JP2024078246A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光学モジュールを有する可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットにおいて、揺動範囲を狭くすることなく光軸方向の厚みを薄くする。【解決手段】光学モジュール２２を有する可動体２０と、固定体１０と、光軸方向と交差する少なくとも１方向を回転軸として可動体２０を固定体１０に対して回転可能に支持するジンバル機構３０と、を備え、光学モジュール２２は、固定体１０よりも被写体側において突出する部分２２Ａにおいて、幅方向における光軸ＡＸから端部の辺までの距離Ｌが第１方向と第２方向とで異なり、ジンバル機構３０は、固定体１０と接続する固定体側脚部３０Ａと、可動体２０と接続する可動体側脚部３０Ｂと、固定体側脚部３０Ａ及び可動体側脚部３０Ｂが設けられる平板部３０Ｃと、を有し、平板部３０Ｃが可動体２０に対して反被写体側に配置される光学ユニット。【選択図】図１

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

従来から、様々な光学ユニットが使用されている。このうち、光学モジュールを備える可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットが使用されている。例えば、特許文献１には、ジンバル機構を有し、光学モジュールを備える可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットが開示されている。

ＷＯ２０１９－２２１０３８号公報

従来の光学モジュールを備える可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットにおいては、ジンバル機構が被写体側に設けられることが一般的であった。ジンバル機構が被写体側に設けられる構成においては、光学ユニットが被写体側に設けられるので、光学ユニットを避けてジンバル機構を配置しなければならない。このような構成では、可動体の固定体に対する揺動範囲が狭くならないようにすると、構造的に頑丈とは言えないジンバル機構が可動体及び固定体と衝突することを避けるため、光学ユニットの光軸方向における厚みを大きくしなければならなかった。このうち、光学ユニットの可動体として、光軸と交差する幅方向における光軸から端部の辺までの距離が幅方向のうちの第１方向と第２方向とで異なる可動体の固定体に対する回転軸に対して非対称な構成のものを使用した場合、光学ユニットの光軸方向における厚みを特に大きくしなければならなかった。そこで、本発明は、光学モジュールを有する可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットにおいて、揺動範囲を狭くすることなく光軸方向の厚みを薄くすることを目的とする。

本発明の光学ユニットは、光学モジュールを有する可動体と、固定体と、前記光学モジュールの光軸に沿う光軸方向と交差する少なくとも１方向を回転軸として前記可動体を前記固定体に対して回転可能に支持するジンバル機構と、を備え、前記光学モジュールは、前記固定体よりも前記光学モジュールの被写体側において突出する部分において、前記光軸と交差する幅方向における前記光軸から端部の辺までの距離が前記幅方向のうちの第１方向と第２方向とで異なり、前記ジンバル機構は、前記固定体と接続する固定体側脚部と、前記可動体と接続する可動体側脚部と、前記固定体側脚部及び前記可動体側脚部が設けられる平板部と、を有し、前記平板部が前記可動体に対して前記光軸方向における前記被写体側とは反対の反被写体側に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、光学モジュールを有する可動体を固定体に対して揺動可能に支持する光学ユニットにおいて、揺動範囲を狭くすることなく光軸方向の厚みを薄くすることができる。

本発明の一実施例に係る光学ユニットの斜視図である。 図１の光学ユニットの分解斜視図である。 図１の光学ユニットの分解斜視図であって、図２とは異なる方向から見た図である。 図１の光学ユニットの斜視図であって、カバー部及び光学モジュールを取り外した状態を表す図である。 図１の光学ユニットの断面図であって、光学モジュールを取り外した状態を表す図である。 図１の光学ユニットの光学モジュールの斜視図である。

以下、本発明の一実施例に係る光学ユニット１について図１から図６を用いて説明する。各図において、Ｚ軸方向は光軸方向であり、Ｘ軸方向は光軸ＡＸと交差する方向、言い換えるとヨーイングの軸方向であり、Ｙ軸方向は光軸ＡＸと交差する方向、言い換えるとピッチングの軸方向である。また、Ｚ軸方向のうち、矢印が向く方向である＋Ｚ方向は被写体側の方向であり、矢印が向く方向とは反対方向である－Ｚ方向は被写体側とは反対側の反被写体側の方向である。また、本明細書ではＺ軸方向と交差する方向を幅方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、ともに、幅方向のうちの一方向に相当する。

