JP7381241B2

JP7381241B2 - 光学ユニット

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Publication number: JP7381241B2
Application number: JP2019142329A
Authority: JP
Inventors: 猛須江
Original assignee: Nidec Instruments Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: WO2021020445A1; CN112394599B; US20220244621A1; CN112394599A; JP2021027431A

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

従来から、入射光束によって被写体像を撮像する撮像素子を有する基板と、入射光束を反射させる反射部と、を備える様々な光学ユニットが使用されている。入射光束を反射させる構成とすることで、光学ユニットを薄型にできる。例えば、特許文献１には、イメージセンサを有する基板と入射光束を反射させるプリズムとを備えるカメラモジュールが開示されている。

ＵＳ２０１８／０２１７４７５Ａ１

しかしながら、上記のような撮像素子を有する基板と反射部とを備える従来の光学ユニットは、撮像素子に向けて入射光束を広い調整範囲で調整可能な構成になっているとは言えない。例えば、特許文献１のカメラモジュールは、入射光束が回転方向にずれて撮像素子に入射される虞がある。そこで、本発明は、薄型で、撮像素子に向けて入射光束を広い調整範囲で調整可能な光学ユニットを提供することを目的とする。

本発明の光学ユニットは、入射光束によって被写体像を撮像する撮像素子を有する基板と、外部からの入射方向から前記撮像素子に向かう反射方向に前記入射光束を反射させる反射部と、第１の磁石と第１のコイルとの対を有し、ローリング軸を基準に前記基板を揺動させる基板揺動機構と、第２の磁石と第２のコイルとの対を有し、ヨーイング軸及びピッチング軸の少なくとも一方を基準に前記反射部を揺動させる反射部揺動機構と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、ヨーイング軸及びピッチング軸の少なくとも一方を基準に反射部を揺動させる反射部揺動機構を備えるとともに、ローリング軸を基準に基板を揺動させる基板揺動機構を備える。このため、反射部を広い範囲で動かせるとともに、ローリング軸を基準に基板を揺動させることで入射光束が回転方向にずれて撮像素子に入射される虞を解消できる。すなわち、撮像素子に向けて入射光束を広い調整範囲で調整可能な光学ユニットとすることができる。また、反射部を設けることで光学ユニットを薄型にできる。さらには、基板揺動機構と反射部揺動機構とを磁石とコイルとの対とすることで基板揺動機構と反射部揺動機構とを小型化でき、特に光学ユニットを薄型にできる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記反射部揺動機構は、ヨーイング軸及びピッチング軸の両方を基準に反射部を揺動させることが好ましい。ヨーイング軸及びピッチング軸の両方を基準に反射部を揺動させることで、反射部を特に広い範囲で動かせるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、前記入射方向から見て前記反射部とオーバーラップする位置に備えていることが好ましい一例である。ヨーイング軸を基準にした反射部のバランスが良くなるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、ピッチング軸方向から見て前記反射部とオーバーラップする位置に備えていることが好ましい一例である。入射方向から見て反射部とオーバーラップする位置に反射部揺動機構を設けるスペースがない場合に有効である。

このような構成である場合、前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、前記入射方向から見て前記ピッチング軸方向における前記反射部の両側に備えていることが好ましい。ヨーイング軸を基準にした反射部のバランスが良くなるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記基板揺動機構としての前記第１の磁石と前記第１のコイルとの対を、前記反射方向から見てローリング軸を基準にして両側に備えていることが好ましい。ローリング軸を基準にした基板のバランスが良くなるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記基板揺動機構は、前記基板に固定された前記第１の磁石と前記基板の周囲であって前記第１の磁石と対向する位置に固定された前記第１のコイルとの対を有することが好ましい。基板に磁石を設けることで、該基板を含む揺動ユニットを小型化できるとともに、配線を容易にできるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記反射部揺動機構は、前記反射部に固定された前記第２の磁石と前記反射部の周囲であって前記第２の磁石と対向する位置に固定された前記第２のコイルとの対を有することが好ましい。反射部に磁石を設けることで、該反射部を含む揺動ユニットを小型化できるとともに、配線を容易にできるためである。

本発明の光学ユニットにおいては、前記基板と前記反射部との間にレンズユニットを備え、前記レンズユニットは、前記基板に固定されていることが好ましい。レンズユニットが基板に固定されていることで、レンズユニットと基板の位置関係を維持した状態で基板を揺動できるためである。

