JP4125141B2

JP4125141B2 - Terrestrial telescope with digital camera

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Publication number: JP4125141B2
Application number: JP2003012953A
Authority: JP
Inventors: 士郎飯山
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: JP2004226579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像素子と観察光学系への光路分割を行なう光路分割手段を用いるデジタルカメラ付地上望遠鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
野鳥などの自然動物を観察するために２０倍から６０倍程度の倍率の地上望遠鏡が広く用いられている。一般に、地上望遠鏡の構成として、正（凸）レンズと、正立系として機能する負（凹）レンズからなるガリレイ式望遠鏡を基本とする構成、あるいは正（凸）レンズのみからなるケプラー式望遠鏡の基本構成に正立系としてプリズムなどを加えたものなどが知られているが、いずれにしても地上望遠鏡とはユーザが正立像を観察できるように構成されたものをいう。
【０００３】
自然動植物の観察の用途に地上望遠鏡を用いる場合、対象物を観察するだけでなく記録に留めたいという需要がある。出願人は、既に観察像を撮影可能なシステムでありながら、空中像を観察するために、鮮明で明るい像を観察することができるデジタルカメラ付地上望遠鏡の構成を下記特許文献１に示す特許出願で提案している。
【０００４】
特許文献１におけるデジタルカメラ付地上望遠鏡観察光学系の構造を除く主光学系の構成は一般的な一眼レフ式デジタルカメラの構造に類似するもので、特許文献１では全反射のクイックリターンミラーを用いている。
【０００５】
一方、一眼レフ式デジタルカメラでは、銀塩式の一眼レフカメラと異なり、撮影レンズを透過した光束を観察光学系と撮像素子の光路に分割する固定式のハーフミラーを光路分割手段として用いる構造が知られている。このような構造は、モニタ表示、オートフォーカス処理、露出演算などのために撮像素子の撮像を常時行なえ、しかも可動式のミラーを用いないので構成を非常に簡単安価にできる利点がある反面、光量損失を避けられないという問題がある。
【０００６】
この点に鑑み、下記の特許文献２に示すように、対物レンズを透過した被写体光束の一部を観察光学系に導き、残りを撮像素子に導くハーフミラーをクイックリターン方式で構成し、このハーフミラーを常時は被写体光束の一部を観察光学系に導く観察位置に位置し、撮影モードにおいては撮影光路から退避するように制御する構造が提案されている。この特許文献２では、観察モード、すなわちハーフミラーが観察位置にある時に、ハーフミラーを介して撮像素子に入射する被写体光束の光電変換出力によりハーフミラーが退避した時に対物レンズが被写体に合焦する合焦位置を演算して記憶し、実際にハーフミラーが撮影位置に退避する撮影モードにおいては演算された合焦位置に対物レンズを移動させて合焦させるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００２−４７３０４号（図１）
【特許文献２】
特開２０００−１６２４９５号（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に示される構成は、被写体撮影時の光量損失を防止でき、しかもハーフミラーが退避したとき撮像素子へ入射する像の焦点のずれを撮影レンズの移動により補正できるという利点があるが、合焦の演算、記憶のためのプロセッサやメモリが必要であり、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２の対物レンズ移動による制御では光軸方向の補正しか行なっていない。ハーフミラーを光路分割の目的で撮影光軸に挿入する場合は撮影光軸に垂直以外の角度で挿入することになるが、このハーフミラー挿入状態では被写体の合焦位置は撮影光軸方向のみならず、撮影光軸に交差する方向にもずれを生じている。そして、ハーフミラーを撮影光軸に挿入した状態で撮影制御、たとえばオートフォーカス制御を行なえば、撮影光軸に交差する方向のずれの誤差を含んだ制御結果しか得ることができず、この誤差は当然ながら対物レンズを光軸方向に移動させただけでは補正することができない。
【００１０】
本発明の課題は、上記の問題を解決し、撮像素子の撮像を常時行なえ、撮影時の光量の損失がなく、しかも簡単安価な構成により観察（ないし撮影制御）モード、および撮影モードにおける合焦位置補正を行なえるデジタルカメラ付地上望遠鏡を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、対物レンズ群と、前記対物レンズ群の後方に配置され前記対物レンズ群とともに撮像光学系を構成する撮像素子と、観察モードにおいて前記対物レンズ群と前記撮像素子の間に挿入される光路分割手段と、前記光路分割手段により前記撮像光学系の光路外に分割された光像を観察する観察光学系と、観察モードにおいて、前記光路分割手段により生じる前記撮像光学系の光軸に交差する方向の結像位置の変化を補正すべく前記光路分割手段とともに前記撮像光学系の光軸に挿入される第１の光学素子と、撮影モードにおいて、前記光路分割手段が前記撮像光学系の光軸から退避した時、前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に連動して、前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に伴なう前記撮像光学系の光軸方向の結像位置の変化を補正する第２の光学素子を前記撮像光学系の光軸に挿入する結像位置補正手段を設けた構成を採用した。
【００１２】
あるいはさらに、前記第１の光学素子が前記光路分割手段により生じる前記撮像光学系の光軸に交差する方向の結像位置の変化を補正する厚みを有し、前記光路分割手段と対照的な角度で前記撮像光学系の光軸に挿入される平面ガラスである構成を採用した。
【００１３】
あるいはさらに、前記第２の光学素子が前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に伴なう前記撮像光学系の光軸方向の結像位置の変化を補正する厚みを有する平面ガラスである構成を採用した。
【００１４】
あるいはさらに、前記結像位置補正手段は、観察モードまたは撮影モードであるかに応じて前記光路分割手段、前記第１の光学素子、および前記第２の光学素子をそれぞれ所定の挿入ないし退避位置に移動させるギアトレーンを含んで成る構成を採用した。
【００１５】
あるいはさらに、前記第２の光学素子に所定の光学フィルタ特性を付与した構成を採用した。
【００１６】
あるいはさらに、前記光路分割手段の前記撮像素子への出射側、または前記第１の光学素子に所定の光学フィルタ特性を付与した構成を採用した。
【００１７】
あるいはさらに、前記第２の光学素子を構成する平面ガラスが前記撮像光学系の光軸に対して垂直に挿入される構成を採用した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
＜実施形態１＞
図１は本発明を採用したデジタルカメラ付地上望遠鏡の要部の構成を示している。図１の構成の特徴は、ハーフミラーによるクイックリターンミラー２の他、合焦位置補正用の２枚の平面ガラス９および１０を用いる点にある。補正用の平面ガラス１０は観察モードにおいてクイックリターンミラー２と同時に主光軸に挿入され、撮影モードにおいてクイックリターンミラー２および平面ガラス１０が主光軸から除去されるとともに平面ガラス９が挿入される。
【００２０】
図１において、固定レンズ群１ａと可動フォーカスレンズ群１ｂからなる対物レンズ群１を透過した光束は、観察モードにおいては主光軸（対物レンズ群１の光軸）と４５°の角度で交差するように主光軸に挿入されたクイックリターンハーフミラー（以下、ＱＲハーフミラーと略す）２に入射する。可動フォーカスレンズ群１ｂはＡＦ用モータ１６により主光軸方向に移動できるようになっている。
【００２１】
観察モードにおいては、ＱＲハーフミラー２を透過した光束は、さらに主光軸に対して１３５°に挿入された補正用の平面ガラス１０を通過し、焦点面に置かれた撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ撮像素子など）３に入射する。ＱＲハーフミラー２の反射率は任意であるが、たとえば８０％〜９０％程度とし、観察光学系に向かう光量の方が多くなるようにすると、ユーザの観察が容易になる。平面ガラス１０の透過率はほぼ１００％とする。
【００２２】
また、観察モードにおいて、ＱＲハーフミラー２で反射した光束は観察光学系に入射し、反射ミラー４（あるいはペンタダハプリズムなど）とリレーレンズ５を組み合わせた正立光学系を介して焦点面と共役な位置に置かれた焦点板６に結像させる。ユーザはこの像を接眼レンズ７を介して正立像として観察することができる。
【００２３】
