JP2022130182A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】固定体に対する可動体を安定的に支持可能な光学ユニットを提供する。
【解決手段】光学ユニット１００は、光軸Ｐａを有する光学モジュール１１２を有し、前記光軸の延びる光軸方向に突起した凸部１１４を有する可動体１１０と、前記可動体の前記凸部と向かい合い、前記光軸方向に凹んだ凹部１２４を有する固定体１２０と、それぞれが、前記固定体の前記凹部と前記可動体の前記凸部との間に位置し、前記固定体に対して前記可動体を支持する複数の支持機構１３０と、前記固定体に対して前記可動体を揺動する揺動機構１４０とを備え、前記複数の支持機構は、前記光軸に対して同心円状に配置され、前記揺動機構は、前記可動体の前記凸部に対して径方向外側に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

カメラによって静止画または動画を撮影する際に、手振れに起因して撮影した像がぶれることがある。このため、像ブレを防いだ鮮明な撮影を可能にするための手振れ補正装置が実用化されている。手振れ補正装置は、カメラに振れが生じた場合に、振れに応じてカメラモジュールの位置および姿勢を補正することによって像のぶれを解消できる。

手振れを補正するための機構として、ピポットを支点として光軸を中心に反射部材を回転する光学素子駆動装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の光学素子駆動装置では、通電によって可動体を移動する形状記憶合金の形状回復時に発生する力以上の力を形状記憶合金に付勢して形状記憶合金の破壊を防止する。

特開２０２０－１７３３８７号公報

しかしながら、特許文献１の光学素子駆動装置では、反射部材を安定に支持できないおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされており、その目的は、固定体に対する可動体を安定的に支持可能な光学ユニットを提供することである。

本発明のある観点からの光学ユニットは、光軸を有する光学モジュールを有し、前記光軸の延びる光軸方向に突起した凸部を有する可動体と、前記可動体の前記凸部と向かい合い、前記光軸方向に凹んだ凹部を有する固定体と、それぞれが、前記固定体の前記凹部と前記可動体の前記凸部との間に位置し、前記固定体に対して前記可動体を支持する複数の支持機構と、前記固定体に対して前記可動体を揺動する揺動機構とを備える。前記複数の支持機構は、前記光軸に対して同心円状に配置される。前記揺動機構は、前記可動体の前記凸部に対して径方向外側に位置する。

本発明の例示的な光学ユニットは、固定体に対する可動体を安定的に支持できる。

図１は、本実施形態の光学ユニットを備えたスマートフォンの模式的な斜視図である。 図２は、本実施形態の光学ユニットの模式的な斜視図である。 図３は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解図である。 図４は、本実施形態の光学ユニットの模式的な上面図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った模式的な断面図である。 図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。 図７は、本実施形態の光学ユニットの模式的な断面図である。 図８は、本実施形態の光学ユニットにおける固定体の模式的な分解図である。 図９は、本実施形態の光学ユニットの模式的な断面図である。 図１０は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解図である。 図１１は、本実施形態の光学ユニットの模式的な上面図である。 図１２は、図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った模式的な断面図である。 図１３は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解図である。 図１４は、本実施形態の光学ユニットの模式的な断面図である。 図１５は、本実施形態の光学ユニットにおける可動体の模式的な斜視図である。 図１６は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解図である。 図１７は、本実施形態の光学ユニットの模式的な断面図である。 図１８は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解斜視図である。 図１９は、本実施形態の光学ユニットの模式的な斜視図である。 図２０は、本実施形態の光学ユニットの模式的な分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明による例示的な光学ユニットの実施形態を説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。なお、本願明細書では、発明の理解を容易にするため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を記載することがある。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、光学ユニットの使用時の向きを限定しないことに留意されたい。

本実施形態の光学ユニットは、スマートフォンの光学部品として好適に用いられる。

まず、図１を参照して、本実施形態の光学ユニット１００を備えたスマートフォン２００を説明する。図１は、本実施形態の光学ユニット１００を備えたスマートフォン２００の模式的な斜視図である。

図１に示すように、光学ユニット１００は、一例としてスマートフォン２００に搭載される。スマートフォン２００では、光学ユニット１００を介して外部から光Ｌが入射し、光学ユニット１００に入射した光に基づいて被写体像が撮像される。光学ユニット１００は、スマートフォン２００が振れた際の撮影画像の振れの補正に用いられる。なお、光学ユニット１００は、撮像素子を備えてもよく、光学ユニット１００は、撮像素子に光を伝達する光学部材を備えてもよい。

光学ユニット１００は、小型に作製されることが好ましい。これにより、スマートフォン２００自体の小型化できるか、または、スマートフォン２００を大型化することなくスマートフォン２００内に別部品を搭載できる。

なお、光学ユニット１００の用途は、スマートフォン２００に限定されず、カメラおよびビデオなど、特に限定なく様々な装置に使用できる。例えば、光学ユニット１００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撮影機器、あるいは、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およびウエアラブルカメラに搭載されてもよい。

次に、図１および図２を参照して、本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図２は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な斜視図である。

＜光学ユニット１００＞
図２に示すように、光学ユニット１００は、可動体１１０と、固定体１２０とを備える。可動体１１０は、固定体１２０に対して揺動可能に支持される。固定体１２０は、可動体１１０の周囲に位置する。可動体１１０は、固定体１２０に挿入されて固定体１２０に保持される。固定体１２０の外側面に回路基板１８０が装着されてもよい。回路基板１８０は、例えば、フレキシブル回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）を含む。回路基板１８０は、可動体１１０を駆動する信号を伝送するために用いられてもよい。あるいは、回路基板１８０は、可動体１１０において得られた信号を伝送するために用いられてもよい。

