專利名稱：雙焦距透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及反射光學(xué)系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且具體地涉及適合于在緊湊成像系統(tǒng) 中使用的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知將反射光學(xué)與折射光學(xué)相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)。例如，Bodkin的美國(guó)專利第 7049597號(hào)以及Amon的美國(guó)專利第7119969號(hào)公開(kāi)了用于在雙光譜光學(xué)系統(tǒng)中使用的具有 反射元件和折射元件的雙光路。每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)包括用于可視成像的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)和用于超 光譜成像的另一光學(xué)系統(tǒng)。分束器用于形成兩個(gè)光路。Von Hoessle的美國(guó)專利第5051830號(hào)公開(kāi)了具有內(nèi)帶和外帶的折射透鏡。來(lái)自 外帶的光行進(jìn)到反射透鏡，該反射透鏡將該光聚焦到第一傳感器上。來(lái)自內(nèi)帶的光被聚焦 到位于與第一傳感器成背靠背構(gòu)造的第二傳感器上。單個(gè)電子系統(tǒng)用于支持兩個(gè)成像系 統(tǒng)，使得每次能夠使用這些成像系統(tǒng)中的僅一個(gè)成像系統(tǒng)。在導(dǎo)彈應(yīng)用中，兩個(gè)傳感器的定 位被設(shè)計(jì)為使重量最小化。針對(duì)導(dǎo)彈到目標(biāo)的一般導(dǎo)向而提供較短焦距成像系統(tǒng)。在導(dǎo)彈 到目標(biāo)的導(dǎo)向的最后階段中，針對(duì)更精確的導(dǎo)彈導(dǎo)向而提供較長(zhǎng)焦距成像系統(tǒng)。Lawson的美國(guó)專利第6870690號(hào)公開(kāi)了這樣的透鏡，該透鏡的外部針對(duì)一個(gè)光譜 帶而設(shè)計(jì)，而該透鏡的內(nèi)部針對(duì)另一光譜帶而設(shè)計(jì)。Wilm的美國(guó)專利第5172235號(hào)公開(kāi)了 聚焦到一個(gè)傳感器上的兩個(gè)透鏡?；パa(bǔ)帶濾波器使得來(lái)自兩個(gè)透鏡的兩個(gè)像能夠彼此交疊 以產(chǎn)生具有不同的分辨率區(qū)的合成圖像。然而，還需要提供包含雙焦距透鏡系統(tǒng)的緊湊成像系統(tǒng)，所述雙焦距透鏡系統(tǒng)包 括同時(shí)提供同一場(chǎng)景或物體的不同焦距圖像的兩個(gè)獨(dú)立的透鏡系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，雙焦距光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)。第 一光學(xué)系統(tǒng)沿光軸放置，并包括具有物側(cè)面和像側(cè)面的光學(xué)結(jié)構(gòu)。物側(cè)面和像側(cè)面包括折 射面部分和反射面部分。第一光學(xué)系統(tǒng)具有焦距。第二光學(xué)系統(tǒng)放置在同一光軸上，并具 有焦距。第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距比第二光學(xué)系統(tǒng)的焦距長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雙焦距光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)。第 一光學(xué)系統(tǒng)沿光路放置，并包括具有物側(cè)面和像側(cè)面的光學(xué)結(jié)構(gòu)。第一光學(xué)系統(tǒng)還包括在 沿光路觀看時(shí)位于光學(xué)結(jié)構(gòu)的物側(cè)面與像側(cè)面之間的中間反射元件的第一表面。第一光學(xué) 系統(tǒng)具有第一焦距。第二光學(xué)系統(tǒng)共用同一光路的部分，并包括與第一光學(xué)系統(tǒng)的中間反 射元件相同的中間反射元件的第二表面。第二光學(xué)系統(tǒng)具有第二焦距。第一光學(xué)系統(tǒng)的第 一焦距比第二光學(xué)系統(tǒng)的第二焦距長(zhǎng)。


在以下呈示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將對(duì)附圖進(jìn)行說(shuō)明，在附圖中
