JP2001141990A - 観察光学機器の合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 天体望遠鏡等の観察光学機器において、熟練
を必要とせず容易に高い精度で合焦操作を行うことがで
きる自動合焦装置を得ること。 【構成】 光軸方向に駆動される観察光学機器に設けた
接眼部に、着脱可能な撮像装置と、合焦部材の電動合焦
機構を利用し、撮像装置によって得られる電気的な信号
に基づいて電動合焦機構を制御し、合焦部材を移動させ
て撮像素子を対物光学系の像形成位置に一致させる観察
光学機器の合焦装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、天体望遠鏡等の合焦装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】天体望遠鏡等の合焦機構と
して、合焦ハンドルを回転させ、ピニオンギアとラック
ギアの動作によって各種観測機器と対物レンズとの距離
を変化させて合焦操作を行うラックピニオン式合焦装置
が一般的に使用されている。このラックピニオン式合焦
装置は手動で合焦ハンドルを回転させて合焦操作を行う
ものであるため、合焦時に振動が観測機器に伝わって合
焦精度が低下するという問題がある。また一方で、この
ような合焦装置にモーターを組み合わせ、電動にて合焦
操作を行う電動合焦装置が従来から知られている。電動
合焦装置によれば、手動操作のように振動が発生しない
ため合焦精度が向上するという利点がある。

【０００３】しかし、従来の天体望遠鏡の合焦装置では
いずれも、合焦状態を肉眼で確認しながら合焦操作を行
うため、合焦精度を高めるには熟練を要する。また、暗
い天体が対象の場合、肉眼での合焦操作は不可能となっ
てしまう。

【０００４】一方、最近では、天体望遠鏡によって形成
される像を記録する媒体として、撮像素子にＣＣＤを使
用したＣＣＤカメラが注目されており急速に普及しつつ
あるが、ＣＣＤカメラは高精細であり、暗い天体の細部
まで高精度に記録することができるため、明るい天体は
勿論、暗い天体であっても高精度に合焦操作を行うこと
が要求される。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、天体望遠鏡等において、熟練
を必要とせず容易に高い精度で合焦操作を行うことがで
きる自動合焦装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、観察光学機器の着脱可能な撮
像装置と、電動合焦機構を利用して、合焦動作を実行す
れば、高精度な合焦操作ができるという着眼に基づいて
なされたもので、観察光学機器の合焦部材を光軸方向に
移動させる電動合焦機構；観察光学機器に設けた接眼部
に、接眼レンズに代えて着脱可能で、観察光学機器の対
物光学系によって形成される像を再結像させて電気的な
信号に変換する撮像素子を有する撮像装置；及びこの撮
像装置と上記電動駆動機構とを制御するコントローラ；
を設け、このコントローラにより、撮像装置によって得
られる電気的な信号に基づいて電動合焦機構を制御し、
合焦部材を移動させて撮像素子を対物光学系の像形成位
置に一致させることを特徴としている。

【０００７】本発明は別の態様によると、電動合焦機構
は、合焦部材として撮像装置全体と、撮像素子のうちの
少なくとも一つを光軸方向に移動させる構成とすること
ができる。

【０００８】本発明はさらに別の態様によると、撮像装
置は、対物光学系によって形成される像を再結像させる
結像光学系を有し、電動合焦装置は、合焦部材として撮
像装置全体、結像光学系および、撮像素子のうちの少な
くとも一つを光軸方向に移動させる構成とすることがで
きる。

【０００９】電動合焦機構は、合焦部材と一体のラック
ギアと、このラックギアに噛合するピニオンギアと、こ
のピニオンギヤを駆動するモータとによって構成するこ
とができる。

【００１０】撮像素子はＣＣＤとし、撮像装置は対物光
学系によって形成される像を撮像するＣＣＤカメラを使
用することができる。

【００１１】自動合焦するには、コントローラによっ
て、ＣＣＤによって得られる像のコントラストが最も高
くなるように、合焦機構駆動装置を制御して合焦操作を
行う構成とすることが好ましい。

【００１２】具体的には、コントローラによって、ＣＣ
Ｄの単位素子当たりの輝度が最も高い部分と、単位素子
当たりの輝度が最も低い部分との輝度差が最も大きくな
るように、合焦機構駆動装置を制御して合焦操作を行う
構成とすることが好ましい。

