(57)【要約】デジタルクローキングは、空間、角度、スペクトル、及び位相が離散化された、実践的なクローキングのための方法である。空間分解能を犠牲にすることで、数ある属性の中でも、全方向性、広帯域、可視スペクトルで作動可能、３次元（３Ｄ）、及び光照射野について位相整合型のクロークという、理想的なクロークへの優れた近似が達成可能である。デジタルクロークの一例は、３Ｄディスプレイ用のインテグラルイメージングと同様の、レンチキュラレンズを使用する能動型クロークである。商業的デジタル技術における継続的な向上により、デジタルクロークの分解能制限が最小化され、装着可能なクロークを実現できる。2018524952.tif 000017
2018524952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を備える、クローキングシステム：
第１の側からクローキング空間に接近する光を検出するように構成されている電子的光検出器であって、電子的に検出される前記光が前記光検出器に入射する複数の第１光線により特徴付けられる、前記電子的光検出器；ならびに
前記クローキング空間の第２の側から離れる方向に光を発出するように構成されている電子的発光器であって、電子的に発出される前記光が複数の第２光線により特徴付けられ、前記発光器が発光器アレイの上に配置されている第１レンズアレイを備え、前記電子的発光器が、前記第２光線のうちの少なくともいくつかが前記第１光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように前記光を発出するように構成されている、前記電子的発光器。
【請求項２】
前記電子的光検出器が、検出器アレイの上に配置されている第２レンズアレイを備える、請求項１に記載のクローキングシステム。
【請求項３】
前記電子的光検出器が、前記光検出器に入射する前記複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向の両方を検出するように構成されている、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項４】
前記電子的発光器アレイが複数の発光領域を含み、前記第１レンズアレイのレンズのうちの少なくともいくつかがそれぞれ、前記複数の発光領域のグループの上に配置されており、前記電子的検出器アレイが複数の光検出領域を含み、前記第２レンズアレイのレンズのうちの少なくともいくつかがそれぞれ、前記複数の光検出領域のグループの上に配置されている、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項５】
特定の光検出領域における電子的光検出が、特定の発光領域における電子的発光を生じさせるように、前記光検出領域のうちの少なくともいくつかがそれぞれ、対応する発光領域に対応付けられる、請求項４に記載のクローキングシステム。
【請求項６】
前記光検出領域及び前記発光領域が、第１発光領域に対応する第１光検出領域と、第２発光領域に対応する第２光検出領域とを含み、前記第１光検出領域及び前記第１発光領域が第１軸に沿って整列し、前記第２光検出領域及び前記第２発光領域が第２軸に沿って整列し、前記第１軸と前記第２軸が平行ではない、請求項５に記載のクローキングシステム。
【請求項７】
前記光検出領域及び前記発光領域が、第３発光領域に対応する第３光検出領域を含み、前記第３光検出領域及び前記第３発光領域が第３軸に沿って整列し、前記第１軸と前記第３軸が平行ではなく、前記第２軸と前記第３軸が平行ではない、請求項６に記載のクローキングシステム。
【請求項８】
前記検出器アレイが、少なくとも１つのソリッドステート画像センサを備える、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項９】
前記ソリッドステート画像センサが、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサを含む、請求項８に記載のクローキングシステム。
【請求項１０】
前記検出器アレイ及び前記発光器アレイが、光ファイバを備える、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項１１】
前記クローキング空間を少なくとも部分的に囲むように構成されている、請求項１に記載のクローキングシステム。
【請求項１２】
前記電子的光検出器及び前記電子的発光器が平面状である、請求項１１に記載のクローキングシステム。
【請求項１３】
前記電子的光検出器及び前記電子的発光器のうちの少なくとも１つが湾曲状であるかまたは角ばっている、請求項１１に記載のクローキングシステム。
【請求項１４】
前記電子的光検出器及び前記電子的発光器がそれぞれ少なくとも１つの端部を含み、前記電子的光検出器の前記端部が前記電子的発光器の前記端部と接する、請求項１３に記載のクローキングシステム。
【請求項１５】
前記クローキング空間が、前記検出器アレイと前記発光器アレイの間にあり、前記検出器アレイ及び前記発光器アレイが、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間にある、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項１６】
前記検出器アレイの個々の領域のうちの１つにおける光検出が、前記発光器アレイの個々の領域のうちの１つにおける発光を生じさせるように、前記検出器アレイの前記個々の領域がそれぞれ、前記発光器アレイの前記個々の領域にマッピングされる、請求項２に記載のクローキングシステム。
【請求項１７】
以下の工程を含む、光検出器と発光器の間に少なくとも部分的に存在するクローキング空間をクローキングする方法：
前記光検出器に接近する複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向を測定する工程であって、前記光検出器が、前記光線の前記位置を測定するように構成されている第１レンズアレイと、前記光線の前記方向を測定するように構成されている検出器アレイとを備える、工程；ならびに
測定された前記複数の第１光線の前記位置及び方向に基づいて前記発光器から複数の第２光線を発出する工程であって、前記発光器が第２レンズアレイ及び発光器アレイを備え、人の視野から前記クローキング領域が少なくとも部分的にクローキングされるように、前記複数の第２光線のうちの少なくともいくつかと前記複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向が実質的に合わせられる、工程。
【請求項１８】
以下を備える、クローキングシステム：
第１の側からクローキング空間に接近する光を検出するように構成されている電子的光検出器であって、検出される前記光が前記光検出器に入射する複数の第１光線により特徴付けられる、前記電子的光検出器；ならびに
前記電子的光検出器により検出された光に基づいて前記クローキング空間の第２の側から離れる方向に光を発出するように構成されている電子的発光器であって、発出される前記光が複数の第２光線により特徴付けられ、前記発光器が発光器アレイの上に配置されている第１レンズを備える、前記電子的発光器。
【請求項１９】
前記光検出器が、背景画像を取り込むように構成されており、前記発光器が、前記背景画像の少なくとも一部を投影するように構成されている、請求項１８に記載のクローキングシステム。
【請求項２０】
投影された前記背景画像の観察者への見え方が、前記発光器に対する前記観察者の位置に応じて変化する、請求項１９に記載のクローキングシステム。
【請求項２１】
前記背景画像を複数の部分画像に分割するように構成されている、請求項１９に記載のクローキングシステム。
【請求項２２】
前記システムが、前記部分画像をインターリーブするように構成されており、前記発光器アレイが、インターリーブされた前記部分画像として前記背景画像を投影するように構成されている、請求項２１に記載のクローキングシステム。
【請求項２３】
前記クローキング空間の前記第１の側に配置された物体の深度に関する情報を収集するように構成されている深度検出器をさらに備える、請求項１８に記載のクローキングシステム。
【請求項２４】
前記光検出器が、前記クローキング空間の前記第１の側から背景画像を取り込むように構成されており、前記システムが、前記背景画像における物体の深度に関する情報を取り込むように構成されている、請求項１８に記載のクローキングシステム。
【請求項２５】
以下の工程を含む、クローキング空間のためのクローキングシステムを作る方法：
前記クローキング空間の第１の側に配置された背景の１つまたは複数の画像を取り込む工程；ならびに
取り込まれた前記１つまたは複数の画像から景色を生成する工程であって、生成された前記景色が、前記クローキング空間をクローキングするように前記クローキング空間の第２の側のレンズアレイの後ろに配置されるように構成されている、工程。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の画像を取り込む工程が、複数の画像を取り込むことを含み、前記景色を生成する工程が、取り込まれた前記複数の画像をインターリーブすることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記景色を生成する工程が、静止景色を印刷することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記レンズアレイがレンチキュラレンズアレイを備え、生成された前記景色が複数の列を含み、前記列のうちの少なくともいくつかが前記背景に対する異なる観察位置に対応する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
以下を備える、多方向クローキングシステム：
クローキング空間に接近する光を検出するように構成されている複数の離散している電子的光検出画素であって、検出される前記光が複数の第１光線により特徴付けられる、前記複数の離散している電子的光検出画素；ならびに
前記クローキング空間から離れる方向に光を発出するように構成されている複数の離散している電子的発光画素であって、発出される前記光が複数の第２光線により特徴付けられ、前記複数の離散している電子的発光画素が、前記第２光線のうちの少なくともいくつかが前記第１光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように、発出される前記光を発出するように構成されている、前記複数の離散している電子的発光画素。
【請求項３０】
球対称である、請求項２９に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３１】
前記複数の離散している電子的発光画素のうちの少なくともいくつかが空間的に離散しており、前記複数の離散している電子的発光画素のうちの少なくともいくつかがそれぞれ、複数の離散している発光方向に対応する複数の離散している電子的発光部分画素を備える、請求項２９に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３２】
前記複数の離散している電子的光検出画素のうちの少なくともいくつかが空間的に離散しており、前記複数の離散している電子的光検出画素のうちの少なくともいくつかがそれぞれ、複数の離散している光検出方向に対応する複数の離散している光検出部分画素を備える、請求項２９に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３３】
前記複数の離散している電子的光検出画素のうちの少なくともいくつかが開口を備え、前記複数の離散している光検出部分画素のうちの少なくともいくつかが、前記開口のうちの少なくともいくつかの下に光検出器の非平面アレイを備える、請求項３２に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３４】
前記複数の離散している電子的光検出画素のうちの少なくともいくつかが小型レンズを備え、前記複数の離散している光検出部分画素のうちの少なくともいくつかが、前記小型レンズのうちの少なくともいくつかの下に光検出器を備える、請求項３２に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３５】
個々の前記離散している電子的光検出画素のうちの１つにおける光検出が、個々の前記離散している電子的発光画素のうちの１つにおける発光を生じさせるように、前記離散している電子的光検出画素のうちの少なくともいくつかがそれぞれ、前記離散している電子的発光画素のうちの１つに対応付けられる、請求項２９に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３６】
前記離散している電子的発光画素に対する前記離散している電子的光検出画素のうちの１つまたは複数の移動により、特定の離散している電子的発光画素と特定の離散している電子的光検出画素との前記対応付けが変更されるように、前記離散している電子的光検出画素と前記離散している電子的発光画素との前記対応付けが動的である、請求項３５に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３７】
位相整合型である、請求項２９に記載の多方向クローキングシステム。
【請求項３８】
以下を備える、受動型クローキングシステム：
方向特性及び位置特性を有する光線を集める複数のレンズを備える入力小型レンズアレイ、及び集められた前記光線を発出する複数のレンズを備える出力小型レンズアレイであって、前記入力小型レンズアレイと前記出力小型レンズアレイの間のクローキング領域を画定する、前記入力小型レンズアレイ及び前記出力小型レンズアレイ；ならびに
前記入力小型レンズアレイにより集められた前記光線が前記出力小型レンズアレイにより発出されるように、かつ発出された前記光線のうちの少なくともいくつかが、集められた前記光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように、前記クローキング領域を通して引き回されて前記入力小型レンズアレイのレンズを前記出力小型レンズアレイのレンズと光学的につなぐ、複数の光ファイバ。
【請求項３９】
発出される前記光線が、集められた前記光線のスペクトル特性を保持する、請求項３８に記載の受動型クローキングシステム。
【請求項４０】
前記入力小型レンズアレイの前記レンズが、集めた光を、対応する光ファイバのファイバ芯に集中させる、請求項３９に記載の受動型クローキングシステム。
【請求項４１】
前記複数の光ファイバが、マルチモード光ファイバを含む、請求項４０に記載の受動型クローキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／１５０，６８７号、及び２０１５年１１月６日に出願された米国仮特許出願第６２／２５１，７８１号に対する優先権及びその利益を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
連邦政府補助金に関する陳述