本実施例の光学ユニット１は、光学モジュール２２を備える可動体２０と、光学モジュール２２の光軸方向（Ｚ軸方向）と交差する周囲方向において可動体２０を囲む固定体１０と、を備えている。また、本実施例の光学ユニット１は、可動体２０を固定体１０に対して光軸方向と交差する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）を揺動軸として揺動可能に支持する揺動支持機構としてのジンバル機構３０を備えている。さらに、本実施例の光学ユニット１Ａは、固定体１０に配置されるコイル６１と、可動体２０におけるコイル６１（コイル６１Ａ及びコイル６１Ｂ）と対向する位置に配置される磁石２１（磁石２１Ａ及び２１Ｂ）と、を有する回転駆動機構を備えている。なお、コイル６１は、固定体１０に取り付けられるフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）６０の内側に設けられている。

＜光学ユニットの全体構成＞
最初に、本実施例の光学ユニット１の全体構成について説明する。本実施例の光学ユニット１は、カメラやスマートフォンなど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、コンパクトに構成でき、カメラやスマートフォンをコンパクト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、カメラやスマートフォンに限定されず、特に用途を限定することなく様々な装置に使用可能である。

図１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、レンズ２３等が設けられる光学モジュール２２を備える可動体２０を備えている。また、光学モジュール２２の光軸方向（Ｚ軸方向）と交差する周囲方向において可動体２０を囲むケース部１０Ａと、可動体２０がケース部１０Ａに収容された状態で－Ｚ方向からケース部１０Ａを覆うことが可能なカバー部１０Ｂと、可動体２０がケース部１０Ａに収容された状態で＋Ｚ方向から光学モジュール２２を一部露出させた状態でケース部１０Ａを覆うことが可能なカバー部１０Ｃと、を備える固定体１０を備えている。また、可動体２０と固定体１０との間において、固定体１０と接続する固定体側脚部３０Ａと、可動体２０と接続する可動体側脚部３０Ｂと、固定体側脚部３０Ａ及び可動体側脚部３０Ｂが設けられる平板部３０Ｃと、を有するジンバル機構３０を備えている。ジンバル機構３０は、バネ性を有し、可動体２０を固定体１０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向を揺動軸として揺動可能に支持する。

＜可動体＞
図４などで表されるように、可動体２０は、略直方体をしている。光学モジュール２２は可動体２０の内部に保持されており、可動体２０の＋Ｚ方向の面からレンズ２３の形成部分が突出した状態となるように配置されている。また、＋Ｘ方向における可動体２０の側面には、固定体１０に対して可動体２０を可動させる駆動部としての回転駆動機構を構成する磁石２１Ａが設けられている。また、＋Ｙ方向における可動体２０の側面には、回転駆動機構を構成する磁石２１Ｂが設けられている。ここで、磁石２１Ａ及び磁石２１Ｂは、いずれも、同様の構成である。なお、磁石２１Ａ及び磁石２１Ｂや光学モジュール２２も可動体２０の一部をなしているとみなすことができる。

＜固定体＞
図１から図４で表されるように、固定体１０は、略直方体をしている。固定体１０は、可動体２０をＺ軸方向からカバー部１０Ｂとカバー部１０Ｃとで囲み、可動体２０をＺ軸方向と交差する方向からケース部１０Ａで囲む。ここで、固定体１０の＋Ｚ方向側のカバー部１０Ｃには、光学モジュール２２のレンズ２３の形成部分を通す孔部１１が設けられている。

また、固定体１０の＋Ｘ方向側の側面と＋Ｙ方向側の側面には、回転駆動機構を構成するコイル６１が設けられている。これらのコイル６１は磁石２１Ａ及び磁石２１Ｂと対向する位置に配置されている。ここで、磁石２１Ａと対向する位置のコイル６１Ａと磁石２１Ｂと対向する位置のコイル６１Ｂとは、同様の構成である。