図２に示すように、可動体１１０は、光学モジュール１１２を有する。ここでは、可動体１１０は、光学モジュール１１２単体から構成される。ただし、可動体１１０は、光学モジュール１１２と別部材とから構成されてもよい。

光学モジュール１１２は、光軸Ｐａを有する。光軸Ｐａは、可動体１１０の＋Ｚ方向側の面の中心からＺ方向に延びる。光学モジュール１１２には、光軸Ｐａに沿った光が入射する。可動体１１０の＋Ｚ方向側の表面に、光学モジュール１１２の光入射面が配置される。光軸Ｐａは、光入射面に対して法線方向に延びる。光軸Ｐａは、光軸方向Ｄｐに延びる。光軸方向Ｄｐは、光学モジュール１１２の光入射面の法線に平行である。

光軸方向Ｄｐに対して直交する方向は、光軸Ｐａと交差し、光軸Ｐａに対して垂直な方向である。本明細書において、光軸Ｐａに対して直交する方向を「径方向」と記載することがある。径方向外側は、径方向のうち光軸Ｐａから離れる方向を示す。図２において、Ｒは、径方向の一例を示す。また、光軸Ｐａを中心として回転する方向を「周方向」と記載することがある。図２において、Ｓは、周方向を示す。

次に、図１～図３を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図３は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解図である。図３は、可動体１１０の－Ｚ方向側の斜視図を示すとともに、固定体１２０の＋Ｚ方向側の斜視図を示す。なお、図３では、図２の回路基板１８０を省略して示している。

図３に示すように、光学ユニット１００は、可動体１１０と、固定体１２０と、複数の支持機構１３０と、揺動機構１４０とを備える。可動体１１０は、光軸Ｐａの延びる光軸方向に突起した凸部１１４を有する。固定体１２０は、本体部１２２と、本体部１２２に対して光軸方向Ｄｐに凹んだ凹部１２４を有する。凹部１２４は、可動体１１０の凸部１１４と向かい合う。

複数の支持機構１３０のそれぞれは、固定体１２０の凹部１２４と可動体１１０の凸部１１４との間に位置する。複数の支持機構１３０は、固定体１２０に対して可動体１１０を支持する。複数の支持機構１３０は、光軸Ｐａに対して同心円状に配置される。

揺動機構１４０は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動する。揺動機構１４０は、可動体１１０の凸部１１４に対して径方向外側に位置する。本実施形態の光学ユニット１００によれば、可動体１１０を支持する支持機構１３０を揺動機構１４０の内側に配置されるため、可動体１１０を安定的に支持できるとともに可動体１１０の揺動抵抗を低減できる。

可動体１１０を固定体１２０に挿入して可動体１１０を固定体１２０に装着すると、光学モジュール１１２の光軸ＰａはＺ軸方向に対して平行になる。この状態から、可動体１１０が固定体１２０に対して揺動すると、光学モジュール１１２の光軸Ｐａが揺動するため、光軸ＰａはＺ軸方向に対して平行な状態ではなくなる。

以下では、固定体１２０に対して可動体１１０が揺動しておらず、光軸ＰａがＺ軸方向に対して平行な状態が保持されることを前提に説明する。すなわち、光軸Ｐａを基準として、可動体１１０、固定体１２０等の形状、位置関係、動作等を説明する記載においては、光軸Ｐａの傾きに関して特に記載がない限り、光軸ＰａがＺ軸方向に平行な状態であることを前提とする。

＜可動体１１０＞
ここでは、可動体１１０は、薄型の略直方体形状である。Ｚ軸に沿って見た場合、可動体１１０は、回転対称構造を有する。可動体１１０のＸ軸方向に沿った長さは、可動体１１０のＹ軸方向に沿った長さと略等しい。また、可動体１１０のＺ軸方向に沿った長さは、可動体１１０のＸ軸方向またはＹ軸方向に沿った長さよりも小さい。

可動体１１０は、第１主面１１０ａと、第２主面１１０ｂと、第１側面１１０ｃと、第２側面１１０ｄと、第３側面１１０ｅと、第４側面１１０ｆとを有する。第１主面１１０ａは＋Ｚ方向側に位置し、第２主面１１０ｂは－Ｚ向側に位置する。第１側面１１０ｃは＋Ｙ方向側に位置し、第２側面１１０ｄは－Ｘ方向側に位置し、第３側面１１０ｅは－Ｙ方向側に位置し、第４側面１１０ｆは＋Ｘ方向側に位置する。第１主面１１０ａおよび第２主面１１０ｂの面積は、第１側面１１０ｃ～第４側面１１０ｆの面積よりも大きい。

可動体１１０は、第１角部１１０ｇと、第２角部１１０ｈと、第３角部１１０ｉと、第４角部１１０ｊとを有する。第１角部１１０ｇは、第１側面１１０ｃと第２側面１１０ｄとの間に位置し、第２角部１１０ｈは、第２側面１１０ｄと第３側面１１０ｅとの間に位置する。第３角部１１０ｉは、第３側面１１０ｅと第４側面１１０ｆとの間に位置し、第４角部１１０ｊは、第４側面１１０ｆと第１側面１１０ｃとの間に位置する。

第１角部１１０ｇは、－Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置し、第２角部１１０ｈは、－Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置する。第３角部１１０ｉは、＋Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置し、第４角部１１０ｊは、＋Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置する。

