JP2021056263A - 回折面を有した像振れ補正機能を有する観察光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 補正角が大きい場合でも性能劣化を低減可能であり尚且つ小型軽量な観察光学機器を提供すること。【解決手段】 物体側から順に、全体として正の屈折力を有する対物レンズ系と正立用光学系と前記正立用光学系により眼側に形成された正立像を拡大して眼視するための全体として正の屈折力を有する接眼レンズ系により構成された光学系において、前記対物レンズ系には少なくとも１枚の正の屈折力を有する第１レンズ群と１枚の負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、前記第２レンズ群には回折光学面を少なくとも１面有し、前記第２レンズ群は、光軸に対して略直交する方向に移動させることにより像を変位させて像安定化を行う防振レンズ群であることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、像振れ補正機能を有する観察光学機器に関し、特に双眼鏡や望遠鏡等の使用時における手ぶれ等によって生じる画像ぶれの防振角が大きい像振れ補正機能を有する軽量小型な双眼鏡・望遠鏡等に好適な観察光学機器に関する。

従来から、双眼鏡や望遠鏡等の観察光学機器において対象物を観察する場合に該双眼鏡・望遠鏡等の倍率が高いほど手ぶれによる画像ぶれが問題となる。前述の画像ぶれを補正する従来より防振補正レンズ方式が提案されている。

防振補正レンズ方式として、特許文献１や特許文献２が提案されている。

特許文献１には、対物レンズの構成が、正の第１レンズ群と負の第２レンズ群を有し、第１レンズ群には少なくとも１つずつ正と負のレンズを有し、第２レンズ群を光軸に対して略垂直に移動することで画像ぶれを補正する方法が開示されている。

特許文献２には、対物レンズの構成が、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群を有し、第２レンズ群は樹脂より成る単レンズであり、該第２レンズ群をチルトすることで、画像ぶれを補正する方法が開示されている。

特開平１０−１８６２２８号公報 特開２００５−６２２１３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、像面補正レンズ群は単レンズまたは複数レンズによって成されているが、単レンズの場合は防振時の色補正を十分に行うことができず性能劣化に繋がる。また、複数レンズにおいては枚数が増えることで重量増に繋がり、防振機構の大型化に繋がる。

また特許文献２に開示された従来技術では、像面補正レンズ群は樹脂単レンズであるため、防振時の色補正を十分に行うことができず、色にじみの原因に繋がり性能劣化が大きくなる傾向となる。

そこで、本発明の目的は、補正角が大きい場合でも性能劣化を低減可能であり尚且つ小型軽量な観察光学機器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る観察光学機器は、
物体側から順に、全体として正の屈折力を有する対物レンズ系と正立用光学系と前記正立用光学系により眼側に形成された正立像を拡大して眼視するための全体として正の屈折力を有する接眼レンズ系により構成された光学系において、
前記対物レンズ系には少なくとも１枚の正の屈折力を有する第１レンズ群と１枚の負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群には回折光学面を少なくとも１面有し、
前記第２レンズ群は、光軸に対して略直交する方向に移動させることにより像を変位させて像安定化を行う防振レンズ群であることを特徴とする。

本発明によれば、補正角が大きい時の性能劣化を低減し尚且つ小型軽量な観察光学機器の提供を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図 本発明の第１実施形態に係る収差を示す図 本発明の第１実施形態に係る手ぶれ補正を行ってない場合の横収差を示す図 本発明の第１実施形態に係る防振レンズ群を１．１ｍｍシフトした場合の横収差を示す図 本発明の第２実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図 本発明の第２実施形態に係る収差を示す図 本発明の第２実施形態に係る手ぶれ補正を行ってない場合の横収差を示す図 本発明の第２実施形態に係る防振レンズ群を１．１ｍｍシフトした場合の横収差を示す図 本発明の第３実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図 本発明の第３実施形態に係る収差を示す図 本発明の第３実施形態に係る手ぶれ補正を行ってない場合の横収差を示す図 本発明の第３実施形態に係る防振レンズ群を１．１ｍｍシフトした場合の横収差を示す図 本発明の第４実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図 本発明の第４実施形態に係る収差を示す図 本発明の第４実施形態に係る手ぶれ補正を行ってない場合の横収差を示す図 本発明の第４実施形態に係る防振レンズ群を１．１ｍｍシフトした場合の横収差を示す図 本発明の第５施形態に係る観察光学機器の構成を示す図 本発明の第５実施形態に係る収差を示す図 本発明の第５実施形態に係る手ぶれ補正を行ってない場合の横収差を示す図 本発明の第５実施形態に係る防振レンズ群を１．１ｍｍシフトした場合の横収差を示す図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかわる観察光学機器である。

