CN101311813B - 光学仪器和光学仪器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种单镜头反光照相机，具有：取景器光学系统，其观察由物镜在标线片上形成的图像；以及测光仪器，其在与所述取景器光学系统的光轴相偏离的位置处测量经由所述取景器光学系统的至少一部分而通过所述标线片传播的光。所述取景器光学系统包括传播来自所述物镜的光的菲涅耳透镜表面，并且所述菲涅耳透镜表面定位成使所述菲涅耳透镜表面的中心根据所述测光仪器的位置而在与所述取景器光学系统的光轴相交的方向偏移。

Description

光学仪器和光学仪器的制造方法

本发明要求日本专利申请No.2007-137497和2008-106072的权益，通过参考其内容在此合并。

技术领域

本发明涉及一种诸如单镜头反光照相机的光学仪器，并且更具体地涉及一种其中安装有菲涅耳透镜和测光仪器的取景器光学系统。

背景技术

传统上，在单镜头反光照相机的取景器中，观察其上形成实像的焦平面，使用该焦平面作为扩散面扩散由物镜形成的实像，并测量进入定位在目镜附近的测光仪器的扩散光。

图8显示了其构造实例，其中当观察视场时，物体的图像通过物镜51形成在标线片上的焦平面53上，此图像经由五棱镜和目镜被视点EP(人眼)观察到，所述五棱镜和目镜未在图中示出。在这种取景器中，菲涅耳透镜54起聚集通过物镜51的出射光瞳52传播的光至视点EP的作用。测光仪器55定位在目镜附近，使得其光轴相对于取景器(目镜)的光轴倾斜，通过将聚集在视点EP处的光线的一部分聚集到测光仪器55而进行测光。

作为具有这种构造类型的照相机，焦平面的扩散特性设计为非对称的，从而确保测光仪器的充足的光的照相机是已知的(例如，见日本专利申请No.H1-36088)。

发明要解决的问题

当测光仪器定位在取景器中时，该测光仪器通常布置在如上所述与取景器的光轴相偏离的位置，并进行测光。然而，如果测光仪器的光轴相对于取景器的光轴倾斜，则在测光仪器上均匀获取来自焦平面的光是困难的，并且获取来自焦平面的整个面的光(也就是拍照范围中的所有光)也是困难的。

发明内容

鉴于上述观点，本发明的目的是提供一种能够在更广的范围上进行测光的光学仪器，以及其制造方法。

解决问题的方案

为实现此目的，根据本发明的光学仪器包括：取景器光学系统，其观察由成像透镜在标线片上形成的图像；以及测光仪器，其在与所述取景器光学系统的光轴相偏离的位置处测量经由所述取景器光学系统的至少一部分而通过所述标线片传播的光，其中，所述取景器光学系统包括传播来自所述成像透镜的光的菲涅耳透镜，并且所述菲涅耳透镜定位成使所述菲涅耳透镜的中心根据所述测光仪器的位置而在与所述取景器光学系统的光轴相交的方向偏移。

根据本发明的光学仪器的制造方法，包括如下步骤：提供观察由成像透镜在标线片上形成的图像的取景器光学系统，以及在与所述取景器光学系统的光轴相偏离的位置处测量经由所述取景器光学系统的至少一部分而通过所述标线片传播的光的测光仪器；提供在所述取景器光学系统中传播来自所述成像透镜的光的菲涅耳透镜；以及把所述菲涅耳透镜定位成使所述菲涅耳透镜的中心根据所述测光仪器的位置而在与所述取景器光学系统的光轴相交的方向偏移。

在上述发明中，优选所述菲涅耳透镜的中心在与所述取景器光学系统的光轴成直角或基本成直角的方向偏移。

同样在上述发明中，优选所述菲涅耳透镜的中心偏移到定位所述测光仪器的一侧。

此外，所述菲涅耳透镜的中心可偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光仪器的光在所述测光仪器上是基本均匀的。

如果所述测光仪器具有进行测光的测光表面，则所述菲涅耳透镜的中心可偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光表面的光在所述测光表面上是基本均匀的。

此外在本发明中，优选所述菲涅耳透镜的中心相对于所述取景器光学系统的光轴的偏移量为所述取景器光学系统的视场范围尺寸的10％到20％。

此外在本发明中，优选所述取景器光学系统包括目镜，并且设所述菲涅耳透镜的中心相对于所述取景器光学系统的光轴的偏移量为X，设所述目镜的焦距为fe时，满足如下的条件表达式：

