JPH10104678A - 頂角可変プリズムおよびこれを用いた振れ補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】手振れ補正を簡単な構造で実現する。しかもア
ダプター式に構成する。 【解決手段】頂角可変プリズム２２Ｙが平凹レンズ３６
と凸平レンズ３５で構成され、頂角可変プリズム２２Ｘ
が平凹レンズ３７と凸平レンズ３８とで構成される。平
凹レンズ３６は垂直方向に回動し、平凹レンズ３７は水
平方向に回動する。これらの回動角を合成すると２次元
的な光軸の動きとなる。レンズを回動すればプリズムの
頂角が変わり、その透過光軸を可変できる。光学レンズ
の間には、曲率面方向に回動するためのガイド手段が、
同じ曲率中心の曲率で配置されているので、第２，第４
のレンズに対する第１，第３のレンズの回動が非常にス
ムーズとなる。ビデオカメラの手振れによるセンサ出力
で特定のレンズの光軸を可変すれば、手振れを補正でき
る。光学レンズは円筒レンズであるから、レンズ回動軸
方向にずれてもその方向には光軸が変化しないため、制
御精度が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光軸角度を可変で
きる手振れ補正などに適用して好適な頂角可変プリズム
およびこれを使用した振れ補正装置に関する。詳しく
は、一定の間隙をあけてほぼ同一の曲率半径をもつ凹凸
面を近接、対向させた２枚の光学レンズを組み合わせて
アフォーカル光学系を構成した一対の頂角可変プリズム
を光軸上に配し、それぞれに設けられた一方の光学レン
ズの光軸（水平軸と垂直軸）を可変してプリズムの頂角
を変えることによって、簡単な構成で透過光軸を可変で
きるようにしたものである。振れ補正装置ではこの頂角
可変プリズムを使用することによって手振れなどの角度
振れを簡単に補正できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビカメラ撮影時にカメラに伝
わる振動により撮影画像が揺れることを制御するため、
カメラ内にカメラの角度姿勢を検知するセンサーを取り
付け、その出力に応じてカメラ撮影レンズの光路上にお
いた手振れ補正用プリズムの頂角を変化させることによ
って、透過光軸を傾けてカメラの揺動による画像の揺れ
をキャンセルする手振れ補正装置が知られている。

【０００３】例えば「特開昭６１−２６９５７２号公
報」では、レンズ光軸内に特殊な液体を板ガラスで挟ん
で封入し、一方の板ガラスの角度姿勢を変えることでプ
リズムの頂角を変化させ、これにより透過光軸をカメラ
の揺れた角度だけ補正するようにしている。

【０００４】一方屈折率と曲率が等しい平凸レンズと平
凹レンズを、互いの球面が僅かな隙間を保つようにし、
一方のレンズを球面に沿わせて回動させることにより、
球面を隔てて向い合う２平面のなす角度を変化させる凹
凸レンズを使用した頂角可変プリズムもまた手振れ補正
装置として考案されている。「特開平６−０７０２２０
号公報」中には凹凸レンズを使用した頂角可変プリズム
が手振れ補正装置として開示され、また「特開平６−２
８１８８９号公報」には凹凸レンズを使用した頂角可変
プリズムが手振れ補正装置として開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した液体封入型の
頂角可変プリズムについては、２枚の板ガラスとこれを
結合する蛇腹の間に液体の封入がなされているため、板
ガラスの角度を変えるときにこの液体が粘性抵抗として
働き、高速の振れに追従しにくいという欠点がある。

【０００６】一方、凹凸レンズ組み合せ方式の頂角可変
プリズムについては、「特公昭５７−２５８０３号公
報」においても公知の技術として記述されているが、今
日まで広く用いられてはいない。この理由は「特公昭５
７−２５８０３号公報」にも述べられているように、凹
凸レンズの曲率をあまり小さくできないため、曲率中心
の回りに回動自在に保持することが狭いスペースではで
きなかったこと、あるいは凹凸レンズと同じ中心を持つ
球面上を滑らせて動かすようにした場合、滑りによって
揺動の応答性が悪化したり、摺動部分が傷ついたりする
ことが予想されるためである。

【０００７】実際、上述した「特開平６−２８１８８９
号公報」で考案されている凸レンズの回動支持方法は、
撮像面に平行で凸レンズの曲率中心を通る軸をレンズ外
部に構成し、この軸に回動自在に形成された腕に凸レン
ズを保持させて凸レンズの回動支持を行うものである。

【０００８】このため、撮像系全体を揺動させる方式と
同様に、回動部分が大きくなって装置全体が大型化する
という欠点があり、また動く部分の重量が重いため慣性
が大きくなり、高速の振れに対する追従性が悪く、大き
なエネルギーを要するという欠点を有している。

【０００９】この発明はこのような従来の課題を解決し
たものであって、２枚の光学レンズを組み合わせて構成
したアフォーカルな一対の頂角可変プリズムを用いて２
次元的な頂角可変プリズムを構成すると共に、光学レン
ズに対する回動手段を簡単な構成で実現したものであ
る。またこのような頂角可変プリズムを使用して振れ補
正装置を構成することによって手振れ補正などの２次元
的な補正を正確に行えるようにしたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため請求項１に記載したこの発明に係る頂角可変プリズ
ムでは、第１面と第２面からなる第１の光学レンズと、
第３面と第４面からなる第２の光学レンズとで構成さ
れ、互いに近接配置された頂角可変プリズムであって、
上記第２面が所定曲率をなす円筒面となされ、上記第３
面が上記第２面と正負同符号で、概ね第２面と近似した
曲率をなす円筒面となされ、上記第２面と第３面の曲率
中心軸が上記第１若しくは第２の光学レンズの回動中心
軸となされ、上記頂角可変プリズム全体の合成焦点距離
はアフォーカル系となされたことを特徴とする。

