JP7150513B2 - 光学機器、撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子を保持する可動部材を駆動するためのコイルとマグネットとを備える光学機器、撮像装置に関する。
従来、撮像装置に装着可能な交換レンズや、撮影レンズを備える撮像装置などの光学機器が知られている。光学機器においては、手振れ等による像振れを防止するため、光学機器の振れ状況を検出し、その検出結果に応じて補正レンズを光軸に直交する面内において振れを吸収する方向に移動させる像振れ補正装置を有するものが知られている。
ところで、撮像装置で画像信号を生成する過程において、画質劣化を招くようなノイズが発生することがある。例えば、レンズ鏡筒内の可動群を移動させるためにアクチュエータを駆動すると、磁気の影響により横縞状のノイズが撮像信号に重畳されることがある。カメラに搭載されている撮像素子の高感度、高画質化に伴い、レンズ鏡筒内部のアクチュータなどから発する磁気ノイズの低減が求められている。特許文献1には、撮像素子から電荷情報を読み出すタイミングで、駆動デバイスの駆動周波数を変更することで、撮像素子に対するノイズを低減する手法が開示されている。
特開2015-169883号公報
しかしながら、特許文献1では、電荷を読み出す期間に像振れ補正装置のVCM(ボイスコイルモータ)への通電を切る必要がある。この通電を切ると、像振れ補正装置の自重などに対し保持力がなくなり、電荷を読み出す期間中には、他の期間に対して像振れ補正用の光学レンズの位置が変化する等の弊害が生じる。一方、磁気ノイズの低減を検討する上で、機器の大型化は回避するのが望ましい。
本発明は、機器の大型化を抑制しつつ、磁気ノイズの影響を低減することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、光学素子を保持する可動部材と、前記可動部材を移動可能に支持する固定部材と、前記可動部材及び前記固定部材のうち一方に保持され、前記可動部材を駆動するためのコイルと、前記可動部材及び前記固定部材のうち他方に保持され、前記コイルに対向して配置されるマグネットと、非磁性導電体から成り、撮影光軸方向から見て少なくとも一部が前記コイルと重なるように、前記撮影光軸方向における前記コイルに対し被写体と反対側の撮像素子側に配置されたシールド部材と、を有し、前記固定部材は、前記撮影光軸方向から見て前記コイルが存在する領域に対して前記シールド部材が重ならない領域において、前記撮影光軸方向における前記コイルと反対側の前記撮像素子側に、鏡筒に保持されるための被保持部を有し、前記被保持部は、前記撮影光軸方向から見て少なくとも一部が前記コイルと重なるように設けられ、前記シールド部材には、前記被保持部と干渉しないための切欠き部が形成され、前記シールド部材には、前記切欠き部を一端として前記切欠き部から前記撮影光軸方向における前記コイルと反対側の前記撮像素子側に延出した延出部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、機器の大型化を抑制しつつ、磁気ノイズの影響を低減することができる。
光学機器を含む撮像装置の構成を示す模式的断面図である。 光学機器を含む撮像装置の構成を示す模式的断面図である。 像振れ補正装置の分解斜視図である。 像振れ補正装置の分解斜視図である。 像振れ補正装置の断面図である。 撮像素子側から見た像振れ補正装置の図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1、図2は、本発明の一実施の形態に係る光学機器を含む撮像装置の構成を示す模式的断面図である。この撮像装置は、カメラ本体100と、光学機器であるレンズ鏡筒200とから成る。図1、図2はそれぞれ、レンズ鏡筒200の撮影距離が無限、至近である状態を示している。
レンズ鏡筒200の撮影光軸をOAとする。図1、図2では、光軸OA方向(撮影光軸方向)をZ方向とし、光軸OAに対して直交する方向であって、撮像素子104の撮像面に平行な2方向を、X方向(紙面手前方向)、Y方向とする。+Z方向が被写体方向である。
カメラ本体100において、メインミラー101はレンズ鏡筒200を通った光束の光路上に配置される。レンズ鏡筒200を透過した光束の一部はメインミラー101で反射して、ペンタプリズム105およびファインダ光学系(不図示)を介して撮影者の瞳へ導かれる。レンズ鏡筒200を透過した光束の残りの一部はメインミラー101を透過する。メインミラー101の背後(-Z方向)にはサブミラー102が配置されている。サブミラー102は、メインミラー101を透過した光束を反射させてAF光学系(不図示)に導く。
