JP7161346B2 - 振れ補正装置並びに振れ補正機能付き光学ユニット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
その振れ補正用駆動機構は、磁石とコイルとを備え、磁石の磁場内でコイルに電流を流すことにより光学モジュールに電磁力を作用させて駆動する構成とされている。
この種の振れ補正用駆動機構において、振れ補正用駆動機構の非通電時には光学モジュールは付勢手段によって基準姿勢に保持される。この付勢手段として、特許文献1では、板バネが用いられている。板バネは、可動体と固定体との間に架け渡されており、可動体に固定される可動体側固定部と、固定体に固定される固定体側固定部と、可動体側固定部と固定体側固定部との間で蛇行する蛇行部とを備える。可動体は、揺動に伴って変形する板バネ(蛇行部)の弾性復元力によって、基準姿勢に復帰させられる。
この磁気ばね機構を精度良く機能させるには、振れ補正用駆動機構の磁石との位置調整が重要であり、正確に位置決めすることが必要である。本発明は、この磁気ばね機構を改良し、磁石に対する位置決め精度を高めるようにしたものである。
横断面V字状の凹面に磁性部材の断面円弧状の凸面が当接するので、磁性部材を高い精度で位置決めすることができる。
断面円弧状の凹面に磁性部材の断面円弧状の凸面が転がるように当接できるので、磁性部材の凸面の径にわずかなばらつきがあったとしても、位置決め部の凹面の最深部は、常に磁性部材の円弧の頂部を当接することができ、磁石との間の距離を常に一定の間隔で固定することができる。
磁性部材を軸線方向位置決め部に当接させることにより、磁石との間の吸引力によって位置決め状態に維持されるので、軸線方向の位置決めも容易にすることができる。
この場合、前記磁性部材は棒状に形成され、前記凸面及び前記凹面は、前記軸線に沿って延びるように形成され、前記軸線方向位置決め部は、前記磁性部材の端部を当接する面状に形成されているとよい。
接着剤溜め部は、前記軸線方向の一端部側に開口する窪み部であるとよい。磁性部材の固定に例えば紫外線硬化型接着剤を用いる場合、窪み部により紫外線を照射可能な領域を広く確保できるので、接着剤を確実に硬化させ、磁性部材を固定することができる。また、接着剤を時間をかけずに硬化させることが可能であるので、効率よく製造することができる。なお、接着剤は、紫外線硬化型接着剤だけでなく、熱硬化型接着剤等を用いてもよく、これらを併用してもよい。
コイルに接続されたフレキシブル配線基板と光学モジュールに接続された第2フレキシブル配線基板とを固定体に固定する際の力が可動体に伝わったときに可動体を基準姿勢に配置することができるように、一方側の磁性部材と他方側の磁性部材とで軸線方向の位置を異ならせておくことにより、可動体を基準姿勢に正確に配置することができる。
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、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。
本実施形態の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。)100は、振れ補正装置101と、この振れ補正装置101内に組み込まれる光学モジュール210とにより構成される。
この光学ユニット100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。本実施形態の光学ユニット100においては、図8に示すように、Z軸方向に沿って光軸Lが延在するように光学モジュール(光学素子及び撮像素子)210を振れ補正装置101の可動体20内に収容し、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。
固定体10は、可動体20の周りを囲む角筒状のケース110と、ケース110の上(Z軸方向の+Z)に固定されたカバー枠120と、ケース110の下端部(Z軸方向の-Z側の端部)に取付けられたストッパ板130と、下部ケース140及び底部カバー150とを有している。なお、本実施形態では、振れ補正装置101においては、図1及び図2等に示すように、固定体10はケース110、カバー枠120、ストッパ板130により構成され、下部ケース140及び底部カバー150は、図8に示すように光学ユニット100に組み立てられる際に取付けられる。
ストッパ板130は、図2に示すように、矩形枠状に形成されており、ケース110の下端部の内周部に固定される。
なお、固定体10は、ケース110の中心軸線C1がZ軸上に配置されるものとする。
可動体20は、光学モジュール210を保持するためのホルダフレーム220と、ホルダフレーム220の上(Z軸方向の一方側+Z)に固定される重心位置調整部材としての円筒状のウエイト230とを有している。
ホルダフレーム220は、光学モジュール210を内側に保持するための収容部221aを有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-Zの端部)でフランジ状に拡径するベース部222と、ベース部222の外周部上に立設された外壁部223とを有している。ホルダ保持部221の先端部(Z軸方向の一方側+Zの端部)にウエイト230が取り付けられる。
