JP2006146080A - 対物レンズ及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】防水を考慮して防振機能を良好に維持し且つフォーカシングを行う対物レンズを提供すること。
【解決手段】防振機能を有する対物レンズにおいて、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、防振機能を有する頂角可変プリズム、負の屈折力を有する第２レンズ群を配置し、前記第２レンズ群を光軸上に移動させることによってフォーカシングを行う。又、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．４＜ｆｔ／｜ｆ２｜＜０．７ 但し、ｆ２＜０
を満たす。更に、第１レンズ群は、物体側から順に物体側に凸面を有する正の単レンズ及び物体側に凸面の負メニスカスレンズと正レンズとから成る貼合わせレンズによって構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、防振機能を有する望遠鏡、双眼鏡等の光学機器とこれに用いられる対物レンズに関するものである。特に、防水を考慮した良好な防振機能及びフォーカシング機能を有する対物レンズとこれを備える光学機器に関するものである。

望遠鏡や双眼鏡は自然環境の中で使用されることが多いため、雨の中、湿気の多いところで使用される場合もある。そのため、レンズ系内部に窒素等を封入して内部に湿気が侵入しないようにしている。そこで、メカ構造上、外装部は固定した状態が必要であり、フォーカシングは内部レンズの移動で行う必要がある。

一方、望遠鏡や双眼鏡は手持ちで使用する場合、防振機能が便利である。この防振機構は構造上、対物レンズの後方に配置される。従来、防振機能及びフォーカシング機能の両方を有する対物レンズの公知例として特許文献１〜３等が挙げられる。

米国特許第５，５１７，３５７号公報 特開平１０−１７７１９５号公報 特開平７−０４３６４５号公報

防水を考慮した防振機能を有する望遠鏡或は双眼鏡において、フォーカシングを対物レンズ全体の移動によって行う場合、防水のため被写体側に固定の保護ガラスを配置する必要があり、更に至近距離が短いと対物レンズの移動分全長が長くなる欠点を有する。又、対物レンズを少なくとも２つのレンズ群に分割し防水のため被写体側のレンズ群を固定し、フォーカシングを内部にある観察側のレンズ群の移動によって行う場合には防振機能を有する光学部材は対物レンズの後方に配置されていたためにフォーカシングレンズの移動分、対物レンズの後方に結像面に近づいて配置されることになり、防振のための結像面上の像シフト量が制限されていた。

本発明は、防水を考慮して防振機能を良好に維持し且つフォーカシングを行う対物レンズ及びその対物レンズを用いた望遠鏡や双眼鏡等の光学機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、防振機能を有する対物レンズにおいて、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、防振機能を有する頂角可変プリズム、負の屈折力を有する第２レンズ群を配置し、前記第２レンズ群を光軸上に移動させることによってフォーカシングを行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．４＜ｆｔ／｜ｆ２｜＜０．７ 但し、ｆ２＜０
を満たすことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１レンズ群は物体側から順に物体側に凸面を有する正の単レンズ及び物体側に凸面の負メニスカスレンズと正レンズとから成る貼合わせレンズによって構成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、物体側から順に対物レンズ、正立プリズム、接眼レンズから成る防振機能を有する光学機器において、前記対物レンズは物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、防振機能を有する頂角可変プリズム、負の屈折力を有する第２レンズ群を配置し、前記第２レンズ群を光軸上に移動させることによってフォーカシングを行うことを特徴とする。

本発明の構成の対物レンズを採用することによって、防水を実現するメカ構造を採りながら防振機能を十分に発揮でき、且つ、駆動力の小さいフォーカシング機構を実現できる。又、本発明の対物レンズを採用することによって自動的な手振れ補正が可能な望遠鏡、双眼鏡等の光学機器を実現できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る対物レンズの断面図であり、同図において、上部には無限遠にある物体にフォーカシングしたときの状態、下部は近距離の物体にフォーカシングしたときの状態を表す。これらの対物レンズは、実視界６．３度、開口径φ４２ｍｍを実現できる。図中、ＯＢＪは対物レンズ、ＴＬ１，ＴＬ２，ＶＡＰは対物レンズＯＢＪを構成する第１レンズ群、第２レンズ群、頂角可変プリズムであり、Ｐは正立プリズム、ＩＳは対物レンズの結像面、Ｌ１，Ｌ２は第１レンズ群ＴＬ１を構成する２つのレンズ群を表し、Ｌ２ｎ，Ｌ２ｐはＬ２を構成する負レンズ、正レンズである。

