JPH11513129A - ３次元画像形成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表面技術の最近の進歩が極小（サブミクロン）規模の形態の開発に繋がった。これらの技術が、可変焦点液体レンズ（５２）は勿論、ポリマーマイクロレンズ（１４）の形成を可能にする。本発明は、主として、３次元（３Ｄ）効果を示す新規なディスプレーの製作に小規模レンズを使うことに関する。静止画像とビデオ画像（またはその他の動画像）の両方を作ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元画像形成システム 発明の分野 本発明は、一般的には、光学システムに関し、更に詳しくは、回折、屈折、ま たは回折／屈折複合レンズを組込んだ３次元画像形成システムに関する。 背景 人間の視覚 正常な人間の視覚は、色付きの３次元（３Ｄ）の視界で空間を認知する。観察 者に許容できる３Ｄ立体画像またはステレオモデルを呈示する写真システムに対 する光学的要件は、立体視、または空間の視覚認知を理解することによってより よく認識することができる。 空間認知のための刺激条件は、キューと呼ばれ、二つのグループがある。単眼 グループは、片目で立体視ができ、対象の相対的大きさ、それらの介在、線形お よび空中の展望、明暗の分布、対象と背景の移動視差並びに視覚調整を含む。両 眼グループは、両目の二つの連係活動：即ち、第１に、光軸が遠方を見るための 平行から１５０ｍｍの近点のための収束角２３°まで筋肉で収斂する視覚収斂； と第２に、二つの異なる視点によって、結像系が左目と右目に二つの異種の網膜 画像を与える立体視を使用する。この相違は、視差、即ち、対象点の対応するま たは相同の像点が、双眼視野に於ける対象点の位置のために、光軸から離れて相 対的にずれていることによる。 網膜画像は、視神経に沿って周波数変調電圧インパルスとして伝達するために 、中間横膝状体および次に脳の視覚領皮質で行う信号処理でコード化する。結果 としてできる視覚認知は、観察者に特有である。人間の３Ｄ認知の更なる議論に 関しては、例えば、シドニー・エフ・レイ、“写真、フィルムおよびビデオ用応 用写真光学系結像システム”、フォーカルプレス、ｐｐ．４６９〜４８４、（１ ９８８）を参照し、それをここに参考までに援用する。 ３Ｄ技術 多くの従来技術の３Ｄ画像形成システムは、３Ｄ効果を生ずるために視差を使 用する。上に引用し、ここに参考までに援用するレイの６５．５節は、３Ｄ映画 、二つの並列オフセット画像の立体鑑賞、３Ｄ絵はがき等のような、幾つかの視 差に基づく技術をよく説明している。これらの視差だけに基づくシステムは、あ る程度の３Ｄ効果をもたらすが、目に見えて非写実的である。 ３Ｄ効果を発生するための、もう一つのよく知られているが、遙かに複雑な技 術は、ホログラフィーである。ホログラフィーは、極めて写実的な３Ｄ画像を作 れるが、ホログラムを作るためにコヒーレントな光源（レーザのような）および 暗室または近暗室状態を要するので、その用途は極めて限られる。 ３Ｄ画像を作るための、一体写真として知られる、従来技術の一つは、３Ｄ画 像を作るためと再生するための両方に小型レンズのアレー（蝿の目レンズまたは マイクロレンズアレーと称する）を使用する。この一体写真の技術は、アイブス ・ハーバート・イー、“リップマン・レンチキュラー・シートの光学的性質”、米国光学界雑誌２１（３） ：１７１〜１７６（１９３１）に記載されている。 ３Ｄ画像を作るためにマイクロレンズアレーを取入れるその他の技術は、ヤン グ外、１９８８、“新３−Ｄ画像形成システムの議論”、アプライド・オプチッ クス２７（２１） ：４５２９−４５３４；デービス他、１９８８、“３次元画像 形成システム：新開発”、アプライド・オプチックス２７（２１）：４５２０〜 ４５２８；デービス他、１９９４、“マイクロレンズアレーを使う画像伝達シス テムの設計および解析”、オプチカル・エンジニヤリング３３（１１）：３６２ ４〜３６３３；ベントン・ステファン・エー、１９７２、“直接整像ステレオ・ パノラマグラム・カメラ”、米国特許第３，６５７，９８１号；ニムス他、１９ ７４、“３次元画像とそれを構成する方法”、米国特許第３，８５２，７８７号 ；およびデービス外、１９９１、“画像形成システム”米国特許第５，０４０， ８７１号に記載されていて、その各々をここに参考までに援用する。上記のマイ クロレンズアレーに基づく３Ｄ光学システムの欠点は、アレーの全てのレンズが 固定焦点距離であることである。これは、そのようなアレーによって発生するこ とができる３Ｄ効果の種類を著しく制限する。 マイクロレンズアレーの製作 微小規模表面形態の生成が最近非常に進歩した。自己組立単分子層（ＳＡＭ） を使うマイクロスタンピング技術は、サブミクロン（＜１０^-6ｍ）規模の形態の 低コスト生産を可能にしている。 あるコンパウンドは、適当な環境に置くと、自然に規則的２次元結晶アレーを 作ることができる。例えば、アルカンチオールの溶液は、金の上でこの性質を示 す。マイクロスタンピングまたはマイクロ・コンタクト・プリンティングは、‘ ゴム’（シリコンエラストマー）スタンプを使って金の表面上の小さな領域にア ルカンチオールを選択的に堆積する。所望の形態および大きさの‘マスター’モ ールドを、電子技術でよく知られる光学リソグラフィー技術を使って製作する。 シリコンエラストマーであるポリ（ジメチールシロキサン）（ＰＤＭＳ）をこの マスターの上に注いで硬化させ、次にそっと取外す。次にＰＤＭＳの表面に適当 なアルカンチオールの溶液を刷毛塗りすることによって、出来たスタンプにイン クを付ける。次に、このＰＤＭＳスタンプを金の表面に置き、アルカンチオール の所望のパターンをこの表面上に単分子層として選択的に堆積する。これらの単 分子層は、この表面の性質を目的に合わせて作るために、種々のヘッドグループ （金属表面から離れた環境に曝した）で誘導化してもよい。 この様にして、親水性と疎水性の交互の領域を微小規模で表面に容易に製作で きる。適当な条件下で、そのような表面を水蒸気のある所で冷却すると、水滴が 疎水性表面の領域に選択的に凝結する。そのような水滴は、収束マイクロレンズ または発散マイクロレンズとして作用することが出来る。どんな形のレンズ素子 も作ることができる。ＳＡＭを平面または湾曲面上に選択的に堆積してもよく、 それらの面は、光学的に透明であってもなくてもよい。ＳＡＭ表面の心違い、隣 接、積重ね、およびその他の形態は、全て複合レンズ形状を作るために使うこと ができる。 上に議論したＳＡＭ技術に類似する技術を使って、透明ポリマーを使い、安定 なマイクロレンズを作る。例えば、重合させないモノマー（親水性である）の溶 液は、誘導化したＳＡＭ表面の親水性領域に選択的に吸着する。その点で、重合 が始るかも知れない（例えば、加熱によって）。誘導化した表面領域の形状、領 域上の溶液の量、および溶液の組成を変えることによって、光学的性質の異なる 、 多種類の異なるレンズを作ることができる。 液体光学素子およびＳＡＭを使う光学技術の例として、クマール他、１９９４ 、“光回折格子としてパターン化した凝結図形”、サイエンス２６３：６０〜６ ２；クマール他、１９９３、“ミクロンないしセンチの次元の金の形態を、エラ ストマースタンプとアルカンチオール‘インク’によるスタンピングの後に化学 エッチングを組合わせることによって作ることができる”、アプライド・フィジ ックス・レター６３（１４） ：２００２〜２００４；クマール他、１９９４、“ 自己組立単分子層のパターニング：材料科学での応用”、ラングミュア１０（５ ） ：１４９８〜１５１１；シャウドハーリ他、１９９２、“水を上り坂に流す方 法”、サイエンス２５６：１５３９−１５４１；アボット他、１９９４、“金の 上に１５−（フエロセニルカルボニル）ペンタデカネチオールから作った自己組 立単分子層上の水溶液のポテンシャル依存濡れ”、ラングミュア１０（５）：１ ４９３〜１４９７；およびゴーマン他、印刷中、“自己組立単一分子層に掛けた 電気ポテンシャルを使う改質金の表面上の液体レンズの形状の制御”、ハーバー ド大学、化学部、を参照し、その各々を参考までにここに援用する。 