JPH0990266A

JPH0990266A - 像反転光学系

Info

Publication number: JPH0990266A
Application number: JP27182395A
Authority: JP
Inventors: Masato Noguchi; 正人野口; Yukio Hasushita; 幸生蓮下
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ダハミラーを利用した系では、ダハ面の加工
精度が高く要求されるためコストが高くつく。また、ポ
ロプリズムを利用した系では、必要な配置スペースが比
較的大きくなる。【解決手段】第１、第２、第３の反射面１，２，３
は、いずれも長方形であり、三角錐の３つの側面の内面
の一部をそれぞれなすような位置関係で配置されてい
る。第１の反射面１に入射した基準光線Ｌは、３つの反
射面で順に反射されて射出する。基準光線Ｌの光路は、
第１の反射面１への入射時と第３の反射面３からの反射
時とで同一の基準平面内にあり、この基準平面内でγの
角度で交差する。この像反転光学系は、像の向きを垂直
方向に関して一次元方向に反転させる機能を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カメラのファイ
ンダーや双眼鏡、望遠鏡等の正立光学系に用いられる像
反転光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばカメラの実像式ファインダーに
は、対物レンズ系により形成される像を正立させるため
に、ダハミラーとペンタプリズムとを組み合せた光学
系、あるいはポロプリズム等の正立光学系が設けられて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ダハミラーを利用した
系では、ダハミラー、プリズムの配置スペースがダハミ
ラーによる像の反転方向に関しては光束径とほぼ等しい
幅があれば足りるため、この方向の配置スペースは小さ
くともよいが、ダハ面の加工精度が特に稜線近傍で高く
要求されるためコストが高くつく。また、ダハミラーで
の反射時に稜線を境としてダハ面のいずれの側に先に入
射するかによって反射後の光束の偏光状態が異なり、光
路中にＬＣＤ等の偏光を利用した表示素子を設けた場合
には表示に支障をきたす場合がある。

【０００４】一方、ポロプリズムを利用した系ではダハ
面を用いないために上記のような不具合はないが、入射
面(光軸と反射面の法線とを含む面)が直交する２つの反
射面を２組設ける必要があるため、配置スペースが大き
いという問題がある。

【０００５】ポロプリズムは、図１１に示されるよう
に、２つの直角プリズムを互いの斜面の１／２を重ねる
ように縦横に組み合わせて構成されており、この斜面の
１／２の面積が光束の最大入射領域となる。したがっ
て、入射光束の径をＤとすると、光束Ｌの入射方向に対
して垂直な面内における全体のサイズが、縦横いずれの
方向についても光束径Ｄの少なくとも２倍である２Ｄ必
要となり、ダハミラーを利用した系と比較して必要な配
置スペースが大きくなる。

【０００６】この種の正立光学系がいわゆるコンパクト
カメラの実像式ファインダーとして用いられる場合に
は、一般にフィルムの短辺方向に相当する高さ方向のス
ペースが、長辺方向に相当する幅方向のスペースより厳
しい制約を受けるが、上記のポロプリズムを利用した場
合には高さ方向のスペースを抑えることができず、カメ
ラのコンパクト化を妨げる原因の一つとなる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するため、三角錐の３側面の内面の一部をそれぞ
れなす位置関係で第１、第２、第３の反射面を配置し、
入射した光束を第１、第２、第３の反射面で順に反射さ
せることにより、光束により伝達される像を一次元方向
について反転させることを特徴とする。

【０００８】三角錐の３側面の内面の一部をそれぞれな
す位置関係とは、第１、第２、第３の反射面の法線が一
点で交差するよう設定したときに、３本の法線が１平面
内に含まれないような位置関係である。

【０００９】各反射面の位置関係は、基準光線が第１の
反射面に入射する際の光路と、第３の反射面で反射され
た後に射出する光路とが同一の基準平面内に位置するよ
う設定することが望ましい。なお、基準光線とは、入射
光束の中心線であって、像が反転した際にもその位置が
変化しない点を通る光線をいい、像反転光学系がファイ
ンダー系内で用いられる場合には、ファインダー光軸に
一致する。

