JP2018205480A - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
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。
体)5と、可動ユニット5を揺動可能に支持する揺動支持機構6と、揺動支持機構6を介して可動ユニット5を支持するホルダ7(支持体)と、可動ユニット5およびホルダ7を外周側から囲むケース体8とを備える。光学モジュール2は、光学素子9と、光学素子9の光軸上に配置された撮像素子10と、を備える。揺動支持機構6は、可動ユニット5を、予め定めた軸線Lと光学素子9の光軸とが一致する基準姿勢および軸線Lに対して光軸が傾斜する傾斜姿勢の間で揺動可能に支持する。揺動支持機構6はジンバル機構である。ここで、軸線LはZ軸と一致する。
体44を構成する。回転台座24は回転支持機構21を構成するとともに、可動体43を構成している。
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8は光学モジュールホルダおよび光学モジュールホルダに保持された揺動駆動用コイル13を+Z方向の側(
被写体側)から見た場合の平面図である。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(鏡筒ホルダ)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(鏡筒)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。
一致している。従って、図8に示すように、切欠き凹部75の周方向の両端を規定している一対の内壁面75cは平行に延びている。これにより、切欠き凹部75は径方向の外側に向かって開口が拡大する形状ではなくなっている。よって、可動ユニット5が、揺動、回転した場合でも、切欠き凹部75に保持された第2ウエイト42が切欠き凹部75から径方向の外側に脱落することが、切欠き凹部75の開口が径方向の外側に向かって拡大する形状となっている場合と比較して、防止あるいは抑制される。
図9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9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(第2の軸線)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(第2の軸線)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。
が固定されている。この球体104は、光学モジュールホルダ71に設けられた第1揺動支持部101、および、ホルダ胴部63に設けられた第2揺動支持部102に保持される接点ばね105と点接触する。図4および図5に示すように、接点ばね105は板状ばねであり、第1揺動支持部101に保持される接点ばね105は第1軸R1方向に弾性変形可能であり、第2揺動支持部102に保持される接点ばね105は第2軸R2方向に弾性変形可能である。従って、可動枠103はZ軸方向と直交する2方向(第1軸R1方向および第2軸R2方向)の各方向回りに回転可能な状態で支持される。
揺動用磁気駆動機構11は、図9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が姿勢復帰用磁性部材15の中心を通過する。
図10(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10(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11は第2ユニット4の断面図である。図12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13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10および図11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。
21を備える。ヨーク保持用凹部121は筒部115を囲んで設けられている。ヨーク保持用凹部121はY軸方向に延びている。Z軸方向から見た場合に、ヨーク保持用凹部121と一対のローリング駆動用磁石保持凹部117とは重なっており、ヨーク保持用凹部121と一対のローリング駆動用磁石保持凹部117とはZ軸方向で連通している。ヨーク保持用凹部121には、−Z方向からヨーク120が挿入される。ヨーク120は磁性材料から形成されている。ここで、ヨーク保持用凹部121と一対のローリング駆動用磁石保持凹部117とは連通しているので、ヨーク120は、ローリング駆動用磁石保持凹部117に保持されたローリング駆動用磁石36に、−Z方向から当接する。
溝145の周方向(X軸方向)の寸法よりも短い。
図10および図11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11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方向に位置するローリング駆動用磁石36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10(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11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と平行な仮想面32aが角度位置復帰用磁性部材37の中心37aを通過する。
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44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。
