暗視装置における二元的焦点合せ用のシステムおよび方法
暗視光学装置において対物レンズアセンブリの焦点位置を制御するための焦点合せ装置および方法が提供される。焦点合せ装置は、画像形成装置から第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、対物レンズアセンブリに結合されていて対物レンズアセンブリを第１または第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成される二元的焦点合せ制御装置と、を備える。対物レンズアセンブリは暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動させられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗視ゴーグルの適用に特に適した、光学装置と共に使用するための二元的焦点合せ（ｂｉｎａｒｙ ｆｏｃｕｓ）機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
暗視システムは、多様な軍事、工業および住宅の適用において、暗環境において視認可能にするために使用される。例えば、暗視システムは、夜間飛行中の軍事パイロットまたは地上を巡回する軍兵士によって利用される。別の例として、セキュリティカメラには、暗所を監視するための暗視システムが使用される。
【０００３】
従来の画像増強型暗視機器は、低照度（ＬＬ）の光景を増幅するためにイメージインテンシファイア（Ｉ2）を使用する。イメージインテンシファイアは、環境中に存在するものの人間の目には知覚不能であり得る赤外線スペクトルの下方部分を含む暗環境内における僅かな量の光を収集する。イメージインテンシファイアは、光を増幅して人間の目がその画像を知覚できるようにする。イメージインテンシファイアから出力された光は、カメラに供給されるか、または視認者の目に直接供給される。イメージインテンシファイア装置は、使用者の頭に装着される暗視ゴーグル、すなわち単眼鏡または双眼鏡において一般に使用され、出力された光を視認者に直接伝達する。
【０００４】
暗視システムは典型的には、オートフォーカス装置を含まない。従来のオートフォーカス装置は、対物レンズ、電子画像形成装置（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）回路）、対物レンズを画像形成装置に対して位置決めするための電気機械式駆動装置および実時間画像解析を実行する電子プロセッサを備える。作動中、電子プロセッサは、実時間画像解析に基づいて適切な焦点調整を決定する。電子プロセッサは、焦点指令を電気機械式駆動装置に送信して、画像の最適な焦点合せのために対物レンズを位置決めする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロセッサは画像を連続的に解析していて、広範な焦点位置範囲にわたって対物レンズを調整する場合があるため、オートフォーカス構成要素は連続的電力を使用するのが一般的である。従来の適用例では、オートフォーカス構成要素に付与される電力は、利用可能な電力の顕著な割合を占め得る。個人によって携帯され、電池駆動される適用例においては、一回の電池充電での合計作動時間は、オートフォーカス装置の電力消費量によって大きく影響され得る。さらに、既存のオートフォーカス装置の重量、特に電気機械式駆動装置及び電池構成要素の重量は、観察者の移動性を低下させる傾向にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、暗視光学装置と共に使用するための焦点合せ装置に関する。焦点合せ装置は、画像形成装置から第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、該対物レンズアセンブリに結合されていて該対物レンズアセンブリを第１または第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成される、二元的焦点合せ制御装置と、を備える。対物レンズアセンブリは暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動させられる。
【０００７】
また、本発明は暗視光学装置に関する。暗視光学装置は、画像形成装置からの第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、対物レンズアセンブリに結合される二元的焦点合せ制御装置と、を備える。二元的焦点合せ制御装置は暗視光学装置に結合されていて、水平方向のＬＯＳに対する暗視光学装置の配向を検出するように構成される視線（ＬＯＳ）センサと、検出される暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するための焦点セレクタと、を備える。二元的焦点合せ制御装置は、焦点セレクタに応答して、対物レンズアセンブリを第１または第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成される。
【０００８】
また、本発明は、暗視光学装置において画像形成装置から位置決めされる対物レンズアセンブリの焦点位置を制御する方法に関する。この方法は、水平の視線（ＬＯＳ）に対する暗視光学装置の配向を検出し、検出された暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するとともに、対物レンズアセンブリを選択された焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させることを含む。
【０００９】
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことで理解され得る。図面に含まれるのは次のような図である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】対物レンズから異なる距離における対象物のための対物レンズに対する焦点面の位置を示すブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る焦点合せ装置の断面図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の対象物のための対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用を示す暗視光学装置の一部としての図２に示される焦点合せ装置の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の対象物のための対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用を示す暗視光学装置の一部としての図２に示される焦点合せ装置の断面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に関連し、図２に示される焦点合せ装置に含まれる二元的焦点合せ制御装置のブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用の例示的方法を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用の例示的方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態に係る暗視光学装置のブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に係る暗視光学装置のブロック図である。
【図７Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれる視線（ＬＯＳ）センサの断面図である。
【図７Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサ配向の例を示す、図７Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図７Ｃ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサ配向の例を示す、図７Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図８Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図７Ａに示されるＬＯＳセンサに含まれる傾斜角検出器の回路図である。
【図８Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図７Ａに示されるＬＯＳセンサにおける傾斜角検出器の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれる視線（ＬＯＳ）センサの斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサの配向の例を示す、暗視光学装置に結合される図９Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図９Ｃ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサの配向の例を示す、暗視光学装置に結合される図９Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図１０Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれるレンズ位置決め部の回路図である。
【図１０Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれるレンズ位置決め部の回路図である。
【図１１Ａ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置の断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図を参照しながら本発明について説明する。このような図は、限定的ではなくむしろ例示的であるように意図されており、本発明の説明を容易にするために本明細書に組入れられる。図は原寸に比例しておらず、設計図として機能するようには意図されていない。
図１を参照すると、対物レンズから異なる距離に在る対象物１０４（または対象物１０４’）のための対物レンズ１０２に対する焦点面（ＦＰ）ＦＰ1（またはＦＰ2）の位置を示すブロック図が示されている。対物レンズ１０２は一般的な対物レンズを表わしていて、１つまたは２つ以上の光学レンズ要素を含み得る。一般に、対物レンズ１０２は対象物１０４（または対象物１０４’）からの光線１０６（または光線１０８）を通過させ、ＦＰ1（またはＦＰ2）上に収束する光線１０６’（または光線１０８’）を生成する。焦点面は、焦点合せされた対象物の画像の位置を表わす。典型的には、焦点面は画像形成装置（図示せず）、例えばＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器またはイメージインテンシファイアの位置を表わす。
【００１２】
図１において、焦点合せのための２つの異なる条件が示されている。第１の条件は、対物レンズ１０２から遠位に配置される対象物１０４に対応する。対象物１０４は、対物レンズ１０２から光学的無限遠に在るとみなされるほど十分遠位に配置されているものとして示されている。対象物１０４からの光線１０６は、それらが対物レンズ１０２に達するときに概ね平行な光線である。光線１０６は対物レンズ１０２を通過して、ＦＰ1で収束する光線１０６’を形成する。ＦＰ1は、ＢＦＤ1の後方焦点距離（ＢＦＯ）に配置される。
【００１３】
第２の条件は対物レンズ１０２の近位に配置される対象物１０４’に対応する。対象物１０４’は対物レンズ１０２の比較的近傍に在る（すなわち無限遠ではない）ものとして示されていて、対物レンズ１０２に達するときに発散する光線１０８を生成する。光線１０８は対物レンズ１０２を通過して、ＦＰ2において収束する光線１０８’を形成する。ＦＰ2はＢＦＤ2に位置設定される。第１の焦点面ＦＰ1は、第２の焦点面ＦＰ2に比べて対物レンズ１０２のより近傍に在ること、および対象物１０４、１０４’が対物レンズ１０２の像空間において異なる後方焦点距離ＢＦＤ1、ＢＦＤ2において焦点合せされることが分かる。
【００１４】
次に図２を参照すると、符号２００が全体として付与される、二元的焦点合せを提供する焦点合せ装置が示されている。焦点合せ装置２００は、暗視光学装置、例えば（図３Ａに示される）暗視光学装置３００において使用され得る。焦点合せ装置２００は、対物レンズアセンブリ２０２、画像形成装置２０４および二元的焦点合せ制御装置２０６を備える。画像形成装置２０４はハウジング２０８に結合される。対物レンズアセンブリ２０２は、同じくハウジングに結合されているレンズ並進運動機構部２１０に取付けられる。こうして、対物レンズアセンブリ２０２は、レンズ並進運動機構部２１０を介して並進運動方向Ｔに沿って画像形成装置２０４に対して並進運動する。
