JP2019078826A - 観察光学系及びそれを有する観察装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 像ぶれ補正が容易で、環境変化があっても像ぶれ補正に際しても良好な光学性能を維持することができる観察光学系を得ること。【解決手段】 対物光学系と、像反転手段と、接眼光学系とを有し、接眼光学系で拡大された物体像を観察するための観察光学系において、対物光学系は物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第1レンズ群、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群を有し、第1レンズ群は樹脂よりなる正の屈折力のレンズG1Pを有し、第2レンズ群は樹脂よりなる負の屈折力のレンズG2Nを有し、0℃〜40℃の温度範囲内においてレンズG1Pの材料の温度変化に対する屈折率の変化dn1/dt、レンズG2Nの材料の温度変化に対する屈折率の変化dn2/dtを各々適切に設定する。【選択図】 図1

Description

本発明は、観察光学系及びそれを有する観察装置に関し、例えば手ぶれ等によって生じる像ぶれ(画像ぶれ)を光学的に補正する機能(防振機能)を備えた双眼鏡・望遠鏡等の観察装置の観察光学系として好適なものである。
双眼鏡や望遠鏡等の観察装置の観察光学系において対象物(物体)を観察する場合に観察光学系の倍率(観察倍率)が高いほど手ぶれによる画像ぶれが増大してくる。多くの観察光学系では対物光学系によって形成された物体像を像反転手段で正立像と、この正立像を接眼光学系を介して拡大観察する。
従来、観察装置に用いられる観察光学系として、光学系の一部を平行移動したり(シフトしたり)又は傾ける(チルトする)ことで手ぶれによる画像ぶれを軽減する防振機能を用いた観察光学系が知られている(特許文献1乃至3)。
特許文献1では、対物光学系を正の屈折力の第1レンズ群と負の屈折力の第2レンズ群とから構成している。第2レンズ群は正レンズと負レンズとからなり、負レンズを光軸に対して直交する方向に移動することで像ぶれを補正している。
特許文献2では、対物光学系を、正の屈折力の第1レンズ群と負の屈折力の第2レンズ群とから構成している。第1レンズ群は少なくとも1枚の正レンズと1枚の負レンズを含んでいる。そして第2レンズ群を光軸に対して直交する方向に移動することで像ぶれを補正している。
特許文献3では、対物光学系を、負の屈折力の第1レンズ群と正の屈折力の第2レンズ群とから構成している。そして第2レンズ群をチルトすることで像ぶれ補正している。特許文献3では第2レンズ群を樹脂(プラスチック材)より成る単レンズより構成して重量を軽減している。
特開2016−166907号公報 特開平10−186228号公報 特開2005−62213号公報
対物光学系に樹脂よりなるレンズを用いると、重量が軽減することができて対物光学系の一部で像ぶれを補正するのが容易となる。しかしながら、温度変化dtによる屈折率の変化dnの比dn/dtが大きくなる。そのため温度変化に対して、所望の光学性能を維持することが困難になる。
一般に防振機能を有した観察光学系においては、環境変化があっても像ぶれ補正を精度良く行い、かつ像ぶれ補正の際に収差変動が少ないことが要望されている。特に対物光学系の軽量化を図るために対物光学系の一部に樹脂よりなるレンズを用いた観察光学系において、これらの要望を満足するには対物光学系のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。特に樹脂の温度変化に対する屈折率の変化の比を適切に設定することが重要になってくる。
本発明は、像ぶれ補正が容易でしかも環境変化があっても像ぶれ補正に際しても良好な光学性能を維持することができる観察光学系及びそれを有する観察装置の提供を目的とする。
本発明の観察光学系は、対物光学系と、該対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段と、該正立像を拡大する接眼光学系とを有し、該接眼光学系で拡大された物体像を観察するための観察光学系において、
前記対物光学系は物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第1レンズ群、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群を有し、前記第1レンズ群は樹脂よりなる正の屈折力のレンズG1Pを有し、前記第2レンズ群は樹脂よりなる負の屈折力のレンズG2Nを有し、0℃〜40℃の温度範囲内において前記レンズG1Pの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn1/dt、前記レンズG2Nの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn2/dtとするとき、
|(dn1/dt)−(dn2/dt)|<1×10−7
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明によれば、像ぶれ補正が容易でしかも環境変化があっても像ぶれ補正に際しても良好な光学性能を維持することができる観察光学系が得られる。
