JPS584326B2 - 双眼鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学系の光軸に対する物体面又は像面の傾斜を
変化させる双眼鏡装置に関する。

光学系の性能を著しく悪くする原因として、光学系の平
面又は曲面の物体面又は像面が光軸に直角でないことが
ある。

それ故、光学機器の設計に際しては、物体面又は像面が
光軸に対して傾斜する時は、物体面又は像面の位置を修
正して光軸に垂直とすることが望ましい。

例えば、双眼鏡においては、夫々の光軸に対して物体面
が傾斜すると共に孔軸相互は対称である。

反対の場合も生ずる。

即ち、物体面は光軸に垂直であり、像面が光軸に垂直な
平面に対して傾斜する。

この問題点を一般形で表現すれば、光軸に対する像面の
傾斜が光軸に対する物体面の傾斜とは異なる値となる。

物体面又は像面の傾斜は現在迄は平面の物体面等の垂線
が光軸に対しての角度であると定義されている。

本発明の目的は、物体面と像面との中間の光経路を通る
時に傾斜角度を変化させる双眼鏡装置を提供する。

この傾斜角度の変化をフィールドを傾斜させると称する
。

フィールドの傾斜は光学系には通常生ずることであるが
詳細な記述はない。

第１図に示す光学系は１個のレンズＬを有する最も簡単
な例である。

物体面ＢＡＣは紙の面上の光軸ＡＡ’に対する垂線ｎに
対して角度ｉであり、像面Ｂ’Ａ’Ｃ’は垂線ｎ′に列
して角度ｉ′である。

通常ｉとｉ′とは異なる値である。ｉ′＝ｇｉによって
示され、ｇはレンズＬの倍率であり、共軛点Ａ，Ａ′迄
の距離の比となる。

上述の関係から、ｉ，ｉ’は一方が０でない時は他方も
０ではない。

倍率ｇが０の時はｉ′＝０となるが、フィールドが無限
遠でない時は対物レンズの度は無限大になる。

このような装置は垂線に対して傾斜としたフィールドと
することはできない。

更に、所定の傾斜角度とするためには、フィールドの正
確な倍率とする必要があり、好ましくない。

複雑な単光軸の光学系についても同じ結論になる。

この種光学系の像形成に際して収差を生ずる欠点を有す
ると共に、特定使用条件のみに対する傾斜問題の解決で
あるため、実用にはならない。

物体面又は像面を傾斜させる他の光学系は屈折プリズム
である。

既知の放射屈折用プリズムが光学装置に使用されたのは
、像面の傾斜のためではなく、放射を偏向させるためで
ある。

偏向と傾斜とは同時に生ずるが、偏向のみを利用され、
傾斜に関しては無視されてきた。

現在迄は、プリズムによって生ずる傾斜の問題について
は極めて特殊の使用条件に限られていた。

即ち、プリズムに対する物体面の相対位置に関して必然
的に生ずる傾斜の問題である。

収差の著しく小さい像面を得るためには物体面の平面が
プリズムの屈折縁を通る必要がある。

この要件を満足させるためには、プリズムの位置を物体
面の位置に合致させる必要がある。

このため、この合致が不可能な適用例についてはプリズ
ムを使用できない。

この種の適用例として、物体面を２組の光学系に共通と
し、両光学系の光軸が物体面の中心において収束し、物
体面の傾斜は光軸及びプリズムに対して異なる傾斜であ
る場合がある。

この種の適用例については上述の解決法では両光学系に
反対の要求を生ずることになる。

上述の適用例として、双眼鏡の光学系があり、２組の対
称の光路を有する。

本発明はこの種の光学系を提供する。

この光学系においては、物体面が観察点の関数として傾
斜するため、可変の焦点誤差を生ずる。

即ち、両光学系の光軸は対称であるため、観察者には両
眼について反対方向の焦点変化を生じ、左目、右目につ
いては、物体面のある点が物体焦点平面よりも夫々前及
び後となって見える。

