CN1117146A - 包括与其构成整体的光学取景器的后焦点式变焦距透镜 - Google Patents

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Abstract

一种后焦点式变焦距透镜，包括分别由物镜、放大率改变透镜、透射透镜和象聚焦透镜构成的四个部分，物镜被设置在最前的位置上，还包括设置在象聚焦透镜的最后的透镜部件与场透镜之间并适于分离一部分光的分束器，从而使光学取景器与该变焦距透镜构成一体。这种结构使得可以防止在单独的视场校正装置的情况出现的视差。由于变焦距透镜的总体结构与视场校正装置是共同的，在取景***中不需要单独的物镜。

Description

包括与其构成整体的光学取景器的 后焦点式变焦距透镜
本发明涉及一种后焦点式变焦距透镜，且具体地说是涉及一种包括一种具有通过透镜(TTL)***的光学取景器的后焦点式变焦距透镜，且该光学取景器与变焦距透镜构成一体。
根据结构，传统的光学取景器被分成与图象摄取***分离的取景***和与图象摄取***构成一体的取景***。
这种光学取景器***在美国专利第4，544，250号“用于摄影机的带有取景器的光学***”和Japan Photograph IndustrialTechnique Company，Limited发行的手册“摄影机技术”中得到了部分描述。
这种包括与图象摄取***分离的取景***的光学取景器有两种类型，一种是光学实象式的，而另一种是光学虚象式的。图1显示了光学实象式取景器的结构，而图2A和2B分别显示了光学实象式取景器的基本效果。
如图1所示，该光学实象式取景器包括一个设置在取景器的光轴的最前位置上的物镜1。物镜1的后面有一个放大率改变透镜2，它由具有正或负折射率的透镜元件组成，以获得预定的可变放大率。一个由具有正或负折射率的透镜元件组成的透射透镜3被设置在放大率改变透镜2之后并与放大率改变透镜2有预定的距离。透射透镜3起着透射从放大率改变透镜2入射到其上的图象的作用。一个目镜4被设置在透射透镜3之后并由具有正折射率的透镜元件组成。
如图2A所示，物镜1折射表示位于任意位置上的物5的图象的光，以使物5的图象可以透射到其中设置有取景器的组成元件的一个镜头筒中。来自物镜5的图象被传送到放大可变透镜2，后者又根据图象摄取***的聚焦透镜的变化进行移动，从而产生一个倒立的实象5’。通过物镜1和放大率改变透镜2获得的该倒立象5’被透射到透射透镜3，后者又将传送的象5’竖直或横向地反转过来，以产生与物5具有相同的形式的正立象5″并将所产生的象5″放大或缩小到适于裸眼观测的大小。透射透镜3产生的象5″随后被传送到目镜4。目镜4起着对接收的图象再次进行放大的作用。来自目镜4的放大的象被传送到观测者的眼睛并随后被聚焦在视网膜上。
图2B显示了这样的状态，其中改变象放大率的放大率改变透镜2向着物镜1移动。在此情况下，取景器的组成元件的功能与在图2A所示的情况中的相同。
另一方面，图3A和3B分别显示了光学虚象式取景器的结构，而图4显示了光学虚象式取景器的作用。
如图3A所示，光学虚象式取景器包括一个设置在该取景器的光轴的最前位置上的物镜11。该物镜11之后是一个放大率改变透镜12，它由具有正或负折射率的透镜元件组成，以获得预定的可变放大率。该放大率改变透镜12沿着光轴与物镜11相距预定的距离。在放大率改变透镜12之后设置有一个目镜13，该目镜13与放大率改变透镜12相距预定的距离。目镜13被设置在光轴上最后的位置上。
图3B显示了这样一种状态，其中用于改变象放大率的放大率改变透镜12向着物镜11移动。在此情况下，取景器的组成元件的作用与在图3A所示的情况下的相同。
现在结合图4描述具有上述设置的传统光学虚象式取景器的操作。
