JP6220379B2 - マルチオブジェクト画像の製造方法と当該方法を実行するための光学フィルム - Google Patents

Description

本発明は、マルチオブジェクト画像（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｂｊｅｃｔ ｉｍａｇｅ、多重オブジェクトの画像）、特に、大判のマルチオブジェクト画像を製造するための方法、およびこの方法において使用される光学フィルムに関する。本発明は、テレビおよびコンピュータのディスプレイ、シミュレータ、ビデオゲームおよび医薬、工学、研究、他を目的とする特殊用途用モニタを含む、屋内および屋外の広告、ビジュアルアート、ビルの内部および正面の装飾、かつ写真およびビデオ装置において使用される場合がある。

マルチオブジェクト画像を製造するための、リップマンのインテグラルフォトグラフィを基礎とする最新の方法は、１つまたは幾つかの写真装置により幾つかのポイントからコンピュータを用いて撮られる３Ｄオブジェクトまたは光景の幾つかの数（通常、１２で始まる）のビューが、レンチキュラピッチに等しい周期で逆順に細長いストリップおよび代替物にカットされることを規定している。レンチキュラレンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ、レンチキュラ−レンズ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を有するプラスチックフィルムは、通常、レンズパターンとして使用される。現時点で、この方法は、要素画像（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｉｍａｇｅ）のアレイのコンピュータ合成、高解像度プリント手段の現像、および高ピッチのマイクロレンズアレイの光学フィルム（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｍ）およびプラスチックシート形式での製造の進歩に起因して、広く普及している。

この方法の欠点は、マルチオブジェクト画像の比較的低い解像度および小さい被写界深度、レンチキュラレンズのピッチと要素画像アレイとを一直線上に並べるための極限精度の要件、およびレンズアレイを製造する際のレンズ素子のサイズ拡大に伴う光学材料の消費量の比例的増加にある。マルチオブジェクト画像の製造に使用される光学フィルムにおける１インチ（ｉｎｃｈ）当たりのレンズ素子数は、要素画像における個々に識別可能な１インチ当たりの要素数の少なくとも１２分の１未満であるべきである。例えば、１インチ当たりのレンズ素子数が２００に等しいマイクロレンズアレイによって高品質のマルチオブジェクト画像を製造するためには、要素画像出力デバイスの解像度は、１インチ当たり約６０００ポイントである。要素画像およびマイクロレンズアレイの重畳精度は、１／２００インチを超えてはならない。現時点では、これらの要件の実行は困難である。

マルチオブジェクト画像を製造するための方法は、米国特許第７４５７０３９号明細書に記述されているものが知られている。該方法では、光透過性容器、例えばプラスチックパッケージの壁の外側に、主として１インチ当たり７０個から２０個のマイクロレンズ周期を有する正レンチキュラレンズ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を備える光学フィルムが配置され、光透過性容器の壁の反対側に、要素画像アレイが、各マイクロレンズの焦点はインターレース画像が存在する光学フィルム（要素画像アレイ類似物）の表面から同じ距離に、またはこれに近接して位置づけられるようにして配置される。光学フィルムの厚さの一部を光透過性材料（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）として置換することに起因して、この方法は、１インチ当たりのマイクロレンズ数を増加することなく、光学フィルムの厚さを減らすことを可能にする。

この既知の方法の欠点は、１インチ当たりのマイクロレンズ数の減少に比例して、レンズ素子に対する観察者の視認性が高まること、および光学フィルムの厚さの比例的増加なしにはサイズおよび視角を広範囲に増大させることができない、光学フィルムの厚さと、マイクロレンズ数およびマイクロレンズ曲率Ｒの関係性との間の依存的関係、にある。

可能な解決方法の１つとして、その平面代替物の凸レンズ素子による代用、例えば、光学フィルムの厚さを増すことなくレンズ素子のサイズをより広範に増大させるフレネルレンズによる代用が考えられる。しかしながら、フレネルレンズアレイを用いて生成されるマルチオブジェクト画像は、セグメント化されたもののように映り、観察者には、アレイの個々のレンズ素子間の境界がはっきりと見える。

フレネルレンズのみならず、Ｇａｂｏｒにより英国公開特許第５４１７５３号明細書においてその創作原理が説明されているスーパーレンズ（ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ）も、凸レンズの平面代替物である。他の平面レンズと比較したＧａｂｏｒスーパーレンズの主要な特徴の１つは、スーパーレンズアレイにおいて個々のスーパーレンズ間に明確な境界がなく、スーパーレンズが徐々に別のスーパーレンズへと変わっていくことにある。英国公開特許第５４１７５３号明細書に記述されているスーパーレンズアレイが、マルチオブジェクト画像を製造するために凸レンズアレイの代わりに使用される場合の欠点は、２つの球形または円柱のマイクロレンズのアレイの焦点の重畳により達成されるスーパーレンズの焦点距離の著しい減少において、スーパーレンズの近軸領域および周縁領域における球面収差および光透過性の不規則性が増大されることにある。これにより、観察者には、個々のスーパーレンズがさらに認識しやすくなり、結果として、マルチオブジェクト画像の品質が低下する。

