JPH10186434A

JPH10186434A - 手振れ補正装置

Info

Publication number: JPH10186434A
Application number: JP8344000A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Momochi; 伸元百地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】一方のレンズを回動したときの他方のレンズの
ズレを補正する。【解決手段】球面レンズ３、４をその球面を対向させた
頂角可変プリズム２が光学系の前面にある。撮像装置の
光軸に対する直交２軸方向の振れがセンサ２０３、２０
４で検出されその出力でレンズ３、４の回転角を調整し
たとき、このセンサ出力を利用してレンズ４、３の回転
角が補正される。レンズが全く動いていないときは、Ｄ
ｘ＝Ｄｙ＝０。このとき、手振れによりｘ軸方向にカメ
ラ本体がぶれると信号Ｌｘが得られ、その補正用光軸補
正信号Ｓｘが生成される。信号Ｓｘによるレンズ３の回
動でφだけ傾くとＤｘが得られ、これによる信号Δψで
レンズ４を回転させる。レンズ４が既に傾いているとそ
の差分Ｓｙ＝Δψ−Ｄｙでレンズ４が補正される。ｙ軸
にも手振れがあるとＬｙが得られるのでレンズ４に加え
る信号Ｓｙは、Ｓｙ＝Ｌｙ−Ｄｙ＋Δψとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚の球面レンズ
をその球面同士が互いに対向するようにして配置されて
構成されたダブレット型頂角可変プリズムを使用した手
振れ補正装置に関する。詳しくは、平凹と平凸２枚のレ
ンズの各球面中心を中心として微小回転してプリズムの
頂角を可変することによってその光軸を可変できるよう
にすると共に、レンズ外縁付近の１点とレンズ球面中心
とを通る直線上にレンズの回転軸を選んだときに発生す
る２レンズ間における回転角のズレを補正できるように
したものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビカメラ撮影時にカメラに伝
わる振動（手振れ）により撮影画像が揺れることを抑制
するため手振れ補正装置が設けられている。これは、テ
レビカメラ内にカメラ本体の角度姿勢を検知する検出セ
ンサ（角速度検出センサや加速度検出センサなど）を取
り付け、その出力に応じてカメラ撮影レンズの光路に配
置された可変プリズム（手振れ補正装置）の頂角を可変
して光軸を傾けることによって、カメラ本体の揺動によ
る画像の揺れをキャンセルするようにしたものである。

【０００３】このような手振れ補正装置としては例えば
「特開昭６１‐２６９５７２号公報」などが知られてい
る。この手振れ補正装置として使用されている頂角可変
プリズムは、レンズ光軸内に特殊な液体を板ガラスで挟
んで封入し、一方の板ガラスの角度姿勢を変えることで
プリズムの頂角を変化させ、これにより光軸をカメラの
揺れた角度だけ補正するようにしたものである。

【０００４】このような液体封入型の頂角可変プリズム
では、板ガラスとこれを結合する蛇腹の間に液体が封入
されているため、坂ガラスの角度を変えるとき、封入液
体が粘性抵抗として働き、高速の振れ追従をさせにくい
という欠点がある。

【０００５】この問題を解決する手段として、一対の球
面レンズを組み合わせたダブレット型頂角可変プリズム
が考えられる。図３を参照してこの頂角可変プリズムの
原理を説明する。

【０００６】同図Ａに示すクサビ形プリズム１は屈折率
ｎ、頂角αであり、このクサビ形プリズム１では入射光
軸Ｆに対して出射光軸Ｆ１に屈折角θが発生する。屈
折角θと頂角αの関係は、 θ＝（ｎ−１）α ・・・・（１）のように表わされる。

【０００７】これに対してこの発明が適用される頂角可
変プリズム２は同図Ｂに示すように、一対の球面レンズ
本例では平凹球面レンズ３と平凸球面レンズ４で構成さ
れ、それらの球面３ａ、４ａ間に僅かな隙間５を保って
対向させる。平凹レンズ３と平凸レンズ４の屈折率ｎ及
び球面３ａ、４ａの曲率半径は略等しくなされている。

