JP7549499B2

JP7549499B2 - 光学ユニット

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Publication number: JP7549499B2
Application number: JP2020163498A
Authority: JP
Inventors: 努新井; 章吾笠原; 猛須江
Original assignee: Nidec Instruments Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2024-09-11
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: US20220099921A1; US11640041B2; JP2022055837A; CN114355552A; CN114355552B

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、磁石とコイルとを有する駆動機構により固定体に対して反射部を支持する可動体を回転させ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、磁石とコイルとによりベースに対してプリズムやミラーなどの反射部を支持するホルダを回転させるカメラが開示されている。

ＷＯ２０１８／１２２６５０

特許文献１の構成のカメラは、駆動機構を構成する平板状の磁石が、外部から入射する入射光束の入射方向における延長線上にのみ設けられている。光学ユニットは小型化が求められるので、このような構成にすると、磁石を小さく構成しなければならず、駆動効率が低下する。そこで、本発明は、磁石とコイルとを有する駆動機構により固定体に対して反射部を支持する可動体を回転させる光学ユニットにおいて駆動効率を向上することを目的とする。

本発明の光学ユニットは、外部から入射する入射光束を、反射面において、入射方向から撮像素子に向かう反射方向に反射させる反射部と、前記反射部と前記反射部を支持するホルダとを有する可動体と、固定体と、前記固定体に対して前記可動体を前記入射方向及び前記反射方向とともに交差する軸方向を回転軸として回転させる回転支持機構と、磁石とコイルとを有し、前記固定体に対して前記可動体を回転させる駆動機構と、を備え、前記磁石は、前記可動体における前記反射部とは接触しない位置であって前記反射面の裏側に設けられるとともに、前記反射面と平行な平行面を有し、前記コイルは、前記固定体における前記磁石と対向する位置に設けられることを特徴とする。

本態様によれば、磁石は、可動体における反射部とは接触しない位置であって反射面の裏側に設けられるとともに、反射面と平行な平行面を有する。そして、コイルは、固定体における磁石と対向する位置に設けられる。可動体における反射面の裏側に反射面と平行な平行面を有する磁石を設けることで、磁石を大きく構成できる。反射部の反射面は入射面や出射面よりも広いためである。このため、駆動効率を向上することができる。また、可動体における反射部とは接触しない位置に磁石を設けることで、可動体の回転軸の位置と駆動機構である磁石の位置とを近すぎない位置とすることで支点の位置と作用点の位置とを近すぎない位置とすることができ、駆動効率を向上することができる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記磁石は、前記反射面と垂直方向において前記反射面の中央部分の延長線上の領域を含む位置に設けられ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、磁石を特に大きく構成できる。したがって、駆動効率を特に向上することができる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記回転軸は、前記磁石と前記コイルとが対向する領域の中央部分から、前記磁石と前記コイルとが対向する対向方向に、延びる方向の延長線上に位置す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、可動体の固定体に対する回転に伴うコイルに対する磁石の配置が回転軸方向から見て対称となり、駆動効率を特に向上することができる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記固定体は、前記磁石と前記コイルとが対向する対向方向における前記コイルを基準として前記磁石とは反対側に、磁性体を有す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、磁石と磁性体とが引き合う磁気バネを形成でき、固定体の位置に対する可動体の位置の原点調整を自動で行わせることができる。

本発明の光学ユニットにおいては、前記可動体は、前記磁石と前記コイルとが対向する対向方向における前記磁石を基準として前記コイルとは反対側に、磁性体を有す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、対向方向における磁石を基準としてコイルとは反対側に磁石からの磁力が至ることを抑制することができる。

本発明の、磁石とコイルとを有する駆動機構により固定体に対して反射部を支持する可動体を回転させる光学ユニットは、駆動効率を向上させることができる。

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概略側面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの平面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの底面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの内部構成の一部を表す側面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの内部構成の一部を表す正面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの内部構成の一部を表す背面図である。本発明の実施例１に係る光学ユニットの概略側面断面図である。本発明の実施例２に係る光学ユニットの概略側面断面図である。