英国公開特許第５４１７５３号明細書には、球面収差が低下されるスーパーレンズ創作の変形例が記述されている。英国公開特許第５４１７５３号明細書に記述されている、球面収差が低下されるスーパーレンズ創作の変形例の１つは、本質的に異なる屈折率を有する光透過性材料で製造される２つの円柱（レンチキュラ）または球形（フライアイ）マイクロレンズの無限焦点的な重畳を含む。この変形例の欠点は、最大および最小屈折率を有する２つの異なる光学材料、および追加的な接着層が、これらの材料の重畳に使用されることにある。このようなフィルムを製造する方法は、高価かつ技術的にも複雑である。別の変形例は、スーパーレンズの作成に不遊マイクロレンズアレイの使用を包含している。これには、双方のマイクロレンズアレイに光学層を追加する必要があるが、技術的観点から、この実行は困難である。球面収差を低下させる別の変形例は、スーパーレンズの絞りを包含する。絞りは、観察者が個々のスーパーレンズを認識する可能性を高めることから、望ましくない。

米国特許第７４５７０３９号明細書 英国公開特許第５４１７５３号明細書

本発明により解決される技術的課題は、要素画像のサイズが実質的に増大する可能性と、要素画像の解像度が低減する可能性と、要素画像の追加的なスーパーレンズアレイのより単純な使用と、観察者が光学フィルムのレンズ素子を認識する可能性の低下と、光学フィルム製造時の光学材料の消費量の低減と、である。

本発明によって提案されるマルチオブジェクト画像の製造方法では、光透過性材料より成る正マイクロレンズ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）または正マイクロレンズの光学的代用品の互いに対して固定される２つのアレイで形成されるスーパーレンズアレイを備える光学フィルムが使用され、光学フィルムの表面に沿った少なくとも１つの方向において、スーパーレンズの数は、１インチ当たり０．５から２２５までであり、かつ各スーパーレンズの焦点面（ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）において、または各スーパーレンズの焦点面から各スーパーレンズの焦点距離より小さい一定の距離を隔てた光学フィルムの表面に対して等しい距離において、静的または動的な要素画像のアレイが配置され、１インチ当たりの要素画像の配置および数は、好ましくは、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズの配置および数に一致する。

要素画像アレイが光学フィルムの表面から等距離に、スーパーレンズの焦点距離以下の距離で配置される場合、マルチオブジェクト画像は、観察者と光学フィルムとの間の領域内（実像フィールド内）に形成される。

要素画像アレイが光学フィルムの表面から等距離に、スーパーレンズの焦点距離を超える距離、但しスーパーレンズの焦点距離の二倍を超えない距離で（各スーパーレンズの焦点面から、各スーパーレンズの焦点距離より小さい一定の距離を隔てて、但し光学フィルムから離れて）配置される場合、マルチオブジェクト画像は、光学フィルムの表面の観察者に対して（虚像フィールド内に）形成される。

上述の事例の双方において、マルチオブジェクト画像の解像度は、要素画像の解像度に比肩し得るものである。

要素画像アレイが光学フィルムの焦点面上に配置される場合、マルチオブジェクト画像は、前記領域の双方において、１インチ当たりのスーパーレンズ数、即ち１インチ当たり０．５から２２５までの線（またはフライアイスーパーレンズの場合、点）に一致する解像度で形成される。

実際には、光学フィルムにおけるスーパーレンズの数が１インチ当たり１０以上２２５以下であれば、要素画像アレイを光学フィルムの焦点面上に配置することが妥当である。

スーパーレンズの数が１インチ当たり実質的に１０未満である光学フィルムは、要素画像のアレイを、光学フィルムの表面から等距離に、光学フィルムの焦点面から各スーパーレンズの焦点距離より小さい距離を隔てて配置することを示唆している。

光学フィルムにおけるスーパーレンズの数は、１インチ当たり０．５から２２５までの範囲内である。スーパーレンズの数が少ないほど、各要素画像のサイズは大きくなってもよい。要素画像とスーパーレンズアレイとを一直線上に整列させる最大公差は、増大する。１インチ当たり０．５個というスーパーレンズの下限数は、６．５ｃｍである人の両目間の平均距離によって決定される。この場合、無限遠のオブジェクトを見つめる観察者の両目の光軸は、常に２つのスーパーレンズを通るが、これは、近距離から見た場合にマルチオブジェクト画像が完全に知覚されるための必要条件である。１インチ当たり２２５個というスーパーレンズの上限数は、一般的なプリンタの解像度の限界（１インチ当たり約２０００ライン）によって決定される。

最も単純な実施形態における光学フィルムは、光学フィルムの表面に沿って一方向に配置される線形（レンチキュラ）スーパーレンズを備えることができる。これは、地平視差を有するマルチオブジェクト画像の生成を可能にする。

光学フィルムは、光学フィルムの表面に沿って二方向に配置されるフライアイスーパーレンズの２Ｄアレイを備えることができる。これは、全方向視差を有するマルチオブジェクト画像の生成を可能にする。

要素画像アレイは、要素画像の媒体上に配置される。要素画像の媒体は、透明または不透明材料のシート、任意の既知の方法による静的または動的な画像アレイの機械的または手動の圧着、印刷または複製に適する表面またはデバイスとすることができる。要素画像の媒体は、紙、プラスチック、段ボール、フィルムまたは印刷に使用される他の任意の材料のシートとすることができる。要素画像の媒体としての用紙またはフィルムの使用は、これらの材料の入手可能性および印刷技術に起因して単純かつ経済的使用である。用紙またはフィルムは、その配置を実質的に単純化する接着特性を有してもよい。要素画像の媒体は、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、表面伝導型電子放出ディスプレイ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、ＳＥＤ）または他の任意のディスプレイであってもよい。

