JP6991829B2

JP6991829B2 - 観察光学系及びそれを有する観察装置

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Publication number: JP6991829B2
Application number: JP2017204226A
Authority: JP
Inventors: 一嘉小澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: JP2019078826A

Description

本発明は、観察光学系及びそれを有する観察装置に関し、例えば手ぶれ等によって生じる像ぶれ（画像ぶれ）を光学的に補正する機能（防振機能）を備えた双眼鏡・望遠鏡等の観察装置の観察光学系として好適なものである。

双眼鏡や望遠鏡等の観察装置の観察光学系において対象物（物体）を観察する場合に観察光学系の倍率（観察倍率）が高いほど手ぶれによる画像ぶれが増大してくる。多くの観察光学系では対物光学系によって形成された物体像を像反転手段で正立像と、この正立像を接眼光学系を介して拡大観察する。

従来、観察装置に用いられる観察光学系として、光学系の一部を平行移動したり（シフトしたり）又は傾ける（チルトする）ことで手ぶれによる画像ぶれを軽減する防振機能を用いた観察光学系が知られている（特許文献１乃至３）。

特許文献１では、対物光学系を正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群とから構成している。第２レンズ群は正レンズと負レンズとからなり、負レンズを光軸に対して直交する方向に移動することで像ぶれを補正している。

特許文献２では、対物光学系を、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群とから構成している。第１レンズ群は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを含んでいる。そして第２レンズ群を光軸に対して直交する方向に移動することで像ぶれを補正している。

特許文献３では、対物光学系を、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群とから構成している。そして第２レンズ群をチルトすることで像ぶれ補正している。特許文献３では第２レンズ群を樹脂（プラスチック材）より成る単レンズより構成して重量を軽減している。

特開２０１６－１６６９０７号公報特開平１０－１８６２２８号公報特開２００５－６２２１３号公報

対物光学系に樹脂よりなるレンズを用いると、重量が軽減することができて対物光学系の一部で像ぶれを補正するのが容易となる。しかしながら、温度変化ｄｔによる屈折率の変化ｄｎの比ｄｎ／ｄｔが大きくなる。そのため温度変化に対して、所望の光学性能を維持することが困難になる。

一般に防振機能を有した観察光学系においては、環境変化があっても像ぶれ補正を精度良く行い、かつ像ぶれ補正の際に収差変動が少ないことが要望されている。特に対物光学系の軽量化を図るために対物光学系の一部に樹脂よりなるレンズを用いた観察光学系において、これらの要望を満足するには対物光学系のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。特に樹脂の温度変化に対する屈折率の変化の比を適切に設定することが重要になってくる。

本発明は、像ぶれ補正が容易でしかも環境変化があっても像ぶれ補正に際しても良好な光学性能を維持することができる観察光学系及びそれを有する観察装置の提供を目的とする。

本発明の観察光学系は、対物光学系と、該対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段と、該正立像を拡大する接眼光学系とを有し、該接眼光学系で拡大された物体像を観察するための観察光学系において、
前記対物光学系は、物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動である正の屈折力の第１レンズ群、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第２レンズ群を有し、前記第１レンズ群は、該第１レンズ群において最も像側に配置された樹脂よりなる正の屈折力のレンズＧ１Ｐを有し、前記第２レンズ群は、該第２レンズ群において最も物体側に配置された樹脂よりなる負の屈折力のレンズＧ２Ｎを有し、０℃～４０℃の温度範囲内において前記レンズＧ１Ｐの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ１／ｄｔ、前記レンズＧ２Ｎの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ２／ｄｔとするとき、
｜（ｄｎ１／ｄｔ）－（ｄｎ２／ｄｔ）｜＜１×１０－７
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、像ぶれ補正が容易でしかも環境変化があっても像ぶれ補正に際しても良好な光学性能を維持することができる観察光学系が得られる。

本発明の実施例１における観察光学系のレンズ構成図本発明の実施例１における手ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図本発明の実施例１における手ぶれ補正を行っていない場合の横収差図本発明の実施例１において第２レンズ群をシフトした場合の横収差図本発明の実施例２における観察光学系のレンズ構成図本発明の実施例２における手ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図本発明の実施例２における手ぶれ補正を行っていない場合の横収差図本発明の実施例２において第２レンズ群をシフトした場合の横収差図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。本発明の観察光学系は、対物光学系と、対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段（正立光学系）と、像反転手段で正立像された物体像を拡大する接眼光学系（拡大光学系）とを有する。そして接眼光学系で拡大された物体像を観察する。

図１は本発明の観察光学系の実施例１のレンズ断面図である。図２は、実施例１の手ぶれによる像ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図であり、図２において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差をあらわしている。

