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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-12
(54)【発明の名称】３つのミラーを含む結像光学系
(51)【国際特許分類】
G02B 17/02 20060101AFI20240104BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20240104BHJP
G03B 19/02 20210101ALI20240104BHJP
G03B 17/17 20210101ALI20240104BHJP
G03B 11/04 20210101ALI20240104BHJP
【ＦＩ】
G02B17/02
G02B5/08 A
G03B19/02
G03B17/17
G03B11/04 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023537044
(86)(22)【出願日】2021-12-14
(85)【翻訳文提出日】2023-07-19
(86)【国際出願番号】 FR2021052314
(87)【国際公開番号】W WO2022129770
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】2013568
(32)【優先日】2020-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518023164
【氏名又は名称】オフィス ナショナル デテュード エ ドゥ ルシェルシュ アエロスパシアル
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】デュヴォ，ルイ
(72)【発明者】
【氏名】ドゥルアール，ギヨーム
【テーマコード（参考）】
2H042
2H054
2H083
2H087
2H101
【Ｆターム（参考）】
2H042DA01
2H042DA11
2H042DB14
2H042DC08
2H042DC11
2H042DD09
2H054BB02
2H083AA58
2H083DD35
2H087KA01
2H087NA03
2H087NA18
2H087TA05
2H087TA06
2H101FF00
(57)【要約】
３つのミラー（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を備える結像光学系（１）は、そうでなければ系のイメージセンサ（２）に到達し得る迷光を遮断するように適合された構成を有し、それと同時に、大きな照射野、高度な開口、および良好な系のコンパクト性を可能にする。系はまた、前記系の光学入口の両側に１つ配置された２つの入口バッフル（１１、１２）を組み込んでもよい。前記２つの入口バッフルの機能は、取り込まれた各像に有用な入射野から角度的に離れた照射野に由来する光線を遮断することに限定され得る。したがって、２つの入口バッフルは上流における長さを短くすることができ、その結果、系は小さいサイズを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ミラー（Ｍ１）と、第２ミラー（Ｍ２）と、第３ミラー（Ｍ３）とを含む３つのミラーを備えた結像光学系（１）であって、前記系の入射野に位置するシーンから生じる光線が、最初に前記第１ミラーによって、次いで前記第２ミラーによって、次いで前記第３ミラーによって反射されて、前記系の焦点面（ＦＰ）内に前記シーンの像を形成するように、前記第１ミラー（Ｍ１）、前記第２ミラー（Ｍ２）、および前記第３ミラー（Ｍ３）が適合および配置され、前記シーンから生じ、前記像の形成に寄与する光線は、前記第１ミラー（Ｍ１）の上流の初期部分と、前記第１ミラーと前記第２ミラー（Ｍ２）との間の第１中間光線部分と、前記第２ミラーと前記第３ミラー（Ｍ３）との間の第２中間光線部分と、前記第３ミラーと前記焦点面（ＰＦ）との間の末端光線部分とに分割され、
前記第１（Ｍ１）および第２（Ｍ２）ミラーは前記系（１）の近軸光線の前記第２中間部分が前記近軸光線の前記初期部分と交差するように配向され、前記第２および第３ミラー（Ｍ３）は前記近軸光線の前記末端部分が前記第２ミラーに対する前記第１ミラーの横方向のずれとは反対の側の前記第２ミラーの側面を通過するように配向され、その結果、前記近軸光線の前記末端部分は前記近軸光線の前記第１中間部分と交差せず、