撮影モードでは、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０を主光軸から除去し、平面ガラス９を主光軸に垂直に挿入する。ＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９の撮影モードにおける位置は破線により示されている。
【００２４】
このようにＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９を連動させるため、ＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９はギア２１、２２、２３、２４からなるギアトレーンにより連結されている。
【００２５】
すなわち、ＱＲハーフミラー２はギア２１の軸２１ａに一端を固定され、平面ガラス９はギア２１の軸２１ａに装着された腕９ａ上に固定されている。ＱＲハーフミラー２および平面ガラス９の相対角度は、平面ガラス９が破線のごとくストッパー１５で係止する撮影時の位置に到達した時に、ＱＲハーフミラー２が破線で示した所定の退避位置に到達するよう定められている。ギア２１はギア２２、２３および２４に順次噛合しており、ギア２１と反対方向に回転するよう連動したギア２４の軸２４ａ上には平面ガラス１０の一端が固定されている。ＱＲハーフミラー２と平面ガラス１０の相対角度は９０°である。ギア２１、２２、２３、２４からなるギアトレーンの減速比はＱＲハーフミラー２および平面ガラス９が実線の観察位置および撮影位置を往復する際に同様に平面ガラス１０が実線の観察位置および撮影位置を往復できるように定められる。
【００２６】
ＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９の位置を規制するために上記の例ではストッパー１５のみを示してあるが、必要に応じてこれらの各部材の観察位置および撮影位置を規制するための適当なストッパーやクリック機構を設けることができる。また、クイックリターン機構の動力としては、製品の仕様を満たすミラー／平面ガラス移動速度を満足できるものであればスプリングやモータ、ソレノイドなど任意のものを用いることができる。
【００２７】
レリーズボタン全押しなどの操作により撮影モードに入ると、上記の機構によりＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９が破線の撮影位置に移動し、被写体の光束は平面ガラス９のみを通過する。これにより、対物レンズ群１を透過した全ての光量が撮像素子３に到達し、ＱＲハーフミラー２による光量損失がない状態で撮像素子３に被写体の光像が入射することになる。
【００２８】
ＱＲハーフミラー２、平面ガラス１０および平面ガラス９の材質は同一（同一屈折率ｎ）のガラスであるものとし、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０の厚みは同一のｄ、平面ガラス９の厚みはｄ’である。これらの光学部材の作用の詳細については後述する。
【００２９】
撮像素子３はＣＣＤドライバー１３により駆動され、撮像素子３の撮像出力はＣＣＤドライバー１３を介してマイクロプロセッサやメモリなどから構成された制御回路１４に入力される。制御回路１４は、撮影モードにおいて撮像素子３から得た画像データを不図示の記録媒体（メモリカードなど）に記録する。また、本実施形態では、観察期間中もＱＲハーフミラー２を介して撮像素子３に被写体の光束が入射されているため、これに応じて得られる撮像素子３からの撮像情報に基づき不図示の表示器へのモニタ表示、オートフォーカス処理（ＡＦ用モータ１６を介した可動フォーカスレンズ群１ｂの制御）、露出演算（レリーズボタン半押しなどによる露光量制御）などの処理を実行することができる。
【００３０】
なお、撮像素子３としてはＣＣＤなどを用いることができるが、ＣＣＤのような素子は赤外域に感度を有するものが多く、この赤外域の収差により撮影画像の画質、露光制御、オートフォーカス制御などに悪影響を受ける可能性がある。この点を考慮し、平面ガラス９、または（および）ＱＲハーフミラー２の透過側にコーティングなどの手段によってＩＲ（赤外線）カットフィルタ特性を付与するとよい。
【００３１】
平面ガラス９にＩＲカットフィルタ特性を付与すれば、平面ガラス９が挿入される撮影モードにおいてＩＲカットがかかり、これにより撮影画質の劣化を防止することができる。また、ＱＲハーフミラー２の裏面（撮像素子３側）にＩＲカット層のコーティングを行なえば、ＱＲハーフミラー２が挿入される観察中にＩＲカットを行ない、撮像素子３を用いた露光制御、オートフォーカス制御などの制御を確実に行なうことができる。
【００３２】
撮影モードのみＩＲカットを作用させるだけでよければ平面ガラス９のみにＩＲカットフィルタ特性を付与すればよく、撮影モードと観察モードの双方でＩＲカットが必要であればＱＲハーフミラー２と平面ガラス９の両方にＩＲカットフィルタ特性を付与する。また、観察モードのみＩＲカットを作用させるのであればＱＲハーフミラー２のみにＩＲカットフィルタ特性を付与すればよい。
【００３３】
なお、通常は、観察光学系にはＩＲカットされていない光束を入射させればよいため、その場合、ＱＲハーフミラー２表面のＩＲカット層コーティングは行なわなくてよい。
【００３４】
また、以上では、ＱＲハーフミラー２、または平面ガラス９の光学フィルタ特性としてＩＲカット特性を例示したが、当業者の目的に応じてＱＲハーフミラー２、または平面ガラス９の光学フィルタ特性は、オートフォーカス性能を調整するためのローパスフィルタやバンドパスフィルタなどの空間周波数フィルタ特性、被写体が水面下にある場合などを考慮して水面などの反射の影響を除去するための偏光フィルタ特性、露光ゲインを調整するためのNDフィルタ特性など、任意のものであってよい。ＱＲハーフミラー２、または平面ガラス９に所定の光学フィルタ特性を付与することにより、撮影、ユーザの観察、撮影前の露光制御やオートフォーカス制御を最適な条件に調節することができる。
【００３５】
また、以上のフィルタ特性の付与に関しては、平面ガラス１０については言及しなかったが、ＱＲハーフミラー２の裏面に付与するフィルタ特性はＱＲハーフミラー２と同時に主光軸に挿入される平面ガラス１０の表面ないし裏面に付与することができ、これによっても上記と同等の効果を期待できる。
【００３６】
次に上記のように構成されたデジタルカメラ付地上望遠鏡の動作につき説明する。
【００３７】
ここでは本発明において重要なＱＲハーフミラー２の光学的作用と、平面ガラス９および１０による合焦位置補正作用についても説明する。
【００３８】
観察状態においてＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０が図１の実線位置にある状態で、ユーザがレリーズボタン（図示せず）を半押しして半押しスイッチ（図示せず）をオンすると、制御回路１４はＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０を介して撮像素子３に入射している被写体光束の光電変換出力によりその明るさを検出し、またそのコントラストを公知のコントラスト検出方法で検出する。
【００３９】
これにより、制御回路１４は、検出した被写体光束の明るさに応じて撮像素子３の電子シャッター開放時間を決定し、また、検出したコントラスト情報に応じてＡＦ用モータ１６を駆動し、レンズ枠１７に保持された可動フォーカスレンズ群１ｂを光軸方向に移動させてオートフォーカス制御を行なうことができる。すなわち、撮像素子３上に結像している被写体のコントラストの変化に応じて制御回路１４は撮像素子３の撮影画像のコントラストが最大となるようＡＦ用モータ１６を駆動して可動フォーカスレンズ群１ｂを合焦位置に移動させる。
【００４０】
平面ガラス１０は、ＱＲハーフミラー２とともに挿入されている時、主光軸と交差する面内の結像位置を補正するよう作用する。
【００４１】
すなわち、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０が主光軸に挿入されている状態を考えると、図２に示すように厚さｄを持つＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０を透過して出来る像の位置はＡとなる（ＱＲハーフミラー２の屈折率ｎはｎ＞１（空気の屈折率ｎ＝１））。また、ＱＲハーフミラー２も平面ガラス１０もない時の像の位置はＢとなる。
【００４２】
図２から明らかなように、ＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０を挿入することにより、結像面内の結像位置は補正されているが、光軸方向には結像位置のずれδが生じている。
【００４３】
図２のＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０がある時とＱＲハーフミラー２も平面ガラス９、および１０のいずれもない時の結像位置のずれ量δ（Ｂ〜Ａ）は、光軸上の中心光ｌ０、周辺光ｌ１による結像位置の移動に着目すれば、この幾何学的関係は下記の式（１）により表すことができる。この時、ＱＲハーフミラー２のガラス（あるいは他の適当な材質）の屈折率はｎ、中心光ｌ０のＱＲハーフミラー２への入射角度は４５°、周辺光ｌ１のＱＲハーフミラー２への入射角度はθであるものとする。
【００４４】
【数１】