この場合、可動体20は、固定体10に対して揺動自在に支持され、後述するように、振れ補正装置101においては固定体10に対してわずかに傾斜して支持されるため、可動体20のホルダフレーム220の中心軸線(筒状をなすホルダ保持部221の中心軸線;本発明の軸線)C2は厳密にはZ軸に一致するわけではないが、説明の都合上、特に断らない場合は、ホルダフレーム220の上下方向をZ軸方向として説明する場合がある。また、図2では、ホルダフレーム220は、その中心軸線C2がケース110の中心軸線C1上となるように配置している。
一方、可動体20のホルダフレーム220に保持される光学モジュール210には、図7に示すように、光学素子であるレンズ212や撮像素子(図示略)等を保持するモジュールホルダ213と、撮像素子等に接続されたフレキシブル配線基板(本発明の第2フレキシブル配線基板)72とを有しており、このモジュールホルダ213に一体に保持された状態でホルダフレーム220の内側の収容部221aに保持される。この場合、フレキシブル配線基板72は、振れ補正用駆動機構40のコイル42に接続されているフレキシブル配線基板71と同じ向き(実施形態ではY軸方向)に引き出される(図8参照)。
本実施形態において、可動体20は、振れ補正装置101においては光学モジュール210を有しない、ホルダフレーム220、コイル42、ウエイト230により構成され、光学ユニット100においては、これらに加えて光学モジュール210が備えられる。
振れ補正用駆動機構40は、図5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、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、各磁石41はケース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、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。
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、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。
また、可動体20は振れ補正のために揺動するが、このコイル42の両有効辺421,422が、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状態が、可動体20の基準姿勢となる。
なお、図5及び図8において符号350は振れ補正用駆動機構40の作動を検出するホール素子等のセンサを示している。センサ350は、フレキシブル配線基板71に接続され、その検出結果に基づき振れ補正用駆動機構40のフィードバック制御がなされる。
本実施形態の振れ補正装置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Z軸方向(光学モジュール210が組み込まれると光軸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、Z軸方向および第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。
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2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311と、各角部311を連結する連結部312とを有する矩形形状に形成されている。そして、図5に示すように、可動枠310の4つの角部311の内側にはそれぞれ球体320が固定されている。また、各連結部312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屈曲した形状を有している。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。
また、ホルダフレーム220には、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、ホルダ保持部221から径方向外方に向けて突出する突出部226が一体に形成され、両突出部226の先端に径方向外方に向けて開口する溝部227がそれぞれ形成されている。各溝部227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320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320がそれぞれ支持されている。
また、本実施形態において、可動枠310は、コイル保持部224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、Z軸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のコイル42のZ軸方向の中心位置と重なる位置に配置される。
ホルダフレーム220の各コイル保持部224の径方向内方位置には棒状の磁性部材51が設けられている。ホルダフレーム220には、Z軸方向に沿って凹溝52が形成されている。具体的には、図4に示すように、ホルダフレーム220の各コイル保持部224の背面側で、かつコイル保持部224に保持されているコイル42の有効辺(長辺部)421,422の長さ方向の中間位置における径方向内側に1個ずつ凹溝52がZ軸方向に沿って形成されている。したがって、Z軸を挟んで、X軸方向の一方側+Zと他方側-Z、及びY軸方向の一方側+Yと他方側-Yの合計4箇所に凹溝52が形成される。
