(57)【要約】  両方の眼で同時に見るのに用いられ得る小型で軽量な多重波長ディスプレイシステムが提供される。そのシステムは、システムのレンズにより導入される磨耗を除去するためにフィールドフラットナーレンズを用いる。また、そのシステムは、一直線偏光状態を反射し、それに直行する直線偏光状態の放射を透過する偏光選択光学要素を用いる。ＰＳ要素は、四分の一波長板及び光学要素と組み合わせて用いられ、光学要素は部分反射面を含む。光学要素は、単一要素又は光学ダブレットであってもよい。後者の構成において、部分反射面は、ダブレットを含む２つのシングレット間の界面にある。また、そのシステムは、単一、又は他の光学要素と組み合わされた画像源を含み、所望の回転センスの回転偏光を生成する。【選択図】図１
2019525246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無限遠又は観察者により見られる所望の有限距離で画像の焦点を合せるための光学コリメーション装置であって、
両方の眼で同時に見ることができる十分な大きさで形成された観察開口と、
少なくとも円偏光の第１回転センスの光で前記画像を生成するための画像源と、
前記画像源に近接する第１側を有する光学要素と、
前記光学要素の表面に設けられた部分反射コーティングと、
前記画像源と前記観察開口との間に設けられた正のパワーを有するフィールドフラットナーレンズと、
前記光学要素の第２側に近接し、前記円偏光の第１回転センスを偏光の第１直線センスに変換する四分の一波長板と、
前記四分の一波長板に近接し、前記偏光の第１直線センスを変更すること無く前記偏光の第１直線センスの光を実質的に反射し、偏光の第２直線センスの光を実質的に透過する偏光選択光学要素と、を含み、
前記偏光の第２直線センスは、前記偏光の第１直線センスに直交する装置。
【請求項２】
前記光学要素の表面は、凹面である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学要素の表面は、前記光学要素の第１側に相当する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光学要素の表面は、前記光学要素の第２側に相当する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光学要素は、第１面及び第２面を有する第１光学シングレットと、第１面及び第２面を有する第２光学シングレットとを含み、
前記第１光学シングレットの第１面は、前記第２光学シングレットの第１面と接続し、
前記部分反射コーティングは、前記第１光学シングレットの第１面と前記第２光学シングレットの第１面との間に設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１シングレットの第１面は凹面であり、前記第１光学シングレットの第２面は平面であり、前記第２シングレットの第１面は凸面であり、前記第２光学シングレットの第２面は平面である請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記画像源は、直線偏光された光を透過する液晶ディスプレイと、前記直線偏光された光を少なくとも前記円偏光の第１回転センスに変換するための円偏光器とを含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記画像源は、直線偏光された光を透過する液晶ディスプレイと、前記直線偏光された光を少なくとも前記円偏光の第１回転センスに変換する四分の一波長リターダ要素とを含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記画像源は、非偏光源と、直線偏光要素と、直線偏光された光を少なくとも前記円偏光の第１回転センスに変換するための円偏光器とを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記画像源は、非偏光源と、直線偏光要素と、直線偏光された光を少なくとも前記円偏光の第１回転センスに変換するための四分の一波長リターダ要素とを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記偏光選択光学要素の出口面に結合された偏光要素をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記偏光要素の出口面に結合された反射防止コーティングをさらに含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記画像を第２画像源により生成される第２画像に結合するコンバイナ要素をさらに含み、
前記第２画像源は、前記観察者の視線中に配置され、
