(57)【要約】  本発明のカメラ駆動装置は、撮像素子、撮像素子の撮像面に被写体像を形成するレンズおよび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、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、磁気吸引力により突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、突起部の球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、カメラ部を搭載し、第１の可動部に固定された第２の可動部であって、第１の可動部が回動する際、固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部とを含む可動ユニットと、固定ユニットに対するカメラ部の傾斜角度、および、レンズの光軸周りのカメラ部の回転角度を検出する検出器と、固定ユニットに対してカメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部を光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備える。
2010010712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部とを含む可動ユニットと、
前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部と
を備えるカメラ駆動装置。
【請求項２】
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傾斜角度を検出する第１の検出部と、
前記固定ユニットに対する前記レンズの光軸周りの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。
【請求項３】
前記脱落防止規制面および前記接触面は、前記突起部の前記球心を中心に前記レンズの前記光軸の延長上でそれぞれ略対称配置されている請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項４】
前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する請求項３に記載のカメラ駆動装置。
【請求項５】
前記レンズの光軸に直交する平面上において、前記光軸を中心とする円周上であって、前記固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、前記第２の可動部が前記第１の可動部に取り付けられ、固定される請求項４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項６】
前記第１の駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、
前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、
前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルと
を含み、
前記傾斜駆動用磁石および前記傾斜駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している請求項５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項７】
前記第１の可動部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６に記載のカメラ駆動装置。
【請求項８】
前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸上において、前記第１の可動部に設けられ、前記光軸方向に着磁されている請求項７に記載のカメラ駆動装置。
【請求項９】
前記第１の可動部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８に記載のカメラ駆動装置。
【請求項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、前記第１の可動部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。
【請求項１１】
前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の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、前記第１または第２の駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている請求項１０に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１２】
前記第２の検出部は、前記固定ユニットに固定された第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し、
前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている請求項１１に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１３】
前記検出器は、固定ユニットに固定された磁気センサーを含み、
前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸方向に着磁された複数の磁極を有し、
前記の磁気センサーは、前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と前記カメラ部の２次元の傾斜角度を算出する請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１４】
前記第１の駆動部は、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を含み、
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前記チルティング方向への傾斜角度と前記レンズの光軸中心に回転する方向であるローリング方向の回転角度をそれぞれ検出し、
前記第２の駆動部は、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記ローリング方向へ回転させるローリング駆動部であり、
前記固定ユニットは、前記突起部が端部に設けられた片持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなしている請求項１に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１５】
前記ローリング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度をなすように前記可動ユニットに固定された１対のローリング駆動磁石と、
前記ローリング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のローリング磁気ヨークと、
前記ローリング磁気ヨークにそれぞれ設けられたローリング駆動コイルと
を含み、
前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記光軸方向における位置は、前記球面の球心の中心の位置とほぼ一致する請求項１４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１６】
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は、それぞれ略Ｖ字形状を有し、各Ｖ字形状の谷部分が対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置されている請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１７】
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は、それぞれ前記Ｖ字形状の谷部分で前記固定ユニットに固定されている請求項１６に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１８】
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は、それぞれ、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１５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１９】
撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部であって、前記カメラ部を搭載する第２の可動部を含む可動ユニットと、
前記可動ユニットが回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して前記カメラ部の底部に設けられた脱落防止規制面と、
前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備え、
前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、
前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、
前記第１の磁気ヨークに対向する前記傾斜駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記光軸と垂直であり前記球面の球心を通る平面における前記中心から前記傾斜駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする第１の凸球面の一部を有し、
前記第２の磁気ヨークに対向する前記回転駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記平面における前記中心から前記回転駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有し、
前記傾斜駆動用磁石の前記側面に対向する前記第１の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記傾斜駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第１の点を中心とし、前記平面における前記第１の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有し、
前記回転駆動用磁石の前記側面に対向する前記第２の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記回転駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第２の点を中心とし、前記平面における前記第２の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有する
請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２０】
前記半径Ｒ３と前記距離Ｌ１は、
１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌ１
の関係を満たしている請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２１】
前記半径Ｒ４と前記距離Ｌ２は、
１．２Ｌ２≦Ｒ４≦２Ｌ２
の関係を満たしている請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２２】
撮像素子、前記撮像素子の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と、
前記突起部を支持する突起支持部と、
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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、
前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記突起支持部に対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部と、
前記突起支持部を支持する第３の可動部と、
前記第３の可動部を、前記光軸を中心に回動自在に支持する固定ユニットと、
前記第３の可動部に対して、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、
前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動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、
前記第３の可動部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、
前記固定ユニットに対する前記第３の可動部の前記ローリング方向に回転する回転角度を検出する第２の検出部と
を備えるカメラ駆動装置。
【請求項２３】
前記第３の可動部は、前記突起部が端部に設けられた両持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなして配置されている請求項２２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２４】
前記第１の可動部に取り付けられたカウンターウエイトをさらに備え、
前記カウンターウエイトは、前記第１の可動部が中立の位置にあるとき、前記レンズの光軸に直交し、前記球面の球心を含む平面に対して、前記カメラ部と反対側に位置している請求項２３に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２５】
前記パンニング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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前記第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、
前記パンニング磁気ヨークに取り付けられたパンニング用ボビンと、
前記パンニング用ボビンに巻回された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、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記第１または第２の可動部に固定された１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第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、
前記チルティング磁気ヨークに取り付けられたチルティング用ボビンと、
前記チルティング用ボビンに巻回されたチルティング駆動コイルとを含み、
前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している請求項２４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２６】
前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークのそれぞれの前記駆動磁石に対向する側面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２７】
前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石のそれぞれの前記磁気ヨークに対向する面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２８】
前記１対のパンニングおよびチルティング駆動コイルは、前記レンズの光軸方向の前記球面の球心の位置においてそれぞれ２分割され、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンに巻回されており、
前記パンニング用および前記チルティング用ボビンは、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークと干渉しないように、略Ｖ字形状を構成し、前記Ｖ字形状の谷部分が互いに対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ取り付けられている請求項２７に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２９】
前記ローリング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度の角度をなすように前記第３の可動部に固定された１対のローリング駆動磁石と、
前記ローリ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設された１対のローリング磁気ヨークと、
前記ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルと
を含み、
前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記レンズの光軸に垂直な方向から見た投影中心は、前記光軸に垂直で前記球面の球心を含む平面上にない請求項２８に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３０】
前記ローリング磁気ヨークの前記ローリング駆動磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状または曲面形状である請求項２９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３１】
前記吸着用磁石の前記第１の磁気センサーと対向する面は、前記球面を中心とする凸状の部分球面形状を有する請求項３０に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３２】
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
を備えたカメラユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ鏡筒および撮像素子を含むカメラ部を、パンニング方向（ヨーイング）およびチルティング方向（ピッチング）に傾けることができ、かつ、カメラ部の光軸を中心に回転（ローリング）させることのできるカメラ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５３３５８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０６５１号公報
【特許文献３】特開２００８−５８３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、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、手振れを補正の制御は、１０Ｈｚ程度の周波数帯域で行う必要があると言われている。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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、可動部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、可動部の周波数応答特性に支障をきたす可能性がある。【００１１】
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。【００１２】
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、従来のビデオカメラやデジタルカメラよりも大きな量の画像の振れを補正することが可能なカメラ駆動装置、たとえば、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画像を傾斜させたり、レンズの光軸中心に画像を回転（ローリング）させることのできるカメラ駆動装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のカメラ駆動装置は、撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部とを含む可動ユニットと、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備える。【００１４】
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傾斜角度を検出する第１の検出部と、前記固定ユニットに対する前記レンズの光軸周りの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。【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記レンズの光軸上に前記突起部の前記球面の球心が位置している。【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記円錐形状を有する接触面の中心軸は、前記レンズの光軸と一致している。【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面および前記接触面は、前記突起部の前記球心を中心に前記レンズの前記光軸の延長上でそれぞれ略対称配置されている。【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する。【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記第２の可動部は、前記レンズの光軸に直交する平面上において、前記光軸を中心とする円周上であって、前記固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、前記第１の可動部に取り付けられ、固定される。【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記傾斜駆動用磁石および前記傾斜駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記回転駆動用磁石および前記回転駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の駆動磁石と、前記駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の磁気ヨークと、前記磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記第２の駆動部は、前記駆動磁石と、前記磁気ヨークと、前記磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記駆動磁石、前記傾斜駆動コイルおよび前記回転駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第１の磁気ヨークの前記傾斜駆動用磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記第２の磁気ヨークの前記回転駆動用磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記傾斜用駆動磁石の前記第１の磁気ヨークに対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記回転駆動用磁石の前記第２の磁気ヨークに対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記突起部は、前記磁性体と、前記磁性体を覆う樹脂部材とを含む。【００２８】
ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記第１の可動部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。【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸上において、前記第１の可動部に設けられ、前記光軸方向に着磁されている。【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の可動部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。【００３１】
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、前記第１の可動部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２次元の傾斜角度を算出する。【００３２】
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固定された磁気センサーを含み、前記第１の可動部に搭載された前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と２次元の傾斜角度を算出する。【００３３】
ある好ましい実施形態において、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上において、前記カメラ部、前記第２の可動部、前記第２の可動部に設けられた前記脱落防止規制面、前記空隙、前記固定ユニットに設けられた前記突起部、前記第１の可動部に設けられた円錐状の前記接触面、前記第１の可動部、前記第１の可動部に設けられた前記吸着用磁石、前記固定ユニットに固定された前記第１の磁気センサーがこの順に配置されている。【００３４】
ある好ましい実施形態において、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上において、前記カメラ部、前記第２の可動部、前記第２の可動部に設けられた前記脱落防止規制面、前記空隙、前記固定ユニットに設けられた前記突起部、前記第１の可動部に設けられた円錐状の前記接触面、前記第１の可動部、前記第１の可動部に設けられた前記吸着用磁石、前記固定ユニットに固定された前記磁気センサーがこの順に配設されている。【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の球心に対して対称に配置される。【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の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、前記第１または第２の駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている。【００３７】
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第２の磁気センサーと、記可動ユニットに設けられた回転検出用磁石とを含み、前記第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、前記カメラ部の回転角度を算出する。【００３８】
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し、前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている。【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記回転検出用磁石は、前記回転駆動用磁石または前記傾斜駆動用磁石を兼ねている。【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記検出器は、固定ユニットに固定された磁気センサーを含み、前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸方向に着磁された複数の磁極を有し、前記の磁気センサーは、前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と前記カメラ部の２次元の傾斜角度を算出する。【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の可動部は、樹脂部材または非磁性の導電部材からなる。【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、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を含み、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前記チルティング方向への傾斜角度と前記レンズの光軸中心に回転する方向であるローリング方向の回転角度をそれぞれ検出し、前記第２の駆動部は、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記ローリング方向へ回転させるローリング駆動部であり、前記固定ユニットは、前記突起部が端部に設けられた片持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなしている。【００４３】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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に前記固定ユニットにそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、前記パンニング磁気ヨークにそれぞれ設けられた１対のパンニング駆動コイルを含み、前記チルティング駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記可動ユニットに固定された１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固定ユニットにそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ設けられた１対のチルティング駆動コイルを含み、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致する。【００４４】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度をなすように前記可動ユニットに固定された１対のローリング駆動磁石と、前記ローリング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のローリング磁気ヨークと、前記ローリング磁気ヨークにそれぞれ設けられたローリング駆動コイルとを含み、前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致する。【００４５】
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、前記光軸の方向から見て、前記突起支持部の投影領域と直交する方向において前記光軸を中心に対称に配置される。【００４６】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ略Ｖ字形状を有し、各Ｖ字形状の谷部分が対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置されている。【００４７】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ前記Ｖ字形状の谷部分で前記固定ユニットに固定されている。【００４８】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ、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。【００４９】
ある好ましい実施形態において、前記第２の可動部は前記第１の可動部と一体的に形成されている。【００５０】
本発明のカメラ駆動装置は、撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部であって、前記カメラ部を搭載する第２の可動部を含む可動ユニットと、前記可動ユニットが回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して前記カメラ部の底部に設けられた脱落防止規制面と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備え、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記第１の磁気ヨークに対向する前記傾斜駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記光軸と垂直であり前記球面の球心を通る平面における前記中心から前記傾斜駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする第１の凸球面の一部を有し、前記第２の磁気ヨークに対向する前記回転駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記平面における前記中心から前記回転駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有し、前記傾斜駆動用磁石の前記側面に対向する前記第１の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記傾斜駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第１の点を中心とし、前記平面における前記第１の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有し、前記回転駆動用磁石の前記側面に対向する前記第２の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記回転駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第２の点を中心とし、前記平面における前記第２の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有する。【００５１】
ある好ましい実施形態において、前記半径Ｒ３と前記距離Ｌ１は、１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌ１の関係を満たしている。【００５２】
ある好ましい実施形態において、前記半径Ｒ４と前記距離Ｌ２は、１．２Ｌ２≦Ｒ４≦２Ｌ２の関係を満たしている。【００５３】
ある好ましい実施形態において、前記Ｒ１は前記Ｒ２と等しい。【００５４】
ある好ましい実施形態において、前記Ｒ３は前記Ｒ４と等しい。【００５５】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の球面の一部であり、前記脱落防止規制面の表面には衝撃吸収用の粘性部材が設けられている。【００５６】
ある好ましい実施形態において、前記第２の磁気ヨークは前記第１の磁気ヨークを兼ねている。【００５７】
本発明のカメラ装置は、撮像素子、前記撮像素子の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と、前記突起部を支持する突起支持部と、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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記突起支持部に対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部と、前記突起支持部を支持する第３の可動部と、前記第３の可動部を、前記光軸を中心に回動自在に支持する固定ユニットと、前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動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、前記第３の可動部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、前記固定ユニットに対する前記第３の可動部の前記ローリング方向に回転する回転角度を検出する第２の検出部とを備える。【００５８】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する。【００５９】
ある好ましい実施形態において、前記第１の可動部の接触面が前記突起支持部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。【００６０】
ある好ましい実施形態において、前記第３の可動部は、前記突起部が端部に設けられた両持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなして配置されている。【００６１】
ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記第１の可動部に取り付けられたカウンターウエイトをさらに備え、前記カウンターウエイトは、前記第１の可動部が中立の位置にあるとき、前記レンズの光軸に直交し、前記球面の球心を含む平面に対して、前記カメラ部と反対側に位置している。【００６２】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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前記第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、前記パンニング磁気ヨークに取り付けられたパンニング用ボビンと、前記パンニング用ボビンに巻回された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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記第１または第２の可動部に固定された１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第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、前記チルティング磁気ヨークに取り付けられたチルティング用ボビンと、前記チルティング用ボビンに巻回されたチルティング駆動コイルとを含み、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。【００６３】
ある好ましい実施形態において、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークのそれぞれの前記駆動磁石に対向する側面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する。【００６４】
ある好ましい実施形態において、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石のそれぞれの前記磁気ヨークに対向する面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する。【００６５】
ある好ましい実施形態において、前記１対のパンニングおよびチルティング駆動コイルは、前記レンズの光軸方向の前記球面の球心の位置においてそれぞれ２分割され、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンに巻回されており、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンは、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークと干渉しないように、略Ｖ字形状を構成し、前記Ｖ字形状の谷部分が互いに対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ取り付けられている。【００６６】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度の角度をなすように前記第３の可動部に固定された１対のローリング駆動磁石と、前記ローリ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設された１対のローリング磁気ヨークと、前記ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルとを含み、前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記レンズの光軸に垂直な方向から見た投影中心は、前記光軸に垂直で前記球面の球心を含む平面上にない。【００６７】
ある好ましい実施形態において、前記ローリング磁気ヨークの前記ローリング駆動磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状である。【００６８】
ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記吸着用磁石と、前記吸着用磁石に対向するように、前記第３の可動部に固定された第１の磁気センサーとを備え、前記第１の磁気センサーは、前記第１の可動部に搭載された前記吸着用磁石の前記パンニング方向と前記チルティング方向の傾斜による磁力変化を検出し、２次元の前記傾斜を算出する。【００６９】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石は、前記光軸上の前記第１の可動部に配設され、かつ前記光軸方向に着磁される。【００７０】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石の前記第１の磁気センサーと対向する面は、前記球面を中心とする凸状の部分球面形状を有する。【００７１】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第３の可動部に設けられた１対の回転検出用磁石と、前記回転検出用磁石に対向するように前記固定ユニットに固定された第２の磁気センサーとを備え、前記第２の磁気センサーにより、前記第３の可動部の前記光軸を中心とする回転による前記回転検出用磁石の磁力変化を検出し、前記回転角度を算出する。【００７２】
ある好ましい実施形態において、前記回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている。【００７３】
本発明のカメラユニットは、上記カメラ駆動装置と、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、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。
【発明の効果】
【００７４】
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、脱落防止規制面によって、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。【００７５】
したがって、本発明によれば、カメラ部を従来よりも大きな角度でパンニング方向およびチルティング方向に傾斜させることができ、また、ローリング方向にも回転させることが可能であり、広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現することのできる、歩行振れによる像振れの補正が可能であり、小型で堅牢なカメラ駆動装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図３】図３は、構成の一部を取り除いた状態で示す第１の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図４】図４は、第１の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態のカメラ駆動装置の光軸１０およびチルティング方向回転軸を含む面における断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの分解斜視図である。
【図７】図７は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの斜視図である。
【図８】図８は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図９】図９は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における第２の検出部を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、構成の一部を取り除いた状態で示す第３の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態のカメラ駆動装置の、図１５に示す直線１６における断面図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態のカメラ駆動装置の、図１５に示す直線１６における模式的断面図である。
【図１８】図１８は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの分解斜視図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの斜視図である。
【図２０】図２０は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における第２の検出部を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の第４の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図２３】図２３は、第４の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図２４】図２４は、構成の一部を取り除いた状態で示す第４の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図２５】図２５は、第４の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図２６】図２６は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の、図２５に示すパンニング方向回転軸１２における断面図である。
【図２７】図２７は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の、図２５に示す直線１４における断面図である。
【図２８】図２８は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図２９】図２９は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における駆動磁石および磁気ヨークの分解斜視図である。
【図３０】図３０は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における駆動磁石および磁気ヨークを上から見た平面図である。
【図３１】図３１は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における傾斜駆動部用の駆動磁石と磁気ヨークの形状および位置を示す断面図である。
【図３２】図３２は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における回転駆動部用の駆動磁石と磁気ヨークの形状および位置を示す断面図である。
【図３３】図３３は、比較のための磁気ヨークおよび駆動磁石の構成を示す断面図である。
【図３４】図３４は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の磁気ヨークおよび駆動磁石の構成を示す断面図である。
【図３５】図３５は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における、Ｒ３＝２×Ｌ１の条件を満たす場合の傾斜角度と磁気ギャップとの関係を示す特性図である。
【図３６】図３６は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における、Ｒ３＝１．２×Ｌ１の条件を満たす場合の傾斜角度と磁気ギャップとの関係を示す特性図である。
【図３７】図３７は、本発明の第５の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図３８】図３８は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図３９】図３９（ａ）は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図であり、（ｂ）は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を横から見た側面図である。
【図４０】図４０は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ａ）に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４１】図４１は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４２】図４２は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の突起部近傍を示す要部断面図である。
【図４３】図４３は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ｂ）に示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４４】図４４は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の第１の駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【図４５】図４５は、第５の実施形態のカメラ駆動装置において、第１の可動部がパンニング方向（チルティング方向）に駆動した場合の、図３９（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４６】図４６は、第５の実施形態のカメラ駆動装置のパンニングおよびチルティング駆動磁石と磁気ヨークとの位置関係を示す要部断面図である。
【図４７】図４７は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の第２の駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【図４８】図４８は、第５の実施形態のカメラ駆動装置において、第３の可動部がローリング方向に駆動した場合の、図３９（ｂ）に示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４９】図４９は、第５の実施形態のカメラ駆動装置のパンニングおよびチルティング駆動磁石と磁気ヨークとの位置関係を示す要部断面図であって、磁気ヨーク形状を凸形状にした場合を示す図である。
【図５０】図５０は、第６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。
【図５１】図５１は、第６の実施形態のカメラユニットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
（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は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置１５１を示す分解斜視図であり、図２は、カメラ駆動装置１５１を斜め上方から見た斜視図である。また、図３は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気ヨーク２０４）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５１を斜め上方から見た斜視図である。図４はカメラ駆動装置１５１を上方から見た平面図である。図５は、カメラ駆動装置１５１の光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５１の主な構成を説明する。
【００７８】
カメラ駆動装置１５１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。
【００７９】
図１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。
【００８０】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。突起支持部２０１は十字形状を有している。図５に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。図１および図５に示すように、突起部２０２は、突起支持部２０１の十字形状の中心部に圧入され固定されており、突起部２０２が固定された突起支持部２０１は、図１から図３に示すように、十字形状の４つの末端部において、それぞれ４つの連結部２１０を介してベース２００に固定される。
【００８１】
可動ユニットは、第１の可動部１０２と、第２の可動部１０１とを含む。図１および図５に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【００８２】
図５に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【００８３】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【００８４】
第２の可動部１０１は、図１から図３および図５に示すように、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸が、第２の可動部１０１の十字形状の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、十字形状の４つの末端部が、固定ユニットの突起支持部２０１の４つの十字形状末端部と立体的に干渉しないように、突起支持部２０１を挟みこんだ状態で、第１の可動部１０２に分散的に結合される。このため、図２から図４に示すように、可動ユニットの第２の可動部１０１および固定ユニットの突起支持部２０１のそれぞれの十字形状の４つの末端部は、光軸１０方向から見た光軸１０と垂直な平面上の円周において、互いに４５度の角度をなすように分散配置される。このように、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、第２の可動部１０１が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定されるため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【００８５】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによって集中的に支持される。したがって、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
可動ユニットは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。図５に示すように、第２の可動部１０１が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１０１Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【００８９】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【００９０】
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。
【００９１】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【００９２】
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１５１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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【００９３】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、２対の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、第１の可動部１０２には、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１対のパンニング駆動磁石４０１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１対のチルティング駆動磁石４０２を含む。図１に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｂ（図１参照）および当接面１０２Ａにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【００９４】
また、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。
【００９５】
図６および図７は、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に設けられた駆動コイルを示す分解斜視図および斜視図である。図６および図７に示すように、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とパンニング駆動コイル３０１上に積層するように貼付された１対のローリング駆動コイル３０３が設けられている。同様に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上に積層するように貼付された１対の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、図６に示したパンニング駆動コイル３０１またはチルティング駆動コイル３０２と、１対のローリング駆動コイル３０３からなるコイルユニット６００が光軸１０を中心とする円周上において、９０度の間隔で４つ配置されている。
【００９６】
また、図５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。
【００９７】
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、第１の可動部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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
また光軸１０を中心とした円周上に配置された８つのローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のパンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２は電磁力を受け、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。
【０１０１】
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磁石４０１および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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ベース２００および連結部２１０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１０度以上にする上では、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０１０２】
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。このため可動ユニット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。
【０１０３】
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および図６に示すように、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の光軸１０に面する側面はそれぞれ、光軸１０側に凸状となる部分円柱側面形状を有している。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へそれぞれもっとも近接する位置に維持することができる。
【０１０４】
同様に、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に対向する側面が、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の線上の１点を中心とした凸状の部分球面形状（図示せず）を有していてもよい。これにより、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の回転角度がそれぞれ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、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の中立位置に加えてパンニング方向２０およびチルティング方向２１の中立位置、つまり、光軸１０に垂直な面が水平となるように可動ユニットを維持することができる。
【０１０５】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、第２の可動部１０１、第２の可動部１０１に設けられた脱落防止用規制面１０１Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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１と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０１０６】
カメラ駆動装置１５１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６０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と接触面１０２Ｃとの近傍に粘性部材６０を充填する。これにより、可動ユニットに設けられるパンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２とベース２００に設けられた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との間に発生する磁気吸引力変動を利用した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。
【０１０７】
また、第１の可動部１０２と第２の可動部１０１によって、円錐形状の接触面１２０Ｃおよび部分球面形状を有する脱落防止規制面１０１Ａで規定される閉鎖的な空間が形成される。このため、可動ユニットが回動しても、充填した粘性部材６０が外部へ漏れ出しにくく、良好な粘性減衰特性を維持することができる。
【０１０８】
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４０の磁気吸引力Ｆ４によって、磁性流体の添加された粘性部材６０を接触面１０２Ｃが形成する内部空間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６０の替わりに磁性流体のみを用いてもよい。
【０１０９】
さらに、可動ユニットの全可動範囲において、接触面１０２Ｃおよび突起部２０２のうち、互いに接触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６０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。
【０１１０】
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１５１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。
【０１１１】
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１５１は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図９は、可動ユニットの光軸１０回り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の配置を示す斜視図である。図９に示すようにカメラ駆動部１５１は、１対の第２の磁気センサー５０３と、１対の回転検出用磁石４０３とを備える。第１の可動部１０２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の直線上であって、球心２０２Ａに対して対称に配置された当接面１０２Ｅを有し、当接面１０２に１対の回転検出用磁石４０３が固定されている。
【０１１５】
１対の回転検出用磁石４０３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それぞれ２極に分割着磁されており、１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、互いに異極となるように配置されている。また１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２つの回転検出用磁気センサー５０３が連結部２１０（図２２）の側面に固定されている。
【０１１６】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０１１７】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０１１８】
また、図１および図９に示すように、１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。
【０１１９】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、２つに分割された可動ユニットは、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、接合されているため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１２２】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０１２３】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、球心を中心としてレンズの光軸上に、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０１２４】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０１２５】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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。
【０１２６】
また、磁気ヨークのパンニングおよびチルティング駆動磁石に対向する側面を凸状の曲面に構成することによって、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が０度の場合、磁気ヨークとこれらの駆動磁石との磁気ギャップが最小となるように磁気バネが働く。これにより可動ユニットが中立位置に復帰することができる。
【０１２７】
また、磁気ヨークに対向する駆動磁石の側面を凸状の球面に構成することによって、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が０度の場合、磁気ヨークと駆動磁石との磁気ギャップを最小となるように磁気バネが働く。これにより可動ユニットが中立位置に復帰することができる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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１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。
【０１３２】
また、１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。
【０１３３】
また、吸着用磁石に光軸方向に着磁された複数の磁極を設けることにより、吸着用磁石のみで可動ユニットの傾斜ならびに回転による磁力変化を第２および第２の磁気センサーにより検出し、２次元の傾斜角度と回転角度を算出することができる。これにより、部品点数の削減と装置の小型化が実現できる。
【０１３４】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、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。
【０１３５】
（第２の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第２の実施形態を説明する。図１０は、第２の実施形態であるカメラ駆動装置１５２の構成を示す分解斜視図であり、図１１は、カメラ駆動装置１５２を上から見た平面図である。これらの図において第１の実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付している。
【０１３６】
図１０および図１１に示すように、カメラ駆動装置１５２は、ローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動させるため、専用の駆動部を第１の可動部１０２に備えている点で、第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１と異なる。
【０１３７】
カメラ駆動装置１５２は、可動ユニットをローリング方向２２に回転させるため、１対のローリング駆動磁石８００および１対のローリング磁気ヨーク７０１を備える。
【０１３８】
１対のローリング駆動磁石８００は、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に対して４５度をなし、かつ、直線１３に直交する直線１４の線上において球心２０２Ａに対して対称となるように第１の可動部１０２に配置されている。ローリング駆動磁石８００は、直線１４方向に磁束を有するように１極に着磁されている。また、１対のローリング駆動磁石８００にそれぞれ対向するように１対のローリング磁気ヨーク７０１が、ベース２００の光軸１０を中心とした円周上にそれぞれ設けられている。
【０１３９】
また、１対の磁気ヨーク７０１をそれぞれ巻回するローリング駆動コイル７００が設けられている。ローリング駆動コイル７００の巻回中心軸（図示せず）は、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の巻回中心軸に対して直交するよう設けられている。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。
【０１４０】
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、および、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第１の実施形態の場合に比べてローリング駆動コイル３０３の厚み寸法分だけ狭く設けることができる。このため、それぞれの磁束密度を向上させることができ、パンニング方向２０およびチルティング方向２１への駆動効率が大幅に改善される。
【０１４１】
さらに第１の実施形態と比較して、ローリング駆動コイル３０３による磁気的な飽和が軽減できるため、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の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方向の厚さをさらに小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【０１４２】
なお、第１および第２の実施形態では、ローリング方向２２の回転角度を検出するために、１対の回転検出用磁石４０３と１対の第２の磁気センサー５０３をそれぞれ設けていた。しかし、吸着用磁石４０４に光軸１０方向と垂直な平面において少なくとも４分割した多極着磁を施すことにより、第１の磁気センサー５０１でパンニング方向２０およびチルティング方向２１の傾斜角度を算出し、かつ、ローリング方向２２の回転角度を算出することができる。これにより、回転検出用磁石４０３および第２の磁気センサー５０３を省略することができ、部品点数の大幅な削減を図ることができる。
【０１４３】
（第３の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第３の実施形態を説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態であるカメラ駆動装置１５３を示す分解斜視図であり、図１３は、カメラ駆動装置１５３を斜め上方から見た斜視図である。また、図１４は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気コイル２０４、連結部材２１０）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５３を斜め上方から見た斜視図である。図１５はカメラ駆動装置１５３を上方から見た平面図である。図１６は、カメラ駆動装置１５３の図１５に示す直線１６と光軸１０を含む平面での断面図である。また、図１７は、図１６に示すカメラ駆動装置１５３の断面図における主要の模式的断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５３の主な構成を説明する。
【０１４４】
本実施形態のカメラ駆動装置１５３では、突起支持部および磁気ヨークの形状が第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１対応する構成要素と異なっている。
【０１４５】
カメラ駆動装置１５３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。
【０１４６】
図１２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。
【０１４７】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。突起支持部２０１は片持ち梁形状を有し、端部に突起部２０２が設けられている。図１７に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起支持部２０１は、ベース２００に固定される。
【０１４８】
可動ユニットは、第１の可動部１０２と、第２の可動部１０１とを含む。図１２および図１７に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０１４９】
図１７に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０１５０】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０１５１】
第２の可動部１０１は、図１２から図１４および図１７に示すように、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸が、第２の可動部１０１の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、固定ユニットの突起支持部２０１のアーチ状の片持ち梁形状と立体的に干渉しないように、突起支持部２０１を挟みこんだ状態で、第１の可動部１０２に結合される。固定ユニットの断面が存在しない領域において、第２の可動部１０１が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定されるため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１５２】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによる集中的に支持される。したがって、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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
可動ユニットは固定ユニットからの脱落しないように脱落防止構造を備える。図１６および図１７に示すように、第２の可動部１０１が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１０１Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【０１５６】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０１５９】
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１５３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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０１６０】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、８個の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、図１２および図１４に示すように、可動ユニットをパンニング方向２０に回転駆動するための、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１対のパンニング駆動磁石４０１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の、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１対のチルティング駆動磁石４０２とが、第１の可動部１０２に設けられている。図１２および図２１に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ａおよび当接面１０２Ｂにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【０１６１】
また、図１２および図１３に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向し、駆動磁石の回転に対して均一な磁気ギャップを構成するように、それぞれの一つの駆動磁石に対して１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４が、谷を対向するようにＶ字型に配置されている。
【０１６２】
図１８および図１９は、１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４に設けられた駆動コイルを示す分解斜視図および斜視図である。図１８および図１９に示すように、１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４には、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２が巻回されている。さらにこれらの磁気ヨークと駆動コイルは光軸１０を中心とした円周上に位置するように、連結部２１０によってベース２００に固定されている。このように、第１の駆動部は、２つのパンニング駆動磁石４０１および２つのチルティング駆動磁石４０２と、それぞれに４つの合計８つの磁気ヨークおよび駆動コイルとから構成されている。
【０１６３】
次にローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動する第２の駆動部を説明する。図１２、図１４に示すように、第１の可動部１０２には、光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動するために、パンニング方向２０もしくはチルティング方向２１に対して４５度をなす直線１５上で球心２０２Ａに対して対称に配置された１対のローリング駆動磁石４０５が設けられている。これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｆにおいて固定されている。ローリング駆動磁石４０５は、直線１５方向に磁束を有するように１極に着磁されている。
【０１６４】
また、図１２、図１３、図１８および図１９に示すように、１対のローリング駆動磁石４０５のそれぞれに対向し、駆動磁石の回転に対して均一な磁気ギャップを構成するように、１対のローリング磁気ヨーク２０５が、谷を対向させるようにＶ字型に配置されている。ローリング磁気ヨーク２０５のそれぞれにはローリング駆動コイル３０３が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と直交するよう巻回されている。
【０１６５】
さらに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とパンニング駆動コイル３０１、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は、光軸１０を中心とした円周上に位置するよう、連結部２１０によってベース２００にそれぞれ固定されている。
【０１６６】
また、パンニング駆動コイル３０１、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、突起部２０２の球心２０２Ａの高さ位置に等しい。
【０１６７】
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、第１の可動部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。
【０１６８】
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、可動ユニットは、チルティング方向回転軸１１を中心にパンニング方向２１に回転駆動される。
【０１６９】
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。
【０１７０】
また１対のローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は電磁力を受け、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。
【０１７１】