可動体１１０は、凸部１１４を有する。凸部１１４は、第２主面１１０ｂに位置する。凸部１１４は、球面の一部の形状を有する。複数の支持機構１３０のそれぞれは、球形状または球面の一部の形状を有する。これにより、支持機構１３０に対して可動体１１０を摺動できる。

ここでは、可動体１１０は、凸部１１４の周囲を囲む環状部１１６を有する。環状部１１６は、第２主面１１０ｂに位置する。環状部１１６は、凸部１１４に対してＺ方向（光軸方向Ｄｐ）に沿って窪む。

＜固定体１２０＞
ここでは、固定体１２０は、一方側の面の一部が開口された略中空の直方体形状である。固定体１２０は、開口部１２０ｈを有する。可動体１１０は、固定体１２０の内側に載置される。固定体１２０は、内側に載置された可動体１１０を支持する。例えば、可動体１１０は、固定体１２０の外側から固定体１２０の内側に装着される。

固定体１２０は、光軸方向Ｄｐに凹んだ凹部１２４を有する。凹部１２４は、可動体１１０の凸部１１４と向かい合う。

固定体１２０は、内周面１２０ｓと、外周面１２０ｔとを有する。内周面１２０ｓは、第１内側面１２０ａと、第２内側面１２０ｂと、第３内側面１２０ｃと、第４内側面１２０ｄと、底面１２０ｕとを含む。第１内側面１２０ａは＋Ｙ方向側に位置し、第２内側面１２０ｂは－Ｘ方向側に位置する。第３内側面１２０ｃは－Ｙ方向側に位置し、第４内側面１２０ｄは＋Ｘ方向側に位置する。底面１２０ｕは－Ｚ方向側に位置する。底面１２０ｕは、第１内側面１２０ａ、第２内側面１２０ｂ、第３内側面１２０ｃおよび第４内側面１２０ｄに囲まれる。

第１内側面１２０ａは、可動体１１０の第１側面１１０ｃと対向する。第２内側面１２０ｂは、可動体１１０の第２側面１１０ｄと対向する。第３内側面１２０ｃは、可動体１１０の第３側面１１０ｅと対向する。第４内側面１２０ｄは、可動体１１０の第４側面１１０ｆと対向する。

固定体１２０の内周面１２０ｓには凹部１２４が設けられる。詳細には、凹部１２４は、底面１２０ｕに設けられる。ここでは、凹部１２４は、底面１２０ｕの中央に位置する。

凹部１２４は、複数の支持機構１３０に対応して設けられる。ここでは、詳細には、凹部１２４は、第１凹部１２４ａと、第２凹部１２４ｂと、第３凹部１２４ｃとを含む。第１凹部１２４ａ、第２凹部１２４ｂおよび第３凹部１２４ｃは、光軸Ｐａを中心とした同心円状に位置する。本明細書において、第１凹部１２４ａ、第２凹部１２４ｂおよび第３凹部１２４ｃを総称して凹部１２４と記載することがある。

なお、固定体１２０の内周面１２０ｓは、光軸方向Ｄｐに沿って窪んだ中央凹部１２３を有する。中央凹部１２３は、凹部１２４に対して径方向内側に位置する。中央凹部１２３は、球面の一部の形状を有する。典型的には、中央凹部１２３の曲率半径は、凸部１１４の曲率半径と略等しいか、若干大きい。このため、可動体１１０が揺動しても、凸部１１４が内周面１２０ｓと接触することを抑制できる。

＜複数の支持機構１３０＞
複数の支持機構１３０のそれぞれは、固定体１２０の凹部１２４と可動体１１０の凸部１１４との間に位置する。複数の支持機構１３０のそれぞれは、球形状または球面の一部の形状を有する。支持機構１３０の球面の形状の部分が可動体１１０の凸部１１４と接触することにより、支持機構１３０に対して可動体１１０を摺動できる。

複数の支持機構１３０は、固定体１２０の凹部１２４に配置される。例えば、複数の支持機構１３０は、固定体１２０の凹部１２４に接着剤によって接着されてもよい。あるいは、複数の支持機構１３０は、固定体１２０と一体で樹脂成型されてもよい。すなわち、複数の支持機構１３０と固定体１２０とは単一の部材であってもよい。複数の支持機構１３０が固定体１２０の凹部１２４に配置されると、複数の支持機構１３０は、固定体１２０の内周面１２０ｓから可動体１１０の凸部１１４に向かって突出する。このため、固定体１２０に対して可動体１１０が揺動する場合でも可動体１１０が固定体１２０に衝突することを抑制できる。

複数の支持機構１３０は、第１支持機構１３２と、第２支持機構１３４と、第３支持機構１３６とを含む。第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は等間隔に配置される。このため、固定体１２０に対して可動体１１０を安定的に支持できる。第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は、第１凹部１２４ａ、第２凹部１２４ｂおよび第３凹部１２４ｃにそれぞれ配置される。このため、複数の支持機構１３０は、固定体１２０に対して可動体１１０を安定的に支持できる。

固定体１２０の凹部１２４に配置された複数の支持機構１３０は、固定体１２０の内周面１２０ｓから可動体１１０の凸部１１４に向かって突出する。固定体１２０に対して可動体１１０が揺動する場合でも可動体１１０が固定体１２０に衝突することを抑制できる。

＜揺動機構１４０＞
揺動機構１４０は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動させる。揺動機構１４０により、可動体１１０の回転中心Ｒｃ（図７）が光軸Ｐａ上で固定された状態で可動体１１０は固定体１２０に対して揺動する。

