JP3548539B2

JP3548539B2 - 観察光学系および双眼鏡

Info

Publication number: JP3548539B2
Application number: JP2001067154A
Authority: JP
Inventors: 和彦桃木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: DE60214262T2; US6919998B2; JP2002267947A; EP1239317B1; EP1239317A3; DE60214262D1; US20030016453A1; EP1239317A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防振機能を有する望遠鏡、双眼鏡等の観察機器に用いられる観察光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
望遠鏡、双眼鏡などの観察機器の観察光学系において、防振機能を有するものとしては、例えば、特開平１０−１８６２２８号公報にて提案されたものがある。
【０００３】
この観察光学系は、物体側から順に、正のパワーの第１レンズ群と負のパワーの第２レンズ群とが配置された対物光学系を持ち、第２レンズ群を光軸と直交する方向に駆動することで防振をする構成となっている。
【０００４】
上記対物光学系は、いわゆるテレフォトタイプの構成であり、対物光学系の全長が短くなるという特徴がある。
【０００５】
但し、観察光学系においては、対物光学系と接眼光学系との間に像反転プリズムなどの像反転系を配置する必要があるとともに、対物光学系内に防振のための駆動機構を配置する必要もあり、ある程度のスペースが必要とするために、テレフォトタイプによる光学系の短縮化のメリットは低い。
【０００６】
ここで、第２レンズ群を防振駆動する際の、防振敏感度Ｓｉに関しては、第２レンズ群の倍率βを用いて次式で表される。
【０００７】
Ｓｉ＝（１−β）
ところが、物体側から正、負の構成では、β＞１となるために、｜Ｓｉ｜＞１とするためには、β＞２が必要となり、敏感度的にはあまり有利ではない。第２レンズ群のβをより大きな値にすることで、高敏感度化は可能であるが、正、負群のパワー比がきつくなるために、収差補正的には多くのレンズ枚数を必要とするという不都合がある。
【０００８】
一方、特開２０００−３５２６６４号公報には、物体側から順番に、正のパワーの第１レンズ群と正のパワーの第２レンズ群とが配置された対物レンズ系を持ち、第２レンズ群を光軸と直交する方向に駆動することで防振をする構成のものが提案されている。
【０００９】
この対物光学系では、対物光学系の焦点距離と比較して対物光学系の全長が長くなり、像反転プリズムなどを配置するスペースの確保は可能である。また、防振駆動機構の配置スペースも確保しやすい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２０００−３５２６６４号公報にて提案のものでは、第２レンズ群を駆動する際の防振敏感度Ｓｉは、第２レンズ群の倍率βが０＜β＜１の範囲となるので、次式のように防振敏感度を高くすることが理論的に不可能である。
【００１１】
｜Ｓｉ｜＝｜１−β｜＜１
そこで、本発明では、対物光学系と接眼光学系との間に、像反転系や防振駆動機構等の配置スペースを確保しながら、高い防振敏感度を持つ対物光学系であって、しかも少ない数のレンズ構成で良好な光学性能を得ることが可能な観察光学系およびこれを備えた観察機器を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の観察光学系では、対物光学系と、該対物光学系が形成する像を正立像とする像反転系と、該正立像からの光を観察者に導く接眼光学系とを有する観察光学系において、対物光学系を、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、像振れを防止するために光軸上の点を中心として揺動駆動される正の屈折力を有する第２レンズ群とを配置して構成し、前記対物光学系の全系の焦点距離をＦｏ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤ１２、前記第２レンズ群の物体側の面頂点からの揺動中心までの距離（但し、像面方向を正とする）をＴｃとしたときに、
０．１≦−Ｆｏ／ｆ１≦１．０ …（１）
１．１≦Ｆｏ／ｆ２≦３．０ …（２）
０．０１≦Ｄ１２／Ｆｏ≦０．２ …（３）
０．１≦Ｔｃ／Ｆｏ≦０．７ …（４）
を満足するようにしている。
【００１３】
このように、物体側から負、正の順で配置された対物光学系を構成することで、対物光学系の焦点距離よりも対物光学系の全長が長くなり、接眼光学系との間に像反転プリズム等の像反転系や防振駆動機構等を配置するためのスペースを十分確保することが可能となる。しかも、第２レンズ群の倍率がβ＜０となることから、防振敏感度Ｓｉは、
｜Ｓｉ｜＝｜１−β｜＞１
となり、物体側から正、負又は正、正の順で配置された対物光学系を用いる場合に比べて、高い防振敏感度を得るのに有利となる。
【００１５】
ここで、条件式（１）は、第１レンズ群の焦点距離と対物光学系全系の焦点距離との比を示すものであり、下限を越えて１群での屈折力が弱すぎると、対物光学系の全長を大きくする効果、および防振敏感度を高くする効果が失われる。また、上限を超えると、屈折力が強くなりすぎて球面収差、像面湾曲等の諸収差の補正が困難になる。さらに対物光学系の全長が大きくなりすぎる。
【００１６】
条件式（２）は、第２のレンズ群の焦点距離と全系の焦点距離との比を示すものであり、下限を越えて２群での屈折力が弱すぎると、対物光学系の全長を大きくする効果および防振敏感度を高くする効果が失われる。また、上限を超えると、各レンズのパワーが強すぎて、球面収差、像面湾曲等の収差補正を行うことが困難になる。また、第２レンズ群のパワーを大きくするためには、レンズの厚み、重量が増し、防振駆動の際の電池消費量が増大する。
【００１７】
条件式（３）は、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔と焦点距離との比に関する条件である。下限を超えると（第１レンズ群と第２レンズ群とが接近しすぎると）、防振駆動のためのスペースが不足し、相互に干渉する可能性が出てくる。また、上限を越えると（間隔が大きくなると）、第１レンズ群で光束を発散させるために第２レンズ群が大きくなり、防振駆動に要する電力が増して好ましくない。
