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)明總體上涉及反射式光學(xué)系統(tǒng)，并且具體來說涉及適于用在緊湊型成像系統(tǒng) 中的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將反射光學(xué)器件與折射光學(xué)器件相組合的光學(xué)系統(tǒng)是公知的。例如，授予Bodkin 的美國專利No. 7，049，597以及授予Amon的美國專利No. 7，119，969公開有一種用在雙光 譜光學(xué)系統(tǒng)中的具有反射元件和折射元件的雙光路。每個光學(xué)系統(tǒng)都包括一個用于可見光 成像的系統(tǒng)以及用于高光譜成像的另一光學(xué)系統(tǒng)。分束器被用于形成兩個光路。授予Von Hoessle的美國專利No. 5，051，830公開有一種具有內(nèi)區(qū)和外區(qū)的折射 透鏡。來自外區(qū)的光傳播到反射透鏡，該反射透鏡將所述光聚焦到第一傳感器上。來自內(nèi)區(qū) 的光被聚焦到第二傳感器上，所述第二傳感器以與第一傳感器背靠背的配置而被安放。使 用單個電子系統(tǒng)來支持兩個成像系統(tǒng)，使得每次僅能使用所述成像系統(tǒng)之一。兩個傳感器 的定位被設(shè)計為在制導(dǎo)導(dǎo)彈應(yīng)用中使重量最小化。較短焦距的成像系統(tǒng)被提供用于導(dǎo)彈向 目標(biāo)的大致性制導(dǎo)。較長焦距的成像系統(tǒng)被提供用于在導(dǎo)彈向目標(biāo)的最后制導(dǎo)階段對導(dǎo)彈 進(jìn)行更精確的制導(dǎo)。授予Lawson的美國專利No. 6，870，690公開有一種透鏡，其中該透鏡的外部部分 被設(shè)計用于一個譜帶，而該透鏡的內(nèi)部部分被設(shè)計用于另一譜帶。授予Wilm的美國專利 No. 5，172，235公開有聚焦到一個傳感器上的兩個透鏡?；パa區(qū)(complimentary zone)濾 波器使得來自兩個透鏡的兩個圖像能夠彼此疊加以產(chǎn)生具有不同分辨率區(qū)域的復(fù)合圖像。然而，還存在的需要是提供一種緊湊型成像系統(tǒng)，其合并有包括兩個獨立的透 鏡系統(tǒng)的雙焦距透鏡系統(tǒng)，這兩個獨立的透鏡系統(tǒng)同時提供同一場景或?qū)ο蟮牟煌咕鄨D 像。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種雙焦距光學(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)沿著光軸被定位，并且包括具有對象側(cè)表面和圖像側(cè)表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)。對象 側(cè)表面和圖像側(cè)表面包括折射表面部分和反射表面部分。第一光學(xué)系統(tǒng)具有焦距。第二光 學(xué)系統(tǒng)被定位在該同一光軸上并且具有焦距。第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距長于第二光學(xué)系統(tǒng)的焦 距。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種雙焦距光學(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)沿著光路被定位，并且包括具有對象側(cè)表面和圖像側(cè)表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)。第 一光學(xué)系統(tǒng)還包括中間反射元件的第一表面，其中沿著光路觀察，所述中間反射元件被安 放在該光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面與圖像側(cè)表面之間。第一光學(xué)系統(tǒng)具有第一焦距。第二光學(xué) 系統(tǒng)共用同一光路的一部分，并且包括與第一光學(xué)系統(tǒng)的中間反射元件為同一個的中間反 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)的第一焦距長于第二光學(xué)系統(tǒng)的第二焦距。


在下面提供的對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中對附圖進(jìn)行了參考，在附圖中圖1是示出了傳播通過本發(fā)明的第一示例性實施例的光的光線軌跡的示意圖；圖2是本發(fā)明第一示例性實施例的光學(xué)部件的示意圖； 圖3是示出了本發(fā)明第一示例性實施例的示例性實施方式的示意圖；圖4是示出了傳播通過本發(fā)明第二示例性實施例的光的光線軌跡的示意圖；圖5是示出了傳播通過圖4所示的本發(fā)明第二示例性實施例的一部分的光的光線 軌跡的示意圖；圖6是示出了傳播通過圖4所示的本發(fā)明第二示例性實施例的一部分的光的光線 軌跡的示意圖；以及圖7是示出了本發(fā)明第二示例性實施例的示例性實施方式的示意圖
