JP3776036B2 - 同一中心の自動立体光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して電子的に生成された映像を観察する自動立体ディスプレイシステムに関する。本発明は、特に、超広角範囲の映像と大きな出射ひとみ(exit pupil)を提供するための光学部材を同一中心に配置する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動立体ディスプレイシステムの潜在的価値は、娯楽やシミュレーションの世界で特に広く理解されている。自動立体ディスプレイシステムには、超広角視野を有する３次元映像で観察者を映像的に取り囲んで、観察者に現実的な映像体験を与えることを意図した「没入（イマージョン(immersion)）」システムを含んでいる。より大きな立体ディスプレイのグループと区別するとすれば、この自動立体ディスプレイは、ゴーグル、ヘッドギア、それに特殊眼鏡等が着用するタイプのアイテムを必要としない点で特徴付けられる。すなわち、観察者にとって「自然」な観察条件を提供しようとするものである。
【０００３】
SID 99ダイジェストにおける論文「Autostereoscopic Properties of Spherical Panoramic Virtual Displays(仮想パノラマ的球面ディスプレイの自動立体視特性)」において、Ｇ．Ｊ．キンツ(Kints)氏によって広角視野を備えた自動立体ディスプレイを提供する一つの方法を示されている。キンツの方法を用いると、眼鏡やヘッドギアは不要となる。しかし、ＬＥＤ発光器アレーを備え、素早く回転している球殻の中に観察者の頭を位置させなければならず、同一中心ミラーによって映像化され、コリメートされた仮想映像を形成する。キンツの方法は、広角視野を有する真の自動立体システムについての一つの答えを与えるものであるが、その一方、重大な欠点を有している。キンツの方法の欠点の一つは、観察者の頭を素早く回転している表面に近づけることが必要な点である。このような方法では、回転している表面上の部材との接触による事故や傷害の起こる可能性を最小限にすることが必要である。たとえ保護用にシールドしていても、高速に移動している表面に近いと、少なくとも観察者を不安にさせてしまう。さらに、このようなシステムの使用においては、頭を動かすにあたって大きな制限を課している。
【０００４】
別の種類の自動立体視システムでは、観察者の目の上の一対の投射器の出射ひとみへ映像化させており、これについて、S.A.ベントン(Benton)氏らの論文（「Micropolarizerbased multiple-viewer autostereoscopic display」Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems VI, SPIE, １月、1999）に要約されている。上述の論文でベントンらによって要約されているように、ひとみによる映像化は、大きなレンズや鏡面を用いて実現される。映像化されたひとみに目をあわせると、観察者は、クロストークもなく、またいかなる種類の眼鏡類も装着することなく、立体的な場面を見ることができる。
【０００５】
容易にわかるように、広角視野と大きな出射ひとみを備えた３次元映像を示すことによって、ひとみ映像を用いた自動立体ディスプレイシステムによって得られる映像体験の現実性を高めることができる。窮屈な制約なく頭を移動させることができ、観察者がゴーグルやその他の装置を着用する必要なく、観察者が快適に座ることができる場合には、このシステムによって最も効果的に没入観察作用を得られる。十分に満足な３次元映像のために、このシステムによって左右の目に離れた、高解像度の映像を提供する。また、容易に理解されるように、このシステムは、使用可能な実際の小さなフロア空間を占めるにもかかわらず、深く、広い世界の幻影を創造するために、コンパクト性の点で最も好まれて設計されている。最も現実的な映像体験のために、大きな間隔を空けて現れるように配置された仮想映像を観察者に示されるべきである。
【０００６】
また、「両眼転導」及び「遠近調節」に連動する強いきっかけ(depth cue)の間の不一致は映像体験に不利な影響を与えることが知られている。「両眼転導」とは、物の分離した映像を視野内に融合させるために、観察者が目を交差させなければならない角度をいう。「両眼転導」が減ると、観察物の消失がより遠くなる。「遠近調節」とは、対象物に網膜の焦点を合せておくために観察者の目のレンズ形状を変化させることをいう。「両眼転導」及び「遠近調節」についての強いきっかけの不適当な組合せにある時間の間さらされた場合には、観察者の深い知覚(depth perception)は、一次的に低下することが知られている。また、この深い近くへの負の効果は、「遠近調節」のきっかけが遠くの映像位置に対応する場合には、緩和されることが知られている。
【０００７】
従来の自動立体ディスプレイ・ユニットの例は、米国特許第５６７１９９２号に記載されている。この場合、観察者は座って、それぞれの目についての分離投射器から生成された映像を用いて創造され、複数の鏡からなる映像システムを用いて観察者に送出された３次元効果を知覚して体験する。
【０００８】
立体映像に関する従来の解答は、上記のいくつかの試みを扱っているが、改善の余地がある。例えば、初期の立体視システムでは、３次元映像体験を得るために、特別なヘッドギア、ゴーグル、あるいは眼鏡を用いていた。このようなシステムの正に一つの例としては、米国特許第６０３４７１７号には、３次元映像を創造するために選択的に適当な映像をそれぞれの目に見せるために、観察者は受動的に偏光する一組の眼鏡を装着する必要のある投射ディスプレイ・システムが記載されていた。
【０００９】
確かに、シミュレーション用途などのように、ある種類のヘッドギアが立体視映像用として適当と思われる場面もある。このような用途のために、米国特許第５５７２２２９号には、広角視野の立体映像が得られる投射ディスプレイヘッドギアが記載されている。しかし、米国特許第５６７１９９２号の装置に記載のように、可能であれば、観察者がどの種類の装置も装着する必要がないほうが立体映像を提供する上で有利である。また、頭を動かす自由度があるほうが有利である。一方、米国特許第５９０８３００号（ウォーカー(Walker)他）には、観察者の頭を固定位置に保持するハンググラインディングのシミュレーションシステムが記載されている。このような方法は、ウォーカーらによって記載された限定されたシミュレーション環境では許容されるかもしれないし、装置全体の光学的設計を簡単化できるかもしれないが、頭の移動を制約していることは没入システムにおいては不都合である。特に、ウォーカーらの特許に記載されているシステムでは、狭い映像アパーチャを用いており、事実上、視野を制限している。オフ−アクシス方向に配置された複雑な従来の投射レンズは、米国特許第５９０８３００号に記載されている装置に用いられている。この投射レンズは、所望の出射ひとみサイズを得るように設計されている。
