(57)【要約】  超薄型光学パネル、及び超薄型光学パネルの製造方法を開示する。複数のガラスシートを積層する。各シートは、透明クラッド物質でコートされていてもよいし、或いはコートされていなくてもよい。積層されコートされた複数のガラスシートを、エポキシ又は紫外線接着剤を用いて互いに固定する。そして、一様な圧力を積層体に印加し、積層体を硬化させ、積層体を切断して入口面を積層体の一方の側面に、又出口面を積層体の反対側の側面に形成する。積層体の入口面にカプラーを接着し、カプラーが接着された積層体を、上記出口面と整列された開放した前部を有する矩形の筐体内に固定する。矩形の筐体は、上記カプラーと光学的に整列された光発生器をその中に有する。光発生器は、好ましくは、入口面と平行に、又入口面に近接して配置される。これにより、筐体の奥行の低減を可能とする。このタイプの光発生器の代わりの手段は、像経路に対して高度に傾斜した光学パネル入口面の表面上に正確な像を生成するための光学系である。この光学系は、像源と、像のアナモルフィックディストーションを低減するためのアナモルフィック系／拡大器（テレスコープ）と、任意に像の台形ひずみを防止するためのテレセントリック素子と、を有する。
2007501446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像を表示像平面上にゼロより大きい入射角θにて投影するための光学系であって、
像源と、
前記像のアナモルフィックディストーションを低減するためのアナモルフィック拡大器（テレスコープ）であって、第１の方向において前記像の第１の倍率を提供し、前記第１の方向に対して垂直である第２の方向において前記像の第２の倍率を提供し、前記第１の倍率は前記第２の倍率とは異なり、第１の実質的にシリンドリカルなレンズグループ及び第２の実質的にシリンドリカルなレンズグループを有し、そして少なくとも１つの実質的に回転対称なレンズグループが、前記第１の実質的にシリンドリカルなレンズグループと前記第２の実質的にシリンドリカルなレンズグループとの間に配置されているアナモルフィック拡大器と、
を有することを特徴とする前記光学系。
【請求項２】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、反射性素子、屈折性素子、回折性素子、又はそれらの組み合わせの素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
更に、テレセントリック素子を有し、前記像源、前記アナモルフィック拡大器、及び前記テレセントリック素子は、それぞれ前記像に傾斜をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、球状、円筒状、円環状、円錐状、楕円状、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される表面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、フレネル表面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、反射性素子及び少なくとも１つのレンズを有し、該少なくとも１つのレンズは同時に前記アナモルフィック拡大器内で働くことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、ミラー及び少なくとも１つのレンズを有し、該少なくとも１つのレンズは同時に前記アナモルフィック拡大器内で働くことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、屈折性素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、回折性素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、反射性素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１１】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、ミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１２】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、反射性素子、屈折性素子、回折性素子、又はそれらの組み合わせの素子を有し、又該テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１３】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、屈折性素子を有し、又該テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は回折性素子を有し、又該テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、反射性素子を有し、又該テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１６】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、ホログラフィック素子を有し、又該テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１７】
更に、テレセントリック素子を有し、前記テレセントリック素子は、ホログラフィック素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１８】
更に、テレセントリック素子を有し、該テレセントリック素子は、ホログラフィック素子を有し、そして該ホログラフィック素子は、ボリュメトリック型、表面レリーフ型、又はそれらの型の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの実質的に回転対称なレンズグループは、２つの実質的に回転対称なレンズグループを有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２０】
前記第１の実質的にシリンドリカルなレンズグループ及び前記第２の実質的にシリンドリカルなレンズグループのそれぞれの主軸は交差しないことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２１】
前記アナモルフィック拡大器内の少なくとも２つのレンズグループは、像に傾斜をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２２】
像を表示像平面上にゼロより大きい入射角θにて投影するための光学系であって、
像源と、
前記像のアナモルフィックディストーションを低減するためのアナモルフィック系と、
テレセントリック素子と、
を有し、
前記テレセントリック素子は、反射性素子、屈折性素子、回折性素子、又はそれらの組み合わせの素子を有し、又前記テレセントリック素子は、前記表示像平面に対して垂直である光軸を有することを特徴とする前記光学系。
【請求項２３】
前記像源、前記アナモルフィック系、及び前記テレセントリック素子は、それぞれ前記像に傾斜をもたらすことを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２４】
前記テレセントリック素子は、球状、円筒状、円環状、円錐状、楕円状、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される表面を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２５】
前記テレセントリック素子は、フレネル表面を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２６】
前記テレセントリック素子は、反射性素子及び少なくとも１つのレンズを有し、該少なくとも１つのレンズは同時に前記アナモルフィック系内で働くことを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２７】
前記テレセントリック素子は、ミラー及び少なくとも１つのレンズを有し、該少なくとも１つのレンズは同時に前記アナモルフィック系内で働くことを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２８】
