Loading article…
双眼鏡またはフィールドグラスは、2つの屈折望遠鏡を並べて同じ方向を向くように配置したもので、遠くの物体を見る際に両眼視（両眼視）で観察することができます。ほとんどの双眼鏡は両手で持てるようにサイズが調整されていますが、オペラグラスから大型の台座付き軍用モデルまで、サイズは多種多様です。
単眼望遠鏡とは異なり、双眼鏡はユーザーに三次元画像を提供します。各接眼レンズは見る人の両目にわずかに異なる画像を提示し、視差によって視覚野が奥行きの印象を生成します。
17 世紀の望遠鏡の発明以来、双眼視のために 2 個を並べて取り付ける利点が検討されてきたようです。[ 1 ]初期の双眼鏡のほとんどはガリレオ式光学系を使用していました。つまり、凸レンズの対物レンズと凹レンズの接眼レンズを使用していました。ガリレオ式設計は正立像が得られるという利点がありますが、視野が狭く、非常に高い倍率を得ることができません。このタイプの構造は、非常に安価なモデルやオペラグラス、劇場用グラスで今でも使用されています。ガリレオ式設計は、非常に短く、特別なまたは特殊な正立光学系なしで正立像が得られるため、コストと全体の重量を削減できるため、低倍率の双眼外科用および宝石商用ルーペにも使用されています。また、射出瞳径が大きいため、センタリングがそれほど重要ではなく、狭い視野はこれらの用途に適しています。[ 2 ]これらは通常、眼鏡のフレームに取り付けられるか、眼鏡に合わせてカスタムフィットされます。
ケプラー光学系を採用した双眼鏡では、対物レンズによって形成された像を接眼レンズ（正レンズ）を通して観察することで、より鮮明な画像と高い倍率が得られます。ケプラー方式では像が倒立するため、像を正立させるために様々な方法が用いられます。
ケプラー光学系を備えたアプリズム双眼鏡（「ツイン望遠鏡」と呼ばれることもあった）では、各チューブに対物レンズと接眼レンズの間に1つまたは2つの追加レンズ（リレーレンズ）があります。これらのレンズは像を正立させるために使用されます。正立レンズを備えた双眼鏡には、長すぎるという重大な欠点がありました。このような双眼鏡は1800年代に人気がありました（例えば、G. & S. Merzモデル）。ケプラー「ツイン望遠鏡」双眼鏡は光学的にも機械的にも製造が困難でしたが、より優れたプリズムベースの技術でそれらに取って代わるまでには1890年代までかかりました。[ 3 ] [ 4 ]
光学プリズムを設計に組み込むことで、レンズの数を減らし、機器全体の長さを短くしながら、画像を正しい向きで表示することが可能になった。通常、ポロプリズムまたはルーフプリズムシステムが使用された。[ 5 ] [ 6 ]光学機器のイタリア人発明家イグナツィオ・ポロは、 1860年代にパリでホフマンと協力し、現代のポロプリズム双眼鏡と同じプリズム構成を使用した単眼鏡を製作した。1873年のウィーン見本市で、ドイツの光学設計者で科学者のエルンスト・アッベは、 2つのポロプリズムを接着したプリズム望遠鏡を展示した。ポロとアッベの光学ソリューションは理論的には正しかったが、使用されたプリズムシステムは、主にガラスの品質が不十分であったために、実際には機能しなかった。[ 7 ] [ 1 ]
ポロプリズム双眼鏡は、1854 年にこの像正立システムの特許を取得したイグナツィオ・ポロにちなんで名付けられました。エルンスト・アッベによるその後の改良と、1888 年にクラウンガラスの改良に成功したガラス科学者オットー・ショットとの協力、そして計器メーカーのカール・ツァイスとの協力により、1894 年にカール・ツァイス社から改良された「現代的」ポロプリズム双眼鏡が市販されました。 [ 1 ] [ 8 ]このタイプの双眼鏡は、Z 字型に配置された一対のポロプリズムを使用して像を正立させます。これにより、対物レンズが接眼レンズから十分に離れてオフセットされた広い双眼鏡となり、奥行き感がより良くなります。ポロプリズム設計には、光路を折り曲げることで双眼鏡の物理的な長さが対物レンズの焦点距離よりも短くなるという利点もあります。ポロプリズム双眼鏡は、比較的狭い空間に像を正立させるように作られており、このようにしてプリズムを用いた双眼鏡が誕生した。
ポロプリズムは、工場出荷時に光学素子のアライメント（コリメーション）に通常10分角（1度の1/6）以内の許容誤差を必要とします。ポロプリズム双眼鏡は、コリメーションにするためにプリズムセットを再調整する必要がある場合があります。[ 9 ]高品質のポロプリズム設計の双眼鏡は、プリズムの斜辺面の中心の幅全体にわたって研磨された約1.5ミリメートル（0.06インチ）の深さの溝またはノッチを備えていることが多く、画像品質を低下させる軸外非結像反射を排除します。[ 10 ]ポロプリズム双眼鏡は、比較的少ない製造労力で優れた光学性能を提供でき、人間の目は瞳孔間距離によって人間工学的に制限されているため、大きな（幅60mm以上）対物レンズと接眼レンズのオフセットと分離は、立体光学製品において実用的な利点となります。
2020年代初頭には、ポロプリズム型双眼鏡の商業市場シェアは、他のプリズム型光学設計と比較して2番目に多くなっていた。[ 11 ]
小型双眼鏡に用いられる代替ポロプリズムシステムも存在し、例えば ペルガープリズムは従来のポロプリズム設計に比べて軸方向のオフセットが大幅に低減されている。[ 12 ] [ 13 ]
屋根プリズム双眼鏡は、1870年代にはすでにアシル・ヴィクトル・エミール・ドーブレスの設計で登場していた可能性がある。 [ 14 ] [ 15 ] 1897年には、モーリッツ・ヘンソルトがペンタプリズムをベースにした屋根プリズム双眼鏡の販売を開始した。 [ 16 ]
