JP2024039149A - 光学防振装置および光学機器、 - Google Patents

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Abstract

【課題】光学防振装置において、簡単な構成により可動部材に対する駆動部材や付勢部材の位置を調整する。【解決手段】光学防振装置100は、ベース部材102と、防振素子101を保持した可動部材103と、可動部材をベース部材に対して移動させるアクチュエータと、該アクチュエータを構成する駆動部材111を保持して可動部材およびベース部材のうち一方の部材に組み付けられる保持部材200とを有する。保持部材は、該保持部材を上記一方の部材に組み付ける向きに応じて駆動部材の上記一方の部材に対する位置が変化するように構成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器に搭載される光学防振装置に関する。
光学防振装置は、光学機器の振れを検出し、その検出結果に応じて補正レンズや撮像素子等の防振素子を光軸に直交する方向に移動(シフト)させて像振れを抑える。防振素子の駆動には、一般に駆動部材であるマグネットとコイルにより構成される電磁アクチュエータが使用される。防振素子はマグネットおよびコイルのうち一方が固定された可動部材により保持されて可動ユニットを構成し、可動ユニットはマグネットおよびコイルのうち他方が固定されたベース部材によりシフト可能に保持される。
このような光学防振装置において、可動ユニットをベース部材に対してシフト可能に保持するとともに、可動ユニットの光軸回りでの回転(ロール)を防止する必要がある。また可動ユニットを光軸方向に変位させることなくシフト可能とするために、可動ユニットを付勢部材によってベース部材側に付勢する必要がある。
ただし、付勢部材が発生する付勢力や電磁アクチュエータが発生する駆動力が作用する位置と可動ユニットの重心との位置関係によっては、可動ユニットに重心周りのモーメントが発生し、良好な防振性能や効率良いシフト駆動が困難になる。
特許文献1には、可動ユニットの駆動中心と撮影光軸とを一致させる調心構造を設けた光学防振装置が開示されている。特許文献2には、2つの弾性体(付勢部材)を結んだ線分の重心または3つ以上の弾性体を結んでできる多角形の重心が光軸位置と一致するようにした光学防振装置が開示されている。
特開平8-152659号公報 特許第6517962号公報
しかしながら、特許文献1の光学防振装置では、調心構造を設けるために構造が複雑化する。また特許文献2の光学防振装置では、防振素子、可動部材、マグネットおよびコイル等の構成部品の重量ばらつきや仕様変更等による可動ユニットの重心位置の変化に柔軟に対応することが難しい。
本発明は、簡単な構成により可動部材に対する駆動部材や付勢部材の位置を調整できるようにした光学防振装置を提供する。
本発明の一側面としての光学防振装置は、ベース部材と、防振素子を保持した可動部材と、可動部材をベース部材に対して移動させるアクチュエータと、該アクチュエータを構成する駆動部材を保持して可動部材およびベース部材のうち一方の部材に組み付けられる保持部材とを有する。保持部材は、該保持部材を上記一方の部材に組み付ける向きに応じて駆動部材の上記一方の部材に対する位置が変化するように構成されていることを特徴とする。
また本発明の他の一側面としての光学防振装置は、ベース部材と、防振素子を保持した可動部材と、可動部材をベース部材に対して移動させるアクチュエータと、可動部材をベース部材に向けて付勢する複数の付勢部材とを有する。可動部材とベース部材はそれぞれ、複数の付勢部材のそれぞれの可動部材およびベース部材における互いに異なる位置への取り付けを選択可能とする複数の取り付け部を有することを特徴とする。なお、上記各光学防振装置を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、光学防振装置において、簡単な構成により可動部材に対する駆動部材や付勢部材の位置を調整することができる。
実施例のレンズ防振ユニットにおいて可動枠に対してヨークを組み付ける向きによるマグネットの位置の変化を示す図。 実施例のレンズ防振ユニットの斜視図。 実施例のレンズ防振ユニットの分解斜視図。 実施例のレンズ防振ユニットの正面図。 実施例において可動枠に対してヨークを組み付ける向きが異なるレンズ防振ユニットの正面図。 実施例のレンズ光学防振ユニットを備えた光学機器を示す図。
