JPWO2009093582A1

JPWO2009093582A1 - 望遠鏡光学系

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Publication number: JPWO2009093582A1
Application number: JP2009550521A
Authority: JP
Inventors: 山田　健司; 健司山田
Original assignee: 株式会社ニコンビジョン
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: US20100284068A1; WO2009093582A1; US8194318B2; JP5277178B2

Abstract

望遠鏡として最適な光学性能を有する望遠鏡光学系を提供する。望遠鏡光学系ＴＬは、物体側から順に、対物レンズ１と、正立プリズム２と、接眼レンズ３とを有し、対物レンズ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを有して構成され、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に移動させることにより合焦を行い、第３レンズ群Ｇ３を光軸に対して垂直方向に移動させることにより像位置を変化可能に構成する。

Description

本発明は、望遠鏡光学系に関する。

望遠鏡は、主に遠方の物体の像を拡大して観察するために用いられるが、いわゆる手振れによりこの望遠鏡自体に振動が与えられると、その像も振れてしまうため観察が困難になる。このような手振れ対策としては、例えば、カメラ用の防振レンズが多数開発されている（例えば、特開平２−２３４１１５号公報参照）。また、防振機能を有する望遠鏡も開発されている（例えば、特開平１０−１８６２２８号公報参照）。
しかしながら、特開平１０−１８６２２８号公報に記載の防振望遠鏡においては、合焦をどのように行うのかの記載が無く、仮に、負の防振レンズを光軸方向に移動させることにより合焦を行うとすれば、機構的に大変複雑になってしまうという課題があった。一方特開平２−２３４１１５号公報に記載されているカメラ用防振レンズの構成には、望遠鏡において必須の正立プリズムが含まれておらず、そのままでは望遠鏡の対物レンズとして採用することはできないという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、望遠鏡に最適な光学性能を有する望遠鏡光学系を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１態様は、物体側から順に、対物レンズと、正立プリズムと、接眼レンズと、を有し、対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより合焦を行い、第３レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより像位置を変化させるように構成される望遠鏡光学系を提供する。
また、本発明の第１態様によれば、第１レンズ群は正レンズ２枚と負レンズとを有し、第２レンズ群は正レンズと負レンズとを有し、第３レンズ群は正レンズと負レンズを有することが好ましい。
また、本発明の第１態様によれば、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ１／（−ｆ２）＜４
また、本発明の第１態様によれば、第１レンズ群と第２レンズ群とで構成される光学系は、ほぼアフォーカル系であることが好ましい。
また、本発明の第１態様によれば、第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズの順で配置されていることが好ましい。
本発明に係る望遠鏡光学系を以上のように構成すると、望遠鏡として最適な光学性能を有する望遠鏡光学系を提供することができる。

