JP2018169499A - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
部が配置されていることが望ましい。このように、光軸上に折り返し部が配置されるU字状であれば、折り返し部を中心として異なる方向へ光学モジュール用フレキシブルプリント基板を向けることができる。従って、ローリング補正の際に光学モジュール用フレキシブルプリント基板が突っ張るおそれを少なくすることができる。
図1は本発明を適用した光学ユニット1を被写体側から見た斜視図である。図2は図1のA−A線における光学ユニット1の断面図である。図3は図1の光学ユニット1を被写体側から見た場合の分解斜視図である。図4は図1の光学ユニット1を反被写体側(像側)から見た場合の分解斜視図である。図1に示す光学ユニット1は、例えば、カメラ付き携帯電話機、ドライブレコーダー等の光学機器や、ヘルメット、自転車、ラジコンヘリコプター等の移動体に搭載されるアクションカメラやウエアラブルカメラ等の光学機器に用いられる。このような光学機器では、撮影時に光学機器の振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。光学ユニット1は、撮影画像が傾くことを回避するため、光学素子2の傾きを補正する振れ補正機能付き光学ユニットである。
00を省略して示す。フレキシブルプリント基板200(光学モジュール用プリント基板)は、カメラモジュール101に接続される。フレキシブルプリント基板200は、カメラモジュール101への給電線およびカメラモジュール101からの信号を外部へ取り出すための信号線を備える。また、フレキシブルプリント基板300(揺動機構用配線基板)は、揺動用磁気駆動機構11に接続される。フレキシブルプリント基板300は、揺動駆動用コイル13へ給電する給電線を備える。そして、フレキシブルプリント基板400(ローリング機構用配線基板)はローリング用磁気駆動機構12と接続される。フレキシブルプリント基板400は、ローリング駆動用コイル15へ給電する給電線を備える。
図1、図3および図4に示すように、固定体8は、3つのケース28、29、30を組み立てて構成された固定体本体24と、固定体本体24に固定された板バネ25(バネ部材)と、板バネ25を介して固定体本体24に支持された可動ホルダ26とを有する。可動ホルダ26はZ軸方向に移動可能な状態で支持されている。図1に示すように、固定体本体24は、Z軸方向(軸線方向)から見た場合に略8角形の外形をした筒状ケース28と、筒状ケース28に対して+Z方向の側(被写体側)から組み付けられる被写体側ケース29と、筒状ケース28に対して−Z方向の側(反被写体側)から組み付けられる反被写体側ケース30とを備える。筒状ケース28は磁性材料から形成されている。被写体側ケース29および反被写体側ケース30は樹脂材料から形成される。
図6は揺動体3およびホルダ5からなる可動体10を+Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図7は揺動体3およびホルダ5からなる可動体10を−Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図6に示すように、ホルダ5は、揺動体3の外周側に位置するホルダ本体部材81と、−Z方向からホルダ本体部材81に固定されて揺動体3と対向するホルダ底板部材82とを備える。ホルダ本体部材81およびホルダ底板部材82は樹脂製である。
方向とY軸方向の間の角度位置に配置されている。
図8は揺動体3、揺動支持機構4および板バネ9を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の分解斜視図である。図9は揺動体3、揺動支持機構4および板バネ9を−Z方向の側(反被写体側)から見た場合の分解斜視図である。図8、図9に示すように、揺動体3は、カメラモジュール101(光学モジュール)と、カメラモジュール101を外周側から保持するカメラモジュールホルダ102とを備える。カメラモジュール101は、図2に示すように、光学素子2と、光学素子2の光軸上に位置する撮像素子103とを有する。撮像素子103は、ジャイロスコープや信号処理回路等が搭載された基板104に実装されている。基板104には、フレキシブルプリント基板200(図1参照)が接続されている。
