞれに対向する可動ユニットに搭載されるパンニング、チルティングおよびローリング駆動磁石は、光軸に直交し、可動ユニットの凸状部分球面の球心を含む水平面より下方に傾斜した（３０度〜４５度）高さ位置に構成することで装置の低背化を実現できる。

可動ユニットと固定ユニット間に発生させる磁気吸引力は、パンニング、チルティングおよびローリング駆動部におけるそれぞれの複数の駆動磁石と複数の磁気ヨーク間で分散して得ることができるため、可動ユニットと固定ユニット間の垂直抗力による摩擦抵抗を回動角度に依存しない一定の値にすることができる。

さらにパンニング、チルティングおよびローリング駆動磁石は、それぞれ可動ユニットに内蔵され、固定ユニットの凹状円錐面に接触する可動部の凸状部分球面にパニング、チルティングおよびローリング駆動磁石を露出させないため、可動ユニットと固定ユニット間の摩擦係数を低減できる。

さらに固定ユニットの凹状円錐面と可動部の凸状部分球面を摺動性が優れるプラスチック樹脂にすることで、可動ユニットと固定ユニット間の摩擦係数をさらに低減できる。

さらに固定ユニットの凹状円錐面と可動部の凸状部分球面との間に、少なくとも３個以上の支持ボールを介在させることで可動ユニットと固定ユニット間の摩擦係数をさらに低減できる。

さらに光軸に直交し、可動ユニットの凸状部分球面の球心を含む水平面より３０度下方に傾斜した高さ位置にパンニング、チルティングおよびローリング駆動部を構成し、かつ、水平面より４５度下方に傾斜した高さ位置に支持ボールを構成することで、可動ユニットと固定ユニット間の摩擦係数低減と装置低背化を両立させることができる。

さらに固定ユニットをプラスチック樹脂にすることで、固定ユニットをパンニング、チルティングおよびローリング駆動コイルとパンニング、チルティングおよびローリング磁気ヨークとともに一体成型することが可能となり、装置の低コスト化が実現できる。

さらに可動ユニットをプラスチック樹脂にすることで、可動ユニットをパンニング、チルティングおよびローリング駆動磁石と、回転検出用磁石と傾斜検出用磁石とともに一体成型することが可能となり、装置の低コスト化が実現できる。

さらに固定ユニットの凹状円錐面と可動部の凸状部分球面を摺動性が優れるプラスチック樹脂にすることで、可動ユニットと固定ユニット間の摩擦係数をさらに軽減できる。

さらに、可動ユニットの傾斜検出器は、固定ユニットに固定された光センサーと、可動ユニットの凸状部分球面の一部に印刷された図柄模様の傾斜による移動を検出し、パンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出することで、装置の低コスト化を実現できる。

以上のように本発明の一態様によれば、ピポッド支持構造による可動ユニットの重心支持・重心駆動を実現することで、制御周波数領域において機械的共振を大幅に抑圧することができる。さらにパンニング方向とチルティング方向に±１０度以上の大きな傾斜駆動とローリング方向に回転可能な駆動支持系を使用して、５０Hz程度までの広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現でき、歩行振れによる像振れの補正が可能な小型で堅牢なカメラ駆動装置を提供できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第１の実施形態を説明する。

図１、図２は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置１６５を示す分解斜視図であり、図３Ａ、図４Ａは、カメラ駆動装置１６５を斜め上方から見た斜視図である。

図３Ｂ、図４Ｂは、一部の構成要素である脱落防止部材２０１を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１６５を斜め上方から見た斜視図である。

図５Ａは、カメラ部１００に搭載するレンズの光軸１０方向から見た平面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す直線１３の方向から見た平面図である。

図６Ａ、図６Ｂは、カメラ部１００とカメラカバー１５０およびベース２００を取り除いた可動ユニット１８０と駆動部を上方から見た斜視図である。

図７は、上方から見た固定ユニットの斜視図である。

図８は、固定ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。

図９Ａ、図９Ｂは、カメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０とパンニング方向回転軸１２を含む平面での断面図である。

図１０Ａ、図１０Ｂは、カメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。

図１１Ａ、図１１Ｂは、カメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０と直線１４を含む平面での断面図である。

図１２Ａは、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における上方から見た斜視図である。図１２Ｂは、パンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。

図１３Ａ、図１３Ｂは、カメラ駆動装置１６５の上面図およびパンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜した合成角度θｘｙに傾斜させた状態における光軸１０と直線１４を含む平面での断面図である。

図１４は、傾斜検出器と回転検出器を上方から見た分解斜視図である。

図１５は、本発明の第１の実施形態の傾斜検出器と回転検出器を上方から見た斜視図である。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の第１の実施形態の回転検出器を違う角度の上方から見た斜視図である。

図１７Ａは、ローリング方向２２に角度+θｘｙに回転させた状態における回転検出器を上方から見た斜視図である。図１７Ｂは、ローリング方向２２に角度−θｘｙに回転させた状態における回転検出器を上方から見た斜視図である。

図１８は、固定ユニットと支持ボール５５の位置関係を示す分解斜視図である。

図１９Ａ、図１９Ｂは、固定ユニットの上面図および光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。

図２０Ａ、図２０Ｂは、固定ユニットの上面図および光軸１０と支持ボール５５の中心を含む平面での固定ユニットの回転断面図である。

図２１Ａおよび図２１Ｂは、カメラ駆動装置の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方からみた斜視図である。

これらの図を参照してカメラ駆動装置１６５の主な構成を説明する。

カメラ駆動装置１６５は、カメラ部１００と、カメラ部１００を内蔵する可動ユニット１８０と、可動ユニット１８０を支持する固定ユニットとを備える。可動ユニット１８０は、固定ユニットに対して、レンズの光軸１０を中心に回転するローリング方向２２、チルティング方向回転軸１１を中心に回転するチルティング方向２１およびパンニング方向回転軸１２を中心に回転するパンニング方向２０に自在に回転する。チルティング方向回転軸１１とパンニング方向回転軸１２とは互いに直交している。

このために、カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０をパンニング方向２０およびチルティング方向２１へ傾斜させるためのパンニング駆動部およびチルティング駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に回転させるローリング駆動部とを備える。

パンニング駆動部は、１対のパンニング駆動磁石４０１と、１対のパンニング駆動コイル３０１と、磁性体からなる１対のパンニング磁気ヨーク２０３とを含む。さらに１対のパンニング駆動コイル３０１の外側には、後述する光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動する１対のローリング駆動コイル３０３が巻回されている。

チルティング駆動部は、１対のチルティング駆動磁石４０２と、１対のチルティング駆動コイル３０２と、磁性体からなる１対のチルティング磁気ヨーク２０４とを含む。ローリング駆動部は、１対のローリング駆動磁石４０５と、１対のローリング駆動コイル３０３と、１対のローリング磁気ヨーク２０５とを含む。さらに１対のチルティング駆動コイル３０２の外側には、後述する光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動する１対のローリング駆動コイル３０３が巻回されている。

パンニング、チルティングおよびローリング駆動部による可動ユニット１８０の駆動については以下において詳細に説明する。

また、カメラ駆動装置１６５は、固定ユニットに対するカメラ部１００が搭載された可動ユニット１８０の傾斜角度およびレンズの光軸１０回りの回転角度を検出するための検出器を備える。具体的には、可動ユニット１８０の２次元の傾斜角度、つまり、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の回転角度を検出するための第１の検出器と、レンズの光軸１０回りの傾斜角度を検出するための第２の検出器とを備える。第１の検出器は、第１の磁気センサー５０１と傾斜検出用磁石４０６とを含む。第２の検出器は、可動部１８０の球心７０近傍に設けられた１対の回転検出用磁石４０３と球面部５１０Ａを有する１対の球面ヨーク５１０とバックヨーク５２０とから構成される磁気回路とベース２００に固定される１対の第２の磁気センサー５０３とを含む。検出器については、以下において詳細に説明する。

