JP5689465B2 - カメラ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、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

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を備えているため、大きな角度でレンズホルダを傾斜させることが可能である。しかし、レンズホルダと、その外側に設けられたホルダ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、レンズホルダと外側に設けられたホルダとの間隔を正確に制御しないと、レンズホルダ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。

本願発明者は、このような従来技術の課題の少なくとも１つを解決するために、カメラ部を３軸方向に回転可能に支持する新規な構造を想到した。

本発明は、このような従来技術の課題の少なくとも１つを解決し、カメラ部を３軸方向に回転可能なカメラ駆動装置を実現することを目的とする。

本発明のカメラ駆動装置は、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、少なくとも一部が磁性体からなり、球面の少なくとも一部の形状を備えた突起部を有する固定ユニットと、前記カメラ部を支持する可動ユニットであって、前記磁性体に対して磁気吸引力を発生させる吸着用磁石、および、前記磁気吸引力により前記固定ユニットの前記突起部が遊嵌し接触する円錐形状の接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する可動ユニットと、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および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検出器と、前記光軸方向において、前記可動ユニットと所定の空隙を隔てて配置された脱落防止規制部を有し、前記固定ユニットに固定された脱落防止部材とを備える。

ある好ましい実施形態において、前記脱落防止部材は前記脱落防止規制部を４つ備え、前記４つの脱落防止規制部は、２つの対を成しており、前記二対の脱落防止規制部は、前記パンニング方向への傾斜の回転軸および前記チルティング方向への傾斜の回転軸に対してそれぞれ４５度をなし、互いに直行する２つの直線上にそれぞれ配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記パンニング駆動部は、前記球面の球心に対して対称に配置され、前記固定ユニットに固定された一対のパンニング駆動磁石と、前記パンニング駆動磁石に対向するよう可動ユニットにそれぞれ設けられた一対のパンニング駆動コイルとを含み、前記チルティング駆動部は、前記球面の球心に対して対称に配置され、前記一対のパンニング駆動磁石と直交するように前記固定ユニットに固定された一対のチルティング駆動磁石と、前記チルティング駆動磁石に対向するよう前記可動ユニットにそれぞれ設けられた一対のチルティング駆動コイルとを含み、前記パンニング駆動磁石、前記チルティング駆動磁石、前記パンニング駆動コイルおよび前記チルティング駆動コイルの中心の前記光軸方向における位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。

ある好ましい実施形態において、前記パンニング駆動部は、前記一対のパンニング駆動コイルの内側にそれぞれ位置し、前記可動ユニットに設けられた一対のパンニング磁気ヨークを含み、前記チルティング駆動部は、前記一対のチルティング駆動コイルの内側にそれぞれ位置し、前記可動ユニットに設けられた一対のチルティング磁気ヨークを含む。

ある好ましい実施形態において、前記ローリング駆動部は４つのローリング駆動コイルを含み、各ローリング駆動コイルは、前記パンニング駆動コイルの１つの前記パンニング駆動磁石に対向する側面と前記チルティング駆動コイルの１つの前記チルティング駆動磁石に対向する側面との間を橋架し、かつ、前記１つのパンニング駆動コイルの一部および前記１つのチルティング駆動コイルの一部とそれぞれ重なるように配置されており、前記４つのローリング駆動コイルと、前記パンニング駆動磁石および前記チルティング駆動磁石とによって前記ローリング駆動部が構成される。

ある好ましい実施形態において、前記パンニング磁気ヨークおよび前記チルティング磁気ヨークはローリング磁気ヨークとして機能する。

ある好ましい実施形態において、前記一対のパンニング駆動磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面であって、前記球心を通る直線上において、互いに逆向き方向に着磁され、前記一対のチルティング駆動磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面であって、前記球心を通る直線上において互いに逆向き方向に着磁され、前記光軸と直交する平面上であって、前記光軸が前記平面と交わる点を中心とする円周において、９０度隔てて隣り合う前記パンニング駆動磁石の１つおよび前記チルティング駆動磁石の１つの着磁方向は、前記球心に対して互いに逆向きである。

ある好ましい実施形態において、前記パンニング駆動コイルのそれぞれおよび前記一対のチルティング駆動コイルのそれぞれは、前記球心を含む前記レンズの光軸に直交し、前記球心を含む平面に対して面対称であり、前記光軸を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、前記略Ｖ字形状の谷部分が前記光軸に対向するように配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記一対のパンニング駆動磁石のそれぞれ、および、前記一対のチルティング駆動磁石のそれぞれは、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状部分球面形状の側面を有する。

ある好ましい実施形態において、前記検出器は、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の検出部と、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の検出部とを含む。

ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーを含み、前記第１の磁気センサーは、前記可動ユニットに設けられた前記吸着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。

ある好ましい実施形態において、前記第１の磁気センサーは、前記固定ユニットの前記突起部の先端もしくは内部に設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの前記光軸と直交し、前記球心を通る平面上において、前記球心に対して対称に配置され、前記第２の検出部は、前記可動ユニットが中立の位置にあるときの前記レンズの光軸の方向から見た場合、前記パンニング駆動部またはチルティング駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記固定ユニットに固定された一対の第２の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた一対の回転検出用磁石とを含み、前記一対の第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。

