JP2007286320A - 光学装置及びレンズ偏心調整装置 - Google Patents

光学装置及びレンズ偏心調整装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型で、かつ所望の調整量を得ることができる光学装置及びレンズ偏心調整装置を提供すること
【解決手段】鏡筒400と、レンズ200を保持するレンズ枠300と、所定のエネルギーが印加されることにより形状が変位するアクチュエータ501、502、503と、アクチュエータ501等に所定のエネルギーを印加する駆動手段601とを有する光学装置100であって、アクチュエータ501等の一方の端部は鏡筒400に取り付けられ、他方の端部はレンズ枠300の周面に取り付けられ、さらにアクチュエータ501等は、所定の変異量を得るためにレンズ枠300の周方向に沿って延在して設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光学素子の光軸の調整を行う光学装置及びレンズ偏心調整装置に関するものである。
従来、光学レンズの組み立て工程では、1枚または複数枚のレンズを正確に配置し、これら光学レンズの光軸を一致させる必要がある。この光軸調整作業には、高度な熟練が必要とされ、作業を自動化する様々な試みもなされている。
このような、光軸調整作業を自動化する手法として、例えば、特許文献1には、レンズの偏心を測定する偏心測定器と、偏心測定器の出力からレンズの駆動量を計算する演算制御装置と、レンズの姿勢を変えるため、レンズの半径方向の軸を中心に回動自在に設けられたアームと、アームを駆動するアクチュエータとからなる構成が提案されている。
また、レンズの位置や角度を調整する手法として、例えば、特許文献2には、導体からなる固定子と、誘電体からなる可動子を設け、電圧印加手段により固定子と可動子との間に電圧を印加する事で被駆動部材を駆動する構成が提案されている。
特開平6−94955号公報 特開平9−9649号公報
しかしながら、特許文献1に提案されている構成では、調整装置が大型化してしまい小型のレンズに対しては不向きであった。また、調整できるレンズは、1番前面に位置するレンズ、換言すると外界側に最も近いレンズ1枚のみであった。さらに、アームとレンズの正確な位置合わせが必要になる。このため、操作が煩雑になってしまう等の不具合が生じていた。
また、特許文献2の構成では、十分な調整量を得る為には、アクチュエータ自体の長さを径方向に長くする必要があった。しかしながら、限られたレンズ鏡筒範囲内でレンズの調整を行う際に、アクチュエータの長さを確保できず、所望の調整量が得られない等の不具合が生じていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で、かつ所望の調整量を得ることができる光学装置及びレンズ偏心調整装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、鏡筒と、レンズを保持するレンズ枠と、所定のエネルギーが印加されることにより形状が変位するアクチュエータと、アクチュエータに所定のエネルギーを印加する駆動手段とを有する光学装置であって、アクチュエータの一方の端部は鏡筒に取り付けられ、他方の端部はレンズ枠の周面に取り付けられ、さらにアクチュエータは、所定の変異量を得るためにレンズ枠の周方向に沿って延在して設けられていることを特徴とする光学装置を提供できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、駆動手段は、アクチュエータを鏡筒に取り付けられた一方の端部に対して、レンズ枠の周面に取り付けられた他方の端部をレンズの略光軸方向に変位させることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、駆動手段は、アクチュエータを鏡筒に取り付けられた一方の端部に対して、レンズ枠の周面に取り付けられた他方の端部をレンズの光軸に直交する面方向に変位させることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、アクチュエータは、高分子材料からなる複数の高分子アクチュエータであり、駆動手段は、複数のアクチュエータをそれぞれ独立に変位させることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、駆動手段によりアクチュエータを変位させ、レンズ枠を所定位置に移動した後にレンズの位置を固定する固定手段を備えていることが望ましい。
