JP4309929B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、小型で多自由度の回転駆動できるアクチュエータに関する。

従来、監視カメラ等の視線変更制御などに用いられた多自由度回転駆動機構には、いわゆるブラシレスＤＣサーボモータと同一の原理のものを組み合わせて、多自由度の回転駆動を可能にした球面アクチュエータ（特開平６−２８４６７３号公報）やカップ状のロータに永久磁石を配置して電磁モータを応用して多自由度駆動を行う球面アクチュエータ（特開２００３−３２４９３６号公報）などが提案されている。
特開平６−２８４６７３号公報 特開２００３−３２４９３６号公報

しかしながら、これらの従来構造は、以下の課題を有しており、必ずしも満足できるものではない。例えば、ロータの中心軸周りの回転駆動において、位置決めの位置が９０度ごとの間欠位置となる。また、ロータの中心軸に垂直な軸周りの回転駆動を実施した状態で、ロータの中心軸周りの回転駆動が難しい。特にロータ回転に関しては、任意の位置に精度よく位置決めすることが難しい。

本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、ロータを多自由度で回転駆動できるとともにロータを精度良く位置決めできるコンパクトな構造のアクチュエータを提供することにある。

本発明のアクチュエータは、回転対称な外形を有するロータと、前記ロータを収容する回転対称な空間を有するステータと、前記ロータと前記ステータの間に設けられた、前記ステータに対して前記ロータを前記ロータの中心軸の周りおよびこれに垂直な軸の周りに回転自由に支持している軸受とを有している。前記ロータは第１の球状表面を部分的に有し、前記ステータの前記空間は、前記第１の球状表面と同中心の第２の球状表面によって部分的に規定される。前記ロータは、前記第１の球状表面の中心を通り前記ロータの中心軸に垂直な平面と前記第１の球状表面とが交わって得られる円周に沿って設けられた複数の磁化されたロータ中央磁極と、前記ロータ中央磁極に沿って上側に設けられた磁化されたロータ上部磁極と、前記ロータ中央磁極に沿って下側に設けられた磁化されたロータ下部磁極とを有している。前記ロータ中央磁極と前記ロータ上部磁極と前記ロータ下部磁極それぞれの外周面が前記第１の球状表面上に配置されている。前記ステータは、前記ロータの周りに前記ロータ中央磁極に対向して設けられた、前記ロータ中央磁極の個数よりも多数のステータ中央磁極と、前記ステータ中央磁極の上側に設けられた少なくとも３個のステータ上部磁極と、前記ステータ中央磁極の下側に設けられた少なくとも３個のステータ下部磁極と、前記ロータ中央磁極を適宜磁化するための中央コイルと、前記ステータ上部磁極を適宜磁化するための上部コイルと、前記ステータ上部磁極を適宜磁化するための上部コイルとを有している。前記ステータ中央磁極と前記ステータ上部磁極と前記ステータ下部磁極それぞれの内周面が前記第２の球状表面上に配置されている。前記ステータの中心軸に沿った前記ステータ中央磁極の寸法は、前記ロータの中心軸に沿った前記ロータ中央磁極の寸法よりも長い。前記第１の球状表面の中心から前記ステータ上部磁極の上端と前記ステータ下部磁極の下端とに引いた２本の直線の開き角は、前記第１の球状表面の中心から前記ロータ上部磁極の上端と前記ロータ下部磁極の下端とに引いた２本の直線の開き角よりも大きく、前記第１の球状表面の中心から前記ステータ上部磁極の下端と前記ステータ下部磁極の上端とに引いた２本の直線の開き角は、前記第１の球状表面の中心から前記ロータ上部磁極の下端と前記ロータ下部磁極の上端とに引いた２本の直線の開き角よりも大きい。

本発明によれば、ロータを多自由度で回転駆動できるとともにロータを精度良く位置決めできるコンパクトな構造のアクチュエータが提供される。

＜第１実施形態＞
本実施形態のアクチュエータの構成について図１〜図４を参照して説明する。

本実施形態のアクチュエータ１００は、回転対称な外形を有するロータ１１０と、ロータ１１０を収容する回転対称な空間を有するステータ１３０と、ロータ１１０とステータ１３０の間に設けられた、ステータ１３０に対してロータ１１０をロータ１１０の中心軸の周りおよびこれに垂直な軸の周りに回転自由に支持している軸受１６０とを有している。

ロータ１１０は、ロータ本体１１１と、６個の磁化されたロータ中央磁極１２１と、ロータ中央磁極１２１の個数と同数の磁化されたロータ上部磁極１２２と、ロータ中央磁極１２１の個数と同数の磁化されたロータ下部磁極１２３とを有している。