如图4所示，物镜11折射表示一个任选物14的象的光，从而使物14的象能够被传送到其中设置有取景器的组成元件的镜头筒的内部。来自物镜11的象被传送到与图象摄取***运行相连的放大率改变透镜12，从而产生正立的虚象14’。由于通过物镜11和放大率改变透镜12获得的象是正立的虚象，所以不需要任何用于象校正的传送***。这样传送***在光学实象式取景器中是需要的。正立的虚象被直接传送到目镜13，后者由对接收的象进行放大。来自目镜13的放大象14’被传送到观测者的眼睛并被聚焦在其视网膜上。
另一方面，图5显示了TTL***的光学取景器，该TTL***与图象摄取***构成一个整体以具有包括与图象摄取***共同的放大率改变单元的结构。如图5所示，构成图象摄取***的一部分的一个物镜21被设置在取景器的光轴的最前的位置上。该物镜21由具有正或负折射率的透镜元件组成并具有总计为正的折射率。物镜21之后是一个放大率改变透镜22，它由具有正或负折射率的透镜元件组成以获得预定的可变放大率。放大率改变透镜22具有总计为负的折射率。在放大率改变透镜22之后，设置有一个补偿透镜23，后者与放大率改变透镜22相距预定的距离。补偿透镜23的作用是进行象补偿。在补偿透镜23之后设置有一个象聚焦透镜24。象聚焦透镜24由具有正或负折射率的透镜元件组成，以获得总计为负的折射率。在补偿透镜23和象聚焦透镜24之间，设置有一个具有六面体形状的分束器25。分束器25带有一个适于以预定角度反射入射光的反射表面25a。在象聚焦透镜24和分束器25之间还设置有一个光圈26，以调节象的亮度。来自补偿透镜23并随后被分束器25的反射表面25a反射的入射光，被分成分别沿着两条光路行进的光。一条分出的光路向取景器延伸，而另一条则向象聚焦透镜24延伸。从象聚焦透镜24发出的光被传送到一个光接收元件27，后者在其上聚焦成象。
另一方面，入射在该取景***上的平行光经过一个全反射镜28、一个物镜28a和一个透射透镜29而被传送到一个目镜30。目镜30对在其上接收的象进行放大，从而使象能够被观测。
图6A和6B分别说明了TTL***的具有上述结构的传统光学取景器的作用。图6A显示了一个广角模式，而图6B显示了一种长焦模式。
现在结合图6A和6B描述该光学取景器的操作。如图6A所示，物镜21对位于任选位置上的物O进行聚焦，以使物O的象被聚焦在其中设置有取景器的组成元件的一个镜头筒中的指定位置上。从物镜O的象被传送到放大率改变透镜22，后者进行移动以在可变的位置上产生一个象I。补偿透镜23对象位置的变化进行象补偿，以便总是能够把平行光传送到象聚焦***。在平行光入射到象聚焦***上之前，设在设置在光圈26之前的分束器25上的反射表面25a，将入射光分成分别沿着两条不同的光路行进的光。被分开的光仍然以平行光的形式行进。入射在象聚焦***上的平行光被象聚焦透镜24聚焦在光接收元件27的一个光接收表面上，从而产生一个象I’。另一方面，入射在取景器上的平行光被象聚焦透镜28聚焦在取景器镜头筒的预定位置上，从而产生一个象I″。该象I″被传送到透射透镜29，后者校正接收的象I″的大小和形式，从而产生一个象I1。该象I1随后被传送到目镜30，后者对接收的象I1进行放大，以使观测者的眼睛能进行观测。
图6B显示这样一种状态，其中放大率改变透镜22向着物镜21略微移动。在此情况下，取景器的组成元件的作用与在图6A所示的情况下相同。
在连接与图象摄取***分离的取景***的情况和包括与图象摄取***一体的取景器的情况下，都出现了入射象的视差。为了解决入射象的这种视差，应该采用诸如补偿透镜的视差校正装置，这使得结构变得复杂。在实际摄取的象和由裸眼通过取景器观测到的象之间，也有一定的差别。这种取景***也难于适应具有高变焦比的图象摄取***。