この誤差を許容し得る範囲は見かけの視界の関数であり
、このため、双眼鏡の視界の角度は小さい値に限定され
る。

本発明は光学系の物体面又は像面の傾斜の問題を解決し
、光学系において傾斜を意識的系統的に取扱い得る方法
と装置とを提供する。

本発明の目的は、光学系の倍率に影響することなく、物
体面、像面の傾斜を生じさせる光学系を提供する。

本発明の他の目的は、最初に光軸に対して傾斜した物体
面を像面において光軸に垂直とする光学系を提供する。

本発明の別の目的は、物体面又は像面の傾斜を生じさせ
る光学系を提供し、物体面の附近とする必要がなく、同
じ物体面を複数組の光学系に使用され、夫々の光学系に
傾斜素子を組合せた光学系とする。

上述の目的を達するために、本発明によって屈折プリズ
ムを使用する。

本発明はプリズムによる傾斜変化を生じさせるために偏
向を生じさせる。

この偏向は既知の光学系の単なる偏向ではなく、傾斜に
伴う効果を生じさせるために使用する。

本発明の光学系に使用するプリズムの屈折率は周囲物質
の屈折率よりも大とすることも小とすることもできる。

例えば空気内のガラスプリズム又は反対にガラス内の空
気プリズムを使用できる。

プリズムを設けた媒体の屈折率はプリズムの入口と出口
では異なる屈折率の媒体とすることもできる。

明細書においては、プリズム自体は物体面像面に対して
曲率を生じさぜないため、平面のフィールドとして説明
したが、曲面の物体面についても適用でき、曲率は像面
において変化することはない。

本発明による光学系の光軸に対する物体面又は像面の傾
斜を変化させる装置の特徴は、最大１／３ラジアンの小
さな頂角を有する放射屈折プリズムを設け、入射瞳を無
限遠又は箸しく大きくし、物体面又は像面をプリズムか
ら任意の有限の距離とし、光の入射角をプリズムの最小
偏差の生ずる入射角にほぼ等しくする。

上述のプリズムの実施例は、、ガラス内の空気プリズム
又は空気内のガラスプリズムとする。

本発明の装置は光軸に対する物体面又は像面の傾斜を変
化させる装置に使用できる。

本発明の装置の適用例として２組の光学系を組合せた双
眼鏡があり、物体面は夫々の光学系の光軸に対して異な
る傾斜である。

本発明によって新らしい双眼鏡を提供する。

本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
。

以下の説明において、第１に傾斜の定義並びに基本的考
察を説明し、次に実施例について説明する。

放射を屈折するプリズムの基本的光学特性、例えば偏差
、最小偏差、光線束の非点収差、倍率、分散等に関して
は既に各種刊行物に詳細に記載されている。

しかし、これら刊行物には光学系のフィールドの傾斜に
ついては記されていない。

この理由は、屈折プリズムの形成する像は通常は非点収
差を生じ、像面ば１個ではなく、サジツタル面とメリジ
アナル面との２個となり、傾斜の影響のみについて論ず
る必要が少ないことによる。

更に、サジツタル面とメリジアナル面とは通常は物体面
と同じ曲率ではなく、屈折した光軸に対して同じ傾きで
はないため、傾斜の定義はあいまいであり使用条件によ
って異なる量となる。

本明細書においては光軸の傾斜の定義を明確にする。

本発明ζこよる装置は、フィールドのすべての点におい
て、更にフィールドの各点から物体までの任意の距離に
おいて、物体面の像を非点収差のほとんどない像とする
。

本発明による光学系の第１段階として、プリズムは無限
遠の入射撞の場合に主光線が互に平行であり、特定の主
光線は光軸に平行であり、光線の入射角はプリズムの最
小偏差に一致するようにする。

本発明の第２段階として、プリズムの屈折角について考
察する。

プリズムの屈折する光線束の非点隔差αはフイルードの
一点に対して次の式によって示される。

α＝Ｆ・ｘ−Ｇ・ｅ ・・・・・・・・・（１）
上式において、ＦとＧとはプリズム並びにプリズムを囲
む媒体の屈折率を含む関数であり、更にプリズム表面に
おける光線の入射角の関数である。