光学フィルムと静的または動的な要素画像アレイとの間、光学フィルムの各スーパーレンズの焦点面において、または各スーパーレンズの焦点面から少なくとも部分的に光透過性である媒体上の各スーパーレンズの焦点距離より小さい一定の距離を隔てた光学フィルムの表面に対して等しい距離において、少なくとも１つの追加的な静的または動的な要素画像のアレイが配置されていてもよく、１インチ当たりの要素画像の配置および数は、好ましくは、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズの配置および数に一致する。

要素画像の追加的なアレイは、少なくとも部分的に透過的な任意の媒体上、即ち光透過性材料のシートまたはフィルム上に、および任意の既知の方法による追加の静的または動的な要素画像のアレイの配置に適する任意のデバイス上に配置されてもよい。追加的な要素画像の媒体は、光透過性の媒体、即ち液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、表面伝導型電子放出ディスプレイ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、ＳＥＤ）または他の任意の光透過性ディスプレイであってもよい。

１つの、または追加的な１つの要素画像の媒体の配置は可能であるが、追加的な要素画像の媒体の数は、これらを配置し得る光学フィルムのスーパーレンズの２倍の焦点距離によって、かつディスプレイの厚さによって制限される。光学フィルムのスーパーレンズの焦点距離の２倍の範囲内に配置される追加的な要素画像アレイの数が多いほど、マルチオブジェクト画像が有する被写界深度は大きくなる。

光学フィルムは、０．００５インチから７インチまでの厚さを有する光透過性基材上へ配置されてもよい。光学フィルムは、ガラス、ガラスユニット、有機ガラス、プラスチックシートおよび厚さおよび屈折率の基準を考慮した他の透過性材料等の光透過性基材上へさらに配置されるように製造されてもよい。この場合、光学フィルムのスーパーレンズの焦点距離（ｆｏｃａｌ ｉｎｓｔａｎｃｅ）は、光学フィルムが配置されることになっている光透過性基材の厚さおよび屈折率を考慮して選択される。前もって作られた構造物上への光学フィルムおよび要素画像アレイの配置は、定性的大型フォーマットのマルチオブジェクト画像の製造コストを事実上低減させる。

マルチオブジェクト画像の製造方法を実行するために使用される光学フィルムの厚さは、０．５ミル（ｍｉｌ）から３０ミルであり、これは、光透過性材料製の正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の二つの互いに固定された、好ましくは同一方向を向いたアレイにより形成されるスーパーレンズアレイを含む。第１のアレイにおける、光学フィルムの表面に沿った少なくとも一方向におけるスーパーレンズの数は、１インチ当たり１００−２２５０であり、かつ第２のアレイにおける、１インチ当たりの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数は、第１のアレイにおける１インチ当たりの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の半分から、１インチ当たりの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数の１／１０までの値だけ多く、一方で、第２のアレイにおける正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の開口角αは、７゜以上である。

光学フィルムの厚さは、０．５ミルから３０ミル（１ミルは、１／１０００インチに等しい）までであり、これは、その使用、貯蔵および輸送を便利にし、かつその製造を経済的なものにする。

第１および第２のアレイにおける正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数の差が、１インチ当たり０．５から、第１のアレイにおける１インチ当たりの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数の１／１０までであれば、スーパーレンズアレイは、第１のアレイにおける１インチ当たりの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数の１／１０を超えない１インチ当たりのスーパーレンズ数で生成される。

前記パラメータを有するスーパーレンズは、マルチオブジェクト画像の生成における最大有効のスーパーレンズであり、かつ光学フィルムの厚さとスーパーレンズ開口との最適な関係性を有する。

正マイクロレンズの光学的代用品は、正マイクロレンズの機能、例えば視差バリア、ピンホールアレイ、他を満たす任意の構成要素である。

マルチオブジェクト画像の視角は、１４゜から始まる最低限の許容角度であることから、スーパーレンズの開口角は、７゜以上となる。

現時点で、１インチ当たりのマイクロレンズ数が最大２２５０（２２５０ＬＰＩ周期）である正レンチキュラ非球面マイクロレンズアレイの製造は、技術的に複雑な課題ではない。必要な全てのパラメータにに適合する光学フィルムは、既存の装備上で製造されてもよい。

光学フィルムは、スーパーレンズアレイまたはその光学的代用品を備えてもよく、この場合、第１のアレイの正マイクロレンズまたは正スーパーレンズの光学的代用品の開口角βは、第２のアレイの正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の開口角αより大きく、かつその関係は、式 β＝ａα^２＋ｂ、但し０．０６≦ａ≦０．０８および１１≦ｂ≦１５、で記述される。経験から、この記述された関係性は、短焦点スーパーレンズの球面収差の最大限の低減、光学フィルムのブリンクの低下、スーパーレンズの近軸（ｐａｒａｘｉａｌ，軸傍）および周縁領域における光透過の不規則性の除去、および不遊系、絞りを使用せず、かつ光学フィルムにおいて本質的に異なる屈折率を有する材料も使用せずにマルチオブジェクト画像のセグメント化を少なくすること、を可能にすることが示されている。スーパーレンズの球面収差の低減は、マルチオブジェクト画像の視覚的品質を高め、かつその被写界深度（ＤＯＦ）を増大する。

