JP7093209B2

JP7093209B2 - Optical equipment

Info

Publication number: JP7093209B2
Application number: JP2018060849A
Authority: JP
Inventors: 賢典富田
Original assignee: Nikon Vision Co Ltd
Current assignee: Nikon Vision Co Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019174569A

Description

本発明は、光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device.

被観察体像に地図画像を重畳する双眼鏡および単眼鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］特開平９－１１３８１５ Binoculars and monoculars that superimpose a map image on an image to be observed are known (see, for example, Patent Document 1).
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1131815

複数の結像光学系からの像が重なった重畳像を、接眼光学系を通して観察する観察光学系において、いずれかの結像光学系からの光が瞳孔に取り込まれないため、観察像の少なくとも一部に欠損が生じていた。 In an observation optical system for observing a superimposed image in which images from a plurality of imaging optical systems are overlapped through an eyepiece optical system, light from one of the imaging optical systems is not captured in the pupil, so that at least one of the observation images is used. There was a defect in the part.

本発明の一態様における光学装置は、第１対物レンズを有する第１光学系と、第１対物レンズとは異なる第２対物レンズを有する第２光学系と、第１光学系及び第２光学系による像を観察するための共通の接眼レンズとを有する光学装置において、第１光学系による像面と第２光学系による像面とが同一光軸上で重なるように構成されると共に、第１光学系による像についての接眼レンズによるアイポイント位置と、第２光学系による像についての接眼レンズによるアイポイント位置とが異なり、第１光学系によって像面上の像点に集光される第１光線束と、第２光学系によって像点に集光される第２光線束とが重なるように設けられる。 The optical device according to one aspect of the present invention includes a first optical system having a first objective lens, a second optical system having a second objective lens different from the first objective lens, and a first optical system and a second optical system. In an optical device having a common eyepiece for observing an image of the above, the image plane of the first optical system and the image plane of the second optical system are configured to overlap on the same optical axis, and the first The eye point position by the eyepiece for the image by the optical system and the eye point position by the eyepiece for the image by the second optical system are different, and the first optical system collects light on the image point on the image plane. The light flux and the second light bundle focused on the image point by the second optical system are provided so as to overlap each other.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.

本発明の実施形態に係る光学系の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the optical system which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る光学系の中間像位置における光線束の重なりを説明する図である。It is a figure explaining the overlap of the light beam bundle in the intermediate image position of the optical system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る観察光学系について諸量の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of various quantities about the observation optical system which concerns on this embodiment. 第１実施例における第１光学系および第２光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st optical system and the 2nd optical system in 1st Example. 第２実施例における第１光学系および第２光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st optical system and the 2nd optical system in 2nd Example. 第３実施例における第１光学系および第２光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st optical system and the 2nd optical system in 3rd Example. 本実施形態に係る光学装置の一例である望遠鏡のブロック図である。It is a block diagram of a telescope which is an example of the optical apparatus which concerns on this embodiment. 各光学系における光学像の重なりを説明する図である。It is a figure explaining the overlap of optical images in each optical system.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図１は、本発明の実施形態に係る観察光学系の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る観察光学系１は、第１対物レンズ１２、第２対物レンズ１４、接眼レンズ１６、ビームスプリッター１８およびディスプレイ２０を有している。なお、以後の説明では、座標系３５にて方向を規定し、＋Ｚ軸方向を前方、＋Ｙ軸方向を上方と呼ぶ。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an observation optical system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the observation optical system 1 according to the present embodiment includes a first objective lens 12, a second objective lens 14, an eyepiece 16, a beam splitter 18, and a display 20. In the following description, the direction is defined by the coordinate system 35, and the + Z-axis direction is referred to as forward and the + Y-axis direction is referred to as upward.

第１光学系は、第１対物レンズ１２とビームスプリッター１８から構成される。第１対物レンズ１２は、観察光学系１の前方に配置される。第１対物レンズ１２の後方には、ビームスプリッター１８、接眼レンズ１６が配置される。第１対物レンズ１２の光軸ＯＡ１は、接眼レンズ１６の光軸ＯＡ３と重なるように配置される。第１対物レンズ１２は、前方にある観察空間における被観察面からの光を取り込み、ビームスプリッター１８を介したのちに中間像２２を形成する結像光学系である。 The first optical system includes a first objective lens 12 and a beam splitter 18. The first objective lens 12 is arranged in front of the observation optical system 1. A beam splitter 18 and an eyepiece 16 are arranged behind the first objective lens 12. The optical axis OA1 of the first objective lens 12 is arranged so as to overlap the optical axis OA3 of the eyepiece lens 16. The first objective lens 12 is an imaging optical system that takes in light from an observed surface in the observation space in front and forms an intermediate image 22 after passing through a beam splitter 18.

第１光学系および第２光学系のそれぞれの像面を一致させるための合成光学素子としてのビームスプリッター１８は、一方の入射面が第１対物レンズ１２の光軸ＯＡ１と略直交するように配置される。また、ビームスプリッター１８は、他方の入射面が第２対物レンズ１４の光軸ＯＡ２と略直交するように配置される。そして、ビームスプリッター１８は、射出面が接眼レンズ１６の光軸ＯＡ３と略直交するように接眼レンズ１６と対向配置される。また、ビームスプリッター１８は、境界面１９を有する。境界面１９は、入射する光を入射方向に透過する透過光と、正反射方向に反射する反射光とに分離する。例えば、境界面では、透過光と反射光とが、強度比５０：５０、７０：３０等で分離される。 The beam splitter 18 as a synthetic optical element for matching the image planes of the first optical system and the second optical system is arranged so that one incident plane is substantially orthogonal to the optical axis OA1 of the first objective lens 12. Be done. Further, the beam splitter 18 is arranged so that the other incident surface is substantially orthogonal to the optical axis OA2 of the second objective lens 14. The beam splitter 18 is arranged to face the eyepiece 16 so that the ejection surface is substantially orthogonal to the optical axis OA3 of the eyepiece 16. Further, the beam splitter 18 has a boundary surface 19. The boundary surface 19 separates the incident light into transmitted light transmitted in the incident direction and reflected light reflected in the specular reflection direction. For example, at the boundary surface, transmitted light and reflected light are separated at an intensity ratio of 50:50, 70:30, or the like.

第２光学系は、第２対物レンズ１４とビームスプリッター１８から構成される。第２光学系は、第１光学系とビームスプリッター１８を共用する。第２対物レンズ１４は、ビームスプリッター１８の上方に配置される。第２対物レンズ１４は、ディスプレイ２０上の各表示画素からの光を取り込み、ビームスプリッター１８を介したのちに第１光学系による中間像２２と同一の軸上位置にディスプレイ２０の表示面の像を形成する結像光学系である。第２対物レンズ１４の光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ２の方向に対して４５度に傾いて配された境界面１９によって９０度折り曲げられ、第１対物レンズ１２の光軸ＯＡ１および接眼レンズ１６の光軸ＯＡ３と重なる。ディスプレイ２０は、２次元の画像を形成するマイクロディスプレイである。ディスプレイ２０には、例えばＬＣＤや、ＤＭＤ、ＬＣＯＳ（反射型液晶素子）などを用いることができる。ここで、第２光学系の第２対物レンズ１４は、第１光学系の第１対物レンズ１２とは焦点距離や結像倍率などで全く異なる対物レンズであるが、上記の光学系配置により、第１光学系による中間像２２の光軸上位置に第２光学系による中間像を一致するように構成されている。 The second optical system includes a second objective lens 14 and a beam splitter 18. The second optical system shares the beam splitter 18 with the first optical system. The second objective lens 14 is arranged above the beam splitter 18. The second objective lens 14 takes in the light from each display pixel on the display 20, and after passing through the beam splitter 18, the image of the display surface of the display 20 is positioned on the same axis as the intermediate image 22 by the first optical system. It is an imaging optical system that forms an image. The optical axis OA2 of the second objective lens 14 is bent 90 degrees by a boundary surface 19 arranged at an angle of 45 degrees with respect to the direction of the optical axis OA2, and the optical axis OA1 of the first objective lens 12 and the eyepiece 16 It overlaps with the optical axis OA3. The display 20 is a microdisplay that forms a two-dimensional image. For the display 20, for example, an LCD, DMD, LCOS (reflective liquid crystal element) or the like can be used. Here, the second objective lens 14 of the second optical system is an objective lens completely different from the first objective lens 12 of the first optical system in terms of focal distance, imaging magnification, etc. However, due to the above optical system arrangement, It is configured so that the intermediate image by the second optical system coincides with the position on the optical axis of the intermediate image 22 by the first optical system.

