(57)【要約】【課題】防振機能の他に、空気の揺らぎによる像の揺らぎを補正する補償光学機能を有する防振補償光学装置を提供する。【解決手段】防振補償光学装置である望遠鏡ＴＳは、被写体の像を結像するとともに、光軸方向調整部材により像を光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振する対物レンズＯＬを含む光学系と、この光学系中に配置され、被写体からの光束を反射する反射面の形状を任意に変化させる波面補償部材ＡＭと、波面補償部材ＡＭで反射された光束を受光して波面収差を検出する波面検出部材ＷＳと、波面検出部材ＷＳで検出された波面収差に応じて波面補償部材ＡＭの反射面の形状を変化させて波面収差を補償させる制御部ＣＵと、を有する。【選択図】図１
2012150143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像を結像するとともに、光軸方向調整部材により前記像を光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振する対物レンズを含む光学系と、
前記光学系中に配置され、前記被写体からの光束を反射する反射面の形状を任意に変化させる波面補償部材と、
前記波面補償部材で反射された前記光束を受光して波面収差を検出する波面検出部材と、
前記波面検出部材で検出された前記波面収差に応じて前記波面補償部材の前記反射面の形状を変化させて前記波面収差を補償させる制御部と、を有することを特徴とする防振補償光学装置。
【請求項２】
前記波面補償部材と前記波面検出部材との間に配置され、前記波面補償部材で反射された前記光束の一部を反射し、残りを透過することにより、前記光束を分岐させ、一方の前記光束を前記波面検出部材に導くとともに、他方の前記光束により前記像を結像させる選択的反射部材を有することを特徴とする請求項１に記載の防振補償光学装置。
【請求項３】
前記波面検出部材で前記波面収差を検出するための光を前記被写体に投射する光束投射部を有することを特徴とする請求項２に記載の防振補償光学装置。
【請求項４】
前記光束投射部は、前記波面収差を検出するための光として可視光以外の波長の光を前記被写体に投射し、
前記選択的反射部材は、前記可視光及び前記波面収差を検出するための光のいずれか一方を反射し、他方を透過することを特徴とする請求項３に記載の防振補償光学系。
【請求項５】
前記対物レンズで結像される像を正立像に変換する正立光学系を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の防振補償光学装置。
【請求項６】
前記正立光学系は、前記被写体からの光を反射することにより、前記対物レンズで結像される像を正立像に変換し、
前記波面補償部材及び前記選択的反射部材は、前記正立光学系の反射面の一部を構成することを特徴とする請求項５に記載の防振補償光学装置。
【請求項７】
前記対物レンズの少なくとも一部のレンズを光軸に沿って移動することにより合焦することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の防振補償光学装置。
【請求項８】
前記光軸方向調整部材は、前記対物レンズの少なくとも一部のレンズであり、当該レンズを光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の防振補償光学装置。
【請求項９】
前記対物レンズの像を観察する接眼レンズを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の防振補償光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防振補償光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、防振機能を有するカメラや、防振望遠鏡等の光学装置が知られている。これらの光学装置は、手振れや三脚固定時の振動を補正し、比較的鮮明な画像や観察像を得ることが可能であった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００９／０９３５８２号明細書
