JP6148680B2 - カメラ駆動装置 - Google Patents

Description

本願は、レンズと撮像素子を含むカメラ部を、パンニング（ヨーイング）方向およびチルティング（ピッチング）方向に傾け、かつ、レンズの光軸を中心に回転（ローリング）させ、さらにカメラ部の一部である撮像素子を光軸に垂直な平面内において２次元的に移動させ、かつ光軸を中心に回転させることが可能なカメラ駆動装置に関する。

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

例えば、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、ミラーをピボット構成で支持し、光軸に対して傾斜させる手振れ補正装置を開示している。また、特許文献３は、球状のレンズ鏡筒を３点で支持し、光軸に沿って移動させるとともに傾斜させる撮像レンズユニットを開示している。

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

しかし、上述の従来のカメラでは、手振れ補正が十分ではない場合があり、また、より大きな自由度でカメラ部を制御することが求められている。

本願の限定的ではないある実施形態は、手振れ補正が可能であり、大きな自由度でカメラ部を制御することが可能なカメラ駆動装置を提供する。

本願発明の限定的ではないある一態様に係るカメラ駆動装置は、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記可動ユニットに対して前記撮像素子を前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向へ移動させる撮像素子駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と、前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記撮像素子の移動量を検出する第３の検出器とを備えている。

本願に開示されたカメラ駆動装置によれば、固定ユニットに対して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、固定ユニットに対してカメラ部を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、固定ユニットに対してカメラ部をレンズの光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、可動ユニットに対してカメラ部の一部である撮像素子を前記光軸方向に垂直な平面において２次元的に移動させる撮像素子駆動部とが可動ユニットに設けられているので、可動ユニットの３軸方向振れ補正制御に加えて光軸方向に垂直な撮像素子の２次元位置の補正制御を実現できる。これにより、回転駆動による振れ補正では実現が困難であったカメラの並進方向の振れ補正が撮像素子駆動によりピクセル単位で可能となる。

本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による可動ユニット１８０の詳細構成を示す分解斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の上方から見た斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の違う角度の上方から見た斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の違う角度の上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の上方から見た脱落防止部材２０１の斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の可動ユニット１８０に搭載するレンズ１０５の光軸１０方向から見た平面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の直線１３方向から見た平面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の上方から見た、撮像素子駆動部９９とレンズ部１０１とカメラカバー１５０とベース２００とを排除した可動ユニット１８０および駆動部の斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の上方から見た固定ユニット３００の斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニット３００の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 光軸１０とパンニング方向回転軸１２とを含む平面での、本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面での、本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 光軸１０と直線１４とを含む平面での、本発明の第１の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第１の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を下方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を下方から見た下面図である。 可動ユニット１８０が、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における上方から見た斜視図である。 可動ユニット１８０が、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における上面図である。 可動ユニット１８０がパンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における、光軸１０と直線１４とを含む平面での断面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２を上方から見た斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２との上面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、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、光軸１０とパンニング方向回転軸１２とを含む平面での断面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットと支持ボール５５との位置関係を示す分解斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットの上面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットの光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面での断面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットの上面である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の固定ユニットの、光軸１０と支持ボール５５の中心とを含む平面での断面図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方からみた斜視図である。 本発明の一態様によるカメラ駆動装置１６５の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方から見た他の斜視図である。 本発明の第２の実施形態による可動ユニット１８０の詳細構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 本発明の第２の実施形態による、光軸１０とパンニング方向回転軸１２とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 本発明の第２の実施形態による、光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラ駆動装置１６５の上面図である。 本発明の第２の実施形態による、光軸１０と直線１４とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。 本発明の第２の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を上方から見た斜視図である。 本発明の第２の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を下方から見た斜視図である。 本発明の第２の実施形態による撮像素子駆動部９９の構成要素を下方から見た他の斜視図である。 本発明の第２の実施形態による、可動ユニット１８０がパンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における、カメラ駆動装置１６５の上面図である。 本発明の第２の実施形態による、可動ユニット１８０がパンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における、光軸１０と直線１４とを含む平面での断面図である。 本発明の第３の実施形態によるカメラユニット１７０に設けられた角速度センサー９００、９０１、９０２の配置を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるカメラユニット１７０の構成を示すブロック図である。

本願発明者は、手振れ補正を行うことのできる従来のカメラを詳細に検討した。一般に、人が静止して撮影する場合に発生する手振れ角度は、±０．３度程度であり、またその発生周波数成分は２０〜３０Ｈｚ程度であると言われている。また手振れ補正制御は、１０Ｈｚ程度の周波数帯域で行う必要があると言われている。

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

しかしながら、撮影者が歩きながら動画や静止画を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、例えば±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。

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

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

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

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

本発明の第１の実施形態は、このような従来技術の課題に鑑み、カメラ部を３軸方向に回転させる手段と、従来にない新しい機能を付加するべく、カメラ部の一部である撮像素子を光軸方向に垂直な平面において２軸方向に移動させる手段とを備えた、合計５軸方向に可動できるカメラ駆動装置を提供する。

また、本発明の第２の実施形態は、このような従来技術の課題に鑑み、カメラ部を３軸方向に回転させる手段と、従来にない新しい機能を付加するべく、カメラ部の一部である撮像素子を光軸方向に垂直な平面において２軸方向に移動させ、かつ光軸を中心に回転させる手段とを備えた、合計６軸方向に可動できるカメラ駆動装置を提供する。

本発明の一態様に係るカメラ駆動装置は、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記可動ユニットに対して前記撮像素子を前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向へ移動させる撮像素子駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と、前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記撮像素子の移動量を検出する第３の検出器とを備えている。

ある実施形態において、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記可動ユニットに対して前記撮像素子を前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向へ移動させ、かつ前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させる撮像素子駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と、前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記撮像素子の移動量を検出する第３の検出器とを備えている。

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

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

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

ある実施形態において、前記パンニング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された一対のパンニング駆動磁石と、前記一対の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配置された一対のパンニング磁気ヨークと、前記一対のパンニング磁気ヨークに巻回された一対のパンニング駆動コイルとを含み、前記チルティング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された一対のチルティング駆動磁石と、前記一対のチルティング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットに配置された一対のチルティング磁気ヨークと、前記一対のチルティング磁気ヨークに巻回された一対のチルティング駆動コイルとを含み、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のパンニング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線上に設けられ、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る他の直線上に設けられ、前記可動ユニットの前記光軸方向における中心の位置は、前記第１の凸状部分球面の球心の位置とほぼ一致している。

ある実施形態において、前記ローリング駆動部は、前記一対の前記パンニング磁気ヨークおよび前記一対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された４つのローリング駆動コイルを含み、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石をローリング駆動磁石として用いる。

ある実施形態において、前記少なくとも１つの磁性体は、前記一対のパンニング磁気ヨークおよび前記一対のチルティング磁気ヨークである。

ある実施形態において、前記吸着用磁石は、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石である。

ある実施形態において、前記一対のパンニング駆動コイルおよび前記一対のチルティング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれの駆動コイルを通る直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ａをなしており、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石は、前記１つのパンニング駆動コイルおよび前記一対のチルティング駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに傾斜して配置されている。

ある実施形態において、前記一対のローリング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれのローリング駆動コイルの中心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ｂをなしており、前記ローリング駆動部は、一対のローリング駆動磁石を含み、前記一対のローリング駆動磁石は、前記ローリング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている。

ある実施形態において、前記傾斜角度Ａおよび前記傾斜角度Ｂは２０度である。

ある実施形態において、前記第２の凸状部分球面の各々の球心と前記第１の凸状部分球面の球心とを結ぶ直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度の傾斜角度Ｃをなしている。

ある実施形態において、前記一対のパンニング駆動磁石、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のローリング駆動磁石は、前記可動ユニットの内側に位置しており、前記第１の凸状部分球面において露出していない。

ある実施形態において、前記一対のパンニング駆動コイル、前記一対のチルティング駆動コイルおよび前記一対のローリング駆動コイルは、前記固定ユニットの内側に設けられ、前記凹部内において露出していない。

ある実施形態において、前記可動ユニットは、樹脂材料によって構成されている。

ある実施形態において、前記可動ユニットは、前記一対のパンニング駆動磁石、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のローリング駆動磁石とともに一体成型されている。

ある実施形態において、前記固定ユニットは、樹脂材料によって構成されている。

ある実施形態において、前記固定ユニットは、前記一対のパンニング駆動コイル、前記一対のチルティング駆動コイル、前記一対のローリング駆動コイル、前記一対のパンニング磁気ヨーク、前記一対のチルティング磁気ヨークおよび一対のローリング磁気ヨークとともに一体成型されている。

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

ある実施形態において、前記第１の磁気センサーおよび前記傾斜検出用磁石は、前記光軸上に位置している。

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

ある実施形態において、前記光センサーおよび前記光検出パターンは、前記光軸上に位置している。

ある実施形態において、前記カメラ駆動部は、前記撮像素子を搭載する撮像素子ホルダー部と、前記撮像素子ホルダー部を、前記光軸に垂直な平面において前記可動ユニットに対して移動可能に支持する支持手段と、前記光軸に平行な巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された撮像素子駆動コイルと、前記撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された撮像素子駆動磁石とを含む。

ある実施形態において、前記カメラ駆動部は、前記撮像素子を搭載する撮像素子ホルダー部と、前記撮像素子ホルダー部を、前記光軸に垂直な平面において前記可動ユニットに対して移動可能に支持する支持手段と、前記光軸に平行な巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された第１の撮像素子駆動コイルと、前記第１の撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された第１の撮像素子駆動磁石と、前記光軸に対して傾斜した巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された第２の撮像素子駆動コイルと、前記第２の撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された第２の撮像素子駆動磁石とを含む。

ある実施形態において、前記撮像素子駆動磁石は、前記傾斜検出用磁石である。

ある実施形態において、前記第１の撮像素子駆動磁石は、前記傾斜検出用磁石である。

ある実施形態において、前記第２の撮像素子駆動磁石は、前記パンニング駆動磁石または前記チルティング駆動磁石である。

ある実施形態において、前記支持手段は、前記撮像素子ホルダー部に設けられた、前記光軸に垂直な平面を有する第１の平面部と、前記可動ユニットに設けられた前記光軸に垂直な平面を有する第２の平面部と、前記第１の平面部と前記第２の平面部とに狭持された少なくとも３個の支持球体とを含む。

