JP4125175B2

JP4125175B2 - Terrestrial telescope with digital camera

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Publication number: JP4125175B2
Application number: JP2003126834A
Authority: JP
Inventors: 弘勝中野; 吉英後藤; 修一富永; 隆之石田
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: JP2004264799A

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の構造は、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ミラーから構成し、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、撮影時に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、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時に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】
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撮像素子の合焦位置を補正できるようにすることにある。
【００１０】
【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、光路分割手段として前記対物レンズ群と前記撮像素子の間に配置された退避可能な光路分割手段と、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、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、前記光路分割手段の退避に連動して、前記光路分割手段の退避に伴なう結像位置の変化を補正する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。
【００１１】
あるいはさらに、前記光学素子を前記光路分割手段の退避に伴なう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とする構成を採用した。
【００１２】
あるいはさらに、前記結像位置補正手段が一方の端部に前記光路分割手段を、他方の端部に前記光学素子を支持したガイドレバー部材により前記光路分割手段の退避と前記光学素子の挿入を制御する構成を採用した。
【００１３】
あるいはさらに、前記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。
【００１４】
あるいはさらに、前記光路分割手段の透過面を前記光路分割手段の反射面に対して傾斜した傾斜平面から形成することにより、前記光路分割手段の挿入時と離脱時の前記撮像素子に対する中心光軸のずれによる光軸に交差する方向の結像位置ずれを補正する構成を採用した。
【００１５】
あるいはさらに、前記光路分割手段がハーフミラーである構成を採用した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
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、常時は主光軸（対物レンズ群１の光軸）と４５°の角度で交差するように配置されたクイックリターンミラー（以下、ＱＲハーフミラーと略す）２に入射する。
【００１８】
可動フォーカスレンズ群１ｂはレンズ枠１７に保持され、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。
【００１９】
ＱＲハーフミラー２を透過した光束は、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。一方、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、ペンタダハプリズム（図示せず）、あるいは反射ミラー４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の位置に空中像を結像させる。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。
【００２０】
なお、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。
【００２１】
ＱＲハーフミラー２は、金属やプラスチックなどから成るミラーガイドレバー８の一端に設けられたミラーホルダー８ａに固定されている。ミラーガイドレバー８は回動軸１２に対して回動自在に枢支されており、ミラーガイドレバー８の回動軸１２の反対側の端部には平面ガラスホルダー８ｂが設けられ、この平面ガラスホルダー８ｂに平面ガラス９が固定されている。平面ガラス９の透過率はほぼ１００％とする。
【００２２】
図１の例では、ＱＲハーフミラー２と平面ガラス９は９０°の角度をなすように各ホルダー８ａ、８ｂにより保持する構造となっている。
【００２３】
また、ミラーホルダー８ａには引張りばね１０が張設されており、この引張ばね１０はミラーホルダー８ａとＱＲハーフミラー２を回動軸１２を中心として図の時計廻りに（撮影光路から退避する方向）に回動付勢する。
【００２４】
観察時は、引張ばね１０の張力に抗してＱＲハーフミラー２を主光軸に対して４５°の角度の位置に位置決めするのは規制レバー１１である。規制レバー１１の水平に図示された側の腕の先端には切欠部１１ｂが設けられ、この切欠部１１ｂはミラーガイドレバー８に植設されたピン８ｃと係合している。そして、規制レバー１１はＬ字型でその屈曲部において回動軸１１ａ上に回動自在に枢支され、観察時はユーザが撮影操作を行なうレリーズボタン（図示せず）と連動したソレノイドあるいは他の機械的手段により実線の位置を保つ。このようにして、観察時、ＱＲハーフミラー２は主光軸に対して４５°の位置を保持する。
【００２５】
ユーザの撮影操作に応じて撮影動作が開始されると、規制レバー１１の保持が解除され、ミラーガイドレバー８が引張ばね１０の回動付勢力によって時計廻り方向に急速に回動し、ミラーホルダー８ａとＱＲハーフミラー２はそれぞれ点線で示される位置に移動する。
【００２６】
ＱＲハーフミラー２と平面ガラス９は先に述べたように丁度９０°の位置関係でミラーホルダー８ａ，８ｂに保持されているので、ＱＲハーフミラー２が点線のように水平位置に移動すると、平面ガラス９は対物レンズ群１の光軸に対して９０°をなす姿勢で撮像素子３の直前に挿入される位置まで移動することになる。この撮影時の平面ガラス９（ＱＲハーフミラー２）の位置はストッパー１５に平面ガラスホルダー８ｂが係止することにより決まる。
【００２７】
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。
【００２８】
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、撮影時に撮像素子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。
【００２９】
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。
【００３０】
観察状態においてＱＲハーフミラー２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。
【００３１】
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。
【００３２】
このときの合焦位置は、ＱＲハーフミラー２を透過して撮像素子３に入射した被写体光像の光電出力によるものであるから、ＱＲハーフミラー２を跳ね上げて退避させたとき、平面ガラス９が挿入されなければ、そのときの合焦位置とは異なるものになる。
【００３３】
すなわち、図２に示すように厚さｄを持つＱＲハーフミラー２を透過して出来る像の位置をＡ、ＱＲハーフミラー２も平面ガラス９もない時の像の位置をＢとすれば、ＱＲハーフミラー２の屈折率ｎはｎ＞１（空気の屈折率ｎ＝１）であるから、必ず結像位置Ａの方が結像位置Ｂより遠くＱＲハーフミラー２から離れた位置になる。
