JP2020144242A - 光学機器 - Google Patents

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Kunihiko Sasaki
佐々木  邦彦
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Abstract

【課題】複数の曲げ部を有するフレキシブル配線板を用いた小型な光学機器を提供する。【解決手段】フレキシブル配線板123は、ベース部材113,116に対して固定されたベース固定部123A、第1の可動部材107に対して固定された第1の可動固定部123C、光軸直交方向におけるベース固定部と第1の可動固定部との間において第2の可動部材103に対して固定された第2の可動固定部123Eと、ベース固定部と第1の可動固定部との間で物体側と像側のうち一方の側に凸の第1の曲げ部123Bおよび第1の可動固定部と第2の可動固定部との間で上記一方の側に凸の第2の曲げ部123Dを有する。第2の可動部材は、フレキシブル配線板のうち第2の可動固定部と第2の曲げ部との間の部分を支持する支持部103Aを有する。第1および第2の可動部材が最も像側に位置するときに、支持部のうち最も像側の部分が第1の曲げ部の内側に位置する。【選択図】図3

Description

本発明は、電気回路基板と複数の可動部材とをフレキシブル配線板で接続する構成を有する交換レンズ装置や撮像装置等の光学機器に関する。
上記のような光学機器は、フォーカスユニット、絞りユニット、像振れ補正ユニットおよびズームユニット等の各種電動ユニットが搭載されている。電動ユニットが光軸方向に移動可能である場合には、該電動ユニットとこれを制御するCPU等を実装した基板とがフレキシブルプリント配線板(以下、FPCという)により電気的に接続される。この際、FPCに少なくとも1つの曲げ部(以下、Uターン部)を設け、電動ユニットの移動に応じてUターン部が移動するように構成される。これにより、電動ユニットが基板から離れた状態でもこれらをFPCにより接続でき、かつ電動ユニットが基板に近づいた状態でもFPCが光学機器内にてコンパクトに収納される。
特許文献1には、基板と電動ユニットとを接続するFPCに2つのUターン部を設けることで、電動ユニットの可動量を大きくしつつ、Uターン部の収納空間を小さくしたレンズ装置が開示されている。
特開2016−099538号公報
しかしながら、特許文献1にて開示されたレンズ装置では、2つに分かれたUターン部が光軸に直交する方向(径方向)にて2段に重なっているため、レンズ装置が径方向に大型化する。
本発明は、複数のUターン部を有するFPCを用いた小型な光学機器を提供する。
本発明の一側面としての光学機器は、ベース部材に対して互いに独立に物体側と像側に移動可能な第1の可動部材および第2の可動部材と、ベース部材に対して固定された回路基板に電気的に接続されたフレキシブル配線板とを有する。フレキシブル配線板は、ベース部材に対して固定されたベース固定部と、第1の可動部材に対して固定された第1の可動固定部と、光軸方向に直交する方向におけるベース固定部と第1の可動固定部との間において、第2の可動部材に対して固定された第2の可動固定部と、ベース固定部と第1の可動固定部との間において、物体側および像側のうち一方の側に凸の曲面形状を有する第1の曲げ部と、第1の可動固定部と第2の可動固定部との間において、上記一方の側に凸の曲面形状を有する第2の曲げ部とを有する。第2の可動部材は、フレキシブル配線板のうち第2の可動固定部と第2の曲げ部との間の部分を支持する支持部を有する。第1および第2の可動部材が最も像側に位置するときに、支持部のうち最も像側の部分が第1の曲げ部の内側に位置することを特徴とする。
なお、上記光学機器は、交換レンズやレンズ一体型撮像装置を含む。
本発明によれば、フレキシブル配線板が第1および第2の曲げ部を有しながらも、小型な光学機器を実現することかできる。
本発明の実施例1である交換レンズユニット(広角端)とカメラ本体の構成を示す断面図。 実施例1の交換レンズ(望遠端)の断面図。 図1中におけるA部を拡大した図。 広角端と望遠端でのA部を示す拡大図。