図１、図２に示すように、カメラ部１００は、撮像素子（図示せず）と、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる光軸１０を有したレンズ（図示せず）と、レンズを保持するレンズ鏡筒（図示せず）とを含む。カメラ部１００には、カメラ部１００の出力信号を外部へ出力するための配線１１０が接続されている。配線１１０は、たとえば、フレキシブルケーブルによって構成される。

固定ユニットはベース２００を含む。ベース２００は、可動ユニット１８０の少なくとも一部が遊嵌する凹部を有する。本実施形態では、凹部の内側面は凹状球面２００Ａによって構成されている。ベース２００は、さらに開口部２００Ｐ、２００Ｔと、接触面２００Ｂとを有する。

図１から図８に示すように、カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０をローリング方向２２に回転させるため、ローリング磁気ヨークとして１対のパンニング磁気ヨーク２０３と１対のチルティング磁気ヨーク２０４を併用し、それらを巻回する４個のローリング駆動コイル３０３を備える。またローリング駆動磁石として１対のパンニング駆動磁石４０１と１対のチルティング駆動磁石４０２を併用する。

図７および図８に示すようにローリング駆動コイル３０３は、１対のパンニング磁気ヨーク２０３と１対のチルティング磁気ヨーク２０４にパンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２のコイル巻回方向に対して直交するように積層巻回された十字巻き構成を有し、それぞれベース２００の開口部２００Ｐ、２００Ｔに挿入固定される。

好ましくは、ベース２００を含む固定ユニットは樹脂によって構成されている。さらに好ましくは、ベース２００を含む固定ユニットは、１対のパンニング磁気ヨーク２０３に巻回されたパンニング駆動コイル３０１とローリング駆動コイル３０３、１対のチルティング磁気ヨーク２０４に巻回されたチルティング駆動コイル３０２とローリング駆動コイル３０３と一体成型されている。また、これらの磁気ヨークに巻回された駆動コイルは、ベース２００の内側面、つまり、凹状円錐面２００Ａにおいて露出していないことが好ましい。

可動ユニット１８０はカメラカバー１５０と下部可動部１０２とを含む。カメラ部１００を内蔵するカメラカバー１５０は下部可動部１０２に固定される。

下部可動部１０２は、開口部１０２Ｈを有する壺形状を備える。下部可動部１０２は、凸状部分球面１０２Ｒを外形に有する。凸状部分球面１０２Ｒは、球面の少なくとも一部であればよく、球面全体であってもよい。凸状部分球面１０２Ｒは、球心７０を有する。図１８、図１９Ｂ、図２０Ｂに示すように、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒは、ベース２００の内側面の凹部球面２００Ａに設けられた３つの円柱凹部２００Ｆに樹脂製の支持ボールホルダー５６を介してはめ込まれた３つの支持ボール５５と点接触している。

凸状部分球面１０２Ｒは、下部可動部１０２の外側全体を覆っている。より具体的には、下部可動部１０２は、後述する第２の検出器を構成する連結棒（ホルダーバー）８０１を挿入可能な開口部１０２Ｗを有している。開口部１０２Ｗの開口範囲は、可動ユニット１８０が可動する傾斜および回転するすべての範囲において連結棒８０１が下部可動部１０２に接触することがないように設定されている。さらに、開口部１０２Ｗは、可動ユニット１８０のローテンション方向２２のストッパーとして用いられる。したがって、開口部１０２Ｗ以外の部分の表面が凸状部分球面１０２Ｒを構成している。

凸状部分球面１０２Ｒの球心７０は、下部可動部１０２のほぼ中心に位置しており、カメラ部１００の下部に位置している。

またカメラ部１００に接続された配線１１０を可動ユニット１８０において位置決めするため、下部可動部１０２に、配線１１０の一部が挿入される凹部を有する切り欠き部１０２Ｓが設けられていてもよい。

可動ユニット１８０には、傾斜検出用磁石４０６と、１対の回転検出用磁石５０３と、１対のパンニング駆動磁石４０１と、１対のチルティング駆動磁石４０２とが設けられる。凸状部分球面１０２Ｒに露出することがないよう、搭載する検出用磁石や駆動磁石は開口部１０２Ｈから下部可動部１０２の内側に配置されることが好ましい。また傾斜検出用磁石４０６は、下部可動部１０２の底部の光軸１０上に配置される。下部可動部１０２は、好ましくは摺動性が優れた樹脂によって構成される。さらに好ましくは、下部可動部１０２と傾斜検出用磁石４０６と１対のパンニング駆動磁石４０１と１対のチルティング駆動磁石４０２とが一体的に成型されている。

図９Ｂ、図１０Ｂに示すように、ベース２００の内側に設けられているパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４およびローリング磁気ヨーク２０５は磁性体からなるため、それぞれに対向するように下部可動部１０２の内側に設けられたパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２は吸着用磁石として機能し、これらの間にそれぞれ磁気吸引力が発生する。具体的には、パンニング磁気ヨーク２０３とパンニング駆動磁石４０１とに磁気吸引力Ｆ１が、チルティング磁気ヨーク２０４とチルティング駆動磁石４０２とに磁気吸引力Ｆ１が発生する。

次に図１８、図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０Ａ、図２０Ｂを用いて、支持ボール５５の配置および構成を説明する。

光軸１０の方向から見た（図１８、図１９Ａ）凹状球面２００Ａの領域において、パンニング方向回転軸１２を起点とした角度θbの間隔で３つの円柱凹部２００Ｆが配設されている。円柱凹部２００Ｆ内には支持ボールホルダー５６がそれぞれ挿入されている（図１８）。可動ユニットを均等に支持するためには、角度θbは１２０度であることが好ましい。

３つの円柱凹部２００Ｆ内の支持ホルダ５６内には、３個の支持ボール５５がそれぞれ挿入され、内側面と線接触している。支持ボール５５は凹状球面２００Ａより突出している。３つの支持ボール５５はそれぞれ凸状部分球面を有しており、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒと３つの接触ポイント１０２Ｐで接触する。

図２０Ｂに示すように、各支持ボール５５の凸状部分球面の球心、つまり、各支持ボール５５の球心と下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの球心７０とを結ぶ直線６０、６１は、光軸１０に垂直であり、凸状部分球面１０２Ｒの球心７０を通る水平面Ｐに対して、下向きに傾斜角度θｓ（傾斜角度Ｃ）をなしている。傾斜角度θｓは３０度から６０度が好ましく４５度 であることがより好ましい。

これにより下部可動部１０２は、固定ユニットに対してと３点のみで支持されるとともに支持ボール５５が回転可能となることで、可動ユニットと固定ユニットとの間に発生する摩擦を最大限に低減でき、極めて良好な可動ユニットの動特性を得ることができる。

さらに図１０Ｂに示すように、ローリング磁気ヨークとして併用するベース２００の内側に挿入されているパンニング磁気ヨーク２０３とチルティング磁気ヨーク２０４は磁性体からなるため、それぞれに対向するように下部可動部１０２の内側に設けられたローリング駆動磁石として併用するパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２との間にそれぞれ磁気吸引力Ｆ１が発生する。磁気吸引力Ｆ１は、可動ユニットの凸状部分球面１０２Ｒと３つの支持ボール５５との垂直抗力となり、かつ光軸１０方向の合成ベクトルとして磁気吸引力Ｆ２を得る。

