JPH0262850B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はハンドヘルド型のビデオ乃至はフイル
ムカメラの記録表面に形成される画像を光学的に
安定化させる技術に関するものである。更に詳細
には、本発明は従来の着脱自在なズームレンズの
代りに従来のハンドヘルド型カメラに使用するの
に適した光学的に安定化させたズームレンズに関
するものである。

1969年10月28日にWilliam E. Humphreyに発
行された米国特許第3475073号に開示されている
如く、反射用及び変位用プリズムを使用する安定
化光学系は公知である。この特許に開示されてい
るプリズムは、以下屡々ハンフリープリズムとも
呼称するが、機器の或る種の不本意の移動に対し
て光学的な安定性を与えるものである。この光学
的な安定性がハンフリープリズムで与えられるの
は、対物レンズ系と共に使用された場合、レンズ
ケースと相対的に固定した位置に安定化させた画
像を与えることによつて達成されている。上掲の
ハンフリー特許は更にその他の反射用及び変位用
光学要素を開示しており、例えば３つのミラーを
使用するもの等を開示しており、それは、ハンフ
リープリズムと共に、以下、総称的に、ハンフリ
ー型光学要素と呼称する。

この安定化特性がある為に、ハンフリープリズ
ムはジヤイロスコープ安定化光学装置に使用され
ている。例えば、この様な装置の１例は
MARK1610という商標名でカリフオルニア、ク
パチーノのマークシステムズから市販されてい
る。この装置は単一（モノ）双眼鏡であり、通常
カルダン懸架と呼称されプリズムを支持する為に
自由度２のジヤイロスコープを使用している。こ
のタイプの懸架においては、プリズムがジンバル
の一方に固着されており、単一双眼鏡ケースの小
さな運動はジヤイロ安定化プリズムに影響を与え
ることは無いので、観測者の画像を安定化させる
のに貢献する。この装置は観測者にとつて安定化
させた画像を提供するものではあるが、得られる
画像はジヤイロスコープの回転ロータによつて発
生される様な高周波数振動に露呈される。ハンフ
リー特許第3475073号は、ズームレンズ組立体及
びリレー光学系をその中に開示してあるプリズム
安定化技術と共に使用可能であることを認めてい
る。然し乍ら、どの様にしてこのシステムを実際
使用する為に最適化するかということに付いては
開示していない。過去においてこれらの技術を使
用する為の試みとは裏腹に、商業的に未だ成功は
達成されたことがない。

カメラ自身を安定化させることによつて通常の
映画乃至はビデオカメラの視線を安定化させるこ
との可能な装置は長年使用されている。これらの
装置は、この様な安定化を得る為に、ジヤイロシ
ステム乃至は著しく増加した慣性モーメントの何
れかを使用している。機械的な理由により、この
様なシステムは大型で、高重量で、高価であり、
従つて多くの場合、映画取りを将来の或る所定の
計画可能な時間にスケジユールすることが可能で
ある場合に、ドキユメンタリーの製作やコマーシ
ヤル撮影等の特別の場合に貸し出される。

電子ニユース収集（ENG）はテレビ業界にお
いて日々重要性を益している。１週間分のTV全
国ネツトワークニユース報道を何のき無しに見て
いても分かることであるが、航空機のハイジヤツ
ク、暴動、事故、天災、そのたのヘリコプターや
移動車からの同様の情景、等のイベントの迅速な
ニユース報道では画像安定性が無い。TV会社が
通常のニユースイベントをこの様な目だつた技術
的欠陥を伴つて提供したとしたら、視聴者は救い
もない程アマチユア的であるとして拒絶するであ
ろう。然し、これらのニユースとしての価値の為
に、これらの撮影場面はそれらが非常に不安定で
あり明らかに技術的に欠陥のあるものであつても
報道される。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであつ
て、上述した如き従来技術の欠点を解消し、光学
的に安定化させたレンズ方式、好適にはズームレ
ンズ方式を具備したビデオ乃至は映画カメラの様
なカメラを提供することである。

本発明の光学的に安定化させたカメラレンズ方
式は、レンズケースに装着した対物レンズを有す
ると共に、該対物レンズとカメラの画像表面との
間の光学経路を画定する光学的縦列とを有してい
る。この光学的縦列は、対物レンズに続いて、ハ
ンフリー型の逆転及び変位光学要素で好適にはハ
ンフリープリズムと、該ハンフリー要素からの光
をズームレンズ組立体へ再指向させる該ハンフリ
ー型光学要素に続く光逆転・変位光学要素と、を
有しており、該ズームレンズ組立体はカメラ管の
画像表面へ画像を供給する。該ハンフリープリズ
ムは、慣性的にケースに装着されており、ケース
の小さな偶然的な運動を補償する為に傾斜及びパ
ンにおいて安定化されている。

本レンズ方式に従来のカメラ指向性を付加する
為に、光逆転・変位光学系の２つの光学経路実施
例を示してある。第１には、立方体角部（cube
corner）を使用することが可能である。第２に
は、変位屋根反射性組立体を、ドーブプリズムや
又一層好適にはペチヤン（Pechan）プリズム等
のパリテイー反射プリズムと結合して使用するこ
とが可能である。

反転・変位光学要素は、好適には、立方体角部
である。立方体角部の代りに、直角プリズムとア
ミシ（Amici）屋根プリズムの光学的に等価な結
合を使用することが可能である。立方体角部は３
つの反射を使用して、光路を反転させると共に変
位させて画像を上下反転させる。直角プリズムは
光路を90゜屈曲させ、一方アミシ屋根プリズムは
２つの反射を与えて、光を90゜屈曲させると共に
画像を上下反転させる。立方体角部の第１反射表
面又はその近傍においてハンフリー型光学要素に
よつて第１安定化画像が与えられる。反射総数
は、ハンフリープリズム内において３つの立方体
角部内で３つであり、偶数であつて、画像の偶数
パリテイーを維持する。これは小文字ｐが小文字
ｑの様に見えることを防止する為に必要である。
立方体角部からの光はズーム光学系を通過し、そ
れは、従来のビデオカメラに要求される如く、適
切なパリテイーをもつて上下逆数にカメラ管の画
面に第２画像を結像させる。

