JPH09251127A - 手振れ補正用光学系及びそれを用いたズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手振れ時の画像の揺れを補正する、手振れ補
正用光学系を２枚という少ないレンズ枚数で実現する。 【解決手段】 物体側から順に負のパワーを有する第１
レンズ１と、正のパワーを有する第２レンズ２でアフォ
ーカル系を構成し、手振れ時には第１レンズ１及び／又
は第２レンズ２を回動させ、手振れ時の像の揺れを補正
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、ビデオカメラなど
に用いられ、手振れ、振動等によって生じる像の振れを
光学的に補正する手振れ補正用光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビデオカメラ等の撮影系に
は、手振れなどの振動を防ぐ振れ防止機能が必須となっ
ており、様々なタイプの防振光学系が提案されている。
例えば、特公昭５６−４０８０４号公報には、撮影系の
一部に平凸又は平凹レンズを配置し、このレンズの曲率
中心を回転中心として回動させることにより、振動に対
して空間的に固定させ、そのとき生じるプリズム作用を
利用することにより撮影画像を偏向させ、結像面上で静
止画像を得る方法（以下、第１の従来例と称する）が提
案されている。

【０００３】また、特開平２−２３８４３０号公報に
は、物体側より順に負の屈折力を持つ第１群と正の屈折
力を持つ第２群からなるアフォーカル系で構成され、第
１群の焦点距離をｆ１としたときに第２群の像側主点か
ら像面側に（−ｆ１）だけ離れた光軸上の点を支点とし
て第２群を回動させることにより手振れの補正を行う方
法（以下、第１の従来例と称する）が提案されている。

【０００４】さらに、特開平６−２８１８８９号公報に
は、凹面を有する第１レンズと凸面を有する第２レンズ
からなり、第１レンズの凹面と第２レンズの凸面が互い
に向かい合い、かつ略等しい曲率を有し、その曲率中心
が略一致した光学系が示されている。第１レンズ及び第
２レンズのいずれか一方のレンズ又は両方のレンズを前
記の曲率中心を中心として回動させることにより手振れ
の補正を行っている（以下、第３の従来例と称する）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来例では複数枚のレンズが必要であり、光学系が大き
くなるという問題点を有する。また、コストの面でも不
利である。第２の従来例では、回動レンズの曲率中心か
ら大きく離れた位置を回動中心としているために、回動
レンズを支える支柱が長くなり、光学系をコンパクト化
することが困難であるという問題点を有する。第３の従
来例では、回動レンズの曲率中心でレンズを回動させる
ため光学系をコンパクトに構成することができるが、回
動中心を曲率中心に固定してしまうためにレンズ設計上
の制約が大きい。また、第１レンズと第２レンズの向か
い合った面の曲率半径を略同じにしているため、レンズ
の高性能化が困難である。

【０００６】本発明は上記従来例の問題点を解決するた
めになされたものであり、簡単な構成でかつ高性能が得
られる手振れ補正用光学系及びそれを用いたズームレン
ズを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の手振れ補正用光学系は、主レンズ系の前面
に装着され、物体側から順に負のパワー有する第１レン
ズと正のパワーを有する第２レンズの２枚のレンズで構
成されるアフォーカル光学系であって、前記第１レンズ
の像側の面と前記第２レンズの物体側の面は異なる曲率
半径及び異なる曲率中心を有し、前記第１レンズ及び前
記第２レンズの少なくとも一方を前記（数１）に示す条
件（１）及び（２）のいずれかで回動させることにより
振れ補正を行う。

【０００８】また、本発明の他の手振れ補正用光学系
は、主レンズ系の前面に装着され、物体側から順に正の
パワー有する第１レンズと負のパワーを有する第２レン
ズの２枚のレンズで構成されるアフォーカル光学系であ
って、前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの物
体側の面は異なる曲率半径及び異なる曲率中心を有し、
前記第１レンズ及び前記第２レンズの少なくとも一方を
前記（数２）に示す条件（３）及び（４）のいずれかで
回動させることにより振れ補正を行う。

