JP4125176B2

JP4125176B2 - デジタルカメラ付地上望遠鏡

Info

Publication number: JP4125176B2
Application number: JP2003127633A
Authority: JP
Inventors: 雅夫新野; 泰成大口; 富永修一
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: CN100339737C; US20040233525A1; HK1071440A1; US7130127B2; CN1550819A; JP2004333712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像素子と観察光学系への光路分割を行なうクイックリターンハーフミラーを用いるデジタルカメラ付地上望遠鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
野鳥などの自然動物を観察するために２０倍から６０倍程度の倍率の地上望遠鏡が広く用いられている。一般に、地上望遠鏡の構成として、正（凸）レンズと、正立系として機能する負（凹）レンズからなるガリレイ式望遠鏡を基本とする構成、あるいは正（凸）レンズのみからなるケプラー式望遠鏡の基本構成に正立系としてプリズムなどを加えたものなどが知られているが、通常、地上望遠鏡とは上記のような構成によりユーザが正立像を観察できるように構成されたものをいう。
【０００３】
自然動植物の観察の用途に地上望遠鏡を用いる場合、対象物を観察するだけでなく記録に留めたいという需要があり、従来より地上望遠鏡に撮像機構を加えたデジタルカメラ付地上望遠鏡の構成が提案されている。
【０００４】
デジタルカメラ付地上望遠鏡には、観察光学系の構造を除く主光学系の構成は一眼レフ式デジタルカメラに類似の構造、すなわち、主光学系（撮影光学系として機能する）の光路に光路分割手段としてクイックリターン（以下ＱＲと記す）ミラーを挿入して観察光学系に像を導くようにしたものがある。
【０００５】
上記のＱＲミラーは、全反射ミラーにより構成する場合もあるが、デジタル撮像系を用いる場合には、ハーフミラー（ＱＲハーフミラー）を用いる構造も知られている。すなわち、ＱＲハーフミラーの反射光により正立光学系を通して結像した空中像を観察光学系の接眼レンズを通してユーザに観察させるとともに、ＱＲハーフミラーの透過光を撮像素子に入射させ、また、撮影時には、ＱＲハーフミラーを主光軸から退避させるので、分割されていた光を全て撮像素子に入射させるものである。このような構成によれば、観察期間中もハーフミラーを介して撮像素子により取得した画像信号に基づきオートフォーカス制御や露光制御を行なうことができる、という利点がある。
【０００６】
ところが、ＱＲハーフミラーを単純な平面ガラスで構成すると、光学系から入ってきた光がＱＲハーフミラーを透過して結像する結像位置と、ＱＲハーフミラーが光軸から退避したときに結像する結像位置とが光軸方向にずれ、また光軸もシフトするので観察時と撮影時に撮像素子で得られる両者の像にはずれが生じ、そしてその違いはそのままオートフォーカス処理時の画像と実際の撮影画像との違いとなり、その結果ユーザーの意図したピント位置や撮影視野とは異なって撮影されてしまうという問題があった。また、４５°に傾斜して配置されたハーフミラーを透過した像は垂直面方向と水平面方向で光路長の差に起因するピント差（通常アス：非点収差という）を生じるが、これにより画像の鮮鋭度が劣化するために、オートフォーカス処理が悪影響を受ける問題がある。
【０００７】
出願人は、上記問題のうち、特に結像位置の光軸方向の補正を行なうべく補正のための平面ガラスを光軸に対し垂直に挿入する構成（下記の特許文献１）、さらに、結像位置のシフトを補正するために平面ガラスを光軸に挿入する構成（下記の特許文献２）を既に提案している。
【０００８】
【特許文献１】
特願２００２−３４０４２６号（図１）
【特許文献２】
特願２００３−１２９５３号（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来構成は、光学部品の点数を増加させ、またＱＲハーフミラーの他にさらに補正用の平面ガラスの挿入／離脱を行なうための機構が必要になることから機構の複雑化とコストアップが避けられない、という問題があった。また、撮影時に平面ガラスを挿入するため撮像素子に入射する光量が減少し、本来の光学性能に比べて撮影像が暗くなる、という問題もあった。
