JP6872191B2 - Camera drive unit - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ鏡筒および撮像素子を含むカメラ部を、ヨーイング方向およびピッチング方向に駆動し、かつカメラ部の光回動軸を中心にローリング方向に駆動させるカメラ駆動ユニットの構造に関する。 The present invention relates to the structure of a camera drive unit that drives a camera unit including a lens barrel and an image pickup element in a yawing direction and a pitching direction, and drives the camera unit in a rolling direction about an optical rotation axis of the camera unit.
近年市販される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、もしくは、カメラ全体を傾斜させてカメラの光軸そのものを傾斜させるものがある。 Many of the digital cameras on the market in recent years are provided with a camera shake correction device that corrects image shake of a captured image due to camera shake. In this image stabilization device, a lens, a lens barrel, an image pickup element, or the like may be tilted with respect to the optical axis of the camera, or the entire camera may be tilted to tilt the optical axis of the camera itself.
たとえば、特許文献1は、カメラ全体を互いに直交する2軸で支持し、カメラを2次元に傾斜させる駆動手段を有する。また特許文献2は、カメラ全体を互いに直交する2軸で支持し、各軸に駆動手段を設けて、レンズ鏡筒を光軸に対して2次元に傾斜させる構造を有する。また特許文献3は、ピボット支持構造によりカメラ全体を2次元に傾斜させるとともにカメラの光軸に対して回転させる。 For example, Patent Document 1 has a driving means for supporting the entire camera on two axes orthogonal to each other and tilting the camera in two dimensions. Further, Patent Document 2 has a structure in which the entire camera is supported by two axes orthogonal to each other, drive means is provided on each axis, and the lens barrel is tilted two-dimensionally with respect to the optical axis. Further, in Patent Document 3, the entire camera is tilted two-dimensionally by the pivot support structure and rotated with respect to the optical axis of the camera.
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、かつ、10Hz程度までの周波数帯域で手振れ補正制御を行う必要がある。このように、撮影者が静止した状態で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、周波数も比較的低い。従って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補正装置は、レンズ、レンズ鏡筒、撮像素子等の、カメラの光軸に対する傾斜角度や、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。 Generally, the camera shake angle that occurs when a person shoots at rest is about ± 0.3 degrees, and it is necessary to perform camera shake correction control in a frequency band up to about 10 Hz. As described above, when the photographer takes a picture with the camera in a stationary state, the camera shake angle is relatively small and the frequency is also relatively low. Therefore, the conventional correction device that corrects the image shake of the captured image due to the camera shake at rest is two-dimensional with the tilt angle of the lens, lens barrel, image pickup element, etc. with respect to the optical axis of the camera and the plane orthogonal to the optical axis. Despite the small amount of movement that is linearly moved to the lens, good camera shake correction was achieved.
近年、カメラの利用シーンは拡大的に広がりを見せ、人がカメラを持って撮影する以外に、自転車、自動車、各種の探査車両、またはドローンのような無人飛体物体にカメラを装着して撮影を行う、従来にない特殊な撮影条件が求められている。このような特殊な撮影を行う場合、上述の従来のカメラでは、画像振れの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や高い周波数帯域で制御を行うことが要求される。このため、カメラ駆動ユニットにおいても、カメラ部を支持する支持系やカメラ部を駆動する駆動系の構造にさらなる技術的な課題が生じる可能性がある。 In recent years, the usage scenes of cameras have expanded and expanded, and in addition to shooting with a camera, a camera is attached to an unmanned flying object such as a bicycle, a car, various exploration vehicles, or a drone. There is a demand for special shooting conditions that have never been seen before. When performing such special shooting, the above-mentioned conventional camera may not sufficiently correct the image shake, and the camera unit is controlled with a larger degree of freedom or controlled in a high frequency band. Is required. Therefore, even in the camera drive unit, there is a possibility that further technical problems may occur in the structure of the support system that supports the camera unit and the drive system that drives the camera unit.
本発明は、従来のデジタルカメラよりも大きな量の画像振れを補正することが可能なカメラ駆動ユニット、たとえば、ヨーイング方向およびピッチング方向に±20度以上の振れ角度を補正させ、さらにカメラをローリング方向に振れ補正できるカメラ駆動ユニットを実現することを目的とする。 The present invention corrects a camera drive unit capable of correcting a larger amount of image shake than a conventional digital camera, for example, a shake angle of ± 20 degrees or more in the yawing direction and the pitching direction, and further corrects the camera in the rolling direction. The purpose is to realize a camera drive unit that can correct the shake.
上記課題を解決するため、本発明の第1の実施形態のカメラ駆動ユニットは、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し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、カメラ部を保持するベースを有する第1の可動部と、光軸と一致する第1の回動軸を中心に第1の可動部を回転可能に軸支する第2の可動部と、第1の回動軸上の基準点を通り、かつ第1の回動軸に対して直交する第2の回動軸を中心に第2の可動部を回転可能に軸支する第3の可動部と、基準点を通り、かつ第1の回動軸と第2の回動軸と直交する第3の回動軸を中心に第3の可動部を回転可能に軸支する固定部と、第1の可動部、第2の可動部および第3の可動部の回転角度を検出する検出器と、第1の可動部を第2の可動部に対して第1の回動軸を中心に回転させる第1の駆動手段と、第2の可動部を第3の可動部に対して第2の回動軸を中心に回転させる第2の駆動手段と、第3の可動部を固定部に対して第3の回動軸を中心に回転させる第3の駆動手段と、を備え、第1の駆動手段、第2の駆動手段および第3の駆動手段は、第1の回動軸の方向から投影して、第2の回動軸および第3の回動軸に対して基準点を中心に45度傾斜し、かつ第2の回動軸および第3の回動軸と干渉しない4つの投影領域にそれぞれ配置される。 In order to solve the above problems, the camera drive unit of the first embodiment of the present invention includes an image pickup element having an image pickup surface, a lens having an optical axis and forming a subject image on the image pickup surface, and a lens barrel holding the lens. A camera unit including a camera unit, a first movable unit having a base for holding the camera unit, and a second movable unit that rotatably supports the first movable unit around a first rotation axis that coincides with an optical axis. The movable portion and the second movable portion are rotatably supported around the second rotation axis that passes through the reference point on the first rotation axis and is orthogonal to the first rotation axis. The third movable part is rotatably supported around the third movable part and the third rotation axis that passes through the reference point and is orthogonal to the first rotation axis and the second rotation axis. A fixed portion, a detector that detects the rotation angles of the first movable portion, the second movable portion, and the third movable portion, and the first rotation of the first movable portion with respect to the second movable portion. A first driving means for rotating a shaft, a second driving means for rotating a second movable portion with respect to a third movable portion about a second rotating shaft, and a third movable portion. A third driving means for rotating the fixed portion about a third rotating shaft, and the first driving means, the second driving means, and the third driving means are the first times. Projected from the direction of the drive axis, tilted 45 degrees around the reference point with respect to the second and third rotation axes, and with the second rotation axis and the third rotation axis. It is arranged in each of the four non-interfering projection areas.
ある好ましい第1の実施形態において、第1の駆動手段は、第2の可動部の投影領域に設けられた複数の第1のマグネットと、第1のマグネットとの間に第1の磁気ギャップを形成しつつ、第2の可動部の第1のマグネットに対向する位置に設けられた第1の磁気ヨークと、第1の磁気ギャップに遊挿されつつ、第1の可動部の投影領域に設けられた第1の駆動コイルと、を備え、通電される第1の駆動コイル、第1のマグネットおよび第1の磁気ヨークの間に発生する第1の電磁力の相互作用により、第1の可動部を第1の回動軸を中心に第2の可動部に対して回転させる。 In one preferred first embodiment, the first driving means creates a first magnetic gap between the plurality of first magnets provided in the projected region of the second movable portion and the first magnet. While forming, the first magnetic yoke provided at a position facing the first magnet of the second movable portion and the first magnetic yoke provided in the projected region of the first movable portion while being loosely inserted into the first magnetic gap. First movable by the interaction of a first electromagnetic force generated between the first drive coil, the first magnet, and the first magnetic yoke, which are provided with a first driven coil and are energized. The portion is rotated about the first rotation shaft with respect to the second movable portion.
ある好ましい第1の実施形態において、第2の駆動手段および第3の駆動手段は、第2の可動部の投影領域に設けられた複数の第2のマグネットと、第2のマグネットとの間に第2の磁気ギャップを形成しつつ、固定部の投影領域の第2のマグネットに対向する位置に設けられた第2の磁気ヨークと、第2の磁気ヨークに巻回された第2の駆動コイルと、を備え、通電される第2の駆動コイル、第2の磁気ヨークおよび第2のマグネットの間に発生する第2の電磁力の相互作用により、第3の可動部に対して第2の可動部を第2の回動軸を中心に回転させ、かつ固定部に対して第3の可動部を第3の回動軸を中心に回転させる。 In one preferred first embodiment, the second drive means and the third drive means are located between the plurality of second magnets provided in the projection area of the second movable portion and the second magnet. A second magnetic yoke provided at a position facing the second magnet in the projection region of the fixed portion while forming a second magnetic gap, and a second drive coil wound around the second magnetic yoke. And, by the interaction of the second electromagnetic force generated between the second drive coil, the second magnetic yoke and the second magnet that are energized, the second with respect to the third moving part. The movable portion is rotated about the second rotation shaft, and the third movable portion is rotated about the third rotation shaft with respect to the fixed portion.
ある好ましい第1の実施形態において、第2の電磁力は、第3の可動部に対して第2の可動部を第2の回動軸を中心に回転させる回転駆動力と固定部に対して第3の可動部を第3の回動軸を中心に回転させる回転駆動力との合成駆動力である。 In one preferred first embodiment, the second electromagnetic force is applied to a rotational driving force and a fixed portion that rotate the second movable portion around the second rotating shaft with respect to the third movable portion. It is a combined driving force with a rotational driving force that rotates the third movable portion around the third rotating shaft.
ある好ましい第1の実施形態において、第2の駆動手段および第3の駆動手段は、それぞれ基準点を介して対向する一対の第2のマグネット、一対の第2の磁気ヨーク、および一対の第2の駆動コイルを有し、さらに第2の駆動手段および第3の駆動手段は、基準点に対して互いに90度回転した位置に配置される。 In one preferred first embodiment, the second drive means and the third drive means are a pair of second magnets, a pair of second magnetic yokes, and a pair of second, respectively, facing each other via a reference point. The second drive means and the third drive means are arranged at positions rotated by 90 degrees with respect to the reference point.
ある好ましい第1の実施形態において、第2のマグネットは第1のマグネットである。 In one preferred first embodiment, the second magnet is the first magnet.
