專利名稱：開普勒式放大率可變?nèi)【捌鞯闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及普通照相機、攝像機和TV攝像機等中使用的取景器光學系統(tǒng)，特別涉及開普勒式放大率可變?nèi)【捌鳌?br> 由正光焦度的物鏡和正光焦度的目鏡構成的開普勒式取景器通過在物鏡的焦點附近配置視場框和十字線，能夠清楚地觀察視場、視場的分割和各種顯示，所以，它特別被用來作為高級透鏡光閘攝像機的取景器。另外，由于該開普勒式取景器的入射孔位于取景器的內(nèi)部或取景器的物體側(cè)，所以，即使在作為連續(xù)地改變?nèi)【捌鞯姆糯舐实乃^變焦距取景器、或謀求取景器的廣角化時，也具有物鏡的直徑無巨大變化的優(yōu)點，特別廣泛地使用變焦距取景器。
特別是，作為物鏡的結(jié)構，使用具有從物體側(cè)開始依次為呈負光焦度的第一透鏡組、呈正光焦度的第二透鏡組、呈負光焦度的第三透鏡組的開普勒式光學系統(tǒng)的取景器，已知有特開平3-233420和特開平6-242377等。
近年來，存在著透鏡光閘攝像機的變焦距比變大的傾向，與此同時，取景器的變焦距比變大。因此，要求變焦距比大且小型的取景器?？墒?，特開平3-233420等中的設計是各透鏡組由一個透鏡構成，不僅小型且能良好地修正各像差，其變焦距比最多為2倍左右，難以有足夠大的變焦距比。另外，在具有大于2倍的變焦距比的特開平6-242377中，各組不是由一個透鏡構成，特別是上述第二透鏡組由多個透鏡構成，成本上升將不可避免。
本發(fā)明就是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種開普勒式放大率可變?nèi)【捌鳎哂写笥?倍的變焦距比，結(jié)構簡單，良好地修正了各個像差，并且成本低。
因而，本發(fā)明的開普勒式放大率可變?nèi)【捌骶哂形镧R系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng)，上述物鏡系統(tǒng)從物體側(cè)開始依次具有含有負的單透鏡L1的第一透鏡組、含有正的單透鏡L2的第二透鏡組、含有負的單透鏡L3的第三透鏡組，整體具有正光焦度，上述目鏡系統(tǒng)整體具有正光焦度，用于觀察由上述物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的像，在放大率從低放大率端向高放大率端改變時，上述第一透鏡組固定，上述第二透鏡組和第三透鏡組間的空氣間隔擴大，使第二透鏡組和第三透鏡組一起向物體側(cè)移動，這樣來實現(xiàn)上述目的。
這樣，在本發(fā)明的取景器中，物鏡系統(tǒng)的第一透鏡組固定，擴大第二透鏡組和第三透鏡組間的空氣間隔，使第二透鏡組和第三透鏡組一起向物體側(cè)移動，改變焦距，形成變焦距物鏡單元。
在變焦距比大于2倍的取景器中，一般在放大率可變組中使用多個透鏡，能得到良好的像差。然而，多個結(jié)構使結(jié)構變得復雜和大型化，是所不希望的。另外，如果收縮比不到2倍，即使在用單透鏡構成主放大率可變組時，也能得到良好的球面像差和慧形像差。
因此，在具有大于2倍的收縮比的負正負開普勒式取景器中，由單透鏡構成各組，能得到良好的各種像差，因此放大率從低放大率端向高放大率端變化時，第二透鏡組和第三透鏡組的空氣間隔D23增大。這是因為在放在率從低放大率端向高放大率端改變時，在空氣間隔D23減少時，高放大率端中的第二透鏡組和第三透鏡組的合成放大率β23約為1倍左右，與此不同，在空氣間隔D23較大時，合成放大率β23能夠確保大于2倍。就是說，由于第二透鏡組之后的放大率大，所以，可能增大第一透鏡組的放大率，適用于小型化，為得到所需要的變焦距比，能夠減少第二透鏡組的移動量。
例如，如果第三透鏡組這樣形成，即向物體側(cè)移動，達到中間放大率，而在中間放大率以后，向出射點一側(cè)移動，達到高放大率端，在達到中間放大率之前，第三透鏡組的放大率增加，但在達到中間放大率之后，第三透鏡組的放大率變小。就是說，需要大的變焦距比時，起縮小的作用。此時，為確保所需要的變焦距比，需要增大第二透鏡組的移動量，變得大型化了。為使移動量減少，在增大第二透鏡組的放大率時，各種像差的變化最好不變大。
