JPH06501569A - 光学系、望遠鏡及び双眼鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学系、望遠鏡及び双眼鏡 発明の分野 本発明は、双眼鏡及び望遠鏡なとの視認装置に使用される光学系に関し、また双 眼鏡及望遠鏡に関する。

発明の背景 双眼鏡に使用される光学系は、反射プリズムにより折り返される光路を育し、正 立像を与えるために配置されている。プリズムの代わりに鏡を使用することは、 写真光学装置技術者協会（ＳＰＩＦ）の会誌、１９８０年２３７号２９２ベーン に記載されたトナルド・デシャガー著の論文“傾斜した凹面鏡正立要素を使用す るカメラ・ファインダー”において分析されているが、この配列は、過度な非、 へ収差、視野内の焦点の変動、ゆがみ及びコマ収差のために満足できるものでな いことか明らかにされた。また、正立鏡を使用する配列は、米国特許第４５９８ ９８１．４８０４２５８．４７５８０７７．４２２１４５９、及び３８９７１３ ３号にも記載されている。最初の二つの特許はレンズを組み入れてなく、王立機 能のない鏡を単に有しているたけである。後の三つは円形の視野と開口を有して おり、その最後の一つは環状開口を仔し、その環状開口は不十分な視覚像を与え ることが知られている。本発明は一つの面で、光学系が境を使用することが出来 同時に形状が小型で許容できる性能を与える手法を提供することを目的とする。

本発明の要約 本発明の一つの面は、正立鏡により折り返された光路を育し、かつ、一つの方向 に固有の開口とより大きい視野とを育することを特徴とする少なくとも一つのレ ンズを含んでいる、望遠鏡と双眼鏡とに使用される光学系を提供する。

通常、光学系は対物レンズユニットと接眼レンズ手段とを有しているか、本発明 の池の面は、対物レンズユニットと接眼レンズユニットとを含み、光路か正立鏡 の間て正立鏡により折り返されており、光学系か光路の方向に対し横方向により 大きい開口と視野を有することを特徴とする望遠鏡と双ｉ鏡用の光学系を提供す る。

使用状態において、大きい視野と開口が水平で小さい視野か垂直である。これは 、水平線走査などの大抵の用途に使用可能であり、これにより、非常に利点のあ る双眼鏡の設計か、２字形状で厳密に折り返された光路によるか、または、ころ 自体を横切って折り返された光路によって行われる。

前記の光学系において、表面がすべて単一の軸上にある曲率中・いを育する最大 多数の光学系の場合のように、小さい視野と開口を、光学系が単一軸の付近に別 の方法て中心か位置するように、変位することか出来る。

本発明は、球面を有する鏡、対物レンズユニット、及び接眼しンズ手段に限定さ れないか、これらの光学要素は、放物面または環状面なとの非球面であることも 可能である。この場合、このような表面は、単一の曲率中心を有せず、また、軸 外れ開口とともに使用される場合、二つの位置の付近に中心かあって間隔を置い たある部分ｌこ不鮮明な曲率中心を育する傾向かあり、この部分は、開口か大き くなるにつれて増大する。ガウスの曲率中心または最適球面の曲率中心は、代表 値として採用され、ここでは、曲率中−Ｃ，１と呼ばれる。この曲率中心は平均 曲率半径を定義するためにも使用される。

光学系か使用されているとき、観察された対象物の中−＋＞を使用者の眼の中− Ｃ−・へ結んでいる線である観察軸に関連して、曲￥中、シ・のいくつかの位置 を定義することは、便利である。

折り返された光路は、２字に近いと言われてきた。２字に含まれる角度は、好適 には３０°より大きくなく、これは、鏡の曲率半径の２０％より大きくなく、好 適には１０％より小さい観察軸からの距離に鏡の曲率中心を有することにより、 対物レンズユニット、鏡及び接眼レンズ手段を観察軸から偏位することによって 達成され、対物レンズユニットと接眼レンズ手段との曲率中心は、前記距離のな かの大きい距離の約２倍までだけ変位する。