ある好ましい実施形態において、前記一対の第２の磁気センサーおよび前記一対の回転検出用磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面上であって前記球心を通る直線上において、前記球心に対して対称にそれぞれ配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記一対の回転検出用磁石のそれぞれは、前記レンズの光軸に直交する平面上であって前記球心を通る直線上において、互いに逆向き方向に着磁された２つの磁極を有し、前記２つの磁極は、前記レンズの光軸に直交する前記平面上の、前記光軸を中心とする円周上に配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記一対の第２の磁気センサーは、前記固定ユニットの前記突起部に設けられている。

ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記可動ユニットの前記接触面と前記固定ユニットの前記突起部との間に設けられた粘性部材または磁性流体をさらに備える。

ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石は、前記可動ユニットにおいて、前記レンズの光軸上に位置しており、前記光軸方向に着磁されている。

ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットの接触面が前記固定ユニットの突起部から離間しても、前記吸着用磁石の前記磁気吸引力によって、接触状態に戻るように前記空隙は決定されている。

本発明のカメラユニットは、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る。

本発明のカメラ駆動装置によれば、可動ユニットに設けられた円錐形状を有する接触面と少なくとも一部が磁性体からなり、球面の少なくとも一部の形状を備えた突起部とによってピポッド支持構造を構成しているため、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、吸着用磁石による磁気吸引力によって突起部が接触面に接触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、ピポッド支持における負荷を一定にできる。また、脱落防止規制部によって、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、突起部が接触面と接触する状態に復帰することができる。

さらに、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。

さらに回動角度に影響しない磁気吸引力で、突起部と可動ユニットの接触面のピポッド構成において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部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。

また、本発明の特定の実施形態によれば、更に以下の効果が得られる。具体的には、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、光軸を中心とする円周状に配置された互いに直交する２対の可動ユニットに固定された駆動コイルと、駆動コイルに対向するよう固定ユニットにそれぞれ配設された２対の駆動磁石からなり、かつ光軸方向の配設される高さ位置は突起部の球心の高さ位置にほぼ等しくすることで可動ユニットの重心駆動を実現するとともに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。

さらに可動ユニットに駆動コイル搭載するムービングコイル駆動型の構成を実現することで、可動ユニットの質量を軽減することが可能となり駆動効率を向上させることができる。

また、非通電時において可動ユニットに外乱として作用する磁気力が発生しないムービングコイル駆動型の構成であるため、良好な制御性を確保することができる。

さらに円錐状の接触面と接触面に遊嵌する突起部とで構成された略リング状の空間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、可動ユニットに搭載される磁気ヨークと固定ユニットに設けられた駆動磁石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。

さらに光軸の延長上に円錐状の接触面の中心軸と吸着用磁石を配設した可動ユニットと、吸着用磁石に対向するように固定ユニットに設けられた磁気センサーにより、可動ユニットの傾斜および回転による吸着用磁石の磁力変化を検出し、傾斜角度と回転角度算出をすることで、吸着用磁石が支持系への垂直抗力を付加する本来の目的に加え、角度検出用磁石として併用でき、部品点数の削減と装置の小型化を実現できる。

さらに光軸に直交し光軸と交差する方向に着磁され、かつ光軸に対して回転するローリング方向に２つの磁極を逆順に配した２つの回転検出用磁石を光軸に直交し、突起部の球心を通る直線上で球心に対して可動ユニットに対称配置させ、それぞれに対応する２つの磁気センサーで回転検出用磁石の磁気変化を差動検出する回転検出手段において、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発生するクロストーク出力をキャンセルすることができ、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角度検出手段を傾斜もしくは回転駆動手段に対して４５度をなす角度に配設し、光軸を中心とした大きな円周上に駆動手段を設けて駆動モーメント力を向上するとともに、小さな円周上に回転角度検出手段を設けて回転検出距離と回転検出用磁石および磁気センサーを小さくできることで、装置として省スペース化を実現できる。

以上のように本発明は、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。

本発明によるカメラ駆動装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 実施形態のカメラ装置を上方から見た斜視図である。 カメラ部１００と脱落防止部材２０１とを取り除いた状態にある実施形態のカメラ装置を上方から見た斜視図である。 実施形態のカメラ装置を上から見た平面図である。 実施形態のカメラ装置におけるカメラ部１００を除く可動ユニットの斜視図である。 実施形態のカメラ装置におけるカメラ部１００を除く可動ユニットの分解斜視図である。 実施形態のカメラ装置における光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での部分断面図である。 実施形態のカメラ装置の光軸１０と直線１７を含む平面での部分断面図である。 カメラ部１００と脱落防止部材２０１を取り除いた状態にある実施形態のカメラ装置を上方から見た分解斜視図であって、ローリング方向の駆動原理を示している。 カメラ部をパンニング方向へ角度θ傾斜させた状態における実施形態のカメラ装置の斜視図である。 カメラ部をパンニング方向へ角度θ傾斜させた状態における実施形態のカメラ装置の、光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での部分断面図である。 実施形態のカメラ装置のローリング方向の回転検出部を示す分解斜視図である。 ローリング方向の回転検出部近傍の構造の、光軸１０および直線１３を含む平面での断面図である。 ローリング方向の回転検出部近傍の構造の、直線１３および直線１７を含む平面での断面図である。 本発明のカメラユニットの一実施形態に設ける角速度センサーの配置を示す斜視図である。 カメラユニットの一実施形態を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の一実施形態を説明する。図１は、本発明によるカメラ駆動装置の一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２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３は、一部の構成要素（カメラ部１００と脱落防止部材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４は、図３の状態におけるカメラ駆動装置１６５を上方から見た平面図である。