【００３４】
図２のＱＲハーフミラー２がある時とＱＲハーフミラー２も平面ガラス９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。
【００３５】
【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、前述のように規制レバー１１が反時計方向に回動し、これにより規制を失った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。
【００３６】
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。
【００３７】
【数２】

式（２）はスネルの法則と幾何学的考察によって導かれたもので、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（１）と式（２）による計算結果を示している。
【００４０】
ここで、図４の計算結果に関する考察を示しておく。
【００４１】
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に依存し、一定ではない。ＱＲハーフミラー２を４５°で挿入している場合、周辺光ｌ１の入射角度θの値が大きくなる程、像のずれ量δは大きくなる（ただしθ＝４５°の光線は特別な場合で、δ＝∞で非結像）。すなわち、挿入する平面ガラス９の厚みを除々に変えなければＱＲハーフミラー２で生じていた収差（コマ収差）は完全には除去できない、とも言える。一方、補正ガラスによって光軸方向にずれる量は、式（２）から明らかなようにθの影響を受けない。
【００４２】
しかしながら、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においても同様にθ＝４５°最近傍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１．７７ｍｍを採用する。
【００４３】
平面ガラス９挿入の効果は平面ガラス９が無い時と比較して以下のように評価できる。
【００４４】
ＱＲハーフミラー２が光軸から退避している時と挿入されている時の、光軸方向での合焦位置ずれの量（δ）は、図４より平面ガラス９が無いとき：最大０．７０ｍｍであるが、平面ガラス９があるとき：厚さ１．７７ｍｍのものを挿入した場合は画角中心部のずれは補正されるので、ずれは最大０．７０−０．６０＝０．１０ｍｍの範囲となる。
【００４５】
ＱＲハーフミラー２の離脱による結像位置のずれによる影響を本実施形態のように平面ガラス９を挿入することなく放置した場合、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ることによって撮影画質の低下となって表れる。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。
【００４６】
一方、本実施形態によれば、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結像位置のずれの分だけ結像位置を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、画質低下の度合はより小さくなる。
【００４７】
特に、本実施形態によれば、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。
【００４８】
以上のようにして、本実施形態では、ＱＲハーフミラー２が光軸上から退避することで生じる結像位置（合焦位置）の変化を平面ガラス９を挿入することにより補正することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
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、撮影時、ハーフミラーによる光路分割手段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により生じていた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、撮影時の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９のように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。もちろん、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。
【００５１】
また、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と平面ガラス９をそれぞれ別のレバー上に保持するのではなく、リジッドな１部材のガイドレバー部材（ミラーガイドレバー８）の両端にそれぞれ保持しており、このミラーガイドレバー８によりＱＲハーフミラー２ないし平面ガラス９の位置決めが行なわれる。このため、少ない部品点数で非常に簡単安価に実施でき、ＱＲハーフミラー２ないし平面ガラス９の位置決め誤差は極めて少なくて済み、正確な結像位置補正を行なえる、という優れた効果がある。
【００５２】
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°の角度で、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。
【００５３】
また、以上では、ＱＲハーフミラー２および平面ガラス９が互いになす角度は９０°であるものとして説明したが、駆動機構の構成、装置内のスペースなどの事情に応じて両者の相対角度を９０°以外の角度に取ることができるのはいうまでもない。
【００５４】
＜第２実施形態＞
以上では、ＱＲハーフミラー２を退避させる撮影時に平面ガラス９を挿入し、光軸方向の結像位置ずれδを補正する構成を示した。
【００５５】
しかしながら、第１実施形態において平面ガラス９を挿入することで補正できるのは光軸方向の結像位置ずれδであって、結像光軸のシフトについては考慮されていない。図２に示したように、傾斜してＱＲハーフミラー２を挿入することによって、光軸に交差する（垂直な）方向に結像位置ずれΔが生じるが、第１実施形態に示した構成だけではこの結像位置ずれΔは補正することができない。
【００５６】
本実施形態では、この結像光軸のシフトを解消するために、光路分割手段としてのＱＲハーフミラーの透過面をその反射面（半透過面）に対して傾斜した傾斜平面から構成する例を示す。
【００５７】
光路分割手段としての透過面をその反射面（半透過面）に対して傾斜した傾斜平面から構成する構造は、たとえば、ＱＲハーフミラー１８の垂直断面形状を図５のようなくさび形断面とするものである。
【００５８】
以下、図５の構成につき説明するが、以下の説明において図５以外の構成は第１実施形態と同様であるものとする。また、以下の説明において、第１実施形態と同一または相当するものに関しては同一符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
ＱＲハーフミラー１８は、図１と同様に平面ガラス９とともにミラーホルダー８に支持されて観察時にＱＲハーフミラー１８が光路に挿入され、撮影時にはＱＲハーフミラー１８が退避して平面ガラス９が光路に挿入されるよう制御される。
【００６０】
図５の構成は、ＱＲハーフミラー１８表面の反射面（半透過面）により屈折の法則によってシフトされた光束、特に中心付近の光束をＱＲハーフミラー１８の背面の透過面の傾きによって撮像素子３の中心付近へ戻すようにしていることを特徴とするものである。これにより、観察時に撮像素子３中心付近を通過する光線の経路がＱＲハーフミラー１８を挿入していない時とほぼ同様になるように補正することができる。
【００６１】
以下、図５のＱＲハーフミラー１８の背面の透過面（傾斜平面）がその表面の反射面（半透過面）に対してなす角度αの計算手法を示す。
【００６２】
ここでは、撮像素子上３の結像面から２９．５５９ｍｍの位置に厚さ１ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５１６３３の単純平面ＱＲハーフミラーを光軸に対して４５°の角度で挿入した場合において、ＱＲハーフミラー１８の背面の透過面（傾斜平面）がその表面の反射面（半透過面）に対してなす角度αの計算手法を示す。なお図５は模式的に表したものであって、縮尺については考慮されていない。
【００６３】
