JP7146556B2

JP7146556B2 - 観察光学系及びそれを有する観察装置

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Publication number: JP7146556B2
Application number: JP2018192295A
Authority: JP
Inventors: 康則田波
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: JP2020060701A

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に用いられる観察光学系において、対象物（物体）を観察する場合には観察光学系の倍率（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にし、この正立像を接眼光学系を介して拡大観察する。

従来から、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）または傾ける（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、２）。

特許文献１では対物光学系を正レンズと負レンズの貼り合わせレンズからなる前群と１面が非球面形状の１枚の正レンズからなる後群より構成している。そして、像ぶれ補正に際して後群が光軸と直交する方向に駆動する防振光学系を開示している。

特許文献２では対物レンズ系を、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群より構成している。そして、第１レンズ群は少なくとも１つずつの正レンズと負のレンズを有している。そして、像ぶれ補正に際して第２レンズ群を光軸に対して略垂直に移動する防振光学系を開示している。

特開平１１－１９４２６３号公報特開平１０－１８６２２８号公報

一般に防振機能を有した観察光学系においては、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。像ぶれ補正角が大きく、像ぶれ補正前後で良好なる光学性能を維持するためには、観察光学系を構成する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。

特許文献１に開示された防振光学系は、対物光学系が２群構成であり、後群に非球面を用いている。このため、像ぶれ補正角が大きい場合、非球面による像劣化の敏感度が高くなる傾向にある。

また、特許文献２に開示された防振光学系は、対物光学系が２群構成であるが像ぶれ補正角が大きい時の像面補正が必ずしも十分ではないし、かつ像ぶれ補正後に光学性能が低下する傾向があった。

本発明は、像ぶれ補正角が大きく、しか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第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群からなり、前記第２レンズ群は像ぶれ補正に際して、光軸に対して直交する成分を含む方向に移動し、前記第１レンズ群は物体側から像側へ順に配置された正レンズ、負レンズ、からなり、前記第２レンズ群は１枚の正レンズＧ２より構成され、前記正レンズＧ２の材料のｄ線に対する屈折率をＮｄ２と、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
１．５５≦Ｎｄ２
５．２６≦｜ｆ１／ｆ２｜≦１０．０
なる条件式を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、像ぶれ補正角が大きく、しか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。

実施例１に係る観察光学系の構成を示すレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例１に係る観察光学系に係る収差図、像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図、像ぶれ補正を行ったときの横収差図実施例２に係わる観察光学系の構成を示すレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例２に係る観察光学系に係る収差図、像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図、像ぶれ補正を行ったときの横収差図実施例３に係わる観察光学系の構成を示すレンズ断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）実施例３に係る観察光学系に係る収差図、像ぶれ補正を行っていない場合の横収差図、像ぶれ補正を行ったときの横収差図

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、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する。そして、該接眼光学系で拡大された物体像を観察する。本発明の観察装置は、少なくとも１つの観察光学系を有する。

図１は、本発明の観察光学系の実施例１の構成を示すレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例１の縦収差図、像ぶれ補正を行っていないときの横収差図、像ぶれを行ったときの横収差図である。

図３は、本発明の観察光学系の実施例２の構成を示すレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例２の縦収差図、像ぶれ補正を行っていないときの横収差図、像ぶれを行ったときの横収差図である。

図５は、本発明の観察光学系の実施例３の構成を示すレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例３の縦収差図、像ぶれ補正を行っていないときの横収差図、像ぶれを行ったときの横収差図である。

縦収差図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。図中に示した、ｄ，Ｆ，Ｃはそれぞれ、ｄ線（波長５８７．６ｍｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｍｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｍｍ）を表している。Ｍ、Ｓは、各々ｄ線におけるメリジオナルと、サジタル像面を表している。

像ぶれ補正を行っていない場合の横収差において、（ａ）は撮像画角ω＝０°、（ｂ）は撮像半画角ω＝１．６５°の場合である。像ぶれ補正を行っている横収差図においては、像ぶれ補正用のレンズ群を１．４５ｍｍシフト（像ぶれ補正角０．９６°相当）させた場合である。横収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ撮像画角ω＝０°、撮像半画角１．６５°、撮像半画角－１．６５°の場合を示している。

各実施例では撮像半画角は３．３°までであるため、撮像半画角ω＝１．６５°、撮像半画角－１．６５°は、撮像半画角の５割までを示している。レンズ断面図において１は、観察光学系である。１０１は対物光学系である。対物光学系１０１は物体側から観察側へ順に配置された第１レンズ群１０１ａ、像ぶれ補正用の第２レンズ群（防振レンズ群）１０１ｂを有している。１０２は対物光学系１０１によって形成される物体の像面である。１０３はポロプリズムやポロミラー、ペンタプリズムなどの物体像より正立像を形成する像反転手段（正立用光学系）である。

