(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力を有する対物レンズ系と、正の屈折力を有する接眼レンズ系を有する望遠鏡光学系において、実像を変位させて像安定化を行うために前記対物レンズ系に設けられた画像偏向手段と、前記画像偏向手段が像安定化を行うのと同時に変位する前記望遠鏡光学系中の実像面近傍に設けられた視野絞りとを有することを特徴とする望遠鏡光学系。
【請求項２】
前記画像偏向手段による、像安定化の為の像の変位量をΔｙとし、前記対物レンズ系の焦点距離をｆｏ、前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｅ、前記望遠鏡光学系のブレの角度をεとしたときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の望遠鏡光学系。
Δｙ≦｜（ｆｏ＋ｆｅ）・ｔａｎε｜
【請求項３】
変位可能な前記視野絞りを前記接眼レンズ系の前側焦点面近傍に配置し、前記視野絞りの変位量をΔＹとし、前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｅ、前記望遠鏡光学系のブレの角度をεとしたときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または２記載の望遠鏡光学系。
ΔＹ  ＝｜  ｆｅ・ｔａｎε｜
【請求項４】
物体面から順に、正の屈折力を有する対物レンズ系と、正立用プリズム系と、正の屈折力を有する接眼レンズ系とを有する望遠鏡光学系において、実像を変位させて像安定化を行うために前記対物レンズ系に設けられた画像偏向手段と、前記画像偏向手段が像安定化を行うのと同時に変位する前記望遠鏡光学系中の実像面近傍に設けられた視野絞りとを有することを特徴とする望遠鏡光学系。
【請求項５】
前記画像偏向手段による像安定化のための像の変位量をΔｙとし、前記対物レンズ系の焦点距離をｆｏ、前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｅ、前記望遠鏡光学系のブレの角度をεとしたときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項４記載の望遠鏡光学系。
Δｙ  ≦  ｜（ｆｏ  −  ｆｅ）・ｔａｎε｜
【請求項６】
変位可能な前記視野絞りを前記接眼レンズ系の前側焦点面近傍に配置し、前記視野絞りの変位量をΔＹとし、前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｅ、前記望遠鏡光学系のブレの角度をεとしたときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項４または５記載の望遠鏡光学系。
ΔＹ  ＝  ｜ｆｅ・ｔａｎε｜
【請求項７】
前記画像偏向手段は、前記対物レンズ群の一部を光軸に対してほぼ直交する方向に移動させることにより像を変位させて像安定化を行うことを特徴とする請求項３または６記載の望遠鏡光学系。
【請求項８】
前記画像偏向手段は、可変頂角プリズムの頂角を変化させることによって像を変位させ像安定化を行うことを特徴とする、請求項３または６記載の望遠鏡光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手振れ等の振動による画像のブレを補正する画像偏向手段を有する望遠鏡や双眼鏡等の望遠鏡光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、像ブレを防止するために画像偏向手段を備えた様々な望遠鏡光学系が提案がされている。これらの提案により、これまで手振れなどの原因によって三脚等の支持機構を使用しなければ良好な観察が行えなかった比較的高倍率の望遠鏡等においても、画像補正による像安定化によって、手による保持での良好な観察が行えるようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
