KR100624988B1

KR100624988B1 - 손떨림보정광학장치

Info

Publication number: KR100624988B1
Application number: KR1019960045491A
Authority: KR
Inventors: 오사무 쿠노; 코지 스즈키; 노부치카 모모치; 카즈토 카와마타; 노리히코 노구치
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-12
Publication date: 2006-12-22
Also published as: KR970024917A; US5822122A; JPH09105973A

Abstract

본 발명은 텔레비전 카메라의 손 떨림 보정을 효과적으로 수행하는 장치를 제공한다.

이격하여 대향 배치되는, 물체측의 제 1 렌즈(G1)와 촬상 렌즈측의 제 2 렌즈(G2)를 포함하는 광학계로서, 제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)의 대향하는 각각의 면은 동일한 곡률을 갖고, 상기 광학계는 촬상 장치의 촬상 렌즈의 앞부분에 근접 설치되는, 상기 광학계와, 상기 곡률과 동일한 반경으로, 촬영 광축에 수직인 면내에서 서로 직교하는 2개의 축방향의 각각에 독립해서, 제 2 렌즈를 이동시키는 회전 수단과, 2개의 축방향의 각각의 손 떨림을 검출하는 손 떨림 검출 수단을 구비하고, 손 떨림 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 회전 수단을 구동하고, 상기 광학계에 입사하는 광의 광로를 제어하는 구성으로 한다.

Description

손 떨림 보정 광학 장치

본 발명은 촬상 장치의 손 떨림 보정에 관한 것으로서, 특히, 손 떨림 보정을 광학적으로 수행하는 손 떨림 보정 광학 장치에 관한 것이다.

종래부터 텔레비전 카메라 등의 촬상 장치에서 손 떨림에 의한 화상의 흔들림이 문제로 되었다. 특히, 줌 기능을 구비한 촬상 광학계를 갖춘 촬상 장치에서는 그것의 광학계의 배율에 의한 손 떨림의 특질에 차이가 있기 때문에, 초점 거리의 조절이 가능한 범위 전체에서 효과적으로 손 떨림을 방지하는 것이 곤란했다.

여기에서 종래부터 사용되고 있는 손 떨림 보정 기구에 대해서 도 14A 내지 도 16B를 참조하여 설명한다. 손 떨림 보정 기구로서는 도 14A 및 도 14B에 도시하는 CCD(21)의 촬상 영역의 영상 범위를 잘라내는 방법(이하, 간단히 「전자방식」이라 함)과, 도 15에 도시하는 프리즘(23) 또는 도 16A 및 도 16B에 도시한 평볼록 렌즈(24)와 평오목 렌즈(25)의 조합에 의한 입사광의 광축의 각을 조정하는 방법(이하 간단히 「광학 방식」이라 함)이 있고, 어느 것이나 각속도 센서에 의해 손 떨림을 검출하여 그 값에 따라 보정을 수행하는 것이다.

먼저 전자 방식에 대해서 설명하면, 도 14A에 도시하는 바와 같이 전자 방식에 사용되는 CCD(21)는 그 촬상 영역이 텔레비전의 영상 규격보다도 수평 주사선이 많은 큰 영역(A0)을 갖추고 구성되어 있다. 실제의 영상은 규격과 일치하는 수평 주사선을 갖춘 영역(A1)을 영역(A0)에서 잘라내어 영상 신호로 하는 것이나, 이때 영역(A1)을 손 떨림 검출 신호에 의해 예를 들어, 영역(A2) 또는 영역(A3)에서 도시하는 바와 같이 영역(A0)의 범위내를, 결과적으로 CCD(21)위에서 떨림이 생기지 않도록 이동하여 영상을 잘라내고, 손 떨림에 의한 영상의 떨림을 보정하는 것이다.

상술한 전자 방식 손 떨림 보정 능력에 대해서 도 14B를 참조하여 설명을 한다.

수직 방향에 대해서 생각하면, 촬상 렌즈(22)의 초점 거리를 f, 영역(A1)의 한 변을 2h0, 영역(A0)의 한 변을 2(h+h0)로 한 경우, 이때의 보정이 가능한 각도(θ)는,

tan (θ o + θ) = (h + h0)/f (1)

tan θ o = h0/f (2)

θo + θ 는 작으므로, 결국

θo + θ = (h + h0)/f (3)

θo = h0/f (4)

로 되고, 따라서

θ = h/f (5)

로 되어 최대 보정각을 구할 수 있다.

여기에서, CCD(21)를 2/3 인치로 하면, 그 영역(A0)은 8.8mm x 6.6mm 이고, 보정용의 여유 영역은, 변의 비에 있어서 대략 30%로 하면, 가로는 2.64mm, 세로는 1.98mm의 폭이 해당한다. 따라서, 중심에서 한쪽의 보정 영역은 각각의 반인 1.32mm 및 0.99mm로 된다. 이때, 촬상 렌즈(22)의 초점 거리가 짧은 초점 거리쪽이 f=8mm 인 경우, 수직 방향에 착안하면, 보정각(θ )은 0.99÷8≒0. 124 rad≒7 도로 되어 큰 보정 가능 각을 얻을 수가 있으나, 긴 초점 거리쪽이 f=200mm 인 경우는 0.99÷200≒0. 005 rad≒0.28 도로, 그것의 보정 가능각은 매우 적은 것으로 되는 결점이 있었다. 당연히, 수평 방향에 관해서도 동일한 것을 말할 수 있다.