ロータ本体１１１は、球面の中心からほぼ等距離にあり球面と交わる互いに平行な２つの平面にはさまれた球面の部分からなる球帯状の外周面１１２を有している。またロータ本体１１１は、ロータ１１０の中心軸に沿って延在する貫通孔１１３を有している。

ロータ中央磁極１２１は、ロータ本体１１１の外周面１１２上に、外周面１１２の中心を通りロータ１１０の中心軸Ａに垂直な平面とロータ本体１１１の外周面１１２とが交わって得られる円周に沿って設けられている。言い換えれば、ロータ中央磁極１２１は、ロータ１１０の中心軸Ａに垂直な平面上に位置する大円（球面をその中心を通る平面で切ったときに切り口に現れる円）に沿って設けられている。ロータ上部磁極１２２は、ロータ本体１１１の外周面１１２上に、ロータ中央磁極１２１に沿って上側に設けられている。ロータ下部磁極１２３は、ロータ本体１１１の外周面１１２上に、ロータ中央磁極１２１に沿って下側に設けられている。ここにおいて、上側と下側という用語は、それぞれ、ロータ１１０の中心を基準にして、ロータ１１０の中心軸に沿った一方の側と他方の側を言うものとする。ロータ上部磁極１２２とロータ下部磁極１２３は、ロータ１１０の中心軸に沿ってロータ中央磁極に整列している。

ロータ中央磁極１２１とロータ上部磁極１２２とロータ下部磁極１２３は、図２に示すように、それぞれ、外周面として、球状表面１２４と球状表面１２５と球状表面１２６を有している。球状表面１２４と球状表面１２５と球状表面１２６は共に球帯状の外周面１１２と同中心の球面の一部で構成されている。

本実施形態では、ロータ本体１１１の外周面１１２が球帯状であるが、必ずしもその必要はなく、ロータ１１０が部分的に球状表面を有するように、ロータ中央磁極１２１とロータ上部磁極１２２とロータ下部磁極１２３が同中心の球状表面１２４と球状表面１２５と球状表面１２６を有していればよい。たとえば、ロータ本体１１１の外周面１１２は円筒面であってもかまわない。

ステータ１３０は、図１と図２に示すように、ロータ１１０を取り囲んでいるリング状のフレーム１３１と、フレーム１３１に固定された４個の磁極ユニット１４０Ａおよび４個の磁極ユニット１４０Ｂとを有している。磁極ユニット１４０Ａと磁極ユニット１４０Ｂは互いに一個置きに角度的に等間隔で配置されている。

各磁極ユニット１４０Ａは、ステータ中央磁極１４１と、ステータ中央磁極１４１の上側に設けられたステータ上部磁極１４２と、ステータ中央磁極１４１の下側に設けられたステータ下部磁極１４３と、ロータ中央磁極１２１を適宜磁化するための中央コイル１５１と、ステータ上部磁極１４２を適宜磁化するための上部コイル１５２と、ステータ下部磁極１４３を適宜磁化するための下部コイル１５３とを有している。ここにおいて、上側と下側という用語は、ロータの場合と同様に、それぞれ、ステータ１３０の中心を基準にして、ステータ１３０の中心軸Ａに沿った一方の側と他方の側を言うものとする。ステータ上部磁極１４２とステータ下部磁極１４３は、ステータ１３０の中心軸に沿ってステータ中央磁極１４１に整列している。また、各磁極ユニット１４０Ｂは、ステータ中央磁極１４１と、ロータ中央磁極１２１を適宜磁化するための中央コイル１５１とを有している。ステータ中央磁極１４１は、ロータ１１０の周りにロータ中央磁極１２１に対向して配置されている。ステータ中央磁極１４１と中央コイル１５１は支持部材１４７によってフレーム１３１に取り付けられ、ステータ上部磁極１４２と上部コイル１５２は支持部材１４８によってフレーム１３１に取り付けられ、ステータ下部磁極１４３と下部コイル１５３は支持部材１４９によってフレーム１３１に取り付けられている。

ステータ中央磁極１４１とステータ上部磁極１４２ステータ下部磁極１４３は、それぞれ、図１に示すように、内周面として、球状表面１４４と球状表面１４５と球状表面１４６を有している。球状表面１４４と球状表面１４５と球状表面１４６は共にロータ１１０の球帯状の外周面１１２と同中心の球面の一部で構成されている。球状表面１４４と球状表面１４５と球状表面１４６は、ロータ１１０を収容する回転対称な空間を規定している。

