JP7137610B2 - 撮像装置用防振機構、光学系、カメラ及び電子機器 - Google Patents

撮像装置用防振機構、光学系、カメラ及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、手振れ補正機能付き撮像装置用防振機構、光学系、カメラ及び電子機器に関する。
撮影技術の急速な発展に伴い、レンズ駆動を含む撮像装置は、数多くの撮影装置で広く応用されている。レンズ駆動を含む撮像装置を各種の携帯式電子機器、例えば携帯電話、タブレットコンピュータ等に応用したものは、特に消費者に受け入れられている。
通常の携帯式電子機器に適応されたレンズ駆動装置の駆動機構は、一般的に光軸方向にピントを調整するオートフォーカス機構及び、光軸方向に直交する平面を駆動する手振れ補正機構が一体となって構成される事が多い。
これら２つの機能はコイルと磁石鋼とによって形成され、コイルがレンズキャリアの外周に固定されている。コイルへ電流を印加するとき、電磁力の作用によって、コイルは、レンズキャリアを動かしてレンズの光軸方向に沿って移動させることによって焦点を合わせることができる。また、ユーザが手で電子機器を持ちながら撮影する際に、手振れによるレンズ駆動装置の振れに対しては光軸に対して垂直方向へ駆動する事で振れを補正することが可能となる。
しかしながら、例えば携帯式電子機器に搭載する小型の小型機器であって、光学全長の長い中望遠などの光学系での手振れ補正機構は、駆動量の長さやレンズの重量により一体機構の中での低背化や小型化が難しい課題があった。
また光軸方向に駆動するピントを調整するためのオートフォーカス機構とレンズを光軸に直交する平面で駆動するレンズシフト手振れ補正機構が一体で完結していることでそれぞれの持つ固有振動を抑制するための機構や、レンズの芯出しなどの調整も必要なため、組付けの工夫が必要な面や、設計難易度も上がる傾向にある。
さらに光軸方向に駆動するピントを調整するためのオートフォーカス機構と光軸方向に直交する平面を駆動するレンズシフト手振れ補正機構はレンズバレルを３次元的に移動可能な為落下時の衝撃対策の難しさなどが挙げられる。
これらの課題を解決するために撮像素子を駆動する機構があるが、支持部材に板バネを用いた構成では落下時の変形による正常な駆動を妨げられる可能性や、上部レンズユニットの重量による傾きや沈み込みが発生する懸念もあった。
従って、以上の課題を解決できる新しい撮像装置を提供することが必要となる。
特開２００６－１１３５４５号公報 特開２００６－１３３７４０号公報 特開２００６－３３０６７８号公報 特開２００６－３３７９８７号公報 特開２０１６－２２４２６２号公報 特開２０１７－１５７７２号公報 特開２０１９－２２５４２８号公報 特開２０２０－５２２４８号公報
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、屈曲光学系を有する撮像装置の手振れ補正において、撮像装置を大型化することのなく省スペースな防振機構を実現することを目的とする。
本発明の目的は以下のように実現された。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
光軸方向に移動し、ピント調整機構を含む光学系を備える撮像装置において、撮像素子を、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの軸を中心に回動させることにより手振れ補正を行う撮像装置用防振機構であって、
前記撮像素子を含む撮像装置用防振機構は撮像レンズ群よりも像側に配置されており、前記光軸に対してレンズの略主点を中心に回動可能であり、
前記撮像装置用防振機構は、前記撮像素子を枠ユニットに滑らかに回動可能に保持する為のボール部材を更に含み、前記撮像素子を回動駆動するための駆動部材は、電動アクチュエータであり、
前記枠ユニットは、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの軸を中心に二軸回動可能な移動枠を有し、
前記撮像装置用防振機構は、
