(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-07
(45)【発行日】2024-05-15
(54)【発明の名称】観察光学系および観察装置
(51)【国際特許分類】
G02B 23/02 20060101AFI20240508BHJP
G02B 25/00 20060101ALI20240508BHJP
G02B 13/18 20060101ALI20240508BHJP
G02B 23/06 20060101ALI20240508BHJP
G03B 5/00 20210101ALI20240508BHJP
【FI】
G02B23/02
G02B25/00
G02B13/18
G02B23/06
G03B5/00 J
(21)【出願番号】P 2020024461
(22)【出願日】2020-02-17
【審査請求日】2023-01-19
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110412
【氏名又は名称】藤元 亮輔
(74)【代理人】
【識別番号】100104628
【氏名又は名称】水本 敦也
(74)【代理人】
【識別番号】100121614
【氏名又は名称】平山 倫也
(72)【発明者】
【氏名】青木 宏治
【審査官】岡田 弘
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2009/093582(WO,A1)
【文献】特開2018-005138(JP,A)
【文献】特開2016-166907(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 9/00-17/08
G02B 21/02-21/04
G02B 25/00-25/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から像側へ順に配置された、対物光学系と、該対物光学系により形成された物体像を正立像にする正立光学系と、接眼光学系とを有する観察光学系であって、
前記対物光学系は、物体側から像側へ順に配置された、
正の屈折力を有する第1レンズ群と、
負の屈折力を有する第2レンズ群とを有し、
前記第2レンズ群は、1枚の負レンズ、または1枚の負レンズと1枚の正レンズにより構成され、
前記第2レンズ群を前記対物光学系の光軸に対して移動させて防振を行い、
前記対物光学系の焦点距離をf0、前記第2レンズ
群の焦点距離をf2とするとき、
0.03≦-f2/f0≦0.24
なる条件を満足することを特徴とする観察光学系。
【請求項2】
前記対物光学系における最も物体側の面から前記正立光学系における最も物体側の面までの光軸上の距離をd0、前記第2レンズ群における最も像側の面から前記正立光学系における最も物体側の面までの光軸上の距離をd02とするとき、
0.020≦d02/d0≦0.220
なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の観察光学系。
【請求項3】
前記第2レンズ群の光軸上の厚みをt2とするとき、
0.010≦t2/d0≦0.110
なる条件を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の観察光学系。
【請求項4】
前記第2レンズ群の横倍率をβ2とするとき、
1.0≦β2≦5.5
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項5】
前記接眼光学系の焦点距離をfeとするとき、
9.0≦f0/fe≦31.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項6】
前記第1レンズ群は、正レンズ群を有し、該正レンズ群はフォーカシングのために光軸方向に移動することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか一項の観察光学系を有することを特徴とする観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、双眼鏡や望遠鏡等の観察装置に好適な観察光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
観察光学系を通して物体を観察する際に、該光学系の倍率が高くなるほどユーザの手振れによる像振れが増加する。特許文献1には、対物レンズにより形成された物体像を正立プリズムで正立像とし、該正立像を接眼レンズを通して拡大観察する観察光学系であって、像振れを低減するために防振レンズ群を移動させる防振機能を有する観察光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の観察光学系では、防振レンズ群の屈折力が弱く、そのサイズが大きい。このため、観察光学系の小型化に不利であるだけでなく、防振レンズ群を駆動するための機構が大型化したり消費電力が増加したりする。
