JP2006309005A - 光学機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 光学系の一部を光軸上から退避させてレンズ鏡筒の沈胴量を大きくする場合において、撮影時における高い光学性能を容易に確保できるようにする。
【解決手段】 光学機器は、光学機器本体101に対して突出および格納が可能な光学系と、該光学系が突出した状態において該光学系の光軸AXLを含む第1の領域2′に配置され、該光学系の一部である第1の光学要素L3および該第1の光学要素を駆動して像振れを抑制するアクチュエータ2a,2b,2cを有する防振ユニット2とを有する。該光学系の格納に際して、防振ユニットを該光学系の光軸を含まない第2の領域に退避させ、該防振ユニットが退避した後の第1の領域に第2の光学要素1,L2を配置する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ等の光学機器に関し、特に光学機器本体に対して突出および格納する沈胴鏡筒を有し、さらに防振機能を備えた光学機器に関する。
沈胴鏡筒を有するカメラにおいて、光学系の一部のレンズを光軸上から退避させ、その退避してできた空間に他のレンズを進入させることによって、沈胴量を増加させ、カメラの薄型化を図ったものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、コンバージョンレンズを光学系に対して挿入および退避可能とし、該コンバージョンレンズが光学系に挿入された状態で該コンバージョンレンズを駆動することによって、像振れを補正するカメラが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−315861号公報(段落0014、図1〜3等) 特開2000−19575号公報(段落0017〜0023、図2,3等)
しかしながら、特許文献1にて提案されているカメラにおいては、レンズを光学系の光軸上から退避させたり該光軸上に挿入したりするため、挿入状態での該レンズの光軸と光学系の光軸とを一致させるために極めて高い挿入位置精度が必要となる。逆に言えば、挿入されたレンズと光学系の光軸とがずれる可能性が高い。そしてこの場合、該光軸のずれが光学系の解像力やコントラスト性能に与える影響が大きく、光学性能が悪化し易い。なお、このカメラは防振機能を有していない。
一方、特許文献2にて提案されているカメラにおいては、撮影において像振れ補正機能が付加されたコンバージョンレンズを使用するか否かを選択するために光学系に対する挿入および退避を可能としたものにすぎず、レンズ鏡筒の沈胴量を増加させるために、該コンバージョンレンズを光学系外に退避可能としているわけではない。
本発明は、カメラの不使用時において光学系の一部を光軸上から退避させ、レンズ鏡筒の沈胴量を大きくする場合において、撮影時における高い光学性能を容易に確保できるようにした光学機器を提供することを目的としている。
本発明の一つの側面としての光学機器は、光学機器本体に対して突出および格納が可能な光学系と、該光学系が突出した状態において該光学系の光軸を含む第1の領域に配置され、該光学系の一部である第1の光学要素および該第1の光学要素を駆動して像振れを抑制するアクチュエータを有する防振ユニットと、該光学系の格納に際して、防振ユニットを該光学系の光軸を含まない第2の領域に退避させる退避機構とを有する。そして、該光学系は、防振ユニットが退避した後の第1の領域に、該光学系に含まれる第2の光学要素を配置する。
防振ユニットに用いられる光学要素は、もともと光学系の光軸を変位させるよう駆動されることが前提として設計されており、該光学要素の光軸と光学系の光軸とのずれが光学系の解像力や像のコントラストに与える影響は小さい。本発明によれば、このような防振ユニットを光学系の光軸を含む領域に対して退避および挿入可能としているため、防振ユニットに対してそれほど高い挿入位置精度を確保しなくても、光学系の光学性能を維持することができる。しかも、防振ユニットの退避後のスペースに他の光学要素を配置することで、光学系の格納長を短くする(レンズ鏡筒の沈胴量を増加させる)ことができる。