专利名称：实像取景器光学系统的制作方法
下列在先申请的公开内容在此引为参考1999年11月18日提交的日本专利申请No.11-328781；2000年10月19日提交的日本专利申请No.2000-319435。
本发明涉及一种用于摄影机、数字照相机等的实像取景器光学系统。
实像取景器光学系统包括一个具有总的正屈光力的物镜系统，一个用于观察由物镜系统形成的实像并具有正屈光力的目镜系统，和一个用于正置物镜系统形成的倒置像的图像反相器光学系统。在一种用于摄影机等的袖珍型实像取景器中，通常采用反射型图像反相器光学系统。
在反射型图像反相器光学系统中，有通过单个或多个具有不止四个反射面的波罗(Porro)棱镜反转图像的Porro型和通过屋脊棱镜反转图像的屋脊型以及具有屋脊反射面的类型。
在垂直于入射到取景器光学系统的入射光光轴的平面中或在垂直于被每个反射面反射的反射光光轴的平面中彼此正交的坐标被分别称作垂直方向和水平方向。只平行于入射到取景器光学系统中的入射光光轴的方向被称作厚度方向。相对于入射到取景器光学系统中的入射光光轴水平的方向被称作宽度方向。
在Porro型中，当反射型图像反相器光学系统用于将水平方向的图像反相时易于在水平方向变大，并且当用于对垂直方向的图像反相时易于在垂直方向变大。因此，根据Porro型的光学系统易于变大，因此不适于用于小型化。
在屋脊型中，屋脊型反射元件的屋脊棱线在垂直于入射光光轴的平面上或在垂直于被每个反射面反射的反射光光轴的平面上的投影方向被定义为水平方向。垂直于水平方向的方向被定义为垂直方向。在这种情况下，因为在包括屋脊棱线的屋脊平面上进行垂直方向上的图像反向，所以光学元件在垂直方向中的尺度与Porro型的相比可以较小。因此，屋脊型比Porro型更利于小型化。
已知有利用五角棱镜的光学元件和利用两个三角或梯形棱镜的光学元件通过利用屋脊型光学元件在水平方向上执行图像反向。以下把前者称为利用五角屋脊棱镜的反射型图像反相器光学系统，后者称为利用三角屋脊棱镜的反射型图像反相器光学系统。
至于利用五角屋脊棱镜的反射型图像反相器光学系统，在日本专利申请特开平4-63313和8-304880中提出了光学系统。在日本专利申请特开平4-63313中提出的光学系统中，入射到屋脊反射镜的光的光轴与屋脊棱线形成大约45°角。因此，屋脊反射镜在宽度方向反射入射光，使其与出射光的光轴形成大约90°角。出射光入射到五角棱镜，并经过在五角棱镜中的两次反射到达目镜。在日本专利申请特开平8-304880中提出的光学系统中，入射到屋脊棱镜的光的光轴与屋脊棱线形成不止45°的角。因此，屋脊棱镜在宽度方向上反射入射光，使其与出射光的光轴形成小于90°的角。出射光入射到五角棱镜，并经过在五角棱镜中的两次反射到达目镜。
另一方面，至于利用三角屋脊棱镜的反射型图像反相器光学系统，日本专利申请特开平8-179400等中提出了光学系统。在日本专利申请特开平8-179400中提出的光学系统中，入射到屋脊棱镜的光的光轴与屋脊棱线形成小于45°的角。因此，屋脊棱镜在宽度方向上反射入射光，使其与出射光的光轴形成大于90°的角。出射光入射到第一三角棱镜，经过第一三角棱镜中的两次反射后入射到第二三角棱镜，并到达目镜。
但是，在日本专利申请特开平4-63313中公开的光学系统中，因为屋脊反射镜在宽度方向上反射入射光，使其与出射光的光轴形成大约90°角，所以把五角棱镜设置在屋脊反射镜的右侧。因此，目镜位于五角棱镜的出瞳侧，以致于难以减小包含图像反相器光学系统的整个实像取景器光学系统在厚度方向上的尺寸。
而且，在日本专利申请特开平8-304880提出的光学系统中，因为屋脊棱镜在宽度方向上反射入射光，使其与出射光的光轴形成小于90°的角，所以把五角棱镜设置在相对于屋脊棱镜的物侧。因此，目镜在厚度方向上的位置可以与屋脊棱镜的相同，以致于能够减小包含图像反相器光学系统的整个实像取景器光学系统在厚度方向上的尺寸。但是，在目镜的物侧，五角棱镜凸向物侧，以致于难以减小目镜物侧在厚度方向上的尺寸。
另外，在日本专利申请特开平8-179400提出的光学系统中，因为屋脊棱镜在宽度方向上反射入射光，使其与出射光的光轴形成大于90°的角，所以第一和第二三角棱镜位于相对于屋脊棱镜的出瞳侧。因此，把目镜设置在第二三角棱镜的出瞳侧，以致于难以减小包含图像反相器光学系统的整个实像取景器光学系统在厚度方向上的尺寸。
在考虑到上述问题的情况下产生了本发明，本发明的目的在于提供一种具有高度的光学特性和袖珍性的实像取景器光学系统，包括图像反相器光学系统的整个光学系统的尺寸在厚度方向上较小，并且目镜系统物侧的尺寸在厚度方向上也较小。