揺動機構１４０は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動する。揺動機構１４０により、回転中心Ｒｃを基準として固定体１２０に対して可動体１１０を揺動できる。例えば、揺動機構１４０により、可動体１１０の回転中心Ｒｃを光軸Ｐａ上に固定した状態で可動体１１０を揺動する。

揺動機構１４０は、第１揺動機構１４２と、第２揺動機構１４４と、第３揺動機構１４６とを含む。第１揺動機構１４２、第２揺動機構１４４および第３揺動機構１４６は、固定体１２０に対して可動体１１０を異なる軸の周りにそれぞれ揺動する。

第１揺動機構１４２は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動する。第１揺動機構１４２により、可動体１１０の回転中心がＸＺ平面内に固定された状態で可動体１１０はＸ軸の周りに揺動する。ここでは、Ｘ軸方向は、ヨーイング方向の回転の軸となる。第１揺動機構１４２は、可動体１１０に対して＋Ｙ方向側に位置する。

第１揺動機構１４２は、磁石１４２ａと、コイル１４２ｂとを含む。磁石１４２ａは、径方向外側を向く面の磁極が、Ｘ軸方向に沿って延びる着磁分極線を境にして異なるように着磁されている。磁石１４２ａのＺ軸方向に沿った一方側の端部は一方の極性を有し、他方側の端部は他方の極性を有する。

磁石１４２ａは、可動体１１０の第１側面１１０ｃに配置される。コイル１４２ｂは、固定体１２０の第１内側面１２０ａを貫通する貫通孔に配置される。

コイル１４２ｂに流れる電流の向きおよび大きさを制御することにより、コイル１４２ｂから発生する磁場の向きおよび大きさを変更できる。このため、コイル１４２ｂから発生する磁場と磁石１４２ａとの相互作用により、第１揺動機構１４２は、可動体１１０をＸ軸の周りに揺動する。

第２揺動機構１４４は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動する。第２揺動機構１４４により、可動体１１０の回転中心がＹＺ平面内に固定された状態で可動体１１０はＹ軸の周りに揺動する。ここでは、Ｙ軸方向は、ピッチング方向の回転の軸となる。第２揺動機構１４４は、可動体１１０に対して－Ｘ方向側に位置する。

第２揺動機構１４４は、磁石１４４ａと、コイル１４４ｂとを含む。磁石１４４ａは、径方向外側を向く面の磁極が、Ｙ軸方向に沿って延びる着磁分極線を境にして異なるように着磁されている。磁石１４４ａのＺ軸方向に沿った一方側の端部は一方の極性を有し、他方側の端部は他方の極性を有する。

磁石１４４ａは、可動体１１０の第２側面１１０ｄに配置される。コイル１４４ｂは、固定体１２０の第２内側面１２０ｂを貫通する貫通孔に配置される。

コイル１４４ｂに流れる電流の向きおよび大きさを制御することにより、コイル１４４ｂから発生する磁場の向きおよび大きさを変更できる。このため、コイル１４４ｂから発生する磁場と磁石１４４ａとの相互作用により、第２揺動機構１４４は、可動体１１０をＹ軸の周りに揺動する。

第３揺動機構１４６は、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動する。詳細には、第３揺動機構１４６により、可動体１１０の回転中心がＸＺ平面内に固定された状態で可動体１１０はＺ軸の周りに揺動する。ここでは、Ｚ軸方向は、光軸Ｐａと平行であり、ローリング方向の回転の軸となる。第３揺動機構１４６は、可動体１１０に対して－Ｙ方向側に位置する。

第３揺動機構１４６は、磁石１４６ａと、コイル１４６ｂとを含む。磁石１４６ａは、径方向外側を向く面の磁極が、Ｚ軸方向に沿って延びる着磁分極線を境にして異なるように着磁されている。磁石１４６ａのＸ軸方向に沿った一方側の端部は一方の極性を有し、他方側の端部は他方の極性を有する。

磁石１４６ａは、可動体１１０の第３側面１１０ｅに配置される。コイル１４６ｂは、固定体１２０の第３内側面１２０ｃを貫通する貫通孔に配置される。

コイル１４６ｂに流れる電流の向きおよび大きさを制御することにより、コイル１４６ｂから発生する磁場の向きおよび大きさを変更できる。このため、コイル１４６ｂから発生する磁場と磁石１４６ａとの相互作用により、第３揺動機構１４６は、可動体１１０をＺ軸の周りに揺動する。

例えば、可動体１１０のピッチング、ヨーイングおよびローリングの補正は、以下のように行われる。光学ユニット１００にピッチング方向、ヨーイング方向およびローリング方向の少なくとも１つの方向の振れが発生すると、不図示の磁気センサー（ホール素子）によって振れを検出し、その結果に基づいて第１揺動機構１４２、第２揺動機構１４４および第３揺動機構１４６を駆動して可動体１１０を揺動させる。なお、振れ検出センサ（ジャイロスコープ）などを用いて、光学ユニット１００の振れを検出してもよい。振れの検出結果に基づいて、コイル１４２ｂ、コイル１４４ｂおよびコイル１４６ｂに電流を供給してその振れを補正する。

なお、本明細書において、磁石１４２ａ、磁石１４４ａおよび磁石１４６ａを総称して、磁石１４０ａと記載することがある。また、本明細書において、コイル１４２ｂ、コイル１４４ｂおよびコイル１４６ｂを総称して、コイル１４０ｂと記載することがある。

