JP3559472B2

JP3559472B2 - 観察光学機器

Info

Publication number: JP3559472B2
Application number: JP09637399A
Authority: JP
Inventors: 隆明矢野
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: JP2000292710A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、対物光学系の光軸に対して垂直でない面に接眼光学系のピントを合わせることができるティルト可能な観察光学機器に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来の双眼鏡や望遠鏡などの観察光学機器では、対物光学系の光軸に対して垂直な面にしかピントが合わないため、対物光学系の光軸に対して垂直な面以外（斜めに奥行きのある物体など）ではその全面にピントが合わなかった。特に近距離で、大きく傾いた面などにはその一部にしかピントが合わず、その全面を観察しようとすると何度もピントを合わせ直す必要があった。例えば、大学の大講義室の中の黒板を前列の端の方から見るときや、大きな部屋の壁を部屋の四隅から監視するような場合、視野内のピントの合う範囲が狭くて困る場合があった。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、以上の問題意識に基づき、対物光学系の光軸に対して垂直でない面の全面にピントを合わせることができる観察光学系を得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の観察光学系は、対物光学系によって形成される物体像を接眼光学系で拡大して観察する観察光学系において、接眼光学系側を、対物光学系の光軸と像面とが交わる点を中心に、対物光学系側に対して回動調節可能とし、観察視野内の物体面の対物光学系の光軸と直交する面からの傾斜を検出する手段と、この傾斜検出手段で検出される物体面の傾きに応じ、接眼光学系をその回動中心点を中心に回動駆動する駆動機構とを設けたことを特徴としている。
【０００５】
物体面の傾斜検出手段は、少なくとも３点の測距エリアを有するＡＦセンサから構成するのが実際的である。あるいは、測距エリアを４点以上設け、これらの測距エリアから選択された任意の３点以上の測距エリアの測距情報から、物体面の傾斜を検出してもよい。駆動機構は、シャインプルーフの原理により対物光学系の光軸と直交する面に対して傾く像面に対し接眼光学系の光軸が直交するように駆動する。
【０００６】
【発明の実施態様】
本実施形態の双眼鏡は、眼幅調整軸１１で枢着された左右対称形状の一対の対物光学系ホルダ１２を有し、各対物光学系ホルダ１２内に、対物レンズ群（対物光学系）１３と、正立プリズム１４が固定されている。対物レンズ群１３の光軸１３Ｘは、この２つの直角プリズム１４ａ、１４ｂからなるポロプリズム（正立プリズム）１４によって曲折されている。
【０００７】
各対物光学系ホルダ１２には、その後部に、光軸１３Ｘを中心とする凹円錐台状の接続皿１５が固定されており、この接続皿１５に、接眼レンズ群（接眼光学系）１６を有する接眼光学系ホルダ１８が支持されている。
【０００８】
各接続皿１５には、接眼レンズ群１６の光軸１６Ｘを挟んで、水平方向（左右の対物レンズ群１３の光軸を結ぶ平面方向）と垂直方向に位置させてそれぞれ（図では水平方向のみを図示）、従動進退ピン（ニードル）２１と、原動進退ピン（ニードル）２２とが設けられている。従動進退ピン２１と原動進退ピン２２の先端のニードル部２１ａ、２２ａはそれぞれ、接眼光学系ホルダ１８の前端部（対物光学系ホルダ１２側の端部）の球状面部に当接する。従動進退ピン２１は、圧縮ばね２３によって接眼光学系ホルダ１８に突出する方向に付勢されており、原動進退ピン２２は、その軸線と平行に形成したラック２２ｂ（図４）に、ピニオン２４が噛み合っている。ピニオン２４は、正逆駆動モータ２５及び減速機構２６によって回転駆動される。