前記電動アクチュエータを駆動するための集積回路と、
駆動の際の位置検出素子と、
撮像素子の信号を伝えるためのフレキシブル基板と、
レンズを駆動するための装置の電源供給をするための回路と、を更に有し、
前記電動アクチュエータは、ＳＭＡワイヤであることを特徴とする。
前記移動枠には前記ボール部材を保持するための溝が設けられていることが好ましい。
前記撮像装置用防振機構は、上部に搭載する、レンズを駆動する装置の位置検出用信号線を供給する回路を有していることが好ましい。
前記電動アクチュエータの付勢方向は、前記ＳＭＡワイヤとベースが引き合う方向と同一であることが好ましい。
前記枠ユニットは、支持枠を更に含み、
前記撮像素子を乗せるためのベース部材をさらに含み、前記ベース部材は、金属製の板であり、前記支持枠は、樹脂部材であり、前記ベース部材と前記支持枠は、一体に構成されていることが好ましい。
前記電動アクチュエータへ通電する為のフレキシブル基板は、撮像素子を保持する枠の光軸方向に撮像素子の裏側で、回動する各軸に対応するように少なくとも２回折り曲げていることが好ましい。
前記電動アクチュエータへ通電する為のフレキシブル基板は、撮像素子を保持する枠の、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの回動軸の軸方向において、電動アクチュエータよりも外側で、回動する各軸に対応するように少なくとも２回折り曲げていることが好ましい。
また本発明は、上記撮像装置用防振機構を備える光学系を提供する。
前記光学系は、ピント調整機構を含み、前記ピント調整機構は、レンズをシフト可能であるシフト手振れ補正機構を有することが好ましい。
前記ピント調整機構は、レンズを多段で沈胴し収納可能なズーム機構を有することが好ましい。
また本発明は、上記光学系を備えるカメラなどの撮像装置を含む。
また本発明は、上記撮像装置を備えるスマートフォンなどの携帯電子機器を提供する。
本発明の利点として、本発明の撮像装置用防振機構が、撮像素子を、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの軸を中心に回動することによって手振れ補正を行うことで、撮像素子上に配置されるピント調整機構とレンズからなるユニットが低背、小型化し、レンズシフト手振れ補正機構を省き、ピント調整機構とフレ補正機構の部品を分離し固有振動を抑制するため設計難易度が下がることや、同時にレンズバレルを３次元的に移動する必要がなくなるため落下時の衝撃対策の設計難易度も下がり、合わせてレンズバレルの芯出しも容易になり、レンズが平面方向へシフトしないためスマートフォン等のレンズ突出開口部を最小にすることができる。
撮像素子を駆動する機構においても、支持部材に板バネを用いない構成のため、落下時の変形による駆動妨害の懸念や、上部レンズユニットの重量による傾きや沈み込みを抑え、像面での性能影響を少なくすることができる。
また付勢手段である電動アクチュエータのＳＭＡワイヤとベースによりガタ取り及び付勢を行うことができるため、付勢の為の他部材が必要なく、部品の大幅な削減による小型化、組付け容易化に貢献している。
さらに、ピント調整機構はレンズを沈胴し収納するズーム機構を持っていてもよく、その他の組み合わせとして、レンズをチルトして防振するチルト手振れ補正機構である場合は撮像装置用防振機構と合わせ４軸の手振れ補正が可能である。
これらの利点より、小型化が進む携帯式電子機器の中でより効率の良い防振機構をする目的が達成でき、撮像画像の品位が良くなる。
