JP5112077B2 - 平凸レンズ又は平凹レンズとそれに接合した偏向手段とを含む望遠鏡及びパンフォーカル望遠鏡 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の望遠鏡、及び請求項２の前文に記載のパンフォーカル望遠鏡（panfocal telescope）に関する。

望遠鏡の構造は特に望遠鏡の機能、例えば光度（luminous intensity）、結像品質、合焦及び倍率機構に関する機能によって決められる。光学的測定デバイス、例えば光束を受信する光レシーバを含む電気光学レンジファインダー（electrooptical range finder）などとは対照的に、望遠鏡内の光束は人の眼によって受信されるので、非常に高品質のイメージが要求される。

光学技術者にとっての挑戦は、長さが小さいにもかかわらず一般的に高いイメージ品質を有する望遠鏡の製造にある。このようなイメージ品質を達成するために、例えば球面収差、コマ収差、ゆがみ収差、色収差などのイメージングエラーの補正が要求される。これらの補正は、光学部品や、補正用部品の例えばレンズの曲率、数、材料、光学的性質などのパラメータと配置や、その高精度な製作や、イメージ品質に寄与する望遠鏡内の正確な方位付けなどによって実行される。

望遠鏡には、しばしば、例えば測地、建設、軍事応用のための測定用及び/又は記録用デバイスが統合され、測定用デバイスの測定ビームが望遠鏡のビーム経路内へ結合され（coupled into）、及び/又は望遠鏡のビーム経路外へ脱結合される（coupled out）。例えば、カメラによる距離測定と観察、又は観察とイメージ記録のための測定ビームが結合され、脱結合される。この結合と脱結合は、一般に、以下の手順でなされる。すなわち、送信ビームとしての測定ビームが、光学アセンブリ又は光学部品を経て望遠鏡の光学経路内に結合されて、望遠鏡の対物レンズ（objective）を経てターゲットの方へ導かれ、ターゲットによって反射及び/又は散乱された、受信されたビームとしての測定ビームが望遠鏡の対物レンズを経て集められ、光学要素により望遠鏡のビーム経路から測定デバイスのレシーバーへ次々に脱結合されるという手順である。

勿論、例えばホーミング用のレーザー送信器のために測定ビームを結合させるだけにすることもできるし、あるいは、例えばカメラによる記録のために測定ビームを脱結合させるだけにすることもできる。結合及び/又は脱結合要素は、一般に、該要素による望遠鏡の対物レンズのシェーディング（shading）ができるだけ小さく保たれるように選ばれる。以下に、例えばイメージ記録デバイスなどの「非測定用」デバイスもまた、測定用デバイスとして参照される。ここで「測定ビーム」とは、光学機器の光学アセンブリによって反射されて入る、及び/又は反射して出るビームのことである。「測定ビーム」は、また、デバイスにおいて反射されて入る、及び/又は反射して出るビームであるが、例えば、望遠鏡における観察用の、あるいはカメラによるイメージ記録用のビームなど、測定に用いられていないビームも含む。

高精度の測定を達成するため、測定ビームは測定デバイスの光軸（optical axis）の領域内に結合される。測定ビームの結合と脱結合は、一般に、レンズと、結合要素及び脱結合要素と、該結合要素及び/又は該脱結合要素がビーム経路内へ導かれるホルダーとからなるアセンブリを経て行われる。ＤＥ１９６１５６０１は、距離測定用の光が対物レンズと光学的結合装置（optical incoupling apparatus）を経て望遠鏡の光軸に結合され、同レンズと光学的脱結合装置（optical outcoupling apparatus）を経て望遠鏡の光軸から脱結合される、同軸の距離測定デバイスを開示している。

光学的結合装置と光学的脱結合装置を望遠鏡の光学ビーム経路へ導くために、ディスク状の透明なプリズム保持プレートがホルダーとして設けられる。該保持プレートは、大きな測定デバイス長と反射損失の両方を必要とする。更に、望遠鏡の光学ビーム経路において、ホルダーを完全に正確で安定に方位付けすることは一般に困難である。この方位付けにおける誤差は、測定における更なる誤差のもとになる。更に、望遠鏡とレンジファインダーは好ましくは大気内で用いられ、したがって、温度変化や、衝撃や振動などの機械的影響に対してできるだけ敏感でないことが必要である。

測定デバイスにおける個々の部品が温度変化に対して反応する。すなわち、個々の部品が誤差の原因となり、したがって、個々の部品が測定精度の限界、特に光学的照準軸の方向安定性の限界を決めることになる。したがって、特にコストの観点から、測定デバイス内の部品の数をできるだけ少なくすることが望ましい。部品の数が少なければ少ないほど、不安定原因となる環境の影響に対して装置が強固なものとなる。

ＵＳ６，４４１，８８７に開示されている望遠鏡においては、測定ビームの結合及び脱結合がプリズムユニットにより行われる。該プリズムユニットは、光学的被覆を有する複数のプリズムを含み、したがってデザインが非常に複雑であり、製作において非常な高精度を必要とする。更に、この技術的解決方法は、ビーム経路間の散乱光の問題という短所がある。

距離測定のための測定ビームの望遠鏡の光軸への結合と脱結合においては、適切な例として、対象により反射及び/又は散乱された放射線の一部分を望遠鏡において観察用にサーベイさせ、他の部分をレンジファインダーの受信デバイス用に偏向（deflect）させる光学的要素が更に必要となる。ＤＥ１９６１５６０１に記載されている望遠鏡においては、上記のような分割が、更なる付加的要素として望遠鏡のビーム経路内へ導入された二色性ミラーにより行われる。

ＥＰ１０８１４５９に開示されたタコメータ望遠鏡においては、部分的にメタライズされた表面を有するビームスプリッタープリズムにより分割が行われる。このビームスプリッタープリズムに加えて、測定ビームをタコメータ望遠鏡内へ結合させるための結合用ミラーがホルダーにより固定されねばならないが、これにより、既に言及した、例えばビーム不安定性などの誤差が発生してしまうことになる。上記のような個々の付加的要素を設けることにより、望ましくない環境からの影響作用の危険性が増加するとともに、反射損失という短所も招くことになる。実質的な短所は、個々の部品が必要とするスペースであり、これによる光学的機器の構造の長さが大きくなることである。