또한, CCD(21)는 보정을 위한 큰 촬상 영역을 확보하지 아니하면 안되고, 칩 사이즈가 커져 고가인 것으로 된다. 한편, 화상 규격에 맞는 CCD를 사용하면, 전체 화소가 쓸 수 없게 되므로 화질의 열화를 피할 수 없다.

다음으로 광학 방식에 대해서 설명하면, 종래는 도 15에 도시하는 바와 같이 촬상 렌즈(22) 앞에 꼭지각이 변화하는 프리즘(23)을 설치하여, 손 떨림 검출 신호에 의해 프리즘(23)의 꼭지각을 변화시켜, 입사하는 광의 광축을 조정하고 있었다.

촬상 렌즈(22) 앞에 꼭지각이 변화하는 프리즘(23)을, 광축에 대해 한면이 수직되도록 설치한다. 여기에서 프리즘(23)의 꼭지각을 α 로 하고, 출사의 떨림각을 δ 로 하면, 프리즘(23)의 굴절율을 n으로 하여,

sin θ = sin(α + δ) = nsin α (6)

θ 는 적으므로,

θ = α +δ = nα (7)

로 되고, 따라서,

δ = (n - 1) α (8)

로 된다.

여기에서, 예를 들어 n = 1.5로 하고, α 를 ± 2 도 변위시킨 경우, 떨림각(δ )은 ± 1 도 변화시킬 수 있다. 이 떨림각(δ )의 ± 1 도는, 긴 초점 거리쪽에서 실제 발생하는 손 떨림 각도를 보정하기에는 충분한 값이지만, 짧은 초점 거리쪽의, 예를 들어 초점 거리(f)가 8mm 인 경우, 보정량은 8 x tan 1˚ 로 촬상 소자에서는 불과 0.14mm 이고, 상술한 전자 방식의 0.99mm 에 비교해서 매우 작은 값이다.

따라서, 상술한 광학 방식에서는, 촬상 렌즈(22)의 앞단에 설치한 프리즘(23)에 의한 광축 보정 각도는, 촬상 렌즈(22)의 초점 거리에 관계없이 일정하고, 긴 초점 거리쪽에서도 광축 보정 각도는 감소하지 아니하고, 특히 손 떨림에 엄격한 망원에서 유효하게 작용하지만, 역으로 짧은 초점 거리에서는 충분한 보정 각도를 얻을 수가 없는 결점이 있었다.

또한, 상술한 프리즘(23)은 그것의 꼭지각을 변화시키기 위해 일정한 굴절율을 갖는 액체가 봉입되어 있는 것이지만, 액체의 점성 때문에 대형화가 곤란하고, 고속 응답성에도 문제가 있었다.

또한, 종래부터, 도 16A에 도시하는 바와 같이 평볼록 렌즈(24)와 평오목 렌즈(25)의 각각 같은 곡률을 가지는 볼록면과 오목면을 합쳐서 광학계를 구성한 보정 장치가 있었다. 도 16B에 도시하는 바와 같이 평오목 렌즈(25)를 화살표(Re) 방향으로 이동하여, 등가적으로 상술한 도 15의 프리즘(23)의 꼭지각(α)을 변화시키고, 이에 따라 촬상 렌즈(22)로의 입사 각도를 바꾸어 손 떨림 보정을 수행하는 것이었다. 이 기술에 대해서는, 이미 일본국 특허 공개 소 59-26930 호 또는, 특허공개 평 6-281889 호에 개시되었다. 그러나, 이 예에 있어서도 발생하는 수차가 크고, 또한, 구동 기구가 복잡하게 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 과제는, 초점 거리를 가변으로 하는 촬상 광학계를 갖춘 촬상 장치의 손 떨림에 의한 화상의 흔들림을, 초점 거리의 설정치에 관계없이 고화질을 유지한 채로 효과적으로 방지하려는 것이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 발명된 것으로서, 이격하여 대향 배치되는, 물체측의 제 1 렌즈와 촬상 렌즈측의 제 2 렌즈를 포함하는 광학계로서, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 대향하는 각각의 면은 동일한 곡률을 갖고, 상기 광학계는 촬상 장치의 촬상 렌즈의 앞부분에 근접 설치되는, 상기 광학계와, 상기 곡률과 동일한 반경으로, 촬영 광축에 수직인 면내에서 서로 직교하는 2개의 축방향의 각각에 독립해서, 상기 제 2 렌즈를 이동시키는 회전 수단과, 상기 2개의 축방향의 각각의 손 떨림을 검출하는 손 떨림 검출 수단을 구비하고, 손 떨림 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 회전 수단을 구동하고, 광학계에 입사하는 광의 광로를 제어하는 구성으로 한다.

상기 제 1 렌즈의 아베수(Vd1: Abbe number)와 제 2 렌즈의 아베수(Vd2)는 -1.5 < Vd1 - Vd2 < 1.5의 조건을 만족시키는 구성으로 한다.

상기 제 2 렌즈의 초점 거리(f)는, 400mm < | f | < 700mm의 조건을 만족시키는 구성으로 한다.

상기 제 2 렌즈의 곡률 반경(r)은, r > 400mm 의 조건을 만족시키는 구성으로 한다.

상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 합성 초점 거리가 아포칼계(an afocal system)인 구성으로 한다.

