KR101567107B1 - 카메라 구동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 카메라 구동 장치는, 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와, 적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부를 갖는 고정 유닛과, 자성체에 대하여 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 자기 흡인력에 의해 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 돌기부의 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부와, 카메라부를 탑재하고, 제 1 가동부에 고정된 제 2 가동부로서, 제 1 가동부가 회동할 때, 고정 유닛에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 마련된 탈락 방지 규제면을 갖는 제 2 가동부를 포함하는 가동 유닛과, 고정 유닛에 대한 카메라부의 경사 각도, 및 렌즈의 광축 주위의 카메라부의 회전 각도를 검출하는 검출기와, 고정 유닛에 대해서 카메라부를 경사시키는 제 1 구동부와, 고정 유닛에 대해서 카메라부를 광축 중심으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
Description
본 발명은, 렌즈 경통 및 촬상 소자를 포함하는 카메라부를 패닝(panning) 방향(요잉(yawing)) 및 틸팅(tilting) 방향(피칭(pitching))으로 경사시킬 수 있고, 또한 카메라부의 광축을 중심으로 회전(롤링(rolling))시킬 수 있는 카메라 구동 장치에 관한 것이다.
최근 시판되는 비디오 카메라나 디지털 카메라의 대부분에는, 손떨림에 의한 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 손떨림 보정 장치가 마련되어 있다. 이 손떨림 보정 장치는 렌즈, 렌즈 경통, 반사 미러 또는 촬상 소자 등을 카메라의 광축에 대하여 경사시키거나, 또는 광축에 직교하는 평면에서 2차원적으로 이동시킨다.
예를 들면, 특허문헌 1은 렌즈 경통을 1점에서 탄성 지지하고, 렌즈 경통을 광축에 대하여 경사시키는 구조를 갖는 떨림 보정 기구를 개시하고 있다. 특허문헌 2는 미러를 피봇 구성으로 지지하고, 광축에 대하여 경사시키는 손떨림 보정 장치를 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 3은 구형상(球狀)의 렌즈 경통을 3점에서 지지하고, 광축을 따라 이동시키는 동시에 경사시키는 촬상 렌즈 유닛을 개시하고 있다.
일반적으로, 사람이 정지해서 촬영하는 경우에 발생하는 손떨림 각도는 ±0.3도 정도이며, 그 발생 주파수 성분은 20∼30㎐ 정도라고 말하고 있다. 또한, 손떨림을 보정하는 제어는 10㎐ 정도의 주파수 대역에서 실행할 필요가 있다고 말하고 있다.
이와 같이, 촬영자가 정지한 상태에서 비디오 카메라나 디지털 카메라의 촬영을 실행할 경우, 손떨림 각도는 비교적 작고, 또한 제어를 위한 주파수도 비교적 낮다. 이 때문에, 정지시의 손떨림에 의한 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 종래의 카메라 구동 장치는, 카메라 구동 장치를 구성하는 각 부(렌즈, 렌즈 경통, 반사 미러, 촬상 소자 등)를 렌즈의 광축에 대해서 경사시키는 경사 각도나, 광축에 직교하는 평면에서 2차원적으로 직선 이동시키는 이동량이 미소한데도 불구하고, 양호한 손떨림 보정을 실현하고 있었다.
그러나, 촬영자가 걸으면서 동영상이나 정지화상을 촬영하는 보행 촬영시에 있어서는, 발생하는 화상의 떨림(이하, 보행 떨림이라고 칭할 경우가 있다. 보행 떨림에는 손떨림도 포함된다.)의 각도는 예를 들면 ±10도 이상이며, 보행 떨림을 보정하기 위해서는, 50㎐ 정도의 주파수 대역에서 제어를 실행할 필요가 있다고 말하고 있다. 이와 같이 화상의 떨림 각도가 크게 되고, 보다 높은 주파수에서 제어를 실행할 경우, 종래의 카메라 구동 장치에서는, 구성요소를 지지하는 지지계 및 구성요소를 구동하는 구동계의 구성에 있어서 과제가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1의 장치는, 렌즈 경통을 미소한 각도에서 경사시키는데도 적합하지만, ±10도를 넘는 것과 같은 큰 각도에서 렌즈 경통을 경사시킬 경우, 지지하고 있는 탄성체가 소성 영역까지 변형해버리는 것으로 생각된다. 또한, 경사시키는 각도가 크게 되면, 탄성체의 스프링 정수에 의한 부하가 매우 크게 되고, 탄성체에 의한 고유 진동의 진폭 증대 계수(Q값)도 증대한다. 그 결과, 보정 제어의 위상 특성이나 이득 특성이 악화하여, 상술한 주파수 대역에서 보정 제어를 실행하는 것이 곤란하게 되는 것으로 고려된다.
특허문헌 2의 장치는, 화상의 떨림을 보정하기 위해서, 반사 미러를 구동시키고 있다. 그러나, 비디오 카메라나 디지털 카메라가 광각 렌즈계를 구비하고 있을 경우, 광학계에 반사 미러를 마련하려고 하면, 반사 미러는 광학계에 있어서 큰 구성요소로 되어 버린다. 이 때문에, 반사 미러는 소형화가 요구되는 비디오 카메라나 디지털 카메라에는 적절한 해결 수단이라고는 말하기 어렵다. 또한, 자기 흡인력으로 미러를 피봇 지지하고 있기 때문에, 진동이나 충격 등의 외란에 의해, 미러가 탈락할 가능성이 있다.
특허문헌 3의 렌즈 유닛은 구형상의 렌즈 홀더를 구비하고 있기 때문에, 큰 각도로 렌즈 홀더를 경사시키는 것이 가능하다. 그러나, 렌즈 홀더와, 그 외측에 마련된 홀더가 접촉하는 부분의 회전 반경이 큰 것이기 때문에, 가동부에의 마찰 부하가 증대하여, 동작 이동 거리가 크게 된다. 그 결과, 경사 각도가 크게 되면, 접촉 마찰 부하의 변동이 증대하여, 정확한 제어가 곤란한 것으로 고려된다. 또한, 렌즈 홀더와 외측에 마련된 홀더의 간격을 정확하게 제어하지 않으면, 렌즈 홀더의 경사 각도를 정확하게 제어하는 것이 곤란하게 된다. 이들의 부품의 가공 정밀도에 따라서는, 기계적인 덜걱거림이 발생하여, 가동부의 주파수 응답 특성에 지장을 초래할 가능성이 있다.
또한, 특허문헌 1 내지 3의 장치는 렌즈 등의 구성요소를 카메라부의 광축을 중심으로 회전시키는 구조를 구비하지 않는다.
본원 발명자는, 이와 같은 종래 기술의 과제중 적어도 하나를 해결하기 위해서, 카메라부를 3축 방향으로 회전 가능하게 지지하는 신규인 구조를 상도하였다. 본 발명은, 종래의 비디오 카메라나 디지털 카메라보다도 큰 양의 화상의 떨림을 보정하는 것이 가능한 카메라 구동 장치, 예를 들면 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 ±10도 이상의 큰 각도로 화상을 경사시키거나, 렌즈의 광축 중심으로 화상을 회전(롤링)시키는 것이 가능한 카메라 구동 장치를 실현하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 카메라 구동 장치는, 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와, 적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면(球面)의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부를 갖는 고정 유닛과, 상기 자성체에 대하여 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부와, 상기 카메라부를 탑재하고, 상기 제 1 가동부에 고정된 제 2 가동부로서, 상기 제 1 가동부가 회동할 때, 상기 고정 유닛에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 마련된 탈락 방지 규제면을 갖는 제 2 가동부를 포함하는 가동 유닛과, 상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도, 및 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 검출기와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 경사시키는 제 1 구동부와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 광축 중심으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 검출기는, 상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 고정 유닛에 대한 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 제 2 검출부를 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 렌즈의 광축상에 상기 돌기부의 상기 구면의 구심이 위치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 원추형상을 갖는 접촉면의 중심축은 상기 렌즈의 광축과 일치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탈락 방지 규제면 및 상기 접촉면은 상기 돌기부의 상기 구심을 중심으로 상기 렌즈의 상기 광축의 연장선상에서 각각 대략 대칭 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탈락 방지 규제면은 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 가동부는, 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에서, 상기 광축을 중심으로 하는 원주상에 있고, 상기 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 상기 제 1 가동부에 장착되어 고정된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 대칭 배치되는 1쌍끼리가 서로 직교하는 위치에 있어서, 상기 가동 유닛에 고정된 2쌍의 경사 구동용 자석과, 상기 경사 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 2쌍의 제 1 자기 요크와, 상기 제 1 자기 요크에 마련된 경사 구동 코일을 포함하고, 상기 경사 구동용 자석 및 상기 경사 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 회전 구동용 자석과, 상기 회전 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 제 2 자기 요크와, 상기 제 2 자기 요크에 마련된 회전 구동 코일을 포함하고, 상기 회전 구동용 자석 및 상기 회전 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 대칭 배치되는 1쌍끼리가 서로 직교하는 위치에 있어서, 상기 가동 유닛에 고정된 2쌍의 구동 자석과, 상기 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 2쌍의 자기 요크와, 상기 자기 요크에 마련된 경사 구동 코일을 포함하고, 상기 제 2 구동부는, 상기 구동 자석과, 상기 자기 요크와, 상기 자기 요크에 마련된 회전 구동 코일을 포함하고, 상기 구동 자석, 상기 경사 구동 코일 및 상기 회전 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 자기 요크의 상기 경사 구동용 자석에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 자기 요크의 상기 회전 구동용 자석에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 경사용 구동 자석의 상기 제 1 자기 요크에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 회전 구동용 자석의 상기 제 2 자기 요크에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 돌기부는 상기 자성체와, 상기 자성체를 덮는 수지 부재를 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 카메라 구동 장치는, 상기 제 1 가동부의 상기 접촉면과 상기 고정 유닛의 상기 돌기부 사이에 마련된 점성 부재 또는 자성 유체를 더 구비한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 흡착용 자석은, 상기 렌즈의 광축상에 있어서, 상기 제 1 가동부에 마련되고, 상기 광축 방향으로 착자되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 가동부의 접촉면이 상기 고정 유닛의 돌기부로부터 이격되어도, 상기 흡착용 자석의 상기 자기 흡인력에 의해 접촉 상태로 되돌아오도록 상기 공극은 결정되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 검출부는 상기 고정 유닛에 고정된 제 1 자기 센서를 포함하고, 상기 제 1 자기 센서는 상기 제 1 가동부에 마련된 상기 흡착용 자석의 경사에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 2차원의 경사 각도를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 검출기는 상기 고정 유닛에 고정된 자기 센서를 포함하고, 상기 제 1 가동부에 탑재된 상기 흡착용 자석의 경사 및 회전에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 회전 각도와 2차원의 경사 각도를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 가동 유닛이 중립의 위치에 있을 때의 상기 렌즈의 광축상에 있어서, 상기 카메라부, 상기 제 2 가동부, 상기 제 2 가동부에 마련된 상기 탈락 방지 규제면, 상기 공극, 상기 고정 유닛에 마련된 상기 돌기부, 상기 제 1 가동부에 마련된 원추형의 상기 접촉면, 상기 제 1 가동부, 상기 제 1 가동부에 마련된 상기 흡착용 자석, 상기 고정 유닛에 고정된 상기 제 1 자기 센서가 이 순서로 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 가동 유닛이 중립의 위치에 있을 때의 상기 렌즈의 광축상에 있어서, 상기 카메라부, 상기 제 2 가동부, 상기 제 2 가동부에 마련된 상기 탈락 방지 규제면, 상기 공극, 상기 고정 유닛에 마련된 상기 돌기부, 상기 제 1 가동부에 마련된 원추형의 상기 접촉면, 상기 제 1 가동부, 상기 제 1 가동부에 마련된 상기 흡착용 자석, 상기 고정 유닛에 고정된 상기 자기 센서가 이 순서로 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 검출부는 상기 렌즈의 광축과 직교하고, 상기 구면의 구심을 통과하는 평면상에 있어서, 상기 구면의 구심에 대해서 대칭으로 배치된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 검출부는 상기 렌즈의 광축과 직교하고, 상기 구면의 구심을 통과하는 평면상에 있어서, 상기 구면의 구심에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 2 검출부는, 상기 가동 유닛이 중립의 위치에 있을 때의 상기 렌즈의 광축의 방향으로부터 보았을 경우, 상기 제 1 또는 제 2 구동부에 대하여 45도의 각도를 이뤄서 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 검출부는, 상기 고정 유닛에 고정된 제 2 자기 센서와, 상기 가동 유닛에 마련된 회전 검출용 자석을 포함하고, 상기 제 2 자기 센서는 상기 회전 검출용 자석의 회전에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 회전 각도를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 검출부는, 상기 고정 유닛에 고정된 제 2 자기 센서와, 상기 가동 유닛에 마련된 1쌍의 회전 검출용 자석을 포함하고, 상기 제 2 자기 센서는, 상기 회전 검출용 자석의 회전에 의한 자력 변화를 검출해서, 상기 카메라부의 회전 각도를 산출하고, 상기 1쌍의 회전 검출용 자석은, 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 구심을 통과하는 방향으로 각각 역방향으로 착자된 2개의 자극을 갖고, 또한 2개의 상기 자극은 상기 광축을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 마련되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 회전 검출용 자석은 상기 회전 구동용 자석 또는 상기 경사 구동용 자석을 겸하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 검출기는 고정 유닛에 고정된 자기 센서를 포함하고, 상기 흡착용 자석은 상기 렌즈의 광축 방향으로 착자된 복수의 자극을 갖고, 상기 자기 센서는 상기 흡착용 자석의 경사 및 회전에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 회전 각도와 상기 카메라부의 2차원의 경사 각도를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가동부는 수지 부재 또는 비자성의 도전 부재로 이뤄져 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 구동부는 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 패닝 방향으로 경사시키는 패닝 구동부와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 패닝 방향과 직교하는 틸팅 방향으로 경사시키는 틸팅 구동부를 포함하고, 상기 검출기는 상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 상기 패닝 및 상기 틸팅 방향으로의 경사 각도와 상기 렌즈의 광축 중심으로 회전하는 방향인 롤링 방향의 회전 각도를 각각 검출하고, 상기 제 2 구동부는 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 롤링 방향으로 회전시키는 롤링 구동부이며, 상기 고정 유닛은 상기 돌기부가 단부에 마련된 외팔보 형상의 돌기 지지부를 포함하고, 상기 광축 방향으로부터 보았을 경우, 상기 돌기 지지부는 상기 패닝 방향 또는 상기 틸팅 방향과 45도의 각도를 이루고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 패닝 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 패닝 구동 자석과, 상기 패닝 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 1쌍의 패닝 자기 요크와, 상기 패닝 자기 요크에 각각 마련된 1쌍의 패닝 구동 코일을 포함하고, 상기 틸팅 구동부는 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 1쌍의 패닝 구동 자석과 직교하도록 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 틸팅 구동 자석과, 상기 틸팅 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 자기 요크와, 상기 틸팅 자기 요크에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 구동 코일을 포함하고, 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석과 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 롤링 구동부는 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 또는 상기 틸팅 구동 자석에 대해서 45도를 이루도록 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 롤링 구동 자석과, 상기 롤링 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 배치된 1쌍의 롤링 자기 요크와, 상기 롤링 자기 요크에 각각 마련된 롤링 구동 코일을 포함하고, 상기 롤링 구동 자석 및 상기 롤링 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 롤링 구동부는 상기 광축의 방향으로부터 보아서, 상기 돌기 지지부의 투영 영역과 직교하는 방향에 있어서의 상기 광축을 중심으로 대칭으로 배치된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 대략 V자 형상을 갖고, 각 V자 형상의 골 부분이 대향하도록 상기 렌즈의 광축에 대하여 대칭으로 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 상기 V자 형상의 골 부분에서 상기 고정 유닛에 고정되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형 부분 구면 형상의 측면을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 가동부는 상기 제 1 가동부와 일체적으로 형성되어 있다.
본 발명의 카메라 구동 장치는, 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와, 적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부를 갖는 고정 유닛과, 상기 자성체에 대해서 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부로서, 상기 카메라부를 탑재하는 제 1 가동부를 포함하는 가동 유닛과, 상기 가동 유닛이 회동할 때, 상기 고정 유닛에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 상기 카메라부의 바닥부에 마련된 탈락 방지 규제면과, 상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도, 및 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 검출기와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 경사시키는 제 1 구동부와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 광축 중심으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비하고, 상기 제 1 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 대칭으로 배치되는 1쌍끼리가 서로 직교하는 위치에 있어서, 상기 가동 유닛에 고정된 2쌍의 경사 구동용 자석과, 상기 경사 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 2쌍의 제 1 자기 요크와, 상기 제 1 자기 요크에 마련된 경사 구동 코일을 포함하고, 상기 제 2 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 회전 구동용 자석과, 상기 회전 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 제 2 자기 요크와, 상기 제 2 자기 요크에 마련된 회전 구동 코일을 포함하고, 상기 제 1 자기 요크에 대향하는 상기 경사 구동용 자석의 측면은, 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖고, 상기 광축과 수직이며 상기 구면의 구심을 통과하는 평면에 있어서의 상기 중심으로부터 상기 경사 구동용 자석의 측면의 중점까지의 거리(R1)를 반경으로 하는 제 1 볼록 구면의 일부를 갖고, 상기 제 2 자기 요크에 대향하는 상기 회전 구동용 자석의 측면은, 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖고, 상기 평면에 있어서의 상기 중심으로부터 상기 회전 구동용 자석의 측면의 중점까지의 거리(R2)를 반경으로 하는 제 2 볼록 구면의 일부를 갖고, 상기 경사 구동용 자석의 상기 측면에 대향하는 상기 제 1 자기 요크의 측면은, 상기 평면에 있어서의 상기 중심과 상기 경사 구동용 자석의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 제 1 점을 중심으로 하고, 상기 평면에 있어서의 상기 제 1 점으로부터 상기 제 1 자기 요크 측면의 중점까지의 거리(L1)보다 큰 반경(R3)의 오목 구면의 일부를 갖고, 상기 회전 구동용 자석의 상기 측면에 대향하는 상기 제 2 자기 요크의 측면은, 상기 평면에 있어서의 상기 중심과 상기 회전 구동용 자석의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 제 2 점을 중심으로 하고, 상기 평면에 있어서의 상기 제 2 점으로부터 상기 제 2 자기 요크 측면의 중점까지의 거리(L2)보다 큰 반경(R4)의 오목 구면의 일부를 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 반경(R3)과 상기 거리(L1)는, 1.2L1≤R3≤2L1의 관계를 만족하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 반경(R4)과 상기 거리(L2)는, 1.2L2≤R4≤2L2의 관계를 만족하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 R1은 상기 R2와 동일하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 R3은 상기 R4와 동일하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탈락 방지 규제면은 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형의 구면의 일부이며, 상기 탈락 방지 규제면의 표면에는 충격 흡수용의 점성 부재가 마련되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 자기 요크는 상기 제 1 자기 요크를 겸하고 있다.
본 발명의 카메라 장치는, 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와, 적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부와, 상기 돌기부를 지지하는 돌기 지지부와, 상기 자성체에 대해서 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부와, 상기 카메라부를 탑재하고, 상기 제 1 가동부에 고정된 제 2 가동부로서, 상기 제 1 가동부가 회동할 때, 상기 돌기 지지부에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 마련된 탈락 방지 규제면을 갖는 제 2 가동부와, 상기 돌기 지지부를 지지하는 제 3 가동부와, 상기 제 3 가동부를, 상기 광축을 중심으로 회동 자유롭게 지지하는 고정 유닛과, 상기 제 3 가동부에 대해서, 상기 카메라부를 패닝 방향으로 경사시키는 패닝 구동부와, 상기 제 3 가동부에 대해서, 상기 카메라부를 상기 패닝 방향과 직교하는 틸팅 방향으로 경사시키는 틸팅 구동부와, 상기 고정 유닛에 대해서, 상기 제 3 가동부를 상기 렌즈의 광축을 중심으로 회전하는 롤링 방향으로 회전시키는 롤링 구동부와, 상기 제 3 가동부에 대한 상기 카메라부의 상기 패닝 및 틸팅 방향으로의 경사 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 고정 유닛에 대한 상기 제 3 가동부의 상기 롤링 방향으로 회전하는 회전 각도를 검출하는 제 2 검출부를 구비한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탈락 방지 규제면은 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 가동부의 접촉면이 상기 돌기 지지부의 돌기부로부터 이격되어도, 상기 흡착용 자석의 상기 자기 흡인력에 의해 접촉 상태로 되돌아오도록 상기 공극은 결정되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 3 가동부는 상기 돌기부가 단부에 마련된 양팔보 형상의 돌기 지지부를 포함하고, 상기 광축 방향으로부터 보았을 경우, 상기 돌기 지지부는 상기 패닝 방향 또는 상기 틸팅 방향과 45도의 각도를 이뤄서 배치되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 카메라 구동 장치는 상기 제 1 가동부에 장착된 카운터 웨이트를 더 구비하고, 상기 카운터 웨이트는, 상기 제 1 가동부가 중립의 위치에 있을 때, 상기 렌즈의 광축에 직교하고, 상기 구면의 구심을 포함하는 평면에 대해서, 상기 카메라부와 반대측에 위치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 패닝 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 패닝 구동 자석과, 상기 패닝 구동 자석에 대향하도록 상기 제 3 가동부에 각각 마련된 1쌍의 패닝 자기 요크와, 상기 패닝 자기 요크에 장착된 패닝용 보빈과, 상기 패닝용 보빈에 권회된 패닝 구동 코일을 포함하고, 상기 틸팅 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 1쌍의 패닝 구동 자석과 직교하도록 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 틸팅 구동 자석과, 상기 틸팅 구동 자석에 대향하도록 상기 제 3 가동부에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 자기 요크와, 상기 틸팅 자기 요크에 장착된 틸팅용 보빈과, 상기 틸팅용 보빈에 권회된 틸팅 구동 코일을 포함하고, 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석과 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는, 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크의 각각의 상기 구동 자석에 대향하는 측면은, 상기 구면의 구심을 포함하고 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에 중심을 갖고 오목형의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석의 각각의 상기 자기 요크에 대향하는 면은, 상기 구면의 구심을 포함하고 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에 중심을 갖고 볼록형상의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1쌍의 패닝 및 틸팅 구동 코일은 상기 렌즈의 광축 방향의 상기 구면의 구심의 위치에 있어서 각각 2분할되고, 상기 패닝용 및 상기 틸팅용 보빈에 권회되어 있고, 상기 패닝용 및 상기 틸팅용 보빈은, 상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크와 간섭하지 않도록, 대략 V자 형상을 구성하고, 상기 V자 형상의 골 부분이 서로 대향하도록 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크에 각각 장착되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 롤링 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 또는 상기 틸팅 구동 자석에 대해서 45도의 각도를 이루도록 상기 제 3 가동부에 고정된 1쌍의 롤링 구동 자석과, 상기 롤링 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 배치된 1쌍의 롤링 자기 요크와, 상기 롤링 자기 요크에 권회된 롤링 구동 코일을 포함하고, 상기 롤링 구동 자석 및 상기 롤링 구동 코일의 상기 렌즈의 광축에 수직인 방향으로부터 본 투영 중심은 상기 광축에 수직이고 상기 구면의 구심을 포함하는 평면상에 없다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 롤링 자기 요크의 상기 롤링 구동 자석에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상이다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 1 검출부는 상기 흡착용 자석과, 상기 흡착용 자석에 대향하도록, 상기 제 3 가동부에 고정된 제 1 자기 센서를 구비하고, 상기 제 1 자기 센서는 상기 제 1 가동부에 탑재된 상기 흡착용 자석의 상기 패닝 방향과 상기 틸팅 방향의 경사에 의한 자력 변화를 검출하고, 2차원의 상기 경사를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 흡착용 자석은 상기 광축상의 상기 제 1 가동부에 배치되고, 또한 상기 광축 방향으로 착자된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 흡착용 자석의 상기 제 1 자기 센서와 대향하는 면은 상기 구심을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제 2 검출부는 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 3 가동부에 마련된 1쌍의 회전 검출용 자석과, 상기 회전 검출용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 고정된 제 2 자기 센서를 구비하고, 상기 제 2 자기 센서에 의해, 상기 제 3 가동부의 상기 광축을 중심으로 하는 회전에 의한 상기 회전 검출용 자석의 자력 변화를 검출하고, 상기 회전 각도를 산출한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 회전 검출용 자석은, 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 구심을 통과하는 방향으로 각각 역방향으로 착자된 2개의 자극을 갖고, 또한 2개의 상기 자극은 상기 광축을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 마련되어 있다.