可動ユニットを固定ユニットに対して３点のボール支持が可能となり、かつ支持ボール５５が光軸１０を中心に１２０度の角度間隔で均等に配設されていることから極めて安定な支持構成で極めた優れた動特性を実現できる。特に 傾斜角度θｓを４５度程度にすることにより、図９Ｂに示すように、磁気吸引力Ｆ２によって、支持ボール５５と支持ボールホルダー５６との円周状線接触部分が受ける力が均一となるため、可動ユニットと固定ユニット間との摩擦係数をより低減できる。

この磁気吸引力Ｆ２により、ベース２００の３つの支持ボール５５と下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの部分球面とが接触ポイント１０２Ｐで点接触しながら（図９Ｂ）、下部可動部１０２が球心７０を中心として自在に回転する。言い換えれば、接触ポイント１０２Ｐが光軸１０を中心とする円周状に３つ配置された状態で可動ユニット１８０は固定ユニットに支持される。しかし、本実施形態の特徴は、ベース２００の凹部２００Ａと下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒとを少なくとも３つの点接触によって支持することにあり、この支持を実現するための具体的な構造は支持ボールに限られない。例えば、樹脂などによって構成される３つの凸状部分球面を有する凸部によって実現することも可能である。

なお３つの支持ボール５５は、脱落防止部材２０１の脱落防止規制面２０１Ａにより、カメラ駆動装置１６５に衝撃が加わった場合においても脱落しないことはいうまでもない。これらの可動ユニット１８０の支持構成により、光軸１０に直交し、球心７０を通るパンニング方向回転軸１２を中心に回転するパンニング方向２０と、光軸１０およびパンニング方向回転軸１２に直交するチルティング方向回転軸１１を中心に回転するチルティング方向２１の２種類の傾斜方向の回転と、レンズ光軸１０を中心に回転するローリング方向２２の回転を行うことができる。

特に、下部可動部１０２が球体の一部を切り取った形状を備えているため、球心７０は、下部可動部１０２の中心かつ重心の位置と一致する。このため、可動ユニット１８０は、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に、いずれもほぼ等しいモーメントで回転し得る。その結果、可動ユニット１８０が、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２にどのように回転した状態であっても、常にほぼ同じ駆動力でパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２へさらに回転させることが可能であり、可動ユニット１８０を常に高い精度で駆動することが可能となる。

また、球心７０、つまり、可動ユニット１８０の回転中心と、可動ユニット１８０の重心とが一致するため、可動ユニット１８０がパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に回転するモーメントは非常に小さい。このため、小さな駆動力で可動ユニット１８０を中立状態に維持したり、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に回転させたりすることができる。よって、カメラ駆動装置の消費電力を低減させることができる。特に可動ユニット１８０を中立状態で維持するための必要な駆動電流をほとんどゼロにすることも可能である。

このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を内蔵する可動ユニット１８０は、重心位置である球心７０において集中的に支持される。従って、摩擦による負荷の低減や駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑圧することができる。

また、パンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２は、回動角度に影響されることなく、一定の磁気吸引力で、支持ボール５５と凸状部分球面１０２Ｒとの間に一定の垂直抗力を分散的に付加する。このため、回動角度による摩擦負荷の変動を抑制し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。

また凸状部分球面１０２Ｒを有する下部可動部１０２と支持ボールホルダー５６とをプラスチックなどの樹脂部材により構成すれば、接触する支持ボール５５と凸状部分球面１０２Ｒの摩擦をさらに低減させることが可能であり、耐摩耗性に優れた支持構造を実現できる。

カメラ駆動装置１６５は、好ましくは、可動ユニット１８０が固定ユニットから脱落しないように可動ユニット１８０の移動を制限する脱落防止部材２０１を含む（図１、図４Ｃ）。脱落防止部材２０１は、脱落防止用規制面２０１Ａを有し、可動ユニット１８０が固定ユニットから離れるように移動した場合、可動ユニット１８０の下部可動部１０２と脱落防止用規制面２０１Ａとが当接することによって可動ユニット１８０の移動を制限する（図４Ａ）。図１１Ｂに示すように、下部可動部１０２が球心７０に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、所定の空隙５０が下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒと脱落防止部材２０１の脱落防止用規制面２０１Ａとの間に設けられている。

好ましくは、脱落防止用規制面２０１Ａは、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの球心７０と一致した中心を有する凹状部分球面を有する。脱落防止部材２０１はベース２００の接触面２００Ｂに固定されている。凸状部分球面１０２Ｒと脱落防止用規制面２０１Ａとの間には、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒが接触ポイント１０２Ｐで固定ユニットの支持ボール５５に点接触した状態で空隙５０が生じている。

この空隙５０は、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒが支持ボール５５から離間しても、磁気吸引力Ｆ１により凸状部分球面１０２Ｒが支持ボール５５と接触ポイント１０２Ｐで点接触する状態へ戻ることが可能な距離に設定されている。

つまり、可動ユニット１８０が上方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、脱落防止用規制面２０１Ａと凸状部分球面１０２Ｒとが接触した状態においても、磁気吸引力Ｆ１により可動ユニット１８０は、凸状部分球面１０２Ｒが支持ボール５５と点接触する元の状態へ戻ることができる。

このため、本実施形態によれば、たとえ可動ユニット１８０が瞬間的に所定の位置から脱落した場合においても磁気吸引力Ｆ１により、即座に元の良好な支持状態に復帰することのできる耐衝撃性に優れたカメラ駆動装置を提供できる。

次に、可動ユニット１８０を駆動するための構造を詳細に説明する。

図２に示すように、下部可動部１０２には、可動ユニット１８０をパンニング方向２０に回転駆動するために、１対のパンニング駆動磁石４０１が光軸１０に対して対称に配置され、可動ユニット１８０をチルティング方向２１に回転駆動するために、１対のチルティング駆動磁石４０２が光軸１０に対して対称に配置されている。固定ユニットに設けられる構成要素について、「光軸１０に対して対称」とは、可動ユニット１８０が中立状態、つまり可動ユニット１８０が固定ユニットに対して傾斜してない状態における光軸１０を基準としている。

パンニング駆動磁石４０１は、チルティング方向回転軸１１方向に磁束を有するように１極に着磁されており、同様にチルティング駆動磁石４０２は、パンニング方向回転軸１２方向に磁束を有するように１極に着磁されている。

図１、図３Ｂ等に示し、上述したように、１対のパンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４が、１対のパンニング駆動磁石４０１および１対のチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向するように、光軸１０を中心としたベース２００の円周上にそれぞれ設けられている。

図５Ａから図８に示すように、チルティング方向回転軸１１方向にベース２００に配置された１対のパンニング磁気ヨーク２０３のそれぞれには、パンニング磁気ヨーク２０３を巻回するパンニング駆動コイル３０１が設けられ、さらにパンニング駆動コイル３０１の外側にパンニング駆動コイル３０１の巻回方向と直交するようにローリング駆動コイル３０３が設けられている。

同様にチルティング方向回転軸１１に直交するパンニング方向回転軸１２方向に配置された１対のチルティング磁気ヨーク２０４のそれぞれには、チルティング磁気ヨーク２０４を巻回するチルティング駆動コイル３０２とチルティング駆動コイル３０２の外側にチルティング駆動コイル３０２の巻回方向と直交するようにローリング駆動コイル３０３が設けられている。

言い換えれば、光軸１０を中心とする円周上に、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の駆動部がそれぞれ独立に分散して配置されている。

このような構造によれば、パンニング磁気ヨーク２０３とパンニング用磁石４０１との間の磁気ギャップ、チルティング磁気ヨーク２０４とチルティング用磁石４０２との間の磁気ギャップを均等に設けることができる。このため、それぞれの磁束密度を均等に向上させることができ、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２への駆動効率が大幅に改善される。

