实象型寻象器 本发明涉及一种照相机的实象型寻象器。
实象型寻象器通常由一物镜、一向场镜、一正象光学系统和一目镜组成。例如，日本专利No.2538525公开了一种连续变焦寻象器，由从目标侧接次序配置的一物镜系统、一向场镜、一正象棱镜和一目镜组成，其中该物镜系统由一凹透镜和凸透镜组成。日本专利申请7-159865公开了一种连续变焦寻象器，由从目标侧按次配置的一物镜系统、与一凹透镜整体形成的一棱镜、一正象棱镜和一目镜组成，其中该物镜系统由一凹透镜和凸透镜组成。日本专利申请4-19705公开了固定放大率寻象器的三个实施例。第一个实施例由从目标侧按次序配置的一物镜，带有第一反射表面的一棱镜、和起到目镜作用的带有第二至第四反射表面的一棱镜组成。第三个实施例由从目标侧按次序配置的一物镜、带有第一和第二反射表面的一棱镜、起到目镜作用的带有第三和第四反射表面的一棱镜组成。第三个实施例除了一物镜和两棱镜以外，还使用了一反光镜。
从上述例子中可以看到，常规的实象型寻象器至少需要四个元件成为一连续变焦寻象器，或至少需要三个元件成为一固定放大率寻象器。随着元件数的增加，寻象器的生产成本也提高了。由于元件的表面和空气隙的数目随元件数的增多而增加，因表面反射而使形成地图象变暗。
鉴于上述，本发明的主要目的在于提供一种使用更少数量的元件且因此形成更清晰和更明亮的图象的实象型寻象器。
为实现上述目的，本发明提供了一种实象型寻象器，由包括至少一凸透镜且整个具有一正光焦度(positive power)的一物镜系统，具有四个反射表面并沿水平和垂直方向将通过该物镜系统形成的一目标的反象反转过来的一正象棱镜、和具有一正光焦度的目镜组成，该正象棱镜和该目镜通过在该正象棱镜的成象侧上形成一目镜表面而成一体。
由于常规中是一分离元件的目镜被结合在正象棱镜中，元件数被减少。因为元件表面数被减少，光强度的损失被减少，以使本发明的寻象器形成更明亮的图象。
为了有效地将来自物镜的光束传导给目镜，通常在正象棱镜的目标侧上配置一向场镜。因此，最好通过在正象棱镜的目标侧上形成一向场镜表面而使一向场镜和该正象棱镜成一体。从而，不必增加所需元件数而可有效地将来自物镜的光传导给目镜。
还能将物镜系统的最大成象侧表面形成为一向场镜表面以使该物镜系统兼作一向场镜之用。从而，该正象棱镜可在其目标侧上具有一平坦表面，在其上可印有一视差校正标记。在此情况下，该具有向场镜表面的物镜系统最好是一双凸镜，其目标侧表面，即向场镜表面具有比其成象侧表面更大的曲率半径。
本发明的实象寻象器最好满足以下条件：
-0.01＜{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)＜0...(1)其中Re是目镜表面的傍轴的曲率半径，Np是正象棱镜的折射率，而Tp是正象棱镜的轴向厚度。
在条件(1)的上限之上，如果物镜系统的象平面位于正象棱镜的目标侧，屈光度将被移至正侧。另一方面，在条件(1)的下限之下，屈光度将太多地移至负侧。为防止屈光度增加，物镜系统的象平面必须远离正象棱镜。结果，为了获得足够大的放大率，寻象器的总长度将被拉长。
与正象棱镜一体地形成目镜表面导致象散和慧差的增加。然而，将目镜表面形成为非球面的可对象散和慧差进行补偿。在此情况下，本发明的实象寻象器最好满足以下条件
0＜ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]＜0.01…(2)其中Re是目镜表面的傍轴的曲率半径，而ΔZ是在距光轴2mm高处的驰垂值。
在条件(2)的上限之上，尽管象散和慧差将被很好地补偿，但球差会被过补偿。在条件(2)的下限之下，非球面的补偿效果将不是所期望的。
当本发明被应用于一固定放大率寻象器，物镜系统最好由具有一正光焦度和至少一非球面的一单透镜组成。从而，象差被以更好的平衡所保持，即使物镜系统由一单透镜组成。特别在物镜系统兼作向场镜之用且正象棱镜具有一平坦目标侧表面的情况下，如果该单物镜不具有至少一非球面，象差变得很大以使不可能使用单透镜作为物镜系统
对于连续变焦寻象器，物镜系统可由自目标侧按次序配置的，带有一负光焦度的第一或前视透镜和带有一正光焦度的第二或后视透镜组成，以使第二透镜可沿光轴移动以进行变焦。从而该连续变焦寻象器可由最少数目的元件组成。根据该构成，如果在变焦期间第一透镜也可被移过一较小量，变焦期间的屈光度的变化将被更多地减少。反之，如果物镜系统由带有正光焦度的第一透镜和带有一负光焦度的第二透镜组成，向场镜必须具有足够强的正光焦度以使难以与正象棱镜一体地形成该向场镜。如果第二透镜具有一负光焦度，就不可能使物镜系统起到向场镜的作用。
通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，本发明将变得明显而易于理解，这些优选实施例仅通过图示给出而不构成对本发明的限定，其中在这些附图中相同的参考数字表示相同或对应的部分，附图中：
图1为表示根据本发明的示例1的寻象器的概略性示意图；
图2A、2B和2C为表示根据示例1的寻象器的象差曲线的示意图；
图3A、3B和3C为表示根据本发明的示例2的寻象器的象差曲线的示意图；
图4A、4B和4C为表示根据本发明的示例3的寻象器的象差曲线的示意图；
图5A、5B和5C为表示根据本发明的示例4的寻象器的象素曲线的示意图；
图6为表示根据本发明的示例5的寻象器的概略性示意图；
图7A、7B和7C为表示根据示例5的寻象器的象差曲线的示意图；