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磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ローリング磁気ヨーク２０５、ベース２００および連結部２１０によって冷却できるという大きな利点がある。
【０１７２】
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、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０１７３】
また、本実施形態によれば、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への駆動に関してそれぞれ独立した専用の駆動磁石と磁気回路を設けているため、駆動を併用する構成に比べて可動部ユニットの駆動効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、図１７に示すようにパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５の側面が、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面形状を有するように構成することによって、これらの駆動磁石と、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とで構成される磁気ギャップを均一化することができ、磁気吸引力の変動を抑制することができることができる。
【０１７５】
さらにパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４およびローリング用パンニング磁気ヨーク２０５のパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５に対向する側面が  球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有することによって、磁気吸引力の変動をより抑制することができる。
【０１７６】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、第２の可動部１０１、第２の可動部１０１に設けられた脱落防止用規制面１０１Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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１と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０１７７】
カメラ駆動装置１５３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６０を備えていてもよい。この場合、図２０に示すように、円錐状の接触面１０２Ｃと接触面１０２Ｃとの近傍に粘性部材６０を充填する。これにより、可動ユニットに設けられるパンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２とベース２００に設けられた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との間に発生する磁気吸引力変動を利用した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。
【０１７８】
また、第１の可動部１０２と第２の可動部１０１によって、円錐形状の接触面１２０Ｃおよび部分球面形状を有する脱落防止規制面１０１Ａで規定される閉鎖的な空間が形成される。このため、可動ユニットが回動しても、充填した粘性部材６０が外部へ漏れ出しにくく、良好な粘性減衰特性を維持することができる。
【０１７９】
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４０の磁気吸引力Ｆ４によって、磁性流体の添加された粘性部材６０を接触面１０２Ｃが形成する内部空間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６０の替わりに磁性流体のみを用いてもよい。
【０１８０】
さらに、可動ユニットの全可動範囲において、接触面１０２Ｃおよび突起部２０２のうち、互いに接触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６０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。
【０１８１】
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１５３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。
【０１８２】
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１２、図１３、図１６および図１７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１５３は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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し、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。
【０１８５】
図２１は、可動ユニットの光軸１０回り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の配置を示す斜視図である。図２１に示すようにカメラ駆動部１５３は、１対の第２の磁気センサー５０３と、１対の回転検出用磁石４０３とを備える。第１の可動部１０２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の直線上であって、球心２０２Ａに対して対称に配置された当接面１０２Ｅを有し、当接面１０２に１対の回転検出用磁石４０３が固定されている。
【０１８６】
１対の回転検出用磁石４０３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それぞれ２極に分割着磁されており、１対の回転検出用磁石４０３における磁極は互いに逆方向に配置されている。また１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２つの回転検出用磁気センサー５０３が突起支持部２０１とベース２００（図１２）の側面に固定されている。
【０１８７】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０１８８】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０１８９】
また、図１２、図１６および図２１に示すように、１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。
【０１９０】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
また、２つに分割された可動ユニットは、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、接合されているため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１９３】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０１９４】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０１９５】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０１９６】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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の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。
【０１９７】
また、光軸方向から見て、光軸と垂直な平面に投影した場合の投影領域が、パンニング方向またはチルティング方向と４５度をなす一つの直線上に位置するように突起支持部をベースに固定し、突起支持部を、端部に突起部を有する片持ちの梁形状にすることにより、光軸方向から見た突起部の投影領域を小さくすることができ、可動ユニットを駆動するための駆動部を設ける領域を大きくすることができる。
【０１９８】
このため、本実施形態によれば、可動ユニットをローリング方向に回転させる第２の駆動部、つまり、ローリング磁気ヨークおよびローリング駆動コイルも、ベースの光軸を中心とする円周上で対称に配置することが可能となる。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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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。
【０１９９】
また、光軸を中心とする円周状に、パンニング駆動部、チルティング駆動部およびローリング駆動部を配設することができ、各駆動部の磁石と磁気ヨークとから構成される磁気ギャップを同一距離に設定することができる。したがって、磁束密度を高め、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させるとともに均一化させることができる。
【０２００】
また、それぞれ１対のパンニング磁気ヨーク、チルティング磁気ヨークおよびローリング磁気ヨークは、略Ｖ字形状で、かつＶ字形状の谷部分が対向するように光軸に対して、対称に配置されている。このため、可動ユニットが大きな傾斜角度および回転角度をとった状態でも、駆動磁石と磁気ヨークとの磁気ギャップを小さくすることができ、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させることができる。
【０２０１】
また、パンニング磁気ヨーク、チルティング磁気ヨークおよびローリング磁気ヨークのそれぞれの駆動磁石に対向する側面が、突起部の中心を中心とする凹状の部分球面形状を有することによって、磁気吸引力の変動をより抑制できる。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
また、可動ユニットと固定ユニットをピポッド構造で支持するための吸着用磁石の磁力変化を第１および第２の磁気センサーで検出し、可動ユニットのヨーング方向およびチルティング方向の傾斜角度とローリング方向の回転角度算出とを算出することができるため、回転角度を検出するための磁石を別途設ける必要がなく、部品点数の削減と装置の小型化を実現することができる。
【０２０５】
さらに突起支持部を片持ちの梁形状にすることにより、組立て時において突起部を可動ユニットに設けられた円錐状の接触面に挿入させることが可能となる。したがって、第１および第２の可動部を一体的に形成することが可能となり、部品点数の削減と組立性の向上を図ることができる。
【０２０６】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、パンニング方向およびチルティング方向に±２０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±２０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。
【０２０７】
（第４の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第４の実施形態を説明する。図２２は、本発明の第４の実施形態であるカメラ駆動装置１５４を示す分解斜視図であり、図２３は、カメラ駆動装置１５４を斜め上方から見た斜視図である。また、図２４は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気コイル２０４）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５４を斜め上方から見た斜視図である。図２５はカメラ駆動装置１５３を上方から見た平面図である。図２６は、カメラ駆動装置１５４の図２５に示す破線１２と光軸１０を含む平面での断面図である。図２７は、カメラ駆動装置１５４の図２５に示す破線１４と光軸１０を含む平面での断面図である。また、図２８は、図２６に示すカメラ駆動装置１５４の断面図における主要の模式的断面図である。図２９および図３０は、駆動磁石と磁気ヨークの配置を示す斜視図および平面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５４の主な構成を説明する。
【０２０８】
本実施形態のカメラ駆動装置１５４は、可動ユニットの主要な筐体が第１の可動部によってのみ構成され、第２の可動部を含まない点で第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１と異なっている。また、可動ユニットを駆動させるための磁気構造が最適化されている。
【０２０９】
第１の実施形態と同様、カメラ駆動装置１５４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。
【０２１０】
図２２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。
【０２１１】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。図２８に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。図２２および図２８に示すように、突起部２０２は、突起支持部２０１の中心部に圧入され固定されており、突起部２０２が固定された突起支持部２０１は、図２２から図２４に示すようにベース２００に固定される。
【０２１２】
本実施形態では、可動ユニットは、第１の可動部１０２のみを含み、第２の可動部を含まない。図２２および図２８に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０２１３】
図２８に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０２１４】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０２１５】
第１の可動部１０２は、好ましくは、カメラ部１００のレンズの光軸１０が、接触面１０２Ｃの円錐形状の軸と一致するように、かつ、固定ユニットと立体的に干渉しないようにカメラ部１００を支持する。具体的には、固定ユニットの突起支持部２０１の断面が存在しない複数の領域において、カメラ部１００が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定される。このため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０２１６】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによる集中的に支持される。したがって、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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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、耐摩耗性に優れた支持構造を実現できる。
【０２１９】
本実施形態では、可動ユニットは第２の可動部を備えない。このため、可動ユニットが固定ユニットから脱落するのを防止するための脱落防止規制面はカメラ部１００に設けられる。
【０２２０】
図２８に示すように、カメラ部１００が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０がカメラ部１００と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、カメラ部１００のレンズが設けられていない側の面には、球心を中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１００Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１００Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１００Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【０２２１】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１００Ａとが接触した状態でも、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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１００Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１００Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０２２４】
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１５４は、固定ユニットに対し、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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０２２５】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、２対の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、図２２、図２３、図２４、図２９および図３０に示すように、第１の可動部１０２には、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１対のパンニング駆動磁石４０１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１対のチルティング駆動磁石４０２が設けられている。図２２に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ａ（図２２）および当接面１０２Ｂにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【０２２６】
また、図２２および図２３に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向するように、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が光軸１０を中心としたベース２００の円周上にそれぞれ配置されている。
【０２２７】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、カメラ部１００に設けられた脱落防止規制面１００Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０２２８】
次にローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動する第２の駆動部を説明する。図２７、図２９および図３０に示すように、第１の可動部１０２には、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１４（図２９参照）の線上に球心２０２Ａに対して対称に配置された１対のローリング駆動磁石８００が設けられている。ローリング駆動磁石８００は、直線１４方向に磁束を有するように１極に着磁されている。また、１対のローリング駆動磁石８００にそれぞれ対向するように１対のローリング磁気ヨーク７０１が光軸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。
【０２２９】
また、１対の磁気ヨーク７０１をそれぞれ巻回するローリング駆動コイル７００が設けられている。ローリング駆動コイル７００の巻回中心軸（図示せず）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の巻回中心軸に対して直交するよう設けられている。
【０２３０】
このように、光軸１０を中心とするベース２００の円周上に、パンニング方向２０、チルティング方向２１、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。
【０２３１】
また、パンニング駆動コイル３０１、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、突起部２０２の球心２０２Ａの高さ位置に等しい。
【０２３２】
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、第１の可動部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。
【０２３３】
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、可動ユニットは、チルティング方向回転軸１１を中心にパンニング方向２１に回転駆動される。
【０２３４】
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。
【０２３５】
また１対のローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は電磁力を受け、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。
【０２３６】
このように、本実施形態は、第１の可動部１０２にパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石８００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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ローリング磁気ヨーク７０１、ベース２００および連結部２１０によって冷却できるという大きな利点がある。
【０２３７】
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１０度以上にする上では、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０２３８】
図３１は第１の駆動部であるチルティング駆動磁石４０２およびチルティング磁気ヨーク２０４の形状および配置を示した断面図であり、図３２は第２の駆動部であるローリング駆動磁石８００およびローリング磁気ヨーク７０１の形状および配置を示した断面図である。
【０２３９】
図３１に示すように、チルティング磁気ヨーク２０４に対向するチルティング駆動磁石４０２の側面は、突起部２０２の球心２０２Ａを中心とし、光軸１０と垂直であり、球心２０２Ａを通る平面において、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする凸球面の一部を有していることが好ましい。同様に、パンニング磁気ヨーク２０３に対向するパンニング駆動磁石４０１の側面も距離Ｒ１を半径とする凸球面の一部を有していることが好ましい。
【０２４０】
また１対のローリング磁気ヨーク７０１に対向するローリング駆動磁石８００の側面は、球心２０２Ａと一致した中心を有し、光軸１０と垂直であり、球心２０２Ａを通る平面において、中心から回転駆動用磁石８００の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有していることが好ましい。
【０２４１】
一方、チルティング駆動磁石４０２の凸球面に対向するチルティング磁気ヨーク２０４の側面は、光軸１０に垂直であり、球心２０２Ａを通る平面における中心とチルティング駆動磁石４０２の側面の中点とを結ぶ延長線上の点を中心とし、上述の平面における延長線上の点からチルティング磁気ヨーク２０４の側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有していることが好ましい。同様にパンニング駆動磁石４０１の凸球面に対向するパンニング磁気ヨーク２０３の側面も、半径Ｒ３の凹球面の一部を有していることが好ましい。より好ましくは、Ｒ３は距離Ｌ１の１．２倍から２倍程度である。
【０２４２】
またローリング駆動磁石８００の凸球面に対向するローリング磁気ヨーク７０１の側面は、上述の平面における球心２０２Ａとローリング駆動磁石８００の側面の中点を結ぶ延長線上の点を中心とし、上述の平面における延長線上の点からローリング磁気ヨーク７０１の側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有していることが好ましい。より好ましくは、Ｒ４は距離Ｌ２の１．２倍から２倍程度である。
【０２４３】
このような駆動磁石および磁気ヨークの構成による効果を説明する。図３３は、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合の構成を示す図であり、図３４は本実施形態のチルティング駆動磁石４０２およびチルティング磁気ヨーク２０４の形状および配置を示した図である。
【０２４４】
図３３に示したチルティング磁気ヨーク２０４の場合の磁気ギャップＧは、Ｇ＝ｄ＋Ｒ１×（１−ＣＯＳθ１）で表される。ここで、ｄは第１の可動部１０２の傾斜角度および回転角度が０度である場合における磁気ギャップの最小距離であり、θ１は、チルティング角度である。
【０２４５】
また図３４に示した本実施形態の場合、磁気ギャップＧは、Ｇ＝ｄ＋Ｒ１×（１−ＣＯＳθ１）−Ｒ３×（１−ＣＯＳθ２）で表される。ここで、θ１はチルティング角度であり、θ２はチルティング角度がθ１である場合のチルティング駆動磁石４０２の中点をチルティング磁気ヨーク２０４の側面へ水平方向に投影した点と半径Ｒ３の中心Ｐを結ぶ線が水平方向に対してなす角度である。θ１とθ２とは、Ｒ３×ＳＩＮθ２＝Ｒ１×ＳＩＮθ１の関係を満たす。
【０２４６】
図３５は、チルティング傾斜角度に対する磁気ギャップの変化を示した特性図であり、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合（四角）およびＲ３＝２×Ｌ１を満たす凹状部分球面である場合（丸）を示している。
【０２４７】
図３５からわかるように、傾斜角度が３０度になると、平板形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップが最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の約５倍にまで急激に増加する。しかし、凹状部分球面形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップの変化が最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の３倍程度までに抑えられている。
【０２４８】
また図３６は、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合（四角）およびＲ３＝１．２×Ｌ１を満たす凹状部分球面である場合（丸）におけるチルティング傾斜角度に対する磁気ギャップの変化を示した特性図である。
【０２４９】
図３６からわかるように、傾斜角度が３０度になっても、凹状部分球面形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップの変化が最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の２倍程度までに抑えられている。
【０２５０】
このようにチルティング駆動磁石の側面を半径Ｒ１の凸状部分球面に構成し、チルティング磁気ヨーク２０４の側面を半径Ｒ３の凹状部分球面に構成し、Ｒ１およびＲ３を調節することにより、磁気ギャップの変化を制御させることが可能となる。
【０２５１】
ここで、Ｒ３をＬ１に一致させた場合、磁気ギャップ変化を完全に抑制することが可能であり、チルティング傾斜角度にかかわらず磁気ギャップは一定になる。
【０２５２】
しかし、この場合、磁気吸引力を利用した第１の可動部１０２の中点復帰機能が損なわれ、磁気バネ効果によって、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２を、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における中立位置に保つことができない。その結果、カメラ部１００の３次元での中立位置を保持するためには、定常的な駆動電流をパンニング駆動コイル３０１、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に印加させる必要が生じ、カメラ駆動装置としての効率が大きく低下してしまう。これらのことから、磁気バネ効果を利用するためには、Ｒ３＞Ｌ１を満たすことが好ましいことがわかる。
【０２５３】
一方、磁気ギャップ変化を急峻にさせることで磁気吸引力を積極的に利用して第１の可動部１０２の中点復帰機能を高めた場合、パンニング、チルティングおよびローリングの３方向の磁気バネ付勢力の合力により、第１の可動部１０２の３方向の周波数応答特性へ悪影響が生じる。このため、良好なサーボ駆動帯域を得られない。
【０２５４】
したがって、３方向の中点復帰機能と周波数応答特性の両立は、カメラ駆動装置における非常に重要な設計課題となり、駆動磁石の凸球面に対する磁気ヨークの凹球面の半径の設定を最適化させることが課題解決のための重要な一手段となる。
【０２５５】
図３５および図３６に示すように、傾斜角度が３０度以内である場合、Ｌ１およびＲ３が１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌの関係を満たせば、磁気ギャップの距離変化を２倍から３倍以内にすることができる。詳細な検討の結果、磁気ギャップの距離変化がこの範囲であれば、中点復帰機能および周波数応答特性を両立させることが可能となることがわかった。
【０２５６】
パンニング磁気ヨーク２０３およびパンニング駆動磁石４０１のＬ１およびＲ３についても同様であり、Ｌ１およびＲ３は１．２×Ｌ１≦Ｒ３≦２×Ｌ１の関係を満たすことが好ましい。また、ローリング駆動磁石８００およびローリング磁気ヨーク７０１のＬ２およびＲ４にいても同様であり、Ｌ２およびＲ４は１．２×Ｌ２≦Ｒ４≦２×Ｌ２の関係を満たすことが好ましい。
【０２５７】
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１５４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。
【０２５８】
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２２、図２６、図２７および図２８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１５４は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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し、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。
【０２６１】
次に、可動ユニットの光軸１０回りの回転角度を検出するための第２の検出部を説明する。図２２に示すようにカメラ駆動部１５４は、１対の第２の磁気センサー５０３と、２対の回転検出用磁石４０３とを備える。２対の回転検出用磁石４０３が、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度をなし、互いに直交する２本の直線上において、球心２０２Ａに対して対称となるよう、第１の可動部１０２に固定されている。４つの回転検出用磁石４０３のそれぞれは、光軸１０を中心とし、光軸１０と垂直な平面上の円の円周方向に２極に着磁されている。また、光軸１０に対して対称に配置された一対の回転検出用磁石４０３は互いに着磁方向が逆になっている。
【０２６２】
また１対の回転検出用磁石４０３の２極分割着磁の中心境界上において対向するように２つの回転検出用磁気センサー５０３がベース２００に固定されている。
【０２６３】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０２６４】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０２６５】
また、図２２に示すように、１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。
【０２６６】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０２６９】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０２７０】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０２７１】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。これらが配置される光軸方向の高さ位置は、突起部の中心の高さ位置にほぼ等しい。このため可動ユニットの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。
【０２７２】
また、パンニング、チルティング磁気ヨークに対向するパンニング、チルティング駆動磁石の側面は、突起部の球面の球心を中心とし、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中心までの距離Ｒ１を半径とする球面の一部形状を有し、ローリング磁気ヨークに対向するローリング駆動磁石の側面は、突起部の球面の球心を中心とし、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中心までの距離Ｒ２を半径とする球面の一部形状を有する。
【０２７３】
パンニング、チルティング駆動磁石の凸球面に対向するパンニング、チルティング磁気ヨークの側面は、中心からパンニング、チルティング磁気ヨークの側面までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹状球面の一部形状を有し、ローリング駆動磁石の凸球面に対向するローリング磁気ヨークの側面は、中心からローリング磁気ヨークの側面までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹状球面の一部形状を有する。
【０２７４】
これにより、可動ユニットの傾斜角度および回転角度に対する磁気ヨークと駆動磁石とのそれぞれの磁気ギャップ変化をすべての可動範囲において、予定の範囲内に抑制することができる。また、駆動磁石の凸状球面の半径と磁気ヨークの凹状球面の半径を調節することによって、磁気ギャップの変化量を制御することが可能となる。
【０２７５】
一般的に、磁気吸引力は磁束密度の２乗に比例し、磁束密度は磁気ギャップに反比例する。したがって、磁気吸引力は磁気ギャップの２乗に反比例することになり、動作角度の変化に伴う急激な磁気ギャップ変化は磁気バネのバネ定数を増加させる。そこで、可動ユニットに設けた駆動磁石の回転曲率半径に応じた駆動磁石の凸状球面の半径および磁気ヨークの凹状球面の半径を調節することにより磁気ギャップの変化量を適切に設定し、可動ユニットの中立位置への復帰を３次元的に実現するとともに、駆動制御周波数帯域における周波数応答特性を悪化させない磁気バネ特性を実現させることができる。
【０２７６】
特に磁気ヨークの凹状球面の半径を、中心から磁気ヨークの側面までの距離の１．２倍以上２倍以下に設定する場合、可動ユニットの中立位置への復帰と良好な周波数応答特性の両立を図ることができる。
【０２７７】
また、ムービングマグネット駆動方式では、傾斜角度および回転角度の増大に比例して磁気吸引力が大きくなるため、磁気吸引力に逆らって動作角度を維持させる必要がある。その結果、不必要な駆動電流が必要となり駆動効率を著しく低下させるという特有の課題があった。本実施形態のカメラ駆動装置によれば、動作角度範囲における磁気ギャップの変化量を緩やかに設定することができるため、可動ユニットの中立位置への復帰を実現しつつ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【０２７８】
また可動ユニットに搭載しているパンニングおよびチルティング駆動磁石およびローリング駆動磁石の回転曲率半径を距離Ｒ１および距離Ｒ２と異ならせることによって、パンニングおよびチルティング駆動磁石とローリング駆動磁石との磁気結合を回避し、磁気吸引力の急激な変動を防止することができる。
【０２７９】
また、１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１３上に配置するため、光軸１０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、装置として省スペース化を実現できる。
【０２８０】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、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。
【０２８１】
（第５の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第５の実施形態を説明する。図３７は、本発明の第５の実施形態であるカメラ駆動装置１５５を示す分解斜視図であり、図３８は、カメラ駆動装置１５５を斜め上方から見た斜視図である。図３９（ａ）および（ｂ）は、カメラ駆動装置１５５は平面図および側面図である。図４０および図４１は、それぞれ図３９（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。図４２はカメラ駆動装置１５５の突起部２０２近傍を拡大して示す要部断面図である。図４３は、図３９（ｂ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５５の主な構成を説明する。
【０２８２】
カメラ駆動装置１５５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。カメラ駆動装置１５５は、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２および第２の可動部１０１が第３の可動部１０３に対して、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に自在に回転し、第３の可動部１０３が固定ユニットに対して、レンズ光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に自在に回転する点で第１から第４の実施形態と異なっている。
【０２８３】
図３７および図３８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。
【０２８４】
可動ユニットは、第１の可動部１０２、第２の可動部１０１、第３の可動部１０３、突起支持部２０１および突起部２０２を含む。
【０２８５】
図３７に示すように、突起支持部２０１は、略アーチ状の両持ち梁形状を有し、梁の中央に設けられた孔に、突起部２０２が圧入固定されている。図４１および図４２に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起支持部２０１は、第３の可動部１０３に固定される。
【０２８６】
第１の可動部１０２は、接触面１０２Ｃと吸着用磁石４０４とを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０２８７】
図４２に示すように、突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０２８８】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０２８９】
第２の可動部１０１は、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸１０が、第２の可動部１０１の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、突起支持部２０１と立体的に干渉しないように、第１の可動部１０２に結合される。
【０２９０】
図３７に示すように、第３の可動部１０３は、突起支持部２０１を支持し、固定ユニットのベース２００に設けられた光軸１０を中心軸とするローリング回動中心孔２００ｓに、第３の可動部１０３に設けられたローリング回動軸１０３ｓに嵌合され、ベース２００に回動自在に支持される。これにより、突起支持部２０１を介して支持されている第１の可動部１０２および第２の可動部１０１は、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転することができる。
【０２９１】
また、第１の可動部１０２の下方（球心２０２Ａに対して第２の可動部１０１と反対）には、カウンターウエイト１５０が取り付けられる。これにより、球心２０２Ａを中心として、第１の可動部１０２に固定されるカメラ部１００との重量バランスをとることができるため、搭載するカメラ部１００の設計および搭載自由度が広がる。また、カメラ部１００、第１の可動部１０２および第２の可動部１０１とカウンターウエイト１５０からなる全可動ユニットの重心位置を突起部２０２の球心２０２Ａ近傍で集中的に支持することが可能となる。このため、摩擦による負荷を低減し、駆動周波数領域における機械的共振を大幅に抑制することができる。
【０２９２】
