JP2018180270A - ドットサイト - Google Patents

Abstract

【課題】特に反射モードでの球面収差の改善を図ることにより、照準精度の向上を可能とするドットサイトを提供することを目的とする。【解決手段】物体に対して凸面を向けたメニスカスレンズ１１と、光源１５と、を備えるドットサイトにおいて、メニスカスレンズ１１の物体側とは反対の面１１ｂは、凹面の放物面形状からなるとともに、半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成され、光源１５は、メニスカスレンズの物体側とは反対の面１１ｂとからなる反射光学系の光軸上の焦点位置に配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、ドットサイトに関し、特に銃等に取り付けて使用するドットサイトであって、照準のためのＬＥＤなどの点光源を内蔵するドットサイトに関する。

従来より、点光源を内蔵したドットサイトが知られている。例えば、特許文献１では、ドットサイトの一端部に点光源からの光を反射する半透過鏡を配置する構成が示され、この半透過鏡は物体側に対し凸面を接眼側に対し凹面を有するメニスカスレンズでかつ単レンズである。このドットサイトでは、このメニスカスレンズ（単レンズ）により、物体側からの透過光と点光源からの反射光をドットサイトの観察眼に送り、物体と弾着点を示す点像を重ねて観察し、照準を行うことになる。

特許文献１では、メニスカスレンズの凸部や凹部の形状について記載はないが、一般に球面形状が用いられる場合が多い。図７は、こうした従来技術によるドットサイトの透過屈折光学系（透過モード）の水平断面図である。ここで、メニスカスレンズ３１は物体側の面３１ａ及び物体側の反対（接眼側）の面３１ｂがともに球面形状で、厚さｔを有するメニスカスレンズであり、焦点距離がほぼ∞になるように構成されている。中心部から周辺部に亘ってほぼ厚さが同じになっているため、このメニスカスレンズ３１を通して物体側の風景はそのまま肉眼で見た状態と同じに見えることとなる。

図８は、従来技術によるトッドサイトに用いるメニスカスレンズを切りだすための元レンズの平面図である。図８において、円形の元レンズを破線で示す。その元レンズから、実線に示すような半円形状またはそれに近い外形形状を２個切り出してそれぞれドッドサイトのメニスカスレンズ３１として用いることができる。

図９は、図７に示すドットサイトの透過屈折光学系における球面収差の横収差表示図である。図９において、前述のメニスカスレンズ３１を透過した光線による光軸と垂直な方向の横球面収差（以下、横収差という）を示すが、６５６ｎｍ（Ｃ線）、５８８ｎｍ（ｄ線）及び４８６ｎｍ（Ｆ線）の３波長に対するものである。
なお、図９の横軸はレンズの入射光高さを示し、縦軸は物体側からレンズ面に入射する光束のうち、２つの方向Ｐｙ、Ｐｘの位置を通る各光線が光軸に垂直な像面上の理想像点からのズレ量を横収差Ｅｙ、Ｅｘとして示しており、０（ゼロ）が最小であり最大スケールを１００ａｒｃ−ｓｅｃとしている。
これによると、レンズを通過する光線がレンズ中心から周辺に行くにつれて球面収差が＋Ｄｉｏｐｔｏｒに大きくなる傾向があることがわかる。その収差量はレンズの瞳径が小さい場合、非常に小さい収差量になっているものの、図９のようにレンズ口径を大きくしていくと、周辺部の収差量が大きくなってしまうため、中心部との視差が大きくなる。このことは、横収差Ｅｙ及びＥｘは同様の傾向を示す。

特開平１０−１８５４９５号

しかしながら、光源とメニスカスレンズの接眼側の面とからなる反射光学系、すなわち反射モードでは、以下に示すように球面収差が大きくなる。

図１０は、図７に示す従来技術によるドットサイトの反射光学系（反射モード）の水平断面図である。図１０において、メニスカスレンズ３１の接眼側の面３１ｂに点光源３５であるＬＥＤの波長帯を反射するよう半透過的反射面又は波長選択的反射面を形成しており、ＬＥＤ光はこの面により接眼側に反射される。なお、メニスカスレンズ３１の物体側の面３１ａは反射効果に寄与していないため図示していない。

