JP7202468B2 - レンズ交換装置及び携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ交換装置及び携帯端末に関する。

近年、複数のカメラモジュールを含むマルチカメラ（マルチアイカメラとも呼ばれる）を備えたスマートフォンが広く使用されている。マルチカメラは、レンズ、レンズを通して画像化するためのイメージセンサ、レンズの位置を補正するためのレンズアクチュエータ等の専用コンポーネントを各カメラモジュールに含む。各カメラモジュールに含まれるレンズアクチュエータを使用して、レンズ毎に、特許文献１に開示されるようにオートフォーカス（ＡＦ）機能及び光学式手ぶれ補正（ＯＩＳ：optical image stabilizer）機能を実現する場合に、コストが大幅に増大する。

特許出願公開第２０１７－４９３４３号明細書

従って、ＡＦ機能及びＯＩＳ機能を実現し、且つコストの上昇を抑えるために、複数のカメラモジュールが専用のコンポーネントを共有する構成を採用することが望ましい。

本発明の第１の態様は、複数のレンズを交換して、いずれか１つのレンズをイメージセンサの光軸上に配置するためのレンズ交換装置を提供し、このレンズ交換装置は、回転中心の周りに複数のレンズを互いに離して保持するリボルバ（revolver：回転装置）と；リボルバを回転可能に支持するホルダと；リボルバに取り付けられたムーバー（mover：移動装置）、及びムーバーに面するようにホルダに取り付けられたステータを含むモータと；を含み、モータは、ホルダに対してリボルバを回転駆動する。

本発明の第２の態様は、携帯端末を提供し、この携帯端末は、複数のレンズと；イメージセンサと；複数のレンズを交換して、いずれか１つのレンズをイメージセンサの光軸上に配置するための第１の態様によるレンズ交換装置と；を含む。

発明の概要の節は、本発明の実施形態の全ての必要な特徴を必ずしも説明するわけではない。本発明は、上記の特徴のサブコンビネーションでもあり得る。

本実施形態によるレンズ交換装置の構成の上面図である。 図１Ａの基準線ＩＩ－ＩＩに沿った断面上のレンズ交換装置の構成を示す図である。 リボルバの構成の上面図である。 ホルダの構成の上面図である。 ベースの構成の上面図である。 本実施形態によるレンズ交換装置の制御システムの構成を示す図である。 基準レンズ状態から右レンズ状態へのレンズ交換動作の開始を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×１だけ反時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×２だけ反時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×３だけ反時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作後の右レンズ状態（リボルバが単位回転角×４だけ反時計回りに回転する状態）を示す図である。 右レンズ状態から基準レンズ状態へのレンズ交換動作の開始を示す図である。 基準レンズ状態から左レンズ状態へのレンズ交換動作の開始を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×１だけ時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×２だけ時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作中の状態（リボルバが単位回転角×３だけ時計回りに回転する状態）を示す図である。 レンズ交換動作後の左レンズ状態（リボルバが単位回転角×４だけ時計回りに回転する状態）を示す図である。 左レンズ状態から基準レンズ状態へのレンズ交換動作の開始を示す図である。 変形例によるレンズ交換装置の構成の上面図である。 図５Ａの基準線ＩＩ－ＩＩに沿った断面上のレンズ交換装置の構成を示す図である。 リボルバの構成の上面図である。 ホルダの構成の上面図である。 ベースの構成の上面図である。 変形例によるレンズ交換装置の制御システムの構成を示す図である。 携帯端末の構成を示す図である。

以下では、本発明の（いくつかの）実施形態について説明する。実施形態は、特許請求の範囲による本発明を限定するものではない。また、所与の実施形態に関して説明した全ての特徴は、本発明の態様に必須であると見なすべきではない。

図１Ａ～図１Ｅは、本実施形態によるレンズ交換装置１００の構成を示し、図１Ａは、レンズ交換装置１００の構成を上面図で示す。図１Ｂは、図１Ａの基準線ＩＩ－ＩＩに沿った断面上のレンズ交換装置１００の構成を示す。図１Ｃは、リボルバ２０の構成を上面図で示す。図１Ｄは、ホルダ３０の構成を上面図で示す。図１Ｅは、ベース４０の構成を上面図で示す。これらの図において、イメージセンサ９９の受光中心に位置する光軸Ｌに関して、光軸Ｌに平行な方向はＺ軸方向として規定され、Ｚ軸方向に直交する平面において光軸Ｌとリボルバ２０の回転中心（ホルダ３０上のシャフト３３の中心）とを結ぶ直線の方向はＹ軸方向として規定され、Ｚ軸及びＹ軸方向に直交する方向はＸ軸方向として規定される。さらに、リボルバ２０の回転中心で交差する２つの軸方向は、Ａ方向及びＢ方向であり、＋Ｙ方向に＋４５°の角度及び－Ｘ方向に－４５°の角度で交差する方向は、Ａ方向であり、＋Ｘ方向に＋４５°の角度及び＋Ｙ方向に－４５°の角度で交差する方向は、Ｂ方向である。

レンズ交換装置１００は、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上にレンズのうちの１つを配置するために、スマートフォン等の携帯端末に搭載されたカメラモジュール内で複数のレンズ１１～１３を交換する。レンズ交換装置１００は、リボルバ２０、ホルダ３０、ベース４０、モータ５０、及び制御ユニット７０を含む。

複数のレンズ１１～１３は、光学系であり、互いに異なる光学特性を有しており、各光学系がその光軸に沿って配置された複数のレンズ素子等を含む。レンズ１１～１３は、基準レンズ、広角レンズ、及び望遠レンズ等の異なる焦点距離（すなわち、異なる画角）を有するレンズ、又は中性密度フィルタ、偏光フィルタ、色補正フィルタ等の異なる光学フィルタを有するレンズであり得る。本実施形態では、レンズ１１～１３をそれぞれ左レンズ、基準レンズ、右レンズと呼ぶ。

リボルバ２０は、レンズ１１～１３を保持するためのものである。リボルバ２０は、一例として、幅が高さよりも大きい円筒形を有しており、貫通孔２０ａ１～２０ａ４が中心軸（すなわち、回転中心）の周りに互いに離れて形成され、リボルバ２０をＺ軸方向に貫通し、平面２０ａ５が貫通孔２０ａ４に隣接する側面でＺ軸に平行であり、及びＺ軸方向に延びる溝２０ａ６が平面２０ａ５に形成される。

貫通孔２０ａ１～２０ａ３は、円形の断面を有しており、一定の角度ピッチ（本実施形態では、一例として９０°のピッチ）で離間している。レンズ１１～１３は、それぞれ、光軸がＺ軸方向を向くように、貫通孔２０ａ１～２０ａ３内に嵌合される。これにより、複数のレンズ１１～１３は、回転中心の周りでリボルバ２０を一定の角度ピッチで互いに離すことによって保持される。本実施形態では、３つのレンズ１１～１３はリボルバ２０によって保持されるが、レンズの数は３つに限定されず、４つ以上のレンズのうちの２つが一定の角度ピッチで保持され得る。

一例として、貫通孔２０ａ４は、内向きに湾曲した脚部を有するおおよその等脚台形が、台形の上底に接続された三角形と組み合わされるような形状を有する。三角形及び台形の上側部分の一部を回転中心に配置し、台形の下側部分を貫通孔２０ａ１と２０ａ３との間に角度をつけて（それら貫通孔のそれぞれから９０°方向に）配置する。貫通孔２０ａ４の三角形部分の内面にＬ字状に曲げられたスライダ２４が固定され、Ｕ字型板ばね２５の両端が貫通孔２０ａ４の下底部分の内面に固定され、スライダ２４と板ばね２５との間にホルダ３０のシャフト３３を挿入して挟み込むことにより、リボルバ２０がホルダ３０上で回転可能に支持される。