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。
【０２９３】
なお、突起部２０２の表層部分を潤滑性の高い樹脂部材（図示せず）などで被覆してもよい。この場合、接触する円錐状の接触面１０２Ｃ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の優れた支持構成を実現できる。
【０２９４】
また、図４２に示すように、第２の可動部１０１が、突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。したがって、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の球面部２０１Ａが設けられ、空隙５０を介して第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の球面の脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。
【０２９５】
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、第１の可動部１０２が下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【０２９６】
このため、本実施形態によれば、たとえ第１の可動部１０２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。
【０２９７】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０２９８】
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１５５は、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２および第２の可動部１０１を第３の可動部１０３に対してパンニング方向２０およびチルティング方向２１へ傾斜させるための第１の駆動部と、ベース２００に対して第３の可動部１０３をローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０２９９】
第１の駆動部は、パンニング駆動磁石４０１と、パンニング磁気ヨーク２０３と、パンニング駆動コイル３０１からなるパンニング駆動部と、チルティング駆動磁石４０２と、チルティング磁気ヨーク２０４と、チルティング駆動コイル３０２からなるチルティング駆動部を含む。
【０３００】
図３７、図４１および図４４を参照して、パンニング駆動部およびチルティング駆動部の構成について説明する。
【０３０１】
図４４は、カメラ駆動装置１５５におけるパンニング駆動部およびチルティング駆動部の構成を示す分解斜視図である。なお、図４１は、チルティング方向回転軸１１に沿ったパンニング駆動部の断面図である。パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このためパンニング方向回転軸１２に沿ったチルティング駆動部の断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３０２】
パンニング駆動部は、第１の可動部１０２を、パンニング方向回転軸１２を中心にパンニング方向２０に回転駆動する。このために、パンニング駆動部は、第１の可動部１０２に取り付けられたパンニング駆動磁石４０１と、パンニング駆動磁石４０１に対向するように、連結部２１０に取り付けられたパンニング磁気ヨーク２０３と、パンニング磁気ヨーク２０３に取り付けられたパンニング用ボビン２０６と、パンニング用ボビン２０６に巻回されたパンニング駆動コイル３０１とを含む。
【０３０３】
パンニング駆動磁石４０１は、球心２０２Ａに対してチルティング方向回転軸１１上において対称に配置された１対の磁石であり、チルティング方向回転軸１１方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３０４】
パンニング磁気ヨーク２０３は、１対のパンニング駆動磁石４０１に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。パンニング駆動磁石４０１の矢印２０Ａ方向および矢印２０Ｂ方向の回転に対して、急激な磁気ギャップの変動を起こさないように、パンニング駆動磁石４０１に対向する面は、チルティング方向回転軸１１上に中心を持つ部分円柱側面形状を有する。
【０３０５】
部分円柱側面形状を有するパンニング磁気ヨーク２０３にパンニング駆動コイル３０１を巻く（取り付ける）ために、パンニング用ボビン２０６は、パンニング磁気ヨーク２０３に取り付けられている。パンニング用ボビン２０６は、パンニング駆動磁石４０１の矢印２０Ａ方向および矢印２０Ｂ方向の回転に対して、パンニング駆動コイル３０１を略Ｖ字型に配置するように、パンニング駆動コイル３０１とパンニング磁気ヨーク２０３の隙間を埋めるように構成されている。
【０３０６】
パンニング駆動コイル３０１は、１つのパンニング駆動磁石４０１に対して、球心２０２Ａの高さで２分割されて、上述したパンニング用ボビン２０６に巻回されている。
【０３０７】
これらの１対のパンニング磁気ヨーク２０３とパンニング駆動コイル３０１は、光軸１０を中心に対称に配置された１対の連結部２１０（図３７）を介して、それぞれ第３の可動部１０３に固定されている。
【０３０８】
同様に、チルティング駆動部は、第１の可動部１０２を、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に回転駆動する。このために、チルティング駆動部は、第１の可動部１０２に取り付けられたチルティング駆動磁石４０２と、チルティング駆動磁石４０２に対向するように、連結部２１０に取り付けられたチルティング磁気ヨーク２０４と、チルティング磁気ヨーク２０４に取り付けられたチルティング用ボビン２０７と、チルティング用ボビン２０７に巻回されたチルティング駆動コイル３０２とを含む。
【０３０９】
チルティング駆動磁石４０２は、球心２０２Ａに対してパンニング方向回転軸１２上において対称に配置された１対の磁石であり、パンニング方向回転軸１２方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３１０】
チルティング磁気ヨーク２０４は、１対のチルティング駆動磁石４０２に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。チルティング駆動磁石４０２の矢印２１Ａ方向および矢印２１Ｂ方向の回転に対して、急激な磁気ギャップの変動を起こさないように、チルティング駆動磁石４０２に対向する面は、パンニング方向回転軸１２上に中心を持つ部分円柱側面形状を有する。
【０３１１】
部分円柱側面形状を有するチルティング磁気ヨーク２０４にチルティング駆動コイル３０２を巻く（取り付ける）ために、チルティング用ボビン２０７は、チルティング磁気ヨーク２０４に取り付けられている。チルティング用ボビン２０７は、チルティング駆動磁石４０２の矢印２１Ａ方向および矢印２１Ｂ方向の回転に対して、チルティング駆動コイル３０２を略Ｖ字型に配置するように、チルティング駆動コイル３０２とチルティング磁気ヨーク２０４の隙間を埋めるように構成されている。
【０３１２】
チルティング駆動コイル３０２は、１つのチルティング駆動磁石４０２に対して、球心２０２Ａの高さで２分割されて、前述したチルティング用ボビン２０７に巻回されている。
【０３１３】
これらの１対のチルティング磁気ヨーク２０４とチルティング駆動コイル３０２は、光軸１０を中心に対称配置された１対の連結部２１０（図３７）を介して、それぞれ第３の可動部１０３に固定されている。
【０３１４】
したがって、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の回転駆動に関しては、それぞれ２つのパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２に対して、２つの磁気ヨークと、４つの駆動コイルとから構成されている。
【０３１５】
次に、図４１、図４５および図４６を参照して、パンニング駆動部およびチルティング駆動部の傾斜動作と磁気吸引力を利用した第１の可動部１０２の中立位置復帰機能について説明する。
【０３１６】
図４５は、カメラ駆動装置１５５の図３９に示すＡ−Ａ線の位置における断面図であり、パンニング方向（チルティング方向）に駆動した場合の断面図である。図４５は、チルティング方向回転軸１１上でのパンニング駆動部の断面図であるが、パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このため、パンニング方向回転軸１２に沿ったチルティング駆動部の断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３１７】
図４６は、カメラ駆動装置１５５におけるチルティング駆動磁石２０４とチルティング駆動用チルティング磁気ヨーク２０４の位置関係を示す要部断面図である。図４６は、ピッチング駆動部の要部断面図であるが、パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このため、パンニング駆動部の要部断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３１８】
図４１および図４５に示すように、４つの駆動コイルからなる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るため、第１の可動部１０２は、球心２０２Ａ（パンニング方向回転軸１２）を中心にパンニング方向２０Ａまたは２０Ｂに回転駆動される。図４１の傾斜角度０の中立位置の状態から、パンニング駆動コイル３０１に所定の方向へ通電すると、図４５に示すように、第１の可動部１０２は、矢印２０Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第１の可動部１０２は、矢印２０Ｂ方向に駆動される。
【０３１９】
同様に、４つの駆動コイルからなる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るため、第１の可動部１０２は、球心２０２Ａ（チルティング方向回転軸１１）を中心にチルティング方向２１Ａまたは２１Ｂに回転駆動される。図４１の傾斜角度０の中立位置の状態から、チルティング駆動コイル３０２に所定の方向へ通電すると、図４５に示すように、第１の可動部１０２は、矢印２１Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第１の可動部１０２は、矢印２１Ｂ方向に駆動される。
【０３２０】
したがって、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へ同時に通電することにより、第１の可動部１０２に固定される第２の可動部およびにカメラ部１００を、球心２０２Ａを中心に２次元的に傾斜させることができる。また、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に流す電流の向きを変えることによって、カメラ部１００を、パンニング方向２０Ａまたは２０Ｂおよびチルティング方向２１Ａまたは２１Ｂ方向へ任意に駆動することができる。
【０３２１】
なお、本実施形態では、パンニング磁気ヨーク２０３の凹状のＲ面とパンニング駆動磁石４０１との磁気ギャップに関して、図４１に示す第１の可動部１０２の傾斜角度が０度の場合の磁気ギャップＧ０と、図４５に示す第１の可動部１０２が矢印２０Ａ方向に傾斜した場合の磁気ギャップＧ１との関係がＧ０＜Ｇ１となるように、パンニング磁気ヨーク２０３の側面は、凹状の部分円柱側面形状を有している。したがって、図４１に示す第１の可動部１０２の傾斜角度が０度の場合の磁気吸引力が、図４５に示す第１の可動部１０２が矢印２０Ａ方向に傾斜した場合に対して大きくなるので、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２を中立位置（傾斜角度が０度）に保持することができる。
【０３２２】
チルティング駆動部に関しても、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。つまり、同様に、第１の可動部１０２を中立位置（傾斜角度が０度）に保持することができる。
【０３２３】
さらに、本実施形態では、図４６に示すように、チルティング駆動磁石４０２のチルティング磁気ヨーク２０４と対向する面４０２Ａは、凸状の部分球面形状を有する。これにより、チルティング駆動磁石４０２と対向するチルティング磁気ヨーク２０４の中心部との磁気ギャップＤ０を、チルティング磁気ヨーク２０４の端部との磁気ギャップＤ１より小さく構成できる。その結果、チルティング磁気ヨーク２０４の中心部での磁気吸力が大きくなり、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２をチルティング磁気ヨーク２０４中心部に沿って保持して駆動することができる。
【０３２４】
パンニング駆動磁石４０１とパンニング磁気ヨーク２０３においても、同様に、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２をパンニング磁気ヨーク２０３中心部に沿って保持して駆動することができる。
【０３２５】
したがって、ローリング方向２２にも自由度がある球状の突起部２０２によるピポッド支持構成において、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の２つの駆動軸のみの支持が実現でき、従来に比べ、小さいスペースで２つの駆動軸支持を構成することができる。
【０３２６】
次に、ベース２００に対して第３の可動部１０３をローリング方向２２に回転させる第２の駆動部であるローリング駆動部を説明する。図４７は、カメラ駆動装置１５５におけるローリング駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【０３２７】
ローリング駆動部は、第３の可動部１０３を、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動を行い、第３の可動部１０３に取り付けられたローリング駆動磁石４０５と、ローリング駆動磁石４０５に対向するように、ベース２００に取り付けられたローリング磁気ヨーク２０５と、ローリング磁気ヨーク２０５に取り付けられたローリング用ボビン２０８と、ローリング用ボビン２０８に巻回されたローリング駆動コイル３０３とを含む。
【０３２８】
ローリング駆動磁石４０５は、パンニング方向回転軸１２またはチルティング方向回転軸１１に対して４５度をなす直線１５上（図４３）において、光軸１０に対して対称に配置された１対の磁石であり、直線１５方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３２９】
ローリング磁気ヨーク２０５は、１対のローリング駆動磁石４０５に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。第３の可動部１０３を、磁気吸引力変動を利用した磁気バネ効果により、ローリング方向２２の中立位置に保持するために、ローリング駆動磁石４０５に対向する面は、中立位置で磁気ギャップが最小となるような凸状の部分円柱側面形状を有する。
【０３３０】
部分円柱側面形状を有するローリング磁気ヨーク２０５にローリング駆動コイル３０３を巻くために、ローリング用ボビン２０８は、ローリング磁気ヨーク２０５に取り付けられている。また、ローリング用ボビン２０８は、ローリング駆動コイル３０３を直線１５に直交する方向に配置するように、ローリング駆動コイル３０３とローリング磁気ヨーク２０５の隙間を埋めるように構成されている。
【０３３１】
ローリング駆動コイル３０３は、１対のローリング用ボビン２０８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と直交する方向に巻回されている。
【０３３２】
これらの１対のローリング磁気ヨーク２０５とローリング駆動コイル３０３は、球心２０２Ａの高さより下方に構成されており、光軸１０方向から見た平面位置は、パンニングもしくはチルティング駆動部に対して４５度をなすように配置されている。このため、パンニングもしくはチルティング駆動部との干渉をさけ、高さ領域を有効に活用して装置の低背化を図ることができる。
【０３３３】
また、ローリング駆動部を球心２０２Ａより下方に設けることにより、パンニングおよびチルティング駆動部との磁気回路の高さ位置を変えて、パンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２との磁気結合の影響を低減し、磁気回路の干渉による駆動中のクロストークの発生を抑制することができる。
【０３３４】
次に、図４３および図４８を参照して、ローリング駆動部の回転動作と磁気吸引力を利用した第３の可動部１０３の中立位置復帰機能について説明する。
【０３３５】
図４８は、カメラ駆動装置１５５の図３９（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図でありローリング方向に駆動した場合の断面図である。
【０３３６】
図４３および図４８に示すように、対をなすローリング駆動コイル３０２に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は、偶力の電磁力を受ける。このため、第３の可動部１０３は、光軸１０を中心にローリング方向２２Ａまたは２２Ｂに回転駆動される。図７の回転角度０の中立位置の状態から、ローリング駆動コイル３０３に所定の方向へ通電すると、図４８に示すように、第３の可動部１０３は、矢印２２Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第３の可動部１０３は、矢印２２Ｂ方向に駆動される。
【０３３７】
したがって、ローリング駆動コイル３０３に流す電流の向きを変えることで、突起支持部２０１を介して第３の可動部１０３に支持されているカメラ部１００を、ローリング方向２２Ａまたは２２Ｂ方向へ任意に駆動することができる。
【０３３８】
なお、本実施形態では、前述したようにローリング磁気ヨーク２０５のローリング駆動磁石４０５と対向する面が凸状の部分円柱側面形状を有しているため、図４３に示す第３の可動部１０３の回転角度が０度の場合のローリング磁気ヨーク２０５とローリング駆動磁石４０５との磁気ギャップが、図４８に示す第３の可動部１０３が矢印２２Ａ方向に回転した場合の磁気ギャップに比べ小さくなっている。このため、図４３に示す第３の可動部１０３の回転角度が０度の場合の磁気吸引力が、図４８に示す第３の可動部１０３が矢印２２Ａ方向に回転した場合に対して大きくなり、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第３の可動部１０３を中立位置（回転角度が０度）に保持することができる。
【０３３９】
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１５５は、第３の可動部１０３に対するカメラ部１００の２次元の傾斜角度を検出するための第１の検出部と、カメラ部１００のレンズの光軸１０回りの回転角度を検出するための第２の検出部とを備える。
【０３４０】
まず第１の検出部の説明をする。カメラ部１００のパンニング方向２０およびチルティング方向２１の傾斜角度を検出するため、カメラ駆動装置１５５は、第１の磁気センサー５０１と、第１の磁気センサー５０１を実装する回路基板５０２をさらに備える。
【０３４１】
図３７および図４１に示すように、第１の磁気センサー５０１は、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、回路基板５０２を介して、第３の可動部１０３に取り付けられる。
【０３４２】
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、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上にそれぞれ１対ずつ対称配置されている。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。
【０３４３】
また、吸着用磁石４０４の第１の磁気センサー５０１と対向する面は、突起部２０２の球心２０２Ａを中心とする球面の一部である凸状の部分球面形状を有し、±２０度以上の大きな傾斜においても、磁石表面と第１の磁気センサー５０１との距離変化がなく、磁石の端部による急峻な磁気変化がない。このため、第１の磁気センサー５０１の出力が飽和することがなく、第１の可動部１０２の大きな傾斜角度を検出することができる。言い換えると、吸着用磁石４０４が球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面形状を有することによって、磁気センサーの角度検出範囲の拡大を図ることができる。
【０３４４】
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し、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。
【０３４５】
次に第２の検出部を説明する。カメラ駆動装置１５５は、第３の可動部１０３に取り付けられた１対の回転検出用磁石４０３と、回転検出用磁石４０３に対向するように、ベース２００に取り付けられたローリング方向２２の回転角度を検出するための第２の磁気センサー５０３をさらに備える。
【０３４６】
図３７および図４０に示すように、１対の回転検出用磁石４０３は、パンニング方向回転軸１２またはチルティング方向回転軸１１に対して４５度をなし球心２０２Ａに対して対称に配置されるように第３の可動部１０３に固定されている。
【０３４７】
また、１対の回転検出用磁石４０３は、光軸１０に直交する平面上において光軸１０を中心とする円の円周方向に着磁され、球心２０２Ａを通る方向にそれぞれ２極に分割（図３７、図４３）されている。１対の回転検出用磁石４０３において、２つの磁極はローリング方向２２に対して互いに逆順に配置される。
【０３４８】
１対の第２の磁気センサー５０３は、第３の可動部１０３のローリング方向２２の回転動作によって生じる回転検出用磁石４０３の磁気変化を差動検出して、ローリング方向の回転角度を算出することできる。回転検出用磁石４０３は２極に分割着磁されているため、第３の可動部１０３のローリング方向２２の回転動作によって、急峻な磁気変化が得られ、この磁気変化を差動検出することで、高感度な回転角度検出が可能となる。
【０３４９】
本実施形態のカメラ駆動装置１５５は、第１の可動部１０２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を設けたムービングマグネット駆動方式を採用する。この構成では、一般的に第１の可動部１０２の重量が増大するという問題が考えられる。しかし、第１の可動部１０２に駆動用配線の懸架が不必要なこと、および、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、第３の可動部１０３および連結部２１０やカメラ駆動装置１５５以外の部品で冷却できるという大きな利点がある。
【０３５０】
また、本実施形態のカメラ駆動装置１５５は、ローリング駆動についてもムービングマグネット駆動方式を採用している。このため、ローリング駆動コイル３０３の発熱を、ローリング磁気ヨーク２０５およびベース２００やカメラ駆動装置１５５以外の部品で冷却できるという大きな利点がある。
【０３５１】
また、本実施形態によれば、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への駆動に関してそれぞれ独立した専用の駆動磁石と磁気回路を設けているため、駆動を併用する構成に比べて可動ユニットの駆動効率を向上させることができる。
【０３５２】
なお、本実施形態では、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のそれぞれの駆動磁石と対向する側面は、凹状の部分円柱側面形状を有しており、その断面形状は図４６に示すように、それぞれの駆動磁石に対してほぼ平らである。しかし、これに限定されることなく、たとえば、図４９に示すように、それぞれの駆動磁石と対向する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の側面は、凸状の部分球面形状を有していてもよい。これにより、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の中心部とそれぞれの駆動磁石との磁気ギャップＤ０を、磁気ヨーク端部との磁気ギャップＤ１との差をより大きくすることができるため、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の中心部での磁気バネ効果をより高めて、第１の可動部１０２のパンニング方向、チルティング方向への保持力を高めることができる。
【０３５３】
また、本実施形態では、パンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２のそれぞれの磁気ヨークと対向する面４０１Ａ、４０２Ａを、凸状の球面形状で構成しているが、これに限定されることなく、たとえば、前述するように、対向する磁気ヨークが凸状の部分円柱側面形状を有し、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２が凸状の部分円柱側面形状を有していてもよい。
【０３５４】
また、本実施形態では、第２の駆動部であるローリング駆動部として、ローリング駆動磁石４０５と、ローリング駆動コイル３０３を用いた電磁力で駆動を行っている。しかし、これに限定されることなく、第２の駆動部は、たとえば、ＤＣモータやステッピングモータなどの回転モータを含んでいてもよい。
【０３５５】
また、本実施形態では、ローリング駆動部を、球心２０２Ａの高さより下方に構成している。しかし、これに限定されることなく、光軸１０方向から見た平面位置を、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度をなすように配置していれば、球心２０２Ａの上方で構成してもよい。
【０３５６】
また、本実施形態では、ローリング駆動の検出手段として、回転検出用磁石４０３および第２の磁気センサー５０３による磁気変化を検出する構成を採用している。しかし、これに限定されることなく、たとえば、フォトインタラプタを使ったエンコーダやステッピングモータによる駆動ステップなどを用いてローリング方向の回転角度を検出してもよい。
【０３５７】
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、第３の可動部に支持された突起部に設けられた部分球面の球心と、第１の可動部１０２の円錐状の接触面の中心軸を配置し、第１および第２の可動部を、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合する構造を採用する。このため、第１および第２の可動部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。
【０３５８】
また、突起部と第１の可動部の接触面とによって構成されるピポッドにおいて、第１の可動部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。
【０３５９】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０３６０】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０３６１】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０３６２】
また、パンニングおよびチルティ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第１の可動部に固定された１対のパンニング駆動磁石と１対のチルティング駆動磁石と、それぞれの駆動磁石に対向するよう第３の可動部に配設された１対ずつのパンニング用およびチルティング磁気ヨークとそれぞれに巻回されたパンニングおよびチルティング駆動コイルとを含む。これらが配置される光軸方向の高さ位置は、突起部の中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。
【０３６３】
また、パンニング駆動磁石およびチルティング駆動磁石の磁気ヨークと対向する面が凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有することにより、それぞれの駆動磁石に対向する磁気ヨーク中心部との磁気ギャップを小さくできる。このため、磁気バネ効果を利用し、第１および第２の可動部がローリング方向に回転するのを抑制しながら、２対の磁気ヨークに沿ってパンニング方向およびチルティング方向に回転させることができる。したがって、ローリング方向にも自由度がある球状の突起部によるピポッド支持を用いながら、実質的にパンニング方向およびチルティング方向の２つの駆動軸のみによる支持を実現できる。その結果、従来に比べ、省スペースで２つの駆動軸による支持を構成することができる。
【０３６４】
また、第３の可動部に固定される突起支持部の光軸方向から見た投影領域を、パンニング方向またはチルティング方向と４５度をなす一つの直線上に配し、突起支持部が、球状の突起部を中心とした対称形状の両持ちの梁形状を有することにより、パンニング方向およびチルティング方向の駆動部を設ける領域を大きくし、構成の自由度を高めるともに、第２の可動部の剛性を向上させることができ、第２の可動部の機械的共振を大幅に抑圧することができる。
【０３６５】
また、１対のパンニング駆動コイルおよびチルティング駆動コイルは、それぞれ球心の高さ位置で２分割された略Ｖ字形状を有し、Ｖ字形状の谷部分を対向するように光軸を中心に対称に配置される。これにより、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が大きくても、駆動磁石と磁気ヨークとから構成される磁気ギャップを小さくすることができる。このため、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させることができる。また、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークのそれぞれの駆動磁石に対向する側面が、突起部の球心を含み光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有することによって、駆動時の磁気吸引力変動をより抑制できる。
【０３６６】
さらに、第１の可動部の傾斜角度が０度の場合に、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークとそれぞれの駆動磁石との磁気ギャップとの磁気ギャップが最小となるように、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークの凹状の部分球面または部分円柱側面を構成することにより、磁気吸引力による磁気バネで可動ユニットを中立位置に保持することができる。
【０３６７】
また、ローリング駆動部は、ベースに回動支持された第３の可動部に設けられた１対のローリング駆動磁石と、ローリング駆動磁石に対向するようベースにそれぞれ配設されたローリング磁気ヨークと、ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルとを含む。ローリング駆動部の光軸方向から見た平面位置は、パンニング駆動磁石またはチルティング駆動磁石に対して４５度をなすように配置され、ローリング駆動部の光軸方向の高さ位置は、光軸に垂直な方向から見た投影中心が、光軸に垂直で球心を含む平面上にないように構成されている。したがって、パンニング駆動部またはチルティング駆動部とローリング駆動部との干渉をさけ、光軸方向の高さ領域を有効に活用して装置の低背化を図ることができる。また、ローリング駆動部と、パンニング駆動部およびチルティング駆動部との磁気回路の高さ位置が異なるため、磁気回路の干渉による駆動中のクロストークの発生を抑制することができる。
【０３６８】
また、ローリング磁気ヨークの駆動磁石に対向する側面が凸状の部分円柱側面形状を有し、第３の可動部の回転角度が０度の場合に、磁気ヨークとローリング駆動磁石との磁気ギャップを最小にすることにより、磁気吸引力による磁気バネで可動ユニットをローリング方向の中立位置に保持することができる。
【０３６９】
また、吸着用磁石の第１の磁気センサーと対向する面が突起部の球心を中心とする凸状の部分球面形状を有することによって、±２０度以上の大きな傾斜においても、磁石表面と磁気センサーとの距離変化がなく、磁石の端部による急峻な磁気変化がしょうじない。このため、磁気センサーの出力が飽和することなく、可動部の大きな傾斜角度を検出することができる。言い換えると、吸着用磁石に突起部の球心を中心とする凸状の球面を構成することで、磁気センサーの角度検出範囲の拡大を図ることができる。
【０３７０】
また、ピポット支持を維持するための吸着用磁石を、第２の可動部のパンニング方向およびチルティング方向の傾きを検出するために利用することができる。
【０３７１】
したがってカメラ駆動装置を構成する部品点数を減らし、装置の小型化を実現できる。
【０３７２】
また、搭載するカメラ部に応じてカウンターウエイトの重量を調整することにより、搭載するカメラ部の設計および搭載自由度が広がり、第１および第２の可動部を重心の位置で駆動することが可能となる。加えて、第１および第２の可動部中立位置で保持するために必要なオフセット電流を低減でき、可動ユニットの駆動効率を向上させ、消費電力の低減を図ることができる。
【０３７３】
また、ローリング駆動部を別の支持系で構成することより、ローリング駆動が必要ない用途で利用する場合において、第３の可動部を機械的に固定するだけで装置の設計を変更することなく容易に転用でき、カメラ駆動装置の利用用途の拡大を図ることができる。
【０３７４】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、パンニング方向およびチルティング方向に±２０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±２０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。
【０３７５】
（第６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。本実施形態のカメラユニット１５６は、第１から第５の実施形態のいずれかの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５０は、カメラユニット１５６の主要部を示す斜視図であり、図５１はカメラユニット１５６のブロック図である。
【０３７６】
図５０および図５１に示すように、カメラユニット１５６は、カメラ駆動装置１５１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。本実施形態では、一例として第１の実施形態であるカメラ駆動装置１５１を用いているが、第２から第５の実施形態のカメラ駆動装置１５２から１５５のいずれを用いてもよい。
【０３７７】
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５０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。
【０３７８】
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５１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。
【０３７９】
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。
【０３８０】
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。
【０３８１】
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。
【０３８２】
一方、カメラ駆動装置１５１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。
【０３８３】
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。
【０３８４】
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から出力される。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。
【０３８５】
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。
【０３８６】
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。
【０３８７】
本発明のカメラ駆動装置およびカメラユニットは、上記各実施形態で説明したように、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。
【０３８８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０３８９】
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。【０３９０】
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。
【符号の説明】
【０３９１】
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
５０    空隙
６０    粘性部材
１００    カメラ部
１０１    第２の可動部
１００Ａ、１０１Ａ    脱落防止規制面
１０２    第１の可動部
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｅ、１０２Ｆ    当接面
１０２Ｃ    接触面
１０３    第３の可動部
１０３ｓ    ローリング回動軸
１５０    カウンターウエイト
１５１、１５２、１５３、１５４、１５５    カメラ駆動装置
２００    ベース
２０１    突起支持部
２０１Ａ    球面
２０２    突起部
２０２Ａ    球心
２０３    パンニング磁気ヨーク
２０４    チルティング磁気ヨーク
２０５    ローリング磁気ヨーク
２０６    パンニング用ボビン
２０７    チルティング用ボビン
２０８    ローリング用ボビン
２１０    連結部
３０１    パンニング駆動コイル
３０２    チルティング駆動コイル
３０３    ローリング駆動コイル
４０１    パンニング駆動磁石
４０２    チルティング駆動磁石
４０３    回転検出用磁石
４０４    吸着用磁石
４０５    ローリング駆動磁石
５０１    第１の磁気センサー
５０３    第２の磁気センサー
５０２    回路基板
６００    駆動コイルユニット
【図１】
2010010712.tif 000003
【図２】
2010010712.tif 000004
【図３】
2010010712.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010010712.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010010712.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2010010712.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
2010010712.tif 000036
【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
2010010712.tif 000047
【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
2010010712.tif 000051
【図５０】
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【図５１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月18日(2009.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ鏡筒および撮像素子を含むカメラ部を、パンニング方向（ヨーイング）およびチルティング方向（ピッチング）に傾けることができ、かつ、カメラ部の光軸を中心に回転（ローリング）させることのできるカメラ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５３３５８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０６５１号公報
【特許文献３】特開２００８−５８３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、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、手振れを補正の制御は、１０Ｈｚ程度の周波数帯域で行う必要があると言われている。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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、可動部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、可動部の周波数応答特性に支障をきたす可能性がある。
【００１１】
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。
【００１２】
