JP4589641B2 - 双眼拡大鏡の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、手元で精密作業をする際に着用して対象物を拡大して観察する双眼拡大鏡の調整方法に関する。

この種の双眼拡大鏡としては、従来、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。この文献に記載された双眼拡大鏡は、物体側から順に正のパワーを持つ対物レンズと、負のパワーを持つ接眼レンズとから成る拡大光学系を右眼用、左眼用として一対設けると共に、眼の回旋中心と対象物点とを結ぶ直線に対して対物レンズ、接眼レンズの光学中心を外側に位置させることにより、眼の調節と輻輳とのバランスをとるようにしている。
特開平７−１９９０８３号公報 図１

しかしながら、上述した特許文献１に記載された双眼拡大鏡は、眼から対象物までの右眼用、左眼用の各光学系の光路がおよそ一直線となっているため、作業者が手元で細かな作業を行う場合、頭部を下方に30〜60°傾けることになり、長時間の作業では疲労が大きいという問題がある。

作業者の疲労を軽減するためには、双眼拡大鏡の左右の光学系の光軸を途中で30〜60°折り曲げて偏向させればよい。しかしながら、特許文献１に記載された双眼拡大鏡の左右の光学系の光軸をこのように偏向させた場合、輻輳を調整する際に光学系を傾けると、左右像が逆向きに倒れ(回転し)、輻輳を合わせても左右像が融合しないという問題が生じる。

この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、左右の光学系の光軸を偏向させて作業者の負担を軽減しつつ、輻輳を合わせた際に左右像も融合させることができる双眼拡大鏡の調整方法を提供することを目的とする。

この発明は、物体を拡大して観察するための拡大光学系と、拡大光学系の光路を一方側に偏向する偏向手段とから構成される拡大鏡が左眼用、右眼用として一対配置されて構成される双眼拡大鏡の調整方法であって、左右それぞれの眼の回旋中心を通り、互いに平行な軸をＸ_L、Ｘ_Rとし、これらのＸ_L、Ｘ_Rと垂直に交差し、左右回旋中心を通る軸と平行な軸をＺとし、Ｘ_L及びＺ軸に垂直な軸をＹ_Lとし、Ｘ_R及びＺ軸に垂直な軸をＹ_Rとし、Ｘ_L、Ｘ_Rを回転軸とする回転をγ回転、Ｙ_L、Ｙ_Rを回転軸とする回転をβ回転とするとき、左眼用、右眼用の拡大鏡を互いに逆方向にγ回転させて輻輳を調整し、互いに逆方向にβ回転させてγ回転による像の倒れを補正することを特徴とする。

上記の方法によれば、拡大鏡の光路が途中で偏向される場合にも、像の倒れを防ぎつつ、輻輳を調整することができるため、作業者の負担を軽減しつつ、輻輳を合わせた際に左右像を融合させることができる。

輻輳調整による像の倒れを良好に補正するためには、左眼用、右眼用の拡大鏡のγ回転の角度をγ°、β回転の角度をβ°としたときに、以下の条件式(1)を満たすことが望ましく、双眼鏡のＪＩＳ規格にしたがえば、条件式(2)を満たすことが望ましい。
−0.50°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.50° ・・・（１）
−0.33°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.33° ・・・（２）
但し、
ε(γ)＝γ−cos^-1｛1−sin²(90−θ)×（１−cosγ）｝、
ε(β)＝cos^-1｛1−sin²θ×（１−cosβ）｝、
θ：偏向手段による偏向角[°]であり、
ε(γ)＝ε(β)＝０の場合を除く。

さらに、輻輳角を適正に設定するためには、以下の条件式(３)を満たすことが望ましい。
28.8mm＜Ｚγ＋Ｚβ＋ΔＰ／2＜35.2mm ・・・（３）
但し、
Ｚγ＝ＷＤ×sinθ×tanγ、
Ｚβ＝ＷＤ×cosθ×tan(β−β／ｍ)、
ΔＰ＝２[ＷＤ×cosθ×tan(β(Ｚ)／ｍ)＋25×tanβ(Ｚ)]、
ＷＤ：物体距離［ｍｍ］、
ｍ：拡大鏡の倍率、
β(Ｚ)：輻輳角の１／２である。

