(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと接眼レンズとの間の光軸上に正立プリズムが配置された光学系を有する光学装置であって、該光学装置のケースに前記対物レンズおよび前記接眼レンズが固設されるとともに、該ケース内に配された正立プリズム支持部材に前記正立プリズムが固設された光学装置に搭載される像安定化装置において、
前記正立プリズム支持部材を、所定の定点を中心にして前記ケースに揺動可能に支持せしめるジンバル懸架手段と、前記正立プリズム支持部材に固設されるとともに、前記定点を通る揺動軸に垂直な軸線回りに高速回転する回転慣性体とからなる防振機構と、
前記正立プリズム支持部材の揺動基準軸の前方において前記ケースに固設された磁界発生手段と、前記回転慣性体の先端部に固設され、前記磁界発生手段により形成される磁界の一部の作用により渦電流を発生させるようにした金属板とを有し、前記正立プリズム支持部材の揺動角度が増大するに従って前記金属板による前記渦電流の発生量を増大させるように構成された追従機構とを備えており、
前記金属板は、前記揺動基準軸を囲むようにして環状に形成された、前記定点を中心とする球面の一部からなる環状曲面部を有しており、
前記磁界発生手段の磁極の表面は、前記環状曲面部の揺動軌跡を両側から挟むように形成された１対の環状曲面で構成されており、
前記１対の環状曲面における内周側の部分を互いに略一定間隔で形成するとともに、該１対の環状曲面における外周側の部分を外周端に向けて徐々に間隔が広がるように形成し、かつ前記揺動角度が所定角度以下の領域では、前記１対の環状曲面における前記略一定間隔で形成された前記内周側の部分と前記環状曲面部とが互いに重ならないように構成してなる防振機能低下防止手段を、前記追従機構に設けることにより、前記揺動角度の増大に対する前記渦電流の発生量の増大の割合を、前記揺動角度が前記所定角度以下の領域では該所定角度を超える領域に比して小さい値に設定していることを特徴とする像安定化装置。
【請求項２】
前記所定角度が、前記揺動基準軸から１°の値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の像安定化装置。
【請求項３】
前記磁界発生手段が、マグネットおよび該マグネットに固着された金属部材からなり、前記１対の環状曲面が、前記金属部材の表面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の像安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単眼鏡、双眼鏡、ビデオカメラ等の光学装置に搭載される像安定化装置、すなわち、上記光学装置が振動を受けたときに該光学装置の光軸に対する観察物体からの光束の射出角度が変動して光学像がブレて観察されるのを防止するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単眼鏡、双眼鏡等の光学的な観測を目的とした光学装置を手で保持して操作する場合、特に上記光学装置を航空機や車輌等に持ち込んで使用する場合には、航空機、車輌等の振動や揺動が光学装置に伝わり、光軸に対する観察物体からの光束の射出角度が変動し、観察される光学像を劣化させることが多い。
【０００３】
このような光学装置に伝わる振動は、その振幅がたとえ小さくとも、単眼鏡や双眼鏡等における視界が狭いことや、接眼レンズによって光束の射出角度が拡大され、また該接眼レンズによって対物レンズの像が拡大されて観察され最終的に視覚に訴える像が劣化して観察されることから、倍率が高くなるに従い、振動等によって生ずる光軸に対する光束の射出角度の変動や観察される像の劣化が無視できなくなる。
【０００４】
これまでにも、光学装置に伝わる振動や揺動によって光軸に対する光束の射出角度が変動して観察される像が劣化するのを防止する像安定化のための装置が種々提案されている。
【０００５】
