JPH11295594A - 防振機能を有した変倍光学系 - Google Patents

防振機能を有した変倍光学系

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JPH11295594A
JPH11295594A JP10114221A JP11422198A JPH11295594A JP H11295594 A JPH11295594 A JP H11295594A JP 10114221 A JP10114221 A JP 10114221A JP 11422198 A JP11422198 A JP 11422198A JP H11295594 A JPH11295594 A JP H11295594A
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレ
を光学的に補正して静止画像を得るようにした防振機能
を有した変倍光学系を得ること。 【解決手段】 物体側より順に変倍及び合焦の際に固定
の正の屈折力の第1群、変倍機能を有する負の屈折力の
第2群、正の屈折力の第3群、そして変倍により変動す
る像面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を有
する正の屈折力の第4群の4つのレンズ群を有した変倍
光学系であって、該第3群は両レンズ面に非球面を施し
た正の第31レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス
状の負の第32レンズ、正の第33レンズより成り、該
第3群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振
動したときの撮影画像のブレを補正していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は防振機能を有した変
倍光学系に関し、特に変倍光学系の一部のレンズ群を光
軸と垂直方向に移動させることにより、該変倍光学系が
振動(傾動)したときの撮影画像のブレを光学的に補正
して静止画像を得るようにし撮影画像の安定化を図った
写真用カメラやビデオカメラ等に好適な防振機能を有し
た変倍光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】進行中の車や航空機等移動物体上から撮
影をしようとすると撮影系に振動が伝わり手振れとなり
撮影画像にブレが生じる。
【0003】従来よりこのときの撮影画像のブレを防止
する機能を有した防振光学系が種々と提案されている。
【0004】例えば特公昭56−21133号公報では
光学装置に振動状態を検知する検知手段からの出力信号
に応じて、一部の光学部材を振動による画像の振動的変
位を相殺する方向に移動させることにより画像の安定化
を図っている。
【0005】特開昭61−223819号公報では最も
被写体側に屈折型可変頂角プリズムを配置した撮影系に
おいて、撮影系の振動に対応させて該屈折型可変頂角プ
リズムの頂角を変化させて画像を偏向させて画像の安定
化を図っている。
【0006】特公昭56−34847号公報、特公昭5
7−7414号公報等では撮影系の一部に振動に対して
空間的に固定の光学部材を配置し、この光学部材の振動
に対して生ずるプリズム作用を利用することにより撮影
画像を偏向させ結像面上で静止画像を得ている。
【0007】特開平1−116619号公報や特開平2
−124521号公報では加速度センサー等を利用して
撮影系の振動を検出し、このとき得られる信号に応じ、
撮影系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向に振動さ
せることにより静止画像を得る方法も行なわれている。
【0008】又、特開平7−128619号公報では、
物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の
第1群、変倍機能を有する負の屈折力の第2群、開口絞
り、正の屈折力の第3群、そして変倍により変動する像
面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を有する
正の屈折力の第4群の4つのレンズ群を有した変倍光学
系であって、該第3群は負の屈折力の第31群と正の屈
折力の第32群の2つのレンズ群より成り、該第32群
を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動した
ときの撮影画像のブレを補正している。
【0009】特開平7−199124号公報では、正、
負、正そして正の屈折力の4つのレンズ群より成る4群
構成の変倍光学系において、第3群全体を光軸と垂直方
向に振動させて防振を行っている。
【0010】一方、特開平5−60974号公報では、
正、負、正そして正の屈折力の4つのレンズ群より成る
4群構成の変倍光学系において、第3群を正レンズとメ
ニスカス状の負レンズのテレフォトタイプより構成して
レンズ全長の短縮化を図っている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】一般に防振光学系を撮
