JPH11258652A

JPH11258652A - 光学装置

Info

Publication number: JPH11258652A
Application number: JP8020898A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Noguchi; 和宏野口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光学式の振れ補正機能では、画面周辺部で明
るさ変動が大きく、きわめて見苦しい、品位の劣った画
像となる。また電子式の振れ補正機能においても、上記
と同様の現像が生じるという課題があった。【解決手段】手振れ補正用の変倍光学系において、光
学系の通過光束量を制御する絞りの開放径を焦点距離に
応じて制限することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被写体と光学装置と
の相対角度の変動によって生じる手振れを補正する機能
を有する光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、手振れ、もしくは像振れを補正す
る光学装置が種々提案されている。例えば、図７に示す
ように、いわゆる可変頂角プリズム１００をレンズ群１
０１〜１０４と絞り１０５よりなる光学系の前に配置
し、この光学系に被写体からの光束Ｐが入射する前に可
変頂角プリズム１００で像振れを補正する光学装置が提
案されている。なお、１０６はレンズ群１０１〜１０４
と絞り１０５を支持する固定鏡筒、１０７は固定鏡筒１
０６の後端のピント面に設けた光学像を電気信号に変換
する撮像素子であるＣＣＤである。

【０００３】しかし、上記光学装置では、光学系を通過
する光束Ｐの一番広いところに可変頂角プリズム１００
を配置することになるので、光学装置の小型化には不利
である。

【０００４】そこで、光学装置の小型化を狙って、この
可変頂角プリズムを複数のレンズ群から成る光学系の内
部のある２つのレンズ群間に配置した光学装置や、複数
のレンズ群の内のあるレンズ群を光軸と垂直方向に移動
させて振れを補正する。いわゆるレンズシフト方式のよ
うな光学式の像振れ補正機能をする光学装置や、撮像素
子として実際に必要な面積よりも大きなＣＣＤを使用し
て（当然、イメージサークルがＣＣＤ全面をカバーする
大きな光学系が必要）、手振れ情報に応じて読み出し位
置を可変にして振れを補正する。いわゆる電子防振と呼
ばれる電子式のぶれ補正機能を有する光学装置が既に提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする繰題】従来の像振れ補正機能
を有する光学装置は以上のように構成されているので、
例えば図８に示すの凸凹凸凸のレンズ群１１１〜１１４
と絞り１１５の光学系に示す様に、光学系の中心を通過
する軸上光束ａに対して軸外の光束ｂは、矢印Ａまたは
Ｂで示す様にレンズ１１１、１１４の有効径によって上
下の光束が遮られるので、より大きな角度から入射した
光束（画面の周辺に対応する）ほど細くなってしまう。
したがって、結像面１１６上では周辺に行くにしたがっ
て像が急激に暗くなってしまう。いわゆる口径食による
周辺光量落ちという現象が生じる。

【０００６】前述した光学系の内部で光束を偏角させて
像振れを補正する光学式の振れ補正機能では、被写体と
光学装置との相対角度が変化したときに結像面上の被写
体の像が動かないように補正すると、被写体と光学装置
との相対角度が変化しているので、結像面上の被写体像
の各点に対する光束の口径食の程度が変化して、被写体
像の光量分布が変化してしまう。

【０００７】図９はその状態を示すもので、横軸は結像
位置、縦軸は明るさを表している。一点鎖線は被写体と
光学装置との相対角度が変化する前の初期状態の光量分
布を示し、実線ａ，ｂは例えば左右に交互に相対角度変
化が生じた時に振れ補正を行なった場合の光量分布を示
す。このように、実際の連続した手振れを補正すると、
画面上では被写体が補正されて止まっていても、実線
ａ，ｂで示す光量分布の差が手振れに同期した画面の明
るさの変動となってしまう。特に画面周辺部では明るさ
変動が大きく、きわめて見苦しい品位の劣った画像とな
ってしまっていた。