前記系（１）はさらにイメージセンサ（２）を備え、前記イメージセンサの感光面（Ｓ）が前記焦点面（ＰＦ）に重ねられ、前記感光面が上流境界（ＬＡＭ）から下流境界（ＬＡＶ）に延在するように配置され、前記イメージセンサの前記感光面の前記上流および下流境界は前記近軸光線の前記初期部分への前記上流および下流境界のそれぞれの投影に関係して規定され、かつ、前記近軸光線の前記初期部分における前記近軸光線の伝搬方向に関係して規定され、
前記系（１）は、前記イメージセンサ（２）の前記感光面（Ｓ）の上流境界（ＬＡＭ）が前記第１ミラー（Ｍ１）の上流縁部（ＢＡＭ１）と前記第２ミラー（Ｍ２）の上流縁部（ＢＡＭ２）とを結ぶ直線（Ｄ０）に対して、あるいは前記第２ミラーを囲むスクリーンの上流縁部に対して、下流にずれ、前記第２ミラーまたは前記第２ミラーを囲む前記スクリーンが前記第１ミラーから前記イメージセンサの前記感光面へと直線的に伝播するであろう光線を遮断するように、前記第２ミラーおよび前記第３ミラーが配向されることを特徴とし、
前記第１ミラー（Ｍ１）、前記第２ミラー（Ｍ２）のそれぞれの上流縁部（ＢＡＭ１、ＢＡＭ２）および下流縁部（ＢＡＶ１、ＢＡＶ２）は、前記近軸光線の前記初期部分上への前記第１ミラー、前記第２ミラーのそれぞれの前記上流および下流縁部のそれぞれの投影に関係して規定され、かつ、前記近軸光線の前記初期部分における前記近軸光線の前記伝播方向に関係して規定され、
前記イメージセンサ（２）の前記感光面（Ｓ）の前記上流境界（ＬＡＭ）の前記下流へのずれは、前記近軸光線の前記初期部分に平行であり、前記近軸光線の前記初期部分における前記近軸光線の前記伝播方向へのずれである、結像光学系（１）。
【請求項2】
前記第１ミラー（Ｍ１）、前記第２ミラー（Ｍ２）、および前記第３ミラー（Ｍ３）のうちの少なくとも１つは、自由形状の反射面を有する、請求項１に記載の結像光学系（１）。
【請求項3】
前記第３ミラー（Ｍ３）とは反対の、前記イメージセンサ（２）と同じ前記入射野の第１の側において、第１照射野端縁光線の初期部分に重ね合わされる第１入口バッフル（１１）を備え、前記第１入口バッフルは、第２照射野端縁光線の末端部分に接続する下流縁部（ＢＡＶ１１）を有する、請求項１または２に記載の結像光学系（１）。
【請求項4】
前記イメージセンサ（２）とは反対の、前記第３ミラー（Ｍ３）と同じ前記入射野の第２の側において、第２照射野端縁光線の初期部分に重ね合わされる第２入口バッフル（１２）をさらに備え、前記第２入口バッフルは、前記第３ミラーの上流縁部（ＢＡＭ３）、前記第３ミラーを囲むスクリーン、または前記第３ミラーのための不透明な台に接続される下流縁部（ＢＡＶ１２）を有するか、あるいは、前記第２入口バッフルの前記下流縁部が、前記イメージセンサ（２）の前記感光面（Ｓ）の前記上流境界（ＬＡＭ）と前記第１入口バッフル（１１）の前記下流縁部（ＢＡＶ１１）とを結ぶ直線（Ｄ２）の下流に配置される、請求項３に記載の結像光学系（１）。
【請求項5】
前記第２入口バッフル（１２）は、前記第１入口バッフル（１１）の前記下流縁部（ＢＡＭ１）と前記イメージセンサ（２）の前記感光面（Ｓ）の前記下流境界（ＬＡＶ）とを結ぶ直線（Ｄ１）の上流に位置する上流縁部（ＢＡＭ１２）を有することを特徴とする請求項４に記載の結像光学系（１）。
【請求項6】
前記イメージセンサ（２）の縦寸法が、前記系の第１画角（α１）を決定し、前記系（１）は、前記第１画角（α１）が９°以上、好ましくは１８°以上であるように適合される請求項１から５の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項7】
前記イメージセンサ（２）はマトリクス配列を有し、前記イメージセンサの横寸法は前記縦寸法に垂直であり、前記系の第２画角を決定し、前記系（１）は、前記第２画角が１２°以上、好ましくは２４°以上であるようにさらに適合される、請求項６に記載の結像光学系（１）。
【請求項8】
５未満、好ましくは２未満の開口数Ｎを有し、前記開口数Ｎはｆ／Ｄに等しく、ｆは前記系の焦点距離ｆであり、Ｄは前記系の入射瞳の寸法である、請求項１から７の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項9】
瞳孔絞りをさらに備え、前記瞳孔絞りは、前記第１ミラー（Ｍ１）または前記第３ミラー（Ｍ３）、好ましくは前記第３ミラーに位置する、請求項１から８の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項10】
前記第３ミラー（Ｍ３）と前記イメージセンサ（２）との間に配置されたスペクトル分離装置（１３）と、前記系の焦点面（ＰＦ）の像（ＰＦ’）に配置された追加のイメージセンサ（２’）とをさらに備え、前記像が前記スペクトル分離装置によって形成される、請求項１から９の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項11】
