CN100449351C - 可变光阵列和该可变光学阵列的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明把聚焦处理的透镜分为两个或更多表面，每一表面上采纳多个弯曲形轴向光学装置单元。轴向光学装置可以通过模制法、机械加工法、或通过悬置膜法制作。如果使用悬置膜法，则光学装置两侧可以有透明的悬置膜。或者，悬置膜光学装置一侧可以使用反射膜。

Description

可变光阵列和该可变光学阵列的制作方法

技术领域

本发明涉及透镜阵列、制作透镜阵列的方法、和各种透镜阵列系统的构建。

背景技术

使用弯曲的轴向单元的光学阵列，有若干应用。但是，过去的努力，是针对把这样的单元用作淋浴间门的遮羞玻璃(联接成阵列的一系列圆柱形玻璃)。迄今为止，尚未见有人把这样的单元，制成光学质量单元的透镜。即使存在这样的努力，但在阵列中生产大量透镜、生产非常小透镜的阵列、和已经制成阵列制作工具之后修改透镜特性的麻烦，都是困难的。这些是当前限制光学透镜阵列的利用和使用范围的全部不利因素。制作这样的一种工具是昂贵的、极其困难的、也是一旦制作后不适合修改的。

发明内容

本发明采取完全不同的途径，克服前述的缺点。具体说，本发明把聚焦处理的透镜分为两个或更多表面，每一表面上采纳多个轴向光学装置单元；作为例子，这里“轴向光学装置”包括圆柱透镜的使用。在圆柱透镜的情形，如果横截圆柱的轴切割透镜，切割露出的周线与沿透镜别的地方横向切割相同。

虽然本发明绝不限于圆柱透镜，但它们是轴向光学装置常见又容易理解的例子。类似地，虽然本发明涵盖除光以外的能量(例如声波和无线电波)，但本文将限于光，因为可见系统是十分熟悉的。

轴向光学装置可以用模制法、机械加工法、或通过悬置膜法制作。如果使用悬置膜法，则有几种选择。首先，光学装置两侧可以有透明的悬置膜。这种装置导致的实际应用，包括多重成像装置和背投影屏，两者将在下面更详细说明。其次，光学装置一侧可以用反射膜，导致的实际应用有，例如下面将更详细说明的前投影屏，和共同待决的美国专利申请中说明那种类型的多重成像装置，该专利的标题是“Reflective Multi-Image Surface”，于2004年11月18日申请。

本发明有力的实际震撼效果是，可在小的面积上建立大量光学单元(约每平方英尺90,000个分立的透镜)，且无需改变透镜单元的加工工具，却可改变透镜的曲率。

本发明对更大面积的适用性，从本文后面提供的更详细说明，将变得十分明显。应当指出，详细说明连同表明本发明优选实施例的具体例子，仅用于示例说明的目的，不能认为是对本发明范围的限制。

附图说明

从详细的说明和附图，可以对本发明有更完整的了解，附图有：

图1A是第一轴向光学装置单元的立面图，该轴向光学装置单元有接收光的弯曲表面和光输出的平的表面，且输出的光在焦平面聚焦成直线。

图1B是第二轴向光学装置单元的立面图，该轴向光学装置单元有接收光的平的表面和光输出的弯曲表面，且输出的光在焦平面聚焦成直线。

图1C是立面图，表明光的物理阻隔。

图1D是立面图，表明光的部分物理阻隔。

图2A是第一和第二轴向光学装置单元的立面图，该两个轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图2B是图2A的顶视图，其中该两个轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图2C是图2A的侧视图，这里，该两个轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图3A是第一和第二轴向光学装置单元的立面图，该两个轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以平的表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图3B是图3A的顶视图，其中第一和第二轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图3C是图3A的侧视图，这里第一和第二轴向光学装置单元相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的单个焦点。

图4是按交叉关系排列的第一和第二轴向光学装置单元的立面图，彼此以弯曲表面相对取向，其中的光从光源发出并通过两个交叉透镜后被准直。

图5是轴向透镜单元阵列的立面图。

图6A是第一轴向透镜单元阵列和第二轴向透镜单元阵列的立面图，该第一和第二轴向透镜单元阵列相互垂直放置，彼此以弯曲表面相对取向，还画出通过该两个轴向光学装置单元的光的一系列单个焦点。

图6B是图6A轴向透镜单元阵列的另一个立面图。

图6C是图6A的顶视图，其中第一和第二轴向透镜单元阵列相互垂直排列，彼此以弯曲表面相对取向。

图7A是第一轴向透镜单元阵列，以平的表面最接近第二轴向透镜单元阵列圆拱表面的立面图，其中第一阵列在第二阵列之上并垂直于第二阵列取向，还画出最后结果的立面图。

图7B是图7A所示实施例的侧视图。

图7C是图7A所示实施例的顶视图。

图8A是相互垂直取向的第一和第二轴向透镜单元阵列重叠区域的顶视图，该第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的隐藏线图。

图8B是图8A所示相互垂直取向的第一和第二轴向透镜单元阵列的立面图，该第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的立面图。

图8C是相互成45度取向的第一和第二轴向透镜单元阵列的顶视图，该第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的隐藏线图。

图8D是图8C所示相互成45度取向的第一和第二轴向透镜单元阵列的立面图，第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的立面图。

图8E是以套准(registry)取向的第一和第二轴向透镜单元阵列的顶视图，该第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的立面图。

图8F是图8E所示套准取向的第一和第二轴向透镜单元阵列的立面图，该第一和第二轴向透镜单元阵列以弯曲表面彼此相向，还画出最后结果的立面图。

图9A是一种轴向光学单元阵列第一弯曲表面的侧视图。

图9B是一种轴向光学单元阵列第二弯曲表面的侧视图。

图9C是一种轴向光学单元阵列有隔板的第三弯曲表面的侧视图。

图9D是一种轴向光学单元阵列一系列平的、形成尖顶的表面的侧视图。

图9E是一种轴向光学单元阵列一系列不均匀弯曲表面的侧视图。

图10画出悬置在工具上的膜的立面图。

图11画出有外部附件的模具的立面图。

图12画出图11的模具的立面组装图。

图13画出使用本发明的交叉光学阵列的背投影屏系统。

图14说明一类实际应用的一般概念：空间复用像消卷积器与相对光源的位置、复合像(Composite Image)、透镜阵列(Lens Array)、和在两个收视者角度区域(Viewer Angular Region)内两个不同的可收视像(Viewable Image)，以及从选择的透镜源族(Lens SourceGroup)来的光线例子。