また、本発明によれば、上述の光学装置の光軸を調整するレンズ偏心調整装置であって、レンズの偏心を測定する偏心測定手段と、偏心測定手段から得られる出力値に応じてレンズの移動量を計算する演算手段とを有し、演算手段から得られる出力値に応じて駆動手段によりアクチュエータを変位させることを特徴とするレンズ偏心調整装置を提供できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、上述の光学装置の光軸を調整する調整装置であって、レンズの偏心を所定値にするためのアクチュエータの変位量である光軸位置情報を格納した記憶手段を更に有し、駆動手段は、記憶手段に格納された光軸位置情報に応じてアクチュエータを変位させることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、アクチュエータは、レンズ枠と鏡筒との空間内に所定の変異量が得られように折り返して配置されていることが望ましい。
本発明に係る光学装置及びレンズ偏心調整装置は、光軸調整を自動で行う機能を有し、充分な調整量を確保しながら、その装置をレンズ鏡筒内に収納できる大きさに小型化できるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る光学装置及びレンズ偏心調整装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の実施例1に係る光学装置の正面図である。図2は、図1のA−Aにおける断面図である。図3は、図1におけるアクチュエータ部の拡大図である。
図1及び図2に示すように、光学装置100は、レンズ200と、レンズ200を保持するレンズ枠300と、鏡筒400と、一端を鏡筒400に接合すると共に他端をレンズ枠300に接合する事で、レンズ枠300を鏡筒400に対し支持するアクチュエータ501、502、503とで構成される。
また、図3に示すように、レンズ200の光軸をC、アクチュエータ501と鏡筒400との接合部をD、アクチュエータ501とレンズ枠300との接合部をEとそれぞれ定義する。このとき、CとDを結ぶ線をA−A、EとDを結ぶ線をB−Bとする。アクチュエータ501は、直線A−Aと直線B−Bとが交差する関係となるように配置されている。
換言すると、アクチュエータ501の一方の端部は鏡筒400に取り付けられ、他方の端部はレンズ枠300の周面に取り付けられ、さらにアクチュエータ501は、所定の変異量を得るためにレンズ枠300の周方向に沿って延在して設けられている。このように、従来は、アームあるいはアクチュエータを径方向へ設置していた構成に対し、本実施例では周方向に設けて長さを確保する構成である。
アクチュエータ501は、レンズ枠300と鏡筒400との間隙内にレンズ枠300の外周方向に沿って配置されている。なお、これらの関係は他のアクチュエータ502、503においても同様である。
次に、実施例1に係る光学装置の動作について説明する。図4は、実施例1の光学装置100における駆動手段601の接続を模式的に表している。図5は、実施例1の光学装置100の駆動状態を示している。
図4に示すように、各々のアクチュエータ501、502、503には、駆動手段601が接続される。駆動手段601からの出力信号によりアクチュエータ501、502、503は駆動される。
駆動手段601は、アクチュエータ501、502、503に対して、所定の変形をするためのエネルギーを印加する。また、アクチュエータ501、502、503は、所定のエネルギー、例えば電圧等によって変形駆動される。
駆動方法として、全てのアクチュエータ501、502、503に対し同一の信号を与えて、同一の動きをさせる方法と、各々のアクチュエータ501、502、503に対しそれぞれ異なる信号を与えて、異なる動きをさせる方法とがある。これらは、最終的な使用用途により選択される。
次にアクチュエータの駆動形態について説明する。図4に示すアクチュエータ501、502、503は、外部からの信号により、紙面奥側から手前側にかけて撓むように変形する。具体的には、駆動手段601からの電圧信号により、アクチュエータ501、502、503は、鏡筒400との接合部を基準として、レンズ枠300との接合部が紙面奥側から手前側にかけて変位する。また、この変位量は、駆動手段601からの出力信号により制御する事ができる。