ある好ましい第1の実施形態において、第1のマグネットは、N極もしくはS極に着磁された一側面からの磁束で第1の磁気ヨークとの間に第1の磁気ギャップを形成し、かつS極もしくはN極に着磁された反対側面からの磁束で第2の磁気ヨークとの間に第2の磁気ギャップを形成する。 In one preferred first embodiment, the first magnet forms a first magnetic gap with the first magnetic yoke with magnetic flux from one side magnetized on the north or south pole, and A second magnetic gap is formed with the second magnetic yoke by the magnetic flux from the opposite side surface magnetized to the S pole or the N pole.
ある好ましい第1の実施形態において、第1の磁気ヨークと第2の磁気ヨークは、それぞれの側面が、基準点を中心とした凹状の部分曲面形状を有する。 In one preferred first embodiment, the first magnetic yoke and the second magnetic yoke each have a concave, partially curved shape centered on a reference point.
ある好ましい第1の実施形態において、第1の駆動コイルのコイル巻回中心線である第1のコイル巻回中心線は、光軸に垂直な直線であり、第1のコイル巻回中心線の中点と基準点を結ぶ直線は、光軸に垂直で基準点を通る平面に対して、45度以下の傾斜角度を有する。 In one preferred first embodiment, the first coil winding centerline, which is the coil winding centerline of the first drive coil, is a straight line perpendicular to the optical axis and is of the first coil winding centerline. The straight line connecting the midpoint and the reference point has an inclination angle of 45 degrees or less with respect to a plane perpendicular to the optical axis and passing through the reference point.
ある好ましい第1の実施形態において、第2の駆動コイルの第2のコイル巻回中心線は基準点を中心とする所定の半径を有する円弧である。 In one preferred first embodiment, the second coil winding centerline of the second drive coil is an arc having a predetermined radius about a reference point.
ある好ましい第1の実施形態において、第2の駆動コイルのコイル巻回中心線の中点と基準点を結ぶ直線は、光軸に垂直で基準点を通る平面に対して、45度以下の傾斜角度を有する。 In one preferred first embodiment, the straight line connecting the midpoint of the coil winding centerline of the second drive coil and the reference point is inclined by 45 degrees or less with respect to a plane perpendicular to the optical axis and passing through the reference point. Has an angle.
ある好ましい第1の実施形態において、検出器は、第2の可動部に設けられ、第1の可動部の第1の回動軸周りの回転角度を検出する第1の検出器と、第3の可動部に設けられ、第2の可動部の第2の回動軸周りの回転角度を検出する第2の検出器と、固定部に設けられ、第3の可動部の第3の回動軸周りの回転角度を検出する第3の検出器とからなる。 In one preferred first embodiment, the detectors are provided on a second movable portion, a first detector that detects a rotation angle of the first movable portion around a first rotation axis, and a third. A second detector provided on the movable portion of the second movable portion to detect the rotation angle around the second rotation axis of the second movable portion, and a third rotation of the third movable portion provided on the fixed portion. It comprises a third detector that detects the rotation angle around the axis.
ある好ましい第1の実施形態において、基準点は、第1の可動部の重心位置と一致し、かつ第2の可動部の重心位置と一致し、かつ第3の可動部の重心位置と一致する。 In one preferred first embodiment, the reference point coincides with the position of the center of gravity of the first movable portion, coincides with the position of the center of gravity of the second movable portion, and coincides with the position of the center of gravity of the third movable portion. ..
ある好ましい第1の実施形態において、さらに固定部に設けられ、それぞれが直交する第1の回動軸、第2の回動軸および第3の回動軸周りの角速度をそれぞれ検出する第1の角速度センサーと、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、目標回転角度信号に基づき、第1の駆動手段、第2の駆動手段および第3の駆動手段を駆動する信号を生成する駆動回路とを備える。 In a preferred first embodiment, a first aspect further provided in a fixed portion to detect angular velocities around a first, second, and third rotating shafts that are orthogonal to each other. The angular velocity sensor, the arithmetic processing unit that generates the target rotation angle signal based on the output from the angular velocity sensor, and the first driving means, the second driving means, and the third driving means are driven based on the target rotation angle signal. It is provided with a drive circuit that generates a signal to be generated.
上記課題を解決するため、本発明の第2の実施形態のカメラ駆動ユニットは、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し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、カメラ部を保持するベースを有する第1の可動部と、光軸と一致する第1の回動軸を中心に第1の可動部を回転可能に軸支する第2の可動部と、第1の回動軸上の基準点を通り、かつ第1の回動軸に対して直交する第2の回動軸を中心に第2の可動部を回転可能に軸支する第3の可動部と、基準点を通り、かつ第1の回動軸と第2の回動軸と直交する第3の回動軸を中心に第3の可動部を回転可能に軸支する固定部と、第1の可動部を第2の可動部に対して第1の回動軸を中心に回転させる第1の駆動手段と、第2の可動部を第3の可動部に対して第2の回動軸を中心に回転させる第2の駆動手段と、第3の可動部を固定部に対して第3の回動軸を中心に回転させる第3の駆動手段と、を備え、第1の可動部は、第1の回動軸、第2の回動軸および第3の回動軸周りの角速度を検出する第2の角速度センサーを備え、第1の駆動手段、第2の駆動手段および第3の駆動手段は、第1の回動軸の方向から投影して、第2の回動軸および第3の回動軸に対して基準点を中心に45度傾斜し、かつ第2の回動軸および第3の回動軸と干渉しない4つの投影領域にそれぞれ配置される。 In order to solve the above problems, the camera drive unit of the second embodiment of the present invention includes an image pickup element having an image pickup surface, a lens having an optical axis and forming a subject image on the image pickup surface, and a lens barrel holding the lens. A second movable portion that rotatably supports the first movable portion around a first rotating shaft that coincides with the optical axis, a first movable portion that has a base that holds the camera portion, and a camera unit that includes the camera unit. The second movable part is rotatably supported around the movable part and the second rotation axis that passes through the reference point on the first rotation axis and is orthogonal to the first rotation axis. The third movable part is rotatably supported around the third movable part and the third rotation axis that passes through the reference point and is orthogonal to the first rotation axis and the second rotation axis. The fixed portion, the first driving means for rotating the first movable portion with respect to the second movable portion about the first rotation axis, and the second movable portion with respect to the third movable portion. A second driving means for rotating the second rotating shaft around the center and a third driving means for rotating the third movable portion with respect to the fixed portion about the third rotating shaft are provided. The first movable portion includes a second angular velocity sensor that detects an angular velocity around a first rotating shaft, a second rotating shaft, and a third rotating shaft, and a first driving means, a second. The drive means and the third drive means are projected from the direction of the first rotation axis and tilted 45 degrees about the reference point with respect to the second rotation axis and the third rotation axis, and It is arranged in each of the four projection regions that do not interfere with the second rotation axis and the third rotation axis.
ある好ましい第2の実施形態において、さらに第2の角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角速度信号を生成する演算処理部と、目標回転角速度信号に基づき、第1の駆動手段、第2の駆動手段および第3の駆動手段を駆動する信号を生成する駆動回路と、を備える。 In a preferred second embodiment, an arithmetic processing unit that further generates a target rotation angular velocity signal based on the output from the second angular velocity sensor, and a first drive means, a second drive based on the target rotation angular velocity signal. It includes a means and a drive circuit that generates a signal for driving the third drive means.
本発明のカメラ駆動ユニットによれば、光軸を中心にローリング方向にローリング回転軸(第1の回動軸)に対して回転可能に軸支された第1の可動部であるローリング可動部にカメラ部を搭載し、かつローリング可動部を軸支する第2の可動部であるピッチング可動部を、光軸に直交するピッチング方向に回転可能なピッチング回転軸(第2の回動軸)と、光軸に直交するヨーイング方向に回転可能なヨーイング回転軸(第3の回動軸)とのジンバル2軸機構で固定部に対して支持する3軸支持機構を備える。さらに、ピッチング可動部を駆動するピッチング駆動部およびヨーイング駆動部を、ローリング回転軸の方向から見て、ピッチング回転軸およびヨーイング回転軸に対して約45度傾斜する投影領域に構成している。このため、ジンバル2軸機構と干渉しない空間にて、ローリング駆動部、ピッチング駆動部、およびヨーイング駆動部を省スペースにて構成でき、カメラ駆動ユニットの光軸方向の低背化により小型化を実現できる。 According to the camera drive unit of the present invention, the rolling movable portion, which is the first movable portion rotatably supported with respect to the rolling rotating shaft (first rotating shaft) in the rolling direction around the optical axis. The pitching movable part, which is the second movable part that mounts the camera part and supports the rolling movable part, is a pitching rotation axis (second rotation axis) that can rotate in the pitching direction orthogonal to the optical axis. It is provided with a 3-axis support mechanism that supports a fixed portion by a gimbal 2-axis mechanism with a yawing rotation axis (third rotation axis) that can rotate in the yawing direction orthogonal to the optical axis. Further, the pitching drive unit and the yawing drive unit that drive the pitching movable unit are configured in a projection region that is inclined by about 45 degrees with respect to the pitching rotation axis and the yawing rotation axis when viewed from the direction of the rolling rotation axis. Therefore, the rolling drive unit, pitching drive unit, and yawing drive unit can be configured in a space-saving manner in a space that does not interfere with the gimbal 2-axis mechanism, and the camera drive unit is reduced in height in the optical axis direction to achieve miniaturization. it can.
また、ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部を、ローリング回転軸の方向から見て、ピッチング回転軸およびヨーイング回転軸に対して約45度傾斜する円周上の4箇所の投影領域に配置された二対の駆動部として構成することで、固定部に対してピッチング可動部をピッチング方向とヨーイング方向の2方向へ直接的に駆動できるため、制御特性の安定化が可能となる。さらに、二対の駆動部から出力される駆動力をそれぞれ45度傾斜する方向に分配した成分ベクトル力が、ピッチング駆動力とヨーイング駆動力に相当するため、異方性のないジンバル2軸機構の安定駆動を実現できる。 Further, the pitching drive unit and the yawing drive unit are arranged in four projection regions on the circumference that are inclined by about 45 degrees with respect to the pitching rotation axis and the yawing rotation axis when viewed from the direction of the rolling rotation axis. Since the pitching movable portion can be directly driven in two directions, the pitching direction and the yawing direction, with respect to the fixed portion, the control characteristics can be stabilized. Further, since the component vector force in which the driving force output from the two pairs of driving units is distributed in the direction of tilting 45 degrees is equivalent to the pitching driving force and the yawing driving force, the gimbal biaxial mechanism having no anisotropy Stable drive can be realized.