0＜X/fe＜0.2。

此外在本发明中，优选所述光学仪器是照相机。

发明效果

根据本发明，可在更广的范围进行测光。

通过下文给出的详细描述，本发明的其它应用范围将变得明显。不过，通过此详细说明，在本发明的精神和范围内的各种变形和修改对于本领域的那些技术人员将是很明显的，所以应当认为本发明优选实施例的详细描述和具体实例仅仅是作为示例而给出的。

附图说明

根据下文给出的详细描述以及仅作为示例给出因而并不限制本发明的附图，将会更全面地理解本发明。

图1是表示单镜头反光照相机的一般构造的图；

图2是表示取景器光学系统的图(光学横断面视图)；

图3A是表示传统测光传感器的照度分布的曲线图，而图3B是表示根据本发明的测光传感器的照度分布的曲线图；

图4是表示焦点检测区标记的图；

图5是测光传感器的正视图；

图6表示测光传感器的像素构造的图；

图7是表示控制设备构造的框图；以及

图8是表示传统取景器光学系统的图(光学横断面视图)。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。图1显示了单镜头反光照相机，其是本发明的光学仪器。此单镜头反光照相机1包括物镜11、快速回位镜13、拍照的图像传感器14和取景器光学系统20。取景器光学系统20还包括标线片21、五棱镜25和目镜26，它们从物体起以此顺序布置，由物镜11形成在标线片21上的图像可通过目镜26观察。

物镜11在图像传感器14或标线片21上形成物体图像。快速回位镜13相对于通过物镜11的光轴以45度角插入，通常(在拍照前处于备用状态)，快速回位镜13反射来自物体(图中未示)的通过物镜11的光，以在标线片21上形成图像，并且在快门释放时，快速回位镜13进入反射镜上升状态，从而来自物体(图中未示)的通过物镜11的光在图像传感器14上形成图像。换句话说，图像传感器14和标线片21设置在光学共轭位置。

液晶显示元件24布置在标线片21和五棱镜25之间。此液晶显示元件24显示诸如叠置在形成于标线片21上的物体图像上的焦点检测区标记的信息，还显示除物体图像外的各种拍照信息，包括曝光值。液晶显示元件24显示11个垂直和水平布置的焦点检测区标记35a至35k，如图4中所示。

通过使来自由物镜11在标线片21上形成的物体图像(倒像)的光通量依次通过入射面25a、第一反射面25b、最终反射面25c和出射面25d，五棱镜25将物体图像垂直和水平反转成正像。由此，五棱镜25使观察者能够观察到作为正像的物体图像，并使得取景器光学系统20的结构紧凑。

图2显示了取景器光学系统20的简化构造。在图2中，省去了液晶显示元件24、五棱镜25和目镜26的图示。如上所述，取景器光学系统20设计为使得由物镜11在标线片21的焦平面22上形成的图像可通过视点EP(人眼)经由五棱镜25和目镜26观察到。

测量经由取景器光学系统20的至少一部分通过标线片21传播的光的测光仪器30安装在与取景器光学系统20的光轴O1相偏离的目镜26附近。测光仪器30具有测光透镜31和测光传感器32，构造为使得其光轴O2相对于取景器光学系统20的光轴O1倾斜，并通过将通过标线片21传播并聚集到视点EP的光的一部分经由测光透镜31聚集到测光传感器32而进行测光。

测光传感器32是具有测光表面32a(见图5)的诸如CCD和CMOS的图像传感器，其能够进行测光，并获取由通过五棱镜25传播的光通量形成的物体图像的图像信号。测光传感器32与控制设备(在图1和图2中未示出)电连接，测光传感器32控制单镜头反光照相机1的启动，并将所获取的物体图像的图像信号输出到此控制设备。测光传感器32可周期性地输出物体图像的图像信号，或者可与另一操作互锁此输出。

图5显示了描述测光传感器32的详细构造的正视图。测光传感器32具有多个布置在矩阵中的像素(光电转换元件)33(在此情况中，16个元件W×12个元件L＝192个元件)，所述测光传感器32是图像传感器。每个像素33被分成三部分33a、33b和33c，如图6中所示，并且原色滤镜，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，分别布置在这三个部分33a、33b和33c中。因此可从每个像素33输出物体图像的RGB信号。