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2は本発明の実施例である光学防振装置としてのレンズ防振ユニット100の外観を示し、図3はレンズ防振ユニット100を分解して示している。図4は、正面(光軸方向)から見たレンズ防振ユニット100を後述するカバー部材を除いた状態で示している。
本実施例のレンズ防振ユニット100は、交換レンズやコンパクトデジタルカメラ等の光学機器に搭載され、撮像光学系の一部である補正レンズ101を撮像光学系の光軸に直交する方向に移動(シフト)させる。なお、補正レンズに代えて、撮像光学系により形成される被写体像を撮像する撮像素子をシフトさせる光学防振装置としてのセンサ防振ユニットを構成してもよく、このセンサ防振ユニットはコンパクトデジタルカメラやレンズ交換式カメラ等の光学機器に搭載される。
レンズ防振ユニット100は、ベース部材102と、防振素子としての補正レンズ101と、可動部材としての可動枠103とを有する。補正レンズ101は、可動枠103によって保持される。ベース部材102は、その周方向(光軸周り方向)3箇所に設けられたカムフォロア115を介して光学機器により保持される。補正レンズ101を保持する可動枠103をベース部材102に対して光軸に直交する方向に(光軸に直交する平面内で)をシフトさせることで像振れを抑制(補正)することができる。図4では、補正レンズ101の中心LCが撮像光学系の光軸位置OAに位置した状態を示している。
ベース部材102における可動枠側の面の3箇所には、不図示のボールを保持するボール保持部113が設けられている。可動枠103は、ベース部材102(ボール保持部113)との間に配置されるボールに当接する。
ベース部材102および可動枠103のそれぞれにおける光軸を挟んだ両側の2箇所ずつには、光軸を挟んだ両側にそれぞれ配置される付勢部材としての2つの付勢バネ(引張りコイルバネ)108を掛けるためのバネ掛け部取り付け部(取り付け部)117、118が設けられている。光軸を挟んだ両側のうち一方と他方のそれぞれにおいて、ベース部材102と可動枠103のそれぞれにおける複数(2つ)のバネ掛け部117、118のうち選択された1つバネ掛け部に付勢バネ108の両端を掛けることができる。
付勢バネ108は、可動枠103をベース部材102に向かって付勢する付勢力を発生する。これにより、可動枠103がボールを介してベース部材102に対して光軸方向において位置決めされ、光軸方向に変位することなく光軸に直交する平面内でシフト可能にガイドされる。2つの付勢バネ108を掛けるバネ掛け部117、118を変更することで、2つの付勢バネ108による後述する可動ユニットのベース部材側への加圧中心PCを可動ユニットの重心Gに対して調整することができる。なお、付勢部材として、板バネ等、引張りコイルバネ以外のものを用いてもよい。
本実施例における2つの付勢バネ108は互い同一荷重の付勢力を発生する。図4では、2つの付勢バネ108の位置を二点鎖線で結んでおり、該二点鎖線の中央の加圧中心(合成荷重点)PCが光軸位置OAの下側(重心側)に位置する。図4において、重心Gから2つの付勢バネ108までの距離は互いに等しい。ここにいう距離が等しいは、厳密に距離が同一である場合に限らず、等しいとみなる程度に差(例えば10%の差)がある場合も含む。
ベース部材102には、2つのコイル106が互いに光軸周りで80°の位相差を有する2箇所に固定される。可動枠103には、2組(2個1組)のマグネット111がそれぞれに対して設けられたヨーク200を介して互いに光軸周りで80°の位相差を有する2箇所に固定される。ヨーク200は、マグネット111を保持する保持部材であるとともに、マグネット111から発生する磁束が流れる閉磁路を形成するための部材である。それぞれ駆動部材であるコイル106とマグネット111は、光軸方向において互いに対向するように配置されて電磁アクチュエータ(ボイスコイルモータ)を構成する。
可動枠103、補正レンズ101、マグネット111、ヨーク200および後述するセンサマグネット114により可動ユニットが構成される。可動ユニットは、これら可動枠103、補正レンズ101、マグネット111、ヨーク200およびセンサマグネット114のそれぞれの重量に応じた重心Gを有する。