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圖1是示出傳播通過(guò)本發(fā)明第一示例實(shí)施例的光的光線追跡的示意圖；圖2是本發(fā)明第一示例實(shí)施例的光學(xué)部件的示意圖；圖3是示出本發(fā)明第一示例實(shí)施例的示例實(shí)現(xiàn)的示意圖；圖4是示出傳播通過(guò)本發(fā)明第二示例實(shí)施例的光的光線追跡的示意圖；圖5是示出傳播通過(guò)圖4中所示的本發(fā)明第二示例實(shí)施例的部分的光的光線追跡 的示意圖；圖6是示出傳播通過(guò)圖4中所示的本發(fā)明第二示例實(shí)施例的部分的光的光線追跡 的示意圖；以及圖7是示出本發(fā)明第二示例實(shí)施例的示例實(shí)現(xiàn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本說(shuō)明書(shū)將針對(duì)形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的部分的元件或更直接地與根據(jù)本發(fā)明 的設(shè)備協(xié)作的元件。應(yīng)當(dāng)理解，未特別地示出或描述的元件可以采取本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的各種形式。參照?qǐng)D1，示出了傳播通過(guò)雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一實(shí)施例的光的光線追跡的 示意圖。雙焦距透鏡系統(tǒng)100包括第一(例如，遠(yuǎn)攝)光學(xué)系統(tǒng)200和第二(例如，廣角) 光學(xué)系統(tǒng)300。第一光學(xué)系統(tǒng)200的光學(xué)表面(參照?qǐng)D2更詳細(xì)地描述)限定折反射光學(xué) 系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)200包括具有屈光力的反射光學(xué)表面和折射光學(xué)表面。第二光學(xué)系統(tǒng) 300的光學(xué)表面(參照?qǐng)D2更詳細(xì)地描述)限定折射性光學(xué)系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)300包括 具有屈光力的折射光學(xué)表面。第一光學(xué)系統(tǒng)200和第二光學(xué)系統(tǒng)300沿光軸125放置，并共用光學(xué)元件的光學(xué) 表面。面105和面110限定具有弱折射屈光力的透鏡元件140(通常稱作改正片)，其用于 第一光學(xué)系統(tǒng)200和第二光學(xué)系統(tǒng)300。透鏡元件140的不同部分用于具有使用外部環(huán)形 區(qū)115的第一光學(xué)系統(tǒng)200及使用中央?yún)^(qū)120的第二光學(xué)系統(tǒng)300的每個(gè)透鏡系統(tǒng)。透鏡元件140的面105是非球面的，透鏡元件140的面110是球面的。然而，面105 和面110中的任一個(gè)或二者可以是非球面的，以幫助校正像差。作為另一種選擇，面105和 面110可以是平的，以用作覆蓋窗來(lái)保護(hù)其余光學(xué)系統(tǒng)免受污染。具有焦距的第一光學(xué)系統(tǒng)200沿光路或光軸125放置。具有焦距的第二光學(xué)系統(tǒng) 300沿同一光路125放置。第一光學(xué)系統(tǒng)200的焦距(第一焦距)比第二光學(xué)系統(tǒng)300的 焦距(第二焦距)長(zhǎng)。第一光學(xué)系統(tǒng)200將光引導(dǎo)至圖像傳感器130，而第二光學(xué)系統(tǒng)300 將光引導(dǎo)至圖像傳感器135。參照?qǐng)D2，第一光學(xué)系統(tǒng)200包括具有物側(cè)面210及像側(cè)面215的光學(xué)結(jié)構(gòu)205。 物側(cè)面210包括折射面部分220及反射面部分225。像側(cè)面215包括折射面部分230及反 射面部分235。光學(xué)結(jié)構(gòu)205的像側(cè)面215的反射面部分235具有屈光力，并且是非球面的。光 學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210的反射面部分225也具有屈光力，并且是球面的。然而，反射面部 分225可以是非球面的。第一光學(xué)系統(tǒng)200的屈光力的主要部分存在于反射面235及反射 面225中。由于面235及面225是反射的，因此這些面不將色差引入到光學(xué)系統(tǒng)200中。第 一光學(xué)系統(tǒng)200包括孔徑290。
面225與面235之間的空間可以被空氣或折射材料填充(參照?qǐng)D3更詳細(xì)地描 述)。當(dāng)該空間被折射材料填充時(shí)，該材料的色散可能引入一些色差。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)， 位于圖像傳感器130與光學(xué)結(jié)構(gòu)205之間的具有面245和面250的折射光學(xué)元件240可以 用于校正色差以及場(chǎng)像差(在場(chǎng)像差存在的情況下)。如圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的像側(cè)面215的折射面部分230包括光學(xué)元件240的 面245和面250之一或二者。然而，當(dāng)面225與面235之間的空間被折射材料填充(參見(jiàn) 圖3)時(shí)，例如可以通過(guò)模塑曲率半徑由該材料自身形成光學(xué)結(jié)構(gòu)205的像側(cè)面215的折射 面部分230。如圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210的折射面部分220包括透鏡元件140的 面105和面110之一或二者。因此，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210的屈光力小于光學(xué)結(jié)構(gòu)205 的像側(cè)面215的屈光力。作為另一種選擇，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210可以包括其它表面。 