図３に示すように、ステータ１３０の中心軸に沿ったステータ中央磁極１４１の寸法は、ロータ１１０の中心軸に沿ったロータ中央磁極１２１の寸法よりも長い。したがって、ロータ中央磁極１２１の両端は、ロータ１１０の中心Ｏからステータ中央磁極１４１の端部に引いた２本の直線の内側に位置している。ロータ１１０の中心からステータ上部磁極１４２の上端とステータ下部磁極１４３の下端とに引いた２本の直線の開き角θｓは、ロータ１１０の中心からロータ上部磁極１２２の上端とロータ下部磁極１２３の下端とに引いた２本の直線の開き角θｒよりも大きい。したがって、ロータ上部磁極１２２の上端は、ロータ１１０の中心Ｏからステータ上部磁極１４２の上端へ引いた直線よりも下方に位置し、ロータ下部磁極１２３の下端は、ロータ１１０の中心Ｏからステータ下部磁極１４３の下端へ引いた直線よりも上方に位置する。また、ロータ１１０の中心からステータ上部磁極１４２の下端とステータ下部磁極１４３の上端とに引いた２本の直線の開き角φｓは、ロータ１１０の中心からロータ上部磁極１２２の下端とロータ下部磁極１２３の上端とに引いた２本の直線の開き角φｒよりも大きい。したがって、ロータ上部磁極１２２の下端は、ロータ１１０の中心Ｏからステータ上部磁極１４２の下端へ引いた直線よりも下方に位置し、ロータ下部磁極１２３の上端は、ロータ１１０の中心Ｏからステータ下部磁極１４３の上端へ引いた直線よりも上方に位置する。

ここで、ロータ１１０の中心軸周りの回転駆動について説明する。中央コイル１５１に駆動電流を流して励磁することにより、８個のステータ中央磁極１４１と６個のロータ中央磁極１２１との間に電磁吸引力が働き、その電磁吸引力の中心軸周り方向の成分によってロータ１１０が中心軸周りに回転駆動される。次に図４を参照しながら詳しく説明する。続く説明では、ロータ１１０を挟んで対向しているステータ中央磁極１４１と中央コイル１５１を１組とし、図４に示すように、それぞれ、中央コイル１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄとステータ中央磁極１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄとする。図４においてロータ１１０を左回りに回転させるには、まず、中央コイル１５１ａに駆動電流を流す。これにより、ロータ中央磁極１２１ａとステータ中央磁極１４１ａとの間に吸引力が作用して、ロータ中央磁極１２１ａがステータ中央磁極１４１ａに吸引され、両者の対向面が互いに重なるように位置決めされる。次に、中央コイル１５１ａに駆動電流を流すのをやめ、中央コイル１５１ｄに駆動電流を流す。これにより、ステータ中央磁極１４１ｄとその近傍にあるロータ中央磁極１２１ｂとの間に吸引力が作用し、両者が引き付け合う。その結果、中央コイル１５１ａに駆動電流を流した直後の状態と比較して、ステータ中央磁極１４１ｄとロータ中央磁極１２１ｂの位相差分だけロータ１１０が左周りに回転する。続いて、中央コイル１５１ｄに駆動電流を流すのをやめ、中央コイル１５１ｃに駆動電流を流す。これにより、前述と同様に、ステータ中央磁極１４１ｃとロータ中央磁極１２１ｃの位相差分だけロータ１１０が左回りに回転する。このように、中央コイル１５１ａ→中央コイル１５１ｄ→中央コイル１５１ｃ→中央コイル１５１ｂ→中央コイル１５１ａの順番に駆動電流を流すことにより、ロータ１１０が図４において左回りに回転される。同様に、中央コイル１５１ａ→中央コイル１５１ｂ→中央コイル１５１ｃ→中央コイル１５１ｄ→中央コイル１５１ａの順番に駆動電流を流すことにより、ロータ１１０が図４において右回りに回転される。最終的に中央コイル１５１ａ〜１５１ｄのいずれかに駆動電流を流し続けることにより、ロータ１１０の中心軸周りの回転位置が位置決めされる。

このように、中心軸周りの回転駆動は中央コイル１５１に駆動電流を流して行うが、その際、各中央コイル１５１に一定のバイアス電流を流しておき、駆動電流をバイアス電流に重畳して行う。中心軸周りの回転駆動は、中央コイル１５１に流す駆動電流により生成される磁束によって行われ、磁束が相対的に強い場所に位置決めするため、共通の一定バイアス電流を中央コイル１５１に流すことは、中心軸周りの回転駆動の妨げにならない。この状態では、図３に示すように、磁極内の磁束分布はほぼ上下対称になっており、図３に示す位置に位置決めされる。

本実施形態では、ステータ上部磁極１４２とロータ上部磁極１２２との間およびステータ下部磁極１４３とロータ下部磁極１２３との間にも同様の吸引力が働くため、これらの磁極面においても回転位置決めの効果が生じる。