【０００９】上記各構成において、前記第１レンズ及び
前記第２レンズの少なくとも１面は非球面であることが
好ましい。また、上記各構成において、前記第１レンズ
の回動中心及び／又は前記第２レンズの回動中心が前記
主レンズ系の絞りより物体側に位置することが好まし
い。

【００１０】また、上記各構成において、アフォーカル
倍率が１倍であることが好ましい。

【００１１】また、上記各構成において、前記第１レン
ズが固定され、前記第２レンズを回動させることにより
振れの補正を行うことが好ましい。また、前記第１レン
ズが非球面を含み、前記第２レンズが球面であることが
好ましい。

【００１２】また、前記第２レンズの物体側の面の曲率
中心を回動中心とすることが好ましい。また、前記第１
レンズ及び前記第２レンズを樹脂によって構成したこと
が好ましい。

【００１３】一方、本発明のズームレンズは、上記いず
れかの構成を有する手振れ補正用光学系を主レンズ系の
前面に装着したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の手振れ補正用光学系
及びそれを用いたズームレンズの第１の実施形態を図１
及び図２を用いて説明する。図１は第１の実施形態にお
ける手振れ補正用光学系を示す図であり、図２は図１に
示す手振れ補正用光学系を用いたズームレンズの構成を
示す図である。

【００１５】図１に示す手振れ補正用光学系は、負のパ
ワー有する第１レンズ１と正のパワー有する第２レンズ
２を具備し、全体としてアフォーカル系を構成する。手
振れ補正を行う場合、図中の１点鎖線で示すように第１
レンズ１及び第２レンズ２のいずれか一方、もしくは両
方回動させ、手振れ時の像の振れを補正する。図１中、
Ｐ１は第１レンズ１の回動中心であり、Ｐ２は第２レン
ズ２の回動中心である。また、Ｌ１は第１レンズ１の像
側の面１ａから第１レンズの回動中心Ｐ１までの距離、
Ｌ２は第２レンズ２の物体側の面２ａから第２レンズの
回動中心Ｐ２までの距離、Ｒ１は第１レンズ１の像側の
面１ａの曲率半径、及びＲ２は第２レンズ２の物体側の
面２ａの曲率半径を表す。ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、
Ｒ２はそれぞれ以下の（数３）に示す条件を満足してい
る。

【００１６】

【数３】

【００１７】なお、第１レンズ１及び第２レンズ２の各
面が全て球面であってもよく、又は少なくとも１面が非
球面であってもよい。後者の場合、非球面の曲率半径
は、光軸近傍（近軸領域）の曲率半径とする。上記（数
３）に示す条件（１）及び／又は（２）において、も
し、Ｌ１及び／又はＬ２が上限を越えると、回動する第
１レンズ１及び／又は第２レンズ２を支える支柱が長く
なり、レンズ鏡筒が大型化する。一方、下限を越えると
補正時の回動量を大きくする必要があり、レンズを回動
させる駆動系の負担が大きくなる。従って、上記条件
（１）及び／又は（２）を満足することが好ましい。

【００１８】また、図１に示す手振れ補正用光学系はア
フォーカル光学系であるため、コンバージョンレンズと
して、既存のズームレンズ等の主レンズ系の前面に装着
することができる。特に、アフォーカル倍率を１倍とす
ることにより、主レンズ系の基本的な仕様を変更するこ
となく、手振れ補正用の光学系を装着することができ
る。

【００１９】図２に示す手振れ補正用光学系を装着した
ズームレンズにおいて、第１レンズ１の回動中心Ｐ１及
び第２レンズ２の回動中心Ｐ２は、主レンズ系の絞り１
０よりも前（物体側）に設定されている。一般に、ビデ
オカメラ等の光学ユニットは、絞り１０より像面１１側
にアイリスモーターやズームモーター等（図示せず）が
装着されている。そのため、絞り１０より物体側に回動
中心Ｐ１，Ｐ２を設定することにより、鏡筒構造をシン
プルに構成することができる。また、回動する第１レン
ズ１及び／又は第２レンズ２を支える支柱が短くなるの
で、鏡筒の小型化に有利である。