また、ローリング駆動部を、ローリング可動部に固定されたローリング駆動コイルを可動するムービングコイル駆動方式(MC駆動)で構成し、ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部を、ピッチング可動部に固定された駆動マグネットを可動するムービングマグネット駆動方式(MM駆動)で構成することにより、駆動マグネットの磁極の表側面でヨーイング駆動とピッチング駆動を、裏側面でローリング駆動をさせることができる。つまり、駆動マグネットを、ピッチング駆動およびヨーイング駆動に加え、さらにローリング駆動にも併用させることが可能となり、3軸の駆動の効率化、ユニット全体の小型化、および部品点数削減を実現できる。 In addition, the rolling drive unit is configured by a moving coil drive system (MC drive) that moves the rolling drive coil fixed to the rolling movable unit, and the pitching drive unit and yawing drive unit are driven magnets fixed to the pitching movable unit. By configuring the moving magnet drive system (MM drive), yawing drive and pitching drive can be performed on the front side surface of the magnetic pole of the drive magnet, and rolling drive can be performed on the back side surface. That is, the drive magnet can be used in combination with the pitching drive and the yawing drive as well as the rolling drive, and it is possible to improve the efficiency of the three-axis drive, reduce the size of the entire unit, and reduce the number of parts.
また、磁気ヨークが、ピッチング可動部に固定される駆動マグネットの着磁方向にある2面に対してそれぞれ対向するように、かつ駆動マグネットを挟むように配置されるため、閉磁路を有する磁気回路を形成することが可能となり、駆動部からの磁気漏れによるカメラ部への影響を削減することできる。 Further, since the magnetic yoke is arranged so as to face each of the two surfaces in the magnetizing direction of the drive magnet fixed to the pitching movable portion and to sandwich the drive magnet, a magnetic circuit having a closed magnetic path. Can be formed, and the influence of magnetic leakage from the drive unit on the camera unit can be reduced.
また、ローリング方向、ピッチング方向、およびヨーイング方向の回転角度を検出する回転角度検出器をそれぞれ設け、3軸方向にそれぞれ独立した位置フィードバックを行うため、安定した姿勢制御を実現できる。 Further, since the rotation angle detectors for detecting the rotation angles in the rolling direction, the pitching direction, and the yawing direction are provided respectively and the position feedback is performed independently in the three axial directions, stable attitude control can be realized.
また、ローリング回転軸、ピッチング回転軸、およびヨーイング回転軸は、それぞれ基準中心点(後述する基準回転中心点)を通り、かつ互いに直交する。さらに、ローリング可動部、ピッチング可動部、および第3の可動部であるヨーイング可動部のそれぞれの重心位置を、ほぼ基準中心点に一致させる重心支持構成を備えることにより、カメラ駆動ユニットに加わる並進外乱力によってローリング可動部、ピッチング可動部、およびヨーイング可動部に回転偶力が発生することを抑制し、外乱衝撃等に強く安定した振れ補正を実現できる。 Further, the rolling rotation axis, the pitching rotation axis, and the yawing rotation axis each pass through a reference center point (reference rotation center point described later) and are orthogonal to each other. Further, by providing a center of gravity support configuration in which the positions of the centers of gravity of the rolling movable part, the pitching movable part, and the yawing movable part, which is the third movable part, are substantially aligned with the reference center point, the translational disturbance applied to the camera drive unit is provided. It is possible to suppress the generation of a rotational couple in the rolling movable part, the pitching movable part, and the yawing movable part due to the force, and to realize a stable runout correction that is strong against disturbance impacts and the like.
また、ローリング可動部およびピッチング可動部の重心位置をほぼ基準中心点(後述する基準回転中心点)に一致させる際、ローリング可動部に固定するローリング磁気ヨーク、ローリング駆動コイル、およびピッチング可動部に固定する駆動マグネットを、重心を調整する錘として代用させることにより、部品点数の削減と慣性モーメントの削減を実現できる。 Further, when the positions of the centers of gravity of the rolling movable part and the pitching movable part are substantially aligned with the reference center point (reference rotation center point described later), they are fixed to the rolling magnetic yoke, the rolling drive coil, and the pitching movable part to be fixed to the rolling movable part. By substituting the driving magnet for adjusting the center of gravity, it is possible to reduce the number of parts and the moment of inertia.
また、ローリング駆動、ピッチング駆動、およびヨーイング駆動の際には、各駆動部を重心駆動することにより、共振の発生を抑制し、高い周波数帯域においても安定した応答性能を実現できる。 Further, in the rolling drive, pitching drive, and yawing drive, by driving each drive unit at the center of gravity, the occurrence of resonance can be suppressed and stable response performance can be realized even in a high frequency band.
また、ローリング駆動部、ピッチング駆動部、およびヨーイング駆動部を、基準中心点(後述する基準回転中心点)を通り光軸に直交する平面に対して、45度以下の傾斜角度θdをなす位置にそれぞれ配置することにより、駆動マグネットと磁気ヨークとの間で発生する磁気吸引力を光軸方向へのスラスト力に変換し、3軸方向に軸支する軸受機構のガタつきを抑圧し安定した制御を実現できる。 Further, the rolling drive unit, the pitching drive unit, and the yawing drive unit are positioned so as to form an inclination angle θd of 45 degrees or less with respect to a plane passing through the reference center point (reference rotation center point described later) and orthogonal to the optical axis. By arranging each of them, the magnetic attraction force generated between the drive magnet and the magnetic yoke is converted into a thrust force in the optical axis direction, and rattling of the bearing mechanism axially supported in the three axial directions is suppressed for stable control. Can be realized.
上述の構成により、ピッチング方向とヨーイング方向に±20度以上、ローリング方向に±10度以上の振れ補正をさせることが可能な3軸のカメラ駆動ユニットを実現できる。したがって、本発明によれば、従来の2軸ジンバル機構で構成されているような、駆動軸ごとにピッチング駆動部とヨーイング駆動部をそれぞれ設けていた構成とは異なり、固定部より直接的にピッチング方向とヨーイング方向に駆動することで制御安定性を向上できる。また、カメラ部を従来よりも大きな角度でピッチング方向およびヨーイング方向に傾斜させることができ、さらに、ローリング方向にもカメラ部を回転させることができる。また、重心支持・重心駆動することにより広帯域の周波数領域で応答が可能であり、自転車、自動車、各種の探査車両、またはドローンのような無人飛体物体にカメラを装着して撮影を行う、従来にない特殊な撮影条件においても、3軸の安定した振れ補正制御が可能な、小型で堅牢なカメラ駆動ユニットを実現できる。 With the above configuration, it is possible to realize a three-axis camera drive unit capable of performing runout correction of ± 20 degrees or more in the pitching direction and the yawing direction and ± 10 degrees or more in the rolling direction. Therefore, according to the present invention, unlike the configuration in which the pitching drive unit and the yawing drive unit are provided for each drive shaft, which is configured by the conventional two-axis gimbal mechanism, pitching is performed directly from the fixed portion. Control stability can be improved by driving in the direction and yawing direction. In addition, the camera unit can be tilted in the pitching direction and the yawing direction at a larger angle than before, and the camera unit can be rotated in the rolling direction as well. In addition, by supporting the center of gravity and driving the center of gravity, it is possible to respond in a wide frequency range, and a camera is attached to an unmanned aerial vehicle such as a bicycle, automobile, various exploration vehicles, or a drone to take pictures. It is possible to realize a compact and robust camera drive unit capable of stable shake correction control of three axes even under special shooting conditions that are not available.
なお、従来のヨーイング、ピッチング、およびローリングの3軸駆動を実現するシンプルな支持構成として、1点支持からなるピボット支持構成がある。しかし、ピボット支持構成において、例えば可動部に搭載した駆動マグネットと駆動マグネットに対向するように固定部に搭載した磁気ヨークからなる磁気回路を構成した場合、駆動マグネットがヨーイング、ピッチング、およびローリング方向の3方向に移動し、磁気移動が3重に蓄積されると、磁気ヨークの投影領域から駆動マグネットが逸脱し、駆動マグネットを磁気ヨークの中心部に引き戻そうとするいわゆるバネ効果のような磁気抵抗力が発生する。その結果、ローリング方向の駆動角度が著しく減少するという課題がある。本発明の場合には、駆動マグネットのヨーイング方向とピッチング方向のみの移動による、磁気移動の2重の蓄積となるため、磁気ヨークの投影領域から駆動マグネットが逸脱せず、かつローリング方向の10度以上の駆動角度を維持できる。 As a simple support configuration that realizes the conventional three-axis drive of yawing, pitching, and rolling, there is a pivot support configuration consisting of one-point support. However, in the pivot support configuration, for example, when a magnetic circuit including a drive magnet mounted on the movable part and a magnetic yoke mounted on the fixed portion so as to face the drive magnet is configured, the drive magnet is in the yawing, pitching, and rolling directions. When it moves in three directions and the magnetic movement is accumulated three times, the drive magnet deviates from the projection area of the magnetic yoke, and the magnetic resistance force such as the so-called spring effect that tries to pull the drive magnet back to the center of the magnetic yoke. Occurs. As a result, there is a problem that the driving angle in the rolling direction is remarkably reduced. In the case of the present invention, the drive magnet does not deviate from the projection region of the magnetic yoke and is 10 degrees in the rolling direction because the magnetic movement is double-accumulated due to the movement of the drive magnet only in the yawing direction and the pitching direction. The above drive angle can be maintained.