具體實施例方式本說明書將尤其是針對形成根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的元件、或者更直接地與 根據(jù)本發(fā)明的裝置協(xié)作的元件。應(yīng)當(dāng)理解，未被具體示出或描述的元件可以采取對于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員而言公知的形式。參考圖1，示出了傳播通過雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一實施例的光的光線軌跡的 示意圖。雙焦距透鏡系統(tǒng)100包括第一(例如攝遠(yuǎn)的)光學(xué)系統(tǒng)200以及第二(例如廣角 的)光學(xué)系統(tǒng)300。第一光學(xué)系統(tǒng)200的光學(xué)表面(將參考圖2予以更詳細(xì)的描述)定義 反射折射光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)200包括具有屈光度的折射和反射光學(xué)表面二者。第二 光學(xué)系統(tǒng)300的光學(xué)表面(將參考圖2予以更詳細(xì)的描述)定義屈光光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué) 系統(tǒng)300包括具有屈光度的折射光學(xué)表面。第一光學(xué)系統(tǒng)200和第二光學(xué)系統(tǒng)300沿著光軸125被定位，并且共享光學(xué)元件 的光學(xué)表面。表面105和110定義具有弱折射屈光度的透鏡元件140 (通常被稱為校正板)， 所述透鏡元件140用于第一光學(xué)系統(tǒng)200和第二光學(xué)系統(tǒng)300 二者。透鏡元件140的不同 部分被用于每個透鏡系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)200使用外部環(huán)形區(qū)域115，并且第二光學(xué)系 統(tǒng)300使用中心區(qū)域120。透鏡元件140的表面105是非球面的，并且透鏡元件140的表面110是球面的。 然而，表面105和110之中任一或二者都可以是非球面的，以幫助校正像差?？商娲兀?表面105和110可以是平的，以充當(dāng)用于保護剩余的光學(xué)系統(tǒng)不被污染的覆蓋窗(cover window)ο具有焦距的第一光學(xué)系統(tǒng)200沿著光路或光軸125被定位。具有焦距的第二光學(xué) 系統(tǒng)300沿著相同的光路125被定位。第一光學(xué)系統(tǒng)200的焦距(第一焦距)長于第二光 學(xué)系統(tǒng)300的焦距(第二焦距)。第一光學(xué)系統(tǒng)200將光引導(dǎo)到圖像傳感器130，而第二光 學(xué)系統(tǒng)300將光引導(dǎo)到圖像傳感器135。參考圖2，第一光學(xué)系統(tǒng)200包括具有對象側(cè)表面210和圖像側(cè)表面215的光學(xué)結(jié) 構(gòu)205。對象側(cè)表面210包括折射表面部分220和反射表面部分225。圖像側(cè)表面215包括折射表面部分230和反射表面部分235。光學(xué)結(jié)構(gòu)205的圖像側(cè)表面215的反射表面部分235具有屈光度并且是非球面 的。光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210的反射表面部分225也具有屈光度并且是球面的。然 而，反射表面部分225可以是非球面的。第一光學(xué)系統(tǒng)200的大部分屈光度都存在于反射 表面235和225中。由于表面235和225是反射性的，因此這些表面并沒有向光學(xué)系統(tǒng)200 中引入色差。第一光學(xué)系統(tǒng)200包括孔徑290。 表面225與235之間的空間可以填充空氣或者折射材料(將參考圖3予以更詳細(xì) 的描述)。當(dāng)該空間被填充折射材料時，該材料的色散可能引入一些色差。當(dāng)發(fā)生這種情況 時，可以使用被定位在圖像傳感器130與光學(xué)結(jié)構(gòu)205之間的具有表面245和250的折射 光學(xué)元件240來校正色差以及像場彎曲(如果像場彎曲存在的話)。如圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的圖像側(cè)表面215的折射表面部分230包括光學(xué)元件 240的表面245和250之一或二者。然而，當(dāng)表面225與235之間的空間被填充折射材料 (參見圖3)時，則光學(xué)結(jié)構(gòu)205的圖像側(cè)表面215的折射表面部分230可以例如通過塑造 曲率半徑而由所述材料本身形成。如圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210的折射表面部分220包括透鏡元件 140的表面105和110之一或二者。