JP2011169954A - 光学機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学機器は、固定筒12の内周に配置され、光学素子L2を光軸方向に駆動するカム部22aを有して光軸周りで回転するカム環22と、光軸方向の第1および第2の位置におけるカム環と固定筒との間に配置され、カム環と固定筒に当接しながら転動するボール32,37とを有する。第1の位置においてカム環と固定筒における第1のボール受け面22d,12eが光軸方向に対して傾き、第2の位置においてカム環と固定筒のうち一方における第2のボール受け面22fが光軸方向に対して傾いている。第1の位置において、第1の弾性部材36によりボールを光軸方向に付勢することでカム環を固定筒に対して光軸方向および径方向にて位置決めし、第2の位置において、第2の弾性部材41によりボールを付勢することでカム環を固定筒に対して径方向に位置決めする。
【選択図】図6
Description
このような光学機器において、カム環と該カム環を回転可能に支持する固定筒との間の許容ガタ量は、一般に10〜30μm程度である。ただし、撮像において被写体像を光電変換する撮像素子の高画素化に伴い、固定筒に対するカム環の許容ガタ量をより小さくして、レンズの光軸直交方向での位置精度を向上させる必要が生じている。また、カム環や固定筒の製造誤差や温度変化によるカム環や固定筒の変形によって、両者間のガタ量にばらつきが生じ、レンズの位置精度やカム環の回転負荷に影響する。
特許文献1にて開示された光学機器では、マニュアル操作リングの内周面と固定筒の外周面との間に挟み込まれた複数のボールによって、マニュアル操作リングを固定筒に対して光軸に直交する方向にて位置決めするとともに、光軸回りで回転可能に支持している。このようなボールを用いた位置決めおよび回転支持構造は、カム環と固定筒との間に使用することも可能である。
しかも、変倍レンズ用のカム環のように、カム環の光軸方向の長さが長い場合に、特許文献1にて開示されているように光軸方向における1箇所にボールを配置しただけでは、カム環が光軸に対して倒れ易い。このような倒れを防止するためには、カム環と固定筒のとの間でのボールの挟持力を極端に大きくする必要があるが、これによりカム環の回転負荷が大きくなり、カム環を回転させるのに大きな駆動力や操作力が必要となる。
本発明は、径方向の大型化やカム環の回転負荷の増加を抑えつつ、カム環と固定筒との間のガタを除去して、カム環により駆動される光学素子の位置精度を向上させることができるようにした光学機器を提供する。
また、カム環と固定筒との間でのボールの挟持力をそれほど大きくする必要がないので、ボールの転動負荷やカム環の回転負荷の増加を抑えることができる。
さらに、カム環および固定筒に設けられたボール受け面が光軸方向に対して傾いているので、カム環と固定筒との間にボールを配置したことによる径方向の大型化を抑えることができる。
図1および図2には、本発明の実施例であるビデオカメラ(光学機器、撮像装置)のレンズ鏡筒の構成を示している。
該レンズ鏡筒内には、被写体側(図の左側)から順に、凸凹凸凹凸の5つのレンズユニットにより構成された撮影光学系としてのズームレンズが内蔵されている。なお、以下の説明において、被写体側を前側、撮像素子側を後側ともいう。
これらの図において、被写体側から順に、L1は固定の第1レンズユニット、L2およびL3はそれぞれ、光軸方向に移動して変倍を行う第2および第3レンズユニットである。
L4は光軸に直交する方向に移動して像振れ補正を行う第4レンズユニットである。L5は光軸方向に移動してフォーカシングを行う第5レンズユニットである。第2、第3および第5レンズユニットL2,L3,L5と後述する絞りユニット6が、光軸方向に移動可能な光学素子に相当する。
1は第1レンズユニットL1を保持する前玉鏡筒である。前玉鏡筒1に周方向120度間隔で取り付けられたカムフォロア1aは、固定鏡筒(固定筒)12に周方向120度間隔で形成された貫通穴部12aに係合している。該カムフォロア1aと貫通穴部12aとの係合および前玉鏡筒1の外径部1bと固定鏡筒12の内径部12bとの嵌合によって、前玉鏡筒1(第1レンズユニットL1)は、固定鏡筒12に対して位置決めされた状態で固定鏡筒12により保持されている。