例えば特公昭57-37852号公報には、双眼鏡における観察像のブレを補正するため、該双眼鏡内に回転慣性体（ジャイロモータ）を利用した防振機構を設けたものが開示されている。すなわち、この防振機構は、双眼鏡の対物レンズと接眼レンズとの間の光軸上に正立プリズムを配し、この正立プリズムが固設された正立プリズム支持部材を双眼鏡のケースにジンバル懸架手段を介して支持せしめるとともに、上記正立プリズム支持部材に回転慣性体を固設することにより、双眼鏡が手ブレ等により振動した場合においても、正立プリズムを略同一空間位置に保持して双眼鏡の観察像のブレを防止するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上記光学装置において、パンニングやチルティングのような操作が行われた場合には、正立プリズムの向きを観察物体の移動方向にスムーズに追従させることが要求される。このような追従機能は、振動に抗して正立プリズムを元の位置に保持しようとする上記防振機能とは相反する機能であるため、両機能を両立させるようバランスをとることはかなり難しいという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、防振機能および追従機能を適正に発揮し得る像安定化装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対物レンズと接眼レンズとの間の光軸上に正立プリズムが配置された光学系を有する光学装置であって、該光学装置のケースに前記対物レンズおよび前記接眼レンズが固設されるとともに該ケース内に配された正立プリズム支持部材に前記正立プリズムが固設された光学装置に搭載される像安定化装置において、
前記正立プリズム支持部材を、所定の定点を中心にして前記ケースに揺動可能に支持せしめるジンバル懸架手段と、前記正立プリズム支持部材に固設されるとともに、前記定点を通る揺動軸に垂直な軸線回りに高速回転する回転慣性体とからなる防振機構と、
前記正立プリズム支持部材の揺動基準軸の前方において前記ケースに固設された磁界発生手段と、前記回転慣性体の先端部に固設され、前記磁界発生手段により形成される磁界の一部の作用により渦電流を発生させるようにした金属板とを有し、前記正立プリズム支持部材の揺動角度が増大するに従って前記金属板による前記渦電流の発生量を増大させるように構成された追従機構とを備えており、
前記金属板は、前記揺動基準軸を囲むようにして環状に形成された、前記定点を中心とする球面の一部からなる環状曲面部を有しており、
前記磁界発生手段の磁極の表面は、前記環状曲面部の揺動軌跡を両側から挟むように形成された１対の環状曲面で構成されており、
前記１対の環状曲面における内周側の部分を互いに略一定間隔で形成するとともに、該１対の環状曲面における外周側の部分を外周端に向けて徐々に間隔が広がるように形成し、かつ前記揺動角度が所定角度以下の領域では、前記１対の環状曲面における前記略一定間隔で形成された前記内周側の部分と前記環状曲面部とが互いに重ならないように構成してなる防振機能低下防止手段を、前記追従機構に設けることにより、前記揺動角度の増大に対する前記渦電流の発生量の増大の割合を、前記揺動角度が前記所定角度以下の領域では該所定角度を超える領域に比して小さい値に設定していることを特徴とするものである。
【０００９】
上記「所定角度」の具体的な値は、特に限定されるものではないが、例えば上記揺動基準軸から１°の値に設定することが可能である。
【００１１】
また、上記「磁界発生手段」の具体的構成についても、特に限定されるものではないが、例えば、これを、マグネットおよび該マグネットに固着された金属部材からなる構成とし、上記金属部材の表面により上記１対の環状曲面を形成した構成とすることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る像安定化装置が搭載された双眼鏡（光学装置）１０を示す斜視図であり、図２は、その内部構造の概要を示す斜視図である。
これらの図に示すように、上記双眼鏡１０は、１対の対物レンズ系１２ａ、１２ｂと、１対の接眼レンズ系１４ａ、１４ｂと、その間の光軸Ａａ、Ａｂ上に配置された１対の正立プリズム１６ａ、１６ｂとからなる１対の望遠鏡光学系を有しており、これにより双眼鏡光学系を構成するようになっている。
【００１３】
上記１対の対物レンズ系１２ａ、１２ｂおよび上記１対の接眼レンズ系１４ａ、１４ｂは、上記双眼鏡１０のケース１８に固設されており、上記１対の正立プリズム１６ａ、１６ｂは、ジンバル懸架手段２０を介して上記ケース１８に支持されている。
【００１４】
上記ジンバル懸架手段２０は、左右方向（対物レンズ系１２ａ、１２ｂの配列方向）に延びる揺動軸Ａ１を中心として上記ケース１８に揺動可能に支持された外ジンバル２０Ａと、この外ジンバル２０Ａに、上下方向（上記各光軸Ａａ、Ａｂの方向および対物レンズ系１２ａ、１２ｂの配列方向と直交する方向）に延びる揺動軸Ａ２を中心として揺動可能に支持された内ジンバル２０Ｂとからなっている。これにより、上記内ジンバル２０Ｂは、上記ケース１８に対し、上記揺動軸Ａ１と上記揺動軸Ａ２との交点Ｏを中心にして上下および左右方向に揺動し得ることとなるが、上記１対の正立プリズム１６ａ、１６ｂは、この内ジンバル２０Ｂに固設されている。