ほとんどのルーフプリズム双眼鏡は、像を正立させ光路を折り曲げるために、シュミット・ペチャンプリズム（1899年に発明）またはアッベ・ケーニッヒプリズム（エルンスト・カール・アッベとアルベルト・ケーニッヒにちなんで名付けられ、1905年にカール・ツァイスによって特許取得）のいずれかの設計を使用しています。対物レンズは接眼レンズとほぼ一直線上にあります。[ 17 ]
ルーフプリズム双眼鏡は、20世紀後半から広く使われるようになりました。ルーフプリズム設計では、対物レンズが接眼レンズとほぼ完全に一直線になるため、ポロプリズムよりも幅が狭くコンパクトで軽量な双眼鏡になります。また、画像の明るさにも違いがあります。シュミット・ペチャンルーフプリズム設計では、光の透過率を低減するミラーコーティング面を使用しているため、ポロプリズムとアッベ・ケーニッヒルーフプリズム双眼鏡は、同じ倍率、対物レンズサイズ、光学品質のシュミット・ペチャンルーフプリズム双眼鏡よりも本質的に明るい画像を生成します。
ルーフプリズム設計では、視界を妨げる二重像を避けるために、光学的に重要なプリズム角度は 2秒角( 1度の1 / 1,800 ) 以内で正確でなければなりません。レーザーまたは干渉 (コリメーション) による光学素子のアライメントのこのような厳しい製造公差を手頃な価格で維持することは困難です。後からの再コリメーションの必要性を避けるため、プリズムは通常工場でアライメントされ、その後金属板に永久的に固定されます。[ 18 ]これらの複雑な製造要件により、高品質のルーフプリズム双眼鏡は、同等の光学品質のポロプリズム双眼鏡よりも製造コストが高くなり、 1988 年に位相補正コーティングが発明されるまでは、ポロプリズム双眼鏡は、位相補正されていないルーフプリズム双眼鏡よりも光学的に優れた解像度とコントラストを提供していました。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
2020年代初頭には、シュミット・ペチャン設計の商用製品がアッベ・ケーニッヒ設計の製品を上回り、他のプリズム型設計と比較して支配的な光学設計となった。[ 21 ]
3 つのプリズムをセメントで接合したUppendahl プリズムシステムのような代替の屋根プリズムベースの設計は、小規模ながら商業的に提供されてきた。[ 22 ] [ 23 ]
現代の双眼鏡の光学系は、主に3つの光学アセンブリで構成されています。[ 24 ]
異なるプリズムシステムには、光学設計に起因する長所と短所がありますが、光学コーティングや光学ガラス製造などの分野における技術進歩により、2020年代初頭の高品質双眼鏡では、それらの違いは事実上無意味になりました。高品質価格帯では、一般的に使用されているどの光学システムでも、同等の光学性能を実現できます。これは20～30年前には不可能でした。当時は、発生する光学的な欠点や問題を技術的に軽減して実質的に無意味にすることはできなかったからです。現在でも、ルーフプリズムタイプの双眼鏡では、高品質以下の価格帯では光学性能に依然として大きな違いが見られます。これは、適切な技術的問題軽減策の実施や、狭い製造公差の実現が依然として困難でコストがかかるためです。
双眼鏡は通常、特定の用途向けに設計されています。これらの異なる設計には、双眼鏡のプリズムカバープレートに記載されている特定の光学パラメータが必要です。それらのパラメータは次のとおりです。
双眼鏡の説明の最初の数字として示される倍率（例：7 ×35、10 × 50）は、対物レンズの焦点距離を接眼レンズの焦点距離で割った比率です。これは双眼鏡の倍率（「直径」で表されることもあります）を示します。たとえば、倍率が7の場合、その距離から見た元の画像の7倍の大きさの画像が生成されます。必要な倍率は用途によって異なり、ほとんどの双眼鏡では、倍率は固定されており、調整できません（ズーム双眼鏡は例外です）。手持ち双眼鏡の倍率は通常7倍から10倍の範囲なので、手ブレの影響を受けにくくなります。[ 25 ]倍率が高くなると視野が狭くなり、画像の安定性を確保するために三脚が必要になる場合があります。天体観測や軍事用途向けの特殊な双眼鏡の中には、15倍から25倍の倍率を持つものもあります。[ 26 ]
双眼鏡の説明で2番目の数字として示される対物レンズの直径（例：7× 35、10 × 50 ）は、解像度（鮮明さ）と、像を形成するために集光できる光の量を決定します。2つの異なる双眼鏡が同じ倍率、同じ品質を持ち、十分に一致する射出瞳を生成する場合（下記参照）、対物レンズの直径が大きいほど、「明るい」[ a ] [ 27 ] [ 28 ]、より鮮明な像が得られます。[ 29 ] [ 30 ]したがって、8×40は、どちらも同じ8倍に像を拡大しますが、8×25よりも「明るく」鮮明な像を生成します。8×40の大きな前面レンズは、接眼レンズから出る光線（射出瞳）も広くします。このため、8×25よりも8×40の方が見やすくなります。 10×50 双眼鏡は、倍率、鮮明度、光束の点で 8×40 双眼鏡よりも優れています。対物レンズの直径は通常ミリメートルで表されます。双眼鏡は、倍率×対物レンズの直径で分類するのが一般的です。例: 7×50。小型の双眼鏡は直径が 22 mm 程度と小さいものもあり、35 mm と 50 mm はフィールド双眼鏡の一般的な直径です。天体観測用双眼鏡の直径は 70 mm から 150 mmの範囲です。 [ 26 ]
双眼鏡の視野は光学設計によって決まり、一般的には倍率に反比例します。視野は通常、1,000ヤード（または1,000メートル）先で何フィート（または何メートル）の幅が見えるかといった線形値、または何度まで見ることができるかという角度値で表されます。