光学フィルムにおいて、正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の第１のアレイにおける、少なくとも一方向での正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の数は、１インチ当たり２００から５００までであってもよい。人の目の鮮明度は、約３０秒角である。相応して、スーパーレンズを形成するマイクロレンズがマルチオブジェクト画像の心地よい知覚を妨げないように、その角度サイズは、３０秒角を超えないものとする。３０センチメートルの視距離（ｖｉｅｗｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）において、検出のしきい値は、１インチ当たり５００ラインである。１メートルの視距離では、検出のしきい値は、１インチ当たり約２００ラインである。

光学フィルムは、非球面の屈折面を有する少なくとも１つの正マイクロレンズアレイを備えてもよい。好ましくは楕円形の屈折面を有する非球面の正マイクロレンズは、球面収差が低減された短焦点スーパーレンズの達成を可能にする。

光学フィルムは、正レンチキュラマイクロレンズのアレイを備えてもよい。この正レンチキュラマイクロレンズアレイは、レンチキュラスーパーレンズのアレイを形成する。正レンチキュラマイクロレンズのアレイを備える光学フィルムは、提案しているマルチオブジェクト画像の製造方法を実行するための光学フィルムの最も単純かつ効果的な変形例である。

光学フィルムは、フライアイ構造（ｆｌｙ−ｅｙｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成する正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の２Ｄアレイを備えてもよい。フライアイ構造を形成する正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の２Ｄアレイの使用は、フライアイスーパーレンズの２Ｄアレイを達成できるようにする。次には、等しく配置される要素画像の２Ｄアレイの使用が、全方向視差を有するマルチオブジェクト画像の生成を可能にする。

光学フィルムにおいて、光透過性材料製の平凸正マイクロレンズ（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅ）の少なくとも１つのアレイは、平らな側面を光学フィルムから外して方向づけ（ｏｒｉｅｎｔ）られてもよい。スーパーレンズを形成するための必要条件の１つは、第１および第２のアレイの正マイクロレンズの焦点面を一直線上に並べることである。平凸正マイクロレンズは、前後２つの焦点面を有する。この点に関連して、これらは、光学フィルムの片方または双方の側面が平滑面を有するように一直線上に並べられてもよい。このような整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）は、正マイクロレンズアレイの平らな側面同士による整列より技術的に高度であって、スーパーレンズの光学パラメータを実質的に劣化させることなく、光学フィルムの平滑面への接着層の貼り付けを可能にする。

光学フィルムの少なくとも片側は、正マイクロレンズアレイまたは正マイクロレンズの光学的代用品のアレイ上へ装着された光透過性材料のコーティング層により形成される平滑面を有してもよく、一方で、光学フィルム材料およびコーティング層の光透過性材料の屈折率の差は、０．１５以上である。光学フィルムの平滑面を受け入れるために、光学フィルムの正マイクロレンズの凸面を光透過性物質または混合体の層でコーティングする場合、かつ／または接着層、保護層または有益な性質を有する他の任意の層をコーティングする場合、コーティング層および光学フィルムのマイクロレンズの光学材料の屈折率の前記差（０．１５以上）は、マイクロレンズの最大光パワーを保全するために必要である。

光学フィルムは、自動接着性のフィルムであってもよい。接着特性を有する光学フィルムは、光透過性基材上へ任意の追加的手段を用いることなく配置されてもよい。これは、静電気で絡まりつく材料を用いて光学フィルムを製造する際に光学フィルムの表面上へ接着層を装着することによって、かつ光学フィルムの光学特性をさほど劣化させない他の任意の方法および技術によって達成されてもよい。

光学フィルムの表面は、規則的なパターンで装着される、光学フィルムを光透過性基材の表面へ固定するための接着層を有してもよく、そのコーティング面積の合計は、光学フィルムの表面積の２５％を超えない。２５％という光学フィルムの表面積におけるコーティング面積の限度は、マルチオブジェクト画像の容認できる視覚的特性を保全するために必要である。分布密度が等しいランダムに配置された点を含む規則的なパターンは、フィルタの関数を満たしてもよく、マルチオブジェクト画像の視覚品質に対する実質的悪影響を生じない。規則的パターンの形式である接着層は、様々な色で着色された材料、とりわけ白、黒または灰色の材料を含む、光透過性材料および非透過性材料の双方より成ってもよい。接着層の装着形式である規則的なパターンは、マルチオブジェクト画像の被写界深度の増加および／またはマルチオブジェクト画像のセグメント化の低減に寄与する場合がある。

