JP2022056736A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光学ユニットを小型化する。【解決手段】光学モジュール２２を備える可動体２０と、光学モジュール２２の光軸方向と交差する周囲方向において可動体２０を囲む固定体１０と、可動体２０と固定体１０との間において、バネ性を有する可動枠３１をもって可動体２０を揺動可能に支持するジンバル機構３０と、固定体１０に対して可動体２０を揺動させる揺動機構４０と、を備え、揺動機構４０は、周囲方向において可動体２０または固定体１０の一方に設けられたコイル１１と、可動体２０または固定体１０の他方のコイル１１と対向する位置に設けられた磁石２１と、を有し、磁石２１は、Ｎ極とＳ極とが光軸方向に隙間Ｇを設けた状態で配置され、ジンバル機構３０は、可動枠３１の少なくとも一部が隙間Ｇに入り込む配置となっている光学ユニット１。【選択図】図１

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

従来から、様々な光学ユニットが使用されている。このうち、光学モジュールを備える可動体を固定体に対して揺動可能に支持するジンバル機構を備える光学ユニットが使用されている。例えば、特許文献１には、光学モジュールの光軸方向と交差する周囲方向において可動体を囲む固定体に対して、バネ性を有する可動枠により可動体を周囲方向から支持するジンバル機構を備える光学ユニットが開示されている。また、特許文献２には、光学モジュールの光軸方向において可動体とオーバーラップする位置にジンバルフレーム部が配置される光学ユニットが開示されている。

特開２０１５－１９２２４０号公報 特開２０２０－３０３３０号公報

上記のような、光学モジュールを備える可動体を固定体に対して揺動可能に支持するジンバル機構を備える従来の光学ユニットにおいては、小型化することが困難であった。例えば、特許文献１で表される光学ユニットは、可動枠の周囲に可動体を固定体に対して揺動させる揺動機構を配置するため、周囲方向に大型化する傾向にあった。また、例えば、特許文献２で表される光学ユニットは、光軸方向において可動体とオーバーラップする位置にジンバルフレーム部が配置されるので、光軸方向に大型化する傾向にあった。そこで、本発明は、光学ユニットを小型化することを目的とする。

本発明の光学ユニットは、光学モジュールを備える可動体と、前記光学モジュールの光軸方向と交差する周囲方向において前記可動体を囲む固定体と、前記可動体と前記固定体との間において、バネ性を有する可動枠をもって前記可動体を揺動可能に支持するジンバル機構と、前記固定体に対して前記可動体を揺動させる揺動機構と、を備え、前記揺動機構は、前記周囲方向において前記可動体または前記固定体の一方に設けられたコイルと、前記可動体または前記固定体の他方の前記コイルと対向する位置に設けられた磁石と、を有し、前記磁石は、Ｎ極とＳ極とが前記光軸方向に隙間を設けた状態で配置され、前記ジンバル機構は、前記可動枠の少なくとも一部が前記隙間に入り込む配置となっていることを特徴とする。

本態様によれば、可動体の周囲にジンバル機構の可動枠を配置するので、光軸方向に大型化することを抑制できる。また、可動体の周囲方向に設けられた磁石の隙間に入り込む配置でジンバル機構の可動枠を配置するため、周囲方向に大型化することも抑制できる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記可動枠は、非磁性である構成とすることができる。このような構成とすることで、可動枠が磁力を帯びて可動体の固定体に対する揺動が不安定化することを抑制できる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記隙間の広さは、前記固定体に対して前記可動体を揺動した際に前記可動枠が前記磁石に対して接触しない広さである構成とすることができる。このような構成とすることで、固定体に対して可動体を揺動した際に、可動枠が磁石に対して接触するなどして可動体の固定体に対する揺動が不安定化することを抑制できる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記揺動機構は、前記周囲方向において複数の前記コイル及び前記磁石の対を有する構成とすることができる。このような構成とすることで、コイル及び磁石の対の配置によっては可動体の固定体に対する揺動を安定化させることを可能にするとともに、コイル及び磁石の対の配置によっては可動体の固定体に対する揺動方向を例えばヨーイング方向及びピッチング方向など複数の方向にすることを可能にする。