双眼鏡は、対物レンズで集めた光をビームに集中させ、その直径、つまり射出瞳径は、対物レンズの直径を倍率で割った値になります。最も効果的な集光と最も明るい画像、そして最も鮮明な画像を得るには、[ 27 ]射出瞳径は少なくとも人間の瞳孔径と等しくなければなりません。人間の瞳孔径は、 夜間は約 7 mm、 昼間は約 3 mm で、年齢とともに小さくなります。双眼鏡から出る光の円錐が、入ってくる瞳孔よりも大きい 場合、瞳孔よりも大きい光は無駄になります。昼間の使用では、人間の瞳孔は通常約 3 mm に開きますが、これは 7×21 双眼鏡の射出瞳径とほぼ同じです。はるかに大きい 7×50 双眼鏡では、入ってくる瞳孔よりも大きい (7.14 mm) 光の円錐が生成され、昼間はこの光が無駄になります。射出瞳が小さすぎると、網膜の集光面のごく一部しか利用されないため、観察者の視界は暗くなります。[ 27 ] [ 31 ]機器を持ち運ぶ必要がある用途（バードウォッチング、狩猟）では、ユーザーは、予想される虹彩径に一致する射出瞳を持つ、はるかに小型（軽量）の双眼鏡を選択します。これにより、最大の解像度が得られ、無駄な開口部の重量を持ち運ぶ必要がなくなります。[ 30 ]
射出瞳径が大きいほど、光を捉えやすい位置に目を置くことが容易になります。射出瞳径の円錐状の光の範囲内であればどこでも構いません。この位置の取りやすさは、特に広視野双眼鏡において、周辺光が部分的に遮られることで像の端が暗くなるケラレを防ぐのに役立ちます。また、素早く像を見つけることができるため、動きの速い鳥や狩猟動物を観察したり、揺れる船の甲板にいる船員や移動中の乗り物から観察したりする場合には重要です。射出瞳径の小さい双眼鏡は、有用な像を得るために双眼鏡を目の前に正確に保持する必要があるため、疲労の原因となる場合もあります。最後に、多くの人は夜明け、夕暮れ、曇天時、または夜間など、瞳孔が大きくなる時間帯に双眼鏡を使用します。したがって、日中の射出瞳径は必ずしもすべての人にとって望ましい基準とは言えません。快適性、使いやすさ、そして用途の柔軟性を考慮すると、射出瞳径の大きい大型双眼鏡は、たとえ日中にその性能を十分に活用しなくても、満足のいく選択肢となる。
反射防止コーティングなどの技術革新が双眼鏡に広く用いられるようになる以前は、双眼鏡の性能はしばしば数式で表現されていました。しかし現在では、双眼鏡で実際に測定可能な明るさは、倍率や対物レンズのサイズだけでなく、使用されている光学ガラスの品質や様々な光学コーティングなど、複雑な要素の組み合わせによって決まります。
双眼鏡の薄暮係数は、まず倍率に対物レンズの直径を掛け、その結果の平方根を求めることで計算できます。例えば、7×50双眼鏡の薄暮係数は、7×50の平方根、つまり350の平方根=18.71となります。数学的には、薄暮係数が高いほど、暗い場所での観察時の双眼鏡の解像度が高くなります。数学的には、7×50双眼鏡と70×5双眼鏡の薄暮係数は全く同じですが、70×5双眼鏡は 射出瞳径が0.14mmしかないため、薄暮時だけでなく明るい場所でも役に立ちません。より決定的な射出瞳径を知らずに薄暮係数だけを知っていても、双眼鏡の低照度性能を実際に判断することはできません。理想的には、射出瞳径は、外部光のない状況下でのユーザーの暗順応した目の瞳孔径以上であるべきである。[ 32 ]
双眼鏡の鮮明度と明るさのレベルを示す、より歴史的で意味のある数学的手法は、相対輝度でした。これは、射出瞳径を二乗することによって計算されます。上記の 7×50 双眼鏡の例では、相対輝度指数は 51 (7.14 × 7.14 = 51) となります。数学的には、相対輝度指数の数値が高いほど、双眼鏡は低照度での使用に適していると言えます。[ 33 ]
アイレリーフとは、接眼レンズの後端から射出瞳またはアイポイントまでの距離のことです。[ 34 ]これは、観察者がケラレのない画像を見るために接眼レンズの後ろに目を置く必要がある距離です。接眼レンズの焦点距離が長いほど、アイレリーフは大きくなります。双眼鏡のアイレリーフは、数ミリメートルから25 ミリメートル以上まであります。アイレリーフは、眼鏡をかけている人にとって特に重要です。眼鏡をかけている人の目は通常、接眼レンズから遠いため、ケラレを回避し、極端な場合には視野全体を維持するために、より長いアイレリーフが必要になります。アイレリーフが短い双眼鏡は、安定して保持するのが難しい場合にも使いにくい場合があります。
眼鏡をかけた状態で双眼鏡を使用する予定の眼鏡着用者は、目が焦点（アイポイントとも呼ばれる）の後ろに来ないように、アイレリーフが十分に長い双眼鏡を探す必要があります。そうでないと、眼鏡が目の位置を占めてしまいます。一般的に、16 mm 以上のアイレリーフがあれば、眼鏡着用者には十分です。ただし、眼鏡のフレームが厚く、顔から大きく突き出ている場合は、17 mm 以上のアイレリーフを検討する必要があります。眼鏡着用者は、理想的には複数の設定があるツイストアップ式のアイカップを備えた双眼鏡を探すことも必要です。これにより、部分的にまたは完全に格納して、個々の人間工学的好みに合わせてアイレリーフを調整できます。[ 35 ]
最短合焦距離とは、双眼鏡が焦点を合わせられる最も近い点のことです。この距離は双眼鏡の設計によって約 0.5～30メートル（2～98フィート）まで変化します。倍率に対して最短合焦距離が短い場合、双眼鏡は肉眼では見えない細部を見るためにも使用できます。
双眼接眼レンズは通常、2つ以上のグループに分かれた3つ以上のレンズ要素で構成されています。観察者の目から最も遠いレンズはフィールドレンズまたは対物レンズと呼ばれ、目に最も近いレンズはアイレンズまたは接眼レンズと呼ばれます。最も一般的なケルナー構成は、1849年にカール・ケルナーによって発明されたものです。この構成では、アイレンズは平凹/両凸アクロマティックダブレット（平らな面が目に面している）であり、フィールドレンズは両凸シングルです。 1975年に逆ケルナー接眼レンズが開発され、フィールドレンズは両凹/両凸アクロマティックダブレット、アイレンズは両凸シングルとなっています。逆ケルナーはアイレリーフが50%増加し、焦点比が小さい場合にもより良く機能し、視野もわずかに広くなっています。[ 36 ]