2は第2レンズユニットL2を保持する第2移動枠であり、3は第3レンズユニットL3を保持する第3移動枠である。4は第4レンズユニットL4を保持し、光軸に直交する方向にシフト可能なシフトユニットである。シフトユニット4は、固定鏡筒12に対して位置決めされて固定されている。5は第5レンズユニットL5を保持する第5移動枠である。
固定鏡筒12は、その内側に、第1レンズユニットL1、第2レンズユニットL2、第3レンズユニットL3、シフトユニット4、第5レンズユニットL5および後述する絞りユニット6を収容している。
8は撮影光学系により形成された被写体像(光学像)を電気信号に変換する撮像素子であり、CCDセンサやCMOSセンサより構成されている。
絞りユニット6は、撮像素子8に到達する光量を調節する。7は4つの濃度のNDフィルタを選択的に光路に挿入できるNDユニットであり、後部鏡筒13に固定されている。
10は撮像素子8および赤外カット・ローパスフィルタ9を保持する撮像素子保持枠である。撮像素子8は、第2および第3レンズユニットL2,L3とともに光軸方向に移動して変倍を行う。
11は撮像素子FPCであり、撮像素子保持枠10によって保持された撮像素子8への電気信号の入出力を行う。
14は後部カバーであり、後部鏡筒13に位置決めされて固定されている。後部鏡筒13と後部カバー14との間には、2本のガイドバー15,16が配置されている。撮像素子保持枠10に設けられたスリーブ部10aはガイドバー15に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。また、撮像素子保持枠10に設けられたU溝部10bはガイドバー16に同方向に移動可能に係合して、撮像素子保持枠10のガイドバー15を中心とした回転を阻止する。
17は磁石と摩擦材とを接合して構成され、後部鏡筒13に固定されたスライダ(接触部材)である。撮像素子保持枠10には、電気−機械エネルギー変換素子と該電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子18が固定されている。振動子18の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ17の磁石と引き合うことにより、スライダ17の摩擦材の圧接面と振動子18の弾性部材において光軸方向2箇所に形成された圧接面とが圧接される。
これらスライダ17および振動子18によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板(不図示)を介して2つの位相が異なる周波信号(パルス信号又は交番信号)が電気−機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子18の圧接面に楕円運動が発生し、スライダ17の圧接面に光軸方向の駆動力が発生する。
NDベース7aは、後部鏡筒13に固定されており、後部鏡筒13とNDベース7aとの間には2本のガイドバー19,20が配置されている。第5移動枠5に設けられたスリーブ部5aはガイドバー19に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。また、第5移動枠5に設けられたU溝部5bは、ガイドバー20に移動可能に係合して、第5移動枠5のガイドバー19を中心とした回転を阻止する。
21は磁石と摩擦材とを接合して構成された後部鏡筒13に固定されたスライダ(接触部材)である。第5移動枠5には、電気−機械エネルギー変換素子と該電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子(不図示)が固定されている。振動子の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ21の磁石と引き合うことにより、スライダ21の摩擦材の圧接面と振動子の弾性部材において光軸方向2箇所に形成された圧接面とが圧接される。
これらスライダ21および振動子によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板(不図示)を介して2つの位相が異なる周波信号(パルス信号又は交番信号)が電気−機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子の圧接面に楕円運動が発生し、スライダ21の圧接面に光軸方向の駆動力が発生する。
