JP4907564B2

JP4907564B2 - 測距双眼鏡

Info

Publication number: JP4907564B2
Application number: JP2008010500A
Authority: JP
Inventors: 尚美渡辺
Original assignee: 鎌倉光機株式会社
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: JP2009169363A

Description

この発明は測距双眼鏡に関し、詳述すると、対象物までの距離を測定することができ、双眼鏡の機能を損なうことなく小型化を図ることのできる測距双眼鏡に関する。

特許文献１には、「Binoculars having an integrated laser range finder, compris-ing: first and second separate housing parts, each with an eyepiece and objecti-ve, which are connected to each other via a jointed bridge for eye width adjust-ment, and in which the first housing part contains a transmitter and a receiver of the laser rangefinder and also an optoelectronic display element in a fixed arrangement with respect to an optical observation axis.」（接眼レンズ及び対物レンズを夫々有する第１筐体及び第２筐体は眼幅調節用の結合部で互いに結合されており、前記第１筐体にはレーザーの発信機及び受信機並びに光軸が固定された光電表示手段を有しているレーザー測距双眼鏡）が記載されている（特許文献１の請求項１参照）。

しかしながら、対象物までの距離を測定する機能を備えた双眼鏡は、双眼鏡の内部の装置が複雑化することにより大型化し、操作者が使用し難くなる要因の一つとなっていた。したがって、双眼鏡の機能、例えば焦点調節及び視度調節等の機能を損なうことなく小型化を図ることのできる測距双眼鏡が求められていた。

米国特開ＵＳ２００５／０１２８５７６Ａ１号公報

この発明が解決しようとする課題は、対象物までの距離を測定することができ、焦点調節及び視度調節等の双眼鏡の基本的な機能を損なうことなく小型化を達成できる測距双眼鏡を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、接眼レンズ、対物レンズ並びに第１プリズム及び第２プリズムから成る正立プリズムを有し、かつ光軸が平行になるように配置される一対の光学系と、
ビーム分割面を有し、かつ前記第１プリズム及び第２プリズムの間に配置されるビームスプリッタと、
一方の光学系の前記ビームスプリッタを介して対象物にレーザーを放射する発光部と、
前記発光部から放射され、前記対象物から反射したレーザーが他方の光学系の前記ビームスプリッタを介して入射する受光部と、
前記発光部から放射されて前記対象物で反射したレーザーが前記受光部に入射することにより前記対象物までの距離を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された結果を表示する測定結果表示手段と、
前記一対の光学系、前記ビームスプリッタ、前記発光部、前記受光部、前記演算手段及び前記測定結果表示手段を内蔵する筐体とを備えることを特徴とする測距双眼鏡であり、
請求項２は、前記ビーム分割面は、前記発光部から放射されるレーザー及び前記対象物で反射したレーザーを反射可能でかつ前記測定結果表示手段が表示する測定結果を前記対象物と共に結像可能に設置されて成る請求項１に記載の測距双眼鏡である。

この発明によると、対象物までの距離を測定可能であり、かつ双眼鏡の機能を損なうことなく装置全体を小型化可能である測距双眼鏡を提供することができる。

この発明の測距双眼鏡は、一対の光学系と、ビームスプリッタと、発光部と、受光部と、演算手段と、測定結果表示手段と、筐体とを備えている。

前記一対の光学系は、接眼レンズ、対物レンズ並びに第１プリズム及び第２プリズムから成る正立プリズムを有する。一方の前記対物レンズの中心を通る光軸と他方の前記対物レンズの中心を通る光軸とが互いに平行になり、また一方の接眼レンズの中心を通る光軸と他方の前記接眼レンズを通る光軸とが互いに平行になるように、前記一対の光学系を形成する各要素つまり接眼レンズ、対物レンズ並びに第１プリズム及び第２プリズムから成る正立プリズムが、配置されている。なお、説明の便宜上、対物レンズに近い箇所に設置されるプリズムを第１プリズム、接眼レンズに近い箇所に設置されるプリズムを第２プリズムと称することにする。