상기 제 1 렌즈를 유리로 형성하고, 상기 제 2 렌즈를 폴리카보네이트 수지(polycarbonate resin)로 형성한다. 또한, 제 1 렌즈를 유리로 형성하고, 상기 제 2 렌즈를 폴리메칠메타크릴레이트 수지(polymethylmethacrylate resin)로 형성하여 과제를 해결한다.

종래의 촬상 장치에 본 발명에 따른 광학계를 부가함으로써, 고화질을 유지하여 간단히 손 떨림을 보정할 수 있다. 또한, 가동쪽의 렌즈를 수지 재로 성형함으로써, 한층 더 고속의 보정 동작을 실현할 수 있다.

상술한 아베수의 조합에 의해 색수차의 증가를 방지한다.

제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 대향하는 면을 동일한 곡률로 함으로써, 제 2 렌즈가 이동하였을 때, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 간격이 광선의 높이로 변화하는 일이 없고, 코마 수차, 비점수차의 증가를 방지한다.

아포칼계의 구성으로 함으로써, 상면의 이동이 없고 핀트의 벗어남을 방지한다.

본 발명의 실시예에 대해서 도 1A 내지 도 13G 및, 표(1) 내지 표(8)를 참조하여 설명한다.

본 발명에 의한 손 떨림의 보정은, 종래부터 있는 텔레비전 카메라 등의 촬상 광학계의 앞부분에 근접해서 2개의 렌즈로 형성되는 광학계를 설치하고, 그 2개의 렌즈의 상대적인 위치 관계를 조절해서 텔레비전 카메라 등에 입사하는 광의 광로를 변화시켜, 결과적으로 촬상 소자의 상이 떨리지 않도록 한다.

(제 1 실시예)

도 1A 및 도 1B는 제 1 실시예로서, 도 1A에 도시하는 바와 같이 물체측에 설치되는 제 1 렌즈(G1)는, 그 곡률(r1)이 마이너스, 곡률(r2)은 플러스인 오목 렌즈로 형성되고, 또한, 촬상 렌즈측에 설치되는 제 2 렌즈(G2)는, 그 곡률(r3)이 플러스, 곡률(r4)은 마이너스인 볼록 렌즈로 형성되어, 광축(L)을 일치시켜서 조합되어 있다. d1은 렌즈(G1)의 중심 두께이고, d3은 렌즈(G2)의 중심 두께이고, 또한, d2는 렌즈(G1)와 렌즈(G2)의 간격이다.

또한, 「플러스」는 주 촬상 렌즈측에 곡률 중심이 있고, 「마이너스」는 물체측으로 곡률 중심이 있는 것을 표시하고 있다. 후술에서도 모두 똑같다.

또한, 도 1B는 제 2 렌즈(G2)가 곡률(r3)을 반경으로 하여 화살표(R1) 방향으로 이동하고, 입사광의 광로를 조정하는 것을 도시하였다. 실제 이동 방향은, 도 1B에는 도시하지 않은 화살표(R1)에 직교하는 방향(도면과 수직 방향)으로 또는, 광축(L)에 수직인 면내의 임의의 위치를 도시하는 방향으로도 렌즈(G2)를 향하도록 할 수도 있다. 상세하게는 도 3을 참조하여 후술에서 설명한다.

이들 렌즈의 재료로서 본 실시예에서는, 회전측의 제 2 렌즈(G2)는 경량의 PMMA(폴리메칠메타크릴레이트 수지)를 사용한다. 이 경우 다음에 기술하는 조건(1)과 대조하여, 제 1 렌즈(G1)의 재료는 숏트사(Shot, Inc.)의 기호로 표시하는 K, BAK, SK, LAK 재 또는 오하라사(Ohara, Inc.)의 기호로 NSL, BAL, BSM, LAL 중에 만족시킬 수 있는 것이 있고, 이들 가운데에서 선택된다.

다음에, 본 발명에 사용하는 광학계의 조건에 대해서 설명한다.

<조건 1>

제 1 렌즈(G1)의 아베수를 Vd1로 하고, 제 2 렌즈(G2)의 아베수를 Vd2로 하였을 때,

-1.5 ＜ Vd1 - Vd2 < 1.5 (9)

일 것.

이 조건이 만족되지 않으면 색수차가 악화된다.

또한, 아베수(Vd)는, 스펙트럼(d선: 파장 587.56nm)에서의 굴절율을 nd, 스펙트럼(F선: 파장 486.13nm)에서의 굴절율을 nF, 스펙트럼(C선: 파장 656.27 nm)에서 굴절율을 nC로 하였을 때,

Vd = (nd - 1)/(nF - nC) (10)

로 나타내어진다.

<조건 2>

제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)의 대향하는 면의 곡률을 각각 r2 및 r3 라 하면,

r2 = r3 (11)

일 것.

이 조건이 만족되지 아니하면 제 2 렌즈(G2)의 이동시에, 제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)의 간격이 광선의 높이에 따라 변화하고, 코마수차, 비점수차가 증가한다.

<조건 3>

제 2 렌즈(G2)의 초점 거리(f)는,

400mm < | f | < 700mm (12)

일 것.

이 조건이 만족되지 아니하면, 즉 초점 거리(f)가 지나치게 큰 경우는, 손 떨림 보정을 위해 렌즈(G2)의 이동량을 크게 하지 않으면 안되고, 한편, 초점 거리(f)가 지나치게 작은 경우는, 수차가 증대하게 된다.

<조건 4>

제 2 렌즈(G2)의 주 촬상 렌즈측의 곡률 반경(r)은,

r > 400mm (13)

일 것.

