JP2020177067A - 屈曲式撮像装置の防振機構、および、カメラ、携帯電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】屈曲光学系を有する撮像装置において、装置を大型化することなく防振機構を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】光軸を折り曲げる反射部材を有する光学系であって、物体側より順に反射部材、撮像レンズ群、撮像素子を備え、撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸と、を回転軸として前記反射部材を回動させることによって手振れ補正を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、手振れ補正機能付き撮像装置に用いられる、屈曲式撮像装置の防振機構、および、この防振機構を備えたカメラ、携帯式電子機器に関する。
撮影技術の急速な発展に伴い、レンズ駆動装置は、数多くの撮影装置で広く応用されている。レンズ駆動装置を各種の携帯式の電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュータ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。
通常の携帯式電子機器に適応されたレンズ駆動装置の駆動機構は、一般的にコイルと永久磁石とによって形成され、コイルが撮像レンズ枠の外周に固定されている。コイルへ電流を印加するとき、電磁力の作用によって、コイルは、撮像レンズ枠を動かしてレンズの光軸方向に沿って移動さることによって焦点を合わせることができる。また、ユーザが手で電子機器を持ちながら撮影する際に、手振れによるレンズ駆動装置の振れに対しては光軸に対して垂直方向へ駆動することで振れを補正することが可能となる。
しかしながら、例えば携帯式電子機器に搭載する小型の光学機器に対しては、光学全長の長いズーム光学系を携帯式電子機器にそのまま搭載することは難しく、光学系を屈曲させるなどの構造を採る必要があった。
この屈曲の構造を用いた光学系では、光線を屈曲するためのプリズムやミラーの前後に配置された撮像レンズを振れ補正に使うことが挙げられるが、小型化が進む携帯式電子機器ではこれらミラーの前後に配置された撮像レンズの振れ補正構造を用いることで、屈曲光学系の全長が長くなる可能性や、一部形状が突出しなければならない構造となる可能性があった。
従って、上記した課題を解決することができる新しいレンズ駆動装置を提供することが必要となる。
特開２００４−２１９９３０号公報 特開２０１２−１１８３３６号公報
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、屈曲光学系を有する撮像装置の手振れ補正において、撮像装置を大型化することのない省スペースな防振機構を実現することを目的とする。
本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
本発明は、撮像光学系に加わる振れに応じて、撮像光学系を構成する光学要素に像振れ抑制動作を行わせる撮像装置において、以下の構成を有することを特徴とする。撮像光学系の光学要素として、第１の光軸に沿って物体側から入射した光束を第２の光軸に沿う方向に反射する反射部材と、この反射部材よりも光軸方向において像面側に位置する撮像レンズ群を有する。撮像レンズ群は可動部材に支持され、反射部材は二つの可動部材に支持され、それぞれの可動部材によって、撮像レンズ群の光軸と反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対して垂直な軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸とを回転軸として、反射部材を回動させることが可能である。
二つの可動部材には、可動部材を回動させる駆動力を与えるアクチュエータが配置され、撮像光学系の加わる振れに応じて像振れ抑制動作を行わせる。
アクチュエータが永久磁石とコイルを有するボイスコイルモータである場合、可動部材のアクチュエータ支持部は、永久磁石とコイルのいずれかを支持する。
本発明の利点として、本発明の屈曲式撮像装置の防振機構が、撮像レンズ群よりも物体側に配置された反射部材を回動させることによって手振れ補正を行うことで、撮像光学系内のレンズ、もしくは撮像光学系内の反射部材で手振れ補正を行うよりも像面での光学性能への影響を少なくすることができる。また、手振れ補正角に対して可動範囲を最小限に抑えることができるため、小型化が進む携帯式電子機器の中でより効率の良い防振機構を構成するという目的が達成でき、撮像画像の品位が良くなる。