図１１は、図１０に示す反射モードの球面収差を横収差表示により示すが、波長６５６ｎｍの赤色光に対するものである。図１１において、図１０の反射モードの収差の状態を、物体側から反射面に入射する光束のうち、２つの方向Ｐｙ、Ｐｘの位置を通る各光線が光軸に垂直な像面の理想像点からのズレ量を横収差Ｅｙ、Ｅｘとして示しており、０（ゼロ）が最小であり最大スケールを１００００ａｒｃ−ｓｅｃとしている。
これによると、レンズを通過する光線がレンズの瞳径（口径）の周辺部で横収差（Ｅｘ、Ｅｙ）が急激に大きくなる傾向があることがわかる。 即ち、収差量はレンズの瞳径が小さい場合、小さい収差量になっているものの、レンズ口径を大きくしていくと、周辺部の収差量が急激に大きくなってしまうため、中心部との視差も急激に大きくなってしまう問題がある。そのため、瞳径を周辺部まで広げると反射面の周辺に当たって戻る反射輝点が中心軸と平行とならない、いわゆる視差（パララックス）が発生し、正確な照準を行うことが困難であるという問題点があった。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、特に反射モードでの球面収差の改善を図ることにより、照準精度の向上を可能とするドットサイトを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、物体に対して凸面を向けたメニスカスレンズと、光源と、を備えるドットサイトであって、メニスカスレンズの物体側とは反対の面は、凹面の放物面形状からなるとともに、半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成され、光源は、メニスカスレンズの物体側とは反対の面とからなる反射光学系の光軸上の焦点位置に配置することを特徴とするドットサイトである。

本発明によれは、レンズを透過する物体像の収差を劣化させることなく、ＬＥＤ光を反射する照準点像の球面収差を従来の反射レンズの球面収差より改良することが可能となる。即ち、従来のような両面が球面形状からなるメニスカスレンズによる周辺視の視差状態を改良し、照準精度を向上することが可能となる。

本発明の第１の実施形態によるドットサイトの透過屈折光学系の水平断面図である。 図１に示すドットサイトの透過屈折光学系における球面収差の横収差表示図である。 本発明の第１の実施形態によるドットサイトの反射光学系の水平断面図である。 図３に示すドットサイトの反射光学系における球面収差の横収差表示図である。 本発明の第２の実施形態によるドットサイトの透過屈折光学系の水平断面図である。 図５に示すドットサイトの透過屈折光学系における球面収差の横収差表示図である。 従来技術によるドットサイトの透過屈折光学系の水平断面図である。 従来技術及び本発明の実施形態によるトッドサイトに用いる貼り合せレンズを切りだすための貼り合せ元レンズの平面図である。 図７に示すドットサイトの透過屈折光学系における球面収差の横収差表示図である。 従来技術によるドットサイトの反射光学系の水平断面図である。 図１０に示すドットサイトの反射光学系における球面収差の横収差表示図である。

以下、図１〜図４を参照して、第１の実施形態のドットサイトについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるドットサイトの透過屈折光学系の水平断面図である。図１において、メニスカスレンズ１１は、物体側の凸面１１ａと接眼側の凹面１１ｂを有する単レンズであり、凸面１１ａ及び凹面１１ｂはともに放物面形状を有し、焦点距離がほぼ∞になるように構成している。中心部から周辺部に亘ってほぼ厚さが同じになっているため、このメニスカスレンズ１１を通して物体側の風景はそのまま肉眼で見た状態と同じに見えることとなる。
さらに、メニスカスレンズ１１の凹面１１ｂには半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成されている。そして、メニスカスレンズ１１の接眼側の面１１ｂを反射面とする反射光学系において、光源は光軸上の焦点位置に配置されており、光源から発する光線は反射面により接眼側に反射することとなる。
また、図８に示すように、破線で示す円形の元レンズから、実線に示すような半円形状またはそれに近い外形形状を２個切り出してそれぞれドッドサイトのメニスカスレンズ１１として用いることができる。