为了解决上述问题，本发明提供了一种实像取景器光学系统，从物侧起该系统依次包括具有总的正屈光力的物镜系统，用于观察物镜系统所成的实像并具有正屈光力的目镜系统，以及正立观察图像的图像反相器光学系统，该系统设置在位于物镜系统最靠近物侧的透镜的出瞳侧，且位于最靠近目镜系统出瞳侧的透镜的物侧，其中图像反相器光学系统从物侧起沿取景器光学系统的光轴依次包括反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件；具有第一反射面和第二反射面的第一棱镜，其中第一反射面把来自屋脊反射元件的出射光反射到物侧，第二反射面把来自第一反射面的出射光反射到出瞳侧；具有大致平行于第一反射面的第三透射面的第二棱镜，其特征在于第一棱镜包括第一透射面和第二透射面，第一透射面与来自屋脊反射元件的出射光光轴近似垂直地相交，第二透射面在第一反射面的相同表面透射来自第二反射面的出射光，其特征还在于第二棱镜包括第四透射面，该透射面与来自第二棱镜的出射光光轴近似垂直地相交，并且满足下列条件式(1)45°≤θ＜50°(1)此处θ表示入射到屋脊反射元件的入射光轴和屋脊反射元件的屋脊棱线之间的夹角(单位度)。
第一棱镜的折射率和散射度(dispersion)最好与第二棱镜的相同。
在此情形下，最好满足下列条件式(2)S1/S4＜1(2)此处S1表示第一透射面在垂直于入射到第一棱镜的入射光光轴并包括第一透射面与光轴交点的平面上的投影面积，S4表示第四透射面在垂直于第二棱镜出射光光轴并包括第四透射面与光轴交点的平面上的投影面积。
根据本发明的另一方面，实像取景器光学系统从物侧起依次包括具有总的正屈光力的物镜系统，用于观察物镜系统所成的实像并具有正屈光力的目镜系统，和正立观察图像的图像反相器光学系统，该系统设置在位于物镜系统最靠近物侧的透镜的出瞳侧，且位于目镜系统最靠近出瞳侧的透镜的物侧，其中图像反相器光学系统从物侧起沿取景器光学系统的光轴依次包括反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件；具有第一反射面和第二反射面的第一棱镜，其中第一反射面把来自屋脊反射元件的出射光反射到物侧，第二反射面把来自第一反射面的出射光反射到出瞳侧；以及具有基本上平行于第一反射面的第三透射面的第二棱镜，其中入射到屋脊反射元件的入射光与屋脊棱线形成弯曲关系，其特征在于第一棱镜包括第一透射面和第二透射面，第一透射面与来自屋脊反射元件的出射光光轴近似垂直地相交，第二透射面在与第一反射面的相同表面透射来自第二反射面的出射光，其特征还在于第二棱镜包括第四透射面，该透射面与来自第二棱镜的出射光光轴近似垂直地相交，并且满足下列条件式(3)40°＜φ≤45°(3)此处φ表示垂直于入射到屋脊反射元件的入射光光轴的平面和屋脊反射元件的屋脊棱线之间的夹角(单位度)。
第一棱镜的折射率和散射度最好与第二棱镜的相同。
在此情形下，最好满足下列条件式(4)S1/S4＜1 (4)此处S1表示第一透射面在垂直于入射到第一棱镜的入射光光轴并包括第一透射面与光轴交点的平面上的投影面积，S4表示第四透射面在垂直于第二棱镜出射光光轴并包括第四透射面与光轴交点的平面上的投影面积。
下面结合
本发明的实施例。附图中图1(a)～(d)是根据本发明第一实例的实像取景器光学系统的概况图；图2(a)～(d)是根据本发明第二实例的实像取景器光学系统的概况图；图3(a)～(d)是根据本发明第三实例的实像取景器光学系统的概况图。
下面描述根据本发明一个实例的实像取景器光学系统。在下面的描述中，只平行于入射到取景器光学系统的入射光光轴25的方向定义为厚度方向，投影到垂直于入射光光轴25的平面上或垂直于由每个反射面反射的反射光光轴的平面上的屋脊反射元件的屋脊棱线的方向定义为水平方向，而垂直于水平方向的方向定义为垂直方向。
在图1(a)、2(a)和3(a)中，在垂直于每个光轴的平面中和在图平面中的方向或在平行于图平面的方向是水平方向，垂直于图平面的方向是垂直方向。在图平面中，厚度方向是入射到取景器光学系统中的入射光光轴方向，宽度方向是垂直于厚度方向的方向。
实像取景器光学系统包括从物侧起依次为具有总的正屈光力的物镜系统10，和用于观察物镜系统所成实像的目镜系统。在此结构中，观察图像变成相对于垂直和水平方向倒立的图像，以致于通常包含一个图像反相器光学系统以用于把倒立的图像正立过来。
而且，最好图像反相器光学系统设置在位于物镜系统10最靠近物侧的透镜的出瞳侧以及位于目镜系统40最靠近出瞳侧的透镜的物侧。当把图像反相器光学系统设置在位于最靠近物镜系统10物侧的透镜的物侧时，把物镜系统设置在宽度方向，使实像取景器光学系统在宽度方向上的总尺度变大。其结果是不能把它做的很小。因此，不能实现本发明的目的。
另一方面，当把图像反相器光学系统设置在位于目镜系统40最靠近出瞳侧的透镜的物侧时，把目镜系统40设置在宽度方向，以致于实像取景器光学系统在宽度方向上的总尺度变大。其结果是不能把它做的很小。因此，不能实现本发明的目的。
顺便说一下，本发明中出瞳是指目镜系统的出瞳，它位于视点处。
接下来参照图1(a)和1(b)对图像反相器光学系统的结构和效果进行描述。
图像反相器光学系统包括从物侧起沿取景器光学系统的光轴依次为，反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件20；具有第一反射面31b和第二反射面31c的第一棱镜31，其中第一反射面31b把来自屋脊反射元件20的出射光反射到物侧，第二反射面31c把来自第一反射面31b的出射光反射到出瞳侧；第二棱镜32，它具有一个近似平行于第一反射面31b的第三透射面32a。