図３は実施例１の像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図であり、図３（ａ）、（ｂ）は画角ω＝０°と、実視界である半画角ω＝３．３°の横収差を表している。

図４は像ぶれ補正を行った場合の横収差図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、後述する第２レンズ群を光軸１０に対して直交する方向に０．８ｍｍシフトして、像ぶれ補正を行った場合の横収差図であり、画角ω＝０°，半画角３．３°，半画角－３．３°の場合を示している。

実施例１では、実視界は６．６°であるため、半画角ω＝３．３°，半画角－３．３°は、画角１０割までを示している。収差図に示した、ｄ、Ｆ、Ｃはそれぞれ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）を表している。Ｍはｄ線のメリジオナル、Ｓはｄ線のサジタル像面を表している。以後の実施例でもこの記載については同様である。

図５は本発明の観察光学系の実施例２のレンズ断面図である。図６は、実施例２の像ぶれ補正を行っていない場合の縦収差図であり、図６において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）やｄ、Ｆ，Ｃの説明については、実施例１と同様である。

図７は実施例２の像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図であり、図７（ａ）、（ｂ）は画角ω＝０°と、実視界である半画角ω＝３．３°の横収差を表している。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、後述する第２レンズ群２１２を光軸２０に対して直交する方向に０．８ｍｍシフトして、像ぶれ補正を行った場合の横収差図であり、画角ω＝０°，半画角３．３°，半画角－３．３°の場合を示している。実施例２では、実視界は６．６°であるため、半画角ω＝３．３°，半画角－３．３°は、画角１０割までを示している。

図１のレンズ断面図において、１は観察光学系である。１１は対物光学系であり、正の屈折力の第１レンズ群１１１、負の屈折力の第２レンズ群１１２を有している。１２はポロプリズムやペンタプリズムなどの像反転手段である。像反転手段１２はプリズム等にからなり、図中では光路を展開してブロックで示している。１０は観察光学系１の光軸、１３は接眼光学系、１４は観察者の眼が位置するアイポイントである。実施例１の観察光学系１では対物光学系１１で形成した物体像を像反転手段１２で正立像とし、その正立像を接眼光学系１３で拡大して拡大像をアイポイント１４より観察する。

図５のレンズ断面図において、図１と同一の部材には同一の符号を付している。図１のレンズ構成に加えて、正の屈折力の第３レンズ群１１３を有している。像反転手段１２はプリズム等からなり、図中では光路を展開してブロックで示している。

実施例１と同様、実施例２の観察光学系１では対物光学系１１で形成した物体像を像反転手段１２で正立像とし、その正立像を接眼光学系１３で拡大して拡大像をアイポイント１４より観察する。

本発明の観察光学系は、物体側から観察側へ順に、対物光学系１１、像反転手段１２、接眼光学系１３からなる。レンズ断面図においては、観察光学系は１つの鏡筒内に配置されているが、他の実施形態の１つである双眼鏡では、対物光学系、正立光学系、接眼光学系からなる観察光学系が左右２つの鏡筒それぞれの内部に収容するよう構成されている。

各実施例において、対物光学系１１は物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第１レンズ群１１１、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第２レンズ群１１２を有している。第１レンズ群１１１は樹脂よりなる少なくとも１枚の正の屈折力のレンズＧ１Ｐを有し、第２レンズ群１１２は樹脂よりなる少なくとも１枚の負の屈折力のレンズＧ２Ｎを有している。０℃～４０℃の温度範囲内においてレンズＧ１Ｐの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ１／ｄｔ、レンズＧ２Ｎの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ２／ｄｔとする。

このとき、
｜（ｄｎ１／ｄｔ）－（ｄｎ２／ｄｔ）｜＜１×１０^－７・・・（１）
なる条件式を満足する。

各実施例において、第２レンズ群１１２は、光軸に対して直交する成分を含む方向に移動させることにより像ぶれを補正する防振レンズである。第１レンズ群１１１の正レンズＧ１Ｐと第２レンズ群１１２の負レンズＧ２Ｎを樹脂より構成することにより、有効径の比較的大きい対物光学系１１を軽くして、観察光学系１の軽量化を図っている。

一方、一般的に樹脂よりなるレンズはガラス硝材と比較して、温度変化に対する屈折率変化が大きい。そのため屋外環境下で使用することの多い観察光学系１においては、温度変化による屈折率変化が起こり、視度ずれや光学性能が変化してくる。

そこで本発明の観察光学系１においては、正レンズＧ１Ｐと負レンズＧ２Ｎに温度変化に対する屈折率変化の差が小さい樹脂を用いることで、正レンズと負レンズの２枚のレンズとして屈折率変化による光学性能の変化が少ないようにしている。特に正レンズＧ１Ｐと負レンズＧ２Ｎとは同種の樹脂より構成している。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）の上限を超えると、温度変化対する屈折率変化の差が大きくなるため２枚のレンズとして屈折力を持つことになり、所望の光学性能を満足することが困難になる。

