(57)【要約】  光学要素は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の所定の波長の光を受光するように構成された光学面を含む。光学面は、反時計回り方向に順次番号付けされた４つのデカルト四分円を画定する垂直軸及び水平軸によって画定される。光学面の第１の長手方向セクションは垂直軸を中心とし、光学面の第２の長手方向セクションは水平軸を中心とする。第１及び第２の長手方向セクションはそれぞれ、光学面の対向する縁部間に延び、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスを有する。光学要素は、４つの個別リターダセクションを含む。各リターダセクションは、光学面のそれぞれのデカルト四分円上に配置されており、光学面の実質的に一様なリターダンスとの、ゼロよりも大きいリターダンス差を有する。
2021500629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の所定の波長λの光を受光するように構成された光学面であって、反時計回り方向に順次番号付けされた４つのデカルト四分円を画定する垂直軸及び水平軸によって画定された光学面と、
前記垂直軸を実質的に中心とした第１の長手方向セクションと、
前記水平軸を実質的に中心とした第２の長手方向セクションであって、前記第１及び第２の長手方向セクションがそれぞれ前記光学面の対向する縁部間に延び、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスδを有する、第２の長手方向セクションと、
４つの個別リターダセクションであって、各リターダセクションが前記光学面のそれぞれのデカルト四分円上に配置されており、
各個別のリターダセクションが、ゼロよりも大きいδとのリターダンス差θを有する、４つの個別リターダセクションと
を備える、光学素子。
【請求項２】
θが約０．２λ未満である、請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
第１及び第３の個別リターダセクションがδを上回るようにリターダンス差θ＋を有し、第２及び第４の個別リターダセクションがδを下回るようにリターダンス差θ−を有する、請求項１に記載の光学要素。
【請求項４】
前記第１及び第２の長手方向セクションがそれぞれ、同一の一様な光学厚さΛを有し、各個別のリターダセクションが、ゼロよりも大きいΛとの光学厚さの差εを有する、請求項１に記載の光学要素。
【請求項５】
光学レンズ上に配置されたリターダを更に備え、前記光学面が前記リターダの主面の一部分である、請求項１に記載の光学要素。
【請求項６】
少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、
前記１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、
前記１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、前記所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、前記部分反射体及び前記反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、
前記折り返し光共振器の内側に配置された第１のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置された第２のリターダ層と、
請求項１に記載の光学要素を含む第３のリターダ層と
を備える、光を透過するための光学系。
【請求項７】
少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、
前記１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、
前記１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、前記所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、前記部分反射体及び前記反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、
前記折り返し光共振器の内側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備える光学系であって、
像が前記光学系の入力端において受光され、前記光学系の出力端で検出されたときに、前記光学系の前記出力端における前記像の最大コントラスト変化が、前記第３のリターダ層を有さない比較光学系の出力端で検出された像よりも少なくとも５％小さくなる、光学系。
【請求項８】
前記１つ以上の光学レンズの前記少なくとも１つの主面が曲面である、請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
観察者に対象物を表示するための光学系であって、
少なくとも１つの湾曲した主面を有する１つ以上の光学レンズと、
前記１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、
