(57)【要約】【課題】焦点位置の変動が少なく遠隔操作が容易な光学機器の倍率切換装置を提供すること、および、構造が簡単で、安価な光学機器の倍率切換装置を提供すること。【解決手段】収束レンズが光軸上に設けられてなる光学系において、該レンズの物体と実像の距離をＬとしたとき、該レンズが光軸上の１／２Ｌの点を中心に、点対称の位置に回動可能とされており、レンズを回動させることにより倍率を切換えうる構造であることを特徴とする光学機器の倍率切換装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束レンズが光軸上に設けられてなる光学系において、該レンズの物体と実像の距離をＬとしたとき、該レンズが光軸上の１／２Ｌの点を中心に、点対称の位置に回動可能とされており、レンズを回動させることにより倍率を切換えうる構造であることを特徴とする光学機器の倍率切換装置。
【請求項２】
収束レンズと、レンズの物体と実像の距離をＬとしたとき光軸上の１／２Ｌの点に設けられた反射面とを含み、物体と実像を結ぶ光軸が反射面により９０°屈折されてなる光学系において、該レンズが反射面の垂直線を中心に線対称に回動可能とされており、レンズを回動させることにより倍率を切換えうる構造であることを特徴とする光学機器の倍率切換装置。
【請求項３】
光学機器が、望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡、交通計測システム、製品の外観形状を自動検査および監視システムからなる群から選ばれる１種以上の機器であることを特徴とする請求項１〜２記載の光学機器の倍率切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器の倍率切換装置に関する。本発明は、特に遠隔操作が容易な光学機器の倍率切換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、天体観測を希望する者がインターネットを通じて天体望遠鏡を操作し、天体を観測する、いわゆるインターネット天文台のシステム構築を検討している。
【０００３】
このようなインターネット天文台で用いられる天体望遠鏡は、観察者によりインターネットを通じて遠隔操作で動かされるため、通常の天体望遠鏡と比べて、倍率切換えの際に多くの課題がある。
【０００４】
天体望遠鏡の倍率を切換える装置としては、次ぎの２方法の装置が考えられる。
（１） 
特許文献１に記載されているように、カメラのズームレンズのように光軸上を、レンズを前後にスライドさせ、連続的に倍率を切換える装置。
（２） 
特許文献２に記載されているように、いくつかのレンズを機械的に換える段階的倍率切換装置。
しかし、従来提案されているこれらの光学倍率切換装置にはそれぞれ問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−８０３９２号公報
【特許文献２】特開平１１−７２７０１号公報
【０００６】
上記（１）の装置は、低倍率の例えばカメラ等には有効であるが、高倍率が要求される天体観測用には専用の光学系設計が必要であり、装置のコストが過大なものになってしまう。
【０００７】
上記（２）の装置は構造が簡単であり、機械工作上の困難さはないものの、インターネット天文台に使用するには重大な問題がある。それは焦点位置の変化である。観察者が手元で望遠鏡を操作しているならば、倍率切換えに伴ない大きくピントが外れても、ピントノブ等を手動で操作して再調整できるが、遠隔操作では、切換えにより観測対象が画面から消えるため、観測の継続は著しく困難となる。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとでなされたものであって、その目的の第一は、焦点位置の変動が少なく遠隔操作が容易な光学機器の倍率切換装置を提供することを目的とする。本発明の第二の目的は、構造が簡単で、安価な光学機器の倍率切換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、収束レンズが光軸上に設けられてなる光学系において、該レンズの物体と実像の距離をＬとしたとき、該レンズが光軸上の１／２Ｌの点を中心に、点対称の位置に回動可能とされており、レンズを回動させることにより倍率を切換えうる構造であることを特徴とする光学機器の倍率切換装置である。
