WO2012004994A1 - カメラ駆動装置 - Google Patents

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unit
camera
panning
optical axis
drive
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PCT/JP2011/003878
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真寛 稲田
輝之 滝沢
弘造 江澤
芳明 杉谷
正之 三崎
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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    • H04N23/68—Control of cameras or camera modules for stable pick-up of the scene, e.g. compensating for camera body vibrations
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    • H04N23/682—Vibration or motion blur correction
    • H04N23/685—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B2205/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B2205/0053—Driving means for the movement of one or more optical element
    • G03B2205/0069—Driving means for the movement of one or more optical element using electromagnetic actuators, e.g. voice coils

Definitions

  • the present invention relates to a camera driving device capable of tilting a camera unit including an image sensor in a panning (yawing) direction and a tilting (pitching) direction and rotating (rolling) about an optical axis of a lens.
  • a camera shake correction device that corrects image shake of a captured image due to camera shake.
  • a lens, a lens barrel, a reflection mirror, an image sensor, or the like is tilted with respect to the optical axis of the camera or moved two-dimensionally on a plane orthogonal to the optical axis.
  • Patent Document 1 discloses a shake correction mechanism having a structure in which a lens barrel is elastically supported at one point and the lens barrel is inclined with respect to the optical axis.
  • Patent Document 2 discloses a camera shake correction device that supports a mirror with a pipette configuration and tilts the mirror with respect to the optical axis.
  • Patent Document 3 discloses an imaging lens unit that supports a spherical lens barrel at three points, and moves and tilts the lens barrel along the optical axis.
  • the hand shake angle generated when a person takes a picture while standing still is about ⁇ 0.3 degrees, and the generated frequency component is about 20 to 30 Hz. Further, it is said that the camera shake correction control needs to be performed in a frequency band of about 10 Hz.
  • a conventional camera drive device that corrects image shake of a captured image due to camera shake at rest uses each part (lens, lens barrel, reflection mirror, imaging device, etc.) constituting the camera drive device as the optical axis of the lens. In spite of the slight inclination angle and the amount of movement that linearly moves two-dimensionally on a plane orthogonal to the optical axis, good camera shake correction has been realized.
  • walking shake includes hand shake
  • it is ⁇ 10 degrees or more, and it is said that it is necessary to perform control in a frequency band of about 50 Hz in order to correct walking shake.
  • the conventional camera drive device has problems in the configuration of the support system that supports the constituent elements and the drive system that drives the constituent elements.
  • the apparatus of Patent Document 1 is suitable for tilting a lens barrel at a minute angle, but when tilting the lens barrel at a large angle exceeding ⁇ 10 degrees, it supports an elastic body. Is considered to be deformed to the plastic region. As the angle of inclination increases, the load due to the spring constant of the elastic body becomes very large, and the amplitude increase coefficient (Q value) of the natural vibration due to the elastic body also increases. As a result, it is considered that the phase characteristics and gain characteristics of the correction control are deteriorated and it is difficult to perform the correction control in the frequency band described above.
  • Patent Document 2 drives a reflecting mirror to correct image shake.
  • a video camera or a digital camera has a wide-angle lens system
  • the reflection mirror becomes a large component in the optical system.
  • the reflecting mirror is an appropriate solution for video cameras and digital cameras that are desired to be miniaturized.
  • the mirror since the mirror is supported by the pipette by the magnetic attraction force, the mirror may fall off due to disturbance such as vibration or impact.
  • the lens holder can be inclined at a large angle.
  • the rotation radius of the portion where the lens holder and the holder provided on the outside thereof are in contact with each other is large, the frictional load on the movable unit is increased and the movement distance is increased.
  • the inclination angle increases, the variation of the contact friction load increases, and it is considered that accurate control is difficult.
  • the distance between the lens holder and the holder provided outside is not accurately controlled, it is difficult to accurately control the inclination angle of the lens holder.
  • mechanical backlash may occur, which may hinder the frequency response characteristics of the movable unit.
  • the devices of Patent Documents 1 to 3 do not have a structure for rotating a component such as a lens around the optical axis of the camera unit.
  • An object of the present invention is to solve at least one of the problems of the prior art and to realize a camera driving device capable of rotating a camera unit in three axis directions.
  • the camera driving device includes an image pickup device having an image pickup surface, an optical axis, a camera unit including a lens that forms a subject image on the image pickup surface, and a lens barrel that holds the lens, and at least a part thereof A fixed unit made of a magnetic material and having a projection part having a partial spherical shape, a movable unit on which the camera unit is mounted, and an attracting magnet that generates a magnetic attractive force to the magnetic material, and A movable unit that has a conical contact surface with which the protrusion is loosely fitted and brought into contact by a magnetic attractive force, and that freely rotates with respect to the spherical spherical center of the protrusion; and A panning drive unit that tilts the camera unit in the panning direction, and a tilting drive that tilts the camera unit in a tilting direction orthogonal to the panning direction with respect to the fixed unit.
  • a rolling drive unit that rotates the camera unit in a rolling direction that rotates about the optical axis of the lens with respect to the fixed unit, and an inclination of the camera unit relative to the fixed unit in the panning and tilting directions
  • a detector that detects an angle and a rotation angle of the camera unit that rotates in the rolling direction, and a wiring that connects the camera unit and an external circuit and that is spirally wound around the protrusion.
  • the wiring includes at least two flexible printed wiring boards, and the at least two flexible printed wiring boards have an axisymmetric structure with respect to the optical axis when the movable unit is in a neutral position.
  • the detector includes a first detection unit that detects an inclination angle of the camera unit with respect to the fixed unit in a panning and tilting direction, and rotation of the camera unit that rotates in the rolling direction. And a second detection unit for detecting an angle.
  • the first detection unit includes a first magnetic sensor fixed to the fixed unit, and the first magnetic sensor is an inclination of the attracting magnet provided in the movable unit. Is detected, and a two-dimensional tilt angle in the panning and tilting directions of the camera unit is calculated.
  • the second detection unit includes a pair of rotation detection magnets fixed to the fixed unit and a pair of at least two flexible printed wiring boards.
  • the pair of second magnetic sensors includes a second magnetic sensor, and detects a change in magnetic force due to a relative rotational movement with respect to the rotation detection magnet to calculate a rotation angle of the camera unit.
  • the pair of second magnetic sensors and the pair of rotation detection magnets are in a plane perpendicular to the optical axis and on a straight line passing through the sphere, with respect to the sphere. Are arranged symmetrically.
  • the pair of rotation detection magnets has two magnetic poles magnetized in opposite directions by straight lines passing through the spherical center in a plane perpendicular to the optical axis of the lens, The two magnetic poles are arranged in a circumferential direction of a circle centered on the optical axis.
  • the wiring has a chamfered shape or a bent shape in the vicinity of the end portion on the side connected to the camera portion.
  • the camera drive device further includes a drop-off prevention member fixed to the fixed unit, the drop-off prevention restricting portion being disposed with a predetermined gap from the movable unit in the optical axis direction.
  • the piped support structure is formed by the conical contact surface provided on the movable unit and at least a part made of a magnetic material and a protrusion having at least a part of a spherical surface. Since it comprises, a movable unit can be freely rotated with respect to a fixed unit centering on a spherical center. Moreover, since the state in which the protrusions are in contact with the contact surface by the magnetic attraction force by the attracting magnet is maintained, the load on the pipette support can be made constant regardless of the rotation state of the movable unit. Moreover, even if the movable unit receives an impact from the outside, the drop-out preventing restricting portion can return to the state in which the protruding portion comes into contact with the contact surface without dropping the movable unit.
  • the wiring connecting the camera unit provided in the movable unit and the circuit unit provided in the fixed unit is spirally wound around the projection, space is saved and a large wiring allowance is secured. Thus, a smooth rotation operation can be realized without hindering the movement of the movable unit freely rotating in the three-axis directions.
  • the wiring member can be routed in a space-saving manner, the camera driving device can be reduced in size.
  • the movable unit since the wiring includes a pair of flexible printed wiring boards and has an axially symmetric structure with respect to the shaft 10, the movable unit is in a neutral state by rotating in the panning direction and the tilting direction.
  • the elastic unit acts on the movable unit to return the movable unit to the neutral position with substantially the same force, although it is generated on the pair of flexible printed wiring boards. Can be held in a neutral position. For this reason, when the movable unit is held at the neutral position, it is not necessary to always energize an extra offset current, so that power consumption can be reduced.
  • a magnetic sensor that detects the rotation angle in the rolling direction is placed symmetrically on a pair of flexible printed circuit boards, so that the movable unit can be rotated in the panning and tilting directions using differential rotation detection.
  • the crosstalk output generated can be canceled, and only the angle in the rolling direction can be extracted and detected within the range in which the movable unit can rotate.
  • angle detection means in the rolling direction on a small circumference centered on the optical axis to reduce the rotation detection distance, space saving can be realized as an apparatus.
  • the camera unit can be tilted in the panning direction and the tilting direction at a larger angle than before, and can also be rotated in the rolling direction, which is good in a wide frequency range. Therefore, it is possible to correct image blur due to walking shake and realize a small and robust camera driving device that can realize smooth shake correction control.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a camera driving device 165 which is an embodiment of a camera driving device according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the camera driving device 165 as viewed from obliquely above.
  • FIG. 3 is a perspective view of the camera driving device 165 in a state in which some components (the camera unit 100 and the drop-off preventing member 201) are removed, as viewed obliquely from above.
  • FIG. 4 is a plan view of the camera driving device 165 in the state of FIG. 3 as viewed from above.
  • FIG. 5 is a perspective view of the movable unit excluding the camera unit 100 as viewed obliquely from above.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the movable unit excluding the camera unit 100.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the camera driving device 165 on a plane including the optical axis 10 and the tilting direction rotation axis 11.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the camera driving device 165 on a plane including the optical axis 10 and the straight line 17 (45 degrees with the tilting direction rotation axis 11).
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the camera driving device 165 from which the camera unit 100 and the drop-off preventing member 201 are removed, and shows the driving principle in the rolling direction.
  • the main configuration of the camera driving device 165 will be described with reference to these drawings.
  • the camera driving device 165 includes a camera unit 100, a movable unit that supports the camera unit 100, a fixed unit, and a wiring 310 '.
  • the movable unit rotates with respect to the fixed unit about a rolling direction 22 that rotates about the optical axis 10 of the lens, a tilting direction 21 that rotates about the tilting direction rotation axis 11, and a panning direction rotation axis 12. It rotates freely in the panning direction 20.
  • the camera unit 100 captures a subject and generates an electrical signal of the subject image. More specifically, the camera unit 100 holds an imaging element (not shown), a lens (not shown) having an optical axis 10 that forms a subject image on the imaging surface of the imaging element, and the lens. An image formed on the image pickup surface of the image pickup device is converted into an electric signal including a lens barrel (not shown).