【００１０】
本発明の課題は、上記の問題を解決し、補正用の光学部品を挿入することなくシンプルな構成により、ＱＲハーフミラーの結像位置の補正を行なうことができるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、対物レンズ群と、前記対物レンズ群の後方に配置され、対物レンズ群の光軸に挿入、または該光軸から退避されるクイックリターンハーフミラーと、前記クイックリターンハーフミラーの後方に配置された撮像素子と、前記クイックリターンハーフミラーにより反射された像を観察する観察光学系を有し、前記クイックリターンハーフミラーの透過面を、前記クイックリターンハーフミラーの挿入時と離脱時の前記撮像素子に対する結像位置がほぼ等しくなるように補正する補正面とした構成を採用した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
以下の各実施形態では、観察期間において撮像素子に透過光を入射させるクイックリターンハーフミラーの透過面を、クイックリターンハーフミラーの挿入時と離脱時の結像位置がほぼ等しくなるように補正する補正面として構成する構造を示す。
【００１４】
本実施形態では、クイックリターンハーフミラーの挿入時と離脱時の結像位置がほぼ等しくなるように補正するクイックリターンハーフミラーの補正面に所定の曲面形状を用いる構成を示す。
【００１５】
図１は本発明を採用したデジタルカメラ付地上望遠鏡の光学系および制御系の構成を側面から示している。また、図２は図１の構成を上方から示している。図１は光学系の光軸を含む垂直面の断面として、また、図２は光学系の光軸を含む水平面の断面として図示してある。
【００１６】
図１および図２において、固定レンズ群１と可動フォーカスレンズ群２からなる対物レンズ群を透過した光束は、常時は主光軸（対物レンズ群の光軸）と４５°の角度で交差するように配置されたクイックリターンハーフミラー（以下、ＱＲハーフミラーと略す）３に入射する。可動フォーカスレンズ群２は、ＡＦ用モータ４により主光軸方向に移動できるようになっている。
【００１７】
本実施形態のＱＲハーフミラー３は、従来の平面ガラスではなく、図１および図２に示すような形状となっている。ＱＲハーフミラー３の形状の詳細については後で詳述するが、ここではまず光学系の基本構成を先に説明する。
【００１８】
ＱＲハーフミラー３を透過した光束は、焦点面に置かれた撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ撮像素子など）５に入射する。一方、ＱＲハーフミラー３で反射した光束は観察光学系に入射し、ペンタダハプリズム（不図示）、あるいは図示のような反射ミラー６とリレーレンズ７を組み合わせた正立光学系を介して焦点面と共役な位置に置かれた焦点板８の位置に空中像を結像させる。ユーザはこの像を接眼レンズ９を介して正立像として観察することができる。ＱＲハーフミラー３の反射率は任意であるが、たとえば８０％〜９０％程度とし、観察光学系に向かう光量の方が多くなるようにすると、ユーザの観察が容易になる。
【００１９】
図１のＱＲハーフミラー３はユーザが接眼レンズ９を介して像を観察する観察時の位置にある。ＱＲハーフミラー３は軸３ａを介して回動可能に支持されており、撮影時には不図示のシャッタレリーズボタンなどの操作に応じて不図示のクイックリターン機構が作動し、矢印のように回動して主光学系から離脱する。これにより対物光学系から入射した全ての光が撮像素子５に入射する。
【００２０】
撮像素子５はＣＣＤドライバー１３により駆動され、撮像素子５の撮像出力はＣＣＤドライバー１３を介してマイクロプロセッサやメモリなどから構成された制御回路１４に入力される。
【００２１】
撮影時、制御回路１４は、撮像素子５から得た画像データを不図示の記録媒体（メモリカードなど）に記録する。また、本実施形態では、観察期間中もＱＲハーフミラー３を介して撮像素子５に被写体の光束が入射されているため、これに応じて得られる撮像素子５からの撮像情報に基づき不図示の表示器へのモニタ表示、オートフォーカス処理（ＡＦ用モータ４を介した可動フォーカスレンズ群２の制御）、露出演算（レリーズボタン半押しなどによる露光量制御）などの処理を実行することができる。
【００２２】
ここでＱＲハーフミラー３の構成につき説明する。
【００２３】