この発明の測距双眼鏡における接眼レンズ及び対物レンズは、測距する機能を備えていないような通常の双眼鏡で用いる接眼レンズ及び対物レンズを用いることができる。

この発明の測距双眼鏡における正立プリズムは、正立プリズムが第１プリズム及び第２プリズムに分割されている限り、特に制限されない。前記正立プリズムとしては、例えばアッベプリズム、ドーブレッスプリズム、シュミット・ペシャンプリズム及びケーニッヒプリズム等のダッハプリズム、並びにポロプリズム等を挙げることができる。

また、前記一対の光学系には、接眼レンズ及び対物レンズ以外に視度調節用のレンズを設けることもできる。視度調節用レンズを設ける場合には、対物レンズを移動させて焦点を調整する機構以外に、視度を調節する機構もこの発明の測距双眼鏡に取り付けることになる。

前記ビームスプリッタは、ビーム分割面を有し、かつ第１プリズム及び第２プリズムの間に配置されている。すなわち、対物レンズから入射する光は、操作者の目に入射するまでに、第１プリズム、ビームスプリッタ、第２プリズム及び接眼レンズを通ることとなる。ビームスプリッタとしては、ビーム分割面を有していれば良いが、例えば三角柱形状のプリズムの側面同士を接着し、かつ接着面にはビーム分割面となる所定の波長を反射するようなコーティングを予め施して成る直方体のプリズムを挙げることができる。

ビームスプリッタは、後述の発光部から放射されるレーザーを反射し、かつ可視領域の波長を有する光は透過するようなビーム分割面を有する。なお、ビーム分割面で反射したレーザーが一対の光学系の光軸と一致し、かつビームスプリッタを透過した光が一対の光学系の光軸に平行となるように、ビーム分割面の方向が調整される。通常は、ビーム分割面の方向としては、レーザーのビームスプリッタに入射する方向と、ビーム分割面とが４５°の角度を成すように調整される。ビームスプリッタの好ましい態様は、例えば発光部に赤外線レーザーを用いるとして、ビーム分割面においては、波長が４００〜６００ｎｍ付近の透過率が９０％以上であり、かつ波長が６５０ｎｍ付近の透過率が５０％程度であり、かつ赤外線レーザー波長領域である９００ｎｍ付近の光を反射する態様を挙げることができる。

前記発光部は、一方の光学系のビームスプリッタを介して対象物にレーザーを放射する。

発光部は、一方の光学系のビームスプリッタに向ってレーザーを放射する。放射されたレーザーは、一対の光学系の光軸に一致するようにビーム分割面で反射され、更に第１プリズム又は第２プリズムを通って対物レンズから放射された後、対象物に投射されることとなる。発光部から放射されるレーザーとしては、赤外線レーザー又は可視光線レーザー等を用いることができる。

前記受光部は、発光部から放射されて対象物で反射したレーザーが他方の光学系のビームスプリッタを介して入射する。

受光部は、他方の光学系に配置される部材である。対象物に投射されたレーザーの一部は、対象物で反射して他方の光学系に入射する。他方の光学系の対物レンズから入射したレーザーは、第１プリズム又は第２プリズムを通ってビームスプリッタに入射し、ビーム分割面で受光部に向けて反射した後、受光部に入射することとなる。

なお、発光部の配置は一対の光学系のいずれかであれば良く、発光部が配置された光学系ではない方に受光部が配置される。

前記演算手段は、発光部から放射されて対象物で反射したレーザーが前記受光部に入射することにより対象物までの距離を算出する。

演算手段としては、発光部から放射され、かつ対象物で反射したレーザーが受光部に入射することにより、操作者がこの発明の測距双眼鏡を使用している場所（以下、「観測地点」と称することがある。）から対象物までの距離を算出することができる限り、適宜の手段を採用することができる。演算手段としては、例えばレーザーが発光部で放射されてから受光部に入射するまでの時間及び光速から観測地点と対象物との距離を算出する方法を採用した電子計算機等を挙げることができる。