因此，在本發(fā)明中，為了總是增加第三透鏡組的放大率，設D12W表示第一透鏡組與第二透鏡組的低放大率端的頂點間隔、D23W表示第二透鏡組與第三透鏡組的低放大率端的頂點間隔、D12T表示第一透鏡組與第二透鏡組的高放大率端的頂點間隔、D23T表示第二透鏡組與第三透鏡組的高放大率端的頂點間隔時，最好滿足如下的條件式
1.5＜(D12W+D23W)/(D12T+D23T)＜3.0(1)超過條件式(1)的下限時，高放大率中的第三透鏡組的放大率比中間放大率小，所以，如上所述，不能增大第二透鏡組的移動量，整體長度變長，與小型化抵觸。相反，超過條件式(1)的上限時，在低放大率端，主光線通過第一透鏡組的位置離開光軸，第一透鏡組的直徑增大，不能避免大型化。
另外，在本發(fā)明中，在高放大率端，為使第二透鏡組和第三透鏡組的空氣間隔D23增加，設f2為第二透鏡組的焦距、f3為第三透鏡組的焦距時，最好滿足條件式2.3＜|f3/f2|＜3 (2)超過條件式(2)的上限時，空氣間隔D23在高放大率端向減少的方向移動，所以，第二透鏡組和第三透鏡組的合成放大率β23在高放大率端減少?？墒?，由于主放大率改變組的第二透鏡組的放大率變大，所以，各種像差的變化變大，難以得到良好的像差。相反，超過條件式(2)的下限時，主放大率改變組的第二透鏡組的放大率變小，所以，第二透鏡組的移動量不得不變大，與小型化抵觸。
另外，此時由單透鏡L2構成第二透鏡組，為了良好地修正高放大率端的球面像差和低放大率端的慧形像差，最好使第二透鏡組的正的單透鏡L2的至少某個透鏡面呈非球面狀。
另外，在本發(fā)明中，物鏡系統(tǒng)最好在第三透鏡組的出射點側(cè)具有呈正光焦度的第四透鏡組。利用該結(jié)構，第三透鏡組和第四透鏡組合成，同時具有作為改變第一透鏡組和第二透鏡組形成的變焦距物鏡單元的焦距的所謂焦距轉(zhuǎn)換鏡頭的功能、修正變焦距物鏡單元不能校正的像差(特別是畸變像差)的功能、以及作為將取景器的入射光束引導到適當?shù)某錾潼c位置上的向場透鏡的功能。
此時，為了實現(xiàn)包括第四透鏡組的整個系統(tǒng)的小型化，在β2347表示第二透鏡組，第三透鏡組及第四透鏡組在高放大率端的合成放大率時，最好滿足條件式-2.2＜β234T＜-1.2 (3)超過條件式(3)的上限時，在低放大率端，為得到大的視場角，不得不減少第一透鏡組的焦距，難以修正高放大率端的球面像差。相反地，如果超過條件式(3)的下限的話，高放大率端的放大率小，所以，為得到大的取景器放大率，不得不增大第一透鏡組的焦距，整體長度變大。
在本發(fā)明的這種結(jié)構中，為了實際上構成取景器，當然取景器像必須正立。作為正立化的方法，已知有使用中繼透鏡的方法和使用反射裝置的方法。其中，使用中繼透鏡的方法難以兼顧取景器整本的小型化和像差修正兩個方面，一般說來，不可避免地會增加光學系統(tǒng)的構件數(shù)。因此，在希望取景器的小型化的本發(fā)明的情況下，最好采用反射裝置的方法。
因此，在本發(fā)明中，物鏡系統(tǒng)最好包括在第三透鏡組的出射點側(cè)具有正光焦度的第四透鏡組，在第三透鏡組和第四透鏡組的空氣間隔處具有反射裝置，目鏡系統(tǒng)最好包括反射來自物鏡系統(tǒng)的光線的反射裝置及物體側(cè)透鏡面為非球面的正透鏡這兩者中的至少一個。
首先，關于物鏡系統(tǒng)內(nèi)配置的反射裝置，要在第三透鏡組和第四透鏡組中具有上述焦距轉(zhuǎn)換鏡頭的功能，最好將第三透鏡組和第四透鏡組隔開寬的空氣間隔，使第三透鏡組和第四透鏡組的合成放大率大于一倍，因此，反射裝置能夠合適地配置。并且，通過在物鏡系統(tǒng)中進行反射，能夠縮短整體長度。
