專利名稱：可變光陣列和可變制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡陣列、制作透鏡陣列的方法、和各種透鏡陣列系統(tǒng)的構(gòu)建。
背景技術(shù)：
使用彎曲的軸向單元的光學(xué)陣列，有若干應(yīng)用。但是，過去的努力，是針對把這樣的單元用作淋浴間門的遮羞玻璃(聯(lián)接成陣列的一系列圓柱形玻璃)。迄今為止，尚未見有人把這樣的單元，制成光學(xué)質(zhì)量單元的透鏡。即使存在這樣的努力，但在陣列中生產(chǎn)大量透鏡、生產(chǎn)非常小透鏡的陣列、和已經(jīng)制成陣列制作工具之后修改透鏡特性的麻煩，都是困難的。這些是當前限制光學(xué)透鏡陣列的利用和使用范圍的全部不利因素。制作這樣的一種工具是昂貴的、極其困難的、也是一旦制作后不適合修改的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采取完全不同的途徑，克服前述的缺點。具體說，本發(fā)明把聚焦處理的透鏡分為兩個或更多表面，每一表面上采納多個軸向光學(xué)裝置單元；作為例子，這里“軸向光學(xué)裝置”包括圓柱透鏡的使用。在圓柱透鏡的情形，如果橫截圓柱的軸切割透鏡，切割露出的周線與沿透鏡別的地方橫向切割相同。
雖然本發(fā)明絕不限于圓柱透鏡，但它們是軸向光學(xué)裝置常見又容易理解的例子。類似地，雖然本發(fā)明涵蓋除光以外的能量(例如聲波和無線電波)，但本文將限于光，因為可見系統(tǒng)是十分熟悉的。
軸向光學(xué)裝置可以用模制法、機械加工法、或通過懸置膜法制作。如果使用懸置膜法，則有幾種選擇。首先，光學(xué)裝置兩側(cè)可以有透明的懸置膜。這種裝置導(dǎo)致的實際應(yīng)用，包括多重成像裝置和背投影屏，兩者將在下面更詳細說明。其次，光學(xué)裝置一側(cè)可以用反射膜，導(dǎo)致的實際應(yīng)用有，例如下面將更詳細說明的前投影屏，和共同待決的美國專利申請中說明那種類型的多重成像裝置，該專利的標題是“Reflective Multi-Image Surface”，于2004年11月18日申請。
本發(fā)明有力的實際震撼效果是，可在小的面積上建立大量光學(xué)單元(約每平方英尺90,000個分立的透鏡)，且無需改變透鏡單元的加工工具，卻可改變透鏡的曲率。
本發(fā)明對更大面積的適用性，從本文后面提供的更詳細說明，將變得十分明顯。應(yīng)當指出，詳細說明連同表明本發(fā)明優(yōu)選實施例的具體例子，僅用于示例說明的目的，不能認為是對本發(fā)明范圍的限制。


從詳細的說明和附圖，可以對本發(fā)明有更完整的了解，附圖有圖1A是第一軸向光學(xué)裝置單元的立面圖，該軸向光學(xué)裝置單元有接收光的彎曲表面和光輸出的平的表面，且輸出的光在焦平面聚焦成直線。
圖1B是第二軸向光學(xué)裝置單元的立面圖，該軸向光學(xué)裝置單元有接收光的平的表面和光輸出的彎曲表面，且輸出的光在焦平面聚焦成直線。
圖1C是立面圖，表明光的物理阻隔。
圖1D是立面圖，表明光的部分物理阻隔。
圖2A是第一和第二軸向光學(xué)裝置單元的立面圖，該兩個軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖2B是圖2A的頂視圖，其中該兩個軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖2C是圖2A的側(cè)視圖，這里，該兩個軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖3A是第一和第二軸向光學(xué)裝置單元的立面圖，該兩個軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以平的表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖3B是圖3A的頂視圖，其中第一和第二軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖3C是圖3A的側(cè)視圖，這里第一和第二軸向光學(xué)裝置單元相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的單個焦點。
圖4是按交叉關(guān)系排列的第一和第二軸向光學(xué)裝置單元的立面圖，彼此以彎曲表面相對取向，其中的光從光源發(fā)出并通過兩個交叉透鏡后被準直。
圖5是軸向透鏡單元陣列的立面圖。
圖6A是第一軸向透鏡單元陣列和第二軸向透鏡單元陣列的立面圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列相互垂直放置，彼此以彎曲表面相對取向，還畫出通過該兩個軸向光學(xué)裝置單元的光的一系列單個焦點。
圖6B是圖6A軸向透鏡單元陣列的另一個立面圖。
圖6C是圖6A的頂視圖，其中第一和第二軸向透鏡單元陣列相互垂直排列，彼此以彎曲表面相對取向。
圖7A是第一軸向透鏡單元陣列，以平的表面最接近第二軸向透鏡單元陣列圓拱表面的立面圖，其中第一陣列在第二陣列之上并垂直于第二陣列取向，還畫出最后結(jié)果的立面圖。
圖7B是圖7A所示實施例的側(cè)視圖。
圖7C是圖7A所示實施例的頂視圖。
圖8A是相互垂直取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列重疊區(qū)域的頂視圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的隱藏線圖。
圖8B是圖8A所示相互垂直取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列的立面圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的立面圖。
圖8C是相互成45度取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列的頂視圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的隱藏線圖。
圖8D是圖8C所示相互成45度取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列的立面圖，第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的立面圖。
圖8E是以套準(registry)取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列的頂視圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的立面圖。
圖8F是圖8E所示套準取向的第一和第二軸向透鏡單元陣列的立面圖，該第一和第二軸向透鏡單元陣列以彎曲表面彼此相向，還畫出最后結(jié)果的立面圖。
圖9A是一種軸向光學(xué)單元陣列第一彎曲表面的側(cè)視圖。
圖9B是一種軸向光學(xué)單元陣列第二彎曲表面的側(cè)視圖。
