JPH01191113A - 防振機能を有した変倍光学系 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は振動による撮影画像のブレを補正する機能、所
謂防振機能を有した変倍光学系に関し、特に防振用の可
動レンズ群を、例えば光軸と直交する方向に移動させて
防振効果を発揮させたときの光学性能の低下の防止を図
った防振機能を有した変倍光学系に関するものである。

（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撮影画像にブレが生じる。

従来より撮影画像のブレを防止する機能を有した防振光
学系が、例えば特開昭５０−８０１４７号公報や特公昭
５６−２１１３３号公報、特開昭６１−２２３８１９号
公報等で提案されている。

特開昭５０−８０１４７号公報では２つのアフォーカル
の変倍系を有するズームレンズにおいて第１の変倍系の
角倍率なＭｌ、第２の変倍系の角倍率なＭ２としたとき
Ｍ、＝１−１／Ｍ２なる関係を有するように各変倍系で
変倍を行うと共に、第２の変倍系な空間的に固定して画
像のブレを補正して画像の安定化を図っている。

特公昭５６−２１１３３号公報では光学装置の振動状態
を検知する検知手段からの出力信号に応じて、−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。

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。

この他、特公昭５６−３４８４７号公報、特公昭５７−
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。

又、加速度センサー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。

一般に撮影系の一部のレンズ群を振動させて撮影画像の
ブレをなくし、静止画像を得る機構には画像のブレの補
正量と可動レンズの移動量との関係を単純化し、変換の
為の演算時間の短縮化を図フだ簡易な構成の撮影系が要
求されている。

又、可動レンズ群を偏心させたとき偏心コマ、偏心非点
収差、そして偏心像面弯曲等が多く発生すると画像のブ
レを補正したとき偏心収差の為、画像がポケてくる。例
えば、偏心歪曲収差が多く発生すると光軸上の画像の移
動量と周辺部の画像の移動量が異ってくる。この為、光
軸上の画像を対象に画像のブレを補正しようと可動レン
ズ群を偏心させると、周辺部では画像のブレと同様な現
象が発生してきて光学特性を著るしく低下させる原因と
なってくる。

このように防振用の撮影系、特に変倍光学系においては
可動レンズ群を光軸と直交する方向に移動させ偏心状態
にしたとき、偏心収差発生量が少なく光学性能の低下の
少ないこと及び簡易な機構であることが要求されている
。

しかしながら、以上の諸条件を全て満足させた撮影系を
得るのは一般に大変困難で、特に撮影系の一部の屈折力
を有したレンズ群を偏心させると光学性能が大きく低下
し、良好なる画像が得られない欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は変倍光学系の一部のレンズ群を光軸と直交する
方向に移動させて画像のブレを補正する際、可動レンズ
群の機構上の簡素化を図ると共に、例えば可動レンズ群
を移動させて平行偏心させたときの前述の各種の偏心収
差の発生量が少なく良好なる光学性能が得られる防振機
能を有した変倍光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 複数のレンズ群を有し、このうち最も像面側の最終レン
ズ群と該最終レンズ群の物体側のレンズ群との間隔が少
なくとも変倍の際、若しくはフォーカスの際に変化する
構成の変倍光学系であって、該変倍光学系の傾きにより
生ずる撮影画像のブレをブレ検出手段により検出し、該
ブレ検出手段からの出力信号に応じて駆動手段により面
記最終レンズ群を光軸と直交する方向に移動させること
により撮影画像のブレを補正する際、任意の変倍位置に
おける全系の焦点距離なｆ、該変倍位置における前記最
終レンズ群の近軸横倍率なβＰ、変倍光学系全体が角度
εだけ傾いたとしたとき、該最終レンズ群を−（ｆ・ε
）／（１−βＰ）程移動させたことである。

（実施例） 第１〜第３図は本発明に係る変倍光学系において、例え
ば振動により画像がブしたときの該画像のブレを補正す
る方法を示す模式図である。同図に示す変倍光学系は物
体側より順に負の屈折力の第ルンズ群１と正の屈折力の
第２レンズ群２の２つのレンズ群を存し、両レンズ群の
間隔を変えて変倍を行い、又、第ルンズ群１を光軸上移
動させてフォーカスを行う、所謂２群ズームレンズを示
している。尚、５は結像面３上の点Ａに結像する光束、
４は変倍光学系の光軸である。図中（Ａ）は広角端、（
Ｂ）は望遠端の光学配置を示している。

第１図は振動がなく画像のブレがないときの光学系の模
式図である。図中、光束５は振動がなく画像のブレがな
い為、広角端及び望遠端において結像面３上の一点Ａに
結像している。