前記コンバイナ要素は、前記第２画像源と前記光学要素の第１側との間に設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記画像を第２画像源により生成される第２画像に結合するコンバイナ要素をさらに含み、
前記第２画像源は、前記観察者の視線中に配置され、
前記コンバイナ要素は、前記第２画像源と前記第１光学シングレットの第２面との間に設けられている請求項５に記載の装置。
【請求項１５】
前記フィールドフラットナーレンズは、前記画像源と前記光学要素との間に設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記画像源は、前記フィールドフラットナーレンズに接着されている請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
第１画像と第２画像とを結合するための光学装置であって、
前記第１画像を生成するフラットパネルディスプレイと、
前記第２画像を入れるための入口開口と、
両方の眼で同時に見ることができる十分な大きさに構成された視界窓と、
前記フラットパネルディスプレイと前記視界窓との間に設けられた正のパワーを有するフィールドフラットナーレンズと、
第１面及び第２面を有する第１光学シングレットと、
第１面及び第２面を有する第２光学シングレットと、
前記第１光学シングレットの第１面と前記第２光学シングレットの第１面との間に設けられた部分反射コーティングと、
前記フラットパネルディスプレイからの光を反射し、前記入口開口からの光を透過するように構成されたコンバイナと、
前記第１光学シングレットの第２面に近接し、第１直線偏光の光を円偏光の第１回転センスの光に変換する円偏光器と、
前記第２光学シングレットの第２面に近接し、前記円偏光の第１回転センスを偏光の第１直線センスに変換する四分の一波長板と、
前記四分の一波長板に近接し、前記偏光の第１直線センスを変換すること無く前記偏光の第１直線センスの光を実質的に反射し、前記偏光の第２直線センスの光を実質的に透過する偏光選択光学要素と、を含み、
前記第１光学シングレットの第１面は前記第２光学シングレットの第１面に接続され、
前記偏光の第２直線センスは前記偏光の第１直線センスに直交する装置。
【請求項１８】
前記コンバイナは、前記フラットパネルディスプレイと前記第１光学シングレットの第２面との間に設けられた偏光ビームスプリッタを含み、
前記第１直線偏光の光であって前記第１フラットパネルディスプレイからの第１波長帯内の光の一部は、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１光学シングレットに反射され、
前記第２画像源からの光の少なくとも一部は、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１光学シングレットに透過される請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記フィールドフラットナーレンズは、前記フラットパネルディスプレイと前記コンバイナとの間に設けられている請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記フィールドフラットナーレンズは、前記フラットパネルディスプレイに接着されている請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、２０１６年７月２９日に出願された出願番号６２／３６８８４２号の米国仮出願の優先権の利益を主張し、その開示の全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
開示された発明は、ディスプレイに表示される画像を中継するための光学イメージングシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
特に車両等の限定空間において、より小型の視覚システムの必要性が常にある。そのようなシステムの例は、ディスプレイスクリーンに表示された画像を使用者の眼にコリメーションされた様式で中継する光学イメージングを含むヘッドダウンディスプレイシステムを含む。そのような光学システムのための一デザインが米国特許第６０７５６５１号に記載され、それは、単一の眼でみること、すなわち単眼視のための画像を中継する。しかしながら、両方の眼で見ることができる、すなわち二眼式の小型の光学システムを提供する必要性もある。
【発明の概要】
【０００４】