広視野双眼鏡は通常、 1921年に特許を取得したエルフレ構成を採用しています。これは3群に5枚または6枚のレンズで構成されています。群は、2枚のアクロマティックダブレットの間にダブルコンベックスシングルレットがある場合もあれば、すべてアクロマティックダブレットの場合もあります。これらの接眼レンズは、乱視やゴースト像の問題があるため、高倍率ではケルナー接眼レンズほど性能が良くありません。しかし、接眼レンズが大きく、アイレリーフが優れており、低倍率では快適に使用できます。[ 36 ]
高級双眼鏡は、プリズム構成の後ろの接眼レンズにフィールドフラットナーレンズを組み込んでいることが多く、視野の外側の領域で画像の鮮明度を向上させ、画像の歪みを軽減するように設計されています。[ 37 ]
双眼鏡には、接眼レンズと対物レンズ、または内部に取り付けられたレンズ要素間の距離を変化させる焦点調整機構があります。通常、焦点を合わせるために「独立焦点」と「中央焦点」という2つの異なる機構が使用されます。
倍率を上げると、被写界深度（画像内で許容できるほど鮮明にピントが合っている最も近い物体と最も遠い物体の間の距離）は減少します。被写界深度は倍率の2乗に反比例して減少するため、7倍双眼鏡と比較すると、10倍双眼鏡の被写界深度は約半分（7² ÷ 10² = 0.49）になります。ただし、双眼鏡の光学系とは関係なく、ユーザーが知覚する実用的な被写界深度、つまり許容できる視界の深度は、調節能力（調節能力は人によって異なり、年齢とともに著しく低下します）と、ユーザーの目の有効瞳孔径または直径に依存する光条件にも依存します。ユーザーの目に合わせて設定され、固定されたままにしておく接眼レンズ調整以外の焦点調整機構を持たない「フォーカスフリー」または「固定焦点」双眼鏡があります。これらは妥協設計と考えられており、利便性には適していますが、設計された過焦点距離範囲外の作業にはあまり適していません（一般的に、手持ち双眼鏡の場合、特定の観察者に対して接眼レンズの調整を行わずに約35 m (38 yd)から無限遠まで）。 [ 40 ]
双眼鏡は、近視や遠視の人でも、焦点を少し遠くに調整するだけで、眼鏡なしで一般的に使用できます。ほとんどのメーカーは、無限遠に焦点を合わせる際にこれを考慮して、無限遠ストップ/設定のさらに外側に少し余分に焦点範囲を残しています。[ 41 ]ただし、重度の乱視の人は、双眼鏡を使用する際にも眼鏡を使用する必要があります。
双眼鏡の中には、倍率を調整できるもの、つまり7-21×50のようなズーム双眼鏡があり、通常は「ズーム」レバーを動かすことで、1つの双眼鏡で幅広い倍率を柔軟に使えるようにすることを目的としています。これは、ズームカメラレンズに似た複雑な一連の調整レンズによって実現されます。これらの設計は、双眼鏡にかさばり、複雑さと脆弱性を加えるため、妥協の産物であり、ギミックであると指摘されています[ 42 ]。複雑な光路は、視野が狭くなり、高倍率では明るさが大きく低下します[ 43 ] 。また、モデルは、ズーム範囲全体で両眼の倍率を一致させ、目の疲れや疲労を避けるためにコリメーションを維持する必要があります[44]。これらの双眼鏡は、ほとんどの場合、高倍率設定よりも低倍率設定の方がはるかに優れた性能を発揮します。これは、倍率を上げると前部対物レンズが拡大して より多くの光を取り込むことができないため、視界が暗くなるため、当然のことです。 7倍では、50mmの対物レンズの 射出瞳径は7.14mmですが、21倍では同じ対物レンズの 射出瞳径はわずか2.38mmになります。また、ズーム双眼鏡の光学性能は、どの倍率においても、同じ倍率の固定倍率双眼鏡の光学性能よりも劣ります。
現代の双眼鏡のほとんどは、ヒンジ構造によって調整可能で、2 つの望遠鏡の半分の間の距離を調整して、異なる眼間距離または「瞳孔間距離(IPD)」（両眼の瞳孔の中心間の距離をミリメートルで測定）を持つ視聴者に対応できます。ほとんどは、成人の瞳孔間距離 (通常約 63 mm) に最適化されています。瞳孔間距離は、年齢、性別、人種によって異なります。双眼鏡業界は、IPD のばらつき (ほとんどの成人の IPD は 50 ～ 75 mm の範囲) とその極値を考慮に入れる必要があります。なぜなら、立体光学製品は、最小の IPD と最大の IPD を持つユーザーを含む、多くの可能性のあるユーザーに対応できる必要があるからです。[ 45 ] IPD が狭い子供や大人は、双眼鏡の鏡筒の IPD 調整範囲が各眼の瞳孔の中心間の幅に合わないという問題を経験し、一部の双眼鏡の使用が妨げられることがあります。[ 46 ] [ 47 ]平均的または広い IPD を持つ成人は一般的に眼間隔調整範囲の問題を経験しませんが、直径 60 mm を超える対物レンズを備えたストレートバレルルーフプリズム双眼鏡は、比較的狭い IPD を持つ成人に対して正しく調整することが寸法的に問題となる場合があります。[ 48 ]眼間開離や眼間狭離などの解剖学的状態はIPD に影響を与え、極端な IPD により双眼鏡などの立体光学製品の使用が実質的に損なわれる可能性があります。
双眼鏡の2つの望遠鏡は平行に（平行に）配置され、単一の円形で、見かけ上3次元の像を生成します。位置ずれは双眼鏡に二重像を生じさせます。わずかな位置ずれでも、脳が歪んだ像を統合しようとするため、漠然とした不快感や視覚疲労を引き起こします。[ 49 ]
