JP6918682B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、カメラ付き携帯端末等に搭載される光学モジュールの振れ補正を行う振れ補正機能付き光学ユニットに関する。

携帯端末、ドライブレコーダ、無人ヘリコプター等に搭載される撮像装置等の光学機器に用いられる撮影用の光学ユニットにおいては、振れによる撮影画像の乱れを抑制するために、振れを打ち消すように光学モジュールを移動させて振れを補正する機能が開発されている。この振れ補正機能においては、光学機器の筐体からなる固定体に対して、光学素子を備える光学モジュール（可動体）を移動可能に支持し、その光学モジュールを振れ補正用駆動機構により振れに応じて揺動させる構成が採用されている。
例えば、特許文献１には、ジンバル機構によって光学モジュールを揺動可能に支持する構成が開示されている。

また、通常の撮影用の光学ユニットにおいては、撮像部に赤外線が入射しないように赤外線カットフィルタを備えているが、監視用カメラ等の用途に用いられる昼夜撮影用の光学ユニットにおいては、明所に加えて暗所においても鮮明な映像の撮影を可能とするため、撮像部に達する光路に必要時に赤外線カットフィルタを配置可能とし、赤外線カットフィルタの有無を切り替えることが行われている。
例えば、特許文献２には、２つの取付板にダミーフィルタと赤外線カットフィルタとを取り付け、２つの取付板を相互にスライドさせることで２つのフィルタを切り替えることが記載されている。

特開２０１４‐６５２２号公報 特開２０１２‐２４２４６３号公報

上述したように、光学モジュールには用途に応じて種々の機能を備えることが要求されるが、光学モジュール自体の小型化も要求されており、各機構を組み込むことは容易ではない。特に、光学モジュールを移動可能に支持した振れ補正機能付きの光学ユニットにおいては、光路にフィルタ切替装置を配置することで光学モジュール自体の重量が増加して移動制御が難しくなるとともに、重量バランスの調整が難しくなるため、フィルタ切替装置を組み込むことが一層難しいものとなっている。また、光学モジュールの重量が増加することで、振れ補正に伴う光学ユニットの消費電力も増加する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フィルタ切替機能を備えた振れ補正機能付き光学ユニットの小型化を図り、消費電力の低減を図ることを目的とする。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットは、固定体と、光学素子を有する可動体と、前記固定体に対して前記可動体を揺動可能に支持する揺動支持機構と、前記可動体を揺動させる振れ補正用駆動機構とを備え、前記可動体は、フィルタと、前記フィルタの有無を切り替えるフィルタ切替機構とを備え、前記揺動支持機構は、前記光学素子の光軸方向に対して直交する方向から見たときに、前記振れ補正用駆動機構と重なる位置に配置され、前記フィルタ及び前記フィルタ切替機構は、前記光学素子の被写体側に配置されている。

この振れ補正機能付き光学ユニットにおいては、フィルタの有無を切り替えるフィルタ切替機構を有しているので、振れ補正の効果を有しながら、フィルタの有無を選択して所望の映像を撮影できる。
また、フィルタ切替機構を除く可動体の重心位置が可動体の揺動中心位置（揺動支点）より撮像部側にある場合、フィルタ切替機構を用いて可動体の重心位置を揺動中心位置と同じ、または近づけることができるので、別途の重心調整用の部材を用いることなく可動体を構成できる。したがって、可動体の重量の増加を抑制でき、揺動に必要なトルクを抑制できるので、可動体の揺動時の消費電力を低減できる。
なお、撮像部と光学素子との間にフィルタ及びフィルタ切替機構を配置する構成では、フィルタ切替機構等を配置するために、撮像部と光学素子との間に光軸方向に大きなスペースが必要となり、可動体の光軸方向の全長が大きくなる。また、例えば、フィルタ切替機構を除く可動体の重心位置が可動体の揺動中心位置と同じ位置にある場合、撮像部と光学素子との間にフィルタ切替機構を配置することで、可動体の重心位置が撮像部側に移動する。この場合、移動した重心位置を可動体の揺動中心位置に戻すために、揺動中心位置よりも被写体側に重心調整用の部材を配置することが必要になる。その結果、可動体は、単にフィルタとフィルタ切替機構のスペース分大きくなるのではなく、重心調整用の部材を設ける分、余計に大きくなる。このため、撮像部と光学素子との間にフィルタやフィルタ切替機構を配置する構成では、可動体が大型化し、可動体の重量が増加することで、揺動に必要なトルクが大きくなり、可動体の揺動時の消費電力が増加する。これと比較して、本発明の振れ補正機能付き光学ユニットでは、光学素子の被写体側にフィルタ及びフィルタ切替機構を配置するので、可動体の大きさを小さく形成できる。したがって、可動体の揺動時の消費電力の低減が可能となると共に、光学ユニットの小型化を図ることができる。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの好ましい実施形態において、前記フィルタ及び前記フィルタ切替機構は、前記可動体の揺動中心位置に対する前記光学素子の撮像部側とは反対側に配置されるとよい。

可動体の重心位置と可動体の揺動中心位置とを同じ、または近づけることができるので、可動体の揺動に必要なトルクを低減できる。したがって、可動体の揺動時における消費電力を低減できる。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの好ましい実施形態において、前記振れ補正用駆動機構は、磁石と、前記磁石の磁界内で電磁力を作用させるコイルとを有する磁気駆動機構であり、前記磁石は前記固定体に設けられ、前記コイルは前記可動体に設けられる。