本発明の実施例1における観察光学系のレンズ構成図 本発明の実施例1における手ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図 本発明の実施例1における手ぶれ補正を行っていない場合の横収差図 本発明の実施例1において第2レンズ群をシフトした場合の横収差図 本発明の実施例2における観察光学系のレンズ構成図 本発明の実施例2における手ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図 本発明の実施例2における手ぶれ補正を行っていない場合の横収差図 本発明の実施例2において第2レンズ群をシフトした場合の横収差図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。本発明の観察光学系は、対物光学系と、対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段(正立光学系)と、像反転手段で正立像された物体像を拡大する接眼光学系(拡大光学系)とを有する。そして接眼光学系で拡大された物体像を観察する。
図1は本発明の観察光学系の実施例1のレンズ断面図である。図2は、実施例1の手ぶれによる像ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図であり、図2において(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差をあらわしている。
図3は実施例1の像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図であり、図3(a)、(b)は画角ω=0°と、実視界である半画角ω=3.3°の横収差を表している。
図4は像ぶれ補正を行った場合の横収差図である。図4(a)、(b)、(c)は、後述する第2レンズ群を光軸10に対して直交する方向に0.8mmシフトして、像ぶれ補正を行った場合の横収差図であり、画角ω=0°,半画角3.3°,半画角−3.3°の場合を示している。
実施例1では、実視界は6.6°であるため、半画角ω=3.3°,半画角−3.3°は、画角10割までを示している。収差図に示した、d、F、Cはそれぞれ、d線(波長587.6nm)、F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)を表している。Mはd線のメリジオナル、Sはd線のサジタル像面を表している。以後の実施例でもこの記載については同様である。
図5は本発明の観察光学系の実施例2のレンズ断面図である。図6は、実施例2の像ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図であり、図6において(a)、(b)、(c)、(d)やd、F,Cの説明については、実施例1と同様である。
図7は実施例2の像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図であり、図7(a)、(b)は画角ω=0°と、実視界である半画角ω=3.3°の横収差を表している。
図8(a)、(b)、(c)は、後述する第2レンズ群212を光軸20に対して直交する方向に0.8mmシフトして、像ぶれ補正を行った場合の横収差図であり、画角ω=0°,半画角3.3°,半画角−3.3°の場合を示している。実施例2では、実視界は6.6°であるため、半画角ω=3.3°,半画角−3.3°は、画角10割までを示している。
図1のレンズ断面図において、1は観察光学系である。11は対物光学系であり、正の屈折力の第1レンズ群111、負の屈折力の第2レンズ群112を有している。12はポロプリズムやペンタプリズムなどの像反転手段である。像反転手段12はプリズム等にからなり、図中では光路を展開してブロックで示している。10は観察光学系1の光軸、13は接眼光学系、14は観察者の眼が位置するアイポイントである。実施例1の観察光学系1では対物光学系11で形成した物体像を像反転手段12で正立像とし、その正立像を接眼光学系13で拡大して拡大像をアイポイント14より観察する。
図5のレンズ断面図において、図1と同一の部材には同一の符号を付している。図1のレンズ構成に加えて、正の屈折力の第3レンズ群113を有している。像反転手段12はプリズム等からなり、図中では光路を展開してブロックで示している。
実施例1と同様、実施例2の観察光学系1では対物光学系11で形成した物体像を像反転手段12で正立像とし、その正立像を接眼光学系13で拡大して拡大像をアイポイント14より観察する。
本発明の観察光学系は、物体側から観察側へ順に、対物光学系11、像反転手段12、接眼光学系13からなる。レンズ断面図においては、観察光学系は1つの鏡筒内に配置されているが、他の実施形態の1つである双眼鏡では、対物光学系、正立光学系、接眼光学系からなる観察光学系が左右2つの鏡筒それぞれの内部に収容するよう構成されている。
各実施例において、対物光学系11は物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第1レンズ群111、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群112を有している。第1レンズ群111は樹脂よりなる少なくとも1枚の正の屈折力のレンズG1Pを有し、第2レンズ群112は樹脂よりなる少なくとも1枚の負の屈折力のレンズG2Nを有している。0℃〜40℃の温度範囲内においてレンズG1Pの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn1/dt、レンズG2Nの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn2/dtとする。