このような構成においては、スネルの法則から光軸上の光線（中心光）がこのＱＲハーフミラー入射により生じる屈折角θ１はθ１＝２７．７９６°であり、よって中心光がＱＲハーフミラーを透過する光路長ＬはＬ＝１．１３０ｍｍとなる。
【００６４】
これにより、出射光（光軸に並行な破線により図示）の光軸シフト量ΔはΔ＝０．３３４ｍｍとなり、この中心光を元通り撮像素子５の中心に結像させるために必要な入射角θ２はθ２＝０．６４７°となる。
【００６５】
したがって、図５のようなくさび形状の場合、ＱＲハーフミラー１８の背面（実線）の透過面の傾斜角αは、スネルの法則から
【００６６】
【数３】

を満足する必要があり、そこでこの式（３）をαについて解くと傾斜角αはα＝０．７１０°（分秒表示で４２’３４”）となる。
【００６７】
上記のような挾角αを有するくさび形ＱＲハーフミラー１８を用いることにより、撮像素子３上において結像光軸の上下方向のシフトをキャンセルしたのと同等の効果が得られる。結像光軸の上下方向のシフトそのものはキャンセルできないが、撮像素子３の撮像面の位置においては、光軸付近では実質的に平面ガラスによるＱＲハーフミラーで生じる結像光軸の上下方向のシフトがなくなったのと同じ状態を形成できる。
【００６８】
観察期間においては、図５の状態でオートフォーカス制御を行なうことになるが、このとき、上述の計算は光軸付近の周辺光のみに関して適用されるため、オートフォーカスエリアを撮像素子３の撮像範囲の中心付近に設定すれば、結像光軸の上下方向のシフトが無いのと同等な状態でオートフォーカス処理を行なうことができる。
【００６９】
なお、光軸に沿った結像位置のずれに関しては、撮影時にＱＲハーフミラー１８を退避させ、第１実施形態と同様に構成した平面ガラス９を挿入することにより補正する。
【００７０】
すなわち、ＱＲハーフミラー１８が光軸から退避すると結像位置は撮像素子３上から光軸方向にδだけずれるが、平面ガラス９を光軸に対し垂直に挿入することで結像位置はもとの撮像素子３上になるように補正される。補正ガラス９の厚さは平面のＱＲハーフミラーを用いた場合と同じ１．７７ｍｍでよい。
【００７１】
図５のようなくさび型形状の光路分割手段（ＱＲハーフミラー１８）は、ハーフミラー構成であれば、ガラスなどの材料を整形した上、反射／透過／フィルタ特性を与えるためのコーティングを施すことにより、比較的簡単安価に製造することができる（第１実施形態のＱＲハーフミラー２も同様）。
【００７２】
なお、第１実施形態に関して示した種々の変形例（ＱＲハーフミラーの挿入角度その他）は、第２実施形態においても適用可能であることはいうまでもない。
【００７３】
【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、光路分割手段として前記対物レンズ群と前記撮像素子の間に配置された退避可能な光路分割手段と、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、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、前記光路分割手段の退避に連動して、前記光路分割手段の退避に伴なう結像位置の変化を補正する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、しかも演算手段や光学素子の駆動制御手段を必要としない簡単安価な構成により撮像素子の合焦位置を補正できる、という優れた効果がある。
【００７４】
特に、前記光学素子は、前記光路分割手段の退避に伴なう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から構成することができ、その場合、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。
【００７５】
あるいはさらに、一方の端部に前記光路分割手段を、他方の端部に前記光学素子を支持したガイドレバー部材により前記光路分割手段の退避と前記光学素子の挿入を制御する構成を用いれば、少ない部品点数で非常に簡単安価に、また正確に結像位置の補正を行なえる、という優れた効果が得られる。
【００７６】
あるいはさらに、前記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。
【００７７】
あるいはさらに、前記光路分割手段の透過面を前記光路分割手段の反射面に対して傾斜した傾斜平面から形成することにより、前記光路分割手段の挿入時と離脱時の前記撮像素子に対する中心光軸のずれによる光軸に交差する方向の結像位置ずれを補正する構成を採用することにより、光軸方向の結像位置のみならず光軸に交差する方向の結像位置ずれ（光軸シフト）も補正することができる、という優れた効果が得られる。
【００７８】
前記光路分割手段はハーフミラーから構成することができ、その場合ガラスなどの材料を整形した上、反射／透過／フィルタ特性を与えるためのコーティングを施すことにより、比較的簡単安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ付地上望遠鏡の全体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た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】本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラ付地上望遠鏡の要部の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、１８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
８ミラーガイドレバー
９平面ガラス
１０引張りばね
１１規制レバー
１１ａ、１２回動軸
１３ＣＣＤドライバー
１４制御回路
１５ストッパー
１６ＡＦ用モータ
１７レンズ枠[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 terrestrial telescope with a digital camera in Patent Document 1 is similar to the structure of a general single-lens reflex digital camera except for the structure of the observation optical system. A return mirror is used.
[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 that has passed through the objective lens to the observation optical system and guides the rest to the image sensor is constituted by a quick return mirror. There has been proposed a structure in which the mirror is always positioned at an observation position for guiding a part of the subject light flux to the observation optical system and is retracted from the photographing optical path during photographing. In this patent document 2, when the half mirror is at the observation position, the in-focus position where the objective lens is focused on the subject when the half mirror is retracted by the photoelectric conversion output of the subject light beam incident on the image sensor through the half mirror. It is calculated and stored, and when the half mirror is actually retracted to the shooting 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]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to always perform imaging of an image sensor, to correct the focus position of the image sensor with a simple and inexpensive configuration without loss of light quantity at the time of shooting. is there.