JP5779179B2 - レンズユニット - Google Patents

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Description

本発明は、複数の光学レンズを備えたレンズユニットに関し、特に、カメラ装置などに用いられ、組み立て性に優れたレンズユニットに関する。
技術の進歩により、デジタルスチルカメラ(デジタルカメラとも呼ばれる)が急速に普及し、さらにカメラ付き携帯電話が一般化している。このため、カメラ装置を小型にする技術に対するニーズがますます高まっている。また、カメラ装置には、撮影画像が高画質であることも求められている。
一般的に、カメラ装置は、撮影素子の撮像面に像を形成するため、複数のレンズによって構成されたレンズユニットを備えている。カメラ装置の解像度等の性能は、レンズユニットの鏡筒の設計、部品精度およびレンズを組み込む際の組み立て精度等により大きく左右される。このため、レンズユニットを組み立てるにあたっては、レンズを組み込む際の調整方法に留意する必要がある。
特許文献1は、複数のレンズの光軸を調整して相互に接合し、一体構造のレンズブロックを作製する方法を開示している。図20および図21を参照しながら、特許文献1に開示された従来のレンズブロックの組み立て方法を説明する。
図20は、固定治具にレンズの挿入する手順を示す斜視図であり、図21は、固定治具に挿入された状態にあるレンズの光軸を含む断面図である。図20に示すように、固定治具710に、第1レンズ810、第2レンズ820、第3レンズ830および第4レンズ840が順次組み込まれ、図21に示すように各レンズが重畳された状態で固定治具710に支持される。
この状態で、固定治具710の外側面から内側面へ貫通する第1貫通穴711A、711B、711C、第2貫通穴712A、712B、712C、第3貫通穴713A、713B、713Cおよび第4貫通穴714A、714B、714Cから接着剤を注入し、第1レンズ810、第2レンズ820、第3レンズ830および第4レンズ840を互いに接着する。これにより4つのレンズが一体となったレンズブロックが完成する。特許文献1によれば、接着の前に各貫通穴に治具棒を挿入し、レンズを移動させることによってレンズの偏心を調整することができる。組み立てられたレンズブロックは、カメラ装置の鏡筒に固定される。
一方、特許文献2あるいは特許文献3には、図20および図21に示す第1貫通穴711A、711B、711C、第2貫通穴712A、712B、712C、第3貫通穴713A、713B、713C、および第4貫通穴714A、714B、714Cのような貫通穴から冶具を挿入し、レンズ鏡筒710に対するレンズの偏心を調整する方法が開示されている。
特開2007−94241号公報 特開2007―187776号公報 特開2004―85706号公報
しかし、特許文献1に開示される方法や特許文献2、3に開示される方法によって各レンズの偏心を都度調整するのは作業性が悪く、また、高精度に各レンズの偏心を調整することは困難である。調整が不要となるように、各レンズにおける偏心を小さくするのにも限界がある。
また、近年、ますます高精度な光学系が求められており、レンズの偏心のみならず、各レンズ間の間隔や傾きなども調整しなければ、性能を満足することが困難となってきている。
本発明は、このような従来の課題の少なくとも1つを解決し、簡便な方法により高精度なレンズ位置等の調整を行うことができ、安定した性能を確保することのできるレンズユニットを提供することを目的とする。
本発明のレンズユニットは、それぞれ少なくとも一枚のレンズを含み、同じ光軸上で直列に配置することにより集光機能を有する第1レンズ群および第2レンズ群と、前記第1レンズ群を保持する第1レンズ鏡筒と、前記第2レンズ群を保持し、かつ前記第1レンズ鏡筒の少なくとも一部を内包する、第2レンズ鏡筒と、前記第1レンズ鏡筒および前記第2レンズ鏡筒のうち、前記第2レンズ鏡筒が前記第1レンズ鏡筒の少なくとも一部を内包している領域に設けられており、前記第1レンズ鏡筒と前記第2レンズ鏡筒との、互いの光軸方向の位置関係、互いの光軸の傾き、および互いの偏心の少なくとも1つを調整するための調整機構とを備える。
ある好ましい実施形態において、前記調整機構は、前記互いの光軸方向の位置関係および前記互いの光軸の傾きを調整するために、前記2レンズ鏡筒に回動可能に支持された少なくとも1つの調整ピン、および、前記第1レンズ鏡筒の外側面に位置する少なくとも1つの調整溝を含み、前記少なくとも1つの調整ピンは、前記回動の基準となる基準軸心を中心とした円柱状の基準軸部と、前記基準軸心に対して偏心した偏心軸心を有し、前記偏心軸心を中心とした円形断面を少なくとも一部に有する偏心部とを含み、前記基準軸部は、前記第2レンズ鏡筒の半径方向に軸心が設けられたガイド穴に回動可能に挿入され、前記偏心部は、前記第1レンズ鏡筒の前記少なくとも1つの調整溝に係合しており、前記基準軸部を基準にして前記少なくとも1つの調整ピンを回動させることにより、前記少なくとも1つの調整溝の前記偏心部が接する部分が光軸方向に移動する。
ある好ましい実施形態において、前記調整機構は、前記少なくとも1つの調整ピンおよび前記少なくとも1つの調整溝をそれぞれ3つ含み、前記3つの調整ピンは、前記第2レンズ鏡筒の外側面において、前記光軸を中心として120度間隔で配置されている。
ある好ましい実施形態において、前記3つの調整ピンを同時に同方向へ同速度で回動させることにより、前記第2レンズ鏡筒に対して第1レンズ鏡筒が光軸方向と平行に移動し、前記3つの調整ピンの少なくとも1つを他と異なる方向にまたは異なる速度で回動させることにより、前記第2レンズ鏡筒の前記光軸に対して、前記第1レンズ鏡筒の前記光軸が傾く。
ある好ましい実施形態において、各調整ピンの前記偏心部は、少なくとも一部に樽状曲面を有し、前記偏心部は前記調整溝と前記樽状曲面の一部で点接触する。
