JP6999435B2 - 振れ補正機能付き光学ユニット - 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。
一方、光学モジュールをジンバル機構によって揺動可能に支持する構成も提案されており、特許文献2では、光軸方向に対して直交する二方向に支点を設けた板状ばねを用いたジンバル機構が開示されている。
そこで、特許文献2では、可動体の揺動許容範囲を規制するストッパが設けられている。この場合、コイルを保持するホルダの上端に上方に突出するように凸部が設けられるとともに、そのホルダ等を覆う固定体のカバーの裏面にクッション部材が設けられており、このクッション部材がホルダの凸部の上方に配置されることにより、可動体としてのホルダが揺動した際に、ホルダの凸部がクッション部材に当接して揺動許容範囲が規制される構成である。
この隙間が大きいため、落下衝撃等の際に、光学モジュールを備える可動体が隙間の距離だけ光軸方向に飛び出すおそれがある。このため、可動体がその前方に配置される固定体のカバーガラスに衝突しないように、これらのクリアランスを大きくしておく必要があり、装置が大型化する傾向にある。また、そのクリアランスが大きい分、ジンバル機構の撓み量も大きくなり、耐久性を損なうおそれもある。
そして、第2ストッパ部と第2当接部との光軸方向に沿う離間距離を第1当接部と固定体との間の光軸方向に沿う離間距離より小さく設定したので、第2ストッパ部と第2当接部とを設けない場合に比べて、可動体の光軸方向の移動を小さくすることができ、その分、光軸方向の全体寸法を小さくして、小型化を図ることができる。
また、第2当接部と第2ストッパ部との間の距離が揺動補正中に一定にできるので、その離間距離をさらに小さくすることが可能である。
また、重心調整部材により、可動体の重心と揺動中心とを一致もしくは接近させることができ、効率的に可動体を揺動させることができる。また、この重心調整部材に第2当接部を設けたので、光学モジュールに第2当接部を設ける場合に比べて、衝撃時の光学モジュールへの影響を低減することができる。
可動体がどの方向に揺動したとしても、その移動範囲を適切に規制することができる。
第2当接部及び第1ストッパ部を傾斜面とすれば、光軸方向の被写体側から視たときに、固定体の第2ストッパ部により可動体の第2当接部の全周が隠れるので、意匠性に優れ、かつ、ゴミ等の異物の侵入を確実に防止できる。
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、静置状態においては、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。また、図1~図8では、Z軸の一方+Zを上方に向けて配置した状態を静置状態とする。以下では、特に断らない限り、この静置状態で説明する。
(振れ補正機能付き光学ユニット101の概略構成)
図1~図3は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。)101の組立状態の外観を示している。図4は光学ユニット101を光軸L方向に沿って分解して示す。図5は光学ユニット101の後述する可動体20の分解斜視図である。図6は、要部を被写体側から視た分解斜視図、図7は反対側から視た分解斜視図である。図8は、後述するジンバル機構30及びホルダフレーム220を示している。図9は光軸Lを通るY‐Z平面での縦断面図、図10はジンバル機構30付近のX‐Y平面での横断面図である。
なお、本実施形態の光学ユニット101では、固定体10は、光軸L方向(+Z方向)から視たときに、八角形状をなしている。
図1~図4等に示すように、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軸方向の一方側+Z)に固定されたカバー枠120と、ケース110の下(Z軸方向の他端側-Z)に配置されたボトムカバー130とを有している。
本実施形態では、ケース110は、複数の側板部111,112により角筒状(図示例では横断面八角形の筒状)に形成され、その上端(Z軸方向の一方+Z)に内向きフランジ113が一体に形成されている。
なお、カバー枠120の突出部122の表面122aは、後述するホルダフレーム220の揺動許容範囲を規制する第1ストッパ部とされている。図示例の場合、突出部122には180°対向して支持板部123が設けられていることから、第1ストッパ部122aは両支持板部123を避けた2箇所の円弧状に形成される。
図4及び図5等に示すように、可動体20は、レンズ等の光学素子を備えた光学モジュール210と、光学モジュール210を保持するホルダフレーム220と、ホルダフレーム220に固定される円環状の重心調整部材230とを有している。
光学モジュール210は、図9に示すように、レンズ(図示せず)や撮像素子(撮像部)212、フォーカシング駆動用のアクチュエータ(図示せず)等を保持するレンズホルダ213を有しており、このレンズホルダ213を介してホルダフレーム220に保持されている。