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1は、本発明の実施例1である光学機器(レンズ装置)としての交換レンズユニット100の構成を示している。図1は、広角端(ワイド端)における交換レンズユニット100の構成と該交換レンズユニット100が着脱可能に装着された撮像装置としてのカメラ本体200の構成を示している。交換レンズユニット100とカメラ本体200により撮像(カメラ)システムが構成される。図中に一点鎖線は、交換レンズユニット100の光軸を示し、以下の説明では、該光軸が延びる方向を光軸方向といい、光軸に直交する方向を径方向という。また図2は、望遠端(テレ端)における交換レンズユニット100の断面を示している。
図1に示すように、カメラ本体200は、CCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子201を備えている。撮像素子201は、交換レンズユニット100(撮像光学系)により形成された被写体像を光電変換(撮像)する。
交換レンズユニット100は、光軸方向における物体側から像側に順に、第1〜第5レンズ群L1〜L5を含む5群構成のズームレンズユニットである。第1〜第5レンズ群L1〜L5がそれぞれ互いに異なる軌跡を描くように(すなわち互いに独立に)光軸方向に移動することで変倍(ズーミング)が行われる。また、第3レンズ群L3の一部であるフォーカスレンズ群(3Bレンズ群)L3Bが光軸方向に移動することで焦点調節(フォーカシング)が行われる。オートフォーカス時には、メイン回路基板119に設けられた不図示のレンズCPUがカメラ本体200からのフォーカス指令に応じて3Bレンズ群L3Bの位置を制御する。またズーミング時には、レンズCPUがズーミングによる像面位置の変化を補正するように3Bレンズ群L3Bの位置を制御する。
交換レンズユニット100において、レンズマウント112は、カメラ本体200に設けられたカメラマウント(図示せず)にバヨネット結合するためのバヨネット部を有し、固定筒113に対して外装筒114を介してビスにより固定されている。外装筒114は、レンズマウント112と固定筒113との間に挟み込まれて固定されている。外装筒114には、不図示のズーム指標や操作スイッチが取り付けられている。
案内筒116は、固定筒113に対してビスで固定されている。案内筒116には、第1〜第5レンズ群L1〜L5のそれぞれを光軸方向にガイドする第1〜第5直進溝部が形成されている。案内筒116の外周には、カム筒117が光軸回りにて回転可能に保持されている。カム筒117には、ズーミング時に第1〜第5レンズ群L1〜L5のそれぞれを光軸方向に移動させる第1〜第5カム溝部が形成されている。
第1レンズ保持枠101は、第1レンズ群L1を保持し、フィルタ枠120にビスにより固定されている。フィルタ枠120は、第1直進溝部および第1カム溝部に係合する第1カムフォロワを有する。フィルタ枠120の先端には、フィルタ等のアクセサリが装着可能である。
第2レンズ保持枠102は、第2レンズ群L2を保持し、第2直進溝部および第2カム溝部に係合する第2カムフォロワを有する。第3Aレンズ保持枠103は、第3レンズ群L3を構成する3A〜3DレンズL3A〜L3Dのうち3AレンズL3Aを保持し、第3直進溝部および第3カム溝部に係合する第3カムフォロワを有する。第3Bレンズ保持枠104は、3BレンズL3Bを保持し、第3Aレンズ保持枠103と後述する第3Dレンズ保持枠106とにより保持された2本のガイドバーによって光軸方向にガイドされる。第3Bレンズ保持枠104は、不図示のフォーカスモータにより回転されるリードスクリューに噛み合って第3Bレンズ保持枠104を光軸方向に駆動するラックを有する。
第3Cレンズ保持枠105は、3CレンズL3Cを保持し、第3Aレンズ保持枠103により3つのコロを介して保持されている。3Cレンズ保持枠105は、絞り駆動部および絞り羽根部を備えた電磁絞りユニット110を保持している。第3Dレンズ保持枠106は、3DレンズL3Dを保持し、第3Aレンズ保持枠103にビスにより固定されている。第3Dレンズ保持枠106は、光量調整用のND駆動部およびND羽根部を備えたNDユニット111を保持している。
