JP2013504940A - 全ビーム画像スプリッタシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、単一の結像レンズシステムに複数の撮像センサ面上で複数の高解像度画像を同時に形成させるための方法および装置を備える。これら複数の画像は、（一般に画素ごとに）比較および／または結合して一つの瞬間的な高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像を作成できる十分な質と類似性とを備えるように、光量の違いを除いて実質的に同一であり、視覚誤差がないのが好ましい。本発明は、動いている対象の高解像度ＨＤＲスナップショットと、対象および／またはカメラが動いている高解像度ＨＤＲ動画（映写フィルム、映画、または他の映像）とを作成する目的で使用することができる。あるいは、画像は、実質的に同一であるか、焦点の違いを除いて実質的に同一である。
【選択図】図１Ａ、図１Ｂ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００９年９月１０日に出願された、「Ｗｈｏｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｍａｇｅ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（全ビーム画像スプリッタシステム、全ビーム画像分割システム）」と題する米国仮特許出願第６１／２４１，３２９号、２００９年９月１８日に出願された、「Ｗｈｏｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｍａｇｅ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（全ビーム画像スプリッタシステム、全ビーム画像分割システム）」と題する米国仮特許出願第６１／２４３，７９０号、２００９年１２月４日に出願された、「Ｗｈｏｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｍａｇｅ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（全ビーム画像スプリッタシステム、全ビーム画像分割システム）」と題する米国仮特許出願第６１／２６６，８８８号、および２０１０年４月２８日に出願された、「Ｗｈｏｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｍａｇｅ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（全ビーム画像スプリッタシステム、全ビーム画像分割システム）」と題する米国仮特許出願第６１／３２９，０５５号に対する優先権と出願の便益とを主張するものである。

本出願は、２００９年３月３０日に出願された、「Ｗｈｏｌｅ Ｂｅａｍ Ｉｍａｇｅ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（全ビーム画像スプリッタシステム、全ビーム画像分割システム）」と題する米国特許出願第１２／４１４，５４７号の一部継続出願でもあり、同出願は、２００８年３月２８日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｅｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（単一の結像レンズシステムを使用して、複数の高解像度画像を生成するための方法と装置」）と題する米国仮特許出願第６１／０４０，３００号、２００８年１０月２３日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｅｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（単一の結像レンズシステムを使用して、複数の高解像度画像を生成するための方法と装置」）と題する米国仮特許出願第６１／１０７，９５１号、および２００８年１１月１９日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｅｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（単一の結像レンズシステムを使用して、複数の高解像度画像を生成するための方法と装置」）と題する米国仮特許出願第６１／１１６，０７８号に対する優先権と出願の便益とを主張する。上記特許出願のすべてが、参照により、本明細書に援用されるものとする。

（技術分野）
本発明は、概して、複数の結像システムの視野に関し、詳細には、単一の結像レンズシステムに、複数の撮像センサ面上で複数の画像を同時に形成させるための方法と装置とに関する。これら複数の画像は、（一般に画素ごとに）比較および／または結合して１つの瞬間的な高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像を作成できる十分な質と類似性とを備えるように、光量の違いを除いて実質的に同一であるのが好ましい。あるいは、これらの画像は、実質的に同一であるか、焦点の違いまたは倍率の違いを除いて実質的に同一である。

（関連技術の説明）
以降の記述が、いくつかの刊行物および参考文献について言及していることに留意されたい。かかる出版物に関する本明細書内の記述は、科学原理に関する背景をより包括的に網羅するためになされたものであり、かかる出版物が特許性を判断するための従来技術であるという了解と解釈されるべきでない。

近年、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像を生成するという目標は、さまざまな方向からアプローチされてきた。米国特許第７，０８４，９０５号および７，３９７，５０９、ならびに米国特許出願第２００５／００９９５０４号および２００８／０１１２６５１号は、新規画素特性を有する専門のセンサ配列を使用してＨＤＲ画像を生成するための装置および／または方法について各々記載している。米国出願第２００８／００５５６８３号は、単一の光学画像を使用してＨＤＲ画像を合成するためのシステムおよび方法について記載している。米国特許第５，８０１，７７３号および米国特許出願第２００５／００４１１１３号、第２００６／０２０９２０４号、第２００７／００２５７１７号、および第２００８／００９４４８６号は、異なる時間に撮影された画像のシーケンスからＨＤＲ画像を合成するための装置および／または方法について各々記載している。これらの特許のいずれも、複数のセンサ配列上で複数の画像を同時に光学的に生成するための方法については記載していない。

複数の同時画像を光学的に生成するための機器および方法が公知となってから、１００年以上が経過している。米国特許第３４７，４５１号は、複数の結像レンズを使用して、単一の画像面上で同時画像を作成するための装置について記載している。米国特許第３，６０１，４８０号、第５，１５３，６２１号、第５，１９４，９５９号、第５，７３４，５０７号、第５，８３５，２７８号、および第５，９２６，２８３号、欧州特許出願第９１１１８４２２．４号（公報第０ ４８４ ８０２ Ａ２号）、日本国公開公報昭和６０−２１３１７８号、およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ ５８（１）、７〜１７ページ（２００４年）に掲載されたＡｇｇａｒｗａｌおよびＡｈｕｊａ著「Ｓｐｌｉｔ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ」は、角錐形のミラーまたは他の全反射機器を使用して、画像形成ビームを空間的に別個の区分に分割するための方法および／または装置について各々記載している。米国特許第５，０２４，５３０号、５，６４２，１９１号、６，８５６，４６６号、および７，１７７，０８５号は、画像形成ビームを、プリズムまたは他の屈折機器を使用して空間的に別個の区分に分割するための方法および／または装置について各々記載している。これらの文献および特許はすべて、画像形成ビームが分割の間際に互いに空間的に別個の下位区分に分割されるという事実により、各々の場合における画像形成ビームが視覚誤差を受ける方法および／または装置について記載している。これらの特許または文献のいずれも、元の画像形成ビーム全体から分割された各部分に光を提供する部分反射型ビーム分割機器を使用して画像形成ビームを分割するための方法について、記載も示唆もしていない。

プリズムおよび／またはビームスプリッタを使用して、異なる色または偏光特性を有する複数のサブ画像（二次画像、副画像）を形成することについて、詳しく研究および解明されてきた。米国特許第２，５６０，３５１号、第２，６４２，４８７号、第２，９７１，０５１号、第３，２０２，０３９号、第３，３８１，０８４号、第３，６５３，７４８号、第３，６５９，９１８号、第３，６６８，３０４号、第３，８０２，７６３号、第３，９４５，０３４号、第４，００９，９４１号、第４，２６８，１１９号、第４，９３３，７５１号、第５，１３４，４６８号、および第７，２８３，３０７号は、色に基づき、（２色性の手段および／または色分離手段を明示的に使用して）画像形成ビームを別個のサブ画像へと明示的に分割する方法および／または装置について各々記載している。これらの特許のいずれも、画像形成ビームを同一の色および／または波長特性を有するサブ画像に分割するための方法については記載していない。さらに、米国特許第３，２０２，０３９号、第３，６５９，９１８号、第３，８０２，７６３号、第４，００９，９４１号、第４，０８４，１８０号、第４，２６８，１１９号、第５，１３４，４６８号、および第６，２１５，５９７号は、空気と接触する傾斜したガラス面を有する固体ガラスプリズムに画像形成ビームを通すこと、すなわち、同一の色および／または波長特性を有する複数の高解像度サブ画像を生成する目的でそれらを使用することを直に妨げる状況に依存した方法および／または装置について各々記載している。

米国特許第７，０８４，９０５号公報 米国特許第７，３９７，５０９号公報 米国特許出願第２００５／００９９５０４号 米国特許出願第２００８／０１１２６５１号 米国特許出願第２００８／００５５６８３号 米国特許第５，８０１，７７３号公報 米国特許出願第２００５／００４１１１３号 米国特許出願第２００６／０２０９２０４号 米国特許出願第２００７／００２５７１７号 米国特許出願第２００８／００９４４８６号 米国特許第３４７，４５１号公報 米国特許第３，６０１，４８０号公報 米国特許第５，１５３，６２１号公報 米国特許第５，１９４，９５９号公報 米国特許第５，７３４，５０７号公報 米国特許第５，８３５，２７８号公報 米国特許第５，９２６，２８３号公報 欧州特許公報第０ ４８４ ８０２ Ａ２号 特開昭６０−２１３１７８号公報 米国特許第５，０２４，５３０号公報 米国特許第５，６４２，１９１号公報 米国特許第６，８５６，４６６号公報 米国特許第７，１７７，０８５号公報 米国特許第２，５６０，３５１号公報 米国特許第２，６４２，４８７号公報 米国特許第２，９７１，０５１号公報 米国特許第３，２０２，０３９号公報 米国特許第３，３８１，０８４号公報 米国特許第３，６５３，７４８号公報 米国特許第３，６５９，９１８号公報 米国特許第３，６６８，３０４号公報 米国特許第３，８０２，７６３号公報 米国特許第３，９４５，０３４号公報 米国特許第４，００９，９４１号公報 米国特許第４，２６８，１１９号公報 米国特許第４，９３３，７５１号公報 米国特許第５，１３４，４６８号公報 米国特許第７，２８３，３０７号公報 米国特許第３，２０２，０３９号公報 米国特許第３，６５９，９１８号公報 米国特許第３，８０２，７６３号公報 米国特許第４，００９，９４１号公報 米国特許第４，０８４，１８０号公報 米国特許第４，２６８，１１９号公報 米国特許第５，１３４，４６８号公報 米国特許第６，２１５，５９７号公報

ＡｇｇａｒｗａｌおよびＡｈｕｊａ著「Ｓｐｌｉｔ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ」Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ ５８（１）、７〜１７ページ（２００４年）

（発明の概要）
本発明の一実施形態は、カラー画像を結合するための方法であり、この方法は、全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを使用して、画像形成ビームを反射ビーム部分と透過ビーム部分とに分割するステップと、光量を除いて実質的に同一である複数のカラー画像を１つまたは複数のＣＦＡ画像センサ上に形成するステップと、画像のモザイク解除前に画像を結合して高ダイナミックレンジカラー画像を形成するステップと、を含む。

画像のうちの少なくとも１つは、光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞り１段分以上異なることが好ましく、次に近い光量を有する画像と写真絞り２段分以上異なることがさらに好ましく、次に近い光量を有する画像と写真絞り３段分以上異なることがさらに一層好ましい。任意で、この方法は、１つまたは複数の追加の全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを使用して、反射ビーム部分および／または透過ビーム部分を分割することをさらに含む。全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタは、任意で、第１のプリズムの表面および／または第２のプリズムの表面を部分反射コーティングで被覆することと、第１および第２のプリズムを一体的に接着することとによって構成されており、その結果、コーティングが第１のプリズムと第２のプリズムとの間に配設され、それによってこのコーティングは全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを形成する。この方法は、全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタの前に配設された補正レンズシステムを使用して、プリズムによってビーム部分で誘発される収差を事前に補正するステップをさらに含むのが好ましい。

形成ステップは、複数のＣＦＡ画像センサでカラー画像を同時に取り込むことを含むことが好ましい。この方法は、任意で、高ダイナミックレンジカラー画像を他の高ダイナミックレンジカラー画像と一体的に組み合わせて、高ダイナミックレンジ映画または映像を作成するステップをさらに含む。この方法は、画像形成光学ビームを有効にコリメートするステップをさらに含むのが好ましい。この方法は、全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタによって透過されたビーム部分で収差を補正するステップをさらに含むのが好ましい。この方法は、任意で、全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを異なるビームスプリッタに置き換えるステップをさらに含む。この方法は、任意で、好ましくは１つまたは複数のシャッターまたは部分反射光学素子からのビーム部分を反射させることによって、ビーム部分をファインダへと導くステップをさらに含む。全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタは、プリズムまたはビーム分割立方体の内部に配設された部分反射ビームスプリッタコーティングを任意で備える。

本発明の別の実施形態は、カラー画像を結合するための装置であり、この装置は、画像形成ビームを反射ビーム部分と透過ビーム部分とに分割するための全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタと、光量を除いて実質的に同一である複数のカラー画像を取り込むための１つまたは複数のＣＦＡ画像センサと、複数のカラー画像のモザイク解除前にそれら複数のカラー画像を結合して高ダイナミックレンジカラー画像を形成するためのプロセッサと、を備える。画像のうちの少なくとも１つは、光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞り１段分以上異なることが好ましく、次に近い光量を有する画像と写真絞り２段分以上異なることがさらに好ましく、次に近い光量を有する画像と写真絞り３段分以上異なることがさらに好ましい。この装置は、反射ビーム部分および／または透過ビーム部分を分割するための１つまたは複数の追加の全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを任意でさらに含む。全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタは、任意で、板厚の薄いビームスプリッタ、ガラス板、ペリクル、ダブレットレンズ、アクロマティック固定ダブレット、およびプリズムまたはビーム分割立方体の内部に配設された部分反射ビームスプリッタコーティングからなる群から選択される。全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタは、２つのプリズムの間に配設された、蒸着された部分反射層を備えることが好ましく、プリズムは、一体的に接着されていることが好ましい。この装置は、全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタの前に配設された補正レンズシステムをさらに含むのが好ましい。この装置は、複数のカラー画像を同時に取り込むように構成された複数のＣＦＡ画像センサを備えることが好ましい。この装置は、高ダイナミックレンジカラー画像を他の高ダイナミックレンジカラー画像と一体的に組み合わせて、高ダイナミックレンジ映画または映像を作成するためのプロセッサを任意でさらに含む。この装置は、画像形成光学ビームを有効にコリメートするための視準レンズシステムをさらに備えることが好ましい。この装置は、補正レンズシステムをさらに備えることが好ましい。この装置は、任意で、１つまたは複数の交換用ビームスプリッタを備える台部（ステージ）をさらに備え、この台部は、円形または線形であることが好ましい。この装置は、ファインダを任意でさらに備えており、ビーム部分をファインダへと導くための１つまたは複数のシャッターまたは部分反射光学素子をさらに備えることが好ましい。

本発明の目的、利点および新しい特徴、ならびに適用可能性のさらなる範囲は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明に一部記載されており、以下を調査したときに当業者にとって一部明らかになるか、または本発明の実施によって知られ得る。本発明の目的および利点は、特に添付の特許請求の範囲で指摘された手段と組み合わせとによって実現および達成され得る。

（図面の簡単な説明）
本明細書に援用され、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を図示し、記述内容と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。これらの図面は、本発明の好適な実施形態を図示することだけを目的としており、本発明を制限するものと解釈されるべきでない。

２つのビームスプリッタを備える本発明の一実施形態の概略図である。 ２つのビームスプリッタを備える本発明の一実施形態の概略図である。 追加の補正レンズを備える、図１Ａに示す実施形態の概略図である。 ビームスプリッタのうちの１つが収差を補正するように成形される、図１Ａに示す実施形態の概略図である。 ビームスプリッタのうちの１つがダブレットビームスプリッタを備える、図１Ａに示す実施形態の概略図である。 ２つのビームスプリッタを備える本発明の別の実施形態の概略図である。 ２つのビームスプリッタを備える本発明の別の実施形態の概略図である。 追加の補正レンズを備える、図５Ａに示す実施形態の概略図である。 図５Ａに示されているが、成形されたビームスプリッタを備える実施形態の概略図である。 固体プリズムと２つのビーム分割素子を備える本発明の一実施形態の概略図である。 図８に示す実施形態で利用される補正レンズシステムの詳細である。 図８に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図８に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図８に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 実質的に同一の５つの画像を形成することができる４つのビーム分割素子を備えるプリズムを備える本発明の一実施形態の側面図である。 実質的に同一の５つの画像を形成することができる４つのビーム分割素子を備えるプリズムを備える本発明の一実施形態の上面図である。 実質的に同一の５つの画像を形成することができる４つのビーム分割素子を備えるプリズムを備える本発明の一実施形態の端面図である。 図１１Ａ〜図１１Ｃの実施形態の傾斜した透視図である。 固体プリズムと２つのビーム分割素子を備える本発明の別の実施形態の概略図である。 図１３に示す実施形態で利用される補正レンズシステムの詳細である。 図１３に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図１３に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図１３に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 視準レンズを備える本発明の一実施形態である。 視準レンズを備える本発明の別の実施形態である。 単一のビームスプリッタを備える本発明の一実施形態の概略図である。 固体プリズムと１つのビーム分割素子を備える本発明の一実施形態の概略図である。 図１９に示す実施形態で利用される補正レンズシステムの詳細である。 図１９に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図１９に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 交換可能な立方体ビームスプリッタを備える本発明の一実施形態の概略図である。 図２３の実施形態における立方体ビームスプリッタを変える目的で使用される円形台部の一実施形態の詳細である。 図２３の実施形態に従って立方体ビームスプリッタを取り替えるための線形変換台部の一実施形態を示す。 固体プリズムと１つのビーム分割素子を備える本発明の一実施形態の概略図であり、図中において、反射ビーム部分がさらに反射する。 固体プリズムと２つのビーム分割素子とを備える本発明の一実施形態の概略図であり、図中において、第１および第２の反射ビーム部分がさらに反射する。 シャッターとファインダとを備える本発明の一実施形態の概略図である。 部分反射コーティングとファインダとを有する固体プリズムを備える本発明の一実施形態の概略図である。 固体プリズムと２つのビーム分割素子とを備える本発明の一実施形態の概略図である。 図３０に示す実施形態で利用される補正レンズシステムの詳細である。 図３０に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。 図３０に示す実施形態で利用されるプリズムの詳細である。