前記テレセントリック素子は、屈折性素子を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項２９】
前記テレセントリック素子は、回折性素子を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項３０】
前記テレセントリック素子は、反射性素子を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項３１】
前記テレセントリック素子は、ミラーを有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項３２】
前記テレセントリック素子は、ホログラフィック素子を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【請求項３３】
前記テレセントリック素子は、ホログラフィック素子を有し、該ホログラフィック素子は、ボリュメトリック型、表面レリーフ型、又はそれらの型の組み合わせであることを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、１９９９年１２月２１日に出願の米国特許出願第０９／４６８，６０２号（現在米国特許第６，４８５，１４５号）の継続出願である、２００２年４月２５日に出願の米国特許出願第１０／１３２，０２８号の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般には、ディスプレイ（表示）装置の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、対象の像をディスプレイ装置上に結合させるための光学系及び方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、対象の像を超薄型平面光学ディスプレイ装置上に結合させるための光学系及び方法に関し、この光学系及び方法は、入射像に対して傾斜しているディスプレイ装置上に像が投影されるときに一般に発生するひずみ（ディストーション，歪曲）を、低減又は排除することができる。
【背景技術】
【０００３】
背景の説明
光学スクリーンは、一般に、スクリーン上に像を投影するために陰極線管（ＣＲＴ）を用いる。標準的なスクリーンは、幅対高さの比が４：３であり、５２５本の垂直解像度を有する。電子ビームが、このスクリーン上を横切って水平及び垂直方向の両方に走査され、集合的に像を形成する多くの画素（ピクセル）を形成する。
【０００４】
通常の陰極線管は、寸法上、実用的な限界があり、又必要とされる電子銃に適応させるためにその奥行が比較的深い。一般的に種々の形態の像投影を含む、より大きなスクリーンが入手可能である。しかしながら、このようなスクリーンは、限られた視角（viewing angle）、解像度、明度（輝度）、コントラストを含む種々の視覚上の欠点を有し、又このようなスクリーンは一般に重量及び形状において比較的扱い難い。更に、どのような大きさの画面にとっても、視野のコントラストを改善するために、黒く見えることが望ましい。しかしながら、ＣＲＴは像の形成に蛍光体を使用しており、この蛍光体は黒くないため、直視用ＣＲＴが実際に黒であることは不可能である。
【０００５】
各々が第１及び第２の端部を有する積層された光学導波路によって光学パネルを作製することができる。この光学パネルにおいては、複数の第１の端部によって出口面が画成され、又複数の第２の端部によって入口面が画成される。このようなパネルは、その高さ及び幅と比較してその奥行を薄くすることができ、導波路のクラッドは、黒色表面の面積を増加させるために黒色に作製することができるが、このようなパネルは、入口面を横切って像光を分配するための高価で扱い難い投影装置を必要とすることがある。これによって、この投影装置は、パネルの全体の寸法及びコストを増加させる。
【０００６】
従って、積層された導波路パネルに対応する利点を有していながら、高価で扱い難い投影装置の使用を必要とせず、又このような装置によって余儀なくされる寸法及びコストの増大を被ることもない光学パネルに対する要求がある。
【０００７】
筐体（ハウジング）の奥行（光学パネル及び投影装置を含む。）が最小であることが望まれる光学パネルでは、一般には、投影装置はそれらの全体の規模（寸法）の制約に適応するように配置される。従って、投影装置の配置は、標的とされるパネルの入口面に対して、鋭角に指向される像経路を必要とすることがある。このように、入口面の表面は一般に像経路に対して高度に傾斜されているため、焦点が合わされ、ひずみの無い像を生成することのできる結像（画像形成）系が重要である。適切に焦点合わせ（集束，合焦）された像が望まれるだけではなく、入口面の表面上に生成される像はまた、対象から像への線形的な点間写像（マッピング）（linear point-to-point mapping）を維持する一方、オリジナルの対象のアスペクト比を保持していなければならない。
【０００８】
従って、像経路に対して高度に傾斜された入口面表面上で正確な像を生成することが可能であり、不適当に焦点合わせされた像、及びオリジナルの対象の不正確なアスペクト比及び矛盾した対象から像への線形的な点間写像をもたらす像ひずみを被ることのない、光学パネル用の光学系に対する要求がある。
【発明の開示】
【０００９】
発明の概要
本発明は、対象の像を光学パネルの表示像平面上にゼロより大きい入射角にて投影するための光学系に向けられる。前記光学系は、像源及び結像素子（要素）を有する。前記結像素子は、前記対象の像を形成する。前記光学系はまた、前記像のアナモルフィックなひずみ（アナモルフィックディストーション）を低減するためのアナモルフィック素子（要素）、及び前記像の台形ひずみを低減するためのテレセントリック素子（要素）を有する。本発明はまた、光学系と光学パネルとの組み合わせを含む表示系（ディスプレイシステム）に向けられる。
【００１０】
本発明は、像経路に対して高度に傾斜した入口面表面上に正確な像を生成し、不適当に焦点合わせされた像、及びオリジナルの対象の不正確なアスペクト比及び矛盾した対象から像への線形的な点間写像をもたらす像ひずみを被ることがない、減少した光学経路（距離）を有する光学系を提供することによって、高額で扱い難い投影装置の使用など、従来技術にて経験する問題を解決する。本発明はまた、改善されたコントラスト及び最小化された奥行などの、積層された導波路パネルに対応する利点を保持している。
【００１１】
本発明の、これらの及び他の利点、及び利益は、以下の発明の詳細な説明から明らかとなる。
【００１２】
本発明が明確に理解され、容易に実施できるように、本発明を添付の図面と関連して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の詳細な説明
本発明の図面及び説明は、本発明の明確な理解に関係する要素を例示するように単純化され、一方、明瞭さを期す目的で、一般の光学ディスプレイパネルにおいて見出される他の多くの要素は排除している。通常の当業者は、本発明の実施のためには他の要素が望まれ及び／又は要求されることを認めるであろう。しかし、このような要素は斯界にて周知であり、これらが本発明のよりよい理解を助けることはないので、そのような要素の議論はここでは提供しない。
【００１４】
図１は、光学パネル１０を示す概略等角図である。光学パネル１０は、複数の導波路１０ａを有し、各々の導波路１０ａの一端部は、その導波路の入口を形成し、又各々の導波路１０ａの反対側の端部はその導波路１０ａの出口を形成する。又、光学パネル１０は、光発生系１２、この光発生系１２と複数の導波路１０ａが内部に取り付けらる筐体（ハウジング）１４及びカプラー（結合器）１６を有する。
【００１５】
各々の導波路１０ａは水平方向に延在し、複数の積層された導波路１０ａは垂直方向に延在する。複数の入口端部は、像光２２を受光する入口面２０を画成する。複数の出口端部は、光２２を表示するための、入口面２０と実質的に平行に配置される出口面２４を画成する。光２２は、限定されるものではないが、ビデオ（映像）像２２ａなどの形態で表示することができる。
【００１６】
筐体１４は、光発生系１２と複数の導波路１０ａとを組み合わせたものよりも大きな高さの寸法にされ、複数の導波路１０ａと光発生系１２をその内部に配置することを可能にする。筐体１４は、開放した前部を有し、出口面２４を見ることを可能にし、又筐体１４の開放した前部から後部へと見て、閉じた奥行Ｄを有する。
【００１７】