本発明は、Ａｒｍｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｆｆｉｃｅにより裁定されたＷ９１１  ＮＦ−１２−１−０２６３、及びＤＡＲＰＡ  ＤＳＯにより裁定されたＷ３１Ｐ４Ｑ−１２−１−００１５に基づく政府支援で行われた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
背景
光空間クローキングは、大衆文化と科学界の両方の想像力を刺激した（例えばＧｂｕｒ，Ｇ．Ｉｎｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄ  ｆｕｔｕｒｅ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ５８，６５−１１４（２０１３）を参照）。光空間クローキングにおいて多大な影響力を持つ研究には、Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ（Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ，Ｕ．Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｍａｐｐｉｎｇ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１２，１７７７−１７８０（２００６））、並びにＰｅｎｄｒｙ、Ｓｃｈｕｒｉｇ、及びＳｍｉｔｈ（Ｐｅｎｄｒｙ，Ｊ．Ｂ．，Ｓｃｈｕｒｉｇ，Ｄ．及びＳｍｉｔｈ，Ｄ．Ｒ．Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１２，１７８０−１７８２（２００６））による研究が含まれる。これらの影響力の大きい研究は、カルテシアン空間において慎重に材料を構築することにより、光波の湾曲空間を作る理論的枠組みを提供する。この新たな研究分野は、「変換光学」と呼ばれてきた（ＭｃＣａｌｌ，Ｍ．Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  ｃｌｏａｋｉｎｇ．Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５４，２７３−２８６（２０１３））。このような変換光学の実験的実現は、人工電気磁気物質（「メタマテリアル」と称される）の必要性の事前認識、関与する狭帯域スペクトル、無限位相速度（またはこれを相殺する負の指数）、及び理論の異方性（Ｇｂｕｒ，Ｇ．Ｉｎｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄ  ｆｕｔｕｒｅ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ５８，６５−１１４（２０１３））が原因で、困難であった。それにもかかわらず、変換光学から着想を得て、光空間クローキングにおいていくつかの進歩があった。これらの進歩には、２次元マイクロ波クローク（Ｓｃｈｕｒｉｇ，Ｄ．ｅｔ  ａｌ．Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｌｏａｋ  ａｔ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１４，９７７−９８０（２００６））と、表面下に物体を隠す「カーペットクローク」（Ｌｉ，Ｊ．Ｓ．及びＰｅｎｄｒｙ，Ｊ．Ｂ．Ｈｉｄｉｎｇ  ｕｎｄｅｒ  ｔｈｅ  ｃａｒｐｅｔ：Ａ  ｎｅｗ  ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  ｃｌｏａｋｉｎｇ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０１，２０３９０１（２００８））と、時間均等クローキング（Ｆｒｉｄｍａｎ，Ｍ．，Ｆａｒｓｉ，Ａ．，Ｏｋａｗａｃｈｉ，Ｙ．及びＧａｅｔａ，Ａ．Ｌ．Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｃｌｏａｋｉｎｇ．Ｎａｔｕｒｅ  ４８１，６２−６５（２０１２）、及びＬｕｋｅｎｓ，Ｊ．Ｍ．，Ｌｅａｉｒｄ，Ｄ．Ｅ．及びＷｅｉｎｅｒ，Ａ．Ｍ．Ａ  ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｃｌｏａｋ  ａｔ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ．Ｎａｔｕｒｅ  ４９８，２０５−２０８（２０１３））とが含まれる。少数のグループが、複屈折材料を用いて、ミリメートルからセンチメートルの大きさの物体もクローキングできた（Ｚｈａｎｇ，Ｂ．Ｌ．，Ｌｕｏ，Ｙ．Ａ．，Ｌｉｕ，Ｘ．Ｇ．及びＢａｒｂａｓｔａｔｈｉｓ，Ｇ．Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｉ��ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｃｌｏａｋ  ｆｏｒ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ｌｉｇｈｔ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０６，０３３９０１（２０１１）、及びＣｈｅｎ，Ｘ．Ｚ．ｅｔ  ａｌ．Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｉｎｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｃｌｏａｋｉｎｇ  ｏｆ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ｌｉｇｈｔ．Ｎａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ２，１７６（２０１１））。
【０００４】
メタマテリアル要件を克服するため、かつ大きい物体の広帯域可視体制までクローキングを拡張するために、研究者は最近ではクローキングの光線光学に関心を寄せていた（例えばＣｈｅｎ，Ｈ．ｅｔ  ａｌ．Ｒａｙ−ｏｐｔｉｃｓ  ｃｌｏａｋｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  ｌａｒｇｅ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ｉｎ  ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｎａｔｕｒａｌ  ｌｉｇｈｔ．Ｎａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ４，２６５２（２０１３）と、Ｚｈａｉ，Ｔ．Ｒ．，Ｒｅｎ，Ｘ．Ｂ．，Ｚｈａｏ，Ｒ．Ｋ．，Ｚｈｏｕ，Ｊ．及びＬｉｕ，Ｄ．Ｈ．Ａｎ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ‘ｃｌｏａｋ’  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌａｓｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０，０６６００２（２０１３）と、Ｈｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ｃ．，Ｈｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ｂ．及びＣｈoi、Ｊ．Ｓ．Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−ｏｎｌｙ，ｐａｓｓｉｖｅ，ｂｒｏａｄｂａｎｄ，ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐａｔｉａｌ  ｃｌｏａｋｉｎｇ  ｏｆ  ｖｅｒｙ  ｌａｒｇｅ  ｏｂｊｅｃｔｓ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ５３，１９５８−１９６３（２０１４）とを参照）。これらのクロークにおいては、変換光学の被写界（振幅及び位相）の完全な保持とは対照的に、光照射野の振幅及び方向が考慮される。これらの設計では、通常入手可能な光学素子により、センチメートルからメートルの大きさの物体をクローキングできた。それにもかかわらず、これらのスキームは、連続的多方向クローキング用に設計されていないため、単一方向の入射光に対してのみ有効であり、非単一倍率を有し得る。軸外の非ゼロ角に対し、背景画像は、歪みと位置シフトを示す。これは、背景がクローキングデバイスから離れている場合に、特に当てはまる。加えて、Ｈｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ｃ．，Ｈｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ｂ．及びＣｈｏｉ，Ｊ．Ｓ．Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ−Ｏｎｌｙ，ｐａｓｓｉｖｅ，ｂｒｏａｄｂａｎｄ，ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐａｔｉａｌ  ｃｌｏａｋｉｎｇ  ｏｆ  ｖｅｒｙ  ｌａｒｇｅ  ｏｂｊｅｃｔｓ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ５３，１９５８−１９６３（２０１４）の図１に見られるように、システムを通して伝搬するが非ゼロ角の中心を通過する光線は、現にクローキング領域に入って、実際には空間を非クローキングし得る。
【０００５】
クローキングにおける進歩にもかかわらず、３次元多方向クロークは、困難であった。ＷｏｌｆとＨａｂａｓｈｙ（Ｗｏｌｆ，Ｅ．及びＨａｂａｓｈｙ，Ｔ．Ｉｎｖｉｓｉｂｌe  ｂｏｄｉｅｓ  ａｎｄ  ｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｉｎｖｅｒｓｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４０，７８５−７９２（１９９３））、及びＮａｃｈｍａｎ（Ｎａｃｈｍａｎ，Ａ．Ｉ．Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  １２８，５３１−５７６（１９８８））が示すように、以前は知られていなかった等方クローキングスキームは、全ての視野角から物体を隠すことが可能である。彼らの研究は、ゼロ散乱界を有するがゆえに不可視である電位の数学的構築方法を見事に示したＤｅｖａｎｅｙ（Ｄｅｖａｎｅｙ，Ａ．Ｊ．Ｎｏｎｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓ  ｉｎ  ｉｎｖｅｒｓｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １９，１５２６−１５３１（１９７８））から起こった疑問に、答えを出した。しかしながら、Ｄｅｖａｎｅｙの結果は、連続的範囲角度に対してのものではなく、有限数の不連続方向に対してのものであった。
【０００６】
「理想的な」不可視クロークは、広帯域、全方向性、３Ｄ、巨視的、及び可視スペクトルにおいて作動可能であり、かつ全光照射野の位相整合を伴うと考えられ得る［１］。不可視クローキングの科学的研究は、人工物質（メタマテリアル）を使用した初期の全方向性クローキング設計により躍進した［２、３］。これらは、座標変換により具体的に設計されたメタマテリアルを用いて、隠蔽物体の周りに電磁波を導くことから、「変換光学」クロークと呼ばれる。数多くの興味深い設計が変換光学からもたらされたが、それらの狭帯域幅、異方性、及び製造の難しさのため、実践的なクロークは構築困難であった［４］。
【０００７】
広帯域幅及び全方向性は、これまで両者が同時に達成不可能であると信じられていたため［５、６］、理想的な不可視クローキングの主な競合要素であるように見られる。従って、クローキングを実例説明するために、研究者は、これらまたは他の理想的特性を緩和した。これらの試みのうちのいくつかには、反射面に対する可視光の広帯域「カーペットクローク」［７］、単一方向の位相整合クローク［８］、巨視的光線光学クローキング［９、１０］、拡散媒体を通した可視光の円筒状クローク［１１］、または小角体制で全てを達成するクローク［６］が含まれる。
【発明の概要】
【０００８】
概要
人の視野から物体を隠し得るクローキング技術が論述される。クロークの背景にある考えは、少なくともいくつかの非限定的実施例において、完全な（またはほぼ完全な）光線光学クロークが全ての入射光線の方向、位置、及びスペクトルを保持する（またはほぼ保持する）という事実に基づく。いくつかの事例において、これは、集光及び発光アレイの上部にあるレンズアレイにより実現されるように示され得る。クロークは、広範角にわたって連続的に作動可能であるように作られ、エッジ効果を取り除くように設計され得る。受動型クロークは、ライダ、ハイパースペクトル、及びレーダ撮像システムを妨害するように設計され得る。カメラ及び投射型ディスプレイのみを必要とするより簡潔な設計も論述される。
【０００９】
ステルス技術から医療撮像までの全てにおいて、不可視が意味するものは非常に大きい。最終的な目的は、少なくともいくつかの使用において、広帯域全方向性の全被写界の不可視である。理想的なシステムは、少なくともいくつかの事例において、どの検出装置にも、どの視線方向からも、その撮像波長能力にわたって不可視なシステムである。ほぼ全方向から人である観察者から物体を隠す能動型及び受動型の両方の不可視システムが考察されるが、本明細書において概要が述べられるクロークの有効性は、他の撮像技術に対しても説明される。説明されるシステムのうちの少なくともいくつかは、エッジ効果の悪影響を受けず、人の視覚範囲にわたり広帯域であり、及び／または広範角にわたり無数の観察者に有効であり得る。いくつかの実施形態において、被写界位相は、必ずしも保持されなくてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態において、光線光学に基づいた不可視クローク（被写界位相を必ずしも保持しないもの）は、入射光線の位置、周波数、及び方向を保持する。本研究は、光線保持に依存して三次元撮像を達成する「インテグラルイメージング」に多少関連する（概観は、Ｘｉａｏ  Ｘｉａｏ，Ｂａｈｒａｍ  Ｊａｖｉｄｉ，Ｍａｎｕｅｌ  Ｍａｒｔｉｎｅｚ−Ｃｏｒｒａｌ、及びＡｄｒｉａｎ  Ｓｔｅｒｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．５２，Ｉｓｓｕｅ  ４，ｐｐ．５４６−５６０（２０１３）を参照）。しかしながら、インテグラルイメージングは、不可視クローキングには不十分である。例えば、少なくともいくつかの事例において、有限クローキング空間に関する光線の軌跡の保持は、発光画素を所定の入射光線方向へシフトすることを要する。本明細書に説明されるこのようなクロークは、全入射光線のこれらの態様の３つ全てを、検出及び再発光するシステム（能動型システム）、または保持するシステム（受動型システム）を含み得る。検出器アレイの上部にあるマイクロレンズアレイは、空間−帯域幅限定を犠牲にして、これらの能力を達成し得る。入射野の空間帯域幅限定検出の一実施例として、波面センシングにて使用されるＳｈａｃｋ  Ｈａｒｔｍａｎセンサがある。入射野の波面方向と空間態様の両者は、高分解能検出器アレイの上部にあるマイクロレンズアレイを用いることにより、特定され得る。検出システムの空間分解能は、マイクロレンズアレイピッチにより設定され、方向分解能は、レンズ／検出器ピッチの相対的大きさにより設定される。しかしながら、所定の検出器アレイに関して、高い空間分解能は低い方向分解能をもたらし、逆もまた同様であり得る。光を集めるまたは検出するこのようなレンズ／検出器アレイ、及び光を発出するまたは方向転換する逆レンズ／検出器アレイを使用して、光線はクローキング領域の周りに導かれ得る。後述される実施形態のうちの少なくともいくつかにおいて、不可視システムの空間分解能が人の眼で解像可能な空間分解能を上回る程、クローキングシステムは観察者から十分に離れている。後述される実施形態のうちの少なくともいくつかにおいて、アレイの充填率は１００％またはほぼ１００％であるため、システム内に知覚可能な光学的死角は存在しない。