磁石を固定体に設けて磁石よりも軽量のコイルを可動体に設けることで、コイルを固定体に設けて磁石を可動体に設けた場合と比較して、可動体の重量を低減できる。したがって、可動体の揺動に必要なトルクを低減できるので、さらに揺動時の消費電力を低減できる。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの好ましい実施形態において、前記可動体は、前記振れ補正用駆動機構と撮像部と前記フィルタ切替機構とに接続されるフレキシブル配線基板を備えるとよい。

一つのフレキシブル配線基板により、振れ補正用駆動機構（コイル）への給電と、撮像部（撮像素子）への給電と、フィルタ切替機構への給電とが可能である。このため、それぞれに個別のフレキシブル配線基板を接続する構成と比較して、可動体の揺動時におけるフレキシブル配線基板の応力による揺動抵抗トルクの発生を抑制できる。したがって、揺動時に必要な電力を低減でき、消費電力の低減を図ることができる。また、フレキシブル配線基板の数を少なくできるので、製造コストを低減できる。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの好ましい実施形態において、前記可動体は、重心位置調整部材を備えるとよい。

重心位置調整部材により、可動体の重心位置を細かく調整できるので、可動体の重心位置を揺動中心位置と同じ位置に配置できる。したがって、可動体の揺動に必要なトルクを低減できるので、さらに揺動時の消費電力を低減できる。

本発明の振れ補正機能付き光学ユニットの好ましい実施形態において、前記フィルタは、赤外線カットフィルタであるとよい。

光学素子の光路に赤外線カットフィルタ（ＩＲフィルタ）を出し入れ可能とすることで、明所において撮像部に所定以上の赤外線が入射される場合には赤外線カットフィルタを光路に挿入して赤外線の入射を減少させ、適切な波長の光量を撮像部に入力できる。一方で、暗所においては、赤外線カットフィルタを光路から外すことで、撮像部に赤外線を入射できる。したがって、赤外線カットフィルタの有無を切り替えることで、明所に加えて暗所においても鮮明な映像の撮影が可能となり、昼夜における撮影が可能となる。
なお、フィルタは、赤外線カットフィルタと反射防止フィルタとを組み合わせたフィルタとしてもよい。また、フィルタには、赤外線カットフィルタの他にも、反射防止フィルタ、ＮＤフィルタ、偏光フィルタ等の種々のフィルタが含まれる。

本発明によれば、フィルタ切替機能を備えた振れ補正機能付き光学ユニットの小型化を図ることができ、消費電力の低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態の振れ補正機能付き光学ユニットの外観斜視図である。 図１の振れ補正機能付き光学ユニットの分解斜視図である。 図１の振れ補正機能付き光学ユニットにおける可動体の分解斜視図である。 図１の振れ補正機能付き光学ユニットにおけるカバー枠とジンバル機構を−Ｚ側から見た斜視図である。 図１の振れ補正機能付き光学ユニットにおける光軸を通るＹ‐Ｚ平面での縦断面図である。 図１の振れ補正機能付き光学ユニットにおけるジンバル機構及び振れ補正用駆動機構付近のＸ‐Ｙ平面での横断面図である。 本発明の第２実施形態の振れ補正機能付き光学ユニットを＋Ｚ側から見た正面図であり、フィルタ切替機構の変形例を示すものである。 本発明の第３実施形態の振れ補正機能付き光学ユニットを＋Ｚ側から見た正面図であり、フィルタ切替機構の変形例を示すものである。

以下、本発明に係る振れ補正機能付き光学ユニットの実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下の説明では、互いに直交する３方向を各々Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とし、静置状態においては、Ｚ軸方向に光軸Ｌ（レンズ光軸／光学素子の光軸）が配置されるものとする。また、各方向の振れのうち、Ｘ軸周りの回転は、いわゆるピッチング（縦揺れ）に相当し、Ｙ軸周りの回転は、いわゆるヨーイング（横揺れ）に相当し、Ｚ軸周りの回転は、いわゆるローリングに相当する。また、Ｘ軸方向の一方側には＋Ｘを付し、他方側には−Ｘを付し、Ｙ軸方向の一方側には＋Ｙを付し、他方側には−Ｙを付し、Ｚ軸方向の一方側（被写体側／光軸方向前側）には＋Ｚを付し、他方側（被写体側とは反対側／光軸方向後側）には−Ｚを付して説明する。また、図１〜図８では、Ｚ軸の一方＋Ｚ側を上方に向けて配置した状態を静置状態とする。以下では、特に断らない限り、この静置状態で説明する。

［第１実施形態］
（振れ補正機能付き光学ユニット１０１の概略構成）
図１は振れ補正機能付き光学ユニット（以下、光学ユニットと省略する。）１０１の組立状態の外観を示す斜視図である。図２は光学ユニット１０１を光軸Ｌ方向に沿って分解した分解斜視図である。図３は光学ユニット１０１の後述する可動体２０の分解斜視図である。図４は光学ユニット１０１の後述するカバー枠１２０とジンバル機構（揺動支持機構）３０の−Ｚ側から見た斜視図である。図５は光学ユニット１０１の光軸Ｌを通るＹ‐Ｚ平面での縦断面図である。図６は光学ユニット１０１の後述するジンバル機構３０と振れ補正用駆動機構４０付近のＸ‐Ｙ平面での横断面図である。