【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、上記光学装置では、装置本体の振動による像ブレは補正できるが、被写体または目標物体と光学装置との間に存在する空気の揺らぎによる、像の揺らぎは補正できず、特に、遠方の被写体や目標物体の撮影や観察では、鮮明な画像や観察像を得ることができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、防振機能の他に、空気の揺らぎによる像の揺らぎを補正する補償光学機能を有する防振補償光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る防振補償光学装置は、被写体の像を結像するとともに、光軸方向調整部材により像を光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振する対物レンズを含む光学系と、この光学系中に配置され、被写体からの光束を反射する反射面の形状を任意に変化させる波面補償部材と、波面補償部材で反射された光束を受光して波面収差を検出する波面検出部材と、波面検出部材で検出された波面収差に応じて波面補償部材の反射面の形状を変化させて波面収差を補償させる制御部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような防振補償光学装置は、波面補償部材と波面検出部材との間に配置され、波面補償部材で反射された光束の一部を反射し、残りを透過することにより、光束を分岐させ、一方の光束を波面検出部材に導くとともに、他方の光束により像を結像させる選択的反射部材を有することが好ましい。
【０００８】
また、このような防振補償光学装置は、波面検出部材で波面収差を検出するための光を被写体に投射する光束投射部を有することが好ましい。
【０００９】
このとき、光束投射部は、波面収差を検出するための光として可視光以外の波長の光を前記被写体に投射し、選択的反射部材は、可視光及び波面収差を検出するための光のいずれか一方を反射し、他方を透過することが好ましい。
【００１０】
また、このような防振補償光学装置は、対物レンズで結像される像を正立像に変換する正立光学系を有することが好ましい。
【００１１】
このとき、正立光学系は、被写体からの光を反射することにより、対物レンズで結像される像を正立像に変換し、波面補償部材及び選択的反射部材は、正立光学系の反射面の一部を構成することが好ましい。
【００１２】
また、このような防振補償光学装置は、対物レンズの少なくとも一部のレンズを光軸に沿って移動することにより合焦することが好ましい。
【００１３】
また、このような防振補償光学装置において、光軸方向調整部材は、対物レンズの少なくとも一部のレンズであり、当該レンズを光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振することが好ましい。
【００１４】
また、このような防振補償光学装置は、対物レンズの像を観察する接眼レンズを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る防振補償光学装置においては、装置本体の振動による像ブレを補正するとともに、被写体または目標物体と光学装置との間に存在する空気の揺らぎによる、像の揺らぎをも補正し、遠方の被写体や目標物体の撮影や観察においても、鮮明な画像や観察像を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る防振補償光学装置の構成を示す説明図である。
【図２】第２の実施形態に係る防振補償光学装置の構成を示す説明図である。
【図３】第３の実施形態に係る防振補償光学装置の構成を示す説明図である。