光発生系１２は、導波路１０ａを通して視覚される光を供給する。光発生系１２は、光源３０及び光源３０からの入射光２２をカプラー１６へと再指向させる光再指向素子（light redirection element）３２を備えている。この光再指向素子３２は、カプラー１６と共働して、筐体１４の奥行Ｄの減少を可能にする。この減少が可能となるのは、光再指向素子３２が、複数の導波路１０ａの垂直方向の積層体に対して近接し且つ平行に筐体１４内に配置された光源３０からの光２２の向きをカプラー１６へと変え、次いでカプラー１６が光２２の向きを導波路１０ａへと鋭く変えるように形成されている場合である。カプラー１６は、複数の導波路１０ａを介して略水平方向の伝達（透過）を生起させるために、例えば像光の向きを約４５°から約９０°までの範囲内で変える作用を成すことが好ましい。又、光発生系１２は、変調器（モジュレータ）、更には結像光学部品をも備えていてよい。光発生系１２は、図２を参照して更に具体的に議論される。
【００１８】
入口面２０と出口面２４との表面が平行であることは、パネル１０及び閉囲（封入）する筐体１４を、極めて薄い奥行で作製することを可能とする。パネル１０は、入口面２０と出口面２４との間の導波路１０ａの奥行である公称厚さＴを有し、厚さＴは実質的に出口面２４の高さＨ及び幅Ｗより小さい。パネル１０は、例えば、典型的なテレビの幅と高さの比である４：３又は１６：９で形成することができる。約１００ｃｍの高さＨ及び約１３３ｃｍの幅Ｗに対して、本発明のパネルの厚さＴは約１ｃｍとすることができる。奥行Ｄは厚さＴに従って変動するが、上記実施態様において、筐体１４の奥行Ｄは、好ましくは約１２ｃｍより大きくない。
【００１９】
図２は、超薄型光学パネル１０の概略断面側面図である。パネル１０は、複数の積層された導波路１０ａ、光発生系１２、カプラー１６及び筐体１４を有する。
【００２０】
本発明の一実施態様において、光発生系１２は、光再指向素子３２と光学的に整列されたプロジェクタ（投光器）６０を有する。像は光再指向素子３２上に投影され、次いで導波路１０ａを通して伝達（透過）し、出口面２４上で表示するために、カプラー１６へ再指向される。好ましい実施態様では、プロジェクタ６０は、像光２２を入口面２０に対して略平行に投影するために入口面２０の上部（頂部）に隣接して配置され、又像光２２の向きを光再指向素子３２からカプラー１６へと変えて導波路１０ａを通して伝達（透過）させるのに十分なだけ、入口面２０から距離を置かれる。
【００２１】
プロジェクタ６０は、光２２を発生するための適当な光源３０を有していてよい。光源３０は、電球（例えば、フィラメント又はアーク型）又はレーザであってよい。プロジェクタ６０は、光２２を変調して像２２ａを形成するための変調器６２を有していてよい。変調器６２は、例えば通常の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、ＧＬＶ、レーザラスタスキャナ、ＰＤＬＣ、ＬＣＯＳ、ＭＥＭＳ、又はＣＲＴであってよい。プロジェクタ６０はまた、光再指向素子３２を越えて像光２２を水平方向及び垂直方向に分配或いは分散して、適当に集束させてカプラー１６に伝達（透過）するために、適当な像光学部品６４を有していてよい。像光学部品６４は、集束（フォーカシング，合焦）及び拡大レンズ、及び／又はミラー（鏡）を有していてよい。１つ以上、例えば２〜４個の光発生系１２を、カプラー１６の１箇所以上に光を供給するために用いることができる。像光２２をカプラー１６上で垂直方向及び水平方向の両方に拡大するために、結像光学部品６４及び光再指向素子３２の両方に対して拡大レンズを使用することができる。別法として、カプラー１６を横切って像光２２を水平方向及び垂直方向の両方にラスタリングすることによって像を形成するために、適切なラスタリング系を光発生系１２として使用することができる。
【００２２】
例示した実施態様では、光２２は、先ず、プロジェクタ６０から筐体１４内を垂直方向下方に、光再指向素子３２が取り付けられた筐体１４の底部へと投影され、次いで、カプラー１６の露出した全表面上に分散させるために、光再指向素子３２が像光２２を小さな鋭角にて垂直方向上方に再指向させる。他の実施態様では、プロジェクタ６０は、入口面２０の後ろより寧ろ入口面２０の下側に配置することができる。
【００２３】
像光２２のカプラー１６上への許容し得る入射角は、光２２の向きをパネル１０の入口面２０へと変えるカプラー１６の能力によって決まる。カプラー１６の、この向きを変える能力が大きいほど、筐体１４に必要とされる奥行Ｄを減少させるためにプロジェクタ６０をカプラー１６の近くに取り付けることができる。
【００２４】
図３は、超薄型光学パネル１０の概略水平及び垂直断面を示す。パネル１０は、複数の垂直方向に積層された光学導波路１０ａ、光発生系１２（図２参照）、カプラー１６及び筐体１４を有する。
【００２５】
複数の導波路１０ａの各導波路１０ａは、第１の屈折率を有する透明な中心（中央）のコア８０を有する。コア８０は、限定されるものではないが、例えば、プレキシガラス又はポリマーなどの、光波を通過させるのに適した斯界にて既知の如何なる材料で形成されてもよい。中心コア８０は、光学的に透過性の材料で形成することができる。即ち、光学プラスチック、例えばジェネラルエレクトリック社（General Electric Company）（登録商標）から市販されているレクサン（「Ｌｅｘａｎ」（登録商標））など、或いはＢＫ７タイプなどのガラスである。本発明の一実施態様は、個々のガラスシート（板ガラス）群を用いて実施され、ガラスシートの厚さは一般に２〜１００ミクロン（μｍ）の範囲内であり、又扱いやすい長さ及び幅であってよい。中心コア８０は、少なくとも２つのクラッド層８２の間にラミネートされる。ガラスと直接触するクラッド層８２は、コア８０の屈折率より小さな第２の屈折率を有する。これにより、光２２がコア８０を通して伝達（透過）される際に、実質的に光２２の内部全反射（全反射）が可能となる。クラッド８２は、例えば、適当なプラスチック、プレキシガラス、ガラス、接着剤、ポリウレタン、低屈折率ポリマー又はエポキシとすることができ、黒色であることが好ましい。多層クラッド層８２が使用される場合、クリア（透明）なクラッド層がガラスに接触し、黒に着色された層が隣接するクリアなクラッド層の間に配置されるのが好ましい。これにより、出口面２４の視野のコントラスト及びコア８０を通る光２２の内部反射を改善する。少なくとも１つの黒に着色された層の使用により、出口面２４での付加的な黒さを提供することによって、コントラストを改善する。更に、出口面２４における黒に着色された層の露出した縁部を観察者が直接視覚できる。加えて、出口面２４を介して軸から外れて導波路に入射する周辺光が、黒に着色された層によって内部に吸収される。黒に着色された層は、黒色噴霧塗料、又は１つ以上の黒に着色された層中の隣接するコア８０を互いに接合させるエポキシ接着剤中のカーボン（炭素）粒子を用いるなどの適当な方法にて形成することができる。クラッド層８２及びコア８０を形成する方法を以下で更に具体的に議論する。
【００２６】
好ましい実施態様の導波路１０ａは、出口面２４の幅に沿って水平方向に連続して延在する平坦なリボンの形態である。このリボン導波路１０ａは、好ましくは、出口面２４の高さに沿って垂直方向に積層される。従って、パネル１０の垂直解像度は、出口面２４の高さに沿って積層された導波路１０ａの数に依存する。例えば、５２５個の導波路の積層は、５２５本の垂直解像線を提供する。
【００２７】
複数の積層された導波路１０ａは、最初に第１のガラスシートを、大きさがこの第１のガラスシートより僅かに大きいトラフ（槽）の中に配置して形成することができる。次いで、このトラフを熱硬化性エポキシで充填することができる。このエポキシは、導波路間に黒色層を形成するために黒色であることが好ましく、それによって視野のコントラストが改善される。更に、このエポキシは、例えばガラスシートよりも小さい屈折率を有して、ガラスシート内で実質的に光２２の全反射を可能にするなどの、適当なクラッド層８２の特性を有しているべきである。トラフを充填した後に、ガラスシート８０を繰り返し積層し、エポキシ層を各々のガラスシート８０の間に形成する。この積層は、約５００〜８００枚のシートが積層されるまで繰り返すのが好ましい。次いで、この積層体に一様な圧力を加え、ガラスシート８０の間でエポキシを流動させて略一様なレベルとすることができる。本発明の好ましい実施態様では、得られる一様なレベルは、ガラスシートの間で約０．０００５１ｃｍ（０．０００２インチ）である。次いで、この積層体を、８０℃でエポキシが硬化するのに必要な時間ベーキング（bake）して硬化させる。そして、積層体を、ガラスの割れを防ぐために徐冷させる。硬化後に、積層体を、限定されるものではないが、例えばダイアモンド鋸（ソー）などの鋸に対して配置し、所望の大きさに切断（cut)する。次いで、パネル１０の切断部をダイアモンドポリッシャー（研磨材）で研磨して鋸跡（ソーマーク）を全て除去することができる。
