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JP2018189858A - 振れ補正装置およびこれを有するレンズ鏡筒 - Google Patents

振れ補正装置およびこれを有するレンズ鏡筒 Download PDF

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JP2018189858A JP2017093473A JP2017093473A JP2018189858A JP 2018189858 A JP2018189858 A JP 2018189858A JP 2017093473 A JP2017093473 A JP 2017093473A JP 2017093473 A JP2017093473 A JP 2017093473A JP 2018189858 A JP2018189858 A JP 2018189858A
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Abstract

【課題】シフトユニットの光軸方向の厚さを薄くしつつ、光軸方向視での小径化が可能となる振れ補正装置およびこれを有するレンズ鏡筒を提供すること。
【解決手段】光軸からの放射方向および放射直交方向のどちらとも平行ではない直線形状を持つコイル形状とする。また、コイル内径範囲にはシフト部材の位置検出を行う位置センサの形状の一部が入るようにする。それにより、シフトユニットの光軸方向の厚さを薄くしつつ、光軸方向視での小径化が可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの光学機器において、いわゆる手振れによる像振れを補正するためにレンズを光軸直交面内でシフト移動させる振れ補正装置およびこれを有するレンズ鏡筒に関する。
デジタルカメラなどの光学機器のレンズ鏡筒において、撮影時の手振れなどによって生じる光軸のずれを補正して光学防振を行う方法の一つとして、振れ補正レンズ群を光軸直交面内でシフト移動させる方法が挙げられる。
特許文献1には、振れ補正レンズ群を移動させる駆動機構の一例が開示されている。この振れ補正装置はいわゆるムービングコイルタイプのシフトユニット(振れ補正装置)であり、固定側のベース部材に駆動用磁石を、可動側のシフト部材にヨークとコイルとを配置している。
また、ベース部材とシフト部材との間に3個のボールを配置し、駆動用磁石とヨークとの間に働く磁気吸着力によって、シフト部材をベース部材に付勢してボールを挟持させている。そのため、コイルへ通電すると駆動用磁石との間に働くローレンツ力によって、シフト部材はボールを転がしながら光軸直交面内でシフト移動し、振れ補正が行われる。ここで、シフト部材はボールによって光軸方向の移動を規制されているため、光軸直交面内でのみ移動することとなる。
特開2002−196382号公報
このようなシフトユニットにおいて、シフト部材の光軸直交面内における位置検出を行う方法の一例としては、ホール素子を用いる方法が挙げられる。これはベース部材とシフト部材との一方に磁石を設け、他方に磁石との距離変化による磁束密度の変化を検出するホール素子を設けている。ここで、ホール素子をその形状の一部が光軸直交方向視でコイルの内径範囲に収まるように配置することで、光軸方向のシフトユニットの厚さを薄くすることが可能である。
しかし、この場合、光軸方向視においてはコイルの内径範囲にホール素子が入るスペースを確保する分、コイルの内径の小型化には限界がある。特に、コイルが従来のような光軸からの放射方向および放射直交方向にそれぞれ平行な辺を持つ略四角形の形状では、その略四角形の角部分がシフトユニットの省スペース化の妨げとなっていた。また一般的に略円筒形状のレンズ鏡筒においては、その内部のシフトユニットも光軸方向視でより小径・薄型の円形スペースに収まる形状とすることが、レンズ鏡筒の小型化に貢献することとなる。しかし、前記のコイルの角部分は、円筒形状から径方向に出っ張り小径化の妨げとなっていた。
本発明の目的は、シフトユニットの光軸方向の厚さを薄くしつつ、光軸方向視での小径化が可能となる振れ補正装置およびこれを有するレンズ鏡筒を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る振れ補正装置は、