【００１１】
構築が実践的であり、どのクローキングの試みとも無関係に向上している市販の技術を活用するこのようなシステム及び方法の非限定的実施例が後述される。これは、いくつかの実施形態において、理想的クローキングへの近似として、空間、角度、スペクトル、及び位相を離散化することにより、達成され得る。我々の眼などの結像システムを含む検出器は分解能が（空間的及び時間的に）限定されるため、デジタルクローキングは、観察時に広域スペクトルに対し全方向的であるように見え得る。いくつかのシステム及び方法に関しては、人の視力に対し、約３０秒角より細かい分解能で十分であるが［１２］、他のデジタルクローキングシステム及び方法に関しては、他の分解能（３０秒角より大きいまたは小さい）も好適であり得る。
【００１２】
いくつかの実施態様において、デジタルクロークは、外部電源入力を活用する能動型デバイスであり得る。しかしながら、デジタルクロークは、いくつかの実施態様において、受動型離散化クローキングも活用し得る。アンテナからの出力信号が入力波を取り消すように、入力信号を演繹的に把握または早く検出する能動型クロークが、以前に提案されている［１３］。吸収を補償し帯域幅を広げる他の能動型クロークは、優勢散乱取消しに能動型メタマテリアルの表面を使用し得る、あるいは音響クローキングに電子回路を使用し得る［５］。これらの方法はカスタム設計材料に依存するが、一方、少なくともいくつかの実施態様において、本明細書において開示されるデジタルクロークは、少なくともいくつかの実施態様においてスケーリング及び実施に有利であり得る市販のデジタル技術を使用し得る。
【００１３】
一実施形態において、クローキングシステムは、第１の側からクローキング空間に接近する光を検出するように構成されている光検出器であって、検出される光は光検出器に入射する複数の第１光線により特徴付けられる、前記光検出器と、クローキング空間の第２の側から離れる方向に光を発出するように構成されている発光器であって、発出される光は複数の第２光線により特徴付けられ、発光器は発光器アレイの上に配置されている第１レンズアレイを備え、発光器は、第２光線のうちの少なくともいくつかが第１光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように光を発出するように構成されている、前記発光器とを含む。
【００１４】
いくつかの事例において、光検出器は、検出器アレイの上に配置されている第２レンズアレイを備える。
【００１５】
いくつかの事例において、光検出器は、光検出器に入射する複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向の両方を検出するように構成されている。
【００１６】
いくつかの事例において、発光器アレイは複数の発光領域を含み、第１レンズアレイのレンズのうちの少なくともいくつかはそれぞれ、複数の発光領域のグループの上に配置され、検出器アレイは複数の光検出領域を含み、第２レンズアレイのレンズのうちの少なくともいくつかはそれぞれ、複数の光検出領域のグループの上に配置される。
【００１７】
いくつかの事例において、特定の光検出領域における光検出が、特定の発光領域における発光を生じさせるように、光検出領域のうちの少なくともいくつかはそれぞれ、対応する発光領域に対応付けられる。
【００１８】
いくつかの事例において、光検出領域及び発光領域は、第１発光領域に対応する第１光検出領域と、第２発光領域に対応する第２光検出領域とを含み、第１光検出領域及び第１発光領域は第１軸に沿って整列し、第２光検出領域及び第２発光領域は第２軸に沿って整列し、第１軸と第２軸は平行ではない。
【００１９】
いくつかの事例において、光検出領域及び発光領域は、第３発光領域に対応する第３光検出領域を含み、第３光検出領域及び第３発光領域が第３軸に沿って整列し、第１軸と第３軸は平行ではなく、第２軸と第３軸は平行である。
【００２０】
いくつかの事例において、検出器アレイは、少なくとも１つのソリッドステート画像センサを備える。
【００２１】
いくつかの事例において、ソリッドステート画像センサは、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサを含む。
【００２２】
いくつかの事例において、検出器アレイ及び発光器アレイは、光ファイバを備える。
【００２３】
いくつかの事例において、クローキングシステムは、クローキング空間を少なくとも部分的に囲むように構成されている。
【００２４】
いくつかの事例において、光検出器及び発光器は、平面状である。
【００２５】
いくつかの事例において、光検出器及び発光器のうちの少なくとも１つは、湾曲状であるかまたは角ばっている。
【００２６】
いくつかの事例において、光検出器及び発光器はそれぞれ少なくとも１つの端部を含み、光検出器の端部は発光器の端部と接する。
【００２７】
いくつかの事例において、クローキング空間は、検出器アレイと発光器アレイの間にあり、検出器アレイ及び発光器アレイは、第１レンズアレイと第２レンズアレイの間にある。
【００２８】
いくつかの事例において、検出器アレイの個々の領域のうちの１つにおける光検出は、発光器アレイの個々の領域のうちの１つにおける発光を生じさせるように、検出器アレイの個々の領域はそれぞれ、発光器アレイの個々の領域にマッピングされる。
【００２９】
別の実施形態において、光検出器と発光器の間に少なくとも部分的に存在するクローキング空間をクローキングする方法は、光検出器に接近する複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向を測定する工程であって、光検出器は光線の位置を測定するように構成されている第１レンズアレイと、光線の方向を測定するように構成されている検出器アレイとを備える、工程と、発光器から複数の第２光線を発出する工程であって、発光器は第２レンズアレイと発光器アレイとを備え、クローキング領域が少なくとも部分的に人の視野からクローキングされるように、複数の第２光線のうちの少なくともいくつかと複数の第１光線のうちの少なくともいくつかの位置及び方向が実質的に合わせられる、工程とを含む。
【００３０】
別の実施形態において、クローキングシステムは、第１の側からクローキング空間に接近する光を検出するように構成されている光検出器であって、検出される光は光検出器に入射する複数の第１光線により特徴付けられる、前記光検出器と、クローキング空間の第２の側から離れる方向に光を発出するように構成されている発光器であって、発出される光は複数の第２光線により特徴付けられ、発光器は発光器アレイの上に配置されている第１レンズアレイを備える、前記発光器とを含む。
【００３１】
いくつかの事例において、光検出器は、背景画像を取り込むように構成されており、発光器は、背景画像の少なくとも一部を投影するように構成されている。
【００３２】
いくつかの事例において、投影された背景画像の観察者への見え方は、発光器に対する観察者の位置に応じて変化する。
【００３３】
いくつかの事例において、システムは、背景画像を複数の部分画像に分割するように構成されている。
【００３４】
いくつかの事例において、システムは、部分画像をインターリーブするように構成されており、発光器アレイは、インターリーブされた部分画像として背景画像を投影するように構成されている。
【００３５】
いくつかの事例において、システムはさらに、クローキング空間の第１の側に配置された物体の深度に関する情報を収集するように構成されている深度検出器を含む。
【００３６】
いくつかの事例において、光検出器は、クローキング空間の第１の側から背景画像を取り込むように構成されており、システムは、背景画像における物体の深度に関する情報を取り込むように構成されている。
【００３７】
別の実施形態において、クローキング空間のためのクローキングシステムを作る方法は、クローキング空間の第１の側に配置された背景の１つまたは複数の画像を取り込む工程と、取り込まれた１つまたは複数の画像から景色を生成する工程であって、生成された景色は、クローキング空間をクローキングするようにクローキング空間の第２の側のレンズアレイの後ろに配置されるように構成されている、工程とを含む。
【００３８】
いくつかの事例において、１つまたは複数の画像を取り込む工程は、複数の画像を取り込むことを含み、景色を生成する工程は、取り込まれた複数の画像をインターリーブすることを含む。
【００３９】
いくつかの事例において、景色を生成する工程は、静止景色を印刷することを含む。
【００４０】
いくつかの事例において、レンズアレイはレンチキュラレンズアレイを備え、生成された景色は複数の列を含み、列のうちの少なくともいくつかは背景に対する異なる観察位置に対応する。
【００４１】
尚さらなる態様において、クローキング空間に接近する光を検出するように構成されている複数の離散光検出画素を含む多方向クローキングシステムが提供され得る。検出される光は、複数の第１光線により特徴付けられ得る。クローキング空間から離れる方向に光を発出するように構成されている複数の離散発光画素が提供され得る。発出される光は、複数の第２光線により特徴付けられ得る。複数の離散発光画素は、第２光線のうちの少なくともいくつかが第１光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように、発出される光を発出するように構成され得る。
【００４２】
いくつかの態様において、多方向クローキングシステムは、球対称であり得る。
【００４３】
任意で、複数の離散発光画素のうちの少なくともいくつかは、空間的に離散していてもよい。いくつかの実施形態において、複数の離散発光画素のうちの少なくともいくつかはそれぞれ、複数の離散発光方向に対応する複数の離散発光部分画素を備える。
【００４４】
さらなる態様において、複数の離散光検出画素のうちの少なくともいくつかは、空間的に離散していてもよい。複数の離散光検出画素のうちの少なくともいくつかはそれぞれ、複数の離散している光検出方向に対応する複数の離散している光検出部分画素を備え得る。いくつかの実施形態において、複数の離散光検出画素のうちの少なくともいくつかは、開口を含み得る。複数の離散している光検出部分画素のうちの少なくともいくつかは、開口のうちの少なくともいくつかの下に光検出器の非平面アレイを含み得る。
【００４５】
いくつかの実施形態において、複数の離散光検出画素のうちの少なくともいくつかは、小型レンズを備える。複数の離散している光検出部分画素のうちの少なくともいくつかは、小型レンズのうちの少なくともいくつかの下に光検出器を含み得る。
【００４６】
任意で、個々の離散光検出画素のうちの１つにおける光検出が、個々の離散発光画素のうちの１つにおける発光を生じさせるように、離散光検出画素のうちの少なくともいくつかはそれぞれ、離散発光画素のうちの１つに対応付けられ得る。
【００４７】
離散発光画素に対する離散光検出画素のうちの１つまたは複数の移動により、特定の離散発光画素と特定の離散光検出画素との対応付けが変更されるように、離散光検出画素と離散発光画素との対応付けは動的であり得る。
【００４８】
いくつかの事例において、多方向クローキングシステムは、位相整合型であり得る。
【００４９】
尚さらなる実施形態において、方向特性及び位置特性を有する光線を集める複数のレンズを備える入力小型レンズアレイと、集められた光線を発出する複数のレンズを備える出力小型レンズアレイとを含む受動型クローキングシステムが提供され得る。入力小型レンズアレイ及び出力小型レンズアレイは、入力小型レンズアレイと出力小型レンズアレイの間のクローキング領域を画定し得る。入力小型レンズアレイにより集められた光線が出力小型レンズアレイにより発出されるように、かつ発出された光線のうちの少なくともいくつかが、集められた光線のうちの少なくともいくつかと実質的に一直線になるように、クローキング領域を通して引き回されて入力小型レンズアレイのレンズを出力小型レンズアレイのレンズと光学的につなぐ、複数の光ファイバが提供され得る。
【００５０】
受動型クローキングシステムのいくつかの実施形態において、発出される光線は、集められた光線のスペクトル特性を保持する。入力小型レンズアレイのレンズは、集めた光を、対応する光ファイバのファイバ芯に集中させ得る。複数の光ファイバは、マルチモード光ファイバであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１Ａ〜Ｃは、光線ベース空間クローキングの可能性のある候補を概略的に例示する。
【図２】光線保持クローキングシステムの実施形態を概略的に示す。
【図３】光線保持クローキングシステムの別の実施形態を概略的に示す。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、背景投影システムの実施形態を概略的に例示する。
【図５】図５Ａ〜５Ｅは、背景投影システムの実施形態の画像分割の例を示す。
【図６】発光器アレイの上のレンチキュラアレイの実施例を概略的に示す。
【図７】背景投影システムの実施形態を示す。
【図８Ａ】静的クロークの実施例を示す。
【図８Ｂ】静的クロークの実施例を示す。
【図８Ｃ】静的クロークの実施例を示す。
【図９】図９Ａは、理想的な球対称クロークの実施例を示す。図９Ｂは、離散化対称クロークの実施例を示す。
【図１０Ａ】フライアイレンズアレイの実施例を示す。
【図１０Ｂ】２つの平行な２Ｄプレートと、それらの小型レンズアレイとの断面を表す、インテグラルクロークの実施例を示す。
【図１１】図１１ＡおよびＢは、円筒状小型レンズアレイを用いるインテグラルクローク設備の実施例を示す（２Ｄ実施態様が示される）。図１１Ｃ〜Ｆは、部屋を水平方向に移動するカメラによるスクリーンショットを含む、図１１ＡおよびＢのインテグラルクロークの実例説明を示す。
【図１２−１】図１２Ａ〜Ｂは、いくつかの実施形態に従う例示的なデジタルインテグラルクローク設備を示す。
【図１２−２】図１２Ｃ〜Ｆは、クロークの前を水平方向に移動する観察カメラからの例示的なスクリーンショットを表す。