以下、添付の図面に示されている、可能性を限定する意図のない好適な実施形態を参照して、本発明を説明する。

図１は、１つの要素画像アレイを用いてマルチオブジェクト画像を生成するための方法を具現化する概要図を示す。 図２は、１つの追加的な要素画像アレイを用いてマルチオブジェクト画像を生成するための方法を具現化する概要図を示す。 図３は、図２におけるマルチオブジェクト画像を生成するための方法の具現化における光ビームを示す。 図４は、２つの追加的な要素画像アレイを用いてマルチオブジェクト画像を生成するための方法を具現化する裸眼立体ディスプレイを示す概要図である。 図５は、２つの追加的な要素画像アレイを用いてマルチオブジェクト画像を生成するための方法を具現化する裸眼立体ディスプレイの要素を示す概要図である。 図６は、マルチオブジェクト画像を生成するための方法の具現化に使用される光学フィルム、およびその内部の光ビームの最も単純な実施形態を示す。 図７ａは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｂは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｃは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｄは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｅは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｆは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図７ｇは、マルチオブジェクト画像の生成方法を具現化するための光学フィルムの実施形態（断面図）を示す。 図８は、規則的なパターンの接着層を有する光学フィルムを示す。 図９は、マルチオブジェクト画像の復元方法を具現化するための、六角形のスーパーレンズを形成する２つの六角形正マイクロレンズアレイを備える光学フィルムを示す。 図１０は、マルチオブジェクト画像の復元方法を具現化するための、正方形のスーパーレンズを形成する２つの正方形正マイクロレンズアレイを備える光学フィルムを示す。 図１１は、マルチオブジェクト画像の復元方法を具現化するための、円形のスーパーレンズを形成する２つの円形正マイクロレンズアレイを備える光学フィルムを示す。

（実施例１）
図１は、マルチオブジェクト画像１を製造するための方法を具現化するための概要図を示しており、光透過性材料製の正マイクロレンズ６、７（図１には示されていない）または正マイクロレンズ６、７の光学的代用品８（図１には示されていない）の互いに対して固定される２つのアレイ４、５で形成されるスーパーレンズアレイ３を備える光学フィルム２が使用されており、光学フィルム２の表面に沿った少なくとも１つの方向において、スーパーレンズ３の数は、１インチ当たり０．５から２２５までであり、かつ各スーパーレンズ３の焦点面９において、または各スーパーレンズ３の焦点面９から各スーパーレンズ３の焦点距離ｆより小さい一定の距離を隔てた光学フィルム２の表面に対して等しい距離において、静的または動的な要素画像のアレイ１０が配置されていて、１インチ当たりの要素画像の配置および数は、好ましくは、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズ３の配置および数に一致する。マルチオブジェクト画像１を観察者１１と光学フィルム２との間に生成するために、要素画像アレイ１０は、スーパーレンズ３の焦点面９と光学フィルム２との間に配置される。

マルチオブジェクト画像１を観察者１１に対して光学フィルム２の後に生成するために（図１にこの実施形態は示されていない）、要素画像アレイ１０は、スーパーレンズ３の焦点面９の後、スーパーレンズ３の焦点距離ｆの２倍以内に配置することができる。双方の実施形態におけるマルチオブジェクト画像１の解像度は、要素画像アレイ１０の解像度に比肩し得るものとなる。

要素画像アレイ１０がスーパーレンズ３の焦点面９内に配置されると（図１にこの実施形態は示されていない）、マルチオブジェクト画像１は、前記領域の双方において形成される。この実施形態では、マルチオブジェクト画像１の解像度は、事実上、要素画像アレイ１０の解像度より少なくなる。配置に関するこれらの３つの実施形態は、マルチオブジェクト画像を生成するための方法に関する以後の全ての実施例に使用されてもよく、よって、多様な組合せの可能性に起因して図示されていない。

（実施例２）
図２は、マルチオブジェクト画像１を製造するための方法を実装する概要図を示し、本実装において、光学フィルム２と静的または動的な要素画像アレイ１０との間、光学フィルム２の各スーパーレンズ３の焦点面９において、または各スーパーレンズ３の焦点面９から少なくとも部分的に光透過性である追加的な媒体１４上の各スーパーレンズ３の焦点距離９より小さい一定の距離を隔てた光学フィルム２の表面に対して等しい距離において、少なくとも１つの追加的な静的または動的な要素画像のアレイ１２が配置されていて、１インチ当たりの要素画像の配置および数は、好ましくは、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズ３の配置および数に一致する。この例におけるマルチオブジェクト画像１の合焦範囲の数は、追加的な要素画像アレイ１２の数に比例して増加する。

図３は、要素画像アレイ１０の媒体１３から、追加的な要素画像アレイ１２の追加的な光透過性媒体１４、およびスーパーレンズ３を形成する正マイクロレンズ６、７のアレイ４、５を備える光学フィルム２を通過する光ビーム１５（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍｓ光線）の逆転を示す。光ビーム１５は、実像フィールドおよび虚像フィールド（破線で示されている）にマルチオブジェクト画像１を生成する。スーパーレンズ３の焦点面９は、要素画像アレイ１０と追加的な要素画像アレイ１２との間に配置される。

（実施例３）
図４は、２つ以上の追加的な要素画像アレイ１２（図４には示されていない）を用いてマルチオブジェクト画像１を生成するための方法を具現化する、裸眼立体ディスプレイを示す概要図である。本ディスプレイは、遠距離視野、中距離視野および近接視野用の３つの合焦範囲を有する定性的な静的または動的マルチオブジェクト画像１を生成し、かつ２Ｄモードで動作することができる。要素画像アレイ１０（図４には示されていない）の媒体１３は、スーパーレンズ３の焦点面側から光学フィルム２のスーパーレンズ３の焦点距離ｆの２倍を超えない距離に配置される。要素画像１０の媒体１３と光学フィルム２との間には、光透過性ディスプレイを表す要素画像１２の２つの追加的媒体１４が配置されている。さらに動的な要素画像１２の１つの媒体１４は、光学フィルム２に近接して、またはこれの近くに配置される。マルチオブジェクト画像１は、観察者１１と光学フィルム２との間の領域内、および観察者１１に対して光学フィルム２の表面より後の領域内に生成される。

