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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185492
(43)【公開日】2022-12-14
(54)【発明の名称】駆動装置、及び撮像装置
(51)【国際特許分類】
G03B 5/00 20210101AFI20221207BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20221207BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20221207BHJP
G03B 17/00 20210101ALI20221207BHJP
H04N 5/225 20060101ALI20221207BHJP
H04N 5/232 20060101ALI20221207BHJP
【ＦＩ】
G03B5/00 J
G03B15/00 U
G02B7/02 Z
G02B7/02 F
G03B17/00 Q
H04N5/225 100
H04N5/232 480
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021093217
(22)【出願日】2021-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】513068816
【氏名又は名称】エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＺ ＤＪＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】６Ｆ，ＨＫＵＳＴ ＳＺ ＩＥＲ Ｂｌｄｇ．ＮＯ．９ Ｙｕｅｘｉｎｇ １ｓｔ Ｒｄ．Ｈｉ－Ｔｅｃｈ Ｐａｒｋ（Ｓｏｕｔｈ），Ｎａｎｓｈａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０５７ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】干野 隆之
(72)【発明者】
【氏名】本庄 謙一
【テーマコード（参考）】
2H020
2H044
2K005
5C122
【Ｆターム（参考）】
2H020ME11
2H044AH00
2H044AJ06
2K005CA13
2K005CA23
2K005CA40
2K005CA53
5C122EA41
5C122GE05
5C122GE07
5C122GE11
5C122HA75
5C122HA82
5C122HA88
5C122HB06
5C122HB10
(57)【要約】
【解決手段】駆動装置は、固定部材と、固定部材に対して移動する移動部材と、固定部材に対して移動部材を移動させるボイスコイルモータと、固定部材と移動部材との位置関係を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいてボイスコイルモータを制御するように構成される回路とを備えてよい。ボイスコイルモータは、固定部材及び移動部材の一方に設けられるボイスコイルと、ボイスコイルに対向して固定部材及び移動部材の他方に設けられる磁石とを有してよい。検出部は、固定部材及び移動部材の一方に、移動部材の移動方向である第１方向に沿ってボイスコイルの内側において互いに離間して設けられる第１ホール素子及び第２ホール素子を有してよい。回路は、第１ホール素子及び第２ホール素子の出力に基づいて、ボイスコイルに流す電流を制御して固定部材と移動部材との位置関係を調整するように構成されてよい。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定部材と、
前記固定部材に対して移動する移動部材と、
前記固定部材に対して前記移動部材を移動させるボイスコイルモータと、
前記固定部材と前記移動部材との位置関係を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記ボイスコイルモータを制御するように構成される回路と
を備え、
前記ボイスコイルモータは、
前記固定部材及び前記移動部材の一方に設けられるボイスコイルと、
前記ボイスコイルに対向して前記固定部材及び前記移動部材の他方に設けられる磁石と
を有し、
前記検出部は、
前記固定部材及び前記移動部材の前記一方に、前記移動部材の移動方向である第１方向に沿って前記ボイスコイルの内側において互いに離間して設けられる第１ホール素子及び第２ホール素子を有し、
前記回路は、前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子の出力に基づいて、前記ボイスコイルに流す電流を制御して前記固定部材と前記移動部材との位置関係を調整するように構成され、
前記第１ホール素子と前記第２ホール素子との間の第１距離は、０．８ｍｍ以上であり、
前記第１方向における前記第１ホール素子と前記ボイスコイルとの間の第２距離は、１．２ｍｍ以上であり、
前記第１距離、前記第２距離、及び前記第１方向における前記第２ホール素子と前記ボイスコイルとの間の第３距離の和は、１２ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルのコイルピッチは、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルの巻き数は、１００ターン以上、４００以下であり、