図4は、2つの付勢バネ108の加圧中心PCと2つの電磁アクチュエータのマグネット111のそれぞれの長手方向の中心MCから推力発生方向に延びる駆動中心軸(破線で示す)Dの交点が可動ユニットの重心Gの位置にほぼ一致する場合を示している。ただし、必ずしも加圧中心PCや駆動中心軸Dの交点の位置が重心Gの位置に一致しなくてもよく、重心Gの位置に近ければよい。
各コイル106には、フレキシブルプリント配線板(FPC)105を介して不図示の制御部からの電流が供給される。2つの電磁アクチュエータのコイル106に電流が供給されることで、それぞれの電磁アクチュエータに電磁気的作用による推力(駆動力)が発生し、該推力により可動ユニットが光軸に直交する方向にシフト駆動される。2つの電磁アクチュエータのコイル106に供給する電流を制御することで、可動ユニットを光軸に直交する平面内の可動範囲における全ての位置にシフトさせることができる。
カバー部材104は、光軸方向においてベース部材102に対して可動ユニットを挟んだ反対側に配置され、弾性部材109を介してベース部材102に固定される。カバー部材104は、可動ユニットをベース部材102に対して押さえる押さえ部材として機能する。弾性部材109は、各電磁アクチュエータに通電されていないときに可動ユニットの自重や光学機器の動きによってシフトした可動枠103の当接を受けて衝撃を吸収する。
図4において、上下方向をピッチ方向とし、光軸位置OAを通ってピッチ方向に延びる軸をピッチ軸Pとする。また、左右方向をヨー方向とし、光軸位置OAを通ってヨー方向に延びる軸をヨー軸Yとする。
可動枠103における互いに位相が異なる2箇所にはセンサマグネット114が固定されている。ベース部材102における互いに位相が異なる2箇所には、センサマグネット114に所定の間隔をあけて対向するホール素子107が固定されている。図4に示すように、ホール素子107(a)はピッチ軸Pに対して周方向にθ1だけ傾いた位置に配置され、ホール素子107(b)はヨー軸Yに対して周方向にθ2だけ傾いた位置に配置されている。可動枠103がベース部材102に対して光軸に直交する平面内でシフトすることで、ホール素子107(a)、(b)に対するセンサマグネット114からの磁界が変化し、ホール素子107(a)、(b)の出力が変化する。
ホール素子107(a)、(b)の検出軸Hは、図4に一点鎖線で示すように光軸位置OAに向かって延びている。この配置により、可動枠103のベース部材102に対する光軸に直交する平面内でのシフト位置を検出することができる。ホール素子107(a)の出力の変化をΔS1、ホール素子107(b)の出力の変化をΔS2とするとき、ピッチ方向のシフト量ΔPとヨー方向のシフト量ΔYは、以下の式で表現される。
ΔP=(ΔS1×cos(θ1)+ΔS2×sin(θ2))/
(sin(θ1)×sin(θ2)+cos(θ1)×cos(θ2))
ΔY=(ΔS1×sin(θ1)+ΔS2×cos(θ2))/
(sin(θ1)×sin(θ2)+cos(θ1)×cos(θ2))
本実施例では、θ1=55°、θ2=35°であり、ホール素子107(a)、(b)は光軸周りにおいて互いに角度θ3=110°をなす位置に配置されている。
なお、本実施例では、コイル106がベース部材102に固定され、ヨーク200とマグネット111が可動枠103に固定される場合について説明したが、ヨークとマグネットがベース部材に固定され、コイルが可動枠に固定されてもよい。ホール素子107とセンサマグネット114についても同様である。
図1(a)~(c)を用いて、可動枠103に対するヨーク200の組み付け方によるマグネット111の位置の変化について説明する。これらの図において、上段には側方(可動枠103の径方向)から見たヨーク200とマグネット111を示し、中段には正面から見たヨーク200とマグネット111を示している。下段には、斜めから見たヨーク200とマグネット111を示している。
図1(a)は表向きにしたヨーク200にマグネット111を保持させた場合を示し、図1(b)は裏向きにしたヨーク200にマグネット111を保持させた場合を示している。図1(c)は裏向きで、かつ図1(b)に対して180°回転した向きでヨーク200にマグネット111を保持させた場合を示している。なお、表向きのヨーク200を図1(a)に対して180°回転させた向きにすることができるようにしてもよい。