【図１３】図１３Ａ〜Ｄは、クロークの前を縦方向に異なる距離まで移動する観察カメラからの例示的なスクリーンショットを示す。
【図１４】図１４Ａ〜Ｂは、例示的な入力走査映像フレームを示す。
【図１５】リアルタイムインテグラルクロークの実施例を示す（上方視点からの断面図が示される）。
【図１６】近似リアルタイムインテグラルクロークの実施例を示す（上方視点からの断面図が示される）。
【図１７】近似リアルタイムインテグラルクロークの別の実施例を示す（上方視点からの断面図が示される）。
【図１８】レンズレスインテグラルクローキングの表面の実施例を示す（断面図が示される）。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
詳細な説明
図１Ａ〜１Ｃは、光線ベース空間クローキングの可能性のある候補を概略的に例示する。図１Ａは、光線が恒等変換ブラックボックス１０に左側から入り、同じ位置及び方向で右側へ出る恒等変換を例示する。図１Ｂは、観察者１２による、恒等変換ブラックボックス１０の後ろに配置された物体１４の見え方を例示する。観察者１２には、物体１４が、その実際の位置よりもボックスの長さ分近くにあるように見え、従って画像１６の位置にあるように見える。
【００５３】
いくつかの事例において、この効果を最小化または取り除くことが望ましい場合がある。言い換えると、いくつかの事例において、クローキングシステムまたは方法は、クローキング領域の後ろの物体が、それらが実際に存在する場所に見えるようにし得る、及び／またはシステムが周囲媒体で満たされているのと同じように作動し得る（例えば大気中でクローキングする場合、クローキングデバイスは、大気で満たされているかのように作動し得る）。図１Ｃは、物体を隠す非ゼロクローキング領域を含むこのようなシステム２０の一例を概略的に示しており、当該システムは、その全領域が当該領域に入る光線の周囲媒体に置き換えられたかのように作動する。図１Ｃのシステム２０において、システムから出る光線２６は、システムに入る光線２４と一直線、または実質的に一直線である。言い換えると、システム２０に接近する光線２４は、様々な位置及び方向でシステム２０に入射する軸に沿って伸びるように特徴付けられ、システムは、システム２０のクローキング領域内のいずれの物体にも妨害されずに、接近光線２４の対応軸と一直線、または実質的に一直線である軸に沿って、光線２６を発出するように構成され得る。下記の論述から当業者には明らかなように、少なくともいくつかの実施形態において、例えば、特定の空間位置及び方向の光を検出及び／または発出するシステム２０の能力の分解能によっては、発出光線２６は接近光線２４と必ずしも完全な一直線にはならない。
【００５４】
光線保持クローキングシステム
図２は、光線保持クローキングシステムの実施形態を概略的に示す。図２のクローキングシステムは、光検出器２０２と、クローキング領域２０４と、発光器２０６とを含む。
【００５５】
光検出器２０２は、光線２０８、２１０等の入射光線により特徴付けられ得るクローキング領域２０４の接近光を検出するように構成されている。当該実施形態において、光検出器２０２は、入射光線２０８、２１０の位置及び方向を検出するように構成されている。いくつかの実施形態において、光検出器２０２はまた、入射光線２０８、２１０のスペクトル内容を検出するように構成されている。光検出器２０２は、検出器アレイ２１４（例えば画像センサ）の上に配置されているレンズアレイ２１２（例えばマイクロレンズアレイ）を含む。図２に示されるように、入射光線２０８、２１０は、レンズアレイ２１２の特定のレンズに当たる。光線２０８、２１０は、レンズにより屈折され、検出器アレイ２１４の特定の光検出領域（例えば画像センサの特定画素）に当たる。
【００５６】
図２の実施形態において、レンズアレイ２１２のピッチは、入射光線に対する光検出器２０２の空間分解能を決定する、または空間分解能に影響を与える。いくつかの実施形態において、レンズアレイ２１２は、数百ミクロンから数百ミリメートルまでの範囲の空間分解能を有し得る。図２の実施形態において、レンズアレイ２１２の各レンズは、検出器アレイ２１４内の特定の検出領域グループに光を向けるように、上に配置される、または他の方法で構成されている。検出器アレイ２１４の検出領域のピッチ、またはレンズアレイ２１２の特定のレンズに対応付けられたグループ内の検出領域の数が、入射光線に対する光検出器２０２の方向分解能を決定、または方向分解能に影響を与える。例えば、レンズアレイ２１２の特定のレンズへの入射光線に関して、その光線の方向は、その特定のレンズに対応付けられた検出領域のうちのどの領域にその光線が当たるかを決定し、各レンズに対する検出領域の数が多いほど、方向分解能は大きくなり得る。
【００５７】
図２の発光器２０６は、出射光線２２０、２２２により特徴付けられ得る光を発出するように構成されている。発光器２０６は、光検出器２０２による光線２０８、２１０の検出に応じて、光線２２０、２２２を発出する。当該実施形態において、出射光線２２０、２２２は、対応入射光線２０８、２１０と一直線に並ぶ（位置及び方向において）。当業者に明らかなように、入射光線と出射光線の整列は、必ずしも完全な一直線にはならず、とりわけ光検出器２０２及び発光器２０６の分解能に依拠し得る。
【００５８】
発光器２０６は、下に発光器アレイ２１８を有するレンズアレイ２１６を含む。発光器アレイ２１８は、レンズアレイ２１６の各レンズの下に、いくつかの発光領域（例えば個々の画素）を含む。発光器アレイ２１８内の特定の発光領域は、検出器アレイ２１４内の特定の光検出領域に対応する。例えば、いくつかの実施形態において、検出器アレイ２１４内の全ての画素はそれぞれ、発光器アレイ２１８内の１つの発光画素を有し得る。そのため、発光器アレイ２１８の対応画素は（レンズアレイ２１６と協働して）、検出器アレイ２１４の最大方向分解能以下の適切な方向、及びレンズアレイ２１２の最大位置分解能以下の適切な位置の両方を伴う出射光線２２０、２２２を発出可能となる。いくつかの実施形態において、光検出器２０２及び／または発光器２０６は、入射光の周波数及び他の態様を保持するまたは別の方法で成すようにも構成され得るため、発光器の特徴が入射光の特徴と一致する。従って、図２の実施形態において、光検出器２０２と発光器２０４の間のクローキング領域２０４内の物は、クローキング／不可視状態にされ得る。
【００５９】
様々なレンズもしくは小型レンズのピッチ、様々なレンズ形状、様々な充填率、様々なレンズ径、及び他の属性を有し、様々な基板で形成される多種多様な市販のマイクロレンズアレイを含む多種多様なレンズアレイが、クローキングシステムに使用され得ることが、当業者には認識されよう。いくつかの実施形態において、レンズアレイは、５０μｍから５ｍｍまでの範囲のレンズピッチを有し得る。いくつかの実施形態において、レンズアレイは、３Ｄ及びアニメーションレンチキュラレンズに典型的な１０〜６０度の範囲の集光角／発光角を有し得る。より広い角度は、慎重なレンズ処理を通して達成可能である。広角度クローキングを可能にする実施形態に、非球面を包含するレンズアレイが利用され得るが、より広角度のクローキングの適用はまた、少なくともいくつかの事例において、各レンズに対しより多くの光検出領域／発光領域を要し得ることが、当業者には認識されよう。典型的なレンチキュラ及びフライアイレンズの分解能は広範囲である。例えば、市販のレンチキュラレンズは、最大では１インチ当たり１００レンズを超え、最小では１インチ当たりわずか７．５レンズである。
【００６０】
同様に、多種多様な検出器アレイ／発光器アレイが、クローキングシステムに使用され得る。いくつかの事例において、検出器アレイは、１つまたは複数のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等の１つまたは複数のソリッドステート画像センサであり得る。いくつかの事例において、発光器アレイは、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＬＥＤ、プラズマ、または他の種類のディスプレイもしくはモニタであり得、あるいはこのようなディスプレイもしくはモニタと同様のコンポーネントを含み得る。
【００６１】
図２の実施形態のクローキングデバイスに戻ると、発光器アレイ２１８内の特定の発光領域は、検出器アレイ２１４内の特定の光検出領域に対応し、これにより、特定の光検出領域での入射光線の検出は、対応する発光領域にて、入射光線と一直線になる位置及び方向の出射光線の発出を生じさせる。図２のクローキングシステムは様々な方向で光線を検出及び発出するように構成されているため、対応する検出領域及び発光領域は、互いに対し様々なアンギュレーションで整列し得る。例えば、図２に示されるように、光線２１０、２２２を検出及び発出する対応する検出領域及び発光領域は、軸２２４に沿って整列し、光線２０８、２２０を検出及び発出する対応する検出領域及び発光領域は、軸２２６に沿って整列し、軸２２４と軸２２６は互いに対し平行ではない。図２において具体的に示されていないが、他の対応する検出領域及び発光領域のペアは、軸２２６または２２４に平行な軸に沿って整列し、さらに他の対応する検出領域及び発光領域のペアは、軸２２６または２２４に対し平行ではない他のアンギュレーションで並ぶ軸に沿って整列する。
【００６２】
いくつかの実施形態において、アレイ２１４および２１８の特定の検出領域と特定の発光領域の対応関係は、固定されている。例えば、図２に示される実施形態において、対応する検出領域及び発光領域のペアはそれぞれ、対応する検出領域及び発光領域を接続するケーブル２２８、２３０等、これらを接続する専用通信チャネル（例えばケーブル）を有し得る。これらの実施形態のうちの少なくともいくつかにおいて、クローキングシステムは、光検出器２０２及び発光器２０６が、互いに対し所定の位置及び向きであり続けるように設計され得る。例えば、いくつかの事例において、光検出器２０２及び発光器２０６は、互いに対し一定の位置及び向きで固定され得る、あるいはお互いの間に特定の間隔及び向きを有して設置される必要があり得る。しかしながら、別の実施形態において、アレイ２１４および２１８の特定の検出領域と特定の発光領域の対応関係は、発光器２０６に対する光検出器２０２の位置及び／または向きの変化に応じて変化し得る。このような実施形態において、クローキングシステムは、光検出器２０２と発光器２０６の相対位置及び向きの変化を監視し、アレイ２１４、２１８の特定の検出領域と特定の発光領域の対応関係を調整するコンピュータ処理機能を含む機能を備え得る。
【００６３】
図示されていないが、いくつかのクローキングシステム実施形態において、システムの内部コンポーネント（例えば光検出器２０２及び発光器２０６の後ろのコンポーネント）は、外部環境を視覚的に再構築するように構成され得る。例えば、クローキングシステムの内側のディスプレイは、光検出器２０２により収集される同じ光線情報を用いて、クロークの外側の状況を表示し得る。
【００６４】
図３は、クローキングシステムの別の実施例を示す。図３において、クローキングシステムは、図２に示される実施例のように検出面及び発光面が有限距離で離されたクローキングシステムにおいて存在し得るエッジ効果を、低減または除去するように構成されている。図２のシステムにおいては、面に垂直に入射しないいくつかの光線に対してエッジ効果があり、検出面または発光面に、対応する画素を有さない画素がいくつか存在する。図３のシステムにおいては、光検出器３０２及び発光器３０４は、端部３０６で接してこのようなエッジ効果を低減または除去するように、湾曲しているか、角ばっているか、または他の非平面形状で構成されている。
【００６５】
いくつかの非限定的事例において、クローキングシステムは、クローキング空間の複数の側から当該クローキング空間をクローキングするように構成され得る。例えば、クローキング空間の第１の側は、検出器アレイ及び発光器アレイを包含可能であり、クローキング空間の第２の側もまた、検出器アレイ及び発光器アレイを包含可能であり、第２の側の発光器アレイは、第１の側の検出器アレイにより光が検出されたことに応じて発光し、第１の側の発光器アレイは、第２の側の検出器アレイにより光が検出されたことに応じて発光する。
【００６６】
受動型光線保持クローキングシステム
前述のようなクローキングシステムは人の視覚システムを欺くが、少なくともいくつかの事例においては、クローキングシステムは、ハイパースペクトル撮像及び測距検出の両者により暴かれ得る。ライダシステムでは、ソースは、パルスまたは周波数ランプ化信号を発出する。３Ｄライダにおいて、各横軸画素の飛行時間は、予期せぬ距離にある平面領域を明らかにし、よってクロークを暴露し得る。ハイパースペクトル撮像において、画像は、関心周波数範囲にわたり数ｎｍごとに再構築される。標準的な赤−緑−青フラットパネルディスプレイ（発光面）では、人工色は、再構築時に見える可能性があり得る。
【００６７】
いくつかの事例において、これらの先進検出技術を乗り越えるために、受動型クローキングシステムが採用され得る。いくつかの実施形態において、受動型クローキングシステムは、対応する検出領域と発光領域の間にファイバを使用し得る（例えば、ファイバの両端が、対応する検出画素及び発光画素を構成する）。例えば、入射光の全ては、それらの方向特性及び位置特性と共にそれらのスペクトル特性を含む光線を保持するように、広帯域マルチモードファイバに集められ、好適な発光領域に送られ、そこから発出され得る。高品質の反射防止コーティングを用いて、好適な大きさのマイクロレンズアレイの層を作ることにより、入射光のほぼ１００％を集めることが可能である。集光側では、低分解能のレンズアレイが、位置情報を集め、高分解能のアレイが、光の全てを確実にファイバ芯に集中させる。これにより、クロークが高い輝度を有することが確保される。
【００６８】
いくつかの事例において、このような受動型クローキングシステムは、ほぼ１００％の効率で自然光を集め、好適に再発光するため、ハイパースペクトル撮像システムに対抗し得る。光学的光検出及び測距システムは、参照背景から深度のシフトを検出可能だが、背景が滑らかでない場合には、深度のシフトが小さすぎると認識されないかもしれない。いくつかの事例において、このようなクローキングシステムはさらに、材料に屈曲を作ってレーダ信号を下方または上方に反射させること等により、自身のレーダ断面を低減させるように修正可能である。
【００６９】
背景投影
いくつかの事例において、背景投影は、光線保持クロークの代替として使用され得る。
【００７０】
背景投影の基礎物理を理解するために、図４Ａを検討する。図４Ａは、背景にある２つの点物体を示す。距離の離れた観察者から見て、背景投影は、点物体を、観察者の位置と一直線となる画面上に表示しなければならない。観察者が投影及び背景に対して移動すると、投影は、背景物体の認識位置を保持するように構成され得る。例えば、図４Ａにおいて、物体１は物体２より画面に近いため、投影物体Ｌ１の相対変位はＬ２より小さい。本実施例において、及び別の事例において、投影変位は、観察者とは関係なく、投影からの物体の距離にのみ依拠する。
【００７１】
