JPH04507307A - 光学装置のライトパスの設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学装置のライトパスの設定方法 技術分野 本発明は、光学データを保持することができ、内部の鏡のサイズが小さいコンパ クトでエルゴノミカルな装置を得ることができるように、単眼望遠鏡、双眼鏡、 その他の装置のライトパスを決める方法に関する。ライトパスは単一の平面の近 くに位置し、像正立鏡のうち少なくとも２個はこの平面の両側に位置する。対物 レンズからの光はこれらの鏡に順に当たる。前記２個の鏡の交差線を前記平面に 対して傾けることにより、フォーリングラインの発生を防止できる。

従来技術 装置の対物レンズによって形成された実像を外焦点接眼レンズを通して見ること ができる双眼鏡や望遠鏡では、ライトパスを光学軸を中心に１８０°回転させる （正立像に変える）ことが必ず必要である。これをしないと接眼レンズを通して 見た像は上下が逆になる。このようなことはたいていの場合好ましいことではな い。

はとんどの望遠鏡では、正立像への変換は第１のＦｏｒｒｏシステムを介して従 来の方法で行われる。このシステムの欠点は、対物レンズの焦点距離が長いと、 望遠鏡をあまりコンパクトにできないことである。

対物レンズと接眼レンズとの間に設けたレンズで正立像への変換を行う方法も公 知である。この方法の欠点は装置が非常に長くなることと、像正立用レンズによ って光行差が生じやすいことである。

正立像に変換するもうひとつの方法がアメリカ特許３２９８７７０に記載されて いる。この方法の長所は、対物レンズの焦点距離が長くても、装置を非常にコン パクトにできることと、内部の鏡のサイズを小さくできることである。このよう な長所があるにもかかわらずこの方法はほとんど評価されなかった。これは非常 に高い精度が要求され、従って製造コストの高いいわゆるルーフミラーペアが必 要だったためである。

望遠鏡に望まれる条件を以下に挙げる。

１）装置の光の入口と出口の光学軸が平行であること。これによって使用者は観 察対象物のある方向を向いた状態で像を見ることができる。

２）構造の単純化のために、正立像への変換は平面鏡４個だけで行う。

３）ルーフミラーベアは使わない。

・４）光学的特性を高めるために、対物レンズの焦点距離は長めに、装置の外径 寸法は小さめにする、すなわちライトパスによって装置のコンパクト化を図れる ようにする。

５）装置のケースは、両手で持ちやすくなるのである程度幅が広（でもよいが、 長さが幅より極端に大きくならないようにする。さもないとエルゴノミ−が小さ くなってしまう、また装置の高さはできるだけ低くする。

６）たいていの装置では接眼レンズの外径がかなり大きいので、このレンズは装 置のケースの対称面に比較的近い位置に設ける。こうしないと接眼レンズが装置 から突き出てしまい、装置の外見が悪くなりまた取扱いが難しくなる。このよう な欠点のある装置の一例を図６ａに示す。比較のために対称な外形を有する本発 明の装置を図６ｂに７）また内部の鏡をできるだけ小さくすることも望ましい、 これによって装置のサイズ、重量、製造コストの縮小が図れる。

従来公知の正立像に変換する方法の中で、上記の条件をすべて満たしているもの はないことがわかった。したがってこの発明の目的は上記の条件をすべて満たし た装置を提供することである０本発明の装置は、サイズ、その他の特質において 、上述のアメリカ特許３２９８７７０の装置に匹敵するものである。しかしこの 発明の装置には高価なルーフミラーのペアーを用いる必要がないという長所があ る。

図面の説明 図１−６に基づいてこの発明の説明をする９図１は装置のライトバスを示す斜視 図、図２は端面図、図３は正面図、図４は上面図、図５はライトバスのトンネル 図、図６ａは装置のケースの形の均整がとれていない例を示す正面図、図６ｂは 本発明のライトバスを有する装置の対称な外形を示す正面図。

ここでは一般に使われる用語のうちのあるものの説明は省略している。そのよう な用語については、様々な設計上のきまりについて説明しているＵＳ　ＭＩＬ　 ＨＤＢＫ　１４１を参照されたい。

