JPS63201622A - 像安定化光学系とアタツチメント - Google Patents

像安定化光学系とアタツチメント

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JPS63201622A
JPS63201622A JP3513287A JP3513287A JPS63201622A JP S63201622 A JPS63201622 A JP S63201622A JP 3513287 A JP3513287 A JP 3513287A JP 3513287 A JP3513287 A JP 3513287A JP S63201622 A JPS63201622 A JP S63201622A
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章市 山崎
Nozomi Kitagishi
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業分野〉 能 本発明は、像を偏位させる機構を持った光学系及びアタ
ッチメントに関し、殊に防振装置に使用するのに適した
ものである。
〈従来技術〉 従来より像安定化即ち、光学的防振への要求は極めて高
い。撮影画面のブレは、スポーツ競技の撮影あるいはニ
ュース取材の撮影のときにカメラを自動車や船、ヘリコ
プタ−に据え付けたり、手持ちのまま移動する際に、通
常引起される。
スポーツの中継あるいはニュース番組は多(の場合、ビ
デオカメラかシネカメラで撮影されるが、ステイル・カ
メラの場合も焦点距離の長いレンズを装着して手持撮影
をするときには画像のブレが生じ易く、特に露出時間が
長いと避は難い。
この為、これまで種々の防振光学系が提案されている。
公知の光学的防振装置の1つは、撮影系内に光学楔を備
え、振動による光路の偏倚を光学楔の角度を変えてその
プリズム作用で修正する方法を採用している。光学楔は
、平凸レンズと平凹レンズの凹凸面を対向させたダブレ
ットレンズの一方のレンズを傾けるか、液体を充たした
ベローズの一方の面を他方の面に対して傾けることで形
成するが、屈折率の高いレンズ素材や液体を求めても限
度があるため、必要とする傾角の半分程度を修正できる
に過ぎない。従って、光学楔を複数個設けるか、ワイド
コンバータを前方に置いて組合せ効果を利用することが
提案されているが、前者は駆動機構が複雑になり、後者
は大型化しやすい。
またいずれにしろプリズムを導入したことになるから、
色収差補正の手段を講じても画像に色が着き易い。
前述したダブレットレンズの一方を傾ける場合、レンズ
面の球心を中心にレンズが上下左右に揺動できる様に支
持し、またこの位置に設けたジャイロスコープに連結し
て動かすことになるが、回転中心を正確に維持し、また
円滑な作動を実現するためにはかなりの精度を要求され
るなど駆動機構に相当の負担が掛る難点がある。
〈発明が解決すべき問題点〉 本発明は上述の難点を解消し、比較的小型で駆動機構に
負担が少なく、画質、特に色収差の悪化を軽減すること
を目的とする。
この目的を達成するため、主レンズ系と共に光学系を構
成するアフォーカル光学部、あるいは主レンズ系の一部
に着脱されるアフォーカルアタッチメントの所定部分を
光学系の光軸と垂直方向に移動自在とし、残りの部分を
固定として移動自在とした部分を外界からの加力に応じ
て平行偏芯させている。
〈実施例〉 以下、第1図から第3図を使って本発明の実施例の基本
構成を説明する。第1図は正常な状態、即ち光学系に外
力が加わっていない状態を示す。第2図と第3図は光学
系に外力が加わって、例えば上向きに回転した状態を示
し、第2図は防振機能が作動していないときであり、第
3図は作動しているときである。
図中1は結像レンズの様な主レンズで、ここではブロッ
クとして描いているが、実際には複数枚のレンズから成
り、単焦点レンズであっても良いし、ズームレンズであ
っても良い。2は主レンズlの光軸である。3は画面を
示し、感光フィルムや撮像素子が配される。4と5°は
夫々光線で、無限遠の点光源からのものとし、画面3上
に点像6を結像する。7は正レンズ部、8は負レンズ部
で、図には薄肉系の表記法で示した。正レンズ部7と負
レンズ部8はアフォーカル光学系Aを構成するものとし
、主レンズlに対して着脱自在なアタッチメントとして
も良いし、主レンズlと同じ鏡筒(不図示)に設けても
良い。各レンズ部は求める画質に応じて1枚又は複数枚