図５は、フライアイスーパーレンズ３のうちの１つに対応する領域の１つのフラグメント、およびこのフラグメント内の光ビーム１５を概略的に示している。光学フィルム２を通過しかつ要素画像１２の追加的な透過性媒体１４を通過する光ビーム１５は、フライアイスーパーレンズ３の焦点面９（図５には示されていない）に集束される。

以下、提案するマルチオブジェクト画像の製造方法を具現化するための光学フィルムの実施形態例を挙げる。

（実施例４）
図６は、マルチオブジェクト画像を生成するための方法の具現化に使用される光学フィルム２、およびその内部の光ビーム１５の最も単純な実施形態を示す。光学フィルム２の厚さは、０．５ミルから３０ミルまでである。光学フィルム２は、焦点面によって一直線上に並べられた、光透過性材料製の正マイクロレンズ６、７の、または正マイクロレンズの光学的代用品８（図６には示されていない）の互いに対して固定されて好ましくは等しく方向づけられる２つのアレイ４、５によって形成される、スーパーレンズ３のアレイを備える。第１のアレイ４における、光学フィルム２の表面に沿った少なくとも一方向におけるマイクロレンズ６の数は、１インチ当たり１００から２２５０であり、かつ第２のアレイ５における、１インチ当たりの正マイクロレンズ７または正マイクロレンズの光学的代用品８（図６には示されていない）の数は、１インチ当たりの正マイクロレンズ６、７または正マイクロレンズの光学的代用品８（図６には示されていない）の数の半分から、第１のアレイ４における１インチ当たりの正マイクロレンズ６または正マイクロレンズの光学的代用品８（図６には示されていない）の数の１／１０までの値だけ多く、一方で、第２のアレイ５における正マイクロレンズ７または正マイクロレンズの光学的代用品８（図６には示されていない）の開口角αは、７゜以上である。

図６が示す光ビーム１５は、光学フィルム２のさらなる実施形態の全てにおいて同一である。簡潔さを期して、光ビーム１５は、互いに平行であって第１のアレイ４のマイクロレンズ６の中心を通るもののみが示されている。スーパーレンズ３の焦点距離ｆの２倍の範囲内には、要素画像１０のアレイ、および追加的な要素画像１２（図６には示されていない）の１つまたは幾つかのアレイが配置されてもよい。

記述している実施例の好ましい変形例は、第１のアレイ４における、光学フィルム２の表面に沿った少なくとも一方向でのマイクロレンズ６の数が１インチ当たり２００から５００までの光学フィルム２である。光学フィルム２のスーパーレンズ３の数は、１インチ当たり０．５から２００までとすることができる。

（実施例５）
光学フィルム２の特定の一実施形態は、第１のアレイ４の正マイクロレンズ６が非球形屈折面を有する、というものである。後述する光学フィルムの実施形態は全て、非球形屈折面を有するレンズ素子の少なくとも１つのアレイを備えることができる。

図７ａは、第１のアレイ４の正マイクロレンズ６が非球形屈折面を有する、光学フィルム２を示す。光学フィルム２は、正レンチキュラマイクロレンズ６、７のアレイ４、５を備え、一方で第１のアレイ４の正マイクロレンズ６の開口角βは、第２のアレイ５の正マイクロレンズ７の開口角αより大きく、その関係は、式 β＝ａα^２＋ｂ、但し０．０６≦ａ≦０．０８および１１≦ｂ≦１５、で記述される。第１のアレイ４における、少なくとも一方向での正マイクロレンズ６の数は、１インチ当たり２００から５００までである。マイクロレンズアレイ４、５は、光透過性フィルム２上へ押出し成形によって装着されてもよく、または十分な精度を保証する他の任意の方法によって製造されてもよい。

（実施例６）
図７ｂは、マイクロレンズアレイ４、５を備える光透過性複合フィルムの形式における、光学フィルム２の実施形態を示す。第１のアレイ４および第２のアレイ５のマイクロレンズ６、７は、屈折率が異なる材料で製造されてもよい。

（実施例７）
図７ｃは、マイクロレンズ７のアレイ５と、視差バリア形式における正マイクロレンズの光学的代用品８のアレイとを備える、光学フィルム２の実施形態を示す。

（実施例８）
図７ｄは、マイクロレンズアレイ６、７を備える、自動接着性光学フィルム２の実施形態を示す。マイクロレンズ７の第２のアレイ５は、光透過性物質または接着特性を有する混合体の層１６によって、かつ保護フィルム１７によってコーティングされる。

（実施例９） 図７ｅは、その両側がマイクロレンズアレイ４、５上へ装着される光透過性物質または混合体の層１６によって形成される平滑面を有する、光学フィルム２の実施形態を示し、一方で光学フィルム２の材料およびコーティング層１６の光透過性物質または混合体の屈折率の差は、０．１５以上である。