また、凹溝52はZ軸方向の一方側+Zには開放状態とされているが、他方側-Zにはホルダフレーム220のベース部222によって閉塞されており、磁性部材51の端面が当接される受け部53が形成されている。
しかし、可動体20の振れ補正用駆動機構40にはフレキシブル配線基板71が引き出されており、また、後述する光学モジュール210にもフレキシブル配線基板72が引き出されており、これらフレキシブル配線基板71,72を固定体10に保持する際に、フレキシブル配線基板71,72の弾性力が可動体20を傾ける方向に作用する。このため、このフレキシブル配線基板71,72を固定する前の状態で、可動体20が基準姿勢に配置されていたとしても、フレキシブル配線基板71,72を固定したときに基準姿勢からずれてしまう。そこで、このフレキシブル配線基板71,72の弾性力が作用したときに、可動体20が基準姿勢に配置されるように、磁性部材51のZ軸方向の位置が調整されている。
図8は可動体20のホルダフレーム220に光学モジュール210を保持し、フレキシブル配線基板71,72を固定体10に固定した光学ユニット100の断面図であるが、この図8において、Y軸方向の一方側+Yに配置される磁性部材51は、反対側(Y軸方向の-Y)に配置される磁性部材51よりもZ軸方向の位置が若干-Z側にずれて配置されている。図9に拡大して示したように、この磁性部材51は、対応する振れ補正用駆動機構40の磁石41の着磁分極線413のZ軸方向の位置Z1に対して、長さ方向の中間でのZ軸方向の位置Z2が下方-Z側にずれて配置されている。したがって、この図9に示す状態では、磁性部材51は矢印Aで示すように磁石41の吸引力によりZ軸方向の一方側+Zに向けて付勢される。
言い換えれば、光学モジュール210を有しない振れ補正装置101においては、光学モジュール210をホルダフレーム220に保持し、フレキシブル配線基板71,72を固定体10に固定する際に可動体20が回動させられる方向とは逆方向の吸引力が磁性部材51と磁石41との間に作用するように(図9の矢印Bで示す方向の弾性力に対して矢印Aで示す方向の吸引力が作用するように)、磁性部材51のZ軸方向の中心位置と磁石41の着磁分極線413との位置関係が設定される。その吸引力はフレキシブル配線基板71,72の弾性力により可動体20が回動させられたときに、吸引力と弾性力とが釣り合った状態で可動体20を基準姿勢に配置できる大きさである。
すなわち、これら振れ補正用駆動機構40の磁石41と、磁性部材51とにより、これらの間で吸引力を生じさせて、可動体20を基準姿勢に復帰させる姿勢復帰機構50が構成される。そして、凹溝52が磁性部材51と磁石41との距離を設定する径方向位置決め部であり、受け部53が磁性部材51のZ軸方向の位置を決める軸線方向位置決め部である。
以上のように構成した振れ補正装置101を用いて振れ補正機能付き光学ユニット100を製造するには、まず図3に示す振れ補正装置101を組み立てる。この状態では、前述したように、可動体20は、固定体10のケース110の中心軸線C1に対して傾斜した状態である。
そして、そのホルダフレーム220におけるホルダ保持部221の収容部221aに光学モジュール210を挿入状態に保持する。この保持状態で、光学モジュール210の光軸Lは、収容部221aの中心軸線C2と一致する。
この光学モジュール210を保持した後、ケース110に下部ケース140を取り付け、コイル42のフレキシブル配線基板71と光学モジュール210のフレキシブル配線基板72とを図8に示すように湾曲させた状態で下部ケース140と底部カバー150との間に挟持し固定する。このとき、フレキシブル配線基板71,72が湾曲させられた状態で固定されることにより、その弾性力が可動体20に作用し、先に述べたように、傾斜状態であった可動体20は基準姿勢に配置される。
なお、組み立て完了後において可動体20がわずかに基準姿勢からずれていた場合には、振れ補正用駆動機構40のコイル42にわずかな電流を流して調整することが行われるが、その場合でも、磁性部材51と磁石41との吸引力によってほぼ基準姿勢に位置決めされているので、コイル42への電流(バイアス電流)はわずかで済む。
振れ補正用駆動機構40のフレキシブル配線基板71とホルダフレーム220に組み込まれた光学モジュール210のフレキシブル配線基板72とは、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。
この場合、実施形態では円柱状の磁性部材51に対して凹溝52も凹円弧状に形成され、円弧面どうしが当接するので、磁性部材51は凹溝52の内面で転がるように当接し、X軸方向又はY軸方向には凹溝52の最深部に点で接触することになり、磁性部材51と磁石41とのX軸方向又はY軸方向の距離が正確に設定される。凹溝52は断面凹円弧状が好ましいが、断面V字状としてもよい。断面V字状の凹溝とする場合は、磁性部材51が左右にずれにくくなるので、特に周方向の位置決め精度を高めることができる。
一方、磁性部材51のZ軸方向の位置は、ホルダフレーム220の受け部53によって設定され、その位置がフレキシブル配線基板71,72の引き出し方向において異なるように設定したので、対応する振れ補正用駆動機構40の磁石41との間でフレキシブル配線基板71,72の弾性力を押し戻す方向に吸引力を作用させることができ、可動体20を基準姿勢に正確に位置決めすることができる。