ある実施形態において、前記撮像素子ホルダー部は磁性体を含み、前記磁性体および前記撮像素子駆動磁石間の磁気吸引力により前記支持球体を狭持する。

ある実施形態において、前記撮像素子ホルダー部は磁性体を含み、前記磁性体および前記第１の撮像素子駆動磁石間の磁気吸引力により前記支持球体を狭持する。

ある実施形態において、前記可動ユニットの重心は前記第１の凸状部分球面の球心と一致している。

ある実施形態において、カメラ駆動装置は、前記カメラ部に接続され、フレキシブルケーブルによって構成された配線をさらに備え、前記配線は、前記光軸に対して線対称に配置されており、前記光軸に垂直な平面において、前記一対のチルティング駆動磁石を結ぶ線または前記一対のパンニング駆動磁石を結ぶ線に対して４５度をなす方向において、前記可動ユニットに固定されている。

ある実施形態において、前記第２の検出器は、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、前記カメラ部の前記ローリング方向の回転角度を算出する。

ある実施形態において、前記回転検出用磁石はパンニング駆動磁石またはチルティング駆動磁石である。

ある実施形態において、前記第３の検出器は、前記撮像素子ホルダー部に固定された第３の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた移動検出用磁石とを含み、前記第３の磁気センサーは、前記撮像素子ホルダー部の移動による磁力変化を検出し、前記撮像素子駆動部の前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向の移動量を算出する。

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

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

本発明の一態様によるカメラ駆動装置によれば、固定ユニットに対して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、固定ユニットに対してカメラ部を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、固定ユニットに対してカメラ部をレンズの光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、可動ユニットに対してカメラ部の一部である撮像素子を前記光軸方向に垂直な平面において２次元的に移動させる撮像素子駆動部とが可動ユニットに設けられているので、可動ユニットの３軸方向振れ補正制御に加えて光軸方向に垂直な撮像素子の２次元位置の補正制御を実現できる。これにより、回転駆動による振れ補正では実現が困難であったカメラの並進方向の振れ補正が撮像素子駆動によりピクセル単位で可能となる。

また、固定ユニットに対して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、固定ユニットに対してカメラ部を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、固定ユニットに対してカメラ部をレンズの光軸を中心とるすローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、可動ユニットに対してカメラ部の一部である撮像素子を光軸方向に垂直な平面において２次元的に移動させ、かつ撮像素子を光軸中心に回転させる撮像素子駆動部とが可動ユニットに設けられているので、カメラ部の３軸方向振れ補正制御に加えて、光軸方向に垂直な撮像素子の２次元位置と光軸中心の回転角度との補正制御を実現できる。これにより、回転駆動による振れ補正では実現が困難であったカメラの並進方向の振れ補正と回転補正とが撮像素子駆動によりピクセル単位で可能となる。

また、吸着用磁石および第１の凸状部分球面を有する可動ユニットと、磁性体および可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、吸着用磁石の磁性体に対する磁気吸引力によって、可動ユニットに点または線接触する固定ユニットとが設けられているので、第１の凸状部分球面の球心を中心として可動ユニットを固定ユニットに対し自在に回転させることができる。

また、磁気吸引力によって第１の凸状部分球面が凹部に内接した状態を維持するため、可動ユニットの回転状態によらず、接触による負荷を一定にできる。

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

また、ある実施形態によれば、以下の効果がさらに得られる。具体的には、脱落防止部材を設けることにより、可動ユニットに外部から衝撃を受けても、可動ユニットが脱落することなく、凸状部分球面が凹部に接触した状態に復帰することができる。

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

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

さらに、パンニング、チルティング方向の駆動部は、可動ユニットに固定され、かつ光軸を中心とした円周状に互いに直交配置された二対の駆動磁石と、駆動磁石に対向するように固定ユニットにそれぞれ設けられた二対の駆動コイルとを含む。

さらに、ローリング方向の駆動部は、可動ユニットに固定され、かつ光軸を中心とした円周状に配置された一対の駆動磁石と、駆動磁石に対向するよう固定ユニットに設けられた一対の駆動コイルとを含む。

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

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

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

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

さらに、撮像素子駆動部において、可動ユニットに搭載される傾斜検出用磁石を光軸に垂直な平面上での２次元駆動を行う撮像素子駆動磁石として併用することで、装置として省スペース化・小型化と部品点数の削減を実現できる。

さらに、撮像素子駆動部において、可動ユニットに搭載される傾斜検出用磁石を光軸に垂直な平面上での２次元駆動を行う第１の撮像素子駆動磁石とし利用できる。また、パンニング駆動磁石およびチルティング駆動磁石を光軸中心の回転駆動を行う第２の撮像素子駆動磁石として利用できる。これにより、装置として省スペース化・小型化と部品点数の削減を実現できる。

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

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

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

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

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

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

さらに、固定ユニットをプラスチック樹脂にすることで、固定ユニットを構成する部品であるパンニング駆動コイル、チルティング駆動コイルおよびローリング駆動コイルと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とを含めて一体成型化が可能となり、装置の低コスト化が実現できる。

さらに、可動ユニットをプラスチック樹脂にすることで、可動ユニットを構成する部品であるパンニング駆動磁石、チルティング駆動磁石およびローリング駆動磁石と、回転検出用磁石と傾斜検出用磁石とを含めて一体成型化が可能となり、装置の低コスト化が実現できる。

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

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

以上のように本発明は、固定ユニットに対して可動ユニットの重心支持・重心駆動を実現することで、制御周波数領域において機械的共振を大幅に抑制することができる。

さらに、パンニング方向とチルティング方向に±１０度以上の大きな傾斜駆動とローリング方向に回転駆動とが可能な可動ユニットの駆動支持系を使用して、５０Ｈｚ程度までの広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現できる。また、可動ユニットにおいて、撮像素子を光軸に垂直な平面において２次元的に移動させる駆動手段と、撮像素子を光軸中心に回転させる駆動手段とを設けることで、歩行振れによる像振れの３軸補正が可能となる。この結果、従来にない機能である撮像素子のピクセル単位でのカメラの並進方向の振れ補正と回転補正機能等を実現する小型で堅牢な６軸補正のカメラ駆動装置を提供できる。

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

図１は、本発明の第１の実施形態であるカメラ駆動装置１６５を示す分解斜視図である。

図２は、本発明の第１の実施形態による可動ユニット１８０の詳細構成を示す分解斜視図である。

図３Ａおよび図４Ａは、カメラ駆動装置１６５を斜め上方から見た斜視図である。

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

図５は、脱落防止部材２０１を斜め上方から見た斜視図である。

図６Ａは、レンズ部１０１に搭載するレンズの光軸１０方向から見たカメラ駆動装置１６５の平面図である。

図６Ｂは、直線１３方向から見たカメラ駆動装置１６５の平面図である。

図７は、撮像素子駆動部９９と、レンズ部１０１と、カメラカバー１５０と、ベース２００とを取り除いた、可動ユニット１８０および駆動部を上方から見た斜視図である。

図８は、上方から見た固定ユニット３００の斜視図である。

図９は、固定ユニット３００の概略構成を示す分解斜視図である。

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

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

図１２Ａおよび図１２Ｂは、それぞれカメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０と直線１４とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。

図１３Ａは、撮像素子駆動部の構成要素である撮像素子１０８と撮像素子ホルダー１１６とを上方から見た斜視図である。

図１３Ｂは、撮像素子駆動部の構成要素である撮像素子１０８と、撮像素子ホルダー１１６と、撮像素子駆動コイル１１７、１１８と、傾斜検出用磁石４０６とを下方から見た斜視図である。

図１３Ｃは、撮像素子駆動部の構成要素である撮像素子１０８と撮像素子ホルダー１１６と撮像素子駆動コイル１１８と、傾斜検出用磁石４０６とを下方から見た他の斜視図である。

図１４は、可動ユニット１８０がパンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における、上方から見たカメラ駆動装置１６５の斜視図である。

図１５Ａは、カメラ駆動装置１６５の上面図である。また、図１５Ｂは、可動ユニット１８０がパンニング方向２０とチルティング方向２１に同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における、光軸１０と直線１４とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。

図１６Ａは、固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２を上方から見た斜視図である。

図１６Ｂは、固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２の上面図である。

図１６Ｃは、固定ユニットに設けられた第２の磁気センサー７００、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、光軸１０とパンニング方向回転軸１２とを含む平面での断面図である。

図１７は、固定ユニットと支持ボール５５との位置関係を示す分解斜視図である。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、それぞれ固定ユニットの上面図および光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面での固定ユニットの断面図である。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、それぞれ固定ユニットの上面図および光軸１０と支持ボール５５の中心とを含む平面での固定ユニットの断面図である。

図２０Ａおよび図２０Ｂは、カメラ駆動装置１６５の撮影水平基準に対する相対角度位置を示す上方からみた斜視図である。

これらの図を参照してカメラ駆動装置１６５の主な構成を説明する。

カメラ駆動装置１６５は、カメラ部１００を内蔵する可動ユニット１８０と、可動ユニット１８０を支持する固定ユニット３００とを備える。カメラ部１００は、レンズ部１０１と撮像素子駆動部９９とを含む。可動ユニット１８０は、固定ユニット３００に対して、レンズの光軸１０を中心に回転するローリング方向２２、チルティング方向回転軸１１を中心に回転するチルティング方向２１およびパンニング方向回転軸１２を中心に回転するパンニング方向２０に自在に回転する。チルティング方向回転軸１１とパンニング方向回転軸１２とは互いに直交している。

このために、カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０をパンニング方向２０およびチルティング方向２１へ傾斜させるための駆動部と、固定ユニット３００に対して可動ユニット１８０をレンズの光軸１０を中心に回転するローリング方向２２に回転させるローリング駆動部とを備える。

パンニング駆動部は、可動ユニット１８０に設けられる一対のパンニング駆動磁石４０１と、固定ユニット３００に設けられる一対のパンニング駆動コイル３０１と、磁性体からなる一対のパンニング磁気ヨーク２０３とを含む。さらに一対のパンニング駆動コイル３０１の外側には、後述する光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動する一対のローリング駆動コイル３０３が巻回されている。

チルティング駆動部は、可動ユニット１８０に設けられる一対のチルティング駆動磁石４０２と、固定ユニット３００に設けられる一対のチルティング駆動コイル３０２と、磁性体からなる一対のチルティング磁気ヨーク２０４とを含む。