第4レンズ保持枠108は、第4レンズ群L4を保持し、振れ補正ユニット107の一部を構成する。振れ補正ユニット107は、第4レンズ保持枠108を径方向にシフト可能に保持し、マグネットおよびコイルを備えたシフト駆動部によって第4レンズ保持枠108をシフト駆動することで像振れ補正を行う。振れ補正ユニット107には、第4直進溝部および第4カム溝部に係合する第4カムフォロワを有する。
第5レンズ保持枠109は、第5レンズ群L5を保持し、3つの偏芯調整用コロと3つ倒れ調整用コロを介して第5レンズ移動筒121により保持されている。これにより、光軸に対する第5レンズ群L5の偏芯調整と倒れ調整が可能である。第5レンズ移動筒121は、第5直進溝部および第5カム溝部に係合する第5カムフォロワを有する。
ズーム操作環118は、これをユーザが光軸方向での定位置にて回転操作することで、不図示のズームキーを介してカム筒117を回転させる。これにより、ズーミングが行われる。またズーム操作環118には、固定筒113に固定された抵抗式リニアセンサ(ポテンショメータ)のセンサピンが係合するカム溝部が設けられている。ズーム操作環118の回転量に応じて抵抗式リニアセンサの出力が変化する。これにより、現在のズーム位置(焦点距離)を検出することができる。
フォーカス操作環115は、固定筒113の外周に、光軸方向において固定筒113の一部と化粧環122とにより挟持されるように設けられており、ユーザにより光軸方向定位置にて回転操作される。フォーカス操作環115の内周には所定ピッチで遮光部(図示せず)が設けられており、固定筒113には2つのフォトインタラプタ(図示せず)が設けられている。フォーカス操作環115が回転操作されると、遮光部が2つのフォトインタラプタに対して移動(回転)する。これにより、2つのフォトインタラプタから互いに位相が異なる2つの回転検出信号が得られ、該2つの回転検出信号からフォーカス操作環115の回転方向と回転量を検出することができる。
化粧環122は、フォーカス操作環115が固定筒113上から脱落することを防止するために、周方向3箇所に設けられた係合爪を固定筒113に係合させることで固定筒113に固定されている。
メイン回路基板119は、固定筒113にビスにより固定されており、前述したフォーカスモータ、電磁絞りユニット110、NDユニット111および振れ補正ユニット107等の電動ユニットの駆動を制御する。
フレキシブル配線板としてのフレキシブルプリント配線板(FPC)123は、電磁絞りユニット110内の絞りモータおよび絞り値位置検出素子とメイン回路基板119とを電気的に接続する。同様のFPCが、NDユニット111、フォーカスモータおよび振れ補正ユニット107とメイン回路基板119との間にも接続されている。メイン回路基板119とFPC123との接続はコネクタを使用して行ってもよいし、メイン回路基板119にFPC123を半田等により接合して行ってもよい。また、FPC123を熱溶着によりメイン回路基板によって接続してもよい。
次に、図1中のA部を拡大して示す図3を用いて、交換レンズユニット100内でのFPC123の配置について説明する。FPC123の基端部は、メイン回路基板119から、案内筒116に光軸方向に延びるように固定されたベース固定部としてのFPC保持板124に沿って物体側に延びている。そして、FPC123の一部であるベース固定部123Aは、FPC保持板124における最も物体側の部分に固定され、かつ像側に折り返されている。前述したように案内筒116は固定筒113に固定されており、案内筒116と固定筒113とによりベース部材が構成される。
本実施例では、ベース固定部123Aがベース部材としての案内筒116にこれとは別部材として固定されたFPC保持板124に固定されているが、このような場合も、ベース固定部は「ベース部材に対して固定されている」ものとする。なお、FPC保持板が案内筒に一体に形成されていてもよい。
