JP2003528349A - 高明瞭度レンズシステム - Google Patents

高明瞭度レンズシステム

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Abstract

(57)【要約】 レンズシステムは、曲率半径Rを有する第1の光学的境界、第1の境界からほぼ距離Rに位置する第2の光学的境界、及び第2の光学的境界にRより近い第3の光学的境界を有する。次に、レンズシステムは内部全反射を用いる光学的視野制限を提供する。更に、3次元イメージの再生、キャプチャ、及び表示のためのレンズアレイも説明される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
立体映像システムは、シーンの2次元以上の表現を用いて観察者にシーン(又
はオブジェクト)の3次元の表現を提供する。シーンの2次元の表現は、わずか
に異なるアングルから取られる。
【0002】 立体映像システムの目標は、観察者に対してシーンの1つ以上の両眼用ビュー
を生成することである。全視差ビュー(full-parallax view)は、観察者がリア
ルなシーンを見る際にそれが存在するように、観察者の動きに関係なく遠近感を
シミュレートする。
【0003】 立体映像システムは、自動立体映像システム及び非自動立体映像システムを含
む。非自動立体映像システムは、3次元のビューを見るために、ビューイングめ
がねのような装置を使用することを観察者に要求するが、自動立体映像システム
の3次元効果は、直接的にシステムを見ることにより観察され得る。
【0004】 Swan Cubeのような初期の立体映像装置は、シーンの2つのビューを同時に提
供するためにプリズムの内部全反射(TIR)を使用した。プリズムのTIRは
、観察者の眼の各々が2つの像の1つを見るように観察者に対してビューを提示
することを可能にし、従って、奥行知覚を生成する。プリズム装置は、単一の視
野角のみについて遠近感をシミュレートする。
【0005】 透明プラスチック光学部品の導入後、円筒レンズ(レンズ形のレンズとして知
られる)の1次元のアレイを用いた自動立体映像装置が作成された。レンチキュ
ラーレンズのアレイは、合成ストリップイメージの関連したアレイを有する。各
レンチキュラーレンズは、レンチキュラーレンズの全ての合成された表示がシー
ンの3次元のビューを提示するように、ストリップイメージの選択された部分を
観察者に提示する。
【0006】 レンチキュラーレンズを用いる装置は、いくつかの欠点を有する。第1に、レ
ンチキュラーレンズは円筒形であり(即ち、それらは1次元で光パワーを有する
)ので、それらは水平視野軸上でのみ視差を生成する。観察者の視野角が水平視
野軸から外れる場合、3次元の表現は存在しなくなる。第2に、レンチキュラー
レンズは非常に非点収差があり、従って、観察者が3次元の表現の焦点を完全に
合わせることができない。第3に、2次元イメージがレンズアレイを介して照明
を必要とする場合(即ち、イメージが自己発光せず、あるいはイメージがバック
照明を可能にする透明又は半透明材料に印刷されていない)、3次元の表示は、
アレイ内の不均一な分散から生じる不均一な明るさを有することになる。
【0007】 別の自動立体映像システムは球面レンズ(又は非球面レンズ)のアレイを使用
する。球面レンズアレイシステムは、マイクロイメージの関連した2次元アレイ
を有する。各マイクロイメージは、わずかに異なるアングルからキャプチャされ
たシーンの2次元ビューである。レンチキュラーレンズとは異なり、球面レンズ
は2次元で光パワーを有し、従って、観察者が水平視野軸から外れているにも関
わらずシーンの3次元表現を維持することを可能にする。
【0008】 各球面レンズは、球面レンズの全ての合成された表示がシーンの3次元ビュー
を提示するように、対応するマイクロイメージの選択された部分を観察者に提示
する。理想的には、レンズアレイの各レンズシステムは単一のマイクロイメージ
に対応し、観察者がレンズアレイを通してマイクロイメージを見る際に、各レン
ズシステムが単一の対応するマイクロイメージの選択された部分から単一の色又
は色調を伝えるようにする。
【0009】 球面レンズアレイの欠点には、レンズアレイのレンズが過大な収差、及び複数
のマイクロイメージから光を伝える傾向を有することが含まれる。これらの欠点
の双方は、イメージ品質を低下させることになる。
【0010】 レンズの球面(又は非球面)アレイの更なる利点は、3次元ビューイングシス
テム用のマイクロイメージのアレイをキャプチャする能力である。マイクロイメ
ージのアレイをキャプチャする処理は、合成イメージング(integral imaging)
として知られる。球面レンズアレイによりキャプチャされる像は、最初のうちシ
ュードスコピックであるが、第2のアレイを用いてキャプチャされた像の再生に
よってオルソスコピックとなることができる。
【0011】 像をキャプチャして再生する際に遭遇する問題は、アレイのレンズシステム間
の光学的クロストークである。クロストークにより隣接する像がオーバラップし
、マイクロイメージの劣化となる。クロストークに対する解決策は、マイクロイ
メージを生成する際のシーンの修正からレンズアレイの機械光学的な修正まで変
動させることである。レンズアレイの機械光学的な修正には、レンズアレイを構
成するレンズシステムの領域を制限するバッフルが含まれる。バッフル付きレン
ズシステムは、視野が制限されることになる。また、領域が、隣接するレンズシ
ステムの領域にオーバラップしない視野制限システムは、「孤立」していること
になる。クロストークに対する解決策は、実施するのにコストがかかる。
【0012】
【発明の概要】
本発明のレンズシステムの態様は、光パワーを有する3つの光学的な境界から
なる高明瞭度レンズシステムである。レンズシステムは、曲率半径Rを有する第
1の境界と、第1の面から実質的に距離Rに位置する第2の境界と、第2の境界
から少なくとも0.05Rに位置する第3の面とからなる。
【0013】 本発明のレンズシステムの別の態様は、「光学的に視野が制限されている」レ
ンズシステムを有するレンズアレイである。光学的に視野が制限されたシステム
は、システムの視野のエッジがシステムのレンズ材料の光学的特性により決定さ
れているシステムである。従って、本発明において、レンズの視野内の光は、実
質的にレンズにより伝えられ、視野のエッジよりも大きい視野角の光は、内部全
反射を用いてレンズシステムの表面により実質的に反射される。
【0014】 共役点を有するレンズシステムは、曲率半径Rを有する第1の凸形の面からな
る。システムは、第1の材料を介して第1の凸形の面に光学的に結合された第1
の凹形の面を更に含み、第1の凹形の面は第1の凸形の面からほぼRに等しい距
離に配置される。システムは、第1の材料よりも低い屈折率を有する材料を介し
て第1の凹形の面に光学的に結合された第2の凸形の面を更に含み、第2の凸形
の面は第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に配置される。
【0015】 レンズアレイは複数のレンズシステムからなり、レンズシステムは、曲率半径
Rを有する第1の凸形の面と、第1の材料を介して第1の凸形の面に光学的に結
合された第1の凹形の面とからなり、第1の凹形の面は第1の凸形の面からほぼ
Rに等しい距離に配置される。レンズアレイは、第1の材料よりも低い屈折率を
有する材料を介して第1の凹形の面に光学的に結合された第2の凸形の面を更に
含み、第2の凸形の面は第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に配
置される。
【0016】 本発明の別の態様は再生システムであり、その再生システムは、第1の複数の
レンズシステムからなる第1のレンズアレイと、第2の複数のレンズからなる第
2のレンズアレイとからなり、第1のレンズアレイは物体平面を有し、第1の複
数のレンズシステムの各々は、光軸を有し、第2のレンズアレイは像平面を有し
、第2の複数のレンズの各々は光軸を有し、第2のレンズアレイは第1のレンズ
アレイの1つのレンズシステムに光学的に結合される。第1の複数のレンズのレ
ンズシステムの少なくとも1つのレンズシステム、又は第2の複数のレンズの1
つのレンズシステムは、像平面と物体平面の一方に対して光学的に視野が制限さ
れた面である。
【0017】 物体の複数のマイクロイメージをキャプチャするためのマイクロイメージキャ
プチャシステムは、感光性媒体からなる。システムは感光性媒体に光学的に結合
されたレンズアレイからなり、レンズアレイは曲率半径Rを有する第1の凸形の
面を含む。システムは、第1の材料を介して第1の凸形の面に光学的に結合され
た第1の凹形の面と、第1の材料より低い屈折率を有する材料を介して第1の凹
形の面に光学的に結合された第2の凸形の面とを更に含み、第1の凹形の面は、
第1の凸形の面からほぼRに等しい距離に配置され、第2の凸形の面は第1の凹
形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に配置される。
【0018】 3次元表現を生成するための3次元ビューイングシステムは、複数のマイクロ
イメージと、該複数のマイクロイメージに光学的に結合されたレンズアレイとか
らなる。レンズアレイは、曲率半径Rを有する第1の凸形の面、及び第1の材料
を介して第1の凸形の面に光学的に結合された第1の凹形の面を有するレンズか
らなり、第1の凹形の面は第1の凸形の面からほぼRに等しい距離に配置される
。レンズは、第1の材料より低い屈折率を有する材料を介して第1の凹形面に光
学的に結合された第2の凸形の面を更に有し、第2の凸形の面は、第1の凹形の
面から少なくとも0.05Rに等しい距離に配置される。
【0019】 光学システムは、レンズシステムと、該レンズシステムに光学的に結合された
フォトエレメント(photic element)からなる。レンズシステムは、第1の軸に
関して対称であり、第1の軸に沿った寸法X、及び第2の軸に沿った寸法Yを有
する第1の領域と、第1の領域と連続して第2の軸に関して対称であり、第1の
軸に沿った寸法A、及び第2の軸に沿った寸法Bを有する第2の領域とからなり
、寸法Aは寸法Xよりも小さい。
【0020】 物点からの光を伝達するためのレンズシステムは、第1の面、臨界角を有する第
2の面、及び第1の屈折率を有するレンズと、第2の面に隣接し、第1の屈折率
より低い屈折率を有する領域とからなる。物点から発する各光線は、実質的に臨
界角で第2の表面に当たる。
【0021】 本発明の好適な非制限的な実施形態は、添付図面に関連して一例として説明さ
れる。
【0022】 [発明の詳細な説明] 以下の説明の全体を通して、共通の参照番号を有する要素は共通の機能を有す
る。
【0023】 本発明は、レンズアレイの収差を低減できる特徴を含む。図1Aと図1Bは、
未補正レンズシステムの収差を示すレンズエレメントの側断面図である。図1A
の未補正エレメントU1においては、焦点の欠陥が主として球面収差に起因して
いる。周辺部の光線が、レンズの軸の近くで入射する光線に比べて短い焦点で集
束している。図1Bの未補正エレメントU2においては、円筒レンズエレメント
において焦点の欠陥が非点収差によって更に悪化されているように見える。U2
の表示像平面(display image plane)IPD上のグラフィック要素は、全ての
方向において放射する放射点PRとして仮定され得る。図1Bの左側に示される
ような円筒レンズの縦軸上の光線トレースは、右側に示された横軸上の光線トレ
ースとは異なる幾何学的形状を生じる。組み合わせられた幾何学的形状は、非点
収差の円筒形波面CWを生じる。本発明内のシステムは、回転対称マイクロレン
ズアレイの使用を提案し、そのマイクロレンズアレイは、本質的に非点収差が無
く、焦点の残った欠陥を著しく低減できる非球面の表面を含む。
【0024】 本発明によるレンズシステムは、システムの用途に依存する焦点システム又は
無限焦点システムとして動作するように設計され得る。焦点システムは、無限物
体平面及び仮想物体平面を含む。図2A〜図2Dは、本発明と共に用いるための
適切な種々の焦点状態の略図である。
【0025】 図2Aは、本発明によるレンズシステム200の断面図である。レンズシステ
ム200は、像平面202を有する。像点204は像平面202上に位置する。
レンズシステム200は焦点システムであり、像点204からの光を有限の物点
206まで集束する。有限の物点206を有する視野制限レンズシステムは、電
気通信装置又は以下に説明されるような再生システム等の装置において有用であ
る。
【0026】 図2Bは、本発明によるレンズシステム210の断面図である。レンズシステ
ム210は、像平面212を有する。像点214は像平面212上に位置する。
レンズシステム210は、無限焦点システムであり、像点214からの光を無限
の物体平面まで集束する。無限の物体平面を有するレンズシステムは、人間によ
って見られるべき装置において、又は光通信において有用である。しかしながら
、観察者の瞳の直径Dより小さい外面寸法を有するコリメーティングレンズシス
テムのアレイを見る場合、観察者の瞳は、隣接するコリメートされたレンズシス
テムなどの周囲の光源がレンズ210の出力を集束させるための観察者の能力を
低下させるように満たされないかもしれない。直径Dは瞳孔直径と呼ばれる。
【0027】 図2Cは、本発明によるレンズシステム220の断面図である。像点224は
像平面222上に位置する。レンズシステム220は無限焦点システムであり、
像点224からの光を仮想像点226まで発散する。レンズシステム220から
の光を受け取る観察者は、レンズシステム220の背後から発生するように思わ