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。

［実施例１］
最初に、図１から図８を参照して、本発明の光学ユニット１の一実施例としての、実施例１の光学ユニット１Ａについて説明する。

＜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１Ａ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１Ａ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１Ａ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１Ａ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１Ａ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１Ａを概略的に表す側面図である。図２で表されるように、本実施例の光学ユニット１Ａは、反射部としてのプリズム１０を有する可動体としての反射ユニット２００と、撮像素子１０３ａが設けられた基板１０３とレンズ１０２とを有するカメラ１０４と、を有している。反射ユニット２００は、入射面１０ｂにおいてレンズ１０１を介して外部から入射方向Ｄ１に光束を入射し、入射光束をプリズム１０の反射面１０ａで反射させ、出射面１０ｃから撮像素子１０３ａに向かう反射方向Ｄ２に入射光束を出射する。なお、本実施例の反射ユニット２００は、反射部としてプリズム１０を備えているが、反射部の構成はプリズム１０に限定されず、反射部としてミラーを備える構成などとしてもよい。なお、入射方向Ｄ１はＹ軸方向に沿う方向であるが、反射方向Ｄ２は概ねＺ軸方向に沿うもののプリズム１０の変位により変化する。

＜可動体である反射ユニットの構成＞
図３は、本実施例の光学ユニット１Ａの平面図である。また、図４は、本実施例の光学ユニット１Ａの底面図である。また、図５は、本実施例の光学ユニット１Ａにおける反射ユニット２００の周辺部分の内部構成を表す側面図である。また、図６は、本実施例の光学ユニット１Ａにおける反射ユニット２００の周辺部分の内部構成を表す正面図である。そして、図７は、本実施例の光学ユニット１Ａにおける反射ユニット２００の周辺部分の内部構成を表す背面図である。本実施例の光学ユニット１Ａは、固定体３００に対して反射ユニット２００がＸ軸方向を回転軸Ｃ（図８参照）として回転可能な構成となっている。図３から図７で表されるように、反射ユニット２００は、プリズム１０と、プリズム１０を支持するホルダ２０と、を備えている。

ホルダ２０は、プリズム１０とは別体で構成され、プリズム１０を支持する枠体である。したがって、反射ユニット２００は反射部を支持する可動体である。ホルダ２０は、－Ｘ方向側端部及び＋Ｘ方向側端部に球体４１を有する。球体４１は、固定体３００に固定されたバネ部材３０の凹部３４と係合するとともに、凹部３４とともにＸ軸方向の回転軸Ｃを構成している。ホルダ２０がこのような構成をしているとともに、凹部３４と球体４１とを有する回転支持機構５０を備えていることで、反射ユニット２００はプリズム１０を支持した状態で固定体３００に対してＸ軸方向を回転軸Ｃとして回転可能である。

＜固定体＞
固定体３００は、図３で表されるように、２つのバネ部材３０であるバネ部材３０Ａ及びバネ部材３０Ｂを固定部３０１に固定するとともに、バネ部材３０Ａとバネ部材３０Ｂとの間において、バネ部材３０Ａとバネ部材３０ＢとによりＸ軸方向を回転軸Ｃとして反射ユニット２００を回転可能に保持している。そして、反射ユニット２００の－Ｚ方向側において、カメラ１０４を内部に保持している。

図３で表されるように、固定体３００における－Ｙ方向側には、反射ユニット２００の全体が見える配置で開口３１０が設けられ、開放されている。また、図４で表されるように、固定体３００における＋Ｙ方向側には、反射ユニット２００の一部であって反射ユニット２００の＋Ｙ方向側に突出した部分が見える配置で開口３１１が設けられている。このような構成となっていることで、固定体３００に対して反射ユニット２００が回転した場合に、＋Ｙ方向側及び－Ｙ方向側において固定体３００に対して反射ユニット２００が衝突しないようになっている。なお、固定体３００の＋Ｚ方向側には、固定体３００に対して反射ユニット２００の回転可能範囲が狭くならないように窪み３２０（図８参照）が形成されている。