【００１０】
観察者から２つの異なる距離だけ離れた２つのスクリーンの組み合わされた映像をビームスプリッタを介して観察者に示して立体視効果を与える多くのシステムが開発されている。これによって、米国特許第５２５５０２８号に記載されているように立体映像の幻影を創造することができる。しかし、この種のシステムは、小さい視野角に制限され、そのため、没入映像体験を与えるには好ましくない。それに加えて、このシステムを用いて表示される映像は、観察者の近くに示される実映像であり、そのため、上述の「両眼転導」や「遠近調節」の問題を引き起こしやすい。
【００１１】
よく知られているように、「両眼転導」及び「遠近調節」の効果を最小にするために、３次元映像システムは、観察者から相対的に遠く離れた位置で、実映像又は仮想映像のいずれであっても、一対の立体映像を表示しなければならない。実映像に関しては、これは、大きなディスプレイ・スクリーンを用いなければならないことを意味しており、好ましくは、観察者から適当な間隔を空けて配置されている。しかし、仮想映像に関しては、米国特許第５９０８３００号に記載されているように、比較的小さい湾曲鏡面を用いることができる。湾曲鏡面は、コリメータとして機能し、観察者から遠く離れたところで仮想映像を提供する。別の立体映像システムは、伸張可能なメンブラン・ミラーを用いている論文「Membrane Mirror Based Autostereoscopic Display for Tele-Operation and Telepresence Applications」（Stereoscopic Displays and Virtual Reality System VII, Proceedings of SPIE, Volume 3957(McKay（マッカイ）, Mair, Mason, Revie)）に記載されている。マッカイの論文に記載されている装置は、従来の投射光学を利用していることと、メンブラン・ミラーの曲面を制限する次元的な制約のために、視野が制限されている。
【００１２】
また、湾曲鏡面は、立体システムにおいて、実映像を提供するためにも用いられ、この場合には、湾曲鏡面はコリメータとしては用いられない。このようなシステムは、例えば、米国特許第４６２３２２３号及び米国特許第４７９９７６３号に記載されている。しかし、これらのシステムは、狭い視野が必要とされる場合にのみ好ましい。
【００１３】
特に、たとえ湾曲面から反射された映像であっても、平坦なスクリーンにその映像を投射する立体投射に関する解答(solution)はある。これによって、望ましくない歪み、その他の映像の収差を招き、そのため視野を制限し、映像品質全体を制限してしまう。
【００１４】
光学的な観点からは、ひとみ映像を用いた自動立体視設計が有利と思われる。ひとみ映像に関して設計されたシステムは、左右のひとみに対応して分離させた映像を提供し、ゴーグルや特殊なヘッドギア等を除いた最も自然な映像観察を提供するはずである。これに加えて、動きにある程度の自由度を許し、超広角視野を提供するためには、観察者に最大限可能な大きさのひとみを提供するシステムが有利である。これらのそれぞれの要求を満足させることが困難なことは光学業界において知られている。理想的な自動立体映像システムによれば、より十分な満足度と、現実感のある映像体験を与えるという課題を満足させるはずである。加えて、このシステムでは、高輝度及び高コントラストな現実感ある映像化に関する十分な答えを与えるはずである。さらに、システムを狭い面積に納める必要から生じる物理的な制約と、眼間の離間による次元的な制約について考慮すべきであり、その結果、それぞれの目に向けられる分離映像は、都合よく間隔を空けて、観察用に正しく分離されている。なお、投射レンズの大きさを簡単に調整することによって、より大きな直径のひとみを得る試みがあるが、眼間間隔の制約のために、超広角視野を得られるより大きな直径のひとみを得る可能性は制限されている。
【００１５】
米国特許第３７４８０１５号（オフナー）には、単一倍率用に設計された映像システムにおける曲面の中心が一致するように配置された球状ミラーについて示している。この米国特許第３７４８０１５号に記載されているように、同一中心映像システムは、平坦物の高輝度映像について非常に有利である。このオフナーの特許公報に記載されている同一中心配置によって、複数種類の映像収差を最小化することができ、概念的に簡単であり、それによって、高輝度の反射映像システム用の簡単化された光学設計を得ることができる。また、米国特許第４３３１３９０号に記載のように、鏡面及びレンズの同一中心配置は、広角視野を有する望遠鏡システムについても有利であることが知られている。しかし、全体の簡単化、歪み及び光学収差の最小化についての同一中心配置の利点は分かるが、その一方、このようなデザイン・コンセプトを、妥当な狭い占有面積で、広角視野と大きな出射ひとみとを必要とする没入システムにおいて実現することは困難である。さらに、完全な同一中心構造では、左右のひとみに関して分離された映像を必要とする完全な立体映像についての要求を満足させることはできない。
【００１６】
米国特許第５９０８３００号に記載されているように、従来、ひとみ映像方式自動立体ディスプレイの投射レンズとして、広角投射レンズが用いられている。しかし、従来方法には多くの不利益がある。角度のある視野を実現し、効果的な没入映像に必要な広角レンズシステムは非常に複雑であり、コスト高ともなる。大判カメラの普通の広角レンズ、例えば、ドイツのイェーナのカール・ツアイス・スティッフン社製のBiogon（登録商標）等は、７５度の視野角を実現できる。このBiogonレンズは、７つのレンズ部材からなり、提供するひとみサイズはたった１０ｍｍであるのに、８０ｍｍを超える直径を有する。より大きなひとみサイズのためには、サイズに合せた大きさにレンズを設計する必要があるが、このレンズ体の大きな直径は、観察位置の眼間間隔の点から立体視没入システム用としては難しい。左右の目に装着するアセンブリをそれぞれの位置に配置するようにレンズをカッティングするのはコストがかかり、そのため、人の眼間の離間に一致するように一対のレンズひとみの間隔を空けるようにするには、製造上の困難な問題がある。眼間間隔の制限によって、それぞれの目への投射装置の空間位置を制限し、簡単なレンズのスケーリングによるひとみサイズのスケーリングを妨げる。さらに、効果的な没入システムによれば、最も都合よく、好ましくは９０度以上の超広角視野を得ることができ、好ましくは２０ｍｍ以上の大きな出射ひとみを提供することができる。
