(57)【要約】  レンズ系は、軸方向に一列整列される第１のレンズ及び第２のレンズを有し、第１のレンズ及び第２のレンズは観察者の瞳像から連続して位置合わせされるよう構成される。第２のレンズは３個の接合された素子を持つトリプレットとして形成される。第２のレンズは第１のレンズに面する凸面と第２のレンズのその凸面に対向する平面とを有する。第１のレンズはその第１のレンズの平面と対向する凹面を有する。また第２のレンズは凹面と凸面とを有し、第１のレンズの凹面と第２のレンズの凹面及び凸面は同一の曲率半径を持つ。
2012510077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に一列に整列される第１のレンズ及び第２のレンズを有し、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは観察者の瞳像から連続して位置合わせされるよう構成され、
前記第２のレンズは３個の接合された素子を持つトリプレットとして形成される、
アイピース／ルーペ。
【請求項２】
前記第１のレンズは、前記瞳像に面する平面と前記第２のレンズに面する凸面とを有する、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項３】
前記第２のレンズは、前記第１のレンズに面する凸面と前記第２のレンズの当該凸面と対向する平面とを有する、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項４】
前記第１のレンズは前記第１のレンズの前記平面と対向する凹面を有し、
前記第２のレンズは凹面と凸面とを有し、前記第１のレンズの前記凹面と前記第２のレンズの当該凹面及び当該凸面は同一の曲率半径を持つ、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項５】
前記第２のレンズは、前記第１のレンズへ向けて光を発散し、前記第１のレンズは前記第２のレンズから発した光を集光する、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項６】
イメージスクリーンが、当該イメージスクリーンから前記第２のレンズ、前記第１のレンズ及び前記観察者へ向けて順に光を投影するために前記第１及び第２のレンズの光線に沿って軸方向に一列に整列され、
前記イメージスクリーンから前記観察者へ通る前記光は、非球面及び回折面を透過しない、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項７】
イメージスクリーンが、前記第１及び第２のレンズの光線に沿って軸方向に一列に整列され、
前記第１及び第２のレンズと前記イメージスクリーンとの間に、前記光線に沿って軸方向に一列にビーム結合器が備えられ、
前記光線に対して略直交してディスプレイが備えられ、当該ディスプレイから発した光及び前記イメージスクリーンから発した光は、前記観察者による観察用に前記ビーム結合器によって結合される、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項８】
前記第１及び第２のレンズは55°よりも広い視野と、40line pairs/mmにて50%よりも高い変調伝達関数(MTF)とを提供するよう構成される、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項９】
イメージスクリーンが、前記観察者による観察用に前記第１及び第２のレンズの光線に沿って軸方向に一列に整列され、
前記イメージスクリーンは、100mmの曲率半径を持つ面よりも実質的に平らであり、かつ、前記第１及び第２のレンズに面する面を有する、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項１０】
前記第１及び第２のレンズは、約20.5mmの有効焦点距離と24mmよりも長いアイレリーフとを持つように構成される、請求項１に記載のアイピース／ルーペ。
【請求項１１】
観察者により装着されるヘルメットに取り付けられる暗視ゴーグル（ＮＶＧ）システムであって、
第１の像を形成するために、順に、対物レンズと、マルチチャネルプレート(MCP)と、アノードスクリーンとを持つイメージインテンシファイアと、
前記第１の像を前記観察者へ投影するために、前記アノードスクリーンの後方に位置合わせされるアイピースと、
第２の像を表示するためのカラーディスプレイを有する赤外撮像装置と、
前記第１の像及び前記第２の像のうちの一方または両方を前記観察者の方へ通すビーム結合器とを有し、
前記アイピースは