以下の発明の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を提供するために含まれる。この発明の概要は、本発明の広い概要ではなく、本発明の重要又は重大な要素を具体的に確認する、又は本発明の範囲を示すことを目的とするものではない。その唯一の目的は、後に示すより詳細な説明の前置きとして単純化した形態で本発明のいくつかの概念を示すことである。
【０００５】
開示された実施形態は、小さな外形寸法を可能とし、両方の眼で画像を見ることができるコンパクト設計を提供する。このデザイン形態において、良好な光学性能を達成するために、そのシステムは、平坦な視野、コリメーションされた光を生成し、それは両方の眼で同時に見ることができるように十分に大きな開口に提供される。
【０００６】
開示された実施形態において、フィールドフラットナーレンズは、両方の眼を用いて見られる大きい開口を利用される場合であっても、中心から縁までがシャープな画像を生成するために用いられる。従って、コリメーションする装置は、コリメーションされたディスプレイを生成する、すなわち画像が無限遠に焦点を合わせられるのに用いられる。そのデザインは、薄いパッケージングに役立つ小型パッケージを可能とし、システムのコリメーションさせる性質は、非常に困難な状況（すなわち車両）で用いられることが可能なシステムに使用者を近接させる。システムのコリメーションされた性質は、動きが多い環境において感受性を低くさせる。ディスプレイ距離が（コリメーションされた）使用者から十分に遠い距離であるので、車両において感じ得る動き及び振動に影響を受けやすくはない。
【０００７】
開示された態様によると、無限遠又は観察者により見られる所望の有限距離で画像の焦点を合せるための光学コリメーション装置が提供され、その装置は、両方の眼で同時に見ることができるように形成された観察開口と、円偏光の第１回転センスの光で画像を生成するための画像源と、前記画像源に近接する第１側を有する光学要素と、前記光学要素の面に設けられた部分反射コーティングと、前記画像源と前記観察開口との間に設けられたフィールドフラットナーレンズと、前記光学要素の第２側に近接し、光偏光の前記第１回転センスを偏光の第１直線センスに変換する四分の一波長板と、前記四分の一波長板に近接し、偏光の第１直線センスの変換無く当該偏光の第１直線センスの光を実質的に反射し、偏光の第２直線センスの光を実質的に透過する偏光選択光学要素と、を含み、前記偏光の第２直線センスは、前記偏光の第１直線センスに直交する。
【０００８】
前記光学要素の面は凹面であってもよい。前記光学要素の面は、前記光学要素の前記第１側に相当してもよい。前記光学要素の面は、前記光学要素の第２側に相当してもよい。前記光学要素は、第１面及び第２面を有する第１光学シングレットと、第１面及び第２面を有する第２光学シングレットとを含み、前記第１光学シングレットの第１面は、前記第２光学シングレットの第１面と接続し、前記部分反射コーティングは、前記第１光学シングレットの第１面と前記第２光学シングレットの第１面との間に設けられていてもよい。
【０００９】
前記第１シングレットの第１面は凹面であってもよく、前記第１光学シングレットの第２面は平面であってもよく、前記第２シングレットの第１面は凸面であってもよく、前記第２光学シングレットの第２面は平面であってもよい。画像源は、直線偏光された光を透過する液晶ディスプレイと、前記直線偏光された光を少なくとも円偏光の第１回転センスに変換するための円偏光器とを含んでもよい。
【００１０】
画像源は、直線偏光された光を透過する液晶ディスプレイと、前記直線偏光された光を少なくとも円偏光の前記第１回転センスに変換する四分の一波長リターダ要素とを含んでもよい。また、画像源は、非偏光源と、直線偏光要素と、直線偏光された光を少なくとも円偏光の第１回転センスに変換するための円偏光器とを含んでもよい。画像源は、非偏光源と、直線偏光要素と、直線偏光された光を少なくとも円偏光の第１回転センスに変換するための四分の一波長リターダ要素とを含んでもよい。
【００１１】
装置は、前記偏光選択光学要素の出口面に結合された偏光要素をさらに含んでもよい。装置は、前記偏光要素の出口面に結合された反射防止コーティングをさらに含んでもよい。装置は、前記画像を第２画像源により生成される第２画像に結合するコンバイナ要素をさらに含んでもよく、前記第２画像源は前記観察者の視線中にあり、前記コンバイナ要素は前記第２画像源と前記光学要素の第１側との間に設けられていてもよい。装置は、前記画像を第２画像源により生成される第２画像に結合するコンバイナ要素をさらに含んでもよく、前記第２画像源は前記観察者の視線中にあり、前記コンバイナ要素は前記第２画像源と前記第１光学シングレットの第２面との間に設けられていてもよい。
【００１２】
フィールドフラットナーレンズは、画像源と光学要素との間に設けられてもよい。画像源はフィールドフラットナーレンズに接着されていてもよい。