前記１つ以上の光学レンズの別の第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、前記所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、前記部分反射体及び前記反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、
前記折り返し光共振器の内側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において実質的に一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備え、
表示装置から放射された前記所定の波長の像光線が前記反射型偏光子へまず入射し、前記像光線が第１の反射率（ρ）で実質的に反射され、前記像光線が次に前記反射型偏光子へ入射するとき、前記像光線が第１の透過率（τ）で実質的に透過され、前記第３のリターダ層が前記第１の反射率を増大させることになる、光学系。
【請求項１０】
少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、
前記１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、
前記１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、前記所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、前記部分反射体及び前記反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、
前記折り返し光共振器の内側に配置され、前記所定の波長において一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、
前記折り返し光共振器の外側に配置され、前記所定の波長において一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備える光学系であって、
前記第１の偏光状態を有する一様に偏光した明視野像が前記光学系に入射し、前記反射型偏光子及び前記部分反射器のそれぞれにおいて少なくとも一度反射された後に前記光学系を出て行くときに、前記出て行く像が出口開口を埋め、前記開口を埋める前記像が、第１の偏光状態を有する第１の像成分を有し、前記第１の像成分の最大強度が、前記第３のリターダ層を有さない比較光学系よりも少なくとも１０％小さくなる、光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学要素に関する。特に、本開示は、複数のセグメントを有する光学リターダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系は、反射型偏光子、部分反射体、及び位相リターダを利用することがある。このような光学系は、ヘッドマウント表示装置において有用である。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書のいくつかの態様では、光学要素が提供される。光学要素は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の所定の波長の光を受光するように構成された光学面を含む。光学面は、反時計回り方向に順次番号付けされた４つのデカルト四分円を画定する垂直軸及び水平軸によって画定される。光学面の第１の長手方向セクションは垂直軸を中心とし、光学面の第２の長手方向セクションは水平軸を中心としている。第１及び第２の長手方向セクションは、それぞれ光学面の対向する縁部間にわたって延び、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスを有する。光学要素は、４つの個別リターダセクションを含む。各リターダセクションは、光学面のそれぞれのデカルト四分円上に配置されており、各リターダセクションは、実質的に一様な光学面のリターダンスとの、ゼロよりも大きいリターダンス差を有する。
【０００４】
本明細書のいくつかの態様では、上述の光学要素は光学系に含まれる。光学系は、１つ以上の光学レンズと、反射型偏光子と、部分反射体と、第１のリターダ層と、第２のリターダ層と、第３のリターダ層とを含む。１つ以上の光学レンズは、少なくとも１つの主面を有する。反射型偏光子は、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する。部分反射体及び反射型偏光子は、これらの間に折り返し光共振器を画定する。反射型偏光子は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する。部分反射体は、１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する。部分反射体は、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する。第１のリターダ層は、折り返し光共振器内に配置され、第２及び第３のリターダ層は、折り返し光共振器の外側に配置される。第３のリターダ層は、上述の光学要素を含む。
【０００５】