【図４】第４の実施形態に係る防振補償光学装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、防振補正光学装置の一例として、望遠鏡ＴＳについて説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る望遠鏡ＴＳの光学系及び制御系を示している。望遠鏡ＴＳの光学系は、被写体または目標物体の像（中間像Ｉ）を形成するための対物レンズＯＬと、この対物レンズＯＬにより形成される倒立像を正立像に変換する正立光学系ＥＳと、中間像Ｉを観察する接眼レンズＥＰと、を有している。なお、本実施形態においては、対物レンズＯＬを３つのレンズ群ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３で構成した場合について示している。この望遠鏡ＴＳは、対物レンズＯＬの一部（例えば、第２レンズ群ＯＬ２）を合焦レンズ群として光軸方向に移動することにより、合焦を行なう。また、図示しないジャイロセンサー（角速度センサー等）からの情報に基づいて装置本体のブレを検出し、このブレを打ち消すように対物レンズＯＬの一部（例えば、第３レンズ群ＯＬ３）を光軸方向調整部材である防振レンズ群として光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動することにより、防振を行なう。なお、対物レンズＯＬを構成する第１〜第３レンズ群ＯＬ１〜ＯＬ３は、単レンズや接合レンズで構成されていても良いし、これらのレンズが複数組み合わされて構成されていても良い。
【００１９】
さらに、この望遠鏡ＴＳは、第２レンズ群ＯＬ２と第３レンズ群ＯＬ３との間の光路中に波面補償部材ＡＭ及び選択的透過部材ＤＭが配置されており、また、選択的透過部材ＤＭを透過した光束が入射する位置に波面検出部材ＷＳが配置されている。ここで、波面補償部材ＡＭは、背面に圧電素子を多数配置したミラーで構成され、反射面の表面形状を任意に変化させることが可能である。そのため、第２レンズ群ＯＬ２から出射した光は波面補償部材ＡＭで反射し、選択的透過部材ＤＭに入射する。この選択的透過部材ＤＭは、例えば、ハーフミラーで構成されており、被写体または目標物体からの光束の一部が反射して第３レンズ群ＯＬ３に導かれ、残りの光束は透過して波面検出部材ＷＳに導かれる。
【００２０】
この望遠鏡ＴＳは、制御部ＣＵを有し、空気の揺らぎによって発生した波面収差を波面検出部材ＷＳにより検出し、波面補償部材ＡＭの反射面の表面形状を変化させてリアルタイムに補償するように構成されている。すなわち、被写体または目標物体から出た光束の一部を光路中に配置された選択的透過部材ＤＭにより波面検出部材ＷＳに導き、これにより、波面収差を検出し、制御部ＣＵによって解析を行い、波面補償部材ＡＭを、波面収差を補償するように駆動する。ここで、波面検出部材ＷＳとしては、シャックーハルトマン波面センサが使用される。シャック−ハルトマン波面センサとは、複数のマイクロレンズが２次元状に配置されたマイクロレンズアレイと、マイクロレンズの焦点面上に配置された撮像素子とを有し、各々のマイクロレンズで結像される点像の位置から波面収差を検出するものである。
【００２１】
本実施形態に係る望遠鏡ＴＳを以上のように構成すると、この望遠鏡本体の振動による像ブレを防振レンズ群ＯＬ３により補正するとともに、被写体または目標物体と望遠鏡ＴＳとの間に存在する空気の揺らぎによる、像の揺らぎを波面補償部材ＡＭにより補正し、遠方の被写体や目標物体の撮影や観察においても、鮮明な画像や観察像を得ることができる。
【００２２】
以上のように、本実施形態に係る望遠鏡ＴＳは、視野内の特定の物体からの光束によって、波面収差の検出を行なうが、波面補償のために、専用の物体を人為的に作り出すことも可能である。例えば、図１に示すように、レーザ光（赤外光）等の波面収差を測定するための光を放射するＬＥＤやレーザダイオードからなる光源ＬＤと、この光源ＬＤからの光を略平行光束にするコリメータレンズＣＬとからなる光束投射部ＰＲを設け、この光束投射部ＰＲの光軸を対物レンズＯＬの光軸と略平行になるように配置する。そして、光源ＬＤから光（赤外光）をコリメータレンズＣＬを介して略平行光束にして視野内に投射し、被写体または目標物体の表面上にスポットを作成し、このスポット光を対物レンズＯＬの第１及び第２レンズ群ＯＬ１，ＯＬ２で集光して波面検出部材ＷＳで受けて、波面収差の検出を行なうように構成することも可能である。