JP6869771B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Description
前記回転支持機構は、転がり軸受を備え、前記ローリング用磁気駆動機構は、前記軸線方向で対向する磁石およびコイルを備え、前記固定体は、固定体本体と、前記固定体本体に固定されたバネ部材と、前記バネ部材を介して前記固定体本体に支持されて前記軸線方向に移動可能な可動ホルダと、を備え、前記可動ホルダは、前記軸線方向で前記支持体に対向し、前記支持体は、前記可動ホルダに対向する支持体側対向部を備え、ローリング用磁気駆動機構は、軸線方向で対向する磁石およびコイルを備え、前記転がり軸受は、前記軸線と同軸で前記支持体に保持された内輪と、前記内輪の外周側に配置されて前記可動ホルダに保持された外輪と、前記内輪と前記外輪との間で転動する球体と、を備え、前記可動ホルダは、前記磁石および前記コイルの一方を保持し、前記支持体側対向部は、前記磁石および前記コイルの他方を保持し、前記バネ部材は、前記可動ホルダを前記支持体側対向部に向かって付勢して前記外輪を前記支持体側対向部に当接させていることを特徴とする。
支持体の支持が確実なものとなり、支持体の回転が安定する。
図1は本発明を適用した光学ユニットを被写体側から見た斜視図である。図2は図1のA−A線における光学ユニットの断面図である。図3は図1の光学ユニットを被写体側から見た場合の分解斜視図である。図4は図1の光学ユニットを反被写体側から見た場合の分解斜視図である。なお、図1を除く他の図面では、フレキシブルプリント基板を省略して示す。図1に示す光学ユニット1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光学機器や、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やウエアラブルカメラ等の光学機器に用いられる。このような光学機器では、撮影時に光学機器の振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。光学ユニット1は、撮影画像が傾くことを回避するため、可動体3の傾きを補正する振れ補正機能付き光学ユニットである。
3を支持するホルダ5(支持体)を備える。また、光学ユニット1は、ホルダ5を回転可能に支持する被写体側回転支持機構6(第2の回転支持機構)および反被写体側回転支持機構7(回転支持機構)と、被写体側回転支持機構6および反被写体側回転支持機構7を介してホルダ5を支持する固定体8を備える。さらに、光学ユニット1は、可動体3とホルダ5との間に架け渡された板バネ9を備える。
図1、図3および図4に示すように、固定体8は、3つのケース28、29、30を組み立てて構成された固定体本体24と、固定体本体24に固定された板バネ25(バネ部材)と、板バネ25を介して固定体本体24に支持された可動ホルダ26とを有する。可動ホルダ26はZ軸方向に移動可能な状態で支持されている。図1に示すように、固定体本体24は、Z軸方向(軸線方向)から見た場合に略8角形の外形をした筒状ケース28と、筒状ケース28に対して+Z方向の側(被写体側)から組み付けられる被写体側ケース29と、筒状ケース28に対して−Z方向の側(反被写体側)から組み付けられる反被写体側ケース30とを備える。筒状ケース28は磁性材料から形成されている。被写体側ケース29および反被写体側ケース30は樹脂材料から形成される。
揺動駆動用磁石14が固定されている。また、図4に示すように、4箇所の側板39のうちの+X方向の側に位置する2枚の側板39には矩形の切欠部40が形成されている。切欠部40は、側板39の−Z方向の端縁を+Z方向に切り欠いた形状である。
ホルダ本体部材71の筒部73が+Z方向の側から挿入され、幅広部分72aが−Z方向から可動ホルダ本体部材71に当接し、矩形部分72bが−Z方向からローリング駆動用磁石16に当接する。ヨーク72の輪郭形状は、ローリング駆動用磁石16を保持した可動ホルダ本体部材71をZ軸方向から見た場合の輪郭形状と一致する。ここで、ヨーク72においてローリング駆動用磁石16が当接する部分には接着剤が塗布されており、ローリング駆動用磁石16はヨーク72にも固定されている。
図6は可動体3およびホルダ5(第2の可動体10)を+Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図7は可動体3およびホルダ5(第2の可動体10)を−Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図6に示すように、ホルダ5は、可動体3の外周側に位置するホルダ本体部材81と、−Z方向からホルダ本体部材81に固定されて可動体3と対向するホルダ底板部材82(支持体側対向部)とを備える。ホルダ本体部材81およびホルダ底板部材82は樹脂製である。