【００２０】（第２の実施形態）次に、本発明の手振れ
補正用光学系及びそれを用いたズームレンズの第２の実
施形態を図３及び図４を用いて説明する。図３は第２の
実施形態における手振れ補正用光学系を示す図であり、
図４は図３に示す手振れ補正用光学系を用いたズームレ
ンズの構成を示す図である。

【００２１】図３に示す手振れ補正用光学系は、正のパ
ワー有する第１レンズ３と負のパワー有する第２レンズ
４を具備し、全体としてアフォーカル系を構成する。手
振れ補正を行う場合、図中の１点鎖線で示すように第１
レンズ３及び第２レンズ４のいずれか一方、もしくは両
方回動させ、手振れ時の像の振れを補正する。図３中、
Ｐ３は第１レンズ３の回動中心であり、Ｐ４は第２レン
ズ４の回動中心である。また、Ｌ３は第１レンズ３の物
体側の面３ａから第１レンズ３の回動中心Ｐ３までの距
離、Ｌ４は第２レンズ４の像側の面４ａから第２レンズ
４の回動中心Ｐ４までの距離、Ｒ３は第１レンズ３の物
体側の面３ａの曲率半径、及びＲ４は第２レンズ４の像
側の面４ａの曲率半径を表す。ここで、Ｌ３、Ｌ４、Ｒ
３、Ｒ４はそれぞれ以下の（数４）に示す条件を満足し
ている。

【００２２】

【数４】

【００２３】なお、第１レンズ３及び第２レンズ４の各
面が全て球面であってもよく、又は少なくとも１面が非
球面であってもよい。後者の場合、非球面の曲率半径
は、光軸近傍（近軸領域）の曲率半径とする。上記（数
４）に示す条件（３）及び／又は（４）において、も
し、Ｌ３及び／又はＬ４が上限を越えると、回動する第
１レンズ３及び／又は第２レンズ４を支える支柱が長く
なり、レンズ鏡筒が大型化する。一方、下限を越えると
補正時の回動量を大きくする必要があり、レンズを回動
させる駆動系の負担が大きくなる。従って、上記条件
（３）及び／又は（４）を満足することが好ましい。

【００２４】また、図３に示す手振れ補正用光学系はア
フォーカル光学系であるため、コンバージョンレンズと
して、既存のズームレンズ等の主レンズ系の前面に装着
することができる。特に、アフォーカル倍率を１倍とす
ることにより、主レンズ系の基本的な仕様を変更するこ
となく、手振れ補正用の光学系を装着することができ
る。

【００２５】図４に示す手振れ補正用光学系を装着した
ズームレンズにおいて、第１レンズ３の回動中心Ｐ３及
び第２レンズ４の回動中心Ｐ４は、主レンズ系の絞り１
０よりも前（物体側）に設定されている。一般に、ビデ
オカメラ等の光学ユニットは、絞り１０より像面１１側
にアイリスモーターやズームモーター等（図示せず）が
装着されている。そのため、絞り１０より物体側に回動
中心Ｐ３，Ｐ４を設定することにより、鏡筒構造をシン
プルに構成することができる。また、回動する第１レン
ズ３及び／又は第２レンズ４を支える支柱が短くなるの
で、鏡筒の小型化に有利である。

【００２６】（第３の実施形態）次に、本発明の手振れ
補正用光学系の第３の実施形態を図５及び図６を用いて
説明する。図５は第３の実施形態における手振れ補正用
光学系を示す図であり、図６は図５に示す手振れ補正用
光学系を用いたズームレンズの構成を示す図である。上
記第１及び第２の実施形態においては、第１レンズ１，
３及び第２レンズ２，４のいずれか一方又は両方を回動
させるように構成したが、第３の実施形態では第１レン
ズ５を固定し、第２レンズ６を回動させるように構成し
ている。