ホルダフレーム220は、図5及び図6等に示すように可動体20の外周部分を構成しており、レンズホルダ213を内側に保持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軸方向の他方側-Zの端部)でフランジ状に拡径するベース部222とを有している。また、ベース部222の外周部上には、ホルダ保持部221よりも径方向外側に、後述する振れ補正用駆動機構40を構成する4つのコイル42をそれぞれ保持するコイル保持部223が設けられており、これらコイル保持部223とホルダ保持部221との間には、後述するジンバル機構30の可動枠310が配置される可動枠配置空間240が形成されている。
そして、各コイル保持部223の凸部226に環状のコイル42が嵌合するように取り付けられ、コイル当接部225にコイル42の背面を当接することで、コイル42の取り付け姿勢が規制される。したがって、コイル42は、X軸方向の一方側+X及び他方側-X、Y軸方向の一方側+Y及び他方側-Yに向けてそれぞれ設けられている。
この場合、各コイル保持部223の凸部226は、コイル42が保持された状態で、コイル42の外面(後述の磁石41と対向する面)から更に外方に向けて突出する。一方、後述するように、固定体10のケース110内に設けられた磁石41が各コイル42と対向するので、可動体20が外力によってX軸方向またはY軸方向に変位した際、コイル保持部223の凸部226が磁石41に当接し、コイル42と磁石41とが接触することが防止される(図12(b)参照)。
一方、X軸方向の一方側+XとY軸方向の他方側-Yとに設けられるコイル保持部223の間は離間しており、X軸方向の他方側-XとY軸方向の一方側+Yとに設けられるコイル保持部223の間も離間している。したがって、これらコイル保持部223の間の空所229も、X軸及びY軸に45°で交差する対角上、この場合は、第2軸線R2の延在する方向に180°対向した位置に配置されており、これら空所229に、カバー枠120の支持板部123が配置されるようになっている。
また、ホルダフレーム220の筒状のホルダ保持部221の上端部(Z軸方向の一方側+Zの端部)に、その周りを囲むように環状の重心調整部材230が取り付けられている。この重心調整部材230は、可動体10の重心位置を光軸方向に調整するためのもので、可動体10の重心位置を後述する揺動支点35と一致させるように設けられる。
この場合、ホルダ保持部221の外周部には段部221aが形成されており、この段部221aの上に載置するように重心調整部材230が取り付けられ、接着等により固定される。
なお、本実施形態では、ホルダフレーム220が合成樹脂により形成されており、ホルダ保持部221、ベース部222、コイル保持部223が一体に形成されている。
一方、振れ補正用駆動機構40を構成するコイル42は、給電用のフレキシブル配線基板72に接続されている。これらのフレキシブル配線基板71,72は、前述したようにボトムカバー130の切欠部132から外部に引き出され、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。
振れ補正用駆動機構40は、図4及び図6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、図9及び図10に示すように、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。
本実施形態の光学ユニット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、光軸L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。
本実施形態では、ジンバル機構30は円形環状の可動枠310を有している。可動枠310は、図5等に示すように、ホルダフレーム220の可動枠配置空間240内に配置されており、Z軸方向の配置で視ると、固定体10のカバー枠120の下面(Z軸方向の他方側-Zの面)と可動体20のホルダフレーム220のベース部222の上面(Z軸方向の一方側+Zの面)との間に配置されている。
この可動枠310は、4つの球体320のうち、対角に位置する2つの球体320が前述した第1軸線R1の延在する方向に配置され、他の対角に位置する2つの球体320が第2軸線R2の延在する方向に配置される。
そして、第1軸線R1の延在方向に配置された2つの球体320がホルダフレーム220に設けられた接点用ばね330に支持され、第2軸線R2の延在方向に配置された2つの球体320がカバー枠120に固定された接点用ばね330に支持される。
一方、カバー枠120には、その裏面の180°対向する対角上に、一対の支持板部123がZ軸方向の-Zに向けて突出して形成されており、その支持板部123の内側の溝部124内に接点用ばねが330それぞれ取り付けられている。そして、カバー枠120の支持板部123がホルダフレーム220のコイル保持部223間の空所229に配置されることにより、第2軸線R2が延在する方向の対角に位置する2箇所に接点用ばね330が配置され、これら接点用ばね330に、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る。