【００１５】
図２においてＡｏで示す軸は、上記内ジンバル２０Ｂの揺動基準軸であり、上記揺動軸Ａ１およびＡ２と直交する方向に延びる軸として定義される。
上記内ジンバル２０Ｂにおける上記１対の正立プリズム１６ａ、１６ｂ間の中央位置には、略円筒状の回転慣性体ユニット２２が設けられている。この回転慣性体ユニット２２は、その中心軸Ａ３が上記交点Ｏを通るようにして設けられている。上記中心軸Ａ３は、図２に示すように上記内ジンバル２０Ｂが上記ケース１８に対して全く揺動していない状態（以下「基準状態」という。）にあるとき、上記揺動基準軸Ａｏと同軸となるように設定されている。
【００１６】
上記回転慣性体ユニット２２は、上記内ジンバル２０Ｂに固設されたハウジング２４（下記図３参照）と、このハウジング２４内に収容され、上記中心軸Ａ３回りに高速回転する図示しないモータおよびフライホイール（回転慣性体）とを備えてなっている。そして、この回転慣性体ユニット２２と上記ジンバル懸架手段２０とにより、上記ケース１８が振動した場合においても上記正立プリズム１６ａ、１６ｂを略同一空間位置に保持する防振機構としての機能を発揮するようになっている。
【００１７】
図３は、上記回転慣性体ユニット２２およびその周辺の構造を示す部分水平断面図である。
この図に示すように、上記回転慣性体ユニット２２の上記中心軸Ａ３前方側には、アルミカップ２８が設けられている。このアルミカップ２８は、その基端部において上記モータの出力軸３０の先端部に固設されている。このアルミカップ２８の先端部には、上記中心軸Ａ３を環状に囲む環状曲面部２８ａが形成されている。この環状曲面部２８ａは、上記交点Ｏを中心とする球面の一部からなっている。
【００１８】
また、同図に示すように、上記アルミカップ２８の前方側には、磁界発生手段３２が設けられている。この磁界発生手段３２は、上記揺動基準軸Ａｏを囲むリング状のマグネット３２Ａと、このマグネット３２Ａを軸方向両側から挟むようにして該マグネット３２Ａに固着された金属部材３２Ｂ、３２Ｃと、上記揺動基準軸Ａｏ上に位置するようにして上記金属部材３２Ｂに固着された金属部材３２Ｄとからなり、ネジ３４により上記ケース１８に固設されている。上記各金属部材３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、パーマロイ、セメンジール等の透磁率の高い金属材料で構成されている。
【００１９】
この磁界発生手段３２においては、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａと、上記金属部材３２Ｄの上端ディスク部の下面３２Ｄａとにより、その磁極が構成されるが、これら上面３２Ｃａおよび下面３２Ｄａは、上記回転慣性体ユニット２２が上記交点Ｏを中心にして揺動したときの上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａの揺動軌跡を、両側から挟むように形成された１対の環状曲面で構成されている。
【００２０】
上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａの内径寸法は、上記金属部材３２Ｄの上端ディスク部の外径寸法とほぼ同じ値に設定されている。そして、上記磁界発生手段３２の磁極となる上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａと上記金属部材３２Ｄの下面３２Ｄａとの間に形成される磁界は、上記基準状態においても、上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａの回転により、渦電流が発生するようになっている。
【００２１】
図示のように、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａおよび上記金属部材３２Ｄの下面３２Ｄａは、上記交点Ｏを中心とする球面の一部からなっているが、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａは、上記金属部材３２Ｄの上端ディスク部の外周端よりも幾分内周側の点からその外周側に位置する部分が、上記揺動基準軸Ａｏと直交する平面でカットされている（なお、カットする前の形状を図中２点鎖線で示す。）。このため、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａと上記金属部材３２Ｄの下面３２Ｄａとの間隔は、その内周側の大部分においては一定であるが、その外周側の一部分においては外周端へ向けて徐々に広がっている。