본 발명의 카메라 유닛은, 상기 카메라 구동 장치와, 상기 고정 유닛의 직교하는 3축 주위의 각속도를 각각 검출하는 각속도 센서와, 상기 각속도 센서로부터의 출력에 근거하여, 목표 회전 각도 신호를 생성하는 연산 처리부와, 상기 목표 회전 각도 신호에 근거하여, 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 구동하는 신호를 생성하는 구동 회로를 포함한다.
본 발명의 카메라 구동 장치에 의하면, 가동 유닛에 마련된 원추형상을 갖는 접촉면과 적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부에 의해 피봇 지지 구조를 구성하고 있기 때문에, 구면의 구심을 중심으로 해서 가동 유닛을 고정 유닛에 대하여 자유롭게 회전시킬 수 있다. 또한, 흡착용 자석에 의한 자기 흡인력에 의해 돌기부가 접촉면에 접촉한 상태를 유지하기 때문에, 가동 유닛의 회전 상태에 상관없이, 피봇 지지에 있어서의 부하를 일정하게 할 수 있다. 또한, 탈락 방지 규제면에 의해, 가동 유닛에 외부로부터 충격을 받아도, 가동 유닛이 탈락하지 않고, 돌기부가 접촉면과 접촉하는 상태로 복귀할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 카메라부를 종래보다도 큰 각도로 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 경사시키는 것이 가능하고, 또한 롤링 방향으로도 회전시키는 것이 가능해서, 광대역의 주파수 영역에서 양호한 떨림 보정 제어를 실현하는 것이 가능하며, 보행 떨림에 의한 상떨림의 보정이 가능하고, 소형으로 견고한 카메라 구동 장치를 실현한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 2는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 3은 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 4는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 5는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치의 광축(10) 및 틸팅 방향 회전축을 포함하는 면에 있어서의 단면도,
도 6은 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 분해 사시도,
도 7은 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 사시도,
도 8은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 9는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 제 2 검출부를 도시하는 사시도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 11은 제 2 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 평면도,
도 12는 본 발명의 제 3 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 13은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 14는 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 15는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 16은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 15에 도시하는 직선(16)에 있어서의 단면도,
도 17은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 15에 도시하는 직선(16)에 있어서의 모식적 단면도,
도 18은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 분해 사시도,
도 19는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 사시도,
도 20은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 21은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 제 2 검출부를 도시하는 사시도,
도 22는 본 발명의 제 4 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 23은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 24는 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 25는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 26은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 25에 도시하는 패닝 방향 회전축(12)에 있어서의 단면도,
도 27은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 25에 도시하는 직선(14)에 있어서의 단면도,
도 28은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 29는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 자석 및 자기 요크의 분해 사시도,
도 30은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 자석 및 자기 요크를 위로부터 본 평면도,
도 31은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 경사 구동부용의 구동 자석과 자기 요크의 형상 및 위치를 도시하는 단면도,
도 32는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 회전 구동부용의 구동 자석과 자기 요크의 형상 및 위치를 도시하는 단면도,
도 33은 비교를 위한 자기 요크 및 구동 자석의 구성을 도시하는 단면도,
도 34는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 자기 요크 및 구동 자석의 구성을 도시하는 단면도,
도 35는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의, R3=2×L1의 조건을 만족할 경우의 경사 각도와 자기 갭의 관계를 도시하는 특성도,
도 36은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의, R3=1.2×L1의 조건을 만족할 경우의 경사 각도와 자기 갭의 관계를 도시하는 특성도,
도 37은 본 발명의 제 5 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 38은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 39의 (a)는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도이며, (b)는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 횡으로부터 본 측면도,
도 40은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (a)에 도시하는 B-B 선에 있어서의 단면도,
도 41은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (a)에 도시하는 A-A 선에 있어서의 단면도,
도 42는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 돌기부 근방을 도시하는 주요부 단면도,
도 43은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (b)에 도시하는 C-C 선에 있어서의 단면도,
도 44는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 제 1 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 45는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서, 제 1 가동부가 패닝 방향(틸팅 방향)으로 구동했을 경우의 도 39의 (a)에 도시하는 A-A 선에 있어서의 단면도,
도 46은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 패닝 및 틸팅 구동 자석과 자기 요크의 위치 관계를 도시하는 주요부 단면도,
도 47은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 제 2 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 48은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서, 제 3 가동부가 롤링 방향으로 구동했을 경우의 도 39의 (b)에 도시하는 C-C 선에 있어서의 단면도,
도 49는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 패닝 및 틸팅 구동 자석과 자기 요크의 위치 관계를 도시하는 주요부 단면도로서, 자기 요크 형상을 볼록형상으로 했을 경우를 도시한 도면,
도 50은 제 6 실시형태의 카메라 유닛에 마련하는 각속도 센서의 배치를 도시하는 사시도,
도 51은 제 6 실시형태의 카메라 유닛의 블럭도.
도 2는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 3은 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 4는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 5는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치의 광축(10) 및 틸팅 방향 회전축을 포함하는 면에 있어서의 단면도,
도 6은 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 분해 사시도,
도 7은 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 사시도,
도 8은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 9는 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 제 2 검출부를 도시하는 사시도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 11은 제 2 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 평면도,
도 12는 본 발명의 제 3 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 13은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 14는 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 15는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 16은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 15에 도시하는 직선(16)에 있어서의 단면도,
도 17은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 15에 도시하는 직선(16)에 있어서의 모식적 단면도,
도 18은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 분해 사시도,
도 19는 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 코일과 자기 요크의 사시도,
도 20은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 21은 제 3 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 제 2 검출부를 도시하는 사시도,
도 22는 본 발명의 제 4 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 23은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 24는 구성의 일부를 제거한 상태로 도시하는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 사시도,
도 25는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도,
도 26은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 25에 도시하는 패닝 방향 회전축(12)에 있어서의 단면도,
도 27은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 25에 도시하는 직선(14)에 있어서의 단면도,
도 28은 돌기부 근방을 확대한 모식적 단면도,
도 29는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 자석 및 자기 요크의 분해 사시도,
도 30은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 구동 자석 및 자기 요크를 위로부터 본 평면도,
도 31은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 경사 구동부용의 구동 자석과 자기 요크의 형상 및 위치를 도시하는 단면도,
도 32는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의 회전 구동부용의 구동 자석과 자기 요크의 형상 및 위치를 도시하는 단면도,
도 33은 비교를 위한 자기 요크 및 구동 자석의 구성을 도시하는 단면도,
도 34는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치의 자기 요크 및 구동 자석의 구성을 도시하는 단면도,
도 35는 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의, R3=2×L1의 조건을 만족할 경우의 경사 각도와 자기 갭의 관계를 도시하는 특성도,
도 36은 제 4 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서의, R3=1.2×L1의 조건을 만족할 경우의 경사 각도와 자기 갭의 관계를 도시하는 특성도,
도 37은 본 발명의 제 5 실시형태인 카메라 구동 장치의 분해 사시도,
도 38은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 상방으로부터 본 사시도,
도 39의 (a)는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 위로부터 본 평면도이며, (b)는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치를 횡으로부터 본 측면도,
도 40은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (a)에 도시하는 B-B 선에 있어서의 단면도,
도 41은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (a)에 도시하는 A-A 선에 있어서의 단면도,
도 42는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 돌기부 근방을 도시하는 주요부 단면도,
도 43은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 도 39의 (b)에 도시하는 C-C 선에 있어서의 단면도,
도 44는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 제 1 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 45는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서, 제 1 가동부가 패닝 방향(틸팅 방향)으로 구동했을 경우의 도 39의 (a)에 도시하는 A-A 선에 있어서의 단면도,
도 46은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 패닝 및 틸팅 구동 자석과 자기 요크의 위치 관계를 도시하는 주요부 단면도,
도 47은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 제 2 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 48은 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치에 있어서, 제 3 가동부가 롤링 방향으로 구동했을 경우의 도 39의 (b)에 도시하는 C-C 선에 있어서의 단면도,
도 49는 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치의 패닝 및 틸팅 구동 자석과 자기 요크의 위치 관계를 도시하는 주요부 단면도로서, 자기 요크 형상을 볼록형상으로 했을 경우를 도시한 도면,
도 50은 제 6 실시형태의 카메라 유닛에 마련하는 각속도 센서의 배치를 도시하는 사시도,
도 51은 제 6 실시형태의 카메라 유닛의 블럭도.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명에 의한 카메라 구동 장치의 제 1 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 카메라 구동 장치(151)를 도시하는 분해 사시도이며, 도 2는 카메라 구동 장치(151)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 또한, 도 3은 일부의 구성요소(패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(303), 패닝 자기 요크(203), 틸팅용 자기 요크(204))를 제거한 상태에서 카메라 구동 장치(151)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 도 4는 카메라 구동 장치(151)를 상방으로부터 본 평면도이다. 도 5는 카메라 구동 장치(151)의 광축(10) 및 틸팅 방향 회전축(11)을 포함하는 평면에서의 단면도이다. 이들의 도면을 참조해서 카메라 구동 장치(151)의 주요 구성을 설명한다.
카메라 구동 장치(151)는 카메라부(100)와, 카메라부(100)를 지지하는 가동 유닛과, 고정 유닛을 구비한다. 가동 유닛은, 고정 유닛에 대해서, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22), 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21) 및 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)으로 자유롭게 회전한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)는 촬상 소자(도시하지 않음)와, 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 결상시키는 광축(10)을 갖는 렌즈(도시하지 않음)와, 렌즈를 보지하는 렌즈 경통(도시하지 않음)을 포함한다.
고정 유닛은 베이스(200)와, 돌기부(202)와, 돌기 지지부(201)를 포함한다. 돌기 지지부(201)는 십자형상을 갖고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 구심(202A)을 갖는 구면의 적어도 일부의 형상을 갖고 있다. 이하, 구면의 적어도 일부의 형상을 갖는 부분을 부분 구면이라고 한다. 또한, 돌기부(202)의 적어도 일부는 자성체로 이뤄진다. 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 돌기 지지부(201)의 십자형상의 중심부에 압입되어 고정되어 있고, 돌기부(202)가 고정된 돌기 지지부(201)는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 십자형상의 4개의 말단부에 있어서, 각각 4개의 연결부(210)를 통해 베이스(200)에 고정된다.
가동 유닛은 제 1 가동부(102)와, 제 2 가동부(101)를 포함한다. 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)는 흡착용 자석(404)과 접촉면(102C)을 갖는다. 접촉면(102C)은 내측에 원추형상을 갖고, 선단이 하방에 위치하도록 제 1 가동부(102)에 배치되어 있다. 흡착용 자석(404)은 원추형상의 선단이며, 제 1 가동부(102)의 바닥부에 배치된다. 제 1 가동부(102)는 바람직하게는 수지 재료 등의 비자성 재료로 이뤄진다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 고정 유닛의 돌기부(202)는 제 1 가동부(102)의 원추형상의 접촉면(102C)의 내측에 삽입되어 있다. 돌기부(202)의 일부는 자성체로 이뤄지기 때문에, 바닥부에 마련된 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)는 접촉면(102C)과 접촉하고, 헐거움 끼워맞춤한다.
이에 의해, 제 1 가동부(102)는 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 부분 구면이 접촉하면서, 구면의 구심(202A)에 대하여, 자유롭게 회전한다. 보다 구체적으로는, 광축(10)에 직교하고 구심(202A)을 통과하는 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)과, 광축(10) 및 패닝 방향 회전축(12)에 직교하는 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21)의 2종류의 경사 방향의 회전과, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)의 회전을 실행할 수 있다.
제 2 가동부(101)는, 도 1 내지 도 3 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)를 탑재하고, 제 1 가동부(102)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 렌즈의 광축이 제 2 가동부(101)의 십자형상의 중심을 관통하고, 바람직하게는 원추형상의 접촉면(102C)의 중심축과 일치하도록 카메라부(100)가 제 2 가동부(101)에 고정되어 있다. 또한, 십자형상의 4개의 말단부가, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)의 4개의 십자형상 말단부와 입체적으로 간섭하지 않도록, 돌기 지지부(201)를 끼운 상태에서, 제 1 가동부(102)에 분산적으로 결합된다. 이 때문에, 도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 가동 유닛의 제 2 가동부(101) 및 고정 유닛의 돌기 지지부(201)의 각각의 십자형상의 4개의 말단부는, 광축(10) 방향으로부터 본 광축(10)과 수직인 평면상의 원주에 있어서, 서로 45도의 각도를 이루도록 분산 배치된다. 이와 같이, 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 제 2 가동부(101)가 제 1 가동부(102)에 장착되어 고정되기 때문에, 고정 유닛과 가동 유닛의 간섭을 회피하고, 장치의 저배화(低背化)를 실현할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 중심 위치에서 고정 유닛에 의해 집중적으로 지지된다. 따라서, 마찰에 의한 부하의 저감이나 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억압할 수 있다.
또한, 흡착용 자석(404)은, 회동 각도에 영향을 주어지는 일이 없이, 일정한 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)와 원추형의 접촉면(102C) 사이에 일정한 수직 항력을 부가한다. 이 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하의 변동을 억제하여, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 돌기부(202)의 표층 부분을 수지 부재(도시하지 않음)로 피복하면, 접촉하는 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 마찰을 더욱 저감시키는 것이 가능해서, 내마모성이 뛰어난 지지 구조를 실현할 수 있다.
가동 유닛은 고정 유닛으로부터 탈락하지 않도록 탈락 방지 구조를 구비한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 2 가동부(101)가 돌기 지지부(201)에 대해서 전 가동 범위에서 자유롭게 회동 가능하게 되도록, 광축(10) 방향으로는 소정의 공극(50)이 제 2 가동부(101)와 돌기 지지부(201) 사이에 마련되어 있다. 구체적으로는, 돌기 지지부(201)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면(201A)이 마련되어 있다. 또한, 제 2 가동부(101)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는 탈락 방지용 규제면(101A)이 마련되어 있다. 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(101A) 사이에는, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)가 제 1 가동부(102)의 접촉면(102C) 접촉한 상태에서, 공극(50)이 생기고 있다. 또한, 부분 구면(201A) 및 탈락 방지용 규제면(101A)은 각각 렌즈의 광축(10)에 대하여 대략 대칭인 형상을 갖는다.
이 공극(50)은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)로부터 이격되어도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 상태로 되돌아오는 것이 가능한 거리로 설정되어 있다. 즉, 가동 유닛이 하방으로 공극(50)에 동일한 거리만큼 이동하고, 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(101A)이 접촉한 상태에서도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 가동 유닛은 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 원래의 상태로 되돌아올 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 가령 가동 유닛이 순간적으로 소정의 위치로부터 탈락했을 경우에 있어서도 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태에 복귀할 수 있는 내충격성이 뛰어난 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 구심(202A)을 중심으로 하는 탈락 방지용 규제면(101A)의 반경을 극력 작게 하면, 탈락 방지용 규제면(101A)을 마련하기 위해서 필요한 공간을 작게 할 수 있고, 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
다음에, 가동 유닛을 구동하기 위한 구조를 설명한다. 카메라 구동 장치(151)는, 고정 유닛에 대해서 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛을 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 경사시키기 위한 제 1 구동부와, 고정 유닛에 대하여 카메라부(100)를 렌즈의 광축(10)을 중심으로 하는 회전인 회전 롤링 방향(22)으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
제 1 구동부는 2쌍의 경사 구동용 자석과, 2쌍의 자기 요크와, 자기 요크에 마련된 구동 코일을 포함한다. 보다 구체적으로는, 제 1 가동부(102)에는, 가동 유닛을 패닝 방향(20)으로 회전 구동하기 위해서, 구심(202A)에 대해서 틸팅 방향 회전축(11)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 패닝 구동 자석(401)과, 가동 유닛을 틸팅 방향(21)으로 회전 구동하기 위해서, 구심(202A)에 대하여 패닝 방향 회전축(12)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)을 포함한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 이들은, 제 1 가동부(102)에 마련된 접촉면(102B)(도 1 참조) 및 접촉면(102A)에 각각 고정되어 있다. 패닝 구동 자석(401)은 틸팅 방향 회전축(11) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있고, 마찬가지로 틸팅 구동 자석(402)은 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다. 즉, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)에 있어서 각각 틸팅 방향 회전축(11) 방향 및 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 이극(異極)이 배치된다.
또한, 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)가, 1쌍의 패닝 구동 자석(401) 및 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)에 각각 대향하도록, 광축(10)을 중심으로 한 베이스(200)의 원주상에 각각 마련되어 있다.
도 6 및 도 7은 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)에 마련된 구동 코일을 도시하는 분해 사시도 및 사시도이다. 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 패닝 자기 요크(203)의 각각은, 패닝 자기 요크(203)를 권회하는 패닝 구동 코일(301)과 패닝 구동 코일(301)상에 적층하도록 부착된 1쌍의 롤링 구동 코일(303)이 마련되어 있다. 마찬가지로, 1쌍의 틸팅 자기 요크(204)의 각각은, 틸팅 자기 요크(204)를 권회하는 틸팅 구동 코일(302)과 틸팅 구동 코일(302)상에 적층하도록 부착된 1쌍의 롤링 구동 코일(303)이 마련되어 있다. 환언하면, 도 6에 도시한 패닝 구동 코일(301) 또는 틸팅 구동 코일(302)과, 1쌍의 롤링 구동 코일(303)로 이루어지는 코일 유닛(600)이 광축(10)을 중심으로 하는 원주상에 있어서, 90도의 간격으로 4개 배치되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 패닝 구동 코일(301)과 틸팅 구동 코일(302) 및 롤링 구동 코일(303)의 광축(10) 방향에 있어서의 중심의 높이 위치는 구심(202A)의 위치와 거의 동일하다.
1쌍의 패닝 구동 코일(301)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)은 우력(偶力)의 전자력을 받고, 제 1 가동부(102), 즉 가동 유닛은 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 패닝 방향(20)으로 회전 구동된다.
마찬가지로, 1쌍의 틸팅 구동 코일(302)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)은 우력의 전자력을 받고, 가동 유닛은 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 틸팅 방향(21)으로 회전 구동된다.
또한, 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)에 동시에 통전하는 것에 의해, 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛을 2차원적으로 경사시킬 수 있다.
또한, 광축(10)을 중심으로 한 원주상에 배치된 8개의 롤링 구동 코일(303)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 패닝 및 틸팅 구동 자석(401, 402)은 전자력을 받고, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22)으로 회전 구동된다.
이와 같이, 본 실시형태는, 가동 유닛에 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)을 마련한 무빙 마그네트 구동 방식을 채용하고 있다. 이 구성에서는, 일반적으로 가동 유닛의 중량이 증대한다고 하는 문제가 고려된다. 그러나, 이 구성에 의하면, 가동 유닛에 구동용 배선의 현가는 불필요하다. 또한, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(303)의 발열을 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204), 베이스(200) 및 연결부(210)에 의해 냉각할 수 있다고 하는 큰 이점이 있다. 또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로의 경사 각도와, 롤링 방향(22)의 회전 각도를 10도 이상으로 할 뿐만 아니라, 가동 유닛을 소형화, 경량화할 수 있는 점에서 유리하다. 무빙 코일 구동 방식에서는 구동 코일이 너무나도 비대화하고, 가동 유닛의 중량이 증가할 가능성이 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 롤링 방향(22)으로의 구동하기 위한 전용의 구동 자석을 마련하지 않고, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)이 롤링 방향(22)으로의 구동 자석을 겸하고 있다. 이 때문에 가동 유닛을 경량화하는 것이 가능하고, 또한 구성 부품의 수를 감소시킬 수 있다.
다음에, 자기 흡인력(F)을 이용한 가동 유닛의 중립 위치로의 복귀 기능을 설명한다. 도 4 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 광축(10)에 면하는 측면은 각각 광축(10)측으로 볼록형상으로 되는 부분 원주 측면 형상을 갖고 있다. 이 때문에, 롤링 방향(22)의 회전 각도가 0인 경우, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)과 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 자기 갭이 각각 최소로 된다. 따라서, 롤링 구동 코일(303)에 통전하지 않을 경우, 자기 흡인력 변동을 이용한 자기 스프링 효과에 의해, 가동 유닛을 롤링 방향(22)의 중립 위치, 즉 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)이 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)에 각각 가장 근접하는 위치에 유지할 수 있다.
마찬가지로, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)의 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)에 대향하는 측면이, 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12)의 선상의 1점을 중심으로 한 볼록형상의 부분 구면 형상(도시하지 않음)을 갖고 있어도 좋다. 이에 의해, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 회전 각도가 각각 0일 경우, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)과 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 자기 갭이 각각 최소로 된다. 따라서, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)에 통전하지 않을 경우, 자기 흡인력 변동을 이용한 자기 스프링 효과에 의해, 가동 유닛을 롤링 방향(22)의 중립 위치에 추가해서 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 중립 위치, 즉 광축(10)에 수직인 면이 수평으로 되도록 가동 유닛을 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100), 제 2 가동부(101), 제 2 가동부(101)에 마련된 탈락 방지용 규제면(101A), 돌기 지지부(201)에 마련된 볼록형상의 구면부(201A), 제 1 가동부(102) 및 흡착용 자석(404)의 중심축이 전부 지지 중심이며 구동 중심이기도 하는 구심(202A)을 통과하는 광축(10)과 일치하고, 또한 이 순서로 배치된다. 따라서, 가동 유닛의 중심이 구심(202A)과 일치하고, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 동시에, 중심을 통과하고 서로 직교하는 3축 주위의 회전 구동을 실현할 수 있다. 또한, 가동 유닛의 탈락을 방지할 수 있다.
카메라 구동 장치(151)는 가동 유닛의 진폭 증대 계수(Q값)를 저감하기 위해서, 점성 부재(60)를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 도 8에 도시하는 바와 같이, 원추형의 접촉면(102C)과 접촉면(102C)의 근방에 점성 부재(60)를 충전한다. 이에 의해, 가동 유닛에 마련되는 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)과 베이스(200)에 마련된 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 사이에 발생하는 자기 흡인력 변동을 이용한 자기 스프링 효과에 의한 진동의 진폭 증대 계수(Q값)나 기계적인 고유 진동의 Q값을 저감할 수 있어, 양호한 제어 특성을 얻을 수 있다.
또한, 제 1 가동부(102)와 제 2 가동부(101)에 의해, 원추형상의 접촉면(102C) 및 부분 구면 형상을 갖는 탈락 방지 규제면(101A)으로 규정되는 폐쇄적인 공간이 형성된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동해도, 충전한 점성 부재(60)가 외부로 누출되기 어렵고, 양호한 점성 감쇠 특성을 유지할 수 있다.
또한, 점성 부재(60)에 자성 유체를 첨가해도 좋다. 이 경우, 흡착 자석(404)의 자기 흡인력(F4)에 의해, 자성 유체의 첨가된 점성 부재(60)를 접촉면(102C)이 형성하는 내부 공간에 의해 확실하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 자성 유체가 점성도 갖고 있을 경우에는, 점성 부재(60)를 대신하여 자성 유체만을 이용하여도 좋다.
또한, 가동 유닛의 전 가동 범위에 있어서, 접촉면(102C) 및 돌기부(202)중 서로 접촉하지 않는 영역의 표면에 요철 형상(도시하지 않음)을 마련해도 좋다. 요철 형상에 의해 점성 부재(60)와의 접촉 면적이 확대하고, 점성 저항의 증대를 도모할 수 있고, 대폭적인 점성 감쇠 특성의 향상을 실현할 수 있다.