したがって、高い光学性能を確保しつつ、光学機器を小型化(薄型化)することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図8には、本発明の実施例1であるデジタルスチルカメラ(光学機器)を示している。この図において、101はカメラ本体であり、102はカメラ本体101から図示のように突出した状態(以下、撮影状態という)とカメラ本体101内に格納された状態(以下、沈胴状態という)とに駆動されるレンズ鏡筒である。カメラの電源が未投入であるときには、レンズ鏡筒102は沈胴状態にあり、電源スイッチ107がオン操作されることにより、レンズ鏡筒102が撮影状態に駆動される。また、電源スイッチ107がオフ操作されることにより、レンズ鏡筒102は沈胴状態に駆動される。
103は画像を記録するための撮影スイッチであり、104,105および106はそれぞれ、ファインダ対物窓、測光窓およびフラッシュである。
図1から図4には、該カメラの光学系の構成を示していおり、カメラを上下方向(後述する撮像素子の短辺に平行な方向)に切断したときの断面を示している。ここで、図1はレンズ鏡筒の沈胴状態を、図2は該レンズ鏡筒が沈胴状態から撮影状態に移行する途中の状態を示している。また、図3は沈胴状態から撮影状態に移行し、焦点距離が広角端に設定された状態を示し、図4は撮影状態において焦点距離が望遠端に設定された状態を示している。
これらの図において、物体側から順に、L1は第1レンズユニット、L2は第2レンズユニット、1は絞り、L3は第1の光学要素としての第3レンズユニット、L4は第4レンズユニットである。これら第1〜第4レンズユニットL1〜L4および絞り1により、光軸(以下、撮影光軸という)AXLを持つ撮影光学系が構成され、該撮影光学系の全系の長さおよび第1〜第4レンズユニットL1〜L4の間隔が変化することによってズーミングが行われる。
5はCCDセンサやCMOSセンサにより構成される撮像素子(光電変換素子)であり、不図示の固定鏡筒(カメラ本体101内に設けられたシャーシに固定される)によって保持されている。撮像素子5の受光面は、長辺:短辺が4:3等の比率を有し、短辺が上下方向に延びるように設けられている。撮像素子5の前面には、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の光学フィルタ4が配置されている。撮像素子5により光電変換された被写体像に対応した信号に対して不図示の画像処理回路において各種の処理がなされることにより、画像信号が生成される。この画像信号は、カメラ本体101に装填された半導体メモリや光ディスク、磁気ディスク等の不図示の記録媒体に記録されたり、カメラ本体101の背面に設けられた不図示のディスプレイデバイスに表示されたりする。
第3レンズユニットL3は、防振ユニット2に含まれている。この防振ユニット2は、該防振ユニット2の本体であって、第3レンズユニットL3を保持するレンズ保持枠2eを該第3レンズユニットL3の光軸(以下、防振光軸という)AXL3に略直交する方向に移動可能に保持するベース部材2dとを有する。レンズ保持枠2eには、コイル(可動部)2aが固定されている。一方、ベース部材2dにおいてコイル2aに対向する位置には、マグネット2bおよびヨーク2c(固定部)が固定されている。これらコイル2a、マグネット2bおよびヨーク2cにより、レンズ保持枠2eをベース部材2dに対して防振光軸AXL3に略直交する方向に駆動するためのアクチュエータが構成される。
なお、本実施例では、コイル2aが第3レンズユニットL4とともに移動するムービングコイル型のアクチュエータを用いた場合について説明するが、マグネット2bとヨーク2cが第3レンズユニットL4とともに移動するムービングマグネット型のアクチュエータを用いてもよい。
このアクチュエータは、図6に示すように、防振ユニット2を光軸方向から見たときに、防振光軸AXL3の上方と右方にそれぞれ1つずつ配置されている(図6には、コイル2aをアクチュエータとして示している)。上方のアクチュエータは、防振ユニット2を上下方向、すなわちピッチ方向Pに駆動し、右方のアクチュエータは、防振ユニット2を左右方向、すなわちヨー方向Yに駆動する。これら2つのアクチュエータによる駆動の組み合わせによって、防振ユニット2は防振光軸AXL3に略直交する面内で駆動される。