本発明のシステムの実施形態が、本明細書において以下記載されている。実施形態は具体的に記載されており、特定の構成部品パラメータを有している様子が示されているが、本発明のシステムがそれらのパラメータの範囲に限定されないことに留意すべきである。本明細書に記載されている実施形態では、要素の特性が具体的に記載されているが、実施形態のいかなる要素の特性のうちのいずれの特定値も、工学的な公差内で提供されることに留意すべきである。本明細書で利用される工学的な公差は、要素を入手できる範囲内の公差と、設計が所望の機能を実行する範囲内の公差とを含む。

本明細書で使用される「ａ」は、特に明記しない限り１つまたは複数を意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「ビームスプリッタ」という用語は、入射光線について透過と反射との両方が可能な部分反射光学素子であって、部分反射ミラー、ペリクル、または光学的なコーティングもしくは光学層を含むものを意味するが、これらに限定されない。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「全ビーム（全体ビーム）」という用語は、各出射ビームがその他の出射ビームに対して視覚誤差を示すことのないように、入力および出射の各々における光学ビームの空間的な横断面領域全体（幅および高さなど）からの光を利用することを意味する。例えば、「全ビーム」ビームスプリッタは、入力ビームの横断面全体を２つ以上の出射ビーム部分に分割し、分割されたビーム部分の各々が入力ビームの横断面領域全体からの光を利用する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「ビーム部分」という用語は、例えば、全ビーム広帯域ビームスプリッタや全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタなど、ビームスプリッタによって反射されたか、またはビームスプリッタによって透過された光学ビームを意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「光量」という用語は、画像全体を形成する目的で使用される光ビームの放射強度を意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「画像センサ」という用語は、検出器、光学式検出器、センサ、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、線形検出器アレイ、フィルム、セルロイド、またはその他任意の光学的感知媒体または機器を意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「ＣＦＡ画像センサ」という用語は、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）またはカラーフィルタモザイク（ＣＦＭ）を備えるか、またはこれらと併用される画像センサを意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「プロセッサ」という用語は、コンピュータプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタルプロセッサ、画像プロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、画像編集デバイス、映画または映像編集デバイスなどを意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「画像形成ビーム」という用語は、空間中の平面上で収束しており、かつ、有限の距離にわたって妨害または変更が行われない場合にその平面で実画像を形成する、光学的な放射ビームを意味する。

２つの数値について言及する際に、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「同位数内（位数の大きさの範囲内）」という用語は、大きい方の値と小さい方の値との比が１０未満であることを意味する。例えば、７５および８という数値は、同位数内であるとみなされる。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「対象波長範囲」という用語は、特定のシステムでは、（１）光学部品、レンズ、コーティング、およびビームスプリッタを通過することができ、（２）すべての画像センサによって検出することができる波長値の全範囲を意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「波長平均」という用語は、対象波長範囲を超えて取得された波長依存的な関数のすべての値の平均を意味する。

ビームスプリッタについて言及する際に、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「非２色性の」という用語は、対象波長範囲内のどの波長におけるビームスプリッタの透過率もビームスプリッタの波長平均透過率値の同位数内であり、かつ対象波長範囲内のどの波長におけるビームスプリッタの反射率もビームスプリッタの波長平均反射率値の同位数内であることを意味する。

ビームスプリッタについて言及する際に、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「非偏光性」という用語は、Ｓ偏光およびＰ偏光のビームスプリッタの波長平均透過率値が相互の同位数内であり、かつＳ偏光およびＰ偏光のビームスプリッタの波長平均反射率値が相互の同位数内であることを意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「広帯域ビームスプリッタ」という用語は、非偏光性かつ非２色性のビームスプリッタであり、かつ反射および透過ビーム部分が実質的に同一であることから、実質的に同一の画像がその反射および透過ビーム部分によって生成され得るビームスプリッタを意味する。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタ」という用語は、非偏光性かつ非２色性のビームスプリッタであり、かつ反射および透過ビーム部分が光量を除いて実質的に同一であることから、その反射および透過ビーム部分によって生成される画像が光量を除いて実質的に同一であり得るビームスプリッタを意味する。そのため、例えば、広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタによって生成された２つの画像は、一方の画像が他方よりも全体的に暗く見えることを除き、標準的な観察人には概して同一に見える。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される、画像ビームに関して「有効にコリメートされた」という用語は、画像ビームが、約２０度未満である最大発散半角または最大収束半角を有することを意味する。すなわち、有効にコリメートされた画像ビーム内の任意の光線の光軸と伝播方向との間の最大角度は、約２０度未満である。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「実質的に同一である」という用語は、視線方向、全体的な色成分、空間的な画像構成、空間的構造、幾何収差、回折収差、色収差、幾何学的な画像の歪、光量、焦点、および倍率を含むがこれらに限定されない光学特性上のいかなる差異も、標準的な観察人によって概して識別可能でないように少なくとも十分に小さいことを意味する。例えば、画像間のすべての差異の和が、（ａ）このシステム画像センサの画素の大きさ、または（ｂ）このシステムの回折エアリーディスクの大きさのうちの大きい方よりも小さい場合に、２つの画像が「実質的に同一である」とみなされる。本発明上、実質的に同一の画像は、軸に対して反射してもよく、かつ／または互いに対して回転してもよく、それでもなお実質的に同一であるとみなしてよい。したがって、例えば、１つの画像が他方の鏡像である場合を除き、標準的な観察人にとって２つの画像が概して同一であるように見える場合には、それらの画像は「実質的に同一である」とみなされる。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「中間画像面」という用語は、先行する光学素子が光に実画像を形成させた空間中の仮想面を意味する。

ビームスプリッタについて言及する際に、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって使用される「薄い」という用語は、ビームスプリッタがこのシステムに加えるいかなる光学収差も、ビームスプリッタが存在しない場合のシステムに固有の収差よりも程度が低くなるか、または小さくなるように、ビームスプリッタの厚さが十分に薄いことを意味する。すなわち、かかるいずれの収差も、所望であれば、システムが実質的に同一の画像を形成できるよう十分に最小化される。

図１Ａは、３つの別個の検出器の平面上に３つの空間的に同一の画像を生成するように、単一の結像システムから光を分割するために１対のビームスプリッタを利用する本発明の実施形態１００の概略図である。図１Ａを参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射１１０が、結像レンズシステム１１２に入射する。本発明の本実施形態では、いかなる結像または画像形成レンズシステムを使用してもよい。例えば、ニコン社、オリンパス社、パナビジョン社、またはタレスアンジェニュー社によって製造されたカメラレンズのいずれも、結像レンズシステム１１２として使用され得る。所望のカメラレンズの後側焦点距離が本発明で使用するには短すぎる場合には、結像レンズシステム１１２が再結像レンズを任意で含んでもよい。別例として、レンズと口径との組み合わせ全体によって最終的に実画像を形成するのであれば、結像レンズシステム１１２が、後にオプションの視野絞り（迷光線を遮断するように設計された単なる矩形の口径）、さらにその後に再結像レンズを伴うツァイス社製の映画撮影用カメラレンズを備えてもよい。レンズと口径とのかかる組み合わせを、迷光を遮断したり、カメラレンズだけを使用した場合よりも後側焦点距離を延ばしたりする目的で使用することには、利点があり得る。かかる結像レンズシステム１１２を備えるレンズと口径の厳密な設計、配置、サイズ決定、および仕様は、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって一般に容易な事項である。再結像レンズを備える結像レンズシステムなど、かかる結像レンズシステムは、本明細書に開示されたどの実施形態で利用してもよい。

画像形成ビーム１１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム１１２を出射し、画像形成ビーム１１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ１１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。

ビームスプリッタ１１８は、薄いものが好ましく、例えば、厚さ０．５ｍｍであって平坦かつ平行な前面と背面とを有するガラスでできていてもよい。または、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。実際には、ビームスプリッタ１１８の厚さが増加するにつれて、ビームスプリッタ１１８の傾斜したガラス／空気界面によってもたらされる幾何収差は大きさが増加することから、実質的に同一の画像を形成するように十分に収差を最小化するために、ビームスプリッタ１１８は薄いのが好ましいということが見出されている。いくつかの実施形態では、一般的な措置として、ビームスプリッタの厚さが、（ａ）画像センサにおける個々の画素の画素幅と、（ｂ）このシステムの結像レンズシステムまたはフロントレンズの回折点の大きさ、すなわちエアリーディスク径という２つの値のどちらか大きい方の約１００倍未満であることが好ましい。

このビームスプリッタ配置により、第１の透過ビーム部分１２０は、画像を形成する画像センサ１１６の方に進み、第１の反射ビーム部分１２２は、第１の反射ビーム部分１２２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ１２４の方へと反射され、ビームスプリッタ１２４に入射する。その結果、第２の透過ビーム部分１２６が画像センサ１２８上に画像を形成するのに対し、第２の反射ビーム部分１３０は、画像センサ１３４上に画像を形成する第３の透過ビーム部分１３２を透過するビームスプリッタ１１８の方に戻る。

画像形成ビーム１１４の口径食（検出器に到達する一部の光の暗化）を回避するために、結像レンズシステム１１２の背面とビームスプリッタ１１８の中心との間の距離Ｄ１、ビームスプリッタ１１８の中心とビームスプリッタ１２４の中心との間の距離Ｄ２、およびビームスプリッタ１１８の中心と画像センサ１３４の中心との間の距離Ｄ３は、各々画像形成ビーム１１４の直径の半分以上であることが好ましい。（後述するとおり）焦点のばらつきが所望される場合を除き、画像形成ビーム１１４が伝播する全光路長は、画像センサ１１６、１２８、および１３４の各々までのその全経路にわたって測定されたときに同一であることが好ましい。その場合、ビームスプリッタ１１８の中心と画像センサ１１６の中心との間の距離は、［Ｄ３＋（２×Ｄ２）］に等しく、ビームスプリッタ１２４の中心と画像センサ１２８の中心との間の距離は、［Ｄ２＋Ｄ３］に等しい。さらに、結像レンズシステム１１２の背面とその通常の焦点面との間の距離である後側焦点距離は、［Ｄ１＋（２×Ｄ２）＋Ｄ３］に略等しいのが好ましい。この場合、次に記載されているとおり、好ましくは光量の違いを除き、各々の画像センサ上に形成される画像は実質的に同一である。

画像センサ１１６上に形成される画像内に存在する元の画像形成ビーム１１４の放射強度の部分は、（１−Ｒ１−Ａ１）に等しい。式中、Ｒ１はビームスプリッタ１１８の反射率であり、Ａ１はビームスプリッタ１１８の吸光度である。Ｒ１の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。画像センサ１２８上に形成される画像内に存在する元の画像形成ビーム１１４の放射強度の部分は、［Ｒ１×（１−Ｒ２−Ａ２）］に等しい。式中、Ｒ２はビームスプリッタ１２４の反射率であり、Ａ２はビームスプリッタ１２４の吸光度である。Ｒ２の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。画像センサ１３４上に形成された画像内に存在する元の画像形成ビーム１１４の放射強度の部分は、［Ｒ１×Ｒ２×（１−Ｒ１−Ａ１）］に等しい。これら３つの式により、画像センサ１１６、画像センサ１２８、および画像センサ１３４間の光量比率のいかなる組も、Ｒ１およびＲ２の適性値を選択することによって実現することができる。

例えば、２：１である画像センサ１１６と画像センサ１２８との間の光量比率と、４：１である画像センサ１１６と画像センサ１３４との間の光量比率とを実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．５０に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．５０に等しい。あるいは、１０：１である画像センサ１１６と画像センサ１２８との間の光量比率と、１００：１である画像センサ１１６と画像センサ１３４との間の光量比率を実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．１０に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．１０に等しい。または、３：１である画像センサ１１６と画像センサ１２８との間の光量比率と、５：１である画像センサ１１６と画像センサ１３４との間の光量比率を実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．４０に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．５０に等しい。

ビームスプリッタで使用されるコーティングは、非偏光性であることが好ましい。ただし、場合によっては、ビームスプリッタが非偏光性であるとみなされても、ビームスプリッタに固有であり得る偏光効果も減らすのが望ましいことがある。ビームスプリッタの潜在的な偏光効果の緩和を支援するために、入来ビーム１１０もしくは画像形成ビーム１１４内、またはカメラレンズ１１２内の任意の場所に、偏光効果素子１３６を任意で設置してもよい。使用され得る偏光効果素子１３６の例としては、四分波長板、半波長板、円偏光子、楕円偏光子、または、線形偏光を乱すか、非線形偏光を有する光に変換する任意の要素を含むがそれらに限定されないその他任意の偏光効果素子のクラスなどがある。この偏光効果素子１３６は、本明細書に記載されている本発明の実施形態のいずれにも適用可能であり、任意で追加してもよい。

別例では、各画像センサ上の画像の光量が等しいことが有用である。したがって、１：１である画像センサ１１６と画像センサ１２８との間の光量比率と、１：１である画像センサ１１６と画像センサ１３４との間の光量比率を実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．９０に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．９０に等しい。この場合、３つの画像センサ１１６、１２８、および１３４の各々は、実質的に同一の光量を有する実質的に同一の画像を取り込む。

全３つの画像センサが実質的に同一の光量を有する実質的に同一の画像を取り込むとき、３つの個々の画像センサ１１６、１２８、および１３４の各々の画像取り込みの瞬間は、任意で、３つの画像センサの各々によって連続して取り込まれた個々の動画フレームがインターリーブできる方法で正確に交互に配列することができ、それにより、任意の１つの画像センサの３倍のフレームレートで動画フィルムを提供する。本発明は、より多数の画像センサへと拡大適用してもよく、かかる方法で、１つの個々の画像センサのフレームレートの４、５、６倍以上でフレームレートを増やす目的で使用してもよく、それにより、通常のフレームレートを有するカメラを超高速度カメラとして使用できるようになる。この高速カメラ用途は、本明細書に記載されている本発明の実施形態のすべてに適用可能である。

図１Ｂは、本発明の実施形態１３００の概略図である。図１Ｂを参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射１６０が結像レンズシステム１６２に入射する。画像形成ビーム１６４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム１６２を出射し、画像形成ビーム１６４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ１６８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ１６８は、薄いのが好ましく、例えば、厚さ０．５ｍｍであって平坦かつ平行な前面と背面とを有するガラスを備えてもよい。あるいは、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。

このビームスプリッタ配置により、第１の反射ビーム部分１７６は、画像を形成する画像センサ１７８の方へと方向付けられ、第１の透過ビーム部分１７２は、第１の透過ビーム部分１７２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ１７４に入射する。その結果、第２の透過ビーム部分１７０が画像センサ１６６上に画像を形成するのに対し、第２の反射ビーム部分１８０は、画像センサ１８４上に画像を形成する第３の反射ビーム部分１８２を反射させるビームスプリッタ１６８の方に戻る。

画像形成ビーム１６４の口径食（検出器に到達する一部の光の暗化）を回避するために、結像レンズシステム１６２の背面とビームスプリッタ１６８の中心との間の距離Ｄ１、ビームスプリッタ１６８の中心とビームスプリッタ１７４の中心との間の距離Ｄ２、およびビームスプリッタ１６８の中心と画像センサ１８４の中心との間の距離Ｄ３は、各々画像形成ビーム１６４の直径の半分以上であることが好ましい。（後述するとおり）焦点のばらつきが求められる場合を除き、画像形成ビーム１６４が伝播する全光路長は、画像センサ１６６、１７８、および１８４の各々までのその全経路にわたって測定されたときに同一であることが好ましい。その場合、ビームスプリッタ１６８の中心と画像センサ１７６の中心との間の距離は、［Ｄ３＋（２×Ｄ２）］に等しく、ビームスプリッタ１７４の中心と画像センサ１６６の中心との間の距離は、［Ｄ２＋Ｄ３］に等しい。さらに、結像レンズシステム１１２の背面とその通常の焦点面との間の距離である後側焦点距離は、［Ｄ１＋（２×Ｄ２）＋Ｄ３］に略等しいのが好ましい。この場合、次に記載されているとおり、好ましくは光量の違いを除き、各々の画像センサ上に形成される画像は実質的に同一である。