圖9C是一種軸向光學(xué)單元陣列有隔板的第三彎曲表面的側(cè)視圖。
圖9D是一種軸向光學(xué)單元陣列一系列平的、形成尖頂?shù)谋砻娴膫?cè)視圖。
圖9E是一種軸向光學(xué)單元陣列一系列不均勻彎曲表面的側(cè)視圖。
圖10畫出懸置在工具上的膜的立面圖。
圖11畫出有外部附件的模具的立面圖。
圖12畫出圖11的模具的立面組裝圖。
圖13畫出使用本發(fā)明的交叉光學(xué)陣列的背投影屏系統(tǒng)。
圖14說明一類實際應(yīng)用的一般概念空間復(fù)用像消卷積器與相對光源的位置、復(fù)合像(Composite Image)、透鏡陣列(Lens Array)、和在兩個收視者角度區(qū)域(Viewer Angular Region)內(nèi)兩個不同的可收視像(Viewable Image)，以及從選擇的透鏡源族(Lens SourceGroup)來的光線例子。
圖15畫出9乘9總共81像素的像素陣列，和一個源像(SourceImage)，該像素陣列由復(fù)合像構(gòu)成，該源像由9個像素構(gòu)成。
圖16說明當像被置于它的焦點上時透鏡的一般特征，當中心光線從三個像素每一個來時，復(fù)合像中像素位置與可收視像的關(guān)系，和非常特殊的每一透鏡源族內(nèi)像素的排列，根據(jù)折射光學(xué)裝置特征的像素位置，使像素能量的發(fā)送方向，與構(gòu)成源像的其他像素向收視者發(fā)送的方向相同。
圖17畫出三個透鏡的外形、焦距的匹配、大小、和相對復(fù)合像單元的位置，該三個透鏡利用每一透鏡把像單元分為不同方向，如圖16所示。在本圖畫出的例子中，疊加在9乘9透鏡源族上的9乘9透鏡陣列，將對圖14的空間復(fù)用單元消卷積，成為現(xiàn)在是可收視像的9個單獨的源像。
圖18畫出一維透鏡陣列。
圖19畫出兩維透鏡陣列。
圖20畫出玻璃珠屏的基本概念。
圖21畫出與玻璃珠關(guān)聯(lián)的串擾問題。
圖22畫出進入投影器的光，在圓柱透鏡中通過，并經(jīng)背后有鏡面反射器的同一透鏡反射出去。
圖23畫出膜懸置裝置的一個例子，用于建立間隔緊密的圓柱透鏡陣列。
圖24說明膜的全部概念，在大塊的透光折射墊板材料上粘以圓柱形態(tài)的透光膜，又在大塊的墊板相反側(cè)粘以圓柱形態(tài)的反射膜。
圖25A畫出典型的單個基元的前立面圖，在該基元中，本發(fā)明中布局的作用，是產(chǎn)生投影屏反射基元陣列，它有許多優(yōu)于傳統(tǒng)的前投影屏技術(shù)的優(yōu)點，諸如高增益的改進的反差和多重成像能力。
圖25B畫出圖25A基元的側(cè)面立面圖。
圖25C畫出圖25A基元的立面?zhèn)纫晥D。
圖26畫出高度可彎曲的屏，這里小基元的大小，導(dǎo)致薄的可彎曲的屏。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，在性質(zhì)上僅作為例子，而不是以任何方式限制本發(fā)明、本發(fā)明的應(yīng)用、或使用。
軸向光學(xué)裝置在更細致地深入本發(fā)明其他方面之前，解釋軸向光學(xué)裝置的概念，和本發(fā)明如何獲得軸向光學(xué)裝置，是有幫助的。下面將說明，軸向光學(xué)裝置可以通過機械加工法，或通過模制法獲得。
首先說明，軸向光學(xué)裝置可以通過機械加工法獲得。具體說，在銑削操作中，可以把一片與光學(xué)裝置兼容的材料，安裝在底盤上，并沿連續(xù)軸進給切割工具(例如球磨加工或其他切割形狀)，獲得連續(xù)的切割槽，該連續(xù)切割槽至少從某一觀察方向考察，是直線形的。然后移動底盤，產(chǎn)生從上述相同觀察方向考察也是直線形的切割槽，且與第一次切割槽接近平行。這些平行的切割槽產(chǎn)生軸向光學(xué)裝置。繼續(xù)更多的平行切割，能夠產(chǎn)生軸向光學(xué)裝置陣列。
另一種獲得軸向光學(xué)裝置的機械方式，是擠出工藝。軸向光學(xué)裝置可以通過擠出制作，而球形光學(xué)裝置不能通過擠出制作。擠出模具可以沿縱向機械加工，然后拋光。本發(fā)明使用軸向光學(xué)裝置的意義，可從前面一平方英寸表面上一百萬球形透鏡的例子中看到，如下面還要討論的，并且證明，通過使用軸向光學(xué)裝置的重疊，制造問題可以成千倍地縮減。
大致說來，有許多技術(shù)適合生產(chǎn)軸向光學(xué)裝置表面。其中包括制造工具，用該工具復(fù)制表面形狀合適的材料片。銑削、拉削、鑄造、沖壓、壓印、蝕刻、真空成形、電鑄成形、和擠出，是制造工具的一些可用的技術(shù)。通過在空腔中添加材料(注入、鑄造、沉積、沉降、光處理過程、擠出、等等)，通過材料的分離(銑削、拉削、蝕刻、光處理過程、等等)，和通過材料的變位(滾壓、平壓、壓印、熔融成形、等等)，能夠用這些工具制造分開的片。
I.交叉軸向光學(xué)裝置及其制作方法本發(fā)明使用兩個或多個軸向光學(xué)裝置單元，利用兩個或多個彼此間多少有些交叉的軸集合，把標準光學(xué)裝置(攝影機透鏡、投影器透鏡、顯微鏡透鏡，等等)呈現(xiàn)的兩軸聚焦過程，分為兩級或更多級的一軸級。按這種方式采用交叉的軸向光學(xué)裝置，使透鏡陣列的制作比標準的兩軸透鏡陣列制作更為實際和經(jīng)濟。
在圖1A和圖1B中，平行的光線從上部垂直入射兩個透鏡(本發(fā)明不要求照射的光線彼此平行和/或垂直地射到透鏡表面，只為便于解釋涉及的概念)。圓柱透鏡把光聚焦成直線。就是說，聚焦的作用是沿一個方向的，即與透鏡圓柱的軸對齊的方向。光線在離開透鏡特定距離上收斂到一中心線，該特定距離取決于各種性質(zhì)，包括，但不限于，圓柱的曲率和制作透鏡的材料的折射率。在光線會聚成線之后，如果它不被物理阻隔而中斷，光(在已經(jīng)進入焦點之后)繼續(xù)離開該點而發(fā)散，發(fā)散角與原來進入光線的角一致。在會聚線的一側(cè)，光從不同方向收斂到會聚線。在會聚線的另一側(cè)，光在繼續(xù)傳播時發(fā)散。
但是，本發(fā)明包括整個地或部分地使用物理阻隔15和17的情形。部分的物理阻隔15和17也包括在本發(fā)明之內(nèi)。物理阻隔15和17在圖1C和1D中畫出。使用部分的物理阻隔15和17的非限制性例子包括透鏡有效孔徑的控制；進入的光與已有像像素的相互作用，這種相互作用是通過包含該像的中間焦平面，以透射和/或反射形式進行的；和通過空間濾波對信息編碼。物理阻隔材料的例子，包括，但不限于照相膠片、CCD視頻芯片、和任何其他光敏材料。還有，可能需要部分的阻隔15和17。部分阻隔材料15和17的例子，是色濾波器陣列。這些濾波器安裝在陣列的焦平面中，用于產(chǎn)生復(fù)合的圖像，該圖像是進入的光的圖案與陣列焦點圖案之和。本發(fā)明不受該例的限制，因為存在許多其他的可能性，包括用無彩色阻斷器代替有色阻斷器。選擇性(部分)阻隔陣列的另外例子，是用作基于像的信息的編碼器/解碼器、幻燈透明膜、和照相膠片-因此可見，部分阻隔和完全阻隔15及17，可以指光的阻斷或單元的物理位置，從而可以是單元某些放在當中的透明部分，也可以是在某些區(qū)域用于空間濾波的完全的光阻斷單元，或者是它們的組合。
