JP2022043239A - 駆動装置、電子機器、撮像装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】カメラ１００は、レンズユニット５０を有するチルトユニット４０と、チルトユニット４０を支持するパンユニット３０と、該パンユニット３０が立設されるベースユニット２０とを備え、ベースユニット２０は制御基板２２０を有し、パンユニット３０は筒状のパン軸部３１２ａを有し、ベースユニット２０は、パン軸部３１２ａをベースカバー２１０のパン回転支持部２１０ａへ嵌合させることによってパンユニット３０を回転支持し、チルトユニット４０の回転を検出する位置検出部は、パン軸の中心からみてパン用駆動部よりも外周側に配置される。
【選択図】図９

Description

本発明は、被駆動体をアクチュエータによって駆動する駆動装置、電子機器、撮像装置及び移動体に関する。

近年、アクションカムやウエアラブルカメラと称される小型のカメラが普及している（例えば、特許文献１参照。）。このようなカメラは撮影者の身体に装着されるだけでなく、移動体である自転車やドローン（無人航空機）に装着され、移動体の移動時に動画を撮影する。

図１３は、ドローンに従来の小型のカメラが装着される様子を示す図である。図１３（Ａ）はカメラの装着構成を説明するための分解図であり、図１３（Ｂ）はカメラが装着されたドローンの斜視図である。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）において、ドローン１は複数、例えば、４つのプロペラを備えるクワッドコプターからなり、全てのプロペラの回転数を揃えることにより、機体を空中で安定保持（ホバリング）させる。また、ドローン１はプロペラの回転数を不均衡にすることにより、機体のバランスを変化させて姿勢を変更することができる。ドローン１に装着される小型のカメラ２はアクションカムからなる。カメラ２は比較的広角に撮影が可能な光学レンズユニットを搭載する。カメラ２は保持部材であるジンバル３によって保持される。ジンバル３はドローン１に対してビス４で固定され、カメラ２は不図示の固定部品によってジンバル３に固定される。固定部品としては、例えば、粘着性両面テープや結束バンドなどが適用される。ジンバル３には、固定されたカメラ２の姿勢を一定に維持する姿勢維持機構（図示しない）が内蔵される。姿勢維持機構はカメラ２のパン（水平・左右）方向／チルト（垂直・上下）方向／ロール（回転）方向の動きを制御し、カメラの撮影画像に対するドローン１の揺れの影響を排除する。

図１３のドローン１のカメラ２が画像を撮影する方向（以下、「撮像方向」という。）を変更するためにはジンバル３ごとドローン１の本体の向きを変更する必要があり、ドローン１の操縦者に不便を強いる。また、カメラ２が自転車のハンドルに装着される場合、撮像方向を変更するためにはハンドルの向きを変更する必要があり、自転車の運転者に不便を強いる。さらに、カメラ２が撮影者の身体に装着される場合、撮像方向を変更するためには身体の向きを変更する必要があり、やはり、撮影者に不便を強いる。

そこで、レンズ鏡筒をパン方向やチルト方向へ大きく動かすことができるカメラが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２のカメラは、レンズ鏡筒を含むチルトユニットと、チルトユニットを含むパンユニットとを有し、それぞれはチルト駆動部、パン駆動部によって電気的に駆動される。

特開２０１６－８２４６３号公報 特開２０１４－２１２３９２号公報

しかしながら、特許文献２のカメラでは、パンユニットの円滑な水平回転を実現するために、ワイヤーハーネスからなる電気的接続部がパンユニットの側方から引き出される。引き出された電気的接続部は水平回転するパンユニットに巻き付くが、巻き付く量が少ないときは撓んで電気的接続部の側方から飛び出すため、平面視において所定の領域を占める。その結果、特に平面視において、カメラのサイズを小さくすることができず、ドローンや自転車のハンドルへの装着の自由度が減じるおそれがある。

本発明の目的は、小型化することができる駆動装置、電子機器、撮像装置及び移動体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の駆動装置は、被駆動体を支持する支持部と、前記被駆動体の回転を検出する位置検出部と、前記被駆動体をパン軸を中心に回転させるためのパン用駆動部とを備える駆動装置であって、前記パン用駆動部は、前記パン軸を中心軸とした円環状の摺動面に接触する接触点と、前記摺動面に対して前記接触点を押圧する加圧部とを有する駆動部を有し、前記駆動部は前記被駆動体を相対的に移動させ、 前記位置検出部は、前記パン軸の中心からみて前記接触点よりも外周側に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、小型化することができる駆動装置、電子機器、撮像装置及び移動体を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラを搭載したドローンの構成を概略的に示す図である。 図１におけるカメラの構成を概略的に示す分解斜視図である。 図２のカメラが有するパンニングユニットの構成を示す分解斜視図である。 チルト駆動ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。 チルト位置検出ユニットのチルト用光学式センサの構成を概略的に示す図である。 ベースユニットの内部構成を概略的に示す分解斜視図である。 パン駆動ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。 パン位置検出ユニットのパン用光学式センサの構成を概略的に示す図である。 パンベースのパン軸部近傍における配線の形態を説明するための部分拡大断面図である。 ベースカバーの内部における配線の形態を説明するための部分拡大断面図である。 制御基板やボトムカバーがベースカバーへ組み付けられる前の様子を説明するための図である。 パン回転板及びパン用反射スケールの変形例を説明するための図である。 ドローンに従来の小型のカメラが装着される様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、無人航空機としてのドローン（移動体）に装着される撮像装置としてのカメラに本発明を適用する場合について説明するが、本発明の適用先はこれに限られない。本発明は、アクチュエータによって駆動される被駆動体を備える電子機器の全般に適用することができる。また、本発明が適用されるカメラは、ドローンだけでなく他の移動体（自動車や自転車）に装着することができ、さらに、撮影者の身体に装着することもできる。

図１は、本実施の形態に係る撮像装置としてのカメラを搭載したドローンの構成を概略的に示す図である。図１（Ａ）は降着状態のドローンを示し、図１（Ｂ）は飛翔状態のドローンを示す。