図５は、カメラ部１００を除く可動ユニットを斜め上方から見た斜視図である。図６は、カメラ部１００を除く可動ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。

図７は、カメラ駆動装置１６５の、光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での部分断面図である。図８は、カメラ駆動装置１６５の、光軸１０および直線１７（チルティング方向回転軸１１と４５度をなす）を含む平面での部分断面図である。

図９は、カメラ部１００および脱落防止部材２０１を取り除いたカメラ駆動装置１６５の分解斜視図であって、ローリング方向の駆動原理を示している。

これらの図を参照しながらカメラ駆動装置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を支持する可動ユニットと、固定ユニットとを備える。可動ユニットは、固定ユニットに対して、レンズ１０１ａ（後述する）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。

図１に示すように、カメラ部１００は被写体を撮影し、被写体像の電気信号を生成する。より具体的には、カメラ部１００は、撮像素子１０１ｂと、撮像素子１０１ｂ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１０１ａ（図示せず）と、レンズ１０１ａを保持するレンズ鏡筒１０１ｃとを含み、撮像素子の撮像面に形成された像を電気信号に変換する。

固定部ユニットは、ベース２００と、突起部２０２とを含む。図７に示すように、突起部２０２は、光軸１０の軸上にある球心２０２Ａを有する球面の少なくとも一部の形状を有している。以下、球面の少なくとも一部の形状を有する部分を部分球面という。

図１および図７に示すように、突起部２０２は、ベース２００に固定されている。

また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起部２０２は、ベース２００側に開口部２０２Ｆを有する円筒状の構造をなしており、さらに突起部２０２の光軸１０の軸上の先端部分には、先端開口部２０２Ｈを有している。突起部２０２の先端部分には、開口部２０２Ｆより挿入された磁気センサー５０１が光軸１０の軸上に内設され、先端開口部２０２Ｈの領域において磁気センサー５０１の上部が開放されている。

可動ユニットの中心部分を構成する可動部１０２は、固定面１０２Ｄに固定された吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、円錐形状の内側面であり、先端が上方に位置するように可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端近傍に位置し、可動部１０２の上部に配置される。可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。

図７に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃが形成する空間内に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、上部に設けられた吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより、突起部２０２は接触面１０２Ｃと接触し、遊嵌する。好ましくは、カメラ部１００を支持する可動ユニットの重心は固定ユニットの突起２０２に支持された状態で球心２０２Ａと一致している。

これにより、可動部１０２は、円錐状の接触面１０２Ｃと突起部２０２の部分球面とが接触しながら、球面の球心２０２Ａに対して、自在に回転する。

より具体的には、図1に示すように、光軸１０に直交し球心２０２Ａ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１０１ａの光軸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。

このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を支持した可動ユニットが、固定ユニットによって、球心２０２Ａを中心に回転自在に支持され、かつ、カメラ部１００を支持した可動ユニットの重心が球心２０２Ａに一致する。このため、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、吸着用磁石４０４は、回動角度に影響されることなく、一定の磁気吸引力Ｆで、突起部２０２と円錐状の接触面１０２Ｃとの間に一定の垂直抗力を付加する。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。

また突起部２０２の表層部分を樹脂部材（図示せず）で被覆すれば、接触する円錐状の接触面１０２Ｃと突起部２０２と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。

固定ユニットは、可動ユニットが固定ユニットから脱落しないように、脱落防止構造を備える。具体的には、図１、図２、図７に示すように、リング状の脱落防止部材２０１が、４つの連結部材２１０を介して固定ユニットのベース２００に固定されている。図１に示すように、脱落防止部材２０１は、リングの中心、つまり、光軸１０に向かって伸びる４つの突起状の脱落防止規制部２０１Ａを含む。４つの脱落防止規制部２０１Ａは、２つの対を構成している。

図８に示すように、脱落防止規制部２０１Ａは、可動部１０２の一部と光軸１０方向において所定の空隙５０を設けて配置されている。脱落防止規制部２０１Ａは、可動部１０２と当接することによって、可動ユニットが、所定の角度以上に回転するのを防止したり、外部からの衝撃によって、可動ユニットの接触面１０２Ｃが突起部２０２から離れた場合に、可動ユニットが固定ユニットから離脱するのを防止する。

図１に示すように、４つの脱落防止規制部２０１Ａは、パンニング方向回転軸１２およびチルティング方向回転軸１１に対して４５度の角度をなす直線１３および直線１７方向に沿って一対ずつ配置される。具体的には、直線１３および直線１７上において、各一対の脱落防止規制部２０１Ａが光軸１０を挟んで対称に配置されている。