另外，在比物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的像更靠近出射點側(cè)(即目鏡系統(tǒng)內(nèi))配置以后的三個反射面。從物鏡系統(tǒng)的像到目鏡系統(tǒng)的正透鏡L5之間之所以有三次反射面，就是為了使從像到目鏡系統(tǒng)的正透鏡L5的光路長度變短，目鏡系統(tǒng)的正透鏡L5的光焦度能夠變大，放大鏡的放大率能夠變大。因此，能夠得到成本比較低、清晰而放大率高的小型取景器。另外，在目鏡系統(tǒng)中，為了得到對稱的慧形像差，最好目鏡系統(tǒng)的正透鏡L5的一面為非球面。


圖1是表示實施例1的結(jié)構的展開圖；圖2是實施例1的最低放大率狀態(tài)下的像差圖；圖3是實施例1的中間放大率狀態(tài)下的像差圖；圖4是實施例1的最高放大率狀態(tài)下的像差圖；圖5是表示實施例2的結(jié)構、省略了反射面的展開圖；圖6是實施例2的最低放大率狀態(tài)下的像差圖；圖7是實施例2的中間放大率狀態(tài)下的像差圖8是實施例2的最高放大率狀態(tài)下的像差圖；圖9是表示實施例3的結(jié)構、省略了反射面的展開圖；圖10是實施例3的最低放大率狀態(tài)下的像差圖；圖11是實施例3的中間放大率狀態(tài)下的像差圖；圖12是實施例3的最高放大率狀態(tài)下的像差圖；圖13是表示實施例3的結(jié)構，省略了反射面的展開圖；圖14是實施例4的最低放大率狀態(tài)下的像差圖；圖15是實施例4的中間放大率狀態(tài)下的像差圖；圖16是實施例4的最高放大率狀態(tài)下的像差圖；下面，說明本發(fā)明的實施例。圖1、圖5、圖9、圖13分別是表示本發(fā)明的實施例1～4的最低放大率狀態(tài)，中間放大率狀態(tài)及最高放大率狀態(tài)的透鏡結(jié)構的展開圖。作為實施例的開普勒式放大率可變?nèi)【捌?，物鏡系統(tǒng)作為整體具有正光焦度，從物體側(cè)依次包括第一～第四透鏡組。由具有負光焦度的透鏡L1構成第一透鏡組，由具有正光焦度的透鏡L2構成第二透鏡組，由具有負光焦度的透鏡L3構成第三透鏡組，由具有正光焦度的透鏡L4構成第四透鏡組。在第三透鏡組的負透鏡L3和第四透鏡組的正透鏡L4的空氣間隔中，配置作為第一反射面H1的反射鏡，在物鏡系統(tǒng)的像面附近，配置有視場框顯示等中使用的平行玻璃片A。
在比物鏡系的像更靠近出射點EP側(cè)，配置有第二、第三、第四反射面H2、H3及H4，其中，由反射鏡構成第二反射面H2，由棱鏡P構成第三和第四反射面H3和H4。在棱鏡P的出射點EP側(cè)，配置物體側(cè)透鏡面為非球面的目鏡L5。各個正透鏡L2、L4、L5和棱鏡P由丙烯樹脂構成，各個負透鏡L1、L3由聚碳酸鹽樹脂構成。
各實施例的取景器通過固定第一透鏡組、擴大第二透鏡組和第三透鏡組之間的空氣間隔，使第二透鏡組和第三透鏡組一起向物體側(cè)移動，進行從低放大率端向高放大率端改變放大率。
下面的表1～表4中分別示出了實施例1～4的各個要素。各表的“整體要素”中，m表示放大率，x表示能見度，2ω表示視場角，EP表示視距(アイレリ-フ)(最后透鏡面到出射點EP的距離)，2H′表示孔徑。另外，在“透鏡各要素”中，第一欄“編號”表示以物體側(cè)開始的各透鏡面的編號，第二欄r表示各透鏡面的曲率半徑，第三欄α表示各透鏡面的間隔，第4欄v表示各透鏡的阿貝數(shù)，第5欄n表示各透鏡對d線(λ＝587.6nm)的折射率，第6欄表示各透鏡的編號。
第一欄中*表示非球面，對非球面透鏡面來說，r表示頂點曲率半徑。非球面的形狀是用下式表示的形狀。x(y)=y2/r1+1-K·y2/r2+ΣCn×|yn|]]>式中，y為距光軸的高度，x為從切平面到非球面沿光軸方向的距離，r為頂點曲率半徑，k為圓錐系數(shù)，Cn為n次非球面系數(shù)。
在“非球面數(shù)據(jù)”中示出了圓錐系數(shù)k和非球面系數(shù)Cn?！胺乔蛎嫦禂?shù)”中未表示的非球面系數(shù)Cn全為0。
另外，在下表5中，示出了各實施例與上述各條件式(1)～(3)相關連的各個值。