カメラレンズなどの撮影光学系での防振は、結像レンズ系のフィルム面等の実像面で像を安定化すればよい。これに対して、望遠鏡光学系での防振とは、さらに接眼レンズと観察者の眼の光学系を介して、眼の網膜状での像を安定化する事が必要である。即ち、望遠鏡光学系における像の安定化は、手振れ等の振動によって画像が変位してもそれを補正して、観察者が視線を一定に固定したまま安定して物体を観察することが出来るようしなければならない。
【０００４】
これまで提案されてきた画像偏向手段を備えた望遠鏡光学系では、視野絞りは望遠鏡等の光学機器に固定されていることから、ブレ補正時には視野絞りが観察者の視野に対して一定ではなく望遠鏡の振動（ブレ）と共に振動している。従って観察者はブレ補正時に観察対象物の像を安定して観察することは出来るが、その視野領域は手振れ等の振動によって絶えず振動していることとなり、不自然かつ不快であるという問題があった。
【０００５】
本発明はブレ補正時に、画像偏向手段を作用するのと同時に視野絞りの位置を変位させて、観察する像と視野領域を観察者の視線に対して安定した状態にすることの出来る望遠鏡光学系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、物体側から順に、正の屈折力を有する対物レンズ系と、正の屈折力を有する接眼レンズ系とを有する望遠鏡光学系において、実像を変位させて像安定化を行うために前記対物レンズ系に設けられた画像偏向手段と、前記画像偏向手段が像安定化を行うのと同時に変位する前記望遠鏡光学系中の実像面近傍に設けられた視野絞りとを有することを特徴とする望遠鏡光学系である。
【０００７】
かかる構成により、望遠鏡光学系が手ブレなどにより振動し、観察される像が変位しても、画像偏向手段が該変位を補正するように物体からの光束を偏向するので、安定した像を観察できる。さらに、画像偏向手段が物体からの光束を偏向させるのと同時に、望遠鏡が手ブレによりブレる前に観察していた視野を維持するように視野絞りも変位させる。これにより、安定した像を、安定した視野で観察することが可能となる。
【０００８】
このような本発明の構成において、このときの望遠鏡光学系のブレの角度をε、像安定化のための像の変位量をΔｙ、対物レンズ系の焦点距離をｆｏ、接眼レンズ系の焦点距離をｆｅとした時に、
（１）  Δｙ≦｜（ｆｏ＋ｆｅ）・ｔａｎε｜
の条件式を満足することを特徴としている。Δｙは像の変位量の絶対量で、その方向はブレによる画像の劣化が軽減もしくは無くなる方向である。
【０００９】
視野絞りを接眼レンズ系の中間に配置するような構成の望遠鏡光学系の場合に実像の変位量を求めるときには、式（１）において、対物レンズ系の焦点距離ｆｏおよび接眼レンズ系の焦点距離ｆｅは、それぞれ実像面より物体側に配置されたレンズ群の合成焦点距離および実像面より観察者側（眼側）に配置されたレンズ群の合成焦点距離とすればよい。ここで、一般にεが微小な値である時は、ｔａｎε＝εと近似する事ができる。
【００１０】
一方、本発明の望遠鏡光学系を地上用望遠鏡として使用する場合の構成は、物体面から順に、正の屈折力を有する対物レンズ系と、正立用プリズム系と、正の屈折力を有する接眼レンズ系とを有する望遠鏡光学系において、実像を変位させて像安定化を行うために前記対物レンズ系に設けられた画像偏向手段と、前記画像偏向手段が像安定化を行うのと同時に変位する前記望遠鏡光学系中の実像面近傍に設けられた視野絞りとを有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、かかる構成において像安定化のための像の変位量Δｙが、
（２）  Δｙ≦  ｜（ｆｏ−ｆｅ）・ｔａｎε｜
の条件式を満足することを特徴としている。Δｙは、像の変位量の絶対量で、その方向はブレによる画像の劣化が軽減もしくは無くなる方向である。
【００１２】