<1.第1の実施形態>
以下、本発明によるカメラ駆動ユニットの第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ユニット197の、ローリング可動部185を示す分解斜視図であり、図2Aは、ローリング可動部185をレンズの配置位置側から見た平面図であり、図2Bは、ローリング可動部185における光軸10と直線14を含む平面での縦断面図である。また図3はローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195の分解斜視図である。図4Aはローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195を、ピッチング回転軸11が左右の真ん中に来る位置から見た斜視図であり、図4Bはローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195を、直線14が左右の真ん中に来る位置から見た斜視図である。また図5Aは、ローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195をレンズの配置位置側から見た平面図であり、図5Bはローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195の、光軸10と直線14を含む縦断面図であり、図5Cは、ローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195の、光軸10とピッチング回転軸11を含む縦断面図である。また、図6Aは、ローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195の斜視図であり、図6Bは、図6Aのローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195のうち、ローリング可動部185をピッチング可動部195に対してローリング方向60に回転した状態の斜視図であり、図6Cは、図6Aのローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195のうち、ローリング可動部185をピッチング可動部195に対してローリング方向61に回転した状態の斜視図である。また、図7Aは、カメラ部100を除いたローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195をカメラ部100が配置される側から見た平面図であり、図7Bは、図7Aのカメラ部100を除いたローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195のうち、ローリング可動部185をピッチング可動部195に対してローリング方向60に回転した状態の平面図であり、図7Cは、図7Aのカメラ部100を除いたローリング可動部185、およびローリング可動部185を軸支するピッチング可動部195のうち、ローリング可動部185をピッチング可動部195に対してローリング方向61に回転した状態の平面図である。
<1. First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment of the camera drive unit according to the present invention will be described. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a rolling
<1−1.ローリング駆動部の構造>
まず、これらの図を参照してカメラ駆動ユニット197のローリング可動部185をローリング方向22に駆動するローリング駆動部の構造について説明する。ローリング可動部185は、光軸10を有するカメラ部100と、カメラ部100を、カメラホルダー110を介して支持するローリングベース101と、光軸10を中心にローリング方向22に駆動する4つのローリング駆動コイル303とを備える。図1〜図2Bに示すように、カメラ部100は、撮像面を有する撮像素子(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。光軸10と一致するローリング回転軸(第1の回動軸)の軸上にある基準回転中心点30を通り光軸10に直交する平面に、互いに直交するピッチング回転軸11(第2の回動軸)とヨーイング回転軸12(第3の回動軸)が配置されている。なお、詳細は後述するが、カメラ駆動ユニット197において、ピッチング回転軸11を中心に回転する方向がピッチング方向21であり、ヨーイング回転軸12を中心に回転する方向がヨーイング方向20である。
<1-1. Rolling drive structure>
First, the structure of the rolling drive unit that drives the rolling
直線13と直線14は、光軸10に直交する平面において基準回転中心点30を通り、ピッチング回転軸11とヨーイング回転軸12に対してそれぞれ45度傾斜している。4つのローリング駆動コイル303、後述する4つのローリング磁気ヨーク205、および後述する4つのマグネット、すなわち後述する一対の駆動マグネット401と後述する一対の駆動マグネット402は、ローリング回転軸を中心にレンズの配置位置側から投影して、ピッチング回転軸11およびヨーイング回転軸12と干渉しない領域である4つの投影領域に、それぞれ1つずつ設けられている。また、4つのローリング駆動コイル303のうち、2つは光軸10と直線13を含む平面に対して、残りの2つは光軸10と直線14を含む平面に対して、それぞれ直交する方向にコイル巻回中心軸を有し、かつコイル巻回中心軸は、ピッチング回転軸11とヨーイング回転軸12を含む平面に対してカメラ部100の反対側に傾斜角度θdに傾斜した平面上に位置するように配設され、ローリングベース101の平面101Bにそれぞれ固定される。なお、ローリング駆動コイル303のコイル巻回中心線の中点と基準回転中心点30とを結ぶ直線は、光軸10と垂直でかつ基準回転中心点30を通る平面に対して、45度以下の傾斜角度を有する。また、図2Bに示すように、ローリングベース101には、光軸10の軸上のカメラ部100と反対側に、ローリングシャフト101Aが設けられている。
The
次に、ローリング可動部185を搭載しつつ回転可能に軸支し、かつローリング可動部185を光軸10と一致するローリング回転軸を中心にローリング方向22に回転駆動するピッチング可動部195について説明する。図3および図5Bに示すように、4つのローリング駆動コイル303のコイル巻回中心軸に沿った空芯部分にそれぞれ遊挿されるように、ピッチング可動部195に4つのローリング磁気ヨーク205が傾斜角度θdに傾斜した直線と平行にピッチングベース102に固定されている。4つのローリング磁気ヨーク205は、それぞれの側面が基準回転中心点30を中心とした凹状の部分曲面形状を有している。また、ピッチング可動部195の投影領域において、ローリング磁気ヨーク205とそれぞれ対向しつつ、ローリング磁気ヨーク205との間に磁気ギャップを形成する、一対の駆動マグネット401と一対の駆動マグネット402とが設けられている。互いに対向する一対の駆動マグネット401は、磁性体からなる互いに対向する一対のマグネットホルダー411を磁気吸着する。また、一対のマグネットホルダー411は、互いに対向する一対のローリング駆動コイル303の外側面と空隙を介してそれぞれ対向し、上述した傾斜角度θdに傾斜した直線と平行にピッチングベース102の当接面102Aに固定される。さらに、一対の駆動マグネット402は、磁性体からなる互いに対向する一対のマグネットホルダー412を磁気吸着する。また、一対のマグネットホルダー412は、互いに対向する一対のローリング駆動コイル303の外側面と空隙を介してそれぞれ対向し、上述した傾斜角度θdに傾斜した直線と平行にピッチングベース102の当接面102Aに固定される。なお、マグネット、ローリング駆動コイル303、およびローリング磁気ヨーク205の数は、これに限定されない。
Next, a pitching
この構成により、一対の駆動マグネット401と駆動マグネット401を磁気吸着する一対のマグネットホルダー411、一対の駆動マグネット402と駆動マグネット402を磁気吸着するマグネットホルダー412、および4つのローリング磁気ヨーク205との間にローリング駆動用の磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップにローリングベース101に固定された4つのローリング駆動コイル303が遊挿される。また、ローリング磁気ヨーク205のローリング方向22の円周長さ寸法は、ローリング駆動コイル303の巻回中心軸方向の長さ寸法より大きく、所定のローリング方向22の駆動回転角度分の磁気ギャップを形成する。また、マグネットホルダー411、412の中心部分に貫通穴部(図示せず)を設けることにより、駆動マグネット401、402の磁束を増加させ、上述の磁気ギャップ内の磁束密度を高め、ローリング駆動効率をより高めることも可能である。
With this configuration, between the pair of
ピッチングベース102には、光軸10と一致した中心軸を有する円筒状のローリング軸受部材106Aを搭載するローリング軸受フランジ106が、ピッチングベース102を上下方向に貫通した状態で固定されている。このローリング軸受部材106Aの上面には、上面から下方へ凹む挿入孔を有する。当該挿入孔には、ローリングシャフト101Aが挿入される。また、ローリング軸受部材106Aの上面が、ローリングベース101の下面である当接面に当接されるまで挿入され、その結果、ローリングベース101はローリング軸受部材106Aおよびピッチングベース102に対して回転軸支される。また、図5Bおよび図5Cに示すように、ローリングシャフト101Aの先端は、ローリング可動部185のローリング回転軸周りのローリング方向22の回転角度を検出するローリング角度検出器70の回転軸にカップリング108を介して接続され、ローリング角度検出器70は検出器ホルダー107を介してピッチング可動部195のピッチングベース102の底部に固定される。
A rolling
この構成によって、電気的に接続された4つのローリング駆動コイル303に通電することにより、一対の駆動マグネット401と、一対の駆動マグネット402と、4つのローリング磁気ヨーク205との間に形成される磁気ギャップにおける磁束との相互作用によってローリング方向22の電磁力が発生する。この電磁力がローリング方向22の回転駆動力となり、カメラ部100を搭載するローリングベース101を含むローリング可動部185を、ピッチングベース102を含むピッチング可動部195に対してローリング回転軸を中心にローリング方向22に回転させる。
With this configuration, the magnetism formed between the pair of
なお、図6Bおよび図7Bは、ローリングベース101をローリング方向60に駆動した状態を示し、図6Cおよび図7Cは、ローリングベース101をローリング方向61に駆動した状態を示している。このようにローリング駆動に関しては、基準回転中心点30を中心に円周状に配置された4つのローリング駆動コイル303でローリング駆動を行うため、ローリング回転駆動力にばらつきが発生しにくく安定したローリング方向22の回転駆動制御が実現できる。
6B and 7B show a state in which the rolling
また、詳細は後述するが、カメラ駆動ユニット197の後述する第1の固定部600に固定されるローリング角速度センサー902の検出信号により、目標指令となるローリング駆動角度が演算される。また、その指令に基づきローリング角度検出器70とローリング駆動コイル303からなるローリング角度フィードバック制御が行われる。これにより、ローリング方向22の外乱に対して、光軸10を中心にカメラ部100の安定な姿勢水準を保つことが可能となる。また、ピッチングベース102のピッチング回転軸11方向の両側面には、ピッチング回転軸11に一致する方向に中心軸を有する一対のピッチングシャフト105が当接穴102H(図3参照)を介して固定されている。詳細は後述するが、ピッチングシャフト105は、ピッチング可動部195をピッチング方向21にヨーイング可動部196に対して軸支するための部材である。
Further, although the details will be described later, the rolling drive angle as a target command is calculated by the detection signal of the rolling
<1−2.ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部の構造>
次に、カメラ駆動ユニット197のピッチング可動部195をヨーイング可動部196に対してピッチング回転軸11を中心にピッチング方向21に駆動するピッチング駆動部、およびヨーイング可動部196を後述する固定部に対してヨーイング回転軸12を中心にヨーイング方向20に駆動するヨーイング駆動部の構造について説明する。
<1-2. Structure of pitching drive and yawing drive>
Next, the pitching drive unit that drives the pitching
図8は、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、およびピッチング可動部195を軸支するヨーイング可動部196の分解斜視図であり、図9は、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、およびピッチング可動部195を軸支するヨーイング可動部196の斜視図である。ただし、図8および図9において、ヨーイング軸受フランジ505、およびヨーイング角度検出器72の図示が省略されている。図10は、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、ヨーイング可動部196、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uの斜視図であり、図11Aは、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、ヨーイング可動部196、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uをレンズ配置位置側から見た平面図であり、図11Bは、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、ヨーイング可動部196、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uをレンズ配置位置側と直交する側方から見た平面図である。また、図12Aは、傾斜駆動コイルユニット301Uの分解斜視図であり、図12Bは、第1の固定部に固定された状態における、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uの斜視図である。また、図13は、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、第1の固定部に軸支された状態におけるヨーイング可動部196、および第1の固定部に固定された状態における傾斜駆動コイルユニット301Uの、光軸10と直線13を含む横断面図であり、図14は、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、第1の固定部に軸支された状態におけるヨーイング可動部196、第1の固定部に固定された状態における傾斜駆動コイルユニット301U、および第1の固定部に固定された状態における傾斜駆動コイルユニット302Uの、ピッチング回転軸11とヨーイング回転軸12を含む縦断面図である。図15は、カメラ駆動ユニット197の斜視図である。図16Aは、ピッチング可動部195をピッチング回転軸11に対してピッチング方向62に傾斜させた状態のカメラ駆動ユニット197を、レンズ配置位置側からみた平面図であり、図16Bは、ピッチング可動部195をピッチング回転軸11に対してピッチング方向63に傾斜させた状態のカメラ駆動ユニット197を、のレンズ配置位置側からみた平面図である。また、図17Aは、ヨーイング可動部196をヨーイング回転軸12に対してヨーイング方向65に傾斜させた状態のカメラ駆動ユニット197の斜視図であり、図17Bは、ヨーイング可動部196をヨーイング回転軸12に対してヨーイング方向66に傾斜させた状態のカメラ駆動ユニット197の斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view of the rolling
