二重の焦点距離のレンズシステム
二重の焦点距離の光学的なシステム（１００）は、第一の光学的なシステム（２００）及び第二の光学的なシステム（３００）を含む。第一の光学的なシステム（２００）は、光軸（１２５）に沿って位置決めされたものであると共に物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体（２０５）を含む。物体側の表面及び像側の表面は、屈折性の表面（１４０，２４０）及び反射性の表面（２２５，２３５）を含む。第一の光学的なシステム（２００）は、ある焦点距離を有する。第二の光学的なシステムは、同じ光軸（１２５）に位置決めされたものであると共にある焦点距離を有する。第一の光学的なシステムの焦点距離は、第二の光学的なシステムのものと比べてより長いものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、反射性の光学的なシステムの分野に、及び、特に、コンパクトなイメージングシステムにおける使用のために適切な光学的なシステムに、関係する。
【背景技術】
【０００２】
屈折性の光学部品を備えた屈折性の光学部品を組み合わせる光学的なシステムは、知られたものである。例えば、Ｂｏｄｋｉｎへ発行された、米国特許第７，０４９，５９７号（特許文献１）、及び、Ａｍｏｎへ発行された、米国特許第７，１１９，９６９号（特許文献２）は、二重のスペクトルの光学的なシステムにおける使用のための反射性の及び屈折性の素子を備えた二重の光路を開示する。各々の光学的なシステムは、可視のイメージングのための一つの光学的なシステム及びハイパースペクトルのイメージングための別の光学的なシステムを含む。ビームスプリッターは、二つの光路を形成するために使用される。
【０００３】
Ｖｏｎ Ｈｏｅｓｓｌｅへ発行された、米国特許第５，０５１，８３０号（特許文献３）は、開示されたものである内側の及び外側のゾーンを備えた屈折性のレンズを開示する。外側のゾーンからの光は、第一のセンサーへと光を集束させる反射性のレンズへ伝わる。内側のゾーンからの光は、第一のセンサーと背中合わせの構成に位置させられたものである第二のセンサーへと集束させられる。単一の電子的なシステムは、イメージングシステムの一つのみがある時間に使用されることができるように、両方のイメージングシステムを支持するために使用される。二つのセンサーの位置決めすることは、案内されたミサイルの用途において重量を最小化するために設計されたものである。より短い焦点距離のイメージングシステムは、ターゲットへのミサイルの一般の案内のために提供されたものである。より長い焦点距離のイメージングシステムは、ターゲットへのミサイルの案内の第一のステージの間におけるミサイルのより正確な案内のために提供されたものである。
【０００４】
Ｌａｗｓｏｎへ発行された、米国特許第６，８７０，６９０号（特許文献４）は、レンズの外側の部分が、一つのスペクトルの帯域のために設計されたものであると共に、レンズの内側の部分が、別のスペクトルの帯域のために設計されたものであるレンズを開示する。Ｗｉｌｍへ発行された、米国特許第５，１７２，２３５号（特許文献５）は、一つのセンサーへとフォーカシングされる二つのレンズを開示する。相補的なゾーンフィルターは、解像度の異なるエリアを備えた複合のイメージを生じさせるために二つのレンズからの二つのイメージが互いにオーバーレイすることを可能とする。
【０００５】
しかしながら、まだ、同じシーン又は物体の同時に異なる焦点距離の像を提供する二つの独立なレンズシステムを含む二重の焦点距離のレンズシステムを組み込むコンパクトなイメージングシステムを提供することの要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，０４９，５９７号
【特許文献２】米国特許第７，１１９，９６９号
【特許文献３】米国特許第５，０５１，８３０号
【特許文献４】米国特許第６，８７０，６９０号
【特許文献５】米国特許第５，１７２，２３５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の一つの態様に従ったもので、二重の焦点距離の光学的なシステムは、第一の光学的なシステム及び第二の光学的なシステムを含む。第一の光学的なシステムは、光軸に沿って位置決めされたものであると共に、物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含む。物体側の表面及び像側の表面は、屈折性の表面の部分及び反射性の表面の部分を含む。第一の光学的なシステムは、ある焦点距離を有する。第二の光学的なシステムは、同じ光軸に位置決めされたものであると共に、ある焦点距離を有する。第一の光学的なシステムの焦点距離は、第二の光学的なシステムの焦点距離と比べてより長いものである。
【０００８】
発明の別の態様に従ったもので、二重の焦点距離の光学的なシステムは、第一の光学的なシステム及び第二の光学的なシステムを含む。第一の光学的なシステムは、光路に沿って位置決めされたものであると共に、物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含む。第一の光学的なシステムは、また、光路に沿って目視される際に、光学的な構造体の物体側の表面及び像側の表面の間に位置させられた中間の反射性の素子の第一の表面を含む。第一の光学的なシステムは、第一の焦点距離を有する。第二の光学的なシステムは、同じ光路の部分を共有すると共に、第一の光学的なシステムのものと同じ中間の反射性の素子の第二の表面を含む。第二の光学的なシステムは、第二の焦点距離を有する。第一の光学的なシステムの第一の焦点距離は、第二の光学的なシステムの第二の焦点距離と比べてより長いものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、発明の第一の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図２】図２は、発明の第一の例の実施形態の光学的な構成部品の概略的な図である。
【図３】図３は、発明の第一の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【図４】図４は、発明の第二の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図５】図５は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図６】図６は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図７】図７は、発明の第二の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
より下に与えられた発明の好適な実施形態の詳細な説明において、参照は、付随するものである図面になされたものであるが、それらにおいて：
図１は、発明の第一の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図２は、発明の第一の例の実施形態の光学的な構成部品の概略的な図である；
図３は、発明の第一の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である；
図４は、発明の第二の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図５は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図６は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；と共に、
図７は、発明の第二の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【００１１】
本記載は、特に、本発明に従った装置、の部分を形成する、又は、それとより直接的に協働する、素子へ方向付けられることになる。具体的に示された又は記載されたものではない素子が、当業者に周知の様々な形態を取ることがあることは、理解されるものである。
【００１２】
図１を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図面は、示される。二重の焦点距離のレンズシステム１００は、第一の（例えば、望遠の）光学的なシステム２００及び第二の（例えば、広角の）光学的なシステム３００を含む。第一の光学的なシステム２００の（図２を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム２００が光学的なパワーを有する屈折性の及び反射性の光学的な表面の両方を含む反射屈折性の光学的なシステムを定義する。第二の光学的なシステム３００の（図２を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム３００が光学的なパワーを有する屈折性の光学的な表面を含む光屈折性の光学的なシステムを定義する。
【００１３】
第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００は、光軸１２５に沿って位置決めされたものであると共に、光学的な素子の光学的な表面を共有する。表面１０５及び１１０は、第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００の両方に使用される、一般的に補償板と称された、弱い屈折させる光学的なパワーを有するレンズ素子１４０を定義する。レンズ素子１４０の異なる部分は、外側の輪状の領域１１５を使用する第一の光学的なシステム２００及び中央の領域１２０を使用する第二の光学的なシステム３００を備えた各々のレンズシステムに使用される。
【００１４】
レンズ素子１４０の表面１０５は、非球面のものであると共に、レンズ素子１４０の表面１１０は、球面のものである。しかしながら、表面１０５及び１１０のいずれか又は両方は、収差を補正することを助けるために非球面のものであることができる。あるいは、表面１０５及び１１０は、汚染から残留する光学的なシステムを保護するためのカバー窓として作用するために平面のものであることができる。
【００１５】