本発明に係る対物レンズＯＢＪは、頂角可変プリズムＶＡＰによる手振れ自動補正の機構を想定した構成である。不図示であるが、手振れによる像シフトを想定して頂角可変プリズムＶＡＰの頂角を可変とすることで像シフトを補正している。頂角可変プリズムＶＡＰから対物レンズの結像面ＩＳまでの距離をＬｐ、頂角可変プリズムＶＡＰの頂角をθｐとしたとき、対物レンズの結像面ＩＳでの像シフト量はＬｐ×θｐに比例する。

一方、頂角可変プリズムＶＡＰの頂角θｐは大きくなるほど、非対称収差が目立ってくるので対物レンズＯＢＪの光学性能が低下する。そのため、対物レンズＯＢＪは、頂角可変プリズムＶＡＰの小さい頂角可変量で対物レンズの結像面ＩＳでの像シフト量を調整できるように頂角可変プリズムＶＡＰは結像面からできるだけ離れる構成とするのが良い。更に、本発明の前提となる防水のメカ構造を実現するために対物レンズＯＢＪは２つのレンズ群に分割し、物体側の第１レンズ群ＴＬ１を固定とし、観察側の第２レンズ群ＴＬ２を光軸上に移動させることによりフォーカシングを行う必要がある。フォーカシングレンズは小径、軽量になるとフォーカシングに要する駆動力を軽減できる。そこで、視野角の狭い望遠鏡或は双眼鏡の対物レンズは結像面に近いほど光束が絞られるので対物レンズの第２レンズ群ＴＬ２はできるだけ結像面側に配置するのが良い。

上記２つの要求を満たすため、本発明では対物レンズ内の配置を物体側から順に固定の第１レンズ群ＴＬＩ、頂角可変プリズムＶＡＰ、フォーカシングレンズの第２レンズ群ＴＬ２としている。この配列によって固定の第１レンズ群ＴＬ１は防水のメカ構造を成り立たせ、頂角可変プリズムＶＡＰは結像面から離れた位置に配置できて防振機能を十分発揮でき、フォーカシング時移動する第２レンズ群ＴＬ２は対物レンズの結像面ＩＳに近いところに配置できて軽量化が実現される。

図１は第２レンズ群ＴＬ２が光軸上を移動してフォーカシングを行うことを∞物体に対応した上部の図と近距離物体に対応した下部の図で表現している。

対物レンズＯＢＪの第２レンズ群ＴＬ２が移動することによって生じる収差変動をできるだけ発生させないように屈折力（焦点距離の逆数）を次の条件にするのが良い。ここで、ｆｔは対物レンズＯＢＪ全系の焦点距離、ｆ２は対物レンズの第２レンズ群ＴＬ２の焦点距離である。

０．４＜ｆｔ／｜ｆ２｜＜０．７ 但し、ｆ２＜０
ｆｔ／｜ｆ２｜の値が上限を超えると第２レンズ群の移動による収差変動が大きくなり、下限を超えると第２レンズ群の移動量が大きくなり過ぎ、フォーカシングに必要なスペースが大きくなり、対物レンズの鏡筒構成上好ましくない。

更に、対物レンズＯＢＪの屈折力は主に第１レンズ群ＴＬ１に配されているので、第１レンズ群ＴＬ１の収差補正が必要である。そこで、第１レンズ群ＴＬ１は、物体側から順に物体側に凸面を有する正の単レンズＬ１及び物体側に凸面の負メニスカスレンズＬ２ｎと正レンズＬ２ｐとから成る貼合わせレンズＬ２によって構成されるのが良い。第１レンズ群ＴＬ１は、Ｌ１，Ｌ２のレンズによって光束を徐々に収束させ、且つ、色収差補正に必要なＬ２の貼り合わせ面をコンセントリックな面として収差の発生量を少なくしている。

図２は本発明の実施例２を示している。図２において上部には無限遠にある物体にフォーカシングしたときの状態、下部は近距離の物体にフォーカシングしたときの状態を表す。実施例２は実施例１と対物レンズＯＢＪの形状は異なるが、実施例１と同様な内容を有する。

対物レンズの実施例１，２に対応する各縦収差図を図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ）及び図４（ａ）は物体距離が∞、図３（ｂ）及び４（ｂ）は物体距離が２．５ｍのときの収差である。尚、対物レンズの各縦収差図の単位は、球面収差と像面湾曲はｍｍ、歪曲は％、倍率色収差はｍｍである。図中、ｄ，Ｆ，Ｃは波長ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の収差を、Ｍ，Ｓはメリデイオナル像面、サジタル像面の収差を表す。収差図から物体距離に関わらず実用的には十分な光学性能を有していることが分かる。