【００２８】
本発明の別の実施態様では、複数のガラスシート８０を、このガラスよりも小さな屈折率を有する物質で個別に被覆（コート）、或いはこのような物質内に浸漬して、複数の被覆されたシートを、好ましくは黒色の接着剤又は熱硬化性エポキシを用いて互いに固定する。第１の被覆されたガラスシート１０ａを、大きさがこの第１の被覆されたガラスシートより僅かに大きなトラフに配置し、トラフを熱硬化性黒色エポキシで充填し、被覆されたガラスシート１０ａを繰り返し積層して、エポキシ層を各々の被覆されたガラスシート１０ａの間に形成する。この積層は、約５００〜８００枚のシートが積層されるまで繰り返すのが好ましい。そして、この積層体に一様な圧力を加え、その後エポキシを硬化させ、積層体を所望の大きさに切断（鋸引き：sawing）する。積層体は、曲面状又は平坦に切断することができ、又切断の後につや消し（フロスト）にするか又は研磨してもよい。
【００２９】
本発明の他の実施態様では、ガラスシート８０は、好ましくは、１．２７ｃｍ（０．５インチ）〜２．５４ｃｍ（１．０インチ）の範囲内の幅を有し、例えば３０．４８ｃｍ（１２インチ）〜９１．４４ｃｍ（３６インチ）といった取り扱いやすい長さである。シート８０は、各シート８０の間に配置される黒色の紫外線接着剤の層と共に積層される。そして、紫外線放射を使用して各接着剤層を硬化させ、この積層体を切断及び／又は研磨することができる。
【００３０】
上記各実施態様の方法は、積層体の切断及び／又は研磨の後に、積層体の入口面２０にカプラー１６を結合させること、及びカプラー１６が結合された積層体を矩形の筐体１４内に固定することを含む。積層体は、筐体１４の開放した前部が出口面２４と整列し、又筐体１４内の光発生器１２がカプラー１６と光学的に整列するように固定される。
【００３１】
光発生系１２は、カプラー１６上に入射される光２２を供給し、実質的に図２を参照して議論したようなものである。光発生系１２の光源３０は、筐体１４内に、筐体１４の容積と奥行を最小にするような適当な位置に取り付けることができる。光源３０は、好ましくは、筐体１４内において入口面２０の上部（頂部）に位置して入口面２０の直ぐ後ろに取り付けられ、最初光２２を垂直方向下方に投影し、次いで光２２の向きは光発生系１２の光再指向素子３２によって垂直方向上方に変えられて、カプラー１６と光学的に係合する。本発明の好ましい実施態様では、個々の導波路１０ａは傾斜せずに水平方向に延在し、観察者が直接視覚するために、像は導波路１０ａを通して直接に水平方向に伝達（透過）させることができる。これによって、観察者（視聴者）が光２２の全強度を受光して最大明度（輝度）を得ることを可能とする。任意に、拡散材料のシートを出口面２４上に設けてもよく、ディスプレイの視角の向上効果をもたらす。或いは、拡散材料のシートの代わりに、出口面２４それ自体内に拡散表面を形成してもよく、同様に視角の向上効果をもたらす。このように、明度を最大にするためには、光発生系１２から入射する光２２の向きは実質的に水平に変える必要がある。プリズム状カプラー１６を用いて、９０度までの角度で光の向きを変え、入口面２０に入射させることができる。本発明の一実施態様では、透過性直角フィルム(ＴＲＡＦ：Transmissive Right Angle Film)が８１度の角度にて光の向きを変える。
【００３２】
光カプラー１６は、光発生系１２から入射する光２２を入口面２０へと結合（カップリング）又は再指向させ、導波路１０ａを通して伝達（透過）させるために、入口面２０の全体に亙り隣接し、又入口面２０に適当に接合させることができる。本発明の導波路１０ａは、入射光２２を受光する受け入れ角に制限があることがあり、カプラー１６は、像光２２の向きを適当に変え、許容し得る受け入れ角内で導波路コア８０に確実に入射するように整列される。
【００３３】
本発明の好ましい実施態様においては、カプラー１６は、入口面２０の幅に沿って直線状であり、又入口面２０の高さに沿って垂直方向に離間して配置されるフレネルプリズム状溝（群）１６ａを有する。このプリズム状カプラー１６は、９０度の角度まで光の向き変えることができる。本発明の他の好ましい実施態様において、プリズム状カプラー１６は、３Ｍ社（3M Company）（登録商標）（セントポール、ミネアポリス（St. Paul, Minneapolis））から商品名ＴＲＡＦＩＩ（登録商標）で市販されているＴＲＡＦである。任意に、このプリズム状カプラー１６に極めて近接してに反射器を配置し、溝１６ａでのいかなる迷光２２をも導波路１０ａ内に反射させて戻すことができる。本発明の更に他の実施態様では、カプラー１６（又は光再指向表面）は、代わりに入口面２０それ自体内に形成してもよい。
【００３４】
カプラー１６は、回折素子１６の形態をとることもできる。回折カプラー１６は、水平方向に延在し、個々の導波路１０ａに平行な多数の小さな溝を有する回折格子を有し、この溝群は入口面２０の高さに亙り垂直方向に互いに密接に離間配置されている。カプラー１６は、限定されるものではないが、ホログラフィック素子を含む他の形態を同様にとることができる。
【００３５】
筐体１４は、導波路の積層体１０ａ及び光発生系１２を、実質的に閉鎖された囲いの中に支持している。出口面２４は外側に面して、観察者及び周囲光に露出しており、入口面２０及び隣接するカプラー１６は、筐体１４内の好ましくは黒色の表面に向かって内側に面している。これによって、出口面２４でのコントラストに更なる黒色を提供する。この付加的な黒色は、導波路１０ａ及びカプラー１６の受動的性質に起因して出口面２４で提供される。これら受動装置が黒色領域内に包囲されていると、出口面２４は、入口面２０上に入射する像光２２によって照明されていない場合黒く見える。
【００３６】
図４は、像源１１０からの像を光学パネル１０（これもまた図説の目的で図４中に示されている。）上に投影するのに用いられる光学系１００を示す、単純化された概略背面図である。光学系１００は、図２を参照して上述した光発生系１２を置き換えることができる。光学系１００は、像源１１０、結像素子（imaging element）１２０、アナモルフィック素子（anamorphic element）１３０、及びテレセントリック素子（telecentric element）１４０を有する。光学パネル１０は、図１〜３を参照して上述した実施態様のタイプのものであってよい。或いは、光学パネルは、当業者による設計的選択又は日常的なごく普通の実験に依存する異なるタイプのものであってもよい。像源１１０、結像素子１２０、アナモルフィック素子１３０、及びテレセントリック素子１４０は全て、理想的にはこの光学素子群の湾曲の中心の全てを含む単一平面に関して名目上対称である。単にここでの議論の目的のために、この平面をここでは「ｙ−ｚ平面」と呼ぶ。
【００３７】
ここで用いられる入射角θは、対象平面の中心から表示像平面の中心へ引いた直線と、表示像平面に垂直な直線との間に形成される角度として定義される。これは図５に図示されており、ここでは、投影系はミラー群ではなくレンズ群を用いる。ミラー群が投影系中の光学素子群として用いられる実施態様では、対象平面の中心から表示像平面への直線は、図６に示されるように（ここではテレセントリック素子はミラーである。）「折り返し」されるか又は「反射」される。像は表示像平面上にゼロより大きい入射角にて投影される。本発明の好ましい実施態様において、入射角θは約５０°〜８５°の範囲内にある。本発明のより好ましい実施態様においては、入射角θは約７８°である。
【００３８】
斯かる配置と関連するこの傾斜（ティルト）は本質的なものであるので、像平面の光学的な傾斜は、好ましくは、全光学列にわたって徐々に広げられる。換言すれば、光学列中の光学素子群、即ち、結像素子１２０、アナモルフィック素子１３０、及びテレセントリック素子１４０は、各々対象の像にティルト効果（傾斜）をもたらす。とはいえ、これは光学列中のただ１つ又はいくつかの光学素子を用いて達成することができる。像源１１０及び結像素子１２０は、各々ｘ軸に関して（ｘ軸周りに）ティルティング（傾斜）される。この方法における像源１１０及び結像素子１２０の両方のティルティングは、シャインプルーフの法則（Scheimflug rule）を利用して、像平面に中間のティルト効果をもたらす。
【００３９】