したがって、本発明の目的は、測定ビームを反射させる機能を有する望遠鏡を提供することであり、特にレンジファインダー用及び/又はカメラ用として、光学部品が少なく、コンパクトで特に短い構造長を有し、経済的なデザインと高い測定精度とを有し、温度や振動などの環境の影響に対して強固な望遠鏡を提供することである。

本発明の更なる目的は、測定ビームを反射させる機能を有し、光学部品が少ないにもかかわらず接眼レンズ側の視覚経路のための高いイメージング品質を有する望遠鏡を提供することである。

本発明の更なる目的は、測定ビームを反射させる機能を有する望遠鏡を提供することであり、特にレンジファインダー用及び/又はカメラ用として、コンパクトで特に短い構造長を有し、経済的なデザインと高い測定精度とを有し、温度や振動などの環境の影響に対して強固なパンフォーカル望遠鏡を提供することである。

上記の目的は、請求項１と請求項２に記載された本発明の主題により達成され、更にそれらの従属項あるいはそれらの解決方法により達成される。

本発明によれば、望遠鏡は、平凸レンズ又は平凹レンズの形態を有する少なくとも一つのレンズを含むイメージング対物レンズユニットを有する。かくして、偏向手段（deflecting means）の形態を有する部品のための接触面が、望遠鏡の前部領域に平面レンズの平面によって設けられる。対物レンズユニットのレンズが望遠鏡の偏向手段のためのホルダーの機能を発揮するので、望遠鏡内の部品の数はこのホルダーの分だけ一つ減る。

対物レンズユニットのレンズの平面は、望遠鏡の主たる対物レンズの特に最後尾の面である。例えば、この平面は図２において対物レンズ開口から見て極度に右方の面である。偏向手段は、同様に、対物レンズの平面につながる平面を有することが好ましい。偏向手段は、例えば望遠鏡においてレンジファインダーのために、測定ビームを反射して入れたり、及び/又は出したりするために形成されている。

対物レンズユニットの例えば図２に示されている一般に最後尾のレンズは、平凸レンズ又は平凹レンズの形態を有しており、図２に示されているように、一般に複数の対物レンズのうちの一つとして用いられる。非常に小さい幾何学的なイメージング誤差、例えば球面収差、コマ収差、ゆがみ収差などと共に非常に良好な色補正をもつイメージング対物レンズを製作するために、一般に、すべての光学的な自由度、すなわちエリア半径、厚み、距離、ガラスの種類などが考慮されなければならない。後方の対物レンズ上に少なくとも一つの平面があるという条件下では、前記自由度の数は少なくとも一つ減るが、これにより、接眼レンズ側の光路上において高品質のイメージを作ることがより困難になる。

偏向手段と平面レンズの配置は既知である。例えば、ＵＳ６，５４５，７４９は、平凸レンズと、その平面上に配置され、伝達されたビームを光軸へ反射するべく意図されたプリズムとを含むレーザーレンジファインダーを開示している。ＵＳ６，５４５，７４９に開示されている種類のレーザーレンジファインダーが図１に示されている。このレーザーレンジファインダーは平凸レンズＡとプリズムＰを含む光学系を有しており、このプリズムＰはレンズの平面の上に配置されている。

レーザー伝達ユニットＬにより放射された光線Ｓの伝達束は、ターゲット物体の方向において平凸レンズＡを経て偏向要素としてのプリズムＰにより偏向される。ターゲット物体によって反射及び/又は散乱された光線の束は、平凸レンズＡにより受信された光線ＥＳの束として集められ、検出器Ｄへ導かれる。レンジファインダーのための、一般には知覚経路のための光学部品に必要とされるイメージング品質は、望遠鏡のための、一般にはイメージング経路のための光学部品に必要とされるイメージング品質と比較して低いので、ここでは平面レンズは何ら問題なく使用可能である。

レンズの平らな面に起因して、大きなイメージングエラーが発生し、これにより、イメージサークルの半径、すなわちイメージングエラーによるイメージ平面内の散乱サークルの半径が、イメージングシステム又は望遠鏡に関してあり得る半径の幾倍（例えば２０倍）も大きい。イメージサークルの直径（イメージ平面における受信された光線の束の光スポット）は、例えば１００μｍより大きい。しかるに、望遠鏡においては、該直径はたった１ミクロン乃至数ミクロンでなければならない。

しかしながら、通常の受光器の検知範囲は直径で２００μｍ乃至１０００μｍなので、拡大されたイメージサークルにもかかわらず、全ての受信された放射線が検出され得る。更に、イメージングエラーは、伝達されたあるいは受信された光線の束の直径の減少に伴いその３乗で減少するので、平凸レンズＡの領域において一般に小さなビーム直径を有する伝達された光線の束について、ターゲット物体へのビーム形成品質は、同様に問題とならない。

一方、望遠鏡においては、一般に高いイメージング品質は、望遠鏡のイメージ平面における回折限界イメージの生成を必要とする。特に、回折とイメージングエラーに起因するイメージ平面における受信されたビームの光スポットである、イメージ平面におけるイメージサークルの半径は、回折によってのみ決定されることができ、たった数ミクロンでなければならない。これを実現するためには、収差を可視光の波長の４分の１未満に制限する補正が必要となる。

したがって、全収差がλ/４未満でなければならない。ここで、λは可視光の波長である。色収差の補正は常にチャレンジである。媒体の屈折率の波長依存性は、異なった波長について、イメージ平面/「鮮鋭平面（sharpness plane）」のシフトを招くことが知られている。色的にエラーのないイメージングは、色消しレンズを用いることにより二つの波長に関して同時に実現できることが知られている。

他の波長に関するイメージは鮮鋭平面の前又は後ろにあり、この残留エラーは二次スペクトルと呼ばれる。望遠鏡などのイメージングシステムにとっては、鮮明なイメージが全ての可視スペクトルにわたってできるだけ遠くにあることが要求される。すなわち、二次スペクトルを減らすか、あるいはなくすことが要求される。高度色消しレンズがこの要求を満たすものとして知られており、色のエラー（二次スペクトル）が焦点距離の０．２％未満であれば、写真技術において、対物レンズは高度色消し補正されていると云われる。

