JP6883467B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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Description
が取付けられる台座本体および前記台座本体から光軸方向に突出する軸部を備える回転台座と、前記回転台座を前記固定体に対して前記軸部を介して回転自在に保持する軸受機構とを備え、前記固定体は、前記軸受機構を保持する筒部を備えるとともに前記台座本体と対向するように設けられた固定部材を備え、前記コイルおよび前記磁石は、光軸方向で対向しており、前記台座本体における前記固定部材に対向する面には、前記コイルおよび前記磁石の一方が保持され、前記固定部材には、前記コイルおよび前記磁石の他方が固定され、前記固定部材に対向する前記面に保持された前記コイルおよび前記磁石の一方は、前記軸受機構の径方向外側に位置するとともに、光軸方向と直交する方向から見たときに、前記軸受機構と重なることを特徴とする。
の他方において前記光軸回りの周方向から前記突部に当接可能な当接部と、を備えることが望ましい。
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、撮影時に光学機器に振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。本例の光学ユニット1は、撮影画像の乱れを回避するため、搭載する光学モジュール2の傾きや回転を補正する振れ補正機能付き光学ユニットである。
コイル35に電気的に接続されたフレキシブルプリント基板39と、固定部材22に固定されたカバー部材40を備える。
図3に示すように、ケース体8は、Z軸方向から見た場合に略8角形の外形をした筒状ケース45と、筒状ケース45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46と、を備える。筒状ケース45は磁性材料から形成される。被写体側ケース46は樹脂材料から形成される。
図4は可動ユニット5およびホルダ7を+Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図5は可動ユニット5およびホルダ7を−Z方向の側から見た場合の分解斜視図である。図4に示すように、ホルダ7は、可動ユニット5の+Z方向の端部分が挿入されるホルダ環状部62と、ホルダ環状部62の−Z方向側に連続するホルダ胴部63とを備える。ホルダ胴部63は、周方向に配列された4つの窓部64と、周方向に隣り合う窓部64を区画する4本の縦枠部65を備える。4つの窓部64のうちの2つの窓部64はX軸方向に開口し、他の2つはY軸方向に開口する。4本の縦枠部65は、それぞれ、X軸方向とY軸方向の間の角度位置に配置されている。
切欠き部68を備える。
図6は可動ユニット5を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の斜視図である。図7(a)は可動ユニット5を+Z方向の側(被写体側)から見た場合の斜視図であり、図7(b)は可動ユニット5を−Z方向から見た場合の斜視図である。図6、図7に示すように、可動ユニット5は、光学モジュール2と、光学モジュール2を外周側から保持する光学モジュールホルダ71とを備える。光学モジュール2は、内周側に光学素子9を保持する鏡筒部72と、鏡筒部72の−Z方向の端部分において内周側に基板73を保持する角筒部74を備える。基板73には撮像素子10が搭載されている。鏡筒部72の+Z方向の端部分の外周面にはZ軸方向の一定幅の領域に雄ネジ部75が設けられている。
図8はZ軸(軸線L)と直交して揺動支持機構6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6は、光学モジュールホルダ71とホルダ7との間に構成されている。図8に示すように、揺動支持機構6は、光学モジュールホルダ71の第1軸R1上の対角位置に設けられた2箇所の第1揺動支持部101と、ホルダ胴部63の第2軸R2上の対角位置に設けられた2箇所の第2揺動支持部102と、第1揺動支持部101および第2揺動支持部102によって支持される可動枠103と、を備える。ここで、第1軸R1および第2軸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101および第2揺動支持部102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4、図5に示すように、第2揺動支持部102は、ホルダ胴部63の内側面に形成された凹部である。
揺動用磁気駆動機構11は、図8に示すように、可動ユニット5と筒状ケース45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。また、第1揺動用磁気駆動機構11Aは、−X方向の側の組の揺動駆動用コイル13の内側に配置されたホール素子90を備える。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。また、第2揺動用磁気駆動機構11Bは、+Y方向の側の組の揺動駆動用コイル13の内側に配置されたホール素子90を備える。