22はカム環であり、後述するカム環保持機構によって固定鏡筒12の内周に光軸周りで回転可能に配置されている。カム環22には、図3に示すように、第2移動枠2(第2レンズユニットL2)を光軸方向に駆動する第1カム溝部(カム部)22aと、第3移動枠3(第3レンズユニットL3)を光軸方向に駆動する第2カム溝部(カム部)22bとが形成されている。また、カム環22には、絞りユニット6を光軸方向に駆動する第3カム溝部22cも形成されている。
これらのカム溝部22a,22b,22cには、第2移動枠2、第3移動枠3および絞りユニット6に周方向120度間隔で設けられたカムフォロア2a,3a,6aがそれぞれ係合している。また、固定鏡筒12には、周方向120度間隔で光軸方向に延びるガイド溝部12c,12dが形成されている。カムフォロア2aはガイド溝部12cに係合し、カムフォロア3a,6aはガイド溝部12dに係合している。第2移動枠2、第3移動枠3および絞りユニット6は、カムフォロア2a,3a,6aがガイド溝部12c,12dに係合することによって光軸周りでの回転が阻止されつつ、光軸方向にガイドされる。
変倍に際してカム環22が固定鏡筒12に対して光軸周りで回転すると、回転が阻止された第2移動枠2、第3移動枠3および絞りユニット6のカムフォロア2a,3a,6aが第1〜第3カム溝部22a〜22cから光軸方向の駆動力を受ける。これにより、第2移動枠2、第3移動枠3および絞りユニット6が光軸方向に移動する。
23,24はそれぞれ、使用者によってマニュアル回転操作される操作部材としてのズームリングおよびフォーカスリングである。ズームリング23は、光軸方向においてズームリング保持筒25と中間鏡筒26との間に配置され、ズームリング保持筒25の外周にて光軸周りで回転可能に保持されている。また、フォーカスリング24は、光軸方向においてフォーカスリング保持筒27と中間鏡筒26との間に配置され、フォーカスリング保持筒27の外周にて光軸周りで回転可能に保持されている。
ズームリング23およびフォーカスリング24の内周には、これらリング23,24の回転量を検出するための回転センサ(不図示)が設けられている。該回転センサからのズームリング23およびフォーカスリング24の回転量に応じた出力信号を用いることで、ズームリング23およびフォーカスリング24の回転位置を検出することができる。
次に、カム環22を保持するカム環保持機構について、図4〜図7を用いて説明する。図4および図5にはそれぞれ、カム環保持機構を分解して後側および前側から見て示している。図6および図7にはそれぞれ、カム環保持機構の後部と前部の断面を示している。
28は磁石と摩擦材とを接合して構成され、カム環22に固定されたスライダ(接触部材)である。カム環押え板29には、電気−機械エネルギー変換素子と該電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子30が周方向120°間隔で固定されている。振動子30の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ28の磁石と引き合うことにより、スライダ28の摩擦材の圧接面と振動子30の弾性部材においてカム環22の回転方向2箇所に形成された圧接面とが圧接される。
スライダ28および振動子30によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板(不図示)を介して2つの位相が異なる周波信号(パルス信号又は交番信号)が電気−機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子30の圧接面に楕円運動が発生し、スライダ28の圧接面にカム環22の回転方向の接線方向に駆動力が発生する。そして、周方向120°間隔で配置された3つの振動子30を同期制御することで、カム環22をスムーズに光軸周りで回転させる。
図4に示すように、カム環22の内周には、該カム環22の回転量を検出するための回転センサ31が設けられている。該回転センサ31からのカム環22の回転量に応じた出力信号を用いることで、カム環22の回転位置を検出することができる。
図6に示すように、カム環22の後部(第1の位置)における前側と後側には、カム環22の周方向に延びる後部ボール受け面22d,22eが形成されている。後部ボール受け面22d,22eはそれぞれ、図6の断面(周方向視断面)において光軸方向に対して45度傾き、かつ互いに90度をなすように形成されている。また、固定鏡筒12の後部の前側にも、固定鏡筒12の周方向に延びる後部ボール受け面12eが形成されている。後部ボール受け面12eは、図6の断面において、光軸方向に対して45度傾き、かつ後部ボール受け面22dと90度をなし、さらに後部ボール受け面22eに対向するように形成されている。