因此，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210的屈光度小于光 學(xué)結(jié)構(gòu)205的圖像側(cè)表面215的屈光度?？商娲兀鈱W(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210可以 包括另外的表面(一個或多個)。例如，當(dāng)透鏡元件140是平面板時，對象側(cè)表面210可以 是其它透鏡元件的表面、或者用于填充表面225與235之間的空間的材料(參見圖3)的對 象側(cè)表面330。仍然參考圖2并且回到圖1，透鏡元件140的不同部分被用于每個透鏡系統(tǒng)，其中 第一光學(xué)系統(tǒng)200使用外部環(huán)形區(qū)域115，并且第二光學(xué)系統(tǒng)300使用中心區(qū)域120。在 這種意義上，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210包括第一折射表面部分115和第二折射表面 部分120，其中第二折射表面部分120與第二光學(xué)系統(tǒng)300相關(guān)聯(lián)，并且第一折射表面部分 115與第一光學(xué)系統(tǒng)200相關(guān)聯(lián)。如圖1和圖2所示，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210的 第一折射表面部分115和第二折射表面部分120形成連續(xù)的表面，但是情況不必總是如此。 附加地，光學(xué)結(jié)構(gòu)205的對象側(cè)表面210的第一折射表面部分115和第二折射表面部分120 具有相同的曲率半徑。然而，折射表面部分115和120可以具有不同的曲率半徑。表IA描述了本發(fā)明的第一示例性實施例的第一透鏡系統(tǒng)200的一個特定配置。在 該配置下，透鏡系統(tǒng)200是攝遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，其它配置是允許的。通常，這 些其它的配置取決于針對雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一透鏡系統(tǒng)200所構(gòu)思的特定應(yīng)用。表 IA 非球面常數(shù) 「00311 仍然參考圖2，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的表面 105和110。在穿過光學(xué)元件140以后，第二光學(xué)系統(tǒng)300通過一個或多個附加的透鏡255 將光引導(dǎo)到圖像傳感器135。如圖2所示，這些透鏡包括具有表面260、265的雙凸透鏡； 具有表面270、275的雙凸透鏡；以及具有表面280、285的雙凹透鏡?？商娲?，第二光學(xué)系 統(tǒng)300可以具有比圖2所示的透鏡的數(shù)目更多或更少的透鏡。光學(xué)系統(tǒng)300的大部分(如果不是全部的話)屈光度被包含在表面260至285中。 透鏡255形成具有+、+、-屈光度的三元件透鏡組，但是其它配置同樣可行。表面260至285 是球面的，然而這些光學(xué)表面中的任意光學(xué)表面都可以具有非球面以用于像差控制。表IB描述了本發(fā)明的第一示例性實施例的第二透鏡系統(tǒng)300的一個特定配置。在 該配置中，透鏡系統(tǒng)300是廣角透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，其它配置是允許的。通常，這 些其它的配置取決于針對雙焦距透鏡系統(tǒng)100的第一透鏡系統(tǒng)300所構(gòu)思的特定應(yīng)用。表 IB 非球面常數(shù) 回過來參考圖1和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 距的至少之一是固定的焦距。然而，可以構(gòu)思的是可以將附加的光學(xué)元件(一個或多個) 定位在圖像傳感器130與第一光學(xué)系統(tǒng)200之間或者/以及圖像傳感器135與第二光學(xué)系 統(tǒng)300之間，其中所述附加的光學(xué)元件是可移動的以便實現(xiàn)焦距、焦點或者它們二者的變 化。這可以使用用于移動一個或多個光學(xué)元件的常規(guī)技術(shù)來實現(xiàn)?？商娲?，圖像傳感器 130和圖像傳感器135之一或它們二者可以沿著其相關(guān)聯(lián)的光路移動以實現(xiàn)焦點的變化。 所述圖像傳感器的移動使用常規(guī)的技術(shù)來實現(xiàn)。在另一可替代的實施例中，第一光學(xué)系統(tǒng) 200或第二光學(xué)系統(tǒng)300可以相對于其相應(yīng)的圖像傳感器130和135被移動，以實現(xiàn)焦點的 變化。同樣，使用常規(guī)的技術(shù)來實現(xiàn)移動?？梢蕴峁┛刂破鞑⑵渑渲脼槭褂糜呻p焦距透鏡系統(tǒng)100的第一光學(xué)系統(tǒng)200所 產(chǎn)生的圖像和第二光學(xué)系統(tǒng)300所產(chǎn)生的圖像這二者來執(zhí)行數(shù)字變焦功能?？