ある焦点距離を有する、第一の光学的なシステム２００は、光路又は光軸１２５に沿って位置決めされたものである。ある焦点距離を有する、第二の光学的なシステム３００は、同じ光路１２５に沿って位置決めされたものである。第一の光学的なシステム２００の焦点距離（第一の焦点距離）は、第二の光学的なシステム３００の焦点距離（第二の焦点距離）と比べてより長いものである。第二の光学的なシステム３００が、イメージセンサー１３５へ光を方向付ける一方で、第一の光学的なシステム２００は、イメージセンサー１３０へ光を方向付ける。
【００１６】
図２を参照すると、第一の光学的なシステム２００は、物体側の表面２１０及び像側の表面２１５を有する光学的な構造体２０５を含む。物体側の表面２１０は、屈折性の表面の部分２２０及び反射性の表面の部分２２５を含む。像側の表面２１５は、屈折性の表面の部分２３０及び反射性の表面の部分２３５を含む。
【００１７】
光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５は、光学的なパワーを有すると共に非球面のものである。光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の反射性の表面の部分２２５は、また、光学的なパワーを有すると共に非球面のものである。しかしながら、反射性の表面の部分２２５は、非球面のものであることができる。第一の光学的なシステム２００のための光学的なパワーの大部分は、反射性の表面２３５及び２２５に有るものである。表面２３５及び２２５が、反射性のものである際には、これらの表面は、光学的なシステム２００へと色収差を導入するものではない。第一の光学的なシステム２００は、開口２９０を含む。
【００１８】
表面２２５及び２３５の間における空間は、空気又は（図３を参照してより詳細に記載された）屈折性の材料で充填されたものであることができる。この空間が、屈折性の材料で充填されたものであるとき、材料の分散は、いくらかの色収差を導入することがある。これが、起こるとき、イメージセンサー１３０及び光学的な構造体２０５の間に位置決めされた表面２４５及び２５０を有する屈折性の光学的な素子２４０は、視野の収差が有るものであるとすれば視野の収差のみならず色収差を補正するために使用されることができる。
【００１９】
図２に示されたように、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０は、光学的な素子２４０の表面２４５及び２５０の一つ又は両方を含む。しかしながら、表面２２５及び２３５の間における空間が、屈折性の材料で充填されたものである（図３を参照すること）とき、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０は、材料それ自体から、例えば、曲率半径を成形することによって、形成されることができる。
【００２０】
図２に示されたように、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の屈折性の表面の部分２２０は、レンズ素子１４０の表面１０５及び１１０の一つ又は両方を含む。それに応じて、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の光学的なパワーは、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の光学的なパワーと比べてより少ないものである。あるいは、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０は、別の表面を含むことができる。例えば、レンズ素子１４０が、平面の板であるとき、物体側の表面２１０は、別のレンズ素子の表面又は表面２２５及び２３５の間における空間を充填するために使用された材料の物体側の表面３３０であることができる（図３を参照すること）。
【００２１】
まだ図２を及び逆戻りに図１を参照すると、レンズ素子１４０の異なる部分は、外側の輪状の領域１１５を使用する第一の光学的なシステム２００及び中央の領域１２０を使用する第二の光学的なシステム３００を備えた各々のレンズシステムに使用されたものである。この意味において、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０は、第二の屈折性の表面の部分１２０が第二の光学的なシステム３００と関連させられたものであること及び第一の屈折性の表面の部分１１５が第一の光学的なシステム２００と関連させられたものであることを備えた、第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０を含む。図１及び２に示されたように、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０は、連続的な表面を形成するが、しかし、これは、常に、そのケースであることを必要とするものではない。加えて、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０は、同じ曲率半径を有する。しかしながら、屈折性の表面の部分１１５及び１２０は、異なる曲率半径を有することができる。
【００２２】
表１Ａは、発明の第一の例の実施形態の第一のレンズシステム２００の一つの具体的な構成を記載する。この構成においては、レンズシステム２００は、望遠のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一のレンズシステム２００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００２３】
表１Ａ
【００２４】
【表１】
まだ図２を参照すると、第二の光学的なシステム３００は、第一の光学的なシステム２００を備えた光学的な素子１４０の表面１０５及び１１０を共有する。光学的な素子１４０を通過した後に、第二の光学的なシステム３００は、一つの又はより多い追加のレンズ２２５を通じてイメージセンサー１３５へ光を方向付ける。図２に示されたように、これらのレンズは、表面２６０，２６５を有する両凸のレンズ；表面２７０，２７５を有する両凸のレンズ；及び表面２８０，２８５を有する両凹のレンズを含む。あるいは、第二の光学的なシステム３００は、図２に示されたレンズの数と比べてより多い又はより少ないレンズを有することができる。
【００２５】
光学的なシステム３００のための光学的なパワーの、全てではないが、大部分は、表面２６０乃至２８５に含有される。レンズ２２５は、＋，＋，−の光学的なパワーを有する三つの素子のレンズ群を形成するが、しかし、他の構成は、ちょうど可視のもののようなものである。表面２６０乃至２８５は、球面のものであるが、しかしながら、これらの光学的な表面のいずれもが、収差のコントロールのための非球面を有することができる。
【００２６】
表１Ｂは、発明の第一の例の実施形態の第二のレンズシステム３００の一つの具体的な構成を記載する。この構成においては、レンズシステム３００は、広角のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一のレンズシステム３００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００２７】
表１Ｂ
【００２８】
【表２】
逆戻りに図１及び２を参照すると、第一の光学的なシステム２００の第一の焦点距離及び第二の光学的なシステム３００の第二の焦点距離の少なくとも一つは、固定された焦点距離である。しかしながら、追加の光学的な素子が、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために可動なものである、イメージセンサー１３０及び第一の光学的なシステム２００並びにイメージセンサー１３５及び第二の光学的なシステム３００のいずれか又は両方の間に位置決めされることができることは、企図される。これは、一つの又はより多い光学的な素子を移動させるための従来の技術を使用することで成し遂げられることができる。あるいは、イメージセンサー１３０及びイメージセンサー１３５の一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれの関連させられた光路に沿って可動なものであることができる。イメージセンサーの移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。別の代替の実施形態において、第一の光学的なシステム２００又は第二の光学的なシステム３００は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれらのそれぞれのイメージセンサー１３０及び１３５に対して相対的に移動させられることができる。再度、移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。
【００２９】
コントローラーは、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００によって生じさせられたイメージの両方を使用することでディジタルズーミングの機能を行うために提供されたものであると共に構成されたものであることができる。ディジタルズーミングは、Ｂｏｒｄｅｒ等の２００８年２月７日に公開された米国特許出願公開第２００８／００３０５９２号に記載されたものと同様の技術を使用するものであることで成し遂げられることができる。
【００３０】