本発明の光学ユニットにおいては、前記隙間の広さは、前記固定体に対する前記可動体の揺動量に応じて、前記複数の前記対に対応する各々の前記隙間ごとに調整されていることを有する構成とすることができる。このような構成とすることで、例えばヨーイング方向及びピッチング方向に揺動可能な構成において、ヨーイング方向及びピッチング方向の揺動量が同じ場合にはヨーイング方向に揺動させる磁石間の隙間とピッチング方向に揺動させる磁石間の隙間とを同じとすることができる。また、ヨーイング方向及びピッチング方向の揺動量が異なる場合には、ヨーイング方向に揺動させる磁石間の隙間とピッチング方向に揺動させる磁石間の隙間とを該揺動量に応じて異ならせることができる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記揺動機構は、前記可動体に設けられたコイル又は磁石が前記光軸方向において前記可動体からはみ出さない配置となっている構成とすることができる。このような構成とすることで、光軸方向において大型化することを効率的に抑制できる。

本発明の光学ユニットは、小型化することができる。

本発明の実施例１に係る光学ユニットの分解斜視図である。 本発明の実施例１に係る光学ユニットの側面断面図である。 本発明の実施例２に係る光学ユニットの側面断面図である。 参考例の光学ユニットの側面断面図である。 図４の参考例とは別の参考例の光学ユニットの側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施例において同一の構成については、同一の符号を付し、最初の実施例においてのみ説明し、以後の実施例においてはその構成の説明を省略する。なお、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は各々直行する方向であり、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向に見た図を側面図、＋Ｙ方向に見た図を正面図、－Ｙ方向に見た図を背面図、＋Ｚ方向に見た図を平面図、－Ｚ方向に見た図を底面図とする。また、Ｘ軸方向はヨーイング軸方向に対応し、Ｙ軸方向はピッチング軸方向に対応し、Ｚ軸方向は光軸方向に対応するとともにローリング軸方向に対応する。

［実施例１］（図１及び図２）
最初に、本発明の光学ユニット１として、実施例１に係る光学ユニット１Ａについて図１及び図２を用いて説明する。

本実施例の光学ユニット１Ａは、カメラやスマートフォンなどにおいて好ましく使用可能である。本実施例の光学ユニット１Ａは、コンパクトに構成でき、カメラやスマートフォンをコンパクト構成できるためである。ただし、本実施例の光学ユニット１Ａは、カメラやスマートフォンに限定されず、特に用途を限定することなく様々な装置に使用可能である。

図１及び図２で表されるように、本実施例の光学ユニット１Ａは、レンズ等が設けられる光学モジュール２２を備える可動体２０を備えている。また、光学モジュール２２の光軸方向（Ｚ軸方向）と交差する周囲方向において可動体２０を囲むケース部１０Ａと、可動体２０がケース部１０Ａに収容された状態で－Ｚ方向からケース部１０Ａを覆うことが可能な底部１０Ｂと、を備える固定体１０を備えている。また、可動体２０と固定体１０との間において、バネ性を有する可動枠３１をもって可動体２０を揺動可能に支持するジンバル機構３０を備えている。さらに、固定体１０に対して可動体２０を揺動させる揺動機構４０を備えている。

