JP2022165647A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光学モジュールを備える可動体を固定体に対して回転移動させる駆動機構を構成するコイルを固定体に対して高精度に位置決めする。【解決手段】光学モジュール１２を備える可動体１４と、可動体１４を回転可能に支持する固定体１６と、可動体１４を固定体１６に対して回転移動させる駆動機構１８と、を備え、駆動機構１８は、可動１４体に設けられる磁石２４Ａ及び磁石２４Ｂと、固定体１６に設けられるコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂと、を有し、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂは、固定体１６に金属パターニングされることにより配線されている光学ユニット１。【選択図】図４

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

従来から、光学モジュールを備える可動体と、可動体を回転可能に支持する固定体と、可動体を固定体に対して回転移動させる駆動機構と、を備える様々な光学ユニットが使用されている。例えば、特許文献１には、光学モジュールを備える可動体と、固定体と、可動体を固定体に対して回転可能に支持するジンバル機構と、可動体を固定体に対して回転移動させる磁石及びコイルと、を備える光学ユニットが開示されている。

ＷＯ２０１９／２２１０３８Ａ１

上記のような、光学モジュールを備える可動体と、可動体を回転可能に支持する固定体と、可動体を固定体に対して回転移動させる駆動機構と、を備える構成の光学ユニットにおいては、特許文献１の光学ユニットのように、駆動機構として磁石及びコイルを備えている構成が多い。そして、駆動機構として磁石及びコイルを備えている従来の光学ユニットにおいては、コイルがフレキシブルプリント基板に接続されている構成が一般的である。そして、一般的に、フレキシブルプリント基板に接続された状態のコイルは、フレキシブルプリント基板が固定体に固定されることで固定体に固定される。しかしながら、フレキシブルプリント基板が固定体に固定されることで固定体にコイルが固定される構成では、フレキシブルプリント基板の固定体に対する固定位置にずれが生じやすく、固定体に対するコイルの位置にずれが生じやすい。固定体に対するコイルの位置にずれが生じると、駆動機構としての性能が低下する虞がある。そこで、本発明は、駆動機構を構成するコイルを固定体に対して高精度に位置決めすることを目的とする。

本発明の光学ユニットは、光学モジュールを備える可動体と、前記可動体を回転可能に支持する固定体と、前記可動体を前記固定体に対して回転移動させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構は、前記可動体に設けられる磁石と、前記固定体に設けられるコイルと、を有し、前記コイルは、前記固定体に金属パターニングされることにより配線されていることを特徴とする。

本態様によれば、駆動機構を構成するコイルは固定体に金属パターニングされることにより配線されている。このため、金属パターニングされた固定体に対して直接コイルを位置決めできるので、コイルを固定体に対して高精度に位置決めすることができる。

また、本発明の光学ユニットにおいては、ホール素子を前記固定体に備え、前記ホール素子は、前記固定体に金属パターニングされることにより配線されている構成とすることができる。このような構成とすることで、ホール素子によりホール効果を利用して簡単に磁界を検出することができ、コイルだけでなくホール素子も固定体に対して高精度に位置決めすることができる。

また、本発明の光学ユニットにおいては、前記駆動機構の駆動を制御するドライブＩＣを備え、前記ドライブＩＣは、フレキシブルプリント基板により配線されている構成とすることができる。このような構成とすることで、ドライブＩＣにより高精度で駆動機構の駆動を制御することができる。また、ドライブＩＣに対して金属パターニングで配線することは映像信号や高周波の信号を送受信しなくてはならないため困難な場合がある一方で、ドライブＩＣは位置決め精度が低下しても駆動機構の駆動の制御に与える影響は少ない。このため、ドライブＩＣに対しては金属パターニングで配線するのではなくフレキシブルプリント基板で配線することで、駆動機構の駆動の制御に悪影響を与えることを抑制しつつ映像信号や高周波の信号などの送受信を不具合なく行うことができる。

また、本発明の光学ユニットにおいては、前記固定体には、前記コイルを位置決めするための位置決め部が形成されていてもよい。このような構成とすることで、該位置決め部により簡単かつ特に正確に固定体に対してコイルを位置決めすることができる。

また、本発明の光学ユニットにおいては、前記コイルは、前記固定体に対して直接貼り付けられている構成とすることができる。このような構成とすることで、コイルが固定体に対して別の部材を介して固定される構成よりも、正確に固定体に対してコイルを位置決めすることができる。