補正に関する正確な計算のために、望遠鏡の光学部品の性質が考慮されねばならない。屈折率ｎとアッベ数（Abbe number）νに加え、相対的部分分散Ｐも視覚システムにとって重要である。相対的部分分散は、二つの波長のアッベ数のちがいを表わしている。適切な例として、二つの波長ｇ＝４３５．８ｎｍとＦ＝４８６．１ｎｍに基づいた相対的部分分散Ｐ_ｇ，Ｆがある。

通常のガラスは、相対的部分分散 Ｐ_ｇ，Ｆ ＝ ａ_ｇ，Ｆ ＋ ｂ_ｇ，Ｆ ・ν_ｄ で特徴付けられ、この関係式はいわゆる正規線（normal line）を表わしている。定数ａ_ｇ，Ｆとｂ_ｇ，Ｆは、通常、ａ_ｇ，Ｆ ＝ １．７２４１及びｂ_ｇ，Ｆ ＝ −０．００８３８２と設定され、ν_ｄは、波長ｄ＝５８７．６ｎｍに基づいたアッベ数を示す。これらの関係は、例えば、Naumann/Schroder: “Bauelemente der Optik” [Optical components], section 3.3.2 “Optische Glaser” [Optical glasses] (Carl Hanser Verlag, 6th edition)に示されている。

視覚システムのイメージングエラーを補正するための、数多くの特別な光学ガラスが知られている。広いスペクトル範囲にわたっての色補正（色収差の低減）のためには、すなわち二次スペクトルを低減又は除去するためには、通常のガラスの相対的部分分散から（できる限り大きく）異なる相対的部分分散を有する特別なガラスが特に適している。

本発明の望遠鏡の場合、少なくとも一つの、特に、対物レンズユニットの最後尾のレンズが平らな面を有し（例えば図２に示されている）、自由度の数は少なくとも一つは減っている。このことは、接眼レンズ側の光経路上の一般に高品質のイメージを作ることをより困難にする。加えて、大きな開口をもつ第１の（前部の）対物レンズユニットにおいては、著しく変則的な部分分散を有する特別なガラスは、全く、あるいはできるだけ使用するべきではない。

著しく変則的な部分分散を有する種類のガラスを特別に選ぶことによって、同じ構造長と同じ焦点距離における光学的補正が、本発明の望遠鏡の全焦点範囲にわたって容易になる。そのような特別なガラスには、高価で加工性に乏しいという短所がある。例えばそのようなガラスは、しばしば通常のガラスと比べて柔らかく、したがって、スクラッチや脈理に対してより敏感である。

更に、特別なガラスの環境影響に対する抵抗力、例えば、気候条件、しみ、酸に対する抵抗力は、通常のガラスの抵抗力と比較して弱い。通常のガラスと比較したときのそのような短所により、特別なガラスは、一般に大きな開口（したがって、スクラッチや脈理などにさらされる区域）を有する前部、すなわち望遠鏡の対物レンズには不向きである。

望遠鏡の対物レンズの区域において、特別なガラスを用いないか、あるいは高屈折率又は高分散の特別なガラスをできるだけ用いないようにするために、本発明においては、光学的補正の一部を更なる光学的望遠鏡部品、例えば合焦部材へシフトさせている。容易に加工できて経済的な通常のガラスが、一般に大きな開口を有する対物レンズユニット用に好適に選ばれる。その後の光学的補正、特に高度色消しという状況における残留色エラーの改良が、第２の光学部材において、又は可動の合焦部材において行われる。

ここでは、波長ｇ＝４３５．８ｎｍとＦ＝４８６．１ｎｍにおいて、通常のガラスの相対的部分分散と比較して少なくとも０．００５異なる相対的部分分散Ｐ_ｇ，Ｆを有する種類のガラスのうち、少なくとも一つが選択される。一方、偏向手段を有する対物レンズユニットの光学的補正は、対物レンズユニットにより受信されて偏向手段により受信ユニットへ偏向された測定ビームのポイントイメージが単に効率的に受信ユニットをたたくように、全開口によりデザインされる。ここでは、外へ出ていく送信ビームの開口区域による光学的補正は回折限界になっている。

平凸レンズの形態又は平凹レンズの形態のレンズの平らな面に対する相手側が偏向手段を形成する。偏向手段は、測定ビームの束を反射して入れる、及び/又は反射して出すミラー面を有しており、例えば、光線の束を反射して入れる、及び/又は反射して出すミラー面を有するプリズム又は立方体（cube）の形をしている。しかしながら、例えば二つのプリズムを用いることもできる。原則として、固定用統合ホルダーを有する反射四角体又は一体型ミラーも偏向手段として適している。偏向手段としての前面ミラーは、送信器からレシーバーへの望ましくない散乱放射線の割合を低減することができるという利点を有する。

レンズと偏向手段を接合するのには様々な方法がある。例えば、不透明な、例えば黒い接着剤を用いて偏向手段をレンズに接着することができる。また、レンズと偏向手段を、ビームに対して透明なセメントで互いに接合することもできる。接着剤による接合では、接合が光学ビーム経路の外側で起きており、一方、セメントによる接合では、接合が光学ビーム経路の中で、すなわち光学的に透明なセメントを通るビーム経路の中で起きている。

レンズと偏向手段の間の平面同士の接合により、接着面又は接着隙間が生成され、これが長寿命の接合をもたらす。現代的で特に位置安定性に優れた他の方法として、拡散溶接により平面同士を接合する方法がある。しかしながら、レンズと偏向手段を一部品アセンブリとして製作することもできる。好ましくは、レンズと偏向手段の両方をガラスから製作することもできる。この場合、オプションとして、異なる光学的特性を有するガラスから製作することもできる。また、その他の光学的材料から製作することもできる。