シャッターユニット103は、シャッター羽根を駆動して光束を遮光することで、光束が撮像素子104で受光されるタイミング及び露光時間を調整する。撮像素子104には、レンズ鏡筒200によって集束した光が結像し、それにより撮影画像が生成される。撮像素子104は、レンズ鏡筒200により結像する被写体像を撮像する撮像手段である。カメラ本体100は、メインミラー101、サブミラー102を有する一眼レフカメラである。しかし、これらを有しないミラーレスカメラであってもよい。
第1レンズ群L1Aは、1A鏡筒203に保持されている。第2レンズ群L1Bは、補正光学素子で、いわゆる光学防振群であり、1B可動鏡筒204A(可動部材)に保持されている。1B可動鏡筒204Aは、光軸OAと直交するXY平面内で移動可能に1B固定鏡筒204B(固定部材)によって保持されている。1B固定鏡筒204Bは、後述する被保持部33(図3、図4)の一部である円筒部214を介して1A鏡筒203に保持されている。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bとこれらに付随する構成要素とから、像振れ補正装置300(図3、図4)が構成される。1B固定鏡筒204Bはさらに、絞りユニット205も保持している。
第3レンズ群L1Cは1C鏡筒206に保持されている。1B固定鏡筒204Bおよび1C鏡筒206は、1A鏡筒203の内側において1A鏡筒203に固定される。第1レンズ群L1A、第2レンズ群L1Bおよび第3レンズ群L1Cが可動群であり、これらは、1A鏡筒203が移動すると一体的に移動する。第4レンズ群L2Aは2A鏡筒207に保持されている。第5レンズ群L2Bは、2B鏡筒208に保持されている。2A鏡筒207は2B鏡筒208に固定される。2B鏡筒208は、案内筒201にビス等で固定されている。第4レンズ群L2Aおよび第5レンズ群L2Bの外形がこれら以外のレンズ群より大きいことで、撮像素子104への光線入射角特性が向上している。第4レンズ群L2Aおよび第5レンズ群L2Bは固定群であり、被写体距離によって移動することのないレンズ群である。
レンズ鏡筒200は、固定筒212と外装筒213とを備える。固定筒212は、案内筒201を保持している。マウント209が、外装筒213を介して固定筒212に固定されている。マウント209は、カメラ本体100とのインターフェイスであり、レンズ鏡筒200はマウント209を介してカメラ本体100と電気的、物理的に連結される。
フォーカシングにおいては、1A鏡筒203が光軸OA方向に動く。まず、カム筒202は、案内筒201に回転自由に嵌合している。カムフォロワ211が1A鏡筒203に固定されている。カムフォロワ211は、案内筒201が備える直進案内溝に係合している。さらにこのカムフォロワ211は、カム筒202が備えるカム溝に係合している。カム筒202はさらに、ギアカム210を備えている。アクチュエータとしてのモータ220は、いわゆるステッピングモータであるが、DCモータ等であっても構わない。カム筒202が備えるカム溝にカムフォロワ211が係合した状態で、カム筒202が回転すると、カムフォロワ211は案内筒201が備える直進案内溝に沿って光軸OA方向に進退可能となる。
モータ220は通電することによって回転可能である。モータ220の先端にはピニオンが備わっている。モータ220は不図示のギアボックスに固定されている。不図示のギアボックス内にはギアトレインが構成されるが、これは一般的な構成であるので図示を省略している。モータ220が回転すると、その回転力がピニオンからギアトレインに伝達される。そのギアトレインは、前述のギアカム210と連結され、ギアカム210と共にカム筒202が光軸OA周りに回転し、上述のようにカムフォロワ211が進退する。その結果、1A鏡筒203が光軸方向OAに沿って進退可能となる。
図3、図4は、像振れ補正装置300の分解斜視図である。像振れ補正装置300は、光学防振用のレンズ群(第2レンズ群L1B)を光軸OAに直交する平面(XY平面)内で移動させ、撮影者の手振れによる撮影画像の振れを補正する装置である。ヨーク22と駆動マグネット23とは、互いの磁気吸着力により1B可動鏡筒204Aを挟持するように1B可動鏡筒204Aに固定されている。コイル21は1B固定鏡筒204Bに対して接着により固定されている。磁気シールド31(シールド部材)は、非磁性で電気抵抗の小さい導電体で成り、例えば、銅、アルミなどで構成される。磁気シールド31は、1B固定鏡筒204Bにビス32で固定されている。磁気シールド31は、1B固定鏡筒204Bを挟んで光軸OA方向におけるコイル21と反対側に配置される。すなわち、磁気シールド31は、光軸OA方向におけるコイル21に対し被写体と反対側(撮像素子104の側)に配置される。コイル21、ヨーク22および駆動マグネット23は2組設けられる。駆動マグネット23は、対応するコイル21に対向して配置される。コイル21および駆動マグネット23は、光軸OAにおいて1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bとの間に位置する。