ところが、共通の接眼レンズ１６を通して、上記の２つの中間像を見る場合には、第１対物レンズ１２と第２対物レンズ１４とは全くことなる光学系であるため、第１光学系による中間像の観察と第２光学系による中間像について、それぞれの瞳の共役関係が異なることが一般には避けられない。即ち、接眼レンズは、その前側焦点の近傍に中間像２２が位置するように、中間像２２の後方に配置される。そして、接眼レンズ１６は、第１対物レンズ１２、第２対物レンズ１４により一旦中間像２２上に結像した光線束を取り込んで、略平行光に変換するが、各平行光が光軸を交差する位置は異なる。これは第１対物レンズ１２を有する第１光学系による中間像に対する第１アイポイントＥＰ１と、第２対物レンズ１４を有する第２光学系による中間像に対する第２アイポイントＥＰ２とが異なることに対応する。 However, when the above two intermediate images are viewed through a common eyepiece 16, the first objective lens 12 and the second objective lens 14 are completely different optical systems, so that the intermediate image by the first optical system is used. It is generally unavoidable that the conjugate relationship of each pupil is different between the observation of the lens and the intermediate image by the second optical system. That is, the eyepiece is arranged behind the intermediate image 22 so that the intermediate image 22 is located near the front focal point thereof. Then, the eyepiece 16 captures the light beam bundle once formed on the intermediate image 22 by the first objective lens 12 and the second objective lens 14 and converts it into substantially parallel light, but the parallel light intersects the optical axis. The position to do is different. This corresponds to the difference between the first eye point EP1 for the intermediate image by the first optical system having the first objective lens 12 and the second eye point EP2 for the intermediate image by the second optical system having the second objective lens 14. do.

第１アイポイントＥＰ１は、第１光学系と接眼レンズ１６からなる光学系の射出瞳の位置である。第２アイポイントＥＰ２は、第２光学系と接眼レンズ１６からなる光学系の射出瞳の位置である。図１に示す通り、第１アイポイントＥＰ１、第２アイポイントＥＰ２における光線束の上下方向の幅は、観察眼３０の瞳孔径と略一致することが望ましい。なお、図１では、第１アイポントＥＰ１より、第２アイポイントＥＰ２が接眼レンズ１６からより遠い位置に形成されるが、両者の位置関係は各対物レンズの構成により逆転する場合もある。 The first eye point EP1 is the position of the exit pupil of the optical system including the first optical system and the eyepiece 16. The second eye point EP2 is the position of the exit pupil of the optical system including the second optical system and the eyepiece 16. As shown in FIG. 1, it is desirable that the vertical width of the light beam bundle at the first eye point EP1 and the second eye point EP2 substantially coincides with the pupil diameter of the observation eye 30. In FIG. 1, the second eye point EP2 is formed at a position farther from the eyepiece lens 16 than the first eye point EP1, but the positional relationship between the two may be reversed depending on the configuration of each objective lens.

ユーザは、例えば、第１アイポイントＥＰ１もしくは第２アイポイントＥＰ２に観察眼３０の瞳孔を置くことによって、第１光学系もしくは第２光学系によって形成される中間像２２の拡大された虚像を観察することができる。なお、観察眼３０の視度に合わせて接眼レンズ１６を光軸ＯＡ３に沿って前後に移動させて視度調整を行うことができる。 The user observes an enlarged virtual image of the intermediate image 22 formed by the first optical system or the second optical system, for example, by placing the pupil of the observation eye 30 at the first eye point EP1 or the second eye point EP2. can do. The eyepiece 16 can be moved back and forth along the optical axis OA3 according to the diopter of the observation eye 30 to adjust the diopter.

図１には、第１光学系の軸上像点及び軸外最大画角の像点についての光線束が接眼レンズ１６を介して第１アイポイントＥＰ１に入射する光路が実線で示されている。主光線１２ｃは、観察面上の軸外物点から射出して第１光学系の入射瞳中心を通り、中間像２２上の像点に到達する光線である。上光線１２ｕと下光線１２ｂは、当該物点から射出して第１光学系によって中間像２２上の当該像点に集光された円錐状の光のＹ－Ｚ断面における母線にあたる光線である。主光線１２ｃは、第１アイポイントＥＰ１の位置において光軸と交差し、観察眼３０の瞳孔が第１アイポイントＥＰ１に位置する場合には、瞳孔の中心を通過する。 In FIG. 1, an optical path in which a light flux for an on-axis image point and an off-axis maximum angle of view image point of the first optical system is incident on the first eye point EP1 via the eyepiece 16 is shown by a solid line. .. The main ray 12c is a ray that is emitted from an off-axis object point on the observation surface, passes through the center of the entrance pupil of the first optical system, and reaches the image point on the intermediate image 22. The upper ray 12u and the lower ray 12b are light rays that correspond to the generatrix in the YY cross section of the conical light emitted from the object point and focused on the image point on the intermediate image 22 by the first optical system. The main ray 12c intersects the optical axis at the position of the first eye point EP1 and passes through the center of the pupil when the pupil of the observation eye 30 is located at the first eye point EP1.

また、図１の観察光学系１においては、第１アイポイントＥＰ１に観察眼３０の瞳孔を配置した場合に、予め定められた基準とする瞳孔径の上端を上光線１２ｕが通過し、下端を下光線１２ｂが通過するように第１光学系、接眼レンズ１６が配置されている。ここで、基準とする瞳孔径は、例えば、人間の最大瞳孔径φ７ｍｍである。また、当該基準とする瞳孔径に応じて、第１光学系の像側開口数は決定される。以降の説明において、上光線１２ｕ、主光線１２ｃ、下光線１２ｂによって代表される光線束を第１光学系の軸外光線束という場合がある。 Further, in the observation optical system 1 of FIG. 1, when the pupil of the observation eye 30 is arranged at the first eye point EP1, the upper ray 12u passes through the upper end of the pupil diameter as a predetermined reference and passes through the lower end. The first optical system and the eyepiece 16 are arranged so that the lower light ray 12b passes through. Here, the reference pupil diameter is, for example, the maximum human pupil diameter φ7 mm. Further, the numerical aperture on the image side of the first optical system is determined according to the pupil diameter as the reference. In the following description, the ray bundle represented by the upper ray 12u, the main ray 12c, and the lower ray 12b may be referred to as an off-axis ray bundle of the first optical system.

また、図１には、第２光学系の軸外最大画角における光線束が接眼レンズ１６を介して第２アイポイントＥＰ２に入射する光路が破線で示されている。主光線１４ｃは、ディスプレイ２０上の軸外物点から射出して第２光学系の入射瞳中心を通り、中間像２２上の軸外像点に到達する光線である。上光線１４ｕと下光線１４ｂは、当該物点から射出して第１光学系によって中間像２２上の当該像点に集光された円錐状の光のＹ－Ｚ断面における母線にあたる光線である。主光線１４ｃは、第２アイポイントＥＰ２位置に観察眼３０の瞳孔が位置する場合には、観察眼３０の瞳孔の中心を通過する。 Further, in FIG. 1, the optical path in which the light beam bundle at the maximum off-axis angle of view of the second optical system is incident on the second eye point EP2 via the eyepiece 16 is shown by a broken line. The main ray 14c is a ray emitted from an off-axis object point on the display 20, passes through the center of the entrance pupil of the second optical system, and reaches the off-axis image point on the intermediate image 22. The upper ray 14u and the lower ray 14b are light rays that correspond to the generatrix in the YY cross section of the conical light emitted from the object point and focused on the image point on the intermediate image 22 by the first optical system. When the pupil of the observation eye 30 is located at the position of the second eye point EP2, the main ray 14c passes through the center of the pupil of the observation eye 30.

また、図１の観察光学系１においては、第２アイポイントＥＰ２に観察眼３０の瞳孔を配置した場合に、上述の予め定められた基準とする瞳孔径の上端を上光線１４ｕが通過し、下端を下光線１４ｂが通過するように第２光学系、接眼レンズ１６が配置されている。また、当該基準とする瞳孔径に応じて、第２光学系の像側開口数は決定される。以降の説明において、上光線１４ｕ、主光線１４ｃ、下光線１４ｂによって代表される光線束を第２光学系の軸外光線束という場合がある。 Further, in the observation optical system 1 of FIG. 1, when the pupil of the observation eye 30 is arranged at the second eye point EP2, the upper ray 14u passes through the upper end of the above-mentioned predetermined reference pupil diameter. The second optical system and the eyepiece 16 are arranged so that the lower light beam 14b passes through the lower end. Further, the numerical aperture on the image side of the second optical system is determined according to the pupil diameter as the reference. In the following description, the ray bundle represented by the upper ray 14u, the main ray 14c, and the lower ray 14b may be referred to as an off-axis ray bundle of the second optical system.

一般に、第１光学系と第２光学系との各像を共通の光軸上で同一位置に形成することは簡単である。しかしながら、各光学系の対物レンズは独立した異なる光学系であるため、共通の接眼レンズを用いたとしてもそれぞれのアイポイントＥＰ１及びＥＰ２を光軸上で一致させることは容易ではなく、通常の簡単なレンズ構成では異なる位置となることが避けられない。このことが、像面が一致してはいても第２の光学系にて適宜の追加情報を重複表示する際に、部分的に表示がなされずに欠落することの最大の原因である。図１に示した関係においては、例えば、観察眼３０の瞳孔を第１アイポイントＥＰ１に置いた場合には、第１光学系の軸外光線束のすべてが当該瞳孔から観察眼３０に取り込まれる。一方、第２光学系の軸外光線束の一部が当該瞳孔から観察眼３０に取り込まれる。また、観察眼３０の瞳孔を第２アイポイントＥＰ２に置いた場合には、第１光学系の軸外光線束の一部が当該瞳孔から観察眼３０に取り込まれる。一方、第２光学系の軸外光線束のすべてが当該瞳孔から観察眼３０に取り込まれる。 In general, it is easy to form the images of the first optical system and the second optical system at the same position on a common optical axis. However, since the objective lenses of each optical system are independent and different optical systems, it is not easy to match the respective eye points EP1 and EP2 on the optical axis even if a common eyepiece is used, and it is usually easy. It is inevitable that different lens configurations will result in different positions. This is the biggest cause of omission without partial display when appropriate additional information is duplicated and displayed in the second optical system even if the image planes are the same. In the relationship shown in FIG. 1, for example, when the pupil of the observation eye 30 is placed at the first eye point EP1, all of the off-axis light flux of the first optical system is taken into the observation eye 30 from the pupil. .. On the other hand, a part of the off-axis ray bundle of the second optical system is taken into the observation eye 30 from the pupil. Further, when the pupil of the observation eye 30 is placed at the second eye point EP2, a part of the off-axis light beam bundle of the first optical system is taken into the observation eye 30 from the pupil. On the other hand, all of the off-axis ray bundles of the second optical system are taken into the observation eye 30 from the pupil.