偏向手段はレンズの平らな面に固定される。偏向手段のレンズの平らな面への接合は、偏向手段の平らな面に対して行うことができるが、これ以外にも、点接触状態のような極端な場合において、例えば凹みと溝を有する非密着性の平面に対して行うこともできる。レンズの平面と偏向手段の平面という二つの平面による接合は、例えば角度の一致、一定のセメント又は接着剤の隙間など高度の安定性を保証するとともに、長い接着接合寿命と、気泡などの泡の形成又はニュートンリングの形成に対する堅固さを保証する。

上記のレンズと偏向手段が接合した部品は、「実質的に一体のもの」として理解される。偏向手段のためのホルダーとしての分離した機械部品は、それが望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡における純粋に位置決め用の部品であろうと、あるいはレンズのための結合用ホルダーの部品であろうと、省略される。

偏向手段は、レンズ、望遠鏡、又は例えばレンジファインダーなど望遠鏡に統合された測定モジュールの光軸上に配置することができるが、また、必ずしも光軸上に配置しなくてもよい。測定モジュールの光軸上への位置決め、又は該光軸のできるだけ近傍への位置決めが、非協同ターゲットまでの距離測定のために望ましく、また、該位置決めが正確であることが好ましい。

協同ターゲットまでの測定の場合に高度なパラレリズムで反射ビームでの測定のためには、偏向要素に起因する反射及び/又は散乱された測定用放射線−そして勿論、視覚経路におけるイメージングのための放射線/観察放射線−のシェージング（shading）ができるだけ小さくなるように、偏向手段が適切なやり方で位置決めされねばならない。上記のシェージングを回避するために、偏向手段を小サイズで、かつオプションとして非対称の部品として構成することが好ましい。この例がＤＥ１９６１５６０１に開示されている。

望遠鏡の対物レンズユニットの平面レンズの平らな平面上に取り付けられた偏向手段は、例えば望遠鏡内のレンジファインダーのために、測定ビームを望遠鏡のビーム経路内へ結合（coupling in）させるために、及び/又は測定ビームを望遠鏡のビーム経路外へ脱結合（coupling out）させるために用いられる。勿論、例えば光学的干渉計、ホーミングユニット、カメラ、又はその他の測定のための測定ビームは、平面レンズ/偏向手段アセンブリによって等しくよく反射されて入り、あるいは反射されて出る。測定ビームを望遠鏡の光軸だけに結合させることもでき、例えば照明用デバイスのために、望遠鏡の対物レンズを経てターゲット上に投射することもできる。

例えば記録モジュールに関し、レシーバーに対して、対物レンズユニットによるビームの受信と、偏向ユニットによるビームの脱結合だけを行うことも可能である。レンズとして平らな面を有するレンズがその機能に用いられるが、同時に、偏向手段のためのホルダーという付加的な機能を有している。つまり、望遠鏡において部品数を一つ減らすことが要求されている。

特に、望遠鏡内に統合されたレンジファインダーの場合、測定ビームは、例えば送信器により送信ビームとして放射され、ターゲット物体により反射及び/又は散乱された後、レシーバーにより受信されたビームとして受信される。用いる送信器は、好ましくはレーザーであり、意図した用途に依って、放射線は、散開及び/又は回折限界コリメートされた不可視及び/又は可視放射線である。散開した放射線は、好ましくは、協同の、すなわち自照明又は自反射のターゲットに対する測定に用いられ、回折限界コリメートされた放射線は、非協同ターゲットに対する測定のために用いられる。

イメージ正立システム（image-erecting system）が偏向手段と合焦レンズの間に配置されている場合は、望遠鏡内における更なる部品は省略できる。「観察放射線」のためのイメージ反転システムとしての機能に加え、イメージ正立システムは、ターゲット物体により反射及び/又は散乱された放射線の一部分を偏向手段へ導くために用いられる。この目的のため、イメージ正立システムは、例えば、測定ビームが反射され、観察用ビームが通される二色層とともに製作される。

本発明においては、パンフォーカル望遠鏡においても、対物レンズユニットのレンズを、測定ビームをビーム経路内に結合（coupling in）させる、及び測定ビームをビーム経路外へ脱結合（coupling out）させる偏向手段を有する平面レンズとして形成することができる。パンフォーカル望遠鏡は、距離に伴って可変の視界によって特徴付けられる。合焦の際、焦点距離が顕著に変化する。パンフォーカル望遠鏡においては、望遠鏡の場合と同様に、例えばレンジファインダー及び/又はカメラのための測定ビームが、平面レンズと偏向手段により反射して入り、及び/又は反射して出ることができる。例えば、レンジファインダー及び/又はカメラのパンフォーカル望遠鏡への統合は、それ自体、新規なことである。

パンフォーカル望遠鏡の特別な機能―長距離に対する角度の巨大な増加―のせいで、パンフォーカル望遠鏡は、「パンフォーカル機能」を実現するために、あるいは回折限界イメージングを実現するために必要とされる多数の光学部品とともに製作される。勿論、回折限界イメージは接眼レンズ側の視覚経路内の観察のためのイメージに関する。その短い構造長にもかかわらず、望遠鏡の例えば５００ｎｍという大きな焦点距離についてイメージが実現されねばならないので、一般に回折限界イメージの製作は、光学部品に関して高い要求を求める。勿論、この多数の光学部品は、構造長の増加なしで、更なる要素の統合を複雑にしている。

レンジファインダー又は放射線を放射するための送信部品の統合には問題がある。なぜなら、数多くの光学部品のせいで、送信ビームの脱結合が、望遠鏡によるイメージングを損ない、あるいはイメージングを妨げる散乱光の高い割合を招くからである。本発明によるパンフォーカル望遠鏡の形成により、送信ビームは望遠鏡の前部ユニットのところで反射されて出て行くことができ、これにより、散乱光による障害がない。更に、望遠鏡内に既に存在している光学部品を利用することによって、送信部品及び/又は受信部品の統合を図ることができる。

以下に、本発明の望遠鏡とパンフォーカル望遠鏡の好ましい実施形態とその利点について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はそのような実施形態に限定されない。

