JP2746492B2 - 画像センサの同時二重視野 - Google Patents
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- H04N23/11—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths for generating image signals from visible and infrared light wavelengths
Description
の画像視野を同時に生成する光学システムに関する。
景を提供することができる光学システムを有しているこ
とが望ましい。結果的に、高い拡大率でクローズアップ
視野を提供することができ、低い拡大率で広い画像視野
を提供することができる望遠鏡のような光学システムが
開発されている。
率および画像視野を変化するための多数の異なる構造が
存在している。このような装置レンジは接眼レンズが手
動で変化されるシステムから拡大率およひ視野が光学素
子の位置をシフトすることによって連続的に変化される
ズームタイプの光学システムまでである。しかしなが
ら、いくつかの場合において2つの異なる拡大率および
画像視野を同時に与えるシステムを有することが望まし
い。これはクローズアップ視野を見ている間に周囲の事
象を見落とす可能性があるためである。反対に、低い拡
大率で広い視野を見ている間に高い拡大率を要求する事
象または詳細を見落とす可能性がある。さらに、ある視
野から別のものに光学システムをシフトすることが要求
されるメカニズムはシステムを大型にし、費用を増加さ
せる。
決方法は広いおよび狭い視野を同時に提供するために光
学系全体を二重にすることである。しかしながら明らか
にこれはシステムの費用を大幅に増大させる。さらに光
画像がセンサに与えられるシステムにおいてこのような
二重化はセンサを二重にすることを必要とし、さらに費
用および容積を増大させる。したがって、広いおよび狭
いシーンの視野を両方提供することができる光学系を有
していることが望ましい。さらに、2つの視野を同時に
提供することができるこれらの特徴を備えたシステムを
有していることが望ましい。また、低価格で同時二重視
野を提供することができ、光学素子の二重化を回避し、
比較的コンパクトなスペースにパッケージされることが
できる光学システムを有することが望ましい。さらに、
機械的動作を必要とせずに同時二重視野を提供すること
ができる光学系を有していることが望ましい。
野を同時に提供することができる光学システムが提供さ
れる。そのシステムは光学素子を二重にせず、機械的動
作を必要とすることなくこれを行うことができる。本発
明は、第1の画像視野を生成する第1の光学系および第
2の画像視野を生成する第2の光学系を含み、第2の視
野の角度的変位は第1の視野のものと異なっている。本
発明においてダイクロイックビーム分割器は第1の光学
系からの光を透過するように配置される。ダイクロイッ
クビーム分割器はまた第2の光学系からの光を同時に反
射するように配置されている。結果として、透過光は主
として第1の波長帯域の光から構成され、反射された光
は主として第2の波長帯域の光から構成される。さら
に、第1の位置に反射光を導く光学素子および第2の位
置に透過光を導く光学素子が設けられている。第1およ
び第2の位置が互いに近接しているようにシステムを構
成することによって、単一の観察装置または検出器は両
視野を同時に検出することができる。
示されている。光学系10はほぼカセグレインタイプの望
遠鏡を構成する狭い視野の光学系12を含む。狭い視野の
光学系12はドームレンズ14、1次ミラー16および2次ミ
ラーレンズ18から構成される。狭い視野(高い拡大率)
で観察されるシーンからの光はV破線20により表され
る。この光は最初にドームレンズ14を通過し、1次ミラ
ー16によって2次ミラーレンズ18の方向に反射される。
る表面をダイクロイックフィルタ22により被覆したレン
ズである。ダイクロイックフィルタはある波長に対して
他のものより高い反射率を有する特徴を備えている。
ダイクロイックフィルタ22の反射率曲線24が示されてい
る。22の曲線は水平軸上に示された波長の関数として垂
直軸上に示された典型的なダイクロイックフィルタの反
射率を示す。曲線24が示すように、Δλ1 により定めら
れたレンジ中の短い波長は主に透過される。この波長の