図４Ｂは、背景投影クローキングシステムの実施例を示す。いくつかの事例において、このようなシステムは、壁等の「深度」が均一な背景、または投影からの物体の距離と比べて深度の変化が比較的小さい物体（例えば図４Ｂに示されるような投影された背景から比較的離れた木）を含む背景を、投影するために使用され得る。
【００７２】
図４Ｂに示されるクローキングシステムは、光検出器４０２と、クローキング領域４０４と、発光器４０６とを含む。図４Ｂの光検出器４０２は、図２の光検出器２０２（レンズアレイ２１２及び検出器アレイ２１４の両方を含む）とは異なり、カメラ（例えば高空間分解能デジタルカメラ）である。カメラ４０２は、背景情報４０８（例えば背景のデジタル画像）を収集するように構成されている。図２のクローキングシステムの発光器２０６と同様に、図４Ｂのクローキングシステムの発光器４０６は、発光器アレイの上に配置されているレンズアレイを含む。図４Ｂのシステムにおいて、発光器４０６は、発光器４０６に対する観察者の向きに応じて見え方が変化する背景画像の一部を投影する。
【００７３】
図４Ｂのシステムにおいて、背景情報（例えば背景の高分解能デジタル画像）は、（コンピュータ処理機能等により）いくつかの部分画像に分割される。図５Ａは、背景画像の一実施例を示し、図５Ｂ〜５Ｄは、背景画像の分割された部分画像の例を示す。図５Ｂ〜５Ｄに示されるように、部分画像は重複し得る。例えば、図５Ｂ〜５Ｄはそれぞれ図５Ａの木の幹を含むが、各サブ画像において幹の位置は異なる。図５Ｅは、図５Ｄの部分画像の拡大部分を示し、部分画像が一連の垂直列５０２、５０４、５０６、５０８等に分割され得ることを示す。図５に示される実施形態において、部分画像はそれぞれ、背景画像の景色の小部分であり、図４Ｂに示されるように、クローキング領域を表すベタ区域は、背景景色により区画されるベタ区域より小さい。各部分画像は、観察者が特定の視点から背景に見える物を反映し得る。例えば、一観察者は、クローキングデバイスの後ろに、図５Ａにおける木の特定の部分を見得る。そのため木の当該部分により定められる立体角は、その観察者用に対応付けられた発光画素集合上の分割された画像を介して、投影されなければならない。別の観察者は、背景に木の異なる部分（しかし部分的に重複する可能性のある部分）を見得るため、その部分がその方向に対して投影されていなければならない。
【００７４】
従って、図４Ｂのシステムにおいて、発光器４０６による投影された背景を作成するために、分割された部分画像が使用され得る。図６は、図４Ｂのシステムにおいて採用され得る発光器の一実施例の一部を概略的に示す。図６の発光器は、レンズアレイ６０６（当該事例においては円筒状レンズのレンチキュラアレイ）の下に発光器アレイ６０４を含む。図６は発光器を上から見下ろした図であり、よって、レンズアレイ６０６の湾曲レンズはそれぞれ、垂直円筒状レンズを表し、発光器アレイ６０４内の各画素はそれぞれ、発光画素の垂直列を表す。レンチキュラアニメーションと同様に、部分画像の列は、部分画像の列のそれぞれが発光画素の特定の列から投影され得るように、インターリーブされ、発光器アレイ６０４の列から投影され得る。各部分画像の各列は、レンズアレイ６０６の１つのレンズのみで投影され、それぞれの部分画像は、観察者に対し所定の方向に投影される画像に対応する。例えば、図５Ｄの部分画像の列５０２は発光器アレイ６０４の発光器列６０８から投影され、列５０４は発光器列６１０から投影され、列５０６は発光器列６１２から投影され、列５０８は発光器列６１４から投影され得る。同様に、図５Ｄの視点に隣接する視点を表す部分画像の列は、発光器アレイ６０４の列６０８〜６１４に隣接する列から投影され得る。言い換えると、この特定の実施形態において、レンズ毎に各部分画像の一列が存在し、そして、発光器アレイ６０４の投影画素はレンズアレイ６０６の焦点面内にあることから、列６０８〜６１４はその発光に対応付けられた一意の方向を有し、列６０８〜６１４に隣接する列の集合はその発光に対応付けられたわずかに異なる方向を有する。
【００７５】
少なくともいくつかの実施形態において、投影された背景は様々な方向に投影された柱状の部分画像で構成されているが、投影された背景が実際の背景より低輝度に見えることはない。標準投影画像を見ると、光は発光画素から２πステラジアンで散乱している。しかしながら、本発明の少なくともいくつかの実施形態において、レンズアレイ下の投影画像の光は、所望の方向にのみ散乱し、よって観察者への光流を増加させる。発光器アレイの分解能が高いほど、またはレンチキュラアレイのピッチが低いほど、クローク上で観察得る背景の一意の投影は、より多く存在する。
【００７６】
背景投影システムの１つの非限定的実施例を実証するために、ＨＤ解像度２５’’ＨＰ  Ｐａｖｉｌｉｏｎ  ２５ｂｗモニタの上にある２８視点のレンチキュラレンズアレイ（１インチ当たり１０個のレンズ）が使用された。当該レンチキュラレンズは、垂直線に対し１８．４３度の角度を成した（３対１の勾配）。これにより、部分画素インタレースが可能となり（画素の各色はインタレースの一部である）、画素インタレースで起こり得るフリンジング効果の多くは除去される。モニタは、水平方向に１９２０画素を有し、２１．８インチの水平方向アクティブ区域を有した。３色を掛けて、Ｃｏｓ（ＡｒｃＴａｎ（１／３））（レンズに対する傾斜に起因）及び１インチ当たりのレンズ数で割ると、１レンズ当たりまたは２８視点当たり、２７．８５傾斜画素が得られる。背景画像は、部分画素インタレースを作成するために開発されたＭａｔｈｅｍａｔｉｃａプログラムにロードされた。画像の水平方向ＲＧＢ画素値は、全赤値を２空間画素上げて、全緑値を１空間画素上げて、青値は現状を維持することにより、好適に上方にシフトされた。よって背景の２８視点は、レンズ内に作成されたそれぞれの斜め画素の上に配置された。これにより、２８の斜め方向それぞれに沿った各視点は、特定の角度に対応付けられた画像を提示する。２８視点のうちの２つにおいて、背景に対する画像の水平方向及び垂直方向の特徴が、約３０度を超える水平並進下で保持されたことが、図７において見られ得る。投影に近い物体に関して、遷移は連続的に見える。
【００７７】
静的クローキングシステム
いくつかの事例において、クローキングシステムは、静的クローキングシステムの形態を取り得る。このような一実施例において、集光光学を用いて景色を取得してもよく、当該景色は、高解像度で印刷されてレンズアレイ（例えばレンチキュラアレイ）の後ろに適用され得る。例えば、標準的なエプソン製プリンタは、１インチ当たり最高５７６０ドットで画像を印刷可能である。１インチ当たり６０個のレンズのアレイを用いると、１レンズ当たり９６の一意の方向を有することが可能であり、観察者がクローキングシステム及び背景に対して移動すると、ｍｍ未満の分解能、及びほぼ連続的な景色変化の両方が提供される。静的システムの場合、インテグラルイメージングを使用し、いくつかの事例において、観察者がクローキングシステムに対して移動すると、光線の方向を背景に整合させ得る。このような実施形態において、景色の取得は、発光器が配置される場所で行われ得る。一実施例において、取得された景色は、クローキングシステムに使用される背景に対して異なる位置または角度から取り込まれたいくつかの画像を含み得る。
【００７８】
上記で概要が述べられた設計による静的クローキングデバイスの実施例を実証するために、スライドカメラを用いて毎秒３０フレームで映像を撮ることで、景色が取得され得る。エプソン製プリンタの毎インチ７２０ドットに対応する４０ＬＰＩ及び１８視点を有するレンチキュラレンズアレイが使用された。１つの位置で画像を取得し、それを別の位置に投影する技術の能力を実証するために、画像は本から１６インチ離れて取得されたが、投影は、背景物体に対する相対運動の空間及び適切な物理特性を保持しながら、４インチ離された。カメラの正確な走査速度を選択することにより、４０分の１インチ当たり１画像が収集された。４０ｌｐｉの３Ｄレンズは、約１８度の視野角を有する。１８度は、カメラ画像の約５００画素に対応すると特定された。取得距離とは異なる距離で投影を行うために、全てのカメラ画像から１８画素列が選択され、各列は一意のレンズによりインタレースされた。これらの列はそれぞれ、一意の、または約１度の分離角に対応した。これは、毎２８画素列（５００画素列の１／１８）が１視点として使用され、当該実証のために他の視点から８画素離れて配置されたことを意味する。当該システムの実施例が軌跡保持に依拠するという事実により、物体が後焦点面に存在するという仮定は画像が無限遠であることを意味するため、観察者は、良質の観察を得るためには比較的離れて（２ｍを超えて）いなければならない。
【００７９】
図８Ａ〜図８Ｃは、静的クローキングシステムの別の実験例を実証する。この例は、水平方向に全部で３２０空間画素を有する静的画像にわたり適用される８×１０インチ分の毎インチ４０レンズのレンチキュラレンズアレイを使用した。この例におけるレンズは約１８度にわたる視野を可能とし、１８視点を使用した（従って１度あたり約１視点が存在した）。静的クローク用画像を取得するために、静的クロークの計画位置から約４４インチ離れた位置に、カメラスライダが配置された。それからカメラが、１８度を得るために、約１４インチにわたり並進された。カメラの倍率設定は、正確な倍率により、クロークの距離における８インチの領域にわたり全３２０画素を取得するように設定された。これにより、クローキングされる区域が、その点の背景に正確に合致することが確実となった。これは、クロークの将来位置に８×１０フレームを配置して、３２０水平画素を占めるそのフレームを観察することにより行われた。それから１４インチの領域にわたりカメラが走査され、同時にＨＤ映像を記録した。１４／１８インチ（４４インチのカメラスライダ距離に対し約１度）ごとに対応する動画フレームが、視野として使用された。これにより、各視野が正確な角度を有するため、視野の方向が整合し、適切な背景の物理運動を提供することが確実となった。図８Ａは、本に対するレンチキュラの相対的変位を明らかにするがクローキングは行わない角度のレンチキュラを示す。図８Ｂ及び８Ｃは、レンチキュラの最大作用角からのレンチキュラの画像を示す。背後から突き出るステープラは、クローキング効果を表す。
【００８０】
多深度投影
後処理後に投影可能な背景情報を取得する別の方法が、下記においてさらに詳しく論述される。いくつかの実施形態において、３Ｄ画像キャプチャを用いるいくつかの事例において、多深度クロークが達成可能である。例えば、これはステレオスコープまたはＬＩＤＡＲ（ライダ）を用いて行われ得る。一旦深度マップが取得されると、「長さマップ」、すなわち観察者の角度の関数として、投影物体が画面にわたり移動する必要のある距離が、特定可能となる。図４Ａに示されるように、長さは深度（例えば背景投影と物体の間の深度）に比例する。光軸の最大投影角（例えば各側に対して１５度）に関して、線形関係は、Ｌ＝２Ｄ ｔａｎ（θ／２）である。しかしながら、深度範囲を用いると、物体は、いくつかの視野の同一画素に関して競合し得る。より近い物体は遮眼子及び非遮蔽物体より優先される投影階層は有益であり、よって透明レベルが設定され得る。
【００８１】
現在利用可能な技術を前提に、投影の究極限界は何かを検討してみたい。合理的なパラメータ集合を考慮する。クロークは、各角度が一意の視野を取得する３０度角にわたって作用するように構成されていると仮定する。これは、１０画素幅の部分画素インタレース（３０視野）に対応する。４Ｋ超高解像度テレビ上に１インチ当たり約１００画素が存在すると仮定すると（約４０インチ幅のモニタを仮定）、これは１０レンズ毎インチアレイに対応する。人の視力は約０．０００３ラジアンであるため、これは、色が適切に整合していると仮定して、背景の分割投影を背景と区別するために十分な明瞭さを有する空間特性を観察者が確認不可能になるまで、観察者はクロークから約１０メートルのみ離れる必要があることを意味する。これらは、観察者のクロークへの近接性、及び比較的多数の視野角を考慮すると、いくらか注目に値する結果である。この数多くの視野角により、視野に対する変化は連続的に見える。
【００８２】
離散化／デジタルクローキング
不可視クローキングは、光照射野が物体の存在しないクローキングされる空間を出るかのように、クローキングされる物体を透明に見せる［３、１０］。これは、光が、クローキングされる空間の周りで曲がるが、その後これまで一度も曲がらなかったかのように再形成する、錯覚の一形態である。これにより、クローキングされる物体とクローキング装置の両方が、隠されるだけでなく、透明に見えることが可能になる。
【００８３】
理想的なクローク（広帯域、全方向性、３Ｄ、位相整合型等）により、光の電磁場の全位相が必ずしも整合しない「光線光学」近似が行われ得る。カメラによる結像または人間の眼による結像のいずれに関しても、通常、位相は検出不可能であり、そのため、撮像デバイスの設計には光線追跡で十分であることが多い。光線光学クローキングは、所定の光線の位相（モジュロ２π）が１つまたは複数の離散周波数に整合する、あるいは離散位相値が所定の周波数に整合され得るため、所定の光線のスペクトル及び位相の離散化とみなされ得る。等方性既製材料を用いて小さい角度に対する巨視クロークを構築可能なように、光線光学単独で、クローキングの複雑さは著しく低減される［１０］。
【００８４】
図９Ａは、理想的な球対称クロークに入射及び出射するいくつかの光線を示す。例示的な光線（実線矢印）は、クローク（２Ｄでは円、３Ｄでは球）に入射及び出射する。破線矢印は、どのように光線が（物体が不可視である）クロークの内側を進んだように見えるかを示す。（ｚに関して）回転対称であると仮定するならば、球状クロークの断面図のみが示される。簡潔にするため、１つの角度を有する光線のみが示されているが、球対称により、クロークが全角度に対して作用すること（全方向性）が暗示される。破線矢印は、どのように光線がクロークの内側を進んだように見えるべきであるか、すなわち各光線が直線でクロークを通して伝搬したかのように出射することを示す。実際には、クローク内の光線は、物体または空間を不可視にするために、物体または空間の周りを曲がらなければならない。
【００８５】
これまで全方向性クロークの構築は、光線光学でも実証することが難しかった。しかしながら、実用的には、人の眼を含む検出器の分解能は有限であるため、空間及び運動量（または角度）を離散化することにより、全方向での見え方が達成可能である。人の眼等の検出器の分解能が有限だとすると、知覚されずに離散化可能である。回転対称の例が図９Ｂに示されており、ここで空間における各離散化は画素である。実線矢印は、入射及び出射する光線を示す。クロークの表面が離散化されるため、空間内の各画素は、離散光線の位置及び角度の検出及び発出の両方を行うことが可能である。このデジタルクローク例は、これらの離散画素に対してデジタル検出及び表示技術を使用する。各空間画素は、離散光線角度を検出及び／または表示する別個の部分画素で構成され得る。他の光線特徴のために、追加部分画素も含まれ得る。離散化クローキングにより、クローキングされる空間の表面にデジタル撮像及び表示技術が配置され、デジタルクロークを実現することが可能となる。いくつかの事例において、デジタルクローキングは、単なる光線光学近似よりさらに、周波数スペクトルを離散化し得る。例えば、いくつかのデジタルディスプレイは、赤、緑、青（ＲＧＢ）のみを表すため、離散色用の追加部分画素が所望され得る。
