【発明の詳細な説明】
双眼鏡及びその他の目視補助機器のための光学系
発明の分野
本発明は、英国特許出願第２２４９４４０６Ａ号明細書に開示されているよう
な複数の反転鏡と一緒に使用するための光学系に関する。
発明の背景
我々の英国特許出願第２２４９４４０６号明細書で、我々は、反転鏡を使用し
た光学系を開示した。本発明は、そのデザインの改善を目指す。
発明の要約
本発明は、第２の反転鏡が、対物レンズの背後でかつ対物レンズと第１の反転
鏡との間に配置されている、反転鏡を使用した光学系を提供する。
第２の鏡をこのように配置することにより、第２の鏡は、従来より小型化され
る。この第２の鏡のデザインに光学的補正を組込むことはより困難になるが、し
かしそれでも許容可能な光学的品質を得ることができる。更に、この第２の鏡の
小型化に起因して、小型鏡に光学的補正を組込むコストが小さくなる。
小型鏡の重要な利点は、鏡が低コストであり、光学系を納める容器も小型化さ
れ、これにより機器全体の体積及び重量が低減される。
より複雑なレンズ系につきもののコストの増加や、より複雑なレンズ組立に起
因する重量の増加を回避しつつ、捕捉光線量を増大させ及び／又は表示視界を広
めるために大型化できる比較的簡単な対物レンズ系と比較的簡単な接眼レンズユ
ニットとを使用することができる。種々の問題は、反転鏡において処理される。
鏡がマンジャン（Mangin）タイプのレンズである場合、レンズ材料の一部のみを
メッキ（銀メッキ）し、その上部を、通常は負の度数を有する通常のレンズとし
て機能するようにして、望遠タイプのレンズを形成するために対物レンズと協働
さ
せるようにすることも可能である。これにより元の対物レンズを更に後退させる
ことができる。これにより機器長を短縮でき、または光学的補正を改善でき、ま
たはその両方が可能となる。
２つの鏡の間を間隔を変化することにより、目視補助機器の焦点を合せるため
のユニットとして反射鏡を用いることができ、短い移動距離しか必要としないの
で、電気機械的材料を用いて、目視補助機器をプッシュボタンにより焦点合せで
きるようにすることができる。
このデザインの利点は、光学系の複雑性を、光線束が細く、従って鏡がより小
さい光学系中心領域内にある２つの反転鏡の中に集中させることができることに
由来する。対物レンズにおいては、視界角度が小さいものであっても、目視補助
機器の口径を最大化するために光線束は十分に広い。接眼レンズにおいては、視
界角度と射出瞳距離（アイレリーフ）を大きくとるためには、各光線束の口径が
小さい場合であっても、レンズのサイズは大きくなければならない。この新規の
構成では、光線束の大きさ及び視界角度値は双方ともに、中央領域内において程
々の大きさであり、従って、この領域内の構成部品はさほど大きなものとはなら
ない。これは、中央領域にあるこれらの要素を、その重量及びコストを過度に増
加せずに、複雑なものにすることが可能であることを意味する。従って、対物レ
ンズ及び接眼レンズの大きい構成要素は、単純なものとすることが可能であり、
これらの構成要素は径が大きいにもかかわらず、コスト及び重量が比較的小さく
てすむ。これは、従来の双眼鏡及びその他の光学系に比してより好適である。何
故ならば従来の双眼鏡又はその他の光学系では、光路がプリズムにより畳まれ、
プリズムが単に写像方向を補正するだけで、すべての光学的補正が対物レンズ又
は接眼レンズで行われなければならないからである。本発明における中央構成要
素に求められる複雑性が、機器に必要な光学的補正の品質と、中央ユニット自身
の長さとに依存することは当然である。良好な補正は、中央ユニットの全長と、
その部品の直径との間の比が約４：１〜１．２：１の場合に得られる。
機器の倍率が増加すると、通常、対物レンズは直径が大きくなり、焦点距離が
長くなる。これにより対物レンズは、更に中央光学ユニットの前に移動する。英
国特許出願第２２４９４４０６号明細書に開示されている有利な構成に比較して
、前方のマンジャン鏡の位置は、後方のマンジャン鏡により主に決まり、対物レ
ンズに受ける影響は少ない傾向がある。
本発明の別の形態は、複数の光路が互いから偏光スクリーンの使用により分離
されている反転鏡を使用する光学系を提供する。
従来の光線バッフルを用いると、光線が中央光学要素を迂回して直接に接眼レ
ンズに到達することが可能である。偏光スクリーンは、従来の光線バッフルより
大きいことが可能であり、したがって光線が中央光学ユニットを迂回できず、ひ
いては直接に接眼レンズに到達できないようにすることができる。偏光スクリー
ンを通過する有効光線は、利用できる。
本発明は、例えば双眼鏡又はスポッティングスコープに適する。
第１図は、本発明の光学系の１つの構成を示す概念図である。
第２図は、本発明の光学系の第２の構成を示す概念図である。
第３図は、種々の表面を区別して示す別の１つの実施例の概念図である。
第４図は、本発明の光学系の別の１つの実施例の概念図である。
好適実施例の説明
第１図は、光線が対物レンズ１１を通過して反転鏡系１２に到達し、反転鏡系
１２は、第１のマンジャン（Mangin）タイプの鏡１３と第２のマンジャンタイプ
の鏡１４と、鏡１３の銀メッキされていない下半部及び別のレンズ１５により形
成されているレンズ列とから成る光学系を示す。レンズ１３及び１５から、光線
は、レンズ１６及び１７により形成されている接眼レンズユニットに到達する。
第２図の場合も構成は類似しており、同一部分は同一の参照番号により示され
ている。相違点は、第２の鏡１４の上半部が銀メッキされておらず、対物レンズ
１１と第１の鏡１３との間の光路の中に突出し、対物レンズと協働し、これによ
り望遠タイプレンズが形成される。
この上半部の効果が、負の度のレンズの効果である場合、対物レンズを右に移
動でき、これにより機器の長さを短縮できるか、又は同一距離を維持して機器を
より良好に補正できる。
これら２つの実施例において、２つの反転鏡は、光線が集中する系の中央領域
内にある。光学誤差の良好な補正は、マンジャン鏡により形成されている中央ユ
ニットの全長が、その構成要素の直径の約１．２〜４倍である場合に得られる。
前述の図は双方とも、×８の倍率を提供するのに適するが、しかしその原理は
、任意の倍率、例えばスポッティングスコープ等に使用される×２０及び×４０
等の高い倍率にも適用できる。
両方の図において、目視補助機器の焦点を合せるために鏡の間隔又は位置を調
整する（図示されていない）手段を設けることができる。
図３においても配置は同様であり、同一の参照番号が使用されている。２つの
構造的相違点がある、すなわち接眼ユニットの中にさらなるレンズ３０が使用さ
れている点と、第１のマンジャンレンズが、実際の鏡を形成するための銀メッキ
をレンズに使用せず、別個の合成樹脂材料要素を銀メッキすることにより形成で
きる別個の鏡３５を使用する点とである。このような別個の要素を使用すること
により、レンズは設計が簡単になり、非球面性をこの別個の要素の中に取り込む
ことができる。このような要素は軽量でもあり、従って、目視援助機器の焦点を
合すために動かすことが、僅かな力で容易に可能である。この実施例は、１０×
２５／３５の設計のためであり、９．７×の倍率及び１８ｍｍの射出瞳距離（ア
イレリーフ）を有する。対物レンズは半円形であり、直径が２７ｍｍであり、切
欠して２５ｍｍ×３５ｍｍの楕円形口径を形成することもできる。水平視界は、