（実施例１０）
図７ｆは、光透過性物質または混合体の層１６を有する光学フィルム２の実施形態を示し、この場合、光透過性材料製の正マイクロレンズ７の一方のアレイ５は、平らな側面が光学フィルム２の外側へ方向づけられ、下側のアレイ５のマイクロレンズ７の屈折面は、光学フィルム２の内側へ向けられている。

（実施例１１）
図７ｇは、光透過性物質または混合体の層１６を有する光学フィルム２の実施形態を示し、この場合、光透過性材料製の正マイクロレンズ６、７のアレイ４、５は、平らな側面が光学平面２の外側へ方向づけられ、第１および第２のアレイ４、５のマイクロレンズ６、７の屈折面は、光学平面２の内側へ向けられている。

（実施例１２）
図８は、正マイクロレンズ７の第２のアレイ５（図８には示されていない）側から表面上に、規則的なパターンで装着される接着層１８を有する光透過性フィルム２を示し、その合計コーティング面積は、光学フィルム２の表面積の２５％を超えない。

（実施例１３）
図９は、光学フィルム２の１つのフラグメント（ｆｒａｇｍｅｎｔ、構成部分）を示す。これは、六角形のスーパーレンズ３のフライアイ構造を形成する六角形の正マイクロレンズ６、７の２Ｄアレイ４、５（図９には示されていない）を備える。光学フィルム２は、実施例７（ａ−ｇ）に記述されている任意の実施形態におけるように、同じ直線上に整列しているマイクロレンズ６、７のアレイ４、５および追加の層１６、１７、１８で製造されてもよい。光学フィルム２は、実施例７（ａ−ｇ）に記述されている任意の実施形態におけるように、同じ直線状に整列しているマイクロレンズ６、７のアレイ４、５および追加の層１６、１７、１８で製造されてもよい。

（実施例１４）
図１０は、光学フィルム２の１つのフラグメントを示し、これは、正方形のスーパーレンズ３のフライアイ構造を形成する正方形の正マイクロレンズ６、７の２Ｄアレイ４、５（図１０には示されていない）を備える。光学フィルム２は、実施例７（ａ−ｇ）に記述されている任意の実施形態におけるように、同じ直線状に整列しているマイクロレンズ６、７のアレイ４、５および追加の層１６、１７、１８で製造されてもよい。

（実施例１５）
図１１は、光学フィルム２の１つのフラグメントを示し、これは、円形のスーパーレンズ３のフライアイ構造を形成する円形の正マイクロレンズ６、７の２Ｄアレイ４、５（図１１には示されていない）を備える。光学フィルム２は、実施例７（ａ−ｇ）に記述されている任意の実施形態におけるように、同じ直線状に整列しているマイクロレンズ６、７のアレイ４、５および追加の層１６、１７、１８で製造されてもよい。

提案する本方法は、光学フィルムの厚さを増すことなく、かつマルチオブジェクト画像の視覚品質を低下することなく、要素画像ピッチを２インチまで増大できるようにする。これは、光学フィルムを製造する際の光学材料消費量の低減、および光学フィルムを要素画像アレイに対して配置するプロセスの単純化を可能にし、かつ光学フィルムから光学フィルムのスーパーレンズの焦点距離２つ分に等しい距離内における、透明フィルム、液晶ディスプレイおよび他のディスプレイの形式の追加的な要素画像アレイの比較的単純な配置の可能性も提供する。本提案方法は、事実上任意の被写界深度を有する光景またはオブジェクトの静的および動的双方のマルチオブジェクト画像（即ち、最大数メートルの被写界深度を有する実像または虚像のオブジェクトまたは光景の極めてリアルな画像）を取得することを可能にする。本提案方法は、低および中解像度（１インチ当たり７０−６００点）の一般的なプリンタで取得される要素画像アレイを用いて定性的な大判マルチオブジェクト画像を取得することを可能にする。大判のマルチオブジェクト画像を、ガラスユニット、サインボード、ライトボックス、他等の既製の構造物を用いて取得することには大きな意味がある。光学フィルム内に１インチ当たり１００以上の数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイの使用は、マイクロレンズ素子を、近距離からマルチオブジェクト画像を心地よく見るためには必要である、事実上観察者が認識できないものにする。

Claims (13)