このとき、
|(dn1/dt)−(dn2/dt)|<1×10−7 ・・・(1)
なる条件式を満足する。
各実施例において、第2レンズ群112は、光軸に対して直交する成分を含む方向に移動させることにより像ぶれを補正する防振レンズである。第1レンズ群111の正レンズG1Pと第2レンズ群112の負レンズG2Nを樹脂より構成することにより、有効径の比較的大きい対物光学系11を軽くして、観察光学系1の軽量化を図っている。
一方、一般的に樹脂よりなるレンズはガラス硝材と比較して、温度変化に対する屈折率変化が大きい。そのため屋外環境下で使用することの多い観察光学系1においては、温度変化による屈折率変化が起こり、視度ずれや光学性能が変化してくる。
そこで本発明の観察光学系1においては、正レンズG1Pと負レンズG2Nに温度変化に対する屈折率変化の差が小さい樹脂を用いることで、正レンズと負レンズの2枚のレンズとして屈折率変化による光学性能の変化が少ないようにしている。特に正レンズG1Pと負レンズG2Nとは同種の樹脂より構成している。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
条件式(1)の上限を超えると、温度変化対する屈折率変化の差が大きくなるため2枚のレンズとして屈折力を持つことになり、所望の光学性能を満足することが困難になる。
各実施例において好ましくは次の条件式を満足するのが良い。
レンズG1PとレンズG2Nの合成焦点距離をft、対物光学系11の焦点距離をfobjとする。このとき、
−0.25<fobj/ft<0.25 ・・・(2)
なる条件式を満足するのが良い。
条件式(2)の下限を超えると正レンズと負レンズの2枚のレンズのトータルとして負の屈折力が弱くなり、また条件式(2)の上限を超えると正レンズと負レンズの2枚のレンズのトータルとして正の屈折力が弱くなる。このため、温度変化にともない所望の光学性能を満足することが困難になる。
各実施例において、正の屈折力のレンズG1Pは、第1レンズ群111の中で最も像側のレンズであることが好ましい。さらには、第1レンズ群111は、物体側から像側へ順に、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のレンズ群LFと、フォーカシングに際して不動の正の屈折力のレンズ群とからなることが望ましい。
実施例2において、対物光学系11は第2レンズ群112の像側に隣接して配置され、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第3レンズ群113を有する。第2レンズ群112は1枚の負レンズからなることが良い。第1レンズ群111は物体側から像側へ順に配置された負レンズ、正レンズ、正レンズからなることが良い。
次に各実施例のレンズ構成について説明する。実施例1では、第1レンズ群111は少なくとも1枚の正レンズを111a、第2レンズ群112は少なくとも1枚の負レンズ112aを有している。手ぶれによる像ぶれ補正を行うために、第2レンズ群112の負レンズ112aは光軸10に対して直交する方向の成分を含む方向に移動する。
実施例1では、接眼光学系13として3群4枚のレンズ構成のものを示したが、これに限定するものでなく、ケルナー型等のものを使用しても良い。また、実施例1においての焦点調節は、対物光学系11中の一部のレンズ群LF、若しくは全部、あるいは接眼光学系13を移動させても良いし、あるいは像反転手段12によって行ってもよくその方法については任意の方法が使用できる。
図4から像ぶれ補正をした前後において、所望の光学性能を満足していることがわかる。
実施例2では、第1レンズ群111は少なくとも1枚の正レンズ111a、第2レンズ群112は少なくとも1枚の負レンズ112aを有している。手ぶれによる像ぶれ補正を行うために、第2レンズ群112の負レンズ112aは光軸10に対して直交する方向の成分を含む方向に移動する。
実施例2では、接眼光学系13として3群4枚のレンズ構成のものを示したが、これに限定するものでなく、ケルナー型等のものを使用しても良い。また、実施例2においての焦点調節は、対物光学系11中の一部のレンズ群LF、若しくは全部、あるいは接眼光学系13を移動させても良い。あるいは像反転手段12によって行ってもよくその方法については任意の方法が使用できる。
図8から像ぶれ補正をした前後において、所望の光学性能を満足していることがわかる。
以下、実施例1、2の観察光学系の具体的な数値データ1、2を示す。iは物体側から数えた順序を示す。面番号iは物体側から順に数えている。Riは曲率半径、Diは第i番目と第i+1番目の面間隔である。Ndiとνdiはそれぞれd線に対する第i面と第(i+1)面との間の媒質の屈折率、アッベ数を表す。 数値データ1において、R1乃至R6は第1レンズ群111、R7,R8は第2レンズ群112、R9乃至R12は像反転手段12である。R13乃至R19は接眼光学系23である。
数値データ2において、R1乃至R6は第1レンズ群111、R7,R8は第2レンズ群112、R9乃至R12は第3レンズ群113である。R13乃至R16は像反転手段12である。R17乃至R23は接眼光学系13である。数値データ1、2において前述の各条件式に関係した数値を表1、表2に示す。表1、表2において、f13は接眼光学系13の焦点距離、f111aは正レンズ111a(G1P)の焦点距離、f112aは負レンズ112a(G2N)の焦点距離である。
(数値データ1)
単位 mm