＜ジンバル機構＞
ジンバル機構３０は、外形が矩形の平板部３０Ｃと、固定体１０及び可動体２０との接続部である固定体側脚部３０Ａ及び可動体側脚部３０Ｂと、を有している。固定体側脚部３０Ａ及び可動体側脚部３０Ｂは矩形の平板部３０Ｃの４角に形成されており、このうち対角線上の２つの接続部である固定体側脚部３０Ａは固定体１０に対して揺動可能に接続されており、別の対角線上の２つの接続部である可動体側脚部３０Ｂは可動体２０に対して揺動可能に接続されている。なお、ジンバル機構３０としては、従来から光学ユニットに使用される一般的なジンバル機構を特に限定なく使用することができる。なお、本実施例の光学ユニット１は、ジンバル機構３０により、固定体１０に対して可動体２０をヨーイング軸方向及びピッチング軸方向に揺動可能な構成であるが、さらに、ジンバル機構３０とは別の機構を設けるなどして、固定体１０に対して可動体２０をローリング方向に揺動可能な構成としてもよい。

＜回転駆動機構＞
次に、回転駆動機構について説明するが、上記のように磁石２１Ａと磁石２１Ｂとは同様の構成であるとともに磁石２１Ａ及び磁石２１Ｂと対向する位置に配置される２つのコイル６１Ａ及びコイル６１Ｂは同様の構成である。図１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、回転駆動機構として、磁石２１Ａとコイル６１Ａとからなるピッチング軸揺動機構と、磁石２１Ｂとコイル６１Ｂとからなるヨーイング軸揺動機構と、を有している。ただし、このような構成に限定されず、ピッチング軸揺動機構とヨーイング軸揺動機構とのうちのいずれか１方のみを備える構成としてもよい。さらに、固定体１０に対して可動体２０をローリング方向に揺動可能なローリング軸揺動機構を設けていてもよい。

＜接続部＞
図２、図３及び図５で表されるように、本実施例の光学ユニット１は、ジンバル機構３０を固定体１０及び可動体２０に対して揺動可能に接続する接続部８０を有している。具体的には、接続部８０として、光軸方向から見て内側に突出するように球体８１Ａが取り付けられた固定体接続部８０Ａと、光軸方向から見て内側に突出するように球体８１Ｂが取り付けられた可動体接続部８０Ｂと、を有している。固定体接続部８０Ａは、ジンバル機構３０の固定体側脚部３０Ａに取り付けられ、固定体１０の矩形枠状のケース部１０Ａの４隅のうちの対向する２か所に配置される。そして、可動体接続部８０Ｂは、ジンバル機構３０の可動体側脚部３０Ｂに取り付けられ、矩形枠状の可動体２０の４隅のうちの対向する２か所に配置される。

ここで、固定体側脚部３０Ａには球体８１Ａを収容する凹部３２Ａが設けられ、可動体側脚部３０Ｂには球体８１Ｂを収容する凹部３２Ｂが設けられている。また、ケース部１０Ａと可動体２０とは４隅の位置が揃うように配置され、２つの固定体接続部８０Ａ及び２つの可動体接続部８０Ｂは該４隅に１つずつ配置される。接続部８０は、このような構成で固定体１０及び可動体２０に対してジンバル機構３０を支持している。

ここで一旦まとめると、本実施例の光学ユニット１は、光学モジュール２２を有する可動体２０と、可動体２０の光学モジュール２２の被写体側である＋Ｚ方向側とは反対の反被写体側である－Ｚ方向側にカバー部１０Ｂを有する固定体１０を備えている。また、光学モジュール２２の光軸ＡＸに沿う光軸方向であるＺ軸方向と交差する少なくとも１方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向を回転軸として可動体２０を固定体１０に対して回転可能に支持するジンバル機構３０を備えている。

ここで、図１及び図６で表されるように、本実施例の光学ユニット１においては、光学モジュール２２は、固定体１０よりも被写体側において突出する部分２２Ａにおいて、光軸ＡＸと交差する幅方向における光軸ＡＸから端部の辺までの距離Ｌが幅方向のうちの第１方向（Ｘ軸方向）の距離Ｌ１と第２方向（Ｙ軸方向）の距離Ｌ２とで異なる。このような異形の構成の可動体２０を使用する場合、特に揺動範囲を広くとろうとすると光軸方向の厚みが厚くなりやすい。そこで、本実施例の光学ユニット１においては、ジンバル機構３０は、固定体１０と接続する固定体側脚部３０Ａと、可動体２０と接続する可動体側脚部３０Ｂと、固定体側脚部３０Ａ及び可動体側脚部３０Ｂが設けられる平板部３０Ｃと、を有し、平板部３０Ｃが可動体２０に対して光軸方向における被写体側（＋Ｚ方向側）とは反対の反被写体側（－Ｚ方向側）に配置される構成としている。なお、本実施例では、第１方向をＸ軸方向として第２方向をＹ軸方向としたが、第１方向をＹ軸方向として第２方向をＸ軸方向としてもよい。