リボルバ２０は、複数のコイル５１ａ～５１ｄ、基準磁石２２ａ、２２ｂ、複数のコア２３ａ～２３ｄ、防振部材２６、及び可撓性プリント回路基板（ＦＰＣ）２７を有する。

複数のコイル５１ａ～５１ｄは、モータ５０のムーバー５１を構成するためにリボルバ２０の側面に配置される。コイル５１ａ～５１ｄの構成は、モータ５０の構成に関連して以下で詳細に説明する。

基準磁石２２ａ、２２ｂは、リボルバ２０の回転位置及びＺ軸方向の位置（すなわち、焦点位置）を検出するための磁場を生成し、レンズ１１～１３の角度ピッチに等しい角度ピッチ（本実施形態では９０°のピッチ）でリボルバ２０の側面に配置された永久磁石である。本実施形態では、基準磁石２２ａ、２２ｂは、ＦＰＣ２７及びコイル５１ｄにそれぞれ設けられる。

複数のコア２３ａ～２３ｄは、リボルバ２０を回転方向に位置決めするためのものであり、パーマロイ等の高透磁率材料で形成される。複数のコア２３ａ～２３ｄは、リボルバ２０の側面に配置され、レンズ１１～１３のうちの１つのレンズが光軸Ｌ上に位置するようにリボルバ２０が回転するときに、以下に説明する複数の磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２の境界にそれぞれ整列される。リボルバ２０が回転し、コア２３ａ～２３ｄのうちの少なくとも１つのコアが磁石５２ａ～５２ｄのいずれかの磁石の磁極の境界と整列されるときに、コア２３ａ～２３ｄがそれぞれの磁極から受ける引力は平衡化され、それによりリボルバ２０は回転位置で安定化される。これにより、保持力を加えることなく、レンズ１１～１３のうちの１つのレンズをイメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めすることができる。

本実施形態では、レンズ１１～１３及び磁石５２ａ～５２ｄが、９０°の同じ角度ピッチで配置されるため、磁石５２ａ～５２ｄと同数の４つのコア２３ａ～２３ｄが、９０°のピッチで配置される。これにより、リボルバ２０が回転してレンズ１１～１３のうちの１つのレンズを光軸Ｌ上に配置するときに、４つのコア２３ａ～２３ｄのそれぞれが、磁石５２ａ～５２ｄのうちの１つの磁石の第１及び第２磁極の境界（それぞれ、図１Ａに示される状態における磁石５２ａ～５２ｄの第１及び第２の磁極の境界）と整列され、それにより、保持力を加えることなく、レンズ１１～１３のそれぞれをイメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めすることができる。

防振部材２６は、ＡＦ駆動及びＯＩＳ駆動によって引き起こされ得るリボルバ２０の振動を抑制するためのものであり、ゴム２６ａ及びバランサ２６ｂを含む。ゴム２６ａは、クロロプレンゴム（ＣＲ）等の弾性材料で形成され、板状に成形され、リボルバ２０の振動を緩和して、ＦＰＣ２７への振動の伝達を抑制する。バランサ２６ｂは、真ちゅう等の比重が比較的大きい金属で形成され、適切な厚さの板状に成形されており、リボルバ２０の重心を回転中心に整列させる。ゴム２６ａ及びバランサ２６ｂは、リボルバ２０の溝２０ａ６に嵌合される。

ＦＰＣ２７は、コイル５１ａ～５１ｄをベース４０上の配線に接続するための配線が設けられる可撓性基板である。ＦＰＣ２７は、本体及び延長部２７ａを含み、リボルバ２０の貫通孔２０ａ４と、バランサ２６ｂ上の本体と重なり且つ本体をリボルバ２０の溝２０ａ６に嵌合するホルダ３０の開口部３０ｂとを介してベース４０のＦＰＣ４０ｂに接続され、延長部２７ａが本体の－Ｚ端部から延びるようにする。

ホルダ３０は、リボルバ２０を回転可能に支持するためのケーシングである。ホルダ３０には、上面図において円形の凹部３１と、長方形の４つの溝３１ａ～３１ｄとが形成される。凹部３１は、ホルダ３０の中央に位置しており、その中にリボルバ２０を収容する。凹部３１の底面の＋Ｙ側部分に円形の開口部３０ａが形成され、－Ｙ側部分に長方形の開口部３０ｂが形成される。４つの溝３１ａ～３１ｄは、それぞれ、凹部３１の＋Ｘ、－Ｙ側、＋Ｘ、＋Ｙ側、－Ｘ、＋Ｙ側、－Ｘ、－Ｙ側に配置され、それぞれ、その中に磁石５２ａ～５２ｄを収容する。

ホルダ３０は、複数の磁石５２ａ～５２ｄ、磁気センサ３２ａ、３２ｂ、シャフト３３、アクチュエータ３４、及び重り３５を有する。

複数の磁石５２ａ～５２ｄは、モータ５０のステータ５２を構成するためにリボルバ２０の周りに配置される。磁石５２ａ～５２ｄの構成は、モータ５０の構成に関連して以下で詳細に説明する。

磁気センサ３２ａ、３２ｂは、基準磁石２２ａ、２２ｂによって生成された磁場を検出して、リボルバ２０の回転位置及びＺ軸方向のリボルバ２０の位置（すなわち、光軸Ｌ上のレンズ１１～１３の焦点位置）を検出するためのものである。例えば、ホール素子を磁気センサ３２ａ、３２ｂとして使用してもよい。磁気センサ３２ａ、３２ｂは、レンズ１１～１３の角度ピッチに等しい９０°の角度ピッチで、それぞれ、凹部３１の－Ｙ側及び－Ｘ側の内面に埋め込まれる。２つの基準磁石２２ａ、２２ｂと整列され、それら基準磁石によって生成される磁場を検出する２つの磁気センサ３２ａ、３２ｂのうちのアクティブ磁気センサを指定することにより、レンズ１１～１３の中から、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めされたレンズを指定することが可能である。磁気センサ３２ａ、３２ｂの検出信号が、ＡＦ回転制御ユニット７１に送信される。

シャフト３３は、リボルバ２０をホルダ３０上で回転可能に支持するための柱状シャフト本体であり、その長手方向がＺ軸方向に延びるように、凹部３１の中心に配置される。上記のように、リボルバ２０のスライダ２４と板ばね２５との間にシャフト３３を挟み込むことにより、リボルバ２０は、それらの間の摩擦力によってシャフト３３に保持される。ここで、リボルバ２０の重心が、防振部材２６のバランサ２６ｂにより回転中心と整列されるので、リボルバ２０は、シャフト３３によって重心で支持され得、それにより、リボルバ２０の位置が光軸Ｌに沿って補正される（すなわち、リボルバ２０によって保持されるレンズがＡＦ駆動される）ときに発生する共振を防止することができる。

アクチュエータ（ＡＦアクチュエータとも呼ばれる）３４は、シャフト３３をその長手方向（すなわち、Ｚ軸方向）に駆動するために伸縮する装置である。アクチュエータ３４として、例えば、ピエゾ素子を使用してもよい。

重り３５は、リボルバ２０を保持するシャフト３３をホルダ３０に安定して支持するためのものである。重り３５は、例えば、接着剤を用いて凹部３１の中心に固定される。シャフト３３は、アクチュエータ３４を介して重り３５に固定される。