ＱＲハーフミラー３は対物レンズ側の半透過面が平面、撮像素子５側が図１および図２のような３次元形状（非球面の曲面形状）に形成されている。これは、観察時にＱＲハーフミラー３を挿入した状態において生じる結像位置のずれ、すなわち結像位置の光軸方向のずれと、結像位置の光軸に垂直な方向へのずれ（いわゆる像のシフト）を補正するためのものである。
【００２４】
ＱＲハーフミラー３による補正をどのようなものとすべきかを考えるため、ＱＲハーフミラーが従来構成同様に平面ガラスである場合に生じる結像位置のずれを図３および図４に示す。
【００２５】
図３は平面ガラスからなる従来のＱＲハーフミラー１０を、光学系に配置された状態で垂直面で切ったときの断面、また図４は同じ従来のＱＲハーフミラー１０を水平面で切ったときの断面をそれぞれ示している。
【００２６】
図４（および図３）のようにＱＲハーフミラー１０が表裏の両側とも平面であったとすると、ＱＲハーフミラー１０が挿入されているときの結像位置（実線）は、ＱＲハーフミラーが挿入されていない時の結像位置（破線）に比して光軸上後方に移動する。
【００２７】
また、図３に示すように、ＱＲハーフミラー１０が光軸に傾斜して配置されるため、ＱＲハーフミラー１０が挿入されているときの結像位置（実線）は、ＱＲハーフミラー１０が挿入されていない時の結像位置（破線）に比して図３では光軸の下方に移動する（シフト結像）。
【００２８】
このため撮像素子５は図３および図４の実線の位置に配置しなければならないが、撮影時にＱＲハーフミラー１０を退避させると、結像位置はそれぞれ図３および図４の破線のように移動してしまう。この実線および破線で示した結像位置の誤差により、オートフォーカス制御の誤差および撮影画像のずれが生じることになる。
【００２９】
そこで、本実施形態では図１および図２のように、ＱＲハーフミラー３の透過側（裏面：撮像素子５側）に曲率を持たせることにより、ＱＲハーフミラー３の有無に関わらず撮像素子５の配置位置に被写体像を結像させることができる。
【００３０】
すなわち、本実施形態においては、ＱＲハーフミラー３の透過面は水平面内において曲率を有するとともに垂直面においては偏心させた曲率を持たせた片側偏心トロイダル面から構成する。
【００３１】
本実施形態のようにＱＲハーフミラーを用いたレフレックス構成の光学系において、光軸に対して傾斜して挿入されたＱＲハーフミラーを透過する像を（ＡＦ制御などに）利用しようとする場合に考慮すべき結像のずれは、厳密に考えると
（１）光軸方向の結像位置ずれ
（２）ＱＲハーフミラーが傾斜して挿入されていることにより生じるアス（非点収差）
（３）光軸に交差する（直角な）方向の結像位置ずれ（像シフト）
である。上記の問題のうち（１）および（３）は図３および図４で説明した通りであるが、（２）のアス（非点収差）は図５のような現象である。ここで図５を参照して光軸に対して傾斜して挿入されたＱＲハーフミラーにより生じるアス（非点収差）につき説明する。
【００３２】
図５のように平面ガラスの（ＱＲ）ハーフミラー１０が光軸に対して４５°の角度で挿入されているとき、ハーフミラー内を通過する光路長（図の太線部）の差に起因して垂直面内と水平面内でピント位置ずれを生じる。
【００３３】
このＱＲハーフミラー１０により生じる垂直面における結像位置のずれ量δ１は、光軸上の中心光および、周辺光による結像位置の移動に着目すれば、この幾何学的関係は下記の式（１）により表すことができる。この時、ＱＲハーフミラー１０のガラス（あるいは他の適当な材質）の屈折率はｎ、中心光のＱＲハーフミラー１０への入射角度は４５°、周辺光のＱＲハーフミラー１０への入射角度はφであるものとする。
【００３４】
【数１】

一方、水平面に関し生じる結像位置のずれ量δ２は、ＱＲハーフミラー１０の厚みｄ’および屈折率ｎに基づき、下記の式（２）のように近似することができる。
【００３５】
【数２】

周辺光の入射角度φ’に関連する項は微少項として無視でき、像のずれ量δ２は厚みｄ’とその屈折率ｎに依存する。
【００３６】
なお、後述の補正に用いる結像位置の補正量δ１およびδ２を求める際には、図５に示した周辺光は入射角度は４５°に極めて近い近軸のものを用いる（特に上記の式（１））。たとえば厚さ１ｍｍ、屈折率１．５１６３３のＱＲハーフミラー１０の場合、光軸方向のピントずれ量δ１は垂直面方向で約０．６０ｍｍ、水平面方向のピントずれ量δ２は約０．３８ｍｍ程度になる。
【００３７】