【０００８】この頂角可変プリズム２は、同図Ｂに点線
で示すように、平凹レンズ３と平凸レンズ４の平面３
ｂ、４ｂが光軸Ｆに対して直角のときには光は屈折しな
い。しかし実線で示すように、平凹レンズ３と平凸レン
ズ４とをこれらの球面３ａ、４ａに沿って相対的に矢印
ｘ方向に回転させて、これらの平面３ｂ、４ｂ間に頂角
αを形成すると、クサビ形プリズム１と同等に式（１）
により入射光軸Ｆに対する出射光軸Ｆ１が発生する。

【０００９】平凹レンズ３と平凸レンズ４の球面３ａ、
４ａに沿った相対的な回転方向を直角２軸方向とし、そ
の回転角を自在に制御することにより、出射光軸Ｆ１の
屈折方向及び屈折角θを上下左右、何れの方向にも自在
に可変することができる。したがってこの頂角可変プリ
ズム２をビデオカメラ本体に取り付けて手振れ補正装置
に適用すれば画面の揺れを補正できる。

【００１０】ところで、この可変頂角プリズム２を構成
する一対の球面レンズ３、４は互いの面を傷つけること
なく摺動させなければならないが、この場合には各々の
球面レンズの回転中心としてレンズ球面中心を通りレン
ズ光軸（ぶれを補正する元の光学系の光軸）に垂直な面
内に直交する２つの回転軸をとるのではなく、レンズ球
面中心と各々の球面レンズの外縁付近の１点を通る直線
上に回転軸をとる方法が考えられる。

【００１１】図４はその案内方法を示す断面図で、テレ
ビカメラレンズの鏡筒（後述する）に取り付けてテレビ
カメラの光軸を可変にできるようにした例である。同図
ではレンズ支持部１Ａとその回転駆動部１Ｂは平凸レン
ズ４のみ示してある。また平凹レンズ３、平凸レンズ４
それぞれの支持部と駆動部を保持して撮像レンズへの取
り付ける鏡筒についても省略してある。

【００１２】鏡筒２０については、図５にその断面図
が、図６にその斜視図が示されている。図５に示すよう
に鏡筒２０は頂角可変プリズム２を撮像レンズＬに連結
するために使用されるものであって、図６のようにフラ
ンジ２０ａを有する筒体として構成される。フランジ２
０ａなどにはその所定個所に、レンズ支持部１Ａなどを
取り付けるために切り欠きが設けられている。

【００１３】図４に示すように平凹レンズ３がカメラの
被写体側にその平面３ｂを向けて置かれ、平凸レンズ４
は平凹レンズ３の球面３ａにその球面４ａを少許の間隙
を保持して対向配置される。平凸レンズ４の平面４ｂは
撮像レンズＬに近接すると共に、平凸レンズ４の回動を
妨害しないだけの隙間をあけて配置されている。

【００１４】次にレンズ回動支持手段について平凸レン
ズ４を例にして説明する。

【００１５】まずレンズ回動の軸受８側について説明す
る。図４において平凸レンズ４の回転中心となる仮想の
回転軸Ｕ上に鋼球６を置く。鋼球６は軸受本体１７と軸
受カバー１５により回転自在に支持されてピボット軸受
８が構成され、任意の方向に対する回動支点として機能
する。

【００１６】鋼球６の位置は被回転物である平凸レンズ
４にできるだけ近くに置くことが、全体の小型化のため
には望ましい。軸１０は一方の端が剛球６に圧入され、
さらに他端が保持枠１１に圧入されている。

【００１７】保持枠１１は平凸レンズ４に固定される。
すなわち図５に示すように、平凸レンズ４に圧入された
一対の位置決めピン１２が保持枠１１に設けられた孔
（丸孔と長孔構成）に嵌合されて両者の位置決めがなさ
れている。平凸レンズ４と保持枠１１とはネジ１３によ
って締結されており、これら平凸レンズ４と保持枠１１
が一体となって動くようになされている。

【００１８】鋼球６を使用したピボット軸受８は図５お
よび図７のように構成されている。軸受カバー１５はネ
ジ１６により軸受本体１７に締結され、軸受カバー１５
と軸受本体１７とに設けられた鋼球当接面が円錐面とし
て構成されることによって鋼球６がガタなくスムーズに
回動できるようになっている。この構造によって保持枠
１１とこれに一体に固定された平凸レンズ４は、他に拘
束するものがない限り鋼球６を中心として自由に回転で
きる。