ローリング駆動部は、一対のローリング駆動磁石と、一対のローリング駆動コイル３０３と、一対のローリング磁気ヨークとを含む。さらに一対のチルティング駆動コイル３０２の外側には、後述する光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動する一対のローリング駆動コイル３０３が巻回されている。

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

また、カメラ駆動装置１６５は、固定ユニット３００に対する可動ユニット１８０の傾斜角度およびレンズ１０５の光軸１０回りの回転角度を検出するための検出器を備える。具体的には、可動ユニット１８０の２次元の傾斜角度、つまり、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の回転角度を検出するための第１の検出器と、レンズ１０５の光軸１０回りの回転角度を検出するための第２の検出器とを備える。第１の検出器は、第１の磁気センサー５０１と傾斜検出用磁石４０６とを含む。

図２に示すように、レンズ部１０１は、撮像素子１０８の撮像面に被写体像を結像させ、光軸１０を有するレンズ１０５と、レンズ１０５を保持するレンズホルダー１０６と、レンズホルダー１０６を固定するカメラ鏡筒１０７とを含む。撮像素子１０８は例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサである。また、レンズ部１０１は、カメラカバー１５０に固定されている。

また、撮像素子駆動部９９は、撮像素子１０８と、撮像素子１０８を保持する撮像素子ホルダー１１６と、撮像素子ホルダー１１６に固定される磁性部材１２１と、撮像素子駆動コイル１１７、１１８とを含む。

撮像素子駆動部９９には、撮像素子１０８の出力信号を外部へ出力するための配線１１０が接続されている。配線１１０は、例えば、フレキシブルケーブルによって構成される。

固定ユニット３００はベース２００を含む。ベース２００は、可動ユニット１８０の少なくとも一部が遊嵌する凹部を有する。本実施形態では、凹部の内側面は凹状球面２００Ａによって構成されている。ベース２００は、さらに開口部２００Ｐ、２００Ｔと、接触面２００Ｂとを有する。なお、本願明細書では凹状球面を凹状円錐面と称する場合がある。

図１から図９に示すように、カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０をローリング方向２２に回転させるため、ローリング磁気ヨークとして一対のパンニング磁気ヨーク２０３と一対のチルティング磁気ヨーク２０４を併用し、それらを巻回する４個のローリング駆動コイル３０３を備える。またローリング駆動磁石として一対のパンニング駆動磁石４０１と一対のチルティング駆動磁石４０２を併用する。

図８、図９に示すようにローリング駆動コイル３０３は、一対のパンニング磁気ヨーク２０３と、一対のチルティング磁気ヨーク２０４とに、パンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２のコイル巻回方向に対して直交するように積層巻回された十字巻き構成を有し、それぞれベース２００の開口部２００Ｐ、２００Ｔに挿入されて固定される。

例えば、ベース２００を含む固定ユニット３００は樹脂によって構成されている。さらに、ベース２００を含む固定ユニット３００では、一対のパンニング磁気ヨーク２０３に巻回されたパンニング駆動コイル３０１とローリング駆動コイル３０３、および一対のチルティング磁気ヨーク２０４に巻回されたチルティング駆動コイル３０２とローリング駆動コイル３０３とが一体成型されていても構わない。また、磁気ヨークに巻回されたこれらの駆動コイルは、ベース２００の内側面、つまり、凹状円錐面２００Ａにおいて露出していなくてもよい。

図２に示すように、可動ユニット１８０はカメラカバー１５０と下部可動部１０２とを含む。レンズ部１０１を固定するカメラカバー１５０は、撮像素子駆動部９９を内蔵する下部可動部１０２に固定される。

図２、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、撮像素子１０８を固定する撮像素子ホルダ−１１６には光軸１０に垂直な平面を有する平面部１１６Ａが設けられ、下部可動部１０２の底部には平面部１０２Ｂが設けられている。図１１Ｂ、図１５Ｂに示すように、３個の支持球体１２２が平面部１１６Ａと平面部１０２Ｂとに狭持されている。撮像素子ホルダ−１１６は、光軸１０に垂直な平面で下部可動部１０２に球体によって支持（ボール支持）される。このボール支持状態において、撮像素子駆動コイル１１７、１１８は所定の空隙を介して傾斜検出用磁石４０６に対向するように撮像素子ホルダ−１１６に固定されている。

また、撮像素子ホルダ−１１６には磁性部材１２１が設けられ、傾斜検出用磁石４０６による磁気吸引力により３個の支持球体１２２が狭持される。

また、図１３Ｂに示すように、光軸１０の方向に単極着磁された傾斜検出用磁石４０６に対して、一対の撮像素子駆動コイル１１７は、チルティング方向回転軸１１に平行に配置され、一対の撮像素子駆動コイル１１８はパンニング方向回転軸１２に平行に配置される。

また、一対の撮像素子駆動コイル１１７、１１８の巻回中心軸は、光軸１０に平行である。傾斜検出用磁石４０６を光軸１０方向に投影した領域であって、チルティング方向回転軸１１とパンニング方向回転軸１２とで分割される４分割領域に撮像素子駆動コイル１１７、１１８の一部分が重なるように撮像素子駆動コイル１１７、１１８が配置されている。

従って、一対の撮像素子駆動コイル１１７に通電することにより、傾斜検出用磁石４０６からの電磁力を受け、撮像素子ホルダ−１１６はチルティング方向の回転軸であるチルティング方向回転軸１１の方向へ移動可能となる。

また、一対の撮像素子駆動コイル１１８に通電することにより、傾斜検出用磁石４０６からの電磁力を受け、撮像素子ホルダ−１１６はパンニング方向の回転軸であるパンニング方向回転軸１２の方向へ移動可能となる。

さらに、傾斜検出用磁石４０６を光軸１０方向に投影した４分割領域にはそれぞれ、第３の磁気センサー１１９が撮像素子ホルダ−１１６に固定されている。第３の磁気センサー１１９は、傾斜検出用磁石４０６の磁気変化を検出することにより、チルティング方向回転軸１１の方向とパンニング方向回転軸１２の方向とにおける撮像素子ホルダ−１１６の移動量を算出する。

これにより、撮像素子１０８のチルティング方向回転軸１１の方向とパンニング方向回転軸１２の方向とにおける移動量を検出することが可能となり、光軸１０に対して撮像素子１０８の並進方向（チルティング方向回転軸１１の方向とパンニング方向回転軸１２の方向）の振れ補正を実現できる。

その結果、特にマクロ撮影時において顕著に発生する並進画像振れを補正することが可能となる。さらに、従来の可動ユニット１８０の３軸回転駆動による振れ補正では対処できなかった微小な画像振れをもピクセル単位で補正することができる。

下部可動部１０２は、開口部１０２Ｈを有する壺形状を含む。下部可動部１０２は、凸状部分球面１０２Ｒを外形に有する。凸状部分球面１０２Ｒは、球面の少なくとも一部であればよく、球面全体であってもよい。凸状部分球面１０２Ｒは、球心７０を有する。図１７、図１８Ｂ、図１９Ｂに示すように、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒは、ベース２００の内側面の凹状球面２００Ａに設けられた３つの円柱凹部２００Ｆに樹脂製の支持ボールホルダー５６を介してはめ込まれた３つの支持ボール５５と点接触している。

凸状部分球面１０２Ｒは、下部可動部１０２の外側全体を覆っている。

凸状部分球面１０２Ｒの球心７０は、下部可動部１０２のほぼ中心に位置している。

また、撮像素子駆動部９９に接続された配線１１０を可動ユニット１８０において位置決めするため、下部可動部１０２に、配線１１０の一部が挿入される凹部を有する切り欠き部１０２Ｓが設けられていてもよい。

可動ユニット１８０には、傾斜検出用磁石４０６と、一対のパンニング駆動磁石４０１と、一対のチルティング駆動磁石４０２とが設けられる。凸状部分球面１０２Ｒに露出することがないよう、搭載する検出用磁石や駆動磁石は開口部１０２Ｈから下部可動部１０２の内側に配置され得る。また、傾斜検出用磁石４０６は、下部可動部１０２の底部の光軸１０上に配置される。下部可動部１０２は、例えば摺動性が優れた樹脂によって構成される。さらに、下部可動部１０２と傾斜検出用磁石４０６と一対のパンニング駆動磁石４０１と一対のチルティング駆動磁石４０２とが一体成型化されていても構わない。

図１０Ｂ、図１１Ｂに示すように、ベース２００の内側に設けられているパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４は磁性体からなるため、それぞれに対向するように下部可動部１０２の内側に設けられたパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２は吸着用磁石として機能し、これらの間にそれぞれ磁気吸引力が発生する。具体的には、パンニング磁気ヨーク２０３とパンニング駆動磁石４０１から磁気吸引力Ｆ１を、チルティング磁気ヨーク２０４とチルティング駆動磁石４０２から磁気吸引力Ｆ１を得る。

次に、図１０Ｂ、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９Ａ、図１９Ｂを用いて、支持ボール５５の配置構成を説明する。

凹状球面２００Ａの領域において、光軸１０の方向から見てパンニング方向回転軸１２とチルティング方向回転軸１１と４５度をなす直線１４を起点として角度θｂを隔てて３つの円柱凹部２００Ｆが凹状円錐面２００Ａに配設されている。円柱凹部２００Ｆは円錐状の内側面を有する。可動ユニット１８０を均等に支持するためには、例えば、角度θｂは１２０度である。

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

図１９Ｂに示すように、各支持ボール５５の凸状部分球面の球心、つまり、各支持ボール５５の球心と下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの球心７０とを結ぶ直線６０、６１は、光軸１０に垂直であり且つ凸状部分球面１０２Ｒの球心７０を通る水平面Ｐに対して、下向きに傾斜角度θｓ（傾斜角度Ｃ）をなしている。傾斜角度θｓは例えば、４５度であるが、３０度から６０度の範囲であればよい。

これにより下部可動部１０２は、固定ユニット３００に対して３点のみで支持されるとともに支持ボール５５が回転可能となることで、可動ユニット１８０と固定ユニット３００との間に発生する摩擦を最大限に低減でき、極めて良好な可動ユニット１８０の動特性を得ることができる。