まず、これらの図を参照してカメラ駆動ユニット197のピッチング可動部195とヨーイング可動部196の構成について説明する。図8、図9、図14に示すように、ヨーイング可動部196において、ヨーイング回転軸12と一致した中心軸を有するヨーイングシャフト504の上端部から、上方に向かって、ヨーイングベース500が設けられている。ヨーイングベース500は、ヨーイングシャフト504を中心にU字形状を成す。ヨーイングベース500は、U字形状の両端部にはそれぞれ、ピッチング回転軸11と一致した中心軸を有する円筒状のピッチング軸受部材501Aを搭載するピッチング軸受フランジ501が固定されている。また、この一対のピッチング軸受部材501Aの内側には、ピッチング可動部195の両側面に固定された一対のピッチングシャフト105がそれぞれ挿入され、回転可能に支持されている。これにより、ピッチング可動部195は、ヨーイングベース500を含むヨーイング可動部196に対してピッチング回転軸11を中心にピッチング方向21に回転可能に軸支される。つまり、ヨーイング回転軸12を中心に回転するヨーイング可動部196には、ローリング回転軸を中心に回転するローリング可動部185と、ピッチング回転軸11を中心に回転するピッチング可動部195とが、搭載されている。
First, the configuration of the pitching
なお、一対のピッチングシャフト105のうち一方(図14における左側のピッチングシャフト105)の先端は、ピッチング可動部195のピッチング回転軸11周りのピッチング方向21の回転角度を検出するピッチング角度検出器71の回転軸に、カップリング503を介して接続される。また、ピッチング角度検出器71は、検出器ホルダー502を介してヨーイング可動部196のヨーイングベース500の側面部に固定される。
The tip of one of the pair of pitching shafts 105 (the pitching
次に、ヨーイングベース500の下部に固定されているヨーイングシャフト504は、ヨーイング回転軸12と一致した中心軸を有する円筒状の上下一対のヨーイング軸受部材505Aに挿入される。ヨーイング軸受フランジ505は、ヨーイング軸受部材505Aを、上部と下部にそれぞれ搭載する。これにより、ヨーイング可動部196は、ヨーイング軸受フランジ505が固定される後述する第1の固定部600に対してヨーイング方向20に回転可能に軸支される。
Next, the yawing
なお、ヨーイング軸受フランジ505は、検出器ホルダー506を介して第2の固定部601に固定されている(図15参照)。また、ヨーイングシャフト504の下端部は、ヨーイング可動部196のヨーイング回転軸12周りのヨーイング方向20の回転角度を検出するヨーイング角度検出器72(図14参照)の回転軸に接続される。さらに、ヨーイング角度検出器72は、検出器ホルダー506を介して第2の固定部601に固定される(図15参照)。
The
さらに、カメラ駆動ユニット197は、各可動部と、上述の第1の固定部600と、検出器ホルダー506を固定する第2の固定部601に加え、リングベース603、連結部材604、および連結部材605を有する。リングベース603には、後述する一対の傾斜駆動コイルユニット301Uのカメラ部100側の部位、および一対の傾斜駆動コイルユニット302Uのカメラ部100側の部位が取り付けられる。また、連結部材604および連結部材605は、リングベース603と第1の固定部600とを連結し、固定する。この構成により、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uが、第1の固定部600に対して堅牢に固定される。
Further, in the
次に、ピッチング可動部195とヨーイング可動部196を回転駆動する駆動部の構成と動作について説明する。図10および図13に示すように、ピッチングベース102に固定された一対の駆動マグネット401と一対の駆動マグネット402の外側面は、基準回転中心点30を中心とする所定半径の円弧上に位置し、また、それぞれ第1の固定部600に固定される(図13〜図15参照)。傾斜駆動コイルユニット301Uの構成要素である一対の傾斜駆動コイル301と、傾斜駆動コイルユニット302Uの構成要素である一対の傾斜駆動コイル302は、それぞれのコイル巻回中心線が基準回転中心点30を中心とする所定半径の円弧上に位置している。
Next, the configuration and operation of the drive unit that rotationally drives the pitching
また、一対の傾斜駆動コイル301は、光軸10と直線13を含む平面にコイル巻回中心線を有し、一対の傾斜駆動コイル302は、光軸10と直線14を含む平面にコイル巻回中心線を有する。また、これらのコイル巻回中心線の中点は、ピッチング回転軸11とヨーイング回転軸12を含む平面に対してカメラ部100の反対側に傾斜角度θdに傾斜した直線上に位置する。コイル巻回中心線は、基準回転中心点30を中心とする所定の半径を有する円弧である。なお、傾斜駆動コイル301、302のコイル巻回中心線の中点と基準回転中心点30とを結ぶ直線は、光軸10と垂直でかつ基準回転中心点30を通る平面に対して、45度以下の傾斜角度を有する。
Further, the pair of tilt drive coils 301 have a coil winding center line on a plane including the
なお、4つの駆動マグネット401、402と、当該4つの傾斜駆動コイル301、302に加え、後述する4つの円弧状磁気ヨーク201、202は、ローリング回転軸を中心にレンズの配置位置側から投影して、ピッチング回転軸11およびヨーイング回転軸12と干渉しない領域である4つの投影領域に、それぞれ1つずつ設けられている。なお、傾斜駆動コイルおよび円弧状磁気ヨークの数は、これに限定されない。
In addition to the four
次に、傾斜駆動コイルユニット301Uと傾斜駆動コイルユニット302Uの構成について説明する。図12Aおよび図12Bに示すように、傾斜駆動コイルユニット301Uは、傾斜駆動コイル301の基準回転中心点30を中心とする所定半径の巻回中心軸を有する円弧状の空芯空間に、円弧状磁気ヨーク201の両側面にコイルボビン201L、およびコイルボビン201Rを取り付けた後に挿入固定される。また、傾斜駆動コイルユニット302Uは、傾斜駆動コイル302の基準回転中心点30を中心とする所定半径の巻回中心軸を有する円弧状の空芯空間に、円弧状磁気ヨーク202の両側面にコイルボビン202Lおよびコイルボビン202Rを取り付けた後に挿入固定される。4つの円弧状磁気ヨーク201、202は、それぞれの側面が基準回転中心点30を中心とした凹状の部分曲面形状を有している。
Next, the configurations of the tilt
また、一対の駆動マグネット401の円弧状の外側面に対向して、一対の円弧状磁気ヨーク201の円弧状の内側面との間に磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップに一対の傾斜駆動コイル301が一対の駆動マグネット401と接触しないよう一対の円弧状磁気ヨーク201に巻回され、コイルボビン201Lおよびコイルボビン201Rを介して第1の固定部600に固定されて、磁気回路が形成されている。また、一対の駆動マグネット402の円弧状の外側面に対向して、一対の円弧状磁気ヨーク202の円弧状の内側面との間に磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップに一対の傾斜駆動コイル302が一対の駆動マグネット402と接触しないよう一対の円弧状磁気ヨーク202に巻回され、コイルボビン202Lおよびコイルボビン202Rを介して第1の固定部600に固定され、磁気回路が形成されている。また、円弧状磁気ヨーク201および円弧状磁気ヨーク202の内側面の円弧長さ寸法は、駆動マグネット401および駆動マグネット402の外側面の円弧長さ寸法より大きい。これにより、所定のピッチング方向21とヨーイング方向20の駆動回転角度分の磁気ギャップが形成される。
Further, a magnetic gap is formed between the pair of arc-shaped
この構成によって、互いに電気的に接続された一対の傾斜駆動コイル301に通電することにより、一対の駆動マグネット401と一対の円弧状磁気ヨーク201との間に形成される磁気ギャップの磁束との相互作用によって、光軸10と直線13からなる平面に基準回転中心点30を中心とした電磁偶力が発生する。また、互いに電気的に接続された一対の傾斜駆動コイル302に通電することにより、一対の駆動マグネット402と一対の円弧状磁気ヨーク202との間に形成される磁気ギャップの磁束との相互作用によって、光軸10と直線14からなる平面に基準回転中心点30を中心とした電磁偶力が発生する。これらの2つ電磁偶力は、それぞれピッチング方向21とヨーイング方向20の回転駆動力の合成力となっている。言い換えれば、これらの2つの電磁偶力の、ピッチング回転軸11とヨーイング回転軸12への成分ベクトルとなるそれぞれの偶力が、ピッチング可動部195をヨーイング可動部196に対してピッチング回転軸11を中心にピッチング方向21に回転駆動させるとともに、ヨーイング可動部196を第1の固定部600に対してヨーイング回転軸12を中心にヨーイング方向20に回転駆動させる。
With this configuration, the magnetic fluxes of the magnetic gap formed between the pair of
すなわち、ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部は、それぞれ基準回転中心点30を介して対向する一対の駆動マグネット401、402、一対の円弧状磁気ヨーク201、202、および一対の傾斜駆動コイル301、302を有する。さらに、ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部は、基準回転中心点30に対して互いに90度回転した位置に配置されている。
That is, the pitching drive unit and the yawing drive unit form a pair of
また、ピッチング駆動部およびヨーイング駆動部において用いられる駆動マグネット401、402は、上述のローリング駆動部において用いられる駆動マグネット401、402である。駆動マグネット401、402は、N極もしくはS極に着磁された一側面からの磁束でローリング磁気ヨーク205との間に磁気ギャップを形成し、かつS極もしくはN極に着磁された反対側面からの磁束で円弧状磁気ヨーク201、202との間に磁気ギャップを形成する。これにより、駆動マグネット401、402を、ローリング駆動、ピッチング駆動、およびヨーイング駆動に併用することが可能となり、3軸の駆動の効率化、部品点数の削減、さらにカメラ駆動ユニット全体の小型化を実現できる。
Further, the
なお、基準回転中心点30は、ローリング可動部185の重心位置、ピッチング可動部195の重心位置、さらにヨーイング可動部196の重心位置とそれぞれ一致する。これにより、カメラ駆動ユニット197を駆動する際の姿勢がより安定する。さらに、重複するが、ローリング駆動部、ピッチング駆動部、およびヨーイング駆動部は、ローリング回転軸を中心にレンズの配置位置側から投影して、ピッチング回転軸11およびヨーイング回転軸12に対して基準回転中心点30を中心に45度傾斜し、かつピッチング回転軸11およびヨーイング回転軸12と干渉しない領域である4つの投影領域に配置されている。これにより、ピッチング方向21とヨーイング方向20の2方向へ直接的に駆動できるため、制御特性の安定化が可能となる。
The reference
なお、詳細は後述するが、別途、ピッチング角速度センサー901とヨーイング角速度センサー900が設けられ(図18参照)、カメラ駆動ユニット197の第1の固定部600に固定されている。ピッチング角速度センサー901とヨーイング角速度センサー900からの検出信号により、目標指令となるピッチング駆動角度とヨーイング駆動角度の、直線13と直線14への成分角度が演算される。また、演算された直線13と直線14のそれぞれへの成分角度指令に基づき、一対の傾斜駆動コイル301と一対の傾斜駆動コイル302に適度な電流がそれぞれ供給される。また、ピッチング角度検出器71とヨーイング角度検出器72からそれぞれ検出されるピッチング角度とヨーイング角度から(図14参照)、ピッチング方向21とヨーイング方向20の角度フィードバック制御がそれぞれ行われる。これにより、ピッチング方向21とヨーイング方向20の傾斜外乱に対して、カメラ部100の安定な姿勢水準を保つことが可能なる。
Although details will be described later, a pitching
以上の構成により、カメラ駆動ユニット197は、カメラ部100をピッチング方向21およびヨーイング方向20に±20度以上、およびローリング方向22に±10度以上駆動させることができ、カメラ部100の姿勢を空間的に安定させる3軸振れ補正制御を行うことができる。
With the above configuration, the
<1−3.カメラ駆動ユニットの制御動作>
次に、カメラ駆動ユニット197の制御動作について説明する。
<1-3. Camera drive unit control operation>
Next, the control operation of the
図18は、カメラ駆動ユニット197の駆動制御ブロック図である。図18に示すように、カメラ駆動ユニット197は、角速度センサー900、901、902と、アナログ回路91y、91p、91rと、増幅回路92y、92p、92rと、AD変換器93y、93p、93rと、演算処理部94と、DA変換器95y、95p、95rと、駆動回路96y、96p、96rと、アナログ回路97y、97p、97rと、をさらに含む。角速度センサー900、901、902は、カメラ駆動ユニット197の第1の固定部600または第1の固定部600に固定されるカメラ駆動ユニット197本体(図示せず)に取り付けられている。ヨーイング角速度センサー900は、ヨーイング回転軸12の軸周りのヨーイング方向20の角速度を検出する。ピッチング角速度センサー901は、ピッチング回転軸11の軸周りのピッチング方向21の角速度を検出する。ローリング角速度センサー902は、ローリング回転軸の軸周りのローリング方向22の角速度を検出する。
FIG. 18 is a drive control block diagram of the
なお、3つの互いに独立した角速度センサー900、901、902を用いる代わりに、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、必ずしもヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22と一致している3軸の軸周りの角速度を検出するものである必要はない。角速度センサーは、ヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22と一致していないが、互いに直交する3軸の軸周りの角速度を検出するものであれば、検出された値から、演算処理部94において、ヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22の軸周りの角速度に変換して、算出することができる。
Instead of using the three independent