1ストッパ用凸部111、112と、ホルダ底板部材82の対向面82aに設けられた矩形の突出部分82bとは、Z軸方向で対向しており、揺動体3の揺動範囲を規定するストッパ機構17(図2参照)を構成する。
図6、図7に示すように、板バネ9は、金属板を加工した矩形枠状の板バネである。板バネ9は、カメラモジュールホルダ102の保持部123の環状端面123a(+Z方向の端面)と、ホルダ本体部材81のホルダ側対向部84において−Z方向を向く環状端面84aとの間に架け渡されている。板バネ9は、環状端面123aに固定される環状の可動体側連結部141と、環状端面84aに固定される4つのホルダ側連結部142と、径方向で、可動体側連結部141と各ホルダ側連結部142との間に位置する蛇行部143を備える。可動体側連結部141は、環状端面123aに設けられた4つの板バネ固定用凸部124に外周側から接着剤層を介して固定される4つの連結部分141aを備える。板バネ9は、揺動体3の基準姿勢を規定するものである。すなわち、揺動用磁気駆動機構11が駆動されていない静止状態にあるときの揺動体3(カメラモジュール101)の姿勢は、板バネ9によって定まる。
図10は軸線Lと直交して揺動支持機構4を通過する平面で光学ユニット1を切断した断面図である。揺動支持機構4は、カメラモジュールホルダ102とホルダ本体部材81との間に構成されるジンバル機構である。図6および図7に示すように、揺動支持機構4は、カメラモジュールホルダ102の第1軸線R1上の対角位置に設けられた2箇所の第1揺動支持部131と、ホルダ本体部材81の第2軸線R2上の対角位置に設けられた2箇所の第2揺動支持部132と、第1揺動支持部131および第2揺動支持部132によって支持される可動枠135を備える。ここで、第1軸線R1および第2軸線R2はZ軸方向と直交し、且つ、X軸方向およびY軸方向に対して45度傾いた方向である。従って、第1揺動支持部131および第2揺動支持部132はX軸方向とY軸方向との間の角度位置に配置される。図6、図7に示すように、第2揺動支持部132は、ホルダ本体部材81の内側面に形成された凹部である。
次に、ホルダ5を軸線L回りに回転可能に支持する第1回転支持機構6および第2回転支持機構7を説明する。図2、図3および図4に示すように、第1回転支持機構6は、固定体側対向部55とホルダ側対向部84との間に、複数の球体151(転動体)と、球体151を保持するリテーナ152とを備える。図3および図4に示すように、リテーナ152は、周方向に等間隔で配列された複数の貫通穴153を備える。複数の球体151のそれぞれは、複数の貫通穴153のそれぞれの内側に配置された状態で、固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90に挿入されている。固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90の内周面には潤滑油が塗布されている。本例では、球体151および貫通穴153の数は6である。球体151は、貫通穴153の内側に位置した状態で、固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90を転動する。
揺動用磁気駆動機構11は、図10に示すように、揺動体3と固定体8の間に設けられた第1揺動用磁気駆動機構11Aおよび第2揺動用磁気駆動機構11Bを備える。第1揺動用磁気駆動機構11Aは、X軸方向で対向する揺動駆動用磁石14と揺動駆動用コイル13とからなる組を2組備える。第2揺動用磁気駆動機構11Bは、Y軸方向で対向する揺動駆動用磁石14と揺動駆動用コイル13とからなる組を2組備える。揺動駆動用コイル13はカメラモジュールホルダ102のX軸方向の両側の壁部116、117およびY軸方向の両側の壁部118、119の外側面に保持される。揺動駆動用磁石14は、固定体8の筒状ケース28に設けられた側板35、36、37、38の内側面に保持される。各揺動駆動用磁石14は、図3および図4に示すようにZ軸方向に2分割され、内面側の磁極が分割位置(着磁分極線)を境にして異なるように着磁されている。揺動駆動用コイル13は空芯コイルであり、+Z方向側および−Z方向側の長辺部分が有効辺として利用される。ここで、筒状ケース28は磁性材料から構成されているので、揺動駆動用磁石14に対するヨークとして機能する。