スムーズインパクト駆動機構（ＳＩＤＭ）が、シャフト３３、アクチュエータ３４、及び重り３５から構成される。ＳＩＤＭは、リボルバ２０をシャフト３３に沿ってＺ軸方向に駆動する、つまり、重り３５に固定されたアクチュエータ３４の伸縮を使用してＡＦ駆動する。１）アクチュエータ３４をゆっくりと伸長させると、シャフト３３が＋Ｚ方向に動く。その結果、シャフト３３によって支持されたリボルバ２０は＋Ｚ方向に駆動される。２）アクチュエータ３４を素早く収縮させると、シャフト３３が－Ｚ方向に戻る。この場合に、慣性により、リボルバ２０が（慣性によって）シャフト３３上をスライドし、リボルバ２０は同じ位置に留まる。３）これらの動作を繰り返すことにより、リボルバ２０は、長ストロークで＋Ｚ方向に駆動される。上記と逆の動作を行うことにより、リボルバ２０を長ストロークで－Ｚ方向に駆動することができる。このような構成のＳＩＤＭを用いて、リボルバ２０によって保持されたレンズ１１～１３の全てをＺ軸方向に共通に駆動することにより、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置するレンズの位置を光軸Ｌに沿って補正する、すなわちオートフォーカスを実行することができる。

ベース４０は、ホルダ３０をスイング可能に支持するためのものである。ベース４０は、実質的に正方形のプレートであり、光軸Ｌを中心とする円形の開口部４０ａと、複数のコイル６１ａ～６１ｄに接続された上面の配線を含むＦＰＣ４０ｂとを有する。

ベース４０は、複数のコイル６１ａ～６１ｄ、磁気センサ４２ａ、４２ｂ、ばね４８、及びベアリング４９を含む。

複数のコイル６１ａ～６１ｄは、アクチュエータ６０のステータ６１を構成するものであり、ホルダ３０に設けられた複数の磁石５２ａ～５２ｄとそれぞれＺ軸方向に整列するようにＦＰＣ４０ｂに設けられる。コイル６１ａ～６１ｄのそれぞれは、一対のサブコイルを含み、ここで、一方のサブコイルは、磁石５２ａ～５２ｄに含まれる第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１の対応する１つの磁極及びその裏面に位置する反対の極性の磁極と整列され、他方のサブコイルは、第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２の対応する１つの磁極及びその裏面に位置する反対の極性の磁極と整列される。アクチュエータ６０（スイング装置の一例であり、ＯＩＳアクチュエータとも呼ばれる）は、磁石５２ａ、５２ｃ及びこれら磁石と整列したコイル６１ａ、６１ｃを使用して、ベース４０上でホルダ３０をＡ方向にスイングし、そして、磁石５２ｂ、５２ｄ及びこれら磁石と整列したコイル６１ｂ、６１ｄを使用して、ベース４０上でホルダ３０をＢ方向にスイングするように構成される。

このような構成を有するアクチュエータ６０によれば、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置するレンズのＸ方向及びＹ方向の位置を補正する、つまり、ホルダ３０によって支持されるリボルバ２０によって保持された全てのレンズ１１～１３を、光軸Ｌに直交する平面方向（すなわち、Ａ方向及びＢ方向）に共通してスイングさせることにより、手ぶれ補正を行うことが可能である。ホルダ３０上のリボルバ２０を回転駆動するためのモータ５０、及びベース４０上でホルダ３０をスイングさせるためのアクチュエータ６０は、複数の磁石５２ａ～５２ｄを共有し、それによって、モータ５０及びアクチュエータ６０はコンパクトな構成となる。

磁気センサ４２ａ、４２ｂは、それぞれ、磁石５２ａ、５２ｂによって生成された磁場を検出して、ベース４０に対してＡ方向及びＢ方向のホルダ３０の位置を検出するためのものである。例えば、ホール素子を磁気センサ４２ａ、４２ｂとして使用してもよい。磁気センサ４２ａ、４２ｂは、それぞれ、コイル６１ａ、６１ｂと重なるようにＦＰＣ４０ｂに設けられる。磁気センサ４２ａ、４２ｂの検出信号は、ＯＩＳ制御ユニット７２に送信される。

ばね４８は、ホルダ３０をベース４０に向けて付勢するためのものである。ばね４８は、ホルダ３０の背面の四隅とベース４０の上面の四隅との間に取り付けられる。

ベアリング４９は、ホルダ３０をベース４０上に支持する球形の部材である。ベアリング４９の数は、本実施形態では３つであるが、３つ以上の任意の数であってもよい。３つのベアリング４９は、ベース４０の＋Ｘ、＋Ｙコーナー、－Ｘ、＋Ｙコーナー、及び＋Ｙ中心にそれぞれ配置される。ホルダ３０は、ばね４８によってベース４０に向けて付勢され、それによって、圧力がベアリング４９に加えられ、その結果、ホルダ３０は、ベース４０上でスイング可能に支持される。

モータ５０は、ホルダ３０に対してリボルバ２０を回転駆動するためのものであり、ホルダ３０に設けられたステータ５２と、ステータ５２に面するようにリボルバ２０に設けられたムーバー５１とを含む。

ステータ５２は、ステータ５２の複数のコイル５１ａ～５１ｄと相互作用するように、リボルバ２０の周りでホルダ３０上に配置された複数の磁石５２ａ～５２ｄを有する。磁石５２ａ～５２ｄのそれぞれは２つの永久磁石、例えば、第１の磁極（例えば、Ｎ極）５２ａ１～５２ｄ１及びその裏面に位置する反対の極性の磁極（Ｓ極）を有する永久磁石と、第２の磁極（Ｓ極）５２ａ２～５２ｄ２及びその裏面に位置する反対の極性の磁極（Ｎ極）を有する永久磁石とから構成され、それによって、第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２が１つの表面に配置される。

複数の磁石５２ａ～５２ｄは、それぞれ、ホルダ３０の溝３１ａ～３１ｄに収容される。磁石５２ａ、５２ｃは、Ａ方向の反対側に配置され、磁石５２ｂ、５２ｄは、リボルバ２０の回転中心（すなわち、シャフト３３の中心）に対してＢ方向の反対側に配置される。これにより、磁石５２ａ～５２ｄは周方向に互いに離間して配置され、シャフト３３の中心に面する第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２は、リボルバ２０の周りに交互に配置される。

シャフト３３の中心に関して、磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１と第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２との間の中心間（center-to-center）距離に対応する角度間隔は、モータ５０によって達成されるリボルバ２０の単位回転角を与える。本実施形態では、一例として、単位回転角は２２．５°である。磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２は、単位回転角に対応する幅よりも広い幅を有する。磁石５２ａ～５２ｄは、単位回転角の４倍（コイルの２つの側の分離距離の２倍の大きさに等しい、本実施形態では９０°）の角度ピッチで配置される。

ムーバー５１は、リボルバ２０の側面に配置された複数のコイル５１ａ～５１ｄを有する。コイル５１ａ～５１ｄは、例えば、ＦＰＣコイルによって構成され得る。

複数のコイル５１ａ～５１ｄは、例えば、長方形の形状を有し、リボルバ２０の周囲に沿って互いに分離された第１の側５１ａ１～５１ｄ１及び第２の側５１ａ２～５１ｄ２を含む。複数の磁石５２ａ～５２ｄに対する複数のコイル５１ａ～５１ｄのサイズ及び配置は、リボルバ２０の回転位置について、コイル５１ａ～５１ｄの第１の側５１ａ１～５１ｄ１及び第２の側５１ａ２～５１ｄ２が、それぞれ、磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２と整列され、且つ、それぞれ、複数の磁石５２ａ～５２ｄの隣接する２つの磁石の一方の磁石の第１の磁極５２ａ１～５２ｄ１、及び隣接する２つの磁石の他方の第２の磁極５２ａ２～５２ｄ２と整列される。コイル５１ａ～５１ｄの第１の側５１ａ１～５１ｄ１と第２の側５１ａ２～５１ｄ２との間の分離距離は、単位回転角の２倍（本実施形態では４５°）に等しい。