影系の前方に配置し、該防振光学系の一部の可動レンズ
群を振動させて撮影画像のブレを無くし、静止画像を得
る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移
動させる為の移動機構が複雑化してくるという問題点が
あった。
【0012】又、可動レンズ群を振動させたときの偏心
収差の発生量が多くなり光学性能が大きく低下してくる
という問題点もあった。
【0013】可変頂角プリズムを利用して防振を行なう
光学系では特に長焦点距離側(望遠側)において防振時
に偏心倍率色収差の発生量が多くなるという問題点があ
った。
【0014】一方、撮影系の一部のレンズを光軸に対し
て垂直方向に平行偏心させて防振を行なう光学系におい
ては、防振の為に特別な光学系は要しないという利点は
あるが、移動させるレンズの為の空間を必要とし、又防
振時における偏心収差の発生量が多くなってくるという
問題点があった。
【0015】又前述した正、負、正そして正の屈折力の
4つのレンズ群より成る4群構成の変倍光学系におい
て、第3群全体を光軸に垂直方向に移動させて防振を行
った場合、第3群をレンズ全長短縮のため正レンズとメ
ニスカス状の負レンズのテレフォトタイプで構成したと
き、偏心収差、特に偏心歪曲収差が多く発生する。これ
をビデオカメラ等の動画撮影を行うものに使った場合、
防振時の画像の変形が目立つといった問題点があった。
【0016】本発明は、変倍光学系の一部を構成する比
較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させ
て、該変倍光学系が振動(傾動)したときの画像のブレ
を補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に構成す
ることにより、装置全体の小型化,機構上の簡素化及び
駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ該レンズ群を偏心さ
せたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を良好に
補正した防振機能を有した変倍光学系の提供を目的とす
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の防振機能を有し
た変倍光学系は、 (1-1) 物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈
折力の第1群、変倍機能を有する負の屈折力の第2群、
正の屈折力の第3群、そして変倍により変動する像面を
補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を有する正の
屈折力の第4群の4つのレンズ群を有した変倍光学系で
あって、該第3群は両レンズ面に非球面を施した正の第
31レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の
第32レンズ、正の第33レンズより成り、該第3群を
光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したと
きの撮影画像のブレを補正していることを特徴としてい
る。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明の後述する数値実施
例1〜3の近軸屈折力配置を示す概略図、図2〜図4は
本発明の数値実施例1〜3の広角端のレンズ断面図であ
る。図5〜図13は本発明の数値実施例1〜3の収差図
である。
【0019】図中、L1は正の屈折力の第1群、L2は
負の屈折力の第2群、L3は正の屈折力の第3群であ
る。本実施形態では、第3群L3を光軸と垂直方向に移
動させて変倍光学系が振動(傾動)したときの撮影画像
のブレを補正している。L4は正の屈折力の第4群であ
る。SPは開口絞りであり、第3群L3の前方に配置し
ている。Gはフェースプレート等のガラスブロックであ
る。IPは像面である。FPはフレアー絞り(固定絞
り)であり、第3群で防振を行ったときのフレアー成分
をカットしている。
【0020】本実施形態では広角端から望遠端への変倍
に際して矢印のように第2群を像面側へ移動させると共
に、変倍に伴う像面変動を第4群を移動させて補正して
いる。又、第4群を光軸上移動させてフォーカスを行う
リヤーフォーカス式を採用している。同図に示す第4群
の実線の曲線4aと点線の曲線4bは各々無限遠物体と
近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠
端への変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡
を示している。尚、第1群と第3群は変倍及びフォーカ
スの際固定であるが必要に応じて移動させてもよい。
【0021】本実施形態においては第4群を移動させて
変倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第4群を移動さ
せてフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線
4a,4bに示すように広角端から望遠端への変倍に際
して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させてい
る。これにより第3群と第4群との空間の有効利用を図
りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【0022】本実施形態において、例えば望遠端におい
て無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合は
同図の直線4cに示すように第4群を前方へ繰り出すこ
とにより行っている。
【0023】本実施形態におけるズームレンズは第1群
と第2群の合成系で形成した虚像を第3群と第4群で感
光面上に結像するズーム方式をとっている。
【0024】本実施形態では従来の所謂4群ズームレン
ズにおいて第1群を繰り出してフォーカスを行う場合に
比べて前述のようなリヤーフォーカス方式を採ることに
より第1群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第1
群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。そ
して開口絞りを第3群の直前に配置することにより可動
レンズ群による収差変動を少なくし、開口絞りより前方
のレンズ群の間隔を短くすることにより前玉レンズ径の
縮少化を容易に達成している。
【0025】本発明の数値実施例1〜3においては第3
群L3を光軸と垂直方向に移動させて変倍光学系が振動
したときの像ブレを補正している。これにより従来の防
振光学系に比べて防振の為のレンズ群や可変頂角プリズ
ム等の光学部材を新たに付加することなく防振を行なっ
ている。
【0026】次に本発明に係る変倍光学系においてレン
ズ群を光軸と垂直方向に移動させて撮影画像のブレを補
正する防振系の光学的原理を図14を用いて説明する。
【0027】図14(A)に示すように光学系が固定群
Y1・偏心群Y2そして固定群Y3の3つの部分から成
り立っており、レンズから充分に離れた光軸上の物点P
が撮像面IPの中心に像点pとして結像しているものと
する。今、撮像面IPを含めた光学系全体が図14
(B)のように手振れにより瞬間的に傾いたとすると、
物点Pは像点p′にやはり瞬間的に移動し、ブレた画像
となる。一方、偏心群Y2を光軸と垂直方向に移動させ
ると図14(C)のように、像点pはp″に移動し、そ
の移動量・方向はパワー配置に依存し、そのレンズ群の
偏心敏感度として表される。
【0028】そこで図14(B)で手振れによってズレ
た像点p′を偏心群Y2を適切な量だけ光軸と垂直方向
に移動させることによってもとの結像位置pに戻すこと
で図14(D)に示すとおり、手振れ補正つまり防振を
行っている。
【0029】今、光軸をθ°補正するために必要なシフ
トレンズ群(偏心群)の移動量(シフト量)をΔ、光学
系全体の焦点距離をf、シフトレンズ群Y2の偏心敏感
度をTSとすると、移動量Δは、 Δ=f・tan(θ)/TS の式で与えられる。
【0030】今、シフトレンズ群の偏心敏感度TSが大
きすぎると移動量Δは小さな値となり、防振に必要なシ
フトレンズ群の移動量は小さくできるが、適切に防振を
行う為の制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。
特にビデオカメラやデジタルスチルカメラではCCD等
の撮像素子のイメージサイズが銀塩フィルムと比べて小
さく、同一画角に対する焦点距離が短いため、同一角度
を補正する為のシフトレンズ群のシフト量Δが小さくな
る。
【0031】従って、メカ(機構)の精度が同程度だと
画面上での補正残りが相対的に大きくなることになって
しまう。一方、偏心敏感度TSが小さすぎると制御のた
めに必要なシフトレンズ群の移動量が大きくなってしま
い、シフトレンズ群を駆動する為のアクチュエーター等
の駆動手段も大きくなってしまう。
【0032】本発明では各レンズ群の屈折力配置を適切
な値に設定することで、第3群の偏心敏感度TSを適正
な値とし、メカの制御誤差による防振の補正残りが少な
く、アクチュエーター等の駆動手段の負荷も少ない光学
系を達成している。
【0033】本実施形態では第3群を物体側から順に物
体側のレンズ面が凸面の正の第31レンズL31、像面
側に強い凹面を向けたメニスカス状の負の第32レンズ
L32、両レンズ面が凸面の正の第33レンズL33よ
り構成している。又、第31レンズは両レンズ面を非球
面形状としている。
【0034】第3群中に像面側に凹面を向けたメニスカ
ス状の負の第32レンズを設けることにより第3群全体
をテレフォト構成として、第2群と第3群の主点間隔を
短縮し、レンズ全長の短縮化を達成している。
【0035】このようなメニスカス状の負レンズを設け
た場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生する。