図３を及び逆戻りに図２を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム１００の例の実施３６０は、示されたものである。光学的な構造２０５は、レンズ２５５及びイメージセンサー１３５のまわりに一緒に接合された二つのピース３１０，３２０を含む固体の材料の素子である。適切な材料は、アクリル系のプラスチック、シクロオレフィン重合体（共重合体）、例えば、Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから商業的に入手可能なものである、Ｚｅｏｎｅｘ、と同様の低い分散の材料を含む。ピース３１０は、物体側の表面２１０の屈折性の表面の部分２２０として役に立つ素子１４０を含む。ピース３２０は、物体側の表面２１０の反射性の表面の部分２２５及び像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５を含む。図３において、像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５の真ん中における材料の表面は、平面のものであるが、そのように、屈折性の光学的な素子２４０は、像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０として役に立つ。二重の焦点距離のレンズシステム１００の例の実施３６０は、また、開口２９０を形成するピース３２０における光を遮る表面３５０を含む。図３においては、光学的な素子２２５は、図２を参照して記載された光学的なレンズと同じものである。イメージセンサー１３０は、また、示されたものである。
【００３１】
図４を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第二の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図面は、示されたものである。二重の焦点距離のレンズシステム４００は、第一の（例えば、望遠の）光学的なシステム５００及び第二の（例えば、広角の）光学的なシステム６００を含む。第一の光学的なシステム５００の（図５を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム５００が光学的なパワーを有する屈折性の及び反射性の光学的な表面の両方を含む反射屈折性の光学的なシステムを定義する。第二の光学的なシステム６００の（図６を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム６００が光学的なパワーを有する屈折性の光学的な表面を含む光屈折性の光学的なシステムを定義する。第一の光学的なシステム５００及び第二の光学的なシステム６００は、光軸４１０の部分、いくつかの光学的な表面、及び光学的な素子を共有する。
【００３２】
第一の焦点距離を有する、第一の光学的なシステム５００は、光路又は光軸に沿って位置決めされたものである。第二の焦点距離を有する、第二の光学的なシステム６００は、同じ光路の部分を共有する。光路は、光学的なシステム４００を通じて伝播する光の光線追跡を使用することで描かれたものである。光学的なシステム５００の第一の焦点距離は、第二の光学的なシステム６００の第二の焦点距離と比べてより長いものである。
【００３３】
図５を参照すると、第一の光学的なシステム５００は、（光学的なシステム５００を通じて伝播する光の光線追跡によって描かれた）光路に沿って目視された際に、物体側の表面５０５及び像側の表面５１０を含む光学的な構造体５５０を含む。中間の光学的な素子５１５は、光学的な構造体５５０の物体側の表面５０５及び像側の表面５１０の間に位置させられたものである。第一の光学的なシステム５００は、また、中間の素子５１５の第一の表面５２０を含む。
【００３４】
物体側の表面５０５は、第一の光学的なシステム５００の全長を低減することを助けるいくらかの正の光学的なパワーを有する。物体側の表面５０５は、非球面のものであるが、しかしながら、表面５０５は、また、球面のものであることができる。像側の表面５１０は、（表面５０５に対して比較されたとき）より大きい量の光学的なパワーを提供する反射性の表面であると共に、それが、反射性のものであるという理由のために、色収差を追加すること無しにそのようにするものである。像側の表面５１０は、また、非球面のものであることができる。中間の素子５１５の表面５２０は、平面の反射させる表面、例えば、第一の光学的なシステム５００の光路又は光軸を再方向付けする又はそれを折りたたむ光学的なパワーを備えたものはない、ミラーの表面、である。
【００３５】
図５に示されたように、第一の光学的なシステム５００は、中間の光学的な素子５１５が第一の中間の光学的な素子であることを備えた第二の中間の光学的な素子を含む。中間の素子は、屈折性の表面５２５を含むと共に、第二の光学的なシステム６００によって共有されたものではない光路の部分に沿って位置決めされたものである。表面５２５は、光学的な構造体５５０に含まれたものである。しかしながら、光学的な表面５２５は、光学的な構造体５５０の部分ではない中間の光学的な素子の表面であることができる。第一の光学的なシステム５００は、イメージセンサー５３０へ光を方向付ける。図５に示されたものではないとはいえ、追加の光学的な素子は、（図６を参照して記載された）イメージセンサー６７５及び第二の光学的なシステム６００の間に位置決めされた光学的な素子と同様の、イメージセンサー５３０及び第一の光学的なシステム５００の間に位置決めされたものであることができる。図５において、表面５２５は、平面のものである。しかしながら、表面５２５は、光学的なパワーを有すると共に自由選択で視野補正の表面、横方向の色をコントロールするための方式、又はそれら両方として使用されるために非球面のものであることができる。
【００３６】
表２Ａは、発明の第二の例の実施形態の第一のレンズシステム５００の一つの具体的な構成を記載する。この構成において、レンズシステム５００は、望遠のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一のレンズシステム５００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００３７】
表２Ａ
【００３８】
【表３】
図６を参照すると、第二の光学的なシステム６００は、第一の光学的なシステム５００を備えた表面５０５を共有する。第二の光学的なシステム６００は、中間の素子５１５の第二の表面６２０を含む。この事例においては、第二の表面６２０は、反対の第一の表面５２０である。中間の素子５１５の第二の表面６２０は、第二の光学的なシステム６００の光路又は光軸を再方向付けする光学的なパワーを備えたものではない平面の反射させる表面である。
【００３９】
二重の焦点距離のレンズシステム４００を設計するとき、第二の表面６２０は、表面６２０（及び中間の素子５１５）の物理的な空間の要件を低減する又はそれを最小化するために第二の光学的なシステム６００の開口絞りとして指定されたものであることができる。類似して、中間の素子５１５における第一の表面５２０は、第一の光学的なシステム５００の開口絞りとして指定されたものであることができる。
【００４０】
第二の光学的なシステム６００は、球面のものであると共に光学的なパワーを有する光学的な表面６２５を含む。表面６２５は、非球面のものであることができる。光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０に含まれたものである。この意味において、光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０の像側の表面５１０が光学的な構造体５５０の第一の像側の表面であることを備えた光学的な構造体５５０の第二の像側の表面である。しかしながら、像側の表面５１０が、反射性のものであるのに対して、光学的な表面６２５が、屈折性のものであることは、留意されるべきである。光学的な表面６２５は、第一の光学的なシステム５００によって共有されたものではない光路の部分に沿って位置決めされたものである。あるいは、光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０の部分ではない光学的な素子の表面であることができる。
【００４１】
光学的な表面６２５を通過した後に、第二の光学的なシステム６００は、一つの又はより多い追加のレンズを通じてイメージセンサー６７５へ光を方向付ける。図６に示されたように、これらのレンズは、表面６３０，６３５，６４０を有する二重レンズ；表面６４５，６５０を有する両凸のレンズ；並びに、それぞれ、表面６５５，６６０及び６６５，６７０を有する第一の及び第二のメニスカスレンズを含む。第一の及び第二のメニスカスレンズは、それらのイメージセンサー６７５側において両方とも凹面のものである。あるいは、第二の光学的なシステム６００は、図６に示されたレンズの数と比べてより多い又はより少ないレンズを有することができる。
【００４２】
表２Ｂは、発明の第二の例の実施形態の第二のレンズシステム６００の一つの具体的な構成を記載する。この構成において、レンズシステム６００は、広角のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一のレンズシステム６００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００４３】
表２Ｂ
【００４４】
【表４】
逆戻りに図４−６を参照すると、第一の光学的なシステム５００の第一の焦点距離及び第二の光学的なシステム６００の第二の焦点距離の少なくとも一つのものは、固定された焦点距離である。しかしながら、追加の光学的な素子が、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために可動なものである、イメージセンサー５３０及び第一の光学的なシステム５００並びにイメージセンサー６７５及び第二の光学的なシステム６００のいずれか又は両方の間に位置決めされたものであることができることは、企図される。これは、一つの又はより多い光学的な素子を移動させるための従来の技術を使用することで成し遂げられることができる。あるいは、イメージセンサー５３０及び第二のイメージセンサー６７５の一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれの関連させられた光路に沿って可動なものであることができる。イメージセンサーの移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。別の代替の実施形態において、第一の光学的なシステム５００又は第二の光学的なシステム６００は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれらのそれぞれのイメージセンサー５３０及び６７５に対して相対的に移動させられたものであることができる。再度、移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。