れる点を見るであろう。
【0028】 仮想物点を有するレンズシステムは、人間によって見られるように設計された
装置において有用である。特に、瞳孔直径Dより小さい外面寸法を有するレンズ
システムにおいて、レンズシステムは、観察者の瞳を満たすように設計され得る
。人間によって見られるべきシステムにおいて、瞳孔直径Dは、予想される視距
離Sで人間の眼の瞳孔の直径にほぼ等しいことが好ましい。
【0029】 図2Dは、本発明によるレンズシステム230の断面図である。レンズシステ
ム230は像平面232を有する。像点234は像平面232上に位置する。レ
ンズシステム230は焦点システムであり、像点234からの光を有限の物点2
36まで集束する。レンズシステム230からの光を受け取る観察者は、レンズ
システム230の前面で発生するように思われる点を見るであろう。
【0030】 物点236はレンズシステム230からの距離Tに位置する。レンズシステム
230は、レンズシステム230からの距離Sの観察者によって見られるように
設計され(SはTより大きい)、光が距離Sの観察者の瞳を満たすようにしてい
る。レンズシステム230を見る観察者は、レンズシステム230の前面で発生
するように思われる像を受け取るであろう。
【0031】 図2C〜図2Dに関連して説明された特徴は、人間によって見られるべきシス
テムの品質を改善するために、本発明のアレイシステムに適用される。
【0032】 明細書の全体を通して、以下の定義を適用する。用語「物体平面」と「像平面
」は、レンズシステム又はレンズシステムのアレイの共役平面を指す。しかしな
がら、用語「物体」と「像(イメージ)」は制限されず、像平面と物体平面は、
レンズシステムの特定の用途に依存する、光放射、光検出、それらの双方又はど
ちらでもないものとすることができる。用語「物点」は、レンズシステムの有限
又は無限の物体平面上の点を指す。用語「像点」は、レンズシステムの像平面上
の点を指す。
【0033】 図3Aは、本発明による高明瞭度3エレメントレンズシステム100の実施形
態の一例の側断面図である。レンズシステム100は、光軸110と像平面11
2を有する。光105の光線は、物点と像点120に対応する。レンズ100は
、第1のレンズ125、第2のレンズ150、及びレンズ125とレンズ150
との間の領域166を含む。
【0034】 レンズシステム100は、マルチエレメントの光学システムであり、第1のレ
ンズ125、第2のレンズ150、及びレンズ125とレンズ150との間の領
域166を含み、領域166は、空気以外の低屈折率の材料である。レンズシス
テム100は、任意の光学システムであり、第1のレンズ125、第2のレンズ
150、及びレンズ125とレンズ150との間の領域166を含み、領域16
6は、空気以外の低屈折率の材料であり、領域166は第1のレンズ125と第
2のレンズ150との間に第3のレンズ175を形成する。レンズシステム10
0は、任意の光学システムであり、第1のレンズ125、第2のレンズ150、
及びレンズ125とレンズ150との間の領域166を含み、領域166は、空
気以外の低屈折率の材料であり、領域166は第1のレンズ125と第2のレン
ズ150との間に第3のレンズ175を形成し、第3のレンズ175の第1の面
176と第2の面177は、第1のレンズ125と第2のレンズ150によって
画定される。
【0035】 第1のレンズ125は第1の面126、第2の面127を有し、比較的高い屈
折率を有する材料から作成される。第2のレンズ150は、第1の面151、第
2の面152を有し、比較的高い屈折率を有する任意の材料から作成される。
【0036】 第1のレンズ125と第2のレンズ150は、光学的に透過的である比較的高
い屈折率を有する任意の材料から作成され得る。第1のレンズ125と第2のレ
ンズ150は、光波長又は赤外線波長で光学的に透過的である比較的高い屈折率
を有する任意の材料から作成され得る。第1のレンズ125と第2のレンズ15
0は、光波長又は赤外線波長で光学的に透過的であり、光学的レンズエレメント
へと構成することができる比較的高い屈折率を有する任意の材料から作成され得
る。第1のレンズ125と第2のレンズ150は、光波長又は赤外線波長で光学
的に透過的であり、光学的レンズエレメントへと構成することができる比較的高
い屈折率を有する任意の材料から作成されることができ、この場合、屈折率は約
1.6に等しい。レンズ125と150を作成するための適切な材料の例は、ポリ
カーボネイト、スチレン、ポリアミド、ポリスルホン、光学ガラス、又はゲルマ
ニウムのような赤外線伝達材料である。比較的高い屈折率を有する他の材料を使
用できることは、言うまでもない。
【0037】 領域166を占める第3のレンズ175は、第1のレンズ125と第2のレン
ズ150に比べて低い屈折率を有する任意の材料から作成され得る。第3のレン
ズ175は、第1のレンズ125と第2のレンズ150に比べて低い屈折率を有
する任意の材料から作成されることができ、この場合、屈折率は1.29〜1.42であ
る。第3のレンズ175を作成するための適切な材料の例は、低屈折率のフルオ
ロポリマー、光学流体、ゲル、セラミックス、光学発泡樹脂、スラリー、及び化
合物である。光学発泡樹脂の1つの特定例は、Sol-Gelである。比較的低い屈折
率を有する他の材料を使用できることは、言うまでもない。
【0038】 3エレメントレンズシステム100は、非ゼロ光パワー、第1の面126、第
2の境界190、及び第3の境界191を有する3つの光学的境界を有する。第
1の面126は、第1の頂点102と曲率半径Rを有する。第1の面126は、
正のパワーを有する任意の光学的境界である。第1の面126は、正のパワーと
凸形の面を有する任意の光学的境界である。
【0039】 第2の境界190は、第1のレンズ125の第2の面127と第3の光学レン
ズ175の第1の面176の境界面に位置する。第2の境界190は、負のパワ
ーを有する任意の光学的境界である。第2の境界190は、負のパワーを有する
任意の光学的境界であり、そのため第1のレンズ125の第2の面127が凹形
の湾曲部を有する。第2の境界190は、負のパワーを有する任意の光学的境界
であり、そのため第1のレンズ125の第2の面127が偏球の凹形の湾曲部を
有する。第2の境界190は、負のパワーを有する任意の光学的境界であり、そ
のため第1のレンズ125の第2の面127が偏球の凹形の湾曲部を有し、第2
の境界190は第1の面126から実質的に距離Rに位置する。第2の境界19
0は、第1の頂点102から0.7R〜1.4R離れて位置することができる。
【0040】 第3の境界191は、第2のレンズ150の第1の面150と第3のレンズ1
75の第2の面177の境界面である。第3の境界191は、正のパワーを有す
る任意の光学的境界である。第3の境界191は、正のパワーを有する任意の光
学的境界であり、そのため第2のレンズ150の第1の面151が凸形である。
第3の境界191は、正のパワーを有する任意の光学的境界であり、そのため第
2のレンズ150の第1の面151が長形又は外曲の凸形の面である。この開示
の目的のために、用語「外曲(reflexed)」は、局所的な凸形の湾曲部の領域と
局所的な凹形の湾曲部の領域を有する境界を意味する。第2の境界191は、光
軸110において第1の境界190から少なくとも0.05Rに位置する。
【0041】 第4の面152は光学的境界である。第4の面152は連続した面を有する任
意の光学的境界である。光表面152は、連続した面とゼロ光パワーを有する任
意の光学的境界である。好適には、第4の面152は、ゼロ光パワーを有する連
続した面であり、レンズシステム100の像平面112に配置される。
【0042】 必要に応じて、レンズシステム100は、反射防止、耐磨耗、又は耐熱の目的
のためのコーティングを有する1つ以上の面を含んでも良い。代案又は反射防止
コーティングを引き立たせることとして、副波長マイクロ構造を用いて反射を低
減できる。副波長マイクロ構造は、レンズが成形(molding)プロセスを用いて
作成される場合、成形プロセス中に形成され得る。更に、任意のレンズ面は、色
収差を低減するという理由のために、ハイブリッド屈折/回折表面とすることが
できる。
【0043】 図3Bは、本発明による2エレメントレンズシステム300の実施形態の一例
の側断面図である。レンズシステム300のような2エレメントシステムにおい
て、レンズ325とレンズ350との間の低屈折率材料の領域366は、空隙で
ある。当業者ならば、用語「空隙」が真空又は空気のような気体を含むことであ
り、領域366が「エアギャップ」であることを理解するであろう。
【0044】 レンズシステム300は、第1のレンズ325、第2のレンズ350、及びレ
ンズ325とレンズ350との間の領域366を含む、任意のマルチエレメント
光学システムである。レンズシステム300は、光軸310と像平面312を有
する。光305の光線は物点から発する。
【0045】 第1のレンズ325は第1の面326、第2の面327を有する。第2のレン
ズ350は第1の面351、第2の面352を有する。
【0046】 第1のレンズ325と第2のレンズ350は、光学的に透過的である任意の材
料から作成され得る。第1のレンズ325と第2のレンズ350は、光波長又は
赤外線波長において光学的に透過的である任意の材料から作成され得る。第1の
レンズ325と第2のレンズ350は、光波長又は赤外線波長において光学的に
透過的であり、光学レンズエレメントへと構成できる任意の材料から作成され得
る。第1のレンズ325と第2のレンズ350は、光波長又は赤外線波長におい
て光学的に透過的であり、光学レンズエレメントへと構成できる任意の材料から
作成されることができ、この場合、屈折率はほぼ1.5〜1.8に等しい。レンズ32
5と350を作成するための適切な材料の例は、ポリカーボネイト、アクリル樹
脂、スチレン、ポリイミド、ポリスルホン、光学ガラス、又はゲルマニウムのよ
うな赤外線伝達材料である。同じ屈折率を有する他の材料を用いることができる
ことは、言うまでもない。
【0047】 レンズシステム300は、非ゼロ光パワー、第1の面326、第2の面327
、及び第3の面351を有する3つの光学的境界を有する。第1の面326は、
正のパワーを有する任意の光学的境界である。第1の面326は、正のパワーと
凸形の面を有する任意の光学的境界である。第1の面326は第1の頂点302
と曲率半径Rを有する。
【0048】 第2の面327は、負のパワーを有する光学的境界である。第2の面327は
、負のパワーを有する任意の凹形の光学的境界である。第2の境界391は、負
のパワーを有する任意の偏球の凹形の光学的境界である。第2の面327は、負
のパワーを有する任意の凹形の偏球の光学的境界であり、第1の面326から実
質的に距離Rに位置する。第2の面327は第1の頂点302から0.7R〜1.4R
離れて位置することができる。
【0049】 第3の面351は、正のパワーを有する光学的境界である。第3の面351は
、正のパワーを有する任意の凸形の光学的境界である。第3の面351は、正の
パワーを有する任意の凸形の球形の光学的境界である。代案として、第3の面3
51は、偏球、又は長形、あるいは高次の非球体とすることができる。第3の面
351は光軸310において第2の面327から少なくとも0.05Rに位置する。
【0050】 第4の面352は光学的境界である。第4の面352は連続した面を有する任
意の光学的境界である。光表面352は、連続した面とゼロ光パワーを有する任
意の光学的境界である。好適には、第4の面352は、ゼロ光パワーを有する連
続した面であり、レンズシステム300の像平面312に配置される。
【0051】 必要に応じて、レンズシステム300は、反射防止、耐磨耗、又は耐熱の目的
のためのコーティングを有する1つ以上の面を含んでも良い。代案又は反射防止
コーティングを引き立たせることとして、副波長マイクロ構造を用いて反射を低
減できる。副波長マイクロ構造は、レンズが成形プロセスを用いて作成される場
合、成形プロセス中に形成され得る。更に、任意のレンズ面は、色収差を低減す
るという理由のために、ハイブリッド屈折/回折表面とすることができる。
【0052】 前述したように、明細書の全体を通して、以下の定義を適用する。用語「物体
平面」と「像平面」は、レンズシステム又はレンズシステムのアレイの共役平面
を指す。しかしながら、用語「物体」と「像(イメージ)」は制限されず、像平
面と物体平面は、レンズシステムの特定の用途に依存する、光放射、光検出、そ
れらの双方又はどちらでもないものとすることができる。
【0053】 用語「物点」は、レンズシステムの有限又は無限の物体平面上の点を指す。用
語「物体側の視野角」は、レンズシステムの開口絞りの中心を通って伝達される
物点からの光の光線とレンズシステムの光軸との間に形成された、レンズシステ
ムの物体側で測定されたような角度を指す。用語「物体側視野のエッジ」は、レ
ンズシステムの伝達がほぼゼロまで低減される光軸からの最も遠い角距離におけ
る視野角を指す。一実施形態では、物体側視野のエッジにおいて、レンズシステ
ムはレンズシステムに入射する光の1%以下を像平面に伝達する。以下に説明さ
れるレンズシステムが、光軸に関して回転対称である単一の物体側視野のエッジ
を有することは理解されたい。従って、光軸を含む断面図において、レンズシス
テムは、2つの物体側視野のエッジを有し、それぞれのエッジが単一の物体側視
野のエッジの部分である。用語「物体側視野」は、物体側視野のエッジ内の全て
の点を指す。物体側視野のエッジより大きい物体側視野角を有する物点は、「視
野のエッジを超えている」と呼ばれる。
【0054】 用語「像点」は、レンズシステムの有限又は無限の像平面上の点を指す。用語