２字は僅かにゆかんでおり、２字の下の線は、双眼鏡の一対の対物レンズユニッ トの間隔が接眼レンズ手段の間隔と異なるように、上の線と平行ではない。折り 返された光路か２字形状でないならば、光路はさらに緊密に折り返されまたゆが むであろう。

その基本形において、光学系がほぼ水平ならば、対物・レンズユニットによって 見られた視野は水平線より下にあり、拡大後の使用者の眼により視覚された最終 像は、拡大された分だけ水平線よりさらに下にあるように見える。これは、ユニ の場合、有利であるが、少なくとも像の変位はほかの光学要素により修正され、 及びまたは光学系の方向と水平線の不一致は、ハウジングの設計によって修正す ることか出来る。

鏡は単純な撹である必要はないか、例えば、より複雑にすることも出来る。例え ば、少なくとも一つの鏡は、有効な曲率中心を当然変える反射性の背面を有する レンズを含んでいる、いわゆるマンギン（Ｍａｎｇｉｎ）鏡であってもよい。

本発明による光学系は、はぼ平行な光学系と、一対の双眼鏡を形成している二つ の光学系を通り平面にそれぞれ直角な、より小さい視野と開口とにより、数組の 組み合わせで双眼鏡を形成するのに適している。

本発明の他の面は、水平に細長い穴の形の出射ひとみを育する一組の双眼鏡に関 する。

これらの穴か十分長い場合、例えば、２０ｍｍまで、しかし一般に８または９ｍ ｍであって、使用者の眼の間隔を一致させるため、従来の双眼鏡にあるように、 二つの光学系の間隔を調節することか普通必要としないように、それらの穴は直 線状の接眼リングを形成する。

添付の図面を引用して実施例により、本発明を説明する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による光学系の軸方向断面図である。

図１ａは、図１に使用されている鏡、対物レンズユニット及び接眼レンズ手段の 形状を示す。

図２は、本発明により与えられた視野を示す。

図３は、本発明により形成される直線状の出射ひとみを示す。

図４は、図１に示された光学系の変形を示す。

図４ａは、図４において使用される鏡、対物レンズユニット、及び接眼レンズ手 段の形状を示す。

図５は、光学系の別の配列を示す。

図６は、一対の双眼鏡として配列された図１または図４による一対の光学系の斜 視図である。

図７は、一対の双眼鏡用のハウジングの側面図である。

図８は、ほかの光学系の軸方向の断面図である。

図９は、ほかの光学系を示す。

図１Ｏは、図８の光学系用の望遠鏡ハウジングを示す。

図ＩＩは、以降に記数された表に引用された表面を識別するたぬに最初の倒立鏡 としてマンギン鏡を使用している低倍率の光学系の、図１に類似した図である。

図１２は、図１１に似ているか、高倍率の光学系を有する図である。

実施態様の説明 図１は、本発明による光学系の基本概念を示す。光がほぼ平行な束の光線の形で あるように燦限に離れている物体からの光は、単一なレンズである対物レンズユ ニットを通り光学系へ入射し、そのユニットから距離を経た後、最初の正立鏡１ ２に突き当たる。前記ユニットは、鏡によるひとみ収差を最小にするために、鏡 に十分に近く像を形成するように、焦点距離を育している。鏡は、前記距離の半 分から２倍の有効曲率半径を育する。光路は、３０°までの夾角で２字形状に折 り返されている。