本発明の実施形態の撮像装置用防振機構のうち、撮像素子の下側を通るフレキシブル基板の構成を前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の撮像装置用防振機構のうち、防振機構の側面を通るフレキシブル基板の構成を前側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の撮像装置用防振機構のうち、撮像素子の下側を通るフレキシブル基板の構成の断面図である。 本発明の実施形態の撮像装置用防振機構のうち、防振機構の側面を通るフレキシブル基板の構成のＡ－Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施形態のフレキシブル基板のある角度の模式図である。 図５に示すフレキシブル基板の別の角度の模式図である。 本発明の別の実施形態のフレキシブル基板のある角度の模式図である。 図７に示すフレキシブル基板の別の角度の模式図である。 本発明の実施形態のピント調整機構を持つオートフォーカス機構である。 図９の側面図である。 本発明の実施形態のピント調整機構を持つ沈胴するズーム機構である。 図１１の側面図である。 本発明の撮像装置用防振機構を備えた携帯電子機器（携帯情報端末）である。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
図１～図４は、本発明の撮像装置用防振機構１００、防振ユニット６０を示す図面である。
図１～図１２は、本発明の実施形態に係る撮像装置とその構成要素を示している。
撮像装置用防振機構１００の撮像光学系は、対物側よりレンズ３０、レンズ３０を駆動させピント調整機構を持つオートフォーカス機構３１または、レンズ３０を駆動させピント調整機構を含む沈胴するズーム機構３２、撮像素子４０で構成される光学系となっている。
光軸に沿ってレンズ３０のレンズ入射面３０－ａに入射した被写体からの光束は、レンズ射出面３０－ｂによって射出され、撮像素子４０の撮像面上に結像される。
撮像装置用防振機構１００はベースＡ１０－ａを有する。当該ベースＡ１０－ａは、金属制の板であってもよい。図１に示すように、ベースＡ１０－ａは、防振ユニット６０の空間を有するケースＡ１１－ａとで構成される空間に、ベース１０－ａが有するＳＭＡワイヤ取付部Ｂ７５がある。
撮像装置用防振機構１００は、撮像素子４０を枠ユニットに滑らかに移動可能に保持する為のボール部材を含む。撮像素子４０を回動駆動するための駆動部材は、電動アクチュエータである。当該電動アクチュエータは、防振コイル７０であってもよい。
ボール１５は、ベースＡ１０－ａと支持枠１２－ａとの間、及び支持枠１２－ａと支持枠１２－ａ上に支持可能である移動枠１３－ａとの間に支持され、ベースＡ１０－ａには、ＳＭＡワイヤ取付部Ａ７４に取り付けられた移動のための電動アクチュエータ部材であるＳＭＡワイヤ７０と撮像素子支持枠１４がさらに取り付けられ、撮像素子支持枠１４上には撮像素子４０と撮像素子４０及び電動アクチュエータへの信号線及び電源線を伝えるためのフレキシブル基板Ａ５０が取り付けられ、外部からの信号及び電源のやり取りが行われる。
またフレキシブル基板Ａ５０上には防振ホールセンサ７１が取り付けられ、位置検出用磁石７３の磁力を読み取り、フィードバックできる様配置される。
支持枠１２－ａは、樹脂部材であってもよく、ベースＡ１０－ａは、支持枠１２－ａと一体に構成されてもよい。
ベースＡ１０－ａの底面はフレキシブル基板Ａ５０を外部へ通すための開口部があり、カバー板２０によって塞がれる。
移動枠１３－ａに取り付けられている撮像素子支持枠１４とＳＭＡワイヤ７０、防振ホールセンサ７１及び、フレキシブル基板Ａまたはフレキシブル基板Ｂは、ＳＭＡワイヤ７０への通電によって引き起こされるＳＭＡワイヤ７０は通電による収縮が行われ、ベース１０－ａが有するＳＭＡワイヤ取付部Ｂ７５との引き合いにより駆動され、防振動作が行われる。
前記ベースＡ１０－ａ及びベースＢ１０－ｂには支持枠１２－ａとの摺動用にボール１５を保持できるベースの支持部材溝１０－ｃを有している。また支持枠１２－ａの対向する部分にも支持枠の支持部材溝１２－ｂを有している。さらに支持枠１２－ａと移動枠１３－ａの対向する部分にも支持枠の支持部材溝１２－ｃ及び、移動枠１３－ａにも移動枠の支持部材溝１３－ｂが形成されており、これら支持部材溝はボール１５が滑らかに回転できるよう面精度が設定されている。
前記ベースの支持部材溝１０－ｃ及び、支持枠の支持部材溝１２－ｂ、支持枠の支持部材溝１２－ｃ、移動枠の支持部材溝１３－ｂについては対応する移動方向の溝が掘られているため移動方向規制を兼ね備え、想定する移動方向以外への回動などを防止する効果を有する。