ｘとｅとは、プリズムから物体迄の距離、及びプリズム
内を物体に向けて光線の伝播する距離である。

プリズムは最小偏差であるためフィールドのすべての点
においてＦ＝０であり、非点収差はｅのみの関数となる
。

本発明によってプリズムの屈折角を小さな値とすれば、
ｅは小さな値となる。

Ｇは１より著しく小さいため、Ｇｅも小さな値となる。

即ち、上述の各条件を満足するプリズムは、最小偏差に
おいて、フィールドのすべての点で非点収差は零であり
、プリズムと物体との相対位置には無関係になる。

即ち、本発明の光学系はフィールドはプリズムから任意
の位置とすることができる。

第２図は本発明によるフィールドを傾斜させる装置の実
施例を示す。

第２図によって、傾斜の値を計算することができる。

第２図のＣＳＤは傾斜を生ずるプリズムの主断面を示す
。

プリズムの屈折率は周囲媒体の屈折率よりも犬と仮定す
る。

Ｓは主断面の頂点である。プリズムの入射瞳は光線束の
近軸光線Ｒ１，Ｒ２の方向の無限遠にあり、プリズムの
最小偏差を受ける。

近軸光線Ｒ１，Ｒ２は第２図の紙の面にある。光線Ｒ１
はプリズムの頂点Ｓを通る。

同軸光線Ｒ１，Ｒ２に対して直角の物体面と紙の面との
交わる線をＢＣとする。

プリズムによって生ずる点Ｂ，Ｃの像Ｂ′，Ｃ′は光線
Ｒ１′，Ｒ２′の延長線上にある。

プリズムの射出面ＳＤによって光線Ｂ，Ｃを屈折した方
向をＲ１′，Ｒ２′とする。

このフィールドの傾斜は零である。

しかし、このフィールドの像Ｂ′，Ｃ′の屈折光線に対
する傾斜は零ではない。

光線Ｒ１′，Ｒ２′に対する共通垂線と線Ｂ′，Ｃ′の
なす角βは所要の傾斜を変化、即ち、物体面ＢＣが子午
線又は光軸に対して傾いた角度である。

この角度の値は次式によって得られる。

Ａはプリズムの頂角であり、ｎはプリズムと周囲媒体と
の屈折率の比である。

最小偏差Δ−（ｎ−１）Ａであるため、傾斜の値は常に
最小偏差より大である。

最小偏差はプリズムによって生じ、フィールドの回転の
方向は偏差の方向即ち矢印２１．２２の方向とは反対で
ある。

即ち本発明によって、フィールドの回転と偏差との組合
せ効果によって、光軸に対するフィールドの傾斜の変化
が得られる。

第２図において、点Ｂが光線Ｒ１に沿って移動しても傾
斜角は変化しない。

即ち、物体面が光軸に直角でない場合にも傾斜角は変化
しない。

このため、物体面とプリズムとの相対位置は傾斜角に無
関係である。

第２図の光線、経路を反対向きとして物体と像とを逆に
すれば、傾斜した物体面Ｂ’Ｃ’を光軸に直角の面ＢＣ
に修正することが可能である。

上述のプリズムをガラス内の空気プリズムとすることも
できる。

物体面と像面とはガラス内となり、この場合の傾斜の値
は（２）式から計算できる。

（２）式のｎは空気プリズムを囲むガラスの屈折率とな
る。

本発明は、プリズムの入口における周囲媒体と出口にお
ける周囲媒体が同じでない場合にも適用できる。

非点収差を計算する式は複雑になるが、プリズムの入口
面における入射角として、非点収差が小さく、入口面に
対するフィールドの距離に無関係であり、フィールドの
傾斜を生ずる特定の入射角を求められる。