のレンズで構成するが、後述する様に可動のレンズ部は
少なくとも1枚ずつの正レンズと負レンズで構成するの
が望ましい。本例では負レンズ部8を光軸2に垂直に移
動自在とする。
またここではアフォーカル光学系Aをワイド・タイプと
したがテレタイプであっても良く、主レンズlが望遠系
のときはテレ・タイプ。広角系のときはワイド・タイプ
とするのが素直であるが、必要に応じて逆の選択もでき
る。
負レンズ部8は図示しない支持部材で、光軸2に垂直な
面内を移動自在に支持されているものとし、アクチュエ
ータ9により駆動される。アクチュエータ9はソレノイ
ド、メータ、ピエゾ素子の積層など種々のものが使用で
きる。10は偏倚検出器で、ジャイロスコープあるいは
加速度計、角加速度計、速度計などを内蔵している。ジ
ャイロスコープであれば傾角を取出せ、加速度計であれ
ば出力を2回積分して加速度計の取付けられた位置の偏
位量が取出せるから、これを基に負レンズ部8の補償移
動量を算出できる。
第1図で、光線4と5は正レンズ部7と負レンズ部8を
通過し、主レンズlで画面3上に結像されている。点線
6は画面3の中心にある。次に外力が光学系に加わって
、例えば節点を中心に回転すると像点6は、第2図に示
す様に画面3の中心から変位する。つまり物体像が画面
3上を移動するわけで、繰返し外力が加わることで物体
像は振動する。
第3図の様に、偏倚検出器lOとアクチュエータ9が作
動していれば偏倚検出器lOが補償移動量を検出し、ア
クチュエータ9を駆動する。アクチュエータ9は負レン
ズ部8を光軸2と垂直な方向へ移動させるので、像点6
は画面の中心に維持される。光学的な補正作用は後述す
る。
第4図は負レンズ部8の駆動機構を模型的に示している
。要は負レンズ部8を上下方向、水平方向の2方向に独
立に移動できると共に、斜方向へ移動すべく2方向へ同
時に移動できる構成が必要である。
尚、特殊な用途あるいは簡略化された装置では一方向の
移動で済む場合もある。図で、11は外側鏡筒、12は
内側鏡筒である。第1のアクチュエータ9aと第1のス
ライド軸受13は外側鏡筒11の対向する位置に設けら
れて内側鏡筒12を軸によって支えると共にバネで中立
位置に維持し、アクチュエータ9aの駆動により内側鏡
筒12を所望位置に移動させ得る。外側鏡筒11は第2
のアクチュエータ9aと第2のスライド軸受14で同様
に支持され、負レンズ部8を所望位置に移動させ得る。
そして本機構では第1のアクチュエータ9aによる上下
方向の移動と第2のアクチュエータによる水平方向の移
動を独立にまた重畳して実施できる。
第5図と第6図はアフォーカル光学系の一部をその光軸
と垂直な方向に平行偏芯させることによる光線が傾(様
子を説明する図である。
今、正レンズ部7のパワーをφ1、負レンズ部8のパワ
ーをφ2とし、負レンズ部8を補償量りだけ平行偏芯さ
れると出射する光線は−Dφ2の角度だけ傾くが、これ
を光学の近軸追跡を使って説明する。負レンズ部8へ入
射する上側の光線4の入射角度をαu2、その時の光軸
からの高さhu2、また射出角度をα′u2とし、下側
の光線5についても同じ様にαd2 + hd2 + 
α/a2と定義すると、第5図の場合、 上線4 ;    a u2+hu2*φ2 =0 ”
””  (1)下線5;    αd2+hd2・φ2
=0・・・・・・ (2)また第6図の場合、 上線4;  (!’ u2=αu2+(hu2−D)φ
2=αu 2 +hu 2・φ2−D・φ2・・・・・
・・・・・(3)下線5; α′d2=αd 2+ (
hd 2−D)φ2=αd2+hd2・φ2−D・φ2
・・・・・・・・・(4)(3)式にlを代入し、(4
)式に(2)を代入するとa’u2=−Dφ2.  a
’ d2 = −D−φ2つまり上線と下線の出射角度
はともに−Dφ2だけ傾くから、この性質を利用して像
移動を補償することができる。
この方法に依れば平行偏芯量りに対応し光線が−Dφ2
傾くのでφ2を大きな値に設定することにより、小さな
移動で防振の効果を上げることができる。また従来の光
学楔の様に物質の屈折率による制限を受けないため、比
較的自由に敏感度(レンズの動きに対する像の動きの反
応)を設定できる。
また上の説明では発散レンズ部と収斂レンズ部から成る
アフォーカル光学系の後側収斂レンズ部を平行偏芯させ
たが、アフォーカル光学系内のレンズならどの部分を平
行偏芯させても上線と下線の傾く角度は同じになること
が同様の近軸追跡から言えるので、極めて都合が良い。