図1(a)では、ヨーク200の表面(第1面)203に1組(2つ)のマグネット111が当接している。2つのマグネット111の間にはヨーク200のスペーサ部206が設けられており、2つのマグネット111がスペーサ部206に当接することで2つのマグネット111間の間隔が保持される。
ヨーク200の長手方向両端に設けられた凸部の内面である第1位置決め部201にマグネット111の長手方向両端面が当接することで、マグネット111がその長手方向においてヨーク200に対して位置決めされる。また、可動枠103においてヨーク200を保持する凹部の長手方向両側の内面である位置決め部103aにヨーク200の長手方向両端面である第2位置決め部202が当接することで、ヨーク200とマグネット111がそれらの長手方向にて可動枠103に対して位置決めされる。さらに、可動枠103の上記凹部の短手方向両側の内面にヨーク200の短手方向両側の外面が当接することで、ヨーク200とマグネット111がその短手方向にて可動枠103に対して位置決めされる。
図1(a)に示す組み付け方では、マグネット111の長手方向の中心(一点鎖線で示す)MCが、図中に丸囲み+で示すヨーク200とマグネット111の合成重心位置CGに位置する。
図1(b)では、ヨーク200の裏面(第2面)204に1組のマグネット111が当接している。2つのマグネット111の間にはヨーク200のスペーサ部207が設けられており、2つのマグネット111がスペーサ部207に当接することで2つのマグネット111間の間隔が保持される。
ヨーク200の長手方向一端に設けられた凸部の内面である第3位置決め部205にマグネット111の長手方向一端面が当接することで、マグネット111がその長手方向においてヨーク200に対して位置決めされる。また、図1(a)と同様に、可動枠103の凹部の位置決め部103aにヨーク200の第2位置決め部202が当接することによって、ヨーク200とマグネット111がそれらの長手方向にて可動枠103に対して位置決めされる。さらに、可動枠103の上記凹部の短手方向両側の内面にヨーク200の短手方向両側の外面が当接することで、ヨーク200とマグネット111がその短手方向にて可動枠103に対して位置決めされる。
図1(b)に示す組み付け方では、第3位置決め部205が第1位置決め部201よりも図中の右側に位置することで、マグネット111の長手方向の中心MCが合成重心位置CGよりも右側に位置する。
図1(c)では、ヨーク200の裏面204に1組のマグネット111が当接しており、ヨーク200に対するマグネット111の位置決めについては図1(b)と同様であるが、ヨーク200の左右が図1(b)とは逆になっている。このため、図1(c)に示す組み付け方では、第3位置決め部205が第1位置決め部201よりも図中の左側に位置することで、マグネット111の長手方向の中心MCが合成重心位置CGよりも左側に位置する。
このように、可動枠103に対するヨーク200の組み付け方を変えることで、可動枠103に対するマグネット111の位置を変化させ、合成重心位置CGに対するマグネット111の長手方向の中心MCの位置を異ならせることができる。
レンズ防振ユニット100では、マグネット111の長手方向の中心MCから推力発生方向に延びる駆動中心軸(図4に破線で示す)Dや2つの付勢バネ108の付勢力がつり合う加圧中心PCが可動ユニットの重心Gにできるだけ近い位置にある方が好ましい。ただし、部品公差や部品の個体差による重量ばらつき、さらには補正レンズ101の形状、サイズおよび材料の違いによる重量の増減によって、駆動中心軸Dや加圧中心PCと可動ユニットの重心Gとが近い位置にならないことがある。このよう場合、可動ユニットを平行シフトするように制御しても可動ユニットにロールが生じ、補正レンズ101が良好にシフトせず、防振性能が低下するおそれがある。
これに対して、本実施例では、図1(a)~(c)で示したようにヨーク200を可動枠103に対して組み付ける向きを変えるだけで、可動枠103に対するマグネット111の位置を変えることができ、これにより駆動中心軸Dの位置を調整することが可能となる。つまり、複雑な位置調整構造やカウンターウエイト等の新たな部品を追加することなく、防振性能を向上させることができる。