光は、鏡１２によって反射した後、同じような正立鏡１４へ指向し、鏡１４は光 を初期の方向と非常に平行であるようにその方向を変え、接眼レンズ手段１５に より視覚されるように像を形成する。この手段は、はぼ平行な光を出射ひとみ１ ６へ指向する。接眼レンズ手段により視覚される像は、ホイヘンス型接眼レンズ のように、接眼レンズ手段の構成要素１５ａと１５ｂとにより多くの場合立直し ており、前記手段は便利に鏡Ｉ２の下方にある。一つまたはそれぞれの鏡は、凹 面鏡として性能が高いマンギン鏡のように、レンズと組み合わされた単一の凹面 要素あるいは平面または一様な凸面の鏡であってもよい。所望の光たけか眼に達 することを確実にするため、不透明な材料のバッフル１７ａと１７ｂか、視野絞 り１８ａと＋８ｂのように、す・＼ての存利な位置に設けられている。この実施 態様において、鏡、ユニット、および手段の各表面の曲率中心は、同じ軸１３上 にある。対物レンズユニットと鏡１４の背面、または鏡Ｉ２の背面と接眼レンズ 手段の図か、鎖線１１ａと１４ａにより示されているような半円形または切頭さ れた各種の要素で図１ａに示されている。図２において、光学系の視野は実線３ ０て示されている（比較のために、従来の双眼鏡により得られる円形の視野か破 線３１て示されている）。

本光学系による視野は、広い視野を一つの方向（一般に水平に）に、狭い視野を 前記の一つの方向に対し横方向に残すように、広い全視野から縮小されているい ることか分かる。鎖線３０ａは、ユニットの鏡と手段か線１１ａと１４ａとに関 して示されている通りで在る場合の視野を示している。より広い視野は、光路か 折り返されている方向に対して横方向にある。いくつかの配列には、このような 二つの折り返しの方向かある。すなわち、一般（二観察軸を含む垂直な平面にあ る方向と、対物レンズユニットと使用者の眼との異なる間隔を可能にするその方 向に僅かに歪んでいるもう一つの方向とであるか、このような方向は実質的には 同一である。本光学系による視野は、広い全視野とも、または従来の視野ともそ の中、Ｌｌにはないか、これは重要ではない。

図３は、従来の光学系の出射ひとみ３３との比較で、本発明によって使用可能な 出射ひとみ３２を示している（鎖線３２ａは線１１ａと１４ａとに相当する）。

この出射ひとみは、長さ２０ｍｍまでの、しかし普通は長さ８から９ｍｍの細長 い穴の形をなしている。これは、出射ひとみか一線上にある場合、一対の光学系 か双眼鏡に組み入れられるときに利点を生み、多くの使用者の異なる眼の間隔に 合わせるために、調節可能な間隔を光学系に可能とすることは必要ない。使用者 の眼は、光をひとみ全体から受けないか、その一部からのみ受けるので、同じ方 向に指向している広い視野と広い出射ひとみは、過度のコマ収差にはならない。

中心から外れた視覚位置を使用することによるすべてのコマ収差とその結果発生 するアナモルフィックなゆかみは、光学設計によって最小にすることか出来る。

図４は、対物レンズユニットＩＩと接眼レンズ手段との光学軸か同一水平面にな いか間隔を置いて離れた平面にあるように、折り返し角を緩くする効果を示して いる。

これにより、図４ａに示されているように、より良いパブフル１７ａと１７ｂと 鏡、対物レンズユニット及び接眼レンズ手段か、半円よりも大きくなる。鏡Ｉ２ の曲率中心１２゛はこの場合、観察軸から曲率半径の２０％より大きくないか、 好適には１０％より小さい分だけ変位しており、ｉｌ＊Ｉ４の中心１４′は同様 に変位している。

このように、図４は光学系か単一な軸を存していない、中心かずれた光学系を示 しており、ｍ　４　ａは、図１ａと同様に、この外観を示している。この光学系 は、示されているように、最初の鏡の付近に入射した倒立像全体または大部分か 対物レンズユニットの光軸の上方にあるように、全視野の下部から対物視野を選 択している（すなわち、光学系は僅かに見下ろしている）。これにより、３０° より大きい折り返し角を必要としない、上下に詰まった設計か実現している。

図５は別の光学的幾何学配列を示す。対物レンズユニット１１（１観察軸の下に あって、光路はそれ自体と交差している。

本発明の光学系は、図６に遠近法で示されているように、平行な二つの光学系と 広い水平視野とにより双眼鏡を形成するために、二つひと組となって組み合わせ るのに適している。