次に、傾斜および回転駆動部の光軸１０方向の高さ配置構成について説明する。

図９Ｂに示すように、直線３０、３１は、ベース２００に固定されるチルティング磁気ヨーク２０４に巻回されたチルティング駆動コイル３０２の巻回中心軸４０、４１と垂直であり、球心７０およびチルティング駆動コイル３０２の中心を通る。また、直線３０、３１は、中立状態にある可動ユニットの光軸１０に垂直であり、球心を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｐ（傾斜角度Ａ）をなしている。１対のチルティング駆動磁石４０２は、１対のチルティング駆動コイル３０２に対向するよう可動ユニット１８０に傾斜して配置されている。

図示しないが、ベース２００に固定されるパンニング磁気ヨーク２０３に巻回されたパンニング駆動コイル３０１の巻回中心軸と垂直であり、球心７０およびパンニング駆動コイル３０１の中心を通る直線も、中立状態にある可動ユニットの光軸１０に垂直であり、球心を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｐ（傾斜角度Ａ）をなしている。また、１対のパンニング駆動磁石４０１も、１対のパンニング駆動コイル３０１に対向するよう可動ユニット１８０に傾斜して配置されている。また、ローリング駆動コイル３０３の巻回中心軸と垂直であり、球心７０およびローリング駆動コイル３０３の中心を通る直線も、光軸１０に垂直であり、球心を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｒ（傾斜角度Ｂ）をなしている。

また、図９Ｂに示すように、巻回中心軸４０、４１が、図７、図８に示すチルティング磁気ヨーク２０４およびチルティング駆動コイル３０２をベース２００に挿入するための１対の開口部２００Ｔの中心線となる。図示しないが、パンニング磁気ヨーク２０３およびパンニング駆動コイル３０１を挿入するための１対の開口部２００Ｐの中心線もパンニング駆動コイル３０１の巻回中心軸と一致する。

上述したように、傾斜角度θｐを４５度以下に設定することにより、固定ユニットの高さを小さくし、装置の省スペースと低背化を実現できる。好ましくは、傾斜角度θｐおよび傾斜角度θｒは２０度から２５度程度であり、より好ましくは、例えば、２０度である。

１対のパンニング駆動コイル３０１に通電することにより、１対のパンニング駆動磁石４０１は偶力の電磁力を受け、下部可動部１０２、つまり可動ユニット１８０は、パンニング方向回転軸１２を中心にパンニング方向２０に回転駆動される。同様に、１対のチルティング駆動コイル３０２に通電することにより、１対のチルティング駆動磁石４０２は偶力の電磁力を受け、可動ユニット１８０は、チルティング方向回転軸１１を中心にチルティング方向２１に回転駆動される。

さらにパンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２に同時に通電することにより、カメラ部１００が搭載された可動ユニット１８０を２次元的に傾斜させることができる。図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１３Ａ、図１３Ｂは、パンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２に同時に同等の電流を通電することにより、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜し、結果としてパンニング方向２０とチルティング方向２１と４５度をなす直線１３方向に合成角度θｘｙに傾斜した状態を示したものである。

また４つのローリング駆動コイル３０３に通電することにより、可動ユニット１８０は同回転方向の電磁力を受け、可動ユニット１８０は、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動される。

このように、本実施形態は、可動ユニット１８０にパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２を設けたムービングマグネット駆動方式を採用している。この構成では、一般的に可動ユニット１８０の重量が増大するという問題が考えられる。しかし、この構成によれば、可動ユニット１８０への駆動用配線の懸架は不必要となり、カメラ部１００の電源ラインと出力信号のみを可動ユニット１８０と外部との間で伝送するだけでよい。カメラ部１００がワイヤレスカメラの場合においては、電源ラインのみでよい。また、可動ユニット１８０の重心と可動ユニット１８０の回動中心点とが一致しているため、駆動磁石を搭載することにより重量が増大しても、可動ユニット１８０の回転モーメントはさほど増大しない。このため、本実施形態によれば、重量の増大による課題を抑制しつつ、ムービングマグネット駆動方式による利点を享受できる。

次に、カメラ部１００の電源ラインおよび出力信号の伝送手段について説明する。

図１、図２、図６Ａ、図６Ｂ、図９、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、伝送手段として機能する１対の配線１１０は、光軸１０に対して線対称に配置されている。より具体的には、１対の配線１１０は、光軸１０を含み、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に対して４５度をなす平面上において、光軸１０に対して、線対称に配置されている。

図１、図２に示すように、ベース２００の接触面２００Ｃに、配線１１０を狭持して位置決めする第１の固定ホルダー１２０が固定されている。第１の固定ホルダー１２０の傾斜面１２０Ａ（図１参照）は、図１１Ｂ、図１３Ｂに示すように、光軸１０に直交し、かつ球心７０を含む水平面から下方に傾斜している。

この傾斜面１２０Ａに配線１１０の裏面が接着等でもしくは第２の固定ホルダー１３０により狭持して固定されている。さらに第１の固定ホルダー１２０をベース２００の接触面２００Ｃに固定することにより、第１の固定ホルダー１２０の傾斜面１２０Ｂ（図１、図２参照）と第２の固定ホルダー１３０で配線１１０を狭持して配線１１０が位置決めされる。

配線１１０の可動ユニット１８０への配線処理について説明する。図２に示すように、カメラカバー１５０にカメラ部１００を狭持して固定するカメラユニット固定板１６０が設けられている。１対の配線１１０は、カメラユニット固定板１６０に配線固定ホルダー１７０により固定されている。

これにより配線１１０は下方へ曲げられ、図１３Ｂに示すように可動ユニット１８０が傾斜角度θxy傾斜した状態においても配線１１０は緩やかな曲げ曲線を描くことが可能となり、配線１１０の屈曲バネ特性による下部可動部１０２への反作用低減が実現できる。

なお、可動ユニット１８０の光軸１０を中心とするローリング方向２２の回転角度は、下部可動部１０２に設けられた開口部１０２Ｗとベース２００に固定された連結棒８０１との接触によって制限される。開口部１０２Ｗに連結棒８０１が挿入されているため、開口部１０２Ｗが規定する開口の範囲で、連結棒８０１が開口部１０２Ｗを規定する壁と接触することなく可動ユニット１８０が光軸１０を中心として回転する。開口の範囲を超えて、可動ユニット１８０が回転しようとすると、連結棒８０１と開口部１０２Ｗを規定する壁が接触するため、それ以上可動ユニット１８０は回転できない。

ムービングマグネット駆動方式においては、パンニング駆動コイル３０１、チルティング駆動コイル３０２、ローリング駆動コイル３０３の発熱をパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４を介してベース２００によって冷却できるという大きな利点がある。さらに、パンニング方向２０およびチルティング方向２１への傾斜角度と、ローリング方向２２の回転角度とを２０度以上にする上では、可動ユニット１８０を小型化、軽量化できる点で有利である。一方、ムービングコイル駆動方式では駆動コイルがあまりにも肥大化し、可動ユニット１８０の重量が増加する可能性がある。

このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、下部可動部１０２、下部可動部１０２に設けられたれた凸状部分球面１０２Ｒ、脱落防止用規制面２０１Ａ、ベース２００に設けられた支持ボール５５、傾斜用駆動部および回転用駆動部、傾斜検出用磁石４０６、回転検出用磁石４０３の中心軸が、すべて支持中心であり駆動中心でもある球心７０を通るように構成でされている。

従って、可動ユニット１８０の重心が球心７０と一致し、可動ユニット１８０を重心で支持するとともに、重心を通り互いに直交する３軸回りの回転駆動を実現することができる。また、可動ユニット１８０の脱落を防止することができる。

カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０の振幅増大係数（Ｑ値）を低減するため、粘性部材（図示せず）を備えていてもよい。この場合、図９Ｂ、図１０Ｂに示すように、可動１０２の凸状部分球面１０２Ｒとベース２００の凹状球面２００Ａもしくは脱落防止部材２０１の脱落防止用規制面２０１Ａとの間に粘性部材を設ける。これにより、可動ユニット１８０に設けられるパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２とベース２００に設けられたパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４との間において傾斜および回転角度に対して発生する磁気吸引力変動の磁気バネ効果による振動の振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減でき、良好な制御特性を得ることができる。

さらに、可動ユニット１８０の全可動範囲において、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒのうち、接触ポイント１０２Ｐの軌跡が存在しない領域の表面に凸凹状形状（図示せず）を設けてもよい。凸凹状形状によって粘性部材との接触面積が拡大し、粘性抵抗の増大を図ることができ、大幅な粘性減衰特性の向上を実現できる。

次に可動ユニット１８０の傾きや回転の検出について説明する。まず、可動ユニット１８０のパンニング方向２０およびチルティング方向２１における可動ユニット１８０の傾斜角度の検出について詳細に説明する。

図１、図２、図７、図８、図１４に示すように、可動ユニット１８０の傾斜角度を検出するために、カメラ駆動装置１６５は第１の検出器である第１の磁気センサー５０１を備える。第１の磁気センサー５０１は、２軸周りの傾きあるいは回転を検出可能であり、光軸１０方向に１極に着磁された傾斜検出用磁石４０６に対向するように配置され、回路基板５０２を介して開口部２００Ｈに挿入し、ベース２００に固定されている。

また、回路基板５０２は図１、図１３Ｂに示すように３箇所で圧縮バネ６００を介してベース２００に調節ネジ６０１で固定されており、３つの調節ネジ６０１をそれぞれ回転させることにより、傾斜検出用磁石４０６と第１の磁気センサー５０１の相対的な傾きと距離を変化させる。これにより、第１の磁気センサー５０１の傾き出力信号を最適に調整することが可能となる。

第１の磁気センサー５０１の内部には、光軸１０を中心にホール素子（図示せず）がチルティング方向回転軸１１およびパンニング方向回転軸１２上にそれぞれ１対ずつ対称に配置されている。第１の磁気センサー５０１は、可動ユニット１８０のパンニング方向２０およびチルティング方向２１における傾斜動作によって生じる傾斜検出用磁石４０６の磁力変化を２軸成分としてそれぞれ差動検出し、パンニング傾斜角度およびチルティング傾斜角度を算出することができる。

このように、本実施形態によれば、傾斜検出用磁石４０６と球心７０との間隔を短くでき、傾斜角度に対して傾斜検出用磁石４０６の移動を小さくできることから第１の磁気センサー５０１の小型化が可能である。

なお、本実施形態では、第１の検出器は、第１の磁気センサー５０１と傾斜検出用磁石４０６を含んでいたが、他の構成によって第１の検出器を構成してもよい。例えば、第１の検出器は、光軸１０上において、固定ユニットに設けられた光センサーと、可動ユニット１８０に設けられた光検出パターンとを含んでいてもよい。可動ユニットが傾斜することにより、光検出パターンが傾斜するため、光センサに入射する光が変化する。光センサーがこの光の変化を検出することによりパンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出することも可能である。

図１６Ａ、図１６Ｂは、可動ユニット１８０の光軸１０回りのローリング方向２２の回転角度を検出するための第２の検出器である第２の磁気センサー５０３の配置を示す斜視図である。

第２の検出器は、基本的にはベース２００に固定された１対の第２の磁気センサー５０３と、可動ユニット１８０に固定された１対の回転検出用磁石４０３とから構成される。

可動ユニット１８０の下部可動部１０２に設けられる回転検出用の磁気回路は、直線１３方向の磁極が異なる１対の回転検出用磁石４０３と、磁性体からなる球面部５１０Ａを有する１対の球面ヨーク５１０と、磁性体からなるバックヨーク５２０と樹脂からなる検出用磁石ベース５３０とから構成され、磁気ギャップＧ（図１６Ａ）を形成する。本実施形態では、１対の回転検出用磁石４０３は、図１６Ｂに示すように光軸１０に対して対称に配置されている。

なお球面ヨーク５１０の形状を回転検出用磁石４０３で形成できれば、球面ヨーク５１０は不必要となる。つまり、部分球面１０２Ｒの球心を中心とする球面部５１０Ａが磁気ギャップＧを隔ててＮ極およびＳ極に着磁しておれば、球面ヨーク５１０を備えていなくてもよいし、また、１対の回転検出用磁石４０３が光軸１０に対して対称に位置しなくてもよい。

磁気ギャップＧを境界にして１対の球面ヨーク５１０の磁極が急峻に変化する。従って、ローリング方向２２に可動ユニット１８０が回転した場合、この磁気ギャップＧがローリング方向２２に回転することによる急峻な磁極変化を第２の磁気センサー５０３で検出することにより、ローリング方向２２の回転角度を高精度で検出することができる。

またローリング方向２２の回転検出用の磁気回路は球心７０近傍に位置するようにカメラユニット固定板１６０の下部に固定されている。

図１４、図１５および図１６Ａに示すように、回転検出用磁石４０３により磁路を形成する１対の球面ヨーク５１０に対して、所定の距離を介して対向するように設けられた１対の第２の磁気センサー５０３は、磁気センサーホルダー８００と連結棒８０１および回転検出ベース８０３を介してベース２００に対して固定される。つまり、連結棒８０１の一端に１対の第２の磁気センサー５０３が固定され、連結棒８０１のその一端が開口部１０２Ｗに挿入され、球心７０の近傍に位置している。これら第２の検出器は光軸１０と直線１３含む平面に構成され、かつ、図１６Ｂに示すように、連結棒８０１は、直線１３を含む水平面Ｐに対して球心７０を中心に角度θ_G下方傾斜している。

直線１３方向に角度θ_G下方傾斜させることにより、カメラ部１００や前述したパンニング駆動用磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２に干渉することなく第２の検出器を設けることができる。

さらに、第２の検出器が球心７０近傍に設けられていることより、パンニングおよびチルティングの傾斜による球面ヨーク５１０の移動オフセット量を大幅に減少させることが可能となり、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の傾斜によるローリング方向２２へのクロストーク信号を少なくすることができる。

これによりパンニング方向２０およびチルティング方向２１に大きく傾斜した場合においても、ローリング方向２２の回転角度検出信号のみを抽出させることが可能となる。

次に図２１Ａ、図２１Ｂを用いて、カメラ駆動装置１６５の撮影姿勢について説明する。図２１Ａは、カメラ駆動装置１６５が動作状態にある場合における撮影姿勢を示したものである。すなわち、被写体における水平基準ＨＳに対してチルティング方向回転軸１１は平行であり、かつパンニング方向回転軸１２は垂直であるカメラ駆動装置１６５の姿勢状態である。この姿勢状態においても、良好なカメラ駆動をおこなうことができる。

図２１Ｂは、被写体における水平基準ＨＳに対してチルティング方向回転軸１１は４５度傾斜し、かつパンニング方向回転軸１２も４５度傾斜しているカメラ駆動装置１６５の姿勢状態である。

この撮影姿勢状態によれば、被写体における水平基準ＨＳ方向にパンニング駆動する場合、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の両方に通電して本来のパンニング方向への駆動が可能となる利点がある。また、被写体における水平基準ＨＳに垂直な方向にチルティング駆動する場合、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の両方に通電して本来のチルティング方向への駆動が可能となる。

すなわち、利用頻度が高いと想定されるパンニングとチルティング方向への駆動に際して、２つのコイルに通電することにより実現する。

その結果、本来のパンニングとチルティング方向への駆動に対して、４５度傾斜している、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２を駆動した場合、図２１Ｂにおけるパンニング方向回転軸１２とチルティング方向回転軸１１方向への可動ユニット１８０の回転角度は、１／√２倍の回転角度となる。