ある好ましい実施形態において、前記調整機構は、前記第1レンズ鏡筒と前記第2レンズ鏡筒との互いの偏心を調整するために、前記第2レンズ鏡筒に回動可能に支持された少なくとも1つの調整ネジ、および、少なくとも1つの付勢バネをさらに含み、前記少なくとも1つの調整ネジは、雄ネジが施されたネジ部と、軸方向の一端に位置するネジ頭部および前記軸方向の他端に位置する押圧突起部を有し、前記ネジ部は、前記第2レンズ鏡筒の前記光軸に垂直な断面における半径方向を軸方向として設けられたネジ穴にねじこまれており、前記押圧突起部は、前記少なくとも1つの調整ネジの軸心に直交して前記第1レンズ鏡筒の外側面に設けられたネジ押さえ面に当接し、前記少なくとも1つの付勢バネは、前記第2レンズ鏡筒に支持された前記少なくとも1つの調整ネジと同軸上に位置し、前記第2レンズ鏡筒から前記第1レンズ鏡筒を前記第1鏡筒の光軸の方向へ付勢する。
ある好ましい実施形態において、前記ネジ穴にて前記調整ネジを回動させることにより、前記調整ネジが進む方向に、前記第1レンズ鏡筒が前記第2レンズ鏡筒に対して移動する。
ある好ましい実施形態において、前記調整機構は、前記少なくとも1つの調整ネジおよび前記少なくとも1つの付勢バネをそれぞれ2つ含み、前記第1レンズ鏡筒の前記光軸と垂直な平面の、前記光軸の位置する点で直交する2つの直線上において、前記2つの調整ネジおよび前記2つの付勢バネがそれぞれ配置されている。
ある好ましい実施形態において、各調整ネジの前記押圧突起部は、半球状面部を有し、前記半球状断面部が前記ネジ押さえ面に当接しており、前記ネジ穴にて前記調整ネジを回動させることにより、前記調整ネジが進む方向に、前記第1レンズ鏡筒が前記第2レンズ鏡筒に対して移動する。
ある好ましい実施形態において、前記第1のレンズ群と、前記第2のレンズ群とを併せた全レンズ光学系におけるレンズ組立許容誤差のうち、前記第1レンズ鏡筒に組み込まれた前記第1レンズ群のうちの、第2レンズ鏡筒と最も近接するレンズと、前記第2のレンズ鏡筒に組み込まれた第2レンズ群のうち前記第1レンズ鏡筒に最も近接するレンズとの間の、要求性能を満たすための組立許容誤差が、他のレンズ同士の組立許容誤差に比べ最も小さい。
本発明のレンズユニットによれば、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒とにそれぞれ個々のレンズを装着した後、改めて第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との間で、光軸方向の位置、光軸の傾き、および偏心を調整できるため、より高精度なレンズユニットを構築することが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、第2レンズ鏡筒に対する前記第1レンズ鏡筒の光軸方向における位置を調整する調整ピンを備えるため、簡便な構成で第1鏡筒の第2鏡筒に対する光軸方向の位置を調整することが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、調整ピンが等間隔で3カ所設けられるため、第1レンズ鏡筒の第2レンズ鏡筒に対する光軸に平行な方向の位置と、互いの傾きの、両方を調整することが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、調整ピンが前記調整溝と点接触する構成であるため、調整ピンに対して第1レンズ鏡筒が円滑に動作することが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、第2レンズ鏡筒に対する前記第1レンズ鏡筒の半径方向における位置を調整する調整ネジを設けるため、簡便な構成で第1鏡筒の第2鏡筒に対する偏心調整を行うことが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、調整ネジが、軸線の互いに直交する位置に2カ所設けられ、第2レンズ鏡筒に対する第1レンズ鏡筒の位置を、2軸方向へそれぞれ移動させることができるため、光軸に直交するあらゆる方向への移動を行うことが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、調整ネジは一端面側の半球状面部にて押圧平面に当接しているため、調整ネジの、第1レンズ鏡筒に対する傾き角度が変化した場合においても、当接状態が大きく変化することがなく、従って、調整ピンによる第1レンズ鏡筒の第2レンズ鏡筒に対する調整も、円滑に行うことが可能となる。
また本発明のレンズユニットによれば、レンズを組み込む際に発生する誤差のうち、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との間の組立誤差を、他のレンズの組立誤差よりも許容量を小さくしているため、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との間の組立工程のみで高精度な調整を行い、その他のレンズの組立工程では調整精度を緩和させることが可能となる。これにより、調整工数を削減することが可能であり、また、レンズユニット全体としての完成度も向上する。