図１は、上記したように従来技術から既知のレーザーレンジファインダーを示す。

図２は、本発明による望遠鏡を示しており、望遠鏡の対物レンズユニットのレンズ１が平凸レンズの形態を有している。プリズム６として示され、例えばレンジファインダー用に、コンパクトで同軸かつ安定な態様で、測定ビームを望遠鏡の光軸内へ反射させる、及び光軸から外へ反射させるように意図されたプラノオプティカル偏向手段（plano-optical deflecting means）が、レンズ１の平らな面の上に取り付けられる。プリズム６は、測定ビームの波長に関して反射するミラー面Ｓ_Ｐを有する。取り付けや接合は、接合された部品、すなわちレンズ１やプリズム６が実質的に一体の部品を形成するようになされる。

レンズ１へのプリズム６の接合はセメント接合で行われ、光に対して透明なセメントがプリズム６の平らな面Ｆ_Ｐをレンズ１の平らな面に接合する。送信部２により放射された送信光線３の束が、偏向手段とレンズ１によりターゲット物体の方へ向けられる。このレンズ１は、対物レンズユニットの最後尾のレンズという形態で、オプションとして一つ又はそれ以上のレンズ１ａへ接合、例えばセメント接合されている。ターゲット物体により反射及び/又は散乱された光線の束は、受信された光線の束としてレンズ１にぶつかり、イメージ正立システム１０へ導かれる。

ここで、イメージ正立システム又はイメージ反転システム１０は、放射線に対して部分的に透明な層、特にスペクトル的に二色性の層を有するＰｅｃｈａｎプリズムの形態を有する。望遠鏡の対物レンズユニットによって集められた、ターゲット物体により反射及び/又は散乱されたビームは、イメージ正立システム１０のところで、プリズム６として表された偏向手段へ反射及び/又は散乱される。図では、簡明を目的として、望遠鏡の光学システムにより受信され、接眼レンズ側において視覚経路/光経路内での観察用に意図されたビームＳは、イメージ正立システム後の望遠鏡のビーム経路内においてのみ示されている。

対物レンズユニットによって受信された観察用のビームＳ、例えば周囲の光は、イメージ正立システム１０により伝達され、接眼レンズ１２へ到達する。望遠鏡のイメージ正立システム１０は測定ビームのためのミラーシステムとして用いられるので、二元機能は望遠鏡の短くてコンパクトな構造長が好ましい更なる部品へ割り当てられる。更に、平らな面がビーム反転のために設けられる。ビーム反転は、ガラスから大気へと、図２の実施形態において行われる。

上記の利点としては、二色性層の上のビーム発生が、平らな面の場合に問題とならないことである。これは、例えば分極効果などの望ましくない効果が、特にガラス、例えばガラス立方体において、斜めの面上での発生の場合に起こるからである。ターゲット物体を観測するために、観測軸マーク（sighting axis mark）１８、又は視界を構成する他のマークを視覚望遠鏡経路のイメージ平面内へ導くことができる。実際の視覚イメージの瞳孔１９を望遠鏡の内側に位置づけることができ、そのサイズを減らすことができる。一方、レンズ１はその全口径で、受信された光線４の戻ってきた束を集め、この束を、イメージ正立システム１０とプリズム６を経てレシーバー５へ通す。

望遠鏡におけるレンズ１とイメージ正立システム１０とプリズム６は、勿論、カメラ又は他の電気光学デバイスのために、ビームを結合（coupling in）及び/又は脱結合（coupling out）させるために用いることができる。平らな面を有するレンズ１を用いることにより、通常の望遠鏡光学システムと比較して、イメージングエラーの補正がずっと複雑になる。イメージングエラーは、例えば、対物レンズユニットにおいて特別なガラスを用いることによって補償することが可能かもしれない。しかしながら、特別なガラスは、第１に高価であることと、第２に加工性に乏しく、外部の影響に対して抵抗力が弱い、したがって例えばスクラッチ傷やしみなどがすぐ付きやすいことから、前記補正は、望遠鏡の他の光学部品へとその割り当てがシフトされる。

かくして、作用例において、合焦ユニット１１は、対応する一般的な色補正と幾何学的収差の補正が望遠鏡内で達成されるという点において、相対的部分分散に関して通常のガラスとは異なる少なくとも一つのレンズを含む。したがって、観察のための鮮明なイメージを作ることが可能となる。不適正な補正に関しては、例えば、特に全視覚スペクトルにわたって、複数の波長でイメージ鮮明化を達成することが必要である。

イメージングエラーは、イメージ平面におけるイメージが観測者の眼に十分鮮明に示される程度にまで、補正されねばならない。作用例において、これらのイメージは観測軸マーク１８上のイメージである。ここで十分鮮明であるとは、その直径が実質的に回折限界のポイントイメージの直径に相当するようなポイントイメージとして定義される。勿論、回折限界イメージは、接眼レンズ側の視覚望遠鏡経路を通じての観察用イメージに関連する。

図３は、本発明によるパンフォーカル望遠鏡を示しており、このパンフォーカル望遠鏡は、図２に対応する平面レンズとプラノオプティカル偏向手段とを含む。パンフォーカル望遠鏡は、距離に伴って可変である視界により区別される。より大きな視界により、クローズアップされたより良い物体の概観が得られ、拡大された角倍率により、距離をおいて良好な物体の解像度が保持される。パンフォーカル望遠鏡は、二つの前面対物レンズユニットと、イメージ正立システム１０と、合焦ユニット１１と、接眼レンズ１２とを含み、遠距離において高い視覚角倍率が達成され、近距離においてより小さい角倍率が達成されるようにデザインされている。

本発明によるパンフォーカル望遠鏡において、第１の対物レンズユニットの最後尾のレンズは平凸レンズの形態であり、恰も、偏向手段としてのプリズム６のためのホルダーとして働く。プリズム６は、例えばレンジファインダーのために、送信された光線及び受信された光線の束３，４を反射して入れる及び反射して出すために用いられる。ここで、反射して入れる及び反射して出すことは、プリズム６のミラー層Ｓ_Ｐ’で行われる。プリズム６が二つのミラー層を有していてもよい。第２の対物レンズユニットのレンズ１３は、受信された光線４の束のためのミラーユニットとして働く。