이는 플라스틱재의 가공성에서 요구되는 조건이다.

<조건 5>

제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)의 합성 초점 거리가 아포칼계일 것.

이 조건이 만족되지 아니하면, 촬상 렌즈에 의한 핀트 위치가 변화하게 된다.

다음에, 도 3 내지 도 5를 참조하여 보정 광학계의 구동 기구와 제어계에 대해서 설명한다.

도 3은 제 2 렌즈(G2)를 이동시키는 기구의 한 실시예를 도시하는 개략적인 사시도이다. 제 1 렌즈(G1)는 보정 광학 장치의 케이스(도시하지 않음)에 고정되어 있고, 이에 대향해서 제 2 렌즈(G2)가 광축(L)에 수직인 면내의 직교하는 2 개의 축방향으로 이동이 자유롭게 유지되어 있는 것이다. 즉, 렌즈(G2)는 한 쌍의 X 축틀(1)에 고정되고, X 축틀(1)은 X 회전축(6)에서 Y 축틀(2)에 화살표(Ra)로 표시되는 방향으로 회전이 자유롭게 유지되며, 또한, Y 축틀(2)은 Y 회전축(7)에서 고정틀(3)에 화살표(Rb)로 표시되는 방향으로 회전이 자유롭게 유지되어 있다. 고정틀(3)에는 촬상 장치의 손 떨림을, 광축(L)에 수직인 면내의 직교하는 2개의 축방향의 성분으로 분리하여 검출하는 X 축 손 떨림 센서(4) 및 Y 축 손 떨림 센서(5)가 고정 설치되어 있다. 또한, 상기 고정틀(3)은 렌즈(G1)와 동일하게 보정 광학 장치 케이스에 고정되어 있다.

다음에, 렌즈(G2)의 이동 기구의 구성은, X 축에 대해서는 X 축틀(1)에 고정되어 있어서 X 축틀(1)과 일체로 하여 회전시키는 기어(12)와, X 축 회전력을 발생하는 회전축에 기어(10)를 설치한 X 축 모터(8)가 Y 축 틀(2)에, 상기 기어(10)와 기어(12)가 결합되도록 구성되고, 한편, Y 축에 대해서는 Y 축 틀(2)에 고정된 Y 축 틀(2)과 일체로 회전시키는 기어(13)와, Y 축 회전력을 발생하는 회전축에 기어(11)를 설치한 Y 축 모터(9)가 고정틀(3)에, 상기 기어(11)와 기어(13)가 결합되도록 구성되어 있다.

X 축과 Y 축의 회전 중심(P)은 어느 것이나, 렌즈(G2)의 렌즈(G1)에 대향면의 곡률과 일치하는 회전 반경으로 되는 지점에 결정된다. 도 3은 회전 중심(P)이 촬상 렌즈측에 있는 경우의 구성이고, 이와 반대로 곡률에 따라 물체측으로 이 회전 중심(P)이 결정되는 구성으로 되는 경우가 있는 것은 당연하다.

또한, 도 3에 도 4를 더해서 광축 보정 동작을 설명하면, 촬상 장치에 일체로 설치된 고정틀(3)에 설치된 X 축 손 떨림 센서(4) 및 Y 축 손 떨림 센서(5)에 의해 검출된, 각각의 축성분의 진동 신호는 제어 회로(15)에 입력되고, 신호 처리가 행해진 후, X 축 모터 구동 회로(16), Y 축 모터 구동 회로(17)를 거쳐서 X 축 모터(8) 및 Y 축 모터(9)를 각각 구동한다.

손 떨림 신호에 의거해서 구동된 X 축 모터(8)는 기어(10)와 결합된 기어(12)를 화살표(Ra)로 표시된 방향으로 회전시키고, 따라서, X 축틀(1)과 함께 렌즈(G2)를 화살표(Rc) 방향으로 회전시킨다. 또한, 동일하게 Y 축 모터(9)는 기어(11)와 결합된 기어(13)를 화살표(Rb)로 표시되는 방향으로 회전시키고, 따라서, Y 축 틀(2), X 축 틀(1)과 함께 렌즈(G2)를 화살표(Rd)의 방향으로 회전시켜, 광축(L)에 수직인 면내의 임의의 위치 방향으로 렌즈(G2)를 향하게 하고, 입사 광의 광로 조정을 행할 수 있다.

또한, 손 떨림의 검출은 각속도 센서, 가속도 센서에 한정되지 않고, 이전 프레임과의 화상 비교에 의해 얻어도 좋다. 또한, 제어 기구는 상술한 구성에 한정되는 일없이, 동일한 작용을 하는 구성으로 해도 되는 것도 말할 나위가 없다.

도 5에 손 떨림 보정 광학계(101)를 종래의 촬상 장치에 장착한 촬상계를 도시한다. 종래의 촬상 광학계(102)의 앞부분에 손 떨림 보정 광학계(101)의 제어되는 렌즈(G2)를, 촬상 광학계(102) 방향으로 광축을 일치시켜 장착한다. 촬상소자(103)에서는 렌즈(G2)의 이동에 수반하여 결상 위치가 이동하기 때문에, 손 떨림에 의한 화상의 이동을 상쇄시키는 방향으로 렌즈(G2)를 이동시키고, 촬상 소자(103)에서의 상의 떨림을 상쇄시켜서 손 떨림을 보정한다.

다음에, 제 1 실시예에 적합한 제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)의 조합예를 도시한다.

본 실시예의 제 1 실시예를 표(1) 및 표(2)에 표시한다.