图15画出9乘9总共81像素的像素阵列，和一个源像(SourceImage)，该像素阵列由复合像构成，该源像由9个像素构成。

图16说明当像被置于它的焦点上时透镜的一般特征，当中心光线从三个像素每一个来时，复合像中像素位置与可收视像的关系，和非常特殊的每一透镜源族内像素的排列，根据折射光学装置特征的像素位置，使像素能量的发送方向，与构成源像的其他像素向收视者发送的方向相同。

图17画出三个透镜的外形、焦距的匹配、大小、和相对复合像单元的位置，该三个透镜利用每一透镜把像单元分为不同方向，如图16所示。在本图画出的例子中，叠加在9乘9透镜源族上的9乘9透镜阵列，将对图14的空间复用单元消卷积，成为现在是可收视像的9个单独的源像。

图18画出一维透镜阵列。

图19画出两维透镜阵列。

图20画出玻璃珠屏的基本概念。

图21画出与玻璃珠关联的串扰问题。

图22画出进入投影器的光，在圆柱透镜中通过，并经背后有镜面反射器的同一透镜反射出去。

图23画出膜悬置装置的一个例子，用于建立间隔紧密的圆柱透镜阵列。

图24说明膜的全部概念，在大块的透光折射垫板材料上粘以圆柱形态的透光膜，又在大块的垫板相反侧粘以圆柱形态的反射膜。

图25A画出典型的单个基元的前立面图，在该基元中，本发明中布局的作用，是产生投影屏反射基元阵列，它有许多优于传统的前投影屏技术的优点，诸如高增益的改进的反差和多重成像能力。

图25B画出图25A基元的侧面立面图。

图25C画出图25A基元的立面侧视图。

图26画出高度可弯曲的屏，这里小基元的大小，导致薄的可弯曲的屏。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例的说明，在性质上仅作为例子，而不是以任何方式限制本发明、本发明的应用、或使用。

轴向光学装置

在更细致地深入本发明其他方面之前，解释轴向光学装置的概念，和本发明如何获得轴向光学装置，是有帮助的。下面将说明，轴向光学装置可以通过机械加工法，或通过模制法获得。

首先说明，轴向光学装置可以通过机械加工法获得。具体说，在铣削操作中，可以把一片与光学装置兼容的材料，安装在底盘上，并沿连续轴进给切割工具(例如球磨加工或其他切割形状)，获得连续的切割槽，该连续切割槽至少从某一观察方向考察，是直线形的。然后移动底盘，产生从上述相同观察方向考察也是直线形的切割槽，且与第一次切割槽接近平行。这些平行的切割槽产生轴向光学装置。继续更多的平行切割，能够产生轴向光学装置阵列。

另一种获得轴向光学装置的机械方式，是挤出工艺。轴向光学装置可以通过挤出制作，而球形光学装置不能通过挤出制作。挤出模具可以沿纵向机械加工，然后抛光。本发明使用轴向光学装置的意义，可从前面一平方英寸表面上一百万球形透镜的例子中看到，如下面还要讨论的，并且证明，通过使用轴向光学装置的重叠，制造问题可以成千倍地缩减。

大致说来，有许多技术适合生产轴向光学装置表面。其中包括制造工具，用该工具复制表面形状合适的材料片。铣削、拉削、铸造、冲压、压印、蚀刻、真空成形、电铸成形、和挤出，是制造工具的一些可用的技术。通过在空腔中添加材料(注入、铸造、沉积、沉降、光处理过程、挤出、等等)，通过材料的分离(铣削、拉削、蚀刻、光处理过程、等等)，和通过材料的变位(滚压、平压、压印、熔融成形、等等)，能够用这些工具制造分开的片。

I.交叉轴向光学装置及其制作方法

本发明使用两个或多个轴向光学装置单元，利用两个或多个彼此间多少有些交叉的轴集合，把标准光学装置(摄影机透镜、投影器透镜、显微镜透镜，等等)呈现的两轴聚焦过程，分为两级或更多级的一轴级。按这种方式采用交叉的轴向光学装置，使透镜阵列的制作比标准的两轴透镜阵列制作更为实际和经济。

在图1A和图1B中，平行的光线从上部垂直入射两个透镜(本发明不要求照射的光线彼此平行和/或垂直地射到透镜表面，只为便于解释涉及的概念)。圆柱透镜把光聚焦成直线。就是说，聚焦的作用是沿一个方向的，即与透镜圆柱的轴对齐的方向。光线在离开透镜特定距离上收敛到一中心线，该特定距离取决于各种性质，包括，但不限于，圆柱的曲率和制作透镜的材料的折射率。在光线会聚成线之后，如果它不被物理阻隔而中断，光(在已经进入焦点之后)继续离开该点而发散，发散角与原来进入光线的角一致。在会聚线的一侧，光从不同方向收敛到会聚线。在会聚线的另一侧，光在继续传播时发散。

但是，本发明包括整个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也包括在本发明之内。物理阻隔15和17在图1C和1D中画出。使用部分的物理阻隔15和17的非限制性例子包括：透镜有效孔径的控制；进入的光与已有像像素的相互作用，这种相互作用是通过包含该像的中间焦平面，以透射和/或反射形式进行的；和通过空间滤波对信息编码。物理阻隔材料的例子，包括，但不限于：照相胶片、CCD视频芯片、和任何其他光敏材料。还有，可能需要部分的阻隔15和17。部分阻隔材料15和17的例子，是色滤波器阵列。这些滤波器安装在阵列的焦平面中，用于产生复合的图像，该图像是进入的光的图案与阵列焦点图案之和。本发明不受该例的限制，因为存在许多其他的可能性，包括用无彩色阻断器代替有色阻断器。选择性(部分)阻隔阵列的另外例子，是用作基于像的信息的编码器/解码器、幻灯透明膜、和照相胶片-因此可见，部分阻隔和完全阻隔15及17，可以指光的阻断或单元的物理位置，从而可以是单元某些放在当中的透明部分，也可以是在某些区域用于空间滤波的完全的光阻断单元，或者是它们的组合。

如果在图1A和图1B中第一圆柱透镜14a和第二圆柱透镜14b相互正交地对准，沿竖直方向堆叠，并沿横向方向对准一般在12上画出(也如图2A、2B、2C、3A、3B、3C、和4所示)的进入光的路径。则第一透镜14a把进入光12聚焦于输出光线16，形成直线18。两个透镜14a和14b的组合作用，是把光聚焦于点22。该点22近似表示，与两个透镜每一个关联的两组输出光线16当认为无关时的交叉点。聚焦于点22的进入光，将近似为照射两个圆柱透镜重叠区域定义的区域的光。因此，交叉的圆柱透镜能够一起作为光收集器工作，如图图2A、2B、2C、3A、3B、和3C所示。图2A、2B、和2C画出以它们的曲面彼此相对的两个透镜，而图3A、3B、和3C画出以平面彼此相对的组合。