なお、左眼用、右眼用の拡大鏡を上記の方法により調整し、接着等により固定することにより、左右像の倒れのない双眼拡大鏡を構成することができる。

本発明によれば、各拡大鏡を互いに逆方向にγ回転させて輻輳を調整し、β回転により像の倒れを補正することができるため、双眼拡大鏡の光路が途中で偏向される場合にも、像の倒れを抑えて左右像を融合させつつ、輻輳を適切に調整することができる。

以下、この発明にかかる双眼拡大鏡の調整方法の実施形態を説明する。最初に、図１〜図３に基づいて実施形態の調整方法が適用される双眼拡大鏡の構成について説明する。図１は双眼拡大鏡の正面図、図２は双眼拡大鏡の上面図、図３は双眼拡大鏡を構成する一方の拡大鏡の構成の詳細を示す側面図である。

図１及び図２に示されるように、実施形態の双眼拡大鏡１０は、眼鏡１のレンズ１ａ，１ｂにそれぞれ固定された右眼用の拡大鏡１０ａと、左眼用の拡大鏡１０ｂとから構成される。図中のＡｘＲは、右眼用の拡大鏡１０ａの光軸であり、ＡｘＬは左眼用の拡大鏡１０ｂの光軸である。各拡大鏡は、物体を拡大して観察するための拡大光学系と、この拡大光学系の光路を一方側に偏向する偏向手段とから構成される。

例えば、右眼用の拡大鏡１０ａは、図３に示すように、物体側に配置された正のパワーを持つ対物レンズ１１ａと、対物レンズ１１ａを介して入射する光を２回内面反射させて偏向する偏向手段としてのプリズム１２ａと、このプリズム１２ａにより偏向された光を眼ＥＲに導く負のパワーを持つ接眼レンズ１３ａとから構成されている。対物レンズ１１ａと接眼レンズ１３ａとから構成されるガリレオ型望遠鏡が拡大光学系を構成している。なお、プリズム１２ａによる偏向角θは、対物レンズ１１ａの光軸と接眼レンズ１３ａの光軸とのなす角度であり、図３の例ではθ＝４５°に設定されている。

眼鏡レンズ１ａには、拡大鏡１０ａの光路に沿って図３に示すように貫通孔２ａが形成されている。拡大鏡１０ａを構成する対物レンズ１１ａ、プリズム１２ａ、接眼レンズ１３ａは、図示せぬ支持部材により眼鏡レンズ１ａに装着されている。左眼用の拡大鏡１０ｂも、右眼用と同様に構成され、眼鏡レンズ１ｂに装着されている。

なお、拡大鏡１０ａは、図４、図５のように構成することもできる。図４の拡大鏡１０ｃは、ケプラー型の望遠鏡を構成する正のパワーを持つ対物レンズ１１ｃと正のパワーを有する接眼レンズ１３ｃとの間に像の上下左右を反転させるダハプリズム１２ｃを配置して構成されている。また、図５の拡大鏡１０ｄは、ガリレオ型の望遠鏡を構成する正のパワーを有する対物レンズ１１ｄと負のパワーを有する接眼レンズ１３ｄとの間にプリズム１２ｄを配置して構成されている。何れの場合にも、偏向角度θ＝４５°である。

次に、上記のように構成された双眼拡大鏡１０における輻輳の調整方法について説明する。最初に、図６に基づいて調整軸の定義について説明する。

左眼ＥＬの回旋中心ＣＬを通る軸をＸ_L、右眼ＥＲの回旋中心ＣＲを通りＸ_Lに平行な軸をＸ_Rとし、これらの軸Ｘ_L、Ｘ_Rと垂直に交差し、左右回旋中心を通る軸と平行な軸をＺとし、Ｘ_L及びＺ軸に垂直な軸をＹ_L、Ｘ_R及びＺ軸に垂直な軸をＹ_Rとする。また、軸Ｘ_L、Ｘ_Rを回転軸とする拡大鏡１０ａ，１０ｂの回転をγ回転、軸Ｙ_L、Ｙ_Rを回転軸とする拡大鏡１０ａ，１０ｂの回転をβ回転とする。γ回転については、眼に正対して時計回りを正、反時計回りを負、β回転については、上側から見て時計回りを正、反時計回りを負とする。