軸方向に一列に整列される第１のレンズ及び第２のレンズを有し、前記第２のレンズ及び前記第１のレンズは、それぞれ、前記アノードスクリーンから順に位置合わせされ、
前記第２のレンズは３個の接合された素子を持つトリプレットとして形成される、
暗視ゴーグルシステム。
【請求項１２】
前記第１のレンズは、前記観察者に面する平面と当該平面と対向する凸面とを有する、請求項１１に記載の暗視ゴーグルシステム。
【請求項１３】
前記第２のレンズは、前記第１のレンズに面する凸面と前記アノードスクリーンに面する平面とを有する、請求項１１に記載の暗視ゴーグルシステム。
【請求項１４】
前記第１のレンズは前記第２のレンズに面する凸面を有し、
前記第２のレンズは凹面と凸面とを有し、前記第１のレンズの前記凸面と前記第２のレンズの当該凹面及び当該凸面は同一の曲率半径を持つ、請求項１１に記載の暗視ゴーグルシステム。
【請求項１５】
前記第２のレンズは、前記ビーム結合器から発した光を前記第１のレンズへ発散し、前記第１のレンズは前記第２のレンズから発した光を集光する、請求項１１に記載の暗視ゴーグルシステム。
【請求項１６】
前記第１及び第２のレンズはガラスにより形成され、かつ可視光を通すように構成される、請求項１１に記載の暗視ゴーグルシステム。
【請求項１７】
光路に沿って第１及び第２のレンズを位置合わせするステップと、
前記第１及び第２のレンズによって、暗視ゴーグルシステムのアノードスクリーンにて形成された像を観察者の方へ伝達するステップと、
前記第１のレンズを単レンズとして構成し、かつ前記第２のレンズをトリプレットレンズとして構成するステップと、
を含む像の拡大方法。
【請求項１８】
前記位置合わせするステップは、前記観察者と前記アノードスクリーンとの間の前記光路に沿って順に前記第１及び第２のレンズを配置することを含み、
前記伝達するステップは、
前記第２のレンズによって前記アノードスクリーンから発した光線を発散させることと、
前記第１のレンズによって前記第２のレンズから発した前記光線を集光することを含む、請求項１７に記載の像の拡大方法。
【請求項１９】
前記アノードスクリーンからの第１の光線を受光するビーム結合器を前記光路に沿って位置合わせするステップと、
第２の光線を前記ビーム結合器の方へ発するディスプレイを前記光路と略直交して位置合わせするステップと、
前記観察者による観察用に前記ビーム結合器によって前記第１及び第２の光線をマージするステップと、
を含む請求項１７に記載の像の拡大方法。
【請求項２０】
前記第１の光線はイメージインテンシファイアの対物レンズによって形成され、
前記ディスプレイから発する前記第２の光線は赤外撮像装置によって形成される、請求項１９に記載の像の拡大方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、アイピースまたはルーペに関し、特に、暗視野ゴーグルシステム及びヘッドマウントディスプレイにおいて使用されるアイピースまたはルーペに関する。
【背景技術】
【０００２】
暗視ゴーグル及びヘッドマウントディスプレイは、赤、緑及び青について色補正され、40ラインペア  パー  ミリメートル(lp/mm)で50%より高い変調伝達関数(MTFs)を持つ高い像品質を備えたアイピースまたはルーペを必要とする。これらのアイピースまたはルーペは、ディスプレイまたはイメージ管のスクリーンと協働して観察者の目に像をもたらす。またこれらのアイピースまたはルーペには、20mmより長いアイレリーフが求められ、そのため観察者は像を観察する目の位置決めの際に、より広い許容範囲を持つことができる。
【０００３】
良いアイピース／ルーペは、目の位置に対して無反応でなければならない。これは、ルーペにおいては、ユーザの目の位置を規定する対物レンズの射出瞳像が存在しないためである。これは、目があちこち移動するにつれて像が泳いだり歪んだりすることがないように、補正レベル、特に球面収差についての補正レベルが良好であることを必要とする。
【０００４】
米国特許に開示されたルーペの例は、James G. Bakerに対して1959年に与えられた米国特許第2,885,928号及び第2,900,871号、及び、Frits Johan Versteegに対して1974年及び1978年にそれぞれ与えられた米国特許第3,823,999号及び第4,111,528号である。
【０００５】
アイピース／ルーペは、暗視イメージ管の蛍光スクリーンを観察するために使われてきた。しかしながら、これらのアイピースは製造が困難であり、高価であった。また、これらのイメージ管は、像面湾曲収差を補正するために湾曲したスクリーンを必要とした。
【０００６】