図１に示す光学ユニット１０１は、携帯端末、ドライブレコーダー、無人ヘリコプター等に搭載される撮像装置等の光学機器（図示略）に組み込まれる薄型カメラであって、光学機器のシャーシ（機器本体）に支持された状態で搭載される。この種の光学ユニット１０１では、撮影時に光学機器に手振れ等の振れが発生すると、撮像画像に乱れが発生する。そこで、本実施形態の光学ユニット１０１においては、Ｚ軸方向に沿って光軸Ｌが延在する光学モジュール（光学素子）２１０を備えた可動体２０を、ジャイロスコープ等の振れ検出センサ（図示略）によって振れを検出した結果に基づいて揺動させ、ピッチング及びヨーイングを補正できるようにしている。

図１〜図６において、本実施形態の光学ユニット１０１は、固定体１０と、光学モジュール２１０を備える可動体２０と、固定体１０に対して可動体２０を揺動可能に支持された状態とする揺動支持機構としてのジンバル機構３０と、可動体２０を揺動させる振れ補正用駆動機構４０とを備える。また、図６に示すように、可動体２０は、固定体１０に対してジンバル機構３０を介して光軸Ｌ方向と交差する第１軸線Ｒ１周りに揺動可能に支持されているとともに、光軸Ｌ方向および第１軸線Ｒ１方向に交差する第２軸線Ｒ２周りに揺動可能に支持されている。そして、光学ユニット１０１においては、これらの光軸Ｌに対して直交する２つの軸線（第１軸線Ｒ１および第２軸線Ｒ２）周りに可動体２０を揺動させることで、ピッチングとヨーイングを補正する。

なお、本実施形態の光学ユニット１０１では、固定体１０は、光軸Ｌ方向（＋Ｚ方向）から見たときに、正方形をなしている。また、図６に示すように、第１軸線Ｒ１および第２軸線Ｒ２は、光軸Ｌ方向に直交している。そして、第１軸線Ｒ１と第２軸線Ｒ２とは直交し、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°の角度に配置されている。

（固定体１０の構成）
図２及び図５等に示すように、固定体１０は、可動体２０の周りを囲む角筒状の第１ケース１１０と、第１ケース１１０の上（Ｚ軸方向の一方側＋Ｚ）に固定されたカバー枠１２０と、第１ケース１１０の下（Ｚ軸方向の他端側−Ｚ）に配置された第２ケース１３０とを有している。
本実施形態では、第１ケース１１０は、四方に配置された側板部１１１により矩形筒状に形成されている。カバー枠１２０は、第１ケース１１０のＺ軸方向の一方側＋Ｚの端部から径方向内側に張り出した矩形枠形状に形成されている。そして、カバー枠１２０の中央部には円形の開口窓１２１が形成されており、開口窓１２１を通して被写体からの光を光学モジュール２１０に導くようになっている。また、第２ケース１３０は、上方を開放した矩形の箱状に形成されており、底部に光学モジュール２１０に接続されたフレキシブル配線基板７１，７２を外部に引き出すための開口部１３１が形成されている。この開口部１３１は、第２ケース１３０に対してＺ軸方向の他方側−Ｚから重なる底板１４０によって覆われており、開口部１３１から引き出されたフレキシブル配線基板７１，７２は、第２ケース１３０と底板１４０との間から外部に引き出されるようになっている。

また、固定体１０には、図５等に示すように、第１ケース１１０と第２ケース１３０との間に、可動体２０のＺ軸方向の他方側−Ｚへの可動範囲を規定する矩形枠状のストッパ部材１５０が設けられている。ストッパ部材１５０は、第１ケース１１０と第２ケース１３０とをＺ方向で重ねた際に、第１ケース１１０と第２ケース１３０との間に挟まった状態に保持される。

（可動体２０の構成）
図２及び図３等に示すように、可動体２０は、レンズ２１１等の光学素子を備えた光学モジュール２１０と、光学モジュール２１０を保持するホルダフレーム２２０と、フィルタ切替機構２３０とを有している。
光学モジュール２１０は、図５に示すように、レンズ２１１や撮像素子（撮像部）２１２、フォーカシング駆動用のアクチュエータ（図示せず）等を保持するレンズホルダ２１３を有しており、このレンズホルダ２１３を介してホルダフレーム２２０に保持されている。

ホルダフレーム２２０は、図５に示すように可動体２０の外周部分を構成しており、概ね、レンズホルダ２１３を内側に保持する筒状のホルダ保持部２２１と、このホルダ保持部２２１の下端部（Ｚ軸方向の他方側−Ｚの端部）でフランジ状に拡径する肉厚のベース部２２２とを有している。ベース部２２２の外周部上には、ホルダ保持部２２１よりも径方向外側に、後述する振れ補正用駆動機構４０を構成する４つのコイル４２をそれぞれ保持するコイル保持部２２３が設けられており、これらコイル保持部２２３とホルダ保持部２２１との間には、後述するジンバル機構３０の可動枠３１０が配置される可動枠配置空間２４０が形成されている。また、コイル保持部２２３には、コイル保持部２２３にコイル４２が保持された状態で、コイル４２の外面（磁石４１と対向する面）から更に外方に向けて突出する突出部２２４が設けられており、その突出部２２４が磁石４１と対向している。したがって、外力によって、可動体２０がＸ軸方向またはＹ軸方向に変位した際、コイル保持部２２３の突出部２２４が磁石４１に当接し、コイル４２と磁石４１とが接触することを防止する。
なお、本実施形態では、ホルダフレーム２２０が合成樹脂により形成されており、ホルダ保持部２２１、ベース部２２２、コイル保持部２２３が一体に形成されている。