「像側の視野角」は、レンズシステムの開口絞りの中心を通って伝達される像点
からの光の光線とレンズシステムの光軸との間に形成された、レンズシステムの
像側で測定されたような角度を指す。用語「像側視野のエッジ」は、レンズシス
テムの伝達がほぼゼロまで低減される光軸からの最も遠い角距離における視野角
を指す。一実施形態では、像側視野のエッジにおいて、レンズシステムはレンズ
システムに入射する光の1%以下を物体平面に伝達する。従って、光軸を含む断
面図において、レンズシステムは、2つの像側視野のエッジを有し、それぞれの
エッジが単一の像側視野のエッジの部分である。用語「像側視野」は、像側視野
のエッジ内の全ての点を指す。像側視野のエッジより大きい像側視野角を有する
物点は、「視野のエッジを超えている」と呼ばれる。
【0055】 図4Aは、物体側の視野が光学的に制限された別個のレンズシステム400の
実施形態の一例の側断面図である。レンズシステム400は、1つ以上のレンズ
エレメント405を有する汎用のマルチエレメントレンズシステムであり、実効
焦点距離F(図示せず)を有する。レンズシステム400は、像平面410と光
軸425を有する。
【0056】 光線450は像平面410上に像点420を形成する。光線450は物体側視
野のエッジにおける物点から発する。
【0057】 物体側の視野が光学的に制限されたシステムは、システムの物体側視野のエッ
ジがシステムのレンズ材料の光学的特性により決定される任意のシステムである
。物体側の視野が光学的に制限されたシステムは、物体側視野のエッジが内部全
反射により実質的に決定される任意のシステムである。物体側の視野が光学的に
制限されたシステムは、物体側視野のエッジが内部全反射により実質的に決定さ
れ、視野角の関数としての物体側視野のエッジに非常に接近した物点からの光の
伝達が、実質的に入射角の関数としての内部反射の伝達曲線の形状内である、任
意のシステムである。ケース5〜9は、物体側の視野が制限されたレンズシステ
ムを有するレンズシステムの例である。
【0058】 図4Bは、像平面410の位置の関数としての、光学的に視野が制限されたレ
ンズシステム400の物体側の伝達Tを示す。点420が物体側視野のエッジに
対応するため、点420に対する光の伝達は、1%以下である。
【0059】 図5Aは、物体側の視野が光学的に制限されたレンズシステム500の実施形
態の一例の側断面図である。レンズシステム500は、第1のレンズ525、第
2のレンズ550、及びレンズ525とレンズ550との間の領域560を含む
、任意のマルチエレメント光学システムである。レンズシステム500は、焦点
距離F、光軸510、及び像平面512を有する。光線505は、物体側視野の
エッジにおける物点から発する。光線505は像点520を形成する。
【0060】 第1のレンズ525は、第1の面526、第2の面527を有する。第2のレ
ンズ550は、第1の面551、第2の面552を有する。第1のレンズ525
と第2のレンズ550は、光学的に透過的である任意の材料から作成され得る。
第1のレンズ525と第2のレンズ550は、光波長又は赤外線波長において光
学的に透過的である任意の材料から作成され得る。第1のレンズ525と第2の
レンズ550は、光波長又は赤外線波長において光学的に透過的であり、光学レ
ンズエレメントへと構成できる任意の材料から作成され得る。レンズ525と5
50を作成するための適切な材料の例は、ポリカーボネイト、スチレン、ポリア
ミド、ポリスルホン、光学ガラス、又はゲルマニウムのような赤外線伝達材料で
ある。比較的高い屈折率を有する他の材料を使用できることは、言うまでもない
【0061】 領域560は、レンズ525とレンズ560の材料に比べて低い屈折率を有す
る任意の材料から作成され得る。領域560は、空隙とすることができ、あるい
は光の光波長又は赤外線波長に対して光学的に透過的であるレンズ525とレン
ズ550の材料より低い屈折率を有する任意の材料から作成され得る。領域56
0は、空隙とすることができ、あるいは光の光波長又は赤外線波長に対して光学
的に透過的であるレンズ525とレンズ550の材料より低い屈折率を有し、光
学レンズエレメントへと構成できる任意の材料から作成され得る。
【0062】 レンズシステム500は、非ゼロ光パワー、第1の面526、第2の面527
における第2の境界590、及び第3の面551における第3の境界591を有
する3つの光学的境界を有する。第1の面526は、正のパワーを有する光学的
境界である。第1の面526は正のパワーと凸形の湾曲部を有する光学的境界で
ある。第2の境界590は負のパワーを有する光学的境界である。第2の境界5
90は、負のパワーを有する任意の光学的境界であり、第2の面527が凹形の
湾曲部を有する。第2の境界590は、負のパワーを有する任意の光学的境界で
あり、第2の面527が凹形の湾曲部を有し、第2の境界590における相対的
な屈折率は約1.5以上である。
【0063】 第3の境界591は、正のパワーを有する光学的境界である。第3の境界59
1は、正のパワーを有する任意の光学的境界であり、第3の面551が凸形の湾
曲部を有する。
【0064】 第4の面552は光学的境界である。第4の面552は、連続した面を有する
任意の光学的境界である。光表面552は連続した面とゼロ光パワーを有する任
意の光学的境界である。好適には、第4の面552は、ゼロ光パワーを有する連
続した面であり、面552が像平面512と一致した屈折率であるようにレンズ
システム500の像平面512に配置される。
【0065】 レンズシステム500は、等角面として第2の面527を作成することにより
物体側視野が制限されるように構成される。等角面は、(物体平面のような)平
面上の所定の点から発する各光線が単一の予め選択された角度で面に当たる任意
の表面である。所定の点からの各光線が、所定の角度で等角面に当たるため、特
定の点に近い物体平面上の点からの光は、等角面により伝達され、そのため物体
平面上の位置の関数としての伝達は、実質的に内部反射の伝達曲線の形状内にあ
る。所定の角度が面の臨界角である場合、所定の点から等角面に入射する実質的
に全ての光は、内部全反射により反射されることになる。
【0066】 面527は、所定の物点から発する各光線が単一の予め選択された角度で面に
当たる任意の等角面である。面527は、物体側視野のエッジにおける物点から
発する各光線が単一の予め選択された角度αで面に当たる任意の等角面である。
面527は、物体側視野のエッジにおける所定の物点から発する各光線が等角面
の臨界角で当たり、そのため視野のエッジを超えた部分から発する光が内部全反
射により像平面512から離れるように反射される、任意の等角面である。
【0067】 実質的に等角な面は、所定の物点から発する各光線が実質的に単一の予め選択
された角度で面に当たる表面である。実質的に等角な面は、等角面の多くの特質
を示す。
【0068】 図5Bは、図5Aのライン5B−5Bに沿って取られたレンズシステム500
の上面図である。外周部501は、第1の面526の外周部である。円521を
構成する像点は、物体側視野のエッジ上の点から発する光の像点に対応する。好
適な実施形態において、レンズシステム500は、物体側視野のエッジ上の点か
ら発する光を光軸510から0.375F〜0.399Fに等しい距離に集束し、従って、
レンズシステムの視野を制限する。Fはレンズシステムの実効焦点距離である。
ケース5〜9は、実質的に等角な第2の面を有するレンズシステムの例である。
【0069】 図5C〜図5Eに関連した以下の説明は、図5Aに示された等角面527のよ
うな等角面の設計と機能を例示するつもりである。説明は、等角面が如何にして
設計されるかを制限するつもりはなく、全ての等角面、及び等角面を含む全ての
光学システムは、等角面が如何にして設計されたかに関わらず本発明の範囲内に
ある。
【0070】 図5Cは、レンズシステム500の側断面図である。光線505は、単一の物
点から発する全光線に対応する例示的な光線である。最初にレンズ500に遭遇
する光線505は、第3の面551、領域560、及び第4の面552に当たる
前に第1のレンズエレメント525の第1の面526でレンズシステム500に
当たる。
【0071】 曲線530〜534は、等角曲線の例示的なサブセットであり、曲線530〜
534のそれぞれは、光線505に対して等角な曲線である。曲線530〜53
4は、一連の光線505の各々が予め選択された角度αで曲線に当たる曲線であ
る。等角曲線530〜534の各々は、像点520と光軸510を含む平面内の
全体的な2次元構成体である。以下に説明されるように、第1のレンズエレメン
ト525の第2の面は、光線505の選択された等角曲線に対応するように構成
される。
【0072】 各曲線530〜534は、光線505に対して等角であるが、光軸510に沿
って測定されたような第1の面526からの異なる距離に配置される。例えば、
光軸510に沿って測定されるような第1の面526から曲線530までの距離
は、dにより表される。理解されるべきは、任意の物点及び任意の選択される予
め選択された角度αに対して、無限数の等角曲線が存在し、各曲線が光軸510
に沿って測定されたような第1の面526からの異なる距離に位置することであ
る。
【0073】 図5Dは、レンズ500の側断面図である。等角曲線535〜539は等角曲
線のサブセットであり、曲線は、光線505が臨界角θで等角曲線535〜53
9に当たるように選択された。当業者ならば理解されるように、臨界角θは、第
1のレンズ525の材料と密閉された領域560の材料の屈折率により画定され
る。
【0074】 垂線509、511、513、514、516はそれぞれ、曲線535〜53
9の各々が光軸510を横切る点で位置を決定されたような等角曲線535〜5
39の垂線である。等角曲線537の垂線513は、曲線537が光軸510を
横切る点で光軸510に平行である。垂線513は、面526の湾曲部のほぼ中
心で光軸510を横切る。
【0075】 図5Eは、レンズ500の側断面図である。光線516のサブセットは、等角
曲線537に当たる前に光軸510を横切る光線505のサブセットである。従
って、全ての光線516は、光軸510の片側で等角曲線537に当たる。
【0076】 部分590は、光線516が曲線537に当たる曲線537の部分である。部
分590は、光軸510と点520を含む平面内の全体的な2次元構成体である
。部分590は、光軸510から選択された終点591まで延びる。終点591
は、光線517と518が互いに交差しないような選択された部分590上の任
意の点である。光線517と518は、曲線537に当たる物点からの極めて最
多数の光線である。
【0077】 第1のレンズ525の第2の面は、光軸510に関して任意の等角曲線の部分
を回転させることにより等角面となるように構成されることができ、等角曲線は
、単一の物点からの一連の光線が単一の予め選択された角度αで等角曲線に当た
る曲線である。第1のレンズ525の第2の面は、光軸510に関して等角曲線
の部分を回転させることにより等角面となるように構成されることができ、等角
曲線は、単一の物点からの一連の光線が物点に対する単一の予め選択された角度
で等角曲線に当たり、予め選択された角度が臨界角である。第1のレンズ525
の第2の面は、光軸510に関して等角曲線537の部分590を回転させるこ
とにより等角面となるように構成され、等角曲線は、単一の物体視野点からの一
連の光線が物点に対する単一の予め選択された角度で等角曲線に当たり、予め選
択された角度が臨界角であり、曲線の各々が光軸510に交差する点における等
角曲線の垂線が、光軸510に平行である。
【0078】 第1のレンズ525の第2の面は、ほぼ等角的な面とすることができ、そのた
め光線が第1のレンズ525の第2の面に当たる角度αは、等角ではないが、ほ
ぼ等角であり、従って、等角面の多くの有用な特性が示される。
【0079】 実質的に等角な面は、メリット関数(merit function)に従って性能を最適化
するために、レンズ設計プログラムを用いて光学システム500を最適化するこ
とになる等角面の球面又は非球面の近似のような面であり、特定のレンズシステ
ムのメリットは、物体側光学視野と他のレンズ特性の重み付けされた平均である
【0080】 光線517と518が交差する実施形態は、本発明の範囲内である。光線51
7と518が交差する実施形態は、レンズが特定の目的に有用でないようにレン
ズシステム500の像品質が劣化しない場合、有用である。
【0081】 図6Aは、像側の視野が光学的に制限される個別のレンズシステム600の実
施形態の一例の側断面図である。レンズシステム600は、1つ以上のレンズエ
レメントを有する汎用のマルチエレメントレンズシステムであり、焦点距離Fを
有する。レンズシステム600は像平面610と光軸625を有する。
【0082】 光線650は、像側視野のエッジにおける像平面610上の像点620から発
する。光線650は、レンズシステム600によりレンズシステム600の物体
側に伝達される。
【0083】 像側の視野が光学的に制限されるシステムは、システムの像側視野のエッジが
システムのレンズ材料の光学的特性により決定される任意のシステムである。像
側の視野が光学的に制限されるレンズシステムは、像側視野のエッジが内部全反
射により実質的に決定される任意のレンズシステムである。像側の視野が制限さ
れるレンズシステムは、像側視野のエッジが内部全反射により実質的に決定され
、視野角の関数としての像側視野のエッジに非常に接近した像点からの光の伝達
が、実質的に入射角の関数としての内部反射の伝達曲線の形状内である任意のレ
ンズシステムである。ケース5〜9は像側の視野が制限されるレンズシステムを