在此应当指出，例子中的透镜不一定在一侧是曲面和在另一侧是平的。事实上，把交叉圆柱阵列放在同一片材料的相反侧，与图3A、3B、和3C画出的布局是近似等价的。还应当指出，透镜不一定凸的，虽然它是本发明讨论中使用的图的共同形状。此外，本发明可以有相继堆叠的任何数量的轴向光学装置表面，只要该数量至少是二。

图4画出能用于准直光的交叉透镜阵列，它能容易地用于收集光。在图4中，从放在两个透镜14a和14b复合焦点的光源26发出的光28，能向透镜14a辐照。然后，光16离开第一透镜14b并发散和准直。准直的光30从第二透镜14a输出。受两个透镜重叠区域影响的光30，将比它从源26首先向外辐射的光28，被准直得更多。

图5表明，一片材料上的表面能够提供多于一个轴向光学装置。在该图中，包括五个圆柱透镜的轴向透镜阵列32，相互邻接。(如图9A-9E所示，本发明不要求在一个表面上的所有轴向光学装置，都有相同的截面。)

如更早讨论的个别圆柱透镜，一片有多个圆柱透镜32a的材料，可与另一片有多个圆柱透镜32b的材料交叉，从而产生两维透镜阵列，如图6A、6B、和6C所示。在这些图中，与每一圆柱透镜单元关联的特定叠置区20，是光收集器，它用落在区20的光产生它自己焦点24。在图6A、6B、和6C中，从一个阵列32a的五个圆柱透镜，横向堆叠在第二阵列32b表面五个圆柱透镜表面上，产生25个这种个别的区。

本发明的配置包括，一片材料上的每一轴向光学装置，不必与同一片上其他轴向光学装置相同。在图6C中，25个叠置区以虚线为界画出。但是，图6A、6B、和6C中每一叠置区，没有画出都有光照射。这一点表明，当需要时，阵列中存在没有光照射叠置区20每一单元的情形。

图7A、7B、和7C画出两维透镜阵列32a和32b，这里的应用是许多源26发出的光的准直器，这些源26各位于轴向光学装置32a、32b叠置20建立的透镜32a、32b的焦点22上。实际上，这种情况是阵列32a、32b在图6A、6B、和6C中使用的逆向使用。

两套轴向光学装置32a、32b的轴，不必相互垂直排列。例如，接着的圆柱光学装置的例子，图8A和8B画出当轴彼此对齐时，结果是聚焦成4一系列平行线，人不是聚焦成点的阵列。当两套轴的取向不平行时，如在图8A-8D所示，开始出现聚焦成点。但是，由于它们的两套轴彼此横向取向，这些点是不对称的。因此，在图8A、8B、8C、8D、8E、和8F中，随着该两片彼此相对旋转，照射光的会聚从类圆形到类椭圆形，到直线。类似的作用在

如在较早所指出，轴向光学装置不必有一致的共同形状，也不一定需要有相同“脚印”大小或相同的目的，或除能够以连续直线、圆、或可以采用的其他轴型处理过程以外其他共同特性的同一性。

然而，本发明的共同特性是，需要支持建立独立光学单元阵列的光学效应。不论是指同一片材料的面上一套轴向光学装置，还是指在另一面上个别轴向光学装置，都是确实的。这是本发明的重要差别，有别于其他光学系统，诸如Fresnel透镜，Fresnel透镜的目的，是集 体地为进入的平行光建立单一偏移或焦点。例如，当使用一个系统时，Fresnel光学系统企图只建立景物的一个像。与Fresnel不同，当使用一个系统时，本发明支持产生大量景物的像。

当1000个轴向光学装置阵列与1000个轴向光学装置阵列交叉时，建立起一百万个透镜。

可用于本发明的轴向光学装置截面的一些例子，在图9A、9B、9C、9D、和9E中画出。这些图代表一些关键成形概念，虽然这些图绝不是本发明可能实施例的穷举表示。

本发明还涵盖的配置有，埋在材料片中的轴向光学装置，例如塑料、玻璃、或其他合适的透明材料中的直线腔。此外，只要合适，可以让各种有折射和透明质量的液体或气体流进系统，改变透镜阵列的聚焦、彩色、和其他特征。

目前经过本发明者构建并测试的优选实施例，是两片轴向光学装置的设计，该两片轴向光学装置通过浇铸树脂制作，轴向透镜间隔1/16″，并有焦距1/8″。该两片使用的轴向光学装置，呈圆圆柱形状，然后使它们交叉，如每个图2A、2B、和2C，或图3A、3B、和3C所示，产生如图6A、6B、和6C和图7A、7B、和7C画出的阵列。虽然该具体实施例是目前优选的，但本发明不受本例中使用的形状、大小、或制作技术的限制。

本发明极其有价值的特性是，它能以高的性能价格比制作两维透镜阵列，和有利于制作高空间密度的透镜阵列，这种空间密度，若使用现有光学制作方法，如果不是不可能，也是不现实的。同样，在本发明的若干实施例中，光学特征即使在制成之后也能容易改变。

制成的阵列的应用，包括，但不限于如下光学例子：光学计算、通信、和编码；用于电影院、家庭招待会、或学校的后屏或前屏投影；广告标志和计分牌；军用平视显示器和虚拟现实系统的“眼镜”，通过使选择的像素准直，为每一眼睛显示不同的三维像；以及其他。前面已经指出，本发明不限于光学应用。本发明还可用于电磁波谱的其他区，也可用于声能和其他机械能。

II.使用悬置膜的弯曲的轴向光学装置

迄今为止，已经讨论了采用机加工或模制的光学装置的光学阵列。从现在起，讨论一种完全不同的生产光学装置的途径-悬置膜。然后，讨论采用该新悬置膜光学装置的另外的实际应用。