前記ベースの支持部材溝１０－ｃ及び、支持枠の支持部材溝１２－ｂ、支持枠の支持部材溝１２－ｃ、移動枠の支持部材溝１３－ｂの支持及び摺動部にはボール１５を用いて、低負荷で摺動可能であり、前記与圧によって確実なガタ取りを可能としている。
前述したガタ取りする方向は、移動枠１３－ａに取り付けられたＳＭＡワイヤ７０からベース１０－ａが有するＳＭＡワイヤ取付部Ｂ７５の方向に働き、ベースＡ１０－ａ及び支持枠１２－ａと移動枠１３－ａの距離が決定される方向と一致しており、安定した位置検出を可能とすることができる。
前述した通り、支持枠１２－ａはボール１５によってベースＡ１０－ａに移動自在に保持され、支持枠１２－ａ上には移動枠１３－ａがボール１５によって移動可能に保持されている。
また、移動枠１３－ａ上に配置されたＳＭＡワイヤ７０からベース１０－ａが有するＳＭＡワイヤ取付部Ｂ７５の方向に付勢されており、支持枠１２－ａを介した脱落防止及びブロック間のガタ取りの役割を持ち、大幅な部品削減を行うことを可能としている。
前記防振ホールセンサ７１を設けることにより、ベースＡ１０－ａに取り付けられた防振磁石Ｂ７５の磁気を検出し、移動枠１３－ａ及び支持枠１２－ａの位置を検出することが出来る為、より精度良い振れ補正調整を行い正確な制御を実現している。
撮像装置用防振機構１００のフレキシブル基板Ａ５０は撮像素子４０の下側に折り曲げて配置され、２軸の駆動方向に自由に駆動できるよう、フレキシブル基板Ａ５０の反力を軽減するため、２軸それぞれに少なくとも１回以上折りたたんで撮像装置用防振機構１００の外側に信号線や電源線を含めた配線が出来るよう、フレキシブル基板Ａの屈曲部５２の様に構成されている。
前記フレキシブル基板Ａ５０は撮像素子４０や撮像装置用防振機構１００の全ての信号線、電源線を伝えるためのもので、レンズ３０を保持する、ピント調整機構を持つオートフォーカス機構３１やその他レンズ３０に関わる装置への信号線、電源線も兼ね備えている。
前記フレキシブル基板Ａ５０は、フレキシブル基板Ｂ５１のように撮像素子用防振機構の側面に配置することも可能であり、その場合はフレキシブル基板Ｂの屈曲部５３の様に構成することもでき、その場合はベースＢ１０－ｂ、ケースＢ１１－ｂの様にフレキシブル基板Ｂ５１を収容する空間を持つ部材により構成することも出来る。
この場合も前記全ての信号線や電源線を兼ね備えることは変わらない。
本実施形態において、前記レンズを駆動するための装置はピント調整機構を持つ沈胴するズーム機構３２または、レンズをチルトして防振するチルト手振れ補正機構（図示しない）であってもよい。
上述した撮像装置用防振機構１００は、たとえば図１３に示すいわゆるスマートフォン、いわゆるフィーチャーフォン、またはタブレット機器などの携帯情報機器２００用の撮像装置用防振機構１００に用いられてもよい。
以上はただ本発明の好ましい実施形態に過ぎなく、本発明の保護範囲は上記実施形態に限定されたものではなく、本領域の技術者が本発明に開示された内容に基づき作られた同等の修正または変形は、すべて本願の特許請求の範囲に記載された本発明に含まれている。
１０－ａ … ベースＡ
１０－ｂ … ベースＢ
１０－ｃ … ベースの支持部材溝
１１－ａ … ケースＡ
１１－ｂ … ケースＢ
１２－ａ … 支持枠
１２－ｂ … 支持枠の支持部材溝
１２－ｃ … 支持枠の支持部材溝
１３－ａ … 移動枠
１３－ｂ … 移動枠の支持部材溝
１４ … 撮像素子支持枠
１５ … ボール
２０ … カバー板
３０ … レンズ
３０－ａ … レンズ入射面
３０－ｂ … レンズ射出面
３１ … ピント調整機構を持つオートフォーカス機構
３２ … ピント調整機構を持つ沈胴するズーム機構
４０ … 撮像素子
５０ … フレキシブル基板Ａ
５１ … フレキシブル基板Ｂ
５２ … フレキシブル基板Ａの屈曲部
５３ … フレキシブル基板Ｂの屈曲部
６０ … 防振ユニット
７０ … ＳＭＡワイヤ
７１ … 防振ホールセンサ
７３ … 位置検出用磁石
７４ … ＳＭＡワイヤ取付部Ａ
７５ … ＳＭＡワイヤ取付部Ｂ