【００４５】
コントローラーは、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一の光学的なシステム５００及び第二の光学的なシステム６００によって生じさせられたイメージの両方を使用することでディジタルズーミングの機能を行うために提供された及び構成されたものであることができる。ディジタルズーミングは、Ｂｏｒｄｅｒ等の２００６年８月１日に出願された米国特許出願シリアル番号１１／４６１，５７４に記載されたものと同様の技術によって成し遂げられることができるが、その開示は、ここにおいて参照によって組み込まれる。
【００４６】
図７を並びに逆戻りに図５及び６を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム４００の例の実施は、示されたものである。光学的な構造体５５０は、中間の光学的な素子５１５のまわりの一緒に接合された二つのピース７１０，７２０を含む固体の材料の素子である。適切な材料は、アクリル系のプラスチック、シクロオレフィン重合体（共重合体）、例えば、Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐｏａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから商業的に入手可能なものである、Ｚｅｏｎｅｘ、と同様の低い分散の材料を含む。中間の素子５１５（及び反射性の表面５２０）、表面５２５、並びに、第一の光学的なシステム５００の光学的な構造体５５０の物体側の表面５０５及び像側の表面５１０は、同じ光学的な素子の部分を作り上げる。加えて、この光学的な素子は、また、中間の素子５１５の反射性の表面６２０及び第二の光学的なシステム６００の表面６２５を含む。図７において、光学的な素子７３０は、図６を参照して記載された光学的なレンズと同じものである。イメージセンサー５３０及び６７５は、また、示されたものである。
【００４７】
共通の光軸を共有する二つの別個のイメージングシステムを含む光学的なシステムを作り出すために反射性の及び屈折性の光学部品を使用する光学的なシステムは、多数の用途において使用されることができる。共通の光軸を共有することによって、二つの別個のイメージングシステムは、視差の差無しに像を提供するために作られたものであることができる。より上に記載されたものと同様の光学的なシステムは、コンパクトなイメージングシステムのために特に良好に適合させられたものである。反射性の光学部品は、本質的には、それ自体へと光学的なシステムを折りたたむが、それによって光学的なシステムの全長を低減するものである。共通の光軸の少なくとも部分を共有するために光学的なシステムを構成することは、また、物理的な空間の要件を低減すると共に、共通の光軸を共有するものではない光学的なシステムに対して比較されたとき光学的なシステムの複雑さを減少する。
【符号の説明】
【００４８】
１００ 二重の焦点距離のレンズシステム
１０５ 屈折性の表面
１１０ 屈折性の表面
１１５ 外側の輪状の領域（第一の屈折性の表面の部分）
１２０ 中央の領域（第二の屈折性の表面の部分）
１２５ 光軸又は光路
１３０ イメージセンサー
１３５ イメージセンサー
１４０ 屈折性の素子
２００ 第一の光学的なシステム
２０５ 光学的な構造体
２１０ 物体側の表面
２１５ 像側の表面
２２０ 屈折性の表面の部分
２２５ 屈折性の表面の部分
２３０ 屈折性の表面の部分
２３５ 屈折性の表面の部分
２４０ 屈折性の光学的な素子
２４５ 屈折性の表面
２５０ 屈折性の表面
２５５ レンズ
２６０ 屈折性の表面
２６５ 屈折性の表面
２７０ 屈折性の表面
２７５ 屈折性の表面
２８０ 屈折性の表面
２８５ 屈折性の表面
２９０ 開口
３００ 第二の光学的なシステム
３１０ ピース
３２０ ピース
３３０ 物体側の表面
３５０ 光を遮る表面
３６０ 光学的なシステムの実施
４００ 二重の焦点距離のレンズシステム
４１０ 光軸
５００ 第一の光学的なシステム
５０５ 物体側の表面
５１０ 像側の表面
５１５ 中間の光学的な素子
５２０ 第一の屈折性の表面
５２５ 屈折性の表面
５３０ イメージセンサー
５５０ 光学的な構造体
６００ 第二の光学的なシステム
６２０ 第二の屈折性の表面
６２５ 屈折性の表面
６３０ 屈折性の表面
６３５ 屈折性の表面
６４０ 屈折性の表面
６４５ 屈折性の表面
６５０ 屈折性の表面
６５５ 屈折性の表面
６６０ 屈折性の表面
６６５ 屈折性の表面
６７０ 屈折性の表面
６７５ イメージセンサー
７００ 実施
７１０ ピース
７２０ ピース
７３０ 光学的な素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、反射性の光学的なシステムの分野に、及び、特に、コンパクトなイメージングシステムにおける使用のために適切な光学的なシステムに、関係する。
【背景技術】
【０００２】
屈折性の光学部品を備えた屈折性の光学部品を組み合わせる光学的なシステムは、知られたものである。例えば、Ｂｏｄｋｉｎへ発行された、米国特許第７，０４９，５９７号（特許文献１）、及び、Ａｍｏｎへ発行された、米国特許第７，１１９，９６９号（特許文献２）は、二重のスペクトルの光学的なシステムにおける使用のための反射性の及び屈折性の素子を備えた二重の光路を開示する。各々の光学的なシステムは、可視のイメージングのための一つの光学的なシステム及びハイパースペクトルのイメージングための別の光学的なシステムを含む。ビームスプリッターは、二つの光路を形成するために使用される。
【０００３】
Ｖｏｎ Ｈｏｅｓｓｌｅへ発行された、米国特許第５，０５１，８３０号（特許文献３）は、開示されたものである内側の及び外側のゾーンを備えた屈折性のレンズを開示する。外側のゾーンからの光は、第一のセンサーへと光を集束させる反射性のレンズへ伝わる。内側のゾーンからの光は、第一のセンサーと背中合わせの構成に位置させられたものである第二のセンサーへと集束させられる。単一の電子的なシステムは、イメージングシステムの一つのみがある時間に使用されることができるように、両方のイメージングシステムを支持するために使用される。二つのセンサーの位置決めすることは、案内されたミサイルの用途において重量を最小化するために設計されたものである。より短い焦点距離のイメージングシステムは、ターゲットへのミサイルの一般の案内のために提供されたものである。より長い焦点距離のイメージングシステムは、ターゲットへのミサイルの案内の第一のステージの間におけるミサイルのより正確な案内のために提供されたものである。
【０００４】
Ｌａｗｓｏｎへ発行された、米国特許第６，８７０，６９０号（特許文献４）は、レンズの外側の部分が、一つのスペクトルの帯域のために設計されたものであると共に、レンズの内側の部分が、別のスペクトルの帯域のために設計されたものであるレンズを開示する。Ｗｉｌｍへ発行された、米国特許第５，１７２，２３５号（特許文献５）は、一つのセンサーへとフォーカシングされる二つのレンズを開示する。相補的なゾーンフィルターは、解像度の異なるエリアを備えた複合のイメージを生じさせるために二つのレンズからの二つのイメージが互いにオーバーレイすることを可能とする。
【０００５】
しかしながら、まだ、同じシーン又は物体の同時に異なる焦点距離の像を提供する二つの独立なレンズシステムを含む二重の焦点距離のレンズシステムを組み込むコンパクトなイメージングシステムを提供することの要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，０４９，５９７号
【特許文献２】米国特許第７，１１９，９６９号
【特許文献３】米国特許第５，０５１，８３０号
【特許文献４】米国特許第６，８７０，６９０号
【特許文献５】米国特許第５，１７２，２３５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の一つの態様に従ったもので、二重の焦点距離の光学的なシステムは、第一の光学的なシステム及び第二の光学的なシステムを含む。第一の光学的なシステムは、光軸に沿って位置決めされたものであると共に、物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含む。物体側の表面及び像側の表面は、屈折性の表面の部分及び反射性の表面の部分を含む。第一の光学的なシステムは、ある焦点距離を有する。第二の光学的なシステムは、同じ光軸に位置決めされたものであると共に、ある焦点距離を有する。第一の光学的なシステムの焦点距離は、第二の光学的なシステムの焦点距離と比べてより長いものである。
【０００８】
発明の別の態様に従ったもので、二重の焦点距離の光学的なシステムは、第一の光学的なシステム及び第二の光学的なシステムを含む。第一の光学的なシステムは、光路に沿って位置決めされたものであると共に、物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含む。第一の光学的なシステムは、また、光路に沿って目視される際に、光学的な構造体の物体側の表面及び像側の表面の間に位置させられた中間の反射性の素子の第一の表面を含む。第一の光学的なシステムは、第一の焦点距離を有する。第二の光学的なシステムは、同じ光路の部分を共有すると共に、第一の光学的なシステムのものと同じ中間の反射性の素子の第二の表面を含む。第二の光学的なシステムは、第二の焦点距離を有する。第一の光学的なシステムの第一の焦点距離は、第二の光学的なシステムの第二の焦点距離と比べてより長いものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、発明の第一の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図２】図２は、発明の第一の例の実施形態の光学的な構成部品の概略的な図である。
【図３】図３は、発明の第一の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【図４】図４は、発明の第二の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図５】図５は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図６】図６は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である。