アライメントは、プリズムを微調整したり、内部サポートセルを調整したり、外部セットスクリューを回したり、対物レンズセルに組み込まれた 偏心リングを介して対物レンズの位置を調整したりすることによって行われます。無条件アライメント（3軸コリメーション、つまり両方の光軸がさまざまな瞳孔間距離設定を選択するために使用されるヒンジの軸と平行に整列されている）双眼鏡には、特殊な機器が必要です。[ 9 ]無条件アライメントは通常、専門家によって行われますが、外部に取り付けられた調整機能は通常、エンドユーザーがアクセスできます。 条件付きアライメントでは、アライメントプロセスで第3軸（ヒンジ）が無視されます。このような条件付きアライメントは、2軸擬似コリメーションに帰着し、条件付きアライメントされた双眼鏡は瞳孔間距離設定の全範囲でコリメーションされていないため、瞳孔間距離設定の狭い範囲でのみ使用できます。
双眼鏡の中には、高倍率時の手ブレを軽減するために画像安定化技術を採用しているものがあります。これは、ジャイロスコープで機器の一部を動かす、ジャイロスコープや慣性検出器で駆動する動力機構を使用する、あるいは手ブレの影響を打ち消して減衰させるように設計されたマウントを使用する、といった方法で実現されます。安定化機能は、必要に応じてユーザーが有効または無効にすることができます。これらの技術により、最大20倍の双眼鏡を手持ちで使用できるようになり、低倍率の双眼鏡の画像安定性も大幅に向上します。ただし、いくつかの欠点もあります。三脚に取り付けた場合、画像が手ブレ補正機能のない最高級の双眼鏡ほど良くない場合があり、また、手ブレ補正機能付きの双眼鏡は、同等の仕様の手ブレ補正機能のない双眼鏡よりも高価で重くなる傾向があります。
双眼鏡のハウジングは、さまざまな構造材料で作ることができます。古い双眼鏡の鏡筒やヒンジブリッジは、真鍮で作られていることが多かった。後には、鋼鉄やアルミニウム合金やマグネシウム合金などの比較的軽い金属、さらに（繊維強化）ポリカーボネートやアクリロニトリルブタジエンスチレンなどのポリマーが使用されるようになりました。ハウジングは、滑りにくいグリップ面、不要な音の吸収、へこみ、擦り傷、衝撃、軽微な衝撃に対する追加のクッション/保護を提供するために、外側をゴムで覆うことができます。[ 50 ] [ 51 ]
双眼鏡には特殊な特性を持つ光学素子が 6 ～ 10 個[ 52 ]あり、大気とガラスの接触面が最大 20 面あるため、双眼鏡メーカーは技術的な理由や画像の改善のためにさまざまな種類の光学コーティングを使用しています。双眼鏡のレンズとプリズムの光学コーティングは、光透過率を高め、有害な反射や干渉効果を最小限に抑え、有益な反射を最適化し、水や油をはじき、レンズを傷から保護することができます。現代の光学コーティングは、酸化物、金属、希土類材料などの非常に薄い層の組み合わせで構成されています。光学コーティングの性能は、層の数、正確な厚さと組成の操作、および層間の屈折率の差に依存します。[ 53 ]これらのコーティングは光学分野の重要な技術となっており、メーカーは光学コーティングに独自の名称を付けていることがよくあります。 21世紀の高品質双眼鏡に使用されているさまざまなレンズおよびプリズム光学コーティングを合計すると、約200層（多くの場合重ね合わせ）のコーティング層になることがあります。[ 54 ]
反射防止干渉コーティングは、各光学面での反射による光の損失を低減します。反射防止コーティングによって反射を低減すると、双眼鏡内部の「失われた」光の量も減少し、そうでなければ画像がぼやけて見える（コントラストが低い）ことになります。優れた光学コーティングを施した双眼鏡は、アセンブリ全体の光透過率が優れているため、コーティングされていない双眼鏡よりも大きな対物レンズで明るい画像が得られる場合があります。ツァイスが使用した最初の透明干渉ベースのコーティングであるTransparentbelag（T）は、 1935年にオレクサンダー・スマクラによって発明されました。[ 55 ]古典的なレンズコーティング材料はフッ化マグネシウムで、反射光を約4%から1.5%に低減します。 16気圧から光学ガラス表面への通過では、理論的には反射損失が4%の場合、光透過率は52%（0.96 ÷ 16 = 0.520）となり、反射損失が1.5%の場合は、はるかに優れた78.5%（0.985 ÷ 16 = 0.785）となります。異なる屈折率を持つ複数の重ね合わせ層を使用することで、より広い波長範囲と角度範囲で反射をさらに低減できます。1970年代後半にツァイスが使用した反射防止マルチコーティングTransparentbelag*（T*）は、 6つの重ね合わせ層で構成されていました。一般に、外側のコーティング層はわずかに低い屈折率を持ち、層の厚さは可視スペクトルの波長範囲に合わせて調整され、界面から反射されたビームでは反射による最適な破壊的干渉、対応する透過ビームでは建設的干渉を促進します。特定の材料の選択に対して最適な層の厚さを決定する単純な公式はありません。したがって、これらのパラメータはシミュレーションプログラムを使用して決定されます。使用するレンズの光学特性と双眼鏡の主な用途に応じて、人間の目の視感効率関数の変動によって決まる光透過率を最適化するために、異なるコーティングが好まれます。555 nm（緑色）付近の波長で最大の光透過率を得ることは、明るい場所での観察において眼の錐体細胞を用いて最適な明所視を得るために重要です。498 nm（シアン）付近の波長で最大の光透過率を得ることは、眼の桿体細胞を用いて最適な暗所視を得るために重要です。 低照度条件下での観察のため。その結果、効果的な現代の反射防止レンズコーティングは複雑な多層構造で、反射率は0.25%以下となり、最大輝度と自然な色彩の画像が得られます。[ 56 ]これにより、21世紀の高品質双眼鏡は、低照度条件下で接眼レンズまたは接眼レンズで測定された90%を超える光透過率を実質的に達成できます。コーティングによっては、通常の昼光下で双眼鏡で見える画像の特性が「暖色」または「寒色」に見え、コントラストが高くなるか低くなるかが決まります。用途に応じて、コーティングは可視スペクトル全体で最大の色忠実度を実現するようにも最適化されており、たとえばバードウォッチング用に特別に設計されたレンズの場合がこれに該当します。[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] 一般的な適用技術は、蒸着を含む1つまたは複数の反射防止コーティング層を重ねた物理蒸着であり、複雑な製造プロセスとなっています。[ 60 ]