さらに図１１Ｂに示すように、ローリング磁気ヨークとして併用するベース２００の内側に挿入されているパンニング磁気ヨーク２０３とチルティング磁気ヨーク２０４は磁性体からなるため、それぞれに対向するように下部可動部１０２の内側に設けられたローリング駆動磁石として併用するパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２との間にそれぞれ磁気吸引力Ｆ１が発生する。磁気吸引力Ｆ１は、可動ユニット１８０の凸状部分球面１０２Ｒと３つの支持ボール５５との垂直抗力となり、かつ光軸１０方向の合成ベクトルとして磁気吸引力Ｆ２を得る。

３つの支持ボール５５により、固定ユニット３００に対して可動ユニット１８０を支持することが可能となり、かつ支持ボール５５が光軸１０を中心に１２０度の角度間隔で均等に配設されていることから極めて安定な支持構成で極めた優れた動特性を実現できる。特に傾斜角度θｓを４５度程度にすることにより、磁気吸引力Ｆ２によって、支持ボール５５と支持ボールホルダー５６との円周状線接触部分が受ける力が均一となるため、可動ユニット１８０と固定ユニット３００との間の摩擦係数をより低減できる。

この磁気吸引力Ｆ２により、ベース２００の３つの支持ボール５５と下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの部分球面とが接触ポイント１０２Ｐで点接触しながら、下部可動部１０２が球心７０を中心として自在に回転する。言い換えれば、接触ポイント１０２Ｐが光軸１０を中心とする円周状に３つ配置された状態で可動ユニット１８０は固定ユニット３００に支持される。しかし、本実施形態の特徴は、ベース２００の凹状球面２００Ａと下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒとを少なくとも３つの点接触によって支持することにあり、この支持を実現するための具体的な構造は支持ボール５５に限られない。例えば、樹脂などによって構成される３つの凸状部分球面を有する凸部によって実現することも可能である。

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

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

また、球心７０、つまり、可動ユニット１８０の回転中心と、可動ユニット１８０の重心とが一致するため、可動ユニット１８０がパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に回転するモーメントは非常に小さい。このため、小さな駆動力で可動ユニット１８０を中立状態に維持したり、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に回転させたりすることができる。このため、カメラ駆動装置１６５の消費電力を低減させることができる。特に可動ユニット１８０を中立状態で維持するための必要な駆動電流をほとんどゼロにすることも可能である。

このように、本実施形態によれば、レンズ部１０１と撮像素子駆動部９９を内蔵する可動ユニット１８０は、重心位置である球心７０において集中的に支持される。従って、摩擦による負荷を低減することができ、駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑制することができる。

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

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

カメラ駆動装置１６５は、典型的には、可動ユニット１８０が固定ユニット３００から脱落しないように可動ユニット１８０の移動を制限する脱落防止部材２０１を含む。脱落防止部材２０１は、脱落防止用規制面２０１Ａを有する。可動ユニット１８０が固定ユニット３００から離れるように移動した場合、可動ユニット１８０の下部可動部１０２と脱落防止用規制面２０１Ａとが当接することによって可動ユニット１８０の移動が制限される。図１１Ｂに示すように、下部可動部１０２が球心７０に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、所定の空隙（不図示）が下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒと脱落防止部材２０１の脱落防止用規制面２０１Ａとの間に設けられている。

例えば、脱落防止用規制面２０１Ａは、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒの球心７０と一致した中心を有する凹状部分球面を有する。脱落防止部材２０１はベース２００の接触面２００Ｂに固定されている。凸状部分球面１０２Ｒと脱落防止用規制面２０１Ａとの間には、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒが接触ポイント１０２Ｐで固定ユニット３００の支持ボール５５に点接触した状態で空隙が生じている。

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

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

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

次に、可動ユニット１８０を駆動するための構造を詳細に説明する。

下部可動部１０２には、可動ユニット１８０をパンニング方向２０に回転駆動するために、一対のパンニング駆動磁石４０１が光軸１０に対して対称に配置され、可動ユニット１８０をチルティング方向２１に回転駆動するために、一対のチルティング駆動磁石４０２が光軸１０に対して対称に配置されている。固定ユニット３００に設けられる構成要素について、「光軸１０に対して対称」とは、可動ユニット１８０が中立状態、つまり固定ユニット３００に対して傾斜してない状態における光軸１０を基準として対称であることを意味する。

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

上述したように、一対のパンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４が、一対のパンニング駆動磁石４０１および一対のチルティング駆動磁石４０２にそれぞれ対向するように、光軸１０を中心としたベース２００の円周上にそれぞれ設けられている。

図６Ａから図９に示すように、チルティング方向回転軸１１の方向にベース２００に配置された一対のパンニング磁気ヨーク２０３のそれぞれには、パンニング磁気ヨーク２０３を巻回するパンニング駆動コイル３０１が設けられ、さらにパンニング駆動コイル３０１の外側にパンニング駆動コイル３０１の巻回方向と直交するようにローリング駆動コイル３０３が設けられている。

同様にチルティング方向回転軸１１に直交するパンニング方向回転軸１２の方向に配置された一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が設けられ、チルティング駆動コイル３０２の外側にチルティング駆動コイル３０２の巻回方向と直交するようにローリング駆動コイル３０３が設けられている。

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

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

次に、傾斜および回転駆動部の光軸１０方向の高さ配置構成を説明する。

図１０Ｂに示すように、ベース２００に固定されるチルティング磁気ヨーク２０４に巻回されたチルティング駆動コイル３０２の巻回中心軸４０、４１と垂直であり、球心７０およびチルティング駆動コイル３０２の中心を通る直線３０、３１は、光軸１０に垂直であり且つ球心７０を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｐをなしている。また、一対のチルティング駆動磁石４０２は、一対のチルティング駆動コイル３０２に対向するように可動ユニット１８０に傾斜して配置されている。

図１１Ｂに示すように、ベース２００に固定されるパンニング磁気ヨーク２０３に巻回されたパンニング駆動コイル３０１の巻回中心軸４２、４３と垂直であり、球心７０およびパンニング駆動コイル３０１の中心を通る直線３２、３３は、光軸１０に垂直であり且つ球心７０を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｐ（傾斜角度Ａ）をなしている。

また、一対のパンニング駆動磁石４０１も、一対のパンニング駆動コイル３０１に対向するよう可動ユニット１８０に傾斜して配置されている。また、ローリング駆動コイル３０３の巻回中心軸と垂直であり、球心７０およびローリング駆動コイル３０３の中心を通る直線も、光軸１０に垂直であり且つ球心７０を通る水平面Ｐに対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｒ（傾斜角度Ｂ）をなしている。

また、図１０Ｂに示すように、巻回中心軸４０、４１が、図８、図９に示すチルティング磁気ヨーク２０４およびチルティング駆動コイル３０２をベース２００に挿入するための一対の開口部２００Ｔの中心線となる。図１１Ｂに示すように、パンニング磁気ヨーク２０３およびパンニング駆動コイル３０１を挿入するための一対の開口部２００Ｐの中心線もパンニング駆動コイル３０１の巻回中心軸と一致する。

上述したように、傾斜角度θｐを４５度以下に設定することにより、固定ユニット３００の高さを小さくし、装置の省スペースと低背化を実現できる。例えば、傾斜角度θｐは２０度から２５度程度である。傾斜角度θｒについても同様である。

一対のパンニング駆動コイル３０１に通電することにより、一対のパンニング駆動磁石４０１は偶力の電磁力を受け、下部可動部１０２、つまり可動ユニット１８０は、パンニング方向回転軸１２を中心にパンニング方向２０に回転駆動される。同様に、一対のチルティング駆動コイル３０２に通電することにより、一対のチルティング駆動磁石４０２は偶力の電磁力を受け、可動ユニット１８０は、チルティング方向回転軸１１を中心にチルティング方向２１に回転駆動される。

さらに、パンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２に同時に通電することにより、撮像素子駆動部９９とレンズ部１０１とが搭載された可動ユニット１８０を２次元的に傾斜させることができる。図１４、図１５Ａ、および図１５Ｂは、パンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２に同時に同等の電流を通電することにより、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に同角度ずつ傾斜し、結果としてパンニング方向２０およびチルティング方向２１に対して４５度をなす直線１４方向に光軸１０に対して合成角度θｘｙだけ傾斜した状態を示したものである。

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

このように、本実施形態は、可動ユニット１８０にパンニング駆動磁石４０１、チルティング駆動磁石４０２を設けたムービングマグネット駆動方式を採用している。この構成では、一般的に可動ユニット１８０の重量が増大するという問題が考えられる。しかし、この構成によれば、可動ユニット１８０の傾斜駆動用配線の懸架は不必要となり、撮像素子駆動部９９の駆動信号と撮像素子１０８の出力信号のみを可動ユニット１８０と外部との間で伝送するだけでよい。

なお、撮像素子駆動部９９がワイヤレスカメラの場合においては、撮像素子駆動部９９の電源ラインと駆動ラインのみでよい。

また、可動ユニット１８０の重心と可動ユニット１８０の回動中心点とが一致しているため、駆動磁石を搭載することにより重量が増大しても、可動ユニット１８０の回転モーメントはさほど増大しない。このため、本実施形態によれば、重量の増大による課題を抑制しつつ、可動ユニット１８０の傾斜および回転を目的とするムービングマグネット駆動方式による利点を享受できる。

次に、撮像素子駆動部９９の駆動ラインおよび出力信号の伝送手段を説明する。

図７、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、カメラ駆動装置１６５は、伝送手段として光軸１０を中心にパンニング方向２０およびチルティング方向２１に対して４５度をなす直線１４方向に対称配置された一対の配線１１０を有している。

具体的には、図１、図２に示すように、ベース２００の接触面２００Ｃに、配線１１０を狭持して位置決めする第１の固定ホルダ１２０が固定される。さらに第１の固定ホルダ１２０の傾斜面１２０Ａ（図１参照）は、図１２Ｂ、図１５Ｂに示すように、光軸１０に直交し且つ球心７０を含む水平面から下方に傾斜している。

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

これにより配線１１０は下方へ曲げられる。図１５Ｂに示すように可動ユニット１８０が傾斜角度θｘｙ傾斜した状態においても配線１１０は緩やかな曲線を描くことが可能となる。これにより、配線１１０の屈曲バネ特性による下部可動部１０２への反作用を低減できる。

また、ムービングマグネット駆動方式においては、パンニング駆動コイル３０１、チルティング駆動コイル３０２、ローリング駆動コイル３０３の発熱をパンニング磁気ヨーク２０３、チルティング磁気ヨーク２０４を介してベース２００によって冷却できるという大きな利点がある。さらに、パンニング方向２０およびチルティング方向２１への傾斜角度と、ローリング方向２２の回転角度とが２０度以上になる場合においても、可動ユニット１８０を小型化、軽量化できる点で有利である。一方、ムービングコイル駆動方式では駆動コイルがあまりにも肥大化し、固定ユニット３００の重量が増加する可能性がある。