【図７】図７は、発明の第二の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
より下に与えられた発明の好適な実施形態の詳細な説明において、参照は、付随するものである図面になされたものであるが、それらにおいて：
図１は、発明の第一の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図２は、発明の第一の例の実施形態の光学的な構成部品の概略的な図である；
図３は、発明の第一の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である；
図４は、発明の第二の例の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図５は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；
図６は、図４に示された発明の第二の例の実施形態の部分を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図である；と共に、
図７は、発明の第二の例の実施形態の例の実施を示す概略的な図である。
【００１１】
本記載は、特に、本発明に従った装置、の部分を形成する、又は、それとより直接的に協働する、素子へ方向付けられることになる。具体的に示された又は記載されたものではない素子が、当業者に周知の様々な形態を取ることがあることは、理解されるものである。
【００１２】
図１を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図面は、示される。二重の焦点距離のレンズシステム１００は、第一の（例えば、望遠の）光学的なシステム２００及び第二の（例えば、広角の）光学的なシステム３００を含む。第一の光学的なシステム２００の（図２を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム２００が光学的なパワーを有する屈折性の及び反射性の光学的な表面の両方を含む反射屈折性の光学的なシステムを定義する。第二の光学的なシステム３００の（図２を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム３００が光学的なパワーを有する屈折性の光学的な表面を含む光屈折性の光学的なシステムを定義する。
【００１３】
第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００は、光軸１２５に沿って位置決めされたものであると共に、光学的な素子の光学的な表面を共有する。表面１０５及び１１０は、第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００の両方に使用される、一般的に補償板と称された、弱い屈折させる光学的なパワーを有するレンズ素子１４０を定義する。レンズ素子１４０の異なる部分は、外側の輪状の領域１１５を使用する第一の光学的なシステム２００及び中央の領域１２０を使用する第二の光学的なシステム３００を備えた各々のレンズシステムに使用される。
【００１４】
レンズ素子１４０の表面１０５は、非球面のものであると共に、レンズ素子１４０の表面１１０は、球面のものである。しかしながら、表面１０５及び１１０のいずれか又は両方は、収差を補正することを助けるために非球面のものであることができる。あるいは、表面１０５及び１１０は、汚染から残留する光学的なシステムを保護するためのカバー窓として作用するために平面のものであることができる。
【００１５】
ある焦点距離を有する、第一の光学的なシステム２００は、光路又は光軸１２５に沿って位置決めされたものである。ある焦点距離を有する、第二の光学的なシステム３００は、同じ光路１２５に沿って位置決めされたものである。第一の光学的なシステム２００の焦点距離（第一の焦点距離）は、第二の光学的なシステム３００の焦点距離（第二の焦点距離）と比べてより長いものである。第二の光学的なシステム３００が、イメージセンサー１３５へ光を方向付ける一方で、第一の光学的なシステム２００は、イメージセンサー１３０へ光を方向付ける。
【００１６】
図２を参照すると、第一の光学的なシステム２００は、物体側の表面２１０及び像側の表面２１５を有する光学的な構造体２０５を含む。物体側の表面２１０は、屈折性の表面の部分２２０及び反射性の表面の部分２２５を含む。像側の表面２１５は、屈折性の表面の部分２３０及び反射性の表面の部分２３５を含む。
【００１７】
光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５は、光学的なパワーを有すると共に非球面のものである。光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の反射性の表面の部分２２５は、また、光学的なパワーを有すると共に非球面のものである。しかしながら、反射性の表面の部分２２５は、非球面のものであることができる。第一の光学的なシステム２００のための光学的なパワーの大部分は、反射性の表面２３５及び２２５に有るものである。表面２３５及び２２５が、反射性のものである際には、これらの表面は、光学的なシステム２００へと色収差を導入するものではない。第一の光学的なシステム２００は、開口２９０を含む。
【００１８】
表面２２５及び２３５の間における空間は、空気又は（図３を参照してより詳細に記載された）屈折性の材料で充填されたものであることができる。この空間が、屈折性の材料で充填されたものであるとき、材料の分散は、いくらかの色収差を導入することがある。これが、起こるとき、イメージセンサー１３０及び光学的な構造体２０５の間に位置決めされた表面２４５及び２５０を有する屈折性の光学的な素子２４０は、視野の収差が有るものであるとすれば視野の収差のみならず色収差を補正するために使用されることができる。
【００１９】
図２に示されたように、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０は、光学的な素子２４０の表面２４５及び２５０の一つ又は両方を含む。しかしながら、表面２２５及び２３５の間における空間が、屈折性の材料で充填されたものである（図３を参照すること）とき、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０は、材料それ自体から、例えば、曲率半径を成形することによって、形成されることができる。
【００２０】
図２に示されたように、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の屈折性の表面の部分２２０は、レンズ素子１４０の表面１０５及び１１０の一つ又は両方を含む。それに応じて、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の光学的なパワーは、光学的な構造体２０５の像側の表面２１５の光学的なパワーと比べてより少ないものである。あるいは、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０は、別の表面を含むことができる。例えば、レンズ素子１４０が、平面の板であるとき、物体側の表面２１０は、別のレンズ素子の表面又は表面２２５及び２３５の間における空間を充填するために使用された材料の物体側の表面３３０であることができる（図３を参照すること）。
【００２１】
まだ図２を及び逆戻りに図１を参照すると、レンズ素子１４０の異なる部分は、外側の輪状の領域１１５を使用する第一の光学的なシステム２００及び中央の領域１２０を使用する第二の光学的なシステム３００を備えた各々のレンズシステムに使用されたものである。この意味において、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０は、第二の屈折性の表面の部分１２０が第二の光学的なシステム３００と関連させられたものであること及び第一の屈折性の表面の部分１１５が第一の光学的なシステム２００と関連させられたものであることを備えた、第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０を含む。図１及び２に示されたように、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０は、連続的な表面を形成するが、しかし、これは、常に、そのケースであることを必要とするものではない。加えて、光学的な構造体２０５の物体側の表面２１０の第一の屈折性の表面の部分１１５及び第二の屈折性の表面の部分１２０は、同じ曲率半径を有する。しかしながら、屈折性の表面の部分１１５及び１２０は、異なる曲率半径を有することができる。
【００２２】
表１Ａは、発明の第一の例の実施形態の第一のレンズシステム２００の一つの具体的な構成を記載する。この構成においては、レンズシステム２００は、望遠のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一のレンズシステム２００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００２３】
表１Ａ
【００２４】
【表１】
まだ図２を参照すると、第二の光学的なシステム３００は、第一の光学的なシステム２００を備えた光学的な素子１４０の表面１０５及び１１０を共有する。光学的な素子１４０を通過した後に、第二の光学的なシステム３００は、一つの又はより多い追加のレンズ２２５を通じてイメージセンサー１３５へ光を方向付ける。図２に示されたように、これらのレンズは、表面２６０，２６５を有する両凸のレンズ；表面２７０，２７５を有する両凸のレンズ；及び表面２８０，２８５を有する両凹のレンズを含む。あるいは、第二の光学的なシステム３００は、図２に示されたレンズの数と比べてより多い又はより少ないレンズを有することができる。
【００２５】