第２図は振動が変倍光学系に伝わり画像がプしたときの
光学系の模式図である。同図においては簡単の為に広角
側及び望遠側において、点Ａを中心として変倍光学系全
体が角度εだけ前倒れとなり画像のブレを起こしたとき
の光束のブレによる結像状態を示している。

即ち、本来なら点Ａに結像すべき光束５が広角側では結
像面３上の点Ｂに、又、望遠側では結像面３上の点Ｃに
各々結像している。

今、フィルム露光中であって第２図（Ａ）に示す状態か
ら第２図（Ｂ）に示す状態へ単調に変倍光学系が傾き画
像のブレが生じた場合、ブレが無ければ点Ａに点像とし
て結像すべき像は広角側では線分ＡＢ、望遠側では線分
ＡＣのポケた線像となワて結像する。

第３図は第２図の画像のブレに対して補正を行ったとき
の模式図である。同図においては最も像面側の第２レン
ズ群をブレ補正用の可動レンズ群とし、光軸４に対して
直交方向に平行偏心させて画像のブレを補正している。

図中、４ａは第２レンズ群の光軸であり、ブレ補正前の
共軸であフた第ルンズ群と第２レンズ群の光軸４とは平
行になっている。

同図に示すように変倍光学系全体の前倒れによる画像の
ブレに対して第２レンズ群を所定量だけ平行偏心させる
ことにより、第２図に示すように広角端で点Ｂ、望遠端
で点Ｃに結像してしまう光束を本来の結像点である点Ａ
に結像させることができる。

このように第２レンズ群を平行偏心させることにより画
像の安定化を図フている。

本実施例において最終レンズ群であるブレ補正用の可動
レンズ群の平行偏心量Ｅは画像のブレ量をδｙ、可動レ
ンズ群の偏心敏感度をＳとしたとき Ｅ　＝　−δ　ｙ／Ｓ　　　　　　　　　　　　・・・
・・・・・・・−（１）となる。ここで画像のブレ量δ
ｙは例えば第２図において、広角側では線分ＡＢの長さ
、望遠側では線分ＡＣの長さにマイナス符号を付したも
のである。

これはＥ、δｙの符号を光軸に対して上方をプラス、下
方をマイナスとしている為である。

偏心敏感度Ｓは可動レンズ群の平行偏心量に対する結像
面上での像点、の移動量の比である。

本実施例では画像のブレ量δｙをカメラ内部のブレ検出
手段により検知し、変倍光学系に固有の可動レンズ群の
偏心敏感度Ｓを基にして、画像のブレ補正の為の可動レ
ンズ群の平行偏心ｉＥを（１）式より得ている。そして
駆動手段により可動レンズ群を所定量偏心させて画像の
ブレを補正している。

尚、本発明は第１図〜第３図に示す２群ズームレンズに
限らず複数のレンズ群を有し、そのうちの最終レンズ群
と該最終レンズの物体側のレンズ群とのレンズ群間隔を
変化させて変倍若しくはフォーカスを行う変倍光学系で
あれば、どのような変倍光学系にも適用することができ
る。

例えば第１図〜第３図に示す正の屈折力のレンズ群が先
行する２群ズームレンズに対して、第ルンズ群が負の屈
折力、第２レンズ群が正の屈折力より成り、両レンズ群
の間隔を変えて変倍を行うと共に第ルンズ群によりフォ
ーカスを行う２群ズームレンズや、物体側より順に負、
正、そして負の屈折力、若しくは正、負、そして正の屈
折力の第１．第２．第３レンズ群の３つのレンズ群を有
し、これらのレンズ群のうちの少なくとも２つのレンズ
群を移動させて変倍を行う３群ズームレンズや物体側よ
り順に正、負、負、そして正の屈折力、若しくは正、負
、正、そして正の屈折力、若しくは正、負、正、そして
負の屈折力の第１．第２．第３．第４レンズ群の４つの
レンズ群を有し、これらのレンズ群のうち第１．第２レ
ンズ群間隔が変化するように少なくとも２つのレンズ群
を移動させて変倍を行う４群ズームレンズ等に本発明を
適用することができる。

次に一般の変倍光学系において、画像のブレ量と該ブレ
量を補正する為の補正用の可動レンズ群の移動量との関
係を示す。ブレ量は各種のブレ検知手段により種々の形
で検知されるが、以下簡単の為に全てブレ量１δｙ１に
換算して説明する。

