JP6077938B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Description
(撮影用の光学ユニットの全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付きの光学ユニットを携帯電話機等の光学機器に搭載した様子を模式的に示す説明図である。
図2は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付きの光学ユニットの外観等を示す斜視図であり、図2(a)、(b)は、光学ユニットを被写体側からみたときの斜視図、および光学ユニットの断面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100の分解斜視図であり、図3(a)、(b)、(c)は、光学ユニット100の分解斜視図、さらに細かく分解したときの分解斜視図、および光学モジュール10から磁石等を外した状態の分解斜視図である。なお、図2および図3では、ケース200は透光性ではないが、ケース200を透視した状態で表してある。
光学モジュール10は、撮像ユニット1と、撮像ユニット1を内側に収容する角形箱状のカバー110とを有している。カバー110は、光学モジュール10の外周部分を構成しており、カバー110の4つの側面によって、光学モジュール10の4つの側面部11が構成されている。かかる4つの側面部11の外面には、空芯コイル560と対向する位置に板状の磁石520が配置されており、かかる磁石520は、空芯コイル560と振れ補正用駆動機構500を構成している。磁石520は、外面側および内面側が異なる極に着磁されている。また、磁石520は、光軸方向に2つに分割されており、空芯コイル560の側に位置する磁極が異なるように着磁されている。また、空芯コイル560は、上下の長辺部分が有効辺として利用される。
図4は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100に構成したジンバル機構30を構成する部材の説明図であり、図4(a)、(b)、(c)は、ジンバル機構30の斜視図、ジンバル機構30の分解斜視図、およびジンバル機構30に用いた可動枠の説明図である。図5は、本発明の実施の形態1に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100に構成したジンバル機構30の説明図であり、図5(a)、(b)は、ジンバル機構30の平面図、および側面図である。
本形態の光学ユニット100において、図1に示す光学機器1000が振れると、かかる振れはジャイロスコープ等によって検出され、制御用IC(図示せず)は、振れ補正用駆動機構500を制御する。すなわち、ジャイロスコープで検出した振れを打ち消すような駆動電流を空芯コイル560に供給する。その際、4つの空芯コイル560のうちの一部に通電し、他の空芯コイル560には通電しない。また、4つの空芯コイル560の全てに通電するが、4つの空芯コイル560に供給する電流バランスを制御する。その結果、光学モジュール10は、第1軸線L1周りまたは第2軸線L2周りに揺動し、手振れが補正される。あるいは、光学モジュール10は、第1軸線L1周りに揺動するとともに、第2軸線L2周りに揺動し、手振れが補正される。その際、第2フォトリフレクタ590は、光学モジュール10との距離(変位)を検出し、振れ補正用駆動機構500は、フォトリフレクタ590での検出結果に基づいて制御される。
以上説明したように、本形態の光学ユニット100では、光学モジュール10が第2枠42(矩形部)を備え、固定体20が光学モジュール10の矩形部の周りを囲む角筒状胴部210を備えており、光学モジュール10および角筒状胴部210の角が空きスペースとなっていることを利用してジンバル機構30を設けてある。すなわち、本形態では、光学モジュール10の第2枠42と、角筒状胴部210に固定した矩形枠25との間に矩形の可動枠32を配置し、かかる可動枠32の第1角部321および第3角部323が固定体20の角部(矩形枠25の第1角部251および第3角部253)に揺動可能に支持された構造とし、可動枠32の第2角部322および第4角部324が第2枠42の角部(第2角部422および第4角部424)を揺動可能に支持した構造としてある。このため、ジンバル機構30によって、光学モジュール10を固定体20に対して揺動可能に支持した場合でも、光学モジュール10の側面と固定体20の側面との間に振れ補正用駆動機構500の空芯コイル560および磁石520等を配置するスペースを確保することができる。従って、固定体20の外側に振れ補正用駆動機構500を設けなくてもよいので、光学ユニット100の小型化を図ることができる。