ベース固定部123Aで折り返されたFPC123は、FPC保持板124に沿って像側に延びる平坦部123ABを形成する。そして、FPC123は、平坦部123ABよりも像側に、FPC保持板124と該FPC保持板124の内径側に位置する第1の可動部材としての振れ補正ユニット107との間にて像側(光軸方向における一方)に凸の曲面形状(Uターン形状)を有する第1の曲げ部123Bを形成する。なお、本実施例にいう「曲げ部」は、平坦部との間を境として連続的に形状が変化している(Uターンするように曲がっている)部分であり、より具体的には、平坦部の終わりから次の平坦部までの間の部分である。
この後、FPC123は、第1の曲げ部123Bから振れ補正ユニット107に沿って物体側に延び、振れ補正ユニット107における最も物体側の部分にて振れ補正ユニット107に固定され、かつ像側に折り返される。このFPC123のうち振れ補正ユニット107に固定された部分を、第1の可動固定部123Cとする。
なお、本実施例では、第1の可動固定部123Cが第1の可動部材としての振れ補正ユニット107に直接固定されているが、振れ補正ユニット107に固定された別部材に固定されている場合も、第1の可動固定部が「第1の可動部材に対して固定されている」ものとする。
第1の可動固定部123Cで折り返されたFPC123は、振れ補正ユニット107に沿って像側に延びる平坦部123CDを形成する。振れ補正ユニット107とFPC保持板124との間には、光軸方向に延びるようにFPC支持部103Aが設けられている。FPC支持部103Aは、第2の可動部材としての第3Aレンズ保持枠103に一体に設けられている。
FPC123は、平坦部123CDよりも像側に、振れ補正ユニット107とFPC支持部103Aとの間にて像側に凸の曲面形状(Uターン形状)を有する第2の曲げ部123Dを形成する。
そして、FPC123は、第2の曲げ部123Dよりも物体側の部分にてFPC支持部103Aに固定される。このFPC123のうちFPC支持部103Aに固定された部分を、第2の可動固定部123Eとする。なお、本実施例では、第2の可動固定部123Eが第2の可動部材としての第3Aレンズ保持枠103に一体に設けられたFPC支持部103Aに固定されている。しかし、第2の可動固定部が第3Aレンズ保持枠にこれとは別部材として固定されたFPC支持部に固定されている場合も、第2の可動固定部が「第2の可動部材に対して固定されている」ものとする。
この後、FPC123のうち第2の可動固定部123Eよりも先端の部分は、内径側に折り曲げられて電磁絞りユニット110に接続される。
なお本実施例において、FPC123の第1の可動固定部123Cと第2の可動固定部123Eはそれぞれ、両面テープによって振れ補正ユニット107と第3Aレンズ保持枠103に固定されている。また、ベース固定部123Aは、FPC保持板124に取り付けたクリップ125で挟み込むことで固定している。ただし、FPCの固定方法は、他の方法であってもよい。
このように、FPC123がベース固定部123Aと第1の可動固定部123Cとの間に第1の曲げ部123Bを有することで、ズーミング時におけるFPC保持板124と振れ補正ユニット107との光軸方向での動きの差分が吸収される。また、FPC123が第1の可動固定部123Cと第2の可動固定部123Eとの間に第2の曲げ部123Dを有することで、ズーミング時における振れ補正ユニット107と第3Aレンズ保持枠103との光軸方向での動きの差分が吸収される。
図4は、図3で示した部分の広角端での状態と望遠端での状態を上下に並べて示している。本実施例では、ズーミング時における第1の可動部材である振れ補正ユニット107の光軸方向での最大可動量をAとし、第2の可動部材である第3Aレンズ保持枠103の最大可動量をBとするとき、
B>A
なる条件を満足する。この条件を満足することで、FPCが曲げ部を1つしか有さない場合に比べて、省スペースで第2の可動部材の物体側への移動量(繰出し量)を確保することができる。具体的には、ズームミング時において、第1の曲げ部123Bは光軸方向にA/2だけ移動し、第2の曲げ部123Dは絶対座標系においてA+(B−A)/2だけ光軸方向に移動する。
また、第2の曲げ部123Dの第1の可動固定部123Cに対する移動量は(B−A)/2であり、本実施例では、
A/2>(B−A)/2