前記ボイスコイルの前記第１方向と交差する第２方向における平均磁路長は、１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルに流す電流の電流値は、０．２Ａ以下であり、
前記移動部材の移動距離に対する前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子のそれぞれの磁束密度の変化率は、０．３Ｔ／ｍｍ以上、０．６Ｔ／ｍｍ以下である、駆動装置。
前記固定部材に対して移動する移動部材と、
前記固定部材に対して前記移動部材を移動させるボイスコイルモータと、
前記固定部材と前記移動部材との位置関係を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記ボイスコイルモータを制御するように構成される回路と
を備え、
前記ボイスコイルモータは、
前記固定部材及び前記移動部材の一方に設けられるボイスコイルと、
前記ボイスコイルに対向して前記固定部材及び前記移動部材の他方に設けられる磁石と
を有し、
前記検出部は、
前記固定部材及び前記移動部材の前記一方に、前記移動部材の移動方向である第１方向に沿って前記ボイスコイルの内側において互いに離間して設けられる第１ホール素子及び第２ホール素子を有し、
前記回路は、前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子の出力に基づいて、前記ボイスコイルに流す電流を制御して前記固定部材と前記移動部材との位置関係を調整するように構成され、
前記第１ホール素子と前記第２ホール素子との間の第１距離は、０．８ｍｍ以上であり、
前記第１方向における前記第１ホール素子と前記ボイスコイルとの間の第２距離は、１．２ｍｍ以上であり、
前記第１距離、前記第２距離、及び前記第１方向における前記第２ホール素子と前記ボイスコイルとの間の第３距離の和は、１２ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルのコイルピッチは、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルの巻き数は、１００ターン以上、４００以下であり、
前記ボイスコイルの前記第１方向と交差する第２方向における平均磁路長は、１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、
前記ボイスコイルに流す電流の電流値は、０．２Ａ以下であり、
前記移動部材の移動距離に対する前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子のそれぞれの磁束密度の変化率は、０．３Ｔ／ｍｍ以上、０．６Ｔ／ｍｍ以下である、駆動装置。
【請求項2】
前記固定部材及び前記移動部材の前記一方の熱膨張による前記第１方向における前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子のそれぞれの位置ずれは、－０．０１ｍｍ以上、０．０１ｍｍ以下である、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項3】
前記ボイスコイルに流す電流の電流値は、１ｍＡ以上である、請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項4】
前記磁石は、両面４極着磁の磁石であり、
前記磁石の前記ボイスコイルに対向する面は、第１極が着磁された第１領域と、前記第１領域に前記移動部材の移動方向で隣接し、第２極が着磁された第２領域とを含む、請求項１から３の何れか１つに記載の駆動装置。
前記磁石の前記ボイスコイルに対向する面は、第１極が着磁された第１領域と、前記第１領域に前記移動部材の移動方向で隣接し、第２極が着磁された第２領域とを含む、請求項１から３の何れか１つに記載の駆動装置。
【請求項5】
前記磁石は、ネオジム磁石である、請求項１から４の何れか１つに記載の駆動装置。
【請求項6】
前記ボイスコイル、前記第１ホール素子、及び前記第２ホール素子は、前記固定部材に設けられ、
前記磁石は、前記移動部材に設けられる、請求項１から５の何れか１つに記載の駆動装置。
前記磁石は、前記移動部材に設けられる、請求項１から５の何れか１つに記載の駆動装置。
【請求項7】
請求項１から６の何れか１つに記載の駆動装置と、
レンズと、
前記レンズを介して結像された像を電気的な信号に変換するイメージセンサと
を備え、
前記レンズまたは前記イメージセンサが前記移動部材に保持される、撮像装置。
レンズと、
前記レンズを介して結像された像を電気的な信号に変換するイメージセンサと
を備え、
前記レンズまたは前記イメージセンサが前記移動部材に保持される、撮像装置。
【請求項8】
前記第１方向は、前記レンズの光軸と交差する方向であり、
前記回路は、前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子の出力に基づいて、前記ボイスコイルに流す電流を制御して前記固定部材と前記移動部材との位置関係を調整することで、前記レンズまたは前記イメージセンサを光軸と交差する方向に移動させて像振れ補正を実行する、請求項７に記載の撮像装置。
