JP2009258236A - 望遠鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の対物光学系で形成した物体の像を双眼観察可能で全長の短縮化を図った望遠鏡を提供する。
【解決手段】物体側から順に、前記物体の一次像Ａを形成する対物光学系２と、一次像Ａをリレーして二次像Ｂを形成するリレー光学系４と、リレー光学系４からの光路を２つに分割する光路分割手段７と、光路分割手段７で分割された光路を両眼へ導く一対の接眼光学系５ａ，５ｂとを含む双眼光学系５と、を有する望遠鏡１であって、望遠鏡１中の光路を偏向して物体側へ進行する偏向光路を、リレー光学系４及び双眼光学系５に形成する偏向光学系３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、望遠鏡に関する。

従来、無限遠物体の像を形成する対物光学系と、該対物光学系によって形成された物体の像を拡大する接眼光学系とを備えた望遠鏡が広く知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特公平６−１４１３１号公報

しかしながら、１つの対物光学系によって形成された物体の像を２つの接眼光学系で観察する即ち双眼観察が可能な望遠鏡はこれまで提案されていなかった。そこで、上述のような従来の望遠鏡に双眼光学系を導入して双眼観察可能な望遠鏡を構成することが考えられる。しかし、双眼光学系には左右の眼に対物光学系からの光束を分割する分割光学素子や、像を正立させるための正立光学系を導入する必要があるため、十分に長い光路長を確保する必要がある。しかしながらこれに伴って望遠鏡の全長が長くなってしまい、携帯性の向上を図ることが困難であった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、単一の対物光学系で形成した物体の像を双眼観察可能で全長の短縮化を図った望遠鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
物体側から順に、
前記物体の一次像を形成する対物光学系と、
前記一次像をリレーして二次像を形成するリレー光学系と、
前記リレー光学系からの光路を２つに分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された光路を両眼へ導く一対の接眼光学系とを含む双眼光学系と、
を有する望遠鏡であって、
前記望遠鏡中の光路を偏向して物体側へ進行する偏向光路を、前記リレー光学系及び前記双眼光学系に形成する偏向光学系を有することを特徴とする望遠鏡を提供する。

本発明によれば、単一の対物光学系で形成した物体の像を双眼観察可能な望遠鏡を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態に望遠鏡を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る望遠鏡の構成を示す断面図及び上面図である。
本実施形態に係る望遠鏡１は、対物光学系２、光路偏向光学系３、リレー光学系４、及び双眼光学系５を筐体６内に備えてなる。
対物光学系２は、不図示の物体からの光を結像して物体の一次像（反転像）Ａを形成するためのレンズであって最も物体側に配置されている。

光路偏向光学系３は、図１に示すように対物光学系２からの光を垂直（図１下方）に反射するミラー３ａと、該ミラー３ａからの光を物体側へ向かって垂直（図１左方）に反射して後述する光路分割プリズム７へ導くペンタダハプリズム３ｂと、図２に示すように光路分割プリズム７によって分割された光をそれぞれ像側へ向かって対物光学系２の光軸と平行な方向（図２右方）へ反射する一対の全反射プリズム系３ｃ，３ｄとからなる。
より詳しくは、ペンタダハプリズム３ｂは、ミラー３ａからの光を一旦像側へ反射し、これをさらに対物光学系２の光軸と平行な方向（図１左方）へ反射するものであり、ペンタダハプリズム３ｂ以降の光学系において左右反転してしまう物体の像を正立化する役割を担っている。

また、全反射プリズム系３ｃ，３ｄのうち、全反射プリズム系３ｃは、光路分割プリズム７で反射された光を物体側へ向かって垂直（図２左方）に反射する全反射プリズム１３ａと、該全反射プリズム１３ａからの光を垂直（図２下方）に反射しさらに対物光学系２の光軸と平行な方向（図２右方）へ反射して後述する左眼光学系５ａへと導く全反射プリズム１３ｂとからなる。そして全反射プリズム系３ｄは、光路分割プリズム７を透過した光を垂直（図２上方）に反射する全反射プリズム１４ａと、該全反射プリズム１４ａからの光を対物光学系２の光軸と平行な方向（図２右方）へ向かって垂直に反射して後述する右眼光学系５ｂへと導く全反射プリズム１４ｂとからなる。