图8A、8B和8C为表示示例6的寻象器的象差曲线的示意图；
图9为表示根据本发明的示例7的寻象器的概略性示意图；
图10A、10B和10C为表示根据示例7的寻象器的象差曲线的示意图；
图11为表示根据本发明的示例8的连续变焦寻象器的概略性示意图；
图12A、12B和12C为表示一广角端中(低倍率侧)，根据示例8的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图；
图13A、13B和13C为表示一远摄端中(高倍率侧)，根据示例8的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图；
图14A、14B和14C为表示一广角端中，根据示例9的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图；
图15A、15B和15C为表示一远摄端中，根据示例9的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图；
图16A、16B和16C为表示一广角端中，根据示例10的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图；
图17A、17B和17C为表示一远摄端子中，根据示例10的连续变焦寻象器的象差曲线的示意图。
在这些附图中，曲线S表示对弧矢象面的象散性，曲线M表示对子午象而的象散性。
示例1
如图1中所示，本发明的第一示例的寻象器10由自目标侧按次序配置的具有一正光焦度的一物镜11、和一目镜单元12组成。物镜11是一其表面11a和11b为非球面的凸透镜。目镜单元12由形成为一整体部分的一正象棱镜13、一向场镜和一目镜构成，其中分别在正象棱镜13的目标侧和成象侧上形成一向场镜表面14和一目镜表面15。正象棱镜13具有四个反射表面，以使通过物镜11形成的一反转的图象被垂直地且水平地反转过来。目镜表面15具有一正光焦度且是非球面的。正象棱镜13可以是第一型波罗棱镜、第二型波罗棱镜、或具有包括一屋脊型反射表面的四个反射表面的一棱镜。寻象器10被设计为具有一0.34的固定放大率M。
下面将描述第一示例的数字值。
在以下的数字值中，R是寻象器元件11和12的各表面的曲率半径；i是自目标侧起按次序的表面号，D是两相邻表面之间的间隔，N是折射率，及V是色散系数。
示例1 1 R(mm) D(mm) N ν 1 2 3 4 10.13125(非球面) -6.93385(非球面) 11.00958 -13.48661(非球面) 3.380 8.628 38.773 1.492 1.492 57.50 57.50
非球面满足以下定义：
Z=(H2/R)/[1+{1-(1+K)·(H2/R2)}]
+AH2+BH6+CH8+DH10…(3)其中Z是沿光轴方向的移位量，H是离开光轴的高度，R是傍轴的曲率半径，A、B、C和D是非球面的系数。可使用有关非球面的另一定义来取代上述定义(3)而不影响本发明的效果。
第一示例的非球面系数如下所示： i 1 2 4 K A B C D 0.5617 0.86747E-3 -0.40343E-4 -0.11337E-4 0.25876E-6 -2.2695 0.37127E-3 0.70903E-4 -0.24950E-5 -0.45100E-6 2.4889 0.22383E-3 -0.89812E-6 -0.52755E-7 0.19581E-7
在第一示例中，本发明的第一特性值{(1-NP)/Re}-(Np/Tp)等于-0.002，其中Re是目镜表面15的曲率的傍轴半径，Np是正象棱镜13的折射率，及Tp是正象棱镜13的轴向厚度。因此对于本发明的第一特性值，第一示例满足条件(1)：
-0.01＜{(1-NP)/Re}-(Np-Tp)＜0。在第一示例中，本发明的第二特性值ΔZ—Re·[1-{1-(4/Re2)}]等于0.00140，其中Re是目镜表面15的傍轴的曲率半径，及ΔZ是在距光轴2mm高度处的弛垂值。因此对于本发明的第二特性值，第一示例满足条件(2)：
0＜ΔZ-Re-·[1-{1-(4/Re2)}]＜0.01。
第一示例的象差曲线被示出在图2A、2B和2C中。
示例2
第二示例的寻象器具有与第一示例相同的组成，且被设计成具有一0.346的固定放大率M。以上对非球面的定义(3)可应用于以下任一示例。
下面将描述第二示例的数字值
示例2i R(mm) D(mm) N V1 10.13125(非球面) 3.380 1.492 57.502 -6.93385(非球面) 8.5933 11.01268 37.795 1.492 57.504 -13.12732(非球面)
第二示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 4K 0.5617 -2.2695 0.4593A 0.86747E-3 0.37127E-3 0.17668E-3B -0.40343E-4 0.70903E-4 -0.80546E-5C -0.11337E-4 -0.24950E-5 0.41850E-6D 0.25876E-6 -0.45100E-6 -0.37005E-9