【００１９】こうしてピボット保持された平凸レンズ４
とその回動保持枠１１は、軸受部８に設けられた左右一
対の位置決めピン１９で位置決めされると共に、その状
態で図５に示すように鏡筒２０のフランジ２０ａにネジ
１８によって固定される。なお、図７はピボット軸受
８、回動保持枠１１を前面下部から見たときの斜視図で
ある。

【００２０】次に平凸レンズ４を回動させるための駆動
力を与える駆動系１Ｂについて説明する。図８は本機構
を撮像レンズ側より見た斜視図である。平凸レンズ４の
固定部２１はネジ２１ａによって平凸レンズ４の駆動側
保持枠（駆動枠）２２に固定されている。

【００２１】駆動枠２２は仮想の回転軸Ｕ回りの回転運
動のみとなるように規制するため、図９にその一部を拡
大して示すように、この駆動枠２２に連結された腕３８
の背面２４が当接面として機能する。この当接面２４は
図９からも明らかなように、回転軸Ｕに垂直な面Ｋ（図
４参照）となる。当接面２４は当接部２６と当接してい
るが、この当接部２６は直流モータ２５の取り付け部を
兼ねており、また当接部２６には図１０のように一対の
ボールベアリング５２が設けられ、レンズ側が滑らかに
回動するように工夫されている。

【００２２】図９に示すベアリング軸５４は図１０の板
ばね５５によって押さえられた状態で当接部２６に固定
される。図１０にも示すようにベアリング軸５４は回転
軸Ｕに垂直な面Ｋ（図４参照）内に平行にあって、かつ
この面内で回転中心から放射状に２ヶ所設けられてい
る。したがってこのように構成することによって、平凸
レンズ４は、軸受８と２ヶ所のベアリング５２の３点に
よって空間上に保持され、仮想の回転軸Ｕに対する垂直
な１つの面に沿って案内されることになる。

【００２３】次に平凸レンズ４の駆動機構について図１
０および図１１を参照して説明する。図１０に示すよう
に、モータ２５に取り付けられたプーリ４４にはスチー
ルベルト４５が滑らないように、しかも傷つかずに取り
付けられるように座金を介してネジ４６ａによって固定
されている。スチールベルト４５はいわゆるα巻の状態
で約３６０°プーリ４４に巻きつけられた後、図１１に
示す駆動枠２２の腕３８に巻きつけられる。

【００２４】α巻きの交叉部ではスチールベルト４５の
一方には孔が空いており、他方４５ａは幅が狭くなされ
て、重なることなく交叉するようになされている。スチ
ールベルト４５の一部は腕３８にネジ４６ｂによって固
定される。

【００２５】図１１のように駆動枠２２の腕３８には、
中空の穴が空けられており（図では右側のみ図示）、こ
の穴の中に圧縮コイルバネ４７がはめ込まれ、さらにガ
イド４９が圧入された軸４８が案内棒としてはめ込まれ
ており、これによってスチールベルト４５には所定の張
力が与えられる。

【００２６】当接部２６は図１３に示すように、鏡筒２
０に設けられたフランジ２０ａの切りかかれた部分を跨
ぐように柱状支柱部４０を介して取り付けられる。

【００２７】図１２のようにモータ２５がｘａ若しくは
ｘａ′方向に回転すると、スチールベルト４５がｘｂ′
方向若しくはｘｂ方向に回転するから、これによって腕
３８（駆動枠２２）も回転する。図１２はｘａ方向に回
転させたときの回転状態を示す。腕３８が回転すればそ
の駆動枠２２を介して平凸レンズ４も回転する（図４参
照）。

【００２８】ベアリング５２の当接部２４は回転軸Ｕと
垂直な面Ｋに沿って回転する。したがって平凸レンズ４
の回転はその凸球面４ａの中心を通る軸の回りの回転運
動となり、部分球面である凸球面４ａが回転しても全体
の球面を外れることはない。

