KR100930145B1 - 가변성 광학 어레이와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 초점화 과정을 각각의 표면에 다중 구부러진 축성 광학 요소들이 결합된 두 개 또는 그 이상의 표면들로 분리한다. 축성 광학은 주조, 기계가공, 또는 현수된 필름에 의해 제작될 수 있다. 만일 현수된 필름이 사용된다면, 광학의 양 측면은 투명한 현수된 필름을 가질 수도 있다. 또 다른 방법으로, 현수된 필름 광학의 일측면은 반사성 필름을 이용할 수도 있다.

광학, 렌즈, 어레이, 필름, 투명, 축

Description

가변성 광학 어레이와 그 제조 방법{VARIABLE OPTICAL ARRAYS AND VARIABLE MANUFACTURING METHODS}

관련된 출원의 참고:

본 특허 출원은 미국 가출원 제60/523076호, "넓은 범위의 크기와 농도에 걸쳐 쉽게 제작 가능한 광학 어레이"(출원일: 2003.11.18)의 이익을 주장한다. 상기 출원의 명세서는 여기에서 전체적으로 참고되었다.

본 출원은 미국 가출원 제60/523006호, "반사성 다중 이미지 표면"(출원일: 2003.11.18, 2004.11.18)에 관련된다. 본 출원은 미국 가출원 제60/53681호, "공간 다중화 이미지 프로젝터 "(출원일: 2204.01.16)에 관련된다. 본 출원은 미국 가출원, "반사 굴절 프로젝션 스크린"(출원일: 2004.05.25)에 관련된다. 본 출원은 미국 가출원 제10/961834호, "강한 환경관 내에서 작동하는 프로젝션-수신 표면"(출원일: 2004.10.07)에 관련된다.

본 발명은 렌즈 어레이, 렌즈 어레이 제작방법 및 다양한 렌즈 어레이 시스템의 구성에 관한 것이다.

구부러진(curved) 축 성분을 이용하는 광학 어레이는 여러 가지 용도를 가지고 있다. 그러나 종래의 노력은 샤워문의 사생활 유리(어레이에 집합된 원통 모양의 유리)와 같은 용도로만 직접 연결되어왔다. 이전에는 그러한 요소를 광학 요소의 렌즈에 적용시키는 노력이 없었다. 설령 있었다 하더라도, 매우 작은 렌즈를 제작할 수 있는 능력이 부족하며, 많은 양의 렌즈 성분을 어레이(array)로 제작해야하는 어려움과 어레이 제작 도구가 가공된 후에는 렌즈의 특성을 바꿀 수 없다는 문제가 있다. 그러한 도구를 만드는 것은 매우 비싸고, 어려우며, 만들어진 후에는 수정이 불가능하다.

발명의 요약

본 발명은 앞서 말한 단점을 전혀 다르게 접근함으로써 극복했다. 특히, 본 발명은 렌즈 초점 과정을 각각의 면에 다중 축성 광학 요소(multiple axial optic elements)를 합성하는 두 개 이상의 면으로 나누었다. 여기서 “축성 광학(axial optics)"은 예로 원통 렌즈의 사용을 포함한다. 원통 렌즈의 경우, 렌즈가 원통축에 대해 가로지르게 절단되면, 렌즈를 따라 교차 절단하여 얻은 것과 동일한 윤곽을 띄게 된다.

본 발명이 결코 원통 렌즈에 제한된 것이 아니더라도, 축성 광학의 예로 편리하고 쉽게 이해될 것이다. 비슷하게, 본 발명이 광선(예를 들어 음파 또는 전자파)이 아닌 에너지에 관한 것일지라도, 광학계와 쉽사리 연관될 수 있으므로 후술하는 논의는 광선에 제한된다.

축성 광학은 몰딩, 기계가공 또는 현수된 필름(suspended film)을 통해 생산될 수 있다. 만약 현수된 필름을 이용할 경우, 여러 가지 선택이 있다. 먼저, 광학의 양쪽 모두 투명한 현수된 필름을 가질 수 있다. 이는 하기에 상세히 설명된 멀티-이미지 장치 또는 후면 투사 스크린과 같은 실용적인 용도로 이어진다. 두 번째로, 광학의 한쪽 면이 반사 필름으로 된 경우, 하기에 상세히 설명된 전면 투사 스크린 또는 공동 계류 중인 미국 특허 출원 “반사성 다중 이미지 표면” (출원일: 2004.11.18)에 묘사된 종류의 멀티이미지 장치로 이어지는 반사성 필름을 이용할 수 있다.

본 발명의 강력한 실용적 영향은 대량의 광학 요소가 좁은 영역(대략 90,000 렌즈/평방 피트)에서 생산될 수 있다는 것과, 렌즈의 곡률이 렌즈 요소의 툴링(tooling)을 바꾸지 않고도 다양하다는 것이다.

본 발명에서 그 이상의 용도 분야는 하기 상세한 설명을 통해 더 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 중 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 설명을 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

본 발명은 다음의 상세한 설명과 하기의 첨부된 도면을 통해 더 이해될 것이다.

도 1A는 빛을 수용하는 곡면을 가진 첫 번째 축의 광학 요소와 빛이 나가는 평면을 상측에서 바라본 모습이며, 존재하는 빛은 초점면에 몰려있다.

도 1B는 빛을 수용하는 평면을 가진 두 번째 축의 광학 요소와 빛이 나가는 곡면을 상측에서 바라본 모습이며, 존재하는 빛은 초점면에 몰려있다.

도 1C는 빛의 물리적 방해물을 보여주며, 도 1D는 빛의 부분적인 물리적 방해물을 보여준다.

도 2A는 곡면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 바라본 모습이며, 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 2B는 곡면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 관찰하여 나타낸 도 2B를 꼭대기에서 바라본 경우이며, 이 역시 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 2C는 곡면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 관찰하여 나타낸 도 2A의 측면도이며, 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 3A는 평면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 관찰하여 나타낸 것이며, 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 3B는 평면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 관찰하여 나타낸 도 3A를 꼭대기에서 바라본 경우이며, 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 3C는 평면을 중심으로 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 서로 수직되게 하여 상측에서 관찰하여 나타낸 도 3A의 측면도이며, 하나의 초점은 빛이 두 요소 모두 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 4는 빛이 생기면서 평행하게 되며 두 교차된 렌즈를 빛이 통과하는 곡면을 중심으로 한 첫 번째와 두 번째 축의 광학 요소를 위쪽에서 관찰한 모습이다.

도 5는 축렌즈 요소의 어레이를 위쪽에서 바라본 모습이다.

도 6A는 곡면을 중심으로 축렌즈 요소의 첫 번째 어레이와 축성의 광학요소의 두 번째 어레이를 서로 수직되게 놓고 위쪽에서 바라본 모습이며, 하나의 초점은 두 광학 요소를 뚫고 지나감을 나타낸다.

도 6B는 축렌즈 요소의 어레이를 나타낸 도6A의 또 다른 측면도이다.

도 6C는 곡면을 중심으로 축렌즈 요소의 첫 번째 어레이와 축성의 광학요소의 두 번째 어레이를 서로 수직되게 놓고 위쪽에서 바라본 도 6A를 꼭대기에서 바라본 모습이다.

도 7A는 축렌즈 요소의 두 번째 어레이의 둥글린 면에 접근한 평면을 갖는 축렌즈 요소의 첫 번째 어레이를 상측에서 바라본 모습이며, 첫 번째 어레이는 두 번째 어레이와 서로 수직되어 있으며 그로 인한 투영도 나타나있다.

도 7B는 도 7A의 측면도이다.

도 7C는 도 7A를 꼭대기에서 바라본 모습이다.

도 8A는 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소 어레이의 겹치는 부분을 나타낸 모 습이며, 투영도의 숨겨진 모습이다.

도 8B는 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소 어레이의 겹치는 부분을 나타낸 도8A를 상측에서 바라본 모습이며, 투영을 위쪽에서 바라본 경우이다.

도 8C는 곡면이 서로 마주보고, 투영이 가려진, 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소를 45도 기울인 모습을 꼭대기에서 관찰하여 나타낸 것이다.

도 8D는 곡면이 서로 마주보고, 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소를 45도 기울인 모습을 나타낸 도 8C를 상측에서 관찰하여 나타낸 것이다. 투영은 상측 모습이다.

도 8E는 굽은 면을 서로 마주보게 하고, 투영이 가려진, 레지스트리(registry) 중심으로 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소 어레이를 꼭대기에서 바라본 모습이다.

도 8F는 도 8E에 보이는 바와 같이 굽을 면을 서로 마주보게 하고, 레지스트리를 중심으로 첫 번째와 두 번째 축렌즈 요소 어레이를 상측에서 바라본 모습이다. 투영은 상측 모습이다.

도 9A는 광학 요소 어레이의 첫 번째 곡면의 측면도이다.

도 9B는 광학 요소 어레이의 두 번째 곡면의 측면도이다.

도 9C는 광학 요소 어레이의 세 번째 곡면과 방해물의 측면도이다.

도 9D는 광학 요소 어레이에서 정점을 형성하는 평면 연속의 측면도이다.

도 9E는 광학 요소 어레이에서 일정하지 않은 곡면의 연속의 측면도이다.

도 10은 도구에 현탁된 필름을 위쪽에서 바라본 모습이다.

도 11은 외부 부속물 주형의 모습이다.

도 12는 외부 부속물 주형을 나타낸 도 11의 조립도이다.

도 13은 본 발명의 교차된 광학 어레이를 이용하는 후면 투사 스크린의 모습이다.

도 14는 광선예는 선택된 렌즈 소스 그룹으로부터 나오며, 광원, 합성 이미지, 렌즈 어레이 및 관찰자 각 범위 내 두 개의 다른 시각 이미지에 대한 공간 다중적 이미지 해독기의 실용적인 용도 부류의 일반적 구상을 도시한다.

도 15A 및 도 15B는 9개의 화소의 합성 이미지와 아닌 이미지로 이루어진 총 81화소의 9*9 어레이를 나타낸 모습이다.