リレー光学系４は、物体の一次像Ａを形成した光を再結像して二次像Ｂを形成するための光学系であり、ミラー３ａとペンタダハプリズム３ｂとの間であって一次像Ａ付近に配置された第１リレーレンズ４ａと、ペンタダハプリズム３ｂの直後に結像レンズとして配置された第２リレーレンズ４ｂとからなる。
なお、第１リレーレンズ４ａは視野レンズであって、対物光学系２からの光束を第２リレーレンズ４ｂへ有効に導くために対物光学系２の射出瞳を第２リレーレンズ４ｂの近傍に形成することができる。

双眼光学系５は、図２に示すようにリレー光学系４の光路（物体の一次像Ａから二次像Ｂまでの光路）を２つに分割する光路分割プリズム７と、該光路分割プリズム７の反射光路上に配置された左眼光学系５ａと、透過光路上に配置された右眼光学系５ｂとからなり、上述の全反射プリズム系３ｃ，３ｄと併せて顕微鏡の双眼鏡筒として良く知られた所謂ジーデントップ型の光学系を構成している。なお、左眼光学系５ａは、接眼光学系１０ａのみからなる。一方、右眼光学系５ｂは、左眼光学系５ａとの光路長差を補正する四角プリズム１２と、接眼光学系１０ｂとからなる。

また、左眼光学系５ａと右眼光学系５ｂは、それぞれ対物光学系２の光軸と平行に設定された不図示の機構軸を中心に回動可能に設けられている。詳細には、本実施形態において左眼光学系５ａは、全反射プリズム１３ａの射出光軸の延長線上に機構軸が設定されており、これを中心に全反射プリズム１３ｂと一体的に回動させることができる。また、右眼光学系５ｂは、全反射プリズム１４ａの入射光軸の延長線上に機構軸が設定されており、これを中心に全反射プリズム１４ａ、全反射プリズム１４ｂ、及び四角プリズム１２と一体的に回動させることができる。斯かる構成によって本実施形態に係る望遠鏡１の使用者は、左眼光学系５ａと右眼光学系５ｂをそれぞれの機構軸を中心に回動させることで、これらの間隔を眼幅に合わせて調整することができる。

斯かる構成の本実施形態に係る望遠鏡１において、不図示の物体からの光は、対物光学系２によって結像され、ミラー３ａで反射された後に一次像Ａを形成する。そして一次像Ａを形成した光は、第１リレーレンズ４ａを経てペンタダハプリズムによって反射され、さらに第２リレーレンズ４ｂを経た後、光路分割プリズム７によって分割される。光路分割プリズム７によって反射された光は、全反射プリズム１３ａ，１３ｂによって反射されて左眼光学系５ａへ導かれ、二次像Ｂを形成する。一方、光路分割プリズム７を透過した光は、全反射プリズム１４ａ，１４ｂによって反射されて右眼光学系５ｂへ導かれ、四角プリズム１２を経た後、左眼光学系５ａと同様に二次像Ｂを形成する。これにより望遠鏡１の使用者は、左眼光学系５ａ及び右眼光学系５ｂの接眼光学系１０ａ，１０ｂを覗き込むことで、物体の正立像を観察することが可能となる。

以上、本実施形態に係る望遠鏡１は、対物光学系２で形成された一次像Ａをリレー光学系４によってリレーすることで、対物光学系２の焦点距離を長くしなくとも双眼光学系５を配置するスペースを光路中に確保している。
ところで、光路偏向光学系３を用いていない場合、リレー光学系４によって双眼光学系５を配置するスペースを確保し、本望遠鏡１の明るさを極力落とさないようにすると、本実施形態に係る望遠鏡１の全長は図５に示すように増大してしまう。特に、リレー光学系４の光路の長さが長くなってしまう。ここで、リレー光学系４の全長はその倍率と焦点距離によって決まり、図５に示されるように対物光学系２の結像面（一次像面Ａ）と第２リレーレンズ４ｂの間、及び第２リレーレンズ４ｂと二次像面Ｂの間にそれぞれ所定の空間を有している。このため、本実施形態に係る望遠鏡１の全長の短縮化を最大限に図るためには、リレー光学系４の全長の短縮化を図り、さらに双眼光学系５の全長の短縮化も図る必要がある。