前記第１（Ｍ１）、第２（Ｍ２）、および第３（Ｍ３）ミラーは、前記系の焦点距離ｆの値の２～６倍の直径を有する球体内に含まれる、請求項１から１０の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項12】
前記第１（Ｍ１）、第２（Ｍ２）、および第３（Ｍ３）ミラーのうちの少なくとも１つが、注入されたポリマー系材料から作られた剛性部分（Ｍ２ｂ）と、任意の反射性金属層（Ｍ２ｒ）とを備える、請求項１から１１の何れか１項に記載の結像光学系（１）。
【請求項13】
請求項１から１２の何れか１項に記載の系（１）を含むオプトエレクトロニック撮像装置（１００）であって、前記装置は、航空機の誘導装置、サーマルカメラ、視界補助装置、ならびに、監視および探知のためのオプトエレクトロニックポッドから選択される、オプトエレクトロニック撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、３つのミラーを含む結像光学系、およびそのような系を含むオプトエレクトロニック（光電子）撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
３つのミラーを含む結像光学系は、多くの用途に使用されている。特に、これらの系は、望遠タイプの系であってもよく、Ａ．Ｂａｕｅｒらによる「Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ａ ｎｅｘｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ： ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ」、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．１０９９８， ２０１９年５月１４日、１０９９８０Ｗ－１～１０９９８０Ｗ－８頁は、各々が３つの自由形状のミラーから構成される、いくつかの新しい結像光学系の構成を提案している。結像光学系に関する一般的な課題は特に、それらのサイズ、およびミラーによって形成される像に重畳される迷光の量を低減する可能性である。このような結像光学系のイメージセンサに到達する迷光の量を低減するために、適した方式にて配置された１つ以上のバッフルを使用することが一般的に行われている。しかしながら、これらのバッフルのいくつか、特に最も効率的なバッフルは、系のサイズを著しく増加させる。そのサイズを増大させることに加えて、そのようなバッフルはまた、いくつかの連続する画像において捕捉されるべき大きなシーンを走査するために適合される回転中の結像光学系の回転慣性を増大させる。高い角加速度を有するこれらの系の高速の回転を必要とする結像光学系の１つの応用は、監視および探知のためのオプトエレクトロニックポッドの供給である。オプトエレクトロニックポッドは航空機、例えば、航空機に搭載されたヘリコプターまたは無人機に搭載されるように意図されている。したがって、結像光学系に組み込まれるバッフルを可能な限り小さくしながら、撮影画像において低レベルの迷光を得ることが重要である。
【0003】
図１は、先に引用したＡ．Ｂａｕｅｒらの論文に記載されている構成の１つの図である。このような、全体を参照番号１で示す結像光学系は、Ｍ１で示す第１ミラー、Ｍ２で示す第２ミラー、およびＭ３で示す第３ミラーを含む３つのミラーを含むタイプである。これらのミラーは、系の入射野に位置するシーンから発生する光線が最初にミラーＭ１によって、次にミラーＭ２によって、次にミラーＭ３によって反射されて、ＰＦで示される系の焦点面内にシーンの像を形成するように、適合され、配置される。したがって、シーンから発生し、像を形成することに寄与する任意の光線は、ミラーＭ１の上流の初期部分と、ミラーＭ１とミラーＭ２との間の第１中間光線部分と、ミラーＭ２とミラーＭ３との間の第２中間光線部分と、ミラーＭ３と焦点面ＰＦとの間の末端光線部分とに分割される。第２ミラーＭ２は凸面であってもよく、第３ミラーＭ３は凹面であってもよい。主ミラーＭ１の曲率方向は、このミラー上の位置に応じて変化し得る。３つのミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３は、自由形状の反射面を有する。公知の様式では、自由形状の曲面が回転対称性を有するいかなる表面にも含まれない。
【0004】