  • the fixing unit includes a base 200 and a protrusion 202.
  • the protrusion 202 has at least a part of a spherical surface having a spherical center 202A on the axis of the optical axis 10.
  • a portion having at least a part of a spherical shape is referred to as a partial spherical surface.
  • the protrusion 202 is fixed to the base 200. Further, at least a part of the protrusion 202 is made of a magnetic material.
  • the protrusion 202 has a cylindrical structure having an opening 202F on the base 200 side, and further has a tip opening 202H at the tip of the protrusion 202 on the axis of the optical axis 10.
  • a first magnetic sensor 501 inserted through the opening 202F is provided on the tip of the protrusion 202 on the axis of the optical axis 10, and the upper portion of the first magnetic sensor 501 is located in the region of the tip opening 202H. It is open.
  • the movable part 102 constituting the central part of the movable unit has an attracting magnet 404 and a contact surface 102C fixed to the fixed surface 102D.
  • the contact surface 102 ⁇ / b> C is a conical inner surface, and is disposed on the movable portion 102 so that the tip is positioned upward.
  • the attracting magnet 404 is located near the tip of the conical shape, and is disposed on the upper part of the movable portion 102.
  • the movable part 102 is preferably made of a nonmagnetic material such as a resin material.
  • the protrusion 202 of the fixed unit is inserted into the space formed by the conical contact surface 102C of the movable part 102. Since a part of the protrusion 202 is made of a magnetic material, the protrusion 202 comes into contact with the contact surface 102C and is loosely fitted by the magnetic attractive force F of the attracting magnet 404 provided on the upper part.
  • the center of gravity of the movable unit that supports the camera unit 100 coincides with the spherical center 202A while being supported by the protrusion 202 of the fixed unit.
  • the movable portion 102 freely rotates with respect to the spherical spherical center 202A while the conical contact surface 102C and the partial spherical surface of the protruding portion 202 are in contact with each other.
  • the panning direction 20 that rotates about the panning direction rotation axis 12 that is orthogonal to the optical axis 10 and passes through the spherical center 202 ⁇ / b> A, and the optical axis 10 and the panning direction rotation axis 12 are orthogonal.
  • the tilting direction 21 rotates about the tilting direction rotation axis 11 and the tilting direction 21 rotates in the tilt direction, and the rolling direction 22 rotates about the lens optical axis 10.
  • the movable unit that supports the camera unit 100 is supported by the fixed unit so as to be rotatable around the ball center 202A, and the center of gravity of the movable unit that supports the camera unit 100 is It matches the ball center 202A. For this reason, it is possible to significantly suppress mechanical resonance in a reduction in load due to friction and in a driving frequency region.
  • the attracting magnet 404 applies a certain vertical drag between the protrusion 202 and the conical contact surface 102C with a certain magnetic attraction force F without being influenced by the rotation angle. For this reason, it is possible to suppress the fluctuation of the friction load due to the rotation angle and to realize a favorable phase / gain characteristic in the drive frequency region.
  • the surface layer portion of the protrusion 202 is covered with a resin member (not shown), it is possible to further reduce the friction between the conical contact surface 102 ⁇ / b> C and the protrusion 202, and the wear resistance is excellent. Support structure can be realized.
  • the camera driving device 165 has a drop-off preventing structure so that the movable unit does not drop from the fixed unit.
  • a ring-shaped dropout prevention member 201 is fixed to the base 200 of the fixed unit via four connecting members 210.
  • the dropout prevention member 201 includes four protrusion-like dropout prevention restricting portions 201 ⁇ / b> A extending toward the center of the ring, that is, the optical axis 10.
  • the four dropout prevention restricting portions 201A constitute two pairs.
  • the drop-off prevention restricting portion 201A is arranged with a predetermined gap 50 in a part of the movable portion 102 and in the optical axis 10 direction.
  • the drop-off prevention restricting portion 201A is in contact with the movable portion 102 to prevent the movable unit from rotating more than a predetermined angle, or due to an external impact, the contact surface 102C of the movable unit is separated from the protrusion 202.
  • the movable unit is prevented from being detached from the fixed unit when separated.
  • the four drop-off prevention restricting portions 201A are arranged in pairs along the straight line 13 and straight line 17 directions that form an angle of 45 degrees with respect to the panning direction rotation shaft 12 and the tilting direction rotation shaft 11. Is done. Specifically, on the straight line 13 and the straight line 17, a pair of dropout prevention restricting portions 201 ⁇ / b> A are arranged symmetrically with the optical axis 10 in between.
  • the movable unit When the movable unit is inclined at an angle ⁇ in the panning direction 20 and the tilting direction 21 respectively, the movable unit is movable in the directions of the straight line 13 and the straight line 17 that form an angle of 45 degrees with respect to the panning direction rotation axis 12 and the tilting direction rotation axis 11.
  • the rotation angle of the unit is ( ⁇ 2 ⁇ ⁇ ) or more. Therefore, by providing the drop-off prevention restricting portion 201A that restricts the inclination angle in these directions, the displacement of the portion of the movable unit that moves the largest in the direction of the optical axis 10 due to the rotation of the movable unit or an external impact. Can be reliably prevented from falling off the movable unit.
  • the height variation in the optical axis 10 direction of the movable unit due to the inclination is greatest in the other of the panning direction 20 and the tilting direction 21.
  • the height fluctuation in the direction of the straight line 13 and the straight line 17 is (1 / ⁇ 2) times that. For this reason, as shown in FIG. 1, the movable unit can be safely prevented from falling off by increasing the width dimension D of the dropout preventing restricting portion 201 ⁇ / b> A.
  • the gap 50 is set to a distance that allows the contact surface 102C to return to a state in which the contact surface 102C comes into contact with the protrusion 202 by the magnetic attractive force F of the attracting magnet 404 even if the contact surface 102C is separated from the protrusion 202. Yes. That is, even when the movable unit moves upward by a distance equal to the gap 50 and the drop-off prevention regulating portion 201A is in contact with the movable portion 102, the contact surface 102C of the movable unit is moved by the magnetic attractive force F of the attracting magnet 404. It is possible to return to the original state in contact with the protruding portion 202.
  • the camera driving device 165 includes a driving mechanism that drives the movable unit.
  • the drive mechanism includes a panning drive unit and a tilting drive unit for tilting the movable unit having the camera unit 100 mounted on the fixed unit in the panning direction 20 and the tilting direction 21, and the camera unit 100 with respect to the fixed unit.
  • a rolling drive unit that rotates in a rotation rolling direction 22 that is rotation about the optical axis 10 of the lens.
  • the driving mechanism is wound around two pairs of driving magnets fixed to the base 200 via a connecting member 210 made of a magnetic material, a magnetic yoke mounted on the movable unit, and the magnetic yoke.
  • Drive coil More specifically, as shown in FIGS. 1 and 6, the movable portion 102 is symmetrical on the rotation axis 11 in the tilting direction with respect to the ball center 202A in order to rotationally drive the movable unit in the panning direction 20.
  • a pair of panning drive coils 301 and a pair of tilting drives disposed symmetrically on the panning direction rotating shaft 12 with respect to the ball center 202A in order to rotationally drive the movable unit in the tilting direction 21.
  • a coil 302 and four rolling drive coils 303 for rotationally driving the movable unit around the optical axis 10 are included.
  • a pair of panning drive magnets 401 and a pair of tilting drive magnets 402 are made of a magnetic material on a circumference around the optical axis 10 of the base 200. Each is provided via a connecting member 210.
  • a pair of panning drive coils 301 and a pair of panning drive magnets 401 constitute a panning drive unit.
  • the pair of tilting drive coils 302 and the pair of tilting drive magnets 402 constitute a tilting drive unit.
  • the pair of panning drive magnets 401 and the pair of tilting drive magnets 402 also function as rolling drive magnets, and these drive magnets and rolling drive coil 303 constitute a rolling drive unit.
  • the pair of panning drive magnets 401 are magnetized in directions opposite to each other on the straight line passing through the spherical center 202A in the tilting direction rotation axis 11 direction, that is, a plane orthogonal to the optical axis 10.
  • the tilting drive magnets 402 are magnetized in directions opposite to each other in the panning direction rotation axis 12 direction, that is, on a plane orthogonal to the optical axis 10 and on a straight line passing through the spherical center 202A.
  • one of the panning drive magnets 401 and the tilting drive magnet that are adjacent to each other by 90 degrees on a circumference that is on a plane orthogonal to the optical axis 10 and that has a central axis at a point where the optical axis 10 intersects the plane.
  • One magnetization direction of 402 is opposite to each other with respect to the spherical center.
  • a pair of panning drive magnets 401 are magnetized in inward directions 183 and 185 with respect to the spherical center, and tilting drive magnets 402 are arranged as shown in FIG. Can be realized by magnetizing in the outward directions 182 and 186.
  • each of the panning drive magnet 401 and the tilting drive magnet 402 has a concave curved surface centering on a spherical center 202A.
  • Each of the panning drive coil 301 and each of the tilting drive coils 302 is orthogonal to the optical axis 10 of the lens 101a and is plane-symmetric with respect to a plane including the spherical center 202A.
  • the lens 101 a has a substantially V-shaped cross section in a plane including the optical axis 10, and is disposed so that a substantially V-shaped valley portion faces the optical axis 10.
  • the pair of panning drive coils 301 and the pair of tilting drive coils 302 are fixed to a contact surface 102 ⁇ / b> F provided on the movable portion 102.
  • the four rolling drive coils 303 are fixed to the contact surface 102G, and the side surface of the panning drive coil 301 facing the panning drive magnet 401 and the side surface of the tilting drive coil 302 facing the tilting drive magnet 402 are arranged. It is stuck and fixed to each drive coil so as to bridge between them. A part of each rolling drive coil 303 overlaps a part of the panning drive coil 301 and a part of the tilting drive coil 302.
  • each rolling drive coil 303 that overlaps with the panning drive coil 301 and a portion that overlaps with the tilting drive coil 302 are perpendicular to the optical axis 10 of the lens 101a and are on a plane that includes the spherical center 202A. And plane symmetry.
  • the lens 101 a has a substantially V-shaped cross section in a plane including the optical axis 10, and is disposed so that a substantially V-shaped valley portion faces the optical axis 10.
  • the positions of the center of the panning drive magnet 401 and the center of the panning drive coil 301 in the direction of the optical axis 10 substantially coincide with the position of the ball center 202A.
  • the positions of the center of the tilting drive magnet 402 and the center of the tilting drive coil 302 in the direction of the optical axis 10 substantially coincide with the position of the spherical center 202A.