図18に示すように、撮影時において、例えば外部からの力を受けて振れが発生した際に、ヨーイング方向20の振れ角は、ヨーイング角速度センサー900によって検出される。また、ピッチング方向21の振れ角は、ピッチング角速度センサー901によって検出される。さらにローリング方向22の振れ角は、ローリング角速度センサー902によって検出される。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80y(ヨーイング方向)、80p(ピッチング方向)、80r(ローリング方向)として出力される。
As shown in FIG. 18, at the time of photographing, for example, when a shake is generated by receiving an external force, the yaw
角速度信号80y、80p、80rは、それぞれ演算処理部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80y、80p、80rは、アナログ回路91y、91p、91rに入力され、ノイズ成分やDCドリフト成分が除去され、それぞれ順に角速度信号81y、81p、81rとなる。角速度信号81y、81p、81rは、増幅回路92y、92p、92rに入力され、それぞれが増幅されて、適切な出力値である角速度信号82y、82p、82rが出力される。その後、角速度信号82y、82p、82rは、AD変換器93y、93p、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83y、83p、83rが演算処理部94に入力される。
The angular velocity signals 80y, 80p, and 80r are converted into signals suitable for performing arithmetic processing in the
演算処理部94は、角速度信号83y、83p、83rを、それぞれ積分処理によって画像振れの角度に変換し、ヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22の振れ角度として逐次算出する。また、演算処理部94は、角速度信号83y、83p、83rから変換されたヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22の振れ角度に応じて、振れを抑制するようにカメラ部100を搭載した可動部を駆動する開ループ制御を行う。具体的には、演算処理部94は、カメラ駆動ユニット197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84y、84p、84rを出力する。目標回転角度信号84y、84p、84rは、DA変換器95y、95p、95rによりアナログ化され、アナログの目標回転角度信号85y、85p、85rとして駆動回路96y、96p、96rに入力される。
The
一方、カメラ駆動ユニット197においては、カメラ部100を搭載した可動部の回転角度を検出するヨーイング角度検出器72、ピッチング角度検出器71およびローリング角度検出器70から、ヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22の回転角度信号86y、86p、86rが出力される。回転角度信号86y、86p、86rは、アナログ回路97y、97p、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87y、87p、87rとなる。さらに、回転角度信号87y、87p、87rは、増幅回路98y、98p、98rにより、出力値の回転角度信号88y、88p、88rとなる。回転角度信号88y、88p、88rは、駆動回路96y、96p、96rに入力される。
On the other hand, in the
駆動回路96y、96p、96rは、目標回転角度信号85y、85p、85rに対して回転角度信号88y、88p、88rを帰還するフィードバック制御を行うように構成される。具体的には、目標回転角度信号85y、85p、85rおよび回転角度信号88y、88p、88rに基づき、一対の傾斜駆動コイル301と一対の傾斜駆動コイル302とを有するピッチング駆動部およびヨーイング駆動部、およびローリング駆動コイル303を有するローリング駆動部を駆動する駆動信号が、駆動回路96y、96p、96rから出力される。これにより、カメラ駆動ユニット197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88y、88p、88rが目標回転角度信号85y、85p、85rに等しくなるように、ヨーイング可動部196、ピッチング可動部195およびカメラ部100を搭載するローリング可動部185が駆動される。
The
以上の駆動制御により、カメラ部100の振れが補正される。また、自転車、自動車、各種の探査車両、またはドローンのような無人飛体物体等の移動物体にカメラを装着して撮影を行う場合や、歩行時に撮影する場合においても、従来よりも大きな量の補正、すなわち、ヨーイング方向およびピッチング方向に±20度以上の振れ角度を補正し、また、ローリング方向に±10度以上の回転および振れ角度を補正することが可能となる。これにより、良好で安定した撮影が実現できる。ただし、カメラ駆動ユニット197に外部からの力が作用しない場合、つまり、撮像時に振れが発生しない場合は、カメラ部を所定の回転角度に位置させるための、カメラ部100を搭載したローリング可動部185のヨーイング方向20、ピッチング方向21およびローリング方向22の角度の制御のみを行うように構成されている。
By the above drive control, the runout of the
このように、第1の実施形態では、カメラ駆動ユニット197の外枠を形成している第1の固定部600、または第1の固定部600に固定されるカメラ駆動ユニット197本体に取り付けられる角速度センサー900、901、902の出力を用いて得られる、撮影時に生じたカメラ駆動ユニット197全体の振れを検知し、カメラ駆動ユニット197の内部のヨーイング可動部196、ピッチング可動部195およびローリング可動部185を駆動させることで、搭載されたカメラ部100の像振れを補正するように制御する構成となっている。
As described above, in the first embodiment, the angular velocity attached to the first fixed
なお、第1の実施形態では、カメラ駆動ユニット197のヨーイング角度検出器72、ピッチング角度検出器71、ローリング角度検出器70からの回転角度信号88y、88p、88rを、角速度センサー900、901、902の出力を積分した振れ回転角度信号から得られる目標回転角度信号85y、85p、85rに近づける制御を行うものであった。しかし、カメラ駆動ユニット197のヨーイング角度検出器72、ピッチング角度検出器71、ローリング角度検出器70からの回転角度信号88y、88p、88rを、AD変換器を介して演算処理部94に取り込み、微分演算処理を行うことにより検出するカメラ部100の回転角速度信号を、角速度センサー900、901、902の出力から得られる目標回転角速度信号に近づける制御を行うことも可能である。
In the first embodiment, the
<2.第2の実施形態>
以下、本発明によるカメラ駆動ユニットの第2の実施形態を説明する。なお、第2の実施形態におけるカメラ駆動ユニット198は、第1の実施形態におけるカメラ駆動ユニット197と、機械的に同等の構造を有する。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同等の部分については、重複説明を省略する。
<2. Second embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the camera drive unit according to the present invention will be described. The
図19は、本発明の第2の実施形態のローリング可動部185の分解斜視図である。図20Aは、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、ヨーイング可動部196、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uをレンズの配置位置側から見た平面図であり、図20Bは、ローリング可動部185、ピッチング可動部195、ヨーイング可動部196、傾斜駆動コイルユニット301U、および傾斜駆動コイルユニット302Uをレンズの配置位置側と直交する側方から見た平面図である。図21は、第2の実施形態のカメラ駆動ユニット198の駆動制御ブロック図である。なお、図19〜図21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。
FIG. 19 is an exploded perspective view of the rolling
図19に示すように、第1の可動部であるローリング可動部185には、それぞれヨーイング回転軸12、ピッチング回転軸11、ローリング回転軸の軸周り方向、すなわちヨーイング方向20、ピッチング方向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角速度センサー900、901および902を搭載する角速度検出回路910が搭載されている。ただし、図20Aおよび図20Bに示すように、第2の実施形態のカメラ駆動ユニット198には、第1の実施形態のカメラ駆動ユニット197において搭載されていたローリング角度検出器70、ピッチング角度検出器71およびヨーイング角度検出器72が、搭載されていない。重複するが、第1の実施形態と異なり、第2の実施形態において角速度センサー900、901、902は、カメラ駆動ユニット198の第1の可動部であるローリング可動部185に取り付けられている。
As shown in FIG. 19, the rolling
各角速度センサー900、901、902は、それぞれ、ヨーイング回転軸12、ピッチング回転軸11、ローリング回転軸の軸周り方向、すなわちヨーイング方向20、ピッチング方向21、ローリング方向22の角速度を検出する。なお、3つの互いに独立した角速度センサー900、901、902を用いる代わりに、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。
Each of the
図21に示すように、角速度センサー900、901、902によって検出されたヨーイング方向20、ピッチング方向21、ローリング方向22の振れ角速度に関する情報は、それぞれ、角速度信号80y、80p、80rとして出力される。角速度信号80y、80p、80rは、それぞれ演算処理部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80y、80p、80rはアナログ回路91y、91p、91rに入力され、ノイズ成分やDCドリフト成分が除去され、それぞれ順に角速度信号81y、81p、81rとなる。角速度信号81y、81p、81rは、増幅回路92y、92p、92rに入力され、それぞれが増幅されて、適切な出力値である角速度信号82y、82p、82rが出力される。その後、角速度信号82y、82p、82rは、AD変換器93y、93p、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83y、83p、83rが演算処理部94に入力される。
As shown in FIG. 21, information on the deflection angular velocities in the yawing
重複するが、第1の実施形態では、カメラ駆動ユニット197の外枠を形成している第1の固定部600、または第1の固定部600に固定されるカメラ駆動ユニット本体に取り付けられる角速度センサー900、901、902の出力を用いて得られる、撮影時に生じたカメラ駆動ユニット197全体の振れを考慮し、カメラ駆動ユニット197の内部のヨーイング可動部196、ピッチング可動部195およびローリング可動部185を駆動させることで、搭載されたカメラ部100の像振れを補正するように制御する構成となっていた。一方、第2の実施形態では、カメラホルダー110を介してカメラ部100を支持する第1の可動部であるローリング可動部185に取り付けられている角速度センサー900、901、902の出力を用いて得られる角速度信号83y、83p、83rを0にするように制御する構成となっている。
Although overlapping, in the first embodiment, the angular velocity sensor attached to the first fixed
具体的に、まず、演算処理部94は、それぞれの角速度センサー900、901、902の出力から得られた角速度信号83y、83p、83rに応じて角速度を0に抑制するように、カメラ駆動ユニット198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速度信号130y、130p、130rを出力する。目標回転角度速度信号130y、130p、130rはDA変換器95y、95p、95rによりアナログ化され、アナログの目標回転角速度信号131y、131p、131rとして駆動回路96y、96p、96rに入力される。このように、カメラ部100を搭載した第1の可動部であるローリング可動部185を駆動する閉ループ制御によって3軸の補正処理を行うことで、演算処理部94において、第1の実施形態で必要としていた角速度を像振れの角度に変換する積分処理が不要となり、演算処理を大幅に削減できる。これにより、直接的な角速度フィードバック制御を実行することができ、より高速かつ高精度で、カメラ部の大きな振れや高い周波数成分を含む振れを抑制することができる。また、第2の実施形態においても、従来よりも大きな量の補正、すなわち、ヨーイング方向およびピッチング方向に±20度以上の振れ角度を補正し、また、ローリング方向に±10度以上の回転および振れ角度を補正することが可能となる。
Specifically, first, the
なお、上記の第1、第2の実施形態では、第2の可動部はピッチング可動部195であり、第3の可動部はヨーイング可動部196であるとしたが、これらは逆であってもよい。すなわち、第2の可動部はヨーイング可動部196であり、第3の可動部はピッチング195であってもよい。
In the first and second embodiments described above, the second movable portion is the pitching
上記の第1、第2の実施形態でそれぞれ説明したように、本発明のカメラ駆動ユニットは、従来の手振れ補正装置に比べて、より大きな角度かつ高速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ユニットは、幅広い周波数成分を含んだ3軸振動が発生し得る自転車、自動車および無人の特殊飛行機や特殊車両に搭載する振れ補正手段として非常に有効である。 As described in the first and second embodiments described above, the camera drive unit of the present invention can rotate the camera unit at a larger angle and at a higher speed than the conventional image stabilization device. Therefore, the camera drive unit of the present invention is very effective as a runout correction means mounted on a bicycle, an automobile, an unmanned special airplane or a special vehicle which can generate three-axis vibration including a wide range of frequency components.