本実施形態においては、この結像位置Ａと結像位置Ｂのずれを、撮影時、平面ガラス９により補正する。すなわち、レリーズボタンが全押しされると、ＱＲハーフミラー２が退避し、平面ガラス９が下降して光軸上に挿入され、ストッパー１５により点線の位置で係止される。
【００４５】
図３はこの撮影時に平面ガラス９が主光軸上に挿入された状態を示している。ＱＲハーフミラー２の跳ね上げ後、平面ガラス９が光軸に対し垂直に挿入されるものとすれば、この時の中心光ｌ０と周辺光ｌ１により形成される結像位置のずれδは平面ガラス９の屈折率ｎ’（平面ガラス９とＱＲハーフミラー２のガラスが同一であれば上記と同じｎの値を用いることができる）、平面ガラス９の厚さｄ’から下記の式（２）のように近似することができる。
【００４６】
【数２】

式（２）はスネルの法則に基くもので、図３のように光軸に対して９０°で交差するよう平面ガラス９を挿入した場合には、式（２）のように図３の周辺光ｌ１の入射角度θ’に関連する項は微少項として無視でき、像のずれ量δは平面ガラス９の厚みｄ’とその屈折率ｎ’により決まる。
【００４７】
したがって、式（１）と式（２）の左辺の像のずれ量δが等しくなるよう、式（２）の左辺に式（１）の右辺を代入し、平面ガラス９の厚みｄ’について解けば、本実施形態で必要な平面ガラス９の厚みｄ’を計算することができる。すなわち、
【００４８】
【数３】