８゜又は９゜まで良好に補正でき、１０゜又はそれに近い値の最大値を有し、こ
れは、肉眼における９５゜以上に匹敵する。
次の表は、光学要素の主な寸法及び特性を示す。
（Ｍ）反射表面
３５ 前部表面鏡
３７ マンジャンタイプの鏡
第１の鏡をレンズの僅か後方の純粋な反射表面として形成し、第２の鏡も同様
に形成するか、第１の鏡をこのように形成する代りに第２の鏡をこのように形成
することも可能である。第２の鏡をこのように形成する利点は、第１の鏡に関し
て述べた利点と同様であるが、しかし第１の鏡の場合程に効果的ではないように
思われる。
第４図は、新規のバッフル配置を示す。通常の不透明のバッフルの代りに、過
大寸法の不透明のバッフルに類似の作用を有する第１の偏光スクリーン１９が、
下方から対物レンズを通過する光線の中に突出する。光線の大部分は、このスク
リーンを通過せずに第１の鏡に到達するが、しかし底部の方の光線は、このスク
リーンを通過する。第２のスクリーン２０は、反転系１２の出口又はその近辺に
おいて上方から光路の中に突出し、鏡を通過せずに直接に対物レンズから接眼レ
ンズに到達する好ましくない光線を遮断するように偏光されている。一部の有効
光線は、第１のスクリーン１９を通過して第１の鏡に到達し、次いで第２の鏡に
到達するが、これを省くために、各通過路毎に１／４波長遅延させる、第２の鏡
１４に関連して設けた遅延プレート２４により、第１のスクリーンを通過して第
１の鏡から反射された光線が遅延プレート２４を通過するようにすることも可能
である。光線が、第２の鏡への光路の上で遅延プレート２４通過するだけでなく
、第２の鏡により反射された後にも遅延プレート２４を通過することが看取され
よう。これにより、好ましくない光線を完全の遮断できる一方、有用な光線がス
クリーン２０を通過する際の減衰量を許容範囲内に保持できる。
すべての実施例において、光線束又は少なくとも内在的に使用可能な光線束は
、非円形であり、従って光路は、自身の上に密に折畳むことが可能である。
この明細書では、第１の鏡は、物理的にはバックミラーにあたるが、しかし最
初に光線を反射するものであり、第２の鏡は、物理的にバックミラーすなわち第
１の鏡の前に位置する。
本発明の別の１つの形態は、双眼鏡とカメラとの組合せに関する。双眼鏡は上
記のものであってよい。この実施例の双眼鏡・カメラ組合せでは、双眼鏡は、双
眼鏡の出口点の内側近辺に反射形鏡を備え、双眼鏡には、反射タイプの鏡が設け
られ、この鏡が作動されると光線が側方へ反射される。反射光は、前記反射タイ
プの鏡に到達する前に双眼鏡の中か、または前記反射鏡により反射された後に実
質的に平行光線束にされ、カメラは、この平行光線束を受光するために双眼鏡の
光軸から離れて取付けられる。
カメラが受光する光線は、平行光線束にされているので、カメラの位置決めは
、重要でなく、カメラレンズを除去することは不要である。カメラは、双眼鏡の
通
常の使用を邪魔せず、従って双眼鏡は、カメラを使用してもこれにほとんど邪魔
されずに通常通りに使用できる。
第５図は、このような双眼鏡・カメラ組合せを示す。
第５図は、英国特許出願第２２４９４４０６Ａ号明細書に記載のように双眼鏡
の中の一対の光学経路のうちの一を示す。対物レンズ１は、光線が一対の反転鏡
２及び３を通過し、次いで接眼レンズ用の組合せ部品４及び５に到達するように
光線を向ける。前記組合せの部品４と５との間には、一対の平面鏡６及び７が配
置されている。本発明では鏡７は、一種の反射鏡として用いられ、この反射鏡は
、位置８での通常の使用においては、光線が組合せ部品４及び５の第２の部を通
過するように光線を向ける。作動されると、この鏡７は位置９に移動して、光線
を側方へ向かってコリメータレンズユニット１０の中に反射するが、このコリメ
ータレンズユニット１０は、部品５の働きと同様に、カメラ１１の入口の前で光
線を平行光線束にする。位置９は、カメラの光軸が双眼鏡の光軸に直角にするよ
うに定められているか、又はカメラが傾斜してユーザの顔面から更に遠ざかるよ
うに定められている。
本明細書では、側方とは、単に水平方向だけでなく下方又は上方も意味するこ
とがある。ただしこれは、側方が、双眼鏡を通過する光線の一般的方向の横方向
の意味を有することを前提とする。
双眼鏡へのカメラの取付けは任意の形式でよいが、しかしこれは、カメラが、
ほぼ正しい方向に向いていることを前提とする。任意の僅かな誤差により視界の
ある程度の損失が発生することはありうるが、しかし映像品質は僅かしか又は全
く劣化しない。双眼鏡の光学系が、平らな視界像を有する場合、光線は、ユニッ
ト１０によりほぼ完全に平行光線束にされる。完全な平行光線束から僅かでもず
れると、映像品質がある程度劣化するが、しかしこの劣化は許容範囲内に収まる
。
本発明は、反射鏡の位置に制限されず、当業者にとっては別の位置又は向きが
有利であることもある。
本発明の使用中、カメラは、撮影が必要であると感じた場合にはいつでも取付
けられ、取付けが終わると双眼鏡を通常のように使用できる。写真を撮影する場
合、反射鏡が作動され、カメラのシャッタが操作される。次いで双眼鏡を、通常
の使用に戻すことができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention Optical Systems for Binoculars and Other Visual Aids The present invention is used with a plurality of reversing mirrors as disclosed in British Patent Application No. 22494406A. Optical system for. BACKGROUND OF THE INVENTION In our British patent application No. 22494406, we disclosed an optical system using a reversing mirror. The present invention seeks to improve its design. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an optical system using a reversing mirror, wherein a second reversing mirror is arranged behind the objective lens and between the objective lens and the first reversing mirror. By arranging the second mirror in this manner, the second mirror can be made smaller than ever. Incorporating optical correction into this second mirror design becomes more difficult, but still acceptable optical quality can be obtained. Furthermore, due to the miniaturization of this second mirror, the cost of incorporating