本発明の光学ユニットは、光学モジュールを備える可動体を固定体に対して回転移動させる駆動機構を構成するコイルを固定体に対して高精度に位置決めすることができる。

本発明の一実施例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。 本発明の一実施例に係る光学ユニットの平面図である。 本発明の一実施例に係る光学ユニットの斜視図である。 本発明の一実施例に係る光学ユニットの分解斜視図である。 図４とは異なる角度から見た、本発明の一実施例に係る光学ユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施例に係る光学ユニットの一部拡大図である。

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、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は各々直行する方向であり、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向に見た図を側面図、＋Ｙ方向に見た図を平面図、－Ｙ方向に見た図を底面図、＋Ｚ方向に見た図を背面図、－Ｚ方向に見た図を正面図とする。そして、＋Ｙ方向は、外部からの光束の入射方向Ｄ１に対応する。

＜光学ユニットを備える装置の概略＞
最初に、本発明の実施例１の光学ユニット１について説明する。図１は、本実施例の光学ユニット１を備える装置（光学機器）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、光束を入射するカバーガラス１０１を備えている。スマートフォン１００におけるカバーガラス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、カバーガラス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の概略＞
図２から図５を用いて、本実施例に係る光学ユニット１の構成についての概略を説明する。光学ユニット１は、レンズ１２ａなどの光学モジュール１２及び撮像素子５０を備える可動体１４と、Ｘ軸方向を回転軸（揺動軸）とする方向（ピッチング方向）及びＺ軸方向を回転軸（揺動軸）とする方向（ヨーイング方向）に変位可能な状態で保持する固定体１６と、を備えている。また、可動体１４をピッチング方向及びヨーイング方向に駆動する駆動機構１８（駆動機構１８Ａ及び駆動機構１８Ｂ）と、固定体１６に対して可動体１４をピッチング方向及びヨーイング方向に回転（揺動）可能に支持する支持機構２０とを備えている。

＜可動体について＞
また、本実施例の光学ユニット１は、図４及び図５で表されるように、可動体１４として、可動体本体部１４Ａとホルダ１４Ｂとを有する。可動体本体部１４Ａは、光学モジュール１２、撮像素子５０、などを有する。また、ホルダ１４Ｂは、可動体本体部１４Ａを保持するとともに、駆動機構１８を構成する磁石２４Ａ及び磁石２４Ｂが設けられている。

このように、可動体１４は、光学モジュール１２などが設けられる可動体本体部１４Ａと、磁石２４Ａ及び２４Ｂなどが設けられるホルダ１４Ｂと、を備えている。ホルダ１４Ｂは、光学モジュール１２のレンズ１２ａが設けられる前面（被写体側の面）と、反対側の後面を除く、残りの４面を取り囲むように設けられる矩形枠状の部材として構成されている。本実施例のホルダ１４Ｂは、一例として光学モジュール１２を着脱可能に構成されている。ただし、光学モジュール１２とホルダ１４Ｂとが一体的に構成されていてもよい。ホルダ１４Ｂにおいて固定体１６と対向する２面を利用して、ピッチング及びヨーイングの補正用の磁石２４Ａ及び２４Ｂがこれらの外面に取り付けられている。

また、本実施例の光学ユニット１は、図２から図５で表されるように、固定体１６を備えている。図２から図５において、固定体１６は、磁石２４Ａと対向する位置にコイル３２Ａを備え、磁石２４Ｂと対向する位置にコイル３２Ｂを備えている。本実施例において、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂは一例として巻線コイルとして構成されているが、コイルをパターンとして基板配線内に取り込んだパターン基板（コイル基板）としてもよい。

＜光学モジュールについて＞
なお、本実施例の光学モジュール１２は、スマートフォン１００のほか、例えばスマートフォン以外のカメラ付携帯電話機やタブレット型ＰＣ等に搭載される薄型カメラ等に用いることができる。光学モジュール１２は、被写体側にレンズ１２ａを備えるとともに、撮像を行うための光学機器等が内蔵されている。

ここで、本実施例の光学ユニット１は、一例として、光学モジュール１２に生じたピッチングの振れ（Ｘ軸方向を回転軸とする回動方向の振れ）及びヨーイングの振れ（Ｚ軸方向を回転軸とする回動方向の振れ）の補正を行う駆動機構１８を内蔵し、ピッチングの振れの補正及びヨーイングの振れの補正が可能な構成となっている。なお、本実施例において、光学モジュール１２は、ピッチングの振れ及びヨーイングの振れの補正が可能な構成としたが、さらにローリング方向の振れ（Ｙ軸方向を回転軸とする回動方向の振れ）の補正が可能な構成としてもよい。なお、撮像素子５０も光学モジュール１２の一部を構成するとみなすことができる。