【００２２】
上記内ジンバル２０Ｂが揺動すると、該内ジンバル２０Ｂと共に揺動する上記回転慣性体ユニット２２の中心軸Ａ３は、上記揺動基準軸Ａｏから離れて図４に示すようになる。なお、静止空間を基準にすれば、上記中心軸Ａ３から上記揺動基準軸Ａｏが離れるのであるが、説明の便宜上、上記中心軸Ａ３の方が揺動するものとして図示する。
【００２３】
このように上記内ジンバル２０Ｂが揺動すると、上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａが、上記金属部材３２Ｃ、３２Ｄの上面３２Ｃａおよび下面３２Ｄａ間の隙間に進入してくるので、上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａの進入により上記渦電流発生量が増大する。このため、この渦電流を打ち消すための渦電流抗力が上記アルミカップ２８に作用する。この渦電流抗力は、上記回転慣性体ユニット２２の揺動角度θが大きくなるほど大きなものとなる。そして、この渦電流抗力により上記回転慣性体ユニット２２は上記磁界発生手段３２に対して歳差運動を起こし、その中心軸Ａ３を上記揺動基準軸Ａｏに近づけようとするので、上記内ジンバル２０Ｂは上記ケース１８の動きに追随することとなる。このように、上記アルミカップ２８と上記磁界発生手段３２とにより、上記内ジンバル２０Ｂを上記ケース１８に追随させる追随機構としての機能を発揮するようになっている。
【００２４】
図５（ａ）は、上記内ジンバル２０Ｂが上記基準状態から揺動したときの、上記アルミカップ２８の環状曲面部２８ａと、上記金属部材３２Ｃ、３２Ｄの上面３２Ｃａおよび下面３２Ｄａ間の隙間における一定間隔の部分ｄ（磁束密度が高い部分）との重なり具合を示す図である。なお、図５（ｂ）は、仮に上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａの外周側の部分がカットされていないとした場合の、上記環状曲面部２８ａと一定間隔の部分ｄ′との重なり具合を示す図である。
【００２５】
図５（ａ）において斜線で示すように、上記環状曲面部２８ａと一定間隔の部分ｄとの重なり部分の面積は、図５（ｂ）に示す上記環状曲面部２８ａと一定間隔の部分ｄ′との重なり部分の面積に比して幾分小さいが、図５（ｂ）の場合と同様、上記回転慣性体ユニット２２の揺動角度θが大きくなるほど上記重なり部分の面積が大きくなり、この大きさに応じて上記渦電流抗力も大きくなるので、上記追随機能を十分に発揮させることができる。
【００２６】
一方、図５（ｂ）の場合には、上記揺動角度がθ＝０の基準状態で、上記環状曲面部２８ａの内周端と上記一定間隔の部分ｄ′の外周端とが一致しているため、上記回転慣性体ユニット２２が揺動すると、即座に上記環状曲面部２８ａと上記一定間隔の部分ｄ′とが重なって上記追随機能が発揮されてしまうが、図５（ａ）の場合には、上記揺動角度がθ＝０の状態では、上記環状曲面部２８ａの内周端と上記一定間隔の部分ｄの外周端とが少し離れているため、上記回転慣性体ユニット２２が揺動しても、微小角度領域内においては上記環状曲面部２８ａと上記一定間隔の部分ｄとが重ならず、このため上記追随機能が発揮されてしまうことはない。したがって、図５（ａ）の場合、上記微小角度領域内においては、上記ケース１８が振動したときに上記正立プリズム１６ａ、１６ｂを略同一空間位置に保持する防振機能を十分に発揮させることができる。
【００２７】
このように本実施形態においては、上記金属部材３２Ｃを、その上面３２Ｃａの外周側の部分がカットされた形状にすることにより、防振機能低下防止手段としての機能を発揮させるようになっている。なお、手ブレ等による振動に伴う上記回転慣性体ユニット２２の揺動角度は、通常±１°以内の範囲であるので、本実施形態においては、上記微小角度領域を±１°の範囲に設定している。
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００２８】
図６は、第１の変形例を示す、図４と同様の図である。