例如，當(dāng)透鏡元件140是平板時(shí)，物側(cè)面210可以是用于填充面225與面235之間的空間 (參見(jiàn)圖3)的材料的物側(cè)面330或另一透鏡元件的表面。仍參照?qǐng)D2并參照回圖1，透鏡元件140的不同部分用于具有使用外部環(huán)形區(qū)115 的第一光學(xué)系統(tǒng)200及使用中央?yún)^(qū)120的第二光學(xué)系統(tǒng)300的每個(gè)透鏡系統(tǒng)。在該意義上， 光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210包括第一折射面部分115及第二折射面部分120，其中，第二折 射面部分120與第二光學(xué)系統(tǒng)300相關(guān)聯(lián)，并且第一折射面部分115與第一光學(xué)系統(tǒng)200相 關(guān)聯(lián)。如圖1及圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210的第一折射面部分115和第二折射 面部分120形成連續(xù)面，但不一定必須是這種情況。另外，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的物側(cè)面210的第 一折射面部分115及第二折射面部分120具有相同的曲率半徑。然而，折射面部分115及 折射面部分120可以具有不同的曲率半徑。表1A描述了本發(fā)明第一示例實(shí)施例的第一透鏡系統(tǒng)200的一個(gè)特定構(gòu)造。在該 構(gòu)造中，透鏡系統(tǒng)200是遠(yuǎn)攝透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，其它構(gòu)造是允許的。通常，這些其 它構(gòu)造取決于針對(duì)雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一透鏡系統(tǒng)200預(yù)期的特定應(yīng)用。表 1A 非球面常數(shù) 仍參照?qǐng)D2，第二光學(xué)系統(tǒng)300與第一光學(xué)系統(tǒng)200共用光學(xué)元件140的面105和 面110。在通過(guò)光學(xué)元件140之后，第二光學(xué)系統(tǒng)300通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)附加透鏡255將 光引導(dǎo)至圖像傳感器135。如圖2所示，這些透鏡包括具有面260、265的雙凸透鏡；具有 面270、275的雙凸透鏡；以及具有面280、285的雙凸透鏡。作為另一種選擇，第二光學(xué)系統(tǒng) 300可以具有比圖2中所示的透鏡的數(shù)量更多或更少的透鏡。光學(xué)系統(tǒng)300的屈光力的主要部分(如果不是全部)包含在面260至面285中。 透鏡255形成具有+、+、-屈光力的三元透鏡組，但是其它構(gòu)造也是可行的。面260至面285 是球形的，然而，這些光學(xué)表面中的任一個(gè)可以具有非球面用于像差控制。表1B描述了本發(fā)明第一示例實(shí)施例的第二透鏡系統(tǒng)300的一個(gè)特定構(gòu)造。在該 構(gòu)造中，透鏡系統(tǒng)300是廣角透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，其它構(gòu)造是允許的。通常，這些其 它構(gòu)造取決于針對(duì)雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一透鏡系統(tǒng)300預(yù)期的特定應(yīng)用。表 1B 非球面常數(shù) 參照回圖1和圖2，第一光學(xué)系統(tǒng)200的第一焦距和第二光學(xué)系統(tǒng)300的第二焦 距中的至少一個(gè)是固定焦距。然而，預(yù)期可以在以下兩個(gè)位置或其中的任一個(gè)位置放置附 加光學(xué)元件圖像傳感器130與第一光學(xué)系統(tǒng)200之間，及圖像傳感器135與第二光學(xué)系統(tǒng) 300之間，所述附加光學(xué)元件是可移動(dòng)的，以便實(shí)現(xiàn)焦距、焦點(diǎn)或二者的改變。這可以使用用 于移動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)元件的傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為另一種選擇，圖像傳感器130和圖 像傳感器135之一或二者可以是沿其關(guān)聯(lián)的光路可移動(dòng)的，以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的改變。使用傳統(tǒng) 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像傳感器的移動(dòng)。在另一另選實(shí)施例中，第一光學(xué)系統(tǒng)200或第二光學(xué)系統(tǒng) 300可以相對(duì)于它們相應(yīng)的圖像傳感器130和圖像傳感器135移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的改變。同 樣，使用傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)?？