JP2016138929A - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
けて、光学モジュールにおいてピッチング補正やヨーイング補正を行い、ローリング補正については、ローリング補正用駆動機構によって光学モジュールを光軸周りに回転させて行う。このため、ローリング補正については、ピッチング補正やヨーイング補正とは独立して行うため、振れ補正の制御が容易である。また、ローリング補正が不要な場合には、光学モジュール単独で用いることができる。また、ローリング補正用駆動機構には、単相モータが用いられており、かかる単相モータでは、ロータ磁石による吸引力と反発力とを利用するので、ローレンツ力を利用した場合に比して大きなトルクを得ることができる。その場合でも、ステータコアの突極の数がロータ磁石の磁極数の2倍であるため、突極の周りでのステータコイルの巻回数を減らすことができる。従って、ステータコイルが占める容積が小さいので、単相モータの小型化を図ることができる。
して行うため、振れ補正の制御が容易である。また、ローリング補正が不要な場合には、光学モジュール単独で用いることができる。また、ローリング補正用駆動機構には、単相モータが用いられており、かかる単相モータでは、ロータ磁石による吸引力と反発力とを利用するので、ローレンツ力を利用した場合に比して大きなトルクを得ることができる。その場合でも、ステータコアの突極の数がロータ磁石の磁極数の2倍であるため、突極の周りでのステータコイルの巻回数を減らすことができる。従って、ステータコイルが占める容積が小さいので、単相モータの小型化を図ることができる。
図1は、本発明を適用した光学ユニット300を光学機器1000に搭載した様子を模式的に示す説明図である。
000に用いられる。かかる光学ユニット300は、光学機器1000のシャーシ2000(機器本体)に支持された状態で搭載される。光学ユニット300では、撮影時に光学機器1000に振れ等が発生すると、撮像画像に乱れが発生する。そこで、光学ユニット300では、ジャイロスコープ等の振れ検出センサによって振れを検出する。そして、光学モジュール100では、振れ検出センサの検出結果に基づいて、後述する揺動用駆動機構(図1では図示せず)によって、レンズ1a等を保持する可動体10(撮像ユニット)を光軸Lに直交する2軸(X軸およびY軸)周りに揺動させてピッチングおよびヨーイングを補正する。本形態では、光学ユニット300に、さらにローリング補正用駆動機構70を設け、ジャイロスコープ等の振れ検出センサの検出結果に基づいて、光学モジュール100をZ軸周り(光軸L周り)に回転させてローリングを補正する。
図2は、本発明を適用した光学ユニット300の説明図であり、図2(a)、(b)は、光学ユニット300の斜視図、および光学ユニット300からユニットケース310を外した状態の分解斜視図である。図3は、本発明を適用した光学ユニット300の内部構造を示す分解斜視図である。図4は、本発明を適用した光学ユニット300において、光学モジュール100とローリング補正用駆動機構70との位置関係等を示す分解斜視図である。
図5は、本発明を適用した光学ユニット300の光学モジュール100を被写体側からみたときの分解斜視図であり、図5(a)、(b)は、光学モジュール100全体の分解斜視図、および可動体10等の分解斜視図である。図6は、本発明を適用した光学ユニット300の断面構成を示す説明図であり、図6(a)、(b)は、光学ユニット300のYZ断面図、および光学ユニット300のZX断面図である。
ュール1を備えた可動体10と、可動体10が支持体20に対して揺動可能に支持された状態とする支持機構としてのジンバル機構30と、可動体10と支持体20との間に構成された揺動用駆動機構50とを有しており、揺動用駆動機構50は、光軸Lに対して直交する2つの軸線(第1軸線L1および第2軸線L2)周りに可動体10を揺動させる。
光学モジュール100において、ピッチング方向およびヨーイング方向の振れを補正するには、可動体10を光軸L方向に交差する第1軸線L1周りに揺動可能に支持するとともに、可動体10を光軸L方向および第1軸線L1に交差する第2軸線L2周りに揺動可能に支持する必要がある。このため、可動体10と支持体20との間にはジンバル機構30(支持機構)が構成されている。
光学モジュール100において、図1に示す光学機器1000がピッチング方向およびヨーイング方向に振れると、かかる振れはジャイロスコープ187によって検出され、かかる検出結果に基づいて、揺動用駆動機構50が制御される。すなわち、ジャイロスコープ187で検出した振れを打ち消すような駆動電流をコイル56に供給される結果、可動体10は、第1軸線L1周りに振れとは反対方向に揺動するとともに、第2軸線L2周りに振れとは反対方向に揺動し、ピッチング方向およびヨーイング方向の振れが補正される。
図7は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の説明図であり、図7(a)、(b)は、ローリング補正用駆動機構70を被写体側からみたときの分解斜視図、およびローリング補正用駆動機構70のステータ71の分解斜視図である。図8は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の断面図であり、図8(a)、(b)は、ローリング補正用駆動機構70のYZ断面図、およびローリング補正用駆動機構70のXY断面図である。