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, according to the present invention, an objective lens group, an imaging element that is disposed behind the objective lens group and forms an imaging optical system together with the objective lens group, and the objective lens as an optical path dividing unit A retractable optical path dividing means disposed between a group and the imaging device, an observation optical system for observing an optical image divided outside the optical path of the imaging optical system by the optical path dividing means, and the optical path dividing means When retracted from the optical axis of the imaging optical system, an optical element that corrects a change in the imaging position accompanying the retracting of the optical path splitting means in conjunction with the retracting of the optical path splitting means is a light of the imaging optical system. A configuration in which image forming position correcting means to be inserted into the shaft is provided is adopted.
[0011]
Alternatively, a configuration is adopted in which the optical element is a flat glass having a thickness that corrects a change in the imaging position in the optical axis direction accompanying the retraction of the optical path dividing means.
[0012]
Alternatively, the imaging position correcting means controls the retracting of the optical path dividing means and the insertion of the optical elements by a guide lever member supporting the optical path dividing means at one end and the optical element at the other end. The configuration to adopt was adopted.
[0013]
Alternatively, a configuration is adopted in which the flat glass is inserted perpendicularly to the optical axis of the imaging optical system.
[0014]
Alternatively, further, by forming the transmission surface of the optical path dividing means from an inclined plane inclined with respect to the reflecting surface of the optical path dividing means, the central optical axis with respect to the imaging element when the optical path dividing means is inserted and removed A configuration is adopted in which an imaging position shift in a direction intersecting the optical axis due to the shift is corrected.
[0015]
Alternatively, the optical path dividing means is a half mirror.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a terrestrial telescope with a digital camera adopting the present invention. In FIG. 1, the light beam transmitted through the objective lens group 1 including the fixed lens group 1a and the movable focus lens group 1b always intersects the main optical axis (the optical axis of the objective lens group 1) at an angle of 45 °. The light enters the arranged quick return mirror (hereinafter abbreviated as QR half mirror) 2.
[0018]
The movable focus lens group 1 b is held by a lens frame 17 and can be moved in the main optical axis direction by an AF motor 16.
[0019]
The light beam transmitted through the QR half mirror 2 is incident on an image sensor (CCD, CMOS image sensor, etc.) 3 placed on the focal plane. On the other hand, the light beam reflected by the QR half mirror 2 enters the observation optical system, and is conjugated with the focal plane through a penta roof prism (not shown) or an erecting optical system in which the reflection mirror 4 and the relay lens 5 are combined. An aerial image is formed at the position of the focusing screen 6 placed on the screen. The user can observe this image as an erect image through the eyepiece 7.
