JP2008139404A - 望遠撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アタッチメントを交換することなく簡単な操作で被写体を倍率を変えて鮮明な像で撮影できる望遠撮影装置を提供する。
【解決手段】対物レンズ１１を備えた望遠鏡１０にアタッチメント２０を介してカメラ３０が着脱自在に装着される。アタッチメント２０の内部に対物レンズによる被写体の像１４をカメラの撮像素子３１に結像させる第１レンズ群２１と第２レンズ群２２からなるリレーレンズ系が設けられる。第１レンズ群２１は固定され、第２レンズ群２２は光軸方向に移動され、被写体が異なる倍率でかつ装着されたカメラの撮像素子３１に再結像される。このような構成では、望遠鏡をカメラに装着するためのアタッチメントを取り替えることなく、被写体の像を変倍させることができ、また変倍してもピントの再調整をする必要がないので、被写体を異なる倍率で鮮明に撮影することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、望遠撮影装置、更に詳細には、対物レンズを備えた望遠鏡にアタッチメントを介してカメラを着脱自在に装着し被写体を撮影する望遠撮影装置に関する。

従来より、望遠鏡による観察だけではなく、望遠鏡で得られる画像を写真として記録する手段が各種提案されている。昨今はデジタルカメラが普及しており、望遠画像をデジタルカメラで記録するために、地上望遠鏡に撮影用アダプタを介してデジタルカメラを結合することが提案されている（特許文献１）。

また、地上望遠鏡を一眼レフカメラの望遠レンズの代わりに使用する場合、望遠鏡本体と一眼レフカメラ本体とをフォトアタッチメントと呼ばれる鏡筒を介して接続する必要がある。このフォトアタッチメントは対物レンズの焦点位置に結ばれた像をリレーしてカメラの像面に配置されたフィルムないし撮像素子の面に投影するもので、鏡筒内部にはレンズなどの光学系が配置されている。従来のフォトアタッチメントは投影する像の大きさが一定であり、像を拡大ないし縮小して撮影したい場合には別のフォトアタッチメントに交換する必要があった。しかも、フォトアタッチメントを交換するとフィルム（撮像素子）面上にあるべき結像面が光軸方向にずれることもあり、再度ピント調整をする必要があった。

下記の特許文献２ではこのような問題を解決するために、焦点距離を変倍させる延長鏡筒を取り替えても、ピント合わせしなおす必要のない写真撮影システムを開示している。
特開２００３-２９８８８６号公報 特開平９−３３８２３号公報

しかしながら、特許文献２に示す構成では、焦点距離を変倍させるためにフォトアタッチメントを取り替えねばならず、その交換作業は撮影時において不便なものであった。

本発明は、アタッチメントを交換することなく簡単な操作で被写体を倍率を変えて鮮明な像で撮影できる望遠撮影装置を提供することを課題とする。

本発明は、
対物レンズを備えた望遠鏡にアタッチメントを介してカメラを着脱自在に装着し被写体を撮影する望遠撮影装置であって、
前記アタッチメント内部に対物レンズによる被写体の像をカメラの像面に結像させるレンズ系を設け、
前記レンズ系のうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に移動させ、被写体を異なる倍率でかつ装着されたカメラの像面に結像させることを特徴とする。

本発明では、望遠鏡をカメラに装着するためのアタッチメントを取り替えることなく、簡単に焦点距離を変化させて被写体の像を変倍させることができ、また変倍しても、その変倍領域の２箇所以上で焦点位置を一致させることができるため、被写体を異なる倍率でかつ装着されたカメラの像面に結像させることができ、鮮明な被写体の像を撮影することができる、という効果が得られる。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の前提になる問題点を説明する図であり、図２は本発明の原理を説明する図である。

図１（Ａ）には、対物レンズ１によって出来た空中像２をリレーレンズ系３によって拡大ないし縮小して像面４に再結像させ、撮像素子やフィルムで撮影する光学系が図示されている。この光学系は、天体望遠鏡に使用され、地上望遠鏡の場合には、図１（Ｂ）に示したように、２個のプリズム５、６を介在させて空中像２を正立させている。図１（Ｂ）において、カメラを接続して像面４にフィルムあるいは撮像素子が位置するようにすると、被写体を地上望遠鏡で撮影することができる。