＜駆動機構について＞
本実施例において可動体１４が固定体１６内に配置された状態において、磁石２４Ａとコイル３２Ａ、磁石２４Ｂとコイル３２Ｂは、それぞれ対向状態となる。また、本実施例において、磁石２４Ａとコイル３２Ａとの対、磁石２４Ｂとコイル３２Ｂとの対は、それぞれ駆動機構１８を構成している。駆動機構１８により、可動体１４のピッチング及びヨーイングの補正が行われる。ここで、磁石２４Ａ及びコイル３２Ａとホール素子３３Ａとで駆動機構１８Ａを構成し、磁石２４Ｂ及びコイル３２Ｂとホール素子３３Ｂとで駆動機構１８Ｂを構成している。

また、ピッチング及びヨーイングの補正は以下のように行われる。光学ユニット１にピッチング方向とヨーイング方向の両方向又はいずれか一方向の振れが発生すると、磁気センサーであるホール素子３３Ａ及びホール素子３３Ｂによって振れを検出し、その結果に基づいて駆動機構１８Ａ及び駆動機構１８Ｂを駆動させる。或いは、振れ検出センサ（ジャイロスコープ）などを用いて、光学ユニット１の振れを検出してもよい。振れの検出結果に基づいて、駆動機構１８Ａ及び駆動機構１８Ｂがその振れを補正するように作用する。即ち、光学ユニット１の振れを打ち消す方向に可動体１４を動かすように各コイル３２Ａ及び３２Ｂに電流が流され、これにより振れが補正される。

このように、本実施例の光学ユニット１においては、可動体１４を固定体１６に対して、ピッチングの軸方向及びヨーイングの軸方向を回転軸として、回転させる駆動機構１８Ａ及び駆動機構１８Ｂを備えている。ただし、このような構成に限定されず、例えば、駆動機構１８として駆動機構１８Ａ及び駆動機構１８Ｂのいずれか一方のみを備える構成であってもよい。なお、本明細書における「回転」とは、３６０°回転することを要せず、回転方向に揺動する場合を含む意味である。

また、図３及び図４などで表されるように、固定体１６には、駆動機構１８Ａに接続される配線５１Ａが金属パターニングにより形成されており、駆動機構１８Ｂに接続される配線５１Ｂが金属パターニングにより形成されている。別の表現をすると、プラスチック射出成形品である固定体１６の表面に、金属の薄膜の回路を構成したＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ）である配線５１Ａ及び配線５１Ｂが形成されている。配線５１Ａ及び配線５１Ｂの詳細については後述する。

＜支持機構について＞
本実施例の支持機構２０は、金属製平板材料を折り曲げることによって形成されるバネ性を兼ね備えたジンバル機構である。具体的には、図４及び図５で表されるように、支持機構２０は、一例として被写体側に設けられるジンバルフレーム部２３と、ジンバルフレーム部２３の四方のコーナー部から光軸方向に９０°折り曲げられて形成される第１支持部用延設部２１と、第２支持部用延設部２２と、を備えることによって構成されている。なお、第１支持部用延設部２１と第２支持部用延設部２２については、必ずしもその全部が板状でなくてもよく、その一部のみを板状に形成してバネ性を発揮させるようにしてもよい。また、第１支持部用延設部２１と第２支持部用延設部２２の一方を板状以外の他の形状（例えばロッド形状等）にすることも可能である。なお、本実施例の支持機構２０は、ピッチング方向及びヨーイング方向の２方向を回転軸の方向として可動体１４を固定体１６に対して回転可能に支持する構成であるが、ピッチング方向またはヨーイング方向のいずれか１方向のみを回転軸の方向として可動体１４を固定体１６に対して回転可能に支持する構成としてもよい。

本実施例の支持機構２０は、第１支持部用延設部２１に内側に向けて凹んだ凹曲面２１ａが設けられており、第２支持部用延設部２２に内側に向けて凹んだ凹曲面２２ａが設けられている。そして、第１支持部用延設部２１は凹曲面２１ａが外側に向けて広がるように力がかかるように構成されており、第２支持部用延設部２２は凹曲面２２ａが外側に向けて広がるように力がかかるように構成されている。

