JP2010009666A - 光学要素の駆動装置 - Google Patents

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Haruki Oe
晴樹 大江
Kenichi Watabe
研一 渡部
Daisuke Kakemizu
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Abstract

【課題】構造の簡素化、小型化等を図りつつ、光学要素を保持する移動枠を円滑に移動させる駆動装置を提供する。
【解決手段】ベース10、ベースに固定されて所定方向に伸長するガイドシャフト20、光学要素30を保持すると共にガイドシャフトに沿って移動自在に支持された移動枠40、移動枠をガイドシャフトに沿って往復駆動する駆動機構(鉄芯50、ボビン60、磁石71,72、コイル80)を備えた光学要素の駆動装置において、移動枠40は、ガイドシャフト20に対して線接触した状態で移動するように形成されている。これによれば、移動枠の嵌合孔42とガイドシャフト20との摺動抵抗が低減され、摺動界面に入り込んだゴミ等を容易に脱落させることができ、駆動機構が発生する駆動力(作動力量)が小さくても、移動枠を円滑に移動させる。
【選択図】図6

Description

本発明は、光量を調整するNDフィルタ等の光学要素を駆動する駆動装置に関し、特に、光学式ディスクドライブ装置のレーザー光の光量を調整するNDフィルタ等の光学要素を保持して所定の範囲を往復動する移動枠及び移動枠をガイドするガイドシャフトを備えた光学要素の駆動装置に関する。
NDフィルタ等の光学要素を駆動する従来の駆動装置としては、ベース、ベースに固定されて所定方向に伸長する円形断面をなすガイドシャフト、ガイドシャフトが摺動自在に嵌合される円形の嵌合孔を有すると共に光学要素を保持した移動枠、移動枠をガイドシャフトに沿って往復動させる駆動機構等を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この駆動装置においては、移動枠は、その嵌合孔の内周面とガイドシャフトの外周面とが面接触した状態でガイドシャフトに対して往復動自在にガイドされるため、嵌合孔とガイドシャフトの間に微小なゴミ等が入り込むと、摺動抵抗が増加して、移動枠が円滑に移動し難くなり、特に、駆動機構が、永久磁石及びコイルを含むソレノイド式のリニアアクチュエータの場合において、作動力量が小さい(例えば、2グラム〜3グラム程度の)場合には、作動不良を招く虞があった。
特開2007−257749号公報
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を図りつつ、移動枠とガイドシャフトとの相対的な移動に伴う摺動抵抗を低減し、仮に摺動界面にゴミ等が入り込んでも摺動抵抗の増加を防止でき、又、摺動界面に入り込んだゴミ等を外部に容易に脱落(排出)させることができ、光学要素を保持した移動枠を円滑に往復動させることのできる光学要素の駆動装置を提供することにある。
本発明に係る光学要素の駆動装置は、ベースと、ベースに固定されて所定方向に伸長するガイドシャフトと、光学要素を保持すると共にガイドシャフトに沿って移動自在に支持された移動枠と、移動枠をガイドシャフトに沿って往復駆動する駆動機構を備えた光学要素の駆動装置であって、上記移動枠は、ガイドシャフトに対して線接触した状態で移動するように形成されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、光学要素を保持した移動枠は、ガイドシャフトと線接触した状態でガイドシャフトに沿って移動するため、ガイドシャフトと面接触した状態で移動する場合に比べて摺動抵抗が低減され、又、摺動界面に入り込んだゴミ等を容易に脱落(排出)させることができ、駆動機構が発生する駆動力(作動力量)が小さくても、移動枠を円滑に移動させる(例えば、光学要素を二箇所のいずれかの位置に切り替える)ことができる。