この様な所定のエネルギーが印加されることで変形するアクチュエータとして、熱膨張係数の異なる2つ以上の素材からなる熱バイモルフ型のアクチュエータや、圧電体を用いたバイモルフ型のアクチュエータ、高分子材料からなる高分子アクチュエータ、静電力によって変形する静電型のアクチュエータ等が挙げられる。
例えば、駆動手段601から同一の信号を出力するとき、アクチュエータ501、502、503は、図5の(a)に示すように、同一な形状に変形する。この動作では、レンズ200及びレンズ枠300を光軸に対して平行に移動させる事ができる。
また、駆動信号601から異なる信号を出力するとき、アクチュエータ501、502、503は、図5の(b)に示すように、異なる形状にそれぞれ独立に変形する。この動作では、レンズ200及びレンズ枠300を光軸に対してチルトさせる事ができる。
このように、本実施例では、駆動手段601は、アクチュエータ501、502、503を鏡筒400に取り付けられた一方の端部に対して、レンズ枠300の周面に取り付けられた他方の端部をレンズ200の略光軸方向に変位させることができる。
次に、アクチュエータ501の長さとレンズ200の略光軸方向への変位量との対応について説明する。アクチュエータ501が高分子アクチュエータの場合、高分子アクチュエータの歪量は、大体数%程度である。例えば、以下の数値の場合を考える
(1)高分子アクチュエータの歪量 1%
(2)必要なレンズのシフト量 100μm
このとき、必要なアクチュエータの長さは1.2mm程度になる。また、携帯端末や細径スコープのレンズ枠をφ5mmとすると、長さ1.2mmのアクチュエータを従来技術のように径方向に配置した場合、枠径が50%近く増加してしまう。
これに対して、本発明によれば、アクチュエータ501、502、503をレンズ枠300の周方向に沿って配置することで、径を殆ど大きくすることなく、アクチュエータ501、502、503を配置できる。
次に、本実施例の光学装置100の調整方法について説明する。図6は、光学装置100を用いてレンズ調整を行う為のレンズ偏心調整装置の概略構成を示している。図7は、光学装置100の使用形態を示している。
図6に示すように、光学装置100を用いるレンズ偏心調整装置は、レンズの偏心量を測定する偏心測定手段602と、偏心測定手段602からの出力によりレンズの調整量を算出する演算手段603と、演算手段603からの出力により、アクチュエータの駆動信号を生成する駆動手段601とで構成される。
初めに、レンズの偏心量を偏心測定手段602で計測する。この測定結果を元に演算手段603でレンズ200の移動方向と移動量とを計算する。駆動手段601は、計算結果に基づいてアクチュエータ501、502、503への駆動信号を生成する。駆動信号に応じて、アクチュエータ501、502、503が駆動される。これにより、レンズ200の偏心量を補正できる。
レンズ200の偏心量が基準値内に収まったところで、図7に示すように、レンズ枠300と鏡筒400とを、接着剤等の固定手段700を用いて固定する。
このように駆動手段601によりアクチュエータ501、502、503を変位させ、さらにレンズ枠300を所定位置に移動した後にレンズ200の位置を固定手段700により固定する。
なお、接着剤として、熱硬化型の樹脂や紫外線硬化型の樹脂を用いる場合、レンズの偏心補正を行う前にこれらの接着剤を塗布しておく。そして、レンズの偏心量が基準値以内に収まった状態で、硬化させるための熱を加える、または紫外線を照射する。これにより、レンズ200を固定できる。
本実施例によれば、自動調整に係る構成が鏡筒400内に収まる大きさで実現できるので、従来のアームによる装置に比べて小型化できる。また、アームとレンズの位置合わせの必要がなくなり、操作が簡略化される。さらに、接着剤で固定している間、レンズ200をその位置に保持できるので、固定化している間に位置がずれることがない。
また、各種の光学機器に適用すれば、光学機器の製造の際に、レンズ調整装置を介して光軸調整する代わりに、各光学機器自体に調整機能を内蔵することも可能となる。
次に、本発明の実施例2に係るレンズ偏心調整装置の調整方法及び使用方法について説明する。なお、光学装置100と、その構成及び動作は実施例1と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図8の(a)は、実施例2に係るレンズ偏心調整装置であるレンズ調整を行う為の予備調整システムの概略構成を示している。図8の(b)は、実施例2においてレンズ調整を行う為の調整システムの概略構成を示している。
