JP2016001261A - レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

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成憲 清末
Shigenori Kiyosue
成憲 清末
橋本 隆
Takashi Hashimoto
隆 橋本
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【課題】光学性能を確保できるように高精度な組み立てを行いながらも、生産性向上を行えるレンズユニット及び撮像装置を提供する。【解決手段】第1レンズL1に対して第2レンズL2を接近させると、テーパ面L1fの案内によって、第1レンズL1に対して第2レンズL2がセンタリングされ、双方の光軸が一致するようになるから、更に第1レンズL1に対して第2レンズL2を押圧することで、凸部L1bの内周面L1dと、凸部L2bの外周面L2dとが摺動して圧入がなされ,両者は隙間なく密着することとなる。【選択図】図5

Description

本発明は、CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子を有する撮像装置に用いられると好適なレンズユニット及び撮像装置に関するものである。
近年、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が搭載された携帯端末が普及している。このような携帯端末に搭載される撮像装置においても、より高画質の画像が得られるよう、高画素数の撮像素子を使用したものが市場に供給されるようになってきた。高画素数をもつ撮像素子は大型化をともなっていたが、近年、画素の高細密化が進み、撮像素子が小型化されるようになってきた。これに伴い、撮像装置に搭載されるレンズユニットも、低背化に加え、高精度な組み立てを確保しつつ生産性を向上することが要求されている。
ここで、レンズユニットを複数のレンズからなる組み合わせレンズとしたときに、各レンズを薄肉化することは勿論、各レンズの光軸を精度良く一致させることに加え、レンズの軸間距離を精度良く合わせる必要がある。
このような課題に対し、特許文献1には、テーパ内周面とテーパ外周面とを当接させることで、レンズの光軸を精度良く一致させることができる技術が開示されている。
特開2013−222156号公報
しかし、特許文献1に示された従来技術には、1つの問題がある。かかる問題を、図1を参照して説明する。図1(a)に示すように、第1のレンズLS1は、フランジ部に突き当て面A1とテーパ外周面T1を有し、第2のレンズLS2は、フランジ部に突き当て面A2とテーパ内周面T2を有しており、テーパ外周面T1とテーパ内周面T2とを当接させることで、レンズLS1,LS2の光軸を合わせつつ、突き当て面A1,A2を互いに当接させることで、レンズLS1,LS2の軸間距離Dを規定値に合わせるようになっている。
しかるに、図1(a)に示すように、レンズLS1,LS2の寸法精度が設計値通りである場合は問題ないが、実際には公差範囲内で、レンズLS1,LS2に寸法誤差が存在する。すると、例えばテーパ外周面T1の径が、テーパ内周面T2の径に対して設計値よりも大きい場合、図1(b)に示すように、テーパ外周面T1とテーパ内周面T2との当接位置が規定位置とならず、レンズLS1,LS2の光軸は一致するが、レンズLS2に対してレンズLS1が浮き上がり、それによりレンズLS1,LS2の光軸間距離D’が,適正距離Dに対して増大するという問題がある。この状態を放置すると撮像性能に影響が及ぶため、両者を接着固定する前に、治具などを用いて突き当て面A1、A2が互いに当接するまで圧入させ、当接した状態を保持させる仮固定を行わなくてはならず、これが部品破損や性能劣化の原因となったり、組立工程が増加して生産コストの上昇を招く恐れがある。
一方、例えばテーパ外周面T1の径が、テーパ内周面T2の径に対して設計値よりも小さい場合、図1(c)に示すように、テーパ外周面T1とテーパ内周面T2とが当接する前に、突き当て面A1,A2が突き当たることとなり、それによりレンズLS1,LS2の光軸間距離Dは適正になるが、レンズLS2に対してレンズLS1を光軸直交方向に位置決めできないから、レンズLS1,LS2の光軸がずれるという問題がある。又、この状態ではレンズLS1,LS2の間にガタが生ずるため、両者を接着固定する前に、相対移動を禁止するように仮固定を行わなくてはならず、それにより工程が増加して生産コストが上昇するという問題がある。
また、レンズLS1,LS2の光軸を一致させるために、カメラの撮影による画像認識等を用いた光軸合わせ技術も知られている。しかしながら、一般的なレンズは透明であることから、正確な光軸を検出するためには専用の治具が必要になり、またレンズを保持しつつ高精度に移動するロボットなども必要となるので、生産コストが増大するという問題がある。