図2に示すように、可動ユニット5の揺動範囲を規制する揺動ストッパ機構17は、可動ユニット5(光学モジュールホルダ71)に設けられた揺動ストッパ用凸部87と、ホルダ環状部62とから構成される。可動ユニット5が所定の揺動範囲を超える傾斜姿勢となると、揺動ストッパ用凸部87がホルダ環状部62に当接して、それ以上、可動ユニット5が傾斜することを規制する。また、揺動ストッパ機構17は、外力によって可動ユニット5が+Z方向に移動した場合に、揺動ストッパ用凸部87がホルダ環状部62に当接して、可動ユニット5がそれ以上、+Z方向に移動することを規制する。
姿勢復帰機構12は、姿勢復帰用磁性部材15と、揺動駆動用磁石14と、を備える。図2に示すように、姿勢復帰用磁性部材15は、径方向において、揺動駆動用コイル13を間に挟んで揺動駆動用磁石14とは反対側に配置されている。ホルダ7が基準姿勢の状態を径方向から見た場合には、姿勢復帰用磁性部材15の中心は、外周側に位置する揺動駆動用磁石14の着磁分極線14aと重なる位置にある。換言すれば、可動ユニット5が基準姿勢の状態では、着磁分極線14aを含んで軸線Lと直交する仮想面12a(図2参照)が姿勢復帰用磁性部材15の中心を通過する。
図9(a)は+Z方向の側から見た場合の第2ユニット4の斜視図であり、図9(b)は−Z方向の側から見た場合の第2ユニット4の斜視図である。図10は第2ユニット4の断面図である。図11は+Z方向の側(被写体側)から見た場合の第2ユニット4の分解斜視図である。図12は−Z方向の側(反被写体側)から見た場合の第2ユニット4の分解斜視図である。図13は固定部材22、ローリング駆動用磁石36およびヨーク120の分解斜視図である。図9および図10に示すように、第2ユニット4は、ホルダ7を軸線L回りに回転可能に支持する回転支持機構21と、回転支持機構21を介してホルダ7を支持する固定部材22と、フレキシブルプリント基板39と、カバー部材40と、を備える。回転支持機構21は、回転台座24と軸受機構25(第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28)とを備える。
1ボールベアリング27の外輪および第2ボールベアリング28の外輪を外周側から保持する。
ル素子140が固定されている。ホール素子140は、周方向でローリング駆動用コイル35の中心に位置する。ホール素子140は、ローリング駆動用コイル35に電気的に接続されたフレキシブルプリント基板39に電気的に接続されている。
図9および図10に示すように、回転台座24が第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28を介して固定部材22に保持されると、ローリング用磁気駆動機構31が構成される。図10に示すように、ローリング用磁気駆動機構31は、回転台座24の軸部132を間に挟んだ両側に保持された一対のローリング用磁気駆動機構31を備える。各ローリング用磁気駆動機構31は、回転台座24に保持されたローリング駆動用コイル35と、固定部材22に保持されて、Z軸方向で各ローリング駆動用コイル35と対向するローリング駆動用磁石36とを備える。ローリング駆動用磁石36は、周方向に2分割され、ローリング駆動用コイル35と対向する面の磁極が着磁分極線36aを境にして異なるように着磁されている。ローリング駆動用コイル35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。ホール素子140は、回転台座24が予め定めた基準角度位置にあるときに、−Z方向に位置する揺動駆動用磁石14の着磁分極線36aと対向する。
また、回転台座24が第1ボールベアリング27および第2ボールベアリング28を介して固定部材22に保持されると、図9(a)に示すように、固定部材22の回転ストッパ用凸部118が回転台座24の開口部146に挿入される。これにより、固定部材22の回転ストッパ用凸部118と回転台座24の開口部146とは、回転台座24のZ軸回りの回転角度範囲を規制する回転ストッパ機構38を構成する。すなわち、回転台座24は、回転ストッパ用凸部118が開口部146の内周壁(当接部)と干渉しない範囲でZ軸回りを回転するものとなる。換言すれば、回転ストッパ機構38は、開口部146の内周壁が周方向から回転ストッパ用凸部118に当接することにより、回転台座24の回転
角度範囲を規制する。
