JPH05181094A - 可変頂角プリズム装置及びそれを有した撮影系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動等による画像のぶれを補正すると共に装
置全体の小型化を図った可変頂角プリズム及びそれを有
した撮影系を得ること。 【構成】 光学的に透明な物質を透明な２つの光学部材
で挟持して、形成した空間内に封入し、外部からの付勢
力で該２つの光学部材のうち少なくとも一方を回動させ
て、任意のプリズム頂角を形成してプリズム作用を有す
るように構成した可変頂角プリズム装置において、該２
つの光学部材のうち光束の射出側の光学部材の外径を光
束の入射側の光学部材の外径よりも小さくしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変頂角プリズム装置及
びそれを有した撮影系に関し、特にビデオカメラ及びス
チルカメラ等の防振光学系や、その他の光学機器に用い
られる通過光束の進行方向を任意に変え、画像のぶれを
補正することができる可変頂角プリズム装置及びそれを
有した撮影系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スチルカメラ、ビデオカメラ等の
カメラ装置の撮影の自動化が進み、例えば自動露出調節
手段や自動焦点調節手段など、様々な機能が実用化され
ている。

【０００３】これらの自動化機能の一つとして、様々な
原因によって発生する画面の有害なぶれ（所謂画像のぶ
れ）を軽減するぶれ補正手段が考案され、また、実用化
されつつある。

【０００４】特にビデオカメラ等のカメラ装置において
は、使用される撮影レンズとしてズ−ムレンズを用いる
のが一般的であり、そのズ−ム比も年々大きくなる傾向
が強い。

【０００５】一方、カメラ装置の小型化も顕著であり、
撮像画面サイズの小型化、高密度実装技術の発展、小型
レコ−ダ−メカシャ−シの開発などを背景に、片手で撮
影が可能な小型機種まで現われてきている。

【０００６】しかしながら、このようなズ−ムレンズを
備えた小型のビデオカメラを用いる場合、撮影者の手ぶ
れに起因する画面の有害なぶれが発生し、このぶれを除
去し、安定した画面を得るために、様々なぶれ防止手段
が提案されている。これらのぶれ防止手段を用いれば、
このような手ぶれによる画面の有害なぶれだけでなく、
船舶や自動車などからの撮影に際して、三脚を用いても
有害な手ぶれが除去しえないような状況においても大き
な効果を有する。

【０００７】このぶれ防止手段は、少なくともぶれを検
出するぶれ検出手段と、検出されたぶれの情報に応じて
画面としてぶれが発生しないように、補正を行なうぶれ
補正手段とを有している。

【０００８】このうちぶれ検出手段としては例えば、角
加速度計、角速度計、角変位計などが知られている。又
ぶれ補正手段としては、可変頂角プリズムを用いる方法
や、得られた撮像画面情報の中から実際に画面として用
いる領域を切り出すように構成したビデオカメラにて、
その切り出し位置をぶれが補正される位置に順次変更し
ていく方法などが知られている。

【０００９】ぶれ補正手段として、前者のように可変頂
角プリズムや、その他のなんらかの光学的手段を用いて
撮像素子上に結像する像の段階でぶれを除去するような
方法をここでは光学的補正手段と称し、後者のようにぶ
れを含んだ画像情報を電子的に加工してぶれを除去する
方法を電子的補正手段と称する。

【００１０】一般的に、光学的補正手段は撮影レンズの
焦点距離にかかわりなく、カメラのぶれ角度として定め
られた角度以内のぶれに対しての補正が可能である。従
って、ズ−ムレンズのテレ側の焦点距離が長い場合で
も、実用上問題のないぶれ除去性能を有することが出来
る。しかし、装置全体が大きくなるという欠点を有して
いる。

【００１１】これに対して、電子的な補正手段は画面上
での例えば画面の縦寸法に対する補正率といったものが
一定である。従って、ズームレンズのテレ側の焦点距離
が長くなるにしたがって、ぶれ除去の性能は劣化する。
電子式の場合一般に小型化に対しては有利となることが
多い。

【００１２】次に可変頂角プリズムを用いたぶれ防止手
段について説明する。

【００１３】図８（Ａ）は撮影レンズの焦点距離とカメ
ラのぶれ角度との関係を画面上の被写体位置で説明した
説明図である。同図において、１３はカメラＣＡが実線
１２で示した位置にある時の撮影レンズの光軸であり、
被写体である人物１１の顔をほぼ中心にとらえているこ
とになる。この状態からａ度、手ぶれによりカメラＣＡ
が回転したとする。この時のカメラＣＡの位置は実線１
４で示す位置となり、その光軸は１５で示すようにな
る。