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、光学性能を確保できるように高精度な組み立てを行いながらも、生産性向上を行えるレンズユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載のレンズユニットは、第1のレンズ及び第2のレンズを備えたレンズユニットにおいて、
前記第1のレンズは、第1の内周面又は第1の外周面を備えたフランジ部を有し、
前記第2のレンズは、前記第1の外周面と嵌合する第2の内周面又は前記第1の内周面と嵌合する第2の外周面を備えたフランジ部を有し、
嵌合し合う前記内周面と前記外周面の一方にはテーパ面が形成されており、
組み付け時に、前記第1のレンズと前記第2のレンズとを光軸方向から相対的に接近させたとき、前記テーパ面が案内することで前記内周面と前記外周面との嵌合を支援して、更に圧入を行うことを特徴とする。
本発明によれば、組み付け時に、前記第1のレンズと前記第2のレンズとを光軸方向から相対的に接近させたとき、前記テーパ面が相手部材を案内することにより、前記内周面と前記外周面とがセンタリングされるから、多少の挿入位置の誤差や寸法誤差等が生じていても嵌合可能な状態になり、これにより圧入の準備が整うので、嵌合した前記第1のレンズと前記第2のレンズとを光軸方向に押圧することで、両者の圧入を容易に行える。これにより画像認識等を用いることなく複数のレンズの光軸を精度良く一致させてなる、生産性の高いレンズユニットを形成できる。
請求項2に記載のレンズユニットは、請求項1に記載の発明において、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズを保持する鏡枠を有し、前記第1のレンズを前記鏡枠に組み付けた後に、前記第2のレンズを前記鏡枠に組み付けるようになっており、前記テーパ面の光軸直交方向距離をA、組み付け時における前記第2のレンズと前記鏡枠との光軸方向最小距離をBとしたときに、A>Bであることを特徴とする。
これにより、前記第1のレンズを前記鏡枠に組み付けた後に、前記第2のレンズを前記鏡枠に組み付ける際に、前記第2のレンズと前記鏡枠との干渉を回避して、スムーズな組付けを確保できる。
請求項3に記載のレンズユニットは、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1のレンズは、前記第1の内周面又は前記第1の外周面を備えた第1凸部を有し、前記第2のレンズは、前記第2の内周面又は前記第2の外周面を備えた第2凸部を有することを特徴とする。
これにより、互いに嵌合し合う前記内周面と前記外周面を、前記第1凸部及び前記第2凸部上に容易に形成できる。
請求項4に記載のレンズユニットは、請求項3に記載の発明において、前記第1凸部が前記第2フランジ部に当接し、或いは前記第2凸部が前記第1フランジ部に当接してなることを特徴とする。
これにより、前記第1のレンズと前記第2のレンズの光軸間距離を精度良く合わせ込むことができる。
請求項5に記載のレンズユニットは、請求項3又は4に記載の発明において、前記第1のレンズと前記第2のレンズの圧入前に前記テーパ面に案内される前記第1凸部又は前記第2凸部のエッジには、面取り加工が施されていることを特徴とする。
前記第1凸部又は前記第2凸部のエッジに面取り加工を施すことで、前記テーパ面により案内される際に、前記テーパ面をエッジで削り取ることが抑制され、塵埃等がレンズ面に付着することが回避される。
請求項6に記載のレンズユニットは、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記第1のレンズと前記第2のレンズの少なくとも一方はプラスチック製であることを特徴とする。
前記第1のレンズと前記第2のレンズの少なくとも一方がプラスチック製であると,圧入時の応力により破損する恐れが少ないので好ましい。
請求項7に記載の撮像装置は、請求項1〜6のいずれかに記載のレンズユニットと、固体撮像素子とを有することを特徴とする。
本発明によれば、光学性能を確保できるように高精度な組み立てを行いながらも、生産性向上を行えるレンズユニット及び撮像装置を提供することができる。