【００２９】ここでこのような運動により、平凸レンズ
４の球面が移動の前後で同じ球面に含まれることを直感
的に説明した概念図が図１４である。球Ｂの直径を軸と
して回転する球面の一部は回転により移動しても元の球
面から外れることはなく、また、この直径に垂直な面も
同様である。従って直径上の１点でのピボット軸受８と
この直径に垂直な面に沿わせる案内により、この球面を
球Ｂの球面から外れることなく回転させることができ
る。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成されたダブレット型頂角可変プリズム２をテレビカ
メラ（ビデオカメラ）の手振れ光軸補正に適用する場合
には、光軸の変動（カメラの振れ）を直交する２軸方向
の動きに分けて検知し、それぞれの動きと同方向に光軸
を変化させれば互いに影響されることなく独立に補正す
ることができる。このような観点からすると光軸の補正
の方向は、カメラの光軸Ｆ（ｚ軸）に垂直な平面に投影
したとき直線となることが望ましい。そのためには平凸
レンズ４の回転は光軸に垂直な直線を軸とする回転運動
であることが必要である。

【００３１】しかし上述した頂角可変プリズム装置では
これまで述べてきたように光軸とは垂直でない軸Ｕ（光
軸となす角度αx）の回りを回転する。このため光軸に
垂直な平面に投影して考えるとき、運動の軌跡は直線で
はなく、弧を描いてしまう。

【００３２】図１５は一対のレンズ３と４の各平面３
ｂ、４ｂが光軸Ｆに垂直で互いに平行な状態から回転軸
３に垂直な面内で回転した状態を示すものであって、図
では説明の便宜上平凹レンズ３に関してその支持部１Ａ
と駆動部１Ｂを示した。平凹レンズ３は撮像レンズ側か
ら見た光軸に平行な断面図で、平凸レンズ４は断面をと
らずにレンズ全体を投影して表わしている。この図で平
凸レンズ４の平面４ｂは回転軸Ｕに垂直な面内で回転し
ているので、この断面への平面４ｂの投影は直線とはな
らず、矢印ｑで示すように僅かに傾きを持った面となっ
てしまう。

【００３３】図１６はこのような面の傾きがどの程度で
あるのかを説明する斜視図で、平凸レンズ４の光軸方向
をｚ軸、ｚ軸に垂直な面内で平凸レンズ４の回転軸を含
む方向をｙ軸、ｙｚ軸に垂直な方向をｘ軸とする空間直
交座標を示す。

【００３４】この図でベクトル１０１は初期のレンズ平
面の傾きを表わす法線ベクトル（長さｌ）で、この座標
系の原点を起点としている。原点を通る回転軸に平行な
直線１０３がｚ軸となす角度をαとする。法線ベクトル
１０１はこの直線１０３のまわりを回転することにな
る。

【００３５】法線ベクトル１０２はレンズが回転したと
きのレンズの平面部の法線ベクトルで、法線ベクトル１
０２の先端ｐが１回転することによって半径ｒの円１０
４を描く。ここで、半径ｒは、ｒ＝ｌｓｉｎα ・・・・（２）である。

【００３６】またｘｚ平面１０５はｙ軸に、ｙｚ平面１
０６はｘ軸に垂直な平面である。以下ではこの２つの平
面１０５、１０６にベクトルを投影して動きを説明す
る。

【００３７】まず円１０４内で法線ベクトル１０１が回
転したことによってできる弧の張る角度をθとすると、
円１０４の動径がｘｚ面１０５に投影される長さは図の
ようにｒｓｉｎθ、ｙｚ面１０６に投影される長さはｒ
ｃｏｓθとなる。このことから回転した法線ベクトル１
０２の終点Ｐの座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、ｘ＝ｒｓｉｎθ＝ｌｓｉｎαｓｉｎθ ・・・・（３）ｙ＝ｒ（１‐ｃｏｓθ）ｃｏｓα＝ｌｓｉｎαｃｏｓα（１−ｃｏｓθ）・・・・（４）ｚ＝ｌ‐ｒ（１‐ｃｏｓθ）ｓｉｎα＝ｌ−ｌｓｉｎ²α（１−ｃｏｓθ）・・・・（５）のようになる。