揺動機構１４０は、可動体１１０に設けられた磁石１４０ａと、固定体１２０に設けられたコイル１４０ｂとを有する。光軸Ｐａと支持機構１３０との間の距離は、光軸Ｐａと磁石１４０ａとの間の距離よりも短い。コイル１４０ｂに流れる電流を制御することにより、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動できる。

ここでは、磁石１４０ａは可動体１１０に配置され、コイル１４０ｂは固定体１２０に配置される。ただし、磁石１４０ａが固定体１２０に配置され、コイル１４０ｂが可動体１１０に配置されてもよい。このように、磁石１４０ａおよびコイル１４０ｂの一方は可動体１１０および固定体１２０の一方に配置され、磁石１４０ａおよびコイル１４０ｂの他方は可動体１１０および固定体１２０の他方に配置されてもよい。コイル１４０ｂに流れる電流の向きおよび大きさを制御することにより、コイル１４０ｂから発生する磁場の向きおよび大きさを変更できる。このため、コイル１４０ｂから発生する磁場と磁石１４０ａとの相互作用により、揺動機構１４０は、可動体１１０を揺動できる。

なお、揺動機構１４０以外の揺動機構が、固定体１２０に対して可動体１１０を揺動してもよい。Ｘ軸方向は、光学モジュール１１２の光軸Ｐａが延びる光軸方向Ｄｐに対して直交する方向であり、ヨーイング方向の回転の軸となる。Ｙ軸方向は、光学モジュール１１２の光軸Ｐａが延びる光軸方向Ｄｐに対して直交する方向であり、ピッチング方向の回転の軸となる。Ｚ軸方向は、光軸方向Ｄｐと平行であり、ローリング方向の回転の軸となる。

光学モジュール１１２を備える光学機器では、撮影時に光学機器が傾くと、光学モジュール１１２が傾いて、撮影画像が乱れる。光学ユニット１００は、撮影画像の乱れを回避するために、ジャイロスコープ等の検出手段によって検出された加速度、角速度および振れ量等に基づいて、光学モジュール１１２の傾きを補正する。本実施形態では、光学ユニット１００は、Ｘ軸を回転軸とする回転方向（ヨーイング方向）、Ｙ軸を回転軸とする回転方向（ピッチング方向）およびＺ軸を回転軸とする回転方向（ローリング方向）に可動体１１０を揺動（回転）させることにより、光学モジュール１１２の傾きを補正する。

光学ユニット１００は、磁石１４８ａおよび磁性体１４８ｂをさらに備える。磁石１４８ａは、可動体１１０の第４側面１１０ｆに配置される。磁性体１４８ｂは、固定体１２０の第４内側面１２０ｄに配置される。磁性体１４８ｂは、硬磁性体であってもよい。

次に、図４を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図４は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な上面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図であり、図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

図４に示すように、可動体１１０は、固定体１２０に収容される。固定体１２０には、第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６が配置される。第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は、それぞれ球状である。

光軸Ｐａは、第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６の中心に配置される。第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は、光軸Ｐａを中心とした同心円状に位置する。

図４～図６に示すように、第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は、固定体１２０の内周面１２０ｓに配置される。第１支持機構１３２、第２支持機構１３４および第３支持機構１３６は、可動体１１０を支持する。

詳細には、固定体１２０の内周面１２０ｓは、基準面１２６と、基準面１２６に対して窪んだ底部１２０ｗとを有する。複数の支持機構１３０は、底部１２０ｗに配置される。支持機構１３０を固定体１２０の内周面１２０ｓに安定して配置できる。

また、固定体１２０は、内周面１２０ｓに、複数の支持機構１３０に対して径方向外側に位置して可動体１１０に向かって突起する突起部１２５を有する。突起部１２５は、支持機構１３０に近づくほど＋Ｚ方向に突起する。これにより、固定体１２０の物理的強度を向上できる。

次に、図１～図７を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図７は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な断面図である。

図７に示すように、磁石１４４ａおよびコイル１４４ｂのそれぞれの中心を通過する直線Ｌａと光軸Ｐａとの交点が、可動体１１０の回転中心Ｒｃとなる。揺動機構１４０は、可動体１１０の回転中心Ｒｃを光軸Ｐａ上に固定した状態で可動体１１０を揺動する。

本実施形態の光学ユニット１００では、可動体１１０の回転中心Ｒｃと第２支持機構１３４との距離Ｌｄが短い。このため、可動体１１０の回転半径を小さくできるため、摺動抵抗を低減できる。

なお、固定体１２０の内周面１２０ｓは、中央凹部１２３を有する。中央凹部１２３は、基準面１２６および突起部１２５と比べて光軸方向Ｄｐに沿って－Ｚ方向に窪む。中央凹部１２３は、可動体１１０の凸部１１４と同様に球面の一部の形状を有する。典型的には、中央凹部１２３の曲率半径は、凸部１１４の曲率半径と略等しいか、若干大きい。このため、可動体１１０が揺動しても、凸部１１４が内周面１２０ｓと接触することを抑制できる。

可動体１１０の第２主面１１０ｂは、凸部１１４と、環状部１１６と、平坦部１１７とを有する。平坦部１１７は、光軸Ｐａに対して環状部１１６の径方向外側に位置する。環状部１１６は、径方向内側において光軸方向Ｄｐに沿ってより深く窪む。

次に、図１～図８を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図８は、本実施形態の光学ユニット１００における固定体１２０の模式的な分解斜視面図である。