本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置を下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の前側カバー板と後側カバー板を除き、下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の前側カバー板と後側カバー板を除き、上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置を下方から見た分解図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置を上方から見た分解図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置を第１光軸と第２光軸で成す平面で切った断面図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置を、回転軸（Ｂ）Ｓ２を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを下方から見た分解図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを上方から見た分解図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを第１光軸と第２光軸で成す平面で切った断面図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを、回転軸（Ｂ）Ｓ２を通り、第２光軸に平行な平面で切った断面図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを、防振用フレキシブル基板を除いて下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の防振ユニットを、防振用フレキシブル基板を除いて上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第１ホルダーブロックを下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第１ホルダーブロックを上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第２ホルダーブロックを下方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第２ホルダーブロックを上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第２ホルダーブロック用ボイスコイルモータ部で軸のガタ取りを構成する磁気バネ側の構成図である。 本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置の第２ホルダーブロック用ボイスコイルモータ部で中心保持を構成する磁気バネ側の構成図である。 本発明の屈曲式撮像装置を備えた携帯式電子機器（携帯情報端末）を示す斜視図である。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
図１〜図７は、本発明の屈曲式撮像装置１００を示す図面である。
図１〜図２２は、本発明の実施形態にかかる屈曲式撮像装置とその構成要素を示している。
屈曲式撮像装置１００の撮像光学系は、物体側より反射部材であるプリズム２１、撮像レンズ群３１、撮像素子４１で構成され、プリズム２１で光束を反射させる屈曲光学系となっている。
第１光軸Ｏ１に沿ってプリズム２１の入射面２１−ａに入射した被写体からの光束は、プリズム２１の反射面２１−ｂによって第２光軸Ｏ２に沿う方向に反射されて射出面２１−ｃから射出される。続いて光束は、第２光軸Ｏ２上に位置する撮像レンズ群３１を通り、撮像素子４１の撮像面上に結像される。
屈曲式撮像装置１００はハウジング１０を有する。図４、図５に示すように、ハウジング１０は、プリズム２１およびベース部材である防振ベースを含む防振ユニット６０を保持する上方固定部１１と、前後方向に開かれた箱状の前側開口部１２、後側開口部１３、撮像素子４１へ光束を通す下方開口部１４を有する。上方固定部１１にプリズム２１を含む防振ユニット６０が２本のネジ１９で固定され、前側開口部１２は撮像レンズ群３１を保持する撮像レンズ枠３２が２本のシャフト１７で支持され、第２光軸Ｏ２に沿って進退可能に保持されている。下方開口部には撮像レンズ群３１を射出した光束の第２光軸Ｏ２と垂直な方向に撮像素子ユニット４０が固定される。
ハウジング１０の前側開口部１２、後側開口部１３は、前側カバー板１５、後側カバー板１６（図１、図４、図５）によって塞がれる。