結像素子１２０は、対象の傾斜した像を形成する。アナモルフィック素子１３０及びテレセントリック素子１４０もまた、ｘ軸に関してティルティングされ、像平面に更なる中間のティルティング効果をもたらす。アナモルフィック素子１３０によるティルティングは、光学系１００が傾斜された像を生成するために要求されるものではないが、いくらかの程度のアナモルフィック素子１３０によるティルティングを提供することは、これにより像の品位を向上させるために有用である。
【００４０】
像源１１０は、照明された対象、例えばＬＣＤ又はＤＭＤであってよく、又は放射することのできる対象、例えばＬＥＤアレイ又はレーザであってもよい。結像素子１２０は、好ましくは回転対称な表面を有し、又ガラス又はプラスチックで構成され、これは球面又は非球面表面を含んでいる。
【００４１】
アナモルフィック素子１３０は、主に像のアナモルフィックディストーションを低減するために光学系１００中に設けられており、好ましくは、アナモルフィック素子１３０は光学系１００の光学経路（距離）内で結像素子１２０の後に配置される。とはいえ、いくつかの配置において、結像素子１２０を光学系１００の光学経路内でアナモルフィック素子１３０の後に配置することが望ましいこともある。ここでの開示の目的のためには、アナモルフィック素子は、２つの直交軸（例えば、ｘ及びｙ）のそれぞれにおいて、異なる光学的パワー（屈折力，倍率）を有するものである。
【００４２】
アナモルフィック素子１３０は、好ましくは３つの構成要素グループ、即ち、正の集束グループ１３１、負の集束グループ１３２、及び負の像拡大グループ１３３を有する。これら３つの構成要素グループの各々の中には、非球面表面を有する少なくとも１つの円筒状（シリンドリカル）の又は両側（左右）対称（bi-laterally symmetrical）な素子がある。又、個々の構成要素グループはそれぞれ、任意に、球面又は非球面のいずれかである、回転対称な表面を有する素子群を有していてよい。個々構成要素グループは、所望の補正量又はタイプに応じて、選択的に、光学系１００の中心長手光学軸１０１（図４）に対してティルティング（傾斜）されるか又は偏心化される。個々の構成要素グループに対するこれらの調整（即ち、ティルティング及び偏心化）は、日常のごく普通の実験を通して決定することができる。従って、この調整は、この開示に鑑みて当業者には明らかであろう。個々の構成要素グループのそれぞれは、光学系１００の他の残りの素子群（アナモルフィック素子１３０内の残りの個々の構成要素グループを含む。）から独立して配列又は調整することができる。例えば、負の集束グループ１３２が、光学系１００の中心長手光軸１０１に対して正の傾斜を有し、一方正の集束グループ１３１及び負の像拡大グループ１３３が、それぞれ光学系１００の中心長手光軸１０１に対して負の傾斜を有するような配列又は調整が必要となる場合がある。当然、この開示に鑑みて、他の配置も本発明の範囲内に入る。或いは、厳密に３つの構成要素グループ（アナモルフィック素子１３０内）が全ての構成において要求されるわけではない。理想的には、アナモルフィック素子１３０内の３つの構成要素グループの各々が対象の像にティルト効果をもたらすが、必要なことは、全体のティルト効果が一定の値となることであり、これはアナモルフィック素子１３０内の、より少ない或いはより多い構成要素グループを用いて達成することができる。アナモルフィック素子１３０内の構成要素グループの正確な数は、光学系の全体の配置（上述のティルティングを含む。）、入射角θの値、及び所望の像品位によって決定されてよい。
【００４３】
光学系１００中のテレセントリック素子１４０は、主に、ゼロより大きい入射角θを有する結像系においてしばしば発生する、像の台形型像ひずみ（trapezoidal image distortion）（或いは、キーストーン型ひずみ（keystone-type distortion）、即ち、台形ひずみとして知られている。）の低減又は排除のために使用される。この台形型像ひずみの防止は、本開示の全体を通した本発明の種々の実施態様における光学系において望ましいものである。テレセントリック性は、集束表面、光学系の残りの部分のいくつか又は全ての素子、及びこれらの素子群の各々の相対的な間隔／位置を含むファクターの組み合わせによって、これらの光学系に導入することができる。そのようなものとして、本開示の全体を通して、「テレセントリック素子」なる用語は、その系（システム）にテレセントリック様式で像を形成させるのに使用される場合には、素子群及び／又はこれら素子群の対応する間隔／位置の組み合わせを表すことができる。又、所望により、テレセントリック素子１４０は、任意に、対象の像に傾斜（ティルト）を導入するために用いることができ（上述したように）、又、任意に、像を焦点合わせするために用いることができる。テレセントリック素子１４０は、好ましくは、光学系１００の光学経路内で、アナモルフィック素子１３０及び結像素子１２０の後に配置される。又、テレセントリック素子１４０は、レンズ、ミラー、レンズとミラーとの組み合わせ、又は後述のその他のタイプのものを有していてよい。上述のように、テレセントリック素子１４０を図６に示されるようにミラーとして備え、光学系１００の光学経路中で折り返し効果を成すことが望ましいことがあり、これにより光学パネル１０及び光学系１００を含む筐体１４の全体の奥行Ｄ（図１〜３）を減少させる。
【００４４】
ここでの開示の目的では、テレセントリック素子は、光線を実質的に平行とするものである。換言すれば、テレセントリックミラー素子から反射された、又はテレセントリックレンズ素子から脱した光は、更に分かれることはなく（円錐形ではなく）、従って、結果として対象は無限遠から来たように見える。
【００４５】
所望の補正量又はタイプに応じて、テレセントリック素子１４０を光学系１００の中心長手光軸１０１に対してティルティング及び偏心させることが望ましいことがある。テレセントリック素子１４０に対するこれらの調整（即ち、ティルティング及び偏心化）は、日常的なごく普通の実験を通して決定することができる。従って、この調整は、この開示に鑑みて当業者には明らかであろう。好ましい実施態様において、テレセントリック素子１４０は、像の品位を向上させるために、トロイダル（トロイド状、環状面体）及び／又は非球面である非回転対称（non-rotationally symmetric）表面を備えていてよい。
【００４６】
上述して説明したようなレンズ、ミラー、又はレンズとミラーとの組み合わせとしてのテレセントリック素子１４０を設ける代わりとして、台形ひずみの低減又は排除は、電子的に行うことができる。例えば、像源１１０は、投影経路の光学部品によって引き起こされる台形ひずみを補償する「逆台形ひずみ（inverse keystone-type distortion）」を有する像を生成するように構成されたＤＭＤとすることができる。当然、このひずみ補正手法を使用して、光学系内に設けられる他のいかなるひずみ補正又は集束素子を補償することができる。この手法は、ＤＭＤ変調器に関して説明したが、ＬＣＤなどの他の変調器を用いてもよい。
【００４７】
図５は、図４に示しされるタイプの好ましい光学系１００を用いた超薄型光学パネル１０の概略断面側面図である。一般に入手可能な、例えばＺＥＭＡＸ（フォーカス  ソフトウェア社（Focus Software, Inc.）のような光学設計ソフトウェアを、光学系１００内の個々の素子群／グループ群のそれぞれの表面領域に対応する種々の特性（例えば、半径、厚さ、ガラスのタイプ、直径（倍率）、及び表面が円錐形であるかなど）を記述する補助として用いることができる。図４に示す例示的な配置において、ＺＥＭＡＸソフトウェアは、表１に示されるこれらの表面特性を記述する表面データを出力する。表面番号４〜番号１６（表１の左側欄に示される）の表面データは、結像素子１２０に相当する。表面番号１９〜番号２６、番号２９〜番号３１、及び番号３５〜番号３９の表面データは、アナモルフィック素子１３０内の正の集束グループ１３１、負の集束グループ１３２、及び負の像拡大グループ１３３にそれぞれ相当する。表面番号４３の表面データは、テレセントリック素子１４０に相当する。
【００４８】
当然、個々の素子／グループのそれぞれに対する他の表面データ値が、この開示に鑑みて当業者には明らかであり、従って光学系１００内の個々の素子群／グループ群の全体の構成及び配置（上述のティルティングを含む。）、入射角θの値、所望の像品位に応じて、日常的なごく普通の実験を通して決定することができる。
【００４９】
【表１】
2007501446.tif 000003