地上望遠鏡では、視野がプリズム５、６等の制限により実視野を広げることが難しいため、通常拡大撮影がよく使われ、撮像素子が小さい場合は縮小撮影も可能で、リレーレンズ系３は望遠鏡の接眼レンズで代用することもある。

このような構成で、対物レンズ１の焦点距離をｆ１、リレーレンズ系３の焦点距離をｆ２、リレーレンズ系３の前側主点ｈ１から対物レンズ１の空中像２までの距離をａ、リレーレンズ系３の後側主点ｈ２から像面４までの距離をｂとすると、
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ２
β＝ｂ／ａ＝ｂ／ｆ２−１
合成焦点距離＝ｆ１×β＝ｆ１×（ｂ／ｆ２−１）となり、
例えば、ａ＝５０， ｂ＝１００、ｆ２＝３３．３（１００／３）とすれば、
β１＝１００／（５０）＝２、合成焦点距離＝２×ｆ１となり、対物レンズの焦点距離が２倍に拡大される。

なお、符号は図１（Ｂ）の矢印の方向を正としている。

また、距離ａとｂを伸び縮みさせることにより拡大率（縮小率）を変化させることができる。いま、ａがΔａ、ｂがΔｂ変化すると、
１／（ａ＋Δａ） ＋１／（ｂ＋Δｂ）＝ １／ｆ２ ・・・（１）
となる。ただし、Δａ、Δｂは図１（Ｂ）のａ、ｂの矢印方向を正とする。

例えば、拡大率が３倍（β２＝３）としたい場合には、
β２＝（ｂ＋Δｂ）／（ａ＋Δａ）＝３であるので、これを（１）に代入して、
Δｂ＝３３．３， Δａ＝−５．５５とすれば、合成焦点距離＝３×ｆ１となり３倍に拡大される。

このように、同じリレーレンズ（焦点距離ｆ２）であるが、リレーレンズと撮像素子との距離ｂを変化させることにより拡大率が２倍から３倍に変化する。

このシステムの欠点は変化量Δａである。つまり、対物レンズの焦点位置（空中像２の位置）からΔａだけピント位置がずれることになる。その分を対物レンズ側で調整する必要があり、変倍出来てもピント変動が大きいことになる。変倍させることにより視野のピントが大きくボケた場合、捕らえていた撮影対象物を見失うだけではなく、Δｂを伸び縮みさせる動作により三脚等の架台に載せた望遠鏡全体の重量バランスが崩れるという欠点がある。

天体望遠鏡では、撮影対象が無限に遠い位置にあり、機構的にもピント調整量に余裕が大きいため問題になることは少ないが、地上望遠鏡では撮影対象が無限位置〜数メートルと範囲が広いため機構的に余裕が少ないことが多い。地上望遠鏡のフォーカス範囲（無限位置〜数メートル）において全域で変倍可能なシステムを構築するには、変倍してもピント変動がない（または、存在しても実害ないくらい小さい）ズーム構造にする必要がある。

しかし、ズーム方式にするには、リレーレンズ系を２群以上のレンズ構成に分けて倍率変化に伴うピント位置の変化を補正する必要がある。その場合、各群の移動機構やレンズ構成枚数の増大によりコスト増大が避けられない。

そこで、本発明では、リレーレンズ系の構成を変えることなく、少ないコストでピント変化の少ない変倍機構を実現させ、望遠鏡に一眼レフカメラ等の撮影機材を接続して撮影を行うシステムにおいて、全ズーム域でピント変化の少ない拡大撮影系を得るようにしている。

そのための構成が、図２に図示されている。本発明では、図１（Ｂ）に示す地上望遠鏡において、通常固定されていたリレーレンズ系３を、図２に示すように、物体側から順に、集光性の（正の）屈折力を有する第１レンズ群３ａと、同じく集光性の屈折力をもつ第２レンズ群３ｂから構成する。そして、変倍に際し少なくとも１つのレンズ群を移動させる。

一実施例として、図２に示したように、第１レンズ群３ａを固定し、第２レンズ群３ｂを光軸Ｌに沿って前後に移動させ変倍を実現している。これにより、ズーム方式における補正機構を省略することでコストアップが避けられるとともに、全長を固定することにより望遠撮影時の撮影機材全体の重量バランスを保っている。この方式では、第１レンズ群３ａを固定しているため、ピント変動を抑えると変倍幅が少なくなってしまう欠点はあるが、大幅なコストアップなしにピント変化の少ない変倍機構を実現できる。