このように、本実施形態によれば、レンズ部１０１、撮像素子駆動部９９、下部可動部１０２、下部可動部１０２に設けられたれた凸状部分球面１０２Ｒ、脱落防止用規制面２０１Ａ、ベース２００に設けられた支持ボール５５、傾斜用駆動部、回転用駆動部、および傾斜検出用磁石４０６の中心軸が、すべて支持中心であり駆動中心でもある球心７０を通るように構成されている。

従って、可動ユニット１８０の重心が球心７０と一致し、可動ユニット１８０はその重心で支持される。これにより、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、可動ユニット１８０の脱落を防止することができる。

カメラ駆動装置１６５は、可動ユニット１８０の振幅増大係数（Ｑ値）を低減するため、粘性部材（図示せず）を備えていてもよい。この場合、図１０Ｂ、図１１Ｂに示すように、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒとベース２００の凹状球面２００Ａもしくは脱落防止部材２０１の脱落防止用規制面２０１Ａとの間に粘性部材を設ける。これにより、可動ユニット１８０に設けられるパンニング駆動磁石４０１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とのそれぞれの間において、傾斜および回転角度によって発生する磁気吸引力の変動に起因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。

さらに、可動ユニット１８０の全可動範囲において、下部可動部１０２の凸状部分球面１０２Ｒのうち、接触ポイント１０２Ｐの軌跡が存在しない領域の表面に凸凹形状（図示せず）を設けてもよい。凸凹形状によって粘性部材との接触面積が増大することにより、粘性抵抗が増大する。この結果、粘性減衰特性が大幅に向上する。

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

図１、図２、図８、図９に示すように、可動ユニット１８０の傾斜角度を検出するために、カメラ駆動装置１６５は第１の検出器である第１の磁気センサー５０１を備える。第１の磁気センサー５０１は、２軸周りの傾きあるいは回転を検出可能であり、光軸１０方向に１極に着磁された傾斜検出用磁石４０６に対向するように配置さる。第１の磁気センサー５０１は、回路基板５０２を介して開口部２００Ｈに挿入され、ベース２００に固定されている。

また、図１、図１２Ｂに示すように、回路基板５０２は３箇所で圧縮バネ６００を介してベース２００に調節ネジで固定されている。３つの調節ネジをそれぞれ回転させることにより、傾斜検出用磁石４０６に対する第１の磁気センサー５０１の相対的な傾きと距離が変化する。これにより、第１の磁気センサー５０１の傾き出力信号を最適に調整することが可能となる。

また、光軸１０を中心に第１の磁気センサー５０１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上にそれぞれ一対ずつ対称に配置されている。第１の磁気センサー５０１は、可動ユニット１８０のパンニング方向２０およびチルティング方向２１における傾斜動作によって生じる傾斜検出用磁石４０６の磁力変化を２軸成分としてそれぞれ差動検出し、パンニング傾斜角度およびチルティング傾斜角度を算出することができる。

また、第１の磁気センサー５０１は、図１に示したように、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度をなす直線１３および直線１４上に、それぞれ一対ずつ対称に配置してもよい。

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

また、本実施形態によれば、直線１３および直線１４上に第１の磁気センサー５０１を配置することによって、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に通電することにより発生する磁場の影響を受けることなく、パンニング傾斜角度およびチルティング傾斜角度を最適に算出することができる。

なお、本実施形態では、第１の検出器は、第１の磁気センサー５０１と傾斜検出用磁石４０６を含んでいたが、他の構成によって第１の検出器を実現してもよい。例えば、第１の検出器は、光軸１０上において、固定ユニット３００に設けられた光センサーと、可動ユニット１８０に設けられた光検出パターンとを含んでいてもよい。可動ユニット１８０が傾斜することにより、光検出パターンが傾斜するため、光センサーに入射する光が変化する。光センサーがこの光の変化を検出することによりパンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出することも可能である。

つぎに、第２の検出器を説明する。

第２の検出器は、可動ユニット１８０の光軸１０回りのローリング方向２２の回転角度を検出する。図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃに示すように、第２の検出器は、可動ユニット１８０に搭載される一対のチルティング駆動磁石４０２と、一対のチルティング駆動磁石４０２に対向するようにベース２００に設けられた一対の第２の磁気センサー７００とを含む。

可動ユニット１８０がローリング方向２２に回転した場合、一対のチルティング駆動磁石４０２が回転して第２の磁気センサー７００に対する磁極が急峻に変化する。従って、ローリング方向２２に回転することによる急峻な磁極変化を第２の磁気センサー７００で検出することによりローリング方向２２の回転角度を高精度で検出することができる。なお、本実施形態ではチルティング駆動磁石４０２を第２の検出器の一部の構成要素としたが、パンニング駆動磁石４０１を第２の検出器の構成要素としてもよい。

次に、図２０Ａ、図２０Ｂを用いて、カメラ駆動装置１６５の撮影姿勢を説明する。

図２０Ａは、上述したカメラ駆動装置１６５のある撮影姿勢を示す。被写体における水平基準ＨＳに対してチルティング方向回転軸１１は平行であり、かつパンニング方向回転軸１２は垂直である。この姿勢状態においても、良好なカメラ駆動を行えることはいうまでもない。

図２０Ｂは、カメラ駆動装置１６５のある別の撮影姿勢を示す。被写体における水平基準ＨＳに対してチルティング方向回転軸１１は４５度傾斜し、かつパンニング方向回転軸１２も４５度傾斜している。

図２０Ｂに示す撮影姿勢状態での利点は、水平基準ＨＳ方向に可動ユニット１８０を駆動（パンニング駆動）する場合、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の両方に通電することにより、図２０Ａに示す本来のパンニング方向２０への駆動が可能となることにある。また、被写体における水平基準ＨＳに垂直な方向に可動ユニット１８０を駆動（チルティング駆動）する場合、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２の両方に通電することにより、図２０Ａに示す本来のチルティング方向２１への駆動が可能となることにある。

すなわち、利用頻度が高いと想定されるパンニングとチルティング方向への駆動に際して、２つのコイルに通電することにより図２０Ａに示す本来のパンニング方向２０およびチルティング方向２１への駆動を実現できる。

その結果、図２０Ａでの本来のパンニング方向およびチルティング方向への可動ユニット１８０の回転角度と比べると、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２を駆動した場合、図２０Ｂにおけるパンニング方向回転軸１２とチルティング方向回転軸１１の方向への可動ユニット１８０の回転角度は、それぞれ１／√２倍の回転角度となる。

従って、図２０Ｂのような撮影姿勢の場合は、利用頻度が高いと想定される本来のパンニング方向およびチルティング方向の駆動角度が１／√２倍の回転角度となる。上述した可動ユニット１６０に設けられた駆動磁石と固定ユニット３００に設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力の磁気バネ効果を低減でき、良好なカメラ駆動を実現できる。

このように、本実施形態のカメラ駆動装置１６５によれば、カメラ部１００のレンズの光軸上に、可動ユニット１８０の可動部に設けられた凸状部分球面１０２Ｒの球心７０が配置される。また、固定ユニット３００の円周状に配置された支持ボール５５の中心軸は球心７０を通る。これにより、可動ユニット１８０を重心で支持する構成が実現し、駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑制することができる。

また、固定ユニット３００の支持ボール５５と可動ユニット１８０の凸状部分球面１０２Ｒとによって構成される３点支持構成において、可動ユニット１８０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。このため、回動角度による摩擦負荷変動を低減し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。

また、従来、磁気吸引力による支持構造に特有の大きな課題であった振動・衝撃等の外乱等による可動ユニット１８０の脱落を防止するため、固定ユニット３００に設けられた脱落防止部材２０１に回動可能な所定の空隙を介して脱落防止用規制面２０１Ａが設けられている。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１８０の脱落防止を実現できる。

また、可動ユニット１８０の凸状部分球面１０２Ｒが固定ユニット３００の脱落防止用規制面２０１Ａに当接する状態まで可動ユニット１８０が脱落した場合でも、磁気吸引力によって、可動ユニット１８０の凸状部分球面１０２Ｒと固定ユニット３００の支持ボール５５とが再び点接触することができるように脱落防止用規制面２０１Ａの位置が決定され得る。このため、たとえ可動ユニット１８０が瞬間的に脱落した場合においても即座に元の良好な支持状態に復帰できる極めて耐衝撃性に優れたカメラ駆動装置を提供できる。

また、パンニング、チルティングおよびローリング方向に設けられた駆動部は、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１８０に固定された二対の駆動磁石と、二対の駆動磁石に対向するように光軸を中心とする円周状に固定ユニット３００にそれぞれ配設された二対の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、球心７０を含む水平面より下方に傾斜した高さ位置に配置される。このため可動ユニット１８０を球心７０で駆動することができ、かつ低背化が可能となる。

また、可動ユニット１８０とベース２００を樹脂材料にするか、または凸状部分球面１０２Ｒと支持ボールホルダー５６の表面部分とを樹脂部材で被覆することで、低摩擦で耐摩耗性に優れた支持構造が実現する。

また、可動ユニット１８０の凸状部分球面１０２Ｒとベース内側面の凹状球面もしくは脱落防止用規制面２０１Ａで形成される空隙に粘性部材が充填され得る。これにより、可動ユニット１８０に設けられた駆動磁石と固定ユニット３００に設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力変動に起因する磁気バネ効果による振動の振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減することができ、良好な制御特性を得ることができる。

従って、本実施形態のカメラ駆動装置１６５によれば、例えば、パンニング方向２０およびチルティング方向２１に±１０度以上の大きな角度で可動ユニット１８０を傾斜させ、また、ローリング方向２２に±１０度以上の大きな角度で可動ユニット１８０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。

さらに、可動ユニット１８０に対して撮像素子１０８を光軸方向に垂直な平面において２次元的に移動させる撮像素子駆動部９９を可動ユニット１８０に設けることにより、カメラ部１００の３軸方向における振れ補正制御に加えて、光軸方向に垂直な平面での撮像素子１０８の２次元位置をより正確に制御することが可能となる。これにより、回転駆動による振れ補正では実現が困難であったカメラの並進方向の振れ補正が撮像素子駆動によりピクセル単位で実現される。

