JP5150343B2 - 天体望遠鏡接眼部の情報合成構造 - Google Patents

Description

本発明は天体望遠鏡接眼部の情報合成構造に関するものである。

天体望遠鏡の望遠鏡本体又はファインダー望遠鏡における接眼部から天体を観察する場合、その観察されている天体観察像中に、天体の説明や画像等の電子情報も合成して見えるようにした観測装置が知られている。こうすることで、初心者でも天体の理解が容易になる。また、天体望遠鏡により目的とする観測対象を探し出すのも容易になる。

この種の観測装置としては、天体望遠鏡の鏡筒の端部に、光束を直交方向に反射して接眼部に導くコンバイナを設ける共に、該コンバイナの接眼部とは反対側に電子情報を表示する表示パネルを設け、該表示パネルに表示された電子情報をコンバイナを介して視認することにより、電子情報を接眼部で観察されている天体観察像中に合成している。

天体観察像に合成される電子情報は、天体望遠鏡の角度をロータリーエンコーダーでモニターしながら演算して、記憶データの中から天体望遠鏡の角度に応じて選択され、表示パネルに表示される（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１２２６５２号公報

しかしながら、このような関連技術にあっては、天体観察像中に合成する電子情報を、天体望遠鏡の角度からロータリーエンコーダーによりモニターしながら演算により間接的に求めるため、天体望遠鏡の回転精度に誤差があると、表示パネルに表示される電子情報にも狂いが生じ、正確な電子情報を合成できない場合がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、現在天体望遠鏡が捉えている天体観察像に対して正確な電子情報を合成することができる天体望遠鏡接眼部の情報合成構造を提供するものである。

請求項１記載の発明は、天体望遠鏡の鏡筒の端部における天体映像に由来する第１の光束の光路と電子映像に由来する第２の光束の光路とが交差する位置に設けられるビームスプリッタであって、前記ビームスプリッタにおいて前記第１の光束の光路は第１の光路と第２の光路に分岐し、前記第２の光束の光路は第３の光路と第４の光路に分岐し、前記第１の光路と第３の光路が実質的に一致し、前記第２の光路と第４の光路が実質的に一致するように設けられるものと、前記ビームスプリッタを介して前記第１の光路及び前記第３の光路上に設けられる接眼光学系と、前記ビームスプリッタを介して前記第２の光路及び前記第４の光路上に設けられる撮像装置と、前記第２の光束の光路上において前記電子映像を表示する装置と前記撮像装置の間に設けられる光束選択手段であって、前記電子映像の光束の前記撮像装置への入射を遮断するものと、前記撮像装置で撮像された前記天体映像に基づいて前記電子映像を生成する制御部とを具備することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記光束選択手段が、前記第２の光束の光軸上において前記電子映像を表示する装置と前記ビームスプリッタの間に設けられる第１の偏光手段と、前記第４の光軸上において前記ビームスプリッタと前記撮像装置の間に設けられる第２の偏光手段であって、前記第１の偏光手段を経由した光束を遮断するものとを有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記第１の偏光手段が第１の偏光を有する偏光フィルターであり、前記第２の偏光手段は前記第１の偏光と直交する偏光を有するビームスプリッタの偏光反射面であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記第１の偏光手段が第１の偏光を有する第１の偏光フィルターであり、前記第２の偏光手段は前記第１の偏光と直交する偏光を有する第２の偏光フィルターであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記制御部が前記天体映像を表示する装置および情報入力装置を有し、前記天体映像を確認しながら前記天体映像に関連する電子情報の作成又は作成済み電子情報の選択且つ位置調整が可能であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、天体望遠鏡の鏡筒が、望遠鏡本体の鏡筒であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、天体望遠鏡の鏡筒が、ファインダー望遠鏡の鏡筒であることを特徴とすることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、天体望遠鏡の鏡筒が、望遠鏡本体又はファインダー望遠鏡の端部に回転自在に取付けられ、床上の観察者に届く長さを有する延長接眼鏡筒であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、前記電子映像を表示する装置は液晶パネルであり、前記第１の偏光手段は前記液晶パネルに内蔵される偏光フィルターであることを特徴とする。