【００１３】
さらに開示された実施形態によると、第１画像と第２画像とを結合するための光学装置が提供され、該装置は、前記第１画像を生成するフラットパネルディスプレイと、前記第２画像を入れる入口開口と、両方の眼で同時に見ることができるように構成された視界窓と、前記フラットパネルディスプレイと前記視界窓との間に設けられたフィールドフラットナーレンズと、第１面及び第２面を有する第１光学シングレットと、第１面及び第２面を有する第２光学シングレットと、前記第１光学シングレットの第１面と前記第２光学シングレットの第１面との間に設けられた部分反射コーティングと、前記フラットパネルディスプレイからの光を反射し、前記入口開口からの光を透過するように構成されたコンバイナと、前記第１光学シングレットの第２面に近接し、前記第１直線偏光の光を前記円偏光の第１回転センスの光に変換する円偏光器と、前記第２光学シングレットの第２面に近接し、前記円偏光の第１回転センスを偏光の第１直線センスに変換する四分の一波長板と、前記四分の一波長板に近接し、前記偏光の第１直線センスを変換すること無く前記偏光の第１直線センスの光を実質的に反射し、前記偏光の第２直線センスの光を実質的に透過する偏光選択光学要素と、を含み、前記第１光学シングレットの第１面は前記第２光学シングレットの第１面に結合され、前記偏光の第２直線センスは前記偏光の第１直線センスに直交する。
【００１４】
コンバイナは、前記フラットパネルディスプレイと前記第１光学シングレットの第２面との間に設けられた偏光ビームスプリッタを含んでもよく、前記第１直線偏光の光で前記第１フラットパネルディスプレイからの第１波長帯内の光の一部は、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１光学シングレットに反射され、前記第２画像源からの光の少なくとも一部は、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１光学シングレットに透過される。フィールドフラットナーレンズは、フラットパネルディスプレイとコンバイナとの間に設けられてもよい。フィールドフラットナーレンズはフラットパネルディスプレイに接着されてもよい。
【００１５】
本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付の図面は、詳細な説明と共に本発明の実施形態を例示し、本発明の原理を説明及び例証するのに用いられる。図面は、図表方式で例示的実施形態の主要な特徴を説明することを目的とする。図面は実際の実施形態の各特長や記載された要素の相対寸法を描くことを目的としておらず、また、一定の縮尺で描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、フィールドフラットナーレンズ、ＰＳ要素及び単一の光学要素を用いた本発明の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、光学ダブレットを用いること以外は図１に示す実施形態に類似する実施形態を示す図である。
【図３】図３は、フィールドフラットナーレンズ、ＰＳエレメント及び光学ダブレットを用いた他の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、単一のレンズを用いる他の実施形態を示す図である。
【図５】図５は、前記第１の光学源からの画像を第２の光学源からの画像に結合させる本発明の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の二眼式光学システムの実施形態について図面を参照して説明する。種々の実施形態又はそれらの組合せは、種々の適用のために又は種々の利益を達成するために用いられ得る。達成することが求められる結果に依存して、本明細書に開示された種々の特徴は、利益と要件及び制限とのバランスで、部分的に又はそれらを最大限に、単独で又は他の特徴と組み合わせて用いられ得る。従って、特定の利益は、種々の実施形態を参照して強調されるが、開示された実施形態に限定されない。すなわち、本明細書に開示された特徴は、実施形態に記載された範囲内に限定されず、他の特徴と「混合及び適合」されてもよく、他の実施形態に組み込まれてもよい。
【００１８】
両方の眼で同時に見ることができるコリメーションディスプレイ装置として用いられ得る小型の多重波長ディスプレイシステムが提供される。一実施形態において、光学システムは、無限遠に焦点を合せられた画像を有することによって、より大きなモニターとして使用者に表示されるようにコリメーションされた小型のモニターとして実施される。このシステムのいくつかの利益は、小さなサイズ、より大きなモニターに効果的に形成するための小型のディスプレイの使用、及び車両等の場所で動きに対する感受性を低くさせるシステムのコリメーション特性である。