표(1)는 본 실시예의 기하학적 사이즈를 표시하고 있으며, 곡률 반경(r1)은 -1572.25mm, 곡률 반경(r2) 및 곡률 반경(r3)은 427.49mm, 곡률 반경(r4)은 -589.00mm이고, 렌즈(G1)의 두께(d1)는 3.00mm, 렌즈(G2)의 두께(d3)는 10.89mm, 렌즈 간격(d2)은 0.50mm 이다.

표(2)는 사용하는 렌즈 재료와 그 특성을 표시하고 있으며, 렌즈(G1)의 재료는 오하라사 기호에 의한 LAL52로서, 굴절율(nd)은 1.67000, 아베수(Vd)는 57.4 이다. 또한, 렌즈(G2)의 재료는 PMMA 수지로서, 굴절율(nd)은 1.49194, 아베수(Vd)는 56.1 이다.

따라서, 표(1) 및 표(2)에서 표시되는 광학계에 대해서 상술한 조건과 비교해보면,

Vd1 - Vd2 = 57.4 - 56.1 = 1.3으로 되고, 조건(1)을 만족한다.

또한, r2 = r3 = 427.49mm 이고, 조건(2)을 만족한다.

또한, 렌즈(G2)의 초점 거리(f)는 상술한 구성에서는 505.3mm 이고, 조건(3)을 만족한다.

또한, r4 = -589.00mm 이고, 조건(4)을 만족한다.

또한, 렌즈(G1)와 렌즈(G2)의 합성 초점 거리는 상술한 구성으로 아포칼계를 구성하고, 조건(5)을 만족한다.

따라서, 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합한 것임을 알 수 있다.

본 실시예의 수차를 도 6A 내지 도 7G에 도시한다.

도 6A 내지 도 6G는 표(1) 및 표(2)에 도시된 렌즈 구성의 촬영 렌즈측에, 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 매우 수차가 작은 렌즈계를 부착시킨 경우의 결상면에서의 수차를 도시하는 도면으로서, 도 6A는 중심 위치에서의, 도 6B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 6C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 6D는 중심 위치에서의, 도 6E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 6F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 6G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다. 또한, 광선의 파장은 587.56nm 이고, 후술에서도 동일하다.

또한, 도 7A 내지 도 7G는 도 6A 내지 도 6G와 동일한 조건 아래에서, 렌즈(G2)를 0.835˚ 이동시켜 6.23mm 이동하고, 결상면에서 상을 1.5mm 이동했을 때의 결상면에서의 수차를 나타내는 도면으로서, 도 7A는 중심 위치에서의, 도 7B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 7C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 7D는 중심 위치에서의, 도 7E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 7F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 7G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

이들 도 6A 내지 도 7G의 수차 데이터에서, 렌즈(G2)가 정확하게 광축 위에 있을 때의 수차에 비해서, 결상면에서 화상을 1.5mm 이동시킨 때의 수차가 크게 열화하는 일이 없고, 이 점에서도 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합한 것이 확인된다.

본 실시예의 제 2 실시예를 표(3) 및 표(4)에 표시하였다.

표(3)는 본 실시예의 기하학적 사이즈를 나타내고 있으며, 곡률 반경(r1)은 -1473.74mm, 곡률 반경(r2) 및 곡률 반경(r3)은 333.44mm, 곡률 반경(r4)은 -654.00mm 이고, 렌즈(G1)의 두께(d1)는 3.00mm, 렌즈(G2)의 두께(d3)는 8.70mm, 렌즈 간격(d2)은 0.50mm 이다.

표(4)는 사용되는 렌즈 재료와 그 특성을 표시하고 있으며, 렌즈(G1)의 재료는 오하라사의 기호에 의한 BSM2로서, 굴절율(nd)은 1.60738, 아베수(Vd)는 56.8이다. 또한, 렌즈(G2)의 재료는 PMMA 수지로서, 굴절율(nd)은 1.49194, 아베수(Vd)는 56.1 이다.

따라서, 표(3) 및 표(4)에서 나타낸 광학계에 대해 상술한 조건과 비교해보면,

Vd1 - Vd2 = 56.8 - 56.1 = 0.7로 되고, 조건(1)을 만족한다.

또한, r2 = r3 = 333.44mm 이고, 조건(2)을 만족한다.

또한, 렌즈(G2)의 초점 거리(f)는 상술한 구성에서는 450.2mm 이고, 조건(3)을 만족한다.

또한, r4=-654.00mm 이고, 조건(4)을 만족한다.

따라서, 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합하다는 것을 알 수 있다.

본 실시예의 수차를 도 8A 내지 도 9G에 표시하였다.

도 8A 내지 도 8G는 표(3) 및 표(4)에 나타낸 렌즈 구성의 최종 렌즈측에, 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 매우 수차가 작은 렌즈계를 설치했을 때의 결상면에서의 수차를 도시하는 도면으로서, 도 8A는 중심 위치에서의, 도 8B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 8C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 8D는 중심 위치에서의, 도 8E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 8F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 8G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

또한, 도 9A 내지 도 9G는 도 8A 내지 도 8G와 동일한 조건 아래에서, 렌즈(G2)를 0.955˚ 이동시켜 5.56mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동했을 때의 결상면에서의 수차를 표시하는 도면으로서, 도 9A는 중심 위치에서의, 도 9B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 9C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 9D는 중심 위치에서의, 도 9E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 9F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 9G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

이들 도 8A 내지 도 9G의 수차 데이터에서, 렌즈(G2)가 정확하게 광축 위에 있을 때의 수차에 비해서, 결상면의 화상을 1.5mm 이동시킨 경우라도 수차가 열화하는 일은 없고, 이 점으로부터도 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합한 것이 확인된다.