次に、中心軸に垂直な軸周りの駆動について説明する。上部コイル１５２と下部コイル１５３は巻き方向が同じであり、同じ向きの電流を流すと、同じ方向の磁束を生成する。上部コイル１５２と下部コイル１５３により生成される磁束は中心軸周りの回転駆動に大きな影響は与えない。

たとえば、図３の右側の磁極ユニット１４０Ａにおいては、上向きの磁束を生成させる向きの電流を上部コイル１５２と下部コイル１５３に流す。ステータ上部磁極１４２とロータ上部磁極１２２の間に流れる磁束は、上部コイル１５２により生成された磁束がバイアス電流により生成された磁束に重畳されて強め合うため多くなる。一方、ステータ下部磁極１４３とロータ下部磁極１２３の間に流れる磁束は、下部コイル１５３により生成された磁束がバイアス電流により生成された磁束に重畳され弱め合うため少なくなる。その結果、ステータ上部磁極１４２とロータ上部磁極１２２は、磁極間のエッジ効果により、両者を正対させようとする力を受ける。

一方、図３の左側の磁極ユニット１４０Ａにおいては、下向きの磁束を生成させる向きの電流を上部コイル１５２と下部コイル１５３に流す。図３の右側とは反対に、ステータ上部磁極１４２とロータ上部磁極１２２の間に流れる磁束は少なくなり、ステータ下部磁極１４３とロータ下部磁極１２３の間に流れる磁束は多くなる。その結果、ステータ下部磁極１４３とロータ下部磁極１２３は、磁極間のエッジ効果により、両者を正対させようとする力を受ける。

その結果、ロータ１１０は、中心Ｏを通り中心軸と紙面に垂直な軸周りに、左回りに回転される。

また、上部コイル１５２と下部コイル１５３に逆向きの電流を流すと、ロータ１１０は、中心Ｏを通り中心軸と紙面に垂直な軸周りに、右回りに回転される。

つまり、ロータ１１０を挟んで対向している一対の磁極ユニット１４０Ａの上部コイル１５２と下部コイル１５３に、互いに逆向きの電流を流すことにより、ロータ１１０がその中心軸に垂直な軸周り回転駆動される。

このように、本実施形態によれば、ロータを多自由度で回転駆動できるとともにロータを精度良く位置決めできるコンパクトな構造のアクチュエータが提供される。また、多自由度の回転駆動用の磁極ユニットがロータの外側に配置されるため、中空構造のロータを採用できる。

＜第２実施形態＞
本実施形態のアクチュエータの構成について図５と図６を参照して説明する。

本実施形態では、ロータ２１０は第１実施形態と同様に回転対称な外形を有している。ロータ２１０は、ロータ本体２１１と、６個の磁化されたロータ中央磁極２２１と、単一の磁化されたロータ上部磁極２２２と、単一の磁化されたロータ下部磁極２２３とを有している。ロータ本体２１１は、第１実施形態と同様に、球帯状の外周面２１２と、ロータ２１０の中心軸に沿って延在する貫通孔２１３を有している。ロータ中央磁極２２１は、第１実施形態と同様に、ロータ本体２１１の外周面２１２上に、ロータ２１０の中心軸に垂直な平面上に位置する大円に沿って設けられている。

ロータ上部磁極２２２は、ロータ本体２１１の外周面２１２上に、ロータ中央磁極２２１に沿って上側に設けられている。ロータ下部磁極２２３は、ロータ本体２１１の外周面２１２上に、ロータ中央磁極２２１に沿って下側に設けられている。ロータ中央磁極２２１とロータ上部磁極２２２とロータ下部磁極２２３は、それぞれ、球状表面２２４と球状表面２２５と球状表面２２６を有している。球状表面２２４と球状表面２２５と球状表面２２６は共に球帯状の外周面２１２と同中心の球面の一部で構成されている。

別の言い方をすれば、ロータ上部磁極２２２は、第１実施形態におけるロータ上部磁極１２２を一体化し、その外周面全体を球帯状の外周面２１２と同中心の球面の一部からなる球状表面２２５で構成した構造となっている。同様に、ロータ下部磁極２２３は、第１実施形態におけるロータ下部磁極１２３を一体化し、その外周面を球帯状の外周面２１２と同中心の球面の一部からなる球状表面２２５で構成した構造となっている。