【００１７】
別の大きな視野の用途について、米国特許第５９４０５６４号に記載されているように、球状レンズは特定の光学機能用に持ちられ、部分的に小型化された球状レンズは、光ファイバ結合及び伝送用途で用いられる。この米国特許第５９４０５６４号には、結合装置内の小型の球状レンズを用いた場合の利点を示している。米国特許第５２０６４９９号に記載されているように、より大きな規模では、球状レンズは天文観測装置に用いられている。米国特許第５２０６４９９号には、オフ−アクシスの収差と歪みとを最小にしながら、６０度以上の広角視野を得ることができるので、球状レンズは用いられている。特に、単一の光学軸としなかったことによりいずれの光も球状レンズを介して透過し、その光学軸を画定すると思われる。入射光の角度変化によっても照度減少が低いため、球状レンズは、光を空間から多数のセンサに指向させるために好ましく用いられている。特に、球状レンズの出射点におけるフォトセンサは、湾曲焦点面に沿って配置されている。
【００１８】
また、米国特許第５３１９９６８号に記載されているように、広角映像用の球形又は球状レンズは、宇宙船の飛行姿勢を測定する装置に用いられている。この場合、ミラー・アレーから球状レンズを介して光線が照射される。このレンズの形状は、レンズを通過する光ビームが通常の状態で映像面に投射されるので、都合がよい。そこで、光線はレンズの中心に向って屈折するので、その結果、広角視野を有する映像システムを得ることができる。
【００１９】
球状レンズ特性の別の用途について、米国特許第４８５４６８８号に記載されている。米国特許第４８５４６８８号に記載の光学配置では、パイロット用のヘッドギアに付随される等、非線形経路に沿った２次元映像の伝送について示しており、球状レンズによって、パイロットの視野のために無限遠で光学的にコリメートされている入射映像を導く。球状レンズの広角映像への別の利用可能性が米国特許第４１２４９７８号に記載されている。この米国特許第４１２４９７８号には、夜間観察用の両眼光学機器における対物レンズの一部としての球状レンズの使用が示されている。
【００２０】
上述の各特許公報に示されている球状レンズの使用から、支持光学部材と連係して広角視野の映像を提供する球状レンズの全体の可能性を示唆している。しかし、特に、投射する映像が電子的に処理される没入映像用装置に効果的に用いるためには、乗り越えるべき課題がある。空間光変調器等の装置を用いた従来の電子映像表現技術によって、平坦面に映像を提供できる。平坦な映像化についての球状レンズ特性は、非常に貧弱である。
【００２１】
また、複数種類の広角視野を提供する光学投射で扱うべき没入システムについての他の基本的な光学的制限がある。ラグランジェ不変によって課される重要な制限がある。どの映像システムもラグランジェ不変に従うので、生成するひとみサイズとセミ−フィールド角は、生成する映像サイズと数的アパーチャに一致し、光学システムについての不変量である。これは、装置に付随するラグランジェ値は小さいので、相対的に小さい数的アパーチャにわたって動作させる相対的に小さい空間光変調器や同様のピクセルアレーを映像生成器として用いる場合の制限となる。しかし、大きなひとみサイズを有して広角視野を提供する（即ち、大きな数的アパーチャ(numerical aperture)を有する）同一中心映像システムでは、本質的に大きなラグランジェ値を有する。そのため、この同一中心映像システムを小さいラグランジェ値を有する空間光変調器とともに使用すると、映像システムの視野又はアパーチャのいずれか、あるいはその両方がラグランジェ値の不一致のために欠肉することがある。ラグランジェ不変の詳細については、「Modern Optical Engineering, The Design of Optical Systems」（Warren J. Smith, McGraw-Hill社発行、第42-45頁）に詳しい。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、自動映像についてのいくつかの要求を満足する従来法があるが、さらに改良された自動立体映像装置が必要とされている。この装置によれば、構造的に簡単な装置を提供し、収差及び映像歪みを最小にし、広角視野、大きなひとみサイズ、それに人の眼間間隔の制限についての要求を満足する。
【００２３】
本発明の目的は、仮想立体映像を観察する自動立体光学装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態によれば、本発明の同一中心の自動立体光学装置は、観察者が左観察用ひとみで観察する左映像と、前記観察者が右観察用ひとみで観察する右映像とからなる仮想立体映像を観察するために用いる同一中心の自動立体光学装置であって、前記装置は、
（ａ）前記左観察用ひとみで観察される前記左映像を形成する左光学システムであって、前記左光学システムは、
（１）左映像生成器と、左中間映像を形成する左中継レンズとからなり、シーン内容を提供する左映像生成システムと、
（２）前記左中間映像を受取る左球面的湾曲拡散面を備え、前記左球面的湾曲拡散面は、左球状レンズの中心と実質的に同じ曲面中心を有し、前記左球状レンズは、前記左球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されていることによって左湾曲映像が形成され、前記左湾曲映像は実映像であって、前記左湾曲映像の中心は、前記球状レンズの曲面の中心と一致し、前記左球状レンズは左球状レンズひとみを有する左投射システムと
からなる左光学システムと、
（ｂ）前記右観察用ひとみで観察される前記右映像を形成する右光学システムであって、前記右光学システムは、
（１）右映像生成器と、右中間映像を形成する右中継レンズとからなり、シーン内容を提供する右映像生成システムと、