別の表現をすると、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、固定体３００は、反射ユニット２００の回転に伴う移動方向の延長線上に窪み３２０及び開口３１０及び３１１が形成されている。このように、反射ユニット２００の回転に伴う移動方向の延長線上に窪み３２０または開口３１０及び３１１が形成されている構成とすることで、反射ユニット２００の固定体３００に対する可動範囲を特に効果的に広げることができる。

ただし、反射ユニット２００は、固定体３００に対して反射ユニット２００を大きく回転させることで、固定体３００の窪み３２０とは接触可能である。別の表現をすると、窪み３２０は反射ユニット２００の固定体３００に対する回転量を規制する規制部の役割をしている。窪み３２０及び反射ユニット２００の該窪み３２０と接触する部分は共に衝突に強い部分となっており、窪み３２０と該部分とが衝突しても反射ユニット２００及び固定体３００が損傷することはない。

＜回転支持機構＞
回転支持機構５０は、固定体３００に対して反射ユニット２００を入射方向Ｄ１（Ｙ軸方向）及び反射方向Ｄ２（Ｚ軸方向）とともに交差するＸ軸方向を回転軸Ｃとして回転させることが可能な、固定体３００に対する反射ユニット２００の支持機構である。

回転支持機構５０は、ホルダ２０に固定される球体４１と、固定体３００に固定されるバネ部材３０と、を有している。バネ部材３０は、図５から図７で表されるように、球面状に内側が凹んだ凹球面である凹部３４が設けられた内側平板部３２と、バネ部材３０が根元部を基準にＵ字状に曲げられることで内側平板部３２と対向するように向けられた外側平板部３１とを有している。内側平板部３２と外側平板部３１とは、根元部とは反対側において互いに離れる方向に力がかかる板バネ構造になっている。また、バネ部材３０は、根元部の内側平板部３２及び外側平板部３１とは異なる方向から延びる２つの突出部３３が設けられている。２つの突出部３３は互いに対向する位置に設けられるが、根元部とは反対側において互いに離れる方向に力がかかる構造になっている。

バネ部材３０は、根元部側を先頭方向にして固定部３０１に＋Ｙ方向に挿入されることで、該固定部３０１に固定される。ここで、固定部３０１には、バネ部材３０が固定部３０１の奥まで挿入されると、突出部３３が引っ掛かる庇部が形成されている。バネ部材３０及び固定部３０１は、このような形状をしていることにより、固定部３０１の奥までバネ部材３０が挿入されることで該バネ部材３０は該固定部３０１に固定される。

上記のように、内側平板部３２と外側平板部３１とは根元部とは反対側において互いに離れる方向に力がかかる板バネ構造になっているので、凹部３４は球体４１側に押し当てられる。このため、バネ部材３０により、球体４１を介して、反射ユニット２００にはＸ軸方向に沿う方向の予圧がかかる。そして、凹部３４と球体４１との接触点が反射ユニット２００の固定体３００に対する回転軸Ｃとなる。なお、該回転軸Ｃは、Ｘ軸方向に沿う方向に延びるものであり、反射ユニット２００全体の重心を通る配置となっている。

＜駆動機構＞
次に、回転支持機構５０に支持された反射ユニット２００を駆動する駆動機構６０について説明する。駆動機構６０は、磁石２４とコイル２５とを有し、固定体３００に対して反射ユニット２００を回転させる駆動機構である。

図８は、本実施例の光学ユニット１Ａの概略側面断面図である。図８で表されるように、駆動機構６０は、ホルダ２０の背面２２の載置部２２ａに載置された磁石２４と、固定体３００に形成されたコイル２５とを有している。なお、磁石２４は、Ｎ極部分２４ＮとＳ極部分２４Ｓとを有する平板状の磁石であり、平板状の鉄製のヨーク２６に接着された状態で載置部２２ａに載置されて固定されている。