【００３８】したがって法線ベクトル１０２のｘｚ面へ
の投影での回転角度φは次のようになる。

【００３９】

【数３】

【００４０】ｙｚ面への投影での回転角度ψは次のよう
になる。

【００４１】

【数４】

【００４２】このうち、角度φが意図した方向の回転角
であり、角度ψは誤差成分である。ここで、光軸と回転
軸１０３のなす角α（αx、αy)を１５°としたときの
φとψを計算により求めグラフに表わすと図１７のよう
になる。

【００４３】これから明らかなようにφが小さいとき、
例えばφ＝１°のときに、これと垂直方向の回転角ψは
ψ≒０．０３２６°であり、ｘ方向の補正により、ｙ方
向に誤った振れ（０．３３％程度）が生じることが判
る。

【００４４】このように上述した頂角可変プリズム装置
を採用する場合には、レンズが回転する際の抵抗力が少
なく、スムーズに揺動させることが可能となる反面、回
転時に意図する方向とは異なる方向の運動成分が生じて
しまい、これによりぶれをとる方向に対してこれと直交
する方向の画像のぶれが新たに発生してしまう問題が惹
起する。

【００４５】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、誤差成分を相殺できるよう
に、他方の球面レンズを回転させるようにしたものであ
る。

【００４６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ためのこの発明に係る振れ補正装置では、略同一半径の
球面からなる第１と第２の球面レンズをその球面を対向
させて組み合わせ、一方の略球面中心とレンズ外縁付近
とを結ぶ直線を回転軸として回転させるようにした頂角
可変プリズム装置が、撮像装置の光学系の前面に取り付
けられると共に、この撮像装置に光軸に対する直交２軸
方向の振れを検出する振れ検出センサが取り付けられ、
上記振れ検出センサからの出力に基づいて上記第１の球
面レンズの回転角φを調整したときで、第１の球面レン
ズの回転軸と上記光軸とのなす角をαxとしたときに
は、上記第２の球面レンズの回転角ψとして、

【００４７】

【数５】

【００４８】が回転角補正として第２の球面レンズ側に
与えられると共に、上記振れ検出センサからの出力に基
づいて上記第２の球面レンズの回転角ψを調整したとき
で、第２の球面レンズの回転軸と上記光軸とのなす角を
αyとしたときには、上記第１の球面レンズの回転角φ
として、

【００４９】

【数６】

【００５０】が回転角補正として上記第１の球面レンズ
側に与えられるようになされたことを特徴とする。

【００５１】この発明では一方のレンズを回転させたと
きに発生する誤差成分が相殺できるように、他方のレン
ズを（数５）および（数６）により表される角度Δψ、
Δφだけ回転させて補正を行う。こうすることによっ
て、レンズの球面中心とレンズ外縁の１点を結んだ直線
を回転軸としてレンズの光軸を可変しても正しく可変プ
リズムの頂角を所定角度だけ可変できるようになる。そ
の結果、手振れ補正も正しく行うことができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】続いてこの発明に係る頂角可変プ
リズム装置およびこれを使用した手振れ補正装置の一実
施態様を図面を参照しながら詳細に説明する。

【００５３】図１は上述した頂角可変プリズム２を利用
してテレビカメラの手振れ補正を行う場合にこの発明を
適用したときの一実施態様を示す要部の系統図である。

【００５４】撮像レンズ２０１の前面には凹凸レンズを
組合せた図４構成の頂角可変プリズム２が取り付けられ
ている。したがって平凹レンズ３および平凸レンズ４は
光軸に直交する２軸方向に自在に回転できる。直交２軸
を水平走査方向である水平軸ｘと垂直走査方向である垂
直軸ｙとすると、平凹レンズ３を水平方向に回動させる
ときには、平凸レンズ４は垂直方向に回動させて、光軸
の補正が行われる。

【００５５】図１において、被写体像は頂角可変プリズ
ム２および撮像レンズ２０１を介して撮像素子であるこ
の例ではＣＣＤ２０２に結像されて信号に変換される。
この撮像信号は後段のカメラ信号処理回路２３０で所定
の信号処理が施されて映像信号が生成される。

【００５６】カメラ本体、本例では撮像レンズ２０１に
対して振れ検出センサである角速度センサ２０３、２０
４が取り付けられる。センサ２０３で鉛直方向の振れ
（図１６のｙｚ面１０６内の振れ）が検出され、センサ
２０４で水平方向の振れ（図１６のｘｚ面１０５内の振
れ）が検出される。