【０００８】また、電子式の振れ補正機能においても、
図８に示すようにレンズ群１１１〜１１４および絞り１
１５の光学系と結像面１１６との関係が不動なので、結
像面１１６に対する光量分布は変化しないが、被写体と
光学装置との相対角度が変化して被写体像が動いてしま
うと、それを追っかけて切り出し位置を変える（例え
ば、図１０において切り出し位置１と切り出し位置２）
ので、光学式の像振れ補正機能と同様の現象が生じると
いう課題があった。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、手振れ補正に同期して起こる画面
周辺での明るさの変動を、特に手振れ補正により、画面
の明るさ変動の目立つ望遠端付近での画面中央と画面周
辺との明るさの差を軽減し、高品位の見やすい画像が得
られる光学装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする光学装置である。（１）手振れ補正用の変倍光学系の通過光束量を制御す
る絞りの開放径を、焦点距離に応じて制限することを特
徴とする光学装置。（２）光軸上および光軸外の光束を取り入れる変倍光学
系の望遠端付近で、前記軸上光束を絞りにより制限する
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。（３）前記軸上の光束制限を、メインの絞りに近接して
設けた副絞りにより行うことを特徴とする請求項１記載
の光学装置。（４）光軸に対して垂直にシフトさせるレンズ群のシフ
ト量を変倍光学系の位置情報によって補正し、変倍光学
系の傾きによる像の動きをレンズ群のシフトによりキャ
ンセルすることを特徴とする請求項１記載の光学装置。（５）手振れ補正を行わない時には、絞りによる軸上の
光束制限を中止することを特徴とする請求項１記載の光
学装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図面について説明する。

【００１２】実施の形態１．図１および図２は本発明を
適用した凸凹凸凸のレンズ群１〜４の構成の手振れ補正
用の変倍光学系を示すものであり、図１はＴｅ１ｅ端
（望遠端）、図２はＷｉｄｅ端（広角端）の状態を表し
ている。レンズ群１は固定レンズ群、レンズ群２は前後
に移動して変倍を行なう変倍用レンズ群。レンズ群３は
光軸と垂直方向に移動（シフト）して光束を偏角させる
手振れ補正用レンズ群、レンズ群４は前後に移動して焦
点調節を行なう合焦用レンズ群、５は光学系の通過光束
量を制限するための絞り、６は被写体の像が結像するピ
ント面である。

【００１３】また、ａ，ｂはそれぞれ、軸上（画面中央
部）および軸外の最も外側の（画面周辺部）の絞り開放
時の光束を表している。Ｔｅ１ｅ端の絞り開放状態を表
す図１において、軸上光束ａではレンズ群１を通過した
光束は絞り５によってその周辺部の光束を大きく遮られ
ているが、軸外光束ｂでは絞り５に遮られること無しに
ピント面６に到達している。

【００１４】これについて図３で更に説明する。図３で
横軸は結像位置、縦軸は明るさを表している、実線ｃは
図１のピント面６上の光量分布、２点鎖線ｄは絞り５
を、軸上光束ａを遮らない位置まで開いたときの光量分
布である。また、破線ｅは図１での絞り５の開放径を通
過する分だけの軸上光束だけを通す大きさにレンズ群１
の直径を小さくした場合の光量分布である。すなわち、
レンズ群１の直径を大きくして、軸上および軸外の光束
をたくさん入れておいて、少なくとも軸上光束を絞り５
によって制限することで、画面中央部と周辺部との明る
さの差が軽減されている。図４は実際に手振れ補正を
行なったときの光量分布の変動を示しており、ｃ’と
ｃ”およびｄ’とｄ”は図３のｃおよびｄの絞り５の状
態での光量分布変動であり、特に画面周辺での明るさの
変動は、明るさ変動１および明るさ変動２で示すように
絞り５の開放径を制限することにより大きく改善されて
いるのがわかる。

【００１５】図５は手振れを補正する機能を有する光学
装置の構成を示す概要図である。図１における、レンズ
群１〜４、絞り５、ピント面６に対して、７はレンズ群
１を支持する固定鏡筒、８はレンズ群２を支持する移動
枠であり、公知のバースリーブ構造で光軸方向に移動可
能な構造となっており、公知のラックと送りネジ機構に
よりステッピングモータで駆動される。

【００１６】９はレンズ群３を支持するシフト枠であ
り、保持枠１０との間で構成されている図示しない案内
機構により光軸０に対して垂直方向にレンズ群３を移動
可能としている。このシフト枠９は図示しない駆動手段
と位置検出手段によりピッチ方向とヨー方向に位置決め
制御される。