撮像レンズ群３１を保持する撮像レンズ枠３２は、箱状の前側開口部１２内で第２光軸Ｏ２に沿って直進移動可能に２本のシャフト１７で支持されており、撮像レンズ枠３２の側面部３３に固着されたフォーカス用コイル５１およびフォーカス用ホールセンサ５２を実装するフォーカス用フレキシブル基板５０と、それに対向するハウジング１０の穴部１８に固着されたフォーカス用永久磁石３４で構成される電磁アクチュエータ（ボイスコイルモータ）の駆動力によって撮像レンズ枠３２が第２光軸Ｏ２に沿って進退移動することによってフォーカシング動作が行われる。
フォーカス用ヨーク５３は、フォーカス用コイル５１の、フォーカス用永久磁石３４と対向しない面側に設けられ、フォーカス用コイル５１と同じく撮像レンズ枠３２に固定されている。
フォーカス用ヨーク５３は、焦点位置の変更により撮像レンズ群３１が移動した際、撮像レンズ群３１を所定位置に戻すための磁気バネの役割があり、撮像レンズ群３１と撮像レンズ枠３２を支持するシャフト１７との径方向のガタつきに対して一方向に付勢する役割と、フォーカス用コイル７１の漏れ磁束を収束させてフォーカス用永久磁石３４とフォーカス用コイル７１の電磁作用の効率を上げる役割も兼ね備えている。
フォーカス用ホールセンサ５２を設けることにより、フォーカス用永久磁石３４の位置を検出することができるため、より精度良い焦点位置の調整や、焦点調整速度が重要な場面での正確な制御を実現している。
フォーカス用コイル５１は、撮像レンズ枠３２上に取り付けられて固定されているコイル巻き線であっても良く、直接に防振用フレキシブル基板７０上に形成されている導電性パターンであっても良い。
屈曲式撮像装置１００は、手振れなどの振動を原因とする像面上での像振れを軽減させる防振（像振れ補正）ユニット６０を備えている。この防振ユニット６０は、プリズム２１を、撮像レンズ群の光軸Ｏ２と反射部材で反射される物体側の光軸Ｏ１とにより作られる平面に対し垂直な回転軸（Ａ）Ｓ１と、反射される物体側の光軸と平行な回転軸（Ｂ）Ｓ２とを回転軸として、回動可能に構成されている。
第１ホルダー８１にはプリズム２１が接着等により固着されており、その他にはボイスコイルモータを構成する永久磁石Ａ８２が固着され、第２ホルダー９１に軸支される回転軸（Ａ）Ｓ１軸穴部に金属製のブッシュ８３が圧入されている。このブロックを第１ホルダーブロック８０と呼ぶこととする。
第１ホルダーブロック８０は、第２ホルダー９１の回転軸（Ａ）Ｓ１軸にシャフト８４を差し込むことにより軸支される。シャフト８４は第２ホルダー９１のＳ１軸穴部に固着され、ブッシュ８３に対して滑らかに回動可能な寸法に設定されている。また、第１ホルダー８１の２箇所の突起部８５と第２ホルダー９１の突起部９５には回転方向に一定のクリアランスが設けてあり、第２ホルダー９１に対する第１ホルダーブロック８０の回転方向の移動可能範囲を規制する。
第２ホルダー９１にはさらに防振コイルＡ７１および位置検出用の防振ホールセンサＡ７２を実装した防振用フレキシブル基板７０が取り付けられ、防振コイルＡ７１と防振ホールセンサＡ７２が図示の位置で固着されることにより、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２とともにボイスコイルモータを構成する。また、防振用フレキシブル基板７０の防振コイルＡ７１の裏面には、磁性体金属で作成された電磁アクチュエータの永久磁石Ａ８２と引き合うヨークである防振ヨークＡ７３が貼り付けられており、第１ホルダーブロック８０の永久磁石Ａ８２との磁性により所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
第１ホルダー８１は、第２ホルダーブロック９０との摺動用にボール６２を保持できる円筒凹部８６を有している。また第２ホルダー９１の対向する部分にも摺動面が形成されており、第１ホルダー８１の円筒凹部８６の摺動面と同様、滑らかに回転できるよう面精度が設定されている。
第１ホルダーブロック８０と第２ホルダーブロック９０は、引張りバネ６３によってお互いをボール６２に当てつける方向へ付勢されており、ボール６２の高さによって回転軸と水平方向の位置を決めることができ、また各部品の製造誤差によるガタつきをなくすことを目的としている。
また、バネ６３の付勢する方向は、第１ホルダーブロック８０を保持する磁気バネを構成する永久磁石Ａ８２と防振ヨークＡ７３の吸引方向と一致させることにより、より安定した磁気バネ作用を可能としている。
プリズム２１が第１光軸Ｏ１と平行な方向のガタつき成分を持っていた場合、第２光軸Ｏ２が平行移動してしまい、手振れ補正制御不能な像振れを発生させることが考えられる。したがって、本実施例において第１ホルダーブロック８０の回転軸と水平方向のガタつき成分はなくすことが必須となっている。
本発明においては、第２ホルダーブロック９０に対し、第１ホルダーブロック８０を回転軸と平行な方向へバネ付勢し、また摺動部にはボールを用いることにより、低負荷で確実なガタつきを取ること（ガタ取り）を可能としている。