도 16은 이미지가 자신의 초점에 위치하였을 때의 렌즈의 일반적인 특성을 도시한 것으로서, 중앙 광선이 각각의 세 개의 픽셀로부터 나올 때의 합성 이미지 대 시각 이미지에 대한 픽셀 위치의 관계와, 특정한 렌즈 소스 그룹 내에서 픽셀의 배열, 관람자를 향해 보내지는 소스 이미지을 만드는 다른 픽셀들처럼 동일한 방향에서 에너지를 보내는 굴절성 광학의 특성에 따른 픽셀의 위치를 도시한다.

도 17은 도 16에 나타난 바와 같이 다른 방향으로 이미지 요소를 분리 시키는 각각의 렌즈를 갖고 합성 이미지 요소에 대하여 동일한 초점 간격, 크기와 위치를 가진 세 개 렌즈의 프로파일(profile)을 도시한다.

도 18은 1차원 렌즈 어레이를 나타낸다.

도 19는 2차원 렌즈 어레이를 나타낸다.

도 20은 글라스 비드(유리 염주)막의 밑바탕을 나타낸다.

도 21은 유리 염주와 관련된 혼선 조직을 나타낸다.

도 22는 원통 렌즈를 투과하고 정반사기에 의해 뒤로 물러나는 동일한 렌즈를 통해 다시 반사하는 투사 광선을 도시한다.

도 23은 밀집된 원통 렌즈 어레이의 제작을 위한 부용 필름의 배치예를 도시한다.

도 24는 원통 모형으로 벌크(bulk) 깨끗한 굴절 필(fill) 재료에 부착된 깨끗한 필름과 원통 모형으로 벌크 필의 다른 면에 부착된 반사성 필름의 종합적 구상을 도시한다.

도 25A는 종래의 전면 투사 스크린 기술을 뛰어넘는 향상된 명암 대비의 높은 이득과 다중 이미지의 가능성 등의 많은 장점을 지니며 투사 스크린의 매트릭스(matrix)를 제작할 수 있는 전형적인 단독 조직의 상측도를 도시한다.

도 25B는 도 25A의 조직의 위쪽 측면에서 바라본 모습이다.

도 25C는 도 25A의 조직을 위쪽에서 바라본 모습이다.

도 26은 작은 크기의 비드로 형성된 얇은 고탄력 스크린을 나타낸다.

축성 광학 (AXIAL OPTICS)

본 발명의 세부 사항에 앞서, 축성 광학의 개념과 본 발명으로부터 어떻게 축성 광학이 얻어지는지 설명하는 것이 도움이 된다. 축성 광학은 하기 제시된 기 계가공 또는 몰드에 의해 얻어질 수 있다.

먼저, 축성 광학은 기계가공으로 얻어질 수 있다. 특히, 밀링(milling) 작용 중 광학 호환성 물질 조각은 밀링대(milling bed)에 설치되고, 적어도 하나의 관측 관점에서 검사될 때 선형인 연속적인 절단을 얻기 위해 연속 축을 따라 절단기(볼밀(ball mill) 또는 다른 절단 모양)에 투입된다. 밀링대는 앞서 말한 관점과 동일하게 관찰되었을 때 또한 선형인 하나의 절단을 생성하기 위해 오프셋(offset)될 수 있다. 이러한 평행한 절단들은 축성 광학을 생성한다. 부수적인 평행 절단들을 계속함으로써 축성 광학의 어레이를 만들 수 있다.

축성 광학을 얻기 위한 또 다른 기계조작은 압출 작업이다. 축성 광학은 압출을 통해 만들어 질 수 있는 반면, 구형 광학은 압출을 통해 만들어질 수 없다. 압출 몰드는 세로로 가공한 다음 연마된다. 본 발명의 축성 광학 이용의 특징은 하기 설명과 함께 앞서 말한 평방인치 표면 위의 일백만 개 구형 렌즈의 예를 통해 인식되어질 것이며 이는 축성 광학의 오버레이(overlays)를 이용함으로써 제작 문제가 수천 배 감소하는 것을 보여준다.

대체로 말하면, 많은 기술이 축성 광학면 제조에 적합하다. 적당한 표면의 물체조각의 모사에 사용되는 도구의 가공이 이에 포함된다. 도구를 만들기 가능한 꽤 많은 기술중에는 밀링, 브로칭(broaching), 주조, 압축, 스탬핑(stamping), 에칭(etching), 진공성형, 전자성형 및 압출가공이 있다. 이러한 도구들은 캐비티들(cavity)에 물질들을 부착(주입, 주조, 증착, 침전, 포토프로세스(photo-process), 압출 등), 또는 추출(제분, 브로칭, 에칭, 포토프로세스 등), 또는 치 환(압연, 평판 압축, 스탬핑, 용해성형 등)을 통해 조각들을 가공하는데 쓰인다.

Ⅰ. 교차된 축성 광학과 제조방법(CROSSED AXIAL OPTICS AND METHODS OF MANUFACTURE)

본 발명은 두 개 또는 그 이상의 축성 광학 요소(elements)를 두 개 또는 그 이상의 축 세트를 함께 서로 엇갈리게 이용함으로써, 두 개 이상의 축성 광학 요소를 두 개 이상의 축 표준광학(카메라 렌즈, 투영기 렌즈, 망원경 렌즈 등)에 의해 개시된 두 축 초점 과정을 두 개 이상의 한 축 단계로 나눈다. 교차된 축성광학을 사용하여 렌즈 어레이를 제작하는 것은 표준 두 축 렌즈 어레이 제작보다 더 실용적이고 경제적이다.

도 1A 및 도 1B을 참조하면, 평행된 광선들이 위쪽부터 수직으로 두 렌즈에 입사되는 것이 도시된다. (서로 평행하거나 렌즈 표면에 수직인 충돌 광선은 본 발명의 요구 사항이 아니지만, 인용된 구상의 설명을 용이하게 하고자 함이다.) 원통 렌즈는 라인에 광선 초점을 맞춘다. 이러한 초점은 렌즈 원통의 축과 한쪽 방향으로 정렬된 효과를 갖는다. 광선은 원통의 뒤틀림 또는 렌즈가 만들어진 물질의 굴절률 등의 다양한 특성에 따라 렌즈로부터 특정한 거리에 모인다. 광선이 라인에 모인 후, 물리적 방해물이 없을 경우, 광선은(이미 초점에 맞춰진 후) 유입 각도와 동일한 발산 각도로 계속해서 발산된다. 광선은 밀집된 라인의 한 측면에 다른 방향으로부터 수렴한다. 또 다른 측면에는 광선이 이동함에 따라 발산된다.

그러나 본 발명은 전체적 또는 부분적인 물리적 방해물(15, 17)이 사용된 경 우를 포함한다. 또한 부분적인 물리적 방해물(15, 17) 역시 본 발명에 포함되었다. 물리적 방해물(15 및 17)은 도 1C와 도 1D에 도시된다. 부분적인 물리적 방해물(15, 17)의 용도는 렌즈 효과적 개구(aperture)의 통제, 전달/반사형의 이미지를 가진 매개 초점면을 통한 이미지의 화소의 들어오는 광선의 상호 작용, 공간 필터링(filtering)을 통한 정보 인코딩(encoding)을 포함하는 등 제한적이지 않다. 물리적 방해물의 예로는 사진 필름, CCD 비디오 칩 및 감광성 물질들이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 부분적인 방해물(15, 17)은 요구되어질 수 있다. 부분적인 방해물(15, 17)의 예로는 컬러 필터 어레이(array of color filters)가 있다. 이러한 필터는 들어오는 광선의 패턴과 어레이의 초점에 있는 패턴의 종합인 합성 이미지를 만들기 위한 어레이 초점면에 설치된다. 본 발명은 이러한 예에 제한되지 않으며, 채색된 방해물 대신 중성색 방해물을 이용하는 등 다른 많은 가능성들이 존재한다. 어레이의 선택된 (부분적) 방해물의 추가적인 예로는 이미지 정보 인코더/디코더(encoder/decoder), 슬라이드(slide) 투명 필름 및 사진용 필름의 이용이 있다. 이는 부분적인 방해물과 전체적 방해물(15, 17)이 광선 방해 또는 구성 요소의 물리적 위치로 일컬어 질 수 있으므로 구성 요소의 다소 투명한 중재물 또는 공간 필터링(filtering)의 특정 영역 전체적인 광선 방해 요소 또는 이 둘의 혼합의 결과일 수 있다.

도 1A 및 도 1B의 제 1 원통 렌즈(14a)와 제 2 원통 렌즈(14b)를 서로 직각으로 정렬시키고 서로 수직으로 쌓고, 전체적으로 도면 부호 "12" (도 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C 및 4)에 보여지는 바와 같은 입사광이 들어오는 경로와 반대 반향으로 정렬시키면, 제 1 렌즈(14a)는 입사광(12)을 라인(18)을 형성하는 출사광 라인(16)에 초점을 맞춘다. 두 렌즈(14a, 14b)의 합동 효과는 광선을 점(22)에 초점 맞춘다. 상기 점(22)은 대략 독립적으로 여겼을 때 두 렌즈와 각각 연결된 두 개의 출사 광선(16)의 교차점을 나타낸다. 점(22)에 초점 맞춰진 입사광(12)은 두 원통 렌즈의 겹쳐지는 부분으로 대략 정의되는 영역을 침해하는 것이다. 따라서 도 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C에 도시된 바와 같이, 교차된 원통 렌즈는 집광기(collector of light)로 함께 작용한다. 도 2A, 2B 및 2C는 각각의 곡률(curvature)이 서로를 향해 있는 두 렌즈를 나타내고, 도 3A, 3B 및 3C는 서로 평평한 면이 마주보는 것을 도시한 것이다.

상기 예를 든 렌즈가 반드시 한쪽은 곡률을 갖고 다른 한쪽은 평평할 필요가 없다는 것에 유의해야 한다. 사실, 교차된 원통 어레이를 같은 조각물질의 반대편에 놓는 것은 도3A, 3B 및 3C의 배열과 거의 동일하다. 대개 본 발명의 설명을 위해 사용되는 모형이 볼록렌즈일지라도, 반드시 그에 한정되는 것은 아니라는 점에 주의해야 한다. 더 나아가, 본 발명에서는 두 개 이상의 축성 광학면을 연속하여 쌓을 수 있다.