第7図から第9図までは、第1図の変形例を夫々示して
いる。第7図はアフォーカル光学系を主レンズlの像側
に配置した例であり、第8図はアフォーカル光学系を正
レンズ部8a、負レンズ部7′、正レンズ部8bを装置
して構成した例であって、アクチュエータ9で2つの正
レンズ部8a、8bを平行偏芯させている。
第9図は3部分から成るアフォーカル光学系を主レンズ
lの像側に配置した例を示す。
次に各レンズ部を厚内化した例を第10図に示す。
数値諸元は後述する。lの主レンズは望遠レンズで、特
公昭60−328°47号の実施例1のデータを焦点距
離300mmに換算したものを使用し、アフォーカル光
学系Aとこの望遠レンズを合わせた光学系の合成焦点距
離は352.94mm、Fナンバー1 : 5.6.画
角2W=7° となる。
本例のアフォーカル光学系はテレタイプで、正レンズ部
AIと負レンズ部A2の2群4枚から成り、負レンズ部
A2を平行偏芯させている。
上述して来た構成で設計上の観点から次の条件を満足す
ると良い。
一3≦Fp/Fn≦−1 但し、Fpは正レンズ部の焦点距離、Fnは負レンズ部
の焦点距離とする。下限値を越えると可動部の単位移動
量に対する像の移動量つまり敏感値が悪化し、上限値を
越えると画像性能が良好にするのが難しくなって来る。
他方、従来の様な光学楔を使用した装置に比べれば遥か
に小さいとはいえ他のレンズに対して光軸のずれたレン
ズを導入することになるから色収差は悪化する。しかし
ながら可動のレンズ部自体の色収差はを小さく抑えてお
(ことで、収差を改善することができる。
可動レンズ部が負屈折力αときは、レンズ部を構成して
いる正レンズの平均アツベ数をνp1負レンズの平均ア
ツベ数を7nとして、vp≦40゜丁n≧45を満足す
る。
逆に可動レンズ部が正屈折力のときは、レンズ部を構成
している正レンズの平均アツベ数をνp、負レンズの平
均アツベ数を7nとして、yp≧45゜丁n≦40を満
足する。
これら条件を満足しないときは、レンズ部を偏芯させた
ときに色収差、特に倍率色収差が目につ(ことがある。
第11図は本発明の数値実施例の縦収差による基準性能
を示している。またこの時の各レンズ群の収差係数値も
あげである。
第12図は上記の基準状態(手ブレなどによる像ブレが
ない状態)の性能を横収差で示したものである。上から
像高Y=15.  O,−15である。
第13図は像ブレがl m m生じた時に、負の偏心ブ
ロックA2を0.6mm平行偏心させ、像を1mmずら
し像ブレをキャンセルした状態の性能である。
第12図の性能と比較してわかるように平行偏心による
収差の悪化はほとんどないと言ってよい。
これは 一4≦AO2≦0 一1≦BO2≦3 の条件を満たしている。ここで使われているA。2゜8
02は薄肉光学系でのA2ブロックの形状Rを決定する
ための固有係数A。、Boである(松居吉哉:レンズ設
計法参照)。A2ブロックのA。2゜BQZ本条件を満
たさない時は、A2を平行偏心させ像ブレを補正した状
態での収差の悪化が大きい。特に偏心コマ収差、偏心非
点収差、偏心像面湾曲、偏心歪曲収差が新たに発生する
またA2ブロック中の第1面の曲率半・径R1(rs)
及び最終面の曲率半径をRk (r、)とした時、下記
の条件を満たすと設定上都合が良い。
−1≦(R,+Rk)/ (R+  Rk)≦1.5こ
の条件式の下限を越えると基準状態で球面収差が補正過
剰となり、移動レンズ群A2を平行偏心させると偏心コ
マ収差の発生が大きくなる。
また上記の条件式の上限を越えると、基準状態でコマ収
差が発生し始め、A2を平行偏心させた時は偏心コマ収
差及び偏芯非点収差が発生する。
〈実施例〉 f =352.94  Fno、=1:5.6 2w=
7゜RD     ND    VD 全系を1に規準化した時、φ2=−2,08で光線の傾
き角は2.08Dとなる。
Fp/Fn=−1,2 LI A=52.3   A0=1.87B=35.3
  80=0.39 1、十Rk)/(R,−Rk)=o、sta各レンズ群
のし差係数の分担値 L   TSAC1lASFrDS ^11−40.030481−0.0056830.5
368090.3000961.51120531.0
72464−1.148775^25−8−0.030
9660.003577−0.084701−0.42
9071−1.469197−1.0772930.5
20091B 9−170.0005960.01X1
4530.4026070.2641870.1?11