如果在圖1A和圖1B中第一圓柱透鏡14a和第二圓柱透鏡14b相互正交地對準，沿豎直方向堆疊，并沿橫向方向?qū)室话阍?2上畫出(也如圖2A、2B、2C、3A、3B、3C、和4所示)的進入光的路徑。則第一透鏡14a把進入光12聚焦于輸出光線16，形成直線18。兩個透鏡14a和14b的組合作用，是把光聚焦于點22。該點22近似表示，與兩個透鏡每一個關(guān)聯(lián)的兩組輸出光線16當認為無關(guān)時的交叉點。聚焦于點22的進入光，將近似為照射兩個圓柱透鏡重疊區(qū)域定義的區(qū)域的光。因此，交叉的圓柱透鏡能夠一起作為光收集器工作，如2A、2B、2C、3A、3B、和3C所示。圖2A、2B、和2C畫出以它們的曲面彼此相對的兩個透鏡，而圖3A、3B、和3C畫出以平面彼此相對的組合。
在此應(yīng)當指出，例子中的透鏡不一定在一側(cè)是曲面和在另一側(cè)是平的。事實上，把交叉圓柱陣列放在同一片材料的相反側(cè)，與圖3A、3B、和3C畫出的布局是近似等價的。還應(yīng)當指出，透鏡不一定凸的，雖然它是本發(fā)明討論中使用的圖的共同形狀。此外，本發(fā)明可以有相繼堆疊的任何數(shù)量的軸向光學(xué)裝置表面，只要該數(shù)量至少是二。
圖4畫出能用于準直光的交叉透鏡陣列，它能容易地用于收集光。在圖4中，從放在兩個透鏡14a和14b復(fù)合焦點的光源26發(fā)出的光28，能向透鏡14a輻照。然后，光16離開第一透鏡14b并發(fā)散和準直。準直的光30從第二透鏡14a輸出。受兩個透鏡重疊區(qū)域影響的光30，將比它從源26首先向外輻射的光28，被準直得更多。
圖5表明，一片材料上的表面能夠提供多于一個軸向光學(xué)裝置。在該圖中，包括五個圓柱透鏡的軸向透鏡陣列32，相互鄰接。(如圖9A-9E所示，本發(fā)明不要求在一個表面上的所有軸向光學(xué)裝置，都有相同的截面。)如更早討論的個別圓柱透鏡，一片有多個圓柱透鏡32a的材料，可與另一片有多個圓柱透鏡32b的材料交叉，從而產(chǎn)生兩維透鏡陣列，如圖6A、6B、和6C所示。在這些圖中，與每一圓柱透鏡單元關(guān)聯(lián)的特定疊置區(qū)20，是光收集器，它用落在區(qū)20的光產(chǎn)生它自己焦點24。在圖6A、6B、和6C中，從一個陣列32a的五個圓柱透鏡，橫向堆疊在第二陣列32b表面五個圓柱透鏡表面上，產(chǎn)生25個這種個別的區(qū)。
本發(fā)明的配置包括，一片材料上的每一軸向光學(xué)裝置，不必與同一片上其他軸向光學(xué)裝置相同。在圖6C中，25個疊置區(qū)以虛線為界畫出。但是，圖6A、6B、和6C中每一疊置區(qū)，沒有畫出都有光照射。這一點表明，當需要時，陣列中存在沒有光照射疊置區(qū)20每一單元的情形。
圖7A、7B、和7C畫出兩維透鏡陣列32a和32b，這里的應(yīng)用是許多源26發(fā)出的光的準直器，這些源26各位于軸向光學(xué)裝置32a、32b疊置20建立的透鏡32a、32b的焦點22上。實際上，這種情況是陣列32a、32b在圖6A、6B、和6C中使用的逆向使用。
兩套軸向光學(xué)裝置32a、32b的軸，不必相互垂直排列。例如，接著的圓柱光學(xué)裝置的例子，圖8A和8B畫出當軸彼此對齊時，結(jié)果是聚焦成4一系列平行線，人不是聚焦成點的陣列。當兩套軸的取向不平行時，如在圖8A-8D所示，開始出現(xiàn)聚焦成點。但是，由于它們的兩套軸彼此橫向取向，這些點是不對稱的。因此，在圖8A、8B、8C、8D、8E、和8F中，隨著該兩片彼此相對旋轉(zhuǎn)，照射光的會聚從類圓形到類橢圓形，到直線。類似的作用在如在較早所指出，軸向光學(xué)裝置不必有一致的共同形狀，也不一定需要有相同“腳印”大小或相同的目的，或除能夠以連續(xù)直線、圓、或可以采用的其他軸型處理過程以外其他共同特性的同一性。
然而，本發(fā)明的共同特性是，需要支持建立獨立光學(xué)單元陣列的光學(xué)效應(yīng)。不論是指同一片材料的面上一套軸向光學(xué)裝置，還是指在另一面上個別軸向光學(xué)裝置，都是確實的。這是本發(fā)明的重要差別，有別于其他光學(xué)系統(tǒng)，諸如Fresnel透鏡，F(xiàn)resnel透鏡的目的，是集體地為進入的平行光建立單一偏移或焦點。例如，當使用一個系統(tǒng)時，F(xiàn)resnel光學(xué)系統(tǒng)企圖只建立景物的一個像。與Fresnel不同，當使用一個系統(tǒng)時，本發(fā)明支持產(chǎn)生大量景物的像。
當1000個軸向光學(xué)裝置陣列與1000個軸向光學(xué)裝置陣列交叉時，建立起一百萬個透鏡。
可用于本發(fā)明的軸向光學(xué)裝置截面的一些例子，在圖9A、9B、9C、9D、和9E中畫出。這些圖代表一些關(guān)鍵成形概念，雖然這些圖絕不是本發(fā)明可能實施例的窮舉表示。
本發(fā)明還涵蓋的配置有，埋在材料片中的軸向光學(xué)裝置，例如塑料、玻璃、或其他合適的透明材料中的直線腔。此外，只要合適，可以讓各種有折射和透明質(zhì)量的液體或氣體流進系統(tǒng)，改變透鏡陣列的聚焦、彩色、和其他特征。
目前經(jīng)過本發(fā)明者構(gòu)建并測試的優(yōu)選實施例，是兩片軸向光學(xué)裝置的設(shè)計，該兩片軸向光學(xué)裝置通過澆鑄樹脂制作，軸向透鏡間隔1/16″，并有焦距1/8″。該兩片使用的軸向光學(xué)裝置，呈圓圓柱形狀，然后使它們交叉，如每個圖2A、2B、和2C，或圖3A、3B、和3C所示，產(chǎn)生如圖6A、6B、和6C和圖7A、7B、和7C畫出的陣列。雖然該具體實施例是目前優(yōu)選的，但本發(fā)明不受本例中使用的形狀、大小、或制作技術(shù)的限制。
本發(fā)明極其有價值的特性是，它能以高的性能價格比制作兩維透鏡陣列，和有利于制作高空間密度的透鏡陣列，這種空間密度，若使用現(xiàn)有光學(xué)制作方法，如果不是不可能，也是不現(xiàn)實的。同樣，在本發(fā)明的若干實施例中，光學(xué)特征即使在制成之后也能容易改變。
制成的陣列的應(yīng)用，包括，但不限于如下光學(xué)例子光學(xué)計算、通信、和編碼；用于電影院、家庭招待會、或?qū)W校的后屏或前屏投影；廣告標志和計分牌；軍用平視顯示器和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的“眼鏡”，通過使選擇的像素準直，為每一眼睛顯示不同的三維像；以及其他。前面已經(jīng)指出，本發(fā)明不限于光學(xué)應(yīng)用。本發(fā)明還可用于電磁波譜的其他區(qū)，也可用于聲能和其他機械能。
II.使用懸置膜的彎曲的軸向光學(xué)裝置迄今為止，已經(jīng)討論了采用機加工或模制的光學(xué)裝置的光學(xué)陣列。從現(xiàn)在起，討論一種完全不同的生產(chǎn)光學(xué)裝置的途徑-懸置膜。然后，討論采用該新懸置膜光學(xué)裝置的另外的實際應(yīng)用。