【００１３】本発明の自動合焦装置は、例えば天体望遠
鏡に適用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１ないし図５に示す第一の実施
形態は、本発明を天体望遠鏡に適用した実施形態であ
る。この天体望遠鏡は、図２に示すように、対物レンズ
群を支持した固定鏡筒１０と、この固定鏡筒１０の後端
部に結合されている固定ハウジング２０と、固定ハウジ
ング２０に光軸方向に移動可能に支持された可動筒体３
０と、可動筒体３０を駆動する手動及び電動を選択可能
な合焦機構４０とを備えており、可動筒体３０の後端部
には、接眼レンズ５０が装着されている。天体望遠鏡で
は、物体距離によって固定鏡筒１０に保持された対物レ
ンズ群による結像位置が変化し、その結像位置の像を接
眼レンズ５０で観察するべく、可動筒体３０を移動させ
る。つまり、可動筒体３０は、合焦操作によって移動す
る合焦部材である。固定鏡筒１０に保持される対物レン
ズ群は、色消しレンズによって構成される屈折式対物レ
ンズでも、反射鏡の組み合わせによって構成される反射
式対物レンズでもよい。

【００１５】合焦機構４０は、この可動筒体３０を手動
及び電動で駆動するもので、可動筒体３０の下部外面に
は、図３に示すように、光軸と平行な方向（図３の紙面
と垂直な方向）に向けてラック３０ａが固定されてい
る。一方、固定ハウジング２０には、このラック３０ａ
に噛み合うピニオン４２を有する回転軸４１が回転自在
に支持されており、この回転軸４１の固定ハウジング２
０からの突出部にはそれぞれ、手動ハンドル４３が固定
されている。従って、手動ハンドル４３を回転させる
と、ラック３０ａとピニオン４２によるラックピニオン
機構によって可動筒体３０が光軸方向に移動する。

【００１６】合焦機構４０は、固定ハウジング２０に固
定された電動合焦ユニット４４を備えている。電動合焦
ユニット４４は、その内部に、モータ４５と、このモー
タ４５のピニオン４６に噛み合う減速ギヤ列を有し、こ
の減速ギヤ列の最終ギヤ４７は、ラック３０ａに噛み合
っている。従って、モータ４５を正逆に駆動すると、同
じラックピニオン機構により、可動筒体３０が光軸方向
に移動する。

【００１７】図１は、接眼レンズ５０に代えて、可動筒
体３０の後端部にＣＣＤカメラユニット６０を装着した
状態を示している。ＣＣＤカメラユニット６０は、撮像
素子（ＣＣＤ）と、この撮像素子上に、固定鏡筒１０の
対物レンズによって形成された像を再結像させる結像光
学系とを備えている。接眼レンズ５０との違いは、接眼
レンズ５０は眼視光学系であるのに対して、ＣＣＤカメ
ラユニット６０は、結像光学系を備えている点にある。
ＣＣＤカメラユニット６０を装着した状態で、可動筒体
３０を光軸方向に移動させると、対物レンズ群による像
を正しく撮像素子の撮像面上に再結像させることができ
る。

【００１８】コントローラ７０の前面には、図４に示す
ように、コントローラ７０の電源をＯＮ、ＯＦＦする電
源スイッチ７１、電動合焦ユニット４４を介して可動筒
体３０を移動させて天体望遠鏡の合焦を行う合焦スイッ
チ７２、合焦情報を表示するフォーカスインジケーター
７３、ＣＣＤカメラユニット６０を接続するＣＣＤカメ
ラコネクタ７４、電動合焦ユニット４４を接続する合焦
ユニットコネクタ７５が配設されている。

【００１９】コントローラ７０の合焦ユニットコネクタ
７５には接続コード６１を介して電動合焦ユニット４４
が、またＣＣＤカメラコネクタ７４には接続コード６２
を介してＣＣＤカメラユニット６０が電気的に接続可能
であり、コントローラ７０はＣＣＤカメラユニット６０
及び電動合焦ユニット４４と電気信号の授受を行う。

【００２０】図５は、本発明を適用した自動合焦装置の
制御系を示すブロック図である。合焦スイッチ７２がＯ
Ｎになると、コントローラ７０はＣＣＤカメラユニット
６０を作動させ、得られた画像データのうち、単位素子
あたりの輝度が最も高い部分と、単位素子あたりの輝度
が最も低い部分との輝度差をコントラスト値として数値
化し、フォーカスインジケーター７３に表示すると共
に、メモリ７６に記憶させる。

【００２１】コントローラ７０は、さらに電動合焦ユニ
ット４４のモータ４５を作動させ、可動筒体３０の位
置、つまり可動筒体３０に装着されているＣＣＤカメラ
ユニット６０を光軸方向に特定の距離だけ移動させた後
に再度ＣＣＤカメラユニット６０を作動させてコントラ
スト値を求め、この新たに求めたコントラスト値をメモ
リ７６上の値と比較する。こうして新たに求めた値が大
きければこちらをフォーカスインジケータに表示すると
共に、メモリ７６に記憶させる。