説明を簡単にするために平面フィールドのみについて説
明するが、曲面フィールドについても同様に適用できる
。

上述の使用条件においては、プリズムはフィールドの曲
面を生じない。

即ち、本発明の方法によって、曲面のフィールドの傾斜
を生じさせる場合には、最初のフィールドの曲率が保た
れる。

本発明は、フィールドの傾斜の変化を必要とする場合に
、フィールドを傾斜させる上述の方法を適用できる。

本発明による前述の方法を繰返すことによって像に悪影
響を生ずることなく数回の傾斜を行はせることができる
。

光学装置においてフィールドを傾針させる利点は、フィ
ールドを光軸に直角の位置に戻し、見かけの有効フィー
ルドを大きくすることができる。

この種の光学機器の例として、物体を双眼で見る場合が
あり、物体面は両光路の光軸に対して傾斜している。

以下、本発明の実施の例として双眼鏡について説明する
。

第３図は本発明を適用するための既知の双眼鏡の対称面
に沿う断面図を示す。

物体平面は平凸レンズ３１の平面の位置とする。

この面の中心Ｏはレンズの凸面の曲率中心に一致し、レ
ンズの厚さは屈折球面３０の半径に等しい。

Σは機器の対称軸であり、０を通る。

対称軸の両側には収束屈折面３２，３２１を配置する。

屈折面３２，３２１の光軸３３，３３１は物体の中心Ｏ
を通り、対称軸Σに対する角度γとする。

ビーム３３，３３１は屈折面を通った後にガラスのブロ
ック３７，３７１内を伝播する。

このビームは面３４．３５及び３４１，３５１において
２回反射して出口面３６，３６１において目に達する。

各光路について、組合せ光学系の物体焦点が中心Ｏに一
致するように屈折面の屈折力を定める。

第３図の光学系は、鏡を除外すれば、夫々の目について
２個の厚い平凸レンズを凸面が互に対向するように配置
し、中間に狭い空隙を設け、両レンズの一方は両光路に
共通とする。

上述の光学系は互に傾斜し、物体面に対して傾斜した２
本の光軸を有する。

各光路の光軸に対する傾斜のために矩形の物体が台形に
見えるのを防ぐためには、入射瞳を無限大とする必要が
ある。

即ち、本発明の第１段階によって、入射瞳を両光路の組
合せの像焦点にほぼ一致させる。

これに対して物体面上の中心Ｏから距離ｙにある点Ｂは
左又は右の目に対して物体焦点面から前又は後にある。

左右の目では異って見えるフイールドの同じ点の距離の
差を最大許容値、例えば１／２ジオプトルとすることに
よって、物体の半視野ｙ又は見かけの角度的半視野α’
（ｔａｎα′＝ｙ／ｆ）の最大値を光学系焦点距離ｆ
の関数として定め得る。

ｆはｎｍとし、ｎ１は球３１のガラスの屈折率とする。

例えば焦点距離ｆ＝３０ｎｍとすれば角度視野２α′は
２５°以下となる。

本発明の光学系においては、見かけの視野の制限を狭く
することもでき、４０°程度に広くすることもできる。

このためには、屈折プリズムの各光路にフィールド傾斜
特性を与え、光学機器の用途に適合した条件にこの特性
を加える。

プリズムの屈折率は周囲媒体の屈折率よりも大きくする
ことも小さくすることもでき、例えば、ガラス内の空気
プリズム、又は空気中のガラスプリズムとする。

式（１）に示すようにプリズムの入射瞳に対する物体の
位置に関して非点収差を無関係とするためには、プリズ
ムの角度を小さく、例えば１／３ラジアン以下とする。

機器の入射瞳を無限遠とし、入口面における入射角はプ
リズムの最小偏差の角度にほぼ一致させる。

プリズムにおける屈折によって、各光路において平面の
物体面が光軸に対して傾斜する。

このフィールドの傾斜の方向はプリズムによって生ずる
光線及び光軸の偏差の方向とは反対である。

プリズムの頂角を適切に選択することによって、プリズ
ム内で屈折した後に物体面の像が光軸に対して直角に戻
る。

各光路において上述の傾斜位置及び直角位置が得られる
ため、フィールドの中心から離れた点の物体を両目が同
じに見えるための適合を行うことができ、双眼鏡の像が
悪くなることはなく、視野は広くし得る。

第４図は第３図の双眼鏡に本発明を適用した第１の実施
例を示す。

図示の例では空気プリズムを使用する。

第３図と同様にΣは２本の光路を有する光学系の対称軸
を示す。

図において、左右の素子が同様の場合に右側は同じ符号
に添字１を附して示す。

対称の光学系であるため、左側のみについて説明する。

双眼鏡のガラス・ブロック４０は左右に共通とし、平面
４１，４２，４２１を有する。

平面４２，４２１の共通屈折縁をＲとする。

物体面は平面４１とする。

物体面のフィールドＢＯＣの中心をＯとし、両光路に共
通の物体焦点である。

光軸４３は対称軸Σに対する角度γとする。

Ｂ，Ｃを夫々通る光４４、４５は光軸４３に平行である
。

光軸と光線とは屈折角Ａとした空気プリズム３９によっ
て角度Δだけ屈折する。

空気プリズムは平面４２ ．４６から成り、平面４６を
形成するガラスブロック４７はブロック４０と同じ屈折
率とし、一方の縁部はＲにおいてガラス・ブロック４０
の縁部に一致する。