本発明によるレンズユニットの実施形態全体を示す斜視図である。 実施形態のレンズユニットにおける第1レンズ鏡筒の分解斜視図である。 実施形態のレンズユニットにおける第2レンズ鏡筒の分解斜視図である。 実施形態のレンズユニットのユニット分解斜視図である。 (a)および(b)は、実施形態のレンズユニットの正面図および(a)に示す図のA−A位置における断面図である。 実施形態のレンズユニットの他のユニット分解斜視図である。 (a)、(b)、(c)は、実施形態における調整ピンの斜視図、正面図および断面図である。 実施形態における調整ピンの組み込み状態を表す斜視図である。 (a)は実施形態のレンズユニットの側面図であり、(b)は(a)に示す図のB−B位置における断面図である。 (a)は実施形態のレンズユニットの側面図であり、(b)は(a)に示す図のB−B位置における断面図である。 実施形態のレンズユニットの調整ピン近傍の拡大断面図である。 実施形態のレンズユニット全体の斜視図である。 (a)は実施形態のレンズユニットの分解斜視図であり、(b)は第1レンズ鏡筒の切欠き部近傍の拡大斜視図である。 実施形態における第2調整ネジの組み込み状態を表す斜視図である。 (a)は実施形態のレンズユニットの側面図であり、(b)は(a)に示す図のB−B位置における断面図である。 (a)、(b)、(c)は、実施形態における調整ピンの他の形態の斜視図、正面図および(b)に示す図のA−A位置における断面図である。 (a)、(b)は、図16に示す調整ピンを用いるレンズユニットの実施形態の側面図および(a)に示す図のF−F位置における断面図である。 (a)、(b)、(c)は、実施形態における調整ピンのさらに他の形態の斜視図、正面図および(b)に示す図のA−A位置における断面図である。 (a)、(b)、(c)は、図17に示す調整ピンを用いるレンズユニットの実施形態の斜視図、側面図および(b)に示す図のF−F位置における断面図である。 従来のレンズユニットにおけるレンズ鏡筒にレンズが組み立てられた状態を示す分解斜視図である。 従来のレンズユニットにおけるレンズ鏡筒にレンズが組み立てられた状態を示す断面図である。
以下、本発明によるレンズユニットの実施形態を説明する。
まず、図1から図5を参照しながら、レンズユニットの全体構成を説明する。
図1に示すように、レンズユニット100は、第1ユニット10および第2ユニット20を備える。
図2に示すように、第1ユニット10は、第1レンズ鏡筒1と、第1レンズ鏡筒1にそれぞれ挿入される第1レンズ群、つまり、第1レンズ11、第2レンズ12および第3レンズ13とを含む。
図3に示すように、第2ユニット20は、第2レンズ鏡筒2と、第2レンズ鏡筒2にそれぞれ挿入される第2レンズ群、つまり、第4レンズ24および第5レンズ25と、スペーサ26と、レンズ押さえ27とを含む。スペーサ26は第4レンズ24と第5レンズ25との間隔を規定する。レンズ押さえ27は、第4レンズ24および第5レンズ25が第2レンズ鏡筒2から抜けるのを防止する。第2レンズ鏡筒2は、第1レンズ鏡筒1の少なくとも一部を内包する内側面を有する。第1レンズ群および第2レンズ群は同じ光軸上において直列に配置されることによって、レンズユニット100に求められる所定の集光機能を発揮する。
図4に示すように各々レンズが挿入された状態で、第1ユニット10が第2ユニット20の第2鏡筒2に挿入されている。第1レンズ鏡筒1には位置決めガイド切欠1Rが設けられ、第2レンズ鏡筒には位置決めガイド突起2Rとが設けられている。位置決めガイド切欠1Rおよび位置決めガイド突起2Rは互いに嵌合し、各レンズ鏡筒同士の回転方向の角度位置の位置決めが一義的になされる。図5(a)および(b)はこのようにして各々組み込まれたレンズユニット100の正面図および断面図である。
次に、第1ユニット10と第2ユニット20とが分割されている理由について説明する。一般的に、ズーム駆動あるいはフォーカス駆動機構のないレンズユニットでは、レンズユニットにレンズを組み込む際には、単一のレンズ鏡筒に対して全てのレンズを順次組み込んでゆく構成がとられる。各レンズ間で高い位置精度が要求されない仕様の場合であれば、各レンズおよびレンズ鏡筒の外形仕上がり寸法の精度ばらつきの範囲でレンズ鏡筒に対して各レンズのずれは許容される。ところが、このように各レンズおよびレンズ鏡筒の外形仕上がりの寸法の精度ばらつきの範囲でさえもレンズ鏡筒に対して各レンズのずれが許容されない場合には、そのずれ量を微調整する必要がある。この場合、レンズを一枚一枚組み込むたびに、その都度、レンズの反射偏心、MTF(Modulation Transfer Function)などを測定しながら、すでに挿入されたレンズの光軸と、今挿入したレンズの光軸とが一致するように、レンズの位置が調整される。
しかしながら、要求される精度が高い場合には、このような方法では、十分に高い精度で各レンズの光軸を一致させることができない。この場合、各々のレンズ組み込みにおいては上記の方法を踏襲する、あるいはさらに要求精度を低下させ、一部のレンズだけ集中的に特別な調整を行う。すなわち、レンズユニットにおいて、集中的に高精度な調整を行うレンズと、それ以外のレンズとを分け、調整を行う。
本実施形態では、レンズユニットは、例えば、5枚のレンズを含む。このうち、好ましくは、第3レンズ13と第4レンズ24との間の光軸を高い精度で調整すれば、レンズユニット全体のレンズ光学系として精度の高い性能を得ることができるように光学系が設計されている。言い換えれば、レンズユニット全体のレンズ組立許容誤差のうち、第1レンズ鏡筒1に組み込まれた第1レンズ群のうちの、第2レンズ鏡筒2と最も近接するレンズと第2のレンズ鏡筒2に組み込まれた第2レンズ群のうちの第1レンズ鏡筒1に最も近接するレンズとの間の、要求性能を満たすための組立許容誤差が、他のレンズ同士の組立許容誤差に比べ最も小さい。このため、レンズユニットの光学系を、第1レンズ11、第2レンズ12および第3レンズ13を組み込んだ第1ユニット10と、第4レンズ24および第5レンズ25を組み込んだ第2ユニット20とに分割し、第3レンズ13および第4レンズ24の光軸のずれおよび傾きと、レンズ間の間隔を高い精度で調整する。