다음에, 가동 유닛의 경사나 회전의 검출에 대해서 설명한다. 카메라 구동 장치(151)는 고정 유닛에 대한 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛의 경사 각도 및 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 검출기를 구비한다. 구체적으로는, 가동 유닛의 2차원의 경사 각도, 즉 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 경사 각도를 검출하기 위한 제 1 검출부와, 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부를 구비한다.
우선, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 가동 유닛의 경사 각도의 검출에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 가동 유닛의 경사 각도를 검출하기 위해서, 카메라 구동 장치(151)는 제 1 검출부인 제 1 자기 센서(501)를 구비한다. 제 1 자기 센서(501)는 2축 주위의 경사 또는 회전을 검출 가능하고, 광축(10) 방향으로 1극에 착자된 흡착용 자석(404)에 대향하도록 배치되고, 회로 기판(502)을 통해 베이스(200)에 고정되어 있다.
제 1 자기 센서(501)의 내부에는, 광축(10)을 중심으로 홀(hall) 소자(도시하지 않음)가 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12)상에 각각 1쌍씩 대칭으로 배치되어 있다. 제 1 자기 센서(501)는, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 경사 동작에 의해 생기는 흡착용 자석(404)의 자력 변화를 2축 성분으로서 각각 차동 검출하고, 패닝 경사 각도 및 틸팅 경사 각도를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 흡착용 자석(404)이 돌기부(202)에 자기 흡인력(F)을 부여하는 기능에 추가해서, 경사 각도를 검출하기 위한 자석으로서도 기능하기 때문에, 구성 부품 점수의 저감과 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 흡착용 자석(404)과 구심(202A)의 간격을 짧게 할 수 있고, 제 1 자기 센서(501)를 소형화할 수 있다고 하는 이점도 얻을 수 있다.
도 9는 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부인 제 2 자기 센서(503)의 배치를 도시하는 사시도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이 카메라 구동부(151)는 1쌍의 제 2 자기 센서(503)와, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)을 구비한다. 제 1 가동부(102)는 광축(10)에 직교하고, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(13)의 직선상에 있어서, 구심(202A)에 대하여 대칭으로 배치된 접촉면(102E)을 갖고, 접촉면(102E)에 1쌍의 회전 검출용 자석(403)이 고정되어 있다.
1쌍의 회전 검출용 자석(403)은, 광축(10)과 직교하는 평면에 있어서, 광축(10)을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 각각 2극으로 분할 착자되어 있고, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 있어서의 자극은 구심(202A)을 통과하는 방향으로 착자되어, 서로에 이극(異極)으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 2극 분할 착자의 중심 경계상에 대향하도록 2개의 회전 검출용 자기 센서(503)가 연결부(210)(도 2)의 측면에 고정되어 있다.
롤링 방향(22)으로 가동 유닛이 회전한 경우, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 자극이 이동하는 것에 의해서 생기는 급준(急峻)한 자기 변화를 제 2 자기 센서(503)가 차동 검출한다. 이에 의해, 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 고정밀도에서 검출할 수 있다.
또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 가동 유닛의 제 1 가동부(102)가 경사진 경우, 롤링 방향(22)으로의 크로스토크 출력이 발생할 수 있다. 그러나, 이 크로스토크 출력은, 제 2 자기 센서(503)가, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 의한 자기를 차동 검출함으로써 얻어지는 출력을 이용하여 캔슬(cancel)할 수 있다. 따라서, 가동 유닛의 경사 가능한 범위에 있어서 롤링 방향(22)의 회전 각도만을 정확하게 추출해서 검출할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 제 2 자기 센서(503)가 광축(10)을 협지해서, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(13)상에 배치된다. 이 때문에, 광축(10)을 중심으로 한 큰 반경의 원주상에 구동부를 마련해서 구동 모멘트력을 향상시키는 동시에, 작은 반경의 원주상에 제 2 자기 센서(503)를 배치하는 것이 가능하고, 공간을 유효하게 활용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 카메라부의 렌즈의 광축상에, 고정 유닛의 돌기부에 마련된 부분 구면의 구심과, 가동 유닛의 원추형의 접촉면의 중심축을 배치하고, 2개로 분할된 가동 유닛을, 돌기부를 중심으로 하고, 또한 감싸도록 접합하는 구조를 채용한다. 이 때문에, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 구조가 실현되고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 돌기부와 가동 유닛의 접촉면에 의해 구성되는 피봇에 있어서, 가동 유닛의 회동 각도에 영향을 받기 어려운 자기 흡인력에 의해, 일정한 수직 항력을 부가할 수 있으므로, 회동 각도에 의한 마찰 부하 변동을 저감하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 2개로 분할된 가동 유닛은, 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 접합되어 있기 때문에, 고정 유닛과 가동 유닛의 간섭을 회피하고, 장치의 저배화를 실현할 수 있다.
또한, 종래에, 자기 흡인력에 의한 지지 구조에 특유한 큰 과제이었던 진동·충격 등의 외란 등에 의한 가동 유닛의 탈락을 방지하기 위해서, 분할된 가동 유닛의 한쪽에 회동 가능한 소정의 공극을 거쳐서 탈락 방지 규제면을 마련하고 있다. 이 때문에 장치의 대형화를 회피하면서 확실하게 가동 유닛의 탈락 방지를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛에 있어서, 탈락 방지 규제면과 원추형의 접촉면은, 구심을 중심으로 해서 렌즈의 광축상에, 대칭으로 배치된다. 또한, 가동 유닛을 지지하는 돌기부의 부분 곡면의 구면의 구심은 광축상에 배치된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동하는 전 범위에 대하여 최소 면적으로 오목형의 탈락 방지 규제면을 마련할 수 있고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛의 탈락 방지 규제면에 고정 유닛이 접촉할 때까지 가동 유닛이 고정 유닛으로부터 탈락했을 경우라도, 자기 흡인력(F)에 의해, 고정 유닛의 돌기부와 가동 유닛의 접촉면이 다시 접촉하고, 피봇을 구성하는 것이 가능하도록 탈락 방지 규제면의 위치가 결정되어 있다. 이 때문에, 가령 가동 유닛이 순간적으로 탈락했을 경우에 있어서도 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 매우 내충격성이 뛰어난 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동부는, 광축과 수직인 평면상에 있어서 직교하는 2개의 선상에 각각 배치되고, 가동 유닛에 고정된 2쌍의 자석과, 광축에 직교하고, 가동 유닛의 회전 중심을 통과하는 평면에 있어서, 광축을 중심으로 하는 원주상에 배치되고, 자석에 대향하도록 고정 유닛에 각각 배치된 2쌍의 구동 코일을 포함한다. 이들이 배치되는 광축 방향의 높이 위치는, 돌기부의 구심의 높이 위치에 거의 같다. 이 때문에 가동 유닛을, 중심(重心)을 중심(中心)으로 해서 구동하는 것이 가능하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 자기 요크의 패닝 및 틸팅 구동 자석에 대향하는 측면을 볼록형상의 곡면으로 구성함으로써, 가동 유닛의 경사 각도 및 회전 각도가 0도인 경우, 자기 요크와 이들의 구동 자석의 자기 갭이 최소로 되도록 자기 스프링이 작용한다. 이에 의해 가동 유닛이 중립 위치로 복귀할 수 있다.
또한, 자기 요크에 대향하는 구동 자석의 측면을 볼록형상의 구면으로 구성함으로써, 가동 유닛의 경사 각도 및 회전 각도가 0도인 경우, 자기 요크와 구동 자석의 자기 갭을 최소가 되도록 자기 스프링이 작용한다. 이에 의해 가동 유닛이 중립 위치로 복귀할 수 있다.
또한, 돌기부의 표면 부분을 수지 부재로 피복하고, 내부에 자기 흡인용의 자성체를 마련하는 것에 의해, 저마찰로 내마모성이 뛰어난 지지 구조를 실현한다.
또한, 가동 유닛의 원추형의 접촉면 및 고정 유닛의 돌기부의 근방의 공간에 점성 부재 또는 자성 유체를 포함하는 점성 부재를 충전함으로써, 가동 유닛에 마련된 자석과 고정 유닛에 마련된 자기 요크 사이에 발생하는 자기 흡인력의 자기 스프링 효과에 의한 진동의 진폭 증대 계수(Q값)나 기계적인 고유 진동의 Q값을 저감하는 것이 가능하고, 양호한 제어 특성을 얻을 수 있다.
또한, 흡착용 자석에 대향하도록 고정 유닛에 제 1 자기 센서를 마련하는 것에 의해, 가동 유닛의 경사 및 회전에 의한 흡착용 자석의 자력 변화를 검출하고, 경사 각도와 회전 각도를 산출하는 것이 가능하다. 또한, 고정 유닛과 가동 유닛을 피봇 구조로 지지하기 위한 흡착용 자석을 각도 검출용 자석으로서 이용할 수 있기 때문에, 부품 점수의 삭감과 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 광축과 수직인 평면에 있어서 광축의 위치를 중심으로 하는 원주 방향으로 서로 역방향으로 착자된 1쌍의 회전 검출 자석을 가동 유닛부에 마련하고, 자기 변화를 고정 유닛에 마련한 제 2 자기 센서에 의해 검출한다. 이 검출 출력을 이용하여, 패닝과 틸팅 방향으로 가동 유닛을 회동했을 경우에 발생하는 크로스토크 출력을 캔슬할 수 있기 때문에, 가동 유닛의 회동 가능한 범위에서 롤링 방향의 각도만을 추출해서 검출할 수 있다.
또한, 1쌍의 제 2 자기 센서가 광축을 협지해서, 틸팅 방향 회전축 또는 패닝 방향 회전축에 대하여 45도를 이루는 직선상에 배치된다. 이 때문에, 광축을 중심으로 한 큰 반경의 원주상에 구동부를 마련해서 구동 모멘트력을 향상시키는 동시에, 작은 반경의 원주상에 제 2 자기 센서를 배치하는 것이 가능하고, 공간을 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 흡착용 자석에 광축 방향으로 착자된 복수의 자극을 마련하는 것에 의해, 흡착용 자석만으로 가동 유닛의 경사 및 회전에 의한 자력 변화를 제 1 및 제 2 자기 센서에 의해 검출하고, 2차원의 경사 각도와 회전 각도를 산출할 수 있다. 이에 의해, 부품 점수의 삭감과 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 ±10도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 경사시키고, 또한 롤링 방향으로 ±10도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 회전시킬 수 있다. 또한, 50㎐ 정도까지의 광대역의 주파수 영역에서 양호한 떨림 보정 제어를 실현할 수 있다. 그 결과, 카메라부의 고속 패닝·틸팅·롤링 동작을 실현하는 동시에, 보행 촬영시의 손떨림으로 발생하는 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 것이 가능한 카메라 구동 장치가 실현된다. 또한, 소형에서 견고한 탈락 방지 구조를 구비하기 때문에, 진동이나 낙하 충격 등의 외부로부터의 충격에 관한 내충격성이 강한 카메라 구동 장치가 실현된다.
(제 2 실시형태)
이하, 본 발명에 의한 카메라 구동 장치의 제 2 실시형태를 설명한다. 도 10은 제 2 실시형태인 카메라 구동 장치(152)의 구성을 도시하는 분해 사시도이며, 도 11은 카메라 구동 장치(152)를 위로부터 본 평면도이다. 이들의 도면에 있어서 제 1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고 있다.
도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 카메라 구동 장치(152)는, 롤링 방향(22)으로 가동 유닛을 회전 구동시키기 때문에, 전용의 구동부를 제 1 가동부(102)에 구비하고 있는 점에서, 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치(151)와 상이하다.
카메라 구동 장치(152)는, 가동 유닛을 롤링 방향(22)으로 회전시키기 때문에, 1쌍의 롤링 구동 자석(800) 및 1쌍의 롤링 자기 요크(701)를 구비한다.
1쌍의 롤링 구동 자석(800)은, 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루고, 또한 직선(13)에 직교하는 직선(14)의 선상에 있어서 구심(202A)에 대해서 대칭이 되도록 제 1 가동부(102)에 배치되어 있다. 롤링 구동 자석(800)은, 직선(14) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다. 또한, 1쌍의 롤링 구동 자석(800)에 각각 대향하도록 1쌍의 롤링 자기 요크(701)가 베이스(200)의 광축(10)을 중심으로 한 원주상에 각각 마련되어 있다.
또한, 1쌍의 자기 요크(701)를 각각 권회하는 롤링 구동 코일(700)이 마련되어 있다. 롤링 구동 코일(700)의 권회 중심축(도시하지 않음)은, 패닝 구동 코일(301)과 틸팅 구동 코일(302)의 권회 중심축에 대하여 직교하도록 마련되어 있다. 환언하면, 광축(10)을 중심으로 하는 원주상에, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 구동부가 각각 독립으로 분산되어서 배치되어 있다.
이러한 구조에 의하면, 패닝 자기 요크(203)와 패닝용 자석(401) 사이의 자기 갭, 및 틸팅 자기 요크(204)와 틸팅용 자석(402) 사이의 자기 갭을 제 1 실시형태의 경우에 비교해서 롤링 구동 코일(303)의 두께 치수분만큼 좁게 마련할 수 있다. 이 때문에, 각각의 자속 밀도를 향상시킬 수 있고, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로의 구동 효율이 대폭 개선된다.
또한, 제 1 실시형태와 비교해서, 롤링 구동 코일(303)에 의한 자기적인 포화를 경감할 수 있기 때문에, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12) 방향의 두께를 더욱 작게 할 수 있고, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 롤링 방향(22)의 회전 각도를 검출하기 위해서, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)과 1쌍의 제 2 자기 센서(503)를 각각 마련하고 있다. 그러나, 흡착용 자석(404)에 광축(10) 방향과 수직인 평면에 있어서 적어도 4분할한 다극 착자를 함으로써, 제 1 자기 센서(501)로 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 경사 각도를 산출하고, 또한 롤링 방향(22)의 회전 각도를 산출할 수 있다. 이에 의해, 회전 검출용 자석(403) 및 제 2 자기 센서(503)를 생략하는 것이 가능하고, 부품 점수의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있다.
(제 3 실시형태)
이하, 본 발명에 의한 카메라 구동 장치의 제 3 실시형태를 설명한다. 도 12는 본 발명의 제 3 실시형태인 카메라 구동 장치(153)를 도시하는 분해 사시도이며, 도 13은 카메라 구동 장치(153)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 또한, 도 14는 일부의 구성요소(패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(303), 패닝 자기 요크(203), 틸팅용 자기 코일(204), 연결 부재(210))를 제거한 상태인 카메라 구동 장치(153)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 도 15는 카메라 구동 장치(153)를 상방으로부터 본 평면도이다. 도 16은 카메라 구동 장치(153)의 도 15에 도시하는 직선(16)과 광축(10)을 포함하는 평면에서의 단면도이다. 또한, 도 17은 도 16에 도시하는 카메라 구동 장치(153)의 단면도에 있어서의 주요의 모식적 단면도이다. 이들의 도면을 참조해서 카메라 구동 장치(153)의 주요 구성을 설명한다.
본 실시형태의 카메라 구동 장치(153)에서는, 돌기 지지부 및 자기 요크의 형상이 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치(151)와 대응하는 구성요소와 상이하다.
카메라 구동 장치(153)는 카메라부(100)와, 카메라부(100)를 지지하는 가동 유닛과, 고정 유닛을 구비한다. 가동 유닛은, 고정 유닛에 대하여, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22), 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21) 및 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)으로 자유롭게 회전한다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)는 촬상 소자(도시하지 않음)와, 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 결상시키는 광축(10)을 갖는 렌즈(도시하지 않음)와, 렌즈를 보지하는 렌즈 경통(도시하지 않음)을 포함한다.
고정 유닛은 베이스(200)와, 돌기부(202)와, 돌기 지지부(201)를 포함한다. 돌기 지지부(201)는 외팔보 형상을 갖고, 단부에 돌기부(202)가 마련되어 있다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 구심(202A)을 갖는 구면의 적어도 일부의 형상을 갖고 있다. 이하, 구면의 적어도 일부의 형상을 갖는 부분을 부분 구면이라고 한다. 또한, 돌기부(202)의 적어도 일부는 자성체로 이뤄진다. 돌기 지지부(201)는 베이스(200)에 고정된다.
가동 유닛은 제 1 가동부(102)와, 제 2 가동부(101)를 포함한다. 도 12 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)는 흡착용 자석(404)과 접촉면(102C)을 갖는다. 접촉면(102C)은 내측에 원추형상을 갖고, 선단이 하방에 위치하도록 제 1 가동부(102)에 배치되어 있다. 흡착용 자석(404)은 원추형상의 선단이며, 제 1 가동부(102)의 바닥부에 배치된다. 제 1 가동부(102)는 바람직하게는 수지 재료 등의 비자성 재료로 이뤄진다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 고정 유닛의 돌기부(202)는 제 1 가동부(102)의 원추형상의 접촉면(102C)의 내측에 삽입되어 있다. 돌기부(202)의 일부는 자성체로 이뤄지기 때문에, 바닥부에 마련된 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)는 접촉면(102C)과 접촉하고, 헐거움 끼워맞춤된다.
이에 의해, 제 1 가동부(102)는, 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 부분 구면이 접촉하면서, 구면의 구심(202A)에 대해서 자유롭게 회전한다. 보다 구체적으로는, 광축(10)에 직교하고 구심(202A)을 통과하는 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)과, 광축(10) 및 패닝 방향 회전축(12)에 직교하는 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21)의 2종류의 경사 방향의 회전과, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)의 회전을 행하는 것이 가능하다.
제 2 가동부(101)는, 도 12 내지 도 14 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)를 탑재하고, 제 1 가동부(102)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 렌즈의 광축이 제 2 가동부(101)의 중심을 관통하고, 바람직하게는 원추형상의 접촉면(102C)의 중심축과 일치하도록 카메라부(100)가 제 2 가동부(101)에 고정되어 있다. 또한, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)의 아치 형상의 외팔보 형상으로 입체적으로 간섭하지 않도록, 돌기 지지부(201)를 끼운 상태에서, 제 1 가동부(102)에 결합된다. 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 영역에 있어서, 제 2 가동부(101)가 제 1 가동부(102)에 장착되어 고정되기 때문에, 고정 유닛과 가동 유닛의 간섭을 회피하여, 장치의 저배화를 실현할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 중심 위치에서 고정 유닛에 의해 집중적으로 지지된다. 따라서, 마찰에 의한 부하의 저감이나 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억압할 수 있다.
또한, 흡착용 자석(404)은, 회동 각도에 영향을 주는 일이 없이, 일정한 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)와 원추형의 접촉면(102C) 사이에 일정한 수직 항력을 부가한다. 이 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하의 변동을 억제하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 돌기부(202)의 표층 부분을 수지 부재(도시하지 않음)로 피복하면, 접촉하는 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 마찰을 더욱 저감시키는 것이 가능하고, 내마모성이 뛰어난 지지 구조를 실현할 수 있다.
가동 유닛은 고정 유닛으로부터의 탈락하지 않도록 탈락 방지 구조를 구비한다. 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 제 2 가동부(101)가 돌기 지지부(201)에 대하여 전 가동 범위에서 자유롭게 회동 가능하게 되도록, 광축(10) 방향으로는 소정의 공극(50)이 제 2 가동부(101)와 돌기 지지부(201) 사이에 마련되어 있다. 구체적으로는, 돌기 지지부(201)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면(201A)이 마련되어 있다. 또한, 제 2 가동부(101)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는 탈락 방지용 규제면(101A)이 마련되어 있다. 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(101A) 사이에는, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)가 제 1 가동부(102)의 접촉면(102C) 접촉한 상태에서, 공극(50)이 생기고 있다. 또한, 부분 구면(201A) 및 탈락 방지용 규제면(101A)은 각각 렌즈의 광축(10)에 대하여 대략 대칭인 형상을 갖는다.
이 공극(50)은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)로부터 이격되어도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 상태로 되돌아오는 것이 가능한 거리로 설정되어 있다. 즉, 가동 유닛이 하방으로 공극(50)과 동일한 거리만큼 이동하고, 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(101A)이 접촉한 상태에서도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 가동 유닛은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 원래의 상태로 되돌아올 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 가령 가동 유닛이 순간적으로 소정의 위치로부터 탈락했을 경우에 있어서도 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 내충격성이 우수한 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 구심(202A)을 중심으로 하는 탈락 방지용 규제면(101A)의 반경을 극력 작게 하면, 탈락 방지용 규제면(101A)을 마련하기 위해서 필요한 공간을 작게 할 수 있어, 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
다음에, 가동 유닛을 구동하기 위한 구조를 설명한다. 카메라 구동 장치(153)는, 고정 유닛에 대하여 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛을 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 경사시키기 위한 제 1 구동부와, 고정 유닛에 대하여 카메라부(100)를 렌즈의 광축(10)을 중심으로 하는 회전인 회전 롤링 방향(22)으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
제 1 구동부는 2쌍의 경사 구동용 자석과, 8개의 자기 요크와, 자기 요크에 마련된 구동 코일을 포함한다. 보다 구체적으로는, 도 12 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 가동 유닛을 패닝 방향(20)으로 회전 구동하기 위한, 구심(202A)에 대하여 틸팅 방향 회전축(11)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 패닝 구동 자석(401)과, 가동 유닛을 틸팅 방향(21)으로 회전 구동하기 위한, 구심(202A)에 대하여 패닝 방향 회전축(12)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)이 제 1 가동부(102)에 마련되어 있다. 도 12 및 도 21에 도시하는 바와 같이, 이들은 제 1 가동부(102)에 마련된 접촉면(102A) 및 접촉면(102B)에 각각 고정되어 있다. 패닝 구동 자석(401)은 틸팅 방향 회전축(11) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있고, 마찬가지로 틸팅 구동 자석(402)은 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다. 즉, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)에 있어서 각각 틸팅 방향 회전축(11) 방향 및 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 이극(異極)이 배치된다.
또한, 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)과 틸팅 구동 자석(402)에 각각 대향하고, 구동 자석의 회전에 대하여 균일한 자기 갭을 구성하도록, 각각의 하나의 구동 자석에 대하여 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 1쌍의 틸팅 자기 요크(204)가 골(谷)을 대향하도록 V자형으로 배치되어 있다.
도 18 및 도 19는 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 1쌍의 틸팅 자기 요크(204)에 마련된 구동 코일을 도시하는 분해 사시도 및 사시도이다. 도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 1쌍의 틸팅 자기 요크(204)에는, 패닝 구동 코일(301)과 틸팅 구동 코일(302)이 권회되어 있다. 또한 이들의 자기 요크와 구동 코일은 광축(10)을 중심으로 한 원주상에 위치하도록, 연결부(210)에 의해 베이스(200)에 고정되어 있다. 이와 같이, 제 1 구동부는 2개의 패닝 구동 자석(401) 및 2개의 틸팅 구동 자석(402)과, 각각 4개의 합계 8개의 자기 요크 및 구동 코일로 구성되어 있다.
다음에, 롤링 방향(22)으로 가동 유닛을 회전 구동하는 제 2 구동부를 설명한다. 도 12 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)에는, 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)으로 가동 유닛을 회전 구동하기 위해서, 패닝 방향(20) 또는 틸팅 방향(21)에 대하여 45도를 이루는 직선(15)상에서 구심(202A)에 대하여 대칭으로 배치된 1쌍의 롤링 구동 자석(405)이 마련되어 있다. 이들은, 제 1 가동부(102)에 마련된 접촉면(102F)에 있어서 고정되어 있다. 롤링 구동 자석(405)은 직선(15) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다.
또한, 도 12, 도 13, 도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 롤링 구동 자석(405)의 각각 대향하고, 구동 자석의 회전에 대하여 균일한 자기 갭을 구성하도록, 1쌍의 롤링 자기 요크(205)가 골을 대향하도록 V자형으로 배치되어 있다. 롤링 자기 요크(205)의 각각은 롤링 구동 코일(303)이 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)과 직교하도록 권회되어 있다.