可動体２０は、略直方体をしている。光学モジュール２２は、上面部２０ａ、下面部２０ｄ、Ｘ軸方向における両側の側面部２０ｂ及びＹ軸方向における両側の側面部２０ｃにより可動体２０の内部に保持されており、可動体２０の＋Ｚ方向の面である上面部２０ａからレンズが突出した状態となるように配置されている。また、Ｘ軸方向における可動体２０の両側の側面部２０ｂには、揺動機構４０を構成する磁石２１Ａが設けられている。また、Ｙ軸方向における可動体２０の両側の側面部１０ｃには、揺動機構４０を構成する磁石２１Ｂが設けられている。磁石２１ＡはＮ極磁石２１１とＳ極磁石２１２とで構成され、Ｎ極磁石２１１とＳ極磁石２１２とはＺ軸方向において隙間Ｇが設けられた状態で配置されている。また、磁石２１ＢはＮ極磁石２１３とＳ極磁石２１４とで構成され、Ｎ極磁石２１３とＳ極磁石２１４とはＺ軸方向において隙間Ｇが設けられた状態で配置されている。なお、ここでのＮ極及びＳ極は、コイル１１と対向する側の面を意味する。したがって、Ｎ極磁石２１１及びＮ極磁石２１３はコイル１１と対向する側の略全面がＮ極となっていればよく、Ｓ極磁石２１２及びＳ極磁石２１４はコイル１１と対向する側の略全面がＳ極となっていればよい。

固定体１０は、略直方体をしており、ケース部１０Ａが上面部１０ａ、Ｘ軸方向における両側の側面部１０ｂ及びＹ軸方向における両側の側面部１０ｃを構成し、底部１０Ｂが下面部１０ｄを構成している。固定体１０の＋Ｚ方向の面である上面部１０ａには、光学モジュール２２のレンズを通す孔部１２が設けられている。また、Ｘ軸方向における両側の側面部１０ｂには、揺動機構４０を構成するコイル１１Ａが設けられている。また、Ｙ軸方向における両側の側面部１０ｃには、揺動機構４０を構成するコイル１１Ｂが設けられている。コイル１１Ａは磁石２１Ａと対向する位置に配置され、コイル１１Ｂは磁石２１Ｂと対向する位置に配置されている。

ジンバル機構３０は、可動体２０を通す矩形の孔部３２を有し外形が矩形の可動枠３１と、固定体１０及び可動体２０との接続部３３と、を有している。接続部３３は矩形の可動枠３１の４角に形成されており、このうち対角線上の２つの接続部３３は固定体１０に対して揺動可能に接続されており、別の対角線上の２つの接続部３３は可動体２０に対して揺動可能に接続されている。ジンバル機構３０は、可動体２０の４つの側面部（２つの側面部１０ｂ及び２つの側面部１０ｃ）の各々に形成される磁石の隙間Ｇに、Ｚ軸方向から見て少なくとも可動枠３１の一部が磁石２１Ａ及び磁石２１Ｂとオーバーラップするように配置される。

揺動機構４０は、コイル１１Ａと磁石２１Ａとからなるピッチング軸揺動機構と、コイル１１Ｂと磁石２１Ｂとからなるヨーイング軸揺動機構と、を有している。詳細には、ピッチング軸揺動機構として光学ユニット１ＡのＸ軸方向における両側に１つずつ合計２つのコイル１１Ａと磁石２１Ａとが設けられており、ヨーイング軸揺動機構として光学ユニット１ＡのＹ軸方向における両側に１つずつ合計２つのコイル１１Ｂと磁石２１Ｂとが設けられている。ただし、このような構成に限定されず、ピッチング軸揺動機構としてコイル１１Ａと磁石２１Ａとを１つずつ備える構成としてもよいし、ヨーイング軸揺動機構としてコイル１１Ｂと磁石２１Ｂとを１つずつ備える構成としてもよい。

ここで、図１及び図２で表される本実施例の光学ユニット１Ａを、図４で表される参考例の光学ユニット１０１及び図５で表される参考例の光学ユニット１０２を説明することで、光学ユニット１０１及び光学ユニット１０２と比較してさらに説明する。なお、図４で表される参考例の光学ユニット１０１及び図５で表される参考例の光学ユニット１０２において上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。

最初に、図４で表される参考例の光学ユニット１０１について説明する。図４で表される参考例の光学ユニット１０１は、本実施例の光学ユニット１Ａと同様、光学モジュール２２の光軸方向と交差する周囲方向において可動体２０を囲む固定体１０に対して、バネ性を有する可動枠３１により可動体２０を周囲方向から支持するジンバル機構３０を備える光学ユニットである。光学ユニット１０１においては、固定体１０の構成は本実施例の光学ユニット１Ａと同様である。