6j −0,080139−5,807461Lは倍率
の色収差、 Tは軸上色収差、SAは球面収差、  C
Mはコマ収差、ASは非点収差、  PTはペッツバー
ル和、DSは歪曲の各収差係数。
尚、アフォーカル光学系をアタッチメントとする他、光
学系自体がアフォーカルな系にはそのまま適用できる。
例えば望遠鏡、双眼鏡、ファインダである。また、上側
は防振装置の場合を述べたが、逆に視界の走査にも使用
できる。
〈効果〉 本発明はアフォーカル系アタッチメントレンズの1部を
平行偏心させることにより、防振を行うので、傾き偏心
を使った可変頂角プリズムによる防振系ではできなかっ
た主レンズの焦点距離の変倍が可能となり、アタッチメ
ントとして望遠化または広角化ができ、しかも防振が可
能である。
また平行偏心ブロックを平行偏心させた時の光線の傾き
角が−Dφ2で表され、φ2のパラメーターとなり、φ
2の値を太き(設定することにより、敏感度を大きくす
ることができる。そして大きな敏感度で平行偏心させる
ことにより、平行偏心レンズ群(補正レンズ群)を上下
方向または左右方向に単純に少量ずらすだけで像ブレが
補正できるため、アクチュエーターも複雑なものを必要
とせずコンパクトにすることができる。また高周波数で
振幅の大きな振動に対しても平行偏心レンズ群のずれ量
が小さいため十分に補正できる。
このように応答速度が速いために、センサーからアクチ
ュエーターへの信号のフィードバックの回数も多くでき
、振動に対してリアルタイムで補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す光学配置図で、第2図と
第3図は夫々、外力が加わった時の状態を示す図、第4
図は駆動機構の正面図。第5図と第6図は光学作用の説
明図、第7図、第8図、第9図は夫々変形例を示す光学
配置図。第10図は実施例のレンズ断面図。第11図、
第12図、第13図は夫々収差図。 図中1は主レンズ、Aはアフォーカル光学系、7は負レ
ンズ部、8は正レンズ部、9はアクチュエータである。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主レンズと、主レンズと共に光学系を構成するア
    フオーカル光学部を具え、アフオーカル光学部の所定部
    分を光学系の光軸と垂直方向に移動自在とし、残りの部
    分を主レンズと一体として、移動自在とした部分を光学
    系へ加わった外力に応じて平行偏芯させることを特徴と
    する像安定化光学系。
  2. (2)前記アフオーカル光学部を正屈折力の部分と負屈
    折力の部分で構成し、どちらか一方を移動自在、他方を
    固定とした特許請求の範囲第1項に記載する像安定化光
    学系。
  3. (3)前記移動自在とした部分は正レンズと負レンズを
    有する特許請求の範囲第1項又は第2項に記載する像安
    定化光学系。
  4. (4)主レンズの物体側または像側に着脱されるアフオ
    ーカル光学部であって、アフオーカル光学部の所定部分
    を光軸と垂直方向に移動自在、残りの部分は固定とし、
    移動自在の部分を外界からの加力に応じて平行偏芯させ
    ることを特徴とするアタッチメント。
  5. (5)前記アフオーカル光学部を正屈折力の部分と負屈
    折力の部分で構成し、どちらか一方を移動自在、他方を
    固定とした特許請求の範囲第4項に記載するアタッチメ
    ント。
  6. (6)前記正屈折力の部分の焦点距離をFp、前記負屈
    折力の部分の焦点距離をFnとしたとき、−3≦Fp/
    Fn≦−1を満足する特許請求の範囲第5項に記載する
    アタッチメント。
  7. (7)正屈折力の部分が移動自在で、また正レンズと負
    レンズを有しており、正レンズの平均アツベ数をνp、
    負レンズの平均アツベ数を@ν@nとするとき、@ν@
    p≧45、@ν@n≦40を満足する特許請求の範囲第
    5項に記載するアタッチメント。
  8. (8)負屈折力の部分が移動自在で、また正レンズと負
    レンズを有しており、正レンズの平均アツベ数を@ν@
    p、負レンズの平均アツベ数を@ν@nとするとき@ν
    @p≦40、@ν@n≧45を満足する特許請求の範囲
    第5項に記載するアタッチメント。
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