【００１９】
システムは、偏光選択光学要素又はＰＳ要素を利用し、それは一つの直線偏光状態を反射する一方で、その直行する直線偏光状態の放射を透過する。ＰＳ要素は、四分の一波長板及び光学要素と組み合わせて用いられ、光学要素は、部分反射面を含む。光学要素は、単一要素又は光学ダブレットのいずれかであってもよい。後者の構成において、部分反射面は、ダブレットを含む２つのシングレット同士の間の界面にある。また、システムは、画像源単独、又はそれと他の光学要素との組合せを含み、所望の回転センスの円偏光を生成する。
【００２０】
フィールドフラットナーレンズは、視野スクリーンから投影された画像を改善するのに用いられる。特に、単一の接眼レンズ構成においてフィールドフラットナーレンズを用いるのとは逆に、ここではフィールドフラットナーレンズはシステム内に用いられ、画像は両方の眼で同時に見ることができる視野スクリーンから投影される。フィールドフラットナーレンズは、視野スクリーンから投影される。フィールドフラットニングレンズはシステムに加えられて、特に画像の縁においてレンズにより導入され得る収差を除く。
【００２１】
図１は、光学装置の最も単純な実施形態を示し、例えばフラットパネルディスプレイ、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ等の光学源（１０９）における画像を見る両方の眼を示す。この特定の例において、光学源１０９は、円偏光された光を生成する。結合要素（２０１）は、ＡＲコーティング（２０５）及び部分反射コーティング（２０３）が設けられている。この特定の実施形態において、コーティング２０３は、所望の波長範囲において約５０％の透過率及び約５０％の反射率を有する誘電体コーティングである。要素２０１の表面の湾曲は、例えば視界窓１１５において、光学源１０９からのコリメーションされた画像を生成するように設定される。コリメーションされた画像の生成は、本発明の好ましい適用であるが、システムは他の適用のためにも用いられ得る。さらに、遅延要素（１０３）及び反射偏光選択要素（１０１）がある。遅延要素（１０３）及び反射偏光選択要素（１０１）は、視界窓１１５のサイズと適合するように形成されている。視界窓１１５は、両方の眼で同時に見ることができるのに十分な大きさである。
【００２２】
この実施形態において、フィールドフラットナーレンズ（９００）は、ディスプレイ（１０９）の前に配置されている。システムにおけるこの位置で正のパワーを有するフィールドフラットナーレンズ（９００）の追加は、視野を平坦にし、壁に設けられた絵の様に見えるように、また、湾曲した面に設けられた絵の様に見えないように画像を形成する。すなわち、この設計において目的は、画像の縁において最小限の収差を有する平坦な画像源１０９から平坦な画像を投影することである。画像源１０９の前へのフィールドフラットナーレンズの挿入は、この目的を達成することを助ける。
【００２３】
動作中において、画像源１０９からの光はフィールドフラットナーレンズ９００を通り、レンズ２０１により導入される可能性がある収差のために予め調整される。フィールドフラットナーレンズ９００を通る光の一部は、コーティング２０３を無視して通過するであろう。通過する光の量は、コーティング２０３の反射率に依存する。コーティング２０３を通過する光の偏光は、変更されない。コーティング２０３を通る円偏光された光は、円偏光された光を直線偏光させる四分の一波長板１０３を通る。システムは、ＰＳ要素１０１が偏光器１０３を通る直線偏光された光の特定の偏光を反射するように設計されている。ＰＳ要素１０１により反射された光が四分の一波長板１０３を再度（反対方向で）通るので、偏光は直線偏光から画像源１０９により生成された光と同一の左右像の円偏光された光に変換される。この光の一部は、コーティング２０３により反射され、反射量はコーティング２０３の反射率に依存する。コーティング２０３により反射された光の偏光は反対になり、ＰＳ要素１０１及び四分の一波長板１０３の組み合わせを実質的に無視して通ることとなる。システムを通る光により生成された画像は、レンズ２０１の表面の湾曲に主に依存する。例えばレンズ２０１はコリメーションされた画像を形成するように設計され得る。
【００２４】
図２は、レンズ２０１を、部分反射面コーティング（１１３）が設けられ且つ同一又は異なる材料からなる２つのレンズ要素（１０５及び１０７）により形成されたダブレット１００に置換した実施形態を示す。他の設計は、図１に示すものと同一である。光学ダブレット１００の湾曲は、画像源１０９からコリメーションされた画像を生成するように設計されている。コリメーションされた画像の生成が本発明の好ましい適用であるが、システムは他の適用のためにも用いられ得る。特に、このシステムにおいてダブレット１００は要素と空気との界面の導入を少なくするので、図１の実施形態よりも有効である。