【００１５】
作動時において、二元的焦点合せ制御装置２０６は暗視光学装置（例えば暗視光学装置３００（図３Ａ））の配向を決定し、対物レンズアセンブリ２０２を２つの離散的な焦点位置の一方まで画像形成装置２０４に対して並進運動させる。
【００１６】
一般に、対物レンズアセンブリ２０２は、対物レンズアセンブリ全体において互いに対して固定位置に在る１つまたは複数の光強度要素、例えばレンズ要素および鏡の少なくとも一方を含んでもよい。したがって、レンズ並進運動機構部２１０は、対物レンズアセンブリ２０２全体を画像形成装置２０４に対して並進運動させるものとして示されている。別の例示的な実施形態によると、対物レンズアセンブリ２０２は、他の光強度要素に対して移動して後方焦点距離を画像形成装置２０４に調整する１つ以上の光強度要素を含んでもよい。この実施形態において、レンズ並進運動機構部２１０は、１つまたは複数の光強度要素を対物レンズアセンブリ２０２における他の光強度要素に対して並進運動させるとともに、さらに後述する二元的焦点合せ作用を提供してよい。
【００１７】
画像形成装置２０４は、対象物の画像を得るための任意の適切な装置、例えばＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器またはイメージインテンシファイアを含んでいてよい。レンズ並進運動機構部２１０は、対物レンズアセンブリ２０２を画像形成装置２０４に対して並進運動させるためのキャリッジなどの任意の適切な機構であり得る。二元的焦点合せ制御装置２０６については、図４に関連してさらに後述する。
【００１８】
次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、焦点合せ装置２００の断面図が、暗視光学装置３００の部分Ａとして示されている。特に、図３Ａは、（後方焦点距離Ｄ1における）遠位対象物３０２のための対物レンズアセンブリ２０２の配置を示しており、図３Ｂは、（後部焦点距離Ｄ2における）近位対象物３０４のための対物レンズアセンブリ２０２の配置を表している。
【００１９】
図３Ａにおいては、暗視光学装置３０６が遠位対象物３０２の方に向けられていて、水平方向３０６に対して概ね平行である視線（ＬＯＳ）を有する（すなわち、暗視光学装置３００は水平方向のＬＯＳを有する）。この場合、対物レンズアセンブリ２０２は、画像形成装置２０４に対して距離Ｄ1において位置決めされている。距離Ｄ1は、対物レンズアセンブリ２０２における第１の焦点位置（すなわち遠位焦点位置）を表わす。
【００２０】
図３Ｂにおいては、暗視光学装置３００が、近位対象物３０４に向けられたＬＯＳ３０８’に配向されている。こうして、ＬＯＳ３０８’は水平平面３０６に対して傾斜角θをなして暗視光学装置３００を配向させる。この場合、対物レンズアセンブリ２０２は、画像形成装置２０４に対して距離Ｄ2において位置決めされる。距離Ｄ2は、対物レンズアセンブリ２０２の第２の焦点位置（すなわち近位焦点位置）を表わす。この場合、傾斜角θは閾値角度（さらに後述する）よりも大きいものと仮定されており、それにより対物レンズアセンブリは近位焦点位置に位置決めされるようになる。
【００２１】
本発明によると、第１および第２の焦点位置は、暗視光学装置３００の配向に基づいて二元的焦点合せ制御装置２０６によって自動的に決定される。したがって、傾斜角θが既定の閾値以下であることが検出された場合、二元的焦点合せ制御装置２０６によって第１の焦点位置が選択され得る。傾斜角θが既定の閾値よりも大きい場合は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって第２の焦点位置が選択され得る。したがって、本発明は、ＬＯＳが既定の閾値を超える場合に、対物レンズアセンブリ２０２を近位焦点位置まで自動的に駆動させる視線センサを有する。
【００２２】
典型的なモデルにおいて、使用者／視認者は、水平方向のＬＯＳに沿って遠位対象物を見る場合に無限焦点であることが望ましい場合がある。従来のオートフォーカス装置の無限焦点位置は、遠位の標的および光景が明確に視認され得るようにするとともに、一般的な可動性タスクを支援するのが典型的である。しかしながら、兵士が近位の障害物（例えば移動時の丸太または溝）を観察する必要がある場合には、従来の焦点合せ装置の焦点を近位位置と遠位位置との間において手動で繰り返し調整するのは不便であるか、または実行不可能である。これらの場合、兵士は、従来の焦点合せ装置の焦点を遠位焦点位置に合わせたままにしておき、暗視光学装置が兵士の足元の前方領域に瞬間的に照準決めされたときには、大きく焦点から外れた近位障害物の画像を得るのが典型的である。一般に、障害物の周囲におけるおよび障害物を通る作戦行動を支援するためには、約１．５２４ｍ（約５フィート）（対象物距離）の近位焦点が使用されるのが典型的である。
【００２３】
本発明は、兵士のために、自動的に決定されて予め設定される２つの対物レンズ焦点位置を提供する。本発明は、兵士が焦点調整のために武器から手を離すことを要求することなく第１または第２の焦点位置を自動的に選択する。本発明の二元的焦点合わせは、降車した兵士にとって、遠位の標的および光景の両方を視認するため、及び近位障害物の周囲における作戦行動のために有用であり得る。
【００２４】
図４を参照すると、例示的な二元的焦点合せ制御装置２０６が示されている。二元的焦点合せ制御装置２０６は、ＬＯＳセンサ４０２、焦点セレクタ４０４およびレンズ位置決め部４０６を備える。一般に、ＬＯＳセンサ４０２は、地球の重力ベクトルを使用して、暗視光学装置３００の配向を決定する（図３Ａ）。図７〜図９に関連して、異なる例示的な実施形態のＬＯＳセンサ４０２がさらに後述される。図７〜図９に関連して述べる通り、ＬＯＳセンサ４０２は、電気的コンポーネント及び機械的コンポーネントのうちの少なくとも一方を備えていてよい。
【００２５】
焦点セレクタ４０４は、ＬＯＳセンサ４０２から傾斜角情報を受信し、傾斜角情報から傾斜角θを決定する。焦点セレクタ４０４は、瞬間的な傾斜角θに基づいて第１または第２の焦点位置のいずれかを選択する。焦点セレクタ４０４が電子プロセッサおよび／または機械的コンポーネントを備えてもよいことが理解される。空気圧式コンポーネントを備える例示的な焦点セレクタ４０４が、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連してさらに後述される。焦点セレクタ４０４は、（例えば焦点指令として）選択された焦点位置設定をレンズ位置決め部４０６に付与する。
【００２６】
レンズ位置決め部４０６は、焦点セレクタ４０４から焦点位置設定（例えば焦点指令）を受信し、レンズ並進運動機構部２１０（図２）を介して対物レンズの並進運動を制御するための力を付与する。レンズ位置決め部４０６の例は、図１０Ａおよび図１０Ｂに関連してさらに後述される。別の例示的な実施形態の二元的焦点合せ制御装置２０６は、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連してさらに後述される。レンズ位置決め部４０６は、対物レンズアセンブリ（図２）を並進運動させるための電気的コンポーネントおよび機械的コンポーネントのうちの少なくとも一方を備えてもよいことが理解される。
【００２７】
次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、対物レンズアセンブリ２０２（図２）を離間した二元的な焦点位置まで画像形成装置２０４に対して並進運動させるための例示的な方法が示されている。特に、図５Ａは、単一の閾値に基づいて焦点位置を選択するための例示的な実施形態を表わしており、図５Ｂは、２つの閾値（閾値A、閾値B）に基づいて焦点位置を選択し、それによりヒステリシス機能を実行するための別の例示的な実施形態を表わしている。
【００２８】
図５Ａを参照すると、ステップ５００において、例えば、ＬＯＳセンサ４０２から受信する傾斜角情報に基づいて焦点セレクタ４０４（図４）により傾斜角θが決定される。ステップ５０２においては、傾斜角θが閾値以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態では閾値は水平面３０６の４０°下方（図３Ｂ）であるものの、閾値は使用者が近位の焦点合せ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００２９】
傾斜角θが閾値以下である場合、ステップ５０２はステップ５０４に進む。ステップ５０４において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第１の焦点位置（すなわち図３Ａに示される遠位位置）に設定される。例えば第１の焦点位置を指示する焦点指令が焦点セレクタ４０４（図４）によって生成され得る。ステップ５０６において、例えば焦点指令に応答して、レンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）が第１の焦点位置（距離Ｄ1の位置）まで並進運動させられる。ステップ５０６はステップ５００に進む。
【００３０】
傾斜角θが閾値よりも大きい場合、ステップ５０２はステップ５０８に進む。ステップ５０８において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって第２の焦点位置（すなわち図３Ｂに示される近位焦点位置）に設定される。例えば第２の焦点位置を指示する焦点指令が焦点セレクタ４０４（図４）によって生成されてもよい。ステップ５１０において、例えば焦点コマンドに応答して、レンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２が第２の焦点位置（図３Ｂに示される距離Ｄ2の位置）まで並進運動させられる。ステップ５１０はステップ５００に進む。更新される傾斜角情報を得るためにステップ５００〜５１０が継続され得る。
【００３１】
図５Ｂを参照すると、ステップ５１２において、例えば、ＬＯＳセンサ４０２から受信する傾斜角情報を利用して焦点セレクタ４０４（図４）により傾斜角θが決定される。ステップ５１４において、傾斜角θが第１の閾値である閾値A以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態では閾値Aは水平面３０６から４０°下方（図３Ｂ）であるものの、第１の閾値は、使用者が近位の焦点合わせ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００３２】
傾斜角θが閾値A以下であると決定された場合、ステップ５１４はステップ５１６に進む。ステップ５１６において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第１の焦点位置（すなわち図３Ａに示される遠位位置）に設定される。ステップ５１８において、例えばレンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）が第１の焦点位置（距離Ｄ1の位置）まで並進運動させられる。ステップ５１８はステップ５１２へと進む。
【００３３】
傾斜角θが閾値aよりも大きいと決定された場合、ステップ５１４はステップ５２０に進む。ステップ５２０において、傾斜角θが第２の閾値である閾値B以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態において、閾値Bは水平面３０６の４５°下方（図３Ｂ）である。例示的な実施形態において閾値Bは水平面３０６の４５°下方（図３Ｂ）であるものの、第２の閾値は、近位の焦点合せ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別する境界領域を使用者に提供するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００３４】
傾斜角θが閾値B以上である場合、ステップ５２０はステップ５２６に進む。ステップ５２６において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第２の焦点位置（すなわち図３Ｂに示される近位位置）に設定される。ステップ５２８において、例えばレンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働するレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ｂ）が第２の焦点位置（距離Ｄ2の位置）まで並進運動させられる。ステップ５２８はステップ５１２に進む。
【００３５】
ステップ５１４において、傾斜角θが閾値Bよりも小さい（かつステップ５１４において閾値Aよりも大きい）と決定された場合、ステップ５２０はステップ５２２に進む。ステップ５２２において、焦点設定は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって現在の焦点位置に維持される。ステップ５２４において、対物レンズアセンブリ２０２は現在の位置（第１の焦点位置または第２の焦点位置）に維持される。ステップ５２４はステップ５１２に進む。