【００１７】１１はレンズ群４を支持する移動枠であ
り、公知のバースリーブ構造で光軸方向に移動可能な構
造となっており、公知のラックと送りネジ機構によりス
テッピングモータで駆動される。１２は絞り５を支持し
て駆動する公知の絞り装置であり、複数枚の鎌状の絞り
羽根を円周方向に配設し、各絞り羽根を同時に回動動作
させて円形に近い絞り開口形状を形成する、いわゆる虹
彩絞りが好適である。

【００１８】１３はピント面６に配置された光学像を電
気信号に変換するための撮像素子であるＣＣＤ、１４は
ＣＣＤ１３やその他の移動機構を保持する固定枠であ
る。ＣＣＤ１３から読み出された電気信号ａはカメラ信
号処理回路１５により映像信号となる。

【００１９】１６はレンズ駆動を制御するマイコンであ
る。電源投入時、マイコン１６はフォーカスリセット回
路１７およびズームリセツト回路１８の出力を監視しな
がら、フォーカスモータ駆動回路１９およびズームモー
タ駆動回路２０によりそれぞれのステツピングモータを
回転させて、移動枠１１および移動枠８を光軸方向に移
動させる。フォーカスリセツト回路１７およびズームリ
セット回路１８の出力はそれぞれの移動枠が予め設定さ
れた位置まで来る（移動枠に設けられた遮光部材が固定
部に設けられたフォトインタラプタの発光部を遮光す
る、もしくは透過する境界部に来たとき）と反転し、そ
の位置を基準として以後のステッピングモータの駆動ス
テッブ数をマイコン内で計数することにより、マイコン
は各レンズ群の絶対位置を知ることができる。これによ
り正確な焦点距離情報が得られる。２１は絞り５を開閉
する為の絞り駆動回路であり、マイコン１６に取り込ま
れた映像信号の明るさ情報ｂに基づいて絞りの開口径が
制御される。また、そのときの絞り開口径は絞り値検出
回路２２により検出されマイコン１６に取り込まれる。

【００２０】この絞り制御において、横軸は焦点距離、
縦軸は絞り開口径とした図６に示すように、焦点距離に
応じて絞りの開放径が制限され（斜線で示された領域は
絞りの開かない部分）、画面中央部と画面周辺部との明
るさの差が小さく保たれる。光学系の構成上、Ｗｉｄｅ
端よりＴｅ１ｅ端の方が画面中央と画面周辺との明るさ
の差は小さいが、同一手振れ量に対する撮像面上での像
の動き量は焦点距離に比例してＴｅ１ｅ端の方が大きい
ため、実際の手振れに対する画面上での明るさ変動量は
Ｔｅ１ｅ端の方がより問題となり、Ｔｅ１ｅ端近傍で光
量分布の改善がより必要となる。

【００２１】２３および２４は光学装置のピッチ（縦方
向の傾き角）およびヨー（横方向の傾き角）角度検出回
路であり、角度の検出は例えば光学装置に固定された振
動ジャイロ等の角速度センサの出力を積分して行われ
る。両角度検出回路２３，２４の出力、すなわち、光学
装置の傾き角度の情報はマイコン１６に取り込まれる。

【００２２】２５および２６は手振れ補正を行なうため
にレンズ群３を光軸に対して垂直に移動させる為の、ピ
ッチ（縦方向）およびヨー（横方向）コイル駆動回路で
あり、マグネツトを含む磁気回路のギャップにコイルを
配置し、いわゆるムービングコイルの構成によりレンズ
群３をシフトさせる駆動力を発生させる。

【００２３】２７および２８はレンズ群３の光軸に対す
るシフト量を検出するためのピッチ（縦方向）およびヨ
ー（横方向）位置検出回路であり、例えば発光素子と受
光素子を対面させて固定し、その間にシフト枠９に一体
に設けられたスリットを配置してレンズ群３のシフト量
を電気信号として得る。このシフト量の情報もマイコン
１６に取り込まれる。

【００２４】次に動作について説明する。

【００２５】レンズ群３が光軸に対して垂直に移動する
と、通過光束が曲げられて、ＣＣＤ１３上に結像してい
る被写体の像の位置が移動する。このときの像の移動量
を実際に光学装置が傾いたことによって像が移動する方
向と逆に同じ大きさだけ移動するようにマイコン１６で
制御することによって、光学装置が傾いても（手振れし
ても）結像している像が動かない、いわゆる手振れ補正
を実現できる。