在与已有的前焦点变焦距透镜构成一体的TTL***的光学取景器中，其物镜应该与图象摄取***分开设置，因为平行光入射到其上。这造成了光学***的结构复杂。
因此，本发明的目的，是提供一种后焦点式变焦距透镜，它包括与其构成一体的光学取景器，并能够消除先有技术遇到的上述问题。
根据本发明，该目的能够通过提供一种后焦点式变焦距透镜来实现，该后焦点式变焦距透镜包括分别由一个物镜、一个放大率改变透镜、一个透射透镜和一个象聚焦透镜构成并以上述顺序设置的四个部分，从而使物镜被设置在最前的位置上，该变焦距透镜进一步包括：一个设置在象聚焦透镜的最后的透镜部件与一个象聚焦表面之间并适于分出入射在其上的光的一部分的分束器，从而使该光学取景器与变焦距透镜成为一体。
从以下结合附图的描述，本发明的其他目的和方面将变得更为明显。在附图中：
图1是光学实象式的传统取景器的示意图；
图2A和2B分别显示了图1所示的取景器的操作；
图3A和3B分别是光学虚象式的传统取景器的示意图；
图4是说明图3A和3B的取景器的操作的示意图；
图5是TTL***的传统取景器的示意图；
图6A和6B分别是说明图5所示的取景器的操作的示意图；
图7A和7B分别是显示根据本发明的一个实施例的后焦点式变焦距透镜的示意图，其中图7A显示了变焦距透镜的广角模式，而图7B显示了该变焦距透镜的长焦模式；
图8A和8B分别是说明图5所示的根据本发明的光学***的操作的示意图，其中图8A显示了该变焦距透镜的广角模式，且图8B显示了该变焦距透镜的长焦模式；且
图9是根据本发明的另一实施例的后焦点式变焦距透镜的示意图。
图7A和图7B分别显示了根据本发明的后焦点式变焦距透镜，它们包括与其构成一体的TTL***的光学取景器。图7A显示了变焦距透镜的广角模式，而图7B显示了该变焦距透镜的长焦模式。如图7A和图7B所示，一个物镜51被设置在光轴A1上的最前位置上。该物镜51由具有正或负折射率的透镜元件构成并具有总计为正的折射率。该物镜21之后是一个放大率改变透镜52，它由具有正或负折射率的透镜元件构成，以获得预定的可变放大率。放大率改变透镜52具有总计为负的折射率。放大率改变透镜52与物镜51相距预定的距离，因而它的移动改变了整个变焦距透镜***的焦距。
沿着光轴A1，在放大率改变透镜52之后，设置有一个光圈53，它被用来把入射光量调节到预定的值。光圈53之后设置有一个透射透镜54。透射透镜54被用来把来自光圈53的象以预定形式传送到一个最后象聚焦透镜。在透射透镜54之后，设置有一个象聚焦透镜55，它由具有正或负折射率的透镜元件构成以获得总计为正的折射率。从总体上说，该变焦距透镜***由四个部分即物镜部分、放大率改变透镜部分、光圈部分和象聚焦透镜部分组成。
由这四个部分组成的变焦距透镜进一步包括一个具有六面体形状的分束器56。分束器56把设置在象聚焦透镜55的最后透镜表面与一个象聚焦表面61之间并带有一个适于沿着两条光路反射入射光的反射表面56a，该两条光路分别引导着具有不同亮度的光。这些光路中的一条沿着光轴A1延伸，而另一条光路则与光轴A1垂直地延伸。
反射表面56a带有一种覆层，该覆层对在该变焦距透镜***的象聚焦部分的一个有效波段中的各种波长具有相同的反射系数和透射率，从而使聚焦在最后焦点上的象和传送到观测者眼睛上的象具有良好的颜色再现。当采用棱镜分束器时，还需要进行处理，以在棱镜的表面上部分地形成槽，以防止出现重叠或闪现的象。
在象聚焦透镜55之后，沿着光轴A1，设置有一个光接收元件57。当光接收元件57由一个电荷耦合器件(CCD)构成时，还要在光接收元件57之后设置了一个低通滤波器。借助光接收元件57，该变焦距透镜***可起到象聚焦***的作用。