上記構成において、移動枠は、ガイドシャフトを相対的に摺動自在に嵌合させる嵌合孔を有し、ガイドシャフトは、円形断面をなすように形成され、嵌合孔は、多角形断面をなすように形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、移動枠の多角形断面をなす嵌合孔に対して、円形断面をなすガイドシャフトが挿入されると、嵌合孔とガイドシャフトの外周面とが複数箇所において線接触した状態が得られ、移動枠はガタツキ無く円滑に移動自在に支持される。また、移動枠を樹脂成形とする場合、多角形断面をなす嵌合孔を容易に形成することができ、又、ガイドシャフトとしては円形断面をなす従来のガイドシャフトを流用できるため、移動枠の円滑な移動を確保しつつも、構造の簡素化、低コスト化等を達成することができる。
上記構成において、移動枠は、嵌合孔の開口端面に形成された環状の拡径凹部を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、嵌合孔の開口端面に環状の拡径凹部(座ぐりのような形状の窪み)を設けることで、外部から嵌合孔に侵入しようとするゴミ等を、この拡径凹部で捕獲することができ、嵌合孔へのゴミの侵入を抑制することができる。
上記構成において、移動枠は、ガイドシャフトの伸長方向において離隔して配置された二つの嵌合孔を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、嵌合孔がガイドシャフトに沿う長尺な一つのものとして形成されるのではなく、比較的短い長さで互いに離隔して形成された二つの嵌合孔を採用するため、移動枠の傾きを防止しつつ摺動抵抗を低減することができ、移動枠を高精度により円滑に移動させることができる。
上記構成において、光学要素は、光量を調整するNDフィルタを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、光路上に対するNDフィルタの出し入れ又は濃度の異なるNDフィルタの切り替えを行うことができ、例えば、レーザー光等を用いる光学式ディスクドライブ装置(あるいは光ピックアップユニット)にこの駆動装置が適用された場合、記録媒体に対して情報の記録または記録された情報の再生を高精度に行うことができる。
上記構成をなす光学要素の駆動装置によれば、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を達成しつつ、移動枠とガイドシャフトとの相対的な移動に伴う摺動抵抗を低減し、仮に摺動界面にゴミ等が入り込んでも抵抗の増加を防止でき、又、摺動界面に入り込んだゴミ等を外部に容易に脱落(排出)させることができ、光学要素を保持した移動枠を円滑に往復動させることのできる光学要素の駆動装置を得ることができ、特に、小型化等が要求される光学式ディスクドライブ装置におけるレーザー光等の調整を円滑に行うことができる。
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1ないし図7は、本発明に係る光学要素の駆動装置の一実施形態を示すものであり、図1及び図2は駆動装置の外観斜視図、図3及び図4は駆動装置の平面図、図5は駆動装置に含まれる移動枠を示す斜視図、図6は駆動装置に含まれる移動枠を示す側面図及び部分拡大側面図、図7は駆動装置に含まれる移動枠を示す部分断面図である。
この駆動装置は、図1及び図2に示すように、ベース10、ベース10に固定されたガイドシャフト20、光学要素30を保持する移動枠40、移動枠40に固定されたガイドシャフトを兼ねる鉄芯50、ベース10に固定されて鉄芯50を往復動自在に支持するボビン60、移動枠40に固定されて鉄芯50の両端に接合された第1磁石71及び第2磁石72、ボビン60に巻回された励磁用のコイル80、ベース10に固定された第1磁性部材91及び第2磁性部材92、配線基板100等を備えている。
ここでは、鉄芯50、ボビン60、第1磁石71及び第2磁石72、励磁用のコイル80等により、移動枠40をガイドシャフト20に沿って往復駆動する駆動力を発生する駆動機構が構成されている。
ベース10は、図1ないし図4に示すように、樹脂材料等を用いて一面が開口した略矩形の箱状に形成され、ガイドシャフト20を嵌合して固定する2つの取付孔11、ボビン60を嵌合して固定する2つの切り欠き部12、第1磁性部材91を固定する凹部13、第2磁性部材92を固定する凹部14、第1磁石71が当接する第1ストッパ15、第2磁石72が当接する第2ストッパ16、移動枠40の移動を許容する切り欠き部17、配線基板100を固定する側壁部18等を備えている。