把屋脊反射元件20设置成屋脊棱线21a在垂直于入射光光轴25的平面上的投影或在垂直于每个反射面的反射光光轴(26等)的平面上的投影在水平方向，并且通过使屋脊棱线21a位于其间的屋脊平面21b和21c在垂直方向上执行图像倒相。在图1(a)所示的结构中，虽然屋脊反射元件20由一个具有组成屋脊表面的反射镜的屋脊反射镜21构成，但本发明并不局限于这一实例，也可以由利用后表面全反射的棱镜构成。另一方面，通过具有第一反射面31b和第二反射面31c的第一棱镜31执行在水平方向上的图像倒相。因此，通过这四个反射面的作用执行图像倒相。
第一棱镜31包括第一透射面31a和第二透射面31d，其中第一透射面31a与来自屋脊反射元件20的出射光光轴26近似垂直地相交，第二透射面31d在第一透射面31b相同的表面上透射第二反射面31c的出射光。通过使第一反射面31b与第二透射面31d在同一平面，该平面可以执行两个功能，即相对于有效光通量的反射和透射，从而可以把实像取景器光学系统做得很小。
此处，因为从第一棱镜31出射的光从不与出射光光轴垂直的第二透射面31d射出，所以第一棱镜31中的光路在水平方向上不同。为了校正光路的差异，第二棱镜32包括与第一棱镜31的第二透射面31d近似平行的第三透射面32a和与第二棱镜32的出射光近似垂直的第四透射面32b。可以通过上述结构构成能观察正立像的实像取景器光学系统。
接下来描述本发明的条件式。
本发明最好满足下列条件式(1)45°≤θ＜50°(1)此处θ表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25和屋脊反射元件20的屋脊棱线21a之间的夹角(单位度)。
条件式(1)确定了θ角的适当范围，以便使包括图像反相器光学系统的实像取景器光学系统在厚度方向上的总尺寸很小，还使得目镜41的物侧在厚度方向上的尺寸较小。
当设置入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25和屋脊反射元件20的屋脊棱线21a之间的夹角θ时，必须根据反射定律设置入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25和出射光26之间的夹角Ψ(单位度)。此关系由下列方程(5)表示Ψ=180°-2θ (5)当θ落在条件式(1)的下限以下时，换言之，当Ψ超过90°时，从屋脊反射元件20出射的光26相对于屋脊反射元件20远离物体。因此，第一棱镜31和第二棱镜32相对于屋脊反射元件20的出瞳侧设置，使目镜41设置在第二棱镜32的出瞳侧。其结果是实现取景器光学系统整体上在厚度方向上变大，以致于不能实现本发明的目的。
另一方面，当θ超过条件式(1)的上限时，换言之，当Ψ落在80°以下时，从屋脊反射元件20出射的光26相对于屋脊反射元件20接近物体。因为入射到第一棱镜31的光与第一反射面31b之间的夹角变小，所以第一反射面31b的面积变得过大才能维持有效光通量。其结果是第一棱镜31在投射到第一反射面31b的入射光方向上变大，以致于不能实现本发明提供袖珍取景器光学系统的目的。另外，根据第一反射面31b在宽度方向上的相对扩展，第二反射面31c相对于屋脊反射元件20更多地位于物侧。结果是取景器光学系统在目镜41物侧的厚度方向上的尺寸变大，以致于不能实现本发明的目的。
另外，在本发明中，最好满足下列条件式(2)S1/S4＜1(2)此处S1表示第一透射面31a在垂直于入射光光轴并包括第一透射面31a与光轴交点的平面上的投影面积，S4表示第四透射面32b在垂直于第二棱镜32出射光光轴并包括第四透射面32b与光轴交点的平面上的投影面积。
条件式(2)用于实现实像取景器光学系统整体小型化，并用于提供几乎没有重影的光学系统。在图1(a)中，虚线表示的有效光通量33在第一和第二棱镜中穿行并反射。从图中明显看出，在第一透射面31a中有效光通量33的尺寸小于第四透射面32b中有效光通量33的尺寸。这是用于通过在观察周围图像时增长眼镜和目镜之间的距离而提高光学系统的质量。
当S1/S4的比例值超过条件式(2)的上限时，换言之，当S1大于S4时，发生第四透射面32b的投影面积S4大于或小于有效光通量的情形。在前一种情况下，第一透射面31a的投影面积S1相对于有效光通量变大。因此，第一棱镜31本身的尺寸无意义地变大，以致于不能实现袖珍化的目的。另一方面，在后一种情况下，第一棱镜31可以做得尺度适中。但是，因为第四透射面32b的投影面积S4变得小于有效光通量，所以穿过最外围区域的光射到第二棱镜32的外壁上，以致于由棱镜内表面反射产生重影。结果是，这些重影的产生减弱取景器光学系统的成像质量，以致于不能实现得到高质量光学系统的目的。因此，在两种情形中，不能实现本发明的目的。
另外，为了获得高质量的取景器光学系统，第一棱镜31的折射率和散射度最好与第二棱镜32的相同。
