JP2018189814A - ローリング用磁気駆動ユニットおよび振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
座を備える。従って、回転台座に光学モジュールを取り付ければ、光学モジュールを回転させる振れ補正機能付き光学ユニットを構成することができる。また、光学モジュールを、揺動支持機構を備える支持体を介して回転台座に取り付ければ、光学モジュールを揺動および回転させる振れ補正機能付き光学ユニットを構成することができる。よって、光学モジュールを揺動および回転させる振れ補正機能付き光学ユニットと、光学モジュールを回転させる振れ補正機能付き光学ユニットとの双方でローリング用磁気駆動ユニットを用いることができる。また、本発明では、ローリング用磁気駆動機構のコイルと磁石とが軸線方向で対向するので、ローリング用磁気駆動ユニットが径方向で大型化することを抑制できる。
にヨーク固定用凹を備え、前記磁石は、前記磁石保持凹部に固定され、前記ヨークは、前記ヨーク保持凹部に固定され、前記コイルは、前記回転台座において前記固定部材と対向する対向面に固定されていることが望ましい。ローリング用磁気駆動機構がヨークを備えれば、ローリング用磁気駆動機構が回転台座を回転させるトルクが向上する。また、磁石およびヨークが固定部材に設けた凹部(磁石保持凹部およびヨーク保持凹部)内に固定されていれば、磁石およびヨークが固定部材から突出することを回避できるので、ローリング用磁気駆動ユニットの取り扱いが容易となる。また、コイルが回転台座において固定部材と対向する対向面に固定されていれば、コイルが固定部材および回転台座の外周側に突出することを防止できる。従って、ローリング用磁気駆動ユニットの取り扱いが容易となる。
図1は本発明を適用した光学ユニット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の断面図である。図3は図1の光学ユニットを被写体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、撮影時に光学機器に振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。本例の光学ユニット1は、撮影画像の乱れを回避するため、搭載する光学モジュール2の傾きや回転を補正する振れ補正機能付き光学ユニットである。
14とは軸線Lと直交する径方向で対向する。姿勢復帰機構12は、可動ユニット5に保持されて揺動駆動用磁石14と対向する姿勢復帰用磁性部材15を備える。
図3に示すように、ケース体8は、Z軸方向から見た場合に略8角形の外形をした筒状ケース45と、筒状ケース45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46と、を備える。筒状ケース45は磁性材料から形成される。被写体側ケース46は樹脂材料から形成される。
図4は可動ユニット5およびホルダ7を+Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図5は可動ユニット5およびホルダ7を−Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図4に示すように、ホルダ7は、可動ユニット5の+Z方向の端部分が挿入されるホルダ環状部62と、ホルダ環状部62の−Z方向側に連続するホルダ胴部63とを備える。ホルダ胴部63は、周方向に配列された4つの窓部64と、周方向に隣り合う窓部64を区画する4本の縦枠部65を備える。4つの窓部64のうちの2つの窓部64はX軸方向に開口し、他の2つはY軸方向に開口する。4本の縦枠部65は、それぞれ、X軸方向とY軸方向の間の角度位置に配置されている。
図6は可動ユニット5を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の斜視図である。図7(a)は可動ユニット5を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の斜視図であり、図7(b)は可動ユニット5を−Z方向から見た場合の斜視図である。図6、図7に示すように、可動ユニット5は、光学モジュール2と、光学モジュール2を外周側から保持する光学モジュールホルダ71とを備える。光学モジュール2は、内周側に光学素子9を保持する鏡筒部72と、鏡筒部72の−Z方向の端部分において内周側に基板73を保持する角筒部74を備える。基板73には撮像素子10が搭載されている。鏡筒部72の+Z方向の端部分の外周面にはZ軸方向の一定幅の領域に雄ネジ部75が設けられている。
+Z方向に突出する2つの揺動ストッパ用凸部87が設けられている。2つの揺動ストッパ用凸部87は、各壁部81、82、83、84における周方向の両端部分から、それぞれ突出する。