梢允褂弥T如 Border等人的于2008年2月7日公開的美國專利公開No. 2008/0030592中所描述的技術(shù) 的技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字變焦。參考圖3并且回去參考圖2，示出了雙焦距透鏡系統(tǒng)100的示例性實施方式360。 光學(xué)結(jié)構(gòu)205是固體材料元件，其包括在透鏡255和圖像傳感器135周圍被接合在一起的 兩部分310、320。合適的材料包括低色散材料，比如丙烯酸塑料、環(huán)烯烴聚合物(cop)(例如 Zeonex，其可從日本東京的Zeon公司購買獲得)。部分310包括元件140，該元件140充當(dāng) 對象側(cè)表面210的折射表面部分220。部分320包括對象側(cè)表面210的反射表面部分225 和圖像側(cè)表面215的反射表面部分235。在圖3中，圖像側(cè)表面215的反射表面部分235的 中部的材料表面是平的，因此折射光學(xué)元件240充當(dāng)圖像側(cè)表面215的折射表面部分230。 雙焦距透鏡系統(tǒng)100的示例性實施方式360還包括部分320上的形成孔徑290的擋光表面 350。在圖3中，光學(xué)元件255與參考圖2所述的那些光學(xué)透鏡相同。圖像傳感器130也被 示出。
參考圖4示出了傳播通過雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第二實施方式的光的光線軌跡的 示意圖。雙焦距透鏡系統(tǒng)400包括第一(例如攝遠(yuǎn)的)光學(xué)系統(tǒng)500以及第二(例如廣角 的)光學(xué)系統(tǒng)600。第一光學(xué)系統(tǒng)500的光學(xué)表面(將參考圖5予以更詳細(xì)的描述)定義 反射折射光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)500包括具有屈光度的折射光學(xué)表面和反射光學(xué)表面二 者。第二光學(xué)系統(tǒng)600的光學(xué)表面(將參考圖6予以更詳細(xì)的描述)定義屈光光學(xué)系統(tǒng)，其 中光學(xué)系統(tǒng)600包括具有屈光度的折射光學(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的一部分、一些光學(xué)表面和光學(xué)元件。
具有第一焦距的第一光學(xué)系統(tǒng)500沿著光路或光軸被定位。具有第二焦距的第二 光學(xué)系統(tǒng)600共用該同一光路的一部分。使用傳播通過光學(xué)系統(tǒng)400的光的光線軌跡來描 述該光路。第一光學(xué)系統(tǒng)500的第一焦距長于第二光學(xué)系統(tǒng)600的第二焦距。參考圖5，當(dāng)沿著光路(其通過傳播通過光學(xué)系統(tǒng)500的光的光線軌跡被描述)觀 察時，第一光學(xué)系統(tǒng)500包括具有對象側(cè)表面505和圖像側(cè)表面510的光學(xué)結(jié)構(gòu)550。中間 光學(xué)元件515被安放在光學(xué)結(jié)構(gòu)550的對象側(cè)表面505與圖像側(cè)表面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。對象側(cè)表面505具有一定的正屈光度，該正屈光度有助于減小第一光學(xué)系統(tǒng)500 的總長度。對象側(cè)表面505是非球面的，但是，表面505也可以是球面的。圖像側(cè)表面510 是反射表面，其提供更大量(當(dāng)與表面505相比時)的屈光度，并且在不增加色差的情況下 做到這一點，因為其是反射性的。圖像側(cè)表面510也可以是非球面的。中間元件515的表 面520是平的反射表面(例如鏡面)，其沒有重定向或彎折第一光學(xué)系統(tǒng)500的光路或光軸 的屈光度。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 第一中間光學(xué)元件。中間光學(xué)元件包括折射表面525并且沿著未被第二光學(xué)系統(tǒng)600共享 的光路部分被定位。表面525被包含在光學(xué)結(jié)構(gòu)550中。然而，光學(xué)表面525可以是不是 光學(xué)結(jié)構(gòu)550的一部分的中間光學(xué)元件的表面。第一光學(xué)系統(tǒng)500將光引導(dǎo)到圖像傳感器 530。盡管未在圖5中示出，但是可以將附加的光學(xué)元件(一個或多個)定位在圖像傳感器 530與第一光學(xué)系統(tǒng)500之間，如同處于圖像傳感器675與第二光學(xué)系統(tǒng)600 (將參考圖6 予以描述)之間的光學(xué)元件。在圖5中，表面525是平的。然而，表面525可以具有屈光度 并且可選地是非球面的，以便被用作場校正表面、用以控制橫向色差的途徑、或者這二者。