有するレンズシステムの例である。
【0084】 図6Bは、像平面610の位置の関数としての、光学的に視野が制限されたレ
ンズシステム600の物体側の伝達Tを示す伝達曲線660である。点620が
物体側視野のエッジに対応するため、点620に対する光の伝達は1%以下であ
る。
【0085】 図7Aは、像側の視野が光学的に制限されるレンズシステム700の実施形態
の一例の側断面図である。レンズシステム700は、第1のレンズ725、第2
のレンズ750、レンズ725とレンズ750との間の領域760を含む、任意
のマルチエレメント光学システムである。レンズシステム700は焦点距離F、
光軸710、及び像平面712を有する。光の光線705は、像側視野のエッジ
における像点720から発する。
【0086】 第1のレンズ725は第1の面726、第2の面727を有し、比較的高い屈
折率を有する材料から作成される。第2のレンズ750は、第1の面751、第
2の面752を有し、比較的高い屈折率を有する任意の材料から作成される。第
1のレンズ725と第2のレンズ750は、光学的に透過的である比較的高い屈
折率を有する任意の材料から作成され得る。第1のレンズ725と第2のレンズ
750は、光波長又は赤外線波長で光学的に透過的である比較的高い屈折率を有
する任意の材料から作成され得る。第1のレンズ725と第2のレンズ750は
、光波長又は赤外線波長で光学的に透過的であり、光学レンズエレメントへと構
成できる比較的高い屈折率を有する任意の材料から作成され得る。レンズ725
と750を作成するための適切な材料の例は、ポリカーボネイト、スチレン、ポ
リアミド、ポリスルホン、光学ガラス、又はゲルマニウムのような赤外線伝達材
料である。比較的高い屈折率を有する他の材料を使用できることは、言うまでも
ない。
【0087】 領域760はレンズ725とレンズ750の材料より低い屈折率を有する任意
の材料から作成され得る。領域760は、空隙とすることができ、あるいは光の
光波長又は赤外線波長に対して光学的に透過的であるレンズ725とレンズ75
0の材料より低い屈折率を有する任意の材料から作成され得る。領域760は、
空隙とすることができ、あるいは光の光波長又は赤外線波長に対して光学的に透
過的であるレンズ725とレンズ750の材料より低い屈折率を有し、光学レン
ズエレメントへと構成できる任意の材料から作成され得る。光学フルオロポリマ
ーは、適切な低屈折率材料の例である。
【0088】 レンズシステム700は、非ゼロ光パワー、第1の面726、第2の面727
における第2の境界790、及び第3の面751における第3の境界791を有
する3つの光学的境界を有する。第1の面726は、正のパワーを有する任意の
光学的境界である。第1の面726は正のパワーと凸形の湾曲部を有する任意の
光学的境界である。第2の境界790は負のパワーを有する光学的境界である。
第2の境界790は、負のパワーを有する任意の光学的境界であり、第2の面7
27が凹形の湾曲部を有する。第3の境界791は、正のパワーを有する任意の
光学的境界であり、第3の面751が凸形の湾曲部を有する。
【0089】 第4の面752は光学的境界である。第4の面752は、連続した面を有する
任意の光学的境界である。光表面752は連続した面とゼロ光パワーを有する任
意の光学的境界である。好適には、第4の面752は、ゼロ光パワーを有する連
続した面であり、第4の面752が像平面712と一致した屈折率であるように
レンズシステム700の像平面712に配置される。
【0090】 レンズシステム700は、像平面上の所定の点に対して等角面として第2の面
751を作成することにより像側視野が制限されるように構成される。所定の点
からの各光線が、所定の角度で等角面に当たるため、特定の点に近い物体平面上
の点からの光は、等角面により伝達され、そのため物体平面上の位置の関数とし
ての伝達は、実質的に内部反射の伝達曲線の形状内にある。所定の角度が面の臨
界角である場合、所定の点から等角面に入射する実質的に全ての光は、内部全反
射により反射されることになる。
【0091】 面751は、所定の像点から発する各光線が単一の予め選択された角度で面7
51に当たる任意の等角面である。面751は、像側視野のエッジにおける像点
から発する各光線が単一の予め選択された角度θで面に当たる任意の面751で
ある。面751は、像側視野のエッジにおける所定の像点から発する各光線が等
角面の臨界角で等角面に当たり、そのため視野のエッジを超えた部分から発する
光が内部全反射により反射される、任意の等角面である。
【0092】 図7Bは、図7Aのライン7B−7Bに沿ったレンズシステム700の上面図
である。外周部701は、レンズシステム700の第1の面726の外周部であ
る。点720のような像点は、像側視野のエッジからの円721を構成する。レ
ンズシステム700の好適な実施形態において、像側視野のエッジは、光軸71
0から0.375F〜0.399Fに等しい距離に配置され、従って、レンズシステムの視
野を制限する。Fはレンズシステムの実効焦点距離である。ケース5〜9は、実
質的に等角な第3の面を有するレンズシステムの例である。
【0093】 図7C〜図7Dに関連した以下の説明は、図7Aの等角面751の設計と機能
を例示するつもりである。説明は、等角面が如何にして設計されるかを制限する
つもりはなく、全ての等角面、及び等角面を含む全ての光学システムは、等角面
が如何にして設計されたかに関わらず本発明の範囲内にある。
【0094】 図7Cはレンズシステム700の側断面図である。光線715は、単一の像点
720から発する全光線に対応する例示的な光線である。最初にレンズ700に
遭遇する光線715は、面752でレンズシステム700に当たる。例示のため
に、第4の面752は、ゼロ光パワーを有し、レンズシステム700の像平面7
12に配置され、像平面712と一致した屈折率である平坦な面である。
【0095】 曲線730〜734は、等角曲線の例示的なサブセットであり、曲線730〜
734のそれぞれは、光線715に対して等角な曲線である。曲線730〜73
4は、一連の光線715の各々が予め選択された角度βで曲線に当たる曲線であ
る。等角曲線730〜734の各々は、像点720と光軸710を含む平面内の
全体的な2次元構成体である。以下に説明されるように、第2の面727は、光
線715の特定の等角曲線に対応するように構成される。
【0096】 各曲線730〜734は、光線715に対して等角であるが、光軸710に沿
って測定されたような第2の面727からの異なる距離に配置される。例えば、
光軸710に沿って測定されるような第1の面726から曲線730までの距離
は、dにより表される。理解されるべきは、任意の物点及び任意の選択される予
め選択された角度βに対して、無限数の等角曲線が存在し、各曲線が光軸710
に沿って測定されたような第1の面726からの異なる距離に位置することであ
る。
【0097】 図7Dは、レンズ700の側断面図である。レンズシステム700は、第1の
面726と第2の面727を有する第1のレンズ725を有する。第2のレンズ
750は第2の面752を有する。等角曲線735〜739は、等角曲線のサブ
セットであり、曲線は、光線715が臨界角θで等角曲線735〜739に当た
るように選択される。当業者ならば理解されるように、臨界角θは、第2のレン
ズ750の材料と密閉された領域760の材料の屈折率により画定される。
【0098】 第2のレンズ750の第1の面は、光軸710に関して回転対称であり、等角
曲線735〜739の任意の湾曲部を近似する面を選択することにより、実質的
に等角な面となるように構成されることができ、この場合、第2のレンズ750
の第1の面は、単一の物点から発する一連の光線715が実質的に予め選択され
た角度で第2のレンズ750の第1の面に当たる表面である。第2のレンズ75
0の第1の面は、等角曲線735〜739の任意の湾曲部を近似し、光軸710
と一致する頂点を有する面を選択することにより実質的に等角な面となるように
構成されることができ、この場合、第2のレンズ750の第1の面は、単一の物
点からの一連の光線715がほぼ予め選択された角度で第2のレンズ750の第
1の面に当たる表面であり、予め選択された角度が臨界角θである。
【0099】 以下のケース1〜4は、図3Aに関連して上述された3エレメントの高明瞭度
レンズシステム100の例である。任意の非球面が、円錐型又は高次の多項式か
ら適切に構成される。
【0100】
【表1】
【0101】
【表2】
【0102】
【表3】
【0103】
【表4】
【0104】 ケース5〜9は、図3Bに関連して上述したような2エレメントの高明瞭度レ
ンズシステム200の例である。任意の非球面が、円錐型又は高次の多項式から
適切に構成される。
【0105】
【表5】
【0106】
【表6】
【0107】
【表7】
【0108】
【表8】
【0109】
【表9】
【0110】 本発明による個々のレンズシステムの性能特性を説明してきたが、ここで3次
元のイメージングシステムの用途に特別の注意を払いながら、レンズシステムが
レンズアレイに実現される。
【0111】 図8は、図1Aに示されたような未補正アレイの収差を示す未補正レンズシス
テムの側断面図である。図9は、ケース1に記載された3エレメントレンズシス
テムの側断面図であり、図8に示された未補正のレンズシステムに存在する収差
の補正を示す。図10Aは、ケース5に記載された2エレメントレンズシステム
の側断面図であり、図8に示された未補正のレンズシステムに存在する収差の補
正を示す。図11は、ケース4に記載された3エレメントレンズシステムの側断
面図であり、図8に示された未補正のレンズシステムに存在する収差の補正を示
す。
【0112】 ケース1、4、及び5は、L2とL3の幾何学的形状が共通の外周部に適合し
、その共通の外周部が視野における全光線を包含する特別の状態を表す。図10
Bの点1001は、共通の外周部に沿った点を示す。光表面L3は、表面L2と
L3がそれ自体で位置合わせするように、表面L2に接触することは理解される
であろう。
【0113】 相対的な性能は、未補正レンズシステムのMTFと本発明により形成されたレ
ンズシステムのMTFとを比較することにより、定量化され得る。図12は、モ
ノリシックアレイのMTFを表し、一方、図13と図14はそれぞれ、ケース7
とケース8のMTF出力を示す。図示された各MTFの解析は、5つの別個のプ
ロット、即ち、オンアクシス(0)、目標像領域の70%(0.7r)と100%
(1.0r)における矢印方向と接線方向のプロットを含む。像平面上のサンプリ
ングされた半径の位置は、図25の不規則な波線を参照することにより理解され
得る。図12は、アレイU1が約100サイクル/mmで50%の変調コントラ
ストを有することを示す。それらの領域において、D1とD2のアレイが未補正
アレイよりもほんのわずかだけの改善を提供することがわかる。しかしながら、
図13は、ケース7のフルオロポリマーが充填されたD1アレイの70%中心視
野半径内で、50%モジュレーションが230サイクル/mm以下の空間周波数
を生じることを示す。図14は、ケース8の空気が充填されたD2アレイにおい
て、50%モジュレーションが240サイクル/mmの周波数において生じるこ
とを示す。D1とD2アレイの、ほぼ中間の位置(0.5)における明瞭度(acuit
y)のピークにおいて、50%モジュレーションの空間周波数は300サイクル
/mmに到達する。
【0114】 図10Bは、光学的視野制限を示すケース5で説明された2エレメントレンズ
システムの側断面図である。図10Bは、L3におけるTIRの計算の証明を示
し、ここでは38.5°の半視野角で発生している。図16Aは、臨界角θに対する
平行及び垂直偏光光の透過率を示す。図16Aは、透過率が臨界角の80%を越
えで突然に降下することを示す。図16Bは、所定の視野角の80%において選
択的にマスクされるべき視野の放射照度を示す。図16Bにおいて、ラインTV
は、従来技術によるビネットされた絞りを通した視野の放射照度を示す。ライン
TV’は、マスクされた視野を越えたラインTVの延長部分を示す。ラインTT
1は、図10Aと図10Bに記載されたような視野の放射照度を示す。ラインT
T1’は、視野の80%において選択的にマスクされた視野を越えたレンズTT
1の連続を示す。図16Bは、レンズシステムが本発明にしたがって形成された
場合に、像領域自体の放射照度が突然に終わることを更に示す。更に、ラインT
T1と延長部分TT1’とを比較することにより、本発明によるレンズシステム
の視野の放射照度が図16Aの伝達曲線に厳密に一致することが明らかである。
【0115】 上述された原理は、レンズアレイ及びディスクリートのレンズシステムに適用
され得る。図面におけるレンズアレイは、選択された有限数のレンズシステムを
有するレンズシステムのアレイとして図示されるが、任意のレンズアレイが2つ
以上のレンズシステムの合同体からなることは理解されるべきであり、この場合
、レンズシステムは平行に光りを処理し、本発明の範囲内にある。
【0116】 本発明の特定の実施形態において、説明された光学的視野制限の原理と収差補
正が適用される。以下に説明される特定の実施形態は、キャプチャ、再生、3次
元イメージのディスプレイに関する。本発明は、一意の幾何学的な状態を提供し
、マイクロレンズにより形成されるリアルイメージは、それぞれ絶対的な外周部
内に閉じこめられ、更に、像の外周部においてTIRにより誘導されたフォール
オフレートの効率がその理論的な最大に近づく。更に、内部全反射を用いて、マ
イクロイメージの再生中に第1のレンズアレイシステムから第2のレンズアレイ
システムまでの角度放射を制限する。以下の説明において、光学的なクロストー