このための具体的な諸元が図３（Ａ）に表として示されている。

ここで、Ｄ１は第１レンズ群３ａの最も物体側のレンズ面からリレーレンズ系３の物体側像面２までの距離、Ｄ２は第１レンズ群３ａの最も像側のレンズ面から第２レンズ群３ｂの最も物体側のレンズ面までの距離、ｂｆ'はリレーレンズ系の最も像側のレンズ面（第２レンズ群３ｂの最も像側のレンズ面）から像面４までの距離である。なお、数字の正、負はＤ１、Ｄ２、ｂｆ’を示す線の矢印方向を正としている。

この表で、Ｄ１の数字がリレーレンズ系のピント変動量を表す。ズーム全域で一定であるのが理想であるが、この実施例で、倍率が低い短焦点距離と、倍率が高い長焦点距離においてＤ1は等しく、ズームの短、長側で一致しているが、中間域で多少のピント変動がある。

Ｄ１は図１のａに相当し、全域でΔａは最大で１２．４８−１１．８９＝０．５９ｍｍとなり、前述のΔａ＝−５．５５と比較して非常にピント変動量が少ないことが理解できる。このように、実害がないレベルのピント変動量に抑えている。

また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の特性を実現する第１と第２レンズ群の光学パラメータで、ｆ１はリレーレンズ系３の第１レンズ群３ａの焦点距離、ｆ２はその第２レンズ群３ｂの焦点距離、Ｈ１は前側主点位置、Ｈ２は後側主点位置、ＨＨは主点間隔である。なお、同表において、数字の正、負は図２において、それを示す線の矢印方向を正としている。

図４は、上記原理を実現した望遠撮影装置の構成を示している。

図４において、符号１０で示すものは、地上望遠鏡で、被写体（不図示）は、対物レンズ１１、プリズム１２、１３により像面１４に正立像として結像される。本発明では、望遠鏡は地上望遠鏡に限定されるものではなく、天体望遠鏡も用いることができる。その場合には、プリズム１２、１３が省略され、被写体は倒立像として像面１４に結像される。

この望遠鏡で得られる画像を写真として記録するには、たとえば一眼レフタイプのデジタルカメラなどのカメラ３０がアタッチメント２０を介して望遠鏡１０に装着される。アタッチメント２０は、第１レンズ群２１（図２の第１レンズ群３ａに対応）と光軸に沿って前後に移動可能な第２レンズ群２２（図２の第２レンズ群３ｂに対応）からなるリレーレンズ系を内蔵し、像面１４に結像された被写体の像を、カメラ３０のＣＣＤなどの撮像素子３１に再結像する。

なお、リレーレンズ系の第１レンズ群２１（３ａ）あるいは第２レンズ群２２（３ｂ）は、単一のレンズとして図示されているが、複数のレンズとして構成される場合があり、本明細書では、レンズ群は、単一のレンズあるいは複数のレンズから構成される両方を含む意味に用いている。

アタッチメント２０の詳細な構造が図５に図示されている。なお、図５では、光軸Ｌより上部と下部で、第２レンズ群２２の位置が光軸方向にずれて図示されているが、これは第２レンズ群２２の光軸Ｌに沿った移動を理解しやすくするための製図上の便法である。

図５において、第１レンズ群２１は鏡筒２３に固定されており、鏡筒２３の前端部２３ａは望遠鏡１０に装着される装着部となっている。また、鏡筒２３の中央部には、ガイドピン２４が係合するカム溝２３ｂが螺旋状に形成されている。ガイドピン２４の一端は、第２レンズ群２２を支持する支持筒２５に固定されており、その他端は、操作環２６に形成された光軸Ｌに平行に延びる直進溝２６ａに係合している。

操作環２６は光軸Ｌを中心に鏡筒２３に対して回転できるようになっており、操作環２６を使用者が回転すると、ガイドピン２４は、直進溝２６ａとカム溝２３ｂによりその移動が規制されるために、光軸Ｌを中心に回転するとともに、カム溝２３ｂの螺旋ピッチに応じた量だけ光軸Ｌに沿って移動し、それにより支持枠２５並びにこれに固定された第２レンズ群２２が光軸Ｌに沿って鏡筒２３に対して回転しながら前後に移動する。