後部ボール32は、後部ボール受け面22d,22e,12eに当接するように組み込まれる。33は後部ボールリテーナであり、周方向に複数配置された後部ボール32をそれらの周方向間隔を一定に保ちながら自転および公転可能、つまりは転動可能に保持している。
また、34は後部ボール押圧部材であり、その周方向に延びる後部ボール押圧面34aを後部ボール32に当接させている。後部ボール押圧面34aは、図6の断面において光軸方向に対して45度傾いており、後部ボール受け面22e,12eと90度をなし、かつ後部ボール受け面22dに対向する。
35は後部ボールカバーであり、その外周部に形成されたネジ部35aが固定鏡筒12に形成されたネジ部12fに係合することで、固定鏡筒12に対して位置決めされて保持されている。
36は後部板バネ(第1の弾性部材)であり、後部ボールカバー35と後部ボール押圧部材34との間に配置され、後部ボール押圧部材34を前方に付勢している。後部ボール押圧部材34は、後部ボール押圧面34aによって後部ボール32を後部ボール受け面22d,22e,12eに押圧しつつ、その径方向での位置が可変な状態で後部ボールカバー35と後部ボール32とにより囲まれた空間A内に配置されている。
以上の構成により、後部ボール32は、4箇所で後部ボール受け面22d,22e,12eおよび後部ボール押圧面34aに当接し、後部板バネ36からの付勢力によって後部ボール受け面22d,22e,12eおよび後部ボール押圧面34aの間で挟持される。
後部ボール受け面(第1のボール受け面)22d,12eが光軸方向に対して45度傾いている。このため、後部板バネ36の光軸方向の付勢力は、後部ボール32を介してカム環22を固定鏡筒12に対して光軸方向および径方向(光軸方向に直交する方向)にて位置決めする力として作用する。したがって、カム環22の後部を、固定鏡筒12に対して、光軸方向および径方向にて位置決めした状態で保持することができる。
カム環22を回転させると、後部ボール32は、後部ボール受け面22d,22e,12eおよび後部ボール押圧面34aに当接ながら転動する。これにより、カム環22を固定鏡筒12に対してスムーズに回転させることができる。
後部板バネ36の付勢力は、カム環22、第2,第3レンズユニットL2,L3を含む第2,第3移動枠2,3および絞りユニット6の重量と、後述する前部板バネの光軸方向での付勢力との合算値以上の強さに設定される。ただし、後部ボール32の転動負荷が適切になるように決定される。
図7に示すように、カム環22の後部から光軸方向に離れた前部(第2の位置)には、カム環22の周方向に延びる前部ボール受け面22fが形成されている。前部ボール受け面22fは、図7の断面(周方向視断面)において光軸方向に対して45度傾いている。また、固定鏡筒12の前部の内周にも、固定鏡筒12の周方向に延びる前部ボール受け面12gが形成されている。前部ボール受け面12gは、図7の断面において、光軸方向に平行に形成されており、カム環22の前部ボール受け面22fと45度をなす。
前部ボール37は、前部ボール受け面22f,12gに当接するように組み込まれる。38は前部ボールリテーナであり、周方向に複数配置された前部ボール37をそれらの周方向間隔を一定に保ちながら自転および公転可能、つまりは転動可能に保持している。
また、39は前部ボール押圧部材であり、その周方向に延びる前部ボール押圧面39aを前部ボール37に当接させている。前部ボール押圧面39aは、図7の断面において光軸方向および固定鏡筒12の前部ボール受け面12gに対して45度傾いており、かつカム環22の前部ボール受け面22fと90度をなす。
40は前部ボールカバーであり、その外周部に形成されたネジ部40aが固定鏡筒12に形成されたネジ部12hに係合することで、固定鏡筒12に対して位置決めされて保持されている。
41は前部板バネ(第2の弾性部材)であり、前部ボールカバー40と前部ボール押圧部材39との間に配置され、前部ボール押圧部材39を後方に付勢している。前部ボール押圧部材39は、前部ボール押圧面39aによって前部ボール37を前部ボール受け面22f,12gに押圧しつつ、その径方向での位置が可変な状態で前部ボールカバー40と前部ボール37とにより囲まれた空間B内に配置されている。