実施形態の双眼拡大鏡１０は、左眼用、右眼用の拡大鏡１０ａ，１０ｂを互いに逆方向に±γ°だけγ回転させて輻輳を調整し、互いに逆方向に±β°だけβ回転させてγ回転による像の倒れを補正する。図1中の矢印はγ回転、図２中の矢印はβ回転による調整を示している。これらのγ回転による像の倒れとβ回転による像の倒れとを相殺することにより、輻輳調整による像の倒れの発生を抑えることができる。

輻輳調整による像の倒れを良好に補正するためには、物体距離が無限遠の状態(輻輳角０°で像の倒れがない状態)を基準として、γ回転による像の倒れ量ε(γ)と、β回転による像の倒れ量ε(β)との和が所定の許容範囲以下になればよい。ここで、倒れ量ε(γ)、ε(β)は、それぞれ以下の式により求められる。
ε(γ)＝γ−cos^-1｛1−sin²(90−θ)×（１−cosγ）｝
ε(β)＝cos^-1｛1−sin²θ×（１−cosβ）｝

図７は、γ回転又はβ回転のどちか一方で輻輳を調整した後に生じる像の倒れ量ε(γ)、ε(β)が偏向角θによってどのように変化するかを示すグラフである。γ、βは輻輳調整に必要な回転量を示す。ここでは、物体距離ＷＤ＝500mm、眼幅Ｐ＝64mm、拡大鏡の倍率（角倍率）ｍ＝2.5を前提とする。図５のグラフに示されるように、γ回転調整ではθ＞15°、β回転調整ではθ＞5°において倒れ量ε(γ)、ε(β)値が0.5°以上となっている。ε(γ)、ε(β)の値は片眼側のみの値であるため、他方の拡大鏡が反対方向に調整されると相対差としては１°を越え、左右像の融合が困難になるか、融合できたとしても眼に負担がかかり、大きな疲労を伴うこととなる。したがって、γ回転、あるいはβ回転のいずれか一方による輻輳調整は、少なくとも偏向角が１５°以上となる場合には避けなければならない。

ここで、γ回転又はβ回転により輻輳を調整した場合、ε(γ)＜ε(β)という関係があることが図７のグラフからわかる。例えば眼幅Ｐ＝６４mmの場合、θ＝45°の時には、ε(γ)＝1.5°、ε(β)＝6.1°であり、ε(γ)≒ε(β)／4の関係がある。すなわち、輻輳調整の効果が等しい場合にも、像の倒れ量が異なる。実施形態の調整方法は、この関係を利用し、主にγ回転で輻輳調整を行い、この時発生した像倒れをβ回転で補正し、総合的に像倒れがない輻輳調整を行うものである。

左眼用、右眼用の拡大鏡のγ回転の角度を±γ°、β回転の角度を±β°としたときに、ε(γ)＋ε(β)＝0の関係を満たせば、像の倒れを完全に補正することができる。ただし、組み付け誤差等で多少のずれが生じること、眼の適用力により、像の倒れが必ずしも完全に補正されていなくとも実質上問題ないことに鑑みて、以下の条件式(1)を設定した。
−0.50°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.50° ・・・（１）

この条件式(1)を満たすことにより、像の相対的な倒れを１°以下に抑えて左右像を融合させることができる。これに対して、条件式(1)を満たさない場合には、左右像を融合させることが困難となる。また、双眼鏡のＪＩＳ規格にしたがえば、以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
−0.33°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.33° ・・・（２）