前記回路は、前記第１ホール素子及び前記第２ホール素子の出力に基づいて、前記ボイスコイルに流す電流を制御して前記固定部材と前記移動部材との位置関係を調整することで、前記レンズまたは前記イメージセンサを光軸と交差する方向に移動させて像振れ補正を実行する、請求項７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動装置、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ボイスコイルモータにより補正レンズを移動させるレンズシフト方式の手振れ補正ユニットにおいて、ホール素子を利用して、補正レンズを支持する可動部材の位置を検出することが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－１１８５１７号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－１１８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
温度の影響により、ホール素子を利用した位置の検出の精度が低下する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一態様に係る駆動装置によれば、固定部材を備えてよい。駆動装置は、固定部材に対して移動する移動部材を備えてよい。駆動装置は、固定部材に対して移動部材を移動させるボイスコイルモータを備えてよい。駆動装置は、固定部材と移動部材との位置関係を検出する検出部を備えてよい。駆動装置は、検出部の検出結果に基づいてボイスコイルモータを制御するように構成される回路を備えてよい。ボイスコイルモータは、固定部材及び移動部材の一方に設けられるボイスコイルと、ボイスコイルに対向して固定部材及び移動部材の他方に設けられる磁石とを有してよい。
【0005】
検出部は、固定部材及び移動部材の一方に、移動部材の移動方向である第１方向に沿ってボイスコイルの内側において互いに離間して設けられる第１ホール素子及び第２ホール素子を有してよい。回路は、第１ホール素子及び第２ホール素子の出力に基づいて、ボイスコイルに流す電流を制御して固定部材と移動部材との位置関係を調整するように構成されてよい。
【0006】
第１ホール素子と第２ホール素子との間の第１距離は、０．８ｍｍ以上でよい。第１方向における第１ホール素子とボイスコイルとの間の第２距離は、１．２ｍｍ以上でよい。第１距離、第２距離、及び第１方向における第２ホール素子とボイスコイルとの間の第３距離の和は、１２ｍｍ以下でよい。ボイスコイルのコイルピッチは、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下でよい。ボイスコイルの巻き数は、１００ターン以上、４００以下でよい。ボイスコイルの第１方向と交差する第２方向における平均磁路長は、１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下でよい。ボイスコイルに流す電流の電流値は、０．２Ａ以下でよい。移動部材の移動距離に対する第１ホール素子及び第２ホール素子のそれぞれの磁束密度の変化率は、０．３Ｔ／ｍｍ以上、０．６Ｔ／ｍｍ以下でよい。
【0007】
固定部材及び移動部材の一方の熱膨張による第１方向における第１ホール素子及び第２ホール素子のそれぞれの位置ずれは、－０．０１ｍｍ以上、０．０１ｍｍ以下でよい。
【0008】
ボイスコイルに流す電流の電流値は、１ｍＡ以上でよい。
【0009】
磁石は、両面４極着磁の磁石でよい。磁石のボイスコイルに対向する面は、第１極が着磁された第１領域と、第１領域に移動部材の移動方向で隣接し、第２極が着磁された第２領域とを含んでよい。
【0010】
磁石は、ネオジム磁石でよい。
【0011】
ボイスコイル、第１ホール素子、及び第２ホール素子は、固定部材に設けられてよい。磁石は、移動部材に設けられてよい。
【0012】
本発明の一態様に係る撮像装置は、上記駆動装置と、レンズと、レンズを介して結像された像を電気的な信号に変換するイメージセンサとを備えてよい。レンズまたはイメージセンサが移動部材に保持されてよい。
【0013】
第１方向は、レンズの光軸と交差する方向でよい。回路は、第１ホール素子及び第２ホール素子の出力に基づいて、ボイスコイルに流す電流を制御して固定部材と移動部材との位置関係を調整することで、レンズまたはイメージセンサを光軸と交差する方向に移動させて像振れ補正を実行してよい。
【0014】
本発明の一態様によれば、温度の影響により、ホール素子を利用した位置の検出の精度が低下することを抑止できる。
【0015】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】撮像装置の機能ブロックを示す図である。
【図2】ボイスコイルモータを模式的に示す図である。
【図3】ボイスコイル、２つのホール素子の寸法関係を示す図である。
【図4】磁石の移動距離と、ホール素子が検出する磁束密度との関係を示す図である。
【図5】複数のコイルが積層されたボイスコイルとホール素子が検出する磁束密度を示す図である。
【図6】移動方向の中心からホール素子の感磁部の中心までの距離ｘｈと、位置換算誤差ＥＲＲの関係を計算したグラフを示す図である。
【図7】ｘｈとＥＲＲ値との関係を計算したグラフを示す図である。