マイクロレンズアレーは、幾つかの他のよく知られた技術を使っても製作でき る。マイクロレンズアレーまたはマイクロミラーアレーを作るための幾つかの例 示技術が、以下の論文に開示されていて、その各々を参考までにここに援用する ：リユー他、１９９４、“１工程エッチングと質量移行スムージングによる大開 口数マイクロレンズの製作”、アプライド・フィジックス・レター６４（１２） ：１４８４〜１４８６；ジェイ他、１９９４、“屈折マイクロレンズを製作する ための予備成形フォトレジスト”、オプチカル・エンジニヤリング３３（１１） ：３５５２〜３５５５；マックファーレーン他、１９９４、“マイクロレンズア レーのマイクロジェット製作”、ＩＥＥＥフォトニクス・テクノロジー・レター ６（９） ：１１１２〜１１１４；スターン他、１９９４、“コヒーレントな屈折 マイクロレンズアレー用ドライエッチング”、オプチカル・エンジニヤリング３ ３（１１） ：３５４７〜３５５１；およびケンダル他、１９９４、“レンズテン プレート、測地線レンズ、およびその他の用途のためにシリコンのＫＯＨ：Ｈ₂ Ｏマイクロ加工を使うマイクロミラーアレー”、オプチカル・エンジニヤリング ３ ３（１１） ：３５７８〜３５８８。 焦点距離の変動と制御 上に議論したマイクロスタンピング技術を使って、可変焦点距離の小型レンズ を製作することが出来る。可変焦点は、幾つかの一般的手段、例えば、（ｉ）電 気ポテンシャルを使用することにより；（ii）機械的変形により；（iii）気相 からの液体水滴の堆積（上に引用したクマール外、（サイエンス、１９９４）に 記載されているように）のような、選択的堆積により；および（iv）加熱または 溶融（例えば、天然のままモールドし、次に溶融して細かい光学素子にする、あ るマイクロレンズアレーのように、構造物を溶融して光学的性質を変えてもよい ）によって達成することが出来る。 溶液が表面を濡らしまたはその上に拡がる程度は、このシステムの電子的性質 を変えることによって制御できる。例えば、液体レンズの中に微小電極を置いて 、表面に対する電位を変えることによって、レンズの曲率を変えることができる 。上に引用したアボット他参照。他の構成では、表面上に親水性の液体マイクロ レンズを作り、水溶液で覆い、この水溶液に対する表面電位を変える。そのよう なシステムは、可逆的且つ迅速に焦点を変えることができる、極めて小さい体積 のレンズ（１ｎＬ）を実証している（上に引用したゴーマン他参照）。 さて、図３を参照すると、可変焦点レンズ５０の概略図が示されている。可変 焦点レンズ５０は、液体レンズ５２および二つのＳＡＭ表面５４を含む。ＳＡＭ 表面５４は、液体レンズ５２に付着する。図３（ａ）から図３（ｃ）の進展で分 るように、ＳＡＭ表面５４間の距離を変えることによって、液体レンズ５２の形 状、従って光学的特性を変えることができる。液体レンズ５２の形状および光学 的特性を変えるための幾つかの他の方法もある。例えば、レンズ５２と表面５４ の間の電気ポテンシャルを変えて、図４に関して以下に更に詳しく議論するよう に、レンズ５２の形状を変えさせることができる。レンズ５２の屈折率を、異な る液体材料を使うことによって変えることができる。液体レンズ５２の凝集性お よび付着性を、この液体材料の化学的性質を変えることによって、および表面５ ４の化学的性質を変えることによって調節することができる。表面５４の３次元 特性を変えることができる。例えば、上または下から見たとき、表面５４は、円 形、長方形、六角形、またはその他のどんな形状でもよく、上下に動かしてもよ い。これらの技術を個々にまたは組合わせて使って多種多様なレンズ形状および 光学的効果を作ってもよい。 さて、図４を参照すると、上に引用したアボット他の論文に開示されているよ うな、電気的可変焦点レンズの概略図が示されている。液滴５２がＳＡＭ表面５ ４上に置かれ、その表面は、金属面５６、好ましくは金の上に作られている。微 小電極５８とＳＡＭ表面５４の間の電気ポテンシャルを変えることによって、液 体レンズ５２の曲率（および従って光学特性）を変えることができる。図４（ａ ）から図４（ｃ）への進展は、液体レンズ５２の形状がどのように変れるかを概 略的に示す。類似の効果を上記のゴーマン外の論文に記載されている技術を使っ て、微小電極５８を使う必要なしに、達成することができる。 その代りに、機械的手段によって、そのようなマイクロレンズの焦点合せをし てもよい。例えば、柔軟なポリマーまたはエラストマーレンズの焦点を変えるよ うに、圧電手段によって圧縮または弛緩してもよい。その代りに、柔軟なケース に封入した液体レンズを機械的に圧縮または弛緩してもよい。 発明の概要 本発明は、従来技術と違って、可変焦点マイクロレンズ、および比較的高い被 写界深度を有する光学系で撮ったように見える画像；即ち、この画像内の可変距 離の物体に所定の範囲に亙ってほぼ焦点があっている画像を含む。代替実施例で は、可変焦点マイクロレンズを静止または動画像と組合わせて使って、画像の見 かけの距離を変えることができる。もう一つの実施例は、可変焦点距離の素子の 固定アレーを使って３Ｄまたはその他の光学効果を生ずる。 図面の説明 図１は、好適実施例によるマイクロレンズアレーを組込んだ３Ｄ画像形成シス テムを示す概略図である。 図２（ａ）ないし図２（ｃ）は、種々の条件下で観察者に向う光の経路を示す 概略図である。 図３（ａ）ないし図３（ｃ）は、ＳＡＭを使って液体マイクロレンズの焦点距 離を変えるための一つの技術を示す概略図である。 図４（ａ）ないし図４（ｃ）は、ＳＡＭを使って液体マイクロレンズの焦点距 離を変えるためのもう一つの技術を示す概略図である。 図５は、好適実施例で使う種類の２次元画像を作るために使用するカメラのブ ロック線図である。 詳細な説明 好適実施例の構造および機能は、図面を参照することによって最も良く理解で きる。読者は、同じ参照番号が複数の図に現れることに気付くだろう。この場合 は、その番号が同じまたは相当する構造を指す。好適実施例では、比較的被写界 深度の大きい静止または動画像と共に、上に議論した技術を使って製作したもの のような、可変焦点マイクロレンズアレーを使って３Ｄ効果を生ずる。 図２（ａ）を参照して、人間の眼が見る像は、連続する詳細で知覚した、複数 の極めて微細な点を含む。光が各物点に当ると、光が散乱し、その点が光の円錐 ３０（即ち、ある立体角の境界を示す光）を外方に反射する。もし、観察者２０ が物体をかなり遠くの距離で見ると、円錐３０の非常に小さい部分を集め；従っ て集められた光線はほぼ平行である（図２（ａ）；遠焦点参照）。しかし、観察 距離が短縮すると、観察者２０の眼が集める光線は、平行より少なく、大きい発 散角で受けられる（図２（ａ）；中焦点および近焦点参照）。距離が変動する物 体に焦点が合わせられるように、角膜とレンズの複合体が形状を変える。上に議 論した種類の拡散反射の更に完全な議論については、例えば、チップラー・パウ ル・エー、科学者と技術者のための物理、第３版、拡張版、ワースパブリッシャ ーズ、ｐｐ．９８２〜９８４参照し、それを参考までにここに援用する。 好適実施例によれば、画像の全ての点で焦点が合っている２次元写真または画 像にマイクロレンズのアレーを載せる。