但し、条件式(1),(2)の何れの場合も、ε(γ)＝ε(β)＝０の場合を除く。これは無調整の場合、すなわち物体距離が無限遠の場合である。実施形態の双眼拡大鏡１０は手元、例えば２０cm〜１００cm程度の物体距離の対象物の観察に用いられるものであるため、γがゼロであることはあり得ない。そこで、このような状態を条件から除外している。

図８は、ｍ＝2.5、ＷＤ＝500mm、θ＝30°を前提条件としてγ、βの調整範囲を示すグラフ、図９は、ｍ＝2.5、ＷＤ＝500mm、θ＝45°を前提条件としてγ、βの調整範囲を示すグラフ、図１０は、ｍ＝2.5、ＷＤ＝500mm、θ＝60°を前提条件としてγ、βの調整範囲を示すグラフである。各グラフ中、上下の外側の太線は、条件式(1)の下限である−0.50°と上限である0.50°とを示し、内側の細線は、条件式(2)の下限である−0.33°と上限である0.33°とを示している。一点鎖線は、ε(γ)＋ε(β)＝０の場合を示している。

眼幅によってγ、βの値は変化する。ここでは、眼幅55mm,60mm,65mmの場合を例として直線で示している。この直線に沿って上下の太線に挟まれた範囲が、その眼幅における条件式(1)を満たすγ、βの調整範囲となり、上下の細線に挟まれた範囲が、その眼幅における条件式(2)を満たすγ、βの調整範囲となる。例えば、図８の場合、眼幅６０mmでは、８．１°＜γ＜１０．８°の範囲でγは可変であり、βの値は−３．８〜−１．８の範囲でγに値に応じて一義的に決定される。なお、眼幅６０mmでは、像の倒れを完全に補正するためには、γ＝９．４°、β＝−２．５°となる。

輻輳を調整する場合、条件式(1)を満たすようにγ、βの値を決めることにより、像の倒れは補正される。一方、輻輳角には、眼の調節力に応じて適切な範囲がある。左右の拡大鏡の対物レンズの光軸間隔をＰ0[mm]とすると、無限遠を観察する状態では、輻輳角は０°、拡大鏡の光軸ＡｘＬ，ＡｘＲの物体面上での間隔もＰ0[mm]である。物体距離が有限の値ＷＤをとるとき、拡大鏡の光軸ＡｘＬ，ＡｘＲはこの物体面上の一点で交わる必要がある。このため、各拡大鏡は、光軸を物体面上でＺ方向にＰ0／２[mm]だけ移動させる必要がある。したがって、γ回転による物体面上での光軸のＺ方向の移動量をＺγ、β回転による物体面上での光軸のＺ方向の移動量をＺβとすると、Ｚγ＋Ｚβ＝Ｐ0／２が成立するときに輻輳が調整されたことになる。左右の拡大鏡の対物レンズの光軸間隔をＰ0は、図３の拡大鏡のように光軸のＺ方向のシフトがない場合には、使用者の眼幅Ｐに等しい。そこで、以下、Ｐ0をＰに置き換えて説明する。なお、図４の拡大鏡のようにＺ方向のシフトがある場合には別途考慮が必要である。

上記の移動量Ｚγ、Ｚβは、物体距離ＷＤ、偏向角θ、倍率ｍ、回転角度γ、βを用いて以下のように表される。
Ｚγ＝ＷＤ×sinθ×tanγ
Ｚβ＝ＷＤ×cosθ×tan(β−β／ｍ)

ただし、Ｚγ＋Ｚβ＝Ｐ／２の条件は、両目の視線が平行である時(輻輳角が０°)を基準にした条件であり、輻輳角が０°でない場合には誤差が生じる。すなわち、輻輳角が０°の場合と比較すると、有限距離の物体を見る場合には両目が内向きに回旋する。この回旋、すなわち輻輳角が０°でない場合は、眼幅Ｐが見かけ上変化する。そこで、眼の回旋による変化分を考慮するため、輻輳調整補正量ΔＰを以下のように定義する。
ΔＰ＝２[ＷＤ×cosθ×tan(β(Ｚ)／ｍ)＋ＥＤ×tanβ(Ｚ)]