上記実施の形態1では、光学モジュール10が角形であったが、光軸方向からみたときに、円形の光学モジュール10の一部に矩形部が形成されている場合に、かかる矩形部を利用してジンバル機構30を構成してもよい。
(光学ユニット100の概略構成)
図6は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100の外観等を示す斜視図であり、図6(a)、(b)は、光学ユニットを被写体側からみたときの斜視図、および光学ユニットの分解斜視図である。図7は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100の断面構成を示す説明図であり、図7(a)、(b)は、光学ユニットのXZ断面図、および光学ユニットのYZ断面図である。図8は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100をさらに細かく分解したときの分解斜視図である。なお、本形態の光学ユニットの基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、対応する部分には同一の符号を付して説明する。
本形態でも、実施の形態1と同様、振れ補正用駆動機構500は、板状の磁石1520とコイル1560とを利用した磁気駆動機構である。ここで、コイル1560は、光学モジュール10に保持され、磁石1520は、上ケース1200の角筒状胴部1210の4つの側板部1211の内面に保持されている。本形態において、磁石1520は、外面側および内面側が異なる極に着磁されている。また、磁石1520は、光軸方向に2つに分割されており、コイル1560の側に位置する磁極が異なるように着磁されている。このため、コイル1560は、上下の長辺部分が有効辺として利用される。なお、4つの磁石1520は、外面側および内面側に対する着磁パターンが同一である。このため、周方向で隣り合う磁石1520同士が吸着し合うことがないので、組み立て等が容易である。
光学モジュール10は、撮像ユニット1と、撮像ユニット1のレンズ1a(光学部品)を保持するホルダ1110と、ホルダ1110のZ軸方向の一方側+Zの端部に固定された回路モジュール1090とを有している。
固定体20は、上ケース1200のZ軸方向の一方側+Zを覆う矩形の下ケース1400を有している。下ケース1400は、矩形の底板部1420と、底板部1420の4つの角からZ軸方向の他方側−Zに向けて突出した柱状部1410とを備えており、下ケース1400を覆うように上ケース1200を被せると、上ケース1200のフランジ部1218が柱状部1410に当接する。従って、フランジ部1218と柱状部1410とをネジによって止めることにより、上ケース1200と下ケース1400とを固定することができる。なお、下ケース1400において、X軸方向の一方側+XおよびY軸方向の他方側−Yには側板部1440が設けられている。
本形態の光学ユニット100において、下ケース1400の底板部1420には、開口部1421が形成されており、光学モジュール10のZ軸方向の一方側+Zの端部に接続されたフレキシブル配線基板1900は、開口部1421を介して光学ユニット100の外部に引き出されている。
図9は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100のジンバル機構等の斜視図であり、図9(a)、(b)、(c)、(d)は、ホルダにジンバル機構を設けた状態の斜視図、ホルダから可動枠や固定体側矩形枠を分離させた状態の斜視図、ホルダから固定体側矩形枠を分離させた状態の斜視図、および固定体側矩形枠の第1角部の斜視図である。図10は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100のジンバル機構等の分解斜視図である。図11は、本発明の実施の形態2に係る振れ補正機能付きの光学ユニット100のジンバル機構に用いた部材の平面構成を示す説明図であり、図11(a)、(b)は、受け部を備えた板状部材と可動枠との平面的な位置関係を示す説明図、および受け部を備えた板状部材を可動枠から外した状態の平面的な構成を示す説明図である。なお、図11では、図面に向かって左側から右側に向かってホルダ、可動枠および固定体側矩形枠を並べて示してある。