適切に照明すれば、そのようなシステム は、開度の変る光円錐を作り、３Ｄ空間をシミュレートすることができる。 写真レンズは、一つの焦点主点しかないので、写真には厳密に焦点の合う面が 一つしかなく；この面の前後で画像は次第にピンぼけになる。この影響は、被写 界深度を増すことによって軽減できるが、ある程度までしか補正できない。 一般的に、本発明の好適実施例は、被写界深度の大きい光学系を使って作った 画像で動作する。ある画像に対しては、焦点面を適正に配置し、被写界深度を使 用すれば、全画像を通じて十分鮮鋭度を知覚できる。他の場合には、画像内の全 ての点に対して厳密に焦点が合っていることを知覚するためには、より進んだ技 術が必要である。改良したカメラおよび（または）ディジタル結像技術を使うこ とができよう。例えば、画像内のある焦点外れの領域にディジタルソフトウェア の‘鮮鋭化’フィルタを使って焦点合せをすることができる。 さて、図５を参照すると、好適実施例で使う種類の２次元画像を作るために使 うカメラ６０のブロック線図が示されている。カメラ６０は、入力レンズ６４と 出力レンズ６６を有する、従来のモータ付き光学系６２を含む。レンズ６４と６ ６は、凸レンズとして描かれているが、当業者は、レンズ６４と６６が所望のど んな構成でもよいことを理解するだろう。モータ付き光学系６２は、画像記録装 置７２上に画像の焦点を結ぶ。画像は、画像記録装置７２と出力レンズ６６の間 の距離を、独立にか、またはモータ付き光学系６２の調節と組合わせて変えるこ とによって画像記録装置７２上に焦点を結ぶこともできる。画像記録装置７２は 、電荷結合素子（ＣＣＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）、フォトダイオード、アバ ランシェフォトダイオード、写真フィルム、乾板、またはその他の感光材料でも よい。その上、画像記録装置７２は、上記光記録装置または光収集装置の任意の 組合せでもよい。 モータ付き光学系６２の焦点合せは、制御装置６８によって制御し、それは、 制御線７０を介してモータ付き光学系６２に繋ぐ。制御装置６８は、マイクロプ ロセッサ、マイクロコントローラ、またはモータ付き光学系７０の焦点合せを制 御するために使うことのできるディジタルまたはアナログ信号を出す、その他の 装置でもよい。 もし、画像記録装置７２がディジタル装置であるなら、画像記録装置７２が捕 えた画像をメモリ７４に記憶する。もし、画像記録装置７２が写真または感光材 料であるなら、メモリ７４は不要である。 メモリ７４は、半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリ、またはディジタル情報 を記憶するために使用するその他の種類のメモリでもよい。画像記録装置７２は 、データ線７６を介してメモリ７４に繋ぐ。制御装置６８は、制御線７８および ８０を介してメモリ７４および画像記録装置７２も制御することができる。 カメラ６０を操作して、鮮明な領域のコラージュを作って、全ての点で鮮明な 画像を作ることができる。例えば、それぞれ異なる距離に焦点を合わせた、同じ 場面の一連の画像を画像記録装置７２で捕えることができる。即ち、制御装置６ ８がモータ付き光学系６４にある範囲（例えば、５ｍから無限遠まで）に亙る焦 点合せを繰返させ、画像記録装置７２が異なる焦点距離で撮った場面の画像を捕 え、およびメモリ７４が捕えた画像を記憶する。モータ付き光学系６４の焦点距 離は、条件および必要な画像に依って、連続的、または段階的に変えることがで きる。 その上更に、条件および必要な画像に依って、１から数百の画像を捕えること ができる。例えば、画像が悉く遠方の地平線のものであれば、遠焦点画像しか必 要ないだろう。従って、全体のシャッタ速度は、非常に短いだろう。 カメラ６０は、スチルカメラでもビデオカメラでもよい。所望の焦点距離範囲 は、場面の種類および照明状態と共に変るかも知れないので、制御装置６８を使 ってモータ付き光学系６４を任意の焦点距離範囲に亙って一定の順序に配列する ことができる。もし、カメラ６０をビデオカメラとして使うならば、毎秒数こま （各々異なる焦点距離で撮った数画像を含む）を取込まねばならないので、モー タ付き光学系６４は、非常に迅速に動作するように作らねばならない。時間を節 約するため、制御装置６８は、１こまを作るために必要な画像を捕えるために、 モータ付き光学系６４が所望の最近焦点距離から所望の最遠焦点距離までを繰返 し、次に、その次のこまを作るために必要な画像を捕えるために、モータ付き光 学系６４が所望の最遠焦点距離から所望の最近焦点距離までを繰返すようにプロ グラムすることができる。そこで、この過程を後の全てのこまに対して繰返す。 メモリ７４（例えば、５×５画素のアレー）に記憶したディジタル画像の各々 の中の場面の同じ部分をコントラストでサンプリングしてもよい（最高のコント ラストは、最も鮮鋭に焦点が合ったことに対応する）。次に、各５×５の高コン トラスト部分を単一画像に集めると、その画像は、全場面に亙ってほぼ焦点が合 っているだろう。これは、この過程を単純化し、それを更に迅速に行うために、 連続形状または物体を認識する、より進んだソフトウェアアルゴリズムで行って もよい。この操作は、ディジタル形式（アナログのオリジナルをディジタル化し てまたはディジタルのオリジナルで）で行うのが最も容易であるが、アナログフ ォーマットで行ってもよい（切貼り）。 さて、図１を参照すると、本発明の好適実施例が図示されている。物体１５Ａ ないし１５Ｃは、観察者２０が知覚した空間内の幾つかの物体の位置を表す。物 体１５Ａないし１５Ｃは、それぞれ、観察者２０から離れた距離２２Ａないし２ ２Ｃにある。物体１５Ａないし１５Ｃは、観察者２０の方へ光円錐１６Ａないし １６Ｃも反射する。上に議論したように、光円錐１６が観察者２０に達するとき に発散する程度は、物体１５の観察者２０からの距離と共に変る。物体１５Ａな いし１５Ｃの３Ｄが像を再現するために、画像１０（その全領域に亙って鮮明と 認識したものが好ましい）をマイクロレンズ１４のアレー１２と整列して置く。 しかし、好適実施例は、各点で鮮明ではない画像１０で作用することもできる。 アレー１２は、ほぼ平坦な２次元アレーでよく、または、画像１０の曲率若し くは形状に依って、所望する程度の曲率若しくは形状を有するアレーでもよい。 画像１２の各点または画素に対応する各マイクロレンズ１４の特性は、画像のそ の点または画素を鮮明にするカメラの焦点距離に基づいて選ぶ。マイクロレンズ １４の焦点距離は、光円錐１８Ａないし１８Ｃが光円錐１６Ａないし１６Ｃを複 製する（このマイクロレンズからの所期の、若しくは既知の観察距離に基づいて 、または知覚した画像を変えるための相対尺度若しくは任意尺度に基づいて）よ うに選んでもよい。これに関して、観察者２０Ａは、観察者２０が見たのと同じ ３Ｄ画像を見るだろう。 画像１０は、単独に見たとき、コヒーレントな２Ｄ画像として見ることができ るので、画像１０の外観は、２Ｄと３Ｄの間で変る、または交互するように作る ことができる。もし、２Ｄ観察を望むなら、アレー１２のレンズ１４を除くか、 または光学的に中性であるように調整するかできる。もし、３Ｄ観察を望むなら 、アレー１２のレンズ１４を上記のように調整することができる。 類似の手順を利用して、３Ｄ映画／ビデオを作ることができる。当業者に知ら れているように、動くビデオは、画像を連続して速く表示することによって実現 する。従って、全画像に亙って（または所望の程度に）焦点の合った連続画像を 作らねばならない。これを達成するために、近焦点と遠焦点の間を迅速且つ連続 して繰返すように作ったビデオカメラを使用する。各々全体に鮮明な画像を、上 に議論した技術によって作る（被写界深度、場面の知識、コラージュ技術、等を 利用して）。