  • the panning drive unit and the tilting drive unit are located inside the pair of panning drive coils 301 and the pair of tilting drive coils 302, respectively, and a pair of panning magnetic yokes 203 and a pair of pairs provided in the movable unit.
  • a tilting magnetic yoke 204 is included.
  • Each of the pair of panning drive coils 301 is wound with a corresponding panning magnetic yoke 203.
  • each of the pair of tilting drive coils 302 is wound with a corresponding tilting magnetic yoke 204. As shown in FIG.
  • the pair of panning magnetic yokes 203 and the pair of tilting magnetic yokes 204 overlap with the rolling drive coil 303, and the panning magnetic yoke 203 and the tilting magnetic yoke 204 can be used as rolling magnetic yokes. Function.
  • a coil unit including a pair of panning drive coils 301, a pair of tilting drive coils 302, and four rolling drive coils 303 has a movable part 102 centered on the optical axis 10. Are arranged at intervals of 90 degrees.
  • the center height position of the panning drive coil 301, the tilting drive coil 302, and the rolling drive coil 303 in the direction of the optical axis 10 is substantially equal to the position of the spherical center 202A.
  • the pair of panning drive coils 301 By energizing the pair of panning drive coils 301, the pair of panning drive coils 301 receives a couple of electromagnetic forces from the pair of panning drive magnets 401, and the movable unit 102, that is, the movable unit, is rotated in the panning direction. 12 is driven to rotate in the panning direction 20.
  • the pair of tilting drive coils 302 receives a couple of electromagnetic forces from the tilting drive magnet 402, and the movable unit is rotated in the tilting direction rotating shaft 11. Is driven to rotate in the tilting direction 21.
  • the movable unit on which the camera unit 100 is mounted can be tilted two-dimensionally.
  • the electromagnetic force is received from the pair of panning drive magnets 401 and tilting drive magnets 402, and the camera unit 100 is operated.
  • the mounted movable unit is rotationally driven in the rolling direction 22 around the optical axis 10.
  • the magnetization direction of the tilting drive magnet 402 is the outward direction 182 and 186 with respect to the optical axis 10
  • the magnetization direction of the panning drive magnet 401 is the inward direction 183 and 185 with respect to the optical axis 10.
  • this embodiment employs a moving coil drive system in which the movable unit is provided with the panning drive coil 301, the tilting drive coil 302, and the rolling drive coil 303.
  • This configuration generally has an advantage that the weight of the movable unit can be reduced.
  • a dedicated drive magnet for driving in the rolling direction 22 is not provided, and the panning drive magnet 401 and the tilting drive magnet 402 also serve as the drive magnets in the rolling direction 22. For this reason, the camera drive device 165 can be reduced in weight, and the number of components can be reduced.
  • the structure of the coil which sticks and fixes the four rolling drive coils 303 so that one side of the panning drive coil 301 and one side of the tilting drive coil 302 may be bridged.
  • the effective length for generating the electromagnetic force of the four rolling drive coils 303 is increased.
  • the driving efficiency in the rolling direction 22 can be improved.
  • a pair of panning magnetic yokes 203 and a tilting magnetic yoke 204 are arranged in a portion facing the pair of panning drive magnets 401 and the tilting drive magnets 402. For this reason, when the rotation angle in the rolling direction 22 is 0, the magnetic gaps between the panning drive magnet 401 and the tilting drive magnet 402 and the panning magnetic yoke 203 and the tilting magnetic yoke 204 are minimized.
  • the movable unit is moved to the neutral position in the rolling direction 22, that is, the panning drive magnet 401 and the tilting drive magnet 402 are moved to the panning magnetic yoke 203 by the magnetic spring effect using the magnetic attraction force fluctuation. And the tilting magnetic yoke 204 can be maintained at positions closest to each other.
  • the wiring 310 ′ that is a wiring member that connects the power source and the image processing circuit provided in the camera unit 100 and the fixed unit will be described.
  • the wiring 310 ′ is wound spirally along the periphery of the protrusion 202.
  • the wiring 310 ′ has a flat shape and flexibility.
  • the wiring 310 ′ preferably includes at least one flexible printed wiring board 310.
  • the wiring 310 ′ includes a pair of flexible printed wiring boards 310. Each of the pair of flexible printed wiring boards 310 rotates in the same direction around the optical axis 10 when the movable unit is in the neutral position.
  • the pair of flexible printed wiring boards 310 has a generally axisymmetric structure with the optical axis 10 as the center as a whole.
  • each flexible printed wiring board 310 is connected to a connector 325 provided on the relay board 320 attached to the movable portion 102, and the other end is an external circuit (not shown) such as a power source and an image processing circuit provided in the fixed portion. Connected).
  • the driving coil is mounted on the movable unit 102, the signal line from the camera unit 100 and the wiring of each driving coil are connected to the relay substrate 320, and via the wiring 310 ′, Connected to external circuit.
  • the wiring 310 ′ is spirally wound around the periphery of the protruding portion 202, a large amount of bending allowance can be ensured with a small space. For this reason, the smooth rotation operation of the movable unit can be realized without hindering the movement of the movable unit in the panning direction 20, the tilting direction 21 and the rolling direction 22.
  • the wiring 310 ′ is routed by utilizing the space between the movable portion 102 and the projection portion 202, which is necessary when the movable unit rotates around the spherical center 202A, the wiring 310 ′ is bent. There is no need to construct a new space. For this reason, size reduction of the camera drive device 165 can be achieved.
  • the pair of flexible printed wiring boards 310 constituting the wiring '310 has an axially symmetric structure with respect to the optical axis 10. For this reason, even if the movable unit is rotated in the panning direction and the tilting direction and tilted in any direction as viewed from the optical axis 10 in the neutral state, it is generated in the pair of flexible printed wiring boards 310 but is elastic. The force acts on the movable unit to return the movable unit to the neutral position with almost equal force. Therefore, when the movable unit is held at the neutral position, it is not necessary to always energize an extra offset current, so that power consumption can be reduced.
  • the elastic forces of the pair of flexible printed wiring boards 310 that attempt to return the movable unit to the neutral position are substantially equal.
  • the driving force generated by the panning drive unit and the rolling drive unit in order to maintain the tilted state is substantially equal regardless of the tilt direction of the movable unit, and the controllability of the panning drive unit and the rolling drive unit is improved.
  • the central axis of the camera unit 100, the movable unit 102, the projecting unit 202, and the attracting magnet 404 are all optical axes 10 that pass through the spherical center 202A that is the support center and the drive center. Are arranged to match. Therefore, the center of gravity of the movable unit coincides with the ball center 202A, and the movable unit is supported by the center of gravity, and can be driven to rotate about three axes that pass through the center of gravity and are orthogonal to each other. Also, the movable unit can be prevented from falling off.
  • the wiring 310 ′ is routed spirally along the periphery of the protrusion 202, space can be saved and a large allowance for the wiring 310 ′ can be secured, so that the movable unit can be smoothly rotated. Can be realized.
  • the camera driving device 165 includes a detector for detecting the tilt angle of the movable unit on which the camera unit 100 is mounted with respect to the fixed unit and the rotation angle of the lens around the optical axis 10. Specifically, the two-dimensional tilt angle of the movable unit, that is, the first detection unit for detecting the rotation angle in the panning direction 20 and the tilting direction 21 and the tilt angle around the optical axis 10 of the lens are detected. A second detection unit.
  • the first detection unit includes a first magnetic sensor 501 in order to detect the tilt angle of the movable unit.
  • the first magnetic sensor 501 can detect tilt or rotation around two axes, and is disposed inside the protrusion 202 so as to face the attracting magnet 404 magnetized to one pole in the optical axis 10 direction. ing.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in a plane including the optical axis 10 and the tilting direction rotation axis 11 in a state where the movable unit is inclined at an angle ⁇ in the panning direction from the optical axis 10 ′ at the neutral position of the movable unit.
  • the first magnetic sensor 501 a pair of Hall elements (not shown) centering on the optical axis 10 are placed on the tilting direction rotating shaft 11 and the panning direction rotating shaft 12, respectively. They are arranged symmetrically.
  • the first magnetic sensor 501 differentially detects the magnetic force change of the attracting magnet 404 caused by the tilting operation of the angle ⁇ in the panning direction 20 of the movable unit as a biaxial component, and calculates the panning tilt angle and the tilting tilt angle. can do.
  • an opening 202H is provided at the tip of the protrusion 202 so that the magnetic lines of force of the attracting magnet 404 can directly enter the first magnetic sensor 501.
  • the attracting magnet 404 functions as a magnet for detecting the tilt angle in addition to the function of applying the magnetic attraction force F to the protrusion 202. Reduction and downsizing of the apparatus can be achieved. In addition, the distance between the attracting magnet 404 and the ball core 202A can be shortened, and the first magnetic sensor 501 can be reduced in size.
  • the second detection part is a pair of openings 200 ⁇ / b> K provided in the side surface of the protrusion part 202.
  • a rotation detection magnet 403 and a pair of second magnetic sensors 503 attached to the pair of flexible printed wiring boards 310 are further provided so as to face the rotation detection magnet 403.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing the arrangement of the second magnetic sensor 503, which is a second detection unit for detecting the rotation angle in the rolling direction 22 around the optical axis 10 of the movable unit
  • FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along a plane including the optical axis 10 and the panning direction rotation axis 12 in the second detection unit
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the pair of second magnetic sensors 503 detects a change in magnetic force due to the rotation of the rotation detection magnet 403, and calculates the rotation angle of the movable unit.
  • the pair of second magnetic sensors 503 and the pair of rotation detection magnets 403 are arranged symmetrically with respect to the spherical center 202A on a straight line passing through the spherical center 202A on a plane orthogonal to the ten optical axes. ing.
  • each of the pair of rotation detection magnets 403 is divided and magnetized into two poles. Specifically, each of the pair of rotation detection magnets 403 is arranged in a circumferential direction of a circle centered on the optical axis 10 on a plane orthogonal to the optical axis 10 and magnetized in the opposite direction. It has two magnetic poles. As a result, the magnetic poles of the pair of rotation detection magnets 403 are magnetized in the direction passing through the spherical core 202A, and are arranged to face each other so that the different polarities face each other.
  • the pair of second magnetic sensors 503 differentially detect the magnetic change of the relatively moving rotation detection magnet 403 by the rotation operation of the movable unit in the rolling direction 22, and rotate the rotation angle in the rolling direction 22. Can be calculated. Since the rotation detection magnet 403 is divided and magnetized into two poles, a steep magnetic change is obtained by the rotation operation in the rolling direction 22 of the movable unit, and high sensitivity is obtained by differential detection of this magnetic change. The rotation angle can be detected.
  • a crosstalk output in the rolling direction 22 can be generated.