ローリング用磁気駆動機構12は、図2に示すように、ホルダ底板部材82において、Y軸方向で軸部96を間に挟んだ両側に設けられたローリング駆動用コイル保持部97に保持された2つのローリング駆動用コイル15と、固定体8の可動ホルダ26に保持されて、Z軸方向で各ローリング駆動用コイル15と対向する2つのローリング駆動用磁石16を備える。各ローリング駆動用磁石16は、図3および図5に示すように周方向に2分割され、ローリング駆動用コイル15と対向する面の磁極が分割位置(着磁分極線)を境にして異なるように着磁されている。各ローリング駆動用コイル15は空芯コイルであり、径方向に延びる長辺部分が有効辺として利用される。
光学ユニット1は、上記のように、X軸回りの振れ補正、およびY軸回りの振れ補正を行う揺動用磁気駆動機構11を備える。従って、ピッチング(縦揺れ)方向およびヨーイ
ング(横揺れ)方向の振れ補正を行うことができる。また、光学ユニット1はローリング用磁気駆動機構12を備えるので、ローリング方向の振れ補正を行うことができる。ここで、光学ユニット1は、揺動体3にジャイロスコープを備えるため、ジャイロスコープによって直交する3軸回りの振れを検出して、検出した振れを打ち消すように揺動用磁気駆動機構11およびローリング用磁気駆動機構12を駆動する。
図11は図1のB−B線における光学ユニット1の断面図である。図11に示すように、カメラモジュール101と接続されるフレキシブルプリント基板200(光学モジュール用フレキシブルプリント基板)は、基板104の一端(+X方向の端部)から引き出されてU字状に折り返され、基板104の−Z方向側において基板104と平行に引き回される。また、揺動駆動用コイル13と接続されるフレキシブルプリント基板300(揺動用フレキシブルプリント基板)は、カメラモジュールホルダ102の底板部115の一端(+X方向の端部)から基板104の+X方向の端部へ向けて引き回されて−X方向に屈曲させられ、フレキシブルプリント基板200と合流して、基板104とホルダ底板部材82との間の空間を基板104と平行に引き回される。
図12はフレキシブルプリント基板200、300、400の側面図である。また、図13はカメラモジュール101と接続されるフレキシブルプリント基板200の斜視図であり、図14は揺動用磁気駆動機構11およびローリング用磁気駆動機構12と接続されるフレキシブルプリント基板300、400の斜視図である。図11、図13に示すように、フレキシブルプリント基板200は、一端が基板104に接続され、他端にコネクタ挿入部290が形成されている。フレキシブルプリント基板200は、基板104と繋がる2本の可撓性基板部分200A、200Bを備えており、これら2本の可撓性基板部分
200A、200Bは、コネクタ挿入部290と繋がる幅広の可撓性基板部分200Cと繋がっている。可撓性基板部分200A、200Bには、第1可動体側固定部510との固定箇所に第1補強板210が固定され、第2可動体側固定部600との固定箇所に第2補強板220が固定されている。
図15は第1可動体側固定部510の側から見たスペーサ500の斜視図である。また、図16はフレキシブルプリント基板200を固定した第1可動体側固定部510の斜視図であり、図17はフレキシブルプリント基板200、300を固定した第1可動体側固定部510の斜視図である。スペーサ500は、全体として略直方体状であり、長手方向をY方向に向けた状態で、基板104の+X方向の端部に固定される。スペーサ500は、+Z方向を向く取付面501を備えており、取付面501には、基板104の+Y方向の縁および−Y方向の縁の外形に沿うガイド部502、503が形成されている。ガイド部502、503は、取付面501の+Y方向の縁および−Y方向の縁に沿って形成された凸部である。基板104は、ガイド部502、503および取付面501によって形成される溝状の凹部に嵌合し、取付面501に当接する。
柱状の突き当て部521と、突き当て部521の先端から+X方向に屈曲して突出する押さえ部522を備えた屈曲形状である。第1フック部520の押さえ部522と、スペーサ500の下端面504との間には、フレキシブルプリント基板200の第1補強板210に形成された引掛け部211を挿入可能な隙間が形成される。また、第2フック部540は、第1フック部520と略同一形状であり、突き当て部541および押さえ部542を備えた屈曲形状である。