[0020]
Although the reflectance of the QR half mirror 2 is arbitrary, for example, if it is set to about 80% to 90% and the amount of light toward the observation optical system is increased, the user can easily observe.
[0021]
The QR half mirror 2 is fixed to a mirror holder 8a provided at one end of a mirror guide lever 8 made of metal or plastic. The mirror guide lever 8 is pivotally supported with respect to the rotation shaft 12, and a flat glass holder 8 b is provided at the end of the mirror guide lever 8 on the opposite side of the rotation shaft 12. A flat glass 9 is fixed to the holder 8b. The transmittance of the flat glass 9 is approximately 100%.
[0022]
In the example of FIG. 1, the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are structured to be held by the holders 8a and 8b so as to form an angle of 90 °.
[0023]
Further, a tension spring 10 is stretched on the mirror holder 8a, and the tension spring 10 rotates the mirror holder 8a and the QR half mirror 2 around the rotation axis 12 in the clockwise direction in the drawing (in the direction of retracting from the photographing optical path). ).
[0024]
At the time of observation, it is the regulating lever 11 that positions the QR half mirror 2 at an angle of 45 ° with respect to the main optical axis against the tension of the tension spring 10. A notch 11b is provided at the tip of the arm on the side of the regulating lever 11 shown in the horizontal direction, and this notch 11b is engaged with a pin 8c implanted in the mirror guide lever 8. The control lever 11 is L-shaped and is pivotally supported on the rotary shaft 11a at the bent portion thereof, and a solenoid or the like interlocked with a release button (not shown) for performing a photographing operation by the user during observation. The position of the solid line is maintained by mechanical means. Thus, at the time of observation, the QR half mirror 2 holds a position of 45 ° with respect to the main optical axis.
[0025]
When the photographing operation is started in accordance with the user's photographing operation, the holding of the restriction lever 11 is released, and the mirror guide lever 8 is rapidly rotated in the clockwise direction by the rotational biasing force of the tension spring 10, and the mirror holder The 8a and the QR half mirror 2 move to positions indicated by dotted lines, respectively.
[0026]
Since the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are held by the mirror holders 8a and 8b in a positional relationship of exactly 90 ° as described above, when the QR half mirror 2 moves to the horizontal position as indicated by the dotted line, the plane The glass 9 moves to a position where the glass 9 is inserted immediately before the image pickup device 3 with an attitude of 90 ° with respect to the optical axis of the objective lens group 1. The position of the flat glass 9 (QR half mirror 2) at the time of photographing is determined by the flat glass holder 8b engaging with the stopper 15.
[0027]
As a result, all the amount of light transmitted through the objective lens group 1 reaches the image sensor 3, and the optical image of the subject enters the image sensor 3 without any light amount loss caused by the QR half mirror 2.
[0028]
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 the image data obtained from the image sensor 3 at the time of photographing 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.
[0029]
Next, the operation of the terrestrial telescope with a digital camera configured as described above will be described.
[0030]
When the user half-presses a release button (not shown) and turns on a half-press switch (not shown) while the QR half mirror 2 is in the solid line position in FIG. The brightness is detected by the photoelectric conversion output of the subject luminous flux incident on the image sensor 3 via the mirror 2, and the contrast is detected by a known contrast detection method.
[0031]
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.
[0032]
The in-focus position at this time is based on the photoelectric output of the subject light image that has passed through the QR half mirror 2 and entered the image pickup device 3, and therefore when the QR half mirror 2 is flipped up and retracted, the flat glass 9 If is not inserted, the in-focus position at that time is different.
[0033]
That is, if the position of the image formed through the QR half mirror 2 having a thickness d as shown in FIG. 2 is A and the position of the image when the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are not present is B, QR Since the refractive index n of the half mirror 2 is n> 1 (air refractive index n = 1), the imaging position A is always farther from the imaging position B and away from the QR half mirror 2.
[0034]
The image formation position shift amount δ (B to A) when the QR half mirror 2 shown in FIG. 2 is present and when the QR half mirror 2 and the flat glass 9 are not present is a result of the center light 10 and the peripheral light 11 on the optical axis. Focusing on the movement of the image position, 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.
[0035]
[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. That is, when the release button is fully pressed, the restricting lever 11 rotates counterclockwise as described above, whereby the QR half mirror 2 that has lost the restriction is retracted, and the flat glass 9 is lowered and the optical axis is lowered. It is inserted above and is locked at the position of the dotted line by the stopper 15.
[0036]
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.
[0037]
[Expression 2]

Expression (2) is derived from Snell's law and geometrical considerations. When the flat glass 9 is inserted so as to intersect the optical axis at 90 ° as shown in FIG. As described above, the term related to the incident angle θ ′ of the ambient light 11 in FIG. 3 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 ′.
[0038]
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.
[0039]
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 (1) and Formula (2) is shown.
[0040]
Here, the consideration regarding the calculation result of FIG. 4 is shown.