本実施形態では、第1ユニット10は3枚のレンズを含み、第2ユニットは2枚のレンズを含むが、第1ユニット10および第2ユニット20はそれぞれ少なくとも1枚のレンズを含んでいればよい。また、上述したように、レンズユニットを構成する複数のレンズのうち、レンズユニットの光学系の光学性能に最も大きく影響する隣接する2枚のレンズの光軸の調整が可能なように、第1ユニット10および第2ユニット20に複数のレンズを配置することが好ましい。例えば、レンズユニットが7枚のレンズを含み、3番目と4番目のレンズの光軸のずれが、他のレンズ間の光軸のずれに比べて、レンズユニットの光学系全体の性能にもっと影響を及ぼす場合、第1ユニット10に1番目から3番目のレンズを設け、第2ユニット20には、4番目から7番目のレンズを設けることが好ましい。このような光学特性を有するように第1レンズ群および第2レンズ群が設計されている場合、本実施形態のレンズユニットを用いることによって、簡単な方法によって、レンズユニット全体の光学性能が最も高くなるようにレンズの位置を調整することができる。
ただし、本発明は、第1レンズ群および第2レンズ群の隣接する2つのレンズ間のレンズ組立許容誤差が最も小さい場合に限られない。例えば、レンズ組立許容誤差が最も小さい隣接する2つのレンズがスペーサ26を挟むように位置しており、スペーサ26によって位置合わせ誤差がレンズ組立許容誤差内に収まるように設計されていてもよい。スペーサ26に限られず、レンズユニットに設けられる他の手段により、位置合わせ誤差がレンズ組立許容誤差内に収まるように設計されていてもよい。この場合、第1レンズ群および第2レンズ群の隣接する2つのレンズのレンズ組立許容誤差が2番目に小さい値となるように設計されていても、レンズユニット全体の光学性能が最も高くなるようにレンズの位置を調整することができる。また、レンズユニットに他の位置合わせ手段が設けられておらず、第1レンズ群および第2レンズ群の隣接する2つのレンズ間のレンズ組立許容誤差が最も小さくない場合でも、少なくとも第1レンズ群と第2レンズ群との位置あわせや光軸の傾きの調整を簡単に行うことができるため、従来よりもレンズの組み立てが容易となる。
次に、第1ユニット10の光軸と第2ユニット20の光軸との傾き、および2つの光軸方向の位置を調整する方法について、図6から図10を用いて説明する。
図6に示すように、レンズユニットは、調整機構として、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33を備える。また、第1レンズ鏡筒1に設けられた第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cを備える。第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33は、各々、第2レンズ鏡筒2に設けられた第1ガイド穴2A、第2ガイド穴2Bおよび第3ガイド穴2Cに回転可能に支持された(軸支)状態で、第1レンズ鏡筒1の第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cに挿入される。以下、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33をまとめて参照する場合には単に調整ピンと呼ぶ場合がある。
調整ピンを3カ所に設けている理由は、3カ所が決定されれば、第1ユニット10の姿勢は一義的に決まるためである。2カ所であれば自由度が残ってしまい、また4カ所であれば過剰拘束になる。以上より3カ所が最適である。ただし、1カ所、2カ所あるいは5カ所以上であっても第1レンズ鏡筒および第2レンズ鏡筒の光軸の傾きの調整および光軸方向の互いの位置を調整することは可能である。調整ピンは、第2レンズ鏡筒2の外側面において第2レンズ鏡筒2の光軸を中心として120度の間隔で3カ所設けられていることが好ましい。
なお、図6においては、第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cに対する第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33の関係を明示するために、第1レンズ鏡筒1を第2レンズ鏡筒2から外れた状態で示しているが、実際には第1レンズ鏡筒1は第2レンズ鏡筒2内に部分的に挿入されており、図6に示した各々の連結線に従い対応され挟持される。
図7(a)、(b)、(c)は、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33の形状を示す斜視図、正面図および断面図である。第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33には、各々、基準軸部3A、偏心部3Bおよび操作部3Cを有しており、これらは、例えば、概ね円筒形状を有している。円筒形状が伸びる方向に垂直な断面は操作部3Cが最も大きく、基準軸部3A、偏心部3Bの順で断面積が小さくなる。このため、隣接する部分との境界において、段が生じている。基準軸部3Aの基準軸心に対して偏心部3Bの偏心軸心は図7に示すように、偏心寸法G3ABだけ偏心している。なお、操作部3Cは基準軸部3Aに対して同軸に位置している。
また各々の調整ピンの先端部3Dは樽状曲面を有し、断面形状は、図7に示すような曲線断面である。第1調整ピン31、第2調整ピン32、および第3調整ピン33と、第1調整溝1A、第2調整溝1B、および第3調整溝1Cのそれぞれの底部とは、この先端部3Dにて点接触している。
図8は、第2調整溝1Bに第2調整ピン32が挿入される位置を詳しく示している。また図9(a)、(b)は、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33が組み込まれた状態を示す側面図、および、光軸方向と直交する方向の断面図であり、図10(a)、(b)は、同じく側面図および軸方向と平行な方向の断面図である。図11は、図10における第2調整ピン32付近を拡大して詳細に示した図である。