在图10中，通过制作一系列纵向切割槽，建立最好是1mm距离D的间隔的薄壁102，创建一种工具134。图示的工具134有v形的纵向切割槽，但也可以有方形切割槽。可以顺切割槽底部放置孔(未画出)甚或沟，为不均匀压力V提供通路。一张透明或反射的膜104，放在壁102之上。然后，通过壁102之间的孔(未画出)，施加不均匀压力V拉动膜104，于是形成弯曲的轴向光学装置110。非常重要的是要了解，没有进一步的光学装置抛光，而为了有光学质量的表面，这是需要的。然后，在第一实施例中，把聚合物112浇注弯曲的轴向光学装置110的后面，产生永久的有光聚焦能力的轴向光学装置，如图2A所示。优选的聚合物材料，可以从美国加州的Applied Poleramics，Incorperated of Benicia购得。从Applied Poleramics购得的优选专门材料，是266环氧树脂和AU16聚氨基甲酸乙酯以及EFM15及EFM18酚醛。此外，光学装置外侧可以涂覆光学装置保护表面，诸如薄的丙烯酸层，或聚乙烯层，以防氧化、磨损、或其他表面降质。这些涂料可从位于PA 19143，Philadelphia，S.54^th Street的PeabodyLaboratories Inc.购得，以商标名PERMALAC出售。可以改变不均匀压力来改变轴向光学装置的曲率。

在第二个实施例中，可以把透明工具100与膜104一起使用。这里，弯曲的轴向光学装置，可以随着不均匀压力的变化大小而连续变化。当投影的像通过弯曲的轴向光学装置聚焦时，光学装置的曲率可以通过改变不均匀压力V的大小而变化，从而产生像焦点的变化。当使变化的焦点与变化的像或变化的收视者位置协调时，上述实施例非常有用。

在任一优选实施例中，任何膜104可以使用例如乙酸盐、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、或丙烯酸，这里的厚度最好在0.25密耳到1密耳之间。

当同时采用两个按交叉关系彼此面对面的工具100时，容易看到建立了交叉的光学阵列。然后，膜104之间的空间用塑料填充(术语“塑料”一般是按它最广泛的意义下使用，不表示限于“聚合物”)。一种优选的塑料是上面所指的环氧树脂，由于它低的粘滞性，可以类似水那样浇注膜之间，然后在那里加热并固化。这种用法可以参考图11和12。在图1l和12中，一般以116表示模具。模具116有作为支承结构的支架118、基座120、稳定板122、立柱124、和间隔块126。活页128可使铰接的门130侧向开合和移动，以便进入内部的空腔。这些门130能使生产人员进入涉及固化前、后操作的全部必要部件，该固化前、后的操作包括二次微调。在图12更清楚看到，模具116有门130、辐照器131、辐照器密封垫132、真空床134、和间隔密封垫136。工具100放进真空床134内，一侧一个。从图11更清楚看到，模具116的外侧设有温度传感器阵列140，作为外部加热源142(用高温黏合剂衬背固定在门130上)；高温流体入口管144；高温流体出口管146；和真空管148。使用时，膜104放在真空床134两侧的两个工具100的每一个上。把门130关闭，然后用门闩150把组件锁住。通过真空管140施加不均匀压力，拉动和悬置膜104，使之成为弯曲的轴向光学装置形状。两张膜被相互拉开。应当指出，可以通过真空管140施加压力，代替真空。于是，在浇注塑料，最好是环氧树脂，并固化之后，结果得到最后的弯曲轴向光学装置固体，外侧弯曲并共有公共的中心。材料薄张(片)可以在变化的角度内是可弯曲的或刚性的，以便适应某种应用。薄张可以结合重力、黏合剂、溶剂、真空、融合、压力、机械装置、和其他任选项目使用。堆叠在一起的组合的边缘，可以让它敞开或密封(密封能保持清洁和用作流体容器；流体可以是气体或液体或两者的组合)。得到的阵列组件可以包括两个或多个轴向生产的光学层，为适合应用，每一层在外形、最后阶段、材料、或其他特征上，可以相同或不同。

II.A.传统的透镜型应用

得到的阵列组件可以自身独立使用，或与机械、电子、或其他光学系统结合使用。特别是，在两层膜104都是透明的情形，得到的透镜阵列，可以与交叉阵列排列的可变轴向光学装置宽度一起使用，用于校正像散、提供纳米尺度的光效应、以每透镜几分之一毫米的量级进行调整、和在逐个像素的水平上准直。

II.B.背投影屏应用

此外，可以制作非常高质量的背投影屏。从图13可见，可以用得到的阵列组件形成背投影屏151。具体说，背投影源152把光通过交叉光学阵列的背投影屏151投影，产生可收视的像154。

II.C.空间复用像消卷积器应用

作为用透明膜产生的阵列组件的第三种实际应用，可以建立空间复用像消卷积器(解码器)。在这一类实际应用中，用透镜阵列对复用像消卷积的方法，使在不同角度区域内的收视者将看到不同的个别源像。它代表从相同的源给出多于一个图像的棱镜技术的重大改进。像的数量可以在数百的量级，而不是用棱镜可以达到的两个或三个。还有，与棱镜显示的一根轴的限制比较，这些像可以通过沿多于一根轴的角度运动选择。不用特殊的眼镜获得三维像的能力，也因本发明而大大增强。应用包括，但不一定限于，艺术作品、广告、家居装饰、包装、表演会背景屏幕、和公共游乐场。虽然本发明适用于透镜式像而不适用于全息像，但本发明优于两种现有技术系统。

为帮助了解，下面给出一些有助于理解本发明的术语的定义。

源像是个别的像，它的各单元是与其他源像单元的卷积，形成复合像。收视者在本发明的操作时期内，在一定的角度范围内，看到特定的消卷积的源像，该特定的像与本发明可选择的参数一致。当本发明收纳若干个源像，各在不同角度可收视，但只有一个源像能起作用时，本发明的表现最为突出。

一个单元，或叫像素，是一“片”源像，定位在复合像的透镜源族内，如图15所示。

复合像，亦称复用像(Multiplexed Image)，是所有源像按一定方式的卷积，该方式要能用本发明的透镜阵列对每一源像消卷积，就是说，为收视者拣出每一源像的像素，使收视者看见一个相关的像。该术语亦称物理复合像，它可以用各种材料制成，并放在透镜阵列后面。一般说，没有本发明提供的消卷积的帮助，眼睛看到的复合像类似无法理解的随机点集合。

透镜源族是透镜阵列内单个透镜后面的一族像素。一般在透镜阵列中有多少个别透镜，就有多少透镜源族。在该优选实施例中，透镜源族包括来自每一源像的至少一个像素。

透镜阵列是置于复合像前的透镜阵列。该阵列的每一透镜，在它的下面有包含来自源像相应像素的透镜源族。

可收视像是收视者看到的源像。该像是源像之一。是在它已经被透镜阵列作用，从复合像中其他源像消卷积之后。

收视者角度区域是指就本发明而言的角度范围，在此范围中，收视者可以看到消卷积的源像。就是说，这是能够看到可收视像的区。

在图14中，画出本发明该类实际应用的一般概念。图上画出光源152、复合像150、透镜阵列156、和两个收视者角度区域158内两个不同可收视像154的相应位置，以及来自选择的透镜源族的示例光线。