【図8】無人航空機及び遠隔操作装置の外観の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0018】
特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。
【0019】
図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の機能ブロックを示す図である。撮像装置１００は、撮像部１０２及びレンズ部２００を備える。レンズ部２００は、レンズ装置の一例である。撮像部１０２は、イメージセンサ１２０、撮像制御部１１０、メモリ１３０、及び加速度センサ１４０を有する。
【0020】
イメージセンサ１２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１２０は、複数のレンズ２１０を介して結像された光学像を撮像し、撮像された画像を撮像制御部１１０に出力する。撮像制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。
【0021】
メモリ１３０は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、及びソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１３０は、撮像制御部１１０がイメージセンサ１２０などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。
【0022】
加速度センサ１４０は、撮像装置１００の前後、左右、及び上下の３軸方向の加速度を検出する。撮像制御部１１０は、撮像装置１００の前後、左右、及び上下の３軸方向の加速度を示す情報を、撮像装置１００の姿勢状態を示す姿勢情報として加速度センサ１４０から取得する。
【0023】
レンズ部２００は、複数のレンズ２１０、駆動機構２２０、レンズ制御部２５０、及びメモリ２５２を有する。複数のレンズ２１０は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ部２００は、撮像部１０２に対して着脱可能に設けられる交換レンズでよい。
【0024】
複数のレンズ２１０は、像振れ補正を行う際に、光軸の方向に対して交差する方向に移動するレンズ２１２を含む。駆動機構２２０は、レンズ２１２を光軸の方向に対して交差する方向に移動させる。駆動機構２２０は、ボイスコイルモータを含み、ボイスコイルモータを駆動することで、レンズ２１２を光軸の方向に対して交差する方向に移動させる。
【0025】
レンズ制御部２５０は、撮像部１０２からのレンズ制御命令に従って、駆動機構２２０を駆動して、レンズ２１２を移動させて、像振れ補正を実行する。メモリ２５２は、複数のレンズ２１０の制御値を記憶する。メモリ２５２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。駆動機構２２０、及びレンズ制御部２５０が、駆動装置として機能する。
【0026】
図２は、ボイスコイルモータ２２２を模式的に示す。ボイスコイルモータ２２２は、ボイスコイル２２４、及び磁石２２８を有する。磁石２２８は、レンズ２１２を保持する保持枠に固定される。ボイスコイル２２４は、保持枠を光軸と交差する方向に移動可能に保持する固定部材に固定する。保持枠は、レンズ２１２とともに、光軸と垂直な方向に移動可能に、固定部材に保持されてよい。
【0027】
ボイスコイルモータ２２２は、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂをさらに有する。ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、保持枠及びレンズ２１２の移動方向２２１に沿って、ボイスコイル２２４の内側において互いに離間して配置され、固定部材に固定される。固定部材は、フレキシブルプリント基板を含み、ボイスコイル２２４、ホール素子２２６Ａ、及びホール素子２２６Ｂは、フレキシブルプリント基板に設けられてよい。フレキシブルプリント基板は、ポリイミドなどのプラスチックフィルムから構成されてよい。
【0028】
ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、磁石２２８の移動に伴う磁界の変化により、磁石２２８の移動方向及び移動量に応じた電圧値を示す信号を出力する。レンズ制御部２５０は、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂから出力される信号に基づいて、レンズ２１２の移動方向及び移動量を特定して、レンズ２１２の移動方向及び移動量に基づいて、ボイスコイル２２４に流す電流を制御して、レンズ２１２を目標位置に移動させる。
【0029】
磁石２２８は、両面４極着磁の磁石でよい。磁石２２８のボイスコイル２２４に対向する面は、Ｎ極が着磁された第１領域２２８ａと、第１領域２２８ａにレンズ２１２の移動方向２２１で隣接し、Ｓ極が着磁された第２領域２２８ｂとを含む。磁石２２８は、ネオジム磁石でよい。ネオジム磁石は、磁束密度が高いので、ボイスコイルモータとしての最高推力を発揮できる。
【0030】