そして、本実施例では、このように構成された防振ユニット2が、軸Sを中心として、図3および図4に示すように撮影光軸AXLを含む領域(以下、挿入領域という)2′に挿入される位置と、図1および図2に示すように撮影光軸AXLを含まない、さらに言えば撮影光学系の外側の領域(以下、退避領域という)2″に退避した位置との間で回動する。レンズ鏡筒102(つまりは撮影光学系)が撮影状態にあるときには防振ユニット2は挿入領域2′に配置され、レンズ鏡筒102が沈胴状態にあるときには防振ユニット2は退避領域2″に退避し、空いた挿入領域2′のスペースには、図1に示すように、第2の光学要素としての絞り1および第2レンズユニットL2が進入する。本実施例では、第2レンズユニットL2はその一部のみが挿入領域2′に進入している。
これにより、図9に示すように、防振ユニット2が挿入領域2′に配置されたままレンズ鏡筒を沈胴させる場合の沈胴長さBに比べて、本実施例での沈胴長さAを小さくすることができ(すなわち、沈胴量を増加させることができ)、その結果、カメラの撮影光軸方向における小型化(薄型化)を実現することができる。
ここで、軸Sは、撮影光軸AXLから退避領域2″側に離れた位置であって、挿入領域2′よりも像面側かつ退避領域2″と撮影光学系との間に設けられている。このため、防振ユニット2は、挿入領域2′に挿入された状態から退避領域2″に向かって、防振光軸AXL3から見てアクチュエータが配置されている方向に回動する。また、このとき、アクチュエータは像面側に向かって回動する。言い換えれば、防振ユニット2は、アクチュエータと軸S間の距離が、防振光軸AXL3と軸S間の距離よりも短い状態を維持しながら回動する。
退避領域2″に退避した防振ユニット2において、第3レンズユニットL3は防振光軸AXL3が撮影光軸AXLに直交する方向に延びる。このように防振ユニット2が回動することで、退避領域2″に退避した防振ユニット2の高さ方向の寸法を抑え、カメラの高さが大きくなるのを抑えている。
なお、防振ユニット2は、撮影状態において不図示の駆動機構によって撮影光軸AXLの方向に駆動される。具体的には、軸Sが不図示の防振ユニット保持枠に回動可能に保持されており、該防振ユニット保持枠が不図示のカム筒に形成されたカム等によって光軸方向に駆動されることにより、防振ユニット2も光軸方向に駆動される。
図5を用いて、防振ユニット2を退避駆動する退避機構の具体的な構成について説明する。撮影状態において挿入領域2に位置する防振ユニット2を示す図5(A)中、2eはベース部材2dにおける後面(像面側の面)から後方に延出したアームである。該アーム2eの後端部は、軸Sにより上記防振ユニット保持枠に回動可能に保持されている。また、アーム2eの後端部には、軸Sよりも下側に延出したカム部2fが形成されている。8は上述した固定鏡筒から前方(物体側)に延出した突起部である。
レンズ鏡筒102が撮影状態から沈胴方向に駆動されると、他の光学要素と同様に防振ユニット2も防振ユニット保持枠とともに後方に移動する。そして、図5(B)に示すように、アーム2eのカム部2fが突起部8の先端に当接すると、防振ユニット2は防振光軸AXL3から見てアクチュエータが配置されている方向(図中に白抜き矢印で示す方向:図5(B)ではほぼ上方)に向かって回動を始める。この後、図5(C)に示すように、さらに防振ユニット保持枠が後方に移動することにより、防振ユニット2は、防振光軸AXL3から見てアクチュエータが配置されている方向である上方および後方に向かって回動していき、最終的に沈胴が終了した時点で、図5(D)に示すように、防振光軸AXL3が撮影光軸AXLに直交する方向を向くような姿勢となって退避領域2″に配置される。
なお、レンズ鏡筒が沈胴状態から撮影状態に駆動される場合には、防振ユニット2は、退避領域2″から上記とは逆方向の回動によって挿入領域2′に挿入される。
図1〜図4において、3はフレキシブル基板であり、アクチュエータのコイル2aと、カメラ本体101の最も像面側に固定され、該コイル2aへの通電(すなわち、アクチュエータの駆動)を制御するために電気回路基板7とを接続している。
ここで、カメラ本体101内には、振動ジャイロや加速度センサ等からなる不図示の振れ検出センサが設けられている。電気回路基板7に搭載された不図示のCPU等の制御回路は、該振れ検出センサからの信号に基づいて、像振れを打ち消す方向に防振光軸AXL3が変位するよう第3レンズユニットL3を駆動するためにコイル2aへの通電をコントロールする。