【0005】
本発明は、防振機能を有する小型の観察光学系およびこれを有する観察装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面としての観察光学系は、物体側から像側へ順に配置された、対物光学系と、該対物光学系により形成された物体像を正立像にする正立光学系と、接眼光学系とを有する。対物光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群とを有する。第2レンズ群は、1枚の負レンズ、または1枚の負レンズと1枚の正レンズにより構成されている。第2レンズ群を対物光学系の光軸に対して移動させて防振を行う。対物光学系の焦点距離をf0、第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
0.03≦-f2/f0≦0.24
なる条件を満足することを特徴とする。
【0007】
なお、上記観察光学系を有する観察装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、防振機能を有する小型の観察光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図2】実施例1の観察光学系の非防振時の縦収差図。
【
図3】実施例1の観察光学系の非防振時の横収差図。
【
図6】実施例2の観察光学系の非防振時の縦収差図。
【
図7】実施例2の観察光学系の非防振時の横収差図。
【
図10】実施例3の観察光学系の非防振時の縦収差図。
【
図11】実施例3の観察光学系の非防振時の横収差図。
【
図12】実施例3の観察光学系の防振時の横収差図。
【
図13】実施例1~3の観察光学系を備えた双眼鏡を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず具体的な実施例の説明に先だって、各実施例に共通する事項について
図1に示す実施例1の観察光学系を用いて説明する。
【0011】
各実施例の観察光学系は、物体側から観察側(像側)に順に配置された、対物光学系と、該対物光学系により形成される物体像を正立像とする正立プリズム(正立光学系)と、接眼光学系とを有する。この構成を有する観察光学系を用いることで、物体像を正立像として観察することができる。図中のIPはアイポイントであり、ここに観察者の眼が位置することで物体像の観察が可能となる。
【0012】
対物光学系は、 物体側から観察側に順に、正の屈折力を有する第1レンズ群L1と、負の屈折力を有する第2レンズ群L2とを有する。ユーザの手振れが生じた際に第2レンズ群L2を対物光学系(つまりは観察光学系)の光軸に直交する方向に移動(シフト)させることで像振れを低減(補正)する、すなわち防振を行うことができる。対物光学系をこのように構成することで、簡易かつ小型の構成により防振機能を実現することができる。
【0013】
防振レンズ群としての第2レンズ群L2は、1枚の負レンズ、または1枚の負レンズと1枚の正レンズの2枚のレンズにより構成されている。この構成により、防振レンズ群を小型軽量化することができ、かつ防振時においても良好な光学性能を維持することができる。
【0014】
各実施例の観察光学系は、対物光学系の焦点距離をf0、第2レンズ群L2の焦点距離をf2とするとき、
0.03≦-f2/f0≦0.24 (1)
なる条件を満足する。-f2/f0が条件式(1)の上限値を超えると、第2レンズ群L2の屈折力が弱くなり過ぎて第2レンズ群L2が大型化したり防振のための移動量(シフト量)が増加したりするため、好ましくない。-f2/f0が条件式(1)の下限値を下回ると、第2レンズ群L2の屈折力が強くなり過ぎて防振時の光学性能が低下するため、好ましくない。
【0015】
なお、条件式(1)の数値範囲を以下のように設定するとより好ましい。
0.04≦-f2/f0≦0.23 (1a)
また、条件式(1)の数値範囲を以下のように設定すると、さらに好ましい。
0.05≦-f2/f0≦0.22 (1b)
各実施例の観察光学系は、上述した条件式(1)に加えて、以下の条件式(2)~(5)のうち少なくとも1つを満足することが好ましい。
【0016】
各実施例の観察光学系は、対物光学系における最も物体側の面から正立プリズムの最も物体側の面までの光軸上の距離をd0、第2レンズ群L2の最も観察側の面から正立プリズムの最も物体側の面までの光軸上の距離をd02とするとき、
0.020≦d02/d0≦0.220 (2)