本明細書のいくつかの態様では、光学系は、１つ以上の光学レンズ、反射型偏光子、部分反射体、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第３のリターダ層を含む。１つ以上の光学レンズは、少なくとも１つの主面を有する。反射型偏光子は、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する。部分反射体及び反射型偏光子は、これらの間に折り返し光共振器を画定する。反射型偏光子は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する。部分反射体は、１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する。部分反射体は、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する。第１のリターダ層は、折り返し光共振器内に配置され、第２及び第３のリターダ層は、折り返し光共振器の外側に配置される。第１及び第２のリターダ層は、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有し、第３のリターダ層は、所定の波長において実質的に一様でないリターダンスを有する。
【０００６】
本明細書のいくつかの態様では、上述の光学系は、像が光学系の入力端において受光され、光学系の出力端において検出されるときに、光学系の出力端における像が、第３のリターダ層を有さない比較の光学系の出力端で検出された画像よりも最大コントラスト変動が少なくとも５％小さくなるように構成される。
【０００７】
本明細書のいくつかの態様では、上述の光学系は、第１の偏光状態を有する一様に偏光した明視野像が光学系に入射し、反射型偏光子及び部分反射体のそれぞれにおいて少なくとも一度反射された後に光学系を出て行くときに、出て行く像が出口開口を埋め、開口を埋める像が、第１の偏光状態を有する第１の像成分を有し、第１の像成分の最大強度が、第３のリターダ層を有さない比較光学系よりも少なくとも１０％小さくなるように構成される。
【０００８】
本明細書のいくつかの態様では、上述の光学系は、第１の偏光状態を有する一様に偏光した明視野像が光学系に入射し、反射型偏光子及び部分反射体のそれぞれにおいて少なくとも一度反射された後に光学系を出て行くときに、出て行く像が出口開口を埋め、開口を埋める像が、第１の偏光状態を有する第１の像成分を有し、第１の像成分の最大強度が、第３のリターダ層を有さない比較光学系よりも少なくとも１０％小さくなるように構成される。
【０００９】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の明細書に示す。本発明のその他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図中の同様の符号は、同様の要素を示している。点線は任意選択的な又は機能的な構成要素を示し、破線は表示されていない構成要素を示す。
【００１１】
【図１】光を透過するための光学系の概略断面図である。
【００１２】
【図２】個別リターダセグメントを含む光学要素の概略正面図である。
【００１３】
【図３Ａ】様々な形状を有する個別リターダセグメントの概略正面図である。
【図３Ｂ】様々な形状を有する個別リターダセグメントの概略正面図である。
【図３Ｃ】様々な形状を有する個別リターダセグメントの概略正面図である。
【図３Ｄ】様々な形状を有する個別リターダセグメントの概略正面図である。
【００１４】
【図４Ａ】個別リターダセクションを含む光学系における、個別リターダセクションのリターダンスに対する明視野と暗視野の輝度比のグラフである。
【００１５】
【図４Ｂ】個別リターダセクションを含む光学系における、個別リターダセクションのリターダンスに対する光漏れのグラフである。
【００１６】
【図４Ｃ】個別リターダセクションを含む光学系における、個別リターダセクションのリターダンスに対する屈折力の変化のグラフである。
【００１７】
【図５Ａ】個別リターダセクションを含まない光学系からの暗視野像の輝度の等高線図である。
【００１８】
【図５Ｂ】個別リターダセクションを含む光学系からの暗視野像の輝度の等高線図である。
【００１９】
【図５Ｃ】個別リターダセクションを含まない光学系からの明視野画像の輝度の等高線図である。
【００２０】
【図５Ｄ】個別リターダセクションを含む光学系からの明視野画像の輝度の等高線図である。
【００２１】
【図６】光を透過するためのシミュレーションされた光学系の概略断面図である。
【００２２】
【図７Ａ】光を透過するためのシミュレーションされた光学系の概略断面図である。
【００２３】
【図７Ｂ】１／４波長リターダ上の個別リターダセグメントを含むシミュレーションされた光学要素の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示の原理によれば、１つの光学系が、光学表示装置のコントラストを改善するための光学要素を含み得る。この光学要素は、所定の波長の光を受光するように構成された光学面を含む。光学要素は、一様なリターダンスの光学面の部分、及び異なるリターダンスの光学面の部分を含む。光学要素は、光学面の対向する縁部間にわたって延びる第１及び第２の長手方向セクションを含み、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスを有する。光学要素は、４つの個別リターダセクションを含み、これらはそれぞれ光学面に配置されており、長手方向セクションの実質的に一様なリターダンスとの、ゼロよりも大きいリターダンス差を有する。