また式（１）と同様に視野絞りを接眼レンズ系の中間に配置するような構成の望遠鏡の場合に実像の変位量を求めるときには、式（２）において、対物レンズ系の焦点距離ｆｏおよび接眼レンズ系の焦点距離ｆｅは、それぞれ実像面より物体側に配置されたレンズ群の合成焦点距離および実像面より観察者側（眼側）に配置されたレンズ群の合成焦点距離とすればよい。
【００１３】
さらに本発明は、前記画像偏向手段と同時に、望遠鏡光学系の実像面近傍に配置され観察者の視野の領域を決定する視野絞りを変位させ、その時の視野絞りの光軸に対する変位量をΔＹとしたときに、
（３）  ΔＹ＝｜ｆｅ・ｔａｎε｜
の条件式を満足することを特徴とする。ΔＹは、視野絞りの変位量の絶対量で、その方向はブレによる視野絞りの振動をなくす方向である。前記接眼レンズ系が、視野絞りを接眼レンズ系の中間に配置するような構成の場合には、上記の接眼レンズ系の焦点距離ｆｅは、接眼レンズ系全体の焦点距離ではなく、視野絞りより観察者側（眼側）に配置されたレンズ群の焦点距離とする。
【００１４】
また、観察者の眼が許容する範囲（即ち、観察者が視野絞りのブレを感じない範囲）で、上式のこのΔＹの量はｆｅ・ｔａｎεと等しい値だけでなく、その近傍の値を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一般的な正立プリズムのない場合の望遠鏡光学系の概略図を図１に示す。観察する物体が望遠鏡の光軸Ａｘ’上のある一点にあるとすると、この物体は対物レンズ１の焦点面上の点Ｆに一度結像し、さらに点Ｆを前側焦点とする接眼レンズ２で屈折することなく射出し観察眼３に入射する。このとき望遠鏡の光軸Ａｘ’と観察眼３の光軸Ａｘは一致もしくは平行である。
【００１６】
図４は、図１における望遠鏡光学系の接眼レンズ周辺の概略図である。このとき観察眼３の光軸Ａｘと望遠鏡光学系の光軸Ａｘ’は、一致しているかまたは平行であり、望遠光学系の視野絞り４は接眼レンズ２の前側焦点面上に固定して配置されているので、この視野絞り４の中心Ｆ及び周辺部の点Ｅ、Ｇはそれぞれ接眼レンズ２と観察眼３を介して網膜上の点ｆ、ｅ、ｇに結像する。
【００１７】
このときに、この望遠鏡を覗いたときのイメージ図を図９に示す。観察対象物は視野の上下方向にほぼいっぱいに広がっている状態にあり、物体も視野領域も観察者の視線に対して安定した状態にあるものとする。
【００１８】
次に、図２は、図１の光学系が観察眼３の光軸Ａｘに対してεだけ傾いた場合を示す。この場合対物レンズ１による物体の像は対物レンズ１の焦点面上の光軸Ａｘ’からｆｏ・ｔａｎεだけ離れた点Ｐの位置に結像する。ここでｆｏは対物レンズ系の焦点距離である。
【００１９】
この像はさらに接眼レンズ２を通り望遠鏡光学系の光軸Ａｘ’に対してε’の角度で接眼レンズ２より射出し、観察眼３に入射する。このときε’は、
ε’＝（ｆｏ／ｆｅ）・ε
である。
【００２０】
観察者は観察眼３の光軸Ａｘと、光線の射出角の傾きの差を像ブレとして感じることになる。従って物体からの光線と観察眼３の光軸Ａｘとの傾きは（ε＋ε’）、即ち（ｆｏ／ｆｅ＋１）・εで与えられる。
【００２１】
図２に対応する望遠鏡光学系中の接眼レンズ周辺の概略図が図５である。望遠鏡光学系がε傾いたときの視野絞り４の中心点Ｆ及び周辺部の点Ｅ、点Ｇは、それぞれ接眼レンズ２と観察眼３の光学系を介して網膜の点ｆ’、ｅ’、ｇ’に結像する。このときそれぞれｆ、ｅ、ｇとの差が観察者にとって視野絞りのブレとして感じられる。このときの、この視野絞りと観察者の視線、即ち観察眼３の光軸Ａｘとの傾きは望遠鏡光学系の傾きと同じεである。
【００２２】
望遠鏡光学系が図２の状態の時に、この望遠鏡を覗いたときのイメージ図を図１０に示す。点線の円は望遠鏡が傾く前に観察者が見ていた視野領域を表している。また実線の円は実際の視野絞りによる視野の範囲で、この視野絞りは、望遠鏡が傾く前の視野絞りの位置より、観察者の視野に対してεだけ傾いた位置に見えることになる。即ち、望遠鏡が傾く前と後では、観察者の見えている視野領域がずれてしまうことになる。さらにこのとき観察対象物の像は望遠鏡光学系が傾くことによって大きくブレてしまい、観察者は最初に見ていた物体をはっきりとは見ることが出来なくなる。