図４は、この計算結果を示している。ここでは、ＱＲハーフミラー２の厚みｄ＝１（ｍｍ）、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス９のガラスが同一で両者の屈折率がｎ＝ｎ’＝１．５１６３３である条件において、上記の式（３）による計算結果を示している。
【００４９】
ここで、図４の計算結果に関する考察を示しておく。
【００５０】
図４の計算結果から判るように、補正すべき像のずれ量δは図２の周辺光ｌ１の入射角度θにほとんど依存しないが、実際の製品の光学設計においては、オートフォーカスのためのコントラスト計算エリアにせよ撮影像にせよ、周辺よりも中心視野を重視する、すなわち、近軸領域の（しかも入射角度θが４５°に近い）周辺光ｌ１（図２）の条件を重視して計算を行なうので、図４ではθ＝４５°の計算結果を採用する、すなわち、像のずれを解消するための平面ガラス９の厚さｄ’には３．５４ｍｍを採用する。
【００５１】
本実施形態の特徴は、ＱＲハーフミラー２の挿入／離脱のみを行なう従来構成に比べ、観察時にはＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０を挿入し、撮影時にはＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０を除去して平面ガラス９を挿入する点にある。
【００５２】
すなわち、観察時においては、ＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０を挿入することにより、結像面内の結像位置のずれを補正した状態で、オートフォーカス／露光制御などの撮影制御を行なうことができる。このとき、光軸方向の結像位置のずれδはそのまま残っており、図２でいえばＡの像によりオートフォーカス／露光制御などの撮影制御を行なうことになる。そして、撮影時にＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０が除去されることにより結像位置はＢの位置に移動することになるが、このずれは平面ガラス９を挿入することによりＡの位置に補正することができる。
【００５３】
すなわち、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス１０を除去した後、平面ガラス９を挿入することにより、図２の光軸方向の結像位置のずれδをほぼ補償することができ、したがって、観察時のオートフォーカス／露光制御などの撮影制御を実際の撮影に正確に反映することができる。
【００５４】
従来のようにＱＲハーフミラー２の挿入／離脱のみを行ない、たとえばＱＲハーフミラー２挿入中に計算したオートフォーカス制御の条件をそのまま用いた場合は、当然撮影画質の低下が生じる。この画質低下の度合は、撮影時の光学系の被写界深度（絞り値）などによっても異なるが、被写界深度の浅い絞り開放のような条件においては場合によっては深刻なものとなる。
【００５５】
一方、本実施形態によれば、ＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０を挿入することにより、結像面内の結像位置のずれを補正した状態で、オートフォーカス／露光制御などの撮影制御を行なうことができるとともに、さらに撮影時に平面ガラス９を挿入することにより、ＱＲハーフミラー２が挿入されていた状態に生じていた光軸方向の分だけ結像位置のずれも補正することができる。したがって、ＱＲハーフミラー２挿入中に計算したオートフォーカス制御の条件をそのまま用いても、画質低下の度合はごく小さくなる。
【００５６】
特に、本実施形態によれば、撮影時に平面ガラス９を光軸に垂直に挿入するようにしているので、平面ガラス９の結像位置の補正効果は種々の方向を有する全ての撮影光線について均等に作用し（式（２）が周辺光の入射角度θ’に依存しない点を参照のこと）、図４に示したように結像に関与する周辺光の方向に依存して発生する結像位置のずれに起因する画像の劣化を撮影時に生じることがない。
【００５７】
以上のようにして、本実施形態では、ＱＲハーフミラー２の挿入および離脱により生じる結像位置（合焦位置）の変化を平面ガラス１０および平面ガラス９を用いて完全に補正することができる。
【００５８】
ＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０が離脱し、平面ガラス９が挿入された後、撮像素子３は、レリーズボタン半押し状態のときに決定された電子シャッター開放時間だけ被写体像を撮像する。撮像が終了すると、制御回路１４は図示しない駆動モータを駆動させ、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス９を待機位置に復帰させる。
【００５９】
以上のようにして、本実施形態によれば、ハーフミラーによる光路分割手段（ＱＲハーフミラー２）により撮像素子と観察光学系の双方に被写体光束を入射させるデジタルカメラ付地上望遠鏡において、観察モードにおいてはハーフミラーによる光路分割手段とともに光軸と交差する面内の結像位置のずれを補正する光学素子（平面ガラス１０）を挿入し、一方、撮影モードにおいてはハーフミラーによる光路分割手段および光学素子（平面ガラス１０）を主光学系から除去するとともに、ハーフミラーによる光路分割手段および光学素子（平面ガラス１０）により生じていた光軸方向の結像位置のずれを補正する光学素子（平面ガラス９）を主光学系に挿入するようにしているので、撮影モードにおける撮像素子への入射光量の損失を生じることがなく、プロセッサやメモリを用いることなく、また結像位置補正用の光学素子として平面ガラスのようなシンプルな光学素子を利用した非常に簡単安価な構成によって合焦位置のずれを補正することができる。
【００６０】
特に、観察モードにおいては、平面ガラス１０により光軸と交差する面内の結像位置のずれが補正されているため、オートフォーカスなどの撮影制御を正確に行なうことができる。たとえば、オートフォーカスなどの撮影制御のために視野内の所定位置の画像データを利用する場合を考えると、観察時（オートフォーカス制御時）と撮影時とで同じ被写体画像を視野内の所定位置に結像させることができ、オートフォーカス制御に誤差を生じることがない。この効果は上述の従来構成では全く期待することができなかったものである。もちろん、撮影時にはさらに平面ガラス９により光軸方向の結像位置のずれも補正されるため、この方向に関してもオートフォーカス制御に誤差を生じることがない。
【００６１】
また、平面ガラス９により補正すべき結像位置の光軸方向のずれ量δは、本実施形態では観察時に平面ガラス１０を挿入しておくことにより既に図２の周辺光ｌ１の入射角度θにほとんど依存しないものとなっている。たとえば、結像位置の光軸方向のずれのみを補正するだけで良ければ平面ガラス１０を用いずＱＲハーフミラー２のみを挿入／離脱する構成も考えられる（もちろんこの構成では本実施形態におけるように結像面方向のずれは補正できない）が、このような構成では結像位置の光軸方向のずれ量δは周辺光ｌ１の入射角度θに大きく依存し、単に平面ガラス９を挿入するだけでは完全な補正は行なえない。これに対して本実施形態では、観察時にあらかじめＱＲハーフミラー２とともに平面ガラス１０を挿入し結像面内のずれを補正し、しかも平面ガラス９により補正すべき結像位置の光軸方向のずれ量δが周辺光ｌ１の入射角度θにほとんど依存しないように制御できるため、光軸方向の結像位置のずれに関しても平面ガラス９によって完全な補正を行なえる、という利点がある。
【００６２】
また、本実施形態ではハーフミラーによる光路分割を行なうので観察期間中は撮像素子により、露光調節、モニタ表示、オートフォーカス調整などの所定の目的のための撮像データ取得が可能である。
【００６３】
さらに、本実施形態によれば、光路分割手段を構成するＱＲハーフミラー２、平面ガラス９、および平面ガラス１０を図１のようなギアトレーンによって駆動する構成を用いているので、カムやレバーを用いるような構成に比して容易に必要なＱＲハーフミラー２、平面ガラス９、および平面ガラス１０の位置決め精度を達成することができ、正確な結像位置補正、観察および撮影が可能となる。
【００６４】
なお、以上では説明を容易にするため、ＱＲハーフミラー２は４５°、平面ガラス１０は１３５°、また平面ガラス９は９０°の角度でそれぞれ主光学系に挿入されるものと説明したが、これらの条件はあくまでも便宜上のものであり、これらの部材の主光学系に対する角度は他の設計条件に応じて適宜変更することができるのはいうまでもない。
【００６５】
特に、ＱＲハーフミラー２と平面ガラス１０の光軸に対する角度値に関しては、一方で生じた光軸に交差する方向の結像位置の変化を他方で補正できるよう、これら各部材の光軸との交差点間に下した垂線に対し、対称性を有する角度をそれぞれ与えればよい。あるいは、本発明におけるＱＲハーフミラー２と平面ガラス１０の角度は、一方の角度が決まっている場合は他方の角度はπ（１８０°）に対するモジュロ（余り）演算により求めることができる、ともいえる。
【００６６】
＜実施形態２＞
図１に示したＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０の駆動機構はあくまでも一例であり、たとえば、図５のような変形例も考えられる。図５の構成では、ＱＲハーフミラー２がギア２１により、平面ガラス１０がギア２４により駆動される点は図１と同じであるが、平面ガラス９がギア２３の軸２３ａに固定され、駆動される点が異なる。また、ギアトレーンの各ギアの噛合の順序は、ギア２１、２４、２２、２３となっている。
【００６７】
ＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０の観察時の位置および撮影時の位置は、それぞれ実線および破線で示す通りであり、平面ガラス９は図１よりも対物レンズ群１に近い位置に挿入され、平面ガラス１０は光軸上方に退避するよう構成されている。ギアトレーンの各ギアの減速比はこのような観察時の位置および撮影時の位置を満足できるよう設計される。その他の構成は図１と同様である。
【００６８】
このように、ＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０を駆動するギアトレーンの構成（噛合順、減速比）を変更するだけで、これら各光学部材の挿入位置、および退避位置を変えることができ、製品仕様、特に装置内部のスペースなどの条件に応じて、ＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０の挿入位置、および退避位置などに関する設計条件は当業者において任意に変更することができる。
【００６９】
なお、ＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０をギアトレーンにより駆動すること自体は本発明に必須の事項ではなく、ＱＲハーフミラー２、平面ガラス９および平面ガラス１０を実施形態１で上述した通りの組合せで、観察時、および撮影時に主光軸に対して挿入／離脱させることができるものであればカムやレバーなど他の駆動機構を用いてもよいのはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、対物レンズ群と、前記対物レンズ群の後方に配置され前記対物レンズ群とともに撮像光学系を構成する撮像素子と、観察モードにおいて前記対物レンズ群と前記撮像素子の間に挿入される光路分割手段と、前記光路分割手段により前記撮像光学系の光路外に分割された光像を観察する観察光学系と、観察モードにおいて、前記光路分割手段により生じる前記撮像光学系の光軸に交差する方向の結像位置の変化を補正すべく前記光路分割手段とともに前記撮像光学系の光軸に挿入される第１の光学素子と、撮影モードにおいて、前記光路分割手段が前記撮像光学系の光軸から退避した時、前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に連動して、前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に伴なう前記撮像光学系の光軸方向の結像位置の変化を補正する第２の光学素子を前記撮像光学系の光軸に挿入する結像位置補正手段を設けた構成を採用しているので、撮像素子の撮像を常時行なえ、撮影時の光量の損失がなく、しかも簡単安価な構成により観察（ないし撮影制御）モード、および撮影モードにおける合焦位置補正を行なえる優れたデジタルカメラ付地上望遠鏡を提供することができる。
【００７１】
特に、前記第１の光学素子が前記光路分割手段により生じる前記撮像光学系の光軸に交差する方向の結像位置の変化を補正する厚みを有し、前記光路分割手段と対照的な角度で前記撮像光学系の光軸に挿入される平面ガラスである構成、あるいは前記第２の光学素子が前記光路分割手段および前記第１の光学素子の退避に伴なう前記撮像光学系の光軸方向の結像位置の変化を補正する厚みを有する平面ガラスである構成を用いることができ、シンプルな光学素子を利用した非常に簡単安価な構成によって合焦位置のずれを補正することができる。
【００７２】
あるいはさらに、前記結像位置補正手段は、観察モードまたは撮影モードであるかに応じて前記光路分割手段、前記第１の光学素子、および前記第２の光学素子をそれぞれ所定の挿入ないし退避位置に移動させるギアトレーンを含んで成る構成を採用すれば、容易に必要な前記光路分割手段、前記第１の光学素子、および前記第２の光学素子の位置決め精度を達成することができ、正確な結像位置補正、観察および撮影が可能となる。
【００７３】
あるいはさらに、前記第２の光学素子、ないし、前記光路分割手段の前記撮像素子への出射側、または前記第１の光学素子に所定の光学フィルタ特性を付与した構成を採用することにより、撮影、ユーザの観察、撮影前の露光制御やオートフォーカス制御を最適な条件に調節することができる、という優れた効果が得られる。
【００７４】
あるいはさらに、前記第２の光学素子を構成する平面ガラスが前記撮像光学系の光軸に対して垂直に挿入される構成を採用することにより、平面ガラスの結像位置の補正効果を種々の方向を有する全ての撮影光線について均等に作用させることができ、オートフォーカス制御を最適な条件で作用させるとともに撮影画質の劣化を防止できる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用したデジタルカメラ付地上望遠鏡の構成を示した説明図である。
【図２】図１の装置において観察時に主光学系に挿入されたＱＲハーフミラーおよび平面ガラスを示した説明図である。
【図３】図１の装置において撮像時に主光学系に挿入される平面ガラスを示した説明図である。
【図４】図１の装置のクイックリターンハーフミラーにより生じる像のずれ量とそれを補正する平面ガラスの厚みの算出結果を示した表図である。
【図５】本発明を採用したデジタルカメラ付地上望遠鏡の異なる構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１対物レンズ群
１ａ固定レンズ群
１ｂ可動フォーカスレンズ群
２クイックリターンハーフミラー
３撮像素子（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）
４反射ミラー
５リレーレンズ群
６焦点板
７接眼レンズ
９、１０平面ガラス
１３ＣＣＤドライバー
１４制御回路
１５ストッパー
１６ＡＦ用モータ
２１〜２４ギア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a terrestrial telescope with a digital camera that uses optical path dividing means for dividing an optical path into an image sensor and an observation optical system.
[0002]
[Prior art]
In order to observe natural animals such as wild birds, ground telescopes with a magnification of about 20 to 60 times are widely used. In general, the terrestrial telescope configuration is based on a Galilean telescope consisting of a positive (convex) lens and a negative (concave) lens functioning as an erecting system, or a Kepler telescope consisting of only a positive (convex) lens. A basic configuration in which a prism or the like is added as an erect system is known. In any case, a terrestrial telescope is configured so that a user can observe an erect image.
[0003]
When using a terrestrial telescope for the purpose of observing natural animals and plants, there is a demand not only for observing an object but also for recording. The applicant has already applied for a patent application in which the configuration of a ground telescope with a digital camera capable of observing a clear and bright image in order to observe an aerial image is a system capable of capturing an observation image as shown in Patent Document 1 below. Proposed in
[0004]
The structure of the main optical system except the structure of the terrestrial telescope observation optical system with a digital camera in Patent Document 1 is similar to the structure of a general single-lens reflex digital camera. In Patent Document 1, a total reflection quick return mirror is used. ing.
[0005]
On the other hand, in a single-lens reflex digital camera, unlike a silver salt single-lens reflex camera, a structure that uses a fixed half mirror that divides a light beam transmitted through a photographing lens into an optical path of an observation optical system and an image sensor as an optical path dividing unit. Are known. Such a structure has the advantage of being able to always take an image of the image sensor for monitor display, autofocus processing, exposure calculation, etc., and not using a movable mirror, so that the configuration can be made very simple and inexpensive. There is a problem that loss cannot be avoided.