optical correction into the small mirror is reduced. An important advantage of small mirrors is that they are low cost and the containers that house the optics are also small, which reduces the overall volume and weight of the instrument. Relatively simple to increase the amount of captured light and / or increase the viewing field while avoiding the increased cost associated with more complex lens systems and the increased weight associated with more complex lens assemblies. An objective lens system and a relatively simple eyepiece lens unit can be used. Various problems are dealt with in the mirror. If the mirror is a Mangin type lens, only a portion of the lens material is plated (silver plated) and the top of it functions as a normal lens, usually with negative power, for telephoto viewing. It is also possible to work with an objective lens to form a lens of the type. This allows the original objective lens to be further retracted. This can reduce equipment length, improve optical correction, or both. By changing the distance between the two mirrors, the reflector can be used as a unit for focusing the visual aids and requires only a short travel distance, so using an electromechanical material Auxiliary equipment can be made to be focusable by a push button. The advantage of this design comes from the fact that the complexity of the optics can be concentrated in two inverting mirrors, where the bundle of rays is narrow and thus the mirrors are in the smaller central region of the optics. In the objective lens, even if the field of view is small, the light flux is wide enough to maximize the aperture of the visual aid. In the eyepiece, the size of the lens must be large in order to increase the field of view angle and the exit pupil distance (eye relief) even if the diameter of each ray bundle is small. With this new configuration, both the ray bundle size and the field of view angle values are modest in the central region, and thus the components in this region are not very large. This means that these elements in the central area can be complicated without unduly increasing their weight and cost. Thus, the large components of the objective and eyepiece can be simple, and despite their large diameter, these components can be relatively low in cost and weight. This is more suitable than conventional binoculars and other optical systems. This is because in conventional binoculars or other optical systems, the optical path is folded by a prism, which simply corrects the image direction, and all optical correction has to be done in the objective or eyepiece. is there. It goes without saying that the required complexity of the central component of the invention depends on the quality of the optical correction required for the instrument and the length of the central unit itself. Good correction is obtained when the ratio between the total length of the central unit and the diameter of its parts is about 4: 1 to 1.2: 1. As instrument magnification increases, objective lenses typically have larger diameters and longer focal lengths. This causes the objective lens to move further in front of the central optical unit. Compared to the advantageous configuration disclosed in British Patent Application