しかしながら、光学ユニット１０１の固定体１０は、周囲方向の大きさ、すなわち、Ｘ軸方向における長さ及びＹ軸方向における長さが、本実施例の光学ユニット１Ａの固定体１０よりも大きくなっている。これは、光学ユニット１０１においては、ジンバル機構３０がピッチング軸揺動機構及びヨーイング軸揺動機構を構成する磁石２１とコイル１１との対の外側に配置されるため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における可動体２０の長さが長くなり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における固定体１０の大きさを大きくせざるを得ないためである。図４では、光学ユニット１０１の＋Ｘ方向側において、ジンバル機構３０が磁石２１Ａとコイル１１Ａとの対の－Ｘ方向側に配置されている部分を表しているが、光学ユニット１０１の－Ｘ方向側においては、ジンバル機構３０が磁石２１Ａとコイル１１Ａとの対の＋Ｘ方向側に配置されている。同様に、光学ユニット１０１の＋Ｙ方向側においては、ジンバル機構３０が磁石２１Ｂとコイル１１Ｂとの対の－Ｙ方向側に配置され、同様に、光学ユニット１０１の－Ｙ方向側においては、ジンバル機構３０が磁石２１Ｂとコイル１１Ｂとの対の＋Ｙ方向側に配置されている。

なお、一般的には、図４で表されるように、揺動機構４０を構成する磁石２１としては、Ｎ極（Ｎ極磁石２１１）とＳ極（Ｓ極磁石２１２）とがコイル１１と対向する位置に並んで一体化した２極着磁の磁石２１が使用される場合が多い。しかしながら、このような２極着磁の磁石２１を使用すると、Ｚ軸方向において該磁石２１とジンバル機構３０とをオーバーラップさせる構成とすることは困難となる。

次に、図５で表される参考例の光学ユニット１０２について説明する。図５で表される参考例の光学ユニット１０２は、本実施例の光学ユニット１Ａと異なり、光学モジュール２２の光軸方向（Ｚ軸方向）において可動体２０とオーバーラップする位置にジンバル機構３０の一部を構成するジンバルフレーム部３０１が配置される光学ユニットである。光学ユニット１０２においても、固定体１０の構成は本実施例の光学ユニット１Ａと同様である。

しかしながら、光学ユニット１０２の固定体１０は、Ｚ軸方向における長さが、本実施例の光学ユニット１Ａの固定体１０よりも大きくなっている。これは、図５で表されるように、Ｚ軸方向において可動体２０とオーバーラップする位置にジンバル機構３０の一部を構成するジンバルフレーム部３０１が配置されるため、ジンバル機構３０を含めたＺ軸方向における可動体２０の長さが長くなり、Ｚ軸方向における固定体１０の大きさを大きくせざるを得ないためである。

上記のように、本実施例の光学ユニット１Ａは、光学モジュール２２の光軸方向と交差する周囲方向において可動体２０を囲む固定体１０に対して、バネ性を有する可動枠３１により可動体２０を周囲方向から支持するジンバル機構３０を備える図４で表されるような光学ユニットよりも小さく構成できる。また、本実施例の光学ユニット１Ａは、光学モジュール２２の光軸方向において可動体２０とオーバーラップする位置にジンバル機構３０の一部を構成するジンバルフレーム部３０１が配置される図５で表されるような光学ユニットよりも小さく構成できる。これらは、図２を図４及び図５と比較すると明らかである。

上記のように、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、揺動機構４０の構成は固定体１０にコイル１１が設けられ可動体２０に磁石２１が設けられる構成である。しかしながら、揺動機構４０の構成は固定体１０に磁石２１が設けられ可動体２０にコイル１１が設けられる構成であってもよい。そこで、次に、固定体１０に磁石２１が設けられ可動体２０にコイル１１が設けられる構成の揺動機構４０を備える光学ユニット１の実施例について説明する。