と、ホール素子90からの出力と、ホール素子140からの出力と、基づいて行ってもよい。この場合には、ジャイロスコープによって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を駆動するとともに、可動ユニット5を基準姿勢に復帰させる際にホール素子90からの出力に基づいて揺動用磁気駆動機構11を駆動して、可動ユニット5が正確に基準姿勢となるようにする。また、回転台座24(可動体43)を基準角度位置に復帰させる際に、ホール素子140からの出力に基づいてローリング用磁気駆動機構31を駆動して、回転台座24(可動体43)が正確に基準角度位置に配置されるようにする。
図15は可動ユニット5の重心調整方法の説明図である。図16は可動ユニット5の重心調整方法のフローチャートである。図15に示すように、本例では、可動ユニット5の重心調整を行うための装置として、可動ユニット5を軸線Lと直交する方向に振動させるための振動発生器150と、フレキシブルプリント基板18を介してホール素子90からの出力を検出する検出部149とを備える。振動発生器150は光学ユニット1が固定される台座部150aと、台座部を振動させる駆動部150bと、を備える。
本例では、可動ユニット5にはその重心の位置を粗調節する第1ウエイト41と微調整する第2ウエイト42が取り付けられるが、第2ウエイト42は、流動性ウエイト部材であり、可動ユニット5に塗布されるものである。従って、第2ウエイト42として、所定
重量の剛体のウエイトを予め容易しておく必要がない。よって、第2ウエイト42が用いられることなく可動ユニット5の重心の位置の調整が完了した場合でも、第2ウエイト42を在庫として残してしまうことがない。また、第2ウエイト42が、流動性ウエイト部材であれば、必要な量だけ可動ユニット5に塗布できるので、可動ユニット5の重心と可動ユニット5の揺動中心とを高い分解能で一致させることができる。
なお、切欠き凹部75は、光学モジュール保持部85の内壁面に開口する内周側開口75aが当該光学モジュール保持部85の外壁面に開口する外周側開口75bよりも大きく、径方向から見た場合に、外周側開口75bが内周側開口75aの内側に位置するものとすることができる。このようにすれば、切欠き凹部75の周方向の両端を規定している一対の内壁面75cは、外周側に向かって互いに接近する方向に延びるものとなる。これにより、切欠き凹部75は径方向の外側に向かって開口が拡大する形状ではなくなるので、可動ユニット5が回転、揺動した場合でも、切欠き凹部75に保持された第2ウエイト42が切欠き凹部75から径方向の外側に脱落することを防止あるいは抑制できる。
の寸法が周方向の寸法よりも短くてもよい。また、姿勢復帰用磁性部材15は板状であるが、直方体形状、柱形状、球形状としてもよい。
Claims (8)
- 光学素子と当該光学素子の光軸上に配置された撮像素子とを備える揺動体と、
前記揺動体を、予め設定した軸線と光軸とが一致する基準姿勢および前記軸線に対して前記光軸が傾斜する傾斜姿勢の間で揺動可能に支持する揺動支持機構と、
前記揺動支持機構を介して前記揺動体を支持する支持体と、
前記揺動体の揺動中心と当該揺動体の重心とを前記軸線方向で一致させるための第1ウエイトおよび第2ウエイトと、を有し、
前記第1ウエイトは、前記揺動体に取り付けられており、
前記第2ウエイトは、流動性ウエイト部材であり、前記第1ウエイトよりも軽量で、前記揺動体に塗布さ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。 - 前記揺動体は、前記光学素子を保持する鏡筒を備え、
前記第1ウエイトは、環状であり、その中心穴に前記鏡筒が挿入されて当該鏡筒に固定されており、
前記第2ウエイトは、前記光軸方向において前記第1ウエイトの像側で前記鏡筒に塗布されてい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。 - 前記揺動支持機構は、前記揺動体を前記軸線と直交する第2の軸線回りに揺動可能に支持し、
前記第2ウエイトは、前記光軸方向で前記第1ウエイトと前記第2の軸線との間に位置す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。 - 前記揺動体は、前記鏡筒を外周側から保持する筒状の保持部を備える鏡筒ホルダを備え、
前記第2ウエイトは、接着剤であり、前記保持部および前記鏡筒に塗布されて当該保持部および当該鏡筒を接着し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。 - 前記鏡筒は、前記保持部から被写体側に突出しており、
前記保持部は、前記被写体側の先端縁に前記像側に窪む切欠き凹部を備え、
前記切欠き凹部は、前記保持部を前記光軸と直交する径方向に貫通しており、
前記第2ウエイトは、前記切欠き凹部の内側に塗布されてい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。 - 前記切欠き凹部は、前記保持部の内壁面に開口する内周側開口と当該保持部の外壁面に開口する外周側開口とが同一形状であり、
前記径方向から見た場合に、前記内周側開口の中心と前記外周側開口の中心とが一致し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。 - 前記切欠き凹部は、前記保持部の内壁面に開口する内周側開口が当該保持部の外壁面に開口する外周側開口よりも大きく、
前記径方向から見た場合に、前記外周側開口が前記内周側開口の内側に位置す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。 - 前記第2ウエイトは、金属の粉体が添加されたエポキシ樹脂であ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振れ補正機能付き光学ユニット。
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