可動ユニットが、パンニング方向２０とチルティング方向２１にそれぞれ角度θで傾斜した場合、パンニング方向回転軸１２およびチルティング方向回転軸１１に対して４５度の角度をなす直線１３および直線１７方向における可動ユニットの回転角度は（√２×θ）以上となる。したがって、これらの方向に、傾斜角度を制限する脱落防止規制部２０１Ａを設けることで、可動ユニットの回動や、外部からの衝撃によって、可動ユニットの最も大きく光軸１０方向に移動する部分の変位を制限し、可動ユニットの脱落を確実に防止することができる。

一方、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の一方のみに角度θで傾斜した場合、傾斜による可動ユニットの光軸１０方向の高さ変動は、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の他方において最も大きくなり、直線１３および直線１７方向における高さ変動は、その（１／√２）倍となる。このため、図１に示すように脱落防止規制部２０１Ａの幅寸法Ｄを大きくとることで可動ユニットの脱落防止を安全に行える。

この空隙５０は、接触面１０２Ｃが突起部２０２から離間しても、吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより接触面１０２Ｃが突起部２０２と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、可動ユニットが上方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、脱落防止規制部２０１Ａが可動部１０２と接触した状態でも、吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより可動ユニットは、接触面１０２Ｃが突起部２０２と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が瞬間的に所定の位置から脱落した場合においても吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより即座に元の良好な支持状態に復帰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、可動ユニットを駆動するための構造を説明する。カメラ駆動装置１６５は、可動ユニットを駆動する駆動機構を備える。駆動機構は、固定ユニットに対してカメラ部１００を搭載した可動ユニットをパンニング方向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１０１ａの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させるローリング駆動部とを含む。

具体的には駆動機構は、ベース２００に磁性体からなる連結部材２１０を介して固定された２対の駆動用磁石と、可動ユニットに搭載される磁気ヨークと磁気ヨークに巻回される駆動コイルとを含む。より具体的には、図１および図６に示すように、可動部１０２は、可動ユニットをパンニング方向２０に回転駆動するために、球心２０２Ａに対してチルティング方向回転軸１１上で対称に配置された一対のパンニング駆動コイル３０１と、可動ユニットをチルティング方向２１に回転駆動するために、球心２０２Ａに対してパンニング方向回転軸１２上で対称に配置された一対のチルティング駆動コイル３０２と、可動ユニットを光軸１０を中心に回転駆動するための４つのローリング駆動コイル３０３とを含む。また、図１、図３、図４に示すように、ベース２００の光軸１０を中心とした円周上に一対のパンニング駆動磁石４０１と一対のチルティング駆動磁石４０２が磁性材料からなる連結部材２１０を介してそれぞれ設けられている。

一対のパンニング駆動コイル３０１および一対のパンニング駆動磁石４０１がパンニング駆動部を構成している。また、一対のチルティング駆動コイル３０２および一対のチルティング駆動磁石４０２がチルティング駆動部を構成している。一対のパンニング駆動磁石４０１および一対のチルティング駆動磁石４０２は、ローリング駆動磁石としても機能し、これらの駆動磁石およびローリング駆動コイル３０３がローリング駆動部を構成している。

一対の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、つまり、光軸１０と直交する平面であって、球心２０２Ａを通る直線上において、互いに逆向きに着磁されている。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、つまり、光軸１０と直交する平面であって、球心２０２Ａを通る直線上において、互いに逆向きに着磁されている。

好ましくは、光軸１０と直交する平面上であって、１０光軸が平面と交わる点を中心軸とする円周において、９０度隔てて隣り合うパンニング駆動磁石４０１の１つおよびチルティング駆動磁石４０２の１つの着磁方向は、球心に対して互いにそれぞれ逆向きである。この様な着磁方向の配置は、例えば、図９に示すように、一対のパンニング駆動磁石４０１を、球心に対して内向きの方向１８３、１８５に着磁し、チルティング駆動磁石４０２を外向きの方向１８２、１８６に着磁することにより実現できる。

このように、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２においてそれぞれチルティング方向回転軸１１方向およびパンニング方向回転軸１２方向に磁束が配置される。図１および図７に示すように、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２のそれぞれは、球心２０２Ａを中心とする凹状の曲面を有している。

パンニング駆動コイル３０２のそれぞれおよびチルティング駆動コイル３０１のそれぞれは、レンズ１０１ａの光軸１０に直交し、球心２０２Ａを含む平面に対して面対称である。また、レンズ１０１ａの光軸１０を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、略Ｖ字形状の谷部分が光軸１０に対向するように配置されている。

図６に示すように、一対のパンニング駆動コイル３０１および一対のチルティング駆動コイル３０２は、可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｆに固定される。一方、４つのローリング駆動コイル３０３は、当接面１０２Ｇに固定される。図５に示すように、４つのローリング駆動コイル３０３は、パンニング駆動磁石４０１に対向するパンニング駆動コイル３０１の側面とチルティング駆動磁石４０２に対向するチルティング駆動コイル３０２の側面との間を橋架するように、それぞれの駆動コイルに対して貼付固定されている。各ローリング駆動コイル３０３の一部は、パンニング駆動コイル３０１の一部およびチルティング駆動コイル３０２の一部と重なっている。また、各ローリング駆動コイル３０３のパンニング駆動コイル３０１と重なっている部分およびチルティング駆動コイル３０２と重なっている部分は、それぞれ、レンズ１０１ａの光軸１０に直交し、球心２０２Ａを含む平面に対して面対称である。また、レンズ１０１ａの光軸１０を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、略Ｖ字形状の谷部分が光軸１０に対向するように配置されている。