図７は、−組の双眼鏡の二つの光学系に適したハウジング５１を示している。こ のハウジングはやや平らな箱として形成されており、上部部材５２は、ヒンジ５ ４により下部部材５３に対し軸回転し、この二つの部材は、双眼鏡か使用されて いないとき押されて一体になり、適切な留め金（示されていない）より開放され 、使用するためには示された状態のように、スプリング（示されていない）か部 材を押して半開きにする。上部部材は対物レンズユニットと！１１１２とを支持 し、下部部材は鏡１４と接眼レンズ手段とを支持しており、この８！賊的配置は 、各種の構成要素か一体に押し込まれている二つの部材と干渉しないようになっ ていなければならず、例えば、対物レンズユニット１１、バッフル１７及び鏡１ ４は、図１に示されたようではないが、対物レンズユニット１１は、図面に示さ れているように、さらに左側か右側へ寄っていなければならない。ヒンジ５４は 携帯革ひも５５の取り付けまたは固定の先端として使用することが出来る。上部 部材は、レンズフードとして働く一つ以上の前方伸長部５６と、双眼鏡を携帯者 の眼から間隔を置くための一つ以上の額当てとして働く一つ以上の後方伸長部５ ７とを有している。小型潜望鏡５８が、額当てかまたでおり、これにより、使用 者は物体の直接視野と、直接視野の下に見られる拡大された視野とを見ることが 出来る。ハウジングの上部は少なくとも一部が傾斜しており、これにより、上部 の表面が離れた物体と一直線に並ぶかあるいは、見かけの物体をプリズムによっ て移動することかできるか、そのようなことは必要でなく、エイミングは潜望鏡 により行うことが出来る（双眼鏡の感触は取り立てて言うはとのことではない） 。

視野は、図２に示されているように、従来の双眼鏡に見られる中心より下に中心 が位置している。これは、図８に見られるように、接眼レンズ手段の構成要素１ ５ｂを傾斜させることか出来るようにするため、接眼レンズ手段内に示されたよ うな潜望鏡として通常配置された一組の平面鏡１９と２０を使用することにより 、修正することか出来る。接眼レンズ手段の構成要素１５ａと１５ｂとの間隔は 、鏡１４か右側へさらに遠く像を投射する場合、これらの鏡と生成されたより長 い光路とを収容するために増大することか出来る。

図９は図８の変形を示しており、図７に関して説明した直接視野または潜望鏡装 置か、レンズ１５ｂの間に補正レンズ２１を挿入し、かつ、鏡２０を回転するか または新しい鏡２２を挿入することにより、接眼レンズ手段内に形成される。［ ２０または鏡２２は、潜望鏡を形成するように、光路を固定鏡２３へ指向する。

構成要素１５ｂは、所定の位置にあるレンズ２１により無視てきる程度の光学的 影響しか与えないので、直接視野は拡大されないか、光学系は、レンズ２１を挿 入しまた鏡２０を回転するか、あるいは鏡２２を挿入する機構（示されていない ）により、拡大された視野へ容易に切り換えられる。

図１０は、図７に示されたハウジングに代わるほかのハウシングを示しており、 ここでは、ハウジングの構成部分２５と２６か、短い（示されていない）非使用 状態から長い使用状態へ伸縮自在に伸長する。

図７に関して、額当てを説明した。本発明による光学系の設計では、通常存在し ている正の視野曲率を反転する負の視野曲率を導入するのに役に立つ正立鏡の使 用により、接眼レンズ手段の光学的表面の倍率か減少し、使用者の眼は接眼レン ズ手段のさらに背後にあるようにすることか出来る。これにより、使用者は、遠 視、近視、及び乱視なとの使用者の光学的欠陥を補正する使用者自身の眼鏡を使 用することか出来、本発明による光学系かこれらの欠陥に対処するために調節可 能であるであることを不要としている。従って、この主要な必要条件は、遠近の 物体に焦点を合わせることてあり、これは、スプリング荷重の一つ以上の作用に より僅少距離（約３あるいは４ｍｍより小さい）を移動出来るように、鏡１２と １４、接眼レンズ手段およびまたは対物レンズユニット、または鏡１９と２０を 配置することにより行うことか出来る。双眼鏡において、焦点合わせの操作は、 個別の焦点合わせは可能であるか、両方の光学系を一つとして調節可能にするこ とにより達成される。