1990年代において、アイピース／ルーペは、代表的には図１に示されたキオプティック(Qioptiq)レンズと同じ様に構成された。図示のように、レンズ１０は、３個の球面ガラスレンズ１３、１４、１５と、一つのガラス接合ダブレット１１、１２を含む。レンズ１０は、40lp/mmにおいて50%より高いMTFを持つ良好な品質のカラー像を提供する。レンズ１０は、蛍光スクリーンの湾曲した面１６からの像を受光し、観察者の目にその像を伝達する。レンズ数及びその曲率のために、レンズ１０の製造は困難であり、かつ費用がかかる。レンズ１３及び１４は薄いので、それらは製造中に砕けやすく、そのため生産量が低い。
【０００７】
2000年代において、図２に示されるような、ディスプレイとスクリーンの両方とともに使用されるアイピースが開発された。図示のように、レンズ２０は、ガラスレンズ２１と、プラスチック非球面レンズ２２と、プラスチックハイブリッド（回折）レンズ２３とを含む。また、二つのガラスプレート２４、２５からなるプリズムも含まれる。このプリズムは、アノードスクリーン２６から投影された光と他のディスプレイ（図示せず）から投影された光とを結合する。しかしながら、レンズ２０は、観察者にとって許容できない多重像をもたらす高調波を持ち込む。この高調波は、回折レンズでの大きな入射角によるものである。
【０００８】
2005年には、Edmundが図３に示されるような、ディスプレイとスクリーンの両方とともに使用されるアイピースを開発した。図示のように、レンズ３０は３個のガラスレンズ３２、３３、３４と、プラスチック非球面レンズ３４とを含む。また、二つのガラスプレート３５、３６からなるプリズムも含まれる。このプリズムは、アノードスクリーン３７から投影された光と他のディスプレイ（図示せず）から投影された光とを結合する。レンズ３０において４番目のレンズの追加は不適切であることが分かった。
【０００９】
2007年には、Northrup Grummanが図４に示されるようなアイピースを設計した。図示のように、レンズ４０は、二つのガラスダブレットを含み、第１のダブレット４２、４３と第２のダブレット４４、４５とが連続して位置合わせされる。また、３個のガラスレンズ４１、４６及び４７も含まれる。このように、レンズ４０は、全てガラス材料で形成される。しかし、レンズ４６と４７は球面補正を提供する複数の非球面を含む。レンズ４０は良好な性能を持つが、作るには高価である。このレンズは50°よりも大きい、広い視野を持つ。しかし、このレンズは、ディスプレイ（図示せず）から投影された像に、観察者の目の方へ投影される光線４９（４９は目の瞳も表す）として示されたスクリーン４８から投影された像を結合する能力を持たない。
【００１０】
40°未満の視野について、ガラスダブレットは良好な像品質を持つ、コスト効果に優れたアイピース／ルーペを提供する。しかしながら、視野が拡大するにつれて、またはビーム結合器が追加されると、アイピース／ルーペはより複雑化し、そのため５個またはそれ以上の素子を持つレンズとなる。また、アイピース／ルーペは、球面補正のために複数の非球面を必要とする。そのため、アイピース／ルーペは、良好な融合能力を持たず、複雑で高価な設計となる。
【００１１】
本発明は、説明するように、ディスプレイから投影された像を暗視ゴーグルシステムの対物レンズにより投影されたスクリーン／アノード上に直接形成された像と結合できる、コスト効果の高いアイピース／ルーペを提供する。結合された像は観察者の方へ広い視野で投影可能である。また、アイピース／ルーペは、平面、非球面及び回折面を持たない個々のレンズから形成されてもよい。さらに、アイピース／ルーペは、フラットな、または湾曲したスクリーン面から広い視野を投影可能である。
【発明の概要】
【００１２】
この要求及び他の要求に合わせるために、及びその目的において、本発明は、アイピース／ルーペを提供する。このアイピース／ルーペは、軸方向に一列に整列された第１のレンズと第２のレンズとを有し、第１及び第２のレンズは観察者の瞳像から連続的に位置合わせされるように構成される。第２のレンズは３個の接合された素子を持つトリプレットとして形成される。第２のレンズは、第１のレンズに面する凸面と、第２のレンズのその凸面に対向する平面とを有する。第１のレンズは第１のレンズの平面と対向する凹面を有する。また第２のレンズは凹面と凸面とを有し、第１のレンズの凹面と第２のレンズの凹面及び凸面は等しい曲率半径を持つ。第２のレンズは第１のレンズの方へ光を発散し、第１のレンズは第２のレンズから発した光を集光する。
【００１３】