前述のように、メニスカスレンズ１１は、物体側の面１１ａ及び接眼側の面１１ｂが、図７における球面形状と異なり、ともに放物面形状からなる。球面や放物面形状を初めとする二次曲面形状は、ｚをサグ量、ｃをレンズ曲率（レンズ曲率半径の逆数）、ｋを円錐定数、ｒを光線高さとしたときに、二次曲面形状式である次式により表される。ここで、この円錐定数ｋの値によって、二次曲面形状は特定の形状に限定される。即ち、円錐定数ｋ の値が、ｋ＜−１である場合には双曲面、ｋ＝−１である場合には放物面、−１＜ｋ＜０である場合には楕円面、ｋ＝０である場合には球面、ｋ＞０である場合には扁平楕円面となる。

図２は光軸と垂直な方向の横球面収差である横収差を示すが、６５６ｎｍ（Ｃ線）、５８８ｎｍ（ｄ線）及び４８６ｎｍ（Ｆ線）の３波長に対するものである。
なお、図２の横軸はレンズの入射光高さを示し、縦軸は物体側からレンズ面に入射する光束のうち、２つの方向Ｐｙ、Ｐｘの位置を通る各光線が光軸に垂直な像面上の理想像点からのズレ量を横収差Ｅｙ、Ｅｘとして示しており、０（ゼロ）が最小であり最大スケールを１００ａｒｃ−ｓｅｃとしている。
これによると、レンズを通過する光線がレンズ中心から周辺に行くにつれて球面収差が＋Ｄｉｏｐｔｏｒに大きくなる傾向があることがわかる。その収差量はレンズの瞳径が小さい場合、非常に小さい収差量になっているものの、図２に示すようにレンズ口径を大きくしていくと、周辺部の収差量が大きくなってしまうため、中心部との視差が大きくなる。このことは、横収差Ｅｙ及びＥｘは同様の傾向を示す。これらの透過モードにおける結果は、図９の場合と同様であり、ほぼ同程度の収差状態を示している。すなわち、メニスカスレンズの両面が放物面形状でも、透過収差状態は両面が球面形状の収差量とほぼ同じ状態にできることがわかる。
図２の場合におけるレンズデータを表１に示す。

図３は、本発明の第１の実施形態によるドットサイトの反射光学系の水平断面図である。図３において、メニスカスレンズ１１の面の接眼側の放物形状からなる面１１ｂに主にＬＥＤの波長帯のみ反射し他の波長帯は透過する半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成されており、ＬＥＤ光はこの面で接眼側に反射される。なお、メニスカスレンズ１１の物体側の放物形状からなる面１１ａは反射に寄与していないため図示していない。

図４は、図３の反射モードの球面収差の横収差表示図であり、使用する赤色ＬＥＤに近い波長６５６ｎｍ（Ｃ線）に対するものである。これによると、本実施形態のメニスカスレンズ１１による反射モードの横収差は、図３に示すように横軸と一致しほぼゼロの状態にすることが可能であり、反射面を放物面形状にすることによる収差補正効果を示している。なお、横収差Ｅｙ及びＥｘは同様の傾向を示す。
図４の場合におけるレンズデータを表２に示す。

以上のように、本実施形態のメニスカスレンズは両面を放物面形状とすることにより、ＬＥＤの反射光の輝点（ドット）が光軸中心部とレンズ両端の周辺部によるズレをほぼゼロにまで小さくすることができる。それにより、物体側からの透過光と点光源からの反射光をドットサイトの観察眼に送り、物体と弾着点を示す点像を重ねて観察するに際し、正確な照準が可能となる。

次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態のドットサイトについて説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態によるドットサイトの透過屈折光学系の水平断面図である。図５において、メニスカスレンズ２１は、ガラスなどの透明材料からなり、物体側の凸面２１ａと接眼側の凹面２１ｂを有する単レンズであり、凸面１１ａは球面形状を凹面１１ｂは放物面形状を有している。さらに、メニスカスレンズ２１の凹面２１ｂには半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成されている。そして、メニスカスレンズ２１の接眼側の面２１ｂを反射面とする反射光学系において、光源は光軸上の焦点位置に配置されており、光源から発する光線は反射面により接眼側に反射することとなる。