前記測定結果表示手段は、演算手段で算出された結果を表示する。

測定結果表示手段は、演算手段で算出された結果を操作者が認識できれば良い。例えば、操作者が接眼レンズを通して観察する視野の中に、演算手段で算出された結果を表示すると、観測地点から対象物までの距離を操作者が視認し易いので好ましい。

前記筐体は、一対の光学系、ビームスプリッタ、発光部、受光部、演算手段、測定結果表示手段を内蔵する。

筐体は、その内部に上述した種々の部材が配置されるので、この発明の測距双眼鏡全体が大型化することない。

この発明の測距双眼鏡は、対象物を観察する双眼鏡の従来の機能を損なうことなく、観察地点から対象物までの距離を測定する機能を追加すると共に、ビームスプリッタを第１プリズム及び第２プリズムの間に配置し、かつ発光部及び受光部等の部材を筐体内に配置することによって、装置全体の小型化を図ることができる。

前記ビームスプリッタの好ましい態様として、前記ビーム分割面が前記発光部から放射されるレーザー及び対象物で反射したレーザーを反射可能であり、かつ前記測定結果表示手段が表示する測定結果を対象物と共に結像可能であるように設置される態様を挙げることができる。当該態様を採用することにより、操作者は、接眼レンズを介して対象物と観測地点から対象物までの距離とを同視野中に観察することができる。なお、当該態様におけるビーム分割面は、レーザーが投射される面ではレーザーを反射し、かつレーザーが投射される面の裏面では測定結果表示手段から出力される測定結果の表示を接眼レンズに向う光学系の光軸に一致するように反射するコーティングが施される。

以下に、この発明の測距双眼鏡の使用方法及び作用について説明する。

先ず、操作者が一対の光学系の光軸を対象物に向ける。前記光軸を対象物に向けると、操作者は対物レンズ、第１プリズム、ビームスプリッタ、第２プリズム及び接眼レンズを透過する光により対象物を観察することができる。

次に、対象物に焦点を合わせる。また、視度調節用レンズ及び視度調節機構が測距双眼鏡に設けられている場合には、焦点を合わせた後に視度調節を行う。

続いて、発光部からレーザーを放射させる。もっとも、前記光軸を対象物に向ける前に発光部からレーザーを放射していても良い。

発光部からレーザーが放射されると、レーザーはビームスプリッタに入射する。通常はレーザーの入射方向とビーム分割面とが４５°を成すようにしてビームスプリッタが設置されているので、ビームスプリッタに入射したレーザーは、ビーム分割面で反射して一方の光学系の光軸に一致することになる。

ビーム分割面で反射したレーザーは、第１プリズム又は第２プリズムに入射する。更に、レーザーは、対物レンズから放射されることとなる。なお、レーザーの進行方向は、一方の光学系の光軸に一致しているので、操作者が接眼レンズを通して観察している対象物に投射されることになる。

対象物に投射されたレーザーの一部又は全部が反射し、反射したレーザーの一部が他方の光学系に入射する。他方の光学系における対物レンズから入射したレーザーは、第１プリズム又は第２プリズムに入射し、更にビームスプリッタに入射する。ビームスプリッタに入射したレーザーは、ビーム分割面で反射して受光部に入射することとなる。

受光部にレーザーが入射したことにより、演算手段で観測地点から対象物までの距離を測定することができる。

演算手段で算出された結果が測定結果表示手段に出力されることにより、測定結果表示手段が対象物までの距離を表示する。

したがって、操作者は測定結果表示手段によって表示された対象物までの距離を視認することができる。なお、前記ビームスプリッタにおける前記ビーム分割面が、前記発光部から放射されるレーザー及び対象物で反射したレーザーを反射可能であり、かつ前記測定結果表示手段が表示する測定結果を対象物と共に結像可能である場合には、操作者は対象物の像と共に測定結果も同視野中に視認可能となる。