よって固定されている。支持部材77は、軸受ホルダ79のフランジ部792が固定された矩形の底板部771と、底板部771のX軸方向の両側の端部からZ軸方向の他方側−Zに向けて折れ曲がった一対の側板部772、773と、底板部771のY軸方向の一方側+Yの端部からZ軸方向の他方側−Zに向けて折れ曲がった側板部774とを有している。側板部772、773、774は、ロータケース740の胴部743に径方向外側で対向し、モータ70aの保護板になっている。
図9は、本発明を適用した光学ユニット300の単相モータ70bの動作を示す説明図であり、図9(a)、(b)は、ロータ74が反時計周りCCWに回転する様子を示す説明図、および、ロータ74が時計周りCWに回転する様子を示す説明図である。図10は、本発明を適用した光学ユニット300の単相モータ70bのコギングトルクを示す説明図である。図10において、図10(a)は、ロータ74の角度θとコギングトルクとの関係を示すグラフであり、図10(b)は、図10(a)に示すグラフにおける方向の定義を示す説明図である。図10(a)に示すゴギングトルクは、図10(b)に示すように、ロータ74を角度θ、回転させた位置で保持したときにロータ74に作用するトルクであり、θについては、ロータ74を反時計周りの方向に回転させたときを+とし、ロータ74を時計周りに回転させたときを−とし、ゴギングトルクについては、ロータ74を反時計周りに回転させる方向を+とし、ロータ74を時計周りに回転させる方向を−としてある。従って、図10(a)において、コギングトルクが0となる点のうち、ロータ74を反時計周りの方向(θが+の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を時計周りに回転させる方向(−の方向)に作用し、ロータ74を時計周りの方向(θが−の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を反時計周りに回転させる方向(+の方向)に作用する点が、周方向のいずれの方向にもロータ74が回転することを妨げるトルクが発生する「安定点」に相当する。これに対して、コギングトルクが0となる点のうち、ロータ74を反時計周りの方向(θが+の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を反時計周りに回転させる方向(+の方向)に作用し、ロータ74を時計周りの方向(θが−の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を時計周りに回転させる方向(−の方向)に作用する点が、周方向のいずれの方向にもロータ74を回転させようとするトルクが発生する「不安定点」に相当する。
このように構成した単相モータ70bは、光学モジュール100のローリング補正を行う際、複数のコギングトルクのピーク点のうち、安定点を中心として隣り合う2つのコギングトルクのピーク点により挟まれた角度範囲内でロータ74を回転させ、光学モジュール100を往復回転させる。本形態では、ロータ磁石75の磁極数は4であり、突極720の数は8であるため、単相モータ70bは、図10にコギングトルク特性を示すように、ゴギングトルクが45°周期を有する。このため、ゴギングトルクが最大値となる位置は、22.5°周期で出現することになるが、光学モジュール100のローリング補正を行うには、実用的には、光学モジュール100を約12°(±6°)の範囲で回転させればよい。従って、本形態の単相モータ70bによれば、光学モジュール100のローリング補正を行う際、安定点を中心として隣り合う2つのコギングトルクのピーク点により挟まれた角度範囲内でロータ74を回転させ、光学モジュール100を往復回転させることができる。
図11は、本発明を適用した光学ユニット300のストッパ機構110の説明図であり、連結部材80を通る位置で光学ユニット300を切断したときのXY断面図である。
再び図3、図4および図8において、支持部材77は、Y軸方向の他方側−Yに側板部を有しておらず、底板部771のY軸方向の他方側−Yの端部では、X軸方向の両側の端部からZ軸方向の一方側+Zに向けて折れ曲がった一対の連結板部775を有している。従って、支持部材77は、ロータケース740の胴部743のY軸方向の他方側−Yでは開放状態にある。ここで、支持部材77のY軸方向の他方側−Yには、連結板部775によって回路基板76が固定されており、回路基板76は、支持部材77の底板部771の端部および側板部772、773の端部に接する状態にある。この状態で、Y軸方向の他方側−Yでは、回路基板76がロータケース740の胴部743に径方向外側で対向し、モータ70aの保護板を構成している。従って、回路基板76によって、単相モータ70bを保護することができる。また、支持部材77は、Y軸方向の他方側−Yに側板部を有していないため、Y軸方向の他方側−Yでは、ステータコイル73の端部731、732を回路基板76に容易に接続することができる。
図12は、本発明を適当した光学ユニット300に構成した角度位置検出センサ760の説明図であり、図12(a)、(b)、(c)は、角度位置検出センサ760の出力特性を示す説明図、ロータ磁石75の内周側の磁束密度の説明図、およびロータ磁石75の外周側の磁束密度の説明図である。
は反対側で十分な隙間を隔ててロータ磁石75に対して対向している。このため、図12(a)に示すように、ローリング補正用駆動機構70の休止時、磁気検出素子760aは、ロータ磁石75のN極とS極との磁極境界線75aに対して対向しているため、出力が0Vであるが、回転軸745が回転してロータ磁石75が周方向に移動すると、磁気検出素子760aからの出力は、ロータ磁石75の角度位置に対して略直線的に変化する。