図6、図8、図9、図10および図11に示すように、第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cは、それぞれ、周方向に伸びており、第1レンズ鏡筒1の外側面の一部に設けられている。また図11より分かるように、調整溝幅は第2調整ピン32に設けられた先端部3Dが挿入可能であり、かつ、双方のガタが最小限、つまり、第2調整溝1Bの内側面と先端部3Dとの隙間はできるだけ小さいほうが好ましい。
第2調整ピン32に設けられた基準軸部3Aは第2鏡筒2に設けられた第2ガイド穴2Bに回転可能に軸支されており、基準軸部3Aに対して偏心部3Bおよび先端部3Dが偏心している。このため、第2調整ピン32が図1における矢印D32R方向に回転すると、第2調整溝1Bは矢印D32L方向に移動する。この時の移動量の割合は、1回転360度につき、偏心寸法G3ABである。この偏心寸法G3ABが第2調整溝1Bの最大調整可能寸法である。
第2調整ピン32を例にとって構成を説明したが、第1調整ピン31、第3調整ピン33についても、これに準じて同様の構成である。
このような構造の作用を図12を用いて説明する。第1ユニット10(および第1レンズ鏡筒)の光軸a10と第2ユニット20(および第2レンズ鏡筒)の光軸a20との傾き(角度)は、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33によって、第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cが位置決めされることにより、一義的に決まる。
この時、図12に示すように、各々、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33を矢印D31R方向、矢印D32R方向および矢印D33R方向に個別に1カ所のみ回転させると、第1調整溝1Aは矢印D31L方向へ、第2調整溝1Bは矢印D32L方向へ、そして第3調整溝1Cは矢印D33L方向へそれぞれ単独で移動する。これに従い、第1ユニット10は、それぞれ、矢印D31T方向、D32T方向、およびD33T方向に傾斜する。この原理を用いることにより、第1ユニット10の光軸a10の、第2ユニット20の光軸a20に対する傾斜角度を調整することが可能である。
また、それぞれの調整ピンの操作を単独で行うのではなく、調整量を適宜配分することにより、あらゆる角度に設定することが可能である。たとえば、第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33の全てを同時に同方向へ同速度で回動させることにより、第2レンズ鏡筒2に対して第1レンズ鏡筒1が第2レンズ鏡筒の光軸a20と平行に移動する。また、3つの調整ピンの少なくとも1つを他と異なる方向に、または、異なる速度で回動させることにより、第2レンズ鏡筒2の光軸a20に対して、第1レンズ鏡筒1の光軸a10が傾く。
このように、第1調整ピン31、第2調整ピン32、および第3調整ピン33の調整量が異なると、第1調整溝1A、第2調整溝1B、および第3調整溝1Cとのなす角度が調整工程で刻々と変化するが、すでに上記した通り、各調整ピンの先端部3Dが曲線断面であるため点接触していることにより、支障なく円滑に調整することが可能である。
図13(b)に示すように、第1鏡筒1に設けられた位置決めガイド切欠1Rの端面は曲面形状を有していることが好ましい。これにより、第1ユニット10の第2ユニット20に対する傾斜を調整する際に、第2鏡筒2に設けられた位置決め突起2Rとの間で、互いに干渉しあうことなく、回転方向の位置決めを維持することが容易となる。
さらに、全ての調整ピンを同時に同量操作すると、各調整ピンの調整部分における、第1ユニット10および第2ユニット20の軸方向における位置の差が変化することなく、すなわち、第1ユニット10の光軸a10および第2ユニット20の光軸a20がなす傾斜角度が変化することなく、かつ、第1ユニット10と第2ユニット20との間の軸方向の寸法が変化する。この原理を用いて、第1ユニット10の第2ユニット20に対する軸方向の位置を調整することが可能である。
なお、本実施の形態においては、第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cは図9に示すようにそれぞれ互いに分離しているが、例えば円周方向にすべてが連続した周状の調整溝であっても同等の機能を果たすことは言うまでもない。
次に、第1ユニット10の第2ユニット20に対する、軸方向と直交する方向の偏心、つまり光軸a10と光軸20との偏心を調整する方法について、図13から図15を用いて説明する。
図13から図15に示すように、レンズユニットは、調整機構として、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42と、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42に対して反力を与える第1付勢バネ43Aおよび第2付勢バネ44Aを備える。本実施形態では、さらに、第1付勢バネ43Aおよび第2付勢バネ44Aを保持する第1バネ押さえ43Bおよび第2バネ押さえ44Bを備える。第1調整ネジ41および第2調整ネジ42はそれぞれネジが施されたネジ部と、軸方向の一端に設けられたネジ頭部および他端に設けられた押圧突起部とを含む。
図13に示すように、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42のネジ部は、第1レンズ鏡筒1に設けられた第1ネジ押さえ面1Dおよび第2ネジ押さえ面1Eに当接するよう、第2レンズ鏡筒2に設けられた第1調整ネジ穴2Dおよび第2調整ネジ穴2Eに取り付けられる。
また、第1バネ押さえ43Bおよび第2バネ押さえ44Bは、第1調整バネ43および第2調整バネ44を、第1レンズ鏡筒1に設けられた第1バネ付勢面1Fおよび第2バネ付勢面1Gを付勢した状態で、第2レンズ鏡筒2に設けられた第1バネ固定穴2Fおよび第2バネ固定穴2Gに、ネジなどで締結固定される。