図１において、ドローン１０は４つのプロペラ１１ａ～１１ｄ（以下、まとめて「プロペラ１１」という。）（飛翔機構）を備える。プロペラの数はドローン１０の大きさや重量、用途等に応じて変化する。図１のドローン１０は４つのプロペラを備えるクワッドコプターからなり、回転する各プロペラ１１が生じる揚力によって飛翔する。また、全てのプロペラ１１の回転数を揃えることにより、機体を空中でホバリングさせ、各プロペラ１１の回転数を不均衡にすることにより、機体のバランスを変化させて姿勢を変更することができる。

ドローン１０にはカメラ１００（電子機器）が装着される。カメラ１００は、例えば、粘着性両面テープや結束バンドを用いてドローン１０へ装着されるが、アタッチメント等の取付器具を用いてドローン１０へ装着してもよい。なお、ドローン１０におけるカメラ１００の装着位置は特に限られないが、撮像のし易さや重量バランスの観点から、機体の中央近辺且つ下方に装着される。また、ドローン１０は一対の降着脚であるスキッド１２ａ，１２ｂをさらに備える。スキッド１２ａ，１２ｂは可倒式に構成され、降着時にはドローン１０の下方へ突出し（図１（Ａ））、飛翔時にはドローン１０の機体へ向けて引き上げられる（図１（Ｂ））。これにより、降着時に機体の下方に装着されたカメラ１００が地面等と接触するのを防止するとともに、飛翔中にカメラ１００がスキッド１２ａ，１２ｂを撮影するのを防止する。

図２は、図１におけるカメラの構成を概略的に示す分解斜視図である。図３は、図２のカメラが有するパンニングユニットの構成を示す分解斜視図である。特に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は互いに異なる方向から斜視したパンニングユニットの構成を示す。

図２及び図３において、カメラ１００は、ベースユニット２０（基台部）と、パンニングユニット３０（支持部）と、レンズユニット５０（被駆動体、撮像部）を保持するチルティングユニット４０とを備える。なお、本実施の形態では、以下、チルティングユニットを「チルトユニット」と略し、パンニングユニットを「パンユニット」と略する。パンユニット３０はベースユニット２０の上に水平回転（パンニング）可能に載置され、パンユニット３０にはチルトユニット４０が垂直回転（チルティング）可能に取り付けられる。ここで、図２中の軸Ｐはパンユニット３０の水平回転の中心軸（支持部の回転軸）を示し、同軸Ｔはチルトユニット４０の垂直回転の中心軸を示す。軸Ｐと軸Ｔは互いに直交する。レンズユニット５０は撮像光学系を有し、被写体を撮影する。ドローン１０の飛翔中に飛行姿勢が一定に保たれていても、カメラ１００はパンユニット３０やチルトユニット４０によってレンズユニット５０を水平回転又は垂直回転させることにより、様々な方向、角度から被写体を撮影することができる。カメラ１００は無線通信部（図示しない）をさらに備える。該無線通信部を介してカメラ１００は外部機器からの操作を受け付ける。例えば、カメラ１００はスマートフォン等の端末機器からリモート撮影や撮影画像の転送等の操作を受け付ける。

ベースユニット２０はベースカバー２１０、制御基板２２０、ボトムカバー２３０及びメインシャーシ２４０を有する。制御基板２２０は画像処理を行うＣＰＵやメモリ等を搭載し、パンユニット３０やチルトユニット４０の駆動制御を行うドライバＩＣも搭載する。ボトムカバー２３０は記録部２３１及びフレキシブルプリント基板（以下、「ＦＰＣ」という。）２３２を搭載する。記録部２３１は、例えば、カードタイプの不揮発性メモリが収容可能なコネクタを実装するプリント基板であり、ＦＰＣ２３２によって制御基板２２０と電気的に接続される。カメラ１００は、記録部２３１に搭載される不揮発性メモリに対して画像処理を通じて生成された画像データを書き込むことにより、撮影画像を記録する。

パンユニット３０はパン基台３１０、パンカバー３２０及びパン回転板３３０を有する。パン基台３１０は、板状金属をプレス加工によってコの字状に折り曲げて成形したパンシャーシ３１１と、射出成型等の方法によって加工された樹脂製の円板状のパンベース３１２とを有する。パンシャーシ３１１はビスによってパンベース３１２に固定される。チルトユニット４０は水平方向に沿って配置される円筒状部材からなる。パンシャーシ３１１の上端近傍には貫通穴を含む軸支部材としての一対のチルト回転支持部３１１ａがビスによって締結される。チルト回転支持部３１１ａは、低摩擦で摺動性に優れる樹脂（例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）等）を射出成型して形成される。なお、チルト回転支持部３１１ａとして、ボールベアリングやローラーベアリング等の転がり軸受けを採用してもよい。各チルト回転支持部３１１ａにはチルトユニット４０の各側面から軸Ｔに沿って突出するチルト軸部４０ａが嵌合する。これにより、チルトユニット４０はパンシャーシ３１１に保持されて軸Ｔを中心軸として回転（垂直回転）可能な状態でパンユニット３０に支持される。パンベース３１２は下方に突出する筒状のパン軸部３１２ａを有し、ベースカバー２１０へ軸Ｐに沿って穿設された貫通穴（穴部）を含む軸支部材としてのパン回転支持部２１０ａにパン軸部３１２ａが嵌合される。さらに、ベースカバー２１０の内側において、円環状部材からなるパン回転板３３０をパンベース３１２に締結することにより、パンユニット３０は軸Ｐを中心軸として回転（水平回転）可能な状態でベースカバー２１０に載置される。レンズユニット５０からは配線５１が引き出され、該配線５１によってレンズユニット５０は制御基板２２０と電気的に接続される。配線５１の配線の形態の詳細については後述する。配線５１は、例えば、導体の芯線を絶縁体で被覆した複数の電線と、各電線の両端に接続されるコネクタと、電線を一定長さに亘って束ねる粘着テープとによって構成される。配線５１に使用される電線は、例えば、内部導体、絶縁体、外部導体及び保護被覆によって構成される同軸ケーブルであってもよい。