在圖10中，通過制作一系列縱向切割槽，建立最好是1mm距離D的間隔的薄壁102，創(chuàng)建一種工具134。圖示的工具134有v形的縱向切割槽，但也可以有方形切割槽。可以順切割槽底部放置孔(未畫出)甚或溝，為不均勻壓力V提供通路。一張透明或反射的膜104，放在壁102之上。然后，通過壁102之間的孔(未畫出)，施加不均勻壓力V拉動膜104，于是形成彎曲的軸向光學(xué)裝置110。非常重要的是要了解，沒有進一步的光學(xué)裝置拋光，而為了有光學(xué)質(zhì)量的表面，這是需要的。然后，在第一實施例中，把聚合物112澆注彎曲的軸向光學(xué)裝置110的后面，產(chǎn)生永久的有光聚焦能力的軸向光學(xué)裝置，如圖2A所示。優(yōu)選的聚合物材料，可以從美國加州的Applied Poleramics，Incorperated of Benicia購得。從Applied Poleramics購得的優(yōu)選專門材料，是266環(huán)氧樹脂和AU16聚氨基甲酸乙酯以及EFM15及EFM18酚醛。此外，光學(xué)裝置外側(cè)可以涂覆光學(xué)裝置保護表面，諸如薄的丙烯酸層，或聚乙烯層，以防氧化、磨損、或其他表面降質(zhì)。這些涂料可從位于PA 19143，Philadelphia，S.54thStreet的PeabodyLaboratories Inc.購得，以商標名PERMALAC出售。可以改變不均勻壓力來改變軸向光學(xué)裝置的曲率。
在第二個實施例中，可以把透明工具100與膜104一起使用。這里，彎曲的軸向光學(xué)裝置，可以隨著不均勻壓力的變化大小而連續(xù)變化。當投影的像通過彎曲的軸向光學(xué)裝置聚焦時，光學(xué)裝置的曲率可以通過改變不均勻壓力V的大小而變化，從而產(chǎn)生像焦點的變化。當使變化的焦點與變化的像或變化的收視者位置協(xié)調(diào)時，上述實施例非常有用。
在任一優(yōu)選實施例中，任何膜104可以像用例如乙酸鹽、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、或丙烯酸，這里的厚度最好在0.25密耳到1密耳之間。
當同時采用兩個按交叉關(guān)系彼此面對面的工具100時，容易看到建立了交叉的光學(xué)陣列。然后，膜104之間的空間用塑料填充(術(shù)語“塑料”一般是按它最廣泛的意義下使用，不表示限于“聚合物”)。一種優(yōu)選的塑料是上面所指的環(huán)氧樹脂，由于它低的粘滯性，可以類似水那樣澆注膜之間，然后在那里加熱并固化。這種用法可以參考圖11和12。在圖11和12中，一般以116表示模具。模具116有作為支承結(jié)構(gòu)的支架118、基座120、穩(wěn)定板122、立柱124、和間隔塊126?；铐?28可使鉸接的門130側(cè)向開合和移動，以便進入內(nèi)部的空腔。這些門130能使生產(chǎn)人員進入涉及固化前、后操作的全部必要部件，該固化前、后的操作包括二次微調(diào)。在圖12更清楚看到，模具116有門130、輻照器131、輻照器密封墊132、真空床134、和間隔密封墊136。工具100放進真空床134內(nèi)，一側(cè)一個。從圖11更清楚看到，模具116的外側(cè)設(shè)有溫度傳感器陣列140，作為外部加熱源142(用高溫黏合劑襯背固定在門130上)；高溫流體入口管144；高溫流體出口管146；和真空管148。使用時，膜104放在真空床134兩側(cè)的兩個工具100的每一個上。把門130關(guān)閉，然后用門閂150把組件鎖住。通過真空管140施加不均勻壓力，拉動和懸置膜104，使之成為彎曲的軸向光學(xué)裝置形狀。兩張膜被相互拉開。應(yīng)當指出，可以通過真空管140施加壓力，代替真空。于是，在澆注塑料，最好是環(huán)氧樹脂，并固化之后，結(jié)果得到最后的彎曲軸向光學(xué)裝置固體，外側(cè)彎曲并共有公共的中心。材料薄張(片)可以在變化的角度內(nèi)是可彎曲的或剛性的，以便適應(yīng)某種應(yīng)用。薄張可以結(jié)合重力、黏合劑、溶劑、真空、融合、壓力、機械裝置、和其他任選項目使用。堆疊在一起的組合的邊緣，可以讓它敞開或密封(密封能保持清潔和用作流體容器；流體可以是氣體或液體或兩者的組合)。得到的陣列組件可以包括兩個或多個軸向生產(chǎn)的光學(xué)層，為適合應(yīng)用，每一層在外形、最后階段、材料、或其他特征上，可以相同或不同。
II.A.傳統(tǒng)的透鏡型應(yīng)用得到的陣列組件可以自身獨立使用，或與機械、電子、或其他光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合使用。特別是，在兩層膜104都是透明的情形，得到的透鏡陣列，可以與交叉陣列排列的可變軸向光學(xué)裝置寬度一起使用，用于校正像散、提供納米尺度的光效應(yīng)、以每透鏡幾分之一毫米的量級進行調(diào)整、和在逐個像素的水平上準直。
II.B.背投影屏應(yīng)用此外，可以制作非常高質(zhì)量的背投影屏。從圖13可見，可以用得到的陣列組件形成背投影屏151。具體說，背投影源152把光通過交叉光學(xué)陣列的背投影屏151投影，產(chǎn)生可收視的像154。
II.C.空間復(fù)用像消卷積器應(yīng)用作為用透明膜產(chǎn)生的陣列組件的第三種實際應(yīng)用，可以建立空間復(fù)用像消卷積器(解碼器)。在這一類實際應(yīng)用中，用透鏡陣列對復(fù)用像消卷積的方法，使在不同角度區(qū)域內(nèi)的收視者將看到不同的個別源像。它代表從相同的源給出多于一個圖像的棱鏡技術(shù)的重大改進。像的數(shù)量可以在數(shù)百的量級，而不是用棱鏡可以達到的兩個或三個。還有，與棱鏡顯示的一根軸的限制比較，這些像可以通過沿多于一根軸的角度運動選擇。不用特殊的眼鏡獲得三維像的能力，也因本發(fā)明而大大增強。應(yīng)用包括，但不一定限于，藝術(shù)作品、廣告、家居裝飾、包裝、表演會背景屏幕、和公共游樂場。雖然本發(fā)明適用于透鏡式像而不適用于全息像，但本發(fā)明優(yōu)于兩種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
為幫助了解，下面給出一些有助于理解本發(fā)明的術(shù)語的定義。
源像是個別的像，它的各單元是與其他源像單元的卷積，形成復(fù)合像。收視者在本發(fā)明的操作時期內(nèi)，在一定的角度范圍內(nèi)，看到特定的消卷積的源像，該特定的像與本發(fā)明可選擇的參數(shù)一致。當本發(fā)明收納若干個源像，各在不同角度可收視，但只有一個源像能起作用時，本發(fā)明的表現(xiàn)最為突出。
一個單元，或叫像素，是一“片”源像，定位在復(fù)合像的透鏡源族內(nèi)，如圖15所示。
復(fù)合像，亦稱復(fù)用像(Multiplexed Image)，是所有源像按一定方式的卷積，該方式要能用本發(fā)明的透鏡陣列對每一源像消卷積，就是說，為收視者揀出每一源像的像素，使收視者看見一個相關(guān)的像。該術(shù)語亦稱物理復(fù)合像，它可以用各種材料制成，并放在透鏡陣列后面。一般說，沒有本發(fā)明提供的消卷積的幫助，眼睛看到的復(fù)合像類似無法理解的隨機點集合。
透鏡源族是透鏡陣列內(nèi)單個透鏡后面的一族像素。一般在透鏡陣列中有多少個別透鏡，就有多少透鏡源族。在該優(yōu)選實施例中，透鏡源族包括來自每一源像的至少一個像素。