の条件を満足する。すなわち、移動量がより大きい第1の曲げ部123Bの曲率が第2の曲げ部123Dの曲率より大きくなるように設定している。これにより、第1の曲げ部123Bの曲げ耐久性を高くし、その第1の曲げ部123Bの光軸方向での移動量を大きくすることで、第1および第2の曲げ部123B,123Dのトータルの耐久性を向上させる。また、FPCが曲げ部を1つしか有さない場合と比べて、移動量を2つの曲げ部に分配することができるため、耐久性のより向上を期待することができる。特に、5群構成で10倍以上の高倍率を有するズームレンズであって、第3レンズ群の移動量が第4レンズ群の移動量よりも大きい場合に、本実施例の構成が有効である。
また本実施例では、第1の曲げ部123Bと第2の曲げ部123Dを曲げる方向(凸となる方向)を光軸方向における同じ側としている。しかも、径方向において第2の可動固定部123Eがベース固定部123Aと第1の可動固定部123Cとの間にてFPC保持板124に固定されている。すなわち、第2の曲げ部123Dが第1の曲げ部123Bに対して光軸方向視において重なるように形成されている。これにより、光軸方向視において、第1の曲げ部と第2の曲げ部とが重なっていない(径方向に2段になっている)場合に比べて、FPC123の配置スペースを径方向に小さくすることができ、交換レンズユニット100を径方向に小型化することができる。
また本実施例では、振れ補正ユニット107と第3Aレンズ保持枠103とが光軸方向にて最も離れる望遠端において、第2の曲げ部123Dは、第1の曲げ部123Bより物体側(第1の曲げ部123Bの外側)に位置する。このとき、FPC支持部103Aは、FPC123のうち第2の可動固定部123Eから第2の曲げ部123Dにおける曲げ開始位置までを支持する。
一方、振れ補正ユニット107と第3Aレンズ保持枠103とが最も像側に位置する広角端において、FPC支持部103Aの像側の端部(最も像側の部分)が第1の曲げ部123Bの内側(図3にハッチングで示す領域)に位置する。本実施例では、この関係を実現するために、広角端において、第2の曲げ部123Dが第1の曲げ部123Bよりも像側に位置するようにしている。これにより、振れ補正ユニット107と第3Aレンズ保持枠103とが最も離れる望遠端でも、FPC123のうち第2の曲げ部123Dの曲げ開始位置から第2の可動固定部123EまでをFPC支持部103Aで平坦に支持することができる。しかも、広角端での交換レンズユニット100の光軸方向での小型化を実現することができる。
ただし、広角端において、第2の曲げ部123Dが第1の曲げ部123Bの内側に位置するようにしてもよい。
さらに本実施例では、第2の可動固定部123Eは、第3Aレンズ保持枠103が最も像側に位置する広角端において、ベース固定部123Aよりも像側に位置する。一方、第3Aレンズ保持枠103が最も物体側に位置する望遠端において、ベース固定部123Aよりも物体側に位置する。これにより、望遠側に大きな繰出し量を確保しつつ、広角端での交換レンズユニット100の全長を短縮することができる。
本実施例によれば、光軸方向や径方向に大きなFPC配置空間を設けることなく、すなわち2つの曲げ部を径方向に並べたり光軸方向に離して配置したりする場合に比べて交換レンズユニット100を小型化しつつ、第3Aレンズ保持枠103の移動量を大きく確保することができる。
なお、本実施例では、第1および第2の曲げ部が像側に凸の曲面形状を有し、180°折り返されたベース固定部123Aが第1の曲げ部123Bより物体側に位置するが、第1および第2の曲げ部を物体に凸の曲面形状することで、ベース固定部123Aの折り返しをなくすことも可能である。
また、上記実施例では光学機器としての交換レンズユニットについて説明したが、光学機器は、第1および第2の可動部材を含むレンズユニット(レンズ鏡筒)と、該レンズユニットにより形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有するレンズ一体型撮像装置であってもよい。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
100 交換レンズユニット
103 第3Aレンズ保持枠(第2の可動部材)
103A FPC支持部
107 振れ補正ユニット(第1可動部材)