光学系は、図１から図５に示されている通りか、または逆さにしてハウジング内 に装着される。

光学的性能は、鏡、対物レンズユニット、及び接眼レンズ手段の複合と特性によ り最適化される。一般に、球面収差と縦方向の色は、対物レンズユニットと鏡に より制御され、横方向の色と接眼レンズ手段内の収差は、対物レンズユニットと 接眼レンズ手段との鏡の反射と屈折の影響を十分にバランスをとることにより制 御され、コマ収差は、光か大きい開口で小さく、小さい開口で大きく偏位するよ うに配置することにより制御される。鏡、対物レンズユニット、及び接眼レンズ 手段は、示されているよりも多くの構成要素を有することか出来、また、二つひ と組あるいは三つひと組のレンズなとの複合形式を使用することか出来る。

各光学系において、限定された上下の視野は、鏡、対物レンズユニット、接眼レ ンズ手段及びまたは絞りの形状により得られる。絞りの代わりに、視野レンズを 使用することも出来る。

［１１１と１２は、次のへを除いては、低倍率と高倍率の光学系をそれぞれ与え る、図１に類似した図である。

すなわち、図１１において、鏡１２はマンギン鏡てあり、その鏡のレンズ部分は 観察軸より上方にある接眼レンズ構成要素＋５ａ（これは図１では切り離されて いる）のその部分てあって、この部分は鏡を形成するために５９に銀の薄膜か施 されており、また、図１２において、鏡１２は同様であるか、鏡と接眼レンズ手 段との間に配置された補助レンズ６０に形成されている。これらの数字は、引用 された各種の表面を示すため下記の付嘱表に引用されている。

＋烙畦ｌ＋　泣虫ＶＡで　漁で７９６シ開冨め　ＩＱ’！−一」エ　４×　倍率 形 表面の　曲率中心　軸の間隔　屈折率　Ｖ値（収斂）番号　（ｍｍ）　（ｍ＋＋ ＋） （Ａ）非球面（円錐）表面 表面Ｎｏ、６１　非球面度　−１，００２２９表面Ｎｏ、　７５　非球面度　− ０，０４０３６表面Ｎｏ、　７６　非球面度　−１，１７２２４（Ｂ）反射面 ＋う（Ｅｒｒｌ；Ｌ、Ｍ中’４（ｓｕにＣＩＺ（ｌ”ｌ守’）、１５までの水平 視野を提供する。この表に記載された寸法に対する眼による救済は、約２５ｍｍ であり、接眼リングは１５ｍｍまでの水平方向の大きさを育する。Ｚ折り返し角 は約１２″である。焦点合わせは、中央の二つひと組の表面Ｎｏ、８１　円錐　 −２，２４３２７Ａ６　−２．０２２ＸＩＯ−”表面Ｎｏ、　９５　円錐　−６ ，２４３０１表面Ｎｏ、９７　円錐　−６，２４３０１外　１ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第４８４条の８）　１へ 平成０５年０３月２５日