今、変倍光学系全体が第２図に示すように角度εだけ傾
いたとき像面上での画像のブレ量δｙは変倍光学系全体
の焦点距離をｆとしたときδｙ＝ｆ　・　ε　　　　　
　・・・・・・・−−−−−−−−−−（２）となる。

このとき最終レンズ群の近軸横倍率なβＰとすると最終
レンズ群の偏心敏感度ＳＰは５Ｐ＝１−βＰ　　　・・
・・・・・−−−−−−−−−（３）となる。（１）式
のＳと（３）式のＳＰは同じものとして取り扱うことが
できるから５＝ｓｐとおいて（２）　、　（３）式より
（１）式は となる。

（４）式において−ｆ／（１−βＰ）は変倍光学系の変
倍位置における固有の定数であるから、これを画像のズ
レ補正係数にとおくと（４）式はＥ＝Ｋ・ε　　　　　
−−−−−−−−−−−−−−−−−（５）と極めて簡
単な式で表わすことができる。

ただし、実際的には種々の物体距離や種々の収差発生状
態により画像安定化を図る必要がある。

従って（４）式は近似的に取り扱うのが画像の安定化を
効果的に行う場合に好ましい。

本実施例では変倍光学系が全体として角度ε傾いて撮影
画像のブレが生じたとき前記最終レンズ群を−（ｆ・ε
）／（１−βＰ）程度平行偏心させたとき、該撮影画像
のブレが補正されるように前記複数のレンズ群の光学的
諸定数を設定していることを特徴としている。

一般に光学系の一部のレンズ群を平行偏心させて画像の
ブレを補正しようとすると偏心収差の発生により結像性
能が低下してくる。

そこで、次に任意の屈折力配置において可動レンズ群を
光軸と直交する方向に移動させて画像のブレを補正する
ときの偏心収差の発生について収差論的な立場より、第
２３回応用物理学講演会（１９６２年）に松属より示さ
れた方法に基づいて説明する。

変倍光学系の最終レンズ群をＥだけ平行偏心させたとき
の全系の収差量ΔＹ１は　（ａ）式の如く偏心前の収差
量ΔＹと偏心によって発生した偏心収差量ΔＹ　（Ｅ）
との和になる。ここで収差量ΔＹは球面収差（１）、コ
マ収差　（■）、非点収差（■）、ペッツバール和（Ｐ
）、歪曲収差（Ｙ）で表わされる。

又、偏心収差ΔＹ　（Ｅ）は（Ｃ）式に示す様に１次の
偏心コマ収差　（ＩＩ　Ｅ）、１次の偏心非点収差（ｍ
　Ｅ）、１次の偏心像面弯曲（ＰＥ）、１次の偏心歪曲
収差（ＶＥＩ）　、１次の偏心歪曲附加収差（ＶＦ６）
、そして１次の原点移動（ΔＥ）で表わされる。

又、　（ｄ）式から　（ｉ）式（７）　（ΔＥ）　〜（
ＶＦ６）まテノ収差は最終レンズ群を平行偏心させる変
倍光学系において最終レンズ群への光線の入射角なα２
゜５としたときに最終レンズ群の収差係数工、。

ｎ、、ｍ、、ｐＰ、ｖＰを用いて表わされる。

ΔＹ１＝ΔＹ＋ΔＹ　（Ｅ）　　　　　　　　　　　（
ａ）＋　（Ｎ、ｔａｎω）２Ｒ（２ｃｏｓφ、、ｃｏｓ
（φ＆−φ、、）−■＋　ｃｏｓφ、（ｍａｐ）） ＋　（Ｎ、　ｔａｎω）　Ｒ”　（２ｃｏｓφＲｃｏｓ
（φえ−φ４）＋　　ＣＯＳφ１）働■ ÷Ｒ’　ｃｏｓφ８・Ｉ、ｌ　　　　　　　　　　　（
ｂ）−（ＶＨ２）） ＋　Ｒ２（２＋　ｃｏｓ２φ、）（ＩＩＥ））（ΔＥ）
　　−−２（α′２−　ａｐ）−−２ｈｐ　　φ１（ｄ
）（ＩＩＥ）　　−−Ｃ１Ｐ　　ｎ、　＋　　ｃｘＰ　
　Ｉ　Ｐ　　　　　　　　　　（ｅ）（Ｉ［［Ｅ）−−
ａＰ　ｍＰ＋　　ａｐ　　ＨＰ　　　　　　　　　（ｆ
）（ＰＥ）　　−−αｐＰｐ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（ｇ）（ＶＥＩ）　　＝　−ａｐ　　Ｖ
ｐ　＋　　＋Ｉｐ　　ｍｐ　　　　　　　　　　（ｈ）
（ＶＨ２）　　＝　−ａｐ　　Ｐｐ　　　　　　　　　
　　　　　　　（ｊ）以上の式から偏心収差の発生を小
さくする為には最終レンズ群の諸収差係数Ｉ、、Ｈ，，
ＩＩＩ、。