【００１１】請求項８で記載した振れ補正装置では、第
１面と第２面からなる第１の光学レンズと、第３面と第
４面からなる第２の光学レンズが互いに近接配置された
頂角可変プリズムであって、かつ上記第２面が所定曲率
をなす円筒面となされ、上記第３面が上記第２面と正負
同符号で、概ね第２面と近似した曲率円筒面となされ、
上記第２面の曲率中心軸が上記第１の光学レンズの回動
中心軸となされ、上記第３面の曲率中心軸が上記第２の
光学レンズの回動中心軸となされると共に、上記角可変
プリズム全体の合成焦点距離がアフォーカル系となるよ
うに設計された頂角可変プリズムであって、この頂角可
変プリズムが振れ補正機構としてビデオカメラの光学系
に取り付けられると共に、その鏡筒には角速度センサが
配されてビデオカメラの振れが検出され、検出された振
れ成分に基づいて、上記第２の光学レンズに対する第１
の光学レンズ若しくは第１の光学レンズに対する第２の
光学レンズを回動制御することによって、上記頂角可変
プリズムの頂角が可変されてその透過光軸が変更される
ようになされたことを特徴とする。

【００１２】請求項１０に記載したこの発明に係る頂角
可変プリズムでは、第１面と第２面からなる第１の光学
レンズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズと
で構成され、互いに近接配置された第１の頂角可変プリ
ズムと、第５面と第６面からなる第３の光学レンズと、
第７面と第８面からなる第４の光学レンズとで構成さ
れ、互いに近接配置された第２の頂角可変プリズムとで
第２の頂角可変プリズムが構成され、上記第２面が所定
の曲率をなす円筒面となされ、上記第３面が上記第２面
と正負同符号で、概ね第２面と近似した曲率円筒面とな
され、上記第６面が所定の曲率をなす円筒面となされ、
上記第７面が上記第６面と正負同符号で、概ね第６面と
近似した曲率円筒面となされると共に、上記第２面と第
３面の曲率中心軸が上記第１若しくは第２の光学レンズ
のうちの何れか一方の回動中心軸となされ、上記第６面
と第７面の曲率中心軸が上記第３若しくは第４の光学レ
ンズのうちの何れか一方の回動中心軸となされると共
に、互いの回動面が互いに直交するようにそれぞれの回
動方向が選定され、上記第１および第２の頂角可変プリ
ズム全体の合成焦点距離はアフォーカル系となされたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項１９に記載したこの発明に係る振れ
補正装置では、第１面と第２面からなる第１の光学レン
ズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズとで構
成され、互いに近接配置された第１の頂角可変プリズム
と、第５面と第６面からなる第３の光学レンズと、第７
面と第８面からなる第４の光学レンズとで構成され、互
いに近接配置された第２の頂角可変プリズムとで第２の
頂角可変プリズムが構成され、第２面が所定曲率をなす
円筒面となされ、第３面が第２面と正負同符号で、概ね
第２面と近似した曲率円筒面となされ、第６面が所定曲
率をなす円筒面となされ、第７面が第６面と正負同符号
で、概ね第６面と近似した曲率円筒面となされ、上記第
２面と第３面の曲率中心軸が上記第１若しくは第２の光
学レンズの何れか一方の回動中心軸となされ、上記第６
面と第７面の曲率中心軸が上記第３若しくは第４の光学
レンズの何れか一方の回動中心軸となされると共に、互
いの回動面が互いに直交するようにそれぞれの回動方向
が選定され、上記第１および第２の頂角可変プリズム全
体の合成焦点距離がアフォーカル系となるように設計さ
れた頂角可変プリズムであって、この頂角可変プリズム
が振れ補正機構としてビデオカメラの光学系に取り付け
られると共に、その鏡筒には角速度センサが配されてビ
デオカメラの振れが検出され、検出された振れ成分に基
づいて、上記第２と第４の光学レンズに対する第１と第
２の光学レンズ、若しくは第１と第３の光学レンズに対
する第２と第４の光学レンズの何れか若しくはその双方
が回動制御されることによって、頂角可変プリズムの頂
角が可変されてその透過光軸が変更されるようになされ
たことを特徴とする。

【００１４】この発明では、一対の光学レンズで頂角可
変プリズムを構成するときは、水平あるいは垂直方向の
一方向に対する光軸を変更できる。これに対して一対の
光学レンズで構成された頂角可変プリズムを一対使用す
ることによって直交する２軸の光軸をそれぞれ独立に変
更できる。頂角可変プリズムは円筒レンズが使用されて
いる。

【００１５】例えば、同一光路上に近接配置された一対
の頂角可変プリズムを使用するときは、それぞれプリズ
ムは２枚の光学レンズで構成され、２枚の光学レンズの
互いに対向する面は所定の曲率半径を有する円筒面とな
されている。そして一方の頂角可変プリズムでは１枚の
光学レンズが例えば垂直方向（ＹーＹ軸）に回動できる
ようになされて垂直方向の透過光軸の角度が可変され
る。これに対して他方の頂角可変プリズムでは同じく１
枚の光学レンズが水平方向（ＸーＸ′軸）に回動自在と
なされて水平方向の透過光軸の角度が可変される。よっ
て、これらを合わせることによって全体の透過光軸の角
度を任意の方向（極座標上）に可変できる。

【００１６】第１と第２の光学レンズの間および第３と
第４の光学レンズの間には、それぞれ曲率面方向に回動
するためのガイド手段が配置されているので、例えば第
２の光学レンズに対する第１の光学レンズおよび第３の
光学レンズに対する第４の光学レンズの回動が非常にス
ムーズとなる。またガイド手段やレンズ駆動手段の構成
が非常に簡単であるため、回動角制御が正確となり、駆
動パワーも少なくて済む。