图15A画出9乘9的像素阵列，总共81像素1a-9a、1b-9b、1c-9c、1d-9d、1e-9e、1f-9f、1g-9g、1h-9h、和1i-9i，这些像素构成一般以200表示的复合像。图上还画出一个源像220，它由9个像素1a-9i构成。复合像中每一像素1a-9i，是来自9个不同源像1a-9i之一的像素。来自源像的像素1a-9i，按专门的排列被映射到复合像200上。

图中的复合像200由9个透镜源族210阵列构成。每一源像220中的每一像素1a-9i，以数字和小写字母标记。数字标识像素属于一个唯一源像220，而字母指示每一像素在源像220中的位置。就是说，有相同小写字母的像素，属于相同的源族210，而有相同数字的像素，属于相同的源像220。例如，以整数“1”指示的所有像素，属于源像1。以小写字母“a”指示的所有像素，属于透镜源族“a”。

像素222被放进专门的透镜源族210中，以便一旦源像220被消卷积，成为可收视像200后，获得源像220的相关性。就是说，像素全部从阵列按相同方向发送出去是不够的，还必须按位置上适合建立像的正确重构来组织它们。图16画出复合像200中像素位置对可收视像220的关系。

透镜源族210在复合像220内的排列，由像素包含的字母指示确定。透镜源族210的排列，必须与源像220内像素的排列对应。就是说，复合像200内透镜源族210的相对位置，必须与它们的源像220内像素1a-9i的相对位置对应。如果像素1a位于它的源像220的左上角，则包含该像素1a的透镜源族210，必须位于复合像200的左上角。例如，利用图16中的像素，复合像200中包含像素1a的透镜源族210，必须放进复合像200的左上角，因为像素1a在源像1a中的位置是在左上角。

像素在每一透镜源族210中的排列，是非常特殊的，像素的位置是与折射光学装置特征一致的，以便它的能量发送方向，与构成该源像的其他像素向收视者发送的方向相同，如图16和17所示。应当认识，当位置变迁时，常常有一些浸润，但在像指定的空间中，收视的绝大部分将没有像的重叠。

本例在每一透镜源族(9)中，使用一致的源像数目(9)和像素数目，决不应解释为本发明的必要条件。正是源像内具有最高分辨率的像素数目，而不是源像数目本身，确定透镜源族的数目。例如，本发明可以只有一个源像和1000个源族，如果该源像包含1000个像素的话。

所有源像的分辨率不必相同。例如，包含5个源像的系统，可以是一个源像有20个像素，而其余4个源像有变化的较少的像素数目。因此，该复合像将有20个透镜源族，但每一源族不一定包含来自源像的有较低分辨率的像素。每一源族内像素的数目将是变化的，因为该数目取决于需要的可收视像的角度范围。因此，这是由设计者在他们领域中的使用决定。

此外，透镜源族中的像素无需有相同大小。要使可收视像有更大的收视者角度区域，可以使该像素比其他像素相应更大(这样将降低可供其他可收视像使用的总的角度区域)。

复合像200适用于不透明的、透明的、非彩色的、有色的、偏振的、非偏振的、或它们的任何组合的材料。还可以把复合像200投影到背投影屏上。

用透镜阵列来获得散布的像素的消卷积，以便把可辨别的像向收视者投射。图16以概略的方式，画出当把放在透镜224的焦点时，透镜224的一般特征。为便于这里的讨论，取本发明的透镜阵列中透镜之一作为透镜224。来自与该透镜关联的透镜源族的三个代表像素，分别以1a、4a、和7a表示。符号系统指出，这些像素来自源像1、4、和7，而它们在它们相应的源像中的位置，是在位置“a”(在本例中，对应于复合像200的左上角)。

图16画出来自三个像素1a、4a、和7a每一个的示例中心光线。从透镜出射的光线是平行的，因为透镜放在像素的焦距上。因此，来自每一像素的光线沿不同方向离开透镜，该方向取决于透镜特征和像素位置。其结果导致图16中三个不同位置所示的三个可收视像222，可在截然不同的收视者角度区域看到，使位于本发明透镜不同方向的收视者，相应地看到不同的可收视像。

同样重要的是要指出，把透镜放在焦点位置，导致从每一像素来的光线“充满”透镜。这一点用图16中像素7a来的光线表示。“充满”的结果是无缝的可收视像，即使复合像中的源像像素之间存在间隔。

图16画出三个透镜的外形，三个透镜在焦距、大小、和相对复合像单元的位置都一致。每一透镜把像单元分为不同的方向，如图16所示。在该图画出的例子中，在9乘9的透镜源族上叠置的9乘9的透镜阵列，对图14中的空间复用单元消卷积，成为9个单独的源像，现在为可收视像。

透镜阵列可以是沿一维弯曲的透镜阵列32，如图18中画出的弯曲轴向阵列32，也可以是沿两维弯曲的透镜阵列，如图19的例子所示，或者是该两者的组合。阵列的选择，以光学特征适合使复合像消卷积，和把它向预先选定的收视者角度区域投影为准。

应当指出，不要求透镜阵列内的透镜“完美”，甚至不要求与该阵列内其他透镜相同。如果一个透镜有畸变，常常可在像平面调整，使畸变逆转。具体说，能够放置特定透镜源族内的像素，使之与关联透镜中的任何缺陷或差别相适用。还有，对透镜阵列在透镜位置或焦距方面的对称性或均匀性，没有要求。

与收视像有关的光，可以通过背后照明、前照明、或该两者的组合提供。在实时改变复合像的情形中，光源也可以来自投影器。光可以是无色的、有色的、偏振的、或非偏振的。

如上面的讨论，收视者将看到多个可收视像。但是，每一可收视像只能在有限的收视者角度范围(Viewer Angular Range)内看到。每一可收视像的收视者角度范围，由复合像的设计和透镜特征预先确定。

在偏离光轴大角度的情形，透镜的性能及几何形状，可能不能根据复合像上的信息给出合适的可收视像。在更大的离轴角的情形，通过把像的细节映射到隔板上，能够获得像素的内容，该隔板是本发明一些实施例中的单元。