画像センサ１７８上に形成された画像内に存在する元の画像形成ビーム１６４の放射強度の部分はＲ１に等しい。式中、Ｒ１はビームスプリッタ１６８の反射率である。Ｒ１の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。画像センサ１２８上に形成された画像に存在する元の画像形成ビーム１６４の放射強度の部分は、［（１−Ｒ１−Ａ１）×（１−Ｒ２−Ａ２）］に等しい。式中、Ａ１はビームスプリッタ１６８の吸光度であり、Ｒ２はビームスプリッタ１７４の反射率であり、Ａ２はビームスプリッタ１７４の吸光度である。Ｒ２の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。画像センサ１８４上に形成された画像内に存在する元の画像形成ビーム１１４の放射強度の部分は、［Ｒ１×Ｒ２×（１−Ｒ１−Ａ１）］に等しい。これら３つの式により、画像センサ１１６、画像センサ１２８、および画像センサ１３４間の光量比率のいかなる組も、Ｒ１およびＲ２の適性値を選択することによって実現することができる。

以上のとおり、ビームスプリッタ１７４が第１の反射ビーム部分１７６の代わりに第１の透過ビーム部分１７２を分割することを除き、実施形態１３００は、実施形態１００と同様である。実施形態１４００は、実施形態６００の同様の変形例である。そのため、本発明は、本明細書に記載されている実施形態のいずれかのビームスプリッタの順序または配置における同様の変形例によって実現され得る。

図２は、本発明の実施形態２００の概略図である。図２を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２１０が結像レンズシステム２１２に入射する。画像形成ビーム２１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム２１２を出射し、画像形成ビーム２１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ２１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。その結果、第１の透過ビーム部分２２０は、画像センサ２１６の方に進み、第１の反射ビーム部分２２２は、第１の反射ビーム部分２２２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ２２４の方へと反射される。その結果、第２の透過ビーム部分２２６は、ビームスプリッタ２２４を通過して画像センサ２２８上に画像を形成する。第２の透過ビーム部分２２６は、自身に加え、光ビーム２１０、２１４、または２２２も、傾斜したビームスプリッタ２１８を決して通過しないことから、一般に補正レンズシステムを通過する必要がない。

第１の透過ビーム部分２２０は、第１の補正レンズシステム２４０を通過し、補正されたビーム２４２は、画像センサ２１６上に画像を形成する。補正レンズシステム２４０は、良質の画像が画像センサ２１６上に確実に形成されるように、ビームスプリッタ２１８と協働し、かつ光ビーム２１４および２２０が伝播する特定の距離との関連によって、結像レンズシステム２１２の特殊性に適応するように設計されていることが好ましい。補正レンズシステム２４０の厳密な設計は一般に、結像レンズシステム２１２のデザインと、ビームスプリッタ２１８の材料および厚さとに依存する。補正レンズシステム２４０の設計は一般に、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって容易な事項である。補正レンズシステム２４０は、反射防止コーティングによってすべての光学面上が被覆されていることが好ましい。

ビームスプリッタ２１８は、その第１の表面２１７が広帯域部分反射コーティングによって被覆されていることが好ましく、かつその第２の表面２１９が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。ビームスプリッタ２２４は、その第１の表面２２３が部分反射コーティングによって被覆されていることが好ましく、かつその第２の表面２２５が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。

第２の反射ビーム部分２３０は、ビームスプリッタ２１８によって透過される。その結果、第３の透過ビーム部分２３２は、第２の補正レンズシステム２４８を通過する。補正されたビーム２５０は、画像センサ２３４上に画像を形成する。補正レンズシステム２４８は、良質の画像が画像センサ２３４上に確実に形成されるように、ビームスプリッタ２１８と協働し、かつ光ビーム２１４、２２２、２３０、および２３２が伝播する特定の距離との関連によって、結像レンズシステム２１２の特殊性に適応するように設計されていることが好ましい。補正レンズシステム２４８の厳密な設計は、結像レンズシステム２１２のデザインと、ビームスプリッタ２１８の材料および厚さとに依存し得る。補正レンズシステム２４８の設計は一般に、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって容易な事項である。補正レンズシステム２４８は、反射防止コーティングによってすべての光学面上が被覆されていることが好ましい。

補正レンズシステム２４０および２４８は、一般に空気によって囲まれたガラスの傾斜した平板を備える（または平板と考えることのできる）ビームスプリッタ２１８を経由した画像形成ビーム２１４の通過によって誘発される収差（非点収差および／またはコマ収差を含むが、これらに限定されない）を補正することを目的とする。ペリクルおよび他の薄いビームスプリッタは一般に非常に脆弱であることから、補正レンズシステム２４０および２４８の存在により、ビームスプリッタ２１８を厚くし、したがって強度を高めることが可能となる。かかる補正レンズシステムの設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。最適な性能のために、補正レンズシステム２４０および２４８は、形態および機能が互いに異なり、各々がその特定の箇所でビームを補正するよう個々に設計されていることが好ましい。ただし、これは本実施形態の機能にとって必須ではなく、形態および／または機能が同一である補正レンズシステム２４０および２４８を使用して良好な補正を行うことができる。補正レンズシステム２４０が、ビームスプリッタ２１８によって表される傾斜した平坦なガラス板と共に結像レンズシステム２１２に対して相補的であるように設計されていることが好ましいことから、結像レンズシステム２１２、ビームスプリッタ２１８、および第１の補正レンズシステム２４０は、画像センサ２１６上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム２１２、ビームスプリッタ２１８、および第２の補正レンズシステム２４８は、画像センサ２３４上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。画像センサ２１６、２２８、および２３４上に形成される画像は、光量の違い（あるいは後述する焦点の違い）を除き、すべて実質的に同一であることが好ましい。

図３は、本発明の実施形態４００の概略図である。図３を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射４１０が、結像レンズシステム４１２に入射する。画像形成ビーム４１４は、結像レンズシステム４１２を出射し、画像形成ビーム４１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ４１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。その結果、第１の透過ビーム部分４２０は、画像センサ４１６の方にその経路を進み、第１の反射ビーム部分４２２は、ビームスプリッタ４２４の方へと反射される。ビームスプリッタ４１８を通過した後に、第１の透過ビーム部分４２０は、画像センサ４１６上に第１のサブ画像を形成する。次に、第１の反射ビーム部分４２２は、第１の反射ビーム部分４２２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ４２４に入射する。その結果、第２の透過ビーム部分４２６は、ビームスプリッタ４２４を通過して画像センサ４２８上に画像を形成する一方で、第２の反射ビーム部分４３０は、ビームスプリッタ４１８を通過する。その結果、第３の透過ビーム部分４３２は、画像センサ４３４上に画像を形成する。

ビームスプリッタ４２４は、平行な光学面を有する平坦なガラスまたはプラスチックの窓を備えることが好ましく、あるいは、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタ備えてもよい。ビームスプリッタ４２４は、その第１の表面４２３が部分反射コーティングによって被覆されていることが好ましく、かつその第２の表面４２５が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。ビームスプリッタ４１８はまた、その前面４１７上が広帯域部分反射コーティングによって被覆されており、その背面４１９上が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。本実施形態４００では、ビームスプリッタ４１８が、平坦な前面４１７と湾曲した背面４１９とを備えることが好ましい。湾曲した背面４１９の厳密な形状は、２つの透過された画像形成ビーム部分４２０および４３２に対してビームスプリッタ４１８によって与えられる収差を補正する（または少なくとも部分的に補正する）ように設計されていることが好ましい。これにより、ビームスプリッタ４１８を厚くし、したがって強度を高めることが可能となる一方で、実施形態２００で使用されたもののような補正レンズシステムの必要性を無くすことができる。かかる補正レンズ形状の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

図４は、本発明の実施形態１１００の概略図である。図４を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射４６０が、結像レンズシステム４６２に入射する。画像形成ビーム４６４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム４６２を出射し、画像形成ビーム４６４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ４６８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ４６８を通過した後に、第１の透過ビーム部分４７０は、画像センサ４６６上に画像を形成し、第１の反射ビーム部分４７２は、第１の反射ビーム部分４７２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ４７４の方に反射されてビームスプリッタ４７４に入射する。その結果、第２の透過ビーム部分４７６は、ビームスプリッタ４７４を通過して画像センサ４７８上に第２の画像を形成する一方で、第２の反射ビーム部分４８０は、ビームスプリッタ４６８を通過する。その結果、第３の透過ビーム部分４８２は、画像センサ４８４上に画像を形成する。

ビームスプリッタ４７４は、平行な光学面を有する平坦なガラスまたはプラスチックの窓を備えることが好ましく、その第１の表面４７３上が部分反射コーティングによって被覆されていることが好ましく、その第２の表面４７５上が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。あるいは、ビームスプリッタ４７４は、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。ビームスプリッタ４６８は、２つの異なるガラス種がアクロマティックダブレットレンズを形成するように一体的に接着または固定されたものと同様の方法で一体的に接着された２つの異なるガラス種を備えていることが好ましい。かかる接着されたダブレットビームスプリッタを使用することによって得られる利点は、色収差を補正するのに役立つようにビームスプリッタを設計できるということである。かかるアクロマティックダブレットの設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。あるいは、３つ以上の異なるガラス種を一体的に接着してトリプレット（またはより多くの素子数の）レンズを形成してもよい。

ビームスプリッタ４６８は、平坦な前面４６７と湾曲した背面４６９とを備えることが好ましい。背面４６９の厳密な形状は、それが２つの画像形成透過ビーム部分４７０および４８２に対してビームスプリッタ４６８によって与えられる収差を補正する（または、少なくとも部分的に補正する）ように設計されていることが好ましい。かかる補正レンズ形状の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。ビームスプリッタ４６８は、その前面４６７上が広帯域部分反射コーティングによって被覆されており、その背面４６９上が反射防止コーティングによって被覆されていることが好ましい。

幾何学的な配置が似ていることから、実施形態１００の反射率式は、実施形態２００、４００、および１１００にも適用され得る。

図５Ａは、本発明の実施形態６００の概略図を示す。図５Ａを参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射６１０は、結像レンズシステム６１２に入射する。いかなる結像レンズシステムが本発明の本実施形態で使用されてもよい。例えば、ニコン社、オリンパス社、パナビジョン社、またはタレスアンジェニュー社によって製造されたカメラレンズのいずれかが、結像レンズシステム６１２として使用されてもよい。画像形成光６１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム６１２を出射し、画像形成ビーム６１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ６１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ６１８に入射する画像形成ビーム６１４は、部分的に反射され、部分的に透過される。第１の反射ビーム部分６２２は、画像センサ６２８上に画像を形成する。第１の透過ビーム部分６２０は、好ましくは、第１の透過ビーム部分６２０の経路に対して４５度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度、ビームスプリッタ６１８に対して９０度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度で方向付けられたビームスプリッタ６２４に入射する。このビームスプリッタ配置の結果、第２の反射ビーム部分６３２は、画像センサ６３４上に第２の画像を形成する。第２の透過ビーム部分６２６は、画像センサ６１６上に画像を形成する。

ビームスプリッタ６１８、６２４は、薄いことが好ましい。それらは、例えば厚さ０．５ｍｍであって、平坦かつ平行な前面と背面とを有するガラスを備えてもよく、あるいは、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。実際には、実質的に同一の画像を保証するために、各ビームスプリッタ６１８、６２４のそれぞれの厚さは、（ａ）画像センサ６１６における個々の画素の画素幅、または（ｂ）結像レンズシステム６１２の回折点の大きさ、すなわちエアリーディスク径という２つの値のうちのどちらか大きい方の約１００倍未満であることが好ましいということが見出されている。この厚さ制約の理由は、ビームスプリッタ６１８、６２４の厚さが増すにつれて、ビームスプリッタ６１８、６２４の傾斜したガラス／空気界面によってもたらされる幾何収差が増大するというものである。

本実施形態６００では、画像形成ビーム６１４の口径食を回避するために、結像レンズシステム６１２の背面とビームスプリッタ６１８の中心との間の距離Ｄ１が、画像形成ビーム６１４の直径の半分以上であることが好ましい。ビームスプリッタ６１８の中心とビームスプリッタ６２４の中心との間の距離Ｄ２は、画像形成ビーム６１４の直径以上であることが好ましい。ビームスプリッタ６２４の中心と画像センサ６１６の中心との間の距離Ｄ３は、画像形成ビーム６１４の直径の半分以上であるのが好ましい。大半の用途について、画像形成ビーム６１４が伝播する全光路長は、画像センサ６２８、６１６、および６３４の各々までのその全経路にわたって測定されたときに同じであるのが好ましい。したがって、ビームスプリッタ６１８の中心と画像センサ６２８の中心との間の距離は、（Ｄ３＋Ｄ２）に等しいのが好ましく、ビームスプリッタ６２４の中心と画像センサ６３４の中心との間の距離は、Ｄ３に等しいのが好ましい。さらに、結像レンズシステム６１２の背面とその通常の焦点面との間の距離である後側焦点距離は、（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）にほぼ等しいのが好ましい。この場合、次に記載されているとおり、好ましくは光量の違いを除き、各々の画像センサ上に形成される画像は実質的に同一である。

元の画像形成ビーム６１４の放射強度のうち、画像センサ６２８上に形成される画像内に存在する部分はＲ１に等しい。式中、Ｒ１はビームスプリッタ６１８の反射率である。Ｒ１の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。元の画像形成ビーム６１４の放射強度のうち、画像センサ６３４上に形成される画像内に存在する部分は、［Ｒ２×（１−Ｒ１−Ａ１）］に等しい。式中、Ａ１はビームスプリッタ６１８の吸光度であり、Ｒ２はビームスプリッタ６２４の反射率である。Ｒ２の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。元の画像形成ビーム６１４の放射強度のうち、画像センサ６１６上に形成される画像内に存在する部分は、［（１−Ｒ２−Ａ２）×（１−Ｒ１−Ａ１）］に等しい。式中、Ａ２はビームスプリッタ６２４の吸光度である。これらの３つの式により、画像センサ６２８、６３４、および６１６の間の光量比率のいかなる組も、Ｒ１およびＲ２の適性値を選択することによって実現され得る。

例えば、２：１である画像センサ６２８と画像センサ６３４との間の光量比率と、４：１である画像センサ６２８と画像センサ６１６との間の光量比率とを実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．５７１４に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．６６６７に等しい。あるいは、１０：１である画像センサ６２８と画像センサ６３４との間の光量比率と、１００：１である画像センサ６２８と画像センサ６１６との間の光量比率を実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．９０１に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．９０９に等しい。または、３：１である画像センサ６２８と画像センサ６３４との間の光量比率と、５：１である画像センサ６２８と画像センサ６１６との間の光量比率を実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．６５２２に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．６２４９に等しい。

別例では、１：１である画像センサ６２８と画像センサ６３４との間の光量比率と、１：１である画像センサ６２８と画像センサ６１６との間の光量比率とを実現することが所望され、かつ２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．３３３３に等しく、最適な反射率値Ｒ２は０．５０に等しい。本例では、３つの画像センサ６２８、６３４、および６１６の各々が、実質的に同一の光量を有する画像を取り込む。

全３つの画像センサが実質的に同一の光量を有する画像を取り込むとき、上述のような等しい光路の制約とは対照的に、画像形成ビーム６１４が伝播する全光路長は、焦点の違いを除いて実質的に同一の３つの画像を同時に取り込む装置を提供するために、画像センサ６２８、６１６、および６３４の各々までのその全経路にわたって測定されたときに意図的にわずかに異なるように形成されてもよい。したがって、同じシーンは、異なる焦点を各々有する複数の画像で同時に取り込まれる。１つの用途において、カメラマンは、シーンの撮影中またはパン撮り中に焦点を変える必要がなく、焦点変化（すなわち、第１の焦点を有する１つの画像から第２の焦点を有する別の画像への切り替え）を後処理時に行うことができるであろう。この用途は、本明細書に記載されている実施形態のいずれかによって達成され得るものの、互いに９０度に配置された２つのビームスプリッタを有する実施形態（すなわち、図５、図６、図７、図１３、および図１７に示す実施形態）によって実行する方が容易である。（ただし、図１７では、光ビームが光路長の大部分にわたってコリメートされることから、各画像センサの異なる焦点は、全光路長によってではなく、各画像センサと対応する結像レンズとの間の距離によって決定される。あるいは、各結像レンズが、各画像センサと対応する結像レンズとの間の距離が同じであっても異なる焦点を提供するように適切に設計されていてもよい。）

図５Ｂは、本発明の実施形態１４００の概略図を示す。図５Ｂを参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射１１１０は、結像レンズシステム１１１２に入射する。画像形成光１１１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム１１１２を出射し、画像形成ビーム１１１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ１１１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ１１１８に入射する画像形成ビーム１１１４は、部分的に反射され、部分的に透過される。第１の透過ビーム部分１１２０は、画像センサ１１１６上に画像を形成する。第１の反射ビーム部分１１２２は、好ましくは、第１の反射ビーム部分１１２２の経路に対して４５度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度、ビームスプリッタ１１１８に対して９０度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度で方向付けられたビームスプリッタ１１２４に入射する。このビームスプリッタ配置の結果、第２の反射ビーム部分１１３２は、画像センサ１１３４上に第２の画像を形成する。第２の透過ビーム部分１１２６は、画像センサ１１２８上に画像を形成する。