【００２５】
上述の光学要素は、１つの光学系で使用して、その光学系のコントラストを改善することができる。光学系は、反射型偏光子層、部分反射層、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第３のリターダ層を含むことができ、それぞれが、１つ以上の光学レンズの少なくとも１つの主面、又は別の層の上に配置される。部分反射体及び反射型偏光子は、これらの間に折り返し光共振器を画定する。反射型偏光子は、所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する。部分反射体は、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する。第１のリターダ層は、折り返し光共振器内に配置され、第２及び第３のリターダ層は、折り返し光共振器の外側に配置される。第３のリターダ層は、上述の光学要素を含む。
【００２６】
本明細書によれば、一様でないリターダンスを有する光学要素を使用して、一部の光学系に存在する様々な光学的欠陥を補正することができ、したがって、改善された光学性能を得ることができる。波長板及び反射型偏光子などの光学系の偏光構成要素では、偏光構成要素の相違、又は偏光構成要素に斜めの角度で入射する光に対する偏光構成要素の挙動の相違を作ることなどによって、光学系の誤差及び不整合が生じることがある。例えば、標準的な１／４波長リターダを使用する光学系では、反射型偏光子の局所遮断状態と反射型偏光子に最初に入射する光線の偏光状態との間、及び／又は反射型偏光子の局所通過状態と反射型偏光子に２回目の入射をする光線の偏光状態との間にずれがあり得る。このようなずれは、例えば、反射型偏光子が湾曲した形状に形成されたときの、反射型偏光子の局所的な通過軸及び遮断軸のシフトにより生じ得る。別の例として、表示装置などの光源が実質的に平行にされていない光を生成する光学系において、高入射角の光線は、コントラストを低減できるように、１つ以上の１／４波長リターダの表面から部分的に吸収される、又は透過することができる。
【００２７】
本明細書によれば、一様でないリターダンスを有する光学要素は、光学系に入る光を遅延させることができ、それにより、光学系を通って伝播し、光学系の出口と結合した偏光構成要素の表面に入射する光線は、その偏光の所望の偏光状態とより密に整合するようになり得る。例えば、光軸に沿って進む光線は、反射型偏光子の表面に垂直に入射するとき、実質的に遮断されるか又は透過することができるが、反射型偏光子の表面に斜めに入射する光線は、遮断状態では反射型偏光子を部分的に透過し、通過状態では反射型偏光子層から部分的に反射することがあり、これにより光学系のコントラストを低減させることができる。空間的に変化する一様でないリターダンスを用いて光漏れを補正するように構成された光学要素を含むことにより、光学系のコントラストを増大させることができる。光学要素は、簡単な製造技法を使用して製造することができる。例えば、個別リターダセクションは、補正を必要とする光線に関連する光学表面の空間的位置に一様でないリターダンスを作り出すために、１／４波長リターダなどの光学表面に貼り付けることができる。別の例として、光学系が、特定の視野を有する特定の光源を用いるなど、異なる光学要素を用いて再構成可能な光学要素は、既存の光学系に追加できる別個の構成要素とすることができる。
【００２８】
図１は、光を透過するための光学系１０００の概略断面図である。光学系１０００は、光学レンズ２１０、４１０、３１０、５１０、及び６１０と、反射型偏光子層２２０（「反射型偏光子」とも呼ばれる）と、部分反射体層３２０（「部分反射体」とも呼ばれる）と、第１のリターダ層４２０と、第２のリターダ層５２０と、第３リターダ層６２０（それぞれ、「第１のリターダ」、「第２のリターダ」、及び「第３のリターダ」とも呼ばれる）とを含む。
【００２９】
図１の例では、対象物１００は、偏光状態１４０を有する光線１３６を放射する。第３のリターダ層６２０を通過した後、光線１３６は偏光状態１４１を有しており、次に、第２のリターダ層５２０及び部分反射体層３２０を通過した後、光線１３６は偏光状態１４２を有しており、次に、第１のリターダ層４２０を通過した後、反射型偏光子層２２０に最初に入射するときに、光線１３６は偏光状態１４３を有しており、次に、第１のリターダ層４２０を再び通過し、部分反射体層３２０から反射した後、光線１３６は偏光状態１４４を有しており、次に、光線１３６は、第１のリターダ層４２０を再度通過して偏光状態１４５になり、反射型偏光子層２２０に２回目の入射をする。図１はまた、光線１３８を概略的に示す。光線１３８は光軸１２１に沿って伝播し、原点５２２でリターダ層５２０を通過し、原点４２２でリターダ層４２０を通過し、原点２２１で反射型偏光子２２０を通過する。偏光状態１４０及び１４３は、図１に示されたｘ−ｙ−ｚ座標系を基準として、ｘ方向に分極した電界を有するものとして図１に概略的に示されている。しかし、これらの偏光状態のどちらか又は両方は、ｘ方向に沿って直線偏光されている以外の何らかの状態であり得る。例えば、偏光状態１４１が直線偏光である場合、偏光状態１４３は、リターダ層４２０、５２０、６２０のリターダンスに応じて楕円偏光になり得る。