第1調整バネ43Aおよび第1調整バネ押さえ43Bならびに第2調整バネ44Aおよび第2調整バネ押さえ44Bは、それぞれ、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42の軸上であって、第2レンズ鏡筒2の光軸に対して、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42と対向する位置に設けられる。また、第レンズ鏡筒1の光軸a20と垂直な平面の、光軸a20が位置する点で直交する2つの直線上において、第1調整ネジ41、第1調整バネ43Aおよび第1調整バネ押さえ43Bと、第2調整ネジ42、第2調整バネ44Aおよび第2調整バネ押さえ44Bとがそれぞれ配置されている。
なお、図13においては、第1ネジ押さえ面1Dおよび第2ネジ押さえ面1Eに対する第1調整ネジ41および第2調整ネジ42の関係、さらには、第1バネ付勢面1Fおよび第2バネ付勢面1Gに対する第1調整バネ43および第2調整バネ44の関係を明示するため、第1レンズ鏡筒1を第2レンズ鏡筒から外れた状態で示しているが、実際には第1レンズ鏡筒1は第2レンズ鏡筒2に挿入された状態で図13に示した各々の連結線に従い対応され当接あるいは付勢する。
図14は、第2調整ネジ42が第2ネジ押さえ面1Eに当接する状態、および第2調整バネ44が第2バネ付勢面1Gを付勢する状態を説明する図である。また図15は、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42と、第1調整バネ43A、第1バネ押さえ43Bおよび第2付勢バネ44A、第2バネ押さえ44Bが組み込まれた状態を、光軸方向と直交する方向の断面で表した図である。
図13、図14および図15に示すように、第1ネジ押さえ面1D、第2ネジ押さえ面1E、第1バネ付勢面1Fおよび第2バネ付勢面1Gは第1レンズ鏡筒1の外側面の一部に設けられている。これらの面はそれぞれ、第1調整ネジ41、第2調整ネジ42,第1付勢バネ43Aおよび第2付勢バネ44Aの軸方向と直交する。これにより、各調整ネジおよび付勢バネの力を第1レンズ鏡筒1に対して適正に加えることが可能となる。
このような構造による作用を図1および図15を用いて説明する。第1調整ネジ41、第2調整ネジ42、第1付勢バネ43Aおよび第2付勢バネ44Aが第1レンズ鏡筒1に適正に当接および付勢されて組み込まれた状態においては、図1における矢印D41L方向および矢印D42L方向における第1ユニット20の位置(第1ユニット10の第2ユニット20に対する半径方向の位置)は一義的に決まっている。この状態において、第1ユニット10が第2ユニット20に対して、矢印D41L方向に偏心していた場合、第1調整ネジ41を矢印D41R方向に適宜回転させて調整する。同様に、矢印D42L方向に偏心していた場合、第2調整ネジ42を矢印D42R方向に適宜回転させて調整する。この時、図15に示すように、第1調整ネジ41、第2調整ネジ42、第1付勢バネ43Aおよび第2付勢バネ44Aが、それぞれ矢印D41J方向、矢印D42J方向、矢印D43J方向および矢印D44J方向に常に力を及ぼすようなバネ仕様とする。このようにすることにより、第1ユニット10は第1調整ネジ41および第2調整ネジ42の回転による動きに追従することが可能である。
また上記の通り、第1調整ネジ41と第2調整ネジ42とは互いに直交して設けられており、第1ネジ押さえ面1Dと第2ネジ押さえ面1Eとは互いに直交しているため、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42による調整は独立して機能し、図15におけるA1方向の位置調整およびA2方向の位置調整を独立して行うことができる。
さらに、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42の、押圧突起部41Tおよび押圧突起部42Tは半球面形状を有し、第1ネジ押さえ面1Dと第2ネジ押さえ面1Eとの接触が点接触となっている。これにより、上記のように第1調整ピン31、第2調整ピン32、および第3調整ピン33による調整により、第1調整ネジ41と第1ネジ押さえ面1D、および第2調整ネジ42と第2ネジ押さえ面1Eとの接触角が変化しても、第1レンズ鏡筒1を第2レンズ鏡筒2に対して円滑に角度変化させることが可能である。
以上のような構成とすることにより、第1ユニット10の第2ユニット20に対する、光軸傾き、光軸方向位置、および偏心を簡便な構成で確実に調整することが可能となる。
以上の構成において、調整が完了した後、第1ユニット10と第2ユニット20とを接着などで固定すれば、最終的には、第1調整ピン31、第2調整ピン32、第3調整ピン33、第1調整ネジ41、第2調整ネジ42、第1付勢バネ43A、第2付勢バネ44A、第3付勢バネ45A、第1バネ押さえ43B、第2バネ押さえ44B、および第3バネ押さえ45Bを完成したレンズユニット100から除去してしまうことも可能である。あるいは、以上の調整の完了後、第1調整ピン31、第2調整ピン32、第3調整ピン33、第1調整ネジ41および第2調整ネジ42が回動しないように、これらの調整ピンおよび調整ネジと第2レンズ鏡筒2とを接着剤などで固定してもよい。
なお、上記実施形態における調整ピンおよび調整ネジの形状は一例であって、調整ピンおよび調整ネジは他の形状を有していてもよい。例えば、図16(a)、(b)、(c)は、上記実施形態とは異なる形状を有する第1調整ピン31’、第2調整ピン32’、第3調整ピン33’の斜視図、正面図および断面図を示している。
第1調整ピン31’、第2調整ピン32’および第3調整ピン33’のそれぞれは、基準軸部3A、偏心部3B’および操作部3Cを有している。偏心部3B’は、図16(c)に示すように、基準軸部3Aの基準軸心に対して傾斜した軸心を有する。このため、偏心部3B’の先端部3Dは、基準軸心に対して偏心した偏心軸を有している。