なる条件を満足することが好ましい。d02/d0が条件式(2)の上限値を超えると、第2レンズ群L2と正立プリズムとの距離が遠くなり過ぎて第2レンズ群L2が大型化するため、好ましくない。d02/d0が条件式(2)の下限値を下回ると第2レンズ群L2と正立プリズムとの距離が近くなり過ぎて両者が干渉するおそれがあるため、好ましくない。
【0017】
各実施例の観察光学系は、第2レンズ群L2の光軸上の厚みをt2とするとき、
0.010≦t2/d0≦0.110 (3)
なる条件を満足することが望ましい。t2/d0が条件式(3)の上限値を超えると、第2レンズ群L2の厚みが厚くなり過ぎて第2レンズ群L2の重量が増加し、防振時の第2レンズ群L2の駆動が困難となるため、好ましくない。t2/d0が条件式(3)の下限値を下回ると、第2レンズ群L2の厚みが薄くなり過ぎて第2レンズ群L2の製造が困難となるため、好ましくない。
【0018】
各実施例の観察光学系は、第2レンズ群L2の横倍率をβ2とするとき、
1.0≦β2≦5.5 (4)
なる条件を満足することが好ましい。β2が条件式(4)の上限値を超えると、第2レンズ群L2の屈折力が強くなり過ぎて防振時の光学性能が低下するため、好ましくない。また、β2が条件式(4)の下限値を下回ると、第2レンズ群L2の屈折力が弱くなり過ぎて第2レンズ群L2が大型化したり防振時のシフト量が増加したりするため、好ましくない。
【0019】
各実施例の観察光学系は、接眼光学系の焦点距離をfeとするとき、
9.0≦f0/fe≦31.0 (5)
なる条件を満足することが好ましい。f0/feが条件式(5)の上限値を超えると、観察光学系の倍率(観察倍率)が高くなり過ぎて物体の観察が困難となるため、好ましくない。f0/feが条件式(5)の下限値を下回ると、観察光学系の観察倍率が低くなり過ぎて防振機能自体の必要性が薄れるため、好ましくない。
【0020】
なお、条件式(2)~(5)の数値範囲を以下のように設定するとより好ましい。
0.025≦d02/d0≦0.215 (2a)
0.013≦t2/d0≦0.100 (3a)
1.4≦β2≦5.2 (4a)
9.5≦f0/fe≦30.0 (5a)
また、条件式(2)~(5)の数値範囲を以下のように設定すると、さらに好ましい。
0.030≦d02/d0≦0.210 (2b)
0.015≦t2/d0≦0.090 (3b)
1.8≦β2≦5.0 (4b)
10.0≦f0/fe≦29.0 (5b)
さらに各実施例の観察光学系では、第1レンズ群L1が正の屈折力を有するレンズ群(正レンズ群)L1fを含み、該正レンズ群L1fを光軸方向に移動させてフォーカシングを行う。この構成により、簡易な構成でフォーカス機能を実現することができる。
【0021】
以下、本発明の具体的な実施例(数値例)1~3について説明する。
【実施例1】
【0022】
図1は、実施例1(数値例1)の観察光学系の構成を示している。構成の詳細は前述した通りであり、第2レンズ群L2は1枚の正レンズと1枚の負レンズの接合レンズにより構成されている。本実施例の観察光学系は、観察倍率が20.0倍程度、瞳径が2.5mm程度、半画角が1.8°程度の観察光学系である。
【0023】
図2は、本実施例の観察光学系の非防振時(第2レンズ群L2の中心が光軸上に位置するとき)の縦収差である球面収差、非点収差、歪曲および色収差を示す。球面収差において実線はd線に対する球面収差を示し、二点鎖線はg線に対する球面収差を示す。非点収差において破線はメリディオナル像面での非点収差を、実線はサジタル像面での非点収差を示す。歪曲にはd線に対するものである。色収差にはg線に対する倍率色収差を示している。
【0024】
図3および
図4はそれぞれ、本実施例の観察光学系の非防振時および防振時(第2レンズ群L2を+1.938mmシフトさせて補正角1.0°の防振を行ったとき)における画角ごとの横収差を示す。半画角をωとするとき、各図は上から順に+10割(ω=1.8°)、+5割(ω=0.9°)、中心(ω=0°)、-5割(ω=-0.9°)および-10割(ω=-1.8°)の画角でのd線に対する横収差を示している。破線はサジタル像面での横収差を、実線はメリディオナル像面での横収差を示す。上記縦収差図および横収差図の説明は、防振時における第2レンズ群L2のシフト量を除いて後述する実施例2,3でも同じである。
【0025】
本実施例および実施例2,3の観察光学系の具体的な数値は以下にまとめて示す。
【実施例2】
【0026】
図2は、実施例2(数値例2)の観察光学系の構成を示している。構成の詳細は前述した通りであり、第2レンズ群L2は1枚の正レンズと1枚の負レンズの接合レンズにより構成されている。本実施例の観察光学系は、観察倍率が15.0倍程度、瞳径が3.33mm程度、半画角が2.4°程度の観察光学系である。
【0027】
図6は、本実施例の観察光学系の非防振時の縦収差を示す。
図7および
図8はそれぞれ、本実施例の観察光学系の非防振時および防振時(第2レンズ群L2を光軸に直交する方向に+1.862mmシフトさせて補正角1.0°の防振を行ったとき)における画角ごとの横収差を示す。