【００１７】ビデオカメラの手振れによるセンサ出力を
水平方向および垂直方向成分に分け、これに基づいて生
成された補正信号を例えば第１と第３の光学レンズに対
する回動制御信号として与えれば、手振れによる画面振
れを容易に補正できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係る頂角可変
プリズムおよびこの頂角可変プリズムを有する振れ補正
装置を備えたビデオカメラの一実施形態を図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１９】図１は頂角可変プリズムを有する振れ補正
装置を備えた取材用ビデオカメラ１０の一実施態様を示
すものであって、被写体１１は光学系１２を介して撮像
素子であるこの例では２次元構成のＣＣＤ１３によって
被写体の光像が電気信号（撮像信号）に変換される。撮
像信号は後段の信号処理部１４においてコンポジット若
しくはコンポーネントのカラー映像信号に変換されて端
子１５に導出される。

【００２０】光学系１２の前には振れ補正機構部２０が
取り付けられる。この振れ補正機構部２０はアダプター
式に構成され、ビデオカメラ１０に対しては着脱自在に
構成されている。したがって必要時のみ光学系１２に連
結される。

【００２１】振れ補正機構部２０は頂角可変プリズムで
構成される。一対の光学レンズ（円筒レンズ）で構成さ
れた１つの頂角可変プリズムを使用しても振れ補正機構
部２０を構成できる。この場合には一方向（例えば垂直
軸方向）の振れのみを補正するために使用される。

【００２２】このような使用例としては、例えば屋外に
設置されるビデオカメラなどを挙げることができる。こ
のビデオカメラは揺れないようにしっかりした台に取り
付けられる。そのため、横方向（水平方向）の振れ対策
は完全なものとなるが、縦方向（垂直方向）は台の上に
人が乗ったりするので揺れ対策が不充分である。したが
って、このような場所で使用されるビデオカメラでは特
に垂直方向の振れのみを考慮すればよいからである。

【００２３】これに対して一対の光学レンズで構成され
た頂角可変プリズムを２つ用いて振れ補正機構部２０を
構成することもできる。この場合には例えば垂直軸方向
と水平軸方向の２軸に対する光軸を補正することによっ
てあらゆる方向の振れを補正できる。図１では一対の頂
角可変プリズムを使用して振れ補正機構部２０を構成し
た場合を例示する。

【００２４】図１に示すように振れ補正機構部２０は光
路上に前後して配された第１と第２の頂角可変プリズム
２２Ｘ、２２Ｙを有する。これらは直交２軸構成であっ
て、第１の頂角可変プリズム２２Ｙは光軸を例えば垂直
方向（ＹーＹ′軸）に可変するためのものであり、した
がって第２の頂角可変プリズム２２Ｘは光軸を水平方向
（ＸーＸ′軸）に可変するためのものである。また、こ
の例では第２の頂角可変プリズム２２Ｘの鏡筒２１Ｘに
は角速度検出器（センサ）２３が取り付けられ、ビデオ
カメラ１０の振れ（手振れなど）が検出される。

【００２５】角速度検出器２３は図２のように水平方向
（ヨーイング方向、パン方向）ｘに関する振れ成分を検
出する角速度センサ３１と、垂直方向（ピッチング方
向、チルト方向）ｙに関する振れ成分を検出する角速度
センサ３２とで構成されたものを使用することができ、
角速度センサ３１がビデオカメラ１０の水平方向と平行
するように鏡筒２１Ｘに取り付けられている。

【００２６】センサ３１からは水平方向に関する振動成
分△ｘが検出され、他方のセンサ３２からは垂直方向に
関する振動成分△ｙが検出される。これらがＣＰＵを内
蔵した制御部２４に与えられる。

【００２７】制御部２４ではこれらの振動成分△ｘ，△
ｙから、ビデオカメラ１０の振れ角が演算され、その振
れ角を補正できるような回動角となるように回動角制御
信号△ｘ′，△ｙ′が生成される。これら回動角制御信
号△ｘ′，△ｙ′はそれぞれ対応する制御回路２５，２
８を経てモータドライバ２６，２９に供給され、対応す
る駆動モータ２７，３０に印加される。

【００２８】ここで、駆動モータ２７は第２の頂角可変
プリズム２２Ｘに設けられた第４の光学レンズ３８を回
動させるための駆動モータであり、他方の駆動モータ３
０は第１の頂角可変プリズム２２Ｙに設けられた第１の
光学レンズ３６を回動させるための駆動モータであっ
て、制御信号△ｘ′，△ｙ′の値に応じた回動角θｘ，
θｙだけそれぞれの光学レンズ３６，３８が可変され
る。

【００２９】さて、上述した頂角可変プリズム２２はと
もに２つの光学レンズ（３５，３６），（３７，３８）
を有する第１と第２の頂角可変プリズム２２Ｙ，２２Ｘ
で構成される。図３はこのような関係を満足する第１の
頂角可変プリズム２２Ｙの一例を示す。第１の光学レン
ズ３６として例えば平凹レンズを使用したときには、第
２の光学レンズ３５は凸平レンズが使用される。

【００３０】第２面Ｇ２を所定曲率円筒面とし、第３面
Ｇ３を第２面Ｇ２と正負同符号の概ね近似の曲率円筒面
として第２面Ｇ２と第３面Ｇ３の曲率中心軸を平行に近
接して組み合わせられる。そして全体の合成焦点距離が
アフォーカル系となるように設計されている。アフォー
カル系についての詳細は後述する。

【００３１】第１若しくは第２光学レンズ３５,３６の
一方、この例では第１の光学レンズ３６がその曲率中心
軸を回動中心軸として垂直方向（ＹーＹ′軸）に回動自
在となるように第２面Ｇ２、第３面Ｇ３の向き（円筒面
の向き）が定められる。

