可变放大率取景器及摄像装置.pdf

本发明提供一种小型且光学性能良好的可变放大率取景器及使用其的摄像装置。本发明的可变放大率取景器从物体侧依次包括物镜光学系统、倒像光学系统、目镜光学系统，物镜光学系统的第三透镜组由至少具有一个反射面的一个透棱镜构成，满足f3/fw≥2.5、－1.0＜(R32+R31)/(R32－R31)＜1.0、L1/fw2≤0.45、L2/fw2≥0.03。其中f3是第三透镜组的焦距，fw是物镜光学系统在广角端的焦距，R31是透棱镜的物体侧透镜面的曲率半径，R32是透棱镜的图像侧透镜面的曲率半径，L1是从中间成像面到透棱镜的物体侧透镜面的空气换算距离，L2是从中间成像面到透棱镜的图像侧透镜面的距离。

1.  一种可变放大率取景器，其从物体一侧开始依次包括具有正折射率的物镜光学系统、用于将在所述物镜光学系统中成像的倒像转为正像的倒像光学系统、以及用于观察通过所述倒像光学系统获得的正像的具有正折射率的目镜光学系统，所述物镜光学系统由负的第一透镜组、正的第二透镜组、以及正的第三透镜组构成，通过使所述第二透镜组在光轴上移动来改变放大率，并通过所述第一透镜组的移动来补偿由放大率的变化导致的视度变化，
所述可变放大率取景器的特征在于，所述第三透镜组由具有至少一个反射面的一个透棱镜构成，并且满足以下条件式(1)～(4)：
(1)f3/fw≥2.5，
(2)-1.0＜(R32+R31)/(R32-R31)＜1.0，
(3)L1/fw²≤0.45，
(4)L2/fw²≥0.03，
这里，f3是所述第三透镜组的焦距，fw是所述物镜光学系统在广角端的焦距，R31是所述透棱镜的物体侧透镜面的曲率半径，R32是所述透棱镜的图像侧透镜面的曲率半径，L1是从中间成像面到所述透棱镜的物体侧透镜面的空气换算距离，L2是从中间成像面到所述透棱镜的图像侧透镜面的距离。

2.  根据权利要求1所述的可变放大率取景器，其特征在于，所述第三透镜组的透棱镜，至少将图像侧透镜面用随着远离光轴而曲率变小的非球面构成。

3.  根据权利要求1或2所述的可变放大率取景器，其特征在于，所述物镜光学系统的第二透镜组满足以下条件式(5)：
(5)β2t/β2w≥2.5，
这里，β2w是所述第二透镜组在广角端的横向放大率，β2t是所述第二透镜组在望远端的横向放大率。

4.  一种具有可变放大率取景器的摄像装置，其中
所述可变放大率取景器从物体一侧开始依次包括具有正折射率的物镜光学系统、用于将在所述物镜光学系统中成像的倒像转为正像的倒像光学系统、以及用于观察通过所述倒像光学系统获得的正像的具有正折射率的目镜光学系统，所述物镜光学系统由负的第一透镜组、正的第二透镜组、以及正的第三透镜组构成，通过使所述第二透镜组在光轴上移动来改变放大率，并通过所述第一透镜组的移动来补偿由放大率变化导致的视度变化，
所述摄像装置的特征在于，所述可变放大率取景器中的第三透镜组由具有至少一个反射面的一个透棱镜构成，并且满足以下条件式(1)～(4)：
(1)f3/fw≥2.5，
(2)-1.0＜(R32+R31)/(R32-R31)＜1.0，
(3)L1/fw²≤0.45，
(4)L2/fw²≥0.03，
此处，f3是所述第三透镜组的焦距，fw是所述物镜光学系统在广角端的焦距，R31是所述透棱镜的物体侧透镜面的曲率半径，R32是所述透棱镜的图像侧透镜面的曲率半径，L1是从中间成像面到所述透棱镜的物体侧透镜面的空气换算距离，L2是从中间成像面到所述透棱镜的图像侧透镜面的距离。