本発明によれば、まず現在天体望遠鏡が捉えている天体観察像をカメラで撮影する。撮影された天体映像は、観察者が接眼部から見ている天体観察像と同じである。次に、電子情報発生手段により、カメラにて撮影された天体映像を確認しながら天体映像に対する電子情報の作成等を行う。実際に天体映像を確認しながら電子情報の作成又は作成済み電子情報の選択且つ位置調整を行うため、間違った電子情報が表示されることはなく、ビームスプリッタを介して合成した場合に電子情報と天体観察像の位置関係が正確に一致する。尚、映込防止手段が設けられているため、表示パネル自体がカメラへ映り込むことはなく、電子情報発生手段で天体観察像に対する電子情報の作成等を行う場合に、必要な天体映像と電子情報だけが電子情報発生手段に表示されることになり、作業が行い易い。

本発明によれば、さらに、望遠鏡本体の鏡筒に適用するため、観察対象を狭視野・高倍率で詳細に観察する場合に好適である。

本発明の他の技術的特徴によれば、本発明がファインダー望遠鏡の鏡筒に適用されると、観察対象付近を広視野・低倍率で特定し、観察対象を探すのに好適である。尚、天体によってはファインダー望遠鏡だけで十分な観察が行える。

また、本発発明が延長接眼鏡筒の鏡筒に適用されると、望遠鏡本体の鏡筒の位置が高い大型の天体望遠鏡の場合も、観察者は高い台の上に立つ必要がなく、床上にいるままで観察が行える。従って、子供等にとって安全である。

本発明によれば、さらに、映込防止手段としての光束選択手段が、偏光フィルターと、ビームスプリッタの偏光反射面であるため、鏡筒の端部内の狭いスペースにも採用することができる。

また、電子映像表示装置を液晶パネル等の偏光表示装置とすることにより偏光フィルターを別途設ける必要がないので電子映像の光量の減衰を伴わずに天体映像と合成した映像を接眼部で観察することができる。

第１実施形態
本発明の好適な第１実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。この実施形態に係る天体望遠鏡１は、望遠鏡本体２の鏡筒が赤道儀式の架台３により、地軸と平行と極軸を中心にして、常に天体を捉えた状態で同期回転するようになっている。望遠鏡本体２は、口径が１００ｃｍクラスに相当する大型のもので、先端開口が上下に長い形状をしており、取り入れられた天体からの光束Ｌが、内部で平面鏡４と凹面鏡５により折り返される構造になっている。

凹面鏡５で反射された光束Ｌは、集光しながら平面鏡４に形成された中央孔６を通過し、望遠鏡本体２の基端部７内において、光軸Ｋ上の焦点位置にピントを結ぶようになっている。望遠鏡本体２の基端部７は、大型のため、床面から高い位置にある。

望遠鏡本体２の基端部７には、視野レンズ４４、ビームスプリッタ８と共に、光軸Ｋ上のピント位置にエリアＣＣＤイメージセンサ等のエリアカメラ９が設置されている。ビームスプリッタ８にて分岐される直交方向には、延長接眼鏡筒１０が設置されている。

延長接眼鏡筒１０のビームスプリッタ８を挟んだ反対側には、拡大レンズ１１、偏光フィルター１２を介して表示パネル１３が設置されている。光束Ｌの一部を反射するビームスプリッタ８は、偏光フィルター１２を透過した光を反射しない性質を有する偏光反射面８ａを有している。

延長接眼鏡筒１０はＡ方向に回転自在で、また基端部７ごとＢ方向にも回転自在である。延長接眼鏡筒１０は一端が床面上にいる観察者に届く長さを有し、一端側には接眼部１４が設けられている。他端側にはカウンタウェイト１５が設けられている。カウンタウェイト１５により延長接眼鏡筒１０の重さが、延長接眼鏡筒１０を支えている観察者の腕に加わらないようになっている。ビームスプリッタ８にて反射された光束Ｌの一部はミラー１６を介して接眼部１４側へ反射され、接眼レンズ１７を介して、接眼部１４より光学的に天体観察像を観察することができる。