圖2、圖3及圖4中示出了實施例1的最低放大率狀態(tài)、中間放大率狀態(tài)及最高放大率狀態(tài)下的球面像差、像散像差、畸變像差、橫向像差及放大率色像差。同樣，圖6-8、圖10-12及圖14-16中分別示出了實施例2、3及4的各個像差圖。在各像差圖中，H表示入射高度，ω表示半視場角。另外，在像散像差中，實線表示弧矢像面，虛線表示子午線像面。
從各像差圖可知，各實施例都具有所要求的透鏡結(jié)構，通過滿足各條件式，具有優(yōu)良的成像性能。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則能獲得具有大的放大率改變比且像差良好的、小型的負正負結(jié)構的開普勒式取景器。
表1[體體參數(shù)]m＝0.450～1.125 X＝-1.00D2ω＝56.5°～20.8° EP＝15.0 2H′＝4.0[透鏡參數(shù)]Nordν n1-15.57881.000030.241.585180 L12*15.1272(D1)3*8.9329 2.600057.571.491080 L24*-7.6236(D2)5 48.47871.000030.241.585180 L36 9.8203(D3)7*11.86612.700057.571.491080 L48 -28.8226 3.69419 ∞ 1.000058.801.522160 A10∞ 8.390011∞ 15.2400 33.591.571100 P12∞ 1.000013* 20.3196 3.0000 57.571.491080L514 -20.3618 15.000015 出射點[非球面數(shù)據(jù)]No＝2κ＝-2.8735 C2＝0 C4＝-1.48300×10-4C6＝2.73550×10-5C8＝-1.55920×10-6C10＝2.86620×10-8No＝3κ＝-2.6547 C2＝0 C4＝4.05220×10-4C6＝5.37000×10-5C8＝1.28690×10-7C10＝-6.12470×10-8C12＝-0.12190×10-7C14＝-0.81511×10-9C16＝0.51698×10-11No＝4κ＝0.6589 C2＝0 C4＝-1.33460×10-4C6＝-6.42370×10-5C8＝3.72580×10-6C10＝-3.99010×10-7No＝7κ＝-2.5000 C2＝0No＝13 κ＝-3.3287 C2＝0[可變間隔]放大率 0.450 0.636 1.125D111.984317.889532.38530D20.91953 1.505495.28746D314.3649717.87379 19.59600020表2[全體參數(shù)]m＝0.455～1.137 X＝-1.00D2ω＝55.1°～21.0° EP＝15.0 2H′＝4.0[透鏡參數(shù)]No r d ν n1-26.9599 1.0000 30.241.585180 L12*11.2349 (D1)3* 7.9065 2.9000 57.571.491080 L24-11.1076 (D2)5 14.4166 1.0000 30.241.585180 L36 6.9057 (D3)7*13.8863 3.0000 57.571.491080 L48-29.2272 3.83999∞ 1.0000 58.801.522160 A10∞ 8.390011∞ 15.2400 33.591.571100 P12∞ 1.000013*20.3196 3.0000 57.571.491080 L514-20.361815.000015 出射點[非球面數(shù)據(jù)]No＝2κ＝-0.2397 C2＝0 C4＝-3.15870×10-6C6＝-1.16350×10-5C8＝1.71080×10-6C10＝-5.18390×10-8No＝3κ＝-1.2752 C2＝0 C4＝-6.08760×10-5C6＝1.61720×10-6C8＝-5.08850×10-7C10＝6.49250×10-9C12＝0.20560×10-9C14＝0.75033×10-10C16＝-0.12207×10-10No＝7κ＝-2.5000 