ルーフプリズムを備えた双眼鏡では、光路はルーフプリズムの稜線の両側で反射する2つの経路に分かれます。光の半分はルーフ面1からルーフ面2へ反射し、残りの半分はルーフ面2からルーフ面1へ反射します。ルーフ面がコーティングされていない場合、反射のメカニズムは全反射（TIR）です。TIRでは、入射面と同じ方向に偏光した光（p偏光）と入射面に直交する方向に偏光した光（s偏光）は異なる位相シフトを受けます。その結果、直線偏光はルーフプリズムから楕円偏光となって出てきます。さらに、プリズムを通過する2つの経路の楕円偏光の状態は異なります。2つの経路が網膜（または検出器）上で再結合すると、2つの経路からの光が干渉し、点像分布関数が歪み、画像が劣化します。解像度とコントラストが著しく低下します。これらの望ましくない干渉効果は、ルーフプリズムの屋根面に位相補正コーティングまたはPコーティングと呼ばれる特殊な誘電体コーティングを蒸着することで抑制できます。多色光に対してルーフプリズムを近似的に補正するには、各層が波長と入射角に特化しているため、複数の位相補正コーティング層が重ね合わされます。[ 61 ] Pコーティングは1988年にカールツァイスのアドルフ・ウェイラウフによって開発されました。[ 62 ] 他のメーカーもすぐにこれに追随し、それ以来、位相補正コーティングは中級および高級ルーフプリズム双眼鏡で広く使用されています。このコーティングはs偏光とp偏光の間の位相シフトの差を抑制するため、両方の経路が同じ偏光になり、干渉によって画像が劣化することはありません。[ 63 ]このように、1990年代以降、ルーフプリズム双眼鏡は、以前はポロプリズムでしか達成できなかった解像度値も達成しています。[ 64 ]位相補正コーティングの有無は、未開封の双眼鏡で2つの偏光フィルターを使用して確認できます。[ 62 ]誘電体位相補正プリズムコーティングは、真空チャンバー内で30種類以上の異なる蒸着コーティング層を重ねて塗布されるため、複雑な製造プロセスとなります。
シュミット・ペチャン型ルーフプリズム、アッベ・ケーニッヒ型ルーフプリズム、またはウッペンダール型ルーフプリズムを使用する双眼鏡は、位相差コーティングを施すことで、未処理のルーフプリズムで発生する干渉効果による解像度とコントラストの低下を補正できます。ポロプリズムおよびペルガープリズムを使用する双眼鏡は光線を分割しないため、位相差コーティングは不要です。
シュミット・ペチャン型またはウッペンダール型の屋根プリズムを備えた双眼鏡では、光がプリズムのガラスと空気の境界のいずれかに臨界角よりも小さい角度で入射するため、全反射が起こらないように、屋根プリズムの一部の面にミラーコーティングが施されています。ミラーコーティングがないと、その光の大部分が失われます。屋根プリズムには、アルミニウムミラーコーティング（反射率87%～93%）または銀ミラーコーティング（反射率95%～98%）が使用されます。[ 65 ] [ 66 ]
古い設計では銀のミラーコーティングが使用されていましたが、密閉されていない双眼鏡ではこれらのコーティングが酸化して時間の経過とともに反射率が低下しました。後の密閉されていない設計では、銀よりも反射率が低いにもかかわらず変色しないアルミニウムのミラーコーティングが使用されました。真空蒸着技術を使用した現代の設計では、アルミニウム、強化アルミニウム（アルミニウムに多層誘電体膜をオーバーコートしたもの）、または銀のいずれかが使用されます。[ 67 ]銀は、銀のミラーコーティングが変色しないように窒素またはアルゴンで不活性雰囲気を提供するように密閉され、充填された現代の高品質の設計で使用されます。[ 68 ]
ポロプリズム双眼鏡、ペルガープリズム双眼鏡、およびアッベ・ケーニッヒ屋根プリズム構成を使用する屋根プリズム双眼鏡は、鏡面コーティングを必要としません。これは、これらのプリズムが（金属製の）鏡面コーティングを必要とせず、プリズム内部での全反射によって100%の反射率で反射するためです。
シュミット・ペチャンおよびウッペンダール屋根プリズムでは、プリズム表面を誘電体ミラーとして機能させるために誘電体コーティングが使用されています。このコーティングは、2004 年にシュミット・ペチャンプリズムを搭載した Zeiss Victory FL 双眼鏡に初めて採用されました。他のメーカーもすぐにこれに追随し、それ以来、中級および高級のシュミット・ペチャンおよびウッペンダール屋根プリズム双眼鏡では、誘電体コーティングが広く使用されています。非金属誘電体反射コーティングは、プリズムの反射面に堆積された高屈折率材料と低屈折率材料の交互の多層構造から形成されます。誘電体ミラーの製造技術は、薄膜堆積法に基づいています。一般的な応用技術は物理蒸着法であり、70 層以上の異なる蒸着コーティング層を重ねて堆積する蒸着法が含まれるため、複雑な製造プロセスとなります。 [ 69 ]この多層コーティングは、分布ブラッグ反射器として機能することで、プリズム表面からの反射率を高めます。適切に設計された多層誘電体コーティングは、可視光スペクトル全体で99%を超える反射率を提供できます。[ 70 ]この反射率は、アルミニウムミラーコーティングまたは銀ミラーコーティングと比較して改善されています。
