JP6444748B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - Google Patents
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軸周りに回転させるローリング補正用駆動機構と、前記光学モジュールの前記光軸周りの角度位置を検出する角度位置検出用センサと、を有し、前記ローリング補正用駆動機構は、周方向に複数の突極を備えたステータコア、前記突極に巻回されたステータコイル、および前記突極に径方向で対向し、当該突極に径方向で対向する面がS極とN極とが周方向で交互に着磁された着磁面とされたロータ磁石を備えたモータを備え、前記角度位置検出用センサは、前記ロータ磁石に対して前記ステータコアとは反対側で対向する磁気検出素子であることを特徴とする。
図1は、本発明を適用した光学ユニット300を光学機器1000に搭載した様子を模式的に示す説明図である。
図2は、本発明を適用した光学ユニット300の説明図であり、図2(a)、(b)は、光学ユニット300の斜視図、および光学ユニット300からユニットケース310を外した状態の分解斜視図である。図3は、本発明を適用した光学ユニット300の内部構造を示す分解斜視図である。図4は、本発明を適用した光学ユニット300において、光学モジュール100とローリング補正用駆動機構70との位置関係等を示す分解斜視図である。
ローリング補正用駆動機構70および光学モジュール100をY軸方向の両側から覆う第1ケース部材320と第2ケース部材330とをローリング補正用駆動機構70の支持部材77にねじ340によって固定された構造を有している。
図5は、本発明を適用した光学ユニット300の光学モジュール100を被写体側からみたときの分解斜視図であり、図5(a)、(b)は、光学モジュール100全体の分解斜視図、および可動体10等の分解斜視図である。図6は、本発明を適用した光学ユニット300の断面構成を示す説明図であり、図6(a)、(b)は、光学ユニット300のYZ断面図、および光学ユニット300のZX断面図である。
の開口部240が形成されており、開口部240は、第1底板24に対してZ軸方向の一方側+Zから重なる第2底板26によって覆われている。また、支持体20は、可動体10の周りを囲むように配置された矩形枠状の板状ストッパ28を有しており、板状ストッパ28は、可動体10のZ軸方向の一方側+Zへの可動範囲を規定している。板状ストッパ28において各辺の外周縁には外側に向けて突出した凸部281が形成されている。このため、第1底板24とモジュールケース21とをZ方向で重ねた際、第1底板24の側板部242とモジュールケース21の胴部211との間に板状ストッパ28の凸部281が挟まった状態となる。従って、第1底板24の側板部242、モジュールケース21の胴部211、および板状ストッパ28の凸部281を溶接等によって接合すれば、第1底板24、板状ストッパ28およびモジュールケース21を一体化することができる。
光学モジュール100において、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には、可動体10を光軸L方向に交差する第1軸線L1周りに揺動可能に支持するとともに、可動体10を光軸L方向および第1軸線L1に交差する第2軸線L2周りに揺動可能に支持する必要がある。このため、可動体10と支持体20との間にはジンバル機構30(支持機構)が構成されている。
固定枠25とフレーム11との間に矩形の可動枠38が配置されている。固定枠25は、4つの角部のうち、第1軸線L1が延在する方向の対角に位置する角部にZ軸方向の一方側+Zに向けて突出した支持板部251が形成されている。また、固定枠25は、4つの角部にZ軸方向の他方側−Zに向けて突出した凸部252が形成されている。
光学モジュール100において、図1に示す光学機器1000がピッチング方向およびヨーイング方向に振れると、かかる振れはジャイロスコープ187によって検出され、かかる検出結果に基づいて、揺動用駆動機構50が制御される。すなわち、ジャイロスコープ187で検出した振れを打ち消すような駆動電流をコイル56に供給される結果、可動体10は、第1軸線L1周りに振れとは反対方向に揺動するとともに、第2軸線L2周りに振れとは反対方向に揺動し、ピッチング方向およびヨーイング方向の振れが補正される。
図7は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の説明図であり、図7(a)、(b)は、ローリング補正用駆動機構70を被写体側からみたときの分解斜視図、およびローリング補正用駆動機構70のステータ71の分解斜視図である。図8は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の断面図であり、図8(a)、(b)は、ローリング補正用駆動機構70のYZ断面図、およびローリング補正用駆動機構70のXY断面図である。