図示のように、本変形例においては、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａの外周側の部分のカット角度が上記実施形態と異なっている。すなわち、上記実施形態においては上記揺動基準軸Ａｏと直交する平面でカットされているが、本変形例においては、さらに大きな角度でカットされている。
【００２９】
このようにカットすることにより、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａと上記金属部材３２Ｄの下面３２Ｄａとの間隔が、その外周側の部分において急激に広がることとなるため、上記微小角度領域内における上記追随機能を強く抑制して上記防振機能をさらに十分に発揮させることができる。
【００３０】
図７は、第２の変形例を示す、図４と同様の図である。
図示のように、本変形例においては、上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａではなく、上記金属部材３２Ｄの下面３２Ｄａの外周端部近傍部分を面取りすることにより、該下面３２Ｄａと上記金属部材３２Ｃの上面３２Ｃａとの間隔を、その外周側の部分において広げるようにしたものである。
【００３１】
このようにした場合においても、上記実施形態と同様、上記微小角度領域内における上記追随機能を抑制して上記防振機能を十分に発揮させることができる。上記実施形態に係る像安定化装置は、双眼鏡に適用するための構成とされているが、本発明に係る像安定化装置は、単眼鏡やビデオカメラ等にも搭載することが可能であり、このようにした場合においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る像安定化装置は、ジンバル懸架手段および回転慣性体による防振機能のみならず、光学装置のケースを動かしたとき、上記正立プリズム支持部材の揺動により磁界発生手段および金属板間に渦電流抗力を生ぜしめ、これにより上記正立プリズム支持部材を光学装置のケースの動きに追随させる追随機能をも備えているが、本発明においては、さらに、上記揺動角度の増大に対する渦電流発生量の増大の割合を、上記揺動角度が所定角度以下の領域では該所定角度を超える領域に比して小さい値に設定するようになっているので、上記所定角度以下の揺動角度領域では上記追随機能を抑えて上記防振機能を十分に発揮させることができる一方、上記所定角度を超える揺動角度領域では上記追随機能を十分に発揮させることができる。
このように、本発明によれば、所要の追随機能を発揮させることができる一方、該追随機能を設けたことによって防振機能が不用意に低下してしまうのを防止することができ、これにより防振機能および追従機能を適正に発揮し得る像安定化装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る像安定化装置が搭載された双眼鏡（光学装置）を示す斜視図
【図２】上記双眼鏡の内部構造の概要を示す斜視図
【図３】上記像安定化装置を構成する回転慣性体ユニットおよびその周辺の構造を示す部分水平断面図
【図４】上記実施形態の作用を示す、図３と同様の図
【図５】上記実施形態の作用を示す説明図
【図６】上記実施形態の第１の変形例を示す、図４と同様の図
【図７】上記実施形態の第２の変形例を示す、図４と同様の図
【符号の説明】
１０  双眼鏡（光学装置）
１２ａ、１２ｂ  対物レンズ系（対物レンズ）
１４ａ、１４ｂ  接眼レンズ系（接眼レンズ）
１６ａ、１６ｂ  正立プリズム
１８  ケース
２０  ジンバル懸架手段
２０Ａ  外ジンバル
２０Ｂ  内ジンバル（正立プリズム支持部材）
２２  回転慣性体ユニット
２４  ハウジング
２８  アルミカップ（金属板）
２８ａ  環状曲面部
３０  モータの出力軸
３２  磁界発生手段
３２Ａ  マグネット
３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ  金属部材
３２Ｃａ  上面（環状曲面）
３２Ｄａ  下面（環状曲面）
３４  ネジ
Ａａ、Ａｂ  光軸
Ａｏ  揺動基準軸
Ａ１  揺動軸
Ａ２  揺動軸
Ａ３  中心軸
ｄ  一定間隔の部分
Ｏ  交点（定点）
【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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