[0041]
As can be seen from the calculation result in FIG. 4, the image shift amount δ to be corrected depends on the incident angle θ of the ambient light l1 in FIG. 2 and is not constant. When the QR half mirror 2 is inserted at 45 °, the larger the value of the incident angle θ of the ambient light 11, the larger the image shift amount δ (however, the light beam at θ = 45 ° is a special case. Non-imaging at δ = ∞). That is, it can be said that the aberration (coma aberration) generated in the QR half mirror 2 cannot be completely removed unless the thickness of the inserted flat glass 9 is gradually changed. On the other hand, the amount shifted in the optical axis direction by the correction glass is not affected by θ as is apparent from the equation (2).
[0042]
However, in the optical design of an actual product, whether it is a contrast calculation area for autofocus or a photographed image, the central field of view is more important than the periphery, that is, the paraxial region (and the incident angle θ is 45 °). Since the calculation is performed with an emphasis on the condition of the (near) ambient light l1 (FIG. 2), the calculation result of the nearest θ = 45 ° is similarly adopted in FIG. 4, that is, a plane for eliminating the image shift. The thickness d ′ of the glass 9 is 1.77 mm.
[0043]
The effect of inserting the flat glass 9 can be evaluated as follows compared with the case where the flat glass 9 is not provided.
[0044]
The amount of in-focus position deviation (δ) in the optical axis direction when the QR half mirror 2 is retracted from the optical axis and when it is inserted is as shown in FIG. 70 mm, but with flat glass 9: When a glass with a thickness of 1.77 mm is inserted, the displacement at the center of the angle of view is corrected, so the displacement is 0.70-0.60 = 0.10 mm at the maximum. It becomes the range.
[0045]
When the influence of the shift of the imaging position due to the separation of the QR half mirror 2 is left without inserting the flat glass 9 as in this embodiment, for example, the autofocus control conditions calculated during the insertion of the QR half mirror 2 are kept as they are. When used, it appears as a reduction in image quality. 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.
[0046]
On the other hand, according to the present embodiment, by inserting the flat glass 9, it is possible to correct the imaging position by the amount of deviation of the imaging position that occurred when the QR half mirror 2 was inserted. Therefore, even if the autofocus control conditions calculated during the insertion of the QR half mirror 2 are used as they are, the degree of image quality deterioration becomes smaller.
[0047]
In particular, according to the present embodiment, since the flat glass 9 is inserted perpendicularly to the optical axis, the effect of correcting the image forming position of the flat glass 9 works equally for all photographing light rays having various directions. (Refer to the point that equation (2) does not depend on the incident angle θ ′ of the ambient light.) As shown in FIG. 4, the image formation position generated depending on the direction of the ambient light involved in the image formation. Deterioration of the image due to shift does not occur during shooting.
[0048]
As described above, in the present embodiment, the change in the imaging position (focusing position) that occurs when the QR half mirror 2 is retracted from the optical axis can be corrected by inserting the flat glass 9.
[0049]
After the flat glass 9 is inserted, the image sensor 3 captures the 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.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, in the terrestrial telescope with a digital camera in which the subject luminous flux is incident on both the image sensor and the observation optical system by the optical path dividing means (QR half mirror 2) using a half mirror, The optical path splitting means by the half mirror is removed from the main optical system, and an optical element (planar glass 9) for correcting the deviation of the imaging position caused by the optical path splitting means by the half mirror is inserted into the main optical system. Therefore, there is no loss of the amount of light incident on the image sensor at the time of photographing, no processor or memory is used, and a simple optical element such as the flat glass 9 is used as an optical element for image formation position correction. The in-focus position shift can be corrected with a very simple and inexpensive configuration. Of course, in this embodiment, since the optical path is divided by the half mirror, it is possible to acquire imaging data for a predetermined purpose such as exposure adjustment, monitor display, and autofocus adjustment by the imaging element during the observation period.
[0051]
In addition, according to the present embodiment, the QR half mirror 2 and the flat glass 9 constituting the optical path dividing means are not held on separate levers, but are rigid one-member guide lever members (mirror guide levers 8). These mirror guide levers 8 position the QR half mirror 2 or the flat glass 9 respectively. For this reason, it can be implemented very simply and inexpensively with a small number of parts, and the positioning error of the QR half mirror 2 or the flat glass 9 is extremely small, and there is an excellent effect that an accurate imaging position correction can be performed.
[0052]
In the above description, for the sake of easy explanation, it has been described that the QR half mirror 2 is inserted into the main optical system at an angle of 45 ° and the flat glass 9 at an angle of 90 °. For convenience, it goes without saying that the angles of these members with respect to the main optical system can be changed as appropriate according to other design conditions.
[0053]
In the above description, the angle formed by the QR half mirror 2 and the flat glass 9 is 90 °. However, the relative angle between the two is 90 ° depending on the configuration of the drive mechanism and the space in the apparatus. It goes without saying that the angle can be taken at other angles.