[0006]
In view of this point, as shown in Patent Document 2 below, a half mirror that guides a part of the subject luminous flux transmitted through the objective lens to the observation optical system and guides the rest to the image sensor is configured by a quick return method. There has been proposed a structure in which the mirror is always positioned at an observation position for guiding a part of the subject luminous flux to the observation optical system, and is controlled to be retracted from the photographing optical path in the photographing mode. In Patent Document 2, when the half mirror is retracted by the photoelectric conversion output of the subject luminous flux incident on the image sensor through the half mirror when the half mirror is at the observation position, the objective lens is focused on the subject. In the photographing mode in which the in-focus position is calculated and stored, and the half mirror is actually retracted to the image-taking position, the objective lens is moved to the calculated in-focus position for focusing.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-47304 (Fig. 1)
[Patent Document 2]
JP 2000-162495 (FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The configuration shown in Patent Document 2 has an advantage that it can prevent a loss of light amount at the time of photographing an object and can correct a defocus of an image incident on an image sensor when the half mirror is retracted by moving a photographing lens. There is a problem that a processor and a memory for calculating and storing in-focus are necessary, and the manufacturing cost increases.
[0009]
Further, in the control by moving the objective lens in Patent Document 2, only correction in the optical axis direction is performed. When a half mirror is inserted into the photographic optical axis for the purpose of splitting the optical path, it will be inserted at an angle other than perpendicular to the photographic optical axis. In addition, there is also a deviation in the direction intersecting the photographing optical axis. Then, if shooting control, for example, autofocus control is performed with the half mirror inserted in the shooting optical axis, only a control result including an error in the direction intersecting the shooting optical axis can be obtained. Of course, correction cannot be made by simply moving the objective lens in the optical axis direction.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, always perform imaging with an image sensor, have no loss of light quantity at the time of shooting, and focus in an observation (or shooting control) mode and shooting mode with a simple and inexpensive configuration. The object is to provide a terrestrial telescope with a digital camera that can perform position correction.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, an objective lens group, an imaging element that is arranged behind the objective lens group and forms an imaging optical system together with the objective lens group, and the objective lens group in an observation mode And an optical path dividing means inserted between the imaging element, an observation optical system for observing the optical image divided outside the optical path of the imaging optical system by the optical path dividing means, and in the observation mode, by the optical path dividing means A first optical element inserted into the optical axis of the imaging optical system together with the optical path dividing means to correct a change in the imaging position in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system, and When the optical path dividing means is retracted from the optical axis of the imaging optical system, the optical path dividing means and the first optical element are interlocked with the retracting of the optical path dividing means and the first optical element. Adopting a configuration provided with an imaging position correcting means for inserting a second optical element for correcting a change in imaging position in the optical axis direction of the imaging optical system accompanying retraction into the optical axis of the imaging optical system .
[0012]
Alternatively, the first optical element has a thickness for correcting a change in the imaging position in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system generated by the optical path dividing unit, and an angle contrasting with the optical path dividing unit. The structure which is plane glass inserted in the optical axis of the said imaging optical system was employ | adopted.
[0013]
Alternatively, further, the second optical element is a flat glass having a thickness for correcting a change in the imaging position in the optical axis direction of the imaging optical system accompanying the retracting of the optical path dividing means and the first optical element. A certain configuration was adopted.
[0014]
Alternatively, the imaging position correcting unit may place the optical path dividing unit, the first optical element, and the second optical element at predetermined insertion or retraction positions depending on whether the imaging mode is the observation mode or the imaging mode. A configuration comprising a moving gear train was adopted.
[0015]
Alternatively, a configuration in which a predetermined optical filter characteristic is given to the second optical element is employed.
[0016]
Alternatively, a configuration in which a predetermined optical filter characteristic is given to the emission side of the optical path dividing unit to the imaging element or the first optical element is employed.
[0017]
Alternatively, a configuration is adopted in which the flat glass constituting the second optical element is inserted perpendicularly to the optical axis of the imaging optical system.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a terrestrial telescope with a digital camera adopting the present invention. The feature of the configuration in FIG. 1 is that, in addition to the quick return mirror 2 using a half mirror, two flat glasses 9 and 10 for correcting the in-focus position are used. The correction flat glass 10 is inserted into the main optical axis simultaneously with the quick return mirror 2 in the observation mode, and the quick return mirror 2 and the flat glass 10 are removed from the main optical axis and the flat glass 9 is inserted in the photographing mode. .
[0020]
In FIG. 1, a light beam transmitted through the objective lens group 1 including the fixed lens group 1a and the movable focus lens group 1b intersects the main optical axis (the optical axis of the objective lens group 1) at an angle of 45 ° in the observation mode. In this way, the light is incident on a quick return half mirror (hereinafter abbreviated as a QR half mirror) 2 inserted in the main optical axis. The movable focus lens group 1 b can be moved in the main optical axis direction by the AF motor 16.
[0021]
In the observation mode, the light beam that has passed through the QR half mirror 2 further passes through the correction flat glass 10 inserted at 135 ° with respect to the main optical axis, and is placed on the focal plane and has an image pickup device (CCD, CMOS). An image pickup device or the like) 3 is incident. Although the reflectance of the QR half mirror 2 is arbitrary, for example, if the light amount toward the observation optical system is increased to about 80% to 90%, the user can easily observe. The transmittance of the flat glass 10 is approximately 100%.
[0022]
In the observation mode, the light beam reflected by the QR half mirror 2 enters the observation optical system, and is conjugate with the focal plane through an erecting optical system in which the reflection mirror 4 (or penta roof prism or the like) and the relay lens 5 are combined. An image is formed on the focusing screen 6 placed at the position. The user can observe this image as an erect image through the eyepiece 7.
[0023]
In the photographing mode, the QR half mirror 2 and the flat glass 10 are removed from the main optical axis, and the flat glass 9 is inserted perpendicularly to the main optical axis. The positions in the photographing mode of the QR half mirror 2, the flat glass 10, and the flat glass 9 are indicated by broken lines.
[0024]
Since the QR half mirror 2, the flat glass 10, and the flat glass 9 are interlocked in this way, the QR half mirror 2, the flat glass 10, and the flat glass 9 are connected by a gear