前記カメラ９、表示パネル１３は、後述するパソコン（電子情報発生手段）１８に接続されており、その機能は後述する。

望遠鏡本体２の側面には、ファインダー望遠鏡１９が取付けられている。ファインダー望遠鏡１９は、望遠鏡本体２における光束Ｌの取り入れ側の光軸Ｋに沿った方向を向いている。ファインダー望遠鏡１９の内部には対物レンズ２０や視野レンズ２１が設けられ、望遠鏡本体２よりも低倍率で天体観察像を捉えられるようになっている。

ファインダー望遠鏡１９は望遠鏡本体２に取付けられているため、高い位置にある。従って、ファインダー望遠鏡１９の基端部２２にも、左右両側に延長接眼鏡筒２３が取付けられている。

ファインダー望遠鏡１９は望遠鏡本体２よりも低倍率とはいえ、望遠鏡本体２自体が大型のため、ファインダー望遠鏡１９だけでも十分な天体観測が行える。従って、ファインダー望遠鏡１９の左右両側に延長接眼鏡筒２３を取付けることにより、より多くの観察者が天体観察像を見ることができる。

ファインダー望遠鏡１９の基端部２２には、ビームスプリッタ２４とミラー２５が設けられ、ファインダー望遠鏡１９内の光束を左右に振り分けている。このビームスプリッタ２４は普通の反射面２４ａを有している。左右の延長接眼鏡筒２３は、左右に振り分けられた光束Ｌを中心にして、Ａ方向に回転することができる。

＜情報合成構造＞
左右に振り分けられた光束Ｌは、それぞれ延長接眼鏡筒２３の回転軸に位置するミラー２６にて更に一端側に反射される。延長接眼鏡筒２３の一端側に反射された光束Ｌは、リレーレンズ２７及びビームスプリッタ２８を介して光軸Ｋ上にピントを結ぶ。光軸Ｋ上のピント位置にはカメラ２９が設置されている。

ビームスプリッタ２８にて分岐される直交方向には、接眼レンズ３０を内部に有する接眼部３１が設けられ、そのビームスプリッタ２８を挟んだ反対側には拡大レンズ３２、偏光フィルター３３を介して表示パネル３４が設置されている。ビームスプリッタ２８は前記同様の偏光反射面２８ａを有している。カメラ２９と表示パネル３４は、電子情報発生手段としてのパソコン１８に接続されている。延長接眼鏡筒２３の他端側にはカウンタウェイト３５がそれぞれ設けられている。

図５は本発明の情報合成構造の構成概念図である。光束Ｌは光軸Ｋに沿った光路（以下光路Ｋという）を通りビームスプリッタ２８で折り曲げられて接眼部３１に向かうとともに、光束の一部がビームスプリッタ２８を透過して光路Ｋ’に沿って撮像装置２９に向かう。一方、表示パネル３４に表示された電子映像の光束Ｌｅの光路Ｋｅはビームスプリッタ２８を透過して接眼部３１に向かう。撮像装置（カメラ）２９で撮像した映像は電子情報発生手段を有する制御部１８に入力され、その映像に基づいて電子情報が生成され表示パネル３４に出力される。

この場合、表示パネル３４に表示された電子情報が撮像装置２９に写り込むとループが形成されて電子情報の生成に支障があるため、ビームスプリッタ２８の反射面２８ａから撮像装置２９に到る光路Ｋｅ’において電子情報の光束Ｌｅを遮断する光束選択手段を設ける必要がある。本実施形態においては、表示パネル３４とビームスプリッタ２８の間の光路Ｋｅに偏光フィルター３３を設けて電子情報に係る光束Ｌｅの偏光方向を限定し、ビームスプリッタ２８の反射面２８ａを偏光フィルター３３の偏光と直交する偏光特性を有する偏光反射面とすることにより写り込みを遮断する。