本形態の光学モジュール10は、光学モジュール10と固定体20とに接続して、振れ補正用駆動機構500が停止状態にあるときの光学モジュール10の姿勢を規定する板状バネ70を有している。本形態において、板状バネ70は、金属板を所定形状に加工したバネ部材であり、矩形枠状の固定体側連結部71と、円環状の可動体側連結部72と、固定体側連結部71と可動体側連結部72とを連結する板バネ部73とを有している。本形態において、板バネ部73は、固定体側連結部71の角部分から周方向の一方側から他方側に折り返しながら可動体側連結部72まで延在している。
図7(b)に示すように、本形態の光学ユニット100では、フレキシブル配線基板1900のうち、光学モジュール10のZ軸方向の一方側+Zで重なる部分には、Z軸方向の一方側+Zに向けてフォトリフレクタ590が実装されている。また、下ケース1400の底板部1420のZ軸方向の他方側−Zの面には、フォトリフレクタ590と対向する位置に反射板1490が形成されている。本形態において、反射板1490は、ブロック状の金属部品であり、Z軸方向の寸法(厚さ)が大である。従って、フォトリフレクタ590と反射板1490との距離が短いので、検出感度が高い。
本形態の光学ユニット100においても、実施の形態1と同様、図1に示す光学機器1000が振れると、かかる振れはジャイロスコープ等によって検出され、制御用IC(図示せず)は、振れ補正用駆動機構500を制御する。すなわち、ジャイロスコープで検出した振れを打ち消すような駆動電流を空芯コイル560に供給する。その際、4つの空芯コイル560のうちの一部に通電し、他の空芯コイル560には通電しない。または、4つの空芯コイル560の全てに通電するが、4つの空芯コイル560に供給する電流バランスを制御する。その結果、光学モジュール10は、第1軸線L1周りまたは第2軸線L2周りに揺動し、手振れが補正される。あるいは、光学モジュール10は、第1軸線L1周りに揺動するとともに、第2軸線L2周りに揺動し、手振れが補正される。その際、第2フォトリフレクタ590は、光学モジュール10との距離(変位)を検出し、振れ補正用駆動機構500は、フォトリフレクタ590での検出結果に基づいて制御される。
以上説明したように、本形態の光学ユニット100でも、実施の形態1と同様、光学モジュール10と固定体20の角筒状胴部1210との間に矩形の可動枠32を配置し、かかる可動枠32の第1角部321および第3角部323が固定体20に揺動可能に支持された構造とし、可動枠32の第2角部322および第4角部324が光学モジュール10を揺動可能に支持している構造としてある。このため、ジンバル機構30によって、光学モジュール10を固定体20に対して揺動可能に支持した場合でも、光学モジュール10の側面と固定体20の側面との間のうち、可動枠32の第1連結部326、第2連結部327、第3連結部328および第4連結部329の近傍に振れ補正用駆動機構500等を配置するスペースを確保することができる。
上記実施の形態では、カメラ付き携帯電話機に用いる光学ユニット100に本発明を適用した例を説明したが、薄型のデジタルカメラ等に用いる光学ユニット100に本発明を適用してもよい。また、本発明を適用した振れ補正機能付きの光学ユニット100は、携帯電話機やデジタルカメラ等の他、冷蔵庫等、一定間隔で振動を有する装置内に固定し、遠隔操作可能にしておくことで、外出先、たとえば買い物の際に、冷蔵庫内部の情報を得ることができるサービスに用いることもできる。かかるサービスでは、姿勢安定化装置付きのカメラシステムであるため、冷蔵庫の振動があっても安定な画像を送信可能である。また、本装置を児童、学生のかばん、ランドセルあるいは帽子等の、通学時に装着するデバイスに固定してもよい。この場合、一定間隔で、周囲の様子を撮影し、あらかじめ定めたサーバへ画像を転送すると、この画像を保護者等が、遠隔地において観察することで、子供の安全を確保することができる。かかる用途では、カメラを意識することなく移動時の振動があっても鮮明な画像を撮影することができる。また、カメラモジュールのほかにGPSを搭載すれば、対象者の位置を同時に取得することも可能となり、万が一の事故の発生時には、場所と状況の確認が瞬時に行える。さらに、本発明を適用した振れ補正機能付き光学ユニット100を自動車において前方が撮影可能な位置に搭載すれば、ドライブレコーダーとして用いることができる。また、本発明を適用した振れ補正機能付き光学ユニット100を自動車において前方が撮影可能な位置に搭載して、一定間隔で自動的に周辺の画像を撮影し、決められたサーバに自動転送してもよい。また、道路交通情報通信システム等の渋滞情報と連動させて、この画像を配信することで、渋滞の状況をより詳細に提供することができる。かかるサービスによれば、自動車搭載のドライブレコーダーと同様に事故発生時等の状況を、意図せずに通りがかった第三者が記録し状況の検分に役立てることも可能である。また、自動車の振動に影響されることなく鮮明な画像を取得できる。かかる用途の場合、電源をオンにすると、制御部に指令信号が出力され、かかる指令信号に基づいて、振れ制御が開始される。