各実施例において好ましくは次の条件式を満足するのが良い。

レンズＧ１ＰとレンズＧ２Ｎの合成焦点距離をｆｔ、対物光学系１１の焦点距離をｆｏｂｊとする。このとき、
－０．２５＜ｆｏｂｊ／ｆｔ＜０．２５・・・（２）
なる条件式を満足するのが良い。

条件式（２）の下限を超えると正レンズと負レンズの２枚のレンズのトータルとして負の屈折力が弱くなり、また条件式（２）の上限を超えると正レンズと負レンズの２枚のレンズのトータルとして正の屈折力が弱くなる。このため、温度変化にともない所望の光学性能を満足することが困難になる。

各実施例において、正の屈折力のレンズＧ１Ｐは、第１レンズ群１１１の中で最も像側のレンズであることが好ましい。さらには、第１レンズ群１１１は、物体側から像側へ順に、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のレンズ群ＬＦと、フォーカシングに際して不動の正の屈折力のレンズ群とからなることが望ましい。

実施例２において、対物光学系１１は第２レンズ群１１２の像側に隣接して配置され、像ぶれ補正に際して不動であり、正の屈折力の第３レンズ群１１３を有する。第２レンズ群１１２は１枚の負レンズからなることが良い。第１レンズ群１１１は物体側から像側へ順に配置された負レンズ、正レンズ、正レンズからなることが良い。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。実施例１では、第１レンズ群１１１は少なくとも１枚の正レンズを１１１ａ、第２レンズ群１１２は少なくとも１枚の負レンズ１１２ａを有している。手ぶれによる像ぶれ補正を行うために、第２レンズ群１１２の負レンズ１１２ａは光軸１０に対して直交する方向の成分を含む方向に移動する。

実施例１では、接眼光学系１３として３群４枚のレンズ構成のものを示したが、これに限定するものでなく、ケルナー型等のものを使用しても良い。また、実施例１においての焦点調節は、対物光学系１１中の一部のレンズ群ＬＦ、若しくは全部、あるいは接眼光学系１３を移動させても良いし、あるいは像反転手段１２によって行ってもよくその方法については任意の方法が使用できる。

図４から像ぶれ補正をした前後において、所望の光学性能を満足していることがわかる。

実施例２では、第１レンズ群１１１は少なくとも１枚の正レンズ１１１ａ、第２レンズ群１１２は少なくとも１枚の負レンズ１１２ａを有している。手ぶれによる像ぶれ補正を行うために、第２レンズ群１１２の負レンズ１１２ａは光軸１０に対して直交する方向の成分を含む方向に移動する。

実施例２では、接眼光学系１３として３群４枚のレンズ構成のものを示したが、これに限定するものでなく、ケルナー型等のものを使用しても良い。また、実施例２においての焦点調節は、対物光学系１１中の一部のレンズ群ＬＦ、若しくは全部、あるいは接眼光学系１３を移動させても良い。あるいは像反転手段１２によって行ってもよくその方法については任意の方法が使用できる。

図８から像ぶれ補正をした前後において、所望の光学性能を満足していることがわかる。

以下、実施例１、２の観察光学系の具体的な数値データ１、２を示す。ｉは物体側から数えた順序を示す。面番号ｉは物体側から順に数えている。Ｒｉは曲率半径、Ｄｉは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面間隔である。Ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質の屈折率、アッベ数を表す。数値データ１において、Ｒ１乃至Ｒ６は第１レンズ群１１１、Ｒ７，Ｒ８は第２レンズ群１１２、Ｒ９乃至Ｒ１２は像反転手段１２である。Ｒ１３乃至Ｒ１９は接眼光学系２３である。

数値データ２において、Ｒ１乃至Ｒ６は第１レンズ群１１１、Ｒ７，Ｒ８は第２レンズ群１１２、Ｒ９乃至Ｒ１２は第３レンズ群１１３である。Ｒ１３乃至Ｒ１６は像反転手段１２である。Ｒ１７乃至Ｒ２３は接眼光学系１３である。数値データ１、２において前述の各条件式に関係した数値を表１、表２に示す。表１、表２において、ｆ１３は接眼光学系１３の焦点距離、ｆ１１１ａは正レンズ１１１ａ（Ｇ１Ｐ）の焦点距離、ｆ１１２ａは負レンズ１１２ａ（Ｇ２Ｎ）の焦点距離である。