このように、接眼レンズ１６の光軸ＯＡ３上のある位置において、欠けのない観察像を得るためには、中間像２２の全域にわたって、第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束のいずれの光線束も、少なくともその一部が観察眼３０の瞳孔に入射していればよい。例えば、光軸ＯＡ３上の第１アイポイントＥＰ１と第２アイポイントＥＰ２の間における任意の位置において欠けのない観察像を得るためには、中間像２２上の任意の像点に結像する第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束とが重なりをもてばよい。第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束とが重なりをもたない場合には、第１アイポイントＥＰ１と第２アイポイントＥＰ２の間において、観察眼３０の瞳孔にいずれか一方の光線束を取り込むことができない位置が存在することになる。例えば、第１アイポイントＥＰ１に観察眼３０の瞳孔を配置した場合には、第２光学系からの軸外光線束は瞳孔に入射しない。この場合には、ユーザが観察する重畳像において、第２光学系が形成する像の一部が欠けてしまう。一般的には、最大画角の光線即ち最周縁の像点に対する考慮が重要となるが、光学系の収差によっては中間画角の像点についても考慮することが必要になる。 As described above, in order to obtain a complete observation image at a certain position on the optical axis OA3 of the eyepiece 16, the off-axis light flux of the first optical system and the second optical system cover the entire area of the intermediate image 22. It is sufficient that at least a part of any of the off-axis ray bundles is incident on the pupil of the observation eye 30. For example, in order to obtain a complete observation image at an arbitrary position between the first eye point EP1 and the second eye point EP2 on the optical axis OA3, an image is formed at an arbitrary image point on the intermediate image 22. It is sufficient that the off-axis light beam bundle of the 1 optical system and the off-axis light ray bundle of the second optical system overlap. When the off-axis ray bundle of the first optical system and the off-axis ray bundle of the second optical system do not overlap, the pupil of the observation eye 30 is between the first eye point EP1 and the second eye point EP2. There will be a position where one of the ray bundles cannot be captured. For example, when the pupil of the observation eye 30 is arranged at the first eye point EP1, the off-axis ray bundle from the second optical system does not enter the pupil. In this case, in the superimposed image observed by the user, a part of the image formed by the second optical system is missing. In general, it is important to consider the light beam with the maximum angle of view, that is, the image point at the outermost periphery, but it is also necessary to consider the image point with an intermediate angle of view depending on the aberration of the optical system.

瞳孔径は、光刺激に応じて変化することが知られている。また、瞳孔径は、ユーザ間で個体差がある。そこで、第２光学系からの軸外光線束の少なくとも一部が第１アイポイントＥＰ１を通過するように、中間像２２上の共通像高の中での任意の像点に結像する第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束とに重なりをもたせる。このように構成すれば、第１アイポイントＥＰ１と第２アイポイントＥＰ２とに挟まれる範囲において、常に光軸ＯＡ３を第２光学系の軸外光線束が横切ることになる。これにより、ユーザの瞳孔径の大きさに依らず、第１アイポイントＥＰ１と第２アイポイントＥＰ２の間における任意の位置において、観察視野全体にわたって欠けの無い重畳像を観察することができる。 It is known that the pupil diameter changes in response to a light stimulus. In addition, the pupil diameter varies from user to user. Therefore, the first image is formed at an arbitrary image point in the common image height on the intermediate image 22 so that at least a part of the off-axis ray bundle from the second optical system passes through the first eye point EP1. The off-axis ray bundle of the optical system and the off-axis light beam bundle of the second optical system are overlapped with each other. With this configuration, the off-axis ray bundle of the second optical system always crosses the optical axis OA3 in the range sandwiched between the first eye point EP1 and the second eye point EP2. As a result, regardless of the size of the pupil diameter of the user, it is possible to observe a superposed image without chipping over the entire observation field of view at an arbitrary position between the first eye point EP1 and the second eye point EP2.

図２は、第１実施形態に係る光学系の中間像位置における光線束の重なりを説明する図である。図２は、第１光学系および第２光学系によって中間像２２上の像点４２へ集光する各光線束の様子を示す。 FIG. 2 is a diagram illustrating the overlap of light beam bundles at the intermediate image position of the optical system according to the first embodiment. FIG. 2 shows the state of each ray bundle focused on the image point 42 on the intermediate image 22 by the first optical system and the second optical system.

第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束は、中間像２２上の像点４２に一旦集光する。そして、第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束は、像点４２から後方に向かって、集光角と同じ角度で発散する。発散した両軸外光線束は、後方に配された接眼レンズ１６へ向かう。 The off-axis ray bundle of the first optical system and the off-axis ray bundle of the second optical system are once focused on the image point 42 on the intermediate image 22. Then, the off-axis light bundle of the first optical system and the off-axis light bundle of the second optical system diverge from the image point 42 toward the rear at the same angle as the focusing angle. The divergent biaxial ray bundle heads toward the eyepiece 16 arranged rearward.

図２では、第１光学系の上光線１２ｕおよび下光線１２ｂは実線で示される。像点４２を通り、第１光学系の上光線１２ｕと下光線１２ｂとによって挟まれる領域に含まれる光線束が第１光学系の軸外光線束である。また、第２光学系の上光線１４ｕおよび下光線１４ｂは破線で示される。像点４２を通り、第２光学系の上光線１４ｕと下光線１４ｂとによって挟まれる領域に含まれる光線束が第２光学系の軸外光線束である。 In FIG. 2, the upper ray 12u and the lower ray 12b of the first optical system are shown by solid lines. The ray bundle that passes through the image point 42 and is included in the region between the upper ray 12u and the lower ray 12b of the first optical system is the off-axis ray bundle of the first optical system. Further, the upper ray 14u and the lower ray 14b of the second optical system are indicated by broken lines. The ray bundle that passes through the image point 42 and is included in the region between the upper ray 14u and the lower ray 14b of the second optical system is the off-axis ray bundle of the second optical system.

図２に示すように、第１光学系の軸外光線束と第２光学系の軸外光線束とは、重なり領域４０を有する。したがって、観察眼３０の瞳孔を配置することによって、両軸外光線束を検出することができる位置が光軸ＯＡ上に存在する。 As shown in FIG. 2, the off-axis ray bundle of the first optical system and the off-axis ray bundle of the second optical system have an overlapping region 40. Therefore, by arranging the pupil of the observation eye 30, there is a position on the optical axis OA where the off-axis ray bundle can be detected.

観察像の背景の輝度Ｌに対して、人間の目で識別することができる輝度差ΔＬの関係についての実験則として、ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ）の法則が知られている。当該法則によれば、背景の輝度Ｌに対する輝度差ΔＬの比は輝度Ｌによらず一定であり、人間の目で識別できる当該比の閾値は０．０１程度であることが知られている。すなわち、背景の輝度Ｌに対して輝度差ΔＬが１％以上であれば人間の目は当該輝度差を識別できる。なお、以降の説明において、当該比の閾値をウェーバー比の弁別閾という場合がある。 Weber's law is known as an experimental rule regarding the relationship between the luminance L of the background of the observation image and the luminance difference ΔL that can be discerned by the human eye. According to the law, it is known that the ratio of the luminance difference ΔL to the luminance L of the background is constant regardless of the luminance L, and the threshold value of the ratio recognizable by the human eye is about 0.01. That is, if the luminance difference ΔL is 1% or more with respect to the luminance L of the background, the human eye can discriminate the luminance difference. In the following description, the threshold value of the ratio may be referred to as the discrimination threshold value of the Weber ratio.

本実施形態では、中間像２２上の任意の像点において第１光学系の像に重畳した第２光学系の像を識別できるように、第１光学系の軸外光線束と第２対物レンズの軸外光線束の重なりの割合をウェーバー比の弁別閾に基づいて定める。 In the present embodiment, the off-axis ray bundle of the first optical system and the second objective lens can be identified so that the image of the second optical system superimposed on the image of the first optical system can be identified at an arbitrary image point on the intermediate image 22. The ratio of the overlap of the off-axis ray bundles is determined based on the discrimination threshold of the Weber ratio.