フレキシブル基板3は、撮影光軸AXLから退避領域2″側に離れた位置であって、挿入領域2′よりも像面側かつ退避領域2″と撮影光学系との間、すなわち軸Sに近接した領域を通るように設けられている。上述したように、防振ユニット2はアクチュエータと軸Sとの間の距離が短い状態を維持しながら回動するため、フレキシブル基板3における防振ユニット2の回動を許容するための余裕長さが短くて済む。
なお、防振ユニット2は、撮影状態において不図示の駆動機構によって撮影光軸AXLの方向に駆動される。フレキシブル基板3には、この撮影光軸AXLの方向への移動も許容する余裕長さが必要であるため、上述したように防振ユニット2の回動を許容するための余裕長さを短く抑えることで、フレキシブル基板3に必要な長さを短くすることができ、該フレキシブル基板3を収容するスペースも小さくすることができる。このことは、カメラの小型化に有効である。
そして、本実施例では、さらにフレキシブル基板3における防振ユニット2の撮影光軸AXLの方向への移動を許容する余裕長さ部分の中に、防振ユニット2の回動を許容するための余裕長さ部分を含めるようにしている。
このフレキシブル基板3の引き回し方法について、図6、図7、図3および図4を用いてさらに詳しく説明する。図7(A)は、防振ユニット2が退避位置に退避した状態でのフレキシブル基板3の引き回し形状を示している。図7(A)において、3dはフレキシブル基板3のうち上述した電気回路基板7に接続された基板接続部であり、3aは基板接続部3dから光軸方向前方に延びたフレキシブル基板3が最初に後方にUターンした部分(第1のUターン部)である。この第1のUターン部3aは、光軸方向において固定鏡筒に固定されている。3bは第1のUターン部3aから後方に延びたフレキシブル基板3が再度前方にUターンする第2のUターン部である。3cは第2のUターン部3bから前方に延びたフレキシブル基板3が、その先端部3eをフレキシブル基板3の上方に退避した振動ユニット2のアクチュエータに接続するために上方に曲がったR部である。
図7(B)および図3は、レンズ鏡筒が沈胴状態から広角端状態になり、防振ユニット2が退避領域から挿入領域に回動した状態を示している。退避領域から挿入領域に回動する際のアクチュエータの移動に伴いフレキシブル基板3のR部3cが直線状になり、第2のUターン部3bから先の部分は前方に延びる。図7(C)および図4は、レンズ鏡筒が望遠端に駆動された状態を示している。防振ユニット2が広角端での位置から望遠端の位置まで前方に移動するのに伴い、第2のUターン部3bの位置が第1のUターン部3aに接近する。
図7(C)から分かるように、フレキシブル基板3の第1のUターン部3aからの先端部3eまでの長さが望遠端状態に対応するLであれば、広角端と望遠端とのズーム全域で防振ユニット2と電気回路基板7との接続を維持することができる。この長さLは、図7(B)に示す広角端状態でも図7(A)に示す防振ユニット2の退避状態(沈胴状態)でも同じである。
このように、本実施例では、フレキシブル基板3のうちズーム動作で変形する長さLの範囲は、防振ユニット2の退避/挿入動作で変形する範囲と同一である。つまり、フレキシブル基板3において、ズーム時の変形範囲と防振ユニット2の退避/挿入時の変形範囲とを兼用している。これにより、ズーム時の変形範囲と防振ユニット2の退避/挿入時の変形範囲とを別々に設ける場合に比べて、フレキシブル基板3の引き回し形状を簡略化することができ、しかもフレキシブル基板3の全長を小さく抑えて、その収容に必要なスペースも小さくすることができる。
また、本実施例では、図6に示すように、軸Sとフレキシブル基板3のうち防振ユニット2の退避/挿入時に変形する部分であるR部3cとが略平行となっている。これにより、防振ユニット2の退避/挿入時においてフレキシブル基板3をスムーズに変形させることができる。