在包括隔板的实施例中，在透镜光学性能几何范围内，能使像素的光折射进需要方向，但不在透镜光学性能几何范围内的光，仍然可用于照明沿透镜边缘的“壁”。这些壁，除每一透镜隔板壁具有各自反射特征外，简单地类似于标准透镜隔板，而当所有透镜隔板被看作一个整体时，这些各自反射特征将按照隔板整体上着色的图形产生像。

目前本发明的优选实施例，是本发明的“基本”模型，其中容易进行修改。该基本模型包括，光源(或者是后屏投影器，或者是其他光源)、画在材料上或投影在背投影屏上的复合像、透镜阵列、和若干个源像。应当指出，这里贯穿本具体实施方式，凡论及单个投影器的地方，可以用多个投影器。

应当指出，本发明不但通过改变复合像的配置，还可以通过简单地使透镜阵列和复合像相互横向移动，和通过改变弯曲轴向光学装置的曲率及取向(角度及倾斜)，从而能够改变发送可收视像的收视者角度范围的方向。还有，可收视像的收视者角度范围的数目和大小，能够通过改变像素的大小，在复合像的设计中精细调节。这一步也可以用计算机控制作为复合像介质的背投影屏(包括TV屏)，实时完成。

可以设计系统，使当透镜阵列良好聚焦时，只有来自一组高分辨率源像的像素被消卷积，成为可收视像。但当透镜阵列稍有散焦时，高分辨率源像像素共同平均，形成低分辨率源像的较大像素。就是说，每一透镜源族内的像素族，形成低分辨率源像的一个像素。该族像素被设计为共同平均，以便使该低分辨率的源像有校正的亮度和彩色。

可收视像的收视位置不但能够根据从复合像平面(CompositeImage Plane)的角度，还根据离本发明透镜阵列的距离。这种效应能够通过稍稍偏移源像的像素，使从透镜阵列中各个透镜发出的光束，不再沿相同的对每一透镜都是平行的方向行进。代替每一透镜都平行地发出光束，透镜引导光的输出，使光束在离复合像平面适度距离上交叉。这样，能够以一定方式组合距离和角度的作用，以便随着收视者的移动，产生视觉上显著变化的动态的迹象，这种移动不仅是在本发明透镜阵列前的左、右和上、下移动，而且包括在本发明透镜阵列前的远、近移动。本发明的这个实施例，要求小心地处理涉及若干光学参数微妙折衷的设计。

III.使用反射膜的弯曲的轴向光学装置

以上对交叉轴向光学装置各种实际应用的说明，是在轴向弯曲光学阵列为透明的环境中出现的。但是还要指出，另外的实际应用，可能出现在轴向弯曲光学阵列有一表面为反射的环境中。对有一侧为反射的悬置膜104，给出完全新的实际应用。特别合适的易弯曲的、易变形的、一侧是反射的膜104，包括美国PA 19007-1620，Bristol，145Wharton Road，Dunmore Corporation的镀铝的Kapton(0.5到1.0千分之一英寸厚)，和美国Arizona，Tucson的Sigma Technologies的镀铝聚酯。另一种合适的非金属和反射膜，由3M公司生产和出售。

III.A.反射的多重成像表面

一旦用上这种膜104，可以制作反射的多重成像表面。这种表面是下面共同待决的美国非临时申请的主题，该申请的标题为ReflectiveMulti Image Surface，于2004年11月18日申请，本文全文收录该申请，供参考。

III.B.前投影屏

除了前述作为独立应用主题的实际应用外，还可以建立前投影屏。下面对如何获得这种屏给出的说明。

被投影像的反差，取决于可观看的投影光强度相对于从背景源来的可观看光强度。在收视环境中增加从背景源来的可观看光强度，对应于降低观看者看到被投影像较暗部分的能力，因此，在照明的收视环境中的反差极限，最常见的是由像单元中暗度的损失决定，而不是背景光对像较亮部分的影响决定。

假设投影中至少有足够的光升到眼睛灵敏度阈值极限以上；还假设屏本身不会通过被投影像的横向漫射(串扰)使反差降质；那么，如果落在屏上的背景光最终没有被观看者看到，观看者有能力看到被投影像中固有的反差。一种能够达到排除背景光的方式，是从观看者眼睛整个邻域除去非投影光(例如使用暗室)。但当考虑产生这个问题的根源，是在收视环境中周围的背景光被观看者看到，不是环境光自身的存在，那么显然存在其他可供选择的选项。据此，即使在强的环境背景光情况下，仍然能够达到有利于维持被投影像固有反差的条件。借助能使入射的任何背景光转变方向，从观看者视野离开的投影屏，能够实现这一条件。

被投影到屏上的像的反差，通过增强像的亮度，通过降低背景光的影响，或通过两者的组合，能够改进。通过第一选项(增强亮度)改进反差，涉及限制被屏散射的投影光进入的体积，因而，可以从任何设定的投影光的量，获得增强的被收视像的亮度。考虑第二选项(降低背景光)，通过限制投影器以外光源发射落在屏上的光的体积，把该体积发射的光重新引导到包含观众的体积中，这样能够改进反差。本发明为获得这些反差的改进，引入另外的可能性。本发明作为反差增强屏的使用，能够给出一种角度屏反射分布，其中来自投影器的光向收视者集中，并当收视者移到设计的收视者体积以外位置时，投影光急剧下降。因此，该强度的急剧下降，增加把多个非干涉像放到一个屏上的可能性，而每一个像只能在它本身特有的收视体积内观看。

本发明给出所有三种上述优良的屏单元。还有，与其他生产有类似性质的屏的可能方案相比，本发明的制作更容易。这一优点是从制作工具的简易性和适度的材料费用产生的(只列举两种优良单元)。

已经采用其他技术，尝试在投影的像上获得增加的反差。例如，与简单的漫射白反射表面(例如，白油漆和/或塑料漫射纸)相比，使用附着在反射纸表面230的小玻璃珠232，有强度优势。小玻璃珠232起小透镜的作用，把光228集中在比白油漆涂层和塑料漫射器更小的收视体积中。这种玻璃珠屏的基本思想，在图20说明。

虽然用玻璃珠屏可以获得光强度的一些增益，但串扰(像素间浸润)是用塑料漫射器和/或玻璃珠屏观察到的明显恶化。在使用塑料漫射器的情形，光226的散射是颇为各向同性的，它能使光在漫射器内侧向扩展。这种侧向扩展引起投影像中反差的损失和空间精细单元的色整合(color integrity)。球形的玻璃珠232也在珠232间产生类似的侧向扩展226。对该种串扰的其他原因是(1)折射率界面上光的多次内反射226，导致向侧面方向的几何迁移，和(2)随着投影光接近球的外侧边缘(切线)，球形珠的曲率给出越来越高的入射角。按照Fresnel关系，反射系数随切线角逐渐升高。这种情况即使在光228进入珠232之前，也使串扰问题加重。图21画出与珠232关联的串扰问题。