図２において、二点鎖線で示した線ＯＡ´は、像点４２を通り、光軸ＯＡに平行な線である。第１光学系からの上光線１２ｕ、下光線１２ｂが線ＯＡ´と成す角度、すなわち光軸ＯＡと成す角度をそれぞれθ_１ｕ、θ_１ｂとする。本実施形態において、第１光学系の第１角度範囲θ_１は、θ_１ｂからθ_１ｕまでの角度範囲である。また、第２光学系からの上光線１４ｕ、下光線１４ｂが線ＯＡ´と成す角度、すなわち光軸ＯＡと成す角度をそれぞれθ_２ｕ、θ_２ｂとする。本実施形態において、第２光学系の第２角度範囲θ_２は、θ_２ｂからθ_２ｕまでの角度範囲である。 In FIG. 2, the line OA'shown by the alternate long and short dash line is a line that passes through the image point 42 and is parallel to the optical axis OA. The angles formed by the upper ray 12u and the lower ray 12b from the first optical system with the line OA', that is, the angles formed with the optical axis OA are set to θ _1u and θ _1b , respectively. In the present embodiment, the first angle range θ ₁ of the first optical system is an angle range from θ _1b to θ _1u . Further, the angles formed by the upper ray 14u and the lower ray 14b from the second optical system with the line OA', that is, the angles formed with the optical axis OA are set to θ _2u and θ _2b , respectively. In the present embodiment, the second angle range θ ₂ of the second optical system is an angle range from θ _2b to θ _2u .

図２において、第１光学系の軸外光線束の開き角に対する重なり領域４０の開き角の比θ_ｒ（百分率）は、以下の式で表される。

In FIG. 2, the ratio θ _r (percentage) of the opening angle of the overlapping region 40 to the opening angle of the off-axis ray bundle of the first optical system is expressed by the following equation.

なお、観察光学系１において、観察対象の像を観察視野内にわたって良好に観察することが優先される。このため、本実施形態においては、観察対象の光学像を形成する第１光学系における軸外光線束を基準としており、当該軸外光線束に対する第２光学系の軸外光線束の重なりの割合として条件式を定義する。 In the observation optical system 1, priority is given to satisfactorily observing the image to be observed over the observation field of view. Therefore, in the present embodiment, the off-axis ray bundle in the first optical system forming the optical image to be observed is used as a reference, and the ratio of the overlap of the off-axis light ray bundle in the second optical system to the off-axis light beam bundle is used. The conditional expression is defined as.

被観察面とディスプレイ２０の輝度が等しいと仮定すると、観察眼３０の網膜上における明るさは光線束の開き角の二乗に概ね比例する。したがって、上述のウェーバーの法則における閾値１％に対応するθ_ｒの閾値は１０％となり、この値以上であれば人間の目で輝度差を識別することができ、重畳された像を認識することができる。 Assuming that the surface to be observed and the brightness of the display 20 are equal, the brightness of the observation eye 30 on the retina is approximately proportional to the square of the opening angle of the ray bundle. Therefore, the threshold value of θ _r corresponding to the threshold value of 1% in the above-mentioned Weber's law is 10%, and if it is equal to or more than this value, the luminance difference can be discriminated by the human eye and the superimposed image is recognized. Can be done.

図３を参照しながら本実施形態における条件式を詳細に説明する。図３は、第１実施形態に係る光学系について諸量の定義を説明する図である。図３（ａ）は、第１光学系を１枚の薄肉レンズである第１薄肉レンズ２４で表現した光路図を示す。図３（ｂ）は、第２光学系を１枚の薄肉レンズである第２薄肉レンズ２６で表現した光路図を示す。なお、説明を簡略化するために、図３（ｂ）においては、第２光学系を光軸が折れ曲がらない系として表す。また、説明を簡略化するために、以後の条件式の説明において、第１光学系および第２光学系は、それぞれ１枚の薄肉レンズからなることを前提とする。 The conditional expression in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating definitions of various quantities of the optical system according to the first embodiment. FIG. 3A shows an optical path diagram in which the first optical system is represented by the first thin-walled lens 24, which is one thin-walled lens. FIG. 3B shows an optical path diagram in which the second optical system is represented by a second thin-walled lens 26, which is a thin-walled lens. For the sake of simplicity, in FIG. 3B, the second optical system is represented as a system in which the optical axis does not bend. Further, in order to simplify the explanation, in the following description of the conditional expression, it is assumed that the first optical system and the second optical system each consist of one thin-walled lens.

図３（ａ）において、第１薄肉レンズ２４の射出瞳ＥＸＰ１から中間像２２までの距離をｄ_１とする。射出瞳中心ＥＰＯ１から射出し、中間像２２上の任意の像高ｙにおける像点を通過する主光線１２ｃが光軸ＯＡとなす角度θ_１ｃは、以下の式で表される。

In FIG. 3A, the distance from the exit pupil EXP1 of the _first thin-walled lens 24 to the intermediate image 22 is d1. The angle θ _1c formed by the main ray 12c emitted from the exit pupil center EPO1 and passing through the image point at an arbitrary image height y on the intermediate image 22 with the optical axis OA is expressed by the following equation.

また、第１薄肉レンズ２４の像側開口数をＮＡ_１、像空間における屈折率をｎとすると、第１光学系の主光線１２ｃと上光線１２ｕ、下光線１２ｂがなす角度φ_１は、以下の式で表される。

したがって、上光線１２ｕ、下光線１２ｂが光軸ＯＡと成す角度θ_１ｕ、θ_１ｂは、以下の式で表される。

Assuming that the numerical aperture on the image side of the first thin-walled lens 24 is NA ₁ and the refractive index in the image space is n, the angle φ ₁ formed by the main ray 12c, the upper ray 12u, and the lower ray 12b of the first optical system is as follows. It is expressed by the formula of.

Therefore, the angles θ _1u and θ _1b formed by the upper ray 12u and the lower ray 12b with the optical axis OA are expressed by the following equations.

第１角度範囲θ_１は、上式（４）、（５）を用いて以下の式で表される。

The first angle range θ ₁ is expressed by the following equation using the above equations (4) and (5).

図３（ｂ）において、第２薄肉レンズ２６の射出瞳ＥＸＰ２から中間像２２までの距離をｄ_２とする。射出瞳中心ＥＰＯ２から射出し、中間像２２の像高ｙにおける像点を通過する主光線１４ｃが光軸ＯＡとなす角度θ_２ｃは、以下の式で表される。

In FIG. 3B, the distance from the exit pupil EXP2 of the _second thin-walled lens 26 to the intermediate image 22 is d2. The angle θ _2c formed by the main ray 14c emitted from the exit pupil center EPO2 and passing through the image point at the image height y of the intermediate image 22 with the optical axis OA is expressed by the following equation.

また、第２薄肉レンズ２６の像側開口数をＮＡ_２とすると、第２光学系の主光線１４ｃと上光線１４ｕ、下光線１４ｂがなす角度φ_２は、以下の式で表される。なお、第２薄肉レンズ２６の像空間における屈折率は第１薄肉レンズ２４と等しいのでｎとする。

したがって、上光線１４ｕ、下光線１４ｂが光軸ＯＡと成す角度θ_２ｕ、θ_２ｂは、以下の式で表される。

Further, assuming that the numerical aperture on the image side of the second thin-walled lens 26 is NA ₂ , the angle φ2 formed by the main ray 14c, the upper ray 14u, and the lower ray 14b of the _second optical system is expressed by the following equation. Since the refractive index of the second thin-walled lens 26 in the image space is equal to that of the first thin-walled lens 24, it is set to n.

Therefore, the angles θ _2u and θ _2b formed by the upper ray 14u and the lower ray 14b with the optical axis OA are expressed by the following equations.

第２角度範囲θ_２は、上式（９）、（１０）を用いて以下の式で表される。

The second angle range θ ₂ is expressed by the following equation using the above equations (9) and (10).

以上の関係式より、式（１）は、以下のように表すことができる。

From the above relational expression, the expression (1) can be expressed as follows.

また、第１薄肉レンズ２４の焦点距離をｆ_１、像倍率をβ_１とすると、上式（２）は、以下のように書き換えることができる。

第２薄肉レンズ２６の焦点距離をｆ_２、像倍率をβ_２とすると、上式（７）は、以下のように書き換えることができる。

したがって、上式（１２）は、以下のように書き換えることができる。

なお、無限共役系においては、式（１３）から（１５）において、像倍率を０とする。例えば、第１光学系が無限共役系である場合にはβ_１＝０としてθ_１ｃを算出する。 Further, assuming that the focal length of the first thin-walled lens 24 is f ₁ and the image magnification is β ₁ , the above equation (2) can be rewritten as follows.

Assuming that the focal length of the second thin-walled lens 26 is f ₂ and the image magnification is β ₂ , the above equation (7) can be rewritten as follows.

Therefore, the above equation (12) can be rewritten as follows.

In the infinite conjugated system, the image magnification is set to 0 in the equations (13) to (15). For example, when the first optical system is an infinite conjugated system, θ _1c is calculated by setting β ₁ = 0.

本実施形態において、中間像２２上の任意の像点においてθ_ｒが１０％以上となる様に第１光学系、第２光学系の光学パラメータを制約することによって、観察視野全体にわたり、像に欠けが発生しない良好な観察像を得ることができる。 In the present embodiment, by restricting the optical parameters of the first optical system and the second optical system so that θ _r becomes 10% or more at an arbitrary image point on the intermediate image 22, the image can be obtained over the entire observation field of view. A good observation image without chipping can be obtained.

次に、具体的な第１光学系と第２光学系の実施例を示す。
（実施例１）
図４は、第１実施例における第１光学系（図４（ａ））および第２光学系（図４（ｂ））の構成を示す図である。以下の表１に、実施例１に係る第１光学系の諸元の値を示す。数値の単位はｍｍ（ミリメートル）である。なお、以降の実施例においても、数値の単位はｍｍである。

Next, specific examples of the first optical system and the second optical system will be shown.
(Example 1)
FIG. 4 is a diagram showing the configurations of the first optical system (FIG. 4 (a)) and the second optical system (FIG. 4 (b)) in the first embodiment. Table 1 below shows the values of the specifications of the first optical system according to the first embodiment. The unit of the numerical value is mm (millimeter). In the following examples, the unit of the numerical value is mm.