従って、図２１Ｂのような撮影姿勢の場合は、利用頻度が高いと想定される本来のパンニングとチルティング方向の駆動角度が１／√２倍の回転角度となり、上述した可動ユニットに設けられた駆動磁石と固定ユニットに設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力の磁気バネ効果を低減でき、良好なカメラ駆動を実現できる。

このように、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、カメラ部のレンズの光軸上に、可動ユニットの可動部に設けられた凸状部分球面の球心と、固定ユニットの円周状に配置された指示ボールの中心軸を配置する。これにより、可動ユニットを重心で支持する構成が実現し、駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑制することができる。

また、固定ユニットの支持ボールと可動ユニットの凸状部分球面とによって構成される３点支持構成において、可動ユニットの回動角度に影響を受けにくい磁気吸引力によって、一定の垂直抗力を付加することができるため、回動角度による摩擦負荷変動を低減し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。

また、従来、磁気吸引力による支持構造に特有の大きな課題であった振動・衝撃等の外乱等による可動ユニット１８０の脱落を防止するため、固定ユニットに設けられた脱落防止部材に回動可能な所定の空隙を介して脱落防止規制面を設けている。このため装置の大型化を回避しながら確実に可動ユニットの脱落防止を実現できる。

また、可動ユニットの凸状部分球面が固定ユニットの脱落防止規制面に当接する状態まで可動ユニットが脱落した場合でも、磁気吸引力によって、可動ユニット１８０の凸状部分球面と固定ユニットの支持ボールとが再び点接触することができるように脱落防止規制面の位置が決定されている。このため、たとえ可動ユニットが瞬間的に脱落した場合においても即座に元の良好な支持状態に復帰できる極めて耐衝撃性に優れたカメラ駆動装置を提供できる。

また、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動部は、光軸と垂直な平面上において直交する２つの線上にそれぞれ配置され、可動ユニットに固定された２対の駆動磁石と、２対の駆動磁石に対向するように光軸を中心とする円周状に固定ユニットにそれぞれ配設された２対の駆動コイルとから構成される。

これらが配置される光軸方向の高さ位置は、球心を含む水平面より下方に傾斜した高さ位置に配置される。このため可動ユニットの重心を球心中心で駆動することができ、かつ低背化が可能となる。

また、可動部とベースを樹脂材料にするかもしくは凸状部分球面と支持ボールホルダーの表面部分を樹脂部材で被覆することで、低摩擦で耐摩耗性に優れた支持構造が実現する。

また、可動ユニットの凸状部分球面とベース内側面の凹状球面もしくは脱落防止規制面で形成れる空隙に粘性部材を充填することにより、可動ユニットに設けられた駆動磁石と固定ユニットに設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力変動に起因する磁気バネ効果による振動の振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減することができ、良好な制御特性を得ることができる。

また、光軸と垂直な平面において、パンニング方向回転軸およびチルティング方向回転軸に対して４５度方向に互いに逆向きに着磁された１対の回転検出磁石を可動ユニット部の球心近傍に設け、磁気変化を固定ユニットに設けた第２の磁気センサーによって検出する。

さらに第２の検出器が球心近傍に設けられていることより、パンニングおよびチルティングの傾斜による第２の検出器の移動オフセット量を大幅に減少させることが可能となり、パンニング方向およびチルティング方向の傾斜によるローリング方向へのクロストーク信号を少なくすることができる。

これによりパンニング方向およびチルティング方向に大きく傾斜した場合においても、ローリング方向の回転角度検出信号のみを抽出させることが可能となる。また、固定ユニットには、１対の第２の磁気センサーがチルティング方向回転軸またはパンニング方向回転軸に対して４５度をなす直線上に配置される。このため、光軸を中心とした円周上に駆動部と第２の磁気センサーを配置することができ、装置の小型化を実現することができる。

従って、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、例えば、パンニング方向およびチルティング方向に±１０度以上の大きな角度で可動ユニットを傾斜させ、また、ローリング方向に±１０度以上の大きな角度で可動ユニットを回転させることができる。また、５０Ｈｚ程度までの広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現できる。その結果、カメラ部の高速パンニング・チルティング・ローリング動作を実現するとともに、歩行撮影時の手振れで発生する撮影画像の像振れを補正することのできるカメラ駆動装置が実現する。また、小型で堅牢な脱落防止構造を備えるため、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強いカメラ駆動装置が実現する。

またローリング駆動コイルは、１対のパンニング磁気ヨークと１対のチルティング磁気ヨークにパンニング駆動コイルおよびチルティング駆動コイルのコイル巻回方向に対して直交するように積層巻回された十字巻き構成を有しているため、固定ユニットの省スペース化、小型化および部品点数削減を実現できる。

このように、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、カメラ部の高速パンニング・チルティング・ローリング動作を実現するとともに、歩行撮影時の手振れで発生する撮影画像の像振れを補正することのできるカメラ駆動装置が実現する。また、小型で堅牢な脱落防止構造を備えるため、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強いカメラ駆動装置が実現する。

（第２の実施形態）
本発明によるカメラユニットの実施形態を説明する。本発明の第２の実施形態のカメラユニット１７０は、カメラ駆動装置と制御部とを含み、歩行時の像振れを補正することができる。図２２は、カメラユニット１７０の主要部を示す斜視図であり、図２３はカメラユニット１７０のブロック図である。

図２２および図２３に示すように、カメラユニット１７０は、カメラ駆動装置１６５と、角速度センサー９００、９０１、９０２と、演算処理部９４と、駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒとを含む。

角速度センサー９００、９０１、９０２は、カメラ駆動装置のベース２００もしくはベース２００を固定するカメラユニット本体（図示せず）に取り付けられている。各角速度センサー９００、９０１、９０２は、図において破線で示す軸周りの角速度を検出する。具体的には、角速度センサー９００、９０１、９０２は、それぞれ、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の角速度をそれぞれ検出する。なお、図２２は３つの独立した角速度センサー９００、９０１、９０２を示しているが、３軸周りの角速度を検出できる１つの角速度センサーを用いてもよい。また、角速度センサーは、直交する３軸周りの角速度を検出できば、３軸は、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２と一致している必要はない。角速度センサーが検出する角速度の軸が、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２と一致していない場合には、演算処理部９４において、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の角速度に変換すればよい。

たとえば、撮影時の手振れによるパンニング方向２０とチルティング方向２１の振れ角は、それぞれ角速度センサー９００および９０１によって検出される。また、歩行撮影時の歩行重心移動によって発生するローリング方向２２の振れ角は角速度センサー９０２によって検出される。図２３に示すように、角速度センサー９００、９０１、９０２によって検出した振れ角に関する情報は、それぞれ、角速度信号８０ｐ、８０t、８０ｒとして出力される。

角速度信号８０ｐ、８０t、８０ｒは、演算処理部９４において演算処理を行うのに適した信号に変換される。具体的には、角速度信号８０ｐ、８０t、８０ｒはアナログ回路９１ｐ、９１ｔ、９１ｒに入力され、ノイズ成分やＤＣドリフト成分が除去される。ノイズ成分およびＤＣドリフト成分が除去された角速度信号８１ｐ、８１t、８１ｒは、増幅回路９２ｐ、９２ｔ、９２ｒに入力され、それぞれ適切な出力値の角速度信号８２ｐ、８２t、８２ｒが出力される。その後ＡＤ変換器９３ｐ、９３ｔ、９３ｒにより、それぞれデジタル信号に変換され、デジタル化された角速度信号８３ｐ、８３t、８３ｒが演算処理部９４に入力される。