【００３２】第２の頂角可変プリズム２２Ｘは第１の頂
角可変プリズム２２Ｙと全く同じ構成であって、図４の
ように平凹レンズ構成の第３の光学レンズ３７と凸平レ
ンズ構成の第４の光学レンズ３８を有し、両者が近接し
てアフォーカル系となるように組み立てられ、この例で
は第３の光学レンズ３７が第６面の曲率中心軸を回動中
心軸として水平方向（ＸーＸ′軸）に回動自在に第６面
Ｇ６、第７面Ｇ７の向きが定められる。すなわち、第１
の頂角可変プリズム２２Ｙに対してこれと直交するよう
に第２の頂角可変プリズム２２Ｘが光路上に配置され
る。アフォーカル系とすることによって光学系１２に入
射する被写体１１の光像への影響は全くない。

【００３３】図３に示す第１の頂角可変プリズム２２Ｙ
は図５のような鏡筒２１Ｙ内に取り付けられる。図５は
光軸に対して垂直軸（Ｙ−Ｙ′）と平行に断面したもの
であって、所定長をなす角筒状の鏡筒２１Ｙのほぼ中央
部に第３面Ｇ３が前側となるように第２の光学レンズ３
５が取り付け固定される。

【００３４】第２の光学レンズ３５の前面には第３面Ｇ
３と小許の間隙を保持して第１の光学レンズ３６が垂直
方向に対して回動自在に取り付けられる。実際には、第
３面Ｇ３と平行に第２面Ｇ２がＹ−Ｙ′方向に回動でき
るように図６に示すようなガイド手段３９および駆動手
段４４が設けられる。

【００３５】図６は図５の上面側から見た分解図であっ
て、第２の光学レンズ３５を構成する第３面Ｇ３の左右
両端部近傍には一対のガイド溝４０，４１が並行して設
けられ、ここに断面がＴ字状をなす摺動凹部を有する円
弧状ガイド５８，５９が固着されている。ガイド５８，
５９は第３面Ｇ３から所定長突出しているが、これによ
って第２面Ｇ２との対向間隔を決めることができる。

【００３６】これに対し、第１の光学レンズ３６を構成
する第２面Ｇ２側にはガイド５８，５９と対向する位置
に断面がＴ字状をなすガイド条４２，４３が弓なり状に
取り付け固定されており（図７参照）、その突端４２
ａ，４３ａをガイド５８，５９の摺動凹部に装着するこ
とによって、第１の光学レンズ３６を第２の光学レンズ
３５に対して所定の間隙を保持してＹ−Ｙ′方向に回動
させることができる。

【００３７】第１と第２の光学レンズ３６，３５の間に
上述したように曲率面方向に回動するためのガイド手段
３９が、同じ曲率中心の曲率をもって配置されているの
で、第２の光学レンズ３５に対する第１の光学レンズ３
６の回動が非常にスムーズとなる。その結果、回動角の
調整を正確に行うことができる。またその構成も非常に
簡単である。ガイド手段３９，４９の負荷としては殆ど
の場合、第１と第３の光学レンズ３６，３８であるか
ら、負荷が軽くなり、それだけ回動がスムーズとなると
共に回動パワーも少なくて済む。

【００３８】第１の光学レンズ３６を回動させるための
駆動手段４４の一例を図６および図７を参照して説明す
る。駆動モータ４６にはピニオン４５が取り付けられ、
このピニオン４５がラック４７に歯合されて第１の光学
レンズ３６にその回動力が伝達される。

【００３９】ラック４７の歯合面は図７に示すように、
第２面Ｇ２とほぼ同じ曲率中心の曲率となされると共
に、そのラック本体が第１の光学レンズ３６の側壁側に
取り付けられている。その結果、図７および図８のよう
にピニオン４５を回転させると、その回転方向に第１の
光学レンズ３６を回動させることができる。図８は被写
体側より第１の光学レンズ３６を見たときの図であり、
この図からも明らかなように第１の光学レンズ３６をＹ
−Ｙ′方向（垂直方向）に所定角だけ回動させることが
できる。

【００４０】第２の頂角可変プリズム２２Ｘに関しても
同様に構成されているので、対応する部分には対応する
符号を付す。図５のように第３の光学レンズ３７は第４
の光学レンズ３８に対して水平方向（Ｘ−Ｘ′方向）に
回動させる必要がある以外はその構成および動作は全く
同一であるので、その構成および動作は割愛するも、ガ
イド手段４９はガイド溝５０，５１と円弧状ガイド５
２，５３とで構成される。駆動手段５４も駆動モータ５
６、ピニオン５５およびラック５７で構成されている。

【００４１】図９は第１の頂角可変プリズム２２Ｙを構
成する第１，第２の光学レンズ３６，３５の取り付け状
態を上面側から見ると同図Ａとなり、これを側面から見
ると同図Ｂとなる。図１０は第２の頂角可変プリズム２
２Ｘの関係であって、その上面側から見ると同図Ａとな
り、側面から見ると同図Ｂとなる。

【００４２】さてこのように構成された振れ補正機構部
２０に関して、これに含まれる頂角可変プリズム２２
Ｘ，２２Ｙの合成焦点距離はアフォーカルとなるように
設計されている。そのための条件は以下のようなもので
ある。第１と第２の光学レンズ３６，３５を用いて説明
する。

【００４３】光学レンズの材料としてはＢＫ７を用い、
それぞれの曲率半径は全て等しくＲ１００ｍｍとし、対
向間隙△として１ｍｍの隙間を設けているものとする。
そして図１１に示すように、ほぼ等しい半径の、凹凸円
筒面をわずかの空隙（屈折率ｎ2：例えば、１．５１６
３３）△で対向させた頂角可変プリズム（タブレットレ
ンズ）において、第２面Ｇ２の曲率半径をｒ1、第３面
Ｇ３の曲率半径をｒ2、２つのレンズ３５，３６の共通
する屈折率をｎ1とするとき、（数１）を満たすように
設計する。