【００１４】図８（Ｂ），（Ｃ）は位置１２，位置１４
におけるカメラの画面位置を示しており、同図（Ｂ）は
ズ−ムレンズのテレ端での状態を、同図（Ｃ）はワイド
端での状態を示す。１６は画面内の被写体を示してお
り、１７及び１９は各々位置１２での画面を、１８及び
２０は位置１４での画面を示している。

【００１５】図８から明らかなように、同じａ度のカメ
ラぶれであっても、当然、撮影レンズの焦点距離が長い
方が、画面上のぶれとしては害が大きい。従って、特に
テレ端の焦点距離の長い撮影レンズと組み合わせるよう
なぶれ除去手段においては、可変頂角プリズムを用いる
ような光学的手段は有効なぶれ補正手段といえる。

【００１６】図９に可変頂角プリズムの構成を示す。同
図において２１と２３は透明なガラス板であり、２７は
例えばポリエチレン等の材料で作られた蛇腹部分であ
る。これらのガラス板と蛇腹で囲まれた内部に、例えば
シリコンオイル等による透明な液体２２が封入されてい
る。

【００１７】図９（Ｂ）では２枚のガラス板２１と２３
は平行な状態であり、この場合、可変頂角プリズムへの
光線２５の入射角度と出射角度は等しい。

【００１８】一方、図９（Ａ），（Ｃ）のように角度を
持つ場合にはそれぞれ光線２４，２６で示した如く光線
は或る角度をもって曲げられる。従って、カメラが手ぶ
れ等の原因により傾いた場合にその角度に相当する分光
線が曲がるように、撮影レンズの前に設けた可変頂角プ
リズムの角度（頂角）を制御することによって、ぶれを
除去している。

【００１９】図１０はこの状態を示しており、同図
（Ａ）にて可変頂角プリズムは平行状態にあり、光軸は
被写体の頭をとらえているとすると、同図（Ｂ）のよう
にａ度のぶれに対して図の様に可変頂角プリズムを駆動
して光線を曲げることにより撮影光軸は相変わらず、被
写体の頭をとらえ続けられる。

【００２０】図１１はこの可変頂角プリズムとそれを駆
動するアクチュエ−タ−部、及び角度状態を検出する頂
角センサ−を含む、可変頂角プリズムユニットの実際の
構成例を示す概略図である。実際のぶれはあらゆる方向
で出現するので、可変頂角プリズムの前側のガラス面と
後ろ側のガラス面はそれぞれ９０度ずれた方向を回転軸
として回転可能なように構成されている。ここでは添え
字ａとｂとしてこれら二つの回転方向のそれぞれの構成
部品を示しているが、同一番号のものは全く同じ機能を
有する。又ｂ側の部品は一部不図示となっている。

【００２１】４１は可変頂角プリズムの本体で、ガラス
板２１，２３、蛇腹部２７及び内部液体２２からなる。
ガラス板は保持枠２８に一体的に接着剤等を用いて取り
付けられる。保持枠２８は不図示の固定部品との間で回
転軸３３を構成しており、この軸回りに回動可能となっ
ている。

【００２２】回転軸３３ａと回転軸３３ｂとは、９０度
方向が異なっている。保持枠２８上にはコイル３５が一
体的に設けられており、一方、不図示の固定部分には、
マグネット３６、ヨ−ク３７、３８が設けられている。

【００２３】従って、コイル３５に電流を流すことによ
り可変頂角プリズムのガラス板は軸３３回りに回動す
る。保持枠２８から一体的に伸びた腕部分３０の先端に
はスリット２９があり、固定部分に設けられたｉＲＥＤ
素子等の発光素子３１と、ＰＳＤ等の受光素子４２との
間で、頂角センサ−を構成している。

【００２４】図１２にこの可変頂角プリズムを補正手段
として有するぶれ防止手段を、撮影レンズと組み合わせ
た防振レンズシステムのブロック構成図を示す。

【００２５】同図において４１は可変頂角プリズム、４
３，４４は頂角センサ−、５３，５４は頂角センサ−の
出力を増幅する検出回路部、４５はマイクロコンピュ−
タ−、４６，４７はぶれ検出手段である。マイクロコン
ピュ−タ−４５では頂角センサ−４３，４４により検出
された角度状態と、ぶれ検出手段４６，４７の検出結果
に応じてぶれを除去するのに最適な角度状態に可変頂角
プリズムの角度状態を制御するために、アクチュエ−タ
−４８，４９に通電する電流を決定する。