【００５０】
2007501446.tif 000004
【００５１】
2007501446.tif 000005
【００５２】
2007501446.tif 000006
【００５３】
2007501446.tif 000007
【００５４】
上述の光学系１００は、適正に焦点合わせされた像を光学パネル１０の入口面２０の表面に生成し、対象から像への線形的な点間写像を維持する一方で、オリジナルの対象のアスペクト比を保持する。
【００５５】
レンズ群を有する代わりに、結像素子１２０及びアナモルフィック素子１３０はそれぞれ択一的に屈折性素子、反射性素子（例えば、ミラー）、回折性素子、又はそれらの組み合わせを有していてよい。表面形状は、全体的に、又は部分的に、フレネルステップ（段差）群又はファセット（小面）群によって提供することができる。光学系１００の光学経路内における折り返し又は複数の折り返しをもたらし、これによって光学パネル１０及び光学系１００を収容する筐体１４の全体的な奥行Ｄ（図１〜３）を低減するために、結像素子１２０及び／又はアナモルフィック素子１３０をミラーとして提供すること、又は付加的なミラー素子を提供することが望まれることがある。図７〜１０に示される後述の実施態様は、これらの設計の選択肢をも組み込むことができる。
【００５６】
図７〜１０に開示される系を記述するのに用いられる座標系は、ｘ軸を垂直方向、ｙ軸を水平方向とした、右回りのデカルト座標系（直交座標系）（right-hand Cartesian coordinate system）である。系内の各レンズグループの全ての傾斜は、実質的にｘ−ｚ平面内にある。ｘ−ｚ平面はまた、系のための対称面であると見なされる。この系における傾斜は、正のｙ方向が上を指向し、正のｚ方向が右を指向するように系を見た時に、それらが反時計方向である場合には正の傾斜であると見なされる。系全体の光軸は、対象平面の中心と像平面の中心とを結ぶ線であるとして定義される。折り返された系（即ち、少なくとも１つの反射性表面を組み込んだ系）の場合は、光軸は対応して折り返される。
【００５７】
本開示における光学系は、単純な従来の２つの交差したシリンダー（円筒）の系（即ち、その主軸が互いに垂直なシリンダー群。例えば、バイザー（Beiser）に対する米国特許第６，０１２，８１６号に記載されたアナモルフィックシリンドリカルレンズ群ｃh及びｃvを参照。）が、アナモルフィックディストーションが補正された像を傾斜した像平面に生成することができる、ということを考慮することによって導き出される。しかし、２つの交差したシリンダーの系は、商業用の像投影系に要求される高い品質の像を生成することはできない。本発明においては、従来の交差したシリンダーの系を、交差していない（即ち、その主軸が互いに垂直ではない）２つの実質的にシリンドリカルな素子（例えば、図７及び８のそれぞれにおいてレンズグループ１及び４として、又図１０においてレンズグループ１及び３として示される。）、及びこの２つの実質的にシリンドリカルな素子の間の少なくとも１つの実質的に回転対称な素子によって置換した。図７及び８はそれぞれ、レンズグループ２及び３を実質的に回転対称なレンズグループとして示す。一方、図１０に示す実施態様においては、レンズグループ２が、単独の実質的に回転対称なレンズグループである。このグループ構成は、とりわけ、傾斜した像平面上にアナモルフィックディストーションを補正された像を生成する能力を保持しながら、系内の光学収差を補正することを可能とする。
【００５８】
対象平面と像平面とが傾斜した系は、一般的に、１ではない有効垂直倍率（magnification）と有効水平倍率との比率として定義されるアナモルフィックディストーションを被る。傾斜した像平面を備えた系の有効倍率は、下記式で定義される。
【００５９】
【数１】
2007501446.tif 000008
【００６０】
但し、ｍv、ｍhは、それぞれ光学系の垂直倍率、水平倍率であり、ａ、ｃは、それぞれ系全体の光軸に対する、対象の傾斜角（ティルトアングル）、像平面の傾斜角である。従来の交差したシリンダーの系の有効焦点距離は、下記式によって与えられる。
【００６１】
【数２】
2007501446.tif 000009
【００６２】
但し、ＯＩは、対象と像との距離、ＥＦＬv、ＥＦＬhは、それぞれ垂直シリンドリカルレンズの垂直有効焦点距離、水平シリンドリカルレンズの水平有効焦点距離である。対象の傾斜角（ａ）、水平集束シリンダーの傾斜角（ｂh）、垂直集束シリンダーの傾斜角（ｂv）、及び像平面の傾斜角（ｃ）は、下記式の関係を有する。
【００６３】
【数３】
2007501446.tif 000010
【００６４】
式（１）〜（３）の解は、傾斜した平面上にアナモルフィックディストーションの無い像を形成するのに必要とされる一次特性を系に与える。
【００６５】
従来の交差したシリンダーの系は、合理的に（適度に）大きなＯＩ距離に対して、対象平面及びシリンダー群の傾斜角が小さいという利点を有する。しかし、系が低いｆ／＃（Ｆナンバー）での高性能な動作ができないことが主な欠点である。全体的な交差シリンダー設計形態が、存在する光学収差を補正するその能力が本質的に制限されるためである。
【００６６】
上述の従来の交差したシリンダーの系をより詳細に検討すると、本発明を理解するために使用することのできる教示的な例に発展させることができる。従来の系を傾斜されていない対象平面（ａ＝０度）で検討することによって、この従来の系を単純化することができる。この教示的な例の系の目的は、傾斜した像平面（ｃ＝７８度）上にアナモルフィックディストーション無しで像を生成することである。下記表２に示す情報を用いることにより、その他のシステムパラメータについて解いて、従来の系の一次モデルを得ることができる。
【００６７】
【表２】
2007501446.tif 000011
【００６８】
対角線１２．７ｍｍでｆ／２．５の系については、垂直集束レンズ及び水平集束レンズの両方が＞３０度の視野を有する必要がある。小さいｆ／＃（Ｆナンバー）及び大きな視野を有するシリンドリカルレンズは、設計及び製造の両方が難しい。
【００６９】
上述の不都合を克服するために、従来の２つの交差したシリンダーの系は、２つの実質的に平行なシリンドリカル素子及び少なくとも１つの実質的に回転対称な素子の系によって置換することができる。
【００７０】
上述の２つの交差したシリンダーの系を、系内の光学収差の補正を可能とし、又系内の個々のシリンドリカル素子に必要とされる光学的パワー（屈折力，倍率）を低減する、３つ又はそれ以上のレンズグループを備えた系へと変質させる。回転対称素子は、単独のレンズグループであってもよく、或いは２つの別個のレンズグループを有していてもよい。
【００７１】
４グループの系（図７及び８参照。）においては、従来の２つの交差したシリンダーの系から、それぞれのシリンドリカル素子を実質的にシリンドリカルなグループ及び実質的に回転対称なグループへと変質させることによって、各シリンドリカル素子のパワー及び傾斜角を低減することができる。この方法で、各シリンドリカル素子の光学的パワーを、各回転対称素子を通して展開することができる。これを達成するために、正に集束させる回転対称グループ（図７においてグループ２として示される。）を、正の水平に集束させるシリンドリカルグループ（グループ１）と組み合わせた。このグループ１とグループ２との組み合わせは、従来の交差したシリンダーの系の水平に集束させるシリンドリカルレンズを置換する。又、負又は正のいずれかに集束させるものであってよい回転対称グループ（グループ３）を、負の水平に集束させるシリンドリカルグループ（グループ４）と組み合わせた。このグループ３とグループ４との組み合わせは、従来の交差したシリンダーの系の垂直に集束させるシリンドリカルレンズを置換する。本発明のこれらの実施態様において、グループ３の光学的パワーは、グループ４の水平方向における光学的パワーと等しく又符号が逆である。又、グループ３とグループ４との組み合わせの光学的パワーは、垂直方向において正となり又水平方向においてゼロとなる。これらの実施態様において、グループ１とグループ２との組み合わせが、水平方向における実質的に全ての光学的パワーを提供することになる。垂直方向における光学的パワーは、グループ１及びグループ４が垂直方向において実質的に光学的パワーを有しない場合、グループ２とグループ３との組み合わせによって実質的に完全に提供されることになる。又、この構成を用いることで、グループ４における負のパワーを増大することが可能となり、これによりグループ４を、水平方向における逆望遠レンズ系（reverse telephoto lens system）の、前方の負の素子として機能させることが可能となる。これはまた、グループ４の焦点距離を増大させることを可能とする。