表2A描述了本發(fā)明的第二示例性實施例的第一透鏡系統(tǒng)500的一個特定配置。在 該配置中，透鏡系統(tǒng)500是攝遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，其它配置是允許的。通常，這 些其它的配置取決于針對雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第一透鏡系統(tǒng)500所構(gòu)思的特定應(yīng)用。表 2A 非球面常數(shù) 參考圖6，第二光學(xué)系統(tǒng)600與第一光學(xué)系統(tǒng)500共用表面505。第二光學(xué)系統(tǒng) 600包括中間元件515的第二表面620。在該實例中，第二表面620與第一表面520是相對 的。中間元件515的第二表面620是平的反射表面，其不具有重定向第二光學(xué)系統(tǒng)600的 光路或光軸的屈光度。當(dāng)設(shè)計雙焦距透鏡系統(tǒng)400時，第二表面620可以被指定作為第二光學(xué)系統(tǒng)600 的孔徑光闌，以便減小或最小化表面620(以及中間元件515)的物理空間需求。類似地，中 間元件515上的第一表面520可以被指定作為第一光學(xué)系統(tǒng)500的孔徑光闌。第二光學(xué)系統(tǒng)600包括球面的并且具有屈光度的光學(xué)表面625。表面625可以是 非球面的。光學(xué)表面625被包含在光學(xué)結(jié)構(gòu)550中。在這種意義上，光學(xué)表面625是光學(xué) 結(jié)構(gòu)550的第二圖像側(cè)表面，其中光學(xué)結(jié)構(gòu)550的圖像側(cè)表面510是光學(xué)結(jié)構(gòu)550的第一 圖像側(cè)表面。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，光學(xué)表面625是折射性的，而圖像側(cè)表面510是反射性 的。光學(xué)表面625沿著未被第一光學(xué)系統(tǒng)500共享的光路部分被定位。可替代地，光學(xué)表 面625可以是不是光學(xué)結(jié)構(gòu)550的一部分的光學(xué)元件的表面。在穿過光學(xué)表面625之后，第二光學(xué)系統(tǒng)600通過一個或多個附加的透鏡將光引 導(dǎo)到圖像傳感器675。如圖6所示，這些透鏡包括具有表面630、635、640的雙合透鏡；具 有表面645、650的雙凸透鏡；以及分別具有表面655、660和665、670的第一和第二彎月透 鏡。第一和第二彎月透鏡在其圖像傳感器675側(cè)都是凹面的?？商娲?，第二光學(xué)系統(tǒng)600 可以具有比圖6所示的透鏡的數(shù)目更多或更少的透鏡。表2B描述了本發(fā)明的第二示例性實施例的第二透鏡系統(tǒng)600的一個特定配置。在 該配置中，透鏡系統(tǒng)600是廣角透鏡系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，其它配置是允許的。通常，這 些其它的配置取決于針對雙焦距透鏡系統(tǒng)400的第一透鏡系統(tǒng)600所構(gòu)思的特定應(yīng)用。表 2B回過來參考圖4-6，第一光學(xué)系統(tǒng)500的第一焦距和第二光學(xué)系統(tǒng)600的第二焦距 中的至少之一是固定的焦距。然而，能夠構(gòu)思的是可以將附加的光學(xué)元件(一個或多個)
11定位在圖像傳感器530與第一光學(xué)系統(tǒng)500之間以及/或者圖像傳感器675與第二光學(xué)系 統(tǒng)600之間，其中所述附加的光學(xué)元件可以移動以便實現(xiàn)焦距、焦點或者它們二者的變化。 這可以使用用于移動一個或多個光學(xué)元件的常規(guī)技術(shù)來實現(xiàn)?？商娲?，圖像傳感器530 和第二圖像傳感器675之一或它們二者可以沿著其相關(guān)聯(lián)的光路移動以實現(xiàn)焦點的變化。 所述圖像傳感器的移動是使用常規(guī)的技術(shù)來實現(xiàn)的。在另一可替代的實施例中，第一光學(xué) 系統(tǒng)500或第二光學(xué)系統(tǒng)600可以相對于其相應(yīng)的圖像傳感器530和675被移動，以實現(xiàn) 焦點的變化。同樣，使用常規(guī)的技術(shù)來實現(xiàn)移動?？梢蕴峁┛刂破鞑⑵渑渲脼槭褂糜呻p焦距透鏡系統(tǒng)400的第一光學(xué)系統(tǒng)500所 產(chǎn)生的圖像和第二光學(xué)系統(tǒng)600所產(chǎn)生的圖像這二者來執(zhí)行數(shù)字變焦功能。可以使用諸如 Border等人的于2006年8月1日提交的美國專利申請序列號11/461，574中所描述的技術(shù) 的技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字變焦，所述專利申請的公開內(nèi)容通過引用被合并于此。參考圖7并且返回參考圖5和6，示出了雙焦距透鏡系統(tǒng)400的示例性實施方式 700。