如上所述，第二棱镜32校正第一棱镜31中水平方向的光程差。当第一棱镜31的折射率与第二棱镜32的折射率不能近似相等时，第一棱镜31水平方向的光程差与第二棱镜32的不同，以致于不能消除这些差异。因此，从第一透射面31a到第四透射面32b的光程在水平方向上不同，以致于在视场的左侧和右侧产生屈光度差。其结果是不能提供高质量的取景器光学系统。
另外，当第一棱镜31的散射度不与第二棱镜32的散射度近似相等时，每个波长在第一棱镜31水平方向的光程差与第二棱镜32的不同，以致于这些差不能消除。因此，每个波长在从第一透射面31a到第四透射面32b的光程不同，以致于每个波长在视场左右侧的屈光度差产生颜色模糊。其结果是不能提供高质量的取景器光学系统。
下面再从另一种视点来解释本发明的实像取景器光学系统。顺便说一下，在此使用的坐标系定义成与前述实像取景器光学系统中的坐标系相同。而且，如上所述，实像取景器光学系统的结构与图像反相器光学系统的相同。
下面参照图3(a)和3(b)解释图像反相器光学系统的结构和功能。
图示图像反相器光学系统包括，从物侧起沿取景器光学系统的光轴依次为，反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件20；具有第一反射面31b和第二反射面31c的第一棱镜31，其中第一反射面31b把从屋脊反射元件20出射的光反射到物侧，第二反射面31c把第一反射面31b出射的光反射到出瞳侧；具有近似平行于第一反射面31b的第三透射面32a的第二棱镜32。
在水平方向有屋脊棱线22a的屋脊反射元件20通过有屋脊棱线22a夹置其间的屋脊表面22b和22c在垂直方向执行图像反相。在图3(a)所示的结构中，虽然屋脊反射元件20由一个具有用于后表面全反射的屋脊面的棱镜构成，即屋脊棱镜22构成，但本发明不局限于该实例，也可以由屋脊反射镜构成。另一方面，在水平方向的图像反相通过具有第一反射面31b和第二反射率31c的第一棱镜31执行。因此，通过这四个反射面的作用执行图像反相。
入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊棱线22a形成弯曲的关系。另一方面，如果入射光光轴25与屋脊棱线22a相交，则观察取景器光学系统时近似穿过视场中心的光、即实质上的光轴与尾脊棱线22a相交。在观察取景器光学系统时，观察图像中心部分的光学特性在心理上影响取景器光学系统形成的图像的整个外观。因此使观察图像高度的中心部分的光学特性与整个取景器光学系统高度的光学特性相同。但是，如果不能充分精确地制作屋脊棱镜22的屋脊棱线22a，则观察图像的中心部分将模糊，以致于不能提供高质量的取景器光学系统。因此，通过使入射光光轴25相对于屋脊棱线22a弯曲，可以不考虑屋脊棱线22a制作精度对观察图像的中心部分的影响，以致于可以提供高质量的取景器光学系统。
第一棱镜31包括一个第一透射面31a和第二透射面31d，其中第一透射面31a与来自屋脊反射元件20的出射光光轴26近似垂直地相交，第二透射面31d在第一透射面31b相同的表面上透射第二反射面31c的出射光。通过使第一反射面31b与第二透射面31d在同一平面，该平面执行两个功能，即相对于有效光通量的反射和透射，以致于可以把实像取景器光学系统做的很小。但是，因为第一棱镜31的出射光从不与出射光光轴垂直的第二透射面31d射出，所以第一棱镜31中的光程在水平方向上不同。
第二棱镜32包括与第一棱镜31的第二透射面31d近似平行的第三透射面32a和与第二棱镜32的出射光近似垂直的第四透射面32b。可以通过设置第二棱镜32校正水平方向上的光程差。
通过采用上述结构，可以实现能够观察高质量的正立像而不受屋脊棱线22a精确度影响的实像取景器光学系统。
接下来解释本发明的条件式。
在本发明中，满足下列条件式(3)40°＜φ≤45°(3)此处φ表示垂直于入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25的平面和屋脊反射元件20的屋脊棱线22a之间的夹角(单位度)。
条件式(3)确定了垂直于入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25的平面(例如图3中的22d)和屋脊反射元件20的屋脊棱线22a之间夹角的适当范围，以便减小包括图像反相器光学系统的实像取景器光学系统在厚度方向上的尺度和取景器光学系统到目镜41的物侧在厚度方向上的尺度。
当设置垂直于入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25的平面和屋脊反射元件20的屋脊棱线22a之间的夹角φ时，必须根据几何关系和反射定律设置Ψ角(单位度)。此处的Ψ角(单位度)是一个表示处于彼此弯曲关系的光轴25和26在平行于光轴25和26的平面(称作投影平面)上的投影夹角。例如，如图3(a)所示。角φ和角Ψ的关系由下列方程(6)表示Ψ=2φ (6)当φ值超过条件式(3)的上限时，换言之，当Ψ超过90°时，从屋脊反射元件20出射的光26相对于屋脊反射元件20远离物体。因此，第一棱镜31和第二棱镜32相对于屋脊反射元件20的出瞳侧设置，并且目镜41还位于第二棱镜32的出瞳侧。其结果是实像取景器光学系统整体上在厚度方向上变大，以致于不能实现本发明的目的。