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、従来のビデオカメラやデジタルカメラよりも大きな量の画像の振れを補正することが可能なカメラ駆動装置、たとえば、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画像を傾斜させたり、レンズの光軸中心に画像を回転（ローリング）させることのできるカメラ駆動装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のカメラ駆動装置は、撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部とを含む可動ユニットと、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備える。
【００１４】
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傾斜角度を検出する第１の検出部と、前記固定ユニットに対する前記レンズの光軸周りの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。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記レンズの光軸上に前記突起部の前記球面の球心が位置している。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記円錐形状を有する接触面の中心軸は、前記レンズの光軸と一致している。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面および前記接触面は、前記突起部の前記球心を中心に前記レンズの前記光軸の延長上でそれぞれ略対称配置されている。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記第２の可動部は、前記レンズの光軸に直交する平面上において、前記光軸を中心とする円周上であって、前記固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、前記第１の可動部に取り付けられ、固定される。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記傾斜駆動用磁石および前記傾斜駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記回転駆動用磁石および前記回転駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の駆動磁石と、前記駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の磁気ヨークと、前記磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記第２の駆動部は、前記駆動磁石と、前記磁気ヨークと、前記磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記駆動磁石、前記傾斜駆動コイルおよび前記回転駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第１の磁気ヨークの前記傾斜駆動用磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記第２の磁気ヨークの前記回転駆動用磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記傾斜用駆動磁石の前記第１の磁気ヨークに対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記回転駆動用磁石の前記第２の磁気ヨークに対向する側面は凸状の部分球面形状を有する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記突起部は、前記磁性体と、前記磁性体を覆う樹脂部材とを含む。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記第１の可動部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。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸上において、前記第１の可動部に設けられ、前記光軸方向に着磁されている。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の可動部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。
【００３１】
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、前記第１の可動部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２次元の傾斜角度を算出する。
【００３２】
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固定された磁気センサーを含み、前記第１の可動部に搭載された前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と２次元の傾斜角度を算出する。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、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上において、前記カメラ部、前記第２の可動部、前記第２の可動部に設けられた前記脱落防止規制面、前記空隙、前記固定ユニットに設けられた前記突起部、前記第１の可動部に設けられた円錐状の前記接触面、前記第１の可動部、前記第１の可動部に設けられた前記吸着用磁石、前記固定ユニットに固定された前記第１の磁気センサーがこの順に配置されている。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、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上において、前記カメラ部、前記第２の可動部、前記第２の可動部に設けられた前記脱落防止規制面、前記空隙、前記固定ユニットに設けられた前記突起部、前記第１の可動部に設けられた円錐状の前記接触面、前記第１の可動部、前記第１の可動部に設けられた前記吸着用磁石、前記固定ユニットに固定された前記磁気センサーがこの順に配設されている。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の球心に対して対称に配置される。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の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、前記第１または第２の駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている。
【００３７】
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第２の磁気センサーと、記可動ユニットに設けられた回転検出用磁石とを含み、前記第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、前記カメラ部の回転角度を算出する。
【００３８】
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し、前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記回転検出用磁石は、前記回転駆動用磁石または前記傾斜駆動用磁石を兼ねている。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記検出器は、固定ユニットに固定された磁気センサーを含み、前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸方向に着磁された複数の磁極を有し、前記の磁気センサーは、前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と前記カメラ部の２次元の傾斜角度を算出する。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の可動部は、樹脂部材または非磁性の導電部材からなる。
【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の駆動部は、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を含み、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前記チルティング方向への傾斜角度と前記レンズの光軸中心に回転する方向であるローリング方向の回転角度をそれぞれ検出し、前記第２の駆動部は、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記ローリング方向へ回転させるローリング駆動部であり、前記固定ユニットは、前記突起部が端部に設けられた片持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなしている。
【００４３】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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に前記固定ユニットにそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、前記パンニング磁気ヨークにそれぞれ設けられた１対のパンニング駆動コイルを含み、前記チルティング駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記可動ユニットに固定された１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固定ユニットにそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ設けられた１対のチルティング駆動コイルを含み、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致する。
【００４４】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度をなすように前記可動ユニットに固定された１対のローリング駆動磁石と、前記ローリング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のローリング磁気ヨークと、前記ローリング磁気ヨークにそれぞれ設けられたローリング駆動コイルとを含み、前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致する。
【００４５】
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、前記光軸の方向から見て、前記突起支持部の投影領域と直交する方向において前記光軸を中心に対称に配置される。
【００４６】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ略Ｖ字形状を有し、各Ｖ字形状の谷部分が対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置されている。
【００４７】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ前記Ｖ字形状の谷部分で前記固定ユニットに固定されている。
【００４８】
ある好ましい実施形態において、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は、それぞれ、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。
【００４９】
ある好ましい実施形態において、前記第２の可動部は前記第１の可動部と一体的に形成されている。
【００５０】
本発明のカメラ駆動装置は、撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部であって、前記カメラ部を搭載する第２の可動部を含む可動ユニットと、前記可動ユニットが回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して前記カメラ部の底部に設けられた脱落防止規制面と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備え、前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、前記第１の磁気ヨークに対向する前記傾斜駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記光軸と垂直であり前記球面の球心を通る平面における前記中心から前記傾斜駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする第１の凸球面の一部を有し、前記第２の磁気ヨークに対向する前記回転駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記平面における前記中心から前記回転駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有し、前記傾斜駆動用磁石の前記側面に対向する前記第１の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記傾斜駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第１の点を中心とし、前記平面における前記第１の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有し、前記回転駆動用磁石の前記側面に対向する前記第２の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記回転駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第２の点を中心とし、前記平面における前記第２の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有する。
【００５１】
ある好ましい実施形態において、前記半径Ｒ３と前記距離Ｌ１は、１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌ１の関係を満たしている。
【００５２】
ある好ましい実施形態において、前記半径Ｒ４と前記距離Ｌ２は、１．２Ｌ２≦Ｒ４≦２Ｌ２の関係を満たしている。
【００５３】
ある好ましい実施形態において、前記Ｒ１は前記Ｒ２と等しい。
【００５４】
ある好ましい実施形態において、前記Ｒ３は前記Ｒ４と等しい。
【００５５】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の球面の一部であり、前記脱落防止規制面の表面には衝撃吸収用の粘性部材が設けられている。
【００５６】
ある好ましい実施形態において、前記第２の磁気ヨークは前記第１の磁気ヨークを兼ねている。
【００５７】
本発明のカメラ装置は、撮像素子、前記撮像素子の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と、前記突起部を支持する突起支持部と、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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記突起支持部に対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部と、前記突起支持部を支持する第３の可動部と、前記第３の可動部を、前記光軸を中心に回動自在に支持する固定ユニットと、前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動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、前記第３の可動部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、前記固定ユニットに対する前記第３の可動部の前記ローリング方向に回転する回転角度を検出する第２の検出部とを備える。
【００５８】
ある好ましい実施形態において、前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する。
【００５９】
ある好ましい実施形態において、前記第１の可動部の接触面が前記突起支持部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。
【００６０】
ある好ましい実施形態において、前記第３の可動部は、前記突起部が端部に設けられた両持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなして配置されている。
【００６１】
ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記第１の可動部に取り付けられたカウンターウエイトをさらに備え、前記カウンターウエイトは、前記第１の可動部が中立の位置にあるとき、前記レンズの光軸に直交し、前記球面の球心を含む平面に対して、前記カメラ部と反対側に位置している。
【００６２】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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前記第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、前記パンニング磁気ヨークに取り付けられたパンニング用ボビンと、前記パンニング用ボビンに巻回された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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記第１または第２の可動部に固定された１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第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、前記チルティング磁気ヨークに取り付けられたチルティング用ボビンと、前記チルティング用ボビンに巻回されたチルティング駆動コイルとを含み、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している。
【００６３】
ある好ましい実施形態において、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークのそれぞれの前記駆動磁石に対向する側面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する。
【００６４】
ある好ましい実施形態において、前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石のそれぞれの前記磁気ヨークに対向する面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する。
【００６５】
ある好ましい実施形態において、前記１対のパンニングおよびチルティング駆動コイルは、前記レンズの光軸方向の前記球面の球心の位置においてそれぞれ２分割され、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンに巻回されており、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンは、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークと干渉しないように、略Ｖ字形状を構成し、前記Ｖ字形状の谷部分が互いに対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ取り付けられている。
【００６６】
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、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度の角度をなすように前記第３の可動部に固定された１対のローリング駆動磁石と、前記ローリ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設された１対のローリング磁気ヨークと、前記ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルとを含み、前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記レンズの光軸に垂直な方向から見た投影中心は、前記光軸に垂直で前記球面の球心を含む平面上にない。
【００６７】
ある好ましい実施形態において、前記ローリング磁気ヨークの前記ローリング駆動磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状である。
【００６８】
ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記吸着用磁石と、前記吸着用磁石に対向するように、前記第３の可動部に固定された第１の磁気センサーとを備え、前記第１の磁気センサーは、前記第１の可動部に搭載された前記吸着用磁石の前記パンニング方向と前記チルティング方向の傾斜による磁力変化を検出し、２次元の前記傾斜を算出する。
【００６９】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石は、前記光軸上の前記第１の可動部に配設され、かつ前記光軸方向に着磁される。
【００７０】
ある好ましい実施形態において、前記吸着用磁石の前記第１の磁気センサーと対向する面は、前記球面を中心とする凸状の部分球面形状を有する。
【００７１】
ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第３の可動部に設けられた１対の回転検出用磁石と、前記回転検出用磁石に対向するように前記固定ユニットに固定された第２の磁気センサーとを備え、前記第２の磁気センサーにより、前記第３の可動部の前記光軸を中心とする回転による前記回転検出用磁石の磁力変化を検出し、前記回転角度を算出する。
【００７２】
ある好ましい実施形態において、前記回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている。
【００７３】
本発明のカメラユニットは、上記カメラ駆動装置と、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、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。
【発明の効果】
【００７４】
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、脱落防止規制面によって、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。
【００７５】
したがって、本発明によれば、カメラ部を従来よりも大きな角度でパンニング方向およびチルティング方向に傾斜させることができ、また、ローリング方向にも回転させることが可能であり、広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現することのできる、歩行振れによる像振れの補正が可能であり、小型で堅牢なカメラ駆動装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図３】図３は、構成の一部を取り除いた状態で示す第１の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図４】図４は、第１の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態のカメラ駆動装置の光軸１０およびチルティング方向回転軸を含む面における断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの分解斜視図である。
【図７】図７は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの斜視図である。
【図８】図８は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図９】図９は、第１の実施形態のカメラ駆動装置における第２の検出部を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、構成の一部を取り除いた状態で示す第３の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態のカメラ駆動装置の、図１５に示す直線１６における断面図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態のカメラ駆動装置の、図１５に示す直線１６における模式的断面図である。
【図１８】図１８は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの分解斜視図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における駆動コイルと磁気ヨークの斜視図である。
【図２０】図２０は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態のカメラ駆動装置における第２の検出部を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の第４の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図２３】図２３は、第４の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図２４】図２４は、構成の一部を取り除いた状態で示す第４の実施形態のカメラ駆動装置の斜視図である。
【図２５】図２５は、第４の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図である。
【図２６】図２６は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の、図２５に示すパンニング方向回転軸１２における断面図である。
【図２７】図２７は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の、図２５に示す直線１４における断面図である。
【図２８】図２８は、突起部近傍を拡大した模試的断面図である。
【図２９】図２９は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における駆動磁石および磁気ヨークの分解斜視図である。
【図３０】図３０は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における駆動磁石および磁気ヨークを上から見た平面図である。
【図３１】図３１は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における傾斜駆動部用の駆動磁石と磁気ヨークの形状および位置を示す断面図である。
【図３２】図３２は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における回転駆動部用の駆動磁石と磁気ヨークの形状および位置を示す断面図である。
【図３３】図３３は、比較のための磁気ヨークおよび駆動磁石の構成を示す断面図である。
【図３４】図３４は、第４の実施形態のカメラ駆動装置の磁気ヨークおよび駆動磁石の構成を示す断面図である。
【図３５】図３５は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における、Ｒ３＝２×Ｌ１の条件を満たす場合の傾斜角度と磁気ギャップとの関係を示す特性図である。
【図３６】図３６は、第４の実施形態のカメラ駆動装置における、Ｒ３＝１．２×Ｌ１の条件を満たす場合の傾斜角度と磁気ギャップとの関係を示す特性図である。
【図３７】図３７は、本発明の第５の実施形態であるカメラ駆動装置の分解斜視図である。
【図３８】図３８は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。
【図３９】図３９（ａ）は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を上から見た平面図であり、（ｂ）は、第５の実施形態のカメラ駆動装置を横から見た側面図である。
【図４０】図４０は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ａ）に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４１】図４１は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４２】図４２は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の突起部近傍を示す要部断面図である。
【図４３】図４３は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の、図３９（ｂ）に示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４４】図４４は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の第１の駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【図４５】図４５は、第５の実施形態のカメラ駆動装置において、第１の可動部がパンニング方向（チルティング方向）に駆動した場合の、図３９（ａ）に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図４６】図４６は、第５の実施形態のカメラ駆動装置のパンニングおよびチルティング駆動磁石と磁気ヨークとの位置関係を示す要部断面図である。
【図４７】図４７は、第５の実施形態のカメラ駆動装置の第２の駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【図４８】図４８は、第５の実施形態のカメラ駆動装置において、第３の可動部がローリング方向に駆動した場合の、図３９（ｂ）に示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４９】図４９は、第５の実施形態のカメラ駆動装置のパンニングおよびチルティング駆動磁石と磁気ヨークとの位置関係を示す要部断面図であって、磁気ヨーク形状を凸形状にした場合を示す図である。
【図５０】図５０は、第６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。
【図５１】図５１は、第６の実施形態のカメラユニットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
（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は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置１５１を示す分解斜視図であり、図２は、カメラ駆動装置１５１を斜め上方から見た斜視図である。また、図３は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気ヨーク２０４）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５１を斜め上方から見た斜視図である。図４はカメラ駆動装置１５１を上方から見た平面図である。図５は、カメラ駆動装置１５１の光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５１の主な構成を説明する。
【００７８】
カメラ駆動装置１５１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。
【００７９】
図１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。
【００８０】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。突起支持部２０１は十字形状を有している。図５に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。図１および図５に示すように、突起部２０２は、突起支持部２０１の十字形状の中心部に圧入され固定されており、突起部２０２が固定された突起支持部２０１は、図１から図３に示すように、十字形状の４つの末端部において、それぞれ４つの連結部２１０を介してベース２００に固定される。
【００８１】
可動ユニットは、第１の可動部１０２と、第２の可動部１０１とを含む。図１および図５に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【００８２】
図５に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【００８３】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【００８４】
第２の可動部１０１は、図１から図３および図５に示すように、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸が、第２の可動部１０１の十字形状の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、十字形状の４つの末端部が、固定ユニットの突起支持部２０１の４つの十字形状末端部と立体的に干渉しないように、突起支持部２０１を挟みこんだ状態で、第１の可動部１０２に分散的に結合される。このため、図２から図４に示すように、可動ユニットの第２の可動部１０１および固定ユニットの突起支持部２０１のそれぞれの十字形状の４つの末端部は、光軸１０方向から見た光軸１０と垂直な平面上の円周において、互いに４５度の角度をなすように分散配置される。このように、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、第２の可動部１０１が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定されるため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【００８５】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによって集中的に支持される。したがって、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
可動ユニットは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。図５に示すように、第２の可動部１０１が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１０１Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【００８９】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【００９０】
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。
【００９１】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【００９２】
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１５１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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【００９３】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、２対の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、第１の可動部１０２には、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１対のパンニング駆動磁石４０１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１対のチルティング駆動磁石４０２を含む。図１に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｂ（図１参照）および当接面１０２Ａにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【００９４】
また、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。
【００９５】
図６および図７は、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に設けられた駆動コイルを示す分解斜視図および斜視図である。図６および図７に示すように、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とパンニング駆動コイル３０１上に積層するように貼付された１対のローリング駆動コイル３０３が設けられている。同様に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上に積層するように貼付された１対の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、図６に示したパンニング駆動コイル３０１またはチルティング駆動コイル３０２と、１対のローリング駆動コイル３０３からなるコイルユニット６００が光軸１０を中心とする円周上において、９０度の間隔で４つ配置されている。
【００９６】
また、図５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。
【００９７】
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、第１の可動部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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
また光軸１０を中心とした円周上に配置された８つのローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のパンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２は電磁力を受け、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。
【０１０１】
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磁石４０１および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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ベース２００および連結部２１０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１０度以上にする上では、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０１０２】
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。このため可動ユニット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。
【０１０３】
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および図６に示すように、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の光軸１０に面する側面はそれぞれ、光軸１０側に凸状となる部分円柱側面形状を有している。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へそれぞれもっとも近接する位置に維持することができる。
【０１０４】
同様に、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に対向する側面が、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の線上の１点を中心とした凸状の部分球面形状（図示せず）を有していてもよい。これにより、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の回転角度がそれぞれ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、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の中立位置に加えてパンニング方向２０およびチルティング方向２１の中立位置、つまり、光軸１０に垂直な面が水平となるように可動ユニットを維持することができる。