本明細書において、上流および下流という用語は、シーンから生じ、焦点面ＰＦにおいて像を形成する光線の伝播方向に対して定義される。さらに、用語「近軸光線（parabasal ray）」または「主光線」はシーンから発生し、系１の入射瞳の中心を通過することによって焦点面ＰＦにおける像に寄与し、系の光軸に対してゼロの角度偏差を有する光線を指すために使用される。図１では、近軸光線は参照ＲＰで、初期部分においては参照ＲＰ０で、第１および第２中間部分においては参照ＲＰ１およびＲＰ２で、末端部分においては参照ＲＰ３で示されている。シーンのうち系１の入射野の境界に位置する要素から発生し、系の入射瞳の端部を通過する光線は、照射野端縁光線と呼ばれる。
【0005】
図１の系では、近軸光線ＲＰの第２中間部分ＲＰ２が初期部分ＲＰ０と交差するように、ミラーＭ１およびＭ２が配向されている。このミラーＭ１およびＭ２の構成をα構成と呼ぶ。さらに、ミラーＭ２およびＭ３は、近軸光線ＲＰの末端部分ＲＰ３がミラーＭ２に対するミラーＭ１の横方向のずれとは反対の側のミラーＭ２の側面を通過するように配向される。この様式において、近軸光線ＲＰの末端部分ＲＰ３は、光線の第１中間部分ＲＰ１と交差しない。ミラーＭ２およびＭ３のこの構成は、ｚ構成と呼ばれる。したがって、系１は、α－ｚ構成と呼ばれる全体的な光学構成を有する。
【0006】
系１は、さらにイメージセンサ２を備え、このイメージセンサの感光面Ｓが焦点面ＰＦに重ねられるように配置される。感光面Ｓは、上流境界ＬＡＭから下流境界ＬＡＶまで延在している。イメージセンサ２の感光面Ｓの上流ＬＡＭおよび下流ＬＡＶ境界は、近軸光線ＲＰ０の初期部分へのこれらの境界のそれぞれの投影に関係して規定され、この初期部分における近軸光線ＲＰの伝播方向に関係して規定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明は、イメージセンサに到達する迷光の量を低減した新たな結像光学系を提案することを目的とする。
【0008】
本発明の他の目的は、結像光学系が小型であることである。
【0009】
本発明の他の追加の目的は、結像光学系が大きな入射野を有することができ、および／または大きな入射瞳を有することができることである。
【0010】
本発明のさらに他の目的は、結像光学系を低コストで製造できることである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
これらの、あるいは他の目的の少なくとも１つを達成するために、本発明の第１の態様は、上述したタイプの３つのミラーを含む結像光学系を提案する。第２および第３ミラーは、イメージセンサの感光面の上流境界が、第１ミラーの上流縁部と第２ミラーの上流縁部とを結ぶ直線、あるいは、第２ミラーを囲むスクリーンの上流縁部に対して下流にずれるように配向される。このようにして、第２ミラーあるいはそれを囲むスクリーンは、そうでなければ第１ミラーから直接イメージセンサの感光面に直線的に伝播するのであろう光線を遮断する。
【0012】
上述の慣例に従って、第１ミラー、第２ミラーのそれぞれの上流および下流縁部は、それぞれ、近軸光線の初期部分上へのそれらのそれぞれの投影に関係して規定される。また、上流および下流縁部は、この初期部分における近軸光線の伝播方向に規定している。同様に、イメージセンサの感光面の上流境界の下流へのずれは、近軸光線の初期部分に平行である。そして、下流へのずれは、この初期部分における近軸光線の伝播方向へのずれである。
【0013】
したがって、第２ミラーがイメージセンサと第１ミラーとの間に位置する、このような系の構成は、迷光を遮断することを可能にする。そうでなければ、特に、系の光学入口を通って入り、第１ミラーによってイメージセンサに向かって反射される、第１ミラーからから直接伝搬する光線がイメージセンサに到達するだろう。
【0014】
本発明の改良によれば、系は、第１入口バッフルをさらに備えることができる。第１入口バッフルは、第３ミラーとは反対の、イメージセンサと同じ入射野の第１の側において、第１照射野端縁光線の初期部分に重ね合わされる。この場合、この第１入口バッフルは、第２照射野端縁光線の末端部分に接続する下流縁部を有することができる。これらの第２照射野端縁光線は、特に系が３つのミラーに共通の対称面を有するとき、系に入射し、像を形成する第１照射野端縁光線とは反対であってもよい。そのような第１入口バッフルは、そうでなければイメージセンサに向かって直接配向されたその光学入口を通って系に入射する光の一部を遮断する。さらに、この第１入口バッフルはその下流縁部から始まって、この第１入口バッフルの上流縁部が光線を遮断する長さを有することができる。そうでなければ、光線はその光学入口を通って第３ミラーに向かって系に入り、この第３ミラーによってイメージセンサに向かって反射される。
【0015】