以下の表２に、実施例１に係る第２光学系の諸元の値を示す。

Table 2 below shows the values of the specifications of the second optical system according to the first embodiment.

以下の表３に、中間像上の各像高（最大像高に対して、１０割、７割、５割の位置）における第１光学系の第１角度範囲θ_１と第２光学系の第２角度範囲θ_２および両光線束の重なりの割合θ_ｒを示す。

Table 3 below shows the first angle range θ ₁ of the first optical system and the second optical system at each image height on the intermediate image (positions of 100%, 70%, and 50% of the maximum image height). The second angle range θ ₂ and the overlap ratio θ _r of both light fluxes are shown.

（実施例２）
図５は、第２実施例における第１光学系（図５（ａ））および第２光学系（図５（ｂ））の構成を示す図である。以下の表４に、実施例２に係る第１光学系の諸元の値を示す。

(Example 2)
FIG. 5 is a diagram showing the configurations of the first optical system (FIG. 5 (a)) and the second optical system (FIG. 5 (b)) in the second embodiment. Table 4 below shows the values of the specifications of the first optical system according to the second embodiment.

以下の表５に、実施例２に係る第２光学系の諸元の値を示す。

Table 5 below shows the values of the specifications of the second optical system according to the second embodiment.

以下の表６に、中間像上の各像高（最大像高に対して、１０割、７割、５割の位置）における第１光学系の第１角度範囲θ_１と第２光学系の第２角度範囲θ_２および両光線束の重なりの割合θ_ｒを示す。

Table 6 below shows the first angle range θ ₁ of the first optical system and the second optical system at each image height on the intermediate image (positions of 100%, 70%, and 50% of the maximum image height). The second angle range θ ₂ and the overlap ratio θ _r of both light fluxes are shown.

（実施例３）
図６は、第３実施例における第１光学系（図６（ａ））および第２光学系（図６（ｂ））の構成を示す図である。以下の表７に、実施例３に係る第１光学系の諸元の値を示す。

(Example 3)
FIG. 6 is a diagram showing the configurations of the first optical system (FIG. 6 (a)) and the second optical system (FIG. 6 (b)) in the third embodiment. Table 7 below shows the values of the specifications of the first optical system according to the third embodiment.

以下の表８に、実施例３に係る第２光学系の諸元の値を示す。

Table 8 below shows the values of the specifications of the second optical system according to the third embodiment.

以下の表９に、中間像上の各像高（最大像高に対して、１０割、７割、５割の位置）における第１光学系の第１角度範囲θ_１と第２光学系の第２角度範囲θ_２および両光線束の重なりの割合θ_ｒを示す。

Table 9 below shows the first angle range θ ₁ of the first optical system and the second optical system at each image height on the intermediate image (positions of 100%, 70%, and 50% of the maximum image height). The second angle range θ ₂ and the overlap ratio θ _r of both light fluxes are shown.

図４から図６に示した実施例はいずれも球面レンズによって構成される軸対象光学系であり、中間像上の像点近傍における第１光学系および第２光学系の軸外光線束の重なりの割合θ_ｒは、像高が高くなるにつれて単調に減少する。このため、表３、表６および表９では、代表値として５割像高、７割像高、および１０割像高における値を示した。表３、表６および表９より、最大像高である１０割像高において、いずれの実施例も１０％以上の値を示しており、他の像高においてもθ_ｒは１０％以上の値が確保されている。 The examples shown in FIGS. 4 to 6 are all axially targeted optical systems composed of spherical lenses, and the overlap of off-axis light fluxes of the first optical system and the second optical system in the vicinity of the image point on the intermediate image. The ratio θ _r of is monotonously decreased as the image height increases. Therefore, in Tables 3, 6 and 9, the values at 50% image height, 70% image height, and 100% image height are shown as representative values. From Tables 3, 6 and 9, all the examples show a value of 10% or more at the maximum image height of 100%, and θ _r is a value of 10% or more at the other image heights. Is secured.

図７は、これまで説明した観察光学系１を含んで構成される実施形態に係る光学装置の一例である望遠鏡１０のブロック図である。望遠鏡１０は、第１フォーカスレンズ１２ｆ、第１変倍レンズ１２ｖ、第２フォーカスレンズ１４ｆ、第２変倍レンズ１４ｖ、接眼レンズ１６、ビームスプリッター１８、ディスプレイ２０を備える。更に、望遠鏡１０は、システム制御部１００、撮像素子１０４、Ａ／Ｄ変換器１０６、内部メモリ１０８、画像処理部１１０、表示制御部１１２および変倍制御部１１４を備える。図１と同じ部材には同じ符号を付して、説明を省略する。 FIG. 7 is a block diagram of a telescope 10 which is an example of an optical device according to an embodiment including the observation optical system 1 described so far. The telescope 10 includes a first focus lens 12f, a first magnification lens 12v, a second focus lens 14f, a second magnification lens 14v, an eyepiece 16, a beam splitter 18, and a display 20. Further, the telescope 10 includes a system control unit 100, an image sensor 104, an A / D converter 106, an internal memory 108, an image processing unit 110, a display control unit 112, and a scaling control unit 114. The same members as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

望遠鏡１０において、第１光学系は、第１フォーカスレンズ１２ｆ、第１変倍レンズ１２ｖおよびビームスプリッター１８から構成される。第１フォーカスレンズ１２ｆと第１変倍レンズ１２ｖは、図１で説明した第１対物レンズ１２を構成する。望遠鏡１０において、第２光学系は、第２フォーカスレンズ１４ｆ、第２変倍レンズ１４ｖおよびビームスプリッター１８から構成される。第２フォーカスレンズ１４ｆと第２変倍レンズ１４ｖは、図１で説明した第２対物レンズ１４を構成する。第１光学系における集光光束の一部は、ビームスプリッター１８の境界面１９によって下方へ反射され撮像素子１０４上に結像する。 In the telescope 10, the first optical system is composed of a first focus lens 12f, a first magnification lens 12v, and a beam splitter 18. The first focus lens 12f and the first variable magnification lens 12v constitute the first objective lens 12 described with reference to FIG. In the telescope 10, the second optical system is composed of a second focus lens 14f, a second variable magnification lens 14v, and a beam splitter 18. The second focus lens 14f and the second variable magnification lens 14v constitute the second objective lens 14 described with reference to FIG. A part of the focused light flux in the first optical system is reflected downward by the boundary surface 19 of the beam splitter 18 and is imaged on the image pickup device 104.

撮像素子１０４は、第１フォーカスレンズ１２ｆおよび第１変倍レンズ１２ｖを透過して入射する観察対象の光学像を光電変換する素子であり、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサが用いられる。撮像素子１０４で光電変換された当該光学像は、Ａ／Ｄ変換器１０６でアナログ信号からデジタル信号に変換される。撮像素子１０４の電荷読み出し制御およびＡ／Ｄ変換器１０６の変換制御は、同期制御を受けた不図示のタイミング発生部が供給するクロック信号により同期が計られる。 The image pickup device 104 is an element that photoelectrically converts an optical image of an observation target that is incident through the first focus lens 12f and the first variable magnification lens 12v, and for example, a CCD or CMOS sensor is used. The optical image photoelectrically converted by the image pickup device 104 is converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 106. The charge readout control of the image sensor 104 and the conversion control of the A / D converter 106 are synchronized by a clock signal supplied by a timing generator (not shown) that has been synchronized.

デジタル信号に変換された当該光学像は、一旦内部メモリ１０８に記憶される。内部メモリ１０８は、高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリであり、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどが用いられる。内部メモリ１０８は、画像処理部１１０が行う画像処理、画像認識処理等の処理において、ワークメモリとしての役割を担う。したがって、内部メモリ１０８は、これらの役割を担うに相当する十分なメモリ容量を備える。 The optical image converted into a digital signal is temporarily stored in the internal memory 108. The internal memory 108 is a random access memory capable of reading and writing at high speed, and for example, DRAM, SRAM, or the like is used. The internal memory 108 plays a role as a work memory in processing such as image processing and image recognition processing performed by the image processing unit 110. Therefore, the internal memory 108 has sufficient memory capacity to play these roles.

システム制御部１００は、望遠鏡１０を統括的に制御する。また、システム制御部１００は、システムメモリ１０２を有する。システムメモリ１０２は、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等により構成される。本実施形態において、システムメモリ１０２には、後述するパターンマッチング処理用のパターンサンプル画像データが予め記憶されている。 The system control unit 100 comprehensively controls the telescope 10. Further, the system control unit 100 has a system memory 102. The system memory 102 is a non-volatile memory that can be electrically erased and recorded, and is composed of, for example, EEPROM (registered trademark) or the like. In the present embodiment, the system memory 102 stores in advance pattern sample image data for pattern matching processing, which will be described later.

望遠鏡１０は、ユーザからの操作を受け付ける操作部材１１１を備えている。システム制御部１００は、操作部材１１１が操作されたことを検知し、当該操作に応じた動作を実行する。操作部材１１１は、ディスプレイ２０への表示を指示する表示指示ボタン、変倍操作を行う変倍ボタン等で構成される。システム制御部１００は、操作部材１１１で受け付けたユーザの入力に応じて各種処理を実行する。 The telescope 10 includes an operation member 111 that receives an operation from a user. The system control unit 100 detects that the operation member 111 has been operated, and executes an operation corresponding to the operation. The operation member 111 is composed of a display instruction button for instructing display on the display 20, a scaling button for performing a scaling operation, and the like. The system control unit 100 executes various processes according to the input of the user received by the operation member 111.