コの字状部材からなるパンシャーシ３１１は、ビスによってパンベース３１２に締結される平面を有する基台部３１１ｂと、該基台部３１１ｂに対して略垂直に立設する一対の腕部３１１ｃとからなる。チルトユニット４０の一の側面にはチルト回転板４１がビスによって固定される。また、チルトユニット４０の他の側面には両面テープ４０ｂによってチルト用反射スケール４２が貼り付けられる。チルトユニット４０がパンユニット３０に支持される際、チルト回転板４１やチルト用反射スケール４２は各腕部３１１ｃに対向する。基台部３１１ｂには開口部３１１ｄが形成され、腕部３１１ｃには開口部３１１ｅ及び開口部３１１ｆが形成される。なお、開口部３１１ｅや開口部３１１ｆは腕部３１１ｃに形成された穴によって構成されてもよく、腕部３１１ｃの一部を切り欠くことによって形成されてもよい。チルトユニット４０から延出する配線５１は、開口部３１１ｄに挿通される。パンシャーシ３１１では、後述するチルト駆動ユニット３５０（アクチュエータ）が開口部３１１ｅに進入するように配置され、後述するチルト位置検出ユニット３６０が開口部３１１ｆに進入するように配置される。

カメラ１００では、ベースカバー２１０に対してパンユニット３０及びチルトユニット４０が取り付けられた後に制御基板２２０がベースカバー２１０に固定される。制御基板２２０には、複数のコネクタが実装され、配線５１だけでなく、チルト駆動ユニット３５０やチルト位置検出ユニット３６０から延出するＦＰＣが接続される。ボトムカバー２３０には予め記録部２３１が組み付けられる。記録部２３１にはＦＰＣ接続用のコネクタが実装される。該コネクタにはＦＰＣ２３２の一端が接続され、ボトムカバー２３０をベースカバー２１０に組み付ける前にＦＰＣ２３２の他端が制御基板２２０に配置されるコネクタに接続される。ボトムカバー２３０はビスでベースカバー２１０に固定される。

チルト駆動ユニット３５０は、超音波振動を利用して被駆動体を駆動する、いわゆる超音波モータからなるアクチュエータである。超音波モータを利用する際、駆動力を被駆動体に伝達するために、超音波モータを被駆動体へ加圧接触させる必要がある。本実施の形態でも、後述するように、チルト駆動ユニット３５０はチルトユニット４０へ加圧接触する。

図４は、チルト駆動ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。図４において、チルト駆動ユニット３５０は、駆動部３５１、フェルト３５２、プレッサー３５３、バネ３５４及びケース３５５を有する。駆動部３５１は、振動子３５１ａ、圧電素子３５１ｂ、配線部材としてのＦＰＣ３５１ｃ及びベース部材３５１ｄを有する。圧電素子３５１ｂは振動子３５１ａへ超音波振動を付与し、ＦＰＣ３５１ｃは圧電素子３５１ｂに接着固定されて圧電素子３５１ｂへ高周波電圧を印加する。ベース部材３５１ｄは、振動子３５１ａ、圧電素子３５１ｂ及びＦＰＣ３５１ｃを保持し、チルト駆動ユニット３５０がパンシャーシ３１１の腕部３１１ｃへ取り付けられる際、振動子３５１ａをチルトユニット４０に加圧接触させる。ＦＰＣ３５１ｃは、制御基板２２０と直接接続され、ドライバＩＣからの制御信号に応じて任意の高周波電圧を圧電素子３５１ｂに印加する。振動子３５１ａは複数の突起からなる接触点３５１ｅを有する。圧電素子３５１ｂに高周波電圧が印加されると、振動子３５１ａには任意の周波数の振動が励起され、各接触点３５１ｅの配列方向へ被駆動体を駆動する駆動力を生じる。振動子３５１ａがチルトユニット４０に加圧接触されるため、該駆動力はチルトユニット４０へ伝達されてチルトユニット４０をチルト駆動ユニット３５０に対して相対移動させる。

また、チルト駆動ユニット３５０では、ケース３５５がビスによって腕部３１１ｃに固定され、ケース３５５に支持されたバネ３５４がフェルト３５２とプレッサー３５３を介して駆動部３５１を押圧する。プレッサー３５３は、駆動部３５１のベース部材３５１ｄの内部に配置され、軸Ｔと平行な方向にスライド移動し、バネ３５４の局所的な押圧力を広範囲に伝達する。これにより、チルト駆動ユニット３５０では、振動子３５１ａが傾くこと無く押圧され、駆動部３５１の複数の接触点３５１ｅがチルトユニット４０に対して均等に加圧される。また、フェルト３５２は、プレッサー３５３及び駆動部３５１の間に配置され、振動子３５１ａで発生する振動を減衰し、該振動がプレッサー３５３やバネ３５４に伝わるのを抑制する。チルト駆動ユニット３５０は、少なくとも各接触点３５１ｅが腕部３１１ｃの開口部３１１ｅに進入するように、腕部３１１ｃへ取り付けられる。

図２及び図３に戻り、チルトユニット４０の一の側面には、上述したように、チルト回転板４１が固定され、各接触点３５１ｅはチルト回転板４１の摩擦摺動面４１ａに加圧接触する。摩擦摺動面４１ａにはラップ加工等の表面加工が施され、高い平面度を有し且つ平滑な平面が形成される。また、チルト回転板４１には窒化処理等の硬化処理が施されたステンレス材等が用いられる。これにより、チルト回転板４１は各接触点３５１ｅの安定的な接触と低摩耗量を両立する。なお、チルト回転板４１の硬化処理としては、例えば、摩擦摺動面４１ａの表面に炭素を添加して硬化させる侵炭法を用いてもよい。