図８に示すように、固定体１２０の内周面１２０ｓには凹部１２４が設けられる。凹部１２４は、複数の支持機構１３０に対応して設けられる。詳細には、凹部１２４は、第１支持機構１３２に対応する第１凹部１２４ａと、第２支持機構１３４に対応する第２凹部１２４ｂと、第３支持機構１３６に対応する第３凹部１２４ｃとを含む。

なお、図３～図８を参照した光学ユニット１００では、支持機構１３０は固定体１２０の内周面１２０ｓの底部１２０ｗに配置されたが、本実施形態はこれに限定されない。支持機構１３０は固定体１２０の貫通孔に配置されてもよい。

次に、図１～図９を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図９は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な断面図である。

図９に示すように、固定体１２０は、凹部１２４として、内周面１２０ｓと外周面１２０ｔとを繋ぐ貫通孔１２０ｐを有する。複数の支持機構１３０は、貫通孔１２０ｐに配置される。ここでは、貫通孔１２０ｐは、カバー部材１２０ｒによって覆われる。カバー部材１２０ｒは、固定体１２０の外周面１２０ｔを覆う。複数の支持機構１３０は、貫通孔１２０ｐとカバー部材１２０ｒとによって形成される空間に配置される。典型的には、複数の支持機構１３０は、カバー部材１２０ｒと接触する。支持機構１３０を貫通孔１２０ｐに配置することにより、固定体１２０の内周面１２０ｓに適切に位置決めできる。

貫通孔１２０ｐのＸＹ平面に沿った孔径は、支持機構１３０のＸＹ平面に沿った直径とほぼ等しいか、若干大きい。貫通孔１２０ｐのＺ軸方向に沿った長さは、支持機構１３０のＺ軸方向に沿った長さよりも大きい。このため、支持機構１３０の少なくとも一部は、固定体１２０の内周面１２０ｓよりも可動体１１０に向かって突出する。

次に、図１０～図１２を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図１０は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解図であり、図１１は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面の模式図である。なお、図１０～図１２に示す光学ユニット１００は、凸部１５０および凹部１６０をさらに備える点を除いて、図３～図８を参照して上述した光学ユニット１００と同様の構成を有しており、冗長を避ける目的で重複する説明を省略する。

図１０～図１２に示すように、光学ユニット１００は、可動体１１０と、固定体１２０と、複数の支持機構１３０と、揺動機構１４０に加えて凸部１５０および凹部１６０をさらに備える。凸部１５０は、可動体１１０および固定体１２０の一方に配置される。可動体１１０および固定体１２０の一方から他方に向かって突出して可動体１１０と固定体１２０との間に隙間を介する。

ここでは、凸部１５０は、可動体１１０に配置される。凸部１５０は、可動体１１０から固定体１２０に向かって突出して可動体１１０と固定体１２０との間に隙間を介する。このため、固定体１２０に対して可動体１１０を容易に配置できる。

上述したように、凸部１５０は、可動体１１０および固定体１２０の一方に配置され、凹部１６０は、可動体１１０および固定体１２０の他方において窪む。凹部１６０は、光軸方向Ｄｐに対して交差する方向に窪む。典型的には、凹部１６０は、径方向に窪む。凹部１６０は、凸部１５０とともに可動体１１０と固定体１２０との間に隙間を介する。このため、固定体１２０に対して可動体１１０を容易に配置できる。

ここでは、凸部１５０は、可動体１１０に配置される。凹部１６０は、固定体１２０に配置される。これにより、固定体１２０に対して可動体１１０を容易に配置できる。

凹部１６０は、可動体１１０が光軸Ｐａを中心として所定角度以上回転することを制限することが好ましい。凹部１６０により、光軸Ｐａを中心として可動体１１０が回転することを抑制できる。

ここでは、凸部１５０は、第１凸部１５２と、第２凸部１５４と、第３凸部１５６と、第４凸部１５８とを含む。第１凸部１５２と、第２凸部１５４と、第３凸部１５６と、第４凸部１５８とは、異なる方向に位置する。

第１凸部１５２は、－Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置し、第１角部１１０ｇに配置される。このため、第１凸部１５２は、第１側面１１０ｃと第２側面１１０ｄとの間に配置される。第２凸部１５４は、－Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置し、第２角部１１０ｈに配置される。このため、第２凸部１５４は、第２側面１１０ｄと第３側面１１０ｅとの間に配置される。第３凸部１５６は、＋Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置し、第３角部１１０ｉに配置される。このため、第３凸部１５６は、第３側面１１０ｅと第４側面１１０ｆとの間に配置される。第４凸部１５８は、＋Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置し、第４角部１１０ｊに配置される。このため、第４凸部１５８は、第４側面１１０ｆと第１側面１１０ｃとの間に配置される。このように、薄型直方体状の可動体１１０において４つの異なる方向に可動体１１０が支持機構１３０の支持から外れることを抑制できる。

ここでは、凹部１６０は、第１凹部１６２と、第２凹部１６４と、第３凹部１６６と、第４凹部１６８とを含む。第１凹部１６２と、第２凹部１６４と、第３凹部１６６と、第４凹部１６８とは、異なる方向に位置する。第１凹部１６２は、－Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置し、第１凸部１５２に対向する。このため、第１凹部１６２は、第１内側面１２０ａと第２内側面１２０ｂとの間に配置される。第２凹部１６４は、－Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置し、第２凸部１５４に対向する。このため、第２凹部１６４は、第２内側面１２０ｂと第３内側面１２０ｃとの間に配置される。第３凹部１６６は、＋Ｘ方向側および－Ｙ方向側に位置し、第３凸部１５６に対向する。このため、第３凹部１６６は、第３内側面１２０ｃと第４内側面１２０ｄとの間に配置される。第４凹部１６８は、＋Ｘ方向側および＋Ｙ方向側に位置し、第４凸部１５８に対向する。このため、第４凹部１６８は、第４内側面１２０ｄと第１内側面１２０ａとの間に配置される。このように、薄型直方体状の光学ユニット１００において４つの異なる方向に可動体１１０が支持機構１３０の支持から外れることを抑制できる。