【００２７】一般に、光学系の一部のレンズを光軸を含
む面上で回動させる場合、一定の画像範囲を確保する
（けられを防止する）ため、回動するレンズの有効径を
その移動量の分だけ大きくする必要がある。そのため、
有効径の最も大きい第１レンズ５を固定する方が光学系
のコンパクト化には有利である。レンズの回動に伴い、
回動するレンズ（この場合、第２レンズ６）に入射する
光線の位置が変化するため、第２レンズ６に非球面を導
入すると収差性能の変化が大きくなる。そのため、第２
レンズ６を球面系で構成している。さらに、回動中心Ｐ
６を第２レンズ６の第１面の曲率中心に設定しているた
め、回動量に関わらず第１レンズ５と第２レンズ６の間
隔Ｄは一定となる。なお、レンズを回動させる場合、ガ
ラスよりも比重の小さい樹脂を用いて回動するレンズを
構成する方が駆動系への負担を小さくすることができ、
消費電力も少ない。

【００２８】

【実施例１】次に、上記第１の実施形態の手振れ補正用
光学系の実施例１のレンズデータを（表１）に示す。表
１に示す手振れ補正用の光学系は、第１レンズ１が負の
パワーを有する第１面が非球面の非球面レンズ、第２レ
ンズ２が正のパワーを有する球面レンズで構成した。第
２レンズ２の第１面の曲率中心を回動中心Ｐ２とし、第
１レンズ１を固定し、第２レンズ２のみを回動させるこ
とにより手振れの補正を行い、かつ、回動中心Ｐ２を主
レンズ系の絞り１０よりも物体側に位置させた。また、
全体としてアフォーカル系であり、アフォーカル倍率は
１倍である。材料は、屈折率が１．５程度の樹脂を用い
た。なお、（表１）中、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄは
レンズの肉厚又はレンズ間の空気間隔、ｎは各レンズの
ｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線に対するアッ
ベ数である。また、非球面形状を（数５）で定義してい
る。また、第１レンズ１の第１面の非球面データを（数
６）に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】

【実施例２】次に、上記第１の実施形態の手振れ補正用
光学系の実施例２のレンズデータを（表２）に示す。表
２に示す手振れ補正用の光学系は、第１レンズ１が負の
パワーを有する両面非球面レンズ、第２レンズ２が正の
パワーを有する球面レンズで構成した。その他は上記実
施例１の場合と同様である。また、第１レンズ１の第１
面及び第２面のの非球面データを（数７）に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【数７】

【００３５】次に、一般的なズームレンズにおけるズー
ミングにより可変な空気間隔の一例として、手振れ補正
用光学系を装着した際のレンズ先端から測って２ｍ位置
の物点の時の値を（表３）に示す。（表３）において、
標準位置は、第４レンズ群の１４が第３レンズ群の１３
に最 接近するズーム位置である。また、ズームレンズ
の第８面、第１２面、第１３面及び第１６面の非球面デ
ータを（数８）に示す。また、（表１）及び（表２）に
示す手振れ補正用光学系を（表３）に示すズームレンズ
に装着した際の広角端と標準位置、望遠端における焦点
距離（ｆ）、Ｆナンバー（Ｆ／ＮＯ）、入射半画角
（ω）、空気間隔（＊１〜＊４）を（表４）に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【数８】

【００３８】

【表４】

【００３９】次に、（表１）に示す実施例１の手振れ補
正用光学系を（表３）に示すズームレンズに装着した場
合の広角端、標準位置、望遠端における収差性能を、そ
れぞれ図７から図９に示す。また、（表２）に示す実施
例２の手振れ補正用光学系を（表３）に示すズームレン
ズに装着した場合の広角端、標準位置、望遠端における
収差性能を、それぞれ図１０から図１２に示す。なお、
各図中、（ａ）は球面収差を示す図であり、実線はｄ線
に対する値、点線は正弦条件を示す。また、（ｂ）は非
点収差を示す図であり、実線はサジタル像面湾曲、点線
はメリディオナル像面湾曲を示す。（ｃ）は歪曲収差を
示す図である。（ｄ）は軸上色収差を示す図であり、実
線はｄ線、点線はＦ線、波線はＣ線に対する値を示す。
（ｅ）は倍率色収差を示す図であり、点線はＦ線、波線
はＣ線に対する値を示す。各図に示すように、いずれの
場合も、広角端から望遠端にかけて良好な収差性能を有
していることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の手振れ補正用光
学系は、物体側から順に負のパワー有する第１レンズと
正のパワーを有する第２レンズの２枚のレンズで構成さ
れるアフォーカル光学系、又は物体側から順に正のパワ
ー有する第１レンズと負のパワーを有する第２レンズの
２枚のレンズで構成されるアフォーカル光学系であるの
で、手振れ補正用光学系をコンバージョンレンズとし
て、既存のズームレンズ等の主レンズ系の前面に装着す
ることができる。