또한, 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204) 및 롤링 자기 요크(205)와 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302) 및 롤링 구동 코일(303)은 광축(10)을 중심으로 한 원주상에 위치하도록, 연결부(210)에 의해 베이스(200)에 각각 고정되어 있다.
또한, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302) 및 롤링 구동 코일(303)의 광축(10) 방향에 있어서의 중심의 높이 위치는 돌기부(202)의 구심(202A)의 높이 위치와 동일하다.
1쌍의 패닝 구동 코일(301)에 통전하도록, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)은 우력의 전자력을 받고, 제 1 가동부(102), 즉 가동 유닛은 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 패닝 방향(20)으로 회전 구동된다.
마찬가지로, 1쌍의 틸팅 구동 코일(302)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)은 우력의 전자력을 받고, 가동 유닛은 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 틸팅 방향(21)으로 회전 구동된다.
또한, 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)에 동시에 통전하는 것에 의해, 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛을 2차원적으로 경사시킬 수 있다.
또한, 1쌍의 롤링 구동 코일(303)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 롤링 구동 자석(405)은 전자력을 받고, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22)으로 회전 구동된다.
이와 같이, 본 실시형태는, 가동 유닛에 패닝 구동 자석(401), 틸팅 구동 자석(402) 및 롤링 구동 자석(405)을 마련한 무빙 마그네트 구동 방식을 채용하고 있다. 이 구성에서는, 일반적으로 가동 유닛의 중량이 증대한다고 하는 문제가 고려된다. 그러나, 이 구성에 의하면, 가동 유닛에 구동용 배선의 현가는 불필요하다. 또한, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(303)의 발열을 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204), 롤링 자기 요크(205), 베이스(200) 및 연결부(210)에 의해 냉각할 수 있다고 하는 큰 이점이 있다.
또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로의 경사 각도와, 롤링 방향(22)의 회전 각도를 20도 이상으로 할 뿐만 아니라, 가동 유닛을 소형화, 경량화할 수 있는 점에서 유리하다. 무빙 코일 구동 방식에서는 구동 코일이 너무나도 비대화하고, 가동 유닛의 중량이 증가할 가능성이 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)으로의 구동에 관해서 각각 독립한 전용의 구동 자석과 자기 회로를 마련하고 있기 때문에, 구동을 병용하는 구성에 비교해서 가동부 유닛의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 17에 도시하는 바와 같이 패닝 구동 자석(401), 틸팅 구동 자석(402) 및 롤링 구동 자석(405)의 측면이, 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖도록 구성함으로써, 이들의 구동 자석과, 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204) 및 롤링 자기 요크(205)로 구성되는 자기 갭을 균일화하는 것이 가능하고, 자기 흡인력의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204) 및 롤링용 롤링 자기 요크(205)의 패닝 구동 자석(401), 틸팅 구동 자석(402) 및 롤링 구동 자석(405)에 대향하는 측면이 구심(202A)을 중심으로 하는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는 것에 의해, 자기 흡인력의 변동을 보다 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100), 제 2 가동부(101), 제 2 가동부(101)에 마련된 탈락 방지용 규제면(101A), 돌기 지지부(201)에 마련된 볼록형상의 구면부(201A), 제 1 가동부(102) 및 흡착용 자석(404)의 중심축이 전부 지지 중심이며 구동 중심이기도 하는 구심(202A)을 통과하는 광축(10)과 일치하고, 또한 이 순서로 배치된다. 따라서, 가동 유닛의 중심이 구심(202A)과 일치하고, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 동시에, 중심을 지나 서로 직교하는 3축 주위의 회전 구동을 실현할 수 있다. 또한, 가동 유닛의 탈락을 방지할 수 있다.
카메라 구동 장치(153)는, 가동 유닛의 진폭 증대 계수(Q값)를 저감하기 위해서, 점성 부재(60)를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 도 20에 도시하는 바와 같이, 원추형의 접촉면(102C)과 접촉면(102C)의 근방에 점성 부재(60)를 충전한다. 이에 의해, 가동 유닛에 마련되는 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)과 베이스(200)에 마련된 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 사이에 발생하는 자기 흡인력 변동을 이용한 자기 스프링 효과에 의한 진동의 진폭 증대 계수(Q값)나 기계적인 고유 진동의 Q값을 저감할 수 있고, 양호한 제어 특성을 얻을 수 있다.
또한, 제 1 가동부(102)와 제 2 가동부(101)에 의해, 원추형상의 접촉면(102C) 및 부분 구면 형상을 갖는 탈락 방지 규제면(101A)으로 규정되는 폐쇄적인 공간이 형성된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동해도, 충전한 점성 부재(60)가 외부로 누출되기 어렵고, 양호한 점성 감쇠 특성을 유지할 수 있다.
또한, 점성 부재(60)에 자성 유체를 첨가해도 좋다. 이 경우, 흡착 자석(404)의 자기 흡인력(F4)에 의해, 자성 유체의 첨가된 점성 부재(60)를 접촉면(102C)이 형성하는 내부 공간에 의해 확실하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 자성 유체가 점성도 갖고 있을 경우에는, 점성 부재(60) 대신에 자성 유체만을 이용하여도 좋다.
또한, 가동 유닛의 전 가동 범위에 있어서, 접촉면(102C) 및 돌기부(202)중 서로 접촉하지 않는 영역의 표면에 돌출형 형상(도시하지 않음)을 마련해도 좋다. 돌출형 형상에 의해 점성 부재(60)와의 접촉 면적이 확대하고, 점성 저항의 증대를 도모할 수 있고, 대폭적인 점성 감쇠 특성의 향상을 실현할 수 있다.
다음에, 가동 유닛의 경사나 회전의 검출에 대해서 설명한다. 카메라 구동 장치(153)는, 고정 유닛에 관한 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛의 경사 각도 및 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 검출기를 구비한다. 구체적으로는, 가동 유닛의 2차원의 경사 각도, 즉 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 경사 각도를 검출하기 위한 제 1 검출부와, 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부를 구비한다.
우선, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 가동 유닛의 경사 각도의 검출에 대해서 설명한다. 도 12, 도 13, 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 가동 유닛의 경사 각도를 검출하기 위해서, 카메라 구동 장치(153)는 제 1 검출부인 제 1 자기 센서(501)를 구비한다. 제 1 자기 센서(501)는 2축 주위의 경사 또는 회전을 검출 가능하고, 광축(10) 방향으로 1극에 착자된 흡착용 자석(404)에 대향하도록 배치되어, 회로 기판(502)을 통해 베이스(200)에 고정되어 있다.
제 1 자기 센서(501)의 내부에는, 광축(10)을 중심으로 홀(hall) 소자(도시하지 않음)가 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12)상에 각각 1쌍씩 대칭으로 배치되어 있다. 제 1 자기 센서(501)는, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 경사 동작에 의해 생기는 흡착용 자석(404)의 자력 변화를 2축 성분으로서 각각 차동 검출하고, 패닝 경사 각도 및 틸팅 경사 각도를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 흡착용 자석(404)이 돌기부(202)에 자기 흡인력(F)을 부여하는 기능에 추가해서, 경사 각도를 검출하기 위한 자석으로서도 기능하고, 구성 부품 점수의 저감과 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 흡착용 자석(404)과 구심(202A)의 간격을 짧게 할 수 있고, 제 1 자기 센서(501)를 소형화할 수 있다고 하는 이점도 얻을 수 있다.
도 21은 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부인 제 2 자기 센서(503)의 배치를 도시하는 사시도이다. 도 21에 도시하는 바와 같이 카메라 구동부(153)는 1쌍의 제 2 자기 센서(503)와, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)을 구비한다. 제 1 가동부(102)는, 광축(10)에 직교하고, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(13)의 직선상에 있어서, 구심(202A)에 대하여 대칭으로 배치된 접촉면(102E)을 갖고, 접촉면(102E)에 1쌍의 회전 검출용 자석(403)이 고정되어 있다.
1쌍의 회전 검출용 자석(403)은, 광축(10)과 직교하는 평면에 있어서, 광축(10)을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 각각 2극으로 분할 착자되어 있고, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 있어서의 자극은 서로 역방향으로 배치되어 있다. 또한, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 2극 분할 착자의 중심 경계상에 대향하도록 2개의 회전 검출용 자기 센서(503)가 돌기 지지부(201)와 베이스(200)(도 12)의 측면에 고정되어 있다.
롤링 방향(22)으로 가동 유닛이 회전했을 경우, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 자극이 이동하는 것에 의해 생기는 급준한 자기 변화를 제 2 자기 센서(503)가 차동 검출한다. 이에 의해, 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 가동 유닛의 제 1 가동부(102)가 경사했을 경우, 롤링 방향(22)으로의 크로스토크 출력이 발생할 수 있다. 그러나, 이 크로스토크 출력은, 제 2 자기 센서(503)가 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 의한 자기를 차동 검출함으로써 얻어지는 출력을 이용하여 캔슬할 수 있다. 따라서, 가동 유닛의 경사 가능한 범위에 있어서 롤링 방향(22)의 회전 각도만을 정확하게 추출해서 검출할 수 있다.
또한, 도 12, 도 16 및 도 21에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 제 2 자기 센서(503)가 광축(10)을 협지해서, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(13)상에 배치된다. 이 때문에, 광축(10)을 중심으로 한 큰 반경의 원주상에 구동부를 마련해서 구동 모멘트력을 향상시키는 동시에, 작은 반경의 원주상에 제 2 자기 센서(503)를 배치하는 것이 가능하고, 공간을 유효하게 활용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 카메라부의 렌즈의 광축상에, 고정 유닛의 돌기부에 마련된 부분 구면의 구심과, 가동 유닛의 원추형의 접촉면의 중심축을 배치하고, 2개로 분할된 가동 유닛을, 돌기부를 중심으로 하고, 또한 감싸도록 접합하는 구조를 채용한다. 이 때문에, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 구조를 실현하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 돌기부와 가동 유닛의 접촉면에 의해 구성되는 피봇에 있어서, 가동 유닛의 회동 각도에 영향을 받기 어려운 자기 흡인력에 의해, 일정한 수직 항력을 부가할 수 있으므로, 회동 각도에 의한 마찰 부하 변동을 저감하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 2개로 분할된 가동 유닛은, 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 접합되어 있기 때문에, 고정 유닛과 가동 유닛의 간섭을 회피하여, 장치의 저배화를 실현할 수 있다.
또한, 종래에, 자기 흡인력에 의한 지지 구조에 특유한 큰 과제이었던 진동·충격 등의 외란 등에 의한 가동 유닛의 탈락을 방지하기 위해서, 분할된 가동 유닛의 한쪽에 회동 가능한 소정의 공극을 거쳐서 탈락 방지 규제면을 마련하고 있다. 이 때문에 장치의 대형화를 회피하면서 확실하게 가동 유닛의 탈락 방지를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛에 있어서, 탈락 방지 규제면과 원추형의 접촉면은, 렌즈의 광축에 대하여 대칭으로 배치된다. 또한, 가동 유닛을 지지하는 돌기부의 부분 곡면의 구면의 구심은 광축상에 배치된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동하는 전 범위에 대하여 최소 면적으로 오목형의 탈락 방지 규제면을 마련할 수 있고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛의 탈락 방지 규제면에 고정 유닛이 접촉할 때까지 가동 유닛이 고정 유닛으로부터 탈락했을 경우라도, 자기 흡인력(F)에 의해, 고정 유닛의 돌기부와 가동 유닛의 접촉면이 다시 접촉하고, 피봇을 구성하는 것이 가능하도록 탈락 방지 규제면의 위치가 결정되어 있다. 이 때문에, 가령 가동 유닛이 순간적으로 탈락했을 경우에 있어서도 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 매우 내충격성이 우수한 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동부는, 광축과 수직인 평면상에 있어서 직교하는 2개의 선상에 각각 배치되고, 가동 유닛에 고정된 2쌍의 자석과, 광축에 직교하고, 가동 유닛의 회전 중심을 통과하는 평면에 있어서, 광축을 중심으로 하는 원주상에 배치되고, 자석에 대향하도록 고정 유닛에 각각 배치된 2쌍의 구동 코일을 포함한다. 이들이 배치되는 광축 방향의 높이 위치는 돌기부의 구심의 높이 위치와 거의 동일하다. 이 때문에 가동 유닛의 중심(重心)을 중심(中心)으로 해서 구동하는 것이 가능하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 광축 방향으로부터 보아서, 광축과 수직인 평면에 투영했을 경우의 투영 영역이, 패닝 방향 또는 틸팅 방향과 45도를 이루는 하나의 직선상에 위치하도록 돌기 지지부를 베이스로 고정하고, 돌기 지지부를, 단부에 돌기부를 갖는 외팔보 형상으로 하는 것에 의해, 광축 방향으로부터 본 돌기부의 투영 영역을 작게 할 수 있고, 가동 유닛을 구동하기 위한 구동부를 마련하는 영역을 크게 할 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 가동 유닛을 롤링 방향으로 회전시키는 제 2 구동부, 즉 롤링 자기 요크 및 롤링 구동 코일도, 베이스의 광축을 중심으로 하는 원주상에서 대칭으로 배치하는 것이 가능해진다. 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동부는, 광축과 수직인 평면상에 있어서 직교하는 2개의 선상에 각각 배치되고, 가동 유닛에 고정된 2쌍의 자석과, 광축에 직교하고, 가동 유닛의 회전 중심을 통과하는 평면에 있어서, 광축을 중심으로 하는 원주상에 배치되고, 자석에 대향하도록 고정 유닛에 각각 배치된 2쌍의 구동 코일을 포함한다. 이들 중심이 배치되는 광축 방향의 높이 위치는 돌기부의 구심의 높이 위치와 거의 동일하다. 이 때문에 가동 유닛을, 중심(重心)을 중심(中心)으로 해서 구동하는 것이 가능하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 광축을 중심으로 하는 원주상에, 패닝 구동부, 틸팅 구동부 및 롤링 구동부를 배치하는 것이 가능하고, 각 구동부의 자석과 자기 요크로 구성되는 자기 갭을 동일 거리로 설정할 수 있다. 따라서, 자속 밀도를 높이고, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동 효율을 향상시키는 동시에 균일화시킬 수 있다.
또한, 각각 1쌍의 패닝 자기 요크, 틸팅 자기 요크 및 롤링 자기 요크는, 대략 V자 형상에서, 또한 V자 형상의 골 부분이 대향하도록 광축에 대하여, 대칭으로 배치되어 있다. 이 때문에, 가동 유닛이 큰 경사 각도 및 회전 각도를 취한 상태에서도, 구동 자석과 자기 요크의 자기 갭을 작게 할 수 있고, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 패닝 자기 요크, 틸팅 자기 요크 및 롤링 자기 요크의 각각의 구동 자석에 대향하는 측면이, 돌기부의 중심(重心)을 중심(中心)으로 하는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는 것에 의해 자기 흡인력의 변동을 보다 억제할 수 있다.
또한, 돌기부의 표면 부분을 수지 부재로 피복하고, 내부에 자기 흡인용의 자성체를 마련하는 것에 의해, 저마찰로 내마모성이 우수한 지지 구조가 실현된다.
또한, 가동 유닛의 원추형의 접촉면 및 고정 유닛의 돌기부의 근방의 공간에 점성 부재 또는 자성 유체를 포함하는 점성 부재를 충전하는 것에 의해, 가동 유닛에 마련된 자석과 고정 유닛에 마련된 자기 요크 사이에 발생하는 자기 흡인력의 자기 스프링 효과에 의한 진동의 진폭 증대 계수(Q값)나 기계적인 고유 진동의 Q값을 저감하는 것이 가능하고, 양호한 제어 특성을 얻을 수 있다.
또한, 가동 유닛과 고정 유닛을 피봇 구조에서 지지하기 위한 흡착용 자석의 자력 변화를 제 1 및 제 2 자기 센서로 검출하고, 가동 유닛의 요크 방향 및 틸팅 방향의 경사 각도와 롤링 방향의 회전 각도를 산출하는 것이 가능하기 때문에, 회전 각도를 검출하기 위한 자석을 별도 마련할 필요가 없고, 부품 점수의 삭감과 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 돌기 지지부를 외팔보 형상으로 하는 것에 의해, 조립시에 있어서 돌기부를 가동 유닛에 마련된 원추형의 접촉면에 삽입시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 제 1 및 제 2 가동부를 일체적으로 형성하는 것이 가능해지고, 부품 점수의 삭감과 조립성의 향상을 도모할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 ±20도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 경사시키고, 또한 롤링 방향으로 ±20도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 회전시킬 수 있다. 또한, 50㎐ 정도까지의 광대역의 주파수 영역에서 양호한 떨림 보정 제어를 실현된다. 그 결과, 카메라부의 고속 패닝·틸팅·롤링 동작을 실현하는 동시에, 보행 촬영시의 손떨림으로 발생하는 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 것이 가능한 카메라 구동 장치가 실현된다. 또한, 소형에서 견고한 탈락 방지 구조를 구비하기 때문에, 진동이나 낙하 충격 등의 외부로부터의 충격에 관한 내충격성이 강한 카메라 구동 장치가 실현된다.
(제 4 실시형태)
이하, 본 발명에 의한 카메라 구동 장치의 제 4 실시형태를 설명한다. 도 22는 본 발명의 제 4 실시형태인 카메라 구동 장치(154)를 도시하는 분해 사시도이며, 도 23은 카메라 구동 장치(154)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 또한, 도 24는 일부의 구성요소(패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(700), 패닝 자기 요크(203), 틸팅용 자기 요크(204))를 제거한 상태에 있는 카메라 구동 장치(154)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 도 25는 카메라 구동 장치(154)를 상방으로부터 본 평면도이다. 도 26은 카메라 구동 장치(154)의 도 25에 도시하는 파선(12)과 광축(10)을 포함하는 평면에서의 단면도이다. 도 27은 카메라 구동 장치(154)의 도 25에 도시하는 파선(14)과 광축(10)을 포함하는 평면에서의 단면도이다. 또한, 도 28은 도 26에 도시하는 카메라 구동 장치(154)의 단면도에 있어서의 주요의 모식적 단면도이다. 도 29 및 도 30은 구동 자석과 자기 요크의 배치를 도시하는 사시도 및 평면도이다. 이들의 도면을 참조해서 카메라 구동 장치(154)의 주요한 구성을 설명한다.
본 실시형태의 카메라 구동 장치(154)는 가동 유닛의 주요한 하우징이 제 1 가동부에 의해서만 구성되고, 제 2 가동부를 포함하지 않는 점에서 제 1 실시형태의 카메라 구동 장치(151)와 상이하다. 또한, 가동 유닛을 구동시키기 위한 자기 구조가 최적화되어 있다.
제 1 실시형태와 마찬가지로 카메라 구동 장치(154)는 카메라부(100)와, 카메라부(100)를 지지하는 가동 유닛과, 고정 유닛을 구비한다. 가동 유닛은, 고정 유닛에 대하여, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22), 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21) 및 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)으로 자유롭게 회전한다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)는 촬상 소자(도시하지 않음)와, 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 결상시키는 광축(10)을 갖는 렌즈(도시하지 않음)와, 렌즈를 보지하는 렌즈 경통(도시하지 않음)을 포함한다.
고정 유닛은 베이스(200)와, 돌기부(202)와, 돌기 지지부(201)를 포함한다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 구심(202A)을 갖는 구면의 적어도 일부의 형상을 갖고 있다. 이하, 구면의 적어도 일부의 형상을 갖는 부분을 부분 구면이라고 한다. 또한, 돌기부(202)의 적어도 일부는 자성체로 이뤄진다. 도 22 및 도 28에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 돌기 지지부(201)의 중심부에 압입되어 고정되어 있고, 돌기부(202)가 고정된 돌기 지지부(201)는 도 22 내지 도 24에 도시하는 바와 같이 베이스(200)에 고정된다.
본 실시형태에서는, 가동 유닛은 제 1 가동부(102)만을 포함하고, 제 2 가동부를 포함하지 않는다. 도 22 및 도 28에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)는 흡착용 자석(404)과 접촉면(102C)을 갖는다. 접촉면(102C)은 내측에 원추형상을 갖고, 선단이 하방에 위치하도록 제 1 가동부(102)에 배치되어 있다. 흡착용 자석(404)은 원추형상의 선단이며, 제 1 가동부(102)의 바닥부에 배치된다. 제 1 가동부(102)는 바람직하게는 수지 재료 등의 비자성 재료로 이뤄진다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 고정 유닛의 돌기부(202)는 제 1 가동부(102)의 원추형상의 접촉면(102C)의 내측에 삽입되어 있다. 돌기부(202)의 일부는 자성체로 이뤄지기 때문에, 바닥부에 마련된 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)는 접촉면(102C)과 접촉하고, 헐거움 끼워맞춤된다.
이에 의해, 제 1 가동부(102)는, 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 부분 구면이 접촉하면서, 구면의 구심(202A)에 대하여 자유롭게 회전한다. 보다 구체적으로는, 광축(10)에 직교하고 구심(202A)을 통과하는 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)과, 광축(10) 및 패닝 방향 회전축(12)에 직교하는 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21)의 2종류의 경사 방향의 회전과, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)의 회전을 실행할 수 있다.
제 1 가동부(102)는, 바람직하게는 카메라부(100)의 렌즈의 광축(10)이 접촉면(102C)의 원추형상의 축과 일치하도록, 또한 고정 유닛으로 입체적으로 간섭하지 않도록 카메라부(100)를 지지한다. 구체적으로는, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 카메라부(100)가 제 1 가동부(102)에 장착되어 고정된다. 이 때문에, 고정 유닛과 가동 유닛의 간섭을 회피하여, 장치의 저배화를 실현할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 중심 위치에서 고정 유닛에 의해 집중적으로 지지된다. 따라서, 마찰에 의한 부하의 저감이나 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억압할 수 있다.
또한, 흡착용 자석(404)은, 회동 각도에 영향을 주는 일이 없이, 일정한 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)와 원추형의 접촉면(102C) 사이에 일정한 수직 항력을 부가한다. 이 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하의 변동을 억제하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 돌기부(202)의 표층 부분을 수지 부재(도시하지 않음)로 피복하면, 접촉하는 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 마찰을 더욱 저감시키는 것이 가능하고, 내마모성이 뛰어난 지지 구조를 실현할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동 유닛은 제 2 가동부를 구비하지 않는다. 이 때문에, 가동 유닛이 고정 유닛으로부터 탈락하는 것을 방지하기 위한 탈락 방지 규제면은 카메라부(100)에 마련된다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)가 돌기 지지부(201)에 대하여 전 가동 범위에서 자유롭게 회동 가능하게 되도록, 광축(10) 방향으로는 소정의 공극(50)이 카메라부(100)와 돌기 지지부(201) 사이에 마련되어 있다. 구체적으로는, 돌기 지부(201)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면(201A)이 마련되어 있다. 또한, 카메라부(100)의 렌즈가 마련되지 않은 측의 면에는, 구심을 중심으로 하는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는 탈락 방지용 규제면(100A)이 마련되어 있다. 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(100A) 사이에는, 고정 유닛의 돌기 지지부(201)가 제 1 가동부(102)의 접촉면(102C) 접촉한 상태에서, 공극(50)이 생기고 있다. 또한, 부분 구면(201A) 및 탈락 방지용 규제면(100A)은 각각 렌즈의 광축(10)에 대하여 대략 대칭인 형상을 갖는다.