【００２６】尚、おもだった要素が二つのブロックより
成り立っているのは、９０度ずれた２方向のガラス板の
制御をそれぞれ単独に行なうと仮定したためである。

【００２７】可変頂角プリズムの材質の屈折率をｎ、プ
リズム頂角をσ、入射光線と出射光線の間の角度をεと
するとプリズム頂角の小さい範囲では以下の式があては
まる。

【００２８】ε＝（ｎ−１）σ 例えばｎ＝１．４の場合、可変頂角プリズムを５度傾け
ると光線は２度曲がることとなる。

【００２９】以上、可変頂角プリズムを用いたぶれ防止
手段に関して説明した。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
説明した可変頂角プリズムにおいて、従来は製作する上
で２枚のガラス板の径を同じにして同一部品としてい
た。この為、光線軌跡から考慮すると実際は物体側（光
束の入射側）のガラス板に比べて有効径の小さくてすむ
像側（光束の射出側）のガラス板まで不必要に大きくな
ってしまい、プリズム装置、即ち防振ユニットそのもの
が大型化してくるという問題点があった。

【００３１】本発明はぶれ補正を行った際の光線軌跡値
から透明部材に必要な有効径を算出し、その結果に応じ
て像面側の透明部材の外径を小さくすることによって、
可変頂角プリズムの駆動に必要なアクチュエーターやセ
ンサー等の配置を適切に設定し、装置全体の小型化を図
った可変頂角プリズム装置及びそれを有した撮影系の提
供を目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明の可変頂角プリズ
ム装置は、光学的に透明な物質を透明な２つの光学部材
で挟持して形成した空間内に封入し、外部からの付勢力
で該２つの光学部材のうち少なくとも一方を回動させて
任意のプリズム頂角を形成してプリズム作用を有するよ
うに構成した可変頂角プリズム装置において、該２つの
光学部材のうち光束の射出側の光学部材の外径を光束の
入射側の光学部材の外径よりも小さくしたことを特徴と
している。

【００３３】又本発明の可変頂角プリズム装置を有した
撮影系は、光学的に透明な物質を透明な２つの光学部材
で挟持して形成した空間内に封入し、外部からの付勢力
で該２つの光学部材のうち少なくとも一方を回動させて
任意のプリズム頂角を形成してプリズム作用を有するよ
うに構成した可変頂角プリズム装置を撮影レンズの前方
に設け、該２つの光学部材の基準状態での間隔をｄ、該
物質の屈折率をｎ、該撮影レンズの半画角をω、該２つ
の光学部材のうち光束の射出側の光学部材の後面と該撮
影レンズの入射瞳面との間隔をＬ、光束の射出側の光学
部材と光束の入射側の光学部材が光軸の法線方向となす
角を各々σ１，σ２、該光束の射出側の光学部材と光束
の入射側の光学部材の外径を各々ＥＡｉｍｇ，ＥＡｏｂ
ｊとしたとき

【００３４】

【数２】 （但しθはｓｉｎ（ω−σ１）＝ｎ・ｓｉｎ（θ−σ
１）で決まる角度）なる条件を満足することを特徴とし
ている。

【００３５】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部断面図であ
る。

【００３６】図中１，２は各々光学部材であり、透明な
平行平面板より成るガラス板やプラスチック板等の透明
部材より成っている。３は伸縮可能なゴム等の弾性部材
であり、透明部材１，２の周囲に粘着し、内部空間を密
封している。

【００３７】透明部材１，２は互いに数ｍｍ程度の間隔
で対向配置している。４は透明な所定の屈折率を有した
液体又は粘性のある物質であり、透明部材１，２と弾性
部材３とで形成される空間内に封入されている。

【００３８】これらの各要素１，２，３，４は可変頂角
プリズム装置１１の一部を構成している。

【００３９】透明部材１，２の少なくとも一方は外部か
らの付勢力により各々独立に回動可能となっている。例
えば透明部材１は点１ａ又は点１ｂを回転軸として回動
可能となっている。これにより２つの透明部材１，２と
で任意のプリズム頂角を有した可変プリズムを形成して
いる。