1a レンズ(光学部品)
10 光学モジュール
20 固定体
25 矩形枠(固定体側矩形枠)
30 ジンバル機構
32 可動枠
38 球体
38a、38b 突部
42 第2枠(矩形部/モジュール側矩形枠)
100 光学ユニット
200 ケース
210 角筒状胴部(胴部)
280、480 受け部
321 第1角部
322 第2角部
323 第3角部
324 第4角部
500 振れ補正用駆動機構
520、1520 磁石
560 空芯コイル
1110 ホルダ
1120 光学部品保持部
1150 コイル保持部
1152 コイル保持部の凸部
1200 上ケース
1210 角筒状胴部(胴部)
1220 端板部
1221 開口部
1560 コイル
1600 カバー
1700 板状ストッパ
1900 フレキシブル配線基板
1910 第1湾曲部
1920 第2湾曲部
1930 帯状部
1950 スリット
Claims (19)
- 光学モジュールと、
該光学モジュールの周りを囲む胴部を備えた固定体と、
前記光学モジュールを光軸方向に交差する第1軸線周りに揺動可能に支持するとともに、前記光学モジュールを前記光軸方向および前記第1軸線に交差する第2軸線周りに揺動可能に支持するジンバル機構と、
前記光学モジュールを前記第1軸線周りおよび前記第2軸線周りに駆動する振れ補正用駆動機構と、
を有する振れ補正機能付き光学ユニットにおいて、
前記ジンバル機構は、第1角部、該第1角部と隣り合う第2角部、前記第1角部から前記第1軸線方向で離間する第3角部、および前記第2角部から前記第2軸線方向で離間する第4角部を光軸周りに備えた矩形の可動枠を備え、
前記可動枠の前記第1角部および前記第3角部は、前記固定体に揺動可能に支持され、
前記可動枠の前記第2角部および前記第4角部は、前記光学モジュールを揺動可能に支持しており、
前記第1角部と前記固定体との間に設けられた揺動支持部、および前記第3角部と前記固定体との間に設けられた揺動支持部は各々、前記可動枠および前記固定体のうちの一方側に設けられた突部と、他方側で当該突部の先端側を受ける凹状の受け部とを備え、
前記第2角部と前記光学モジュールとの間に設けられた揺動支持部、および前記第4角部と前記光学モジュールとの間に設けられた揺動支持部は各々、前記可動枠および前記光学モジュールのうちの一方側に設けられた突部と、他方側で当該突部の先端側を受ける凹状の受け部とを備え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。 - 前記光学モジュールの側面と前記胴部の側面とに挟まれた空間内に前記振れ補正用駆動機構を構成するコイルおよび磁石が配置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。
- 前記突部は、前記受け部側に位置する先端面が半球状であることを特徴とする請求項1または2に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記突部は、球体により構成されていることを特徴とする請求項3に記載の振れ補正機
能付き光学ユニット。 - 前記可動枠は、前記第1角部と前記第2角部とを連結する第1連結部、前記第2角部と前記第3角部とを連結する第2連結部、前記第3角部と前記第4角部とを連結する第3連結部、および前記第4角部と前記第1角部とを連結する第4連結部が弾性変形可能であり、
前記第1角部、前記第2角部、前記第3角部および前記第4角部のいずれにおいても、前記第1連結部、前記第2連結部、前記第3連結部および前記第4連結部の弾性によって、前記突部と前記受け部とが弾性をもって接していることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記第1連結部、前記第2連結部、前記第3連結部、および前記第4連結部は、光軸方向に交差する方向に蛇行する蛇行部を備え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。
- 前記複数の突部はいずれも、前記可動枠の側に設けられていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記複数の突部はいずれも、前記光軸に交差する同一平面内に位置していることを特徴とする請求項7に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記複数の突部はいずれも、前記可動枠の内側に設けられ、