また、可動体２０に設けられた撮像素子２１２やフォーカシング駆動用のアクチュエータ等は、信号出力（通信）用のフレキシブル配線基板７１に接続されている。撮像素子２１２は、ジャイロスコープやキャパシタ等の電子部品が実装された実装基板２１４に実装されており、実装基板２１４に前述したフレキシブル配線基板７１が接続されている。なお、実装基板２１４に接続されたフレキシブル配線基板７１は、外部に引き回される部分が２本に分割されている。一方、振れ補正用駆動機構４０を構成するコイル４２は、給電用のフレキシブル配線基板７２に接続されている。これらのフレキシブル配線基板７１，７２は、光学機器の本体側に設けられた上位の制御部等に電気的に接続される。

なお、これらのフレキシブル配線基板７１，７２は、図５に示すように、レンズホルダ２１３の下方（Ｚ軸方向の他方側−Ｚ）で複数回湾曲された後に外部に引き出されるようになっている。図１に示すように、コイル４２に接続されたフレキシブル配線基板７２は、光学モジュール２１０に接続されたフレキシブル配線基板７１の２本に分割された部分の間に配置されており、２つのフレキシブル配線基板７１，７２は外部への引き出し方向が揃えられている。また、フレキシブル配線基板７１，７２は、いずれも可撓性を有しており、振れ補正用駆動機構４０によるホルダフレーム２２０及びこのホルダフレーム２２０に保持されている光学モジュール２１０の動きを阻害しないようになっている。

（振れ補正用駆動機構４０の構成）
振れ補正用駆動機構４０は、図５及び図６等に示すように、板状の磁石４１と、磁石４１の磁界内で電磁力を作用させるコイル４２とを利用した磁気駆動機構である。本実施形態では、図２及び図３に示すように、磁石４１とコイル４２との組み合わせが、可動体２０（ホルダフレーム２２０）の周方向に９０°ずつ間隔をおいて４組設けられる。また、図５及び図６に示すように、各磁石４１は第１ケース１１０に保持され、各コイル４２はホルダフレーム２２０に保持されており、本実施形態では、第１ケース１１０とホルダフレーム２２０との間に振れ補正用駆動機構４０が構成されている。

磁石４１は、第１ケース１１０の周方向に９０°ずつ間隔をおいて配置された４つの各側板部１１１の内面にそれぞれ保持されている。各側板部１１１はＸ軸方向の一方側＋Ｘ、他方側−Ｘ、Ｙ軸方向の一方側＋Ｘ、他方側−Ｙにそれぞれ配置されている。このため、第１ケース１１０とホルダフレーム２２０との間では、Ｘ軸方向の一方側＋Ｘ、Ｘ軸方向の他方側−Ｘ、Ｙ軸方向の一方側＋Ｙ、およびＹ軸方向の他方側−Ｙのいずれにおいても、磁石４１とコイル４２とが対向している。

本実施形態において、４つの磁石４１は、外面側及び内面側が異なる極に着磁されている。また、磁石４１は、光軸Ｌ方向（Ｚ軸方向）に２つに分離して着磁されており、コイル４２側（内面側）に位置する磁極４１１、４１２が光軸Ｌ方向で異なるように着磁されている（図３及び図５参照）。したがって、両磁極４１１、４１２を分離する着磁分極線４１３は、光軸Ｌと直交する方向に沿って配置されている。Ｘ軸方向の一方側＋Ｘ及びＸ軸方向の他方側−Ｘにそれぞれ配置されている２つの磁石４１は、着磁分極線４１３がＹ軸方向に沿って配置され、Ｙ軸方向の一方側＋Ｙ及びＹ軸方向の他方側−Ｙに配置されている２つの磁石４１は、着磁分極線４１３がＸ軸方向に沿って配置される。

なお、４つの磁石４１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４１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。また、第１ケース１１０は磁性材料から構成されており、磁石４１に対するヨークとして機能する。

コイル４２は、磁心（コア）を有しない空芯コイルであり、前述したように、ホルダフレーム２２０に保持されている。また、コイル４２は、それぞれホルダフレーム２２０のＸ軸方向の一方側＋Ｘ、Ｘ軸方向の他方側−Ｘ、Ｙ軸方向の一方側＋Ｙ、およびＹ軸方向の他方側−Ｙに保持されている。このうち、ホルダフレーム２２０のＸ軸方向の一方側＋Ｘ、Ｘ軸方向の他方側−Ｘに配置される両コイル４２は、巻き線によってＸ軸方向をコイルの軸心方向とする環状に形成されている。また、Ｙ軸方向の一方側＋Ｙ、およびＹ軸方向の他方側−Ｙに配置される両コイル４２は、巻き線によってＹ軸方向をコイルの軸心方向とする環状に形成されている。したがって、いずれのコイル４２も光軸Ｌ方向に直交する方向をコイルの軸心方向とする環状に形成されている。また、これら４つのコイル４２は、同じ平面形状、同じ厚さ（高さ）寸法に形成される。