光學(xué)結(jié)構(gòu)550是固體材料元件，其包括在中間光學(xué)元件515周圍被接合在一起的兩個 部分710、720。合適的材料包括低色散材料，比如丙烯酸塑料、環(huán)烯烴聚合物(cop)、(例如 Zeonex，其可從日本東京的Zeon公司購買得到)。第一光學(xué)系統(tǒng)500的光學(xué)結(jié)構(gòu)550的中 間元件515 (以及反射表面520)、表面525、以及對象側(cè)表面505和圖像側(cè)表面510組成相 同光學(xué)元件的部分。另外，該光學(xué)元件還包括中間元件515的反射表面620和第二光學(xué)系 統(tǒng)600的表面625。在圖7中，光學(xué)元件730與參考圖6所述的那些光學(xué)透鏡相同。圖像傳 感器530和675也被示出。使用反射和折射光學(xué)器件來創(chuàng)建光學(xué)系統(tǒng)(其包括共用共同的光軸的兩個單獨 的成像系統(tǒng))的光學(xué)系統(tǒng)可以用在許多應(yīng)用中。通過共用共同的光軸，可以使兩個單獨的 成像系統(tǒng)提供沒有視差差數(shù)的圖像。諸如上面所述那些光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)尤其很適用于 緊湊型成像系統(tǒng)。所述反射光學(xué)器件將該光學(xué)系統(tǒng)基本上疊合到其自身上，由此減小該光 學(xué)系統(tǒng)的總長度。將該光學(xué)系統(tǒng)配置為共享共同的光軸的至少一部分在與不共用共同的光 軸的光學(xué)系統(tǒng)相比還減少物理空間需求并且降低光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜度。部件列表100雙焦距透鏡系統(tǒng)105折射表面110折射表面115外部環(huán)形區(qū)域(第一折射表面部分)120中心區(qū)域(第二折射表面部分)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對象側(cè)表面215圖像側(cè)表面
220折射表面部分225反射表面部分230折射表面部分235反射表面部分240折射光學(xué)元件245折射表面250折射表面255 透鏡260折射表面265折射表面270折射表面275折射表面280折射表面285折射表面290 孔徑300第二光學(xué)系統(tǒng)310 部分320 部分330對象側(cè)表面350擋光表面360光學(xué)系統(tǒng)實施方式400雙焦距透鏡系統(tǒng)410 光軸500第一光學(xué)系統(tǒng)505對象側(cè)表面510圖像側(cè)表面515中間光學(xué)元件520第一反射表面525折射表面530圖像傳感器550光學(xué)結(jié)構(gòu)600第二光學(xué)系統(tǒng)620第二反射表面625折射表面630折射表面635折射表面640折射表面645折射表面650折射表面
655折射表面660折射表面665折射表面670折射 表面675圖像傳感器700實施方式710部分720部分730光學(xué)元件
權(quán)利要求
一種雙焦距光學(xué)系統(tǒng)，包括第一光學(xué)系統(tǒng)，其沿著光軸被定位，第一光學(xué)系統(tǒng)包括具有對象側(cè)表面和圖像側(cè)表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述對象側(cè)表面和所述圖像側(cè)表面包括折射表面部分和反射表面部分，第一光學(xué)系統(tǒng)具有焦距；以及第二光學(xué)系統(tǒng)，其被定位在同一光軸上，第二光學(xué)系統(tǒng)具有焦距，第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距長于第二光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
2.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)的圖像側(cè)表面的反射表面部分具有 屈光度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面的折射表面部分具有屈光 度，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面的屈光度小于所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的圖像側(cè)表面的屈光度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的圖像側(cè)表面包括非球面表面。