コイル５１ａ～５１ｄは、リボルバ２０の側面に、単位回転角の３倍（第１の側と第２の側との間の分離距離の３／２倍に等しい、本実施形態では６７．５°）の角度ピッチで配置される。これにより、図１Ａに示される状態（レンズ１２が光軸Ｌ上に位置する基準レンズ状態）において、コイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２は、それぞれ、－４５°の角度位置（単位回転角の単位で－２）及び０°の角度位置（０）にある。コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、２２．５°の角度位置（１）及び６７．５°の角度位置（３）にある。コイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２は、それぞれ、９０°の角度位置（４）及び１３５°の角度位置（６）にある。コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、１５７．５°の角度位置（７）及び２０２．５°の角度位置（９）にある。

上記の磁石５２ａ～５２ｄ及びコイル５１ａ～５１ｄの配置によれば、図１Ａに示される基準レンズ状態において、コイル５１ｂの第１及び第２の側５１ｂ１、５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第１及び第２の磁極５２ｂ１、５２ｂ２と整列され、そして、コイル５１ｄの第１及び第２の側５１ｄ１、５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第２の磁極５２ｃ２及び磁石５２ｄの第１の磁極５２ｄ１と整列される。さらに、コイル５１ｃの第１及び第２の側５１ｃ１、５１ｃ２は、磁石５２ｂ、５２ｃの間の空間、並びに磁石５２ｃの第１及び第２の磁極５２ｃ１、５２ｃ２の境界にそれぞれ整列され、そして、コイル５１ａの第１及び第２の側５１ａ１、５１ａ２は、磁石５２ａの第１及び第２の磁極５２ａ１、５２ａ２の境界、並びに磁石５２ａ、５２ｂの間の空間とそれぞれ整列される。一対のコイル５１ａ、５１ｃ及び一対のコイル５１ｂ、５１ｄは、９０°の相対位相のシフトで配置される。その結果、リボルバ２０が単位回転角の整数倍だけ回転するときはいつでも、コイル５１ａ、５１ｃのそれぞれの両側又はコイル５１ｂ、５１ｄのそれぞれの両側は、常に、磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極５１ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極５１ａ２～５２ｄ２と整列される。

図２は、本実施形態によるレンズ交換装置１００の制御システムの構成を示す。制御システムは、リボルバ２０を回転制御し、光軸Ｌ上に位置決めされるレンズをＡＦ（すなわち、オートフォーカス）制御及びＯＩＳ（すなわち、手ぶれ補正）制御する制御ユニット７０によって構成される。コンピュータ装置が、ＡＦ回転制御ユニット７１及びＯＩＳ制御ユニット７２の機能を有する制御ユニット７０を実現するための制御プログラムを実行する。

ＡＦ回転制御ユニット７１は、ホルダ３０上の磁気センサ３２ａ、３２ｂの出力信号に基づいて、リボルバ２０を回転制御し、光軸Ｌ上のレンズをＡＦ制御するためのものである。

リボルバ２０の回転位置は、リボルバ２０が回転し、磁気センサ３２ａ、３２ｂが基準磁石２２ａ、２２ｂと整列されこれら磁石によって生成された磁場を検出するときに、磁気センサ３２ａ、３２ｂのアクティブセンサを指定することによって検出される。図３Ａ及び図４Ａに示されるように、リボルバ２０が基準位置に位置しており、レンズ１２が光軸Ｌ上に位置決めされる基準レンズ状態では、磁気センサ３２ａ、３２ｂは、それぞれ基準磁石２２ａ、２２ｂを検出して有効な検出信号出力する（すなわち、磁気センサ３２ａ、３２ｂがアクティブ化される）。図３Ｅに示されるように、リボルバ２０が基準レンズ状態から反時計回りに９０°だけ回転し、レンズ１３が光軸Ｌ上に位置する右レンズ状態では、磁気センサ３２ａのみが、基準磁石２２ｂを検出し、アクティブ化される。図４Ｅに示されるように、リボルバ２０が基準レンズ状態から時計回りに９０°だけ回転し、レンズ１１が光軸Ｌ上に位置する左レンズ状態では、磁気センサ３２ｂのみが、基準磁石２２ａを検出し、アクティブ化される。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ａ、３２ｂから受信した検出信号が有効であるかどうかを判定することによって、アクティブな磁気センサを指定する。

磁気センサ３２ａ、３２ｂの両方がアクティブである場合に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、リボルバ２０が基準位置にあることを検出し、レンズ状態を基準レンズ状態として指定する。磁気センサ３２ａのみがアクティブである場合に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、リボルバ２０が基準位置から９０°の回転位置にあることを検出し、レンズ状態を右レンズ状態として指定する。磁気センサ３２ｂのみがアクティブである場合に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、リボルバ２０が基準位置から－９０°の回転位置にあることを検出し、レンズ状態を左レンズ状態として指定する。

ＡＦ回転制御ユニット７１は、リボルバ２０の回転位置を検出し、光軸Ｌ上に位置決めされたレンズ（すなわち、基準レンズ状態、右レンズ状態、左レンズ状態のいずれか１つ）を上記のように指定し、モータ５０を制御してリボルバ２０を回転駆動することによりレンズ１１～１３を交換する。

Ｚ軸方向のリボルバ２０の位置（ＡＦ位置とも呼ばれる）は、リボルバ２０上の基準磁石２２ａ、２２ｂを検出する磁気センサ３２ａ、３２ｂのうちの１つ又は複数のアクティブセンサによって検出され、有効な検出信号を出力する。磁気センサ３２ａ、３２ｂの両方が基準レンズ状態でアクティブであり、磁気センサ３２ａが右レンズ状態でアクティブであり、磁気センサ３２ｂが左レンズ状態でアクティブである。ここで、ＡＦ回転制御ユニット７１は、アクティブ磁気センサの検出信号に基づいて、Ｚ軸方向におけるリボルバ２０の位置を検出する。磁気センサ３２ａ、３２ｂの両方がアクティブである場合に、それら磁気センサのいずれか又は両方を使用することができる。

ＡＦ回転制御ユニット７１は、光軸Ｌに沿って光軸Ｌ上に位置するレンズの位置を補正する、すなわち、上記のように、Ｚ軸方向のリボルバ２０の位置を検出し、リボルバ２０（すなわち、リボルバ２０によって一緒に保持されたレンズ１１～１３）をＺ軸方向に駆動する結果に基づいてアクチュエータ３４を制御することによってレンズをＡＦ制御する。そのような構成を有する制御ユニット７０の場合に、磁気センサ３２ａ、３２ｂは、リボルバ２０の回転位置検出及びＡＦ位置検出において共有される。