前記複数の受け部のうち、前記第1角部および前記第3角部に設けられた2つの受け部は、前記固定体側から前記光軸方向に突出して前記可動枠の内側に位置する部分に形成され、前記第2角部および前記第4角部に設けられた2つの受け部は、前記光学モジュール側から前記光軸方向に突出して前記可動枠の内側に位置する部分に形成されていることを特徴とする請求項7または8に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記複数の受け部のうち、前記第1角部および前記第3角部に設けられた2つの受け部は、前記可動枠に対して前記光軸方向の一方側位置から前記光軸方向の他方側に突出して前記可動枠の内側に位置する部分に形成され、前記第2角部および前記第4角部に設けられた2つの受け部は、前記可動枠に対して前記光軸方向の他方側位置から前記光軸方向の一方側に突出して前記可動枠の内側に位置する部分に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記複数の受け部のうち、前記第1角部および前記第3角部に設けられた2つの受け部は各々、前記固定体側に固定された板状部材に形成され、前記第2角部および前記第4角部に設けられた2つの受け部は各々、前記光学モジュール側に固定された板状部材に形成されていることを特徴とする請求項9または10に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記固定体は、前記複数の突部のうち、前記第1角部および前記第3角部に設けられた2つの突部を各々、両脇から囲む2つの壁面と、前記第1角部および前記第3角部に設けられた2つの突部を各々、前記光軸方向の両側から囲む2つの壁面と、を有し、
前記光学モジュールは、前記複数の突部のうち、前記第2角部および前記第4角部に設けられた2つの突部を各々、両脇から囲む2つの壁面と、前記第2角部および前記第4角部に設けられた2つの突部を各々、前記光軸方向の両側から囲む2つの壁面と、を有していることを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記可動枠において、前記第1角部は、当該第1角部に両側で隣接する連結部の延長線上より外側に張り出しており、前記第3角部は、当該第3角部に両側で隣接する連結部の延長線上より外側に張り出していることを特徴とする請求項9乃至12の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記可動枠の前記第1角部および前記第3角部は、前記胴部の内面に固定された固定体側矩形枠の角部に支持され、
前記可動枠の前記第2角部および前記第4角部は、前記光学モジュールの外面に固定されたモジュール側矩形枠の角部を支持していることを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記固定体側矩形枠は、前記胴部に形成された切り欠きに係合する係合凸部を備えていることを特徴とする請求項14に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記磁石は、前記光学モジュールに保持され、
前記コイルは、前記胴部の内面に保持されていることを特徴とする請求項2乃至15の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記コイルは、前記光学モジュールに保持され、
前記磁石は、前記胴部の内面に保持されていることを特徴とする請求項2乃至15の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記光学モジュールは、光学部品と、該光学部品を保持するホルダと、を有し、
前記ホルダには、前記光学部品を保持する光学部品保持部と、該光学部品保持部の径方向外側で前記可動枠が配置される可動枠配置空間と、前記コイルを前記可動枠配置空間の外側で保持するコイル保持部と、が設けられていることを特徴とする請求項2乃至15および17の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記コイル保持部は、前記第1角部と前記第2角部との中間位置の径方向外側、前記第2角部と前記第3角部との中間位置の径方向外側、前記第3角部と前記第4角部との中間位置の径方向外側、および前記第4角部と前記第1角部との中間位置の径方向外側の各々に設けられていることを特徴とする請求項18に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
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