図8はZ軸(軸線L)と直交して揺動支持機構6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6は、光学モジュールホルダ71とホルダ7との間に構成されている。図8に示すように、揺動支持機構6は、光学モジュールホルダ71の第1軸R1上の対角位置に設けられた2箇所の第1揺動支持部101と、ホルダ胴部63の第2軸R2上の対角位置に設けられた2箇所の第2揺動支持部102と、第1揺動支持部101および第2揺動支持部102によって支持される可動枠103と、を備える。ここで、第1軸R1および第2軸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101および第2揺動支持部102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4、図5に示すように、第2揺動支持部102は、ホルダ胴部63の内側面に形成された凹部である。
揺動用磁気駆動機構11は、図8に示すように、可動ユニット5と筒状ケース45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。また、第1揺動用磁気駆動機構11Aは、−
X方向の側の組の揺動駆動用コイル13の内側に配置されたホール素子90を備える。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。また、第2揺動用磁気駆動機構11Bは、+Y方向の側の組の揺動駆動用コイル13の内側に配置されたホール素子90を備える。
図2に示すように、可動ユニット5の揺動範囲を規制する揺動ストッパ機構17は、可動ユニット5(光学モジュールホルダ71)に設けられた揺動ストッパ用凸部87と、ホルダ環状部62とから構成される。可動ユニット5が所定の揺動範囲を超える傾斜姿勢となると、揺動ストッパ用凸部87がホルダ環状部62に当接して、それ以上、可動ユニット5が傾斜することを規制する。また、揺動ストッパ機構17は、外力によって可動ユニット5が+Z方向に移動した場合に、揺動ストッパ用凸部87がホルダ環状部62に当接して、可動ユニット5がそれ以上、+Z方向に移動することを規制する。
姿勢復帰機構12は、姿勢復帰用磁性部材15と、揺動駆動用磁石14と、を備える。図2に示すように、姿勢復帰用磁性部材15は、径方向において、揺動駆動用コイル13を間に挟んで揺動駆動用磁石14とは反対側に配置されている。ホルダ7が基準姿勢の状態を径方向から見た場合には、姿勢復帰用磁性部材15の中心は、外周側に位置する揺動駆動用磁石14の着磁分極線14aと重なる位置にある。換言すれば、可動ユニット5が基準姿勢の状態では、着磁分極線14aを含んで軸線Lと直交する仮想面12a(図2参照)が姿勢復帰用磁性部材15の中心を通過する。
5と、揺動駆動用磁石14とは、可動ユニット5を基準姿勢に復帰させる姿勢復帰機構として機能する。
図9(a)は+Z方向の側から見た場合の第2ユニット4の斜視図であり、図9(b)は−Z方向の側から見た場合の第2ユニット4の斜視図である。図10は図9のB−B線における第2ユニット4の断面図である。図11は+Z方向の側(被写体側)から見た場合の第2ユニット4の分解斜視図である。図12は−Z方向の側(反被写体側)から見た場合の第2ユニット4の分解斜視図である。図13は固定部材22、ローリング駆動用磁石36およびヨーク120の分解斜視図である。図9および図10に示すように、第2ユニット4は、ホルダ7を軸線L回りに回転可能に支持する回転支持機構21と、回転支持機構21を介してホルダ7を支持する固定部材22と、フレキシブルプリント基板39と、カバー部材40と、を備える。回転支持機構21は、回転台座24と軸受機構25(第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28)とを備える。
保持凹部121を間に挟んだ両側に設けられている。4つのカバー部材固定用凸部123のうちの他の2つは、固定部材22の−Y方向の端縁部分において、X軸方向でヨーク保持凹部121を間に挟んだ両側に設けられている。4つのカバー部材固定用凸部123には、−Z方向からカバー部材40が固定される。カバー部材40は、ヨーク120を−Z方向から被う。カバー部材40の中心には円形の開口部40aが設けられている。図9(b)に示すように、カバー部材40が固定部材22に固定されたときに、開口部40aには軸部132の先端が挿入される。ここで、図9(b)に示すように、固定部材22とカバー部材40との間をフレキシブルプリント基板39が引き回される。
える。本例では、開口部146は、軸部132から+X方向に離間した位置に設けられている。