  • the crosstalk output can be canceled by differentially detecting the magnetic change by the pair of rotation detection magnets 403 by the pair of second magnetic sensors 503. Accordingly, it is possible to correctly extract and detect only the rotation angle in the rolling direction 22 within a range in which the movable unit can be tilted.
  • the pair of second magnetic sensors 503 are attached on a pair of flexible printed wiring boards 310 routed in a space between the movable portion 102 and the protruding portion 202. .
  • a drive coil unit is provided on the circumference of a large radius around the optical axis 10 to improve the drive moment force, and the rotation angle 22 in the rolling direction 22 is detected on a small circumference around the optical axis 10.
  • the second magnetic sensor 503, which is the second detection unit that performs the above, can be provided, and space can be used effectively.
  • each of the flexible printed wiring boards 310 has a spiral shape in which the side connected to the camera unit 100 is located on the inner side and the side connected to the external circuit is located on the outer side. For this reason, the side of the flexible printed wiring board 310 connected to the camera unit 100 is likely to interfere with the other flexible printed wiring board 310.
  • the flexible printed wiring board 310 in order to suppress this interference, includes a chamfered shape 10A or a bent shape 310A in the vicinity of the side connected to the camera unit 100.
  • the pair of flexible printed wiring boards 310 has this shape, thereby suppressing mutual interference.
  • the wiring connected to the second magnetic sensor 503 can be included in the flexible printed wiring board 310. As a result, it is not necessary to provide the second magnetic sensor 503 wiring, and the number of parts can be reduced.
  • the wiring connecting the camera body and the external circuit provided in the fixed portion is spirally routed around the periphery of the protruding portion, thereby saving space. Many bending margins can be secured. Moreover, the smooth rotation operation of the movable unit can be realized without hindering the movement of the movable unit rotating in the panning direction, the tilting direction, and the rolling direction. In addition, since the wiring is routed using the space between the movable portion and the protrusion, the camera drive device can be downsized.
  • the pair of flexible printed wiring boards constituting the wiring has an axisymmetric structure with respect to the optical axis. For this reason, when the movable unit rotates in the panning direction and the tilting direction, the elastic force generated in the pair of flexible printed wiring boards is not affected even when the movable unit is inclined in any direction as viewed from the neutral optical axis 10. Acts on the movable unit to return the movable unit to the neutral position with almost equal force. Therefore, the driving force generated by the panning drive unit and the rolling drive unit to maintain the tilted state is substantially equal regardless of the tilt direction of the movable unit, and the controllability of the panning drive unit and the rolling drive unit is improved. In addition, when the movable unit is held in the neutral position, it is not necessary to always energize an extra offset current, so that power consumption can be reduced.
  • a pair of rotation detection magnets magnetized in opposite directions along the circumferential direction centering on the position of the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis are arranged in the fixed unit and pulled out from the movable unit.
  • a pair of second magnetic sensors provided on the pair of flexible printed wiring boards detect a magnetic change of the rotation detecting magnet that moves relatively.
  • a driving unit is provided on the circumference of the large radius around the optical axis to improve the driving moment force, and on the circumference of the small radius.
  • a second magnetic sensor for detecting the angle in the rolling direction can be provided. For this reason, space can be utilized effectively and space saving can be realized as an apparatus.
  • the wiring for the sensor can be reduced, and the number of parts can be reduced.
  • the camera driving device includes a pair of flexible printed wiring boards as wiring.
  • the present invention is not limited to this, and the neutral position of the movable part utilizing the elasticity of the flexible printed wiring board can be obtained by arranging three flexible printed wiring boards at intervals of 120 degrees around the optical axis. Holding may be performed. Or you may arrange
  • the flexible printed wiring board is routed at equal intervals around the optical axis, and the two positions (the positions that are symmetrical if the even number is routed) are the same. Similar effects can be obtained by mounting the magnetic sensor 2.
  • the movable unit is inclined at a large angle of ⁇ 10 degrees or more in the panning direction and the tilting direction, and is movable at a large angle of ⁇ 10 degrees or more in the rolling direction.
  • the unit can be rotated. Also, good shake correction control can be realized in a wide frequency range up to about 50 Hz.
  • a camera drive device that can realize high-speed panning, tilting, and rolling operations of the camera unit and that can correct image shake of a captured image that occurs due to camera shake during shooting while walking.
  • the camera is provided with a small and robust drop-off prevention structure, a camera drive device having high impact resistance against external impacts such as vibration and drop impact can be realized.
  • the camera driving device is a wearable that can realize shake correction in three axial directions including rolling shake caused by movement of the center of gravity of a photographer during walking shooting by a configuration that can be driven in a panning direction, a tilting direction, and a rolling direction.