一方、天体映像の光束Ｌはビームスプリッタ２８ａを透過して経路Ｋ’に沿って撮像装置２９に到達することができる。換言すれば、表示パネル３４からビームスプリッタ２８にいたる光路Ｋｅおよびビームスプリッタ２８から撮像装置２９に到る光路Ｋｅ’上に撮像装置への光束Ｌｅの写り込みを防止するための光束選択手段が設けられる。

＜延長接接眼鏡筒＞
望遠鏡本体２の基端部７側と、ファインダー望遠鏡１９における延長接眼鏡筒２３の一端部側の構造は、倍率等が異なるだけで、基本的に同じなので、以下ファインダー望遠鏡１９側の延長接眼鏡筒２３の構造を代表して説明する。

カメラ２９にて撮影される天体映像と、接眼部３１から見える光学的な天体観察像とは同一である。表示パネル３４の表示画像は、偏光フィルター３３と、ビームスプリッタ２８の偏光反射面２８ａにより、カメラ２９に映り込まないので、カメラ２９では、ビームスプリッタ２８を通過した天体からの天体観察像だけが撮像される。

そのカメラ２９にて撮影された天体映像をパソコン１８の画面に映す。そして、オペレータはパソコン１８の画面上で、映し出された天体映像に関連づけられた電子情報を重畳的に表示させることができる。電子情報とは、現在観察中の天体の説明（文字、記号等）や、画像（イラスト等）、録画画像、ＣＧ画像などである。

パソコン１８では、画面に表示された天体映像に対して、電子情報を作成して表示させることもできるし、予め記憶されたものから選択して表示させ、位置調整を行うことができる。パソコン１８のオペレータは、実際に接眼部３１から観察者が見ている天体観察像と同一の天体映像をパソコン１８の画面上で確認しながら電子情報の作成又は作成済み電子情報の選択且つ位置調整を行うため、不正確な電子情報が表示されることはなく、天体映像（天体観察像）との位置関係も正確である。

本発明によれば、ビームスプリッター２８は光軸Ｋを通って接眼部３１に到る天体映像の光束と、表示パネル３４から接眼部３１に到る表示画像の光束とが交差する位置に配置される。情報合成部において光軸Ｋ上に置かれた第１のビームスプリッターによりカメラへの天体映像を分岐し、さらに光軸Ｋ上に置かれた第２のビームスプリッタにより表示パネルの情報映像を合成することもできるが、２枚のビームスプリッタにより接眼部に到る天体映像の光量の減衰が大きい。これに対して、情報合成部においてビームスプリッター２８を１枚配置することにより情報映像を天体映像に合成することによって接眼部３１への天体映像の光量の減衰を抑えることができる。

そして、パソコン１８から、天体観察像を除いた電子情報だけが表示パネル３４に出力される。表示パネル３４には電子情報だけが表示される。接眼部３１から観察者は、ビームスプリッタ２８等を介して表示パネル３４に表示された電子情報を、観察中の天体観察像に合成した状態で見ることができる。

例えば、図７は、電子情報の無い生の天体観察像で、土星を観察しているところである。それに、「土星」の文字３６、距離を表す目盛３７、地球や月のイラスト３８などの電子情報が合成したのが図８である。カーソル３９も表示され、ポインターとして説明員が使用することができる。この合成された天体観察像は、ファインダー望遠鏡１９の延長接眼鏡筒２３側の観察者と、パソコン１８の操作者の合計３名が、殆ど同じものを見ているため、そのうちの誰か一人が説明する場合も、説明しやすく、理解しやすい。望遠鏡本体２の延長接眼鏡筒１０からの観察者は、ファインダー望遠鏡１９側の観察者とは、視野及び倍率が異なったものを見ているが、合成された天体観察像を見ることは同じである。