なお、４つのコイル４２のうち、Ｘ軸方向をコイルの軸心方向とする２つのコイル４２は、Ｙ軸方向に延びる矩形状に形成される。また、Ｙ軸方向をコイルの軸心方向とする２つのコイル４２は、Ｘ軸方向に延びる矩形状に形成される。そして、いずれのコイル４２も、上下に配置される長辺部が、各磁石４１の磁極４１１，４１２に対峙する有効辺として利用され、このコイル４２が励磁されていない状態では、両有効辺は、対向する磁石４１の着磁分極線４１３と平行で、着磁分極線４１３から上下に等しい距離に配置される。

（ジンバル機構３０の構成）
本実施形態の光学ユニット１０１では、ピッチング方向およびヨーイング方向の振れを補正するため、可動体２０を光軸Ｌ方向に交差する第１軸線Ｒ１周りに揺動可能に支持するとともに、光軸Ｌ方向および第１軸線Ｒ１に交差する第２軸線Ｒ２周りに揺動可能に支持する。このため、固定体１０と可動体２０との間には、ジンバル機構（揺動支持機構）３０が構成されている。

本実施形態では、ジンバル機構３０が矩形の可動枠３１０を有しており、可動枠３１０は、図５及び図６等に示すように、ホルダフレーム２２０の可動枠配置空間２４０内に配置され、固定体１０のカバー枠１２０の下面（Ｚ軸方向の他方側−Ｚの面）と可動体２０のホルダフレーム２２０との間に配置されている。
本実施形態において、可動枠３１０はバネ性を有する金属材料等で構成されており、図４及び図６等に示すように、周方向に９０°間隔をおいて配置された４つの角部３２１と、各角部３２１を連結する連結部３２２とを有する矩形形状に形成されている。可動枠３１０の４つの角部３２１の内側にはそれぞれ球体３１１が固定されている。また、各連結部３２２は、各々の延在方向およびＺ軸方向に対して直交する方向に湾曲した蛇行形状を有している。したがって、可動枠３１０は、外部から衝撃が加わった際に、衝撃を吸収可能なバネ性を有している。

一方、カバー枠１２０の下面（−Ｚ側の面）には、図４に示すように、光軸Ｌ周り４つの角部のうち、第１軸線Ｒ１が延在する方向の対角に位置する２箇所の角部に、Ｚ軸方向の他方側−Ｚに向けて開口する溝部１２２がそれぞれ形成されている。そして、各溝部１２２には、接点用ばね３３０がそれぞれ取り付けられており、図６に示すように、これら接点用ばね３３０に可動枠３１０の４つの球体３１１のうち、第１軸線Ｒ１が延在する方向の対角に位置する２つの球体３１１がそれぞれ支持されている。
また、ホルダフレーム２２０のベース部２２２の上面には、図６に示したように、第２軸線Ｒ２が延在する方向の対角に位置する２箇所の角部に、Ｚ軸方向の一方側＋Ｚに向けて開口する溝部２２５がそれぞれ形成されている。各溝部２２５には、接点用ばね３３０がそれぞれ取り付けられ、これら接点用ばね３３０に可動枠３１０の４つの球体３１１のうち、第２軸線Ｒ２が延在する方向の対角に位置する２つの球体３１１がそれぞれ支持されている。

具体的には、各接点用ばね３３０は、弾性変形可能なステンレス鋼等の金属からなる板材をプレス成型することにより縦断面Ｕ字状となるように屈曲形成されており、可動枠３１０に設けられた球体３１１との接触点に径方向内側から外側に向けて弾性的な荷重（弾性力）を作用させる。つまり、可動枠３１０の４箇所の角部３２１に設けられた各球体３１１は、固定体１０のカバー枠１２０又は可動体２０のホルダフレーム２２０に取り付けられた各接点用ばね３３０に、径方向外側から弾性的に接触させられている。

この場合、図６に示すように、カバー枠１２０に固定された接点用ばね３３０は、第１軸線Ｒ１方向で対をなすように対向し、可動枠３１０の球体３１１との間で第１揺動支点を構成する。一方、ホルダフレーム２２０に固定された接点用ばね３３０は、第２軸線Ｒ２方向で対をなすように対向し、可動枠３１０の球体３１１との間で第２揺動支点を構成する。したがって、可動体２０の揺動中心位置（揺動支点）３５は、これらの第１揺動支点と第２揺動支点とが組み合わされた第１軸線Ｒ１と第２軸線Ｒ２との交点に配置される。

このように、接点用ばね３３０に可動枠３１０の各球体３１１が揺動可能に接触していることにより、固定体１０のカバー枠１２０に対して、可動体２０のホルダフレーム２２０が揺動可能に支持されている。また、このように構成したジンバル機構３０において、各接点用ばね３３０の付勢力は等しく設定される。なお、本実施形態では、振れ補正用駆動機構４０に磁気駆動機構が用いられていることから、ジンバル機構３０に用いた可動枠３１０、接点用ばね３３０はいずれも、非磁性材料からなる。