【実施例3】
【0028】
図9は、実施例3(数値例3)の観察光学系の構成を示している。構成の詳細は前述した通りであり、第2レンズ群L2は1枚の負レンズにより構成されている。
また本実施例の対物光学系は、第2レンズ群L2より像側に、1枚のレンズにより構成される第3レンズ群を有する。本実施例の観察光学系は、観察倍率が12.0倍程度、瞳径が4.18mm程度、半画角が2.9°程度の観察光学系である。
【0029】
図10は、本実施例の観察光学系の非防振時の縦収差を示す。
図11および
図12はそれぞれ、本実施例の観察光学系の非防振時および防振時(第2レンズ群L2を+1.883mmシフトさせて補正角1.0°の防振を行ったとき)における画角ごとの横収差を示す。
【0030】
以下、数値例1~3を示す。各数値例において、riは物体側からi番目の面の曲率半径(mm)、diはi番目と(i+1)番目の面間のレンズ厚または空気間隔(mm)、ndiはそれぞれi番目の光学部材(レンズおよびプリズム)の材料のd線における屈折率である。νdiはi番目の光学部材の材料のd線を基準としたアッベ数である。
【0031】
アッベ数νdは、フラウンホーファ線のd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)における屈折率をNd、NF、NCとするとき、
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
で表される。
【0032】
面番号に付された「*」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、光軸方向をX軸、光軸に直交する方向をH軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A4,A6,A8,A10を非球面係数とするとき、以下の式で表される。非球面係数の「e-x」は10-xを意味する。
【0033】
【0034】
(数値例1)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 44.966 9.75 1.49700 81.5
2 -645.511 17.86
3 46.689 7.42 1.43875 94.9
4 -59.386 2.70 1.80400 46.6
5 75.307 27.85
6 27.167 2.66 1.48749 70.2
7 72.012 6.17
8 -54.278 3.88 1.77250 49.6
9 -18.417 1.50 1.64000 60.1
10 21.646 6.79
11 ∞ 37.70 1.65844 50.9
12 ∞ 37.70 1.65844 50.9
13 ∞ 5.25
14* -9.489 2.12 1.53160 55.8
15 27.611 1.07
16 49.112 7.97 1.84666 23.8
17 -22.630 14.68
18 -103.919 2.00 1.84666 23.8
19 20.323 13.16 1.65160 58.5
20 -33.475 1.00
21 40.835 5.24 1.77250 49.6
22 -211.685 0.29
23 32.252 5.30 1.60311 60.6
24 ∞ 20.00
非球面データ
第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.53388e-004 A 6= 2.72143e-006 A 8=-4.55814e-008 A10= 5.42766e-010
各種データ
対物光学系 始面 1 終面 10
正立プリズム 始面 11 終面 13
接眼光学系 始面 14 終面 24
第1レンズ群L1 始面 1 終面 7
レンズ群L1f 始面 6 終面 7
第2レンズ群L2 始面 8 終面 10
(数値例2)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 44.506 10.21 1.49700 81.5
2 -342.333 13.71
3 56.382 7.51 1.43875 94.9
4 -58.189 2.70 1.80400 46.6
5 109.473 16.57
6 36.841 3.47 1.48749 70.2
7 104.510 6.47
8 -67.921 2.43 1.77250 49.6
9 -24.593 1.50 1.64000 60.1
10 28.917 10.13
11 ∞ 42.00 1.65844 50.9
12 ∞ 42.00 1.65844 50.9
13 ∞ 5.80
14* -10.400 2.12 1.53160 55.8
15 30.857 2.43