面データ
面番号 R D Nd νd
1 45.342 2.50 1.68893 31.1
2 22.783 1.98 1.00000
3 24.878 5.07 1.53160 55.8
4 -481.735 8.40 1.00000
5 32.130 3.72 1.53160 55.8
6 -121.164 1.90 1.00000
7 -2085.966 1.80 1.53160 55.8
8 27.054 16.27 1.00000
9 ∞ 16.00 1.56883 56.4
10 ∞ 32.00 1.56883 56.4
11 ∞ 16.00 1.56883 56.4
12 ∞ 3.51 1.00000
13 -9.075 7.10 1.69680 55.5
14 -10.913 12.56 1.00000
15 -46.145 1.62 1.84666 23.9
16 19.627 8.07 1.71300 53.9
17 -16.819 0.20 1.00000
18 18.063 3.77 1.69680 55.5
19 101.592 12.80 1.00000
[表1]
実視界 6.6度
瞳径 3.1mm
アイレリーフ 12.8mm

fobj=85.6
f13=12.9
f111a=48.2
f112a=−50.2
ft=343.6
fobj/ft=0.249
(数値データ2)
単位 mm

面データ
面番号 R D Nd νd
1 218.633 2.50 1.68893 31.1
2 42.601 2.36 1.00000
3 46.685 3.75 1.53160 55.8
4 -60.511 7.43 1.00000
5 26.894 4.10 1.53160 55.8
6 1113.922 1.00 1.00000
7 -185.969 1.80 1.53160 55.8
8 34.091 8.00 1.00000
9 -130.180 2.00 1.53172 48.8
10 1188.709 3.50 1.00000
11 1000.000 2.00 1.51633 64.1
12 -100.041 8.00 1.00000
13 ∞ 16.00 1.56883 56.4
14 ∞ 32.00 1.56883 56.4
15 ∞ 16.00 1.56883 56.4
16 ∞ 8.30 1.00000
17 -9.075 7.10 1.69680 55.5
18 -10.913 12.56 1.00000
19 -46.145 1.62 1.84666 23.9
20 19.627 8.07 1.71300 53.9
21 -16.819 0.20 1.00000
22 18.063 3.77 1.69680 55.5
23 101.592 12.80 1.00000
[表2]
実視界 6.6度
瞳径 3.1mm
アイレリーフ 12.8mm

fobj=87.0
f13=12.9
f111a=51.8
f112a=−54.0
ft=400.0
fobj/ft=0.218
11 対物光学系 111 第1レンズ群 112 第2レンズ群
113 第3レンズ群 111a 正レンズ 112a 負レンズ
12 像反転手段 13 接眼光学系

Claims (8)

  1. 対物光学系と、該対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段と、該正立像を拡大する接眼光学系とを有し、該接眼光学系で拡大された物体像を観察するための観察光学系において、
    前記対物光学系は物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第1レンズ群、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群を有し、前記第1レンズ群は樹脂よりなる正の屈折力のレンズG1Pを有し、前記第2レンズ群は樹脂よりなる負の屈折力のレンズG2Nを有し、0℃〜40℃の温度範囲内において前記レンズG1Pの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn1/dt、前記レンズG2Nの材料の温度変化に対する屈折率の変化をdn2/dtとするとき、
    |(dn1/dt)−(dn2/dt)|<1×10−7
    なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
  2. 前記レンズG1Pは前記第1レンズ群の最も像側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の観察光学系。
  3. 前記レンズG1Pと前記レンズG2Nの合成焦点距離をft、前記対物光学系の焦点距離をfobjとするとき、
    −0.25<fobj/ft<0.25
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の観察光学系。
  4. 前記第1レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のレンズ群と、フォーカシングに際して不動の正の屈折力のレンズ群とからなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の観察光学系。
  5. 前記対物光学系は前記第2レンズ群の像側に隣接して配置され、像ぶれ補正に際して不動の正の屈折力の第3レンズ群を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の観察光学系。
  6. 前記第2レンズ群は1枚の負レンズからなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の観察光学系。
  7. 前記第1レンズ群は物体側から像側へ順に配置された負レンズ、正レンズ、正レンズからなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の観察光学系。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1項の観察光学系を有することを特徴とする観察装置。
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