ｐＰ、ｖ、を小さな値とするか、若しくは（ａ）式〜（
ｉ）式に示すように諸収差係数を互いに打ち消し合うよ
うにバランス良く設定することが必要となってくる。そ
して最終レンズ群に３いては球面収差、コマ収差、ペッ
ツバール和の他に非点収差、歪曲収差を良好に補正する
ことが必要となってくる。

一般に最終レンズ群における軸上収差と共に軸外収差を
バランス良く補正するには、最終レンズ群中における軸
上光線の高さｈと軸外光線の主光線の高さｈとが互いに
異った値をとるようにレンズ系を構成することが必要と
なってくる。

この為、本実施例では最終レンズ群を後述する数値実施
例で示すように複数のレンズより構成すると共に、変倍
光学系中における最終レンズ群を前述の如く設定するこ
とにより第ルンズ群を偏心させたときの偏心収差の発生
量を少なくしている。

一般に変倍光学系においては変倍、又はフォーカスに際
して移動させるレンズ群、又は該レンズ群に隣接するレ
ンズ群はレンズ群内で比較的良好・に収差が補正されて
いるか、若しくはその近傍に収差をバランス良く補正す
るレンズ群が存在している場合が多い。又、該レンズ群
と隣接したレンズ群との合成系を考えた場合にも、各収
差が良好に補正されている場合が多い。

この為、本実施例では前述の如く変倍に際して若しくは
フォーカスの際、移動させる最終レンズ群を画像のブレ
補正用の可動レンズ群とし光軸と直交する方向に移動さ
せることにより、偏心収差の発生量を少なくしつつ画像
のブレを良好に補正している。

これにより前述の（ｅ）弐〜（ｉ）式の各偏心収差係数
の増大を防止し、所定の画像のブレを補正しつつ、光学
性能の低下を防止した変倍光学系を達成している。

特に後述する数値実施例においては最終レンズ群を光軸
と直交する方向に一体的に移動させ、画像のブレを良好
に補正すると共に偏心収差の発生が極めて少ない変倍光
学系を達成している。

尚、本実施例において最終レンズ群を偏心させて画像の
ブレを補正したとき、更に偏心収差を良好に補正する為
には、前記最終レンズ群の焦点距離をｆＰ、望遠端にお
ける全系の焦点距離なｆＴ、望遠端にあける全系の射出
瞳から像面までの距離なＰＴとしたとき ０．０２＜｜ｆＰ｜／ｆＴ　　＜１０　−（ＡＩ）−１
０＜　　ｆＴ　　／ＰＴ　　＜１０　−（Ａ２）−９く
　　　　　　β　Ｐ　　　　　　く　１０　　・−（Ａ
３）なる条件を満足することが好ましい。

条件式（ＡＩ）の下限値を越えて最終レンズ群の屈折力
が強くなりすぎると偏心コマ、偏心アス等の偏心諸収差
の発生が多くなるので良くない。

又、上限値を越えて最終レンズ群の屈折力が弱くなりす
ぎると画像のブレを補正する為の最終レンズ群の偏心量
が大きくなり、レンズ系全体及び駆動機構が大型化して
くるので良くない。

条件式（Ａ２）の下限値を越えると最終レンズ群から射
出し像面に結像する際の光線の像面上への入射角が大き
くなり、偏心歪曲収差の発生が多くなり、又、上限値を
越えると最終レンズ群の有効径が大型化してくるので良
くない。

条件式（Ａ３）の下限値若しくは上限値を越えると画像
のブレを補正する為の最終レンズ群の偏心量が多くなり
、レンズ外径が増大してくるので良くない。

第４図は本発明の数値実施例の変倍光学系のレンズ断面
図である。同図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠
端である。■は負の屈折力の第ルンズ群、■は正の屈折
力の第２レンズ群、■は負の屈折力の第３レンズ群であ
る。第２゜第３レンズ群、■、■を矢印の如く移動させ
て広角端から望遠端への変倍を行っている。