另一方面，当φ值落在条件式(3)的下限以下时，换言之，当Ψ小于80°时，从屋脊反射元件20出射的光26相对于屋脊反射元件20接近物侧。然而因为入射到第一棱镜31的光与第一反射面31b的夹角变小，所以要维持有效光尺寸，第一反射面31b在投影到第一反射面31b的入射光的方向上面积就变得过大。因此，第一棱镜31的尺寸在宽度方向上变大。而且，根据第一反射面31b在宽度方向上的扩展，第二反射面31c相对于屋脊反射元件20更多地位于物侧。结果是目镜系统物侧在厚度方向上的尺寸变大，以致于不能实现本发明的目的。
另外，在本发明中，最好满足下列条件式(4)S1/S4＜1 (4)条件式(4)确定用于提供一个小型化的并具有较少重影的实像取景器光学系统的面积比的适当范围。在图3(a)中，有效光通量33加到第一和第二棱镜上。从图中明确看出，在第一透射面31a的有效光通量33的尺寸小于在第四透射面32b的。这是为了通过在观察周围图像时增长眼睛和目镜之间的距离而提高光学系统的质量。
当S1/S4的比例值超过条件式(4)的上限时，换言之，当S1大于S4时，可以预见到下列两种情形。即第四透射面32b的投影面积S4大于或小于有效光通量。在前一种情况下，第一透射面31a的投影面积S1相对于有效光通量变大，以致于第一棱镜31无意义地变大，并且导致不能实现袖珍化的目的。在后一种情况下，第一棱镜可以做得尺度适中。但是，第四透射面32b的投影面积S4变得小于有效光通量，所以穿过外围区域的光射到第二棱镜的侧壁上，以致于由棱镜内表面反射产生重影。这些重影减弱取景器光学系统的成像质量，以致于不能得到高质量的光学性能。因此，在两种情形中，不能实现本发明的目的。
另外，为了获得高质量的取景器光学系统，第一棱镜31的折射率和散射度最好与第二棱镜32的相同。
如上所述，第二棱镜32校正第一棱镜31中水平方向的光程差。如果第一棱镜31的折射率与第二棱镜32的折射率不能近似相等，第一棱镜31中产生的水平方向的光程差与第二棱镜32的不同。因此，从第一透射面31a到第四透射面32b的光程在水平方向上不同，以致于在视场的左侧和右侧产生屈光度差。其结果是不能提供高质量的取景器光学系统。
另外，当第一棱镜31的散射度不与第二棱镜32的近似相等时，每个波长在第一棱镜31水平方向的光程差与第二棱镜32的不同，以致于这些差不能消除。因此，每个波长在从第一透射面31a到第四透射面32b在水平方向的光程不同，以致于每个波长在视场左右侧的屈光度差产生颜色模糊。其结果是不能提供高质量的取景器光学系统。
下面解释本发明的各个实例。
<第一实例>
图1(a)～(d)是根据本发明第一实例的实像取景器光学系统的概况图。图1(a)是第一实例从垂直方向观察时的顶面视图。图1(b)是从目镜侧观察时第一实例从包含屋脊反射元件20的出射光光轴26的垂直平面截取的截面图。图1(c)是表示第一透射面31a在垂直于光轴的、并包含第一透射面和光轴交点的平面上的投影面积S1的图。图1(d)是表示第四透射面32b在垂直于第四透射面32b出射光光轴的、并包含第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影面积S4的图。
顺便说一下，在图1(a)中，包括在垂直于每个光轴的平面中，并包括图平面或平行于图平面的方向是水平方向，垂直于图平面的方向是垂直方向。另外，在图1(c)和(d)中，包括在图平面中的用箭头x表示的方向是水平方向，用箭头y表示的方向是垂直方向。该定义同样适用于图2和图3。
实像取景器光学系统包括从物侧起依次为，具有正屈光力的成实像的物镜系统10以及用于观察实像并具有正屈光力的目镜系统40。物镜系统10包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为第一透镜11，第二透镜12，第三透镜13，屋脊反射镜21及第四透镜14，该系统在视场板15的附近形成物体的实像。目镜系统40包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为视场板15，第一棱镜31，第二棱镜32和目镜41，该系统能够观察由物镜系统10形成的实像。
图像反相器光学系统由屋脊反射元件20组成，而屋脊反射元件20包括屋脊反射镜21和目镜侧棱镜系统30，目镜侧棱镜系统30包括第一棱镜31和第二棱镜32，图像反相器光学系统设置在位于物镜系统10的最靠近物侧的第一透镜11的出瞳侧，且位于目镜系统40最靠近出瞳侧的目镜41的物侧。
屋脊反射镜21设置成其屋脊棱线21a在垂直于入射光光轴25的平面上或在垂直于被每个反射面反射的光的光轴26的平面上的投影处于水平方向，并且通过屋脊棱镜21a置于其间的屋脊面21b和21c执行在垂直方向的图像倒相。另一方面，通过第一棱镜31的第一反射面31b和第二反射面31c执行水平方向上的图像倒相。
另外，第一棱镜31有一个基本上与屋脊反射镜21的出射光光轴26垂直相交的第一透射面31a和透过第二反射面31c的出射光与第一反射面31b处于同一平面的第二透射面31d。