図9および図10に示すように、回転台座24が第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28を介して固定部材22に保持されると、ローリング用磁気駆動機構31が構成される。図10に示すように、ローリング用磁気駆動機構31は、回転台座24の軸部132を間に挟んだ両側に保持された一対のローリング用磁気駆動機構31を備える。各ローリング用磁気駆動機構31は、回転台座24に保持されたローリング駆動用コイル35と、固定部材22に保持されて、Z軸方向で各ローリング駆動用コイル35と対向するローリング駆動用磁石36とを備える。ローリング駆動用磁石36は、周方向に2分割され、ローリング駆動用コイル35と対向する面の磁極が着磁分極線36aを境にして異なるように着磁されている。ローリング駆動用コイル35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。ホール素子140は、回転台座24が予め定めた基準角度位置にあるときに、−Z方向に位置する揺動駆動用磁石14の着磁分極線36aと対向する。
また、回転台座24が第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28を介して固定部材22に保持されると、図9(a)に示すように、固定部材22の回転ストッパ用凸部118が回転台座24の開口部146に挿入される。これにより、固定部材22の回転ストッパ用凸部118と回転台座24の開口部146とは、回転台座24のZ軸回りの回転角度範囲を規制する回転ストッパ機構38を構成する。すなわち、回転台座24は、回転ストッパ用凸部118が開口部146の内周壁(当接部)と干渉しない範囲でZ軸回りを回転するものとなる。換言すれば、回転ストッパ機構38は、開口部146の内周壁が周方向から回転ストッパ用凸部118に当接することにより、回転台座24の回転角度範囲を規制する。
図14は角度位置復帰機構32の説明図である。図14に示すように、角度位置復帰機構32は、角度位置復帰用磁性部材37と、ローリング駆動用磁石36とを備える。図10に示すように、角度位置復帰用磁性部材37は、Z軸方向において、ローリング駆動用コイル35を間に挟んでローリング駆動用磁石36とは反対側に配置されている。また、図14(a)に示すように、回転台座24が軸受機構25を介して固定部材22に回転可能に支持された状態であって、回転台座24が基準角度位置にある状態をZ軸方向から見た場合には、角度位置復帰用磁性部材37の中心37aは、−Z方向に位置するローリング駆動用磁石36の着磁分極線36aと重なる位置にある。換言すれば、回転台座24が基準角度位置にある状態では、着磁分極線36aを含んで軸線Lと平行に延びる仮想面32aが角度位置復帰用磁性部材37の中心37aを通過する。
ここで、第1ユニット3が第2ユニット4に取り付けられる際には、ホルダ7のホルダ胴部63の下端部分に第2ユニット4の周壁142が挿入され、ホルダ胴部63に設けられた位置決め用切欠き部67に、第2ユニット4の周壁142から突出する突部143(位置決め部)が挿入される。従って、ホルダ7は、径方向および周方向に位置決めされた状態で回転台座24に固定される。また、第1ユニット3が第2ユニット4に取り付けられる際には、筒状ケース45の下端部分に固定部材22の外周縁の段部113の+Z方向の側の部分が挿入され、筒状ケース45に設けられた位置決め用切欠き部56に、段部113に設けられた突部114が挿入される。従って、ケース体8は径方向および周方向に位置決めされた状態で固定部材22に固定されて、固定体42を構成する。これにより、光学ユニット1が完成する。
光学ユニット1は、上記のように、第1ユニット3が、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、第2ユニット4が、第1ユニット3のホルダ7を回転させるローリング用磁気駆動機構31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、可動ユニット5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31を駆動する。
本例では、第2ユニット4(ローリング用磁気駆動ユニット)は、第1ユニット3(揺動機能付き光学ユニット)と独立して構成されている。従って、揺動による振れ補正機能を備える第1ユニットを第2ユニット4に取り付けることにより、光学モジュール2を揺動および回転させる振れ補正機能付き光学ユニットを容易に構成することができる。また、本例では、ローリング用磁気駆動機構31のローリング駆動用コイル35とローリング駆動用磁石36とがZ軸方向で対向するので、第2ユニット4が径方向で大型化することを抑制できる。
67に係止される突部143とが設けられている。これにより、光軸とZ軸とを一致させた状態で第1ユニット3(光学モジュール2)を第2ユニット4に装着することができる。
。これにより、ローリング駆動用磁石36およびヨーク120が固定部材22から突出することを防止できるので、第2ユニット4の取り扱いが容易である。また、ローリング駆動用コイル35は回転台座24において固定部材22と対向する位置(対向面)に設けられたコイル固定部138に固定されて、Z軸方向で固定部材22と回転台座24との間に位置する。これにより、ローリング駆動用コイル35が固定部材22と回転台座24から外周側に突出しないので、第2ユニット4の取り扱いが容易である。