【００１０】角度設定を容易にするためには、基準光線
に対する第２の反射面の入射面と第２の反射面との２つ
の面に対して垂直な仮想平面に対し、第１、第３の反射
面を面対称に配置することが望ましい。

【００１１】実像式ファインダー等の光学系に用いる際
には、上記の３つの反射面に加え、光束の進行方向と垂
直な面内で前記の一次元方向と直交する方向に像の向き
を反転させる第４の反射面を設ける必要がある。

【００１２】この発明の像反転光学系は、これらの反射
面を内面反射面として含む単一のプリズムとして形成し
てもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる像反転光
学系の実施形態を説明する。この発明にかかる像反転光
学系は、基本的に３つの反射面から構成される。

【００１４】図１は、これらの反射面の位置関係を示
す。第１、第２、第３の反射面１，２，３は、いずれも
長方形であり、三角錐の３つの側面の内面の一部をそれ
ぞれなすような位置関係で配置されている。

【００１５】図中一点鎖線で示したように、第１の反射
面１に入射した基準光線Ｌは、３つの反射面で順に反射
されて射出する。基準光線Ｌの光路は、第１の反射面１
への入射時と第３の反射面３からの反射時とで同一の基
準平面内にあり、この基準平面内でγの角度で交差す
る。

【００１６】ここで、光線Ｌの入射方向から見て基準平
面と平行な方向を水平方向、基準平面と垂直な方向を垂
直方向と定義すると、この像反転光学系は、像の向きを
垂直方向に関して反転させる機能を有している。

【００１７】この像反転光学系に奇数枚のミラーを組み
合わせて水平方向に関しても像を反転させることによ
り、従来のダブルポロプリズムと同様の正立光学系を構
成することができる。カメラのファインダーとして用い
られる場合には、水平方向をフィルムの長手方向に一致
させるよう配置すれば、フィルムの短辺方向に相当する
カメラの高さをダハミラーを用いた系とほぼ同等に抑え
ることができる。

【００１８】次に、第１〜第３の反射面の位置関係を座
標軸を用いて説明する。図２に示すように互いに直交す
るｘ，ｙ，ｚ軸から成る直角座標を設定する。ｘ−ｙ平
面内でｘ軸をｚ軸回りにθ／２回転させて式(３)の直線
を得ると共に、ｘ−ｚ平面をｚ軸回りにθ／２回転させ
て式(４)の平面を得る。

【００１９】

【数４】ｙ＝ｘ・ｔａｎ(θ／２)，ｚ＝０ …(３) ｙ＝ｘ・ｔａｎ(θ／２) …(４)

【００２０】第１の反射面１は、式(４)で表される平面
を式(３)で表される直線を軸にしてα回転させた面とし
て規定される。第３の反射面３は、ｘ−ｚ平面を境に第
１の反射面１と面対称な位置に配置される。第２の反射
面２は、ｘ−ｙ平面と平行な平面をｙ軸と平行な軸回り
にβ回転させた面として規定される。

【００２１】なお、図１の基準光線Ｌが第１の反射面１
への入射時、そして第３の反射面３での反射後に通る基
準平面は、図２のｘ−ｙ平面に相当する。したがって、
この像反転光学系は、ｚ方向において像の向きを反転さ
せる機能を有する。

【００２２】続いて、発明の原理を図２の座標系に基づ
く行列式を用いて説明する。一般に、１つの反射面の反
射回転行列Ｒは、反射面の法線ベクトルを(ｋ，ｍ，ｎ)
として、以下の式(５)で表される。

【００２３】

【数５】

【００２４】反射面が１面である場合、その反射回転行
列をＲ、反射面に入射する像のベクトルをＰとすると、
反射後の像のベクトルＰ'は式(６)で表される。像が複
数の反射面で反射される場合には、それぞれの反射回転
行列をＲ1，Ｒ2，…，Ｒnとして、像のベクトルＰ'は式
(７)で表される。