さらに、本発明のカメラ駆動ユニットと、画像処理技術等を用いて、カメラ部をヨーイング方向、ピッチング方向およびローリング方向に3軸の振れ補正させながら、画像中定した被写体が、たとえば、画面の中央に位置するように被写体を追尾することのできるカメラ駆動装置を実現することもできる。また、カメラ部をヨーイング方向、ピッチング方向およびローリング方向に回転駆動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ユニットを実現することができる。また、本発明のカメラ駆動ユニットを用いることで、一般に高精度かつ高度な振れ補正が要求されるズーム撮影においても、小型で安価なズーム撮影用振れ補正装置を実現できる。 Further, using the camera drive unit of the present invention, an image processing technique, or the like, the subject determined in the image is, for example, the center of the screen while the camera unit is subjected to three-axis shake correction in the yawing direction, pitching direction, and rolling direction. It is also possible to realize a camera drive device capable of tracking a subject so as to be located at. In addition, a camera drive unit capable of ultra-wide-angle shooting of still images and moving images by sequentially synthesizing the shot still images and moving images while shooting while rotating the camera unit in the yawing direction, pitching direction, and rolling direction. It can be realized. Further, by using the camera drive unit of the present invention, it is possible to realize a compact and inexpensive shake correction device for zoom shooting even in zoom shooting in which high accuracy and high degree of shake correction are generally required.
本発明のカメラ駆動ユニットは、ヨーイング方向およびピッチング方向に±20度以上の振れ角度補正が可能で、かつローリング方向に±10度以上の振れ角度補正が可能な構造を備えているため、自転車、自動車、各種の探査車両、またはドローンのような移動物体の重心移動によって発生する3軸方向の振れを補正することができる。 The camera drive unit of the present invention has a structure capable of correcting a deflection angle of ± 20 degrees or more in the yawing direction and the pitching direction and ± 10 degrees or more in the rolling direction. It is possible to correct the runout in the three axial directions caused by the movement of the center of gravity of a moving object such as an automobile, various exploration vehicles, or a drone.
2 ジンバル
10 光軸(ローリング回転軸)
11 ピッチング回転軸
12 ヨーイング回転軸
20,65,66 ヨーイング方向
21,62,63 ピッチング方向
22,60,61 ローリング方向
30 基準回転中心点
70 ローリング角度検出器
71 ピッチング角度検出器
72 ヨーイング角度検出器
80p,80r,80y 角速度信号
81p,81r,81y 角速度信号
82p,82r,82y 角速度信号
83p,83r,83y 角速度信号
84p,84r,84y 目標回転角度信号
85p,85r,85y 目標回転角度信号
86p,86r,86y 回転角度信号
87p,87r,87y 回転角度信号
88p,88r,88y 回転角度信号
91p,91r,91y アナログ回路
92p,92r,92y 増幅回路
93p,93r,93y 変換器
94 演算処理部
95p,95r,95y 変換器
96p,96r,96y 駆動回路
97p,97r,97y アナログ回路
98p,98r,98y 増幅回路
100 カメラ部
101 ローリングベース
101A ローリングシャフト
101B 平面
102 ピッチングベース
102A 当接面
102H 当接穴
105 ピッチングシャフト
106 ローリング軸受フランジ
106A ローリング軸受部材
107 検出器ホルダー
108 カップリング
110 カメラホルダー
130p,130r,130y 目標回転角度速度信号
131p,131r,131y 目標回転角速度信号
185 ローリング可動部
195 ピッチング可動部
196 ヨーイング可動部
197 カメラ駆動ユニット
198 カメラ駆動ユニット
201 円弧状磁気ヨーク
201L,201R コイルボビン
202 円弧状磁気ヨーク
202L,202R コイルボビン
205 ローリング磁気ヨーク
301 傾斜駆動コイル
301U 傾斜駆動コイルユニット
302 傾斜駆動コイル
302U 傾斜駆動コイルユニット
303 ローリング駆動コイル
401 駆動マグネット
402 駆動マグネット
411 マグネットホルダー
412 マグネットホルダー
500 ヨーイングベース
501 ピッチング軸受フランジ
501A ピッチング軸受部材
502 検出器ホルダー
503 カップリング
504 ヨーイングシャフト
505 ヨーイング軸受フランジ
505A ヨーイング軸受部材
506 検出器ホルダー
600 第1の固定部
601 第2の固定部
603 リングベース
604 連結部材
605 連結部材
900 ヨーイング角速度センサー
901 ピッチング角速度センサー
902 ローリング角速度センサー
910 角速度検出回路
θd 傾斜角度
2
11 Pitching rotary shaft 12 Yawing rotary shaft 20, 65, 66 Yawing direction 21, 62, 63 Pitching direction 22, 60, 61 Rolling direction 30 Reference rotation center point 70 Rolling angle detector 71 Pitching angle detector 72 Yawing angle detector 80p , 80r, 80y angular velocity signal 81p, 81r, 81y angular velocity signal 82p, 82r, 82y angular velocity signal 83p, 83r, 83y angular velocity signal 84p, 84r, 84y target rotation angle signal 85p, 85r, 85y target rotation angle signal 86p, 86r, 86y Rotation angle signal 87p, 87r, 87y Rotation angle signal 88p, 88r, 88y Rotation angle signal 91p, 91r, 91y Analog circuit 92p, 92r, 92y Amplification circuit 93p, 93r, 93y Converter 94 Arithmetic processing unit 95p, 95r, 95y Conversion Instrument 96p, 96r, 96y Drive circuit 97p, 97r, 97y Analog circuit 98p, 98r, 98y Amplification circuit 100 Camera unit 101 Rolling base 101A Rolling shaft 101B Flat surface 102 Pitching base 102A Contact surface 102H Contact hole 105 Pitching shaft 106 Rolling bearing Flange 106A Rolling bearing member 107 Detector holder 108 Coupling 110 Camera holder 130p, 130r, 130y Target rotation angle Speed signal 131p, 131r, 131y Target rotation angle Speed signal 185 Rolling movable part 195 Pitching movable part 196 Yawing movable part 197 Camera drive unit 198 Camera drive unit 201 Arc-shaped magnetic yoke 201L, 201R Coil bobbin 202 Arc-shaped magnetic yoke 202L, 202R Coil bobbin 205 Rolling magnetic yoke 301 Tilt drive coil 301U Tilt drive coil unit 302 Tilt drive coil 302U Tilt drive coil unit 303 Rolling drive coil 401 drive Magnet 402 Drive Magnet 411 Magnet Holder 412 Magnet Holder 500 Yawing Base 501 Pitching Bearing Flange 501A Pitching Bearing Member 502 Detector Holder 503 Coupling 504 Yawing Shaft 505 Yawing Bearing Flange 505A Yawing Bearing Member 506 Detector Holder 600 First Fixing Part 601 Second fixing part 603 Ring base 604 Connecting member 605 Connecting member 900 Yawing angular velocity sensor 901 Pitching angular velocity sensor 902 Rolling angular velocity sensor 910 Angular velocity detection circuit θd Tilt angle
Claims (16)
前記カメラ部を保持するベースを有する第1の可動部と、
前記光軸と一致する第1の回動軸を中心に前記第1の可動部を回転可能に軸支する第2の可動部と、
前記第1の回動軸上の基準点を通り、かつ前記第1の回動軸に対して直交する第2の回動軸を中心に前記第2の可動部を回転可能に軸支する第3の可動部と、
前記基準点を通り、かつ前記第1の回動軸と前記第2の回動軸と直交する第3の回動軸を中心に前記第3の可動部を回転可能に軸支する固定部と、
前記第1の可動部、前記第2の可動部および前記第3の可動部の回転角度を検出する検出器と、
前記第1の可動部を前記第2の可動部に対して前記第1の回動軸を中心に回転させる第1の駆動手段と、
前記第2の可動部を前記第3の可動部に対して前記第2の回動軸を中心に回転させる第2の駆動手段と、
前記第3の可動部を前記固定部に対して前記第3の回動軸を中心に回転させる第3の駆動手段と、
を備え、
前記第1の駆動手段、前記第2の駆動手段および前記第3の駆動手段は、前記第1の回動軸の方向から投影して、前記第2の回動軸および前記第3の回動軸に対して前記基準点を中心に45度傾斜し、かつ前記第2の回動軸および前記第3の回動軸と干渉しない4つの投影領域にそれぞれ配置されたカメラ駆動ユニット。 An imaging element having an imaging surface, a camera unit including a lens having an optical axis and forming a subject image on the imaging surface, and a lens barrel holding the lens.