なお、ボイスコイル２２４、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂが、移動部材であるレンズ２１２の保持枠に設けられ、磁石２２８が固定部材に設けられてもよい。
【0031】
また、レンズ２１２の代わりに、イメージセンサ１２０を光軸と垂直な方向に移動させて像振れ補正を実行するための駆動機構として、ボイスコイルモータ２２２が、用いられてもよい。
【0032】
上記のように構成されたボイスコイルモータ２２２において、ボイスコイル２２４に電流を流すことにより、電流と磁場のローレンツ力で磁石２２８に推力が発生し、磁石２２８が移動する。ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、ボイスコイル２２４の空芯部分に配置されている。そのため、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、磁石２２８の移動量を磁束密度の変化として検出する。なお、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂを、ボイスコイル２２４の空芯部分に設けることで、ボイスコイルモータ２２２の構造を薄型化及び小型化できる。
【0033】
図３は、ボイスコイル２２４、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂの寸法関係を示す図である。距離ＺＣは、ボイスコイル２２４の長手方向、つまり磁石２２８の移動方向２２１と垂直な方向の平均磁路長を示す。距離ｘｈは、ボイスコイル２２４の空芯部分の中心２２４ａからホール素子２２６Ａの感磁部の中心までの距離を示す。距離ｘ０は、ボイスコイル２２４の長手方向に延びるコイル部分からホール素子２２６Ａの感磁部の中心までの距離を示す。
【0034】
図４は、磁石２２８の移動距離と、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂが検出する磁束密度との関係を示す。磁石２２８の移動に伴い、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、略線形に変化する異なる磁束密度を検出する。
【0035】
ここで、ホール素子２２６Ａの出力を、
Ａ０＝Ｋ（ｘ－ｘｈ） ・・・式（１）
とする。
Ａ０＝Ｋ（ｘ－ｘｈ） ・・・式（１）
とする。
【0036】
また、ホール素子２２６Ｂの出力を、
Ｂ０＝Ｋ（ｘ＋ｘｈ） ・・・式（２）
とする。
Ｂ０＝Ｋ（ｘ＋ｘｈ） ・・・式（２）
とする。
【0037】
Ｋは、磁石２２８の移動距離に対する磁束密度の変化率（傾き）を示す。ｘは、磁石２２８の移動距離を示す。
【0038】
ここで、１つのホール素子で磁石２２８の移動距離を検出する場合、磁石２２８の磁束密度が約－０．１７％／℃程度の温度特性を示し、ホール素子の感度が－０．０６％／℃の温度特性を示す。したがって、Ｋが約－０．２３％／℃の温度特性を有することになる。例えば、４０℃の温度変化があった場合、ホール素子の出力は、９．２％も変化してしまう。この温度特性による影響を抑制するために、２つのホール素子を用いて、磁石２２８の移動量を検出することが好ましい。
【0039】
ここで、ノイズを含まないホール素子２２６Ａの出力Ａ及びホール素子２２６Ｂの出力Ｂによる位置信号ＰＯＳを、
ＰＯＳ＝（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ－Ａ） ・・・式（３）
と定義する。
ＰＯＳ＝（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ－Ａ） ・・・式（３）
と定義する。
【0040】
式（３）に、式（１）及び式（２）を代入すると、
ＰＯＳ０＝ｘ／ｘｈ ・・・式（４）
となり、Ｋが消える。つまり、ボイスコイル２２４に電流が流れることで発生する磁束によるノイズがなければ、２つのホール素子を用いることで、温度特性に依存しない位置センサを実現できる。
ＰＯＳ０＝ｘ／ｘｈ ・・・式（４）
となり、Ｋが消える。つまり、ボイスコイル２２４に電流が流れることで発生する磁束によるノイズがなければ、２つのホール素子を用いることで、温度特性に依存しない位置センサを実現できる。
【0041】
また、式（４）から、位置センサの感度は、ｘｈに依存することがわかる。ｘｈは、オール素子を実装する固定部材（例えば、フレキシブルプリント基板）の熱膨張などの影響で、５μｍ以上、１０μｍ以下で位置ずれが生じる。したがって、ｘｈが小さすぎると、２つのホール素子からなる位置センサの感度が大きく変化してしまう。
【0042】
先ほど、ノイズがなければと述べたが、ホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂは、ボイスコイル２２４の空芯部分に配置されるので、ボイスコイル２２４に電流が流れることで発生する磁束も検出してしまう。したがって、実際には、位置信号ＰＯＳには、この磁束がノイズとして重畳することになる。
【0043】
ここで、ノイズを考慮したホール素子２２６Ａの出力Ａを、
Ａ０＝Ｋ（ｘ－ｘｈ）＋Ｃ ・・・式（５）
とする。
Ａ０＝Ｋ（ｘ－ｘｈ）＋Ｃ ・・・式（５）
とする。
【0044】
また、ノイズを考慮したホール素子２２６Ｂの出力Ｂを、
Ｂ０＝Ｋ（ｘ＋ｘｈ）＋ｃ ・・・式（６）
とする。
Ｂ０＝Ｋ（ｘ＋ｘｈ）＋ｃ ・・・式（６）
とする。
【0045】
