JP2021006912A - 多様なファセット角を有するフレネルレンズアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】歪みおよび収差が緩和された仮想現実ディスプレイの光学レンズアセンブリを提供する。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイデバイスは、ディスプレイパネルおよびレンズアセンブリを備え、レンズアセンブリは、レンズアセンブリの光軸がディスプレイパネルを横切るように載置される。レンズアセンブリは、表面を有するレンズ本体を含む。表面は、ディスプレイパネルと向かい合っていて、かつ、複数のフレネルプリズム１２０２を規定する。複数のフレネルプリズムに含まれる各フレネルプリズムは、第１の断面において見た場合に第１のファセット角を有し、第１の断面に平行な第２の断面において見た場合に第２のファセット角を有する。第１のファセット角は、第２のファセット角とは異なる。【選択図】図１２

Description

本開示の分野
本開示は、概して、仮想現実ディスプレイに関し、より具体的には、仮想現実ディスプレイの光学レンズアセンブリに関する。

背景
仕事および娯楽用途での視覚媒体の利用が増えていることにともなって、使用者は、臨場感のある視覚体験、特に三次元での体験が組み込まれた視覚体験を求めている。そのため、使用者は、仮想現実（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）ヘッドセットおよび他の三次元（３Ｄ）表示技術を求め始めている。しかしながら、従来のレンズ技術では、使用者の視野、特に視野周縁に、歪みや、焦点の消失、不要な拡大、望ましくない像面湾曲が導入されてしまう。こうした歪みや、収差があると、ＶＲや３Ｄ体験の質が低下し、特には、ＶＲディスプレイの臨場感が損なわれる。歪みおよび収差を打ち消すために、従来の３Ｄディスプレイシステムでは、コンピュータによる複雑な歪み補正技術および色補正技術を採用しているが、その結果、画像表示にかかる待ち時間が長くなっている。歪み、収差、または待ち時間があるために、視覚体験が損なわれている。

添付の図面を参照すれば、本開示に対する理解がより深まり、本開示の多くの特徴および利点が当業者にとって明白となるであろう。

いくつかの実施形態に係るフレネル表面を有するレンズアセンブリを用いた、目の近くで使うディスプレイシステムの断面図である。 いくつかの実施形態に係るフレネル表面を有するレンズ本体を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の例のフレネル表面を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の例のフレネル表面を示す図である。 いくつかの実施形態に係るフレネル表面を有するレンズ本体を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の表面によって規定される複数のフレネルプリズムについて、その向きの例を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の表面によって規定される複数のフレネルプリズムについて、その向きの例を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の、互いに直交する各断面について、中心線の湾曲を示す図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の表面にて規定されるフレネル表面について、異なる位置におけるその構成を示す断面図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体の表面にて規定されるフレネル表面について、異なる位置におけるその構成を示す断面図である。 いくつかの実施形態に係るレンズ本体について、中心線の湾曲のあてはめ曲率半径の変化を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、対向するフレネル表面を含むレンズ本体を示す図である。 いくつかの実施形態に係るアナモルフィックレンズ本体を示す図である。 いくつかの実施形態に係るアナモルフィックレンズ本体を示す図である。 本開示の少なくとも１つの実施形態に係るレンズアセンブリを実現するヘッドマウントディスプレイ（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＭＤ）デバイスの背面図である。

別々の図面中で同一の参照記号を用いている場合は、類似のものまたは同一のものを指している。

詳細な説明
具体的な一例において、装置は、複数のフレネルプリズムを規定する表面を有するレンズ本体を含むレンズアセンブリを備える。複数のフレネルプリズムは、複数のグルーブまたはセグメントとも称され、そのファセット角は、複数のフレネルプリズムに沿った位置に応じて変化してもよい。たとえば、各フレネルプリズムは、そのフレネルプリズムの長さ方向に沿った第１の位置では第１のファセット角を有してよく、そのフレネルプリズムの長さ方向に沿った第２の位置では、第１のファセット角とは異なる第２のファセット角を有してよい。