第二棱镜32具有一个基本上平行于第一棱镜31的第二透射面31d的第三透射面32a和基本上与第二棱镜32的出射光光轴垂直相交的第四透射面32b。
在此结构中，发自物体的光透过第一棱镜11、第二棱镜12和第三棱镜13，并且入射到屋脊反射镜21，由屋脊反射面21b和21c反射。之后，该光透过第四透镜14后在视场板15的附近形成物体的一次实像。然后，光入射到第一棱镜31的第一透射面31a并被第一反射面31b和第二反射面31c反射，并从第二透射面31d出射。然后，透过第二棱镜32的第三透射面32a和第四透射面32b后就用目镜41观察到正像。
另外，用于第一棱镜31和第二棱镜32的材料是同一种。因此，第一棱镜31的折射率和散射度与第二棱镜32的相同。
实例的各种值列于表1。在表1中，θ(单位度)表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊棱线21a之间的夹角，Ψ(单位度)表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊反射元件20的出射光光轴26之间的夹角。此外，x1表示第一透射面31a在垂直于光轴26并包括第一透射面31a和光轴的交点的平面上的水平投影尺寸，y1表示垂直尺寸，S1表示面积。同样，x4、y4、S4分别表示第四透射面32b在垂直于第二棱镜32的出射光光轴并包括第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影的水平尺寸、垂直尺寸和面积。顺便说一下，因为第一透射面31a和第四透射面32b都是平面，所以它们的面积分别与S1和S4重合。另外，x1、y1、x4、y4的单位都是毫米(mm)，面积如S1和S4的单位都是平方毫米(mm2)，并且同样适用于下列实例。
表1θ=47.5°Ψ=85°x1=9y1=8S1=x1×y1=72x4=9.6y4=8S4=x4×y4=76.8
S1/S4=72/76.8=0.9375通过利用上述实例的结构，包括图像反相器光学系统的实像取景器光学系统在厚度方向的尺寸明显较小，并且目镜系统的物侧在厚度方向的尺寸也较小。
<第二实例>
图2(a)～(d)是根据本发明第二实例的实像取景器光学系统的概况图。图2(a)是从垂直方向观察的第二实例的顶面图。图2(b)是从目镜系统侧观察时第二实例从包含屋脊反射元件20的出射光光轴26的垂直平面截取的截面图。图2(c)表示第一透射面31a在垂直于光轴的、并包含第一透射面和光轴交点的平面上的投影面积S1。图2(d)表示第四透射面32b在垂直于第四透射面32b透射光光轴的、并包含第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影面积S4。
根据第二实例的实像取景器光学系统包括从物侧起依次为，具有正屈光力的成实像的物镜系统10及用于观察实像并具有正屈光力的目镜系统40。物镜系统10包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为，第一透镜11，第二透镜12，第三透镜13及屋脊反射棱镜22，该系统在视场板15的附近形成物体的实像。目镜系统40包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为，视场板15，第一棱镜31，第二棱镜32和目镜41，该系统能够观察由物镜系统10形成的实像。
图像反相器光学系统由屋脊反射元件20组成，而屋脊反射元件20包括屋脊反射棱镜22和目镜侧棱镜系统30，目镜侧棱镜系统30包括第一棱镜31和第二棱镜32，该图像反相器光学系统设置在位于物镜系统10的最靠近物侧的第一透镜11的出瞳侧，且位于目镜系统40最靠近出瞳侧的目镜41的物侧。
屋脊反射棱镜22设置成其屋脊棱线22a在垂直于入射光光轴25的平面上或在垂直于被每个反射面反射的光的光轴26的平面上的投影处于水平方向，并且通过有屋脊棱镜22a置于其间的屋脊面21b和21c执行在垂直方向的图像倒相。另一方面，通过第一棱镜31的第一反射面31b和第二反射面31c执行水平方向上的图像倒相。
另外，第一棱镜31有一个基本上与屋脊反射棱镜22的出射光光轴26垂直相交的第一透射面31a和透过第二反射面31c的出射光并与第一反射面31b处于同一平面的第二透射面31d。
第二棱镜32具有一个基本上平行于第一棱镜31的第二透射面31d的第三透射面32a和基本上与第二棱镜32的出射光光轴垂直相交的第四透射面32b。
在此结构中，发自物体的光透过第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13，并且入射到屋脊反射棱镜22，在屋脊反射面22b和22c上反射。然后该光在视场板15的附近形成物体的一次实像。然后，光束入射到第一棱镜31的第一透射面31a并被第一反射面31b和第二反射面31c反射，并从第二透射面31d出射。然后，透过第二棱镜32的第三透射面32a和第四透射面32b后就用目镜41观察到正像。