なお、図５で表されるように、固定体１６の凹曲面２１ａと対向する位置には、内側に突出するとともに凹曲面２１ａに嵌まる球面状の凸曲面４１ａが取り付けられた、固定体側支持部４１が設けられている。また、図４で表されるように、ホルダ１４Ｂの凹曲面２２ａと対向する位置には、内側に突出するとともに凹曲面２２ａに嵌まる球面状の凸曲面４２ａが取り付けられた、可動体側支持部４２が設けられている。本実施例の光学ユニット１は、凸曲面４１ａを凹曲面２１ａ内に配置させ凸曲面４１ａに凹曲面２１ａを押し付けることで、第１軸線Ｌ１（図２参照）を回転軸として固定体１６に対して支持機構２０を回転可能に支持させている。また、本実施例の光学ユニット１は、凸曲面４２ａを凹曲面２２ａ内に配置させ凸曲面４２ａに凹曲面２２ａを押し付けることで、第２軸線Ｌ２（図２参照）を回転軸として支持機構２０に対して可動体１４を回転可能に支持させている。すなわち、本実施例の支持機構２０は、第１軸線Ｌ１を回転軸として固定体１６に対して支持機構２０を回転可能に支持させるとともに第２軸線Ｌ２を回転軸として支持機構２０に対して可動体１４を回転可能に支持させることで、固定体１６に対して可動体１４を光軸方向（Ｙ軸方向）と交差する方向すべてを回転軸として回転可能に支持する構成となっている。そして、本実施例の光学ユニット１は、駆動機構１８を駆動することにより、ピッチング方向及びヨーイング方向を回転軸として、固定体１６に対して可動体１４を回転可能な構成となっている。

＜駆動機構の配線について＞
次に、図２から図５に加えて図６を参照して、駆動機構１８の配線５１について詳細に説明する。なお、図６は、配線５１がわかりやすいようにコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂを取り外した状態として表されている。

図３、図４及び図６で表されるように、本実施例の光学ユニット１は、固定体１６の表面に、駆動機構１８Ａの配線５１Ａと、駆動機構１８Ｂの配線５１Ｂと、が形成されている。図６で表されるように、駆動機構１８Ａは、コイル３２Ａとホール素子３３Ａとを有し、コイル３２Ａの接続点３２１を２か所に有するとともにホール素子３３Ａの接続点３３１を４か所に有している。また、図６で表されるように、駆動機構１８Ｂは、コイル３２Ｂとホール素子３３Ｂとを有し、コイル３２Ｂの接続点３２２を２か所に有するとともにホール素子３３Ｂの接続点３３２を４か所に有している。

上記のように、配線５１Ａ及び配線５１Ｂはともに固定体１６の表面に金属パターニングされることにより形成されている。このうち、配線５１Ａは、図６で表されるように、２か所の接続点３２１及び４か所の接続点３３１の各々と繋がる合計６本の金属線で構成されている。また、配線５１Ｂは、図６で表されるように、２か所の接続点３２２及び４か所の接続点３３２の各々と繋がる合計６本の金属線で構成されている。なお、配線５１Ａ及び配線５１Ｂはともに、固定体１６の＋Ｚ方向側の領域まで延びており、そこで、光学ユニット１をスマートフォン１００などの光学機器に接続するための不図示のフレキシブルプリント基板に接続可能な構成となっている。

ここで一旦まとめると、上記のように、本実施例の光学ユニット１は、光学モジュール１２を備える可動体１４と、支持機構２０を介して可動体１４を回転可能に支持する固定体１６と、可動体１４を固定体１６に対して回転移動させる駆動機構１８と、を備えている。ここで、駆動機構１８は、可動体１４に設けられる磁石２４Ａ及び磁石２４Ｂと、固定体１６に設けられるコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂと、を有している。そして、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂはともに、固定体１６に金属パターニングされることにより配線されている。

上記のように、本実施例の光学ユニット１は、駆動機構１８を構成するコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂはともに固定体１６に金属パターニングされることにより配線されている。このため、本実施例の光学ユニット１は、金属パターニングされた固定体１６に対して直接コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂを位置決めできるので、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂを固定体１６に対して高精度に位置決めすることができる。また、配線５１Ａ及び配線５１Ｂを金属パターニングされた配線とすることで、コストの高いフレキシブルプリント基板の使用を回避あるいはその使用量を少なくできるため、光学ユニット１を低コスト化することができる。