一例において、レンズアセンブリは、ディスプレイパネルを備えたヘッドアップディスプレイに組み込むことができる。レンズアセンブリは、レンズアセンブリの光軸がディスプレイパネルと交わるように載置される。レンズアセンブリは、アナモルフィックＸ−Ｙレンズ本体を含んでもよい。アナモルフィックＸ−Ｙレンズ本体は、複数のアナモルフィックＸ−Ｙフレネルプリズムを含むか（そのファセット角が、グルーブまたはセグメント（楕円形）が連なる方向に沿って変化し、これにより、特定位置に対する制御が可能であるもの）、または、Ｘ方向のフレネルプリズムとＹ方向のフレネルプリズムとを有しセグメント角が連続的に変動する型（らせん状）の複数のフレネルプリズムといったような、薄く積層された複数のフレネルプリズム（楕円形）を含む。Ｘ方向とＹ方向とは、使用者の視野面において互いに直交する方向（たとえば左右方向と上下方向）である。とりわけ、このレンズアセンブリが装置に組み込まれることにより、新規の構成が提供される。たとえば、レンズ本体が２軸型の湾曲を有する構成、または、湾曲したレンズ本体に平坦領域が組み込まれた構成などが提供される。こうした新規の構成により、使用者の体験は向上し、歪みも緩和される。

たとえば、図１中に示されるように、装置は、レンズ本体１０２を有するレンズアセンブリ１２４を備え、レンズ本体１０２は、ディスプレイパネル１０４と眼の節点１０６との間に配置されている。レンズ本体１０２は表面１１２および表面１１４を有する。図中では、表面１１２が複数のフレネルプリズム１０８を規定している。ディスプレイパネル１０４から放射される、光線１１６または光線１１８などの光は、複数のフレネルプリズム１０８を通る際に屈折し、眼の節点１０６へと進む。図１中に示される向きにて右から左へと見たとき、横切っている光線１１６は、フレネルプリズムの１つにぶつかる最後の光線であり、光線１１８は、このフレネルプリズムに隣接するフレネルプリズムにぶつかる最初の光線であり、両光線は、眼の節点１０６に向かって進み、眼の節点１０６において、互いに隣接し合って見える。

複数のフレネルプリズム１０８は、受光表面１１０（またはファセット）を含み、受光表面は、ディスプレイパネル１０４からの光を、眼の節点へ向かうよう屈折させる。受光表面は、平坦表面または湾曲表面であってもよい。図中では、この屈折表面１１０は非球表面である。受光表面１１０と、非屈折ファセット１２０とが交差して、稜線１２２が形成されている。

各フレネルプリズム１０８は、ファセット高さ（ｆｈ）およびファセット角（ｆａ）を有し、かつ、隣接するフレネルプリズムからファセットピッチ（ｆｐ）だけ離れている。ファセット高さ（ｆｈ）が示す高さは、稜線１２２と、図中の表面１１２などの、レンズ本体１０２の中心線の湾曲に平行な、ある表面と、の間の高さである。ファセット角が示す角度は、稜線から、受光表面１１０と表面１１２または隣接するフレネルプリズムとが接する点まで、屈折表面１１０に沿って延在する線と、レンズ本体１０２の中心線または表面１１２が描く曲線の接線に平行な線と、の間の角度である。ピッチ（ｆｐ）は、隣接し合うフレネルプリズムの稜線同士の間隔である。

図中には、レンズ本体１０２が、複数のフレネルプリズム１０８を規定する１つの表面１１２を有するように示されているが、別の例では、第２の表面１１４もまた、複数のフレネルプリズムを規定してもよい。さらに、図中には、複数のフレネルプリズムを規定する表面１１２が、ディスプレイパネル１０４と向かい合うように、かつ、眼の節点１０６に対向する表面の反対側にあるように示されている。別の例として、表面１１４は、表面１１２により規定される複数のフレネルプリズムの代わりに、または表面１１２により規定される複数のフレネルプリズムに加えて、複数のフレネルプリズムを規定してもよい。