ガイドシャフト20は、剛性の高い材料例えば金属材料等を用いて、図1ないし図4に示すように、円形断面をなすと共に所定方向に伸長する軸線S1をもつように形成され、その両端がベース10の取付孔11に嵌合されてベース10に固定されている。
尚、ガイドシャフト20は、ベース10の一方の取付孔11から挿入して、後述する移動枠40の嵌合孔42に挿入し、続けてベース10の他方の取付孔11に挿入することにより、ベース10に固定されるようになっている。
光学要素30は、略矩形の外輪郭をなすと共に2つの円孔31a,31bを有するプレート31、プレート31に保持されると共に円孔31aに配置された第1NDフィルタ32及び円孔31bに配置された第2NDフィルタ33等を備えている。
第1NDフィルタ32と第2NDフィルタ33は、互いの濃度が異なる、すなわち、透過させる光量の減衰レベルが異なるものである。
尚、第1NDフォルタ32及び第2NDフィルタ33の一方を、単なるガラスプレートに交換して、進入する光を殆ど減衰させることなく透過させるようにしてもよい。
そして、光学要素30は、移動枠40の後述する取付凹部41に嵌め込まれて、接着剤等により固着されるようになっている。
移動枠40は、図5ないし図7に示すように、樹脂材料等を用いて、軸線S1に垂直な面での断面が略L字状をなすように形成され、光学要素30を取り付ける取付凹部41、ガイドシャフト20を摺動自在に嵌合させる2つの嵌合孔42、嵌合孔42の開口端面において形成された環状の拡径凹部43、鉄芯50を嵌合して取り付ける2つの取付孔44、第1磁石71及び第2磁石72をそれぞれ固定するべく取付孔44の外側に隣接して形成された2つの取付凹部45等を備えている。
取付凹部41は、光学要素30のプレート31を嵌合させて位置決めし、接着剤等を用いて固着できるように形成されている。
2つの嵌合孔42は、図5ないし図7に示すように、ガイドシャフト20の軸線S1方向に所定距離だけ離隔した位置に設けられており、ガイドシャフト20の外周面と線接触するべく多角形断面(ここでは、正六角形)をなすように形成されている。すなわち、嵌合孔42は、理論上、ガイドシャフト20の外周面と複数個所(ここでは、6箇所)において線接触するように形成されている。
このように、移動枠40は、多角形断面をなす嵌合孔42がガイドシャフト20と線接触した状態でガイドシャフト20に沿って移動可能であるため、ガイドシャフト20と面接触した状態で移動する場合に比べて摺動抵抗が低減され、又、摺動界面にゴミ等が入り込んでもそのゴミ等を容易に脱落(排出)させることができ、駆動機構が発生する駆動力(作動力量)が小さくても、移動枠40を円滑に移動させることができる。
また、移動枠40の二つの嵌合孔42が、ガイドシャフト20の軸線S1の方向(伸長方向)において比較的短い長さに形成されかつ互いに離隔して配置されているため、移動枠40の傾きを防止しつつ摺動抵抗を低減することができ、移動枠40を高精度により円滑に移動させることができる。
拡径凹部43は、図7に示すように、嵌合孔42の開口両端面において、座ぐり状(環状の窪み)に形成されている。拡径凹部43は、外部から嵌合孔42に侵入しようとするゴミ等を捕獲する作用をなし、嵌合孔42へのゴミの侵入を抑制することができる。
2つの取付孔44は、円形断面をなし、鉄芯50の軸線S2上に配置されて、鉄芯50の両端を嵌合して固定するように形成されている。
2つの取付凹部45は、図5(a),(b)に示すように、それぞれ隣接する取付孔44に連通すると共に略矩形状の凹部として形成されている。そして、一方の取付凹部45には、鉄芯50の一端面と接合するように第1磁石71が嵌合されて固定され、他方の取付凹部45には、鉄芯50の他端面と接合するように第2磁石72が嵌合されて固定されるようになっている。