另外，第一棱镜31和第二棱镜32所用的材料是同一种。因此，第一棱镜31的折射率和散射度与第二棱镜32的相同。
第二实例的各种值列于表2。在表2中，θ(单位度)表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊棱线22a之间的夹角，Ψ(单位度)表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊反射元件20的出射光光轴26之间的夹角。另外，x1、y1、S1分别表示第一透射面31a在垂直于光轴26并包括第一透射面31a和光轴的交点的平面上的投影的水平尺寸、垂直尺寸、面积。同样，x4、y4、S4分别表示第四透射面32b在垂直于第二棱镜32的出射光光轴并包括第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影的水平尺寸、垂直尺寸和面积。顺便说一下，因为第四透射面32b是平面，所以它的面积与S4重合。
表2θ=45°Ψ=90°x1=9y1=9S1=x1×y1=81x4=12y4=9S4=x4×y4=108S1/S4=81/108=0.75通过利用上述实例的结构，包括图像反相器光学系统的实像取景器光学系统在厚度方向的尺寸明显较小，并且目镜系统的物侧在厚度方向的尺寸也较小。
<第三实例>
图3(a)～(d)是根据本发明第三实例的实像取景器光学系统的概况图。图3(a)是从垂直方向观察的第三实例的顶面图。图3(b)是从目镜系统侧观察时第三实例从包含屋脊反射元件20的出射光光轴26的垂直平面截取的截面图。图3(c)表示第一透射面31a在垂直于光轴的、并包含第一透射面和光轴交点的平面上的投影面积S1。图3(d)表示第四透射面32b在垂直于第四透射面32b出射光光轴的、并包含第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影面积S4。
根据第三实例的实像取景器光学系统包括从物侧起依次为，具有正屈光力的成实像的物镜系统10及用于观察实像并具有正屈光力的目镜系统40。物镜系统10包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为，第一透镜11，第二透镜12，第三透镜13和屋脊反射棱镜22，该系统在第一棱镜31的第一透射棉31a附近形成物体的实像。目镜系统40包括，从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次为，第一棱镜31，第二棱镜32和目镜41，该系统能够观察由物镜系统10形成的实像。
图像反相器光学系统由屋脊反射元件20组成，而屋脊反射元件20包括屋脊反射棱镜22和目镜侧棱镜系统30，目镜侧棱镜系统30包括第一棱镜31和第二棱镜32，该图像反相器光学系统设置在位于物镜系统10的最靠近物侧的第一透镜11的出瞳侧，且位于目镜系统40最靠近出瞳侧的目镜41的物侧。
屋脊反射棱镜22设置成其屋脊棱线22a在垂直于入射光光轴25的平面上或在垂直于被每个反射面反射的光的光轴26的平面上的投影处于水平方向，并且通过屋脊棱线22a置于其间的屋脊面21b和21c执行在垂直方向的图像倒相。另一方面，通过第一棱镜31的第一反射面31b和第二反射面31c执行水平方向上的图像倒相。
另外，入射到屋脊反射棱镜22的入射光光轴25与屋脊棱线22a呈弯曲关系。
而且，第一棱镜31有一个基本上与屋脊反射棱镜22的出射光光轴26垂直相交的第一透射面31a和透过第二反射面31c的出射光并与第一反射面31b处于同一平面的第二透射面31d。
第二棱镜32具有一个基本上平行于第一棱镜31的第二透射面31d的第三透射面32a和基本上与第二棱镜32的出射光光轴垂直相交的第四透射面32b。
在此结构中，发自物体的光透过第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13，并且入射到屋脊反射棱镜22，由屋脊反射面22b和22c反射。然后该光在第一棱镜31的第一透射面31a的附近形成物体的实像。然后，光束入射到第一棱镜31的第一透射面31a并被第一反射面31b和第二反射面31c反射，并从第二透射面31d射出。然后，透过第二棱镜32的第三透射面32a和第四透射面32b后就用目镜41观察到正像。
另外，第一棱镜31和第二棱镜32所用的材料是同一种。因此，第一棱镜31的折射率和散射度与第二棱镜32的相同。
实例的各种值列于表3。在表3中，φ(单位度)表示垂直于入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25的平面22d与屋脊棱线22a之间的夹角，Ψ(单位度)表示入射到屋脊反射元件20的入射光光轴25与屋脊反射元件20的出射光光轴26之间的夹角。另外，x1、y1、S1分别表示第一透射面31a在垂直于光轴26并包括第一透射面31a和光轴的交点的平面上的投影水平尺寸、垂直尺寸、面积。同样，x4、y4、S4分别表示第四透射面32b在垂直于第二棱镜32的出射光光轴并包括第四透射面32b和光轴交点的平面上的投影的水平尺寸、垂直尺寸和面积。