ここで、Ｃは、ボイスコイル２２４に電流が流れることで発生する磁束によるノイズである。式（３）に、式（５）及び式（６）を代入すると、
ＰＯＳ＝（１／ｘｈ）×（ｘ＋Ｃ／Ｋ） ・・・式（７）
となる。
ＰＯＳ＝（１／ｘｈ）×（ｘ＋Ｃ／Ｋ） ・・・式（７）
となる。
【0046】
図５は、複数のコイルが積層されたボイスコイルとホール素子が検出する磁束密度を示す。任意の位置（ｘ，ｙ）に配置されるコイル１本に、電流Ｉが流れることで磁束が発生する。そして、ホール素子の位置における磁束密度ΔＣ'は、ビオ・サバールの法則により、
となる。ホール素子は、図５に示すΔＣの方向の磁束密度しか検出しないので、ΔＣは、
となる。
【数1】
【数2】
【0047】
ΔＣは、コイル１本に電流が流れることで発生する磁束をホール素子が検出する磁束密度である。したがって、複数のコイルが積層されたボイスコイル全体に電流が流れることで発生する磁束をホール素子で検出する場合、ホール素子で検出される磁束密度Ｃは、
となる。
【数3】
【0048】
ここで、ｎは、ｙ方向のコイルの積層数、ｍは、ｘ方向のコイルの積層数を示す。
【0049】
ホール素子の位置ずれを含む位置信号ＰＯＳを、
として、位置換算誤差ＥＲＲを、
ＥＲＲ＝ｘｈ（ＰＯＳ－ＰＯＳ０） ・・・式（１２）
と定義する。
【数4】
ＥＲＲ＝ｘｈ（ＰＯＳ－ＰＯＳ０） ・・・式（１２）
と定義する。
【0050】
ここで、ボイスコイルモータを、像振れ補正用の駆動機構に適用する場合、像振れ補正角度θ、焦点距離Ｌとすると、イメージセンサ１２０の撮像面上の補正距離Ｄは、
Ｄ＝Ｌ×ｔａｎ（θ） ・・・式（１３）
で表すことができる。
Ｄ＝Ｌ×ｔａｎ（θ） ・・・式（１３）
で表すことができる。
【0051】
したがって、例えば、角度θを０．１ｄｅｇ、焦点距離Ｌを１００ｍｍとすると、Ｄは、０．１７５ｍｍとなる。この距離Ｄを１／２０以下の誤差で補正するために要求される位置センサの許容誤差は、０．００８７５ｍｍである。したがって、位置換算誤差ＥＲＲは、０．００８７５ｍｍ以下でなければならない。
【0052】
ここで、ボイスコイルモータ２２２の構成に関係する各定数を以下のように定義する。
【0053】
・磁石２２８の移動距離に対する磁束密度の変化率（磁束密度の傾き）：
Ｋ＝０．３～０．６Ｔ／ｍｍ
Ｋ＝０．３～０．６Ｔ／ｍｍ
【0054】
・ボイスコイル２２４の空芯部分から移動方向２２１におけるコイルまで距離：
ｘｈ＋ｘ０＝６ｍｍ（ｘｈが０．４ｍｍ以上、ｘ０が１．２ｍｍ以上）
ｘｈ＋ｘ０＝６ｍｍ（ｘｈが０．４ｍｍ以上、ｘ０が１．２ｍｍ以上）
【0055】
・ホール素子の位置ずれ：
Δｘ＝±０．００１ｍｍ（±０．００５～０．０１ｍｍ）
Δｘ＝±０．００１ｍｍ（±０．００５～０．０１ｍｍ）
【0056】
・ボイスコイル２２４のコイルピッチ：
ｐ＝０．２ｍｍ（０．２ｍｍ～０．５ｍｍ）
ｐ＝０．２ｍｍ（０．２ｍｍ～０．５ｍｍ）
【0057】
・ｘ方向のコイルの積層数：
ｍ＝２０
ｍ＝２０
【0058】
・ｙ方向のコイルの積層数：
ｎ＝１０
ｎ＝１０
【0059】
・ボイスコイル２２４の長手方向の平均磁路長：
ＺＣ＝１８ｍｍ（１８ｍｍ～２４ｍｍ）
ＺＣ＝１８ｍｍ（１８ｍｍ～２４ｍｍ）
【0060】
・ボイスコイル２２４に流す電流（コイル電流）：
Ｉ＝０．２Ａ （１ｍＡ～０．２Ａ）
Ｉ＝０．２Ａ （１ｍＡ～０．２Ａ）
【0061】
ここで、磁石とホール素子との間隔を小さくし過ぎると、位置検出の感度の線形性が確保できなくなる。また、磁石とホール素子との間隔を大きくし過ぎると、位置検出の感度が低下してしまう。したがって、磁束密度の傾きＫは、０．３Ｔ／ｍｍ以上、０．６Ｔ／ｍｍ以下で設計することが好ましい。
【0062】
式（１１）で示したように、位置信号ＰＯＳは、Ｋが小さいほど、大きな値となり、式（１２）の位置換算誤差ＥＲＲも増加する。したがって、上記の通り、Ｋの最低条件を、Ｋ＝０．３Ｔ／ｍｍとする。
【0063】
ホール素子の位置ずれΔｘは、ホール素子が実装されるフレキシブルプリント基板の熱膨張によって、５μｍ以上、１０μｍ以下となることが想定される。本実施形態では、シミュレーション条件として、最も大きな位置ずれが発生した場合を想定して、Δｘ＝±０．０１ｍｍとする。
【0064】
コイルピッチｐは、コイル線径があまりに小さいと、製造が困難になり、あまりに大きいと多くの巻き数を得られないので、約０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の値に設計される。コイルピッチが小さいほど、積層コイルはホール素子に近づくので、コイルに流れる電流によりホール素子で検出される磁束密度Ｃは大きくなる。このため、本実施形態におけるシミュレーション条件として、最悪条件を考慮して、ｐ＝０．２ｍｍとする。
【0065】
コイル電流Ｉは、最大コイル電流の１／５程度の電流となる。コイル電流とボイスコイルモータ２２２の推力は比例関係にある。したがって、例えば、撮像装置１００のパンニング後に、素早くイメージセンサ１２０を原点に復帰させるために、自重保持力の５倍程度の推力が得られることが好ましい。
【0066】
一方、最大のコイル電流Ｉが、１Ａを超えるようなドライバ回路は大型化する。したがって、最大のコイル電流Ｉは、１Ａ以下になるように、ボイスコイル２２４の巻き数を設計することが好ましい。したがって、通常流れるコイル電流は、自重保持力を発生させる電流であり、０．２Ａ以下となる。電流が大きいほど、ホール素子で検出する磁束密度Ｃは、大きくなるので、本実施形態におけるコイル電流Ｉは、０．２Ａとする。