ここで、光軸ＡＸから端部の辺までの距離Ｌとは、突出する部分２２Ａを光軸と直交する方向から見て概ね辺を構成すると判断できる部分までの最短距離を意味し、突出する部分２２Ａを光軸と直交する方向から見て概ね角部を構成する部分までの距離は除外される意味である。また、第１方向の距離Ｌ１と第２方向の距離Ｌ２とが異なるとは、第１方向の距離Ｌ１と第２方向の距離Ｌ２とが明らかに異なることを意味し、第１方向の距離Ｌ１と第２方向の距離Ｌ２とが概ね同等の場合は除外される意味である。このため、突出する部分２２Ａの構成が光軸と直交する方向から見て概ね正多角形や真円形の場合において、その中心近傍に光軸ＡＸが位置する場合は除外される。なお、本実施例においては、異形の構成の可動体２０として、突出する部分２２Ａの構成が光軸と直交する方向から見て略長方形としたが、このような構成に限定されない。

このように、本実施例の光学ユニット１は、光学モジュール２２の突出する部分２２Ａの光軸ＡＸと交差する幅方向における光軸ＡＸから端部の辺までの距離Ｌが幅方向のうちの第１方向と第２方向とで異なる可動体２０を使用するが、図２から図５で表されるように、ジンバル機構３０の平板部３０Ｃが可動体２０に対して光軸方向における光学モジュール２２の被写体側とは反対の反被写体側に配置される。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、可動体２０と固定体１０との光軸方向の隙間Ｇを小さくしているものの、その隙間Ｇにジンバル機構３０を配置できている。したがって、本実施例の光学ユニット１は、可動体２０の固定体１０に対する揺動範囲を狭くすることなく光軸方向の厚みを薄くすることができている。

特に、異形の構成の可動体２０において、第１方向における距離Ｌ１が第２方向における距離Ｌ２の１．３倍以上である場合、上記で説明した補強部７０及びジンバル機構３０の構成とすることが特に好ましい。第１方向における距離Ｌ１が第２方向における距離Ｌ２の１．３倍以上である場合、ジンバル機構３０の平板部３０Ｃが可動体２０に対して光軸方向における光学モジュール２２の被写体側に配置される構成とすると特に光学ユニット１が光軸方向において大型化するためである。

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、固定体１０は反被写体側にカバー部１０Ｂを有し、ジンバル機構３０は、図５などで表されるように、カバー部１０Ｂよりも被写体側に配置されている。このような構成としていることで、本実施例の光学ユニット１は、ジンバル機構３０を固定体１０の筐体内部（光軸方向におけるケース部１０Ａの範囲内）に収めることができており、光学ユニット１の光軸方向の厚みを特に薄くすることができている。また、このような構成とすることにより、ジンバル機構３０が固定体１０の筐体外部にはみ出さないようにすることができるので、ジンバル機構３０を損傷する虞を低減することができる。

ここで、本実施例の光学ユニット１においては、図４及び図５で表されるように、可動体２０は光軸方向においてジンバル機構３０よりも反被写体側に位置する凸部２４を有し、可動体２０が固定体１０に対して所定の回転範囲を超えて回転した際にジンバル機構３０がカバー部１０Ｂに当接するよりも先に凸部２４がカバー部１０Ｂに当接するよう構成されている。このような構成としていることで、本実施例の光学ユニット１は、構造的に頑丈とは言えないジンバル機構３０がカバー部１０Ｂに当接することを抑制することができる。

なお、本実施例の光学ユニット１においては、ジンバル機構３０は金属で構成されている。金属は放熱性が高いので、このような構成としていることで、本実施例の光学ユニット１は、光学ユニット１を連続使用した場合などにおいて光学モジュール２２を有する可動体２０が昇温しても、可動体２０の熱を外部に逃がすことが可能になっている。

