(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-03
(45)【発行日】2024-09-11
(54)【発明の名称】光学ユニット
(51)【国際特許分類】
G02B 7/04 20210101AFI20240904BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20240904BHJP
G03B 5/00 20210101ALI20240904BHJP
G03B 5/04 20210101ALI20240904BHJP
G03B 17/17 20210101ALI20240904BHJP
G03B 30/00 20210101ALI20240904BHJP
H04N 23/50 20230101ALI20240904BHJP
H04N 23/54 20230101ALI20240904BHJP
H04N 23/55 20230101ALI20240904BHJP
H04N 23/58 20230101ALI20240904BHJP
【FI】
G02B7/04 E
G02B7/02 C
G02B7/02 Z
G03B5/00 C
G03B5/00 J
G03B5/04
G03B17/17
G03B30/00
H04N23/50
H04N23/54
H04N23/55
H04N23/58
(21)【出願番号】P 2020163498
(22)【出願日】2020-09-29
【審査請求日】2023-08-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000002233
【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095452
【氏名又は名称】石井 博樹
(72)【発明者】
【氏名】新井 努
(72)【発明者】
【氏名】笠原 章吾
(72)【発明者】
【氏名】須江 猛
【審査官】登丸 久寿
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2018/0024329(US,A1)
【文献】特開2019-095627(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 7/04
G02B 7/02
G03B 5/00
G03B 5/04
G03B 17/17
G03B 30/00
H04N 23/50
H04N 23/54
H04N 23/55
H04N 23/58
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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2】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】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。
【
図2】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。
【
図3】本発明の実施例1に係る光学ユニットの平面図である。
【
図4】本発明の実施例1に係る光学ユニットの底面図である。
【
図5】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。
【
図6】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。
【
図7】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。
【
図8】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。
【
図9】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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
[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。
【0015】
<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。
【0016】
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。
【0017】
<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。
【0018】
<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。
【0019】
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。
【0020】
<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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
<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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
<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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
[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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【符号の説明】
【0040】
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