5.  根据权利要求4所述的摄像装置，其特征在于，所述第三透镜组的透棱镜，至少将图像侧透镜用随着远离光轴而曲率变小的非球面构成。

6.  根据权利要求4或5所述的摄像装置，其特征在于，所述物镜光学系统的第二透镜组满足以下的条件式(5)：
(5)β2t/β2w≥2.5，
这里，β2w是所述第二透镜组在广角端的横向放大率，β2t是所述第二透镜组在望远端的横向放大率。

可变放大率取景器及摄像装置
技术领域
本发明涉及可变放大率取景器，更详细地说，涉及适用于数码相机等的小型且具有良好光学性能的可变放大率取景器以及使用所述取景器的摄像装置。
背景技术
迄今，在分别独立构成摄影系统和取景器系统的照相机中摄影系统具有可变放大率功能时，取景器系统也具有与摄影视角的变动相对应的可变放大率功能。作为这种取景器系统提出了各种视野框(view frame)可见度良好的、可容易地获得预定放大率的实像式可变放大率取景器。
作为实像式可变放大率取景器，已知有在专利文献1或专利文献2中所记载的取景器。这些取景器由作为物镜光学系统(objective opticalsystem)的负的第一透镜组、正的第二透镜组、以及正的第三透镜组构成，并通过分割用来将在物镜光学系统中成像的倒像转为正像的倒像光学系统，以及通过将反射部件的一部分移动到物镜光学系统的后焦点部分来缩短整个长度。
此外，在专利文献2中通过将第三透镜组形成在倒像光学系统的入射面上而进一步缩短了整个长度。
上面所述专利文献1为日本专利特开平1-116616号公报；专利文献2为日本专利特开平4-194913号公报。
但是，近年来的数码相机的小型化以超过想象的速度发展，从而要求物镜光学系统的整个长度进一步缩短。因此，为了从此进一步实现小型化，有必要增强各组的折射率，但是在维持预定放大率的同时校正各透镜组所产生的各种像差(aberration)是非常困难的。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而完成的。即，本发明是一种可变放大率取景器，其从物体一侧依次包括具有正折射率的物镜光学系统、用于将在所述物镜光学系统中成像的倒像转为正像的倒像光学系统、以及用于观察通过所述倒像光学系统获得的正像的具有正折射率的目镜光学系统，所述物镜光学系统由负的第一透镜组、正的第二透镜组、以及正的第三透镜组构成，通过使所述第二透镜组在光轴上移动来改变放大率，并通过所述第一透镜组的移动来补偿由放大率的变化导致的视度(visibility)的变化，所述第三透镜组由具有至少一个反射面的一个透棱镜(lens prism)构成，并且满足以下条件式(1)～(4)：
(1)f3/fw≥2.5
(2)-1.0＜(R32+R31)/(R32-R31)＜1.0
(3)L1/fw²≤0.45
(4)L2/fw²≥0.03
这里，f3是所述第三透镜组的焦距，fw是所述物镜光学系统在广角端的焦距，R31是所述透棱镜的物体侧透镜面的曲率半径，R32是所述透棱镜的图像侧透镜面的曲率半径，L1是从中间成像面到所述透棱镜的物体侧透镜面的空气换算距离(air equivalent distance)，L2是从中间成像面到所述透棱镜的图像侧透镜面的距离。
在上述的本发明中，依据条件式(1)来设定第三透镜组的焦距相对于物镜光学系统在广角端的焦距的比值，依据条件式(2)来将构成第三透镜组的透棱镜的形状设定为两面凸的透镜形状，依据条件式(3)来设定从中间成像面到透棱镜的物体侧透镜面的空气换算距离与物镜光学系统在广角端的焦距的平方的比值，依据条件式(4)来设定从中间成像面到透棱镜的图像侧透镜面的距离与物镜光学系统在广角端的焦距的平方的比值，通过满足这些条件式，可提供小型且适于批量生产的具有良好光学性能的可变放大率取景器。