【０００９】
接眼光学系ホルダ１８は、図示しない付勢手段により接続皿１５側に移動付勢されていて、接続皿１５からの脱落が防止されている。従って従動進退ピン２１の圧縮ばね２３は常時圧縮されている。そして、原動進退ピン２２の軸線方向の進退位置を正逆駆動モータ２５及び減速機構２６によって変化させると、原動進退ピン２２が進出するとき従動進退ピン２１は後退し、後退するとき進出する形となって、接眼光学系ホルダ１８が接続皿１５に対して回動する。この回動中心Ｘは、光軸１３Ｘ上であって、かつ対物レンズ群１３の像面１７上に位置している。
【００１０】
従動進退ピン２１、原動進退ピン２２、圧縮ばね２３、ピニオン２４、正逆駆動モータ２５及び減速機構２６は、左右の接続皿１５にそれぞれぞれ水平用と垂直用が設けられており、合計４セット存在する。図４では、正逆駆動モータ２５のみ、水平方向用正逆駆動モータ２５Ｈ１と２５Ｈ２、垂直方向用正逆駆動モータ２５Ｖ１と２５Ｖ２を描いている。これらの４つの正逆駆動モータ２５は、ティルト動作開始スイッチ２７及び制御回路２８によって、同期して制御される。
【００１１】
ポロプリズム１４を構成する２つの直角プリズム１４ａ、１４ｂの一方の直角プリズム１４ｂは、図７、図８に示すように、その一つの反射面１４ｈがハーフミラー面とされており、このハーフミラー面１４ｈに、光分割プリズム４０が接着されている。この光分割プリズム４０によって分岐した光路上には、図１０に示す観察視野５０内の複数の測距エリア５１毎に、像面１７と共役な共役面１７Ｘにおける焦点状態（デフォーカス量）を検出するＡＦセンサ（焦点検出センサ）４１が設けられている。ＡＦセンサ４１は、共役面１７Ｘの近傍に置いたラインセンサで受光した受光信号を、制御回路２８に出力するもので、具体的構成は種々知られている。図９は、その原理の一例を示すもので、共役面１７Ｘの後方に、集光レンズ４１ａ、一対のセパレータレンズ４１ｂ、及び、各セパレータレンズ４１ｂの後方にそれぞれ位置するＣＣＤ等の一対のラインセンサ４１ｃが配置されている。
【００１２】
この一対のラインセンサ４１ｃに対する物体像の入射位置は、対物レンズ群１３による像が共役面１７Ｘ上に正確に結像しているとき（合焦）、共役面１７Ｘより前方に結像しているとき（前ピン）、及び共役面１７Ｘより後方に結像しているとき（後ピン）とでそれぞれ異なり、かつ、合焦位置からのずれ量も、一対のラインセンサ４１ｃ上への物体像の結像位置によって判断できる。
【００１３】
各測距エリア５１に対応させて備えられている一対のラインセンサ４１ｃの出力は、制御回路２８に入力される。、測距エリア５１は、図１０の例では、３×３の９個備えられており、これらラインセンサ４１ｃの出力により、観察物体面のすべての方向の傾斜を検出できる。これらの測距エリア５１は、全部を使用しても、任意の３点以上を使用者が選択使用できるようにしてもよい。、
【００１４】
対物レンズ群１３は、周知のフォーカス機構によって、光軸方向に進退可能である。このようなフォーカス機構は、周知であるので、図示を省略する。
【００１５】
上記構成の観察光学機器は、ティルト動作開始スイッチ２７がオンされると、選択された３つのＡＦセンサ４１の出力により、制御回路２８が物体面の傾斜を検出（演算）し、その検出結果に基づき、制御回路２８が、４つの正逆駆動モータ２５を正逆に同期駆動して、接眼光学系ホルダ１８を回動中心Ｘを中心にあらゆる方向に回動させ、接眼レンズ群１６の光軸１６Ｘを、対物光学系ホルダ１２に保持されている対物レンズ群１３の光軸１３Ｘから変位させる（光軸１６Ｘと光軸１３Ｘが点Ｘで１８０゜以外の角度をなすようにする）。
【００１６】