本実施例では最終レンズ群を平行偏心させて画像のブレ
を補正している。

第５図（Ａ）　、　（Ｂ）は数値実施例の広角端と望遠
端の横収差図である。同図においてｙ。は物体高、ｙｌ
は像高である。

次に数値実施例において、レンズ系全体をフィルム面を
中心に例として９分前倒れさせ（ε−−０，００２６１
７）このときの画像のブレを補正する為の最終レンズ群
を表−１に示す値だけ平行偏心させたときの横収差図を
参考例として第６図に示す。図中（Ａ）は広角端、（Ｂ
）は望遠端である。

又、表−２に最終レンズ群で画像のブレを補正したとき
の偏心歪曲収差の補正状態を示す為に各物体高における
フィルム面上での主光線の結像位置を示す。

第６図及び表−２に示すように本実施例によれば、最終
レンズ群の平行偏心により偏心収差の発生量を少なくし
つつ偏心歪曲を良好に補正し、かつ所定の画像のブレを
補正した高い光学性能を有した変倍光学系を達成してい
る。

尚、以上の実施例においては最終レンズ群を平行偏心さ
せて画像のブレを補正した場合について示したが回転偏
心させて行っても、又、双方を同時に行っても同様に本
発明の目的を達成することができる。

変倍光学系の振動等によるブレはフィルム中心に限らず
、どの点を中心にブしていても本発明は良好に適用する
ことができる。

画像のブレの補正は全変倍範囲にわたり一様に行う代わ
りにブレの発生しやすい望遠側においてのみ行うように
しても良い。

又、近距離物体等の所定の物体距離においてのみ画像の
ブレを補正するようにしても良い。

次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲ
ｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄ
ｉ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
の屈折率とアツベ数である。

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 ＋　ＤＨ８＋　ＥＨＩ’ なる式で表わしている。

数値実施例 ｆ−３６〜６８　　ＦＮｏ−３，６〜５．７　２ω−６
２°〜３５．３゜第２面の非球面係数 −Ｏ Ｂ　−５，３１９ｘ　１Ｏ−６Ｇ　−１，９１９ｘ　１
Ｏ−８Ｄ　−−４，７４５ｘ　ｔｏ−１３Ｅ　−１，３
０４ｘ　１０−１３最終レンズ群偏心敏感度 表−１ 表−２ 最終レンズ群で補正 広角端　（ｆ＝３６） 望遠端　（ｆ＝６８） （発明の効果） 本発明によれば変倍光学系を構成するレンズ群のうち、
前述の条件を満す最終レンズ群を偏心させることにより
画像のブレを補正すると共に、偏心に伴う偏心収差の発
生量を極力押さえた高い光学性能を維持することのでき
る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】

第１〜第３図は本発明の変倍光学系において画像のブレ
を補正する方法の一実施例の模式図、第４図は本発明の
変倍光学系の数値実施例のレンズ断面図、第５図（Ａ）
　、　（Ｂ）は本発明の数値実施例の収差図、第６図（
Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の数値実施例において最終レ
ンズ群を偏心させたときの収差図である。 図中、Ｉ、ＩＩ、Ｉｌｌは各々第１．第２．第３レンズ
群、ｙｏは物体高、ｙｌは像高である。 第　　　１　　　図 （Ａ） （Ｂ） 第　　　２　　　図 （Ａ） ε （Ｂ） ε 夷　　５　　図（Ａ） 第　　５　　図（Ｂ） 夷　　６　　回（Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数のレンズ群を有し、このうち最も像面側の最
   終レンズ群と該最終レンズ群の物体側のレンズ群との間
   隔が少なくとも変倍の際、若しくはフォーカスの際に変
   化する構成の変倍光学系であって、該変倍光学系の傾き
   により生ずる撮影画像のブレをブレ検出手段により検出
   し、該ブレ検出手段からの出力信号に応じて駆動手段に
   より前記最終レンズ群を光軸と直交する方向に移動させ
   ることにより撮影画像のブレを補正する際、任意の変倍
   位置における全系の焦点距離をｆ、該変倍位置における
   前記最終レンズ群の近軸横倍率をβＰ、変倍光学系全体
   が角度εだけ傾いたとしたとき、該最終レンズ群を−（
   ｆ・ε）／（１−βＰ）程移動させたことを特徴とする
   防振機能を有した変倍光学系。 （２）前記最終レンズ群の焦点距離をｆＰ、望遠端にお
   ける全系の焦点距離をｆＴ、望遠端における全系の射出
   瞳から像面までの距離をＰＴとしたとき ０．０２＜｜ｆＰ｜／ｆＴ＜１０ −１０＜ｆＴ／ＰＴ＜１０ −９＜βＰ＜１０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の防
   振機能を有した変倍光学系。