【００３６】
ステップ５２０〜５２４は、傾斜角θが閾値Aと閾値Bとの間である条件において以前に決定された焦点位置を使用するヒステリシス機能を表わしている。この実施形態においては、閾値Aおよび閾値Bの２つの閾値を使用することにより、ＬＯＳ３０８’（図３Ｂ）が閾値Aと閾値Bとの間の境界配向に在る場合に、近位レンズ位置と遠位レンズ位置との間での反復的な切換えが回避され得る。
【００３７】
ステップ５１２〜５２８は、検出された各傾斜角のために例えば無制限に反復され得る。
【００３８】
次に図６Ａを参照すると、例示的な暗視光学装置３００のブロック図が示されている。暗視光学装置３００は、対物レンズアセンブリ２０２と、二元的焦点合せ制御装置２０６と、イメージインテンシファイア６０２と、接眼レンズ６０４と、を備えている。暗視光学装置３００は、他のコンポーネント、例えば高圧電力供給部（ＨＶＰＳ）を備えていてもよい。
【００３９】
対物レンズアセンブリ２０２は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって、第１または第２の焦点位置における対象物６０６から光線を受信するように位置決めされる。対物レンズアセンブリ２０２は、ＨＶＰＳによって電力付与され得るイメージインテンシファイア６０２に対して、低照度の光景の焦点合せされた画像を付与する。イメージインテンシファイア６０２は入力部において不鮮明な画像を増幅し、出力表面においてより高輝度タイプの同じ画像を再形成する。この画像は接眼レンズ６０４にコヒーレントに伝送されて、形成された画像が表示される。図６Ａにおいて、画像形成装置２０４はイメージインテンシファイア６０２によって表されている。
【００４０】
次に図６Ｂを参照すると、別の例示的な暗視光学装置３００’のブロック図が示されている。暗視光学装置３００’は、対物レンズアセンブリ２０２と、二元的焦点合せ制御装置２０６と、画像形成アレイ６１０と、ビデオ電子モジュール６１２と、ビデオ表示部６１４と、を備えている。暗視光学装置３００’は、暗視光学装置３００’が対象物６０６の画像を生成するための画像形成アレイ６１０を備えている点を除いて、暗視光学装置３００に類似しているか、または機能的に同等である。さらに、暗視光学装置３００’は、対象物６０６の実時間ビデオ画像を形成するためのビデオ電子モジュール６１２およびビデオ表示部６１４を含む。
【００４１】
対物レンズアセンブリ２０２は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって、第１または第２の焦点位置において対象物６０６からの光線６０８を受信するように位置決めされる。対物レンズアセンブリ２０２は、ビデオ用途のための画像形成アレイ６１０に対して、低照度の光景の焦点合せされた画像を提供する。図６Ｂにおいて、画像形成装置２０４は画像形成アレイ６１０によって表されている。例えばＣＭＯＳタイプまたはＣＣＤタイプのものであり得る画像形成アレイ６１０は、焦点合せされた画像を検出し、画像のレンディションを含む実時間ビデオデータを作成する。ビデオデータは、画像形成アレイ６１０からのビデオデータをデジタルビデオデータに変換するために、ビデオ電子モジュール６１２に付与される。ビデオ表示部６１４は、デジタルビデオデータを受信し、実時間デジタルビデオ画像を表示する。
【００４２】
次に図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、例示的なＬＯＳセンサ４０２が示されている。特に、図７Ａは、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に結合されたＬＯＳセンサ４０２の断面図であり、図７Ｂは遠位焦点条件におけるＬＯＳセンサ４０２の側面図であり、図７Ｃは近位焦点条件におけるＬＯＳセンサ４０２の側面図である。
【００４３】
図７Ａ〜図７Ｃにおいて、ＬＯＳセンサ４０２は、振子アーム７０６に堅固に連結された振子質量体７０４を備えている。また、振子アーム７０６は傾斜角検出器７０８に連結されている。さらに、傾斜角検出器７０８は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に連結される。振子質量体７０４は、振子質量体７０４が重力ベクトルｇに対応する位置に維持されるように本体７０２に連結されている。
【００４４】
図７Ｂおよび図７Ｃから分かるように、水平面（すなわちＸ−Ｙ平面）に対して本体７０２が運動する際に、振子質量体７０４の位置は重力ベクトルｇの方向において維持される。同時に、本体７０２の運動によって、振子アーム７０６のＹ軸に対する回転方向Ｒにおける回転がもたらされる。傾斜角検出器７０８は振子アーム７０６の回転を検出し、傾斜角情報を提供する。傾斜角情報は焦点セレクタ４０４（図４）に付与され得る。こうして、振子アーム７０６の回転によって傾斜角情報が提供される。
【００４５】
次に図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、ＬＯＳセンサ４０２（図７Ａ）と共に使用される例示的な傾斜角検出器７０８、７０８’が示されている。特に、図８Ａは傾斜角検出器７０８の回路図であり、図８Ｂは別の傾斜角検出器７０８’の斜視図である。
【００４６】
図８Ａにおいて、傾斜角検出器７０８は、電位差計８０４と、電圧供給部８０２と、電位差計８０４に接続された出力端子８０８と、を含む。振子アーム７０６は電位差計８０４のワイパー８０６に連結されている。こうして、振子アーム７０６の回転によって、ワイパー位置を変動させ、その結果として出力端子８０８において生成される電圧を変動させる。出力端子８０８における電圧信号は、焦点セレクタ４０４（図４）に付与され得る。焦点セレクタ４０４は、例えばデジタルルックアップテーブルによって、電圧信号を傾斜角に変換してもよい。適切な任意のデジタル電子機器およびアナログ電子機器のうちの少なくとも一方を使用して、焦点セレクタ４０４が実装され得ることが理解される。
【００４７】
図８Ｂを参照すると、傾斜角検出器７０８’は、磁石８１０および磁気式回転位置符号化回路８１２を含む磁気回転センサを備えてもよい。振子アーム７０６は磁石８１０に連結され得る。振子アーム７０６の回転Ｒによって、符号化回路８１２を介して振子位置信号が生成され得る。振子位置信号は焦点セレクタ４０４に付与され得る。焦点セレクタ４０４は、例えばルックアップテーブルを介して位置信号を傾斜角に変換し得る。電位差計および符号化回路は当該技術分野において公知であり、当業者によって理解され得る。傾斜角検出器７０８、７０８’は、水平面３０６（図３Ａ）に対する暗視光学装置３００（図６）の配向を検出するための２つの例示的な実施形態を表わすこと、および他の適切な傾斜角検出器を使用してもよいことが理解される。
【００４８】
ここで図９Ａ〜図９Ｃを参照すると、別の例示的なＬＯＳセンサ４０２’が示されている。特に、図９Ａは、ＬＯＳセンサ４０２’として使用される３軸加速度計９００の斜視図である。図９Ｂおよび図９Ｃは、遠位焦点条件および近位の焦点条件それぞれにおける重力ベクトルｇに対する加速度計９００の配向を表す例である。
【００４９】
加速度計９００は、重力ベクトルｇを検出するために３つの軸線Ｘ’、Ｙ’およびＺ’に沿ってデータを収集し得る任意の適切な微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）であり得る。図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、加速度計９００は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に結合されている。図示されないものの、加速度計９００は、他のコンポーネント、例えばプリアンプと、重力ベクトルｇを検出するための適切なフィルタ係数を有するフィルターとのうちの少なくとも一方を備えていてもよい。加速度計９００は、焦点セレクタ４０４（図４）に対して、傾斜角情報を表わす位置信号（Ｘ’、Ｙ’およびＺ’軸のデータを含む）を提供する。
【００５０】
例えば図９Ｂに示されるように、本体７０２は遠位焦点位置に配向されている（すなわち水平方向のＬＯＳを有する）。本体７０２が遠位焦点位置に移動させられると、Ｚ’軸データのみが位置信号に寄与し得る。したがって、加速度計９００は、０ｍ／ｓ2のＸ’軸データ、０ｍ／ｓ2のＹ’軸データおよび９．８ｍ／ｓ2のＺ’軸のデータを生成し得る。
【００５１】
図９Ｃを参照すると、本体７０２が遠位焦点条件（図９Ｂ）から近位焦点条件に移動させられる場合、Ｚ’軸からの加速度データならびにＸ’軸およびＹ’軸からの加速度データの少なくとも一方が位置信号に寄与し得る。例えば、加速度計９００は、６．９３ｍ／ｓ2のＸ’軸データ、６．９３ｍ／ｓ2のＺ’軸データおよび０ｍ／ｓ2のＹ’軸データを生成し得る。Ｘ’、Ｙ’およびＺ’によって生成される加速度データは、傾斜角を決定するために使用され得る。
【００５２】
次に図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、静電荷に基づいて対物レンズアセンブリ２０２（図２）を並進運動させるための例示的なレンズ位置決め部４０６の回路図が示されている。特に、図１０Ａは遠位焦点位置の並進運動をもたらすための回路図を表し、図１０Ｂは近位焦点位置の並進運動をもたらすための回路図を表す。
【００５３】
レンズ位置決め部４０６は、レンズ並進運動機構部２１０（図２）およびハウジング２０８にそれぞれ連結されている帯電プレート１００２−１および帯電プレート１００２−２を備えている。対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）をそれぞれの後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2まで並進運動させるための力Ｆ1または力Ｆ2を発生させるために、プレート１００２には同一または反対の電荷が付与されている。適切な電荷をプレート１００２に付与するために、レンズ位置決め部４０６はＨＶＰＳ１００６およびスイッチ１００４を備えている。スイッチ１００４の位置は、焦点セレクタ４０４（図４）に基づいて設定され得る。所望の後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2に基づいて対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）を並進運動させるように適切な力Ｆ1、Ｆ2が決定され得ることが理解される。
【００５４】
図１０Ａに示されるように、スイッチ１００４は第１の位置に設定され、プレート１００２−１およびプレート１００２−２を反対に帯電させる。プレート１００２は反対に帯電しているので、互いに引き寄せられ、吸引力を発生させる。吸引力Ｆ1によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）は距離Ｄ1まで移動させられる。
【００５５】
図１０Ｂに示されるように、スイッチ１００４は第２の位置に設定され、プレート１００２−１およびプレート１００２−２が同一の電荷（例えば負の電荷）を有するようになる。プレート１００２は同一の電荷を有するので、それらプレートは互いに反発し、反発力Ｆ2を発生させる。反発力Ｆ2によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ｂ）が距離Ｄ2まで移動させられる。
【００５６】
例示的な一実施形態において、ＨＶＰＳ１００６はＤＣ３Ｖの入力電圧（１０〜１５ｍＡ）を受けて、４〜５ｋＶの出力電圧（１０〜１５ｎＡ）を生成し得る。対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）を適切な第１および第２の焦点位置（すなわち後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2）まで並進運動させるのに適切な力Ｆを生成するために、任意の適切な電力供給部が使用され得ることが理解される。
【００５７】
次に図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、空気圧式の二元的焦点合せ制御装置２０６’が示されている。特に、図１１Ａは、近位焦点位置（すなわち図３Ｂに示される後方焦点距離Ｄ2）をもたらすための二元的焦点合せ制御装置２０６’の断面図であり、図１１Ｂは、遠位焦点位置（すなわち図３Ａに示される後方焦点距離Ｄ1）をもたらすための二元的焦点合せ制御装置２０６’の断面図である。
【００５８】