  • high-speed composition of captured images can be realized, and a video camera capable of super wide-angle shooting of moving images as well as still images can be provided.

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Abstract

　本発明のカメラ駆動装置は、カメラ部１００と、少なくとも一部が磁性体からなり、球面の少なくとも一部の形状を備えた突起部２０２を有する固定ユニットと、カメラ部を支持する可動ユニットであって、磁性体に対して磁気吸引力を発生させる吸着用４０４、および、磁気吸引力により固定ユニットの突起部が遊嵌し接触する円錐形状の接触面を有し、突起部の球面の球心に対して自在に回動する可動ユニットと、パンニング駆動部と、チルティング駆動部とレンズの光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、固定ユニットに対するカメラ部のパンニングおよびチルティング方向への傾斜角度とローリング方向の回転角度を検出する検出器と、カメラ部と固定ユニットに設けられる外部回路とを接続する配線３１０'とを備え、配線３１０'は、突起部２０２に螺旋状に巻きつけられている。

Description

カメラ駆動装置
　本発明は、撮像素子を含むカメラ部を、パンニング（ヨーイング）方向およびチルティング（ピッチング）方向に傾け、かつ、レンズの光軸を中心に回転（ローリング）させることが可能なカメラ駆動装置に関する。
　近年市販されるビデオカメラやデジタルカメラの多くには、手振れによる撮影画像の像振れを補正する手振れ補正装置が設けられている。この手振れ補正装置は、レンズ、レンズ鏡筒、反射ミラーまたは撮像素子等をカメラの光軸に対して傾斜させるか、または、光軸に直交する平面で２次元的に移動させる。
　たとえば、特許文献１は、レンズ鏡筒を１点で弾性支持し、レンズ鏡筒を光軸に対して傾斜させる構造を有する振れ補正機構を開示している。特許文献２は、ミラーをピポッド構成で支持し、光軸に対して傾斜させる手振れ補正装置を開示している。また、特許文献３は、球状のレンズ鏡筒を３点で支持し、光軸に沿って移動させるとともに傾斜させる撮像レンズユニットを開示している。
特開２００６－５３３５８号公報 特開平１１－２２０６５１号公報 特開２００８－５８３９１号公報
　一般に、人が静止して撮影する場合に発生する手振れ角度は、±０．３度程度であり、またその発生周波数成分は２０～３０Hz程度であると言われている。また手振れ補正制御は、１０Ｈｚ程度の周波数帯域で行う必要があると言われている。
　このように、撮影者が静止した状態でビデオカメラやデジタルカメラの撮影を行う場合、手振れ角度は比較的小さく、また、制御のための周波数も比較的低い。このため、静止時の手振れによる撮影画像の像振れを補正する従来のカメラ駆動装置は、カメラ駆動装置を構成する各部（レンズ、レンズ鏡筒、反射ミラー、撮像素子等）をレンズの光軸に対して傾斜させる傾斜角度や、光軸に直交する平面で２次元的に直線移動させる移動量が微少であるにもかかわらず、良好な手振れ補正を実現していた。
　しかしながら、撮影者が歩きながら動画や静止画の撮影する歩行撮影時においては、発生する画像の振れ（以下、歩行振れと呼ぶ場合がある。歩行振れには手振れも含まれる。）の角度は、たとえば±１０度以上であり、歩行振れを補正するためには、５０Ｈｚ程度の周波数帯域で制御を行う必要があると言われている。
　このように画像の振れ角度が大きくなり、より高い周波数で制御を行う場合、従来のカメラ駆動装置では、構成要素を支持する支持系および構成要素を駆動する駆動系の構成において課題がある。
　たとえば、特許文献１の装置は、レンズ鏡筒を微小な角度で傾斜させるのに適しているが、±１０度を超えるような大きな角度でレンズ鏡筒を傾斜させる場合、支持している弾性体が塑性領域まで変形してしまうと考えられる。また傾斜させる角度が大きくなると、弾性体のバネ定数による負荷が非常に大きくなり、弾性体による固有振動の振幅増大係数（Ｑ値）も増大する。その結果、補正制御の位相特性やゲイン特性が悪化し、上述した周波数帯域で補正制御を行うことが困難になると考えられる。
　特許文献２の装置は、画像の振れを補正するために、反射ミラーを駆動させている。しかしながら、ビデオカメラやデジタルカメラが広角レンズ系を備えている場合、光学系に反射ミラーを設けようとすれば、反射ミラーは光学系において大きな構成要素となってしまう。このため、反射ミラーは小型化が望まれるビデオカメラやデジタルカメラには適切な解決手段とは言い難い。また、磁気吸引力でミラーをピポッド支持しているため、振動や衝撃等の外乱によって、ミラーが脱落する可能性がある。
　特許文献３のレンズユニットは、球状のレンズホルダを備えているため、大きな角度でレンズホルダを傾斜させることが可能である。しかし、レンズホルダと、その外側に設けられたホルダとが接触する部分の回転半径が大きいことから、可動ユニットへの摩擦負荷が増大し、動作移動距離が大きくなる。その結果、傾斜角度が大きくなると、接触摩擦負荷の変動が増大し、正確な制御が困難であると考えられる。また、レンズホルダと外側に設けられたホルダとの間隔を正確に制御しないと、レンズホルダの傾斜角度を正確に制御することが困難となる。これらの部品の加工精度によっては、機械的なガタが発生し、可動ユニットの周波数応答特性に支障をきたす可能性がある。
　また、特許文献１から３の装置は、レンズ等の構成要素をカメラ部の光軸を中心に回転させる構造を備えていない。
　さらに、カメラ部の回転方向や駆動方向が増えたり、回転角度が大きくなると、可動部に搭載されるカメラ部と固定部に設けられる電源や画像処理回路との距離が大きく変化したり、電源や画像処理回路から見たカメラ部の方位を大きく変化する。このため、カメラ部と電源や画像処理回路とを配線で電気的に接続する場合、配線の応力によって可動部の回転動作が妨げられたり、可動部が繰り返し回転することによって、配線が繰り返し応力を受け、断線したりする可能性がある。
　また、配線に大きな応力がかからないように、十分な撓みを持たせる場合、配線が、屈曲する空間が必要となり、配線のための空間が大きくなることによって装置が大型化してしまう。
　本発明は、このような従来技術の課題の少なくとも１つを解決し、カメラ部を３軸方向に回転可能なカメラ駆動装置を実現することを目的とする。
　本発明のカメラ駆動装置は、撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、少なくとも一部が磁性体からなり、部分球面形状を備えた突起部を有する固定ユニットと、前記カメラ部を搭載する可動ユニットであって、前記磁性体に対して磁気吸引力を発生させる吸着用磁石、および、前記磁気吸引力により前記突起部が遊嵌し接触する円錐形状の接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する可動ユニットと、前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度と前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、前記カメラ部と外部回路とを接続する配線であって前記突起部に螺旋状に巻きつけられている配線とを備える。
　ある好ましい実施形態において、前記配線は少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板を含み、前記少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板は、前記可動ユニットが中立位置にあるときの前記光軸に対して軸対称の構造を有している。
　ある好ましい実施形態において、前記検出器は、前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出部と、前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出部とを含む。
　ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーを含み、前記第１の磁気センサーは、前記可動ユニットに設けられた前記吸着用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する。
　ある好ましい実施形態において、前記第２の検出部は、前記固定ユニットに固定された１対の回転検出用磁石と、前記少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板の２つにそれぞれに取り付けられた１対の第２の磁気センサーとを含み、前記１対の第２の磁気センサーは、前記回転検出用磁石との相対的な回転移動による磁力変化を検出して、前記カメラ部の回転角度を算出する。
　ある好ましい実施形態において、前記１対の第２の磁気センサーと前記１対の回転検出用磁石は、前記光軸に直交する平面で、かつ前記球心を通る直線上で、前記球心に対して対称にそれぞれ配置されている。
　ある好ましい実施形態において、前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る直線でそれぞれ逆向き方向に着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に配列されている。
　ある好ましい実施形態において、前記配線は、前記カメラ部と接続される側の端部近傍において、面取り形状または折り曲げ形状を有している。
　ある好ましい実施形態において、カメラ駆動装置は、前記光軸方向において、前記可動ユニットと所定の空隙を隔てて配置された脱落防止規制部を有し、前記固定ユニットに固定された脱落防止部材をさらに備える。
　本発明のカメラ駆動装置によれば、可動ユニットに設けられた円錐形状を有する接触面と少なくとも一部が磁性体からなり、球面の少なくとも一部の形状を備えた突起部とによってピポッド支持構造を構成しているため、球面の球心を中心として可動ユニットを固定ユニットに対し自在に回転させることができる。また、吸着用磁石による磁気吸引力によって突起部が接触面に接触した状態を維持するため、可動ユニットの回転状態によらず、ピポッド支持における負荷を一定にできる。また、脱落防止規制部によって、可動ユニットに外部から衝撃受けても、可動ユニットが脱落することなく、突起部が接触面と接触する状態に復帰することができる。
　また、可動ユニットに設けられたカメラ部と固定ユニットに設けられた回路部とを接続する配線が突起部に螺旋状に巻きつけられているため、省スペースで、かつ配線の撓み余裕を多く確保することができ、可動ユニットが３軸方向に自在に回動する動きを妨げることなく、スムーズの回転動作を実現することができる。加えて、省スペースで配線部材を引き回すことができるため、カメラ駆動装置の小型化を行うことができる。
　また、配線が１対のフレキシブルプリント配線板を含み、軸１０に対して軸対称の構造を有していることにより、可動ユニットがパンニング方向およびチルティング方向に回転することによって、中立状態にある光軸１０から見ていずれの方位に傾斜した場合でも、１対のフレキシブルプリント配線板に生じたが弾性力が、ほぼ等しい力で可動ユニットを中立位置に戻そうと可動ユニットに働き、可動ユニットを中立位置で保持することができる。このため、可動ユニットを中立位置に保持する際に、余分なオフセット電流を常時、通電させる必要がなくなるため、消費電力を低減することができる。
　また、１対のフレキシブルプリント配線板上に、ローリング方向の回転角度を検出する磁気センサーを対称配置することにより、差動を利用した回転検出で、パンニング方向とチルティング方向に可動ユニットを回動した場合に発生するクロストーク出力をキャンセルすることができ、可動ユニットの回動可能な範囲でローリング方向の角度のみを抽出して検出することができる。さらに、光軸を中心とした小さな円周上にローリング方向の角度検出手段を設けて回転検出距離を小さくすることで、装置として省スペース化を実現できる。
　したがって、本発明によれば、カメラ部を従来よりも大きな角度でパンニング方向およびチルティング方向に傾斜させることができ、また、ローリング方向にも回転させることが可能であり、広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現することのできる、歩行振れによる像振れの補正が可能であり、小型で堅牢なカメラ駆動装置が実現する。