本発明の像振れ補正機能を有する観察光学機器は、物体側から順に、全体として正の屈折力を有する対物レンズ系と正立用光学系と前記正立用光学系により眼側に形成された正立像を拡大して眼視するための全体として正の屈折力を有する接眼レンズ系により構成された光学系において、前記対物レンズ系には少なくとも１枚の正の屈折力を有する第１レンズ群と１枚の負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、前記第２レンズ群には回折光学面を少なくとも１面有し、前記第２レンズ群は、光軸に対して略直交する方向に移動させることにより像を変位させて像安定化を行う防振レンズ群から構成されている。

また、前記対物レンズ系の焦点距離をｆ、前記第ｋレンズ群を構成している物体側からｉ番目のレンズの焦点距離およびアッベ数をｆｋｉ，νｋｉ、回折光学面の焦点距離およびアッベ数をｆＤＯＥｋｉ，νＤＯＥとしたとき、以下の式を満足するようにしている。

ｋ＝１，２、ｉ＝１，２，・・・、
ｆＤＯＥｋｉ＝−１／（２×ａ１），ａ１：光路差関数の係数
νＤＯＥ＝λｄ／（λＦ−λｃ）、λｄ，λＦ，λＣ：ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長
ただし、回折光学面の焦点距離およびアッベ数は該当する面があるときのみ適用する。

条件式（１）の範囲を超えると、軸上色収差が大きくなり見えが悪化する。

条件式（２）の範囲を超えると、防振時の色滲みが大きくなり見えが悪化する。

さらに、前記第１レンズ群は、少なくとも１面に回折光学面を有する正の屈折力を持つ１枚のレンズから構成されている。回折光学面を第１レンズ群に配設することで、軸上色補正を１枚のレンズにて対応でき、見えの改善および軽量化を図ることが出来る。

また、前記第２レンズ群は、樹脂レンズで構成されている。像安定化を行う防振レンズ群を軽量化することで、レンズを駆動させるメカ機構および電気機構の簡素化となり、軽量化を図ることが出来る。

前記防振レンズ群の最前レンズ面と最終レンズ面の曲率半径によるシェープファクタＳＦを以下の条件式を満足するようにしている。
−１．２≦ＳＦ≦０・・・・・（３）
ＳＦ＝（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）
ｒ１：防振レンズ群の最前レンズ面の曲率半径
ｒ２：防振レンズ群の最終レンズ面の曲率半径
条件式（３）の範囲を超えると、防振レンズ群の偏心コマ収差が悪化する。

以下、図１，図２，図３，図４を参照して、本発明の第１の実施例による、観察光学機器について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図である。

図中１０１は対物レンズであり、第１レンズ群１０１ａ、防振レンズ群である第２レンズ群１０１ｂを有している。１０２は像面、１０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズムなどの像反転手段である正立用光学系を表している。１０３はプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。１０４は光軸、１０５は接眼レンズ、１０６はアイポイントである。

本実施形態では、防振レンズ群１０１ｂを光軸と垂直方向に移動させて手ぶれ等の画像ぶれを補正している。表１は本実施形態の光学系の数値例を示したものである。

第２レンズ群１０１ｂ内の最終レンズ面に単層型回折光学面ＤＯＥを有している。

図２は、本実施形態の収差図を示している。図２で（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。図中に示した、ｄ，Ｆ，Ｃはそれぞれ、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線を表している。Ｍ，Ｓは、メリジオナル、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為説明は省略する。

本実施形態では、防振レンズ群を光軸と垂直方向に移動して手ぶれ補正を行うため、手ぶれ補正時における光学性能を図３、図４に示す。

図３は、手ぶれ補正を行っていない場合の横収差を表したものであり、（ａ）は画角ω＝０°、（ｂ）は画角ω＝１．６５°の場合である。

図４は、防振レンズ群を１．１ｍｍシフト（補正角１°相当）させた場合の横収差図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ画角ω＝０°，１．６５°，−１．６５°の場合を示している。