【００７２】
本発明の光学系は、実質的にシリンドリカルな２グループのレンズ群を有する。これらの実質的にシリンドリカルなレンズグループ群は、実質的に回転対称な少なくとも１つのグループのレンズ群を取り囲む。各レンズグループの光軸は、実質的にｘ−ｚ平面内にある。実質的にシリンドリカルなレンズグループ及び実質的に回転対称なレンズグループの各々の傾斜は、実質的にｘ−ｚ平面内にある。プラスチック又は光学ガラスであり、又実質的にシリンドリカルな表面を一方の側面、実質的に回転対称な非球面の表面を他の側面に有する、３つの素子（即ち、図７においてグループ１、２及び４のそれぞれに１つずつ、又図１０においてグループ１、２及び３のそれぞれに１つずつ）が存在することが好ましい。系内の各グループの傾斜は全て、入射光の中心線に関して比較的小さい。系内の偏心もまた、入射光の中心線に関して小さい。少なくとも１つの実質的に回転対称なグループは、ただ１つの実質的に回転対称なグループから成っていてもよく、或いはより好ましくは少なくとも２つの実質的に回転対称なグループを有していてもよい。２つ又はそれ以上の実質的に回転対称なグループを利用する時は、光学系の収差補正特性における付加的な向上が生じる。小さな偏心及び傾斜は、光学系内の全ての素子を最小の複雑さのものとすることができ、これにより製造容易化を可能とすることができる点で有利である。交差したシリンダーの系から始め、そして系の光学的パワーの大部分を実質的に回転対称な光学系へと移動させることで、これらの利点に到達した。垂直方向における実質的に全てのパワーを少なくとも１つの実質的に回転対称な系へと移動させ、又水平方向における光学的パワーを２つの実質的にシリンドリカルなグループ及び少なくとも１つの実質的に回転対称なグループを通して展開（拡大）した。このような方法で、水平方向においてより短い焦点距離の光学系、及び垂直方向においてより長い焦点距離の光学系を達成することができる。垂直方向と水平方向とにおける光学的パワーの比率は、系内のアナモルフィックディストーションを補正するメカニズムを提供する。任意に、この光学系を実質的にテレセントリックな素子と組み合わせる場合には、系内の台形ひずみをも防ぐことができる。テレセントリック素子は、屈折性、回折性、反射性、又はそれらの組み合わせである素子であってよい。テレセントリック素子は、ホログラフィック（例えば、ボリュメトリック型（volumetric type）、表面レリーフ型（surface-relief type）、又はそれらの組み合わせなど）のものであってもよく、或いは択一的に又は付加的に球状（スフェリカル）、円筒状（シリンドリカル）、円環状（トーリック）、円錐状（コニック）、楕円状（エリプティカル）、又はそれらの組み合わせである表面を有していてもよい。表面形状は、全体的に、又は部分的に、フレネルステップ（段差）群又はファセット（小面）群によって提供することができる。図９に示す実施態様では、テレセントリック素子は、その光軸２９１が観察面（viewing screen）に対して垂直である反射性の円錐状表面２４０を有する。
【００７３】
図７の実施態様
下記表３に示すＺｅｍａｘの処方により記述された図７に示す系の処方においては、座標系はｚ軸に関して９０度回転した。これにより、対称面をｘ−ｚ平面にする。この系の水平軸はｙ軸であり、又垂直軸はｘ軸である。
【００７４】
この系内には、４グループの屈折性光学部品と、１つの反射性表面（図示せず）とがある。各グループは、系の光軸に関して傾斜及び偏心されている。グループ内のレンズ群は、そのグループの共通の軸に沿って整列されている。
【００７５】
この系内のグループ１は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内にはまた、１つの回転対称な表面があり、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００７６】
この系内のグループ２は、グループ１と平行なその光軸に整列される。これは、系の最適な性能にとっての要件ではない。グループ２の光学的パワーは、実質的に回転対称である。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内には３つの回転対称な球状素子、水平方向においてパワーを有する１つの非球面のシリンドリカルな表面、及び１つの回転対称な非球面表面がある。このグループ内の回転対称な球状素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００７７】
この系内のグループ３は、負のパワーを有する単一の回転対称ガラス素子から成る。
【００７８】
この系内のグループ４は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は負である。このグループ内にはまた、１つの回転対称な表面があり、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００７９】
この系内の反射性表面は、回転対称な球状表面の一部分である。この素子は、系内の台形ひずみの防止を可能とする。
【００８０】
各グループにおける光学ガラスの使用は、各グループ内での色収差の補正を可能とする。そのパワーの大部分を水平方向において有する２つのグループ（従って、それらはアナモルフィックである。）の使用は、水平方向において像を拡大することによって系内のアナモルフィックディストーションの補正を可能とする。
【００８１】
当然、下記表３に示すＺｅｍａｘの処方に関して、個々の素子／グループのそれぞれに対する他の表面データ値が、この開示に鑑みて当業者には明らかであり、従って光学系内の個々の素子群／グループ群の全体の構成及び配置（上述のティルティングを含む。）、入射角θの値、所望の像品位に応じて、日常的なごく普通の実験を通して決定することができる。
【００８２】
【表３】
2007501446.tif 000012
【００８３】
2007501446.tif 000013
【００８４】
2007501446.tif 000014
【００８５】
2007501446.tif 000015
【００８６】
2007501446.tif 000016
【００８７】
図８及び９の実施態様
下記表４に示すＺｅｍａｘの処方により記述された図８及び９に示す系の処方においては、座標系はｚ軸に関して９０度回転した。これにより、対称面をｘ−ｚ平面にする。この系の水平軸はｙ軸であり、又垂直軸はｘ軸である。
【００８８】
この系内には、４グループの屈折光学部品と、１つの反射性表面（図９に示される素子２４０）がある。各グループは、系の光軸に関して傾斜及び偏心されている。グループ内のレンズ群は、そのグループの共通の軸に沿って整列されている。
【００８９】
この系内のグループ１は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内にはまた、１つの回転対称な表面があり、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００９０】
この系内のグループ２は、グループ１と平行なその光軸に整列される。これは、系の最適な性能にとっての要件ではない。グループ２の光学的パワーは、実質的に回転対称である。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内には３つの回転対称な球状素子、水平方向においてパワーを有する１つの非球面のシリンドリカルな表面、及び１つの回転対称な非球面表面がある。このグループ内の回転対称な球状素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００９１】
この系内のグループ３は、負のパワーを有する単一の回転対称なガラス素子から成る。
【００９２】
この系内のグループ４は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は負である。このグループ内にはまた、１つの回転対称な表面があり、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【００９３】
この系内の反射性表面２４０は、回転対称な楕円状表面の一部分である。反射性表面２４０の光軸２９１は、スクリーン（画面）の表面に対して垂直に整列される。反射性素子は、系内の台形ひずみの防止を可能とする。
【００９４】