ビームスプリッタ１１１８、１１２４は、薄いことが好ましい。それらは、例えば厚さ０．５ｍｍであって、平坦かつ平行な前面と背面とを有するガラスを備えてもよく、あるいは、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。

本実施形態１４００では、画像形成ビーム１１１４の口径食を回避するために、結像レンズシステム１１１２の背面とビームスプリッタ１１１８の中心との間の距離Ｄ１が、画像形成ビーム１１１４の直径の半分以上であるのが好ましい。ビームスプリッタ１１１８の中心とビームスプリッタ１１２４の中心との間の距離Ｄ２は、画像形成ビーム１１１４の直径以上であるのが好ましい。ビームスプリッタ１１２４の中心と画像センサ１１２８の中心との間の距離Ｄ３は、画像形成ビーム１１１４の直径の半分以上であるのが好ましい。大半の用途について、画像形成ビーム１１１４が伝播する全光路長は、画像センサ１１２８、１１１６、および１１３４の各々までのその全経路にわたって測定されたときに同じであるのが好ましい。したがって、ビームスプリッタ１１１８の中心と画像センサ１１１６の中心との間の距離は、（Ｄ３＋Ｄ２）に等しいのが好ましく、ビームスプリッタ１１２４の中心と画像センサ１１３４の中心との間の距離は、Ｄ３に等しいのが好ましい。さらに、結像レンズシステム１１１２の背面とその通常の焦点面との間の距離である後側焦点距離は、（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）にほぼ等しいのが好ましい。この場合、次に記載されているとおり、好ましくは光量の違いを除き、各々の画像センサ上に形成される画像は実質的に同一である。

元の画像形成ビーム１１１４の放射強度のうち、画像センサ１１１６上に形成される画像内に存在する部分は、（１−Ｒ１−Ａ１）に等しい。式中、Ｒ１はビームスプリッタ１１１８の反射率であり、Ａ１はビームスプリッタ１１１８の吸光度である。Ｒ１の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。元の画像形成ビーム１１１４の放射強度のうち、画像センサ１１３４上に形成される画像内に存在する部分は、［Ｒ２×Ｒ１］に等しい。式中、Ｒ２はビームスプリッタ１１２４の反射率である。Ｒ２の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。元の画像形成ビーム１１１４の放射強度のうち、画像センサ１１２８上に形成される画像内に存在する部分は、［（１−Ｒ２−Ａ２）×Ｒ１］に等しい。式中、Ａ２はビームスプリッタ１１２４の吸光度である。これら３つの式により、画像センサ１１２８、１１３４、および１１１６の間の光量比率のいかなる組も、Ｒ１およびＲ２に関する適性値を選択することによって実現され得る。

図６は、本発明の実施形態７００の概略図である。図６を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射７１０が、結像レンズシステム７１２に入射する。画像形成光７１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム７１２を出射し、画像形成光ビーム７１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ７１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。その結果、第１の反射ビーム部分７２２が、画像センサ７２８の方に反射されて画像センサ７２８上に画像を形成する。第１の透過ビーム部分７２０は、好ましくは、第１の透過ビーム部分７２０の経路に対して４５度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度、ビームスプリッタ７１８に対して９０度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度で方向付けられたビームスプリッタ７１８に入射し、第２の透過ビーム部分７２６と第２の反射ビーム部分７３２とを形成する。

ビームスプリッタ７１８は、その第１の表面７１７が広帯域部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、かつその第２の表面７１９が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。同様に、ビームスプリッタ７２４は、その第１の表面７２３上が部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、その第２の表面７２５上が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。

次に、第２の透過ビーム部分７２６が補正レンズシステム７４０を通過し、補正されたビーム７４２が画像センサ７１６上に画像を形成する。補正レンズシステム７４０は、良質の画像が画像センサ７１６上に確実に形成されるように、光ビーム部分７１４、７２０、および７２６が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム７１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。補正レンズシステム７４０の厳密な設計は、結像レンズシステム７１２のデザインと、ビームスプリッタ７１８および７２４の材料および厚さとに依存する。具体的には、補正レンズシステム７４０は、各々がガラスの傾斜した平板を備えてもよく、または平板と考えられ得るビームスプリッタ７１８および７２４を通過した画像形成ビーム７１４の、通過によって誘発される収差を補正することを目的としている。補正レンズシステム７４０は、反射防止コーティングによってすべての光学面上が被覆されているのが好ましい。補正レンズシステム７４０の設計は、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって容易な事項である。

第２の反射ビーム部分７３２は、補正レンズシステム７４８を通過し、補正されたビーム７５０は、画像センサ７３４上に画像を形成する。補正レンズシステム７４８は、良質の画像が画像センサ７３４上に確実に形成されるように、光ビーム部分７１４、７２２、および７３２が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム７１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。補正レンズシステム７４８の厳密な設計は、結像レンズシステム７１２のデザインと、ビームスプリッタ７１８の材料および厚さとに依存する。具体的には、補正レンズシステム７４８は、ビームスプリッタ７１８を経由した画像形成ビーム７１４の通過によって誘発される収差を補正することを目的としている。補正レンズシステム７４８は、反射防止コーティングによってすべての光学面上が被覆されているのが好ましい。補正レンズシステム７４８の設計は、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって容易な事項である。

最適な性能のために、補正レンズシステム７４０および７４８は、形態および機能が互いに異なっており、各々がその特定の箇所でビームを補正するように個々に設計されているのが好ましい。ただし、これは本発明の機能に必須というわけではなく、補正レンズシステム７４０および７４８の形態が同一であれば、良好な補正を行うことが可能である。補正レンズシステム７４０は、ビームスプリッタ７１８および７２４からなる有効な傾斜した平坦なガラス板と共に結像レンズシステム７１２に対して相補的であるように設計されているのが好ましい。このようにして、結像レンズシステム７１２、ビームスプリッタ７１８、ビームスプリッタ７２４、および補正レンズシステム７４０は、画像センサ７１６上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム７１２、ビームスプリッタ７１８、および補正レンズシステム７４８も、画像センサ７３４上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。画像センサ７２８、７１６、および７３４上に形成される画像は、後述するとおり、光量または焦点の違いを除き、互いに実質的に同一であるのが好ましい。

図７は、本発明の実施形態１２００の概略図である。図７を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射６６０が、結像レンズシステム６６２に入射する。画像形成光ビーム６６４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム６６２を出射し、画像形成光ビーム６６４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ６６８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。その結果、第１の反射ビーム部分６７２は、画像センサ６７８の方に反射されて画像センサ６７８上に画像を形成する。第１の透過ビーム部分６７０は、第１の透過ビーム部分６７０の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ４１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。その結果、第２の透過ビーム部分６７６は、画像センサ６６６上に画像を形成し、第２の反射ビーム部分６８２が画像センサ６８４の方に反射されて画像センサ６８４上に画像を形成する。

ビームスプリッタ６６８は、好ましくは広帯域部分反射コーティングを備える平坦な前面６６７と、好ましくは反射防止コーティングを備える湾曲した背面６６９とを備えるのが好ましい。湾曲した背面６６９の厳密な形状は、第１の透過ビーム部分６７０に対してビームスプリッタ６６８によって与えられる収差を補正する（または少なくとも部分的に補正する）ように設計されているのが好ましい。ビームスプリッタ６７４は、好ましくは部分反射コーティングを備える湾曲した前面６７３と、好ましくは反射防止コーティングを備える湾曲した背面６７５とを備えるのが好ましい。前面６７３は、任意で平坦であってもよい。湾曲した前面６７３および湾曲した背面６７５の厳密な形状は、ビームスプリッタ６７４が第２の透過ビーム部分６７６に対してビームスプリッタ６６８および６７４によって与えられる収差を補正する（または、少なくとも部分的に補正する）ように設計されているのが好ましい。湾曲した前面６７３および湾曲した背面６７５の厳密な設計は、結像レンズシステム６６２のデザインと、ビームスプリッタ６６８の材料および厚さと、ビームスプリッタ６６８の湾曲した背面６６９のデザインとに依存する。

ビームスプリッタ６６８の背面６６９およびビームスプリッタ６７４の前面６７３および背面６７５は、良質で良好に補正された画像が画像センサ６６６および６８４上に確実に同時に形成されるように、ビーム部分６６４、６７０、６７６、および６８２が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム６６２の特殊性に協調して適応するようにすべて設計されているのが好ましい。これらの補正面により、ビームスプリッタ６６８および６７４を厚くすることができ、したがって頑健性を高められるようになる一方で、実施形態７００で使用された補正レンズシステムなど、補正レンズシステムの必要性を無くすこともできる。かかる補正レンズ形状の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

最適な性能のために、補正面６６９、６７３、および６７５の形態および機能が互いに異なり、各々がその特定の箇所でビームを補正するように個々に設計されているが好ましい。ただし、これは本発明の機能に必須というわけではなく、表面６６９、６７３、および６７５の形態が同一であれば、良好な補正を行うことができる。なお、背面６６９が、ビームスプリッタ６６８によって表される傾斜した平坦なガラス板と、ビームスプリッタ６７４の前面６７３および背面６７５と共に結像レンズシステム６６２に対して相補的であるように設計されているのが好ましい。このようにして、結像レンズシステム６６２、ビームスプリッタ６６８、およびビームスプリッタ６７４は、画像センサ６６６上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム６６２、ビームスプリッタ６６８、およびビームスプリッタ６７４の前面６７３は、画像センサ６８４上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。画像センサ６７８、６６６、および６８４上に形成される画像は、互いにすべて実質的に同一であるのが好ましい。

実施形態１１００と同様に、ビームスプリッタ６６８および６７４の一方または両方が、２つの異なるガラス種を一体的に接着または固定してアクロマティックダブレットレンズを形成する方法と同様の方法で一体的に接着された２つの異なるガラス種を任意で備えてもよい。かかる接着されたダブレットビームスプリッタを使用することによって得られる利点は、色収差を補正するのに役立つようにビームスプリッタを設計できるということである。かかるアクロマティックダブレットの設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。あるいは、３つ以上の異なるガラス種を一体的に接着してトリプレット（またはより多くの素子数の）レンズを形成してもよい。

幾何学的な配置が似ていることから、実施形態６００の反射率式は、実施形態７００および１２００にも適用され得る。

図８は、本発明の一実施形態３００の概略図である。本実施形態３００の基本的な機能は実施形態１００の基本的な機能と同一であることから、光路について改めて詳説はしない。図８を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム３１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射３１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。

結像レンズシステム３１２を通過した後、次に光は、それが固体プリズム３１４、３１８、および３２４を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム３１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている光学補正レンズシステム３１３を通過する。具体的には、厚いガラスを好ましくは備えるプリズム３１４、３１８、および３２４が、色収差と球面収差とを画像形成ビーム部分３１９、３２５、および３２７にもたらすことから、光学補正レンズシステム３１３の主な機能は、反対方向に同量の収差を加えることであり、それによって画像形成ビーム部分３１９、３２５、および３２７がすべて光学的に良好に補正され、それらすべてが高解像度の画像を確実に形成する。全３つのビーム部分についての全光路長は同一であるのが好ましいことから、１つの任意の補正レンズシステムだけが全３つのビーム部分に必要とされる。補正レンズシステム３１３の設計は、レンズ設計およびレンズシステム適応の当業者にとって容易な事項である。結像レンズシステム３１２が固体プリズム３１４、３１８、および３２４の存在と関連付けて設計される場合には、一般に任意の補正レンズシステム３１３を含む必要がない。

図９に示すとおり、補正レンズシステム３１３は、空隙があるダブレットを備えるのが好ましい。補正レンズシステム３１３を備える個々のレンズ素子３５２および３５４は、それらの中心の光軸３５０に対して回転対称であるのが好ましい。レンズ素子３５２は、ショットガラス社製のＮ−ＳＦ１１など、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．７８４７に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が２５．６８０に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子３５２は、３１．０ｍｍの端直径と、４．００ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸３５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。レンズ素子３５４は、ショットガラス社製のＮ−ＳＦ５７など、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．８４６７に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が２３．７８０に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子３５４は、２８．０ｍｍの端直径と、３．００ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸３５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。

レンズ素子３５２および３５４の光学面の形状は、平坦な非球面であるのが好ましく、各平坦な非球面の表面凹状曲線は、次に示す平坦な非球面凹状曲線式によって求められる。

式中、ｃは曲率（ｍｍの単位を有する曲率半径の逆数）であり、ｒはｍｍでの動径座標であり、ｋは円錐定数であり、α_４、α_６、α_８およびα_１０は、それぞれ、４乗、６乗、８乗、および、１０乗の多項式の項における係数である。レンズ素子３５２の第１の表面３５６の形状は、１８４．５０４ｍｍの曲率半径と、−２８６．１５６の円錐定数と、α_４＝２．７１８ｅ−６ｍｍ^−３と、α_６＝−６．１１６ｅ−８ｍｍ^−５と、α_８＝１．２１１ｅ−１０ｍｍ^−７と、α_１０＝−３．５４２ｅ−１３ｍｍ^−９とを有する凸上の平坦な非球面であるのが好ましい。レンズ素子３５２の第２の表面３５８の形状は、−５６．０２１ｍｍの曲率半径と、−３．０６２の円錐定数と、α_４＝６．８９１ｅ−６ｍｍ^−３と、α_６＝−９．０６６ｅ−８ｍｍ^−５と、α_８＝３．５４１ｅ−１０ｍｍ^−７と、α_１０＝−８．３３０ｅ−１３ｍｍ^−９とを有する凸上の平坦な非球面であるのが好ましい。レンズ素子３５４の第１の表面３６０の形状は、−４３．１７５ｍｍの曲率半径と、５．１７３の円錐定数と、α_４＝５．３６３ｅ−５ｍｍ^−３と、α_６＝−２．４９６ｅ−７ｍｍ^−５と、α_８＝１．６５０ｅ−９ｍｍ^−７と、α_１０＝−３．８６２ｅ−１２ｍｍ^−９とを有する凹上の平坦な非球面であるのが好ましい。レンズ素子３５２の第２の表面３６２の形状は、３８３．５８６ｍｍの曲率半径と、−５０００．０の円錐定数と、α_４＝３．８１０ｅ−５ｍｍ^−３と、α_６＝−２．６７１ｅ−７ｍｍ^−５と、α_８＝１．６５６ｅ−９ｍｍ^−７と、α_１０＝−４．２２１ｅ−１２ｍｍ^−９とを有する凹上の平坦な非球面であるのが好ましい。

結像レンズシステム３１２の背面側の取り付け面とレンズ素子３５２との間の中心厚さ（回転の中心光軸３５０に沿って測定）は、１５．０ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子３５２とレンズ素子３５４との間の中心厚さ（回転の中心光軸３５０に沿って測定）は、４．０８８ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子３５４とガラスプリズム３１４の前面３１５との間の中心厚さ（回転の中心光軸３５０に沿って測定）は、３．０ｍｍであるのが好ましい。

図８を再度参照すると、プリズム３１４の前面３１５は反射防止コーティングを備えるのが好ましく、部分反射コーティング３１６は、プリズム３１４の背面に塗布されているのが好ましい。部分反射コーティング３１６は、波長または偏光にかかわらずすべての光の１３％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の７７％を透過するのが好ましい。かかる部分反射コーティングは、例えばニューポート社のカタログ品番ＭＢ．１など、すべての可視波長とすべての偏光状態とで一定の透過率を提供するハイブリッド金属・誘電体コーティング技術を使用して蒸着されるのが好ましい。

プリズム３１８は、プリズム３１４の背面上の部分反射コーティング３１６と接触して設置されるのが好ましく、部分反射コーティング３１６に固定されるのが好ましい。あるいは、部分反射コーティング３１６がプリズム３１８の前面に塗布されていてもよく、その後コーティングおよびプリズムがプリズム３１４の背面に固定される。反射防止コーティングがプリズム３１８の背面３１７に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分３１９は、プリズム３１４、部分反射コーティング３１６、およびプリズム３１８によって透過され、例えばシリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ３２０上に画像を形成する。

部分反射コーティング３２２が、プリズム３１４の側面またはプリズム３２４の前面のどちらかに塗布されており、その後２つのプリズムは、一体的に固定されるのが好ましい。部分反射コーティング３２２は、波長または偏光にかかわらずすべての光の８４％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の６％を透過するのが好ましい。かかる部分反射コーティングは、例えばニューポート社のカタログ品番ＭＢ．１など、すべての可視波長とすべての偏光状態で一定の透過率を提供するハイブリッド金属・誘電体コーティング技術を使用して蒸着されるのが好ましい。反射防止コーティングが、ガラスプリズム３２４の出射面３２３に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分３２５は、プリズム３１４によって透過され、部分反射コーティング３１６に反射し、プリズム３１４、部分反射コーティング３２２、およびプリズム３２４によって再度透過され、シリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ３２６上に画像を形成する。