演算処理部９４は、角速度を手振れの角度に変換する積分処理を行い、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の振れ角を逐次算出する。また、３軸の振れ補正処理が行われる。演算処理部９４で行われる３軸の振れ補正処理は、それぞれの角速度センサー９００、９０１、９０２で検出された角速度信号８３ｐ、８３t、８３ｒに応じて角速度を抑制するようにカメラ部１００を搭載した可動ユニットを駆動する開ループ制御である。演算処理部９４は、カメラ駆動装置１６５の周波数応答特性と位相補償およびゲイン補正等を含めた最適なデジタルの振れ補正量として逐次目標回転角度信号８４ｐ、８４ｔ、８４ｒを出力する。

目標回転角度信号８４ｐ、８４ｔ、８４ｒはＤＡ変換器９５ｐ、９５ｔ、９５ｒによりアナログ化され、アナログの目標回転角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒとして駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒに入力される。

一方、カメラ駆動装置１６５においては、カメラ部１００を搭載した可動ユニットのベース２００に対する回転角度を検出する第１および第２の磁気センサー５０１、５０３からパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の回転角度信号８６ｐ、８６t、８６ｒが出力される。回転角度信号８６ｐ、８６t、８６ｒは、アナログ回路９７ｐ、９７ｔ、９７ｒによってノイズ成分やＤＣドリフト成分が除去され、回転角度信号８７ｐ、８７t、８７ｒとなる。さらに増幅回路９８ｐ、９８ｔ、９８ｒにより適切な出力値の回転角度信号８８ｐ、８８t、８８ｒが得られる。回転角度信号８８ｐ、８８t、８８ｒは、駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒに入力される。

駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒは、目標の角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒに対して回転角度信号８８ｐ、８８t、８８ｒを帰還するフィードバック系で構成される。従って、カメラユニット１７０に外部からの力が作用しない場合は、所定の回転角度位置となるようにカメラ部１００を搭載した可動ユニットのパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の角度を制御している。目標の角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒおよび回転角度信号８８ｐ、８８t、８８ｒに基づき、パンニング駆動コイル３０１、チルティング駆動コイル３０２、ローリング駆動コイル３０３を駆動する駆動信号が駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒが出力される。これによりカメラ駆動装置１６５において、角度位置のフィードバック制御が実行され、回転角度信号８８ｐ、８８ｔ、８８ｒが目標回転角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒに等しくなるようにカメラ部１００を搭載した下部可動部１０２が駆動される。

この一連の駆動制御により、カメラ部１００の振れ補正が実施され、歩行時においても良好な安定撮影が実現可能となる。

本発明の第２の実施形態では、角速度センサーの出力を積分した回転角度信号を主とした制御系を示した。しかしＡＤ変換器を介してカメラ駆動装置の第１および第２の磁気センサー５０１、５０３からの回転角度信号８８ｐ、８８ｔ、８８ｒを演算処理部９４に取り込み、微分演算処理を行うことにより、カメラ部１００の回転角速信号を検出することも可能である。これにより、演算処理部９４において、カメラ装置の角速度信号８３ｐ、８３ｔ、８３ｒとカメラ部１００の回転角度信号を用いた角速度フィードバック系をさらに構築することができ、より高い精度で手ぶれおよび歩行振れを抑制することができる。

本発明の実施形態によるカメラ駆動装置およびカメラユニットは、従来の手振れ補正装置に比べて、より大きな角度でカメラ部を回転させることができる。このため、本発明のカメラ駆動装置およびカメラユニットは、画像処理等を用い、画像中で特定した被写体が、たとえば、画面の中央に位置するように被写体を追尾することのできるカメラ駆動装置を実現することもできる。

また、カメラ部をパンニング方向またはチルティング方向に回転させながら撮影を行い、撮影した静止画や動画を逐次合成することによって、静止画や動画の超広角撮影が可能なカメラ駆動装置を実現することができる。

なお、第１から第２の実施形態は、カメラ部を備えたカメラ駆動装置およびカメラユニットを説明したが、本発明の実施形態として、カメラ部以外の発光デバイスや受光デバイスを搭載し、３軸方向に自在に駆動し得る駆動装置を実現してもよい。例えば、カメラ部に換えて、レーザ素子や光検出素子を可動ユニットに搭載し、３軸方向に自在に駆動し得る駆動装置を実現してもよい。この場合、ローリング方向への回転が不要であれば、ローリング駆動部は設けなくてもよい。

また、第１から第２の実施形態では、吸着用磁石として、パンニング、チルティングおよびローリング駆動磁石を用い、磁性体として、パンニング、チルティングおよびローリング磁気ヨークを用いたが、カメラ駆動装置は、吸着用磁石および磁性体として、これらの駆動磁石や磁気ヨークと別の磁石および磁性体を備えていてもよい。

本願に開示されたカメラ駆動装置は、パンニング方向、チルティング方向およびローリング方向に駆動可能な構造を備えているため、歩行撮影時に撮影者の重心移動によって発生するローリング振れを含めた３軸方向の振れ補正を実現でき、ウエアラブルカメラ等、画像の振れ補正が必要な種々の撮像装置に好適に用いることができる。また高速パンニング、チルティングおよびローリング動作を必要とする被写体の高速追従カメラや監視カメラ、車載カメラなどに適している。

さらに高速パンニング動作や高速チルティング動作を行うことにより、撮影画像の高速合成を実現でき、静止画のみならず動画の超広角撮影ができるビデオカメラを提供することができる。

１０ 光軸
１１、１２ 回転軸
１３、１４ 直線
２０ パンニング方向
２１ チルティング方向
２２ ローリング方向
３０〜４５ 直線
５０ 空隙
５５ 支持ボール
７０ 球心
１００ カメラ部
１０２ 可動部
１０２Ｗ 開口部
１０２Ｒ 凸状部分球面
１６５ カメラ駆動装置
１７０ カメラユニット
２００ ベース
２００Ａ 凹状球面
２００Ｐ、２００Ｔ 開口部
２０１ 脱落防止部材
２０１Ａ 脱落防止規制面
２０３、２０４ 磁気ヨーク
３０１、３０２、３０３ 駆動コイル
４０１、４０２ 駆動用磁石
４０３ 回転検出用磁石
４０６ 傾斜検出用磁石
５０１、５０３ 磁気センサー
５１０ 球面ヨーク
５２０ バックヨーク
６００ 圧縮バネ
８００ 磁気センサーホルダー
８０１ 連結棒
８０３ 回転検出ベース

Claims (32)