本実施形態において、操作部材１１１を通じて、ユーザからのディスプレイ２０への表示指令を受け付けると、画像処理部１１０は、システムメモリ１０２に記憶されているパターンサンプル画像と、内部メモリ１０８に逐次記憶される観察対象の画像との間で周知のパターンマッチング処理を実行して、観察対象を認識する。例えば、望遠鏡１０での天体観測において、観察対象である惑星、星雲および星座等を取得画像より認識する。なお、望遠鏡１０が外部ネットワークに接続する通信部を備えるのであれば、パターンマッチング処理を、望遠鏡１０内で実行せずに、外部サーバに実行させても良い。この場合、外部サーバに接続されたデータベースがパターンサンプル画像を格納していても良い。 In the present embodiment, when a display command from the user to the display 20 is received through the operation member 111, the image processing unit 110 sequentially stores the pattern sample image stored in the system memory 102 and the pattern sample image stored in the internal memory 108. A well-known pattern matching process with the image to be observed is executed to recognize the object to be observed. For example, in astronomical observation with the telescope 10, the planets, nebulae, constellations, etc. to be observed are recognized from the acquired images. If the telescope 10 includes a communication unit connected to an external network, the pattern matching process may be executed by an external server instead of being executed in the telescope 10. In this case, the database connected to the external server may store the pattern sample image.

観察対象を認識すると、画像処理部１１０は、当該パターンサンプル画像に対応する画像を生成する。システム制御部１００は、画像処理部１１０が生成した画像を、表示制御部１１２を介してディスプレイ２０に表示させる。この場合、第２対物レンズ１４により形成される当該画像による像と第１対物レンズ１２により形成される観察対象の像の輪郭が重なるように、画像処理部１１０は、当該画像の画像データに対して拡大縮小処理、回転処理等の画像処理を行う。例えば、光学設計値等より予め取得された第１光学系および第２光学系の歪曲収差等の残存収差特性に応じて、収差補正処理を施しても良い。 Upon recognizing the observation target, the image processing unit 110 generates an image corresponding to the pattern sample image. The system control unit 100 displays the image generated by the image processing unit 110 on the display 20 via the display control unit 112. In this case, the image processing unit 110 refers to the image data of the image so that the contour of the image formed by the second objective lens 14 and the image of the observation target formed by the first objective lens 12 overlap. Image processing such as enlargement / reduction processing and rotation processing is performed. For example, aberration correction processing may be performed according to residual aberration characteristics such as distortion of the first optical system and the second optical system acquired in advance from optical design values and the like.

本実施形態においては、中間像２２において、任意の像高ｙの像点に集光する第１光学系からの第１光線束と、第２光学系からの第２光線束とが重なる。したがって、ユーザは、第２光学系からの画像情報がいずれの位置に重畳されても、欠けることなく良好に視認できる。 In the present embodiment, in the intermediate image 22, the first ray bundle from the first optical system focused on the image point of an arbitrary image height y and the second ray bundle from the second optical system overlap. Therefore, the user can visually recognize the image information from the second optical system satisfactorily without being chipped regardless of the position where the image information is superimposed.

また、望遠鏡１０において、第１光学系と第２光学系を構成する第１変倍レンズ１２ｖ、第２変倍レンズ１４ｖは、システム制御部１００の統括制御のもと変倍制御部１１４によって制御される。変倍制御部１１４は、ユーザの指示に応じて第１変倍レンズ１２ｖを駆動して、第１光学系の焦点距離を変更する。このとき、変倍制御部１１４は、当該指示に応じて、第１角度範囲θ_１と第２角度範囲θ_２が互いに重なるように、移動機構を駆動して第２光学系の第２変倍レンズ１４ｖを移動させる。このように、第１変倍レンズ１２ｖと第２変倍レンズ１４ｖを連動して移動させることにより、軸外光線束の重なりを維持する。このとき、重なり量の変動の許容幅を予め定めておき、重なり量がこの許容幅に収まるように、第２変倍レンズ１４ｖを移動させるように制御しても良い。また、変倍制御部１１４は、変倍レンズ１４ｖに限らず、重なりを維持させることができる限りにおいて、第２光学系を構成する少なくとも一部のレンズを移動させても良い。 Further, in the telescope 10, the first variable magnification lens 12v and the second variable magnification lens 14v constituting the first optical system and the second optical system are controlled by the variable magnification control unit 114 under the integrated control of the system control unit 100. Will be done. The variable magnification control unit 114 drives the first variable magnification lens 12v according to a user's instruction to change the focal length of the first optical system. At this time, the scaling control unit 114 drives the moving mechanism so that the first angle range θ ₁ and the second angle range θ ₂ overlap each other in response to the instruction, and the second scaling of the second optical system. Move the lens 14v. By moving the first variable magnification lens 12v and the second variable magnification lens 14v in conjunction with each other in this way, the overlap of the off-axis ray bundles is maintained. At this time, the allowable range of fluctuation of the overlapping amount may be determined in advance, and the second variable magnification lens 14v may be controlled to move so that the overlapping amount falls within this allowable range. Further, the scaling control unit 114 is not limited to the scaling lens 14v, and may move at least a part of the lenses constituting the second optical system as long as the overlap can be maintained.

図８は、各光学系における光学像の重なりを説明する図である。図８では、望遠鏡１０で天体観測をおこなう場合の例を示す。特に、観測対象として矢座を観測する例を示す。 FIG. 8 is a diagram illustrating the overlap of optical images in each optical system. FIG. 8 shows an example of astronomical observation with the telescope 10. In particular, an example of observing Sagitta as an observation target is shown.

図８（ａ）は、第１光学系および接眼レンズ１６を通して観察される外界の観察像である第１観察像２００を示している。図８（ａ）に示すように、第１観察像２００には、矢座を形成する４つの星２００ａ～２００ｄが含まれている。図８（ｂ）は、第２光学系および接眼レンズ１６を通して観察されるディスプレイ２０の表示画像の観察像である第２観察像２０２を示している。図８（ｂ）に示すように、第２観察像２０２には、矢座の星座絵２０２ａと矢座を示す「Ｓａｇｉｔｔａ」という星座名２０２ｂおよび矢座を構成する星を繋ぐ星座線２０２ｃとが含まれている。図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す第１観察像２００と図８（ｂ）に示す第２観察像２０２とを重畳した重畳観察像２０４を示す。 FIG. 8A shows a first observation image 200 which is an observation image of the outside world observed through the first optical system and the eyepiece 16. As shown in FIG. 8A, the first observation image 200 includes four stars 200a to 200d forming the arrowhead. FIG. 8B shows a second observation image 202, which is an observation image of the display image of the display 20 observed through the second optical system and the eyepiece 16. As shown in FIG. 8B, the second observation image 202 includes a constellation picture 202a of Sagitta, a constellation name "Sagitta" indicating Sagitta, and a constellation line 202c connecting the stars constituting Sagitta. include. FIG. 8 (c) shows a superimposed observation image 204 in which the first observation image 200 shown in FIG. 8 (a) and the second observation image 202 shown in FIG. 8 (b) are superimposed.

ユーザは、特定の星座を観察しようと、望遠鏡１０を当該星座の方角へ視準する。視準したのち、ユーザは、第１観察像２００に対応する情報を含む画像を第１観察像２００に重畳表示させるために、操作ボタンを操作して望遠鏡１０に表示指令を行う。 The user collimates the telescope 10 in the direction of the constellation in order to observe a specific constellation. After collimation, the user operates an operation button to give a display command to the telescope 10 in order to superimpose and display an image including information corresponding to the first observation image 200 on the first observation image 200.

望遠鏡１０は、ユーザからの当該表示指令を受け付けて、第１観察像に対応する画像データをディスプレイ２０に表示させることによって、第２観察像２０２を形成する。このとき、本実施形態においては、システム制御部１００、画像処理部１１０および表示制御部１１２が協働して、制御部として機能して、観察空間からの光学像の少なくとも一部の位置に対応して、ディスプレイ上における表示像の表示位置を定める。図８において、制御部は、図８（ａ）に示す矢座を形成する星２００ａ～２００ｄの位置に対応して、図８（ｂ）に示す星座絵２０２ａ、星座名２０２ｂおよび星座線２０２ｃが配置されるようにディスプレイ２０上の表示位置を定める。ユーザは、接眼レンズ１６を介して第１観察像２００と第２観察像２０２が重畳された重畳観察像２０４を観察することができる。 The telescope 10 receives the display command from the user and displays the image data corresponding to the first observation image on the display 20 to form the second observation image 202. At this time, in the present embodiment, the system control unit 100, the image processing unit 110, and the display control unit 112 cooperate to function as a control unit and correspond to the position of at least a part of the optical image from the observation space. Then, the display position of the display image on the display is determined. In FIG. 8, the control unit has the constellation picture 202a, the constellation name 202b, and the constellation line 202c shown in FIG. 8B corresponding to the positions of the stars 200a to 200d forming the arrow constellation shown in FIG. 8A. The display position on the display 20 is determined so as to be arranged. The user can observe the superimposed observation image 204 on which the first observation image 200 and the second observation image 202 are superimposed through the eyepiece 16.