[0054]
Second Embodiment
In the above, the configuration in which the flat glass 9 is inserted and the imaging position deviation δ in the optical axis direction is corrected at the time of photographing for retracting the QR half mirror 2 has been shown.
[0055]
However, what can be corrected by inserting the flat glass 9 in the first embodiment is the imaging position deviation δ in the optical axis direction, and the imaging optical axis shift is not considered. As shown in FIG. 2, by inserting the QR half mirror 2 at an angle, an imaging position shift Δ occurs in a direction (perpendicular) intersecting the optical axis, but only the configuration shown in the first embodiment. Then, this imaging position shift Δ cannot be corrected.
[0056]
In this embodiment, in order to eliminate the shift of the imaging optical axis, an example in which the transmission surface of the QR half mirror as an optical path dividing unit is configured by an inclined plane inclined with respect to the reflection surface (semi-transmission surface). Show.
[0057]
For example, the structure in which the transmission surface as the optical path dividing means is configured by an inclined plane inclined with respect to the reflection surface (semi-transmission surface) has a vertical cross-sectional shape of the QR half mirror 18 as shown in FIG. Is.
[0058]
Hereinafter, the configuration of FIG. 5 will be described. In the following description, configurations other than FIG. 5 are the same as those of the first embodiment. Moreover, in the following description, the same code | symbol is used about the same or equivalent thing as 1st Embodiment, The detailed description is abbreviate | omitted.
[0059]
As in FIG. 1, the QR half mirror 18 is supported by the mirror holder 8 together with the flat glass 9 so that the QR half mirror 18 is inserted into the optical path during observation. Controlled to be inserted.
[0060]
In the configuration of FIG. 5, the image pickup element 3 is configured such that a light beam shifted by the law of refraction by the reflection surface (semi-transmissive surface) of the surface of the QR half mirror 18, particularly a light beam near the center, by the inclination of the transmission surface on the back surface of the QR half mirror 18. It is characterized by returning to the vicinity of the center. Thereby, it can correct | amend so that the path | route of the light ray which passes near the center of the image pick-up element 3 at the time of observation may become substantially the same as when the QR half mirror 18 is not inserted.
[0061]
Hereinafter, a calculation method of the angle α formed by the transmission surface (inclined plane) on the back surface of the QR half mirror 18 of FIG.
[0062]
Here, in the case where a simple flat QR half mirror having a thickness of 1 mm and a refractive index n = 1.51633 is inserted at an angle of 45 ° with respect to the optical axis at a position 29.559 mm from the imaging surface on the image sensor 3. The calculation method of the angle α formed by the transmission surface (inclined plane) on the back surface of the QR half mirror 18 with respect to the reflection surface (semi-transmission surface) of the surface will be described. Note that FIG. 5 is a schematic representation, and the scale is not considered.
[0063]
In such a configuration, according to Snell's law, the refraction angle θ1 generated when the light beam (center light) on the optical axis is incident on the QR half mirror is θ1 = 27.796 °, and therefore the center light is transmitted through the QR half mirror. The optical path length L to be performed is L = 1.130 mm.
[0064]
As a result, the optical axis shift amount Δ of the outgoing light (illustrated by a broken line parallel to the optical axis) becomes Δ = 0.334 mm, and the incident angle required to form the image of the central light at the center of the image pickup device 5 as before. θ2 is θ2 = 0.647 °.
[0065]
Therefore, in the case of a wedge shape as shown in FIG. 5, the inclination angle α of the transmission surface on the back surface (solid line) of the QR half mirror 18 is obtained from Snell's law.
[Equation 3]

Therefore, when the equation (3) is solved for α, the inclination angle α becomes α = 0.710 ° (42′34 ″ in the minute / second display).
[0067]
By using the wedge-shaped QR half mirror 18 having the depression angle α as described above, an effect equivalent to canceling the vertical shift of the imaging optical axis on the image sensor 3 can be obtained. Although the vertical shift of the imaging optical axis itself cannot be canceled, at the position of the imaging surface of the imaging device 3, the vertical shift of the imaging optical axis that occurs substantially in the QR half mirror made of flat glass near the optical axis. It is possible to form the same state that no longer exists.
[0068]
In the observation period, the autofocus control is performed in the state of FIG. 5. At this time, the above calculation is applied only to the ambient light near the optical axis. If it is set in the vicinity of the center of the image, the autofocus process can be performed in a state equivalent to the absence of a vertical shift of the imaging optical axis.
[0069]
The deviation of the imaging position along the optical axis is corrected by retracting the QR half mirror 18 at the time of shooting and inserting the flat glass 9 configured in the same manner as in the first embodiment.
[0070]
That is, when the QR half mirror 18 is retracted from the optical axis, the imaging position is shifted by δ from the image pickup device 3 in the optical axis direction. However, by inserting the flat glass 9 perpendicular to the optical axis, the imaging position is originally set. It correct | amends so that it may be on the image pick-up element 3 of. The thickness of the correction glass 9 may be 1.77 mm, which is the same as when a flat QR half mirror is used.