【００３０】
光学系１０００の構成要素は、光学レンズ２１０、３１０、４１０、５１０、及び６１０のうちの１つ以上の主面に配置することができる。他の実施形態では、反射型偏光子層２２０、部分反射体層３２０、及びリターダ層４２０、５２０、及び６２０は、図１に図示された実施形態に示されたものとは異なる主面に配置される。例えば、反射型偏光子層２２０、部分反射体層３２０、及びリターダ層４２０、５２０、及び６２０のうちの任意の１つ以上が、それぞれのレンズの反対側の主面に配置されることがある。別の例として、これらの層のうちの１つ以上が、これらの層のうちの別のものの上に配置されてもよい。光学レンズ２１０は、互いに反対側の第１の主面２１２及び第２の主面２１４を有し、光学レンズ３１０は、互いに反対側の第１の主面３１２及び第２の主面３１４を有し、光学レンズ４１０は、互いに反対側の第１の主面４１２及び第２の主面４１４を有し、光学レンズ５１０は、互いに反対側の第１の主面５１２及び第２の主面５１４を有し、光学レンズ６１０は、互いに反対側の第１の主面６１２及び第２の主面６１４を有する。
【００３１】
光学レンズ２１０、３１０、４１０、５１０、及び６１０は、例えばアクリル樹脂又はガラスなどの任意の適切なレンズ材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、光学レンズは、インサート成形法で作られる。例えば、反射型偏光子層２２０を所望の形状に形成することができ、次に、光学レンズを反射型偏光子層２２０の上にインサート成形することができる。任意のタイプの適切なレンズが使用されてよい。いくつかの実施形態では、光学系のレンズのうちの１つ以上が、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、正メニスカスレンズ、負メニスカスレンズ、可変屈折率レンズ（例えば、屈折率分布型レンズ）、及びフレネルレンズのうちの１つである。追加の光学レンズが含まれてもよいこと、並びに、光学レンズの１つの構成について説明した属性の多くが光学レンズの他の構成に適用されることが理解されよう。
【００３２】
光学系１０００は、光軸１２１を有する。光学系の光軸、表示システム、又は光学系の光学レンズ若しくは光学要素は、その系、レンズ又は光学要素の中心付近の軸として理解することができ、この場合、その光軸に沿って伝播する光線は、これらレンズ及び／又は光学要素を最小屈折度で通過し、それにより、その光軸に近接してはいるが、異なる軸に沿って伝播する光は、屈折度が大きくなる。いくつかの実施形態では、１つ以上の光学レンズ２１０、３１０、４１０、５１０、６１０のそれぞれは、１つ以上の光学レンズ２１０、３１０、４１０、５１０、６１０のそれぞれの頂点を通る光軸１２１を中心とする。光軸１２１に沿った光線は、屈折することなく、又は実質的に屈折することなく、光学レンズ及び／又は光学要素を通過することができ、そのため、表面に入射する光線と表面を透過する光線との間の角度は、光学系の任意の主面において１５度以下である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、光学系１０００は、観察者１１０に対象物１００を表示する。対象物１００は、例えば、表示装置又は表示装置上の画像であり得る。適切な表示装置の例としては、例えば、液晶表示装置（liquid crystal display、ＬＣＤ）及び有機発光ダイオード（organic light emitting diode、ＯＬＥＤ）表示装置が挙げられる。あるいは、対象物１００は、観察者１１０の環境内の対象物などの、表示装置以外の何らかの対象物であり得る。対象物１００が表示装置である実施形態では、光学系１０００は、表示装置と共に表示システムと呼ばれることがあり、あるいは、光学系１０００は、表示装置を含むものとして記述されることがある。いくつかの実施形態では、対象物１００は、偏光出力を生成する表示パネルである。いくつかの実施形態では、光がリターダ層６２０に入射するときに偏光状態１４０を有しているように、対象物１００からの光を偏光する前置偏光子が設けられる。いくつかの実施形態では、対象物１００は、周辺光を光学系１０００に向けて反射することによって光１３６を放射する、観察者１１０の環境内の対象物である。
【００３４】
光学系１０００は、反射型偏光子層２２０を含む。図１の例では、反射型偏光子層２２０は、光学レンズ２１０の主面２１４上に配置され、これと合致するが、他の実施形態では、反射型偏光子層２２０が光学系１０００の別の主面に配置されてもよい。
【００３５】
反射型偏光子２２０は、所定の波長又は所定の波長範囲において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過するように構成することができる。例えば、反射型偏光子層２２０は、所定の波長又は所定の波長範囲内において第１の偏光状態を有する光の少なくとも６０パーセントが偏光子から反射される場合に、所定の波長又は所定の波長範囲内において第１の偏光状態を有する光を実質的に反射すると言うことができる。反射型偏光子層２２０は、所定の波長又は所定の波長範囲内において第２の偏光状態を有する光の少なくとも６０パーセントが反射型偏光子を透過する場合に、所定の波長又は所定の波長内において第２の偏光状態を有する光を実質的に透過すると言うことができる。