（２）前記右中間映像を受取る右球面的湾曲拡散面を備え、前記右球面的湾曲拡散面は、右球状レンズの中心と実質的に同じ曲面中心を有し、前記右球状レンズは、前記右球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されていることによって右湾曲映像が形成され、前記右湾曲映像は実映像であって、前記右湾曲映像の中心は、前記球状レンズの曲面の中心と一致し、前記右球状レンズは右球状レンズひとみを有する右投射システムと
からなる右光学システムと、
（ｃ）前記左球状レンズと前記右球状レンズとの間の中間に光学的な中心を有する曲面を備えた湾曲鏡面と、
（ｄ）前記左右湾曲映像を前記湾曲鏡面に反射するように配置されたビームスプリッタであって、前記湾曲鏡面は、前記左右湾曲映像の仮想立体映像を形成するように配置され、前記湾曲鏡面は、前記ビームスプリッタを介して、前記左観察用ひとみで前記左球状レンズひとみの実映像及び前記右観察用ひとみで前記右球状レンズひとみの実映像を形成する、ビームスプリッタと
を備える。
【００２５】
本発明の特徴は、光学部材の同一中心的配置を利用したことであり、これによって構造を簡単化でき、収差を最小化し、さらに、大きな出射ひとみで広角視野を提供する。
【００２６】
本発明の他の特徴は、微小映像生成器の低いラグランジェ制約を投射システムの大きなラグランジェ制約に適合させるために、光学システム内に中間拡散面を用いたことである。
【００２７】
本発明のさらに別の特徴は、放射性湾曲面からの光を投射することである。この配置によって、自動立体光学装置及び多数の必要な支持光学部材の複雑さを最小にすることを助ける。
【００２８】
本発明の利点は、小さい面積のディスプレイシステムに収納された光学部材のコンパクトな配置を提供することである。
【００２９】
さらに、本発明の利点は、高輝度、高コントラスト、及び超広角視野を備えた高解像度の電子的立体映像が得られることである。本発明は、軽効率であって、相対的に低いレベルの投射光しか必要としないシステムを提供する。
【００３０】
本発明の利点は、従来の投射レンズシステムのコストと比較した場合に、安価な広角立体投射についての一つの答えを与えることである。
【００３１】
さらに、本発明の利点は、観察者がゴーグルやその他の装置を装着する必要がなく立体視の観察ができることである。
【００３２】
またさらに、本発明の別の利点は、ディスプレイに関する観察者の配列が重要でない程度の十分な大きさの出射ひとみを提供する。
【００３３】
本発明の上述した目的、特徴、及び利点、さらにその他の目的、特徴及び利点は、本発明の実施の形態を図示して説明している図面を参照すると共に、本明細書を読むことで当業者には理解される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
特に、本発明による装置の一部を構成する部材、又は、この装置と共に同時に動作する部材について、以下に説明する。なお、示されていない部材及び説明については、当業者に周知の種々の形態をとりうることは当然のこととして考えられている。
【００３５】
図１には、自動立体映像システム１０の斜視図が示されている。通常、観察者１２は、着席して左右の観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒで仮想立体映像を見る。最適な観察条件は、観察者１２の左右の目のひとみ６８ｌ（図示せず）、６８ｒが左右の観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒの位置と一致する場合に得られる。
【００３６】
映像は、右光学システム２０ｒから右球状レンズ３０ｒを介してビームスプリッタ１６に送出される。右湾曲映像８０ｒは、右球状レンズ３０ｒと湾曲鏡面２４との間に位置するように、前方焦点面２２に形成される。
【００３７】
なお、図１に示すように、観察者に見られる立体映像用の２つの部材がある。立体映像は、左湾曲映像８０ｌと右湾曲映像８０ｒとからなる湾曲映像８０である。左湾曲映像８０ｌ及び右湾曲映像８０ｒとは、立体的な３−Ｄ効果を生じさせるために、場面の内容において明らかに相違している。観察者１２に見られる立体映像は、左観察用ひとみ１４ｌで観察される左映像と、右観察用ひとみ１４ｒで観察される右映像とからなる。図１に示すように、システム１０における左右の光路は、湾曲鏡面２４による映像形成のために交差している。
【００３８】
以下に、主として観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒのうちのいずれかに光を送出する光学部材について説明する。なお、左右の球状レンズ装置３０ｌ、３０ｒまで含めると、左光学システム２０ｌ及び右光学システム２０ｒについて、即ち、両方の光路用に同様の光学部材が用いられる。以下に、左右光学システム２０の両方について明確に説明する。左右の光路間の相違点は、明確にする必要がある場合にのみ示される。以下の記載では、左の意味の添字”ｌ”や右の意味の”ｒ”は必要でないので除いている。
【００３９】
もう一度図１を参照すると、観察者１２によって見られる立体映像は、鏡面２４による湾曲映像８０から仮想映像として形成される。即ち、映像は湾曲鏡面２４の表面に投射されたかのように観察者に見えるのではなく、その代わりに、湾曲鏡面２４の背後、鏡面２４の背面と無限遠との間に見える。
【００４０】
図１は、光学設計についての斜視図には解決すべき重要な課題を示しており、本発明によって提供される解答の概観も示している。最も日常的な立体視感に達するために重要な設計上の考慮について概説する。効果的な没入体験を提供するためには、従来技術を利用して実現できる６０度以上の広角視野が重要である。観察者に快適に利用してもらうためには、観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒは十分に大きくなければならない。設計の目的として、本発明のシステム１０では、直径２０ｍｍ以上の観察用ひとみ１４を備えた少なくとも９０度の視野を提供するつもりである。
【００４１】
図２には、自動立体映像システムにおける主要な光学部材の概略図を示している。図２では、簡単にするために左右の光路のうちの一つのみを示している。実際には、自動立体映像システム１０は、例えば、左映像生成システム７０ｌ及び左投射システム７２ｌとからなる左光学システム２０ｌと、対応する部材からなる右光学システム２０ｒとからなる。
【００４２】
この２つの装置については、上述のように、光学システム２０は、映像生成システム７０からなる。また、映像生成システム７０は、場面内容をディスプレイに供給する映像生成器７４からなる。好ましい実施の形態によれば、映像生成器７４は、映像をピクセルアレーとして供給する映像用回路（図示せず）によって制御されている空間光変調器３６からなる。映像業界では周知なように、空間光変調器３６によって、光源３４と偏光ビームスプリッタ３８とを協調させて中継レンズ５４に入射する映像を形成する。