ＯＩＳ制御ユニット７２は、ベース４０上の磁気センサ４２ａ、４２ｂの検出信号に基づいて、光軸Ｌ上のレンズをＯＩＳ制御するためのものである。ＯＩＳ制御ユニット７２は、磁気センサ４２ａ、４２ｂの検出信号に基づいて、ベース４０に対してＡ方向及びＢ方向のホルダ３０の位置を計算し、計算結果に基づいて、アクチュエータ６０を構成する複数のコイル６１ａ～６１ｄを励起することにより、ベース４０上でホルダ３０をＡ及びＢ方向にスイングさせる。その結果、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置するレンズのＸ方向及びＹ方向の位置を補正する、すなわち、リボルバ２０によって保持される全てのレンズ１１～１３を光軸Ｌに直交する平面方向（すなわち、Ａ方向及びＢ方向）に一緒にスイングすることによって手ぶれ補正を行うことができる。

このような構成を有する制御ユニット７０は、モータ５０を用いて、複数のレンズ１１～１３を保持するリボルバ２０を回転駆動してレンズ１１～１３を交換し、レンズのうちの１つのレンズを光軸Ｌ上に位置決めし、アクチュエータ３４を使用してリボルバ２０をＺ軸方向に駆動し、アクチュエータ６０を使用してリボルバ２０を光軸Ｌに直交する平面方向（すなわち、Ａ方向及びＢ方向）にスイングすることにより、光軸Ｌ上のレンズをＡＦ制御及びＯＩＳ制御する。これにより、共通の制御システムにより、複数のレンズ１１～１３のそれぞれの位置を正確に制御することが可能である。

ＡＦ回転制御ユニット７１によるレンズ交換動作、及びモータ５０によるリボルバ２０の回転駆動（励起スイッチングのタイミング）の原理について説明する。

表１は、複数のコイル５１ａ～５１ｄの励起スイッチングのタイミングチャートを示す。このチャートは、リボルバ２０の各回転位置について、磁石５２ａ～５２ｄの第１の磁極（Ｎ極）５２ａ１～５２ｄ１及び第２の磁極（Ｓ極）５２ａ２～５２ｄ２、第１及び第２の磁極の境界（Ｄ）、及び磁石５２ａ～５２ｄの間の空間（－）が、コイル５１ａ～５１ｄの第１の側５１ａ１～５１ｄ１及び第２の側５１ａ２～５１ｄ２と整列されることを示す。チャートはまた、リボルバ２０を各回転位置から反時計回り（ＣＣＷ）及び時計回り（ＣＷ）に回転させるために、どのコイルを励起すべきか、どの方向にコイルを励起すべきかを示す。リボルバ２０の回転位置は、基準レンズ状態（０°）に対して、－９０°～９０°の範囲内で、単位回転角（２２．５°）の増分で与えられる。さらに、コイル５１ａ～５１ｄの励起の方向は、通電方向として規定され、これは、ｕ（＋Ｚ方向）及びｄ（－Ｚ方向）のいずれかによって示され、第１の側５１ａ１～５１ｄ１及び第２の側５１ａ２～５１ｄ２のマークがなし（通電なし）である。括弧内において、左文字及び右文字は、それぞれ反時計回りと時計回りの回転を示す。

レンズ１２を光軸Ｌ上に位置決めする基準レンズ状態から、レンズ１３を光軸Ｌ上に位置決めする右レンズ状態へのレンズ交換動作におけるコイル５１ａ～５１ｄの励起スイッチングについて、説明する。

図３Ａに示される基準レンズ状態では、リボルバ２０上のコア２３ａ～２３ｄは、それぞれ、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界と整列され、それによって、保持力を加えることなく、リボルバ２０は基準位置に位置決めされ、レンズ１２はそれに応じて光軸Ｌ上に位置決めされる。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ａ、３２ｂの両方が基準磁石２２ａ、２２ｂを検出し（それら基準磁石から有効な検出信号を受信し）、こうしてアクティブされることを感知することにより、レンズ状態を基準レンズ状態として指定する。

図３Ａに示される基準レンズ状態では、すなわち、リボルバ２０が基準位置（０°）にあるときに、コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第１の磁極５２ｂ１及び第２の磁極５２ｂ２と整列され、そして、コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第２の磁極５２ｃ２及び磁石５２ｄの第１の磁極５２ｄ１と整列される。同時に、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして、磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｂ、５１ｄを励起する。その結果、ホルダ３０に対して反時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、コア２３ａ～２３ｄが磁石５２ａ～５２ｄの引力から逃げ、リボルバ２０が、図の矢印によって示される方向に回転し始める。

図３Ｂに示されるように、リボルバ２０が単位回転角（２２．５°）だけ反時計回りに回転すると、コイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１及び第２の磁極５２ｃ２と整列され、そして、コイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２は、それぞれ、磁石５２ａの第２の磁極５２ａ２及び磁石５２ｂの第１の磁極５２ｂ１と整列される。同時に、コイル５１ｂ、５１ｄの第１の側５１ｂ１、５１ｄ１及び第２の側５１ｂ２、５１ｄ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｃ、５１ａを励起する。その結果、ホルダ３０に対して反時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図３Ｃに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×２（４５°）だけ反時計回りに回転すると、コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｄの第１の磁極５２ｄ１及び第２の磁極５２ｄ２と整列され、そして、コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第２の磁極５２ｂ２及び磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１と整列される。同時に、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｄ、５１ｂを励起する。その結果、ホルダ３０に対して反時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図３Ｄに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×３（６７．５°）だけ反時計回りに回転すると、コイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第１の磁極５２ｂ１及び第２の磁極５２ｂ２と整列され、そして、コイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第２の磁極５２ｃ２及び磁石５２ｄの第１の磁極５２ｄ１と整列される。同時に、コイル５１ｂ、５１ｄの第１の側５１ｂ１、５１ｄ１及び第２の側５１ｂ２、５１ｄ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ａ、５１ｃを励起する。その結果、ホルダ３０に対して反時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図３Ｅに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×４（９０°）だけ反時計回りに回転すると、リボルバ２０上のコア２３ａ～２３ｄは、磁石５２ｂ～５２ｄ及び５２ａそれぞれの磁極の境界と整列され、それによって、保持力を加えることなく、リボルバ２０はその位置に位置決めされ、レンズ１３はそれに応じて光軸Ｌ上に位置決めされる。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ａのみがアクティブ化すべき基準磁石２２ｂを検出することによって、レンズ状態を右レンズ状態として指定し、レンズ交換動作を終了する。

右レンズ状態から基準レンズ状態へのレンズ交換動作におけるコイル５１ａ～５１ｄの励起スイッチングについて説明する。

図３Ｆに示される右レンズ状態において、すなわち、リボルバ２０が９０°の位置にあるときに、コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１及び第２の磁極５２ｃ２と整列され、そして、コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｄの第２の磁極５２ｄ２及び磁石５２ａの第１の磁極５２ａ１と整列される。同時に、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｂ、５１ｄを励起する。その結果、ホルダ３０に対して時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、コア２３ａ～２３ｄが磁石５２ａ～５２ｄの引力から逃げ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向に回転し始める。

次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、図３Ｂ～図３Ｄに示されるリボルバ２０の各位置において、上記の励起スイッチングを、コイル５１ａ～５１ｄを逆方向に通電することによって行う。これにより、リボルバ２０はさらに時計回りに回転する。

図３Ａに示されるように、リボルバ２０が基準位置（０°）に戻ると、リボルバ２０上のコア２３ａ～２３ｄは、それぞれ、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界に整列され、それによって、保持力を加えることなく、リボルバ２０は基準位置に位置決めされ、レンズ１２はそれに応じて光軸Ｌ上に位置決めされる。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ａ及び３２ｂの両方が基準磁石２２ａ及び２２ｂを検出し、こうしてアクティブ化されることを感知することにより、レンズ状態を基準レンズ状態として指定する。