図14は角度位置復帰機構32の説明図である。図14に示すように、角度位置復帰機構32は、角度位置復帰用磁性部材37と、ローリング駆動用磁石36とを備える。図10に示すように、角度位置復帰用磁性部材37は、Z軸方向において、ローリング駆動用コイル35を間に挟んでローリング駆動用磁石36とは反対側に配置されている。また、図14(a)に示すように、回転台座24が軸受機構25を介して固定部材22に回転可能に支持された状態であって、回転台座24が基準角度位置にある状態をZ軸方向から見た場合には、角度位置復帰用磁性部材37の中心37aは、−Z方向に位置するローリング駆動用磁石36の着磁分極線36aと重なる位置にある。換言すれば、回転台座24が基準角度位置にある状態では、着磁分極線36aを含んで軸線Lと平行に延びる仮想面32aが角度位置復帰用磁性部材37の中心37aを通過する。
ここで、第1ユニット3が第2ユニット4に取り付けられる際には、ホルダ7のホルダ胴部63の下端部分に第2ユニット4の周壁142が挿入され、ホルダ胴部63に設けられた位置決め用切欠き部67に、第2ユニット4の周壁142から突出する突部143が挿入される。従って、ホルダ7は、径方向および周方向に位置決めされた状態で回転台座24に固定される。また、第1ユニット3が第2ユニット4に取り付けられる際には、筒状ケース45の下端部分に固定部材22の外周縁の段部113の+Z方向の側の部分が挿入され、筒状ケース45に設けられた位置決め用切欠き部56に、段部113に設けられた突部114が挿入される。従って、ケース体8は径方向および周方向に位置決めされた
状態で固定部材22に固定されて、固定体42を構成する。これにより、光学ユニット1が完成する。
光学ユニット1は、上記のように、第1ユニット3が、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、第2ユニット4が、第1ユニット3のホルダ7を回転させるローリング用磁気駆動機構31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、可動ユニット5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31を駆動する。
本例の光学ユニット1では、角度位置復帰用磁性部材37とローリング駆動用磁石36とによって、光学モジュール2(ホルダ7)をZ軸回りの基準角度位置に復帰させる角度位置復帰機構32が構成されている。従って、光学モジュール2(ホルダ7)を基準角度位置に復帰させるために、ホルダ7と固定部材22との間に板バネなどを架け渡す必要がない。これにより、角度位置復帰用の板バネの可動範囲を確保する必要がなくなるので、装置を小型化できる。
角度位置復帰用磁性部材37とローリング駆動用磁石36との間で発生する磁気吸引力の大きさを変更できる。
図15および図16は角度位置復帰用磁性部材の変形例の説明図である。上記の例では、角度位置復帰用磁性部材37は、四角柱形状であるが、円柱形状でもよく、板状でもよい。また、上記の例では、角度位置復帰用磁性部材37は直線状に延びているが、図15に示すような円弧形状の部材とすることもできる。このようにすれば、可動ユニット5が回転した角度に対して、角度位置復帰用磁性部材37とローリング駆動用磁石36との間で発生する磁気吸引力の線形性を確保することが容易となる。
ニット、4…第2ユニット、5…可動ユニット、6…揺動支持機構、7…ホルダ、8…ケース体、9…光学素子、10…撮像素子、11・11A・11B…揺動用磁気駆動機構、12…姿勢復帰機構、13…揺動駆動用コイル、14…揺動駆動用磁石、14a…着磁分極線、15…姿勢復帰用磁性部材、17…揺動ストッパ機構、18・19…フレキシブルプリント基板、21…回転支持機構、22…固定部材、24…回転台座、25…軸受機構、27・28…ボールベアリング、31…ローリング用磁気駆動機構、31…各ローリング用磁気駆動機構、32…角度位置復帰機構、32a…仮想面、35…ローリング駆動用コイル、36…ローリング駆動用磁石、36a…着磁分極線、37…角度位置復帰用磁性部材(第1磁性部材・第2磁性部材)、37a…角度位置復帰用磁性部材の中心、38…回転ストッパ機構(角度範囲規制機構)、39…フレキシブルプリント基板、40…カバー部材、40a…開口部、41…可動体、42…固定体、45…筒状ケース、46…被写体側ケース、47…胴部、48…端板部、49…開口部、51〜55…側板、56…位置決め用切欠き部、57…切欠き部、58…胴部、59…端板部、60…円形開口部、62…ホルダ環状部、63…ホルダ胴部、64…窓部、65…縦枠部、67…位置決め用切欠き部、68…切欠き部、71…光学モジュールホルダ、72…鏡筒部、73…基板、74…角筒部、75…雄ネジ部、77…ウエイト、80…底板部、81〜84…各壁部、85…光学モジュール保持部、87…揺動ストッパ用凸部、88…コイル固定部、89…ホール素子固定部、90…ホール素子、92…固定領域、93…溝、101・102…揺動支持部、103…可動枠、104…球体、105…接点ばね、112…切欠き部、113…段部、114…突部、115…筒部、116…筒部の中心穴、117…ローリング駆動用磁石保持凹部、118…回転ストッパ用凸部、120…ヨーク、121…ヨーク保持用凹部、122…連通部、123…板バネ固定用凸部、131…台座本体、132…軸部、134…バネ座金、135…環状部材、138…コイル固定部、140…ホール素子、142…周壁、143…突部、144…固定領域、145…溝、146…開口部、L…軸線、R1…第1軸、R2…第2軸