【００４１】また、第１レンズの像側の面と第２レンズ
の物体側の面は異なる曲率半径及び異なる曲率中心を有
し、第１レンズ及び第２レンズの少なくとも一方を前記
（数１）又は（数２）に示す条件（１）及び（２）又は
（３）及び（４）のいずれかで回動させることにより、
回動する第１レンズ及び／又は第２レンズを支える支柱
はそれほど長くはならず、レンズ鏡筒を大型化させるこ
ともない。また、補正時のレンズの回動量もそれほど大
きくはく、レンズを回動させる駆動系の負担を小さくす
ることができる。

【００４２】また、第１レンズ及び第２レンズの少なく
とも１面を非球面とすることにより、収差を良好に補正
した光学性能の優れた手振れ補正用光学系を得ることが
できる。

【００４３】また、第１レンズの回動中心及び／又は第
２レンズの回動中心を主レンズ系の絞りより物体側に位
置することにより、ビデオカメラ等に装着された場合に
おける他の構成部品、例えばアイリスモーターやズーム
モーター等の配置に影響を与えることがなく、鏡筒構造
をシンプルにすることができる。また、アフォーカル倍
率を１倍とすることにより、主レンズ系の基本的な仕様
を変更することなく、手振れ補正用の光学系を装着する
ことができる。

【００４４】また、第１レンズを固定し第２レンズ回動
させることにより、最も大きな有効系を必要とする第１
レンズの有効系を必要最小の大きさにすることができ、
光学系のコンパクト化を図ることができる。一般に、回
動に伴いレンズに入射する光線の位置が変化するため、
回動するレンズに非球面を導入すると収差性能の変化が
大きくなる。しかし、第１レンズが非球面を含み、第２
レンズを球面とすることにより、第１レンズで収差を良
好に補正することに加えて、第２レンズの回動による収
差性能の変化を小さくすることができる。また、第２レ
ンズの物体側の面の曲率中心を回動中心とすることによ
り、第１レンズと第２レンズの間隔が一定となり、光学
系をコンパクト化することができる。また、第１レンズ
及び第２レンズを樹脂によって構成することにより、手
振れ補正用光学系の駆動系への負担を小さくすることが
できる。

【００４５】一方、本発明のズームレンズは、上記いず
れかの構成を有する手振れ補正用光学系を主レンズ系の
前面に装着したものであるので、ズームレンズの主レン
ズ系の基本的な仕様に変更を加えることなく、従来から
用いられているズームレンズに手振れ補正機能をもたせ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の手振れ補正用光学系の第１の実施形態
の構成を示す断面図

【図２】本発明の手振れ補正用光学系を用いたズームレ
ンズの第１の実施形態の構成を示す断面図

【図３】本発明の手振れ補正用光学系の第２の実施形態
の構成を示す断面図

【図４】本発明の手振れ補正用光学系を用いたズームレ
ンズの第２の実施形態の構成を示す断面図

【図５】本発明の手振れ補正用光学系の第３の実施形態
の構成を示す断面図

【図６】本発明の手振れ補正用光学系を用いたズームレ
ンズの第３の実施形態の構成を示す断面図

【図７】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズーム
レンズの実施例１の広角端における収差図

【図８】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズーム
レンズの実施例１の標準位置における収差図

