JP2017532612A5 - 光学系 - Google Patents

Description

本開示では、適切ないくつかの実施形態のみが詳細に説明されているが、本開示の内容を検討する当業者は、開示された実施形態に列挙された主題の新しい思想及び利点から実質的に逸脱することなく、様々な変更が可能であることを容易に理解することができる（例えば、様々な要素、様々な大きさ、寸法、構造、形状、及び部分、パラメータの値、実装配置、材料、色、向きなど）。従って、そのような全ての修正は、開示された実施形態で定義される本開示の範囲内に含まれることが意図される。
［項目１］
画像センサを備えるコンパクトパノラマカメラのためのシステムであって、
非放物線画像圧縮を用いてパノラマシーンの仮想の湾曲した圧縮画像を提供し、軸対称非球面を備える凸面反射鏡と、
前記仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された伸張レンズと、を含み、
前記伸張レンズは、
高光学分解能及び放物線画像伸張を有する前記湾曲及び圧縮された画像を実像に復元し、及び
前記画像センサ上に実像を投影するシステム。
［項目２］
前記凸面反射鏡の前記軸対称非球面は、双曲線構造である、項目１に記載のシステム。
［項目３］
前記仮想の湾曲した圧縮画像の非放物線画像圧縮は、軸対称非球面の構造と同一のフォーマットである、項目１又は２に記載のシステム。
［項目４］
前記高光学分解能は、１５０ｃｙ／ｍｍに対して３０％以上の多色回折の変調伝達関数を有するシステムを含む、項目１から３のいずれか一項に記載のシステム。
［項目５］
仮想の湾曲した圧縮画像を生成するように構成された反射屈折光学素子を含み、
前記反射屈折光学素子は、前記凸面反射鏡を含む、項目１から４のいずれか一項に記載のシステム。
［項目６］
前記反射屈折光学素子は、
前記パノラマシーンから光線を受け取るように配置された第１屈折面と、
前記凸面反射鏡によって反射された光線を受け取るように配置された第２屈折面と、
を含む、項目５に記載のシステム。
［項目７］
前記伸張レンズは、合計１つ以上の非球面を有する１つ以上のレンズ素子を含む、項目１から６のいずれか一項に記載のシステム。
［項目８］
前記１つ以上の非球面のうち少なくとも１つは、前記１つ以上の非球面のうち少なくとも１つに沿って配置される回折光学構造を有する、項目７に記載のシステム。
［項目９］
前記伸張レンズは、
負の光学的パワーを有する第１負レンズ素子と、
負の光学的パワーを有する第２負レンズ素子と、
正の光学的パワーを有し、前記第１負レンズ素子と前記第２負レンズ素子との間に配置される正レンズ素子と、を含む、項目７又は８に記載のシステム。
［項目１０］
前記第１負レンズ素子の第１表面は、約６８０ナノメートル以上から始まる赤外線を遮断することができる薄膜コーティングによってコーティングされる、項目９に記載のシステム。
［項目１１］
前記第１負レンズ素子、前記第２負レンズ素子、及び前記正レンズ素子のうち少なくとも１つは、１つ以上の非球面を有する、項目９又は１０に記載のシステム。
［項目１２］
前記凸面反射鏡から直接的に反射する光線以外の光線をフィルタリングするように構成されたハードウェア開口を含み、
前記ハードウェア開口は、前記凸面反射鏡の幾何学的焦点において又はその付近に前記凸面反射鏡と離隔して配置される、項目１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
［項目１３］
前記伸張レンズは、前記ハードウェア開口によってフィルタリングされた前記仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置される、項目１２に記載のシステム。
［項目１４］
高分解能を有する画像を圧縮及び伸張するための方法であって、
反射屈折光学素子によってシーンから光線束を受け取ることと、
非放物線圧縮を用いて前記光線束を前記反射屈折光学素子によって仮想の湾曲した圧縮画像に圧縮することと、
前記反射屈折光学素子によって、前記仮想の湾曲した圧縮画像をハードウェア開口に反射することと、
前記反射屈折光学素子によって反射する光線以外の光線を前記ハードウェア開口によってフィルタリングすることと、
伸張レンズによって、前記ハードウェア開口から前記仮想の湾曲した圧縮画像を受け取ることと、
前記伸張レンズによって、前記仮想の湾曲した圧縮画像を実像に復元することと、
前記伸張レンズによって、前記実像を画像センサに投影することと、
を含む方法。
［項目１５］
前記仮想の湾曲した圧縮画像の前記非放物線圧縮は、双曲線構造である、項目１４に記載の方法。
［項目１６］