本発明によるカメラ駆動装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。 カメラ部１００と脱落防止部材２０１とを取り除いた状態にある実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た斜視図である。 カメラ部１００と脱落防止部材２０１とを取り除いた状態にある実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た平面図である。 実施形態のカメラ駆動装置におけるカメラ部１００を除く可動ユニットの斜視図である。 実施形態のカメラ駆動装置におけるカメラ部１００を除く可動ユニットの分解斜視図である。 実施形態のカメラ駆動装置における光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。 実施形態のカメラ駆動装置の光軸１０と直線１７を含む平面での部分断面図である。 カメラ部１００と脱落防止部材２０１を取り除いた状態にある実施形態のカメラ駆動装置を上方から見た分解斜視図であって、ローリング方向の駆動原理を示している。 カメラ部をパンニング方向へ角度θ傾斜させた状態における光軸１０とパンニング方向回転軸１２を含む平面での断面図である。 実施形態のカメラ駆動装置のローリング方向の回転検出部を示す分解斜視図である。 実施形態のカメラ駆動装置のローリング方向の回転検出部における光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。ローリング方向の回転検出部近傍の構造の、光軸１０および直線１３を含む平面での断面図である。 実施形態のカメラ駆動装置の図１２におけるＡ－Ａ線断面図である。
　以下、本発明によるカメラ駆動装置の一実施形態を説明する。図１は、本発明によるカメラ駆動装置の一実施形態であるカメラ駆動装置１６５を示す分解斜視図であり、図２は、カメラ駆動装置１６５を斜め上方から見た斜視図である。
　図３は、一部の構成要素（カメラ部１００と脱落防止部材２０１）を取り除いた状態にあるカメラ駆動装置１６５を斜め上方から見た斜視図である。図４は、図３の状態におけるカメラ駆動装置１６５を上方から見た平面図である。
　図５は、カメラ部１００を除く可動ユニットを斜め上方から見た斜視図である。図６は、カメラ部１００を除く可動ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
　図７は、カメラ駆動装置１６５の、光軸１０およびチルティング方向回転軸１１を含む平面での部分断面図である。図８は、カメラ駆動装置１６５の、光軸１０および直線１７（チルティング方向回転軸１１と４５度をなす）を含む平面での部分断面図である。
　図９は、カメラ部１００および脱落防止部材２０１を取り除いたカメラ駆動装置１６５の分解斜視図であって、ローリング方向の駆動原理を示している。
　これらの図を参照しながらカメラ駆動装置１６５の主な構成を説明する。
　カメラ駆動装置１６５は、カメラ部１００と、カメラ部１００を支持する可動ユニットと、固定ユニットと、配線３１０’とを備える。可動ユニットは、固定ユニットに対して、レンズの光軸１０を中心に回転するローリング方向２２、チルティング方向回転軸１１を中心に回転するチルティング方向２１およびパンニング方向回転軸１２を中心に回転するパンニング方向２０に自在に回転する。
　図１に示すように、カメラ部１００は被写体を撮影し、被写体像の電気信号を生成する。より具体的には、カメラ部１００は、撮像素子（図示せず）と、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる光軸１０を有したレンズ（図示せず）と、レンズを保持するレンズ鏡筒（図示せず）とを含み、撮像素子の撮像面に形成された像を電気信号に変換する。
　固定部ユニットは、ベース２００と、突起部２０２とを含む。図７に示すように、突起部２０２は、光軸１０の軸上にある球心２０２Ａを有する球面の少なくとも一部の形状を有している。以下、球面の少なくとも一部の形状を有する部分を部分球面という。
　図１および図７に示すように、突起部２０２は、ベース２００に固定されている。また、突起部２０２の少なくとも一部は磁性体からなる。突起部２０２は、ベース２００側に開口部２０２Ｆを有する円筒状の構造をなしており、さらに突起部２０２の光軸１０の軸上の先端部分には、先端開口部２０２Ｈを有している。突起部２０２の先端部分には、開口部２０２Ｆより挿入された第１の磁気センサー５０１が光軸１０の軸上において内設され、先端開口部２０２Ｈの領域において第１の磁気センサー５０１の上部が開放されている。
　可動ユニットの中心部分を構成する可動部１０２は、固定面１０２Ｄに固定された吸着用磁石４０４と接触面１０２Ｃを有する。接触面１０２Ｃは、円錐形状の内側面であり、先端が上方に位置するように可動部１０２に配置されている。吸着用磁石４０４は円錐形状の先端近傍に位置し、可動部１０２の上部に配置される。可動部１０２は、好ましくは樹脂材料などの非磁性材料からなる。
　図７に示すように、固定ユニットの突起部２０２は、可動部１０２の円錐形状の接触面１０２Ｃが形成する空間内に挿入されている。突起部２０２の一部は磁性体からなるため、上部に設けられた吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより、突起部２０２は接触面１０２Ｃと接触し、遊嵌する。好ましくは、カメラ部１００を支持する可動ユニットの重心は固定ユニットの突起２０２に支持された状態で球心２０２Ａと一致している。
　これにより、可動部１０２は、円錐状の接触面１０２Ｃと突起部２０２の部分球面とが接触しながら、球面の球心２０２Ａに対して、自在に回転する。
　より具体的には、図１に示すように、光軸１０に直交し球心２０２Ａを通るパンニング方向回転軸１２を中心に回転するパンニング方向２０と、光軸１０およびパンニング方向回転軸１２に直交するチルティング方向回転軸１１を中心に回転するチルティング方向２１の２種類の傾斜方向の回転と、レンズ光軸１０を中心に回転するローリング方向２２の回転を行うことができる。
　このように、本実施形態によれば、カメラ部１００を支持した可動ユニットが、固定ユニットによって、球心２０２Ａを中心に回転自在に支持され、かつ、カメラ部１００を支持した可動ユニットの重心が球心２０２Ａに一致する。このため、摩擦による負荷の低減や駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑圧することができる。
　また、吸着用磁石４０４は、回動角度に影響されることなく、一定の磁気吸引力Ｆで、突起部２０２と円錐状の接触面１０２Ｃとの間に一定の垂直抗力を付加する。このため、回動角度による摩擦負荷の変動を抑制し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。
　また突起部２０２の表層部分を樹脂部材（図示せず）で被覆すれば、接触する円錐状の接触面１０２Ｃと突起部２０２との摩擦をさらに低減させることが可能であり、耐摩耗性に優れた支持構造を実現できる。
　カメラ駆動装置１６５は、可動ユニットが固定ユニットから脱落しないように、脱落防止構造を備えていることが好ましい。具体的には、図１、図２、図７に示すように、リング状の脱落防止部材２０１が、４つの連結部材２１０を介して固定ユニットのベース２００に固定されている。図１に示すように、脱落防止部材２０１は、リングの中心、つまり、光軸１０に向かって伸びる４つの突起状の脱落防止規制部２０１Ａを含む。４つの脱落防止規制部２０１Ａは、２つの対を構成している。
　図８に示すように、脱落防止規制部２０１Ａは、可動部１０２の一部と光軸１０方向において所定の空隙５０を設けて配置されている。脱落防止規制部２０１Ａは、可動部１０２と当接することによって、可動ユニットが、所定の角度以上に回転するのを防止したり、外部からの衝撃によって、可動ユニットの接触面１０２Ｃが突起部２０２から離れた場合に、可動ユニットが固定ユニットから離脱するのを防止する。
　図１に示すように、４つの脱落防止規制部２０１Ａは、パンニング方向回転軸１２およびチルティング方向回転軸１１に対して４５度の角度をなす直線１３および直線１７方向に沿って１対ずつ配置される。具体的には、直線１３および直線１７上において、１対の脱落防止規制部２０１Ａが光軸１０を挟んで対称に配置されている。
　可動ユニットが、パンニング方向２０とチルティング方向２１にそれぞれ角度θで傾斜した場合、パンニング方向回転軸１２およびチルティング方向回転軸１１に対して４５度の角度をなす直線１３および直線１７方向における可動ユニットの回転角度は（√２×θ）以上となる。したがって、これらの方向に、傾斜角度を制限する脱落防止規制部２０１Ａを設けることで、可動ユニットの回動や、外部からの衝撃によって、可動ユニットの最も大きく光軸１０方向に移動する部分の変位を制限し、可動ユニットの脱落を確実に防止することができる。
　一方、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の一方のみに角度θで傾斜した場合、傾斜による可動ユニットの光軸１０方向の高さ変動は、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の他方において最も大きくなり、直線１３および直線１７方向における高さ変動は、その（１／√２）倍となる。このため、図１に示すように脱落防止規制部２０１Ａの幅寸法Ｄを大きくとることで可動ユニットの脱落防止を安全に行える。
　この空隙５０は、接触面１０２Ｃが突起部２０２から離間しても、吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより接触面１０２Ｃが突起部２０２と接触する状態へ戻ることが可能な距離に設定されている。つまり、可動ユニットが上方へ空隙５０に等しい距離だけ移動し、脱落防止規制部２０１Ａが可動部１０２とが接触した状態でも、吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより可動ユニットは、接触面１０２Ｃが突起部２０２と接触する元の状態へ戻ることができる。
　このため、本実施形態によれば、たとえ可動ユニットが瞬間的に所定の位置から脱落した場合においても吸着用磁石４０４の磁気吸引力Ｆにより即座に元の良好な支持状態に復帰できる耐衝撃性に優れたカメラ駆動装置を提供できる。
　次に、可動ユニットを駆動するための構造を説明する。カメラ駆動装置１６５は、可動ユニットを駆動する駆動機構を備える。駆動機構は、固定ユニットに対してカメラ部１００を搭載した可動ユニットをパンニング方向２０およびチルティング方向２１へ傾斜させるためのパンニング駆動部およびチルティング駆動部と、固定ユニットに対してカメラ部１００をレンズの光軸１０を中心とする回転である回転ローリング方向２２に回転させるローリング駆動部とを含む。
　具体的には、駆動機構は、ベース２００に磁性体からなる連結部材２１０を介して、固定された２対の駆動用磁石と、可動ユニットに搭載される磁気ヨークと磁気ヨークに巻回される駆動コイルとを含む。より具体的には、図1および図６に示すように、可動部１０２は、可動ユニットをパンニング方向２０に回転駆動するために、球心２０２Ａに対してチルティング方向回転軸１１上で対称に配置された１対のパンニング駆動コイル３０１と、可動ユニットをチルティング方向２１に回転駆動するために、球心２０２Ａに対してパンニング方向回転軸１２上で対称に配置された１対のチルティング駆動コイル３０２と、可動ユニットを光軸１０を中心に回転駆動するための４つのローリング駆動コイル３０３とを含む。また、図１、図３、図４に示すように、ベース２００の光軸１０を中心とした円周上に１対のパンニング駆動磁石４０１と１対のチルティング駆動磁石４０２が磁性材料からなる連結部材２１０を介してそれぞれ設けられている。
　１対のパンニング駆動コイル３０１および１対のパンニング駆動磁石４０１がパンニング駆動部を構成している。また、１対のチルティング駆動コイル３０２および１対のチルティング駆動磁石４０２がチルティング駆動部を構成している。１対のパンニング駆動磁石４０１および１対のチルティング駆動磁石４０２は、ローリング駆動磁石としても機能し、これらの駆動磁石およびローリング駆動コイル３０３がローリング駆動部を構成している。
　１対のパンニング駆動磁石４０１は、チルティング方向回転軸１１方向、つまり、光軸１０と直交する平面であって、球心２０２Ａを通る直線上において互いに逆向きに着磁されている。同様にチルティング駆動磁石４０２は、パンニング方向回転軸１２方向に、つまり、光軸１０と直交する平面であって、球心２０２Ａを通る直線上において、互いに逆向きに着磁されている。
　好ましくは、光軸１０と直交する平面上であって、光軸１０が平面と交わる点を中心軸とする円周において、９０度隔てて隣り合うパンニング駆動磁石４０１の１つおよびチルティング駆動磁石４０２の１つの着磁方向は、球心に対して互いにそれぞれ逆向きである。この様な着磁方向の配置は、たとえば、図９に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１を、球心に対して内向きの方向１８３、１８５に着磁し、チルティング駆動磁石４０２を外向きの方向１８２、１８６に着磁することにより実現できる。
　このように、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２においてそれぞれチルティング方向回転軸１１方向およびパンニング方向回転軸１２方向に磁束が配置される。図１、図３および図７に示すように、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２のそれぞれは、球心２０２Ａを中心とする凹状の曲面を有している。
　パンニング駆動コイル３０１のそれぞれおよびチルティング駆動コイル３０２のそれぞれは、レンズ１０１ａの光軸１０に直交し、球心２０２Ａを含む平面に対して面対称である。また、レンズ１０１ａの光軸１０を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、略Ｖ字形状の谷部分が光軸１０に対向するように配置されている。