また、鏡筒２３のカメラ側には、カメラ３０を装着するためのアダプタ２７とそれに固定された回転環２８が光軸Ｌを中心に鏡筒２３に対して回転できるように取り付けられており、アダプタ２７を介して取り付けられるカメラ３０を鏡筒２３に対して回転できるようになっている。それにより、たとえば、カメラ３０を縦向きあるいは横向きにすることができる。固定ピン２９は、鏡筒２３と回転環２８を固定するために用いられ、カメラ３０の望遠鏡１０に対する位置を安定化させる。

カメラ３０には、一眼レフタイプの場合、跳ね上げミラー３２が設けられており、観察者は、固定プリズム３３を介してファインダ３４により被写体の像を確認でき、ピント調節機構（不図示）によりピントの合った像が確認できた場合に、シャッタを操作すると、跳ね上げミラー３２が跳ね上がって被写体が撮像素子３１に撮像される。なお、カメラ３０がフィルムを使用する一眼レフカメラの場合には、撮像素子３１に代わりフィルムが使用され、被写体がフィルムに撮影される。

このような構成で、リレーレンズ系の第１レンズ群２１、第２レンズ群２２の焦点距離、主点として図３（Ｂ）に示した諸元を使用し、第１レンズ群２１を固定し、第２レンズ群２２を操作環２６を操作して光軸Ｌに沿って移動させる。その移動量は図３（Ａ）でＤ２あるいはｂｆ’の変化となって現れる。像面（撮像素子３１の撮像面）４は固定されているため、リレーレンズ系のピント変動量はＤ１の相違となって現れる。操作環２６を操作して第２レンズ群２２を光軸Ｌに沿って移動させることにより、図３（Ａ）に示すように、１．３５〜２．００倍の拡大画像を得ることができる。その場合、ピント変動量Δａは、最大で０．５９ｍｍであり、実用上問題とならない範囲に押えることができ、あたかもアタッチメント２０がズームレンズになったかのような効果を得ることができる。従って、変倍しても、その変倍領域の両端で焦点位置を一致させることができるため、観察者は一度ピントを合わせておけば、変倍域の両端においてピントを再調整することなく被写体を異なる倍率で鮮明な像として撮影することができる。

なお、移動させるレンズを第２レンズ群としたが、第２レンズ群を複数のレンズで構成する場合には、その複数のレンズ全体、あるいはその一部のレンズを移動させるようにしてもよい。また、第１レンズ群を複数のレンズで構成する場合には、その全部あるいは一部を固定するようにしてもよく、リレーレンズ系のうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に移動させ、被写体を異なる倍率でかつ装着されたカメラ３０の撮像素子３１の撮像面に結像させるようにする。

本発明の前提となる問題点を説明するための説明図である。 リレーレンズ系の原理構成を示す説明図である。 リレーレンズ系の諸元を示す表図である。 本発明の望遠撮影装置の構成を示す構成図である。 アタッチメントの詳細な構造を示した断面図である。

符号の説明

３ リレーレンズ系
３ａ 第１レンズ群
３ｂ 第２レンズ群
１０ 望遠鏡
１１ 対物レンズ
２０ アタッチメント
２１ 第１レンズ群
２２ 第２レンズ群
２３ 鏡筒
２４ ガイドピン
２６ 操作環
３０ カメラ
３１ 撮像素子

Claims (4)

1. 対物レンズを備えた望遠鏡にアタッチメントを介してカメラを着脱自在に装着し被写体を撮影する望遠撮影装置であって、
   前記アタッチメント内部に対物レンズによる被写体の像をカメラの像面に結像させるレンズ系を設け、
   前記レンズ系のうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に移動させ、被写体を異なる倍率でかつ装着されたカメラの像面に結像させることを特徴とする望遠撮影装置。
2. 前記レンズ系は、対物レンズ側に位置する第１レンズ群とカメラ側に位置する第２レンズ群から構成され、第１レンズ群が固定され、第２レンズ群が光軸方向に移動されることを特徴とする請求項１に記載の望遠撮影装置。
3. 前記第１レンズ群が正の屈折力を有することを特徴とする請求項２に記載の望遠撮影装置。
4. 前記第２レンズ群が正の屈折力を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の望遠撮影装置。

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