【００２５】
動作中において、画像源１０９からの光は、フィールドフラットナーレンズを通り、レンズ２０１により導入される可能性がある収差のために予め調整される。フィールドフラットナーレンズ９００を通る光の一部は、コーティング１１３を無視して通過するであろう。通過した光の量は、コーティング１１３の反射率に依存する。コーティング１１３を通る光の偏光は変更されない。コーティング１１３を通る円偏光された光は、円偏光された光を直線変更する四分の一波長板を通る。システムは、ＰＳ要素１０１が偏光器１０３を通る直線偏光された光の特定の偏光を反射する。ＰＳ要素１０１により反射された光は四分の一波長板１０３を再度通るので、偏光は直線偏光から画像源１０９により生成された光と同一の左右像の円偏光された光に変換される。この光の一部は、コーティング１１３により反射され、反射量はコーティング１１３の反射率に依存する。コーティング１１３により反射された光の偏光は反対になり、ＰＳ要素１０１と四分の一波長板の組合せを実質的に無視して通ることとなる。システムを通過する光により生成された画像は、コーティング面１１３の湾曲に主に依存する。例えば、面１１３はコリメーションされた画像を生成するように設計され得る。
【００２６】
図３は、強調イメージングのためにフィールドフラットナーレンズ（９００）を用いる代替的実施形態を示す。この実施形態において、フィールドフラットナーレンズ（９００）は、画像源（１０９）の前に配置される。システムのこの位置への正のパワーを有するフィールドフラットナーレンズ（９００）の追加は、視野を平坦にしてシステムのレンズにより導入される収差を回避する。また、任意に画像源は、フィールドフラットナーレンズ９００に接着され、これにより２つの要素と空気との界面を除去する。
【００２７】
図２に示す実施形態のように、この実施形態は平凸シングレット１０５、平凹シングレット１０７、及びシングレット１０５及び１０７の間に設けられた部分反射コーティング１１３を含む。１０５／１０７ダブレットは、この実施形態の特有の特徴を維持しながら、図１の要素２０１に類似する要素で置換されることが可能である。また、この実施形態は、ＰＳ要素及び四分の一波長板１０３を含む。
【００２８】
本発明の実施形態は、無作為に変更された光を生成する画像源１０９を用いる。いくつもの画像源の型がこの実施形態で用いられることが可能であり、例えば画像源１０９はブラウン管（ＣＲＴ）、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ等であってもよい。画像源１０９からの光は、フィールドフラットナーレンズ９００を最初に通り、偏光器３０３で直線偏光され、ＰＳ要素／四分の一波長板の組合せにより必要とされる光と同一の回転センスに画像光を回転偏光する四分の一波長リターダ３０５を通る。反射損失を低減するために、反射防止（ＡＲ）コーティング３０７は、偏光器３０３の外面に任意に適用されてもよい。ＰＳ要素／四分の一波長板の組合せを含むディスプレイシステムを通る光は、画像コントラストを改善し、ゴースト発生を抑制するために任意のコーティングの積層を通る。この積層は、偏光器３０９及びＡＲコーティング３１１を含む。代替的実施形態において、偏光器３０３及びリターダ３０７は、フィールドフラットナーレンズ９００に直接に結合され、任意に屈折率整合材を介して結合される。
【００２９】
図３は、「一枚岩」的なデザイン型を有する実施形態を示すが、その特徴は図１と類似する分離した要素を有する図４に示されたデザインで実施され得る。偏光器（９０１）及びリターダ（９０２）は、フィールドフラットナーレンズ（９００）の前に配置される。偏光器（９０１）及び四分の一波長リターダ（９０２）は、拡大されないシステムにおける「望まれない」光を除き、その光は、それらの要素により吸収されない又は管理されない場合にシステムの全体の性能を低減する。ＡＲ面コーティング（２０５）及び部分反射面（２０３）を有するコンバイナレンズ（２０１）、第２リターダ（１０３）並びに反射選択偏光器（１０１）は、図１の実施形態に類似して配置される。カバーガラス（９０３）には、両方の眼で同時に見るための視界窓１１５が設けられている。図４には示されないが、偏光器３０９及びＡＲコーティング３１１を含む積層は、この実施形態においても実施され得る。
【００３０】
図５は、シースルー設計、すなわち第１光学源からの画像を第２光学源からの画像と結合できるような設計を有する実施形態を示す。ヘッドアップディスプレイに用いられる場合、一つの光学源は画像源５０９（例えばＬＣＤ、ＭＯＬＥＤ等）であり、第２の光学源は開口５２７を介して見られ得る周囲環境である。