光学的なシステム３００のための光学的なパワーの、全てではないが、大部分は、表面２６０乃至２８５に含有される。レンズ２２５は、＋，＋，−の光学的なパワーを有する三つの素子のレンズ群を形成するが、しかし、他の構成は、ちょうど可視のもののようなものである。表面２６０乃至２８５は、球面のものであるが、しかしながら、これらの光学的な表面のいずれもが、収差のコントロールのための非球面を有することができる。
【００２６】
表１Ｂは、発明の第一の例の実施形態の第二のレンズシステム３００の一つの具体的な構成を記載する。この構成においては、レンズシステム３００は、広角のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一のレンズシステム３００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００２７】
表１Ｂ
【００２８】
【表２】
逆戻りに図１及び２を参照すると、第一の光学的なシステム２００の第一の焦点距離及び第二の光学的なシステム３００の第二の焦点距離の少なくとも一つは、固定された焦点距離である。しかしながら、追加の光学的な素子が、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために可動なものである、イメージセンサー１３０及び第一の光学的なシステム２００並びにイメージセンサー１３５及び第二の光学的なシステム３００のいずれか又は両方の間に位置決めされることができることは、企図される。これは、一つの又はより多い光学的な素子を移動させるための従来の技術を使用することで成し遂げられることができる。あるいは、イメージセンサー１３０及びイメージセンサー１３５の一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれの関連させられた光路に沿って可動なものであることができる。イメージセンサーの移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。別の代替の実施形態において、第一の光学的なシステム２００又は第二の光学的なシステム３００は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれらのそれぞれのイメージセンサー１３０及び１３５に対して相対的に移動させられることができる。再度、移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。
【００２９】
コントローラーは、二重の焦点距離のレンズシステム１００の第一の光学的なシステム２００及び第二の光学的なシステム３００によって生じさせられたイメージの両方を使用することでディジタルズーミングの機能を行うために提供されたものであると共に構成されたものであることができる。ディジタルズーミングは、Ｂｏｒｄｅｒ等の２００８年２月７日に公開された米国特許出願公開第２００８／００３０５９２号に記載されたものと同様の技術を使用するものであることで成し遂げられることができる。
【００３０】
図３を及び逆戻りに図２を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム１００の例の実施３６０は、示されたものである。光学的な構造２０５は、レンズ２５５及びイメージセンサー１３５のまわりに一緒に接合された二つのピース３１０，３２０を含む固体の材料の素子である。適切な材料は、アクリル系のプラスチック、シクロオレフィン重合体（共重合体）、例えば、Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから商業的に入手可能なものである、Ｚｅｏｎｅｘ、と同様の低い分散の材料を含む。ピース３１０は、物体側の表面２１０の屈折性の表面の部分２２０として役に立つ素子１４０を含む。ピース３２０は、物体側の表面２１０の反射性の表面の部分２２５及び像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５を含む。図３において、像側の表面２１５の反射性の表面の部分２３５の真ん中における材料の表面は、平面のものであるが、そのように、屈折性の光学的な素子２４０は、像側の表面２１５の屈折性の表面の部分２３０として役に立つ。二重の焦点距離のレンズシステム１００の例の実施３６０は、また、開口２９０を形成するピース３２０における光を遮る表面３５０を含む。図３においては、光学的な素子２２５は、図２を参照して記載された光学的なレンズと同じものである。イメージセンサー１３０は、また、示されたものである。
【００３１】
図４を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第二の実施形態を通じて伝播する光の光線追跡を示す概略的な図面は、示されたものである。二重の焦点距離のレンズシステム４００は、第一の（例えば、望遠の）光学的なシステム５００及び第二の（例えば、広角の）光学的なシステム６００を含む。第一の光学的なシステム５００の（図５を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム５００が光学的なパワーを有する屈折性の及び反射性の光学的な表面の両方を含む反射屈折性の光学的なシステムを定義する。第二の光学的なシステム６００の（図６を参照してより詳細に記載された）光学的な表面は、光学的なシステム６００が光学的なパワーを有する屈折性の光学的な表面を含む光屈折性の光学的なシステムを定義する。第一の光学的なシステム５００及び第二の光学的なシステム６００は、光軸４１０の部分、いくつかの光学的な表面、及び光学的な素子を共有する。
【００３２】
第一の焦点距離を有する、第一の光学的なシステム５００は、光路又は光軸に沿って位置決めされたものである。第二の焦点距離を有する、第二の光学的なシステム６００は、同じ光路の部分を共有する。光路は、光学的なシステム４００を通じて伝播する光の光線追跡を使用することで描かれたものである。光学的なシステム５００の第一の焦点距離は、第二の光学的なシステム６００の第二の焦点距離と比べてより長いものである。
【００３３】
図５を参照すると、第一の光学的なシステム５００は、（光学的なシステム５００を通じて伝播する光の光線追跡によって描かれた）光路に沿って目視された際に、物体側の表面５０５及び像側の表面５１０を含む光学的な構造体５５０を含む。中間の光学的な素子５１５は、光学的な構造体５５０の物体側の表面５０５及び像側の表面５１０の間に位置させられたものである。第一の光学的なシステム５００は、また、中間の素子５１５の第一の表面５２０を含む。
【００３４】
物体側の表面５０５は、第一の光学的なシステム５００の全長を低減することを助けるいくらかの正の光学的なパワーを有する。物体側の表面５０５は、非球面のものであるが、しかしながら、表面５０５は、また、球面のものであることができる。像側の表面５１０は、（表面５０５に対して比較されたとき）より大きい量の光学的なパワーを提供する反射性の表面であると共に、それが、反射性のものであるという理由のために、色収差を追加すること無しにそのようにするものである。像側の表面５１０は、また、非球面のものであることができる。中間の素子５１５の表面５２０は、平面の反射させる表面、例えば、第一の光学的なシステム５００の光路又は光軸を再方向付けする又はそれを折りたたむ光学的なパワーを備えたものはない、ミラーの表面、である。
【００３５】
図５に示されたように、第一の光学的なシステム５００は、中間の光学的な素子５１５が第一の中間の光学的な素子であることを備えた第二の中間の光学的な素子を含む。中間の素子は、屈折性の表面５２５を含むと共に、第二の光学的なシステム６００によって共有されたものではない光路の部分に沿って位置決めされたものである。表面５２５は、光学的な構造体５５０に含まれたものである。しかしながら、光学的な表面５２５は、光学的な構造体５５０の部分ではない中間の光学的な素子の表面であることができる。第一の光学的なシステム５００は、イメージセンサー５３０へ光を方向付ける。図５に示されたものではないとはいえ、追加の光学的な素子は、（図６を参照して記載された）イメージセンサー６７５及び第二の光学的なシステム６００の間に位置決めされた光学的な素子と同様の、イメージセンサー５３０及び第一の光学的なシステム５００の間に位置決めされたものであることができる。図５において、表面５２５は、平面のものである。しかしながら、表面５２５は、光学的なパワーを有すると共に自由選択で視野補正の表面、横方向の色をコントロールするための方式、又はそれら両方として使用されるために非球面のものであることができる。
【００３６】
表２Ａは、発明の第二の例の実施形態の第一のレンズシステム５００の一つの具体的な構成を記載する。この構成において、レンズシステム５００は、望遠のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一のレンズシステム５００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００３７】
表２Ａ
【００３８】
【表３】
図６を参照すると、第二の光学的なシステム６００は、第一の光学的なシステム５００を備えた表面５０５を共有する。第二の光学的なシステム６００は、中間の素子５１５の第二の表面６２０を含む。この事例においては、第二の表面６２０は、反対の第一の表面５２０である。中間の素子５１５の第二の表面６２０は、第二の光学的なシステム６００の光路又は光軸を再方向付けする光学的なパワーを備えたものではない平面の反射させる表面である。
【００３９】
二重の焦点距離のレンズシステム４００を設計するとき、第二の表面６２０は、表面６２０（及び中間の素子５１５）の物理的な空間の要件を低減する又はそれを最小化するために第二の光学的なシステム６００の開口絞りとして指定されたものであることができる。類似して、中間の素子５１５における第一の表面５２０は、第一の光学的なシステム５００の開口絞りとして指定されたものであることができる。
【００４０】