［実施例２］（図３）
実施例２の光学ユニット１について図３を用いて説明する。ここで、図３は本発明の実施例２に係る光学ユニット１Ｂの側面断面図であり、実施例１の光学ユニット１Ａにおける図２に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。本実施例の光学ユニット１は、揺動機構４０の構成以外は、実施例１の光学ユニット１Ａと同様の構成である。

図３で表されるように、本実施例の光学ユニット１Ｂにおいては、光学ユニット１０１の＋Ｘ方向側において、固定体１０に磁石２１Ａが設けられるとともに可動体２０にコイル１１Ａが設けられている。ここで、図３では表されていないが、光学ユニット１０１の－Ｘ方向側においても、固定体１０に磁石２１Ａが設けられるとともに可動体２０における磁石２１Ａと対向する位置にコイル１１Ａが設けられている。同様に、光学ユニット１０１の＋Ｙ方向側においては、固定体１０に磁石２１Ｂが設けられるとともに可動体２０における磁石２１Ｂと対向する位置にコイル１１Ｂが設けられ、光学ユニット１０１の－Ｙ方向側においては、固定体１０に磁石２１Ｂが設けられるとともに可動体２０における磁石２１Ｂと対向する位置にコイル１１Ｂが設けられている。

すなわち、実施例１及び実施例２の光学ユニット１においては、光軸方向ではなく可動体２０の周囲にジンバル機構３０の可動枠３１を配置している。また、揺動機構４０は、周囲方向において可動体２０または固定体１０の一方に設けられたコイル１１と、可動体２０または固定体１０の他方のコイル１１と対向する位置に設けられた磁石２１と、を有している。そして、図２及び図３で表されるように、磁石２１は、Ｎ極とＳ極とが光軸方向に隙間Ｇを設けた状態で配置され、ジンバル機構３０は、可動枠３１の少なくとも一部が隙間Ｇに入り込む配置となっている。

このように、光軸方向ではなく可動体２０の周囲にジンバル機構３０の可動枠３１を配置することで、光学ユニット１が光軸方向に大型化することを抑制できる。また、可動体２０の周囲方向に設けられた磁石２１の隙間に入り込む配置でジンバル機構３０の可動枠３１を配置することで、光学ユニット１が周囲方向に大型化することも抑制できる。

ここで、実施例１及び実施例２の光学ユニット１においては、可動枠３１は、非磁性の材料で構成されている。このような構成としていることで、実施例１及び実施例２の光学ユニット１は、可動枠３１が磁力を帯びて可動体２０の固定体１０に対する揺動が不安定化することを抑制している。

また、実施例１及び実施例２の光学ユニット１においては、隙間Ｇの広さは、固定体１０に対して可動体２０を揺動した際に可動枠３１が磁石２１に対して接触しない広さであるように構成されている。このような構成としていることで、実施例１及び実施例２の光学ユニット１は、固定体１０に対して可動体２０を揺動した際に、可動枠３１が磁石２１に対して接触するなどして、可動体２０の固定体１０に対する揺動が不安定化することを抑制している。

また、上記のように、実施例１及び実施例２の光学ユニット１においては、揺動機構４０は、周囲方向において複数のコイル１１及び磁石２１の対を有する構成となっている。具体的には、ピッチング軸揺動機構としてコイル１１Ａと磁石２１Ａとからなる対を２つ、ヨーイング軸揺動機構としてコイル１１Ｂと磁石２１Ｂとからなる対を２つ有している。このような構成としていることで、実施例１及び実施例２の光学ユニット１は、２つずつのコイル１１及び磁石２１の対により可動体２０の固定体１０に対する揺動を安定化させることを可能にしているとともに、可動体２０の固定体１０に対する揺動方向をヨーイング方向及びピッチング方向と複数の方向にすることを可能にしている。