이 공극(50)은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)로부터 이격되어도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 상태로 되돌아오는 것이 가능한 거리로 설정되어 있다. 즉, 가동 유닛이 하방으로 공극(50)에 동일한 거리만큼 이동하고, 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(100A)이 접촉한 상태에서도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 가동 유닛은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 원래의 상태에 되돌아올 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 가령 가동 유닛이 순간적으로 소정의 위치로부터 탈락했을 경우에 있어서도 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태에 복귀할 수 있는 내충격성이 뛰어난 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 구심(202A)을 중심으로 하는 탈락 방지용 규제면(100A)의 반경을 극력 작게 하면, 탈락 방지용 규제면(100A)을 마련하기 위해서 필요한 공간을 작게 할 수 있어, 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
다음에, 가동 유닛을 구동하기 위한 구조를 설명한다. 카메라 구동 장치(154)는, 고정 유닛에 대하여, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛을 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 경사시키기 위한 제 1 구동부와, 고정 유닛에 대하여 카메라부(100)를 렌즈의 광축(10)을 중심으로 하는 회전인 회전 롤링 방향(22)으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
제 1 구동부는 2쌍의 경사 구동용 자석과, 2쌍의 자기 요크와, 자기 요크에 마련된 구동 코일을 포함한다. 보다 구체적으로는, 도 22, 도 23, 도 24, 도 29 및 도 30에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)에는, 가동 유닛을 패닝 방향(20)으로 회전 구동하기 위해서, 구심(202A)에 대하여 틸팅 방향 회전축(11)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 패닝 구동 자석(401)과, 가동 유닛을 틸팅 방향(21)으로 회전 구동하기 위해서, 구심(202A)에 대하여 패닝 방향 회전축(12)상에서 대칭으로 배치된 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)이 마련되어 있다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 이들은, 제 1 가동부(102)에 마련된 접촉면(102A)(도 22) 및 접촉면(102B)에 각각 고정되어 있다. 패닝 구동 자석(401)은 틸팅 방향 회전축(11) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있고, 마찬가지로 틸팅 구동 자석(402)은 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다. 즉, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)에 있어서 각각 틸팅 방향 회전축(11) 방향 및 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 이극(異極)이 배치된다.
또한, 도 22 및 도 23에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)과 틸팅 구동 자석(402)에 각각 대향하도록, 1쌍의 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)가 광축(10)을 중심으로 한 베이스(200)의 원주상에 각각 배치되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 카메라부(100), 카메라부(100)에 마련된 탈락 방지 규제면(100A), 돌기 지지부(201)에 마련된 볼록형상의 구면부(201A), 제 1 가동부(102) 및 흡착용 자석(404)의 중심축이 전부 지지 중심이며 구동 중심이기도 하는 구심(202A)을 통과하는 광축(10)과 일치하고, 또한 이 순서로 배치된다. 따라서, 가동 유닛의 중심이 구심(202A)과 일치하고, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 동시에, 중심을 통과하여 서로 직교하는 3축 주위의 회전 구동을 실현할 수 있다. 또한, 가동 유닛의 탈락을 방지할 수 있다.
다음에, 롤링 방향(22)으로 가동 유닛을 회전 구동하는 제 2 구동부를 설명한다. 도 27, 도 29 및 도 30에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)에는, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(14)(도 29 참조)의 선상에 구심(202A)에 대하여 대칭으로 배치된 1쌍의 롤링 구동 자석(800)이 마련되어 있다. 롤링 구동 자석(800)은 직선(14) 방향으로 자속을 갖도록 1극에 착자되어 있다. 또한, 1쌍의 롤링 구동 자석(800)에 각각 대향하도록 1쌍의 롤링 자기 요크(701)가 광축(10)을 중심으로 한 베이스(200)의 원주상에 각각 마련되어 있다.
또한, 1쌍의 자기 요크(701)를 각각 권회하는 롤링 구동 코일(700)이 마련되어 있다. 롤링 구동 코일(700)의 권회 중심축(도시하지 않음)은 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)의 권회 중심축에 대하여 직교하도록 마련되어 있다.
이와 같이, 광축(10)을 중심으로 하는 베이스(200)의 원주상에, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21), 롤링 방향(22)의 구동부가 각각 독립으로 분산되어서 배치되어 있다.
또한, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302) 및 롤링 구동 코일(700)의 광축(10) 방향에 있어서의 중심의 높이 위치는 돌기부(202)의 구심(202A)의 높이 위치와 동일하다.
1쌍의 패닝 구동 코일(301)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)은 우력의 전자력을 받고, 제 1 가동부(102), 즉 가동 유닛은 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 패닝 방향(20)으로 회전 구동된다.
동일하게, 1쌍의 틸팅 구동 코일(302)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)은 우력의 전자력을 받고, 가동 유닛은 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 틸팅 방향(21)으로 회전 구동된다.
또한, 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)에 동시에 통전하는 것에 의해, 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛을 2차원적으로 경사시킬 수 있다.
또한, 1쌍의 롤링 구동 코일(700)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 롤링 구동 자석(800)은 전자력을 받고, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛은 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22)으로 회전 구동된다.
이와 같이, 본 실시형태는, 제 1 가동부(102)에 패닝 구동 자석(401), 틸팅 구동 자석(402) 및 롤링 구동 자석(800)을 마련한 무빙 마그네트 구동 방식을 채용하고 있다. 이 구성에서는, 일반적으로 가동 유닛의 중량이 증대한다고 하는 문제가 고려된다. 그러나, 이 구성에 의하면, 가동 유닛에 구동용 배선의 현가는 불필요하다. 또한, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(700)의 발열을 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204), 롤링 자기 요크(701), 베이스(200) 및 연결부(210)에 의해 냉각할 수 있다고 하는 큰 이점이 있다.
또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로의 경사 각도와, 롤링 방향(22)의 회전 각도를 10도 이상으로 할 뿐만 아니라, 가동 유닛을 소형화, 경량화할 수 있는 점에서 유리하다. 무빙 코일 구동 방식에서는 구동 코일이 너무나도 비대화하고, 가동 유닛의 중량이 증가할 가능성이 있다.
도 31은 제 1 구동부인 틸팅 구동 자석(402) 및 틸팅 자기 요크(204)의 형상 및 배치를 도시한 단면도이며, 도 32는 제 2 구동부인 롤링 구동 자석(800) 및 롤링 자기 요크(701)의 형상 및 배치를 도시한 단면도이다.
도 31에 도시하는 바와 같이, 틸팅 자기 요크(204)에 대향하는 틸팅 구동 자석(402)의 측면은, 돌기부(202)의 구심(202A)을 중심으로 하고, 광축(10)과 수직이며, 구심(202A)을 통과하는 평면에 있어서, 중심으로부터 각각의 구동 자석의 측면의 중점까지의 거리(R1)를 반경으로 하는 볼록 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 패닝 자기 요크(203)에 대향하는 패닝 구동 자석(401)의 측면도 거리(R1)를 반경으로 하는 볼록 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 1쌍의 롤링 자기 요크(701)에 대향하는 롤링 구동 자석(800)의 측면은 구심(202A)과 일치한 중심을 갖고, 광축(10)과 수직이며, 구심(202A)을 통과하는 평면에 있어서, 중심으로부터 회전 구동용 자석(800)의 측면의 중점까지의 거리(R2)를 반경으로 하는 제 2 볼록 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
한편, 틸팅 구동 자석(402)의 볼록 구면에 대향하는 틸팅 자기 요크(204)의 측면은, 광축(10)에 수직이며, 구심(202A)을 통과하는 평면에 있어서의 중심과 틸팅 구동 자석(402)의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 점을 중심으로 하고, 상술의 평면에 있어서의 연장선상의 점으로부터 틸팅 자기 요크(204)의 측면의 중점까지의 거리(L1)보다 큰 반경(R3)의 오목 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로 패닝 구동 자석(401)의 볼록 구면에 대향하는 패닝 자기 요크(203)의 측면도 반경(R3)의 오목 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, R3은 거리(L1)의 1.2배 내지 2배 정도이다.
또한, 롤링 구동 자석(800)의 볼록 구면에 대향하는 롤링 자기 요크(701)의 측면은, 상술의 평면에 있어서의 구심(202A)과 롤링 구동 자석(800)의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 점을 중심으로 하고, 상술의 평면에 있어서의 연장선상의 점으로부터 롤링 자기 요크(701)의 측면의 중점까지의 거리(L2)보다 큰 반경(R4)의 오목 구면의 일부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, R4는 거리(L2)의 1.2배 내지 2배 정도이다.
이러한 구동 자석 및 자기 요크의 구성에 의한 효과를 설명한다. 도 33은 틸팅 자기 요크(204)가 평판인 경우의 구성을 도시한 도면이며, 도 34는 본 실시형태의 틸팅 구동 자석(402) 및 틸팅 자기 요크(204)의 형상 및 배치를 도시한 도면이다.
도 33에 도시한 틸팅 자기 요크(204)의 경우의 자기 갭(G)은, G=d+R1×(1-COSθ1)로 나타낸다. 여기에서, d는 제 1 가동부(102)의 경사 각도 및 회전 각도가 0도일 경우에 있어서의 자기 갭의 최소 거리이며, θ1은 틸팅 각도이다.
또한, 도 34에 도시한 본 실시형태의 경우, 자기 갭(G)은 G=d+R1×(1-COSθ1)-R3×(1-COSθ2)로 나타낸다. 여기에서, θ1은 틸팅 각도이며, θ2는 틸팅 각도가 θ1일 경우의 틸팅 구동 자석(402)의 중점을 틸팅 자기 요크(204)의 측면에 수평 방향으로 투영한 점과 반경(R3)의 중심(P)을 연결하는 선이 수평 방향에 대하여 이루는 각도이다. θ1과 θ2는 R3×SINθ2=R1×SINθ1의 관계를 만족한다.
도 35는 틸팅 경사 각도에 관한 자기 갭의 변화를 도시한 특성도이며, 틸팅 자기 요크(204)가 평판일 경우(사각) 및 R3=2×L1을 만족하는 오목형 부분 구면일 경우(원)를 도시하고 있다.
도 35로부터 알 수 있는 바와 같이, 경사 각도가 30도로 되면, 평판형상의 자기 요크에서는, 자기 갭이 최소 자기 갭 거리(d)(여기에서는 0.5㎜)의 약 5배까지 급격하게 증가한다. 그러나, 오목형 부분 구면 형상의 자기 요크에서는, 자기 갭의 변화가 최소 자기 갭 거리(d)(여기에서는 0.5㎜)의 3배 정도까지 억제되어 있다.
또한, 도 36은 틸팅 자기 요크(204)가 평판일 경우(사각) 및 R3=1.2×L1을 만족하는 오목형 부분 구면일 경우(원)에 있어서의 틸팅 경사 각도에 관한 자기 갭의 변화를 도시한 특성도이다.
도 36으로부터 알 수 있는 바와 같이, 경사 각도가 30도로 되어도, 오목형 부분 구면 형상의 자기 요크에서는, 자기 갭의 변화가 최소 자기 갭 거리(d)(여기에서는 0.5㎜)의 2배 정도까지 억제되어 있다.
이와 같이 틸팅 구동 자석의 측면을 반경(R1)의 볼록형상 부분 구면으로 구성하고, 틸팅 자기 요크(204)의 측면을 반경(R3)의 오목형 부분 구면으로 구성하고, R1 및 R3을 조절하는 것에 의해, 자기 갭의 변화를 제어시키는 것이 가능해진다.
여기에서, R3을 L1에 일치시켰을 경우, 자기 갭 변화를 완전히 억제하는 것이 가능하고, 틸팅 경사 각도에 관계 없이 자기 갭은 일정해진다.
그러나, 이 경우, 자기 흡인력을 이용한 제 1 가동부(102)의 중점 복귀 기능이 손상되고, 자기 스프링 효과에 의해, 카메라부(100)를 탑재한 제 1 가동부(102)를 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)에 있어서의 중립 위치에 보지할 수 없다. 그 결과, 카메라부(100)의 3차원에서의 중립 위치를 보지하기 위해서는, 정상적인 구동 전류를 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302) 및 롤링 구동 코일(700)에 인가시킬 필요가 생기고, 카메라 구동 장치로서의 효율이 크게 저하해 버린다. 이들의 것으로부터, 자기 스프링 효과를 이용하기 위해서는, R3>L1을 만족하는 것이 바람직하다는 것을 알았다.
한편, 자기 갭 변화를 급준하게 시키는 것에 의해 자기 흡인력을 적극적으로 이용해서 제 1 가동부(102)의 중점 복귀 기능을 높인 경우, 패닝, 틸팅 및 롤링의 3방향의 자기 스프링 가압력의 합력에 의해, 제 1 가동부(102)의 3방향의 주파수 응답 특성에 악영향이 생긴다. 이 때문에, 양호한 서보 구동 대역을 얻을 수 없다.
따라서, 3방향의 중점 복귀 기능과 주파수 응답 특성의 양립은 카메라 구동 장치에 있어서의 매우 중요한 설계 과제로 되고, 구동 자석의 볼록 구면에 관한 자기 요크의 오목 구면의 반경의 설정을 최적화시키는 것이 과제 해결을 위한 중요한 하나의 수단이 된다.
도 35 및 도 36에 도시하는 바와 같이, 경사 각도가 30도 이내일 경우, L1 및 R3이 1.2L1≤R3≤2L의 관계를 만족하면, 자기 갭의 거리변화를 2배 내지 3배 이내로 할 수 있다. 상세한 검토의 결과, 자기 갭의 거리 변화가 이 범위이면, 중점 복귀 기능 및 주파수 응답 특성을 양립시키는 것이 가능해지는 것을 알았다.
패닝 자기 요크(203) 및 패닝 구동 자석(401)의 L1 및 R3에 대해서도 동일하며, L1 및 R3은 1.2×L1≤R3≤2×L1의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 롤링 구동 자석(800) 및 롤링 자기 요크(701)의 L2 및 R4에 있어서도 동일하며, L2 및 R4는 1.2×L2≤R4≤2×L2의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
다음에, 가동 유닛의 경사나 회전의 검출에 대해서 설명한다. 카메라 구동 장치(154)는 고정 유닛에 관한 카메라부(100)가 탑재된 가동 유닛의 경사 각도 및 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 검출기를 구비한다. 구체적으로는, 가동 유닛의 2차원의 경사 각도, 즉 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 경사 각도를 검출하기 위한 제 1 검출부와, 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부를 구비한다.
우선, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 가동 유닛의 경사 각도의 검출에 대해서 설명한다. 도 22, 도 26, 도 27 및 도 28에 도시하는 바와 같이, 가동 유닛의 경사 각도를 검출하기 위해서, 카메라 구동 장치(154)는 제 1 검출부인 제 1 자기 센서(501)를 구비한다. 제 1 자기 센서(501)는, 2축 주위의 경사 또는 회전을 검출 가능하고, 광축(10) 방향으로 1극에 착자된 흡착용 자석(404)에 대향하도록 배치되어, 회로 기판(502)을 거쳐서 베이스(200)에 고정되어 있다.
제 1 자기 센서(501)의 내부에는, 광축(10)을 중심으로 홀 소자(도시하지 않음)가 틸팅 방향 회전축(11) 및 패닝 방향 회전축(12)상에 각각 1쌍씩 대칭으로 배치되어 있다. 제 1 자기 센서(501)는, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 경사 동작에 의해 생기는 흡착용 자석(404)의 자력 변화를 2축 성분으로서 각각 차동 검출하고, 패닝 경사 각도 및 틸팅 경사 각도를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 흡착용 자석(404)이 돌기부(202)에 자기 흡인력(F)을 부여하는 기능에 추가해서, 경사 각도를 검출하기 위한 자석으로서도 기능하고, 구성 부품 점수의 저감과 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 흡착용 자석(404)과 구심(202A)의 간극을 짧게 할 수 있고, 제 1 자기 센서(501)를 소형화할 수 있다고 하는 이점도 얻을 수 있다.
다음에, 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부를 설명한다. 도 22에 도시하는 바와 같이 카메라 구동부(154)는 1쌍의 제 2 자기 센서(503)와, 2쌍의 회전 검출용 자석(403)을 구비한다. 2쌍의 회전 검출용 자석(403)이, 광축(10)에 직교하고, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루고, 서로 직교하는 2개의 직선상에 있어서, 구심(202A)에 대하여 대칭이 되도록, 제 1 가동부(102)에 고정되어 있다. 4개의 회전 검출용 자석(403)의 각각은 광축(10)을 중심으로 하고, 광축(10)과 수직인 평면상의 원의 원주 방향으로 2극에 착자되어 있다. 또한, 광축(10)에 대하여 대칭으로 배치된 1쌍의 회전 검출용 자석(403)은 서로 착자 방향이 역으로 되어 있다.
또한, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 2극 분할 착자의 중심 경계상에 있어서 대향하도록 2개의 회전 검출용 자기 센서(503)가 베이스(200)에 고정되어 있다.
롤링 방향(22)으로 가동 유닛이 회전한 경우, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)의 자극이 이동하는 것에 의해 생기는 급준한 자기 변화를 제 2 자기 센서(503)가 차동 검출한다. 이에 의해, 가동 유닛의 광축(10) 주위의 회전 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 가동 유닛의 제 1 가동부(102)가 경사진 경우, 롤링 방향(22)으로의 크로스토크 출력이 발생할 수 있다. 그러나, 이 크로스토크 출력은, 제 2 자기 센서(503)가, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 의한 자기를 차동 검출하는 것에 의해 얻어지는 출력을 이용하여 캔슬할 수 있다. 따라서, 가동 유닛의 경사 가능한 범위에 있어서 롤링 방향(22)의 회전 각도만을 정확하게 추출해서 검출할 수 있다.
또한, 도 22에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 제 2 자기 센서(503)가 광축(10)을 협지해서, 틸팅 방향 회전축(11) 또는 패닝 방향 회전축(12)에 대하여 45도를 이루는 직선(13)상에 배치된다. 이 때문에, 광축(10)을 중심으로 한 큰 반경의 원주상에 구동부를 마련해서 구동 모멘트력을 향상시키는 동시에, 작은 반경의 원주상에 제 2 자기 센서(503)를 배치하는 것이 가능하고, 공간을 유효하게 활용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 카메라부의 렌즈의 광축상에, 고정 유닛의 돌기부에 마련된 부분 구면의 구심과, 가동 유닛의 원추형의 접촉면의 중심축을 배치하고, 2개로 분할된 가동 유닛을, 돌기부를 중심으로 하고, 또한 감싸도록 접합하는 구조를 채용한다. 이 때문에, 가동 유닛을 중심에서 지지하는 구조가 실현되고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 돌기부와 가동 유닛의 접촉면에 의해 구성되는 피봇에 있어서, 가동 유닛의 회동 각도에 영향을 받기 어려운 자기 흡인력에 의해, 일정한 수직 항력을 부가할 수 있기 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하 변동을 저감하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 종래에, 자기 흡인력에 의한 지지 구조에 특유한 큰 과제이었던 진동·충격 등의 외란 등에 의한 가동 유닛의 탈락을 방지하기 위해서, 분할된 가동 유닛의 한쪽에 회동 가능한 소정의 공극을 거쳐서 탈락 방지 규제면을 마련하고 있다. 이 때문에 장치의 대형화를 회피하면서 확실하게 가동 유닛의 탈락 방지를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛에 있어서, 탈락 방지 규제면과 원추형의 접촉면은 렌즈의 광축에 대하여 대칭으로 배치된다. 또한, 가동 유닛을 지지하는 돌기부의 부분 곡면의 구면의 구심은 광축상에 배치된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동하는 전 범위에 대하여 최소 면적으로 오목형의 탈락 방지 규제면을 마련할 수 있고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛의 탈락 방지 규제면에 고정 유닛이 접촉할 때까지 가동 유닛이 고정 유닛으로부터 탈락한 경우라도, 자기 흡인력(F)에 의해, 고정 유닛의 돌기부와 가동 유닛의 접촉면이 다시 접촉하고, 피봇을 구성하는 것이 가능하도록 탈락 방지 규제면의 위치가 결정되어 있다. 이 때문에, 가령 가동 유닛이 순간적으로 탈락했을 경우에 있어서도 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 매우 내충격성이 우수한 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동부는, 광축과 수직인 평면상에 있어서 직교하는 2개의 선상에 각각 배치되고, 가동 유닛에 고정된 2쌍의 자석과, 광축에 직교하고, 가동 유닛의 회전 중심을 통과하는 평면에 있어서, 광축을 중심으로 하는 원주상에 배치되고, 자석에 대향하도록 고정 유닛에 각각 배치된 2쌍의 구동 코일을 포함한다. 이들이 배치되는 광축 방향의 높이 위치는 돌기부의 중심의 높이 위치에 거의 동일하다. 이 때문에 가동 유닛의 중심(重心)을 중심(中心)으로 해서 구동하는 것이 가능하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 패닝, 틸팅 자기 요크에 대향하는 패닝, 틸팅 구동 자석의 측면은 돌기부의 구면의 구심을 중심으로 하고, 중심으로부터 각각의 구동 자석의 측면의 중심까지의 거리(R1)를 반경으로 하는 구면의 일부 형상을 갖고, 롤링 자기 요크에 대향하는 롤링 구동 자석의 측면은 돌기부의 구면의 구심을 중심으로 하고, 중심으로부터 각각의 구동 자석의 측면의 중심까지의 거리(R2)를 반경으로 하는 구면의 일부 형상을 갖는다.
패닝, 틸팅 구동 자석의 볼록 구면에 대향하는 패닝, 틸팅 자기 요크의 측면은 중심으로부터 패닝, 틸팅 자기 요크의 측면까지의 거리(L1)보다 큰 반경(R3)의 오목형 구면의 일부 형상을 갖고, 롤링 구동 자석의 볼록 구면에 대향하는 롤링 자기 요크의 측면은 중심으로부터 롤링 자기 요크의 측면까지의 거리(L2)보다 큰 반경(R4)의 오목형 구면의 일부 형상을 갖는다.
이에 의해, 가동 유닛의 경사 각도 및 회전 각도에 대한 자기 요크와 구동 자석의 각각의 자기 갭 변화를 모든 가동 범위에 있어서, 예정의 범위내로 억제할 수 있다. 또한, 구동 자석의 볼록형상 구면의 반경과 자기 요크의 오목형 구면의 반경을 조절하는 것에 의해, 자기 갭의 변화량을 제어하는 것이 가능해진다.
일반적으로, 자기 흡인력은 자속 밀도의 2승에 비례하고, 자속 밀도는 자기 갭에 반비례한다. 따라서, 자기 흡인력은 자기 갭의 2승에 반비례하게 되고, 동작 각도의 변화에 따르는 급격한 자기 갭 변화는 자기 스프링의 스프링 정수를 증가시킨다. 여기에서, 가동 유닛에 마련한 구동 자석의 회전 곡률 반경에 따른 구동 자석의 볼록형상 구면의 반경 및 자기 요크의 오목형 구면의 반경을 조절하는 것에 의해 자기 갭의 변화량을 적절하게 설정하고, 가동 유닛의 중립 위치로의 복귀를 3차원적으로 실현하는 동시에, 구동 제어 주파수 대역에 있어서의 주파수 응답 특성을 악화시키지 않는 자기 스프링 특성을 실현하는 것이 가능하다.
특히, 자기 요크의 오목형 구면의 반경을 중심으로부터 자기 요크의 측면까지의 거리의 1.2배 이상 2배 이하로 설정할 경우, 가동 유닛의 중립 위치로의 복귀와 양호한 주파수 응답 특성의 양립을 도모할 수 있다.
또한, 무빙 마그네트 구동 방식에서는, 경사 각도 및 회전 각도의 증대에 비례해서 자기 흡인력이 커지기 때문에, 자기 흡인력에 역행해서 동작 각도를 유지시킬 필요가 있다. 그 결과, 불필요한 구동 전류가 필요로 되어 구동 효율을 현저하게 저하시킨다고 하는 특유의 과제가 있다. 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 동작 각도 범위에 있어서의 자기 갭의 변화량을 완만하게 설정할 수 있으므로, 가동 유닛의 중립 위치로의 복귀를 실현하면서, 구동 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 가동 유닛에 탑재되어 있는 패닝 및 틸팅 구동 자석 및 롤링 구동 자석의 회전 곡률 반경을 거리(R1) 및 거리(R2)와 상이하게 하는 것에 의해, 패닝 및 틸팅 구동 자석과 롤링 구동 자석의 자기 결합을 회피하고, 자기 흡인력의 급격한 변동을 방지할 수 있다.