二元的焦点合せ制御装置２０６’は、枢着点１１０２において振子アームに連結される振子質量体７０４を備えている。振子質量体７０４は枢着点１１０４においてリンク部１１０６にも連結されているので、振子質量体７０４は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の移動に応答して、Ｔ1方向におけるリンク部１１０６の並進運動をもたらす。リンク部１１０６は、第１のシリンダ１１１０（すなわち第１の空気圧式システム）内に位置決めされた第１のピストン１１０８に連結されている。第２のリンク部１１１８は、第２のシリンダ１１１２（すなわち第２の空気圧式システム）内に位置決めされた第２のピストン１１１６に連結されている。第１のシリンダ１１１０及び第２のシリンダ１１１２は互いに空気圧的に結合されている（すなわち第２のシリンダ１１１２は第１のシリンダ１１１０に従属している）。また、リンク部１１１８はレンズ並進運動機構部２１０に連結されている。
【００５９】
また、二元的焦点合せ制御装置２０６’は、第１の空気シリンダ１１１０に結合されていて例えば装着型ポンプ（図示せず）から僅かに加圧された空気を受入れて貯蔵するプレナムチャンバ１１１４を備えている。空気シリンダ１１１０は、周囲圧力（Ｐ）に開放されたポートを有する。
【００６０】
リンク部１１０６は傾斜角検出器（例えば傾斜角検出器７０８（図７Ａ））を表わしている。リンク部１１１８、ピストン１１１６および第２の空気シリンダ１１１２は、レンズ位置決め部（例えばレンズ位置決め部４０６（図６））を表わしている。第１のピストン１１０８および第１の空気シリンダ１１１０は、焦点セレクタ（例えば焦点セレクタ４０４（図４））を表わしている。
【００６１】
作動時において、振子質量体７０４の回転によって、傾斜角θに応じて、第１のピストン１１０８が２つの位置のうちの一方まで駆動される。第１のピストン１１０８が位置を変えた場合、プレナムチャンバ１１４からの加圧空気は、第２のピストン１１６の一側に流れ、こうして第２のピストン１１１６を第２のシリンダ１１１２の反対の端部まで駆動する。第１のピストン１１０８によって、第２のシリンダ１１１２の容積減少側からの空気が局所的周囲圧力に対して平衡状態に達することができるようになる。こうして、振子質量体７０４の運動によって、リンク部１１０６の直線状の並進運動Ｔ1がもたらされるとともに、リンク部１１１８の並進運動Ｔ2がもたらされる。次いで、リンク部１１１８の並進運動Ｔ2によって、対物レンズアセンブリ２０２を近位焦点位置（図１１Ａ）または遠位焦点位置（図１１Ｂ）まで並進運動させる。
【００６２】
本明細書において具体的な実施形態を参照しながら、本発明が図示され、説明されるものの、本発明が示される細部に限定されることは意図されない。むしろ、本発明から逸脱することなく特許請求の範囲及び均等の範囲内においてこれら細部に対し種々の改変が行われ得る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗視ゴーグルの適用に特に適した、光学装置と共に使用するための二元的焦点合せ（ｂｉｎａｒｙ ｆｏｃｕｓ）機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
暗視システムは、多様な軍事、工業および住宅の適用において、暗環境において視認可能にするために使用される。例えば、暗視システムは、夜間飛行中の軍事パイロットまたは地上を巡回する軍兵士によって利用される。別の例として、セキュリティカメラには、暗所を監視するための暗視システムが使用される。
【０００３】
従来の画像増強型暗視機器は、低照度（ＬＬ）の光景を増幅するためにイメージインテンシファイア（Ｉ2）を使用する。イメージインテンシファイアは、環境中に存在するものの人間の目には知覚不能であり得る赤外線スペクトルの下方部分を含む暗環境内における僅かな量の光を収集する。イメージインテンシファイアは、光を増幅して人間の目がその画像を知覚できるようにする。イメージインテンシファイアから出力された光は、カメラに供給されるか、または視認者の目に直接供給される。イメージインテンシファイア装置は、使用者の頭に装着される暗視ゴーグル、すなわち単眼鏡または双眼鏡において一般に使用され、出力された光を視認者に直接伝達する。
【０００４】
暗視システムは典型的には、オートフォーカス装置を含まない。従来のオートフォーカス装置は、対物レンズ、電子画像形成装置（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）回路）、対物レンズを画像形成装置に対して位置決めするための電気機械式駆動装置および実時間画像解析を実行する電子プロセッサを備える。作動中、電子プロセッサは、実時間画像解析に基づいて適切な焦点調整を決定する。電子プロセッサは、焦点指令を電気機械式駆動装置に送信して、画像の最適な焦点合せのために対物レンズを位置決めする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロセッサは画像を連続的に解析していて、広範な焦点位置範囲にわたって対物レンズを調整する場合があるため、オートフォーカス構成要素は連続的電力を使用するのが一般的である。従来の適用例では、オートフォーカス構成要素に付与される電力は、利用可能な電力の顕著な割合を占め得る。個人によって携帯され、電池駆動される適用例においては、一回の電池充電での合計作動時間は、オートフォーカス装置の電力消費量によって大きく影響され得る。さらに、既存のオートフォーカス装置の重量、特に電気機械式駆動装置及び電池構成要素の重量は、観察者の移動性を低下させる傾向にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、暗視光学装置と共に使用するための焦点合せ装置に関する。焦点合せ装置は、画像形成装置から第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、該対物レンズアセンブリに結合されていて該対物レンズアセンブリを第１または第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成される、二元的焦点合せ制御装置と、を備える。対物レンズアセンブリは暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動させられる。
【０００７】
また、本発明は暗視光学装置に関する。暗視光学装置は、画像形成装置からの第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、対物レンズアセンブリに結合される二元的焦点合せ制御装置と、を備える。二元的焦点合せ制御装置は暗視光学装置に結合されていて、水平方向のＬＯＳに対する暗視光学装置の配向を検出するように構成される視線（ＬＯＳ）センサと、検出される暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するための焦点セレクタと、を備える。二元的焦点合せ制御装置は、焦点セレクタに応答して、対物レンズアセンブリを第１または第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成される。
【０００８】
また、本発明は、暗視光学装置において画像形成装置から位置決めされる対物レンズアセンブリの焦点位置を制御する方法に関する。この方法は、水平の視線（ＬＯＳ）に対する暗視光学装置の配向を検出し、検出された暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するとともに、対物レンズアセンブリを選択された焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させることを含む。
【０００９】
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことで理解され得る。図面に含まれるのは次のような図である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】対物レンズから異なる距離における対象物のための対物レンズに対する焦点面の位置を示すブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る焦点合せ装置の断面図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の対象物のための対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用を示す暗視光学装置の一部としての図２に示される焦点合せ装置の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の対象物のための対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用を示す暗視光学装置の一部としての図２に示される焦点合せ装置の断面図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に関連し、図２に示される焦点合せ装置に含まれる二元的焦点合せ制御装置のブロック図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用の例示的方法を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る対物レンズアセンブリの二元的位置決め作用の例示的方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態に係る暗視光学装置のブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に係る暗視光学装置のブロック図である。
【図７Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれる視線（ＬＯＳ）センサの断面図である。
【図７Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサ配向の例を示す、図７Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図７Ｃ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサ配向の例を示す、図７Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図８Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図７Ａに示されるＬＯＳセンサに含まれる傾斜角検出器の回路図である。
【図８Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図７Ａに示されるＬＯＳセンサにおける傾斜角検出器の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれる視線（ＬＯＳ）センサの斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、遠位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサの配向の例を示す、暗視光学装置に結合される図９Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図９Ｃ】本発明の例示的な実施形態に関連し、近位の焦点位置における暗視光学装置の配向に対するセンサの配向の例を示す、暗視光学装置に結合される図９Ａに示されるＬＯＳセンサの側面図である。
【図１０Ａ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれるレンズ位置決め部の回路図である。
【図１０Ｂ】本発明の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置に含まれるレンズ位置決め部の回路図である。
【図１１Ａ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置の断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態に関連し、図４に示される二元的焦点合せ制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図を参照しながら本発明について説明する。このような図は、限定的ではなくむしろ例示的であるように意図されており、本発明の説明を容易にするために本明細書に組入れられる。図は原寸に比例しておらず、設計図として機能するようには意図されていない。
図１を参照すると、対物レンズから異なる距離に在る対象物１０４（または対象物１０４’）のための対物レンズ１０２に対する焦点面（ＦＰ）ＦＰ1（またはＦＰ2）の位置を示すブロック図が示されている。対物レンズ１０２は一般的な対物レンズを表わしていて、１つまたは２つ以上の光学レンズ要素を含み得る。一般に、対物レンズ１０２は対象物１０４（または対象物１０４’）からの光線１０６（または光線１０８）を通過させ、ＦＰ1（またはＦＰ2）上に収束する光線１０６’（または光線１０８’）を生成する。焦点面は、焦点合せされた対象物の画像の位置を表わす。典型的には、焦点面は画像形成装置（図示せず）、例えばＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器またはイメージインテンシファイアの位置を表わす。