更に、スチルカメラまたはビデオカメラと組合わせて知的ソフトウ ェアを使い、周囲条件、予め入力した好み、および（または）過去（直前若しく は過去全体の歴史）の適当な設定に基づいて、被写界深度、焦点合せサイクルの 焦点合せステップ数、等を最適化できる。追加のソフトウェア／ハードウエア操 作を使って、場面全体にまたは所望する程度に鮮明な画像を作ることができる。 例えば、場面の周囲を選択的にピンぼけにしてもよい。 人間の眼の全体的被写界深度は大きいが、脳は、中心部に焦点を合わせ、周辺 は、しばしばほぼピンぼけである。理想的な場合、マイクロレンズアレーの後ろ の画像は、全場面に亙って鮮明で、観察者がその場面の異なる部分を調べるとき 、観察者が適正に焦点を合わせると、各々にピントが合うようになる。しかし、 観察者がある場面の特定の領域だけを追跡するときのビデオシーケンスの様に、 画像全体に亙る鮮明さが不必要な場合がある。 一旦所望のビデオ画像を捕えると、図１に関して上に議論したように、これら の画像を可変焦点レンズ１４のアレー１２の後ろに置くことによって３Ｄ表示を 実現する。ビデオシーケンスの各こまで、このこまの各点または画素に対して、 その画素と整列したレンズ１４のための対応する焦点設定がある。各こまを逐次 表示すると、各画素がその焦点距離をそのこまの画素に対する適当な所定の設定 に変える。 各点または画素が関連するレンズまたは複合レンズを有するので、各画素から の光線を、その画素に望まれる３Ｄ深度に対応する所定の角度で眼に達するよう に制御することができる。与えられたどんな場合の所望の効果にも適する多数の レンズ設計があるだろう。 再び図２を参照して、本発明の作用で重要な考慮事項は、眼と画素の距離であ る。ゴーグルのような近いスクリーン（図２（ｂ）参照）に対しては、より遠い スクリーン（図２（ｃ）参照）に対するより異なるレンズ設計が必要である。図 ２（ｂ）（中焦点および遠焦点）に示すように、素子の組合せ（正のレンズと負 のレンズのような）を互いに対して動かして、所望の光学効果を生ずることがで きる場合がある。それで、一つの実施例では、複数のアレーを互いに対して動か して適正な光出力を作ることができるだろう。光学素子の組合せの性質の更なる 完全な説明は、例えば、レイ（上に引用した）、ｐｐ．４３〜４９を参照し、そ れも参考までにここに援用する。 レンズからの拡散反射と焦点のアナログ的挙動を考えるに；もし、焦点と反射 点の両方が眼から同距離にあるなら、眼に達したときの光線の角度は、同じだろ う。眼の瞳孔は、比較的小さく、約５ｍｍであるので、拡散反射した光円錐のわ ずかな部分しか眼が観察しないので、眼が観察しない光線を“再現”する必要は ない。 上記の技術は、テレビ、ビデオ、ビデオカメラ、コンピュータディスプレーの ような表示スクリーン、カウンタトップおよびウインドウ陳列のような広告ディ スプレー、掲示板、衣類、室内装飾、ファッションウオッチ、アクセサリー、エ クステリア、擬装、戯れもの、遊園地の乗物、ゲーム、バーチャルリアリティ、 本、雑誌、絵はがきおよびその他の印刷物、美術、彫刻、写真または家庭用の用 途で光を望む通りにより強くまたは拡散させる照明効果、並びに３次元または可 変光学効果を要求するその他の用途に使うことができる。 コンピュータディスプレーは、典型的にはユーザの近くに配置し、ユーザの眼 は、常に単一距離に設定され、それが眼の筋肉を酷使する。眼の緊張と長期の有 害な影響を防ぐため、定期的に遠くの物体を見ることが推奨される。本発明を使 うことによって、レンズアレーを調節して、観察者が近くまたは遠くに焦点を合 わせてディスプレーを見られるようにできる。そのような明視の距離の変化（デ ィスプレーそれ自体は、同じ距離に保ってもよい）は、手動でユーザが制御して も、または所定のアルゴリズムに従ってもよい（例えば、ゆっくりとかすかに繰 返すが、緊張を防ぐ範囲に亙って動くように）。そのようなアルゴリズムは、治 療の目的に使ってもよい。観察距離を、ある筋肉グループを治療的に利するため に調節してもよい。この技術は、本並びにその他の近視野集中作業に使ってもよ い。 本発明による静止３Ｄ画像の一つの用途は、美術と収集品の分野にあるだろう 。更に、静止画像は、可変焦点アレーは勿論、固定焦点距離レンズアレーと対に し てもよい。静止画像に関連してレンズの焦点距離を調節することによって、特有 の効果を達成することができる。静止画像の焦点をうねらせることによって、人 目を引く表示または広告は勿論、風変わりな美術を実現することができよう。特 に、この技術は、関心のある明視の領域を選択的に調節し、残りの画像を静的な ままに、--若しくはその逆に、またはある領域の焦点とその見かけの大きさを変 えることによって、観察者の注意を画像の特定の領域へ導くために使うことがで きる。例えば、もし、物体の大きさ（観察者の視野でのその割合の点で）が同じ のままで、観察者の眼が近焦点から遠焦点へ切り替るとすると、その物体の大き さについての観察者の感覚は、意志変更である（即ち、観察者は、その物体がよ り大きいと認識するだろう）。同様に、もし、物体の大きさ（観察者の視野での その割合の点で）が同じのままで、観察者の眼が遠焦点から近焦点へ切り替ると すると、観察者は、その物体がより小さいと認識するだろう）。この効果は、基 準画像--既知の大きさの物体の画像を含むことによって更に助長される。従って 、そのようなスクリーンは、例えば、観察者の注意を惹くために、見かけの大き さを選択的に変えさせることができる。 ラップアラウンドまたは全包囲観察は、気を散らす関連のない周辺情報および 画像を排除するので、有利である。観察者に場面の全包囲観察をさせるためには 、一般的に二つの技術がある。第１は、グループ観察（例えば、ソニーのアイマ ックスシアターまたはプラネタリウム）のために最も有用な極大型および（また は）湾曲観察スクリーンを使うことである。第２の技術は、個人の観察ゴーグル または眼鏡を使うことである。この技術では、比較的小さなスクリーンを眼の近 くに置く。マイクロレンズを使うことの利点は、非常に近い距離でも、平均的な 人が１００ミクロン以下の形態を識別することは困難であり、それでアレーのマ イクロレンズを十分小さく作れば（しかし、望まない回折効果が支配しないよう には十分大きい）、スクリーンが画素の影響なしに事実上連続的なままでいられ ることである。スクリーンが小さいので、ラップアラウンド全包囲観察を実施す るためのコストの低減が達成される。その上、もしスクリーンが全視角を埋めな いなら、気が散らないようにスクリーンの周りに黒くした領域を使うことができ る。その代りに、ある用途では、外部視覚像を有利に組込めるだろう。例えば、 半透 明のディスプレーを、画像を表示した周囲からの画像に重ね合せることができる （これは、ヘッドアップディスプレーのような他の実施例で使用できる）。その ようなディスプレーは、民生用には勿論、軍用に使える。特に、移動する車輌の 運転手に情報を表示できる。ゴーグルを使うとき、そのようなディスプレーは、 片目または両目に見えるようにできるだろう。 もし、コンピュータディスプレーをラップアラウンドゴーグルの中に作ると、 有効スクリーンサイズが最大になるだろう。コンピュータのモニタサイズは、コ ンピュータアプリケーションの全情報／数が増大しているので、同時に拡大する 傾向にある。ラップアラウンドゴーグルのコンピュータディスプレーは、ユーザ に全視野をデスクトップとして使用できるようにするだろう。これは、上記の緊 張軽減機能とは勿論、３Ｄ効果と組合わせることができるだろう。 その上、ゴーグルは、各眼に一つのスクリーンがあってもよい。