図５は、回動中心Ｘを中心とする接眼レンズ群１６の正逆の回動の様子を示すもので、図の中段は、接眼レンズ群１６の光軸１６Ｘと対物レンズ群１３の光軸１３Ｘが一致している状態、同上下段は、それぞれ、中段の状態から光軸１６Ｘが回動中心Ｘを中心に正逆に回動した状態を示している。中段の状態は、図１、図２の状態に対応するもので、対物レンズ群１３によって物体像が形成される像面１７は光軸１３Ｘに直交しており、光軸１３Ｘと直交する面上の物体は全て像面１７上に合焦する。これに対し、上段、下段（図３、図４に対応する）のように、接眼レンズ群１６の光軸１６Ｘが対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対して傾斜すると、接眼レンズ群１６は、光軸１３Ｘに直交する面に対して傾斜した面上の物体が結像する像面１７上の像を観察することになる。Ｅ．Ｐはアイポイントを示す。
【００１７】
図６は、その原理を示す。対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対し物体面３０が傾いているとき、物体面３０と、像面１７（対物レンズ群１３の像面）の延長面と、対物レンズ群１３の主点を通り光軸１３Ｘと直交する面とは一直線で交わる。これはシャインプルーフの原理として知られている。すなわち、シャインプルーフの原理により対物レンズ群１３の光軸と直交する面に対して傾く像面に対し接眼レンズ群１６の光軸を直交させるように駆動すると、対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対して斜め方向に奥行きのある物体の面３０にピントを合わせることができる。そのピント面、つまり像面１７を、該像面１７に対し垂直な光軸１６Ｘを持つ接眼レンズ群１６で拡大して観察するので、対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対して斜め方向に奥行きのある物体の面３０を鮮明に観察することができる。
【００１８】
いま、対物レンズ群１３の主点から物体面３０迄の物体距離をＤ０、対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対し垂直な面と物体面３０とのなす角をθ、対物レンズ群１３の主点と像面１７（回動中心Ｘ）までの距離をＬ、像面１７が光軸１３Ｘと直交する面となす角度をαとすると、
Ｄ０・ｔａｎ（９０°−θ）＝Ｌ・ｔａｎ（９０°−α）
が成立する。すなわち、物体面が傾斜しているときはこの条件を満足するような角度で像面が形成される。
【００１９】
具体的な物体距離と傾斜の例を挙げる。
例１
Ｄ０＝２ｍ
θ＝６０゜
Ｌ＝１００ｍｍのとき、
α＝４．９５゜
例２
Ｄ０＝２ｍ
θ＝３０゜
Ｌ＝１００ｍｍのとき、
α＝１．６５゜
例３
Ｄ０＝１ｍ
θ＝４５゜
Ｌ＝１００ｍｍのとき、
α＝５．７１゜
【００２０】
このように、物体までの距離１〜２ｍで、対物レンズ群１３の光軸１３Ｘと物体面３０のなす角度が３０〜６０゜であっても、対物レンズ群１３の光軸１３Ｘに対し接眼レンズ群１６の光軸１６Ｘを約２゜弱から６゜程度傾けることにより、物体面３０全体の鮮明な像を観察することができる。
【００２１】
なお、シャインプルーフの原理は、例えば大型カメラのアオリ撮影機構に用いられている。すなわち、アオリによってピントの合う範囲をコントロールしたり、パースペクティブをコントロールしたりできるが、一般にレンズの光軸とフィルムの中心が撮影時にズレるため、撮影レンズにはかなり大きなイメージサークルが要求される。３５ｍｍＳＬＲカメラのシフトレンズは、フィルムに対してレンズを平行に移動させて建物などの上窄まりの修正に利用される（パースペクティブのコントロールのみ可能）が，レンズの移動が平行移動だけのため、ピントの合う範囲が広がることはなく、対物光学系の光軸に対して垂直でない物体側面にピントを合わせることはできない。また、シフトレンズは大きなイメージサークルを必要とし、コストアップにつながる。一般の撮影レンズでも絞りを絞れば被写界深度（ピントの合う範囲）を大きくできるが、ティルトを使うと絞らずに被写界深度を大きくできるので、像の明るさの点で非常に有利である。また観察光学系では、対物光学系より接眼光学系のほうが一般に小さいため、対物光学系より接眼光学系をティルトしたほうが小型化やコストの面で有利となる。