5.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)的對象側(cè)表面的折射表面部分具有 屈光度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面包括非球面表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)的所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面和圖 像側(cè)表面組成同一光學(xué)元件的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件是固體材料元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述固體材料元件包括被接合在一起的兩個元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括第一圖像傳感器，其與第一光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)；以及第二圖像傳感器，其與第二光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括附加的光學(xué)元件，其被定位在第一圖像傳感器與第一光學(xué)系統(tǒng)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述附加的光學(xué)元件被定位為可移動的，以便 實現(xiàn)焦距、焦點、或者它們二者的變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中第一圖像傳感器和第二圖像傳感器之一或它們 二者能夠沿著其相關(guān)聯(lián)的光路移動以實現(xiàn)焦點的變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括控制器，其被配置為使用由第一光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像和由第二光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖 像這二者來執(zhí)行數(shù)字變焦功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面的折射表面部分包括第 一折射表面部分和第二折射表面部分，其中第一折射表面部分與第一光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，并 且第二折射表面部分與第二光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面的第一折射表面部 分和第二折射表面部分形成連續(xù)的表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的對象側(cè)表面的第一折射表面部 分和第二折射表面部分具有相同的曲率半徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括第一圖像傳感器，其與第一光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)；以及 第二圖像傳感器，其與第二光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括附加的光學(xué)元件，其被定位在所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的第二折射表面部分與第二圖像傳感器之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述附加的光學(xué)元件被定位為可移動的，以便 實現(xiàn)焦距、焦點、或者它們二者的變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距和第二光學(xué)系統(tǒng)的焦距中 的至少之一是固定的焦距。
全文摘要
一種雙焦距光學(xué)系統(tǒng)(100)包括第一光學(xué)系統(tǒng)(200)和第二光學(xué)系統(tǒng)(300)。第一光學(xué)系統(tǒng)(200)沿著光軸(125)被定位，并且包括具有對象側(cè)表面和圖像側(cè)表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)(205)。對象側(cè)表面和圖像側(cè)表面包括折射表面(140，240)和反射表面(225，235)。第一光學(xué)系統(tǒng)(200)具有焦距。第二光學(xué)系統(tǒng)被定位在同一光軸(125)上并且具有焦距。第一光學(xué)系統(tǒng)的焦距長于第二光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
文檔編號G02B17/08GK101874219SQ200880117744
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者J·D·格里菲思, J·N·博德, J·R·比特里, S·C·卡希爾 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司