アイピース／スクリーンはイメージスクリーンからの光を受光し、第１及び第２のレンズの光線（optical line）に沿って軸方向に一列に整列させる。その光は、イメージスクリーンから、第２のレンズ、第１のレンズ、そして観察者の方へ順に投影される。イメージスクリーンから観察者へ通る光は、どのような非球面も通らず、かつ、どのような回折面も通らない。ビーム結合器はレンズとイメージスクリーンとの間に備えられ、光線に沿って軸方向に一列に整列される。ディスプレイは光線に対して略直交して備えられ、ディスプレイから出射された光とイメージスクリーンから出射された光は、観察者による観察用に、ビーム結合器によって結合される。
【００１４】
第１及び第２のレンズは、55°よりも広い視野と、40line pairs/mmにおいて50%より高い変調伝達関数(MTF)を提供するよう構成される。イメージスクリーンは、観察者による観察用に、第１及び第２のレンズとともに光線に沿って軸方向に一列に整列される。イメージスクリーンは、100mmの曲率半径を持つ面よりも実質的により平らな、第１及び第２のレンズに面する面を有する。
【００１５】
第１及び第２のレンズは、約20.5mmの有効焦点距離(EFL)と24mmよりも長いアイレリーフを持つように構成される。
【００１６】
本発明の他の実施形態は、観察者により装着されるヘルメットに取り付けられる暗視ゴーグル(NVG)システムを含む。NVGシステムは、順に、対物レンズと、マルチチャネルプレート(MCP)と第１の像を形成するアノードスクリーンとを持つイメージインテンシファイアを有する。アイピースは、観察者に対して第１の像を投影するアノードスクリーンの後方に置かれる。第２の像を表示するために、カラーディスプレイを備えた赤外撮像装置が含まれる。
【００１７】
ビーム結合器は、第１の像と第２の像のうちの一方または両方を観察者の方へ通すために含められる。アイピースは、第２のレンズと軸方向に一列に整列された第１のレンズを有する。第１及び第２のレンズは、それぞれ、アノードスクリーンから順に位置合わせされ、第２のレンズは３個の接合された素子を持つトリプレットとして形成される。第１のレンズは観察者と面する平面と、その平面と対向する凸面とを有する。第２のレンズは第１のレンズに面する凸面と、アノードスクリーンに面する平面とを有する。第１のレンズは第２のレンズに面する凸面を有し、第２のレンズは凹面と凸面とを有し、第１のレンズの凸面と第２のレンズの凹面及び凸面とは、等しい曲率半径を持つ。
【００１８】
本発明のさらに他の実施形態は、像の拡大方法である。その拡大方法は、(a)光路に沿って第１及び第２のレンズを位置合わせするステップと、(b)第１及び第２のレンズによって、暗視ゴーグル(NVG)システムのアノードスクリーンにおいて形成された像を観察者の方へ伝達するステップとを含み、第１のレンズは単レンズであり、かつ第２のレンズはトリプレットレンズである。位置合わせするステップは、観察者とアノードスクリーンとの間の光路に沿って第１及び第２のレンズを順に置くことを含む。また伝達するステップは、第２のレンズによってアノードスクリーンから出射した光線を発散し、第１のレンズによって第２のレンズから出射した光線を集光することを含む。
【００１９】
この方法は、アノードスクリーンからの第１の光線を受光するビーム結合器を光路に沿って位置合わせするステップと、光路に対して略直交して、ビーム結合器の方へ第２の光線を発するディスプレイを位置合わせするステップと、観察者の観察用に第１の光線と第２の光線をマージするステップとをさらに含む。第１の光線はイメージインテンシファイアの対物レンズによって形成されてもよく、ディスプレイから出射する第２の光線は赤外撮像装置によって形成されてもよい。
【００２０】
前述の一般的な説明と以下の詳細な説明は例示であり、本発明を限定する物ではないことを理解されたい。
【００２１】
添付の図面と関連して読んだときに、以下の詳細な説明から本発明は最も理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】複数のレンズからなる従来のレンズ系の図である。
【図２】複数のレンズからなる他の従来のレンズ系の図である。
【図３】複数のレンズからなるさらに他の従来のレンズ系の図である。
【図４】複数のレンズからなるさらに他の従来のレンズ系の図である。
【図５】本発明の実施形態による、ビーム結合器を用いて二つの異なるディスプレイから投影された光を結合するレンズ系の図である。
【図６】本発明の実施形態による、図５のレンズ系を用いて、観察用にビーム結合器によって結合される像を二つの分離したセンサを用いてキャプチャする暗視ゴーグル(NVG)システムのブロック図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、各レンズ面と各レンズ面間の距離の詳細を示す、図５のレンズ系と類似するレンズ系の概略ブロック図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、図７Ａのレンズ系の収差曲線図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による、図７Ａのレンズ系の収差曲線図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態による、図７Ａのレンズ系の収差曲線図である。