図15(a)は+Z方向の側から見た場合の変形例の第2ユニットの斜視図であり、図15(b)は−Z方向の側から見た場合の変形例の第2ユニットの斜視図である。図16は変形例の第2ユニットの断面図である。図17は+Z方向の側(被写体側)から見た場合の変形例の第2ユニットの分解斜視図である。図18は−Z方向の側(反被写体側)から見た場合の変形例の第2ユニットの分解斜視図である。以下に図15から図18を参照して変形例の第2ユニット4Aを説明する。なお、変形例の第2ユニット4Aは、上記の第2ユニット4と対応する構成を備えるので、対向する構成には同一の符号を付して説明する。図15から図18では、ローリング駆動用コイルに接続されたフレキシブルプリント基板39は省略してある。変形例の第2ユニット4Aにおいても、上記の第2ユニット4と同様に、第1ユニット3のホルダ7を回転台座24に取り付け、第1ユニット3のケース体8を固定部材22に固定可能することができる。変形例の第2ユニット4Aにおいても、上記の第2ユニット4と同様に、光学モジュール2を、直接、回転台座24に取り
付けてもよい。
回転台座24が軸受機構25を介して固定部材22に回転可能に支持されたときに、台座側環状溝162と固定部材側環状溝158とはZ軸方向で対向する。
アリング28に与圧を付与してもよい。すなわち、与圧付与機構は、軸部132に固定された環状部材135と、ボールベアリング28と環状部材135との間に圧縮された状態で配置されたバネ座金134と、から構成することもできる。
素子140を備えれば、ホール素子140からの出力に基づいて、固定部材22に対する回転台座24の角度位置を検出することができる。
2…台座側環状溝、164…筒部、165…貫通穴、166第1凸部、167…第2凸部、169…切欠部、170…留めネジ、L…軸線、R1…第1軸、R2…第2軸
Claims (18)
- 光学素子を備える光学モジュールを前記光学素子の光軸回りに回転させるためのローリング用磁気駆動ユニットにおいて、
前記光学モジュールを支持するための回転台座および当該回転台座を予め定めた軸線回りに回転可能に支持する軸受機構を備える回転支持機構と、
前記回転支持機構を介して前記光学モジュールを支持する固定部材と、
前記回転台座を回転させるローリング用磁気駆動機構と、を有し、
前記ローリング用磁気駆動機構は、前記回転台座および前記固定部材の一方に固定されたコイルと、他方に固定されて前記軸線方向で前記コイルと対向する磁石と、を備えることを特徴とするローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記回転台座を前記軸線回りの基準角度位置に復帰させるための角度位置復帰機構を有することを特徴とする請求項1に記載のローリング用磁気駆動ユニット。
- 前記磁石は、周方向で分極着磁されており、
前記角度位置復帰機構は、前記回転台座および固定部材のうち前記コイルが固定されている側に取り付けられた角度位置復帰用磁性部材を備え、
前記回転台座が前記基準角度位置に位置する状態を前記軸線方向から見た場合に、前記角度位置復帰用磁性部材の中心は、前記磁石の着磁分極線と重なることを特徴とする請求項2に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記角度位置復帰用磁性部材は、前記軸線方向において、前記コイルを間に挟んで前記磁石とは反対側に位置することを特徴とする請求項3に記載のローリング用磁気駆動ユニット。
- 前記回転台座および前記固定部材のうち前記コイルが固定される側は、前記角度位置復帰用磁性部材を固定するための固定領域を備え、
前記角度位置復帰用磁性部材の固定位置は、前記固定領域内で変更可能であることを特徴とする請求項4に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記ローリング用磁気駆動機構は、前記磁石に対して前記コイルとは反対側に位置するヨークを備え、
前記固定部材は、前記軸線方向で前記回転台座と対向する対向面に磁石保持凹部を備え、前記軸線方向で前記回転台座とは反対側を向く非対向面にヨーク保持凹部を備え、
前記磁石は、前記磁石保持凹部に固定され、
前記ヨークは、前記ヨーク保持凹部に固定され、
前記コイルは、前記回転台座において前記固定部材と対向する対向面に固定されていることを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記回転台座の回転角度範囲を規定する回転角度範囲規制機構を備え、
前記回転角度範囲規制機構は、前記回転台座および前記固定部材の一方から他方に向かって突出する突部と、他方において前記突部に周方向から当接可能な当接部と、を備えることを特徴とする請求項1から6のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記回転台座は、台座本体と、前記台座本体から前記固定部材に向かって前記軸線方向に延びる軸部と、を備え、