クが有効に除去され得ることが実証される。
【0117】 ここで、本発明の実施形態を示す図面を参照すると、図17は、マスタアレイ
M1の透視図を示す。図面において、アレイの構造的な特徴を明らかにするため
に、屈折効果は無視される。図19Aは、概してマスタアレイM1の幾何学的形
状を示し、M1が外側アレイA1と内側アレイA2から如何にして組み立てられ
るかを示す。図19Aに示された断面図は、個別マイクロレンズの外周部の最も
近いアプローチの軸に沿って取られている。この断面の軸が図24によって示さ
れる。
【0118】 図18はマスタアレイと互換性がある表示アレイD1の透視図を示す。図20
Aは、D1の概略の断面を示す。表示アレイの内部の隙間は、光を内部的に分散
するためのプリズムの散光器を任意に含むことができる。これらのプリズムの隙
間の起伏を最も良く図示するために、図20Aと図20Bの断面の軸は、図19
A〜図19Dの選択された軸に対して90°であり、A1’とA2’は、M1の
ものと類似する外側アレイコンポーネントと内側アレイコンポーネントを示す。
【0119】 本発明において、特定の六角形のレンズレイアウトにより、種々の割合のマイ
クロイメージが焦点面上で効率的にタイル状に配列されることが可能となる。以
下の詳細な説明において、マイクロイメージのタイル状配列パターンが、レンズ
のタイル状の配列と異なるように思われるかもしれない。水平レンジは、バイア
スが水平軸に与えられるように不規則なマイクロイメージの外形(profile)を
用いて拡張され得る。バイアスは、垂直レンジを低減することなく、双眼視によ
り要求される追加の次元に対応するように十分であり、より大きなレンズ口径に
おいて潜在する収差を導入することなく、有効な視野領域を約10°まで拡大す
る。選択された不規則な六角形も、従来の六角形により伴った無理数を回避し、
正方形のピクセルとデータブロックの使用を可能にする。
【0120】 図19A〜図19Dの各々は、上述した等角形状に適合した第1の屈折境界L
2を示す。図19Aは、マスタアレイの一実施形態を示す。A1とA2のアセン
ブリをマスタアレイM1に組み立てる前に、光阻止接着剤BがA2上の***ラン
ドに塗布される。組み立て中、LD2は凹みランドLD1に接触し、接着剤を側
壁SWの上へ押しやり、接着剤を重要でない領域BDにあふれ出させる。従って
、レンズの隙間は、実質的に不透明である。
【0121】 図19Aにおいて、マスタアレイM1は、臨界角θに特に注意を払って設計さ
れ、OAはレンズセルの光軸を表す。CはL1の湾曲部の中心である。T1は、
図22〜図25で説明される不規則な外形のイメージタイルである。点Nはタイ
ルの対称的な限界を表す。文字Fは、イメージタイル内の任意のグラフィックパ
ターン、例えば、投影されたリアルイメージ又は現像された写真乳剤を表す。
【0122】 臨界角がアレイ性能に関係する4つの特定の状況が、光線R1〜R5により特
徴付けられ、図19Aに示される。この反射の影響は光線R1により図示され、
θより大きい角度でL2に到来する全光線が反射されて離れていく。全反射は光
軸においてまさに発生しないが、実際にはその入射角に関連した全光線に関して
同時に発生する。ポリカーボネイト(n=1.586)内の臨界角は約39°である
。R1〜R4は、中心視野領域の外側に入る光線の振る舞いを示す。接合隙間ラ
ンドLD1とLD2がそれぞれ、コンポーネントアレイA1とA2上に形成され
、R2、R3、及びR4を吸収するように仕組まれる。図19Aと図19Cにお
いて、円形の光線の末端は、吸収された光を表す。像領域外周部P1を越えた点
Kから放出された光線R5は、L3におけるTIRにより屈折される。
【0123】 図19B、図19C、及び図19Dは、システムの口径が縮小される方法を実
証する。多くの想像される用途においてレンズの比較的小さなサイズに起因して
、図示された口径縮小方法は、回折限界性能に降伏するように工夫され得る。図
19Bは、図19Aに示されたものと類似する内部形状を有する第2のケースの
マスタアレイM2を示すが、L1における染料昇華型開口絞りSDによりL1に
おいて制限された開口を備える。図19Bのアレイは、典型的にはマスタイメー
ジを複製に伝達するために使用される。染料昇華型絞りSDは、平坦なポリカー
ボネイト基板上に穴の開いた格子を印刷し、材料のL1レンズのレリーフを熱形
成することにより作成される。得られるガラス転移点において、染料がポリマー
へと局所的に昇華する。図示のように、隙間領域PLは平坦にすることができる
。代案として、円錐形アラインメント部品CAを、成形型に含めて、表示アレイ
D1との位置合わせを促進することができる。
【0124】 図19Cは、第3のケースのマスタアレイM3を示す。M3は、写真の複製に
、又は相補的に伝達イメージの高解像のビューイングに使用され得る。それた光
線R6は、透明内側側壁により屈折されるが、外側側壁SWにおいて光阻止材料
Bにより閉じこめられる。光線R7はPLのTIRにより反射され、SWにおい
て吸収される。従って、ランドPLは、見られるイメージが極限の視野角で観察
される場合、暗い様相をもたらす。利用可能な視野は、L2におけるTIRが完
全にイメージを閉じこめる点Kまで拡張される。観察者は、Kに近づくにつれ、
ピンぼけと反射の拡散に起因して、次第に消えていく最大75°の視野を認識す
る。
【0125】 図19Dは、内部開口スクリーンAPを有する3つの部分からなるアレイM4
を示す。図示された3つの層は、自己整列して屈折面の分散を防止するように仕
組まれている。全ての3つの部品用の型は、フォトレジストベースのプロセス又
は機械的なプロセスにより工夫され得る。L1において隙間ランドの欠如により
示されたL1レンズのかわら状のパッキングは、より明るいイメージを提供する
が、暗黙的に低減された画角を提供する。ほぼ1.6の屈折率を有する材料から形
成されたかわら状のアレイにおいて、実際的な達成可能な視野領域は約60度で
ある。
【0126】 図20Bは、マスタアレイM1のL1の開口が如何にして停止するかを示し、
ここでは、光阻止材料Bが付加された状態で示され、隣接するセルにアクセスす
ることなく、光がD1に伝達されることを可能にする。光線Dmaxは、光がM1
から通過できる最大角度を示す。この制限は、光学とマスタ像平面IPMの連帯
効果により設定される。複製における効率的なエッジからエッジまでのタイル状
の配列が成し遂げられ得る構成は、図24に示される。マスタから表示アレイへ
の光学的な変換は、マスタ像平面の不明瞭な領域を見えにくくし、マイクロイメ
ージの約1.25の倍率を引き起こすことにより本質的に得られ、そのため、イメー
ジは複製アレイの像平面上に継ぎ目無くタイル状に配列され得る。この変換を用
いて、直接的に記録された合成イメージの薄暗い周辺部を除去することができる
が、より一般的には、電子的に処理されたイメージデータから導出されたマスタ
イメージを用いて実施される。従って、提供されるマスタイメージは、例えば、
現像された透明フィルム、レーザスキャン、又は発光ディスプレイとすることが
できる。
【0127】 マスタ及び複製におけるレンズが共通のピッチを有することが一般に好ましい
。しかしながら、マスタにおいて黒のグラフィック格子を局所的に移動し、アレ
イのピッチよりも有効に小さいピッチをそれに割り当てることが複製プロセスに
おいて有用となることができる。このことは、全体のマスタ光学システムをスケ
ーリングすることにより得られるが、より一般的には、内側の半径方向のピクセ
ルをイメージの中央点に対して移動することとしてもたらされる。これは、ある
位置で選択される新たなピクセルにおいてのみマイクロイメージの構成に影響を
及ぼすが、等しい数のイメージのピクセルが他の位置でブラックアウトされる。
ピクセルの優勢は変更されないが、黒の格子はピッチにおいて微細に縮小される
。ネットの効果は、複製プロセスがマスタにおいてこの内側半径方向の移動を複
製において外側半径方向の移動に入れ替えることである。複製イメージの閲覧者
は、グラフィック素材が予想された可視線と一致するように最適化され得るので
、わずかに拡大された画角を観察する。電子ディスプレイにおいて、拡張された
視野は、視野レイアウトに直接的にもたらされる。
【0128】 合成イメージングの原理に従って、本発明の範囲内の材料を用いて、全視差イ
メージを直接的にキャプチャすることもできる。再度、図19Aを参照すると、
ある屈折率において、円形のマイクロイメージの外周部P1が、焦点面上で半球
の外側レンズ直径の数学的な投射内に包含されることが理解される。これが純粋
な屈折システムにおいて得られる屈折率は、n=1.7の付近である。しかしなが
ら、ポリカーボネイトのような安価な材料のある程度低い屈折率が使用され、マ
イクロイメージが念入りに構成されたナルゾーンZに重なることが可能になる場
合、グラフィック表面はそれにも関わらず有効に使用され得る。本ケースにおけ
るナルゾーンは、不規則な六角形の格子を表す。イメージタイルT1は点Nで選
択的に制限され、そのためイメージタイル内の全ての点は、明瞭になる。
【0129】 合成キャプチャ(integral capture)及び再生において、迷光は、外側アレイ
の光学的に開放された領域を通して隣接するレンズセルに伝わることが防止され
なければならない。前述したように、平坦な後部表面と共軸のL1、L2、L3
表面の領域からなる各微少な光学システムは、光学的に互いのレンズセルから分
離されている。TIR効果が、マスタマイクロイメージ平面IPMから放出され
た任意の光に対してL3表面において生じる。光軸がマイクロイメージ平面に交
差する点から特定の半径を越えた任意の点KからL3の内部表面に到達する光は
、像平面に向かって完全に反射されて戻される。従って、マスタ像平面IPM上
に記録され、写真現像されたシュードスコピック像は、光学的に表示像平面IP
Dに変換され、オルソスコピック合成写真として、現像され表示される。図23
に示すような、一般化された光エレメントPHは、感光乳剤、個別のピクセル、
フォトダイオード、フォトトランジスタ、LED、液晶、プラズマセル、フィル
ム記録ドット、インク染料又はトナードット、CRTの三つ組等を指すように解
釈され得る。分かり易くするために、図面は、個別の正方形のグラフィックユニ
ットを用いて規則的に直交するラスタ化を示す。それにも関わらず、システムが
連続のトーンのイメージに同様に適用されることは理解されるべきである。ナル
光エレメントPNは、ディスエーブル又は除去され得る。高解像度のイメージキ
ャプチャシステムは、線形の電子アレイを使用することが多い。単一の列が図示
され、その列は単一のマイクロレンズ領域の幅を横切って走査され、イメージデ
ータを検出又は放射することができる。キャプチャシステムにおいて、カラーデ
ータは、RGBフィルタリングされた3つの線のセンサを用いることにより得ら
れる。線センサPLは、図示されたPHに直交する軸上に交互に配置され得る。
線センサPLは、オフセットの交互態様で互い違いにされ、表面配線を可能にす
る。垂直走査は、両眼の競合を生じることなく全視差3Dイメージのタイムシー
ケンスのキャプチャを可能にできる。イメージ領域が軸Δtに沿って走査される
場合、一時的なディストーションが表示アレイの光フィルタリングによりマスク
され得る。この実施形態のいくつかの影響は、本明細書で後述する。
【0130】 レンズ間の再生プロセスを効果的にするために、アレイ間のある対応関係が維
持されなければならない。図21は、必要な光学条件の略断面図を示す。図22
〜図25は、アレイのそれぞれのグラフィックレイアウトの略平面図を示す。I
PMにあるマスタ写真透明媒体が制御された照明の光源で照らされる場合、アレ
イM1のような、第1の表面上に光阻止材料を有さないマスタアレイが使用され
、グラフィックエレメントGが共役像平面に伝達されるようにする。
【0131】 図21において、光源の角出力は、照射中、アレイの平面で変動される凸形の
アキシコンレンズ(axiconic lens)アレイA3により後に修正されるコリメー
トされたビームLSを用いることにより、予め決定される。ここで角度θは32
°として与えられた。A3がn=1.59の屈折率を有すると仮定すると、光は、12
.7°〜25.4°の角度においてのみM1アレイのA2部分を通過できる。制限され
た視野が視野にわたって等化された伝達を行い、光線RXのような迷走光線を遮
断する。陰画のマスタ写真透明媒体の場合を除いて、ナルゾーンZから伝達され
る光はない。代案として、M2タイプのマスタを従来の光源と使用できる。
【0132】 図22において、格子状の領域はナルゾーンZを示す。単一のマスタレンズレ
ンズセルのグラフィックレイアウトが図23に示される。ナルゾーンは一般に光
のキャプチャ又は光の再生を可能にしない。ポジからポジの再生プロセスにおい
て、これらの領域は、放射を阻止するように暗くされる。必要に応じて、統合さ
れた写真マスクが、単一のナルゾーンパターンの形状にレイアウトされた離れた
目標イメージに未現像のフィルムを事前露光又は事後露光することにより、作成
され得る。図22において、レンズ領域外周部P1のひし形形状の重なる交差部
分が、格子化されたナルゾーン内に全て入ることがわかる。1つのマイクロイメ
ージ化セルの形象Fは、シュードスコピックマスタに配向されているように示さ
れる。
【0133】 表示アレイD1の重なりに関連した六角形H1は、図23と図25に示される
。H1は、六角形の各辺がアレイの直交軸でもって配置されるか、又は等辺六角
形に関連した無理関数の傾斜(1:1.73205・・・)ではなく整数の比(1:2
)である傾斜を有するような、正方形から導出される。H1は、その最も小さい
横寸法の自乗に等しい面積を有し、面積において40ピクセルの正方形S40に