あり、軸受ホルダ79を介して支持部材77に保持されたステータ71と、光軸L周りに回転するロータ74とを有している。本形態において、ローリング補正用駆動機構70(モータ70a)は単相モータ70bであり、ステータ71は、周方向に複数の突極720を備えたステータコア72と、複数の突極720に巻回されたステータコイル73とを有している。突極720は、径方向外側に突出する腕部721と、腕部721の径方向外側の端部から周方向の両側に突出した先端部722とを備えており、腕部721の周りにステータコイル73が巻回されている。
図9は、本発明を適用した光学ユニット300の単相モータ70bの動作を示す説明図であり、図9(a)、(b)は、ロータ74が反時計周りCCWに回転する様子を示す説明図、および、ロータ74が時計周りCWに回転する様子を示す説明図である。図10は、本発明を適用した光学ユニット300の単相モータ70bのコギングトルクを示す説明図である。図10において、図10(a)は、ロータ74の角度θとコギングトルクとの関係を示すグラフであり、図10(b)は、図10(a)に示すグラフにおける方向の定義を示す説明図である。図10(a)に示すゴギングトルクは、図10(b)に示すように、ロータ74を角度θ、回転させた位置で保持したときにロータ74に作用するトルクであり、θについては、ロータ74を反時計周りの方向に回転させたときを+とし、ロータ74を時計周りに回転させたときを−とし、ゴギングトルクについては、ロータ74を反時計周りに回転させる方向を+とし、ロータ74を時計周りに回転させる方向を−としてある。従って、図10(a)において、コギングトルクが0となる点のうち、ロータ74を反時計周りの方向(θが+の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を時計周りに回転させる方向(−の方向)に作用し、ロータ74を時計周りの方向(θが−の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を反時計周りに回転させる方向(
+の方向)に作用する点が、周方向のいずれの方向にもロータ74が回転することを妨げるトルクが発生する「安定点」に相当する。これに対して、コギングトルクが0となる点のうち、ロータ74を反時計周りの方向(θが+の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を反時計周りに回転させる方向(+の方向)に作用し、ロータ74を時計周りの方向(θが−の方向)に移動させた際にコギングトルクがロータ74を時計周りに回転させる方向(−の方向)に作用する点が、周方向のいずれの方向にもロータ74を回転させようとするトルクが発生する「不安定点」に相当する。
図11は、本発明を適用した光学ユニット300のストッパ機構110の説明図であり
、連結部材80を通る位置で光学ユニット300を切断したときのXY断面図である。
再び図3、図4および図8において、支持部材77は、Y軸方向の他方側−Yに側板部を有しておらず、底板部771のY軸方向の他方側−Yの端部では、X軸方向の両側の端部からZ軸方向の一方側+Zに向けて折れ曲がった一対の連結板部775を有している。従って、支持部材77は、ロータケース740の胴部743のY軸方向の他方側−Yでは開放状態にある。ここで、支持部材77のY軸方向の他方側−Yには、連結板部775によって回路基板76が固定されており、回路基板76は、支持部材77の底板部771の端部および側板部772、773の端部に接する状態にある。この状態で、Y軸方向の他方側−Yでは、回路基板76がロータケース740の胴部743に径方向外側で対向し、モータ70aの保護板を構成している。従って、回路基板76によって、単相モータ70
bを保護することができる。また、支持部材77は、Y軸方向の他方側−Yに側板部を有していないため、Y軸方向の他方側−Yでは、ステータコイル73の端部731、732を回路基板76に容易に接続することができる。
図12は、本発明を適当した光学ユニット300に構成した角度位置検出センサ760の説明図であり、図12(a)、(b)、(c)は、角度位置検出センサ760の出力特性を示す説明図、ロータ磁石75の内周側の磁束密度の説明図、およびロータ磁石75の外周側の磁束密度の説明図である。
光学モジュール100において、図1に示す光学機器1000がローリング方向に振れると、かかる振れはジャイロスコープ781によって検出され、かかる検出結果に基づい
て、ローリング補正用駆動機構70が制御される。すなわち、ジャイロスコープ781で検出した振れを打ち消すような駆動電流がステータコイル73に供給される結果、ロータ74が光軸L周りに振れとは逆方向に駆動される。従って、光学モジュール100は、光軸L周りに振れとは逆方向に回転する。その際、角度位置検出用センサ760(磁気検出素子760a、ホール素子760b)がロータ74の角度位置を検出し、かかる検出結果に基づいて、ローリング補正用駆動機構70が制御される。それ故、ロータ74および光学モジュール100は、基準位置に戻され、ローリング方向の振れが補正される。