また、チルト位置検出ユニット３６０はスペーサ３６１及びＦＰＣ３６２（他の配線）を有し、ＦＰＣ３６２にはチルト用光学式センサ３６３及びコネクタ３６２ａが実装される。ＦＰＣ３６２はスペーサ３６１を介して、チルト用光学式センサ３６３の一部が腕部３１１ｃの開口部３１１ｆへ進入するように、ビスによって腕部３１１ｃに固定される。上述したように、チルトユニット４０の他の側面にはチルト用反射スケール４２が設けられるが、チルト位置検出ユニット３６０は、チルト用光学式センサ３６３及びチルト用反射スケール４２が所定の間隔を挟んで対向するように腕部３１１ｃへ取り付けられる。また、ＦＰＣ３６２は制御基板２２０に接続され、チルト用光学式センサ３６３の検出結果をＣＰＵへ出力する。チルト用反射スケール４２は、チルト軸部４０ａの回りに一定の周期で周方向に配列される複数の明暗パターンからなる光学格子４２ａを有する。チルト用反射スケール４２の基材としては、例えば、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂が用いられる。また、チルト用反射スケール４２では、基材の表面に、例えば、アルミニウム膜からなる光学格子４２ａが反射膜として形成される。なお、チルト用反射スケール４２の基材は上述の基材に限らず、例えば、石英ガラスや青板ガラスやシリコンウエハを用いてもよい。また、光学格子４２ａとして、例えば、クロム膜を用いてもよい。

図５は、チルト位置検出ユニットのチルト用光学式センサの構成を概略的に示す図である。図５（Ａ）はチルト用光学式センサをチルトユニット側から眺めた図であり、図５（Ｂ）はチルト用光学式センサをカメラの正面側から眺めた図である。チルト用光学式センサ３６３は、基板３６３ａと、該基板３６３ａに実装される発光部３６３ｂ及び受光部アレイ３６３ｃとを備える。発光部３６３ｂはチルト用反射スケール４２に光を照射し、受光部アレイ３６３ｃはチルト用反射スケール４２からの反射光を受光する。発光部３６３ｂとしては、例えば、発光ダイオードが用いられ、受光部アレイ３６３ｃとしては、例えば、フォトトランジスタが用いられる。具体的に、受光部アレイ３６３ｃは、発光部３６３ｂの照射光に起因する光学格子４２ａの明暗パターンからの反射光が入射する範囲に配列された複数のフォトトランジスタによって構成される。チルト用光学式センサ３６３は光学格子４２ａの明暗パターンからの反射光を受光部アレイ３６３ｃによって受光し、該受光した反射光を電気信号に変換する。光学格子４２ａの明暗パターンからの反射光は、反射パターンの像、所謂、反射率分布像を形成する。受光部アレイ３６３ｃは、該反射率分布像を光電変換して反射率分布像の光量分布に応じた正弦波状の波形の電気信号を出力する。カメラ１００では、チルト用反射スケール４２とチルト用光学式センサ３６３とが相対的に移動すると、光学格子４２ａの明暗パターンからの反射光によって形成される反射率分布像が変化する。カメラ１００は、この変化に応じた正弦波状の電気信号を読み取ることにより、チルトユニット４０の回転位置を検知する。そして、光学格子４２ａから受光部アレイ３６３ｃに入射する反射光の変動方向を読み取ることによって、チルトユニット４０の回転方向を検知することができる。

図６は、ベースユニットの内部構成を概略的に示す分解斜視図である。図６では、チルトユニット４０が取り付けられたパンユニット３０のベースカバー２１０への取付方法も併せて示す。パンユニット３０がベースカバー２１０へ取り付けられる際、パン回転支持部２１０ａにパン軸部３１２ａが嵌合されるが、パン回転支持部２１０ａは、低摩擦で摺動性に優れる樹脂（例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）等）を射出成型して形成される。なお、パン回転支持部２１０ａとして、ボールベアリングやローラーベアリング等の転がり軸受けを採用してもよい。これにより、パンユニット３０は軸Ｐ周りに円滑に回転（水平回転）可能な状態でベースユニット２０に支持される。パンユニット３０のパンベース３１２（パン軸部３１２ａ）には、カメラ１００の底面側からパン回転板３３０がビスにより、軸Ｐを中心として締結される。また、パン回転板３３０には、不図示の両面テープによって円環板状のパン用反射スケール３３１（目盛り板）が、軸Ｐを中心として貼り付けられる。パン用反射スケール３３１はパン回転板３３０の外周寄りに配置される。ベースカバー２１０にパン回転板３３０及びパン用反射スケール３３１を組み込んだ後、カメラ１００の底面側からメインシャーシ２４０が組み込まれ、ビスによってメインシャーシ２４０がベースカバー２１０に固定される。メインシャーシ２４０には、ビス穴以外に開口部２４０ａ及び開口部２４０ｂが形成される。開口部２４０ｂは隣接して配置された円形状開口及び矩形状開口からなる。チルトユニット４０から延出する配線５１は、後述する配線空間Ｓ（配線領域）を介して開口部２４０ｂの円形状開口に挿通され、制御基板２２０に接続される。メインシャーシ２４０には、パンユニット３０を駆動するパン駆動ユニット２５０（他のアクチュエータ）と、パンユニット３０の回転を検出するパン位置検出ユニット２６０（位置検出部）と、配線５１を保持するケーブルホルダ２４１とが取り付けられる。メインシャーシ２４０では、パン駆動ユニット２５０が開口部２４０ｂの矩形状開口に進入するように配置され、パン位置検出ユニット２６０のパン用光学式センサ２６２（後述する）の一部が開口部２４０ａに進入するように配置される。このとき、パン位置検出ユニット２６０は間にケーブルホルダ２４１の一部を挟み込んでメインシャーシ２４０へ取り付けられる。パン駆動ユニット２５０は、前述したチルト駆動ユニット３５０と同様の構成を有する超音波モータからなるアクチュエータである。したがって、駆動力を伝達するために、本実施の形態では、後述するように、パン駆動ユニット２５０がパンユニット３０へ締結されたパン回転板３３０へ加圧接触する。