図18は第2可動体側固定部の側から見たホルダ底板部材82の斜視図である。図19はフレキシブルプリント基板300、400を固定した第2可動体側固定部600の斜視図であり、図20はフレキシブルプリント基板200、300、400を固定した第2可動体側固定部600の斜視図である。図18に示すように、ホルダ底板部材82は、−Z方向に突出する軸部96およびローリング駆動用コイル保持部97が形成された底板部99と、底板部99の+X方向の縁に形成された突出部601を備える。突出部601はY方向に長い直方体状であり、底板部99から−Z方向に突出する。第2可動体側固定部600は、突出部601の下端面602に設けられている。底板部99において、軸部96の周囲には、フレキシブルプリント基板400の板状部410を配置する凹部が形成される。板状部410には、ローリング駆動用コイル保持部97に保持されるローリング駆動用コイル15のコイル線が接続される。
図1、図11に示すように、フレキシブルプリント基板200、300、400は、第2可動体側固定部600に固定された直後に、開口部62から固定体8の外部へ引き出される。フレキシブルプリント基板200、300、400は、固定体8の外部においてまとめて引き回される。固定体8の外部には、固定体8を支持する支持体730(図11参照)が配置される。支持体730には、フレキシブルプリント基板200、300、400の共通コネクタ挿入部710を着脱可能な支持体側コネクタ720が設けられている。フレキシブルプリント基板200、300、400は、第2可動体側固定部600と支持体730との間に引き回される部分が、U字状に撓んだ形状となっている。
以上のように、本形態の光学ユニット1において、可動体10はローリング用磁気駆動機構12によって光軸回りに回転するホルダ5を備えており、このホルダ5にフレキシブルプリント基板200、300、400を固定する第2可動体側固定部600が設けられている。フレキシブルプリント基板200、300、400は、固定体8を支持する支持体730に接続される共通コネクタ挿入部710を備えており、この共通コネクタ挿入部710と、第2可動体側固定部600に固定される部分(第2固定部240、第4固定部
370、第5固定部440)との間に可撓性基板を撓ませた撓み部(第1撓み部280、第2撓み部380、第3撓み部480)が形成されている。従って、ローリング補正の際に、可動体10と支持体730との間で撓み部が変形するため、フレキシブルプリント基板200、300、400が突っ張って抗力が発生することを抑制できる。よって、フレキシブルプリント基板200、300、400からの抗力に逆らって可動体10を回転させるためにローリング用磁気駆動機構への給電量を大きくする必要がないので、消費電力の増大を抑制できる。また、フレキシブルプリント基板200、300、400からの抗力に逆らって可動体10を回転させるためにコイルやマグネットを大きくしてローリング用駆動機構を大型化させる必要がないので、光学ユニットを小型化できる。
(1)図21は他の実施形態の光学ユニット1の断面図である。以下、上記形態と異なる点のみ説明し、同一の点は説明を省略する。図21の光学ユニット1は、反被写体側ケース30のZ方向の高さが上記形態よりも大きく、反被写体側ケース30の端板部58と、第2可動体側固定部600との空間が上記形態よりも大きい。図21の形態では、フレキシブルプリント基板200、300、400は、第2可動体側固定部600に固定された直後に固定体8の外部へ引き出されるのでなく、可動体10の像側(反被写体側)である−Z方向へ引き回される。そして、可動体10の像側において、可動体10と端板部58との間にフレキシブルプリント基板200、300、400の撓み形状が形成される。
62の外側において、支持体730に設けられた支持体側コネクタ720に接続される。あるいは、図21に破線で示すように、固定体8の端板部58に設けられた固定体側コネクタ740に共通コネクタ挿入部710を接続することもできる。