ポロプリズム双眼鏡、ペルガープリズム双眼鏡、およびアッベ・ケーニッヒ屋根プリズムを使用した屋根プリズム双眼鏡は、誘電体コーティングを必要としません。これは、これらのプリズムが（誘電体）ミラーコーティングを必要とせず、プリズム内部での全反射を利用して100%の反射率で反射するためです。
双眼鏡にコーティングが施されている場合、通常は以下の用語で示されます。
光学的に高い透過率を持つ クラウンガラスは、比較的低い屈折率（約1.52）と低い分散（アッベ数約60）を示し、双眼鏡では通常、次の用語で表されます。[ 72 ]
双眼鏡の一般的な付属品は以下のとおりです。
手持ち式の双眼鏡には、劇場で使用される小型の3 × 10ガリレオ式オペラグラスから、一般的な屋外使用向けの7～12倍の倍率と30～50mmの対物レンズ径を持つものまで、様々な種類がある。
コンパクト双眼鏡またはポケット双眼鏡は、日中の使用に適した小型軽量の双眼鏡です。ほとんどのコンパクト双眼鏡は、7倍から10倍の倍率と、比較的控えめな20mm から25mmの対物レンズ径を備え ており、射出瞳径が小さいため、暗所での視認性が制限されます。ルーフプリズム設計は、同等のポロプリズム設計よりも幅が狭くコンパクトになる傾向があります。そのため、コンパクト双眼鏡のほとんどはルーフプリズム設計です。コンパクト双眼鏡の望遠鏡チューブは、使用しないときに互いに密接に折りたたむことができ、双眼鏡の体積を大幅に削減できるため、持ち運びや保管が容易です。
多くの観光名所では、訪問者がアトラクションをより間近に見られるように、台座に取り付けられたコイン式の双眼鏡タワービューアーが設置されている。
データ収集において双眼鏡を用いる時代は技術の進歩によって過ぎ去ったものの、歴史的に見ると双眼鏡は地理学者やその他の地球科学者が用いる高度なツールであった。現在でも、広範囲を調査する際には双眼鏡は視覚的な補助として役立つ。
バードウォッチングは自然や動物を愛する人々の間で非常に人気のある趣味です。双眼鏡は彼らの最も基本的な道具です。なぜなら、ほとんどの人間の目は小さな鳥を十分に鑑賞したり研究したりするのに十分な詳細を識別できないからです。[ 74 ]飛んでいる鳥をよく見るためには、高速で動く物体を捉える能力と被写界深度が重要です。通常、8倍から10倍の倍率の双眼鏡が使用されますが、多くのメーカーはより広い視野と被写界深度の増加のために7倍の倍率のモデルを製造しています。バードウォッチング用双眼鏡のもう1つの主な考慮事項は、光を集める対物レンズのサイズです。より大きな（たとえば40～45mm）対物レンズは、暗い場所や葉の中を見るのに適していますが、30～35mmの対物レンズよりも双眼鏡が重くなります。双眼鏡を初めて手に取ったときには重さは主な考慮事項ではないように思えるかもしれませんが、バードウォッチングでは、同じ場所に立って双眼鏡を持ち続けることがよくあります。バードウォッチングコミュニティは、慎重な購入を推奨しています。[ 75 ]
ハンターは、遠くの獲物を観察する方法として、野外で双眼鏡をよく使用します。ハンターは、低照度条件下で獲物を見つけて観察できるように、40～45mmの対物レンズを備えた約8倍の倍率の双眼鏡を最もよく使用します。[ 76 ]ヨーロッパのメーカーは、長時間の持ち運びやストーキングなどの移動使用のためにかさばりすぎない、低照度性能に優れた7×42双眼鏡と、夕暮れや夜間のより静的な狩猟のために光学的に最適化された、はるかに大きくかさばる8×56および9×63低照度双眼鏡を製造および製造しています。薄暮時の観察に最適化された狩猟用双眼鏡には、460～540 nm付近の波長範囲で光透過率を最大化するコーティングが好まれます。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 48 ] [ 80 ]
双眼鏡の中には、視野上に距離測定用のレチクル（目盛り）が重ねて表示されているものがあります。この目盛りにより、対象物の高さが分かっている（または推定できる）場合、対象物までの距離を推定できます。一般的な船乗り用の7×50双眼鏡には、目盛り間の角度が5ミルに等しい目盛りが付いています。[ 81 ] 1ミルは、1000メートル離れた高さ1メートルの物体の上下の角度に相当します。
したがって、高さが既知の物体までの距離を推定するための式は次のとおりです。
どこ：
一般的な5ミルスケール（各目盛りが5ミル）では、高さが120メートルで3目盛りの高さの灯台は、8000メートル離れていることになる。
双眼鏡は軍事用途において長い歴史を持つ。ガリレオ式双眼鏡は19世紀末まで広く用いられ、その後ポロプリズム式双眼鏡に取って代わられた。軍用双眼鏡は一般的に、民生用双眼鏡よりも頑丈に作られている。脆弱な中央焦点機構を避け、独立した焦点機構を採用することで、より簡単かつ効果的な耐候性を実現している。軍用双眼鏡のプリズムには、濡れても反射特性が損なわれないよう、二重のアルミ蒸着コーティングが施されている場合もある。
その派生型の一つに「塹壕用双眼鏡」と呼ばれるものがあり、双眼鏡と潜望鏡を組み合わせたもので、砲撃観測によく用いられた。これは胸壁からわずか数インチしか突き出さないため、観察者の頭部は塹壕内に安全に収まる。
軍用双眼鏡は、測定および照準装置としても使用でき、フィルターや（照明付き）レティクルを備えている場合もある。[ 83 ] [ 84 ]
