JP2020030393A - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
一方、特許文献2では、光学素子の光軸方向に対して直交する二方向に支点を設けたジンバル機構によって光学素子が支持体内で揺動可能に支持されるとともに、その支持体がローリング用駆動機構によって光軸周りに回動自在に支持されており、光学モジュールのピッチング(縦揺れ)、ヨーイング(横揺れ)とともに、ローリングも補正できるようになっている。
熱伝導部材が弾性又は粘弾性を有しているので、可動体の移動を阻害することなく、撮像素子の熱を固定体へ逃がすことができる。
可動体をローリングさせる場合に、ローリングの中心、もしくは該中心に近い位置に熱伝導部材を配置することができ、ローリング駆動に必要なトルクの増大を抑制することができ、消費電力を低減できる。
撮像素子を搭載している回路基板から撮像素子の熱が伝達されるので、撮像素子の熱を直接的に逃がすことができ、放熱性に優れている。
可動体をローリングさせる場合に、ローリングの中心、もしくは該中心に近い位置に熱伝導部材を配置することができ、ローリング駆動に必要なトルクの増大を抑制することができ、消費電力を低減できる。また、撮像素子から熱伝導部材への熱伝達経路が短くなるので、放熱性にも優れる。
前記熱伝導部材は、前記光軸方向から見て四角形状としてもよい。撮像素子が四角形状であるので、熱伝導部材を四角形状として、撮像素子と重なる面積を大きく確保でき、放熱性を高めることができる。
撮像素子の熱を放熱板により熱伝導部材に速やかに伝えることができ、放熱性を高めることができる。
可動体を支持するためにばね等が用いられるが、熱伝導部材によっても可動体を支持することができ、光軸を重力方向に向けたときの可動体の垂れ下がりを防止することができる。
熱伝導部材は弾性又は粘弾性を有しているので、振れ補正時に変形しても元の姿勢に復帰することができる。この場合、熱伝導部材が特に粘弾性を有する場合、大きく圧し潰されると、その機能が破壊されるおそれがあるが、主としてせん断力が作用する状態であると、粘弾性の機能を有効に維持することができる。
(振れ補正機能付き光学ユニット101の概略構成)
図1は、第1実施形態の振れ補正機能付き光学ユニット(以下、光学ユニットと省略する。)101の外観を示す斜視図であり、筐体の一部を四角い板状に示している。図2は、光学ユニット101を被写体側(Z軸方向の+Z側)から見た平面図である。図3は、筐体及び一部の部品を外して、光学ユニット101を被写体とは反対側(反被写体側;Z軸方向の−Z側)から見た底面図である。図4及び図5は光学ユニット101を光軸Lに沿って部分的に分解して示した斜視図である。図6は、光学ユニット101のX−Z平面に沿う一部を省略した断面図である(光学素子110の支持構造等は省略している)。
また、可動体10は、その内部に、光学素子110を光軸L方向に見てX軸方向に移動するX軸方向駆動機構80と、光学素子110を光軸L方向に見てY軸方向に移動するY軸方向駆動機構90と、光学素子110を撮像素子111に対して光軸L(Z軸)方向に移動するフォーカス機構(図示略)とを有している。
図1及び図2等に示すように、固定体20は、可動体10の周りを囲む角筒状の外側ケース210と、外側ケース210を固定する筐体220とを有している。図1等には筐体220の一部を構成する板状部が記載されており(この板状部を筐体とし、符号220を付す)、この板状部220は、固定体20の外側ケース210に対して反被写体側に設けられ、固定体20の底板部を構成する。外側ケース210は、図2に示すように、Z軸方向から見て、四面の側板部211を有する四角枠状に形成されている。この外側ケース210は、板状部(筐体)220の表面に側板部211の下端(Z軸方向の他方側−Zの端部)が固定されている。実施形態では、四面の側板部211はX軸方向又はY軸方向に沿って配置される。
また、外側ケース210の内周面には、ローリング支持機構30を構成する弾性部材31の一端部と、ローリング補正用駆動機構40を構成するローリング用コイル42とが固定されている。
可動体10は、光学素子(レンズ群)110及び撮像素子111と、光学素子110を保持する角形の内側ケース12と、内側ケース12をさらに囲む角形の中間ケース13と、中間ケース13の外周面に一体に設けられた四角筒状の枠体14と、回路基板15とを有している。
また、光学素子110と内側ケース12との間には図示略のフォーカス駆動機構が設けられている。さらに、内側ケース12と中間ケース13との間には、内側ケース12を光軸L(Z軸)方向から見てX軸方向及びY軸方向に移動自在に支持するケース支持機構70と、内側ケース12をX軸方向に移動するX軸方向駆動機構80と、内側ケース12をY軸方向に移動するY軸方向駆動機構90とが設けられている。中間ケース13の内側の構造の詳細については後述する。