また、ヨーク200は、その表面側と裏面側の形状が異なり、さらに左側と右側の形状も対称形状ではないので、可動枠103に対するヨーク200の組み付け方を変えることで、駆動中心軸Dの位置調整だけでなく、可動ユニットの重心の位置調整も可能となる。
図5(a)~(c)はそれぞれ、図1(a)~(c)に示したようにヨーク200を可動枠103に組み付けたときの正面から見たレンズ防振ユニット100を、カバー部材104を取り除いた状態で示している。上側にはレンズ防振ユニット100の全体を示し、下側には一部を拡大して示している。
図5(a)における2つの電磁アクチュエータの駆動中心軸Dのピッチ軸P上での位置に対して、図5(b)ではAだけ上側に変化しており、図5(c)ではBだけ下側に変化している。この際、可動ユニットの重心も、ピッチ軸P上で移動する。
駆動中心軸が移動する方向と可動ユニットの重心が移動する方向は逆方向である(図5(b)で可動ユニットの重心はAとは反対に移動する)ため、細かな調整が可能となっている。
以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成で可動枠103に対するマグネット111や付勢バネ108の位置を、可動ユニットの駆動に適切な位置に変更することができる。
なお、本実施例のようにヨーク200に対するマグネット111の位置を変更可能としたことで、コイル106に対してマグネット111が対向する領域を変化させることができ、これにより駆動中心軸の調整だけでなく磁気回路の使用領域も変えることができる。この結果として、可動ユニットのシフト駆動時におけるロールの抑制効果を得ることも可能である。
また、コイルを保持部材としてのボビンにより保持し、ボビンをベース部材または可動部材に組み付けるようにしてもよい。この場合、ヨークと同様に、ボビンのベース部材または可動部材への組み付け方を変えることで、ベース部材または可動部材に対するコイルの位置を変更できるようにしてもよい。
図6は、上記実施例のレンズ防振ユニット100を備えた光学機器の光軸Oを通る平面での断面図である。300は本実施例に代表される交換レンズであり、400はカメラ(撮像装置)である。交換レンズ300はカメラ400に対して取り外し可能である。交換レンズ300とカメラ400によりレンズ交換式カメラシステムが構成される。
交換レンズ300には、ズーミングやフォーカシングにおいて移動する可動レンズ群L1~L6を有する撮像光学系が設けられている。本実施例でのレンズ防振ユニット100は可動レンズ群L4に相当する。
なお、本実施例では、レンズ交換式カメラシステムについて説明したが、レンズ一体型カメラであってもよい。
以上の実施の形態は、以下の構成を含む。
(構成1)
ベース部材と、
防振素子を保持した可動部材と、
前記可動部材を前記ベース部材に対して移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを構成する駆動部材を保持して前記可動部材および前記ベース部材のうち一方の部材に組み付けられる保持部材とを有し、
前記保持部材は、該保持部材を前記一方の部材に組み付ける向きに応じて前記駆動部材の前記一方の部材に対する位置が変化するように構成されていることを特徴とする光学防振装置。
(構成2)
前記保持部材の前記向きとして、表向き、裏向きおよび前記表向きと前記裏向きのうち少なくとも一方において回転した向きのうち少なくとも2つを含むことを特徴とする構成1に記載の光学防振装置。
(構成3)
前記保持部材の前記向きに応じて、前記駆動部材の中心から前記アクチュエータの駆動力の発生方向に延びる駆動中心軸の前記ベース部材に対する位置が変化することを特徴とする構成1または2に記載の光学防振装置。
(構成4)
前記保持部材の前記向きに応じて、前記可動部材、前記保持部材および前記駆動部材を含む可動ユニットの重心の位置が変化することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学防振装置。
(構成5)
前記可動部材を前記ベース部材に向けて付勢する複数の付勢部材を有し、
前記可動部材と前記ベース部材はそれぞれ、前記複数の付勢部材のそれぞれの前記可動部材および前記ベース部材における互いに異なる位置への取り付けを選択可能とする複数の取り付け部を有することを特徴とする構成1から4のいずれか1つに記載の光学防振装置。
(構成6)
前記駆動部材は、マグネットまたはコイルであり、