そのようなゴ ーグルは、二つの像が一致し、観察者が単一像として認識するように、適当な視 差矯正が必要である。二つのスクリーンを使う利点は、個々のスクリーンをそれ ぞれの眼に非常に近く置けることである。視差の異なる二つの像を、多種の修正 したカメラシステムから得ることができる（レイ、図６５．１０、６５．５節（ 上に引用）参照）。その代りに、ソフトウェアアルゴリズムを使って単一視界か ら視差を変えた第２画像を作ってもよい。二つスクリーンのゴーグルは、視差矯 正画像なしに、−即ち、両眼に同じ透視図を表示して使うこともできる。これは 、自然の３Ｄ効果を幾らか失う結果になるだろう。しかし、３Ｄ効果には多くの 要因が貢献し、視差はその一つに過ぎない。 再び図１を参照して、レンズアレー１２の後ろのディスプレー１０は、アナロ グでもディジタルでもよく、印刷しても、描いても、タイプ等してもよい。それ は、写真またはスライド、カラーまたは白黒、ポジまたはネガ、逆さまたは適当 な角度のオフセットまたは元のままの適正方向のどれでもよく--それは、可視ま たは非可視の多くの異なる波長の光を出しても反射してもよい。それは、リトグ ラフ、一連の映画的画像でもよく、２次元または３次元のＸＹ平面でもよい。そ れは、ＣＲＴ、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、電気発色ディスプレ ー、電気化学ルミネセンスディスプレーまたはこの技術分野でよく知られるその 他のディスプレーでもよい。 アレー１２のレンズ１４は、以下の範囲で変ってもよい： サイズ；好ましくは、１ｃｍから１ミクロンに亙る。 形状；好ましくは、円形、円筒形、凸形、凹形、球形、非球面、長円形、直線 形、複合（例えば、フレネル）、またはこの技術分野で知られるその他の光学的 形状。 構成；これらのレンズは、主として屈折性、主として回折性、または屈折と回 折のハイブリッド設計でもよく、ハイブリッド設計の例は、ミッシング外、１９ ９５、“接眼鏡設計に応用した回折光学素子”、アプライドオプティックス３４ （１４） ：２４５２〜２４６１に開示されていて、それを参考までにここに援用 する。 アレーの中のレンズ数；レンズアレー１２は、非常に大きなシートの形をして いるだろうから、アレーは、２２から事実上無制限のアレーにまで亙ってもよい 。 各‘画素’に使用するレンズ素子の数；この技術分野で知られるように、複合 レンズは、光学収差を補正するために有用かも知れず、および（または）異なる 光学的効果を得るために有用かも知れない。例えば、球面収差または色収差を補 正するだろうし、ズームレンズ光学系をアレーに組込んでもよい。その上、ディ スプレーの前に固定焦点アレーを使い、次に、この第１アレーの上にズームアレ ーを使ってもよい。または異なる用途で、異なる光学素子設計を同じアレーに組 込むことができる。 レンズの色；これらのレンズは、色付きでも無色でもよく、種々の可視および 非可視波長に透明でもよい。例えば、赤、緑、および青のレンズのアレーを積重 ねて使ってもよい。その代りに、色付きディスプレー画素を無色レンズと共に使 うこともできる。 レンズの組成；上に議論したように、これらのレンズは、種々の材料で種々の 状態に作ってもよい。これらのレンズは、液体溶液、コロイド、エラストマー、 ポリマー、固体、結晶、懸濁液等でもよい。 レンズの圧縮、弛緩および変形；これらのレンズは、電気的および（または） 機械的（例えば、圧電的）手段によって変形してもよい。変形は、有効焦点距離 を制御するためおよび（または）レンズまたはレンズ系のその他の光学的特性を 変えるために使ってもよい（例えば、収差または整列--整列は、レンズ間および （または）ディスプレーとの整列でもよい）。 最後に、アレーを組合わせまたは重ねて、光学的特性を変えまたは別の特性を 増してもよい。アレーは、湾曲していても平坦でもよい。 多くの他の種々の素子を好適実施例に含めることができる。例えば、フィルタ をアレーの中、アレーとディスプレーの間、アレーの前に使ってもよい。そのよ うなフィルタは、包括的で、全て若しくは殆どの画素を覆ってもよく、または一 つの画素だけ若しくは選択したグループの画素と整列してもよい。特別の注意は 、中性フィルター（例えば、液晶ディスプレーアレー）である。他のフィルタに は、カラーフィルタ、階調フィルタ、偏光子（円および直線）および当業者に知 られるその他のものがある。 更に、本発明の異なる部品の表面は、種々の塗料、例えば防眩塗料で塗装して もよい（しばしば多層）。他の被膜は、耐傷性または機械的安定性を与え、環境 要因から保護する。 望まない迷光または反射を防ぐために、光阻止構造または材料を使ってもよい 。例えば、各画素を近隣の画素から光学的に絶縁することが望ましいことがある 。一つの実施例で、ＳＡＭを使って微小光阻止板を使ってもよい。例えば、親水 性領域を占めるマイクロレンズを、表面が光吸収材料で占められる疎水性領域で 取囲んでもよい。その代りに、マイクロ加工した光阻止板構造を使ってもよい。 本発明の部品は、種々の光学的特性を持つのが都合がよい。ある用途では、実 質的に透明な部品および支持材料を--例えば、ヘッドアップディスプレーに使う ために、使用する。他の場合、鏡面加工した面が--例えば、反射光を最大限利用 するためにおよび鏡面光学素子を使うためにも、望ましいことがある。他の材料 には、半透明ミラー／ビームスプリッタ、光学格子、フレネルレンズ、および当 業者に知られているその他の材料がある。 シャッタおよび（または）絞りをこのシステムの種々の位置に置いてもよく、 包括的でも特定的でもよい（上記フィルタのように）。シャッタは、例えば、も しフィルムをベースにした映画的なビデオの場面をディスプレーとして使うなら 、 有用であろう。絞りは、光強度および被写界深度を変えるために使えよう。 このシステム全体は、大きさが２・３ミクロンと数百メートル以上の間で変動 するだろう。このシステムは、湾曲していても平坦でもよい。それは、キットで もよい。それは、永久設置でも可搬式でもよい。スクリーンは、運搬を容易にす るために折畳んでも巻いてもよい。スクリーンは、保護用カバーがあっても、複 合ユニットに組込んでもよい（例えば、ラップトップコンピュータ）。このシス テムは、シミュレータおよびバーチャルリアリティ・システムに使ってもよい。 このシステムは、アレーの有効焦点を周囲の焦点面と関連付けることによって距 離計として使うことができる。このシステムは、高度オートフォーカス・システ ムとして使ってもよい。例えば、マイクロレンズは、大きい機械的カメラレンズ より遙かに速く焦点を合わせることができ、次にこのレンズを正確な焦点位置に セットできるので、このシステムを迅速に最適焦点位置を見つけるために使うこ とができよう。このシステムは、例えば、--長い有効焦点距離を使うことによっ て、ディスプレーの指向性観察をするために使うことができる。このシステムは 、使い捨てでもよい。 本発明で重要な考慮事項は、照明の種類および方向である。照明は、前から（ 反射）または後ろから（バックライト）および（または）種々の中間の角度から でもよい。光源は、一つでも複数でもよい。ある場合には、反射光と明るいバッ クライトの両方が、場面をより正確に表すために望ましい。例えば、室内で窓か ら外を見ているとき、室内に指向性のある影を伴う、窓からの強いバックライト と反射された柔らかい光を感ずるだろう。バックライト、反射光および強度／中 性フィルタの組合せがより現実的イメージを与えるだろう。指向性のある反射光 は、単一画素または特定の領域に集束してもよく、包括的でもよい（バックライ トのように）。光は、フィルタを通しても、偏光しても、コヒーレントでも、非 コヒーレントでもよい。