図17(a)および(b)は、第1調整ピン31’、第2調整ピン32’および第3調整ピン33’を用いたレンズユニット100’の側面図および断面図である。上記実施形態と同様、第1調整ピン31’、第2調整ピン32’および第3調整ピン33’が第2レンズ鏡筒2に設けられた第1ガイド穴2A、第2ガイド穴2Bおよび第3ガイド穴2Cに回転可能に支持されている。また、第1調整ピン31’、第2調整ピン32’および第3調整ピン33’の偏心部3B’およびその先端部3Dが、それぞれ第1調整溝1A、第2調整溝1Bおよび第3調整溝1Cに挿入されている。
このような構造を有する第1調整ピン31’、第2調整ピン32’および第3調整ピン33’は、上記実施形態で説明した第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33と同様に機能し、上記実施形態のレンズユニット100において第1調整ピン31、第2調整ピン32および第3調整ピン33の代わりに、好適に用いることができる。
また、図18(a)、(b)、(c)は、上記実施形態とは異なる形状を有する第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’の斜視図、正面図および断面図を示している。これらの図に示すように、第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’および第3調整ピン33’’のそれぞれは、基準軸部3A、操作部3Cおよび先端部3Eを有している。先端部3Eは、基準軸部3Aから先端に向うにつれて断面が小さくなっている円錐形状の側面を有している。先端部3Eの軸心は基準軸部3Aの基準軸心と一致しており、偏心していない。基準軸部3Aの側面には雄ネジが設けられている。
図19(a)、(b)、(c)は、第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’を用いたレンズユニット100’’の斜視図、側面図および断面図である。第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’を用いる場合、レンズユニット100’’は、調整機構として、第1レンズユニット10を第2レンズユニット20側へ付勢するために、両端が第1レンズユニット10および第2レンズユニット20に接続されたバネ51をさらに備えることが好ましい。また、第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’を支持するために第2レンズ鏡筒2に設けられた第1ガイド穴2A、第2ガイド穴2B、第3ガイド穴2C(図6)には、雌ネジが形成されていることが好ましい。
図19(c)に示すように、第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’の先端部3Dは、第1調整溝1A、第2調整溝1B、第3調整溝1Cに挿入され、先端部3Dの円錐形状の側面はこれらの調整溝の側壁と当接している。第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’の第1調整溝1A、第2調整溝1B、第3調整溝1Cへの挿入量により、先端部3Dの、調整溝との当接位置が変わり、これにより、図12を参照して上実施形態で説明したように、第1調整ピン31’’、第2調整ピン32’’、第3調整ピン33’’を矢印D31R方向、矢印D32R方向および矢印D33R方向に個別に1カ所のみ回転させると、第1調整溝1Aは矢印D31L方向へ、第21調整溝1Bは矢印D32L方向へ、そして第3調整溝1Cは矢印D33L方向へそれぞれ単独で移動する。これに従い、第1ユニット10は、それぞれ、矢印D31T方向、D32T方向、およびD33T方向に傾斜する。この原理を用いることにより、第1ユニット10の光軸a10の、第2ユニット20の光軸a20に対する傾斜角度を調整することが可能である。
なお、本実施形態においては、第1ユニット10の第2ユニット20に対する光軸の傾斜、軸方向位置および偏心に関する、必要な調整シロが双方の間に設けられていることとする。
また、上記実施の形態において、第1ユニット10および第2鏡筒2に組み込むレンズはそれぞれ3枚および2枚としたが、枚数はこれに限らずとも本発明の効果を得ることができることは言うまでもない。
また、上記全ての実施形態において、レンズを構成する材料は樹脂あるいはガラスのいずれを用いても同等の効果を得ることが可能である。ただし、レンズがガラスであればレンズ鏡筒は金属、レンズが樹脂であればレンズ鏡筒も樹脂であると、両者間の線膨張係数の差を小さくすることができ、温度変化による両者間の変形量の差による歪みを低減する点で好ましい。
また、いずれのレンズも、光学的有効面の形状は各図面に示した形状に限らず、本発明の効果を得ることが可能である。
また、上記実施形態では、倍率が固定されたレンズユニットを例に挙げて本発明を説明したが、本発明はズーム機能を有するレンズユニットにも好適に用いることができる。
また、上記実施形態では、レンズユニットの調整機構は、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との互いの光軸方向の位置関係および互いの光軸の傾きを調整する調整ピンと互いの偏心を調整する調整ネジとを備えていた。レンズの特性やレンズを組み込む鏡筒の構造、レンズユニットの用途によっては、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との互いの光軸方向の位置関係、互いの光軸の傾きおよび互いの偏心のうち少なくとも1つを調整するための調整機構を備えていてもよい。また、第1レンズ鏡筒と第2レンズ鏡筒との互いの光軸方向の位置関係および互いの光軸の傾きを調整する調整ピンにネジを設け、調整ピンの先端部が調整溝の底部とも当接することによって、調整ピンが互いの光軸の偏心を調整する機能も備えていてもよい。