フレキシブル基板28とコイル21は不図示の引き出し線の半田づけにより電気的に接続される。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bとの間には、3個の転動ボール26が配置される。1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bとは、3個の引張バネ24によって常に引き寄せあっている。1B可動鏡筒204Aは転動ボール26を介してXY平面内で移動可能に、1B固定鏡筒204Bによって支持されている。1B固定鏡筒204Bは被保持部33を有する。被保持部33は、1B固定鏡筒204Bから-Z方向に柱状に伸びた柱状部を有する。柱状部の、光軸OAを中心とした半径方向外側には円筒部214が設けられる。1B固定鏡筒204Bは、円筒部214を介して1A鏡筒203で保持されている。被保持部33は、光軸OA周りに等間隔に3つ設けられる。
コイル21に電流が流れることでローレンツ力が発生する。コイル21は1B固定鏡筒204B内で固定されていることから、発生するローレンツ力によって移動するのは駆動マグネット23を保持する1B可動鏡筒204Aとなる。発生するローレンツ力により1B可動鏡筒204Aは光軸OAに直交するXY平面内で移動する。コイル21には、長手方向がX方向のものと、Y方向のものとがある。従って、1B可動鏡筒204Aは2つの方向のローレンツ力の合成により、XY平面内の所定の範囲で移動することができる。
位置検出用マグネット25(図4)は、1B可動鏡筒204Aに接着固定されている。フレキシブル基板28はホール素子を含んでおり、このホール素子は1B固定鏡筒204Bに接着固定されている。フレキシブル基板28が備えるホール素子は、位置検出用マグネット25と対向する位置に配置され、位置検出用マグネット25の磁束密度を電気信号に変換する。1B可動鏡筒204Aが駆動されると、ホール素子によって位置検出用マグネット25の磁束密度の変化が検出され、電気信号が出力される。この電気信号に基づいて1B可動鏡筒204AのXY方向の位置を検出することができる。
次に、図5、図6で、コイル21と磁気ノイズとの関係について説明する。図5は、像振れ補正装置300の断面図である。図6は、撮像素子104側から見た像振れ補正装置300の図である。図6では、コイル21と磁気シールド31との重なりを説明するためにコイル21の範囲をハッチングで示し、磁気シールド31の範囲を分かりやすくするため一部の部品の図示を省略している。
前述したように、コイル21と駆動マグネット23とは対向する。コイル21に通電がなされると、駆動マグネット23にはローレンツ力が発生し、1B可動鏡筒204Aが光軸OAに直交する平面内で移動する。コイル21に通電がなされると、コイル21からは磁界が発生する。特に、信号のパルス幅を変調させて電圧を制御する方式では、高周波の磁界が発生する。この磁界が撮像面に到達する場合、磁界(磁束密度)の変動により画像信号に磁気ノイズが入ってしまう。より詳細には、撮像素子104から画像信号を取り出すための電荷情報の信号線を、高周波で変化する磁界が貫通する。これにより信号線内で電磁誘導による磁気が発生し、画素電荷情報の信号線にノイズが発生してしまう。その結果、撮影画像の画質劣化が引き起こされるおそれがある。
図6に示すように、光軸OA方向から見て、コイル21の配設領域の多く(少なくとも一部)を覆うように磁気シールド31が配置されている。コイル21から発生する磁束は、非磁性導電体からなる磁気シールド31を通過しようとするが、高周波による磁束密度の変化が生じると、磁気シールド31の第1面31Aを通過する際に、電磁誘導により渦電流が発生する。この渦電流は、通過しようとする磁束をキャンセルする方向の磁束を発生させる。その結果、磁気シールド31を通過する磁束がキャンセルされて減る。特に、画像信号の取り出しなどの高周波において、キャンセル効果が高いことが知られている。つまり、撮像素子104に到達する磁束が減ることになり、磁気ノイズを低減することが可能となる。
コイル21は光軸OAと平行な軸周りに銅線が巻きつけられて構成されており、コイル21のどの位置からも磁界が発生している。そのため、磁気シールド31がコイル21の全領域を覆う構成とするのが最も効果が高い。ところが、1B固定鏡筒204Bには、1A鏡筒203に固定されるための被保持部33を設ける必要がある。被保持部33を設けたことに伴い、磁気シールド31には、被保持部33と干渉しないための切欠き部31Kが形成されている。仮に、切欠き部31Kを設けずに被保持部33を配置しようとすると、レンズ鏡筒200が径方向に大型化してしまうからである。また、レンズ鏡筒200を小型化するために、光軸OA方向から見てコイル21に対して被保持部33の少なくとも一部が重なるように被保持部33が配置されている。