また、本実施例では、図6に示すように、フレキシブル基板3は、光軸方向視において、撮影光軸AXLを通って防振ユニット2の退避方向(上方)に延びる軸(ピッチ軸P)を中心とする120度の範囲内に配置されている。さらに好ましくは、フレキシブル基板3を、光軸方向視において、撮影光軸AXL、退避領域2″に退避した防振ユニット2における退避移動方向に直交する方向の両端部とを結ぶ線によって囲まれた領域C内に配置されているとよい。これにより、フレキシブル基板3を無理に変形させたり複雑な引き回し形状としたりすることなく、防振ユニット2の退避/挿入時に変形する部分(R部3c)を設けることができる。なお、
さらに、防振ユニット2のアクチュエータがコイル2a,マグネット2bおよびヨーク2cにより構成されているために、防振ユニット2のうちアクチュエータが配置された側の部分の重量が防振光軸AXL3を挟んだ反対側の部分の重量よりも重い。このため、本実施例のように、防振ユニット2がアクチュエータと軸Sとの間の距離が短い状態で回動することにより、アクチュエータと軸との間の距離が長い場合に比べて、防振ユニット2の退避/挿入駆動に必要な駆動力を小さくすることができる。図5に示した退避機構は、レンズ鏡筒の沈胴/突出のための駆動力を利用して動作するため、防振ユニット2の退避/挿入駆動に必要な駆動力を小さく抑えることで、レンズ鏡筒を駆動するモータ等の不図示のアクチュエータを大型化(大出力化)することなく、防振ユニット2の退避/挿入駆動を含めたレンズ鏡筒の駆動をスムーズに行うことができる。
そして、本実施例によれば、もともと撮影光軸AXLに対する防振光軸AXLのずれによる撮影光学系の解像力や像のコントラストに与える影響が小さい第3レンズユニットL3を駆動して像振れを抑制する防振ユニット2を撮影光学系に対して退避および挿入可能としているため、防振ユニットに対してそれほど高い挿入位置精度を確保しなくても、撮影光学系の光学性能を維持することができる。したがって、高い光学性能を確保しつつ、カメラを小型化(薄型化)することができる。
図10には、本発明の実施例2であるデジタルカメラにおける光学系の構成を示している。上記実施例1では、防振ユニット2を軸Sを中心として回動させることによって挿入領域から退避領域に退避させる場合について説明したが、本実施例では、挿入領域2′に配置された防振ユニット2を、防振光軸AXL3から見てアクチュエータ(コイル2a,マグネット2bおよびヨーク2c)が配置されている方向、すなわち撮影光軸AXLに略直交する方向に平行移動させて退避領域2″に退避させるようにしている。
なお、防振ユニット2の退避の仕方が異なる点以外のカメラの構成は、退避後の挿入領域2′内に絞り1と第2レンズユニットL2の一部とが進入してレンズ鏡筒が沈胴することを含めて、実施例1と同じである。但し、本実施例の場合、実施例1に比べて、フレキシブル基板3において防振ユニット2の退避移動を許容するための長さが長くなる。
しかしながら、本実施例においても、撮影光軸AXLに対する防振光軸AXLのずれによる撮影光学系の解像力や像のコントラストに与える影響が小さい第3レンズユニットL3を駆動して像振れを抑制する防振ユニット2を撮影光学系に対して退避および挿入可能としているため、防振ユニットに対してそれほど高い挿入位置精度を確保しなくても、撮影光学系の光学性能を維持することができる。したがって、高い光学性能を確保しつつ、カメラを小型化(薄型化)することができる。
なお、上記各実施例では、防振ユニット2を挿入領域2′から上方に回動又は平行移動させて退避領域2″に退避させる場合について説明したが、挿入領域2′から側方(水平方向、すなわち撮像素子5の長辺に平行な方向)に回動又は平行移動させて退避させるようにしてもよい。これにより、上方に回動又は平行移動させる場合に比べて、小さな駆動力で防振ユニット2を退避/挿入することができる。
また、上記各実施例では、第3レンズユニットL3を光軸に直交する方向に駆動して像振れを補正(抑制)するいわゆるシフト型防振ユニットを撮影光学系に対して退避/挿入する場合について説明したが、本発明は、2枚の透明板の間に透明液体を封入して該透明板の相対角度(頂角)を変化させて光軸を変位させるいわゆる可変頂角プリズムとこれを駆動するアクチュエータとを含む防振ユニットを用いる場合にも適用することができる。また、レンズユニットを撮影光軸上の軸を中心として回動させて像振れ補正を行う防振ユニットを用いる場合にも、本発明を適用することができる。