【００１０】
別の面から見ると、本発明は、収束レンズと、レンズの物体と実像の距離をＬとしたとき光軸上の１／２Ｌの点に設けられた反射面とを含み、物体と実像を結ぶ光軸が反射面により９０°屈折されてなる光学系において、該レンズが反射面の垂直線を中心に線対称に回動可能とされており、レンズを回動させることにより倍率を切換えうる構造であることを特徴とする光学機器の倍率切換装置である。
【００１１】
光学機器は、望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡、交通計測システム、製品の外観形状を自動検査および監視システムからなる群から選ばれる１種以上の機器であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学倍率変換装置では上記レンズが（ａ＋ｂ）／２の点を中心に回動することにより、観察者の眼、あるいはカメラからは倍率切換操作の前後で焦点位置が変わらないので、光学倍率切換え際の、焦点を合わせる操作が不要となる。このため、遠隔操作が容易な光学機器の倍率切換装置を提供することができる。本発明の光学倍率切換装置を天体望遠鏡に応用した場合、簡単な倍率切換えにより低倍率で観察可能な大きく広がった天体と、高倍率を必要とする惑星の観察の両方を、１台の望遠鏡で柔軟に対応することができる。また、本発明の倍率切換装置はその原理が簡単であり、極めて安価に製作できる。更に、従来のように、２個の望遠鏡を用意する必要はなく、持ち運びにおいて、或いは使用上、管理上において便利となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の倍率切換装置の実施形態につき詳しく説明する。
本発明の装置で用いるレンズは、実像を結ぶ必要があることから凸型の集束レンズが用いられる。本発明では前側と後側で結像距離が異なる、すなわち前側と後側で曲率の異なる収束レンズを使用する。なお、本発明における前側と後側は本発明説明の便宜上の呼称であるが、一応物体側を前側、実像側を後側と称する。
【００１４】
本発明におけるレンズは単一のレンズからなっていてもよいが、例えば、色収差を抑えるため、光分散率の異なる凸レンズと凹レンズとが１群２〜３枚から４群６枚程度組み合わされて１つのレンズを構成する複合レンズ群であってもいっこうに差し支えない。
【００１５】
図１に基づき本発明の光学倍率切換装置の１実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明にかかる、一定の焦点位置で光学倍率の異なる物体の像を得る方法と装置の構成を示すために、結像光学系の断面図を記号的に現したものである。光学倍率切換装置（１）において、１は焦点合わせの対象となる物体、２は収束レンズ
、３は収束レンズ ２により生ずる物体１の実像、４は収束レンズ前側の焦点、５は収束レンズ後側の焦点であり、６は光学系の中心軸となる光軸である。
【００１６】
図１Ａの拡大モードの光学系において、光学倍率βは、物体の長さＹに対する実像Ｙ‘の長さの比（Ｙ’／Ｙ）である。光学倍率は、また、次式（１）で表すこともできる。
【００１７】
（数１）
β＝ｂ／ａ        ‥‥      （１）
（ここで、βは光学倍率。ａはレンズ−物体間距離。ｂはレンズ−実像間距離。）
【００１８】
本発明の光学倍率切換装置（１）において、倍率を切換えるには、図１Ａの光学系において、図１Ｃに図示したように、Ｌ＝ａ＋ｂの１／２の点７を中心に、収束レンズ２を１８０°回転させる。すなわち、収束レンズ２をＬ／２の点７を点対称にして回転させる。このときレンズは表と裏が反対になり、かつ光軸上を（ｂ−ａ）／２の距離だけ移動する。
【００１９】
本発明では、対称の位置とは、完全な対称の位置にある必要はなくそれと近似した位置にあってもよい。すなわち、観察者の眼の許容範囲で誤差があってもよい。
【００２０】