【００８６】
離散化クロークまたはデジタルクロークの実現は、光線を入力側から出力側へ正確に伝搬することを伴う。これは、最終ＡＢＣＤ行列が近軸（小角度）体制の外側でも尚有効であるため、近軸クローキング行列（参考文献［１０］の等式（１））を用いて行うことが可能である。これは図９Ｂにおいても示され、入力光線の横軸位置ｙｉ、角度θｉ、及び縦位置ｚｉを所与とすると、出力光線は以下により出される（同じ変数名によるが下付文字「ｆ」を伴う）。
2018524952.tif 000003
【００８７】
中心軸（ｚ）に関する回転対称が想定され、周囲媒体は屈折率ｎを有する。各光線は、クロークの入力面及び出力面に依拠する自身の縦方向距離Ｌ＝（ｚｆ−ｚi）を有することに留意されたい。「近軸角度」ｕ（＝ｔａｎθ）の代わりに、直接的に「実」角度θが使用された。図９Ｂは、２Ｄでは円形、３Ｄでは球形のクロークを示すが、任意の形状の離散化クロークが可能である。一般的形状を有するクロークに関しては、ｚ軸を含み、ｚ軸に関して回転される２Ｄ平面ごとに、等式（１）が適用され得る。
【００８８】
デジタルクロークのいくつかの実施態様に関しては、等式（１）を反転させると有益であり得る。
2018524952.tif 000004
【００８９】
等式（２）は、ｙ＝ｙｆ，ｚ＝ｚｆに配置された表示画素に使用されるべき検出器画素の発見方法を示す。例えば、最初に、出力光線と同じ角度（θｉ＝θｆ）、色、及びその他の所望の属性の光線を集める検出器部分画素が選択され得る。これらの候補部分画素から、等式（２）を満たすｙｉ及びｚｉに関して、ｙｉに最も近い横軸（ｙ）位置と、ｚｉに最も近い縦（ｚ）位置を有する部分画素が選択され得る。グラフで図９Ｂにおける点線矢印をクローキング表面と交差するまで後方に伸ばすと、その交差点に最も近い最近接整合部分画素が見つかる。
【００９０】
インテグラルクロークの実例説明
以下は、正確な光線の位置及び角度を検出及び再生するデジタル離散化クローキングデバイスの実施例である。これを達成する方法の一例は、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ波面センサまたはフライアイレンズアレイを利用することである。これらにより、様々な角度の光線を空間的に分離することができる小レンズのアレイを使用して、光線の位置及び運動量を取得することが可能となる（図１０Ａを参照）。図１０Ａは、図１０Ｂをズームアウトした部分である。画素は、レンズと同じ位置の光線を集める。これらの光線はそれから、１つの光線角度（または「視野」）が１つの部分画素にマッピングされるように、部分画素へ空間的に分離される。表示（出力）は、本明細書に示される検出スキームの反対である。各小型レンズは、これらの光線を、下にある焦点面に配置された当該小型レンズの対応する部分画素に集める。その際、異なる入射角度は異なる部分画素へと空間的に分離される。Ｌｉｐｐｍａｎｎは、１９０８年に本概念を用いる撮影を提案し、このインテグラルフォトグラフィを、限られた技術を用いて実証しようと試みた［１４］。分解能、被写界深度、及び限定視野角が通常、このようなインテグラル３Ｄディスプレイの欠点であるが、改良が行われている［１５］。特に、ディスプレイの画素密度を増やすという現在の商業的努力により、分解能は引き続き向上することが予測され得る。クローキングに関しては、等式（１）による所望の光線出力パターンを生成するために、ディスプレイパネル上のレンズアレイが使用され得る。用語「インテグラルクローキング」は、インテグラルイメージング技術を使用するクローキングであり、「デジタルインテグラルクローキング」は、デジタル技術を使用するインテグラルクローキングである。
【００９１】
インテグラルイメージング技術を用いたインテグラルクローキングの例示的実施態様が図１０Ｂに示されており、簡潔にするため、２つの平行プレートが小型レンズアレイと共に使用されている。各表面（レンズアレイ＋プレート）は、クローキングのために、光線を取り込み、光線を表示するように構成され得る。表示される光線は、光線が一方の側から入り、もう一方の側から出るが、間には何もない（点線）かのように、出射される。対応する部分画素の各ペアは、コネクタ（配線及び／またはコンピュータ）で接続される。各プレートとレンズの組み合わせは、光線を捕らえることと、クローキング光線を表示することとの２つの機能を有し得る。これは、例えば検出器画素及び表示画素の両方をお互いの隣、または互いに近くに配置することにより、行われ得る。表示光線（出力）は、等式（１）に従って、別のプレートからの入射光線（入力）を使用する。
【００９２】
図１０Ｂは対称的であるため、観察者はどちらの側の前にいることも可能である。しかしながら、この特定の実施例の目的のために、光線が１つのプレートで捕らえられ、別のプレートで表示されることのみが示されている。平行プレートにより、全ての光線に関して、Ｌ＝（ｚｆ−ｚｉ）は等式（１）において変わらない。本実施例において求められる設備を簡潔にするために、クロークは２次元（２Ｄ）に限定され、観察者は、床に水平な平面（図１０Ｂにおけるｘ−ｚ面）においてのみ移動する。観察者の両眼は通常、同じ水平面上に存在するため、立体深度は、２Ｄ版でも知覚可能である。垂直面におけるインテグラルクローキングは、ただ回転されただけで同じ原理に従うため、２Ｄクローキングは、アルゴリズムにおいて、及び理論において、ありのまま３Ｄまで拡張される。
【００９３】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、２Ｄインテグラルクロークの一実施例の設備を示す。画像取り込み（入力）面用に、一定速度で水平方向に走査する機械的スライダ上に取り付けられた広視野カメラを使用した。スライダ（入力面）上のカメラは、水平方向に走査して、入力光線を集める。ディスプレイ画面（出力面）上の小型レンズアレイは、等式（１）に従って光線を発出する。入力面と出力面の間の（距離Ｌだけ離された）空間は、クローキングされる空間である。各表示画素の出力光線を決定するために、カメラからの光線が、等式（１）（「ｙ」は「ｘ」により置き換えられる）を使用するコンピュータにより処理される。クロークの表示（出力）面には、円筒状小型レンズアレイ（１インチあたり１０レンズ）で覆われた２５インチ（対角線）カラーモニタを使用した。モニタ及び小型レンズアレイは両方とも市販のものであった。（垂直方向に３画素下げ、水平方向に１画素横移動した角度で）円筒状レンズを傾けることにより、３つのＲＧＢ部分画素を用いて、垂直分解能を犠牲にしながら３倍の水平分解能が得られた［１５］。傾斜小型レンズアレイとディスプレイモニタの特定の組み合わせにより、約２８度の視野角（視野）にわたり２８個の離散視野が生成される。各視野は、システムで表示可能な離散光線角度／運動量に対応する。入力面（カメラ＋スライダ）及びディスプレイ画面は、Ｌ＝約９．５インチ離された（図１１Ｂ参照）。物体（本及びポスター）は、入力面から８．５インチ〜１２．５インチの範囲に存在した。３Ｄインテグラルクロークでは、フライアイレンズが球状レンズと共に、２Ｄ平面上で最初に提案されたように作用する。１台のカメラを用いる場合、２Ｄ（ｘ−ｙ）平面にわたるラスタ走査が必要となるため、３Ｄ版の障害は恐らく入力面となる。より費用はかかるが、より手早い方法は、図１０Ｂにおいて最初に示されたように、検出器アレイをフライアイ小型レンズアレイと組み合わせて、平面上で使用することである。
【００９４】
図１１Ｃ〜図１１Ｆは、２Ｄインテグラルクロークの実施例の実証を示す。画面上の表示出力は、観察者（カメラ）が左右に移動すると、背景物体（ポスター及び本）と水平に整列する。入力面と出力面の間に配置された棒がクローキングされている。クロークから一定の高さ及び距離にあるカメラは、スライダ上に配置され、水平方向に走査を行った。このカメラは、ディスプレイ画面から約１２０インチ離れており、総距離３８インチの走査を行った。図１１Ｃ〜図１１Ｆは、全可視化の４分の３を示すため、約１３．５度の視野角範囲に対応する。クロークの後ろの物体は、物体の可変深度（クロークから）に対し、水平整列及び大きさ（倍率）において整合する。これは円筒状レンズを使用する２Ｄクロークであるため、垂直倍率は、一定観察者距離及び一定物体深度に関してのみ整合する。この事例において、「ＵＲ」ポスターの物体深度も整合されたため、観察点から見て、その垂直方向の大きさも整合された。しかしながら、球状のフライアイ小型レンズアレイが完全３Ｄインテグラルクロークに使用される場合、物体及び観察者の可変距離に対し、垂直整列及び倍率が整合する。図１１において示されていないが、観察者深度の変化（ｚ変化）に対して、クロークのディスプレイ画面上に表示される背景景色の量は、画面が存在していないかのように見えるように、変化する。
【００９５】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、いくつかの実施形態による別の２Ｄデジタルインテグラルクロークの設備を示す。入力面（スライダ上の入力カメラセンサ）及びディスプレイ画面は、Ｌ＝１３ｃｍ離された。その結果、アクティブディスプレイ画面の後ろのクローキング可能な空間は、約２５００ｃｍ３であった。背景物体は４セットのカラーブロックを含み、物体空間の総深度（入力面から）は９０ｃｍである。入力カメラからの光線は、コンピュータにより出力へと伝えられれた。
【００９６】
２Ｄに関して、いくつかの実施形態において、走査カメラは、小型レンズと検出器アレイの組み合わせ（図１０Ｂの入力表面）と比べて向上した性能を有し得る。走査カメラによる連続的走査は、カメラ位置において０．１０６ｍｍの水平空間分解能を提供し得る。これは、出力小型レンズアレイにより制限されるシステムの水平空間分解能と比べて、約１０倍良くあり得る。加えて、市販のカメラは高度に収差補正されているが、小型レンズアレイは、補正されたとしても通常わずかな補正である。そのため市販のカメラは、入力及び出力の両方に関して、より鮮明な画像を提供し得る。水平走査方法の当該利点は、追加時間を要求することとなる。当該設備（図１２）では、入力走査は２９秒かかり、コードを実行するラップトップ上での計算処理は２２秒かかった。データの試験及び転送のために追加時間が必要となり得るが、適切なハードウェアインタフェースを用いれば、これはほぼ遅延なく自動化可能である。走査時間及び処理時間の両方が、クローキング可能な空間の寸法と共に増加する。例えば、必要な水平走査距離は、（Ｗｓ＋２Ｌｔａｎ（ＦＯＶｌ／２））であった。ここで、Ｗｓは出力ディスプレイのアクティブ画面幅であり、ＦＯＶｌは出力小型レンズアレイの視野（ＦＯＶ）である。クロークの主観的品質要件は、速度も要求し得る。３Ｄ版には、２Ｄ（ｘ−ｙ）平面にわたるラスタ走査が提供されるが、１台のカメラを使用する場合、これは困難で時間がかかり得る。従って、リアルタイムまたは３Ｄデジタルクローキングでは、フライアイ小型レンズアレイと組み合わせた２Ｄ検出器アレイ（図１０Ｂ）を入力表面に使用することが、代替手法であり得る。
【００９７】
出力ディスプレイには、２０ｃｍ（対角線）ＬＣＤモニタ（Ａｐｐｌｅ  ｉＰａｄ  ｍｉｎｉ  ４）を使用した。出力小型レンズアレイは、２Ｄ円筒状小型レンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製の毎インチ２０レンズアレイ）である。ディスプレイモニタ及び小型レンズアレイは両方とも市販のものであった。３Ｄインテグラルクロークでは、円筒状小型レンズアレイを置き換えるために、フライアイレンズが使われ得る。円筒状レンズを傾けることにより、３つのＲＧＢ部分画素を用いて、垂直分解能を犠牲にしながら３倍の水平角分解能（「視野」の数において）が得られた［１５］。出力システムは、２９度の視野角（視野）にわたり水平に５１．５個の離散「視野」を生成した。この２９度は、小型レンズアレイの視野（ＦＯＶｌ）であり、入力カメラの視野がより大きかったため（約６０度）、クローキングシステムの出力及び入力の両方の円錐状角度を制限した。各「視野」は、システムで表示される離散光線角度／運動量（図１０Ａにおける１つの「部分画素」）に対応し得る。これにより、隣接視野の間に０．５６度を与えるクローキングシステムの出力角分解能が決定され得る。デジタルインテグラルクロークの当該出力「角分解能」は、観察者が画像における変化を見るために移動しなければならない量を示すことに留意されたい（後続の「視野」に対応）。よって、より小さい角分解能値は、より大きい値と比べて、より連続的な視野を提供し、より遠い観察距離が可能となる。
【００９８】
図１２Ｃ〜図１２Ｆは、当該２Ｄデジタルインテグラルクロークの水平方向（ｘ）の実例説明を示す。クロークの中心近くの一定の高さ（ｙ）、及びクロークから一定距離ｚにある「観察者」カメラは、スライダ上に配置され、水平方向（ｘ）に走査を行った。当該カメラは、ディスプレイ画面から２６０ｃｍ離れていた（クローク）。図１２Ｃ〜図１２Ｆは、全１３．４度の視野範囲のうちの１０．８度を示す。クロークの後ろの物体は、変化する物体深度（クロークから）に対し、水平整列、大きさ（倍率）、及び視差運動において整合する。リアルな３Ｄ景色に想定されるように、画面からより遠い物体は、画面により近いものと比べて、より早くクローキング画面を横断する。図１２Ｃにおいて、画面中心から観察者カメラまでの視野角は、−４．１度であった。図１２Ｄにおいて、画面中心から観察者カメラまでの視野角は、０．０度であった。図１２Ｅにおいて、画面中心から観察者カメラまでの視野角は、２．０度であった。図１２Ｄにおいて、画面中心から観察者カメラまでの視野角は、６．７度であった。図１２Ｃ’〜Ｆ’は、図１２Ｃ〜Ｆと同じ視野角で、クロークなしの状態のブロックを示す。図１２Ｃ〜Ｆにおいて実例説明されるクローキング画面は、大きさ、整列、及び視差運動において、Ｃ’〜Ｆ’それぞれと水平に整合する。
【００９９】
これは円筒状レンズを用いる２Ｄクロークであるため、垂直倍率は、特定の観察者距離と物体深度の組み合わせに関して、整合された。当該事例において、図１２Ｃ〜Ｆにおいて使用される観察距離から、最も遠いブロック（深緑色）及び赤いブロックに近い物体の垂直方向の大きさが、おおよそ整合された。球状のフライアイ小型レンズアレイが完全３Ｄインテグラルクロークに使用される場合、物体及び観察者の全距離に対し、垂直整列及び倍率が整合可能である。
【０１００】
図１３Ａ〜Ｄは、クローキング画面から種々の観察距離だけ離れることにより、デジタルインテグラルクロークの縦方向（ｚ）の実例説明を示す。観察者（カメラ）は、クロークのディスプレイ画面の前に異なる距離（Ａ〜Ｄそれぞれ２７２ｃｍ、２３５ｃｍ、２０３ｃｍ、及び１５０ｃｍ）だけ離れて存在した。クロークは、より近い観察には、背景物体のうちのより多くを空間的に表示する。観察者カメラから、クローキング画面で占められる水平視野は、図１３Ａ〜Ｄそれぞれ２．５３度、２．９３度、３．３８度、４．５９度であった。これは、観察者カメラが取り込んだ光線の角度範囲（「視野」）である。観察者がクロークに対して、より近くに移動すると（図１３Ａから図１３Ｄへ）、より大きな角度範囲が見られる。これは、（水平方向に）より大きな空間量の背景景色がクロークにより表されることに対応する。存在しないかのように（透明に）見えなければならないクローキングシステムに関して、これは想定通りである。