従って、カメラ部の高速パンニング・チルティング・ローリング動作が実現でき、光軸方向に垂直な平面上に２次元的に撮像素子１０８を移動させる撮像素子駆動部９９を設けることにより、可動ユニット１８０の３軸方向における振れ補正に加え、カメラの並進方向における振れ補正が可能となる。また、小型で堅牢な脱落防止構造を備えるため、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強いカメラ駆動装置が実現する。

また、可動ユニット１８０に対して撮像素子１０８を移動する駆動手段において、傾斜検出用磁石４０６を駆動磁石としても併用することができる。

また、可動ユニット１８０に対して撮像素子１０８の移動量を検出する検出手段において、傾斜検出用磁石４０６を移動量を検出するための磁石として併用することができる。このように、本実施形態では、駆動手段において用いられる磁石および検出手段において用いられる磁石が互いに共有化され得る。この結果、カメラ駆動装置１６５の小型化および部品点数の削減を実現できる。

また、ローリング駆動コイルは、一対のパンニング磁気ヨークに対する一対のパンニング駆動コイル３０１のコイル巻回方向に対して直交するように積層巻回され、また、一対のチルティング磁気ヨークに対する一対のチルティング駆動コイル３０２のコイル巻回方向に対して直交するように積層巻回された十字巻き構成を有している。このため、固定ユニット３００の省スペース化、小型化および部品点数の削減を実現できる。

このように、本実施形態のカメラ駆動装置１６５によれば、カメラ部１００の高速パンニング・チルティング・ローリング動作およびピクセル単位での並進振れ補正を実現でき、歩行撮影時の手振れに起因して発生する撮影画像の像振れを極めて良好に補正することができる。

また、広帯域の周波数領域においてカメラ部１００を高速にパンニング・チルティング・ローリング動作させることにより、高速移動する被写体等の追跡撮影も可能である。また、小型で堅牢な脱落防止構造により、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強いカメラ駆動装置が実現する。

（第２の実施形態）
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２１は、本発明の第２の実施形態による可動ユニット１８０の詳細構成を示す分解斜視図である。

図２２Ａおよび図２２Ｂは、それぞれカメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０とパンニング方向回転軸１２とを含む平面での断面図である。

図２３Ａおよび図２３Ｂは、それぞれカメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面での断面図である。

図２４Ａおよび図２４Ｂは、それぞれカメラ駆動装置１６５の上面図および光軸１０と直線１４とを含む平面での断面図である。

図２５Ａは、撮像素子駆動部９９の構成要素である撮像素子１０８および撮像素子ホルダー１１６と、パンニング駆動磁石４０１と、チルティング駆動磁石４０２とを上方から見た斜視図である。

図２５Ｂは、撮像素子駆動部９９の構成要素である撮像素子１０８、撮像素子ホルダー１１６、撮像素子駆動コイル１１７、１１８および撮像素子回転駆動コイル１２３と、パンニング駆動磁石４０１と、チルティング駆動磁石４０２とを下方から見た斜視図である。

図２５Ｃは、撮像素子駆動部の構成要素である撮像素子１０８、撮像素子ホルダー１１６、撮像素子駆動コイル１１８および撮像素子回転駆動コイル１２３と、パンニング駆動磁石４０１と、パンニング駆動磁石４０１とを下方から見た他の斜視図である。

図２６Ａは、カメラ駆動装置１６５の上面図である。図２６Ｂは、可動ユニット１８０がパンニング方向２０とチルティング方向２１とに同角度ずつ合成角度θｘｙに傾斜した状態における光軸１０と直線１４とを含む平面でのカメラ駆動装置１６５の断面図である。

これらの図を参照してカメラ駆動装置１６５の主な構成を説明する。

本実施形態と第１の実施形態との差異は、図２１、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃに示すように、撮像素子駆動部９９において、撮像素子ホルダー１１６が撮像素子回転駆動コイル１２３を含むことである。

図２１に示すように、レンズ部１０１は、撮像素子１０８の撮像面に被写体像を結像させ、光軸１０を有するレンズ１０５と、レンズ１０５を保持するレンズホルダー１０６と、レンズホルダー１０６を固定するカメラ鏡筒１０７とを含む。

また、撮像素子駆動部９９は、撮像素子１０８と、撮像素子１０８を保持する撮像素子ホルダー１１６と、撮像素子ホルダー１１６に固定される磁性部材１２１と、撮像素子駆動コイル１１７、１１８と、撮像素子回転駆動コイル１２３とを含む。

光軸１０に垂直な平面で撮像素子１０８を２次元的に移動させる駆動手段および移動量の検出手段は、第１の実施形態と同じであるので、詳細な説明は割愛する。

図２５Ｂ、図２５Ｃに示すように、一対の撮像素子回転駆動コイル１２３は、可動ユニット１８０に固定された一対のパンニング駆動磁石４０１の、球心７０側の内側曲面４０１Ａに空隙を隔ててパンニング駆動磁石４０１と対向するように撮像素子ホルダー１１６に固定される。

なお、一対の撮像素子回転駆動コイル１２３は、可動ユニット１８０に固定された一対のチルティング駆動磁石４０２の球心７０側の内側曲面に空隙を隔ててチルティング駆動磁石４０２と対向するように撮像素子ホルダー１１６に固定されていても構わない。

また、撮像素子回転駆動コイル１２３の巻回中心軸は、光軸１０とチルティング方向回転軸１１とを含む平面上に存在し、光軸１０に対して所定の角度で傾斜している。

従って、一対の撮像素子回転駆動コイル１２３に通電した場合、一対のパンニング駆動磁石４０１からの電磁力を受け、撮像素子１０８を搭載する撮像素子ホルダー１１６は光軸１０を中心に回転駆動される。

これにより、撮像素子１０８はチルティング方向回転軸１１とパンニング方向回転軸１２とに直線移動することができ、かつ光軸１０を中心に回転することも可能となる。

第２の実施形態によれば、撮像素子１０８を光軸１０を中心に回転させることで、ピクセル単位でのローリング方向２２の補正が実現できる。従って、可動ユニット１８０全体をローリング方向２２に駆動することでマクロ的な回転振れ補正を行いつつ、残留する画像の微少な回転振れをミクロ的に補正することができる。このようにピクセル単位で撮像素子の制御を行うことにより、高品位な画像を得るカメラ駆動装置を提供できる。

その他の効果は、第１の実施形態と同じである。

（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２７は、本発明の第３の実施形態によるカメラユニット１７０に設けられた角速度センサー９００、９０１、９０２の配置を示す斜視図である。図２８は、カメラユニット１７０のブロック図である。

本発明によるカメラユニットの実施形態を説明する。本発明の第３の実施形態によるカメラユニット１７０は、カメラ駆動装置１６５と制御部８００とを含み、歩行時の像振れを補正することができる。

図２７および図２８に示すように、カメラユニット１７０は、カメラ駆動装置１６５と、角速度センサー９００、９０１、９０２と、制御部８００とを含む。制御部８００は、典型的には、演算処理部９４と、画像処理部１０００と、アナログ回路９１ｐ、９１ｔ、９１ｒと、増幅回路９２ｐ、９２ｔ、９２ｒと、ＡＤ変換器９３ｐ、９３ｔ、９３ｒと、ＤＡ変換器９５ｐ、９５ｔ、９５ｒと、駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒと、アナログ回路９７ｐ、９７ｔ、９７ｒと、増幅回路９８ｐ、９８ｔ、９８ｒとを含む。なお、本発明に係る実施形態はこれに限定されず、例えば、アナログ回路９７ｐ、９７ｔ、９７ｒと、増幅回路９８ｐ、９８ｔ、９８ｒとはカメラ駆動装置１６５に設けられていても構わない。また、角速度センサー９００、９０１、９０２と、アナログ回路９１ｐ、９１ｔ、９１ｒと、増幅回路９２ｐ、９２ｔ、９２ｒと、ＡＤ変換器９３ｐ、９３ｔ、９３ｒとが角速度センサーモジュール（不図示）を構成し、角速度センサーモジュールが電気的に演算処理部９４に接続されていても構わない。

演算処理部９４はカメラユニット１７０全体を制御する。演算処理部９４は、例えばプログラムの情報を格納するＲＯＭおよびプログラムの情報を処理するＣＰＵにより構成される。ＲＯＭは、例えば、オートフォーカス制御（ＡＦ制御）のプログラムと、自動露出制御（ＡＥ制御）のプログラムと、カメラユニット１７０全体の動作を制御するためのプログラムとを格納している。

画像処理部１０００は、撮像素子１０８から出力された撮像データに各種の処理を施し、画像データを生成する。各種処理の例としては、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、ＹＣ変換処理、電子ズーム処理、圧縮処理、伸張処理が挙げられるが、これらに限定されるものではない。画像処理部１０００は、典型的にはイメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）である。なお、演算処理部９４は、画像処理部１０００などとともに１つの半導体チップにより構成しても構わない。

角速度センサー９００、９０１、９０２は、カメラ駆動装置１６５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２８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、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２７は３つの独立した角速度センサー９００、９０１、９０２を用いた構成を示しているが、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れば、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が、検出された各軸方向の加速度を、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の角速度に変換すればよい。

例えば、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２８に示すように、角速度センサー９００、９０１、９０２が検出した振れ角に関する情報は、それぞれ、角速度信号８０ｐ、８０ｔ、８０ｒとして出力される。

角速度信号８０ｐ、８０ｔ、８０ｒは、演算処理部９４において演算処理を行うのに適した信号に変換される。具体的には、アナログ回路９１ｐ、９１ｔ、９１ｒは、角速度信号８０ｐ、８０ｔ、８０ｒからノイズ成分やＤＣドリフト成分を除去し、増幅回路９２ｐ、９２ｔ、９２ｒに出力する。増幅回路９２ｐ、９２ｔ、９２ｒは、それぞれ適切な値の角速度信号８２ｐ、８２ｔ、８２ｒを出力する。その後ＡＤ変換器９３ｐ、９３ｔ、９３ｒは、アナログ信号である角速度信号８２ｐ、８２ｔ、８２ｒをデジタル信号にそれぞれ変換し、演算処理部９４に出力する。