前記軸受機構は、前記軸部の外周側に取り付けられたボールベアリングを備え、
前記固定部材は、前記ボールベアリングを外周側から保持する筒状の保持部と、前記ボールベアリングに前記回転台座とは反対側から前記軸線方向の与圧を付与する与圧付与機構と、を備えることを特徴とする請求項1から7のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記軸受機構は、前記軸部の外周側に前記ボールベアリングと同軸に取り付けられた第2のボールベアリングを備え、
前記第2のボールベアリングは、前記ボールベアリングよりも前記回転台座の側に位置し、
前記保持部は、前記ボールベアリングおよび前記第2のボールベアリングを外周側から保持し、
前記与圧付与機構は、前記ボールベアリングを介して前記第2のボールベアリングに与圧を付与していることを特徴とする請求項8に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記軸受機構は、前記ボールベアリングの外周側に、前記軸線方向で前記台座本体と前記固定部材との間に配置された複数の転動体を備え、
前記与圧付与機構は、前記ボールベアリングを介して前記固定部材を前記台座本体に接近する方向の与圧を付与していることを特徴とする請求項8に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記回転台座は、前記軸線を囲んで前記固定部材と対向する台座側対向部を備え、
前記固定部材は、前記軸線方向で前記台座側対向部と対向する固定部材側対向部を備え、
前記台座側対向部は、前記軸線を囲む台座側環状溝を備え、
前記固定部材側対向部は、前記台座側環状溝に対向する固定部材側環状溝を備え、
複数の前記転動体は、前記台座側環状溝および前記固定部材側環状溝に挿入されていることを特徴とする請求項10に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記軸受機構は、前記台座側対向部と前記固定部材側対向部との間で前記軸線を囲む環状のリテーナを備え、
前記リテーナは、周方向に配列された複数の貫通穴を備え、
複数の前記転動体のそれぞれは、複数の前記貫通穴のそれぞれに挿入されていることを特徴とする請求項11に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記リテーナは、周方向で隣り合う2つの前記貫通穴の間に前記台座側対向部の側に突出する第1凸部と、前記固定部材側対向部の側に突出する第2凸部とを備え、
前記第1凸部は、前記台座側対向部における前記台座側環状溝の縁部分に摺接可能であり、
前記第2凸部は、前記固定部材側対向部における前記固定部材側環状溝の縁部分に摺接可能であることを特徴とする請求項12に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記リテーナは、外周縁の離間する2か所に、切欠部を備えることを特徴とする請求項12または13に記載のローリング用磁気駆動ユニット。
- 前記固定部材の前記回転台座とは反対側において、前記ヨークと離間した位置で前記ヨークを軸線方向から被うカバー部材を備え、
前記コイルには、フレキシブルプリント基板が接続されており、
前記フレキシブルプリント基板は、前記ヨークと前記カバー部材との間を引き回されていることを特徴とする請求項6に記載のローリング用磁気駆動ユニット。 - 前記回転台座は、前記光軸と前記軸線とを一致させた状態で前記光学モジュールを固定するための位置決め部を備えることを特徴とする請求項1から15のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニット。
- 請求項1から16のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニットと、
光学モジュール、前記光学モジュールを揺動可能に支持する揺動支持機構、前記揺動支持機構を介して前記光学モジュールを支持する支持体、および、前記光学モジュールを揺動させる揺動用磁気駆動機構を有する揺動機能付き光学ユニットと、を有し、
前記光学モジュールは、前記支持体を介して前記回転台座に取り付けられ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。 - 請求項1から16のうちのいずれか一項に記載のローリング用磁気駆動ユニットと、
光学モジュールと、を有し、
前記光学モジュールは、前記回転台座に取り付けられ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。
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