光学系の焦点距離が定まればガラスブロック４０の物体
面と光軸４３との傾斜角度γが定まる。

ブロック４０の屈折率が犬となれば空気プリズム３９に
よる傾斜の修正は容易になる。

図の双眼鏡の光軸４３と物体面ＢＯＣとのなす角度はγ
である。

空気プリズム３９によって光軸４３は屈折するため、Ｂ
ＯＣの像Ｂ′０′Ｃ′は光軸４８に直角であり、屈折し
た光線４９，５０に直角である。

このためには、プリズム３９の角Ａと、ガラス・ブロッ
ク４０，４７の屈折率ｎ１と、光軸４３の傾き角γとの
関係を、 即ち、前述の式（２）を満足するように定める。

空気プリズム３９で屈折した光軸４８と対称軸Σとの間
の角度γ′は、 空気プリズムによる屈折角Δは 物体面の中心Ｏがプリズム３９によって屈折した後の点
Ｏ′はガラスブロック４７の他方の屈折面５１の曲率中
心とする。

光学系に第３図のガラスブロック３７と同様のガラスブ
ロック５２を設ける。

ガラスブロック５２の球面の入口面５３の曲率中心は屈
折した光軸４８上にあり、次の鏡５４、５５は二等分角
γ′／２を形成する。

これによって鏡５４、５５において反射した後の光軸は
対称軸Σに平行である。

この光学系の光軸と光線４４，４５とは点Ｐにおいて収
束し、点Ｐは光路の焦点であり、目の蹄の位置である。

上述した光学系は、各光路の屈折面の重複に際して通常
の光学系に生ずる収差の補正を行うことができる。

特に、各接眼鏡こ屈折面５６，５６１を有し、この屈折
面が屈折率が同じで分散が異なる物質の境界を形成し、
屈折面５６，５６，が夫夫の光軸、即ちプリズム素子に
よって屈折された後の光軸上に中心を有する場合の色収
差の補正を行い得る。

焦点距離を短く、視野を広くするためには、高屈折率の
ガラスを使用し、これによって、更にフィールドの曲率
を減少することができる。

プリズムの生ずる非点収差を最小にするためには、小さ
な頂角Ａとした空気プリズムを使用し、空気プリズムを
囲むガラスの屈折率ｎ１を大にする。

本発明による光学系は像の鮮鋭について次の利点を有す
る。

２個の屈折面の屈折力はほぼ等しく、第１の屈折面は無
収差であるため、球面収差は小さい。

第１の収束屈折面は無収差であり、第２の面の射出瞳は
曲率中心附近にあるためコマ収差は小さい。

このため、非点収差及びフィールドの曲率も小さい。

４０°の視野に対して射出瞳の球面収差に基く歪みは著
しく小さい。

本発明による光学系は各光路の２個の球面間の空隙によ
って物体に対する焦点合せを行うことができる。

接眼鏡を鏡と共に光軸の方向に、即ち対称軸Σに対して
角度γ′の方向に、同時に動かすことによって、観察す
べき物体から焦点を外すこととなり、近視又は遠視の観
察者の目に双眼鏡を適合させる。

像の中心は調整間に固定軸線上にあるため、画像が角度
的に相対変位を生ずることはない。

観察者の瞳の間の距離に適合させるためには、接眼鏡を
Ｏ′，Ｏ１′を中心として３゜以下の角度回動させる。

これによって瞳の間の距離はほぼ１０ｍｍ変化する。

この調整は光軸に対するフィールドの傾きを生ずるが、
角度が小さいため双眼鏡には影響しない。

更に目の軸線は有限距離に収束する必要があるが、この
距離は１．３ｍ以上であり、観察の障害とはならない。

第４図の実施例の変型例として、空気プリズムに代えて
異なる物質のプリズムを使用し、この物質の屈折率はガ
ラスブロック４０、４７のガラスの屈折率よりも著しく
小さくする。