さて、この垂直面方向、水平面方向でのピント差によりアス（非点収差）が発生し、その量は定義によれば０．６０−０．３８＝０．２２（ｍｍ）と表現される。すなわち、アス（非点収差）は、ハーフミラーが光軸に対して傾斜して挿入されることにより生じる光軸方向の結像位置ずれ（上記の（１））が垂直面内と水平面内とで異なるために起きるものである。このアス（非点収差）は、そのままにしておけば像の鮮鋭度が損なわれ、ＡＦ制御などに悪影響を及ぼす。
【００３８】
また、前述のように図５の垂直面内に示されるように、４５°傾斜して挿入されたＱＲハーフミラー１０により、光軸と垂直な方向にΔｙの結像光軸シフトを生じる。
【００３９】
そこで、本実施形態においては、図１に示したように、ＱＲハーフミラー３の透過面に、ＱＲハーフミラー３の挿入時と離脱時の撮像素子５に対する結像位置がほぼ等しくなるように補正するための補正面を設けるが、この補正面を
（１’）垂直面内と水平面内とで異なる光軸方向の結像位置ずれをそれぞれ補正する
（２’）（１’）により、同時にアス（非点収差）を補正する
（３’）曲面の偏心により光軸に交差する（直角な）方向の結像位置ずれ（像シフト）を補正する
ような特別な曲面とする。
【００４０】
このうち、（１’）のためには、ＱＲハーフミラー３の垂直断面と水平断面でそれぞれ異なる曲率を有するトロイダル面を用いる。また、（３’）のためには曲面の（主点）を垂直面内で偏心（平行移動）させる。
【００４１】
以下、偏心したトロイダル曲面の作動原理につき説明する。
【００４２】
図６は、本実施形態の光学系を模式的に示したもので、各光学部材はその位置のみを示している。同図において符号Ｆ２はＱＲハーフミラー（図１のＱＲハーフミラー３）、Ｆ１はＱＲハーフミラーＦ２の手前までの撮影光学系（図１の対物レンズ群）を示している。
【００４３】
ＱＲハーフミラーＦ２は、撮影光学系Ｆ１側の半透過（反射）面Ｆ２ａとその裏面の透過面Ｆ２ｂを有し、厚みｄ（ただし一定ではない）を有しているが、これらの面は図６においては光軸に垂直な直線のみで図示されている。
【００４４】
符号Ｆは本実施形態の光学系の結像位置で、撮像素子（５）がここに配置される。本実施形態においては、後述の補正を行なうので、撮像素子（５）の配置位置Ｆは、ＱＲハーフミラーＦ２を退避させた状態で計算した位置とする。符号ｆ１は本実施形態の光学系全体の焦点距離（Ｆ１〜Ｆ）を示している。
【００４５】
符号Ｆ’は従来通りの平面ハーフミラーが挿入されているときの結像位置で、図５などで示したように結像位置Ｆから後方へδ１（図５のδ１と同じ）ピントずれが発生する。このピントずれ量δ１はＱＲハーフミラーＦ２の厚みｄに比例する。
【００４６】
本実施形態では、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂを曲面とし、この曲面は垂直断面と水平断面がそれぞれ異なる曲率を持つトロイダル曲面から構成される。
【００４７】
垂直断面と水平断面がそれぞれ異なる曲率を持つのは、図５に示した光軸方向のピントずれ量δ１およびδ２をそれぞれ個別に補正するためである。
【００４８】
以下、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂの曲面の垂直断面および水平断面における作用をそれぞれ説明する。
【００４９】
まず、垂直面における曲面に必要な屈折力（パワー）につき考察する。ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂに、垂直面内においてある曲率を与えることになるが、ここでＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが構成する薄肉レンズを考えると、この薄肉レンズを挿入した時の結像位置（Ｆ１光学系との合成焦点位置）はこの薄肉レンズ主点から距離Ｓだけ離れたＦ’’となる。そして、このＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが構成する薄肉レンズの屈折力は１／ｆ２（ｆ２はＱＲハーフミラーＦ２の焦点距離）と表現することができる。
【００５０】
ここで、ＸをＦ１光学系の主点からＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが構成する薄肉レンズの主点までの距離とすると、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが垂直面内で構成する曲面は円弧の形状であるから、上記の距離Ｓは図１のように４５°でＱＲハーフミラーＦ２を挿入しても不変であり、
【００５１】
【数３】