各グループにおける光学ガラスの使用は、各グループ内での色収差の補正を可能とする。そのパワーの大部分を水平方向において有する２つのグループ（従って、それらはアナモルフィックである。）の使用は、水平方向において像を拡大することによって系内のアナモルフィックディストーションの補正を可能とする。
【００９５】
当然、下記表４に示すＺｅｍａｘの処方に関して、個々の素子／グループのそれぞれに対する他の表面データ値が、この開示に鑑みて当業者には明らかであり、従って光学系内の個々の素子群／グループ群の全体の構成及び配置（上述のティルティングを含む。）、入射角θの値、所望の像品位に応じて、日常的なごく普通の実験を通して決定することができる。
【００９６】
【表４】
2007501446.tif 000017
【００９７】
2007501446.tif 000018
【００９８】
2007501446.tif 000019
【００９９】
2007501446.tif 000020
【０１００】
2007501446.tif 000021
【０１０１】
2007501446.tif 000022
【０１０２】
図１０の実施態様
下記表５に示すＺｅｍａｘの処方により記述された図１０に示す系の処方においては、座標系はｚ軸に関して９０度回転した。これにより、対称面をｘ−ｚ平面にする。この系の水平軸はｙ軸であり、又垂直軸はｘ軸である。
【０１０３】
この系内には、３グループの屈折性光学部品と、１つの反射性表面（図示せず）とがある。各グループは、系の光軸に関して傾斜及び偏心されている。グループ内のレンズ群は、そのグループの共通の軸に沿って整列されている。
【０１０４】
この系内のグループ１は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内にはまた、１つの回転対称な表面があり、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【０１０５】
この系内のグループ２は、グループ１と平行なその光軸に整列される。これは、系の最適な性能にとっての要件ではない。グループ２の光学的パワーは、実質的に回転対称である。このグループの光学的パワーの符号は正である。このグループ内には３つの回転対称な球状素子、水平方向においてパワーを有する１つの非球面のシリンドリカルな表面、及び１つの回転対称な非球面表面がある。このグループ内の回転対称な球状素子群は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【０１０６】
この系内のグループ３は、その光学的パワーの大部分を水平方向において有する。このパワーは、これも水平方向におけるパワーを有する、ｙ方向における湾曲（曲率）を備えた３つのシリンドリカル素子、及び１つの非球面のシリンドリカルな表面によって提供される。このグループの光学的パワーの符号は負である。１つの回転対称な球状素子及び１つの回転対称な表面もまた存在し、これはこの場合は非球面状である。このグループ内のシリンドリカル素子群及び回転対称な球状素子は、全て光学ガラスで作製される。非球面の回転対称な表面及び非球面のシリンドリカルな表面を有するレンズは、ポリマー材料を含む。
【０１０７】
この系内の反射性表面は、回転対称な球状表面の一部分である。この素子は、系内の台形ひずみの防止を可能とする。
【０１０８】
各グループにおける光学ガラスの使用は、各グループ内での色収差の補正を可能とする。そのパワーの大部分を水平方向において有する２つのグループ（従って、それらはアナモルフィックである。）の使用は、水平方向において像を拡大することによって系内のアナモルフィックディストーションの補正を可能とする。
【０１０９】
当然、下記表５に示すＺｅｍａｘの処方に関して、個々の素子／グループのそれぞれに対する他の表面データ値が、この開示に鑑みて当業者には明らかであり、従って光学系内の個々の素子群／グループ群の全体の構成及び配置（上述のティルティングを含む。）、入射角θの値、所望の像品位に応じて、日常的なごく普通の実験を通して決定することができる。
【０１１０】
【表５】
2007501446.tif 000023
【０１１１】
2007501446.tif 000024
【０１１２】
2007501446.tif 000025
【０１１３】
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【０１１４】
2007501446.tif 000027
【０１１５】
（表１、表３、表４及び表５中の記号）
SURFACE DATA SUMMARY：表面データ概要，SURFACE DATA DETAIL：表面データ詳細，Surf：表面，Type：型（タイプ），Radius：半径，Thickness：厚さ，Glass：ガラス，Diameter：直径，Conic：円錐，STANDARD：標準，IRREGULA：不規則，COORDBRK：コーディネートブレーク，BICONICX：バイコニックス（双円錐），EVENASPH：イーブンアスフェリカル（一様非球面），TOROIDAL：トロイダル，Infinity：無限大，POLYCARB：ポリカーボネート，ACRYLIC：アクリル系，MIRROR：ミラー，Surface：表面，Decenter：偏心，Tilt：傾斜（ティルト），Tilt about X (Y, Z)：Ｘ（Ｙ，Ｚ）に関する傾斜，Order：順序，Decenter then tilt：偏心して傾斜， Tilt then decenter：傾斜して偏心，Aperture：開口，Rectangular Aperture：矩形開口，Half Width：半値幅，Coeff on〜：〜の係数，Rad of rev.：回転半径，Maximum term：最大期間，Spherical：球状，Astigmatism：非点収差，Coma：コマ。
【０１１６】
本開示の全体を通して言及した個々の素子（例えば、レンズ）は、１以上のより大きな素子の部分として働くことができる。例えば、図７及び８のそれぞれにおけるグループ４内のレンズ群（及び図１０におけるグループ３内のレンズ群）は、アナモルフィック素子の部分として働くことができると共に、テレセントリック素子の部分としても働くことができる。
【０１１７】
当業者は、本発明の多くの修飾及び変形を実施し得ることを認めるであろう。上述の説明及び特許請求の範囲は、そのような修飾及び変形の全てを包含するものとして意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、超薄型光学パネルを示す概略等角図である。
【図２】図２は、超薄型光学パネルの概略断面側面図である。
【図３】図３は、プリズム状カプラーを使用した超薄型光学パネルの概略水平及び垂直断面図である。
【図４】図４は、光学パネルに関連する光学系を示す単純化した概略背面図である。
【図５】図５は、テレセントリックレンズ素子を有する好ましい光学系を使用した超薄型光学パネルの概略断面側面図である。
【図６】図６は、テレセントリックミラー素子を有する他の好ましい光学系を使用した超薄型光学パネルの概略断面側面図である。
【図７】図７は、本発明の他の好ましい実施態様に従う４グループのレンズ系を有する光学系を示す概略断面側面図である。
【図８】図８は、本発明の他の好ましい実施態様に従う、光軸が表示像平面に対して垂直なテレセントリック反射性素子（図示せず）と関連して用いられる、４グループのレンズ系を有する光学系を示す概略断面側面図である。
【図９】図９は、４グループのレンズ系、及び光軸が表示像平面に対して垂直なテレセントリック反射性素子を有する光学系を表す図８に示す光学系の概略断面側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の好ましい実施態様に従う、３グループのレンズ系を有する光学系を示す概略断面側面図である。
【図１】
2007501446.tif 000028
【図２】
2007501446.tif 000029
【図３】
2007501446.tif 000030
【図４】
2007501446.tif 000031
【図５】
2007501446.tif 000032
【図６】
2007501446.tif 000033
【図７】
2007501446.tif 000034
【図８】
2007501446.tif 000035
【図９】
2007501446.tif 000036
【図１０】
2007501446.tif 000037
【国際調査報告】
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