図５及び図６は実施例１，２の対物レンズに接眼レンズを組み合わせて構成した１０倍の望遠鏡の実施例を示す。図５及び図６において、上部には無限遠にある物体にフォーカシングしたときの状態、下部は近距離の物体にフォーカシングしたときの状態を表す。図中、ＯＣＬは接眼レンズ、ＭＩＰは接眼レンズ内に形成される中間像位置、ＩＰは観察眼の瞳位置を示す。

又、望遠鏡の実施例１，２に対応する縦収差図を図７（ａ），（ｂ）及び図８（ａ），（ｂ）に示す。図７（ａ）及び図８（ａ）は物体距離が∞、図７（ｂ）及び図８（ｂ）は物体距離が２．５ｍのときの収差である。尚、望遠鏡の各縦収差図の単位は、球面収差と像面湾曲はデイオプター、歪曲は％、倍率色収差は度である。図中、ｄ，Ｆ，Ｃは波長ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の収差を、Ｍ，Ｓはメリデイオナル像面、サジタル像面の収差を表す。各縦収差図により本発明のレンズ構成は見掛け視界が６４度と広視界にも拘らず高性能の光学性能を実現することが分かる。

次に図１及び図２の対物レンズ、図５及び図６の望遠鏡レンズに対応する各実施例の数値を表１〜４に示す

次に、数値条件式に対応する各実施例の数値を表５に示す。

図９は望遠鏡レンズの実施例１を一対用意した双眼鏡の実施例である。左右の対物レンズに対し左右に配置された正立プリズムであるポロIIプリズムと接眼レンズを対物レンズの光軸を回転軸にして左右それぞれ一体的に回動することによって眼幅調整を行うことができる。尚、図中、ＯＢＪＲ，ＶＡＰＲ，ＰＲ，ＯＣＬＲ，ＯＡＲは双眼鏡の右側に配置された対物レンズ、頂角可変プリズム、正立プリズム、接眼レンズ、対物レンズ光軸を表し、ＯＢＪＬ，ＶＡＰＬ，ＰＬ，ＯＣＬＬ，ＯＡＬは双眼鏡の左側に配置された対物レンズ、頂角可変プリズム、正立プリズム、接眼レンズ、対物レンズ光軸を表す。

図７（ａ），（ｂ）の縦収差図で示したように、図９の双眼鏡は１０倍、６４度の広視界にも拘らず良好な性能を確保することができる。

本発明の実施例１に係る対物レンズの断面図である。 本発明の実施例２に係る対物レンズの断面図である。 本発明の実施例１に係る対物レンズの縦収差図である。 本発明の実施例２に係る対物レンズの縦収差図である。 本発明の実施例１に係る望遠鏡レンズの断面図である。 本発明の実施例２に係る望遠鏡レンズの断面図である。 本発明に係る望遠鏡レンズの縦収差図である。 本発明に係る望遠鏡レンズの縦収差図である。 本発明に係る双眼鏡レンズの断面図である。

符号の説明

ＴＬ１ 対物レンズの第１レンズ群
ＴＬ２ 対物レンズの第２レンズ群
Ｌ１，Ｌ２ 第１レンズＴＬ１を構成するレンズ群
Ｌ２ｎ，Ｌ２ｐ レンズ群Ｌ２を構成する負レンズ、正レンズ
ＩＳ 対物レンズの結像面
ＭＩＰ 中間像位置
ＯＢＪ，ＯＢＪＲ，ＯＢＪＬ 対物レンズ
ＶＡＰ，ＶＡＰＲ，ＶＡＰＬ 頂角可変プリズム
Ｐ，ＰＲ，ＰＬ 正立プリズム
ＯＣＬ，ＯＣＬＲ，ＯＣＬＬ 接眼レンズ
ＯＡＲ，ＯＡＬ 対物レンズ光軸

Claims (4)

1. 防振機能を有する対物レンズにおいて、
   物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、防振機能を有する頂角可変プリズム、負の屈折力を有する第２レンズ群を配置し、前記第２レンズ群を光軸上に移動させることによってフォーカシングを行うことを特徴とする対物レンズ。
2. 前記対物レンズ全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．４＜ｆｔ／｜ｆ２｜＜０．７ 但し、ｆ２＜０
   を満たすことを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
3. 前記第１レンズ群は物体側から順に物体側に凸面を有する正の単レンズ及び物体側に凸面の負メニスカスレンズと正レンズとから成る貼合わせレンズによって構成されることを特徴とする請求項２記載の対物レンズ。
4. 物体側から順に対物レンズ、正立プリズム、接眼レンズから成る防振機能を有する光学機器において、
   前記対物レンズは物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、防振機能を有する頂角可変プリズム、負の屈折力を有する第２レンズ群を配置し、前記第２レンズ群を光軸上に移動させることによってフォーカシングを行うことを特徴とする光学機器。

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