立方体角部、即ちキユーブコーナーは、好適に
は、反射表面間にオーバーラツプが無い様に構成
される。これは、直角プリズムに加えたアミシ屋
根プリズムの場合の約±２−３円弧秒からオーバ
ーラツプの無い反射表面を持つた立方体角部の場
合の約±10−20円弧分迄の許容可能な角度製造公
差を著しく増加させるので、このことは重要であ
る。これは、アミシプリズムと直角プリズムの結
合の場合よりも立方体角部のコストを著しく低く
する。

双眼鏡やその他の直接的な観測装置等の或る場
合には、画像を上下反転させることは望ましくな
い。これらの場合、反射・変位要素として直角プ
リズムと共にペンタプリズムを使用することが可
能である。このペンタプリズムは、２つの反射表
面を使用して光を90゜屈曲させ、従つてこの反
転・変位要素における全反射数は立方体角部の如
く３である。

反転・変位光学要素として立方体角部を使用す
る代りに、２つの角度付きミラー又は２つの直角
プリズムを使用することが可能である。然し乍
ら、この場合、全部で奇数個の反射(5)が形成され
るので、パリテイーが喪失される。これは、光学
経路に沿つて、ペチヤンプリズム又はドーブプリ
ズム等のプリズムを挿入することによつて補正可
能である。このプリズムは奇数個の反射表面（ペ
チヤンプリズムの場合は５で、ドーブプリズムの
場合は１）を持つており、従つてパリテイーが回
復される。又、このプリズムは、通常要求される
如く、画像を反転させるか又は正立のままとさせ
るかの何れも可能である様に配向させることが可
能である。

プリズムを加えることにより予測されなかつた
利点がユーザに与えられる。何故ならば、脱回転
プリズムは、奇数個の反射を有する他に、プリズ
ムが回転する速度の２倍の速度でプリズムを通過
する画像を回転させるからである。光学要素安定
化器はハンフリープリズムを、航空分野ではピツ
チ及びヨーとして知られている傾斜及びパンにお
ける小さな不本意の動きに対して安定化させる
が、ロータ軸は光学軸に必ず平行であるから、カ
メラ管の画像表面に与えられる画像は光学軸の周
りのロールに対して安定化されていない。従つ
て、プリズムを加えることは、アミシ屋根プリズ
ムの必要性を除去するだけでなく、画像がロール
に対して安定化されることを可能としており、そ
れはビデオカメラや映画カメラにとつて特に利点
であるが、直接的観測装置にとつてはそうではな
い。この特性を持つたプリズムを以下脱回転プリ
ズムと呼称する。

この脱回転プリズムはケースを通過する光学経
路の一部の周りに回動自在である様にケースに装
着されている。脱回転プリズムは、光学軸に平行
な軸の周りに回動自在である様にケースに装着し
たジンバルを持つたジヤイロに操作接続されてい
る。ジヤイロのロータの軸は光学軸に平行以外の
方向であり、好適には、その軸に対して約90゜で
ある。ケースと相対的に回転するジンバルの半分
の速度で脱回転プリズムを回転させる様にカツプ
リングが構成されている。従つて、光学軸の周り
をレンズケースをロールさせると、ジヤイロロー
タは所定位置に留まろうとするので、ジンバルが
ケースと相対的に移動される。脱回転プリズムは
カメラ及びレンズが光軸の周りをロールする速度
の半分の速度で回転されるので、画像面に与えら
れる画像はカメラと相対的に静止したままであ
る。

ハンフリープリズムは、光学要素安定化器によ
つて傾斜及びパンに関して安定化されている。こ
の光学要素安定化器は更にハンフリープリズムを
ジヤイロスコープモータによつて発生されたり又
は機器のケースに加えられたりする高周波数振動
から離隔されており、一方軽量且つ小型であつて
使用が容易であり且つ従来のカメラレンズとの交
換性も保持している。光学要素安定化器は、カル
ダン懸架組立体の用語で言うと、自由度２のジヤ
イロスコープを有すると共に、ハンフリープリズ
ム分離組立体を有しており、それはハンフリープ
リズムをカルダン懸架組立体に装着している。分
離組立体はジンバルを有しており、それにハンフ
リープリズムが回動自在に装着されており、それ
自身はカルダン懸架組立体のジンバルに回動自在
に装着されている。カルダン懸架組立体は、ハン
フリープリズム分離組立体のジヤイロスコープ的
に安定化されたマウントを提供している。ハンフ
リープリズム分離組立体は機械的な低周波数フイ
ルタとして機能し、ハンフリープリズムを高周波
数振動、特にロータ、軸受及びその他のモータ部
品によつて発生される振動から分離している。

理解される如く、内側ジンバルはジンバルシス
テムにおけるバランス上の不完全性を調節するこ
とに貢献する。本機器を何度か粗雑な扱いをした
後に、ロータ及びハンフリープリズムを装着する
ジンバルのバランスが略完全であると確信出来る
場合には、内側ジンバルは必要とはされない。こ
の内側ジンバルシステムは、ロータを屡々バラン
ス調整する必要性を回避する為に設けられる。更
に、この分離ジンバルシステムは、そうでなけれ
ば必要とされる様な精密なバランス作業の費用を
削減することを可能とする。重要なことである
が、この分離ジンバルシステムは本発明の実施に
とつて本質的なものではない。

歳差運動体（プレセサ）を使用してロータをバ
イアスさせており、従つてロータ軸は本機器の光
軸に平行状態を維持する傾向となる。分離組立体
ジンバル及びハンフリープリズムはスプリング及
びダンパーによつて夫々の中立位置でバイアスさ
れている。ダンピングを与える一方、対向する磁
石を使用してスプリングバイアスを与えることが
好適であり、好適実施例においては、螺設ピンを
使用して１つの要素から他の要素内の空洞内の粘
性物質内に延在させてダツシユポツトを形成して
いる。分離組立体によつて与えられるバイアス及
びダンピング機能は、約２Hz以上の周波数を持つ
た光学要素に伝達される全ての振動を実質的に減
衰させる為に選択されている。分離組立体及びプ
レセサのバイアス及びダンピング機能は、ロータ
やレンズケースに加えられる外部振動からの振動
を除去する一方本光学機器を滑らかにパンさせる
ことを可能とする様に選択されている。本発明の
光学的安定化器は、ハンドヘルドビデオカメラや
ハンドヘルド単一双眼鏡等の種々の光学機器と共
に使用することが可能である。それは、更に、高
パワーの望遠レンズを使用するスチールカメラを
安定化させるのに貢献する為に使用することも可
能である。