【００２２】一方、新たに求めたコントラスト値が小さ
ければ、コントローラ７０は電動合焦ユニット４４のモ
ータ４５を先程とは逆に作動させ、可動筒体３０（ＣＣ
Ｄカメラユニット６０）の位置を特定の距離だけ逆に移
動させて再度コントラスト値を求め、メモリ７６上の値
と比較する。これら一連の動作を繰り返し、可動筒体３
０（ＣＣＤカメラユニット６０）を移動させる前後でコ
ントラスト値の差が予め設定されている特定の値以下に
なったとき、コントローラ７０はモータ４５を停止さ
せ、フォーカスインジケーター７３に合焦完了であるこ
とを表示して合焦操作を完了させる。つまり、ＣＣＤカ
メラユニット６０の撮像素子の位置が、対物レンズ群に
よる物体像の位置に合致した状態で合焦動作が終了す
る。

【００２３】このような合焦動作を実行するアルゴリズ
ムは、コントラスト法としてよく知られている。しか
し、本発明はコントローラ７０がＣＣＤカメラユニット
６０によって得られた情報に基づいて、電動合焦ユニッ
ト４４を作動させて合焦操作を行うことを特徴とするも
のであり、合焦動作のアルゴリズムは上記動作に限定さ
れない。

【００２４】図６に第二の実施形態を示す。第一の実施
形態では、電動合焦ユニット４４のモータ４５を駆動さ
せることによりＣＣＤカメラユニット６０を取り付けた
可動筒体３０を、光軸Ａに沿って対物レンズ群に対して
進退移動させて合焦操作を行ったが、本実施形態では、
ＣＣＤカメラユニット６０内のＣＣＤ６５を光軸Ａに沿
って対物レンズ群に対して進退移動させる電動合焦機構
としてのＣＣＤ移動機構６６を設置した点が第一の実施
形態と異なる。またＣＣＤ移動機構６６は電動合焦ユニ
ット４４と同様の図示しないラックピニオン機構および
モータを有しており、モータを正逆に駆動すると、この
ラックピニオン機構によってＣＣＤ６５が光軸方向に進
退移動する。この他の部分は、第一の実施形態と同様の
構成であり、同一の部材には同一符号を付して説明を省
略する。

【００２５】この装置によると第一の実施例で示した合
焦操作に加えて、ＣＣＤ移動機構６６によってＣＣＤ６
５を光軸Ａに沿って対物レンズ群に対して進退移動させ
る合焦操作を行うことが可能となる。もちろん電動合焦
ユニット４４とＣＣＤ移動機構６６を協調させて合焦操
作を行うことも可能であり、この場合は電動合焦ユニッ
ト４４で概略の合焦操作を行いＣＣＤ移動機構６６で厳
密な合焦操作を行うのが好ましい。なお、ＣＣＤ移動機
構６６は電動合焦ユニット４４と同様にコントローラ７
０によって制御されており、よってこれらの機構４４、
６６を協調させて行う合焦操作もコントローラ７０によ
って制御されている。

【００２６】図７に第三の実施形態を示す。本実施形態
では、第二の実施形態に比して結像光学系６３を光軸Ａ
に沿って対物レンズに対して進退移動させる電動合焦機
構としての結像光学系移動機構６４を設けた点が異な
る。また結像光学系移動機構６４は電動合焦ユニット４
４と同様の図示しないラックピニオン機構およびモータ
を有しており、モータを正逆に駆動すると、このラック
ピニオン機構によって結像光学系６３が光軸方向に進退
移動する。この他の部分は第一および第二の実施形態と
同様の構成であり、同一の部材には同一符号を付して説
明を省略する。

【００２７】この装置によると第二の実施形態において
示した合焦操作に加えて結像光学系移動機構６４によっ
て結像光学系６３を光軸Ａに沿って対物レンズ群に対し
て進退移動させる合焦操作を行うことが可能となる。す
なわち本実施形態においては、電動合焦ユニット４４に
よる合焦操作、結像光学系移動機構６４による合焦操作
および、ＣＣＤ移動機構６６による合焦操作をそれぞれ
単独で行うことが可能である。またＣＣＤカメラユニッ
ト６０内の機構６４、６６を協調させて合焦操作を行う
ことも可能である。もちろん電動合焦ユニット４４によ
る合焦操作とＣＣＤカメラユニット６０内のこれらの機
構６４，６６とを協調させて合焦操作を行うことも可能
である。この場合、電動合焦ユニット４４で概略の合焦
操作を行い、厳密な合焦操作は、ＣＣＤカメラユニット
６０内のそれぞれの機構６４、６６によって行うことが
好ましい。なお、結像光学系移動機構６４は電動合焦ユ
ニット４４およびＣＣＤ移動機構６６と同様にコントロ
ーラ７０によって制御されており、よってこれらの機構
４４、６４、６６を協調させて行う合焦操作もコントロ
ーラ７０によって制御されている。