A first movable part having a base for holding the camera part, and
A second movable portion that rotatably supports the first movable portion around a first rotating shaft that coincides with the optical axis, and a second movable portion that rotatably supports the first movable portion.
A second movable portion that rotatably supports the second movable portion about a second rotation axis that passes through a reference point on the first rotation axis and is orthogonal to the first rotation axis. 3 moving parts and
A fixed portion that rotatably supports the third movable portion around a third rotating shaft that passes through the reference point and is orthogonal to the first rotating shaft and the second rotating shaft. ,
A detector that detects the rotation angle of the first movable portion, the second movable portion, and the third movable portion.
A first driving means for rotating the first movable portion with respect to the second movable portion about the first rotating shaft, and
A second driving means for rotating the second movable portion with respect to the third movable portion about the second rotating shaft, and
A third driving means for rotating the third movable portion with respect to the fixed portion about the third rotating shaft, and
With
The first driving means, the second driving means, and the third driving means are projected from the direction of the first rotating shaft, and the second rotating shaft and the third rotating shaft are projected. A camera drive unit that is tilted 45 degrees about the reference point with respect to the axis and is arranged in four projection regions that do not interfere with the second rotation axis and the third rotation axis.
前記第2の可動部の前記投影領域に設けられた複数の第1のマグネットと、
前記第1のマグネットとの間に第1の磁気ギャップを形成しつつ、前記第2の可動部の前記第1のマグネットに対向する位置に設けられた第1の磁気ヨークと、
前記第1の磁気ギャップに遊挿されつつ、前記第1の可動部の前記投影領域に設けられた第1の駆動コイルと、
を備え、
通電される前記第1の駆動コイル、前記第1のマグネットおよび第1の磁気ヨークの間に発生する第1の電磁力の相互作用により、前記第1の可動部を前記第1の回動軸を中心に前記第2の可動部に対して回転させる請求項1に記載のカメラ駆動ユニット。 The first driving means is
A plurality of first magnets provided in the projection area of the second movable portion, and
A first magnetic yoke provided at a position of the second movable portion facing the first magnet while forming a first magnetic gap with the first magnet.
A first drive coil provided in the projection region of the first movable portion while being loosely inserted into the first magnetic gap.
With
The first movable portion is moved by the interaction of the first electromagnetic force generated between the first drive coil, the first magnet, and the first magnetic yoke that are energized. The camera drive unit according to claim 1, wherein the camera drive unit is rotated around the second movable portion.
前記第2の可動部の前記投影領域に設けられた複数の第2のマグネットと、
前記第2のマグネットとの間に第2の磁気ギャップを形成しつつ、前記固定部の前記投影領域の前記第2のマグネットに対向する位置に設けられた第2の磁気ヨークと、
前記第2の磁気ヨークに巻回された第2の駆動コイルと、
を備え、
通電される前記第2の駆動コイル、前記第2の磁気ヨークおよび前記第2のマグネットの間に発生する第2の電磁力の相互作用により、前記第3の可動部に対して前記第2の可動部を前記第2の回動軸を中心に回転させ、かつ前記固定部に対して前記第3の可動部を前記第3の回動軸を中心に回転させる請求項1に記載のカメラ駆動ユニット。 The second driving means and the third driving means are
A plurality of second magnets provided in the projection area of the second movable portion, and
A second magnetic yoke provided at a position facing the second magnet in the projection region of the fixing portion while forming a second magnetic gap with the second magnet,
A second drive coil wound around the second magnetic yoke,
With
Due to the interaction of the second electromagnetic force generated between the second drive coil to be energized, the second magnetic yoke, and the second magnet, the second movable portion is subjected to the second. The camera drive according to claim 1, wherein the movable portion is rotated about the second rotation shaft, and the third movable portion is rotated about the third rotation shaft with respect to the fixed portion. unit.
前記第2の可動部の前記投影領域に設けられた複数の第1のマグネットと、
前記第1のマグネットとの間に第1の磁気ギャップを形成しつつ、前記第2の可動部の前記第1のマグネットに対向する位置に設けられた第1の磁気ヨークと、
前記第1の磁気ギャップに遊挿されつつ、前記第1の可動部の前記投影領域に設けられた第1の駆動コイルと、
を備え、
通電される前記第1の駆動コイル、前記第1のマグネットおよび第1の磁気ヨークの間に発生する第1の電磁力の相互作用により、前記第1の可動部を前記第1の回動軸を中心に前記第2の可動部に対して回転させ、
前記第2のマグネットは前記第1のマグネットである請求項5に記載のカメラ駆動ユニット。 The first driving means is
A plurality of first magnets provided in the projection area of the second movable portion, and
A first magnetic yoke provided at a position of the second movable portion facing the first magnet while forming a first magnetic gap with the first magnet.
A first drive coil provided in the projection region of the first movable portion while being loosely inserted into the first magnetic gap.
With
The first movable portion is moved by the interaction of the first electromagnetic force generated between the first drive coil, the first magnet, and the first magnetic yoke that are energized. Rotated with respect to the second moving part around the
The camera drive unit according to claim 5, wherein the second magnet is the first magnet.
前記第2の可動部に設けられ、前記第1の可動部の前記第1の回動軸周りの回転角度を検出する第1の検出器と、
前記第3の可動部に設けられ、前記第2の可動部の前記第2の回動軸周りの回転角度を検出する第2の検出器と、
前記固定部に設けられ、前記第3の可動部の前記第3の回動軸周りの回転角度を検出する第3の検出器とからなる請求項1に記載のカメラ駆動ユニット。 The detector
A first detector provided on the second movable portion and detecting the rotation angle of the first movable portion around the first rotation axis.
A second detector provided on the third movable portion and detecting the rotation angle of the second movable portion around the second rotation axis.
The camera drive unit according to claim 1, further comprising a third detector provided on the fixed portion and detecting a rotation angle of the third movable portion around the third rotation axis.
前記固定部に設けられ、それぞれが直交する前記第1の回動軸、前記第2の回動軸および前記第3の回動軸周りの角速度をそれぞれ検出する第1の角速度センサーと、
前記第1の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の駆動手段、前記第2の駆動手段および前記第3の駆動手段を駆動する信号を生成する駆動回路と
を備えた請求項1に記載のカメラ駆動ユニット。 Further, a first angular velocity sensor provided in the fixed portion and detecting angular velocities around the first rotating shaft, the second rotating shaft, and the third rotating shaft, which are orthogonal to each other,
An arithmetic processing unit that generates a target rotation angle signal based on the output from the first angular velocity sensor, and
The camera drive unit according to claim 1, further comprising a drive circuit for generating a signal for driving the first drive means, the second drive means, and the third drive means based on the target rotation angle signal. ..
前記カメラ部を保持するベースを有する第1の可動部と、
前記光軸と一致する第1の回動軸を中心に前記第1の可動部を回転可能に軸支する第2の可動部と、
前記第1の回動軸上の基準点を通り、かつ前記第1の回動軸に対して直交する第2の回動軸を中心に前記第2の可動部を回転可能に軸支する第3の可動部と、
前記基準点を通り、かつ前記第1の回動軸と前記第2の回動軸と直交する第3の回動軸を中心に前記第3の可動部を回転可能に軸支する固定部と、
前記第1の可動部を前記第2の可動部に対して前記第1の回動軸を中心に回転させる第1の駆動手段と、
前記第2の可動部を前記第3の可動部に対して前記第2の回動軸を中心に回転させる第2の駆動手段と、
前記第3の可動部を前記固定部に対して前記第3の回動軸を中心に回転させる第3の駆動手段と、
を備え、
前記第1の可動部は、
前記第1の回動軸、前記第2の回動軸および前記第3の回動軸周りの角速度を検出する第2の角速度センサーを備え、
前記第1の駆動手段、前記第2の駆動手段および前記第3の駆動手段は、前記第1の回動軸の方向から投影して、前記第2の回動軸および前記第3の回動軸に対して前記基準点を中心に45度傾斜し、かつ前記第2の回動軸および前記第3の回動軸と干渉しない4つの投影領域にそれぞれ配置されたカメラ駆動ユニット。 An imaging element having an imaging surface, a camera unit including a lens having an optical axis and forming a subject image on the imaging surface, and a lens barrel holding the lens.
A first movable part having a base for holding the camera part, and
A second movable portion that rotatably supports the first movable portion around a first rotating shaft that coincides with the optical axis, and a second movable portion that rotatably supports the first movable portion.
A second movable portion that rotatably supports the second movable portion about a second rotation axis that passes through a reference point on the first rotation axis and is orthogonal to the first rotation axis. 3 moving parts and
A fixed portion that rotatably supports the third movable portion around a third rotating shaft that passes through the reference point and is orthogonal to the first rotating shaft and the second rotating shaft. ,
A first driving means for rotating the first movable portion with respect to the second movable portion about the first rotating shaft, and
A second driving means for rotating the second movable portion with respect to the third movable portion about the second rotating shaft, and
A third driving means for rotating the third movable portion with respect to the fixed portion about the third rotating shaft, and
With
The first movable part is
A second angular velocity sensor for detecting an angular velocity around the first rotating shaft, the second rotating shaft, and the third rotating shaft is provided.
The first driving means, the second driving means, and the third driving means are projected from the direction of the first rotating shaft, and the second rotating shaft and the third rotating shaft are projected. A camera drive unit that is tilted 45 degrees about the reference point with respect to the axis and is arranged in four projection regions that do not interfere with the second rotation axis and the third rotation axis.
前記第2の角速度センサーからの出力に基づき、目標回転角速度信号を生成する演算処理部と、
前記目標回転角速度信号に基づき、前記第1の駆動手段、前記第2の駆動手段および前記第3の駆動手段を駆動する信号を生成する駆動回路と、
を備えた請求項15に記載のカメラ駆動ユニット。
Further, an arithmetic processing unit that generates a target rotation angular velocity signal based on the output from the second angular velocity sensor, and
A drive circuit that generates a signal for driving the first drive means, the second drive means, and the third drive means based on the target rotation angular velocity signal.
15. The camera drive unit according to claim 15.
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