また、本実施形態において、可動枠３１０は、コイル保持部２２３と同じ高さ位置（Ｚ軸方向における同一の位置）に配置されている。このため、光軸Ｌ方向に対して直交する方向から見たとき、ジンバル機構３０が振れ補正用駆動機構４０と重なる位置に配置されている。特に本実施形態では、図５に示すように、光軸Ｌ方向に対して直交する方向から見たときに、ジンバル機構３０が、振れ補正用駆動機構４０のＺ軸方向の中心位置と重なる位置に配置されている。より詳細には、振れ補正用駆動機構４０の無励磁状態においては、ジンバル機構３０が、Ｚ軸方向において磁石４１の着磁分極線４１３と同じ高さ位置に設けられている。したがって、ジンバル機構３０の第１揺動支点及び第２揺動支点は、Ｚ軸方向において振れ補正用駆動機構４０の中心位置と重なる位置に配置され、可動体２０の揺動中心位置３５も振れ補正用駆動機構４０の中心位置と重なる位置に配置されている。

なお、固定体１０のカバー枠１２０と可動体２０のホルダフレーム２２０との間には、これらのカバー枠１２０とホルダフレーム２２０との双方に接続され、振れ補正用駆動機構４０が停止状態にあるときの可動体２０の姿勢を規定する板状バネ５１０が設けられている。板状バネ５１０は、金属板を所定形状に加工したバネ部材であり、図２に示すように、その外周部を構成する固定体側連結部５１１と、内周部を構成する円環状の可動体側連結部５１２と、これら固定体側連結部５１１と可動体側連結部５１２の間を連結する板バネ状のアーム部５１３とを有している。

固定体側連結部５１１は、固定体１０のカバー枠１２０の下面（Ｚ軸方向の他方側−Ｚの面）に重ねた状態でカバー枠１２０に形成された４箇所の凸部１２５によって位置決めされ、接着等により固定される。また、図示は省略するが、可動体側連結部５１２は、可動体２０のホルダフレーム２２０のホルダ保持部２２１に形成された４箇所の突起部２２６により位置決めされ、接着等により固定される。

（フィルタ切替機構２３０の構成）
フィルタ切替機構２３０は、液晶を利用した電子フィルタ（フィルタ）２３１を備える電子フィルタ機構により構成される。本実施形態の電子フィルタ２３１は、例えば印加する駆動電圧を変化させることにより光の透過率を調整可能な可変フィルタ（ＮＤフィルタ）である。このため、フィルタ切替機構２３０は、機械的な駆動機構を有さず、光の透過量（諧調）、すなわち本発明でいうフィルタの有無を電子的に切り替えることができる。

本実施形態の光学ユニット１０１では、フィルタ切替機構２３０は可動体２０のレンズホルダ２１３の上端部に固定されており、電子フィルタ２３１がレンズ（光学素子）２１１よりも被写体側（Ｚ軸方向の一方側＋Ｚ）に配置されている。また、電子フィルタ２３１及びフィルタ切替機構２３０は、Ｚ軸方向において、可動体２０の揺動中心位置（揺動支点）３５に対する光学モジュール２１０の撮像素子（撮像部）２１２側とは反対側に配置されている。なお、図示は省略するが、電子フィルタ２３１は、コイル４２が接続された給電用のフレキシブル配線基板７２に接続されており、このフレキシブル配線基板７２を介して適切な駆動電圧を印加することができる。

光学モジュール２１０においては、撮像素子２１２側に実装基板２１４等が配置されており、フィルタ切替機構２３０を除く可動体２０の重心位置が可動体２０の揺動中心位置（揺動支点）３５より撮像素子２１２側（Ｚ軸方向の他方側の−Ｚ）にある。このため、フィルタ切替機構２３０を光学モジュール２１０の被写体側に配置することで、フィルタ切替機構２３０を用いて可動体２０の重心位置を揺動中心位置３５と同じ、または近づけることができる。なお、フィルタ切替機構２３０の他にも、さらにウエイト（重心位置調整部材）を使用して、可動体２０の重心位置を調整することも可能である。

（作用効果）
以上のように構成した振れ補正機能付き光学ユニット１０１においては、ピッチング及びヨーイングに対して、ジンバル機構（揺動支持機構）３０及び振れ補正用駆動機構４０により、第１軸線Ｒ１又は第２軸線Ｒ２周りに可動体２０を揺動することにより振れを補正できる。また、光学ユニット１０１はフィルタ切替機構２３０を有しているので、振れ補正の効果を有しながら、フィルタの有無を選択して、すなわち、この場合は電子フィルタ２３１の光の透過率を変調して、所望の光量による映像を撮影できる。

また、光学ユニット１０１では、別途の重心調整用部材を用いることなく可動体２０の重心位置と揺動中心位置３５とを同じ、または近づけることができるので、フィルタ切替機構２３０と重心位置調整部材とを両方有する場合と比較して、可動体２０の重量の増加を抑制でき、揺動に必要なトルクを抑制できる。したがって、可動体２０の揺動時の消費電力を低減できる。

また、本実施形態の光学ユニット１０１では、フィルタ切替機構２３０が駆動機構を有しないので、比較的小型・軽量であり、可動体２０の重心位置の調整を行いやすく、また可動体２０自体を比較的小型・軽量に構成できる。さらに、フィルタの切替に際して可動体２０を振動させることがないので、振れ補正時の可動体２０の揺動を邪魔することもなく、高精度に振れを補正できる。