本実施形態では、画角は６．６°までであるため、ω＝１．６５°，−１．６５°は、半画角５割までを示している。この点についても、以後の説明は省略する。

図４より、手ぶれ補正時も性能が良好であることが分かる。特に望遠鏡等の観察光学機器では中心付近の解像力が重要であるが、図４からも収差の劣化が少ないことが分かる。

本実施形態では、接眼レンズ１０５として３群４枚のレンズ構成のものを示したが、是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、本実施形態においての焦点調節は、対物レンズ１０１中の一部、若しくは全部、あるいは接眼レンズ１０５を移動させても良いし、あるいは正立用光学系１０３によって行ってもよくその方法については特に限定しない。

尚、非球面式は下記式で定義される。

また、回折面（ＤＯＥ）の定義は下記の光路差関数Ψで表される。回折面は同心円状で階段状に削られ形成されており、基板面に対する削り量が下記の削り量の式で表される。

ただし、隣り合う媒質が空気のときは、ｎ’＝１とする。

以下、図５，図６，図７，図８を参照して、本発明の第２の実施例による、観察光学機器について説明する。

図５は、本発明に係る実施形態２の観察光学機器の構成を示す図である。

図中２０１は対物レンズであり、第１レンズ群２０１ａ、防振レンズ群である第２レンズ群２０１ｂを有している。２０２は像面、２０３は像反転手段である正立用光学系を表している。２０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。２０４は光軸、２０５は接眼レンズ、２０６はアイポイントである。

本実施形態では、防振レンズ群２０１ｂを光軸と垂直する方向に移動させて手ぶれ等による画像ぶれを補正している。

第１レンズ群２０１ａ内の物体側から１番目のレンズの眼側の面において、単層型回折光学面ＤＯＥを有している。さらに、第２レンズ群２０１ｂ内の最終レンズ面に単層型回折光学面ＤＯＥを有している。

表２は本実施形態の光学系の数値を示したものである。図６は、本実施例の収差図を示している。

本実施形態では、防振レンズ群を光軸と垂直方向に移動して手ぶれ補正を行う為、手ぶれ補正時における光学性能を図７、図８に示す。

図７は、手ぶれ補正を行っていない場合の横収差を表したものであり、（ａ）は画角ω＝０°，（ｂ）は画角ω＝１．６５°の場合である。図８は防振レンズ群を１．１ｍｍシフト（補正角１°相当）させた場合の横収差図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ画角ω＝０°，１．６５°，−１．６５°の場合を示している。以上より、手ぶれ補正時も性能が良好であることが分かる。

以下、図９，図１０，図１１，図１２を参照して、本発明の第３の実施例による、観察光学機器について説明する。

図９は、本発明の実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図である。

図中３０１は対物レンズであり、第１レンズ群３０１ａ、防振レンズ群である第２レンズ群３０１ｂを有している。３０２は像面、３０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズムなどの像反転手段である正立用光学系を表している。３０３はプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。３０４は光軸、３０５は接眼レンズ、３０６はアイポイントである。

本実施形態では、防振レンズ群３０１ｂを光軸と垂直方向に移動させて手ぶれ等の画像ぶれを補正している。第１レンズ群３０１ａ内の物体側から１番目のレンズの眼側の面において、単層型回折光学面ＤＯＥを有している。さらに、第２レンズ群３０１ｂ内の最終レンズ面に単層型回折光学面ＤＯＥを有している。

表３は本実施形態の光学系の数値例を示したものである。図１０は、本実施形態の収差図を示している。図１０で（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。

本実施形態では、防振レンズ群を光軸と垂直方向に移動して手ぶれ補正を行うため、手ぶれ補正時における光学性能を図１１、図１２に示す。

図１１は、手ぶれ補正を行っていない場合の横収差を表したものであり、（ａ）は画角ω＝０°、（ｂ）は画角ω＝１．６５°の場合である。図１２は、防振レンズ群を１．１ｍｍシフト（補正角１°相当）させた場合の横収差図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ画角ω＝０°，１．６５°，−１．６５°の場合を示している。

以下、図１３，図１４，図１５，図１６を参照して、本発明の第４の実施例による、観察光学機器について説明する。

図１３は、本発明の実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図である。

図中４０１は対物レンズであり、第１レンズ群４０１ａ、防振レンズ群である第２レンズ群４０１ｂを有している。４０２は像面、４０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズムなどの像反転手段である正立用光学系を表している。４０３はプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。４０４は光軸、４０５は接眼レンズ、４０６はアイポイントである。

本実施形態では、防振レンズ群４０１ｂを光軸と垂直方向に移動させて手ぶれ等の画像ぶれを補正している。第１レンズ群４０１ａ内のレンズは１枚で構成されており、眼側の面において、単層型回折光学面ＤＯＥを有している。さらに、第２レンズ群４０１ｂ内の最終レンズ面に単層型回折光学面ＤＯＥを有している。