在第二示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.002；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.002.因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第二示例的象差曲线被示出在图3A、3B和3C中。
示例3
第三示例的寻象器具有与第一示例相同的组成，并被设计成具有一0.363的固定放大率M。
以下将描述第三示例的数字值。
示例3i R(mm) D(mm) N V1 10.13173(非球面) 3.380 1.492 57.502 -6.93417(a非球面) 8.3273 11.01268 37.795 1.492 57.504 -12.43901(非球面)
第三示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 4K 0.5550 -0.7826 0.4534A 0.86757E-3 0.36427E-3 0.30070E-3B -0.40631E-4 0.70722E-4 -0.24640E-4C -0.11482E-4 -0.24872E-5 0.11418E-5D 0.25253E-6 -0.45000E-6 -0.71157E-8
在第三示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00163；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.004.因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第三示例的象差曲线被示出在图4A、4B和4C中。
示例4
第四示例的寻象器具有与第一示例相同的组成，并被设计成具有一0.34的固定放大率M。
以下将描述第四示例的数字值。
示例4
i R(mm) D(mm) N
1 15.76854(非球面) 3.380 1.492 57.50
2 -5.54264(非球面) 8.380
3 11.08102 37.980 1.492 57.50
4 -12.96510(非球面)
第四示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 4K -37.2327 -5.5426 2.8109A 0.92649E-3 0.95024E-4 0.16689E-3B 0.14037E-3 0.82115E-4 -0.46253E-6C -0.19492E-4 -0.31341E-5 0.87889E-6D 0.40323E-7 -0.25470E-6 -0.28280E-7
在第四示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00134；and
ΔZ-Re·{1-{1-(4/Re2)}]=0.001．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第四示例的象差曲线被示出在图5A、5B和5C中。
示例5
如图6中所示，在第五示例的寻象器20中，物镜系统兼作向场镜之用。寻象器20由自目标侧起按次序配置的具有一正光焦度的一物镜单元21，和一目镜单元22组成。物镜单元21由作为一整体部分的一向场镜和一物镜23构成，其中在物镜23的成象侧上形成一向场镜表面24。物镜23是一其目标侧表面23a和成象侧上的向场镜表面24为非球面的凸透镜。目镜单元22由作为一整体部分的一正象棱镜25和一目镜构成，其中在正象棱镜25的成象侧上形成一目镜表面26。该目镜表面26是非球面的且具有一正光焦度。正象棱镜25的目标侧表面25a是平坦的，以使易于印刻用于自动对焦到该平坦的目标侧表面25a上的一视差校正标记或目标标记。该寻象器20被设计成具有一0.3的固定放大率M。
以下将描述第五示例的数字值。
示例5 i R(mm) D(mm) N 1 13.02454(非球面) 6.212 1.492 57.50 2 -5.92918(非球面) 7.824 3 ∞ 45.391 1.492 57.50 4 -15.44612(非球面)
第五示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 4K -0.9531 -2.2538 2.5855A -0.47644E-4 -0.53395E-4 0.98583E-4B 0.35181E-6 0.10298E-5 0.41919E-5C 0.96416E-9 -0.14304E-7 -0.22895E-6D 0.21701E-9 0.47181E-9 0.11119E-7
在第五示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00102；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.00034．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第五示例的象差曲线被示出在图7A、7B和7C中。
示例6
第六示例的寻象器具有与第五示例相同的组成，并被设计成具有一0.36的固定放大率M。
以下将描述第六示例的数字值