梢栽O(shè)置控制器，并且該控制器可以被構(gòu)造為使用由雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一 光學(xué)系統(tǒng)200和第二光學(xué)系統(tǒng)300產(chǎn)生的圖像來(lái)進(jìn)行數(shù)字縮放功能。可以使用如在2008 年2月7日公布的Border等人的美國(guó)專利公報(bào)第2008/0030592中所描述的技術(shù)的技術(shù)來(lái) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字縮放。參照?qǐng)D3并參照回圖2，示出了雙焦距透鏡系統(tǒng)100的示例實(shí)現(xiàn)360。光學(xué)結(jié)構(gòu) 205是固體材料元件，其包括包圍透鏡255和圖像傳感器135粘結(jié)在一起的兩個(gè)塊310和 320。適合的材料包括低色散材料，如丙烯酸塑料、環(huán)烯烴聚合物(cop)，例如，可在市場(chǎng)上 從日本東京Zeon公司得到的Zeonex。塊310包括用作物側(cè)面210的折射面部分220的元 件140。塊320包括物側(cè)面210的折射面部分225及像側(cè)面215的反射面部分235。在圖 3中，像側(cè)面215的反射面部分235的中部的材料表面是平的，因此折射光學(xué)元件240用作 像側(cè)面215的折射面部分230。雙焦距透鏡系統(tǒng)100的示例實(shí)現(xiàn)360還包括塊320上的形 成孔徑290的阻光面350。在圖3中，光學(xué)元件255與參照?qǐng)D2描述的那些光學(xué)透鏡相同。 還示出了圖像傳感器130。參照?qǐng)D4，示出了傳播通過(guò)雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第二實(shí)施例的光的光線追跡的示意圖。雙焦距透鏡系統(tǒng)400包括第一(例如，遠(yuǎn)攝)光學(xué)系統(tǒng)500和第二(例如，廣角) 光學(xué)系統(tǒng)600。第一光學(xué)系統(tǒng)500的光學(xué)表面(參照?qǐng)D5更詳細(xì)地描述)限定折反射光學(xué) 系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)500包括具有屈光力的反射光學(xué)表面和折射光學(xué)表面。第二光學(xué)系統(tǒng) 600的光學(xué)表面(參照?qǐng)D6更詳細(xì)地描述)限定折射性光學(xué)系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)600包括 具有屈光力的折射光學(xué)表面。第一光學(xué)系統(tǒng)500和第二光學(xué)系統(tǒng)600共用光軸410的部分、 一些光學(xué)表面及光學(xué)元件。具有第一焦距的第一光學(xué)系統(tǒng)500沿光路或光軸放置。具有第二焦距的第二光學(xué) 系統(tǒng)600共用同一光路的部分。使用傳播通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)400的光的光線追跡來(lái)描繪該光路。 第一光學(xué)系統(tǒng)500的第一焦距比第二光學(xué)系統(tǒng)600的第二焦距長(zhǎng)。參照?qǐng)D5，第一光學(xué)系統(tǒng)500包括光學(xué)結(jié)構(gòu)550，在沿光路(由傳播通過(guò)光學(xué)系統(tǒng) 500的光的光線追跡來(lái)描繪)觀看時(shí)光學(xué)結(jié)構(gòu)550包括物側(cè)面505和像側(cè)面510。中間光 學(xué)元件515位于光學(xué)結(jié)構(gòu)550的物側(cè)面505與像側(cè)面510之間。第一光學(xué)系統(tǒng)500還包括 中間元件515的第一表面520。物側(cè)面505具有一些正屈光力，這有助于減小第一光學(xué)系統(tǒng)500的總長(zhǎng)度。物側(cè) 面505是非球面的，然而，面505也可以是球面的。像側(cè)面510是提供更大量的屈光力(在 與面505相比時(shí))的反射面，并且在不增加色差的情況下這樣做，因?yàn)樗欠瓷涞?。像?cè)面 510也可以是非球面的。中間元件515的面520是平的反射面(例如，鏡面)，其不具有改 變第一光學(xué)系統(tǒng)500的光路或光軸的方向或?qū)⑵湔郫B的屈光力。如圖5所示，第一光學(xué)系統(tǒng)500包括第二中間光學(xué)元件，其中，中間光學(xué)元件515 是第一光學(xué)元件。中間元件包括折射面525，并沿光路的不被第二光學(xué)系統(tǒng)600共用的部分 放置。面525包含在光學(xué)結(jié)構(gòu)550中。然而，光學(xué)表面525可以是中間光學(xué)元件的表面，其 不是光學(xué)結(jié)構(gòu)550的部分。第一光學(xué)系統(tǒng)500將光引導(dǎo)至圖像傳感器530。盡管圖5中未 示出，但是可以在圖像傳感器530與第一光學(xué)系統(tǒng)500之間放置附加光學(xué)元件，如位于圖像 傳感器675與第二光學(xué)系統(tǒng)600之間的光學(xué)元件(參照?qǐng)D6描述)。在圖5中，面525是平 的。然而，面525可以具有屈光力，并且可選地是非球面的，以便用作場(chǎng)校正表面、控制色差 的方式或二者。表2A描述了本發(fā)明第二示例實(shí)施例的第一透鏡系統(tǒng)500的一個(gè)特定構(gòu)造。