【0067】
ここで、ボイスコイルモータの推力Ｆを、
Ｆ＝２ｍ×ｎ×Ｉ×Ｂｍａｘ×ＺＣ ・・・式（１４）
で定義する。磁石２２８として、ネオジム磁石を用いる場合、Ｂｍａｘは、０．７Ｔ程度である。ボイスコイル２２４の長手方向の平均磁路長ＺＣを大きくし過ぎると、磁石が大型化する。またコイル線長が大きくなることで、コイル抵抗が大きくなり、大きな電源電圧が必要になる。一方で、ＺＣを小さくし過ぎると、肝心の推力が低下するというトレードオフの関係にある。したがって、ＺＣは、ボイスコイル２２４の短手方向（移動方向２２１）の平均磁路長１２ｍｍの１．５倍～２倍の１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下に設計されることが好ましい。
Ｆ＝２ｍ×ｎ×Ｉ×Ｂｍａｘ×ＺＣ ・・・式（１４）
で定義する。磁石２２８として、ネオジム磁石を用いる場合、Ｂｍａｘは、０．７Ｔ程度である。ボイスコイル２２４の長手方向の平均磁路長ＺＣを大きくし過ぎると、磁石が大型化する。またコイル線長が大きくなることで、コイル抵抗が大きくなり、大きな電源電圧が必要になる。一方で、ＺＣを小さくし過ぎると、肝心の推力が低下するというトレードオフの関係にある。したがって、ＺＣは、ボイスコイル２２４の短手方向（移動方向２２１）の平均磁路長１２ｍｍの１．５倍～２倍の１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下に設計されることが好ましい。
【0068】
一方、自重保持力は、ボイスコイルモータの可動部分の重量を０．１ｋｇ程度とすれば、０．１ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２で、約１Ｎとなる。よって、ＺＣ＝１８ｍｍとして、ボイスコイルの巻き数ｍ×ｎを導出すると、１９４ターンとなる。そこで、本実施形態におけるボイスコイルの巻き数ｍ×ｎを２００ターンとする。また、図５に示すように、ボイスコイルにおいてホール素子に近い部分のコイルで発生する磁束が、ホール素子で検出される磁束密度に与える影響が大きいことがわかる。したがって、ボイスコイルの巻き数を増加させても、減少させても、ホール素子で検出される磁束密度に与える影響はそれほど変わらないと考えられる。したがって、ボイスコイルの巻き数は、１／２の１００ターンでも、２倍の４００ターンでも、ホール素子で検出される磁束密度に与える影響はそれほど変わらない。
【0069】
ｘ方向のコイル積層数ｍ、ｙ方向のコイル積層数ｎ、コイル長手方向平均磁路長ＺＣについては、設計自由度がある。例えば、ボイスコイルモータのｙ方向の薄型化を目的する設計においては、ｎは小さな値にすべきであり、所望の推力を発生させるためには、ｍを大きな値にするか、ＺＣを大きな値にする必要がある。
【0070】
図６は、移動方向の中心からホール素子の感磁部の中心までの距離ｘｈと、位置換算誤差ＥＲＲの関係を計算したグラフを示す。ボイスコイルモータで必要な推進力を確保するために、ｍ×ｎ×ｘｈの値が一定値になるように、ｍ＝２０、ｎ＝１０、ＺＣ＝１８ｍｍの条件と、ｍ＝１０、ｎ＝２０、ＺＣ＝１８ｍｍの条件と、ｍ＝１５、ｎ＝２０、ＺＣ＝２４ｍｍの条件との３種類の条件において、上記関係を計算した。
【0071】
計算の結果、ｘｈが小さすぎても、大きすぎても、ＥＲＲ値は大きくなり、ｘｈが１ｍｍ付近にＥＲＲ値が最小になる最適点が存在することがわかる。図６の許容値は、位置換算誤差ＥＲＲの許容値である。また、この計算は、磁束密度の傾きＫ、ホール素子の位置ずれΔｘ、コイルピッチｐ、コイル電流Ｉの条件についても、ＥＲＲ値が最も大きくなる条件で、実行しているので、各パラメータの範囲について、計算条件が変わっても、図６の基準値以下を達成できる。
【0072】
また、上記の計算では、ｘｈ＋ｘ０＝４ｍｍとして計算した。しかし、ｘｈ＋ｘ０は、４ｍｍよりも大きくても、小さくても、同様の傾向にあり、ＥＲＲ値が最小となる最適点が存在する。図７では、ｍ＝２０、ｎ＝１０、ＺＣ＝１８ｍｍの条件で、ｘｈ＋ｘ０を、３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍと変化させた場合の、ｘｈとＥＲＲ値との関係を計算したグラフを示す。
【0073】
ｘｈ＋ｘ０が３ｍｍの場合は、許容値を満たすｘｈの範囲は僅かしかないが、コイルからの離間距離ｘ０が１．２ｍｍ以下になると、コイル電流Ｉから発生する磁束の影響が大きくなり、ＥＲＲ値が大きくなっている。また、ｘｈ＋ｘ０＝６ｍｍの場合、ＥＲＲ値は全体的に小さくなるが、ｘｈ＋ｘ０＝３ｍｍ、ｘｈ＋ｘ０＝４ｍｍの場合と同様に、コイルからの離間距離ｘ０が１．２ｍｍ以下になると、コイル電流Ｉから発生する磁束の影響が大きくなり、ＥＲＲ値が大きくなっている。したがって、コイルからの離間距離ｘ０を１．２ｍｍ以上確保することで、ＥＲＲ値を許容値以下に抑えることができる。
【0074】
以上、検討の結果、温度の影響により、ホール素子を利用した位置の検出の精度の低下を抑制するためには、以下の条件を満たすことが好ましい。
【0075】
すなわち、ホール素子２２６Ａとホール素子２２６Ｂとの間の第１距離は、０．８ｍｍ以上であることが好ましい。
【0076】