永久磁石プレセサは、光軸からのロータ軸の僅
かな角度ズレもプレセサによつてこれらの２つの
軸を再整合させようとする様に調整されるという
本質的な特性を持つている。プレセサが所謂平坦
スポツトを持つていることが通常望ましい。即
ち、角度ズレが或る通常小さな角度で、平坦スポ
ツト角度（フラツトスポツトアングル）と呼ばれ
る、約1/2度以上でない限り、歳差運動が行なわ
れない様にプレセサを構成する。この様な平坦ス
ポツトを持つたプレセサの場合、本光学機器から
の画像は、それが三脚台上で取つた様に見える。

プレセサは比較的長い時定数を持つており、従
つてそれがジヤイロ軸に行なう補正は寧ろ遅いも
のである。これは、例えば、ハンドヘルドビデオ
カメラの場合、ゆつくりと左右に振動し且つより
低度ではあるが上下に振動する傾向の画像を発生
させる。トルカを制御する為に使用されるセンサ
からの同じ信号を使用して、ジヤイロ軸の光軸か
らのズレの表示をカメラのCRT観測部上に与え
ることが可能である。これは２つのマークを
CRT観測スクリーン上に重ね合せることによつ
て達成することが可能であり、そのマークの一方
はジヤイロ軸を又他方は光軸を表している。これ
は、ユーザがカメラケースのピツチ及びヨーの振
動を観察することを可能とする。画像を安定に維
持する為に、ユーザは単に光軸（ケースの配向に
対応）をジヤイロ軸の一方の側で振動させる様に
する。プレセサは動作が遅いので、例えば、振動
がジヤイロ軸の右側の点の周りのものである場合
にのみ、ジヤイロ軸は右側へ歳差運動を行なう。
映画のビユーフアインダにおいて、同様の情報が
種々の態様で与えることが可能であり、例えば発
光ダイオードアレイや交差メータポインタを使用
することが可能である。注意すべきことである
が、本発明のこの側面はプレセサ内に平坦スポツ
トを与える為に使用されるセンサやトルカと共に
設けることが可能である。然し乍ら、このピツチ
及びヨーのズレ情報は平坦スポツトプレセサを与
えることとは独立的に与えることが可能である。
又、ロールに関する情報も同様な態様で与えるこ
とが可能である。

傾斜（テイルト）及びパン安定化ジヤイロスコ
ープロータはDCブラシ無しモータのロータとし
て動作する。このロータは、その周辺部に交互に
ポールを配向させて埋設した多数の永久磁石を有
している。このモータのステータは、ロータの永
久磁石に対向して配置させたポールを持つた少な
くとも１個の電磁石を有している。モータ回路は
ホール効果検知器を有しており、それは移動する
永久磁石の位置を検知する。このホール効果検知
器を通過する前記磁石の運動は、モータ回路を介
して電磁石の極性を反転させ、従つてロータを駆
動する。

ロータには第２ジンバルに装着してウインドシ
ールドが設けられている。このウインドシールド
はモータの大部分を取り囲むシユラウドとして機
能する。このウインドシールドは２つの機能を行
なう。第１に、それはロータの内側部分からその
外部部分へ空気をポンプ動作することによつてロ
ータの回転抵抗を低下させている。このことは、
モータの電源として通常使用される電池の寿命を
著しく長くさせる。第２に、このウインドシール
ドは、機器ケース内のプリズム上の乱流空気流れ
を実効的に取り除いており、それが取り除かれな
かつた場合にプリズムを揺動させたり振動させた
りすることを排除している。

一対の包囲機構が、光学安定化器が使用されな
い場合にそれを保護する為に設けられている。こ
の包囲機構の１つはウインドシールドを所定位置
にロツクする為に使用されている。ウインドシー
ルドはロータが軸支されているカルダン懸架組立
体のジンバルに装着されているので、ウインドシ
ールドを所定位置にロツクすることによりカルダ
ン懸架組立体も所定位置にロツクされる。他方の
包囲機構は、回動部材を有しており、それはハン
フリープリズムが回動することを防止する為にそ
れと係合する。カルダン懸架組立体包囲機構は、
通常、最初に開放され、次いでハンフリープリズ
ムが２番目に開放される。

本レンズシステムを従来のズームレンズと交換
して使用されることを可能とする為に光学経路の
設計には２つの主要な拘束条件が課されている。
第１に、ビデオ又はフイルムカメラの画面上に与
えられた画像は正しいパリテイーを持つていなけ
ればならず、従つてｐがｑの様に見えない様にし
なければならない。上述した如く、これは光路に
沿つて偶数個の反射を与えることによつて達成さ
れる。第２に、画面における光路部分は、カメラ
本体をその従来の態様で保持することを可能とす
る様なものでなければならない。従来のビデオカ
メラ及び従来のフイルムカメラの両方が、画面が
光軸に垂直であり且つ画面での光路は光軸と同じ
方向である様に形成されている。ハンフリープリ
ズムは、ハンフリープリズムに続く光路に沿つた
点において安定化された第１画像を与える。この
第１画像が感光性表面に形成される場合には、カ
メラは後ろ側に向いている様に思われ、これはレ
トロフイツト操作上全く許容出来ない。この安定
化された第１画像を従来のカメラ整合と共に使用
することを可能とする為に、光路を反転させて、
最終画面での光路が光軸に平行で且つそれと同じ
方向である様にせねばならない。これを行なう為
に、反射・変位光学要素がハンフリープリズムに
続いてレンズケース内に装着されており、第１画
像に隣接する光路を中断させてこの画像を典型的
にはビデオカメラ内の感光性表面へ中継する。