ここで、光軸OA方向から見て、切欠き部31Kの領域においては、コイル21が磁気シールド31で覆われていない。すなわち、切欠き部31Kの領域は、光軸OA方向から見てコイル21の領域のうちコイル21の領域に対して磁気シールド31が重ならない領域21a(図6)を含む。被保持部33は、光軸OA方向から見て切欠き部31Kの領域とも重なっている。切欠き部31Kの領域の近傍、特に上記重ならない領域21aの近傍において、磁気シールド31からは、第1の延出部31Bが一体に形成されている。第1の延出部31Bは、光軸OA方向におけるコイル21と反対側(-Z側)に延出した延出部(延設片)である。光軸OA方向において、第1の延出部31Bの延出方向は、撮像素子104が位置する方向(-Z方向)と同じである。後に説明するように、第1の延出部31Bは、主にコイル21における被保持部33近傍から発生する磁束の低減のために設けられる。
第1の延出部31Bは、コイル21がある側と反対方向に延出しているため、コイル21と干渉することがない。また、第1の延出部31Bは、被保持部33に沿って隣接配置されており、-Z方向における被保持部33の長さと同程度まで長くしたとしても、レンズ鏡筒200が長くなることはない。本実施の形態においては、光軸OA方向における第1の延出部31Bの延出長さは、被保持部33の延出長さより短く設定されている。
コイル21から発生する磁束の一部は、切欠き部31Kを経由し、第1の延出部31Bを通過して、撮像素子104へ向かおうとする。しかし、第1の延出部31Bは、非磁性導電材料からなるために、磁束密度の変化が生じると電磁誘導により渦電流が発生し、第1の延出部31Bを通過する磁束は減る。また、第1の延出部31Bを長くしたことで、より多くの磁束をとらえることができ、撮像素子104へ到達する磁束をより効果的に低減することができる。結果的に、切欠き部31Kを介して撮像素子104へ到達する磁束が減り、磁気ノイズを低減することが可能となる。
磁気シールド31は、さらに第2の延出部31Cを一体に有する。第2の延出部31Cは、光軸OA方向から見てコイル21と重ならない位置に(コイル21の領域でない領域において)、光軸OA方向における第1の延出部31Bと反対側(コイル21の側)に延出した他の延出部である。第2の延出部31Cは、コイル21に比し、光軸OAに対して近い位置(半径方向内側に)に形成される。
コイル21から発生する磁束の一部は、第2の延出部31Cを通過して、撮像素子104へ向かおうとする。しかし、第2の延出部31Cは非磁性導電材料からなるために、磁束密度の変化が生じると電磁誘導により渦電流が発生し、第2の延出部31Cを通過する磁束は減る。結果として、撮像素子104へ到達する磁束が減り、磁気ノイズを低減することが可能となる。
また、図6に示すように、光軸OAに直交する平面において、光軸OAを中心とする角度範囲に関し、コイル21が存在する角度範囲RAよりも、磁気シールド31ないし第2の延出部31Cが存在する角度範囲RBの方が広い。これにより、コイル21から発生して光軸OA方向へ向かう磁束のうち、より多くの磁束が第2の延出部31Cを通過することとなり、磁気ノイズを低減する効果が高まることになる。
本実施の形態によれば、磁気シールド31は、光軸OA方向におけるコイル21に対し被写体と反対側に配置される。磁気シールド31は、光軸OA方向から見てコイル21の領域のうちコイル21の領域に対して磁気シールド31が重ならない領域21aの近傍に、光軸OA方向におけるコイル21と反対側に延出した第1の延出部31Bを有する。第1の延出部31Bを設けたことで、切欠き部31Kを介して撮像素子104へ到達する磁束が減り、磁気ノイズを低減可能となる。また、第1の延出部31Bは、被保持部33と干渉しないための切欠き部31Kの近傍に配置される。しかも、光軸OA方向から見てコイル21に対して被保持部33の少なくとも一部が重なるように配置される。これらにより、レンズ鏡筒200が径方向に大型化するのを回避できる。よって、機器の大型化を抑制しつつ、磁気ノイズの影響を低減することができる。
また、光軸OA方向において、第1の延出部31Bの延出長さは、被保持部33の延出長さより短いので、レンズ鏡筒200が光軸OA方向に長くなることが回避される。
さらに、磁気シールド31は、光軸OA方向から見てコイル21の領域でない領域に第2の延出部31Cを有する。これによっても、磁気ノイズの影響を低減することができる。しかも、第2の延出部31Cは、コイル21に比し、光軸OAに対して近い位置に形成される。さらに、コイル21が存在する角度範囲RAよりも、磁気シールド31が存在する角度範囲RBの方が広い。これらにより、磁気ノイズを低減する効果が高まる。