像反転手段１０３はプリズム等により構成されるが、図中では光路を展開して記載している。１０４は観察光学系１の光軸、１０５は接眼光学系である。１０６は観察用のアイポイント（瞳位置）（観察面）である。

各実施例では、第２レンズ群１０１ｂを光軸に対して垂直方向の成分を含む方向に移動させて手ぶれ等に生ずる画像ぶれ（像ぶれ）を補正している。各実施例では、接眼光学系１０５として３群４枚のレンズ構成のものを示したが、是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、各実施例においての焦点調節は、対物光学系１０１中の一部、若しくは全部、あるいは接眼光学系１０５を移動させても良いし、あるいは像反転手段１０３によって行ってもよくその方法は任意である。

各実施例の観察光学系１は、物体側から観察側へ順に配置された正の屈折力の対物光学系１０１と正立像形成用の像反転部材１０３と像反転部材１０３により形成された正立像を拡大して観察するための全体として正の屈折力の接眼光学系１０５を有する。対物光学系１０１は物体側から観察側へ順に配置された第１レンズ群１０１ａと正の屈折力の第２レンズ群１０１ｂを有する。第２レンズ群１０１ｂは像ぶれ補正に際して、光軸に対して直交する成分を含む方向に移動する。

第１レンズ群１０１ａは物体側から像側へ順に配置された正レンズ、負レンズからなる。第２レンズ群１０１ｂは１枚の正レンズＧ２より構成され、正レンズＧ２の材料のｄ線に対する屈折率をＮｄ２とする。このとき、
１．５５≦Ｎｄ２・・（１）
なる条件式を満たす。

次に前述の条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）の下限を超えると正レンズＧ２のレンズ面の曲率半径が小さくなり（曲率が大きくなり）像ぶれ補正時の収差補正が困難となる。

各実施例において好ましくは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。

第２レンズ群１０１ｂの横倍率をβ_２とする。第１レンズ群１０１ａの最も観察側のレンズ面の曲率半径をＧ１Ｒ２、第２レンズ群１０１ｂの最も物体側のレンズ面は物体側に凸面であり、その曲率半径をＧ２Ｒ１、第２レンズ群１０１ｂの最も観察側のレンズ面の曲率半径をＧ２Ｒ２とする。正レンズＧ２の材料のｄ線を基準としたアッベ数をνｄ２とする。第１レンズ群１０１ａの焦点距離をｆ１、第２レンズ群１０１ｂの焦点距離をｆ２とする。このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。

－０．３≦β_２≦－０．１・・（２）
－４．０≦（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／（Ｇ１Ｒ２－Ｇ２Ｒ１）≦－２．０・・（３）
－４．０≦（Ｇ２Ｒ１＋Ｇ２Ｒ２）／（Ｇ２Ｒ１－Ｇ２Ｒ２）≦－０．３・・（４）
５０≦νｄ２・・（５）
４．１≦｜ｆ１／ｆ２｜≦１０．０・・（６）
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（２）の下限を超えると像ぶれ補正に際して第２レンズ群１０１ｂの変位量が大きくなりすぎる。また上限を超えると像ぶれ補正に際して第２レンズ群１０１ｂの防振の感度が高すぎて高精度の駆動が困難になる。

条件式（３）は第１レンズ群１０１ａと第２レンズ群１０１ｂの間の空気レンズの形状に関する。条件式（３）の上限または下限を超えた場合、第１レンズ群１０１ａの最も観察側のレンズ面の曲率半径と、第２レンズ群１０１ｂの物体側のレンズ面の曲率半径は比較的近い値となる。条件式（３）の上限または下限を超え、かつ、各々の曲率半径が小さい場合は、第２レンズ群１０１ｂに入射する軸上光束の周辺光線の入射角が像ぶれ補正に際して大きく変動する。そうすると偏芯コマ収差が大きくなるため好ましくない。

条件式（３）の上限または下限を超え、かつ、各々の曲率半径が大きい場合、第２レンズ群１０１ｂの防振敏感度を維持するために第２レンズ群１０１ｂの最も観察側のレンズ面の曲率半径Ｇ２Ｒ２の曲率を小さくすることになる。そうすると球面収差および偏心コマ収差が大きくなるため好ましくない。

条件式（４）は、第２レンズ群１０１ｂの最も物体側のレンズ面と最も観察側のレンズ面の形状に関する。条件式（４）の上限を超えて第２レンズ群１０１ｂの最も観察側のレンズ面の形状が観察側に凸面となると、第２レンズ群１０１ｂから射出する軸上光束の周辺光線の射出角が像ぶれ補正に際して大きく変動することにより偏心コマ収差が大きくなるため好ましくない。条件式（４）の下限を超えて第２レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も観察側のレンズ面の曲率半径の値が近くなると、防振の感度が小さくなり、像ぶれ補正に際して第２レンズ群１０１ｂの移動量が大きくなるため好ましくない。