본 실시예의 제 3 예를 표(5) 및 표(6)에 나타낸다.

표(5)는 본 실시예의 기하학적 사이즈를 표시하고 있어서, 곡률 반경(r1)은 -12520.03mm, 곡률 반경(r2) 및 곡률 반경(r3)은 454.22mm, 곡률 반경(r4)은 -977.00mm 이고, 렌즈(G1)의 두께(d1)는 3.00mm, 렌즈(G2)의 두께(d3)는 10.89mm, 이고, 렌즈 간격(d2)은 0.50mm 이다.

표(6)는 사용된 렌즈 재료와 그 특성을 표시하고 있으며, 렌즈(G1)의 재료는 오하라사의 기호에 따른 LAL14로서, 굴절율(nd)은 1.69680, 아베수(Vd)는 55.5 이다. 또한, 렌즈(G2)의 재료는 PMMA 수지로서, 굴절율(nd)은 1.49194, 아베수(Vd)는 56.1 이다.

따라서, 표(5) 및 표(6)에 나타낸 광학계에 대해서 상술한 조건과 대조하면,

Vd1 - Vd2 = 55.5 - 56.1 = -0.6으로 되고, 조건(1)을 만족한다.

또한, r2 = r3 = 454.22mm 이고, 조건(2)을 만족한다.

또한, 렌즈(G2)의 초점 거리(f)는 상술한 구성에서는 631.9mm 이고, 조건(3)을 만족한다.

또한, r4 = -977.00mm 이고, 조건(4)을 만족한다.

본 실시예의 수차를 도 10A 내지 도 11G에 나타낸다.

도 10A 내지 도 10G는 표(5) 및 표(6)에 나타낸 렌즈 구성의 촬상 렌즈 쪽에, 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 매우 수차가 작은 렌즈계를 설치했을 경우의 결상면의 수차를 도시한 도면으로서, 도 10A는 중심 위치에서의, 도 10B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 10C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 10D는 중심 위치에서, 도 10E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서, 도 10F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 10G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

또한, 도 11A 내지 도 11G는 도 10A 내지 도 10G와 동일한 조건 아래에서 렌즈(G2)를 0.985˚ 이동시켜 7.81mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동시킨 경우 결상면의 수차를 도시한 도면으로서, 도 11A는 중심 위치에서의, 도 11B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 11C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 11D는 중심 위치에서의, 도 11E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 11F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 11G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

이들 도 10A 내지 도 11G의 수차 데이터에서, 렌즈(G2)가 정확하게 광축 위에 있을 때의 수차에 비해서, 결상면 위에서 화상이 1.5mm 이동시킨 경우의 수차가 크게 열화되는 일은 없고, 이점으로부터도 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합한 것이 확인된다.

도 2A 및 도 2B는 제 2 실시예로서, 도 2A에 나타내는 바와 같이 물체측에 설치되는 제 1 렌즈(G1)는, 그 곡률(r1)이 마이너스, 곡률(r2)도 마이너스인 블록 렌즈로 형성되고, 또한, 촬상 렌즈측에 설치되는 제 2 렌즈(G2)는, 그 곡률(r3)이 마이너스, 곡률(r4)도 마이너스인 오목 렌즈로 형성되며, 광축(L)을 일치시켜 조합되어 있다. d1은 렌즈(G1)의 중심의 두께이고, d3은 렌즈(G2)의 중심의 두께이고, 또한, d2는 렌즈(G1)와 렌즈(G2)의 간격이다.

또한, 도 2B는 제 2 렌즈(G2)가 곡률(r3)을 반경으로 하여 화살표(R1) 방향으로 이동하여 입사광의 광로의 조정을 수행하는 것을 나타내고 있다. 실제 이동방향은, 도 2A 및 도 2B에 도시되지 아니하였으나 화살표(R2)에 직교하는 방향(도면과 수직인 방향)으로, 또는 광축(L)에 수직인 면내의 임의의 위치를 도시하는 방향으로 렌즈(G2)를 향하도록 할 수도 있다.

이들 렌즈의 재료로서 본 실시예에서는, 회전측의 제 2 렌즈(G2)는 경량의 PC(폴리카보네이트 수지)를 사용한다. 이 경우 제 1 실시예에서 설명된 조건 1 과 대조하여, 제 1 렌즈(G1)의 재료는 숏트사의 기호로 나타낸 SF재가 적용된다.

렌즈 구성상의 조건, 제어 기구의 구성 및 동작, 제어 회로 등에 대해서는 제 1 실시예에서 설명한 것과 동일하고, 여기에서의 설명은 생략한다.

본 실시예의 한 예를 표(7) 및 표(8)에 표시한다.

표(7)는 본 실시예의 기하학적 사이즈를 표시하고 있어, 곡률 반경(r1)은 -346.10mm, 곡률 반경(r2) 및 곡률 반경(r3)은 -184.82mm, 곡률 반경(r4)은 -425.00mm 이고, 렌즈(G1)의 두께(d1)는 5.49mm, 렌즈(G2)의 두께(d3)는 5.00mm, 렌즈 간격(d2)은 1.00mm 이다.