Claims (8)
- 光学素子を備える可動体と、
前記可動体を前記光学素子の光軸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可動体を支持する固定体と、
前記可動体を回転させるローリング用磁気駆動機構と、
前記可動体を前記光軸回りの基準角度位置に復帰させるための角度位置復帰機構と、
を有し、
前記ローリング用磁気駆動機構は、前記可動体および前記固定体の一方に固定されたコイルと、他方に固定されて前記コイルと対向する磁石と、を備え、
前記磁石は、周方向で分極着磁されており、
前記角度位置復帰機構は、前記可動体および前記固定体のうち前記コイルが固定されている側に取り付けられた磁性部材を備え、
前記可動体が前記基準角度位置に配置されたときに、前記磁石の着磁分極線を含んで前記光軸と平行な仮想面が前記磁性部材の中心を通過し、
前記回転支持機構は、支持体が取付けられる台座本体および前記台座本体から光軸方向に突出する軸部を備える回転台座と、前記回転台座を前記固定体に対して前記軸部を介して回転自在に保持する軸受機構とを備え、
前記固定体は、前記軸受機構を保持する筒部を備えるとともに前記台座本体と対向するように設けられた固定部材を備え、
前記コイルおよび前記磁石は、光軸方向で対向しており、
前記台座本体における前記固定部材に対向する面には、前記コイルおよび前記磁石の一方が保持され、
前記固定部材には、前記コイルおよび前記磁石の他方が固定され、
前記固定部材に対向する前記面に保持された前記コイルおよび前記磁石の一方は、前記軸受機構の径方向外側に位置するとともに、光軸方向と直交する方向から見たときに、前記軸受機構と重なることを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記ローリング用磁気駆動機構は、前記基準角度位置を中心とする所定の角度範囲で前記可動体を回転させ、
前記可動体が前記所定の角度範囲で回転する間、前記磁性部材の少なくとも一部は、前記仮想面と重な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。 - 前記磁性部材は、前記光軸方向において、前記コイルを間に挟んで前記磁石とは反対側に位置す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。
- 前記磁性部材は、前記光軸から離間する位置に配置されており、周方向の寸法が径方向よりも長い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。
- 前記可動体および前記固定体のうちの前記コイルが固定される側は、前記磁性部材を固定するための固定領域を備え、
前記磁性部材の固定位置は、前記固定領域内で変更可能であ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。 - 前記可動体の回転角度範囲を規制する回転角度範囲規制機構を有し、
前記回転角度範囲規制機構は、前記可動体および前記固定体の一方から他方に向かって突出する突部と、前記可動体および前記固定体の他方において前記光軸回りの周方向から前記突部に当接可能な当接部と、を備え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。 - 前記ローリング用磁気駆動機構として、前記光軸回りの異なる角度位置に配置された第1ローリング用磁気駆動機構と第2ローリング用磁気駆動機構と、を備え、
前記磁性部材として、前記可動体および前記固定体のうち前記第1ローリング用磁気駆動機構の前記コイルが固定されている側に取り付けられた第1磁性部材と、前記可動体および前記固定体のうち前記第2ローリング用磁気駆動機構の前記コイルが固定されている側に取り付けられた第2磁性部材と、を備えることを特徴とする請求項1から6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。 - 前記可動体は、前記光学素子を備える光学モジュールと、前記光学モジュールを揺動可能に支持する揺動支持機構と、前記揺動支持機構を介して前記光学モジュールを支持する支持体と、前記光学モジュールを揺動させる揺動用磁気駆動機構と、を有し、
前記回転支持機構は、前記支持体を回転可能に支持し、
前記固定体は、前記回転支持機構および前記支持体を介して前記可動体を支持することを特徴とする請求項1から7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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