そこで本実施形態に係る望遠鏡１では、対物光学系２よりも像側に上述した構成の光路偏向光学系３を設けている。この光路偏向光学系３によって光路を偏向して物体側へ進行する光路（以下、この光路を「偏向光路」という。）をリレー光学系４及び双眼光学系５にそれぞれ形成することで、これらの光学系４，５の全長の短縮化を図っている。
そして本実施形態に係る望遠鏡１は、光路偏向光学系３がリレー光学系４の光路を偏向して前記偏向光路を形成し、さらにこの偏向光路中に光路分割プリズム７を配置した構成である。このため、第２リレーレンズ４ｂと光路分割プリズム７との間の光路も偏向光路となっており、即ちリレー光学系４から双眼光学系５にわたって偏向光路を形成することができるため、本望遠鏡１の全長の短縮化を最大限に図ることができる。

ここで、本実施形態に係る望遠鏡１において、観察像の明るさは左眼光学系５ａ及び右眼光学系５ｂに備えられた接眼光学系１０ａ，１０ｂの瞳径の大きさによって決まる。通常、人間の瞳の大きさは明るい環境において直径２ｍｍ程度と言われており、本望遠鏡１の接眼光学系１０ａ，１０ｂの瞳径が人間の瞳径よりも小さければ、観察像は物体を裸眼で見た場合よりも暗くなり、これが極端になれば本望遠鏡１の使用は困難になってしまう。

そこで本実施形態に係る望遠鏡１のリレー光学系４は、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。条件式（１）は、リレー光学系４を対物光学系２に極力近づけて配置（一次像面Ａとリレー光学系４の最終レンズ面との間隔を極力小さく）しながら、観察像の明るさを十分に確保するための条件式である。

条件式（１） β≦２／３・ｆｅ／ｆｏ・φｏ
ただし、
β ：リレー光学系４の倍率
ｆｏ：対物光学系２の焦点距離
φｏ：対物光学系２の入射瞳径（有効径）
ｆｅ：接眼光学系１０ａ，１０ｂの焦点距離

以下に、条件式（１）の導出を説明する。
一般に、望遠鏡の瞳径（φｅ）は、望遠鏡の倍率をｍとすると以下の式で表される。
（２） φｅ＝φｏ／ｍ
また、望遠鏡の倍率ｍは、よく知られるように、
（３） ｍ＝ｆｏ／ｆｅ
で表されるため、式（２）は、
（４） φｅ＝φｏ・ｆｅ／ｆｏ
本発明の場合、対物光学系の焦点距離は、対物光学系の焦点距離にリレー光学系４の倍率を乗じたものが上記式（４）のｆｏに相当する。したがって、本発明の光学系における瞳径φｅは、
（５） φｅ＝φｏ・ｆｅ／（ｆｏ・β）

前述したように瞳径は極端に眼の瞳径より小さくなることは望ましくなく、２ｍｍ以上であることが望ましいが、昼間に使用される測量用の望遠鏡では瞳径が１．５ｍｍのものでも視力の低下が少ないとして使用されていることから、φｅを１．５とすると、
（６） １．５≦φｏ・ｆｅ／（ｆｏ・β）
これをリレー光学系の倍率βについて書き直すと、式（１）が得られる。
（１） β≦２／３・ｆｅ／ｆｏ・φｏ
なお、快適に使用するには瞳径を２ｍｍ以上として、
（１ａ） β≦１／２・ｆｅ／ｆｏ・φｏ
とすることが望ましい。