또한, 1쌍의 제 2 자기 센서가 광축을 협지해서, 틸팅 방향 회전축 또는 패닝 방향 회전축에 대하여 45도를 이루는 직선(13)상에 배치되기 때문에, 광축(10)을 중심으로 한 큰 반경의 원주상에 구동부를 마련해서 구동 모멘트력을 향상시키는 동시에, 작은 반경의 원주상에 제 2 자기 센서를 배치하는 것이 가능하고, 장치로서 공간 절약화를 실현할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 ±10도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 경사시키고, 또한 롤링 방향으로 ±10도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 회전시킬 수 있다. 또한, 50㎐ 정도까지의 광대역의 주파수 영역에서 양호한 떨림 보정 제어를 실현할 수 있다. 그 결과, 카메라부의 고속 패닝·틸팅·롤링 동작을 실현하는 동시에, 보행 촬영시의 손떨림으로 발생하는 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 것이 가능한 카메라 구동 장치가 실현된다. 또한, 소형에서 견고한 탈락 방지 구조를 구비하기 때문에, 진동이나 낙하 충격 등의 외부로부터의 충격에 대한 내충격성이 강한 카메라 구동 장치가 실현된다.
(제 5 실시형태)
이하, 본 발명에 의한 카메라 구동 장치의 제 5 실시형태를 설명한다. 도 37은 본 발명의 제 5 실시형태인 카메라 구동 장치(155)를 도시하는 분해 사시도이며, 도 38은 카메라 구동 장치(155)를 비스듬하게 상방으로부터 본 사시도이다. 도 39의 (a) 및 (b)은 카메라 구동 장치(155)의 평면도 및 측면도이다. 도 40 및 도 41은 각각 도 39의 (a)에 있어서의 A-A선 단면도 및 B-B선 단면도이다. 도 42는 카메라 구동 장치(155)의 돌기부(202) 근방을 확대해서 도시하는 주요부 단면도이다. 도 43은 도 39의 (b)에 있어서의 C-C선 단면도이다. 이들의 도면을 참조해서 카메라 구동 장치(155)의 주요 구성을 설명한다.
카메라 구동 장치(155)는 카메라부(100)와, 카메라부(100)를 지지하는 가동 유닛과, 고정 유닛을 구비한다. 카메라 구동 장치(155)는, 카메라부(100)를 탑재한 제 1 가동부(102) 및 제 2 가동부(101)가 제 3 가동부(103)에 대하여, 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21) 및 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)으로 자유롭게 회전하고, 제 3 가동부(103)가 고정 유닛에 대하여, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)으로 자유롭게 회전하는 점에서 제 1 내지 제 4 실시형태와 상이하다.
도 37 및 도 38에 도시하는 바와 같이, 카메라부(100)는 촬상 소자(도시하지 않음)와, 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 결상시키는 광축(10)을 갖는 렌즈(도시하지 않음)와, 렌즈를 보지하는 렌즈 경통(도시하지 않음)을 포함한다.
가동 유닛은 제 1 가동부(102), 제 2 가동부(101), 제 3 가동부(103), 돌기 지지부(201) 및 돌기부(202)를 포함한다.
도 37에 도시하는 바와 같이, 돌기 지지부(201)는 대략 아치 형상의 양팔보 형상을 갖고, 보(梁)의 중앙에 마련된 구멍에 돌기부(202)가 압입 고정되어 있다. 도 41 및 도 42에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 구심(202A)을 갖는 구면의 적어도 일부의 형상을 갖고 있다. 또한, 돌기부(202)의 적어도 일부는 자성체로 이뤄진다. 돌기 지지부(201)는 제 3 가동부(103)에 고정된다.
제 1 가동부(102)는 접촉면(102C)과 흡착용 자석(404)을 갖는다. 접촉면(102C)은 내측에 원추형상을 갖고, 선단이 하방에 위치하도록 제 1 가동부(102)에 배치되어 있다. 흡착용 자석(404)은 원추형상의 선단이며, 제 1 가동부(102)의 바닥부에 배치된다. 제 1 가동부(102)는 바람직하게는 수지 재료 등의 비자성 재료로 이뤄진다.
도 42에 도시하는 바와 같이, 돌기부(202)는 제 1 가동부(102)의 원추형상의 접촉면(102C)의 내측에 삽입되어 있다. 돌기부(202)의 일부는 자성체로 이뤄지기 때문에, 바닥부에 마련된 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)는 접촉면(102C)과 접촉하고, 헐거움 끼워맞춤한다.
이에 의해, 제 1 가동부(102)는, 원추형의 접촉면(102C)과 돌기부(202)의 부분 구면이 접촉하면서, 구면의 구심(202A)에 대하여 자유롭게 회전한다. 보다 구체적으로는, 구심(202A)에 대하여, 광축(10)에 직교하고 중심(201A)을 통과하는 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 회전하는 패닝 방향(20)과, 광축(10) 및 패닝 방향 회전축(12)에 직교하는 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 회전하는 틸팅 방향(21)의 2종류의 경사 방향의 회전과, 렌즈 광축(10)을 중심으로 회전하는 롤링 방향(22)의 회전을 실행할 수 있다.
제 2 가동부(101)는 카메라부(100)를 탑재하고, 제 1 가동부(102)에 고정되어 있다. 구체적으로는, 렌즈의 광축(10)이 제 2 가동부(101)의 중심을 관통하고, 바람직하게는 원추형상의 접촉면(102C)의 중심축과 일치하도록 카메라부(100)가 제 2 가동부(101)에 고정되어 있다. 또한, 돌기 지지부(201)와 입체적으로 간섭하지 않도록, 제 1 가동부(102)에 결합된다.
도 37에 도시하는 바와 같이, 제 3 가동부(103)는 돌기 지지부(201)를 지지하고, 고정 유닛의 베이스(200)에 마련된 광축(10)을 중심축으로 하는 롤링 회동 중심 구멍(200s)에, 제 3 가동부(103)에 마련된 롤링 회동축(103s)에 끼워맞춤되고, 베이스(200)에 회동 자유롭게 지지된다. 이에 의해, 돌기 지지부(201)를 거쳐서 지지되어 있는 제 1 가동부(102) 및 제 2 가동부(101)는 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22)으로 회전할 수 있다.
또한, 제 1 가동부(102)의 하방(구심(202A)에 대하여 제 2 가동부(101)와 반대)에는 카운터 웨이트(150)가 장착되어 있다. 이에 의해, 구심(202A)을 중심으로 하고, 제 1 가동부(102)에 고정되는 카메라부(100)의 중량 밸런스를 잡는 것이 가능하기 때문에, 탑재하는 카메라부(100)의 설계 및 탑재 자유도가 확대된다. 또한, 카메라부(100), 제 1 가동부(102) 및 제 2 가동부(101)와 카운터 웨이트(150)로 이루어지는 전 가동 유닛의 중심 위치를 돌기부(202)의 구심(202A) 근방으로 집중적으로 지지하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 마찰에 의한 부하를 저감하고, 구동 주파수 영역에 있어서의 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 흡착용 자석(404)은, 회동 각도에 영향을 주는 일이 없이, 일정한 자기 흡인력(F)에 의해, 돌기부(202)와 원추형의 접촉면(102C) 사이에 일정한 수직 항력을 부가한다. 이 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하의 변동을 억제하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 돌기부(202)의 표층 부분을 윤활성이 높은 수지 부재(도시하지 않음) 등으로 피복해도 좋다. 이 경우, 접촉하는 원추형의 접촉면(102C)과의 마찰을 더욱 저감시키는 것이 가능하고 내마모성이 뛰어난 지지 구성을 실현할 수 있다.
또한, 도 42에 도시하는 바와 같이, 제 2 가동부(101)가 돌기 지지부(201)에 대하여 전 가동 범위에서 자유롭게 회동 가능하게 되도록, 광축(10) 방향으로는 소정의 공극(50)이 제 2 가동부(101)와 돌기 지지부(201) 사이에 마련되어 있다. 따라서, 돌기 지지부(201)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 구면부(201A)가 마련되고, 공극(50)을 통해 제 2 가동부(101)에는, 구심(202A)을 중심으로 하는 오목형의 구면의 탈락 방지용 규제면(101A)이 마련되어 있다.
이 공극(50)은, 접촉면(102C)이 돌기부(202)로부터 이격되어도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 상태로 되돌아오는 것이 가능한 거리로 설정되어 있다. 즉, 제 1 가동부(102)가 하방으로 공극(50)과 동등한 거리만큼 이동하고, 부분 구면(201A)과 탈락 방지용 규제면(101A)이 접촉한 상태에서도, 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 가동 유닛은 접촉면(102C)이 돌기부(202)와 접촉하는 원래의 상태로 되돌아올 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에 의하면, 가령 제 1 가동부(102)가 순간적으로 소정의 위치로부터 탈락했을 경우에 있어서도 흡착용 자석(404)의 자기 흡인력(F)에 의해 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 내충격성이 우수한 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 구심(202A)을 중심으로 하는 탈락 방지용 규제면(101A)의 반경을 극력 작게 하면, 탈락 방지용 규제면(101A)을 마련하기 위해서 필요한 공간을 작게 할 수 있어, 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
다음에, 가동 유닛을 구동하기 위한 구조를 설명한다. 카메라 구동 장치(155)는 카메라부(100)를 탑재한 제 1 가동부(102) 및 제 2 가동부(101)를 제 3 가동부(103)에 대하여 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)으로 경사시키기 위한 제 1 구동부와, 베이스(200)에 대하여 제 3 가동부(103)를 롤링 방향(22)으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비한다.
제 1 구동부는 패닝 구동 자석(401)과, 패닝 자기 요크(203)와, 패닝 구동 코일(301)로 이루어지는 패닝 구동부와, 틸팅 구동 자석(402)과, 틸팅 자기 요크(204)와, 틸팅 구동 코일(302)로 이루어지는 틸팅 구동부를 포함한다.
도 37, 도 41 및 도 44를 참조하여, 패닝 구동부 및 틸팅 구동부의 구성에 대해서 설명한다.
도 44는 카메라 구동 장치(155)에 있어서의 패닝 구동부 및 틸팅 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 또한, 도 41은 틸팅 방향 회전축(11)에 따른 패닝 구동부의 단면도이다. 패닝 구동부와 틸팅 구동부는 회전축이 90도 상이할 뿐, 기본적인 구성은 동일하다. 이 때문에 패닝 방향 회전축(12)에 따른 틸팅 구동부의 단면도는 생략하고, 해당하는 구성요소는 괄호내에 표시되어 있다.
패닝 구동부는 제 1 가동부(102)를 패닝 방향 회전축(12)을 중심으로 패닝 방향(20)으로 회전 구동한다. 이 때문에, 패닝 구동부는, 제 1 가동부(102)에 장착된 패닝 구동 자석(401)과, 패닝 구동 자석(401)에 대향하도록, 연결부(210)에 장착된 패닝 자기 요크(203)와, 패닝 자기 요크(203)에 장착된 패닝용 보빈(206)과, 패닝용 보빈(206)에 권회된 패닝 구동 코일(301)을 포함한다.
패닝 구동 자석(401)은, 구심(202A)에 대하여 틸팅 방향 회전축(11)상에 있어서 대칭으로 배치된 1쌍의 자석이며, 틸팅 방향 회전축(11) 방향으로 자속을 갖도록 각각 1극에 착자되어 있다.
패닝 자기 요크(203)는 1쌍의 패닝 구동 자석(401)에 대향하는 1쌍의 자성체로 구성된 자기 요크이다. 패닝 구동 자석(401)의 화살표(20A) 방향 및 화살표(20B) 방향의 회전에 대하여, 급격한 자기 갭의 변동을 일으키지 않도록, 패닝 구동 자석(401)에 대향하는 면은, 틸팅 방향 회전축(11)상에 중심을 갖는 부분 원주 측면 형상을 갖는다.
부분 원주 측면 형상을 갖는 패닝 자기 요크(203)에 패닝 구동 코일(301)을 감기(장착하다) 때문에, 패닝용 보빈(206)은 패닝 자기 요크(203)에 장착되어 있다. 패닝용 보빈(206)은, 패닝 구동 자석(401)의 화살표(20A) 방향 및 화살표(20B) 방향의 회전에 대하여, 패닝 구동 코일(301)을 대략 V자형으로 배치하도록, 패닝 구동 코일(301)과 패닝 자기 요크(203)의 간극을 메우도록 구성되어 있다.
패닝 구동 코일(301)은, 1개의 패닝 구동 자석(401)에 대하여, 구심(202A)의 높이에서 2분할되어서, 상술한 패닝용 보빈(206)에 권회되어 있다.
이들의 1쌍의 패닝 자기 요크(203)와 패닝 구동 코일(301)은 광축(10)을 중심으로 대칭으로 배치된 1쌍의 연결부(210)(도 37)를 거쳐서, 각각 제 3 가동부(103)에 고정되어 있다.
마찬가지로, 틸팅 구동부는 제 1 가동부(102)를 틸팅 방향 회전축(11)을 중심으로 틸팅 방향(21)으로 회전 구동한다. 이 때문에, 틸팅 구동부는, 제 1 가동부(102)에 장착된 틸팅 구동 자석(402)과, 틸팅 구동 자석(402)에 대향하도록, 연결부(210)에 장착된 틸팅 자기 요크(204)와, 틸팅 자기 요크(204)에 장착된 틸팅용 보빈(207)과, 틸팅용 보빈(207)에 권회된 틸팅 구동 코일(302)을 포함한다.
틸팅 구동 자석(402)은 구심(202A)에 대하여 패닝 방향 회전축(12)상에 있어서 대칭으로 배치된 1쌍의 자석이며, 패닝 방향 회전축(12) 방향으로 자속을 갖도록 각각 1극에 착자되어 있다.
틸팅 자기 요크(204)는 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)에 대향하는 1쌍의 자성체로 구성된 자기 요크이다. 틸팅 구동 자석(402)의 화살표(21A) 방향 및 화살표(21B) 방향의 회전에 대하여, 급격한 자기 갭의 변동을 일으키지 않도록, 틸팅 구동 자석(402)에 대향하는 면은 패닝 방향 회전축(12)상에 중심을 갖는 부분 원주 측면 형상을 갖는다.
부분 원주 측면 형상을 갖는 틸팅 자기 요크(204)에 틸팅 구동 코일(302)을 감기(장착하기) 때문에, 틸팅용 보빈(207)은 틸팅 자기 요크(204)에 장착되어 있다. 틸팅용 보빈(207)은, 틸팅 구동 자석(402)의 화살표(21A) 방향 및 화살표(21B) 방향의 회전에 대하여, 틸팅 구동 코일(302)을 대략 V자형으로 배치하도록, 틸팅 구동 코일(302)과 틸팅 자기 요크(204)의 간극을 메우도록 구성되어 있다.
틸팅 구동 코일(302)은, 1개의 틸팅 구동 자석(402)에 대하여, 구심(202A)의 높이로 2분할되어서, 전술한 틸팅용 보빈(207)에 권회되어 있다.
이들의 1쌍의 틸팅 자기 요크(204)와 틸팅 구동 코일(302)은, 광축(10)을 중심으로 대칭 배치된 1쌍의 연결부(210)(도 37)를 거쳐서, 각각 제 3 가동부(103)에 고정되어 있다.
따라서, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 회전 구동에 관해서는, 각각 2개의 패닝 구동 자석(401)과 틸팅 구동 자석(402)에 대하여, 2개의 자기 요크와, 4개의 구동 코일로 구성되어 있다.
다음에, 도 41, 도 45 및 도 46을 참조하여, 패닝 구동부 및 틸팅 구동부의 경사 동작과 자기 흡인력을 이용한 제 1 가동부(102)의 중립 위치 복귀 기능에 대해서 설명한다.
도 45는 카메라 구동 장치(155)의 도 39의 (a)에 도시하는 A-A선의 위치에 있어서의 단면도이며, 패닝 방향(틸팅 방향)으로 구동한 경우의 단면도이다. 도 45는 틸팅 방향 회전축(11)상에서의 패닝 구동부의 단면도이지만, 패닝 구동부와 틸팅 구동부는 회전축이 90도 상이할 뿐, 기본적인 구성은 동일하다. 이 때문에, 패닝 방향 회전축(12)에 따른 틸팅 구동부의 단면도는 생략하고, 해당하는 구성요소는 괄호내에 표시하고 있다.
도 46은 카메라 구동 장치(155)에 있어서의 틸팅 구동 자석(402)과 틸팅 구동용 틸팅 자기 요크(204)의 위치 관계를 도시하는 주요부 단면도이다. 도 46은 틸팅 구동부의 주요부 단면도이지만, 패닝 구동부와 틸팅 구동부는 회전축이 90도 상이할 뿐, 기본적인 구성은 동일하다. 이 때문에, 패닝 구동부의 주요부 단면도는 생략하고, 해당하는 구성요소는 괄호내에 표시하고 있다.
도 41 및 도 45에 도시하는 바와 같이, 4개의 구동 코일로 이루어지는 패닝 구동 코일(301)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 패닝 구동 자석(401)은 우력의 전자력을 받기 때문에, 제 1 가동부(102)는 구심(202A)(패닝 방향 회전축(12))을 중심으로 패닝 방향(20A 또는 20B)으로 회전 구동된다. 도 41의 경사 각도 0의 중립 위치의 상태로부터, 패닝 구동 코일(301)에 소정의 방향으로 통전하면, 도 45에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)는 화살표(20A) 방향으로 구동되어, 전술한 소정의 방향과 역방향의 방향으로 통전하면, 제 1 가동부(102)는 화살표(20B) 방향으로 구동된다.
마찬가지로, 4개의 구동 코일로 이루어지는 틸팅 구동 코일(302)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 틸팅 구동 자석(402)은 우력의 전자력을 받기 때문에, 제 1 가동부(102)는 구심(202A)(틸팅 방향 회전축(11))을 중심으로 틸팅 방향(21A 또는 21B)으로 회전 구동된다. 도 41의 경사 각도 0의 중립 위치의 상태로부터, 틸팅 구동 코일(302)에 소정의 방향으로 통전하면, 도 45에 도시하는 바와 같이, 제 1 가동부(102)는 화살표(21A) 방향으로 구동되고, 전술한 소정의 방향과 역방향의 방향으로 통전하면, 제 1 가동부(102)는 화살표(21B) 방향으로 구동된다.
따라서, 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)에 동시에 통전하는 것에 의해, 제 1 가동부(102)에 고정되는 제 2 가동부 및 카메라부(100)를 구심(202A)을 중심으로 2차원적으로 경사시킬 수 있다. 또한, 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)로 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 것에 의해, 카메라부(100)를 패닝 방향(20A 또는 20B) 및 틸팅 방향(21A 또는 21B) 방향으로 임의로 구동할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 패닝 자기 요크(203)의 오목형의 R면과 패닝 구동 자석(401)의 자기 갭에 관해서, 도 41에 도시하는 제 1 가동부(102)의 경사 각도가 0도인 경우의 자기 갭(G0)과, 도 45에 도시하는 제 1 가동부(102)가 화살표(20A) 방향으로 경사했을 경우의 자기 갭(G1)의 관계가 G0<G1이 되도록, 패닝 자기 요크(203)의 측면은 오목형의 부분 원주 측면 형상을 갖고 있다. 따라서, 도 41에 도시하는 제 1 가동부(102)의 경사 각도가 0도인 경우의 자기 흡인력이, 도 45에 도시하는 제 1 가동부(102)가 화살표(20A) 방향으로 경사진 경우에 대하여 크게 되므로, 자기 흡인력에 의한 자기 스프링을 이용하여, 제 1 가동부(102)를 중립 위치(경사 각도가 0도)에 보지할 수 있다.
틸팅 구동부에 관해서도, 회전축이 90도 상이할 뿐, 기본적인 구성은 동일하다. 즉, 마찬가지로 제 1 가동부(102)를 중립 위치(경사 각도가 0도)에 보지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 46에 도시하는 바와 같이, 틸팅 구동 자석(402)의 틸팅 자기 요크(204)와 대향하는 면(402A)은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는다. 이에 의해, 틸팅 구동 자석(402)과 대향하는 틸팅 자기 요크(204)의 중심부와의 자기 갭(D0)을, 틸팅 자기 요크(204)의 단부와의 자기 갭(D1)보다 작게 구성할 수 있다. 그 결과, 틸팅 자기 요크(204)의 중심부에서의 자기 흡인력이 크게 되고, 자기 흡인력에 의한 자기 스프링을 이용하여, 제 1 가동부(102)를 틸팅 자기 요크(204) 중심부를 따라 보지해서 구동할 수 있다.
패닝 구동 자석(401)과 패닝 자기 요크(203)에 있어서도, 마찬가지로 자기 흡인력에 의한 자기 스프링을 이용하여, 제 1 가동부(102)를 패닝 자기 요크(203)중심부를 따라 보지해서 구동할 수 있다.
따라서, 롤링 방향(22)으로도 자유도가 있는 구형상의 돌기부(202)에 의한 피봇 지지 구성에 있어서, 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 2개의 구동축만의 지지가 실현되고, 종래에 비교하여 작은 스페이스로 2개의 구동축 지지를 구성할 수 있다.
다음에, 베이스(200)에 대하여 제 3 가동부(103)를 롤링 방향(22)으로 회전시키는 제 2 구동부인 롤링 구동부를 설명한다. 도 47은 카메라 구동 장치(155)에 있어서의 롤링 구동부의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
롤링 구동부는, 제 3 가동부(103)를 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22)으로 회전 구동을 실행하고, 제 3 가동부(103)에 장착된 롤링 구동 자석(405)과, 롤링 구동 자석(405)에 대향하도록, 베이스(200)에 장착된 롤링 자기 요크(205)와, 롤링 자기 요크(205)에 장착된 롤링용 보빈(208)과, 롤링용 보빈(208)에 권회된 롤링 구동 코일(303)을 포함한다.
롤링 구동 자석(405)은, 패닝 방향 회전축(12) 또는 틸팅 방향 회전축(11)에 대하여 45도를 이루는 직선(15)상(도 43)에 있어서, 광축(10)에 대하여 대칭으로 배치된 1쌍의 자석이며, 직선(15) 방향으로 자속을 갖도록 각각 1극에 착자되어 있다.
롤링 자기 요크(205)는 1쌍의 롤링 구동 자석(405)에 대향하는 1쌍의 자성체로 구성된 자기 요크이다. 제 3 가동부(103)를, 자기 흡인력 변동을 이용한 자기 스프링 효과에 의해, 롤링 방향(22)의 중립 위치에 유지하기 때문에, 롤링 구동 자석(405)에 대향하는 면은 중립 위치에서 자기 갭이 최소가 되도록 볼록형상의 부분 원주 측면 형상을 갖는다.
부분 원주 측면 형상을 갖는 롤링 자기 요크(205)에 롤링 구동 코일(303)을 감기 위해서, 롤링용 보빈(208)은 롤링 자기 요크(205)에 장착되어 있다. 또한, 롤링용 보빈(208)은, 롤링 구동 코일(303)을 직선(15)에 직교하는 방향으로 배치하도록, 롤링 구동 코일(303)과 롤링 자기 요크(205)의 간극을 메우도록 구성되어 있다.
롤링 구동 코일(303)은 1쌍의 롤링용 보빈(208)에 패닝 구동 코일(301)과 틸팅 구동 코일(302)과 직교하는 방향으로 권회되어 있다.
이들의 1쌍의 롤링 자기 요크(205)와 롤링 구동 코일(303)은 구심(202A)의 높이보다 하방에 구성되어 있고, 광축(10) 방향으로부터 본 평면 위치는 패닝 또는 틸팅 구동부에 대하여 45도를 이루도록 배치되어 있다. 이 때문에, 패닝 또는 틸팅 구동부와의 간섭을 회피하고, 높이 영역을 유효하게 활용해서 장치의 저배화를 도모할 수 있다.