【００３１】
この実施形態における基礎システムは、画像源５０９、フィールドフラットナーレンズ８００、平凸シングレット５０１、平凹シングレット５０３、シングレット５０１及び５０３の間に設けられた部分反射コーティング５０５、四分の一波長板５０６、ＰＳ要素５０７、並びにコンバイナ５１１で構成される。また、システムは、ＡＲコーティング５１３（任意）、直線偏光器５１５及び四分の一波長板５１７を含む。四分の一波長板５１７は、四分の一波長板５０６／ＰＳ要素５０７の組合せのために適切な回転センスを有するように、直線偏光された光学源の光を回転偏光する。改善された性能のために、システムは偏光器５１９及びＡＲコーティング５２１も含む。
【００３２】
コンバイナ５１１の製造のための多くの技術が、本技術分野において周知である。例えば、コンバイナ５１１は、観察者５２５の視線内に光学源からの画像を反射し、同時に光学源５２７の画像を観察者に通過させる部分反射器であってもよい。この実施形態に用いられ得るコンバイナの別の型は、波長選択性の反射コーティングを有するコンバイナである。そのようなコンバイナは、最小限の情報のみが光学源５０９から必要とされるような適用に理想的に適合される。例えば、光学源５０９は、光学源５２７からの画像に印（例えばターゲッティングシステム）又は計測器（例えばヘッドアップディスプレイにおける燃料、対気速度、高度等）を投影するのに用いられ得る。そのような適用において、光の１つのみ又は２つの波長が光学源５０９からの情報を提供するのに必要となる。従って、コンバイナ５１１は、これらの１つ又は２つの波長のみを反射し、光の他の全ての波長を通過するように設計され得る。この技術の利点は、光学源５０９からの所定の波長の放出のほとんどを反射し、光学源５２７により放出されたスペクトルのほぼ全てを通過させ、わずかな部分を反射するように反射コーティングが十分に有効に形成され得ることである。
【００３３】
光学源５０９がＬＣＤの場合、光学源５０９により放出される光は直線偏光される。この構成の好ましい実施形態において、この光学源の場合、コンバイナ５１１は、光学源５０９により放出される偏光を反射するのに十分に有効な偏光ビームスプリッタである。９０／１０ビームスプリッタであって、光学源５２７が偏光されていない光を放出すると仮定した場合、光学源５２７により放出された光の約５０％がコンバイナ５１１を通過するであろう。この構成において、直線偏光５１５は必要とならない。
【００３４】
一般に、この発明に関する当業者は、構成の多くの変更及び広範な種々の実施形態がその精神及び本質的な特徴から逸脱することなく提案されるであろうことを認識するであろう。例えば、シングレット１０５及び１０７の湾曲は、システムに種々の光学的パワーを与えるために変更され得る。さらに、所望の適用に依存して、シングレット１０５及び１０７の間の界面の形状は、球状、非球状又は平坦であってもよい。さらに、シングレット間の反射コーティングは５０／５０誘電コーティングである必要は無い。さらに、シングレットは、上記のようなダブレットの代わりに用いられ得る。
【００３５】
種々の実施形態が上述され、各実施形態は特定の特徴及び要素に関して説明される。しかしながら、一実施形態における特徴及び要素は、他の実施形態の他の特徴及び要素に結合されて用いられてもよく、混乱を避けるために全ての置換が明示的に説明されてはいないが、詳細な説明はそのような可能性を意図すると理解されるべきである。
【００３６】
本明細書に記載されたプロセス及び技術は、特定の装置に本質的に関連せず、構成要素の適切な組合せにより実施され得ることが理解されるべきである。さらに、汎用の装置の種々の型は、本明細書に記載された技術に従って用いられ得る。本発明は、特定の例に関連して記載され、それらの例は限定のためよりも説明のためになるあらゆることを意図している。当業者は、多くの種々の組み合わせが本発明を実施するのに適切となるであろうことを認識するであろう。
【００３７】
さらに、本発明の他の実施は、本明細書に開示された本発明の詳述及び実行から当業者に明らかであろう。記載された実施形態の種々の態様及び／又は構成要素は、単一で又は組合せで用いられ得る。明細書及び実施例は単に例示としてみなされ、本来の本発明の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲により示されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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