この場合、選択的透過部材ＤＭは、例えば、ダイクロイックミラーで構成することにより、赤外光を透過し、可視光を反射させることができる。そのため、被写体または目標物体から出て選択的透過部材ＤＭに入射した可視光のほとんどは第３レンズ群ＯＬ３に導かれ、この被写体または目標物体の観察に用いられる。また、この選択的透過部材ＤＭに入射した赤外光のほとんどは波面検出部材ＷＳに導かれ、波面収差の測定に用いられる。なお、選択的透過部材ＤＭで赤外光を反射させ、可視光を透過するように構成しても良い。このように、波面収差の測定のためにレーザー光（赤外光）を用い、選択的透過部材ＤＭで可視光と赤外光とを、反射と透過、または、透過と反射によって分離することで、赤外光のみを波面検出部材ＷＳで受ける構造とすることができ、観察に必要な可視光の損失を最小限に抑えて、明るい視野を確保することも可能である
【００２３】
なお、本実施形態に係る望遠鏡ＴＳにおいて、上述の合焦レンズ群ＯＬ２や防振レンズ群ＯＬ３の作動、及び、光源ＬＤの作動も、制御部ＣＵにより制御される。
【００２４】
また、以上の説明は、防振補償光学装置の一例として望遠鏡ＴＳに適用した場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、双眼鏡、フィールドスコープ等にも適用することが可能である。また、光軸方向調整部材として、対物レンズＯＬの一部（第３レンズ群ＯＬ３）を光軸に対して垂直な方向の成分を持つように移動させて防振を行なう場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、対物レンズＯＬ内に可変頂角プリズムを配置して防振を行うこともできる。ここで、可変頂角プリズムは、２枚のガラス板がＶ字状に接続され、これらの間を特殊フィルム製の蛇腹状の接続部材で接続されて構成されている。また、ガラス板及び接続部材で囲まれた空間には高屈折率の液体が充填されている。そして、この可変頂角プリズムは２枚のガラス板が接続された部分をプリズムの頂角とし、この頂角を中心に２枚のガラス板を開閉する（頂角を変化させる）ことにより、対物レンズＯＬによる結像位置を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることができる。これにより、上述の対物レンズＯＬの一部（第３レンズ群ＯＬ３）を移動させるのと同じ効果を得ることができる。
【００２５】
［第２の実施形態］
以上のように、防振補償光学装置を、遠方の地上の目標物体を観察する地上望遠鏡ＴＳとして使用する場合には、対物レンズＯＬによって形成された像を、上下左右反転させる正立光学系ＥＳが必要である。そこで、図２に示すように、正立光学系ＥＳを、上述の波面補償部材ＡＭ及び選択的透過部材ＤＭとプリズムＰＬから構成することにより、正立反射系とすることができる。なお、以降の説明では上述の第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する（以降の実施形態においても同様である）。
【００２６】
この図２に示す第２の実施形態に係る望遠鏡ＴＳの場合、被写体または目標物体から出て対物レンズＯＬの第１及び第２レンズ群ＯＬ１，ＯＬ２で集光された光束は、波面補償部材ＡＭで反射され、選択的透過部材ＤＭに入射する。そして、この選択的透過部材ＤＭに入射した光束の一部はこの選択的透過部材ＤＭで反射してプリズムＰＬに入射し、このプリズムＰＬ内で２回反射して第３レンズ群ＯＬ３に導かれ、被写体または目標物体の中間像Ｉが形成され、接眼レンズＥＰで観察される。なお、図２において、プリズムＰＬに入射した光束は紙面の垂直方向に反射され、さらに紙面の右方向に反射されて選択的透過部材ＤＭの側方を通過して第３レンズ群ＯＬ３に入射するように構成されている。一方、選択的透過部材ＤＭに入射した光束の残りはこの選択的透過部材ＤＭを透過して波面検出部材ＷＳに導かれ、波面収差の測定に用いられる。すなわち、この第２の実施形態に係る望遠鏡ＴＳにおいて、正立光学系ＥＳの反射面の一面を波面補償部材ＡＭとし、別の一面を選択的透過部材ＤＭとして、光束の一部を波面検出部材ＷＳに導くともに、光束の残りをプリズムＰＬで構成される反射面で反射させて中間像Ｉを正立像とするように構成されている。このような構成にすることで、波面補償部材ＡＭ及び選択的透過部材ＤＭが正立光学系ＥＳとして組み込まれるため、装置全体を、小型で軽量なものとすることができる。なお、この第２の実施形態においても、光源ＬＤとコリメータレンズＣＬからなる光束投射部ＰＲを設け、光源ＬＤからの光を略平行光束にして視野内に投射し、その反射光を用いて波面収差を補償するように構成しても良い。この場合、選択的透過部材ＤＭには、ダイクロイックミラーが用いられる。