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．正立鏡により折り返された光路を有し、光学系が、光路が折り返される方向 に対し横方向に大きい固有の開口と視野とを有することを特徴とする少なくとも 一つのレンズを含んでいる望遠鏡及び双眼鏡に使用される光学系。
2. ２．対物レンズユニットと接眼レンズ手段とを含み、光学系が、光路が折り返さ れる方向に対し横方向に大きい固有の開口と視野とを有することを特徴とする正 立鏡により、それらの間で折り返された光路を有する望遠鏡及び双眼鏡に使用さ れる光学系。
3. ３．光路がＺ字状に緊密に折り返されていることを特徴とする請求の範囲第１項 または請求の範囲第２項に記載の光学系。
4. ４．前記Ｚ字に含まれる角度が３０°より大きくないことを特徴とする請求の範 囲第３項に記載の光学系。
5. ５．前記開口と視野が前記観察軸から偏位していることを特徴とする観察軸を有 する前記請求の範囲のいずれの請求項にも記載の光学系。
6. ６．一つ以上の前記ユニット、前記手段及び鏡が非球面であり曲率中心点を有し ていないが、曲率中心と見なされる曲率中心を含んでいる領域を有していること を特徴とする請求の範囲第２項または請求の範囲第２項に依存して続くいずれ請 求項にも記載の光学系。
7. ７．少なくとも一つの鏡が、マンギン鏡を形成するようにレンズと連結しいるこ とを特徴とする前記請求の範囲のいずれの請求項にも記載の光学系。
8. ８．前記ユニットと手段が基本的焦点を有し、前記鏡一つの共通軸上にすべては 位置していない曲率中心を有していることを特徴とする請求の範囲第２項または 請求の範囲第２項に依存して続くいずれ請求項にも記載の光学系。
9. ９．前記鏡のうちの最初の鏡が、その曲率半径の１０分の１よりも大きくなく観 察軸から離れている曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第８項に記載 の光学系。
10. １０．前記曲率半径が、前記ユニットから間隔をおいて離れている前記最初の鏡 の半分と２倍の間にあることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の光学系。
11. １１．前記ユニットが、主像が前記の最初の鏡かまたはその近くに形成されるよ うに焦点距離を有することを特徴とする請求の範囲第２項または請求の範囲第２ 項に依存して続くいずれ請求項にも記載の光学系。
12. １２．前記第二の鏡が像を前記手段に隣接して出射することを特徴とする請求の 範囲第１１項に記載の光学系。
13. １３．前記手段がホイエンス型接眼レンズであることを特徴とする請求の範囲第 １１項に記載の光学系。
14. １４．使用中に使用者の眼の間隔と平行である同じ方向に大きい視野と開口が並 んで配列されていることを特徴とする前記請求の範囲のいずれの請求項にも記載 の一対の光学系を含んでいる一対の双眼鏡。
15. １５．少なくとも一つの光学系の出射ひとみが、大きい視野と開口の方向に伸長 している細長い穴の形をなしているいることを特徴とする請求の範囲第１４項に 記載の一対の双眼鏡。
16. １６．前記一対の光学系が一定の間隔にあることを特徴とする請求の範囲第１６ 項に記載の一対の双眼鏡。
17. １７．ハウジングが支持するために共に軸回転されるように配置されたユニツ鏡 と手段とを取り付けている二つの蝶番で動くハウジングを有する折り畳み可能な ハウジング内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の一 対の双眼鏡。
18. １８．より短い長さに自在に伸縮するように構成されているハウジング内に配置 されている請求の範囲第１６項に記載の一対の双眼鏡。
19. １９．各光学系が潜望鏡型観察手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第 １４項から第１８項のいずれの請求項にも記載の一対の双眼鏡。
20. ２０．観察手段か、リフレックスカメラと同様に見て次に観察することが出来る ように配置された一対の鏡で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１９ 項に記載の一対の双眼鏡。
21. ２１．すべの光学的表面の倍率が普通の双眼鏡と比較して低い接眼レンズ手段を 有し、かつ携帯者が通常使用しているすべての眼鏡を使用することが出来るよう に、携帯者の眼を接眼レンズ手段から比較的に遠く離れて置かれている額当てを 有することを特徴とする請求の範囲第１４項から第２０項のいずれの請求項にも 記載の一対の双眼鏡。
22. ２２．物体を遠近に調節するために少なくとも一つの光学的要素を変位する手段 を有することを特徴する請求の範囲第１４項から第２１項のいずれの請求項にも 記載の一対の双眼鏡。
23. ２３．使用者の眼が、通常の眼鏡をかけることが出来る接眼レンズ手段の背後比 較的に離れてあるように、比較的に低い表面倍率の接眼レンズ手段を有すること を特徴とする一対の双眼鏡。