ロータ２１０の回転の駆動方法は、中心軸周りの回転駆動も中心軸に垂直な軸周りの回転駆動も第１実施形態と同様である。

しかし、第１実施形態では、ロータ上部磁極１２２とロータ下部磁極１２３がロータ１１０の中心軸に沿ってロータ中央磁極１２１に整列しているため、中心軸に垂直な軸周りの回転駆動を行う際、その回転駆動力を発生させるステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３がそれぞれその近くに位置するロータ上部磁極１２２およびロータ下部磁極１２３と中心軸周りに関して正対していない場合、中心軸に垂直な軸周りの回転駆動力を発生させるための磁束がロータ上部磁極１２２とステータ上部磁極１４２の間およびロータ下部磁極１２３とステータ下部磁極１４３の間にも流れてしまい、中心軸周りの回転駆動力も発生してしまう。

これに対して本実施形態では、ロータ上部磁極２２２とロータ下部磁極２２３は単一構造体であるので、中心軸周りに関してステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３と必ず正対する。その結果、中心軸に垂直な軸周りの回転駆動力を生成するための磁束は、ロータ上部磁極２２２とステータ上部磁極１４２の間およびロータ下部磁極２２３とステータ下部磁極１４３の間にエッジ効果を引き起こさず、中心軸周りの回転駆動力を発生させない。その結果、中心軸周りの回転駆動における位置決め精度が向上する。

＜第３実施形態＞
本実施形態のアクチュエータの構成について図７を参照して説明する。

本実施形態では、ロータ３１０は第１実施形態と同様に回転対称な外形を有している。ロータ３１０は、ロータ本体と、６個の磁化されたロータ中央磁極３２１と、磁化されたロータ上部磁極３２２と、磁化されたロータ下部磁極とを有している。ロータ本体の構造は、第１実施形態のロータ本体１１１と同様である。ロータ中央磁極３２１は、第１実施形態と同様に、ロータ本体の外周面上に、ロータ３１０の中心軸に垂直な平面上に位置する大円に沿って設けられている。

ロータ上部磁極３２２は、ロータ中央磁極３２１に沿って上側に設けられている。ロータ上部磁極３２２は、それぞれ、ステータ中央磁極１４１の個数とロータ中央磁極３２１の個数との積算値をステータ中央磁極１４１の個数とロータ中央磁極３２１の個数の差分値で除算した数値の個数の磁極３２８で構成されている。すなわち、ロータ上部磁極３２２は、ロータ中央磁極３２１の個数をｎ１とし、ステータ中央磁極１４１の個数をｎ２として、｜（ｎ１×ｎ２）／（ｎ１−ｎ２）｜で表現される個数の磁極３２８で構成されている。ロータ上部磁極３２２は、磁極３２８が互いに連結された一体構造体として構成されてもよく、またロータ本体に固定された複数の磁極３２８の集合として構成されてもよい。

図示していないが、ロータ下部磁極は、ロータ中央磁極３２１に沿って下側に設けられている。ロータ下部磁極は、ロータ上部磁極３２２と同様の構成をしている。

ロータ中央磁極３２１とロータ上部磁極３２２とロータ下部磁極は同中心の球面の一部からなる外周面を有している。

ロータ３１０の回転の駆動方法は、中心軸周りの回転駆動も中心軸に垂直な軸周りの回転駆動も第１実施形態と同様である。

しかし、第１実施形態では、前述したように、中心軸に垂直な軸周りの回転駆動を行う際、その回転駆動力を発生させるステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３がそれぞれその近くに位置するロータ上部磁極１２２およびロータ下部磁極１２３と中心軸周りに関して正対していない場合、中心軸周りの回転駆動力も発生してしまう。

これに対して本実施形態では、ロータ上部磁極３２２とロータ下部磁極が前述の個数の磁極３２８で構成されているので、中心軸周りに関してステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３に最も近い磁極３２８はステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３と必ず正対し、また、その周辺の磁極３２８はステータ上部磁極１４２およびステータ下部磁極１４３に対して対称的に位置する。その結果、中心軸に垂直な軸周りの回転駆動力を生成するための磁束は、ロータ上部磁極３２２とステータ上部磁極１４２の間およびロータ下部磁極とステータ下部磁極１４３の間にエッジ効果を引き起こさず、中心軸周りの回転駆動力を発生させない。その結果、中心軸周りの回転駆動における位置決め精度が向上する。

＜第４実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態のアクチュエータ１００を用いて構成したカメラ装置である。このカメラ装置の構成について図８を参照して説明する。