移動方向２２１におけるホール素子２２６Ａとボイスコイル２２４との間の第２距離は、１．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【0077】
第１距離、第２距離、及び移動方向２２１におけるホール素子２２６Ｂとボイスコイル２２４の間の第３距離の和は、１２ｍｍ以下であることが好ましい。
【0078】
ボイスコイル２２４のコイルピッチｐは、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【0079】
ボイスコイル２２４の巻き数は、１００ターン以上、４００以下であることが好ましい。
【0080】
ボイスコイル２２４の移動方向２２１と交差する方向（コイルの長手方向）における平均磁路長は、１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であることが好ましい。
【0081】
ボイスコイル２２４に流す電流の電流値は、０．２Ａ以下であることが好ましい。
【0082】
移動部材の移動距離に対するホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂのそれぞれの磁束密度の変化率は、０．３Ｔ／ｍｍ以上、０．６Ｔ／ｍｍ以下であることが好ましい。
【0083】
固定部材及び移動部材の一方の熱膨張による移動方向２２１におけるホール素子２２６Ａ及びホール素子２２６Ｂのそれぞれの位置ずれΔｘは、－０．０１ｍｍ以上、０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。
【0084】
ボイスコイル２２４に流す電流の電流値は、１ｍＡ以上であることが好ましい。
【0085】
上記のような撮像装置１００は、移動体に搭載されてもよい。撮像装置１００は、図８に示すような、無人航空機（ＵＡＶ）に搭載されてもよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備えてよい。ジンバル５０、及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０は、推進部により推進される移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機などの飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。
【0086】
ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。
【0087】
撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。
【0088】
複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０の飛行を制御するためにＵＡＶ１０の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ１０の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。
【0089】
遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と通信して、ＵＡＶ１０を遠隔操作する。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と無線で通信してよい。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転などのＵＡＶ１０の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０は、遠隔操作装置３００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。
【0090】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0091】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0092】
１０ ＵＡＶ
２０ ＵＡＶ本体
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
３００ 遠隔操作装置
１００ 撮像装置
１０２ 撮像部
１１０ 撮像制御部
１２０ イメージセンサ
１３０ メモリ
１４０ 加速度センサ
２００ レンズ部
２１０ レンズ
２１２ レンズ
２２０ 駆動機構
２２１ 移動方向
２２２ ボイスコイルモータ
２２４ ボイスコイル
２２６Ａ，２２６Ｂ ホール素子
２２８ 磁石
２５０ レンズ制御部
２５２ メモリ
２０ ＵＡＶ本体
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
３００ 遠隔操作装置
１００ 撮像装置
１０２ 撮像部
１１０ 撮像制御部
１２０ イメージセンサ
１３０ メモリ
１４０ 加速度センサ
２００ レンズ部
２１０ レンズ
２１２ レンズ
２２０ 駆動機構
２２１ 移動方向
２２２ ボイスコイルモータ
２２４ ボイスコイル
２２６Ａ，２２６Ｂ ホール素子
２２８ 磁石
２５０ レンズ制御部
２５２ メモリ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】