と示すことができる。
【００５２】
さらに、実際にはＱＲハーフミラーＦ２の厚みｄによりピントずれ量δ１を生じるので、最終的な結像位置がＱＲハーフミラーＦ２退避時と同じＦになるよう、上記の距離Ｓは次の条件を満足していなければならない。
【００５３】
【数４】

なお、式（４）において、ＱＲハーフミラーＦ２の厚みｄにより生じるピントずれ量δ１は前述の式（１）に基づき計算でき、その際、ＱＲハーフミラーＦ２の厚みｄは光軸付近の数値を用いる。
【００５４】
したがって、式（３）、（４）からＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが垂直面内に構成する薄肉レンズの焦点距離は
【００５５】
【数５】

と求めることができる。たとえば、ｆ１＝１００ｍｍ、Ｘ＝７０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍのとき、δ１＝０．６０ｍｍであるから、ｆ２＝１４６１ｍｍとなる。
【００５６】
この焦点距離ｆ２とＱＲハーフミラーＦ２の材質の屈折率からＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが垂直面内に構成すべき曲率を計算することができる。式（５）を満足するような曲率をＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂの垂直面内に与えることにより、垂直面内のピントずれが０となり、ＱＲハーフミラーＦ２を挿入した状態においても、また退避させた状態においても結像位置をＦに置くことができる。
【００５７】
また、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが水平面内に構成すべき曲率も同様に計算できる。すなわち、式（５）のピントずれ量δ１を水平面内において補正すべきピントずれ量δ２に置換すれば、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂが水平面内で構成する曲面の焦点距離ｆ２’は
【００５８】
【数６】

と求めることができる。たとえば、ｆ１＝１００ｍｍ、Ｘ＝７０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍのとき、δ２＝０．３８ｍｍであるから、ｆ２＝２４１７ｍｍとなる。
【００５９】
このようにして、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂの曲面は垂直面内と水平面内でそれぞれ異なる屈折力１／ｆ２および１／ｆ２’を有する異なる曲率を持つ曲面、すなわちトロイダル（円環体）面から構成することになる。トロイダル（円環体）面、すなわち、ドーナツのような円環体の外周の形状を採用することにより、本実施形態で必要とされる垂直面内と水平面内でそれぞれ異なる曲率を与えることができる。
【００６０】
以上のようにして、上述の問題のうち
（１）光軸方向の結像位置ずれ（垂直面内と水平面内でそれぞれ異なる）
をそれぞれ個別に補正することができ、同時に
（２）ＱＲハーフミラーが傾斜して挿入されていることにより生じる（垂直面内と水平面内でそれぞれ異なるピントずれ量に起因する）アス（非点収差）
を解消することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、残る
（３）光軸に交差する（直角な）方向の結像位置ずれ（像シフト）
は、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂに形成した曲面を偏心（ＱＲハーフミラーＦ２の中心：光軸通過位置から平行移動）させることにより補正することができる。
【００６２】
すなわち、図７に示すように、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂの曲面の垂直方向に主点をΔｙ′ずらし、光軸シフト量Δｙをキャンセルすることができる。この光軸シフト量Δｙは、図５のΔｙと同じものであり、スネルの法則に基づき、ＱＲハーフミラーＦ２の屈折率および厚みｄ（前述同様に光軸付近の値を用いる）から計算される。
【００６３】
図７において、補正すべき光軸シフトΔｙを生じる光軸の傾斜角度はθであり、したがって、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂに形成した曲面の偏心量Δｙ'は、
【００６４】