C2＝0No＝13 κ＝-3.3287 C2＝0[可變間隔]放大率0.4550.7191.137D115.682039.632734.68338D20.40601 1.302874.69696D316.4759921.62843 23.183690021表3[全體參數(shù)]m＝0.450～1.350X＝-1.00D2ω＝57.6°～17.5°EP＝15.0 2H′＝4.0[透鏡參數(shù)]d ν n1-16.33441.0000 30.24 1.585180 L12*15.2434(D1)3* 8.99533.4000 57.57 1.491080 L24*-8.3508(D2)5678.54651.0000 30.24 1.585180 L36*13.5492(D3)7*11.62823.3000 57.57 1.491080 L48-48.73851.40699 ∞ 1.0000 58.80 1.522160 A10 ∞ 8.390011 ∞ 15.2400 33.59 1.571100 P12 ∞ 1.000013* 20.31963.0000 57.57 1.491080 L514 -20.3618 15.000015出射點[非球面數(shù)據(jù)]No＝2κ＝0.4865C2＝0 C4＝6.29090×10-6C6＝5.44060×10-7C8＝1.26030×10-7C10＝-6.40290×10-9No＝3κ＝-2.0127C2＝0C4＝-7.64130×10-5C6＝-2.52810×10-5C8＝3.59710×10-7C10＝1.06520×10-8C12＝-0.34876×10-8C14＝-0.27628×10-9C16＝0.10165×10-10No＝4κ＝-3.0000C2＝0C4＝-7.42100×10-4C6＝-1.11410×10-5C8＝9.50190×10-7C10＝-9.08130×10-8No＝6κ＝9.5522 C2＝0C4＝-3.43740×10-4C6＝-1.21120×10-5C8＝1.29170×10-6C10＝-1.23400×10-7No＝7κ＝-2.5000C2＝0No＝13 κ＝-3.3287C2＝0[可變間隔]放大率 0.450 0.779 1.350D115.023758.071252.54996D21.036051.663675.92033D315.98090 22.30579 23.5700022表4[全體參數(shù)]m＝0.355～0.888X＝-1.00D2ω＝66.4°～26.7°EP＝15.0 2H′＝4.0[透鏡參數(shù)]t d νn140.91991.0000 30.24 1.585180L12*6.7935(D1)3*8.40892.9000 57.57 1.491080L24* -11.4801(D2)515.10641.0000 30.24 1.585180L36*7.5339 (D3)7* 13.8519 3.0000 57.57 1.491080L48 -23.8545 4.82329 ∞1.0000 58.80 1.522160A10 ∞8.390011 ∞ 15.2400 33.59 1.571100P12 ∞1.000013* 20.3196 3.0000 57.57 1.491080L514 -20.361815.000015出射點[非球面數(shù)據(jù)]No＝2κ＝0.6376 C2＝0 C4＝-3.00350×10-6C6＝1.16010×10-5C8＝-7.39010×10-7C10＝1.45850×10-8No＝3κ＝-0.9362 C2＝0 C4＝3.01460×10-5C6＝-1.81910×10-5C8＝-1.39020×10-7C10＝4.84820×10-8C12＝-0.65461×10-8C14＝-0.87973×10-9C16＝0.88788×10-10No＝4κ＝0.3652 C2＝0 