以上の説明では、観察光学系１を含む光学装置の一例として望遠鏡について説明したが、光学装置の他の例として、双眼鏡、単眼鏡、ファインダー、ライフルスコープおよび顕微鏡などを挙げることができる。 In the above description, the telescope has been described as an example of the optical device including the observation optical system 1, but other examples of the optical device include binoculars, monoculars, a finder, a riflescope, a microscope, and the like.

以上の説明では、第１対物レンズ１２、第２対物レンズ１４、接眼レンズ１６、第１フォーカスレンズ１２ｆ、第１変倍レンズ１２ｖ、第２フォーカスレンズ１４ｆ、および第２変倍レンズ１４ｖを一枚のレンズで代表して示したが、収差補正の観点等より複数のレンズから構成されてもよい。また、これらのレンズの光学面の形状は球面に限らず、非球面であってもよく、更に、位相変調作用をもたせた回折光学面であってもよい。 In the above description, the first objective lens 12, the second objective lens 14, the eyepiece lens 16, the first focus lens 12f, the first variable magnification lens 12v, the second focus lens 14f, and the second variable magnification lens 14v are included in one piece. Although it is shown as a representative of the above lenses, it may be composed of a plurality of lenses from the viewpoint of aberration correction and the like. Further, the shape of the optical surface of these lenses is not limited to a spherical surface, and may be an aspherical surface, or may be a diffractive optical surface having a phase modulation action.

以上の説明では、第１フォーカスレンズ１２ｆおよび第２フォーカスレンズ１４ｆを凸レンズ、第１変倍レンズ１２ｖおよび第２変倍レンズ１４ｖを凹レンズで表したが、これらのレンズの屈折力はこの組み合わせに限られない。 In the above description, the first focus lens 12f and the second focus lens 14f are represented by a convex lens, and the first variable magnification lens 12v and the second variable magnification lens 14v are represented by a concave lens, but the refractive power of these lenses is limited to this combination. I can't.

以上の説明では、透過型光学系を取り上げて説明したが、反射型光学系で構成されていてもよい。また、透過型光学系と反射型光学系とを併用した光学系で構成されていてもよい。 In the above description, the transmission type optical system has been taken up and described, but the reflection type optical system may be used. Further, it may be composed of an optical system in which a transmission type optical system and a reflection type optical system are used in combination.

以上の説明では、θｒの閾値を１０％としたが、製造誤差や観察者の輝度差の弁別能力の差等を考慮して、当該閾値を５０％としてもよい。更には、当該閾値を８０％としてもよい。当該閾値を高くすることにより、第１光学系における像に重畳する第２光学系における像の輝度差が大きくなるため、コントラストが向上して、当該重畳する第２光学系の像をより視認しやすくなる。 In the above description, the threshold value of θr is set to 10%, but the threshold value may be set to 50% in consideration of the manufacturing error, the difference in the discrimination ability of the observer's luminance difference, and the like. Further, the threshold value may be set to 80%. By increasing the threshold value, the luminance difference of the image in the second optical system superimposed on the image in the first optical system becomes large, so that the contrast is improved and the image of the superimposed second optical system is more visually recognized. It will be easier.

以上の説明では、第１光学系と第２光学系の光学像を重ね合わせるための合成光学素子としてキューブビームスプリッターを使用したが、キューブビームスプリッターの代わりにハーフミラーを使用してもよい。ハーフミラーを使用することにより、キューブビームスプリッターを使用した場合に比べて、光学系の軽量化を図ることができる。 In the above description, the cube beam splitter is used as a synthetic optical element for superimposing the optical images of the first optical system and the second optical system, but a half mirror may be used instead of the cube beam splitter. By using a half mirror, it is possible to reduce the weight of the optical system as compared with the case of using a cube beam splitter.

以上の説明では、合成光学素子を有する光学装置について説明したが、実質的に光軸を重ねて各結合光学系における中間像を重畳させることができるのであれば、合成光学素子を有していなくてもよい。 In the above description, an optical device having a synthetic optical element has been described, but if it is possible to substantially overlap the optical axes and superimpose an intermediate image in each coupled optical system, the optical device does not have a synthetic optical element. You may.

以上の説明では、被観察物体の輝度とディスプレイ２０の表示画像の輝度とが等しいものとして説明したが、変倍操作による第１光学系の対物レンズおよび第２光学系の対物レンズの各焦点距離の変化に伴って、第１光学系の第１角度範囲θ_１と第２光学系の第２角度範囲θ_２が重なりの割合が変化した場合には、当該割合に応じてディスプレイ２０に表示させる画像の輝度を調整してもよい。また、被観察物体の輝度に応じて、ディスプレイ２０の表示画像の輝度を調整してもよい。この場合には、システム制御部１００、画像処理部１１０および表示制御部１１２が協働して、表示画像の輝度を調整する調整部として機能する。このように、変倍動作による光学系の構成の変化や対象物体の輝度に応じて、ディスプレイ２０の輝度を調整することによって、ディスプレイ２０における消費電力を削減することができる。 In the above description, the brightness of the object to be observed and the brightness of the display image of the display 20 are equal to each other. However, the focal distances of the objective lens of the first optical system and the objective lens of the second optical system by the scaling operation are performed. When the overlapping ratio of the first angle range θ ₁ of the first optical system and the second angle range θ ₂ of the second optical system changes with the change of, the display 20 is displayed according to the ratio. You may adjust the brightness of the image. Further, the brightness of the display image of the display 20 may be adjusted according to the brightness of the object to be observed. In this case, the system control unit 100, the image processing unit 110, and the display control unit 112 cooperate to function as an adjustment unit for adjusting the brightness of the displayed image. As described above, the power consumption of the display 20 can be reduced by adjusting the brightness of the display 20 according to the change in the configuration of the optical system due to the scaling operation and the brightness of the target object.

以上の説明では、天体観測の例を紹介したが、第２光学系によって形成される中間像が全面に亘って欠けること無く観察可能な特性を利用して、さまざまな利用形態に応用できる。特に、光学像の少なくとも一部の輪郭（エッジ）に対応して、ディスプレイ２０により輪郭ラインを重畳させるような応用に適している。例えば、特定の人物を認識した場合に、制御部は、その人物の顔のエッジに沿って赤色の輪郭ラインを重畳表示させるための画像をディスプレイ２０に表示してもよい。 In the above description, an example of astronomical observation has been introduced, but it can be applied to various usage forms by utilizing the characteristic that the intermediate image formed by the second optical system can be observed without being chipped over the entire surface. In particular, it is suitable for applications such as superimposing contour lines on the display 20 corresponding to at least a part of contours (edges) of an optical image. For example, when a specific person is recognized, the control unit may display an image on the display 20 for superimposing and displaying a red contour line along the edge of the face of the person.

輪郭ラインは、対象とする光学像のエッジに平行なラインに限らず、光学像のエッジに関連づけられたラインであっても良い。例えば、ＡＲ技術（拡張現実技術）において、光学像として観察される店舗外観に、その店舗情報をラインで結びつけつつ表示するような表示態様も採用し得る。 The contour line is not limited to a line parallel to the edge of the target optical image, but may be a line associated with the edge of the optical image. For example, in the AR technique (augmented reality technique), a display mode in which the store information is linked to the store appearance observed as an optical image by a line can be adopted.

以上の説明では、第１光学系と第２光学系の２つの結像光学系を備える光学装置の例を紹介したが、３つ以上の結像光学系を備えるとしてもよい。例えば、３つの結像光学系を備えた光学装置とする場合には、第１光学系を観察空間における物体を対象とする結像光学系として、第２光学系および第３光学系を表示装置上に表示された画像を対象とする結像光学系としてもよい。そして、第１光学系が形成する像に対して、第２光学系および第３光学系が形成する像を重畳させるように制御してもよく、第１光学系が形成する像に対して、予め定められた条件に応じて、第２光学系もしくは第３光学系が形成する像のいずれかを重畳させるように制御してもよい。 In the above description, an example of an optical device including two imaging optical systems, a first optical system and a second optical system, has been introduced, but three or more imaging optical systems may be provided. For example, in the case of an optical device provided with three imaging optical systems, the first optical system is an imaging optical system for an object in the observation space, and the second optical system and the third optical system are display devices. It may be an imaging optical system for the image displayed above. Then, the image formed by the first optical system may be controlled to superimpose the image formed by the second optical system and the third optical system, and the image formed by the first optical system may be controlled to be superimposed. Depending on predetermined conditions, either the second optical system or the image formed by the third optical system may be controlled to be superimposed.

以上の説明では、第１光学系は、観察空間における被観察物体の光学像を形成する結像光学系であり、第２光学系は、表示装置上に表示された画像の光学像を形成する結像光学系を一例とした。しかしながら、第１光学系、第２光学系のいずれも観察空間における物体を対象物体としてもよい。また、第１光学系、第２光学系のいずれも表示装置上に表示された画像を対象物体としてもよい。 In the above description, the first optical system is an imaging optical system that forms an optical image of the object to be observed in the observation space, and the second optical system forms an optical image of the image displayed on the display device. The imaging optical system is taken as an example. However, both the first optical system and the second optical system may use an object in the observation space as the target object. Further, both the first optical system and the second optical system may use the image displayed on the display device as the target object.