振れ補正レンズを保持して装置本体に対して光軸直交面内でシフト移動可能なシフト部材を備え、前記シフト部材および前記装置本体のうち、一方に駆動用磁石を、他方にコイルとヨークとを保持し、前記コイルへの通電により前記シフト部材をシフト移動させて像振れを補正する振れ補正装置であって、前記駆動用磁石と前記コイルと前記ヨークとからなるシフト駆動部が2組あり、前記シフト駆動部は互いに直交するように配置され、前記コイルの光軸方向視における形状が、前記シフト移動の方向軸に対して平行ではない直線形状をもつことを特徴とする。
本発明に係る振れ補正装置によれば、光軸からの放射方向および放射直交方向のどちらとも平行ではない直線形状を持つコイル形状とし、またコイル内径にはシフト部材の位置検出を行う位置センサの形状の一部が入るようにする。それにより、シフトユニットの光軸方向の厚さを薄くしつつ、光軸方向視での小径化が可能となる。
本発明の実施形態であるシフトユニットの分解斜視図 本発明の実施形態であるシフトユニットを有するレンズ駆動装置の断面図 本発明の実施形態におけるレンズ駆動装置を用いた光学機器の電気回路構成図 本発明の実施形態のシフトユニットにおけるアクチュエータ部の説明図 本発明の実施形態のシフトユニットのコイルにおける発生力の説明図 本発明の実施形態におけるコイル形状の別例を示す図 従来のシフトユニットにおけるアクチュエータ部の説明図 従来のシフトユニットのコイルにおける発生力の説明図
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図2には、本発明の実施形態であるバー・スリーブ構造を備えたレンズ駆動装置を示している。なお、このレンズ駆動装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮影装置(光学機器)に取り付けられ、または一体に設けられて使用される。
このレンズ駆動装置は、凸凹凸凸の4群構成の変倍光学系を有するレンズ駆動装置である。L1は固定の第1群レンズ、L2は光軸方向に移動することにより変倍動作を行う第2群レンズ、L3は光軸直交面内で移動して振れ補正を行う第3群レンズ、L4は光軸方向に移動することにより合焦動作を行う第4群レンズである。
1は第1群レンズL1を保持する1群鏡筒、2は第2群レンズL2を保持する2群移動枠、3は第3群レンズL3を光軸直交方向に移動させるシフトユニット(振れ補正装置)、4は第4群レンズL4を保持する4群移動枠、6はCCDなどの撮像素子が固定されるCCDホルダである。
1群鏡筒1とCCDホルダ6は固定筒5にビス止めされる。不図示の2つのガイドバーが固定筒5とCCDホルダ6によって位置決め固定され、2群移動枠2を光軸方向に移動可能に支持している。また同様に、不図示の2つのガイドバーが4群移動枠4を光軸方向に移動可能に支持している。シフトユニット3は固定筒5に位置決めの上、ビスにより固定される。
12は光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、2枚の絞り羽根をお互いに逆方向に移動させて開口径を変化させる絞り装置である。
第2群レンズL2は不図示のズームモータによって光軸方向に駆動されて、変倍動作を行う。ズームモータは回転するロータと同軸のリードスクリュを有している。リードスクリュには、2群移動枠2に取り付けられたラックが噛合っており、ロータの回転により、第2群レンズL2が光軸方向に駆動される。
また、ねじりコイルばねが2群移動枠2、2つのガイドバー、ラック及びリードスクリュのそれぞれのガタを片寄せし、これらの嵌合または噛合いのガタを防止している。ズームモータは固定筒5にビスで固定される。
第4群レンズL4は、不図示のフォーカスモータによって光軸方向に駆動されて、合焦動作を行う。フォーカスモータは、回転するロータと同軸のリードスクリュを有している。リードスクリュには、4群移動枠4に取り付けられたラックが噛合っており、ロータの回転により、第4群レンズL4が光軸方向に駆動される。また、ねじりコイルばねが4群移動枠4、2つのガイドバー、ラック及びリードスクリュのそれぞれのガタを片寄せし、これらの嵌合または噛合いのガタを防止している。