図１は、望遠鏡光学系の構成を示す説明図である。
図２は、第１実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図３は、第１実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図４は、第２実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図５は、第２実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図６は、第３実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図７は、第３実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図８は、第４実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図９は、第４実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図１０は、第５実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図１１は、第５実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図１２は、第６実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図１３は、第６実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。
図１４は、第７実施例に係る望遠鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
図１５は、第７実施例に係る望遠鏡光学系の諸収差図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る望遠鏡光学系の構成を示す説明図である。望遠鏡光学系ＴＬは、物体側から順に、対物レンズ１と、正立プリズム２と、接眼レンズ３とから構成される。対物レンズ１は、物体の像を結像させる機能を有し、正立プリズム２は、対物レンズ１で結像された像を正立像に変換する機能を有している。観察者は、対物レンズ１で結像され、正立プリズム２で正立像に変換された１次像Ｉを接眼レンズ３を介して観察することが可能である。この望遠鏡光学系ＴＬにおいて、対物レンズ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを有して構成されている。以下、図２を合わせ用いてこの望遠鏡光学系ＴＬの構成について更に詳しく説明する。なお、図２は、望遠鏡光学系ＴＬのうち、対物レンズ１、及び、正立プリズム２の構成と、対物レンズ１及び正立プリズム２により結像される一次像Ｉのみを示しており、後述する第１実施例に対応している。
図２の望遠鏡光学系ＴＬを構成する対物レンズ１において、第１レンズ群Ｇ１は、正レンズ２枚（両凸レンズＬ１２及び正メニスカスレンズＬ１３）と負レンズ（負メニスカスレンズＬ１１）とから構成され、第２レンズ群Ｇ２は、正レンズ（正メニスカスレンズＬ２１）と負レンズ（両凹レンズＬ２２）とから構成され、第３レンズ群Ｇ３は、正レンズ（両凸レンズＬ３１）と負レンズ（負メニスカスレンズＬ３２）とから構成される。この望遠鏡光学系ＴＬは、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って移動させることにより合焦を行うように構成されている。また、この望遠鏡光学系は、第３レンズ群Ｇ３を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、像位置を変化可能に構成している。すなわち、この望遠鏡光学系ＴＬの振動を打ち消すように、第３レンズ群Ｇ３を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、防振機能を実現することができる。
この望遠鏡光学系ＴＬは、対物レンズ１を構成する第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたとき、次に示す条件式（１）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ１／（−ｆ２）＜４（１）
条件式（１）は、対物レンズ１における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との適切な焦点距離の比を規定するものである。ｆ１／（−ｆ２）が条件式（１）の上限を超えると、対物レンズ１における全系の所定の焦点距離に対して第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が短くなりすぎ、正立プリズム２を配置する空間がなくなってしまい好ましくない。反対に、ｆ１／（−ｆ２）が条件式（１）の下限を超えると、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離が長くなりすぎて、望遠鏡光学系ＴＬの全長が長くなり、この望遠鏡光学系ＴＬを備える望遠鏡の持ち運びが不便となり好ましくない。
また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とで構成される光学系は、ほぼアフォーカル系であること、すなわち、第１レンズ群Ｇ１に入射した平行光が第２レンズ群Ｇ２からほぼ平行光として出射するように構成されていることが望ましい。このような構成とすると、異なるアフォーカル倍率を有する別の第１レンズ群及び第２レンズ群の組に置き換えても、１次像Ｉの位置等の変化が小さくなり、防振レンズである第３レンズ群Ｇ３以降を共通としたまま、異なる対物レンズ有効径や焦点距離を有し、防振機能を有する望遠鏡光学系ＴＬを提供することが可能となるからである。
この望遠鏡光学系ＴＬを高性能化するためには、高倍率な接眼レンズ３を使用しても、色収差が目立たないように、対物レンズ１の正レンズに異常分散ガラスを使用するのが一般的である。本実施の形態に係る望遠鏡光学系ＴＬにおいても、対物レンズ１の第１レンズ群Ｇ１を構成する２枚の正レンズのうち、少なくとも一方には異常分散ガラスが使用される。しかしながら、このような異常分散ガラスは、比較的柔らかいため傷が付き易く、また、急激な温度変化で割れ易いという性質を有している。そのため、最も物体側に位置する第１レンズ群Ｇ１は、当該正レンズが、直接触ることができず、且つ、直接外気に触れることの無い内側に配置されるように、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズの順で配置することが好ましい。

以下に、上述の望遠鏡光学系ＴＬを７つの実施例について説明するが、ここでは望遠鏡光学系ＴＬを構成する対物レンズ１及び正立プリズム２についてその諸元等を示して説明する。なお、図中Ｉは、対物レンズ１及び正立プリズム２により結像される物体の像である１次像面を示している。
（第１実施例）
上述の説明で用いた図２は、第１実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ１の構成を示している。この望遠鏡光学系ＴＬ１は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表１に、図２に示した第１実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ１の諸元を示す。表１のレンズデータにおいて、第１欄ｍは、物体側から順に光学面に付された番号（面番号）を、第２欄ｒは、各光学面における曲率半径を、第３欄ｄは、各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｄは、ｄ線に対する屈折率を、そして、第５欄νｄは、アッベ数をそれぞれ示している。なお、曲率半径０．０００は平面を示し、空気の屈折率１．０００００は省略してある。表１の焦点距離データにおいて、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をそれぞれ示している。表１の条件式対応値には、上記条件式（１）に対応する値を示している。ここで、以下の全ての諸元値において掲載される曲率半径、面間隔、焦点距離、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これらに限られるものではない。また、これらの符号の説明及び諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。