在該 構(gòu)造中，透鏡系統(tǒng)500是遠(yuǎn)攝透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，其它構(gòu)造是允許的。通常，這些其 它構(gòu)造取決于針對(duì)雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第一透鏡系統(tǒng)500預(yù)期的特定應(yīng)用。表 2A 非球面常數(shù) 參照?qǐng)D6，第二光學(xué)系統(tǒng)600與第一光學(xué)系統(tǒng)500共用面505。第二光學(xué)系統(tǒng)600 包括中間元件515的第二表面620。在該實(shí)例中，第二表面620在第一表面520的對(duì)面。中 間元件515的第二表面620是平的反射面，不具有改變第二光學(xué)系統(tǒng)600的光路或光軸的 方向的屈光力。在設(shè)計(jì)雙焦距透鏡系統(tǒng)400時(shí)，第二表面620可以被設(shè)計(jì)為第二光學(xué)系統(tǒng)600的 孔徑光闌，以便減小面620(和中間元件515)的物理空間要求或?qū)⑵渥钚』?。相似的是，?間元件515上的第一表面520可以被設(shè)計(jì)為第一光學(xué)系統(tǒng)500的孔徑光闌。第二光學(xué)系統(tǒng)600包括為球面的光學(xué)表面625，并具有屈光力。面625可以是非球 面的。光學(xué)表面625包含在光學(xué)結(jié)構(gòu)550中。在該意義上，光學(xué)表面625是光學(xué)結(jié)構(gòu)550的 第二像側(cè)面，其中，光學(xué)結(jié)構(gòu)550的像側(cè)面510是光學(xué)結(jié)構(gòu)550的第一像側(cè)面。然而，應(yīng)當(dāng) 注意，光學(xué)表面625是折射的，而像側(cè)面510是反射的。光學(xué)表面625沿光路的不被第一光 學(xué)系統(tǒng)500共用的部分放置。作為另一種選擇，光學(xué)表面625可以是不為光學(xué)結(jié)構(gòu)550的 部分的光學(xué)元件的表面。在通過(guò)光學(xué)表面625之后，第二光學(xué)系統(tǒng)600通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)附加透鏡將光引 導(dǎo)至圖像傳感器675。如圖6所示，這些透鏡包括具有面630、635、640的雙合透鏡；具有 面645、650的雙凸透鏡；以及分別具有面655、660及665、670的第一凹凸透鏡和第二凹凸 透鏡。第一凹凸透鏡和第二凹凸透鏡都在它們的圖像傳感器675側(cè)為凹面。作為另一種選 擇，第二光學(xué)系統(tǒng)600可以具有比圖6中所示的透鏡的數(shù)量更多或更少的透鏡。表2Β描述了本發(fā)明第二示例實(shí)施例的第二透鏡系統(tǒng)600的一個(gè)特定構(gòu)造。在該 構(gòu)造中，透鏡系統(tǒng)600是廣角透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，其它構(gòu)造是允許的。通常，這些其 它構(gòu)造取決于針對(duì)雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第一透鏡系統(tǒng)600預(yù)期的特定應(yīng)用。表 2Β參照回圖4至圖6，第一光學(xué)系統(tǒng)500的第一焦距及第二光學(xué)系統(tǒng)600的第二焦 距中的至少一個(gè)是固定焦距。然而，預(yù)期可以在以下兩個(gè)位置或其中的任一個(gè)位置放置附 加光學(xué)元件圖像傳感器530與第一光學(xué)系統(tǒng)500之間，及圖像傳感器675與第二光學(xué)系統(tǒng) 600之間，所述附加光學(xué)元件是可移動(dòng)的，以便實(shí)現(xiàn)焦距、焦點(diǎn)或二者的改變。這可以使用用 于移動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)元件的傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為另一種選擇，圖像傳感器530及第 二圖像傳感器675之一或二者可以是沿其關(guān)聯(lián)的光路可移動(dòng)的，以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的改變。使用 傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像傳感器的移動(dòng)。在另一另選實(shí)施例中，第一光學(xué)系統(tǒng)500或第二光學(xué) 系統(tǒng)600可以相對(duì)于它們相應(yīng)的圖像傳感器530及圖像傳感器675移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的改 變。同樣，使用傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)?？梢栽O(shè)置控制器，并且該控制器可以被構(gòu)造為使用由雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第一 光學(xué)系統(tǒng)500和第二光學(xué)系統(tǒng)600產(chǎn)生的圖像來(lái)進(jìn)行數(shù)字縮放功能?？梢允褂萌缭?008 年2月7日公布的Border等人的美國(guó)專利公報(bào)第2008/0030592中所描述的技術(shù)的技術(shù)來(lái) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字縮放，本文中通過(guò)引用合并其公開(kāi)內(nèi)容。
