JPH06273671A - 広角の大きくて鮮明な折返される高速反射システム - Google Patents

広角の大きくて鮮明な折返される高速反射システム

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JPH06273671A JP5312320A JP31232093A JPH06273671A JP H06273671 A JPH06273671 A JP H06273671A JP 5312320 A JP5312320 A JP 5312320A JP 31232093 A JP31232093 A JP 31232093A JP H06273671 A JPH06273671 A JP H06273671A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】広角の視野を提供し、比較的にコンパクトで長
さの短い、全収差を修正し、システムの光学的速度の大
きい光学的システムを得る。 【構成】広角の大きくて鮮明な反射システム(10)は、
第1ミラー(12)と、第2ミラー(14)と、第3ミラー
(18)と、折返しミラー(16)とを有する。第1ミラー
(12)及び第2ミラー(14)は、ガリレイ式の再結像し
ないアフォカルな光学器械として働き、入射虚瞳孔をシ
ステムの開口絞りに位置付けられている折返しミラー
(16)に中継する。折返しミラー(16)は、見る面へエ
ネルギーを指向させて焦点を合せるように働く第3のミ
ラー(18)へエネルギーを指向させる。生成された光学
器械は20゜×40゜を越え得る広い二次元の視野を持
ち、約F/1.0の光学的速度で作動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的反射システム、
特に広い視野及び非常に速い光学的速度を持つコンパク
トな光学的全反射システムに関する。
【0002】
【従来の技術】光学的全反射システムは、色収差、熱の
作用、寸法、重量、或いはコストが従来の屈折レンズの
使用を制限するような或る結像の応用にしばしば利用さ
れる。更に、或る結像の応用は、ナビゲーション、水先
案内(pilotage)、或いはドライビングのような独特の
作動或いは機能がこの光学的システムによって与えられ
る映像に基いて達成されることができるために、遮るも
のの何も無い二次元の広い視野を持つ光学的システムを
必要とする。更に、或る結像の応用は広がった光を集め
る能力を持つ光学的システムを必要とする。従ってその
ような光学的システムは速い光学的速度で作動しなけれ
ばならない。
【0003】そのような型の光学器械の1つは、平坦な
映像表面上に極めて広角の対物視野の質の高い映像を形
成する広角の大きくて鮮明な反射システム(WALRU
S)である。WALRUSは全反射であるので、色収差
がない。開口のどの部分も鮮明な光学器械の回転対称の
視野の偏心部分が一般的に使用される。ミラーは平坦
部、球体部、或いは円錐部分のように独占的に示される
回転表面であり、その全ては製造する際に公知の従来の
テストによって容易にテストされ確かめられる。各ミラ
ーは、光学器械のアラインメントを容易にする回転対称
の共通の軸を共有する。時々、第2及び第3のミラーの
機能を提供する1つのミラーが2回使用されて、別の第
3のミラーを組立ててアラインする必要を無くす。
【0004】WALRUS光学的システムの1つのその
ような型は、“容易に組立てられる広角光学器械”とい
う標題の、カルビン・オーウエン(R. Calvin Owen)氏
著、430SPIE、1354巻、インターナショナル
・レンズ・デザイン・コンフェレンス(International
Lens Design Conference)(1990)、の論文に説明
されている。このWALRUSは広い視野を提供する
が、それは大型で比較的遅い光学的速度で機能する。こ
のシステムは平面の折返しミラー(hold mirror)を具
備し、ミラー表面は球及び円錐のみである。更に、この
システムは円形の開口を具備する。
【0005】別の広角の大きくて鮮明な反射システム
は、米国特許第 4,598,981号明細書に示される。この特
許は、長い光学器械を提供する3つのミラーのシステム
を示す。更に、システムのミラーは球或いは円錐の表面
であり、このシステムの光学的速度は比較的に遅い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、この分野に於
いて、不可欠の広角の視野を提供し、比較的にコンパク
トで設計上の長さを短くし、全収差を修正し、システム
の光学的速度を著しく上げる光学的システムを提供する
必要がある。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の教示に
より、広い視野を生成し、非常に速い光学的速度を有す
るコンパクトな光学的反射システムが提供される。本発
明は、約F/1.0の光学的速度を持ち、少なくとも縦
13.5゜、横27゜の視野を提供する。更に、このシ
ステムの映像の質はサブミリラジアンの範囲にある。更
に、本発明は比較的安いコストで大量に製造される能力
を与える。
【0008】好ましい実施例に於いて、光学的全反射シ