图7显示了该控制设备的详细构造。图7中所示的控制设备40是例如CPU，并且包括A/D转换单元41、传感器控制单元42、曝光计算单元43和跟踪控制单元46。A/D转换单元41将从测光传感器32输出的模拟图像信号转换成作为图像信息的数字图像信号。传感器控制单元42控制测光传感器32的启动，从而该数字图像信号变为适当值。具体地，传感器控制单元42进行峰值AGC控制或者平均AGC控制，所述峰值AGC控制设置存储时间和放大器增益，使得测光传感器32的最大输出成为目标输出水平，所述平均AGC控制控制来自测光传感器32的输出的平均水平，并成为目标输出水平。曝光计算单元43基于由测光传感器32获得的图像信号计算曝光值。

跟踪控制单元46将由测光传感器32获得的物体图像(图像信号)中的对应于跟踪目标(在物体图像内)的图像(信号)存储在存储单元47中作为模板图像，所述跟踪目标通过添加焦点检测区标记35a至35k之一而手动或自动设置，并且跟踪控制单元46计算跟踪和聚焦在所设置的跟踪目标上的透镜驱动量。通过跟踪控制单元46计算的透镜驱动量被输出到安装在物镜11中的透镜驱动设备49。透镜驱动设备49具有马达和驱动电路(马达和驱动电路未在图中示出)，基于从跟踪控制单元46输入的透镜驱动量驱动物镜11的聚焦透镜(图中未示)，并调节焦点。

如图2中所示，通过物镜11在其上形成物体图像的焦平面22形成在面对五棱镜25的标线片21的表面(在视点EP一侧的表面)上。将通过物镜11的出射光瞳12传播的光聚集在视点EP的菲涅耳透镜表面23形成在焦平面22的相对侧的标线片21的表面(在物体一侧的表面)上。菲涅耳透镜表面23具有将通过物镜11形成在焦平面21上的实像的光引导到视点的功能。由此，包括外围区域的物镜11的实像可被视点EP观察到。菲涅耳透镜表面23设置为使其中心23a根据测光仪器30的位置沿与取景器光学系统20的光轴O1成直角的方向偏移。

在具有这种构造的单镜头反光照相机1中，当观察到视场时，来自物体(图中未示)的光通过物镜11，被快速回位镜13沿某一方向反射到标线片21，并通过标线片21的菲涅耳透镜表面23传播，以在焦平面22上形成物体图像。在取景器光学系统20中，来自形成在焦平面22上的物体图像的光通过液晶显示元件24、五棱镜25和目镜26传播，并被引导到视点EP，在视点EP处观察者能够观察到物体(图中未示)的实像。在快门释放时，由于快速回位镜13变为反射镜上升状态，所以来自物体(图中未示)的通过物镜11的光在图像传感器14上形成图像。

当观察到视场时，通过取景器光学系统20的标线片21传播并在视点EP处聚集的光的一部分经由测光仪器30的测光透镜31聚集到测光传感器32，测光传感器32测量通过标线片21传播的光。在此情况下，菲涅耳透镜表面23设置为使其中心23a沿某一方向偏移到测光仪器30一侧以与取景器光学系统20的光轴O1形成直角。

根据本实施例，菲涅耳透镜表面23的中心23a根据测光仪器30的位置偏移到与取景器光学系统20的光轴O1相交的方向，由此从标线片21到达测光仪器30的光可增加，因此可在测光仪器30处均匀获取焦平面22的光，并可获取焦平面22的整个表面上的光(也就是拍照范围内的所有光)，从而可在更广的范围内进行测光。通过将此方面应用于单镜头反光照相机1可获得特别显著的效果。

菲涅耳透镜原本具有聚光功能，但是其聚光力不是很强。这是因为增加聚光力从根本上限制了观察者的眼睛能够定位看到的范围。另一方面，如果聚光力下降得太多，则所观察到的图像的亮度降低，并且菲涅耳透镜的原始功能变得不足。如果菲涅耳透镜表面23的偏移量在适当范围之内，如在本实施例的情形中，则可增加引导到测光传感器32的光线，同时保持菲涅耳透镜的原始功能，因此能够改进本发明所要解决的问题。

图3A和3B显示了模拟测光传感器32沿X和Y方向的照度分布时的曲线图。曲线图中的实线显示垂直于页面方向(X方向：见图2和图4)的照度，而虚线显示平行于页面方向(Y方向：见图2和图4)的照度。曲线图的纵坐标表示照度，其横坐标表示测光传感器32上的位置，0是测光传感器32的中心位置。