光学モジュール100において、図1に示す光学機器1000がローリング方向に振れると、かかる振れはジャイロスコープ781によって検出され、かかる検出結果に基づいて、ローリング補正用駆動機構70が制御される。すなわち、ジャイロスコープ781で検出した振れを打ち消すような駆動電流がステータコイル73に供給される結果、ロータ74が光軸L周りに振れとは逆方向に駆動される。従って、光学モジュール100は、光軸L周りに振れとは逆方向に回転する。その際、角度位置検出用センサ760(磁気検出素子760a、ホール素子760b)がロータ74の角度位置を検出し、かかる検出結果に基づいて、ローリング補正用駆動機構70が制御される。それ故、ロータ74および光学モジュール100は、基準位置に戻され、ローリング方向の振れが補正される。
以上説明したように、本形態の光学ユニット300では、レンズ1a等の光学素子を保持する可動体10および揺動用駆動機構50を光学モジュール100に設けて、光学モジュール100においてピッチング補正やヨーイング補正を行い、ローリング補正については、ローリング補正用駆動機構70によって光学モジュール100を光軸L周りに回転させて行う。このため、ローリング補正については、ピッチング補正やヨーイング補正とは独立して行うため、振れ補正の制御が容易である。また、ローリング補正が不要な場合には、光学モジュール100単独で用いることができる。
ク点により挟まれた角度範囲内で光学モジュール100を往復回転させるため、単相モータ70bは、コギングトルクのリップルを超えるトルクを光学モジュール100に加える必要がない。従って、単相モータ70bの省電力化を図ることができる。また、光学モジュール100に加わるコギングトルクを、光学モジュール100を光軸L周りの基準位置に復帰させる磁気バネとして利用することができるので、機械的バネを別途設ける必要がない。
図13は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の変形例を示す説明図であり、図13(a)、(b)は、変形例1の説明図、および変形例2の説明図である。
間隔とが相違している構成であってもよい。
本発明を適用した光学ユニット300は、携帯用や車載用の投射表示装置や直視型表示装置等、光を出射する光学機器の振れ補正に適用してもよい。また、天体望遠鏡システムあるいは双眼鏡システム等、高倍率での観察において三脚等の補助固定装置を用いることなく観察するのに用いてもよい。また、狙撃用のライフル、あるいは戦車等の砲筒とすることで、トリガ時の振動に対して姿勢の安定化が図れるので、命中精度を高めることができる。
Claims (7)
- 光学素子を保持する可動体、該可動体を前記光学素子の光軸に対して直交する2つの軸線周りに揺動可能に支持する支持体、および前記可動体を前記支持体に対して前記2つの軸線周りに往復揺動させる揺動用駆動機構を備えた光学モジュールと、
前記光学モジュールを前記光軸周りに往復回転させるローリング補正用駆動機構と、
を有し、
前記ローリング補正用駆動機構は、ステータコアにおいてステータコイルが巻回された突極の数がロータ磁石の磁極数の2倍の単相モータを備えていることを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記単相モータは、複数のコギングトルクのピーク点のうち、安定点を中心として隣り合う2つのコギングトルクのピーク点により挟まれた角度範囲内で前記光学モジュールを往復回転させることを特徴とする請求項1に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記単相モータは、前記磁極数が4で、前記突極の数が8であることを特徴とする請求項2に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記光学モジュールの前記光軸周りの可動範囲を規制するストッパ機構が設けられていることを特徴とする請求項2または3に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記単相モータのロータと前記光学ユニットとは、連結部材を介して連結され、
前記ストッパ機構では、前記連結部材に形成されたストッパ用凸部が、前記光学モジュールおよび前記単相モータの周りを囲むユニットケースと当接して前記光学モジュールの可動範囲を規制することを特徴とする請求項4に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記ストッパ機構によって規定される可動範囲は、前記2つのコギングトルクのピーク点により挟まれた角度範囲より狭いことを特徴とする請求項4または5に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記単相モータは、前記ロータ磁石を回転可能に支持する軸受と、該軸受を保持する軸受ホルダと、前記軸受けホルダを保持する支持部材と、を有し、
前記支持部材は、前記単相モータの反出力側で前記軸受けホルダを保持する底板部と、該底板部から出力側に向けて折れ曲がって前記単相モータを径方向外側で保護する側板部と、を有していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
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