したがって、ホルダフレーム220の凹溝52に磁性部材51を収容して接着剤で固定するという簡単な作業により、可動体20を位置決めすることができ、作業性がよい。凹溝52に磁性部材51を収容する際も、孔への圧入等とは異なり、特に大きな力を必要としないので、樹脂製のホルダフレーム220を変形させることはない。したがって、ベース部222の厚さも小さくて済み、小型化を損なうことはない。
さらに、磁性部材51を球面状とすることも可能であり、凹溝を凹球面状にしてもよい。磁性部材及び凹溝を球面状に形成した場合、凹溝の球面は、径方向位置決め部及び軸線方向位置決め部の両方の機能を有することになる。したがって、凹溝の端部に形成される受け部も平面だけでなく、凹面に形成される場合もあり、磁性部材の端部の形状に合わせて形成される。
また、振れ補正用駆動機構40の磁石41を固定体10のケース110に、コイル42を可動体20のホルダフレーム220に設けたが、逆に、磁石41を可動体20のホルダフレーム220に、コイル42を固定体10のケース110に設けてもよい。その場合、磁性部材51及び凹溝52は固定体10のケース110に設けられる。つまり、磁性部材51は、振れ補正用駆動機構40の磁石41が設けられている部材とは反対側の部材で、コイル42が設けられている部材に設けられる。
Claims (10)
- 光学モジュールを保持するための収容部を備え、該収容部の軸線上に前記光学モジュールの光軸を配置可能な可動体と、固定体と、前記軸線上の揺動支点を中心に前記可動体を前記固定体に揺動自在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、揺動した前記可動体を基準姿勢に復帰させるための姿勢復帰機構とを備え、
前記振れ補正用駆動機構は、前記可動体又は前記固定体のうちの一方部材に設けられた磁石と、前記可動体又は前記固定体のうちの他方部材に設けられ、前記磁石の磁場内で前記可動体に電磁力を作用させて駆動するコイルとを備え、
前記姿勢復帰機構は、前記磁石と、前記他方部材に設けられ、前記磁石との間の吸引力によって前記可動体を前記基準姿勢に向けて付勢する磁性部材とを備え、
前記磁性部材には、前記軸線に直交する方向に凸となる凸面が設けられ、前記他方部材には、前記吸引力によって前記磁性部材の前記凸面を押圧状態に接触させて前記軸線に直交する方向に位置決めする径方向位置決め部が設けられており、
前記径方向位置決め部は、前記凸面を接触させる凹面を有していることを特徴とする振れ補正装置。 - 前記磁性部材の前記凸面は、前記軸線に直交する断面が円弧状に形成され、前記凹面は前記軸線に直交する断面がV字状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の振れ補正装置。
- 前記凸面及び前記凹面は前記軸線に直交する断面が円弧状に形成されており、前記凹面は前記凸面より曲率半径が大きいことを特徴とする請求項1記載の振れ補正装置。
- 前記他方部材には、前記磁性部材の端部を当接させて前記軸線に沿う方向に位置決めする軸線方向位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の振れ補正装置。
- 前記磁性部材は棒状に形成され、前記凸面及び前記凹面は、前記軸線に沿って延びるように形成され、前記軸線方向位置決め部は、前記磁性部材の端部を当接する面状に形成されていることを特徴とする請求項4記載の振れ補正装置。
- 前記磁性部材は円柱状に形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の振れ補正装置。
- 前記他方部材には、前記位置決め部に配置された前記磁性部材との間に接着剤を溜める接着剤溜め部が形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の振れ補正装置。
- 前記振れ補正用駆動機構は、前記軸線を挟んで該軸線と直交する方向の一方側と他方側とにそれぞれ設けられ、前記コイルに前記一方側と前記他方側とを連結する方向に延びるフレキシブル配線基板が接続されており、
前記姿勢復帰機構の前記磁性部材は、前記一方側の振れ補正用駆動機構の磁石及び前記他方側の振れ補正用駆動機構の磁石にそれぞれ対応して前記一方側及び前記他方側のそれぞれに設けられ、前記一方側に設けられる前記磁性部材と、前記他方側に設けられる前記磁性部材との前記軸線方向の位置が異なっており、
前記可動体は、前記基準姿勢に対して前記一方側から前記他方側にかけて傾斜して支持されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載の振れ補正装置。 - 請求項8記載の振れ補正装置を用いた振れ補正機能付き光学ユニットであって、前記収容部に前記光学モジュールが保持されるとともに、該光学モジュールに、第2フレキシブル配線基板が前記一方側と前記他方側とを連結する方向に接続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。
- 請求項9の振れ補正機能付き光学ユニットの製造方法であって、前記光学モジュールを前記収容部に保持して前記フレキシブル配線基板及び前記第2フレキシブル配線基板を前記固定体に固定する際に、前記可動体を前記基準姿勢に配置することを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニットの製造方法。
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