本発明の光学ユニットは、薄型で、撮像素子に向けて入射光束を広い調整範囲で調整可能である。

本発明の実施例１に係る光学ユニットを備えるスマートフォンの斜視図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの側面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの斜視図である。図２とは異なる角度から見た、本発明の実施例１に係る光学ユニットの斜視図である。本発明の実施例２に係る光学ユニットの斜視図である。図５とは異なる角度から見た、本発明の実施例２に係る光学ユニットの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施例において同一の構成については、同一の符号を付し、最初の実施例においてのみ説明し、以後の実施例においてはその構成の説明を省略する。

［実施例１］（図１から図４）
最初に、本発明の実施例１に係る光学ユニット１について図１から図４を用いて説明する。各図において、Ｙ軸方向は入射光束が外部から入射する入射方向Ｄ１に対応し、Ｚ軸方向はＹ軸方向と直交する方向であって入射光束が反射部２のミラー２１で反射されて基板４に設けられた撮像素子４１に向かう反射方向Ｄ２に対応し、Ｘ軸方向はＹ軸方向及びＺ軸方向とともに直交する方向である。また、基板４のローリング軸方向と反射部２のヨーイング軸方向はＺ軸方向に対応し、反射部２のピッチング軸方向はＸ軸方向に対応する。

＜光学ユニットを備える装置の概略＞
図１は、本実施例の光学ユニット１を備える装置の一例としてのスマートフォン１００の概略斜視図である。本実施例の光学ユニット１は、スマートフォン１００において好ましく使用可能である。本実施例の光学ユニット１は、薄型に構成でき、スマートフォン１００におけるＹ軸方向における厚さを薄く構成できるためである。ただし、本実施例の光学ユニット１は、スマートフォン１００に限定されず、カメラやビデオなど、特に限定なく様々な装置に使用可能である。

図１で表されるように、スマートフォン１００は、光束を入射するレンズ１０１を備えている。スマートフォン１００におけるレンズ１０１の内部に、光学ユニット１を備えている。スマートフォン１００は、レンズ１０１を介して外部から入射方向Ｄ１に光束を入射し、入射光束に基づいて被写体像を撮像することが可能な構成となっている。

＜光学ユニットの全体構成＞
図２は、本実施例の光学ユニット１を概略的に表す側面図である。また、図３及び図４は、本実施例の光学ユニット１を概略的に表す斜視図であり、それぞれ異なる角度から見た状態を表している。

図２から図４で表されるように、本実施例の光学ユニット１は、反射部２、レンズユニット３及び基板４を備えている。図２で表されるように、レンズ１０１を介して外部から入射方向Ｄ１（Ｙ軸方向）に入射した光束は、反射部２のミラー２１で反射されることによって反射方向Ｄ２（Ｚ軸方向）に反射され、レンズユニット３を介して、基板４の撮像素子４１に至る。

図３で表されるように、反射部２にはミラー２１が設けられており、ミラー２１により入射方向Ｄ１に入射した光束を反射方向Ｄ２に反射する構成となっている。別の表現をすると、反射部２は、ミラー２１により、外部からの入射方向Ｄ１から撮像素子４１に向かう反射方向Ｄ２に入射光束を反射させる構成となっている。しかしながら、反射部２の構成はミラー２１により反射させる構成に限定されず、入射する光束の出射方向を変更可能なプリズムなどを用いて入射方向Ｄ１に入射した光束を反射方向Ｄ２に反射する構成などとしてもよい。

図２などで表されるように、反射部２における入射方向Ｄ１から見てミラー２１とオーバーラップする位置に磁石Ｍ２が形成され、磁石Ｍ２と対向する位置にコイルＣ２が形成されている。ここで、磁石Ｍ２はＮ極とＳ極とがＸ軸方向に並ぶように反射部２に固定され、コイルＣ２は反射部２の周囲の筐体部（不図示）に固定されている。なお、反射部２は、筐体部に対してジンバル構造などにより、Ｚ軸方向に沿うヨーイング軸Ａｙ及びＸ軸方向に沿うピッチング軸Ａｐの夫々を基準に揺動可能な構成となっている。このような構成をしていることにより、反射部２は、コイルＣ２に電流を供給することで筐体部に対してＺ軸方向に沿うヨーイング軸Ａｙを基準に揺動する構成となっている。