この発明の測距双眼鏡の実施態様を、図面を用いて以下に説明する。

図１に示されるこの発明の一実施態様である測距双眼鏡１は、一対の光学系２と、ビームスプリッタ３と、発光部４と、受光部５と、演算手段６と、測定結果表示手段７と、筐体８とを備えている。

前記一対の光学系２は、図１における上側に一方の光学系２Ａが配置され、かつ下側に他方の光学系２Ｂが配置されている。なお、一方の光学系２Ａ及び他方の光学系２Ｂは、測距双眼鏡１の中心軸線Ｘを中心に線対称となるように、かつ一方の光学系２Ａの光軸Ａ及び他方の光学系２Ｂの光軸Ｂが平行になるように配置されている。

一対の光学系２は、対物レンズ９、視度調節用レンズ１０、シュミット・ペシャンプリズム１１及び接眼レンズ１２を有している。

図１に示されるように、測距双眼鏡１は、正立プリズムとしてシュミット・ペシャンプリズム１１を用いており、第１プリズムとしてペシャンプリズム１３を用い、第２プリズムとしてシュミットプリズム１４を用いている。

測距双眼鏡１の焦点調節機構（図示せず）及び視度調節機構（図示せず）により焦点調節及び視度調節を行うと、対物レンズ９から入射する光は、シュミットプリズム１４と接眼レンズ１２との間に現れる結像面１５で結像することとなる。

ペシャンプリズム１３とシュミットプリズム１４との間には、ビームスプリッタ３が配置されている。ビームスプリッタ３のビーム分割面１６は、測距双眼鏡１の中心軸船Ｘに直交する方向で、かつビームスプリッタ３にレーザーが入射する方向から４５°の角度を成すように配置されている。図１に示されるようなビーム分割面の配置にすることにより、ビームスプリッタ３に入射するレーザーと一対の光学系２の光軸とを一致させることができる。ビームスプリッタ３は、２個の三角柱のプリズムの側面同士を接着した直方体形状のプリズムである。また、三角柱のプリズムの接着面は、接着する前にコーティングを予め施しており、特定の光学特性を有するようになっている。

ここで、ビームスプリッタ３におけるビーム分割面１６の光学特性を、図２に示す。ビーム分割面１６は、波長が４００〜６００ｎｍ付近の透過率が９０％以上であり、かつ波長が６５０ｎｍ付近の透過率が５０％程度であり、かつ波長が９００ｎｍ付近の光を反射することが示されている。すなわち、ビーム分割面１６は、可視領域の光は透過させるが、赤外線レーザー等の赤外領域の光は反射させることになる。

発光部４は、発光素子（図示せず）を有する装置であり、ビームスプリッタ３に向けて赤外線レーザーを放射することができる。

受光部５は、受光素子（図示せず）を有する装置であり、ペシャンプリズム１３からビームスプリッタ３に入射するレーザーがビーム分割面１６で反射した後に入射することになるレーザーを感知することができる。

演算手段６は、受光部５がレーザーを感知したことが出力されることにより、発光部４のレーザーの放射と受光部５へのレーザーの入射とから観測地点から対象物までの距離を算出する電子計算機である。

図１における測定結果表示手段７については、水平方向から測定結果表示手段７を見た状態を筐体８の下方に立面図として示した。測定結果表示手段７は、表示用素子１７、鏡１８、リレープリズム１９及び表示用結像レンズ２０を有している。リレープリズム１９は、台形プリズムであるが、直角プリズム等を用いても良い。演算手段６から算出値が集積回路等の制御手段（図示せず）が出力されることにより、表示用素子１７に測定結果が表示される。表示用素子１７に表示された測定結果は、鏡１８、リレープリズム１９、表示用結像レンズ２０、ビームスプリッタ３及びシュミットプリズム１４により、結像面１５で結像する。なお、測定結果表示手段７における表示用素子１７が出力する波長は、結像面１５で結像可能な程度にビーム分割面１６で反射し、かつ接眼レンズを介して操作者が観察しても眼球に悪影響を与えない範囲で適宜に決定することができる。