たとえば、レンズ本体１０２は、光学プラスチックまたはガラスから形成されていてよく、フレネル表面１１２は、レンズアセンブリ作製時の成形過程において形成されてよい。代替的には、フレネル表面１１２は、プラスチックまたはガラスのレンズ生地に対して、たとえばエンボス加工、レーザアブレーション、または他の機械加工技術により、形成されてよい。代替的に、眼の節点１０６は、フレネル表面をそれぞれ有する別個のフレネルレンズを２枚合わせることによってできていてもよい。以下に、湾曲したレンズ本体が説明される。この湾曲したレンズ本体は、湾曲外形を維持するように湾曲レンズアセンブリ１０６を作製することによって（たとえば、剛性材料を使用してレンズ本体１０２を成形し、湾曲外形を強固に維持することによって）、得ることができる。または、この湾曲したレンズ本体は、レンズ本体１０２を可撓性となるように形成し、このレンズ本体１０２を湾曲位で載置して、所望の湾曲外形を得ることによっても、得ることができる。

特に、レンズ本体１０２の異なる位置（図が示されるページの奥へ向かう方向に沿った異なる位置）での断面において見た場合、ある断面における複数のフレネルプリズムのファセット角は、別の断面におけるファセット角から変化していてよい。このようにファセット角が変化することにより、レンズ本体が別の構造構成をとることができる。

図２中に示されるさらに他の例において、レンズ本体２００は複数のフレネルプリズム２０２を含む。複数のフレネルプリズムが連なる方向に切断した別個の断面、たとえば断面Ａ−Ａまたは断面Ｂ−Ｂなどにおいて、所与のフレネルプリズムのファセット角は異なる。図２中に示される例において、断面Ｂ−Ｂにおいて見たフレネルプリズムのファセット角は、断面Ａ−Ａにおいて見た同じフレネルプリズムのファセット角より小さい。具体的な一例において、フレネルプリズムは、連続的に変動するファセット角を有する。

たとえば、図３Ａ中に示されるように、複数のフレネルプリズムは断面Ａ−Ａにおいてファセット角（ｆａ_Ａ）を有してよく、同じ複数のフレネルプリズムが断面Ｂ−Ｂにおいて、別のファセット角（ｆａ_Ｂ）を有してよい。一例において、ファセット角ｆａ_Ａは、ファセット角ｆａ_Ｂより大きい。任意で、隣接し合うフレネルプリズム間のピッチ（ｆｐ）は一定であってもよい。たとえば、ある選択されたフレネルプリズムを含む、隣接し合うフレネルプリズムの対において、ピッチ（ｆｐ）はほぼ等しくてよい。「ほぼ等しい」という用語は、本明細書中において使用される場合、製造公差の範囲内において等しいことを意味する。代替的に、ピッチは変化してもよい。

図３Ａ中に示されるように、ファセット角が変化した結果としてファセット高さが変化してもよい。たとえば、断面Ａ−Ａにおけるファセット高さ（ｆｈ_Ａ）は、断面Ｂ−Ｂにおけるファセット高さ（ｆｈ_Ｂ）より大きい。代替的に、図３Ｂ中に示されるように、レンズ本体の中心線に平行な表面に対するファセット高さ（ｆｈ）は、ファセット角がｆａ_Ａからｆａ_Ｂに変化しても、変わらず一定であってもよい。たとえば、この平行な表面とは、ファセット角が最大となる断面などにおいて、レンズ本体の中心線に平行であり、かつ隣接するフレネルプリズム同士の間の最も低い点を通る表面であってもよい。このような例において、ピッチは、一定、または、隣接し合うフレネルプリズムの対においてほぼ等しいものとして図示される。代替的に、レンズ本体の異なる位置および異なる断面において、ピッチは異なる。

