JP2005077826A - カメラユニット - Google Patents

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亨 口丸
Yoshihiro Tasaka
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Abstract

【課題】 センサによる検出位置の誤差にも拘わらずレンズユニットを高精度に所定のリセット位置に移動させることのできるカメラユニットを得る。
【解決手段】 CCDと、保持枠にてレンズを保持するレンズユニットと、該レンズユニットを光軸に沿って移動させてフォーカス調整を行うステッピングモータを備えた駆動部と、レンズユニットが光軸上の所定位置に位置したことを検出するセンサと、駆動部を制御する制御部とからなるカメラユニット。駆動部はレンズユニットを光軸上でガイドする傾斜面25aと垂直面25bとからなるエンドレスのカム面を有するカムギヤを備えている。レンズユニットが垂直面25bを落下する際にセンサにて検出される第1基準位置Aからカムギヤを所定角度回転させ、レンズユニットを所定のリセット位置Bに移動させる。
【選択図】 図5

Description

本発明は、カメラユニット、特に、小型のデジタル式カメラユニットに関する。
近年、デジタルカメラは小型化及び高画素化が急速に進展しており、特に、携帯電話に組み込まれるカメラユニットにおいては、これまでにない小型化と2メガ(200万画素)程度の高画素化が達成されている。
そして、この種のカメラユニットにあっては、レンズユニットをズーミングやフォーカシングのために光軸に沿って前後に移動させるのに、特許文献1,2に記載のようにカム機構を採用している。レンズユニットの光軸上の位置はセンサ(フォトインターラプタあるいはフォトリフレクタ)によって検出され、この検出位置を基準として、例えば、所定のリセット位置へ移動させている。
しかしながら、センサはその検出位置にばらつきが不可避であり、フォトインターラプタにあっては経時的に検出位置がばらつき、フォトリフレクタにあっては環境温度の変化に伴って検出位置がばらつく。
即ち、図13に示すように、センサの検出による基準位置Cに対してレンズユニットをリセット位置Bに移動させる場合、モータを回転角Fだけ駆動する。しかし、センサの検出位置にEの範囲で誤差を生じると、予め決められた回転角Fでモータを駆動すると、リセット位置BもEの範囲で誤差を生じることになる。
特開平5−346531号公報 特開平6−148496号公報
そこで、本発明の目的は、センサによる検出位置の誤差にも拘わらずレンズユニットを高精度に所定位置に移動させることのできるカメラユニットを提供することにある。
以上の目的を達成するため、本発明に係るカメラユニットは、
(a)イメージを受光して電気信号に変換する光電変換部と、
(b)少なくとも一つのレンズと該レンズを保持する保持枠とからなり、前記光電変換部にイメージを投影するレンズユニットと、
(c)前記レンズユニットを光軸に沿って移動させて変倍駆動又はフォーカス調整を行う駆動部と、
(d)前記保持枠が光軸上の基準位置に位置したことを検出するセンサと、
(e)所望のフォーカス状態になるように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
(f)前記駆動部は、保持枠に設けた当接部をガイドする傾斜面と垂直面とからなるエンドレスのカム面を有する回転カム部材と、該回転カム部材を回転させるステッピングモータと、を備え、
(g)前記制御部は、保持枠の当接部が前記垂直面を移動中に保持枠が前記センサにて検出された第1基準位置から前記回転カムを所定角度回転させ、レンズユニットを所定位置に移動させること、
を特徴とする。
以上の構成からなるカメラユニットにおいて、第1基準位置はほぼ絶対的な位置としてセンサに検出され、この第1基準位置に基づいてレンズユニットを所定位置に移動させるため、レンズユニットをセンサの検出誤差に拘わりなく高精度に所定位置に移動させることができる。
本発明に係るカメラユニットにおいて、前記垂直面とは光軸と直行する面に対して厳密に90°の垂直面を必ずしも意味するものではなく、前記第1基準位置を本発明の目的を達成するのに必要なレベルで検出できる傾きを有している場合をも含む。
本発明に係るカメラユニットにおいて、前記回転カムは外周面に形成したギヤを有し、前記カム面は垂直面の下部と上部とが傾斜面によって連続しているものを使用すれば、駆動部をコンパクトに構成することができる。
センサとしては、光センサ、磁気センサ又は電気的センサのいずれかを使用することができる。但し、この種のセンサに限定するものではない。最も好ましいのは、光センサであるフォトインターラプタ又はフォトリフレクタである。