도 4는 교차된 렌즈 어레이가 광을 모으는 것만큼 쉽게 집광하는데 쓰일 수 있음을 도시한다. 도 4에서, 두 렌즈(14a, 14b)의 합성 초점에 위치한 광원(26)으로부터 나오는 광선(28)은 제 1 렌즈(14a)쪽으로 방출하도록 되어있다. 광선(28)은 제 1 렌즈(14b)를 빠져 나와 발산되어 집광된다. 집광된 광선(30)은 제 2 렌즈(14a)로부터 빠져 나온다. 두 렌즈가 겹치는 영역의 영향에 속하는 광선(30)은 광원(26)으로부터 바깥쪽으로 처음 방출되는 광선(28)보다 더 많이 집광 될 것이다.

도 5는 한 개 이상의 축성 광학이 제공될 수 있는 물질 조각 표면을 도시한다. 여기에서, 다섯 개의 원통 렌즈로 이루어진 축성 렌즈 어레이(32)는 서로의 접합부로 나타내어진다. (표면에서의 모든 축성 광학이 도 9A-9E에 보이는 것과 같이 같은 횡단면에서 일치하는 것이 본 발명에서의 필요조건은 아니다.)

상기 설명한 단일 원통 렌즈와 더불어, 다중 원통 렌즈(32a)의 물질 조각은 다중 원통 렌즈(32b)를 가진 또 다른 조각과 교차시킴으로써, 도 6A에 나타난 바와 같은 2차원 렌즈 어레이를 제작할 수 있다. 여기에서, 각각의 원통 렌즈 요소와 연관된 특정한 오버레이(overlay) 영역(20)은 상기 영역(20)에 부딪히는 광선을 이용하여 스스로의 초점(24)을 만드는 집광기이다. 도 6A, 6B 및 6C에는 두 번째 어레이(32b) 표면 안의 다섯 개 원통 렌즈 표면 위에 가로축으로 쌓여있는 하나의 어레이(32a)의 다섯 개 원통 렌즈 표면으로부터 나오는 단일 영역이 25개 있다.

본 발명은 물질조각의 각 축성 광학이 같은 조각의 다른 축성 광학과 일치할 필요는 없는 배열을 포함한다. 도 6C에서 25개의 겹치는 영역은 파선으로 나타나 있다. 그러나, 도 6A, 6B 및 6C의 모든 겹치는 부분은 광선의 영향을 보여주지는 않는다.

도 7A, 7B 및 7C는 2차원 렌즈 어레이(32a, 32b)를 도시한 것으로서, 다축성 광학(32a, 32b)의 겹치는 영역(20)에 의해 만들어진 렌즈(32a, 32b)의 초점(22)에 각각 위치한 다수의 광원(26)으로부터 발산되는 집광기를 적용한 것이다. 실제 로, 이 상태는 도 6A, 6B 및 6C에 나타난 어레이(32a, 32b)를 반대로 이용한 것이다.

축성 광학(32a, 32b)의 두 세트(sets)의 축들은 서로 수직으로 배열될 필요는 없다. 예를 들어, 원통 광학 설명에 이어서, 도 8E 및 8F는 축들이 서로 정렬되어 있을 때, 각 점들의 어레이에 초첨이 맞추는 것이 아닌 일련의 평행선들에 초첨이 맞추는 것으로 결과가 나타나는 것을 보여준다. 도 8A-8D에 개시된 것처럼, 세트가 비평행(non-parallel) 경향을 가질 때, 초점은 점들에서 발생하기 시작한다. 그러나, 점들은 세트가 서로 가로 방향의 성향을 가지므로, 점들은 대칭이 아니다. 따라서 도 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F에서, 조각들은 서로에 대해 회전함에 따라, 투사되는 광선의 결과적인 수렴은 원모양, 타원모양, 일직선 순서로 움직인다.

전술한 바와 같이, 축성 광학은 일정한 공통 모형을 가질 필요도 없고, 또한 똑같은 풋프린트(footprint) 크기, 똑같은 목적을 가질 필요도 없으며, 연속 직선, 원형, 또는 적용될 수 있는 다른 축 타입 제작을 제외하고 다른 공통 모형이 같을 필요도 없다.

그러나, 요구되는 광학적 효과가 독립적인 광학적 요소의 어레이를 창조하는 것을 지지하는 것이 본 발명의 공통 특징이다. 이는 같은 물질 조각의 면에 있는 세트의 축성 광학에 관한 것이든 또 다른 면의 단독의 축성 광학에 관한 것이든 사실이다. 이는 본 발명이 단일 치환 또는 초점을 총괄하여 제작하는 프뢰즈넬(Fresnel) 렌즈와 같은 다른 광학 시스템과의 중요한 차이점이다. 예를 들어, 프레스넬 광학 시스템은 하나의 시스템을 이용할 때 한 장면에서 오로지 하나의 이미 지만 생성되도록 되어 있다. 프뢰즈넬과 달리, 본 발명은 하나의 시스템을 사용할 때 한 장면에서 다수의 이미지를 제작할 수 있도록 지지한다.

1000개의 축성 광학의 어레이가 1000개의 축성 광학 어레이와 교차되었을 때, 일백만 개의 렌즈가 생성된다.

본 발명에 적용될 수 있는 축성 광학의 몇몇 단면적 예가 도 9A, 9B, 9C, 9D, 9E에 도시되어 있다. 비록 상기 도면들이 본 발명의 모든 가능한 예를 철저히 보여주는 것은 결코 아닐지라도, 상기 도면들은 몇몇 중요한 모형 개념을 나타낸다.

또한 본 발명에 의해 포위되는 형상들은, 그곳에는 축성 광학들은 플라스틱, 유리 또는 다른 적당한 투명 물질 내에서의 선형 공동들(linear cavities)과 같은 물질 조각들 내에 삽입된다.

그리고 다양한 굴절성과 투명성질의 액체 및 기체는 적당한 때에 따라 렌즈 어레이의 초점, 색 및 다른 특징을 바꾸기 위해 시스템 내에서 흐를 수 있다.

발명가에 의해 만들어지고 시험된 현재 본 발명의 바람직한 실시예는, 1/16’’간격으로 떨어져 있고 초점 거리 1/8’’를 갖는 축성 렌즈의 수지를 주조함으로써 두 축성 광학 조각이 만들어지는 설계이다. 도 6A, 6B, 6C와, 도 7A, 7B, 7C에 개시된 어레이를 제작하기 위해, 원통 모양의 축성 광학을 이용하는 두 조각을 각각 도 2A, 2B, 2C, 또는 도 3A, 3B, 3C처럼 교차시킨다. 이 특정 실시예가 현재 바람직하더라도, 본 발명은 이 실시예에서 사용된 모양, 크기, 제작기술에 제한을 두지 않는다.

본 발명의 매우 유용한 특징은 비용이 효율적인 2차원 렌즈 어레이의 제작이 가능하다는 것과, 가능하다면 종래 광학 제작 방법을 이용하여 비실용적인 공간밀도의 렌즈 어레이의 제작을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 몇 실시예에서, 광학 특징은 가공 후 쉽게 변화될 수 있다.

어레이 결과물의 용도는 이에 제한되지는 않지만, 다음 광학 예와 같다. 광학 연산, 통신 및 코딩(coding); 극장, 가정, 학교의 후면 및 전면 투사기; 광고 신호계 및 점수판; 각각의 눈에 집광 선택 화소로써 다른 3차원 이미지를 나타내기 위한 전투 시현장치 및 가상 현실 시스템의 안경 등등이다. 상기에 나타난 바와 같이, 본 발명은 광학 용도에 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 다른 전기장 스펙트럼 분야 및 음향, 기계 에너지에도 적용 가능하다.

Ⅱ. 현수 필름을 이용한 굴절된 축성 광학(Curved axial optics using suspended film)

지금까지 기계 가공 또는 몰드된 광학을 채용하는 광학 어레이에 대해 살펴보았다. 앞으로, 광학을 만드는 전혀 다른 방법-현수 필름(suspended film)에 대해 알아보겠다. 그 다음 현수 필름 광학을 이용하는 추가의 실용적 용도에 대해 설명한다.

도 10에서, 바람직하게 1mm인 거리D에 위치한 얇은 벽(102)를 만들기 위해 일련의 세로 절단 연속을 만듦으로써 도구(134)이 얻어진다. 도구(134)는 v-모양의 세로 절단으로 도시되었지만, 정사각형 절단도 가능하다. 구멍(미도시) 또는 홈은 차압 V와 에서 통신을 제공하기 위해 절단의 바닥부분을 따라 놓여질 수 있다. 투명하거나 또는 반사적인 필름(104)은 벽(102)을 덮는다. 다음, 필름(104)을 밀어내기 위해 벽(102) 사이에 있는 구멍으로 차압 V가 가해지고, 구부러진(curvde) 축성 광학(110)이 형성된다. 여기서 광학 품질 표면을 얻기 위해 요구되는 더 이사의 광학 연마(polishing)가 없음을 이해하는 것이 매우 중요하다. 그 다음, 첫 번째 실시예에서 폴리머(112)를 구부러진 축성 광학(110) 뒤에 부으면, 도 2A에 도시된 것과 같은 광 초점 능력을 갖는 영구 축성 광학이 생성된다. 바람직한 폴리머 물질은 어플라이드 폴러라믹스 인코포레이트사(Applied Poleramics, Incorporated, of Benicia, California)로부터 얻어질 수 있다. Applied Poleramics의 바람직한 특정 물질은 "EFM15"와 "EFM18 페놀릭스(phenolics) 또는 "266 에폭시"와 "AU16 폴리우레탄(polyurethane)" 이다. 부가적으로 광학의 바깥쪽은 광학 표면의 보호를 위해 코팅할 수 있으며 예를 들면, 산화, 마모 등 다른 손상 방지를 위하여 얇은 아크릴로 코팅하거나 또는 폴리에탈린으로 코팅할 수 있다. 이러한 코팅은 피보디 레보레토리스사(Peabody Laboratories, Inc. located at 1901 S. 54th Street, Philadelphia PA 19143)에서 구매할 수 있으며, "PERMALAC"이라는 상표 이름으로 판매된다. 차압은 축성 광학의 곡률을 다양하게 하기 위해 변할 수 있다.