レンズ１２が光軸Ｌ上に位置決めされる基準レンズ状態から、レンズ１１が光軸Ｌ上に位置決めされる左レンズ状態へのレンズ交換動作におけるコイル５１ａ～５１ｄの励起スイッチングについて説明する。

図４Ａに示される基準レンズ状態において、すなわち、リボルバ２０が基準位置（０°）にあるときに、上記のように、コイル５１ｂ、５１ｄの第１の側５１ｂ１、５１ｄ１及び第２の側５１ｂ２、５１ｄ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極と整列されており、こうして、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｂ、５１ｄを励起する。その結果、ホルダ３０に対して時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、コア２３ａ～２３ｄが磁石５２ａ～５２ｄの引力から逃げ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向に回転し始める。

図４Ｂに示されるように、リボルバ２０が単位回転角（－２２．５°）だけ時計回りに回転すると、コイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２は、それぞれ、磁石５２ａの第１の磁極５２ａ１及び第２の磁極５２ａ２と整列され、そして、コイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第２の磁極５２ｂ２及び磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１と整列される。同時に、コイル５１ｂ、５１ｄの第１の側５１ｂ１、５１ｄ１及び第２の側５１ｂ２、５１ｄ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ａ、５１ｃを励起する。その結果、ホルダ３０に対して時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図４Ｃに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×２（−４５°）だけ時計回りに回転すると、コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１及び第２の磁極５２ｃ２と整列され、そして、コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ａの第２の磁極５２ａ２及び磁石５２ｂの第１の磁極５２ｂ１と整列される。同時に、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｄ、５１ｂを励起する。その結果、ホルダ３０に対して時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図４Ｄに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×３（－６７．５°）だけ時計回りに回転すると、コイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第１の磁極５２ｂ１及び第２の磁極５２ｂ２と整列され、そして、コイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２は、それぞれ、磁石５２ｄの第２の磁極５２ｄ２及び磁石５２ａの第１の磁極５２ａ１と整列される。同時に、コイル５１ｂ、５１ｄの第１の側５１ｂ１、５１ｄ１及び第２の側５１ｂ２、５１ｄ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｃの第１の側５１ｃ１及び第２の側５１ｃ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ａの第１の側５１ａ１及び第２の側５１ａ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｃ、５１ａを励起する。その結果、ホルダ３０に対して時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向にさらに回転する。

図４Ｅに示されるように、リボルバ２０が単位回転角×４（－９０°）だけ時計回りに回転すると、リボルバ２０上のコア２３ａ～２３ｄは、それぞれ、磁石５２ｄ、５２ａ～５２ｃの磁極の境界と整列され、それによって、保持力を加えることなく、リボルバ２０はその位置に位置決めされ、レンズ１１はそれに応じて光軸Ｌ上に位置決めされる。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ｂのみがアクティブ化すべき基準磁石２２ａを検出することを感知することにより、レンズ状態を左レンズ状態として指定し、レンズ交換動作を終了する。

左レンズ状態から基準レンズ状態へのレンズ交換動作におけるコイル５１ａ～５１ｄの励起スイッチングについて説明する。

図４Ｆに示される左レンズ状態において、すなわち、リボルバ２０が－９０°の位置にあるときに、コイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２は、それぞれ、磁石５２ａの第１の磁極５２ａ１及び第２の磁極５２ａ２と整列され、そして、コイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２は、それぞれ、磁石５２ｂの第２の磁極５２ｂ２及び磁石５２ｃの第１の磁極５２ｃ１と整列される。同時に、コイル５１ａ、５１ｃの第１の側５１ａ１、５１ｃ１及び第２の側５１ａ２、５１ｃ２は、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界、又は隣接する２つの磁石の間の空間と整列されており、こうして磁石５２ａ～５２ｄのいずれの磁石の磁極とも整列していない。次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、電流がコイル５１ｂの第１の側５１ｂ１及び第２の側５１ｂ２を通って－Ｚ方向及び＋Ｚ方向それぞれに流れ、且つ電流がコイル５１ｄの第１の側５１ｄ１及び第２の側５１ｄ２を通って＋Ｚ方向及び－Ｚ方向それぞれに流れるように、コイル５１ｂ、５１ｄを励起する。その結果、ホルダ３０に対して反時計回りの駆動力がリボルバ２０に加えられ、コア２３ａ～２３ｄは磁石５２ａ～５２ｄの引力から逃げ、リボルバ２０は、図の矢印によって示される方向に回転し始める。

次に、ＡＦ回転制御ユニット７１は、図４Ｂ～図４Ｄに示されるリボルバ２０の各位置において、コイル５１ａ～５１ｄに逆方向に通電することにより、上記の励起スイッチングを行う。これにより、リボルバ２０はさらに反時計回りに回転する。

図４Ａに示されるように、リボルバ２０が基準位置（０°）に戻るときに、リボルバ２０上のコア２３ａ～２３ｄは、それぞれ、磁石５２ａ～５２ｄの磁極の境界と整列され、それによって、保持力を加えることなく、リボルバ２０は基準位置に位置決めされ、レンズ１２はそれに応じて光軸Ｌ上に位置決めされる。ＡＦ回転制御ユニット７１は、磁気センサ３２ａ、３２ｂの両方が、アクティブ化すべき基準磁石２２ａ、２２ｂを検出することを感知することにより、レンズ状態を基準レンズ状態として指定し、レンズ交換動作を終了する。

コイル５１ａ、５１ｃ及びコイル５１ｂ、５１ｄが、磁石５２ａ～５２ｄの配置に対して９０°の相対位相のシフトで配置されるので、コイル５１ａ、５１ｃの両側及びコイル５１ａ、５１ｃの両側は、リボルバ２０が単位回転角だけ回転する度に、磁石５２ａ～５２ｄの磁極と交互に整列される。従って、リボルバ２０は、制御を失うことなく回転駆動することができる。

上記のように、本実施形態のレンズ交換装置１００は、回転中心の周りに複数のレンズ１１～１３を互いに離して保持するリボルバ２０と；リボルバ２０を回転可能に支持するホルダ３０と；リボルバ２０に取り付けられたムーバー５１、及びムーバー５１に面するようにホルダ３０に取り付けられたステータ５２を含むモータ５０と；を含み、モータ５０は、ホルダ３０に対してリボルバ２０を回転駆動する。モータ５０を使用してホルダ３０に対してリボルバ２０を回転駆動することによって、複数のレンズ１１～１３を交換し、レンズのうちの１つのレンズを選択し、そのレンズをイメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めすることが可能である。光軸Ｌ上のレンズ及びイメージセンサ９９から１つのモジュールを構成するレンズ交換タイプのカメラモジュールを提供することができる。

本実施形態によるレンズ交換装置１００では、２つの磁気センサ３２ａ、３２ｂがホルダ３０に設けられ、２つの基準磁石２２ａ、２２ｂがリボルバ２０に設けられ、リボルバ２０の回転位置が、基準磁石２２ａ、２２ｂと整列された磁気センサ３２ａ、３２ｂを指定して、それら基準磁石によって生成され且つアクティブ化される磁場を検出することによって検出されるが、任意の数の磁気センサ及び基準磁石を使用してもよい。リボルバ２０の回転位置は、リボルバ２０上の少なくとも１つの基準磁石と整列され、基準磁石の磁場に反応する磁気センサを指定することによって検出することができ、少なくとも１つの基準磁石がリボルバ２０に設けられ得、複数の磁気センサは、少なくとも１つの基準磁石に面するように、ホルダ３０上のリボルバ２０の周りに配置され得る。