条件式（５）の下限を超えると第２レンズ群１０１ｂにより発生する色の分散が大きくなり倍率色収差、特に偏芯倍率色収差が大きくなりすぎて好ましくない。

条件式（６）は、第１レンズ群１０１ａと第２レンズ群１０１ｂの屈折力に関する。条件式（６）の下限を超えて第２レンズ群１０１ｂの焦点距離が長くなり第２レンズ群１０１ｂの屈折力が弱くなると、像ぶれ補正に際しての感度が小さくなるため、像ぶれ補正に際しての第２レンズ群１０１ｂの移動量が大きくなる。

また、条件式（６）の下限を超えて第１レンズ群の焦点距離が短くなり第１レンズ群１０１ａの屈折力が強くなると球面収差補正が困難となるため好ましくない。条件式（６）の上限を超えて第２レンズ群１０１ｂの焦点距離が短くなり第２レンズ群１０１ｂの屈折力が強くなると、像ぶれ補正に際しての感度が大きくなりすぎる。これにより、像ぶれ補正に際して第２レンズ群１０１ｂを高精度に駆動することが困難になるため好ましくない。

更に好ましくは条件式（１）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

１．５７≦Ｎｄ２・・（１ａ）
－０．２５≦β_２≦－０．１５・・（２ａ）
－３．５≦（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／
（Ｇ１Ｒ２－Ｇ２Ｒ１）≦－２．５・・（３ａ）
－３．０≦（Ｇ２Ｒ１＋Ｇ２Ｒ２）／
（Ｇ２Ｒ１－Ｇ２Ｒ２）≦－０．４・・（４ａ）
５５≦νｄ２・・（５ａ）
５．０≦｜ｆ１／ｆ２｜≦９．０・・（６ａ）
尚、各実施例において第２レンズ群１０１ｂは、１枚の正レンズを有している。第２レンズ群１０１ｂを１枚にすることで、質量を軽減することが容易となり、さらに鏡筒による抑え構成を単純化することができ軽量小型化が容易になる。さらに、第２レンズ群１０１ｂのレンズ面は全て球面であるのが良い。これによれば第２レンズ群を大きく変位したときの偏心コマ収差の抑制が容易になる。

以上により各実施例によれば、像ぶれ補正角が大きいときの光学性能の劣化を低減し尚且つ小型軽量な観察光学系が得られる。

以下、実施例１乃至３の観察光学系の具体的な数値データ１乃至３を示す。

数値データ１乃至３において、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は第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、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。全長は物体側の第１レンズ面からアポイントまでの距離である。

各数値データにおいて、Ｒ１乃至Ｒ３は第１レンズ群１０１ａ、Ｒ４、Ｒ５は第２レンズ群１０１ｂ、Ｒ６乃至Ｒ９は像反転手段１０３である。Ｒ１０乃至Ｒ１６は接眼光学系１３である。また、各実施例と条件式との関係及び各条件式に係るパラメータも示す。

（数値データ１）

（数値データ２）

（数値データ３）

１観察光学系
１０１対物光学系
１０３像反転手段
１０５接眼光学系
１０６観察面
１０１ａ第１レンズ群
１０１ｂ第２レンズ群

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第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群からなり、前記第２レンズ群は像ぶれ補正に際して、光軸に対して直交する成分を含む方向に移動し、
前記第１レンズ群は物体側から像側へ順に配置された正レンズ、負レンズ、からなり、
前記第２レンズ群は１枚の正レンズＧ２より構成され、
前記正レンズＧ２の材料のｄ線に対する屈折率をＮｄ２、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
１．５５≦Ｎｄ２
５．２６≦｜ｆ１／ｆ２｜≦１０．０
なる条件式を満たすことを特徴とする観察光学系。
前記第２レンズ群の横倍率をβ２とするとき、
－０．３≦β２≦－０．１
なる条件式を満たす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レンズ群の最も観察側のレンズ面の曲率半径をＧ１Ｒ２、前記第２レンズ群の物体側のレンズ面は物体側に凸面であり、その曲率半径をＧ２Ｒ１とするとき、
－４．０≦（Ｇ１Ｒ２＋Ｇ２Ｒ１）／（Ｇ１Ｒ２－Ｇ２Ｒ１）≦－２．０
なる条件式を満足す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。
前記第２レンズ群の物体側のレンズ面は物体側に凸面であり、前記第２レンズ群の物体側のレンズ面の曲率半径をＧ２Ｒ１、前記第２レンズ群の観察側のレンズ面の曲率半径をＧ２Ｒ２とするとき、
－４．０≦（Ｇ２Ｒ１＋Ｇ２Ｒ２）／（Ｇ２Ｒ１－Ｇ２Ｒ２）≦－０．３
なる条件式を満足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。
前記正レンズＧ２の材料のｄ線を基準としたアッベ数をνｄ２とするとき、
５０≦νｄ２
なる条件式を満足す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。
請求項１乃至５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。