두 번째 실시예에서, 투명한 도구(100)는 필름(104)과 함께 사용될 수 있다. 여기서 구부러진 축성 광학은 차압의 변화 정도에 따라 그 곡률이 계속해서 변한다. 투사된 이미지가 구부러진 축성 광학을 통해 초점이 맞춰졌을 때, 광학의 곡률은 차압 V의 정도를 바꿈으로써 변화시킬 수 있으며, 그로 인해 이미지의 초점이 다양하게 나타난다. 초점을 바꾸는 것이 이미지를 바꾸거나 또는 관찰자의 위치를 바꾸는 것과 함께 조정되었을 때, 이것은 매우 유용한 용도를 갖는다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 두께가 바람직하게 0.25mils에서 1mil사이일 때 필름(104)은 아세테이트(acetate), 폴리에틸렌(polyethlene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 아크릴(acrylic)로 사용될 수 있다.

두 개의 도구(100)가 서로 교차하여 마주보며 동시에 적용되는 경우, 교차된 광학 어레이가 생성되는 것을 쉽게 볼 수 있다. 다음, 필름(104) 사이의 공간은 플라스틱으로 채워질 수 있다.(“플라스틱”이란 용어는 폴리머에 제한된 것이 아니라 일반적으로 넓은 의미로 이용됨을 의미하는 것이다). 바람직한 플라스틱의 하나인 전술한 에폭시는 낮은 점성도 때문에, 필름 사이에 물처럼 부어지며, 가열된 후 경화된다. 이러한 접근은 도 11 및 도 12를 참고로 사용된다. 도 11 및 12에서 몰드(mold)가 전체적으로 부호 "116"에 보여진다. 몰드(116)는 받침 구조로써의 다리 받침(118), 바닥 받침(120), 안정판(122), 직립 받침(124) 및 공간 블럭(126)을 구비한다. 힌지(hinge,128)는 후에 흔들림과 이동할 수 있는 여닫이 도어(130)를 허용함으로써 캐비티 내부에 쉽게 접근 가능하도록 한다. 이러한 도어(130)는 2차 손질이 포함될 수 있는 전/후 경화 작용을 고려한 모든 가능한 요소들로의 단일 접근 생산을 가능케 한다. 도 12에 더 잘 보여지듯이, 몰드(116)는 도어(130), 라디에이터(131), 라디에이터 개스킷(gasket)(132), 진공대(134), 공간 개스킷(136)을 구비한다. 도구(100)는 진공대(134)의 각각 사이드에 위치해 있다. 도 11에서 더 자세히 볼 수 있듯이, 온도 센서 어레이(140)는 외부 열원(142)(고온 접착제를 이용하여 도어(130)에 고정됨), 고온 유체 흡입구 호스(144), 진공 호스(148)와 같이 몰드(116)의 외부에 부착된다. 일반적으로 필름(104)은 진공대(134)의 각 면에 있는 두 도구(100) 위에 각각 위치한다. 도어(130)는 닫히고, 조립(150)을 걸어 잠근다. 차압은 현수 필름(104)을 밀어내고 구부러진 축성 광학 모양으로 고형시키기 위해 진공 호스(140)를 통해 주입된다. 두 필름 모두 서로로부터 밀려 멀어진다. 여기서 압력은 진공이 아닌 진공호스(140)를 통해 주입되는 것이 중요하다. 플라스틱 이후 바람직한 에폭시를 붓고 경화시킨다. 마지막으로 바깥쪽으로 구부러지고 공통 중심을 갖는 축성 광학 고체 물질이 결과적으로 생성된다. 커버(조각들)는 적절한 용도에 따라 다양한 정도로 유연하거나 단단할 수 있다. 커버는 중력, 접착제, 용매, 진공, 용해, 압력, 기계 장치 및 다른 종류의 사용과 함께 합쳐질 수 있다. 쌓인 조합들의 모서리들은 왼쪽으로 열리거나 봉인될 수 있다. (봉인은 청결과 유체 봉쇄를 위함이다; 가스, 액체 또는 이 둘의 혼합의 유체) 어레이 조립 결과물은 두개 또는 그 이상의 축이 생성된 광학 층과 같거나 다른 형태, 마무리, 재료 또는 용도에 적합한 다른 특징을 지닌 층으로 이루어져 있다.

Ⅱ.A. 전통적인 렌즈 타입 용도(TRADITIONAL LENS-TYPE APPLICATIONS)

어레이 조립 결과물은 스스로 또는 기계, 전자 또는 다른 광학 시스템과 결합하여 쓰여질 수 있다. 그 중에서도 두 필름(104) 모두 투명한 경우, 렌즈 어레이 결과물은 난시 교정, 나노 규모의 광선 효과 제공 및 밀리미터당 렌즈의 크기 조정 을 위한 교차된 어레이 배열에서 다양한 축성 광학 너비로 사용될 수 있으며, 화소-대-화소 레벨로 집광할 수 있다.

Ⅱ.B. 후면 투사 스크린 용도(REAR PROJECTION SCREEN APPLICATIONS)

그리고 매우 높은 품질의 후면 투사 스크린이 제작될 수 있다. 도 13에서 나타나듯, 어레이 조립 결과물은 후면 투사 스크린(151)을 형성하는데 사용될 수 있다. 특히, 후면 투사 소스(152)는 교차된 광학 어레이인 후면 투사 스크린(151)을 통해 광선을 투사하고 그 결과로 볼 수 있는 이미지(154)를 생성한다.

Ⅱ.C. 공간 다중화 이미지 해독기 용도(SPATIALLY MULTIPLEXED IMAGE DECONVOLVER APPLICATIONS)

투명한 필름을 이용하는 어레이 조립 결과물의 실용적 용도 세 번째 부류로써, 공간 다중화 이미지 해독기(디코더)가 생성될 수 있다. 이는 같은 면으로부터 하나 이상의 사진을 나타내왔던 프리즈마틱(prismatic) 기술을 뛰어넘는 두드러진 개선을 나타낸다. 이미지의 개수는 프리즘의 2~3개보다는 수백 개와 비슷할 수 있다. 또한, 프리즘은 하나의 축이라는 제한이 있지만, 이미지들은 하나 이상의 축을 따르는 각운동에 의해 선택될 수 있다. 본 발명에 의해 특수 안경 없이 3차원 이미지를 성취할 수 능력 또한 크게 강화될 것이다. 다음에 제한을 두지 않지만, 용도에는 예술 작품, 광고, 가정 장식, 포장, 엔터테인먼트 배경막, 놀이공원 등이 포함된다. 본 발명이 홀로그램(hologram) 이미지가 아닌 렌즈의 이미지에 적용함에 있어, 본 발명은 종래 기술 시스템을 넘어서는 장점을 지니고 있다.

본 발명의 이해를 돕고자 용어의 정의가 하기에 제공된다.

소스 이미지(Source Image)는 합성 이미지를 형성하기 위해 또 다른 소스 이미지로의 요소와 얽혀있는 요소를 갖는 단일 이미지를 일컫는다. 관찰자는 일정한 각 범위 안에서 특정 해독된 소스 이미지를 보게 되며 이미지는 본 발명의 정해진 파라미터와 부합된다. 본 발명은 관찰 가능한 다른 각도에서 몇몇 소스 이미지와 통합시킬 때 가장 두드러지지만, 하나의 소스 이미지만으로도 작용 가능하다.

도 15에 나타난 바와 같이, 요소 또는 화소는 합성 이미지의 렌즈 소스 그룹 사이에 위치한 소스 이미지의 “조각”이다.

다중화 이미지(Multiplexed Image)라고도 불리우는 합성 이미지(Composite Image)는 본 발명의 렌즈 어레이가 각 소스 이미지를 해독하도록 하는 방식으로 모든 소스 이미지가 얽혀 있는 것이다. 즉, 관찰자를 위해 간섭성의 이미지가 보여지도록 각각의 소스 이미지의 픽셀들을 정렬하는 것을 말한다. 이 용어는 다양한 물질로 만들어질 수 있고 렌즈 어레이의 뒤에 위치한 물리적 합성 이미지에도 적용된다. 일반적으로 본 발명이 제공하는 해독의 도움 없다면, 합성 이미지는 이해할 수 없는 무작위의 점들의 집합처럼 보인다.

렌즈 소스 그룹(Lens Source Group)은 렌즈 어레이 사이의 단일 렌즈 뒤에 있는 픽셀들의 집합이다. 보통 렌즈 어레이에는 렌즈 소스 그룹의 수만큼 개별 렌즈들이 존재한다. 바람직한 실시예에서 렌즈 소스 그룹은 각 소스 이미지로부터 적어도 하나 이상의 픽셀을 포함한다.

렌즈 어레이(Lens Array)는 합성 이미지의 앞에 위치한 렌즈들의 어레이이다. 어레이의 각각의 렌즈는 그 밑에 소스 이미지로부터 대응하는 픽셀을 포함하는 렌즈 소스 그룹을 갖는다.

볼 수 있는 이미지(Viewable Image)는 관찰자에 의해 보여지는 소스 이미지이다. 이 이미지는 소스 이미지 중의 하나로 렌즈 어레이의 작용으로 합성 이미지 내부의 다른 소스 이미지로부터 해독되어 온 것이다.

관람자 각 범위(Viewer Angular Region)는 본 발명에 있어서 관찰자가 해독된 소스 이미지를 볼 수 있는 각의 범위를 일컫는다. 즉, 볼 수 있는 이미지가 보이는 영역을 의미한다.

도 14에는 이런 종류의 본 발명의 실용적인 용도의 일반적인 개념이 도시되어있다. 각각의 광원(152), 합성 이미지(150), 렌즈 어레이(156), 두 관찰자 각 범위(158) 사이에 있는 두 개의 볼 수 있는 이미지(154)의 위치 및 선택된 렌즈 소스 그룹으로부터 방출되는 광선 예가 나타나있다.