図７に示すように、パンニング駆動磁石４０１の中心およびパンニング駆動コイル３０１の中心の光軸１０方向における位置は、球心２０２Ａの位置とほぼ一致している。同様に、チルティング駆動磁石４０２の中心およびチルティング駆動コイル３０２の中心の光軸１０方向における位置は、球心２０２Ａの位置とほぼ一致している。

パンニング駆動部およびチルティング駆動部は、一対のパンニング駆動コイル３０１および一対のチルティング駆動コイル３０２の内側にそれぞれ位置し、可動ユニットに設けられた一対のパンニング磁気ヨーク２０３および一対のチルティング磁気ヨーク２０４を含む。一対のパンニング駆動コイル３０１のそれぞれは、対応するパンニング磁気ヨーク２０３を巻回している。また、一対のチルティング駆動コイル３０２のそれぞれは対応するチルティング磁気ヨーク２０４を巻回している。図４に示すように、一対のパンニング磁気ヨーク２０３および一対のチルティング磁気ヨーク２０４は、ローリング駆動コイル３０３とも重なっており、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はローリング磁気ヨークとしても機能する。

言い換えれば、図５に示したように、一対のパンニング駆動コイル３０１および一対のチルティング駆動コイル３０２と、４つのローリング駆動コイル３０３からなるコイルユニットが光軸１０を中心とする可動部１０２の円周上において、９０度の間隔で４つ配置されている。

さらに、図６、図７に示すように、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２およびローリング駆動コイル３０３の光軸１０方向における中心の高さ位置は球心２０２Ａの位置とほぼ等しい。

一対のパンニング駆動コイル３０１に通電することにより、一対のパンニング駆動コイル３０１は一対のパンニング駆動磁石４０１より偶力の電磁力を受け、可動部１０２、つまり可動ユニットは、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、一対のチルティング駆動コイル３０２に通電することにより、一対のチルティング駆動コイル３０２はチルティング駆動磁石４０２より偶力の電磁力を受け、可動ユニットは、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を２次元的に傾斜させることができる。

また光軸１０を中心とした円周上に配置された４つのローリング駆動コイル３０３に通電することにより、一対のパンニング４０１およびチルティング駆動磁石４０２から電磁力を受け、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動される。

より具体的には、図９に示すように、ローリング駆動コイル３０３に通電した場合、チルティング駆動磁石４０２に対向する部分では上向きの方向１８０に、パンニング駆動磁石４０１に対向する部分では下向きの方向１８１に駆動電流が流れる。

従って、チルティング駆動磁石４０２の着磁方向を光軸１０に対して外向きの方向１８２、１８６に、パンニング駆動磁石４０１の着磁方向を光軸１０に対して内向きの方向１８３、１８５に着磁させることにより、各駆動磁石と各コイルの対向する部分との間において、フレミングの左手の法則による電磁力１９０が、光軸１０回りに同じ方向に発生し、可動ユニットをローリング方向２２に回転させる。

このように、本実施形態は、可動ユニットにパンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２およびローリング駆動コイル３０３を設けたムービングコイル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の重量を軽減できるという利点がある。

また、本実施形態によれば、ローリング方向２２への駆動するための専用の駆動磁石を設けず、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２がローリング方向２２への駆動磁石を兼ねている。このためカメラ駆動装置１６５を軽量化することができ、また、構成部品の数を減らすことができる。

さらに、パンニング駆動コイル３０１の一側面とチルティング駆動コイル３０２の一側面を橋架するように、４つのローリング駆動コイル３０３を貼付固定するコイルの構成と、光軸１０を中心とする円周方向において、９０度隔てて隣り合うパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２の着磁方向を逆向きに配置する磁石の構成を設けることにより、４つのローリング駆動コイル３０３の電磁力を発生する有効長を増大させることができ、ローリング方向２２への駆動効率を向上できる。

次に、磁気吸引力Ｆを利用した可動ユニットの中立位置への復帰機能を説明する。図４に示すように、一対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２に対向する部分に一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を配置している。このため、ローリング方向２２の回転角度が０である場合、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２と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との磁気ギャップがそれぞれ最小となる。したがって、ローリング駆動コイル３０３に通電しない場合、磁気吸引力変動を利用した磁気バネ効果により、可動ユニットをローリング方向２２の中立位置、つまり、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２が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へそれぞれ最も近接する位置に維持することができる。

このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、可動部１０２、突起部２０２、吸着用磁石４０４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２０２Ａを通る光軸１０と一致するように配置される。したがって、可動ユニットの重心が球心２０２Ａと一致し、可動ユニット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８に示すように、円錐状の接触面１０２Ｃと突起部２０２の近傍に粘性部材を充填する。