[0071]
If the wedge-shaped optical path dividing means (QR half mirror 18) shown in FIG. 5 is a half mirror configuration, the material such as glass is shaped and a coating for giving reflection / transmission / filter characteristics is applied. Therefore, it can be manufactured relatively easily and inexpensively (the same applies to the QR half mirror 2 of the first embodiment).
[0072]
Needless to say, the various modifications (the insertion angle of the QR half mirror, etc.) shown in the first embodiment can also be applied to the second embodiment.
[0073]
【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 as the optical path dividing means A retractable optical path splitting unit disposed between the lens group and the imaging device, an observation optical system for observing a light image split outside the optical path of the imaging optical system by the optical path splitting unit, and the optical path splitting unit Is retracted from the optical axis of the imaging optical system, an optical element that corrects a change in the imaging position accompanying the withdrawal of the optical path splitting means in conjunction with the withdrawal of the optical path splitting means is provided in the imaging optical system. Since it employs a configuration with an imaging position correction means that is inserted into the optical axis, it can always take images with the image sensor, there is no loss of light quantity during shooting, and it requires a calculation means and drive control means for optical elements. And not easy cheap Can be corrected in-focus position of the imaging device by Do arrangement, there is excellent effect that.
[0074]
In particular, the optical element can be composed of a flat glass having a thickness that corrects a change in the imaging position in the optical axis direction accompanying the retraction of the optical path dividing means. In this case, a simple optical element is used. The in-focus position shift can be corrected with a very simple and inexpensive configuration.
[0075]
Alternatively, if the configuration in which the optical path dividing means is controlled at one end and the retraction of the optical path dividing means and the insertion of the optical element are controlled by a guide lever member supporting the optical element at the other end is small It is possible to obtain an excellent effect that the imaging position can be corrected accurately and simply by using the number of parts.
[0076]
Alternatively, further, by adopting a configuration in which the flat glass is inserted perpendicularly to the optical axis of the imaging optical system, the effect of correcting the imaging position of the flat glass is equalized for all photographing light rays having various directions. It is possible to obtain an excellent effect that the autofocus control can be operated under an optimum condition and the deterioration of the photographing image quality can be prevented.
[0077]
Alternatively, further, by forming the transmission surface of the optical path dividing means from an inclined plane inclined with respect to the reflecting surface of the optical path dividing means, the central optical axis with respect to the imaging element when the optical path dividing means is inserted and removed By adopting a configuration that corrects the imaging position deviation in the direction intersecting the optical axis due to the deviation, not only the imaging position in the optical axis direction but also the imaging position deviation (optical axis shift) in the direction intersecting the optical axis is achieved. An excellent effect that it can be corrected is obtained.
[0078]
The optical path splitting means can be composed of a half mirror. In that case, it can be manufactured relatively easily and inexpensively by shaping a material such as glass and then applying a coating to give reflection / transmission / filter characteristics. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a terrestrial telescope with a digital camera according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a QR half mirror inserted into the main optical system during observation in the apparatus of FIG. 1;
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 configuration of a main part of a terrestrial telescope with a digital camera according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Objective lens group 1a Fixed lens group 1b Movable focus lens group 2, 18 Quick return half mirror 3 Imaging element (CCD or CMOS)
4 reflecting mirror 5 relay lens group 6 focusing screen 7 eyepiece lens 8 mirror guide lever 9 flat glass 10 tension spring 11 regulating lever 11a, 12 rotating shaft 13 CCD driver 14 control circuit 15 stopper 16 AF motor 17 lens frame

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;
Retractable optical path dividing means arranged between the objective lens group and the imaging device as optical path dividing means,
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;
An optical element that corrects a change in an imaging position associated with the retracting of the optical path dividing means in conjunction with the retracting of the optical path dividing means when the optical path dividing means is retracted from the optical axis of the imaging optical system; A terrestrial telescope with a digital camera, characterized in that an imaging position correcting means for insertion into an optical axis of an imaging optical system is provided.

2. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein the optical element is a flat glass having a thickness for correcting a change in an imaging position in an optical axis direction accompanying the retraction of the optical path dividing means.

The imaging position correcting means controls retraction of the optical path dividing means and insertion of the optical element by a guide lever member supporting the optical path dividing means at one end and the optical element at the other end. The terrestrial telescope with digital camera according to claim 1, wherein the terrestrial telescope has a digital camera.

The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 2, wherein the flat glass is inserted perpendicularly to the optical axis of the imaging optical system.

By forming the transmission surface of the optical path splitting unit from an inclined plane inclined with respect to the reflecting surface of the optical path splitting unit, light due to a shift of the central optical axis with respect to the image sensor when the optical path splitting unit is inserted and removed 2. The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 1, wherein an image forming position shift in a direction intersecting the axis is corrected.

The terrestrial telescope with a digital camera according to claim 5, wherein the optical path dividing means is a half mirror.