図７は、パン駆動ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。図７において、パン駆動ユニット２５０は、駆動部２５１、フェルト２５２、プレッサー２５３、バネ２５４及びケース２５５（固定部）を有する。駆動部２５１は、振動子２５１ａ、圧電素子２５１ｂ、配線部材としてのＦＰＣ２５１ｃ及びベース部材２５１ｄを有する。圧電素子２５１ｂは振動子２５１ａへ超音波振動を付与し、ＦＰＣ２５１ｃは圧電素子２５１ｂに接着固定されて圧電素子２５１ｂへ高周波電圧を印加する。ベース部材２５１ｄは、振動子２５１ａ、圧電素子２５１ｂ及びＦＰＣ２５１ｃを保持し、パン駆動ユニット２５０がメインシャーシ２４０へ取り付けられる際、振動子２５１ａをパン回転板３３０に加圧接触させる。ＦＰＣ２５１ｃは、制御基板２２０と直接接続され、ドライバＩＣからの制御信号に応じて任意の高周波電圧を圧電素子２５１ｂに印加する。振動子２５１ａは複数の突起からなる接触点２５１ｅを有する。圧電素子２５１ｂに高周波電圧が印加されると、振動子２５１ａには任意の周波数の振動が励起され、各接触点２５１ｅの配列方向へ被駆動体を駆動する駆動力を生じる。振動子２５１ａがパン回転板３３０に加圧接触されるため、該駆動力はパン回転板３３０へ伝達されてパンユニット３０をパン駆動ユニット２５０に対して相対移動させる。

パン駆動ユニット２５０では、ケース２５５がビスによってメインシャーシ２４０に固定され、ケース２５５に支持されたバネ２５４がフェルト２５２とプレッサー２５３を介して駆動部２５１を押圧する。プレッサー２５３は、駆動部２５１のベース部材２５１ｄの内部に配置され、軸Ｐと平行な方向にスライド移動し、バネ２５４の局所的な押圧力を広範囲に伝達する。これにより、パン駆動ユニット２５０では、振動子２５１ａが傾くこと無く押圧され、駆動部２５１の複数の接触点２５１ｅがパン回転板３３０に対して均等に加圧される。また、フェルト２５２は、プレッサー２５３及び駆動部２５１の間に配置され、振動子２５１ａで発生する振動を減衰し、該振動がプレッサー２５３やバネ２５４に伝わるのを抑制する。パン駆動ユニット２５０は、少なくとも各接触点２５１ｅがメインシャーシ２４０の開口部２４０ｂの矩形状開口に進入するように、メインシャーシ２４０へ取り付けられる。

パン回転板３３０の下面には、軸Ｐを中心として円環状に摩擦摺動面３３０ａが形成され、各接触点２５１ｅは摩擦摺動面３３０ａに加圧接触する。摩擦摺動面３３０ａにはラップ加工等の表面加工が施され、高い平面度を有し且つ平滑な平面が形成される。また、パン回転板３３０には金属材、例えば、窒化処理等の硬化処理が施されたステンレス材が用いられる。これにより、パン回転板３３０は各接触点２５１ｅの安定的な接触と低摩耗量を両立する。なお、パン回転板３３０の硬化処理としては、例えば、摩擦摺動面３３０ａの表面に炭素を添加して硬化させる侵炭法を用いてもよい。

図６に戻り、パン位置検出ユニット２６０はＦＰＣ２６１を有し、ＦＰＣ２６１にはパン用光学式センサ２６２が実装される。ＦＰＣ２６１は、パン用光学式センサ２６２の一部がメインシャーシ２４０の開口部２４０ａへ進入するように、ビスによってメインシャーシ２４０に固定される。このとき、ＦＰＣ２６１はケーブルホルダ２４１の一部を挟み込むようにメインシャーシ２４０へ取り付けられる。上述したように、パン回転板３３０の下面にはパン用反射スケール３３１がパン回転板３３０の外周寄りに配置される。パン位置検出ユニット２６０は、パン用光学式センサ２６２及びパン用反射スケール３３１が所定の間隔を挟んで対向するようにメインシャーシ２４０へ取り付けられる。また、ＦＰＣ２６１は制御基板２２０に接続され、パン用光学式センサ２６２の検出結果をＣＰＵへ出力する。パン用反射スケール３３１は、軸Ｐ（パン軸部３１２ａ）の回りに一定の周期で周方向に配列される複数の明暗パターンからなる光学格子３３１ａ（目盛り）を有する。摩擦摺動面３３０ａとパン用反射スケール３３１は軸Ｐに関して同心に配置され、パン用反射スケール３３１は摩擦摺動面３３０ａよりもパン回転板３３０の外周側に配置される。パン用反射スケール３３１の基材としては、例えば、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂が用いられる。また、パン用反射スケール３３１では、基材の表面に、例えば、アルミニウム膜からなる光学格子３３１ａが反射膜として形成される。なお、パン用反射スケール３３１の基材は上述の基材に限らず、例えば、石英ガラスや青板ガラスやシリコンウエハを用いてもよい。また、光学格子３３１ａとして、例えば、クロム膜を用いてもよい。

図８は、パン位置検出ユニットのパン用光学式センサの構成を概略的に示す図である。図８（Ａ）はパン用光学式センサをパンユニット側から眺めた図であり、図８（Ｂ）はパン用光学式センサをカメラの正面側から眺めた図である。パン用光学式センサ２６２は、基板２６２ａと、該基板２６２ａに実装される発光部２６２ｂ及び受光部アレイ２６２ｃとを備える。発光部２６２ｂはパン用反射スケール３３１に光を照射し、受光部アレイ２６２ｃはパン用反射スケール３３１からの反射光を受光する。発光部２６２ｂとしては、例えば、発光ダイオードが用いられ、受光部アレイ２６２ｃとしては、例えば、フォトトランジスタが用いられる。具体的に、受光部アレイ２６２ｃは、発光部２６２ｂの照射光に起因する光学格子３３１ａの明暗パターンからの反射光が入射する範囲に配列された複数のフォトトランジスタによって構成される。パン用光学式センサ２６２は光学格子３３１ａの明暗パターンからの反射光を受光部アレイ２６２ｃによって受光し、該受光した反射光を電気信号に変換する。光学格子３３１ａの明暗パターンからの反射光は、反射パターンの像、所謂、反射率分布像を形成する。受光部アレイ２６２ｃは、該反射率分布像を光電変換して反射率分布像の光量分布に応じた正弦波状の波形の電気信号を出力する。カメラ１００では、パン用反射スケール３３１とパン用光学式センサ２６２とが相対的に移動すると、光学格子３３１ａの明暗パターンからの反射光によって形成される反射率分布像が変化する。カメラ１００は、この変化に応じた正弦波状の電気信号を読み取ることにより、パン回転板３３０、すなわち、パンユニット３０の回転位置を検知する。そして、光学格子３３１ａから受光部アレイ２６２ｃに入射する反射光の変動方向を読み取ることによって、パンユニット３０の回転方向を検知することができる。