图3A是图4中所示的现有技术的模拟结果，如图3A的曲线图所示，Y方向的照度分布关于传感器的中心是不对称的。当0是中心时，Y方向的水平照度范围表明中心的右侧比左侧宽(两倍以上)。此问题是由于测光仪器30的光轴O2相对于取景器光学系统20的光轴O1倾斜而产生的。另一方面，图3B是对图2中所示的本实施例的模拟结果，与图3A相比，Y方向的非对称性得到明显改进。由于菲涅耳透镜表面23的中心23a向测光传感器32一侧偏移，因此，传感器范围(测光传感器32能够检测的范围)内包含的光量增加，在很大程度上改进了传感器范围内的照度。

然而，增加菲涅耳透镜表面23的中心23a偏移量超过适当范围对于测光仪器30是有利的，但是会降低菲涅耳透镜的原始功能，也就是将由物镜11在焦平面22上形成的实像的光引导到视点EP，因此可能在视点EP处的取景器视场中出现外围光减少、遮光。因此，优选将菲涅耳透镜表面23的中心23a相对于取景器光学系统20的光轴O1的偏移量控制为取景器光学系统20中的视场范围尺寸(图像圈尺寸)的10％到20％。在此范围内，菲涅耳透镜原始功能的下降可保持在容许范围内。此处图像圈尺寸等于标线片21中的图像形成范围的对角线长度，并且也等于图像传感器14的屏幕的对角线长度。

优选的是设菲涅耳透镜表面23的中心23a相对于取景器光学系统20的光轴O1的偏移量为X，并且设目镜26的焦距为fe时，满足下面的条件表达式(1)。此处X是菲涅耳透镜表面23的中心23a与取景器光学系统20的光轴O1之间的距离，并且是从中心23a到光轴O1的垂直线的长度。

0＜X/fe＜0.2              (1)

此条件表达式(1)是优化目镜26的折射力和菲涅耳透镜表面23的偏移量的条件表达式。标线片21和视点EP(人眼)之间的距离与目镜26的焦距成比例。换句话说，条件表达式(1)间接地定义了菲涅耳透镜表面23的偏移量与标线片21和视点EP(人眼)之间的距离的关系。如果条件在条件表达式(1)的下限之下，那么菲涅耳透镜表面23的偏移量变得太小而不能实现本发明的效果。另一方面，如果条件超过条件表达式(1)的上限，那么菲涅耳透镜表面23的偏移量变得太高，从而引导到视点EP的光不足。为确保实现本发明的效果，优选将条件表达式(1)的下限设置为0.005。

例如，在本实施例中，当取景器光学系统20的光轴O1和测光传感器32之间的距离为Y时(见图2的Y方向)，如果Y＝9mm，而焦距fe＝56.4mm，则将偏移量设置为X＝3mm。在此情况下X/fe＝0.053，其满足条件表达式(1)。此处Y是沿垂直方向离取景器光学系统20的光轴O1的距离，并且是从测光仪器30的底端到光轴O1的垂直线长度。

如上所述，优选菲涅耳透镜表面23的中心23a沿与取景器光学系统20的光轴O1成直角或大致成直角的方向偏移。由此，可降低菲涅耳透镜表面23的偏移对视点EP的影响。此外，当将取景器光学系统20安装在单镜头反光照相机1中时，无需虑及由标线片21的倾斜导致的与其它部件的干扰。

如上所述，还优选将菲涅耳透镜表面23的中心23a向布置测光仪器30的一侧偏移。由此，可将更多的光引导到测光仪器30。

优选将菲涅耳透镜表面23的中心23a偏移到这样的位置，在此位置入射到测光仪器30的光在测光仪器30上(在测光传感器32的测光表面32a上)是基本均匀的。由此，可进行更精确的测光。对于中心23a的偏移量，根据测光仪器30和取景器光学系统20的光轴O1之间的距离确定适当的范围。因此中心23a的偏移量的适当范围基于测光仪器30的位置和从标线片21到视点EP的距离中的至少一个来确定。

因此即使如图4中所示通过取景器光学系统20在物体图像的观察区(取决于液晶显示元件24)中设置多个焦点检测区标记35a至35k，也可将更多的光引导到与焦点检测区标记35a至35k相对应的区域，由此测光传感器32能够输出更精确的图像信号。特别是，即使对于测光传感器32的测光表面32a的底部1/3的区域，也能输出足够精确的图像信号，所述区域对应于图4中底部的三个焦点检测区标记35i至35k。

在现有技术中，标线片21的一端和测光传感器32的顶端之间的距离比标线片21的另一端和测光传感器32的底端之间的距离短，并且测光传感器21的底部区域中的光量往往不足。然而在本实施例中，即使对于测光传感器32的测光表面32a的底部1/3区域，也能输出足够精确的图像信号，由此可消除从与底部的三个焦点检测区标记35i至35k相对应的区域输出的图像信号和从与图4中所示的其它焦点检测区标记35a至35h相对应的区域输出的输出信号之间产生的输出值的较大差异。测光传感器32的垂直方向对应于图1和图2中的垂直方向(Y方向)。