在本发明中，可实现小型且光学性能良好、垃圾或灰尘不明显、且适于批量生产的高可变放大率的实像式取景器，从而可实现数码相机等摄像装置的小型化、高性能化及低成本化。
图1是说明第一个实施方式中的可变放大率取景器的概略立体图；
图2是说明第二个实施方式中的可变放大率取景器的概略立体图；
图3A至图3C是对应于实施例1的光学系统地结构图；
图4A至图4C是与实施例1的广角端(WIDE)对应的像差图；
图5A至图5C是与实施例1的中间(MID)对应的像差图；
图6A至图6C是与实施例1的望远端(TELE)对应的像差图；
图7A至图7C是对应于实施例2的光学系统的结构图；
图8A至图8C是与实施例2的广角端(WIDE)对应的像差图；
图9A至图9C是与实施例2的中间(MID)对应的像差图；
图10A至图10C是与实施例2的望远端(TELE)对应的像差图；
图11A至图11C是对应于实施例3的光学系统的结构图；
图12A至图12C是与实施例3的广角端(WIDE)对应的像差图；
图13A至图13C是与实施例3的中间(MID)对应的像差图；
图14A至图14C是与实施例3的望远端(TELE)对应的像差图；
图15A至图15C是对应于实施例4的光学系统的结构图；
图16A至图16C是与实施例4的广角端(WIDE)对应的像差图；
图17A至图17C是与实施例4的中间(MID)对应的像差图；
图18A至图18C是与实施例4的望远端(TELE)对应的像差图。
下面，基于附图说明本发明的实施方式。图1是说明第一个实施方式中的可变放大率取景器的概略立体图，图2是说明第二个实施方式中的可变放大率取景器的概略立体图。
即，本实施方式中的可变放大率取景器从物体一侧依次由具有正折射率的物镜光学系统1、用于将在物镜光学系统1中成像的倒像转为正像的倒像光学系统2、用于观察通过倒像光学系统2而获得的正像的具有正折射率的目镜光学系统3构成。
其中，物镜光学系统1通过由一个凹透镜组成的负的第一透镜组G1、由一个凸透镜组成的正的第二透镜组G2、由一个凸透镜组成的正的第三透镜组G3而构成，其通过从眼睛一侧向物体一侧移动第二透镜组G2来改变放大率，并通过使第一透镜组G1在瞳孔侧划出凸形轨迹地向物体一侧移动来补偿随之导致的取景器的视度变化。此外，第三透镜组G3在放大率变化时固定。
同时，第三透镜组G3由具有二个反射面的透棱镜(lens prism)P1构成，用于缩短可变放大率取景器的全长。此外，在图1所示的第一个实施方式中，通过第三透镜组G3的透棱镜P1向垂直方向反射图像，之后通过透棱镜P2向水平方向反射图像。另一方面，在图2所示的第二个实施方式中，通过第三透镜组G3的透棱镜P1向水平方向反射图像，之后通过第透棱镜P2向垂直方向反射图像。
并且，在本实施方式中，设定所述物光学系统中的第三透镜组G3使其满足以下条件式(1)～(4)：
(1)f3/fw≥2.5，
(2)-1.0＜(R32+R31)/(R32-R31)＜1.0，
(3)L1/fw²≤0.45，
(4)L2/fw²≥0.03，
从而使得可实现不仅小型、具有良好的光学性能，而且适于批量生产的实像式可变放大率取景器。
此处，f3是所述第三透镜组G3的焦距，fw是所述物镜光学系统1在广角端的焦距，R31是所述透棱镜P1的物体侧透镜面的曲率半径，R32是所述透棱镜P1的图像侧透镜面的曲率半径，L1是从中间成像面到所述透棱镜P1的物体侧透镜面的空气换算距离，L2是从中间成像面到所述透棱镜P1的图像侧透镜面的距离。