第二の光学的なシステム６００は、球面のものであると共に光学的なパワーを有する光学的な表面６２５を含む。表面６２５は、非球面のものであることができる。光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０に含まれたものである。この意味において、光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０の像側の表面５１０が光学的な構造体５５０の第一の像側の表面であることを備えた光学的な構造体５５０の第二の像側の表面である。しかしながら、像側の表面５１０が、反射性のものであるのに対して、光学的な表面６２５が、屈折性のものであることは、留意されるべきである。光学的な表面６２５は、第一の光学的なシステム５００によって共有されたものではない光路の部分に沿って位置決めされたものである。あるいは、光学的な表面６２５は、光学的な構造体５５０の部分ではない光学的な素子の表面であることができる。
【００４１】
光学的な表面６２５を通過した後に、第二の光学的なシステム６００は、一つの又はより多い追加のレンズを通じてイメージセンサー６７５へ光を方向付ける。図６に示されたように、これらのレンズは、表面６３０，６３５，６４０を有する二重レンズ；表面６４５，６５０を有する両凸のレンズ；並びに、それぞれ、表面６５５，６６０及び６６５，６７０を有する第一の及び第二のメニスカスレンズを含む。第一の及び第二のメニスカスレンズは、それらのイメージセンサー６７５側において両方とも凹面のものである。あるいは、第二の光学的なシステム６００は、図６に示されたレンズの数と比べてより多い又はより少ないレンズを有することができる。
【００４２】
表２Ｂは、発明の第二の例の実施形態の第二のレンズシステム６００の一つの具体的な構成を記載する。この構成において、レンズシステム６００は、広角のレンズシステムである。しかしながら、他の構成が許されることは、認識される。典型的には、これらの他の構成は、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一のレンズシステム６００のために企図された具体的な用途に依存する。
【００４３】
表２Ｂ
【００４４】
【表４】
逆戻りに図４−６を参照すると、第一の光学的なシステム５００の第一の焦点距離及び第二の光学的なシステム６００の第二の焦点距離の少なくとも一つのものは、固定された焦点距離である。しかしながら、追加の光学的な素子が、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために可動なものである、イメージセンサー５３０及び第一の光学的なシステム５００並びにイメージセンサー６７５及び第二の光学的なシステム６００のいずれか又は両方の間に位置決めされたものであることができることは、企図される。これは、一つの又はより多い光学的な素子を移動させるための従来の技術を使用することで成し遂げられることができる。あるいは、イメージセンサー５３０及び第二のイメージセンサー６７５の一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれの関連させられた光路に沿って可動なものであることができる。イメージセンサーの移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。別の代替の実施形態において、第一の光学的なシステム５００又は第二の光学的なシステム６００は、焦点における変化に影響を及ぼすためにそれらのそれぞれのイメージセンサー５３０及び６７５に対して相対的に移動させられたものであることができる。再度、移動は、従来の技術を使用することで成し遂げられる。
【００４５】
コントローラーは、二重の焦点距離のレンズシステム４００の第一の光学的なシステム５００及び第二の光学的なシステム６００によって生じさせられたイメージの両方を使用することでディジタルズーミングの機能を行うために提供された及び構成されたものであることができる。ディジタルズーミングは、Ｂｏｒｄｅｒ等の２００６年８月１日に出願された米国特許出願シリアル番号１１／４６１，５７４に記載されたものと同様の技術によって成し遂げられることができるが、その開示は、ここにおいて参照によって組み込まれる。
【００４６】
図７を並びに逆戻りに図５及び６を参照すると、二重の焦点距離のレンズシステム４００の例の実施は、示されたものである。光学的な構造体５５０は、中間の光学的な素子５１５のまわりの一緒に接合された二つのピース７１０，７２０を含む固体の材料の素子である。適切な材料は、アクリル系のプラスチック、シクロオレフィン重合体（共重合体）、例えば、Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐｏａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから商業的に入手可能なものである、Ｚｅｏｎｅｘ、と同様の低い分散の材料を含む。中間の素子５１５（及び反射性の表面５２０）、表面５２５、並びに、第一の光学的なシステム５００の光学的な構造体５５０の物体側の表面５０５及び像側の表面５１０は、同じ光学的な素子の部分を作り上げる。加えて、この光学的な素子は、また、中間の素子５１５の反射性の表面６２０及び第二の光学的なシステム６００の表面６２５を含む。図７において、光学的な素子７３０は、図６を参照して記載された光学的なレンズと同じものである。イメージセンサー５３０及び６７５は、また、示されたものである。
【００４７】
共通の光軸を共有する二つの別個のイメージングシステムを含む光学的なシステムを作り出すために反射性の及び屈折性の光学部品を使用する光学的なシステムは、多数の用途において使用されることができる。共通の光軸を共有することによって、二つの別個のイメージングシステムは、視差の差無しに像を提供するために作られたものであることができる。より上に記載されたものと同様の光学的なシステムは、コンパクトなイメージングシステムのために特に良好に適合させられたものである。反射性の光学部品は、本質的には、それ自体へと光学的なシステムを折りたたむが、それによって光学的なシステムの全長を低減するものである。共通の光軸の少なくとも部分を共有するために光学的なシステムを構成することは、また、物理的な空間の要件を低減すると共に、共通の光軸を共有するものではない光学的なシステムに対して比較されたとき光学的なシステムの複雑さを減少する。
【符号の説明】
【００４８】
１００ 二重の焦点距離のレンズシステム
１０５ 屈折性の表面
１１０ 屈折性の表面
１１５ 外側の輪状の領域（第一の屈折性の表面の部分）
１２０ 中央の領域（第二の屈折性の表面の部分）
１２５ 光軸又は光路
１３０ イメージセンサー
１３５ イメージセンサー
１４０ 屈折性の素子
２００ 第一の光学的なシステム
２０５ 光学的な構造体
２１０ 物体側の表面
２１５ 像側の表面
２２０ 屈折性の表面の部分
２２５ 屈折性の表面の部分
２３０ 屈折性の表面の部分
２３５ 屈折性の表面の部分
２４０ 屈折性の光学的な素子
２４５ 屈折性の表面
２５０ 屈折性の表面
２５５ レンズ
２６０ 屈折性の表面
２６５ 屈折性の表面
２７０ 屈折性の表面
２７５ 屈折性の表面
２８０ 屈折性の表面
２８５ 屈折性の表面
２９０ 開口
３００ 第二の光学的なシステム
３１０ ピース
３２０ ピース
３３０ 物体側の表面
３５０ 光を遮る表面
３６０ 光学的なシステムの実施
４００ 二重の焦点距離のレンズシステム
４１０ 光軸
５００ 第一の光学的なシステム
５０５ 物体側の表面
５１０ 像側の表面
５１５ 中間の光学的な素子
５２０ 第一の屈折性の表面
５２５ 屈折性の表面
５３０ イメージセンサー
５５０ 光学的な構造体
６００ 第二の光学的なシステム
６２０ 第二の屈折性の表面
６２５ 屈折性の表面
６３０ 屈折性の表面
６３５ 屈折性の表面
６４０ 屈折性の表面
６４５ 屈折性の表面
６５０ 屈折性の表面
６５５ 屈折性の表面
６６０ 屈折性の表面
６６５ 屈折性の表面
６７０ 屈折性の表面
６７５ イメージセンサー
７００ 実施
７１０ ピース
７２０ ピース
７３０ 光学的な素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重の焦点距離の光学的なシステムであって、
光軸に沿って位置決めされた第一の光学的なシステム、前記第一の光学的なシステムが物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含むこと、前記物体側の表面及び前記像側の表面が屈折性の表面の部分及び反射性の表面の部分を含むこと、前記第一の光学的なシステムがある焦点距離を有すること；並びに、
同じ光軸に位置決めされた第二の光学的なシステム、前記第二の光学的なシステムがある焦点距離を有すること、前記第一の光学的なシステムの焦点距離が前記第二の光学的なシステムの焦点距離と比べてより長いものであること
：を具備する、システム。
【請求項２】
請求項１のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の像側の表面の反射性の表面の部分は、光学的なパワーを有する、システム。
【請求項３】
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分が光学的なパワーを有する、請求項２のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の光学的なパワーは、前記光学的な構造体の像側の表面の光学的なパワーと比べてより少ないものである、システム。
【請求項４】
請求項２のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の像側の表面は、非球面の表面を含む、システム。
【請求項５】
請求項１のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分は、光学的なパワーを有する、システム。
【請求項６】
請求項５のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面は、非球面の表面を含む、システム。
【請求項７】
請求項１のシステムにおいて、
前記第一の光学的なシステムの光学的な構造体の物体側の表面及び像側の表面は、同じ光学的な素子の部分を作り上げる、システム。
【請求項８】
請求項７のシステムにおいて、
前記光学的な素子は、固体の材料の素子である、システム。
【請求項９】
請求項８のシステムにおいて、