なお、光軸OA方向から見てコイル21の領域のうちコイル21の領域に対して磁気シールド31が重ならない領域21aは、切欠き部31Kにより生じるものである。しかし、切欠き部31Kに拘わらず、設計事情等により、磁気シールド31がコイル21の領域を覆うことができない領域が生じるのであれば、当該領域の近傍に、第1の延出部31Bに相当する延出部を設けてもよい。
なお、コイル21は、光軸OAにおいて1B可動鏡筒204Aと1B固定鏡筒204Bに位置するとしたが、これに限らない。コイル21は、1B可動鏡筒204Aまたは1B固定鏡筒204Bに保持されればよい。なお、磁気シールド31は、光軸OAにおいて1B固定鏡筒204Bより被写体側に配置されてもよい。
なお、本発明は、レンズ鏡筒に適用されるだけでなく、レンズ一体型の撮像装置にも適用可能である。すなわち、本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、テレビカメラ等の撮像装置のほか、交換タイプのレンズ装置、双眼鏡、望遠鏡、フィールドスコープ等の光学機器に適用される。また、レンズ鏡筒200は、撮像装置に内蔵されるものであってもよいし、撮像装置に限らず、例えば、いわゆるプロジェクタなどの投射装置に着脱される交換レンズ、または投射装置に内蔵されるものであってもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
21 コイル
23 駆動マグネット
31 磁気シールド
31B 第1の延出部
204A 1B可動鏡筒
204B 1B固定鏡筒
L1B 第2レンズ群

Claims (9)

  1. 光学素子を保持する可動部材と、
    前記可動部材を移動可能に支持する固定部材と、
    前記可動部材及び前記固定部材のうち一方に保持され、前記可動部材を駆動するためのコイルと、
    前記可動部材及び前記固定部材のうち他方に保持され、前記コイルに対向して配置されるマグネットと、
    非磁性導電体から成り、撮影光軸方向から見て少なくとも一部が前記コイルと重なるように、前記撮影光軸方向における前記コイルに対し被写体と反対側の撮像素子側に配置されたシールド部材と、を有し、
    前記固定部材は、前記撮影光軸方向から見て前記コイルが存在する領域に対して前記シールド部材が重ならない領域において、前記撮影光軸方向における前記コイルと反対側の前記撮像素子側に、鏡筒に保持されるための被保持部を有し、
    前記被保持部は、前記撮影光軸方向から見て少なくとも一部が前記コイルと重なるように設けられ、
    前記シールド部材には、前記被保持部と干渉しないための切欠き部が形成され、
    前記シールド部材には、前記切欠き部を一端として前記切欠き部から前記撮影光軸方向における前記コイルと反対側の前記撮像素子側に延出した延出部が形成されていることを特徴とする光学機器。
  2. 前記撮影光軸方向において、前記被保持部の延出長さよりも前記延出部の延出長さの方が短いことを特徴とする請求項に記載の光学機器。
  3. 前記シールド部材は、前記撮影光軸方向から見て前記コイルの領域でない領域において、前記撮影光軸方向における前記延出部と反対側に延出した他の延出部をさらに有す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. 前記他の延出部は、前記コイルと比し、前記撮影光軸に対して近い位置に形成されることを特徴とする請求項に記載の光学機器。
  5. 前記撮影光軸を中心とする角度範囲に関し、前記コイルが存在する角度範囲よりも前記シールド部材が存在する角度範囲の方が広いことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学機器。
  6. 前記光学素子は、光学防振用のレンズであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学機器。
  7. 前記光学素子、前記可動部材、前記固定部材、前記コイル、前記マグネットおよび前記シールド部材を、振れ補正装置として含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学機器。
  8. 前記シールド部材は、前記固定部材にビスで固定されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学機器。
  9. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学機器と、
    前記光学機器により結像する被写体像を撮像する撮像手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
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