枠体14は、中間ケース13の外周を囲む四角筒状に形成され、その四面の側板部141の内面が中間ケース13の各側板部131の外面に密接した状態で一体化している。また、図4及び図7に示すように、枠体14の4箇所の角部には、径方向の外側に四角形の対角線に沿う方向(X軸方向及びY軸方向から45°の方向)に2個のリブ状の突起部142と、その間に配置される切欠部143とがZ軸方向に沿って形成されている。また、両突起部142の一方には、Z軸方向の一端面(−Z側の端面)に切欠部143内に張り出すように端板部144が設けられている。この端板部144の先端縁は、枠体14の対角線上に配置される。
この回路基板15は筐体の板状部220と間隔をおいて配置されており、その間隔内には、回路基板15と板状部220とを連結する熱伝導材料からなる接続体(熱伝導部材)16が設けられている。
なお、図中符号215は、固定体20の外側ケース210の内周部に固定された枠状のストッパ板であり、可動体10の枠体14のZ軸方向の−Z側の移動を規制している。
ローリング支持機構30は、本実施形態1では、4個の弾性部材31によって構成されている(図4参照)。これら弾性部材31は、光軸L周りに撓み変形する板ばね31(弾性部材と同じ符号を用いる)である。
各板ばね31は、その1個を図8に示したように、弾性を有する板材のプレス成形等によってU字形の板状に形成されるとともに、その両端部311,312が90°屈曲した形状とされている。両端部311,312は、他の部材への取り付けのためU字形状部313よりも広い面積に形成され、ねじ固定のための穴314が形成されている。
この板ばね31は、図3に示すように、固定体20の外側ケース210の内周部と、可動体10の枠体14の外周部とを連結するように固定されている。
なお、この板ばね31の枠体14及び外側ケース210への固定は、ねじ止めに限らず、両者の接着、嵌合、係止等によって行ってもよい。
ローリング補正用駆動機構40は、図4に示すように、ローリング用磁石41と、そのローリング用磁石41の磁界内で電磁力を発生可能なローリング用コイル42とを有する磁気駆動機構により構成される。
本実施形態では、1個のローリング用磁石41と、この1個のローリング用磁石41に対向する1個のローリング用コイル42との組み合わせが、光軸Lの周方向に180°の間隔をおいて2組設けられる。具体的には、枠体14には、光軸Lの周方向に180°間隔をおいて矩形の切欠部145が形成され、この切欠部145内にローリング用磁石41が収容されている。また、外側ケース210の内周部に、枠体14のローリング用磁石41と対向してローリング用コイル42が固定されている。2個のローリング用磁石41は、光軸Lを通るY軸線上にそれぞれ配置されている。また、このローリング用磁石41は、X軸方向に異なる磁極が着磁され、その着磁分極線411がZ軸方向に沿って配置されている。2個のローリング用磁石41は、同じ厚さ、同じ平面形状に形成される。
図3、図5及び図6において、可動体10に一体の回路基板15と固定体20における板状部(筐体)220との間に設けられた接続体16は、回路基板15に搭載されている撮像素子111で発生する熱を固定体20に伝達するためのものであり、可動体10の移動を阻害しないように弾性又は粘弾性を有している。図示例では、四角板状に形成されており、光軸Lに外形の中心を配置し、外周の四辺をX軸方向又はY軸方向に沿って配置している。回路基板15において接続体16の反対側の表面には、光軸L上に、撮像素子111が設けられている。この撮像素子111は、平面視(Z軸方向に見て)四角形状に形成されており、接続体16は、撮像素子111と光軸L上に重なる位置に、撮像素子11の四辺と接続体16の四辺とが相互に平行となるように配置されている。実施形態では、これら撮像素子11の四辺と接続体16の四辺とは、X軸方向又はY軸方向に沿って配置されている。
この接続体16は、熱伝導性を高めるために、粘弾性材料中に熱伝導率の大きい金属やカーボン等の粉末を混合しているとよい。
ローリングを補正する場合、接続体16は、厚さ方向(光軸L方向)と交差する方向(せん断方向)に変形する。いずれの方向に動いても、引っ張られて伸びる方向の変形である。
前述したように、可動体10の中間ケース13内には、光学素子(レンズ群)110及び撮像素子111と、光学素子110を保持する角形の内側ケース12と、光学素子110を光軸方向に沿って移動するフォーカス駆動機構(図示略)と、内側ケース12を支持するケース支持機構70と、X軸方向駆動機構80及びY軸方向駆動機構90とが設けられている。中間ケース13の内側の構成を図9及び図10に示す。
光学素子110はスリーブ状のレンズホルダ112により保持され、大部分は内側ケース12内に収容されているが、その前端部(Z軸方向の一方+Z側の端部)が内側ケース12からZ軸方向の一方+Zに突出しており、その突出している端部が前側ばね71の内周部に固定されている。レンズホルダ112の後端部(Z軸方向の他方−Z側の端部、図示略)は後側ばね72の内周部に固定され、この後側ばね72を介して内側ケース12の内周部に支持されている。