표(8)는 렌즈의 재료와 그 특성을 표시하고 있으며, 렌즈(G1)의 재료는 오하라사의 기호에 의한 PBM35로서, 굴절율(nd)은 1.69895, 아베수(Vd)는 30.1 이다. 또한, 렌즈(G2)의 재료는 PC 수지로서, 굴절율(nd)은 1.58362, 아베수(Vd)는 30.4 이다.

따라서, 표(7) 및 표(8)에서 표시된 광학계에 대해서 상술한 조건과 대조해보면,

Vd1 - Vd2 = 30.1 - 30.4 = -0.3으로 되고, 조건(1)을 만족한다.

또한, r2 = r3 = -184.82mm 이고, 조건(2)을 만족한다.

또한, 렌즈(G2)의 초점 거리(f)는 상술하는 구성에서는 -564.7mm 이고, 조건(3)을 만족한다.

또한, r4 = -425.00mm 이고, 조건(4)을 만족한다.

또한, 렌즈(G1)와 렌즈(G2)의 합성 초점 거리는 상술한 구성에서 아포칼계를 구성하고, 조건(5)을 만족한다.

따라서, 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기 가장 적합한 것임을 알 수 있다.

본 실시예의 수차를 도 12A 내지 도 13G에 나타낸다.

도 12A 내지 도 12G는 표(7) 및 표(8)에 나타낸 렌즈 구성의 촬상 렌즈측에, 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 매우 수차가 작은 렌즈계를 부착시켰을 경우의 결상면의 수차를 나타낸 도면으로서, 도 12A는 중심 위치에서의, 도 12B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 12C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 12D는 중심 위치에서의, 도 12E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 12F는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 12G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

또한, 도 13A 내지 도 13G는 도 12A 내지 도 12G와 동일한 조건으로, 렌즈(G2)를 2.12˚ 이동시켜 6.84mm 이동하여, 결상면의 상을 1.5mm 이동했을 경우의 결상면의 수차를 나타낸 도면으로서, 도 13A는 중심 위치에서의, 도 13B는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 13C는 중심에서 5.5mm 떨어진 위치에서의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 또한, 도 13D는 중심 위치에서의, 도 13E는 중심에서 3.85mm 떨어진 위치에서의, 도 13F는 중심 5.5mm 떨어진 위치에서의 X 방향의 가로 수차(DX)이고, 또한, 도 13G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)이다.

이들 도 12A 내지 도 13G의 수차 데이터에서, 렌즈(G2)가 정확하게 광축 위에 있을 때의 수차와 비교해서, 결상면의 화상을 1.5mm 이동시켰을 경우의 수차가 크게 열화하는 일이 없고, 이 점으로부터도 본 광학계는 본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치에 사용하기에 가장 적합하다는 것이 확인된다.

또한, 본 광학계의 구성은 상술한 4개에 한정되는 것이 아니고, 상술한 조건을 만족하는 구성이면 되는 것은 말할 나위도 없다.

본 발명의 손 떨림 보정 광학 장치를 사용함으로써, 손 떨림이 생긴 경우에도, 매우 작은 수차 범위내에서 손 떨림을 보정할 수가 있다. 또한, 손 떨림이 없는 경우에는, 본 보정 광학계의 삽입에 의한 수차 발생은 거의 없고, 촬영 화상의 열화를 초래하는 일은 없다. 또한, 제어 렌즈를 경량인 부재로 형성함으로써, 고속 응답성에 뛰어나다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명에 따른 손 떨림 보정 광학 장치의 광학계의 제 1 실시예로서, 도 1A는 그 구성을 도시한 단면 측면도이고, 도 1B는 그 동작을 설명하기 위한 단면 측면도.

도 2A 및 도 2B는 본 발명에 따른 손 떨림 보정 광학 장치의 광학계의 제 2 실시예로서, 도 2A는 그 구성을 도시한 단면 측면도이고, 도 2B는 그 동작을 설명하기 위한 단면 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 손 떨림 보정 광학 장치의 제어 기구를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 손 떨림 보정 광학 장치의 제어 회로의 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 손 떨림 보정 광학 장치를 종래의 촬상 광학에 장착한 실시예를 도시한 도면.

도 6A 내지 도 6G는 표(1) 및 표(2)에 도시한 렌즈 구성의 촬영 렌즈측에 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 극히 수차가 작은 렌즈계를 부착시켰을 경우의 결상면의 수차를 도시한 도면(광선의 파장은 587, 56nm 이며, 이하 모두 동일)으로서, 도 6A는 결상면 중심, 도 6B는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 6C는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 도 6D는 결상면 중심, 도 6E는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 6F는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 X 방향의 가로 수차(DX)이며, 또한, 도 6G는 사지탈 방향(sagittal direction)(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)를 도시한 도면.

도 7A 내지 도 7G는 도 6A 내지 도 6G와 동일한 조건으로 렌즈(G2)를 각도 0.835˚ 이동시켜 6.23mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동시켰을 경우의 도 6에 대응하는 각 수차를 도시한 도면.

도 8A 내지 도 8G는 표(3) 및 표(4)에 나타낸 렌즈 구성의 촬영 렌즈측에 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 극히 수차가 작은 렌즈계를 부착했을 경우의 결상면의 수차를 도시한 도면으로서, 도 8A는 결상면 중심, 도 8B는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 8C는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 Y 방향의 가로 수차(DY)이고, 도 8D는 결상면 중심, 도 8E는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 8F는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 S 방향의 가로 수차(DX)이며, 또한, 도 8G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)를 도시한 도면.