在上述实施例中，本发明不仅可应用于单镜头反光照相机1，而且可应用于其它具有取景器光学系统的光学仪器。上述实施例仅仅是一个实例，并不限定于上述的构造和形式，而且可在本发明的范围内对其进行修改和变形。

在上述实施例中，描述了布置在取景器光学系统20中的菲涅耳透镜，但是本发明并不限定于此，而是同样可应用于安装在诸如闪光灯的照明设备中的菲涅耳透镜，具体地说，此菲涅耳透镜的中心定位为使其偏移到与构成照明设备的光学系统的光轴相交的方向。

在上述实施例中，偏移菲涅耳透镜表面23的中心23a的“布置测光仪器30的一侧”是光学横断面视图(图2)中“布置测光仪器30的一侧”，而不是在测光仪器30安装在单镜头反光照相机1的状态中的“测光仪器30的一侧”(图1中的右侧)，在所述光学横断面视图中，取景器光学系统20的光路是线性图示的。

由此对本发明进行了描述，很明显本发明可以以很多方式进行改变。这些变形不应认为是偏离本发明的精神和范围，并且对于本领域的技术人员来说，所有的修改均包括在权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种光学仪器，包括：

取景器光学系统，其观察由成像透镜在标线片上形成的图像；以及

测光仪器，其在与所述取景器光学系统的光轴相偏离的位置处测量经由所述取景器光学系统的至少一部分而通过所述标线片传播的光，其中，

所述取景器光学系统包括传播来自所述成像透镜的光的菲涅耳透镜，

所述菲涅耳透镜定位成使所述菲涅耳透镜的中心根据所述测光仪器的位置而在与所述取景器光学系统的光轴相交的方向偏移，

所述取景器光学系统包括目镜，并且

设所述菲涅耳透镜的中心相对于所述取景器光学系统的光轴的偏移量为X，设所述目镜的焦距为fe时，满足条件表达式：

0＜X/fe＜0.2。

2.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述菲涅耳透镜的中心在与所述取景器光学系统的光轴成直角或基本成直角的方向偏移。

3.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述菲涅耳透镜的中心偏移到布置所述测光仪器的一侧。

4.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述菲涅耳透镜的中心偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光仪器的光在所述测光仪器上是基本均匀的。

5.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述测光仪器具有进行测光的测光表面，并且所述菲涅耳透镜的中心偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光表面的光在所述测光表面上是基本均匀的。

6.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述菲涅耳透镜的中心相对于所述取景器光学系统的光轴的偏移量为所述取景器光学系统的视场范围尺寸的10％到20％。

7.根据权利要求1所述的光学仪器，其中，所述光学仪器是照相机。

8.一种光学仪器的制造方法，包括如下步骤：

提供观察由成像透镜在标线片上形成的图像的取景器光学系统，以及在与所述取景器光学系统的光轴相偏离的位置处测量经由所述取景器光学系统的至少一部分而通过所述标线片传播的光的测光仪器；

提供在所述取景器光学系统中传播来自所述成像透镜的光的菲涅耳透镜；以及

把所述菲涅耳透镜定位成使所述菲涅耳透镜的中心根据所述测光仪器的位置而在与所述取景器光学系统的光轴相交的方向偏移，

所述取景器光学系统包括目镜，并且

设所述菲涅耳透镜的中心与所述取景器光学系统的光轴的偏移量为X，设所述目镜的焦距为fe时，满足条件表达式：

0＜X/fe＜0.2。

9.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述菲涅耳透镜的中心在与所述取景器光学系统的光轴成直角或基本成直角的方向偏移。

10.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述菲涅耳透镜的中心偏移到布置所述测光仪器的一侧。

11.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述菲涅耳透镜的中心偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光仪器的光在所述测光仪器上是基本均匀的。

12.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述测光仪器具有进行所述测光的测光表面，并且所述菲涅耳透镜的中心偏移到这样的位置，在此位置入射到所述测光表面的光在所述测光表面上是基本均匀的。

13.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述菲涅耳透镜的中心与所述取景器光学系统的光轴的偏移量为所述取景器光学系统的视场范围尺寸的10％到20％。

14.根据权利要求8所述的光学仪器的制造方法，其中，所述光学仪器是照相机。

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