特に、使用する複数のフレネルプリズムのファセット角が位置に応じて変化することにより、歪みが緩和された、または使用者の体験をあまり損なわない、別の形状のレンズ本体とすることができる。たとえば、図４中では、レンズ本体４００は複数のフレネルプリズム４０２を含む。複数のフレネルプリズム４０２は、稜線が連続ループとなるように形成できる。つまり、複数のフレネルプリズム４０２に含まれる各フレネルプリズムの稜線がそれぞれ輪を描いて出発点に戻ることで、各稜線が連続するように形成できる。一例において、複数のフレネルプリズム４０２の稜線は、同心を有し円形であってもよい。たとえば、図５中では、１組のフレネルプリズム５００が、中心軸５０４の周りに同心状である複数の円形のフレネルプリズム５０２を含む。図６中に示される別の例において、レンズ本体６００は、稜線が本質的に楕円形をなす複数のフレネルプリズム６０２を含む。この楕円は、その焦点が、軸６０４と一直線上に並んでいてもよい。代替的に、稜線は、上から見たときに不規則な連続曲線を描いていてもよい。

図４に戻って、レンズ４００は、さらに、互いに直交する２つの断面（たとえば、互いに直交する方向４０４に沿った２つの断面）の各々において見た場合にレンズ本体が湾曲して見えるような、軸湾曲を呈してもよい。この２つの断面は、レンズ本体の厚さに平行な断面である。たとえば、図７中では、第１の断面において見た場合に、レンズ本体は湾曲７０２を呈している。レンズ本体を通って延在する中心線は、平坦ではなく、湾曲している。直交する断面を見た場合にも、レンズ本体は平坦ではなく湾曲しているが（断面７０４を参照）、その湾曲の程度は、第１の断面の湾曲の程度とは異なる。互いに直交する断面において見た曲線（７０２または７０４）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。特に、両断面の湾曲は異なっていてよい。

別の例において、互いに平行な断面（たとえば、図４の断面Ａ−Ａおよび断面Ｂ−Ｂ）を見た場合に、レンズの湾曲またはファセット角は、変化してもよい。たとえば、レンズ本体の断面を見て、あてはめ曲率半径を求めてもよい。図８中に示される一例において、レンズ４００は、断面Ａ−Ａにおいて見た場合に、曲率半径（ｒ_Ａ）を有する。複数のファセットフレネルプリズム８０２を有するレンズ本体は、あてはめ曲率半径ｒ_Ａを有する円８０４に、近似的にあてはめることができる。図９中に示されるレンズ４００の、上記とは異なる断面Ｂ−Ｂにおいて、レンズは、上記とは異なるファセット角を有する複数のフレネルプリズム９０２を有してもよい。断面Ｂ−Ｂにおいて、曲率半径ｒ_Ｂを有するレンズ４００の湾曲を、近似的に円９０４にあてはめることができる。図中、半径ｒ_Ｂは半径ｒ_Ａより大きい。両半径の半径比を、異なる位置において定めることができる。たとえば、レンズの半径が最も小さくなる断面におけるレンズの半径を求めることができ、上記断面と平行な、レンズの半径が最も大きくなる断面での、レンズの半径を求めることができる。半径比は、最も大きな半径に対する最も小さな半径の比として定めることができる。一例において、所与のレンズ構成について、半径比は０．１以下であり、たとえば、０．０５以下、さらには０．０１以下である。平坦な区画に近似的にあてはめた曲率半径は、無限に大きくなると考えられる。具体的な一例において、曲率半径が最も大きくなる断
面においてレンズ本体が平坦である場合、半径比はゼロに近くなる。

図１０中に示される別の例において、断面Ａ−Ａおよび断面Ｂ−Ｂに直交する断面においてレンズ１０００を見た場合、レンズ１０００の湾曲領域１００２は、曲率半径の小さい円１００６に近似的にあてはめることができ、断面１０１０４に沿った別の領域は、曲率半径の大きい円１００８に近似的にあてはめることができ、かつ、ほぼ平坦であってもよい。このような形状と、ディスプレイパネルとを組み合わせることにより、たとえばそうした仮想現実ヘッドセットを使用した際の、三次元での体験がさらに向上し得る。