比較的小部分がフィルタ22によって反射されることが理
解される。Δλ2 によって定められた波長は非常に小部
分の光が透過され、この波長の光のほとんどがフィルタ
22によって反射される。その結果、狭い視野の光学系12
によってドームレンズ14を透過した光20は、2次ミラー
レンズ18上のダイクロイックフィルタ22により反射さ
れ、この光20はΔλ1 波長の光よりかなり多くの量のΔ
2 波長の光から構成されている。
好ましい実施例において、Δλ1 の領域は7.25乃至8.5
ミクロンであり、Δ2 の領域は8.75乃至9.5 ミクロンで
ある。その代りとして、中間波長の赤外線領域を使用し
てΔλ1 領域は3.5 乃至4.2ミクロンであり、Δλ2 領
域は4.5 乃至5.0 ミクロンであってもよい。
ときに狭い視野の光学系12の光20は内部画像を形成し、
画像平面30上に狭い視野の光20を集束する中継レンズ系
28を通過する。この画像平面30に達する前に、狭い視野
光20は二重フィルタ32の上部を通過する。二重フィルタ
32は2つのスペクトル通過帯域を有するように被覆され
ている。上部において、二重フィルタ32はΔλ1 領域の
光を取除くためにΔλ2 のスペクトル領域中の光を通過
させるフィルタにより被覆されている。
1 およびΔλ2 の両スペクトル領域中の光を検出するこ
とができる。多数の異なるタイプの検出器34が特定の適
用に応じて使用され、好ましい一実施例では焦点平面ア
レイタイプの検出器を使用する。焦点平面アレイタイプ
の検出器の例は(1)ビデオカメラ用に市販されている
可視ccdアレイ;(2)PvSiアレイ;(3)Pv
In Sbアレイ;および(4)PvMgCdTeアレ
イである。二重フィルタ32は以下に示されるようにフィ
ルタ32の隣接した部分からの光学的混信を受けやすい行
数を最小にするように検出器34にできるだけ近接して位
置させることに留意すべきである。
系12より低い拡大率で広い視野から光を受ける広い視野
の光学系36を具備している。広い視野の光学系36に入る
光は実線38によって示される。広い視野の光38は最初に
ドームレンズ14を、次に画像プレート30における広い画
像視野の中心が狭い視野のものに関して横方向に変位さ
れるように広い視野の視線を変位させる楔形プレート40
を通過する。楔形プレート40は本発明の好ましい実施例
による1度より少ない量で楔形にされる。広い視野の光
38は次に、新しい内部視野画像と一致するように広い視
野光を集束するために結合されたレンズ42および2次ミ
ラーレンズ18を通過する。すなわち、広い視野光38はダ
イクロイックフィルタ22により被覆された2次ミラーレ
ンズ18を通過する。このキャパシティの2次ミラーレン
ズ18は広い視野光を透過し、ほぼ同じ光軸上に狭い視野
の光を反射することによってビーム分割器を動作するこ
とが理解されるであろう。
がダイクロイックフィルタ22を通過したときに、大部分
のΔλ2 スペクトル領域が反射され、一方対応的に大き
い部分のΔλ1 領域が透過される。したがって、広い視
野光38の透過された部分は、Δλ2 波長光とは対照的
に、実質的に大部分がΔλ1 波長光から構成される。
うに中継レンズ28を通過する。しかしながら、楔形プレ
ート40によって変位されているため、広い視野光38は二
重フィルタ32の下方部分を通過する。この二重フィルタ
32の下方部分はΔλ1 のスペクトル領域において光を通
すフィルタにより被覆されているため、Δλ2 領域にお
ける光を排除する。結果として、広い視野光38が画像平
面30に焦点を結ぶとき、それは主にスペクトル帯域Δλ
1 の光から構成される。したがって、広い視野光38が検
出器34の下部において検出器34を照射する。
通して光学系10によって投影され、検出器34の上部によ
って受けられたときのタンク46の画像が示されている。
タンク48の広い画像視野はまた広い視野の光学系36によ
って検出器34の下部上に照射されたものとして図3に示
されている。検出器34の上部と下部との間の境界50は狭
い視野の光学系12および広い視野の光学系36から生じた
光の前縁点を限定する。検出器34に近接して二重フィル
タ32を位置することにより、隣接した視野からの光混信
を受けやすい検出器34における検出器の行数は最小にさ
れることが理解されるであろう。
時に提供し、市販の光学系からミサイルシステムのよう
な軍事用までの広い適用範囲を有する光学系を提供する