上記の目的のために、レンズ１３が二色性の層と共に製作され、この二色性の層のところで、受信された光線４の束の波長のビーム、例えばレーザービームが、偏向手段及び/又は受信ユニット５の方向に反射及び/又は散乱され、そして、受信された光線４の束の波長とは異なる波長を有するビーム、例えば周囲の光及び赤外放射線などが通される。通されたビームＳ_Ｐは、第１に、視覚経路を通って接眼レンズへと進み、ここで観察ビームＳ_Ｂとして既知の仕方で最終的に観察者へ供される。第２に、通されたビームＳ_Ｄが部分的に脱結合される。

上記の目的のために、例えば赤外領域において、例えばカメラ、特に固定された焦点カメラによって記録するために、ここではイメージ正立システム１０に、対物レンズユニットにより受信された更なるビームを脱結合させるために、部分的にビームに対して透明な特にスペクトル的に二色性の第２の層１４が設けられている。該カメラは例えば赤外カメラの形態であり、層１４によって脱結合された赤外放射線を受信する。最後に、ビームスプリッター１７も、合焦ユニット１１と接眼レンズ１２の間において、パンフォーカル望遠鏡の光学ビーム経路内に設けられ、このビームスプリッターによって、イメージ正立システム１０から送信されて合焦ユニット１１により合焦されたビームは、例えば第２のカメラ、特に合焦可能なカメラによるイメージ検出のために脱結合され得る。

ここでは、ビームスプリッター１７は、部分的に透明な、特にスペクトル的に二色性の層を有するスプリッター立方体の形態であり、ビームを屈折させて出す機能に加えて、視覚的なパンフォーカル望遠鏡のイメージ平面内に観測軸マーク１８を取り付けるために用いることができる。さもなければ、上記の目的のために、一般に、パンフォーカル望遠鏡の光学ビーム経路内には、付加的な要素が必要とされる。

本発明の展開において、パンフォーカル望遠鏡内には、様々な付加的な測定要素及び/又は記録要素を統合させることができる。加えて、パンフォーカル望遠鏡のコンパクトで経済的なデザインが、第１に、第１の対物レンズユニットのレンズ１を偏向手段のためのホルダーとして使用することによって、第２に、第２の対物レンズユニットのレンズ１３をミラーシステムとして使用することによって達成される。イメージングエラーの補正は、視界が変わりやすいのでパンフォーカル望遠鏡にとってより複雑であり、望遠鏡の場合と同様に、敏感な第１の対物レンズユニットの外側の光学部品へとシフトされる。

かくして、例えば、第２の対物レンズユニット又は第２の対物レンズユニットの要素、及び/又はイメージ正立システム１０、及び/又は合焦ユニット１１は、通常のガラスの相対的部分分散と比較して少なくとも０．００５異なる相対的部分分散を有するガラスでできている。

図４は本発明による望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡の断面図を示す。この図は望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡に統合されたレンジファインダーに関する。ミラーシステム９が台形のボディーとして模式的に示されている。望遠鏡の機能のため、ミラーシステム９は、望遠鏡における回折限界のイメージングのためのビームに対して透明である。イメージングのためのビームは、この作用例には示されていない。光学要素が中心に配置されている光軸Ｃは、特に望遠鏡の光軸を表わしている。

送信ユニット２から放射された送信光線３の束が、ここではプリズム６として示された偏向手段に当たり、該偏向手段のミラー面で偏向されてレンズ１へ進む。プリズム６は、光線の束がまず偏向され、次いで対物レンズユニットによるイメージングのために通過する、ミラー面としての反射層を有する。送信光線３の束は、平凸レンズによって不図示のターゲット物体の方へ導かれる。ターゲット物体は協同の（cooperative）、すなわち自照明又は自反射のターゲットであってもよいが、非協同の（non-cooperative）、例えば天然の粗い表面のターゲットであってもよい。送信光線３の束は、ターゲット物体によって反射及び/又は散乱される。

再びレンズ１に当たった、受信された光線４の束として示された送信光線３の束の反射及び/又は散乱された部分は、レンズ１によって偏向されてミラーシステム９へ進む。例えばイメージ反転用にも使用されるミラーシステム９は、ここでは二色性層を有する台形のガラス体として示されている。勿論、ミラーシステム９はその他の形状を有していてもよい。また、その他の光学材料からできていてもよい。ミラーシステム９は二つ以上の片（piece）から、例えばアッベ/ケーニヒプリズムからできていてもよい。

受信された光線４の束が、ミラーシステム９によってプリズム６の形態の偏向手段へ導かれ、該偏向手段によって受信ユニット５へ偏向される。勿論、測定ビームを結合、かつ脱結合させるために、必ずしも偏向手段を用いる必要はない。つまり、測定ビームを結合させるためだけに、又は脱結合させるためだけに用いることもできる。ここではプリズム６として示した偏向手段は、ここでは、レンズ１の光軸Ｃ上に、又はレンジファインダーの光軸Ｃ上に、特に望遠鏡の光軸Ｃ上に配置される。

偏向手段の光軸が、レンズ１の光軸及び/又は光学アセンブリが配備される測定機器の光軸と一致する配置は、例えば望遠鏡、例えば照準望遠鏡における距離測定など、多くの応用に関して有利である。偏向手段はできるだけ小さく形成される。これは、第１に、偏向手段による受信された光線４の束のシェーディングをできるだけ小さく保つために、特にターゲット物体に近い位置においてシェーディングをできるだけ小さく保つために、第２に、中央瞳孔開口によって生じるイメージ平面における回折ぶれ（diffraction blur）を低減させるためである。

図５は、本発明による望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡のための、二つの平面レンズと二つの偏向手段を含む第１の対物レンズユニットの別の実施形態を示す。特に、該実施形態は、送信された光線３の束によって受信ユニット５が乱されるのを回避するのに適している。対物レンズユニットの二つのレンズ１，１’が、送信された光線３と受信された光線４の束を結合、脱結合させるためのプリズム６，６’の形態を有する偏向手段にそれぞれ接続される。

この接続は、レンズ１，１’の平面とプリズム６，６’の平面に対して行われる。受信光線４の束の波長領域に対して反射性で、かつ他の波長領域の光線の束に対して透明な層を有するミラーシステム９が、ビーム反転のために光軸Ｃ上に配置される。このミラーシステム９はイメージ正立システムとしても使用可能である。