実施例の説明 まず図１に基づいて、この発明の光学部品を備えた単眼望遠鏡７の説明を簡単に 行う、中心光線（以降Ｃ３）は望遠鏡７に入射する光線を指し、この光線は装置 に入射する前は対物レンズ６の光学軸と同軸である。中心光線Ｃ３は対物レンズ ６を通り、鏡１．２．３．４で順に反射され、接眼レンズ５を通って装置から出 る０通常の光学設計のルールによると、接眼レンズの光学軸は装置から出ていく 中心光線Ｃ３と同軸にするのが最も望ましい。従来の望遠鏡と全く同様に、接眼 レンズ５を通して正立像がみられる。以降の説明では鏡１．２．３．４の反射面 をそれぞれ！’、２’、３’、４’で表す。

以下の説明を簡単にするために、望遠鏡内の平面ＳＰを次のように定義する。平 面ＳＰは対物レンズ６の光学軸と、中心光線Ｃ３が鏡２．３に当たる点のちょう ど中間にある点を含む。望遠鏡ケース８は平面ＳＰに対して対称になるように形 成するのがよい、接眼レンズの光学軸は上記ケース内にあるが、対物レンズ６と 平行である必要はない。すべての光学部品は通常ケース８に固定する。

上で述べたすべての条件（１−７）を満たしているこの発明の興味深い特徴は、 ケース８内の鏡１−４のユニークな配置方法にある。そこでこれを図５のトンネ ル図に基づいて説明する。上記ＭＴＬ　ＨＤＢＫ　１４１にはいくつかのプリズ ム−トンネル図が載っている。図５のトンネル図も原理は同じである。違うのは 、この例では前面鏡がプリズム反射面となっている点だけである。

通常携帯用望遠鏡を設計する場合、視野絞りの口径食の許容値を５０％までとす るのが共通のルールである。この設計基準を用い、対物レンズを通る光のすべて が視野の中心に達するようにするという当然の条件を満たすように設計すると、 境界線ＢＬ１．ＢＬ２は図５のように決まる。鏡１−４のそれぞれはトンネル図 の境界線ＢＬＩからＢＬ２に達するだけの大きさになるように寸法を決めて、対 物レンズ６からの光の少な（とも５０％が視野絞りに、対物レンズからの光のす べてが視野の中心に達するようにする。

図４から、鏡１と対物レンズ６との距離（長さし）によって望遠鏡の全長が実質 的に決まることがわかる。Ｌが長いということは望遠鏡が長いということを意味 する。一方距離りはあまり短すぎてはいけない。なぜならあまり短いと鏡１を不 必要に大きくしなければならなくなるからである（対物レンズ６との距離が短い ほど境界線ＢＬＩ、ＢＬ２間の距離が大きくなる）、シたがって実用的な範囲内 で、すなわち装置の全長が長くなりすぎない範囲で、長さしはできるだけ大きく するのがよい。距離りが対物レンズの焦点距離の約４０％になるようにするのが 好ましい値である。

また図５のトンネル図から、境界ｗＡＢＬ１．ＢＬ２間の距離は対物レンズから 遠い側で短いことがわかる。したがってｗＩ１２．３．４は中心光ｗＡＣ３沿い に測って対物レンズ６から遠い側に設けるのがよい、こうすればこれらの鏡をあ まり太き（しなくてすむからである。この発明の図示の実施例の場合、鏡２−４ はすべて中心光線Ｃ５沿いに測って対物レンズか６から比較的遠い位置に設けで あるので、サイズが小さい。４つの反射面のうち２つを比較的大きくしな（では ならない最初のＰｏｒｒｏシステムに比べた場合、鏡のサイズを小さくできるこ とは大きな利点である。