前述したように、本実施形態の光学ユニット101において、可動体20は、揺動支点35を中心として揺動可能であり、また、ジンバル機構30の可動枠310が弾性材料により形成されているので、その弾性範囲で光軸方向にも移動可能である。そして、その揺動又は光軸方向の移動に対する許容範囲を規制するための機構が設けられている。
具体的には、可動体20のホルダフレーム220の各コイル保持部223において、支持板部224は、コイル42が装着された状態で、コイル42よりもZ軸方向の一方+Zに突出する大きさに形成されている。その突出端部は、支持板部224の延在方向に沿って形成されており、その両端の角部224a,224bが揺動許容範囲の最大位置でカバー枠120の突出部122の表面122aに当接するようになっている。この場合、各支持板部224が4枚設けられていることにより、Z軸方向の+Z側から視た平面視で、第1軸線R1を挟んでその左右に4個ずつ、また第2軸線R2を挟んでその左右に4個ずつ、合計8個の角部224a,224bが配置される。これら各角部224a,224bはZ軸方向の位置が等しく設定されている。
つまり、カバー枠120の突出部122の表面(Z軸方向の他方-Zの面)122aが最大揺動範囲で支持板部224の角部224a,224bを当接して、それ以上の揺動を規制するようになっている。つまり、この支持板部224の8個の角部224a,224bが本発明の第1当接部であり、カバー枠120の突出部122の表面122aが本発明の第1ストッパ部であり、これら第1当接部と第1ストッパ部とにより揺動許容範囲規制機構が構成される。
また、カバー枠120の傾斜面125と重心調整部材230の傾斜面231とは、揺動時の接線方向にほぼ沿う傾斜形状に形成され、かつ、これらの離間距離H1及び両傾斜面125,231の対向面の大きさ等は、可動体20の揺動を阻害しない程度に設定されており、可動体20の揺動許容範囲の最大位置においても、両傾斜面231,125が接触しない寸法に設定されている。
以上のように構成した振れ補正機能付き光学ユニット101においては、ピッチング及びヨーイングに対して、ジンバル機構(揺動支持機構)30及び振れ補正用駆動機構40により、第1軸線R1又は第2軸線R2周りに可動体20を揺動させて振れを補正できる。この振れの補正制御において、可動体20が図11(b)の矢印で示すように揺動してホルダフレーム220の各支持板部224における角部(第1当接部)224a,224bがカバー枠120の突出部122の表面(第1ストッパ部)122aに当接すると、それ以上の揺動が規制される。この支持板部224の角部224a,224bがカバー枠120の突出部122に当接したときの角度θは例えば10°に設定され、その角度範囲に揺動範囲が規制される。
このとき、ホルダフレーム220と一体に重心調整部材230も揺動するが、その外周の傾斜面231とカバー枠120の内周の傾斜面125とは、前述したように接触することがなく、揺動を阻害しない。また、固定体10の磁石41に対向しているホルダフレーム220の凸部226も磁石41との間に所定の間隔があけられており、揺動時に磁石41に接触することがないようになっている。
また、落下衝撃等の際に可動体20が光軸Lと直交する方向に移動したとすると、図12(b)に矢印で示すように移動して、ホルダフレーム220の凸部226が磁石41に当接すると、それ以上の移動が規制される。
この場合、揺動許容範囲を規制するホルダフレーム220の支持板部224の角部(第1当接部)224a,224bとカバー枠120の突出部122との間の光軸方向の離間距離(言い換えれば、第1当接部と固定体との光軸方向の離間距離)H2よりも、光軸方向の移動を規制する重心調整部材230の傾斜面(第2当接部)231とカバー枠120の傾斜面(第2ストッパ部)125との間の光軸方向の距離H1を小さく設定したので、この光軸方向の移動規制機構を有しない場合に比べて、光軸方向の全体寸法を小さくすることができ、振れ補正機能付き光学ユニット101の小型化を図ることができる。
なお、カバー枠120の突出部122の表面122aや傾斜面125にクッションシートを貼付して、可動体20の衝突時の衝撃を吸収する構成としてもよい。
なお、両傾斜面231,125は、円錐面状に形成されているが、可動体20の揺動時の軌跡に沿うように円弧面状に形成してもよく、重心調整部材230の傾斜面(第2当接部)231を凸円弧面とし、カバー枠120の傾斜面(第2ストッパ部)125を凹円弧面として、これら凸円弧面と凹円弧面とが対向するように形成することができる。この場合、両傾斜面(円弧面)の対向面間の離間距離H1をさらに小さくすることができる。
図13及び図14は、本発明の第2実施形態の振れ補正機能付き光学ユニットについて、第1実施形態の図11(a)(b)及び図12(a)と同様の断面図である。なお、この第2実施形態では、第1実施形態と共通する要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