　図６に示すように、１対のパンニング駆動コイル３０１および１対のチルティング駆動コイル３０２は、可動部１０２に設けられた当接面１０２Ｆに固定される。一方、４つのローリング駆動コイル３０３は、当接面１０２Ｇに固定されるとともに、パンニング駆動磁石４０１に対向するパンニング駆動コイル３０１の側面とチルティング駆動磁石４０２に対向するチルティング駆動コイル３０２の側面との間を橋架するように、それぞれの駆動コイルに対して貼付固定されている。各ローリング駆動コイル３０３の一部は、パンニング駆動コイル３０１の一部およびチルティング駆動コイル３０２の一部と重なっている。また、各ローリング駆動コイル３０３のパンニング駆動コイル３０１と重なっている部分およびチルティング駆動コイル３０２と重なっている部分は、それぞれ、レンズ１０１ａの光軸１０に直交し、球心２０２Ａを含む平面に対して面対称である。また、レンズ１０１ａの光軸１０を含む平面において略Ｖ字形状の断面を有し、略Ｖ字形状の谷部分が光軸１０に対向するように配置されている。
　図７に示すように、パンニング駆動磁石４０１の中心およびパンニング駆動コイル３０１の中心の光軸１０方向における位置は、球心２０２Ａの位置とほぼ一致している。同様に、チルティング駆動磁石４０２の中心およびチルティング駆動コイル３０２の中心の光軸１０方向における位置は、球心２０２Ａの位置とほぼ一致している。
　パンニング駆動部およびチルティング駆動部は、１対のパンニング駆動コイル３０１および１対のチルティング駆動コイル３０２の内側にそれぞれ位置し、可動ユニットに設けられた１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４を含む。１対のパンニング駆動コイル３０１のそれぞれは、対応するパンニング磁気ヨーク２０３を巻回している。また、１対のチルティング駆動コイル３０２のそれぞれは対応するチルティング磁気ヨーク２０４を巻回している。図４に示すように、１対のパンニング磁気ヨーク２０３および１対のチルティング磁気ヨーク２０４は、ローリング駆動コイル３０３とも重なっており、パンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４はローリング磁気ヨークとしても機能する。
　言い換えれば、図５に示したように、１対のパンニング駆動コイル３０１および１対のチルティング駆動コイル３０２と、４つのローリング駆動コイル３０３からなるコイルユニットが光軸１０を中心とする可動部１０２の円周上において、９０度の間隔で４つ配置されている。
　さらに、図６、図７に示すように、パンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２およびローリング駆動コイル３０３の光軸１０方向における中心の高さ位置は球心２０２Ａの位置とほぼ等しい。
　１対のパンニング駆動コイル３０１に通電することにより、１対のパンニング駆動コイル３０１は１対のパンニング駆動磁石４０１より偶力の電磁力を受け、可動部１０２、つまり可動ユニットは、パンニング方向回転軸１２を中心にパンニング方向２０に回転駆動される。
　同様に、１対のチルティング駆動コイル３０２に通電することにより、１対のチルティング駆動コイル３０２はチルティング駆動磁石４０２より偶力の電磁力を受け、可動ユニットは、チルティング方向回転軸１１を中心にチルティング方向２１に回転駆動される。
　さらにパンニング駆動コイル３０１およびチルティング駆動コイル３０２に同時に通電することにより、カメラ部１００が搭載された可動ユニットを２次元的に傾斜させることができる。
　また光軸１０を中心とした円周上に配置された４つのローリング駆動コイル３０３に通電することにより、１対のパンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２から電磁力を受け、カメラ部１００を搭載した可動ユニットは、光軸１０を中心にローリング方向２２に回転駆動される。
　より具体的には、図９に示すように、ローリング駆動コイル３０３に通電した場合、チルティング駆動磁石４０２に対向する部分では上向きの方向１８０に、パンニング駆動磁石４０１に対向する部分では下向きの方向１８１に駆動電流が流れる。
　したがって、チルティング駆動磁石４０２の着磁方向を光軸１０に対して外向きの方向１８２、１８６に、パンニング駆動磁石４０１の着磁方向を光軸１０に対して内向きの方向１８３、１８５に着磁させることにより、各駆動磁石と各コイルの対向する部分との間において、フレミングの左手の法則による電磁力１９０が、光軸１０回りに同じ方向に発生し、可動ユニットをローリング方向２２に回転させる。
　このように、本実施形態は、可動ユニットにパンニング駆動コイル３０１とチルティング駆動コイル３０２およびローリング駆動コイル３０３を設けたムービングコイル駆動方式を採用している。この構成では、一般的に可動ユニットの重量を軽減できるという利点がある。
　また、本実施形態によれば、ローリング方向２２への駆動するための専用の駆動磁石を設けず、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２がローリング方向２２への駆動磁石を兼ねている。このためカメラ駆動装置１６５を軽量化することができ、また、構成部品の数を減らすことができる。
　さらに、パンニング駆動コイル３０１の一側面とチルティング駆動コイル３０２の一側面を橋架するように、４つのローリング駆動コイル３０３を貼付固定するコイルの構成と、光軸１０を中心とする円周方向において、９０度隔てて隣り合うパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２の着磁方向を逆向きに配置する磁石の構成を設けることにより、４つのローリング駆動コイル３０３の電磁力を発生する有効長を増大させることができ、ローリング方向２２への駆動効率を向上できる。
　次に、磁気吸引力Ｆを利用した可動ユニットの中立位置への復帰機能を説明する。図４に示すように、１対のパンニング駆動磁石４０１とチルティング駆動磁石４０２に対向する部分に１対のパンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４を配置している。このため、ローリング方向２２の回転角度が０である場合、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２とパンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４との磁気ギャップがそれぞれ最小となる。したがって、ローリング駆動コイル３０３に通電しない場合、磁気吸引力変動を利用した磁気バネ効果により、可動ユニットをローリング方向２２の中立位置、つまり、パンニング駆動磁石４０１およびチルティング駆動磁石４０２がパンニング磁気ヨーク２０３およびチルティング磁気ヨーク２０４へそれぞれ最も近接する位置に維持することができる。
　次に、カメラ部１００と固定部に設けられる電源や画像処理回路をつなぐ配線部材である配線３１０’について説明する。
　図１、図７に示すように、配線３１０’は、突起部２０２の周囲に沿って、螺旋状に巻きつけられている。好ましくは、配線３１０’は扁平形状および可撓性を有する。配線３１０’は好ましくは、少なくとも１つのフレキシブルプリント配線板３１０を含む。本実施形態では、配線３１０’は、１対のフレキシブルプリント配線板３１０を含んでいる。１対のフレキシブルプリント配線板３１０は、それぞれ、可動ユニットが中立位置にあるときの光軸１０を中心として、同方向に旋回している。言い換えると、１対のフレキシブルプリント配線板３１０は、全体として、光軸１０を中心とする概ね軸対称の構造を有している。各フレキシブルプリント配線板３１０の一端は、可動部１０２に取り付けられる中継基板３２０に設けられたコネクタ３２５に接続され、他端は、固定部に設けられる電源、画像処理回路などの外部回路（図示せず）に接続される。
　本実施形態では、可動部１０２に駆動コイルが搭載されていることから、中継基板３２０には、カメラ部１００からの信号線と、各駆動コイルの配線が接続され、配線３１０’を介して、外部回路に接続される。
　配線３１０’は、突起部２０２の周囲に沿って螺旋状に巻きつけられているため、省スペースで、多くの撓み余裕を確保することができる。このため、可動ユニットがパンニング方向２０、チルティング方向２１およびローリング方向２２に回動する動きを妨げることなく、可動ユニットのスムーズな回転動作を実現することができる。
　また、可動ユニットが球心２０２Ａを中心に回動する際に必要となる可動部１０２と突起部２０２の間の空間を利用して、配線３１０’を引き回していることから、配線３１０’の屈曲スペースを新たに構成する必要がない。このため、カメラ駆動装置１６５の小型化を図ることができる。
　さらに、配線’３１０を構成する１対のフレキシブルプリント配線板３１０は、光軸１０に対して軸対称の構造を有している。このため、可動ユニットがパンニング方向およびチルティング方向に回転することによって、中立状態にある光軸１０から見ていずれの方位に傾斜した場合でも、１対のフレキシブルプリント配線板３１０に生じたが弾性力が、ほぼ等しい力で可動ユニットを中立位置に戻そうと可動ユニットに働く。したがって、可動ユニットを中立位置に保持する際に、余分なオフセット電流を常時、通電させる必要がなくなるため、消費電力を低減することができる。また、可動ユニットが中立位置からいずれの方位に傾斜した場合でも、可動ユニットを中立位置に戻そうとする１対のフレキシブルプリント配線板３１０の弾性力はほぼ等しい。このため、傾斜状態を維持するためにパンニング駆動部およびローリング駆動部が発生させる駆動力も、可動ユニットの傾斜方位によらず、ほぼ等しくなり、パンニング駆動部およびローリング駆動部の制御性が向上する。
　このように、本実施形態によれば、カメラ部１００、可動部１０２、突起部２０２、吸着用磁石４０４の中心軸が、すべて、支持中心であり駆動中心でもある球心２０２Ａを通る光軸１０と一致するように配置される。したがって、可動ユニットの重心が球心２０２Ａと一致し、可動ユニットを重心で支持するとともに、重心を通り互いに直交する３軸回りの回転駆動を実現することができる。また、可動ユニットの脱落を防止することができる。
　また、配線３１０’を、突起部２０２の周囲に沿って、螺旋状に引き回すことにより、省スペースで、かつ配線３１０’の撓み余裕を多く確保することができるため、可動ユニットのスムーズな回転動作を実現することができる。
　次に可動ユニットの傾きや回転の検出について説明する。カメラ駆動装置１６５は、固定ユニットに対するカメラ部１００が搭載された可動ユニットの傾斜角度およびレンズの光軸１０回りの回転角度を検出するための検出器を備える。具体的には、可動ユニットの２次元の傾斜角度、つまり、パンニング方向２０およびチルティング方向２１の回転角度を検出するための第１の検出部と、レンズの光軸１０回りの傾斜角度を検出するための第２の検出部とを備える。
　まず、第１の検出部による、可動ユニットのパンニング方向２０およびチルティング方向２１における可動ユニットの傾斜角度の検出について説明する。
　図１、図７、図８に示すように、可動ユニットの傾斜角度を検出するために、第１の検出部は第１の磁気センサー５０１を備える。第１の磁気センサー５０１は、２軸周りの傾きあるいは回転を検出可能であり、光軸１０方向に１極に着磁された吸着用磁石４０４に対向するように突起部２０２の内部に配置されている。
　図１０は、可動ユニットの中立位置における光軸１０’から可動ユニットをパンニング方向へ角度θに傾斜させた状態における、光軸１０とチルティング方向回転軸１１を含む平面での断面図である。
　図１０に示すように、第１の磁気センサー５０１の内部には、光軸１０を中心にホール素子（図示せず）がチルティング方向回転軸１１およびパンニング方向回転軸１２上にそれぞれ１対ずつ対称に配置されている。第１の磁気センサー５０１は、可動ユニットのパンニング方向２０に角度θの傾斜動作によって生じる吸着用磁石４０４の磁力変化を２軸成分としてそれぞれ差動検出し、パンニング傾斜角度およびチルティング傾斜角度を算出することができる。また、突起部２０２の先端には吸着用磁石４０４の磁力線が第１の磁気センサー５０１に直接的に入り込めるよう開口部２０２Ｈが設けられている。
　このように、本実施形態によれば、吸着用磁石４０４が突起部２０２に磁気吸引力Ｆを付与する機能に加えて、傾斜角度を検出するための磁石としても機能するため、構成部品点数の低減と装置の小型化を図ることができる。また、吸着用磁石４０４と球心２０２Ａとの間隔を短くでき、第１の磁気センサー５０１を小型化できるという利点も得られる。
　次に、第２の検出部による、可動ユニットのローリング方向２２における回転角度の検出について説明する。図１１、図１２、図１３に示すように、可動ユニットの回転角度を検出するために、第２の検出部は、突起部２０２の側面に設けられた開口部２００Ｋに挿入された１対の回転検出用磁石４０３と、回転検出用磁石４０３に対向するように、１対のフレキシブルプリント配線板３１０上に取り付けられた１対の第２の磁気センサー５０３をさらに備える。
　図１１は、可動ユニットの光軸１０回りのローリング方向２２の回転角度を検出するための第２の検出部である第２の磁気センサー５０３の配置を示す分解斜視図であり、図１２は、第２の検出部における光軸１０とパンニング方向回転軸１２を含む平面での断面図であり、図１３は、図１２におけるＡ－Ａ線断面図である。