このような場合に、複数の磁気センサは、複数のレンズ１１～１３をイメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めした場合のリボルバ２０の位置に対応して配置される。それにより、少なくとも１つの基準磁石を検出し、こうしてアクティブ化される複数の磁気センサのうちの少なくとも１つのセンサを指定することにより、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めされたレンズを指定することが可能である。

本実施形態によるレンズ交換装置１００では、リボルバ２０の側面に配置された複数のコイル５１ａ～５１ｄをムーバー５１として使用し、且つリボルバ２０の周りでホルダ３０に配置された複数の磁石５２ａ～５２ｄをステータ５２として使用する可動コイル型モータを採用しているが、モータはこのタイプに限定されず、複数の磁石をムーバー５１としてリボルバ２０の側面に配置し、且つ複数の磁石をステータ５２としてリボルバ２０の周りでホルダ３０に配置する可動磁石型モータを使用してもよい。さらに、ムーバー５１は、側面に設けられること、及びリボルバ２０の上面又は下面の周囲の近くに設けられることに限定されない。ステータ５２は、ムーバー５１に面するようにホルダに設けられ得、それにより、平面型モータが構成され得る。

図５Ａ～図５Ｅは、変形例によるレンズ交換装置１１０の構成を示し、図５Ａは、レンズ交換装置１１０の構成を上面図で示す。図５Ｂは、レンズ交換装置１１０の構成を図５Ａの基準線ＩＩ－ＩＩに沿った断面で示す。図５Ｃは、リボルバ１２０の構成を上面図で示す。図５Ｄは、ホルダ１３０の構成を上面図で示す。図５Ｅは、ベース１４０の構成を上面図で示す。これらの図において、イメージセンサ９９の受光中心に位置する光軸Ｌに関して、光軸Ｌに平行な方向はＺ軸方向として規定され、Ｚ軸方向に直交する平面において光軸Ｌ及びリボルバ１２０の回転中心（ホルダ１３０上のシャフト３３の中心）を結ぶ直線の方向は－Ｙ軸方向として規定され、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向はＸ軸方向として規定される。

レンズ交換装置１１０は、リボルバ１２０、ホルダ１３０、ベース１４０、モータ１５０、及び制御ユニット１７０を含む。

リボルバ１２０は、レンズ１１～１３を保持するためのものであり、以下の特徴を除いて、上記のリボルバ２０と同様に構成される。基準磁石２２ａ、２２ｂは、それぞれ、コイル５１ａの第１の側５１ａ１の裏側、及びコイル５１ｄと防振部材２６との間に設けられる。さらに、複数のコア２３ａ～２３ｃは、レンズ１３～１１それぞれに近接してリボルバ２０の側面に配置される。

ホルダ１３０は、リボルバ１２０を回転可能に支持するためのケーシングであり、以下の特徴を除いて、上記のホルダ３０と同様に構成される。４つの溝３１ａ～３１ｄは、それぞれ、凹部３１の＋Ｘ側、＋Ｙ側、－Ｘ側、及び－Ｙ側に配置され、その中に磁石５２ａ～５２ｄをそれぞれ収容している。換言すれば、磁石５２ｂ、５２ｄは、光軸Ｌとシャフト３３の中心とを結ぶ直線の方向の反対側に配置される。磁気センサ３２ａ、３２ｂは、それぞれ、凹部３１の＋Ｘ、－Ｙ及びＸ、－Ｙ側の内面に埋め込まれる。

ベース１４０は、ホルダ１３０をスイング可能に支持するためのものであり、以下の特徴を除いて、上記のベース４０と同様に構成される。コイル６１ｂ、６１ｄは、アクチュエータ１６０のステータ６１を構成するためのものであり、Ｚ軸方向においてホルダ１３０に設けた磁石５２ｂ、５２ｄそれぞれと整列するようにＦＰＣ４０ｂに設けられる。磁気センサ４２ａ、４２ｂは、それぞれ、磁石５２ａ、５２ｂによって生成された磁場を検出して、Ｘ方向及びＹ方向におけるベース１４０に対するホルダ１３０の位置を検出するためのものである。磁気センサ４２ａは、Ｚ軸方向においてホルダ１３０上の磁石５２ａと整列するようにＦＰＣ４０ｂ上に配置される。磁気センサ４２ｂは、ＦＰＣ４０ｂ上に設けられ、コイル６１ｂと重なり、Ｚ軸方向においてホルダ１３０上の磁石５２ｂと整列される。

コイル６１ｂ、６１ｄのそれぞれは、一対のサブコイルを含み、ここで、一方のサブコイルは、磁石５２ｂ、５２ｄに含まれる第１の磁極５２ｂ１、５２ｄ１と、その裏面に位置する反対の極性の磁極と整列され、及び他方のサブコイルは、第２の磁極５２ｂ２、５２ｄ２と、その裏面に位置する反対の極性の磁極と整列される。磁石５２ｂ、５２ｄ及びこれと整列したコイル６１ｂ、６１ｄは、アクチュエータ１６０（スイング装置の一例であり、ＯＩＳアクチュエータとも呼ばれる）を構成して、ベース１４０上でホルダ１３０をＹ軸方向にスイングさせる。

モータ１５０は、磁石５２ａ～５２ｄが異なって配置されることを除いて、上記のモータ５０と同様に構成される。

図６は、変形例によるレンズ交換装置１１０の制御システムの構成を示す。制御システムは、制御ユニット１７０を含むように構成される。コンピュータ装置は、制御プログラムを実行して、ＡＦ回転制御ユニット７１及びＯＩＳ制御ユニット７２の機能を有する制御ユニット１７０を実現する。

ＡＦ回転制御ユニット７１は、ホルダ１３０上の磁気センサ３２ａ、３２ｂの出力信号に基づいて、リボルバ１２０を回転制御し、光軸Ｌ上のレンズをＡＦ制御する。リボルバ１２０の回転駆動及びＡＦ駆動の原理は上記の通りである。

ＯＩＳ制御ユニット７２は、リボルバ１２０によって保持された複数のレンズ１１～１３の中から、イメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置するレンズの位置をＸ方向及びＹ方向に補正する、すなわち、磁気センサ４２ａ、４２ｂの検出信号に基づいてＸ及びＹ方向におけるベース１４０に対するホルダ１３０の位置を計算し、ベース１４０上でホルダ１３０をＹ軸方向にスイングするべくコイル６１ｂ、６１ｄを励起するようにアクチュエータ１６０を制御し、計算結果に基づいてリボルバ１２０がホルダ１３０に対して微妙に（細かく）回転するようにモータ１５０を制御することによって、手ぶれ補正を実行することができる。

このような構成を有する制御ユニット１７０は、モータ１５０を使用して複数のレンズ１１～１３を保持するリボルバ１２０を回転駆動してレンズ１１～１３を交換し、レンズのうちの１つのレンズを光軸Ｌに位置決めし、アクチュエータ３４を使用してリボルバ１２０をＺ軸方向に駆動することにより光軸Ｌ上のレンズをＡＦ制御し、アクチュエータ１６０を使用してリボルバ１２０をＹ軸方向にスイングし、モータ１５０を使用してリボルバ１２０微妙に回転させることにより光軸Ｌ上のレンズをＯＩＳ制御する。これにより、共通の制御システムにより、複数のレンズ１１～１３の位置を正確に制御することができる。