【００２６】マイコン１６内では、ピツチ角度検出回路
２３およびヨー角度検出回路２４により得られた光学装
置の傾き信号とピツチ位置検出回路２７およびヨー位置
検出回路２８から得られたレンズ群３のシフト量信号を
それぞれ差し引いて、それぞれの差信号でピッチコイル
駆動回路２５およびヨーコイル駆動回路２６によりシフ
ト枠９を駆動する。この制御により上記の差信号がより
小さくなるようにレンズ群３が駆動され、目標位置に保
たれる。

【００２７】実施の形態１では光軸に対して垂直にシフ
トさせるレンズ群３は変倍用レンズ群２より撮像面側に
あるので、レンズ群３のシフト量に対する像の移動量が
変倍用レンズ群２の位置、すなわち焦点距離によって変
化してしまう。そこで、ピッチ角度検出回路２３および
ヨー角度検出回路２４によって得られる光学装置の傾き
信号で、そのままレンズ群３のシフト量を決定せず、変
倍レンズ群２の位置情報により補正を行なって光学装置
の傾きによる像の動きをレンズ群３のシフトによりキャ
ンセルする構成となっている本実施の形態では、光学系
を通過する光束量を可変する絞りを電気的に制限して絞
り開放径の制限を行なっているので、手振れ補正を行な
わないときには、絞り開放径の制限を中止すればＴｅｌ
ｅ端の開放状態でより明るい光学系として使用が可能で
ある。また、絞り開放径の制限をメインの絞りに近接し
て設けた副絞りを変倍レンズ群の移動に連動して機械的
に行なうこともできる。

【００２８】尚、本実施の形態では、凸凹凸凸のレンズ
群による４群構成の変倍光学系の第３群のレンズ群を、
光軸に対してシフトさせて手振れ補正を行なう光学装置
について説明しているが、光学タイプおよびシフトさせ
るレンズ群の位置を限定するものではない。また、可変
頂角プリズムを変倍光学系の内部に配置した光学式の振
れ補正機能やいわゆる電子防振と呼ばれる電子式の振れ
補正機能においても本発明の適用が有効であり、請求項
で示された機能が達成できる構成であれば、どのような
ものであっても良いことは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
手振れ補正用の変倍光学系において、光学系の通過光束
量を制御する絞りの開放径を焦点距離に応じて制限する
ように構成したので、特に手振れ補正に同期して生じる
画面の明るさ変動の目立つ望遠端付近での画面中央と画
面周辺との明るさの差を軽減し、高品位の見やすい画像
が得られる光学装置を達成することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による光学装置の変倍
光学系のＴｅ１ｅ端の状態を表す図である。

【図２】本発明の実施の形態１による光学装置の変倍
光学系のＷｉｄｅ端の状態を表す図である。

【図３】本発明の実施の形態１による光学装置の光量
分布を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態１による光学装置の光量
分布の変動を示す図である。

【図５】手振れ補正する機能を有する本発明の光学装
置の構成を示す概要図である。

【図６】図５の光学装置の焦点距離による絞り開放径
の制限を示す図である。

【図７】従来の手振れ補正機能を有する光学装置の縦
断面図である。

【図８】口径食による周辺光量落ちを説明する図であ
る。

【図９】光量分布の変動を示す図である。

【図１０】電子防振における画面の明るさ変動を示す
図である。

【符号の説明】

１〜４レンズ群５絞り６ピント面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】手振れ補正用の変倍光学系において、光
学系の通過光束量を制御する絞りの開放径を焦点距離に
応じて制限することを特徴とする光学装置。
【請求項２】光軸上および光軸外の光束を取り入れる
変倍光学系の望遠端付近で、前記軸上光束を絞りにより
制限することを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】前記軸上の光束制限を、メインの絞りに
近接して設けた副絞りにより行うことを特徴とする請求
項１記載の光学装置。
【請求項４】光軸に対して垂直にシフトさせるレンズ
群のシフト量を変倍光学系の位置情報によって補正し、
変倍光学系の傾きによる像の動きをレンズ群のシフトに
よりキャンセルすることを特徴とする請求項１記載の光
学装置。
【請求項５】手振れ補正を行わない時には、絞りによ
る軸上の光束制限を中止することを特徴とする請求項１
記載の光学装置。