レンズ調整を行う為の予備調整システムは、図8(a)に示すように、レンズの偏心量を測定する偏心測定手段602と、偏心測定手段602からの出力によりレンズの調整量を算出する演算手段603と、演算手段603からの出力により、アクチュエータの駆動信号を生成する駆動手段601と、演算手段603からの出力を記憶させる記憶手段604とで構成される。
光学装置100のレンズ調整を行う為の調整システムは、図8(b)に示すように、上述の予備調整システムから、偏心測定手段602、演算手段603を取り外した状態である。即ち、レンズの調整量を記憶した記憶手段604と、記憶手段604からの出力により、アクチュエータ501、502、503ための駆動信号を生成する駆動手段601とからなる。
初めに、レンズの偏心量を偏心測定手段602で計測する。測定結果に基づいて、演算手段603によりレンズ200の移動方向と、移動量を計算する。
計算結果に基づいて駆動手段601でアクチュエータ501、502、503の駆動信号を生成する。これにより、アクチュエータ501、502、503を駆動させる。この結果、レンズ200の偏心量を補正する。そして、レンズ200の偏心量が基準値内に収まった状態で、演算手段603の計算結果、即ち光軸位置情報を記憶手段604に記憶させる。
次に、レンズ200を使用する時に、レンズ200の調整量である光軸位置情報を記憶手段604から出力する。次に、この出力値に応じて駆動手段601で駆動信号を生成する。そして、アクチュエータ501、502、503を駆動してレンズ200の位置を調整する。
このように、本実施例では、記憶手段604は、レンズ200の偏心を所定値にするためのアクチュエータの変位量である光軸位置情報を格納する。そして、駆動手段601は、記憶手段604に格納された光軸位置情報に応じてアクチュエータ501、502、503を変位させる。
本実施例では、レンズ200の偏心量が基準値内に収まったところで、レンズ枠300と鏡筒400とを固定する代わりに、演算手段603の計算結果を記憶手段604に記憶させる。その後、偏心測定手段602と演算手段603を取り外し、図8の(b)に示す調整システムだけを、例えば、光学機器内に残しておく。
その後、光学機器を使用する時に、調整システムがレンズ200の調整量を記憶手段604から取り出す。この出力値に応じて駆動手段601でアクチュエータ501、502、503の駆動信号を生成し、その都度レンズ200の位置を調整する。このように、本実施例では、実施例1とは異なり、接着剤で固定しなくても、光軸の調整ができる。
次に、本発明の実施例3に係る光学装置900の構成について説明する。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図9は、実施例3に係る光学装置900の正面図である。図10は、図9のA−Aにおける断面図である。
図9及び図10に示すように、光学装置900は、レンズ200と、レンズ200を保持するレンズ枠300と、鏡筒400と、一端を鏡筒400に接合し、他端をレンズ枠300に接合する事で、レンズ枠300を鏡筒400に対し支持するアクチュエータ501,502、503とからなる。また、アクチュエータ501、502、503は、レンズ枠300と鏡筒400との間隙内にレンズ枠300の外周方向に沿って配置されている。アクチュエータ501、502、503以外は、実施例1と同様に構成される。
光学装置900の動作について説明する。図11は、光学装置900の駆動状態を示す図である。また、図示していないが、実施例1と同様に、アクチュエータ501、502、503には、駆動手段601が接続され、それぞれ異なる駆動信号が入力される。
図11に示すように、アクチュエータ501は、実施例1とは異なり、外部からの信号により、レンズ200の径方向に撓むように変形する。アクチュエータ502、503はアクチュエータ501と同一の構成であるため、図示を省略する。アクチュエータ501を代表例に説明を続ける。具体的には、アクチュエータ501は、鏡筒400との接合部を基準として、レンズ枠300との接合部がレンズ中心から径方向に円弧を描くように変形する。また、この変位量は、駆動手段601からの出力信号により制御できる。