鉄芯50は、駆動機構の一部をなすものであり、剛性が高くかつ磁性をもつ材料(ここでは鉄)等を用いて、図1ないし図4に示すように、円形断面をなすと共にガイドシャフト20(の軸線S1)と平行に伸長する軸線S2をもつように形成されており、その両端が移動枠40の取付孔44に嵌合されて移動枠40に固定されている。そして、鉄芯50は、ボビン60の貫通孔61aに通されて摺動自在にガイドされ、移動枠40と一体的に軸線S1,S2の方向に移動するようになっている。
尚、鉄芯50は、移動枠40の2つの取付孔44の間において軸線S2上にボビン60の貫通孔61aを位置付け、鉄芯50を移動枠40の一方の取付孔44に挿入し、続けてボビン60の貫通孔61aに挿入し、さらに移動枠40の他方の取付孔44に挿入することにより、移動枠40に固定されるようになっている。
ボビン60は、駆動機構の一部をなすと共にガイドシャフト20と協働して移動枠40を往復動自在に支持する役割をなすものであり、樹脂材料等を用いて形成され、図1ないし図4に示すように、鉄芯50を摺動自在に通す貫通孔61aを画定する円筒部61、円筒部61の両端に形成されると共にその一部が切り欠き部12に配置されてベース10に固定される2つの鍔部62、鍔部62から突出して形成されコイル80の両端(端子配線)を配線基板100まで導く2つの突出部63等を備えている。
そして、ボビン60は、円筒部61の周りに励磁用のコイル80が巻回された状態で、貫通孔61aに鉄芯50が摺動自在に挿入され、2つの鍔部62及び突出部63がベース10の切り欠き部12に嵌め込まれてベース10に固定されている。
第1磁石71及び第2磁石72は、駆動機構の一部をなすものであり、図1ないし図4に示すように、N極及びS極が軸線S2の方向に配列するように略立方体に形成されて、移動枠40の取付凹部45にそれぞれ嵌合して固定されると共に第2ガイドシャフト50の端部に接合され、移動枠40と一体的に移動するようになっている。
そして、第1磁石71は、移動枠40が図3に示すように右向き(第1NDフィルタ32が光軸L上に臨む位置に)移動したとき、ベース10の第1ストッパ15に当接して、移動枠40を移動範囲の右側の移動端に位置決めし、第2磁石72は、移動枠40が図4に示すように左向き(第2NDフィルタ33光軸L上に臨む位置に)移動したとき、ベース10の第2ストッパ16に当接して、移動枠40を移動範囲の左側の移動端に位置決めするようになっている。
励磁用のコイル80は、駆動機構の一部をなすものであり、図1ないし図4に示すように、ボビン60の円筒部61の周りに巻回され、その2つの端子配線がボビン60の突出部63に沿って配線基板100まで導き出されている。
第1磁性部材91及び第2磁性部材92は、図1ないし図4に示すように、それぞれ鉄球として形成され、ベース10の凹部13,14にそれぞれ嵌合して固定されている。
そして、第1磁性部材91及び第2磁性部材92は、図3及び図4に示すように、軸線S2の方向において、第1磁石71及び第2磁石72とそれぞれ略対向すると共に軸線S2から僅かに偏倚するように配置されている。
したがって、図3に示すように、移動枠40が移動範囲の右側の移動端にある(第1NDフィルタ32が光軸L上に位置する)とき、第1磁石71と第1磁性部材91とは、移動枠40を図3中の右斜め上方に片寄せするように磁気的吸引力を及ぼし、一方、図4に示すように、移動枠40が移動範囲の左側の移動端にある(第2NDフィルタ33が光軸L上に位置する)とき、第2磁石72と第2磁性部材92とは、移動枠40を図4中の左斜め上方に片寄せするように磁気的吸引力を及ぼす。
上記のように、駆動機構が、移動枠40と一体的に移動する鉄芯50,第1磁石71及び第2磁石72,コイル80が巻回されたボビン60等を含むソレノイドとして形成されるため、コイル80への通電方向を切り替えることにより、第1磁石71及び第2磁石72と鉄芯50の間に生じる電磁力により、光学要素30を保持した移動枠40を往復動させることができる。
このように、駆動機構がソレノイドとして形成されるため、構造の簡素化、装置の小型化等を達成できると共に、移動枠40とガイドシャフト20の線接触の関係により、駆動機構(ソレノイド)の作動力量(駆動力)が小さくても、移動枠40を安定して円滑に移動させることができる。
次に、上記駆動装置の動作について、図3及び図4を参照しつつ説明する。