ステムは以下のものを具備する。望ましい表面形状を持
つ第1のミラーが配置され、見られるべきシーンからの
エネルギーを受取り反射する。第2のミラーも、望まし
い表面形状を持ち、第1のミラーからのエネルギーを受
取るように配置される。第1及び第2のミラーは、全体
的に、約2Xのアフォカル(afocal)の倍率でガリレイ
式の再結像しないアフォカルの光学器械を形成する。更
に、第1及び第2のミラーは、第1のミラーの背後に配
置される入射虚瞳孔を第2のミラーの後に配置される実
開口絞り位置へ中継する。折返しミラーは開口絞りの位
置に配置されて第2のミラーからのエネルギーを受取っ
て、反射する。第3のミラーも、望ましい表面形状を有
し、折返しミラーからのエネルギーを受取るように配置
される。第3のミラーは、エネルギーを検出面へ反射し
焦点を合せる。光学器械の3つの屈曲力を備えたミラー
(powered mirror)は折返しミラーと一緒に広い二次元
の視野と非常に速い光学的速度とを有するコンパクトな
光学的システムを形成する。20゜掛け40゜を越える
視野はF/1.0の速度の光学的速度を同時に達成する
ことができる。
【0009】
【実施例】図面を参照すると、広い視野と非常に速い光
学的速度とを持つコンパクトな光学的全反射システムが
図示され、参照番号10で示される。システム10は、第1
のミラー12と、第2のミラー14と、折返しミラー16と、
第3のミラー18とを具備する。ミラーはエネルギーをウ
インドウ19を通って進ませ、検知面20にエネルギーの焦
点を合せる。
【0010】第1のミラー12は、システムの光軸を形成
する軸22を具備する。第1のミラーは、より高いオーダ
ーの非球面であるミラー表面を有する負の屈曲力(powe
r )のミラーである。
【0011】第2のミラー14は正の屈曲力のミラーであ
る。第2のミラー16はより高いオーダーの非球面である
ミラー表面を有する。
【0012】第3のミラー18は正の屈曲力のミラーであ
る。第3のミラー18のミラー表面もより高いオーダーの
非球面である。
【0013】折返しミラー16は屈曲力の無いミラーであ
る。折返しミラー16は、平面でない、好ましくはより高
いオーダーの非球面の表面を具備する。
【0014】ウインドウ19はエネルギーを通して検知面
20へ伝える。ウインドウ19は汚染物質から検知表面20を
保護し、硫化亜鉛或いはゲルマニウムの材料から製作さ
れることができる。
【0015】2つの正の屈曲力を備えたミラーの屈曲力
は第1のミラーの負の屈曲力によって相殺されて、ペッ
ツヴァル湾曲のゼロの即ち平坦な視野の条件を提供す
る。
【0016】第1のミラー12及び第2のミラー14は、2
xのアフォカルの倍率でガリレイ式の再結像しないアフ
ォカルの光学器械を形成する。更に、これらの2つのミ
ラーは、第1のミラー12の背後に配置された入射虚瞳孔
24を実開口絞り26に中継する。折返しミラー16は開口絞
り26で第2のミラー14からビームを受取るように位置を
決められ、第3のミラー18へビームを反射する。第3の
ミラー18は検知面20へビームの焦点を合せ、ビームを指
向させる。
【0017】このシステムは、WALRUS族のもので
ある。なぜならば、それは開口部内の軸上及び視野内の
軸外で使用される、負、正、正のミラーの屈曲力の分布
を持つ中継されない(non-relayed )3つのミラーの型
であるからである。第2のミラー14と第3のミラー18と
の間の折返しミラー16の配置に関して、光通路は、互い
に隣接する第2のミラー14と第3のミラー18とで折り返
される。システムの長さは縮められ、この応用のための
この光学機械の梱包はかなり改善される。更に、折返し
ミラーの所にシステムの開口絞りを配置することと、折
返しミラーにより高いオーダーの非球面の表面の新機軸
を適用することによって、このシステムの球面収差は、
非常に速い光学的速度に対してさえも、容易に修正され
る。光学器械の3つの屈曲力を備えたミラーは折返しミ
ラーと一緒に広い二次元の視野と非常に速い光学的速度
とを備えたコンパクトな光学的システムを形成する。2
0゜掛け40゜を越える視野は、F/1.0の速さの光
学的速度と同時に達成されることができる。
【0018】本発明に於て、光学的速度はF/1.0の
オーダーである。そのような速度を提供するために本発
明は垂直面及び水平面の両方で大きな開口を有する。本
発明に於て、視野は少なくとも縦13.5゜、横27゜
である。垂直面内の開口部の増大は干渉を回避するため
に視野のオフセットの増加により達成されなければなら
ないので、より大きな開口部の増大は水平方向の面内で
達成されることができる。示された図に於て、設計は垂
直面でF/1.7、及び水平方向でF/0.8の速度を
示す。
【0019】広角の大きくて鮮明な反射システムのため
の個々の処方箋は下記の表で与えられる:
【表1】 広角の大きくて鮮明な反射システムのための第2の処方
箋は下記の表で与えられる:
【表2】 両方の表に関して: [(+)右側への厚さ;(+)半径は右側に中心を有す
る;(+)偏心は上側;(+)傾斜は反時計周り方向;
偏心は傾斜の前に行われる] 表面の形状は方程式に基いて得られる:
【数1】 このシステムより提供される長所は、設計の全長が、シ
ステムの開口絞りで第2のミラーと第3のミラーとの間