【００１９】
条件式（４）は、第２レンズ群を光軸上の点を中心として揺動駆動されることで防振する際の第２レンズ群の揺動中心の位置に関する条件であり、この条件を満足することで、防振時に発生する収差、特に偏心コマ収差、偏心像面湾曲の発生を補正する効果が得られる。さらに、第２レンズ群の揺動機構上、揺動中心が対物光学系の像側であって、像反転系の物体側に配置されることが好ましい。条件式（４）の下限を超えて揺動中心が第２レンズ群に近づくと、偏心収差の補正が過剰となり好ましくない。また、駆動に要する回転角度が増すために防振機構的にも構成が複雑になり好ましくない。
【００２１】
一方、上限を超えて揺動中心が第２レンズ群から遠ざかると、収差補正効果が低くなり、構成する駆動機構に比べて得られるものが少ない。この場合、揺動中心が遠い駆動より、むしろ第２レンズ群を光軸に直交する方向にシフト駆動で防振をする方が、機構が単純化でき好ましい。
【００２２】
そして、本発明においては、以上の各条件で対物光学系のパワー配置を決定することで、像反転系や防振駆動機構系の配置スペースを確保しつつ、良好な防振時の像性能と高い防振敏感度を得ることが可能となる。
【００２３】
さらに、少ない部品構成で高いコストパフォーマンスを得るために、次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのがよい。
【００２４】
▲１▼ 第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを配置して構成する。
【００２５】
▲２▼ 第２レンズ群を、物体側に強い凸面を向けた正レンズとする。
【００２６】
第１レンズ群を正、負の順に配置することで、第１レンズ群の主点位置をレンズより物体側に配置することができるため、第２レンズ群との間隔を無駄に広くとる必要がなくなる。また、防振時の収差補正的にも、第１レンズ群が、第２レンズ群の揺動中心に対して略同心円状に配置されていることで、防振コマ収差などの発生を抑制することが可能となる。
【００２７】
また、第２レンズ群の正レンズと同時に防振時の収差補正を行っているが、揺動中心を第２レンズ群の像側で、かつ像反転系の物体側に配置するために、最適な第２レンズ群の形状として正レンズの物体側の面が揺動中心に対して同心円に近いほうが有利である。
【００２８】
完全な同心円上に配置してしまうと、防振のための像の移動効果は像側の面だけになってしまう。そこで、収差補正をしつつも、防振時の敏感度を確保するバランスをとる必要がある。
【００２９】
▲３▼ 第１レンズ群を、正レンズと負レンズとの貼り合わせレンズとする。
【００３０】
これにより、第１レンズ群の製造上の敏感度を低減することが可能となる。
【００３１】
【発明実施の形態】
図１〜図６には、本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例１〜６の構成を示している。
【００３２】
これらの図中、１は負の屈折力を有する第１レンズ群、２は正の屈折力を有する第２レンズ群である。３は第２レンズ群２を防振駆動するときの揺動中心であり、図中に一点鎖線で示す光軸５上の点である。
【００３３】
なお、これら第１および第２レンズ群１，２により対物レンズ群が構成されている。
【００３４】
４は像反転系を構成する像正立用プリズムであり、例えばポロプリズムやペチャンダハプリズムで構成されている。
【００３５】
また、８は複数のレンズにより構成された接眼レンズ群である。６は瞳面である。
【００３６】
本実施形態では、上述したように、対物レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群１と、正の屈折力を有する第２レンズ群２とが配置されて構成されている。
【００３７】
また、第１レンズ群１は、物体側から順に配置された正レンズ１ａと負レンズ１ｂとにより構成されている。
【００３８】
さらに、第２レンズ群２は、正の屈折力を有する単レンズ（正レンズ）で構成されている。
【００３９】
そして、本実施形態では、Ｆｏを対物レンズの全系の焦点距離、ｆ１を第１レンズ群１の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群１の焦点距離、Ｄ１２を第１レンズ群１と第２レンズ群２の空気間隔としたとき、
０．１≦−Ｆｏ／ｆ１≦１．０ …（１）
１．１≦Ｆｏ／ｆ２≦３．０ …（２）
０．０１≦Ｄ１２／Ｆｏ≦０．２ …（３）
の条件を満たすように第１および第２レンズ群１，２の設計がなされている。
【００４０】
また、数値実施例１から５では、第２レンズ群２は光軸上の点３を中心として揺動駆動することで、この観察光学系を搭載した双眼鏡や望遠鏡等の観察機器のいわゆる手振れ等による像振れを防止している。
【００４１】
そして、Ｔｃを図１に示すように第２レンズ群２の物体側の面頂点からの揺動中心３までの距離（像面側方向が正、物体側方向が負）としたとき、
０．１≦Ｔｃ／Ｆｏ≦０．７ …（４）
の条件式を満足するように、揺動中心３の位置を設定している。
【００４２】
また、数値実施例６では、第２レンズ群２を光軸に対して略直交方向にシフト駆動することで。この観察光学系を搭載した双眼鏡や望遠鏡等の観察機器の手振れ等による像振れを防止している。
【００４３】
以上のように、対物レンズ群を物体側から負、正という構成にすることで、対物レンズ群の焦点距離よりも対物レンズ群の全長が長くなり、対物レンズ群１，２と接眼レンズ群８との間に像反転系を構成するプリズムなどを配置するスペースを十分に確保することができる。
【００４４】
しかも、第２レンズ群２の倍率がβ＜０となることから、防振敏感度Ｓｉは、｜Ｓｉ｜＝｜１−β｜＞１
となり、高い防振敏感度を得るために有利である。
【００４５】
次に、各数値実施例を示す。各数値実施例において、Ｒｉは物体側から順にｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは物体側から順にｉ番目のレンズ厚および空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれ、物体側から順にｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