従つて、本発明は、機械的に不安定であり典型
的に肩に掛けたり手に持つたりするカメラのユー
ザに、持ち歩いたり必要な時に使用したりする為
に充分に軽く且つ充分に廉価な安定化したズーム
レンズ方式を提供している。本安定化レンズ方式
は、従来の安定化されていないズームレンズが装
着されるのと同じ態様で標準のハンドヘルド又は
肩掛け型カメラに取り付けることの可能な構成を
している。従つて、本発明は、従来の安定化され
ていないズームレンズと容易に且つ迅速に交換す
ることが可能である安定化させたズームレンズを
提供している。本発明は、此れ迄、例えばコマー
シヤル撮影等の場合の如く、カメラ全体の非常に
高価な従来の機械的な安定化器を借り出すことを
可能とする計画可能な場合以外、従来商業的に可
能ではなかつた品質の良い画像を与える為に電子
ニユース収集に使用するのに特に適している。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実
施の態様に付いて詳細に説明する。

第１図及び第２図を参照すると、光学的に安定
化されたカメラレンズシステム２が従来のビデオ
カメラ４に装着して示されている。レンズシステ
ム２はレンズケース６を有しており、その中に以
下に説明する種々の光学要素が装着されている。
対物レンズ組立体８がケース６に装着されてお
り、光軸１０に沿つて物体Ｏからの光を受光す
る。対物レンズ組立体８とカメラ管１６の端部の
画面１４との間でケース６内に光路１２が画定さ
れている。レンズシステム２は従来のズームレン
ズと交換してカメラ管１６に装着されている。多
数の光学要素、特にハンフリープリズム１８、反
射・反転・変位光学要素２０及びズームレンズ組
立体２２が光路１２に沿つて位置されている。要
素２０は立方体角部であるが、その他の光学的に
等価な要素を使用することも可能である。

対物レンズ組立体８は第１、第２、第３対物レ
ンズ２４，２６，２８を有しており、その全ては
従来の構成である。ハンフリープリズム１８は不
本意な傾斜やパン運動に関してケース６内に慣性
的に安定化されており、この側面は第４図乃至第
７図に関して後に詳細に説明する。ハンフリープ
リズム１８は光路１２の第１経路セグメント３０
に沿つて対物レンズ組立体８に続いている。物体
Ｏの画像がハンフリープリズム１８内で３回反射
され、第２経路セグメント３２に沿う第１画像
−１は最早偶数パリテイーを有していない。

反射・反転・変位光学要素２０は第２経路セグ
メント３２に沿つてハンフリープリズム１８に続
いている。要素２０はケース６に固着されてお
り、且つ３個の互いに垂直な反射面４０，４２，
４４を有している。固定レンズ３４は立方体角部
２０の前面３６に装着されている。立方体角部２
０は、表面４０が第１安定化画像−１が位置す
る箇所において又はその後方で光路１２と交差す
る様に位置されている。米国特許第3475073号は、
どの様にしてハンフリープリズム１８がケースに
関して安定化させた画像を与えるかに付いて記載
している。

画像が第２経路セグメント３２から第３経路セ
グメント４８へ進行する場合に、その形状の為に
立方体角部２０内で３つの反射が発生する。第３
経路セグメント４８は光学要素２０からカメラ管
１６の画面１４へ延在している。光学要素２０内
の３つの反射又は物体Ｏの画像を上下逆様にさせ
る。

経路セグメント４８に沿つてケース６内にズー
ムレンズ組立体２２が装着されている。組立体２
２は、従来の態様で、構成されており且つケース
６内に移動自在に装着されているので、その詳細
な説明は割愛する。ズームレンズ組立体２２は３
つの異なつたズーム位置５０，５２，５４におい
て示されている。ズーム位置５０は高300mm焦点
距離位置であり、位置５２は中間焦点距離位置で
あり、ズーム位置５４は低60mm焦点距離位置であ
る。絞り点が５６に位置されており、且つバツキ
ングレンズ５８が画面１４上に物体Ｏの適宜の第
２画像−２を与える為にズームレンズ組立体２
２に続いて第３経路セグメント４８に沿つて位置
されている。

組立体２２は従来のズームレンズで構成されて
いるズームリレーレンズである。従来のズームレ
ンズは遠くの画像から平行な光を取り、それを可
変等価焦点距離でフイルムゲートに合焦させる。
ズームリレーレンズは近くの物体（対物レンズで
形成される画像）からの光を取り、可変倍率で画
面（カメラ管上）にそれを合焦させる。従つて、
レンズシステム２は、カメラの使用上、極めて従
来のものとは異なる。

正しい画像パリテイーを得る為に、光路１２に
沿つて偶数個の反射が必要である。これはハンフ
リープリズム１８内の３個の反射と立方体角部２
０内の３個の反射によつて達成される。画像は立
方体角部２０内で上下逆様にされ、リレーレンズ
システムが画像を反転させるという事実に対して
補償し、従つて画面１４に与えられる画像は、交
換可能なレンズを使用する従来のビデオカメラに
必要な如く、上下逆様である。

第３図を参照すると、第２の光学的に安定化さ
れているカメラレンズシステム１００が示されて
いる。レンズシステム１００はレンズシステム２
と同様であり、且つ対物レンズ組立体８、ハンフ
リープリズム１８、反射・変位光学要素１０１、
ズームレンズ組立体１０２（高焦点距離位置に示
してある）、バツキングレンズ５８、バツキング
レンズ５８とカメラ管１２２の画面１２０との間
に位置されている脱回転プリズム組立体１０４を
有している。これらの要素は光路１２３に沿つて
位置されている。

脱回転プリズム組立体１０４は、負レンズ１１
１と正レンズ１１５との間に装着されている従来
の脱回転プリズム１１２を有しており、光路を長
くするが脱回転プリズム組立体が存在しない場合
と同じ実効焦点距離を維持する様に配列されてい
る。図示した如く、プリズム１１２の軸は主光軸
１０に対して直角であるが、それはその光軸に平
行とすることも可能である。負レンズ１１１は第
１直角プリズム１１０に装着されており、それは
第３経路セグメント４８から第４経路セグメント
１１６へ直角に光路１２３に沿つて光を再指向さ
せる。正レンズ１１５は第２直角プリズム１１４
に装着されており、それは第５経路セグメント１
１８に沿つてカメラ管１２２の画面１２０へ経路
１２３を屈曲させる第２直角プリズム１１４に装
着されている。