【００２２】
異なる物体距離の観察物体にピントを合わせるには、対物レンズ群１３を光軸方向に移動させればよい。このような機構は周知であり、さらに、ＡＦセンサ４１の出力を用いてＡＦ機構を構成することができる。
【００２３】
以上の実施形態は、本発明を双眼鏡に適用したものであるが、単眼鏡等の対物光学系と接眼光学系を有する観察光学機器一般に適用できる。
【００２４】
また、以上の実施形態では、接眼レンズ群１３（接眼光学系ホルダ１８）が回転中心Ｘを中心にすべての方向に回動可能としたものであるが、簡易な形態として、水平方向だけに回動できるようにしてもよい。この場合には、測距エリア５１は、水平方向にのみ３カ所設ければよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、対物光学系の光軸に対して垂直でない面に接眼光学系のピントを自動的に合わせることができる観察光学機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による観察光学機器を双眼鏡に適用した実施形態を示す横断面図である。
【図２】図１の双眼鏡の接眼光学系部分の拡大断面図である。
【図３】図１の双眼鏡の接眼光学系をティルトさせた状態を示す横断面図である。
【図４】図３の双眼鏡の接眼光学系部分の拡大断面図である。
【図５】図１の双眼鏡の展開図である。
【図６】シャインプルーフの原理を説明する光学図である。
【図７】ポロプリズムに対するＡＦユニットの結合例を示す斜視図である。
【図８】同側面図である。
【図９】ＡＦユニットのＡＦセンサ部の具体例を示す図である。
【図１０】双眼鏡の視野内のＡＦ測距エリアの配置例を示す図である。
【符号の説明】
１１眼幅調整軸
１２対物光学系ホルダ
１３対物レンズ群（対物光学系）
１４ポロプリズム
１４ｈハーフミラー面
１５接続皿
１６接眼レンズ群（接眼光学系）
１７像面
１８接眼光学系ホルダ
１９接眼レンズ枠
２１従動進退ピン
２２原動進退ピン
２３圧縮ばね
２４ピニオン
２５正逆駆動モータ
２６減速機構
２７ティルト動作開始スイッチ
２８制御回路
４０光分割プリズム
４１ＡＦセンサ（傾斜検出手段）
５０観察視野
５１測距エリア

Claims

対物光学系によって形成される物体像を接眼光学系で拡大して観察する観察光学系において、
接眼光学系側を、対物光学系の光軸と像面とが交わる点を中心に、対物光学系側に対して回動調節可能とし、
観察視野内の物体面の対物光学系の光軸と直交する面からの傾斜を検出する手段と、
この傾斜検出手段で検出される物体面の傾きに応じ、上記接眼光学系を上記回動中心点を中心に回動駆動する駆動制御機構と、
を設けたことを特徴とする観察光学機器。
請求項１記載の観察光学機器において、物体面の傾斜検出手段は、少なくとも３点の測距エリアを有するＡＦセンサである観察光学機器。
請求項２記載の観察光学機器において、測距エリアは４点以上備えられ、これらの測距エリアから選択された任意の３点以上の測距エリアの測距情報から、物体面の傾斜を検出する観察光学機器。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の観察光学機器において、駆動制御機構は、シャインプルーフの原理により対物光学系の光軸と直交する面に対して傾く像面に対し接眼光学系の光軸が直交するように制御する観察光学機器。