上記のように、第１実施例は条件式（１）を満たしている。図３に、第１実施例におけるｄ線（λ＝５８７．５６２ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３５．８３５ｎｍ）、Ｆ線（λ＝４８６．１３３ｎｍ）及びＣ線（λ＝６５６．２７３ｎｍ）の光線に対する球面収差、非点収差、歪曲収差、及び、倍率色収差の諸収差図を示す。なお、球面収差図では光軸からの高さＨの値を示し、非点収差図、歪曲収差図及び倍率色収差図では半画角ωの値を示している。非点収差図において、破線はメリジオナル像面Ｍを示し、実線はサジタル像面Ｓを示している。これらの収差図の説明は以降の実施例においても同様である。
図３に示す各収差図から明らかなように、本第１実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第２実施例）
次に、第２実施例として、図４に示す望遠鏡光学系ＴＬ２について説明する。図４に示す望遠鏡光学系ＴＬ２は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２との接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表２に、第２実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ２の諸元を示す。

上記のように第２実施例は、条件式（１）を満たしている。図５に、第２実施例における諸収差図を示す。図５に示す各収差図から明らかなように、本第２実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第３実施例）
次に、第３実施例として、図６に示す望遠鏡光学系ＴＬ３について説明する。図６に示す望遠鏡光学系ＴＬ３は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表３に、第３実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ３の諸元を示す。

上記のように第３実施例は、条件式（１）を満たしている。図７に、第３実施例における諸収差図を示す。図７に示す各収差図から明らかなように、本第３実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第４実施例）
次に、第４実施例として、図８に示す望遠鏡光学系ＴＬ４について説明する。図８に示す望遠鏡光学系ＴＬ４は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表４に、第４実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ４の諸元を示す。

上記のように、第４実施例は条件式（１）を満たしている。図９に、第４実施例における諸収差図を示す。図９に示す各収差図から明らかなように、本第４実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第５実施例）
次に、第５実施例として、図１０に示す望遠鏡光学系ＴＬ５について説明する。図１０に示す望遠鏡光学系ＴＬ５は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表５に、第５実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ５の諸元を示す。

上記のように、第５実施例は条件式（１）を満たしている。図１１に、第５実施例における諸収差図を示す。図１１に示す各収差図から明らかなように、本第５実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第６実施例）
次に、第６実施例として、図１２に示す望遠鏡光学系ＴＬ６について説明する。図１２に示す望遠鏡光学系ＴＬ６は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側が平面状に形成され、像側に凹面を向けた平凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、像側が平面状に形成され、物体側に凸面を向けた平凸レンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表６に、第６実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ６の諸元を示す。

上記のように、第６実施例は条件式（１）を満たしている。図１３に、第６実施例における諸収差図を示す。図１３に示す各収差図から明らかなように、本第６実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。
（第７実施例）
最後に、第７実施例として、図１４に示す望遠鏡光学系ＴＬ７について説明する。図１４に示す望遠鏡光学系ＴＬ７は、物体側から順に、対物レンズ１と正立プリズム２と図示しない接眼レンズ３とを有して構成されている。対物レンズ１は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と両凹レンズＬ２２との接合レンズを有している。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３２との接合レンズを有している。
表７に、第７実施例に係る望遠鏡光学系ＴＬ７の諸元を示す。

上記のように、第７実施例は条件式（１）は満たされている。図１５に、第７実施例における諸収差図を示す。図１５に示す各収差図から明らかなように、本第７実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている。

Claims

物体側から順に、対物レンズと、正立プリズムと、接眼レンズとを有し、
前記対物レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有し、
前記第２レンズ群を光軸方向に移動させることにより合焦を行い、
前記第３レンズ群を光軸に対して垂直方向に移動させることにより像位置を変化可能に構成した望遠鏡光学系。
前記第１レンズ群は、正レンズ２枚と負レンズとを有し、
前記第２レンズ群は、正レンズと負レンズとを有し、
前記第３レンズ群は、正レンズと負レンズとを有して構成された請求項１に記載の望遠鏡光学系。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、以下の条件式を満足する請求項１に記載の望遠鏡光学系。
１．５＜ｆ１／（−ｆ２）＜４
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とで構成される光学系は、ほぼアフォーカル系である請求項１に記載の望遠鏡光学系。
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズの順で配置された請求項２に記載の望遠鏡光学系。