演算処理部９４は、角速度を手振れの角度に変換する積分処理を行い、パンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２の振れ角を逐次算出する。また、演算処理部９４は３軸の振れ補正処理を行う。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１８０を駆動する開ループ制御により行う。演算処理部９４は、カメラ駆動装置１６５の周波数応答特性と位相補償およびゲイン補正等を含めた最適なデジタルの振れ補正量を示す目標回転角度信号８４ｐ、８４ｔ、８４ｒを逐次出力する。

ＤＡ変換器９５ｐ、９５ｔ、９５ｒは、デジタル信号である目標回転角度信号８４ｐ、８４ｔ、８４ｒをアナログ信号である目標回転角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒに変換し、駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒに出力する。

一方、カメラ駆動装置１６５においては、可動ユニット１８０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、７００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の回転角度信号８６ｐ、８６ｔ、８６ｒを出力する。アナログ回路９７ｐ、９７ｔ、９７ｒは、回転角度信号８６ｐ、８６ｔ、８６ｒからノイズ成分やＤＣドリフト成分を除去し、回転角度信号８７ｐ、８７ｔ、８７ｒを出力する。増幅回路９８ｐ、９８ｔ、９８ｒは、回転角度信号８７ｐ、８７ｔ、８７ｒを増幅し、適切な値である回転角度信号８８ｐ、８８ｔ、８８ｒを駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒに出力する。

駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒは、目標回転角度信号８５ｐ、８５ｔ、８５ｒに対して回転角度信号８８ｐ、８８ｔ、８８ｒを帰還するように構成されたフィードバック回路である。従って、駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒは、カメラユニット１７０に外部からの力が作用しない場合は、所定の回転角度位置となるように可動ユニット１８０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。駆動回路９６ｐ、９６ｔ、９６ｒは、目標回転角度信号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を出力する。これによりカメラ駆動装置１６５において、可動ユニット１８０の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可動ユニット１８０が駆動される。

この一連の駆動制御により、可動ユニット１８０の振れ補正が実施され、歩行時においても良好な安定撮影が実現可能となる。

本発明の第３の実施形態では、角速度センサーの出力を積分した回転角度信号を主とした制御系を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、演算処理部９４が、ＡＤ変換器を介してカメラ駆動装置１６５の第１および第２の磁気センサー５０１、７００からの回転角度信号８８ｐ、８８ｔ、８８ｒを取り込み、微分演算処理を行うことにより、可動ユニット１８０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と可動ユニット１８０の回転角度信号とに基づく角速度フィードバック演算の精度がさらに向上し、より高い精度で手振れおよび歩行振れを抑制することができる。

なお、可動ユニット１８０に対して、撮像素子１０８を搭載した撮像素子ホルダー１１６をチルティング方向回転軸１１の方向とパンニング方向回転軸１２の方向とへ直線移動させる制御および光軸１０を中心としてローリング方向２２に撮像素子ホルダー１１６を回転移動させる制御は、撮像素子１０８からの画像出力信号を画像処理した結果に基づいて実行される。

具体的には、演算処理部９４は画像処理部１０００からの出力信号に基づき、例えば、画像中の点拡がり関数（ＰＳＦ）を推定する。ＰＳＦは画像中のボケ量を示す。演算処理部９４は、画像処理信号に基づくフィードバック制御により、ボケ量が小さくなるように撮像素子駆動部９９を制御する。撮像素子駆動部９９は、演算処理部９４からの制御を受けて、撮像素子ホルダー１１６を駆動する。

本発明の実施形態によるカメラ駆動装置１６５およびカメラユニット１７０は、従来の手振れ補正装置に比べて、より大きな角度でカメラ部１００を回転させることができる。このため、画像処理等を用い、画像中の特定した被写体が、例えば、画面の中央に位置するように被写体を追尾することのできるカメラ駆動装置を実現することもできる。

また、カメラ部１００をパンニング方向２０またはチルティング方向２１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。

また、マクロ撮影時において顕著に発生する並進振れを補正することができる。本実施形態によれば、従来の可動ユニットの３軸回転駆動による振れ補正では対処できなかった微小な画像振れをもピクセル単位で補正することができる。

さらに、撮像素子１０８を光軸を中心に回転させることで、ピクセル単位でのローリング方向２２の補正が実現できる。可動ユニット１８０をローリング方向２２に駆動することでマクロ的な回転振れ補正を行いつつ、撮像素子１０８を光軸を中心に回転させることにより、残留する画像の微少な回転振れをミクロ的に補正することができる。このようにピクセル単位で撮像素子の制御を行うことにより、高品位な画像を得るカメラ駆動装置を提供できる。

なお、第１から第３の実施形態は、カメラ部１００を備えたカメラ駆動装置１６５およびカメラユニット１７０を説明したが、本発明の実施形態は、カメラ部１００以外の発光デバイスや受光デバイスを搭載し、３軸方向に自在に駆動し得る駆動装置にも適用し得る。例えば、カメラ部１００に換えて、レーザ素子や光検出素子を可動ユニット１８０に搭載し、３軸方向に自在に駆動し得る駆動装置を実現してもよい。なお、設計仕様等により、駆動系の構成は適宜変更をなし得る。例えば、ローリング方向への回転が不要であれば、ローリング駆動部は設けなくてもよいし、チルティング方向２１への回転が不要であれば、チルティング駆動部は設けなくてもよい。

また、第１から第３の実施形態では、吸着用磁石として、パンニング、チルティングおよびローリング駆動磁石を用い、磁性体として、パンニング、チルティングおよびローリング磁気ヨークを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、カメラ駆動装置１６５は、吸着用磁石および磁性体として、これらの駆動磁石や磁気ヨークと別の磁石および磁性体を備えていてもよい。

本願に開示されたカメラ駆動装置１６５は、パンニング方向、チルティング方向、ローリング方向および光軸方向に駆動可能な構造を備えている。これらの構成は、ウエアラブルカメラ等、画像の振れ補正が必要な種々の撮像装置に好適に用いることができる。また高速パンニング、チルティングおよびローリング動作を必要とする被写体の高速追従カメラや監視カメラ、車載カメラなどに適している。さらに超広角撮影ができるビデオカメラ等に適している。

１０ 光軸
１１ チルティング方向回転軸
１２ パンニング方向回転軸
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
４０、４１、４２、４３ 巻回中心軸
５５ 支持ボール
５６ 支持ボールホルダー
７０ 球心
８０ｐ、８０ｒ、８０ｔ 角速度信号
８２ｐ、８２ｒ、８２ｔ 角速度信号
８３ｐ、８３ｒ、８３ｔ 角速度信号
８４ｐ、８４ｒ、８４ｔ 目標回転角度信号
８５ｐ、８５ｒ、８５ｔ 目標角度信号
８６ｐ、８６ｒ、８６ｔ 回転角度信号
８７ｐ、８７ｒ、８７ｔ 回転角度信号
８８ｐ、８８ｒ、８８ｔ 回転角度信号
９１ｐ、９１ｒ、９１ｔ アナログ回路
９２ｐ、９２ｒ、９２ｔ 増幅回路
９３ｐ、９３ｒ、９３ｔ 変換器
９４ 演算処理部
９５ｐ、９５ｒ、９５ｔ 変換器
９６ｐ、９６ｒ、９６ｔ 駆動回路
９７ｐ、９７ｒ、９７ｔ アナログ回路
９８ｐ、９８ｒ、９８ｔ 増幅回路
９９ 撮像素子駆動部
１００ カメラ部
１０１ レンズ部
１０２ 下部可動部
１０２Ｂ 平面部
１０２Ｈ 開口部
１０２Ｐ 接触ポイント
１０２Ｒ 凸状部分球面
１０２Ｓ 切り欠き部
１０５ レンズ
１０６ レンズホルダー
１０７ カメラ鏡筒
１０８ 撮像素子
１１０ 配線
１１６ 撮像素子ホルダー
１１６Ａ 平面部
１１７、１１８ 撮像素子駆動コイル
１１９ 第３の磁気センサー
１２０ 第１の固定ホルダ
１２０Ａ 傾斜面
１２１ 磁性部材
１２２ 支持球体
１２３ 撮像素子回転駆動コイル
１３０ 第２の固定ホルダ
１５０ カメラカバー
１６０ 可動ユニット
１６５ カメラ駆動装置
１７０ カメラユニット
１８０ 可動ユニット
２００ ベース
２００Ａ 凹状円錐面
２００Ａ 凹状球面
２００Ｂ 接触面
２００Ｃ 接触面
２００Ｆ 円柱凹部
２００Ｈ、２００Ｐ、２００Ｔ 開口部
２０１ 脱落防止部材
２０１Ａ 脱落防止用規制面
２０３ パンニング磁気ヨーク
２０４ チルティング磁気ヨーク
３００ 固定ユニット
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
４０１Ａ 内側曲面
４０２ チルティング駆動磁石
４０６ 傾斜検出用磁石
５０１ 第１の磁気センサー
５０１ 第２の磁気センサー
５０２ 回路基板
６００ 圧縮バネ
７００ 第２の磁気センサー
８００ 制御部
９００、９０１、９０２ 角速度センサー
１０００ 画像処理部

Claims (41)