【００４０】本実施例ではこのような構成の可変頂角プ
リズム装置１１を撮影レンズ５の一部（例えば前方）に
装着して画像がぶれたとき、そのぶれ量に応じてプリズ
ム頂角を変えて通過光束を所定量偏向させて防振効果を
得ている。

【００４１】本実施例では可変頂角プリズム装置１１を
撮影レンズ５の前方に装着したときの軸外光束Ｌ１の光
線追跡を行い、透明部材１，２の軸該光束Ｌ１が通過す
る高さを求め、これより２つの透明部材１，２の有効径
を求めている。

【００４２】例えば撮影レンズがズームレンズのときは
軸外光束が透明部材の最も高くなるズーム位置を基準に
して求めている。

【００４３】これにより本実施例では２つの透明部材
１，２のうち光束の射出側の透明部材２の外径が光束の
入射側の透明部材１の外径に比べて軸外光束がけられな
い範囲内で小さくなるようにしている。

【００４４】そして小さくした透明部材２の周囲に生じ
た空間内にアクチュエーター等の可変頂角プリズム装置
として必要な要素を収納している。これにより装置全体
の小型化を図っている。

【００４５】次に可変頂角プリズム装置１１を撮影レン
ズ５の前方に装着したときの透明部材１，２の有効径及
びそれに伴う外径の決め方について説明する。

【００４６】本実施例においては図２に示す様に撮影レ
ンズ系５の入射瞳位置６と画角２ωより決まる最軸外の
主光線７が頂角のついた可変頂角プリズム装置１１に入
射したときの透明部材１，２を通過する光束の入射高に
基づいて有効径を定めている。このときの有効径の計算
は、透明部材１，２の材質の屈折率が内部液体４の屈折
率と近いことから透明部材１，２の厚みを無視してい
る。

【００４７】そして前記可変頂角プリズム装置１１の光
軸で厚みをｄ、液体４及び透明部材１，２の材質の屈折
率をｎ、撮影レンズ系５の半画角をω、前記可変頂角プ
リズム装置１１の後面１１ｂと撮影レンズ系５の入射瞳
面６との距離をＬ、前記透明部材２の像面側の面１１ｂ
が光軸の法線方向となす最大角をσ１、物体側の面１１
ａが光軸の法線となす最大角をσ２としたとき像側の透
明部材２での主光線の高さｈｉｍｇ及び物体側の透明部
材１での主光線の高さｈｏｂｊの最大値はそれぞれ、以
下のように算出される。

【００４８】（但し、σ１，σ２は像側もしくは物体側
の透明部材が受け持っているヨーイング及びピッチング
方向の振れ角の最大値から、その画面対角方向の成分を
算出したものであり、必ずしも２つの透明部材が同一方
向に回動するものではない。）

【００４９】

【数３】 （但しθはｓｉｎ（ω−σ１）＝ｎ・ｓｉｎ（θ−σ
１）で決まる可変頂角プリズム装置内の光線が光軸とな
す角度） 本実施例では以上の各式に基づいて２つの透明部材１，
２の有効系は必要な光束の幅分を考えて主光線の高さよ
り大きくしている。次に本実施例の具体的な数値例及び
それに基づく要部断面図を図３に示す。

【００５０】 σ１＝３° σ２＝５° ω＝２７° （θ＝１８．５５９°） ｄ＝１０．００ｍｍ Ｌ＝１３．２１ｍｍ であり、このとき高さｈｉｍｇ、ｈｏｂｊは ｈｉｍｇ＝ ６．９２ｍｍ ｈｏｂｊ＝１０．８０ｍｍ となる。

【００５１】本実施例では以上のようにして求めた高さ
ｈｉｍｇ，ｈｏｂｊを基にして透明部材１，２の外径寸
法を決定している。

【００５２】そして光束射出側の透明部材２の外径を小
さくしたことにより空間が生じる。このとき生じる空間
の有効利用を図ることにより装置全体の小型化を図って
いる。

【００５３】次に本発明の可変頂角プリズム装置の具体
的構成について説明する。

【００５４】図４は本発明の可変頂角プリズム装置の要
部断面図である。同図において透明部材１，２は枠体６
１，６２に接着されており、この枠体６１，６２に蛇腹
部分の弾性部材３が溶着されている。また保持枠２８
ａ，２８ｂは、この枠体６１，６２に一体的に固定され
ると共に、この保持枠２８ａ，２８ｂには一体的に回転
軸部分６３及び６４が設けられている。６５は外側の鏡
筒部分で軸受け穴を有し、軸６３，６４が嵌ることによ
り回転軸を構成している。