前記固体の材料の素子は、一緒に接合された二つの素子を具備する、システム。
【請求項１０】
請求項１のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステムと関連させられた第一のイメージセンサー；及び
前記第二の光学的なシステムと関連させられた第二のイメージセンサー
：を具備する、システム。
【請求項１１】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第一のイメージセンサー及び前記第一の光学的なシステムの間に位置決めされた追加の光学的な素子
：を具備する、システム。
【請求項１２】
請求項１１のシステムにおいて、
前記追加の光学的な素子は、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために位置決めされた可動なものである、システム。
【請求項１３】
請求項１０のシステムにおいて、
前記第一のイメージセンサー及び前記第二のイメージセンサーの一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためのそれの関連させられた光路に沿って可動なものである、システム。
【請求項１４】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステム及び前記第二の光学的なシステムによって生じさせられた像の両方を使用するディジタルズーミングの機能を行うために構成されたコントローラー
：を具備する、システム。
【請求項１５】
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分が第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分を有する、請求項１のシステムにおいて、
前記第一の屈折性の表面の部分は、前記第一の光学的なシステムと関連させられたものであると共に、前記第二の屈折性の表面の部分は、前記第二の光学的なシステムと関連させられたものである、システム。
【請求項１６】
請求項１５のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分は、連続的な表面を形成する、システム。
【請求項１７】
請求項１６のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分は、同じ曲率半径を有する、システム。
【請求項１８】
請求項１５のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステムと関連させられた第一のイメージセンサー；及び
前記第二の光学的なシステムと関連させられた第二のイメージセンサー
：を具備する、システム。
【請求項１９】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第二のイメージセンサー及び前記光学的な構造体の第二の屈折性の表面の部分の間に位置決めされた追加の光学的な素子
：を具備する、システム。
【請求項２０】
請求項１９のシステムにおいて、
前記追加の光学的な素子は、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために位置決めされた可動なものである、システム。
【請求項２１】
請求項１のシステムにおいて、
前記第一の光学的なシステムの焦点距離及び前記第二の光学的なシステムの焦点距離の少なくとも一つのものは、固定された焦点距離である、システム。
【請求項１】
二重の焦点距離の光学的なシステムであって、
光軸に沿って位置決めされた第一の光学的なシステム、前記第一の光学的なシステムが物体側の表面及び像側の表面を有する光学的な構造体を含むこと、前記物体側の表面及び前記像側の表面が屈折性の表面の部分及び反射性の表面の部分を含むこと、前記第一の光学的なシステムがある焦点距離を有すること；並びに、
同じ光軸に位置決めされた第二の光学的なシステム、前記第二の光学的なシステムがある焦点距離を有すること、前記第一の光学的なシステムの焦点距離が前記第二の光学的なシステムの焦点距離と比べてより長いものであること
：を具備する、システム。
【請求項２】
請求項１のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の像側の表面の反射性の表面の部分は、光学的なパワーを有する、システム。
【請求項３】
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分が光学的なパワーを有する、請求項２のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の光学的なパワーは、前記光学的な構造体の像側の表面の光学的なパワーと比べてより少ないものである、システム。
【請求項４】
請求項２のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の像側の表面は、非球面の表面を含む、システム。
【請求項５】
請求項１のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分は、光学的なパワーを有する、システム。
【請求項６】
請求項５のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面は、非球面の表面を含む、システム。
【請求項７】
請求項１のシステムにおいて、
前記第一の光学的なシステムの光学的な構造体の物体側の表面及び像側の表面は、同じ光学的な素子の部分を作り上げる、システム。
【請求項８】
請求項７のシステムにおいて、
前記光学的な素子は、固体の材料の素子である、システム。
【請求項９】
請求項８のシステムにおいて、
前記固体の材料の素子は、一緒に接合された二つの素子を具備する、システム。
【請求項１０】
請求項１のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステムと関連させられた第一のイメージセンサー；及び
前記第二の光学的なシステムと関連させられた第二のイメージセンサー
：を具備する、システム。
【請求項１１】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第一のイメージセンサー及び前記第一の光学的なシステムの間に位置決めされた追加の光学的な素子
：を具備する、システム。
【請求項１２】
請求項１１のシステムにおいて、
前記追加の光学的な素子は、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために位置決めされた可動なものである、システム。
【請求項１３】
請求項１０のシステムにおいて、
前記第一のイメージセンサー及び前記第二のイメージセンサーの一つ又は両方は、焦点における変化に影響を及ぼすためのそれの関連させられた光路に沿って可動なものである、システム。
【請求項１４】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステム及び前記第二の光学的なシステムによって生じさせられた像の両方を使用するディジタルズーミングの機能を行うために構成されたコントローラー
：を具備する、システム。
【請求項１５】
前記光学的な構造体の物体側の表面の屈折性の表面の部分が第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分を有する、請求項１のシステムにおいて、
前記第一の屈折性の表面の部分は、前記第一の光学的なシステムと関連させられたものであると共に、前記第二の屈折性の表面の部分は、前記第二の光学的なシステムと関連させられたものである、システム。
【請求項１６】
請求項１５のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分は、連続的な表面を形成する、システム。
【請求項１７】
請求項１６のシステムにおいて、
前記光学的な構造体の物体側の表面の第一の屈折性の表面の部分及び第二の屈折性の表面の部分は、同じ曲率半径を有する、システム。
【請求項１８】
請求項１５のシステムであって、さらに、
前記第一の光学的なシステムと関連させられた第一のイメージセンサー；及び
前記第二の光学的なシステムと関連させられた第二のイメージセンサー
：を具備する、システム。
【請求項１９】
請求項１０のシステムであって、さらに、
前記第二のイメージセンサー及び前記光学的な構造体の第二の屈折性の表面の部分の間に位置決めされた追加の光学的な素子
：を具備する、システム。
【請求項２０】
請求項１９のシステムにおいて、
前記追加の光学的な素子は、焦点距離、焦点、又はそれら両方における変化に影響を及ぼすために位置決めされた可動なものである、システム。
【請求項２１】
請求項１のシステムにおいて、
前記第一の光学的なシステムの焦点距離及び前記第二の光学的なシステムの焦点距離の少なくとも一つのものは、固定された焦点距離である、システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１１−５０５０２２（Ｐ２０１１−５０５０２２Ａ）
【公表日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３５９５３（Ｐ２０１０−５３５９５３）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２８１７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０２１３
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２８１７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７０２１３
【国際公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（５９００００８４６）イーストマン コダック カンパニー (1,594)
【Ｆターム（参考）】
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