図９は、パンベースのパン軸部近傍における配線の形態を説明するための部分拡大断面図であり、図１０は、ベースカバーの内部における配線の形態を説明するための部分拡大断面図である。

図９及び図１０において、チルト駆動ユニット３５０及びチルト位置検出ユニット３６０はパンベース３１２の内部で電気的に接続される。具体的には、チルト駆動ユニット３５０からＦＰＣ３５１ｃが延出し、該ＦＰＣ３５１ｃの先端部がＦＰＣ３６２のコネクタ３６２ａに接続される。カメラ１００では、筒状のパン軸部３１２ａの内側の中空部に配線空間Ｓが形成され、配線５１やＦＰＣ３６２等が配線空間Ｓに挿通されて制御基板２２０に接続される。本実施の形態において、配線空間Ｓは３つの空間に区分けされる。具体的には、配線空間Ｓは、余長収容空間３１２ｂ（第１の領域）、挿通空間２４１ｂ及び余長収容空間Ｗ（第２の領域）を有する。チルトユニット４０がチルト駆動やパン駆動するときに、配線５１はチルトユニット４０の動きに追従するために余長部分が必要になる。チルトユニット４０の動きによっては配線５１の余長部分が撓み、不必要な空間を占拠するおそれがある。カメラ１００では、これに対応して、筒状のパン軸部３１２ａの内側空間の略上半分を占める余長収容空間３１２ｂが配線５１の余長部分を収容する。ＦＰＣ３５１ｃは余長収容空間３１２ｂの外周に沿って配線されてコネクタ３６２ａに接続される。

余長収容空間３１２ｂの直下にはケーブルホルダ２４１が配置される。ケーブルホルダ２４１は、軸Ｐに沿って図中上方へ向けて突出する筒状の壁部２４１ａを有する。ケーブルホルダ２４１は、壁部２４１ａがパン軸部３１２ａの内側空間へ挿入されて余長収容空間３１２ｂに対向するようにメインシャーシ２４０へ取り付けられる。壁部２４１ａの内側には、ケーブルホルダ２４１を上下に貫通する挿通空間２４１ｂが形成され、配線５１は挿通空間２４１ｂへ挿通されて制御基板２２０に接続される。また、ケーブルホルダ２４１は、挿通空間２４１ｂの下端に配置されるケーブル保持部２４１ｃを有し、ケーブル保持部２４１ｃは、挿通空間２４１ｂを挿通する配線５１を固定保持する。ケーブル保持部２４１ｃは円弧状の腕部を有し、該腕部によって配線５１を挟み込む。ケーブル保持部２４１ｃは軸Ｐ上に配置され、配線５１を軸Ｐに沿って保持する。これにより、パンユニット３０が水平回転する際、配線５１は軸Ｐを中心に捻られるのみとなり、不必要に撓むことが無く、配線５１が占拠する空間を小さくすることができる。すなわち、余長収容空間３１２ｂや挿通空間２４１ｂを小さくすることができる。また、配線５１は不必要に撓むことがないため、不規則に変形しない。これにより、不規則な変形の繰り返しに起因する配線５１の断線を防止することができる。

パン軸部３１２ａの壁部３１２ｃとケーブルホルダ２４１の壁部２４１ａの間には、挿通空間２４１ｂを囲むように環状空間である余長収容空間Ｗが形成される。パンユニット３０が水平回転する際、ＦＰＣ３６２はパンユニット３０の水平回転に追従するために余長部分が必要になる。パンユニット３０の動きによってはＦＰＣ３６２の余長部分が撓み、不必要な空間を占拠するおそれがある。カメラ１００では、これに対応して、余長収容空間ＷがＦＰＣ３６２の余長部分を収容する。具体的に、ＦＰＣ３６２は、余長収容空間Ｗにおいて、ケーブルホルダ２４１の壁部２４１ａに複数回分巻回される。ＦＰＣ３６２の余長部分の一端はパンベース３１２へ不図示の両面テープ等で接着固定され、他端はケーブルホルダ２４１へ不図示の両面テープ等で接着固定される。これにより、パンユニット３０が水平回転しても、ＦＰＣ３６２の余長部分は、余長収容空間Ｗにおいて、巻き緩み又は巻き締りするのみであり、余長収容空間Ｗの外において撓むことがない。また、ＦＰＣ３６２は撓むことがないため、不規則に変形しない。これにより、不規則な変形の繰り返しに起因するＦＰＣ３６２の断線を防止することができる。

壁部３１２ｃの外側において、パン回転板３３０がパンベース３１２に締結される。これにより、パン回転板３３０はパンベース３１２とともに、ベースユニット２０によって回転可能に保持される。パン位置検出ユニット２６０は、軸Ｐに沿って眺めたとき、パン駆動ユニット２５０に対して軸Ｐ周りに所定角度だけ回転移動して配置される。

カメラ１００では、軸Ｐに沿って眺めたとき、軸Ｐからパン駆動ユニット２５０の接触点２５１ｅまでの距離（以下、「駆動半径」という。）は短い方が好ましい。これにより、接触点２５１ｅの一振動当たりのパンユニット３０の移動角度を大きくすることができ、もって、パンユニット３０の回転移動速度を高くすることができる。このとき、駆動半径は、パン回転支持部２１０ａ及びパン軸部３１２ａの摩擦負荷、パンユニット３０の重量、パンユニット３０の回転時の配線５１や摺動摩擦負荷、並びにパン駆動ユニット２５０が発生可能な駆動力を考慮して決定される。また、軸Ｐに沿って眺めたとき、軸Ｐからパン用光学式センサ２６２が光学格子３３１ａからの反射光を検出する検出点までの距離（以下、「検出半径」という。）は長い方が好ましい。これにより、検出点における単位移動角あたりのパンユニット３０の回転移動量を大きくすることでき、もって、パン用光学式センサ２６２によって得られる反射率分布像の精度を向上することができる。このとき、検出半径は、ベースカバー２１０に収容可能なパン用反射スケール３３１の最大直径を考慮して決定される。カメラ１００では、パン用反射スケール３３１がパン回転板３３０の外周寄りに配置されるため、検出半径が駆動半径よりも大きくなる。これにより、パン動作の高速化とパン回転検出の精度向上を両立させることができる。