図４と同様に、送信ユニット２からの送信光線３の束が、第１のプリズム６と第１のレンズ１によって、不図示のターゲット物体の方向へ導かれ、ターゲット物体によって反射及び/又は散乱され、第１のレンズ１と図５において第１のレンズ１の右に配置された第２のレンズ１’とによって、受信光線４の束としてミラーシステム９へ導かれる。受信光線４の束は、ミラーシステム９の上記層によって反射及び/又は散乱されて、第２のレンズ１’に接続されたプリズム６’に当たり、このプリズム６’によって、受信ユニット５へ導かれる。

偏向手段を有する二つの平面レンズを含む上記の構成により、送信光線３の束と受信光線４の束のあいだの非常に良好な分離をもたらすとともに、望ましくなく、問題となって測定を誤らせる、送信光線３の束の受信ユニット５への散乱放射を低減させる。二つのレンズ１，１’と二つの偏向手段を含むこの実施形態は、例えば、高い信号感度を有するレンジファインダーのために使用できるが、勿論、レンジファインダーのためのみならず、望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡において、その他の、例えば角度測定などの光学的測定機器のためにも使用できる。

図６は、その三つの図（図６ａ，６ｂ，６ｃ）において、望遠鏡の対物レンズのレンズ１と偏向手段との組み合わせに関して、可能な三つの作用例を示している。レンズ１は各図６ａ，６ｂ，６ｃにおいて平凸レンズとして図示されているが、このレンズ１は、平凸レンズであってもよいし、平凹レンズであってもよい。

図６ａは、裏面が金属化されたプリズム６の形態の偏向手段を有するレンズ１を示す。プリズム６とレンズ１は接合手段としてのセメントにより接合され、プリズム６の平面Ｖ_Ｐがレンズ１の平面に接合されている。接合手段としてのセメントは、光線の束を実質的に乱されることなく通す。したがって、レンズ１とプリズムの接合のためには、何らの中間機械部品も必要ないので、レンズ１とプリズムは実質的に一体の部品を構成している。

図６ｂにおいては、偏向手段としての前面ミラー（front surface mirror）７がレンズ１と組み合わされている。この実施形態においては、小さな面積にわたるだけの接合により、平面による接合の利点が特に強調されている。該接合は両側で平らなので、その接着すき間の厚みはプロセス制御的なものであり、したがって、接着と伝送に係る接合力、角度安定性、接合寿命が確保されている。

図６ｃは、レンズ１と、一体化されたホルダーと共にレンズ１に固定されたミラーとしての偏向手段の構成を示している。本発明において、このミラーは保持ミラー（retaining mirror）８として示されている。保持ミラー８は、光に対して透明な接着剤によって、レンズ１に固定されている。接着剤接合が二つの接合点Ｐ_１，Ｐ_２において実質的に点接合の態様で行われるので、保持ミラー８とレンズ１を通過する放射線は、僅かにシェード（shade）されるだけである。該偏向手段は、一体化された部品としてレンズ１へホルダーによって固定された反射要素であってもよく、又は反射スクエア（reflecting square）であってもよい。

従来技術における平凸レンズと偏向プリズムを含むレンジファインダーを示す図である。 平凸レンズと、測定ビームを望遠鏡の光学ビーム経路内へ反射させて入れ、かつ測定ビームを光学ビーム経路外へ反射させて出す偏向手段を含む本発明による望遠鏡を模式的に示す図である。 平凸レンズと、測定ビームをパンフォーカル望遠鏡の光学ビーム経路内へ反射させて入れ、かつ測定ビームを光学ビーム経路外へ反射させて出す偏向手段を含む本発明によるパンフォーカル望遠鏡を模式的に示す図である。 本発明による望遠鏡を含むレンジファインダーの一実施形態を模式的に示す図である。 本発明による望遠鏡を含むレンジファインダーの第２実施形態を模式的に示す図である。 本発明による望遠鏡又はパンフォーカル望遠鏡の対物レンズユニットの、偏向手段と組み合わせたレンズの三つの作用例を、対応する三つの部分図を用いて模式的に示す図である。

Claims (12)