図中には、上述のレンズ本体が、複数のフレネルプリズムを規定する１つの表面を有するように示されているが、代替的に、レンズ本体は、複数のフレネルプリズムをそれぞれ規定する２つの表面を有してもよい。たとえば、図１１中では、レンズアセンブリ１１００は、中心線１１０８を有するレンズ本体１１０２を含む。一方の主要な表面１１０４は、複数のフレネルプリズムを規定する。同様に、反対側の表面１１０６も、複数のフレネルプリズムを規定してもよい。一方の表面上にある複数のフレネルプリズム、または両方の表面上にある複数のフレネルプリズムは、異なる断面において、異なるファセット角を有してもよい。さらに、中心線１１０８から見た場合に、レンズ１１０２は直線状として図示されている。代替的に、中心線１１０８は、別の断面において見た場合に湾曲していてもよい。図中、複数のフレネルプリズムは、中心の軸１１１０の反対側の複数のフレネルプリズムのファセット角を鏡映した構造を有する。言い換えると、中心の軸１１１０の第１の側にあるフレネルプリズムは、中心の軸１１１０の第２の側にあるフレネルプリズムと対称である。つまり、あるフレネルプリズムと、これに対向して向かい合うフレネルプリズムとは、ファセット角がほぼ等しい。代替的に、ファセット角は、中心の軸１１１０に対して非対称である。さらに他の例において、２つのレンズ本体を一緒に使用し、前面にプリズムをそれぞれ有する２つの対向表面を規定してもよい。

具体的な一例において、１つの表面が複数の楕円形フレネルプリズムを規定して、各楕円形フレネルプリズムの第１の軸が各楕円の焦点を通って延在し、同一または別個のレンズ本体に形成された第２の表面が、複数の楕円形フレネルプリズムを規定して、各楕円形フレネルプリズムの第２の軸が、第２の表面により規定されるその楕円形フレネルプリズムの焦点を通って延在するようにできる。第１の軸と第２の軸とは直交してもよい。たとえば、視聴者から見て、第１の軸は左右に延在していてよく、第２の軸は上下に延在していてよい。

別の例において、図１２および図１３中では、レンズ本体１２００が、輪を描いて出発点に戻る連続した稜線を形成する複数のフレネルプリズム１２０２を含んでいてよい。このようなレンズ１２００は、互いに直交する２つの断面のいずれにおいて見た場合にもレンズ本体が湾曲して（たとえば、平坦でなく）見えるような、２軸型の湾曲を呈してもよい。代替的に、このようなレンズ本体は、レンズ本体の特定の点において多軸型の湾曲を呈し、かつ、直交する少なくとも１つの断面において、単軸型の湾曲、または湾曲のない平坦領域を呈してもよい。具体的な一例において、レンズ本体１２００は、複数のファセットプリズムを含むアナモルフィックレンズとして形成されていてよく、これら複数のファセットプリズムは、各フレネルプリズムの長さ方向に沿った異なる位置において、異なるファセット角を有する。一例において、複数のフレネルプリズムは、第１の位置と第２の位置とにおけるファセット高さがほぼ等しくてよい。隣接し合うフレネルプリズムの対におけるファセットピッチは、ほぼ等しくてよい。

具体的な一例において、複数のフレネルプリズム１２０２のファセット角（ｆａ）は、０^ｏ〜８０^ｏの範囲であってよく、たとえば、１０^ｏ〜８０^ｏの範囲、２０^ｏ〜７０^ｏの範囲、または２５^ｏ〜７０^ｏの範囲などであってよい。さらに他の例において、複数のフ
レネルプリズム１２０２のピッチ（ｆｐ）は、１００マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲であってよく、たとえば、５００マイクロメートル〜２ｍｍの範囲、または５００マイクロメートル〜１ｍｍの範囲などであってよい。複数のフレネルプリズム１２０２は、−２０^ｏ〜６０^ｏの範囲の抜き勾配（頂点からレンズの中に向かって延在する鉛直線と、非屈折面と、によって規定される角度）を有してもよい。