前記実像は、高光学分解能を有する放物線伸張形式である、項目１４又は１５に記載の方法。
［項目１７］
前記光線束を圧縮及び伸張するための方法は、
デジタル画像処理なしの光学手段によって実行される、項目１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
［項目１８］
反射屈折光学系で非放物面鏡及び画像センサと共に使用するための伸張レンズであって、
前記非放物面鏡から非放物線圧縮形式の仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された少なくとも１つのレンズ素子を含み、
前記１つ以上のレンズ素子は、前記仮想の湾曲した圧縮画像を高光学分解能及び伸張の放物線タイプを有する実像に復元するように構成されて前記実像を前記画像センサに投影する伸張レンズ。
［項目１９］
前記少なくとも１つのレンズ素子は、
第１負レンズ素子と、
第２負レンズ素子と、
前記第１負レンズ素子と前記第２負レンズ素子との間に配置される正レンズ素子と、
を含む、項目１８に記載の伸張レンズ。
［項目２０］
前記第１負レンズ素子は、少なくとも１つの非球面を有し、
前記第１負レンズ素子は、
負の光学的パワーを有すること、
光線束を拡張させること、
前記少なくとも１つの非球面を使用してフィールド収差を部分的に補正すること、
のうち少なくとも１つの特徴によって構造化される、項目１９に記載の伸張レンズ。
［項目２１］
前記正レンズ素子は、非球面を有し、
前記正レンズ素子は、正の光学的パワーを有すること、
光線束を収束させること、
前記非球面を使用することによってフィールド収差を部分的に補正すること、
のうち少なくとも１つの特徴によって構造化される、項目２０に記載の伸張レンズ。
［項目２２］
前記第２負レンズ素子は、非球面を有し、前記画像センサに近接して配置され、
前記第２負レンズ素子は、
負の光学的パワーを有すること、
画像圧縮を補正すること、
像面湾曲を補正すること、
前記非球面を使用して残存フィールド収差を補正すること、
のうち少なくとも１つの特徴によって構造化される、項目２１に記載の伸張レンズ。
［項目２３］
前記第１負レンズ素子及び前記第２負レンズ素子は、ポリスチレン、ポリカーボネート、及びレキソライトのうち少なくとも１つを含む高分散プラスチック材料で製造される、項目１９から２２のいずれか一項に記載の伸張レンズ。
［項目２４］
前記正レンズ素子は、
ＰＭＭＡ及びゼオネックスのうち少なくとも１つを含む低分散光学プラスチック材料で製造される、項目１９から２３のいずれか一項に記載の伸張レンズ。
［項目２５］
回転対称軸を有する３６０度の視野を検出するためのコンパクトパノラマカメラであって、
特定の画像圧縮を用いて３６０度のパノラマシーンの仮想の湾曲した圧縮画像を提供するように構成された軸対称非球面を有する凸面反射鏡と、
検出画像の将来的なマッピングのための望ましいコンパクトな物体空間視点を提供するために、前記凸面反射鏡から直接反射された光線以外の光線をフィルタリングするように構成された、前記凸面反射鏡の幾何学的焦点において又はその付近で前記凸面反射鏡と離隔して配置されたハードウェア開口と、
前記ハードウェア開口によってフィルタリングされた仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された伸張レンズと、
を含み、
前記伸張レンズは、前記仮想の湾曲した圧縮画像を高光学分解能及び放物線画像伸張を有する実像に復元して、画像センサ上に実像を投影し、
前記画像センサは、前記３６０度のパノラマシーンの前記伸張レンズによって投影された前記実像を受け取るように配置されるコンパクトパノラマカメラ。
［項目２６］
前記凸面反射鏡の前記軸対称非球面は、双曲線形状を有する、項目２５に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目２７］
前記仮想の湾曲した圧縮画像の特定の画像圧縮は、前記軸対称非球面の構造と同一のフォーマットである、項目２５又は２６に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目２８］
前記凸面反射鏡は、前記仮想の湾曲した圧縮画像を生成するように構成された反射屈折光学素子に組み込まれる、項目２５から２７のいずれか一項に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目２９］
前記反射屈折光学素子は、
前記凸面反射鏡と、
２つの屈折面と、を含み、
前記２つの屈折面は、
３６０度のパノラマシーンから光線を受け取るように配置された第１屈折面と、
前記凸面反射鏡によって反射された光線を受け取るように配置された第２屈折面と、