図６は光軸と垂直な方向の横球面収差である横収差を示すが、６５６ｎｍ（Ｃ線）、５８８ｎｍ（ｄ線）及び４８６ｎｍ（Ｆ線）の３波長に対するものである。
なお、図６の横軸はレンズの入射光高さを示し、縦軸は物体側からレンズ面に入射する光束のうち、２つの方向Ｐｙ、Ｐｘの位置を通る各光線が光軸に垂直な像面上の理想像点からのズレ量を横収差Ｅｙ、Ｅｘとして示しており、０（ゼロ）が最小であり最大スケールを５０００ａｒｃ−ｓｅｃとしている。
これによると、メニスカスレンズ２１の物体側の面２１ａが球面形状で、もう一方の面である接眼側の面２１ｂが放物面形状であるため、メニスカスレンズ２１の中心から周辺にいくにつれて肉厚が変わってしまうことにより、レンズの中心から周辺にかけて通過する光線は同じにならず偏向するため、図６に示すように横収差が大きくなる。
図６の場合におけるレンズデータを表３に示す。

本発明の第２の実施形態によるドットサイトの反射光学系の水平断面図、球面収差の横収差表示図及びレンズデータは、それぞれ図３、図４及び表２と全く同じであるため省略する。

ここで、本発明の実施形態のドットサイトに用いるメニスカスレンズの材質として、光透過性に優れたガラス又はプラスチックが用いられるが、ガラスが剛性に優れ光学精度などの点で好ましい。例えば、仕上げ寸法に近い形状でガラス成形し、表面を軽く研磨加工することによりメニスカスレンズが得られる。

なお、メニスカスレンズの物体側の凸面を、第１の実施形態のような放物面形状でなく、双曲面形状とすることが考えられる。ちなみに、数１に示す二次曲面形状式において、放物面では円錐定数は−１、双曲面の場合では円錐定数ｋは−１よりも小さい。
メニスカスレンズにおいて、二次曲面形状である凸面を加工する場合、放物面は二次曲面として単純であり、反射面にすれば平行光を１点に収斂したり、ＬＥＤ光源のような小さい点光源から出射した光を平行光に反射する特徴を有することにより、従来の安価なオートコリメータを用いて光学的に精度の高い検査を短時間で実施可能であるため、レンズの形状創成や検査を比較的容易、かつ安価に高精度で実現可能である。それに対し、双曲面は軸からの距離を細かく制御する必要があるなど、形状創成や精度実現が難しくなり、かつ高価な三次元形状測定機などを用いて形状を管理する必要があるため、製造コストや検査コストが高くなる傾向がある。以上のように、双曲面形状の場合、プラスチック材料でもレンズ成形精度管理が難しく、更にガラスレンズではより高温成形のために高耐熱、高耐久性の金型が必要となるため、より金型製作が難しく製造コストの増大を招きやすい。

以上、本実施形態のレンズデータを示したが、比較として従来例でのレンズデータを以下に示す。表４は、透過モードの図７の場合におけるレンズデータである。また、表５は、反射モードの図１０の場合におけるレンズデータである。

１１、２１、３１：メニスカスレンズ
１１ａ：メニスカスレンズの物体側の放物面形状の面
２１ａ、３１ａ：メニスカスレンズの物体側の球面形状の面
１１ｂ、２１ｂ：メニスカスレンズの物体側の反対（接眼側）の放物面形状の面
３１ｂ：メニスカスレンズの物体側の反対（接眼側）の球面形状の面
１５、２５、３５：点光源（ＬＥＤ）
１６、２６、３６：接眼レンズ
１７、２７、３７：観察眼

Claims (3)

1. 物体に対して凸面を向けたメニスカスレンズと、光源と、を備えるドットサイトであって、
   前記メニスカスレンズの前記物体側とは反対の面は、凹面の放物面形状からなるとともに、半透過的反射膜又は波長選択的反射膜が形成され、
   前記光源は、前記メニスカスレンズの前記物体側とは反対の面とからなる反射光学系の光軸上の焦点位置に配置することを特徴とするドットサイト。
2. 前記メニスカスレンズの前記物体側の面は放物面形状からなることを特徴とする、請求項１に記載のドットサイト。
3. 前記メニスカスレンズがガラスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のドットサイト。

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