フォーカスモータは、CCDホルダ6に2本のビスで固定される。2群移動枠2に形成された遮光部の光軸方向への移動を光学的に検出するフォトインタラプタは、第2群レンズL2が基準位置に位置していることを検出するためのズームリセットスイッチとして用いられる。4群移動枠4に形成された遮光部の光軸方向への移動を光学的に検出するフォトインタラプタは、第4群レンズL4が基準位置に位置していることを検出するためのフォーカスリセットスイッチとして用いられる。
次に、図1を用いて第3群レンズL3を光軸直交方向に移動させるシフトユニット3の構成を説明する。
第3群レンズL3は、ピッチ方向(レンズ鏡筒の鉛直方向)の角度変化による像振れを補正するための駆動用アクチュエータと、ヨー方向(レンズ鏡筒の水平方向)の角度変化による像振れを補正するための駆動用アクチュエータにより光軸直交面内で駆動される。
なお、ピッチ方向とヨー方向ではそれぞれの位置センサ、振れ検出センサからの情報に基づき、各アクチュエータは独立に駆動制御される。また、ピッチ方向用アクチュエータおよび位置センサと、ヨー方向用のアクチュエータおよび位置センサは互いに90度の角度をなすように配置されているが、構成自体は同一であるので、以下、ピッチ方向のみについて説明する。また特に指示のない限り、ピッチ方向の要素には添え字p、ヨー方向の要素には添え字yを付すことにする。
22は第3群レンズL3を保持する機能を持ち、さらに、振れを補正するために光軸直交方向に変位させるシフト移動枠である。シフト移動枠22には、駆動用と位置検出用とを兼ねるマグネット24が圧入保持されている。マグネット24をシフト移動枠22に圧入して組み込むことにより、該組み込み後にシフト移動枠22とマグネット24との相対位置関係がずれることはない。このため、位置検出機能も兼ねているマグネット24の位置は、第3群レンズL3を保持しているシフト移動枠22に対して固定された位置に決まり、マグネット24によって第3群レンズL3の位置を正確に検出することができる。
20はシフトベース21と金属プレート19との間に配置されたボールであり、光軸直交面内に光軸回りに3つ配置されている。ボール20とシフト移動枠22との間には、前述した金属プレート19が配置される。この金属プレート19があることによって、レンズ鏡筒が衝撃を受けた際にモールド部品であるシフト移動枠22にボール20による打痕が付くことや、長期間の振れ補正動作駆動で生じる磨耗によるシフトユニット3の駆動特性の劣化を防止できる。
金属プレート19の材質としては、例えばステンレス鋼などが適する。また、ボール20はシフトベース21に形成されたボールフォルダ部21aで回転可能に保持されている。シフトベース21(ボールフォルダ部21aの光軸方向端面)とシフト移動枠22(金属プレート19)にボール20を確実に当接させておくための力は、マグネット24と固定ヨーク29との間に作用する吸着力である。この吸着力によってシフト移動枠22がシフトベース21に近づく方向に付勢されることにより、3つのボール20は、3つのボールフォルダ部21aの光軸方向端面と金属プレート19の3箇所に対して押圧状態で当接する。
3つのボール20が当接する各面は、撮影光学系の光軸に対して直交方向に広がっている。3つのボール20の呼び径は同じであるので、3つのボールフォルダ21aにおいて光軸方向端面間の光軸方向における位置差を小さく抑えることにより、シフト移動枠22に保持された第3群レンズL3を光軸に対する倒れを生じさせずに光軸直交面内で移動させることができる。なお、これらボールに用いられる材質としては、マグネットに吸着されないように、例えばSUS304などの非磁性体が好適である。
次に、シフト移動枠22および第3群レンズL3の位置検出について説明する。
27pは磁束密度を電気信号に変換するホール素子であり、フレキシブルプリントケーブル(以下、FPC)26に半田付けされている。FPC26はシフトベース21に対して位置決め固定されている。以下の構成により、シフト移動枠22および第3群レンズL3の位置を検出する位置センサが形成されている。シフト移動枠22および第3群レンズL3が縦方向もしくは横方向に駆動されたとき、ホール素子27pによってマグネット24pの磁束密度の変化が検出され、この磁束密度の変化を示す電気信号が出力される。