従来技術によるレンズの組み合わせ例を示す断面図である。 本実施の形態にかかる撮像装置10の光軸に沿った断面図である。 図2の矢印III部を拡大して示す図である。 図3に示す第1レンズL1と、第1遮光板AP1と、第2レンズL2とを分解した状態で示す図である。 凸部L1b、L2bの一部を拡大して示す図である。 撮像装置10を搭載したスマートフォンの正面図(a)及び背面図(b)である。 図6のスマートフォンの制御ブロック図である。 本実施の形態の変形例を示す図5と同様な断面図である。 本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。 本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。 本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図2は、本実施の形態にかかる撮像装置10の光軸に沿った断面図である。以下に示す構成は概略図であり、形状や寸法等は実際と異なるものがある。
図2に示すように、撮像装置10は、光電変換部(受光面)11aを備えた固体撮像素子としてのCMOS型撮像素子11と、この撮像素子11の光電変換部11aに被写体像を撮像させる撮像レンズ12と、撮像レンズ12を保持する鏡枠13と、平行平板状であるIRカットフィルタ14と、撮像素子11を支持する基板15とを有する。
図2に示すように、撮像素子11は、平行平板状のチップ上において、その受光側(図1で上面)の中央部に、画素(光電変換素子)が2次元的に配置された、撮像面としての光電変換部11aが形成されており、その周囲には信号処理回路(不図示)が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するA/D変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。
また、撮像素子11のチップにおける受光面側の外縁近傍に形成された複数のパッドは、不図示のワイヤにより基板15に接続されている。撮像素子11は、光電変換部11aからの信号電荷をデジタルYUV信号等の画像信号等に変換し、不図示の外部回路(例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路)へと送信するようになっている。又、外部回路から撮像素子11を駆動するための電力やクロック信号の供給を受けることもできる。ここで、Yは輝度信号、U(=R−Y)は赤と輝度信号との色差信号、V(=B−Y)は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記CMOS型のイメージセンサに限定されるものではなく、CCD等の他のものを使用しても良い。
図2において、鏡枠13の内部には、プラスチック製である5枚レンズ構成の撮像レンズ12が設けられている。撮像レンズ12と鏡枠13とでレンズユニットを構成する。撮像レンズ12は物体側より順に、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、第5レンズL5からなり、それぞれ有効径外にフランジ部を有する。
第1レンズL1のフランジ部L1aの物体側面は、鏡枠13の開口を有する壁部13aの像側面及び内壁13bに当接している。第1レンズ(第1のレンズ)L1の有効径外周に設けられたフランジ部(第1フランジ部)L1aの像側面の一部には、環状に突出した凸部(第1凸部)L1bを形成している。又、第2レンズ(第2のレンズ)L2の有効径外周に設けられたフランジ部(第2フランジ部)L2aの物体側面の一部には、環状に突出した凸部(第2凸部)L2bを形成している。第1レンズL1のフランジ部L1aと、第2レンズL2のフランジ部L2aとの間には、ドーナッツ板状の第1遮光板AP1が配置されている。
更に、第2レンズL2のフランジ部L2aの像側面の一部には、環状に突出した凸部L2cを形成している。又、第3レンズL3の有効径外周に設けられたフランジ部L3aの物体側面の一部には、環状に突出した凸部L3bを形成している。第2レンズL2のフランジ部L2aと、第3レンズL3のフランジ部L3aとの間には、ドーナッツ板状の第2遮光板AP2が配置されている。
更に、第3レンズL3のフランジ部L3aの像側面の一部には、環状に突出した凸部L3cを形成している。又、第4レンズL4の有効径外周に設けられたフランジ部L4aの物体側面の一部には、環状に突出した凸部L4bを形成している。第3レンズL3のフランジ部L3aと、第4レンズL4のフランジ部L4aとの間には、ドーナッツ板状の第3遮光板AP3が配置されている。
更に、第4レンズL4のフランジ部L4aの像側面と、第5レンズL5のフランジ部L5aとの間に、ドーナッツ板状の第4遮光板AP4が当接して挟持されている。第4遮光板AP4及び第5レンズL5の外周は、鏡枠13の内周に当接している。
第5レンズL5のフランジ部L5aの撮像素子11側には、環状のスペーサSPを介してIRカットフィルタ14が配置されている。鏡枠13の下端は、IRカットフィルタ14を保持する環状のホルダ16を介して基板15上に当接している。