前側ばね71及び後側ばね72は、板状に形成されており、内周部71a,72aが外周部71b,72bに対して板厚方向(Z軸方向、光軸L方向)に移動可能に弾性変形できる形状に形成されており、光学素子110(レンズホルダ112)は、これら前側ばね71及び後側ばね72により、光軸L方向に移動自在に支持される。そして、内側ケース12と光学素子110との間に設けた図示略のフォーカス駆動機構によって光学素子110は光軸L方向に移動させられる。
前側ばね71と回路基板15とを繋ぐワイヤ73は、Z軸方向の一方+Zから見たときに、X軸方向及びY軸方向に辺を有する四角形の四隅に配置される。したがって、光学素子110は、その前端部に固定された前側ばね71がワイヤに73よって回路基板15に支持されることになり、ワイヤ73が撓み変形することにより、回路基板15におけるワイヤ73の固定点を中心に略X軸方向及び略Y軸方向に移動自在に支持される。
X軸方向駆動機構80及びY軸方向駆動機構90は、それぞれ磁石81,91とコイル82,92との組み合わせにより構成されている。
X軸方向駆動機構80の磁石81とY軸方向駆動機構90の磁石91とは、内側ケース12の各側板部121の外面に固定されている。
各コイル82,92は、長円形の平板状に巻回されており、矩形枠状のコイルホルダ17の各辺部に、2個ずつが並んで、合計8個のコイル82,92が固定されている。この場合、各コイル82,92は、その長円形の一方の短辺部821,921がコイルホルダ17に固定され、内側ケース12の各側面に2個ずつが対向するように配置されている。したがって、各コイル82,92の上下端の短辺部821,921を除く2個の長辺部822,922がZ軸方向に沿って配置される。
つまり、X軸方向駆動機構80の磁石81とコイル82とは、コイル82に電流を流すと、フレミングの左手の法則により、磁石81にX軸方向の+X側又は−X側のいずれかに向けて電磁力を作用させ、2組の磁石81とコイル82との組み合わせにより、内側ケース12をX軸方向に移動する。図11に示す例では、図の右方向に磁石81を移動させる。
この場合、内側ケース12は、前側ばね71を介してワイヤ73により支持されているので、ワイヤ73が撓むことにより、回路基板15におけるワイヤ73の固定点を中心に略X軸方向及び略Y軸方向に移動される
なお、図10において、符号18は回路基板15の上面で撮像素子111の周囲を囲むセンサ保護カバー、符号19は内側ケースと前側ばねとの間に設けられるスペーサを示す。
以上のように構成された光学ユニット101において、X軸方向駆動機構80及びY軸方向駆動機構90によって、内側ケース12とともに光学素子110を前後左右方向(X軸方向及びY軸方向)へ移動させることができる。したがって、振れによる撮影像の光軸L方向に略直交する方向でのずれの補正が可能となる。このX軸方向及びY軸方向の移動においては、撮像素子111を搭載している回路基板15は移動しない。
一方、ローリング補正用駆動機構40により、中間ケース13を光軸L周りに回動させることができる。したがって、振れによる撮影像に光軸L周りのずれが生じる場合は、ローリング補正用駆動機構40によって光軸L周りの振れを補正することができる。
なお、接続体16を光軸L方向から見て円形状に形成してもよく、その場合、光軸L周りの接続体16の変形も容易になり、ローリング補正時の捻れに対する抵抗も少なくなる。
また、接続体16を四角形に形成する場合でも、光軸L方向に沿う撮像素子111の面積よりも大きい面積に形成してもよく、撮像素子111の全面から熱を伝達して放散することができる。
図11から図14は本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの第2実施形態を示している。これらの図において、第1実施形態と共通の要素には同一符号を付して説明を省略する。また、第1実施形態で説明した、筐体220、ストッパ板215は図示を省略している。
この第2実施形態では、回路基板15の裏面から枠体14の一つの側板部141にかけて放熱板161が設けられ、この放熱板161と外側ケース210の一つの側板部211との間に接続体(熱伝導部材)162が設けられている。
放熱板161は、熱伝導性の高い金属板、例えば銅板により形成され、回路基板15に密接状態に固定される底板部161aと、枠体14の一つの側板部141に密接状態に固定される側板部161bとを一体に形成したL字形状に形成されている。底板部161aは、図12に示すように、回路基板15の反対側に搭載されている撮像素子111の面積よりも十分に大きい四角形の板状に形成され、撮像素子111と光軸L方向に重なるように配置される。したがって、底板部161aは、撮像素子111のZ軸方向の投影領域よりも外側に張り出して設けられる。