［他の実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態の光学ユニットの可動体部分を模式的に表した正面図であり、主にフィルタ切替機構２６０を示す説明図である。なお、第２実施形態および後述する第３実施形態の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１等に示す第１実施形態の光学ユニット１０１では、電子制御可能な電子フィルタ（いわゆるＮＤフィルタ）２３１を備える電子フィルタ機構によりフィルタ切替機構２３０を構成したが、第２実施形態では、図７の模式図に示すように、機械的な駆動機構により、フィルタ２６１の有無を切り替え可能なフィルタ切替機構２６０を構成する。
より具体的には、図７に示すフィルタ切替機構２６０では、例えばフィルタ２６１を赤外線カットフィルタ（ＩＲフィルタ）により構成し、このフィルタ２６１を光軸Ｌ方向と直交する方向に直進移動させ、光路に対して出し入れ可能とするスライド駆動機構２６５を有する。

図７に示すように、スライド駆動機構２６５は、フィルタ２６１を保持するフィルタホルダ２６３と、フィルタホルダ２６３を光路に対して進退移動させるアクチュエータ２６４とを備える。例えば、アクチュエータ２６４に回転軸を有するモータを用いることで、スライド駆動機構２６５は、モータの回転運動を直線運動に変換するラック・ピニオン機構等により構成できる。
図７では、フィルタホルダ２６３は２つの開口部６１１，６１２を有しており、一方の開口部６１１にフィルタ２６１が固定され、他方の開口部６１２にダミーフィルタ２６２が固定されている。アクチュエータ２６４は、前述したように、例えば回転軸を有するモータ等で構成されるが、図７では、フィルタ２６１を光学モジュール２１０の光路に配置した状態でアクチュエータ２６４を逆転（図７では左回転、反時計回り）させることにより、フィルタ２６１を光路から退避させてダミーフィルタ２６２を光路上に配置することができる。また、フィルタ２６１を光路から退避させた状態でアクチュエータ２６４を正転（図７では右回転、時計回り）させることにより、ダミーフィルタ２６２を光路から退避させてフィルタ２６１を光路に進入させることができる。

なお、フィルタ２６１には、赤外線カットフィルタと反射防止フィルタとを組み合わせたフィルタを用いることもできるし、反射防止フィルタ、ＮＤフィルタ、偏光フィルタ等の種々のフィルタを用いることもできる。また、ダミーフィルタ２６２には、光学モジュール２１０の保護のための単なるガラス板（カバーガラス）や、フィルタ２６１と同様に、反射防止フィルタ等の他のフィルタを用いることもでき、フィルタホルダ２６３の開口部６１１，６１２に異なる機能を有する２つのフィルタを取り付けることで、２つのフィルタを切り替えることにしてもよい。

本実施形態では、図示は省略するが、フィルタ切替機構２６０はホルダ保持部２２１に固定され、光学モジュール２１０の被写体側に配置される。このうち比較的軽量のフィルタ２６１を有するフィルタホルダ２６３は、光学モジュール２１０よりも被写体側に配置される。また、フィルタホルダ２６３よりも重量の大きなアクチュエータ２６４は、フィルタホルダ２６３よりも撮像素子２１２側に配置されるが、可動体２０の揺動中心位置３５よりも被写体側に配置される。このように、アクチュエータ２６４を揺動中心位置３５よりも被写体側に配置することで、可動体２０の重心位置を揺動中心位置３５と同じ、または近づけることができる。

また、光学モジュール２１０の画角が大きい場合（広角の場合）、図示は省略するが、フィルタ切替機構２６０は、被写体側のレンズよりも一回り大きい形状となる。つまり、比較的軽量のフィルタ２６１の直径が画角と同等か、それ以上の直径となり、フィルタホルダ２６３が光学モジュール２１０よりも被写体側に配置される。また、フィルタホルダ２６３よりも重量の大きなアクチュエータ２６４は、ホルダフレーム２２０よりも外周側（径方向外側）に配置される。これにより、画角を狭めることなく、フィルタ２６１の切替が可能となる。さらに、アクチュエータ２６４は、可動体２０の揺動中心位置３５よりも被写体側に配置することで、可動体２０の重心位置を揺動中心位置３５と同じ、または近づけることができる。

第２実施形態においても、フィルタ切替機構２６０を有しているので、振れ補正の効果を有しながら、フィルタ２６１の有無を選択でき、すなわち、この場合は赤外線カットフィルタの有無を選択できる。明所において、撮像素子（撮像部）２１２に所定以上の赤外線が入射される場合にはフィルタ２６１を光路に挿入して赤外線の入射を減少させ、適切な波長の光量を撮像素子２１２に入力できる。一方で、暗所においては、フィルタ２６１を光路から外して退避させることで、撮像素子２１２に赤外線を入射できる。したがって、第２実施形態においては、フィルタ２６１の有無を切り替えることで、明所に加えて暗所においても鮮明な映像の撮影が可能となり、昼夜における撮影が可能となる。

また、第２実施形態においても、フィルタ切替機構２６０自体を利用して、可動体２０の重心位置と揺動中心位置３５とを同じ、または近づけることができるので、可動体２０の重量の増加を抑制でき、揺動に必要なトルクを抑制できる。したがって、可動体２０の揺動時の消費電力を低減できる。

なお、第２実施形態では、フィルタ２６１を直進移動させるスライド駆動機構２６５によりフィルタ切替機構２６０を構成していたが、図８に示す第３実施形態のフィルタ切替機構２７０のように、フィルタ２６１を回転移動させる回転駆動機構２７５によりフィルタ切替機構を構成することもできる。