train including gears

21, 22, 23, and 24. .
[0025]
That is, one end of the QR half mirror 2 is fixed to the shaft 21a of the gear 21, and the flat glass 9 is fixed on the arm 9a attached to the shaft 21a of the gear 21. The relative angle between the QR half mirror 2 and the flat glass 9 reaches the predetermined retracted position indicated by the broken line when the flat glass 9 reaches the position at the time of shooting where the flat glass 9 is locked by the stopper 15 as shown by the broken line. It is stipulated to do. The gear 21 is sequentially meshed with the

gears

22, 23, and 24, and one end of the flat glass 10 is fixed on the shaft 24 a of the gear 24 that is interlocked so as to rotate in the opposite direction to the gear 21. The relative angle between the QR half mirror 2 and the flat glass 10 is 90 °. When the QR half mirror 2 and the flat glass 9 reciprocate between the solid line observation position and the photographing position, the flat glass 10 similarly shows the solid line observation position and the photographing position. Is determined so that it can reciprocate.
[0026]
In order to regulate the positions of the QR half mirror 2, the flat glass 10, and the flat glass 9, only the stopper 15 is shown in the above example. However, in order to regulate the observation position and the photographing position of these members as necessary. An appropriate stopper or click mechanism can be provided. As the power of the quick return mechanism, any spring, motor, solenoid, etc. can be used as long as it can satisfy the mirror / flat glass moving speed satisfying the product specifications.
[0027]
When the shooting mode is entered by operating the release button fully, the QR half mirror 2, the flat glass 10 and the flat glass 9 are moved to the broken shooting position by the above mechanism, and the luminous flux of the subject passes only through the flat glass 9. . As a result, the entire amount of light transmitted through the objective lens group 1 reaches the image sensor 3, and the light image of the subject enters the image sensor 3 without any light amount loss due to the QR half mirror 2.
[0028]
The QR half mirror 2, the flat glass 10 and the flat glass 9 are made of the same glass (same refractive index n), the QR half mirror 2 and the flat glass 10 have the same thickness d, and the flat glass 9 has a thickness of d ′. Details of the operation of these optical members will be described later.
[0029]
The image pickup device 3 is driven by a CCD driver 13, and the image pickup output of the image pickup device 3 is input via the CCD driver 13 to a control circuit 14 constituted by a microprocessor, a memory, and the like. The control circuit 14 records image data obtained from the image sensor 3 in a shooting mode on a recording medium (not shown) (such as a memory card). Further, in the present embodiment, since the light flux of the subject is incident on the image sensor 3 via the QR half mirror 2 even during the observation period, it is not shown based on the image information from the image sensor 3 obtained accordingly. Processing such as monitor display on the display, autofocus processing (control of the movable focus lens group 1b via the AF motor 16), exposure calculation (exposure amount control by half-pressing the release button, etc.) can be executed.
[0030]
Note that a CCD or the like can be used as the image pickup device 3, but many devices such as a CCD have sensitivity in the infrared region, and the image quality of the captured image, exposure control, autofocus control, and the like due to the aberration in the infrared region. May be adversely affected. Considering this point, IR (infrared) cut filter characteristics may be imparted to the flat glass 9 or (and) the transmission side of the QR half mirror 2 by means such as coating.
[0031]
If an IR cut filter characteristic is imparted to the flat glass 9, IR cut is applied in a photographing mode in which the flat glass 9 is inserted, thereby preventing degradation of photographing image quality. Also, if an IR cut layer is coated on the back surface (image sensor 3 side) of the QR half mirror 2, IR cut is performed during observation when the QR half mirror 2 is inserted, exposure control using the image sensor 3, and auto Control such as focus control can be performed reliably.
[0032]
If it is sufficient to apply the IR cut only in the photographing mode, the IR cut filter characteristic may be given only to the flat glass 9. If the IR cut is necessary in both the photographing mode and the observation mode, the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are used. Both are provided with IR cut filter characteristics. Further, if the IR cut is applied only in the observation mode, the IR cut filter characteristic may be given only to the QR half mirror 2.
[0033]
Normally, it is only necessary to enter a light beam that is not IR-cut into the observation optical system. In this case, the IR cut layer coating on the surface of the QR half mirror 2 is not necessary.
[0034]
In the above description, the IR cut characteristics are exemplified as the optical filter characteristics of the QR half mirror 2 or the flat glass 9. However, according to the purpose of those skilled in the art, the optical filter characteristics of the QR half mirror 2 or the flat glass 9 are Spatial frequency filter characteristics such as a low-pass filter and band-pass filter to adjust the focus performance, polarization filter characteristics to remove the influence of reflection on the water surface in consideration of when the subject is under the water surface, exposure gain It may be arbitrary such as an ND filter characteristic for adjustment. By giving a predetermined optical filter characteristic to the QR half mirror 2 or the flat glass 9, shooting, user observation, exposure control before shooting and autofocus control can be adjusted to optimum conditions.
[0035]
Further, regarding the provision of the above filter characteristics, the flat glass 10 was not mentioned, but the filter characteristics to be imparted to the back surface of the QR half mirror 2 are the flat glass 10 inserted into the main optical axis simultaneously with the QR half mirror 2. This can be applied to the front surface or the back surface of the film, and the same effect as described above can be expected.
[0036]
Next, the operation of the terrestrial telescope with a digital camera configured as described above will be described.
[0037]
Here, the optical action of the QR half mirror 2, which is important in the present invention, and the focus position correcting action by the flat glasses 9 and 10 will also be described.
[0038]
When the user half-presses a release button (not shown) and turns on a half-press switch (not shown) in a state where the QR half mirror 2 and the flat glass 10 are in the solid line position in FIG. 14 detects the brightness based on the photoelectric conversion output of the subject light beam incident on the image sensor 3 through the QR half mirror 2 and the flat glass 10, and detects the contrast by a known contrast detection method.
[0039]
As a result, the control circuit 14 determines the electronic shutter opening time of the image sensor 3 according to the detected brightness of the subject luminous flux, drives the AF motor 16 according to the detected contrast information, and the lens frame 17. It is possible to perform autofocus control by moving the movable focus lens group 1b held in the optical axis direction in the optical axis direction. That is, the control circuit 14 drives the AF motor 16 so that the contrast of the captured image of the image sensor 3 is maximized in accordance with the change in contrast of the subject imaged on the image sensor 3, and the movable focus lens group 1b. Is moved to the in-focus position.
[0040]
When the flat glass 10 is inserted together with the QR half mirror 2, the flat glass 10 acts to correct the imaging position in the plane intersecting the main optical axis.
[0041]
That is, considering the state in which the QR half mirror 2 and the flat glass 10 are inserted in the main optical axis, an image formed through the QR half mirror 2 and the flat glass 10 having a thickness d as shown in FIG. The position is A (the refractive index n of the QR half mirror 2 is n> 1 (the refractive index of air n = 1)). The image position is B when neither the QR half mirror 2 nor the flat glass 10 is provided.
[0042]
As is apparent from FIG. 2, the image forming position in the image forming plane is corrected by inserting the flat glass 10 together with the QR half mirror 2, but the image forming position shift δ occurs in the optical axis direction. ing.
[0043]
When the QR half mirror 2 and the flat glass 10 in FIG. 2 are present and when neither the QR half mirror 2 nor the flat glass 9 or 10 is present, the shift amount δ (B to A) of the imaging position is on the optical axis. If attention is paid to the movement of the imaging position by the central light 10 and the peripheral light 11, this geometrical relationship can be expressed by the following equation (1). At this time, the refractive index of the glass (or other suitable material) of the QR half mirror 2 is n, the incident angle of the central light 10 on the QR half mirror 2 is 45 °, and the incident light 11 on the QR half mirror 2 is incident. Assume that the angle is θ.
[0044]
[Expression 1]

In the present embodiment, the deviation between the imaging position A and the imaging position B is corrected by the flat glass 9 at the time of photographing. That is, when the release button is fully pressed, the QR half mirror 2 is retracted, the flat glass 9 is lowered and inserted on the optical axis, and is locked at the position of the dotted line by the stopper 15.
[0045]
FIG. 3 shows a state in which the flat glass 9 is inserted on the main optical axis during the photographing. If the flat glass 9 is inserted perpendicularly to the optical axis after the QR half mirror 2 is flipped up, the shift δ of the imaging position formed by the central light 10 and the peripheral light 11 at this time is flat glass. The refractive index n ′ of 9 (the same value of n as above can be used if the glass of the flat glass 9 and the QR half mirror 2 are the same), and the following formula (2) from the thickness d ′ of the flat glass 9 Can be approximated as follows.
[0046]
[Expression 2]