また、図９に示すように、赤外線やＸ線で撮影された他の天体画像４０、４１を合成して、現在観察中の可視光の天体観察像と比較することもできる。

図１０に示すように、曇りの日や雨の日など、生の天体観察像が観察出来ない場合には、表示パネル３４に他の大型天体望遠鏡や宇宙望遠鏡で撮影された録画映像４９のみを表示して見ることができる。映画やテレビの画面でなく、実際に望遠鏡を覗いて見る映像なので、あたかも自分が大型天体望遠鏡や宇宙望遠鏡を実際に見ている疑似体験ができる。

図１１に示すように、宇宙からみた地球などを表したＣＧ画像１０のみを表示して、未知の世界を体験することもできる。これも、映画やテレビの画面でなく、望遠鏡を通して見ることにより、今まで経験したことのない新たな体験をすることができる。

なお、本実施形態では、偏光フィルター３３を表示パネル３４とビームスプリッタ２８の間の光路Ｋｅに配置したが、表示パネル３４と偏光フィルター３３を一体に構成してもよい。たとえば、偏光フィルターが内蔵された液晶パネル（ＬＣＤ）等の偏光表示パネル５４を使用しても良い。この場合には、偏光表示パネル５４の偏光方向と偏光フィルター３３の偏光方向とが直交するように位置づけられる。すなわち、液晶パネル５４に内蔵された偏光フィルター３４は本発明の光束選択手段に含まれ、偏光フィルター３４の偏光方向と偏光フィルター３３の偏光方向とが直交する。他の実施形態においても同様である。

電子映像表示装置として偏光表示パネル５４を用いることにより、表示装置の一部としての偏光手段を偏光フィルター３１として利用できる。そのため偏光フィルターを別途設ける必要がなく光量の減衰がない。

第２実施形態
図１２に本発明の第２実施形態に係る情報構成構造であって延長接眼鏡筒１０に適用したものを示す。第１実施形態と異なるのはビームスプリッタ５８は偏光面を持たず、その代わりにカメラ２９とビームスプリッタ５８の間に偏光フィルター５９を配置していることである。

すなわち、図５において、表示パネル３４とビームスプリッタ２８の間の光路Ｋｅに偏光フィルター３３を設けて電子情報に係る光束Ｌｅの偏光方向を限定し、さらにビームスプリッタ２８とカメラ２９の間の光路Ｋｅ’に偏光フィルター３３の偏光と直交する偏光特性を有する偏光フィルター５９を設けることにより電子情報の写り込みによるループ形成を遮断する。その結果、天体映像の光束Ｌのみが光路Ｋ’に沿ってカメラ２９に到達することができる。他の構成は第１実施例と同じである。

変更実施形態
第１実施形態および第２実施形態では、表示パネル３４に表示される電子情報の映像の光束がビームスプリッタ２８を直進して接眼部３１に到達し、ビームスプリッタ２８におけるカメラ２９に向かう反射光が遮断される構成とした。これに対して、ビームスプリッタに対するカメラ２９および接眼部３１の位置関係を交換し、表示パネルに表示される電子情報の映像の光束がビームスプリッタを反射して接眼部に到達し、ビームスプリッタの透過光が遮断される構成としてもよい。

すなわち、図１３に示すように、ビームスプリッタ２８’は偏光フィルター３３を透過した光を透過させない偏光反射面３３ａ’を有する。このように構成しても第１実施形態と同様の情報合成構造を構成することができる。

また、偏光面を持たないビームスプリッタ５８とビームスプリッタとカメラ２９の間の光路Ｋ’に偏光フィルター３３を透過した光を透過させない偏光フィルター５９を配置しても第２実施形態と同様の情報合成構造を構成することができる。

天体望遠鏡を示す全体斜視図。 望遠鏡本体の断面図。 望遠鏡本体の基端部と延長接眼鏡筒の断面図。 ファインダー望遠鏡及び延長接眼鏡筒の断面図。 情報合成構造の概念図。 延長接眼鏡筒の一端の情報合成構造を示す断面図。 電子情報を合成しない天体観察像を示す図。 文字等の電子情報を合成した天体観察像を見ている図。 天体画像等の電子情報を合成した天体観察像を見ている図。 録画映像を見ている図。 ＣＧ画像を見ている図。 第２実施形態に係る情報合成構造を示す断面図。 本発明の変更実施形態に係る情報合成構造の概念図