또한, 롤링 구동부를 구심(202A)보다 하방에 마련하는 것에 의해, 패닝 및 틸팅 구동부와의 자기 회로의 높이 위치를 바꾸고, 패닝 및 틸팅 구동 자석(401, 402)과의 자기 결합의 영향을 저감하고, 자기 회로의 간섭에 의한 구동중의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
다음에, 도 43 및 도 48을 참조하여, 롤링 구동부의 회전 동작과 자기 흡인력을 이용한 제 3 가동부(103)의 중립 위치 복귀 기능에 대해서 설명한다.
도 48은 카메라 구동 장치(155)의 도 39의 (b)의 C-C선에 있어서의 단면도이며, 롤링 방향으로 구동했을 경우의 단면도이다.
도 43 및 도 48에 도시하는 바와 같이, 쌍을 이루는 롤링 구동 코일(303)에 통전하는 것에 의해, 1쌍의 롤링 구동 자석(405)은 우력의 전자력을 받는다. 이 때문에, 제 3 가동부(103)는 광축(10)을 중심으로 롤링 방향(22A 또는 22B)으로 회전 구동된다. 도 43의 회전 각도 0의 중립 위치의 상태로부터, 롤링 구동 코일(303)에 소정의 방향으로 통전하면, 도 48에 도시하는 바와 같이, 제 3 가동부(103)는 화살표(22A) 방향으로 구동되어, 전술한 소정의 방향과 역방향의 방향으로 통전하면, 제 3 가동부(103)는 화살표(22B) 방향으로 구동된다.
따라서, 롤링 구동 코일(303)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 것에 의해, 돌기 지지부(201)를 통해 제 3 가동부(103)에 지지되어 있는 카메라부(100)를 롤링 방향(22A 또는 22B) 방향으로 임의로 구동할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 롤링 자기 요크(205)의 롤링 구동 자석(405)과 대향하는 면이 볼록형상의 부분 원주 측면 형상을 갖고 있기 때문에, 도 43에 도시하는 제 3 가동부(103)의 회전 각도가 0도인 경우의 롤링 자기 요크(205)와 롤링 구동 자석(405)의 자기 갭이, 도 48에 도시하는 제 3 가동부(103)가 화살표(22A) 방향으로 회전한 경우의 자기 갭에 비교해 작게 되어 있다. 이 때문에, 도 43에 도시하는 제 3 가동부(103)의 회전 각도가 0도인 경우의 자기 흡인력이, 도 48에 도시하는 제 3 가동부(103)가 화살표(22A) 방향으로 회전한 경우에 비해서 크게 되고, 자기 흡인력에 의한 자기 스프링을 이용하여, 제 3 가동부(103)를 중립 위치(회전 각도가 0도)에 유지할 수 있다.
다음에, 가동 유닛의 경사나 회전의 검출에 대해서 설명한다. 카메라 구동 장치(155)는 제 3 가동부(103)에 대한 카메라부(100)의 2차원의 경사 각도를 검출하기 위한 제 1 검출부와, 카메라부(100)의 렌즈의 광축(10) 주위의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 검출부를 구비한다.
우선, 제 1 검출부를 설명한다. 카메라부(100)의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)의 경사 각도를 검출하기 위해서, 카메라 구동 장치(155)는 제 1 자기 센서(501)와, 제 1 자기 센서(501)를 실장하는 회로 기판(502)을 더 구비한다.
도 37 및 도 41에 도시하는 바와 같이, 제 1 자기 센서(501)는, 광축(10) 방향으로 1극에 착자된 흡착용 자석(404)에 대향하도록, 회로 기판(502)을 거쳐서, 제 3 가동부(103)에 장착되어 있다.
제 1 자기 센서(501)의 내부에는, 광축(10)을 중심으로 홀 소자(도시하지 않음)가 패닝 방향 회전축(12) 및 틸팅 방향 회전축(11)상에 각각 1쌍씩 대칭 배치되어 있다. 제 1 자기 센서(501)는, 가동 유닛의 패닝 방향(20) 및 틸팅 방향(21)에 있어서의 경사 동작에 의해 생기는 흡착용 자석(404)의 자력 변화를 2축 성분으로서 각각 차동 검출하고, 패닝 경사 각도 및 틸팅 경사 각도를 산출할 수 있다.
또한, 흡착용 자석(404)의 제 1 자기 센서(501)와 대향하는 면은 돌기부(202)의 구심(202A)을 중심으로 하는 구면의 일부인 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖고, ±20도 이상의 큰 경사에 있어서도, 자석 표면과 제 1 자기 센서(501)의 거리 변화가 없고, 자석의 단부에 의한 급준한 자기 변화가 없다. 이 때문에, 제 1 자기 센서(501)의 출력이 포화하는 일이 없고, 제 1 가동부(102)의 큰 경사 각도를 검출할 수 있다. 환언하면, 흡착용 자석(404)이 구심(202A)을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는 것에 의해, 자기 센서의 각도 검출 범위의 확대를 도모할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 흡착용 자석(404)이 돌기부(202)에 자기 흡인력(F)을 부여하는 기능에 추가해서, 경사 각도를 검출하기 위한 자석으로서도 기능하고, 구성 부품 점수의 저감과 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
다음에, 제 2 검출부를 설명한다. 카메라 구동 장치(155)는 제 3 가동부(103)에 장착된 1쌍의 회전 검출용 자석(403)과, 회전 검출용 자석(403)에 대향하도록, 베이스(200)에 장착된 롤링 방향(22)의 회전 각도를 검출하기 위한 제 2 자기 센서(503)를 더 구비한다.
도 37 및 도 40에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)은 패닝 방향 회전축(12) 또는 틸팅 방향 회전축(11)에 대하여 45도를 이루고 구심(202A)에 대하여 대칭으로 배치되도록 제 3 가동부(103)에 고정되어 있다.
또한, 1쌍의 회전 검출용 자석(403)은 광축(10)에 직교하는 평면상에 있어서 광축(10)을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 착자되고, 구심(202A)을 통과하는 방향으로 각각 2극으로 분할(도 37 및 도 43)되어 있다. 1쌍의 회전 검출용 자석(403)에 있어서, 2개의 자극은 롤링 방향(22)에 대하여 서로 역순으로 배치된다.
1쌍의 제 2 자기 센서(503)는 제 3 가동부(103)의 롤링 방향(22)의 회전 동작에 의해 생기는 회전 검출용 자석(403)의 자기 변화를 차동 검출하고, 롤링 방향의 회전 각도를 산출하는 것이 가능하다. 회전 검출용 자석(403)은 2극에 분할 착자되어 있기 때문에, 제 3 가동부(103)의 롤링 방향(22)의 회전 동작에 의해, 급준한 자기 변화를 얻을 수 있고, 이 자기 변화를 차동 검출함으로써, 고감도의 회전 각도 검출이 가능해진다.
본 실시형태의 카메라 구동 장치(155)는 제 1 가동부(102)에 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)을 마련한 무빙 마그네트 구동 방식을 채용한다. 이 구성에서는, 일반적으로 제 1 가동부(102)의 중량이 증대한다고 하는 문제가 고려된다. 그러나, 제 1 가동부(102)에 구동용 배선의 현가가 불필요한 것, 및 패닝 구동 코일(301) 및 틸팅 구동 코일(302)의 발열을 패닝 자기 요크(203), 틸팅 자기 요크(204), 제 3 가동부(103) 및 연결부(210)나 카메라 구동 장치(155) 이외의 부품으로 냉각할 수 있다고 하는 큰 이점이 있다.
또한, 본 실시형태의 카메라 구동 장치(155)는 롤링 구동에 관해서도 무빙 마그네트 구동 방식을 채용하고 있다. 이 때문에, 롤링 구동 코일(303)의 발열을 롤링 자기 요크(205) 및 베이스(200)나 카메라 구동 장치(155) 이외의 부품으로 냉각할 수 있다고 하는 큰 이점이 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)으로의 구동에 관해서 각각 독립한 전용의 구동 자석과 자기 회로를 마련하고 있기 때문에, 구동을 병용하는 구성에 비교해서 가동 유닛의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 각각의 구동 자석과 대향하는 측면은 오목형의 부분 원주 측면 형상을 갖고 있고, 그 단면 형상은 도 46에 도시하는 바와 같이 각각의 구동 자석에 대하여 거의 평평하다. 그러나, 이것에 한정되는 일이 없이, 예를 들면 도 49에 도시하는 바와 같이, 각각의 구동 자석과 대향하는 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖고 있어도 좋다. 이에 의해, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 중심부와 각각의 구동 자석과의 자기 갭(D0)을, 자기 요크 단부와의 자기 갭(D1)과의 차를 보다 크게 할 수 있으므로, 패닝 자기 요크(203) 및 틸팅 자기 요크(204)의 중심부에서의 자기 스프링 효과를 보다 높이고, 제 1 가동부(102)의 패닝 방향, 틸팅 방향으로의 유지력을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 패닝 및 틸팅 구동 자석(401, 402)의 각각의 자기 요크와 대향하는 면(401A, 402A)을 볼록형상의 구면 형상으로 구성하고 있지만, 이것에 한정되는 일이 없이, 예를 들면 전술하는 바와 같이 대향하는 자기 요크가 볼록형상의 부분 원주 측면 형상을 갖고, 패닝 구동 자석(401) 및 틸팅 구동 자석(402)이 볼록형상의 부분 원주 측면 형상을 갖고 있어도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 구동부인 롤링 구동부로서, 롤링 구동 자석(405)과, 롤링 구동 코일(303)을 채용한 전자력으로 구동을 행하고 있다. 그러나, 이것에 한정되는 일이 없이, 제 2 구동부는, 예를 들면 DC 모터나 스텝핑 모터 등의 회전 모터를 포함하고 있어도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 롤링 구동부를 구심(202A)의 높이보다 하방에 구성하고 있다. 그러나, 이것에 한정되는 일이 없이, 광축(10) 방향으로부터 본 평면 위치를 패닝 구동부 또는 틸팅 구동부에 대하여 45도를 이루도록 배치하고 있으면, 구심(202A)의 상방에 구성해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 롤링 구동의 검출 수단으로서, 회전 검출용 자석(403) 및 제 2 자기 센서(503)에 의한 자기 변화를 검출하는 구성을 채용하고 있다. 그러나, 이것에 한정되는 일이 없이, 예를 들면 포토인터럽터를 이용한 엔코더나 스텝핑 모터에 의한 구동 단계 등을 이용하여 롤링 방향의 회전 각도를 검출해도 좋다.
이와 같이, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 카메라부의 렌즈의 광축상에, 제 3 가동부에 지지된 돌기부에 마련된 부분 구면의 구심과, 제 1 가동부(102)의 원추형의 접촉면의 중심축을 배치하고, 제 1 및 제 2 가동부를 돌기부를 중심으로 하고, 또한 감싸도록 접합하는 구조를 채용한다. 이 때문에, 제 1 및 제 2 가동부를 중심(重心)에서 지지하는 구조가 실현되고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 돌기부와 제 1 가동부의 접촉면에 의해 구성되는 피봇에 있어서, 제 1 가동부의 회동 각도에 영향을 받기 어려운 자기 흡인력에 의해, 일정한 수직 항력을 부가하는 것이 가능하기 때문에, 회동 각도에 의한 마찰 부하 변동을 저감하고, 구동 주파수 영역에 있어서 양호한 위상·이득 특성을 실현할 수 있다.
또한, 종래에 자기 흡인력에 의한 지지 구조에 특유한 큰 과제이었던 진동·충격 등의 외란 등에 의한 가동 유닛의 탈락을 방지하기 위해서, 분할된 가동 유닛의 한쪽에 회동 가능한 소정의 공극을 거쳐서 탈락 방지 규제면을 마련하고 있다. 이 때문에 장치의 대형화를 회피하면서 확실하게 가동 유닛의 탈락 방지를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛에 있어서, 탈락 방지 규제면과 원추형의 접촉면은 렌즈의 광축에 대하여 대칭으로 배치된다. 또한, 가동 유닛을 지지하는 돌기부의 부분 곡면의 구면의 구심은 광축상에 배치된다. 이 때문에, 가동 유닛이 회동하는 전 범위에 대해서 최소 면적으로 오목형의 탈락 방지 규제면을 마련할 수 있어, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 가동 유닛의 탈락 방지 규제면에 고정 유닛이 접촉할 때까지 가동 유닛이 고정 유닛으로부터 탈락한 경우라도, 자기 흡인력(F)에 의해, 고정 유닛의 돌기부와 가동 유닛의 접촉면이 다시 접촉하고, 피봇을 구성하는 것이 가능하도록 탈락 방지 규제면의 위치가 결정되어 있다. 이 때문에, 가령 가동 유닛이 순간적으로 탈락한 경우에 있어서도 즉석에서 원래의 양호한 지지 상태로 복귀할 수 있는 매우 내충격성이 우수한 카메라 구동 장치를 제공할 수 있다.
또한, 패닝 및 틸팅 방향의 구동부는, 광축을 중심으로 하는 원주상에 배치된 서로 직교하는 제 1 가동부에 고정된 1쌍의 패닝 구동 자석과 1쌍의 틸팅 구동 자석과, 각각의 구동 자석에 대향하도록 제 3 가동부에 배치된 1쌍씩의 패닝 및 틸팅 자기 요크와 각각 권회된 패닝 및 틸팅 구동 코일을 포함한다. 이들이 배치되는 광축 방향의 높이 위치는 돌기부의 중심의 높이 위치와 거의 동일하다. 이 때문에 가동 유닛을 중심(重心)을 중심(中心)으로 해서 구동하는 것이 가능하고, 구동 주파수 영역에 있어서 기계적 공진을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 패닝 구동 자석 및 틸팅 구동 자석의 자기 요크와 대향하는 면이 볼록형상의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는 것에 의해, 각각의 구동 자석에 대향하는 자기 요크 중심부와의 자기 갭을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 자기 스프링 효과를 이용하고, 제 1 및 제 2 가동부가 롤링 방향으로 회전하는 것을 억제하면서, 2쌍의 자기 요크를 따라 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 롤링 방향으로도 자유도가 있는 구형상의 돌기부에 의한 피봇 지지를 이용하면서, 실질적으로 패닝 방향 및 틸팅 방향의 2개의 구동축만에 의한 지지를 실현할 수 있다. 그 결과, 종래에 비교하여 공간 절약으로 2개의 구동축에 의한 지지를 구성할 수 있다.
또한, 제 3 가동부에 고정되는 돌기 지지부의 광축 방향으로부터 본 투영 영역을 패닝 방향 또는 틸팅 방향과 45도를 이루는 하나의 직선상에 배치하고, 돌기 지지부가 구형상의 돌기부를 중심으로 한 대칭 형상의 양팔보 형상을 갖는 것에 의해, 패닝 방향 및 틸팅 방향의 구동부를 마련하는 영역을 크게 하고, 구성의 자유도를 높이는 동시에, 제 2 가동부의 강성을 향상시킬 수 있고, 제 2 가동부의 기계적 공진을 대폭 억압할 수 있다.
또한, 1쌍의 패닝 구동 코일 및 틸팅 구동 코일은 각각 구심의 높이 위치에서 2분할된 대략 V자 형상을 갖고, V자 형상의 골 부분을 대향하도록 광축을 중심으로 대칭으로 배치된다. 이에 의해, 가동 유닛의 경사 각도 및 회전 각도가 크더라도, 구동 자석과 자기 요크로 구성되는 자기 갭을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 패닝, 틸팅 및 롤링 방향의 구동 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 패닝 자기 요크 및 틸팅 자기 요크의 각각의 구동 자석에 대향하는 측면이, 돌기부의 구심을 포함하고 광축에 직교하는 평면상에 중심을 가지는 오목형의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는 것에 의해, 구동시의 자기 흡인력 변동을 보다 억제할 수 있다.
또한, 제 1 가동부의 경사 각도가 0도인 경우에, 패닝 자기 요크 및 틸팅 자기 요크와 각각의 구동 자석과의 자기 갭과의 자기 갭이 최소로 되도록, 패닝 자기 요크 및 틸팅 자기 요크의 오목형의 부분 구면 또는 부분 원주 측면을 구성하는 것에 의해, 자기 흡인력에 의한 자기 스프링으로 가동 유닛을 중립 위치에 유지할 수 있다.
또한, 롤링 구동부는, 베이스에 회동 지지된 제 3 가동부에 마련된 1쌍의 롤링 구동 자석과, 롤링 구동 자석에 대향하도록 베이스에 각각 배치된 롤링 자기 요크와, 롤링 자기 요크에 권회된 롤링 구동 코일을 포함한다. 롤링 구동부의 광축 방향으로부터 본 평면 위치는 패닝 구동 자석 또는 틸팅 구동 자석에 대하여 45도를 이루도록 배치되고, 롤링 구동부의 광축 방향의 높이 위치는, 광축에 수직인 방향으로부터 본 투영 중심이, 광축에 수직이고 구심을 포함하는 평면상에 없도록 구성되어 있다. 따라서, 패닝 구동부 또는 틸팅 구동부와 롤링 구동부의 간섭을 회피하고, 광축 방향의 높이 영역을 유효하게 활용해서 장치의 저배화를 도모할 수 있다. 또한, 롤링 구동부와, 패닝 구동부 및 틸팅 구동부의 자기 회로의 높이 위치가 상이하기 때문에, 자기 회로의 간섭에 의한 구동중의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 롤링 자기 요크의 구동 자석에 대향하는 측면이 볼록형상의 부분 원주 측면 형상을 갖고, 제 3 가동부의 회전 각도가 0도인 경우에, 자기 요크와 롤링 구동 자석의 자기 갭을 최소로 하는 것에 의해, 자기 흡인력에 의한 자기 스프링으로 가동 유닛을 롤링 방향의 중립 위치에 유지할 수 있다.
또한, 흡착용 자석의 제 1 자기 센서와 대향하는 면이 돌기부의 구심을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는 것에 의해, ±20도 이상의 큰 경사에 있어서도, 자석 표면과 자기 센서의 거리 변화가 없고, 자석의 단부에 의한 급준한 자기 변화가 생기지 않는다. 이 때문에, 자기 센서의 출력이 포화하는 일이 없어, 가동부의 큰 경사 각도를 검출할 수 있다. 환언하면, 흡착용 자석에 돌기부의 구심을 중심으로 하는 볼록형상의 구면을 구성함으로써, 자기 센서의 각도 검출 범위의 확대를 도모할 수 있다.
또한, 피봇 지지를 유지하기 위한 흡착용 자석을 제 2 가동부의 패닝 방향 및 틸팅 방향의 경사를 검출하기 위해서 이용할 수 있다.
따라서, 카메라 구동 장치를 구성하는 부품 점수를 감소시키고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 탑재하는 카메라부에 따라 카운터 웨이트의 중량을 조정하는 것에 의해, 탑재하는 카메라부의 설계 및 탑재 자유도가 확대되고, 제 1 및 제 2 가동부를 중심의 위치에서 구동하는 것이 가능해진다. 추가해서, 제 1 및 제 2 가동부 중립 위치에서 유지하기 위해서 필요한 오프셋 전류를 저감할 수 있고, 가동 유닛의 구동 효율을 향상시키고, 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 롤링 구동부를 다른 지지계로 구성하는 것에 의해, 롤링 구동이 필요 없는 용도로 이용할 경우에 있어서, 제 3 가동부를 기계적으로 고정하는 것만으로 장치의 설계를 변경하지 않고 용이하게 전용할 수 있고, 카메라 구동 장치의 이용 용도의 확대를 도모할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 카메라 구동 장치에 의하면, 패닝 방향 및 틸팅 방향으로 ±20도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 경사시키고, 또한 롤링 방향으로 ±20도 이상의 큰 각도에서 가동 유닛을 회전시킬 수 있다. 또한, 50㎐ 정도까지의 광대역의 주파수 영역에서 양호한 떨림 보정 제어를 실현할 수 있다. 그 결과, 카메라부의 고속 패닝·틸팅·롤링 동작을 실현하는 동시에, 보행 촬영시의 손떨림으로 발생하는 촬영 화상의 상떨림을 보정하는 것이 가능한 카메라 구동 장치가 실현된다. 또한, 소형으로 견고한 탈락 방지 구조를 구비하기 때문에, 진동이나 낙하 충격 등의 외부로부터의 충격에 관한 내충격성이 강한 카메라 구동 장치가 실현된다.
(제 6 실시형태)
본 발명에 의한 카메라 유닛의 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 카메라 유닛(156)은 제 1 내지 제 5 실시형태중 어느 하나의 카메라 구동 장치와 제어부를 포함하고, 보행시의 상떨림을 보정할 수 있다. 도 50은 카메라 유닛(156)의 주요부를 도시하는 사시도이며, 도 51은 카메라 유닛(156)의 블럭도이다.
도 50 및 도 51에 도시하는 바와 같이, 카메라 유닛(156)은 카메라 구동 장치(151)와, 각속도 센서(900, 901, 902)와, 연산 처리부(94)와, 구동 회로(96p, 96t, 96r)를 포함한다. 본 실시형태에서는, 일 예로서 제 1 실시형태인 카메라 구동 장치(151)를 이용하고 있지만, 제 2 내지 제 5 실시형태의 카메라 구동 장치(152 내지 155)중 어느 하나를 이용하여도 좋다.
각속도 센서(900, 901, 902)는 카메라 구동 장치의 베이스(200) 또는 베이스(200)를 고정하는 카메라 유닛 본체(도시하지 않음)에 장착되어 있다. 각 각속도 센서(900, 901, 902)는 도면에 있어서 파선으로 도시하는 축 주위의 각속도를 검출한다. 구체적으로는, 각속도 센서(900, 901, 902)는 각각 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 각속도를 각각 검출한다. 또한, 도 50에서는 3개의 독립한 각속도 센서(900, 901, 902)를 도시하고 있지만, 3축 주위의 각속도를 검출할 수 있는 1개의 각속도 센서를 이용하여도 좋다. 또한, 각속도 센서는 직교하는 3축 주위의 각속도를 검출할 수 있으면, 3축은 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)과 일치할 필요는 없다. 각속도 센서가 검출하는 각속도의 축이 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)과 일치하지 않고 있을 경우에는, 연산 처리부(94)에 있어서, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 각속도로 변환하면 좋다.
예를 들면, 촬영시의 손떨림에 의한 패닝 방향(20)과 틸팅 방향(21)의 떨림 각은 각각 각속도 센서(900 및 901)에 의해 검출된다. 또한, 보행 촬영시의 보행 중심 이동에 의해 발생하는 롤링 방향(22)의 떨림 각은 각속도 센서(902)에 의해 검출된다. 도 51에 도시하는 바와 같이, 각속도 센서(900, 901, 902)에 의해 검출한 떨림 각에 관한 정보는 각각 각속도 신호(80p, 80t, 80r)로서 출력된다.
각속도 신호(80p, 80t, 80r)는 연산 처리부(94)에 있어서 연산 처리를 행하데 적합한 신호로 변환된다. 구체적으로는, 각속도 신호(80p, 80t, 80r)는 아날로그 회로(91p, 91t, 91r)에 입력되고, 노이즈 성분이나 DC 드리프트 성분이 제거된다. 노이즈 성분 및 DC 드리프트 성분이 제거된 각속도 신호(81p, 81t, 81r)는 증폭 회로(92p, 92t, 92r)에 입력되어, 각각 적절한 출력값의 각속도 신호(82p, 82t, 82r)가 출력된다. 그 후, AD 변환기(93p, 93t, 93r)에 의해, 각각 디지털 신호로 변환되어, 디지털화된 각속도 신호(83p, 83t, 83r)가 연산 처리부(94)에 입력된다.