透鏡陣列是置于復(fù)合像前的透鏡陣列。該陣列的每一透鏡，在它的下面有包含來自源像相應(yīng)像素的透鏡源族。
可收視像是收視者看到的源像。該像是源像之一。是在它已經(jīng)被透鏡陣列作用，從復(fù)合像中其他源像消卷積之后。
收視者角度區(qū)域是指就本發(fā)明而言的角度范圍，在此范圍中，收視者可以看到消卷積的源像。就是說，這是能夠看到可收視像的區(qū)。
在圖14中，畫出本發(fā)明該類實際應(yīng)用的一般概念。圖上畫出光源152、復(fù)合像150、透鏡陣列156、和兩個收視者角度區(qū)域158內(nèi)兩個不同可收視像154的相應(yīng)位置，以及來自選擇的透鏡源族的示例光線。
圖15A畫出9乘9的像素陣列，總共81像素1a-9a、1b-9b、1c-9c、1d-9d、1e-9e、1f-9f、1g-9g、1h-9h、和1i-9i，這些像素構(gòu)成一般以200表示的復(fù)合像。圖上還畫出一個源像220，它由9個像素1a-9i構(gòu)成。復(fù)合像中每一像素1a-9i，是來自9個不同源像1a-9i之一的像素。來自源像的像素1a-9i，按專門的排列被映射到復(fù)合像200上。
圖中的復(fù)合像200由9個透鏡源族210陣列構(gòu)成。每一源像220中的每一像素1a-9i，以數(shù)字和小寫字母標記。數(shù)字標識像素屬于一個唯一源像220，而字母指示每一像素在源像220中的位置。就是說，有相同小寫字母的像素，屬于相同的源族210，而有相同數(shù)字的像素，屬于相同的源像220。例如，以整數(shù)“1”指示的所有像素，屬于源像1。以小寫字母“a”指示的所有像素，屬于透鏡源族“a”。
像素222被放進專門的透鏡源族210中，以便一旦源像220被消卷積，成為可收視像200后，獲得源像220的相關(guān)性。就是說，像素全部從陣列按相同方向發(fā)送出去是不夠的，還必須按位置上適合建立像的正確重構(gòu)來組織它們。圖16畫出復(fù)合像200中像素位置對可收視像220的關(guān)系。
透鏡源族210在復(fù)合像220內(nèi)的排列，由像素包含的字母指示確定。透鏡源族210的排列，必須與源像220內(nèi)像素的排列對應(yīng)。就是說，復(fù)合像200內(nèi)透鏡源族210的相對位置，必須與它們的源像220內(nèi)像素1a-9i的相對位置對應(yīng)。如果像素1a位于它的源像220的左上角，則包含該像素1a的透鏡源族210，必須位于復(fù)合像200的左上角。例如，利用圖16中的像素，復(fù)合像200中包含像素1a的透鏡源族210，必須放進復(fù)合像200的左上角，因為像素1a在源像1a中的位置是在左上角。
像素在每一透鏡源族210中的排列，是非常特殊的，像素的位置是與折射光學(xué)裝置特征一致的，以便它的能量發(fā)送方向，與構(gòu)成該源像的其他像素向收視者發(fā)送的方向相同，如圖16和17所示。應(yīng)當認識，當位置變遷時，常常有一些浸潤，但在像指定的空間中，收視的絕大部分將沒有像的重疊。
本例在每一透鏡源族(9)中，使用一致的源像數(shù)目(9)和像素數(shù)目，決不應(yīng)解釋為本發(fā)明的必要條件。正是源像內(nèi)具有最高分辨率的像素數(shù)目，而不是源像數(shù)目本身，確定透鏡源族的數(shù)目。例如，本發(fā)明可以只有一個源像和1000個源族，如果該源像包含1000個像素的話。
所有源像的分辨率不必相同。例如，包含5個源像的系統(tǒng)，可以是一個源像有20個像素，而其余4個源像有變化的較少的像素數(shù)目。因此，該復(fù)合像將有20個透鏡源族，但每一源族不一定包含來自源像的有較低分辨率的像素。每一源族內(nèi)像素的數(shù)目將是變化的，因為該數(shù)目取決于需要的可收視像的角度范圍。因此，這是由設(shè)計者在他們領(lǐng)域中的使用決定。
此外，透鏡源族中的像素?zé)o需有相同大小。要使可收視像有更大的收視者角度區(qū)域，可以使該像素比其他像素相應(yīng)更大(這樣將降低可供其他可收視像使用的總的角度區(qū)域)。
復(fù)合像200適用于不透明的、透明的、非彩色的、有色的、偏振的、非偏振的、或它們的任何組合的材料。還可以把復(fù)合像200投影到背投影屏上。
用透鏡陣列來獲得散布的像素的消卷積，以便把可辨別的像向收視者投射。圖16以概略的方式，畫出當把放在透鏡224的焦點時，透鏡224的一般特征。為便于這里的討論，取本發(fā)明的透鏡陣列中透鏡之一作為透鏡224。來自與該透鏡關(guān)聯(lián)的透鏡源族的三個代表像素，分別以1a、4a、和7a表示。符號系統(tǒng)指出，這些像素來自源像1、4、和7，而它們在它們相應(yīng)的源像中的位置，是在位置“a”(在本例中，對應(yīng)于復(fù)合像200的左上角)。
圖16畫出來自三個像素1a、4a、和7a每一個的示例中心光線。從透鏡出射的光線是平行的，因為透鏡放在像素的焦距上。因此，來自每一像素的光線沿不同方向離開透鏡，該方向取決于透鏡特征和像素位置。其結(jié)果導(dǎo)致圖16中三個不同位置所示的三個可收視像222，可在截然不同的收視者角度區(qū)域看到，使位于本發(fā)明透鏡不同方向的收視者，相應(yīng)地看到不同的可收視像。
同樣重要的是要指出，把透鏡放在焦點位置，導(dǎo)致從每一像素來的光線“充滿”透鏡。這一點用圖16中像素7a來的光線表示。“充滿”的結(jié)果是無縫的可收視像，即使復(fù)合像中的源像像素之間存在間隔。
圖16畫出三個透鏡的外形，三個透鏡在焦距、大小、和相對復(fù)合像單元的位置都一致。每一透鏡把像單元分為不同的方向，如圖16所示。在該圖畫出的例子中，在9乘9的透鏡源族上疊置的9乘9的透鏡陣列，對圖14中的空間復(fù)用單元消卷積，成為9個單獨的源像，現(xiàn)在為可收視像。
透鏡陣列可以是沿一維彎曲的透鏡陣列32，如圖18中畫出的彎曲軸向陣列32，也可以是沿兩維彎曲的透鏡陣列，如圖19的例子所示，或者是該兩者的組合。陣列的選擇，以光學(xué)特征適合使復(fù)合像消卷積，和把它向預(yù)先選定的收視者角度區(qū)域投影為準。
應(yīng)當指出，不要求透鏡陣列內(nèi)的透鏡“完美”，甚至不要求與該陣列內(nèi)其他透鏡相同。如果一個透鏡有畸變，常?？稍谙衿矫嬲{(diào)整，使畸變逆轉(zhuǎn)。具體說，能夠放置特定透鏡源族內(nèi)的像素，使之與關(guān)聯(lián)透鏡中的任何缺陷或差別相適用。還有，對透鏡陣列在透鏡位置或焦距方面的對稱性或均勻性，沒有要求。
與收視像有關(guān)的光，可以通過背后照明、前照明、或該兩者的組合提供。在實時改變復(fù)合像的情形中，光源也可以來自投影器。光可以是無色的、有色的、偏振的、或非偏振的。
如上面的討論，收視者將看到多個可收視像。但是，每一可收視像只能在有限的收視者角度范圍(Viewer Angular Range)內(nèi)看到。每一可收視像的收視者角度范圍，由復(fù)合像的設(shè)計和透鏡特征預(yù)先確定。
在偏離光軸大角度的情形，透鏡的性能及幾何形狀，可能不能根據(jù)復(fù)合像上的信息給出合適的可收視像。在更大的離軸角的情形，通過把像的細節(jié)映射到隔板上，能夠獲得像素的內(nèi)容，該隔板是本發(fā)明一些實施例中的單元。