上述の部材は、筐体８において上方に示す筒体である上側筐体８Ａ及び下方に示す筒体である下側筐体８Ｂに収納されている。

なお、図１に示される発光部４、受光部５、演算手段６及び表示用素子１７は、電池として示される電源２１に接続されている。すなわち、電源２１の電力により測距双眼鏡１は観測地点から対象物までの距離を測定することになる。

図１においては、正立プリズムとしてシュミット・ペシャンプリズム１１を用いていたが、図３及び４に正立プリズム及びビームスプリッタの他の実施態様を示すこととする。図１と図３及び４とでは、ビームスプリッタが共通の部材を採用しているので、図１と同一の番号を付して示す。図３及び４に示されるように、左側に対物レンズが配置され（図示せず）、右側に接眼レンズが配置される（図示せず）。また、図３及び４のビームスプリッタ近傍に示される矩形状の部材は発光部又は受光部である。

図３に示す正立プリズムはアッベプリズム２２であり、第１プリズム２３及び第２プリズム２４を有している。また、第１プリズム２３及び第２プリズム２４の間にビームスプリッタ３が配置されている。

図４に示す正立プリズムはポロプリズム２５であり、第１プリズム２６及び第２プリズム２７を有している。前記アッベプリズム２２と同様に、第１プリズム２６及び第２プリズム２７の間にビームスプリッタ３が配置されている。なお、第１プリズム２５における下側の傾斜面２８は、接眼レンズ側にレーザーが透過しないようにビーム分割面１６と同様のコーティング等が施されることにより、レーザーを反射するようになっている。

もっとも、この発明の測距双眼鏡における正立プリズムは、図１、３及び４に示されるプリズムに限定されることは無く、第１プリズム及び第２プリズムの配置及び夫々の大きさ等から、双眼鏡をより一層小型化できる正立プリズムを選択すれば良い。

図１に示す測距双眼鏡１の使用方法及び作用を、以下に示す。

先ず、操作者が接眼レンズ１２を覗くようにして一対の光学系２の光軸Ａ及びＢを対象物に向ける。前記光軸Ａ及びＢを対象物に向けると、操作者は対物レンズ９、視度調節用レンズ１０、ペシャンプリズム１３、ビームスプリッタ３、シュミットプリズム１４及び接眼レンズ１２を透過する光により対象物を観察することができる。

次に、対象物に焦点を合わせる。また、視度調節機構（図示せず）により視度調節用レンズ１０を光軸Ａ及びＢに沿って平行移動させて視度調節を行う。

続いて、発光部４からレーザーを放射させる。もっとも、前記光軸Ａ及びＢを対象物に向ける前に発光部４からレーザーを放射していても良い。

発光部４からレーザーが放射されると、レーザーはビームスプリッタ３に入射する。図１に示されるように、レーザーの入射方向とビーム分割面１６とが４５°を成すようにしてビームスプリッタ３が設置されているので、ビームスプリッタ３に入射したレーザーは、ビーム分割面１６で反射して他方の光学系２Ｂの光軸Ｂに一致することになる。

ビーム分割面１６で反射したレーザーは、ペシャンプリズム１３に入射する。更に、レーザーは、視度調節用レンズ１０を通って対物レンズ９から放射されることとなる。なお、レーザーの進行方向は、他方の光学系２Ｂの光軸Ｂに一致しているので、操作者が接眼レンズ１２を通して観察している対象物に投射されることになっている。

対象物に投射されたレーザーの一部又は全部が反射し、反射したレーザーの一部が一方の光学系２Ａに入射する。一方の光学系２Ａにおける対物レンズ９から入射したレーザーは、視度調節用レンズ１０を通ってペシャンプリズム１３に入射し、更にビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３に入射したレーザーは、ビーム分割面１６で反射して受光部５に入射することとなる。