また図２及び図４で表されるように、反射部２における反射方向Ｄ２から見てミラー２１とオーバーラップする位置に磁石Ｍ３が形成され、磁石Ｍ３と対向する位置にコイルＣ３が形成されている。ここで、磁石Ｍ３はＮ極とＳ極とがＹ軸方向に並ぶように反射部２に固定され、コイルＣ３は反射部２の周囲の筐体部（不図示）に固定されている。このような構成をしていることにより、反射部２は、コイルＣ３に電流を供給することで筐体部に対してＸ軸方向に沿うピッチング軸Ａｐを基準に揺動する構成となっている。なお、磁石Ｍ２とコイルＣ２との対及び磁石Ｍ３とコイルＣ３との対により、反射部揺動機構５１を構成している。

レンズユニット３は、複数のレンズが反射方向Ｄ２（Ｚ軸方向）に沿って並べられて形成されている。レンズユニット３の構成に特に限定はなく、従来から使用されるレンズユニットなどを特に限定なく使用することができる。

図２及び図４で表されるように、基板４には入射光束によって被写体像を撮像する撮像素子４１が設けられている。ミラー２１で反射された光束は、レンズユニット３を介して撮像素子４１に至る。また、図３などで表されるように、基板４の撮像素子４１が設けられている側と反対側には、磁石Ｍ１Ａ及び磁石Ｍ１Ｂが形成され、磁石Ｍ１Ａと対向する位置にコイルＣ１Ａが形成され、磁石Ｍ１Ｂと対向する位置にコイルＣ１Ｂが形成されている。ここで、磁石Ｍ１Ａ及び磁石Ｍ１ＢはともにＮ極とＳ極とがＸ軸方向に並ぶように基板４に固定され、コイルＣ１Ａ及びコイルＣ１Ｂはともに基板４の周囲の筐体部（不図示）に固定されている。なお、基板４は、筐体部に対してＺ軸方向に沿うローリング軸Ａｒを基準に揺動可能な構成となっている。このような構成をしていることにより、基板４は、コイルＣ１Ａ及びコイルＣ１Ｂに電流を供給することで筐体部に対してローリング軸Ａｒを基準に揺動する構成となっている。なお、磁石Ｍ１ＡとコイルＣ１Ａとの対及び磁石Ｍ１ＢとコイルＣ１Ｂとの対により、基板揺動機構５０を構成している。

このように、本実施例の光学ユニット１は、第１の磁石と第１のコイルとの対（磁石Ｍ１ＡとコイルＣ１Ａとの対及び磁石Ｍ１ＢとコイルＣ１Ｂとの対）を有し、ローリング軸Ａｒを基準に基板４を揺動させる基板揺動機構５０を備えている。また、第２の磁石と第２のコイルとの対（磁石Ｍ２とコイルＣ２との対及び磁石Ｍ３とコイルＣ３との対）を有し、ヨーイング軸Ａｙ及びピッチング軸Ａｐを基準に反射部２を揺動させる反射部揺動機構５１、を備えている。ヨーイング軸Ａｙ及びピッチング軸Ａｐの少なくとも一方を基準に反射部２を揺動させる反射部揺動機構５１を備えるとともに、ローリング軸Ａｒを基準に基板４を揺動させる基板揺動機構５０を備えることで、反射部２を広い範囲で動かせるとともに、ローリング軸Ａｒを基準に基板４を揺動させることで入射光束が回転方向にずれて撮像素子４１に入射される虞を解消できる。すなわち、撮像素子４１に向けて入射光束を広い調整範囲で調整可能な光学ユニット１とすることができる。また、反射部２を設けることで光学ユニット１を薄型にできる。さらには、基板揺動機構５０と反射部揺動機構５１とを磁石とコイルとの対とすることで基板揺動機構５０と反射部揺動機構５１とを小型化でき、特に光学ユニット１を薄型にできる。

特に、本実施例の光学ユニット１のように、反射部揺動機構５１は、ヨーイング軸Ａｙ及びピッチング軸Ａｐの両方を基準に反射部２を揺動させる構成とすることが好ましい。ヨーイング軸Ａｙ及びピッチング軸Ａｐの両方を基準に反射部２を揺動させることで、反射部２を特に広い範囲で動かせるためである。

ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部２を揺動させる磁石Ｍ２とコイルＣ２との対の形成位置については特に限定はないが、本実施例の光学ユニット１のように、反射部揺動機構５１として、ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部２を揺動させる磁石Ｍ２とコイルＣ２との対を、入射方向Ｄ１から見て反射部２とオーバーラップする位置に備えていることが好ましい一例である。ヨーイング軸Ａｙを基準にした反射部２のバランスが良くなるためである。

本実施例の光学ユニット１では、磁石Ｍ１ＡとコイルＣ１Ａとの対をＹ軸方向における基板４の一方側（図２では上側）に配置し、磁石Ｍ１ＢとコイルＣ１Ｂとの対をＹ軸方向における基板４の他方側（図２では下側）に配置している。ローリング軸Ａｒを基準に基板４を揺動させる第１の磁石と第１のコイルとの対（磁石Ｍ１ＡとコイルＣ１Ａとの対及び磁石Ｍ１ＢとコイルＣ１Ｂとの対）の形成位置については特に限定はないが、本実施例の光学ユニット１のように、基板揺動機構５０としての第１の磁石と第１のコイルとの対を、反射方向Ｄ２から見てローリング軸Ａｒを基準にして両側に備えていることが好ましい。ローリング軸Ａｒを基準にした基板４のバランスが良くなるためである。なお、本実施例の光学ユニット１ではローリング軸Ａｒを基準にＹ軸方向における両側に基板揺動機構５０としての第１の磁石と第１のコイルとの対を有しているが、ローリング軸Ａｒを基準にＸ軸方向における両側に基板揺動機構５０としての第１の磁石と第１のコイルとの対を有している構成などとしてもよい。

本実施例の光学ユニット１においては、基板揺動機構５０は、基板４に固定された第１の磁石（磁石Ｍ１Ａ及び磁石Ｍ１Ｂ）と基板４の周囲であって第１の磁石と対向する位置に固定されたコイル（コイルＣ１Ａ及びコイルＣ１Ｂ）との対を有している。基板４にコイルではなく磁石を設けることで、該基板４を含む揺動ユニットを小型化できるとともに、配線を容易にできるため、このような構成であることが好ましい。ただし、基板４にコイルを設け、基板４の周囲に磁石を設ける構成としてもよい。

また、本実施例の光学ユニット１においては、反射部揺動機構５１は、反射部２に固定された第２の磁石（磁石Ｍ２及び磁石Ｍ３）と反射部２の周囲であって第２の磁石と対向する位置に固定された第２のコイル（コイルＣ２及びコイルＣ３）との対を有している。反射部２にコイルではなく磁石を設けることで、該反射部２を含む揺動ユニットを小型化できるとともに、反射部２の裏面側に配線部材を這わせることで配線を容易にできるため、このような構成であることが好ましい。ただし、反射部２にコイルを設け、反射部２の周囲に磁石を設ける構成としてもよい。

また、本実施例の光学ユニット１においては上記のように基板４と反射部２との間にレンズユニット３を備えているが、レンズユニット３が基板４に固定されていること、すなわちレンズユニット３と基板４とが１つの揺動ユニットを構成していることが好ましい。レンズユニット３が基板４に固定されていることで、レンズユニット３と基板４の位置関係を維持した状態で基板４を揺動できるためである。ただし、レンズユニット３が筐体部に固定されるなどしており、レンズユニット３が基板４と一体的に揺動しない構成としてもよい。

［実施例２］（図５及び図６）
次に、実施例２の光学ユニット１について図５及び図６を用いて説明する。ここで、図５は実施例１の光学ユニット１における図３に対応する実施例２の光学ユニット１の概略斜視図であり、図６は実施例１の光学ユニット１における図４に対応する実施例２の光学ユニット１の概略斜視図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。本実施例の光学ユニット１は、ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部２を揺動させる反射部揺動機構５１の構成（数及び配置）以外は、実施例１の光学ユニット１と同様の構成である。