なお、粘性部材６０に磁性流体を添加してもよい。この場合、吸着磁石４０４の磁気吸引力Ｆによって、磁性流体の添加された粘性部材を接触面１０２Ｃにより確実に保持することが可能となる。また、磁性流体が粘性も有している場合には、粘性部材の替わりに磁性流体のみを用いてもよい。

次に可動ユニットの傾きや回転の検出について説明する。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の傾斜角度およびレンズ１０１ａ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の検出部と、レンズ１０１ａの光軸１０回りの傾斜角度を検出するための第２の検出部とを備える。

まず、可動ユニットのパンニング方向２０およびチルティング方向２１における可動ユニットの傾斜角度の検出について説明する。

図１、図７、図８に示すように、可動ユニットの傾斜角度を検出するために、カメラ駆動装置１６５は第１の検出部である固定ユニットに設けられた第１の磁気センサー５０１を備える。

より具体的には、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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように突起部２０２の内部に配置されている。

図１０は、パンニング方向へ角度θに傾斜させた状態における上方から見た斜視図であり、図１１は、光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での部分断面図である。

図１１において、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上にそれぞれ一対ずつ対称に配置されている。第１の磁気センサー５０１は、可動ユニットのパンニング方向２０に角度θの傾斜動作によって生じる吸着用磁石４０４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。

また、突起部２０２の先端には吸着用磁石４０４の磁力線が第１の磁気センサー５０１に直接的に入り込めるよう開口部２０２Ｈが設けられている。

このように、本実施形態によれば、吸着用磁石４０４が突起部２０２に磁気吸引力Ｆを付与する機能に加えて、傾斜角度を検出するための磁石としても機能するため、構成部品点数の低減と装置の小型化を図ることができる。また、吸着用磁石４０４と球心２０２Ａとの間隔を短くでき、第１の磁気センサー５０１を小型化できるという利点も得られる。

次に、可動ユニットのローリング方向２２における可動ユニットの回転角度の検出について説明する。図１２は、可動ユニットの光軸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の検出部である第２の磁気センサー５０３の配置を示す分解斜視図であり、図１３は第２の検出部における光軸１０と直線１３を含む平面での部分断面図である。図１４は、第２の検出部における直線１３と直線１７を含む平面での部分断面図である。

第２の検出部は、可動ユニットの光軸１０回りのローリング方向２２の回転角度を検出するために、光軸１０と直交し、球心２０２Ａを通る平面上において、球心２０２Ａに対して対称に配置されている。また第２の検出部は、可動ユニットが中立の位置にあるときの１０光軸の方向から見た場合、パンニング駆動部またはチルティング駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている。図１２、図１３、図１４に示すように第２の検出部は、具体的には、一対の第２の磁気センサー５０３と、一対の回転検出用磁石４０３とを備え、一対の第２の磁気センサー５０３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、可動ユニットの回転角度を算出する。一対の第２の磁気センサー５０３および一対の回転検出用磁石４０３は、１０光軸に直交する平面上であって球心２０２Ａを通る直線において、球心２０２Ａに対して対称にそれぞれ配置されている。

一対の第２の磁気センサー５０３は、光軸１０に直交し、チルティング方向回転軸１１またはパンニング方向回転軸１２に対して４５度をなす直線１３の直線上において、固定ユニットである突起部２０２に配置される。一対の回転検出用磁石４０３は、可動部１０２の球心２０２Ａに対して突起部２０２に対称配置された一対の開口部１０２Ｈに挿入固定されている。

図１２、図１４に示すように、一対の回転検出用磁石４０３のそれぞれは、２極に分割着磁されている。具体的には、一対の回転検出用磁石４０３のそれぞれは、光軸１０と直交する平面において、光軸１０を中心とする円の円周方向に配列され、逆向き方向に着磁された２つの磁極を有する。これにより、一対の回転検出用磁石４０３における磁極は、球心２０２Ａを通る方向に着磁され、互いに異極が向かい合うように対向配置されている。

また一対の回転検出用磁石４０３の２極分割着磁の中心境界上に対向するように一対の回転検出用磁気センサー５０３が突起部２０２の側面に設けられた一対の開口部２００Ｋに挿入固定されている。

さらに、図１３に示すように、一対の回転検出用磁石４０３は、第２の磁気センサー５０３にできうる限り接近させる配置にする目的から、可動部１０２の円錐状の接触面１０２Ｃと、ほぼ同一面となるように先端部が斜めに切断された形状となっている。

ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、一対の回転検出用磁石４０３の磁極が移動することによって生じる急峻な磁気変化を第２の磁気センサー５０３が差動検出する。これにより、可動ユニットの光軸１０周りの回転角度を高精度で検出することができる。

また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの可動部１０２が傾斜した場合、ローリング方向２２へのクロストーク出力が発生し得る。

しかしながら、一対の回転検出用磁石４０３による磁気変化を一対の第２の磁気センサー５０３で差動検出する手段によって、このクロストーク出力をキャンセルさせることが可能となる。したがって、可動ユニットの傾斜可能な範囲においてローリング方向２２の回転角度のみを正しく抽出して検出することができる。