本発明の実施例1であるカメラの光学系(沈胴状態)の構成を示す断面図。 実施例1の光学系(沈胴状態から撮影状態への移行途中)の構成を示す断面図。 実施例1の光学系(広角端での撮影状態)の構成を示す断面図。 実施例1の光学系(望遠端での撮影状態)の構成を示す断面図。 実施例1における防振ユニットの退避動作を示す図。 実施例1におけるフレキシブル基板の配置を示す光軸方向視図。 実施例1におけるフレキシブル基板の変形の様子を示す図。 実施例1のカメラの外観図。 従来のカメラの光学系(沈胴状態)の断面図。 本発明の実施例2であるカメラの光学系(沈胴状態)の構成を示す断面図。
符号の説明
1 絞り
2 防振ユニット
2a コイル
2b マグネット
2c ヨーク
2′ 挿入領域
2″ 退避領域
3 フレキシブル基板
5 撮像素子
L1〜L4 レンズユニット
S 軸

Claims (10)

  1. 光学機器本体に対して突出および格納が可能な光学系と、
    前記光学系が突出した状態において該光学系の光軸を含む第1の領域に配置され、該光学系の一部である第1の光学要素および該第1の光学要素を駆動して像振れを抑制するアクチュエータを有する防振ユニットと、
    前記光学系の格納に際して、前記防振ユニットを該光学系の光軸を含まない第2の領域に退避させる退避機構とを有し、
    前記防振ユニットが退避した後の前記第1の領域に、前記光学系に含まれる第2の光学要素を配置することを特徴とする光学機器。
  2. 前記退避機構は、前記防振ユニットを、前記第1の光学要素の光軸から見て前記アクチュエータが配置されている方向に移動させて前記第2の領域に退避させることを特徴とする請求項1に記載の光学機器。
  3. 前記アクチュエータは、前記防振ユニットのベース部材に固定された固定部と、前記第1の光学要素とともに移動する可動部とを有し、
    前記退避機構は、前記固定部および前記可動部を前記第1の光学要素とともに退避させることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学機器。
  4. 前記退避機構は、前記光学系の光軸から前記第2の領域側に離れた軸を中心として、前記アクチュエータが像面側に移動するように前記防振ユニットを回動させて前記第2の領域に退避させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学機器。
  5. 前記退避機構は、前記第1の光学要素の光軸が前記光学系の光軸に対して略直交する方向を向くように前記防振ユニットを回動させることを特徴とする請求項4に記載の光学機器。
  6. 前記退避機構は、前記防振ユニットを前記光学系の光軸に略直交する方向に平行移動させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学機器。
  7. 前記光学系の光軸から前記第2の領域側に離れた位置に配置され、前記アクチュエータと該アクチュエータの駆動を制御する電気回路とをつなぐフレキシブル基板を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の光学機器。
  8. 前記防振ユニットは、前記光学系のズーム動作により該光学系の光軸方向に移動し、
    前記フレキシブル基板は、前記防振ユニットの前記光学系の光軸方向への移動を許容する長さ部分に、前記防振ユニットの前記第1の領域と前記第2の領域間での移動を許容する長さ部分を含むことを特徴とする請求項7に記載の光学機器。
  9. 前記フレキシブル基板は、光軸方向視において、前記光学系の光軸を通って前記防振ユニットの退避方向に延びる軸を中心とする120度の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学機器。
  10. 前記フレキシブル基板は、光軸方向視において、前記光学系の光軸と、前記第2の領域に退避した前記防振ユニットにおける該防振ユニットの退避方向に直交する方向の両端部とを結ぶ線によって囲まれた領域内に配置されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学機器。
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