同时，在本实施方式中，作为第三透镜组G3的透棱镜P1，至少将图像侧透镜面r6用随着远离光轴而曲率变小的非球面构成，而物镜光学系统1的第二透镜组G2，也要满足以下的条件式(5)：
(5)β2t/β2w≥2.5，
其中，β2w是第二透镜组G2在广角端的横向放大率，β2t是第二透镜组G2在望远端的横向放大率。
此处，在上述条件式中，条件式(1)设定第三透镜组G3的焦距对物镜光学系统1在广角端的焦距的比值，限制了第三透镜组G3的折射率。如果低于该条件式(1)的下限，则负责改变放大率的第二透镜组G2的折射率将变小。为此，为了获得必要的可变放大率，第二透镜组G2的移动量将变大，由此将导致整个长度变长。同时，在第三透镜组G3中所产生的下侧球面像差也将变大，从而导致光学性能恶化。因此，通过满足该条件式(1)，可实现可变放大率取景器全长的小型化以及光学特性的提高。
另外，条件式(2)将构成第三透镜组G3的透棱镜P1的形状设定为两面凸的透镜形状，主要限制了轴外像差的产生量。通过满足该条件式(2)，可校正轴外的像差，特别是像面畸变和畸变像差。
另外，条件式(3)设定从中间成像面到透棱镜P1的物体侧透镜面r6的空气换算距离与物镜光学系统1在广角端的焦距平方的比值。通过满足该条件式(3)，抑制了光路长度变长，从而可实现小型化。
另外，条件式(4)设定从中间成像面到透棱镜P1的图像侧透镜面r6的距离与物镜光学系统1在广角端的焦距平方的比值。如果低于该条件式(4)的下限，则眼睛的焦点将与附着在透棱镜P1的图像侧透镜面r6上的垃圾或灰尘重合，从而导致生产时的成品率恶化。因此，通过满足该条件式(4)，可以实现适于批量生产的可变放大率取景器。
而且，在本实施方式中，将第三透镜组G3的透棱镜P1构造成至少使图像侧透镜面r6为随着远离光轴而曲率变小的非球面结构。即，通过用非球面构成光束变窄的图像侧透镜面r6来重点校正畸变像差。另外，由于这种结构对图像侧透镜面r6的面偏心的敏感度低，所以可降低制造公差的要求，从而可实现批量生产能力的提高。
另外，条件式(5)设定第二透镜组G2在广角端和望远端的横向放大率之比，通过满足该条件式(5)可提供高可变放大率的实像式可变放大率取景器。
(实施例1)
以下叙述例举本发明数据的实施例1～4。这里，在各实施例中使用的符号的含义如下。
2ω：对角的全视角
Si：从物体一侧数的第i个面
Ri：上述Si面的曲率半径
di：从物体一侧开始的第i面与第i+1面之间的面间距
ni：第i透镜的d线(波长587.6nm)上的折射率
vi：第i透镜的阿贝数
*：使用非球面的面
另外，如果将非球面的深度设为X，将从光轴开始的高度设为H，则非球面的形状由下述公式1来定义。其中，公式1中的A、B、C及D分别是四次方、六次方、八次方以及十次方的非球面系数。
[公式1]
X = H 2 / R 1 + 1 - ( H / R ) 2 + AH 4 + BH 6 + CH 8 + DH 10 ]]>
图3A至图3C是实施例1中可变放大率取景器的光学系统结构图，图4A至图4C是与实施例1中的可变放大率取景器的广角端(WIDE)对应的像差图，图5A至图5C是与实施例1中可变放大率取景器的中间(MID)对应的像差图，图6A至图6C是与实施例1中可变放大率取景器的望远端(TELE)对应的像差图。这里，将依据图1所示第一个实施方式的配置作为实施例1中可变放大率取景器的示意结构。
另外，表1是表示实施例1中光学系统结构的数据，表2是表示实施例1中非球面系数的数据，表3是表示实施例1中随着放大率变化的组间距的变化的数据，表4是表示实施例1中条件式(1)～(5)的数值的数据。
[表1]
2ω＝51.89°～18.27°