很清楚，大多数折射球对把反射回去的投影光，聚焦到选择的并锐限定的收视体积，是没有贡献的。只有球的一小部分，对该目的有帮助。剩余部分产生的漫射作用，不但与邻近的球232发生串扰，而且还把投影光送至远离要求的收视体积226的区域。

本发明，虽然使用折射单元，但不采纳那些把光反射进要求的收视体积没有贡献的折射形状部分。结果，只有折射体选择的部分被使用。此外，代替使用紧密装填的玻璃球阵列，改用其他诸如双向折射体，间隔紧密的折射圆柱单元(一维折射器)。正如已经说明的，采用的只有折射圆柱选择的和合适的部分，否则，用玻璃球遇到的相同类型的串扰，也将顺圆柱的横轴发生。(注意，对本发明范围内的“圆柱”，可以预见到非圆形截面的切片，准确的形状则按限制把投影光反射到要求的收视体积的需要)。

入射投影器的光234进入圆柱透镜238，然后，如果透镜238后面是镜面反射器240，则把光通过同一透镜238反射出去，如图22所示。透镜阵列238的作用，是把反射的光236分散进一个横切圆柱轴平面的平面，但不显著分散进其他横向平面。利用适当的参数选择，能够把反射的光236包含在小的、十分确定的分散角内。如果透镜238的弧线适当，那么大量进入的投影光以近似垂直的角度入射透镜表面。这样产生进入透镜的光234的高百分比(比用玻璃珠方法有显著更多的光，如在前面图21所示)。

光进入效率增加的值的增大，超出把更多的光送交圆柱透镜折射作用的需要。前表面反射的降低，对维持角度的锐截止分布是重要的。下面将简要地讨论，本发明力图为投影光保留反射过程，以便在光已经通过圆柱透镜之后，施加由反射表面反射的光。

如果需要增加光进入折射圆柱材料的百分比，可以用抗反射涂层涂覆圆柱表面，降低折射率突然变化的效应。在本发明中，把抗反射层添加到折射表面，容易用折射率小于圆柱表面折射率的膜达到，膜的理想抗反射折射率，是圆柱表面折射率的平方根。

即使不需要抗反射层，仍然可以用材料248为透镜获得非常高最后阶段的表面。事实上，在本发明的一个制作实施例中，是用这种材料使表面的最后阶段(折射和反射两者)与表面的外形分开。这是对折射和反射表面两者，用悬置在窄的结构单元252之间的膜248实现的。图23画出悬置膜布局的一个例子，用于建立间隔紧密的圆柱(弯曲的轴向)透镜阵列。

除了使用圆柱透镜阵列256之外，本发明还在圆柱透镜阵列256后面，使用非平面镜面反射器258，从而使本发明成为一种反射折射系统。反射器的例子，是名义上圆柱(弯曲轴向单元)反射器258的间隔紧密部分的阵列。通过按类似于图10折射阵列的制作方式，用膜悬置254、258建立该反射阵列256。圆柱反射镜轴的取向，与折射圆柱不同。利用该非对齐条件，圆柱反射镜258将使投影光沿轴分散，该轴与折射圆柱单元254产生分散的轴不同。图24说明透光膜254的全部概念，该透光膜254以圆柱形态粘附在大块的透光折射垫板材料256上，又在大块的垫板256的相反侧，粘以圆柱形态的反射膜258。(虽然图上画出折射单元254和反射单元258的轴成直角，但这不是本发明所有实施例的要求。)本发明中这种布局的作用，是产生投影屏基元矩阵，它有优于传统前投影屏技术的许多优点，诸如高增益改进反差和多重成像能力。典型的单个基元，可以如图25A、25B、和25C所示。

若干因素支配基元布局中透明的大快垫板材料256厚度的选择(本发明在透明的大快垫板材料中，预留要么气体、液体、要么固体的间隙)。在大多数情形中，避免基元到基元的串扰，是重要的。通过保持前、后表面之间的小的距离，能够实现这一目的。折射的光偏折在表面发生，而内部材料除了提供聚焦空间外，没有别的主要作用。对大多数设计，从折射表面到反射表面，必须有足够的距离，以便光的横向传播。但是，厚度不应太厚，好让光线在基元之间越过，从而离开与它们进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，甚至能够把屏262做得有高度可弯曲性。图26画出高度可弯曲的屏262，这里小基元260的大小，导致薄的可弯曲的屏262。

上面各图所示本发明的实施例，使用膜悬置来建立圆柱类透镜和反射镜阵列。这是有用的和唯一的特性，它有助于把反射器表面最后阶段的建立，与反射器表面外形的建立分开。(注意，如在图10和22所见，膜165或248可以稍稍与工具134或246接触，仍然保持最后阶段与外形的分开，只要膜依然悬置在负的工具刻痕上。虽然膜悬置有特别的优点，但本发明预见其他成形方法的使用，例如用注入模制、电镀、沉积、蚀刻、和其他标准的化学和机械技术。)

在优选的实施例中，简单的工具134或246，是为一系列脊之间跨距上透明膜254和反射膜258的悬置而制备的。脊顶横越它们的直线取向的形状，可以是适合应用的任何几何形状，但一般说，浅波峰是理想的。本发明在较早陈述中预见，脊沿它的伸延的形状，不一定是直线。事实上，在一些情况中，本发明预见，或者在脊的侧面、在脊的深度中，或者两者提供曲率的优点。

或者通过重力、离心力、磁力、电力、不均匀压力、或者这些作用力的任何组合，利用施加的力，使悬置膜165或248变形到需要的外形(形状)。在重力和离心力导致变形的情形中，膜165或248的弹性和质量是从力中得到变形的主要要素。利用磁力和电力的技术，工具底部跨距和膜之间的磁场及电场强度，与膜的弹性的组合，是基本要素。

在不均匀压力的情形，膜165或248被可以分开在膜165或248每一侧的流体(气体、液体、或两者的组合)包围。把不均匀流体压力施加于膜165或248的相反侧，形成需要外形的均匀变形。

在任一或所有前述力的产生，使膜165或248变形为需要的外形中，通过温度和膜165或248所在的其他物理和化学环境变数的应用，可以修改膜165或248的性质。本发明预见这种调节的应用。