このホール素子27pの出力に基づいて、図示していないコントロール回路はシフト移動枠22および第3群レンズL3の位置を検出することができる。なお、マグネット24pは、駆動用マグネットであるとともに、位置検出用マグネットとしても用いられている。
次に図4を用いて、シフト移動枠22および第3群レンズL3を駆動するアクチュエータについて説明する。なお図4においては、シフトベース21、ヨーク23、マグネット24、ホール素子27、コイル28、固定ヨーク29以外の部品を不図示としている。また図4(b)は図4(a)に示すA−A断面である。24pは図4(b)に示したように2極着磁されたマグネット、23pはマグネット24pの光軸方向前側の磁束を閉じるためのヨークである。ヨーク23pは、マグネット24pに吸着固定されている。
28pはシフトベース21に接着固定されたコイル、29pはマグネット24pの光軸方向後側の磁束を閉じるための固定ヨークである。固定ヨーク29pは、コイル28pを挟んでマグネット24pとは反対側に配置され、シフトベース21により保持されている。これらのマグネット24p、ヨーク23p、固定ヨーク29pおよびコイル28pにより磁気回路が形成されている。
なお、これらのヨークに用いられる材質としては、高い透磁率を有する、例えばSPCCなどの磁性体が好適である。コイル28pに電流を流すと、マグネット24pの着磁境界に対して直交(略直交を含む)する方向に、マグネット24pとコイル28pに発生する磁力線相互の反発によるローレンツ力が発生し、シフト移動枠22を光軸直交方向に移動させる。これはいわゆるムービングマグネット型アクチュエータである。また前記のように、マグネット24pの位置変化による磁束密度の変化をホール素子27pで検出し、シフト移動枠の位置検出を行っている。
このような構成のアクチュエータが、図1に示したように縦方方向、横方向にそれぞれ配置されているので、シフト移動枠22を、互いに直交(略直交を含む)する2つの光軸直交方向に駆動することができる。また、これら縦方向と横方向の駆動合成によりシフト移動枠22を光軸直交面内の所定の範囲内で自由に移動させることができる。
なお、シフト移動枠22が光軸直交方向に動く時の摩擦は、ボール20がボールフォルダ部21aの壁に当接しない限り、ボール20と金属プレート19との間およびボール20とボールフォルダ部21aとの間にそれぞれ発生する転がり摩擦のみである。よって、上記吸着力が作用するにもかかわらず、第3群レンズL3を保持しているシフト移動枠22はきわめてスムーズに光軸直交面内で移動することができ、かつ微小な移動量制御も可能となる。なお、ボール20に潤滑油を塗布することで、更に摩擦力を低減させることができる。
図3に、本発明の実施形態におけるレンズ駆動装置を用いた光学機器の電気回路構成を示す。
光学機器120において、レンズを通してCCD113に結像した被写体の像はカメラ信号処理回路101で所定の増幅やγ補正などの処理が施される。これらの所定の処理を受けた映像信号からAFゲート102もしくはAEゲート103を通過して所定の領域のコントラスト信号を取り出す。
特にAFゲート102を通過したコントラスト信号はAF回路104により高域成分に関する1つもしくは複数の出力を生成する。CPU105ではAEゲート103の信号レベルに応じて、露出が最適であるかどうかを判別し、最適でない場合には絞りシャッタ駆動源109を介して、最適な絞り値もしくはシャッタ速度で、同駆動源を駆動する。オートフォーカス動作では、AF回路104にて生成された出力がピークを示すようにCPU105がフォーカス駆動源であるフォーカス駆動源駆動回路111を駆動制御する。
また、適正露出を得るために、CPU105は、AEゲート103を通過した信号出力の平均値を所定の値として、絞りエンコーダ108の出力がこの所定の値となるように絞りシャッタ駆動源109を駆動制御して、開口径をコントロールする。フォトインタラプタなどのエンコーダを用いたフォーカス原点センサ106はフォーカスレンズ群の光軸方向の位置を検出するための基準位置を検出する。フォトインタラプタなどのエンコーダを用いたズーム原点センサ107はズームレンズ群の光軸方向の位置を検出するための基準位置を検出する。