【図８】本発明の実施形態による、各レンズ面と各レンズ面間の距離の詳細を示す、図５のレンズ系と類似する他のレンズ系の概略ブロック図である。
【図９】本発明の実施形態による、各レンズ面と各レンズ面間の距離の詳細を示す、図５のレンズ系と類似するさらに他のレンズ系の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、以下に述べるように、ディスプレイで生成された像を対物レンズから直接形成された像に結合可能な、コスト効率のよいアイピース／ルーペを提供する。結合された像は、観察者の方へ広い視野で投影可能である。また、アイピース／ルーペは、平面、非球面及び回折面を持たない個々のレンズから形成されてもよい。さらに、アイピース／ルーペはフラットな、または湾曲したスクリーン面から広い視野を投影可能である。
【００２４】
本発明の一つの実施形態は、アイピース／ルーペ５０として図５に示され、ここでは、時々に応じてアイピース５０またはルーペ５０と呼ばれる。図示のように、アイピース５０は、３個のガラスの単レンズ５３、５４、５５から形成される一つのガラストリプレットを有する。また、アイピース５０は、ガラスの単レンズ５２も有し、単レンズ５２は目の瞳５１とガラストリプレットとの間に位置合わせされる。目の瞳５１にて形成される像は、ここではアイピース５０の後方で形成される像として規定される。
【００２５】
本発明は、ディスプレイ５９上に形成された像をスクリーン５８上に形成された像とマージするための、二つのガラスプリズム５６、５７から形成されるビーム結合器を有する。結合された像は目の瞳５１の方へ投影される。スクリーン５８上に形成された像は、ここでは、例えば、アイピース５０の前方において形成された像として規定される。
【００２６】
図５に示されない別の光学素子のセットからディスプレイ５９上に像が形成されてもよいことは明らかであろう。例えば、そのような光学素子のセットは、ＩＲ撮像装置（図示せず）により生成される像を提供するレンズであってもよい。ＩＲ撮像装置によって形成される像はディスプレイ５９上に表示されてもよく、そのディスプレイはＩＲ撮像装置により観察される物体のカラー像を提供するＴＶディスプレイであってもよい。
【００２７】
スクリーン５８上に形成される像は、兵士といった人物により装着されたヘルメットに取り付けられた暗視ゴーグルシステムの対物レンズ（図示せず）により生成された像であってもよいことを理解されたい。アイピース５０はスクリーン５８からの像光を受光し、目の瞳５１にて観察するためにその像を拡大してもよい。そのため、観察用に投影された像は、スクリーン５８からの単一像、ディスプレイ５９からの単一像、またはスクリーン５８とディスプレイ５９の両方から結合された像とすることができる。
【００２８】
像がプリズム５６、５７によってマージされる場合、像品質は非常に良好であり、55°よりも広い視野(FOV)をもたらす。ディスプレイ５９はフラットディスプレイであってもよく、スクリーン５８も平面、または僅かに湾曲した面（例えば、曲率半径が100mmより大）を持っていてもよい。アイピース５０によって生成された結合像は、40line pairs/mmにおいて50%よりも良い品質を持つ。
【００２９】
対物レンズによって目の瞳５１に形成される単一像のみを見せるイメージ管スクリーンを生成することが好ましい場合には、ビーム結合器５６、５７（すなわち、プリズム５６、５７）は、図５において完全に省略されてもよいことは明らかであろう。無論、図５において、ディスプレイ５９もまた省略される。
【００３０】
このように、アイピース５０は、トリプレットレンズを含むコスト効率の良いルーペである。発明者は、トリプレットレンズを、良好な像品質と広い視野を備えた拡大像を形成するアイピースにおいて使用することが有利であることを発見した。そのようなトリプレットレンズは、急な曲線(broken curved)の単レンズに起因する価格高騰を負わずに容易に製造される。
【００３１】