また、前述の各条件式と各数値実施例での諸数値との関係を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
さらに、図７〜１２にはそれぞれ、数値実施例１〜６の諸収差図を示す。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体側から負、正の順で配置された対物光学系を構成することで、対物光学系の焦点距離よりも対物光学系の全長を長くすることができ、接眼光学系との間に像反転プリズム等の像反転系や防振駆動機構等を配置するためのスペースを十分確保することができる。しかも、第２レンズ群の倍率がβ＜０となることから、防振敏感度Ｓｉが、
｜Ｓｉ｜＝｜１−β｜＞１
となり、物体側から正、負又は正、正の順で配置された対物光学系を用いる場合に比べて、高い防振敏感度を得るのに有利とすることができる。
【００５６】
また、条件式（１）〜（３）やこれに加えて条件式（４）を満足するようにすれば、像反転系や防振駆動機構系の配置スペースを確保しつつ、良好な防振時の像性能（収差補正性能）と高い（適切な）防振敏感度を得ることができる。
【００５７】
さらに、第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを配置して構成したり、第２レンズ群を物体側に強い凸面を向けた正レンズとしたりすることにより、少ない部品構成で上記効果をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例１に対応する光学断面図である。
【図２】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例２に対応する光学断面図である。
【図３】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例３に対応する光学断面図である。
【図４】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例４に対応する光学断面図である。
【図５】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例５に対応する光学断面図である。
【図６】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例６に対応する光学断面図である。
【図７】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例１に対応する諸収差図である。
【図８】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例２に対応する諸収差図である。
【図９】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例３に対応する諸収差図である。
【図１０】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例４に対応する諸収差図である。
【図１１】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例５に対応する諸収差図である。
【図１２】本発明の実施形態である観察光学系の数値実施例６に対応する諸収差図である。
【符号の説明】
１第１レンズ群
２第２レンズ群
３第２レンズ群の揺動中心
４正立プリズム
５光軸
６瞳面
８接眼レンズ群

Claims

対物光学系と、該対物光学系が形成する像を正立像とする像反転系と、該正立像からの光を観察者に導く接眼光学系とを有する観察光学系において、対物光学系が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、像振れを防止するために光軸上の点を中心として揺動駆動される正の屈折力を有する第２レンズ群とが配置されて構成され、前記対物光学系の全系の焦点距離をＦｏ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔をＤ１２、前記第２レンズ群の物体側の面頂点からの揺動中心までの距離（但し、像面方向を正とする）をＴｃとしたときに、
０．１≦−Ｆｏ／ｆ１≦１．０
１．１≦Ｆｏ／ｆ２≦３．０
０．０１≦Ｄ１２／Ｆｏ≦０．２
０．１≦Ｔｃ／Ｆｏ≦０．７
を満足することを特徴とする観察光学系。
前記第１レンズ群が、正レンズと負レンズとから構成された全体として負の屈折力を有するレンズ群であり、
前記第２レンズ群が、正の屈折力を有する単レンズにより構成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。
前記第１レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと像面側に凹面を向けた負レンズとが配置されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の観察光学系。
前記第１レンズ群が、前記正レンズと前記負レンズとを貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の観察光学系。
前記第２レンズ群が、物体側に強い凸面を向けた正レンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の観察光学系。
前記第２レンズ群の倍率をβとしたとき、この第２レンズ群の防振敏感度Ｓｉが、
｜Ｓｉ｜＝｜１−β｜＞１
となることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の観察光学系。
請求項１から６のいずれか１つに記載の観察光学系を備えたことを特徴とする双眼鏡。