以上の構成により、前部ボール37は、3箇所で前部ボール受け面22f,12gおよび前部ボール押圧面39aに当接し、かつ前部板バネ41の付勢力によって前部ボール受け面22f,12gおよび前部ボール押圧面39aの間で挟持される。
カム環22の前部ボール受け面(第2のボール受け面)22fが光軸方向に対して45度傾いている。このため、前部板バネ41の光軸方向の付勢力は、前部ボール37を介してカム環22を固定鏡筒12に対して径方向にて位置決めする力として作用する。したがって、カム環22の前部を、固定鏡筒12に対して、径方向にて位置決めした状態で保持することができる。固定鏡筒12の前部ボール受け面12gは、後部での光軸方向の位置決めを妨げないように光軸方向に平行に形成されている。
カム環22を回転させると、前部ボール37は、前部ボール受け面22f,12gおよび前部ボール押圧面39aに当接ながら転動する。これにより、カム環22を固定鏡筒12に対してスムーズに回転させることができる。
前部板バネ41の付勢力は、カム環22の重量以上の強さに設定される。ただし、前部ボール37の転動負荷が適切になるように決定される。
また、カム環22の光軸方向の2箇所において固定鏡筒12に対する径方向での位置決めを行うため、板バネ36,41の付勢力をあまり大きくする必要がない。したがって、ボール32,37の転動負荷およびカム環22の回転負荷の増大を回避することができる。
さらに、カム環22および固定鏡筒12に設けられたボール受け面22d,22e,22f,12eが光軸方向に対して傾いているので、カム環22と固定鏡筒12との間にボール32,37を配置したことによるレンズ鏡筒の径方向の大型化を抑えることができる。
なお、上記実施例では、固定鏡筒12に形成された前部ボール受け面12gを光軸方向に平行な面とし、カム環22に形成された前部ボール受け面22fを光軸方向に対して45度傾いた面とした場合について説明した。しかし、固定鏡筒に光軸方向に対して45度傾いた前部ボール受け面を形成し、カム環に光軸方向に平行な前部ボール受け面を形成してもよい。この場合、前部板バネは、カム環に対する光軸方向の付勢力を発生させる必要がなく、径方向の付勢力のみを発生させればよい。これにより、前部板バネの付勢力が後部板バネによる付勢に影響を与えることを回避できる。
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。
例えば、上記実施例では、前部および後部のボール受け面およびボール押圧面が光軸方向に対して45度傾くように(隣のボール受け面と90度をなすように)形成されている場合について説明したが、光軸方向に対する傾き角は必ずしも45度でなくてもよい。
また、上記実施例では、カム環22が固定鏡筒12の内周に配置された場合について説明したが、カム環が固定筒の外周に配置されていてもよい。
また、上記実施例では、撮像素子と撮影レンズ鏡筒とが一体に設けられたカメラについて説明したが、本発明は、交換レンズやカメラに一体に設けられる部品ユニットとしての撮影レンズ鏡筒といった他の光学機器に用いることも可能である。
22 カム環
32,37 ボール
36,41 板バネ
Claims (1)
- 光軸方向に移動する光学素子と、
前記光学素子を収容し、該光学素子の前記光軸方向への移動をガイドする固定筒と、
前記固定筒の内周または外周に配置され、前記光学素子を前記光軸方向に駆動するカム部を有して前記固定筒に対して光軸周りで回転するカム環と、
前記光軸方向において互いに離れた第1の位置と第2の位置における前記カム環と前記固定筒との間にそれぞれ配置され、前記カム環と前記固定筒に当接しながら転動するボールとを有し、
前記第1の位置において前記カム環および前記固定筒における前記ボールが当接する第1のボール受け面が前記光軸方向に対して傾いており、前記第2の位置において前記カム環および前記固定筒のうち一方における前記ボールが当接する第2のボール受け面が前記光軸方向に対して傾いており、
前記第1の位置において、第1の弾性部材によって前記ボールを前記光軸方向に付勢することで、前記ボールおよび前記第1のボール受け面を介して前記カム環を前記固定筒に対して前記光軸方向および該光軸方向に直交する方向に位置決めし、
前記第2の位置において、第2の弾性部材によって前記ボールを付勢することで、前記ボールおよび前記第2のボール受け面を介して前記カム環を前記固定筒に対して前記光軸方向に直交する方向に位置決めすることを特徴とする光学機器。
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