【００４３】
図２に示すように、映像生成器５４から受けた光は、複数のレンズからなる中継レンズ５４を介して拡散部材３２の上に入射される。左右の中間映像７６ｌ／７６ｒは、拡散部材３２の湾曲拡散面４０に形成される。投射システム７２は、湾曲拡散面４０と球状レンズ装置３０とからなる。立体的投射システム８２は、左投射システム７２ｌと右投射システム７２ｒとの両方を備える。左右投射システム７２ｌ／７２ｒの両方について、球状レンズ装置３０によって、左又は右の中間映像７６ｌ／７６ｒをビームスプリッタ１６を介して湾曲鏡面２４の前方焦点面２２に投射する。湾曲鏡面２４によって、観察者１２には湾曲鏡面２４の向こう側に見える立体的な仮想映像を形成する。
【００４４】
理解できるように、図１及び図２に示す部材からなる装置によって、投射レンズの広角視野を達成する試みの新規な手法が示されている。図示したように、図４では、従来、どのように立体投射レンズの構造を実現していたかを示している。図４に示すように、従来のレンズの構造技術では、相当複雑な左目及び右目用レンズ組立体１８ｌ、１８ｒの作製を必要とする。レンズ組立体１８ｌ、１８ｒをして各目に適切に投射するためには、レンズ組立体１８ｌ、１８ｒは、妥当な眼間間隔２８の間にそれぞれ光学軸を有しなければならない。ここで、眼間間隔とは、即ち、観察者１２の右目と左目との間の間隔であり、およそ６０−７０ｍｍの範囲である。この方法では、図４に線Ａ及び線Ｂで示したように、レンズ組立体１８ｌ、１８ｒの構成部材にいくつかのトランケーションを設ける必要がある。図４に示したような従来の解決方法では、コストがかかってしまい、設計し、作製することも困難なことは光学業界の当業者にとっては理解できる。本発明においては、図２及び図５の最適な例に示すように、レンズ組立体１８ｌ／１８ｒは、比較的少ない構成部材からなる投射システム７２によって置き換えられる。
【００４５】
図４に一部について示された従来方法と比較のために、図５には、本発明の左右光学システム２０ｌ、２０ｒによる別の概略図を示している。左右の光学システム２０ｌ、２０ｒによって、それぞれの光学軸を有する２つの投射システムを協調させている。なお、各光学軸は平行である必要はないが、別々の収束点に向けられている必要がある。図２で示したように、中継レンズ組立体５４ｌ、５４ｒによって、左右中間映像７６ｌ、７６ｒを湾曲拡散面４０ｌ、４０ｒにそれぞれ形成している。人の眼間の大きな範囲を越えて見ることができる立体映像を提供するために、球状レンズ３０ｌ、３０ｒは、都合の良いように平均的な間隔、即ち、経験的に得られた眼間間隔２８だけ離されている。通常の眼間間隔は、５５ｍｍから７５ｍｍの間である。好ましい実施の形態では、６０ｍｍから７０ｍｍの範囲であり、６５ｍｍが最適である。
【００４６】
球状レンズ組立体３０の操作
球状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒは、連結されている左右光学システム２０ｌ／２０ｒについての投射レンズとして機能する。図３には、各球状レンズ組立体３０を構成する同心状配置が示されている。中心の球形レンズ４６は、凹凸レンズ４２、４４の間に配置されている。ここで、凹凸レンズ４２、４４は、光学設計業界では周知のように、軸上の球面収差及び色収差が極小となる屈折率及び他の特性を有する。絞り４８によって球状レンズ組立体３０内の入射ひとみ（entrance pupil）を制限している。絞り４８は、物体でなくてもよく、それに代えてトータルの内部反射等の光学的効果を用いて実現してもよい。光路の点では、絞り４８は、球状レンズ組立体３０に対する出射ひとみを画定するために使用することができる。
【００４７】
好ましい実施の形態においては、凹凸レンズ４２、４４は、映像収差を減らすように、また、湾曲鏡面２４へ投射された映像に関する映像品質を最適化するように選択される。なお、球状レンズ組立体３０は、中心の球形レンズ４６を取り巻くいくつかの支持レンズからなっている。これらの支持レンズの表面は、中心の球形レンズ４６に接した曲面の共通の中心Ｃを分けている。ただし、多くの支持レンズが用いられる。さらに、球状レンズ組立体３０のレンズ部材に使用されている屈折体は、本発明の範囲内において替えてもよい。例えば、通常のガラスレンズに加えて、中心の球形レンズは、プラスチック、油やその他の液体、又は用途に応じて選択されるその他の屈折体を用いてもよい。凹凸レンズ４２、４４及び球状レンズ組立体３０の他の支持レンズは、本発明の範囲内であるガラス、プラスチック、収納された液体、又は他の適当な屈折体からなるものであってもよい。最も簡単な実施の形態では、球状レンズ組立体３０は、余分の支持用屈折体を伴わない単一の球形レンズ４６からなる。
【００４８】
拡散部材３２の配置、物質、及び構成
図３を参照すると、湾曲拡散面４０は、中心Ｃについて球状レンズ組立体３０と同心円状である。この同心円状の配置によって、湾曲拡散面４０上に形成される左右の中間映像の投射についてのフィールド収差（field aberration）を最小にすることができる。湾曲拡散面４０は、光を球状レンズ組立体３０で受取る無数の分散点源５０の組とみなすことができる。湾曲拡散面４０上に中間映像を提供することによって、出射ひとみの大きさ及び視野角でのラグランジュの不変の制約をそれぞれ乗り越えることができる。図１に示した構成部材の点では、湾曲拡散面４０は、立体投射システム８２の高いラグランジュ不変に、映像生成システム７０の特性である低いラグランジュ不変を合せる仲介装置として働く。ラグランジュ不変の制約を乗り越えることによって、湾曲拡散面４０を使用することで球状レンズ組立体３０による広角映像投射を行うことができる。
【００４９】
湾曲拡散面４０の機能は、球状レンズ組立体３０によって広角に映像を投射するために、中継レンズ組立体５４から中継された光を可能な限り明るく拡散することである。最後に投射された映像を観察者１２が観察するために、各点源５０によって球状レンズ組立体３０の絞り４８をそれぞれ満たしていることが重要である。これが達成された場合には、観察者１２は、観察用ひとみ１４ｌ／１４ｒのところに目を合わせると、観察用ひとみ１４ｌ／１４ｒの中のある点から投射された全体の映像を見ることができる。
【００５０】