、155…第2凸部、157…環状凸部、158…環状段部、200…フレキシブルプリント基板、200A、200B、200C…可撓性基板部分、210…第1補強板、211…引掛け部、212、213…係合穴(係合部)、220…第2補強板、221…引掛け部、222、223…係合穴(係合部)、230…第1固定部、240…第2固定部、280…第1撓み部、290…コネクタ挿入部、300…フレキシブルプリント基板、310…枠部分、320…可撓性基板部分、330…センサ支持部、331…磁気センサ、340…第3補強板、350…第3固定部、351、352…係合穴、360…第4補強板、370…第4固定部、371、372…係合穴、380…第2撓み部、400…フレキシブルプリント基板、410…板状部、420…可撓性基板部分、430…第5補強板、440…第5固定部、441、442…係合穴、480…第3撓み部、500…スペーサ、501…取付面、502、503…ガイド部、504…下端面、510…第1可動体側固定部(固定部)、520…第1フック部、521…突き当て部、522…押さえ部、530…凸部、540…第2フック部(凸部)、541…突き当て部、542…押さえ部、600…第2可動体側固定部、601…突出部、602…下端面、603…溝部、604、605…凸部、606…規制壁、610…第3フック部、611…突き当て部、612…押さえ部、700…コネクタ挿入部、710…共通コネクタ挿入部、720…支持体側コネクタ、730…支持体、740…固定体側コネクタ、L…軸線(光軸)、R1…第1軸線、R2…第2軸線、U1…第1部分、U2…折り返し部分、U3…第2部分
Claims (9)
- 光学モジュールを保持する可動体と、
前記可動体を光軸周りに回転可能に支持する回転支持機構と、
前記回転支持機構を介して前記可動体を支持する固定体と、
前記可動体を光軸周りに回転させるローリング用磁気駆動機構と、
前記光学モジュールに接続される光学モジュール用フレキシブルプリント基板と、を有し、
前記可動体は、前記光学モジュールを保持した状態で前記光軸周りに回転するホルダを備え、前記ホルダに前記光学モジュール用フレキシブルプリント基板が固定される可動体側固定部が設けられ、
前記光学モジュール用フレキシブルプリント基板は、
前記固定体あるいは前記固定体を支持する支持体に接続されるコネクタ挿入部と、前記可動体側固定部に固定される部分と前記コネクタ挿入部との間に形成される撓み部と、を備えることを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記可動体は、前記光学モジュールを前記光軸と交差する軸線周りに揺動させる揺動用磁気駆動機構を備え、
前記揺動用磁気駆動機構に揺動用フレキシブルプリント基板が接続され、
前記揺動用フレキシブルプリント基板は、前記可動体側固定部に固定される部分と前記固定体あるいは前記支持体に固定される部分との間に形成される第2撓み部を備え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。 - 前記撓み部はU字状であることを特徴とする請求項1または2に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記撓み部は、前記光軸を中心として前記可動体の径方向外側に配置されることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記撓み部は、前記可動体に対して前記光軸方向の像側に配置されることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記撓み部は径方向外側に開口するU字状であり、前記光軸上に折り返し部が配置されていることを特徴とする請求項5に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記ホルダは、前記可動体側固定部の径方向外側において前記光軸方向の像側に突出する規制壁を備えることを特徴とする請求項5または6に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記ローリング用磁気駆動機構は、前記可動体に固定されるコイルおよび前記固定体に固定される磁石を備え、
前記コイルにローリング用フレキシブルプリント基板が接続され、
前記ローリング用フレキシブルプリント基板は、前記可動体側固定部に固定される部分と前記固定体あるいは前記支持体に固定される部分との間に形成される第3撓み部を備えることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記ローリング用磁気駆動機構は、前記可動体に固定される磁石および前記固定体に固定されるコイルを備え、
前記コイルにローリング用フレキシブルプリント基板が接続されることを特徴とする請
求項1から7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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