図3は、図2の矢印III部を拡大して示す図である。図4は、図3に示す第1レンズL1と、第1遮光板AP1と、第2レンズL2とを分解した状態で示す図である。第1レンズL1の凸部L1bは、内周面(第1の内周面)L1dと、下端面L1eと、内周面L1dと下端面L1eとの間に形成されたテーパ面L1fを有している。一方、第2レンズL2の凸部L2bは、外周面(第2の内周面)L2dを有している。外周面L2dの外径は、内周面L1dの内径に等しいか、それより大きくなっている。
テーパ面L1fの光軸直交方向距離をA、第2レンズL2と鏡枠13との光軸方向最小距離(ここではフランジ部L2aの最外周と鏡枠13の内周面との間隔)をBとしたときに、A>Bである。尚、図示していないが、第2レンズL2〜第4レンズL4においても、隣接するレンズ同士の凸部が同様な関係を有しており、従って、隣接するレンズが第1のレンズと第2のレンズを構成するものといえる。
図5は、凸部L1b、L2bの一部を拡大して示す図であり、組み付け状態を段階的に示すが、第1遮光部材AP1は省略している。組み付け時において、図4に示すように、鏡枠13に最初に第1レンズL1が組み付けられているものとする。ここで、間に第1遮光部材AP1を介在させつつ、第1レンズL1に対して第2レンズL2を接近させてゆく。このとき、図3を参照して、A>Bの関係があるので、鏡枠13内の内壁に沿って第2レンズL2を挿入してゆくと、必ず第2レンズL2の凸部L2bの角部CP(図4)が、第1レンズL1の凸部L1bのテーパ面L1fに当接することとなる(図5(a)参照)。
更に、第1レンズL1に対して第2レンズL2を接近させると、テーパ面L1fの案内によって、第1レンズL1に対して第2レンズL2がセンタリングされ(図5(a)で左方に押され)、双方の光軸が一致するようになるから、更に第1レンズL1に対して第2レンズL2を押圧することで、凸部L1bの内周面L1dと、凸部L2bの外周面L2dとが摺動して圧入がなされ,両者は隙間なく密着することとなる(図5(b)参照)。更に、第1レンズL1に対して第2レンズL2を押圧すると、凸部L1bの下端面L1eが、フランジ部L2aの上面に当接し、これにより組み付けが完了する。尚、第2レンズL2〜第4レンズL4においても、同様に設けたテーパ面により案内され且つ凸部の内周面と外周面とを嵌合して組み付けることができる。その後、第4レンズL4との間に第4遮光部材AP4を介在させた上で、第5レンズL5を鏡枠13に組み付けて、不図示の接着剤を塗布して固化させることで、レンズユニットが形成される。かかるレンズユニットは、基板15等に組み付けられて撮像装置10が完成する。
上述した撮像装置10の動作について説明する。図6は、撮像装置10を携帯端末としてのスマートフォン100に装備した状態を示す。また、図7はスマートフォン100の制御ブロック図である。
撮像装置10は、例えば、鏡枠13の物体側端面がスマートフォン100の背面(図6(b)参照)に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置に配設される。
撮像装置10は、外部接続端子(図7では矢印)を介して、スマートフォン100の制御部101と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部101側に出力する。
一方、スマートフォン100は、図7に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部(CPU)101と、電源等のスイッチ及び番号等をタッチパッドにより指示入力するための入力部60と、所定のデータの他に撮像した映像等を液晶パネルで表示する表示部65(但し、表示部の液晶パネルと入力部のタッチパッドはタッチパネル70が兼用する)と、外部サーバとの間の各種情報通信を実現するための無線通信部80と、スマートフォン100のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末等の必要な諸データを記憶している記憶部(ROM)91と、制御部101によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置10により得られた撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部(RAM)92とを備えている。
スマートフォン100は、入力キー部60の操作によって動作し、アクチュエータ(不図示)により撮像レンズ12を駆動してオートフォーカス動作を行い、レリーズボタン71等を押圧することで、撮像装置10を動作させて撮像を行うことができる。撮像装置10から入力された画像信号は、上記スマートフォン100の制御系により、記憶部92に記憶されたり、或いはタッチパネル70で表示され、さらには、無線通信部80を介して映像情報として外部に送信される。