1. マルチオブジェクト画像（１）を製造するための方法であって、
   光透過性材料より成る正マイクロレンズ（６、７）または正マイクロレンズ（６、７）の光学的代用品（８）の互いに対して固定される二つのアレイ（４、５）で形成されるスーパーレンズ（３）のアレイを備える光学フィルム（２）が使用されており、
   前記光学フィルム（２）の表面に沿った少なくとも一方向において、前記スーパーレンズ（３）の数は、１インチ当たり０．５から２２５までであり、
   静的または動的な要素画像のアレイ（１０）が、前記光学フィルム（２）から等距離となる所定の位置に配置されており、
   前記所定の位置とは、それぞれの前記スーパーレンズ（３）の焦点面（９）、若しくは前記スーパーレンズ（３）の焦点面（９）から前記スーパーレンズの焦点距離より小さい一定の距離を隔てた位置であり、
   さらに、１インチ当たりの前記要素画像の配置および数は、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズ（３）の配置および数に一致しており、
   前記光学フィルム（２）は、０．５ミルから３０ミルまでの厚さを有し、光透過性材料製正マイクロレンズ（６、７）または正マイクロレンズ（６、７）の光学的代用品（８）の２つの互いに対して固定された、同一方向を向いたアレイ（４、５）により形成されるスーパーレンズ（３）のアレイを備え、第１のアレイ（４）の数は、前記光学フィルム（２）の表面に沿った少なくとも１つの方向において少なく、１インチ当たり１００から２２５０までであり、かつ第２のアレイ（５）における、１インチ当たりの正マイクロレンズ（７）または正マイクロレンズ（７）の光学的代用品（８）の数は、前記第１のアレイ（４）における１インチ当たりの正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の数の半分から、１インチ当たりの正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の数の１／１０までの値だけ多く、前記第２のアレイ（５）の正マイクロレンズ（７）または正マイクロレンズ（７）の光学的代用品（８）の開口角αは、７゜以上であることを特徴とする方法。
2. 前記光学フィルム（２）と前記静的または動的な要素画像のアレイ（１０）との間に、少なくとも一つの追加的な静的または動的な要素画像のアレイ（１２）が少なくとも部分的に光透過性である媒体（１４）上に配置されており、１インチ当たりの前記要素画像の配置および数は、同一方向における１インチ当たりのスーパーレンズ（３）の配置および数に一致しており、
   前記少なくとも一つの追加的な静的または動的な要素画像のアレイ（１２）が、前記光学フィルム（２）から等距離となる所定の位置に配置されており、
   前記所定の位置とは、それぞれの前記スーパーレンズ（３）の焦点面（９）、若しくは前記スーパーレンズ（３）の焦点面（９）から前記スーパーレンズの焦点距離より小さい一定の距離を隔てた位置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記光学フィルム（２）は、０．００５インチから７インチまでの厚さを有する光透過性基材上へ配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 光学フィルム（２）であって、前記光学フィルム（２）は、０．５ミルから３０ミルまでの厚さを有し、光透過性材料製正マイクロレンズ（６、７）または正マイクロレンズ（６、７）の光学的代用品（８）の２つの互いに対して固定された、同一方向を向いたアレイ（４、５）により形成されるスーパーレンズ（３）のアレイを備え、第１のアレイ（４）の数は、前記光学フィルム（２）の表面に沿った少なくとも１つの方向において少なく、１インチ当たり１００から２２５０までであり、かつ第２のアレイ（５）における、１インチ当たりの正マイクロレンズ（７）または正マイクロレンズ（７）の光学的代用品（８）の数は、前記第１のアレイ（４）における１インチ当たりの正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の数の半分から、１インチ当たりの正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の数の１／１０までの値だけ多く、前記第２のアレイ（５）の正マイクロレンズ（７）または正マイクロレンズ（７）の光学的代用品（８）の開口角αは、７゜以上であることを特徴とする光学フィルム（２）。
5. 前記第１のアレイ（４）の正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の開口角βは、前記第２のアレイ（５）の正マイクロレンズ（７）または正マイクロレンズ（７）の光学的代用品（８）の開口角αより大きく、その関係は、式：β＝ａα２＋ｂ、但し０．０６≦ａ≦０．０８および１１≦ｂ≦１５、で記述されることを特徴とする請求項４に記載の光学フィルム（２）。
6. 正マイクロレンズまたは正マイクロレンズの光学的代用品の前記第１のアレイ（４）における、少なくとも一方向での正マイクロレンズ（６）または正マイクロレンズ（６）の光学的代用品（８）の数は、１インチ当たり２００から５００までであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光学フィルム（２）。
7. 正マイクロレンズ（６、７）の少なくとも一方のアレイ（４、５）の正マイクロレンズ（６、７）は、非球形屈折面を有することを特徴とする請求項４から請求項６のうち一項に記載の光学フィルム（２）。
8. 光透過性材料製の正マイクロレンズ（６、７）の少なくとも一方のアレイ（４、５）は、その平らな側面を前記光学フィルム（２）から外して方向づけられることを特徴とする請求項４から請求項７のうち一項に記載の光学フィルム（２）
9. 少なくとも片側は、正マイクロレンズ（６、７）のアレイ（４、５）または正マイクロレンズ（６、７）の光学的代用品（８）のアレイ上へ装着された光透過性材料のコーティング層（１６）により形成される平滑面を有し、前記光学フィルム（２）の材料および前記コーティング層（１６）の光学材料の屈折率の差は、０．１５以上であることを特徴とする請求項４から請求項８のうち一項に記載の光学フィルム（２）。
10. 前記フィルムは、正レンチキュラマイクロレンズ（６、７）のアレイ（４、５）を備えることを特徴とする請求項４から請求項９のうち一項に記載の光学フィルム（２）。
11. 前記フィルムは、フライアイ構造を形成する正マイクロレンズ（６、７）または正マイクロレンズ（６、７）の光学的代用品（８）の２Ｄアレイ（４、５）を備えることを特徴とする請求項４から請求項９のうち一項に記載の光学フィルム（２）。
12. 前記フィルムは、自動接着性のフィルムであることを特徴とする請求項４から請求項１１のうち一項に記載の光学フィルム（２）。
13. 前記フィルムは、その表面上に、規則的なパターンで装着される、前記光学フィルム（２）を光透過性基材の表面へ固定するための接着層（１８）を有し、その合計コーティング面積は、前記光学フィルム（２）の表面積の２５％を超えないことを特徴とする請求項１２に記載の光学フィルム（２）。

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