參照?qǐng)D7并參照回圖5和圖6，示出了雙焦距透鏡系統(tǒng)400的示例實(shí)現(xiàn)700。光學(xué) 結(jié)構(gòu)550是包括包圍中間光學(xué)元件515粘結(jié)在一起的兩塊710、720的固體材料元件。適合 的材料包括低色散材料，如丙烯酸塑料、環(huán)烯烴聚合物(cop)，例如，可在市場(chǎng)上從日本東京 Zeon公司得到的Zeonex。第一光學(xué)系統(tǒng)500的中間元件515 (和反射面520)、面525以及 光學(xué)結(jié)構(gòu)550的物側(cè)面505和像側(cè)面510構(gòu)成同一光學(xué)元件的部分。另外，該光學(xué)元件還 包括中間元件515的反射面620和第二光學(xué)系統(tǒng)600的面625。在圖7中，光學(xué)元件730與 參照?qǐng)D6描述的那些光學(xué)透鏡相同。還示出了圖像傳感器530和圖像傳感器675。使用反射光學(xué)和折射光學(xué)來(lái)產(chǎn)生包括共用公共光軸的兩個(gè)獨(dú)立的成像系統(tǒng)的光 學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)可以在許多應(yīng)用中使用。通過(guò)共用公共光軸，可以使兩個(gè)獨(dú)立的成像系 統(tǒng)提供不存在視差差數(shù)的圖像。如上所述的那些光學(xué)系統(tǒng)特別適合于緊湊成像系統(tǒng)。反 射光學(xué)本質(zhì)上將光學(xué)系統(tǒng)折疊到其自身上，由此減小光學(xué)系統(tǒng)的總長(zhǎng)度。將光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造 為共用公共光軸的至少部分還減小了物理空間要求，并且與不共用公共光軸的光學(xué)系統(tǒng)相 比，降低了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性。部件列表100雙焦距透鏡系統(tǒng)105折射面110折射面115外部環(huán)形區(qū)(第一折射面部分)120中央?yún)^(qū)(第二折射面部分)125光軸或光路130圖像傳感器135圖像傳感器140折射元件200第一光學(xué)系統(tǒng)205光學(xué)結(jié)構(gòu)210物側(cè)面215像側(cè)面220折射面部分225反射面部分230折射面部分235反射面部分240折射光學(xué)元件245折射面250折射面255 透鏡260折射面265折射面270折射面
275折射面
280折射面285折射面
290 孑L徑300第二光學(xué)系統(tǒng)310 塊320 塊330物側(cè)面350阻光面360光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)400焦距透鏡系統(tǒng)410 光軸500第一光學(xué)系統(tǒng)505物側(cè)面510像側(cè)面515中間光學(xué)元件520第二反射面525折射面530圖像傳感器550光學(xué)結(jié)構(gòu)600第二光學(xué)系統(tǒng)620第二反射面625折射面630折射面635折射面640折射面645折射面650折射面655折射面660折射面665折射面670折射面675圖像傳感器700 實(shí)現(xiàn)710 塊720 塊730光學(xué)元件
權(quán)利要求
一種雙焦距光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路放置的第一光學(xué)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括具有物側(cè)面和像側(cè)面的光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)還包括在沿所述光路觀看時(shí)位于所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述物側(cè)面與所述像側(cè)面之間的中間反射元件的第一表面，所述第一光學(xué)系統(tǒng)具有第一焦距；第二光學(xué)系統(tǒng)，共用同一光路的部分，并包括與所述第一光學(xué)系統(tǒng)的中間反射元件相同的中間反射元件的第二表面，所述第二光學(xué)系統(tǒng)具有第二焦距，所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述第一焦距比所述第二光學(xué)系統(tǒng)的所述第二焦距長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述中間元件是第一中間元件，所述系統(tǒng)還包括與所述第一光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的第二中間元件，所述第二中間元件包括沿所述光路的不 被所述第二光學(xué)系統(tǒng)共用的部分放置的光學(xué)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第二中間元件包括非球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述第一中間元件、所述第 