1. 少なくとも一つのレンズ（１）を有する対物レンズユニットと、
   送信光線（３）の束としての光束を送信する送信ユニット（２）、及び/又は受信光線（４）の束としての光束を受信する受信ユニット（５）と、
   該送信光線（３）の束を望遠鏡の光学ビーム経路に反射させて入れるための、及び/又は該受信光線（４）の束を該望遠鏡の光学ビーム経路から反射させて出すための少なくとも一つのミラー面（Ｓ_Ｐ）を有する少なくとも一つのプラノオプティカル偏向手段（６，６’，７，８）と、
   イメージ正立システム（１０）と、
   合焦ユニット（１１）と、
   オプションとしての観測軸マーク（１８）と、
   接眼レンズ（１２）と、を備え、
   該少なくとも一つのレンズ（１）が平凸レンズ又は平凹レンズの形態であり、該少なくとも一つの偏向手段（６，６’，７，８）が該平凸レンズ又は該平凹レンズの平面上に配置され、該レンズ（１）と該偏向手段（６，６’，７，８）が実質的に一体部品となるように互いに接合されており、
   前記少なくとも一つのレンズ（１）が平らな面を有しており、
   前記少なくとも一つの偏向手段（６，６’，７，８）が平らな面（Ｆ_ｐ）を有しており、
   前記少なくとも一つの偏向手段（６，６’，７，８）の平らな面（Ｆ_ｐ）が、前記少なくとも一つのレンズ（１）の平らな面に接合されており、
   前記イメージ正立システム（１０）と前記合焦ユニット（１１）のうち少なくとも一つが、イメージングエラーの補正が行えるように、波長ｇ＝４３５．８ｎｍとＦ＝４８６．１ｎｍに基づく相対的部分分散Ｐ _ｇ，Ｆ が、通常のガラスの相対的部分分散と比較して少なくとも０．００５異なるガラスでできており、通常のガラスは、相対的部分分散 Ｐ _ｇ，Ｆ ＝ ａ _ｇ，Ｆ ＋ ｂ _ｇ，Ｆ ・ν _ｄ であり、ここでａ _ｇ，Ｆ ＝ １．７２４１、ｂ _ｇ，Ｆ ＝ −０．００８３８２であり、ν _ｄ は、波長ｄ＝５８７．６ｎｍに基づいたアッベ数を示す、
   回折限界イメージングのための望遠鏡。
2. 少なくとも一つのレンズ（１）を有する第１の対物レンズユニットと、
   少なくとも一つのレンズ（１３）を有する第２の対物レンズユニットと、
   送信光線（３）の束としての光束を送信する送信ユニット（２）、及び/又は受信光線（４）の束としての光束を受信する受信ユニット（５）と、
   該送信光線（３）の束をパンフォーカル望遠鏡の光学ビーム経路に反射させて入れるための、及び/又は該受信光線（４）の束を該パンフォーカル望遠鏡の光学ビーム経路から反射させて出すための少なくとも一つのミラー面（Ｓ_Ｐ’）を有する少なくとも一つのプラノオプティカル偏向手段（６，６’，７，８）と、
   イメージ正立システム（１０）と、
   合焦ユニット（１１）と、
   接眼レンズ（１２）と、を備え、
   該少なくとも一つのレンズ（１）が平凸レンズ又は平凹レンズの形態であり、該少なくとも一つの偏向手段（６，６’，７，８）が該平凸レンズ又は該平凹レンズの平面上に配置され、該レンズ（１）と該偏向手段（６，６’，７，８）が実質的に一体部品となるように互いに接合されており、
   前記第２の対物レンズユニット、前記イメージ正立システム（１０）、及び前記合焦ユニット（１１）のうち少なくとも一つが、イメージングエラーの補正が行えるように、波長ｇ＝４３５．８ｎｍとＦ＝４８６．１ｎｍに基づく相対的部分分散Ｐ _ｇ，Ｆ が、通常のガラスの相対的部分分散と比較して少なくとも０．００５異なるガラスでできており、通常のガラスは、相対的部分分散 Ｐ _ｇ，Ｆ ＝ ａ _ｇ，Ｆ ＋ ｂ _ｇ，Ｆ ・ν _ｄ であり、ここでａ _ｇ，Ｆ ＝ １．７２４１、ｂ _ｇ，Ｆ ＝ −０．００８３８２であり、ν _ｄ は、波長ｄ＝５８７．６ｎｍに基づいたアッベ数を示す、
   回折限界イメージングのためのパンフォーカル望遠鏡。
3. 前記少なくとも一つの偏向手段（６，６’，７，８）が、プリズム（６，６’）、前面ミラー（７）、保持ミラー（８）、反射スクエアのうちいずれか一つの形態であることを特徴とする請求項１記載の望遠鏡、又は請求項２記載のパンフォーカル望遠鏡。
4. 前記偏向手段（６，６’，７，８）と、前記平凸レンズ又は平凹レンズ（１）との間の接合が、接着剤による接合、セメントによる接合、拡散溶接による接合のうちいずれか一つの方法により行われることを特徴とする請求項１又は３記載の望遠鏡、あるいは請求項２又は３記載のパンフォーカル望遠鏡。
5. ミラーシステム（９）を更に備え、該ミラーシステム（９）は、前記偏向手段（６，６’，７，８）と前記接眼レンズ（１２）の間に配置されて、前記受信光線（４）の束を該偏向手段（６，６’，７，８）及び/又は前記受信ユニット（５）へ導くことを特徴とする請求項１，３，４のうちいずれか１項に記載の望遠鏡、あるいは請求項２，３，４のうちいずれか１項に記載のパンフォーカル望遠鏡。
6. 前記対物レンズユニットが二つのレンズ（１，１’）を含み、該二つのレンズ（１，１’）は平凸レンズ及び/又は平凹レンズの形態であるとともに、それぞれ偏向手段（６，６’，７，８）を有することを特徴とする請求項１，３，４，５のうちいずれか１項に記載の望遠鏡。
7. 前記イメージ正立システム（１０）が、前記偏向手段（６，６’，７，８）と前記合焦ユニット（１１）の間に配置され、前記受信光線（４）の束を該偏向手段（６，６’，７，８）及び/又は前記受信ユニット（５）へ導くミラーシステムの形態であることを特徴とする請求項１，３，４，５，６のうちいずれか１項に記載の望遠鏡。
8. 前記第１の対物レンズユニットが二つのレンズ（１，１’）を含み、該二つのレンズ（１，１’）は平凸レンズ及び/又は平凹レンズの形態であるとともに、それぞれ偏向手段（６，６’，７，８）を有することを特徴とする請求項２，３，４，５のうちいずれか１項に記載のパンフォーカル望遠鏡。
9. 前記第２の対物レンズユニットが前記偏向手段（６，６’，７，８）と前記イメージ正立システム（１０）の間に配置され、該第２の対物レンズユニットの前記レンズ（１３）が前記受信光線（４）の束を該偏向手段（６，６’，７，８）及び/又は前記受信ユニット（５）へ導くミラーシステムの形態であることを特徴とする請求項２，３，４，５，８のうちいずれか１項に記載のパンフォーカル望遠鏡。
10. 前記イメージ正立システム（１０）に少なくとも一つの部分的に透明な層（１４）が設けられており、該層（１４）によって、ビームがパンフォーカル望遠鏡のビーム経路から少なくとも一つの第２の受信ユニット（１５）へ脱結合されて出されることを特徴とする請求項２，３，４，５，８，９のうちいずれか１項に記載のパンフォーカル望遠鏡。
11. ビームスプリッター（１７）と少なくとも一つの第３の受信ユニット（１６）を更に備え、該ビームスプリッター（１７）は前記合焦ユニット（１１）と前記接眼レンズ（１２）の間に配置され、該ビームスプリッター（１７）によって、ビームがパンフォーカル望遠鏡のビーム経路から該第３の受信ユニット（１６）へ偏向されて出されることを特徴とする請求項２，３，４，５，８，９，１０のうちいずれか１項に記載のパンフォーカル望遠鏡。
12. 観測軸マーク（１８）が前記ビームスプリッター（１７）上に配置されていることを特徴とする請求項１１記載のパンフォーカル望遠鏡。

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