【００２３】
図３は、正立用プリズム６を有する望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの概略図である。図２と同様に、このとき対物レンズ１による物体の像は対物レンズ１の焦点面上での光軸Ａｘ’からｆｏ・ｔａｎεだけ離れた点Ｐの位置に結像するが、正立プリズム６があるためにこの点Ｐは図２とは光軸Ａｘ’を挟んで対象な位置に結像する。この像はさらに接眼レンズ２を通り望遠鏡光学系の光軸Ａｘ’に対してε’の角度で接眼レンズ２を射出して、観察眼３に入射する。このときε’は正立プリズムが無い場合と同様に、
ε’＝（ｆｏ／ｆｅ）・ε
となる。
【００２４】
そして、観察眼３の光軸Ａｘと光線の射出角の傾きの差が観察者にとって像ブレとして感じるようになる。このときの物体からの光線と観察眼３の光軸Ａｘとの傾きは（ε’−ε）、即ち（ｆｏ／ｆｅ−１）・εで与えられる。
【００２５】
さらに、この時の接眼レンズ周辺の概略図は図２の場合と同じく図５で表される。望遠鏡光学系がε傾いたときの視野絞り４の中心点Ｆ及び周辺部の点Ｅ、点Ｇは、それぞれ接眼レンズ２と観察眼３の光学系を介して網膜上の点ｆ’、ｅ’、ｇ’に結像し、それぞれｆ、ｅ、ｇとの差が観察者にとって視野絞りのブレとして感じられる。
【００２６】
このときの、この視野絞りと観察者の視線、即ち観察眼３の光軸Ａｘとの傾きは望遠鏡光学系の傾きと同じεである。この時望遠鏡を覗いたときのイメージ図が図１１である。物体の像が倒立像ではなく正立像であること以外は図１０と同じで、この視野絞りは、傾く前の視野絞りの位置より、観察者の視線に対してεだけ傾いた位置に見えることになる。即ち、傾く前と後では、観察者の見えている視野領域がすれてしまうことになるが、この傾きの方向は正立用プリズムの有無に関わらず同じである。
【００２７】
かかる場合も観察対象物の像は、望遠鏡光学系が傾くことによって大きくブレてしまい、観察者ははっきりと物体を見ることが出来なくなっているが、このときの像のぶれる方向は視野絞りの場合と異なり、正立用プリズム３の無いときとは反対の方向である。
【００２８】
図７は、本発明の第１実施例の望遠鏡光学系全体の概略図である。プリズム５は、ブレ補正用の可変頂角プリズムである。この望遠鏡光学系が観察眼３の光軸Ａｘに対してεだけ傾いた場合、図２で説明した通り観察眼３には（ｆｏ／ｆｅ＋１）・ε傾いた光線が入射する。従って像ブレを補正するには、ブレ補正用可変頂角プリズム５の頂角を変えることによってこの傾きをゼロにすればよい。この為には、対物レンズ１の像面上で、ＦＰ＋ＦＰ’（＝Δｙ）の量だけ像を変位させればよい。ここで点Ｐ’は接眼レンズ２から観察眼３の光軸Ａｘに平行な光線を射出する対物レンズ１の焦点面上の点である。
【００２９】
ここで、
ＦＰ＝ｆｅ・ｔａｎε’＝ｆｏ・ｔａｎε
ＦＰ’＝ｆｅ・ｔａｎε’
である。従ってΔｙは次式に示すように、
Δｙ＝｜（ｆｏ＋ｆｅ）・ｔａｎε｜
と表わすことができる。
【００３０】
ただしこの場合、観察者の眼が許容する範囲（即ち、観察者が像ブレを感じない範囲）では上式のΔｙは｜（ｆｏ＋ｆｅ）・ｔａｎε｜と等しい値だけではなく、その近傍の値を含む。また望遠鏡のブレが大きくて機械的な条件でブレ補正が完全に出来ない場合は、この画像の補正量を少なくとも
Δｙ＜｜（ｆｏ＋ｆｅ）・ｔａｎε｜
とすることで、ブレによる画像の劣化を軽減することができる。
【００３１】
図７の状態での接眼レンズ周辺の概略図を図６に示す。視野絞り４は、対物レンズ１の焦点面、即ち接眼レンズ２の前側焦点面上にあり、従って視野絞り４を変位しない状態では、視野絞り４の中心（即ち視野の中心）Ｆと接眼レンズ２の主点間の長さは接眼レンズ２の焦点距離ｆｅと等しく、Ｆからの光線は光軸Ａｘにたいしてεだけ傾いて観察眼に入射し、網膜上のｆ’に結像する。このときのｆとｆ’の差が視野絞りのブレとして感じられる。