　図１２、図１３、図１４に示すように、１対の第２の磁気センサー５０３は、回転検出用磁石４０３の回転による磁力変化を検出して、可動ユニットの回転角度を算出する。１対の第２の磁気センサー５０３および１対の回転検出用磁石４０３は、１０光軸に直交する平面上であって球心２０２Ａを通る直線において、球心２０２Ａに対して対称にそれぞれ配置されている。
　図１１、図１３に示すように、１対の回転検出用磁石４０３のそれぞれは、２極に分割着磁されている。具体的には、１対の回転検出用磁石４０３のそれぞれは、光軸１０に直交する平面上において光軸１０を中心とする円の円周方向に配列され、逆向き方向に着磁された２つの磁極を有する。これにより、１対の回転検出用磁石４０３における磁極は、球心２０２Ａを通る方向に着磁され、互いに異極が向かい合うように対向配置されている。
　１対の第２の磁気センサー５０３は、可動部ユニットのローリング方向２２への回転動作によって、相対的に移動する回転検出用磁石４０３の磁気変化を差動検出して、ローリング方向２２の回転角度を算出することできる。回転検出用磁石４０３は２極に分割着磁されているため、可動ユニットのローリング方向２２の回転動作によって、急峻な磁気変化が得られ、この磁気変化を差動検出することで、高感度な回転角度検出が可能となる。
　パンニング方向２０およびチルティング方向２１に可動ユニットが傾斜した場合、ローリング方向２２へのクロストーク出力が発生し得る。しかしながら、１対の回転検出用磁石４０３による磁気変化を１対の第２の磁気センサー５０３で差動検出することによって、このクロストーク出力をキャンセルさせることが可能となる。したがって、可動ユニットの傾斜可能な範囲においてローリング方向２２の回転角度のみを正しく抽出して検出することができる。
　また、図１１に示すように、１対の第２の磁気センサー５０３は、可動部１０２と突起部２０２の間の空間に引き回された１対のフレキシブルプリント配線板３１０上に取り付けられている。このため、光軸１０を中心とした大きな半径の円周上に駆動コイルユニットを設けて駆動モーメント力を向上させるとともに、光軸１０を中心とした小さな円周上にローリング方向２２の回転角度検出を行う第２の検出部である第２の磁気センサー５０３を設けることができ、空間を有効に活用することができる。
　また、１対のフレキシブルプリント配線板３１０は、１対の第２の磁気センサー５０３をそれぞれ搭載するため、カメラ部１００と接続される側の半径が、外部回路と接続される側の半径より小さくなるように、突起部２０２周辺を螺旋形状に引き回されている。つまり、フレキシブルプリント配線板３１０のそれぞれは、カメラ部１００と接続される側が内側に位置し、外部回路と接続される側が外側に位置する螺旋形状を有している。このため、フレキシブルプリント配線板３１０のカメラ部１００と接続される側は、互いにもう一方のフレキシブルプリント配線板３１０と干渉しやすくなる。本実施形態では、この干渉を抑制するために、フレキシブルプリント配線板３１０は、カメラ部１００と接続される側の近傍において、面取り形状１０Ａあるいは、折り曲げ形状３１０Ａを備えている。１対のフレキシブルプリント配線板３１０がこの形状を有することによって、相互の干渉を抑制している。
　また、１対のフレキシブルプリント配線板３１０に１対の第２の磁気センサー５０３をそれぞれ直接実装することにより、第２の磁気センサー５０３と接続する配線をフレキシブルプリント配線板３１０に含めることができる。その結果、第２の磁気センサー５０３用配線を設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができる。
　このように、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、カメラ本体と固定部に設けられる外部回路とをつなぐ配線を、突起部の周辺に沿って、螺旋状に引き回すことにより、省スペースで、多くの撓み余裕を確保することができる。また、可動ユニットがパンニング方向、チルティング方向およびローリング方向に回動する動きを妨げることなく、可動ユニットのスムーズな回転動作を実現することができる。加えて、可動部と突起部の間の空間を利用して、配線を引き回していることから、カメラ駆動装置の小型化を行うことができる。
　また、配線を構成する１対のフレキシブルプリント配線板は、光軸を中心に対して軸対称の構造を有している。このため、可動ユニットがパンニング方向およびチルティング方向に回転することによって、中立状態にある光軸１０から見ていずれの方位に傾斜した場合でも、１対のフレキシブルプリント配線板に生じた弾性力がほぼ等しい力で可動ユニットを中立位置に戻そうと可動ユニットに働く。したがって、傾斜状態を維持するためにパンニング駆動部およびローリング駆動部が発生させる駆動力も、可動ユニットの傾斜方位によらず、ほぼ等しくなり、パンニング駆動部およびローリング駆動部の制御性が向上する。また、可動ユニットを中立位置に保持する際に、余分なオフセット電流を常時、通電させる必要がなくなるため、消費電力を低減することができる。
　また、光軸と垂直な平面において光軸の位置を中心とする円周方向にそって互いに逆向きに着磁された１対の回転検出磁石を固定ユニットに配置し、可動ユニットから引き出された１対のフレキシブルプリント配線板上に設けられた１対の第２の磁気センサーが、相対的に移動する回転検出用磁石の磁気変化を検出する。この検出出力の差動を用いることで、パンニングとチルティング方向に可動ユニットを回動した場合に発生するクロストーク出力をキャンセルすることができるため、可動ユニットの回動可能な範囲でローリング方向の角度のみを抽出して検出することができる。
　また、第２の磁気センサーをフレキシブルプリント配線板上に設けることによって、光軸を中心とした大きな半径の円周上に駆動部を設けて駆動モーメント力を向上させるとともに、小さな半径の円周上にローリング方向の角度を検出する第２の磁気センサーを設けることができる。このため、空間を有効に活用し、装置として省スペース化を実現できる。
　また、フレキシブルプリント配線板に第２の磁気センサーを直接実装することにより、センサー用の配線を削減して、部品点数の削減を図ることができる。
　なお、本実施形態では、カメラ駆動装置は、配線として１対のフレキシブルプリント配線板を備えている。しかし、本発明はこれに限定されることなく、３本のフレキシブルプリント配線板を、光軸を中心に１２０度間隔で配置することで、フレキシブルプリント配線板の弾性を利用した可動部の中立位置保持を行ってもよい。あるいは、４本のフレキシブルプリント配線板を、光軸を中心に９０度間隔で配置してもよい。また、これらの場合、どれか２つのフレキシブルプリント配線板上に第２の磁気センサーを実装することで、同様な回転検出を行うことができる。
　また、さらに５本以上の場合においても、同様に光軸を中心に、等間隔でフレキシブルプリント配線板を引き回し、その内の２ヶ所（偶数本の引き回しであれば、対称となる位置）に第２の磁気センサーを実装するで、同様な効果を得ることができる。
　したがって、本実施形態のカメラ駆動装置によれば、たとえば、パンニング方向およびチルティング方向に±１０度以上の大きな角度で可動ユニットを傾斜させ、また、ローリング方向に±１０度以上の大きな角度で可動ユニットを回転させることができる。また、５０Ｈｚ程度までの広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現できる。
　その結果、カメラ部の高速パンニング・チルティング・ローリング動作を実現するとともに、歩行撮影時の手振れで発生する撮影画像の像振れを補正することのできるカメラ駆動装置が実現する。また、小型で堅牢な脱落防止構造を備えるため、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強いカメラ駆動装置が実現する。
　本発明のカメラ駆動装置は、パンニング方向とチルティング方向およびローリング方向に駆動可能な構成により、歩行撮影時に撮影者の重心移動によって発生するローリング振れを含めた３軸方向の振れ補正を実現できるウエアラブルカメラ等に適している。また高速チルティング・パンニング・ローリング動作を必要とする被写体の高速追従カメラや監視・車載カメラに適している。
　さらに高速チルティング動作や高速パンニング動作を行うことにより、撮影画像の高速合成を実現でき、静止画のみならず動画の超広角撮影ができるビデオカメラを提供することができる。
　１０　光軸
　１１　パンニング方向回転軸
　１２　チルティング方向回転軸
　２０　チルティング方向
　２１　パンニング方向
　２２　ローリング方向
　５０　空隙
　１００　カメラ部
　１０２　可動部
　１０２Ｄ、１０２Ｆ、１０２Ｇ　当接面
　１０２Ｃ　接触面
　１６５　カメラ駆動装置
　１７０　カメラユニット
　２００　ベース
　２００Ｋ　開口部
　２０１　脱落防止部材
　２０１Ａ　脱落防止規制部
　２０２　突起部
　２０２Ａ　球心
　２０２Ｆ　開口部
　２０３、２０４磁気ヨーク
　２１０　連結部材
　３０１、３０２、３０３　駆動コイル
　３１０　フレキシブルプリント配線板
　３１０’　配線
　３２０　中継基板
　４０１、４０２　駆動用磁石
　４０３　回転検出用磁石
　４０４　吸着用磁石
　５０１　第１の磁気センサー
　５０３　第２の磁気センサー

Claims (9)

  1. 　撮像面を有する撮像素子、光軸を有し、前記撮像面に被写体像を形成するレンズおよび前記レンズを保持するレンズ鏡筒を含むカメラ部と、
    　少なくとも一部が磁性体からなり、部分球面形状を備えた突起部を有する固定ユニットと、
    　前記カメラ部を搭載する可動ユニットであって、前記磁性体に対して磁気吸引力を発生させる吸着用磁石、および、前記磁気吸引力により前記突起部が遊嵌し接触する円錐形状の接触面を有し、前記突起部の前記球面の球心に対して自在に回動する可動ユニットと、
    　前記固定ユニットに対して前記カメラ部をパンニング方向へ傾斜させるパンニング駆動部と、
    　前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記パンニング方向と直交するチルティング方向へ傾斜させるチルティング駆動部と、
    　前記固定ユニットに対して前記カメラ部を前記レンズの光軸を中心に回転するローリング方向へ回転させるローリング駆動部と、
    　前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度と前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する検出器と、

    　前記カメラ部と外部回路とを接続する配線であって、前記突起部に螺旋状に巻きつけられている配線と
    を備えるカメラ駆動装置。
  2. 　前記配線は少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板を含み、前記少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板は、前記可動ユニットが中立位置にあるときの前記光軸に対して軸対の構造を有している請求項１に記載のカメラ駆動装置。
  3. 　前記検出器は、
    　前記固定ユニットに対する前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向への傾斜角度を検出する第１の検出部と、
    　前記ローリング方向に回転する前記カメラ部の回転角度を検出する第２の検出部とを含む請求項２に記載のカメラ駆動装置。
  4. 　前記第１の検出部は、前記固定ユニットに固定された第１の磁気センサーを含み、
    　前記第１の磁気センサーは、前記可動ユニットに設けられた前記吸着用磁石の傾斜による磁力変化を検出し、前記カメラ部の前記パンニングおよびチルティング方向の２次元の傾斜角度を算出する請求項３に記載のカメラ駆動装置。
  5. 　前記第２の検出部は、
    　前記固定ユニットに固定された１対の回転検出用磁石と、
    　前記少なくとも２つのフレキシブルプリント配線板の２つにそれぞれに取り付けられた１対の第２の磁気センサーと
    を含み、
    　前記１対の第２の磁気センサーは、前記回転検出用磁石との相対的な回転移動による磁力変化を検出して、前記カメラ部の回転角度を算出する請求項４に記載のカメラ駆動装置。
  6. 　前記１対の第２の磁気センサーと前記１対の回転検出用磁石は、前記光軸に直交する平面で、かつ前記球心を通る直線上で、前記球心に対して対称にそれぞれ配置されている請求項５に記載のカメラ駆動装置。
  7. 　前記１対の回転検出用磁石は、前記レンズの光軸に直交する平面において、前記球心を通る直線でそれぞれ逆向き方向に着磁された２つの磁極を有し、かつ２つの前記磁極は前記光軸を中心とする円の円周方向に配列されている請求項５または６に記載のカメラ駆動装置。
  8. 　前記フレキシブル配線は、前記カメラ部と接続される側の端部近傍において、面取り形状または折り曲げ形状を有している請求項２に記載のカメラ駆動装置。
  9. 　前記光軸方向において、前記可動ユニットと所定の空隙を隔てて配置された脱落防止規制部を有し、前記固定ユニットに固定された脱落防止部材をさらに備える請求項１から８のいずれかに記載のカメラ駆動装置。
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