【数７】

と求めることができる。たとえば、ｆ１＝１００ｍｍ、Ｘ＝７０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍのとき、ｆ２＝１４６１ｍｍであって、Δｙ＝０．３３ｍｍと計算されるから、Δｙ′＝１６．３ｍｍと求められる。この場合、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂに形成した曲面の主点を光軸に対し垂直下方向に１６．３ｍｍずらして偏心させれば結像光軸シフトを解消することができる。
【００６５】
以上のように、ＱＲハーフミラーＦ２の透過面Ｆ２ｂに、
（１’）垂直面内と水平面内とで異なる光軸方向の結像位置ずれをそれぞれ補正する
（２’）（１’）により、同時にアス（非点収差）を補正する
（３’）曲面の偏心により光軸に交差する（直角な）方向の結像位置ずれ（像シフト）を補正する
ような形状を有する曲面を構成することにより、
（１）光軸方向の結像位置ずれ
（２）ＱＲハーフミラーが傾斜して挿入されていることにより生じるアス（非点収差）
（３）光軸に交差する（直角な）方向の結像位置ずれ（像シフト）
を全て補正することができ、ＱＲハーフミラー挿入時においても退避時と同様の画像を撮像素子５で撮影することができ、ユーザーの意図したピント位置や撮影視野とは異なって撮影されてしまう問題を解消し、また、オートフォーカス処理に対する悪影響を排除することが可能となる。
【００６６】
次に上記のように構成されたデジタルカメラ付地上望遠鏡の動作につき説明する。
【００６７】
観察状態においてＱＲハーフミラー３が図１の実線位置にある状態で、ユーザがレリーズボタン（図示せず）を半押しすると、制御回路１４はＱＲハーフミラー３を介して撮像素子５に入射している被写体光束の光電変換出力によりその明るさを検出し、またそのコントラストを公知のコントラスト検出方法で検出する。
【００６８】
これにより、制御回路１４は、検出した被写体光束の明るさに応じて撮像素子５の電子シャッター開放時間を決定し、また、検出したコントラスト情報に応じてＡＦ用モータ４を駆動し、可動フォーカスレンズ群２を光軸方向に移動させてオートフォーカス制御を行なうことができる。すなわち、撮像素子５上に結像している被写体のコントラストの変化に応じて制御回路１４は撮像素子５の撮影画像のコントラストが最大となるようＡＦ用モータ４を駆動して可動フォーカスレンズ群２を合焦位置に移動させる（あるいは、このようなオートフォーカス制御をレリーズボタン半押し操作を契機として行なうのではなく、常時行なうような構成も考えられる）。
【００６９】
その後、撮影タイミングが決定（レリーズボタン全押し操作による）されると、制御回路１４は不図示のクイックリターン機構を駆動してＱＲハーフミラー３を矢印のように移動して主光学系から退避させた後、上記のようにして決定された電子シャッター開放時間だけ撮像素子５を開放して被写体像を撮像する。被写体像の電子データは、不図示の記録媒体（各種形式のメモリカードなど）に記憶させる他、ネットワークなどを介して外部に送信することができる。撮影が終了すると、制御回路１４は不図示のクイックリターン機構を駆動してＱＲハーフミラー３を図１の観察位置に復帰させる。
【００７０】
以上の観察および撮影動作において、本実施形態のデジタルカメラ付地上望遠鏡では、光路分割手段として機能するＱＲハーフミラー３の透過面を水平面内において曲率を有するとともに垂直面においては偏心させた曲率を持たせた片側偏心トロイダル面から構成するようにしているので、結像位置の光軸方向のずれのみならず、結像位置の光軸に垂直な方向へのずれ（いわゆる像シフト）の双方を補正することができる。
【００７１】
本実施形態によれば、観察時にＱＲハーフミラー３を光路に挿入した状態においても、また、撮影時にＱＲハーフミラー３を光路から退避させた状態においても結像位置は変化することなく同一であるため、観察時と撮影時のオートフォーカス制御誤差や撮影像のずれをほぼ解消することができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、ＱＲハーフミラー３のみを用いればよく、従来のような補正ガラスおよびその挿入／離脱のための駆動機構を新たに設ける必要がないため、構成を簡単にすることができる、という利点がある。また、補正ガラスによる光量損失がないので、本来の光学性能を損なうことなく、高品質な撮影画像を得ることができる。
【００７３】