【００５７】各々の検出信号（便宜的にｘ、ｙ信号とす
る）はアンプ２０５，２０６により増幅されたあと、フ
ィルタ２０７に供給されて除去したい手振れ振動成分の
帯域だけが通過する。フィルタ２０７はｘ、ｙ信号のそ
れぞれに設けられているが図では省略してある。

【００５８】その後マイクロコンピュータ２０９内のＡ
／Ｄ変換器２３１に入力される。ディジタル化された角
速度信号ｘ、ｙは積分器２３２で積分されて平滑化され
たのち、その積分信号（回転角度に対応した信号）Ｌx,
ＬyがＹ軸演算手段２３３およびＸ軸演算手段２３４に
供給されてレンズ３、４の姿勢を正す角度補正信号Ｓ
ｘ、Ｓｙに変換される。この信号Ｓｘ、Ｓｙが振れを補
正したい目標値となる。

【００５９】上述した頂角可変プリズム２を構成する一
対のレンズ３、４の姿勢は、初期状態（何れも回動して
いない最初の位置）の姿勢にあるとは限らず、ｘ、ｙ方
向に傾斜していることも考えられる。そこで、この発明
では一対のレンズ３、４の姿勢をセンスする傾斜角セン
サ２１０，２１１がこれらレンズ３、４に関連して設け
られる。本例ではレンズ平面３ｂ、４ｂと略垂直に検出
光線を入射し、その反射光線の位置をＰＳＤセンサ（Po
sition Sensitive Ditector）で検出することによって
レンズ３、４の傾斜状態を検出するようにしている。

【００６０】傾斜角センサ２１０、２１１からのセンス
出力は信号処理回路２１２，２１５に供給されてそれぞ
れｘ軸およびｙ軸方向の傾き信号Ｄｘ，Ｄｙとして出力
される。

【００６１】これらの傾き信号Ｄｘ、Ｄｙはアンプ２３
５、２３６を介してマイクロコンピュータ２０９内のＡ
／Ｄ変換器２３７、２３８でディジタル信号に変換され
た後、その変換出力（便利的にＤｘ、Ｄｙとする）と、
回転角補正量算出手段２４０、２４１でそれぞれ算出さ
れた回転角補正信号（便宜的にΔφ、Δψで表す）が対
応する演算手段２３３、２３４に供給され、レンズ３、
４に対する光軸補正用の信号Ｓｘ、Ｓｙとして演算され
て出力される。

【００６２】演算手段２３３、２３４での演算処理は、Ｓｘ＝Ｌｘ−Ｄｘ＋Δφ ・・・・（６）Ｓｙ＝Ｌｙ−Ｄｙ＋Δψ ・・・・（７）のようになる。

【００６３】ここに、Δφは手振れによりｙ軸方向にレ
ンズ４を回転させたときに用いられる補正回転角量であ
り、Δψは手振れによりｘ軸方向にレンズ３を回転させ
たときに用いられる補正回転角量である。

【００６４】したがって演算手段２３３にはｙ軸方向に
手振れが発生したときに得られる積分信号Ｌｙの他に、
レンズ４に対する傾き信号Ｄｙと回転角補正信号Δψが
与えられる。同様に、他方の演算手段２３４にはｘ軸方
向に手振れが発生したときに得られる積分信号Ｌｘの他
に、レンズ３に対する傾き信号Ｄｘと回転角補正信号Δ
φが与えられる。

【００６５】続いて、式（６）および式（７）の補足説
明を行う。まず、回転角補正信号（補正回転量）Δφ、
Δψは以下のようにして算出された近似式を用いる。

【００６６】（数３）、（数４）の関係式において、テ
レビカメラなどでは手振れ補正等では振れの振幅が小さ
いので、 φ≒０ ψ≒０・・・・（８） φ≒０、ψ≒０だから、マクローリン展開により近似す
ると、ｔａｎφ≒ｓｉｎφ≒φ ・・・・（９）ｃｏｓφ≒（１−φ²）＝１−θ²／２・・・・（１０）となるから、レンズ３の回転角φおよびレンズ４の回転
角ψは次のようになる。