（数値データ１）
単位 mm

面データ
面番号 R D Nd νd
1 45.342 2.50 1.68893 31.1
2 22.783 1.98 1.00000
3 24.878 5.07 1.53160 55.8
4 -481.735 8.40 1.00000
5 32.130 3.72 1.53160 55.8
6 -121.164 1.90 1.00000
7 -2085.966 1.80 1.53160 55.8
8 27.054 16.27 1.00000
9 ∞ 16.00 1.56883 56.4
10 ∞ 32.00 1.56883 56.4
11 ∞ 16.00 1.56883 56.4
12 ∞ 3.51 1.00000
13 -9.075 7.10 1.69680 55.5
14 -10.913 12.56 1.00000
15 -46.145 1.62 1.84666 23.9
16 19.627 8.07 1.71300 53.9
17 -16.819 0.20 1.00000
18 18.063 3.77 1.69680 55.5
19 101.592 12.80 1.00000

［表１］
実視界６．６度
瞳径３．１ｍｍ
アイレリーフ１２．８ｍｍ

ｆｏｂｊ＝８５．６
ｆ１３＝１２．９
ｆ１１１ａ＝４８．２
ｆ１１２ａ＝－５０．２
ｆｔ＝３４３．６
ｆｏｂｊ／ｆｔ＝０．２４９

（数値データ２）
単位 mm

面データ
面番号 R D Nd νd
1 218.633 2.50 1.68893 31.1
2 42.601 2.36 1.00000
3 46.685 3.75 1.53160 55.8
4 -60.511 7.43 1.00000
5 26.894 4.10 1.53160 55.8
6 1113.922 1.00 1.00000
7 -185.969 1.80 1.53160 55.8
8 34.091 8.00 1.00000
9 -130.180 2.00 1.53172 48.8
10 1188.709 3.50 1.00000
11 1000.000 2.00 1.51633 64.1
12 -100.041 8.00 1.00000
13 ∞ 16.00 1.56883 56.4
14 ∞ 32.00 1.56883 56.4
15 ∞ 16.00 1.56883 56.4
16 ∞ 8.30 1.00000
17 -9.075 7.10 1.69680 55.5
18 -10.913 12.56 1.00000
19 -46.145 1.62 1.84666 23.9
20 19.627 8.07 1.71300 53.9
21 -16.819 0.20 1.00000
22 18.063 3.77 1.69680 55.5
23 101.592 12.80 1.00000

［表２］
実視界６．６度
瞳径３．１ｍｍ
アイレリーフ１２．８ｍｍ

ｆｏｂｊ＝８７．０
ｆ１３＝１２．９
ｆ１１１ａ＝５１．８
ｆ１１２ａ＝－５４．０
ｆｔ＝４００．０
ｆｏｂｊ／ｆｔ＝０．２１８

１１対物光学系１１１第１レンズ群１１２第２レンズ群
１１３第３レンズ群１１１ａ正レンズ１１２ａ負レンズ
１２像反転手段１３接眼光学系

Claims

対物光学系と、該対物光学系によって形成される物体像を正立像とする像反転手段と、
該正立像を拡大する接眼光学系とを有し、該接眼光学系で拡大された物体像を観察するための観察光学系において、
前記対物光学系は、物体側から観察側へ順に配置された、像ぶれ補正に際して不動である正の屈折力の第１レンズ群、像ぶれ補正に際して移動する負の屈折力の第２レンズ群を有し、
前記第１レンズ群は、該第１レンズ群において最も像側に配置された樹脂よりなる正の屈折力のレンズＧ１Ｐを有し、
前記第２レンズ群は、該第２レンズ群において最も物体側に配置された樹脂よりなる負の屈折力のレンズＧ２Ｎを有し、
０℃～４０℃の温度範囲内において前記レンズＧ１Ｐの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ１／ｄｔ、前記レンズＧ２Ｎの材料の温度変化に対する屈折率の変化をｄｎ２／ｄｔとするとき、
｜（ｄｎ１／ｄｔ）－（ｄｎ２／ｄｔ）｜＜１×１０－７
なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
前記レンズＧ１Ｐと前記レンズＧ２Ｎの合成焦点距離をｆｔ、前記対物光学系の焦点距離をｆｏｂｊとするとき、
－０．２５＜ｆｏｂｊ／ｆｔ＜０．２５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のレンズ群と、フォーカシングに際して不動の正の屈折力のレンズ群とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の観察光学系。
前記対物光学系は前記第２レンズ群の像側に隣接して配置され、像ぶれ補正に際して不動の正の屈折力の第３レンズ群を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察光学系。
前記第２レンズ群は１枚の負レンズからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察光学系。
前記第１レンズ群は物体側から像側へ順に配置された負レンズ、正レンズ、正レンズからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。
請求項１乃至６のいずれか１項の観察光学系を有することを特徴とする観察装置。