レンズ５０を形成する例示的な仕様を、Zemax形式でレンズ表面データを列挙した表１に示す。表のセクションAは、無限遠（図５の左側）に位置する物体から開始して、ガラス結合器プレート５６、５７のビームスプリッタ面の方へ移動し、ビームスプリッタ面からディスプレイ５９の面の方へ向けて上方に移動する、反射構成の概要を提供する。一方、表のセクションBは、無限遠（図５の左側）に位置する物体から開始してビームスプリッタ面の方へ移動し、ビームスプリッタ面を透過してアノードスクリーン５８の面へ向かう透過構成の概要を提供する。示されるように、ディスプレイ面は平面（無限の半径）であり、アノードスクリーン面は半径110mmを持ち、僅かに湾曲している（瞳像５１から見て凹面となっている）。
【００３２】
また表１は、厚さ、直径、ガラスタイプ及びレンズ系５０の各面の曲率半径を列挙する。
【表１】
2012510077.tif 000003
【００３３】
図６は、本発明のレンズ系５０、すなわちアイピース５０で使用可能な実施形態の例を示す。図示のように、暗視ゴーグル(NVG)システム（全体として６０として示される）は、イメージインテンシファイア６２ａと、赤外カメラ６２ｂといった第２のチャネルセンサと、ビーム結合器（またはビームスプリッタ）６５と、目６７により観察されるアイピース６６とを有する。
【００３４】
図６に示されるアイピース６６は、図５に示されたアイピース５０に対応する。アイピース／ルーペは、ここでは、一般的に、レンズ系と呼ぶ。
【００３５】
イメージインテンシファイア６２ａは、第２の像６１ａからの可視光及び近赤外光をイメージインテンシファイア管上に焦点を結ばせるように構成される。イメージインテンシファイア管は、光量子を電子に変換する光電陰極と電子を加速するマルチチャネルプレート(MCP)と加速された電子を受け取りその加速された電子に応じた輝度を生じる蛍光スクリーンとを一般的に有する既知のI2管であることが好ましい。イメージインテンシファイア６２ａにより生成された像は、矢印６３ａで示された強化された像の入力経路に沿って、ビームスプリッタ６５へ向けられる。ビームスプリッタは、ここではビーム結合器とも呼ばれ、受光した光線を結合及び／または分割する。
【００３６】
アイピース６６は、イメージインテンシファイア６２ａ及びビームスプリッタ６５と略同軸となっている。しかし、アイピース６６は、イメージインテンシファイアとビームスプリッタ間で規定される非直線の光路でオフセットされていてもよい。イメージインテンシファイア６２ａは、Generation IIIといった、最新モデルのものであるか、Generation IIといった前のモデルあることが好ましい。
【００３７】
第２のチャネルセンサは、本開示の目的にとって適当なセンサとすることができるが、第２のチャネルセンサは赤外カメラ６２ｂであるとして説明する。赤外カメラは、赤外像を可視像に変換するために使用される。赤外カメラは、非冷却の焦点面アレイ(FPA)に基づくものであってもよく、イメージインテンシファイアの視野と本質的に同一である、熱ビデオ視野(FOV)を提供するように設計された赤外カメラ自身の対物レンズを組み込んでいていもよい。
【００３８】
赤外カメラの光軸とイメージインテンシファイアの光軸とは、一般に、暗視ゴーグルシステムの組み立ての際に互いに平行に一列に整列される。対物レンズは、赤外像６１ｂに単一表示像を出力する熱センサ上に焦点を結ばせる。システムの電子回路６９ａは、熱センサからの出力信号を受け取り、ディスプレイ６８上にその像を投影する。ディスプレイ６８は、イメージインテンシファイア像６３ａの経路に対して略直交する、カメラ出力経路６３ｃに沿って、ビームスプリッタ６５へ赤外像を提供するよう構成される。
【００３９】
ディスプレイ６８は様々な構成を持っていてよく、例えば、発光タイプ、反射タイプまたは透過タイプとすることができる。本用途では、反射タイプ及び透過タイプも含まれるが、発光タイプが好ましい。発光タイプは最小パッケージを提供し、パワー消費が最小であることによる。発光ディスプレイは、蛍光ディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ、電界放出ディスプレイ、及びOLED(有機LED)を含む。その名称が示すように、発光源は光を放射し、分離した光源を必要としない。
【００４０】
ビームスプリッタ６５は、ビームスプリッタを通るカメラ出力経路６３ｂに沿ったイメージインテンシファイアの像と赤外カメラのビデオ像の透過を制御するように構成されたダイクロイック面を有する。ダイクロイック面は、その面に入射する光のうちの所定のパーセントの光を透過させ、残りの光を反射する。例えば、ダイクロイック面はその面に入射する光のうちの約70-90パーセントの光を透過させ、残りの10-30パーセントの光を反射する。透過する光のパーセントは変更可能であり、示された範囲に限定されるものではない。
【００４１】