도 15A는 전체적으로 도면 부호 "200"에 나타나있는 합성 이미지를 구성하는 9*9 화소들의 어레이 즉, 총 81개 픽셀들(1a-9a, 1b-9b, 1c-9c, 1d-9d, 1e-9e, 1f-9f, 1g-9g, 1h-9h 및 1i-9i)을 보여준다. 또한 상기 도면에는 9개의 픽셀들(1a-9i)로 이루어진 하나의 소스 이미지(220)도 나타나있다. 합성 이미지의 각각의 픽셀(1a-9i)은 9개의 다른 소스 이미지(1a-9i)로부터 나온 하나의 픽셀이다. 소스 이미지로부터의 픽셀들(1a-9i)는 합성 이미지(200)에 특정한 배열로 표시되었다.

본 도면에서 합성 이미지(200)는 9개의 렌즈 소스 그룹(210)의 어레이로 만 들어진다. 각 소스 이미지(220)의 각각의 픽셀(1a-9i)은 숫자와 소문자로 분류되어 있다. 숫자는 픽셀이 독특한 소스 이미지(220)에 속하는 것을 확인하고, 문자는 소스 이미지(220) 내에서의 각 픽셀의 위치를 가리킨다. 즉, 같은 소문자를 가진 픽셀은 같은 소스 그룹(210)에 속하고, 같은 숫자를 가진 픽셀은 같은 소스 이미지(220)에 속한다. 예를 들어, 숫자 "1"로 표시된 모든 픽셀은 소스 이미지 "1"에 속한다. 소문자 "a"로 표시된 모든 픽셀은 렌즈 소스 그룹 "a"에 속한다.

픽셀(222)은 소스 이미지(220)가 볼 수 있는 이미지(200)로 해독된 경우의 일관성을 위해 특정한 렌즈 소스 그룹(210)에 위치하게 된다. 즉, 같은 방향의 어레이로부터 모든 픽셀들이 내보내지는 것으로 충분한 것이 아니라, 이미지의 적절한 구조를 생성하기 위해 적당한 자리에 정리되어야만 한다. 도 16은 합성 이미지(200)에서 볼 수 있는 이미지(220)으로의 픽셀 배치의 관계를 도시한다.

합성 이미지(220) 내에서의 렌즈 소스 그룹(210)의 배열은 픽셀이 포함하는 문자 표시로 결정된다. 렌즈 소스 그룹(210)의 배열은 소스 이미지(220) 내에서의 픽셀들의 배열과 대응해야 한다. 즉, 합성 이미지(200) 내에서의 렌즈 소스그룹(210)의 상대적인 위치는 소스 이미지(220) 내에서의 픽셀들(1a-9i)의 상대적인 위치와 대응되어야 한다. 만약 픽셀(1a)가 소스 이미지(220)의 왼쪽 상단 구석에 위치해 있다면, 픽셀(1a)을 포함한 렌즈 소스 그룹(210) 또한 합성 이미지(200)의 왼쪽 상단 구석에 위치해야 한다. 예를 들어, 도 16의 픽셀을 이용하자면, 소스 이미지(1a)에서 픽셀(1a)이 왼쪽 상단 구석에 위치해 있으므로, 합성 이미지(200)에서 픽셀(1a)을 포함하는 렌즈 소스 그룹(210)은 합성 이미지(200)의 왼쪽 상단 구 석에 반드시 위치해야한다.

각각의 렌즈 소스 그룹(210) 내에서 픽셀들의 배열은 매우 특정되며, 도 16과 도 17에서 보이듯이, 픽셀들의 위치는 관람자를 향해 보내지는 소스 이미지을 만드는 다른 픽셀들처럼 동일한 방향에서 에너지를 보내는 것과 같은 굴절성 광학의 특성에 조화된다. 위치의 이동 중에는 항상 어떤 레벨의 블리딩(bleeding)이 존재한다는 것이 인식되나, 대부분의 관람범위는 이미지가 디자인되는 공간 내에서 이미지의 오버렙(overlap)은 가지지 않을 것이다.

본 예에서 소스 이미지의 숫자 "9"와 각 렌즈 소스 그룹의 픽셀 숫자 "9"가 일치하게 사용된 것은 결코 본 발명의 필요 조건으로 해석되어서는 안된다. 렌즈 소스 그룹의 개수를 결정하는 것은, 소스 이미지 자체의 개수가 아닌 가장 높은 해상도를 가진 소스 이미지 사이에 있는 픽셀들의 개수이다. 예를 들어, 소스 이미지가 1000개의 픽셀을 포함한 경우, 본 발명은 오직 하나의 소스 이미지와 1000개의 소스 그룹을 가질 수 있다.

모든 소스 이미지의 해상도는 동일할 필요는 없다. 예를 들어 5개의 소스 이미지를 가지는 시스템은 20개 픽셀들을 갖는 소스 이미지를 가질 수 있고, 나머지 4개의 소스 이미지는 더 적은 숫자의 다양한 픽셀들을 가질 수 있는 것이다. 그러므로 합성 이미지는 20개의 렌즈 소스 그룹을 가지지만, 각각의 소스 그룹은 낮은 해상도를 갖는 소스 이미지의 픽셀을 반드시 포함할 필요는 없다. 각 소스 그룹 내에서의 픽셀 개수는 다양한데, 그 이유는 볼 수 있는 이미지에서 원하는 각 범위에 달려 있기 때문이다. 이는 그 분야를 사용하는 디자이너에게 달려있다.

게다가, 렌즈 소스 그룹 내에서의 픽셀들은 반드시 동일한 크기일 필요가 없다. 볼 수 있는 이미지가 보다 큰 관찰자 각 범위를 갖게 하기 위해서는, 픽셀들은 다른 픽셀들보다 더 크게 부합하도록 만들어 질 수 있다(이는 볼 수 있는 이미지의 총 각의 범위를 감소시킬 것이다).

합성 이미지(200)는 불투명(opaque), 투명(transparent) 및 중성(neutral)의 색을 띠거나, 채색되어(colored) 있거나, 분극화되거나(polarized) 또는 분극화되지 않거나(unpolarized) 또는 이것들의 어떠한 조합의 물질에 적용될 수 있다. 합성 이미지(200)는 또한 후면 투사 스크린에 투사될 수 있다.

렌즈 어레이는 구별할 수 있는 이미지들이 관찰자를 향해 투사된 것 같이 산재된 픽셀들을 해독하는데 쓰여진다. 프로파일의 도 16은 이미지가 초점에 위치했을 때 렌즈(224)의 일반적인 특징을 나타낸다. 여기에서 렌즈(224)는 본 발명의 렌즈 어레이에 존재하는 어느 하나의 렌즈로 고려되어 질 것이다. 렌즈와 연관된 렌즈 소스 그룹의 3가지 대표 픽셀이 각각 "1a", "4a", "7a"로 나타나있다. 이는 픽셀이 소스 이미지 "1","4","7"로부터 비롯된 것이며, 부합하는 소스 이미지 사이에서의 위치는 "a"임(이 경우 합성 이미지(200)의 왼쪽 상단 구석)을 가리킨다.

도 16은 각각의 픽셀 "1a", "4a", "7a"로부터 나오는 중앙 광선들의 예를 도시한 것이다. 렌즈로부터 방출되는 광선들은 서로 평행한데 그 이유는 렌즈는 픽셀로부터 초점 거리에 위치하기 때문이다. 따라서 각각의 픽셀로부터의 광선은 다른 방향으로 렌즈를 빠져나가며, 상기 방향은 렌즈의 특성과 픽셀의 위치에 따라 좌우된다. 이는 다른 방향에 위치한 관찰자들이 다른 볼 수 있는 이미지를 대응되게 관 찰하는 것처럼, 도 16에서 3개의 서로 다른 위치를 나타내는 3개의 볼 수 있는 이미지(222)를 만든다.

초점에서의 렌즈 위치가 렌즈를 “채우기(fill)”위해 각각의 픽셀로부터 나오는 광선을 야기시키는 것을 유념하는 것 또한 중요하다. 이는 도 16의 픽셀(7a)로부터 방출되는 광선과 함께 나타나있다. 합성 이미지 내의 소스 이미지 픽셀들 사이의 공간이 존재한다 하더라도, 이러한 “채우기(filling)”의 결과는 한결 같은 볼 수 있는 이미지이다.

도 17은 합성 이미지의 요소들(elements)에 대하여 초점 거리, 크기 및 위치가 일치하는 3개 렌즈의 프로파일(profile)을 도시한 것이다. 도 16에 나타난 바와 같이, 각각의 렌즈는 이미지 요소를 다른 방향으로 분리시킨다. 도면에 제공된 예에서, 9*9 렌즈 소스 그룹으로 덮힌 9*9 렌즈 어레이는 도 14의 공간 다중화 요소를 9개의 단일 소스 이미지로 풀어서 볼 수 있는 이미지로 한다.

렌즈 어레이는 도 18에 묘사된 구부러진 축성 어레이(32)로 제시된 바와 같이 1차원으로 구부러진 렌즈 어레이(32)이거나, 또는 도 19에 나타난 예와 같이 2차원으로 구부러진 렌즈 어레이이거나, 또는 이 둘의 조합이 될 수 있다. 상기 어레이의 선택은 합성 이미지를 풀고 미리 선택된 관찰자 각 범위 쪽으로 투사하는 위해, 광학 특징으로 적합하게 만들어진다.

렌즈 어레이 사이에서의 렌즈가 상기 어레이 사이에서의 다른 렌즈와 동일하거나 완벽하기 위한 것이 요구되지 않는다. 렌즈가 뒤틀렸을 경우에는 이를 없애기 위해 이미지 평면의 조정이 가능하다. 특히, 특정 렌즈 소스 그룹 사이의 픽셀은 조합하는 렌즈들 사이의 결함 또는 차이점을 조정하기 위해 놓여질 수 있다. 또한 렌즈 어레이의 렌즈 위치 또는 초점 거리가 대칭 또는 균일일 것이 요구되지 않는다.

이미지를 관찰하는 것과 관계된 광선은 역광(backlighting), 전광(front lighting) 또는 이 둘의 조합을 통해 제공될 수 있다. 광원은 또한 합성 이미지의 변화가 실시간 이루어지는 상기 실시예서의 투사기로부터 나올 수 있다. 광선은 중성이거나 채색되어 있거나, 분극화가 되거나 또는 분극화가 아닐 수 있다.