画像センサ３２８は、ガラスプリズム３１８の側面３２９に設置されている。反射防止コーティングが側面３２９に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分３２７は、シリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ３２８上に画像を形成する。

部分反射コーティング３１６および３２２は、比較的薄いビームスプリッタを備えるのが好ましく、プリズムが一体的に固定される（したがって空隙を残さない）のが好ましいことから、傾斜したコーティング３１６によって収差がもたらされない。

図１０Ａは、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスでできているプリズム３１４の傾斜図を示す。プリズム３１４は、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_１」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_１」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_１」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい背面角（「θ_１」で明示）とを有するのが好ましい。

図１０Ｂは、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスでできているプリズム３１８の傾斜図を示す。プリズム３１８は、５０．８ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_１＋Ｌ_２」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_２」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_２」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい背面角（「θ_２」で明示）とを有するのが好ましい。

図１０Ｃは、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスでできているプリズム３２４の傾斜図を示す。プリズム３２４は、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_３」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_３」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_３」で明示）とを有するのが好ましい。

上述したとおり、本実施形態に記載された寸法、材料、および他の特性は、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製の大型フィルムカメラレンズに特有のものである。他の結像レンズシステムでは、異なる寸法、材料、および特性が適用可能である。幾何学的な配置が似ていることから、実施形態１００の反射率式は、本実施形態３００にも適用され得る。

図１１Ａは、ｙ−ｚ平面で示された本発明の実施形態５００の側面図の概略図である。図中、ｚ方向は、元の光学的な放射５１０が伝播する方向と定義される。ｙ方向は、ｚ方向に対して垂直であるものと定義され、図中では上方を向いている。ｘ方向は、ｙおよびｚ方向の両方に対して垂直であるものと定義され、したがって図の面内を向いている。図１１Ｂは、ｘ−ｚ平面で示された本発明の実施形態５００の上面図の概略図である。図中、ｘ方向は、ｚ方向に対して垂直であるものと定義され、図中では上方を向いている。ｙ方向は、ｘおよびｚ方向の両方に対して垂直であるものと定義され、したがって図の面外を向いている。図１１Ｃは、ｘ−ｙ平面で示された本発明の実施形態５００の端面図の概略図である。図１２は、本発明の実施形態５００の傾斜図の透視概略図である。実施形態５００の基本的な機能およびレイアウトは、２つのビームスプリッタが追加され、それに伴って２つの追加画像が形成された実施形態３００の基本的な機能およびレイアウトと同様であることから、光路について改めて詳説はしない。

図１１Ａ〜図１１Ｃおよび図１２を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射５１０が結像レンズシステム５１２に入射する。本実施形態に関する記述の中で引用された寸法、材料、および他の特性に関して、結像レンズシステム５１２は、８０ｍｍの焦点距離とｆ／２．８のｆ値とを有するハッセルブラッド社製の市販の大型フィルムカメラレンズであるのが好ましい。ただし、異なる寸法、材料、および特性が異なる結像レンズシステムで使用されてもよい。結像レンズシステム５１２を通過した後、光は次に補正レンズシステム５１３を通過する。任意の補正レンズシステム５１３は、実施形態３００における任意の補正レンズシステム３１３と形態および機能が同一である。ビーム分割立方体５１４は、任意の補正レンズシステム５１３の遠位端に設置されている。ビーム分割立方体５１４および本実施形態の他のビーム分割立方体は、ニューポート社製の型番１０ＢＣ１７ＭＢ．１など、各辺が好ましくは２５．４ｍｍであり、その前面５１５およびその底面５２９の両方に塗布された反射防止コーティングを好ましくは備える市販の広帯域非偏光ビーム分割立方体と形態および機能が同様であるのが好ましい。ビーム分割立方体５１４は、好ましくは標準のハイブリッド金属・誘電体反射コーティング技術を使用して実現される内部の部分反射ビームスプリッタコーティング５１６を備えるのが好ましい。ビームスプリッタコーティング５１６の反射率は１．０％であるのが好ましく、ビームスプリッタコーティング５１６の透過率は８９．０％であるのが好ましい。ハイブリッド金属・誘電体コーティングが全入射光の約１０％を吸収するのが一般的である。

ビーム分割立方体５１８は、図示のとおりビーム分割立方体５１４の背面に固定されるのが好ましく、各辺が２５．４ｍｍであるのが好ましく、その背面５１７およびその側面５３４の両方に塗布された反射防止コーティングを備えるのが好ましい。ビーム分割立方体５１８は、１０．０％の反射率と８０．０％の透過率とを好ましくは有する内部の部分反射ビームスプリッタコーティング５２１を備えるが好ましい。ビーム分割立方体５２４は、図示のとおりビーム分割立方体５１４の上面に固定されるのが好ましく、各辺が２５．４ｍｍであるのが好ましく、その上面５２３およびその側面５３５の両方に塗布された反射防止コーティングを備えるのが好ましい。ビーム分割立方体５２４は、１．０％の反射率と８９．０％の透過率とを好ましくは有する内部の部分反射ビームスプリッタコーティング５３６を備えるが好ましい。ビーム分割立方体５１４、５１８、および５２４を組み立て、固定する前に、ビームスプリッタコーティング５２２が、ビーム分割立方体５１４の上面におよび／またはビーム分割立方体５２４の底面に塗布されているのが好ましい。ビームスプリッタコーティング５２２は、１０．０％の反射率と８０．０％の透過率を有するのが好ましい。

ビーム分割立方体５１８の背面５１７を出射した画像形成ビーム部分５１９は、画像センサ５２０上に画像を形成する。背面５１７と画像センサ５２０との間の中心厚さは、５．０ｍｍであるのが好ましい。ビーム分割立方体５１４の底面５２９を出射した画像形成ビーム部分５２７は、画像センサ５２８上に画像を形成する。底面５２９と画像センサ５２８との間の中心厚さは、５．０ｍｍであるのが好ましい。ビーム分割立方体５２４の上面５２３を出射した画像形成ビーム部分５２５は、画像センサ５２６上に画像を形成する。上面５２３と画像センサ５２６との間の中心厚さは、５．０ｍｍであるのが好ましい。ビーム分割立方体５１８の側面５３４を出射した画像形成ビーム部分５３１は、画像センサ５３２上に画像を形成する。側面５３４と画像センサ５３２との間の中心厚さは、５．０ｍｍであるのが好ましい。ビーム分割立方体５２４の側面５３５を出射した画像形成ビーム部分５３３は、画像センサ５３０上に画像を形成する。側面５３５と画像センサ５３０との間の中心厚さは、５．０ｍｍであるのが好ましい。したがって、本実施形態の４つのビーム分割コーティング５１６、５２１、５２２、５３６は、同時に５つの別個の画像を生成するように構成されている。ただし本発明は、実際には、単にある個数のビームスプリッタを追加または削除するだけで、任意の数のサブ画像を形成するように拡大適用（または縮小適用）されてもよい。

本実施形態では、５つの画像センサ５２０、５２８、５２６、５３２、および５３０上に形成された画像が、第１のビーム分割立方体５１４の前面５１５から５つの画像センサの各々までとられる光路がすべて異なる透過率レベルを提供するという事実により、光量の違いを除いて実質的に同一である。より具体的には、画像センサ５２０上に画像を形成する画像形成ビーム部分５１９が、ビームスプリッタコーティング５１６および５２１によって透過され、したがって前面５１５で放射強度の７１．２００％を含む。画像センサ５２８上に画像を形成する画像形成ビーム部分５２７は、コーティング５１６および５２２に反射され、その後コーティング５１６によって透過され、したがって前面５１５で放射強度の０．０８９％を含む。画像センサ５２６上に画像を形成する画像形成ビーム部分５２５は、コーティング５１６に反射され、その後コーティング５２２および５３６によって透過され、したがって前面５１５で放射強度の０．７１２％を含む。画像センサ５３２上に画像を形成する画像形成ビーム部分５３１は、ビームスプリッタコーティング５１６によって透過され、コーティング５２１に反射され、したがって前面５１５で放射強度の８．９００％を含む。画像センサ５３０上に画像を形成する画像形成ビーム部分５３３は、ビームスプリッタコーティング５１６に反射され、コーティング５２２によって透過され、その後コーティング５３６に反射され、したがって前面５１５で放射強度の０．００８％を含む。

換言すれば、画像センサ５３０上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／８９００の光量を有する。画像センサ５２８上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／８００の光量を有する。画像センサ５２６上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／１００の光量を有する。そして画像センサ５３２上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／８の光量を有する。したがって、各種画像センサ上に形成される画像は、絞り１２段分を超える露光量における全範囲について、１つの画像センサから次のセンサまでの光量が、写真絞り約３段分だけ異なる。

あるいは、ビームスプリッタコーティング５１６、５２１、５３６、および５２２の反射率の値は、５つの画像センサ５２０、５２８、５２６、５３２、および５３０上に形成される画像にいかなる変量の光量をも提供するように変えてもよい。例えば、コーティング５１６の反射率が６．０％であり、コーティング５１６の透過率が８４．０％であり、コーティング５２１の反射率が１８．０％であり、コーティング５２１の透過率が７２．０％であり、コーティング５３６の反射率が５．０％であり、コーティング５３６の透過率が８５．０％であり、コーティング５２２の反射率が２０．０％であり、コーティング５２２の透過率が７０．０％である場合、画像センサ５３０上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／２２８の光量を有する。第２の画像センサ５２８上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／６０の光量を有する。画像センサ５２６上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／１７の光量を有する。そして画像センサ５３２上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／４の光量を有する。したがって、本例では、各種画像センサ上に形成される画像が、絞り８段分を超える露光量における全範囲について、１つの画像センサから次の画像センサまでの光量が、写真絞り約２段分だけ異なる。

別例では、コーティング５１６の反射率が２５．０％であり、コーティング５１６の透過率が６５．０％であり、コーティング５２１の反射率が３０．０％であり、コーティング５２１の透過率が６０．０％であり、コーティング５３６の反射率が３０．０％であり、コーティング５３６の透過率が６０．０％であり、コーティング５２２の反射率が５７．０％であり、コーティング５２２の透過率が３３．０％である場合、画像センサ５３０上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／１６の光量を有する。第２の画像センサ５２８上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／４の光量を有する。画像センサ５２６上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／８の光量を有する。かつ、５３２上に形成される画像は、画像センサ５２０上に形成される画像の１／２の光量を有する。したがって、本例では、各種画像センサ上に形成される画像が、絞り４段分を超える露光量における全範囲について、１つの画像センサから次の画像センサまでの光量が、写真絞り約１段分異なる。

一般に、画像センサ５２０上に画像を形成する画像形成ビーム部分５１９の光量は、コーティング５１６の透過率を乗じ、コーティング５２１の透過率を乗じたビーム分割立方体５１４の前面５１５における放射強度に等しい。画像センサ５２８上に画像を形成する画像形成ビーム部分５２７の光量は、コーティング５１６の反射率を乗じ、コーティング５２２の反射率を乗じ、コーティング５１６の透過率を乗じた前面５１５における放射強度に等しい。画像センサ５２６上に画像を形成する画像形成ビーム部分５２５の光量は、コーティング５１６の反射率を乗じ、コーティング５２２の透過率を乗じ、コーティング５３６の透過率を乗じた前面５１５における放射強度に等しい。画像センサ５３２上に画像を形成する画像形成ビーム部分５３１の光量は、コーティング５１６の透過率を乗じ、コーティング５２１の反射率を乗じた前面５１５における放射強度に等しい。画像センサ５３０上に画像を形成する画像形成ビーム部分５３３の光量は、コーティング５１６の反射率を乗じ、コーティング５２２の透過率を乗じ、コーティング５３６の反射率を乗じた前面５１５における放射強度に等しい。

図１３は、本発明の実施形態８００の概略図である。実施形態８００の基本的な配置、機能、およびレイアウトは、実施形態６００と同様であることから、光路について改めて詳説はせず、実施形態６００の反射率式は本実施形態８００にも適用され得る。図１３を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射８１０が結像レンズシステム８１２に入射する。本実施形態に関する記述の中で引用された寸法、材料、および他の特性に関して、結像レンズシステム８１２は、８０ｍｍの焦点距離とｆ／２．８のｆ値とを有するハッセルブラッド社製の市販の大型フィルムカメラレンズであるのが好ましい。ただし、異なる寸法、材料、および特性が異なる結像レンズシステムで使用されてもよい。

結像レンズシステム８１２を通過した後、光は次に、好ましくは厚いガラスを備えるプリズム８１４、８１８、および８２４を通って伝播するのに最適であるように結像レンズシステムから出射した光を事前補正するために、結像レンズシステム８１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている補正レンズシステム８１３を通過する。具体的には、厚いガラスプリズムが色および球面収差を画像形成ビーム部分８１９、８２５、および８２７にもたらすことから、補正レンズシステム８１３の主な機能は、反対方向に同量の収差を加えることであり、それによって画像形成ビーム部分８１９、８２５、および８２７がすべて光学的に良好に補正され、高解像度の画像を確実に形成する。補正レンズシステム８１３の設計は、レンズ設計およびレンズシステム適応の当業者にとって容易な事項である。図１４に示すとおり、補正レンズシステム８１３は、空隙があるダブレットを備えるのが好ましい。補正レンズシステム８１３を備える２つの個々の補正レンズ素子８５２および８５４は、それらの中心の光軸８５０に対して回転対称であるのが好ましい。レンズ素子８５２、８５４、それらの表面８５６、８５８、８６０、８６２、および関連する中心厚さは、上述した補正レンズシステム３１３のものと同一である。

図１３を再度参照すると、プリズム８１４は、結像レンズシステム８１２および補正レンズシステム８１３の出射端の近くに位置しており、その前面８１５上に反射防止コーティングを備えるのが好ましい。部分反射型ビーム分割コーティング８１６が、角を成す背面プリズム８１４に塗布されている。コーティング８１６は、波長または偏光にかかわらずすべての光の８１％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の９％を透過するのが好ましく、標準のハイブリッド金属・誘電体反射コーティング技術を使用して実現されるのが好ましい。プリズム８１８が、第１のガラスプリズム８１４の背面に塗布されたコーティング８１６に接触して設置され、コーティング８１６に固定されるのが好ましい。あるいは、コーティング８１６が、代わりに／さらにプリズム８１８の前面に塗布されていてもよい。したがって、プリズム８１４および８１８は、一体的に接着されるか、またはビームスプリッタコーティング８１６に取り付けられる。同様に、部分反射ビームスプリッタコーティング８２２が、プリズム８１８の背面およびプリズム８２４の前面の一方または両方に塗布されている。コーティング８２２は、波長または偏光にかかわらずすべての光の８１％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の９％を透過するのが好ましい。プリズム８１８および８２４は、コーティング８２２がそれらの間に位置するように一体的に固定、接着、または取り付けられるのが好ましい。

画像センサ８２６は、プリズム８１４の背面８２３の近くに位置している。画像形成ビーム部分８２５は、画像センサ８２６上に画像を形成する。反射防止コーティングがプリズム８１４の背面８２３に塗布されているのが好ましい。画像センサ８２０は、プリズム８２４の出射面８１７の近くに位置している。画像形成ビーム部分８１９は、画像センサ８２０上に画像を形成する。反射防止コーティングがプリズム８２４の出射面８１７に塗布されているのが好ましい。画像センサ８２８は、プリズム８１８の側面８２９の近くに位置している。画像形成ビーム部分８２７は、画像センサ８２８上に画像を形成する。反射防止コーティングがプリズム８１８の側面８２９に塗布されているのが好ましい。各画像センサは、シリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを備えるのが好ましい。

図１５Ａは、好ましくは矩形体積を有し、ショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスを好ましくは備え、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_１」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_１」で明示）と、５０．８ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_１」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい背面角（「θ_１」で明示）とを好ましくは有するプリズム８１４の傾斜図を示している。プリズム８１４の前面８１５上の反射防止コーティングは、２５．４ｍｍの高さ（「Ｈ_２」で明示）を有するのが好ましい。

図１５Ｂは、好ましくは矩形体積を有し、ショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスを好ましくは備え、５０．８ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_１＋Ｌ_３」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_２」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい前面角（「θ_２」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい背面角（「θ_３」で明示）とを好ましくは有するプリズム８１８の傾斜図を示している。

図１５Ｃは、好ましくは矩形体積を有し、ショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスを好ましくは備え、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_３」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_３」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_３」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい前面角（「θ_４」で明示）とを好ましくは有するプリズム８２４の傾斜図を示している。

本発明は、先の実施形態の集束している画像ビーム（すなわち画像形成ビーム）とは対照的に、有効にコリメートされた画像ビームに塗布されてもよい。図１６は、本発明の実施形態９００の概略図である。図１６を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射９１０が、例えばカメラレンズを備え得る結像レンズシステム９１２に入射する。結像レンズシステム９１２の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。結像レンズシステム９１２は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。画像形成光９０２は、結像レンズシステム９１２を出射し、中間画像面９０４で画像を形成する。結像レンズシステム９１２が非テレセントリックである場合に生じ得る「口径食」を最小化するために、任意で、視野レンズ９０６が中間画像面９０４と実質的に一致して設置されていてもよい。視野レンズ９０６の必要性についての判断および視野レンズ９０６の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。視野レンズ９０６は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。