等しい。抽象(abstract)が、直交軸の1つに位置合わせされる態様で、及び他
の軸にオフセットする態様でタイルを正方形にする。マスタイメージは、図22
と図23のRL4のような規則的なラスタ格子で較正され得る。32×32のピ
クセル正方形S32は、より大きなS40の格子内に画定される。点MとNは、
不規則なマイクロイメージタイルTの寸法の最大値を表す。
【0134】 抽象の正方形は、規則的な態様でタイル状に配列する種々の外形へと容易に再
マッピングされ得る。このマイクロイメージのタイルパターンは、正方形、六角
形、段付き、又は十字形、又は湾曲したものとすることができ、それにも関わら
ず、正確に図示された互い違いの正方形のピッチに一致する。相互に作用するビ
ューイングの挙動から導出された段付きのわずかに十字形のパターンは、図示さ
れた用途に使用される。図23において、正方形S32が領域AAからABに置
き換えられることにより、修正されることがわかる。
【0135】 アレイは、再生中にマイクロイメージが1.25の光学的な倍率を受けるように構
成される。同じピッチがマイクロレンズの中心間に維持される。マスタの4μm
ドットは、複製において5μmドットして現れる。2つのアレイのレンズの半径
と焦点距離も、この割合に大まかに一致する。
【0136】 図25に示される表示アレイのイメージセルのレイアウトにおいて、陰を付け
られた領域ACとADは、置換された領域がタイルTと同じ外形でタイル状に配
列されるように、六角形H1に対してマッピングされる。図21〜図25を参照
することによりわかるように、マイクロイメージタイルTは、複製アレイ像平面
IPDのレンズセルへ投射される場合、ナル領域なしで複製像平面IPD上にタ
イル状に配列される。表示アレイの領域は、図24に示される。像エレメントは
、マスタ格子RL4のピッチの1.25倍のラスタ格子RL5上へマッピングされる
ように、もくろまれ得る。
【0137】 図25は、図21に示された方法により複製された後に文字「F」の出現を表
す形象F’を示す。形象は、微少凸レンズを型押しした(lenticulated)側から
見られた場合、適切な向きとカイラリティーを有し、結果としてのイメージがオ
ルソスコピックであることを示す。アレイは最大の効果に向けられ得る。動画は
、タイルのより長い寸法を垂直軸と位置決めすることにより拡張され、3Dイメ
ージは、より広い視野を水平軸に割り当てることにより、眼の分離に適応できる
【0138】 図26A、図26B、及び図26Cは、D1のイメージを同時に照らし、閲覧
する一般のプロセスを説明し、低屈折率のフルオロポリマー含有物を有する。図
26Aは、中央点に位置合わせされた光学的特性を示す。図26Bは、光軸から
30°の視野角に関連し、セル限界CLの近くの周辺部のマイクロイメージ位置
に位置決めされたレンズセルを示す。図26Cにおいて、60°で到来する周囲
光は、任意のプリズムのようなレリーフを介して像平面に拡散的に伝達される。
最大の角度において、集束性の光は拡散され、より均等な内部照明が得られる。
光線ROは、L1’を介して逃げることがわかる。
【0139】 空気含有物を有する表示アレイにおいて、L1を介して反射される光の損失は
、かなり大きくすることができる。図27A、図27B、及び図27Cは、かな
り前の全般的な説明に従って工夫された空気含有物D2を有するディスプレイを
同時に照らし、閲覧する一般のプロセスを概略的に説明する。たるみ(sag)の
高さに対する最も大きな開放口の比は、約1:4.2であり、50°の視野領域を
提供する。図27Aは、オンアクシスの性能を示し、図27Bは、セル限界CL
近くのアレイの性能を示す。図27Cは、40°の視野角における性能を示し、
内部の光学部品を介して直接的に伝達される光はないが、代わりに、TIRによ
って反射され、又は内部隙間を介して伝達される。隙間は、一般に最も異常な限
界に近い光線のみを伝える。L1表面で反射される光線は、光線RRにより示さ
れるように、像平面に戻る。どちらにしても、像平面における受動的な照明の分
散は、非常に拡散する。図27A〜図27Cに示された設計は、上記の表形式デ
ータのケース5の光学的幾何学的形状と一致する。
【0140】 本発明用のレンズエレメント、レンズシステム、及びレンズアレイは、光学装
置の任意の知られた製作方法を用いて製作され得る。適宜、本発明と共に使用す
るために特定される製作方法には、成型された複製を作成するマスタを使用する
プロセス、及びエッチング及びリフローのような方法により個別の部品を製作す
るプロセスが含まれる。
【0141】 マスタの形成は、ダイヤモンド旋削プロセス又はエッチングプロセスにより達
成され得る。型の1つ以上の生成は、電気鋳造により行われる。本発明のレンズ
システムは、射出成形、圧縮成型、及び他の成型プロセスを用いて型から作成さ
れ得る。
【0142】 適宜、本発明と共に使用するために特定される、エッチング、リソグラフィッ
ク及びリフローの製作方法には、フォトレジストリフロー方法、等方性エッチン
グ方法、及びグレイスケールマスクを使用する異方性反応性イオンエッチングが
含まれる。エッチング、リソグラフィック及びリフローの方法は、アレイ内のレ
ンズシステムが全く同じでない場合に特に有用である。例えば、局所的に変更さ
れたレンズは、任意のビューイング位置に対応するように任意の物体の位置を目
標にする漸進的な態様でレンズシステムの光学的諸特性を変更することによりア
レイの視野を拡張するために使用され得る。
【0143】 本発明用のレンズアレイは、レンズアレイを構成する1つ以上のレンズエレメ
ントがモノリシックであるように、複数のエレメントが単一のアレイコンポーネ
ントであるように作成されることができ、又は個別のレンズエレメントがレンズ
システムを作成するように構成されることができ、個別のレンズシステムがレン
ズアレイを作成するように構成され得る。
【0144】 図28A〜図28Cは、レンズアレイのビューイング条件を示す略図である。
リアルシーンにおいて、眼のレンズは、特定の距離に位置する物点の放射状の放
出に対して調整するように対応する。従来の円筒形又は球形のアレイの異常な光
学的諸特性のために、適応性のある対象距離は、いくぶん不確かであることが多
い。この情況が図28Aに概略的に示され、この場合、VAが未補正のアレイで
あり、PRがグラフィック表面からの放射状放出点である。レンズによって生じ
た結果としての光線のセットは、実際の対象により生じたものと類似する発散光
線を含むが、交差光線RXと迷走光線RSのような認識による矛盾した光線も含
む。瞳によりキャプチャされる光線RPのセットは、点において完全に集束され
ることができず、代わりに、近焦点と遠焦点との間の中間に網膜RT上のAFに
不明瞭な焦点を生じる。迷走光線は、他の視野角に入る瞳孔直径によりキャプチ
ャされず、イメージコントラストを低減する。本発明による収差の補正により、
マイクロレンズは図2A〜図2Bで上述した種々の焦点状態を生じるように構成
されることが可能になる。
【0145】 無限の共役の仮定が、図28Bに示された焦点状態を生じる。この場合、瞳は
マイクロレンズの出力により満たされていない。眼は、無限遠に焦点を合わせる
が、隣接するマイクロイメージの点PXから生じた光線RNを受け入れることも
要求され、RFAにおいてグラフィック的に不明瞭な網膜の焦点を生じる。好適
な状態が図28Cに示される。レンズの幅と視距離が予め決定されている場合、
無限焦点の両眼共同運動角度が計算され、RFにおいて明確な焦点を生じる。本
発明の実施形態において、表示光学部品は、予想される視距離において瞳孔の領
域を満たす発散する光線のセットを生じるように適宜に工夫される。焦点条件は
、眼が良好に適合し、イメージの全光線が、図28Aの不確かな焦点と図28B
に示された満たされない状態の双方に挿入された不明確さを有さずに、RFにお
ける網膜の焦点に導かれる状態をエミュレートする。最も外側の発散する光線V
D間の全角度差である、両眼共同運動の角度は、一般に1°未満である。
【0146】 一般的な場合、両眼共同運動の角度は、瞳孔半径の半分をとり、そこからレン
ズピッチの半分を引き、それを視距離で除算し、この商の逆正弦をとり、この結
果に2を掛けることにより計算され得る。例えば、300mmの視距離、4mm
の瞳孔、及び250°の球面レンズは、0.716°の両眼共同運動の角度をもたら
す。仮想焦点が(0.125/tan0.358°)+300mmに位置するので、ディスプ
レイは、約320mmの観察者から物体までの距離をエミュレートする。この距
離は、遠焦点DFとして図28Cに概略的に示される。0.763°の角度は、実際
の像平面における視野焦点(field focus)に関連する。0.716°と0.763°との
間の差は、ほぼ同じピッチの円筒形アレイに存在する非点収差の程度を示す。
【0147】 屈折アレイを用いる3Dシステムにおいて、シーンの視差及び両眼共同運動の
角度は、それらの自然の相関性から逸脱できる。例えば、自動立体電子ディスプ
レイを用いる触覚型システムは、ディスプレイの前面の自由空間にシミュレート
された物体の操作を伴うことが多い。この状態の視差の特性は、容易にシミュレ
ートされる。しかしながら、マイクロレンズアレイの従来の光学設計は、眼を表
示スクリーンのすぐ後ろの点に適応するように誘導する。この情況は、識別でき
る物体によって占められる自由空間で手又はツールに同時に焦点を合わせること
をユーザにさせないようにする。
【0148】 図28Cを参照することによりわかるように、像平面の前方の仮想イメージ領
域を生成しながら、瞳を正確に満たす焦点条件が存在することである。アレイの
設計は、スクリーンの前方の自由空間において仮想の有限共役に集束するために
、像平面を前方に移動することにより、又は設計を明白に再パラメータ化するこ
とにより修正されることができ、光線が近焦点NFで交差することを可能にする
。500mmでの閲覧のために設計された0.5mmマイクロレンズを有するディス
プレイにおいて、遠焦点DFは、アレイの後ろ72mmに位置し、近焦点NFは
アレイの前面62mmに位置する。グラフィック平面からサンプリングされた領域
が、仮想焦点がDFに位置する場合に同じであるので、3Dイメージの視差と向
きは、ほとんど変更されない。この効果は、自然な視覚と調和するいわゆる浮き
イメージを生成するために印刷イメージで同様に実施され得る。
【0149】 ノンイメージング用途は、本発明の範囲内である。ノンイメージング用途には
、限定されないが、電気通信システムが含まれる。図2Aは、有限の共役を有す
る焦点状態を示す。有限の共役を有する本発明の一実施形態の特定の例は、図1
1に示され、ケース4の表形式のデータにより示される。図示された実施形態は
、遠隔光電子装置間の通信に使用され得る。
【0150】 主な実施形態において前に指摘したように、時間遅延されたライン走査は、3
次元イメージで暗黙的に競合を生じない。マイクロレンズベースの角度ディスプ
レイにおいて、動画及び全視差は、両眼用の軸がアレイの水平線と一致する場合
、競合せず、予め決定された視距離が維持される。本発明の修正形態において、
この理解は、従来の時間制約条件からキャプチャプロセスを開放することに役立
つ。
【0151】 収集は1/5秒〜1秒かかる。係る長期のキャプチャ期間は、時間の歪んだ出
所イメージを生じることが多い。
【0152】 しかしながら、これらのイメージは観察者によって見られることはない。アレ
イによる光学的フィルタリングのために、このレートにおける一時的なディスト
ーションは、ビューイング条件が上述した理想的な条件から逸脱する場合であっ
ても、一般に感知不能である。更に、行間の最大の一時的なステップレートが明
確にされないため、走査が、最終のイメージに動画のより大きな錯覚を引き起こ
すために、特に遅延される。デジタルシステムにおいて、カメラモジュールにつ
き1つの、各同期セットの20個の線形走査は、別個に取得されメモリに保持さ
れる。カメラは、延長された期間にわたってイメージデータを累進的に収集する
ためにマウントに戻され、最終的に長い間隔を表すコマ撮り(time-lapse)され
た3次元イメージを生成する。最終の表示において、コマ撮りは、手持ちのイメ
ージが傾けられる時のように、垂直視野角における相対的な移動でもって再構成
される。
【0153】 イメージの一時的な相関関係を最適化するために、カメラアレイの個々のイメ
ージキャプチャ領域は、半径方向に非同期化され、偏心化される必要がある。好
適には、イメージ領域は、アレイの中心から半径方向外側に偏心化され、そのた
め、レンズの法線によって表されるイメージ領域の中心が、予想される視距離に
対応する物体領域の共通点で集束する。コマ撮り能力の特定の適応は、高度な予
測中間イメージデータを提供するために、修正された明視野関数(light-field
function)に基づいた補間法を含む。完全なプレノプティック(plenoptic)明
視野関数は、波長、輝度、方向、及び体積(volume)を通過する全ての光の一時
的な変化をマッピングする。このデータセットは、有限の体積においてさえも無
限であるため、プレノプティック関数(plenoptic function)の計算の実施は、
包括的な関数からの種々のモデルによりサンプリングされた有限データセットを
考察する。
【0154】 自動立体静止画は、任意の体積内の単一平面の小さい領域内である角度を検討
するのみ必要である。更に、出所イメージがリアルシーンを表す必要がないため
、時間領域は空間領域で巻き込まれ、1つの変数が除去される。時間的に歪んだ
イメージセットは、従来の平面イメージのセットに以前に適用された計算的な変
換を受けることができる。中間イメージデータは、イメージのキャプチャされる
格子を複数次元のデータボリュームのサンプリングされた位置とみなすことによ