【００４４】

【数１】

【００４５】曲率半径ｒ2は、 ｒ2＝（１００＋１）＊（１．５１６３３−１）＝１００．５１６３３ となる。さて、光軸に平行な光線が高さｙ1で第１の光
学レンズ（平凹レンズ）の第１面Ｇ１に入射し、そのま
まの高さで半径ｒ1の第２面Ｇ２に点Ｐ1で入射する。光
線と円筒面での法線が光軸となす角度をｉ1とするとｉ1
はこの光線の第２面Ｇ２への入射角である。この光線の
屈折角をｉ2とすると

【００４６】

【数２】

【００４７】近軸光線の近似を用いると、

【００４８】

【数３】

【００４９】と表わせる。

【００５０】次に屈折光線が入射光軸となす角をｉ2と
すると、

【００５１】

【数４】

【００５２】となる。更にこの光線が第２の光学レンズ
３５における第３面（凸円筒面）Ｇ３に入射する点をＰ
2、その高さをｙ2とすると、

【００５３】

【数５】

【００５４】Ｐ2での、第３面Ｇ３の法線が光軸となす
角をｉ4、その曲率半径をｒ2とすると

【００５５】

【数６】

【００５６】したがって

【００５７】

【数７】

【００５８】ここで、ｉ4＝ｉ1、すなわち第１の入射面
と第２の入射面の法線の傾きが等しく、かつ両レンズ３
５と３６の屈折率が等しいとき、この光線は平行な２つ
の境界面を屈折率ｎ1の媒質からｎ2の媒質に入り、再び
ｎ1の媒質に戻ったことになり、光線は元の角度を保つ
ことになる。したがって（数１）が満たされれば上式の
ｉ1の係数が１となり、光線は入射と同じ光軸に平行な
まま第２の光学レンズ３５の平面Ｇ４に垂直に入射し、
入射角度がそのまま保たれて出射する。したがってこの
垂直振れ補正機構２２Ｙはアフォーカル系を満たす光学
系となる。

【００５９】次に第２の光学レンズ３５の屈折率が第１
の光学レンズ３６と異なる場合について考える。

【００６０】図１２に示すように、凹面を有するレンズ
３６の屈折率をｎ1、空気の屈折率をｎ2、第３面Ｇ３の
曲率半径をｒ2、凸面を有するレンズ３５の屈折率をｎ2
とするとき、これらの数の間に次の関係を満たすように
設計する。

【００６１】

【数８】

【００６２】この場合も上記と同様に（数７）までは成
立するが、２つのレンズ３５，３６の屈折率が異なるた
め、点Ｐ1、Ｐ2での面の法線の傾きが一致しても出射光
線が入射光線と平行にはならず、Ｐ2での屈折を調べな
ければならない。まずＰ2での入射角をｉ5、屈折角をｉ
6とすると、

【００６３】

【数９】

【００６４】従って、Ｐ2を屈折した光線が光軸となす
角ｉ7は次のように表わせる。

【００６５】

【数１０】

【００６６】ここで上式の［ ］内が０となれば、ｉ7
＝０となり、屈折した光線は光軸と平行となって、平凸
レンズの平面を通過した後も光軸と平行となる。この平
行条件は（数８）の条件が満たされれば成り立つので、
（数８）が平凸レンズと平凹レンズを組み合せた頂角可
変プリズム２２におけるアフォーカルの条件となる。

【００６７】第１の光学レンズ３６のみを図１３Ａから
同図Ｂのようにθだけ垂直方向に可変したときには、頂
角をθとするプリズムとなり、第１の光学レンズ３６側
の光線はαだけ屈折する。したがって、スネルの法則に
よって、 （ｎ1／ｎ2）sinθ＝sin（θ＋α） θが限りなくゼロに近いときには、 （ｎ1／ｎ2）θ＝（θ＋α） ∴α＝｛（ｎ1／ｎ2）−１）θ となる。ここで、第１の光学レンズ３６の屈折率ｎ1
を、 ｎ1＝１．５ とすれば、空気の屈折率ｎ2＝１であることから、 α＝０．５θ となる。ゆえに第１の光学レンズ３６を角度θだけ回動
傾斜させると、出射光軸をθ／２だけ変位させることが
できる。つまり、光軸が垂直方向にαだけ傾いたときに
は、その傾きの方向とは逆方向に２αだけ第１の光学レ
ンズ３６を傾ければ、手振れ後の光軸を補正することが
できる。

【００６８】第３の光学レンズ３７と第４の光学レンズ
３８との関係も上述したと同じであって、光軸が水平方
向にαだけ傾いたときはその傾きの方向とは逆方向に２
αだけ第３の光学レンズ３７を傾ければ光軸を補正でき
る。その結果、光軸が２次元的に傾いたときは、第１と
第３の光学レンズ３６，３７を同時に所定角だけ回動さ
せて傾ければ、２次元的な光軸補正を実現できる。

【００６９】したがって図１に示すようにビデオカメラ
１０に対する手振れ補正用として振れ補正装置を装着し
たときには、制御部２４では図１４に示すような補正処
理が実行される。

【００７０】同図のように角速度センサ２３からの振動
成分△ｘ′，△ｙ′がそれぞれ取り込まれ（ステップ６
１，６２）、次に適切な補正値△ｘおよび△ｙが算出さ
れる（ステップ６３，６４）。適切な補正値とは手振れ
を補正するに足る回動角を得るための制御信号のことで
ある。算出された適正補正値をもつ回動角制御信号がそ
れぞれ駆動モータ２７，３０に供給されて、第１の光学
レンズ３６が△ｙに相当する分回動されると共に、第３
の光学レンズ３８が△ｘに相当する分回動されて手振れ
による光軸補正が行われる。