例えば、日光の色温度は、日中を通じて変る。それで、 日光に補正した光源からの光にフィルタを掛けて赤みがかった色調の日没のイメ ージ等を表せるだろう。この光は、種々の位置に置いてもよく（上記フィルタ同 様）、白熱、ハロゲン、蛍光、水銀灯、ストロボ、レーザ、自然日光、冷光物質 、燐光物質、化学ルミネッセンス物質、電気化学ルミネセンス等を含む、当業者 に 知られる種々の光源からの光でよい。もう一つの実施例は、発光レンズの実施例 である。発光物質を適当にドープした液体レンズは、特に使い捨てシステムで有 用だろう。例えば、電極の上に載せた液相レンズを考えよう。そのようなレンズ は（もし、それがＥＣＬタグを含めば）、発光するようになろう。 本発明を好適実施例に関して説明した。しかし、本発明は、図示し説明した実 施例に限定されない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の請求項が定義する 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／４７６，８５４ (32)優先日 1995年６月７日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ３次元画像形成システムであって、 少なくとも幾つかが可変焦点距離であるマイクロレンズの２次元アレー、およ び 複数の像点または画素を有する２次元画像 を含み、 このアレーの少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の像点または画素と 整列している画像形成システム。 ２． ３次元画像形成システムであって、 可変焦点距離マイクロレンズの２次元アレー、および 複数の像点または画素を有する２次元画像 を含み、 このアレーの少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の像点または画素と 整列している画像形成システム。 ３． ３次元画像形成システムであって、 少なくとも幾つかが可変焦点距離であるマイクロレンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する２次元画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している画 像形成システム。 ４． 請求項３の発明において、上記画像形成システムがキットとして販売さ れるシステム。 ５． 請求項３の発明において、上記画像形成システムが１対のゴーグルに組 込まれているシステム。 ６． 請求項３の発明において、上記画像形成システムがヘッドアップディス プレーに組込まれているシステム。 ７． 請求項３の発明において、上記画像が、何れか一つの焦点距離で採るで あろう被写界深度より大きい被写界深度を有する画像形成システム。 ８． 請求項３の発明において、上記画像形成システムを３Ｄ画像と２Ｄ画像 の間で変えられる画像形成システム。 ９． 請求項８の発明において、上記マイクロレンズを光学的に中性に作れる 画像形成システム。 １０． 請求項８の発明において、上記マイクロレンズが取外し可能である画 像形成システム。 １１． 請求項３の発明において、上記画像形成システムを美術品に組込んだ 画像形成システム。 １２． 請求項３の発明において、上記画像形成システムを広告に組込んだ画 像形成システム。 １３． 請求項３の発明において、上記画像形成システムをバーチャルリアリ ティ装置に組込んだ画像形成システム。 １４． ３次元画像形成システムであって、 少なくとも幾つかが可変焦点距離であるマイクロレンズの第１アレー、 少なくとも幾つかが可変焦点距離であるマイクロレンズの第２アレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素が上記第１アレーの一つ以上のマイクロレンズと整列し、 上記第２アレーの少なくとも一つのマイクロレンズが上記第１アレーの一つ以 上のマイクロレンズと整列している画像形成システム。 １５． ３次元画像形成システムであって、 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している画 像形成システム。 １６． ３次元画像形成システムであって、 各マイクロレンズが固定ではあるが個々に所定の焦点距離を有するマイクロレ ンズのアレーで、このアレーのマイクロレンズが複数の焦点距離を有するアレー 、 および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している画 像形成システム。 １７． ３次元画像形成システムであって、 各マイクロレンズが固定焦点距離を有するマイクロレンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している画 像形成システム。 １８． ３次元光学システムであって、 各マイクロレンズが固定ではあるが個々に所定の焦点距離を有するマイクロレ ンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している光 学システム。 １９． ３次元光学システムであって、 各マイクロレンズが固定ではあるが個々に所定の焦点距離を有するマイクロレ ンズのアレー、および 多数の像点または画素を有する画像 を含み、 少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の像点または画素と整列している 光学システム。 ２０． コンピュータスクリーンの見かけ上の距離を変えるための光学システ ムであって、 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の画素を有するコンピュータスクリーン を含み、 各画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している光学システム 。 ２１． 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、およびこのアレーの一つ以上 のマイクロレンズと整列した複数の画素を有するコンピュータスクリーンを含む 光学システムにおいて、眼の緊張を軽減するための方法であって、 このアレーの全てのマイクロレンズの焦点距離を定期的に変え、それによって このコンピュータスクリーンが近くまたは遠く離れて見えるようにする工程を含 む方法。 ２２． 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、およびこのアレーの一つ以上 のマイクロレンズと整列した複数の画素を有するコンピュータスクリーンを含む 光学システムにおいて、眼の緊張を軽減するための方法であって、 このアレーのマイクロレンズのサブセットの焦点距離を定期的に変え、それに よってこのコンピュータスクリーンの一部が近くまたは遠く離れて見えるように する工程を含む方法。 ２３． コンピュータスクリーンの見かけ上に距離を変えるための光学システ ムであって、 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の画素を有するコンピュータスクリーン を含み、 少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の画素と整列している光学システ ム。 ２４． ２次元物体の見かけ上に距離を変えるための光学システムであって、 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の点または画素を有す２次元物体 を含み、 各点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している光学 システム。 ２５． ２次元物体の見かけ上に距離を変えるための光学システムであって、 可変焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の点または画素を有す２次元物体 を含み、 少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の点または画素と整列している光 学システム。 ２６． ２次元物体の見かけ上に距離を変えるための光学システムであって、 固定焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の点または画素を有す２次元物体 を含み、 各点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している光学 システム。 ２７． ２次元物体の見かけ上に距離を変えるための光学システムであって、 固定焦点距離マイクロレンズのアレー、および 複数の点または画素を有す２次元物体 を含み、 少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の点または画素と整列している光 学システム。 ２８． ３次元画像を作るための方法であって、 高い被写界深度を有し、多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工 程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の立体角を有する光の円錐を作り、その立体角がその画像点または画素の観 察者からの知覚距離と共に変るようにする工程、 を含む方法。 ２９． ３次元画像を作るための方法であって、 高い被写界深度を有し、多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工 程、および これらの画像点または画素の各々から光を反射し、伝達し、または出して所定 の立体角を有する光の円錐を作り、その立体角がその画像点または画素の観察者 からの知覚距離と共に変るようにする工程 を含む方法。 ３０． ３次元画像を作るための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作り、その画像が所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合っているようにする工程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の立体角を有する光の円錐を作り、その立体角がその画像点または画素の観 察者からの知覚距離と共に変るようにする工程 を含む方法。 ３１． ３次元画像を作るための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作り、その画像が所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合っているようにする工程、および これらの画像点または画素の各々から光を反射し、伝達し、または出して所定 の立体角を有する光の円錐を作り、その立体角がその画像点または画素の観察者 からの知覚距離と共に変るようにする工程 を含む方法。 ３２． 光学効果を生ずるための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３３． 光学効果を生ずるための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工程、および これらの画像点または画素の各々から光を反射し、伝達し、または出して所定 の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３４． ３次元画像を作るための方法であって、 高い被写界深度を有し、多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工 程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３５． ３次元画像を作るための方法であって、 高い被写界深度を有し、多数の画像点または画素を有する２次元画像を作る工 程、および これらの画像点または画素の各々から光を反射し、伝達し、または出して所定 の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３６． ３次元画像を作るための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作り、その画像が所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合っているようにする工程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３７． ３次元画像を作るための方法であって、 多数の画像点または画素を有する２次元画像を作り、その画像が所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合っているようにする工程、および これらの画像点または画素の各々から光を反射し、伝達し、または出して所定 の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３８． ３次元画像を作るための方法であって、 大きい被写界深度を有する光学系を使って、多数の画像点または画素を有する ２次元画像を作る工程、および これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を投射して 所定の可変立体角を有する光の円錐を作るようにする工程 を含む方法。 ３９． 可変焦点マイクロレンズアレーを使って、変化する３次元画像を作る ための方法であって、 所定の範囲に亙って実質的に焦点が合った、多数の画像点または画素を有する 一連の２次元画像を作る工程、 これらの画像点または画素の各々が反射し、またはそれが出した光を、上記ア レーのマイクロレンズを通して投射し、所定の立体角を有する光の円錐を作り、 その立体角がその画像点または画素の観察者からの知覚距離と共に変るようにす る工程、および 上記アレーの各マイクロレンズの焦点距離を各一連の画像と共に適宜変える工 程 を含む方法。 ４０． ３次元画像形成システムであって、 ＳＡＭの上に作った、可変焦点距離液体マイクロレンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 各像点または画素がこのアレーの一つ以上のマイクロレンズと整列している画 像形成システム。 ４１． ３次元画像形成システムであって、 ＳＡＭの上に作った、可変焦点距離液体マイクロレンズのアレー、および 複数の像点または画素を有する画像 を含み、 このアレーの少なくとも一つのマイクロレンズが一つ以上の像点または画素と 整列している画像形成システム。 ４２． 請求項４１の画像形成システムにおいて、上記マイクロレンズが一つ 以上のＳＡＭに付着した液体レンズであるシステム。 ４３． 請求項４２の画像形成システムにおいて、上記液体レンズの焦点距離 を電界を掛けて調節するシステム。 ４４． 請求項４１の画像形成システムにおいて、上記マイクロレンズが柔軟 なレンズであるシステム。 ４５． 請求項４４の画像形成システムにおいて、上記柔軟なレンズの焦点距 離を弾性変形によって調節するシステム。 ４６． 請求項４５の画像形成システムにおいて、上記弾性変形を圧電素子に よって働かせる圧力によって生ずるシステム。 ４７． ３次元画像形成システムであって、 少なくとも幾つかが可変焦点距離で着色しているマイクロレンズの第１アレー 、 少なくとも幾つかが可変焦点距離で着色しているマイクロレンズの第２アレー 、 少なくとも幾つかが可変焦点距離で着色しているマイクロレンズの第３アレー 、および 複数の像点または画素を有する画像、 を含み、 各像点または画素が上記第１アレーの一つ以上のマイクロレンズと整列し、 上記第２アレーの少なくとも一つのマイクロレンズが上記第１アレーの一つ以 上のマイクロレンズと整列し、 上記第３アレーの少なくとも一つのマイクロレンズが上記第２アレーの一つ以 上のマイクロレンズと整列している画像形成システム。 ４８． 請求項４７の３次元画像形成システムにおいて、上記第１アレーのレ ンズが赤に着色され、上記第２アレーのレンズが緑に着色され、および上記第３ アレーのレンズが青に着色されているシステム。 ４９． 複数の物体を有する場面の画像を作るための方法であって、 ａ）それらの物体の一つ以上に焦点を合わせる工程、 ｂ）そのように焦点の合った場面の画像を捕える工程、 ｃ）異なる物体に焦点の合わせる工程、 ｄ）そのように焦点の合った場面の別の画像を捕える工程、 ｅ）所望数の物体に焦点の合った画像を捕えるまで工程（ｃ）および（ｄ）を 繰返す工程、並びに ｆ）これらの捕えた画像を組合わせて、被写界深度の大きい単一画像を作る工 程、 を含む方法。 ５０． 請求項４９の方法において、捕えた画像がディジタル画像である方法 。 ５１． 請求項４９の方法において、組合せ工程をディジタルで行う方法。 ５２． ある場面の画像を作るための方法であって、 ａ）特定の距離に焦点を合わせる工程、 ｂ）そのように焦点の合った場面の画像を捕える工程、 ｃ）異なる距離に焦点の合わせる工程、 ｄ）そのように焦点の合った場面の別の画像を捕える工程、 ｅ）所望数の距離に焦点の合った画像を捕えるまで工程（ｃ）および（ｄ）を 繰返す工程、並びに ｆ）これらの捕えた画像を組合わせて単一画像を作る工程、 を含む方法。 ５３． 請求項５２の方法において、捕えた画像がディジタル画像である方法 。 ５４． 請求項５２の方法において、組合せ工程をディジタルで行う方法。 ５５． 可変焦点カメラを使ってディジタル画像を作る方法であって、 ａ）このカメラの焦点を近焦点と遠焦点の間で変えながら、一連のディジタル 画像を順次捕える工程、および ｂ）これらの捕えた画像を組合わせて、被写界深度の大きい単一画像を作る工 程、 を含む方法。 ５６． 請求項５５の方法において、捕える工程をＣＣＤで行う方法。 ５７． 可変焦点のビデオカメラを使ってディジタル動画像を作る方法であっ て、 ａ）このカメラの焦点を近焦点から遠焦点へ変えながら、第１の一連のディジ タル画像を順次捕える工程、 ｂ）この第１の一連の捕えた画像をディジタル的に組合わせて、ビデオの第１ こまを作る工程、 ｃ）このカメラの焦点を近焦点から遠焦点へ変えながら、第２の一連のディジ タル画像を順次捕える工程、 ｄ）この第２の一連の捕えた画像をディジタル的に組合わせて、ビデオの第２ こまを作る工程、 ｅ）所望数のビデオこまができるまで工程（ａ）から（ｄ）を繰返す工程、 を含む方法。 ５８． 請求項５７の方法において、捕える工程をＣＣＤで行う方法。 ５９． 請求項５７の方法において、上記カメラの焦点が連続する態様で変る 方法。 ６０． 請求項５７の方法において、上記カメラの焦点が階段状の態様で変る 方法。 ６１． 可変焦点のビデオカメラを使ってディジタル動画像を作る方法であっ て、 ａ）このカメラの焦点を近焦点から遠焦点へ変えながら、第１の一連のディジ タル画像を順次捕える工程、 ｂ）この第１の一連の捕えた画像をディジタル的に組合わせて、所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合った、ビデオの第１こまを作る工程、 ｃ）このカメラの焦点を近焦点から遠焦点へ変えながら、第２の一連のディジ タル画像を順次捕える工程、 ｄ）この第２の一連の捕えた画像をディジタル的に組合わせて、所定の範囲に 亙って実質的に焦点が合った、ビデオの第２こまを作る工程、 ｅ）所望数のビデオこまができるまで工程（ａ）から（ｄ）を繰返す工程 を含む方法。 ６２． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのカメラで あって、 可変焦点信号に応答して、近焦点から遠焦点まで可変焦点である、一連の画像 を作るためのモータ付き光学系、 このモータ付き光学系に接続され、この可変焦点信号を出すための制御装置、 このモータ付き光学系が作った一連の画像、または一連の画像の部分集合を受 け且つ捕えるための画像記録装置、および この画像記録装置に接続され、この画像記録装置が捕えた画像を記憶するため のメモリ を含むカメラ。 ６３． 請求項６２のカメラにおいて、上記画像記録装置がＣＣＤであるカメ ラ。 ６４． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのカメラで あって、 焦点が可変焦点信号に応答し、近焦点から遠焦点まで可変焦点である、一連の 画像を作るためのモータ付き光学系、 このモータ付き光学系に接続され、この可変焦点信号を出すための制御装置、 および このモータ付き光学系が作った一連の画像、または一連の画像の部分集合を受 け且つ捕えるための画像記録装置 を含むカメラ。 ６５． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのカメラで あって、 焦点が可変焦点信号に応答し、近焦点から遠焦点まで可変焦点である、一連の 画像を作るためのモータ付き光学手段、 このモータ付き光学手段に接続され、この可変焦点信号を出し且つこのモータ 付き光学手段の焦点を制御するための制御手段、 このモータ付き光学手段が作った一連の画像、または一連の画像の部分集合を 受け且つ捕えるための手段、および この受け且つ捕えるための手段が捕えた画像を記憶するためのメモリ手段 を含むカメラ。 ６６． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのカメラで あって、 近焦点から遠焦点まで自動的に走査するモータ付き光学系、 ＣＣＤ、および このＣＣＤに接続されたメモリ、 を含み、このモータ付き光学系が変化する画像を作ってそれをＣＣＤ上に投射し 、このＣＣＤは、この変化する画像を幾つかの連続する時点で捕えるように機能 し、ＣＣＤが捕えた画像をこのメモリが記憶するカメラ。 ６７． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのビデオカ メラであって、 近焦点から遠焦点までおよび遠焦点から近焦点までを自動的に走査するモータ 付き光学系、 ＣＣＤ、および このＣＣＤに接続されたメモリ、 を含み、このモータ付き光学系が変化する画像を作ってそれをＣＣＤ上に投射し 、このＣＣＤは、この変化する画像を幾つかの連続する時点で捕えるように機能 し、ＣＣＤが捕えた画像をこのメモリが記憶するカメラ。 ６８． 実質的に所定の範囲に亙って焦点が合った画像を作るためのビデオカ メラであって、 近焦点から遠焦点までおよび遠焦点から近焦点までを自動的に走査するモータ 付き光学手段、 画像を捕えるための手段、および この画像を捕えるための手段に接続されたメモリ、 を含み、このモータ付き光学手段が変化する画像を作ってそれを画像を捕えるた めの手段上に投射し、この画像を捕えるための手段は、この変化する画像を幾つ かの連続する時点で捕えるように機能し、この画像を捕えるための手段が捕えた 画像をこのメモリが記憶するカメラ。