本発明の特徴によれば、イメージセンサの感光面の上流境界が第１ミラーおよび第２ミラーのそれぞれの上流縁部を結ぶ直線に対して下流にずれているため、第１入口バッフルは、第１照射野端縁光線の初期部分に平行な短縮された長さを有することができる。したがって、第１入口バッフルを含む系のサイズが低減される。
【0016】
本発明の補足的な改良によれば、系は、第２入口バッフルをさらに備えることができる。第２入口バッフルは、第３ミラーと同じ入射野の、イメージセンサとは反対の第２の側において、第２照射野端縁光線の初期部分に重ね合わされる。次いで、この第２入口バッフルは第３ミラーの上流縁部に、またはこの第３ミラーを囲むスクリーンに、または第３ミラーのための不透明な台に接続される下流縁部を有してもよい。あるいは、第２入口バッフルの下流縁部がイメージセンサの感光面の上流境界を第１入口バッフルの下流縁部に接続する直線の下流に位置してもよい。そのような第２入口バッフルは、そうでなければ光学入口を通って系に入り、イメージセンサに直接向けられる光をさらに低減する。
【0017】
好ましくは、第２入口バッフルが第１入口バッフルの下流縁部をイメージセンサの感光面の下流境界に接続する直線の上流に位置する上流縁部を有することができる。したがって、第１および第２入口バッフルは協働して、そうでなければその光学入口を通って系に入り、イメージセンサに直接向かうか、または第３ミラーに向かうすべての光線を遮断する。
【0018】
また、本発明の特徴により、イメージセンサの感光面の上流境界は第１および第２ミラーのそれぞれの上流縁部を接続する直線に対して下流にずれるため、第２入口バッフルは第２照射野端縁光線の初期部分に平行な長さを減少させることができる。したがって、第２入口バッフルを含む系のサイズも縮小される。
【0019】
本発明の好ましい実施形態では以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つが、単独で、またはそれらのうちのいくつかを組み合わせて、任意に再現されてもよい。
【0020】
－第１ミラー、第２ミラー、および第３ミラーのうちの少なくとも１つは、自由形状の反射面を有していてもよい。
【0021】
－イメージセンサの縦寸法は系の第１画角を決定し、系は、この第１画角が９°（度）以上、好ましくは１８°以上であるように適合されてもよい。これにより系の入射野は大きくすることができるが、好ましくは４５°未満である。
【0022】
－イメージセンサは、マトリクス配列を有してもよく、この場合、イメージセンサのその縦寸法に垂直である横寸法は、系の第２画角を決定する。この場合、系は、第２画角が１２°以上、好ましくは２４°以上、好ましくは６０°未満であるように適合されてもよい。
【0023】
－系は５未満、好ましくは２未満の開口数値Ｎを有することができ、開口数値Ｎはｆ／Ｄに等しく、ｆは系の焦点距離であり、Ｄは系の入射瞳の寸法である。したがって、開口数の値Ｎは、系の入射瞳を大きくすることができる。
【0024】
－焦点距離ｆの値は、１００ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下、２ｍｍより大きくてもよい。
【0025】
－イメージセンサは、シーンから発生する光線の波長値において、３６０ｎｍ（ナノメートル）～１４μｍ（マイクロメートル）に及ぶスペクトル間隔の少なくとも一部に感度を有するタイプのものであってもよい。特に、イメージセンサは、ボロメータ型またはマイクロボロメータ型の熱センサであってもよい。
【0026】
－系は第１ミラーまたは第３ミラー、好ましくは第３ミラーに配置される瞳孔絞りをさらに備えてもよい。瞳孔絞りのこれらの２つの位置について、これは、特に、円形、正方形、または長方形の簡単な開口形状を有することができる。さらに、それが第３ミラーに位置する場合、そのサイズはより小さい。有利には、瞳孔絞りは第１ミラーまたは第３ミラーの周縁部によって形成されてもよい。
【0027】
－前記系は、前記第３ミラーと前記イメージセンサとの間に配置されるスペクトル分離装置と、前記系の焦点面の像に配置された追加のイメージセンサとをさらに備えてもよく、前記像が前記スペクトル分離装置によって形成されてもよい。
【0028】
－第１、第２、および第３ミラーは、系の焦点距離ｆの値の２～６倍の直径を有する球に含まれてもよい。
【0029】
－第１、第２、および第３ミラーのうちの少なくとも１つは、注入されたポリマー系材料で作られた剛性部分と、任意の反射性金属層と、を含んでもよい。
【0030】
最後に、本発明の第２の態様は、上述の第１の態様による系を備えるオプトエレクトロニック撮像装置を提案する。この装置はこれらに限定されないが、航空機の誘導装置、サーマルカメラ、視界補助装置、または、監視および探知のためのオプトエレクトロニックポッドであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0031】