【００１２】
図１において、焦点合せのための２つの異なる条件が示されている。第１の条件は、対物レンズ１０２から遠位に配置される対象物１０４に対応する。対象物１０４は、対物レンズ１０２から光学的無限遠に在るとみなされるほど十分遠位に配置されているものとして示されている。対象物１０４からの光線１０６は、それらが対物レンズ１０２に達するときに概ね平行な光線である。光線１０６は対物レンズ１０２を通過して、ＦＰ1で収束する光線１０６’を形成する。ＦＰ1は、ＢＦＤ1の後方焦点距離（ＢＦＯ）に配置される。
【００１３】
第２の条件は対物レンズ１０２の近位に配置される対象物１０４’に対応する。対象物１０４’は対物レンズ１０２の比較的近傍に在る（すなわち無限遠ではない）ものとして示されていて、対物レンズ１０２に達するときに発散する光線１０８を生成する。光線１０８は対物レンズ１０２を通過して、ＦＰ2において収束する光線１０８’を形成する。ＦＰ2はＢＦＤ2に位置設定される。第１の焦点面ＦＰ1は、第２の焦点面ＦＰ2に比べて対物レンズ１０２のより近傍に在ること、および対象物１０４、１０４’が対物レンズ１０２の像空間において異なる後方焦点距離ＢＦＤ1、ＢＦＤ2において焦点合せされることが分かる。
【００１４】
次に図２を参照すると、符号２００が全体として付与される、二元的焦点合せを提供する焦点合せ装置が示されている。焦点合せ装置２００は、暗視光学装置、例えば（図３Ａに示される）暗視光学装置３００において使用され得る。焦点合せ装置２００は、対物レンズアセンブリ２０２、画像形成装置２０４および二元的焦点合せ制御装置２０６を備える。画像形成装置２０４はハウジング２０８に結合される。対物レンズアセンブリ２０２は、同じくハウジングに結合されているレンズ並進運動機構部２１０に取付けられる。こうして、対物レンズアセンブリ２０２は、レンズ並進運動機構部２１０を介して並進運動方向Ｔに沿って画像形成装置２０４に対して並進運動する。
【００１５】
作動時において、二元的焦点合せ制御装置２０６は暗視光学装置（例えば暗視光学装置３００（図３Ａ））の配向を決定し、対物レンズアセンブリ２０２を２つの離散的な焦点位置の一方まで画像形成装置２０４に対して並進運動させる。
【００１６】
一般に、対物レンズアセンブリ２０２は、対物レンズアセンブリ全体において互いに対して固定位置に在る１つまたは複数の光強度要素、例えばレンズ要素および鏡の少なくとも一方を含んでもよい。したがって、レンズ並進運動機構部２１０は、対物レンズアセンブリ２０２全体を画像形成装置２０４に対して並進運動させるものとして示されている。別の例示的な実施形態によると、対物レンズアセンブリ２０２は、他の光強度要素に対して移動して後方焦点距離を画像形成装置２０４に調整する１つ以上の光強度要素を含んでもよい。この実施形態において、レンズ並進運動機構部２１０は、１つまたは複数の光強度要素を対物レンズアセンブリ２０２における他の光強度要素に対して並進運動させるとともに、さらに後述する二元的焦点合せ作用を提供してよい。
【００１７】
画像形成装置２０４は、対象物の画像を得るための任意の適切な装置、例えばＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器またはイメージインテンシファイアを含んでいてよい。レンズ並進運動機構部２１０は、対物レンズアセンブリ２０２を画像形成装置２０４に対して並進運動させるためのキャリッジなどの任意の適切な機構であり得る。二元的焦点合せ制御装置２０６については、図４に関連してさらに後述する。
【００１８】
次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、焦点合せ装置２００の断面図が、暗視光学装置３００の部分Ａとして示されている。特に、図３Ａは、（後方焦点距離Ｄ1における）遠位対象物３０２のための対物レンズアセンブリ２０２の配置を示しており、図３Ｂは、（後部焦点距離Ｄ2における）近位対象物３０４のための対物レンズアセンブリ２０２の配置を表している。
【００１９】
図３Ａにおいては、暗視光学装置３０６が遠位対象物３０２の方に向けられていて、水平方向３０６に対して概ね平行である視線（ＬＯＳ）を有する（すなわち、暗視光学装置３００は水平方向のＬＯＳを有する）。この場合、対物レンズアセンブリ２０２は、画像形成装置２０４に対して距離Ｄ1において位置決めされている。距離Ｄ1は、対物レンズアセンブリ２０２における第１の焦点位置（すなわち遠位焦点位置）を表わす。
【００２０】
図３Ｂにおいては、暗視光学装置３００が、近位対象物３０４に向けられたＬＯＳ３０８’に配向されている。こうして、ＬＯＳ３０８’は水平平面３０６に対して傾斜角θをなして暗視光学装置３００を配向させる。この場合、対物レンズアセンブリ２０２は、画像形成装置２０４に対して距離Ｄ2において位置決めされる。距離Ｄ2は、対物レンズアセンブリ２０２の第２の焦点位置（すなわち近位焦点位置）を表わす。この場合、傾斜角θは閾値角度（さらに後述する）よりも大きいものと仮定されており、それにより対物レンズアセンブリは近位焦点位置に位置決めされるようになる。
【００２１】
本発明によると、第１および第２の焦点位置は、暗視光学装置３００の配向に基づいて二元的焦点合せ制御装置２０６によって自動的に決定される。したがって、傾斜角θが既定の閾値以下であることが検出された場合、二元的焦点合せ制御装置２０６によって第１の焦点位置が選択され得る。傾斜角θが既定の閾値よりも大きい場合は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって第２の焦点位置が選択され得る。したがって、本発明は、ＬＯＳが既定の閾値を超える場合に、対物レンズアセンブリ２０２を近位焦点位置まで自動的に駆動させる視線センサを有する。
【００２２】
典型的なモデルにおいて、使用者／視認者は、水平方向のＬＯＳに沿って遠位対象物を見る場合に無限焦点であることが望ましい場合がある。従来のオートフォーカス装置の無限焦点位置は、遠位の標的および光景が明確に視認され得るようにするとともに、一般的な可動性タスクを支援するのが典型的である。しかしながら、兵士が近位の障害物（例えば移動時の丸太または溝）を観察する必要がある場合には、従来の焦点合せ装置の焦点を近位位置と遠位位置との間において手動で繰り返し調整するのは不便であるか、または実行不可能である。これらの場合、兵士は、従来の焦点合せ装置の焦点を遠位焦点位置に合わせたままにしておき、暗視光学装置が兵士の足元の前方領域に瞬間的に照準決めされたときには、大きく焦点から外れた近位障害物の画像を得るのが典型的である。一般に、障害物の周囲におけるおよび障害物を通る作戦行動を支援するためには、約１．５２４ｍ（約５フィート）（対象物距離）の近位焦点が使用されるのが典型的である。
【００２３】
本発明は、兵士のために、自動的に決定されて予め設定される２つの対物レンズ焦点位置を提供する。本発明は、兵士が焦点調整のために武器から手を離すことを要求することなく第１または第２の焦点位置を自動的に選択する。本発明の二元的焦点合わせは、降車した兵士にとって、遠位の標的および光景の両方を視認するため、及び近位障害物の周囲における作戦行動のために有用であり得る。
【００２４】
図４を参照すると、例示的な二元的焦点合せ制御装置２０６が示されている。二元的焦点合せ制御装置２０６は、ＬＯＳセンサ４０２、焦点セレクタ４０４およびレンズ位置決め部４０６を備える。一般に、ＬＯＳセンサ４０２は、地球の重力ベクトルを使用して、暗視光学装置３００の配向を決定する（図３Ａ）。図７〜図９に関連して、異なる例示的な実施形態のＬＯＳセンサ４０２がさらに後述される。図７〜図９に関連して述べる通り、ＬＯＳセンサ４０２は、電気的コンポーネント及び機械的コンポーネントのうちの少なくとも一方を備えていてよい。
【００２５】
焦点セレクタ４０４は、ＬＯＳセンサ４０２から傾斜角情報を受信し、傾斜角情報から傾斜角θを決定する。焦点セレクタ４０４は、瞬間的な傾斜角θに基づいて第１または第２の焦点位置のいずれかを選択する。焦点セレクタ４０４が電子プロセッサおよび／または機械的コンポーネントを備えてもよいことが理解される。空気圧式コンポーネントを備える例示的な焦点セレクタ４０４が、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連してさらに後述される。焦点セレクタ４０４は、（例えば焦点指令として）選択された焦点位置設定をレンズ位置決め部４０６に付与する。
【００２６】
レンズ位置決め部４０６は、焦点セレクタ４０４から焦点位置設定（例えば焦点指令）を受信し、レンズ並進運動機構部２１０（図２）を介して対物レンズの並進運動を制御するための力を付与する。レンズ位置決め部４０６の例は、図１０Ａおよび図１０Ｂに関連してさらに後述される。別の例示的な実施形態の二元的焦点合せ制御装置２０６は、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連してさらに後述される。レンズ位置決め部４０６は、対物レンズアセンブリ（図２）を並進運動させるための電気的コンポーネントおよび機械的コンポーネントのうちの少なくとも一方を備えてもよいことが理解される。
【００２７】
次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、対物レンズアセンブリ２０２（図２）を離間した二元的な焦点位置まで画像形成装置２０４に対して並進運動させるための例示的な方法が示されている。特に、図５Ａは、単一の閾値に基づいて焦点位置を選択するための例示的な実施形態を表わしており、図５Ｂは、２つの閾値（閾値A、閾値B）に基づいて焦点位置を選択し、それによりヒステリシス機能を実行するための別の例示的な実施形態を表わしている。
【００２８】
図５Ａを参照すると、ステップ５００において、例えば、ＬＯＳセンサ４０２から受信する傾斜角情報に基づいて焦点セレクタ４０４（図４）により傾斜角θが決定される。ステップ５０２においては、傾斜角θが閾値以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態では閾値は水平面３０６の４０°下方（図３Ｂ）であるものの、閾値は使用者が近位の焦点合せ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００２９】
傾斜角θが閾値以下である場合、ステップ５０２はステップ５０４に進む。ステップ５０４において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第１の焦点位置（すなわち図３Ａに示される遠位位置）に設定される。例えば第１の焦点位置を指示する焦点指令が焦点セレクタ４０４（図４）によって生成され得る。ステップ５０６において、例えば焦点指令に応答して、レンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）が第１の焦点位置（距離Ｄ1の位置）まで並進運動させられる。ステップ５０６はステップ５００に進む。
【００３０】
傾斜角θが閾値よりも大きい場合、ステップ５０２はステップ５０８に進む。ステップ５０８において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって第２の焦点位置（すなわち図３Ｂに示される近位焦点位置）に設定される。例えば第２の焦点位置を指示する焦点指令が焦点セレクタ４０４（図４）によって生成されてもよい。ステップ５１０において、例えば焦点コマンドに応答して、レンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２が第２の焦点位置（図３Ｂに示される距離Ｄ2の位置）まで並進運動させられる。ステップ５１０はステップ５００に進む。更新される傾斜角情報を得るためにステップ５００〜５１０が継続され得る。
【００３１】
図５Ｂを参照すると、ステップ５１２において、例えば、ＬＯＳセンサ４０２から受信する傾斜角情報を利用して焦点セレクタ４０４（図４）により傾斜角θが決定される。ステップ５１４において、傾斜角θが第１の閾値である閾値A以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態では閾値Aは水平面３０６から４０°下方（図３Ｂ）であるものの、第１の閾値は、使用者が近位の焦点合わせ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００３２】
傾斜角θが閾値A以下であると決定された場合、ステップ５１４はステップ５１６に進む。ステップ５１６において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第１の焦点位置（すなわち図３Ａに示される遠位位置）に設定される。ステップ５１８において、例えばレンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働してレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）が第１の焦点位置（距離Ｄ1の位置）まで並進運動させられる。ステップ５１８はステップ５１２へと進む。