前記の条件５は、生物工学的理由により望遠鏡はできるだけ薄い方がよい、すな わち望遠鏡の最小外径はできるだけ小さい方がよいというものであった。現在の 装置の構造では、通常の光学上の理由により、鏡２．３は上下に配置しなくては ならず、従つてこれら鏡のサイズはできるだけ小さくする必要がある。トンネル 図中の鏡２．３を、境界線ＢＬＩとＢＬ２の距離が最小になる点Ｐ１の近（に設 けると、望遠鏡の中の上記鏡の高さも最小になる。本発明の光学装置はこのよう になっている０図５のトンネル図からはっきりわかるように、１１２．３は点Ｐ １の近くに設けである。また高さを最小にするためには、鏡２．３を装置のケー スの対称面の両側に位置するように設け、これら鏡のどちらも不必要に平面ＳＰ から離れすぎないようにしなければならないことがわかる０図２．３に示すよう にこの発明の装置はこの条件も満たしている。

前記の条件６は、接眼レンズ５を平面ＳＰ上かあるいはその近（に設けることで あった。この条件も本発明の光学装置は満たしている。この条件を満たすために は、鏡３で反射された後Ｃ３をＳＰに向けて下に曲げればよい。こうすれば鏡４ および接眼レンズ５を平面ＳＰの近くに設けることができる。条件１を満たすに は、接眼レンズの光学軸およびＣ８が鏡４に当たる点が、面ＳＰから同じ距ｉＩ ！ＬＩになるように位置を決めなければならない。図示の例ではＬｌ−約５ｍｍ であるが、Ｌ１＝０でもよい。図６ｂはＬ１＝０の場合の装置の対称な外形を示 す正面図である。

望遠鏡のケース８の内部の鏡１−４を上記のように配置することによって、対物 レンズの焦点距離を適当に決めるだけで、内部の鏡の寸法を最小にでき、接眼レ ンズを最適の位置に設けることができ、その結実装置を非常にコンパクトにしか も薄くすることができる。したがって条件１−７がすべて満たされたことになる 。

実際に応用する場合も考慮すると次のような結論が得られる。望遠鏡の接眼レン ズ側から見ると、中心光線Ｃ３は望遠鏡の内部で鏡１によって斜め下前方に向け て反射され、面ＳＰから約１２ｍｍ下方で鏡２に当たる。Ｃ５は面ＳＰの上方約 １２ｍｍのところで鏡３に当たるように鏡２によって前方に反射される。次にＣ ８はｊｉＪｉ３によって斜め下前方に向けて反射され、面ＳＰ上あるいはその近 くでＩＩ４に当たる。Ｃ３が面ＳＰ上の点で鏡４に当たるようにする場合、条件 １を満足させるためには接眼レンズの光学軸も面ＳＰ上になければならない。こ のような配置にすれば、望遠鏡の外形を完全な対称形にすることも可能になる。

したがって鏡４によって反射されたＣ３が、装置に入ってくるＣ３および面ＳＰ に平行になるように、鏡４の角位置を調節しなければならない。

しかしまだフォーリングラインの発生防止の問題が残っている。フォーリングラ インが起きると、たとえば装置を通して見た水平な線が完全に水平ではなく、あ る方向に傾いているように見える。

理解しやすいように、このあとの説明では角α、仮想軸線ＡＸ、直線ＲＬを用い る。直ＩＩＲＬ（ルーフライン）は反射面２と３の仮想交差線である。

角αは直線ＲＬと面ＳＰとのなす角である。

仮想軸線ＡＸは点Ｐを通り、反射面２に対して反射面３と同じ角度をなし、交差 線ＲＬに垂直な線である。

像の傾きは角度αを調節することによって変えることができる、すなわちゼロに することができる、この調節は、角度αが正しい値になるまで、仮想軸線ＡＸを 中心に、鏡２．３を一体で小さい角度だけ回転させて行えばよい。

図３のすでに正しくａｌｌ！ｆｆされている望遠鏡の場合、ＲＬは面ＳＰに対し て角度α傾いている。図示の望遠鏡の場合、直線ＲＬが図３に示す方向に傾くよ うに鏡２．３の方向を定める必要がある。

この手法を用いて調節した試作装置の場合、角度αは約１５°であった。この値 は用いる光学部品の種類によってももちろん変わる。しかし実際にはαの値は３ °から５０°あたりの範囲内に収まると思われる。この範囲を外れるような値は 実際の応用には適当ではない。　また鏡４は、鏡４から装置の外に向かうＣ３が 、装置に入ってくるＣ８と平行になるように調節しなければならない。