にはホルダ側環状溝90(支持体側環状溝)が設けられている。ホルダ側環状溝90は、ホルダ側対向部84に設けられた固定体側環状溝56にZ軸方向で対向する。ホルダ側環状溝90は光軸周りで円環状に形成され、その中心が軸線Lと同軸上であり、断面形状が円弧である。ホルダ側対向部84は、軸線Lと直交して−Z方向を向く環状端面84aを備える。
図8は可動体3、揺動支持機構4および板バネ9を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の分解斜視図である。図9は可動体3、揺動支持機構4および板バネ9を−Z方向の側(反被写体側)から見た場合の分解斜視図である。図8、図9に示すように、可動体3は、カメラモジュール101と、カメラモジュール101を外周側から保持するカメラモジュールホルダ102とを備える。カメラモジュール101は、図2に示すように、光学素子2と、光学素子2の光軸上に位置する撮像素子103とを有する。撮像素子103は、ジャイロスコープや信号処理回路等が搭載された基板104に実装されている。また、カメラモジュール101は、光学素子2を保持する鏡筒部材106と、鏡筒部材106および基板104を保持するフレーム107を有する。図8に示すように、フレーム107は、鏡筒部材106の−Z方向の端部分を内周側に保持する円筒部108と、円筒部108の−Z方向の端縁から外周側に広がる矩形の板部109と、板部109の外周縁から−Z方向に延びる角筒部110を備える。図9に示すように、基板104は角筒部110の内周側に保持されている。
116、117、118、119における+Z方向の端面には、+Z方向に突出する2つの第2ストッパ用凸部120が設けられている。2つの第2ストッパ用凸部120は、各壁部116、117、118、119における周方向の両端部分から、それぞれ突出する。各壁部116、117、118、119には、揺動駆動用コイル13が固定される。
図10は軸線Lと直交して揺動支持機構4を通過する平面で光学ユニット1を切断した断面図である。揺動支持機構4は、カメラモジュールホルダ102とホルダ本体部材81との間に構成されている。図6および図7に示すように、揺動支持機構4は、カメラモジュールホルダ102の第1軸線R1上の対角位置に設けられた2箇所の第1揺動支持部131と、ホルダ本体部材81の第2軸線R2上の対角位置に設けられた2箇所の第2揺動支持部132と、第1揺動支持部131および第2揺動支持部132によって支持される可動枠135を備える。ここで、第1軸線R1および第2軸線R2はZ軸方向と直交し、且つ、X軸方向およびY軸方向に対して45度傾いた方向である。従って、第1揺動支持部131および第2揺動支持部132はX軸方向とY軸方向との間の角度位置に配置される。図6、図7に示すように、第2揺動支持部132は、ホルダ本体部材81の内側面に形成された凹部81aである。
図11(a)は板バネ9をZ軸方向から見た場合の平面図であり、図11(b)は板バネ9が架け渡された状態の可動体3およびホルダ5を+Z方向の側から見た場合の平面図である。図2に示すように、板バネ9は、カメラモジュールホルダ102の保持部123の環状端面123a(+Z方向の端面)と、ホルダ本体部材81のホルダ側対向部84において−Z方向を向く環状端面84aとの間に架け渡されている。板バネ9は、可動体3の基準姿勢を規定するものである。すなわち、揺動用磁気駆動機構11が駆動されていない静止状態にあるときの可動体3(カメラモジュール101)の姿勢(基準姿勢)は、板
バネ9によって定まる。図6、図7および図11(a)に示すように、板バネ9は、金属板を加工した矩形枠状の板バネである。
図2に示すように、可動体3がホルダ5に揺動可能に保持されたときに、可動体3(カメラモジュール101)から−Z方向に突出するストッパ用第1凸部111およびストッパ用第2凸部112と、ホルダ底板部材82の対向面82aに設けられた矩形の突出部分82bとは、Z軸方向で対向するとともに、可動体3の揺動範囲を規定する第1ストッパ機構17を構成する。すなわち、可動体3が揺動範囲を超える傾斜姿勢となると、ストッパ用第1凸部111またはストッパ用第2凸部112が突出部分82bに当接して、それ以上、可動体3が傾斜することを規制する。さらに、第1ストッパ機構17は、外力によって可動体3が−Z方向に移動した場合に、ストッパ用第1凸部111およびストッパ用第2凸部112が突出部分82bに当接して、可動体3がそれ以上、−Z方向に移動することを規制する。
次に、ホルダ5を軸線L回りに回転可能に支持する被写体側回転支持機構6および反被写体側回転支持機構7を説明する。図2、図3および図4に示すように、被写体側回転支持機構6は、固定体側対向部55とホルダ側対向部84との間に、複数の球体151(転動体)と、球体151を保持するリテーナ152とを備える。図3および図4に示すように、リテーナ152は、周方向に等間隔で配列された複数の貫通穴153を備える。複数の球体151のそれぞれは、複数の貫通穴153のそれぞれの内側に配置された状態で、固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90に挿入されている。固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90の内周面には潤滑油が塗布されている。本例では、球体151および貫通穴153の数は6である。球体151は、貫通穴153の内側に位置した状態で、固定体側環状溝56およびホルダ側環状溝90を転動する。