このときの光学系は、図１Ｂのようになる。すなわち、レンズの前側距離はｂに、後側距離はａに、光学倍率は、ａ／ｂになる。物体と実像との距離はＬ＝ａ＋ｂで回転前と同じである。
【００２１】
すなわち、収束レンズ２を、中心点７を点対称に回転させることにより、物体−結像間の距離を一定に保ちつつ光学倍率をｂ／ａからａ／ｂに切換えることができる。
【００２２】
この倍率は、レンズの倍率で決定されるが、通常ｂ／ａは１．０５〜４倍程度であることから、本発明の光学倍率切換装置では、１．１〜１６倍、あるいはその逆、１／１．１から１／１６程度の倍率の切換えが期待できる。
【００２３】
図２は、本発明にかかる光学倍率変換装置の別の好ましい実施の形態を示した説明図である。図２の光学倍率切換装置（２）において、１１は焦点合わせの対象となる物体、１２は収束レンズ
、１６、１７は光軸、１８は反射面である。反射面は、Ｌ＝ａ＋ｂの１／２の点７に光軸１６に対して４５°の角度に、反射後の光軸１７は光軸１６に対して直角になるように配置されている。
【００２４】
本発明の光学倍率切換装置（２）において、倍率を切換えるには、図２Ｂに図示したように、Ｌ＝ａ＋ｂの１／２の点１９に設けられた反射面１８の中心点１９を中心にして収束レンズ２を９０°回転させる。すなわち、反射面１８のＬ／２の点１９からの垂直線２０を線対称になるよう、収束レンズ２を回転させる。このときレンズは光軸上で表と裏が反対になり、かつ光軸上を（ｂ−ａ）／２の距離だけ移動する。
【００２５】
この回転後の光学系は、図２Ｂのようになる。すなわち、レンズの前側距離はｂに、後側距離はａに、光学倍率は、ａ／ｂになる。物体と実像との距離はＬ＝ａ＋ｂで回転前と同じである。
【００２６】
すなわち、収束レンズ２を反射面１８の中心点１９からの垂直線２０を線対称に回転させることにより、物体−結像間の距離を一定に保ちつつ光学倍率をｂ／ａからａ／ｂに変更することができる。光学倍率切換装置（２）において得られる具体的な光学倍率は光学倍率切換装置（１）で説明したとおりである。
【００２７】
反射面は、平面ガラスの片面に金属メッキ層等の金属反射層を設けたミラーまたはプリズムであることができる。
【００２８】
本発明の装置では、光学倍率を切換える際に収束レンズを回動させる。このレンズを回動させる方法としては、公知の任意の方法、機構を採用することができる。例えば、回転中心に設けた回転軸にレンズをなんらかの方法で固定し、回転軸を直接、あるいはギヤ、ローラ、ベルト、カム等を経由して駆動させる方法を採用することができる。回転に要する駆動源としては、モータを用いてもよいし、人がハンドルを回して回転させてもよい。モータを用いる場合は、減速機を用いて、低速で回転操作を行うことが好ましい。収束レンズ回動軸の回転方向はレバー、スイッチ等により交互に切換えられるようになっていることが好ましい。
【００２９】
上記収束レンズの回転の状況の１例を図３に基づき説明する。図３は、本発明の装置の１実施態様において収束レンズが回転している状況に関する写真である。図３において、３１、３２は鏡筒である。３３は収束レンズ、３４は反射ミラー、３５は回転軸である。図３Ａでは収束レンズ３３は正面を向いている。収束レンズ３３は回動軸３５を軸として回動され、収束レンズを水平位置（図３Ｃ
）と垂直位置（図３Ａ） の両位置に切り替えることが可能となる。
【００３０】
以上説明した本発明の光学倍率切換装置の１実施形態である光学倍率切換装置（２）の具体例を図４に示す。図４は本発明の光学倍率切換装置の１実施態様の外形を示した写真である。図４において、５１はモード切換用カム、５２Ａは広角モード用ストッパー、５２Ｂは望遠モード用ストッパー、５３は切換用モータ、５４は減速ギアボックス、５５は収束レンズ回転軸、５６はバランスウエイト、５７は位置安定用マグネット、５８は収束レンズ固定板、６０は望遠鏡本体、６１はＣＣＤカメラヘッドである。内部の収束レンズは、切換用モータ５３からの駆動力により、減速ギアボックス５４を経由して収束レンズ回転軸５５を回転させることにより回転させる。この収束レンズの回転は、回転軸とともに回転する収束レンズ固定板５８がストッパー５２Ａ、または５２Ｂに当ることにより停止させる。回転方向の切換えはモード切換カム５１により行う。  