受光部５にレーザーが入射すると、レーザーの入射が受光部５から演算手段６に出力される。この出力により、演算手段６で観測地点から対象物までの距離を測定することができる。

演算手段６で算出された結果が測定結果表示手段７に出力されることにより、表示用素子１７に測定結果が表示される。表示用素子１７に表示された測定結果は、鏡１８で反射され、リレープリズム１９で方向を転換され、表示用結像レンズ２０を通過し、ビーム分割面１６で反射されることにより、光軸Ｂに平行に進行することとなり、更にシュミットプリズム１４を介して、結像面１５で結像することとなる。

したがって、操作者は測定結果表示手段７によって表示された対象物までの距離を視認することができる。

ここで、操作者が測距双眼鏡１を使用して対象物までの距離を測定した場合、操作者が接眼レンズ１２を介して観察することになる視野について図５を用いて説明する。操作者が観察することになる視野２９の中央には、レーザーが投射される位置を示すレーザー投射位置３０が設けられている。対象物３１の所望の位置にレーザー投射位置３０を一致させることにより、測定結果３２がレーザー投射位置３０近傍に表示されるようになっている。なお、測定結果３２が、図１における測定結果表示手段７で表示される画像である。

この発明の測距双眼鏡は、この発明の目的を達成することができる限り、上述の構成に限定されることは無く、適宜の部材を用いることができる。

図１は、この発明の測距双眼鏡の一実施態様を示す概略図である。図２は、ビーム分割面の光学特性の一例を示すグラフである。図３は、この発明の測距双眼鏡における正立プリズム及びビームスプリッタの他の具体例を示す概略図である。図４は、この発明の測距双眼鏡における正立プリズム及びビームスプリッタの他の具体例を示す概略図である。図５は、この発明の測距双眼鏡の一実施例を使用した場合の視野を示す説明図である。

符号の説明

１測距双眼鏡
２一対の光学系
２Ａ一方の光学系
２Ｂ他方の光学系
３ビームスプリッタ
４発光部
５受光部
６演算手段
７測定結果表示手段
８筐体
８Ａ上側筐体
８Ｂ下側筐体
９対物レンズ
１０視度調節用レンズ
１１シュミット・ペシャンプリズム
１２接眼レンズ
１３ペシャンプリズム
１４シュミットプリズム
１５結像面
１６ビーム分割面
１７表示用素子
１８鏡
１９リレープリズム
２０表示用結像レンズ
２１電源
２２アッベプリズム
２３、２６第１プリズム
２４、２７第２プリズム
２５ポロプリズム
２８傾斜面
２９視野
３０レーザー投射位置
３１対象物
３２測定結果

Claims

接眼レンズ、対物レンズ並びに第１プリズム及び第２プリズムから成る正立プリズムを有し、かつ光軸が平行になるように配置される一対の光学系と、
ビーム分割面を有し、かつ前記第１プリズム及び第２プリズムの間に配置されるビームスプリッタと、
一方の光学系の前記ビームスプリッタを介して対象物にレーザーを放射する発光部と、
前記発光部から放射され、前記対象物から反射したレーザーが他方の光学系の前記ビームスプリッタを介して入射する受光部と、
前記発光部から放射されて前記対象物で反射したレーザーが前記受光部に入射することにより前記対象物までの距離を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された結果を表示する測定結果表示手段と、
前記一対の光学系、前記ビームスプリッタ、前記発光部、前記受光部、前記演算手段及び前記測定結果表示手段を内蔵する筐体とを備えることを特徴とする測距双眼鏡。
前記ビーム分割面は、前記発光部から放射されるレーザー及び前記対象物で反射したレーザーを反射可能でかつ前記測定結果表示手段が表示する測定結果を前記対象物と共に結像可能に設置されて成る請求項１に記載の測距双眼鏡。