ここで、図1に示すように、ホルダ5が固定体8に回転可能に支持されたときに、固定体8(筒状ケース28)の切欠部40には、ホルダ5(ホルダ胴部)に設けられた突起91が内周側から挿入される。これにより、固定体8の切欠部40とホルダ5の突起91とはホルダ5(第2の可動体10)の軸線L回りの回転範囲を規制する第3ストッパ機構19を構成する。すなわち、ホルダ5は、突起91が切欠部40内を周方向に移動可能な範囲で、軸線L回りを回転するものとなる。
次に、揺動用磁気駆動機構11は、図10に示すように、可動体3と固定体8の間に設けられた第1揺動用磁気駆動機構11Aおよび第2揺動用磁気駆動機構11Bを備える。第1揺動用磁気駆動機構11Aは、X軸方向で対向する揺動駆動用磁石14と揺動駆動用コイル13とからなる組を2組備える。第2揺動用磁気駆動機構11Bは、Y軸方向で対向する揺動駆動用磁石14と揺動駆動用コイル13とからなる組を2組備える。揺動駆動用コイル13はカメラモジュールホルダ102のX軸方向の両側の壁部116、117およびY軸方向の両側の壁部118、119の外側面に保持される。揺動駆動用磁石14は、固定体8の筒状ケース28に設けられた側板35、36、37、38の内側面に保持される。各揺動駆動用磁石14は、図3および図4に示すようにZ軸方向に2分割され、内面側の磁極が分割位置(着磁分極線)を境にして異なるように着磁されている。揺動駆動用コイル13は空芯コイルであり、+Z方向側および−Z方向側の長辺部分が有効辺として利用される。ここで、筒状ケース28は磁性材料から構成されているので、揺動駆動用磁石14に対するヨークとして機能する。
方向の磁気駆動力が発生するように配線接続されている。揺動用磁気駆動機構11は、第2揺動用磁気駆動機構11BによるX軸回りの回転、および第1揺動用磁気駆動機構11AによるY軸回りの回転を合成することにより、可動体3を第1軸線R1回りおよび第2軸線R2回りに回転させる。X軸回りの振れ補正、およびY軸回りの振れ補正を行う場合は、第1軸線R1回りの回転および第2軸線R2回りの回転を合成する。
ローリング用磁気駆動機構12は、図2、図4に示すように、ホルダ底板部材82において、Y軸方向で軸部96を間に挟んだ両側に設けられたローリング駆動用コイル保持部97に保持された2つのローリング駆動用コイル15と、固定体8の可動ホルダに保持されて、Z軸方向で各ローリング駆動用コイル15と対向する2つのローリング駆動用磁石16を備える。各ローリング駆動用磁石16は、図3および図5に示すように周方向に2分割され、ローリング駆動用コイル15と対向する面の磁極が分割位置(着磁分極線)を境にして異なるように着磁されている。各ローリング駆動用コイル15は空芯コイルであり、径方向に延びる長辺部分が有効辺として利用される。
光学ユニット1は、上記のように、X軸回りの振れ補正、およびY軸回りの振れ補正を行う揺動用磁気駆動機構11を備える。従って、ピッチング(縦揺れ)方向およびヨーイング(横揺れ)方向の振れ補正を行うことができる。また、光学ユニット1はローリング用磁気駆動機構12を備えるので、ローリング方向の振れ補正を行うことができる。ここで、光学ユニット1は、可動体3にジャイロスコープを備えるため、ジャイロスコープによって直交する3軸回りの振れを検出して、検出した振れを打ち消すように揺動用磁気駆動機構11およびローリング用磁気駆動機構12を駆動する。
本例では、ボールベアリング68の内輪68bは、第2の可動体10(ホルダ5のホルダ底板部材82)に保持されており、外輪68aは固定体8の可動ホルダ26に保持されている。また、可動ホルダ26が板バネ25によって+Z方向に付勢されることにより外輪68aに与圧(付勢力F)が付され、外輪68aがホルダ底板部材82に当接する。これにより、内輪68bと外輪68aとはホルダ5を基準としてZ軸方向に位置決めされる。また、外輪68aは板バネ25の与圧(付勢力F)によってホルダ底板部材82に当接した状態が維持される。よって、ホルダ5の回転が安定する。
なお、揺動駆動用コイル13と揺動駆動用磁石14との配置を入れ替えることができる。すなわち、揺動駆動用コイル13を固定体8に保持し、揺動駆動用磁石14をホルダ5に保持してもよい。また、ローリング駆動用コイル15とローリング駆動用磁石16との配置を入れ替えることができる。すなわち、ローリング駆動用コイル15を固定体8(可動ホルダ26)に保持し、ローリング駆動用磁石16をホルダ5(ホルダ底板部材82)に保持してもよい。この場合には、ホルダ底板部材82を磁性材料から形成して、ヨークとし、可動ホルダ26においてヨーク72を構成している部材を、樹脂材料から形成することができる。