図１４に、目の近くで使うディスプレイシステム１００を実現するよう構成された、少なくとも１つの実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ
ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＭＤ）デバイス１４００の例が示される。ＨＭＤデバイス１４００を使用者の顔に近い位置に固定して、使用者の動きに合わせてＨＭＤデバイス１４００も動くようにするために、ストラップまたは他の方法で使用者の頭部に取り付けた装置を用いて、使用者の頭部にＨＭＤデバイス１４００を装着する。しかしながら、場合によっては、使用者が、タブレットコンピュータなどの手持ち式装置を自分の顔の高さに持ち、その手持ち式装置の動きを抑えることにより、使用者の頭部が動いても手持ち式装置の向きが使用者の頭部に対して比較的固定されているようにしてもよい。こうした場合、上述のように扱う手持ち式装置は、使用者の頭部に物理的に取り付けて「装着」されてはいないのであるが、ＨＭＤデバイス１４００の一実現例とみなすことができる。

ＨＭＤデバイス１４００は、表面１４０４を有するハウジング１４０２と、顔用ガスケット１４０６と、使用者の頭部にハウジング１４０２を装着して使用者がハウジング１４０２の表面１４０４と向かい合うようにするための１組のストラップまたはハーネス（明確さを期して図１４中に図示せず）とを備える。上記の実施形態において、ＨＭＤデバイス１４００は両眼用ＨＭＤであり、したがって、左眼用ディスプレイパネル１４０８および右眼用ディスプレイパネル１４１０が表面１４０４に配置されている（ディスプレイパネル１４０８、１４１０は、２つ一緒に、または別々に、図１のディスプレイパネル１０４の一実施形態を表す）。ディスプレイパネル１４０８、１４１０は、別個のディスプレイパネル（すなわち、別個のディスプレイドライバハードウェアコンポーネントにより駆動される独立したディスプレイアレイ）として実現されてもよく、または、ディスプレイパネル１４０８、１４１０は、単一のディスプレイパネルにおいて論理的に分割された領域（たとえば、単一のディスプレイアレイが左「半分」と右「半分」とに論理的に分割されたもの）として実現されてもよい。ハウジング１４０２は、さらに、左眼用ディスプレイパネル１４０８と一直線上に並ぶアイピースレンズアセンブリ１４１２と、右眼用ディスプレイパネル１４１０と一直線上に並ぶアイピースレンズアセンブリ１４１４とを含む。代替的に、いくつかの実施形態において、ＨＭＤデバイス１４００は単眼用ＨＭＤとして実現されてもよく、この単眼用ＨＭＤは、左アイピースレンズアセンブリ１４１２および右アイピースレンズアセンブリ１４１４を通して、または、間にレンズを挟まず直接、使用者の両眼に対して単一の画像を提示する。レンズアセンブリ１４１２、１４１４はそれぞれ、レンズアセンブリ１２４、２００、４００、１１００、１２００、またはそれらの組み合わせなどの、本明細書中に開示されるレンズアセンブリのうちいずれのレンズアセンブリを実現するものであってもよい。一例において、レンズアセンブリ１４１２、１４１４の構造は、垂直方向に規定されていてかつ図１４中で紙面の奥へと延在する平面１４１６を介して、互いに鏡映関係にあってもよい。言い換えると、レンズアセンブリ１４１２、１４１４の構造は、平面１４１６に対して互いに鏡映関係にある。したがって、レンズアセンブリ１４１２、１４１４の正味の像面湾曲は、実質的に平坦、湾曲、またはそれらの組み合わせであり得るディスプレイパネル１４０８、１４１０の像面湾曲と、よく合致していてよい。特に、複数のフレネルプリズムは、ディスプレイパネル１４０８または１４１０に向かい合うレンズアセンブリ１４１２または１４１４の表面によって、規定される。したがって、ＨＭＤデバイス１４００は、焦点収差が緩和され、かつ、従来のレンズを使用して実現したＨＭＤに生じ得る他の収差または歪みも緩和されたものであり得る。