また、図１および図１２に示すように、一対の第２の磁気センサー５０３が光軸１０を挟んで、チルティング方向回転軸１１またはパンニング方向回転軸１２に対して４５度をなす直線１３上に配置される。このため、光軸１０を中心とした大きな半径の円周上に駆動コイルユニットを設けて駆動モーメント力を向上させるとともに、小さな半径の円周上に第２の磁気センサー５０３を配置することができ、空間を有効に活用することができる。

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、固定ユニットの突起部に設けられた部分球面の球心と、可動ユニットの円錐状の接触面の中心軸を配置する構造を採用する。このため、可動ユニットを重心で支持する構造が実現し、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、突起部と可動ユニットの接触面とによって構成されるピポッドにおいて、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の脱落を防止するため、固定ユニットに回動可能な所定の空隙を介して脱落防止規制部を設けている。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、固定ユニットの脱落防止規制部に当接するまで可動ユニットが移動した場合でも、磁気吸引力Ｆによって、固定ユニットの突起部と可動ユニットの接触面とが再び接触し、ピポッドを構成することができるように脱落防止規制部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対の傾斜用駆動コイルと４つの回転用駆動コイルを、光軸に直交し、可動ユニットの回転中心を通る平面において、光軸を中心とする円周状に配置され、駆動コイルに対向するように固定ユニットにそれぞれ配設された２対の駆動磁石を含む。

これらが配置される光軸方向の高さ位置は、突起部の球心の高さ位置にほぼ等しい。このため可動ユニットを、重心を中心として駆動することができ、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、突起部の表面部分を樹脂部材で被覆し、内部に磁気吸引用の磁性体を設けることにより、低摩擦で耐摩耗性に優れた支持構造が実現する。

また、可動ユニットの円錐状の接触面および固定ユニットの突起部の近傍の空間に粘性部材または磁性流体を含む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、吸着用磁石に対向するように固定ユニットに第１の磁気センサーを設けることによって、可動ユニットの傾斜および回転による吸着用磁石の磁力変化を検出し、傾斜角度と回転角度算出をすることができる。また、固定ユニットと可動ユニットをピポッド構造で支持するための吸着用磁石を角度検出用磁石として利用できるため、部品点数の削減と装置の小型化を実現できる。

また、光軸と垂直な平面において光軸の位置を中心とする円周方向に互いに逆向きに着磁された一対の回転検出磁石を可動ユニット部に設け、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。この検出出力を用いて、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発生するクロストーク出力をキャンセルすることができるため、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。

また、一対の第２の磁気センサーが光軸を挟んで、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、光軸を中心とした大きな半径の円周上に駆動部を設けて駆動モーメント力を向上させるとともに、小さな半径の円周上に第２の磁気センサーを配置することができ、空間を有効に活用することができる。

したがって、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。

（第２の実施形態）
本発明によるカメラユニットの実施の形態を説明する。本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１５は、カメラユニット１７０の主要部を示す斜視図であり、図１６はカメラユニット１７０のブロック図である。

図１５および図１６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１５では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１６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１５１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。したがって、カメラユニット１５６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１５１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。

本発明のカメラ駆動装置は、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、１７、１８ 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
５０ 空隙
１００ カメラ部
１０２ 可動部
１０２Ｄ、１０２Ｅ、１０２Ｆ、１０２Ｇ 当接面
１０２Ｃ 接触面
１６５ カメラ駆動装置
１７０ カメラユニット
１８０、１８１、１８１、１８２、１８３、１８４、１８５、１８６ 方向
１９０ 電磁力
２００ ベース
２００Ｋ 開口部
２０１ 脱落防止部材
２０１Ａ 脱落防止規制部
２０２ 突起部
２０２Ａ 球心
２０２Ｆ 開口部
２０３ 、２０４磁気ヨーク
２１０ 連結部材
３０１、３０２、３０３、７００ 駆動コイル
４０１、４０２ 駆動用磁石
４０３ 回転検出用磁石
４０４ 吸着用磁石
５０１、５０３ 磁気センサー

Claims (20)