撮影装置における振れ角度の検出は、例えば撮影装置に固定された振動ジャイロなどの角速度センサの出力を積分して行う。ピッチ方向の振れ角度検出センサ114、ヨー方向の振れ角度検出センサ115のそれぞれの出力は、CPU105で処理される。ピッチ振れ角度検出センサ114からの出力に応じて、ピッチコイル駆動回路116を駆動制御し、図示していないピッチコイルへの通電制御が行われる。
またヨー振れ角度検出センサ115からの出力に応じて、ヨーコイル駆動回路117を駆動制御し、図示していないヨーコイルへの通電制御が行われる。以上の制御により、図示していないシフト枠が光軸直交面内でシフト移動する。ピッチ方向の位置検出センサ118、ヨー方向の位置検出センサ119のそれぞれの出力は、CPU105で処理される。補正レンズ群L3がシフト移動すると、レンズ駆動装置内の通過光束が曲げられる。
したがって、撮影装置に振れが生じることによって本来生ずるCCD113上での被写体像の変移を相殺する方向に、相殺する曲げ量だけ通過光束を曲げるように補正レンズ群L3をシフト移動させることにより、撮影装置が振れても結像している被写体像がCCD113上で動かない、いわゆる振れ補正を行うことができる。
CPU105は、ピッチ振れ角度検出センサ114およびヨー振れ角度検出センサ115により得られた撮影装置の振れ信号と、ピッチ位置検出センサ118およびヨー位置検出センサ119から得られたシフト量信号との差分に相当する信号に対して増幅および適当な位相補償を行った信号に基づいて、ピッチコイル駆動回路116およびヨーコイル駆動回路117によって、シフト枠3aをシフト移動させる。この制御によって、上記の差分信号がより小さくなるように補正レンズ群L3が位置決め制御され、目標位置に保たれる。
次に図7を用いて、従来のシフトユニットにおけるアクチュエータについて説明する。なお図7においては、シフトベース121、ヨーク123、マグネット124、ホール素子127、コイル128、固定ヨーク129以外の部品を不図示としている。また図7(b)は図7(a)に示すA−A断面である。図7(b)に示すように、ホール素子はその形状の一部がコイルの内径範囲に入るように配置されている。これにより、コイルの内径範囲外にホール素子を配置した場合に比べて、シフトユニットの光軸方向の薄型化が可能となっている。
しかし図7(a)に示すように、光軸方向の投影面においては、コイルの角の一つが略円形形状のベースに対して径方向で外側にはみ出している。レンズ鏡筒の小型化が求められ、また特に円筒形状のレンズ鏡筒においては、鏡筒内部のシフトユニットもより小型で円形のスペース内に収まることが望ましい。しかし、コイルの形状の一部がその妨げとなっている。
一方、図5に示したように本発明の実施形態においてはコイルの形状を、ピッチ方向およびヨー方向のどちらとも平行ではない直線部28p1、28p2、28p3、28p4を持つ略菱形形状としている。図5はコイル28pを示しているが、コイル28yについても同様にピッチ方向およびヨー方向のどちらとも平行ではない直線部を持つ略菱形形状となっている。それにより、図4に示したようにコイルの角部分がシフトベースの外側にはみ出さないように配置できている。また図7の従来例と同様に、ホール素子はその形状の一部がコイルの内径範囲に収まるように配置することで、シフトユニットの薄型化を可能としている。以上により、シフトユニットをより小径の円形スペース内に収めることが可能となっている。
図8を用いて、従来例のコイルにおける発生力について説明する。また図8はピッチ方向駆動のアクチュエータの拡大図である。なお図8においてはマグネット124p、コイル128p以外の部品を不図示としている。
コイル128pに図8に示す方向の電流が流れると、コイルのピッチ方向と直交する辺部分において、ローレンツ力f11とf12とが発生する。ここでコイル全体の合力F’=f11+f12である。この合力Fによって、シフトユニットのピッチ方向の駆動が行われる。また同様に、ヨー方向駆動のアクチュエータで発生するローレンツ力によって、シフトユニットのヨー方向の駆動が行われる。