レンズシステム１００は、シユミツトプリズム
とも呼称されるペチヤンプリズムを脱回転プリズ
ム１１２として使用している。ドーブプリズムも
使用可能であるが、ドーブプリズムは平行光のみ
に使用可能であり、与えられたアパーチヤーに対
して、その物理的長さはペチヤンプリズムのもの
よりもかなり大きい。従つて、ペチヤンプリズム
の方が好適である。

光路１２３に沿つて脱回転プリズムを組み込む
ことにより、比較的高価な第２図の実施例の立方
体角部２０の必要性を取り除いている。反転、即
ち倒立像が所望されない箇所にこの光学系を使用
すると、脱回転プリズムは光軸１２周りに単に
180゜回転されるだけである。又、水平角度の初期
調節乃至は設定は脱回転プリズム１１２の初期調
節によつて行なうことが可能である。

脱回転プリズム組立体１０４は機械的カツプリ
ング組立体１０８によつてロール安定化ジヤイロ
１０６に機械的に結合されている。ロール安定化
ジヤイロ１０６は大略垂直の第１ロータ軸１２６
の周りに回転可能にジンバル１２８へ装着したロ
ータ１２４を有している。第３図に概略示した如
く、ジンバル１２８は水平な第３軸１３４の周り
を回転する様にレンズケース６に回動自在に装着
されている。軸１３４は光軸１０と同一直線上に
あり、従つてカメラ４とレンズケース６とが光軸
１０の周りを回転乃至はロールされる場合に、ジ
ンバル１２８をケース６に装着する支持シヤフト
１３６，１３８は同量回転する。これは、レンズ
システム１００が光軸１０の周りを回転する速度
の半分で機械的カツプリング組立体１０８が脱回
転プリズム１１２を第４経路セグメント１１６の
周りを回転させることが可能である為の基礎を与
えている。

機械的カツプリング組立体１０８は、一対の案
内プーリ１４６，１４８によつて90゜回転部を介
して案内されている可撓ワイヤ１４４によつて第
２プーリ１４２に接続されている第１プーリ１４
０を有している。第２プーリ１４２は脱回転プリ
ズム１１２を取り巻いており、且つプリズム１１
２を第２プーリ１４２の内部に装着させている。
第２プーリ１４２は、プーリ１４２の円周部又は
同様に大直径玉軸受システムと係合する３つの互
いに均等に離隔した支持ローラ１５０によつてケ
ース６に装着されている。支持ローラ１５０はそ
れ自身ケース１０６に装着されている。プーリ１
４０は半分の直径であり、従つてプーリ１４２の
円周の半分で、シヤフト１３８（及びプーリ１４
０）とプーリ（及びプリズム１１２）の回転運動
の間には２：１の減速が発生する。これは、回転
プリズム１１２がそれが回転する速度の２倍で画
像を回転させる傾向がある事実を補償する。従つ
て、軸１０周りのカメラ４の回動運動、即ちロー
ル運動は、脱回転プリズム１１２、カツプリング
組立体１０４、ジヤイロ１０６の総称的にロール
安定化器１５１として知られる構成によつて補償
される。バツクラツシユを除去する為に、ワイヤ
１４４と共にスプリング（不図示）を使用するこ
とが可能である。

次に、第４図を参照すると、画像位置安定化組
立体２０２の好適実施例を概略示してある。組立
体２０２は、本発明の重要な側面を有する点に関
し幾らか詳細に説明する。組立体２０２は、大
略、カルダン懸架組立体２０４、プリズム分離組
立体２１１、ハンフリープリズム１８を有してい
る。カルダン懸架組立体２０４は第１ジンバル２
０６、第２ジンバル２０８、ロータ２１０を有し
ている。プリズム分離組立体２１１は第２ジンバ
ル２０８に装着した第３ジンバル２１２を有して
おり、ハンフリープリズム１８はジンバル２１２
に回動自在に装着されている。安定化器２０２
は、第２図に示した第１画像−１の画像安定化
を助ける為に使用されている。

第５図及び第６図を参照すると、第１ジンバル
２０６はケース６に装着されて第１垂直軸２１８
の周りを回動する。第２ジンバル２０８は第１ジ
ンバル２０６内に装着されていて第２水平軸２２
０の周りを回動する。ロータ２１０は第３水平軸
２２２の周りを回転可能であるようにロータシヤ
フト２２５によつて第２ジンバル２０８の中央軸
受ブロツク部分２２４に装着されている。ケース
６に支持されているカルダン懸架組立体２０４は
ジヤイロスコープ的にプリズム分離組立体２１１
と共にプリズム１８を支持する為に使用されてい
る。

第３ジンバル２１２は第４軸２２８周りに回動
する為に延長部２２６，２２７の間に回動自在に
支持されている。プリズム分離組立体２１１は、
Ｚ形状支持体２３０と一対の端部プレート２３２
とを有している。プレート２３２は適宜の接着剤
によつてプリズム１８に又螺子２３３によつてＺ
形状支持体２３０に固着されている。プリズム１
８はプレート２３２を介して第３ジンバル２１２
へ回動自在に装着されており、従つてプリズム分
離組立体２１１及びプリズム１８は第５垂直軸２
３４の周りを回動する。

図示した如く、第１、第２、第３軸２１８，２
２０，２２２は通常直交軸であり且つ第１点２３
６で交差している（第６図参照）。この適用例に
おいて示されている如く、公称的に直交する手
段、即ち安定化された部品が図示した夫々の中立
位置にある場合にそれらの軸が直交する手段が使
用される。第４及び第５軸２２８，２３４は第２
点２３８で第３軸２２２と交差し、且つ公称的に
直交である。第２点２３８はプリズム１８とプリ
ズム分離組立体２１１の結合重心と一致し、従つ
てプリズム１８は図示したその中立位置に留まる
傾向となる。画像安定化組立体２０２の重心は好
適には第１点２３６と一致しており、従つて組立
体２０２は第１軸２１８の周りにバランスされて
いる。