【００３３】
傾斜角θが閾値aよりも大きいと決定された場合、ステップ５１４はステップ５２０に進む。ステップ５２０において、傾斜角θが第２の閾値である閾値B以下であるか否かが決定される。例示的な実施形態において、閾値Bは水平面３０６の４５°下方（図３Ｂ）である。例示的な実施形態において閾値Bは水平面３０６の４５°下方（図３Ｂ）であるものの、第２の閾値は、近位の焦点合せ条件と遠位の焦点合せ条件とを識別する境界領域を使用者に提供するのに適切な任意の閾値であり得ることが理解される。
【００３４】
傾斜角θが閾値B以上である場合、ステップ５２０はステップ５２６に進む。ステップ５２６において、焦点は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって、第２の焦点位置（すなわち図３Ｂに示される近位位置）に設定される。ステップ５２８において、例えばレンズ並進運動機構部２１０（図２）と協働するレンズ位置決め部４０６（図４）によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ｂ）が第２の焦点位置（距離Ｄ2の位置）まで並進運動させられる。ステップ５２８はステップ５１２に進む。
【００３５】
ステップ５１４において、傾斜角θが閾値Bよりも小さい（かつステップ５１４において閾値Aよりも大きい）と決定された場合、ステップ５２０はステップ５２２に進む。ステップ５２２において、焦点設定は、例えば焦点セレクタ４０４（図４）によって現在の焦点位置に維持される。ステップ５２４において、対物レンズアセンブリ２０２は現在の位置（第１の焦点位置または第２の焦点位置）に維持される。ステップ５２４はステップ５１２に進む。
【００３６】
ステップ５２０〜５２４は、傾斜角θが閾値Aと閾値Bとの間である条件において以前に決定された焦点位置を使用するヒステリシス機能を表わしている。この実施形態においては、閾値Aおよび閾値Bの２つの閾値を使用することにより、ＬＯＳ３０８’（図３Ｂ）が閾値Aと閾値Bとの間の境界配向に在る場合に、近位レンズ位置と遠位レンズ位置との間での反復的な切換えが回避され得る。
【００３７】
ステップ５１２〜５２８は、検出された各傾斜角のために例えば無制限に反復され得る。
【００３８】
次に図６Ａを参照すると、例示的な暗視光学装置３００のブロック図が示されている。暗視光学装置３００は、対物レンズアセンブリ２０２と、二元的焦点合せ制御装置２０６と、イメージインテンシファイア６０２と、接眼レンズ６０４と、を備えている。暗視光学装置３００は、他のコンポーネント、例えば高圧電力供給部（ＨＶＰＳ）を備えていてもよい。
【００３９】
対物レンズアセンブリ２０２は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって、第１または第２の焦点位置における対象物６０６から光線を受信するように位置決めされる。対物レンズアセンブリ２０２は、ＨＶＰＳによって電力付与され得るイメージインテンシファイア６０２に対して、低照度の光景の焦点合せされた画像を付与する。イメージインテンシファイア６０２は入力部において不鮮明な画像を増幅し、出力表面においてより高輝度タイプの同じ画像を再形成する。この画像は接眼レンズ６０４にコヒーレントに伝送されて、形成された画像が表示される。図６Ａにおいて、画像形成装置２０４はイメージインテンシファイア６０２によって表されている。
【００４０】
次に図６Ｂを参照すると、別の例示的な暗視光学装置３００’のブロック図が示されている。暗視光学装置３００’は、対物レンズアセンブリ２０２と、二元的焦点合せ制御装置２０６と、画像形成アレイ６１０と、ビデオ電子モジュール６１２と、ビデオ表示部６１４と、を備えている。暗視光学装置３００’は、暗視光学装置３００’が対象物６０６の画像を生成するための画像形成アレイ６１０を備えている点を除いて、暗視光学装置３００に類似しているか、または機能的に同等である。さらに、暗視光学装置３００’は、対象物６０６の実時間ビデオ画像を形成するためのビデオ電子モジュール６１２およびビデオ表示部６１４を含む。
【００４１】
対物レンズアセンブリ２０２は、二元的焦点合せ制御装置２０６によって、第１または第２の焦点位置において対象物６０６からの光線６０８を受信するように位置決めされる。対物レンズアセンブリ２０２は、ビデオ用途のための画像形成アレイ６１０に対して、低照度の光景の焦点合せされた画像を提供する。図６Ｂにおいて、画像形成装置２０４は画像形成アレイ６１０によって表されている。例えばＣＭＯＳタイプまたはＣＣＤタイプのものであり得る画像形成アレイ６１０は、焦点合せされた画像を検出し、画像のレンディションを含む実時間ビデオデータを作成する。ビデオデータは、画像形成アレイ６１０からのビデオデータをデジタルビデオデータに変換するために、ビデオ電子モジュール６１２に付与される。ビデオ表示部６１４は、デジタルビデオデータを受信し、実時間デジタルビデオ画像を表示する。
【００４２】
次に図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、例示的なＬＯＳセンサ４０２が示されている。特に、図７Ａは、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に結合されたＬＯＳセンサ４０２の断面図であり、図７Ｂは遠位焦点条件におけるＬＯＳセンサ４０２の側面図であり、図７Ｃは近位焦点条件におけるＬＯＳセンサ４０２の側面図である。
【００４３】
図７Ａ〜図７Ｃにおいて、ＬＯＳセンサ４０２は、振子アーム７０６に堅固に連結された振子質量体７０４を備えている。また、振子アーム７０６は傾斜角検出器７０８に連結されている。さらに、傾斜角検出器７０８は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に連結される。振子質量体７０４は、振子質量体７０４が重力ベクトルｇに対応する位置に維持されるように本体７０２に連結されている。
【００４４】
図７Ｂおよび図７Ｃから分かるように、水平面（すなわちＸ−Ｙ平面）に対して本体７０２が運動する際に、振子質量体７０４の位置は重力ベクトルｇの方向において維持される。同時に、本体７０２の運動によって、振子アーム７０６のＹ軸に対する回転方向Ｒにおける回転がもたらされる。傾斜角検出器７０８は振子アーム７０６の回転を検出し、傾斜角情報を提供する。傾斜角情報は焦点セレクタ４０４（図４）に付与され得る。こうして、振子アーム７０６の回転によって傾斜角情報が提供される。
【００４５】
次に図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、ＬＯＳセンサ４０２（図７Ａ）と共に使用される例示的な傾斜角検出器７０８、７０８’が示されている。特に、図８Ａは傾斜角検出器７０８の回路図であり、図８Ｂは別の傾斜角検出器７０８’の斜視図である。
【００４６】
図８Ａにおいて、傾斜角検出器７０８は、電位差計８０４と、電圧供給部８０２と、電位差計８０４に接続された出力端子８０８と、を含む。振子アーム７０６は電位差計８０４のワイパー８０６に連結されている。こうして、振子アーム７０６の回転によって、ワイパー位置を変動させ、その結果として出力端子８０８において生成される電圧を変動させる。出力端子８０８における電圧信号は、焦点セレクタ４０４（図４）に付与され得る。焦点セレクタ４０４は、例えばデジタルルックアップテーブルによって、電圧信号を傾斜角に変換してもよい。適切な任意のデジタル電子機器およびアナログ電子機器のうちの少なくとも一方を使用して、焦点セレクタ４０４が実装され得ることが理解される。
【００４７】
図８Ｂを参照すると、傾斜角検出器７０８’は、磁石８１０および磁気式回転位置符号化回路８１２を含む磁気回転センサを備えてもよい。振子アーム７０６は磁石８１０に連結され得る。振子アーム７０６の回転Ｒによって、符号化回路８１２を介して振子位置信号が生成され得る。振子位置信号は焦点セレクタ４０４に付与され得る。焦点セレクタ４０４は、例えばルックアップテーブルを介して位置信号を傾斜角に変換し得る。電位差計および符号化回路は当該技術分野において公知であり、当業者によって理解され得る。傾斜角検出器７０８、７０８’は、水平面３０６（図３Ａ）に対する暗視光学装置３００（図６）の配向を検出するための２つの例示的な実施形態を表わすこと、および他の適切な傾斜角検出器を使用してもよいことが理解される。
【００４８】
ここで図９Ａ〜図９Ｃを参照すると、別の例示的なＬＯＳセンサ４０２’が示されている。特に、図９Ａは、ＬＯＳセンサ４０２’として使用される３軸加速度計９００の斜視図である。図９Ｂおよび図９Ｃは、遠位焦点条件および近位の焦点条件それぞれにおける重力ベクトルｇに対する加速度計９００の配向を表す例である。
【００４９】
加速度計９００は、重力ベクトルｇを検出するために３つの軸線Ｘ’、Ｙ’およびＺ’に沿ってデータを収集し得る任意の適切な微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）であり得る。図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、加速度計９００は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の本体７０２に結合されている。図示されないものの、加速度計９００は、他のコンポーネント、例えばプリアンプと、重力ベクトルｇを検出するための適切なフィルタ係数を有するフィルターとのうちの少なくとも一方を備えていてもよい。加速度計９００は、焦点セレクタ４０４（図４）に対して、傾斜角情報を表わす位置信号（Ｘ’、Ｙ’およびＺ’軸のデータを含む）を提供する。
【００５０】
例えば図９Ｂに示されるように、本体７０２は遠位焦点位置に配向されている（すなわち水平方向のＬＯＳを有する）。本体７０２が遠位焦点位置に移動させられると、Ｚ’軸データのみが位置信号に寄与し得る。したがって、加速度計９００は、０ｍ／ｓ2のＸ’軸データ、０ｍ／ｓ2のＹ’軸データおよび９．８ｍ／ｓ2のＺ’軸のデータを生成し得る。
【００５１】
図９Ｃを参照すると、本体７０２が遠位焦点条件（図９Ｂ）から近位焦点条件に移動させられる場合、Ｚ’軸からの加速度データならびにＸ’軸およびＹ’軸からの加速度データの少なくとも一方が位置信号に寄与し得る。例えば、加速度計９００は、６．９３ｍ／ｓ2のＸ’軸データ、６．９３ｍ／ｓ2のＺ’軸データおよび０ｍ／ｓ2のＹ’軸データを生成し得る。Ｘ’、Ｙ’およびＺ’によって生成される加速度データは、傾斜角を決定するために使用され得る。
【００５２】
次に図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、静電荷に基づいて対物レンズアセンブリ２０２（図２）を並進運動させるための例示的なレンズ位置決め部４０６の回路図が示されている。特に、図１０Ａは遠位焦点位置の並進運動をもたらすための回路図を表し、図１０Ｂは近位焦点位置の並進運動をもたらすための回路図を表す。
【００５３】
レンズ位置決め部４０６は、レンズ並進運動機構部２１０（図２）およびハウジング２０８にそれぞれ連結されている帯電プレート１００２−１および帯電プレート１００２−２を備えている。対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）をそれぞれの後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2まで並進運動させるための力Ｆ1または力Ｆ2を発生させるために、プレート１００２には同一または反対の電荷が付与されている。適切な電荷をプレート１００２に付与するために、レンズ位置決め部４０６はＨＶＰＳ１００６およびスイッチ１００４を備えている。スイッチ１００４の位置は、焦点セレクタ４０４（図４）に基づいて設定され得る。所望の後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2に基づいて対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）を並進運動させるように適切な力Ｆ1、Ｆ2が決定され得ることが理解される。
【００５４】
図１０Ａに示されるように、スイッチ１００４は第１の位置に設定され、プレート１００２−１およびプレート１００２−２を反対に帯電させる。プレート１００２は反対に帯電しているので、互いに引き寄せられ、吸引力を発生させる。吸引力Ｆ1によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ）は距離Ｄ1まで移動させられる。
【００５５】
図１０Ｂに示されるように、スイッチ１００４は第２の位置に設定され、プレート１００２−１およびプレート１００２−２が同一の電荷（例えば負の電荷）を有するようになる。プレート１００２は同一の電荷を有するので、それらプレートは互いに反発し、反発力Ｆ2を発生させる。反発力Ｆ2によって、対物レンズアセンブリ２０２（図３Ｂ）が距離Ｄ2まで移動させられる。