図5を用いて、本発明の実施形態のコイルにおける発生力について説明する。また図5はピッチ方向駆動のアクチュエータの拡大図である。なお図5においてはマグネット24p、コイル28p以外の部品を不図示としている。コイル28pはピッチ方向およびヨー方向と平行な直線部を持たない形状であるが、コイル28pに図5に示す方向の電流が流れると、各直線部において、ローレンツ力f1、f2、f3、f4が発生する。それらのローレンツ力をピッチ方向の成分には添え字p、ヨー方向の成分には添え字yを付して、分力で考えると、
ピッチ方向成分;Fp = f1p+f2p+f3p+f4p>0
ヨー方向成分;Fy = f1y+f2y+f3y+f4y=0
となる。
したがって、このアクチュエータではピッチ方向成分のみのローレンツ力が発生して、シフトユニットのピッチ方向のみの駆動が行われる。また同様に、ヨー方向駆動のアクチュエータで発生するローレンツ力によって、シフトユニットのヨー方向の駆動が行われる。
図6に、その他の実施形態のコイル形状を示す。なお図6においては、コイル228’、シフトベース221以外の部品を不図示としている。
図に示すように、コイル228’をピッチ方向およびヨー方向と平行ではない直線部を持つ八角形の形状にすることで、シフトユニットをより小径の円形スペースに収めることが可能である。
なお、上記実施形態ではムービングマグネット型のアクチュエータを用いてシフト移動枠22を駆動する場合について説明した。しかし、本発明はコイルをピッチ方向およびヨー方向と平行ではない直線部を持つ形状とすれば良い。したがってコイル28とヨーク29とをシフト移動枠22側に配置し、ヨーク23とマグネット24とをシフトベース21側に配置したいわゆるムービングコイル型のアクチュエータを用いる場合にも適用することができるのは言うまでもない。
L1 第1群レンズ、L2 第2群レンズ、L3 第3群レンズ(補正レンズ群)、
L4 第4群レンズ、1 1群鏡筒、2 2群移動枠、3 シフトユニット、
4 4群移動枠、5 固定筒、6 CCDホルダ、12 絞り装置、
19 金属プレート、20 ボール、21 シフトベース、
21a ボールフォルダ部、22 シフト移動枠、23 ヨーク、
24 マグネット、26 FPC、27 ホール素子、28 コイル、
29 固定ヨーク、101 カメラ信号処理、102 AFゲート、
103 AEゲート、104 AF回路、105 CPU、
106 フォーカス原点センサ、107 ズーム原点センサ、
108 絞りエンコーダ、109 絞りシャッタ駆動源、110 ズーム駆動源、
111 フォーカス駆動源駆動回路、112 ズーム駆動源駆動回路、
113 CCD、114 ピッチ角度検出センサ、115 ヨー角度検出センサ、
116 ピッチコイル駆動回路、117 ヨーコイル駆動回路、
118 ピッチ位置検出センサ、119 ヨー位置検出センサ、
120 光学機器、116 ピッチコイル駆動回路、117 ヨーコイル駆動回路、
118 ピッチ位置検出センサ、119 ヨー位置検出センサ、120 光学機器

Claims (3)

  1. 振れ補正レンズを保持して装置本体に対して光軸直交面内でシフト移動可能なシフト部材を備え、
    前記シフト部材および前記装置本体のうち、一方に駆動用磁石を、他方にコイルとヨークとを保持し、
    前記コイルへの通電により前記シフト部材をシフト移動させて像振れを補正する振れ補正装置であって、
    前記駆動用磁石と前記コイルと前記ヨークとからなるシフト駆動部が2組あり、
    前記シフト駆動部は互いに直交するように配置され、
    前記コイルの光軸方向視における形状が、前記シフト移動の方向軸に対して平行ではない直線形状をもつことを特徴とする振れ補正装置。
  2. 前記シフト部材の光軸直交面内における位置検出を行う位置センサの形状の一部が、光軸方向視および光軸直交方向視でコイルの内径内にあることを特徴とする請求項1に記載の振れ補正装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の振れ補正装置を有するレンズ鏡筒。
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