図７は、携帯端末２００の構成の一例を示す。携帯端末２００は、例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータ等であり得、複数のレンズ１１～１３と；イメージセンサ９９と；本実施形態によるレンズ交換装置１００又は変形例によるレンズ交換装置１１０と；を含む。複数のレンズ１１～１３は、レンズ交換装置１００（１１０）に含まれるリボルバ２０（１２０）によって保持され、イメージセンサ９９は、その光軸Ｌがホルダ３０（１３０）の開口部３０ａ及びベース４０（１４０）の開口部４０ａの中心と整列するようにレンズ交換装置１００（１１０）内に配置される。このような構成を有する携帯端末２００は、カメラモジュールを含む携帯端末を提供し、カメラモジュールは、レンズ１１～１３に単一のイメージセンサ９９、単一のＡＦアクチュエータ３４、及び単一のＯＩＳアクチュエータ６０（１６０）を使用し、レンズ交換装置１００（１１０）により、複数のレンズ１１～１３を交換し、レンズのうちの１つのレンズをイメージセンサ９９の光軸Ｌ上に位置決めするレンズ交換方法を採用する。

本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に限定されない。上記の実施形態に様々な変更及び改良を加えることができることは当業者には明らかであろう。また、特許請求の範囲から、そのような変更又は改良を加えた実施形態を本発明の技術的範囲に含めることができることも明らかであろう。

特許請求の範囲、実施形態、又は図に示される装置、システム、プログラム、及び方法によって実行される各プロセスの操作、手順、ステップ、及び段階は、順序が「～より前」、「～の前」等によって示されない限り、前のプロセスからの出力が後のプロセスで使用されない限り、任意の順序で実行することができる。特許請求の範囲、実施形態、又は図において「第１」又は「次」等の句を使用してプロセスフローを説明している場合でも、それは、プロセスをこの順序で実行しなければならないことを必ずしも意味しない。

Claims (15)

1. 複数のレンズを交換して、いずれか１つのレンズをイメージセンサの光軸上に配置するためのレンズ交換装置であって、当該レンズ交換装置は、
   回転中心の周りで複数のレンズを互いに離して保持するリボルバと、
   該リボルバを回転可能に支持するホルダと、
   前記リボルバに取り付けられたムーバー、及び該ムーバーに面するように前記ホルダに取り付けられたステータを含むモータと、を含み、
   該モータは、前記ホルダに対して前記リボルバを回転駆動し、
   前記ムーバーは、前記リボルバの側面に配置された複数のコイルを有しており、前記ステータは、前記リボルバの周りに配置された複数の磁石を有しており、それによって、該複数の磁石は、前記複数のコイルと相互作用し、
   前記複数の磁石のそれぞれは、第１の磁極及び第２の磁極を有しており、前記複数の磁石は、前記第１の磁極及び前記第２の磁極が前記リボルバの周りで交互になるように配置されており、
   前記複数のコイルのそれぞれには、前記リボルバの周囲に沿って互いに離れた第１の側及び第２の側があり、
   前記複数の磁石及び前記複数のコイルの相対的な配置は、前記リボルバの回転位置に関して、前記複数のコイルのうちの第１のコイルの前記第１の側が、前記複数の磁石のうちの第１の磁石の前記第１の磁極と整列され、前記第１のコイルの前記第２の側が、前記第１の磁石の前記第２の磁極と整列され、前記複数のコイルのうちの第２のコイルの前記第１の側が、前記複数の磁石のうちの第２の磁石の前記第２の磁極と整列され、前記第２のコイルの前記第２の側が、前記複数の磁石のうちの第３の磁石の前記第１の磁極と整列され、前記第２の磁石及び前記第３の磁石が隣接する、ようになされる、
   レンズ交換装置。
2. 前記複数のコイルのうちの第３のコイルは、前記第３のコイルの前記第１の側が前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に整列され、且つ前記第３のコイルの前記第２の側が前記第２の磁石の前記第１の磁極及び前記第２の磁極の境界に整列されるように位置決めされ、
   前記複数のコイルのうちの第４のコイルは、前記第４のコイルの前記第１の側が第４の磁石の前記第１の磁極及び前記第２の磁極の境界に整列され、且つ前記第４のコイルの前記第２の側が、前記第１の磁石と前記第４の磁石との間に整列されるように位置決めされる、請求項１に記載のレンズ交換装置。
3. 前記複数のコイルのアレイピッチが、前記複数のコイルのそれぞれのコイルの前記第１の側と前記第２の側との間の分離距離の３／２倍であり、前記複数の磁石のアレイピッチが、前記複数のコイルのそれぞれのコイルの前記第１の側と前記第２の側との間の前記分離距離の２倍である、請求項１又は２に記載のレンズ交換装置。
4. 前記複数のレンズのうちの１つのレンズが前記光軸上に配置されるように前記リボルバが回転可能に位置決めされるときに、前記リボルバは、前記複数の磁石のうちの１つの磁石の前記第１の磁極及び前記第２の磁極の境界と整列する少なくとも１つのコアを有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ交換装置。
5. 前記ホルダをスイング可能に支持するためのベースをさらに含み、該ベースは、前記複数の磁石にそれぞれ面するように設けられた複数の異なるコイルを有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ交換装置。
6. 前記複数の磁石のうちの少なくとも１つの磁石に面するように前記ベースに配置された磁気センサの出力信号に基づいて、前記複数の異なるコイルを励起するための制御ユニットをさらに含む、請求項５に記載のレンズ交換装置。
7. 前記複数の磁石は２対の磁石を含み、各対の磁石が前記リボルバの前記回転中心の反対側に配置される、請求項５又は６に記載のレンズ交換装置。
8. 前記複数の磁石は、前記リボルバの前記回転中心の反対側に配置された２つの磁石を含み、前記光軸が前記２つの磁石の間に一直線上にある、請求項５又は６に記載のレンズ交換装置。
9. 前記リボルバは、少なくとも１つの基準磁石を有しており、前記ホルダは、前記少なくとも１つの基準磁石を検出するために前記リボルバの周りに配置された複数の磁気センサを有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ交換装置。
10. 前記ホルダ上の前記複数の磁気センサは、少なくとも１つの磁気センサが、前記複数のレンズのうちの１つのレンズを前記イメージセンサの前記光軸上に位置決めする前記リボルバの各回転位置で、少なくとも１つの基準磁石を検出するように位置決めされる、請求項９に記載のレンズ交換装置。
11. 前記複数のレンズは、前記リボルバの前記回転中心の周りに一定の角度間隔で配置された３つのレンズを含み、前記少なくとも１つの基準磁石は、前記一定の角度間隔に等しいで角度間隔で配置された２つの基準磁石を含み、前記ホルダ上の前記複数の磁気センサは、前記一定の角度間隔に等しい角度間隔で配置された２つの磁気センサを含む、請求項９に記載のレンズ交換装置。
12. 前記ホルダ上の前記複数の磁気センサの中から前記基準磁石を検出する磁気センサの検出結果に基づいて、前記リボルバの位置を前記光軸に沿って補正するための制御ユニットをさらに含む、請求項９乃至１１のいずれかに記載のレンズ交換装置。
13. 前記ホルダは、前記リボルバを回転可能に支持するためのシャフトと、該シャフトを前記光軸に沿って駆動するためのアクチュエータとを有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のレンズ交換装置。
14. 前記シャフトは、前記リボルバの重心で前記リボルバを支持する、請求項１３に記載のレンズ交換装置。
15. 携帯端末であって、当該携帯端末は、
    複数のレンズと、
    イメージセンサと、
    複数のレンズを交換して、いずれか１つのレンズを前記イメージセンサの光軸上に配置するための、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のレンズ交換装置と、を含む、
    携帯端末。

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