符号の説明

１ 天体望遠鏡
２ 望遠鏡本体
８ ビームスプリッタ
８ａ 偏光反射面（映込防止手段）
９ カメラ
１０ 延長接眼鏡筒
１２ 偏光フィルター（映込防止手段）
１３ 表示パネル
１４ 接眼部
１８ パソコン（電子情報発生手段）
１９ ファインダー望遠鏡
２３ 延長接眼鏡筒
２８ ビームスプリッタ
２８ａ 偏光反射面（映込防止手段）
２９ カメラ
３１ 接眼部
３３ 偏光フィルター（映込防止手段）
３４ 表示パネル
Ａ、Ｂ 回転方向
５４ 偏光表示パネル
５８ ビームスプリッタ
５９ 偏光フィルター
Ｌ 光束
Ｋ 光軸

Claims (9)

1. 天体望遠鏡の鏡筒の端部における天体映像に由来する第１の光束の光路と電子映像に由来する第２の光束の光路とが交差する位置に設けられるビームスプリッタであって、前記ビームスプリッタにおいて前記第１の光束の光路は第１の光路と第２の光路に分岐し、前記第２の光束の光路は第３の光路と第４の光路に分岐し、前記第１の光路と第３の光路が実質的に一致し、前記第２の光路と第４の光路が実質的に一致するように設けられるものと、
   前記ビームスプリッタを介して前記第１の光路及び前記第３の光路上に設けられる接眼光学系と、
   前記ビームスプリッタを介して前記第２の光路及び前記第４の光路上に設けられる撮像装置と、
   前記第２の光束の光路上において前記電子映像を表示する装置と前記撮像装置の間に設けられる光束選択手段であって、前記電子映像の光束の前記撮像装置への入射を遮断するものと、
   前記撮像装置で撮像された前記天体映像に基づいて前記電子映像を生成する制御部と
   を具備することを特徴とする天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
2. 前記光束選択手段は、
   前記第２の光束の光軸上において前記電子映像を表示する装置と前記ビームスプリッタの間に設けられる第１の偏光手段と、
   前記第４の光軸上において前記ビームスプリッタと前記撮像装置の間に設けられる第２の偏光手段であって、前記第１の偏光手段を経由した光束を遮断するものとを有することを特徴とする請求項１記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
3. 前記第１の偏光手段は第１の偏光を有する偏光フィルターであり、
   前記第２の偏光手段は前記第１の偏光と直交する偏光を有するビームスプリッタの偏光反射面であることを特徴とする請求項２記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
4. 前記第１の偏光手段は第１の偏光を有する第１の偏光フィルターであり、
   前記第２の偏光手段は前記第１の偏光と直交する偏光を有する第２の偏光フィルターであることを特徴とする請求項２記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
5. 前記制御部は前記天体映像を表示する装置および情報入力装置を有し、前記天体映像を確認しながら前記天体映像に関連する電子情報の作成又は作成済み電子情報の選択且つ位置調整が可能であることを特徴とする請求項１記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
6. 天体望遠鏡の鏡筒が、望遠鏡本体の鏡筒であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
7. 天体望遠鏡の鏡筒が、ファインダー望遠鏡の鏡筒であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
8. 天体望遠鏡の鏡筒が、望遠鏡本体又はファインダー望遠鏡の端部に回転自在に取付けられ、床上の観察者に届く長さを有する延長接眼鏡筒であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。
9. 前記電子映像を表示する装置は液晶パネルであり、
   前記第１の偏光手段は前記液晶パネルに内蔵される偏光フィルターであることを特徴とする請求項２記載の天体望遠鏡接眼部の情報合成構造。

Images