また、上記のように、本実施例の光学ユニット１においては、ホール素子３３Ａ及びホール素子３３Ｂを固定体１６に備えており、ホール素子３３Ａ及びホール素子３３Ｂも、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂと同様、固定体１６に金属パターニングされることにより配線されている。本実施例の光学ユニット１は、このような構成としていることで、ホール素子３３Ａ及びホール素子３３Ｂによりホール効果を利用して簡単に磁界を検出することができ、コイルだけでなくホール素子３３Ａ及びホール素子３３Ｂも固定体１６に対して高精度に位置決めすることができる。

また、本実施例の光学ユニット１においては、図３から図６で表されるように、固定体１６に、コイル３２Ａを位置決めするための位置決め部３４Ａと、コイル３２Ｂを位置決めするための位置決め部３４Ｂと、が形成されている。このように、本実施例の光学ユニット１は、位置決め部３４Ａ及び位置決め部３４Ｂを備える構成としていることで、位置決め部３４Ａ及び位置決め部３４Ｂにより簡単かつ特に正確に固定体１６に対してコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂを位置決めすることができる。

また、本実施例の光学ユニット１においては、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂは、固定体１６に対して直接貼り付けられている。このような構成とすることで、コイル３２Ａ及びコイル３２Ｂが固定体１６に対して別の部材（例えばフレキシブルプリント基板など）を介して固定される構成よりも、正確に固定体１６に対してコイル３２Ａ及びコイル３２Ｂを位置決めすることができる。

また、光学ユニット１に、駆動機構１８の駆動を制御するドライブＩＣを設けてもよい。ドライブＩＣを設ける構成とすることで、該ドライブＩＣにより高精度で駆動機構の駆動を制御することができる。そして、ドライブＩＣを設ける構成とした場合、該ドライブＩＣは、フレキシブルプリント基板により配線されている構成とすることが望ましい。ドライブＩＣに対して金属パターニングで配線することは映像信号や高周波の信号を送受信しなくてはならないため困難な場合がある一方で、ドライブＩＣは位置決め精度が低下しても駆動機構の駆動の制御に与える影響は少ない。このため、ドライブＩＣに対しては金属パターニングで配線するのではなくフレキシブルプリント基板で配線することで、駆動機構１８の駆動の制御に悪影響を与えることを抑制しつつ映像信号や高周波の信号などの送受信を不具合なく行うことができるためである。

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、１２…光学モジュール、１２ａ…レンズ、１４…可動体、１４Ａ…可動体本体部、１４Ｂ…ホルダ、１６…固定体、１８…駆動機構、１８Ａ…駆動機構、１８Ｂ…駆動機構、２０…支持機構、２１…第１支持部用延設部、２１ａ…凹曲面、２２…第２支持部用延設部、２２ａ…凹曲面、２３…ジンバルフレーム部、２４Ａ…磁石、２４Ｂ…磁石、３２Ａ…コイル、３２Ｂ…コイル、３３Ａ…ホール素子、３３Ｂ…ホール素子、３４Ａ…位置決め部、３４Ｂ…位置決め部、４１…固定体側支持部、４１ａ…凸曲面、４２…可動体側支持部、４２ａ…凸曲面、５０…撮像素子、５１…配線、５１Ａ…配線、５１Ｂ…配線、１００…スマートフォン、１０１…カバーガラス、３２１…コイル３２Ａの接続点、３２２…コイル３２Ｂの接続点、３３１…ホール素子３３Ａの接続点、３３２…ホール素子３３Ｂの接続点、Ｃ…回転軸、Ｄ１…入射方向（光軸方向）、Ｌ１…第１軸線、Ｌ２…第２軸線

Claims (5)

1. 光学モジュールを備える可動体と、
   前記可動体を回転可能に支持する固定体と、
   前記可動体を前記固定体に対して回転移動させる駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構は、前記可動体に設けられる磁石と、前記固定体に設けられるコイルと、を有し、
   前記コイルは、前記固定体に金属パターニングされることにより配線されていることを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
   ホール素子を前記固定体に備え、
   前記ホール素子は、前記固定体に金属パターニングされることにより配線されていることを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記駆動機構の駆動を制御するドライブＩＣを備え、
   前記ドライブＩＣは、フレキシブルプリント基板により配線されていることを特徴とする光学ユニット。
4. 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、
   前記固定体には、前記コイルを位置決めするための位置決め部が形成されていることを特徴とする光学ユニット。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光学ユニットにおいて、
   前記コイルは、前記固定体に対して直接貼り付けられていることを特徴とする光学ユニット。

Images