16 453.338 10.26 1.84666 23.8
17 -18.743 13.45
18 -178.240 2.00 1.84666 23.8
19 25.953 13.27 1.69680 55.5
20 -37.800 1.00
21 39.700 5.41 1.60311 60.6
22 -378.542 0.29
23 33.731 5.30 1.48749 70.2
24 ∞ 20.00
非球面データ
第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.03277e-004 A 6= 1.85689e-006 A 8=-2.83912e-008 A10= 2.50449e-010
各種データ
対物光学系 始面 1 終面 10
正立プリズム 始面 11 終面 13
接眼光学系 始面 14 終面 24
第1レンズ群L1 始面 1 終面 7
レンズ群L1f 始面 6 終面 7
第2レンズ群L2 始面 8 終面 10
(数値例3)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 42.953 10.32 1.49700 81.5
2 -509.782 13.23
3 41.042 9.13 1.43875 94.9
4 -63.321 2.70 1.80400 46.6
5 91.372 8.25
6 38.122 2.27 1.48749 70.2
7 52.304 6.32
8 -2466.075 1.50 1.64000 60.1
9 26.334 10.49
10 300.000 1.50 1.48749 70.2
11 ∞ 1.50
12 ∞ 43.60 1.65844 50.9
13 ∞ 43.60 1.65844 50.9
14 ∞ 5.12
15* -11.511 2.12 1.53160 55.8
16 30.000 1.71
17 96.659 8.75 1.84666 23.8
18 -20.514 12.46
19 -58.504 2.00 1.84666 23.8
20 30.661 14.61 1.69680 55.5
21 -27.837 1.00
22 37.656 8.21 1.60311 60.6
23 -225.736 0.29
24 49.786 5.30 1.48749 70.2
25 ∞ 20.00
非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.56384e-004 A 6=-1.46641e-007 A 8= 4.27699e-009 A10= 1.91538e-011
各種データ
対物光学系 始面 1 終面 11
正立プリズム 始面 12 終面 14
接眼光学系 始面 15 終面 25
第1レンズ群L1 始面 1 終面 7
レンズ群L1f 始面 6 終面 7
第2レンズ群L2 始面 8 終面 9
第3レンズ群 始面 10 終面 11
各実施例(数値例)における条件式(1)~(5)の数値を表1にまとめて示す。
【0035】
【0036】
図13は、上記実施例1~3の観察光学系を用いた観察装置としての双眼鏡を示す。
図13において各符号は
図1中の符号に対応している。
【0037】
図13において、1Rは右眼用の観察光学系、1Lは左眼用の観察光学系である。振れセンサ1は振動ジャイロ等であり、縦振れを検出するピッチ振れセンサと、横振れを検出するヨー振れセンサを含む。これら2つの振れセンサの感度軸は互いに直交している。振れセンサ1は、双眼鏡の振れ(角加速度)を検出し、その情報をマイクロコンピュータ2に出力する。マイクロコンピュータ2は、角加速度の情報に基づいて、振れ補正用の第2レンズ群L2の駆動量を演算し、それをレンズアクチュエータ3に出力する。レンズアクチュエータ3は、マイクロコンピュータ2からの駆動量に応じて第2レンズ群L2を光軸に直交する方向に平行移動または光軸上の点を中心に回動させる。位置センサ4は第2レンズ群L2の位置を検出してその結果をマイクロコンピュータ2に出力する。マイクロコンピュータ2は、検出された位置が演算で求められた駆動量に対応する位置に一致するとレンズアクチュエータ3による第2レンズ群L2の駆動を停止させる。これにより双眼鏡の振れに起因する像振れが低減される。
【0038】
このように実施例1~3の観察光学系を用いることで、小型で防振時でも光学性能が良好な双眼鏡を実現することができる。
【0039】
なお、実施例1~3の観察光学系は、双眼鏡に限らず、望遠鏡やカメラ用光学ファインダ等の各種観察装置にも用いることができる。
【0040】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【0041】
L1 第1レンズ群
L1f 正レンズ群
L2 第2レンズ群
IP アイポイント