概略的な記述または例示において上述された動作のすべてが必要でなくてもよく、特定の動作の一部が必要でなくてもよく、そして、記載された動作に加えて１つ以上のさらに他の動作が行なわれてもよいことに留意されたい。さらに、動作の列挙順が、必ずしも、それら動作の実行順と一致しなくてもよい。

上述された明細書中において、特定の実施形態を参照して、いくつかの概念を説明したが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更および変形が実施可能であることを認識する。したがって、明細書および図面は限定的ではなく例示的な意味で考慮されるべきであり、上記のような変更例はすべて本発明の範囲内に含まれるように意図されている。

「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」などの用語またはその他の変形は、本明細書中において使用される場合、非排他的な包含を網羅することを意図している。たとえば、一連の特徴を含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもこれらの特徴のみに限らず、明記されていない他の特徴、またはこれらのプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の特徴を含むことができる。また、特に明記しない限り、「または」という用語は、排他的ではなく包括的な意味を有する。たとえば、条件ＡまたはＢを満たすことは、Ａが真であり（または存在する）、Ｂが偽である（または存在しない）こと、Ａが偽であり（または存在しない）、Ｂが真である（または存在する）こと、ＡおよびＢの両方が真である（または存在する）ことのいずれかを意味する。

また、「ａ」または「ａｎ」は、本明細書中に記載の要素および成分を記載するために使用される。これらは、単に便宜上、本発明の範囲の一般的な意味を与えるために使用される。このような記載は、１つまたは少なくとも１つを含むように理解されるべきである。また、特に明記しない限り、単数形のものは、複数形のものを含む。

利益、他の利点、および課題の解決策は、特定の実施形態にしたがって、上述されている。しかしながら、任意の利益、利点、または課題の解決策を生じ得るまたはより顕著にさせ得る利益、利点、課題の解決策、および任意の特徴が、任意の請求項またはすべての請求項の必要かつ重要な特徴、または不可欠な特徴として解釈されるべきではない。

本明細書を読めば、当業者には、明確さを期して本明細書中において別々の実施形態に記載された特定の特徴が、組み合わせて単一の実施形態に提供されてもよいということが理解されるであろう。逆に、簡潔性のために単一の実施形態に記載されたさまざまな特徴は、別々に、または任意の組合せで提供されてもよい。さらに、ある範囲に含まれるとして記載された値に言及する場合、その範囲内の各々の値およびすべての値を含む。

各フレネルプリズム１０８は、ファセットの高さ（ｆｈ）およびファセット角（ｆａ）を有し、かつ、隣接するフレネルプリズムからファセットピッチ（ｆｐ）だけ離れている。ファセットの高さ（ｆｈ）が示す高さは、稜線１２２と、図中の表面１１２などの、レンズ本体１０２の中心線の湾曲に平行な、ある表面と、の間の高さである。ファセット角が示す角度は、稜線から、受光表面１１０と表面１１２または隣接するフレネルプリズムとが接する点まで、屈折表面１１０に沿って延在する線と、レンズ本体１０２の中心線または表面１１２が描く曲線の接線に平行な線と、の間の角度である。ピッチ（ｆｐ）は、隣接し合うフレネルプリズムの稜線同士の間隔である。

図３Ａ中に示されるように、ファセット角が変化した結果としてファセットの高さが変化してもよい。たとえば、断面Ａ−Ａにおけるファセットの高さ（ｆｈ_Ａ）は、断面Ｂ−Ｂにおけるファセットの高さ（ｆｈ_Ｂ）より大きい。代替的に、図３Ｂ中に示されるように、レンズ本体の中心線に平行な表面に対するファセットの高さ（ｆｈ）は、ファセット角がｆａ_Ａからｆａ_Ｂに変化しても、変わらず一定であってもよい。たとえば、この平行な表面とは、ファセット角が最大となる断面などにおいて、レンズ本体の中心線に平行であり、かつ隣接するフレネルプリズム同士の間の最も低い点を通る表面であってもよい。このような例において、ピッチは、一定、または、隣接し合うフレネルプリズムの対においてほぼ等しいものとして図示される。代替的に、レンズ本体の異なる位置および異なる断面において、ピッチは異なる。