また、前記制御部は、第1の制御形態として、レンズユニットが第1基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Yを記憶する調整モードを備えていてもよい。この場合、制御部は、ステッピングモータをパルス数Yだけ駆動してレンズユニットを第1基準位置から所定位置に移動させる撮影モードを備えている。さらに、この制御部は、パルス数Yを、保持枠の当接部が垂直面を移動するときに回転カム部材が回転する角度に応じて補正すれば、レンズユニットをより正確に所定位置に移動させることができる。
あるいは、前記制御部は、第2の制御形態として、レンズユニットが第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Xを記憶し、さらに、レンズユニットが第2基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Zを記憶する調整モードを備えていてもよい。
この場合、制御部は、レンズユニットが第1基準位置から保持枠の当接部が傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数X’を記憶すると共にずれ量(ΔX=X’−X)を算出し、さらに、ステッピングモータをパルス数(Z+ΔX)だけ駆動してレンズユニットを前記所定位置に移動させる撮影モードを備えている。
あるいは、前記制御部は、第3の制御形態として、レンズユニットが第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Xを記憶し、さらに、レンズユニットが第2基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Zを記憶すると共に、レンズユニットが第1基準位置から所定位置まで移動するのに必要なパルス数(Y=X−Z)を算出して記憶する調整モードを備えていてもよい。
この場合、制御部は、レンズユニットが第1基準位置から保持枠の当接部が傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数X’を記憶し、さらに、ステッピングモータをパルス数(X’−Y)だけ駆動してレンズユニットを前記所定位置に移動させる撮影モードを備えている。
さらに、前記制御部は、前記パルス数X,X’,Yを、保持枠の当接部が垂直面を移動するときに回転カム部材が回転する角度に応じて補正すれば、レンズユニットをより正確に所定位置に移動させることができる。
以下、本発明に係るカメラユニットの実施形態について添付図面を参照して説明する。
(カメラユニットの構成、図1〜図4参照)
図1、図2に本発明に係るカメラユニットの一実施例を示す。このカメラユニット1は、光電変換素子としてCCD2を備えた、携帯電話のデジタルカメラユニットとして構成したもので、概略、レンズユニット10と、該レンズユニット10を光軸Pに沿って移動させてCCD2上でのフォーカス調整を行う駆動部20と、レンズユニット10を光軸P上で移動自在に保持するハウジング30とで構成されている。
ハウジング30は、正面側セグメント30aと背面側セグメント30bとに分割して構成されている。なお、図1はカメラユニット1の正面図であるが、正面側セグメント30aを省略して図示している。
また、CCD2の機能及びそれを用いたカメラユニット1による撮像機能は周知であり、その説明は省略する。
レンズユニット10は、レンズ11,12と、該レンズ11,12を保持する保持枠15とからなり、CCD2にイメージを投影する。保持枠15には以下に説明するカムギヤ23のカム面25に当接する当接部16及びセンサ29をHI及びLOWに切り換える遮光板17が突設されている。センサ29は本実施例ではフォトリフレクタが使用され、ハウジング30に取り付けられている。
駆動部20は、ステッピングモータ21と、該ステッピングモータ21の出力ギヤ22から回転力を伝達されるカムギヤ23とで構成されている。カムギヤ23はハウジング30によって回転自在に保持されている。
このカムギヤ23は、図3に示すように、ギヤ部24とカム面25とからなり、カム面25は、前記保持枠15の当接部16をガイドする傾斜面25aと垂直面25bとでエンドレスに形成されている。垂直面25bは光軸Pと平行に延在しており、カムギヤ23が矢印R方向に回転することにより保持枠15の当接部16がこの垂直面25bに沿って矢印p方向に移動する(落ち込む)。傾斜面25aはカムギヤ23の1回転で垂直面25bの下部から上部に到るように形成されている。
このカム面25の展開形状は図5、図8及び図12に示すとおりであり、当接部16はカムギヤ23の1回転でカム面25を1周することになる。また、保持枠15は当接部16が常時カム面25に当接するように図示しないコイルばね等で矢印p方向に弾性的に付勢されている。
(制御部の構成、図4参照)
制御部40は、図4に示すように、CPU41を中心として構成されている。CPU41は以下に説明する制御手順を格納したROM42及び書込み/読出し可能なRAM43を備え、前記ステッピングモータ21へ駆動信号を出力すると共にエンコーダからのパルス数が入力され、また、前記センサ29からの検出信号(HI、LOW)が入力される。