ことが理解できる。システムは光学素子の二重化を回避
し、単一のセンサを備えた比較的コンパクトなスペース
にパッケージされることができる。さらに、システムは
2つの視野間における機械的切換えを必要としない。好
ましい実施例はカセグレインタイプの望遠鏡について本
発明を使用して示されているが、ニュートン望遠鏡のよ
うな他の種類の望遠鏡もまた本発明を使用できることが
理解されるであろう。さらに、当業者は本発明の使用か
ら別の利点が得られ、また本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなく明細書、図面および特許請求の範囲を検討し
て修正が可能であることを理解することができる。
イックビーム分割器の反射率のグラフ。
時視野の画像の一例。
Claims (10)
- 【請求項1】 第1の画像視野を生成する第1の光学シ
ステムと、 前記第1の画像視野と角度的に変位している第2の画像
視野を生成する第2の光学システムと、 第1および第2の領域を有する光検出器と、 主として第1の波長帯域の光から構成されている前記第
1の光学システムからの光を透過し、主として第2の波
長の帯域の光から構成されている前記第2の光学システ
ムからの光を同時に反射するように配置されたダイクロ
イックビーム分割手段と、 前記第1の検出器領域に前記反射された光を導く手段
と、 前記第2の検出器領域に前記透過された光を導く手段と
を具備していることを特徴とする2つの異なる画像視野
を同時に生成する光学システム。 - 【請求項2】 前記第1の波長帯域を除いて実質的に全
ての光をフィルタ処理して除去する前記第1の検出器領
域に隣接した第1のフィルタ領域を有し、また前記第2
の波長帯域を除いて実質的に全ての光をフィルタ処理し
て除去する前記第2の検出器領域に隣接した第2のフィ
ルタ領域を有する前記検出器の前方に配置された二重フ
ィルタをさらに具備している請求項1記載の光学システ
ム。 - 【請求項3】 前記第1の画像視野は前記第2の画像視
野よりも広い請求項1記載の光学システム。 - 【請求項4】 前記第2の光学システムは1次ミラーを
有する望遠鏡を具備し、前記ダイクロイックビーム分割
手段は前記望遠鏡用の2次ミラーを構成している請求項
3記載の光学システム。 - 【請求項5】 前記望遠鏡はカセグレインタイプの望遠
鏡である請求項4記載の光学システム。 - 【請求項6】 前記反射された光を導く手段は中継レン
ズシステムを具備している請求項1記載の光学システ
ム。 - 【請求項7】 前記透過された光を導く手段は、前記第
1の画像視野が前記検出器上の第2の画像視野から横方
向に変位されるように前記第1の画像視野の視線を変位
させるために楔形プレートを具備している請求項1記載
の光学システム。 - 【請求項8】 前記第1の波長帯域は7.75乃至8.50ミク
ロンであり、前記第2の波長帯域は8.75乃至9.5 ミクロ
ンである請求項1記載の光学システム。 - 【請求項9】 前記第1の波長帯域は3.5 乃至4.2 ミク
ロンであり、前記第2の波長帯域は4.5 乃至5.0 ミクロ
ンである請求項1記載の光学システム。 - 【請求項10】 広い画像視野を生成する第1の光学シ
ステムと、 狭い画像視野を生成し、1次ミラーおよび2次ミラーを
含む第2の光学システムと、 第1および第2の領域を有する光検出器と、 主として第1の波長帯域の光から構成されている前記第
1の光学システムからの光を透過し、主として第2の波
長の帯域の光から構成されている前記第2の光学システ
ムからの光を同時に反射するように前記2次ミラー上に
配置されたダイクロイックフィルタ手段と、 前記第1の検出器領域に前記反射された光を導く手段
と、 前記第2の検出器領域に前記透過された光を導き、前記
狭い画像視野から前記広い画像視野を変位させるための
楔形プレートを備えている手段と、 前記第1の波長帯域を除いて実質的に全ての光をフィル
タ処理して除去する前記第1の検出器領域に隣接した第
1のフィルタ領域を有し、また前記第2の波長帯域を除
いて実質的に全ての光をフィルタ処理して除去する前記
第2の検出器領域に隣接した第2のフィルタ領域を有す
る前記検出器の前方に配置された二重フィルタとを具備
していることを特徴とする2つの異なる画像視野を同時
に生成するミサイル用の光学システム。
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