【００２５】

【数６】Ｐ'＝Ｒ・Ｐ …(６) Ｐ'＝Ｒn・…・Ｒ2・Ｒ1・Ｐ …(７)

【００２６】ここで、この発明にかかる像反転光学系の
第１、第２、第３の反射面１，２，３は図２に示される
位置関係にあるため、各反射面の法線ベクトルｎ1，ｎ
2，ｎ3は式(１)に示すとおりとなる。

【００２７】

【数７】

【００２８】そして、各反射面の反射回転行列Ｒ1，Ｒ
2，Ｒ3はそれぞれ式(８)(９)(１０)に示すとおりとな
る。なお、ここでは計算のため回転行列の各要素を記号
ａ〜ｈに置き換えて表示している。

【００２９】

【数８】

【００３０】よって、これらの合成行列は、式(１１)に
示すとおりとなる。

【００３１】

【数９】

【００３２】ここで、この像反転光学系が入射する像の
ベクトルをｚ方向について反転させ、かつ、基準光線Ｌ
が第１の反射面１への入射時と第３の反射面３で反射さ
れた後の射出時に共にｘ−ｙ平面内にあるためには、合
成行列が以下の式(１２)の形となる必要がある。

【００３３】

【数１０】

【００３４】すなわち、像をｚ方向に反転させるために
行列式(１１)の３行３列の要素Ｒ(3,3)を−１とする必
要があり、その結果、Ｒ(3,1)＝Ｒ(3,2)＝Ｒ(1,3)＝Ｒ
(2,3)＝０となる。平面による反射では像の大きさは変
化しないため、反射行列の各列、各行の要素の二乗和は
１になる。したがって、要素Ｒ(3,3)が−１となれば３
列、３行の他の要素は０となる。Ｒ(1,1)，Ｒ(1,2)，Ｒ
(2,1)，Ｒ(2,2)の成分は、入射光束に対する射出光束の
角度γを決定する要素となる。Ｒ(3,3)を展開すると、
以下の式(１３)の通りとなる。

【００３５】

【数１１】

【００３６】したがって、第１、第２、第３の反射面
１，２，３が以下の式(２)を満たすような角度関係にあ
る場合に、この像反転光学系は像の向きをｚ方向におい
て反転させることができる。

【００３７】

【数１２】

【００３８】次に、上記の条件を満たす具体的な数値例
を説明する。入射する光束は、基準光線Ｌを中心とする
円、または楕円の断面形状を持つ平行光束である。基準
光線Ｌの水平方向の光束径をＤ1、垂直方向の光束径を
Ｄ2とする。

【００３９】図１、図２に示した実施態様は、光束径を
Ｄ1＝１．５Ｄ，Ｄ2＝Ｄとし、入射光と射出光とのなす
角度γを６０°に設定した場合の設計例である。具体的
な数値構成は以下の表１に示す通りとなる。ｈは、垂直
方向(ｚ方向)において必要となる像反転光学系の高さで
ある。

【００４０】

【表１】 θ＝２８．７７° α＝１１．７２° β＝６．１５° ｈ＝１．１６１Ｄ

【００４１】この構成によれば、図中の高さ方向の幅を
光束径Ｄとほぼ等しいサイズに抑えることができるた
め、この光学系をファインダーの正立光学系として使用
すれば、ポロプリズムを利用した従来例と比較すると、
ファインダー系の高さを約１／２に抑えることができ
る。また、ダハミラーのように反射面内に稜線が存在し
ないため、ダハミラーによって生じる不具合を避けつ
つ、ダハミラーを用いた場合と同様にカメラのコンパク
ト化を図ることができる。

【００４２】図３〜図５は、上記の角度で配置された３
枚の反射面１，２，３に加え、入射面(面の法線と基準
光線Ｌとを含む面)が基準平面と平行になる第４の反射
面４を設けた像反転光学系を示す。図３は平面図、図
４、図５は斜視図である。第４の反射面４は、図２の座
標系を適用するとｙ−ｚ平面と平行である。