【０１０１】
最終的に、デジタルインテグラルクロークは、追加品質メトリクスで特徴付けられた。例示的なデジタルインテグラルクロークは２Ｄ実例説明であったため、分析は横（ｘ）及び縦（ｚ）の寸法に制限された。システムの水平入力角分解能は、０．０３１度であり、これは入力光線角度における不確実性に対応する。（出力角分解能は０．５６度であったことを思い出されたい。）十分な被写界深度を提供するために、入力カメラは、ｆ値＝ｆ／１０までレンズが絞られた。そのため結果入力開口直径は、０．８８ｍｍとなった（図１０Ａにおける実際小型レンズ直径）。これは、入力カメラの各検出器画素に対して取り込まれる物体の横軸空間位置範囲に対応する。これに対して、出力開口は１．３４ｍｍであった。クロークのために実例説明される物体全てが（図１２及び１３）入力のために集光された時に少なくとも合焦度の高い状態であるように、実例説明される被写界深度は、６０ｃｍを超えた。数メートルの被写界深度が達成され得ることから、入力カメラはここで制限要因ではなかったが、ディスプレイ（出力）表面が、物体深度を明瞭に表示するための分解能を制限した。ディスプレイ上で誤整列の傾斜小型レンズアレイの空間感度は、０．０２６ｍｍの位置変化により、見られる「視野」がシフトされるような空間感度である。ディスプレイ画面画素に関する小型レンズアレイ整列の角度感度は（８．８×１０−３）度であった。
【０１０２】
実験的設備
画像取り込み（入力）面に対し、デジタルカメラ（Ｓｏｎｙ  ＤＳＣ−ＲＸ１０）が、一定速度で水平方向に走査する機械的スライダ上に取り付けられて使用された。各カメラフレームは、瞬間的なカメラの位置（ｘｉ、ｙｉ）に配置された単一小型レンズ及び画素（図１０Ｂにおける入力表面のもの）を表した。カメラ画像画素はよって、図１０Ａに示されている検出器の部分画素に対応する。そのため、カメラの視野から、これらの部分画素に対する入力光線の角度（θｉ）が計算され得る。入力光線の位置及び角度が分かると、等式（１）を用いて正しい出力部分画素へ光線を伝搬するために、コンピュータが使用され得る。
【０１０３】
出力面は入力面に対し平行であり、２つの面は距離Ｌだけ離され得る。背景物体は、表Ｓ１に示されている寸法の４セットのカラーブロックを含んだ。
2018524952.tif 000005
表Ｓ１：物体の寸法。距離は入力面から物体の中心までの距離であり、深度は縦（ｚ）方向の寸法であり、幅は水平（ｘ）方向の寸法であり、高さは垂直（ｙ）方向の寸法である。（全ての長さの単位はｃｍである。）
【０１０４】
ブロック間の水平（ｘ）方向の距離間隔に関して、深緑のブロック及び赤いブロックの最も遠い側面は９ｃｍ離れており、黄緑のブロックと黄色いブロックの最も遠い側面は１８ｃｍ離れていた。深緑のブロックの背面から黄色いブロックの前面まで、ブロックは全深度約５１ｃｍにわたっていた。黄色いブロックの前面から入力面のカメラセンサまでの距離は、３９ｃｍであった。
【０１０５】
Ｓｏｎｙ  ＤＳＣ−ＲＸ１０は、低照明用の１インチ２０．２ＭＰ  Ｅｘｍｏｒセンサ、及び８．３倍光学ズームを含むｆ／２．８  Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  Ｖａｒｉｏ−Ｓｏｎｎａｒ  Ｔ＊  ２４〜２００ｍｍレンズを有した。これは、調整可能な一定速度で水平方向に走査する機械的スライダ（Ｖａｒａｖｏｎ製）上に取り付けられた。当該設備で、１８．５ｃｍの移動が行われた。ここで、Ｗｓ＝１２ｃｍは、ディスプレイ（Ａｐｐｌｅ  ｉＰａｄ  ｍｉｎｉ  ４）のアクティブ画面幅であり、ＦＯＶｌ＝２９度は、出力小型レンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製の毎インチ２０円筒状レンズアレイ）の視野（ＦＯＶ）であった。
【０１０６】
図１４Ａ〜Ｂは、入力カメラ（Ｓｏｎｙ  ＤＳＣ−ＲＸ１０）による走査の画像の一部を示し、これらはクローキングされた画像（図１２Ｃ〜Ｆ）を生成するために使われた。この入力走査により、６．３５ｍｍ／ｓの走査の間に、毎秒６０フレームが取り込まれた。入力カメラは、無限遠に合焦され、完全にズームアウトされ（最大の空間視野を提供）、ｆ／１０までレンズが絞られた。カメラの視野は、水平方向寸法及び垂直方向寸法がそれぞれ、約６０度及び３３度と測定された。
【０１０７】
光線伝搬処理
有限距離にわたる光線伝搬が、クロークの特徴である。入力映像スキャンから画像を収集後、映像フレームは、ラップトップ（Ｌｅｎｏｖｏ  Ｔｈｉｎｋｐａｄ  Ｗ５４０）上でコード（Ｃ＋＋で書かれたもの）を使用して処理された。
【０１０８】
光線を伝搬するステップ
各入力映像フレームには、フレームが取り込まれた時に入力カメラの位置により与えられた入力光線位置ｘｉが割り当てられた。各「視野」は、入力映像フレームの水平画素位置に対応した入力光線角θｉを表す。各有効入力光線はそれから、大気を想定しながら（ｎ＝１）、（ｚｆ−ｚｉ）→Ｌを伴う等式（１）を使用して伝搬された。計算された出力光線が有効表示画素（例えばＲＧＢ部分画素）上に達した場合、当該入力光線の画像画素情報が出力表示画素にマッピングされた。これによりクロークの光線伝播は完了した。
【０１０９】
伝搬の反転
前述のように、デジタルクローキングでは、等式（１）を等式（２）に反転させると有益であり得る。等式（２）は、ｙ＝ｙｆ，ｚ＝ｚｆに配置された表示画素に使用されるべき検出器画素の発見方法を示す。
【０１１０】
垂直スケーリング
実例説明が円筒状レンズを使用した２Ｄクロークであったため、背景物体の垂直画素位置は固定されていた。これは、観察者が２Ｄｘ−ｚ面上のみで位置を変えたとしても、画面の大きさに対する垂直方向の大きさ、または倍率が一定であることを意味する。しかしながら、少なくとも垂直倍率は、特定の観察者距離と物体深度の組み合わせに対して、整合可能である。例えば、図１２及び１３において示される実例説明に関して、ソフトウェアは、入力面（＋ｚ方向における）から６５．４ｃｍ離れた物体の垂直方向の大きさを整合し、これは全４セットのブロックの中間におおよそ対応した。よって当該物体面は論理上、観察者が出力面（＋ｚ方向における）から１８５．４ｃｍ離れた時に、垂直方向の大きさにおいて整合する。
【０１１１】
出力表面−出力ディスプレイ
使用出力ディスプレイモニタはＡｐｐｌｅ  ｉＰａｄ  ｍｉｎｉ  ４であった。ディスプレイは、対角方向に２０ｃｍ（＝７．９インチ）のアクティブ画面サイズのＬＥＤバックライト付きＬＣＤモニタであった。表示画素の大きさは、３２６画素毎インチ（ＰＰＩ）の２０４８×１５３６分解能であった。表示画素は四角画素であると仮定され、これはかなり優れた仮定であった。これにより、アクティブ画面の大きさは、縦向きモードで、幅１２．０ｃｍ及び高さ１６．０ｃｍとなった。ｉＰａｄ  ｍｉｎｉが縦向きモードであった時、表示画素を構成する３つのＲＧＢ（赤、緑、青）部分画素は、垂直方向に長く、水平方向に短かった。
【０１１２】
出力表面−出力小型レンズアレイ
使用されたＭｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製毎インチ２０円筒状レンズアレイは、平凸レンズの非常に薄いシート（０．４１ｍｍ）であった。これは手動性が高かったため、小型レンズアレイとディスプレイ画面の間の隔離距離の調整が可能であった。小型レンズアレイは、小型レンズアレイの平坦面上に接着層を使用して、厚さ２．３ｍｍの透明ガラス上に取り付けられた。ＬＣＤ画面画素が小型レンズアレイの後焦点面に位置するように、小型レンズアレイと画面の間の距離は調整された。製造業者により提供された出力小型レンズアレイの視野（ＦＯＶｌ）は、２９度であった。
【０１１３】
出力表面−傾斜ＲＧＢ部分画素撮像
出力小型レンズアレイの円筒状レンズは、垂直方向に３画素下げ、水平方向に１画素横移動した角度で傾けられた。これにより、ディスプレイの３つのＲＧＢ部分画素を用いて、垂直分解能を犠牲にしながら３倍の水平角分解能（「視野」の数において）が得られる。傾斜小型レンズアレイとディスプレイモニタの特定の組み合わせにより、２９度の視野角（視野）にわたり５１．５個の離散「視野」が生成された。この傾斜設備により、所定のディスプレイモニタと小型レンズアレイの組み合わせに対し、総視野数（ＤｉｍＶｉｅｗＸｓ）は、以下により出される。
2018524952.tif 000006
ＰＰＩ（画素毎インチ）は、ディスプレイモニタの画素密度であり、ＬＰＩ（レンズ毎インチ）は、使用円筒状小型レンズアレイのレンズ密度である。等式（３）は、表示画素が均一で、四角い寸法であると仮定する。
【０１１４】
水平方向（ｘ）実例説明
図１２Ｃ〜Ｆにおいて示される水平方向実例説明に関する詳細が、ここで与えられる。「観察者」カメラ（Ｎｉｋｏｎ  Ｄ３２００）は、ディスプレイ画面（クローク）から２６０ｃｍ（＋ｚに沿って）離れており、総距離６１．４ｃｍ（−ｘに沿って）走査を行った。図１２Ｃ〜Ｆにおいて示されるようにディスプレイ画面を前にして、観察者カメラがクローク／ディスプレイの右側（ｘ＞０）に存在する時、視野角は正の角をなす。
【０１１５】
縦方向（ｚ）実例説明
図１３Ａ〜Ｄは、可変観察者位置からの画像を示した（ディスプレイ画面がｚ＝０に配置されているのに対し、観察者位置は図１３Ａ〜Ｄそれぞれｚ＝２７２ｃｍ、２３５ｃｍ、２０３ｃｍ、及び１５０ｃｍ）。よってこれらの位置は、出力クローキングディスプレイ画面により発出される光線から、可変角度範囲（または「視野」）を収集する。観察者／カメラの中心がクローキング画面の中心と整列すると仮定すると、収集される水平方向（ｘ）角度範囲（ＦＯＶｘ観察者）は、以下のように計算され得る。
2018524952.tif 000007
Ｗｓはクロークの出力ディスプレイ画面の水平幅であり、ｚｏｂｓは出力画面（ｚ＝０に設定された出力面）からの観察者の縦方向距離である。結果のＦＯＶｘ観察者値は、図１３Ａ〜Ｄそれぞれ２．５３度、２．９３度、３．３８度、４．５９度であった。
【０１１６】
図１３Ａ〜Ｄにおいて示される画像は、切り取られているが、元の画像と同様に互いに同じ画素の大きさを保持した。これらの画像の観察者カメラは、縦方向距離ｚが変化する間、三脚を使用して同じ高さ（ｙ）を保持した。等式（４）が正しくあるために、カメラの中心と画面の中心が整列していなくてはならないことに留意されたい。しかしながら、図１３Ａ〜Ｄにおいて与えられる小さいＦＯＶｘ観察者値に関して、角度範囲は、出される計算値に厳密に一致しなければならない。
【０１１７】
特徴付けメトリクス
デジタルインテグラルクロークを特徴付けるために使用されたメトリクスに関して、本文において行われた計算のうちのいくつかの詳細が下記に提示される。例示的なクロークは２Ｄ実例説明であったため、分析は横（ｘ）及び縦（ｚ）の寸法に制限された。
【０１１８】
Ａ．出力表面メトリクス
Ａ．１．出力空間分解能
クローキングシステムの限定的空間分解能は、出力小型レンズアレイにより与えられた。そのため空間分解能は単純に、小型レンズアレイの長さ当たりのレンズ値を反転させることにより、計算可能である。そのため、使用される２０レンズ毎インチ（ＬＰＩ）小型レンズアレイに対して、空間分解能は、１．２７ｍｍ＝１／（２０レンズ毎インチ）と出る。これは、出力小型レンズアレイの１つのレンズの幅である。しかしながら、これは、円筒状小型レンズアレイが角度傾斜していない場合にのみ当てはまる。ＲＧＢ部分画素インタレースが使用されたため、小型レンズアレイは、（水平方向に）１画素横移動し（垂直方向に）３画素下げる角度で傾けられた。補正された水平空間分解能（インチのｄＸ’ｓ）は、以下により出される。
2018524952.tif 000008
【０１１９】
等式（５）から計算された例示的なクロークの限定的空間分解能は、０．０５２７インチ＝１．３４ｍｍである。
【０１２０】
Ａ．２．出力ディスプレイ画素間隔
出力ディスプレイモニタ（ｉＰａｄ  ｍｉｎｉ  ４）は、３２６画素毎インチ（ＰＰＩ）の画素密度を有した。そのため、出力ディスプレイの（水平または垂直方向の）画素間隔分解能は、０．０７８ｍｍである。ＲＧＢ部分画素インタレースが用いられたため、３つのＲＧＢ部分画素が実際に使用され、より細かい空間分解能０．０７８／３ｍｍ＝０．０２６ｍｍ毎ＲＧＢ部分画素が与えられた。
【０１２１】
この小さい画素分解能は、例示的なクローキングの実例説明のために、伝搬光線位置（等式（１））を小型レンズアレイの空間分解能（等式（５））よりもっと正確に計算する際、使用された。しかしながら、観察距離と比べて両値の比較的小さい間隔のせいか、等式（５）における空間分解能を使用することも、同様の画像を提供するようであった。
【０１２２】
Ａ．３．出力角分解能
我々のクローキングシステムの限定的角分解能は、出力表面（ディスプレイ＋小型レンズアレイ）により与えられた。角分解能（ｄθ０）は単純に以下のとおりである。
2018524952.tif 000009
【０１２３】
ＦＯＶｌは小型レンズアレイの視野（ＦＯＶ）であり、ＤｉｍＶｉｅｗＸｓは等式（３）から出される総視野数である。例示的なデジタルインテグラルクロークに関して、ｄθ０＝０．５６度である。
【０１２４】
Ｂ．入力表面メトリクス
Ｂ．１．理想的入力システム
初めに、取り込まれた入力光線の品質は、クロストークなしに、位置と角度（運動量）を正確に分離する能力に依存する。これは、入力カメラを無限遠に合焦し（図１０Ａ参照）、開口を絞ることにより、行われる。これらの２つのステップの総合効果として、１つの入力光線（一定の入力位置及び角度を有する）が１つの検出器画素にマッピングされる。
【０１２５】
Ｂ．２．入力空間分解能
入力走査では、６．３５ｍｍ／ｓの走査の間に、毎秒６０フレームが取り込まれた。この高フレームレート及び低速度走査は、入力カメラ位置間の間隔に対し、０．１０６ｍｍの水平空間分解能（ｄＸｃ）を提供した。
2018524952.tif 000010
【０１２６】
ここで、ｖｓｃａｎ−ｓは（長さ／秒）の単位の走査速度であり、ＦＰＳｃは入力カメラのフレーム毎秒フレームレートである。
【０１２７】
Ｂ．３．入力角分解能
無限遠への合焦は、同じ光線角度を、入力カメラの同じ検出器画素にマッピングする。ゆえに、入力光線角度は、カメラの収差及び検出器画素の両方により、制限される。高収差補正Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓレンズにより、収差は最小であることが想定された。そのため水平入力角分解能（ｄθｉ）は、以下により出される。
2018524952.tif 000011
ＦＯＶｃは入力カメラの水平視野であり、ＤｉｍＸｆは入力映像フレームの水平画素総数である。ｄθｉは、入力光線角度における不可実性に対応する。例示的なクロークでは、ｄθｉ＝約６０度／１９２０＝０．０３１度である。
【０１２８】
Ｂ．４．入力開口