No. 22494406, the position of the front Mangin mirror is mainly determined by the rear Mangin mirror and tends to be less affected by the objective lens. . Another form of the invention provides an optical system that uses a reversing mirror in which multiple optical paths are separated from each other by the use of polarizing screens. With conventional ray baffles, it is possible for rays to bypass the central optical element and reach the eyepiece directly. The polarizing screen can be larger than a conventional ray baffle, thus preventing rays from circumventing the central optical unit and thus not directly reaching the eyepiece. The available rays that pass through the polarizing screen are available. The invention is suitable, for example, for binoculars or spotting scopes. FIG. 1 is a conceptual diagram showing one configuration of the optical system of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a second configuration of the optical system of the present invention. FIG. 3 is a conceptual diagram of another embodiment in which various surfaces are distinguished and shown. FIG. 4 is a conceptual diagram of another embodiment of the optical system of the present invention. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows that a light beam passes through an objective lens 11 and reaches an inverting mirror system 12, which comprises a first Mangin type mirror 13 and a second Mangin type mirror 13. 1 shows an optical system consisting of a Jean type mirror 14 and a lens array formed by a lower half of the mirror 13 which is not silver-plated and another lens 15. From the lenses 13 and 15, the light rays reach the eyepiece unit formed by the lenses 16 and 17. In the case of FIG. 2 as well, the configuration is similar, and the same parts are designated by the same reference numerals. The difference is that the upper half of the second mirror 14 is not silver-plated and projects into the optical path between the objective lens 11 and the first mirror 13 and cooperates with the objective lens, thereby A type lens is formed. If this upper half effect is a negative degree lens effect, then the objective can be moved to the right, which can reduce the length of the instrument or keep the same distance to make the instrument better. Can be corrected. In these two embodiments, the two mirrors are in the central region of the system where the rays are concentrated. Good correction of the optical error is obtained when the total length of the central unit formed by the Mangin mirror is about 1.2 to 4 times the diameter of its components. Both of the above figures are suitable for providing a magnification of x8, but the principle is also applicable to any magnification, for example higher magnifications such as x20 and x40 used in spotting scopes and the like. In both figures, means (not shown) may be provided to adjust the mirror spacing or position to focus the visual aid. The arrangement is similar in FIG. 3 and the same reference numbers are used. There are two structural differences, namely that an additional lens 30 is used in the eyepiece unit and that the first Mangin lens does not use silver plating on the lens to form the actual mirror. , Using a separate mirror 35 that