以上の説明では、基準とする瞳孔径の例として人間の最大瞳孔径φ７ｍｍを挙げたが、本実施形態における光学装置を設計するにあたり、人間の最小瞳孔径φ２ｍｍとして第１光線束と第２光線束の重なりを制約してもよい。これにより、光刺激に応じて変化するユーザの瞳孔径の大きさに依らず、第１アイポイントＥＰ１と第２アイポイントＥＰ２の間の任意の位置において、観察視野全体にわたって欠けの無い重畳像を観察することができる。 In the above description, the maximum pupil diameter of a human being φ7 mm is given as an example of the reference pupil diameter, but in designing the optical device in the present embodiment, the first ray bundle and the second ray bundle are set as the minimum pupil diameter φ2 mm of a human being. The overlap of bundles may be restricted. As a result, regardless of the size of the pupil diameter of the user that changes in response to the light stimulus, a superposed image without chipping over the entire observation field of view can be obtained at an arbitrary position between the first eye point EP1 and the second eye point EP2. Can be observed.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

１観察光学系、１０望遠鏡、１２第１対物レンズ、１２ｃ主光線、１２ｕ上光線、１２ｂ下光線、１４第２対物レンズ、１４ｃ主光線、１４ｕ上光線、１４ｂ下光線、１６接眼レンズ、１８、１８ａビームスプリッター、１９、１９ｂ境界面、２０ディスプレイ、２２中間像、２４第１薄肉レンズ、２６第２薄肉レンズ、３０観察眼、３５座標系、４０重なり領域、４２像点、１００システム制御部、１０２システムメモリ、１０４撮像素子、１０６Ａ／Ｄ変換器、１０８内部メモリ、１１０画像処理部、１１１操作部材、１１２表示制御部、１１４変倍制御部、２００第１観察像、２０２第２観察像、２０４重畳観察像 1 Observation optics, 10 telescope, 12 1st objective lens, 12c main ray, 12u upper ray, 12b lower ray, 14 2nd objective lens, 14c main ray, 14u upper ray, 14b lower ray, 16 eyepiece, 18, 18a beam splitter, 19, 19b interface, 20 display, 22 intermediate image, 24 first thin lens, 26 second thin lens, 30 observation eye, 35 coordinate system, 40 overlapping area, 42 image points, 100 system control unit, 102 system memory, 104 image pickup element, 106 A / D converter, 108 internal memory, 110 image processing unit, 111 operation member, 112 display control unit, 114 variable magnification control unit, 200 first observation image, 202 second observation image , 204 Superimposed observation image

Claims

第１対物レンズを有する第１光学系と、前記第１対物レンズとは異なる第２対物レンズを有する第２光学系と、前記第１光学系及び第２光学系による像を観察するための共通の接眼レンズとを有する光学装置において、
前記第１光学系による像面と前記第２光学系による像面とが同一光軸上で重なるように構成されると共に、前記第１光学系による像についての前記接眼レンズによるアイポイント位置と、前記第２光学系による像についての前記接眼レンズによるアイポイント位置とが異なり、
前記第１光学系によって前記像面上の光軸外画角の像点に集光される第１軸外光線束と、前記第２光学系によって前記像点に集光される第２軸外光線束とが重なるように設けられた光学装置。 Common for observing images by the first optical system having a first objective lens, a second optical system having a second objective lens different from the first objective lens, and the first optical system and the second optical system. In an optical device with an eyepiece
The image plane of the first optical system and the image plane of the second optical system are configured to overlap on the same optical axis, and the eye point position of the image of the first optical system by the eyepiece lens. The image by the second optical system is different from the eye point position by the eyepiece.
The off-axis light flux focused on the image point of the off-axis angle on the image plane by the first optical system and the off- axis light focused on the image point by the second optical system. An optical device provided so as to overlap with a light flux.

前記第１軸外光線束および前記第２軸外光線束の一方の少なくとも一部が、前記第１軸外光線束および前記第２軸外光線束の他方のアイポイント位置を通過する、At least a part of one of the off-axis ray bundle and the second off-axis ray bundle passes through the other eye point position of the out-of-axis ray bundle and the second off-axis ray bundle.
請求項１に記載の光学装置。The optical device according to claim 1.

前記第１軸外光線束および前記第２軸外光線束がそれぞれ前記接眼レンズを通過する際、When the extra-axis ray bundle and the second off-axis ray bundle each pass through the eyepiece,
前記第１光学系と前記接眼レンズとによる第１アイポイントと、前記第２光学系と前記接眼レンズとによる第２アイポイントとの間において、前記第１光学系からの前記第１軸外光線束と前記第２光学系からの前記第２軸外光線束とが重複するように構成された請求項１または２に記載の光学装置。The first off-axis ray from the first optical system between the first eye point by the first optical system and the eyepiece and the second eye point by the second optical system and the eyepiece. The optical device according to claim 1 or 2, wherein the bundle and the second off-axis ray bundle from the second optical system are configured to overlap each other.

前記像点は、前記像面上の最大画角の像点を含む、請求項１から３の何れか一項に記載の光学装置。The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the image point includes an image point having a maximum angle of view on the image plane.

請求項１から４の何れか一項に記載の光学装置において、
前記像面に形成される像の共通の高さの像高をｙ、前記第１光学系によって集光される第１光線束の第１角度範囲をθ_１、前記第２光学系によって集光される第２光線束の第２角度範囲をθ_２としたときに、式（１）及び式（２）で表されるθ_１及びθ_２が互いに重なる範囲を有するように、前記第１光学系および前記第２光学系が構成された光学装置。

In the optical device according to any one of claims 1 to 4 .
The image height of the common height of the images formed on the image plane is y, the first angle range of the first ray bundle focused by the first optical system is θ ₁ , and the image is focused by the second optical system. The first optical is such that θ ₁ and θ ₂ represented by the equations (1) and (2) overlap each other when the second angle range of the second ray bundle is θ ₂ . An optical device including the system and the second optical system.

前記第１角度範囲θ_１と前記第２角度範囲θ_２との重なり範囲が、前記第１角度範囲θ_１に対して少なくとも１０％以上である請求項５に記載の光学装置。 The optical device according to claim 5 , wherein the overlapping range of the first angle range θ ₁ and the second angle range θ ₂ is at least 10% or more with respect to the first angle range θ ₁ .

前記第１光学系および前記第２光学系は、前記像面に形成される像のすべての像点で、前記第１軸外光線束と前記第２軸外光線束とが重なるように構成された請求項１から６のいずれか１項に記載の光学装置。 The first optical system and the second optical system are configured such that the off- axis ray bundle and the second off-axis ray bundle overlap at all the image points of the image formed on the image plane. The optical device according to any one of claims 1 to 6 .

前記第１光学系および前記第２光学系のそれぞれの像面を重ねるための合成光学素子を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a synthetic optical element for superimposing the image planes of the first optical system and the second optical system.

前記第１光学系は、ユーザが観察空間を観察するための光学系であり、
前記第２光学系は、ディスプレイによって表示される表示像を結像させるための光学系である請求項１から８のいずれか１項に記載の光学装置。 The first optical system is an optical system for the user to observe the observation space.
The optical device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the second optical system is an optical system for forming an image of a display image displayed by a display.

前記表示像が表示される前記ディスプレイの表示面は前記第１光学系の光軸と平行である、請求項９に記載の光学装置。The optical device according to claim 9, wherein the display surface of the display on which the display image is displayed is parallel to the optical axis of the first optical system.

前記観察空間からの光学像の少なくとも一部の位置に対応して前記表示像の表示位置を定める制御部をさらに備える請求項１０に記載の光学装置。 The optical device according to claim 10 , further comprising a control unit that determines a display position of the display image corresponding to at least a part of the position of the optical image from the observation space.

前記制御部は、前記観察空間からの光学像の少なくとも一部の輪郭に対応する輪郭ラインを含む前記表示像を前記ディスプレイに表示させる請求項１１に記載の光学装置。 The optical device according to claim 11 , wherein the control unit displays the display image including a contour line corresponding to the contour of at least a part of the optical image from the observation space on the display.

前記第１光学系の焦点距離が変更されたときに、前記ディスプレイの表示輝度を調整する調整部をさらに備える請求項９から１２のいずれか１項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 9 to 12 , further comprising an adjusting unit for adjusting the display luminance of the display when the focal length of the first optical system is changed.

前記第１光学系の焦点距離が変更されたときに、前記第２光学系の少なくとも一部のレンズを、移動させる移動機構を備える請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 13 , further comprising a moving mechanism for moving at least a part of the lenses of the second optical system when the focal length of the first optical system is changed.

前記第１光学系の対物レンズと前記第２光学系の対物レンズとの少なくとも一方の対物レンズの焦点距離が可変であり、前記少なくとも一方の対物レンズの焦点距離の変化に伴って、共通像面上の像点についての前記第１光学系の前記第１軸外光線束の角度範囲と前記第２光学系の前記第２軸外光線束の角度範囲との重なりの割合が変化した場合に、前記制御部は当該割合に応じて前記ディスプレイに表示させる画像の輝度を調整する機能を備える請求項１１または１２に記載の光学装置。 The focal distance of at least one of the objective lens of the first optical system and the objective lens of the second optical system is variable, and the common image plane changes with the change of the focal distance of the at least one objective lens. When the ratio of the overlap between the angle range of the first off-axis light bundle of the first optical system and the angle range of the second off- axis light bundle of the second optical system with respect to the above image point changes. The optical device according to claim 11 or 12 , wherein the control unit has a function of adjusting the brightness of an image displayed on the display according to the ratio.