ロータ２１０は拡大された外側領域２４０を持
つており、それは磁石の北極と南極とを交互にし
て一連の磁石２４１を有している。ロータ２１０
はロータシヤフト２２５に装着されており、該シ
ヤフトは第２ジンバル２０８の軸受ブロツク部分
２２４内を挿通している。ロータ２１０はブラシ
無しDCモータ２４４用のロータ要素として作用
する。ロータ２１０を除いてモータ２４４を構成
する部品は円形状プリント回路基板２４６に装着
されており、該基板自身は一対のスタンドオフ２
４８によつて第２ジンバル２０８に装着されてい
る。皿形状のウインドシールド２４９がプリント
回路基板２５１の周辺端部２５１に装着されてい
る。シールド２４９及び基板２５１は、安定化を
劣化させることのある様な機器内の乱流空気流れ
をロータ２１０が発生することを防止する。ウイ
ンドシールド２４９の使用は又ロータ２１０を駆
動するのに要求されるエネルギを減少させる。こ
のことは、モータ２４４をも駆動するのに共通に
使用されている電池の寿命をかなりの程度長くす
るので極めて重要である。

モータ２４４は通過する磁石２４１の位置を検
知するホール効果装置を使用している。モータス
テータ２５０がホール効果装置の出力に応じて付
勢され且つ脱勢されて磁石２４１を交互に吸引及
び反発する。このタイプのモータは公知であり、
ロータ２１０を回転させ、従つてカルダン懸架組
立体２０４はプリズム分離組立体２１１及びプリ
ズム１８に対して自由度２のジヤイロスコープ的
に安定化された支持構成体を与えている。

第３軸２２２、即ちロータ２１０の回転軸を、
安定化器２０２が使用されている光学機器の第１
図、第２図、第６図に示した光軸１０と平行に維
持することが望ましい。この為に、プレセサ２５
２が使用されている。プレセサ２５２は、第６図
及び第８Ａ図に示したＨ形状取り付けプレート２
５５を介してケース６に装着した主鉄シヤフト２
５４を有しており、且つ凹状円形銅デイスク２５
８の中央開口２５６を貫通して延在している。デ
イスク２５８はロータ２１０の円形状延長部２６
０によつて支持されている。円形鉄シユー２６４
が開口２５６の反対側のシヤフト２５４に装着さ
れている。磁石２６６が開口２５６の反対側の拡
大端部２６２に装着されており、開口２５６内に
磁界２６８を与えている。

ロータ２１０が回転すると、傾斜及びパン運動
に対してその位置をジヤイロスコープ的に維持す
る傾向となる。然し乍ら、使用中に、カメラ４を
異なつた方向に指向させると、ケース４の配向が
変化する。このケース２の運動は銅デイスク２５
８を磁界２６８内に移動させる。中央開口２５６
が最早磁界２６８内に中心位置決めされないの
で、回復トルクが銅デイスク２５８に与えられ、
ロータ２１０を再度整合させ、従つて第３軸２２
２は再度主観測軸と整合される。プレセサ２５２
はケース軸と平行にジヤイロ軸を回復する様に作
用するが、それは回転するデイスクが磁界２６８
を通過するとデイスク２５８上に渦電流抗力が発
生するからである。従つて、プレセサ２５２は低
周波数でジヤイロ軸をケース軸に従属させるが、
基本的に高周波数においてジヤイロ軸にトルクが
かからない様にさせている。この結果、画像が安
定化されると共にパンする能力が得られる。

第５図に最も良く示した如く、第３ジンバル２
１２は中立位置、即ち第５軸２３４が第３軸２２
２に垂直な箇所に、対向する磁石２７０，２７２
によつて回復される。磁石２７０は、典型的に、
接着剤で、第３ジンバル２１２の反対角部２７
４，２７５に固着されており、一方磁石２７２は
垂直バー２７６，２７７に装着されていて、該バ
ー自身は水平延長部２２６，２２７近傍の位置で
第２ジンバル２０８に接続されている。磁石２７
２は同じ極を互いに対向させて、従つて互いに反
発バイアスさせて直接対向する磁石２７０に対し
て位置されている。スプリング等のその他の回復
手段を使用することも可能である。同様に、磁石
２７８，２８０は、Ｚ形状支持体２３０の末端部
２８２，２８３及び第３ジンバル２１２上の突起
２８４，２８５に装着されており、従つて磁石２
７８，２８０は同極に対向させて互いに直接的に
対向されている。これにより、プリズム１８が中
立位置に回復され、即ちハンフリープリズム１８
の正面８６が第４軸２２８と平行になる。磁石２
８０は螺子２８１に装着されており、従つて磁石
２７８，２８０間の距離はプリズム１８の周波数
応答を同調させるべく調節することが可能であ
る。所望により、他の何れかの磁石も夫々の支持
体へ調節して装着させることが可能である。

第２ジンバルと相対的な第３ジンバル２１２の
運動及び第３ジンバル２１２と相対的なプリズム
１８の運動のダンピングは以下の如く与えられ
る。止め螺子２８６がバー２７７に装着されてお
り且つダシユポツトを形成する為に粘性物質で充
填された第３ジンバル２１２内の開口（不図示）
内に延在して位置されている。止め螺子２８８
は、ジンバル２１２内の粘性物質で充填されてい
る開口２９２に延在する為に支持体２３０の耳部
２９０に装着されている。止め螺子２８６，２８
８の延長を変化させることにより、分離組立体２
１１の減衰特性を調節することが可能である。粘
性物質は、画像安定化組立体２０２が遭遇すると
考えられる動作温度で流動しないタイプのものと
すべきである。粘性流体の蒸発は充分に小さく、
本光学機器の光学的特性と干渉することが無いも
のとすべきである。所望により、隣接する要素と
摩擦係合する１つの要素に装着されているワイヤ
等の他のタイプのダンピング手段を使用すること
も可能である。組立体２０２は繊細な特性である
から、選択される回復及びダンピング手段は非常
に低い力及び速度で滑らかに作用し且つ一貫性を
もつて作用するものでなければならない。