このようなアクチュエータとして、熱膨張係数の異なる2つ以上の素材からなる熱バイモルフ型のアクチュエータや、圧電体を用いたバイモルフ型のアクチュエータ、高分子材料からなる高分子アクチュエータ、静電力によって変形する静電型のアクチュエータ等が挙げられる。
本実施例の構成では、駆動信号601から異なる信号を出力し、アクチュエータ501、502、503を異なる形状にそれぞれ独立に変形させる事で、レンズ200及びレンズ枠300を光軸に直交する面方向に移動させる事ができる。
このように、本実施例では、駆動手段601は、アクチュエータ501、502、503を鏡筒400に取り付けられた一方の端部に対して、レンズ枠300の周面に取り付けられた他方の端部をレンズ200の光軸に直交する面方向に変位させることができる。
次に、本発明の実施例4に係る光学装置910について説明する。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図12は、実施例4に係る光学装置910の断面構成を示す。
図12に示すように、光学装置910は、レンズ201と、レンズ201を保持するレンズ枠301と、鏡筒400と、一端を鏡筒400に接合すると共に他端をレンズ枠301に接合する事で、レンズ枠301を鏡筒400に対し支持するアクチュエータ501、502(不図示)、503と、更には、レンズ202と、レンズ202を保持するレンズ枠302と、一端を鏡筒400に接合すると共に他端をレンズ枠302に接合する事で、レンズ枠302を鏡筒400に対し支持するアクチュエータ504、505(不図示)、506とからなる。
また、アクチュエータ501、502、503は、レンズ枠301と鏡筒400との間隙内にレンズ枠301の外周方向に沿って配置されている。同様に、アクチュエータ504、505、506はレンズ枠302と鏡筒400との間隙内にレンズ枠302の外周方向に沿って配置されている。
なお、図示していないが、実施例1及び実施例3と同様に、アクチュエータ501、502、503、504、505、506には、それぞれ駆動手段601が接続され駆動信号が入力される。この構成により、本実施例では、駆動手段601から駆動信号を出力し、アクチュエータ501、502、503、504、505、506をそれぞれ独立に変形させることができる。
従って、レンズ201及びレンズ枠301、更には、レンズ202及びレンズ枠302を別々に駆動する事ができる。即ち、光学機器が複数枚のレンズで構成される場合に、最も外界側に近いレンズ、即ち1番前面にあるレンズだけでなく、その他の2枚目以降のレンズに対しても容易に位置、姿勢調整が可能となる。
次に、本発明の実施例5に係る光学装置920について説明する。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図13は、実施例5に係る光学装置920の正面図である。図13に示すように、光学装置920は、レンズ200と、レンズ200を保持するレンズ枠300と、鏡筒400と、アクチュエータ701、702、703とで構成される。
アクチュエータ701、702、703は、それぞれ略コの字型を呈し、一端を鏡筒400に、他端をレンズ枠300に接合されている。そして、アクチュエータ701、702、703は、レンズ枠300と鏡筒400との間隙内にレンズ枠300の外周方向に沿って配置される事で、レンズ枠300を鏡筒400に対し支持している。
このように、本実施例では、アクチュエータ701、702、703は、レンズ枠300と鏡筒400との空間内に所定の変位量が得られように折り返して配置されている。
また、図示していないが、実施例1及び実施例3と同様に、アクチュエータ701、702、703には、駆動手段601が接続され駆動信号が入力される。ここで、アクチュエータ701、702、703は、径方向に撓むように変形する。また、この変位量は、駆動手段601からの出力信号により制御できる。
このように、駆動信号601から異なる信号を出力し、アクチュエータ701、702、703を異なる形状にそれぞれ独立して変形させる事で、レンズ200及びレンズ枠300を光軸に直交する面方向に移動させる事ができる。
このようなアクチュエータとして、熱膨張係数の異なる2つ以上の素材からなる熱バイモルフ型のアクチュエータや、圧電体を用いたバイモルフ型のアクチュエータ、高分子材料からなる高分子アクチュエータ、静電力によって変形する静電型のアクチュエータ等が挙げられる。