상기에 설명된 바와 같이, 관찰자는 다중의 볼 수 있는 이미지를 보게 될 것이다. 하지만 각각의 볼 수 있는 이미지는 제한된 관찰자 각 범위에서만 보일 것이다. 각각의 볼 수 있는 이미지의 관찰자 각 범위는 합성 이미지의 설계와 렌즈들의 특성에 이해 미리 정해진다.

광학 축의 큰 각에서, 렌즈 성능 및 구조는 합성 이미지에 위치한 정보로부터 적절한 볼 수 이미지를 제공하지 못할 수 없다. 각이 큰 경우, 픽셀 요소는 상세한 이미지를 본 발명의 몇몇 실시예의 요소로 나타난 방해물에 표시함으로써 이루어질 수 있다.

방해물을 포함한 실시예에서, 픽셀의 광선을 요구되는 방향으로 굴절하지 않는 렌즈의 광학 성능 구조 사이에 없는 빛은, 렌즈 모서리에 위치한 “벽”에 비추기 위해 사용될 수 있다. 이러한 벽들은 각 렌즈의 방해벽이 전체 방해물에 그려진 패턴과 일치하는 반사성질을 갖는 것 외에는 표준 렌즈 방해물과 비슷하다.

본 발명의 현재 바람직한 실시예는 쉽게 수정이 가능한 기본적인 모델이다. 이 기본적인 모델은 광원(후면 스크린 투사기 또는 다른 광원), 재료에 적용되거나 또는 후면 투사 스크린에 투사되는 합성 이미지, 렌즈 어레이 및 다양한 소스 이미지를 포함한다. 다중 투사기는 단일 프로젝터가 언급되는 어느 곳에서나 본 발명의 상세한 설명 모두를 통해 이용될 수 있다.

본 발명은 합성 이미지의 외형(configuration)을 바꿈으로써 뿐만 아니라 렌즈 어레이와 합성 이미지를 서로 횡단하게 움직임으로써, 그리고 구부러진 축성 광학의 곡률(curvature)과 그 방위(각 및 기울기)를 바꿈으로써, 볼 수 있는 이미지가 보내지는 관찰자 각 범위의 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 볼 수 있는 이미지의 관찰자 각 범위의 숫자와 크기는 픽셀들의 크기를 바꿈으로써 합성 이미지의 디자인을 미세하게 조정될 수 있다. 이는 합성 이미지를 매개체로 하는 후면 투사 스크린 (TV스크린도 포함)을 통제하는 컴퓨터를 이용함으로써 실시간으로 행해질 수 있다.

상기 시스템은 소스 이미지의 높은 해상도부터의 픽셀만이 렌즈 어레이의 초점이 잘 맞춰졌을 때 볼 수 있는 이미지로 해독됨으로써 디자인될 수 있다. 그러나 렌즈 어레이가 초점이 살짝 빗나간 경우, 높은 해상도의 소스 이미지 픽셀은 낮은 해상도 소스 이미지의 더 큰 픽셀을 형성하기 위해 평균값을 낸다. 즉, 각각의 렌즈 소스 그룹의 픽셀 그룹은 낮은 해상도 소스 이미지의 하나의 픽셀을 형성한다. 픽셀 그룹은 낮은 해상도 소스 이미지의 정확한 밝기와 색을 갖기 위해 평균값을 내도록 디자인되어 있다.

볼 수 있는 이미지의 관찰 위치는 합성 이미지 평면의 각뿐만이 아니라 본 발명으로부터의 간격을 근거로 한다. 이러한 효과는 렌즈 어레이의 단일 렌즈로부터 방출되는 광선이 모든 렌즈들이 평행하는 것과 같은 방향으로 더 이상 흐르지 않고 소스 이미지의 픽셀을 살짝 빗겨나게 함으로써 얻어진다. 모든 렌즈에 평행하게 광선을 쏘는 대신 렌즈는 합성 이미지 평면으로부터 적당한 거리에 떨어져서 광선을 방출한다. 따라서 관찰자가 상하, 좌우 및 가깝게 혹은 멀게 움직임에 따라 현저하게 변하는 시각적으로 역학적인 기호를 생성하기 위해 거리와 각 속성을 결합하는 것이 가능하다. 본 발명의 이러한 실시예는 광학 파라미터의 미묘한 교환을 포함하는 주의 깊은 디자인이 요구된다.

Ⅲ. 반사성 필름을 이용한 구부러진 축성 광학(CURVED AXIAL OPTICS USING REFLECTIVE FILM)

앞서 제시된 교차된 축성광학의 다양한 실용적인 용도들은 축성 곡선 모양의 광학 어레이가 명백한 환경에서 이루어져 왔다. 그러나 더 나아가 부수의 실용적인 용도들이 축성 곡선 모양의 광학 어레이가 하나의 반사성 면을 갖는 경우에도 존재할 수 있다. 반사성인 하나의 면을 가진 현수 필름(104)을 이용하면 전혀 새로운 실용적인 용도가 나타난다. 한 쪽 반사성 면을 지닌 특별히 적당하고 유연하며 변형 가능한 필름(104)은 던모어사(Dunmore Corporation, 145 Wharton Road, Bristol, PA 19007-1620)의 알루미늄 캡톤(aluminized Kapton, 0.5/1000~1.0/1000 인치 두께)과 시그마 테크놀러지(Sigma Technology, Tucson, Arizona)의 알루미늄 폴리에스테르(aluminized polyester)를 포함한다. 쓰리엠사(3M company) 또한 비금속 반사성 필름을 생산하고 판매한다.

Ⅲ.A. 반사성 다중 이미지 표면(REFLECTIVE MULTI-IMAGE SURFACE)

필름(104)이 이용되면, 반사성 다중 이미지 표면이 생성된다. 이러한 표면은 공동 출원 중인 미국 출원 "반사성 다중 이미지 표면(출원일: 2004.11.18)"의 주제이며, 이로써 전체적으로 참조된다.

Ⅲ.B. 전면 투사 스크린(FRONTt PROJECTION SCREEN)

별도 출원의 주제였던 앞서 말한 실용적인 용도에 덧붙여, 전면 투사 스크린 또한 창작될 수 있다. 아래에 어떻게 스크린이 만들어지는지 자세히 설명된다.

투사된 이미지의 콘트라스트(contrast)는 배경 소스로부터 관찰 가능한 광선의 강도에 대하여 관찰 가능한 투사된 광선의 강도에 관한 것이다. 관람 환경(viewing environment)의 배경 소스로부터의 관찰 가능한 광선의 증가된 강도가 관찰자의 투사된 이미지의 어두운 부분을 보는 능력을 저하시킴에 따라, 밝은 관람 환경에서의 콘트라스트 제한이 대부분 이미지의 더 밝은 부분의 배경조명의 영향이 아닌 이미지 요소들에서 어둡기의 손실에 의해 나타난다.

궁극적으로 관찰자에게 보여지는 스크린으로 비춰지는 배경조명이 없다면, 사람의 눈이 감지할 수 있는 임계점을 넘어서는 프로젝션에서 적어도 충분한 광선이 존재하며, 스크린 그 자체가 투사 광선의 횡단 확산(transverse diffusion)을 통해 콘트라스트를 저하(혼선, crosstalk)시키지 않는다는 전제하에, 관찰자는 투 사 이미지의 고유 콘트라스트를 볼 수 있는 능력을 지닌다. 달성가능한 배경 조명 제거의 한 방법은 관찰자 눈 부근의 비투사성 광선을 제거하는 것이다(예, 암실이용). 하지만 배경조명 자체가 아닌 관찰자가 보는 관람 환경이 배경조명에 에워싸여진 것이 문제임을 고려해보면, 다른 선택들도 명백해진다. 따라서, 강한 배경 조명이 있는 조건이라도 투사 이미지의 고유 콘트라스트 유지가 조성될 수 있다. 이는 관찰자의 시야로부터 배경조명을 전환시키는 투사 스크린을 이용함으로써 가능하다.

스크린에 투사된 이미지의 콘트라스트는 이미지 밝기의 증가, 배경 조명 영향의 감소 및 이 둘의 조합을 통해 향상될 수 있다. 첫 번째 방법(밝기의 증가)으로 콘트라스트를 향상시키는 것은 스크린에 의해 산란된 투사된 광선의 볼륨(volume)을 제한하여 투사 광선의 정량으로 나타나는 관람 되는 이미지의 밝기를 증가시키는 것이다. 두 번째 방법은(배경조명의 감소) 투사기가 청중을 포함하는 볼륨으로 재조정될 수 있는 것이 아닌 소스로부터 스크린에 비춰지는 광선의 볼륨을 제한함으로써 콘트라스트를 향상시킨다. 이러한 콘트라스트를 향상시키고자 하는 본 발명의 접근은 또 다른 가능성을 제공한다. 콘트라스트 향상 스크린으로써 본 발명의 이용은 투사기로부터의 광선이 관람자를 향해 집중되고, 관람자가 설계된 관람 볼륨(viewing volume) 바깥쪽 위치로 이동할 경우 투사 광선이 정밀하게 비추는 각 스크린 반사 프로파일(angular screen-reflection profile)을 제공한다. 그러한 강도의 정밀한 비춤으로 인하여 다중, 비간섭 이미지을 특정 관람 볼륨 내에서 관찰 가능한 각각의 이미지과 함께 스크린에 띄울 수 있는 가능성이 더해진 다.

본 발명은 상술한 유리한 스크린의 모든 3개의 요소들을 제공한다. 더 나아가 본 발명은 비슷한 속성을 지닌 스크린의 제작 방법보다 더욱 손쉽게 제작될 수 있다. 이러한 장점은 도구 제작의 간편성과 재료의 적절한 가격을 통해 이루어진다 (두 가지 장점만을 말하자면).

투사된 이미지의 콘트라스트를 증가시키기 위한 다른 기술들이 이용되어 왔다. 예를 들어 간단한 확산되는 백색 반사 표면들(예, 백색 페인트 및/또는 플라스틱 확산 시트)과 비교했을 때, 반사 시트(230)의 표면에 접착된 작은 유리 비드(bead, 232)를 이용하는 것이 강도에서 유리하다. 작은 비드(232)는 광선(228)을 백색 페인트 코팅들과 플라스틱 확산기들이 가지는 특징들보다 더 작은 관람 볼륨으로 집중시키는 작은 렌즈와 같은 역할을 한다. 이러한 유리 비드 스크린의 기본적 개념이 도 20에 도시되어 있다.