【００５６】
例示的な一実施形態において、ＨＶＰＳ１００６はＤＣ３Ｖの入力電圧（１０〜１５ｍＡ）を受けて、４〜５ｋＶの出力電圧（１０〜１５ｎＡ）を生成し得る。対物レンズアセンブリ２０２（図３Ａ、図３Ｂ）を適切な第１および第２の焦点位置（すなわち後方焦点距離Ｄ1、Ｄ2）まで並進運動させるのに適切な力Ｆを生成するために、任意の適切な電力供給部が使用され得ることが理解される。
【００５７】
次に図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、空気圧式の二元的焦点合せ制御装置２０６’が示されている。特に、図１１Ａは、近位焦点位置（すなわち図３Ｂに示される後方焦点距離Ｄ2）をもたらすための二元的焦点合せ制御装置２０６’の断面図であり、図１１Ｂは、遠位焦点位置（すなわち図３Ａに示される後方焦点距離Ｄ1）をもたらすための二元的焦点合せ制御装置２０６’の断面図である。
【００５８】
二元的焦点合せ制御装置２０６’は、枢着点１１０２において振子アームに連結される振子質量体７０４を備えている。振子質量体７０４は枢着点１１０４においてリンク部１１０６にも連結されているので、振子質量体７０４は、暗視光学装置３００（図３Ａ）の移動に応答して、Ｔ1方向におけるリンク部１１０６の並進運動をもたらす。リンク部１１０６は、第１のシリンダ１１１０（すなわち第１の空気圧式システム）内に位置決めされた第１のピストン１１０８に連結されている。第２のリンク部１１１８は、第２のシリンダ１１１２（すなわち第２の空気圧式システム）内に位置決めされた第２のピストン１１１６に連結されている。第１のシリンダ１１１０及び第２のシリンダ１１１２は互いに空気圧的に結合されている（すなわち第２のシリンダ１１１２は第１のシリンダ１１１０に従属している）。また、リンク部１１１８はレンズ並進運動機構部２１０に連結されている。
【００５９】
また、二元的焦点合せ制御装置２０６’は、第１の空気シリンダ１１１０に結合されていて例えば装着型ポンプ（図示せず）から僅かに加圧された空気を受入れて貯蔵するプレナムチャンバ１１１４を備えている。空気シリンダ１１１０は、周囲圧力（Ｐ）に開放されたポートを有する。
【００６０】
リンク部１１０６は傾斜角検出器（例えば傾斜角検出器７０８（図７Ａ））を表わしている。リンク部１１１８、ピストン１１１６および第２の空気シリンダ１１１２は、レンズ位置決め部（例えばレンズ位置決め部４０６（図６））を表わしている。第１のピストン１１０８および第１の空気シリンダ１１１０は、焦点セレクタ（例えば焦点セレクタ４０４（図４））を表わしている。
【００６１】
作動時において、振子質量体７０４の回転によって、傾斜角θに応じて、第１のピストン１１０８が２つの位置のうちの一方まで駆動される。第１のピストン１１０８が位置を変えた場合、プレナムチャンバ１１４からの加圧空気は、第２のピストン１１６の一側に流れ、こうして第２のピストン１１１６を第２のシリンダ１１１２の反対の端部まで駆動する。第１のピストン１１０８によって、第２のシリンダ１１１２の容積減少側からの空気が局所的周囲圧力に対して平衡状態に達することができるようになる。こうして、振子質量体７０４の運動によって、リンク部１１０６の直線状の並進運動Ｔ1がもたらされるとともに、リンク部１１１８の並進運動Ｔ2がもたらされる。次いで、リンク部１１１８の並進運動Ｔ2によって、対物レンズアセンブリ２０２を近位焦点位置（図１１Ａ）または遠位焦点位置（図１１Ｂ）まで並進運動させる。
【００６２】
本明細書において具体的な実施形態を参照しながら、本発明が図示され、説明されるものの、本発明が示される細部に限定されることは意図されない。むしろ、本発明から逸脱することなく特許請求の範囲及び均等の範囲内においてこれら細部に対し種々の改変が行われ得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗視光学装置と共に使用するための焦点合せ装置において、
画像形成装置からの第１または第２の焦点位置に位置決めされた対物レンズアセンブリと、
該対物レンズアセンブリに結合されていて、対物レンズアセンブリを第１および第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成された二元的焦点合せ制御装置と、を備え、
前記対物レンズアセンブリが、前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動される、焦点合せ装置。
【請求項２】
前記第１の焦点位置が前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に関連付けられ、前記第２の焦点位置が前記対物レンズアセンブリのより近傍に概ね位置決めされる対象物に関連付けられる、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項３】
前記二元的焦点合せ制御装置が、前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するように構成された焦点セレクタを備え、
前記対物レンズアセンブリが前記焦点セレクタに応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動される、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項４】
二元的焦点合せ制御装置が、
振子アームを介して前記暗視光学装置に連結される振子質量体を備えており、前記振子アームは、前記暗視光学装置の配向に応答して前記振子質量体と共に回転するものであり、
さらに、
前記振子質量体に連結されるとともに第１の空気圧システムの第１のピストンにさらに前記される第１のリンク部を備えており、前記第１のピストンは、前記振子質量体の回転に基づいて第１または第２の位置に位置決めされるように構成されており、
さらに、
前記第１の空気圧システムに結合されていて、対応する前記第１のピストンの前記第１または第２の位置に応答して第１または第２のいずれかの追加位置に位置決めされるように構成される第２のピストンを備える第２の空気圧システムと、
前記対物レンズアセンブリおよび前記第２のピストンに連結され、前記第２のピストンの前記第１または第２の追加位置に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように構成される第２のリンク部と、
を備える、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項５】
前記二元的焦点合せ制御装置が前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択し、前記二元的焦点合せ制御装置は、選択された前記焦点位置に応答して前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように、前記対物レンズアセンブリに連結されたレンズ位置決め部を備える、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項６】
前記レンズ位置決め部は、
前記対物レンズアセンブリに連結された第１の帯電プレートおよび当該焦点合せ装置のハウジングに連結された第２の帯電プレートと、
スイッチを介して前記第１および第２の帯電プレートに連結された高圧電力供給部（ＨＶＰＳ）と、
を備えており、
前記第１および第２の帯電プレートは、前記スイッチの位置に応答して前記ＨＶＰＳによって同一の電荷または反対の電荷を有するように帯電させられており、
前記スイッチの位置が、前記第１または第２のいずれかの焦点位置に対応している、請求項５に記載の焦点合せ装置。
【請求項７】
前記二元的焦点合せ制御装置は、前記暗視光学装置に結合された視線（ＬＯＳ）センサを備えており、該ＬＯＳセンサは前記暗視光学装置の傾斜角を水平方向のＬＯＳに対して決定するように構成されており、前記傾斜角は前記暗視光学装置の配向に対応している、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項８】
前記ＬＯＳセンサが前記暗視光学装置に結合された加速度計を備える、請求項７に記載の焦点合せ装置。
【請求項９】
前記ＬＯＳセンサが、振子アームを介して前記暗視光学装置に連結された振子質量体を備えており、前記振子アームは前記暗視光学装置の配向に応答して回転し、
前記傾斜角が前記振子アームの回転に基づいて決定される、請求項７に記載の焦点合せ装置。
【請求項１０】
電圧源に接続される第１および第２の端子と、前記振子アームに接続される調整端子および出力端子と、を有する電位差計を備える傾斜角検出器をさらに備えており、
出力端子における出力電圧が前記振子アームの回転に起因して変化するとともに、
前記傾斜角が前記出力電圧に基づいて決定される、請求項９に記載の焦点合せ装置。
【請求項１１】
前記振子アームに連結されていて振子位置を検出するように構成される磁気回転位置エンコーダを備える傾斜角検出器をさらに備えており、
前記傾斜角が前記振子位置から決定される、請求項９に記載の焦点合せ装置。
【請求項１２】
画像形成装置から第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、
該対物レンズアセンブリに結合される二元的焦点合せ制御装置と、
を備える、暗視光学装置において、
前記対物レンズアセンブリは、
前記暗視光学装置に結合されていて、水平方向のＬＯＳに対する前記暗視光学装置の配向を検出するように構成される視線（ＬＯＳ）センサと、
検出される暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するための焦点セレクタと、を備えており、
前記二元的焦点合せ制御装置が、前記焦点セレクタに応答して、前記対物レンズアセンブリを前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで前記画像形成装置に対して並進運動させるように構成される、暗視光学装置。
【請求項１３】
画像形成装置がイメージインテンシファイアまたは画像形成アレイを備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１４】
前記第１の焦点位置が前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に関連付けられ、前記第２の焦点位置が前記対物レンズアセンブリのより近傍に概ね位置決めされる対象物に関連付けられる、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１５】
前記二元的焦点合せ制御装置は、選択される前記焦点位置に応答して前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように、前記対物レンズアセンブリに結合されたレンズ位置決め部を備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１６】
前記ＬＯＳセンサが加速度計を備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１７】
前記ＬＯＳセンサが、振子アームを介して前記暗視光学装置に連結される振子質量体を備えており、前記振子アームは前記暗視光学装置の配向に応答して前記振子質量体と共に回転するものであり、
前記暗視光学装置の配向が前記振子アームの回転に基づいて決定される、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１８】
前記ＬＯＳセンサが前記振子アームに連結されるリンク部を備えており、
前記焦点セレクタは、
前記リンク部に連結されていて、前記振子質量体の回転に基づいて第１の空気圧システムにおいて第１または第２の位置に位置決めされる第１のピストンを備えており、
前記第１のピストンの前記第１または第２の位置は、前記第１または第２の焦点位置にそれぞれ対応する、請求項１７に記載の暗視装置。
【請求項１９】
レンズ位置決め部が、
前記第１の空気圧システムに結合されていて、対応する前記第１のピストンの前記第１のピストンの第１または第２の位置に応答して第１または第２の追加位置に配置されるように構成される第２のピストンを備える、第２の空気圧システムと、
前記対物レンズアセンブリおよび前記第２のピストンに連結されていて、前記第２のピストンの前記第１または第２の追加位置に応答して前記対物レンズアセンブリを前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動させるように構成される第２のリンク部と、を備える、請求項１８に記載の暗視装置。
【請求項２０】
暗視光学装置における画像形成装置から位置決めされる対物レンズアセンブリの焦点位置を制御する制御方法において、
水平方向の視線（ＬＯＳ）に対する暗視光学装置の配向を検出し、