発散光９０８は、中間画像面９０４（およびオプションの視野レンズ９０６）を出射し、次に、画像ビーム９１４を有効にコリメートするように好ましくは設計、設置、および方向付けされた視準レンズシステム９１１に入射する。視準レンズシステム９１１は、発散光９０８の発散を制限する。制限しないと、発散が大きすぎて一部の光がビームスプリッタ９１８に当たらない可能性がある。この事象は、例えば、結像レンズシステム９１２を１のｆ段（ｆ／１）など、低いｆ値に設定するのが所望される場合に発生し得る。成形光学部品を備え得る視準レンズシステム９１１の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。視準レンズシステム９１１は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。有効にコリメートされた画像ビーム９１４は、有効にコリメートされた画像ビーム９１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ９１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ９１８は、その第１の表面９１７が広帯域部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、かつその第２の表面９１９が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。あるいは、ビームスプリッタ９１８は、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。

次に、第１の透過ビーム部分９２０は、画像センサ９１６上に画像を形成する画像形成ビーム部分９４２へと第１の透過ビーム部分９２０を焦点合わせする結像レンズシステム９４０を通過する。結像レンズシステム９４０は、良質の画像が第１の画像センサ９１６上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９１８、ならびに光ビーム９０２、９０８、９１４、９２０、および９４２が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム９１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。結像レンズシステム９４０の厳密な設計は、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、および視準レンズシステム９１１の厳密な設計と、ビームスプリッタ９１８の材料および厚さとに依存する。結像レンズシステム９４０は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム９４０は、（傾斜した平坦なガラス板を備え得る）ビームスプリッタ９１８の傾斜した空気／ガラス界面を光ビームが通過することによって誘発される収差を補正するように任意で設計されていてもよい。ただし、その領域における画像ビームが視準レンズ９１１およびオプションの視野レンズ９０６によって有効にコリメートされていることから、これらの収差は一般に小さい。結像レンズシステム９４０の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

次に、第１の反射ビーム部分９２２は、第１の反射ビーム部分９２２に対して好ましくは垂直に方向付けられたビームスプリッタ９２４に入射する。ビームスプリッタ９２４は、その第１の表面９２３が部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、かつその第２の表面９２５が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。あるいは、ビームスプリッタ９２４は、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。次に、第２の透過ビーム部分９２６は、結像レンズシステム９４４を出射して画像センサ９２８上に画像を形成する画像形成ビーム部分９４６を焦点合わせする結像レンズシステム９４４を通過する。結像レンズシステム９４４は、良質の画像が画像センサ９２８上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９２５、ならびに光ビーム９０２、９０８、９１４、９２２、９２６、および９４６が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム９１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。結像レンズシステム９４４の厳密な設計は、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、および視準レンズシステム９１１の厳密な設計と、ビームスプリッタ９２５の材料および厚さとに依存する。結像レンズシステム９４４は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム９４４の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

第２の反射ビーム部分９３０は、ビームスプリッタ９１８に入射する。その結果、第３の透過ビーム部分９３２が作成され、画像センサ９３４上に画像を形成する画像形成ビーム部分９５０を焦点合わせする結像レンズシステム９４８を通過する。結像レンズシステム９４８は、良質の画像が画像センサ９３４上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９１８、ならびに光ビーム９０２、９０８、９１４、９２２、９３０、９３２、および９５０が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム９１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。結像レンズシステム９４８の厳密な設計は、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、および視準レンズシステム９１１の厳密な設計と、ビームスプリッタ９１８の材料および厚さとに依存する。結像レンズシステム９４８は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム９４８は、（傾斜した平坦なガラス板を備え得る）ビームスプリッタ９１８の傾斜した空気／ガラス界面を光ビームが通過することによって誘発される収差を補正するように任意で設計されていてもよい。ただし、その領域における画像ビームが視準レンズ９１１およびオプションの視野レンズ９０６によって有効にコリメートされていることから、これらの収差は一般に小さい。結像レンズシステム９４８の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

最適な性能のために、結像レンズシステム９４０、９４４、および９４８の形態および機能が互いにすべて異なり、各々がその特定の箇所で光線を補正するように個々に設計されているのが好ましい。ただし、これは本発明の機能に必須というわけではなく、形態および／または機能が同一である結像レンズシステムを使用して良好な機能を有することは可能である。

結像レンズシステム９４０は、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、およびビームスプリッタ９１８と共に結像レンズシステム９１２に対して相補的であるように設計されているのが好ましい。このようにして、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９１８、および結像レンズシステム９４０は、画像センサ９１６上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９２５、および結像レンズシステム９４４は、画像センサ９２８上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム９１２、オプションの視野レンズ９０６、視準レンズシステム９１１、ビームスプリッタ９１８、および結像レンズシステム９４８は、画像センサ９３４上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。画像センサ９１６、９２８、および９３４上に形成される画像は、一般に光量または焦点の違いを除き、互いにすべて実質的に同一であるのが好ましい。

有効にコリメートされた画像ビームを使用することには、上述した利点（小さい収差、ｆ値の低い結像レンズ）がある。ただし、有効にコリメートされた画像ビームを使用するには、結像レンズ９４０、９４４、および９４８を含む必要があることから、視準レンズ９１１が存在しない場合と比較してシステムの複雑度が増す。本実施形態では、視準レンズ９１１の後、画像ビームが、結像レンズ９４４、９４０、９４８に達するまで有効にコリメートされる。

画像センサ９１６、９２８、９３４上に形成される画像が、（任意で光量または焦点の違いを除き）本実施形態において互いにすべて実質的に同一であるのが好ましいものの、結像レンズシステム９４０、９４４、９４８は、異なる倍率を任意で有してもよく、それにより、単一の結像レンズシステム９１２全体を通じて複数の異なるズーム量と複数の異なる視野とを提供する全体の結像システムを提供する。

幾何学的な配置が似ていることから、実施形態１００の反射率式は、本実施形態９００にも適用され得る。

図１７は、本発明の実施形態１０００の概略図である。図１７を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射１０１０が、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が好ましくは被覆されている結像レンズシステム１０１２に入射する。結像レンズシステム１０１２の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。画像形成光ビーム１００２は、結像レンズシステム１０１２を出射し、中間画像面１００４で画像を形成する。視野レンズ１００６が、任意で、中間画像面１００４と実質的に一致して配置されてもよい。視野レンズ１００６は、すべての場合において厳密に必須であるというわけではないが、視野レンズは、「口径食」の最小化を支援する目的で使用されることが多い。オプションの視野レンズ１００６は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。視野レンズ１００６の必要性についての判断および視野レンズ１００６の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

発散光１００８は、中間画像面１００４（およびオプションの視野レンズ１００６）を出射し、次に、視準レンズシステム１０１１を出射した光ビーム１０１４が有効にコリメートされた画像ビームであるように好ましくは設置および方向付けされた視準レンズシステム１０１１に入射する。視準レンズシステム１０１１は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。コリメートされた光ビームを使用する利点および不利点は、先の実施形態で上述されている。視準レンズシステム１０１１の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

有効にコリメートされた画像ビーム１０１４は、光ビーム１０１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ１０１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。ビームスプリッタ１０１８は、その第１の表面１０１７が広帯域部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、かつその第２の表面１０１９が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。あるいは、ビームスプリッタ１０１８は、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。

次に、第１の反射ビーム部分１０２２は、良質の画像が画像センサ１０２８上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ならびに光ビーム１００２、１００８、１０１４、１０２２、および１０４６が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム１０１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている結像レンズシステム１０４４を通過する。結像レンズシステム１０４４の厳密な設計は、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、および視準レンズシステム１０１１の厳密な設計に依存する。結像レンズシステム１０４４は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム１０４４の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。第１の画像形成ビーム部分１０４６は、結像レンズシステム１０４４を通過し、結像レンズシステム１０４４によって焦点合わせされた後に、画像センサ１０２８上に画像を形成する。

第１の透過ビーム部分１０２０は、好ましくは、第１の透過ビーム部分１０２０の経路に対して４５度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度、ビームスプリッタ１０１８に対して９０度の角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい角度で方向付けられたビームスプリッタ１０２４に入射する。ビームスプリッタ１０２４は、その第１の表面１０２３が部分反射コーティングによって被覆されているのが好ましく、かつその第２の表面１０２５が反射防止コーティングによって被覆されているのが好ましい。あるいは、ビームスプリッタ１０２４は、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。

次に、第２の透過ビーム部分１０２６は、ビームを焦点合わせする結像レンズシステム１０４０を通過して、画像センサ１０１６上に画像を形成する第２の画像形成ビーム部分１０４２を形成する。結像レンズシステム１０４０は、良質の画像が画像センサ１０１６上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ビームスプリッタ１０１８、ビームスプリッタ１０２４、ならびに光ビーム１００２、１００８、１０１４、１０２０、１０２６、および１０４２が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム１０１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。結像レンズシステム１０４０の厳密な設計は、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、および視準レンズシステム１０１１の厳密な設計に依存し、ビームスプリッタ１０１８および１０２４の材料および厚さにも依存する。結像レンズシステム１０４０は、反射防止コーティングによってすべての透過光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム１０４０は、（傾斜した平坦なガラス板を各々備え得る）ビームスプリッタ１０１８および１０２４の傾斜した空気／ガラス界面を光ビームが通過することによって誘発される収差を補正するように任意で設計されていてもよい。ただし、その領域における画像ビームが視準レンズ１０１１およびオプションの視野レンズ１００６によって有効にコリメートされていることから、これらの収差は一般に小さい。結像レンズシステム１０４０の設計は、レンズ設計の当業者にとって容易な事項である。

第２の反射ビーム部分１０３２は、結像レンズシステム１０４８を通過し、結像レンズシステム１０４８によって焦点合わせされ、第３の画像形成ビーム部分１０５０は、画像センサ１０３４上に画像を形成する。結像レンズシステム１０４８は、良質の画像が画像センサ１０３４上に確実に形成されるように、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ビームスプリッタ１０１８、ならびに光ビーム１００２、１００８、１０１４、１０２０、１０３２、および１０５０が伝播する特定の距離との関連によって結像レンズシステム１０１２の特殊性に適応するように設計されているのが好ましい。結像レンズシステム１０４８の厳密な設計は、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、および視準レンズシステム１０１１の厳密な設計に依存し、ビームスプリッタ１０１８の材料および厚さにも依存する。結像レンズシステム１０４８は、反射防止コーティングによってすべての光学面が被覆されているのが好ましい。結像レンズシステム１０４８は、（傾斜した平坦なガラス板を各々備え得る）ビームスプリッタ１０１８および１０２４の傾斜した空気／ガラス界面を光ビームが通過することによって誘発される収差を補正するように任意で設計されていてもよい。ただし、その領域における画像ビームが視準レンズ１０１１およびオプションの視野レンズ１００６によって有効にコリメートされていることから、これらの収差は一般に小さい。結像レンズシステム１０４８の設計は、レンズ設計および結像レンズシステム補正の当業者にとって容易な事項である。

最適な性能のために、結像レンズシステム１０４０、１０４４、および１０４８の形態および機能が互いに異なり、各々がその特定の箇所でビームを補正するように個々に設計されているのが好ましい。ただし、これは本発明の機能に必須というわけではなく、形態が同一である結像レンズシステムを使用して良好な補正を行うことが可能である。結像レンズシステム１０４０は、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ビームスプリッタ１０１８、およびビームスプリッタ１０２４（そのどちらかまたは両方が傾斜した平坦なガラス板を備えてもよい）と共に結像レンズシステム１０１２に対して相補的であるように設計されているのが好ましい。このようにして、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ビームスプリッタ１０１８、ビームスプリッタ１０２４、および結像レンズシステム１０４０は、画像センサ１０１６上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、および結像レンズシステム１０４４は、画像センサ１０２８上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。同様に、結像レンズシステム１０１２、オプションの視野レンズ１００６、視準レンズシステム１０１１、ビームスプリッタ１０１８、および結像レンズシステム１０４８は、画像センサ１０３４上に良好な画像を生成する結像システムを集合的に形成する。画像センサ１０２８、１０１６、および１０３４上に形成される画像は、用途に応じて、光量または焦点の違いを除き、互いにすべて実質的に同一であるのが好ましい。

結像レンズシステム１０４０、１０４４、１０４８の各々は、異なる倍率を提供するように任意で設計されていてもよく、それにより、画像センサ１０１６、１０２８、１０３４の各々上に形成される画像を比較するときに「ズーム」倍率効果を提供する。

幾何学的な配置が似ていることから、実施形態６００の反射率式は、本実施形態１０００にも適用され得る。

あるいは、実施形態９００および１０００が、上述した実施形態３００および８００とそれぞれ同様に、固体プリズムを利用してもよい。

図１８は、２つの別個の検出器の平面上に２つの空間的に同一の画像を生成するように、単一の結像システムから光を分割するために単一のビームスプリッタを利用する本発明の実施形態２０００の概略図である。図１８を参照すると、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２０１０が、結像レンズシステム２０１２に入射する。本発明の本実施形態では、いかなる結像または画像形成レンズシステムを使用してもよい。例えば、ニコン社、オリンパス社、パナビジョン社、またはタレスアンジェニュー社によって製造されたカメラレンズのいずれも、結像レンズシステム２０１２として使用され得る。画像形成ビーム２０１４は、集束している画像ビームとして結像レンズシステム２０１２を出射し、画像形成ビーム２０１４の経路に対して好ましくは４５度の角度で方向付けられたビームスプリッタ２０１８に入射する。ただし、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい。

ビームスプリッタ２０１８は、薄いのが好ましく、例えば、厚さ０．５ｍｍであって、平坦かつ平行な前面と背面とを有するガラスを備えてもよい。または、エドモンド・オプティクス社製の部品番号ＮＴ３９−４８２など、いわゆる「ペリクル」ビームスプリッタを備えてもよい。実際には、ビームスプリッタ２０１８の厚さが増すにつれて、ビームスプリッタ２０１８の傾斜したガラス／空気界面によってもたらされる幾何収差は大きくなることから、実質的に同一の画像を形成するように十分に収差を最小化するために、ビームスプリッタ２０１８は薄いのが好ましいということが見出されている。いくつかの実施形態では、一般的な措置として、ビームスプリッタの厚さは、（ａ）画像センサにおける個々の画素の画素幅と、（ｂ）このシステムの結像レンズシステムまたはフロントレンズの回折点の大きさ、すなわちエアリーディスク径という２つの値のどちらか大きい方の約１００倍未満であるのが好ましい。

このビームスプリッタ配置により、第１の透過ビーム部分２０２０は、画像センサ２０１６の方に進み、そこで画像を形成する。反射ビーム部分２０２６は、画像センサ２０２８の方へと反射され、画像センサ２０２８上に画像を形成する。この場合、次に記載されているとおり、好ましくは光量の違いを除き、画像センサ２０１６、２０２８上に形成される画像は実質的に同一である。

画像センサ２０１６上に形成される画像内に存在する元の画像形成ビーム２０１４の放射強度の部分は、（１−Ｒ１−Ａ１）に等しい。式中、Ｒ１はビームスプリッタ２０１８の反射率であり、Ａ１はビームスプリッタ２０１８の吸光度である。Ｒ１の値は、０〜１．０の範囲内で任意の値を選択することができる。画像センサ２０２８上に形成される画像内に存在する元の画像形成ビーム２０１４の放射強度の部分は、Ｒ１に等しい。これら２つの式により、画像センサ２０１６と画像センサ２０２８との間の光量比率のいかなる組も、Ｒ１に関する適性値を選択することによって実現され得る。

例えば、約２：１である画像センサ２０１６と画像センサ２０２８との間の光量比率を実現することが所望され、かつビームスプリッタ２０１８の吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．３３に等しい。あるいは、約１０：１である画像センサ２０１６と画像センサ２０２８との間の光量比率を実現することが所望され、かつビームスプリッタ２０１８の吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．０９に等しい。または、３：１である画像センサ２０１６と画像センサ２０２８との間の光量比率を実現することが所望され、かつビームスプリッタ２０１８の吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．２５に等しい。

別例では、各画像センサ上の画像の光量が等しいことが有用である。そのため、１：１である画像センサ２０１６と画像センサ２０２８との間の光量比率を実現することが所望され、２つのビームスプリッタの吸光度がゼロである場合、最適な反射率値Ｒ１は０．５０に等しい。この場合、２つの画像センサ２０１６および２０２８の各々は、実質的に同一の光量を有する実質的に同一の画像を取り込む。

両画像センサ２０１６および２０２８が実質的に同一の光量を有する実質的に同一の画像を取り込むとき、２つの個々の画像センサ２０１６および２０２８の各々についての画像取り込みの瞬間は、任意で、２つの画像センサの各々によって連続して取り込まれた個々の動画フレームがインターリーブできる方法で正確に交互に配列することができ、それにより、いずれか１つの画像センサの２倍のフレームレートで動画フィルムを提供する。この高速カメラ用途は、本明細書に記載されている本発明の実施形態のいずれにも適用可能である。