약간의 광선 강도의 이득이 유리 비드 스크린으로 이루어졌다 하더라도, 혼선(cross-talk, 화소간의 교신장애)은 플라스틱 확산기 및/또는 유리 비드를 이용한 스크린에서 관찰되는 현저한 저하이다. 플라스틱 확산기(diffuser)의 경우 광선(226)의 확산은 다소 확산기 사이 측면의 광선 확장이 가능한 등방성이다. 그러한 측면 확장은 투사된 이미지에서 공간적으로 적합한 요소들의 콘트라스트와 색 농도(color integrity)의 손실을 초래한다. 구 모양의 유리 비드(232)는 또한 비드(232)들 사이의 비슷한 측면 확장(226)을 일으킨다. 혼선(cross-talk)의 이유로는 (1) 광선의 굴절률 경계면에서 내부 다중-바운스(bounce)(226)가 횡단으로 기하 하적 이동한다는 사실, (2) 비드의 곡률이 투사 광선이 구의 바깥쪽 모서리에 다가갈수록 계속해서 더 높은 입사각을 만든다는 사실 등이 있다. 프뢰즈넬(Fresnel) 관계식에 따라, 반사 계수는 접각(tangential angles)에 따라 커진다. 이는 광선(228)이 비드(232)에 들어가기 이전에도 혼선 문제를 두드러지게 한다. 도 21은 유리 비드(232)와 관련된 혼선 결과를 도시한다.

분명히 대부분의 굴절성 구는 선택된 정확한 관람 볼륨에 투사 광선의 반사를 초점 맞추는데 기여하지 않는다. 구의 아주 작은 부분만이 이에 도움을 준다. 나머지는 인접한 구(232)의 혼선뿐만이 아니라 바람직한 관람볼륨(226) 외부 영역으로 투사 광선을 보내는 확산성(diffusivity)을 야기시킨다.

굴절 요소들을 이용한다 하더라도, 본 발명은 바람직한 관람 볼륨으로 광선을 식별되게 반사시키는 데 도움이 되지 않는 굴절 형상의 그러한 부분들을 조합하지 않는다. 효과적으로, 굴절 고체의 선택된 부분만이 사용된다. 더 나아가 비드 구체들이 밀집된 어레이 및 다른 양방향 굴절 고체 대신 조밀하게 모인 굴절 원통 요소들(1차원 굴절매체)을 사용한다. 여기 설명한 바와 같이 굴절 원통의 선택된 적당한 일부만이 이용되며, 그렇지 않으면, 유리 구체와 마주함으로써 혼선의 동일한 유형이 원통의 교차축(cross-axis)을 따라 야기될 것이다.(참고: 비순환 교차 섹션의 조각들은 본 발명의 관점에서 "원통"으로 이해되며 바람직한 관람 볼륨으로 반사되는 투사 광선의 제한을 달성하기 위해 정확한 모양이 요구된다.)

들어오는 투사기 광선(234)은 원통 렌즈(238)를 뚫고 지나가며, 렌즈(238)가 정반사성(specular)의 굴절매체(240)에 의해 뒤로 물린 경우에는 도 22에 나타난 바와 같이, 동일한 렌즈(238)를 통해 뒤로 반사시킨다. 렌즈 어레이(238)의 효과는 다른 횡단면의 두드러진 분산 없이 원통축의 면을 가로지르는 면의 반사광선(236)을 분산시키는 효과를 지니고 있다. 적절한 파라미터(parameter)를 선택한 경우, 반사광선(236)은 작고 명확한 분산 각도 안에 모인다. 렌즈(238)의 원호가 알맞으면, 들어오는 투사광선의 상당량이 거의 표준각도에서 렌즈 표면을 비춘다. 이는 렌즈에 들어가는 광선(234)의 높은 비율(percentage)로 나타난다(이전 도 21에 도시된 바와 같이, 유리 비드 접근 방법보다 현저히 더 많은 광선).

들어오는 광선의 효율성 증가 값은 더 많은 광선을 원통 렌즈의 굴절성 효과에 종속시키려는 바램을 넘어서 확장된다. 전면 반사의 감소는 정밀한 각 차단 프로파일(angular cutoff profile)의 유지에 중요하다. 짧게 설명될 바와 같이, 본 발명은 투사광선이 원통 렌즈를 통과한 후 노출된 반사성 표면으로의 투사 광선을 위한 반사 과정을 보존하고자 한다.

굴절성 원통 재료로 들어오는 광선의 비율 향상이 요구된다면, 원통 표면은 갑작스런 굴절률 변화를 줄이기 위해 반사 방지 코팅으로 덮힐 수 있다. 본 발명에서는 굴절률이 원통의 기판 굴절률보다 작고 원통 기판 지수의 제곱근인 이상적인 반사 방지율을 가진 필름을 이용하여 반사 방지층을 굴절성 표면에 손쉽게 더할 수 있다.

반사 방지층이 요구되지 않더라도, 재료(248)는 매우 높은 렌즈 표면 피니쉬(finish)를 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 실제로 본 발명의 제작 실시예에서 그러한 재료가 표면 피니쉬(굴절 및 반사 표면)의 분리를 위해 사용되었다. 이는 굴절 및 반사 표면의 좁다란 구조 요소들(252) 사이에서 현수된 필름(248)을 사용함으로써 가능하다. 도 23은 밀집된 원통형(구부러진 축) 렌즈 어레이(248)의 제작을 위한 필름 현수(film-suspension) 배열의 예를 도시한다.

원통 렌즈 어레이(256)의 사용과 더불어, 본 발명은 원통 렌즈 어레이(256) 뒤의 비평면 정반사성 굴절매체(non-planar specular reflector, 258)를 이용하여 반사 굴절 시스템(catadioptric system)을 만든다. 굴절매체 예로는 명목상 원통(구부러진 축성 요소들) 굴절매체(258)의 조밀한 부분의 어레이가 있다. 이와 같은 반사성 어레이(256)는 도 10의 굴절 어레이의 생성과 비슷한 방법으로 현수 필름(254, 258)에 의해 제작된다. 원통 반사축의 방위(orientation)는 굴절 원통의 것과 동일하지 않다. 정렬되지 않은 조건에서 원통 반사경(258)은 굴절 원통 요소들(254)에 의한 분산과는 달리 축을 따라 투사 광선을 분산시킨다. 도 24는 원통 모형으로 부피를 가진(벌크, bulk) 깨끗한 굴절 채움(fill) 재료(256)에 부착된 깨끗한 필름(254)과 원통 모형으로 벌크(bulk) 채움 재료(256)의 반대 면에 부착된 반사성 필름(258)의 전반적 개념을 도시한다(도면에서 굴절 요소들(254)과 반사 요소들(258)의 축들이 직각이라 할지라도, 이는 본 발명의 모든 실시예의 필요조건은 아니다). 본 발명의 배열의 효과는 높은 이득의 향상된 콘트라스트와 다중 이미지점과 같은 종래 전면 투사 스크린 기술을 뛰어넘는 많은 이점들과 함께 투사 스크린 반사 셀(cell)의 매트릭스(matrix)를 제작할 수 있다는 것이다. 전형적인 단일 조직은 도 25A, 도 25B 및 도 25C에 도시되어 있다.

몇몇 인자들은 셀 배열에서 투명한 벌크(bulk) 채움 재료(256)의 두께 선정 에 영향을 끼친다(본 발명은 투명한 벌크 채움 재료 안에 기체, 액체 또는 고체의 틈(gaps)을 예상한다). 대부분의 경우, 셀간(cell-to-cell)의 혼선 회피가 중요하다. 이는 전면과 후면 사이에 작은 거리를 유지하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 굴절하는 광선-편향은 표면에서 나타나며, 물질 내부는 초점 공간을 제공하는 것 외에 주요 효과가 없다. 대부분의 설계에서, 광선이 가로로 움직일 수 있도록 굴절면과 반사면의 적당한 거리가 요구된다. 그러나 광선이 셀들 사이를 지나 입광한 곳이 아닌 다른 셀로 나갈 만큼 두꺼워서는 안된다. 셀들(260)이 작은 경우, 두께 또한 작게 유지될 수 있으며 스크린(262)도 매우 유연(flexible)하게 제작될 수 있다. 도 26은 작은 셀(260)로 이루어진 얇고 유연한 스크린(262)을 도시한다.

상기 도면에 나타난 본 발명의 실시예는 원통 모양의 렌즈와 반사경의 어레이를 제작하기 위하여 필름 현수(film suspension)를 이용한다. 이는 반사기 표면의 형태 제작과 다듬이질을 분리하는데 용이한 유용하고 독특한 형태이다(참고: 도 10 및 도 12에서 보이듯이 필름(165 또는 248) 도구(134 또는 246)에 살짝 접촉될 수 있으며, 필름이 네거티브(negative) 도구 마크(marks)에 걸쳐 현수되는 한 피니쉬와 형태의 분리는 지속된다). 필름 현수가 특별한 장점을 가진다 하더라도, 본 발명은 사출성형, 플레이팅(plating), 침전(deposition), 에칭 및 다른 화학적 기계적 기술과 함께 획득될 수 있는 다른 형상제조 방법 이용을 기대한다.

바람직한 실시예에서, 도 10과 도 22에 잘 나타나있는 융기부(ridges) 시리즈 사이의 폭(spans)에 걸친 투명한 필름(254)과 반사성 필름(258)의 현수를 위해 간편한 도구(134 또는 246)가 준비된다. 선형 방위(linear orientation)에 비스듬한 융기부 꼭대기의 형상은 용도에 맞는 어느 구조든 가능하나, 일반적으로 얇은 크레스트(crest)가 바람직하다. 본 발명에서, 앞서 설명된 바와 같이, 확장을 따라 융기부의 형상은 직선일 필요는 없다. 사실상, 본 발명에서는 깊이, 측면, 또는 양자 모두에서 융기부에 곡률을 제공하는 몇몇 환경 내에서의 이점이 기대된다.