【００２７】
［第３の実施形態］
第１及び第２の実施形態に係る望遠鏡ＴＳにおいては、波面補償部材ＡＭで波面収差を補償した後、対物レンズＯＬの第３レンズ群（防振レンズ群）ＯＬ３で本体の振動による像ブレを補正するように構成されていたが、図３に示すように、防振レンズ群ＯＬ３で本体の振動による像ブレを補正した後、波面補償部材ＡＭで波面収差を補償するように構成することも可能である。すなわち、この第３の実施形態に係る望遠鏡ＴＬは、第１〜第３レンズ群ＯＬ１〜ＯＬ３から構成される対物レンズＯＬと、第２の実施形態と同様の構成であって、波面収差を補正する機能を有する正立光学系ＥＳと、対物レンズＯＬにより形成され、正立光学系ＥＳにより正立像となった中間像Ｉを観察する接眼レンズＥＰと、から構成されている。このような構成とすることで、波面検出部材ＷＳに入射する前に、装置本体の振動による像ブレが補正されているため、波面補償の精度を向上させることができる。
【００２８】
なお、この第３の実施形態に係る望遠鏡ＴＳの場合、光束投射部ＰＲの光源ＬＤを略平行光に変換するコリメータレンズＣＬを、防振レンズ群ＯＬ３と同期して、光軸に垂直な方向の成分を持つように駆動することで、波面補償用の光源も防振とすることができ、波面補償の精度をさらに向上させることができる。このコリメータレンズＣＬの作動の制御も制御部ＣＵにより行われる。または、図３のように、コリメータレンズＣＬを、光軸に垂直な方向の成分を持つように移動させる代わりに、コリメータレンズＣＬを固定して、光源ＬＤを光軸に垂直な方向の成分を持つように移動させて、防振とすることも可能である。
【００２９】
［第４の実施形態］
あるいは、図４に示すように、図３の構成の望遠鏡ＴＳの対物レンズＯＬと正立光学系ＥＳとの間にハーフミラー（またはハーフプリズム）ＨＭを配置し、光源ＬＤから放射されコリメータレンズＣＬで略平行にされた赤外光（レーザー光）をこのハーフミラーＨＭで反射させて対物レンズＯＬに導き、この対物レンズＯＬを介して被写体または目標物体に投射するように構成することも可能である。この場合、被写体または目標物体で反射した赤外光は、対物レンズＯＬで集光され、その一部がハーフミラーＨＭを透過する。そして、第３の実施形態と同様に、波面補償部材ＡＭで反射されて選択的透過部材ＤＭに入射し、この選択的透過部材ＤＭを透過して波面検出部材ＷＳに導かれ波面収差が測定される。一方、被写体または目標物体から出た可視光は、対物レンズＯＬで集光され、その一部がハーフミラーＨＭを透過し、正立光学系ＥＳの波面補償部材ＡＭ、選択的透過部材ＤＭ及びプリズムＰＬで反射されて正立像に変換された中間像Ｉが形成され、接眼レンズＥＰで観察される。
【００３０】
この第４の実施形態のように構成しても、波面検出部材ＷＳに入射する前に、装置本体の振動による像ブレが補正されているため、波面補償の精度を向上させることができる。また、波面収差を測定するための赤外光（波面補償用の光源ＬＤ）も対物レンズＯＬの防振レンズ群ＯＬ３で像ブレが補正されるため、波面補償の精度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
ＴＳ  望遠鏡（防振補償光学装置）    ＯＬ  対物レンズ
ＯＬ３  第３レンズ群（光軸方向調整部材）    ＡＭ  波面補償部材
ＷＳ  波面検出部材    ＤＭ  選択的反射部材    ＥＳ  正立光学系
ＥＰ  接眼レンズ    ＣＵ  制御部    ＰＲ  光束投射部
【図１】
2012150143.tif 000003
【図２】
2012150143.tif 000004
【図３】
2012150143.tif 000005
【図４】
2012150143.tif 000006