以上、本実施形態によれば、単一の対物光学系２で形成した物体の像を双眼観察可能で、操作性が良く、像の明るさを維持しながら全長の短縮化を最大限に図った望遠鏡１を実現することができる。
また、本実施形態に係る望遠鏡１は、上述のようにリレー光学系４から双眼光学系５にわたって形成した偏向光路によって全長の短縮化を十分に図ることが可能であるため、光路偏向光学系３におけるミラー３ａとペンタダハプリズム３ｂとの間隔を小さくすることができる。したがって左眼光学系５ａ及び右眼光学系５ｂの各光軸と対物光学系２の光軸との距離を小さくすることができるため、物体の視差を低減することができ、使用者が狙った物体に望遠鏡の視野を合わせやすくすることができ、本望遠鏡１の上下方向（図１上下方向）における全長の短縮化を実現することもできる。

（第２実施形態）
本実施形態及び以下の各実施形態に係る望遠鏡について、上記第１実施形態と同様の構成の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる構成の部分について詳細に説明する。
図３及び図４は、本発明の第２実施形態に係る望遠鏡の構成を示す断面図及び上面図である。

本実施形態に係る望遠鏡５０では、全反射プリズム１３ａの射出面と全反射プリズム１３ｂの入射面、光路分割プリズム７の透過光の射出面と全反射プリズム１４ａの入射面、全反射プリズム１４ｂの射出面と四角プリズム１２の入射面がそれぞれ貼り合わせられている。
また本実施形態に係る望遠鏡５０は、左眼光学系５ａ中に、全反射プリズム１３ｂからの光を垂直（図４上方）に反射しさらに対物光学系２の光軸と平行な方向（図４右方）へ反射する全反射プリズム１５ａを備えている。そして右眼光学系５ｂ中に、四角プリズム１２からの光を垂直（図４下方）に反射しさらに対物光学系２の光軸と平行な方向（図４右方）へ反射する全反射プリズム１５ｂを備えている。

なお、左眼光学系５ａと右眼光学系５ｂはそれぞれ、上記第１実施形態と同様に、対物光学系２の光軸と平行に設定された不図示の機構軸を中心に回動可能に設けられている。詳細には、左眼光学系５ａにおいては、全反射プリズム１３ｂの射出光軸の延長線上に機構軸が設定されており、これを中心に接眼光学系１０ａと全反射プリズム１５ａとを一体的に回動させることができる。また右眼光学系５ｂにおいては、四角プリズム１２の射出光軸の延長線上に機構軸が設定されており、これを中心に接眼光学系１０ｂと全反射プリズム１５ｂとを一体的に回動させることができる。斯かる構成により本実施形態に係る望遠鏡１の使用者は、左眼光学系５ａと右眼光学系５ｂをそれぞれの機構軸を中心に回動させることで、これらの間隔を眼幅に合わせて調整することができる。

以上の構成により本実施形態に係る望遠鏡５０は、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、眼幅調整に際して左眼光学系５ａと右眼光学系５ｂにおける共通の光学要素（接眼光学系１０ａと全反射プリズム１５ａ，接眼光学系１０ｂと全反射プリズム１５ｂ）のみを回動させる構成であるため、眼幅調整により適した構成を実現し回動機構の簡素化を図ることもできる。

以上、上記各実施形態によれば、単一の対物光学系で形成した物体の像を双眼観察可能で全長の短縮化を図った望遠鏡を実現することができる。
なお、上記各実施形態に係る望遠鏡において、光路偏向光学系３のミラー３ａをハーフミラー又はクイックリターンミラーとし、さらにこのミラー３ａの透過光路上に形成される一次像面上に受光素子を配置すれば、オートフォーカス光学系やデジタルカメラ光学系を構成することもできる。
また、上記各実施形態に係る望遠鏡において、リレー光学系４の第１リレーレンズ４ａは、上述のように対物光学系２からの光束を第２リレーレンズ４ｂへ有効に導き、第２リレーレンズ４ｂの小型化を図る効果を奏している。しかしながら第１リレーレンズ４ａは必須のものではなく、これを省略して全長のさらなる短縮化を図ることも可能である。
また、上記各実施形態に係る望遠鏡において、光路偏向光学系３の全反射プリズム系３ｃ，３ｄは、それぞれ全反射プリズムのみで構成されているが、これに限られずミラーと全反射プリズムとの組み合わせ、或いはミラーのみによって構成することも勿論可能である。