第７図、第８Ａ図、第８Ｂ図を参照すると、３
０２及び３０４の一対の包囲システムが示されて
いる。プリズム包囲システム３０２は、３１０で
支持フレーム３０８に回動自在に装着した分岐ア
ーム３０６を有している。アーム３０６は、３つ
の接触点３１２，３１４，３１６を有しており、
それにコルクパツド３１８が第７図の実線位置に
おける如く３つの互いに離隔した点でハンフリー
プリズム１８に接触すべく位置して装着されてい
る。その様に位置されると、プリズム１８は最早
軸２３４の周りを自由に回動することが出来ず且
つ所定位置にロツクされる。使用中に画像安定化
が所望される場合、ケーブル３２０がユーザによ
つて延長されるアーム３０６を第７図の点線位置
へ前方へ回動させて、プリズム１８を開放させ
る。スプリング３２２は通常アーム３０６を第７
図の実線位置に向かつてバイアスしている。この
包囲構成は、組立体２０２のプリズム１８及びそ
の他の部品に損傷が発生することを防止するのに
貢献する。

第８Ａ図及び第８Ｂ図は、夫々、ジヤイロ包囲
システムのロツク位置及びアンロツク位置を示し
ている。システム３０４はスタンドオフ３２４に
よつてフレーム３０８を支持する為に装着したＨ
プレート２５５を有している。３つの取り付け螺
子３２６がＨプレート２５５に固定されており且
つＨプレートの何れかの側に延在している。円形
作動プレート３２８が螺子３２６の外側端部にお
けるワツシヤー３３０とＨプレート２５５との間
に装着されている。プレート３２８は３つのスロ
ツト３３２を有しており、それを介して螺子３２
６が挿通し且つそれはプレート３２８を第８Ａ図
の第１の包囲したロツク位置と第８Ｂ図の第２の
脱包囲の非ロツク位置との間を回転することを可
能とする。これは、ケース６を介して延在する回
転ノブ３３４によつてユーザによつて達成され
る。ノブ３３４はその外側端部にオフセツトピン
３３８を持つたシヤフト３３６に装着されてお
り、該外側端部はプレート３２８内の対応するス
ロツト３４０と係合してプレート３２８の所望の
回転運動を与える。

３つの犬の形状をした包囲爪３４２がＨプレー
ト２５５とウインドシールド２４９の間の螺子３
２６の外側端部にそれらの端部を装着させてい
る。爪３４２の各々はプレート３２８内の案内ス
ロツト３４６と係合する為に爪３４２から延在す
る軸方向外側に延在するピン３４４を有してい
る。スロツト３４６は、第８Ａ図に示した外側端
部３４８がウインドシールド２４９の円形突起３
５０とに押圧する包囲位置（ロツク位置）と外側
端部３４８がウインドシールド２４９を押圧しな
い第８Ｂ図の脱包囲位置（非ロツク位置）との間
を爪３４２の外側端部３４８を案内する為に寸法
構成され且つ位置決めされている。第８Ａ図の包
囲位置において、ウインドシールド２４９は所定
位置にロツクされる。ウインドシールド２４９は
ロータ２１０が装着されている第２ジンバル２０
８に装着されているので、ウインドシールド２４
９を所定位置にロツクするとカルダン懸架組立体
２０４をロツク乃至は包囲状態としてそれが移動
することを防止する。本機器が組立体２０２が損
傷されることから防止する為に使用されない場合
に包囲構成が主に使用される。

プレート３２８は、スプリング３５２を使用す
ることによつて第８Ａ図及び第８Ｂ図の完全に包
囲したか又は完全に脱包囲した位置の何れかに維
持される。スプリング３５２は一端がスタンドオ
フ２５４によつてプレート２５５に接続され且つ
その他端が三角形状カツプリングプレート３５６
に接続されている。プレート３５６は回動点３５
８でＨプレート２５５に回動自在に装着されると
共に回動点３６０で作動プレート３２８に回動自
在に装着されている。スプリング３５２及びプレ
ート３５６は、作動プレート３２８が包囲位置と
脱包囲位置との間を回転される場合にスタンドオ
フ３５４と回動点３５８とを結ぶ線を介してスプ
リング３５２が通過する様に配列されている。こ
れは、スプリング３５２がプレート３２８を包囲
位置か又は脱包囲位置の何れかの位置にプレート
３２８を保持することを可能とする。

安定化器２０２の種々の要素に対して上述した
回復及びダンピング構成は、約２Hz以上のプリズ
ム１８上の全ての振動を実質的にフイルタする為
に適合されている。従つて、プリズム分離組立体
２１１はプリズム１８を高周波数振動から分離す
る為の機械的ローパスフイルタとして作用する。
このことは、モータ２４４のロータ２１０及びそ
の他の部分が取り除かなかつた場合にはプリズム
１８を振動させることのある高周波数振動を発生
させるので非常に重要である。