図8は、本実施の形態の変形例を示す図5と同様な断面図である。本変形例では、第2レンズL2の凸部L2bの上端面L2eと、外周面L2dとの間を、断面が曲線からなる面取り部L2fとしている。すなわち、組み付け時には面取り部L2fがテーパ面L1fに案内されることとなり、これにより凸部L2bのエッジでテーパ面L1fにより削られることが抑制され、それにより発生する塵埃等がレンズ面に付着することを回避できる。特に、第2レンズL2が比較的柔らかいプラスチックから形成されている場合に効果がある。
図9は、本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、第1レンズL1の凸部L1bにテーパ面を設ける代わりに、第2レンズL2の凸部L2bに、テーパ面L2gを形成している。組み付け時には、テーパ面L2gが凸部L1bを案内する。それ以外は上述の実施の形態と同様である。
図10は、本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、第1レンズL1の凸部L1bは、外周面(第1の外周面)L1gと下端面L1eと、外周面L1gと下端面L1eとの間に形成されたテーパ面L1hを有している。一方、第2レンズL2の凸部L2bは、内周面(第2の内周面)L2hを有している。組み付け時には、テーパ面L1hが凸部L2bを案内し、外周面L1gと内周面L2hとが嵌合する。それ以外は上述の実施の形態と同様である。
図11は、本実施の形態の別な変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、第1レンズL1の凸部L1bにテーパ面を設ける代わりに、第2レンズL2の凸部L2bの内周面L2hと上端面L2eとの間に形成されたテーパ面L2jを有している。組み付け時には、テーパ面L2jが凸部L1bを案内し、外周面L1gと内周面L2hとが嵌合する。それ以外は上述の実施の形態と同様である。
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。
10 撮像装置
11 撮像素子
11a 光電変換部
12 撮像レンズ
13 鏡枠
14 IRカットフィルタ
15 基板
60 入力キー部
65 表示部
70 タッチパネル
71 レリーズボタン
80 無線通信部
92 記憶部
100 スマートフォン
101 制御部
L1〜L5 レンズ

Claims (7)

  1. 第1のレンズ及び第2のレンズを備えたレンズユニットにおいて、
    前記第1のレンズは、第1の内周面又は第1の外周面を備えたフランジ部を有し、
    前記第2のレンズは、前記第1の外周面と嵌合する第2の内周面又は前記第1の内周面と嵌合する第2の外周面を備えたフランジ部を有し、
    嵌合し合う前記内周面と前記外周面の一方にはテーパ面が形成されており、
    組み付け時に、前記第1のレンズと前記第2のレンズとを光軸方向から相対的に接近させたとき、前記テーパ面が案内することで前記内周面と前記外周面との嵌合を支援して、更に圧入を行うことを特徴とするレンズユニット。
  2. 前記第1のレンズ及び前記第2のレンズを保持する鏡枠を有し、前記第1のレンズを前記鏡枠に組み付けた後に、前記第2のレンズを前記鏡枠に組み付けるようになっており、前記テーパ面の光軸直交方向距離をA、組み付け時における前記第2のレンズと前記鏡枠との光軸方向最小距離をBとしたときに、A>Bであることを特徴とする請求項1に記載のレンズユニット。
  3. 前記第1のレンズは、前記第1の内周面又は前記第1の外周面を備えた第1凸部を有し、前記第2のレンズは、前記第2の内周面又は前記第2の外周面を備えた第2凸部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズユニット。
  4. 前記第1凸部が前記第2フランジ部に当接し、或いは前記第2凸部が前記第1フランジ部に当接してなることを特徴とする請求項3に記載のレンズユニット。
  5. 前記第1のレンズと前記第2のレンズの圧入前に前記テーパ面に案内される前記第1凸部又は前記第2凸部のエッジには、面取り加工が施されていることを特徴とする請求項3又は4に記載のレンズユニット。
  6. 前記第1のレンズと前記第2のレンズの少なくとも一方はプラスチック製であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のレンズユニット。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のレンズユニットと、固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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