先ず、コイル80が非通電の状態で、図3に示すように、移動枠40がベース10に対して右側の移動端に保持されている。この状態において、第1磁石71が第1ストッパ15に当接し、第1磁石71と第1磁性部材91の間の磁気的吸引力が作用し、光学要素30の第1NDフィルタ32は、光軸L上に臨む位置に位置付けられている。
この状態で、光軸L上を通るレーザー光は、第1NDフィルタ32の特性に応じて減光されて、所望の対象物に進入する。
次に、コイル80が一方向に通電されると、駆動機構(のソレノイド)が発生する電磁駆動力により、移動枠40は、図4に示すように、ベース10に対して左向きに移動し、第2磁石72が第2ストッパ16に当接して停止する。ここで、コイル80の通電を断つと、第2磁石72と第2磁性部材92の間に磁気的吸引力が作用して、移動枠40がその左側の移動端に保持される。このとき、光学要素30の第2NDフィルタ33が光軸L上に臨む位置に位置付けられている。
この状態で、光軸L上を通るレーザー光は、第2NDフィルタ33の特性に応じて減光されて、所定の対象物に進入する。
一方、図4に示す非通電の状態で、コイル80が逆向きに通電されると、駆動機構(のソレノイド)が発生する電磁駆動力により、移動枠40は、図3に示すように、ベース10に対して右向きに移動し、第1磁石71が第1ストッパ15に当接して停止する。ここで、コイル80を非通電にすると、第1磁石71と第1磁性部材91の間に磁気的吸引力が作用し、移動枠40及び光学要素30が前述のように図3に示す状態に位置決めされて保持される。
このように、コイル80への通電方向を切り替えるだけで、移動枠40に保持された光学要素30(第1NDフィルタ32、第2NDフィルタ33)を、光軸Lに対して容易に切り替えることができ、又、移動枠40は、ガイドシャフト20と線接触した状態でガイドシャフト20に沿って移動するため、ガイドシャフト20と面接触した状態で移動する場合に比べて摺動抵抗が低減され、又、摺動界面にゴミ等が入り込んでもそのゴミ等を容易に脱落(排出)させることができる。したがって、駆動機構が発生する駆動力(作動力量)が小さくても、移動枠40を円滑に往復動させることができ、光学要素30を二箇所のいずれかの位置にガタツキ無く、高精度に、かつ、円滑に切り替えることができる。
図8(a),(b),(c)は、移動枠40に形成された嵌合孔の他の実施形態を示すものである。
すなわち、図8(a)に示す移動枠40の嵌合孔42´は、正八角形の断面をなすように形成されており、ガイドシャフト20と8箇所において線接触するように支持されている。また、図8(b)に示す移動枠40の嵌合孔42´´は、正四角形の断面をなすように形成されており、ガイドシャフト20と4箇所において線接触するように支持されている。さらに、図8(c)に示す移動枠の嵌合孔42´´´は、正三角形の断面をなすように形成されており、ガイドシャフト20と3箇所において線接触するように支持されている。
この実施形態においても、光学要素30を保持した移動枠40は、ガイドシャフト20と線接触した状態でガイドシャフト20に沿って移動するため、ガイドシャフト20と面接触した状態で移動する場合に比べて摺動抵抗が低減され、又、摺動界面にゴミ等が入り込んでもそのゴミ等を容易に脱落(排出)させることができる。それ故に、駆動機構が発生する駆動力(作動力量)が小さくても、移動枠40を円滑に移動させる(例えば、光学要素30を二箇所のいずれかの位置に切り替える)ことができる。
上記実施形態においては、移動枠40が保持する光学要素30として、NDフィルタ32,33を含むものを示したが、これに限定されるものではなく、NDフィルタ以外の光学要素を保持した移動枠に対しても、本願発明を適用することができる。
上記実施形態においては、移動枠40の嵌合孔42,42´,42´´,42´´´を多角形断面とし、ガイドシャフト20を円形断面とした場合を示したが、これに限定されるものではなく、嵌合孔を円形断面とし、ガイドシャフトを多角形断面としてもよい。
上記実施形態においては、嵌合孔の多角形断面を、正三角形、正四角形、正六角形、正八角形とした場合を示したが、これに限定されるものではなく、それ以外の多角形断面を採用してもよい。