の光学的トレーン(optical train )を折返すことによ
って短くされていることである。その上、折返しミラー
は球面収差を修正するより高いオーダーの非球面の係数
を含む。更に、このシステムの光学的速度は、より大き
くて、円形でない開口部を利用することと、視野のオフ
セット部を大きくしてより大きい開口部を容れることと
によって著しく上昇させられている。
【0020】コンパクトな光学的全反射システムは、視
覚(vision)強化システムで使用されることができる。
視覚強化システムは、室温検知器を使って8乃至12ミ
クロンの範囲の熱的な像を生成するのに使用されること
ができる。本発明の光学的システムは、非常に手頃な価
格で大量に生産可能であろう。
【0021】本発明はこの特定の例と共に説明された
が、明細書、図面、及び添付の請求の範囲の研究の恩恵
を得た後で、本発明の実施例の色々な修正、変更、変
体、及び変形が行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の垂直方向の光線のトレースの略断面線
図。
【図2】本発明の水平方向の光線のトレースの略断面線
図。
【符号の説明】
10…システム、12…第1ミラー、14…第2ミラー、16…
折返しミラー、18…第3ミラー、19…ウインドウ、20…
検知面、22…軸、24…入射虚瞳孔、26…開孔絞り。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 見られるべきシ−ンからエネルギ−を受
    取る為の第1反射要素と;前記第1反射要素からのエネ
    ルギ−を受取る為の第2反射要素で、この第2反射要素
    は前記第1反射要素と実開口絞りに対して入射虚瞳孔を
    再結像させている、前記第2反射要素と;前記第2反射
    要素からのエネルギ−を受取る様に位置付けられ、見る
    面に映像を指向させ焦点を合わせる為の第3反射要素
    と;前記第2反射要素から前記第3要素へエネルギ−を
    反射させてシステムがこの見られるシ−ンの広い視角と
    F/1.0のオ−ダ−の非常に速い光学的速度とを提供
    する為の反射手段と;を具備する広角の大きくて鮮明な
    反射システム。
  2. 【請求項2】 前記反射手段がシステムの開口絞りの所
    に位置付けられる請求項1に記載の広角の大きくて鮮明
    な反射システム。
  3. 【請求項3】 その視野が縦約13.5°、横約27°
    である請求項1に記載の広角の大きくて鮮明な反射シス
    テム。
  4. 【請求項4】 前記反射手段が折返し反射要素である請
    求項1に記載の広角の大きくて鮮明な反射システム。
  5. 【請求項5】 所望の表面形状を有し、見られる
    べきシーンからエネルギーを受取り反射するように位置
    付けられた第1ミラーと;所望の表面形状を有し、前記
    第1ミラーからエネルギーを受取るように位置付けられ
    る第2ミラーであり、この第2ミラーは前記第1ミラー
    とこの開口絞りの所で入射虚瞳孔の実像を形成している
    前記第2ミラーと;所望の形状を有し、前記第2ミラー
    からエネルギーを受取るように位置付けられ見る面へエ
    ネルギーを反射し焦点を合せる第3ミラーと;エネルギ
    ーを前記第3のミラーへ反射するために開口絞りに位置
    付けられ、所望の表面形状を有する折返しミラー:とを
    具備する、前記見られるシーンの広い視野とF/1.0
    の範囲で非常に速い光学的速度とを提供する広角の大き
    くて鮮明な反射システム。
  6. 【請求項6】 前記第1ミラーが負の屈曲力のミラーで
    ある請求項5記載の広角の大きくて鮮明な反射システ
    ム。
  7. 【請求項7】 前記第2ミラーが正の屈曲力のミラーで
    ある請求項5記載の広角の大きくて鮮明な反射システ
    ム。
  8. 【請求項8】 前記第3ミラーが正の屈曲力のミラーで
    ある請求項5記載の広角の大きくて鮮明な反射システ
    ム。
  9. 【請求項9】 前記第2及び第3のミラーが互いに隣接
    して位置付けられる請求項5記載の広角の大きくて鮮明
    な反射システム。
  10. 【請求項10】 前記ミラーが開口部では軸上で、視野
    内では軸外で使用される請求項5記載の広角の大きくて
    鮮明な反射システム。
  11. 【請求項11】 前記折返しミラーがより高いオーダー
    の非球面の表面を有する請求項5記載の広角の大きくて
    鮮明な反射システム。
  12. 【請求項12】 前記折返しミラーが平坦でない面を有
    する請求項5記載の広角の大きくて鮮明な反射システ
    ム。
  13. 【請求項13】 視野が縦約13.5゜と横約27゜で
    ある請求項5記載の広角の大きくて鮮明な反射システ
    ム。
JP5312320A 1992-12-11 1993-12-13 広角の大きくて鮮明な折返される高速反射システム Expired - Lifetime JP2716933B2 (ja)

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