在包括隔板的實施例中，在透鏡光學(xué)性能幾何范圍內(nèi)，能使像素的光折射進需要方向，但不在透鏡光學(xué)性能幾何范圍內(nèi)的光，仍然可用于照明沿透鏡邊緣的“壁”。這些壁，除每一透鏡隔板壁具有各自反射特征外，簡單地類似于標準透鏡隔板，而當所有透鏡隔板被看作一個整體時，這些各自反射特征將按照隔板整體上著色的圖形產(chǎn)生像。
目前本發(fā)明的優(yōu)選實施例，是本發(fā)明的“基本”模型，其中容易進行修改。該基本模型包括，光源(或者是后屏投影器，或者是其他光源)、畫在材料上或投影在背投影屏上的復(fù)合像、透鏡陣列、和若干個源像。應(yīng)當指出，這里貫穿本具體實施方式
，凡論及單個投影器的地方，可以用多個投影器。
應(yīng)當指出，本發(fā)明不但通過改變復(fù)合像的配置，還可以通過簡單地使透鏡陣列和復(fù)合像相互橫向移動，和通過改變彎曲軸向光學(xué)裝置的曲率及取向(角度及傾斜)，從而能夠改變發(fā)送可收視像的收視者角度范圍的方向。還有，可收視像的收視者角度范圍的數(shù)目和大小，能夠通過改變像素的大小，在復(fù)合像的設(shè)計中精細調(diào)節(jié)。這一步也可以用計算機控制作為復(fù)合像介質(zhì)的背投影屏(包括TV屏)，實時完成。
可以設(shè)計系統(tǒng)，使當透鏡陣列良好聚焦時，只有來自一組高分辨率源像的像素被消卷積，成為可收視像。但當透鏡陣列稍有散焦時，高分辨率源像像素共同平均，形成低分辨率源像的較大像素。就是說，每一透鏡源族內(nèi)的像素族，形成低分辨率源像的一個像素。該族像素被設(shè)計為共同平均，以便使該低分辨率的源像有校正的亮度和彩色。
可收視像的收視位置不但能夠根據(jù)從復(fù)合像平面(CompositeImage Plane)的角度，還根據(jù)離本發(fā)明透鏡陣列的距離。這種效應(yīng)能夠通過稍稍偏移源像的像素，使從透鏡陣列中各個透鏡發(fā)出的光束，不再沿相同的對每一透鏡都是平行的方向行進。代替每一透鏡都平行地發(fā)出光束，透鏡引導(dǎo)光的輸出，使光束在離復(fù)合像平面適度距離上交叉。這樣，能夠以一定方式組合距離和角度的作用，以便隨著收視者的移動，產(chǎn)生視覺上顯著變化的動態(tài)的跡象，這種移動不僅是在本發(fā)明透鏡陣列前的左、右和上、下移動，而且包括在本發(fā)明透鏡陣列前的遠、近移動。本發(fā)明的這個實施例，要求小心地處理涉及若干光學(xué)參數(shù)微妙折衷的設(shè)計。
III.使用反射膜的彎曲的軸向光學(xué)裝置以上對交叉軸向光學(xué)裝置各種實際應(yīng)用的說明，是在軸向彎曲光學(xué)陣列為透明的環(huán)境中出現(xiàn)的。但是還要指出，另外的實際應(yīng)用，可能出現(xiàn)在軸向彎曲光學(xué)陣列有一表面為反射的環(huán)境中。對有一側(cè)為反射的懸置膜104，給出完全新的實際應(yīng)用。特別合適的易彎曲的、易變形的、一側(cè)是反射的膜104，包括美國PA 19007-1620，Bristol，145Wharton Road，Dunmore Corporation的鍍鋁的Kapton(0.5到1.0千分之一英寸厚)，和美國Arizona，Tucson的Sigma Technologies的鍍鋁聚酯。另一種合適的非金屬和反射膜，由3M公司生產(chǎn)和出售。
III.A.反射的多重成像表面一旦用上這種膜104，可以制作反射的多重成像表面。這種表面是下面共同待決的美國非臨時申請的主題，該申請的標題為ReflectiveMulti Image Surface，于2004年11月18日申請，本文全文收錄該申請，供參考。
III.B.前投影屏除了前述作為獨立應(yīng)用主題的實際應(yīng)用外，還可以建立前投影屏。下面對如何獲得這種屏給出的說明。
被投影像的反差，取決于可觀看的投影光強度相對于從背景源來的可觀看光強度。在收視環(huán)境中增加從背景源來的可觀看光強度，對應(yīng)于降低觀看者看到被投影像較暗部分的能力，因此，在照明的收視環(huán)境中的反差極限，最常見的是由像單元中暗度的損失決定，而不是背景光對像較亮部分的影響決定。
假設(shè)投影中至少有足夠的光升到眼睛靈敏度閾值極限以上；還假設(shè)屏本身不會通過被投影像的橫向漫射(串擾)使反差降質(zhì)；那么，如果落在屏上的背景光最終沒有被觀看者看到，觀看者有能力看到被投影像中固有的反差。一種能夠達到排除背景光的方式，是從觀看者眼睛整個鄰域除去非投影光(例如使用暗室)。但當考慮產(chǎn)生這個問題的根源，是在收視環(huán)境中周圍的背景光被觀看者看到，不是環(huán)境光自身的存在，那么顯然存在其他可供選擇的選項。據(jù)此，即使在強的環(huán)境背景光情況下，仍然能夠達到有利于維持被投影像固有反差的條件。借助能使入射的任何背景光轉(zhuǎn)變方向，從觀看者視野離開的投影屏，能夠?qū)崿F(xiàn)這一條件。
被投影到屏上的像的反差，通過增強像的亮度，通過降低背景光的影響，或通過兩者的組合，能夠改進。通過第一選項(增強亮度)改進反差，涉及限制被屏散射的投影光進入的體積，因而，可以從任何設(shè)定的投影光的量，獲得增強的被收視像的亮度?？紤]第二選項(降低背景光)，通過限制投影器以外光源發(fā)射落在屏上的光的體積，把該體積發(fā)射的光重新引導(dǎo)到包含觀眾的體積中，這樣能夠改進反差。本發(fā)明為獲得這些反差的改進，引入另外的可能性。本發(fā)明作為反差增強屏的使用，能夠給出一種角度屏反射分布，其中來自投影器的光向收視者集中，并當收視者移到設(shè)計的收視者體積以外位置時，投影光急劇下降。因此，該強度的急劇下降，增加把多個非干涉像放到一個屏上的可能性，而每一個像只能在它本身特有的收視體積內(nèi)觀看。
本發(fā)明給出所有三種上述優(yōu)良的屏單元。還有，與其他生產(chǎn)有類似性質(zhì)的屏的可能方案相比，本發(fā)明的制作更容易。這一優(yōu)點是從制作工具的簡易性和適度的材料費用產(chǎn)生的(只列舉兩種優(yōu)良單元)。
已經(jīng)采用其他技術(shù)，嘗試在投影的像上獲得增加的反差。例如，與簡單的漫射白反射表面(例如，白油漆和/或塑料漫射紙)相比，使用附著在反射紙表面230的小玻璃珠232，有強度優(yōu)勢。小玻璃珠232起小透鏡的作用，把光228集中在比白油漆涂層和塑料漫射器更小的收視體積中。這種玻璃珠屏的基本思想，在圖20說明。
雖然用玻璃珠屏可以獲得光強度的一些增益，但串擾(像素間浸潤)是用塑料漫射器和/或玻璃珠屏觀察到的明顯惡化。在使用塑料漫射器的情形，光226的散射是頗為各向同性的，它能使光在漫射器內(nèi)側(cè)向擴展。這種側(cè)向擴展引起投影像中反差的損失和空間精細單元的色整合(color integrity)。球形的玻璃珠232也在珠232間產(chǎn)生類似的側(cè)向擴展226。對該種串擾的其他原因是(1)折射率界面上光的多次內(nèi)反射226，導(dǎo)致向側(cè)面方向的幾何遷移，和(2)隨著投影光接近球的外側(cè)邊緣(切線)，球形珠的曲率給出越來越高的入射角。按照Fresnel關(guān)系，反射系數(shù)隨切線角逐漸升高。這種情況即使在光228進入珠232之前，也使串擾問題加重。圖21畫出與珠232關(guān)聯(lián)的串擾問題。