を含む、項目２８に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３０］
前記伸張レンズは、合計１つ以上の非球面を有する１つ以上のレンズ素子を含む、項目２５から２９のいずれか一項に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３１］
前記１つ以上の非球面のうち少なくとも１つは、前記１つ以上の非球面のうち少なくとも１つに沿って配置される回折光学構造を有する、項目３０に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３２］
前記伸張レンズは、
光線束を拡張させてフィールド収差を部分的に補正する負の光学的パワーを有する第１負レンズ素子と、
光線束を収束させて、フィールド収差を部分的に補正する正の光学的パワーを有する正レンズ素子と、
画像圧縮、像面湾曲及び残存フィールド収差を補正する負の光学的パワーを有する第２負レンズ素子と、
を含む、項目３０又は３１に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３３］
前記第１負レンズ素子の第１表面は、約６８０ナノメートル以上から始まる赤外線を遮断することができる薄膜コーティングによってコーティングされる、項目３２に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３４］
前記第１負レンズ素子、前記第２負レンズ素子、及び前記正レンズ素子のうち少なくとも１つは、１つ以上の非球面を有する、項目３２又は３３に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３５］
前記画像センサは、３次元検知面及び２次元検知面のうち少なくとも１つを有する、項目２５から３４のいずれか一項に記載のコンパクトパノラマカメラ。
［項目３６］
前記高光学分解能は、１５０ｃｙ／ｍｍに対して３０％以上の多色回折の変調伝達関数を有する、コンパクトパノラマカメラを含む、項目２５から３５のいずれか一項に記載のコンパクトパノラマカメラ。

Claims (20)

1. コンパクトパノラマカメラ用の光学系であって、
   非放物線画像圧縮を有するパノラマシーンの仮想の湾曲した圧縮画像を提供する、（ｉ）第１直径と（ｉｉ）非放物線の軸対称非球面を備える凸面反射鏡を含む反射屈折光学素子と、
   前記反射屈折光学素子から離間されたハードウェア開口であって、前記凸面反射鏡から直接反射されたもの以外の光線をフィルタリングするように配置されたハードウェア開口と、
   前記ハードウェア開口によってフィルタリングされた仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された伸張レンズであって、前記伸張レンズは、
   前記仮想の湾曲した圧縮画像を、（ｉ）１５０ｃｙ／ｍｍに対して３０％以上の多色の変調伝達関数を提供する高光学分解能と、（ｉｉ）放物線画像伸張とを有する実像に復元して、前記高光学分解能及び前記放物線画像伸張を有する実像を投影する、伸張レンズと、
   前記第１直径よりも小さい第２直径を有し、前記伸張レンズからの前記高光学分解能及び前記放物線画像伸張を有する前記実像を受け取るように配置された画像センサと、を含み、
   前記第１直径と前記第２直径との比が７：１未満である、光学系。
2. 前記凸面反射鏡の前記非放物線の軸対称非球面は、双曲線形状を有する、請求項１に記載の光学系。
3. 前記反射屈折光学素子は、
   前記パノラマシーンからの光線を受け取るように配置された第１屈折面と、
   前記凸面反射鏡によって反射された光線を受け取るように配置された第２屈折面と、
   をさらに含み、
   第１屈折面は楕円形状を有する、請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記伸張レンズは、３つ以下のレンズ素子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
5. 前記伸張レンズが２つ以下のレンズ素子を含む、請求項４に記載の光学系。
6. 前記伸張レンズは、
   第１非球面と対向の第２非球面とを有する単一のレンズ素子を含み、
   前記第１非球面又は前記対向の第２非球面の少なくとも一方は、その上に配置された回折光学構造を含む、請求項５に記載の光学系。
7. 前記伸張レンズは、
   負の光学的パワーを有する第１負レンズ素子と、
   負の光学的パワーを有する第２負レンズ素子と、
   第１負レンズ素子と第２負レンズ素子との間に配置され、正の光学的パワーを有する正レンズ素子と、を含み、