本発明にかかるレンズユニットは、カメラなどに用いられ、レンズ鏡筒に組み込むレンズの、光軸方向位置、傾き、あるいは偏心の各誤差に対して高精度が要求される場合に有用である。
1 第1レンズ鏡筒
1A 第1調整溝
1B 第2調整溝
1C 第3調整溝
1D 第1ネジ押さえ面
1E 第2ネジ押さえ面
1F 第1バネ付勢面
1G 第2バネ付勢面
1R 位置決めガイド切欠
10 第1鏡筒
11 第1レンズ
12 第2レンズ
13 第3レンズ
2 第2レンズ鏡筒
2A 第1ガイド穴
2B 第2ガイド穴
2C 第3ガイド穴
2D 第1調整ネジ穴
2E 第2調整ネジ穴
2F 第1バネ固定穴
2G 第2バネ固定穴
2R 位置決め突起
20 第2鏡筒
24 第4レンズ
25 第5レンズ
26 スペーサ
27 レンズ押さえ
31 第1調整ピン
32 第2調整ピン
33 第3調整ピン
3A 基準軸部
3B 偏心部
3C 操作部
41 第1調整ネジ
41T 押圧突起部
42 第2調整ネジ
42T 押圧突起部
43A 第1付勢バネ
43B 第1バネ押さえ
44A 第2付勢バネ
44B 第2バネ押さえ

Claims (7)

  1. それぞれ少なくとも一枚のレンズを含み、同じ光軸上で直列に配置することにより集光機能を有する第1レンズ群および第2レンズ群と、
    前記第1レンズ群を保持する第1レンズ鏡筒と、
    前記第2レンズ群を保持し、かつ前記第1レンズ鏡筒の少なくとも一部を内包する、第2レンズ鏡筒と、
    前記第1レンズ鏡筒および前記第2レンズ鏡筒のうち、前記第2レンズ鏡筒が前記第1レンズ鏡筒の少なくとも一部を内包している領域に設けられており、前記第1レンズ鏡筒と前記第2レンズ鏡筒との、互いの光軸方向の位置関係、互いの光軸の傾き、および互いの偏心の少なくとも1つを調整するための調整機構と
    を備え、
    前記調整機構は、前記互いの光軸方向の位置関係および前記互いの光軸の傾きを調整するために、前記第2レンズ鏡筒の外側面において、回動可能に支持された3つの調整ピン、および、前記第1レンズ鏡筒の外側面に位置し、前記外側面の周方向に伸びる3つの調整溝を含み、
    前記3つの調整ピンのそれぞれは、前記回動の基準となる基準軸心を中心とした円柱状の基準軸部と、前記基準軸心に対して偏心した偏心軸心を有し、前記偏心軸心を中心とした円形断面を少なくとも一部に有する偏心部とを含み、前記基準軸部は、前記第2レンズ鏡筒の半径方向に軸心が設けられたガイド穴に回動可能に挿入され、前記3つの調整ピンの前記偏心部は、前記第1レンズ鏡筒の前記3つの調整溝の1つにそれぞれ係合しており、
    前記調整機構は、前記第1レンズ鏡筒と前記第2レンズ鏡筒との互いの偏心を調整するために、前記第2レンズ鏡筒に回動可能に支持された2つの調整ネジ、および、2つの付勢バネをさらに含み、前記第レンズ鏡筒の前記光軸と垂直な平面の、前記光軸と交わる点で互いに直交する2つの直線上において、前記2つの調整ネジおよび前記2つの付勢バネがそれぞれ配置されており、
    前記2つの調整ネジのそれぞれは、雄ネジが施されたネジ部と、軸方向の一端に位置するネジ頭部および前記軸方向の他端に位置する押圧突起部を有し、前記ネジ部は、前記第2レンズ鏡筒の前記光軸に垂直な断面における半径方向を軸方向として設けられたネジ穴にねじこまれており、前記押圧突起部は、前記調整ネジの軸心に直交して前記第1レンズ鏡筒の外側面に設けられたネジ押さえ面に当接し、
    前記2つの付勢バネのそれぞれは、前記第2レンズ鏡筒に支持された前記2つの調整ネジのうち対応する1つと同軸上に位置し、前記第2レンズ鏡筒から前記第1レンズ鏡筒を前記第2レンズ鏡筒の光軸に向けて付勢し、
    前記2つの調整ネジがそれぞれ当接するネジ押さえ面は、互いに直交している、レンズユニット。
  2. 前記3つの調整ピンは、前記第2レンズ鏡筒の外側面において、前記光軸を中心として120度間隔で配置されている請求項1に記載のレンズユニット。
  3. 前記3つの調整ピンを同時に同方向へ同速度で回動させることにより、前記第2レンズ鏡筒に対して第1レンズ鏡筒が前記第2レンズ鏡筒の前記光軸と平行に移動し、
    前記3つの調整ピンの少なくとも1つを他と異なる方向にまたは異なる速度で回動させることにより、前記第2レンズ鏡筒の前記光軸に対して、前記第1レンズ鏡筒の前記光軸が傾く、請求項1に記載のレンズユニット。
  4. 各調整ピンの前記偏心部は、少なくとも一部に樽状曲面を有し、前記偏心部は前記調整溝と前記樽状曲面の一部で点接触する、請求項1に記載のレンズユニット。
  5. 前記ネジ穴にて前記調整ネジを回動させることにより、前記調整ネジが進む方向に、前記第1レンズ鏡筒が前記第2レンズ鏡筒に対して移動する、請求項1に記載のレンズユニット。
  6. 各調整ネジの前記押圧突起部は、半球状面部を有し、前記半球状面部が前記ネジ押さえ面に当接しており、
    前記ネジ穴にて前記調整ネジを回動させることにより、前記調整ネジが進む方向に、前記第1レンズ鏡筒が前記第2レンズ鏡筒に対して移動する、請求項1に記載のレンズユニット。
  7. 前記第1のレンズ群と、前記第2のレンズ群とを併せた全レンズ光学系におけるレンズ組立許容誤差のうち、
    前記第1レンズ鏡筒に組み込まれた前記第1レンズ群のうちの、第2レンズ鏡筒と最も近接するレンズと、前記第2のレンズ鏡筒に組み込まれた第2レンズ群のうち前記第1レンズ鏡筒に最も近接するレンズとの間の、要求性能を満たすための組立許容誤差が、他のレンズ同士の組立許容誤差に比べ最も小さい、請求項1から6のいずれかに記載のレンズユニット。
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