can be formed by silver plating a separate synthetic resin material element. The use of such a separate element simplifies the design of the lens and allows asphericity to be incorporated into this separate element. Such an element is also lightweight and therefore can be easily moved with little force to bring the visual aid into focus. This example is for a 10 × 25/35 design and has a magnification of 9.7 × and an exit pupil distance (eye relief) of 18 mm. The objective lens is semi-circular, has a diameter of 27 mm, and can be notched to form an elliptical aperture of 25 mm × 35 mm. The horizontal field of view can be well corrected to 8 ° or 9 ° and has a maximum of 10 ° or close to, which is comparable to 95 ° or higher in the unaided eye. The following table shows the main dimensions and properties of the optical elements. (M) Reflective surface 35 Front surface mirror 37 Mangin type mirror The first mirror is formed as a pure reflective surface slightly behind the lens and the second mirror is formed in the same way, or the first mirror is formed. Instead of forming in this way, it is also possible to form the second mirror in this way. The advantages of forming the second mirror in this way are similar to those mentioned for the first mirror, but appear not to be as effective as for the first mirror. FIG. 4 shows the new baffle arrangement. Instead of the usual opaque baffles, a first polarizing screen 19, which acts like an oversized opaque baffle, projects from below into the light beam passing through the objective lens. Most of the rays do not pass through this screen and reach the first mirror, but the rays towards the bottom pass through this screen. The second screen 20 projects into the optical path from above at or near the exit of the inverting system 12 from above and is polarized so as to block undesired light rays reaching the eyepiece from the objective lens directly without passing through the mirror. ing. Some of the useful light rays pass through the first screen 19 to reach the first mirror and then to the second mirror, but to avoid this, a quarter wavelength delay is made for each pass. It is also possible that the delay plate 24 provided in association with the second mirror 14 allows the light rays passing through the first screen and reflected from the first mirror to pass through the delay plate 24. . It will be appreciated that the ray will not only pass the delay plate 24 on the path to the second mirror, but will also pass through the delay plate 24 after being reflected by the second mirror. As a result, the unwanted rays can be completely blocked, while the useful rays can be kept within the allowable range when passing through the screen 20. In all embodiments, the bundle of rays, or at least the bundle of rays that can be used intrinsically, is non-circular, so that the optical path can be tightly folded onto itself. In this specification, the first mirror physically corresponds to the rearview mirror but reflects the light rays first, and the second mirror physically precedes the rearview mirror or first mirror. To position. Another form of the invention relates to a combination of binoculars and a camera. The binoculars may be as described above. In