【００３２】
このときに、上記のブレ補正した望遠鏡を覗いたときのイメージ図が図１２である。可変頂角プリズム５による画像補正によって、物体の像は観察者の視線、即ち観察眼３の光軸Ａｘに対して一定である。しかしながら、視野絞り４は望遠鏡光学系と共に傾いているので、観察者が元々見ていた、図１２中の点線で示された視野の範囲からズレてしまい、観察する物体の像の一部は視野絞り４によってケラれてしまう。
【００３３】
従って視野絞り４の傾きεをゼロ、即ち接眼レンズ２を通して観察眼３の光軸Ａｘに平行な光線を射出する対物レンズ１の焦点面上の点である点Ｐ’に視野絞り４の中心を移動すれば、視野絞り４のブレをなくし視野のケラれを防ぐことができる。
【００３４】
つまりＦＰ’＝ΔＹとすると、
ΔＹ＝｜ｆｅ・ｔａｎε｜
となり、ΔＹだけ視野絞り４を対物レンズ１の焦点面上で変位させると、視野絞り４は観察者の視線に対して常に一定の位置を保つことができる。ただし観察者の眼が許容する範囲（即ち、観察者が視野絞りのブレを感じない範囲）では、上式のこのΔＹの量は｜ｆｅ・ｔａｎε｜と等しい値だけでなく、その近傍の値を含む。
【００３５】
図１４は、視野絞りも変位させた場合の図７における望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。この場合、望遠鏡光学系は振動しているが、視野絞りも同時に変位させているので、観察者は、観察する視野領域と像を、常に観察者の視線に対して安定した状態で観察することができる。
【００３６】
図８は、本発明の第２実施例の望遠鏡光学系全体の概略図である。レンズ７は、対物レンズ系の一部であるブレ補正用のレンズ群である。この望遠鏡光学系が観察眼３の光軸Ａｘにたいしてεだけ傾いた場合、図２で説明した通り観察眼３には（ｆｏ／ｆｅ−１）・ε傾いた光線が入射する。従って像ブレを補正するには、このブレ補正用のレンズ群７を望遠鏡光学系の光軸Ａｘ’とほぼ垂直な方向に変位させることによって、この傾きをゼロにすればよい。この為には、対物レンズ１の像面上で、ＦＰ−ＦＰ’の量だけ像を変位させればよい。ここで点Ｐ’は接眼レンズ２から観察眼３の光軸Ａｘに平行な光線を射出する、対物レンズ１の焦点面上の点である。
【００３７】
従ってΔｙ＝ＦＰ−ＦＰ’とすると、
ＦＰ＝ｆｅ・ｔａｎε’＝ｆｏ・ｔａｎε
ＦＰ’＝ｆｅ・ｔａｎε
であるから、
Δｙ＝｜（ｆｏ−ｆｅ）・ｔａｎε｜
となる。ただし、観察者の眼が許容する範囲（即ち、観察者が像ブレを感じない範囲）では上式のこのΔｙは｜（ｆｏ−ｆｅ）・ｔａｎε｜と等しい値だけでなく、その近傍の値を含む。
【００３８】
また望遠鏡のブレが大きくて機械的な条件でブレ補正が完全にできない場合は、この画像の補正量を少なくとも
Δｙ＜｜（ｆｏ−ｆｅ）・ｔａｎε｜
とすることで、ブレによる画像の劣化を軽減することができる。
【００３９】
また、上述した通りに視野絞りの傾きは正立用プリズムの有無に依存しないので、図８における望遠鏡光学系においても、視野絞りを動かさなかった場合の視野絞り周辺部の概略は第１実施例と同じく図６で表される。このときのブレ補正した望遠鏡を覗いたときのイメージ図が図１３であるが、これも図１２と同じように視野絞りのブレと、それによる視野のケラれが起こってしまう。
【００４０】
この場合の視野絞りの視野のケラれを防ぐためには、第１実施例の場合と同様に、視野絞り４の傾きεをゼロ、即ち接眼レンズ２を通して観察眼３の光軸Ａｘに平行な光線を射出する対物レンズ１の焦点面上の点である点Ｐ’に視野絞り４の中心を移動すればよい。
【００４１】
従って、ＦＰ’＝ΔＹとすると、
ΔＹ＝｜ｆｅ・ｔａｎε｜
となり、このΔＹだけ視野絞り４を対物レンズ１の焦点面上で変位させると、視野絞り４は観察者の視線に対して常に一定の位置を保つことができる。ただしこれも第１実施例と同様に、観察者の眼が許容する範囲（即ち、観察者が視野絞りのブレを感じない範囲）では、上式のこのΔＹの量は｜ｆｅ・ｔａｎε｜と等しい値だけでなく、その近傍の値を含む。