图10和22中看到用作膜悬置边缘的一系列脊，已经被设计成相对于脊间深度足够地高，使当变形到需要的外形时，膜165或248在悬置下面的面积中，必须不与它下面的工具134或246接触。如果接触确实发生，可以使对着工具的压力保持很轻，以致工具的最后阶段不被传递到(施加于)膜165或248的外形。(注意：可以在悬置过程之前或之后涂布反射材料，两者都在本发明预见之中。)

当施加于悬置的膜165或248上的力，已经产生需要的形状时，放上大块的透明材料。然后，使(通过冷却、化学作用、等等)该材料固化或凝固，固定透镜的形状。用于产生圆柱透镜表面的膜165或248的化学、光学、和物理性质，可以显著不同于大块材料的对应性质，该大块材料用于固定透镜需要的光学外形。可以有利地选择这些差别。例如，如果光学上透明的大块材料256，是标准的环氧树脂，那么有数种透明膜的化学材料可用于产生更结实的保护，抵抗环境和机械(擦伤等等)对透镜阵列的攻击。此外，如更早的陈述，可以选择膜165或248的折射率适当小于抵抗材料的折射率，从而为抵抗材料产生硬的抗反射防护层。

圆柱反射镜阵列按与圆柱透镜阵列制作方式相同方式制作。就是说，膜165或248被悬置在一系列脊上，并按透镜阵列制作说明的方式变形，然后按大块衬底使用的外形凝固。但是本例中，或者在悬置和凝固之前，之时，或之后，膜165或248要制成反射的。(如在更早的讨论指出，圆柱反射器阵列的取向，在目的上不同于圆柱折射器(透镜)阵列的取向。)

在本优选实施例中，透镜膜254和反射镜膜258是用两个面对面的工具同时悬置。挡板墙围绕两个工具边缘放置，使大块材料256能够在两个膜254和258之间浇注，然后它们成形为整体的一片，可以想象成图24中的三个单元塌缩在一起。本发明预见，大块的垫板256能够按多个步骤，把各片粘结在一起提供，而不是整体制作。

本优选实施例包括从可视的和紫外透明材料256制作至少悬置工具之一。这样允许在制作时对引入的膜254及258，和大块垫板256进行视觉检查，一旦膜和大块材料的外观可以接受，后面是适当聚合物的UV固化。

本发明的一般特征，允许折射的和反射的形态，有外形(曲率)上的差别。事实上，可以预见在本发明中，它们将常常被设计为不同的。

此外，已经预见，在形态选项之中，能够利用透明大块垫板256成形选项的优势，建立有助于使反射光侧转的小棱镜。这意味着制成有高增益的屏262，将不用为在整个大投影屏262上获得必要的收视者体积，而形成一定的曲率。本发明通过使悬置脊成阶梯形，并把一些透光膜254在它的中性侧(制成的棱镜后侧，投影光不照到这里)对着壁拉紧。一种替代阶梯形实施例的实施例，是埋设折射率与大决垫板256折射率不同的棱镜。

本发明的说明本质上仅是示例性的，因此，不偏离本发明的要旨的变化，应认为包含在本发明范围之内。这些包含不应认为背离本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种光学系统，包括：

独立的轴向光学单元的第一阵列，所述独立轴向光学单元第一阵列包括：

形状与独立轴向光学单元第一阵列的形状一致的第一片膜，所述第一片膜被变位成所述形状；和

固定于所述第一片膜的固化填充材料；

其中所述固化填充材料把所述第一片膜按所述形状固定。

2.按照权利要求1的光学系统，还包括：

与所述独立轴向光学单元第一阵列联接的独立轴向光学单元第二阵列。

3.按照权利要求2的光学系统，其中所述独立轴向光学单元第二阵列，包括固定在所述固化填充材料的第二片膜。

4.按照权利要求3的光学系统，其中所述第二片膜是透明的。

5.按照权利要求3的光学系统，其中所述第二片膜是反射的。

6.按照权利要求2到5任一项的光学系统，其中所述独立轴向光学单元第二阵列，与所述独立轴向光学单元第一阵列进行电磁通信，并相对地放置，为进入的平行光建立多个焦点，以便产生多个像。

7.按照权利要求2到5任一项的光学系统，其中所述独立轴向光学单元第二阵列，可以有选自如下一组的外形：正弦形；弯曲形；板形；平的；形成尖顶形；和不均匀弯曲形。

8.按照权利要求1到5任一项的光学系统，其中所述第一片膜是透明的。

9.按照权利要求1到5任一项的光学系统，其中所述第一片膜是反射的。

10.按照权利要求1到5任一项的光学系统，其中所述独立轴向光学单元第一阵列，可以有选自如下一组的外形：正弦形；弯曲形；板形；平的；形成尖顶形；和不均匀弯曲形。

11.按照权利要求1到5任一项的光学系统，其中通过向所述第一片膜施加差分压力，使所述第一片膜变位成所述形状。

12.一种制作光学阵列的方法，包括：

把第一片膜悬置在工具上；

向所述第一片膜施加差分压力，以把部分所述第一片膜移动成弯曲形位置；和

向所述第一片膜的一侧涂覆填充剂材料，以形成轴向光学阵列。

13.按照权利要求12制作光学阵列的方法，其中所述轴向光学阵列，可以有选自如下一组的外形：正弦形；弯曲形；板形；平的；形成尖顶形；和不均匀弯曲形。

14.按照权利要求12制作光学阵列的方法，其中所述第一片膜的所述弯曲形位置，与所述轴向光学阵列的形状一致。

15.一种制作光学阵列的方法，包括：

把第一片膜悬置在第一工具上；

把第二片膜悬置在第二工具上；

向所述第一片膜施加差分压力；

向所述第二片膜施加差分压力；

以填充剂材料填充所述第一片膜的一侧和所述第二片膜的一侧之间的空间，以形成轴向光学阵列；和

使所述第一和第二工具精确定位，以建立所述第一和第二片膜之间的所述空间。

16.按照权利要求15制作光学阵列的方法，其中所述轴向光学阵列，可以有选自如下一组的外形：正弦形；弯曲形；板形；平的；形成尖顶形；和不均匀弯曲形。

17.按照权利要求15或16制作光学阵列的方法，其中所述第二片膜是反射的。

18.按照权利要求15或16制作光学阵列的方法，其中所述第二片膜是透明的。

19.按照权利要求12到16任一项制作光学阵列的方法，其中所述第一片膜是反射的。

20.按照权利要求12到16任一项制作光学阵列的方法，其中所述第一片膜是透明的。

21.按照权利要求16制作光学阵列的方法，还包括施加所述差分压力，使所述第一片膜相对于所述第一工具移动成所述选择的外形。

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