以上説明したように、本形態の光学ユニット300では、レンズ1a等の光学素子を保持する可動体10および揺動用駆動機構50を光学モジュール100に設けて、光学モジュール100においてピッチング補正やヨーイング補正を行い、ローリング補正については、ローリング補正用駆動機構70によって光学モジュール100を光軸L周りに回転させて行う。このため、ローリング補正については、ピッチング補正やヨーイング補正とは独立して行うため、振れ補正の制御が容易である。また、ローリング補正が不要な場合には、光学モジュール100単独で用いることができる。
部743(バックヨーク)が設けられているが、磁気検出素子760aは、径方向外側からみたとき、ロータ磁石75が胴部743からの露出部分750に対して対向している。このため、ロータ磁石75の径方向外側にバックヨーク(胴部743)を配置した場合でも、磁気検出素子760aの検出結果にバックヨークが影響を及ぼしにくい。この場合でも、露出部分750の寸法は、ロータ磁石75の厚さ以下であるため、ロータ磁石75の露出部分750の強度低下を抑制することができる。
図13は、本発明を適用した光学ユニット300のローリング補正用駆動機構70の変形例を示す説明図であり、図13(a)、(b)は、変形例1の説明図、および変形例2の説明図である。
本発明を適用した光学ユニット300は、携帯用や車載用の投射表示装置や直視型表示装置等、光を出射する光学機器の振れ補正に適用してもよい。また、天体望遠鏡システムあるいは双眼鏡システム等、高倍率での観察において三脚等の補助固定装置を用いることなく観察するのに用いてもよい。また、狙撃用のライフル、あるいは戦車等の砲筒とする
ことで、トリガ時の振動に対して姿勢の安定化が図れるので、命中精度を高めることができる。
Claims (9)
- 光学素子を保持する可動体、該可動体を前記光学素子の光軸に対して直交する2つの軸線周りに揺動可能に支持する支持体、および前記可動体を前記支持体に対して前記2つの軸線周りに往復揺動させる揺動用駆動機構を備えた光学モジュールと、
前記光学モジュールを前記光軸周りに回転させるローリング補正用駆動機構と、
前記光学モジュールの前記光軸周りの角度位置を検出する角度位置検出用センサと、
を有し、
前記ローリング補正用駆動機構は、周方向に複数の突極を備えたステータコア、前記突極に巻回されたステータコイル、および前記突極に径方向で対向し、当該突極に径方向で対向する面がS極とN極とが周方向で交互に着磁面とされたロータ磁石を備えたモータを備え、
前記角度位置検出用センサは、前記ロータ磁石に対して前記ステータコアとは反対側で対向する磁気検出素子であることを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記ロータ磁石は、前記突極に径方向外側で対向していることを特徴とする請求項1に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記ローリング補正用駆動機構は、前記ロータ磁石の径方向外側にバックヨークを備え、
前記磁気検出素子は、径方向外側からみたとき、前記ロータ磁石が前記バックヨークの端部から露出している部分に対して対向していることを特徴とする請求項2に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記磁気検出素子は、前記バックヨークの径方向外側の面より径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 径方向外側からみたとき、前記ロータ磁石が前記バックヨークの端部から露出している部分の寸法は、前記ロータ磁石の厚さ以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記磁気検出素子は、前記ローリング補正用駆動機構の休止時、前記ロータ磁石のN極とS極との磁極境界線に対して対向していることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記モータは、前記ロータ磁石を回転可能に支持する軸受と、該軸受を保持する軸受ホルダと、前記軸受けホルダを保持する支持部材と、該支持部材と固定された回路基板と、を有し、
前記磁気検出素子は、前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記支持部材は、前記モータの反出力側で前記軸受けホルダを保持する底板部と、該底板部から出力側に向けて折れ曲がった側板部と、を有し、
前記回路基板は、前記側板部の端部および前記底板部の端部と接していることを特徴とする請求項7に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
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