ところで、以上の構成からなるカメラユニット1において、従来の制御方法では、図13に示したように、遮光板17によってセンサ29の光路を遮光/開放する際の検出信号に基づいて基準位置Cを検出し、ステッピングモータ21を回転角Fに相当するパルス数で駆動してレンズユニット10を予め定められたリセット位置Bに移動させていた。しかし、この制御方法では、センサ29の誤差Eに起因してリセット位置Bが変動することになる。
そこで、このカメラユニット1では以下に説明する制御例1又は制御例2によって、レンズユニット10を高精度でリセット位置Bに移動させるようにしている。
(制御例1、図5〜図7参照)
ここで、制御例1について、図5のタイミングチャート及び図6、図7のフローチャートを参照して説明する。
制御例1では、カメラユニット1の出荷時において図6に示す手順の調整を行う。まず、カムギヤ23を回転させて当接部16が垂直面25bを落下する際に遮光板17がセンサ29の光路を開放すると、第1基準信号(L−H)を発生する(ステップS1)。この第1基準信号が発生されたタイミングを第1基準位置Aとする。
次に、ステッピングモータ21を駆動してカメラユニット1に内蔵されているオートフォーカス機構にてレンズユニット10を予め決められているリセット位置Bに移動させる(ステップS2)。そして、レンズユニット10が第1基準位置Aからリセット位置Bに移動するまでのモータ駆動パルス数YをRAM43に記憶する(ステップS3)。
前記カメラユニット1を組み込んだ携帯電話がユーザーの手に渡ると、撮影時には図7に示す手順で制御が行われる。まず、電源がオンされるかカメラモードが起動されると(ステップS11)、ステッピングモータ21を駆動してレンズユニット10を移動させ(ステップS12)、前記ステップS1と同様に第1基準信号を検出する(ステップS13)。
次に、ステッピングモータ21をパルス数Yだけ駆動してレンズユニット10を第1基準位置Aからリセット位置Bに移動させる。これにて、センサ29がその検出位置に誤差Eを生じていても、レンズユニット10は誤差Eに影響されずにリセット位置Bに移動することになる。
なお、リセット位置Bとは、カメラユニット1の仕様によって異なるが、例えば、焦点無限位置であったり、マクロ位置であったり、1.5〜2mの焦点位置である。一旦リセット位置Bに設定されたレンズユニット10は、撮影時に、オートフォーカス機構によってカムギヤ23を回転させることで傾斜面25aの範囲で移動する。
(制御例2、図8〜図11参照)
次に、制御例2について、図8のタイミングチャート及び図9〜図11のフローチャートを参照して説明する。
制御例2では、カメラユニット1の出荷時において図9に示す手順の調整を行う。まず、カムギヤ23を回転させて当接部16が垂直面25bを落下する際に遮光板17がセンサ29の光路を開放すると、第1基準信号(L−H)を発生する(ステップS21)。この第1基準信号が発生されたタイミングを第1基準位置Aとする。
さらに、カムギヤ23を回転させて当接部16が傾斜面25aを移動する際に遮光板17がセンサ29の光路を遮蔽すると、第2基準信号(H−L)を発生する(ステップS22)。この第2基準信号が発生されたタイミングを第2基準位置Cとする。そして、レンズユニット10が第1基準位置Aから第2基準位置Cに移動するまでのモータ駆動パルス数XをRAM43に記憶する(ステップS23)。
次に、ステッピングモータ21を駆動してカメラユニット1に内蔵されているオートフォーカス機構にてレンズユニット10を予め決められているリセット位置Bに移動させる(ステップS24)。そして、レンズユニット10が第2基準位置Cからリセット位置Bに移動するまでのモータ駆動パルス数ZをRAM43に記憶する(ステップS25)。同時に、レンズユニット10が第1基準位置Aからリセット位置Bに移動するのに必要なモータ駆動パルス数(Y=X−Z)を算出してRAM43に記憶する(ステップS26)。
前記カメラユニット1を組み込んだ携帯電話がユーザーの手に渡ると、撮影時には図10及び図11に示す手順で制御が行われる。まず、電源がオンされるかカメラモードが起動されると(ステップS31)、ステッピングモータ21を駆動してレンズユニット10を移動させ(ステップS32)、前記ステップS21と同様に第1基準信号を検出する(ステップS33)。
次に、ステッピングモータ21を駆動してレンズユニット10を移動させ(ステップS34)、前記ステップS22と同様に第2基準信号(H−L)を検出し、レンズユニット10が第1基準位置Aから第2基準位置Cに移動するまでのモータ駆動パルス数X’をRAM43に記憶する(ステップS35)。
ここで、前記出荷調整時と環境温度が異なっていたりして、センサ29に検出誤差が発生していると、例えば、第2基準位置C’として検出すると想定すると、パルス数X’は(X+ΔX)になる。検出誤差がなければ、パルス数X’はXに等しく、ΔX=0である。そして、ずれ量(ΔX=X’−X)を算出してRAM43に記憶する(ステップS36)。