なお、図３～図１２を参照した上述の説明では、凸部１１４は、半球形状であったが、本実施態はこれに限定されない。凸部１１４は、半球形状でなくてもよい。

次に、図１～図１５を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図１３は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解図であり、図１４は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な断面図である。図１５は、光学ユニット１００における可動体１１０の模式的な斜視図である。

図１３～図１５に示すように、可動体１１０は、凸部１１４と、中心部１１３と、溝部１１５と、連絡部１１５ｃとを有する。中心部１１３は、凸部１１４に囲まれる。中心部１１３は、凸部１１４に対して凹む。これにより、可動体１１０を薄くできる。

可動体１１０は、凸部１１４よりも径方向外側に位置する溝部１１５を有する。溝部１１５は、支持機構１３０に対して光軸Ｐａの延びる方向に位置する。固定体１２０に対して可動体１１０が揺動する場合でも可動体１１０が固定体１２０に接触することを抑制できる。

可動体１１０は、溝部１１５の周方向外側に溝部１１５よりも突出して凸部１１４と連絡する連絡部１１５ｃを有する。連絡部１１５ｃにより、可動体１１０の強度を向上できる。

なお、可動体１１０は、固定体１２０に吸引されることが好ましい。この場合、光学ユニット１００が衝撃を受けても、可動体１１０が、複数の支持機構１３０支持から外れることを抑制できる。

次に、図１６～図１８を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図１６は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解図であり、図１７は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な断面図である。図１８は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解斜視図である。

図１６～図１８に示すように、光学ユニット１００は、磁石１７２および磁性体１７４をさらに備える。光学ユニット１００は、固定体１２０および可動体１１０の一方に配置された磁石１７２と、固定体１２０および可動体１１０の他方に配置された磁性体１７４とをさらに備える。磁性体１７４は、磁石１７２に吸引される。ここでは、磁石１７２は可動体１１０に配置され、磁性体１７４は固定体１２０に配置される。詳細には、磁石１７２は可動体１１０の中心部１１３に配置され、磁性体１７４は固定体１２０の中央凹部１２３に配置される。光軸Ｐａは、磁石１７２および磁性体１７４と重なる。固定体１２０に対する可動体１１０を安定的に支持できる。

光学ユニット１００は、磁石１７２に取り付けられた第１ヨーク１７２ｙをさらに備える。第１ヨーク１７２ｙにより、磁石１７２の磁力を増大できる。

光学ユニット１００において、磁性体１７４は、硬磁性体である。光学ユニット１００は、磁性体１７４に取り付けられた第２ヨーク１７４ｙをさらに備える。第２ヨーク１７４ｙにより、磁性体１７４の磁力を増大できる。

図１８に示すように、可動体１１０は、光学モジュール１１２を収容するホルダ１１８をさらに有する。ホルダ１１８は、内周面１１８ａと、外周面１１８ｂとを有する。凸部１１４は、ホルダ１１８の外周面に位置する。光学モジュール１１２とは異なるホルダ１１８に凸部１１４を設けるため、凸部１１４を高精度に構成できる。磁石１７２および第１ヨークは、ホルダ１１８の穴内に配置される。なお、ホルダ１１８には、第１凸部１５２、第２凸部１５４、第３凸部１５６および第４凸部１５８が設けられてもよい。

光学モジュール１１２は、ハウジング１１２ａと、レンズ１１２ｂとを有する。ハウジング１１２ａは薄型の直方体形状である。レンズ１１２ｂは、ハウジング１１２ａに配置される。ハウジング１１２ａは、内部に撮像素子を有してもよい。撮像素子を備えた光学モジュール１１２は、カメラモジュールとも呼ばれる。光学モジュール１１２をホルダ１１８に挿入すると、光学モジュール１１２はホルダ１１８に保持される。

例えば、レンズ１１２ｂは、ハウジング１１２ａの１つの面の中心において、光軸Ｐａ上に配置される。光軸Ｐａおよびレンズ１１２ｂは、被写体を向いており、光学モジュール１１２には、光軸方向Ｄｐに沿った方向からの光が入射される。

なお、図２～図１８を参照して上述した説明では、固定体１２０に可動体１１０が収容されたが、本実施形態はこれに限定されない。固定体１２０には、可動体１１０および回路基板が収容されてもよい。

次に、図１９および図２０を参照して本実施形態の光学ユニット１００を説明する。図１９は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な斜視図であり、図２０は、本実施形態の光学ユニット１００の模式的な分解斜視図である。なお、図２０では、図面が過度に複雑になることを避ける目的で、固定体１２０を覆う蓋１２０Ｆを省略している。

図１９および図２０に示すように、光学ユニット１００は、可動体１１０、固定体１２０、支持機構１３０、揺動機構１４０、凸部１５０および凹部１６０に加えて、蓋１２０Ｆと、回路基板１８０Ａと、回路基板１８０Ｂとをさらに備える。ここでは、固定体１２０は、Ｘ軸方向に延びる。蓋１２０Ｆは、固定体１２０に対して＋Ｚ方向側に位置する。蓋１２０Ｆは、固定体１２０の開口部を覆う。回路基板１８０Ａまたは回路基板１８０Ｂは、例えば、フレキシブル回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）を含む。