the binoculars-camera combination of this embodiment, the binoculars are equipped with a reflector mirror near the inner side of the exit point of the binoculars, the binoculars are provided with a reflection type mirror, and when this mirror is activated, the light rays are directed lateral Is reflected to. The reflected light is made into a bundle of substantially parallel rays in the binoculars before reaching the reflection type mirror or after being reflected by the reflector, and the camera is binoculars to receive the bundle of parallel rays. Mounted away from the optical axis of. Since the rays received by the camera are collimated, the positioning of the camera is not important and it is not necessary to remove the camera lens. The camera does not interfere with the normal use of the binoculars, so that the binoculars can be used normally with little interference with the use of the camera. FIG. 5 shows such a binocular / camera combination. FIG. 5 shows one of a pair of optical paths in binoculars as described in British Patent Application No. 22494406A. The objective lens 1 directs the light rays so that they pass through a pair of reversing mirrors 2 and 3 and then to the eyepiece combination parts 4 and 5. A pair of plane mirrors 6 and 7 is arranged between the components 4 and 5 of the combination. In the present invention, the mirror 7 is used as a kind of reflector, which in normal use at position 8 directs the light beam so that it passes through the second part of the combination part 4 and 5. . When actuated, this mirror 7 moves to position 9 and reflects the light rays laterally into the collimator lens unit 10, which, like that of the component 5, acts in the camera. The rays are collimated in front of the entrance of 11. Position 9 is defined so that the optical axis of the camera is at right angles to the optical axis of the binoculars, or the camera is tilted further away from the user's face. As used herein, lateral may mean not only horizontally but also downward or upward. However, this assumes that the sides have the lateral meaning of the general direction of the rays passing through the binoculars. The mounting of the camera on the binoculars can be of any form, but this assumes that the camera is oriented in the correct direction. It is possible that any slight error will cause some loss of visibility, but there will be little or no degradation in image quality. If the optics of the binoculars have a flat field of view image, the rays are almost perfectly collimated by the unit 10. Even a slight deviation from the perfect parallel ray bundle will degrade the image quality to some extent, but this degradation will be within an acceptable range. The present invention is not limited to the position of the reflector, and other positions or orientations may be advantageous to those of ordinary skill in the art. During use of the present invention, the camera can be mounted whenever it feels necessary to take a picture, and the binoculars can be used as usual once mounted. When taking a picture, the reflector is activated and the shutter of the camera is operated. The binoculars can then be returned to normal use.
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