次に、ステッピングモータ21をパルス数(Z+ΔX)又は(X’−Y)だけ駆動してレンズユニット10を第2基準位置Cからリセット位置Bに移動させる。これにて、センサ29がその検出位置に誤差Eを生じていても、レンズユニット10は誤差Eに影響されずにリセット位置Bに移動することになる。
ここで、リセット位置Bとは、前記制御例1と同様に、カメラユニット1の仕様によって異なるが、例えば、焦点無限位置であったり、マクロ位置であったり、1.5〜2mの焦点位置である。一旦リセット位置Bに設定されたレンズユニット10は、撮影時に、オートフォーカス機構によってカムギヤ23を回転させることで傾斜面25aの範囲で移動する。
オートフォーカス機構によってレンズユニット10を好ましいフォーカス位置に移動させて撮影を続行した後、レンズユニット10をリセット位置Bへ復帰させる場合、前記制御例1にあっては、センサ29の検出誤差を考慮すると、図7に示した撮影時のステップS12〜S14を実行することになる。しかし、レンズユニット10を垂直面25bに沿って落下させる動作は極力避けることが好ましい。
そこで、この制御例2では、リセット位置Bへの復帰処理として図11に示す手順の制御を行う。即ち、リセット位置Bへの復帰が指示されると、ステッピングモータ21を駆動してレンズユニット10を移動させ(ステップS41)、前記ステップS22,S35と同様に第2基準信号を検出する(ステップS42)。
この復帰処理が開始される際、レンズユニット10は既にオートフォーカス処理で光軸P上の往復移動を何回も繰り返している。その移動はステッピングモータ21のパルス信号として累積されており、ステップS41を処理する際、レンズユニット10の現在位置をパルス信号の累積結果から推定し、レンズユニット10がセンサ29によって検出される方向にカムギヤ23を回転させる。従って、ステップS42で検出される第2基準信号は(H−L)又は(L−H)のいずれかである。
次に、ステッピングモータ21をパルス数(Z+ΔX)又は(X’−Y)だけ駆動してレンズユニット10を第2基準位置Cからリセット位置Bに移動させる。これにて、レンズユニット10を垂直面25bに沿って落下させる動作を伴うことなく、リセット位置Bへ復帰させることができる。勿論、センサ29がその検出位置に誤差Eを生じていても、レンズユニット10は誤差Eに影響されずにリセット位置Bに移動することになる。
(第1基準位置の補正、図12参照)
ところで、前記制御例1,2において、第1基準位置Aは垂直面25bと等価位置に設定した。しかし、実際上は、図12に示すように、当接部16が垂直面25bを落下した時点でカム面25は若干回転しているため、落下位置を第1基準位置A’として採用することがより正確な制御を達成するうえで好ましい。
位置A−A’間のモータ駆動パルス数γは実験的に得ることができる。従って、前述したパルス数Y,X,X’に関しては、それぞれ(Y−γ),(X−γ),(X’−γ)に置き換えて必要な演算をすればよい。
(他の実施例)
なお、本発明に係るカメラユニットは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、保持枠15の構成や形状、特に、当接部16及び遮光板17の形状は任意である。また、駆動部20の構成、特に、カム面25の形状も任意である。さらに、レンズユニットを光軸上で移動させる目的はフォーカシングの他に、ズーミング(変倍駆動)のためであってもよい。
また、レンズユニットの基準位置を検出するためのセンサとしては、実施例で示したフォトリフレクタ以外にもフォトインターラプタなどの光センサであってもよい。さらに、ホール素子や電磁誘導による磁気センサであったり、アクチュエータによってオン、オフされる電気接点を有する電気的センサであってもよい。さらには、静電容量によるセンサ、音センサを用いることも可能である。
本発明の一実施例であるカメラユニットを示す正面図であり、正面側のハウジングは省略されている。 前記カメラユニットの断面図である。 前記カメラユニットに組み込まれているカムギヤを示す斜視図である。 前記カメラユニットの制御部を示すブロック図である。 前記カメラユニットの制御例1を示すチャート図である。 制御例1での出荷調整時の制御手順を示すフローチャート図である。 制御例1での撮影時の制御手順を示すフローチャート図である。 前記カメラユニットの制御例2を示すチャート図である。 制御例2での出荷調整時の制御手順を示すフローチャート図である。 制御例2での撮影時の制御手順を示すフローチャート図である。 制御例2でのリセット位置復帰時の制御手順を示すフローチャート図である。 第1基準位置の補正を示すチャート図である。 従来のカメラユニットにおける制御例を示すチャート図である。
符号の説明
1…カメラユニット
2…CCD(光電変換素子)
10…レンズユニット
11,12…レンズ