【図９】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズーム
レンズの実施例１の望遠端における収差図

【図１０】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズー
ムレンズの実施例２の広角端における収差図

【図１１】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズー
ムレンズの実施例２の標準位置における収差図

【図１２】本発明の手振れ補正用光学系を装着したズー
ムレンズの実施例２の望遠端における収差図

【符号の説明】

１ ：第１レンズ １ａ：第１レンズの像側の面 ２ ：第２レンズ ２ａ：第２レンズの物体側の面 ３ ：第１レンズ ３ａ：第１レンズの物体側の面 ４ ：第２レンズ ４ａ：第２レンズの像側の面 １０ ：絞り １１ ：像面 Ｐ１ ：第１レンズ１の回動中心 Ｐ２ ：第２レンズ２の回動中心 Ｌ１ ：第１レンズ１の像側の面１ａから回動中心Ｐ１
までの距離 Ｌ２ ：第２レンズ２の物体側の面２ａから回動中心Ｐ
２までの距離 Ｒ１ ：第１レンズ１の像側の面１ａの曲率半径 Ｒ２ ：第２レンズ２の物体側の面２ａの曲率半径 Ｐ３ ：第１レンズ１の回動中心 Ｐ４ ：第２レンズ２の回動中心 Ｌ３ ：第１レンズ３の物体側の面３ａから回動中心Ｐ
３までの距離 Ｌ４ ：第２レンズ４の像側の面４ａから回動中心Ｐ４
までの距離 Ｒ３ ：第１レンズ３の物体側の面３ａの曲率半径 Ｒ４ ：第２レンズ４の像側の面４ａの曲率半径

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主レンズ系の前面に装着され、物体側か
   ら順に負のパワー有する第１レンズと正のパワーを有す
   る第２レンズの２枚のレンズで構成されるアフォーカル
   光学系であって、前記第１レンズの像側の面と前記第２
   レンズの物体側の面は異なる曲率半径及び異なる曲率中
   心を有し、前記第１レンズ及び前記第２レンズの少なく
   とも一方を以下の（数１）に示す条件（１）及び（２）
   のいずれかで回動させることにより振れ補正を行う手振
   れ補正用光学系。 【数１】
2. 【請求項２】 主レンズ系の前面に装着され、物体側か
   ら順に正のパワー有する第１レンズと負のパワーを有す
   る第２レンズの２枚のレンズで構成されるアフォーカル
   光学系であって、前記第１レンズの像側の面と前記第２
   レンズの物体側の面は異なる曲率半径及び異なる曲率中
   心を有し、前記第１レンズ及び前記第２レンズの少なく
   とも一方を以下の（数２）に示す条件（３）及び（４）
   のいずれかで回動させることにより振れ補正を行う手振
   れ補正用光学系。 【数２】
3. 【請求項３】 前記第１レンズ及び前記第２レンズの少
   なくとも１面は非球面である請求項１又は２に記載の手
   振れ補正用光学系。
4. 【請求項４】 前記第１レンズの回動中心及び／又は前
   記第２レンズの回動中心が前記主レンズ系の絞りより物
   体側に位置する請求項１から３のいずれかに記載の手振
   れ補正用光学系。
5. 【請求項５】 アフォーカル倍率が１倍である請求項１
   から４のいずれかに記載の手振れ補正用光学系。
6. 【請求項６】 前記第１レンズが固定され、前記第２レ
   ンズを回動させることにより振れの補正を行う請求項１
   から５のいずれかに記載の手振れ補正用光学系。
7. 【請求項７】 前記第１レンズが非球面を含み、前記第
   ２レンズが球面である請求項６記載の手振れ補正用光学
   系。
8. 【請求項８】 前記第２レンズの物体側の面の曲率中心
   を回動中心とする請求項６又は７に記載の手振れ補正用
   光学系。
9. 【請求項９】 前記第１レンズ及び前記第２レンズを樹
   脂によって構成した請求項１から８のいずれかに記載の
   手振れ補正用光学系。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかの手振れ補
    正用光学系を搭載したズームレンズ。