好ましい実施の形態では、拡散部材３２は、湾曲拡散面４０を提供するために被覆されたレンズからなる。湾曲拡散面についての適当な拡散性の被覆及び処理は、光学業界の当業者には周知である。別の場合として、湾曲拡散面４０は、地面、エッチングされた面、又は所望の拡散特性を得るために所定の方法で処理された面であってもよい。湾曲拡散面４０の拡散面の曲面は、フィールド収差がなく、軸上収差が最小である投射用の映像を得るために、球状レンズ組立体３０の曲面と同心円状に配置されている。
【００５１】
別の実施の形態では、拡散面４０は、図７に示すように、ファイバ・オプティック・フェースプレート５６を用いて実現できる。このファイバ・オプティック・フェースプレート５６としては、例えば、マサチューセッツ州カールトンのＩｎｃｏｍ社製によるものがある。通常、フラット・パネル・ディスプレイ用途に用いられるファイバ・オプティック・フェースプレート５６によって一方の面から他の面に映像を移送する。光学システム２０の一部として、ファイバ・オプテイック・フェースプレート５６は、２つの凹面形状を有する。左右の中間映像７６ｌ、７６ｒは、入射凹面５８にフォーカスされ、湾曲拡散面４０からなる出射凹面６０に移送される。出射凹面６０は、湾曲拡散面４０の特性を向上させるために光学業界の当業者に周知の複数の方法で処理することができる。表面処理は、例えば、種々のグラインディング、研磨、又は拡散面を得ることができるその他の方法や、又は、例えば、ホログラフィック・グレーティングを用いて実現できる。別の場合として、拡散しやすい被覆を出射凹面６０に行ってもよい。
【００５２】
映像経路の同一中心構造
本発明は、図１に示すように、同一中心軸Ｍ及び等価な点線Ｍについての映像経路の同一中心配置によって得られる利点を利用している。図６には、自動立体映像システム１０における光路の垂直断面図を示している。空間光変調器３６からの映像は、上述の通り、左右中間映像７６ｌ／７ｒとして、湾曲拡散面４０ｌ、４０ｒ上に中継される。湾曲拡散面４０上の左右中間映像７６ｌ／７６ｒは、球状レンズ組立体３０によって投射され、ビームスプリッタ１６によって反射されて、湾曲鏡面２４の前方焦点面２２の近くに左右の湾曲映像８０ｌ、８０ｒからなる立体中間湾曲映像８０を形成する。立体中間湾曲映像８０は、それ自体は実際の映像であるが、観察者１２に仮想映像を示すために湾曲鏡面２４によって実質的に平行にされる。ビームスプリッタ１６及び湾曲鏡面２４によって、球状レンズ組立体３０の出射ひとみは、観察用ひとみ１４に単一倍率で映像化されている。なお、本発明の構成は、単一の倍率用に最適化されているが、本発明の範囲内で単一の倍率からいくつかの変形例が可能である。
【００５３】
曲面の共通の中心は、球状レンズ組立体３０の中心Ｃである。この点は、凹凸レンズ４２、４４とを備えた球状レンズ組立体３０についての曲面及び湾曲拡散面４０の中心として利用される。観察用ひとみ１４で映像が形成されるので、以下に詳述するように、湾曲鏡面２４についての曲面のおよその中心が中心Ｃである。
【００５４】
図５を参照するとわかるように、左右の球状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒは、それぞれＣｌ、Ｃｒで表わされる中心を有しており、各中心は眼間間隔２８だけ離れている。鏡面２４の曲面の実際の中心Ｃｍは、ＣｌとＣｒとの間の中間にある。そのため、映像経路の配置は、調整の必要があるが、実質上、軸Ｍについての同一中心である。ここで調整とは、すなわち、中心点を配置する座標の平均化することである。本質的には眼間が離れていることにより、幾何学的に完全な同一中心性は得られない。しかし、眼間間隔２８をシステム全体の大きさと比較すると相対的に小さいので、観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒとそれぞれの本当の中心点側との間に有効な間隔を設けることができる。
【００５５】
湾曲鏡面２４の配置
また、眼間間隔２８のために、まさに湾曲鏡面２４の形状を正確な球形から数度だけ変化させるように調整する必要がある。さらに、例えば、非軸上ひとみ収差を最小にするように、非球面を湾曲鏡面２４として利用してもよい、
【００５６】
湾曲鏡面２４は、従来法、グラインディング、研磨法等を用いて組み立てる非常に高価なものとなることがある。２以上のより小さい鏡面部材を接合して一つの大きな鏡面２４を組み立てることがより実際的である。図１０には、２以上の部材６４を用いて構成された湾曲鏡面が示されており、各部材６４は、球面であり、合わせ目６２に沿って他の部材６４と接合するようにトリミングされている。このような配置を有するので、各部材６４の曲面の中心は、互いに重なり合う。
【００５７】
またさらに別の実施の形態では、湾曲鏡面２４は、ストレッチャブル・メンブラン・ミラー（ＳＭＭ）等のメンブラン・ミラーからなっていてもよい。このメンブラン・ミラーは、伸長される反射面の背面にある気密室空間で発生させた真空を制御して曲面が画定される。ストレッチャブル・メンブラン・ミラーの使用については、上述の参照文献のマッカイの文献に記載されている。
【００５８】
別の場合として、湾曲鏡面２４は、折り重ねた鏡面、例えばフレネルミラーや、一以上の逆反射面を用いて構成してもよい。
【００５９】
図８には、別の場合の実質的に同一中心配置が示されており、左右の光学システム２０ｌ、２０ｒから、図１、２、６及び９に示したようなビームスプリッタ１６を用いることなく、直接に湾曲鏡面２４に投射する。
【００６０】
図８の配置では、各観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒについての映像経路は、ほとんど中心を外すことができないので、許容できる程度のオフ−アクシス特性を有することが要求される。広角映像用の球状レンズ組立体３０からなる光学システム２０と連係させて、大きな、又は非球面の鏡面を用いることもできる。球面の湾曲鏡面を用いた場合に、図８に示す配置を満足できるように実行するために、オフ−アクシス間隔と鏡面２４の焦点距離との比は小さくなければならない。経験則から、球面を有する湾曲鏡面２４によって、オフ−アクシス角がおよそ６度を越えないようにすることを満足させる。
【００６１】
６度を越えるオフ−アクシス角の場合には、図９に示すように、非球面の湾曲鏡面２４を用いることが好ましい。曲面の中心点Ｃｍ’は、観察ひとみ１４ｌ、１４ｒ間の中間に決められる。図５に示す曲面の中心点Ｃｍは、球状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒの中心点Ｃｌ，Ｃｒの中間である。このような非球面構造は、ドーナツ形であってもよく、点Ｃｍ及び点Ｃｍ’を貫く軸Ｅに関して同一中心である。断面図において、この方法で組み立てられる湾曲鏡面２４は、点Ｃｍ及びＣｍ’がそれぞれ焦点となる楕円状である。