二中間元件、以及所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述物側(cè)面及所述像側(cè)面構(gòu)成同一光學(xué)元件的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件是固體材料元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述固體材料元件包括兩個(gè)粘結(jié)在一起的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述像側(cè)面是所 述光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一像側(cè)面，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述物側(cè)面及所述光學(xué) 結(jié)構(gòu)的不被所述第一光學(xué)系統(tǒng)共用的第二表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述像側(cè)面是所 述光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一像側(cè)面，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述物側(cè)面及所述光學(xué) 結(jié)構(gòu)的不被所述光學(xué)系統(tǒng)共用的第二表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述第二表面包括屈光力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述第二表面包括非球面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述物側(cè)面包括非球面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述像側(cè)面包括屈光力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述像側(cè)面包括非球面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括與所述第一光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的第一圖像傳感器；以及與所述第二光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的第二圖像傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括附加光學(xué)元件，位于以下兩個(gè)位置或其中的任一個(gè)位置所述第一圖像傳感器與所述 第一光學(xué)系統(tǒng)之間，及所述第二圖像傳感器與所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述附加光學(xué)元件可移動(dòng)地放置，以便實(shí)現(xiàn)焦 距、焦點(diǎn)或二者的改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一圖像傳感器及所述第二圖像傳感器之 一或二者沿其關(guān)聯(lián)的光路可移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)的改變。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括控制器，被構(gòu)造為使用由所述第一光學(xué)系統(tǒng)及所述第二光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像來(lái)進(jìn)行數(shù) 字縮放功能。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一光學(xué)系統(tǒng)的所述第一焦距及所述第二 光學(xué)系統(tǒng)的所述第二焦距中的至少一個(gè)是固定焦距。
全文摘要
雙焦距光學(xué)系統(tǒng)(400)包括第一光學(xué)系統(tǒng)(500)和第二光學(xué)系統(tǒng)(600)。第一光學(xué)系統(tǒng)(500)沿光路放置，并包括具有物側(cè)面的光學(xué)結(jié)構(gòu)(205)以及沿所述光路觀看位于所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的物側(cè)面與像側(cè)面之間的中間反射元件(515、520)。第一光學(xué)系統(tǒng)(500)具有第一焦距。第二光學(xué)系統(tǒng)(600)共用同一光路的部分(505)，并包括與第一光學(xué)系統(tǒng)(500)的中間反射元件相同的中間反射元件(515、620)的第二表面。第二光學(xué)系統(tǒng)(600)具有第二焦距。第一光學(xué)系統(tǒng)的第一焦距比第二光學(xué)系統(tǒng)的第二焦距長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101874218SQ200880117720
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者斯科特·克里斯蒂安·卡哈爾, 約瑟夫·雷蒙德·比耶特里, 約翰·大衛(wèi)·格里菲思, 約翰·諾沃爾德·博爾德 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司