また、本実施の形態では、配線５１やＦＰＣ３６２が、パンユニット３０の筒状のパン軸部３１２ａの内側の中空部に形成される配線空間Ｓに挿通されて制御基板２２０へ接続される。これにより、配線５１やＦＰＣ３６２をパンユニット３０の側方から引き出す必要を無くすことができる。その結果、パンユニット３０が水平回転する際、引き出される配線５１やＦＰＣ３６２が撓んで不必要な空間を占拠することが無い。すなわち、配線５１やＦＰＣ３６２をパンユニット３０の側方から引き出す場合に比して、軸Ｐに沿って眺めたとき、カメラ１００を小型化することができる。さらに、カメラ１００では、余長収容空間３１２ｂに配線５１ｂの余長部分を収容し、余長収容空間ＷにＦＰＣ３６２の余長部分を収容する。これにより、配線５１やＦＰＣ３６２に余長部分を設けることができ、配線５１やＦＰＣ３６２をチルトユニット４０の水平回転に追従させることができる。

なお、ベースカバー２１０に対してパンユニット３０、及びチルトユニット４０の組み付けが完了した後に制御基板２２０と、ボトムカバー２３０を組み付けると、カメラ１００の組み立てが完了する。

図１１は、制御基板やボトムカバーがベースカバーへ組み付けられる前の様子を説明するための図である。図１１において、パン駆動ユニット２５０は、駆動部２５１が摩擦摺動面３３０ａと対向するようにメインシャーシ２４０に固定される。パン駆動ユニット２５０はケース２５５を有するが、該ケース２５５は平面視において略矩形を呈する。ケース２５５は、パン駆動ユニット２５０の各構成部品を収容する凹部からなる収容部２５５ａと、収容部２５５ａの両端に配置される２つの固定端部２５５ｂとを有する。各固定端部２５５ｂがビスによってメインシャーシ２４０に固定されることにより、ケース２５５は各構成部品をバランス良く押圧する。その結果、駆動部２５１の複数の接触点２５１ｅがパン回転板３３０に対して均等に加圧される。収容部２５５ａは各構成部品を収容する必要があるため、収容部２５５ａ近辺のパン駆動ユニット２５０の厚みが大きくなる。一方、各固定端部２５５ｂは各構成部品を収容する必要が無いため、各固定端部２５５ｂ近辺のパン駆動ユニット２５０の厚みは小さくなる。また、パン用反射スケール３３１はパン回転板３３０に貼り付けられるため、パン用反射スケール３３１近辺のパン回転板３３０の厚みが大きくなる。一方、摩擦摺動面３３０ａには何も貼り付けられないため、摩擦摺動面３３０ａ近辺のパン回転板３３０の厚みは小さくなる。カメラ１００では、パン駆動ユニット２５０をメインシャーシ２４０に固定する際、厚みが大きいパン駆動ユニット２５０の収容部２５５ａ近辺を、厚みが小さいパン回転板３３０の摩擦摺動面３３０ａ近辺に重なるように配置する。また、厚みが小さいパン駆動ユニット２５０の各固定端部２５５ｂ近辺を、厚みが大きいパン回転板３３０のパン用反射スケール３３１近辺に重なるように配置する。これにより、パン回転板３３０及びパン駆動ユニット２５０が占拠する空間を小さくすることができ、ひいては、カメラ１００をより小型化することができる。

図１０に戻り、カメラ１００では、制御基板２２０は複数のコネクタ（図示しない）を有し、配線５１やＦＰＣ３６２等が各コネクタへ接続される。ボトムカバー２３０の記録部２３１はＦＰＣ接続用のコネクタを有し、該コネクタにＦＰＣ２３２の一端が接続される。また、ＦＰＣ２３２の他端を制御基板２２０のコネクタに接続した後、ボトムカバー２３０をビスによってベースカバー２１０に固定する。ボトムカバー２３０の記録部２３１の下部には電池接点２３１ａが実装される。ボトムカバー２３０には該電池接点２３１ａと対向するように開口部が形成され、該開口部には電池接点２３１ａの先端部分が露出する。カメラ１００では、ボトムカバー２３０へ外部電源（図示しない）が装着される。外部電源としては、例えば、アルカリ二次電池やリチウムイオン二次電池を搭載したバッテリパックが該当する。ボトムカバー２３０には外部電源の取り付け部２３０ａが形成され、外部電源が取り付け部２３０ａに固定されると、外部電源側の電子接点が電池接点２３１ａと接触し、カメラ１００に電力が供給される。なお、外部電源はドローン１０の本体に搭載してもよい。この場合、カメラ１００がドローン１０に装着されると、電池接点２３１ａがドローン１０の下部に形成される電子接点（図示しない）と接触し、ドローン１０からカメラ１００へ電力が供給される。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施の形態では、パン基台３１０を板状金属で形成されるパンシャーシ３１１及び樹脂製からなるパンベース３１２で構成するが、パンシャーシ３１１及びパンベース３１２を一体的に高強度な樹脂材料で形成してもよい。