현수 필름(165 또는 248)은 중력, 원심력, 자기장, 전기장, 차압(differential pressure), 또는 이들의 조합에 의해 부과되는 힘의 적용을 이용하여 바람직한 형태(형상)으로 변형된다. 변형을 일으키는 중력과 원심력의 경우, 필름(165 또는 248)의 탄성 및 질량은 그러한 힘으로부터 야기되는 변형의 주요 요소들이다. 자기 및 전기 기술의 경우 도구 밑면의 전폭(span)과 필름 사이의 자기장 및 전기장의 세기가 주된 요소들로써 필름의 탄성과 결합된다.

차압의 경우, 필름(165 또는 248)은 필름(165 또는 248) 각각의 면으로부터 분리될 수 있는 유체(기체, 액체 또는 이 둘의 혼합)로 둘러 쌓여있다. 바람직한 형태로의 균일한 변형을 형성하기 위해 유체 차압을 필름(165 또는 248)의 반대면에 가한다.

필름(165 또는 248)을 바람직한 형태로 변형시키기 위한 앞서 설명한 힘의 생성의 모두 또는 일부에서 필름(165 또는 248)의 특성은 필름(165 또는 248)이 종속되는 온도와 물리적 화학적 환경에서의 다른 변수들의 적용에 의해 변할 수 있다. 본 발명은 그러한 조건들의 이용을 예상한다.

도 10 및 도 22에 보이는 필름 현수의 모서리(edges)로 사용되는 융기부 시리즈는 융기부 사이 스팬(span)의 깊이에 대하여 충분히 높게 설계되었으며 바람직한 형태로의 변형 중, 필름(165 또는 248)은 현수 아래의 영역에서 도구(134 또는 246)에 접촉되지 않도록 한다. 만약 접촉이 일어난 경우 도구에 대한 압력이 매우 약하게 되어 도구의 피니쉬가 필름(165 또는 248)의 형태로(부과된) 전환되지 않는다.(주의: 현수 과정 전 혹은 후에 반사성 재료는 반사경 표면에 적용되며, 두 경우 모두 본 발명에 의해 예상된다.)

현수된 필름(165 또는 248)에 가해지는 힘에 의해 바람직한 형상을 띄게 되면, 벌크(bulk) 투명 재료가 적용된다. 이 재료를 렌즈의 형상을 보존하기 위해 경화 또는 고체화시킨다(냉각, 화학 반응 기타등을 통해). 원통 렌즈 표면의 제작을 위해 사용된 필름(165 또는 246)의 화학적, 광학적 및 물리적 특성은 렌즈의 바람직한 광학적 형태를 보존하기 위해 사용된 벌크(bulk) 재료의 것과 현저히 다를 수 있다. 이러한 차이는 장점이 될 수 있다. 예를 들어, 만약 광학적으로 투명한 벌크 재료(256)가 표준 에폭시(epoxy)일 경우, 렌즈 어레이에 환경 및 기계에 의한 손해(긁힘)에 대한 더욱 강한 보호를 할 수 있는 몇몇의 투명한 필름 화학적 성질들이 가능하다. 더욱이, 상기에 제시된 바와 같이, 필름(165 또는 248)의 굴절률은 벌크 재료의 것보다 적당하게 적게 정해짐으로써 벌크 재료를 위한 단단한 반사 방지 쉴드(shield)를 제작할 수 있다.

원통 반사경의 어레이는 원통 렌즈 제작과 비슷한 방법으로 제작된다. 즉, 필름(165 또는 248)이 융기부의 시리즈에 걸쳐 현수되고 렌즈 어레이 가공에서 묘사된 형태 중의 하나로 변형되고 벌크 기판의 이용에 의해 일정한 형태로 고체화된다. 그러나, 이러한 경우에, 필름(165 또는 248)은 현수 및 고체화의 전, 중간 또는 후 중에 반사하도록 만들어지는 것이다(상기 설명된 바와 같이 원통 반사매체 어레이의 방위는 의도적으로 원통 굴절매체(렌즈) 어레이의 방위와 다르게 되어 있다).

바람직한 실시예에서, 렌즈 필름(254)과 반사경 필름(258)은 서로 마주보는 두 도구와 동시에 현수된다. 방해벽(barrier wall)은 두 도구의 가장자리 부근에 놓여진다. 벌크 재료(256)는, 도 24에 도시된 세 요소들이 함께 붕괴(collapsing)되는 것에 의해 그림으로 구상될 수 있는 것처럼, 두 필름(254, 258)이 동시적으로 잠기게(lock) 하고 단일 조각으로 형상화되게 하기 위하여, 필름들(254, 258) 사이로 새어나오지 않게, 두 필름(254, 258) 사이로 부어질 수 있다. 본 발명은 벌크 채움 재료(256)가 단일 가공보다는 조각들이 함께 부착된 다중 단계를 통해 제공될 수 있다.

이 바람직한 실시예는 시각적으로 자외선 투명 재료(256)로부터 적어도 하나 이상의 현수 도구(suspension tool)를 만드는 것을 포함한다. 이는 가공 중 필름의 외형과 벌크 재료가 수용될 만한 경우 적합한 폴리머의 UV-경화에 따르는 필름(254, 258)과 벌크 채움 재료(256)의 시각 검열을 가능케 한다.

본 발명의 일반적인 특징은 굴절 및 반사 구조의 형태(곡률)의 차이를 허용한다. 실제로, 그것들은 종종 다르게 설계될 수 있다.

더욱이 구조 선택 중에 반사광 캔팅(canting)을 용이하게 하는 작은 프리즘을 제작하는 투명한 벌크 채움(256)의 형상 선택은 장점으로 꼽힐 수 있다. 이는 높은 이득을 가진 스크린(262)은 큰 투사 스크린(262)의 전체 구역에 걸쳐 바람직한 관람자 볼륨을 달성하기 위해 어떤 곡률 내에서 형성될 필요가 없다는 것을 의미한다. 본 발명은 이러한 프리즘의 이점을 현수 융기부의 높이 스테어-케이싱(stair-casing)과 중간면(neutral side, 결과적인 프리즘의 후면으로서 투사광선이 비추지 않는 곳) 위에 벽에 대하여 팽팽하게 깨끗한 필름(254)의 일부를 잡아당기는 것에 의하여 달성할 수 있다. 스테어-케이싱(stair-casing) 실시예의 하나는 대안은 벌크 채움(256)의 굴절율과 다른 굴절율을 가진 프리즘을 끼워 넣는 것이다.

본 발명의 설명은 단지 사실상 전형적인 것이므로 본 발명의 요점에 벗어나는 변동들은 본 발명의 범위를 넘지 않는다. 그러한 변동들은 본 발명의 의도 및 범위에 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (21)

1. 독립적인 축성 광학 요소들의 제 1 어레이를 포함하고,

   상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 1 어레이는 제 1 시트 재료;와,

   상기 제 1 시트 재료에 고정된 고체화된 채움 재료;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 1 어레이에 결합된 독립적인 축성 광학 요소들의 제 2 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 2 어레이는 상기 고체화된 채움 재료에 고정된 제 2 시트 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제 2 시트 재료는 투명한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제 2 시트 재료는 반사성인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 2 어레이는 상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 1 어레이와 전자기적으로 통신 가능하며, 유입되는 평행광이 다중 이미지를 생성하기 위하여 다중 초점들이 생성되도록 상대적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
7. 제2항에 있어서,

   상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 2 어레이는 사인파 형상, 구부러진 형상, 배플화된(baffled) 형상, 꼭지점 형상, 및 비 균일 구부러진 형상 중의 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제 1 시트 재료는 투명한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제 1 시트 재료는 반사성인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 독립적인 축성 광학 요소들의 제 1 어레이는 사인파 형상, 구부러진 형상, 배플화된(baffled) 형상, 꼭지점 형상, 및 비 균일 구부러진 형상 중의 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
11. 제1시트 재료를 제공하는 단계;

    상기 제1시트 재료에 차압을 인가하여 상기 제1시트 재료를 광학 어레이 형상으로 변형시키는 단계;

    상기 제1시트 재료에 채움 재료를 인가하여 상기 광학 어레이 형상을 가지는 광학 어레이를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어레이 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    도구를 제공하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제1시트 재료에 차압을 인가하여 상기 제1시트 재료를 상기 광학 어레이 형상으로 변형시키는 단계는 상기 제1시트 재료를 상기 도구 위에 현수시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어레이 제조 방법.
13. 삭제
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 광학 어레이 형상은 사인파 형상, 구부러진 형상, 배플화된(baffled) 형상, 꼭지점 형상, 및 비 균일 구부러진 형상 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학 어레이 제조 방법.
15. 제11항에 있어서,

    제2시트 재료를 제공하는 단계; 및

    상기 제2시트 재료에 차압을 인가하는 단계;를 더 포함하며,

    상기 제1시트 재료에 상기 채움 재료를 인가하여 상기 광학 어레이 형상을 가지는 광학 어레이를 형성하는 단계는 상기 제1시트 재료의 일측면과 상기 제2시트 재료의 일측면 사이의 공간을 채움 재료로 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어레이 제조 방법.
16. 제15항에 있어서,

    제1도구를 제공하는 단계;및

    제2도구를 제공하는 단계;를 추가로 포함하며,

    상기 제1시트 재료에 차압을 인가하여 상기 제1시트 재료를 광학 어레이 형상으로 변형시키는 단계는 상기 제1시트 재료를 상기 제1도구 위에 현수시키는 단계를 포함하며,

    상기 제2시트 재료에 차압을 인가하는 단계는 상기 제2시트 재료를 상기 제2도구 위에 현수시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어레이 제조 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 광학 어레이는 사인파 형상, 구부러진 형상, 배플화된(baffled) 형상, 꼭지점 형상, 및 비 균일 구부러진 형상 중의 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 어레이의 제조 방법.
18. 제15항에 있어서,

    상기 제 2 시트 재료는 반사성인 것을 특징으로 하는 광학 어레이의 제조 방법.
19. 제15항에 있어서,

    상기 제 2 시트 재료는 투명한 것을 특징으로 하는 광학 어레이의 제조 방법.
20. 제11항에 있어서,

    상기 제 1 시트 재료는 반사성인 것을 특징으로 하는 광학 어레이의 제조 방법.
21. 제11항에 있어서,

    상기 제 1 시트 재료는 투명한 것을 특징으로 하는 광학 어레이의 제조 방법.

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