【００４３】光束は、第３の反射面３で反射された後に
第４の反射面４で反射され、第１の反射面１への入射方
向と平行に射出される。第４の反射面により水平方向の
像の向きが反転するため、これら４枚の反射面を組み合
わせることにより、像の向きを二次元方向に反転させる
ことができる。例えば実像式ファインダーの正立光学系
として用いた場合には、対物レンズ系により形成される
倒立像を反転させて接眼レンズ側に正立像を伝達するこ
とができる。なお、光束の入射方向は上記の例に限られ
ず、第４の反射面４側から入射させ、第３、第２、第１
の反射面の順に反射させるよう設定してもよい。

【００４４】図６および図７に示した実施態様は、図３
と同様に４つの反射面１，２，３，４を用いて像の方向
を二次元方向について反転させる光学系である。光束径
をＤ1＝Ｄ2＝Ｄとし、入射光と射出光とが平行になるよ
う設計されている。具体的な数値は表２に示される。

【００４５】

【表２】 θ＝４２．７３° α＝１３．３３° β＝１０．３６° ｈ＝１．１８０Ｄ

【００４６】この例では、第４の反射面４を第３の反射
面３に接して配置することにより、第４の反射面４で反
射された光束が第１、第３の反射面１，３の間を通るよ
う設定することができ、図３の例と比較すると反射面の
配置スペースを小さくすることができる。

【００４７】図８〜図１０は、図６および図７の実施態
様と同一の角度関係で配置された４つの反射面をプリズ
ムとして形成した例を示す。図８は平面図、図９、図１
０はそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。第１、
第２、第３、第４の反射面Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4は、プリ
ズムの内面として三角錐の３側面の一部内面を構成する
位置関係で配置されており、基準光線Ｌと垂直になるよ
うに入射側端面Ｔ1が形成されると共に、これと平行に
射出側端面Ｔ2が形成されている。入射側端面Ｔ1に垂直
に入射した基準光線Ｌは、この端面を透過して反射面Ｒ
1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4で順に内面反射され、射出側端面Ｔ2
から垂直に射出する。

【００４８】なお、このプリズムをプラスチック等の成
型品として製作する場合には、型からの取り外しを容易
にするため、抜け勾配をつけることが好ましい。

【００４９】一般にプリズムはミラーより容易に高精度
な加工ができるため、この発明の像反転光学系をプリズ
ムを利用して構成すれば、複数のミラーを組み合わせる
より精度の高い光学系を構成することができる。また、
プリズムを利用すれば４つの反射面の位置関係は固定さ
れるため、ミラーを用いてそれぞれの反射面を位置決め
するより組立が容易である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ダハ面を使用せずに小さな配置スペースで像の方向
を反転させることができる光学系を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる像反転光学系の第１の実施
態様にかかる反射面の配置を示す斜視図である。