【0036】今、第3群全体で正の歪曲収差を持ってい
たとする。例として図3を用いて説明すると、防振のた
めに第3群全体が図3(A)に示すように上方向に偏心
したとする。このとき点S1に来る軸外光線が第3群を
通過する高さが小さくなり、正の歪曲が減少する。逆に
点S2の側へ来る光線では正の歪曲が増加する。従っ
て、4角形の物体は像面上で図3(B)の実線に示すよ
うな形に変形する。
【0037】逆に第3群が下方向に移動した場合、図3
(B)の点線のような形に変形するため、振動が加わっ
た場合、それに伴って画像が変形し、特に動画像では観
る人に違和感を与える。この減少を低減させるには第3
群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。
【0038】本実施形態ではメニスカス状の負の第32
レンズL32の像面側に正の第33レンズL33を配置
することによってテレフォト構成を維持しつつ、第3群
内で歪曲収差を補正し、第3群をシフトして防振を行う
際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。
【0039】また本実施形態では第31レンズL31の
両レンズ面に非球面を設けることにより、第3群で球面
収差を抑制し、防振時に発生する偏心コマ収差を低減し
ている。
【0040】本発明の防振機能を有した変倍光学系は以
上のような条件を満足することにより実現されるが、更
にレンズ全長の短縮を図りつつ、良好な光学性能を達成
する為には、以下の条件のうち少なくとも1つを満足す
ることが望ましい。
【0041】(イ-1) 前記第32レンズと前記第3群の焦
点距離を各々f32,f3としたとき、 0.8<|f32/f3|<1.7・・・(1) なる条件を満足することである。
【0042】条件式(1)の下限値を越えて第3群中の
負の第32レンズの屈折力が強くなるとレンズ全長の短
縮化には有利だが、ペッツバール和が負の方向に増大し
てしまい像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆
に下限値を越えてしまうと全長短縮が不十分になってし
まう。
【0043】(イ-2) 前記第3群の焦点距離をf3、全系
の広角端の焦点距離をfWとしたとき、 3.5<f3/fW<5.0・・・(2) なる条件を満足することである。
【0044】条件式(2)はレンズ全長の短縮化を図り
つつ、防振のためのシフトレンズ群の敏感度を適切に設
定し、防振性能を良好に維持する為のものである。条件
式(2)の下限値を越えて第3群の屈折力を強くする
と、シフトレンズ群の敏感度が大きくなりすぎ、メカ精
度を厳しくしないと防振時の補正残りが大きくなってし
まうので良くない。逆に上限値を越えて第3群の屈折力
を弱くしてしまうと、防振のために必要な第3群のシフ
ト量が大きくなったり、レンズ全長が大きくなったりす
るので良くない。
【0045】(イ-3) 前記第33レンズと前記第3群の焦
点距離を各々f33,f3としたとき、 1.6<f33/f3<2.4・・・(3) なる条件を満足することである。
【0046】条件式(3)は第3群のテレフォト型を維
持しつつ、第3群内の歪曲収差と非点収差を補正し、防
振時の光学性能を良好に維持するためのものである。条
件式(3)の下限値を越えて第33レンズの屈折力が強
くなり過ぎると第3群のテレフォト型が維持されず、レ
ンズ全長の短縮効果が無くなるので良くない。逆に上限
値を越えると第3群内での歪曲収差や非点収差の補正が
不十分になり、防振時の光学性能が劣化してしまう。
【0047】(イ-4) 前記第2群の焦点距離をf2、全系
の広角端と望遠端の焦点距離を各々fW,fTとしたと
き、
【0048】
【数2】 なる条件を満足することである。
【0049】条件式(4)の下限値を越えて第2群の屈
折力が強くなりすぎるとレンズ全長の短縮化には有利だ
が、像面湾曲や歪曲の変倍全域にわたる変動を補正する
のが困難になるので良くない。また条件式(4)の上限
値を越えて第2群の屈折力が弱くなりすぎると変倍に必
要な第2群の移動量が大きくなりすぎるので良くない。
【0050】(イ-5) 第2群は物体側から順に像面側に強
い凹面を向けたメニスカス状の負の第21レンズ、両レ
ンズ面が凹面の負の第22レンズ、そして正の第23レ
ンズで構成するのが良いが、更に変倍比を上げたいとき
には更に像面側に負レンズを追加した4枚構成としても
良い。
【0051】(イ-6) 変倍時の非点収差や歪曲の変動の補
正の為には、第2群に非球面を導入するのが良い。
【0052】(イ-7) 第3群は防振のために移動する分、
レンズ径をそれだけ大きくしている。従って、余計な軸
上光束が入り過ぎないようにする為に第3群の物体側、
あるいは像面側に固定の絞り(フレアー絞り)FPを配
置するのが良い。本実施形態では第3群と第4群の間に
固定絞りFPを配置することでスペースを有効に利用し
つつ、不要な光束が感光面に入らないようにしている。
【0053】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてRiは物体側より順に第i番目のレンズ面の