【００７１】第１〜第４の光学レンズ３５〜３８の円筒
面は上述とは全く逆の円筒面であってもよければ、第１
の頂角可変プリズムに対する第２の頂角可変プリズムの
凹凸関係が、実施態様とは逆の関係に選んでもよい。つ
まり、第１頂角可変プリズム２２Ｙは図３のままである
が、第２の頂角可変プリズム２２Ｘを構成する円筒レン
ズの構成を図４とは逆に、第３の光学レンズ３７を平凸
円筒レンズとし、第４の光学レンズ３８を凹平円筒レン
ズとしてしてもよい。

【００７２】また、これとは逆に第２の頂角可変プリズ
ム２Ｘを図４構成のままとする代わりに、第１の頂角可
変プリズム２２Ｙを構成する第１の光学レンズ３６を平
凸円筒レンズとし、第２の光学レンズ３５を凹平円筒レ
ンズとして構成することもできる。

【００７３】上述では光学レンズの互いに直交する２軸
を水平軸と垂直軸に選んだ場合を説明したが、直交２軸
をこれらの軸に一致させて使用する必要はない。そのた
め、水平軸および垂直軸から任意の角度だけ傾けた軸を
直交２軸として使用することもできる。

【００７４】上述した頂角可変プリズムは何れも円筒レ
ンズを使用しているので以下のような特徴を有する。 （１）円筒レンズは互いにレンズ回動軸方向に変位して
もその透過光軸は変わらないから、光学特性も変化しな
い。 （２）第１と第２の頂角可変プリズムは互いに独立して
いるので、例えばＹ軸方向のみの光軸可変が可能にな
り、そのときＸ軸方向に対する余分な変化は生じない。
そのため、２次元的角度の制御精度が高く、余分な補償
処理が不要になる。 （３）光軸に対する角度制御の精度が高いので、この発
明に係る頂角可変プリズムは振れ補正のみならず、例え
ばビームスキャナのビーム走査系をこの頂角可変プリズ
ムで構成することができる。その場合には精緻なビーム
走査系を構築できる。 （４）ビーム走査系に適用する場合には、レンズ回動軸
方向に対してガタがあったとしても、レンズ回動軸方向
にはその光軸が変化しないので、ビーム走査機構部の構
成精度が余り要求されない。そのため、機構部のコスト
ダウンを図れる。 （５）レンズ回動軸方向に対しては十分な機械的クリア
ランスを持たせることができるため、レンズ回動軸方向
に対するガイド手段は非常にラフな構成で済む。これに
よってガイド系の構成を簡略化できることになるから、
駆動モータからみた負荷（ガイド手段や光学レンズ系）
が軽くなる。軽負荷となれば高速駆動できるので、それ
だけ高速応答が可能になる。軽負荷は勿論節電効果を生
むので、省電力化も同時に達成できる。

【００７５】上述した例ではこの発明に係る頂角可変プ
リズムをビデオカメラの手振れ補正系に適用したが、こ
れに限らず映画用撮影機やスチルカメラなどの光軸補正
系にも適用できることは明らかである。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では所定の
曲率半径を持った円筒面を有する２つの光学レンズを組
み合わせた頂角可変プリズムを１つ使用するか、あるい
は一対使用し、しかもその合体焦点距離がアフォーカル
系を構成するように近接配置すると共に、特定の光学レ
ンズの光軸を可変できるように構成したものである。

【００７７】このような頂角可変プリズムを使用した振
れ補正装置を使用すれば、単一の頂角可変プリズムを使
用することによって特定軸方向の光軸を可変できるよう
になって、特定軸方向の振れを簡単に補正できる。

【００７８】また、一対の頂角可変プリズムを使用する
ことによって、垂直軸方向のみの光軸を可変したり、水
平軸方向のみの光軸を可変したりできるから、その双方
を可変することによってあらゆる方向にその光軸を可変
できる。その結果、このような頂角可変プリズムを使用
した振れ補正装置を使用する場合には２次元的（極座標
的）な振れを簡単に補正できる。

【００７９】複数の光学レンズにはそれぞれガイド手段
が設けられているが、光学レンズとしては円筒レンズが
使用されているため、円筒レンズの回動軸方向のズレは
その光学特性に影響を及ぼさない。そのためレンズ回動
軸方向に対しては十分な機械的クリアランスを持たせる
ことができるようになり、レンズ回動軸方向に対するガ
イド手段は非常にラフな構成で済む。これによってガイ
ド系の構成を簡略化できることになるから、駆動モータ
からみた負荷（ガイド手段や光学レンズ系）が軽くな
る。軽負荷となれば高速駆動できるので、それだけ高速
応答が可能になる。軽負荷は勿論節電効果を生むので、
省電力化も同時に達成できるなどの特徴を有する。

【００８０】またこの振れ補正装置をビデオカメラに使
用するときには、手振れを完全に補正できるほか、この
振れ補正装置をアダプター式に利用できるため、必要時
以外は装着する必要がなくなりビデオカメラの使い勝手
が改善されるなどの特徴を有する。

【００８１】したがってこの発明は業務用で取材用とし
て使用されるビデオカメラを始めとして特殊用途の屋外
設置式ビデオカメラやスキャナなどに適用して極めて好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る頂角可変プリズムを使用した振
れ補正機構を備えたビデオカメラの一実施態様を示す要
部の系統図である。