【００２８】以上のように本発明の自動合焦装置によれ
ば、高精細なＣＣＤを使用するため、肉眼では合焦が不
可能な暗い天体であっても、高精度な合焦が可能とな
る。さらに、天体を記録する媒体として、ＣＣＤではな
く銀塩フィルムを使用したい場合、ＣＣＤカメラユニッ
ト６０、コントローラ７０、電動合焦機構４４、６４、
６６を使用した上述の自動合焦装置によって予め目的の
被写体に合焦させ、その後、ＣＣＤカメラユニット６０
を外して、可動筒体３０に銀塩フィルム用カメラを装着
すればよい。

【００２９】本発明の自動合焦装置を天体望遠鏡に適用
して説明したが、本発明はこれに限定されず、スポッテ
ィングスコープ、顕微鏡等の他の観察光学機器にも適用
することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、観察光学機器におい
て、熟練を必要とせず容易に高い精度で合焦操作を行う
ことのできる自動合焦装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による観察光学機器の合焦装置を天体望
遠鏡に適用した実施形態を示す斜視図である。

【図２】図１の撮像装置に代えて接眼レンズを取り付け
た状態の斜視図である。

【図３】図１の天体望遠鏡の電動合焦機構部分の断面図
である。

【図４】本発明による合焦装置のコントローラの一実施
形態を示す正面図である。

【図５】図１の実施形態の制御系を概念的に示すブロッ
ク図である。

【図６】図１の実施形態に、撮像素子用の電動合焦機構
を備えた状態の側面図である。

【図７】図６の実施形態に、結像光学系の電動合焦機構
を備えた状態の側面図である。

【符号の説明】

１０ 固定鏡筒 ２０ 固定ハウジング ３０ 可動筒体（合焦部材） ３０ａ ラック ４０ 合焦機構 ４１ 回転軸 ４２ ピニオン ４３ 手動ハンドル ４４ 電動合焦ユニット（電動合焦機構） ４５ モータ ６０ ＣＣＤカメラユニット ６１ ６２ 接続コード ６３ 結像光学系（合焦部材） ６４ 結像光学系移動機構（電動合焦機構） ６５ ＣＣＤ（合焦部材） ６６ ＣＣＤ移動機構（電動合焦機構） ７０ コントローラ ７１ 電源スイッチ ７２ 合焦スイッチ ７３ フォーカスインジケーター ７４ ＣＣＤカメラコネクタ ７５ 合焦ユニットコネクタ ７６ メモリ Ａ 光軸

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 23/06 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｐ Ｇ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察光学機器の合焦部材を光軸方向に移
   動させる電動合焦機構；上記観察光学機器に設けた接眼
   部に、着脱可能で、該観察光学系の対物光学系によって
   形成される像を再結像させて電気的な信号に変換する撮
   像素子を有する撮像装置；及びこの撮像装置と上記電動
   駆動機構とを制御するコントローラ；を有し、 上記コントローラは、上記撮像装置によって得られる電
   気的な信号に基づいて上記電動合焦機構を制御し、上記
   合焦部材を移動させて撮像素子を上記対物光学系の像形
   成位置に一致させることを特徴とする観察光学機器の合
   焦装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の合焦装置において、上記
   電動合焦機構は、合焦部材として、撮像装置全体と、撮
   像素子のうちの少なくとも一つを光軸方向に移動させる
   観察光学機器の合焦装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の合焦装置において、上記
   撮像装置は対物光学系によって形成される像を再結像さ
   せる結像光学系を有し、上記電動合焦装置は、合焦部材
   として撮像装置全体、結像光学系および、撮像素子のう
   ちの少なくとも一つを光軸方向に移動させる観察光学機
   器の合焦装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項記載の
   合焦装置において、上記電動合焦機構は、合焦部材と一
   体のラックギアと、このラックギアに噛合するピニオン
   ギアと、このピニオンギヤを駆動するモータとを備えて
   いる観察光学機器の合焦装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか一項記載の
   合焦装置において、上記撮像素子はＣＣＤであって、上
   記撮像装置は上記対物光学系によって形成される像を撮
   像するＣＣＤカメラである観察光学機器の合焦装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の合焦装置において、上記
   コントローラは、上記ＣＣＤによって得られる像のコン
   トラストが最も高くなるように、上記電動合焦機構を介
   して合焦部材を移動制御して合焦操作を行う観察光学機
   器の合焦装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の合焦装置におい
   て、上記コントローラは、上記ＣＣＤの単位素子当たり
   の輝度が最も高い部分と、単位素子当たりの輝度が最も
   低い部分との輝度差が最も大きくなるように、上記電動
   合焦機構を制御して合焦操作を行う観察光学機器の合焦
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか１項記載の
   合焦装置おいて、上記観察光学機器は、天体望遠鏡であ
   る観察光学機器の合焦装置。