示例6i R(mm) D(mm) N V1 12.67552(非球面) 6.393 1.492 57.502 -7.39001(非球面) 8.8393 ∞ 43.193 1.492 57.504 -14.67562(非球面)
第六示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 4K -1.0260 -2.4350 2.4229A -0.40790E-4 -0.40676E-4 0.12733E-3B 0.16701E-6 0.10769E-5 0.42528E-5C -0.21512E-8 -0.25351E-7 -0.16269E-6D 0.95942E-10 0.31566E-9 0.47546E-8
在第六示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00102；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.00067．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第六示例的象差曲线被示出在图8A、8B和8C中。
示例7
如图9所示，第七示例的寻象器30由自目标侧按次序配置的具有一正光焦度的一物镜31和一目镜单元32组成。在目镜单元32的目标侧上安置一平行平面板33。在该平行平面板33上印刻一用于自动对焦等的一目标标记、视差校正标记。物镜31是一其表面31a和31b都是非球面的凸透镜。目镜单元32由作为一整体部分的一正象棱镜34和一目镜组成，其中在正象棱镜34的成象侧上形成一目镜表面35。目镜表面35是非球面的且具有一正光焦度。在寻象器30中，物镜31的象平面被设置远离目镜单元32的正象棱镜34。寻象器30被设计成具有-0.389的固定放大率。
使正象棱镜34和物镜31的象平面分离开防止了由于光学系统上的污斑和划痕而使正象棱镜34的增益降低。由于平行平面板通常比棱镜便宜，第七实施例的寻象器30对于减少成本是有用的。
以下将描述第七实施例的数字值。
示例7i R(mm) D(mm) N ν1 9.82963(非球面) 4.652 1.492 57.502 -9.15623(非球面) 8.1763 ∞ 1.000 1.492 57.504 ∞ 0.5005 16.97681 39.405 1.492 57.506 -13.61700(非球面)
第七示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 6K -1.8735 -1.0396 -1.6867A -0.60547E-3 -0.31502E-3 0.64018E-5B -0.17789E-3 -0.85439E-4 -0.95227E-6C 0.10911E-4 0.24274E-5 -0.10964E-6D 0.10911E-4 -0.98164E-8 0.28866E-8
在第七示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00173；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.00136．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第七示例的象差曲线被示出在图10A、10B和10C中。
示例8
如图11所示，本发明的第八示例的连续变焦寻象器40由自目标侧按次序配置的整个具有一正光焦度的一物镜组41，和一目镜单元42组成。物镜组41由自目标侧按次序配置的具有一负光角度的第一透镜43和具有一正光焦度的第二透镜44构成。第一和第二透镜43和44分别具有非球面目标侧表面43a和44a及非球面成象侧表面43b和44b。目镜单元42由一正象棱镜45、一向场镜和一目镜构成，它们通过在正象棱镜45的目标侧和成象侧上分别一向场镜表面46和一目镜表面47而被形成为一整体部分。目镜表面47具有一正光焦度且是非球面的。通过沿光轴移动第二透镜44而使寻象器40的放大率M在0.346至0.623的范围内可变。由连续变焦导致的屈光度的变化可通过在连续变焦期间轻微地移动第一透镜43而被校正。
以下将描述第八示例的数字值。
示例8i R(mm) D(mm) N ν1 -7.67287(非球面) 1.180 1.492 57.502 16.60889(非球面) 可变3 6.70652(非球面) 1.000 1.492 57.504 -6.93385(非球面) 可变5 10.03707 32.260 1.492 57.506 -10.87728(非球面)
第八示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 3K -12.5198 -47.9095 0.3479A -0.10009E-2 0.15129E-2 -0.23467E-3B -0.18576E-3 0.12394E-4 0.12492E-4C 0.10097E-3 0.60535E-4 -0.88080E-6D -0.27671E-4 -0.25255E-4 -0.17212E-6i 4 6K -2.41680 -0.78457A 0.54095E-3 0.83729E-4B 0.32099E-4 -0.22109E-6C 0.76186E-7 -0.93781E-7D 0.29449E-8 -0.18090E-8