15…保持枠
16…当接部
17…遮光板
20…駆動部
21…ステッピングモータ
23…カムギヤ
25…カム面
25a…傾斜面
25b…垂直面
29…センサ
40…制御部
A…第1基準位置
B…リセット位置
C…第2基準位置

Claims (11)

  1. イメージを受光して電気信号に変換する光電変換部と、
    少なくとも一つのレンズと該レンズを保持する保持枠とからなり、前記光電変換部にイメージを投影するレンズユニットと、
    前記レンズユニットを光軸に沿って移動させて変倍駆動又はフォーカス調整を行う駆動部と、
    前記保持枠が光軸上の基準位置に位置したことを検出するセンサと、
    所望のフォーカス状態になるように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記駆動部は、保持枠に設けた当接部をガイドする傾斜面と垂直面とからなるエンドレスのカム面を有する回転カム部材と、該回転カム部材を回転させるステッピングモータと、を備え、
    前記制御部は、保持枠の当接部が前記垂直面を移動中に保持枠が前記センサにて検出された第1基準位置から前記回転カムを所定角度回転させ、レンズユニットを所定位置に移動させること、
    を特徴とするカメラユニット。
  2. 前記回転カムは外周面に形成したギヤを有し、前記カム面は垂直面の下部と上部とが傾斜面によって連続していることを特徴とする請求項1に記載のカメラユニット。
  3. 前記センサは、光センサ、磁気センサ又は電気的センサのいずれかであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカメラユニット。
  4. 前記制御部は、レンズユニットが前記第1基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Yを記憶する調整モードを備えていることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載のカメラユニット。
  5. 前記制御部は、前記ステッピングモータをパルス数Yだけ駆動してレンズユニットを前記第1基準位置から前記所定位置に移動させる撮影時モードを備えていることを特徴とする請求項4に記載のカメラユニット。
  6. 前記制御部は、前記パルス数Yを、保持枠の当接部が前記垂直面を移動するときに前記回転カム部材が回転する距離に応じて補正することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のカメラユニット。
  7. 前記制御部は、レンズユニットが前記第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Xを記憶し、さらに、前記レンズユニットが前記第2基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Zを記憶する調整モードを備えていることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載のカメラユニット。
  8. 前記制御部は、レンズユニットが前記第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数X’を記憶すると共にずれ量(ΔX=X’−X)を算出し、さらに、前記ステッピングモータをパルス数(Z+ΔX)だけ駆動してレンズユニットを前記所定位置に移動させる撮影モードを備えていることを特徴とする請求項7に記載のカメラユニット。
  9. 前記制御部は、レンズユニットが前記第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Xを記憶し、さらに、前記レンズユニットが前記第2基準位置から前記所定位置に移動するまでのモータ駆動パルス数Zを記憶すると共に、レンズユニットが第1基準位置から所定位置まで移動するのに必要なパルス数(Y=X−Z)を算出して記憶する調整モードを備えていることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載のカメラユニット。
  10. 前記制御部は、レンズユニットが前記第1基準位置から保持枠の当接部が前記傾斜面を移動中に前記センサにて検出される第2基準位置に移動するまでのモータ駆動パルス数X’を記憶し、さらに、前記ステッピングモータをパルス数(X’−Y)だけ駆動してレンズユニットを前記所定位置に移動させる撮影モードを備えていることを特徴とする請求項9に記載のカメラユニット。
  11. 前記制御部は、前記パルス数X,X’,Yを、保持枠の当接部が前記垂直面を移動するときに前記回転カム部材が回転する距離に応じて補正することを特徴とする請求項7、請求項8、請求項9又は請求項10に記載のカメラユニット。
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