第２ホルダー９１にはまた、ボイスコイルモータを構成する二つの永久磁石Ｂ９２−ａと９２−ｂ、位置検出用の永久磁石９８が固着され、防振ベース６１に軸支される回転軸（Ｂ）Ｓ２軸穴部には金属製のブッシュ９３が圧入されている。このブロックを第２ホルダーブロック９０と呼ぶこととする。
第２ホルダーブロック９０は、防振ベース６１に挿入され、回転軸（Ｂ）Ｓ２軸にシャフト９４を差し込むことにより軸支される。シャフト９４は防振ベースＳ２軸穴部に固着され、ブッシュ９３に対しては滑らかに回動可能な寸法に設定されている。また、この状態でピン９６を第２ホルダー９１の穴部９７に差し込むことにより、防振ベース６１に対する第２ホルダーブロック９０の回転方向の移動可能範囲を規制する。
このユニット化されたブロックを、防振ユニット６０と呼ぶこととする。
またこの場合、回転軸（Ｂ）Ｓ２はプリズムの反射面２１−ｂのできるだけ近傍に位置することが望ましい。
防振ベース６１には、さらに二つの防振コイルＢ７４、および、位置検出用の防振ホールセンサＢ７５を実装した防振用フレキシブル基板７０が取り付けられる。二つの防振コイルＢ７４と防振ホールセンサＢ７５が図示の位置で固着されることにより、第２ホルダーブロック９０の二つの永久磁石Ｂ９２−ａ、９２−bと二つの防振コイルＢ７４とともにボイスコイルモータを構成し、第２ホルダーブロック９０の位置検出用永久磁石９８は防振ホールセンサＢ７５とともに位置検出として機能する。
防振用フレキシブル基板７０の二つの防振コイルＢ７４裏面には、それぞれ磁性体金属で作成された大きさの異なる二つの防振ヨーク（Ｂ１）７６、防振ヨーク（Ｂ２）７７が貼り付けられている。
第２ホルダーブロック９０の永久磁石Ｂ９２−ａに対向する側の防振ヨーク（Ｂ１）７６は、永久磁石Ｂ９２−ａよりも大きくなっており、第２ホルダー９１が回動しても吸引力が大きく変わらない設定となっている。つまり、第２ホルダーブロック９０の回動軸Ｓ２に対し常に一方へ引き寄せられており、軸方向のガタ取り機能を発揮している。
前述したガタ取りの方向は、位置検出用永久磁石９８と防振用ホールセンサＢ７５の距離が決定される方向と一致しており、安定した位置検出を可能とすることができる。もう一方の第２ホルダーブロック９０の永久磁石Ｂ９２−ｂに対向する側の防振ヨーク（Ｂ２）７７は、永久磁石Ｂ９２−ｂよりも細くなっており、第２ホルダー９１を中心保持する吸引力を発生させる設定となっている。つまり、第２ホルダーブロック９０が回動した場合、磁性により所定の位置（実施例では移動範囲の中心）に保持する磁気バネとして作用している。
本実施形態において、第２プリズムはミラー（図示しない）であってもよい。
上述した屈曲式撮像装置１００は、たとえば図２２に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯式情報機器２００用の撮像装置１００に用いられてもよい。
以上は、本発明の好ましい実施形態を示したもの過ぎず、本発明の保護範囲は、上記実施形態に限定されたものではない。また、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づいて発案した同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれている。
１０ ハウジング
１１ 上方固定部
１２ 前側開口部
１３ 後側開口部
１４ 下方開口部
１５ 前側カバー板
１６ 後側カバー板
１７ シャフト
１８ 穴部
１９ ネジ
２１ プリズム
２１−ａ プリズム入射面
２１−ｂ プリズム反射面
２１−ｃ プリズム射出面
３１ 撮像レンズ群
３２ 撮像レンズ枠
３３ 側面部
３４ フォーカス用永久磁石
４０ 撮像素子ユニット
４１ 撮像素子
５０ フォーカス用フレキシブル基板
５１ フォーカス用コイル
５２ フォーカス用ホールセンサ
５３ フォーカス用ヨーク
６０ 防振ユニット
６１ 防振ベース
６２ ボール
６３ 引張りバネ
７０ 防振用フレキシブル基板
７１ 防振コイルＡ
７２ 防振ホールセンサＡ
７３ 防振ヨークＡ
７４ 防振コイルＢ
７５ 防振ホールセンサＢ
７６ 防振ヨーク（Ｂ１）
７７ 防振ヨーク（Ｂ２）
８０ 第１ホルダーブロック
８１ 第１ホルダー
８２ 永久磁石Ａ
８３ ブッシュ
８４ シャフト
８５ 突起部
８６ 円筒凹部
９０ 第２ホルダーブロック
９１ 第２ホルダー
９２−ａ 永久磁石Ｂ
９２−ｂ 永久磁石Ｃ
９３ ブッシュ
９４ シャフト
９５ 突起部
９６ ピン
９７ 穴部
９８ 位置検出用永久磁石
１００ 屈曲式撮像装置
２００ 携帯情報機器
Ｏ１ 第１光軸
Ｏ２ 第２光軸
Ｓ１ 回転軸（Ａ）
Ｓ２ 回転軸（Ｂ）