１００ … 撮像装置用防振機構
２００ … 携帯情報機器

Claims (12)

  1. 光軸方向に移動し、ピント調整機構を含む光学系を備える撮像装置において、撮像素子を、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの軸を中心に回動させることにより手振れ補正を行う撮像装置用防振機構であって、
    前記撮像素子を含む撮像装置用防振機構は、撮像レンズ群よりも像側に配置されており、前記光軸に対してレンズの略主点を中心に回動できる構造を持ち、
    前記撮像装置用防振機構は、前記撮像素子を枠ユニットに滑らかに回動可能に保持する為のボール部材を更に含み、前記撮像素子を回動駆動するための駆動部材は、電動アクチュエータであり、
    前記枠ユニットは、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの軸を中心に二軸回動するための移動枠を有し、
    前記撮像装置用防振機構は、
    前記電動アクチュエータを駆動するための集積回路と、
    駆動の際の位置検出素子と、
    撮像素子の信号を伝えるためのフレキシブル基板と、
    レンズを駆動するための装置の電源供給をするための回路と、を更に有し、前記電動アクチュエータは、ＳＭＡワイヤであることを特徴とする撮像装置用防振機構。
  2. 前記移動枠には、前記ボール部材を保持するための溝が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置用防振機構。
  3. 前記撮像装置用防振機構は、上部に搭載する、レンズを駆動する装置の位置検出用信号線を供給する回路を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置用防振機構。
  4. 前記電動アクチュエータの付勢方向は、前記ＳＭＡワイヤの取付部とベース部が引き合う方向と同一であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用防振機構。
  5. 前記枠ユニットは、支持枠を更に含み、
    前記撮像素子を乗せるためのベース部材を更に含み、前記ベース部材は、金属製の板であり、
    前記支持枠は、樹脂部材であり、
    前記ベース部材と前記支持枠は、一体に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置用防振機構。
  6. 前記電動アクチュエータへ通電する為のフレキシブル基板は、撮像素子を保持する枠の光軸方向に撮像素子の裏側で、回動する各軸に対応するように少なくとも２回折り曲げていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置用防振機構。
  7. 前記電動アクチュエータへ通電する為のフレキシブル基板は、撮像素子を保持する枠の、レンズの略主点を通過し且つ光軸方向に垂直な面内で互いに直交する２つの回動軸の軸方向において、電動アクチュエータよりも外側で、回動する各軸に対応するように少なくとも２回折り曲げていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置用防振機構。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置用防振機構を備えることを特徴とする光学系。
  9. 前記光学系は、ピント調整機構を含み、前記ピント調整機構は、レンズをシフト可能であるシフト手振れ補正機構を有することを特徴とする請求項８に記載の光学系。
  10. 前記ピント調整機構は、レンズを多段で沈胴し収納可能なズーム機構を有することを特徴とする請求項９に記載の光学系。
  11. 請求項８～１０のいずれか１項に記載の光学系を備えることを特徴とするカメラ。
  12. 請求項１１に記載のカメラを備えることを特徴とする携帯電子機器。
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