도 9A 내지 도 9G는 도 8A 내지 도 8G와 동일한 조건으로 렌즈(G2)를 0.955˚ 이동시켜 5.56mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동시킨 경우의 도 8A 내지 도 8G에 대응하는 각 수차를 도시한 도면.

도 10A 내지 도10G는 표(5) 및 표(6)에 나타낸 렌즈 구성의 촬영 렌즈측에 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 극히 수차가 작은 렌즈계를 부착시켰을 경우의 결상면의 수차를 도시한 도면으로서, 도 10A는 결상면 중심, 도 10B는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 10C는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 Y 방향의 가로 수차(DY)이며, 도 10D는 결상면 중심, 도 10E는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 10F는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 X 방향의 가로 수차(DX)이며, 도 10G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)를 도시한 도면.

도 11A 내지 도 11G는 도 10A 내지 도 10G와 동일한 조건으로 렌즈(G2)를 0.985˚ 이동시켜 7.81mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동시킨 경우에 도 10A 내지 도 10G와 대응하는 각 수차를 도시하는 도면.

도 12A 내지 도 12G는 표(7) 및 표(8)에 도시한 렌즈 구성의 촬영 렌즈측에 초점 거리 120mm, 밝기(F2)의 극히 수차가 작은 렌즈계를 부착했을 경우의 결상면의 수차를 도시한 도면으로서, 도 12A는 결상면 중심, 도 12B는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 12C는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 Y 방향의 가로 수차(DY), 도 12D는 결상면 중심, 도 12E는 결상면 중심에서 3.85mm 떨어진 점, 도 12F는 결상면 중심에서 5.5mm 떨어진 점의 X 방향의 가로 수차(DX)이며, 또한, 도 12G는 사지탈 방향(S), 접선 방향(T)의 비점수차(AS)를 도시한 도면.

도 13A 내지 도 13G는 도 12A 내지 도 12G와 동일한 조건으로 렌즈(G2)를 2.12˚ 이동시켜 6.84mm 이동시키고, 결상면의 상을 1.5mm 이동시켰을 경우의 도 12A 내지 도 12G와 대응하는 각 수차를 도시한 도면.

도 14A 및 도 14B는 종래의 전자 방식 손 떨림 보정 기구를 설명하기 위한 도면으로서, 도 14A는 CCD 영상의 잘라낸 범위를 도시하고, 도 14B는 영상의 잘라낸 범위에 대응하는 광축의 보정각의 산출을 도시한 도면.

도 15는 종래의 광학방식 손 떨림 보정 기구를 설명하기 위한 도면.

도 16A 및 도 16B는 종래의 다른 광학 방식 손 떨림 보정 기구를 설명하기 위한 도면으로서, 도 16A는 광학계의 구성을 도시하고, 도 16B는 동작 상태를 도시한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : X 축 틀 2 : Y 축 틀

3 : 고정 틀 4 : X 축 손 떨림 센서

5 : Y 축 손 떨림 센서 6 : X 회전축

7 : Y 회전축 8 : X 축 모터

9 : Y 축 모터 10, 11, 12, 13 : 기어

15 : 제어 회로 16 : X 축 모터 구동 회로

17 : Y 축 모터 구동 회로 21 : 전하 결합 소자

22 : 촬상 렌즈 23 : 프리즘

24 : 평오목렌즈 25 : 평볼록렌즈

G1, G2 : 렌즈 L : 광축

Claims

손떨림 보정 광학 장치에 있어서,

이격하여 대향 배치되는, 물체측의 제 1 렌즈와 촬상 렌즈측의 제 2 렌즈를 포함하는 광학계로서, 상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈의 대향하는 각각의 면은 동일한 곡률을 갖는, 상기 광학계와,

2개의 축방향의 각각에 독립해서 상기 제 2 렌즈를 이동시키는 회전 수단으로서, (i) 상기 제 2 렌즈를 지지하고 제 1 축에 대해 회전 가능한 제 1 프레임과, (ⅱ) 상기 제 1 프레임을 지지하고 제 2 축에 대해 회전 가능한 제 2 프레임을 갖고, 상기 제 1 축과 상기 제 2 축의 교점(intersection)은 상기 제 2 렌즈의 표면의 곡률의 중심과 일치하는, 상기 회전 수단과,

상기 2개의 축방향의 각각의 손 떨림을 검출하는 손 떨림 검출 수단을 포함하고,

상기 광학계는 촬상 장치의 촬상 렌즈 앞부분에 근접 설치되고,

상기 회전 수단은 상기 손 떨림 검출 수단의 검출 결과에 의거해서 구동되어, 상기 광학계에 입사하는 광의 광로를 제어하는 것을 특징으로 하는 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 아베수(Abbe number; Vd1)와 상기 제 2 렌즈의 아베수(Vd2)는,

-1.5 < Vd1 - Vd2 < 1.5

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 초점 거리(f)는,

400mm < | f | < 700mm

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 곡률 반경(r)은,

r > 400mm

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈의 합성 초점 거리는 아포칼계(an afocal system)인 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈를 유리로 형성하고,

상기 제 2 렌즈는 폴리카보네이트 수지(polycarbonate resin)로 형성된 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈를 유리로 형성하고,

상기 제 2 렌즈는 폴리메칠메타크릴레이트 수지(polymethylmethacrylate resin)로 형성된 것을 특징으로 하는, 손 떨림 보정 광학 장치.