曲率半径、Diは物体側より第i番目のレンズ厚及び空
気間隔、Niとνiは各々物体側より順に第i番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【0054】又前述の各条件式と数値実施例における諸
数値との関係を表−1に示す。
【0055】非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直
方向にH軸、光の進行方向を正としRを近軸曲率半径、
A,B,C,D,Eを各々非球面係数としたとき、
【0056】
【数3】 なる式で表している。又「e−0X」は10-Xを意味し
ている。
【0057】
【外1】
【0058】
【外2】
【0059】
【外3】
【0060】
【表1】
【0061】
【発明の効果】本発明によれば、変倍光学系の一部を構
成する比較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向に移
動させて、該変倍光学系が振動(傾動)したときの画像
のブレを補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に
構成することにより、装置全体の小型化,機構上の簡素
化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ該レンズ群を
偏心させたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を
良好に補正した防振機能を有した変倍光学系を達成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る変倍光学系の近軸屈折力配置の
概略図
【図2】 本発明の数値実施例1の広角端のレンズ断面
【図3】 本発明の数値実施例2の広角端のレンズ断面
【図4】 本発明の数値実施例3の広角端のレンズ断面
【図5】 本発明の数値実施例1の広角端の諸収差図
【図6】 本発明の数値実施例1の望遠端の諸収差図
【図7】 本発明の数値実施例1の望遠端の諸収差図
【図8】 本発明の数値実施例2の広角端の諸収差図
【図9】 本発明の数値実施例2の望遠端の諸収差図
【図10】 本発明の数値実施例2の望遠端の諸収差図
【図11】 本発明の数値実施例3の広角端の諸収差図
【図12】 本発明の数値実施例3の望遠端の諸収差図
【図13】 本発明の数値実施例3の望遠端の諸収差図
【図14】 本発明に係る防振系の光学的原理の説明図
【符号の説明】
L1 第1群 L2 第2群 L3 第3群 L4 第4群 SP 絞り IP 像面 FP フレアー絞り(固定絞り) d d線 g g線 ΔM メリディオナル像面 ΔS サジタル像面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側より順に変倍及び合焦の際に固定
    の正の屈折力の第1群、変倍機能を有する負の屈折力の
    第2群、正の屈折力の第3群、そして変倍により変動す
    る像面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を有
    する正の屈折力の第4群の4つのレンズ群を有した変倍
    光学系であって、該第3群は両レンズ面に非球面を施し
    た正の第31レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス
    状の負の第32レンズ、正の第33レンズより成り、該
    第3群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振
    動したときの撮影画像のブレを補正していることを特徴
    とする防振機能を有した変倍光学系。
  2. 【請求項2】 前記第32レンズと前記第3群の焦点距
    離を各々f32,f3としたとき、 0.8<|f32/f3|<1.7 なる条件を満足することを特徴とする請求項1の防振機
    能を有した変倍光学系。
  3. 【請求項3】 前記第3群の焦点距離をf3、全系の広
    角端の焦点距離をfWとしたとき、 3.5<f3/fW<5.0 なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2の
    防振機能を有した変倍光学系。
  4. 【請求項4】 前記第33レンズと前記第3群の焦点距
    離を各々f33,f3としたとき、 1.6<f33/f3<2.4 なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2の
    防振機能を有した変倍光学系。
  5. 【請求項5】 前記第2群の焦点距離をf2、全系の広
    角端と望遠端の焦点距離を各々fW,fTとしたとき、 【数1】 なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2の
    防振機能を有した変倍光学系。
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