冷戦時代の軍用双眼鏡には、能動的な赤外線放射を検出する受動センサーが搭載されている場合があったが、現代の双眼鏡には通常、兵器として使用されるレーザービームを遮断するフィルターが搭載されている。さらに、軍事用に設計された双眼鏡には、距離推定を容易にするために、接眼レンズの1つにスタジアメトリックレチクルが含まれている場合がある。 [ 85 ] 軍事用に設計された現代の双眼鏡には、レーザー距離計、コンパス、および測定値を他の周辺機器に送信するためのデータ交換インターフェースも搭載されている。[ 86 ]
非常に大型の双眼式海軍測距儀（2つの対物レンズ間の距離が最大15メートル、重量10トン、第二次世界大戦時の25km離れた海軍砲の目標を測距するために 使用されていた）が使用されたが、20世紀後半のレーダーおよびレーザー測距技術の登場により、この用途はほとんど不要となった。
海上での過酷な環境条件下での民間および軍事用途向けに特別に設計された双眼鏡があります。手持ちモデルは5倍から8倍の倍率ですが、非常に大きなプリズムセットと、十分なアイレリーフを提供するように設計された接眼レンズが組み合わされています。この光学的な組み合わせにより、船の動きによって双眼鏡が観察者の目に対してピッチングや振動しても、画像のケラレや暗転を防ぎます。[ 87 ]
船舶用双眼鏡には、船舶やボートでの航行を補助する機能が1つ以上備わっていることが多い。
携帯型船舶用双眼鏡の一般的な特徴は次のとおりです。[ 88 ]
船乗りは、光学系の低照度性能が十分であることが重要だと考えることが多く、そのため、7.14mmという大きな 射出瞳径を持つ7×50ハンドヘルド式船舶用双眼鏡が数多く販売されている。これは、外部光のない状況下で暗順応した若い人間の目の平均瞳孔径に相当する。
民間船舶や軍用船舶では、大型の対物レンズを備えた高倍率の双眼鏡を固定式マウントに取り付けて使用することもできる。
双眼鏡はアマチュア天文家の間で広く使われています。広い視野を持つため、彗星や超新星の探索（大型双眼鏡）や一般的な観測（携帯型双眼鏡）に役立ちます。天体観測に特化した双眼鏡は、対物レンズの口径が大きく（70mm または 80mm程度）、対物レンズの直径が大きいほど取り込む光の総量が増え、観測できる最も暗い星の直径が決まります。天体観測専用に設計された双眼鏡（多くの場合80mm 以上）は、光透過率を最大化するためにプリズムなしで設計されている場合もあります。このような双眼鏡は通常、倍率を変えるための交換可能な接眼レンズを備えています。高倍率で重量のある双眼鏡は、通常、像を安定させるために何らかのマウントが必要です。一般的に、手持ち双眼鏡での観測における実用的な限界は10倍と考えられています。15×70を超える双眼鏡は、安定して快適に観測するために何らかのサポートが必要です。[ 89 ]アマチュア望遠鏡製作者 によって、はるかに大きな双眼鏡が作られており、基本的には2つの屈折式または反射式の天体望遠鏡が使用されています。
低照度環境や天体観測において特に重要なのは、倍率と対物レンズ径の比率です。倍率が低いほど視野が広くなり、天の川や星雲、銀河などの大きな星雲状天体（深宇宙天体と呼ばれる）の観測に役立ちます。これらの機器の大きな射出瞳径（7×50の場合、通常7.14 mm）[対物レンズ径（mm）/倍率]は、瞳孔が十分に開かない人にとっては、集光された光の一部が利用できないという結果をもたらします。例えば、50歳以上の人の瞳孔は5 mm以上に開くことはめったにありません。また、大きな射出瞳径は背景の空からの光も多く集めるため、コントラストが低下し、光害がほとんどない遠隔地を除いて、かすかな天体の検出が難しくなります。メシエカタログに記載されている星団、星雲、銀河など、8等級以上の明るい天体の多くは、バードウォッチング、狩猟、スポーツ観戦などで多くの家庭にある35～40mmの双眼鏡で容易に見ることができます。より小さな星団、星雲、銀河を観測するには、双眼鏡の倍率が視認性にとって重要な要素となります。なぜなら、これらの天体は一般的な双眼鏡の倍率では非常に小さく見えるからです。[ 90 ]
ペルセウス座の明るい二重星団（NGC 869とNGC 884 ）や、ヘルクレス座のM13のような球状星団など、散開星団は容易に見つけることができます。星雲の中では、いて座のM17やはくちょう座の北アメリカ星雲（NGC 7000 ）も容易に観測できます。双眼鏡を使えば、はくちょう座のアルビレオのような、より大きく分裂した連星もいくつか見ることができます。
人間の目にはほとんど見えない、あるいは全く見えない太陽系の天体の多くは、中型の双眼鏡で十分に観測可能であり、月面の大きなクレーター、暗い外惑星である天王星と海王星、内側の「小惑星」であるケレス、ベスタ、パラス、土星最大の衛星タイタン、木星のガリレオ衛星などが含まれる。天王星とベスタは、汚染のない空では肉眼でも見えるが、容易に観測するには双眼鏡が必要である。10×50の双眼鏡は、空の状態や観測者の経験によって、見かけの等級が+9.5から+11に制限される。 [ 91 ]インテラムニア、ダビダ、エウロパ、そして例外的な条件でない限りヒュギエアのような小惑星は、一般的に販売されている双眼鏡では暗すぎて見えない。同様に、ガリレオ衛星とタイタンを除く惑星の衛星、そして準惑星の冥王星とエリスも、ほとんどの双眼鏡では暗すぎて見ることができません。双眼鏡で見るのが難しい対象としては、金星の満ち欠けや土星の環などがあります。土星の環をはっきりと識別できるのは、20倍以上の高倍率双眼鏡だけです。光学性能と観測条件が十分に良ければ、高倍率双眼鏡で木星の円盤に1つか2つの雲の帯が見えることもあります。
双眼鏡は、人工の宇宙物体を観察する際にも役立ちます。例えば、空を通過する人工衛星を観測することができます。
双眼鏡を製造している企業は、過去にも現在にも数多く存在する。例えば以下のような企業が挙げられる。