但し、β(Ｚ)は輻輳角の１／２又は回旋角、ＥＤは眼の回旋中心から拡大光学系の最も眼側の面までの距離である。なお、実施形態のように拡大鏡を眼鏡レンズに装着する場合、ＥＤ≒２５mmで近似することができる。そこで、上の式は、以下のように変形される。
ΔＰ＝２[ＷＤ×cosθ×tan(β(Ｚ)／ｍ)＋25×tanβ(Ｚ)]

図１１は、ｍ＝2.5、ＷＤ＝500mmを前提条件として、偏向角θに応じた輻輳調整補正量ΔＰの１／２の値の変化を示すグラフである。図中の太線は回旋角β(Z)＝１．８°の場合、細線はβ(Z)＝３．７°の場合を示している。

輻輳調整補正量ΔＰを考慮すると、Ｚγ＋Ｚβ＋ΔＰ／２＝Ｐ／２が成立するときに、眼の調節力に応じた適切な輻輳の設定ができる。なお、組み付け誤差や眼の調節力を考慮すると、この条件を完全に満たさなくとも、±１０％程度の誤差は許容される。そこで、以下の条件が導かれる。
0.45＜(Ｚγ＋Ｚβ＋ΔＰ／２)／Ｐ＜0.55

さらに、眼幅Ｐには個人差があるが、上記の条件が±１０％の許容幅を持つため、平均値64mmで近似しても差し支えない。そこで、上記の条件式は、以下の条件式(３)のように変形できる。
28.8mm＜Ｚγ＋Ｚβ＋ΔＰ／2＜35.2mm ・・・（３）

なお、±10％の誤差は物体面では±3.2mmの調整過不足に相当する。これは偏向角θが６０°以下の場合には眼の回旋角±1.5°以下で調整できるため、眼に過度の負担をかけることはない。

人がリラックスしている状態の調節（視度）は正常眼の場合（又は矯正視力で）−1〜−2Ｄであり、左右の眼の視線も同視度の距離で一致していることが自然であり疲労も少ない。−1〜−2Ｄでの眼の回旋角β(Ｚ)（輻輳角／2）を計算すると、Ｐ＝64mmとして1.8°〜3.7°になる。そこで、回旋角β(Ｚ)をこのような値に設定して輻輳調整補正量ΔＰを求め、上記の条件(3)を満たすようにγ、βを設定すれば、眼に対して自然で疲労の少ない状態で輻輳を調整することができる。なお、回旋角β(Ｚ)≠0場合、射出光束がケラレないようＺ＝ＥＤ×tanβ(Ｚ)に従って左右の拡大鏡１０ａ，１０ｂを互いに近づく方向にそれぞれＺ方向にＺmmシフトさせることが望ましい。

本発明の調整方法が適用される双眼拡大鏡を示す正面図である。 図１に示す双眼拡大鏡の上面図である。 図１に示す双眼拡大鏡を構成する一方の拡大鏡の側面図である。 双眼拡大鏡を構成する拡大鏡の他の例を示す側面図である。 双眼拡大鏡を構成する拡大鏡のさらに他の例を示す側面図である。 本発明の調整方法における調整軸の定義を示す斜視図である。 偏向角と輻輳調整と像の倒れとの関係を示すグラフである。 本発明の方法の条件式(1)を満たすγ、βの範囲を示すグラフである。 本発明の方法の条件式(1)を満たすγ、βの範囲を示すグラフである。 本発明の方法の条件式(1)を満たすγ、βの範囲を示すグラフである。 本発明の方法の条件式(3)に使用される輻輳調整補正量と偏向角と回旋角度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ａ，１ｂ 眼鏡レンズ
１０ 双眼拡大鏡
１０ａ，１０ｂ 拡大鏡
１１ａ 対物レンズ
１２ａ プリズム
１３ａ 接眼レンズ
ＥＲ，ＥＬ 右眼、左眼

Claims (4)