図８に示すように、本実施形態のカメラ装置４００は、アクチュエータ１００と、対象物４３１，４３２を撮影するカメラモジュール４１０と、アクチュエータ１００を制御する制御部４２０とを有している。カメラモジュール４１０は、アクチュエータ１００のロータ１１０に装着されている。カメラモジュール４１０は、対象物４３１，４３２からの物体光を結像するレンズ４１１と、結像された光学像を取得する撮像素子４１２とを有している。アクチュエータ１００はロータ１１０を回転３軸で駆動できるので、カメラモジュール４１０の視線方向を自由に変更できる。制御部４２０は、指示情報に基づいてカメラモジュール４１０の視線方向を変更するための視線変更制御部４２１と、視線変更制御部で生成された操作信号に基づいてアクチュエータ１００を制御する駆動機構制御部４２２を有しており、指示情報４２４に基づいてロータ１１０を回転移動させることにより、カメラモジュール４１０の視線方向を変更し、カメラモジュール４１０の仰角方向と方位角方向と視線軸周りの回転角方向とを調整する。

カメラモジュール４１０によって対象物４３１を撮影する。対象物４３１からの物体光Ｐ１はカメラモジュール４１０に導かれ、レンズ４１１によって撮像素子４１２に結像される。カメラモジュール４１０の視線方向を対象物４３１から対象物４３２に切り換える場合は次の手順に従う。オペレータが、対象物４３２に関する指示情報４２４を与える。ここで指示情報４２４は、カメラモジュール４１０の仰角方向と方位角方向と視線軸周りの回転角方向とに関する情報である。視線変更制御部４２１は指示情報４２４に基づいて、カメラモジュール４１０の視線方向を変更するためにアクチュエータ１００を制御するための操作信号を生成し、これを駆動機構制御部４２２に出力する。駆動機構制御部４２２は、入力された操作信号に基づいて、ロータ１１０を駆動する。その結果、カメラモジュール４１０の視線方向が対象物４３２に切り替わり、カメラモジュール４１０によって対象物４３２を撮影する。対象物４３２からの物体光Ｐ２はカメラモジュール４１０に導かれ、レンズ４１１によって撮像素子４１２に結像される。

本実施形態のカメラ装置４００では、ロータ１１０が中空構造であるので、カメラモジュール４１０への配線処理の自由度が大きい。またアクチュエータ１００は扁平構造であるため、奥行き寸法の小さいカメラ装置が実現される。カメラ装置４００を壁配置で用いる監視カメラ装置として用いる場合でも、外観的に違和感が少ない。

＜第５実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態のアクチュエータ１００を用いて構成したホログラフィック記録装置である。このホログラフィック記録装置の構成について図９を参照して説明する。

図９に示すように、本実施形態のホログラフィック記録装置５００は、光の干渉縞パターンを記録媒体に記録し再生する装置であり、アクチュエータ１００と、アクチュエータ１００のロータ１１０に保持されたｘｙｚステージ５２０と、参照光と記録情報を含む信号光との干渉縞パターンをｘｙｚステージ５２０に保持された記録媒体５３０上に生じさせる光学系と、アクチュエータ１００を制御する制御部５４０とを有している。ｘｙｚステージ５２０はロータ１１０の貫通孔１１３内に配置されている。光学系は、光源５０１と、光源５０１からの光束Ｌ１を２つの光束Ｌ２，Ｌ３に分けるビームスプリッタ５０２と、ビームスプリッタ５０２で反射された光束Ｌ２を参照光束として記録媒体５３０に方向付けるミラー５０３と、ビームスプリッタ５０２を透過した光束Ｌ３を適宜遮断するシャッタ５０４と、シャッタ５０４を通過した光束Ｌ３を記録媒体５３０に方向付けるミラー５０５と、光束Ｌ３に記録情報を乗せて信号光の光束Ｌ４を生成する空間光変調器５０６とを有している。ｘｙｚステージ５２０は記録媒体５３０を並進３軸で直線移動し、アクチュエータ１００は回転３軸で回転移動する。制御部５４０は、ロータ１１０を回転移動させるとともにｘｙｚステージ５２０を直線移動させることにより、干渉縞パターンに対する記録媒体５３０の位置と姿勢を調整する。ホログラフィック記録装置５００はさらに再生のための光検出器５１０を有している。

記録時には、制御部５４０によってアクチュエータ１００とｘｙｚステージ５２０を駆動し、記録媒体５３０を所望の位置および姿勢（角度）に調整する。位置および姿勢（角度）の調整においては、オペレータ等による指示情報が制御部５４０にあらかじめ入力されている。光源５０１からの光束Ｌ１はビームスプリッタ５０２によって２つの光束Ｌ２，Ｌ３に分けられる。光束Ｌ２は、参照光として、ミラー５０５で反射され、記録媒体５３０に導かれる。光束Ｌ３は、シャッタ５０４を通過し、ミラー５０５で反射され、空間光変調器５０６によって記録情報が乗せられて信号光の光束Ｌ４となり、記録媒体５３０に導かれる。参照光の光束Ｌ２と信号光の光束Ｌ４は干渉縞パターンを生成し、干渉縞パターンは記録媒体５３０に記録される。信号光の光束Ｌ４に対する参照光の光束Ｌ２の相対的な入射角度は、光の干渉縞パターンを用いて記録媒体５３０に記録できる所望の角度に予め調整されている。