光学的に安定化させたカメラレンズシステム
２，１００は、第１図に示したビデオカメラ４の
如き、ハンドヘルド型又は肩掛け型光学機器に使
用するのに特に好適である。安定化組立体２０２
は、低光条件の下で望遠レンズを使用するスチー
ルカメラ又は映画カメラに使用するのに有用であ
る。安定化組立体２０２は又高倍率双眼鏡又は単
一双眼鏡で、特に後者の場合にロール安定化が所
望されない場合に使用することが可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細
に説明したが、本発明はこれら具体例にのみ限定
されるべきものでは無く、本発明の技術的範囲を
逸脱すること無しに種々の変形が可能であること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のビデオカメラに使用した本発明
の光学的に安定化させたカメラレンズシステムの
説明図、第２図は第１図のレンズシステムの対物
レンズとカメラ管との間の本発明の立方体角部実
施例の光路を有する要素の簡単化した斜視図、第
２Ａ図は立方体角部の３つの表面の各々の好適逐
次使用を例示した立方体角部組立体の正面図、第
３図はズーム光学系とカメラ管との間の光路に沿
つて位置させたロール安定化器として適合させた
ペチヤンプリズムを有する第１図のレンズシステ
ムの第２実施例の簡単化した斜視図、第４図は本
発明の光学要素安定化器の概略説明図、第５図は
ジンバルと光学要素とロータとを例示した本発明
の光学安定化器の分解斜視図、第６図はプリント
回路基板に装着したモータステータとウインドシ
ールド装置とプレセサとを有する第５図の光学要
素安定化器の部分的断面平面図、第７図、第８Ａ
図、第８Ｂ図はハンフリープリズム及びジヤイロ
包囲機構を夫々示した各説明図、である。 （符号の説明）、２：レンズシステム、４：ビ
デオカメラ、６：ケース、８：対物レンズ組立
体、１０：光軸、１２：光路、１４：画面、１
６：カメラ管、１８：ハンフリープリズム、２
０：反射・反転・変位光学要素、２２：ズームレ
ンズ組立体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像面を持つたカメラに使用するレンズシス
   テムにおいて、ケースと、光軸に沿い光を受光す
   べく該ケースに装着した第１光学要素としての対
   物レンズと、該第１光学要素と該画像面との間で
   該ケース内に光路を画定する光学縦列と、を有し
   ており、前記光学縦列が、該第１光学要素に続く
   光路に沿つて位置されており且つ前記光路の第１
   光路セグメントから入射する光を横方向に離隔し
   た第２光路セグメントへ再指向させて該第２光路
   セグメントに沿つて第１画像を形成すべく配設さ
   れているハンフリー型反射・変位用第２光学要素
   と、該第１画像が安定化した画像である様に該ケ
   ースの小さな偶発的な運動を補償すべく該ケース
   に該第２光学要素を慣性的に装着する装着手段
   と、該第２光学要素に続いて該ケース内に装着さ
   れており且つ該第２光学要素からの光を横方向に
   離隔した該光路の第３光路セグメントへ中継すべ
   く配設されている立方体角部からなる反射用第３
   光学要素と、該第３光学要素に続いて該ケース内
   に装着されたズーム中継レンズ組立体と、を有し
   ており、又前記光学縦列は該画像面に第２画像を
   形成する為に該第３光学要素から該光路に沿つて
   光を中継すべく配設されていることを特徴とする
   レンズシステム。 ２ 画像面を持つたカメラに使用するレンズシス
   テムにおいて、ケースと、光軸に沿つて光を受光
   すべく該ケースに装着されている第１光学要素と
   しての対物レンズと、該第１光学要素と該画像面
   との間で該ケース内に光路を画定する光学縦列
   と、を有しており、前記光学縦列が、該第１光学
   要素に続く光路に沿つて位置されており且つ前記
   光路の第１光路セグメントから入射する光を横方
   向に離隔した第２光路セグメントへ再指向させて
   該第２光路セグメントに沿つて第１画像を形成す
   べく配設されているハンフリー型反射・変位用第
   ２光学要素と、該第１画像が安定化した画像であ
   る様に該ケースの小さな偶発的な運動を補償すべ
   く該ケースに該第２光学要素を慣性的に装着する
   装着手段と、該第２光学要素に続いて該ケース内
   に装着されると共に２つの反射表面から構成され
   ており且つ該第２光学要素からの光を横方向へ離
   隔され且つ反転された該光路の第３光路セグメン
   トへ中継すべく配設された第３光学要素と、該第
   ３光学要素に続き且つ該ケース内に装着されたズ
   ーム中継レンズ組立体を具備する第４光学要素
   と、該画像面に偶数パリテイーを持つた第２画像
   を形成する為に該第３光学要素から該光路に沿つ
   て光を中継すべく配設された反射表面を持つたパ
   リテイー反転プリズムを具備する第５光学要素
   と、を有することを特徴とするレンズシステム。 ３ 画像面を持つたカメラに使用するレンズシス
   テムにおいて、ケースと、光軸に沿つて光を受光
   すべく該ケースに装着された第１光学要素と、該
   第１光学要素と該画像面との間で該ケース内に光
   路を画定する光学縦列と、を有しており、前記光
   学縦列が、それを介して受け取つた画像を該画像
   面に対して安定化させる画像位置安定化組立体
   と、該光路の周りに回動運動すべく該ケースに装
   着した脱回転プリズムと、該ケースに装着されて
   おり且つ該光路に平行なジンバル軸の周りを回動
   自在に該ケースに装着したジンバルとロータ軸周
   りに回転すべく該ジンバルによつて回動自在に支
   持したロータとを具備すると共に該ロータ軸が該
   光路に平行以外の方向に指向しているロール安定
   化ジヤイロと、画像の安定化を得る為に該ジンバ
   ルの半分の速度で該脱回転プリズムを回転させる
   為に該ジヤイロと該脱回転プリズムとを動作結合
   させる結合手段と、を有することを特徴とするレ
   ンズシステム。 ４ 特許請求の範囲第３項において、該脱回転プ
   リズムがペチヤンプリズムを有していることを特
   徴とするレンズシステム。 ５ 画像位置安定化装置において、第１軸の周り
   に回動運動すべくケースに回動自在に固定した第
   １ジンバルと第２軸の周りに回動運動すべく該第
   １ジンバルに装着した第２ジンバルと第３軸の周
   りに回転すべく該第２ジンバルに回転自在に装着
   したロータとを具備するカルダン懸架組立体、該
   ケースと相対的に該ロータを元の配向状態に回復
   させる回復手段、ハンフリー型反射・変位光学要
   素、該ハンフリー型光学要素を該第２ジンバルへ
   装着させると共に機械的ローパスフイルタとして
   作用するプリズム分離組立体、を有することを特
   徴とする画像位置安定化装置。 ６ 光学要素を安定化させる方法において、第１
   ジンバルと第２ジンバルとロータとを具備するカ
   ルダン懸架組立体を該第１ジンバルを介して光学
   機器のケースへ回動自在に装着し、該ロータを該
   ケースと相対的な元の配向状態へ復帰させ、第３
   ジンバルを該第２ジンバルへ回動自在に装着し、
   ハンフリー型光学要素を該第３ジンバルへ回動自
   在に装着し、該第３ジンバルを該第２ジンバルと
   相対的に且つ該光学要素を該第３ジンバルと相対
   的にバイアスさせると共にダンピングさせて該第
   ３ジンバル及び該光学要素を夫々の元の配向状態
   にバイアスすると共に選択した周波数以上の振動
   が該光学要素へ伝達されることを実質的に禁止す
   る、上記各ステツプを有することを特徴とする方
   法。