很清楚，大多數(shù)折射球?qū)Π逊瓷浠厝サ耐队肮猓劢沟竭x擇的并銳限定的收視體積，是沒有貢獻的。只有球的一小部分，對該目的有幫助。剩余部分產(chǎn)生的漫射作用，不但與鄰近的球232發(fā)生串擾，而且還把投影光送至遠離要求的收視體積226的區(qū)域。
本發(fā)明，雖然使用折射單元，但不采納那些把光反射進要求的收視體積沒有貢獻的折射形狀部分。結(jié)果，只有折射體選擇的部分被使用。此外，代替使用緊密裝填的玻璃球陣列，改用其他諸如雙向折射體，間隔緊密的折射圓柱單元(一維折射器)。正如已經(jīng)說明的，采用的只有折射圓柱選擇的和合適的部分，否則，用玻璃球遇到的相同類型的串擾，也將順圓柱的橫軸發(fā)生。(注意，對本發(fā)明范圍內(nèi)的“圓柱”，可以預(yù)見到非圓形截面的切片，準確的形狀則按限制把投影光反射到要求的收視體積的需要)。
入射投影器的光234進入圓柱透鏡238，然后，如果透鏡238后面是鏡面反射器240，則把光通過同一透鏡238反射出去，如圖22所示。透鏡陣列238的作用，是把反射的光236分散進一個橫切圓柱軸平面的平面，但不顯著分散進其他橫向平面。利用適當?shù)膮?shù)選擇，能夠把反射的光236包含在小的、十分確定的分散角內(nèi)。如果透鏡238的弧線適當，那么大量進入的投影光以近似垂直的角度入射透鏡表面。這樣產(chǎn)生進入透鏡的光234的高百分比(比用玻璃珠方法有顯著更多的光，如在前面圖21所示)。
光進入效率增加的值的增大，超出把更多的光送交圓柱透鏡折射作用的需要。前表面反射的降低，對維持角度的銳截止分布是重要的。下面將簡要地討論，本發(fā)明力圖為投影光保留反射過程，以便在光已經(jīng)通過圓柱透鏡之后，施加由反射表面反射的光。
如果需要增加光進入折射圓柱材料的百分比，可以用抗反射涂層涂覆圓柱表面，降低折射率突然變化的效應(yīng)。在本發(fā)明中，把抗反射層添加到折射表面，容易用折射率小于圓柱表面折射率的膜達到，膜的理想抗反射折射率，是圓柱表面折射率的平方根。
即使不需要抗反射層，仍然可以用材料248為透鏡獲得非常高最后階段的表面。事實上，在本發(fā)明的一個制作實施例中，是用這種材料使表面的最后階段(折射和反射兩者)與表面的外形分開。這是對折射和反射表面兩者，用懸置在窄的結(jié)構(gòu)單元252之間的膜248實現(xiàn)的。圖23畫出懸置膜布局的一個例子，用于建立間隔緊密的圓柱(彎曲的軸向)透鏡陣列。
除了使用圓柱透鏡陣列256之外，本發(fā)明還在圓柱透鏡陣列256后面，使用非平面鏡面反射器258，從而使本發(fā)明成為一種反射折射系統(tǒng)。反射器的例子，是名義上圓柱(彎曲軸向單元)反射器258的間隔緊密部分的陣列。通過按類似于圖10折射陣列的制作方式，用膜懸置254、258建立該反射陣列256。圓柱反射鏡軸的取向，與折射圓柱不同。利用該非對齊條件，圓柱反射鏡258將使投影光沿軸分散，該軸與折射圓柱單元254產(chǎn)生分散的軸不同。圖24說明透光膜254的全部概念，該透光膜254以圓柱形態(tài)粘附在大塊的透光折射墊板材料256上，又在大塊的墊板256的相反側(cè)，粘以圓柱形態(tài)的反射膜258。(雖然圖上畫出折射單元254和反射單元258的軸成直角，但這不是本發(fā)明所有實施例的要求。)本發(fā)明中這種布局的作用，是產(chǎn)生投影屏基元矩陣，它有優(yōu)于傳統(tǒng)前投影屏技術(shù)的許多優(yōu)點，諸如高增益改進反差和多重成像能力。典型的單個基元，可以如圖25A、25B、和25C所示。
若干因素支配基元布局中透明的大快墊板材料256厚度的選擇(本發(fā)明在透明的大快墊板材料中，預(yù)留要么氣體、液體、要么固體的間隙)。在大多數(shù)情形中，避免基元到基元的串擾，是重要的。通過保持前、后表面之間的小的距離，能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。折射的光偏折在表面發(fā)生，而內(nèi)部材料除了提供聚焦空間外，沒有別的主要作用。對大多數(shù)設(shè)計，從折射表面到反射表面，必須有足夠的距離，以便光的橫向傳播。但是，厚度不應(yīng)太厚，好讓光線在基元之間越過，從而離開與它們進入的基元不同的基元。如果基元260做得小，那么厚度可以保持十分小，甚至能夠把屏262做得有高度可彎曲性。圖26畫出高度可彎曲的屏262，這里小基元260的大小，導(dǎo)致薄的可彎曲的屏262。
上面各圖所示本發(fā)明的實施例，使用膜懸置來建立圓柱類透鏡和反射鏡陣列。這是有用的和唯一的特性，它有助于把反射器表面最后階段的建立，與反射器表面外形的建立分開。(注意，如在圖10和22所見，膜165或248可以稍稍與工具134或246接觸，仍然保持最后階段與外形的分開，只要膜依然懸置在負的工具刻痕上。雖然膜懸置有特別的優(yōu)點，但本發(fā)明預(yù)見其他成形方法的使用，例如用注入模制、電鍍、沉積、蝕刻、和其他標準的化學(xué)和機械技術(shù)。)在優(yōu)選的實施例中，簡單的工具134或246，是為一系列脊之間跨距上透明膜254和反射膜258的懸置而制備的。脊頂橫越它們的直線取向的形狀，可以是適合應(yīng)用的任何幾何形狀，但一般說，淺波峰是理想的。本發(fā)明在較早陳述中預(yù)見，脊沿它的伸延的形狀，不一定是直線。事實上，在一些情況中，本發(fā)明預(yù)見，或者在脊的側(cè)面、在脊的深度中，或者兩者提供曲率的優(yōu)點。
或者通過重力、離心力、磁力、電力、不均勻壓力、或者這些作用力的任何組合，利用施加的力，使懸置膜165或248變形到需要的外形(形狀)。在重力和離心力導(dǎo)致變形的情形中，膜165或248的彈性和質(zhì)量是從力中得到變形的主要要素。利用磁力和電力的技術(shù)，工具底部跨距和膜之間的磁場及電場強度，與膜的彈性的組合，是基本要素。
在不均勻壓力的情形，膜165或248被可以分開在膜165或248每一側(cè)的流體(氣體、液體、或兩者的組合)包圍。把不均勻流體壓力施加于膜165或248的相反側(cè)，形成需要外形的均勻變形。
在任一或所有前述力的產(chǎn)生，使膜165或248變形為需要的外形中，通過溫度和膜165或248所在的其他物理和化學(xué)環(huán)境變數(shù)的應(yīng)用，可以修改膜165或248的性質(zhì)。本發(fā)明預(yù)見這種調(diào)節(jié)的應(yīng)用。