他の変型例として、ガラスブロック４０のガラスの屈折
率をガラスブロック４７のガラスの屈折率とは異なる値
とする。

本発明の第２の実施例として、空気中のガラスプリズム
によって物体面を傾斜させる光学系を第５図に示す。

第３，４図と同様に、対称軸Σを中心として対称の光路
を有する双眼鏡とする。

第５図の各部において、第４図と同様な部分は同じ符号
によって示し、右側は添字１を附して示し、左側のみに
ついて説明する。

第５図に示すガラス・ブロック４０，４７は共通縁部を
有せず、ガラス・プリズム６０を介挿する。

プリズム６０の外面は空気に接触し、頂点は光学系外に
ある。

ガラスプリズム６０によって、光軸４３を屈折させて物
体面を傾斜させる。

各角度は第４図と同様である。

ガラスブロック４０の光軸４３はブロックの出口平面４
２に直角とする。

プリズム６０は光軸４３の方向に対して最小の角度変化
Δを行わせ、プリズム６０によって屈折したた後は光軸
の像４８と物体面の像Ｒ′Ｏ′Ｃ′とは互に直角となる
ようにする。

プリズム６０の出口側のガラスブロック４７は収束光学
系とし、光軸４８に一致する光軸を有する少くとも１個
のレンズから成る。

接眼鏡５２，５２１は第４図と同様である。

第５図に示す光学系は第４図の光学系の前述の利点を有
するため像は良好であり、使用者の目に適合させるため
の前述の調整を行うことができる。

第５図に示す実施例において、ガラスブロック４０を使
用しないこともできる。

このブロック４０の機能は前述した通りである。

倍率及び視野の角度を同じにするためにはプリズム６０
の角度Ａを大きくする必要がある。

通常の場合は視界の大きさについての性能は同じにはな
らないが、大型のガラスブロックを省略し得る利点は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は１個のレンズから成る光学系による像の傾きを
示す図、第２図はプリズムによって生ずる傾斜の図、第
３図は既知の双眼鏡レンズの図、第４図第５図は本発明
の第１第２の実施例による双眼鏡の光学系の図である。 ３０，３２，５１ ．５３・・・・・・球面、３１，３
７，４０，４７．５２・・・・・・ガラス・ブロツク、
３３，４３．４８・・・・・・光軸、３４，３５，５４
，５５・・・・・・反射面、３９・・・・・・空気プリ
ズム、６０・・・・・・ガラス・プリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠方の物体を結像するため第１プリズムを具えた双
   眼鏡装置であって、前記第１プリズムには、物体からの
   光線を受光する第１平坦表面と、更に他の２個の第２平
   坦表面とを設け、これら第２平坦表面の平面を、第１平
   坦表面に平行な中心線上で交差させ、かつ前記中心線お
   よび第１平坦表面に直交する光軸に対して等角度をなす
   よう配列した双眼鏡装置において、 前記中心線に対して対称的に配列し、かつ第１プリズム
   の前記第２平坦表面に対向させた１対の第２プリズと、 これら第２プリズム対の第１プリズム側とは反対側の側
   面に対向する１対の平凸対物レンズと、これら平凸対物
   レンズを通過する光線を前記光軸に平行な２個の光路に
   指向させる第３プリズム手段の組立体と を設けたことを特徴とする双眼鏡装置。 ２ 対称軸線に対して対称である２個の光路を有する双
   眼鏡装置において、各光路の入射瞳を無限遠とし、物体
   を装置の焦点とし、物体からの順序の配置として： 両光路に共通のガラスブロックを設け、ガラスブロック
   の平面の入口面を対称軸に垂直として物体面の位置に設
   け、入口面の中心を物体面と対称軸との交点とし、ガラ
   スブロックの出口に対称軸に対して傾斜した各光路を通
   す出口平面を設け：像面を光軸に直角に修正するプリズ
   ムを設け；物体面の中心をプリズムによって修正した像
   面中心を曲率中心とする出口球面を有する平凸レンズを
   設け、 物体面の中心をプリズムによって修正した像面中心を通
   る光軸を有する屈折而とした収束装置を入口とし一連の
   反射鏡を有する接眼鏡を設け、反射鏡の相対角度は出口
   における光軸が対称軸に平行となるように定めることを
   特徴とする双眼鏡装置。