この最後の調整も像の傾きに多少影響を与える。

したがって上で述べた鏡２．３の調整をやり直さなければならないことになる。

光学部品を一つ一つ順番に手で調節していく方法は上で説明したとおりである。

この方法でも十分であるが、計算によって、特にコンピューターで計算して、調 節を行う方がペターである。この方法はシミュレーションできるので会話形計算 方法が可能である。

プリズムはライトパスが不規則なので、本発明の望遠鏡に用いるのには通さない 。前面が平らな鏡がよい。高反射コーティングを設けることによって、望遠鏡全 体の透過率は１００％に近づく。

またライトパス中のプリズムの鏡面によって起こりやすい「ゴースト反射」をな くすことができる。

上で説明した単眼望遠鏡用の光学部品は双眼鏡にも用いることができる。したが って互いに似ているが必ずしも同一ではない２つのシステムの統合させることが できる。

もちろん、望遠鏡の接眼レンズ側から見て、Ｃ５が鏡１によって斜め上前方に反 射され、次に鏡２によって下向きに反射され、鏡３によって斜め上前方に反射さ れるようにライトパスを設定してもよい。角度β、Ｔは図４に示す値と異なって いてももちろんかまわない。

その他の変更も考えられる。たとえば光学部品のいくつかを装置のケースに対し て移動できるようにあるいは調節可能なように取り付けて、たとえば像の安定化 が図れるようにしてもよい、このように光学部品のいくつかを移動可能にあるい は調節可能に取りつける場合、その移動又は調節は、中心位置、すなわち本発明 ではライトパスを中心にして行わないと意味がない。

また接眼レンズ５の光学軸が対物レンズ６の光学軸と平行でない例も考えられる 。普通このような構造は好ましくないが、こうした方が有利な場合もある。必要 なら鏡と鏡の間にレンズを設けてもよい。このような光学部品を追加した例も、 請求の範囲に記載している装置と基本原理が同じなら本発明の範囲に入るとみな すべきである。

接眼レンズ５の代わりにフィルム材料を用いてもよい。

ＦＩＧ　６ａ ＩＧ６ｂ 国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＳＥ　９０１００５４０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくともケース（８）、対物レンズ（６）、第１（１′）、第２（２′） 、第３（３′）、第４（４′）の反射平面を有する鏡（１−４）とからなり、前 記反射面（１′−４′）によって正立像への変換を行い、中心光線（ＣＳ）は、 第１（１′）、第２（２′）、第３（３′）、第４（４′）の反射平面によって 順番に反射されるようになっており、前記第２（２′）、第３（３′）の反射面 および対物レンズ（６）の光学軸とによって平面（ＳＰ）を形成し、前記平面（ ＳＰ）は対物レンズ（６）の光学軸と、中心光線（ＣＳ）が第２（２′）の反射 面に当たる点と第３（３′）の反射面に当たる点の中間の点（Ｐ）とを含んでい る望遠鏡、望遠写真機レンズ等の光学装置（７）のライトバスを設定する方法に おいて、前記中心光線（ＣＳ）が、平面（ＳＰ）から少なくとも４■のところに あり、かつ平面（ＳＰ）の両側に位置する点で第２（２′）および第３（３′） の反射平面に当たるようになっており、第２（２′）と第３（３′）の反射面の 交差線（ＲＬ）と平面（ＳＰ）がなす角をαとした場合、３＜α＜５０になるよ うにしたことを特徴とする方法。
2. ２．装置入口および出口の光学軸がほぼ平行であり、中心光線（ＣＳ）が第４の 反射面（４′）に当たる点を、中心光線（ＣＳ）が第３の反射面（３′）に当た る点よりも平面（ＳＰ）に近い位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の 方法。
3. ３．第１の反射面に当たる光線と、この反射面によって反射される光線とのなす 角（β）が８５°未満であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ４．前記装置のケース（８）の外形の対称面を前記平面（ＳＰ）にほぼ一致させ ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. ５．像を安定化させる目的で、光学部品（１−７）の一部が、中央位置あるいは 平常位置、すなわち請求項１−４のライトバスに一致する位置を中心として、移 動または調節ができるようにしたことを特徴とする請求項１−４に記載の方法。