【００６７】

【数７】

【００６８】これから

【００６９】

【数８】

【００７０】となり、これを用いてθを消去すると、

【００７１】

【数９】

【００７２】これを回転角ψについて解くと

【００７３】

【数１０】

【００７４】さらに、上式の√の中を、φ≒０を用いて
展開すると、次式が得られる。

【００７５】

【数１１】

【００７６】したがってレンズ４の回転軸Ｕと光軸Ｆと
のなす角をαy、レンズ３の回転軸（図示はしないが、
回転軸Ｕと直交している）と光軸Ｆとのなす角をαxと
したときには、レンズ４を回転させたときにレンズ３側
に加える補正回転角Δφは（数１１）を用いて次式で与
えられる。

【００７７】

【数１２】

【００７８】同様に、レンズ３を回転させたときにレン
ズ４側に加える補正回転角Δψは（数１２）より次式で
与えられる。

【００７９】

【数１３】

【００８０】この発明では（数１２）および（数１３）
で与えられた近似式を用いて手振れ補正による補正が行
われる。

【００８１】（数１３）について説明する。まず、レン
ズ３、４が共に初期位置（レンズが全く回動補正されて
いない状態）にあったときには、Ｄｘ＝Ｄｙ＝０・・・・（１１）である。このとき、手振れによりｘ軸方向にカメラ本体
がぶれたときには、センサ２０３に関連した積分信号Ｌ
ｘが得られ、これを補正するための光軸補正信号Ｓｘが
生成される。

【００８２】光軸補正信号Ｓｘでレンズ３が回動制御さ
れる。レンズ３の回動によってレンズ３がφだけ傾いて
傾き信号Ｄｘが得られる。この傾き信号Ｄｘに基づいて
回転角相殺信号Δψが算出され、これを加えてレンズ４
を回転させる。つまり、Ｓｙ＝Δψ ・・・・（１２）となる。

【００８３】したがって、レンズ４が既に傾いていたと
きは（Ｄｙ≠０）、その差分であるＳｙ＝Δψ−Ｄｙ・・・・（１３）でレンズ４を補正すればよい。ｙ軸方向にも手振れがあ
るときは、センサ２０４に関連した積分信号Ｌｙが得ら
れているので、これを補正するために最終的にレンズ４
に加える光軸補正信号Ｓｙは、Ｓｙ＝Ｌｙ−Ｄｙ＋Δψ ・・・・（１４）となる。レンズ４に関しても同様な考え方によって（数
１２）を導びくことができる。

【００８４】出力された光軸補正信号Ｓｘ、Ｓｙはそれ
ぞれＤ／Ａ変換器２１６，２１７で電圧に変換され、ア
ンプ２１８，２１９で増幅されてから、各々の補正レン
ズ３、４を動かすモータ２２０，２２１に供給される。

【００８５】したがって、回転時に意図する方向とは異
なる方向の運動成分が生じ、これにより手振れをとる方
向に対してこれと直交する方向の画像のぶれが新たに発
生するのを回避できる。

【００８６】上述した（数５）および（数６）はあくま
でも近似式であり、これに基づいてレンズの回転角を補
正するものであるから、（数３）あるいは（数４）に基
づいて回転角の補正を行う場合との間で誤差が発生す
る。

【００８７】どの程度の誤差が発生するかを図２を参照
して説明する。図２はφについてであって、（数５）か
ら求められるφ、φだけ回転させたときに実際に発生す
る誤差成分（理論値）Δψ０、近似式により求めた誤差
成分Δψ、誤差成分Δψ、Δψ０の比（％表示）をそれ
ぞれ求めたものである。

【００８８】この図からも明らかなように近似式を使用
して補正しても大きな誤差は発生しないから、近似式に
よる回転角相殺を行うことによって手振れをほぼ確実に
補正できることが判る。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、一対
の球面レンズを組合せたダブレット式頂角可変プリズム
を使用するに当たり、光軸に垂直でしかも互いに直交す
る方向であってレンズ外縁の１点とレンズ中心とを通る
軸を回転軸として案内するように構成した場合に発生す
るレンズの回転ズレ、つまりレンズ回転軸が系の光軸に
垂直で互いに直交する方向にないために生じる、他方向
への振れの発生を電気的にキャンセルできるようにした
ものである。