【００３１】
本発明の光学倍率変換装置を、例えば天体望遠鏡に応用する場合、図示していないが、本発明の光学倍率変換装置の前段に通常の望遠鏡、あるいは顕微鏡等からなる光学機器が設けられていてもよい。前段の光学機器が望遠鏡の場合は、通常、（ｉ）凸レンズ−凹レンズ、（ii）凸レンズ−凸レンズ、（iii）凸レンズ−凹面鏡からなる光学系が用いられている。  
【００３２】
本発明の光学倍率切換装置、及び本発明の光学倍率切換装置を含む光学機器をインターネットで操作し、観察をするには、測定された像をデジタル化することが必要である。本発明の光学倍率切換装置を用いて、得られた像の明度、及び色の信号をデジタル化処理し、いわゆるＣＣＤデジタルカメラにより光電変換してデジタル信号を得、必要であれば画像解析処理をした後、デジタル信号をインターネット等で転送する方法を採用することができる。顕微鏡でも同様に、本発明の光学倍率切換装置で得られた像をＣＣＤデジタル化処理及び画像処理してデジタル信号として転送することができる。
【００３３】
本発明の光学倍率切換装置を用いて物体を観察するには、観察者は、まず望遠鏡の低倍率として視野を広くして、目標を視野中央へ導いた後、目標の方向に望遠鏡を固定する。次に倍率を切替えるという方法で観察を行うことができる。
【００３４】
本発明の倍率切換装置における倍率変換の操作は、通常自動で行なうことができるが、切換えの指令は、通常人が行う。モータへの電源のオンオフ、すなわち倍率切換操作はインターネット、あるいは携帯電話等による遠隔操作で行なうことができる。操作は、実際のスイッチやレバー、あるいは操作画面上のスイッチやレバーを操作することにより行なうこともできる。
【００３５】
本発明の応用システムとして、焦点合わせされた物体の像をＣＣＤカメラで受像し、画像情報を計算機処理して物体の形状計測や形状欠陥検査を行う画像計測システムにおいて、物体の位置による像の大きさの変化を補正する必要がなく、物体の形状計測を高速に効率良く行うことができる。また倍率補正に伴う補正誤差の発生を避けることができるから、高精度の形状計測を行うことができる。
【００３６】
本発明によれば、望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡、あるいは製品の外観形状を自動検査および監視システムからなる製造分野のみならず、交通計測、施設監視など産業上の多くの分野において、有用な定焦点可変倍率結像システムおよび装置を提供することができる。
【実施例１】
【００３７】
本発明の光学倍率切換装置を使用して月を観測した例を図５に示す。図５Ａに示したようにまず縮小モードで月の観測すべきポイントを特定し、次ぎに光学倍率切換装置を拡大モードに切換えることにより、図５Ｂに示すように、より拡大した月の観測画面に円滑に切換えることが出来た。
【実施例２】
【００３８】
本発明の光学倍率切換装置を使用して火星を観測した例を図６に示す。図６Ａに示したようにまず縮小モードで火星の位置を特定し、次ぎに光学倍率切換装置を拡大モードに切換えることにより、図６Ｂ、Ｃに示すように、より拡大した火星の観測画面に円滑に切換えることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の１実施態様における、結像光学系の断面図を記号的に現した説明図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施態様における、結像光学系の断面図を記号的に現した説明図である。
【図３】図３は、本発明の装置の１実施態様において収束レンズが回転している状況に関する写真である。
【図４】図４は本発明の光学倍率切換装置の１実施態様の外形を示した写真である。
【図５】図５は本発明の光学倍率切換装置を使用して観測した月の写真である。
【図６】図６は本発明の光学倍率切換装置を使用して観測した火星の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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