【０１０５】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、第２の可動部１０１、第２の可動部１０１に設けられた脱落防止用規制面１０１Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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１と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０１０６】
カメラ駆動装置１５１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６０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と接触面１０２Ｃとの近傍に粘性部材６０を充填する。これにより、可動ユニットに設けられるパンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２とベース２００に設けられた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との間に発生する磁気吸引力変動を利用した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。
【０１０７】
また、第１の可動部１０２と第２の可動部１０１によって、円錐形状の接触面１２０Ｃおよび部分球面形状を有する脱落防止規制面１０１Ａで規定される閉鎖的な空間が形成される。このため、可動ユニットが回動しても、充填した粘性部材６０が外部へ漏れ出しにくく、良好な粘性減衰特性を維持することができる。
【０１０８】
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４０の磁気吸引力Ｆ４によって、磁性流体の添加された粘性部材６０を接触面１０２Ｃが形成する内部空間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６０の替わりに磁性流体のみを用いてもよい。
【０１０９】
さらに、可動ユニットの全可動範囲において、接触面１０２Ｃおよび突起部２０２のうち、互いに接触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６０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。
【０１１０】
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１５１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。
【０１１１】
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１５１は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図９は、可動ユニットの光軸１０回り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の配置を示す斜視図である。図９に示すようにカメラ駆動部１５１は、１対の第２の磁気センサー５０３と、１対の回転検出用磁石４０３とを備える。第１の可動部１０２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の直線上であって、球心２０２Ａに対して対称に配置された当接面１０２Ｅを有し、当接面１０２に１対の回転検出用磁石４０３が固定されている。
【０１１５】
１対の回転検出用磁石４０３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それぞれ２極に分割着磁されており、１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、互いに異極となるように配置されている。また１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２つの回転検出用磁気センサー５０３が連結部２１０（図２２）の側面に固定されている。
【０１１６】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０１１７】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０１１８】
また、図１および図９に示すように、１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。
【０１１９】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、２つに分割された可動ユニットは、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、接合されているため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１２２】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０１２３】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、球心を中心としてレンズの光軸上に、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０１２４】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０１２５】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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。
【０１２６】
また、磁気ヨークのパンニングおよびチルティング駆動磁石に対向する側面を凸状の曲面に構成することによって、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が０度の場合、磁気ヨークとこれらの駆動磁石との磁気ギャップが最小となるように磁気バネが働く。これにより可動ユニットが中立位置に復帰することができる。
【０１２７】
また、磁気ヨークに対向する駆動磁石の側面を凸状の球面に構成することによって、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が０度の場合、磁気ヨークと駆動磁石との磁気ギャップを最小となるように磁気バネが働く。これにより可動ユニットが中立位置に復帰することができる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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１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。
【０１３２】
また、１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。
【０１３３】
また、吸着用磁石に光軸方向に着磁された複数の磁極を設けることにより、吸着用磁石のみで可動ユニットの傾斜ならびに回転による磁力変化を第２および第２の磁気センサーにより検出し、２次元の傾斜角度と回転角度を算出することができる。これにより、部品点数の削減と装置の小型化が実現できる。
【０１３４】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、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。
【０１３５】
（第２の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第２の実施形態を説明する。図１０は、第２の実施形態であるカメラ駆動装置１５２の構成を示す分解斜視図であり、図１１は、カメラ駆動装置１５２を上から見た平面図である。これらの図において第１の実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付している。
【０１３６】
図１０および図１１に示すように、カメラ駆動装置１５２は、ローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動させるため、専用の駆動部を第１の可動部１０２に備えている点で、第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１と異なる。
【０１３７】
カメラ駆動装置１５２は、可動ユニットをローリング方向２２に回転させるため、１対のローリング駆動磁石８００および１対のローリング磁気ヨーク７０１を備える。
【０１３８】
１対のローリング駆動磁石８００は、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に対して４５度をなし、かつ、直線１３に直交する直線１４の線上において球心２０２Ａに対して対称となるように第１の可動部１０２に配置されている。ローリング駆動磁石８００は、直線１４方向に磁束を有するように１極に着磁されている。また、１対のローリング駆動磁石８００にそれぞれ対向するように１対のローリング磁気ヨーク７０１が、ベース２００の光軸１０を中心とした円周上にそれぞれ設けられている。
【０１３９】
また、１対の磁気ヨーク７０１をそれぞれ巻回するローリング駆動コイル７００が設けられている。ローリング駆動コイル７００の巻回中心軸（図示せず）は、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の巻回中心軸に対して直交するよう設けられている。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。
【０１４０】
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、および、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第１の実施形態の場合に比べてローリング駆動コイル３０３の厚み寸法分だけ狭く設けることができる。このため、それぞれの磁束密度を向上させることができ、パンニング方向２０およびチルティング方向２１への駆動効率が大幅に改善される。
【０１４１】
さらに第１の実施形態と比較して、ローリング駆動コイル３０３による磁気的な飽和が軽減できるため、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の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方向の厚さをさらに小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【０１４２】
なお、第１および第２の実施形態では、ローリング方向２２の回転角度を検出するために、１対の回転検出用磁石４０３と１対の第２の磁気センサー５０３をそれぞれ設けていた。しかし、吸着用磁石４０４に光軸１０方向と垂直な平面において少なくとも４分割した多極着磁を施すことにより、第１の磁気センサー５０１でパンニング方向２０およびチルティング方向２１の傾斜角度を算出し、かつ、ローリング方向２２の回転角度を算出することができる。これにより、回転検出用磁石４０３および第２の磁気センサー５０３を省略することができ、部品点数の大幅な削減を図ることができる。
【０１４３】
（第３の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第３の実施形態を説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態であるカメラ駆動装置１５３を示す分解斜視図であり、図１３は、カメラ駆動装置１５３を斜め上方から見た斜視図である。また、図１４は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気コイル２０４、連結部材２１０）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５３を斜め上方から見た斜視図である。図１５はカメラ駆動装置１５３を上方から見た平面図である。図１６は、カメラ駆動装置１５３の図１５に示す直線１６と光軸１０を含む平面での断面図である。また、図１７は、図１６に示すカメラ駆動装置１５３の断面図における主要の模式的断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５３の主な構成を説明する。
【０１４４】
本実施形態のカメラ駆動装置１５３では、突起支持部および磁気ヨークの形状が第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１対応する構成要素と異なっている。
【０１４５】
カメラ駆動装置１５３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。
【０１４６】
図１２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。
【０１４７】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。突起支持部２０１は片持ち梁形状を有し、端部に突起部２０２が設けられている。図１７に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起支持部２０１は、ベース２００に固定される。
【０１４８】
可動ユニットは、第１の可動部１０２と、第２の可動部１０１とを含む。図１２および図１７に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０１４９】
図１７に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０１５０】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０１５１】
第２の可動部１０１は、図１２から図１４および図１７に示すように、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸が、第２の可動部１０１の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、固定ユニットの突起支持部２０１のアーチ状の片持ち梁形状と立体的に干渉しないように、突起支持部２０１を挟みこんだ状態で、第１の可動部１０２に結合される。固定ユニットの断面が存在しない領域において、第２の可動部１０１が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定されるため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１５２】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによる集中的に支持される。したがって、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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
可動ユニットは固定ユニットからの脱落しないように脱落防止構造を備える。図１６および図１７に示すように、第２の可動部１０１が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１０１Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【０１５６】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０１５９】
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１５３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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０１６０】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、８個の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、図１２および図１４に示すように、可動ユニットをパンニング方向２０に回転駆動するための、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１対のパンニング駆動磁石４０１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の、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１対のチルティング駆動磁石４０２とが、第１の可動部１０２に設けられている。図１２および図２１に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ａおよび当接面１０２Ｂにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【０１６１】
また、図１２および図１３に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向し、駆動磁石の回転に対して均一な磁気ギャップを構成するように、それぞれの一つの駆動磁石に対して１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４が、谷を対向するようにＶ字型に配置されている。
【０１６２】
図１８および図１９は、１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４に設けられた駆動コイルを示す分解斜視図および斜視図である。図１８および図１９に示すように、１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４には、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２が巻回されている。さらにこれらの磁気ヨークと駆動コイルは光軸１０を中心とした円周上に位置するように、連結部２１０によってベース２００に固定されている。このように、第１の駆動部は、２つのパンニング駆動磁石４０１および２つのチルティング駆動磁石４０２と、それぞれに４つの合計８つの磁気ヨークおよび駆動コイルとから構成されている。
【０１６３】
次にローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動する第２の駆動部を説明する。図１２、図１４に示すように、第１の可動部１０２には、光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動するために、パンニング方向２０もしくはチルティング方向２１に対して４５度をなす直線１５上で球心２０２Ａに対して対称に配置された１対のローリング駆動磁石４０５が設けられている。これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｆにおいて固定されている。ローリング駆動磁石４０５は、直線１５方向に磁束を有するように１極に着磁されている。
【０１６４】
また、図１２、図１３、図１８および図１９に示すように、１対のローリング駆動磁石４０５のそれぞれに対向し、駆動磁石の回転に対して均一な磁気ギャップを構成するように、１対のローリング磁気ヨーク２０５が、谷を対向させるようにＶ字型に配置されている。ローリング磁気ヨーク２０５のそれぞれにはローリング駆動コイル３０３が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と直交するよう巻回されている。
【０１６５】
さらに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とパンニング駆動コイル３０１、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は、光軸１０を中心とした円周上に位置するよう、連結部２１０によってベース２００にそれぞれ固定されている。
【０１６６】
また、パンニング駆動コイル３０１、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、突起部２０２の球心２０２Ａの高さ位置に等しい。
【０１６７】
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、第１の可動部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。
【０１６８】
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、可動ユニットは、チルティング方向回転軸１１を中心にパンニング方向２１に回転駆動される。
【０１６９】
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。
【０１７０】
また１対のローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は電磁力を受け、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。
【０１７１】
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磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ローリング磁気ヨーク２０５、ベース２００および連結部２１０によって冷却できるという大きな利点がある。
【０１７２】
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、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０１７３】
また、本実施形態によれば、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への駆動に関してそれぞれ独立した専用の駆動磁石と磁気回路を設けているため、駆動を併用する構成に比べて可動部ユニットの駆動効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、図１７に示すようにパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５の側面が、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面形状を有するように構成することによって、これらの駆動磁石と、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とで構成される磁気ギャップを均一化することができ、磁気吸引力の変動を抑制することができることができる。
【０１７５】
さらにパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４およびローリング用パンニング磁気ヨーク２０５のパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石４０５に対向する側面が  球心２０２Ａを中心とする凹状の部分球面形状を有することによって、磁気吸引力の変動をより抑制することができる。
【０１７６】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、第２の可動部１０１、第２の可動部１０１に設けられた脱落防止用規制面１０１Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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１と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０１７７】
カメラ駆動装置１５３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６０を備えていてもよい。この場合、図２０に示すように、円錐状の接触面１０２Ｃと接触面１０２Ｃとの近傍に粘性部材６０を充填する。これにより、可動ユニットに設けられるパンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２とベース２００に設けられた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との間に発生する磁気吸引力変動を利用した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。
【０１７８】
また、第１の可動部１０２と第２の可動部１０１によって、円錐形状の接触面１２０Ｃおよび部分球面形状を有する脱落防止規制面１０１Ａで規定される閉鎖的な空間が形成される。このため、可動ユニットが回動しても、充填した粘性部材６０が外部へ漏れ出しにくく、良好な粘性減衰特性を維持することができる。
【０１７９】
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４０の磁気吸引力Ｆ４によって、磁性流体の添加された粘性部材６０を接触面１０２Ｃが形成する内部空間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６０の替わりに磁性流体のみを用いてもよい。
【０１８０】
さらに、可動ユニットの全可動範囲において、接触面１０２Ｃおよび突起部２０２のうち、互いに接触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６０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。
【０１８１】
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１５３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。
【０１８２】
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１２、図１３、図１６および図１７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１５３は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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し、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。
【０１８５】
図２１は、可動ユニットの光軸１０回り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の配置を示す斜視図である。図２１に示すようにカメラ駆動部１５３は、１対の第２の磁気センサー５０３と、１対の回転検出用磁石４０３とを備える。第１の可動部１０２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の直線上であって、球心２０２Ａに対して対称に配置された当接面１０２Ｅを有し、当接面１０２に１対の回転検出用磁石４０３が固定されている。
【０１８６】
１対の回転検出用磁石４０３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それぞれ２極に分割着磁されており、１対の回転検出用磁石４０３における磁極は互いに逆方向に配置されている。また１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２つの回転検出用磁気センサー５０３が突起支持部２０１とベース２００（図１２）の側面に固定されている。
【０１８７】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０１８８】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０１８９】
また、図１２、図１６および図２１に示すように、１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。
【０１９０】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
また、２つに分割された可動ユニットは、固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、接合されているため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０１９３】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０１９４】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０１９５】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０１９６】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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の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。
【０１９７】
また、光軸方向から見て、光軸と垂直な平面に投影した場合の投影領域が、パンニング方向またはチルティング方向と４５度をなす一つの直線上に位置するように突起支持部をベースに固定し、突起支持部を、端部に突起部を有する片持ちの梁形状にすることにより、光軸方向から見た突起部の投影領域を小さくすることができ、可動ユニットを駆動するための駆動部を設ける領域を大きくすることができる。
【０１９８】
このため、本実施形態によれば、可動ユニットをローリング方向に回転させる第２の駆動部、つまり、ローリング磁気ヨークおよびローリング駆動コイルも、ベースの光軸を中心とする円周上で対称に配置することが可能となる。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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。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。
【０１９９】
また、光軸を中心とする円周状に、パンニング駆動部、チルティング駆動部およびローリング駆動部を配設することができ、各駆動部の磁石と磁気ヨークとから構成される磁気ギャップを同一距離に設定することができる。したがって、磁束密度を高め、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させるとともに均一化させることができる。
【０２００】
また、それぞれ１対のパンニング磁気ヨーク、チルティング磁気ヨークおよびローリング磁気ヨークは、略Ｖ字形状で、かつＶ字形状の谷部分が対向するように光軸に対して、対称に配置されている。このため、可動ユニットが大きな傾斜角度および回転角度をとった状態でも、駆動磁石と磁気ヨークとの磁気ギャップを小さくすることができ、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させることができる。
【０２０１】
また、パンニング磁気ヨーク、チルティング磁気ヨークおよびローリング磁気ヨークのそれぞれの駆動磁石に対向する側面が、突起部の中心を中心とする凹状の部分球面形状を有することによって、磁気吸引力の変動をより抑制できる。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
また、可動ユニットと固定ユニットをピポッド構造で支持するための吸着用磁石の磁力変化を第１および第２の磁気センサーで検出し、可動ユニットのヨーング方向およびチルティング方向の傾斜角度とローリング方向の回転角度算出とを算出することができるため、回転角度を検出するための磁石を別途設ける必要がなく、部品点数の削減と装置の小型化を実現することができる。
【０２０５】
さらに突起支持部を片持ちの梁形状にすることにより、組立て時において突起部を可動ユニットに設けられた円錐状の接触面に挿入させることが可能となる。したがって、第１および第２の可動部を一体的に形成することが可能となり、部品点数の削減と組立性の向上を図ることができる。
【０２０６】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、パンニング方向およびチルティング方向に±２０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±２０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。
【０２０７】
（第４の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第４の実施形態を説明する。図２２は、本発明の第４の実施形態であるカメラ駆動装置１５４を示す分解斜視図であり、図２３は、カメラ駆動装置１５４を斜め上方から見た斜視図である。また、図２４は、一部の構成要素（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、パンニング磁気ヨーク２０３、チルティング用磁気コイル２０４）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１５４を斜め上方から見た斜視図である。図２５はカメラ駆動装置１５３を上方から見た平面図である。図２６は、カメラ駆動装置１５４の図２５に示す破線１２と光軸１０を含む平面での断面図である。図２７は、カメラ駆動装置１５４の図２５に示す破線１４と光軸１０を含む平面での断面図である。また、図２８は、図２６に示すカメラ駆動装置１５４の断面図における主要の模式的断面図である。図２９および図３０は、駆動磁石と磁気ヨークの配置を示す斜視図および平面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５４の主な構成を説明する。
【０２０８】
本実施形態のカメラ駆動装置１５４は、可動ユニットの主要な筐体が第１の可動部によってのみ構成され、第２の可動部を含まない点で第１の実施形態のカメラ駆動装置１５１と異なっている。また、可動ユニットを駆動させるための磁気構造が最適化されている。
【０２０９】
第１の実施形態と同様、カメラ駆動装置１５４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。
【０２１０】
図２２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。
【０２１１】
固定ユニットは、ベース２００と、突起部２０２と、突起支持部２０１とを含む。図２８に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。図２２および図２８に示すように、突起部２０２は、突起支持部２０１の中心部に圧入され固定されており、突起部２０２が固定された突起支持部２０１は、図２２から図２４に示すようにベース２００に固定される。
【０２１２】
本実施形態では、可動ユニットは、第１の可動部１０２のみを含み、第２の可動部を含まない。図２２および図２８に示すように、第１の可動部１０２は、吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０２１３】
図２８に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０２１４】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０２１５】
第１の可動部１０２は、好ましくは、カメラ部１００のレンズの光軸１０が、接触面１０２Ｃの円錐形状の軸と一致するように、かつ、固定ユニットと立体的に干渉しないようにカメラ部１００を支持する。具体的には、固定ユニットの突起支持部２０１の断面が存在しない複数の領域において、カメラ部１００が第１の可動部１０２に取り付けられ、固定される。このため、固定ユニットと可動ユニットの干渉を避け、装置の低背化を実現することができる。
【０２１６】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、重心位置で固定ユニットによる集中的に支持される。したがって、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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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、耐摩耗性に優れた支持構造を実現できる。
【０２１９】
本実施形態では、可動ユニットは第２の可動部を備えない。このため、可動ユニットが固定ユニットから脱落するのを防止するための脱落防止規制面はカメラ部１００に設けられる。
【０２２０】
図２８に示すように、カメラ部１００が突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０がカメラ部１００と突起支持部２０１との間に設けられている。具体的には、突起支部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面２０１Ａが設けられている。また、カメラ部１００のレンズが設けられていない側の面には、球心を中心とする凹状の部分球面形状を有する脱落防止用規制面１００Ａが設けられている。部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１００Ａとの間には、固定ユニットの突起支持部２０１が第１の可動部１０２の接触面１０２Ｃ接触した状態で、空隙５０が生じている。また、部分球面２０１Ａおよび脱落防止用規制面１００Ａは、それぞれ、レンズの光軸１０に対しておおよそ対称な形状を有する。
【０２２１】
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、可動ユニットが下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１００Ａとが接触した状態でも、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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１００Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１００Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０２２４】
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１５４は、固定ユニットに対し、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第１の駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０２２５】
第１の駆動部は、２対の傾斜駆動用磁石と、２対の磁気ヨークと、磁気ヨークに設けられた駆動コイルとを含む。より具体的には、図２２、図２３、図２４、図２９および図３０に示すように、第１の可動部１０２には、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１対のパンニング駆動磁石４０１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１対のチルティング駆動磁石４０２が設けられている。図２２に示すように、これらは、第１の可動部１０２に設けられた当接面１０２Ａ（図２２）および当接面１０２Ｂにそれぞれ固定されている。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。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方向に異極が配置される。
【０２２６】
また、図２２および図２３に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向するように、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が光軸１０を中心としたベース２００の円周上にそれぞれ配置されている。
【０２２７】
このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、カメラ部１００に設けられた脱落防止規制面１００Ａ、突起支持部２０１に設けられた凸状の球面部２０１Ａ、第１の可動部１０２および吸着用磁石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と一致し、かつこの順で配置される。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。
【０２２８】
次にローリング方向２２に可動ユニットを回転駆動する第２の駆動部を説明する。図２７、図２９および図３０に示すように、第１の可動部１０２には、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１４（図２９参照）の線上に球心２０２Ａに対して対称に配置された１対のローリング駆動磁石８００が設けられている。ローリング駆動磁石８００は、直線１４方向に磁束を有するように１極に着磁されている。また、１対のローリング駆動磁石８００にそれぞれ対向するように１対のローリング磁気ヨーク７０１が光軸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。
【０２２９】