り、効率的に補間され得る。更に、既知のイメージベースのレンダリングシステ
ムは、出所イメージの視差の移動から抽出された近似的な距離画像を用いて、鮮
明度を改善し、補間されたイメージのモザイクのアーティファクトを低減した。
本発明において、動きと深度は、統合変位マップとして巻き込まれ得る。次いで
、マップを用いて、時間的にずれた出所イメージのセットの類似の関数を実行す
る。
【0155】 イメージベースの3次元イメージングにおいて、キャプチャされる領域は、一
般に表示される領域と一致する。ディスプレイに比べてより広い領域がキャプチ
ャ装置で許容される場合、明視野関数を用いてデータボリュームをモデル化し、
追加のビューが周辺に外挿され得る。外挿が相対的に抑制される場合、小さな空
間データの空隙のみが発生する。発生した場合、これらの空隙は、例えばピクセ
ルを繰り返すことにより、変位マップを参照することにより、又はイメージの内
容を知的に分析することにより、満たされ得る。この方法により、記録装置は、
よりコンパクトでポータブルに暗黙的に作成され得る。
【0156】 45°に傾斜した正方形レンズアレイのために考案された代替のタイル状配列
のセットを、図29A〜図32Cに示す。デスクトップ印刷装置のようないくつ
かの用途において、自由にグラフィックイメージを配置できることが望ましい。
傾斜した正方形は、書式の任意の変更に適応する。異なる軸バイアスを有するイ
メージは、必要に応じて同じ原稿上にレイアウトされ得る。図29Aに示された
長方形T2は、縦型の配置又は横型の配置でタイル状に配列するために2:1の
比率で形成される。
【0157】 σが144°であり、τが108°である、図29Bに示された六角形T3も
、係る態様でタイル状に配列される。図29Cは、水平横型の向きで粗く段の付
いたタイルT4を示し、一方、図29Dは、垂直縦型位置で粗く段の付いたタイ
ルT4’を示す。図30Aと図30Bは、垂直位置と水平位置においてタイルと
レンズのそれぞれの位置を示す。図31は、いくつかの斜めのビューを除去する
直交2軸バイアスを備えたタイルT7を示す。また、タイルは、図32Aの粗く
段の付いたT4タイルによって、図32Bの適度に段の付いたタイルT5によっ
て、及び図32Cの細かく段の付いたタイルT6によって示されるように、それ
らのピクセル解像度に従って変更され得る。
【0158】 図33には、円錐型の副波長構造体AR1とAR2を有するアレイM1が示さ
れる。円錐型構造体の規模は、波面の周期より大幅に小さいため、構造体は波面
により決定されない。傾斜は、表面の反射を生じる境界効果を徐々に衰えさせる
。任意のハイブリッド屈折/回折表面ACがL2に配置されて示される。既知の
原理に従って、その表面を用いて、光学システムを色消し、又は非熱運動化する
。一般に、5%の光が、未処理の空気/ポリカーボネイト界面で反射される。あ
る照明条件において、この表面反射は、閲覧されるイメージにある程度のもやを
導入する。イメージの彩度とコントラストは、フッ化マグネシウム又はCYTO
P(アサヒガラス)のような可溶性フルオロポリマーのような低屈折率材料の単
一の等角コーティングの使用により、強化され得る。光スラリー又は周期的な「
ガの眼(moth-eye)」のレリーフ微細構造のような、副波長反射防止微細構造は
、類似の効果を提供できる。ARレリーフ構造は、本発明の特に興味の対象であ
る。その理由は、それらが、アレイの成形中にモノリシックに作成されることが
でき、従ってわずかな追加コストで含められることができるからである。
【0159】 ハイブリッド屈折/回折表面が任意の3つの境界に使用され、色収差が低減さ
れ得る。ハイブリッド表面は、微少光学レリーフを得るために現在使用される異
方性エッチングプロセスを使用して容易に製作される。しかしながら、回折成分
の逆分散により提供される追加の理論的な補正は、他の導入された収差、不完全
な回折効率、増大した散乱、及び成形プロセスにおける追加のドウェル時間に対
して重み付けられなければならない。ハイブリッド表面は、有効なバンドが40
0nm〜700nmの可視スペクトル未満に抑制される場合に、より容易に妥当
なものにされ得る。係るシステムの例には、色分解ダイクロイックフィルタ又は
モザイクフィルタを用いるイメージキャプチャシステム、RGBトライアドディ
スプレイ、及びIR、UV又は準単色ダイオードレーザベースのシステムが含ま
れる。これらのシステムにおいて、100%に近づく回折効率は、連続して伝え
られる回折のレリーフを使用することによりしばしば得られることができる。
【0160】 本発明の原理に従って考案された安価な個別イメージング装置が、図34に示
される。装置は、基板SB上に配置され、マウントMTにより補強された電子検
出器DTを含む。透明な光学エレメントE1とE2が、接着剤の塗布なしで機械
的に係合するように設計される。中心化は、D1とD2における接触により提供
されるが、他の位置の側壁間での密接な接触は、物理的に妨げられる。空気ギャ
ップの配置のため、内部反射は検出器から離れる迷光を脇へそらす。所定の厚み
の光阻止環状開口絞りASが、システム内に挿入される。座金のような環状の絞
りは、E1に上方の力を作用させるために弾性であり、そのため先のとがった部
分PRがD2で堅固に固定される。
【0161】 エレメントE2は、一般に屈折率の一致した非導電性光学接着剤を用いて、電
子コンポーネントに直接的に接着される。IPは、アレイの像平面を表す。IP
表面は、検出器の前面に位置し、回折レンズ又は屈折レンズ、色分解グレーティ
ング等のような微少光学エレメントを備える。これらの場合、空間は、所望の光
学効果を得る距離を可能にするために、検出器と表面IPとの間に残される。空
間は、空気又はE2エレメントの屈折率とは異なる屈折率を有する接着材料で満
たされ得る。
【0162】 コンポーネントは、十分な弾力性を有する材料から形成され、そのためエレメ
ントE1の先のとがった部分PRが、増加した直径に対して瞬間的に拡張される
ように作成され得る。光軸との位置合わせにおいて所定の程度の力を加える際、
先のとがった部分PRが、E2の円錐型外面と接触する際に拡張し、次いでK1
とK2においてE2との機械的な接続を形成するように縮む。構造体は、永久的
な又は可逆性の接続を行うように変更されることができ、図面において4つの先
のとがった部分が示されるが、E1の円錐型シェルは、任意の数の個別部分に分
割され得る。
【0163】 ハウジングHは、任意の不透明な剛性の材料から形成され得る。ハウジングは
、ハウジングの外側表面に対してL1表面を引っ込んだところに置くように一般
に形成される。図示されたアレイの設計は、光学エレメントとハウジング開口の
位置合わせにおいて、ある程度の不整合性を許容する。この場合の光学部品は、
列挙された光学的形状寸法のケース3に従って形成された。レンズ設計は、前の
例に比べて中央を重大視する。f2において、レンズは、横方向の色が特に良好
に補正された状態で、良好に補正された中央イメージを生じる。ハウジングHの
開口は、第2の開口絞りとしてはたらく。シーンからの光は、L1表面によりキ
ャプチャされ、所定の角度の範囲内でアレイの中心の光学部品を介して検出器D
Tに向けられる。光線R1は、前の実施形態でのようなTIRにより反射される
。R8’とR9’の一点鎖線は、像平面に到達できる光線の延長部分を示す。代
わりに、光線R8とR9は、内側境界BD1と外側フレネル境界FBによりシス
テムの範囲外に伝えられる。最大の角度でL3を通過する光は、円錐型側壁の光
学境界BD2における内部反射により、検出器を越えた基板の領域に向けられる
。代案として、光は、内部フレネル境界BD2’によってエレメントE2の範囲
外に向けられ得る。
【0164】 当業者には理解されるように、本発明の態様の用途は、記載された実施形態に
制限されない。更に、実施形態は、以下に制限されないが、以下に説明される実
施形態を含む。カラーフィルタリングは、アレイ材料全体にわたって四散された
染料により、又は染料昇華型転写又は液滴付着の局所的な印刷により、導入され
得る。例えば、異なる染料が、流体UV硬化フルオロポリマーの別個のリザーバ
に導入され得る。アレイが結合され、カラーイメージング用途に内部モザイクフ
ィルタを形成する前に、計量された分量が、凹形の第2の面にRGB又はCMY
のパターンで供給され得る。
【0165】 高解像度の単色イメージが得られ、カラーがその後、単一の個別の多色イメー
ジから補間される。一般に、光学的な幾何学的配置は、単色システム、準単色シ
ステム、または多色システムにおいて使用されることができ、可視スペクトル以
上の放射を含むことができる。
【0166】 イメージ処理は、遡及焦点補正、カラー及びコントラスト調整、圧縮及び圧縮
解除、輪郭強調、シェードスコピ修正、推定された視距離に基づいたマイクロイ
メージ変位、ビュー補間、ビュー積分及び合成、あるいは被写体の明白な位置又
は向きの入れ替えを含むことができる。
【0167】 独立したカラーチャネルが再生プロセスで使用される場合、スペクトル幅も設
計の考慮すべき事項である。カラー写真イメージは、グレースケール空間光変調
器を介した異なる波長の光の連続露光によって、より高解像度で生成されること
が多い。連続は、一時的又は空間的な連続とすることができる。どちらにしても
、最適な焦点距離は、やや波長依存であるため、焦点面を目標バンドにマッチン
グすることにより何らかの利益が得られる。例えば、LCD変調器及び赤、緑、
青の個別の光源を備えた3つの独立したアレイを使用するシステムのような、空
間的な再生シーケンスにおいて、最適化は、相対的により長い波長を伝えるアレ
イに対して、相対的により大きな全体的な厚みを与えることにより得られる。代
案として、時間系列RGB照射、及び本来の場所で修正される焦点状態を用いる
ために、単一のアレイと変調器を使用できる。この適応は、例えば、圧電アクチ
ュエータ及び光学カップリング流体の使用を通じて焦点面を機械的にシフトする
ことにより、又は可変屈折率液晶平面リザーバに電界の影響で導入される可変焦
点効果により、行うことができる。保守の容易さと長期の耐久性のために、マス
タアレイは、一般にプラスチックではなくガラスから形成される。
【0168】 差し向かいでの再生のためにマスタとして使用されるアレイは、レイリー限界
において、又はその限界のすぐ下でスポットを生成するために制限された開口に
より一般に最適化される。繊細なレンズピッチにおける場合を除いて、これは、
精密なアラインメントとイメージ伝達を改善するために、開口プレートの使用を
可能にする。開口プレートは、再生中にアレイ間に挿入される個別の装置とする
ことができるが、マスタアレイに永久的に組み込まれることが非常に多い。開口
プレートを形成する方法には、穿孔、エッチング、ボーリング、成形、タンポ印
刷又は転染が含まれる。
【0169】 光学的回廊の部分ではない領域は、光吸収、拡散、又は構造的支持体のような
二次的な使用に一般的に割り当てられる。図示されたシステムにおいて、アクテ
ィブな光学経路の光線によりアクセスされない任意の内部開口の任意の部分は、
選択的に有用に短縮され得る。例えば、六角形の第1の面の開口により設けられ
た開口により集束され、第2の屈折表面に交差する光線は、第2の表面上で境界
をさっと動き、その第2の表面は、その回転の非対称性に起因してわずかな3次
元の高さを有する不規則に丸みを付けられた多角形を画定する。同じ光線のセッ
トの第3の面との交差は、類似しているがわずかに大きい開放口を特定する。非
回転表面が許容される場合の反応性イオンエッチングのような何らかの製作プロ
セスにおいて、これらの不規則な幾何学的形状が選択的に実施され、隙間の伝達
特性とアレイの機械的な構造を最適化できる。同様の利益が、最も良く適合した
楕円の輪郭を用いることにより得られる場合が多い。
【0170】 ディスプレイは、アレイが何らかの領域に又は何らかの角度で焦点上の出力を
生成し、他の角度で無限焦点上の出力を生成することができるように、異なる焦
点距離においてグラフィック素材の2つ以上の平面を含む。この焦点の移動は、
眼の適応性のある焦点合わせ能力を活性化する多様な焦点条件をもたらすことが
できる。焦点面は、個別の層に、又は選択的に配置された単層に存在できる。
【0171】 更に予想される実施形態において、レンズアレイの内部ランドは、平坦ではな
くてわずかに凹形に作成されることができ、そのため領域は、回転塗布具から拾
い上げる際に接着剤又は光阻止材料の不足に関係なくなる。フルオロポリマーの
充填されたレンズの場合、体積測定の計算が行われ、導出された表面の幾何学的
形状によって、盛り上がったランド又はレンズの頂点と接触する塗布具が、計量
された量の流体材料を堆積させることが可能になり、そのため、アレイが接触さ
れる際に、無関係な材料がしぼり出されることはない。
【0172】 光学的な修正箇所が、多数の表面上に常に分散され得ることは良く知られてい
る。従って、アレイは、本発明のもくろまれた範囲から逸脱することなく、図示
された設計の効果を模倣するレンズの分割された層を含むことができる。2つの
構成要素をなすアレイは、本発明に適合するためにモノリシックである必要はな
い。例えば、それは、予め製作されたプラスチックシート又は窓用ガラスのよう
な平坦な基板上に熱硬化性エポキシ又はアクリル酸塩でマイクロレンズを製作す
るための共通の技術である。異なる屈折率により許容される自由度の程度は、本
発明の意図された範囲から逸脱することなく、実施され得る。
【0173】 リソグラフィック処理は、全く同じにするためにアレイの全レンズに必要では
ない。例えば、局所的に変更された特異に形成されたレンズは、推定された視距
離を目標にするために所与の軌跡に関して累積的な態様でレンズの光学的諸特性
を変更することにより、次元的なイメージのビューイング領域を拡張するために