本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下のいくつかの非限定的な実施形態の詳細な説明においてより明確に明らかになるであろう。
【図1】本発明以前から知られている結像光学系の光学図である。
【図2】本発明に係る結像光学系の光学図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
明確とするために、これらの図に示される要素の寸法は、実際の寸法にも、実際の寸法比にも対応しない。さらに、異なる図に示される同一の参照符号は、同一であるか、または同一の機能を有する要素を示す。図面の平面は示される結像光学系の対称面を構成するが、そのような対称性は本発明に必須ではないとみなされてもよい。実際、各系の３つのミラーは、近軸光線の部分が同一平面上にないように角度を付けることができる。
【0033】
図１－図４において、直交座標系ｘ、ｙ、ｚは、ｘ軸が図の平面に垂直であり、ｚ軸は近軸光線ＲＰの初期部分ＲＰ０に平行であり、この部分上の光線の伝播方向に配向され、ｙ軸は、焦点面ＰＦに形成される像に寄与する光線の伝播方向と一致するように配向され、これらの光線の末端部分が、正に配向されるｙ軸上の投影を有するように配向される。図の平面であるｙ－ｚ平面は、ミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３の各々の反射面の対称面を含む、系１の対称面であってもよい。上流および下流という用語は、ｚ軸上の光学部品の境界または縁部の投影のそれぞれの位置を比較することによって、このｚ軸に関して定義される。特に、下流縁部ＢＡＶ１、ＢＡＶ２のそれぞれは、上流縁部ＢＡＭ１、ＢＡＭ２のそれぞれと、ミラーＭ１、Ｍ２のそれぞれに対し反対の側にある。
【0034】
図１に示す直線Ｄ０はミラーＭ１、Ｍ２の上流縁部を結び、それぞれＢＡＭ１、およびＢＡＭ２で示されている。それは、イメージセンサ２が依然としてｚ軸に関して、この直線Ｄ０の上流に少なくとも部分的にずれていることを示す。直線Ｄ０とイメージセンサ２との相対位置のために、迷光は、ミラーＭ１からイメージセンサ２に直接的に伝播することができる。この迷光は、系１の光学入口が向いているシーンから生じ、ミラーＭ１によってイメージセンサ２に向けて反射され得る。そして、迷光はミラーＭ２の上流を通過することにより、直接、イメージセンサ２に到達する。図１の参照Ｒ１は、この迷光の光線を示す。この迷光の光線Ｒ１はその光入射において、系１の光軸に対してわずかな傾斜を有し、ミラーＭ１によって反射される前にｚ軸に対してわずかな傾斜を有することを意味する。系１の光学入口に配置された照射野縁部のマスクによるその除去は、このマスクが光学入口の上流方向に大きな長さを有することを必要とする。
【0035】
図２は図１と同じタイプであるが、本発明によって修正された系１を示す。また、本発明において、ミラーＭ２、Ｍ３は、イメージセンサ２の感光面Ｓが直線Ｄ０に対して上流に完全にずれるように位置決めされて傾斜している。つまり、感光面Ｓの上流境界ＬＡＭは、直線Ｄ０よりも下流に位置している。このようにして、本発明により、迷光はミラーＭ１からイメージセンサ２に直接的に伝播することができず、光線Ｒ１と同様の光線は全て遮断される。明らかに、ミラーＭ２の上流縁部は、上記ミラーの上流に延びるミラーＭ２の周縁スクリーンの上流縁部によって直線Ｄ０を画定するように置き換えることができる。
【0036】
図２の系１では、ミラーＭ３が入射瞳を構成する。
【0037】
図２の本発明の実施形態では、図のｙ－ｚ平面に現れるイメージセンサ２の感光面Ｓの寸法は、関連する画角が１８°に等しくなる寸法である。この説明の全体的な部分では、感光面Ｓのこの寸法は縦寸法と呼ばれ、関連する画角は第１画角と呼ばれている。この第１画角は、以下にα１で示される。
【0038】
イメージセンサ２はマトリクス型であってもよく、その場合、その感光面Ｓはｘ軸に平行な別の寸法を有する。この他の寸法は、本明細書の全体的な部分において、感光面Ｓの横寸法と呼ばれている。図２の実施形態では、イメージセンサ２の感光面Ｓのこの横寸法が関連する画角のようなものであり、第２画角と呼ばれ、２４°に等しい。したがって、図２の系１は、１８°×２４°という大きな全視野を有している。しかしながら、このような結像光学系の構成により、より大きな視野またはより小さな視野を得ることができる。ここで説明される実施形態によれば、イメージセンサ２の感光面Ｓが矩形の場合、このイメージセンサは、好ましくはその感光面の最大横寸法が系１の対称面に対して垂直、すなわち図２の面に対して垂直になるように配向される。