回路基板１８０Ａは、Ｘ方向に延びる。回路基板１８０Ａは、蓋１２０Ｆの＋Ｚ方向に位置する。回路基板１８０Ａには、コイル１４２ｂ、１４４ｂおよび１４６ｂが取り付けられる。

固定体１２０は、可動体１１０とともに回路基板１８０Ｂを収容する。回路基板１８０Ｂは、２つに分離される。回路基板１８０Ｂは、第１回路基板１８２と、第２回路基板１８４とを有する。第１回路基板１８２および第２回路基板１８４は、対象構造を有する。第１回路基板１８２および第２回路基板１８４は、それぞれＹ方向に折れ曲がった折曲部を有する。

なお、本実施形態の光学ユニット１００の用途の一例として図１にスマートフォン２００を図示したが、光学ユニット１００の用途はこれに限定されない。光学ユニット１００は、デジタルカメラまたはビデオカメラとして好適に用いられる。例えば、光学ユニット１００は、ドライブレコーダーの一部として用いられてもよい。あるいは、光学ユニット１００は、飛行物体（例えば、ドローン）のための撮影機に搭載されてもよい。

なお、図２～図２０に示した光学ユニット１００およびその各部材では、可動体１１０は略薄板形状であったが、本実施形態はこれに限定されない。可動体１１０は略球体形状であってもよく、固定体１２０は可動体１１０の形状に応じて可動体１１０を揺動可能に支持してもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されず、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１００ 光学ユニット
１１０ 可動体
１１２ 光学モジュール
１１８ ホルダ
１２０ 固定体
１３０ 支持機構
１４０ 揺動機構

Claims (15)

1. 光軸を有する光学モジュールを有し、前記光軸の延びる光軸方向に突起した凸部を有する可動体と、
   前記可動体の前記凸部と向かい合い、前記光軸方向に凹んだ凹部を有する固定体と、
   それぞれが、前記固定体の前記凹部と前記可動体の前記凸部との間に位置し、前記固定体に対して前記可動体を支持する複数の支持機構と、
   前記固定体に対して前記可動体を揺動する揺動機構と
   を備える、光学ユニットであって、
   前記複数の支持機構は、前記光軸に対して同心円状に配置され、
   前記揺動機構は、前記可動体の前記凸部に対して径方向外側に位置する、光学ユニット。
2. 前記揺動機構は、
   前記固定体に設けられたコイルと、
   前記可動体に設けられた磁石と
   を有し、
   前記光軸と前記支持機構との間の距離は、前記光軸と前記磁石との間の距離よりも短い、請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記複数の支持機構は、
   第１支持機構と、
   第２支持機構と、
   第３支持機構と
   を含み、
   前記第１支持機構、前記第２支持機構および前記第３支持機構は等間隔に配置される、請求項１または２に記載の光学ユニット。
4. 前記固定体は、内周面と、外周面とを有し、
   前記固定体の前記凹部に配置された前記複数の支持機構は、前記固定体の前記内周面から前記可動体の前記凸部に向かって突出する、請求項１から３のいずれかに記載の光学ユニット。
5. 前記固定体の前記内周面は、基準面と、前記基準面に対して窪んだ底部とを有し、
   前記複数の支持機構は、前記底部に配置される、請求項４に記載の光学ユニット。
6. 前記固定体は、前記凹部として、前記内周面と前記外周面とを繋ぐ貫通孔を有し、
   前記複数の支持機構は、前記貫通孔に配置される、請求項４に記載の光学ユニット。
7. 前記固定体は、前記内周面に、前記複数の支持機構に対して径方向外側に位置して前記可動体に向かって突起する突起部を有する、請求項４から６のいずれかに記載の光学ユニット。
8. 前記固定体および前記可動体の一方に配置された磁石と、
   前記固定体および前記可動体の他方に配置された磁性体と
   をさらに備え、
   前記磁性体は、前記磁石に吸引され、
   前記光軸は、前記磁石および前記磁性体と重なる、請求項１から７のいずれかに記載の光学ユニット。
9. 前記磁石に取り付けられた第１ヨークをさらに備える、請求項８に記載の光学ユニット。
10. 前記磁性体は、硬磁性体であり、
    前記磁性体に取り付けられた第２ヨークをさらに備える、請求項９に記載の光学ユニット。
11. 前記凸部は、球面の一部の形状を有し、
    前記複数の支持機構のそれぞれは、球形状または球面の一部の形状を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の光学ユニット。
12. 前記可動体は、前記凸部に囲まれた中心部を有し、
    前記中心部は、前記凸部に対して凹む、請求項１から１１のいずれかに記載の光学ユニット。
13. 前記可動体は、前記凸部よりも径方向外側に位置する溝部を有し、
    前記溝部は、前記支持機構に対して前記光軸の延びる方向に位置する、請求項１２に記載の光学ユニット。
14. 前記可動体は、前記溝部の周方向外側に前記溝部よりも突出して前記凸部と連絡する連絡部を有する、請求項１３に記載の光学ユニット。
15. 前記可動体は、前記光学モジュールを収容するホルダをさらに有し、
    前記ホルダは、内周面と、外周面とを有し、
    前記凸部は、前記ホルダの前記外周面に位置する、請求項１から１４のいずれかに記載の光学ユニット。

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