使用され得る。球面レンズシステムにおいて、イメージの中心点は、真の回転対
称を証明されたレンズシステムのみを一般に含む。
【0174】 マイクロレンズは、1つ以上の等角の反射防止コーティング、耐磨耗性コーテ
ィング、又は耐熱性コーティングを含んでも良い。アレイは、平行平面にグラフ
ィック素材を移動できるように作成されることができ、そのため、イメージが、
動画の出現を提供するように手動又は自動でスクロールされ得る。グラフィック
の変動性は、写実的、テキスト的、化粧用又は装飾的な図案、又は外観及び画像
に使用され得る。
【0175】 平坦なグラフィック素材のようなこれらの実施形態に加えて、イメージングア
レイは、時計、腕時計のバンド、ブレスレット、ブローチ、ペンダント、ハンド
バック、ベルト、コンパクト、筆記用具、製図用具、弁当箱、レストランのメニ
ュー、プレースマット、マウスパッド、ナンバープレート、ランプの笠、終夜灯
、光データディスク、飲用カップ、クレジットカード、IDカード、ゲーム部品
、玩具、ステッカー、衣類の付属品、又は記念品などのような、機能的な又は装
飾用の装置上に、又は装置内に取り付けられることができ、角度のイメージデー
タ及びマイクロイメージのタイルは、本明細書で説明された知覚の対象に従って
適合され得る。
【0176】 デジタルソースイメージは、変換された計算ホログラムを含むことができる。
像平面は、ホログラムとすることができ、又はホログラフィの領域を含むことが
できる。可視データは、レーダー、超音波、X線、電子顕微鏡、核磁気共鳴(N
MR)、PET、又はCTスキャン、あるいは磁気測定においてのような不可視
プロセスから導出され得る。統計学、地震学、遠隔探査、天文学、医療映像法、
及び分子モデリングなどのような研究分野は、3次元表現又は動画表現として最
も容易に評価されるデータを生成する可能性がある。オンアクシスビューイング
を可能にすることにより、列挙された等角TIR幾何学的形状を使用するアレイ
は、プライバシースクリーンとして使用され得る。
【0177】 従って、本発明の範囲は、本明細書で明記され特定の用途の説明に限定される
ように解釈されるべきではないが、代わりに本明細書に列挙された情報の内容に
より認められる最も広い理解によって、及び特許請求の範囲の最も完全な法的な
範囲によって定義されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 未補正アレイの収差を示す図である。
【図1B】 レンチキュラーアレイの収差を示す図である。
【図2A〜図2D】 本発明と共に使用するための適切な焦点状態を示すレンズシステムの実施形態
の概略図である。
【図3A】 本発明による3エレメントレンズシステムの実施形態の一例の側断面図である
【図3B】 本発明による2エレメントレンズシステムの実施形態の一例の側断面図である
【図4A】 オブジェクト側で光学的に視野が制限される別個のレンズシステムの一例の側
断面図である。
【図4B】 像平面の位置の関数としての、オブジェクト側で光学的に視野が制限されたレ
ンズシステムの伝達曲線である。
【図5A】 物体側で光学的に視野が制限されたレンズシステムの実施形態の一例の側断面
図である。
【図5B】 物体側で光学的に視野が制限されたレンズシステムの上面図である。
【図5C】 等角面を有するレンズの側断面図の一例である。
【図5D】 臨界角において等角である等角面を有するレンズの側断面図の一例である。
【図5E】 臨界角において等角である等角面を有するレンズの側断面図の一例である。
【図6A】 像側で光学的に視野が制限された個別のレンズシステムの実施形態の一例の側
断面図である。
【図6B】 物体平面の位置の関数としての、像側で光学的に視野が制限されたレンズシス
テムの伝達曲線である。
【図7A】 像側で光学的に視野が制限されたレンズシステムの実施形態の一例の側断面図
である。
【図7B】 像側で光学的に視野が制限されたレンズシステムの上面図である。
【図7C】 等角面を有するレンズシステムの側断面図である。
【図7D】 臨界角において等角である等角面を有するレンズシステムの側断面図である。
【図8】 未補正レンズシステムの光線トレースである。
【図9】 本発明による3エレメントレンズシステムの一例の光線トレースである。
【図10A】 本発明による2エレメントレンズシステムの一例の光線トレースである。
【図10B】 視野制限を示す光線トレースである。
【図11】 有限共役を有する本発明によるレンズシステムである。
【図12】 未補正レンズシステムのMTFである。
【図13】 本発明による3エレメントレンズシステムの一例のMTFである。
【図14】 本発明による2エレメントレンズシステムの一例のMTFである。
【図15】 本発明による有限共役レンズシステムの一例のMTFである。
【図16A】 臨界角の関数としての透過率曲線である。
【図16B】 光学的に視野が制限されたシステムとビネット化レンズシステムとを介した透
過率を示す曲線である。
【図16C】 本発明によるレンズアレイにおいて2つのオーバーラップする像領域のプロッ
トである。
【図17】 光学的に視野が制限されたレンズアレイの透視図である。
【図18】 3エレメントレンズアレイの透視図である。
【図19A〜図19D】 本発明による2エレメントレンズシステムの実施形態の側断面図である。
【図20A〜図20B】 本発明による3エレメントレンズシステムの側断面図である。
【図21】 本発明による再生システムの側断面図である。
【図22】 本発明による再生システムの像平面の平面図である。
【図23】 本発明による再生システムのマスターアレイにおける像平面の1つのセルの略
図である。
【図24】 本発明のレンズシステムによるレンズアレイの複数のレンズセルの上面図であ
る。
【図25】 本発明による再生システム内における2重アレイの像平面の1つのセルの略図
である。
【図26A】 本発明によるレンズシステムのオンアクシス性能を示す3エレメントレンズの
側断面図である。
【図26B】 本発明によるレンズシステムのオフアクシス性能を示す3エレメントレンズの
側断面図である。
【図26C】 プリズム状拡散器からの像平面の拡散照射を示す3エレメントレンズの側断面
図である。
【図27A】 本発明によるレンズシステムのオンアクシス性能を示す2エレメントレンズの
側断面図である。
【図27B】 本発明によるレンズシステムのオフアクシス性能を示す2エレメントレンズの
側断面図である。
【図27C】 プリズム状拡散器からの像平面の拡散照射を示す2エレメントレンズの側断面
図である。
【図28A】 従来のレンズアレイからの光の放射の略図である。
【図28B】 本発明によるレンズアレイからのコリメートされた光の放射の略図である。
【図28C】 所定の両眼共同運動角における放射の略図である。
【図29A】 長方形のマイクロイメージの平面図である。
【図29B】 六角形のマイクロイメージの平面図である。
【図29C】 階段状長方形マイクロイメージの第1の向きの平面図である。
【図29D】 階段状長方形マイクロイメージの第2の向きの平面図である。
【図30A】 階段状長方形マイクロイメージと傾いた正方形レンズアレイの第1の向きの略
上面図である。
【図30B】 階段状長方形マイクロイメージと傾いた正方形レンズアレイの第2の向きの略
上面図である。
【図31】 階段状十字形マイクロイメージの平面図である。
【図32A】 粗雑にタイル状に配列されている階段状長方形マイクロイメージの上面図であ
る。
【図32B】 適度にタイル状に配列されている階段状長方形マイクロイメージの上面図であ
る。
【図32C】 精密にタイル状に配列されている階段状長方形マイクロイメージの上面図であ
る。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年10月17日(2001.10.17)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US, UZ,VN,YU,ZA,ZW

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共役点を有するレンズシステムであって、 曲率半径Rを有する第1の凸形の面と、 第1の材料を介して前記第1の凸形の面に光学的に結合され、前記第1の凸形
    の面から実質的にRに等しい距離に配置される第1の凹形の面と、 前記第1の材料に比べて低い屈折率を有する材料を介して前記第1の凹形の面
    に光学的に結合され、前記第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に
    配置される第2の凸形の面とからなる、レンズシステム。
  2. 【請求項2】 第1の共役点に対して共役の共役平面と、その共役平面に配置された感光性媒
    体とを更に含む、請求項1のレンズシステム。
  3. 【請求項3】 前記感光性媒体が写真乳剤である、請求項2のレンズシステム。
  4. 【請求項4】 前記感光性媒体が電子光検出器である、請求項2のレンズシステム。
  5. 【請求項5】 前記第1の凸形の面に入射する前記共役点からの光は、単一の角度で実質的に
    前記第1の凹形の面に入射する、請求項1のレンズシステム。
  6. 【請求項6】 第4の面を更に含み、前記第1の凸形の面と前記第1の凹形の面が第1のレン
    ズエレメントを形成し、前記第2の凸形の面と前記第4の面が第2のレンズエレ
    メントを形成する、請求項1のレンズシステム。
  7. 【請求項7】 複数のレンズシステムからなるレンズアレイであって、 そのレンズシステムが、 曲率半径Rを有する第1の凸形の面と、 第1の材料を介して前記第1の凸形の面に光学的に結合され、前記第1の凸形
    の面から実質的にRに等しい距離に配置される第1の凹形の面と、 前記第1の材料に比べて低い屈折率を有する材料を介して前記第1の凹形の面
    に光学的に結合され、前記第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に
    配置される第2の凸形の面とからなる、レンズアレイ。
  8. 【請求項8】 前記レンズシステムのそれぞれが、第4の面を更に含み、前記複数のレンズシ
    ステムのそれぞれの前記第1の凸形の面と前記第1の凹形の面が第1のレンズエ
    レメントを形成し、前記複数のレンズシステムのそれぞれの前記第2の凸形の面
    と前記第4の面が第2のレンズエレメントを形成する、請求項7のレンズアレイ
  9. 【請求項9】 再生システムであって、 各々が光軸を有する第1の複数のレンズシステムからなり、物体平面を有する
    第1のレンズアレイと、及び 各々が光軸を有する第2の複数のレンズからなり、像平面を有し、前記第1の
    レンズアレイの1つのレンズシステムに光学的に結合された、第2のレンズアレ
    イとからなり、 前記第1の複数のレンズのレンズシステムの少なくとも1つのレンズシステム
    、又は前記第2の複数のレンズの1つのレンズシステムが、前記像平面と前記物
    体平面の1つに対して光学的に視野の制限された面である、再生システム。
  10. 【請求項10】 物体の複数のマイクロイメージをキャプチャするためのマイクロイメージキャ
    プチャシステムであって、 感光性媒体と、及び 前記感光性媒体に光学的に結合されたレンズアレイとからなり、 前記レンズアレイが、 曲率半径Rを有する第1の凸形の面と、 第1の材料を介して前記第1の凸形の面に光学的に結合され、前記第1の凸形
    の面から実質的にRに等しい距離に配置される第1の凹形の面と、 前記第1の材料に比べて低い屈折率を有する材料を介して前記第1の凹形の面
    に光学的に結合され、前記第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に
    配置される第2の凸形の面とからなる、マイクロイメージキャプチャシステム。
  11. 【請求項11】 3次元表現を生成するための3次元ビューイングシステムであって、 複数のマイクロイメージと、及び 前記複数のマイクロイメージに光学的に結合されたレンズアレイとからなり、 そのレンズアレイが、 曲率半径Rを有する第1の凸形の面と、 第1の材料を介して前記第1の凸形の面に光学的に結合され、前記第1の凸形
    の面から実質的にRに等しい距離に配置される第1の凹形の面と、 前記第1の材料に比べて低い屈折率を有する材料を介して前記第1の凹形の面
    に光学的に結合され、前記第1の凹形の面から少なくとも0.05Rに等しい距離に
    配置される第2の凸形の面とからなる、3次元ビューイングシステム。
  12. 【請求項12】 光学システムであって、 レンズシステムと、及び 前記レンズシステムに光学的に結合されたフォトエレメントとからなり、 前記レンズシステムが、 第1の軸に関して対称であり、前記第1の軸に沿った寸法X、及び第2の軸に
    沿った寸法Yを有する第1の領域と、及び 前記第1の領域と連続して前記第2の軸に関して対称であり、前記第1の軸に
    沿った寸法A、及び前記第2の軸に沿った寸法Bを有する第2の領域とからなり
    、 前記寸法Aが前記寸法Xよりも小さい、光学システム。
  13. 【請求項13】 物点から光を伝達するためのレンズシステムであって、 第1の面、臨界角を有する第2の面、及び第1の屈折率を有するレンズと、 前記第2の面に隣接し、前記第1の屈折率より低い屈折率を有する領域とから
    なり、 前記物点から発する各光線が、前記第2の面に実質的に前記臨界角で入射する
    、レンズシステム。
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