図１９は、本発明の一実施形態２１００の概略図である。本実施形態２１００の基本的な機能は実施形態２０００の基本的な機能と同一であることから、光路、画像形成、画像取り込み、および画像結合方法について改めて詳説はしない。図１９を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２１１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２１１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。

結像レンズシステム２１１２を通過した後、次に光は、それが固体プリズム２１１４および２１２９を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２１１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている光学補正レンズシステム２１１３を通過する。具体的には、厚いガラスを好ましくは備えるプリズム２１１４および２１２９が、色収差と球面収差とを画像形成ビーム部分２１１９および２１２５にもたらすことから、光学補正レンズシステム２１１３の主な機能は、反対方向に同量の収差を加えることであり、それによって画像形成ビーム部分２１１９および２１２５が共に光学的に良好に補正され、その両方が高解像度の画像を確実に形成する。両方のビーム部分の全光路長は同一であるのが好ましいことから、１つの任意の補正レンズシステム２１１３だけが両方のビーム部分に必要とされる。補正レンズシステム２１１３の設計は、レンズ設計およびレンズシステム適応の当業者にとって容易な事項である。結像レンズシステム２１１２が固体プリズム２１１４および２１２９の存在と関連付けて設計される場合には、一般に任意の補正レンズシステム２１１３を含む必要がない。

図２０に示すとおり、補正レンズシステム２１１３は、空隙があるダブレットを備えるのが好ましい。補正レンズシステム２１１３を備える個々のレンズ素子２１５２および２１５４は、それらの中心の光軸２１５０に対して回転対称であるのが好ましい。レンズ素子２１５２は、ショットガラス社製のＮ−ＳＦ１１など、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．７８４７に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が２５．６８０に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子２１５２は、３２．０ｍｍの端直径と、３．５０ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸２１５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。レンズ素子２１５４は、ショットガラス社製のＮ−ＳＦ５７など、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．８４６７に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が２３．７８０に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子２１５４は、２８．０ｍｍの端直径と、３．５０ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸２１５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。

レンズ素子２１５２および２１５４の光学面の形状は、球面であるのが好ましい。レンズ素子２１５２の第１の表面２１５６の形状は、１０７．５５２ｍｍの曲率半径を有する凸状の球面であるのが好ましい。レンズ素子２１５２の第２の表面２１５８の形状は、−１，３２１．５５９ｍｍの曲率半径を有する凹状の球面であるのが好ましい。レンズ素子２１５４の第１の表面２１６０の形状は、平面であるのが好ましい。レンズ素子２１５２の第２の表面２１６２の形状は、９３．４８７ｍｍの曲率半径を有する凹状の球面であるのが好ましい。

結像レンズシステム２１１２の背面側の取り付け面とレンズ素子２１５２との間の中心厚さ（回転の中心光軸２１５０に沿って測定）は、１０．５ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子２１５２とレンズ素子２１５４との間の中心厚さ（回転の中心光軸２１５０に沿って測定）は、７．０５５ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子２１５４とガラスプリズム２１１４の前面２１１５との間の中心厚さ（回転の中心光軸２１５０に沿って測定）は、３．４２６ｍｍであるのが好ましい。

図１９を再度参照すると、プリズム２１１４の前面２１１５は反射防止コーティングを備えるのが好ましく、部分反射コーティング２１１６はプリズム２１１４の背面に塗布されているのが好ましい。部分反射コーティング２１１６は、波長または偏光にかかわらずすべての光の約１３％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の約７７％を透過するのが好ましい。かかる部分反射コーティングは、例えばニューポート社のカタログ品番ＭＢ．１など、すべての可視波長とすべての偏光状態で一定の透過率を提供するハイブリッド金属・誘電体コーティング技術を使用して蒸着されるのが好ましい。

プリズム２１２９は、プリズム２１１４の背面上の部分反射コーティング２１１６と接触して設置されるのが好ましく、部分反射コーティング２１１６に固定されるのが好ましい。あるいは、部分反射コーティング２１１６が、プリズム２１２９の前面に塗布されていてもよく、その後このコーティングおよびプリズムは、プリズム２１１４の背面に固定される。反射防止コーティングがプリズム２１２９の背面２１１７に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分２１１９は、プリズム２１１４、部分反射コーティング２１１６、およびプリズム２１２９によって透過され、例えばシリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ２１２０上に画像を形成する。

反射防止コーティングが、ガラスプリズム２１２４の出射面２１２３に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分２１２５は、プリズム２１１４によって透過され、部分反射コーティング２１１６に反射し、プリズム２１１４によって再度透過され、例えばシリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ２１２６上に画像を形成する。

部分反射コーティング２１１６は、比較的薄いビームスプリッタを備えるのが好ましく、プリズム２１１４および２１２９が一体的に固定される（したがって空隙を残さない）のが好ましいことから、傾斜したコーティング２１１６によって収差がもたらされない。

図２１は、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスでできているプリズム２１１４の傾斜図を示す。プリズム２１１４は、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_１」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_１」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_１」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい背面角（「θ_１」で明示）とを有するのが好ましい。

図２２は、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のＮ−ＦＫ５１Ａ（ｎ_ｄ＝１．４８６６、Ｖ_ｄ＝８４．４６８）などの低分散ガラスでできているプリズム２１２９の傾斜図を示す。プリズム２１２９は、２５．４ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_２」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい幅（「Ｗ_２」で明示）と、２５．４ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_２」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい前面角（「θ_２」で明示）とを有するのが好ましい。

上述したとおり、本実施形態に記載された寸法、材料、および他の特性は、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製の大型フィルムカメラレンズに特有のものである。他の結像レンズシステムでは、異なる寸法、材料、および特性が適用可能である。幾何学的な配置が似ていることから、実施形態２０００の反射率式は、本実施形態２１００にも適用され得る。

図２３は、本発明の一実施形態２２００の概略図である。本実施形態２２００の基本的な機能は実施形態２１００の基本的な機能と同一であることから、光路、画像形成、画像取り込み、および画像結合方法について改めて詳説はしない。図２３を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２２１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２２１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。実施形態２１００に記載されているとおり、実施形態２２００における結像レンズシステム２２１２は、結像レンズシステム２１１２と同一である。結像レンズシステム２２１２を通過した後、次に光は、それが固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２２１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている光学補正レンズシステム２２１３を通過する。実施形態２２００における任意の補正レンズシステム２２１３は、実施形態２１００における補正レンズシステム２１１３と同一であるのが好ましい。

実施形態２２００の光学機能は、実施形態２１００の光学機能と同一であるのが好ましい。実施形態２１００と比較して、実施形態２２００は、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５の代わりに、コーティングが異なる任意数の固定された固体状立方体ビームスプリッタのうちの１つを迅速かつ正確に代替できる性質をさらに含む。図２４は、中心軸２２５２を中心とするディスク２２５０に対して好ましくは等間隔であり、ディスク２２５０に好ましくはしっかりと添付されている、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５、２２２２、２２２４、および２２２６の正面概略図を示す。ディスク２２５０は、好ましくは運動学的な光機械的配列の分野で周知かつ広く使われている方法を利用して、中心軸２２５２を中心とするディスクの回転により、所望の固定された固体状立方体ビームスプリッタが正確な設置および配列で先の固定された固体状立方体ビームスプリッタに置き換わるように設計されている。例えば、ディスク２２５０が反時計方向に９０度回転すると、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２２２が、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５に実施形態２２００の光学的配列で正確に置き換わる。

固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５は、実施形態２１００における固定およびコーティングされたプリズム２１１４および２１２９と同一であるのが好ましく、１３％の反射率と７７％の透過率を呈するのが好ましい。固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２２２は、８％の反射率と８２％の透過率を呈するのが好ましい。固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２２４は、４％の反射率と８６％の透過率を呈するのが好ましい。固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２２６は、３％の反射率と８７％の透過率を呈するのが好ましい。ただし、任意数の立方体ビームスプリッタ、および任意の透過率および反射率値を使用してよい。

図２５は、好ましくは等間隔であり、線形変換台部２２６０にしっかりと添付された３つの固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５、２２２２、および２２２４の正面概略図を示す。任意で、線形変換台部２２６０は、実施形態２２００の回転ディスク２２５０に置き換わり、それによって、固定された固体状立方体ビームスプリッタを実施形態２２００の光学的配列で迅速かつ正確に切り換えるための同様の方法が提供されてもよい。線形変換台部２２６０は、運動学的な光機械的配列の分野で周知かつ広く使われている方法を利用して、台部の線形変換により、所望の固定された固体状立方体ビームスプリッタが正確な設置で先の固定された固体状立方体ビームスプリッタに置き換わるように設計される。例えば、台部２２６０を変換すると、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２２２が、固定された固体状立方体ビームスプリッタ２２１５に実施形態２２００の光学的配列で正確に置き換わる。

図２６は、本発明の一実施形態２３００の概略図である。本実施形態２３００の基本的な光学機能は実施形態２１００の基本的な機能と同様であることから、光路について改めて詳説はしない。図２６を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２３１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２３１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。実施形態２１００に記載されているとおり、実施形態２３００における結像レンズシステム２３１２は、結像レンズシステム２１１２と同一であるのが好ましい。結像レンズシステム２３１２を通過した後、次に光は、それが固定された固体状立方体ビームスプリッタ２３１５を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２３１３の特殊性に適応するように好ましくは設計されている任意の補正レンズシステム２１１３を通過する。実施形態２３００における任意の補正レンズシステム２３１３は、実施形態２１００における補正レンズシステム２１１３と同一であるのが好ましい。

実施形態２３００における固定された固体状立方体ビームスプリッタ２３１５は、形態が異なっても、実施形態２１００における固定およびコーティングされたプリズム２１１４および２１２９に対する機能は同一であるのが好ましい。具体的には、実施形態２３００における部分反射コーティング２３１６は、実施形態２１００における部分反射コーティング２１１６と同一であるのが好ましい。実施形態２３００では、反射ビーム部分がその後、画像センサに到達する前にプリズム面から内側に反射される。実施形態２３００における固定された固体状立方体ビームスプリッタ２３１５で代替角度および追加反射が存在しても、その機能は、実施形態２１００における固定およびコーティングされたプリズム２１１４および２１２９の機能から実質的に変わらないという点に留意することが重要である。

図２７は、本発明の一実施形態２４００の概略図である。本実施形態２４００の基本的な光学機能は、実施形態８００の基本的な機能と同一であるのが好ましいことから、光路について改めて詳説はしない。図２７を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２４１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２４１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。実施形態８００に記載されているとおり、実施形態２４００における結像レンズシステム２４１２は、結像レンズシステム８１２と同一である。結像レンズシステム２４１２を通過した後、次に光は、それが固定された固体状立方体ビームスプリッタ２４１５を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２４１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている任意の補正レンズシステム２４１３を通過する。実施形態２４００における任意の補正レンズシステム２４１３は、実施形態８００における補正レンズシステム８１３と同一であるのが好ましい。

実施形態２４００における固定された固体状立方体ビームスプリッタ２４１５は、形態が異なっても、実施形態８００における固定およびコーティングされたプリズム８１４、８１８、および８２４に対する機能は同一であるのが好ましい。具体的には、実施形態２４００における部分反射コーティング２４１６は、実施形態８００における部分反射コーティング８１６と同一であるのが好ましく、実施形態２４００における部分反射コーティング２４２２は、実施形態８００における部分反射コーティング８２２と同一であるのが好ましい。実施形態２４００では、第１および第２の反射ビーム部分がその後、画像センサに到達する前にプリズム面から各々内側に反射される。実施形態２４００における固定された固体状立方体ビームスプリッタ２４１５における代替角度および追加反射が存在しても、実施形態８００における固定およびコーティングされたプリズム８１４および８１８および８２４の機能から実質的に変わらないという点に留意することが重要である。

図２８は、本発明の一実施形態２５００の概略図である。本実施形態２５００の基本的な光学機能は実施形態２１００の基本的な機能と同一であるのが好ましいことから、光路、画像形成、画像取り込み、および画像結合方法について改めて詳説はしない。図２８を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２５１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２５１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。実施形態２１００に記載されているとおり、実施形態２５００における結像レンズシステム２５１２は、結像レンズシステム２１１２と同一である。結像レンズシステム２５１２を通過した後、次に光は、それが固定された固体状立方体ビームスプリッタ２５１５を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２５１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている任意の補正レンズシステム２５１３を通過する。実施形態２５００における任意の補正レンズシステム２５１３は、実施形態２１００における補正レンズシステム２１１３と同一であるのが好ましい。

実施形態２５００は、２つの光学シャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０と、２つの光学シャッターリーフ２５５２および２５７２と、オプションのファインダ装置２５５６とを備えるのが好ましい。光学シャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０、シャッターリーフ２５５２および２５７２、ならびに光学ファインダ２５５６の目的は、スルーザレンズ（ＴＴＬ）集束システム、または一眼レフ（ＳＬＲ）カメラシステムで一般に見受けられるフリップミラーおよびファインダの機能と同様の機能を提供することである。画像形成光が２つの画像センサ２５２０および２５２６に集束され、画像センサ２５２０および２５２６によって記録され、取り込まれると、シャッターリーフ２５５２および２５７２の両方が、対応するシャッターハウジング２５５０および２５７０へとそれぞれ格納されるのが好ましい。各シャッターハウジング２５５０および２５７０は、シャッターリーフ２５５２および２５７２を好ましくは速やかに格納または延出できるモーター駆動の格納／延出機構を備えるのが好ましい。なお、両シャッターメカニズムハウジングは、形態および機能が任意で同一だが、図２８に示すとおり、シャッターメカニズムハウジング２５５０は垂直に方向付けられており、シャッターメカニズムハウジング２５７０は水平に方向付けられている（ページ内を向いている）。なお、シャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０の向きは重大ではなく、垂直であっても水平であっても、またはページの内／外を向いていても、同じ機能を提供し得る。

ユーザーによって始動されると、両シャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０はシャッターリーフ２５５２および２５７２をそれぞれ延出する。２つのシャッターリーフ２５５２および２５７２のどちらかまたは両方が、反射ミラー面を備えてもよい。加えて、２つのシャッターリーフ２５５２および２５７２のどちらか一方が、光を吸収するために黒く塗られていてもよい（または任意で、どちらも黒く塗られていなくてもよい）。シャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０がそれらのシャッターリーフ２５５２および２５７２をそれぞれ延出しているときに、光が画像センサに到達するのが妨げられ、代わりに画像形成光２５５４がファインダ装置２５５６の方へとリダイレクトされる。この光が、ひいては、閲覧者の目２５６０に視認されるＴＴＬファインダ画像光２５５８を呈示する。

２つのシャッターメカニズムハウジング２５５０および２５７０と２つのシャッターリーフ２５５２および２５７２とを備える機構および表面の厳密な設計、配置、サイズ決定、および仕様は、シャッターおよび機構設計ならびに機械工学の当業者にとって一般に容易な事項である。ファインダ装置２５５６を備える画像適正化プリズム、レンズ、ミラー、コーティング、および他の品目の厳密な設計、配置、サイズ決定、および仕様は、光工学およびレンズ設計の当業者にとって一般に容易な事項である。

図２９は、本発明の一実施形態２６００の概略図である。本実施形態２６００の基本的な光学機能は実施形態２５００の基本的な機能と同一であるのが好ましいことから、光路、画像形成、画像取り込み、および画像結合方法について改めて詳説はしない。図２９を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２６１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２６１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。実施形態２５００に記載されているとおり、実施形態２６００における結像レンズシステム２６１２は、結像レンズシステム２５１２と同一である。結像レンズシステム２６１２を通過した後、次に光は、それが固定された固体状立方体ビームスプリッタ２６１５を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２６１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている任意の補正レンズシステム２６１３を通過する。実施形態２６００における任意の補正レンズシステム２６１３は、実施形態２５００における補正レンズシステム２５１３と同一であるのが好ましい。

実施形態２５００とは対照的に、可動式シャッターリーフを使用して立方体による光路変更を行う代わりに、第２のコーティング２６１６が立方体２６１５の上面に塗布されている。コーティング２６１６は、光を部分的に反射し、部分的に透過する。そのため、入来光２６１０のわずかな部分２６５４がファインダ２６５６に向かって下方へと送られ、ファインダ２６５６が、ビューア２６６０が見る鮮明な画像を提供する。この立方体２６１５の反射および透過光学機能は、実施形態３００に示す固体ガラスプリズムのものと同一であるのが好ましい。