図１２は、パン回転板及びパン用反射スケールの変形例を説明するための図である。特に、図１２（Ａ）はパン回転板及びパン用反射スケールを下方から眺めた場合を示し、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）における線Ａ－Ａに沿う断面を示す。以下、パン回転板３３０やパン用反射スケール３３１の構成と異なる構成を説明する。パン回転板３３０と略同様の構成を有するパン回転板４３０の下面には、軸Ｐを中心として円環状に摩擦摺動面４３０ａが形成される。パン用反射スケール３３１と略同様の構成を有するパン用反射スケール４３１は軸Ｐの回りに一定の周期で周方向に配列される複数の明暗パターンからなる光学格子４３１ａを有する。軸Ｐに沿って眺めたとき、パン用反射スケール４３１の内側にパン回転板４３０が内包されるように配置され、パン用反射スケール４３１の内周部の一部とパン回転板４３０の外周部の一部が重なる。具体的には、パン用反射スケール４３１の内周部には周方向に関して等間隔に複数の一対の突出部４３１ｂが形成される。各突出部４３１ｂは軸Ｐへ向けて突出する楔状の突出片である。各突出部４３１ｂの範囲４３２に紫外線硬化接着剤等を塗布し、各突出部４３１ｂをパン回転板４３０の外周部へ貼り付けた後、紫外線照射によって接着剤を硬化させてパン回転板４３０へパン用反射スケール４３１を固定する。その後、パン回転板４３０はパンベース３１２にビスによって固定される。接着剤を塗布する各突出部４３１ｂを楔状の突出片で構成することにより、接着剤を突出部４３１ｂに留まりやすくすることができる。また、各突出部４３１ｂのみに接着剤を塗布することにより、接着剤の塗布量を低減することができ、ひいては、接着剤の硬化時間を短縮してカメラ１００の生産性を向上させることができる。

ここで、パン用反射スケール４３１を用いたパンユニット３０の回転検出は非接触で行われるため、パン用反射スケール４３１に荷重は作用しない。したがって、パン用反射スケール４３１をパン回転板４３０へ強固に取り付ける必要がなく、具体的には、ビス等の締結部材を用いて取り付ける必要が無い。これにより、パン回転板４３０及びパン用反射スケール４３１のアッセンブリ時の厚みを小さくすることができ、もって、カメラ１００の小型化に寄与することができる。また、パン用反射スケール４３１の固定に用いられる接着剤は、紫外線硬化接着剤に限られず、例えば、熱硬化接着剤等の各種接着剤を用いることができる。さらに、パン用反射スケール４３１に各突出部４３１ｂを設けること無く、パン回転板４３０の外周部に各突出部４３１ｂと同様の突出部を設けてもよい。

Ｐ，Ｔ 軸
Ｓ 配線空間
Ｗ 余長収容空間
１０ ドローン
１１ プロペラ
２０ ベースユニット
３０ パンユニット
４０ チルトユニット
５０ レンズユニット
５１ 配線
１００ カメラ
２１０ ベースカバー
２２０ 制御基板
２４０ メインシャーシ
２４１ ケーブルホルダ
２４１ｂ 挿通空間
２４１ｃ ケーブル保持部
２５０ パン駆動ユニット
２５１ 駆動部
２５１ａ 振動子
２５１ｂ 圧電素子
２５５ ケース
２５５ａ 収容部
２５５ｂ 固定端部
２６０ パン位置検出ユニット
３３０ パン回転板
３３０ａ 摩擦摺動面
３３１ パン用反射スケール
３３１ａ 光学格子
３６２ ＦＰＣ

上記目的を達成するために、本発明の駆動装置は、被駆動体を支持する支持部と、前記被駆動体のパン軸を中心とした回転を検出する位置検出部と、前記被駆動体を前記パン軸を中心に回転させるためのパン用駆動部とを備える駆動装置であって、前記パン用駆動部は、前記パン軸を中心軸とした円環状の摺動面に接触する接触点と、前記摺動面に対して前記接触点を押圧する加圧部とを有する駆動部を有し、前記駆動部は前記被駆動体を相対的に移動させ、前記位置検出部は、前記パン軸の中心からみて前記接触点よりも外周側に配置されることを特徴とする。

Claims (12)

1. 被駆動体を支持する支持部と、前記被駆動体の回転を検出する位置検出部と、前記被駆動体をパン軸を中心に回転させるためのパン用駆動部とを備える駆動装置であって、
   前記パン用駆動部は、前記パン軸を中心軸とした円環状の摺動面に接触する接触点と、前記摺動面に対して前記接触点を押圧する加圧部とを有する駆動部を有し、前記駆動部は前記被駆動体を相対的に移動させ、
   前記位置検出部は、前記パン軸の中心からみて前記接触点よりも外周側に配置されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記支持部は筒状の軸部を有し、
   前記被駆動体から引き出される配線は、前記軸部の中空部からなる配線領域に挿通されて制御基板へ接続されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記位置検出部は、環状或いは円弧状であり周期的なパターンが形成されたスケールと、当該スケールに対向する前記被駆動体の回転位置を検出する検出部を備え、前記スケールが前記パン軸の中心からみて前記接触点よりも外周側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 撮像ユニットを支持する支持部と、前記撮像ユニットの回転位置を検出する検出部と、前記検出部と対向し、環状或いは円弧状であり周期的なパターンが形成されたスケールと、前記撮像ユニットをパン軸を中心に回転させるためのパン用駆動部と、を備える駆動装置であって、
   前記パン用駆動部は、前記パン軸を中心軸とした円環状の摺動面に接触する接触点と、前記摺動面に対して前記接触点を押圧する加圧部とを有する駆動部を有し、前記駆動部は前記撮像ユニットを相対的に移動させ、
   前記パターンは前記パン軸の中心からみて前記接触点よりも外周側に配置されることを特徴とする駆動装置。
5. 前記スケールは、配列される複数の明暗パターンからなる光学格子を有することを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
6. 前記検出部は、基板と、前記基板に実装される発光部及び受光部アレイとを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の駆動装置。
7. 前記撮像ユニットは、被写体を撮像する撮像デバイスと、前記撮像デバイスに電気的に接続される配線と、を備え、
   前記支持部は筒状の軸部を有し、
   前記配線は、前記筒状の軸部の中空部からなる配線領域に挿通されて、前記撮像ユニットにより撮像された画像の画像処理を行う制御基板に電気的に接続されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 被駆動体と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置を備えることを特徴とする電子機器。
9. 撮像ユニットと、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置を備えることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項８記載の電子機器を備えることを特徴とする移動体。
11. 請求項９記載の撮像装置を備えることを特徴とする移動体。
12. 飛翔機構をさらに備え、前記飛翔機構によって飛翔中に前記撮像装置によって撮像することを特徴とする請求項１１記載の移動体。

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