本発明は、撮像光学系に加わる振れに応じて、撮像光学系を構成する光学要素に像振れ抑制動作を行わせる撮像装置において、以下の構成を有することを特徴とする。撮像光学系の光学要素として、第１の光軸に沿って物体側から入射した光束を第２の光軸に沿う方向に反射する反射部材と、この反射部材よりも光軸方向において像面側に位置する撮像レンズ群を有する。撮像レンズ群は可動部材に支持され、反射部材は二つの可動部材に支持され、それぞれの可動部材によって、撮像レンズ群の光軸と反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対して垂直な軸であって、前記反射面の近傍に配置された軸と、反射される物体側の光軸と平行な軸であって、前記撮像レンズ群の光軸上で前記反射部材に対して前記撮像レンズ群とは反対側に離間した位置に配置された軸とを回転軸として、反射部材を回動させることが可能である。
屈曲式撮像装置１００は、手振れなどの振動を原因とする像面上での像振れを軽減させる防振（像振れ補正）ユニット６０を備えている。この防振ユニット６０は、プリズム２１を、撮像レンズ群の光軸Ｏ２と反射部材で反射される物体側の光軸Ｏ１とにより作られる平面に対し垂直な回転軸（Ａ）Ｓ２と、反射される物体側の光軸と平行な回転軸（Ｂ）Ｓ１とを回転軸として、回動可能に構成されている。

Claims (12)

  1. 光軸を屈曲させる反射面を有する反射部材を含む光学系であり、前記反射部材を回動させることにより手振れ補正を行う撮像装置において、
    前記反射部材は撮像レンズ群よりも物体側に配置されており、
    前記撮像レンズ群の光軸と前記反射部材で反射される物体側の光軸とにより作られる平面に対し垂直な軸を第１の回転軸とし、前記反射される物体側の光軸と平行な軸を第２の回転軸とした場合に、
    前記反射部材を前記第１の回転軸と前記第２の回転軸のまわりに回動させることを特徴とする屈曲式撮像装置の防振機構。
  2. 前記反射部材は、第１の保持枠に保持され、
    前記第１の保持枠は、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸のうちの一方の回転軸のまわりに回動可能に第２の保持枠に保持され、
    前記第２の保持枠は、他方の回転軸のまわりに回動可能にベース部材に保持され、
    前記第１の保持枠と前記第２の保持枠との間には、前記第１の保持枠を回動させる電磁アクチュエータが構成され、
    前記第２の保持枠と前記ベース部材との間には、前記第２の保持枠を回動させる電磁アクチュエータを備える、請求項１に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  3. 前記第２の回転軸のまわりに前記反射部材を回動させる前記第１の保持枠もしくは前記第２の保持枠は、軸方向のガタ取りを目的とした付勢手段を有する、請求項２に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  4. 摩擦低減のため摺動面にはボールを用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  5. 前記電磁アクチュエータはボイスコイルモータである、請求項１〜４のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  6. 前記付勢手段の付勢方向は、前記電磁アクチュエータの永久磁石とヨークが引き合う方向と同一である、請求項５に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  7. 前記第１の回転軸のまわりに前記反射部材を回動させるボイスコイルモータは、軸両端部にそれぞれ複数配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  8. 前記第１の回転軸のまわりに前記反射部材を回動させる前記第１の保持枠もしくは前記第２の保持枠は、軸両端部の一方に中心保持のための第１のヨーク部材を有し、また軸両端部の他方に軸方向のガタ取りを目的とした第２のヨーク部材を有する、請求項６に記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  9. 前記反射部材はプリズムである、請求項１〜８のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  10. 前記反射部材はミラーである、請求項１〜８のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構。
  11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の屈曲式撮像装置の防振機構を備えることを特徴とするカメラ。
  12. 請求項１１に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯式電子機器。
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