ここで、隙間Ｇの広さは、固定体１０に対する可動体２０の揺動量に応じて、複数のコイル１１及び磁石２１の対に対応する各々の隙間Ｇごとに調整されていることが望ましい。すなわち、例えば実施例１及び実施例２の光学ユニット１のようなヨーイング方向及びピッチング方向に揺動可能な構成において、ヨーイング方向及びピッチング方向の揺動量が同じ場合にはヨーイング方向に揺動させる磁石２１間の隙間Ｇとピッチング方向に揺動させる磁石２１間の隙間Ｇとを同じとすることが望ましい。このような構成とすることで、例えば光軸方向から見て略対称構造とすることができ、揺動を安定化できるためである。また、ヨーイング方向及びピッチング方向の揺動量が異なる場合には、ヨーイング方向に揺動させる磁石２１間の隙間Ｇとピッチング方向に揺動させる磁石２１間の隙間Ｇとを該揺動量に応じて異ならせることが望ましい。このような構成とすることで、可動枠３１が磁石２１に対して接触することなどが抑制でき、可動体２０の固定体１０に対する揺動が不安定化することを抑制することができるためである。

また、揺動機構４０は、可動体２０に設けられたコイル１１又は磁石２１が光軸方向において可動体２０からはみ出さない配置となっている構成とすることが望ましい。このような構成とすることで、光軸方向において大型化することを効率的に抑制できるためである。なお、実施例１及び実施例２の光学ユニット１においては、可動体２０に設けられたコイル１１又は磁石２１が光軸方向において可動体２０からはみ出さない配置となっている。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…光学ユニット、１Ａ…光学ユニット、１Ｂ…光学ユニット、１０…固定体、１０ａ…上面部、１０ｂ…側面部、１０ｃ…側面部、１０ｄ…下面部、１０Ａ…ケース部、１０Ｂ…底部、１１…コイル、１１Ａ…コイル、１１Ｂ…コイル、１２…孔部、２０…可動体、２０ａ…上面部、２０ｂ…側面部、２０ｃ…側面部、２０ｄ…下面部、２１…磁石、２１Ａ…磁石、２１Ｂ…磁石、２２…光学モジュール、３０…ジンバル機構、３１…可動枠、３２…孔部、３３…接続部、４０…揺動機構、１０１…光学ユニット、１０２…光学ユニット、２１１…Ｎ極磁石、２１２…Ｓ極磁石、２１３…Ｎ極磁石、２１４…Ｓ極磁石、３０１…ジンバルフレーム部、Ｇ…隙間

Claims (6)

1. 光学モジュールを備える可動体と、
   前記光学モジュールの光軸方向と交差する周囲方向において前記可動体を囲む固定体と、
   前記可動体と前記固定体との間において、バネ性を有する可動枠をもって前記可動体を揺動可能に支持するジンバル機構と、
   前記固定体に対して前記可動体を揺動させる揺動機構と、を備え、
   前記揺動機構は、前記周囲方向において前記可動体または前記固定体の一方に設けられたコイルと、前記可動体または前記固定体の他方の前記コイルと対向する位置に設けられた磁石と、を有し、
   前記磁石は、Ｎ極とＳ極とが前記光軸方向に隙間を設けた状態で配置され、
   前記ジンバル機構は、前記可動枠の少なくとも一部が前記隙間に入り込む配置となっていることを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
   前記可動枠は、非磁性であることを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記隙間の広さは、前記固定体に対して前記可動体を揺動した際に前記可動枠が前記磁石に対して接触しない広さであることを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
   前記揺動機構は、前記周囲方向において複数の前記コイル及び前記磁石の対を有することを特徴とする光学ユニット。
5. 請求項４に記載の光学ユニットにおいて、
   前記隙間の広さは、前記固定体に対する前記可動体の揺動量に応じて、前記複数の前記対に対応する各々の前記隙間ごとに調整されていることを有することを特徴とする光学ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
   前記揺動機構は、前記可動体に設けられたコイル又は磁石が前記光軸方向において前記可動体からはみ出さない配置となっていることを特徴とする光学ユニット。

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