【0039】
一例として示される図２の実施形態では、イメージセンサ２がその縦寸法においてそれぞれ１２μｍ（マイクロメートル）の２４０ピクセルを有し、その横寸法において３２０ピクセルを有する。系１の焦点距離値ｆは９ｍｍ（ミリメートル）に等しく、その開口数Ｎは１．５に等しく、６ｍｍの入射瞳サイズに対応する。
【0040】
図３ａおよび図３ｂは、系１の３つのミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３が、イメージセンサ２と同じく、ＳＰＨで示される４０ｍｍに等しい直径の球内に含まれることを示しながら、図２と同じ本発明の実施形態を繰り返す。したがって、系１は特にコンパクトであり、航空機の誘導装置、サーマルカメラ、視界補助装置、ならびに、監視および探知のためのオプトエレクトロニックポッドなどのオプトエレクトロニック撮像装置への組み込みに適している。図５は、無人機３０に搭載され、系１を組み込んだ、参照符号２０によって示される、監視および探知のためのそのようなオプトエレクトロニックポッドを示す。
【0041】
本発明のいくつかの可能な実施形態では、系１の光学部品の一部または全部が一般に３Ｄ印刷と呼ばれる３次元印刷によって製造されてもよい。
【0042】
他の可能な実施形態では、系１の光学部品の一部または全部が注入されるポリマー系材料から製造されてもよい。そのような他の実施形態は、特に低いコスト価格を有することができる。さらに、注入によって形成されるミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３のうちの少なくとも１つは、ミラーのための自己測位システムを用いて直接生成されてもよい。
【0043】
ミラーＭ１、Ｍ２、およびＭ３の各々は、硬直であり、その反射面の形状を提供する基部と、その表面上に載置された反射金属層とから構成されてもよい。硬直な基部は、中実の３Ｄ印刷材料から製造されてもよく、または注入されたポリマーに基づいてもよい。ミラーＭ２については、このミラーの基部および反射層が図２においてそれぞれ参照番号Ｍ２ｂおよびＭ２ｒによって示されている。
【0044】
図３ａおよび図３ｂはさらに、２つの入口バッフルを示す。入口バッフルはさもなければイメージセンサ２に到達し得る迷光の量をさらに低減するために、系１に追加される。参照符号１１で示される入口バッフルは、本明細書の全体的な部分では第１入口バッフルと呼ばれ、参照符号１２で示される入口バッフルは第２入口バッフルと呼ばれる。系１の光学入口は、参照Ｏによって示される。入口バッフル１１はイメージセンサ２に近い光学入口Ｏの縁部に位置する。入口バッフル１２は、入口バッフル１１とは反対側の光学入口Ｏの縁部に配置される。したがって、入口バッフル１２はミラーＭ３に近い。実際、系１のα－ｚ構成のために、イメージセンサ２はミラーＭ３とは反対の方向にそれに対して横方向にずらされつつ、光学入口Ｏの近くまたは非常に近くに配置される。
【0045】
図３ａおよび図３ｂのｙ－ｚ平面において、系１の入射野は、参照ＲＭ１およびＲＭ２によって示される２つの照射野端縁光線の間に境界付けられる。したがって、これらの照射野端縁光線ＲＭ１およびＲＭ２の初期部分はそれらの間に、上述された画角α１を形成する。入口バッフル１１は、照射野端縁光線ＲＭ１の初期部分に重ね合わされる。そして、入口バッフル１２は、照射野端縁光線ＲＭ２の初期部分に重ね合わされる。さらに、入口バッフル１１は、照射野端縁光線ＲＭ２の末端部分の下流に延在してもよい。そして、入口バッフル１２は、ミラーＭ３の上流縁部ＢＡＭ３の下流に延在してもよい。言い換えると、入口バッフル１１の下流縁部ＢＡＶ１１は、照射野端縁光線ＲＭ２．の末端部分上に位置することができる。そして、入口バッフル１２の下流縁部ＢＡＶ１２は、ミラーＭ３の上流縁部ＢＡＭ３と結合することができる。図３ａおよび図３ｂのｙ－ｚ平面の外側では、入口バッフル１１および１２が好ましくは照射野端縁光線ＲＭ１およびＲＭ２に近い照射野端縁光線に重ね合わされる。
【0046】
図３ａはイメージセンサ２の感光面Ｓ上に形成される像への寄与と同様に、系１内の照射野端縁光線ＲＭ１およびＲＭ２の完全な経路を示す。照射野端縁光線ＲＭ１は、イメージセンサ２の感光面Ｓの下流境界ＬＡＶにおける像の形成に寄与する。また、照射野端縁光線ＲＭ２は上流境界ＬＡＭにおける像の形成に寄与する。
【0047】