例えば、図７に示すフィルタ切替機構２７０では、アクチュエータ２６４として回転軸を有するモータを用い、このモータの回転運動を利用して、回転軸周りにフィルタホルダ２７３を直接的に回転移動させる。これにより、フィルタ２６１を光軸Ｌ方向と直交する方向に回転（円弧）移動させ、光学モジュール２１０の光路に対して出し入れ可能とする。この場合においても、第２実施形態と同様に、フィルタ切替機構２７０はホルダ保持部２２１に固定され、光学モジュール２１０の被写体側に配置される。そして、比較的軽量のフィルタ２６１を有するフィルタホルダ２７３が光学モジュール２１０よりも被写体側に配置される。また、フィルタホルダ２７３よりも重量の大きなアクチュエータ２６４は、フィルタホルダ２７３よりも撮像部２１２側に配置されるが、可動体２０の揺動中心位置３５よりも被写体側に配置される。このように、第３実施形態においても、アクチュエータ２６４を揺動中心位置３５よりも被写体側に配置することで、可動体２０の重心位置を揺動中心位置と同じ、または近づけることができる。

第３実施形態においても、フィルタ切替機構２７０を有しているので、振れ補正の効果を有しながら、フィルタ２６１の有無を選択できる。したがって、フィルタ２６１の有無を切り替えることで、明所に加えて暗所においても鮮明な映像の撮影が可能となり、昼夜における撮影が可能となる。また、フィルタ切替機構２７０自体を利用して、可動体２０の重心位置と揺動中心位置３５とを同じ、または近づけることができるので、可動体２０の重量の増加を抑制でき、揺動に必要なトルクを抑制できる。したがって、可動体２０の揺動時の消費電力を低減できる。

なお、第２実施形態及び第３実施形態では、異なる機能を有する２つのフィルタを切り替えるフィルタ切替機構２６０，２７０を構成したが、フィルタ切替機構の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、１つのフィルタを光学モジュールの光路に対して出し入れ可能にすることで、フィルタの有無のみを切り替える構成としてもよい。

その他、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ジンバル機構３０では、可動枠３１０に固定した球体３１１を接点用ばね３３０、３３０に接触させる構造としたが、必ずしも球体でなくてもよく、棒状部材等の先端面を球状に形成してなる球状先端面を接点用ばねに接触させる構造としてもよい。

また、本実施形態では、ピッチング及びヨーイングの補正機能を有する光学ユニットについて説明を行ったが、ピッチング及びヨーイングに加えて、ローリングに対する補正機能を有する構造としてもよい。

１０…固定体、２０…可動体、３０…ジンバル機構（揺動支持機構）、３５…揺動中心位置（揺動支点）、４０…振れ補正用駆動機構、４１…磁石、４２…コイル、７１，７２…フレキシブル配線基板、１０１…振れ補正機能付き光学ユニット（光学ユニット）、１１０…第１ケース、１１１…側板部、１２０…カバー枠、１２１…開口窓、１２２，２２５…溝部、１２５…凸部、１３０…第２ケース、１３１…開口部、１４０…底板、１５０…ストッパ部材、２１０…光学モジュール、２１１…レンズ（光学素子）、２１２…撮像素子（撮像部）、２１３…レンズホルダ、２１４…実装基板、２２０…ホルダフレーム、２２１…ホルダ保持部、２２２…ベース部、２２３…コイル保持部、２２４…突出部、２２６…突起部、２３０，２６０，２７０…フィルタ切替機構、２３１…電子フィルタ（フィルタ）、２４０…可動枠配置空間、２６１…フィルタ、２６２…ダミーフィルタ、２６３，２７３…フィルタホルダ、２６４…アクチュエータ、２６５…スライド駆動機構、２７５…回転駆動機構、３１０…可動枠、３１１…球体、３２１…角部、３２２…連結部、３３０…接点用ばね、４１１，４１２…磁極、４１３…着磁分極線、５１０…板状バネ、５１１…固定体側連結部、５１２…可動体側連結部、５１３…アーム部、６１１，６１２…開口部

Claims (6)

1. 固定体と、光学素子を有する可動体と、前記固定体に対して前記可動体を揺動可能に支持する揺動支持機構と、前記可動体を揺動させる振れ補正用駆動機構とを備え、
   前記可動体は、フィルタと、前記フィルタの有無を切り替えるフィルタ切替機構とを備え、
   前記揺動支持機構は、前記光学素子の光軸方向に対して直交する方向から見たときに、前記振れ補正用駆動機構と重なる位置に配置され、
   前記フィルタ及び前記フィルタ切替機構は、前記光学素子の被写体側に配置され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。
2. 前記フィルタ及び前記フィルタ切替機構は、前記可動体の揺動中心位置に対する前記光学素子の撮像部側とは反対側に配置され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。
3. 前記振れ補正用駆動機構は、磁石と、前記磁石の磁界内で電磁力を作用させるコイルとを有する磁気駆動機構であり、
   前記磁石は前記固定体に設けられ、前記コイルは前記可動体に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
4. 前記可動体は、前記振れ補正用駆動機構と撮像部と前記フィルタ切替機構とに接続されるフレキシブル配線基板を備えることを特徴とする請求項１から３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。
5. 前記可動体は、重心位置調整部材を備えることを特徴とする請求項１から４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。
6. 前記フィルタは、赤外線カットフィルタであることを特徴とする請求項１から５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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