1. 撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、
   少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、
   少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
   前記可動ユニットに対して前記撮像素子を前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向とへ移動させる撮像素子駆動部と、
   前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、
   前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と、
   前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記撮像素子の移動量を検出する第３の検出器と
   を備えた、カメラ駆動装置。
2. 撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、
   少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記カメラ部を内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、
   少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回転する固定ユニットと、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
   前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
   前記可動ユニットに対して前記撮像素子を、前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向とへ移動させ、かつ前記ローリング方向へ回転させる撮像素子駆動部と、
   前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、
   前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出器と、
   前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記撮像素子の移動量を検出する第３の検出器と
   を備えた、カメラ駆動装置。
3. 前記固定ユニットは、前記凹部内に位置する少なくとも３つの第２の凸状部分球面を有し、前記第２の凸状部分球面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが点接触している、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
4. 前記固定ユニットは、前記凹部の内側面を構成する凹状円錐面を有し、前記凹状円錐面と前記可動ユニットの第１の凸状部分球面とが線接触している、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
5. 前記固定ユニットに設けられ、前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記可動ユニットの移動を制限する規制面を有する脱落防止部材をさらに備え、
   前記規制面は、前記第１の凸状部分球面の球心と一致した中心を有する凹状部分球面を有する、請求項１から４のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
6. 前記パンニング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された一対のパンニング駆動磁石と、前記一対のパンニング駆動磁石に対向するよう前記固定ユニットに配置された一対のパンニング磁気ヨークと、前記一対のパンニング磁気ヨークに巻回された一対のパンニング駆動コイルとを含み、
   前記チルティング駆動部は、前記可動ユニットにおいて、前記光軸に対して対称に配置された一対のチルティング駆動磁石と、前記一対のチルティング駆動磁石に対向するように前記固定ユニットに配置された一対のチルティング磁気ヨークと、前記一対のチルティング磁気ヨークに巻回された一対のチルティング駆動コイルとを含み、
   前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のパンニング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線上に設けられ、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動コイルは、前記第１の凸状部分球面の球心を通る他の直線上に設けられ、前記可動ユニットの光軸方向における中心の位置は、前記第１の凸状部分球面の球心の位置とほぼ一致している、請求項１から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
7. 前記ローリング駆動部は、前記一対の前記パンニング磁気ヨークおよび前記一対のチルティング磁気ヨークにそれぞれ巻回された４つのローリング駆動コイルを含み、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石をローリング駆動磁石として用いる、請求項６に記載のカメラ駆動装置。
8. 前記少なくとも１つの磁性体は、前記一対のパンニング磁気ヨークおよび前記一対のチルティング磁気ヨークである、請求項６に記載のカメラ駆動装置。
9. 前記少なくとも１つの吸着用磁石は、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石である、請求項６に記載のカメラ駆動装置。
10. 前記一対のパンニング駆動コイルおよび前記一対のチルティング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれの駆動コイルを通る直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ａをなしており、前記一対のパンニング駆動磁石および前記一対のチルティング駆動磁石は、前記一対のパンニング駆動コイルおよび前記一対のチルティング駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに傾斜して配置されている、請求項６または７に記載のカメラ駆動装置。
11. 前記一対のローリング駆動コイルのそれぞれの巻回中心軸と垂直であり、前記第１の凸状部分球面の球心を通る直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心およびそれぞれのローリング駆動コイルの中心を通る水平面に対して、４５度以下の傾斜角度Ｂをなしており、前記ローリング駆動部は、一対のローリング駆動磁石を含み、前記一対のローリング駆動磁石は、前記ローリング駆動コイルに対向するよう前記可動ユニットに傾斜して配置されている、請求項６に記載のカメラ駆動装置。
12. 前記傾斜角度Ａは２０度である、請求項１０に記載のカメラ駆動装置。
13. 前記傾斜角度Ｂは２０度である、請求項１１に記載のカメラ駆動装置。
14. 前記第２の凸状部分球面の各々の球心と前記第１の凸状部分球面の球心とを結ぶ直線は、前記光軸に垂直であり且つ前記第１の凸状部分球面の球心を通る水平面に対して、４５度の傾斜角度Ｃをなしている、請求項３に記載のカメラ駆動装置。
15. 前記一対のパンニング駆動磁石、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のローリング駆動磁石は、前記可動ユニットの内側に位置しており、前記第１の凸状部分球面において露出していない、請求項７に記載のカメラ駆動装置。
16. 前記一対のパンニング駆動コイル、前記一対のチルティング駆動コイルおよび前記ローリング駆動コイルは、前記固定ユニットの内側に設けられ、前記凹部内において露出していない、請求項７に記載のカメラ駆動装置。
17. 前記可動ユニットは、樹脂材料によって構成されている、請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
18. 前記可動ユニットは、前記一対のパンニング駆動磁石、前記一対のチルティング駆動磁石および前記一対のローリング駆動磁石とともに一体成型されている、請求項１５に記載のカメラ駆動装置。
19. 前記固定ユニットは、樹脂材料によって構成されている、請求項１６に記載のカメラ駆動装置。
20. 前記固定ユニットは、前記一対のパンニング駆動コイル、前記一対のチルティング駆動コイル、前記ローリング駆動コイル、前記一対のパンニング磁気ヨーク、前記一対のチルティング磁気ヨークおよび一対のローリング磁気ヨークとともに一体成型されている、請求項１９に記載のカメラ駆動装置。
21. 前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
22. 前記第１の磁気センサーおよび前記傾斜検出用磁石は、前記光軸上に位置している、請求項２１に記載のカメラ駆動装置。
23. 前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された光センサーと、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面の一部に設けられた光検出パターンとを含み、
    前記光センサーは、前記光検出パターンの傾斜による前記光センサーに入射する光の変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
24. 前記撮像素子駆動部は、
    前記撮像素子を搭載する撮像素子ホルダー部と、
    前記撮像素子ホルダー部を、前記光軸に垂直な平面において前記可動ユニットに対して移動可能に支持する支持手段と、
    前記光軸に平行な巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された撮像素子駆動コイルと、
    前記撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された撮像素子駆動磁石と
    を含む、請求項１および請求項３から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
25. 前記撮像素子駆動部は、
    前記撮像素子を搭載する撮像素子ホルダー部と、
    前記撮像素子ホルダー部を、前記光軸に垂直な平面において前記可動ユニットに対して移動可能に支持する支持手段と、
    前記光軸に平行な巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された第１の撮像素子駆動コイルと、
    前記第１の撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された第１の撮像素子駆動磁石と、
    前記光軸に対して傾斜した巻回中心軸を有し、前記撮像素子ホルダー部に固定された第２の撮像素子駆動コイルと、
    前記第２の撮像素子駆動コイルに対向するように前記可動ユニットに固定された第２の撮像素子駆動磁石と
    を含む、請求項２から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
26. 前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出し、
    前記撮像素子駆動磁石は、前記傾斜検出用磁石である、請求項２４に記載のカメラ駆動装置。
27. 前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出し、
    前記第１の撮像素子駆動磁石は、前記傾斜検出用磁石である、請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
28. 前記第２の撮像素子駆動磁石は、前記パンニング方向への前記可動ユニットの駆動に用いられるパンニング駆動磁石または前記チルティング方向への前記可動ユニットの駆動に用いられるチルティング駆動磁石である、請求項２５に記載のカメラ駆動装置。
29. 前記支持手段は、
    前記撮像素子ホルダー部に設けられた、前記光軸に垂直な平面を有する第１の平面部と、
    前記可動ユニットに設けられた、前記光軸に垂直な平面を有する第２の平面部と、
    前記第１の平面部と前記第２の平面部とに狭持された少なくとも３個の支持球体と
    を含む、請求項２４または２５に記載のカメラ駆動装置。
30. 前記撮像素子ホルダー部は磁性体を含み、前記磁性体および前記撮像素子駆動磁石間の磁気吸引力により前記支持球体を狭持する、請求項２９に記載のカメラ駆動装置。
31. 前記撮像素子ホルダー部は磁性体を含み、前記磁性体および前記第１の撮像素子駆動磁石間の磁気吸引力により前記支持球体を狭持する、請求項２９に記載のカメラ駆動装置。
32. 前記可動ユニットの重心は前記第１の凸状部分球面の球心と一致している、請求項１から５のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
33. 前記カメラ部に接続され、フレキシブルケーブルによって構成された配線をさらに備え、
    前記配線は、前記光軸に対して線対称に配置されており、前記光軸に垂直な平面において、前記一対のチルティング駆動磁石を結ぶ線または前記一対のパンニング駆動磁石を結ぶ線に対して４５度をなす方向において、前記可動ユニットに固定されている、請求項６に記載のカメラ駆動装置。
34. 前記第２の検出器は、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、前記可動ユニットの前記ローリング方向の回転角度を算出する、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
35. 前記回転検出用磁石は前記パンニング方向への前記可動ユニットの駆動に用いられるパンニング駆動磁石または前記チルティング方向への前記可動ユニットの駆動に用いられるチルティング駆動磁石である、請求項３４に記載のカメラ駆動装置。
36. 前記撮像素子駆動部は、前記撮像素子を搭載する撮像素子ホルダー部を含み、
    前記第３の検出器は、前記撮像素子ホルダー部に固定された第３の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた移動検出用磁石とを含み、
    前記第３の磁気センサーは、前記撮像素子ホルダー部の移動による磁力変化を検出し、前記撮像素子駆動部の前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向との移動量を算出する、請求項１または２に記載のカメラ駆動装置。
37. 前記第１の検出器は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、前記可動ユニットに設けられた傾斜検出用磁石とを含み、
    前記第１の磁気センサーは、前記傾斜検出用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニング方向および前記チルティング方向の２次元の傾斜角度を算出し、
    前記移動検出用磁石は、前記傾斜検出用磁石である、請求項３６に記載のカメラ駆動装置。
38. 前記脱落防止部材の前記規制面と前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面との間に空隙が設けられており、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面が前記固定ユニットの前記凹部から離間しても、前記磁気吸引力によって、点または線接触の状態に戻るように前記空隙は決定されている、請求項５に記載のカメラ駆動装置。
39. 請求項１から３８のいずれかに規定されるカメラ駆動装置と、
    前記固定ユニットの直交する３軸周りの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーと、
    前記角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角度信号を生成する演算処理部と、
    前記目標回転角度信号に基づき、前記第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。
40. 前記カメラ部の前記光軸を中心に４５°回転させた請求項１から３８のいずれかに規定されるカメラ駆動装置と、
    前記固定ユニットの直交する３軸周りの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーと、
    前記角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角度信号を生成する演算処理部と、
    前記目標回転角度信号に基づき、前記第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。
41. 光軸を有し、光を受光または発光する光デバイスと、
    少なくとも１つの吸着用磁石を有し、前記光デバイスを内蔵する可動ユニットであって、第１の凸状部分球面を外形に有する可動ユニットと、
    少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの少なくとも一部が遊嵌する凹部を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石の前記少なくとも１つの磁性体に対する磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記第１の凸状部分球面と前記凹部とが点または線接触し、前記可動ユニットが前記第１の凸状部分球面の球心を中心として自在に回動する固定ユニットと、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスをパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスを前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
    前記固定ユニットに対して前記光デバイスを、前記光軸を中心とするローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
    前記可動ユニットに対して前記光デバイスを前記パンニング方向の回転軸であるパンニング回転軸の方向と前記チルティング方向の回転軸であるチルティング回転軸の方向とへ移動させる光デバイス駆動部と、
    前記固定ユニットに対する前記光デバイスの前記パンニング方向および前記チルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出器と、
    前記ローリング方向に回転する前記光デバイスの回転角度を検出する第２の検出器と、
    前記パンニング回転軸の方向と前記チルティング回転軸の方向とに移動する前記光デバイスの移動量を検出する第３の検出器と
    を備えた、光デバイス駆動装置。

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