圖10和22中看到用作膜懸置邊緣的一系列脊，已經(jīng)被設(shè)計成相對于脊間深度足夠地高，使當變形到需要的外形時，膜165或248在懸置下面的面積中，必須不與它下面的工具134或246接觸。如果接觸確實發(fā)生，可以使對著工具的壓力保持很輕，以致工具的最后階段不被傳遞到(施加于)膜165或248的外形。(注意可以在懸置過程之前或之后涂布反射材料，兩者都在本發(fā)明預(yù)見之中。)當施加于懸置的膜165或248上的力，已經(jīng)產(chǎn)生需要的形狀時，放上大塊的透明材料。然后，使(通過冷卻、化學(xué)作用、等等)該材料固化或凝固，固定透鏡的形狀。用于產(chǎn)生圓柱透鏡表面的膜165或248的化學(xué)、光學(xué)、和物理性質(zhì)，可以顯著不同于大塊材料的對應(yīng)性質(zhì)，該大塊材料用于固定透鏡需要的光學(xué)外形。可以有利地選擇這些差別。例如，如果光學(xué)上透明的大塊材料256，是標準的環(huán)氧樹脂，那么有數(shù)種透明膜的化學(xué)材料可用于產(chǎn)生更結(jié)實的保護，抵抗環(huán)境和機械(擦傷等等)對透鏡陣列的攻擊。此外，如更早的陳述，可以選擇膜165或248的折射率適當小于抵抗材料的折射率，從而為抵抗材料產(chǎn)生硬的抗反射防護層。
圓柱反射鏡陣列按與圓柱透鏡陣列制作方式相同方式制作。就是說，膜165或248被懸置在一系列脊上，并按透鏡陣列制作說明的方式變形，然后按大塊襯底使用的外形凝固。但是本例中，或者在懸置和凝固之前，之時，或之后，膜165或248要制成反射的。(如在更早的討論指出，圓柱反射器陣列的取向，在目的上不同于圓柱折射器(透鏡)陣列的取向。)在本優(yōu)選實施例中，透鏡膜254和反射鏡膜258是用兩個面對面的工具同時懸置。擋板墻圍繞兩個工具邊緣放置，使大塊材料256能夠在兩個膜254和258之間澆注，然后它們成形為整體的一片，可以想象成圖24中的三個單元塌縮在一起。本發(fā)明預(yù)見，大塊的墊板256能夠按多個步驟，把各片粘結(jié)在一起提供，而不是整體制作。
本優(yōu)選實施例包括從可視的和紫外透明材料256制作至少懸置工具之一。這樣允許在制作時對引入的膜254及258，和大塊墊板256進行視覺檢查，一旦膜和大塊材料的外觀可以接受，后面是適當聚合物的UV固化。
本發(fā)明的一般特征，允許折射的和反射的形態(tài)，有外形(曲率)上的差別。事實上，可以預(yù)見在本發(fā)明中，它們將常常被設(shè)計為不同的。
此外，已經(jīng)預(yù)見，在形態(tài)選項之中，能夠利用透明大塊墊板256成形選項的優(yōu)勢，建立有助于使反射光側(cè)轉(zhuǎn)的小棱鏡。這意味著制成有高增益的屏262，將不用為在整個大投影屏262上獲得必要的收視者體積，而形成一定的曲率。本發(fā)明通過使懸置脊成階梯形，并把一些透光膜254在它的中性側(cè)(制成的棱鏡后側(cè)，投影光不照到這里)對著壁拉緊。一種替代階梯形實施例的實施例，是埋設(shè)折射率與大塊墊板256折射率不同的棱鏡。
本發(fā)明的說明本質(zhì)上僅是示例性的，因此，不偏離本發(fā)明的要旨的變化，應(yīng)認為包含在本發(fā)明范圍之內(nèi)。這些包含不應(yīng)認為背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括獨立的軸向光學(xué)單元的第一陣列；與所述獨立軸向光學(xué)單元第一陣列進行電磁通信的獨立軸向光學(xué)單元第二陣列，并相對地放置，為進入的平行光建立多個焦點，以便產(chǎn)生多個像。
2.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述獨立軸向光學(xué)單元的第一陣列，可以有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
3.按照權(quán)利要求1的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述獨立軸向光學(xué)單元的第二陣列，可以有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
4.一種獨立的軸向光學(xué)單元陣列，包括透明膜；和固定于所述透明膜的固化填充材料。
5.按照權(quán)利要求4的獨立軸向光學(xué)單元陣列，有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
6.一種獨立的軸向光學(xué)單元陣列，包括反射膜；和固定于所述反射膜的固化填充材料。
7.按照權(quán)利要求4的獨立軸向光學(xué)單元陣列，有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
8.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括獨立的軸向光學(xué)單元的第一陣列；與所述第一陣列聯(lián)接的獨立軸向光學(xué)單元的第二陣列。
9.按照權(quán)利要求8的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一陣列包括透明膜和固化填充材料，而所述第二陣列包括透明膜和固化填充材料。
10.按照權(quán)利要求8的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一陣列包括透明膜和固化填充材料，而所述第二陣列包括反射膜和固化填充材料。
11.按照權(quán)利要求8的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述獨立軸向光學(xué)單元的第一陣列，可以有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
12.按照權(quán)利要求8的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述獨立軸向光學(xué)單元的第二陣列，可以有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
13.一種制作光學(xué)陣列的方法，包括在光學(xué)材料中制作一系列平行切割槽，形成一系列彎曲形軸向光學(xué)單元。
14.一種制作光學(xué)陣列模具的方法，包括在模具材料中制作一系列平行切割槽，形成一系列彎曲形軸向光學(xué)單元的模具。
15.一種制作光學(xué)陣列的方法，包括把膜懸置在工具上；向所述膜施加差分壓力，把部分所述膜推入彎曲形位置；和把填充劑材料涂在所述膜一側(cè)，形成軸向光學(xué)陣列。
16.按照權(quán)利要求15的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述軸向光學(xué)單元陣列，可以有選自如下一組的外形正弦形；彎曲形；板形；平的形成尖頂形；和不均勻彎曲形。
全文摘要
本發(fā)明把聚焦處理的透鏡分為兩個或更多表面，每一表面上采納多個彎曲形軸向光學(xué)裝置單元。軸向光學(xué)裝置可以通過模制法、機械加工法、或通過懸置膜法制作。如果使用懸置膜法，則光學(xué)裝置兩側(cè)可以有透明的懸置膜?；蛘撸瑧抑媚す鈱W(xué)裝置一側(cè)可以使用反射膜。
文檔編號G02B3/00GK1938634SQ200480040033
公開日2007年3月28日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者彼得·D.·鮑爾森 申請人:莫林技術(shù)有限公司