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、
   少なくとも一部が磁性体からなり、球面の少なくとも一部の形状を備えた突起部を有する固定ユニットと、
   前記カメラ部を支持する可動ユニットであって、前記磁性体に対して磁気吸引力を発生させる吸着用磁石、および、前記磁気吸引力により前記固定ユニットの前記突起部が遊嵌し接触する円錐形状の接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する可動ユニットと、
   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および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検出器と、
   前記光軸方向において、前記可動ユニットと所定の空隙を隔てて配置された脱落防止規制部を有し、前記固定ユニットに固定された脱落防止部材と
   を備え、
   前記脱落防止部材は前記脱落防止規制部を４つ備え、
   前記４つの脱落防止規制部は、２つの対をなしており、
   前記二対の脱落防止規制部は、前記パンニング方向への傾斜の回転軸および前記チルティング方向への傾斜の回転軸に対してそれぞれ４５度をなし、互いに直行する２つの直線上にそれぞれ配置されている、カメラ駆動装置。
2. 前記パンニング駆動部は、
   前記球面の球心に対して対称に配置され、前記固定ユニットに固定された一対のパンニング駆動磁石と、
   前記パンニング駆動磁石に対向するよう可動ユニットにそれぞれ設けられた一対のパンニング駆動コイルとを含み、
   前記チルティング駆動部は、
   前記球面の球心に対して対称に配置され、前記一対のパンニング駆動磁石と直交するように前記固定ユニットに固定された一対のチルティング駆動磁石と、
   前記チルティング駆動磁石に対向するよう前記可動ユニットにそれぞれ設けられた一対のチルティング駆動コイルとを含み、
   前記パンニング駆動磁石、前記チルティング駆動磁石、前記パンニング駆動コイルおよび前記チルティング駆動コイルの中心の前記光軸方向における位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している請求項１に記載のカメラ駆動装置。
3. 前記パンニング駆動部は、前記一対のパンニング駆動コイルの内側にそれぞれ位置し、前記可動ユニットに設けられた一対のパンニング磁気ヨークを含み、
   前記チルティング駆動部は、前記一対のチルティング駆動コイルの内側にそれぞれ位置し、前記可動ユニットに設けられた一対のチルティング磁気ヨークを含む請求項２に記載のカメラ駆動装置。
4. 前記ローリング駆動部は４つのローリング駆動コイルを含み、
   各ローリング駆動コイルは、前記パンニング駆動コイルの１つの前記パンニング駆動磁石に対向する側面と前記チルティング駆動コイルの１つの前記チルティング駆動磁石に対向する側面との間を橋架し、かつ、前記１つのパンニング駆動コイルの一部および前記１つのチルティング駆動コイルの一部とそれぞれ重なるように配置されており、
   前記４つのローリング駆動コイルと、前記パンニング駆動磁石および前記チルティング駆動磁石とによって前記ローリング駆動部が構成される請求項３に記載のカメラ駆動装置。
5. 前記パンニング磁気ヨークおよび前記チルティング磁気ヨークはローリング磁気ヨークとしても機能する請求項４に記載のカメラ駆動装置。
6. 前記一対のパンニング駆動磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面であって前記球心を通る直線上において、互いに逆向き方向に着磁され、
   前記一対のチルティング駆動磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面であって前記球心を通る直線において、互いに逆向き方向に着磁され、
   前記光軸と直交する平面上であって、前記光軸が前記平面と交わる点を中心とする円周において、９０度隔てて隣り合う前記パンニング駆動磁石の１つおよび前記チルティング駆動磁石の１つの着磁方向は、前記球心に対して互いに逆向きである請求項２から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
7. 前記パンニング駆動コイルのそれぞれおよび前記チルティング駆動コイルのそれぞれは、前記レンズの光軸に直交し、前記球心を含む平面に対して面対称であり、前記光軸を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、前記略Ｖ字形状の谷部分が前記光軸に対向するように配置されている請求項６に記載のカメラ駆動装置。
8. 前記一対のパンニング駆動磁石のそれぞれ、および前記一対のチルティング駆動磁石のそれぞれは、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状部分球面形状の側面を有する請求項２または４に記載のカメラ駆動装置。
9. 前記検出器は、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の検出部と、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の検出部とを含む請求項１に記載のカメラ駆動装置。
10. 前記第１の検出部は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記可動ユニットに設けられた前記吸着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９に記載のカメラ駆動装置。
11. 前記第１の磁気センサーは、前記固定ユニットの前記突起部の先端もしくは内部に設けられている請求項１０に記載のカメラ駆動装置。
12. 前記第２の検出部は、前記レンズの前記光軸と直交し、前記球心を通る平面上において、前記球心に対して対称に配置され、
    前記第２の検出部は、前記可動ユニットが中立の位置にあるときの前記レンズの光軸の方向から見た場合、前記パンニング駆動部またはチルティング駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている請求項９に記載のカメラ駆動装置。
13. 前記第２の検出部は、前記固定ユニットに固定された一対の第２の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた一対の回転検出用磁石とを含み、
    前記一対の第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請求項９または１２に記載のカメラ駆動装置。
14. 前記一対の第２の磁気センサーおよび前記一対の回転検出用磁石は、前記レンズの前記光軸に直交する平面上であって前記球心を通る直線において、前記球心に対して対称にそれぞれ配置されている請求項１３に記載のカメラ駆動装置。
15. 前記一対の回転検出用磁石のそれぞれは、前記レンズの光軸に直交する平面上であって前記球心を通る直線上において、互いに逆向き方向に着磁された２つの磁極を有し、前記２つの磁極は、前記レンズの光軸に直交する前記平面上の、前記光軸を中心とする円周上に配置されている請求項１３または１４に記載のカメラ駆動装置。
16. 前記一対の第２の磁気センサーは、前記固定ユニットの前記突起部に設けられている請求項１３または１４に記載のカメラ駆動装置。
17. 前記可動ユニットの前記接触面と前記固定ユニットの前記突起部との間に設けられた粘性部材または磁性流体をさらに備える請求項１に記載のカメラ駆動装置。
18. 前記吸着用磁石は、前記可動ユニットにおいて、前記レンズの光軸上に位置しており、前記光軸方向に着磁されている請求項１に記載のカメラ駆動装置。
19. 前記可動ユニットの接触面が前記固定ユニットの突起部から離間しても、前記吸着用磁石の前記磁気吸引力によって、接触状態に戻るように前記空隙は決定されている請求項１に記載のカメラ駆動装置。
20. 請求項１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。

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