別の例において、図１２および図１３中では、レンズ本体１２００が、輪を描いて出発点に戻る連続した稜線を形成する複数のフレネルプリズム１２０２を含んでいてよい。このようなレンズ１２００は、互いに直交する２つの断面のいずれにおいて見た場合にもレンズ本体が湾曲して（たとえば、平坦でなく）見えるような、２軸型の湾曲を呈してもよい。代替的に、このようなレンズ本体は、レンズ本体の特定の点において多軸型の湾曲を呈し、かつ、直交する少なくとも１つの断面において、単軸型の湾曲、または湾曲のない平坦領域を呈してもよい。具体的な一例において、レンズ本体１２００は、複数のファセットプリズムを含むアナモルフィックレンズとして形成されていてよく、これら複数のファセットプリズムは、各フレネルプリズムの長さ方向に沿った異なる位置において、異なるファセット角を有する。一例において、複数のフレネルプリズムは、第１の位置と第２の位置とにおけるファセットの高さがほぼ等しくてよい。隣接し合うフレネルプリズムの対におけるファセットピッチは、ほぼ等しくてよい。

Claims (15)

1. 装置であって、
   レンズアセンブリ［１２４］を備え、前記レンズアセンブリは、複数のフレネルプリズム［１０８］を規定する第１の表面［１１２］を有するレンズ本体［１０２］を含み、
   前記複数のフレネルプリズムに含まれる各フレネルプリズムは、第１の断面において見た場合に第１のファセット角を有し、前記第１の断面に平行な第２の断面において見た場合に第２のファセット角を有し、前記第１のファセット角は前記第２のファセット角とは異なる、装置。
2. 前記各フレネルプリズムは、前記第１の断面および前記第２の断面において、ファセット高さが等しい、請求項１に記載の装置。
3. 前記各フレネルプリズムと、前記各フレネルプリズムに隣接するフレネルプリズムとは、ファセット高さがほぼ等しい、請求項１に記載の装置。
4. 前記各フレネルプリズムを含む隣接し合うフレネルプリズムの対において、ピッチはほぼ等しい、請求項１に記載の装置。
5. 前記各フレネルプリズムはループ状に延在する、請求項１に記載の装置。
6. 前記各フレネルプリズムは円形に延在する、請求項５に記載の装置。
7. 前記各フレネルプリズムは楕円形に延在する、請求項５に記載の装置。
8. 前記レンズ本体は、前記レンズ本体のある位置において交差する互いに直交する２つの断面の各々において、湾曲している、請求項１に記載の装置。
9. 前記レンズ本体は、前記第１の断面において第１のあてはめ曲率半径を有し、前記第２の断面において第２のあてはめ曲率半径を有し、前記第１のあてはめ半径は前記第２のあてはめ半径より小さい、請求項１に記載の装置。
10. 前記第２のあてはめ半径に対する前記第１のあてはめ半径の半径比は、０．１以下である、請求項９に記載の装置。
11. 前記半径比は０．０５以下である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記レンズ本体はアナモルフィックである、請求項１に記載の装置。
13. 前記レンズ本体は、前記第１の表面の反対側にある第２の表面により規定される複数の第２のフレネルプリズムをさらに含む、請求項１に記載の装置。
14. 前記複数の第２のフレネルプリズムに含まれる各第２のフレネルプリズムは、第３の断面において見た場合に第３のファセット角を有し、前記第３の断面に平行な第４の断面において見た場合に第４のファセット角を有し、前記第３のファセット角は前記第４のファセット角とは異なる、請求項１３に記載の装置。
15. 前記各フレネルプリズムは、連続的に変動するファセット角を有する、請求項１に記載の装置。

Images