1. 撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、
   少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、
   少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石と前記少なくとも１つの前記磁性体との磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
   前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、
   前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と
   を備え、
   前記第２の検出器は、前記第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられており、
   前記第２の検出器は、前記可動ユニットの前記球心近傍に設けられ、かつ前記光軸に対して対称に配置された１対の回転検出用磁石と、
   前記固定ユニットに固定され、前記球心近傍位置まで一端が挿入される棒状のホルダーバーと、
   前記１対の回転検出用磁石のそれぞれに対して、対峙するように前記ホルダーバーの前記一端に固定された１対の第２の磁気センサーとを含み、
   前記１対の第２の磁気センサーは、前記１対の回転検出用磁石の回転による磁力変化を検出して、前記カメラ部の回転角度を算出する、カメラ駆動装置。
2. 前記可動ユニットは、前記ホルダーバーが挿入される開口部を有し、前記開口部と前記ホルダーバーとが接触することにより、前記可動ユニットの回転角度が制限される請求項１に記載のカメラ駆動装置。
3. 前記固定ユニットは、前記凹部内に位置する少なくとも３つの第２の凸状部分球面を有し、前記第２の凸状部分球面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが点接触している請求項１に記載のカメラ駆動装置。
4. 前記固定ユニットは、前記凹部の内側面を構成する凹状円錐面を有し、前記円錐面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが線接触している請求項１に記載のカメラ駆動装置。
5. 固定ユニットに設けられ、前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記可動ユニットの移動を制限する規制面を有する脱落防止部材をさらに備え、
   前記規制面は、前記第１の凸状部分球面の球心と一致した中心を有する凹状部分球面を有する請求項１から４のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
6. 前記パンニング駆動部は、
   前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された１対のパンニング駆動磁石と、
   前記１対のパニングング駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のパンニング磁気ヨークと、
   前記１対のパニング磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対のパニング駆動コイルと、
   を含み、
   前記チルティング駆動部は、
   前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された１対のチルティング駆動磁石と、
   前記１対のチルティング駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のチルティング磁気ヨークと、
   前記１対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対のチルティング駆動コイルと、
   を含み、
   前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のパンニング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線上に設けられ、
   前記前記１対のチルティング駆動磁石および前記チルティング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通り、前記直線と直行する他の直線上に設けられ、
   各パンニング駆動磁石、パンニング駆動コイル、チルティング駆動磁石およびチルティング駆動コイルの記光軸方向における中心の位置は、前記第１の凸状部分球面の球心の位置とほぼ一致している請求項１から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
7. 前記ローリング駆動部は、
   前記１対の前記パンニング磁気ヨークおよび前記１対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された４つのローリング駆動コイルを含み、
   前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石をローリング駆動磁石として用いる請求項６に記載のカメラ駆動装置。
8. 前記少なくとも１つの磁性体は、前記１対のパンニング磁気ヨークおよび前記１対のチルティング磁気ヨークである請求項７に記載のカメラ駆動装置。
9. 前記少なくとも１つの吸着用磁石は、前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石である請求項７に記載のカメラ駆動装置。
10. 前記１対のパンニング駆動コイルおよび前記１対のチルティング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれの駆動コイルを通る直線は、前記光軸に垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ａをなしており、
    前記１対のパンニング駆動磁石および前記１対のチルティング駆動磁石は、前記１つのパンニング駆動コイルおよび前記１対のチルティング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている請求項６または７に記載のカメラ駆動装置。
11. 前記１対のローリング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線は、前記光軸に垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれのローリング駆動コイルの中心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ｂをなしており、
    前記１対のローリング駆動磁石は、前記ローリング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている請求項７に記載のカメラ駆動装置。
12. 前記傾斜角度Ａが２０度である請求項１０に記載のカメラ駆動装置。
13. 前記傾斜角度Ｂが２０度である請求項１１に記載のカメラ駆動装置。
14. 前記各第２の凸状部分球面の球心と前記第１の凸状部分球面の球心とを結ぶ直線は、前記光軸に垂直な前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度の傾斜角度Ｃをなしている請求項４に記載のカメラ駆動装置。
15. 前記１対のパンニング駆動磁石、前記１対のチルティング駆動磁石および前記１対のローリング駆動磁石は、それぞれ、前記可動ユニットの内側に位置しており、前記第１の凸状部分球面において露出していない請求項７に記載のカメラ駆動装置。
16. 前記１対のパンニング駆動コイル、前記１対のチルティング駆動コイルおよび前記１対のローリング駆動コイルは、それぞれ、前記固定ユニットの内側に設けられ、前記凹部内において露出していない請求項７に記載のカメラ駆動装置。
17. 前記可動ユニットは、樹脂材料によって構成されている請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
18. 前記可動ユニットは、前記１対のパンニング駆動磁石、前記１対のチルティング駆動磁石および前記１対のローリング駆動磁石とともに一体成型されている請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
19. 前記固定ユニットは、樹脂材料によって構成されている請求項１６に記載のカメラ駆動装置。
20. 前記固定ユニットは、前記１対のパンニング駆動コイル、前記１対のチルティング駆動コイル、前記１対のローリング駆動コイル、前記１対のパンニング磁気ヨーク、前記１対のチルティング磁気ヨークおよび前記１対のローリング磁気ヨークとともに一体成型されている請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
21. 前記可動ユニットの重心は前記第１の凸状部分球面の球心と一致している請求項１から６のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
22. 前記カメラ部に接続され、フレキシブルケーブルによって構成された配線をさらに備え、
    前記配線は、前記光軸に対して線対称に配置されており、前記光軸に垂直な平面において、前記１対のチルティング駆動磁石を結ぶ線または前記１対のパンニング駆動磁石を結ぶ線に対して４５度をなす方向において、前記可動ユニットに固定されている請求項６に記載のカメラ駆動装置。
23. 前記第１の検出器は、
    前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、
    前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する請求項１に記載のカメラ駆動装置。
24. 前記第１の磁気センサーおよび前記傾斜検出用磁石は、前記光軸上に位置している請求項２３に記載のカメラ駆動装置。
25. 前記第１の検出器は、
    前記固定ユニットに固定された光センサーと、
    前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面の一部に設けられた光検出パターンと
    を含み、
    前記光センサーは、前記光検出パターンの傾斜による前記光センサーに入射する光の変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する請求項１に記載のカメラ駆動装置。
26. 前記光センサーおよび前記光検出パターンは、前記光軸上に位置している請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
27. 前記可動ユニットが中立の位置にあるとき、前記光軸に直交する平面において、前記１対の第２の磁気センサーと前記１対の回転検出用磁石および前記ホルダーバーは、それぞれ、前記１対のパンニング駆動磁石を結ぶ直線および前記１対のチルティング駆動磁石を結ぶ直線に対して４５度の角度をなす直線上に配置されている請求項１に記載のカメラ駆動
    装置。
28. 前記１対の回転検出用磁石は、前記光軸に直交する平面において、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線に平行であり互いに逆向き方向に着磁された磁石から構成されている請求項１に記載のカメラ駆動装置。
29. 前記脱落防止部材の前記規制面と前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面との間に空隙が設けられており、
    前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面が前記固定ユニットの前記凹部から離間しても、前記磁気吸引力によって、点または線接触の状態に戻るように前記空隙は決定されている請求項５に記載のカメラ駆動装置。
30. 請求項１から２８のいずれかに規定されるカメラ駆動装置と、
    前記固定ユニットの直交する３軸周りの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーと、
    前記角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角度信号を生成する演算処理部と、
    前記目標回転角度信号に基づき、前記パンニング駆動部および前記チルティング駆動部を駆動する信号を生成する駆動回路と
    を備えたカメラユニット。
31. 前記カメラ部の前記光軸を中心に４５°回転させた請求項１から３０のいずれかに規定されるカメラ駆動装置と、
    前記固定ユニットの直交する３軸周りの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーと、
    前記角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角度信号を生成する演算処理部と、
    前記目標回転角度信号に基づき、前記パンニング駆動部および前記チルティング駆動部を駆動する信号を生成する駆動回路と
    を備えたカメラユニット。
32. 光軸を有し、光を受光または発光する光デバイスと、
    少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記光デバイスを内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、
    少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石と前記少なくとも１つの磁性体との磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回動する固定ユニットと、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスをパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスを前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスを前記光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
    前記固定ユニットに対する前記光デバイスの前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、
    前記ローリング方向に回転する前記光デバイスの回転角度を検出する第２の検出器と
    を備え、
    前記第２の検出器は、前記第１の凸状部分球面の前記球心近傍に設けられており、
    前記第２の検出器は、前記可動ユニットの前記球心近傍に設けられ、かつ前記光軸に対して対称に配置された１対の回転検出用磁石と、
    前記固定ユニットに固定され、前記球心近傍位置まで一端が挿入される棒状のホルダーバーと、
    前記１対の回転検出用磁石のそれぞれに対して、対峙するように前記ホルダーバーの前記一端に固定された１対の第２の磁気センサーとを含み、
    前記１対の第２の磁気センサーは、前記１対の回転検出用磁石の回転による磁力変化を検出して、前記光デバイスの回転角度を算出する、光デバイス駆動装置。

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