【００６２】
図１１には、図９に示したと同様のさらに別の配置が示されている。この図１１では、湾曲鏡面２４は、円筒状湾曲面の反射フレネルミラー６６を用いて実現されている。図１１に示された部材の配置は、図９に示したように、軸Ｍに関して同一中心である。反射フレネルミラー６６は、ただ一つの方向にのみパワーを集める。例えば、反射フレネルミラー６６は、ニューヨーク州ロチェスターのフレネル・オプティクス社によって作製されたフレネル光学部材と同様に、フレキシブルな基板上に組み立てられた平坦部材であってもよい。フレネルミラー６６は、図１１に示すように、概して軸Ｅについての円筒形状に湾曲している。フレネルミラー６６は、湾曲鏡面２４について上述されたのと同様の方法によって、観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒ上の球状レンズ組立体３０ｌ、３０ｒの出射ひとみに映像させる。光学システム２０ｌ、２０ｒは、フレネルミラー６６の特性を得られるように最適化される。
【００６３】
さらに別の変形例としては、湾曲鏡面２４を球状レンズ組立体３０の中心と一致する曲面の中心を有する球面を備えた逆反射面を用いて置換してもよい。逆反射面は、湾曲鏡面の反射による映像交差効果を導く必要はない。なお、この別の配置によって実際の映像を提供できるが、それは、好ましい実施の形態における自動立体映像システム１０によって形成される仮想映像ではない。
【００６４】
別の映像ソース
好ましい実施の形態の空間光変調器３６は、複数種類のデバイスのうちの一つであってもよい。典型的な空間光変調器３６には、これに限定されるものではないが、以下の種類のものを含んでいる。即ち、
（ａ）液晶装置（ＬＣＤ）。ＬＣＤは、電気的に生成された映像を投射する装置として汎用されており、光源３４から、個々のディスプレイされたピクセルを生成する個々のアレー部材を介して、空間的に入ってくる光ビームの強度を選択的に変調する。好ましい実施の形態では、反射型ＬＣＤを用いる。
（ｂ）テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメント社が製造するデジタル・マイクロミラー・装置（ＤＭＤ）。反射装置のこのタイプは、光源３４からの光ビームを変調するために用いられる。
（ｃ）点源又はアレイ列からの連続スキャンによって２次元映像を生成するスキャンニング装置。このスキャンニング装置は、点源から映像を生成するスキャンニングレーザ又はＣＲＴからなる。この点源によって、例えば、拡散面４０上に左右の中間映像７６ｌ／７６ｒを描くことができる。また、スキャンニング装置は、カリフォルニア州サニーヴェールのシリコン・ライト・マシーン社が製造したグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）等の線形装置からなっていてもよい。
【００６５】
上に列挙したのは単なる例示にすぎない。本発明の範囲内において、別の種類の空間光変調器３６や別の映像ソースを代わりに用いてソース映像を提供してもよい。
【００６６】
中継レンズ組立体５４の遠隔中心特性（telecentric behavior）は、歪みのない映像のためには重要なことである。
【００６７】
簡単のために、図１、２、５、６及び７には、左右の光学システム２０ｌ／２０ｒのそれぞれについて、単一の空間光変調器３６のみが示されている。実際の自動立体映像システム１０では、各構成色（赤、緑、青のＲＧＢ）ごとに一つの空間光変調器３６を必要とする。電子映像業界では周知なように、類似点源３４は、構成色光（light color）によって得られる。左右の湾曲拡散面４０ｌ／４０ｒに左右の中間映像７６ｌ／７６ｒを提供するために、異なる映像面が組み合わされる。好ましい実施の形態において、当業者に周知なように、完全なカラー・フィルタ・アレイを備えた空間光変調器３６が用いられる。別の実施の形態として、Ｒ，Ｇ，Ｂ要素の色のシーケンシャルな配置は、一つの空間光変調器３６によって提供することができる。幸いにも、ひとみ映像形成による自動立体映像システム１０について必要とされる光レベルは、ここに記載したように、相対的に低く、時間超過による光デグラデーションに影響されやすいという通常の映像フィルタの周知の制約を緩和することができる。
【００６８】
また、別の実施の形態では、湾曲拡散面４０での中間映像の生成機能は、空間光変調器３６及びそれに連係された支持光学部材を用いることなく実現される。しかし、最適化された立体表現には、上述し、図６に参照しているように、球状レンズ組立体３０の中心Cと一致する湾曲拡散面４０の位置に形成された中間映像は湾曲してしまうという制約がある。
【００６９】
図１３には、別の例として、放射性映像形成面（emissive image forming surface）８８を用いている。例えば、ニューヨーク州ホープウエル・ジャンクションのイマジン社（eMagin Corporation）から販売されているオーガニック・ライト・エミッティング・ダイオード（ＯＬＥＤ）を放射性映像形成面８８として使用してもよい。同様に、ポリマー・ライト・エミッティング・ダイオード（ＰＬＥＤ）技術を利用してもよい。この用途のためには、ＯＬＥＤ又はＰＬＥＤアレー法によって、図１３の断面図に示すように、球状レンズ組立体３０の中心と一致する中心Ｃを有する球面を備えるようにモールドされたフレキシブルな、平坦パネル上を映像面として利用できる。このＯＬＥＤやＰＬＥＤアレーは、放射性映像形成面８８、湾曲鏡面２４、それに球状レンズ組立体３０からなり、同じ対称軸に関して同一中心性である。
【００７０】
図１４を参照すると、陰極線管（ＣＲＴ）９０を使用して放射性映像形成面８８を構成している。この場合には、陰極線管９０として好ましい形状とするために、標準の規格品のＣＲＴから曲面を変形させて作製する必要がある。
【００７１】
さらに別の場合として、図１２に示すように、ファイバ・オプティック・フェースプレート５６と連係させてフラットな映像形成用放射性面８４を用いてもよい。ファイバ・オプティック・フェースプレート５６は、図７に示した実施の形態で使用されていたように、放射性面に面する平坦面８６と、球状レンズ３０に面し、中心Ｃについて同心円状の出射凹面６０を必要とする。
【００７２】