【００５５】本実施例における鏡筒部分６５の外径寸法
は光入射側の外径がＤ１、光射出側の外径寸法がＤ２
で、双方はＤ１＞Ｄ２となっている。このように可変頂
角プリズム装置１１の前部と後部の外径を異ならしめる
ことによって、発生した空間を利用する例を図５〜図７
に示す。図５〜図７ではこの空間にマニュアルフォーカ
ス等の操作環を設けている。

【００５６】図５では透明部材２の外径の周囲に操作環
６６を回転自在に構成している。この操作環６６の後端
部には図６で示すような櫛歯部分７２が構成してあり、
この櫛歯をはさんで配置された、センサーユニット６８
により操作環６６の回転を検出している。ここでセンサ
ーユニット６８内には、発光素子部６９と受光素子部７
０が設けられている。

【００５７】図７はこの操作環６６を回転したときに得
られるセンサーユニット６８からの出力特性を示してい
る。この出力波形に対して例えば１つのしきい値を設
け、この値と出力値が等しくなった回数をレンズの移動
量に置き換えることにより例えばマニュアルフォーカス
として機能させている。

【００５８】尚、本実施例において光射出側の透明部材
２の外周部の空間内に操作環の他にぶれ検出センサーや
電気基板等を設けてもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、ぶれ補正
を行った際の光線軌跡値から透明部材に必要な有効径を
算出し、その結果に応じて像面側の透明部材の外径を小
さくすることによって、可変頂角プリズムの駆動に必要
なアクチュエーターやセンサー等の配置を適切に設定
し、装置全体の小型化を図った可変頂角プリズム装置及
びそれを有した撮影系を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部断面図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 本発明の実施例１の数値実施例の説明図

【図４】 本発明の可変頂角プリズム装置の実施例１
の要部断面図

【図５】 本発明の可変頂角プリズム装置の実施例２
の要部断面図

【図６】 図５の一部分の説明図

【図７】 図５のセンサーユニットからの出力信号の
説明図

【図８】 カメラのぶれと画像のぶれとの関係を示す
説明図

【図９】 プリズム頂角と通過光束との関係を示す説
明図

【図１０】 カメラの前方に可変頂角プリズムを配置
したときの概略図

【図１１】 可変頂角プリズムを駆動させるアクチュ
エーターの要部概略図

【図１２】 可変頂角プリズムを用いた防振システム
のブロック図

【符号の説明】

１，２ ガラス板 ３ 弾性部材 ４ 液体 １ａ，１ｂ 回転軸 ５ 撮影レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的に透明な物質を透明な２つの光学
   部材で挟持して形成した空間内に封入し、外部からの付
   勢力で該２つの光学部材のうち少なくとも一方を回動さ
   せて任意のプリズム頂角を形成してプリズム作用を有す
   るように構成した可変頂角プリズム装置において、該２
   つの光学部材のうち光束の射出側の光学部材の外径を光
   束の入射側の光学部材の外径よりも小さくしたことを特
   徴とする可変頂角プリズム装置。
2. 【請求項２】 光学的に透明な物質を透明な２つの光学
   部材で挟持して形成した空間内に封入し、外部からの付
   勢力で該２つの光学部材のうち少なくとも一方を回動さ
   せて任意のプリズム頂角を形成してプリズム作用を有す
   るように構成した可変頂角プリズム装置を撮影レンズの
   前方に設け、該２つの光学部材の基準状態での間隔を
   ｄ、該物質の屈折率をｎ、該撮影レンズの半画角をω、
   該２つの光学部材のうち光束の射出側の光学部材の後面
   と該撮影レンズの入射瞳面との間隔をＬ、光束の射出側
   の光学部材と光束の入射側の光学部材が光軸の法線方向
   となす角を各々σ１，σ２、該光束の射出側の光学部材
   と光束の入射側の光学部材の外径を各々ＥＡｉｍｇ，Ｅ
   Ａｏｂｊとしたとき 【数１】 （但しθはｓｉｎ（ω−σ１）＝ｎ・ｓｉｎ（θ−σ
   １）で決まる角度）なる条件を満足することを特徴とす
   る可変頂角プリズム装置を有した撮影系。