表４は本実施形態の光学系の数値例を示したものである。図１４は、本実施形態の収差図を示している。図１４で（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。

本実施形態では、防振レンズ群を光軸と垂直方向に移動して手ぶれ補正を行うため、手ぶれ補正時における光学性能を図１５、図１６に示す。

図１５は、手ぶれ補正を行っていない場合の横収差を表したものであり、（ａ）は画角ω＝０°、（ｂ）は画角ω＝１．６５°の場合である。図１６は、防振レンズ群を１．１ｍｍシフト（補正角１°相当）させた場合の横収差図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ画角ω＝０°，１．６５°，−１．６５°の場合を示している。

以下、図１７，図１８，図１９，図２０を参照して、本発明の第５の実施例による、観察光学機器について説明する。

図１７は、本発明の実施形態に係る観察光学機器の構成を示す図である。

図中５０１は対物レンズであり、第１レンズ群５０１ａ、防振レンズ群である第２レンズ群５０１ｂを有している。５０２は像面、５０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズムなどの像反転手段である正立用光学系を表している。５０３はプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。５０４は光軸、５０５は接眼レンズ、５０６はアイポイントである。

本実施形態では、防振レンズ群５０１ｂを光軸と垂直方向に移動させて手ぶれ等の画像ぶれを補正している。第１レンズ群５０１ａ内の物体側から１番目のレンズの眼側の面において、密着複層型回折光学面ＤＯＥを有している。さらに、第２レンズ群５０１ｂ内の最終レンズ面に密着複層型回折光学面ＤＯＥを有している。

表５は本実施形態の光学系の数値例を示したものである。図１８は、本実施形態の収差図を示している。図１８で（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。

本実施形態では、防振レンズ群を光軸と垂直方向に移動して手ぶれ補正を行うため、手ぶれ補正時における光学性能を図１９、図２０に示す。

図１９は、手ぶれ補正を行っていない場合の横収差を表したものであり、（ａ）は画角ω＝０°、（ｂ）は画角ω＝１．６５°の場合である。図２０は、防振レンズ群を１．１ｍｍシフト（補正角１°相当）させた場合の横収差図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ画角ω＝０°，１．６５°，−１．６５°の場合を示している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ 対物レンズ、１０１ａ 第１レンズ群、１０１ｂ 第２レンズ群、
１０２ 像面、１０３ 正立用光学系、１０４ 光軸、１０５ 接眼レンズ、
１０６ アイポイント

Claims (5)

1. 物体側から順に、全体で正の屈折力を有する対物レンズ系と正立用光学系と前記正立用光学系により眼側に形成された正立像を拡大して眼視するための全体で正の屈折力を有する接眼レンズ系とより構成された光学系において、
   前記対物レンズ系には少なくとも１枚の正の屈折力を有する第１レンズ群と１枚の負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
   前記第２レンズ群には回折光学面を少なくとも１面有し、
   前記第２レンズ群は、光軸に対して略直交する方向に移動させることにより像を変位させて像安定化を行う防振レンズ群であることを特徴とする観察光学機器。
2. 前記対物レンズ系の焦点距離をｆ、前記第ｋレンズ群を構成している物体側からｉ番目のレンズの焦点距離およびアッベ数をｆｋｉ，νｋｉ、回折光学面の焦点距離およびアッベ数をｆＤＯＥｋｉ，νＤＯＥとしたとき、
   以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の観察光学機器。
   

   

   

   ｋ＝１，２、ｉ＝１，２，・・・、
   ｆＤＯＥｋｉ＝−１／（２×ａ１），ａ１：光路差関数の係数
   νＤＯＥ＝λｄ／（λＦ−λｃ）、λｄ，λＦ，λＣ：ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長
   ただし、回折光学面の焦点距離およびアッベ数は該当する面があるときのみ適用する。
3. 前記第１レンズ群は、少なくとも１面に回折光学面を有する正の屈折力を持つ１枚のレンズから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の観察光学機器。
4. 前記第２レンズ群は、樹脂レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の観察光学機器。
5. 前記第２レンズ群の最前レンズ面と最終レンズ面の曲率半径によるシェープファクタＳＦを以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の観察光学機器。
   −１．２≦ＳＦ≦０・・・・・（３）
   ＳＦ＝（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）
   ｒ１：第２レンズ群の最前レンズ面の曲率半径
   ｒ２：第２レンズ群の最終レンズ面の曲率半径

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