実施例１の光学ユニット１においては、ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部２を揺動させる磁石Ｍ２とコイルＣ２との対を、入射方向Ｄ１から見て反射部２とオーバーラップする位置に備えていた。一方、本実施例の光学ユニット１においては、図５及び図６で表されるように、反射部揺動機構５１として、ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部を揺動させる第２の磁石と第２のコイルとの対（磁石Ｍ２ＡとコイルＣ２Ａとの対及び磁石Ｍ２ＢとコイルＣ２Ｂとの対）を、ピッチング軸方向（Ｘ軸方向）から見て反射部２とオーバーラップする位置に備えている。本実施例の光学ユニット１は、入射方向から見て反射部２とオーバーラップする位置に反射部揺動機構５１を設けるスペースがない場合に有効な構成である。

本実施例の光学ユニット１は、さらに、図５及び図６で表されるように、反射部揺動機構５１として、ヨーイング軸Ａｙを基準に反射部２を揺動させる磁石Ｍ２とコイルＣ２との対（磁石Ｍ２ＡとコイルＣ２Ａとの対及び磁石Ｍ２ＢとコイルＣ２Ｂとの対）を、入射方向Ｄ１から見てピッチング軸方向（Ｘ軸方向）における反射部２の両側に備えている。このような構成としていることで、ヨーイング軸Ａｙを基準にした反射部２のバランスが良くなっている。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…光学ユニット、２…反射部、３…レンズユニット、４…基板、２１…ミラー、
４１…撮像素子、５０…基板揺動機構、５１…反射部揺動機構、
１００…スマートフォン、１０１…レンズ、Ａｐ…ピッチング軸、
Ａｒ…ローリング軸、Ａｙ…ヨーイング軸、Ｃ１Ａ…コイル（第１のコイル）、
Ｃ１Ｂ…コイル（第１のコイル）、Ｃ２…コイル（第２のコイル）、
Ｃ２Ａ…コイル（第２のコイル）、Ｃ２Ｂ…コイル（第２のコイル）、
Ｃ３…コイル（第２のコイル）、Ｍ１Ａ…磁石（第１の磁石）、
Ｍ１Ｂ…磁石（第１の磁石）、Ｍ２…磁石（第２の磁石）、
Ｍ２Ａ…磁石（第２の磁石）、Ｍ２Ｂ…磁石（第２の磁石）、
Ｍ３…磁石（第２の磁石）、Ｌ…光軸

Claims

入射光束によって被写体像を撮像する撮像素子を有する基板と、
外部からの入射方向から前記撮像素子に向かう反射方向に前記入射光束を反射させる反射部と、
第１の磁石と第１のコイルとの対を有し、ローリング軸を基準に前記基板を揺動させる基板揺動機構と、
第２の磁石と第２のコイルとの対を有し、ヨーイング軸及びピッチング軸の少なくとも一方を基準に前記反射部を揺動させる反射部揺動機構と、
を備え、
前記基板揺動機構としての前記第１の磁石と前記第１のコイルとの対を、前記反射方向から見てローリング軸を基準にして両側に備え、
前記基板揺動機構と前記反射部揺動機構とがローリング軸方向において対向する位置に設けられていることを特徴とする光学ユニット。
請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射部揺動機構は、ヨーイング軸及びピッチング軸の両方を基準に前記反射部を揺動させることを特徴とする光学ユニット。
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、前記入射方向から見て前記反射部とオーバーラップする位置に備えていることを特徴とする光学ユニット。
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、ピッチング軸方向から見て前記反射部とオーバーラップする位置に備えていることを特徴とする光学ユニット。
請求項４に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射部揺動機構として、ヨーイング軸を基準に前記反射部を揺動させる前記第２の磁石と前記第２のコイルとの対を、前記入射方向から見て前記ピッチング軸方向における前記反射部の両側に備えていることを特徴とする光学ユニット。
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
前記基板揺動機構は、前記基板に固定された前記第１の磁石と前記基板の周囲であって前記第１の磁石と対向する位置に固定された前記第１のコイルとの対を有することを特徴とする光学ユニット。
請求項１から６のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射部揺動機構は、前記反射部に固定された前記第２の磁石と前記反射部の周囲であって前記第２の磁石と対向する位置に固定された前記第２のコイルとの対を有することを特徴とする光学ユニット。
請求項１から７のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
前記基板と前記反射部との間にレンズユニットを備え、
前記レンズユニットは、前記基板に固定されていることを特徴とする光学ユニット。