表3θ=45°Ψ=90°x1=9y1=6S1=x1×y1=54x4=12y4=9
S4=x4×y4=108S1/S4=54/108=0.5通过利用上述实例的结构，包括图像反相器光学系统的实像取景器光学系统在厚度方向的尺寸明显较小，并且目镜系统的物侧在厚度方向的尺寸也较小。
所以，根据本发明的实像取景器光学系统包括图像反向器光学系统的整个光学系统在厚度方向上整体尺寸较小，且图像反向器光学系统在目镜系统的物侧厚度方向上尺寸较小。因此，可以提供具有高的光学性能和小型的实像取景器光学系统。
虽然以上描述且图示了本发明的几个优选实施例，但应理解本领域的技术人员在不背离本发明实质和范围的前提可以对这些实施例做各种改变，本发明的范围由权利要求及其等同替换确定。
权利要求
1．一种实像取景器光学系统，从物侧起该系统依次包括具有总的正屈光力的物镜系统；用于观察物镜系统所成的实像并具有正屈光力的目镜系统；和正立观察图像的图像反相器光学系统，该系统设置在位于物镜系统最靠近物侧的透镜的出瞳侧，并位于目镜系统最靠近出瞳侧的透镜的物侧；其中图像反相器光学系统从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次包括反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件，具有第一反射面和第二反射面的第一棱镜，其中第一反射面把来自屋脊反射元件的出射光反射到物侧，第二反射面把来自第一反射面的出射光反射到出瞳侧，和具有近似平行于第一反射面的第三透射面的第二棱镜，其中第一棱镜包括第一透射面，它与来自屋脊反射元件的出射光光轴近似垂直地相交，和第二透射面，它与第一反射面处于同一表面，透射来自第二反射面的出射光，其中的第二棱镜包括第四透射面，该透射面与来自第二棱镜的出射光光轴近似垂直地相交，以及满足下列条件式(1)45°≤θ＜50°(1)此处θ表示入射到屋脊反射元件的入射光光轴和屋脊反射元件的屋脊棱线之间的夹角，其单位为度。
2．如权利要求1所述的实像取景器光学系统，其特征在于第一棱镜的折射率和散射度与第二棱镜的近似相同。
3．如权利要求1所述的实像取景器光学系统，其特征在于满足下列条件式(2)S1/S4＜1(2)此处S1表示第一透射面在垂直于入射到第一棱镜的入射光光轴并包括第一透射面与光轴交点的平面上的投影面积，S4表示第四透射面在垂直于第二棱镜出射光光轴并包括第四透射面与光轴交点的平面上的投影面积。
4．如权利要求3所述的实像取景器光学系统，其特征在于第一棱镜的折射率和散射度与第二棱镜的近似相同。
5．一种实像取景器光学系统，从物侧起依次包括具有总的正屈光力的物镜系统；用于观察物镜系统所成的实像并具有正屈光力的目镜系统；和正立观察图像的图像反相器光学系统，该系统设置在位于物镜系统最靠近物侧的透镜的出瞳侧，旦位于目镜系统最靠近出瞳侧的透镜的物侧；其中图像反相器光学系统从物侧起沿实像取景器光学系统的光轴依次包括反射来自物侧的入射光的屋脊反射元件，具有第一反射面和第二反射面的第一棱镜，其中第一反射面把来自屋脊反射元件的出射光反射到物侧，第二反射面把来自第一反射面的出射光反射到出瞳侧，和具有基本上平行于第一反射面的第三透射面的第二棱镜，其中入射到屋脊反射元件的入射光光轴与屋脊棱线形成弯曲关系，其中的第一棱镜包括第一透射面，它与来自屋脊反射元件的出射光光轴近似垂直地相交，和第二透射面，它与第一反射面处于同一表面，透射来自第二反射面的出射光，其中的第二棱镜包括第四透射面，该透射面与来自第二棱镜的出射光光轴近似垂直地相交，且满足下列条件式(3)40°＜φ≤45°(3)此处φ表示垂直于入射到屋脊反射元件的入射光光轴的平面和屋脊反射元件的屋脊棱线之间的夹角，其单位为度。
6．如权利要求5所述的实像取景器光学系统，其特征在于第一棱镜的折射率和散射度与第二棱镜的近似相同。
7．如权利要求5所述的实像取景器光学系统，其特征在于满足下列条件式(4)S1/S4＜1 (4)此处S1表示第一透射面在垂直于入射到第一棱镜的入射光光轴并包括第一透射面与光轴交点的平面上的投影面积，S4表示第四透射面在垂直于第二棱镜出射光光轴并包括第四透射面与光轴交点的平面上的投影面积。
8．如权利要求7所述的实像取景器光学系统，其特征在于第一棱镜的折射率和散射度与第二棱镜的近似相同。
全文摘要
本发明提供小型且有高质量光学特性的实像取景器光学系统,包括图像反相器光学系统的该系统在厚度方向上的整体尺寸小,在目镜系统物侧厚度方向上的尺寸也小。该系统包括:具有总的正屈光力的物镜系统;用于观察物镜系统所成实像并具有正屈光力的目镜系统,和正立观察图像的图像反相器光学系统,后一系统设置在位于物镜系统最靠近物镜侧的透镜的出瞳侧,且位于目镜系统最靠近出瞳侧的透镜的物侧。本发明系统满足一些条件式。
文档编号G02B23/14GK1297164SQ00132420
公开日2001年5月30日 申请日期2000年11月17日 优先权日1999年11月18日
发明者小滨昭彦 申请人:株式会社尼康