Equation (2) is based on Snell's law. When the flat glass 9 is inserted so as to intersect the optical axis at 90 ° as shown in FIG. 3, the periphery of FIG. 3 is obtained as shown in Equation (2). The term related to the incident angle θ ′ of the light 11 can be ignored as a minute term, and the image shift amount δ is determined by the thickness d ′ of the flat glass 9 and its refractive index n ′.
[0047]
Therefore, the right side of Expression (1) is substituted into the left side of Expression (2) so that the deviation δ of the images on the left side of Expression (1) and Expression (2) is equal, and the thickness d ′ of the flat glass 9 is solved. For example, the thickness d ′ of the flat glass 9 required in the present embodiment can be calculated. That is,
[0048]
[Equation 3]

FIG. 4 shows the calculation result. Here, in the condition that the thickness d = 1 (mm) of the QR half mirror 2 and the glass of the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are the same and the refractive index of both is n = n ′ = 1.51633, the above formula The calculation result by (3) is shown.
[0049]
Here, the consideration regarding the calculation result of FIG. 4 is shown.
[0050]
As can be seen from the calculation results in FIG. 4, the image shift amount δ to be corrected hardly depends on the incident angle θ of the ambient light 11 in FIG. 2, but in the actual optical design of the product, the contrast for autofocusing. Regardless of whether it is a calculation area or a photographed image, the central field of view is more important than the periphery, that is, the calculation is performed with an emphasis on the condition of the peripheral light 11 (FIG. 2) in the paraxial region (and the incident angle θ is close to 45 °). Therefore, in FIG. 4, the calculation result of θ = 45 ° is adopted, that is, 3.54 mm is adopted as the thickness d ′ of the flat glass 9 for eliminating the image shift.
[0051]
The feature of this embodiment is that, compared with the conventional configuration in which only the QR half mirror 2 is inserted / removed, the flat glass 10 is inserted together with the QR half mirror 2 during observation, and the QR half mirror 2 and the flat glass 10 are removed during photographing. The flat glass 9 is inserted.
[0052]
That is, at the time of observation, by taking the flat glass 10 together with the QR half mirror 2, photographing control such as autofocus / exposure control can be performed in a state where the deviation of the image forming position in the image forming surface is corrected. it can. At this time, the deviation δ of the imaging position in the optical axis direction remains as it is, and in FIG. 2, shooting control such as autofocus / exposure control is performed with the image A. Then, when the QR half mirror 2 and the flat glass 10 are removed at the time of photographing, the imaging position is moved to the position B, but this shift is corrected to the position A by inserting the flat glass 9. be able to.
[0053]
That is, by removing the QR half mirror 2 and the flat glass 10 and then inserting the flat glass 9, it is possible to substantially compensate for the image formation position shift δ in the optical axis direction of FIG. Shooting control such as autofocus / exposure control can be accurately reflected in actual shooting.
[0054]
When only the insertion / removal of the QR half mirror 2 is performed as in the prior art, for example, when the autofocus control conditions calculated during the insertion of the QR half mirror 2 are used as they are, the image quality of the image is naturally deteriorated. The degree of the image quality deterioration varies depending on the depth of field (aperture value) of the optical system at the time of shooting, but becomes serious in some cases under conditions such as opening the aperture with a shallow depth of field.
[0055]
On the other hand, according to the present embodiment, by taking the flat glass 10 together with the QR half mirror 2, photographing control such as autofocus / exposure control is performed in a state in which the deviation of the imaging position in the imaging surface is corrected. In addition, by inserting the flat glass 9 at the time of photographing, it is possible to correct the deviation of the imaging position by the amount in the optical axis direction that has occurred in the state where the QR half mirror 2 is inserted. Therefore, even if the autofocus control conditions calculated while the QR half mirror 2 is inserted are used as they are, the degree of image quality degradation is very small.
[0056]
In particular, according to the present embodiment, since the flat glass 9 is inserted perpendicularly to the optical axis during photographing, the effect of correcting the imaging position of the flat glass 9 is the same for all photographing light rays having various directions. (Refer to the point that equation (2) does not depend on the incident angle θ ′ of ambient light), and image formation that occurs depending on the direction of ambient light involved in image formation as shown in FIG. Deterioration of the image due to position shift does not occur at the time of shooting.
[0057]
As described above, in the present embodiment, the change in the imaging position (focusing position) caused by the insertion and removal of the QR half mirror 2 can be completely corrected using the flat glass 10 and the flat glass 9.
[0058]
After the flat glass 10 is detached together with the QR half mirror 2 and the flat glass 9 is inserted, the image sensor 3 captures a subject image for the electronic shutter opening time determined when the release button is half pressed. When the imaging is completed, the control circuit 14 drives a drive motor (not shown) to return the QR half mirror 2 and the flat glass 9 to the standby position.
[0059]
As described above, according to the present embodiment, in the observation mode, the terrestrial telescope with a digital camera in which the light flux of the subject is incident on both the image sensor and the observation optical system by the optical path dividing means (QR half mirror 2) using the half mirror. Inserts an optical element (planar glass 10) for correcting a deviation of the imaging position in the plane intersecting the optical axis together with the optical path dividing means by the half mirror, while the optical path dividing means and the optical element by the half mirror in the photographing mode. An optical element (planar glass 9) that removes the (planar glass 10) from the main optical system and corrects the deviation of the imaging position in the optical axis direction caused by the optical path dividing means by the half mirror and the optical element (planar glass 10). ) Is inserted into the main optical system, resulting in a loss of the amount of light incident on the image sensor in the shooting mode. Without using a processor or memory, and correcting the displacement of the in-focus position with a very simple and inexpensive configuration using a simple optical element such as flat glass as an optical element for image formation position correction Can do.
[0060]
In particular, in the observation mode, since the displacement of the imaging position in the plane intersecting the optical axis is corrected by the flat glass 10, photographing control such as autofocus can be performed accurately. For example, when using image data at a predetermined position in the field of view for shooting control such as autofocus, the same subject image is placed at a predetermined position in the field of view during observation (autofocus control) and during shooting. An image can be formed, and no error occurs in autofocus control. This effect cannot be expected at all with the above-described conventional configuration. Of course, since the deviation of the imaging position in the optical axis direction is further corrected by the flat glass 9 at the time of photographing, no error is caused in the autofocus control in this direction.
[0061]
Further, in this embodiment, the amount of deviation δ in the optical axis direction of the imaging position to be corrected by the flat glass 9 is already set to the incident angle θ of the ambient light l1 in FIG. 2 by inserting the flat glass 10 during observation. It is almost independent. For example, a configuration in which only the QR half mirror 2 is inserted / removed without using the flat glass 10 is conceivable if it is sufficient to correct only the deviation in the optical axis direction of the imaging position (of course, in this configuration, as in this embodiment). However, in such a configuration, the amount of deviation δ in the optical axis direction of the imaging position greatly depends on the incident angle θ of the ambient light 11, and simply by inserting the flat glass 9. A complete correction cannot be made. On the other hand, in this embodiment, the flat glass 10 is inserted together with the QR half mirror 2 at the time of observation to correct the deviation in the imaging plane, and the deviation of the imaging position to be corrected by the flat glass 9 in the optical axis direction. Since the amount δ can be controlled so as to hardly depend on the incident angle θ of the ambient light l1, there is an advantage that complete correction can be performed by the flat glass 9 with respect to the shift of the imaging position in the optical axis direction.
[0062]
In this embodiment, since the optical path is divided by a half mirror, imaging data for a predetermined purpose such as exposure adjustment, monitor display, and autofocus adjustment can be acquired by an imaging element during the observation period.
[0063]
Furthermore, according to the present embodiment, the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10 constituting the optical path dividing means are driven by the gear train as shown in FIG. The required positioning accuracy of the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10 can be easily achieved as compared with the configuration to be used, and accurate imaging position correction, observation, and photographing can be performed.
[0064]
In the above description, in order to facilitate the explanation, it has been described that the QR half mirror 2 is inserted into the main optical system at an angle of 45 °, the flat glass 10 is 135 °, and the flat glass 9 is 90 °. These conditions are merely for convenience, and it goes without saying that the angles of these members with respect to the main optical system can be appropriately changed according to other design conditions.
[0065]
In particular, regarding the angle value with respect to the optical axis of the QR half mirror 2 and the flat glass 10, the change in the imaging position in the direction intersecting the optical axis generated on the one hand can be corrected on the other hand with the optical axis of each of these members. What is necessary is just to give the angle which has symmetry with respect to the perpendicular drawn between intersections, respectively. Alternatively, it can be said that the angle between the QR half mirror 2 and the flat glass 10 in the present invention can be obtained by modulo (remainder) calculation with respect to π (180 °) when one angle is determined.
[0066]
<Embodiment 2>
The driving mechanism of the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10 shown in FIG. 1 is merely an example, and for example, a modification as shown in FIG. 5 is also conceivable. In the configuration of FIG. 5, the QR half mirror 2 is driven by the gear 21 and the flat glass 10 is driven by the gear 24, but the flat glass 9 is fixed to the shaft 23a of the gear 23 and driven. Is different. The order of meshing of each gear of the gear train is gears 21, 24, 22, 23.
[0067]
The positions of the QR half mirror 2, the flat glass 9 and the flat glass 10 at the time of observation and at the time of photographing are as indicated by solid lines and broken lines, respectively, and the flat glass 9 is located closer to the objective lens group 1 than in FIG. The flat glass 10 is inserted and retracted above the optical axis. The reduction ratio of each gear of the gear train is designed so as to satisfy the position at the time of observation and the position at the time of photographing. Other configurations are the same as those in FIG.
[0068]
As described above, the insertion position and the retraction position of each optical member can be changed only by changing the configuration (meshing order, reduction ratio) of the gear train that drives the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10. The design conditions regarding the insertion position of the QR half mirror 2, the flat glass 9 and the flat glass 10, and the retraction position can be arbitrarily changed by those skilled in the art according to the product specifications, particularly the conditions such as the space inside the apparatus. Can do.
[0069]
In addition, driving the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10 by the gear train is not essential for the present invention, and the QR half mirror 2, the flat glass 9, and the flat glass 10 are described in the first embodiment. It goes without saying that other drive mechanisms such as a cam and a lever may be used as long as they can be inserted / removed with respect to the main optical axis at the time of observation and photographing in the same combination as described above.
[0070]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the objective lens group, the imaging element that is arranged behind the objective lens group and forms an imaging optical system together with the objective lens group, and the objective lens in the observation mode An optical path splitting unit inserted between a group and the imaging device, an observation optical system for observing an optical image split outside the optical path of the imaging optical system by the optical path splitting unit, and the optical path splitting unit in an observation mode A first optical element inserted into the optical axis of the imaging optical system together with the optical path dividing means to correct a change in the imaging position in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system caused by When the optical path dividing means is retracted from the optical axis of the imaging optical system, the optical path dividing means and the first optical are interlocked with the retracting of the optical path dividing means and the first optical element. A configuration provided with imaging position correction means for inserting a second optical element for correcting a change in imaging position in the optical axis direction of the imaging optical system accompanying retraction of the child into the optical axis of the imaging optical system Because it is adopted, it is excellent in that the imaging device can always take images, there is no loss of light quantity during shooting, and the focus position correction in the observation (or shooting control) mode and shooting mode can be performed with a simple and inexpensive configuration. A terrestrial telescope with a digital camera can be provided.
[0071]
In particular, the first optical element has a thickness that corrects a change in the imaging position in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system caused by the optical path dividing means, and is at an angle contrasting with the optical path dividing means. Configuration of flat glass inserted in optical axis of imaging optical system, or optical axis direction of imaging optical system as second optical element is retracted with optical path dividing means and first optical element It is possible to use a configuration that is a flat glass having a thickness that corrects a change in the imaging position, and it is possible to correct the shift of the in-focus position with a very simple and inexpensive configuration using a simple optical element.
[0072]
Alternatively, the imaging position correcting unit may place the optical path dividing unit, the first optical element, and the second optical element at predetermined insertion or retraction positions depending on whether the imaging mode is the observation mode or the imaging mode. By adopting a configuration including a gear train to be moved, it is possible to easily achieve the required positioning accuracy of the optical path dividing means, the first optical element, and the second optical element, and to achieve accurate results. Image position correction, observation and photographing are possible.
[0073]
Alternatively, further, the second optical element, or the light path dividing means, the emission side to the imaging element, or the configuration in which a predetermined optical filter characteristic is given to the first optical element, photographing, It is possible to obtain an excellent effect that the user's observation, exposure control before photographing, and autofocus control can be adjusted to optimum conditions.
[0074]
Alternatively, further, by adopting a configuration in which the flat glass constituting the second optical element is inserted perpendicularly to the optical axis of the imaging optical system, the effect of correcting the imaging position of the flat glass can be changed in various directions. Thus, it is possible to obtain an excellent effect that it is possible to act equally on all photographic light rays having the above, and to perform autofocus control under optimum conditions and to prevent deterioration of photographic image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a terrestrial telescope with a digital camera adopting the present invention.
2 is an explanatory view showing a QR half mirror and a flat glass inserted into the main optical system during observation in the apparatus of FIG. 1; FIG.
3 is an explanatory view showing a flat glass inserted into the main optical system at the time of imaging in the apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a table showing a calculation result of an image shift amount caused by a quick return half mirror of the apparatus of FIG. 1 and a thickness of a flat glass for correcting the image shift amount. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a different configuration of a terrestrial telescope with a digital camera adopting the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Objective lens group
1a Fixed lens group
1b Movable focus lens group
2 Quick return half mirror
3 Image sensor (CCD or CMOS)
4 Reflection mirror
5 Relay lens group
6 Focus plate
7 Eyepiece
9, 10 Flat glass
13 CCD driver
14 Control circuit
15 Stopper
16 AF motor
21-24 Gear