本発明の好ましい実施の形態によって、観察用ひとみの大きさが２０ｍｍ程度で、非常に広角視野の、９０度を超える立体映像を提供することができる。さらに、球状レンズ組立体３０によって、優れたオフ−アクシス特性を得ることができ、１８０度まで広がる可能性のある広角視野を実現できる。これによって、ヘッドセット、ゴーグル、それにその他の装置を着けることなく、観察者１２は改良された映像体験をすることができる。
【００７３】
本発明は、所定の好ましい実施の形態に基いて説明したが、上述した本発明の範囲における効果を奏する変形例もまた当業者において理解されるように本発明の範囲にある。例えば、投射光学及び鏡面についての可能性のある多数の配置があり、これらは、本発明について記載された部材の同一中心的配置として利用できる。
【００７４】
そこで、本発明によって、自動立体ディスプレイ用の同一中心的な光学装置を提供し、広角視野で、大きな観察用ひとみを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自動立体映像システムとして、本発明の装置を使用する場合を示す斜視図である。
【図２】 本発明の自動立体映像システムにおける主要部材を特定する概略図である。
【図３】 本発明による中間映像面での球状レンズ及び拡散面の同心状配置を示す切取図である。
【図４】 右目及び左目用映像投射用の広角投射レンズについての従来の装置を示す切取図である。
【図５】 好ましい実施の形態における左目及び右目投射システムを示す概略レイアウトである。
【図６】 湾曲鏡面及びビームスプリッタを備えた２つの投射システムのうちの一つの垂直断面図において、観察者の位置に関連する概略レイアウトである。
【図７】 拡散しやすい面として、両凹面のファイバ・フェースプレートを用いた投射光学装置についての別の実施の形態を示す図である。
【図８】 投射システムによって、ビームスプリッタを挿入することなく、光を湾曲鏡面上に指向させる別の実施の形態を示す図である。
【図９】 湾曲鏡面が非球面である別の実施の形態を示す図である。
【図１０】 一部が湾曲の同一中心に分けられた分割された湾曲鏡面を示す図である。
【図１１】 湾曲鏡面の代わりに、円筒状に湾曲する反射フレネルレンズを用いた別の実施の形態を示す図である。
【図１２】 ファイバ・フェースプレートを備え、平坦な放射性の映像形成面を用いたさらに別の実施の形態の断面図である。
【図１３】 球面状であって、放射性の映像形成面を用いた別の実施の形態の断面図である。
【図１４】 湾曲映像形成面を備えた陰極管（ＣＲＴ）を用いた別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０ 自動立体映像システム
１２ 観察者
１４ｌ、１４ｒ 映像用ひとみ
１６ ビームスプリッタ
２０ｒ、２０ｌ 光学システム
２２ 前方焦点面
２４ 湾曲鏡面
２６ 光学軸
２８ 眼間間隔
３０ｒ、３０ｌ 球状レンズ
３２ 拡散部材
３４ 光源
３６ 空間光変調器
３８ 偏光ビームスプリッタ
４０ 湾曲拡散面
４２、４４ 凹凸レンズ
４６ 球形レンズ
４８ 絞り
５０ 点源
５４ｌ、５４ｒ 中継レンズ部材
５６ ファイバ・オプティック・フェースプレート
５８ 入射凹面
６０ 出射凹面
６２ シーム
６４ セグメント
６６ フレネル・ミラー
６８ｒ 左のひとみ
７０ 映像生成システム
７２ 投影システム
７４ 映像生成器
７６ｌ、７６ｒ 中間映像
８０、８０ｒ、８０ｌ 湾曲映像
８２ 立体投影システム
８４ 放射性映像形成面
８６ 平坦面
８８ 放射性映像形成面
９０ ＣＲＴ

Claims (3)

1. 観察者が左観察用ひとみで観察する左映像と、前記観察者が右観察用ひとみで観察する右映像とからなる仮想立体映像を観察するために用いる同一中心の自動立体光学装置であって、前記装置は、
   （ａ）前記左観察用ひとみで観察される前記左映像を形成する左光学システムであって、
   （１）左映像生成器と、左中間映像を形成する左中継レンズとからなり、シーン内容を提供する左映像生成システムと、
   （２）前記左中間映像を受取る左球面的湾曲拡散面を備え、前記左球面的湾曲拡散面は、左球状レンズの中心と実質的に同じ曲面中心を有し、前記左球状レンズは、前記左球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されていることによって左湾曲映像が形成され、前記左湾曲映像は実映像であって、前記左湾曲映像の中心は、前記球状レンズの曲面の中心と一致し、前記左球状レンズは左球状レンズひとみを有した左投射システムとからなる左光学システムと、
   （ｂ）前記右観察用ひとみで観察される前記右映像を形成する右光学システムであって、
   （１）右映像生成器と、右中間映像を形成する右中継レンズとからなり、シーン内容を提供する右映像生成システムと、
   （２）前記右中間映像を受取る右球面的湾曲拡散面を備え、前記右球面的湾曲拡散面は、右球状レンズの中心と実質的に同じ曲面中心を有し、前記右球状レンズは、前記右球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されていることによって右湾曲映像が形成され、前記右湾曲映像は実映像であって、前記右湾曲映像の中心は、前記球状レンズの曲面の中心と一致し、前記右球状レンズは右球状レンズひとみを有する右投射システムとからなる右光学システムと、
   （ｃ）前記左球状レンズと前記右球状レンズとの間の中間に光学的な中心を有する曲面を備えた湾曲鏡面と、
   （ｄ）前記左右中間映像を前記湾曲鏡面に反射するように配置されたビームスプリッタであって、前記湾曲鏡面は、前記左右湾曲映像の仮想立体映像を形成するように配置され、前記湾曲鏡面は、前記ビームスプリッタを介して、前記左観察用ひとみで前記左球状レンズひとみの実映像及び前記右観察用ひとみで前記右球状レンズひとみの実映像を形成する、ビームスプリッタと
   を備える仮想立体映像を観察するために用いる同一中心の自動立体光学装置。
2. 前記右球状レンズは、
   中心の球形レンズと、
   前記球形レンズを取り巻く支持レンズと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の同一中心の自動立体光学装置。
3. 前記右球状レンズは、さらに、一以上の凹凸レンズからなり、前記凹凸レンズの両面は、前記中心の球形レンズに接する曲面の共通の中心を分割していることを特徴とする請求項２に記載の同一中心の自動立体光学装置。

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