当放大率M从0.346变至0.623时，第一透镜43与第二透镜44之间的间隔D2，和第二透镜44与目镜单元42之间的间隔D4变化如下：
D2:5.7154至1.0853
D4:11.7591至16.1357
在第八示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00102；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.00254．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第一透镜43的焦距f1与第二透镜44的焦距f2之间的关系如下：
f1/f2=-1.39138
广角端中的，即当M=0.346时的第八示例的象差曲线被示出在图12A、12B和12C中，而远摄端中，即当M=0.623时的第八示例的象差曲线被示出在图13A、13B和13C中。
示例9
本发明的第九示例的寻象器具有与第八示例相同的组成。第九示例的放大率M在0.373至0.671的范围中可变。
以下将描述第九示例的数字值。
示例9i R(mm) D(mm) N ν1 -7.67287(非球面) 1.180 1.492 57.502 16.60889(非球面) 可变3 6.70652(非球面) 3.380 1.492 57.504 -6.93385(非球面) 可变5 10.63322 29.896 1.492 57.506 -10.26975(非球面)
第九示例的非球面系数被示出如下：i 1 2 3K -12.5198 -47.9095 0.3479A -0.10009E-2 0.15129E-2 -0.23467E-3B -0.18576E-3 0.12394E-4 0.12492E-4C 0.10097E-3 0.60535E-4 -0.88080E-6D -0.27671E-4 -0.25255E-4 -0.17212E-6
i 4 6
K -2.41680 -0.10945
A 0.54095E-3 0.19764E-3
B 0.32099E-4 -0.57061E-5
C 0.76186E-7 0.25055E-6
D 0.29449E-8 -0.45828E-8
当放大率M从0.373变化至0.671时，第一透镜43与第二透镜44之间的间隔D2，和第二透镜44与目镜单元42之间的间隔D4变化如下：
D2:5.7154至1.0853
D4:11.7591至16.1357
在第九示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.002；and
ΔZ-Re·[1-{1-(4/Re2)}]=0.00307．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第一透镜43的焦距f1和第二透镜44的焦距f2之间的关系为：
f1/f2=-1.39138
广角端中，即M=0.375时的第九示例的象差曲线被示出在图14A、14B和14C中，而远摄端中，即M=0.671时的第九示例的象差曲线被示出在图15A、15B和15C中。
示例10
本发明的第十示例的连续变焦寻象器具有与第八示例的相同的组成。第十示例的放大率M在0.393至0.703的范围内可变。
以下将描述第十示例的数字值
示例10i R(mm) D(mm) N1 -8.65562(非球面) 1.191 1.492 57.502 15.50348(非球面) 可变3 8.20737(非球面) 2.785 1.492 57.504 -6.34761(非球面) 可变5 10.68499 29.896 1.492 57.506 -10.87797(非球面)
第十示例的非球面系数示出如下：i 1 2 3K -1.7661 12.0300 0.6419A 0.86805E-3 0.10309E-2 -0.13066E-3B -0.55731E-4 -0.25303E-3 0.12017E-4C 0.60987E-5 0.18518E-4 -0.70653E-5D -0.46744E-4 -0.25689E-4 -0.67237E-6i 4 6K -0.16016 -0.65308A 0.56238E-3 0.79978E-4B 0.64503E-4 0.76040E-6C -0.37429E-6 0.12438E-7D 0.14459E-7 -0.11388E-8
当放大率M从0.393至0.703变化时，第一透镜43与第二透镜44之间的问隔D2，和第二透镜44与目镜单元42之间的间隔D4变化如下：
D2:5.0259至0.6132
D4:12.9294至17.6946
在第十示例中，第一和第二特性值为：
{(1-Np)/Re}-(Np/Tp)=-0.00102；and
ΔZ-Re·[1-(1-(4/Re2)}]=0.00237．因此第一和第二特性值分别满足条件(1)和(2)。
第一透镜43的焦距f1和第二透镜44的焦距f2之间的关系为：
f1/f2=-1.43066
在广角端中，即M=0.393时的第九示例的象差曲线被示出在图16A、16B和16C中，而在远摄端中，即M=0.703时的第九示例的象差曲线被示出在图17A、17T和17C中。