   前記第１負レンズ素子、前記第２負レンズ素子及び前記正レンズ素子はそれぞれ１つ以上の非球面を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系。
8. 前記第１直径と第２直径の比が６．５：１〜２．３：１である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学系。
9. 前記凸面反射鏡の第１直径が３２．４ミリメートル以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学系。
10. 前記光学系の長さが６０ミリメートル以下である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系。
11. 前記光学系は、前記コンパクトパノラマカメラが３立方インチ以下又は約４９．１６立方センチメートルの容積を有するようにパッケージングされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学系。
12. 前記凸面反射鏡の非放物線の軸対称非球面が連続的で中断されていない、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学系。
13. 前記光学系が、少なくとも７０度の有効垂直視野を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学系。
14. 前記画像センサが平面状である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学系。
15. 前記画像センサが湾曲している、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学系。
16. カメラ用の光学系であって、
    非放物線画像圧縮を有するシーンの仮想の湾曲した圧縮画像を提供する、（ｉ）第１直径と（ｉｉ）非放物線の軸対称非球面とを備える凸面反射鏡と、
    前記仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された伸張レンズとを備え、前記伸張レンズは、
    前記仮想の湾曲した圧縮画像を放物線画像伸張を有する実像に復元して、前記放物線画像伸張を有する実像を投影する、伸張レンズと、
    前記第１直径よりも小さい第２直径を有し、前記伸張レンズからの前記放物線画像伸張を有する前記実像を受け取るように配置された画像センサと、を含み、
    前記凸面反射鏡の前記第１直径は３２．４ミリメートル以下であり、
    前記第１直径と前記第２直径との比は、６．５：１〜２．３：１である、光学系。
17. 前記伸張レンズは、前記仮想の湾曲した圧縮画像を１５０ｃｙ／ｍｍに対して３０％以上の多色の変調伝達関数を提供する高光学分解能を有する実像に復元する、請求項１６に記載の光学系。
18. （ｉ）前記凸面反射鏡から離隔し、（ｉｉ）前記凸面反射鏡と前記伸張レンズとの間に配置されたハードウェア開口をさらに備え、前記ハードウェア開口は、
    前記凸面反射鏡から直接的に反射する光線以外の光線をフィルタリングするように配置され、
    前記伸張レンズは、前記ハードウェア開口によってフィルタリングされた前記仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置される、請求項１６又は１７に記載の光学系。
19. カメラ用の光学系であって、
    シーンから光線を受け取るように配置された第１屈折面と、
    双曲線形状の表面を有し、前記光線を受け取るように配置された凸面反射鏡であって、双曲面画像圧縮を有する前記シーンの仮想の湾曲した圧縮画像を提供する凸面反射鏡と、
    前記凸面反射鏡によって反射された光線を受け取るように配置された第２屈折面と、を含む反射屈折光学素子と、
    前記反射屈折光学素子から離隔して配置され、前記凸面反射鏡から直接反射された光線以外の光線をフィルタリングするように配置されたハードウェア開口と、
    前記ハードウェア開口によってフィルタリングされた仮想の湾曲した圧縮画像を受け取るように配置された伸張レンズと、を含み、前記伸張レンズは、
    仮想の湾曲した圧縮画像を放物線画像伸張を有する実像に復元して前記放物線画像伸張を有する実像を画像センサに投影する、光学系。
20. 前記第１屈折面が第１形状を有し、前記第２屈折面が第２形状を有し、前記凸面反射鏡が第３形状を有し、前記第１形状、前記第２形状、及び前記第３形状がすべて異なる、請求項１９に記載の光学系。