110 電磁絞りユニット
113 固定筒
116 案内筒
119 メイン回路基板
123 フレキシブルプリント配線板
123A ベース固定部
123B 第1の曲げ部
123C 第1の可動固定部
123D 第2の曲げ部
123E 第2の可動固定部
124 FPC保持板(ベース固定部)

Claims (10)

  1. ベース部材と、
    該ベース部材に対して互いに独立に光軸方向における物体側および像側に移動可能な第1の可動部材および第2の可動部材と、
    前記ベース部材に対して固定された回路基板と、
    前記回路基板に電気的に接続されたフレキシブル配線板とを有し、
    前記フレキシブル配線板は、
    前記ベース部材に対して固定されたベース固定部と、
    前記第1の可動部材に対して固定された第1の可動固定部と、
    前記光軸方向に直交する方向における前記ベース固定部と前記第1の可動固定部との間において、前記第2の可動部材に対して固定された第2の可動固定部と、
    前記ベース固定部と前記第1の可動固定部との間において、前記物体側および前記像側のうち一方の側に凸の曲面形状を有する第1の曲げ部と、
    前記第1の可動固定部と前記第2の可動固定部との間において、前記一方の側に凸の曲面形状を有する第2の曲げ部とを有し、
    前記第2の可動部材は、前記フレキシブル配線板のうち前記第2の可動固定部と前記2の曲げ部との間の部分を支持する支持部を有し、
    前記第1および第2の可動部材が最も像側に位置するときに、前記支持部のうち最も像側の部分が前記第1の曲げ部の内側に位置することを特徴とする光学機器。
  2. 前記支持部のうち最も像側の部分は、前記第1および第2の可動部材が最も物体側に位置するときに前記第1の曲げ部の外側に位置することを特徴とする請求項1に記載の光学機器。
  3. 前記第1および第2の可動部材が最も像側に位置するときに、前記第2の曲げ部は、前記第1の曲げ部の外側に位置することを特徴とする請求項1または2に記載の光学機器。
  4. 前記支持部は、前記第1および第2の可動部材が最も物体側に位置するときに、前記フレキシブル配線板のうち前記第2の可動固定部から前記第2の曲げ部における曲げ開始位置までを支持することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の光学機器。
  5. 前記第2の可動固定部は、
    前記第1および第2の可動部材が最も像側に位置するときに前記ベース固定部よりも像側に位置し、
    前記第1および第2の可動部材が最も物体側に位置するときに前記ベース固定部よりも物体側に位置することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の光学機器。
  6. 前記第1の可動部材の最大可動量をAとし、前記第2の可動部材の最大可動量をBとするとき、
    B>A
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光学機器。
  7. 前記第1の可動部材の最大可動量をAとし、前記第2の可動部材の最大可動量をBとするとき、
    A/2>(B−A)/2
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の光学機器。
  8. 前記第1および第2の可動部材はそれぞれ、レンズを保持する部材であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の光学機器。
  9. 被写体像を撮像する撮像素子を有する撮像装置に対して着脱が可能な交換レンズ装置であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光学機器。
  10. 前記第1および第2の可動部材を含むレンズユニットと、
    前記レンズユニットにより形成された被写体像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光学機器。
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