すなわち、本実施形態によれば、ＱＲハーフミラーの他に補正用の光学部品を必要としない極めて簡単な構成によりＱＲハーフミラーの結像位置の補正を行なうことができ、オートフォーカス制御誤差およびこれに起因する画像の鮮鋭度の低下などの画質劣化や撮影像のずれを生じることなく、高品位な撮影画像を得ることができる、という優れた効果がある。
【００７４】
なお、以上では説明を容易にするため、ＱＲハーフミラー３は４５°の角度で主光学系に挿入されるものと説明したが、この条件はあくまでも便宜上のものであり、ＱＲハーフミラー３の部材の主光学系に対する角度は他の設計条件に応じて適宜変更することができるのはいうまでもない。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、対物レンズ群と、前記対物レンズ群の後方に配置され、対物レンズ群の光軸に挿入、または該光軸から退避されるクイックリターンハーフミラーと、前記クイックリターンハーフミラーの後方に配置された撮像素子と、前記クイックリターンハーフミラーにより反射された像を観察する観察光学系を有し、前記クイックリターンハーフミラーの透過面を、前記クイックリターンハーフミラーの挿入時と離脱時の前記撮像素子に対する結像位置がほぼ等しくなるように補正する補正面として構成するようにしているので、クイックリターンハーフミラーの他に補正用の光学部品を必要としない極めて簡単な構成によりクイックリターンハーフミラーの結像位置の補正を行なうことができ、オートフォーカス制御誤差およびこれに起因する画像の鮮鋭度の低下などの画質劣化や撮影像のずれを生じることなく、高品位な撮影画像を得ることができる、という優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用したデジタルカメラ付地上望遠鏡の光軸を含む垂直断面、および制御系の構成を示した説明図である。
【図２】図１のデジタルカメラ付地上望遠鏡の光軸を含む水平断面を示した説明図である。
【図３】従来の平面ガラスから成るＱＲハーフミラーの光軸を含む垂直断面を示した説明図である。
【図４】従来の平面ガラスから成るＱＲハーフミラーの光軸を含む水平断面を示した説明図である。
【図５】従来の平面ガラスから成るＱＲハーフミラーにおいて発生するアス（非点収差）を示した説明図である。
【図６】図１のデジタルカメラ付地上望遠鏡のＱＲハーフミラーにおける結像位置ずれの補正を示した説明図である。
【図７】図１のデジタルカメラ付地上望遠鏡のＱＲハーフミラーにおける結像光軸シフトの補正を示した説明図である。
【符号の説明】
１固定レンズ群
２可動フォーカスレンズ群
３、１０クイックリターンハーフミラー
４ＡＦ用モータ
５撮像素子
６反射ミラー
７リレーレンズ
８焦点板
９接眼レンズ

Claims

対物レンズ群と、
前記対物レンズ群の後方に配置され、対物レンズ群の光軸に挿入、または該光軸から退避されるクイックリターンハーフミラーと、
前記クイックリターンハーフミラーの後方に配置された撮像素子と、
前記クイックリターンハーフミラーにより反射された像を観察する観察光学系を有し、
前記クイックリターンハーフミラーの透過面を、前記クイックリターンハーフミラーの挿入時と離脱時の前記撮像素子に対する結像位置がほぼ等しくなるように補正する補正面として構成したことを特徴とするデジタルカメラ付地上望遠鏡。
前記補正面を所定の曲面により形成したことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ付地上望遠鏡。
前記所定の曲面が垂直面方向と水平面方向において異なる曲率を有するトロイダル面であることを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ付地上望遠鏡。
前記トロイダル面の垂直面方向と水平面方向において異なる曲率により、前記クイックリターンハーフミラーにより水平面内と垂直面内でそれぞれ生じる光軸方向の結像位置ずれ、および該水平面内と垂直面内でそれぞれ生じる光軸方向の結像位置ずれに起因する非点収差を補正することを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ付地上望遠鏡。
前記トロイダル面を光軸に対して偏心させて配置することにより、前記クイックリターンハーフミラーにより光軸に交差する方向の結像光軸シフトを補正することを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ付地上望遠鏡。