연산 처리부(94)는 각속도를 손떨림의 각도로 변환하는 적분 처리를 실행하고, 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 떨림 각을 축차(逐次) 산출한다. 또한, 3축의 떨림 보정 처리가 행하여진다. 연산 처리부(94)에서 행하여지는 3축의 떨림 보정 처리는 각각의 각속도 센서(900, 901, 902)로 검출된 각속도 신호(83p, 83t, 83r)에 따라 각속도를 억제하도록 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛을 구동하는 개루프 제어이다. 연산 처리부(94)는 카메라 구동 장치(151)의 주파수 응답 특성과 위상 보상 및 이득 보정 등을 포함한 최적인 디지털의 떨림 보정량으로서 축차 목표 회전 각도 신호(84p, 84t, 84r)를 출력한다.
목표 회전 각도 신호(84p, 84t, 84r)는 DA 변환기(95p, 95t, 95r)에 의해 아날로그화되어, 아날로그의 목표 회전 각도 신호(85p, 85t, 85r)로서 구동 회로(96p, 96t, 96r)에 입력된다.
한편, 카메라 구동 장치(151)에 있어서는, 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛의 베이스(200)에 관한 회전 각도를 검출하는 제 1 및 제 2 자기 센서(501, 503)로부터 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 회전 각도 신호(86p, 86t, 86r)를 출력할 수 있다. 회전 각도 신호(86p, 86t, 86r)는 아날로그 회로(97p, 97t, 97r)에 의해 노이즈 성분이나 DC 드리프트 성분이 제거되고, 회전 각도 신호(87p, 87t, 87r)로 된다. 또한, 증폭 회로(98p, 98t, 98r)에 의해 적절한 출력값의 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)를 얻을 수 있다. 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)는 구동 회로(96p, 96t, 96r)에 입력된다.
구동 회로(96p, 96t, 96r)는 목표의 각도 신호(85p, 85t, 85r)에 대하여 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)를 귀환하는 피드백계로 구성된다. 따라서, 카메라 유닛(156)에 외부로부터의 힘이 작용하지 않을 경우는, 소정의 회전 각도 위치가 되도록 카메라부(100)를 탑재한 가동 유닛의 패닝 방향(20), 틸팅 방향(21) 및 롤링 방향(22)의 각도를 제어하고 있다.
목표의 각도 신호(85p, 85t, 85r) 및 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)에 의거하여, 패닝 구동 코일(301), 틸팅 구동 코일(302), 롤링 구동 코일(303)을 구동하는 구동 신호를 구동 회로(96p, 96t, 96r)로부터 출력할 수 있다. 이에 의해, 카메라 구동 장치(151)에 있어서, 각도 위치의 피드백 제어가 실행되고, 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)가 목표 회전 각도 신호(85p, 85t, 85r)와 동일하게 되도록 카메라부(100)를 탑재한 가동부(102)가 구동된다.
이러한 일련의 구동 제어에 의해, 카메라부(100)의 떨림 보정이 실시되고, 보행시에 있어서도 양호한 안정 촬영이 실현 가능해진다.
본 실시형태에서는, 각속도 센서의 출력을 적분한 회전 각도 신호를 주로 하는 제어계를 도시했다. 그러나, AD 변환기를 거쳐서 카메라 구동 장치의 제 1 및 제 2 자기 센서(501, 503)로부터의 회전 각도 신호(88p, 88t, 88r)를 연산 처리부(94)에 입력하고, 미분 연산 처리를 실행하는 것에 의해, 카메라부(100)의 회전 각도 신호를 검출하는 것도 가능하다. 이에 의해, 연산 처리부(94)에 있어서, 카메라 장치의 각속도 신호(83p, 83t, 83r)와 카메라부(100)의 회전 각도 신호를 채용한 각속도 피드백계를 더욱 구축하는 것이 가능하고, 보다 높은 정밀도로 손떨림 및 보행 떨림을 억제할 수 있다.
본 발명의 카메라 구동 장치 및 카메라 유닛은, 상기 각 실시형태에서 설명한 바와 같이, 종래의 손떨림 보정 장치에 비교하여, 보다 큰 각도로 카메라부를 회전시킬 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 카메라 구동 장치 및 카메라 유닛은 화상 처리 등을 이용하고, 화상중에서 특정한 피사체가, 예를 들면 화면의 중앙에 위치하도록 피사체를 추미(追尾)하는 것이 가능한 카메라 구동 장치를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 카메라부를 패닝 방향 또는 틸팅 방향으로 회전시키면서 촬영을 실행하고, 촬영한 정지 화상이나 동영상을 축차 합성하는 것에 의해, 정지 화상이나 동영상의 초광각 촬영이 가능한 카메라 구동 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 카메라 구동 장치는, 패닝 방향, 틸팅 방향 및 롤링 방향으로 구동 가능한 구조를 구비하고 있기 때문에, 보행 촬영시에 촬영자의 중심 이동에 의해 발생하는 롤링 떨림을 포함한 3축 방향의 떨림 보정을 실현할 수 있고, 웨어러블(wearable) 카메라 등 화상의 떨림 보정이 필요한 여러가지의 촬상 장치에 매우 적합하게 이용될 수 있다. 또한, 고속 패닝, 틸팅 및 롤링 동작을 필요로 하는 피사체의 고속 추종 카메라나 감시 카메라, 차량부착 카메라 등에 적합하다.
또한, 고속 패닝 동작이나 고속 틸팅 동작을 실행하는 것에 의해, 촬영 화상의 고속 합성을 실현할 수 있고, 정지 화상 뿐만 아니라 동영상의 초광각 촬영이 가능한 비디오 카메라를 제공할 수 있다.
10 : 광축 11, 12 : 회전축
13, 14 : 직선 20 : 패닝 방향
21 : 틸팅 방향 22 : 롤링 방향
50 : 공극 60 : 점성 부재
100 : 카메라부 101 : 제 2 가동부
100A, 101A : 탈락 방지 규제면 102 : 제 1 가동부
102A, 102B, 102E, 102F : 접촉면
102C : 접촉면 103 : 제 3 가동부
103s : 롤링 회동축 150 : 카운터 웨이트
151, 152, 153, 154, 155 : 카메라 구동 장치
200 : 베이스 201 : 돌기 지지부
201A : 구면 202 : 돌기부
202A : 구심 203 : 패닝 자기 요크
204 : 틸팅 자기 요크 205 : 롤링 자기 요크
206 : 패닝용 보빈 207 : 틸팅용 보빈
208 : 롤링용 보빈 210 : 연결부
301 : 패닝 구동 코일 302 : 틸팅 구동 코일
303 : 롤링 구동 코일 401 : 패닝 구동 자석
402 : 틸팅 구동 자석 403 : 회전 검출용 자석
404 : 흡착용 자석 405 : 롤링 구동 자석
501 : 제 1 자기 센서 502 : 회로 기판
503 : 제 2 자기 센서 600 : 구동 코일 유닛
13, 14 : 직선 20 : 패닝 방향
21 : 틸팅 방향 22 : 롤링 방향
50 : 공극 60 : 점성 부재
100 : 카메라부 101 : 제 2 가동부
100A, 101A : 탈락 방지 규제면 102 : 제 1 가동부
102A, 102B, 102E, 102F : 접촉면
102C : 접촉면 103 : 제 3 가동부
103s : 롤링 회동축 150 : 카운터 웨이트
151, 152, 153, 154, 155 : 카메라 구동 장치
200 : 베이스 201 : 돌기 지지부
201A : 구면 202 : 돌기부
202A : 구심 203 : 패닝 자기 요크
204 : 틸팅 자기 요크 205 : 롤링 자기 요크
206 : 패닝용 보빈 207 : 틸팅용 보빈
208 : 롤링용 보빈 210 : 연결부
301 : 패닝 구동 코일 302 : 틸팅 구동 코일
303 : 롤링 구동 코일 401 : 패닝 구동 자석
402 : 틸팅 구동 자석 403 : 회전 검출용 자석
404 : 흡착용 자석 405 : 롤링 구동 자석
501 : 제 1 자기 센서 502 : 회로 기판
503 : 제 2 자기 센서 600 : 구동 코일 유닛
Claims (32)
- 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와,
적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면(球面)의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부를 갖는 고정 유닛과,
상기 자성체에 대하여 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부와, 상기 카메라부를 탑재하고, 상기 제 1 가동부에 고정된 제 2 가동부로서, 상기 제 1 가동부가 회동할 때, 상기 고정 유닛에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 마련된 탈락 방지 규제면을 갖는 제 2 가동부를 포함하는 가동 유닛과,
상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도, 및 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 검출기와,
상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 경사시키는 제 1 구동부와,
상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 광축 중심으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비하는
카메라 구동 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검출기는,
상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도를 검출하는 제 1 검출부와,
상기 고정 유닛에 대한 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 제 2 검출부를 포함하는
카메라 구동 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 탈락 방지 규제면 및 상기 접촉면은 상기 돌기부의 상기 구심을 중심으로 상기 렌즈의 상기 광축의 연장선상에서 각각 대략 대칭 배치되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 탈락 방지 규제면은 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형의 부분 구면 형상을 갖는
카메라 구동 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에서, 상기 광축을 중심으로 하는 원주상에 있고, 상기 고정 유닛의 단면이 존재하지 않는 복수의 영역에 있어서, 상기 제 2 가동부가 상기 제 1 가동부에 장착되어 고정되는
카메라 구동 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 구동부는,
상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 대칭 배치되는 1쌍끼리가 서로 직교하는 위치에 있어서, 상기 가동 유닛에 고정된 2쌍의 경사 구동용 자석과,
상기 경사 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 2쌍의 제 1 자기 요크와,
상기 제 1 자기 요크에 마련된 경사 구동 코일을 포함하고,
상기 경사 구동용 자석 및 상기 경사 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있는
카메라 구동 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 가동부의 상기 접촉면과 상기 고정 유닛의 상기 돌기부 사이에 마련된 점성 부재 또는 자성 유체를 더 구비하는
카메라 구동 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 흡착용 자석은, 상기 렌즈의 광축상에 있어서, 상기 제 1 가동부에 마련되고, 상기 광축 방향으로 착자되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 가동부의 접촉면이 상기 고정 유닛의 돌기부로부터 이격되어도, 상기 흡착용 자석의 상기 자기 흡인력에 의해 접촉 상태로 되돌아오도록 상기 공극은 결정되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 검출부는 상기 고정 유닛에 고정된 제 1 자기 센서를 포함하고,
상기 제 1 자기 센서는 상기 제 1 가동부에 마련된 상기 흡착용 자석의 경사에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 2차원의 경사 각도를 산출하는
카메라 구동 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 검출부는, 상기 렌즈의 광축과 직교하고, 상기 구면의 구심을 통과하는 평면상에 있어서, 상기 구면의 구심에 대해서 대칭으로 배치되고,
상기 제 2 검출부는, 상기 가동 유닛이 중립의 위치에 있을 때의 상기 렌즈의 광축의 방향으로부터 보았을 경우, 상기 제 1 또는 제 2 구동부에 대해서 45도의 각도를 이뤄서 배치되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 검출부는 상기 고정 유닛에 고정된 제 2 자기 센서와, 상기 가동 유닛에 마련된 1쌍의 회전 검출용 자석을 포함하고,
상기 제 2 자기 센서는 상기 회전 검출용 자석의 회전에 의한 자력 변화를 검출해서, 상기 카메라부의 회전 각도를 산출하고,
상기 1쌍의 회전 검출용 자석은, 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 구심을 통과하는 방향으로 각각 역방향으로 착자된 2개의 자극을 갖고, 또한 2개의 상기 자극은 상기 광축을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 마련되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 검출기는 고정 유닛에 고정된 자기 센서를 포함하고,
상기 흡착용 자석은 상기 렌즈의 광축 방향으로 착자된 복수의 자극을 갖고,
상기 자기 센서는 상기 흡착용 자석의 경사 및 회전에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 회전 각도와 상기 카메라부의 2차원의 경사 각도를 산출하는
카메라 구동 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동부는 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 패닝 방향으로 경사시키는 패닝 구동부와, 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 패닝 방향과 직교하는 틸팅 방향으로 경사시키는 틸팅 구동부를 포함하고,
상기 패닝 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 패닝 구동 자석과, 상기 패닝 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 1쌍의 패닝 자기 요크와, 상기 패닝 자기 요크에 각각 마련된 1쌍의 패닝 구동 코일을 포함하고,
상기 틸팅 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 1쌍의 패닝 구동 자석과 직교하도록 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 틸팅 구동 자석과, 상기 틸팅 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 자기 요크와, 상기 틸팅 자기 요크에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 구동 코일을 포함하고,
상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석과 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는, 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고,
상기 검출기는 상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 상기 패닝 및 상기 틸팅 방향으로의 경사 각도와 상기 렌즈의 광축 중심으로 회전하는 방향인 롤링 방향의 회전 각도를 각각 검출하고,
상기 제 2 구동부는 상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 롤링 방향으로 회전시키는 롤링 구동부이며,
상기 고정 유닛은 상기 돌기부가 단부에 마련된 외팔보 형상의 돌기 지지부를 포함하고, 상기 광축 방향으로부터 보았을 경우, 상기 돌기 지지부는 상기 패닝 방향 또는 상기 틸팅 방향과 45도의 각도를 이루고 있는
카메라 구동 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 롤링 구동부는,
상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 또는 상기 틸팅 구동 자석에 대해서 45도를 이루도록 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 롤링 구동 자석과,
상기 롤링 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 배치된 1쌍의 롤링 자기 요크와,
상기 롤링 자기 요크에 각각 마련된 롤링 구동 코일을 포함하고,
상기 롤링 구동 자석 및 상기 롤링 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 위치는 상기 구면의 구심의 중심의 위치와 거의 일치하는
카메라 구동 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 대략 V자 형상을 갖고, 각 V자 형상의 골 부분이 대향하도록 상기 렌즈의 광축에 대하여 대칭으로 배치되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 상기 V자 형상의 골 부분에서 상기 고정 유닛에 고정되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 1쌍의 패닝 자기 요크, 상기 1쌍의 틸팅 자기 요크 및 상기 1쌍의 롤링 자기 요크는 각각 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖는 오목형 부분 구면 형상의 측면을 갖는
카메라 구동 장치. - 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와,
적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부를 갖는 고정 유닛과,
상기 자성체에 대해서 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부로서, 상기 카메라부를 탑재하는 제 1 가동부를 포함하는 가동 유닛과,
상기 가동 유닛이 회동할 때, 상기 고정 유닛에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 상기 카메라부의 바닥부에 마련된 탈락 방지 규제면과,
상기 고정 유닛에 대한 상기 카메라부의 경사 각도, 및 상기 렌즈의 광축 주위의 상기 카메라부의 회전 각도를 검출하는 검출기와,
상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 경사시키는 제 1 구동부와,
상기 고정 유닛에 대해서 상기 카메라부를 상기 광축 중심으로 회전시키는 제 2 구동부를 구비하고,
상기 제 1 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 대칭으로 배치되는 1쌍끼리가 서로 직교하는 위치에 있어서, 상기 가동 유닛에 고정된 2쌍의 경사 구동용 자석과, 상기 경사 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 2쌍의 제 1 자기 요크와, 상기 제 1 자기 요크에 마련된 경사 구동 코일을 포함하고,
상기 제 2 구동부는, 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 가동 유닛에 고정된 1쌍의 회전 구동용 자석과, 상기 회전 구동용 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 마련된 제 2 자기 요크와, 상기 제 2 자기 요크에 마련된 회전 구동 코일을 포함하고,
상기 제 1 자기 요크에 대향하는 상기 경사 구동용 자석의 측면은, 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖고, 상기 광축과 수직이며 상기 구면의 구심을 통과하는 평면에 있어서의 상기 중심으로부터 상기 경사 구동용 자석의 측면의 중점까지의 거리(R1)를 반경으로 하는 제 1 볼록 구면의 일부를 갖고,
상기 제 2 자기 요크에 대향하는 상기 회전 구동용 자석의 측면은, 상기 구면의 구심과 일치한 중심을 갖고, 상기 평면에 있어서의 상기 중심으로부터 상기 회전 구동용 자석의 측면의 중점까지의 거리(R2)를 반경으로 하는 제 2 볼록 구면의 일부를 갖고,
상기 경사 구동용 자석의 상기 측면에 대향하는 상기 제 1 자기 요크의 측면은, 상기 평면에 있어서의 상기 중심과 상기 경사 구동용 자석의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 제 1 점을 중심으로 하고, 상기 평면에 있어서의 상기 제 1 점으로부터 상기 제 2 자기 요크 측면의 중점까지의 거리(L1)보다 큰 반경(R3)의 오목 구면의 일부를 갖고,
상기 회전 구동용 자석의 상기 측면에 대향하는 상기 제 2 자기 요크의 측면은, 상기 평면에 있어서의 상기 중심과 상기 회전 구동용 자석의 측면의 중점을 연결하는 연장선상의 제 2 점을 중심으로 하고, 상기 평면에 있어서의 상기 제 2 점으로부터 상기 제 2 자기 요크 측면의 중점까지의 거리(L2)보다 큰 반경(R4)의 오목 구면의 일부를 갖는
카메라 구동 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 반경(R3)과 상기 거리(L1)는,
1.2L1≤R3≤2L1
의 관계를 만족하고 있는
카메라 구동 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 반경(R4)과 상기 거리(L2)는,
1.2L2≤R4≤2L2
의 관계를 만족하고 있는
카메라 구동 장치. - 촬상 소자, 상기 촬상 소자의 촬상면에 피사체상을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈를 보지하는 렌즈 경통을 포함하는 카메라부와,
적어도 일부가 자성체로 이뤄지고, 구면의 적어도 일부의 형상을 구비한 돌기부와,
상기 돌기부를 지지하는 돌기 지지부와,
상기 자성체에 대해서 자기 흡인력을 발생시키는 흡착용 자석, 및 상기 자기 흡인력에 의해 상기 돌기부가 헐거움 끼워맞춤해서 접촉하는 원추형상을 갖는 접촉면을 갖고, 상기 돌기부의 상기 구면의 구심에 대해서 자유롭게 회동하는 제 1 가동부와,
상기 카메라부를 탑재하고, 상기 제 1 가동부에 고정된 제 2 가동부로서, 상기 제 1 가동부가 회동할 때, 상기 돌기 지지부에 대해서 자유롭게 회동이 가능한 소정의 공극을 거쳐서 마련된 탈락 방지 규제면을 갖는 제 2 가동부와,
상기 돌기 지지부를 지지하는 제 3 가동부와,
상기 제 3 가동부를, 상기 광축을 중심으로 회동 자유롭게 지지하는 고정 유닛과,
상기 제 3 가동부에 대해서, 상기 카메라부를 패닝 방향으로 경사시키는 패닝 구동부와,
상기 제 3 가동부에 대해서, 상기 카메라부를 상기 패닝 방향과 직교하는 틸팅 방향으로 경사시키는 틸팅 구동부와,
상기 고정 유닛에 대해서, 상기 제 3 가동부를 상기 렌즈의 광축을 중심으로 회전하는 롤링 방향으로 회전시키는 롤링 구동부와,
상기 제 3 가동부에 대한 상기 카메라부의 상기 패닝 및 틸팅 방향으로의 경사 각도를 검출하는 제 1 검출부와,
상기 고정 유닛에 대한 상기 제 3 가동부의 상기 롤링 방향으로 회전하는 회전 각도를 검출하는 제 2 검출부를 구비하는
카메라 구동 장치. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 3 가동부는 상기 돌기부가 단부에 마련된 양팔보 형상의 상기 돌기 지지부를 포함하고, 상기 광축 방향으로부터 보았을 경우, 상기 돌기 지지부는 상기 패닝 방향 또는 상기 틸팅 방향과 45도의 각도를 이뤄서 배치되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 가동부에 장착된 카운터 웨이트를 더 구비하고,
상기 카운터 웨이트는, 상기 제 1 가동부가 중립의 위치에 있을 때, 상기 렌즈의 광축에 직교하고, 상기 구면의 구심을 포함하는 평면에 대해서, 상기 카메라부와 반대측에 위치하고 있는
카메라 구동 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 패닝 구동부는,
상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 패닝 구동 자석과,
상기 패닝 구동 자석에 대향하도록 상기 제 3 가동부에 각각 마련된 1쌍의 패닝 자기 요크와,
상기 패닝 자기 요크에 장착된 패닝용 보빈과,
상기 패닝용 보빈에 권회된 패닝 구동 코일을 포함하고,
상기 틸팅 구동부는,
상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 1쌍의 패닝 구동 자석과 직교하도록 상기 제 1 또는 제 2 가동부에 고정된 1쌍의 틸팅 구동 자석과,
상기 틸팅 구동 자석에 대향하도록 상기 제 3 가동부에 각각 마련된 1쌍의 틸팅 자기 요크와,
상기 틸팅 자기 요크에 장착된 틸팅용 보빈과,
상기 틸팅용 보빈에 권회된 틸팅 구동 코일을 포함하고,
상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석과 상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 코일의 상기 광축 방향에 있어서의 중심의 위치는, 상기 구면의 구심의 위치와 거의 일치하고 있는
카메라 구동 장치. - 제 25 항에 있어서,
상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크의 각각의 상기 구동 자석에 대향하는 측면은, 상기 구면의 구심을 포함하고 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에 중심을 갖고 오목형의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는
카메라 구동 장치. - 제 25 항에 있어서,
상기 패닝 및 상기 틸팅 구동 자석의 각각의 상기 자기 요크에 대향하는 면은, 상기 구면의 구심을 포함하고 상기 렌즈의 광축에 직교하는 평면상에 중심을 갖고 볼록형상의 부분 구면 형상 또는 부분 원주 측면 형상을 갖는
카메라 구동 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 1쌍의 패닝 및 틸팅 구동 코일은 상기 렌즈의 광축 방향의 상기 구면의 구심의 위치에 있어서 각각 2분할되고, 상기 패닝용 및 상기 틸팅용 보빈에 권회되어 있고,
상기 패닝용 및 상기 틸팅용 보빈은, 상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크와 간섭하지 않도록, 대략 V자 형상을 구성하고, 상기 V자 형상의 골 부분이 서로 대향하도록 상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 및 상기 틸팅 자기 요크에 각각 장착되어 있는
카메라 구동 장치. - 제 28 항에 있어서,
상기 롤링 구동부는,
상기 렌즈의 광축에 대해서 대칭으로 배치되고, 상기 패닝 또는 상기 틸팅 구동 자석에 대해서 45도의 각도를 이루도록 상기 제 3 가동부에 고정된 1쌍의 롤링 구동 자석과,
상기 롤링 구동 자석에 대향하도록 상기 고정 유닛에 각각 배치된 1쌍의 롤링 자기 요크와,
상기 롤링 자기 요크에 권회된 롤링 구동 코일을 포함하고,
상기 롤링 구동 자석 및 상기 롤링 구동 코일의 상기 렌즈의 광축에 수직인 방향으로부터 본 투영 중심은 상기 광축에 수직이고 상기 구면의 구심을 포함하는 평면상에 없는
카메라 구동 장치. - 제 29 항에 있어서,
상기 롤링 자기 요크의 상기 롤링 구동 자석에 대향하는 측면은 볼록형상의 부분 구면 형상 또는 곡면형상인
카메라 구동 장치. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 1 검출부는 상기 고정 유닛에 고정된 제 1 자기 센서를 포함하고,
상기 제 1 자기 센서는 상기 제 1 가동부에 마련된 상기 흡착용 자석의 경사에 의한 자력 변화를 검출하고, 상기 카메라부의 2차원의 경사 각도를 산출하며,
상기 흡착용 자석의 상기 제 1 자기 센서와 대향하는 면은 상기 구면을 중심으로 하는 볼록형상의 부분 구면 형상을 갖는
카메라 구동 장치. - 제 1 항에 규정되는 카메라 구동 장치와,
상기 고정 유닛의 직교하는 3축 주위의 각속도를 각각 검출하는 각속도 센서와,
상기 각속도 센서로부터의 출력에 근거하여, 목표 회전 각도 신호를 생성하는 연산 처리부와,
상기 목표 회전 각도 신호에 근거하여, 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 구동하는 신호를 생성하는 구동 회로를 포함하는
카메라 유닛.
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