そして、放熱板161の側板部161bと、この側板部161bに対向する外側ケース210の側板部211との間に、これらを連結するように接続体162が設けられている。この接続体162は、四角形の板状に形成され、その四辺が図示例の場合は、Y軸方向又はZ軸方向に沿うように配置されている。
なお、図12等に示すように、第2実施形態では接続体161はY軸方向のほぼ中心位置に設けられている。このため、ローリング補正時に可動体10が光軸L周りに回動したときに、主としてせん断力が作用し、板厚方向の圧縮及び伸びは比較的小さい。この図12に示す位置よりY軸方向のいずれかにずれた位置に接続体161を配置することは、ローリング補正時に板厚方向の圧縮及び伸びが大きくなるため、好ましくない。
例えば、上記実施形態では、光学素子110を光軸L方向から見てX軸方向及びY軸方向に移動自在に支持し、振れ補正時には駆動機構によってX軸方向及びY軸方向に移動する構成としたが、光学素子110の光軸L方向に対して直交する二方向に支点を設けたジンバル機構によって光学素子110を揺動可能に支持し、振れ補正時には駆動機構によって光軸Lを傾けるように揺動させる構成としてもよい。
また、ローリング支持機構30の弾性部材(板ばね)31をU字形状に形成したが、可動体10をローリング自在に支持できるものであれば、必ずしもU字形状のばねを用いたものに限らない。
第1実施形態では接続体(熱伝導部材)16を光軸L上に配置したが、光軸Lからわずかにずれた位置に設けることも可能である。あるいは、光軸Lの周囲に複数個周方向に並べて配置してもよい。その場合でも、接続体にはローリング補正時にはせんだん力のみ作用する。
また、第1実施形態のように、接続体16を回路基板15に設ける場合でも、これらの間に熱伝導性に優れる放熱板を介在させてもよい。
Claims (10)
- 光学素子及び該光学素子の光軸上に位置する撮像素子と、前記光学素子及び前記撮像素子を支持する可動体と、固定体と、該固定体に前記可動体を前記光軸周りに回動自在に支持するローリング支持機構と、前記可動体を振れに応じて前記光軸周りに回動させるローリング補正用駆動機構とを備え、
前記可動体と前記固定体との間に、これらを接続する弾性又は粘弾性を有する熱伝導部材が設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。 - 前記固定体は、前記可動体の反被写体側に配置される底板部を有し、前記熱伝導部材は、前記固定体の前記底板部と前記可動体との間に設けられることを特徴とする請求項1記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記可動体の底部が開放され、前記撮像素子を搭載した回路基板が前記可動体の底部に配置されており、前記熱伝導部材は、前記固定体の前記底板部と前記回路基板との間を接続した状態に設けられることを特徴とする請求項2記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記熱伝導部材は、前記光軸方向から見て前記撮像素子と重なる位置に設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記熱伝導部材は、前記光軸方向から見て円形状であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記熱伝導部材は、前記光軸方向から見て四角形状であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記固定体には、前記可動体の周囲を囲む複数の側板部が設けられ、前記熱伝導部材は、前記固定体の前記側板部と、前記可動体の前記側板部に対向する部位との間に設けられることを特徴とする請求項1記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記可動体の底部から側面に延びる放熱板が設けられ、該放熱板と前記固定体の前記側板部との間に前記熱伝導部材が設けられることを特徴とする請求項7記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記熱伝導部材は、前記光軸方向の寸法が該光軸方向と直交する方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項7又は8記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記熱伝導部材は、前記可動体と前記固定体との間で振れ補正時に主としてせん断力のみを受ける部位に設けられることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
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