ｙ－ｚ平面において、図３ｂを参照して、参照符号Ｆ０は系１の入射野を示し、参照符号Ｆ１およびＦ２は入射野Ｆ０の外部にあるが、それに角度的に近い角度照射野を示す。また、参照符号Ｆ３およびＦ４は、入射野Ｆ０に対して、それぞれ照射野Ｆ１およびＦ２の反対の側に角度的に位置する角度照射野を示す。したがって、照射野Ｆ１およびＦ２は、入射野Ｆ０に隣接照射野と呼ばれる。そして、照射野Ｆ３，Ｆ４を、入射野Ｆ０に対して非隣接照射野と呼ぶ。
【0048】
隣接照射野Ｆ１およびＦ２から来る、ミラーＭ１によって、次いでミラーＭ２によって、最終的にミラーＭ３によって反射され得る光線はその感光面Ｓの外側でイメージセンサ２に到達する。原理的には非隣接照射野Ｆ３およびＦ４から生じる光線は３つのミラーを介して、系１内の計画通りの経路を順次たどらない。しかしながら、光線はそれらが非隣接照射野Ｆ４から生じる場合にはイメージセンサ２に直接向けられるか、またはそれらが非隣接照射野Ｆ３またはミラーから生じる場合にはミラーＭ３上での反射後にイメージセンサ２に到達するかのいずれかである。
【0049】
α－ｚ構成によって提供されるように、イメージセンサ２を系１の光学入口Ｏの近くに配置することによって、隣接照射野Ｆ１から生じる迷光がミラーＭ３によってイメージセンサ２に向かって反射されることを防止することが可能になる。したがって、入口バッフル１１の機能はミラーＭ３によってイメージセンサ２に向かって反射され得る非隣接照射野Ｆ３から生じる迷光の遮断を含むが、隣接照射野Ｆ１から生じミラーＭ３に向かう迷光の遮断も含まない。これにより、系１の上流の入口バッフル１１の長さを短くすることができる。
【0050】
入口バッフル１１はまた、イメージセンサ２に向かって配向されている間に非隣接照射野Ｆ４から来る光線の一部を遮断し、これは、ｚ軸に対してあまり傾斜していない非隣接照射野Ｆ４からの光線を意味する。これらは、実際、入口バッフル１１の下流部分によって遮断される。
【0051】
さらに、イメージセンサ２に向かって配向されている間にｚ軸に対して最も傾斜している非隣接照射野Ｆ４の光線は、入口バッフル１２によって遮断される。これらの光線を遮断するために、入口バッフル１２は、入口バッフル１１の下流縁部ＢＡＶ１１とイメージセンサ２の感光面Ｓの下流境界ＬＡＶとを結ぶ直線Ｄ１の上流にある上流縁部ＢＡＭ１２を有することができる。しかしながら、ミラーＭ２がミラーＭ１とイメージセンサ２との間を直線的に伝播する光線を遮断するという特徴のために、入口バッフル１２はそうでなければ、ミラーＭ１上でイメージセンサ２に向かって反射され、非隣接照射野Ｆ４からの傾斜の少ない光線も反射される、隣接照射野Ｆ２からの迷光を遮断する必要がない。したがって、系１のα－ｚ構成はイメージセンサ２をその光学的入口Ｏの近くに配置することによって、入口バッフル１２が隣接照射野Ｆ２からの光線を遮断することも、非隣接照射野Ｆ４からの傾斜の少ない光線を遮断することも必要とせずに、非隣接照射野Ｆ４からの最も傾斜した寄生光線のみを入口バッフル１２によって遮断されるようにすることを可能にする。したがって、入口バッフル１２の上流縁部ＢＡＭ１２は、直線Ｄ１上に、必ずしも上流を越えて延在することなく配置されることができる。したがって、入口バッフル１２は、短い光入口Ｏの前に延在する長さを意味する上流長さを有することもできる。また、入口バッフル１２の下流縁部ＢＡＶ１２はミラーＭ３の上流縁部ＢＡＭ３を結ぶ代わりに、入口バッフル１１の下流縁部ＢＡＶ１１とイメージセンサ２の感光面Ｓの上流境界ＬＡＭとを結ぶ直線Ｄ２上に配置すればよい。
【0052】
したがって、２つの入口バッフル１１および１２の上流の長さが短くなることにより、これらの入口バッフル１１および１２を含む系１全体は、小さいサイズを有する。
【0053】
図４はやはり図２の発明の実施形態に対応し、系１への追加のイメージセンサの可能な統合を示す。参照符号１３は、例えば二色性分離器のようなスペクトル分離装置を示す。装置１３は、焦点面ＰＦの像ＰＦ’を生成する。次に、追加のイメージセンサ２’は、その感光面が焦点面の像ＰＦ’上に重ねられるように配置することができる。一例として、追加のイメージセンサ２’はシリコンベースであり、可視光の範囲に感度を有してもよい。
【0054】
本発明は上記で詳細に説明した実施形態の副次的な態様を変形しつつ再現することができ、引用された利点の少なくともいくつかを依然として保持することができることが理解される。特に、本発明による結像光学系は、上述した用途以外の用途に使用することができる。加えて、言及された任意の数値は例示の目的のみのためであり、特定の用途に応じて変更され得る。当業者は、焦点距離、画角、入射瞳の大きさなどの値を各用途に障害なく適応させる方法を理解するだろう。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】