ここで、図８で表されるように、磁石２４は、反射ユニット２００のホルダ２０における反射部（プリズム１０）とは接触しない位置であって反射面１０ａの裏側に設けられている。ここで、「裏側」とは、プリズム１０の光束の移動経路（入射面１０ｂ及び出射面１０ｃがある側）に対して反対側という意味である。そして、「反射部とは接触しない位置」とは、厳密な意味での反射部とは接触しない位置というだけではなく、反射部と一体的に構成されている部分があればその部分とも直接接触しない位置という意味である。また、磁石２４は、反射面１０ａと平行な平行面２４ａを有している。そして、コイル２５は、固定体３００における磁石２４と対向する位置に設けられている。

このように、反射ユニット２００における反射面１０ａの裏側に反射面１０ａと平行な平行面２４ａを有する磁石２４を設ける構成とすることで、大きな磁石２４を配置させることができる。図８でも表されるように、反射面１０ａは入射面１０ｂや出射面１０ｃよりも広いためである。このため、このような構成とすることで、駆動効率を向上することができる。また、反射ユニット２００におけるプリズム１０とは接触しない位置に磁石２４を設けることで、反射ユニット２００の回転軸Ｃの位置と駆動機構６０を構成する磁石２４の位置とを近すぎない位置とすることで支点の位置（図８における回転軸Ｃの位置）と作用点の位置（磁石２４の位置）とを近すぎない位置とすることができ、駆動効率を向上することができる。

ここで、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、磁石２４は、反射面１０ａと垂直方向（図８における破線方向）から見て、反射面１０ａの中央部分（本実施例では図８における回転軸Ｃの位置）とオーバーラップする位置に設けられている。別の表現をすると、磁石２４は、反射面１０ａと垂直方向において反射面１０ａの中央部分の延長線上の領域を含む位置に設けられている。このような構成とすることで、磁石２４を特に大きく構成できる。したがって、このような構成とすることで、駆動効率を特に向上することができる。

また、回転軸Ｃの配置の観点から説明すると、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、回転軸Ｃは、磁石２４とコイル２５とが対向する領域の中央部分Ｍから、磁石２４とコイル２５とが対向する対向方向（図８における破線方向）に、延びる方向の延長線上（別の表現をすると、図８で表されるような回転軸方向から見て磁石２４とコイル２５とが対向する領域の垂直２等分線上）に位置する配置となっている。このような構成とすることで、反射ユニット２００の固定体３００に対する回転に伴うコイル２５に対する磁石２４の配置が図８で表されるように回転軸方向から見て対称（図８における破線を基準に対称）となり、駆動効率を特に向上することができる。

なお、図４、図５及び図７で表されるように、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、固定体３００は、磁石２４とコイル２５とが対向する対向方向におけるコイル２５を基準として磁石２４とは反対側に、磁性体２７を有している。本実施例の光学ユニット１Ａは、このような構成となっていることで、磁石２４と磁性体２７とが引き合う磁気バネを形成しており、固定体３００の位置に対する反射ユニット２００の位置の原点調整を自動で行わせることができる。

また、図８で表されるように、本実施例の光学ユニット１Ａにおいては、反射ユニット２００は、磁石２４とコイル２５とが対向する対向方向における磁石２４を基準としてコイル２５とは反対側に、磁性体であるヨーク２６を有する構成となっている。ここで、固定体３００における反射ユニット２００よりもカメラ１０４がある側（－Ｚ方向側）、すなわち、磁石２４とコイル２５とが対向する対向方向における磁石２４を基準としてコイル２５とは反対側には、磁力の影響を受けやすい構成材料が配置される場合がある。しかしながら、本実施例の光学ユニット１Ａは、このような配置でヨーク２６を有する構成となっていることで、該対向方向における磁石２４を基準としてコイル２５とは反対側に磁石２４からの磁力が至ることを抑制することができる。

また、コイル２５はフレキシブル配線基板５１に接続されている。ここで、図５で表されるように、フレキシブル配線基板５１に弛み５１ａを形成することで、コイル２５を固定体３００に取り付ける際の作業性が向上する。