另一方面，设置与光轴A1垂直延伸并垂直地引导由分束器56反射的光的光路上，设置有一个全反射镜59。全反射镜59以与分束器56的反射表面56a相同的角度进行设置，以使它与光轴A1平行地引导被其反射的光。在全反射镜59之后，设置有一个具有会聚发散光的功能的物镜58。在物镜58之后，在物镜58与光轴A1平行地延伸的光轴上，设置有一个透射透镜60。透射透镜60起着对从物镜58进行竖直或横向校正以产生与物具有相同的竖直和横向轮廓的最后的象、校正光学性能、并将象放大或缩小到适于裸眼观测的适当大小的作用。在透射透镜60之后，设置有一个目镜62。该目镜62与透射透镜60相距预定的距离，并适于对来自透射透镜60的象进行放大以获得放大的最后的象。这样，就构成了一个光学取景器。
现在结合图8A和8B，来描述包括整体地包含在其中的这种光学取景器的后焦点式变焦距透镜的操作。
如图8A所示，物镜51提供位于与物镜51相距物距的任意位置上的物的倒立实象。物镜51被实际固定，从而使它不根据物距的变化执行聚焦操作。放大率改变透镜52接收来自物镜51的倒立实象并进行预定的放大率改变，以产生正立的实象。所产生的象的焦点位置和放大率，根据放大率改变透镜52的移动和物距而改变，如同象I2和I2’一样。放大率改变透镜52在对象进行聚焦时造成的放大率变化，使焦距发生变化。这是放大率改变透镜52进行放大率改变的原理。调节焦点位置的变化，以借助在构成象聚焦***的变焦距透镜的后部的象聚焦透镜55的移动，把象聚焦在象聚焦表面上。由于这种操作，该变焦距透镜被称为后焦点式变焦距透镜。
由放大率改变透镜52产生的象I2被提供到光圈53，光圈53对从象发射来并入射到其上的光束的宽度进行调节。借助这种调节，象的亮度得到调节。得到调节的象随后被传送到透射透镜60，后者又根据对发射的光的性能进行校正的要求，将接收的光改变成发散光或会聚光。改变后的光随后入射到象聚焦透镜55上，后者最后在其上设置有光接收元件57的象聚焦表面上产生用于象I2的倒立实象I3。
入射到象聚焦表面61上的会聚光，被设置在分束器56内部的反射表面56a分成两束光。分出的一束光被提供到构成取景***的一部分的象聚焦透镜59，而另一束光被送到象聚焦***的象聚焦表面上。入射到取景***上的光形成了一个象I4，象I4被聚焦在象聚焦表面61相对于反射表面与光轴之间的交点等距离的位置上。从象I4发出的光被物镜58改变成会聚光并随后被提供到全反射镜59。该光被全反射镜59所反射并随后被送到透射透镜60。在接收到反射光时，透射透镜60在接近设置在透射透镜60之后的目镜61上产生一个正立实象I5。该正立实象随后在观测角被用作放大器的目镜61所放大，以使观测者能够用裸眼观测放大的象。
图9显示了根据本发明的另一实施例的后焦点式变焦距透镜。在图9中，与在图8A和8B中的元件对应的元件被用相同的标号表示。
如图9所示，该变焦距透镜包括一个物镜51、一个放大率改变透镜22、一个光圈53、一个透射透镜54和一个象聚焦透镜55，所有这些都以结合图8A和8B所示的方式进行设置。在象聚焦透镜55的最后一个透镜之后，设置有一个分束器56。分束器56带有一个反射表面56a，该反射表面56a不仅适于以诸如90°的预定角度反射入射光，而且还通过它透射入射光，从而使光沿着不同的两条光路行进。根据本实施例，一个光接收元件57被设置在与原来的光轴垂直的光路上，以对象进行聚焦。另一方面，由具有正或负折射率的透镜组成的透射透镜60和一个目镜62被设置在与原来的光轴平行延伸的光路上，以使观测者能够借助裸眼对象进行观测。
借助上述设置，这种变焦距透镜不需要需要为取景器设置单独的空间。另外，变焦距透镜的总体结构得到了简化。
现在，描述根据本发明的后焦点式变焦距透镜，包括与它构成一体的光学取景器。