1. 物体を拡大して観察するための拡大光学系と、該拡大光学系の光路を一方側に偏向する偏向手段とから構成される拡大鏡が左眼用、右眼用として一対配置して構成される双眼拡大鏡の調整方法であって、
   左右それぞれの眼の回旋中心を通り、互いに平行な軸をＸ_L、Ｘ_Rとし、前記Ｘ_L、Ｘ_Rと垂直に交差し、左右回旋中心を通る軸と平行な軸をＺとし、Ｘ_L及びＺ軸に垂直な軸をＹ_Lとし、Ｘ_R及びＺ軸に垂直な軸をＹ_Rとし、前記Ｘ_L、Ｘ_Rを回転軸とする回転をγ回転、前記Ｙ_L、Ｙ_Rを回転軸とする回転をβ回転とするとき、前記左眼用、右眼用の拡大鏡を互いに逆方向にγ回転させて輻輳を調整し、互いに逆方向にβ回転させて前記γ回転による像の倒れを補正する場合に、前記左眼用、右眼用の拡大鏡のγ回転の角度をγ°、β回転の角度をβ°としたときに、以下の条件式(１)を満たすことを特徴とする双眼拡大鏡の調整方法。
   −0.50°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.50° ・・・（１）
   但し、
   ε(γ)＝γ−cos ^-1 ｛1−sin ² (90−θ)×（１−cosγ）｝、
   ε(β)＝cos ^-1 ｛1−sin ² θ×（１−cosβ）｝、
   θ：偏向手段による偏向角[°]であり、
   ε(γ)＝ε(β)＝０の場合を除く。
2. 物体を拡大して観察するための拡大光学系と、該拡大光学系の光路を一方側に偏向する偏向手段とから構成される拡大鏡が左眼用、右眼用として一対配置して構成される双眼拡大鏡の調整方法であって、
   左右それぞれの眼の回旋中心を通り、互いに平行な軸をＸ _L 、Ｘ _R とし、前記Ｘ _L 、Ｘ _R と垂直に交差し、左右回旋中心を通る軸と平行な軸をＺとし、Ｘ _L 及びＺ軸に垂直な軸をＹ _L とし、Ｘ _R 及びＺ軸に垂直な軸をＹ _R とし、前記Ｘ _L 、Ｘ _R を回転軸とする回転をγ回転、前記Ｙ _L 、Ｙ _R を回転軸とする回転をβ回転とするとき、前記左眼用、右眼用の拡大鏡を互いに逆方向にγ回転させて輻輳を調整し、互いに逆方向にβ回転させて前記γ回転による像の倒れを補正する場合に、前記左眼用、右眼用の拡大鏡のγ回転の角度をγ°、β回転の角度をβ°としたときに、以下の条件式(２)を満たすことを特徴とする請求項１に記載の双眼拡大鏡の調整方法。
   −0.33°＜ε(γ)＋ε(β)＜0.33° ・・・（２）
   但し、
   ε(γ)＝γ−cos^-1｛1−sin²(90−θ)×（１−cosγ）｝、
   ε(β)＝cos^-1｛1−sin²θ×（１−cosβ）｝、
   θ：偏向手段による偏向角[°]であり、
   ε(γ)＝ε(β)＝０の場合を除く。
3. さらに、以下の条件式(３)を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の双眼拡大鏡の調整方法。
   28.8mm＜Ｚγ＋Ｚβ＋ΔＰ／2＜35.2mm ・・・（３）
   但し、
   Ｚγ＝ＷＤ×sinθ×tanγ、
   Ｚβ＝ＷＤ×cosθ×tan(β−β／ｍ)、
   ΔＰ＝２[ＷＤ×cosθ×tan(β(Ｚ)／ｍ)＋25×tanβ(Ｚ)]、
   ＷＤ：物体距離［ｍｍ］、
   ｍ：拡大鏡の倍率、
   β(Ｚ)：輻輳角の１／２である。
4. 請求項１〜３のいずれか一項の方法により調整されたことを特徴とする双眼拡大鏡。

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