【００４２】
図１５は、このときにこの望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。この場合、望遠鏡光学系は振動しているが、視野絞りも同時に変位しているので、観察者は、観察する視野領域と像を観察者の視線に対して安心した状態で観察することができる。尚、視野絞りは、画像偏向手段と連動して変位させることが好ましい。
【００４３】
さらに、本発明の構造は、本明細書中に記載されている実施例に限定される物ではなく、視野絞りを有する様々な防振望遠鏡光学系に同様に適用される。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、手振れ等の振動による画像の劣化を補正し良好な観察を行う事ができる望遠鏡光学系において、さらに視野絞りのブレをも補正する事によって、観察者の視線に対して常に安定した像と、視野絞りによる像のケラれのない視野領域を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】正立用プリズムのない望遠鏡光学系の概略図である。
【図２】正立用プリズムのない望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの概略図である。
【図３】正立用プリズムのある望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの概略図である。
【図４】図１における望遠鏡光学系の接眼レンズ周辺部の概略図である。
【図５】図２及び図３における望遠鏡光学系の接眼レンズ周辺部の概略図である。
【図６】本発明の第１実施例及び第２実施例における望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの、接眼レンズ周辺部の概略図である。
【図７】本発明の第１実施例の望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの概略図である。
【図８】本発明の第２実施例の望遠鏡光学系がεだけ傾いたときの概略図である。
【図９】ブレのない時の一般的な望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１０】視野絞りが固定されている、図２における望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１１】視野絞りが固定されている、図３における望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１２】本発明の第１実施例である図７において、視野絞りを動かさずに像の安定化を行った時に、この望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１３】本発明の第２実施例である図８において、視野絞りを動かさずに像の安定化を行った時に、この望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１４】本発明の第１実施例である図７において、像と視野絞りの安定化を行ったときに、この望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【図１５】本発明の第２実施例である図８において、像と視野絞りの安定化を行ったときに、この望遠鏡光学系を覗いたときのイメージ図である。
【符号の説明】
１    対物レンズ
２    接眼レンズ
３    観察眼
４    視野絞り
５    可変頂角プリズム
６    正立用プリズム
７    ブレ補正レンズ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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