［実施例２］
次に、実施例２の光学ユニット１について図９を用いて説明する。ここで、図９は本実施例の光学ユニット１Ｂの概略側面断面図であり、実施例１の光学ユニット１Ａにおける図８に対応する図である。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１Ｂは、下記に説明する部分の構成以外は、実施例１の光学ユニット１Ａと同様の構成である。このため、下記で説明する部分以外においては、実施例１の光学ユニット１Ａと同様の技術的特徴を有する。

図８で表されるように、実施例１の光学ユニット１Ａは、反射面１０ａと平行な平行面２４ａを有する磁石２４として、反射面１０ａと平行に平行面２４ａが配置される平板状の磁石２４Ａを備えていた。一方、本実施例の光学ユニット１Ｂは、反射面１０ａと平行な平行面２４ａを有する磁石２４として、平板状ではなく、反射面１０ａと平行に平行面２４ａを有するが、＋Ｙ方向と＋Ｚ方向との各々にＮ極部分２４ＮとＳ極部分２４Ｓとを有する面を備える側面視で略三角形の磁石２４Ｂを備えている。そして、＋Ｙ方向の面と＋Ｚ方向の面との両方に対応して磁石２４Ｂと対向する位置にコイル２５を備えている。このように、反射面１０ａと平行な平行面２４ａを有する磁石２４であれば、その形状に特に限定はない。

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、１Ａ…光学ユニット、１Ｂ…光学ユニット、１０…プリズム（反射部）、１０ａ…反射面、１０ｂ…入射面、１０ｃ…出射面、２０…ホルダ、２１…側面、２１ａ…溝、２１ｂ…取り付け部、２２…背面、２２ａ…載置部、２４…磁石、２４Ａ…磁石、２４Ｂ…磁石、２４Ｎ…Ｎ極部分、２４Ｓ…Ｓ極部分、２４ａ…平行面、２５…コイル、２６…ヨーク（磁性体）、２７…磁性体、３０…バネ部材、３０Ａ…バネ部材、３０Ｂ…バネ部材、３１…外側平板部、３２…内側平板部、３３…突出部、３４…凹部、４１…球体、５０…回転支持機構、５１…フレキシブル配線基板、５１ａ…弛み、６０…駆動機構、１００…スマートフォン、１０１…レンズ、１０２…レンズ、１０３…基板、１０３ａ…撮像素子、１０４…カメラ、２００…反射ユニット（可動体）、３００…固定体、３０１…固定部、３０５…庇部（引っ掛け部）、３１０…開口、３１１…開口、３２０…窪み、Ｃ…回転軸、Ｄ１…入射方向、Ｄ２…反射方向、Ｍ…中央部分

Claims

外部から入射する入射光束を、反射面において、入射方向から撮像素子に向かう反射方向に反射させる反射部と、
前記反射部と前記反射部を支持するホルダとを有する可動体と、
固定体と、
前記固定体に対して前記可動体を前記入射方向及び前記反射方向とともに交差する軸方向を回転軸として回転させる回転支持機構と、
磁石とコイルとを有し、前記固定体に対して前記可動体を回転させる駆動機構と、を備え、
前記磁石は、前記ホルダにおける前記反射部とは接触しない位置であって前記反射面の裏側に設けられるとともに、前記反射面と平行な平行面を有し、前記反射部に対して前記入射方向に沿う方向の延長線上にＮ極部分とＳ極部分とを有する第１面を備えるとともに、前記反射部に対して前記反射方向に沿う方向の延長線上にＮ極部分とＳ極部分とを有する第２面を備え、
前記コイルは、前記固定体における前記第１面と対向する位置と、前記固定体における前記第２面と対向する位置と、に設けられ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、
前記磁石は、前記反射面と垂直方向において前記反射面の中央部分の延長線上の領域を含む位置に設けられ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、
前記固定体は、前記磁石と前記コイルとが対向する対向方向における前記コイルを基準として前記磁石とは反対側に、磁性体を有す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、
前記可動体は、前記磁石と前記コイルとが対向する対向方向における前記磁石を基準として前記コイルとは反対側に、磁性体を有することを特徴とする光学ユニット。