また、１対の磁気ヨーク７０１をそれぞれ巻回するローリング駆動コイル７００が設けられている。ローリング駆動コイル７００の巻回中心軸（図示せず）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の巻回中心軸に対して直交するよう設けられている。
【０２３０】
このように、光軸１０を中心とするベース２００の円周上に、パンニング方向２０、チルティング方向２１、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。
【０２３１】
また、パンニング駆動コイル３０１、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、突起部２０２の球心２０２Ａの高さ位置に等しい。
【０２３２】
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、第１の可動部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。
【０２３３】
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、可動ユニットは、チルティング方向回転軸１１を中心にパンニング方向２１に回転駆動される。
【０２３４】
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。
【０２３５】
また１対のローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は電磁力を受け、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。
【０２３６】
このように、本実施形態は、第１の可動部１０２にパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２およびローリング駆動磁石８００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、可動ユニットに駆動用配線の懸架は不必要である。また、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、ローリング磁気ヨーク７０１、ベース２００および連結部２１０によって冷却できるという大きな利点がある。
【０２３７】
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１０度以上にする上では、可動ユニットを小型化、軽量化できる点で有利である。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、可動ユニットの重量が増加する可能性がある。
【０２３８】
図３１は第１の駆動部であるチルティング駆動磁石４０２およびチルティング磁気ヨーク２０４の形状および配置を示した断面図であり、図３２は第２の駆動部であるローリング駆動磁石８００およびローリング磁気ヨーク７０１の形状および配置を示した断面図である。
【０２３９】
図３１に示すように、チルティング磁気ヨーク２０４に対向するチルティング駆動磁石４０２の側面は、突起部２０２の球心２０２Ａを中心とし、光軸１０と垂直であり、球心２０２Ａを通る平面において、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする凸球面の一部を有していることが好ましい。同様に、パンニング磁気ヨーク２０３に対向するパンニング駆動磁石４０１の側面も距離Ｒ１を半径とする凸球面の一部を有していることが好ましい。
【０２４０】
また１対のローリング磁気ヨーク７０１に対向するローリング駆動磁石８００の側面は、球心２０２Ａと一致した中心を有し、光軸１０と垂直であり、球心２０２Ａを通る平面において、中心から回転駆動用磁石８００の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有していることが好ましい。
【０２４１】
一方、チルティング駆動磁石４０２の凸球面に対向するチルティング磁気ヨーク２０４の側面は、光軸１０に垂直であり、球心２０２Ａを通る平面における中心とチルティング駆動磁石４０２の側面の中点とを結ぶ延長線上の点を中心とし、上述の平面における延長線上の点からチルティング磁気ヨーク２０４の側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有していることが好ましい。同様にパンニング駆動磁石４０１の凸球面に対向するパンニング磁気ヨーク２０３の側面も、半径Ｒ３の凹球面の一部を有していることが好ましい。より好ましくは、Ｒ３は距離Ｌ１の１．２倍から２倍程度である。
【０２４２】
またローリング駆動磁石８００の凸球面に対向するローリング磁気ヨーク７０１の側面は、上述の平面における球心２０２Ａとローリング駆動磁石８００の側面の中点を結ぶ延長線上の点を中心とし、上述の平面における延長線上の点からローリング磁気ヨーク７０１の側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有していることが好ましい。より好ましくは、Ｒ４は距離Ｌ２の１．２倍から２倍程度である。
【０２４３】
このような駆動磁石および磁気ヨークの構成による効果を説明する。図３３は、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合の構成を示す図であり、図３４は本実施形態のチルティング駆動磁石４０２およびチルティング磁気ヨーク２０４の形状および配置を示した図である。
【０２４４】
図３３に示したチルティング磁気ヨーク２０４の場合の磁気ギャップＧは、Ｇ＝ｄ＋Ｒ１×（１−ＣＯＳθ１）で表される。ここで、ｄは第１の可動部１０２の傾斜角度および回転角度が０度である場合における磁気ギャップの最小距離であり、θ１は、チルティング角度である。
【０２４５】
また図３４に示した本実施形態の場合、磁気ギャップＧは、Ｇ＝ｄ＋Ｒ１×（１−ＣＯＳθ１）−Ｒ３×（１−ＣＯＳθ２）で表される。ここで、θ１はチルティング角度であり、θ２はチルティング角度がθ１である場合のチルティング駆動磁石４０２の中点をチルティング磁気ヨーク２０４の側面へ水平方向に投影した点と半径Ｒ３の中心Ｐを結ぶ線が水平方向に対してなす角度である。θ１とθ２とは、Ｒ３×ＳＩＮθ２＝Ｒ１×ＳＩＮθ１の関係を満たす。
【０２４６】
図３５は、チルティング傾斜角度に対する磁気ギャップの変化を示した特性図であり、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合（四角）およびＲ３＝２×Ｌ１を満たす凹状部分球面である場合（丸）を示している。
【０２４７】
図３５からわかるように、傾斜角度が３０度になると、平板形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップが最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の約５倍にまで急激に増加する。しかし、凹状部分球面形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップの変化が最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の３倍程度までに抑えられている。
【０２４８】
また図３６は、チルティング磁気ヨーク２０４が平板である場合（四角）およびＲ３＝１．２×Ｌ１を満たす凹状部分球面である場合（丸）におけるチルティング傾斜角度に対する磁気ギャップの変化を示した特性図である。
【０２４９】
図３６からわかるように、傾斜角度が３０度になっても、凹状部分球面形状の磁気ヨークでは、磁気ギャップの変化が最小磁気ギャップ距離ｄ（ここでは０．５ｍｍ）の２倍程度までに抑えられている。
【０２５０】
このようにチルティング駆動磁石の側面を半径Ｒ１の凸状部分球面に構成し、チルティング磁気ヨーク２０４の側面を半径Ｒ３の凹状部分球面に構成し、Ｒ１およびＲ３を調節することにより、磁気ギャップの変化を制御させることが可能となる。
【０２５１】
ここで、Ｒ３をＬ１に一致させた場合、磁気ギャップ変化を完全に抑制することが可能であり、チルティング傾斜角度にかかわらず磁気ギャップは一定になる。
【０２５２】
しかし、この場合、磁気吸引力を利用した第１の可動部１０２の中点復帰機能が損なわれ、磁気バネ効果によって、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２を、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における中立位置に保つことができない。その結果、カメラ部１００の３次元での中立位置を保持するためには、定常的な駆動電流をパンニング駆動コイル３０１、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に印加させる必要が生じ、カメラ駆動装置としての効率が大きく低下してしまう。これらのことから、磁気バネ効果を利用するためには、Ｒ３＞Ｌ１を満たすことが好ましいことがわかる。
【０２５３】
一方、磁気ギャップ変化を急峻にさせることで磁気吸引力を積極的に利用して第１の可動部１０２の中点復帰機能を高めた場合、パンニング、チルティングおよびローリングの３方向の磁気バネ付勢力の合力により、第１の可動部１０２の３方向の周波数応答特性へ悪影響が生じる。このため、良好なサーボ駆動帯域を得られない。
【０２５４】
したがって、３方向の中点復帰機能と周波数応答特性の両立は、カメラ駆動装置における非常に重要な設計課題となり、駆動磁石の凸球面に対する磁気ヨークの凹球面の半径の設定を最適化させることが課題解決のための重要な一手段となる。
【０２５５】
図３５および図３６に示すように、傾斜角度が３０度以内である場合、Ｌ１およびＲ３が１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌの関係を満たせば、磁気ギャップの距離変化を２倍から３倍以内にすることができる。詳細な検討の結果、磁気ギャップの距離変化がこの範囲であれば、中点復帰機能および周波数応答特性を両立させることが可能となることがわかった。
【０２５６】
パンニング磁気ヨーク２０３およびパンニング駆動磁石４０１のＬ１およびＲ３についても同様であり、Ｌ１およびＲ３は１．２×Ｌ１≦Ｒ３≦２×Ｌ１の関係を満たすことが好ましい。また、ローリング駆動磁石８００およびローリング磁気ヨーク７０１のＬ２およびＲ４にいても同様であり、Ｌ２およびＲ４は１．２×Ｌ２≦Ｒ４≦２×Ｌ２の関係を満たすことが好ましい。
【０２５７】
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１５４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。
【０２５８】
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２２、図２６、図２７および図２８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１５４は第１の検出部である第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極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように配置され、回路基板５０２を介してベース２００に固定されている。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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し、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。
【０２６１】
次に、可動ユニットの光軸１０回りの回転角度を検出するための第２の検出部を説明する。図２２に示すようにカメラ駆動部１５４は、１対の第２の磁気センサー５０３と、２対の回転検出用磁石４０３とを備える。２対の回転検出用磁石４０３が、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度をなし、互いに直交する２本の直線上において、球心２０２Ａに対して対称となるよう、第１の可動部１０２に固定されている。４つの回転検出用磁石４０３のそれぞれは、光軸１０を中心とし、光軸１０と垂直な平面上の円の円周方向に２極に着磁されている。また、光軸１０に対して対称に配置された一対の回転検出用磁石４０３は互いに着磁方向が逆になっている。
【０２６２】
また１対の回転検出用磁石４０３の２極分割着磁の中心境界上において対向するように２つの回転検出用磁気センサー５０３がベース２００に固定されている。
【０２６３】
ローリング方向２２に可動ユニットが回転した場合、１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。
【０２６４】
また、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットの第１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、このクロストーク出力は、第２の磁気センサー５０３が、１対の回転検出用磁石４０３による磁気を差動検出することによって得られる出力を用いてキャンセルすることができる。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。
【０２６５】
また、図２２に示すように、１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。
【０２６６】
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し、２つに分割された可動ユニットを、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０２６９】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０２７０】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０２７１】
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対の磁石と、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、磁石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対の駆動コイルを含む。これらが配置される光軸方向の高さ位置は、突起部の中心の高さ位置にほぼ等しい。このため可動ユニットの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。
【０２７２】
また、パンニング、チルティング磁気ヨークに対向するパンニング、チルティング駆動磁石の側面は、突起部の球面の球心を中心とし、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中心までの距離Ｒ１を半径とする球面の一部形状を有し、ローリング磁気ヨークに対向するローリング駆動磁石の側面は、突起部の球面の球心を中心とし、中心からそれぞれの駆動磁石の側面の中心までの距離Ｒ２を半径とする球面の一部形状を有する。
【０２７３】
パンニング、チルティング駆動磁石の凸球面に対向するパンニング、チルティング磁気ヨークの側面は、中心からパンニング、チルティング磁気ヨークの側面までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹状球面の一部形状を有し、ローリング駆動磁石の凸球面に対向するローリング磁気ヨークの側面は、中心からローリング磁気ヨークの側面までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹状球面の一部形状を有する。
【０２７４】
これにより、可動ユニットの傾斜角度および回転角度に対する磁気ヨークと駆動磁石とのそれぞれの磁気ギャップ変化をすべての可動範囲において、予定の範囲内に抑制することができる。また、駆動磁石の凸状球面の半径と磁気ヨークの凹状球面の半径を調節することによって、磁気ギャップの変化量を制御することが可能となる。
【０２７５】
一般的に、磁気吸引力は磁束密度の２乗に比例し、磁束密度は磁気ギャップに反比例する。したがって、磁気吸引力は磁気ギャップの２乗に反比例することになり、動作角度の変化に伴う急激な磁気ギャップ変化は磁気バネのバネ定数を増加させる。そこで、可動ユニットに設けた駆動磁石の回転曲率半径に応じた駆動磁石の凸状球面の半径および磁気ヨークの凹状球面の半径を調節することにより磁気ギャップの変化量を適切に設定し、可動ユニットの中立位置への復帰を３次元的に実現するとともに、駆動制御周波数帯域における周波数応答特性を悪化させない磁気バネ特性を実現させることができる。
【０２７６】
特に磁気ヨークの凹状球面の半径を、中心から磁気ヨークの側面までの距離の１．２倍以上２倍以下に設定する場合、可動ユニットの中立位置への復帰と良好な周波数応答特性の両立を図ることができる。
【０２７７】
また、ムービングマグネット駆動方式では、傾斜角度および回転角度の増大に比例して磁気吸引力が大きくなるため、磁気吸引力に逆らって動作角度を維持させる必要がある。その結果、不必要な駆動電流が必要となり駆動効率を著しく低下させるという特有の課題があった。本実施形態のカメラ駆動装置によれば、動作角度範囲における磁気ギャップの変化量を緩やかに設定することができるため、可動ユニットの中立位置への復帰を実現しつつ、駆動効率の低下を抑制することができる。
【０２７８】
また可動ユニットに搭載しているパンニングおよびチルティング駆動磁石およびローリング駆動磁石の回転曲率半径を距離Ｒ１および距離Ｒ２と異ならせることによって、パンニングおよびチルティング駆動磁石とローリング駆動磁石との磁気結合を回避し、磁気吸引力の急激な変動を防止することができる。
【０２７９】
また、１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１３上に配置するため、光軸１０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、装置として省スペース化を実現できる。
【０２８０】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、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。
【０２８１】
（第５の実施形態）
以下、本発明によるカメラ駆動装置の第５の実施形態を説明する。図３７は、本発明の第５の実施形態であるカメラ駆動装置１５５を示す分解斜視図であり、図３８は、カメラ駆動装置１５５を斜め上方から見た斜視図である。図３９（ａ）および（ｂ）は、カメラ駆動装置１５５は平面図および側面図である。図４０および図４１は、それぞれ図３９（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。図４２はカメラ駆動装置１５５の突起部２０２近傍を拡大して示す要部断面図である。図４３は、図３９（ｂ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。これらの図を参照してカメラ駆動装置１５５の主な構成を説明する。
【０２８２】
カメラ駆動装置１５５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。カメラ駆動装置１５５は、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２および第２の可動部１０１が第３の可動部１０３に対して、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に自在に回転し、第３の可動部１０３が固定ユニットに対して、レンズ光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に自在に回転する点で第１から第４の実施形態と異なっている。
【０２８３】
図３７および図３８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。
【０２８４】
可動ユニットは、第１の可動部１０２、第２の可動部１０１、第３の可動部１０３、突起支持部２０１および突起部２０２を含む。
【０２８５】
図３７に示すように、突起支持部２０１は、略アーチ状の両持ち梁形状を有し、梁の中央に設けられた孔に、突起部２０２が圧入固定されている。図４１および図４２に示すように、突起部２０２は、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。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起支持部２０１は、第３の可動部１０３に固定される。
【０２８６】
第１の可動部１０２は、接触面１０２Ｃと吸着用磁石４０４とを有する。接触面１０２Ｃは、内側に円錐形状を有し、先端が下方に位置するように第１の可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端であり、第１の可動部１０２の底部に配置される。第１の可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
【０２８７】
図４２に示すように、突起部２０２は、第１の可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃの内側に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、底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。
【０２８８】
これにより、第１の可動部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、球心２０２Ａに対して、光軸１０に直交し中心２０１Ａ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。
【０２８９】
第２の可動部１０１は、カメラ部１００を搭載し、第１の可動部１０２に固定されている。具体的には、レンズの光軸１０が、第２の可動部１０１の中心を貫き、好ましくは、円錐形状の接触面１０２Ｃの中心軸と一致するようにカメラ部１００が第２の可動部１０１に固定されている。また、突起支持部２０１と立体的に干渉しないように、第１の可動部１０２に結合される。
【０２９０】
図３７に示すように、第３の可動部１０３は、突起支持部２０１を支持し、固定ユニットのベース２００に設けられた光軸１０を中心軸とするローリング回動中心孔２００ｓに、第３の可動部１０３に設けられたローリング回動軸１０３ｓに嵌合され、ベース２００に回動自在に支持される。これにより、突起支持部２０１を介して支持されている第１の可動部１０２および第２の可動部１０１は、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転することができる。
【０２９１】
また、第１の可動部１０２の下方（球心２０２Ａに対して第２の可動部１０１と反対）には、カウンターウエイト１５０が取り付けられる。これにより、球心２０２Ａを中心として、第１の可動部１０２に固定されるカメラ部１００との重量バランスをとることができるため、搭載するカメラ部１００の設計および搭載自由度が広がる。また、カメラ部１００、第１の可動部１０２および第２の可動部１０１とカウンターウエイト１５０からなる全可動ユニットの重心位置を突起部２０２の球心２０２Ａ近傍で集中的に支持することが可能となる。このため、摩擦による負荷を低減し、駆動周波数領域における機械的共振を大幅に抑制することができる。
【０２９２】
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。
【０２９３】
なお、突起部２０２の表層部分を潤滑性の高い樹脂部材（図示せず）などで被覆してもよい。この場合、接触する円錐状の接触面１０２Ｃ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の優れた支持構成を実現できる。
【０２９４】
また、図４２に示すように、第２の可動部１０１が、突起支持部２０１に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、光軸１０方向には所定の空隙５０が第２の可動部１０１と突起支持部２０１との間に設けられている。したがって、突起支持部２０１には、球心２０２Ａを中心とする凸状の球面部２０１Ａが設けられ、空隙５０を介して第２の可動部１０１には、球心２０２Ａを中心とする凹状の球面の脱落防止用規制面１０１Ａが設けられている。
【０２９５】
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、第１の可動部１０２が下方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、部分球面２０１Ａと脱落防止用規制面１０１Ａとが接触した状態でも、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。
【０２９６】
このため、本実施形態によれば、たとえ第１の可動部１０２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。
【０２９７】
また、球心２０２Ａを中心とする脱落防止用規制面１０１Ａの半径を極力小さくすれば、脱落防止用規制面１０１Ａを設けるために要する空間を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
【０２９８】
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１５５は、カメラ部１００を搭載した第１の可動部１０２および第２の可動部１０１を第３の可動部１０３に対してパンニング方向２０およびチルティング方向２１へ傾斜させるための第１の駆動部と、ベース２００に対して第３の可動部１０３をローリング方向２２に回転させる第２の駆動部とを備える。
【０２９９】
第１の駆動部は、パンニング駆動磁石４０１と、パンニング磁気ヨーク２０３と、パンニング駆動コイル３０１からなるパンニング駆動部と、チルティング駆動磁石４０２と、チルティング磁気ヨーク２０４と、チルティング駆動コイル３０２からなるチルティング駆動部を含む。
【０３００】
図３７、図４１および図４４を参照して、パンニング駆動部およびチルティング駆動部の構成について説明する。
【０３０１】
図４４は、カメラ駆動装置１５５におけるパンニング駆動部およびチルティング駆動部の構成を示す分解斜視図である。なお、図４１は、チルティング方向回転軸１１に沿ったパンニング駆動部の断面図である。パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このためパンニング方向回転軸１２に沿ったチルティング駆動部の断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３０２】
パンニング駆動部は、第１の可動部１０２を、パンニング方向回転軸１２を中心にパンニング方向２０に回転駆動する。このために、パンニング駆動部は、第１の可動部１０２に取り付けられたパンニング駆動磁石４０１と、パンニング駆動磁石４０１に対向するように、連結部２１０に取り付けられたパンニング磁気ヨーク２０３と、パンニング磁気ヨーク２０３に取り付けられたパンニング用ボビン２０６と、パンニング用ボビン２０６に巻回されたパンニング駆動コイル３０１とを含む。
【０３０３】
パンニング駆動磁石４０１は、球心２０２Ａに対してチルティング方向回転軸１１上において対称に配置された１対の磁石であり、チルティング方向回転軸１１方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３０４】
パンニング磁気ヨーク２０３は、１対のパンニング駆動磁石４０１に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。パンニング駆動磁石４０１の矢印２０Ａ方向および矢印２０Ｂ方向の回転に対して、急激な磁気ギャップの変動を起こさないように、パンニング駆動磁石４０１に対向する面は、チルティング方向回転軸１１上に中心を持つ部分円柱側面形状を有する。
【０３０５】
部分円柱側面形状を有するパンニング磁気ヨーク２０３にパンニング駆動コイル３０１を巻く（取り付ける）ために、パンニング用ボビン２０６は、パンニング磁気ヨーク２０３に取り付けられている。パンニング用ボビン２０６は、パンニング駆動磁石４０１の矢印２０Ａ方向および矢印２０Ｂ方向の回転に対して、パンニング駆動コイル３０１を略Ｖ字型に配置するように、パンニング駆動コイル３０１とパンニング磁気ヨーク２０３の隙間を埋めるように構成されている。
【０３０６】
パンニング駆動コイル３０１は、１つのパンニング駆動磁石４０１に対して、球心２０２Ａの高さで２分割されて、上述したパンニング用ボビン２０６に巻回されている。
【０３０７】
これらの１対のパンニング磁気ヨーク２０３とパンニング駆動コイル３０１は、光軸１０を中心に対称に配置された１対の連結部２１０（図３７）を介して、それぞれ第３の可動部１０３に固定されている。
【０３０８】
同様に、チルティング駆動部は、第１の可動部１０２を、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に回転駆動する。このために、チルティング駆動部は、第１の可動部１０２に取り付けられたチルティング駆動磁石４０２と、チルティング駆動磁石４０２に対向するように、連結部２１０に取り付けられたチルティング磁気ヨーク２０４と、チルティング磁気ヨーク２０４に取り付けられたチルティング用ボビン２０７と、チルティング用ボビン２０７に巻回されたチルティング駆動コイル３０２とを含む。
【０３０９】
チルティング駆動磁石４０２は、球心２０２Ａに対してパンニング方向回転軸１２上において対称に配置された１対の磁石であり、パンニング方向回転軸１２方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３１０】
チルティング磁気ヨーク２０４は、１対のチルティング駆動磁石４０２に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。チルティング駆動磁石４０２の矢印２１Ａ方向および矢印２１Ｂ方向の回転に対して、急激な磁気ギャップの変動を起こさないように、チルティング駆動磁石４０２に対向する面は、パンニング方向回転軸１２上に中心を持つ部分円柱側面形状を有する。
【０３１１】
部分円柱側面形状を有するチルティング磁気ヨーク２０４にチルティング駆動コイル３０２を巻く（取り付ける）ために、チルティング用ボビン２０７は、チルティング磁気ヨーク２０４に取り付けられている。チルティング用ボビン２０７は、チルティング駆動磁石４０２の矢印２１Ａ方向および矢印２１Ｂ方向の回転に対して、チルティング駆動コイル３０２を略Ｖ字型に配置するように、チルティング駆動コイル３０２とチルティング磁気ヨーク２０４の隙間を埋めるように構成されている。
【０３１２】
チルティング駆動コイル３０２は、１つのチルティング駆動磁石４０２に対して、球心２０２Ａの高さで２分割されて、前述したチルティング用ボビン２０７に巻回されている。
【０３１３】
これらの１対のチルティング磁気ヨーク２０４とチルティング駆動コイル３０２は、光軸１０を中心に対称配置された１対の連結部２１０（図３７）を介して、それぞれ第３の可動部１０３に固定されている。
【０３１４】
したがって、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の回転駆動に関しては、それぞれ２つのパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２に対して、２つの磁気ヨークと、４つの駆動コイルとから構成されている。
【０３１５】
次に、図４１、図４５および図４６を参照して、パンニング駆動部およびチルティング駆動部の傾斜動作と磁気吸引力を利用した第１の可動部１０２の中立位置復帰機能について説明する。
【０３１６】
図４５は、カメラ駆動装置１５５の図３９に示すＡ−Ａ線の位置における断面図であり、パンニング方向（チルティング方向）に駆動した場合の断面図である。図４５は、チルティング方向回転軸１１上でのパンニング駆動部の断面図であるが、パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このため、パンニング方向回転軸１２に沿ったチルティング駆動部の断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３１７】
図４６は、カメラ駆動装置１５５におけるチルティング駆動磁石２０４とチルティング駆動用チルティング磁気ヨーク２０４の位置関係を示す要部断面図である。図４６は、ピッチング駆動部の要部断面図であるが、パンニング駆動部とチルティング駆動部は、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。このため、パンニング駆動部の要部断面図は省略し、相当する構成要素は括弧内に示している。
【０３１８】
図４１および図４５に示すように、４つの駆動コイルからなる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るため、第１の可動部１０２は、球心２０２Ａ（パンニング方向回転軸１２）を中心にパンニング方向２０Ａまたは２０Ｂに回転駆動される。図４１の傾斜角度０の中立位置の状態から、パンニング駆動コイル３０１に所定の方向へ通電すると、図４５に示すように、第１の可動部１０２は、矢印２０Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第１の可動部１０２は、矢印２０Ｂ方向に駆動される。
【０３１９】
同様に、４つの駆動コイルからなる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るため、第１の可動部１０２は、球心２０２Ａ（チルティング方向回転軸１１）を中心にチルティング方向２１Ａまたは２１Ｂに回転駆動される。図４１の傾斜角度０の中立位置の状態から、チルティング駆動コイル３０２に所定の方向へ通電すると、図４５に示すように、第１の可動部１０２は、矢印２１Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第１の可動部１０２は、矢印２１Ｂ方向に駆動される。
【０３２０】
したがって、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へ同時に通電することにより、第１の可動部１０２に固定される第２の可動部およびにカメラ部１００を、球心２０２Ａを中心に２次元的に傾斜させることができる。また、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に流す電流の向きを変えることによって、カメラ部１００を、パンニング方向２０Ａまたは２０Ｂおよびチルティング方向２１Ａまたは２１Ｂ方向へ任意に駆動することができる。
【０３２１】
なお、本実施形態では、パンニング磁気ヨーク２０３の凹状のＲ面とパンニング駆動磁石４０１との磁気ギャップに関して、図４１に示す第１の可動部１０２の傾斜角度が０度の場合の磁気ギャップＧ０と、図４５に示す第１の可動部１０２が矢印２０Ａ方向に傾斜した場合の磁気ギャップＧ１との関係がＧ０＜Ｇ１となるように、パンニング磁気ヨーク２０３の側面は、凹状の部分円柱側面形状を有している。したがって、図４１に示す第１の可動部１０２の傾斜角度が０度の場合の磁気吸引力が、図４５に示す第１の可動部１０２が矢印２０Ａ方向に傾斜した場合に対して大きくなるので、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２を中立位置（傾斜角度が０度）に保持することができる。
【０３２２】
チルティング駆動部に関しても、回転軸が９０度異なるだけで、基本的な構成は同じである。つまり、同様に、第１の可動部１０２を中立位置（傾斜角度が０度）に保持することができる。
【０３２３】
さらに、本実施形態では、図４６に示すように、チルティング駆動磁石４０２のチルティング磁気ヨーク２０４と対向する面４０２Ａは、凸状の部分球面形状を有する。これにより、チルティング駆動磁石４０２と対向するチルティング磁気ヨーク２０４の中心部との磁気ギャップＤ０を、チルティング磁気ヨーク２０４の端部との磁気ギャップＤ１より小さく構成できる。その結果、チルティング磁気ヨーク２０４の中心部での磁気吸力が大きくなり、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２をチルティング磁気ヨーク２０４中心部に沿って保持して駆動することができる。
【０３２４】
パンニング駆動磁石４０１とパンニング磁気ヨーク２０３においても、同様に、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第１の可動部１０２をパンニング磁気ヨーク２０３中心部に沿って保持して駆動することができる。
【０３２５】
したがって、ローリング方向２２にも自由度がある球状の突起部２０２によるピポッド支持構成において、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の２つの駆動軸のみの支持が実現でき、従来に比べ、小さいスペースで２つの駆動軸支持を構成することができる。
【０３２６】
次に、ベース２００に対して第３の可動部１０３をローリング方向２２に回転させる第２の駆動部であるローリング駆動部を説明する。図４７は、カメラ駆動装置１５５におけるローリング駆動部の構成を示す分解斜視図である。
【０３２７】
ローリング駆動部は、第３の可動部１０３を、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動を行い、第３の可動部１０３に取り付けられたローリング駆動磁石４０５と、ローリング駆動磁石４０５に対向するように、ベース２００に取り付けられたローリング磁気ヨーク２０５と、ローリング磁気ヨーク２０５に取り付けられたローリング用ボビン２０８と、ローリング用ボビン２０８に巻回されたローリング駆動コイル３０３とを含む。
【０３２８】
ローリング駆動磁石４０５は、パンニング方向回転軸１２またはチルティング方向回転軸１１に対して４５度をなす直線１５上（図４３）において、光軸１０に対して対称に配置された１対の磁石であり、直線１５方向に磁束を有するようにそれぞれ１極に着磁されている。
【０３２９】
ローリング磁気ヨーク２０５は、１対のローリング駆動磁石４０５に対向する１対の磁性体で構成された磁気ヨークである。第３の可動部１０３を、磁気吸引力変動を利用した磁気バネ効果により、ローリング方向２２の中立位置に保持するために、ローリング駆動磁石４０５に対向する面は、中立位置で磁気ギャップが最小となるような凸状の部分円柱側面形状を有する。
【０３３０】
部分円柱側面形状を有するローリング磁気ヨーク２０５にローリング駆動コイル３０３を巻くために、ローリング用ボビン２０８は、ローリング磁気ヨーク２０５に取り付けられている。また、ローリング用ボビン２０８は、ローリング駆動コイル３０３を直線１５に直交する方向に配置するように、ローリング駆動コイル３０３とローリング磁気ヨーク２０５の隙間を埋めるように構成されている。
【０３３１】
ローリング駆動コイル３０３は、１対のローリング用ボビン２０８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と直交する方向に巻回されている。
【０３３２】
これらの１対のローリング磁気ヨーク２０５とローリング駆動コイル３０３は、球心２０２Ａの高さより下方に構成されており、光軸１０方向から見た平面位置は、パンニングもしくはチルティング駆動部に対して４５度をなすように配置されている。このため、パンニングもしくはチルティング駆動部との干渉をさけ、高さ領域を有効に活用して装置の低背化を図ることができる。
【０３３３】
また、ローリング駆動部を球心２０２Ａより下方に設けることにより、パンニングおよびチルティング駆動部との磁気回路の高さ位置を変えて、パンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２との磁気結合の影響を低減し、磁気回路の干渉による駆動中のクロストークの発生を抑制することができる。
【０３３４】
次に、図４３および図４８を参照して、ローリング駆動部の回転動作と磁気吸引力を利用した第３の可動部１０３の中立位置復帰機能について説明する。
【０３３５】
図４８は、カメラ駆動装置１５５の図３９（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図でありローリング方向に駆動した場合の断面図である。
【０３３６】
図４３および図４８に示すように、対をなすローリング駆動コイル３０２に通電することにより、１対のローリング駆動磁石４０５は、偶力の電磁力を受ける。このため、第３の可動部１０３は、光軸１０を中心にローリング方向２２Ａまたは２２Ｂに回転駆動される。図７の回転角度０の中立位置の状態から、ローリング駆動コイル３０３に所定の方向へ通電すると、図４８に示すように、第３の可動部１０３は、矢印２２Ａ方向に駆動され、前述した所定の方向と逆向きの方向に通電すると、第３の可動部１０３は、矢印２２Ｂ方向に駆動される。
【０３３７】
したがって、ローリング駆動コイル３０３に流す電流の向きを変えることで、突起支持部２０１を介して第３の可動部１０３に支持されているカメラ部１００を、ローリング方向２２Ａまたは２２Ｂ方向へ任意に駆動することができる。
【０３３８】
なお、本実施形態では、前述したようにローリング磁気ヨーク２０５のローリング駆動磁石４０５と対向する面が凸状の部分円柱側面形状を有しているため、図４３に示す第３の可動部１０３の回転角度が０度の場合のローリング磁気ヨーク２０５とローリング駆動磁石４０５との磁気ギャップが、図４８に示す第３の可動部１０３が矢印２２Ａ方向に回転した場合の磁気ギャップに比べ小さくなっている。このため、図４３に示す第３の可動部１０３の回転角度が０度の場合の磁気吸引力が、図４８に示す第３の可動部１０３が矢印２２Ａ方向に回転した場合に対して大きくなり、磁気吸引力による磁気バネを利用して、第３の可動部１０３を中立位置（回転角度が０度）に保持することができる。