本実施例によれば、アクチュエータ701、702、703の形状をコの字型にすることで、所望の長さを確保しながら鏡筒400内に収めることが可能になる。なお、アクチュエータ701、702、703は、折り返して配置されていれば、コの字型に限られず、例えば、U字型、V字型でも良い。
以上のように、本発明に係る光学装置及びレンズ偏心調整装置は、自動でその光軸調整を行う際に有用であり、特に、小型化に適している。
実施例1の光学装置の正面図である。 図1のA−Aにおける断面図である。 図1におけるアクチュエータ部の拡大図である。 実施例1の光学装置における駆動手段との接続を模式的に表した図である。 実施例1係る光学装置の駆動状態を示す図である。 実施例1に係る光学装置のレンズ調整を行う為の調整システムの接続を模式的に表した図である。 実施例1に係る光学装置の使用形態を示す図である。 実施例2に係るレンズ偏心調整装置である予備調整システムの接続を模式的に表した図である。 実施例3に係る光学装置の正面図である。 図9のA−Aにおける断面図である。 実施例3に係る光学装置の駆動状態を示す図である。 実施例4に係る光学装置の断面図である。 実施例5に係る光学装置の正面図である。
符号の説明
100 光学装置
200、201、202 レンズ
300、301、302 レンズ枠
400 鏡筒
501、502、503、504、505、506、701、702、703 アクチュエータ
601 駆動手段
602 偏心測定手段
603 演算手段
604 記憶手段
700 固定手段

Claims (8)

  1. 鏡筒と、
    レンズを保持するレンズ枠と、
    所定のエネルギーが印加されることにより形状が変位するアクチュエータと、
    前記アクチュエータに所定のエネルギーを印加する駆動手段とを有する光学装置であって、
    前記アクチュエータの一方の端部は前記鏡筒に取り付けられ、他方の端部は前記レンズ枠の周面に取り付けられ、
    さらに前記アクチュエータは、所定の変異量を得るために前記レンズ枠の周方向に沿って延在して設けられていることを特徴とする光学装置。
  2. 前記駆動手段は、前記アクチュエータを前記鏡筒に取り付けられた一方の端部に対して、前記レンズ枠の周面に取り付けられた他方の端部を前記レンズの略光軸方向に変位させることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  3. 前記駆動手段は、前記アクチュエータを前記鏡筒に取り付けられた一方の端部に対して、前記レンズ枠の周面に取り付けられた他方の端部を前記レンズの光軸に直交する面方向に変位させることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  4. 前記アクチュエータは、高分子材料からなる複数の高分子アクチュエータであり、
    前記駆動手段は、前記複数のアクチュエータをそれぞれ独立に変位させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学装置。
  5. 前記駆動手段により前記アクチュエータを変位させ、前記レンズ枠を所定位置に移動した後に前記レンズの位置を固定する固定手段を備えていることを特徴とする請求項4に記載の光学装置。
  6. 請求項1に記載の前記光学装置の光軸を調整するレンズ偏心調整装置であって、
    前記レンズの偏心を測定する偏心測定手段と、
    前記偏心測定手段から得られる出力値に応じて前記レンズの移動量を計算する演算手段とを有し、
    前記演算手段から得られる出力値に応じて前記駆動手段により前記アクチュエータを変位させることを特徴とするレンズ偏心調整装置。
  7. 請求項1に記載の前記光学装置の光軸を調整する調整装置であって、
    前記レンズの偏心を所定値にするための前記アクチュエータの変位量である光軸位置情報を格納した記憶手段を更に有し、
    前記駆動手段は、前記記憶手段に格納された前記光軸位置情報に応じて前記アクチュエータを変位させることを特徴とする請求項6に記載のレンズ偏心調整装置。
  8. 前記アクチュエータは、前記レンズ枠と前記鏡筒との空間内に前記所定の変異量が得られように折り返して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
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