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。

最後に、本発明について包括的に以下に記載する。
（１）
光学モジュールを有する可動体と、固定体と、前記光学モジュールの光軸に沿う光軸方向と交差する少なくとも１方向を回転軸として前記可動体を前記固定体に対して回転可能に支持するジンバル機構と、を備え、前記光学モジュールは、前記固定体よりも前記光学モジュールの被写体側において突出する部分において、前記光軸と交差する幅方向における前記光軸から端部の辺までの距離が前記幅方向のうちの第１方向と第２方向とで異なり、前記ジンバル機構は、前記固定体と接続する固定体側脚部と、前記可動体と接続する可動体側脚部と、前記固定体側脚部及び前記可動体側脚部が設けられる平板部と、を有し、前記平板部が前記可動体に対して前記光軸方向における前記被写体側とは反対の反被写体側に配置されることを特徴とする光学ユニット。

（２）
上記（１）に記載の光学ユニットにおいて、前記第１方向における前記距離が前記第２方向における前記距離の１．３倍以上であることを特徴とする光学ユニット。

（３）
上記（１）または（２）に記載の光学ユニットにおいて、前記固定体は、前記反被写体側にカバー部を有し、前記ジンバル機構は、前記カバー部よりも前記被写体側に配置されることを特徴とする光学ユニット。

（４）
上記（３）に記載の光学ユニットにおいて、前記可動体は、前記ジンバル機構よりも前記反被写体側に位置する凸部を有し、前記可動体が前記固定体に対して所定の回転範囲を超えて回転した際に、前記ジンバル機構が前記カバー部に当接するよりも先に前記凸部が前記カバー部に当接するよう構成されていることを特徴とする光学ユニット。

（５）
上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の光学ユニットにおいて、前記ジンバル機構は、金属で構成されていることを特徴とする光学ユニット。

１…光学ユニット、１０…固定体、１０Ａ…ケース部、１０Ｂ…カバー部、１０Ｃ…カバー部、１１…孔部、２０…可動体、２１…磁石、２１Ａ…磁石、２１Ｂ…磁石、２２…光学モジュール、２２Ａ…突出する部分、２３…レンズ、２４…凸部、３０…ジンバル機構、３０Ａ…固定体側脚部、３０Ｂ…可動体側脚部、３０Ｃ…平板部、３１…孔部、３２Ａ…凹部、３２Ｂ…凹部、６０…ＦＦＣ、６１…コイル、６１Ａ…コイル、６１Ｂ…コイル、８０Ａ…固定体接続部、８０Ｂ…可動体接続部、８１Ａ…球体、８１Ｂ…球体、ＡＸ…光軸、Ｃ１…中心位置、Ｃ２…中心位置、Ｇ…隙間

Claims (5)

1. 光学モジュールを有する可動体と、
   固定体と、
   前記光学モジュールの光軸に沿う光軸方向と交差する少なくとも１方向を回転軸として前記可動体を前記固定体に対して回転可能に支持するジンバル機構と、
   を備え、
   前記光学モジュールは、前記固定体よりも前記光学モジュールの被写体側において突出する部分において、前記光軸と交差する幅方向における前記光軸から端部の辺までの距離が前記幅方向のうちの第１方向と第２方向とで異なり、
   前記ジンバル機構は、
   前記固定体と接続する固定体側脚部と、前記可動体と接続する可動体側脚部と、前記固定体側脚部及び前記可動体側脚部が設けられる平板部と、を有し、
   前記平板部が前記可動体に対して前記光軸方向における前記被写体側とは反対の反被写体側に配置され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、
   前記第１方向における前記距離が前記第２方向における前記距離の１．３倍以上であ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、
   前記固定体は、前記反被写体側にカバー部を有し、
   前記ジンバル機構は、前記カバー部よりも前記被写体側に配置されることを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項３に記載の光学ユニットにおいて、
   前記可動体は、前記ジンバル機構よりも前記反被写体側に位置する凸部を有し、
   前記可動体が前記固定体に対して所定の回転範囲を超えて回転した際に、前記ジンバル機構が前記カバー部に当接するよりも先に前記凸部が前記カバー部に当接するよう構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または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記ジンバル機構は、金属で構成されていることを特徴とする光学ユニット。

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