【図２】図１の像反転光学系を座標軸を用いて示した
平面図である。

【図３】図１の像反転光学系の変形例を示す平面図で
ある。

【図４】図３の像反転光学系の斜視図である。

【図５】図３の像反転光学系を他の方向から見た斜視
図である。

【図６】この発明にかかる像反転光学系の第２の実施
態様にかかる反射面の配置を示す平面図である。

【図７】図６の像反転光学系の斜視図である。

【図８】図６の像反転光学系の変形例を示すプリズム
の平面図である。

【図９】図８の像反転プリズムの斜視図である。

【図１０】図８の像反転プリズムを他の方向から見た
斜視図である。

【図１１】従来の正立光学系であるポロプリズムの斜
視図である。

【符号の説明】

１，Ｒ1 第１の反射面２，Ｒ2 第２の反射面３，Ｒ3 第３の反射面４，Ｒ4 第４の反射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三角錐の３つの側面の一部をそれぞれなす
第１、第２、第３の反射面を有し、入射した光束を前記
第１、第２、第３の反射面で順に反射させることによ
り、前記光束により伝達される像を一次元方向について
反転させることを特徴とする像反転光学系。
【請求項２】基準光線が前記第１の反射面に入射する際
の光路と、前記第３の反射面で反射された後に射出する
光路とが同一の基準平面内に位置することを特徴とする
請求項１に記載の像反転光学系。
【請求項３】前記基準平面に対して垂直な方向について
像の向きを反転させることを特徴とする請求項２に記載
の像反転光学系。
【請求項４】前記基準光線に対する前記第２の反射面の
入射面と前記第２の反射面との２つの面に対して垂直な
仮想平面に対し、前記第１、第３の反射面が面対称に配
置されていることを特徴とする請求項２に記載の像反転
光学系。
【請求項５】ｘ，ｙ，ｚ軸から成る直角座標における前
記第１、第２、第３の反射面の方向余弦をそれぞれ以下
の式(１)で示すｎ1，ｎ2，ｎ3としたときに、式(２)の
条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の像反転
光学系。【数１】【数２】
【請求項６】ｘ，ｙ，ｚ軸から成る直角座標を設定した
際に、前記第１の反射面は、ｘ軸をｚ軸回りにθ／２回
転させて求めた直線を軸にして、ｘ−ｚ平面をｚ軸回り
にθ／２回転させて求めた平面をα回転させた面として
規定され、前記第２の反射面は、ｘ−ｙ平面と平行な平
面をｙ軸と平行な軸回りにβ回転させた面として規定さ
れ、前記第３の反射面は、ｘ−ｚ平面を境に第１の反射
面と面対称な面として規定され、これらの角度θ、α、
βが、以下の式(２)を満たすことを特徴とする請求項１
に記載の像反転光学系。【数３】
【請求項７】前記直角座標において、ｙ−ｚ平面と平行
な第４の反射面が設けられていることを特徴とする請求
項６に記載の像反転光学系。
【請求項８】前記光束の進行方向と垂直な面内で、前記
一次元方向と直交する方向に像の向きを反転させる第４
の反射面が設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の像反転光学系。
【請求項９】前記第１、第２、第３の反射面は、単一の
プリズムの内面反射面として形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の像反転光学系。
【請求項１０】前記第１、第２、第３、第４の反射面
は、単一のプリズムの内面反射面として形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の像反転光学系。
【請求項１１】三角錐の３つの側面の一部をそれぞれな
すよう配置され、入射した光束を順に反射させることに
より前記光束により伝達される像を一次元方向について
反転させる第１、第２、第３の反射面と、前記第３の反
射面で反射された光束を反射させることにより、前記光
束の進行方向と垂直な面内で、前記一次元方向と直交す
る方向に像の向きを反転させる第４の反射面とを有し、
伝達される像の向きを上下、左右に反転させることを特
徴とする像反転光学系。
【請求項１２】基準光線が前記第１の反射面に入射する
際の光路と、前記第４の反射面で反射された後に射出す
る光路とが同一の基準平面内に位置することを特徴とす
る請求項１１に記載の像反転光学系。
【請求項１３】前記第１の反射面に入射する光束と前記
第４の反射面で反射されて射出する光束とが平行である
ことを特徴とする請求項１１に記載の像反転光学系。
【請求項１４】前記第４の反射面は、第４の反射面で反
射された光束が第１の反射面と第３の反射面との間の空
間を通るよう配置されていることを特徴とする請求項１
１に記載の像反転光学系。
【請求項１５】前記第１、第２、第３、第４の反射面
は、単一のプリズムの内面反射面として形成されている
ことを特徴とする請求項１１または１４のいずれかに記
載の像反転光学系。
【請求項１６】三角錐の３つの側面の一部をそれぞれな
すよう配置され、入射した光束を順に反射させることに
より前記光束により伝達される像を一次元方向について
反転させる第１、第２、第３の反射面と、前記第１の反
射面より手前の光路中に設けられ、入射光束を反射させ
ることにより、前記光束の進行方向と垂直な面内で、前
記一次元方向と直交する方向に像の向きを反転させる第
４の反射面とを有し、伝達される像の向きを上下、左右
に反転させることを特徴とする像反転光学系。