図６の記述を続けると、NVGシステム６０は電子回路６９ａとバッテリ６９ｂとコントローラ６９ｃとを有する。電子回路６９ａはイメージインテンシファイア、赤外カメラ及びビデオディスプレイ６８と関連付けられる。また電子回路６９ａはバッテリ６９ｂ及びコントローラ６９ｃと関連付けられる。バッテリ６９ｂはNVGシステムの構成要素のそれぞれに電力を供給する。コントローラはイメージインテンシファイア及び赤外カメラを制御するように構成される。
【００４２】
次に、図７Ａを参照すると、レンズ系７０またはルーペ／アイピース７０として表される、本発明の他の例示的な実施形態が示される。図示のように、ルーペ／アイピース７０は、ＥＰ（目の瞳）として表される観察者の目に対して像を提供する。観察者の目はルーペ／アイピースを通じて、アノードスクリーンI1とディスプレイI2を重ね合わせた融合した像を見る。
【００４３】
左から右へ見て、ルーペ／アイピースは、正のパワーの単レンズIと、観察者に面する凸側を持つ正のパワーのトリプレットレンズII、III及びIVとを有する。トリプレットレンズの面は互いに接合されている。またビーム結合プリズムを形成するようともに接合された二つのガラスプレートV、VIも示されている。クリアガラスの平行平板は、ディスプレイI2のゴミプロテクタとして働く。
【００４４】
表２に載せられているように、半径R1及びR6は無限大であり、それにより平面を形成する。スクリーンI1の半径R7は-110mmである。
【表２】
2012510077.tif 000004
面R2、R4及びR5は同一の曲率半径を持つ。
【００４５】
また図７Ａ及び表２を参照すると、"f"は有効焦点距離であり、R1,R2,...,R7は各面の曲率半径である。R7はアノードスクリーンの曲率半径である。ディスプレイは平面である。幅d1,d2,...,d9は各素子（レンズ及びプリズム）及び空隙の厚さである。幅D10Tは透過経路における空隙の距離である。幅D9R、D10R及びD11Rは、反射経路における距離である。無限大シンボルは平面であることを表し、"f/"はfナンバーであり、ndはd線に対する屈折率であり、Vdはd線についての部分分散である。
【００４６】
図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄは、図７Ａに示されたルーペ／アイピースについての波長540nmにおける球面収差、非点収差／像面湾曲及び歪曲収差の収差曲線を示す。このルーペ／アイピースは、瞳距離が1.1fで、2°x27.5°の視野角について良好に補正されていることが見てとれる。
【００４７】
次に、図８を参照すると、本発明のさらに他の実施形態がルーペ／アイピース８０として示され、表３にその詳細が規定されている。図示のように、単レンズIは二つの曲面R1とR2とを有する。さらに、トリプレットII、III、IVの面R6も湾曲している。スクリーンI2は-56.9mmの曲面R7を持つ。したがって、全てのレンズ面は球面である。
【表３】
2012510077.tif 000005
【００４８】
最後に、図９及び対応する表４を参照すると、本発明のさらに他の実施形態が示される。図示のように、ルーペ／アイピース９０は単レンズIとトリプレットII、III、IVとを有する。面R1とR6は平面である。アノードスクリーンI1は-40mmの曲率半径R7を持つ。プリズムとディスプレイは除かれている。
【表４】
2012510077.tif 000006
【００４９】
特定の実施形態を参照しつつ、本発明をここに図示及び説明してきたが、本発明は示されたその詳細に限定されることを意図したものではない。むしろ、本発明から離れることなく、クレームの均等物の範囲内で、その詳細において様々な変形も可能である。
【図１】
2012510077.tif 000007
【図２】
2012510077.tif 000008
【図３】
2012510077.tif 000009
【図４】
2012510077.tif 000010
【図５】
2012510077.tif 000011
【図６】
2012510077.tif 000012
【図７Ａ】
2012510077.tif 000013
【図７Ｂ】
2012510077.tif 000014
【図７Ｃ】
2012510077.tif 000015
【図７Ｄ】
2012510077.tif 000016
【図８】
2012510077.tif 000017
【図９】
2012510077.tif 000018
【国際調査報告】
2012510077.tif 000019
2012510077.tif 000020
2012510077.tif 000021
2012510077.tif 000022
2012510077.tif 000023