再生時には、シャッタ５０４を遮断状態とするとともに、アクチュエータ１００を制御してロータ１１０を駆動し、情報記録領域内の再生したい所望の位置および姿勢（角度）に記録媒体５３０を調整する。記録媒体５３０に参照光の光束Ｌ２が導かれると、参照光の光束Ｌ２は記録媒体５３０に予め記録されていた情報に基づく変化が生じ、この変化した光を光検出器５１０によって検出する。光検出器５１０によって検出された信号は、所定の手順を経て元の情報に再現される。

一般的に、ホログラフィック記録装置における多重記録方法には、記録媒体５３０の姿勢（角度）を変えて記録する角度多重記録や、記録媒体５３０の位置を移動させて記録するシフト多重記録があるが、この多重記録による記録情報の大容量化を達成するためには、記録媒体５３０を駆動する駆動機構の高機能化・高性能化が強く求められている。つまり、記録媒体５３０の多自由度駆動とともに駆動機構の高精度化・高速化・小型化・コンパクト化の要求が同時に求められる。

本実施形態のホログラフィック記録装置５００では、記録媒体５３０の多自由度駆動と記録媒体５３０とｘｙｚステージ５２０を含むロータ１１０の軽量化が同時に実現され、高速化・高精度化の実現が期待できる。その結果、ホログラフィック記録装置の多重記録および再生に係る駆動制御特性が大幅に向上し、多重記録の容量増加およびデータ転送レートの高速化が期待できるとともに、ホログラフィック記録装置全体の小形化およびコンパクト化の実現が図れる。また、ロータ１１０が中空構造であり、参照光の光路を妨げないため、少ない部品での再生に適している。

本実施形態では、光源５０１や空間光変調器５０６など、主たる構成要素のみを用いて説明したが、実際のホログラフィック記録装置においては、レンズや偏光板など、通常の光学設計で必要とされる構成要素を適宜追加して使用される。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

本実施形態では、ロータ１１０が６個のロータ中央磁極１２１を有し、ステータ１３０が８個のステータ中央磁極１４１を有しているが、これに限定されるものではなく、ロータ１１０は少なくとも２個のロータ中央磁極１２１を有していればよく、ステータ１３０はロータ中央磁極１２１の個数よりも多数のステータ中央磁極１４１を有していればよい。また、ステータ１３０が４個のステータ上部磁極１４２と４個のステータ下部磁極１４３を有しているが、これに限定されるものではなく、ステータ１３０は少なくとも３個のステータ上部磁極１４２と少なくとも３個のステータ下部磁極１４３を有していればよい。ステータ上部磁極１４２とステータ下部磁極１４３の個数がそれぞれステータ中央磁極１４１の個数の半分であるが、必ずしもその必要はなく、たとえば、両者の個数がおなじであってもよい。

第１実施形態によるアクチュエータの斜視図である。 図１とは別の角度から見た図１のアクチュエータの斜視図である。 図１のアクチュエータの縦断面を概略的に示している。 図１のアクチュエータの横断面を概略的に示している。 第２実施形態によるアクチュエータを概略的に示す平面図である。 図５に示したロータの斜視図である。 第３実施形態によるアクチュエータを概略的に示す平面図である。 第４実施形態によるカメラ視野調整装置を概念的に示している。 第５実施形態によるホログラフィック記録装置を概念的に示している。

符号の説明

１００…アクチュエータ、１１０…ロータ、１１１…ロータ本体、１１２…外周面、１１３…貫通孔、１２１，１２１ａ，１２１ｃ…ロータ中央磁極、１２２…ロータ上部磁極、１２３…ロータ下部磁極、１２４，１２５，１２６…球状表面、１３０…ステータ、１３１…フレーム、１４０Ａ，１４０Ｂ…磁極ユニット、１４１，１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ…ステータ中央磁極、１４２…ステータ上部磁極、１４３…ステータ下部磁極、１４４，１４５，１４６…球状表面、１４７，１４８，１４９…支持部材、１５１，１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ…中央コイル、１５２…上部コイル、１５３…下部コイル、１６０…軸受、２１０…ロータ、２１１…ロータ本体、２１２…外周面、２１３…貫通孔、２２１…ロータ中央磁極、２２２…ロータ上部磁極、２２３…ロータ下部磁極、２２４，２２５，２２６…球状表面、３１０…ロータ、３２１…ロータ中央磁極、３２２…ロータ上部磁極、３２８…磁極、４００…カメラ装置、４１０…カメラモジュール、４１１…レンズ、４１２…撮像素子、４２０…制御部、４２１…視線変更制御部、４２２…駆動機構制御部、４２４…指示情報、４３１…対象物、４３２…対象物、５００…ホログラフィック記録装置、５０１…光源、５０２…ビームスプリッタ、５０３…ミラー、５０４…シャッタ、５０５…ミラー、５０６…空間光変調器、５１０…光検出器、５２０…ｘｙｚステージ、５３０…記録媒体、５４０…制御部、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…光束、Ｐ１，Ｐ２…物体光。