C4＝-1.06030×10-4C6＝-2.39470×10-5C8＝1.41230×10-7C10＝-1.09140×10-7No＝6κ＝2.0080 C2＝0No＝7κ＝-2.5000 C2＝0No＝13 κ＝-3.3287 C2＝0[可變間隔]放大率 0.355 0.562 0.888D118.32615 11.90344 6.44245D21.000861.03713 3.67788D311.07766 17.4640920.28430023表5實施例編號 1234(1)(D12w+D23W)/(D12T+D23T) 1.6821.7151.896 1.910D12W11.984 15.682 15.02418.326D23W0.9200.4061.036 1.001D12T2.3854.6832.550 6.442D23T5.2874.6975.920 3.678(2)|f3/f2| 2.4062.4062.508 2.601f28.8339.9039.42710.382f3-21.248 -23.822 -23.639 -27.000(3)β234T-1.833 -1.788 -2.140-1.33權利要求
1.一種開普勒式放大率可變?nèi)【捌?，它具有物鏡系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng)，上述物鏡系統(tǒng)從物體側(cè)開始依次具有包括負的單透鏡L1的第一透鏡組、包括正的單透鏡L2的第二透鏡組、包括負的單透鏡L3的第三透鏡組，整體具有正光焦度，上述目鏡系統(tǒng)整體具有正光焦度，用于觀察由所述物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的像，該取景器的特征在于在從低放大率端向高放大率端改變放大率時，所述第一透鏡組固定，增大所述第二透鏡組和第三透鏡組間的空氣間隔，同時使第三透鏡組和第三透鏡組一起向物體一側(cè)移動。
2.根據(jù)權利要求1記載的開普勒式放大率可變?nèi)【捌?，其特征在于，滿足以下條件式1.5＜(D12W+D23W)/(D12T+D23T)＜3.0(1)其中，D12W為所述第一透鏡組和所述第二透鏡組的低放大率端的頂點間隔；D23W為所述第二透鏡組和所述第三透鏡組的低放大率端的頂點間隔；D12T為所述第二透鏡組和所述第三透鏡組的高放大率端的頂點間隔；D23T為所述第二透鏡組和所述第三透鏡組的高放大率端的頂點間隔。
3.根據(jù)權利要求1或2記載的開普勒式放大率可變?nèi)【捌?，其特征在于，第二透鏡組的所述正單透鏡L2的至少一個透鏡面呈非球面，且滿足以下的條件式2.3＜|f3/f2|＜3 (2)其中，f2為上述第2透鏡組的焦距，f3為上述第3透鏡組的焦距。
4.根據(jù)權利要求1、2或3的記載的開普勒式放大率可變?nèi)【捌?，其特征在于，上述物鏡系統(tǒng)在所述第三透鏡組的出射點側(cè)有具有呈正光焦度的第4透鏡組，且滿足以下的條件式-2.2＜β234T＜-1.2(3)其中，β234T表示所述第二透鏡組、第三透鏡組及第四透鏡組的高放大率端的合成放大率。
5.根據(jù)權利要求1、2、3或4記載的開普勒式放大率可變?nèi)【捌鳎涮卣髟谟?，所述物鏡系統(tǒng)在所述第三透鏡組的出射點側(cè)具有呈正光焦度的第四透鏡組，在所述第三透鏡組和第四透鏡組的空氣間隔處有反射裝置；所述目鏡系統(tǒng)至少具有反射來自所述物鏡系統(tǒng)的光線的反射裝置和物體側(cè)的透鏡面為非球面的正透鏡兩者之一。
全文摘要
一種開普勒式放大率可變?nèi)【捌?它具有物鏡系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng),物鏡系統(tǒng)從物體側(cè)開始依次具有包括負的單透鏡L
文檔編號G03B13/02GK1180177SQ9711790
公開日1998年4月29日 申請日期1997年9月2日 優(yōu)先權日1997年9月2日
發(fā)明者古田明子 申請人:株式會社尼康