【図２】振れ検出用の角速度センサの一例を示す構成図
である。

【図３】この発明に係る頂角可変プリズムのうち第１の
頂角可変プリズムの一例を示す斜視図である。

【図４】この発明に係る頂角可変プリズムのうち第２の
頂角可変プリズムの一例を示す斜視図である。

【図５】この発明に係る振れ補正装置の要部構成を示す
断面図である。

【図６】ピッチング用補正機構部の一例をその上部から
見たときの構成図である。

【図７】第１の光学レンズの駆動手段を示す図である。

【図８】第１の光学レンズの正面図である。

【図９】第１の頂角可変プリズムのレンズ関係を示す図
である。

【図１０】第２の頂角可変プリズムのレンズ関係を示す
図である。

【図１１】頂角可変プリズムがアフォーカル系であるこ
とを示す図である。

【図１２】頂角可変プリズムがアフォーカル系であるこ
とを示す図である。

【図１３】手振れ補正時の頂角可変プリズムの説明図で
ある。

【図１４】手振れ補正のための一例を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０・・・ビデオカメラ、１２・・・光学系、１３・・
・ＣＣＤ、２０・・・振れ補正機構部、２２Ｘ，２２Ｙ
・・・頂角可変プリズム、２２・・・光学レンズ補正
系、３５・・・第２の光学レンズ、３６・・・第１の光
学レンズ、３７・・・第３の光学レンズ、３８・・・第
４の光学レンズ、Ｇ１〜Ｇ８・・・第１〜第８の円筒面