Claims (7)

1. 第１の球状表面を部分的に有する回転対称な外形を有するロータと、
   前記第１の球状表面と同中心の第２の球状表面によって部分的に規定される前記ロータを収容する回転対称な空間を有するステータと、
   前記ロータと前記ステータの間に設けられた、前記ステータに対して前記ロータを前記ロータの中心軸の周りおよびこれに垂直な軸の周りに回転自由に支持している軸受とを備え、
   前記ロータは、前記第１の球状表面の中心を通り前記ロータの中心軸に垂直な平面と前記第１の球状表面とが交わって得られる円周に沿って設けられた複数の磁化されたロータ中央磁極と、前記ロータ中央磁極に沿って上側に設けられた磁化されたロータ上部磁極と、前記ロータ中央磁極に沿って下側に設けられた磁化されたロータ下部磁極とを有し、前記ロータ中央磁極と前記ロータ上部磁極と前記ロータ下部磁極それぞれの外周面が前記第１の球状表面上に配置されており、
   前記ステータは、前記ロータの周りに前記ロータ中央磁極に対向して設けられた、前記ロータ中央磁極の個数よりも多数のステータ中央磁極と、前記ステータ中央磁極の上側に設けられた少なくとも３個のステータ上部磁極と、前記ステータ中央磁極の下側に設けられた少なくとも３個のステータ下部磁極と、前記ロータ中央磁極を適宜磁化するための中央コイルと、前記ステータ上部磁極を適宜磁化するための上部コイルと、前記ステータ下部磁極を適宜磁化するための下部コイルとを有し、前記ステータ中央磁極と前記ステータ上部磁極と前記ステータ下部磁極それぞれの内周面が前記第２の球状表面上に配置されており、
   前記ステータの中心軸に沿った前記ステータ中央磁極の寸法は、前記ロータの中心軸に沿った前記ロータ中央磁極の寸法よりも長く、前記第１の球状表面の中心から前記ステータ上部磁極の上端と前記ステータ下部磁極の下端とに引いた２本の直線の開き角は、前記第１の球状表面の中心から前記ロータ上部磁極の上端と前記ロータ下部磁極の下端とに引いた２本の直線の開き角よりも大きく、前記第１の球状表面の中心から前記ステータ上部磁極の下端と前記ステータ下部磁極の上端とに引いた２本の直線の開き角は、前記第１の球状表面の中心から前記ロータ上部磁極の下端と前記ロータ下部磁極の上端とに引いた２本の直線の開き角よりも大きい、アクチュエータ。
2. 前記ロータは、その中心軸に沿って延在する貫通孔を有している、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ロータ上部磁極と前記ロータ下部磁極は、それぞれ、前記ロータ中央磁極の個数と同数の磁極で構成され、それらは前記ロータの中心軸に沿って前記ロータ中央磁極に整列している、請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 前記ロータ上部磁極と前記ロータ下部磁極は、それぞれ、単一の磁極で構成されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 前記ロータ上部磁極と前記ロータ下部磁極は、それぞれ、前記ステータ中央磁極の個数と前記ロータ中央磁極の個数との積算値を前記ステータ中央磁極の個数と前記ロータ中央磁極の個数の差分値で除算した数値の個数の磁極で構成されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 請求項１に記載の前記アクチュエータと、
   前記ロータに装着された、対象物を撮影するカメラモジュールと、
   指示情報に基づいて前記ロータを回転移動させることにより、前記カメラモジュールの視線方向を変更するように、前記アクチュエータを制御する制御部とを備えている、カメラ装置。
7. 光の干渉縞パターンを記録媒体に記録し再生するホログラフィック記録装置であって、
   請求項１に記載の前記アクチュエータと、
   前記ロータに設けられた、前記記録媒体を保持するｘｙｚステージと、
   参照光と記録情報を含む情報光との干渉縞パターンを前記記録媒体上に生じさせる干渉光学系と、
   前記干渉縞パターンに対する前記記録媒体の位置と姿勢を調整するように前記アクチュエータと前記ｘｙｚステージを制御する制御部とを備えている、ホログラフィック記録装置。

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