上記実施形態においては、駆動機構として、鉄芯50、ボビン60、第1磁石71及び第2磁石72、励磁用のコイル80等を含むソレノイド式のリニアアクチュエータを示したが、これに限定されるものではなく、移動枠を往復動させる駆動力を発生するものであれば、その他の構成をなす駆動機構を採用してもよい。
以上述べたように、本発明に係る光学要素の駆動装置は、構造の簡素化、小型化、低コスト化等を達成しつつ、移動枠とガイドシャフトとの相対的な移動に伴う摺動抵抗を低減し、仮に摺動界面にゴミ等が入り込んでも抵抗の増加を防止でき、又、摺動界面に入り込んだゴミ等を外部に容易に脱落(排出)させることができ、光学要素を保持した移動枠を円滑に往復動させることができるため、特に小型化等が要求される光学式ディスクドライブ装置におけるレーザー光の光量を調整する光学要素(NDフィルタ)を駆動する駆動装置として適用できるのは勿論のこと、NDフィルタ等に限らず、作動力量が比較的小さい駆動機構を採用して光学要素を駆動する必要のあるものであれば、その他の光学装置においても有用である。
本発明に係る光学要素の駆動装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 図1に示す光学要素の駆動装置を他の方向から視た外観斜視図である。 図1に示す光学要素の駆動装置の平面図である。 図1に示す光学要素の駆動装置の平面図である。 (a),(b)は、図1に示す光学要素の駆動装置に含まれる移動枠を示す外観斜視図である。 図1に示す光学要素の駆動装置に含まれる移動枠を示す側面図及び部分拡大側面図である。 図1に示す光学要素の駆動装置に含まれる移動枠を示す部分断面図である。 (a),(b),(c)は、本発明に係る光学要素の駆動装置に含まれる移動枠の嵌合孔の他の実施形態を示す部分拡大側面図である。
符号の説明
L 光軸
S1 ガイドシャフトの軸線(所定方向)
S2 鉄芯の軸線
10 ベース
11 取付孔
12 切り欠き部
13,14 凹部
15 第1ストッパ
16 第2ストッパ
17 切り欠き部
18 側壁部
20 ガイドシャフト
30 光学要素
31 プレート
31a,31b 円孔
32 第1NDフィルタ
33 第2NDフィルタ
40 移動枠
41 取付凹部
42,42´,42´´,42´´´ 嵌合孔
43 環状の拡径凹部
44 取付孔
45 取付凹部
50 鉄芯(駆動機構)
60 ボビン(駆動機構)
61 円筒部
61a 貫通孔
62 鍔部
63 突出部
71 第1磁石(駆動機構)
72 第2磁石(駆動機構)
80 励磁用のコイル(駆動機構)
91 第1磁性部材
92 第2磁性部材
100 配線基板

Claims (5)

  1. ベースと、前記ベースに固定されて所定方向に伸長するガイドシャフトと、光学要素を保持すると共に前記ガイドシャフトにより往復動自在に支持された移動枠と、前記移動枠を前記ガイドシャフトに沿って往復駆動する駆動機構を備えた光学要素の駆動装置であって、
    前記移動枠は、前記ガイドシャフトに対して線接触した状態で往復動するように形成されている、
    ことを特徴とする光学要素の駆動装置。
  2. 前記移動枠は、前記ガイドシャフトを相対的に摺動自在に嵌合させる嵌合孔を有し、
    前記ガイドシャフトは、円形断面をなすように形成され、
    前記嵌合孔は、多角形断面をなすように形成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光学要素の駆動装置。
  3. 前記移動枠は、前記嵌合孔の開口端面に形成された環状の拡径凹部を有する、
    ことを特徴とする請求項2に記載の光学要素の駆動装置。
  4. 前記移動枠は、前記ガイドシャフトの伸長方向において離隔して配置された二つの前記嵌合孔を有する、
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光学要素の駆動装置。
  5. 前記光学要素は、光量を調整するNDフィルタを含む、
    ことを特徴とする請求項1ないし4いずれか一つに記載の光学要素の駆動装置。
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