パ用凸部、123…カメラモジュールホルダの保持部、123a…保持部の環状端面、123b…可動体側板バネ固定部、124…板バネ接着用凸部、131・132…揺動支持部、135…可動枠、137…球体、138…接点ばね、141…可動体側連結部、141a…連結部分、141b…接続部分、142…ホルダ側連結部、143…蛇行部、143a…第1延設部分、143b…第1折れ曲り部、143c…第2延設部分、143d…第2折れ曲がり部、143e…第3延設部分、151…球体、152…リテーナ、153…貫通穴、154…リテーナの第1凸部、155…リテーナの第2凸部、157…環状凸部、158…環状段部、158a…径方向対向面、158b…軸線方向対向面、L…軸線、R1…第1軸線、R2…第2軸線。
Claims (6)
- 光学素子を保持する光学モジュールと、
前記光学モジュールを支持する支持体と、
前記支持体を予め定めた軸線回りに回転可能に支持する回転支持機構と、
前記回転支持機構を介して前記支持体を支持する固定体と、
前記支持体を回転させるローリング用磁気駆動機構と、を有し、
前記回転支持機構は、転がり軸受を備え、
前記ローリング用磁気駆動機構は、前記軸線方向で対向する磁石およびコイルを備え、
前記固定体は、固定体本体と、前記固定体本体に固定されたバネ部材と、前記バネ部材を介して前記固定体本体に支持されて前記軸線方向に移動可能な可動ホルダと、を備え、
前記可動ホルダは、前記軸線方向で前記支持体に対向し、
前記支持体は、前記可動ホルダに対向する支持体側対向部を備え、
ローリング用磁気駆動機構は、軸線方向で対向する磁石およびコイルを備え、
前記転がり軸受は、前記軸線と同軸で前記支持体に保持された内輪と、前記内輪の外周側に配置されて前記可動ホルダに保持された外輪と、前記内輪と前記外輪との間で転動する球体と、を備え、
前記可動ホルダは、前記磁石および前記コイルの一方を保持し、
前記支持体側対向部は、前記磁石および前記コイルの他方を保持し、
前記バネ部材は、前記可動ホルダを前記支持体側対向部に向かって付勢して前記外輪を前記支持体側対向部に当接させ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。
- 前記コイルは、前記支持体側対向部に保持され、
前記磁石は、前記可動ホルダに保持され、
前記可動ホルダは、前記磁石に前記支持体側対向部とは反対側から当接するヨークを備え、
前記バネ部材は、前記ヨークに前記磁石とは反対側から当接して前記可動ホルダを付勢す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。 - 前記支持体側対向部は、前記軸線方向を前記可動ホルダの側に突出して外周側に前記内輪を保持する軸部を備え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。
- 固定体本体は、前記軸線を挟んだ両側に前記バネ部材を固定する一対のバネ部材固定部と、前記バネ部材が変形する変形範囲を規定する変形範囲規定部と、を備え、
前記バネ部材固定部は、前記軸線方向で前記可動ホルダから前記支持体の側に向かう方向を向く端面と、前記端面から突出する突起とを備え、
前記バネ部材は、一対の前記バネ部材固定部の前記突起に架け渡された板バネであり、一対の前記バネ部材固定部の間で前記可動ホルダを保持し、
前記バネ部材固定部の前記端面は、前記変形範囲規定部であり、前記板バネが前記支持体から離間する方向への変形したときに当該板バネに当接可能であることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 軸線方向で前記回転支持機構と離間する位置で前記支持体を前記軸線回りに回転可能に支持する第2の回転支持機構を有し、
前記固定体本体は、前記支持体に前記軸線方向で前記可動ホルダとは反対側から対向する固定体側対向部を備え、
前記支持体は、前記軸線方向で固定体側対向部と対向する第2の支持体側対向部を備え、
前記第2の回転支持機構は、前記固定体側対向部に設けられて前記軸線を囲む固定体側環状溝と、前記第2の支持体側対向部に設けられて前記固定体側環状溝と対向する支持体側環状溝と、前記固定体側環状溝および前記支持体側環状溝に挿入されて前記固定体側対向部と前記第2の支持体側対向部との間で転動する転動体と、を備え、
前記バネ部材は、前記可動ホルダおよび前記外輪を介して前記支持体を前記固定体側対向部に向かって付勢していることを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 揺動用磁気駆動機構を有し、
前記支持体は、前記光学モジュールを前記軸線と光軸とが一致する基準姿勢および前記軸線に対して前記光軸が傾斜する傾斜姿勢の間で揺動可能に支持する揺動支持機構を介して前記光学モジュールを支持し、
前記揺動用磁気駆動機構は、前記支持体に対して前記光学モジュールを揺動させることを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
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