検出された前記暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択し、
前記対物レンズアセンブリを選択された焦点位置まで前記画像形成装置に対して並進運動させることを含む制御方法。
【請求項２１】
前記第１または第２の焦点位置の一方を選択する際において、
検出された配向に応答して前記暗視光学装置の傾斜角を決定し、
前記傾斜角が既定の閾値以下である場合には、第１の焦点位置を選択し、
傾斜角が既定の閾値より大きい場合には、第２の焦点位置を選択することを含む、請求項２０に記載の制御方法。
【請求項２２】
前記第２の焦点位置を選択する際において、
検出された配向に応答して前記暗視光学装置の傾斜角を決定し、
前記傾斜角が第１の既定の閾値以下である場合には、前記第１の焦点位置を選択し、
前記傾斜角が前記第１の規定の閾値よりも大きい第２の既定の閾値以上である場合には、前記第２の焦点位置を選択し、
前記傾斜角が前記第１の既定の閾値よりも大きくかつ前記第２の既定の閾値よりも小さい場合には、以前に選択された焦点位置を維持するステップと、
が含まれる、請求項２０に記載の制御方法。
【請求項２３】
前記第１の焦点位置を選択することが、前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に対物レンズの焦点を合わせることに対応し、
前記第２の焦点位置を選択することが、前記対物レンズアセンブリのより近傍に位置決めされる対象物に対物レンズの焦点を合わせることに対応する、請求項２０に記載の制御方法。
【請求項１】
暗視光学装置と共に使用するための焦点合せ装置において、
画像形成装置からの第１または第２の焦点位置に位置決めされた対物レンズアセンブリと、
該対物レンズアセンブリに結合されていて、対物レンズアセンブリを第１および第２のいずれかの焦点位置まで画像形成装置に対して並進運動させるように構成された二元的焦点合せ制御装置と、を備え、
前記対物レンズアセンブリが、前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動される、焦点合せ装置。
【請求項２】
前記第１の焦点位置が前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に関連付けられ、前記第２の焦点位置が前記対物レンズアセンブリのより近傍に概ね位置決めされる対象物に関連付けられる、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項３】
前記二元的焦点合せ制御装置が、前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するように構成された焦点セレクタを備え、
前記対物レンズアセンブリが前記焦点セレクタに応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動される、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項４】
二元的焦点合せ制御装置が、
振子アームを介して前記暗視光学装置に連結される振子質量体を備えており、前記振子アームは、前記暗視光学装置の配向に応答して前記振子質量体と共に回転するものであり、
さらに、
前記振子質量体に連結されるとともに第１の空気圧システムの第１のピストンにさらに前記される第１のリンク部を備えており、前記第１のピストンは、前記振子質量体の回転に基づいて第１または第２の位置に位置決めされるように構成されており、
さらに、
前記第１の空気圧システムに結合されていて、対応する前記第１のピストンの前記第１または第２の位置に応答して第１または第２のいずれかの追加位置に位置決めされるように構成される第２のピストンを備える第２の空気圧システムと、
前記対物レンズアセンブリおよび前記第２のピストンに連結され、前記第２のピストンの前記第１または第２の追加位置に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように構成される第２のリンク部と、
を備える、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項５】
前記二元的焦点合せ制御装置が前記暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択し、前記二元的焦点合せ制御装置は、選択された前記焦点位置に応答して前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように、前記対物レンズアセンブリに連結されたレンズ位置決め部を備える、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項６】
前記レンズ位置決め部は、
前記対物レンズアセンブリに連結された第１の帯電プレートおよび当該焦点合せ装置のハウジングに連結された第２の帯電プレートと、
スイッチを介して前記第１および第２の帯電プレートに連結された高圧電力供給部（ＨＶＰＳ）と、
を備えており、
前記第１および第２の帯電プレートは、前記スイッチの位置に応答して前記ＨＶＰＳによって同一の電荷または反対の電荷を有するように帯電させられており、
前記スイッチの位置が、前記第１または第２のいずれかの焦点位置に対応している、請求項５に記載の焦点合せ装置。
【請求項７】
前記二元的焦点合せ制御装置は、前記暗視光学装置に結合された視線（ＬＯＳ）センサを備えており、該ＬＯＳセンサは前記暗視光学装置の傾斜角を水平方向のＬＯＳに対して決定するように構成されており、前記傾斜角は前記暗視光学装置の配向に対応している、請求項１に記載の焦点合せ装置。
【請求項８】
前記ＬＯＳセンサが前記暗視光学装置に結合された加速度計を備える、請求項７に記載の焦点合せ装置。
【請求項９】
前記ＬＯＳセンサが、振子アームを介して前記暗視光学装置に連結された振子質量体を備えており、前記振子アームは前記暗視光学装置の配向に応答して回転し、
前記傾斜角が前記振子アームの回転に基づいて決定される、請求項７に記載の焦点合せ装置。
【請求項１０】
電圧源に接続される第１および第２の端子と、前記振子アームに接続される調整端子および出力端子と、を有する電位差計を備える傾斜角検出器をさらに備えており、
出力端子における出力電圧が前記振子アームの回転に起因して変化するとともに、
前記傾斜角が前記出力電圧に基づいて決定される、請求項９に記載の焦点合せ装置。
【請求項１１】
前記振子アームに連結されていて振子位置を検出するように構成される磁気回転位置エンコーダを備える傾斜角検出器をさらに備えており、
前記傾斜角が前記振子位置から決定される、請求項９に記載の焦点合せ装置。
【請求項１２】
画像形成装置から第１または第２の焦点位置に位置決めされる対物レンズアセンブリと、
該対物レンズアセンブリに結合される二元的焦点合せ制御装置と、
を備える、暗視光学装置において、
前記対物レンズアセンブリは、
前記暗視光学装置に結合されていて、水平方向のＬＯＳに対する前記暗視光学装置の配向を検出するように構成される視線（ＬＯＳ）センサと、
検出される暗視光学装置の配向に応答して前記第１または第２のいずれかの焦点位置を選択するための焦点セレクタと、を備えており、
前記二元的焦点合せ制御装置が、前記焦点セレクタに応答して、前記対物レンズアセンブリを前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで前記画像形成装置に対して並進運動させるように構成される、暗視光学装置。
【請求項１３】
画像形成装置がイメージインテンシファイアまたは画像形成アレイを備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１４】
前記第１の焦点位置が前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に関連付けられ、前記第２の焦点位置が前記対物レンズアセンブリのより近傍に概ね位置決めされる対象物に関連付けられる、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１５】
前記二元的焦点合せ制御装置は、選択される前記焦点位置に応答して前記対物レンズアセンブリを並進運動させるように、前記対物レンズアセンブリに結合されたレンズ位置決め部を備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１６】
前記ＬＯＳセンサが加速度計を備える、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１７】
前記ＬＯＳセンサが、振子アームを介して前記暗視光学装置に連結される振子質量体を備えており、前記振子アームは前記暗視光学装置の配向に応答して前記振子質量体と共に回転するものであり、
前記暗視光学装置の配向が前記振子アームの回転に基づいて決定される、請求項１２に記載の暗視装置。
【請求項１８】
前記ＬＯＳセンサが前記振子アームに連結されるリンク部を備えており、
前記焦点セレクタは、
前記リンク部に連結されていて、前記振子質量体の回転に基づいて第１の空気圧システムにおいて第１または第２の位置に位置決めされる第１のピストンを備えており、
前記第１のピストンの前記第１または第２の位置は、前記第１または第２の焦点位置にそれぞれ対応する、請求項１７に記載の暗視装置。
【請求項１９】
レンズ位置決め部が、
前記第１の空気圧システムに結合されていて、対応する前記第１のピストンの前記第１のピストンの第１または第２の位置に応答して第１または第２の追加位置に配置されるように構成される第２のピストンを備える、第２の空気圧システムと、
前記対物レンズアセンブリおよび前記第２のピストンに連結されていて、前記第２のピストンの前記第１または第２の追加位置に応答して前記対物レンズアセンブリを前記第１または第２のいずれかの焦点位置まで並進運動させるように構成される第２のリンク部と、を備える、請求項１８に記載の暗視装置。
【請求項２０】
暗視光学装置における画像形成装置から位置決めされる対物レンズアセンブリの焦点位置を制御する制御方法において、
水平方向の視線（ＬＯＳ）に対する暗視光学装置の配向を検出し、
検出された前記暗視光学装置の配向に応答して第１または第２のいずれかの焦点位置を選択し、
前記対物レンズアセンブリを選択された焦点位置まで前記画像形成装置に対して並進運動させることを含む制御方法。
【請求項２１】
前記第１または第２の焦点位置の一方を選択する際において、
検出された配向に応答して前記暗視光学装置の傾斜角を決定し、
前記傾斜角が既定の閾値以下である場合には、第１の焦点位置を選択し、
傾斜角が既定の閾値より大きい場合には、第２の焦点位置を選択することを含む、請求項２０に記載の制御方法。
【請求項２２】
前記第２の焦点位置を選択する際において、
検出された配向に応答して前記暗視光学装置の傾斜角を決定し、
前記傾斜角が第１の既定の閾値以下である場合には、前記第１の焦点位置を選択し、
前記傾斜角が前記第１の規定の閾値よりも大きい第２の既定の閾値以上である場合には、前記第２の焦点位置を選択し、
前記傾斜角が前記第１の既定の閾値よりも大きくかつ前記第２の既定の閾値よりも小さい場合には、以前に選択された焦点位置を維持するステップと、
が含まれる、請求項２０に記載の制御方法。
【請求項２３】
前記第１の焦点位置を選択することが、前記対物レンズアセンブリから遠位に位置決めされる対象物に対物レンズの焦点を合わせることに対応し、
前記第２の焦点位置を選択することが、前記対物レンズアセンブリのより近傍に位置決めされる対象物に対物レンズの焦点を合わせることに対応する、請求項２０に記載の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０１９６４（Ｐ２０１３−５０１９６４Ａ）
【公表日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２４７２５（Ｐ２０１２−５２４７２５）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４３４７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５９５３６
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５１２０６７１５９）エクセリス インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４３４７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５９５３６
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５１２０６７１５９）エクセリス インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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