【００９０】これによれば、レンズ球面中心とレンズ外
縁を結ぶ直線上にレンズ回転軸をとってプリズムの頂角
を可変したとき、意図する方向とは異なる方向の運動成
分による画像のぶれを効果的に抑止できる特徴を有す
る。

【００９１】したがってこの頂角可変プリズムをビデオ
カメラの光学系に装着して手振れ成分に基づいてプリズ
ムの頂角を可変できるように構成すれば、適切な手振れ
補正を実現できる。

【００９２】もちろん、レンズの回転軸を上述したよう
に選ぶことによって、可変プリズムを小型化できるの
で、この発明は業務用、民生用に用いられる携帯用ビデ
オカメラの光学系に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る頂角可変プリズムを適用した撮
像装置の一実施態様を示す要部の系統図である。

【図２】補正近似値と理論値との関係を示す図である。

【図３】頂角可変プリズムの説明図である。

【図４】レンズ支持部と駆動部との関係を示す断面図で
ある。

【図５】鏡筒へのレンズ取り付け状態を示す部分的な断
面図である。

【図６】鏡筒の概形を示す斜視図である。

【図７】レンズ支持部の詳細を示す要部の斜視図であ
る。

【図８】レンズ駆動部の一例を示す斜視図である。

【図９】レンズ駆動部の詳細を示す要部の断面図であ
る。

【図１０】モータ伝達系の一例を示す分解斜視図であ
る。

【図１１】モータ伝達系の一例を示す一部を断面した正
面図（その１）である。

【図１２】モータ伝達系の一例を示す一部を断面した正
面図（その２）である。

【図１３】頂角可変プリズムを組み立てた状態を示す斜
視図である。

【図１４】平凸レンズの回転状態を示す説明図である。

【図１５】回転ズレの発生を示す部分的断面図である。

【図１６】回転ズレの説明を行う回転座標系を示す図で
ある。

【図１７】回転ズレ量を示す特性図である。

【符号の説明】

２・・・頂角可変プリズム、３，４・・・球面レンズ、
１Ａ・・・レンズ支持部、１Ｂ・・・レンズ駆動部、６
・・・鋼球、２５・・・モータ、４５・・・ベルト、２
０２・・・ＣＣＤ、２０３，２０４・・・角速度セン
サ、２０９・・・マイコン、２１０，２１１・・・傾斜
角センサ、２２０，２２１・・・モータ、２３０・・・
信号処理回路、２３３，２３４・・・光軸補正信号生成
のための演算手段、２４０，２４１・・・回転角補正量
算出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略同一半径の球面からなる第１と第２の
球面レンズをその球面を対向させて組み合わせ、一方の
略球面中心とレンズ外縁付近とを結ぶ直線を回転軸とし
て回転させるようにした頂角可変プリズム装置が、撮像
装置の光学系の前面に取り付けられると共に、この撮像装置に光軸に対する直交２軸方向の振れを検出
する振れ検出センサが取り付けられ、上記振れ検出センサからの出力に基づいて上記第１の球
面レンズの回転角φを調整したときで、第１の球面レン
ズの回転軸と上記光軸とのなす角をαxとしたときに
は、上記第２の球面レンズに対する補正回転角Δψとし
て、【数１】が回転角補正として第２の球面レンズ側に与えられると
共に、上記振れ検出センサからの出力に基づいて上記第２の球
面レンズの回転角ψを調整したときで、第２の球面レン
ズの回転軸と上記光軸とのなす角をαyとしたときに
は、上記第１の球面レンズに対する補正回転角Δφとし
て、【数２】が回転角補正として上記第１の球面レンズ側に与えられ
るようになされたことを特徴とする手振れ補正装置。
【請求項２】上記頂角可変プリズムを構成する第１お
よび第２の球面レンズに関連してその傾斜角を検出する
傾斜角センサが設けられ、この傾斜角センサの出力に基づいて上記補正回転角Δ
ψ、Δφが算出されるようになされたことを特徴とする
請求項１記載の手振れ補正装置。
【請求項３】上記第１の球面レンズは平凹球面レンズ
であり、第２の球面レンズは平凸球面レンズであること
を特徴とする請求項１記載の手振れ補正装置。