第1実施形態では、第1当接部を、ホルダフレーム220における支持板部224の角部224a,224bにより構成し、第1ストッパ部をカバー枠120の突出部122の表面(Z軸方向の他方側-Zに向く面)122aにより構成したが、この第2実施形態では、第1当接部を第1実施形態と同様の角部224a,224bにより構成し、カバー枠120の内周部に筒状壁127をZ軸方向の他方側-Zに向けて一体に設け、その筒状壁127の外周面127aにより第1ストッパ部を構成している。
なお、この第2実施形態では、重心調整部材230は、縦断面が矩形状に形成されている。
この第2実施形態においても、無励磁時における第2当接部25aと第2ストッパ部127bとの光軸方向(Z軸方向)の離間距離H1は、第1当接部224a,224bとカバー枠120との間の光軸方向(Z軸方向)の離間距離H2よりも小さく設定される。
第1実施形態では、重心調整部材230をホルダフレーム220の筒状のホルダ保持部221の外周に接着等により固定したが、ホルダフレーム220は合成樹脂により形成されるので、図15に示すように、ホルダ保持部221の上端を二点鎖線で示すように高く形成しておき、重心調整部材230を段部221aに載置した後に、ホルダ保持部221の上端部221bを熱変形させながら重心調整部材230の上面に押し付け、この熱変形させた上端部221bと段部221aとの間でかしめるようにして固定してもよい。
例えば、ジンバル機構30では、可動枠310に固定した球体320を接点用ばね330に接触させる構造としたが、必ずしも球体でなくてもよく、棒状部材等の先端面を球状に形成してなる球状先端面を接点用ばねに接触させる構造としてもよい。
さらに、可動体20を固定体10に支持する支持機構として、揺動可能に支持する機構をジンバル機構30により構成したが、ほぼ光軸Lに沿う方向のピボット軸による支持機構としてもよく、その場合、ピボット軸の先端面が球状先端面に形成され、ピボット軸は、その球状先端面を中心に光軸Lと交差する方向に揺動する。
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。この場合、ホルダフレーム220には、コイル保持部に代えて、磁石保持部が設けられる。本発明においては、コイル保持部及び磁石保持部を総合して保持部材と称す。
Claims (5)
- 固定体と、光学素子を有する可動体と、前記固定体に対して前記可動体を揺動可能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を備え、
前記可動体に、最大揺動時に前記固定体の第1ストッパ部に当接する第1当接部と、前記光学素子の光軸方向への移動時に前記固定体の第2ストッパ部に当接する第2当接部とが設けられ、
前記第2ストッパ部と前記第2当接部とは、前記可動体の揺動時に接触しない間隔をあけて離間しているとともに、これらの前記光軸方向に沿う離間距離は、前記第1当接部と前記固定体との間の前記光軸方向に沿う離間距離より小さく設定されており、
前記第2当接部及び前記第2ストッパ部のそれぞれの対向部は、前記可動体の揺動支点を中心とする円弧面に形成され、
前記可動体は、前記光学素子を有する光学モジュールと、該光学モジュールにおける前記光軸方向の被写体側に設けられ、前記可動体の前記光軸方向における重心位置を調整するための重心調整部材とを備えており、前記重心調整部材に前記第2当接部が設けられている
ことを特徴とする振れ補正機能付き光学ユニット。 - 前記第2当接部及び前記第2ストッパ部は、被写体側に向かうにしたがって光軸側に接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項1記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記第2当接部及び前記第2ストッパ部は前記光軸周りの周方向に沿う環状に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
- 前記第2当接部及び前記第2ストッパ部は、前記振れ補正用駆動機構による最大揺動時において、少なくとも一部が前記光軸方向に重なって配置さ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機能付き光学ユニット。
- 前記振れ補正用駆動機構は磁石とコイルとにより構成され、これら磁石とコイルとの一方が前記固定体に設けられ、いずれか他方が前記可動体に設けられ、前記第1当接部は、前記可動体に前記磁石又は前記コイルを保持するための保持部材に設けられることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の振れ補正機能付き光学ユニット。
Priority Applications (4)
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