Claims

An objective lens group;
An imaging device disposed behind the objective lens group and constituting an imaging optical system together with the objective lens group;
Optical path splitting means inserted between the objective lens group and the image sensor in the observation mode;
An observation optical system for observing a light image divided outside the optical path of the imaging optical system by the optical path dividing means;
In the observation mode, a first inserted into the optical axis of the imaging optical system together with the optical path dividing means to correct a change in the imaging position in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system caused by the optical path dividing means. An optical element;
In the photographing mode, when the optical path splitting means is retracted from the optical axis of the imaging optical system, the optical path splitting means and the first optical element are interlocked with the retracting of the optical path splitting means and the first optical element. An image forming position correcting means is provided for inserting a second optical element for correcting a change in the image forming position in the optical axis direction of the imaging optical system accompanying the retraction of the imaging optical system into the optical axis of the imaging optical system. Terrestrial telescope with a digital camera.

The first optical element has a thickness for correcting a change in an imaging position in a direction intersecting an optical axis of the imaging optical system generated by the optical path dividing unit, and the imaging is performed at an angle symmetrical to the optical path dividing unit. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein the terrestrial telescope with a digital camera is a flat glass inserted into the optical axis of the optical system.

The second optical element is a flat glass having a thickness that corrects a change in an imaging position in the optical axis direction of the imaging optical system accompanying the retracting of the optical path dividing means and the first optical element. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein the terrestrial telescope has a digital camera.

The imaging position correcting means is a gear for moving the optical path dividing means, the first optical element, and the second optical element to a predetermined insertion or retraction position depending on whether the imaging mode is the observation mode or the photographing mode. The ground telescope with a digital camera according to claim 1, comprising a train.

2. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein a predetermined optical filter characteristic is imparted to the second optical element.

2. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein a predetermined optical filter characteristic is imparted to an emission side of the optical path dividing unit to the image sensor or to the first optical element.

The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 3, wherein a flat glass constituting the second optical element is inserted perpendicularly to an optical axis of the imaging optical system.