次に、各横軸物体位置が確実に別個の検出器画素にマッピングされるように、入力カメラの開口は「絞られ」得る。このようにすることで、開口の大きさは減少され、入力カメラにより取り込まれる光線の横軸（ｘ、ｙ）空間範囲は縮小される。そうしない場合、入力画像のぼやけが起こる、すなわち低減被写界深度が生じる。より小さい「ｆ値」（＝焦点距離／開口寸法）または縮小開口寸法により、物体が明瞭に見える（「焦点が合っている」）程度である被写界深度が改善されることは、光学及び撮影において周知のことである。理想的には、開口寸法は無限小でなくてはならないが、そのため入射光の量も無限小である。そのため、これはｆ値（ｆ／＃）＝ｆ／１０を用いることで、均衡が保たれた。
【０１２９】
入力ｆ／＃を用いて、使用される入力開口絞りの直径（ＣＡｉ）は以下のように計算され得る。
2018524952.tif 000012
【０１３０】
ここで、ｆは使用される焦点距離である。Ｓｏｎｙ  ＤＳＣ−ＲＸ１０入力カメラの仕様書には、焦点距離範囲は、ｆ＝８．８−７３．３ｍｍであると記載されている。カメラは完全にズームアウトされたため、ｆ＝８．８ｍｍであった。これにより、入力開口寸法はＣＡｉ＝０．８８ｍｍとなった。ＣＡｉは、入力カメラの各検出器画素に対して取り込まれる物体の横軸空間位置範囲をおおよそ出す。これは、１つの視準光線束のみがレンズに入射して、１つの検出器画素上に合焦されるため（回析及び収差を無視して）、レンズが無限遠で物体に合焦される時に特に当てはまる。よって、ＣＡｉは、このように入力画像における物体のぼやけに比例する。
【０１３１】
ＣＡｉと比較する数は、出力表面による開口設定であり、これは、出力小型レンズアレイにおける単一レンズの間隔（１．３４ｍｍ）、または出力空間分解能（等式（５））により出される。重なるが、出力小型レンズアレイは、空間分解能及びクロークにおける物体のぼやけの制限要素であるように思われ得る。ＣＡｉが入力カメラの位置不確実性とは異なることは注目に値し、後者は各入力光線位置の不確実性であり、前に特定されたカメラ走査の入力空間分解能（０．１０６ｍｍ）（等式（７））により出される。
【０１３２】
Ｂ．５．入力被写界深度
例示的な入力システムの被写界深度が簡単に論述される。図１４は、クローキングシステムに使用される入力走査の異なる時間のスナップショットを示す。カメラ（入力面）から、３９ｃｍから９８ｃｍまで離れた物体（背壁）を用いて、入力走査の大被写界深度が実例説明される。全てのブロックが見え、白い壁に溝条さえも見え、背壁上のパターンも合焦度は高い。重なるが、数メートルの被写界深度が簡単に達成されたことから、入力カメラは例示的なクローキングシステムの制限要素ではなく、ディスプレイ（出力）表面が、空間分解能及び角分解能の両方を制限し、ゆえに明瞭に見え得る物体深度の値も制限した。
【０１３３】
Ｃ．他のシステムメトリクス
Ｃ．１．誤整列に対する感度
ハードウェア設備における誤整列、及び不正確な伝搬計算は、クローク品質を低減し得る。これらは、クロークなしの実際の背景と比較した時に、クローク上で見られる歪んだ角度、物体位置のシフト、または物体移動の不整合速度において、物理的に明らかにされ得る。実例説明されるシステムは、出力表面において最も高感度であるように思われる。これは主に、出力ディスプレイの高画素密度（３２６画素毎インチ）による。よって、ディスプレイ上で誤整列の非傾斜小型レンズアレイの水平空間感度（ｄｘｍｉｓ）は、０．０７８ｍｍの位置変化により、観察者の見る「視野」がシフトされるような水平空間感度である。傾斜小型レンズアレイでは、ｄｘｍｉｓは、３倍の高感度である（０．０２６ｍｍ）。
【０１３４】
理想的には、小型レンズアレイの角度は、表示画素線に正確に整列するべきである。ディスプレイ画面の全高さにわたる１画素の変化でさえも、理想的画像からの偏差を生じ始める。よって、ディスプレイ画面画素に関する整列小型レンズアレイの角度感度（ｄθ’ｍｉｓ）は、以下の通りである。
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ＰＰＩは画素毎インチの直線画素密度であり、Ｈｓｉｎはインチのアクティブディスプレイ画面の高さである。等式（１０）は、ディスプレイ上に載る傾斜小型レンズアレイ用である。非傾斜小型レンズ搭載の場合には、逆タンジェントにおける
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因数を取り除かなければならない。実証される例示的なデジタルインテグラルクローク（傾斜した小型レンズを有する）では、ｄθ’ｍｉｓ＝（８．８×１０−３）度である。使用ディスプレイの増大分解能は、相対位置付け及び角整列の両方において、ディスプレイ画面上でより慎重な小型レンズアレイの取り付けを要し得る。
【０１３５】
Ｃ．２．他の要素
クロークの低減画像品質の他の要因には、ディスプレイ画面へ向かう、もしくはディスプレイ画面から離れる小型レンズアレイ面の不均一な屈曲、及び小型レンズアレイ自体の収差が含まれる。簡単にアクセス可能な小型レンズアレイは、湾曲が球状または円筒状であるため、球状収差でさえも補正されない。これらの補正は、小型レンズアレイの焦点の深度及び横寸法を、効果的に増大させる。結果、表示画素は合焦せず、多数の表示画素が混ざり、出力画像のぼやけが生じる。小型レンズアレイ表面の単純なレンズ最適化でさえ、クローキング品質を必ず向上させる。
【０１３６】
リアルタイムデジタルクローキング
リアルタイムデジタルクローキングは、小型レンズアレイと組み合わされた検出器画素及び表示画素を使用して（図１０Ｂ）、または代わりにレンズなしインテグラルクローキング表面を使用して（後述される図１８）、達成され得る。これらの表面は、図９Ｂにおいて示される全方向球状クロークを含む任意に形づくられたクロークの周りに、形成され得る。
【０１３７】
図１５は、所定の画面＋小型レンズの組み合わせ（出力）に対し、ほぼ完璧に全ての必要な入力光線を取り込むために、極小カメラ（入力）を配置する方法の実施例を示す。小型レンズの大きさである極小カメラは、クローキングのために様々な形成で配置可能である。本実施例は、観察者（図下部）に対して背景景色（図上部のカメラの前の光線）を投影するリアルタイムインテグラルクロークの作り方を示す。１つの形成が提供されるが、クローキングされる領域の異なる形及び寸法の他の変形も可能である。カメラの寸法は、物理的に光線を遮らないように、小型レンズの大きさであるか、またはさらに小さくある必要がある。示されるように、通常、小型レンズの数以上の数のカメラを有することが望ましくあり得る。図１５において、クローキングされる領域の側面上のカメラは、例えば、より多くのカメラが使用されない限り、効率的に使用されず、また厳密に正しい位置で光線を取り込まない。そのためカメラから取り込まれた入力光線は、ケーブル及び／またはコンピュータ並びにアルゴリズムで処理され、クローキング光線の適切な出力のために、画面と小型レンズの組み合わせへと送信され得る。図１５は、一方向に（図において上から下に）、背景画像を、２Ｄ画面＋小型レンズアレイの組み合わせの前に存在する観察者へと送信するクロークの断面を示す。しかしながら、両方向に作用するクロークは、表示画素の隣に小さい検出器を配置することにより構築され得る。
【０１３８】
現在、長さ／区域当たりの画素が高密度の表示画素は、商業的に取得可能である。長さ／区域当たりのレンズ数が比較的高密度の小型レンズアレイもまた、商業的に取得可能である。これらのコンポーネントは、消費者向け製品に使用されているため、高過ぎることはあり得ない。しかしながら、構築及び取得するのに恐らく高いものは、入力光線を取り込む検出器アレイ、または小さいカメラのアレイであり得る。実践的なリアルタイムクロークを構築するために、市販のカメラが利用され得る。１つまたは複数のカメラはまばらに配置され、そのためカメラの間を通る（取り込まれなかった）入力光線を推定するために、カメラ画像が補間され得る。図１６及び１７は、このようなまばらな設備のいくつかの実施例を示す。図１６において、限定数のカメラは、近くの入力光線を取り込むように、広げて配置される。出力面（画面＋小型レンズアレイ）は、カメラ画像の補間を用いて、取り込まれなった光線を近似する。図１７において、わずかなカメラが使用されるため、１つのカメラ画像は、好適な近似により、より多くの出力クローキング光線を生成する必要がある。使用検出器設備が表示分解能に必要な仕様を満たさない場合、このような近似が、リアルタイムクロークの構築への鍵となり得る。また、カメラ／検出器を素早く移動させることにより、より多くの入力光線が取り込み可能となり、有限数のカメラ／検出器によるクローキング効果が向上する。
【０１３９】
カメラを接続し、それらをリアルタイムで処理することは、大多数のカメラの場合、厄介でもあり得る。１つのスケーラブルなカメラ接続方法は、スイッチ及び／またはルータに組み合わされたインターネットプロトコル（ＩＰ）カメラまたは検出器を使うことである。そのため入力光線収集システムは、インターネット上のカメラのネットワークと類似する。大多数のコンピュータ及びデバイスがインターネット上で接続されているかのように、非常に多くのカメラ／検出器を含む多数の接続が行われ得る。高速帯域幅は、市販のルータ及びスイッチにより取得可能である。これは、大多数のデバイスをリアルタイムに同時に接続する際想定され得るほどの大きい障害ではあり得ない。なぜなら、同時に全てのカメラ／検出器から画像を引き出すのではなく、画像は一度に１つのカメラから引き出され、画像は出力用に処理され、それから次のカメラ等へ処理が進み得るからである。接続の最大帯域幅以下で、より多くのカメラ画像が同時に引き出され得る。接続の帯域幅限度に達した場合、接続の実際の帯域幅を増大させるために、別個のカメラ集合に対応するルータ及び／またはスイッチの並列集合が使用され得る。にもかかわらず、全てのカメラ／検出器の入力収集時間、及び処理時間は、クローキングデバイスの出力の更新に、ある遅延を生じる。しかしながら、人の観察者または機械は有限時間分解能を有するため、遅延が顕著でない限り、クローキングデバイスは、観察者にリアルタイムに見えるクローキングを提供する提案方法を使用可能である。
【０１４０】
論述
図１１及び１２に関して前述されたデジタルクロークの実例説明は動的であったため、変化する背景は、走査及び処理による有限遅延時間後に、正しく表示可能であった。リアルタイムクロークもまた、図１５〜１７に関して前述された。固定ｚ位置の観察者への静的クロークも、予定観察者位置からのカメラによる記録により、比較的単純に取得可能である。長観察距離では、妥当な結果のために、有限数のカメラ画像（各「視野」１画像）のみが必要となる。所定の視野に対応する１つのカメラ位置を使用する各「視野」／角度により、光線処理は簡潔化されるようになった。
【０１４１】
いくつかの実施態様において、光照射野の位相は、固定形状クロークのために適切に設計された材料、または動的形状クロークのための空間光変調器アレイを含むことにより、整合可能である。各部分画素が１つの光線位置、角度、周波数に対応すると仮定される場合、入力部分画素はその出力部分画素に帰着し得る（等式（１））。優れた近似のために、各ペアは、新たなｚ軸に関して、入力部分画素から出力部分画素への単一方向伝搬である（図１０Ｂにおける点線）。これにより、光照射野の位相整合に必要な位相及び分散を計算するために、近軸全被写界クローキング理論が、各部分画素ペアに使用されることが可能となる［６］。これらの想定及び近似は、クローク画素の大きさが小さくなるほど、より正確になる。
【０１４２】
離散化クローキングまたはデジタルクローキングの他の方法もまた可能である。アナログの測定値を収集及び送信するために、優れた反射防止コーティングを有する光ファイバまたは他のオプティクスが使用可能である。これのいくつかの利点には受動型（能動型ではない）クローキングが含まれ、しかもそのスペクトルは連続的に広帯域であり得る。その上、光線の検出及び発出に湾曲表面を使用することにより、レンズなしのデジタルクロークが可能である。これは、インテグラルフォトグラフィに関してＬｉｐｐｍａｎが提案した独創的方法のうちの１つに類似する［１６］。このようなクロークの例示的表面が、図１８において示される。図１８において、検出器及び／または表示部分画素は、湾曲画素上に配置され得る。光線が通るように穴を有する上層は、光の吸収または入射光の検出も行って、発光損失の計算及び補償を行うように作られ得る。この方法は、レンズありのインテグラルクローキングと比べて、量産及び整列を行うのがより簡単であり、その視野はレンズの湾曲により制限されない（他で制限されるが）。最後に、増大計算能力及び精密分解能により、デジタルクローキングは、装着可能に適応可能である。各画素（または部分画素）の位置及び向きを特定するために、正しい光線伝搬（等式（１））及び出力画素（または部分画素）を計算するプロセッサと共に、センサが使用可能である。これにより、動的形状を取り得る装着可能なクローク、すなわちスーツが提供される。
【０１４３】
結論として、実践的で観察に理想的なクロークに近似するために、離散化クローキングが提案される。具体的には、市販のデジタル技術、すなわち入力光線を取り込むカメラ、及び出力光線のためのモニタ＋円筒状小型レンズアレイを使用する「インテグラルクローク」と呼ばれる２Ｄデジタルクロークが実例説明された。３Ｄインテグラルクロークを生成する原理は、簡単に理解された。実例説明は光線光学クローキングに関してであったが、光照射野の位相を整合する方法を含む他の設計も提案された。デジタル技術は商業的に向上し続けるように求められるため、デジタルクローキングは、装着可能クロークのような幅広い実施態様に関して優れた可能性を有する。
【０１４４】
前述のシステム及び方法は、スタンドアローンコンピュータ、ネットワークデバイス、または前述の他のデバイス及びコンポーネントに完全もしくは部分的に一体化されたデバイスのいずれにせよ、１つまたは複数のコンピューティングデバイスを組み込み可能であることが、当業者には認識されよう。コンピューティングデバイスは、プロセッサと、メモリと、バスとを含み得る。メモリは、コードを記憶する有形コンピュータ可読メモリを含み得る。プロセッサは、コンピューティングデバイスに行動を行わせるために、バスを介した通信により、メモリ上に記憶されるコードを実行し得る。コンピューティングデバイスは、他のコンポーネントとの通信のために、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを含み得る。コンピューティングデバイスは、データを処理し、行動を行う命令集合であるコードを実行することが可能な任意のデバイスであり得る。
【０１４５】
上記開示並びに他の特性及び機能の異形、またはその代替物は、多数の他の異なるシステムまたはアプリケーションに組み合わされ得ることが理解されよう。その中で、現時点で予見不可能または予想外の様々な代替形態、変更形態、変形形態、または改良形態が当業者により引き続き作られることが可能であり、これらも同様に以下の特許請求の範囲に含まれることが意図される。特許請求の範囲は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せの実施形態を包含し得る。
【０１４６】
参考文献
それぞれの参考文献は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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