また、上記各実施形態に係る望遠鏡の対物光学系２に、ズーム機構又は防振機構を組み込むこともできる。例えば双眼鏡は、対物光学系と正立プリズムと接眼光学系とからなる一対の接眼光学系を眼幅分だけ離し独立に備えてなる。このため、双眼鏡の各対物光学系をズームレンズとした場合には、ズーミングに際してズームレンズどうしに僅かな移動誤差が生じれば、これが接眼光学系によって拡大され、観察像に悪影響を及ぼすこととなってしまう。したがって、各ズームレンズのズーム機構には非常に高い駆動精度と調整が求められ、その結果重量化や高額化を招くこととなってしまう。なお、このことは双眼鏡の各対物光学系の１つの光学素子を防振レンズとした場合においても同様である。これに対して、上記各実施形態に係る望遠鏡は上述のように単一の対物光学系２を備えた構成であるため、ズーム機構や防振機構を組み込む場合でも、前述のような駆動精度や調整を必要とせず、重量化や高額化を招くことがないという利点がある。なお、上記各実施形態に係る望遠鏡は、対物光学系２として例えばカメラ用のズームレンズや防振光学系を搭載することもできる。

本発明の第１実施形態に係る望遠鏡の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る望遠鏡の構成を示す上面図である。 本発明の第２実施形態に係る望遠鏡の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る望遠鏡の構成を示す上面図である。 本発明の第１実施形態に係る望遠鏡から光路偏向光学系を取り除いた様子を示す参照図である。

符号の説明

１，５０ 望遠鏡
２ 対物光学系
３ 光路偏向光学系
４ リレー光学系
５ 双眼光学系
５ａ 左眼光学系
５ｂ 右眼光学系
６ 筐体
７ 光路分割プリズム
１０ａ，１０ｂ 接眼光学系
Ａ 一次像（一次像面）
Ｂ 二次像（二次像面）

Claims (7)

1. 物体側から順に、
   前記物体の一次像を形成する対物光学系と、
   前記一次像をリレーして二次像を形成するリレー光学系と、
   前記リレー光学系からの光路を２つに分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された光路を両眼へ導く一対の接眼光学系とを含む双眼光学系と、
   を有する望遠鏡であって、
   前記望遠鏡中の光路を偏向して物体側へ進行する偏向光路を、前記リレー光学系及び前記双眼光学系に形成する偏向光学系を有することを特徴とする望遠鏡。
2. 前記偏向光学系は、前記リレー光学系の光路を偏向して物体側へ進行する前記偏向光路を形成するものであり、
   前記光路分割手段は、前記偏向光路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の望遠鏡。
3. 前記偏向光学系は、前記対物光学系からの光を略垂直に偏向する第１偏向手段と、該第１偏向手段からの光を物体側へ向かって略垂直に偏向して前記光路分割手段へ導く第２偏向手段と、前記光路分割手段で分割された光をそれぞれ像側へ向かって前記対物光学系の光軸と略平行な方向へ偏向する一対の第３偏向手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の望遠鏡。
4. 前記第２偏向手段は、ペンタダハプリズムであることを特徴とする請求項３に記載の望遠鏡。
5. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の望遠鏡。
   β≦２／３・ｆｅ／ｆｏ・φｏ
   ただし、
   β ：前記リレー光学系の倍率
   ｆｏ：前記対物光学系の焦点距離
   φｏ：前記対物光学系の有効径
   ｆｅ：前記接眼光学系の焦点距離
6. 前記対物光学系として、ズームレンズを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の望遠鏡。
7. 前記対物光学系として、防振光学系を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の望遠鏡。

Images