前記保持部材は、前記マグネットを保持するヨークまたは前記コイルを保持するボビンであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の光学防振装置。
(構成7)
ベース部材と、
防振素子を保持した可動部材と、
前記可動部材を前記ベース部材に対して移動させるアクチュエータと、
前記可動部材を前記ベース部材に向けて付勢する複数の付勢部材とを有し、
前記可動部材と前記ベース部材はそれぞれ、前記複数の付勢部材のそれぞれの前記可動部材および前記ベース部材における互いに異なる位置への取り付けを選択可能とする複数の取り付け部を有することを特徴とする記載の光学防振装置。
(構成8)
前記可動部材、前記防振素子および前記アクチュエータを構成して前記可動部材により保持される駆動部材を含む可動ユニットの重心の位置から前記複数の付勢部材のそれぞれまでの距離が互いに等しいことを特徴とする構成7に記載の光学防振装置。
(構成9)
構成1から8のいずれか1つに記載の光学防振装置と、
前記防振素子としてのレンズまたは撮像素子とを有することを特徴とする光学機器。
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 レンズ防振ユニット
101 補正レンズ
102 ベース部材
103 可動枠
106 コイル
108 付勢バネ
111 マグネット
200 ヨーク

Claims (9)

  1. ベース部材と、
    防振素子を保持した可動部材と、
    前記可動部材を前記ベース部材に対して移動させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータを構成する駆動部材を保持して前記可動部材および前記ベース部材のうち一方の部材に組み付けられる保持部材とを有し、
    前記保持部材は、該保持部材を前記一方の部材に組み付ける向きに応じて前記駆動部材の前記一方の部材に対する位置が変化するように構成されていることを特徴とする光学防振装置。
  2. 前記保持部材の前記向きとして、表向き、裏向きおよび前記表向きと前記裏向きのうち少なくとも一方において回転した向きのうち少なくとも2つを含むことを特徴とする請求項1に記載の光学防振装置。
  3. 前記保持部材の前記向きに応じて、前記駆動部材の中心から前記アクチュエータの駆動力の発生方向に延びる駆動中心軸の前記ベース部材に対する位置が変化することを特徴とする請求項1に記載の光学防振装置。
  4. 前記保持部材の前記向きに応じて、前記可動部材、前記保持部材および前記駆動部材を含む可動ユニットの重心の位置が変化することを特徴とする請求項1に記載の光学防振装置。
  5. 前記可動部材を前記ベース部材に向けて付勢する複数の付勢部材を有し、
    前記可動部材と前記ベース部材はそれぞれ、前記複数の付勢部材のそれぞれの前記可動部材および前記ベース部材における互いに異なる位置への取り付けを選択可能とする複数の取り付け部を有することを特徴とする請求項1に記載の光学防振装置。
  6. 前記駆動部材は、マグネットまたはコイルであり、
    前記保持部材は、前記マグネットを保持するヨークまたは前記コイルを保持するボビンであることを特徴とする請求項1に記載の光学防振装置。
  7. ベース部材と、
    防振素子を保持した可動部材と、
    前記可動部材を前記ベース部材に対して移動させるアクチュエータと、
    前記可動部材を前記ベース部材に向けて付勢する複数の付勢部材とを有し、
    前記可動部材と前記ベース部材はそれぞれ、前記複数の付勢部材のそれぞれの前記可動部材および前記ベース部材における互いに異なる位置への取り付けを選択可能とする複数の取り付け部を有することを特徴とする記載の光学防振装置。
  8. 前記可動部材、前記防振素子および前記アクチュエータを構成して前記可動部材により保持される駆動部材を含む可動ユニットの重心の位置から前記複数の付勢部材のそれぞれまでの距離が互いに等しいことを特徴とする請求項7に記載の光学防振装置。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の光学防振装置と、
    前記防振素子としてのレンズまたは撮像素子とを有することを特徴とする光学機器。
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