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１面と第２面からなる第１の光学レン
   ズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズとで構
   成され、互いに近接配置された頂角可変プリズムであっ
   て、 上記第２面が所定曲率をなす円筒面となされ、上記第３
   面が上記第２面と正負同符号で、概ね第２面と近似した
   曲率をなす円筒面となされ、 上記第２面と第３面の曲率中心軸が上記第１若しくは第
   ２の光学レンズの回動中心軸となされ、 上記頂角可変プリズム全体の合成焦点距離はアフォーカ
   ル系となされたことを特徴とする頂角可変プリズム。
2. 【請求項２】 上記第１の光学レンズ若しくは第２の光
   学レンズが相対的に回動自在に構成されたことを特徴と
   する請求項１記載の頂角可変プリズム。
3. 【請求項３】 上記第１若しくは第２の光学レンズの回
   動軸が水平軸若しくは垂直軸となされたとき、垂直軸方
   向若しくは水平軸方向の振れに対して上記第１若しくは
   第２の光学レンズを垂直軸方向若しくは水平軸方向に回
   動させて頂角可変プリズムの頂角を可変させることによ
   って、頂角可変プリズムの透過光軸を可変するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の頂角可変プリズム。
4. 【請求項４】 上記第１の光学レンズが平凹円筒レンズ
   若しくは平凸円筒レンズであるときには、上記第２の光
   学レンズが凸平円筒レンズ若しくは凹平円筒レンズであ
   ることを特徴とする請求項１記載の頂角可変プリズム。
5. 【請求項５】 第２面と第３面との間にレンズ回動用の
   ガイド手段が設けられ、 第２の光学レンズに対して第１の光学レンズが、若しく
   は第１の光学レンズに対して第２の光学レンズが独立し
   て回動できるようになされたことを特徴とする請求項１
   記載の頂角可変プリズム。
6. 【請求項６】 第１若しくは第２の光学レンズにはガイ
   ド手段に連結した駆動手段が設けられ、この駆動手段に
   よって対応する光学レンズに回動力が付与されたことを
   特徴とする請求項５記載の頂角可変プリズム。
7. 【請求項７】 上記駆動手段は、駆動モータに連結され
   たピニオンと、これに歯合し、上記曲率中心の曲率とな
   されたラックとで構成され、 上記ラックは上記第１の光学レンズ若しくは第２の光学
   レンズに取り付けられたことを特徴とする請求項６記載
   の頂角可変プリズム。
8. 【請求項８】 第１面と第２面からなる第１の光学レン
   ズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズが互い
   に近接配置された頂角可変プリズムであって、かつ上記
   第２面が所定曲率をなす円筒面となされ、上記第３面が
   上記第２面と正負同符号で、概ね第２面と近似した曲率
   円筒面となされ、 上記第２面の曲率中心軸が上記第１の光学レンズの回動
   中心軸となされ、上記第３面の曲率中心軸が上記第２の
   光学レンズの回動中心軸となされると共に、 上記角可変プリズム全体の合成焦点距離がアフォーカル
   系となるように設計された頂角可変プリズムであって、 この頂角可変プリズムが振れ補正機構としてビデオカメ
   ラの光学系に取り付けられると共に、 その鏡筒には角速度センサが配されてビデオカメラの振
   れが検出され、 検出された振れ成分に基づいて、上記第２の光学レンズ
   に対する第１の光学レンズ若しくは第１の光学レンズに
   対する第２の光学レンズを回動制御することによって、
   上記頂角可変プリズムの頂角が可変されてその透過光軸
   が変更されるようになされたことを特徴とする振れ補正
   装置。
9. 【請求項９】 上記振れ補正機構は、上記光学系に対し
   て着脱自在に構成されたことを特徴とする請求項８記載
   の振れ補正装置。
10. 【請求項１０】 第１面と第２面からなる第１の光学レ
    ンズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズとで
    構成され、互いに近接配置された第１の頂角可変プリズ
    ムと、 第５面と第６面からなる第３の光学レンズと、第７面と
    第８面からなる第４の光学レンズとで構成され、互いに
    近接配置された第２の頂角可変プリズムとで第２の頂角
    可変プリズムが構成され、 上記第２面が所定の曲率をなす円筒面となされ、上記第
    ３面が上記第２面と正負同符号で、概ね第２面と近似し
    た曲率円筒面となされ、 上記第６面が所定の曲率をなす円筒面となされ、上記第
    ７面が上記第６面と正負同符号で、概ね第６面と近似し
    た曲率円筒面となされると共に、 上記第２面と第３面の曲率中心軸が上記第１若しくは第
    ２の光学レンズのうちの何れか一方の回動中心軸となさ
    れ、 上記第６面と第７面の曲率中心軸が上記第３若しくは第
    ４の光学レンズのうちの何れか一方の回動中心軸となさ
    れると共に、互いの回動軸が互いに直交するようにそれ
    ぞれの回動方向が選定され、 上記第１および第２の頂角可変プリズム全体の合成焦点
    距離はアフォーカル系となされたことを特徴とする頂角
    可変プリズム。
11. 【請求項１１】 第１の光学レンズを平凹円筒レンズと
    し、第２の光学レンズが凸平円筒レンズとし、第３の光
    学レンズが平凹円筒レンズとし、第４の光学レンズが凸
    平円筒レンズとして構成されたことを特徴とする請求項
    １０記載の頂角可変プリズム。
12. 【請求項１２】 第１〜第４の円筒レンズの凹凸面の組
    み合わせが逆転した円筒レンズを使用することを特徴と
    する請求項１０記載の頂角可変プリズム。
13. 【請求項１３】 第１の光学レンズを平凹円筒レンズと
    し、第２の光学レンズが凸平円筒レンズとし、第３の光
    学レンズが平凸円筒レンズとし、第４の光学レンズが凹
    平円筒レンズとして構成されたことを特徴とする請求項
    １０記載の頂角可変プリズム。
14. 【請求項１４】 第１の光学レンズを平凸円筒レンズと
    し、第２の光学レンズが凹平円筒レンズとし、第３の光
    学レンズが平凹円筒レンズとし、第４の光学レンズが凸
    平円筒レンズとして構成されたことを特徴とする請求項
    １０記載の頂角可変プリズム。
15. 【請求項１５】 第１と第２の頂角可変プリズムが独立
    した鏡筒内に取り付けられると共に、第２および第４の
    光学レンズ、若しくは第１と第３の光学レンズがそれぞ
    れの鏡筒に固定され、 第１と第３の光学レンズ若しくは第２と第４の光学レン
    ズの曲率中心軸がその回動中心軸として独立に回動でき
    るようにしたことを特徴とする請求項１０記載の頂角可
    変プリズム。
16. 【請求項１６】 第２面と第３面との間および第６面と
    第７面との間にレンズ回動用のガイド手段が設けられ、 第２および第４の光学レンズに対して第１と第３の光学
    レンズがそれぞれ独立して回動できるようになされる
    か、 若しくは第１および第３の光学レンズに対して第２と第
    ３の光学レンズがそれぞれ独立して回動できるようにな
    されたことを特徴とする請求項１０記載の頂角可変プリ
    ズム。
17. 【請求項１７】 第１と第３の光学レンズ若しくは第２
    と第４の光学レンズには駆動手段が設けられ、 この駆動手段によって対応する光学レンズに回動力が付
    与されたことを特徴とする請求項１０記載の頂角可変プ
    リズム。
18. 【請求項１８】 上記駆動手段は、駆動モータに連結さ
    れたピニオンと、これに歯合し、上記曲率半径をもつラ
    ックとで構成され、 上記ラックは上記第１と第３の光学レンズ若しくは第２
    と第４の光学レンズに取り付けられたことを特徴とする
    請求項１０記載の頂角可変プリズム。
19. 【請求項１９】 第１面と第２面からなる第１の光学レ
    ンズと、第３面と第４面からなる第２の光学レンズとで
    構成され、互いに近接配置された第１の頂角可変プリズ
    ムと、 第５面と第６面からなる第３の光学レンズと、第７面と
    第８面からなる第４の光学レンズとで構成され、互いに
    近接配置された第２の頂角可変プリズムとで第２の頂角
    可変プリズムが構成され、 第２面が所定曲率をなす円筒面となされ、第３面が第２
    面と正負同符号で、概ね第２面と近似した曲率円筒面と
    なされ、 第６面が所定曲率をなす円筒面となされ、第７面が第６
    面と正負同符号で、概ね第６面と近似した曲率円筒面と
    なされ、 上記第２面と第３面の曲率中心軸が上記第１若しくは第
    ２の光学レンズの何れか一方の回動中心軸となされ、上
    記第６面と第７面の曲率中心軸が上記第３若しくは第４
    の光学レンズの何れか一方の回動中心軸となされると共
    に、互いの回動面が互いに直交するようにそれぞれの回
    動方向が選定され、 上記第１および第２の頂角可変プリズム全体の合成焦点
    距離がアフォーカル系となるように設計された頂角可変
    プリズムであって、 この頂角可変プリズムが振れ補正機構としてビデオカメ
    ラの光学系に取り付けられると共に、 その鏡筒には角速度センサが配されてビデオカメラの振
    れが検出され、 検出された振れ成分に基づいて、上記第２と第４の光学
    レンズに対する第１と第２の光学レンズ、若しくは第１
    と第３の光学レンズに対する第２と第４の光学レンズの
    何れか若しくはその双方が回動制御されることによっ
    て、頂角可変プリズムの頂角が可変されてその透過光軸
    が変更されるようになされたことを特徴とする振れ補正
    装置。
20. 【請求項２０】 上記振れ補正機構は、上記光学系に対
    して着脱自在に構成されたことを特徴とする請求項１９
    記載の振れ補正装置。
21. 【請求項２１】 上記第１と第３の光学レンズが互いに
    直交方向に回動自在に構成されるか、若しくは上記第２
    と第４の光学レンズが互いに直交方向に回動自在に構成
    されるとき、 角速度センサで検出された振れ成分に基づく上記第１お
    よび／または第３の光学レンズ若しくは上記第２および
    ／または第４の光学レンズの回動制御によって、 上記第１および／または第３の光学レンズ若しくは上記
    第２および／または第４の光学レンズの光軸が調整され
    て振れ補正が行われるようになされたことを特徴とする
    請求項１９記載の振れ補正装置。
22. 【請求項２２】 上記角速度センサによって手振れ成分
    が検出され、この手振れ成分によってビデオカメラの手
    振れが補正されるようになされたことを特徴とする請求
    項１９記載の振れ補正装置。