根据本发明，设置在变焦距透镜***中以构成象聚焦***的透射透镜和象聚焦透镜是与取景***共同的。这与传统的TTL***不同，其中只有由物镜和放大率改变透镜组成的变焦距透镜***的放大率改变部分是与取景***共同的。另外，本发明的***在技术上与传统的***不同，因为在利用本发明的变焦距透镜***实现自动曝光***的情况下，能够借助设置在象聚焦***和取景***中的光接收元件实现实时的象观测。
根据本发明的包括与其构成整体的光学取景器的后焦点式变焦距透镜，不象电子取景器那样需要用于驱动取景器的单独的电源。因此，该后焦点式变焦距透镜的运行所需要的电能消耗较小。另外，该后焦点式变焦距透镜不需要任何单独的彩色显示装置。其结果，是可以获得具有高分辨率和更强的聚焦能力的彩色象。
还可以借助其中光接收元件保持与象聚焦透镜共同的光轴的设置，来防止在包括单独的取景器的情况下出现的视差。由于在取景器镜头筒中没有可以移动的部分，该后焦点式变焦距透镜的结构比包括单独的取景***的情况简单。
另外，由于本发明的变焦距透镜使光学取景器***是后焦点式的，因而它与已有的前焦点式的取景***相比结构紧凑且重量轻。特别地，该后焦点式变焦距透镜使得即使在亮的地方也能够看到清晰的象，因为入射到观测者的眼睛中的光经过光圈进行了调节。
虽然已经为了说明的目的而对本发明的最佳实施例进行了描述，但本领域的技术人员能够理解的是，在不脱离如所附权利要求书公布的本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修正、添加和替换。

Claims (7)

1.一种后焦点式变焦距透镜，它包括分别由一个物镜、一个放大率改变透镜、一个透射透镜和一个象聚焦透镜构成的四个部分，这四个部分按述的顺序设置从而使物镜被设置在最前的位置上，该变焦距透镜进一步包括：
一个设置在象聚焦透镜的最后的透镜部件与一个象聚焦表面之间并适于分离入射到其上的一部分光的分束器，从而使一个光学取景器与该变焦距透镜构成一体。
2.根据权利要求1的后焦点式变焦距透镜，进一步包括：
一个光学元件，它被设置在构成取景器的***的光路上并适于防止象的发散；
象校正装置，它适于使观测者能够用裸眼观测到具有与物相同的轮廓的象；
视场校正装置，它适于只有限地传送摄取在一个光接收元件上的象；以及
象放大装置。
3.根据权利要求1的后焦点式变焦距透镜，进一步包括一个设置在分束器内部的并适于使该分束器对于在有效波长范围内的各种波长具有相同或类似的反射和透射特性的全反射镜。
4.一种后焦点式变焦距透镜，它包括分别由一个物镜、一个放大率改变透镜、一个透射透镜和一个象聚焦透镜构成的四个部分，这四个部分按述的顺序设置从而使物镜被设置在最前的位置上，该变焦距透镜进一步包括：
一个设置在象聚焦透镜的最后的透镜部件与一个物镜之间并适于分离入射到其上的一部分光的分束器，从而使一个光学取景器与该变焦距透镜构成一体。
5.根据权利要求4的后焦点式变焦距透镜，进一步包括：
一个光学元件，它被设置在构成取景器的***的光路上并适于防止象的发散；
一个象校正装置，它适于使观测者能够用裸眼观测具有与物相同的轮廓的象；
视场校正装置，它适于只有限地传送摄取在一个光接收元件上的象；以及
象放大装置。
6.根据权利要求4的后焦点式变焦距透镜，进一步包括设置在分束器内部并适于使该分束器对于在有效波长范围内的各种波长具有相同或类似的反射和透射特性的全反射镜。
7.根据权利要求4的后焦点式变焦距透镜，其中该取景***包括：
一个象聚焦表面，它被设置在来自分束器的两条分离的光路上，以直角反射的平行光沿着该条光路垂直于变焦距透镜的光轴行进；以及
物镜、一个透射透镜和一个目镜按此顺序被设置在来自分束器的另一条发出的光路上。
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