図３０は、本発明の一実施形態２７００の概略図である。本実施形態２７００の基本的な光学機能は、実施形態３００の基本的な機能と同一であるのが好ましいことから、光路について改めて詳説はしない。図３０を参照すると、本実施形態向けに本明細書で提示された寸法および材料に関しては、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製のものなど市販の大型フィルムカメラレンズを好ましくは備える結像レンズシステム２７１２に、好ましくは物体（図示せず）からの光学的な放射２７１０が入射する。ただし、任意のレンズシステムを使用してよい。結像レンズシステム２７１２を通過した後、次に光は、それが固体プリズム２７１４および２７１８を通って伝播するのに最適となるように光を適切に事前補正するために、結像レンズシステム２７１２の特殊性に適応するように好ましくは設計されている任意の補正レンズシステム２７１３を通過する。具体的には、厚いガラスを好ましくは備えるプリズム２７１４および２７１８が、色収差と球面収差とを画像形成ビーム部分２７１９、２７２５、および２７２７にもたらすことから、任意の補正レンズシステム２７１３の主な機能は、反対方向に同量の収差を加えることであり、それによって画像形成ビーム部分２７１９、２７２５、および２７２７がすべて光学的に良好に補正され、それらすべてが高解像度の画像を確実に形成する。補正レンズシステム２７１３の設計は、レンズ設計およびレンズシステム適応の当業者にとって容易な事項である。結像レンズシステム２７１２が固体プリズム２７１４および２７１８の存在と関連付けて設計される場合には、一般に任意の補正レンズシステム２７１３を含む必要がない。

図３１に示すとおり、補正レンズシステム２７１３は、空隙があるダブレットを備えるのが好ましい。補正レンズシステム２７１３を備える個々のレンズ素子２７５２および２７５４は、それらの中心の光軸２７５０に対して回転対称であるのが好ましい。レンズ素子２７５２は、ショットガラス社製のＦ２ガラスなど、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．６２００に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が３６．３６７に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子２７５２は、２５．４ｍｍの端直径と、３．５０ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸２７５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。レンズ素子２７５４は、ショットガラス社製のＬＡＦＮ７ガラスなど、ナトリウムｄ線波長（ｎ_ｄ）が１．７４９５に等しい屈折率と、ナトリウムｄ線波長（Ｖ_ｄ）が３４．９５１に等しいアッベ分散値とを有するガラスを備えるのが好ましい。レンズ素子２７５４は、２２．０ｍｍの端直径と、２．５０ｍｍの中心厚さ（回転の中心光軸２７５０に沿って測定）とを有するのが好ましい。

レンズ素子２７５２および２７５４の光学面の形状は、球面であるのが好ましい。レンズ素子２７５２の第１の表面２７５６は、５１．７１１ｍｍの曲率半径を有する凸状の球面であるのが好ましい。レンズ素子２７５２の第２の表面２７５８の形状は、−２３２．９７９ｍｍの曲率半径を有する凸状の球面であるのが好ましい。レンズ素子２７５４の第１の表面２７６０の形状は、−１９７．０９２ｍｍの曲率半径を有する凹状の球面であるのが好ましい。レンズ素子２７５２の第２の表面２７６２の形状は、４９．７４５ｍｍの曲率半径を有する凹状の球面であるのが好ましい。

結像レンズシステム２７１２の背面側の取り付け面とレンズ素子２７５２との間の中心厚さ（回転の中心光軸２７５０に沿って測定）は、３２．１４２ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子２７５２とレンズ素子２７５４との間の中心厚さ（回転の中心光軸２７５０に沿って測定）は、２．８９５ｍｍであるのが好ましい。レンズ素子２７５４とガラスプリズム２７１４の前面２７１５との間の中心厚さ（回転の中心光軸２７５０に沿って測定）は、６．１０５ｍｍであるのが好ましい。

図３０を再度参照すると、プリズム２７１４の前面２７１５は反射防止コーティングを備えるのが好ましく、部分反射コーティング２７１６はプリズム２７１４の背面に塗布されるのが好ましい。部分反射コーティング２７１６は、波長または偏光にかかわらずすべての光の１３％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の７７％を透過するのが好ましい。かかる部分反射コーティングは、例えばニューポート社のカタログ品番ＭＢ．１など、すべての可視波長とすべての偏光状態で一定の透過率を提供するハイブリッド金属・誘電体コーティング技術を使用して蒸着されるのが好ましい。

部分反射コーティング２７２２は、プリズム２７１４の側面に塗布されるのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の１３％を反射するのが好ましく、波長または偏光にかかわらずすべての光の７７％を透過するのが好ましい。かかる部分反射コーティングは、例えばニューポート社のカタログ品番ＭＢ．１など、すべての可視波長とすべての偏光状態で一定の透過率を提供するハイブリッド金属・誘電体コーティング技術を使用して蒸着されるのが好ましい。あるいは、部分反射コーティング２７２２を完全に省略してもよく、プリズム２７１４と空気との間にあるガラス・空気境界で生来的に生じるフレネル反射により、本実施形態によって必須とされる部分反射機能を任意で提供してもよい。

プリズム２７１８は、プリズム２７１４の背面上の部分反射コーティング２７１６と接触して設置されるのが好ましく、部分反射コーティング２７１６に固定されるのが好ましい。あるいは、部分反射コーティング２７１６が、プリズム２７１８の前面に塗布されていてもよく、その後コーティングおよびプリズムがプリズム２７１４の背面に固定される。反射防止コーティングがプリズム２７１８の背面２７１７に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分２７１９は、プリズム２７１４、部分反射コーティング２７１６、およびプリズム２７１８によって透過され、シリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ２７２０上に画像を形成する。

画像形成ビーム部分２７２５は、プリズム２７１４によって透過され、部分反射コーティング２７１６に反射し、プリズム２７１４によって再度透過され、部分反射コーティング２７２２によって透過され、シリコンイメージング社製のモデルＳｌ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ２７２６上に画像を形成する。

画像センサ２７２８は、ガラスプリズム２７１８の側面２７２９に設置されている。反射防止コーティングが側面２７２９に塗布されているのが好ましい。画像形成ビーム部分２７２７は、シリコンイメージング社製のモデルＳＩ−１９２０ＨＤなどの高精細度動画ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサを好ましくは備える画像センサ２７２８上に画像を形成する。

部分反射コーティング２７１６は、比較的薄いビームスプリッタを備えるのが好ましく、このプリズムが一体的に固定される（したがって空隙を残さない）のが好ましいことから、傾斜したコーティング２７１６によって収差がもたらされないのが好ましい。

図３２は、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のリトテックフッ化カルシウム（ｎ_ｄ＝１．４３３８、Ｖ_ｄ＝９５．２３３）などの低分散ガラスでできているプリズム２７１４の傾斜図を示す。プリズム２７１４は、１３．５ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_３」で明示）と、１６．５ｍｍに等しい幅（「Ｗ_３」で明示）と、１３．５ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_３」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい後面角（「θ_３」で明示）とを有するのが好ましい。

図３３は、好ましくは矩形体積を有し、好ましくはショットガラス社製のリトテックフッ化カルシウム（ｎ_ｄ＝１．４３３８、Ｖ_ｄ＝９５．２３３）などの低分散ガラスでできているプリズム２７１８の傾斜図を示す。プリズム２７１８は、１３．５ｍｍに等しい長さ（「Ｌ_４」で明示）と、１６．５ｍｍに等しい幅（「Ｗ_４」で明示）と、１３．５ｍｍに等しい高さ（「Ｈ_４」で明示）と、４５度に等しい角度だが、０〜１８０度の範囲内で任意の角度を使用してよい前面角（「θ_４」で明示）とを有するのが好ましい。

上述したとおり、本実施形態に記載された寸法、材料、および他の特性は、８０ｍｍの焦点距離およびｆ／２．８のｆ値を有するハッセルブラッド社製の大型フィルムカメラレンズに特有のものである。他の結像レンズシステムでは、異なる寸法、材料、および特性が適用可能である。幾何学的な配置が似ていることから、実施形態１００の反射率式は、本実施形態２７００にも適用され得る。

本明細書の実施形態に記載されているビームスプリッタおよびビーム分割素子は、用途に応じて、全ビーム広帯域ビームスプリッタまたは全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを備えるのが好ましい。したがって、本発明は、別個の画像との間で視差誤差を示さないのが好ましい。本発明はまた、別個の画像との間で、測定可能な波長成分の差異を呈しないのが好ましい。

本明細書に提示された実施形態のいずれにおいても、特定の好適なビームスプリッタ／プリズム角度および／または（他のビームスプリッタまたは画像形成ビームもしくはビーム部分の経路方向に対する）ビームスプリッタの向きが図示されており好ましいものの、０度以上１８０度以下の任意の角度および／または相対的な方向を代替的に使用してもよい。

本明細書に提示された実施形態のいずれにおいても、特定の好適な反射率値または透過率値が明示されており、好適であり得るものの、０％以上１００％以下の任意の反射率値または透過率値を代替的に使用してもよい。

本発明の実施形態で使用される全ビームＨＤＲＩビームスプリッタは、透過率に対する反射率の比率が特定値Ｘよりも大きくなるように、あるいは、反射率に対する透過率の比率が特定値Ｘよりも大きくなるように一般に設計されている。別の言い方をすれば、この好適な比率は、透過率に対する反射率の比率が１／Ｘ未満であるか、またはＸより大きいということである。参考までに、Ｘ＝２という値は、１段の写真絞りの反射ビームと透過ビームとの間の光量差に対応し、Ｘ＝４という値は、２段の写真絞りの反射ビームと透過ビームとの間の光量差に対応し、Ｘ＝８という値は、３段の写真絞りの反射ビームと透過ビームとの間の光量差に対応する。すなわち、反射ビーム部分と透過ビーム部分との間の写真絞りの段数は、ｌｏｇ_２Ｘに等しい。これらの実施形態は、互いに露出または光量が異なる取り込み画像を生成するのが好ましい。あるいは、画像の光量または露出の違いが、異なるビーム部分に合わせて、および／または異なる画像センサのさまざまな露出時間に合わせてニュートラルデンシティフィルタを使用した結果であってもよい。

現在流通している大半の商用のカラーカメラ製品は、ＣＦＡ画像センサを利用している。ＣＦＡ画像センサとは、画像センサの画素の前に異なる色のフィルタ（一般に赤、緑、および青）の配列が規則的なモザイクパターンで配置された画像センサのことである。ＣＦＡ画像センサによって取り込まれた画像は、ビューアに適切に表示され得る前に、このカラーモザイクパターンを取り除くために処理される必要がある。現在流通している大半の商用のカラーカメラ製品では、この色補間、すなわち「モザイク解除」処理が自動的に実行されるのが一般的である。モザイク解除された画像は、元の赤色フィルタ処理された画素、緑色フィルタ処理された画素、および／または青色フィルタ処理された画素が、取り込まれた時点で飽和していたか、または露出不足であったなどの原情報の一部を失っている。元の色飽和情報または露出不足情報を、ＣＦＡ画像センサによって取り込まれた画像がモザイク解除された後に取り戻すことはできない。このように、画像のいくつかの原情報（具体的には、飽和した個々の画素および露出不足だった画素）は、モザイク解除処理後に失われる。

モザイク解除処理後に情報がこのように失われることから、モザイク解除された光量差の大きいカラー画像は、結合されてＨＤＲ画像になったときに大きな色差を呈するため、結合してＨＤＲ画像になるには不適切である。そのため、現在の技法では、良質のＨＤＲ画像を確実かつ自動的に作成するために、ＨＤＲ画像を形成するために他のモザイク解除済み画像と結合されるモザイク解除された画像の写真絞りが、次に近い光量を有するモザイク解除済み画像から１段分より多く離れていてはならない。一般に、この写真絞り値が３段よりも大きい場合には、それらの画像を結合して有用なＨＤＲ画像にすることはできない。

そのため、１つまたは複数のＣＦＡ画像センサで取り込まれた光量差の大きいカラー画像は、取り込まれた画像が色補間またはモザイク解除される前に結合してＨＤＲ画像を形成するのが好ましい。事前にモザイク解除された画像を結合してＨＤＲ画像にするための数多くのアルゴリズムが、当該技術で公知である。この処理により、写真絞り２段分の光量差および写真絞り３段分の光量差、写真絞り３段分の光量差、またはそれ以上の光量差の間で、特に写真絞り１段分またはそれ以上の光量差で取り込まれた画像について、さらには写真絞り２段分またはそれ以上の光量差で取り込まれた画像について、質の高いＨＤＲ画像を生成することができる。この方法により、光量の写真絞り段差を大きくすることができるため、広ダイナミックレンジのＨＤＲ画像を取り込むために結合する必要のある画像が少なくて済む。または、同じ枚数の画像が結合される場合に、はるかに大きなダイナミックレンジを有するＨＤＲ画像を形成することができる。

本発明を使用することにより、あるシーンの複数の高解像度画像を同時に取得することが可能であり、これらの画像を結合して単一のＨＤＲ画像を形成してもよい。複数の画像センサによって同時に取り込まれた画像は、各画像センサ上で同じ露出時間を用いて、同じ瞬間に取り込まれるのが好ましい。したがって、動いている対象の高解像度ＨＤＲスナップショットと、対象および／またはカメラが動いている高解像度のＨＤＲ動画（例えば、映写フィルム、映画、または他の映像）とを得ることが可能である。

本発明を、これら実施形態を特に参照して詳説してきたが、他の実施形態でも同じ結果を達成し得る。本発明の変形および修正は、当業者には明白であり、かかる修正およびその等価物はすべて、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図する。上記引用したすべての参考文献、出願、特許および刊行物のすべての記載が、参照により、本明細書に援用されるものとする。

Claims (32)

1. カラー画像を結合するための方法であって、
   全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを使用して、画像形成ビームを反射ビーム部分と透過ビーム部分とに分割するステップと、
   光量を除いて実質的に同一である複数のカラー画像を一つまたは複数のＣＦＡ画像センサ上に形成するステップと、
   前記画像のモザイク解除前に前記画像を結合して高ダイナミックレンジカラー画像を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞りで一段分以上異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞りで二段分以上異なることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞りで三段分以上異なることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. １つまたは複数の追加の全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを使用して、前記反射ビーム部分および／または前記透過ビーム部分を分割することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタが、第一のプリズムの表面および／または第二のプリズムの表面を部分反射コーティングで被覆することと、前記第一および前記第二のプリズムを一体的に接着することとによって構成されており、その結果、前記コーティングが前記第一のプリズムと前記第二のプリズムとの間に配設され、それによって前記コーティングが全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタの前に配設された補正レンズシステムを使用して、前記プリズムによって前記ビーム部分で誘発される収差を事前に補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記形成ステップが、複数のＣＦＡ画像センサで前記カラー画像を同時に取り込むことを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記高ダイナミックレンジカラー画像を他の高ダイナミックレンジカラー画像と一体的に組み合わせて、高ダイナミックレンジ映画または映像を作成するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記画像形成光学ビームを有効にコリメートするステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタによって透過された前記ビーム部分で収差を補正するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタを異なるビームスプリッタに置き換えるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. ビーム部分をファインダへと導くステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記導くステップが、一つまたは複数のシャッターまたは部分反射光学素子からの前記ビーム部分を反射することを含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタが、プリズムまたはビーム分割立方体の内部に配設された部分反射ビームスプリッタコーティングを備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. カラー画像を結合するための装置であって、
    画像形成ビームを反射ビーム部分と透過ビーム部分とに分割するための全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタと、
    光量を除いて実質的に同一である複数のカラー画像を取り込むための一つまたは複数のＣＦＡ画像センサと、
    前記複数のカラー画像のモザイク解除前に前記複数のカラー画像を結合して高ダイナミックレンジカラー画像を形成するためのプロセッサと、
    を備えている装置。
17. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞り一段分以上異なることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞り二段分以上異なることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記画像のうちの少なくとも一つは、その光量が、次に近い光量を有する画像と写真絞り三段分以上異なることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 前記反射ビーム部分および／または前記透過ビーム部分を分割するための一つまたは複数の追加の全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
21. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタが、板厚の薄いビームスプリッタ、ガラス板、ペリクル、ダブレットレンズ、アクロマティック固定ダブレット、およびプリズムまたはビーム分割立方体の内部に配設された部分反射ビームスプリッタコーティングからなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
22. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタが、２つのプリズムの間に配設された、蒸着された部分反射層を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
23. 前記プリズムが一体的に接着されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 前記全ビーム広帯域ＨＤＲＩビームスプリッタの前に配設された補正レンズシステムをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
25. 前記複数のカラー画像を同時に取り込むように構成された複数のＣＦＡ画像センサを備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
26. 前記高ダイナミックレンジカラー画像を他の高ダイナミックレンジカラー画像と一体的に組み合わせて、高ダイナミックレンジ映画または映像を作成するためのプロセッサをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
27. 前記画像形成光学ビームを有効にコリメートするための視準レンズシステムをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
28. 補正レンズシステムをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
29. 一つまたは複数の交換用ビームスプリッタを有する台部をさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
30. 前記台部が円形または線形であることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
31. ファインダをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
32. ビーム部分をファインダへと導くための一つまたは複数のシャッターまたは部分反射光学素子さらに備えていることを特徴とする請求項３１に記載の装置。

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