【０３３９】
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１５５は、第３の可動部１０３に対するカメラ部１００の２次元の傾斜角度を検出するための第１の検出部と、カメラ部１００のレンズの光軸１０回りの回転角度を検出するための第２の検出部とを備える。
【０３４０】
まず第１の検出部の説明をする。カメラ部１００のパンニング方向２０およびチルティング方向２１の傾斜角度を検出するため、カメラ駆動装置１５５は、第１の磁気センサー５０１と、第１の磁気センサー５０１を実装する回路基板５０２をさらに備える。
【０３４１】
図３７および図４１に示すように、第１の磁気センサー５０１は、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、回路基板５０２を介して、第３の可動部１０３に取り付けられる。
【０３４２】
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、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上にそれぞれ１対ずつ対称配置されている。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。
【０３４３】
また、吸着用磁石４０４の第１の磁気センサー５０１と対向する面は、突起部２０２の球心２０２Ａを中心とする球面の一部である凸状の部分球面形状を有し、±２０度以上の大きな傾斜においても、磁石表面と第１の磁気センサー５０１との距離変化がなく、磁石の端部による急峻な磁気変化がない。このため、第１の磁気センサー５０１の出力が飽和することがなく、第１の可動部１０２の大きな傾斜角度を検出することができる。言い換えると、吸着用磁石４０４が球心２０２Ａを中心とする凸状の部分球面形状を有することによって、磁気センサーの角度検出範囲の拡大を図ることができる。
【０３４４】
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し、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。
【０３４５】
次に第２の検出部を説明する。カメラ駆動装置１５５は、第３の可動部１０３に取り付けられた１対の回転検出用磁石４０３と、回転検出用磁石４０３に対向するように、ベース２００に取り付けられたローリング方向２２の回転角度を検出するための第２の磁気センサー５０３をさらに備える。
【０３４６】
図３７および図４０に示すように、１対の回転検出用磁石４０３は、パンニング方向回転軸１２またはチルティング方向回転軸１１に対して４５度をなし球心２０２Ａに対して対称に配置されるように第３の可動部１０３に固定されている。
【０３４７】
また、１対の回転検出用磁石４０３は、光軸１０に直交する平面上において光軸１０を中心とする円の円周方向に着磁され、球心２０２Ａを通る方向にそれぞれ２極に分割（図３７、図４３）されている。１対の回転検出用磁石４０３において、２つの磁極はローリング方向２２に対して互いに逆順に配置される。
【０３４８】
１対の第２の磁気センサー５０３は、第３の可動部１０３のローリング方向２２の回転動作によって生じる回転検出用磁石４０３の磁気変化を差動検出して、ローリング方向の回転角度を算出することできる。回転検出用磁石４０３は２極に分割着磁されているため、第３の可動部１０３のローリング方向２２の回転動作によって、急峻な磁気変化が得られ、この磁気変化を差動検出することで、高感度な回転角度検出が可能となる。
【０３４９】
本実施形態のカメラ駆動装置１５５は、第１の可動部１０２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を設けたムービングマグネット駆動方式を採用する。この構成では、一般的に第１の可動部１０２の重量が増大するという問題が考えられる。しかし、第１の可動部１０２に駆動用配線の懸架が不必要なこと、および、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、第３の可動部１０３および連結部２１０やカメラ駆動装置１５５以外の部品で冷却できるという大きな利点がある。
【０３５０】
また、本実施形態のカメラ駆動装置１５５は、ローリング駆動についてもムービングマグネット駆動方式を採用している。このため、ローリング駆動コイル３０３の発熱を、ローリング磁気ヨーク２０５およびベース２００やカメラ駆動装置１５５以外の部品で冷却できるという大きな利点がある。
【０３５１】
また、本実施形態によれば、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への駆動に関してそれぞれ独立した専用の駆動磁石と磁気回路を設けているため、駆動を併用する構成に比べて可動ユニットの駆動効率を向上させることができる。
【０３５２】
なお、本実施形態では、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のそれぞれの駆動磁石と対向する側面は、凹状の部分円柱側面形状を有しており、その断面形状は図４６に示すように、それぞれの駆動磁石に対してほぼ平らである。しかし、これに限定されることなく、たとえば、図４９に示すように、それぞれの駆動磁石と対向する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の側面は、凸状の部分球面形状を有していてもよい。これにより、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の中心部とそれぞれの駆動磁石との磁気ギャップＤ０を、磁気ヨーク端部との磁気ギャップＤ１との差をより大きくすることができるため、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の中心部での磁気バネ効果をより高めて、第１の可動部１０２のパンニング方向、チルティング方向への保持力を高めることができる。
【０３５３】
また、本実施形態では、パンニングおよびチルティング駆動磁石４０１、４０２のそれぞれの磁気ヨークと対向する面４０１Ａ、４０２Ａを、凸状の球面形状で構成しているが、これに限定されることなく、たとえば、前述するように、対向する磁気ヨークが凸状の部分円柱側面形状を有し、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２が凸状の部分円柱側面形状を有していてもよい。
【０３５４】
また、本実施形態では、第２の駆動部であるローリング駆動部として、ローリング駆動磁石４０５と、ローリング駆動コイル３０３を用いた電磁力で駆動を行っている。しかし、これに限定されることなく、第２の駆動部は、たとえば、ＤＣモータやステッピングモータなどの回転モータを含んでいてもよい。
【０３５５】
また、本実施形態では、ローリング駆動部を、球心２０２Ａの高さより下方に構成している。しかし、これに限定されることなく、光軸１０方向から見た平面位置を、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度をなすように配置していれば、球心２０２Ａの上方で構成してもよい。
【０３５６】
また、本実施形態では、ローリング駆動の検出手段として、回転検出用磁石４０３および第２の磁気センサー５０３による磁気変化を検出する構成を採用している。しかし、これに限定されることなく、たとえば、フォトインタラプタを使ったエンコーダやステッピングモータによる駆動ステップなどを用いてローリング方向の回転角度を検出してもよい。
【０３５７】
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、第３の可動部に支持された突起部に設けられた部分球面の球心と、第１の可動部１０２の円錐状の接触面の中心軸を配置し、第１および第２の可動部を、突起部を中心とし、かつ、包み込むように接合する構造を採用する。このため、第１および第２の可動部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。
【０３５８】
また、突起部と第１の可動部の接触面とによって構成されるピポッドにおいて、第１の可動部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。
【０３５９】
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、分割された可動ユニットの一方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。
【０３６０】
さらに可動ユニットにおいて、脱落防止規制面と円錐状の接触面は、レンズの光軸に対し、対称に配置される。また、可動ユニットを支持する突起部の部分曲面の球面の球心は光軸上に配置される。このため、可動ユニットが回動する全範囲に対して最小面積で凹状の脱落防止規制面を設けることができ、装置の小型化を実現できる。
【０３６１】
また、可動ユニットの脱落防止規制面に固定ユニットが当接するまで可動ユニットが固定ユニットから脱落した場合でも、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。
【０３６２】
また、パンニングおよびチルティ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第１の可動部に固定された１対のパンニング駆動磁石と１対のチルティング駆動磁石と、それぞれの駆動磁石に対向するよう第３の可動部に配設された１対ずつのパンニング用およびチルティング磁気ヨークとそれぞれに巻回されたパンニングおよびチルティング駆動コイルとを含む。これらが配置される光軸方向の高さ位置は、突起部の中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。
【０３６３】
また、パンニング駆動磁石およびチルティング駆動磁石の磁気ヨークと対向する面が凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有することにより、それぞれの駆動磁石に対向する磁気ヨーク中心部との磁気ギャップを小さくできる。このため、磁気バネ効果を利用し、第１および第２の可動部がローリング方向に回転するのを抑制しながら、２対の磁気ヨークに沿ってパンニング方向およびチルティング方向に回転させることができる。したがって、ローリング方向にも自由度がある球状の突起部によるピポッド支持を用いながら、実質的にパンニング方向およびチルティング方向の２つの駆動軸のみによる支持を実現できる。その結果、従来に比べ、省スペースで２つの駆動軸による支持を構成することができる。
【０３６４】
また、第３の可動部に固定される突起支持部の光軸方向から見た投影領域を、パンニング方向またはチルティング方向と４５度をなす一つの直線上に配し、突起支持部が、球状の突起部を中心とした対称形状の両持ちの梁形状を有することにより、パンニング方向およびチルティング方向の駆動部を設ける領域を大きくし、構成の自由度を高めるともに、第２の可動部の剛性を向上させることができ、第２の可動部の機械的共振を大幅に抑圧することができる。
【０３６５】
また、１対のパンニング駆動コイルおよびチルティング駆動コイルは、それぞれ球心の高さ位置で２分割された略Ｖ字形状を有し、Ｖ字形状の谷部分を対向するように光軸を中心に対称に配置される。これにより、可動ユニットの傾斜角度および回転角度が大きくても、駆動磁石と磁気ヨークとから構成される磁気ギャップを小さくすることができる。このため、パンニング、チルティングおよびローリング方向の駆動効率を向上させることができる。また、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークのそれぞれの駆動磁石に対向する側面が、突起部の球心を含み光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有することによって、駆動時の磁気吸引力変動をより抑制できる。
【０３６６】
さらに、第１の可動部の傾斜角度が０度の場合に、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークとそれぞれの駆動磁石との磁気ギャップとの磁気ギャップが最小となるように、パンニング磁気ヨークおよびチルティング磁気ヨークの凹状の部分球面または部分円柱側面を構成することにより、磁気吸引力による磁気バネで可動ユニットを中立位置に保持することができる。
【０３６７】
また、ローリング駆動部は、ベースに回動支持された第３の可動部に設けられた１対のローリング駆動磁石と、ローリング駆動磁石に対向するようベースにそれぞれ配設されたローリング磁気ヨークと、ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルとを含む。ローリング駆動部の光軸方向から見た平面位置は、パンニング駆動磁石またはチルティング駆動磁石に対して４５度をなすように配置され、ローリング駆動部の光軸方向の高さ位置は、光軸に垂直な方向から見た投影中心が、光軸に垂直で球心を含む平面上にないように構成されている。したがって、パンニング駆動部またはチルティング駆動部とローリング駆動部との干渉をさけ、光軸方向の高さ領域を有効に活用して装置の低背化を図ることができる。また、ローリング駆動部と、パンニング駆動部およびチルティング駆動部との磁気回路の高さ位置が異なるため、磁気回路の干渉による駆動中のクロストークの発生を抑制することができる。
【０３６８】
また、ローリング磁気ヨークの駆動磁石に対向する側面が凸状の部分円柱側面形状を有し、第３の可動部の回転角度が０度の場合に、磁気ヨークとローリング駆動磁石との磁気ギャップを最小にすることにより、磁気吸引力による磁気バネで可動ユニットをローリング方向の中立位置に保持することができる。
【０３６９】
また、吸着用磁石の第１の磁気センサーと対向する面が突起部の球心を中心とする凸状の部分球面形状を有することによって、±２０度以上の大きな傾斜においても、磁石表面と磁気センサーとの距離変化がなく、磁石の端部による急峻な磁気変化がしょうじない。このため、磁気センサーの出力が飽和することなく、可動部の大きな傾斜角度を検出することができる。言い換えると、吸着用磁石に突起部の球心を中心とする凸状の球面を構成することで、磁気センサーの角度検出範囲の拡大を図ることができる。
【０３７０】
また、ピポット支持を維持するための吸着用磁石を、第２の可動部のパンニング方向およびチルティング方向の傾きを検出するために利用することができる。
【０３７１】
したがってカメラ駆動装置を構成する部品点数を減らし、装置の小型化を実現できる。
【０３７２】
また、搭載するカメラ部に応じてカウンターウエイトの重量を調整することにより、搭載するカメラ部の設計および搭載自由度が広がり、第１および第２の可動部を重心の位置で駆動することが可能となる。加えて、第１および第２の可動部中立位置で保持するために必要なオフセット電流を低減でき、可動ユニットの駆動効率を向上させ、消費電力の低減を図ることができる。
【０３７３】
また、ローリング駆動部を別の支持系で構成することより、ローリング駆動が必要ない用途で利用する場合において、第３の可動部を機械的に固定するだけで装置の設計を変更することなく容易に転用でき、カメラ駆動装置の利用用途の拡大を図ることができる。
【０３７４】
したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、パンニング方向およびチルティング方向に±２０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±２０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。
【０３７５】
（第６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。本実施形態のカメラユニット１５６は、第１から第５の実施形態のいずれかの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５０は、カメラユニット１５６の主要部を示す斜視図であり、図５１はカメラユニット１５６のブロック図である。
【０３７６】
図５０および図５１に示すように、カメラユニット１５６は、カメラ駆動装置１５１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。本実施形態では、一例として第１の実施形態であるカメラ駆動装置１５１を用いているが、第２から第５の実施形態のカメラ駆動装置１５２から１５５のいずれを用いてもよい。
【０３７７】
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５０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。
【０３７８】
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５１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。
【０３７９】
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。
【０３８０】
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。
【０３８１】
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。
【０３８２】
一方、カメラ駆動装置１５１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。
【０３８３】
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。
【０３８４】
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から出力される。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。
【０３８５】
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。
【０３８６】
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。
【０３８７】
本発明のカメラ駆動装置およびカメラユニットは、上記各実施形態で説明したように、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。
【０３８８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０３８９】
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。
【０３９０】
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。
【符号の説明】
【０３９１】
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
５０    空隙
６０    粘性部材
１００    カメラ部
１０１    第２の可動部
１００Ａ、１０１Ａ    脱落防止規制面
１０２    第１の可動部
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｅ、１０２Ｆ    当接面
１０２Ｃ    接触面
１０３    第３の可動部
１０３ｓ    ローリング回動軸
１５０    カウンターウエイト
１５１、１５２、１５３、１５４、１５５    カメラ駆動装置
２００    ベース
２０１    突起支持部
２０１Ａ    球面
２０２    突起部
２０２Ａ    球心
２０３    パンニング磁気ヨーク
２０４    チルティング磁気ヨーク
２０５    ローリング磁気ヨーク
２０６    パンニング用ボビン
２０７    チルティング用ボビン
２０８    ローリング用ボビン
２１０    連結部
３０１    パンニング駆動コイル
３０２    チルティング駆動コイル
３０３    ローリング駆動コイル
４０１    パンニング駆動磁石
４０２    チルティング駆動磁石
４０３    回転検出用磁石
４０４    吸着用磁石
４０５    ローリング駆動磁石
５０１    第１の磁気センサー
５０３    第２の磁気センサー
５０２    回路基板
６００    駆動コイルユニット
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部とを含む可動ユニットと、
前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部と
を備えるカメラ駆動装置。
【請求項２】
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傾斜角度を検出する第１の検出部と、
前記固定ユニットに対する前記レンズの光軸周りの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。
【請求項３】
前記脱落防止規制面および前記接触面は、前記突起部の前記球心を中心に前記レンズの前記光軸の延長上でそれぞれ略対称配置されている請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項４】
前記脱落防止規制面は、前記球面の球心と一致した中心を有する凹状の部分球面形状を有する請求項３に記載のカメラ駆動装置。
【請求項５】
前記レンズの光軸に直交する平面上において、前記光軸を中心とする円周上であって、前記固定ユニットの断面が存在しない複数の領域において、前記第２の可動部が前記第１の可動部に取り付けられ、固定される請求項４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項６】
前記第１の駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、
前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、
前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルと
を含み、
前記傾斜駆動用磁石および前記傾斜駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している請求項５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項７】
前記第１の可動部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６に記載のカメラ駆動装置。
【請求項８】
前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸上において、前記第１の可動部に設けられ、前記光軸方向に着磁されている請求項７に記載のカメラ駆動装置。
【請求項９】
前記第１の可動部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８に記載のカメラ駆動装置。
【請求項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、前記第１の可動部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。
【請求項１１】
前記第２の検出部は、前記レンズの光軸と直交し、前記球面の球心を通る平面上において、前記球面の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、前記第１または第２の駆動部に対して４５度の角度をなして配置されている請求項１０に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１２】
前記第２の検出部は、前記固定ユニットに固定された第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し、
前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る方向にそれぞれ逆向きに着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に設けられている請求項１１に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１３】
前記検出器は、固定ユニットに固定された磁気センサーを含み、
前記吸着用磁石は、前記レンズの光軸方向に着磁された複数の磁極を有し、
前記の磁気センサーは、前記吸着用磁石の傾斜および回転による磁力変化を検出し、前記カメラ部の回転角度と前記カメラ部の２次元の傾斜角度を算出する請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１４】
前記第１の駆動部は、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を含み、
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前記チルティング方向への傾斜角度と前記レンズの光軸中心に回転する方向であるローリング方向の回転角度をそれぞれ検出し、
前記第２の駆動部は、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記ローリング方向へ回転させるローリング駆動部であり、
前記固定ユニットは、前記突起部が端部に設けられた片持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなしている請求項１に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１５】
前記ローリング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度をなすように前記可動ユニットに固定された１対のローリング駆動磁石と、
前記ローリング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットにそれぞれ配置された１対のローリング磁気ヨークと、
前記ローリング磁気ヨークにそれぞれ設けられたローリング駆動コイルと
を含み、
前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記光軸方向における位置は、前記球面の球心の中心の位置とほぼ一致する請求項１４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１６】
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は、それぞれ略Ｖ字形状を有し、各Ｖ字形状の谷部分が対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置されている請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１７】
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は、それぞれ前記Ｖ字形状の谷部分で前記固定ユニットに固定されている請求項１６に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１８】
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は、それぞれ、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１５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項１９】
撮像素子、前記撮像素子の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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部であって、前記カメラ部を搭載する第２の可動部を含む可動ユニットと、
前記可動ユニットが回動する際、前記固定ユニットに対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して前記カメラ部の底部に設けられた脱落防止規制面と、
前記固定ユニットに対する前記カメラ部の傾斜角度、および、前記レンズの光軸周りの前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を傾斜させる第１の駆動部と、
前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記光軸中心に回転させる第２の駆動部とを備え、
前記第１の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、対称配置される１対どうしが互いに直交する位置において、前記可動ユニットに固定された２対の傾斜駆動用磁石と、前記傾斜駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた２対の第１の磁気ヨークと、前記第１の磁気ヨークに設けられた傾斜駆動コイルとを含み、
前記第２の駆動部は、前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記可動ユニットに固定された１対の回転駆動用磁石と、前記回転駆動用磁石に対向するよう前記固定ユニットにそれぞれ設けられた第２の磁気ヨークと、前記第２の磁気ヨークに設けられた回転駆動コイルとを含み、
前記第１の磁気ヨークに対向する前記傾斜駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記光軸と垂直であり前記球面の球心を通る平面における前記中心から前記傾斜駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ１を半径とする第１の凸球面の一部を有し、
前記第２の磁気ヨークに対向する前記回転駆動用磁石の側面は、前記球面の球心と一致した中心を有し、前記平面における前記中心から前記回転駆動用磁石の側面の中点までの距離Ｒ２を半径とする第２の凸球面の一部を有し、
前記傾斜駆動用磁石の前記側面に対向する前記第１の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記傾斜駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第１の点を中心とし、前記平面における前記第１の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ１より大きい半径Ｒ３の凹球面の一部を有し、
前記回転駆動用磁石の前記側面に対向する前記第２の磁気ヨークの側面は、前記平面における前記中心と前記回転駆動用磁石の側面の中点を結ぶ延長線上の第２の点を中心とし、前記平面における前記第２の点から前記第２の磁気ヨーク側面の中点までの距離Ｌ２より大きい半径Ｒ４の凹球面の一部を有する請求項２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２０】
前記半径Ｒ３と前記距離Ｌ１は、
１．２Ｌ１≦Ｒ３≦２Ｌ１
の関係を満たしている請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２１】
前記半径Ｒ４と前記距離Ｌ２は、
１．２Ｌ２≦Ｒ４≦２Ｌ２
の関係を満たしている請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２２】
撮像素子、前記撮像素子の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と、
前記突起部を支持する突起支持部と、
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突起部が遊嵌し接触する円錐形状を有する接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する第１の可動部と、
前記カメラ部を搭載し、前記第１の可動部に固定された第２の可動部であって、前記第１の可動部が回動する際、前記突起支持部に対して自在に回動が可能な所定の空隙を介して設けられた脱落防止規制面を有する第２の可動部と、
前記突起支持部を支持する第３の可動部と、
前記第３の可動部を、前記光軸を中心に回動自在に支持する固定ユニットと、
前記第３の可動部に対して、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、
前記第３の可動部に対して、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、前記第３の可動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、
前記第３の可動部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、
前記固定ユニットに対する前記第３の可動部の前記ローリング方向に回転する回転角度を検出する第２の検出部と
を備えるカメラ駆動装置。
【請求項２３】
前記第３の可動部は、前記突起部が端部に設けられた両持ち梁形状の突起支持部を含み、前記光軸方向から見た場合、前記突起支持部は、前記パンニング方向または前記チルティング方向と４５度の角度をなして配置されている請求項２２に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２４】
前記第１の可動部に取り付けられたカウンターウエイトをさらに備え、
前記カウンターウエイトは、前記第１の可動部が中立の位置にあるとき、前記レンズの光軸に直交し、前記球面の球心を含む平面に対して、前記カメラ部と反対側に位置している請求項２３に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２５】
前記パンニング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記第１または第２の可動部に固定された１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前記第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のパンニング磁気ヨークと、
前記パンニング磁気ヨークに取り付けられたパンニング用ボビンと、
前記パンニング用ボビンに巻回された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、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記１対のパンニング駆動磁石と直交するように前記第１または第２の可動部に固定された１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第３の可動部にそれぞれ設けられた１対のチルティング磁気ヨークと、
前記チルティング磁気ヨークに取り付けられたチルティング用ボビンと、
前記チルティング用ボビンに巻回されたチルティング駆動コイルとを含み、
前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石と前記パンニングおよび前記チルティング駆動コイルの前記光軸方向における中心の位置は、前記球面の球心の位置とほぼ一致している請求項２４に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２６】
前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークのそれぞれの前記駆動磁石に対向する側面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凹状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２７】
前記パンニングおよび前記チルティング駆動磁石のそれぞれの前記磁気ヨークに対向する面は、前記球面の球心を含み前記レンズの光軸に直交する平面上に中心をもつ凸状の部分球面形状または部分円柱側面形状を有する請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２８】
前記１対のパンニングおよびチルティング駆動コイルは、前記レンズの光軸方向の前記球面の球心の位置においてそれぞれ２分割され、前記パンニング用および前記チルティング用ボビンに巻回されており、
前記パンニング用および前記チルティング用ボビンは、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークと干渉しないように、略Ｖ字形状を構成し、前記Ｖ字形状の谷部分が互いに対向するように前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニング用および前記チルティング磁気ヨークにそれぞれ取り付けられている請求項２７に記載のカメラ駆動装置。
【請求項２９】
前記ローリング駆動部は、
前記レンズの光軸に対して対称に配置され、前記パンニングまたは前記チルティング駆動磁石に対して４５度の角度をなすように前記第３の可動部に固定された１対のローリング駆動磁石と、
前記ローリ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設された１対のローリング磁気ヨークと、
前記ローリング磁気ヨークに巻回されたローリング駆動コイルと
を含み、
前記ローリング駆動磁石および前記ローリング駆動コイルの前記レンズの光軸に垂直な方向から見た投影中心は、前記光軸に垂直で前記球面の球心を含む平面上にない請求項２８に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３０】
前記ローリング磁気ヨークの前記ローリング駆動磁石に対向する側面は凸状の部分球面形状または曲面形状である請求項２９に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３１】
前記吸着用磁石の前記第１の磁気センサーと対向する面は、前記球面を中心とする凸状の部分球面形状を有する請求項３０に記載のカメラ駆動装置。
【請求項３２】
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
を備えたカメラユニット。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010010712.tif 000054
【図２】
2010010712.tif 000055
【図３】
2010010712.tif 000056
【図４】
2010010712.tif 000057
【図５】
2010010712.tif 000058
【図６】
2010010712.tif 000059
【図７】
2010010712.tif 000060
【図８】
2010010712.tif 000061
【図９】
2010010712.tif 000062
【図１０】
2010010712.tif 000063
【図１１】
2010010712.tif 000064
【図１２】
2010010712.tif 000065
【図１３】
2010010712.tif 000066
【図１４】
2010010712.tif 000067
【図１５】
2010010712.tif 000068
【図１６】
2010010712.tif 000069
【図１７】
2010010712.tif 000070
【図１８】
2010010712.tif 000071
【図１９】
2010010712.tif 000072
【図２０】
2010010712.tif 000073
【図２１】
2010010712.tif 000074
【図２２】
2010010712.tif 000075
【図２３】
2010010712.tif 000076
【図２４】
2010010712.tif 000077
【図２５】
2010010712.tif 000078
【図２６】
2010010712.tif 000079
【図２７】
2010010712.tif 000080
【図２８】
2010010712.tif 000081
【図２９】
2010010712.tif 000082
【図３０】
2010010712.tif 000083
【図３１】
2010010712.tif 000084
【図３２】
2010010712.tif 000085
【図３３】
2010010712.tif 000086
【図３４】
2010010712.tif 000087
【図３５】
2010010712.tif 000088
【図３６】
2010010712.tif 000089
【図３７】
2010010712.tif 000090
【図３８】
2010010712.tif 000091
【図３９】
2010010712.tif 000092
【図４０】
2010010712.tif 000093
【図４１】
2010010712.tif 000094
【図４２】
2010010712.tif 000095
【図４３】
2010010712.tif 000096
【図４４】
2010010712.tif 000097
【図４５】
2010010712.tif 000098
【図４６】
2010010712.tif 000099
【図４７】
2010010712.tif 000100
【図４８】
2010010712.tif 000101
【図４９】
2010010712.tif 000102
【図５０】
2010010712.tif 000103
【図５１】
2010010712.tif 000104
【国際調査報告】
2010010712.tif 000105
2010010712.tif 000106
2010010712.tif 000107
2010010712.tif 000108