【００３６】
所定の波長範囲は、光学系又は表示システムが動作するように設計された波長範囲とすることができる。所定の波長は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内とすることができる。例えば、所定の波長範囲は、可視範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）とすることができる。別の例として、所定の波長範囲は、１つ以上の可視波長範囲を含むことがある。例えば、所定の波長範囲は、２つ以上の狭い波長範囲が結合したもの（例えば、表示パネルの発光色に対応する、分離した赤色、緑色、及び青色の波長範囲が結合したもの）とすることができる。このような波長範囲は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１７／００６８１００号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に更に記載されている。いくつかの実施形態では、所定の波長範囲は、他の波長範囲（例えば、赤外（例えば、近赤外（約７００ｎｍ〜約２５００ｎｍ））、又は紫外線（例えば、近紫外（約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ））、並びに可視波長範囲を含む。いくつかの実施例では、所定の波長は、光学系のコントラスト比が改善される波長とすることができる。例えば、リターダ層４２０、５２０、及び６２０のリターダンスは、リターダ層４２０、５２０及び／又は６２０のいずれかのリターダンスを選択することによりコントラストを改善できるように、波長と関連付けることができる。
【００３７】
本明細書で説明される光学系のいずれかに使用される反射型偏光子のどれも直線反射型偏光子とすることができ、これは、第１の直線偏光状態を有する光を反射するように、かつ第１の直線偏光状態に直交する第２の直線偏光状態を有する光を透過するようになっていてもよい。適切な反射型偏光子の例としては、例えば、ポリマー多層光学フィルム及びワイヤグリッド偏光子が挙げられる。本明細書の光学系のいずれかに使用される反射型偏光子のどれも、熱成形ポリマー多層光学フィルムでもよい成形（例えば、熱成形）反射型偏光子とすることができる。このポリマー多層光学フィルムは、交互になっている複数の第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含み得る。適切なポリマー多層反射型偏光子は、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）及び米国特許第６，６０９，７９５号（Ｗｅｂｅｒら）に記載されている。反射型偏光子を複合曲線になるように形成する方法は、参照により本明細書に既に組み込まれている米国特許出願公開第２０１７／００６８１００号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、及び２０１６年９月２日に出願され、本明細書に矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる国際出願第ＵＳ２０１６／０５００２４号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載されている。
【００３８】
反射型偏光子層２２０は、ポリマー多層反射型偏光子であってもよく、頂点で実質的に一軸に配向された少なくとも１つの層を有していてもよい。いくつかの実施形態では、反射型偏光子層２２０はまた、少なくとも１つの層を含み、この層は、光軸から離れた少なくとも１つの層上の少なくとも１つの第１の位置では実質的に光学的二軸性であり、光軸から離れた少なくとも１つの第２の位置では実質的に光学的一軸性である。ポリマー多層光学フィルムを成形（例えば、熱成形）して、反射型偏光子層２２０を得ることができる。この光学フィルムは初めに、ｙ方向に沿った遮断軸に合わせて一軸配向された少なくとも１つの層を有している。成形中に、この光学フィルムは、ツールの形状に合致するように引き伸ばされる。光学フィルムは、所望の形状が２つの直交軸の周りで湾曲しているので引き伸ばされる。これとは対照的に、１つの軸周りだけで湾曲した形状に合致させるために、光学フィルムを引き伸ばす必要はない。この成形法では、光学フィルムを第１の位置で実質的に一軸配向のままにしておくことができるが（フィルムを成形中、フィルムは、この位置で配向方向に沿って引き伸ばされているので）、第２の位置では光学フィルムが成形されるときに伸びるので二軸配向となる。
【００３９】
光学系１０００は、部分反射層３２０を含み得る。図１の例では、部分反射層３２０は、光学レンズ３１０の主面３１４に配置され、これと合致するが、他の例では、部分反射層３２０が光学系１０００の別の主面に配置されることがある。
【００４０】
部分反射層３２０は、光学系１０００では任意の適切な反射率を有することができる。いくつかの実施形態では、部分反射層３２０は、所定の波長又は所定の波長範囲において、それぞれ３０％〜７０％の範囲内の平均光反射率及び平均光透過率を有する。例えば、部分反射層３２０は、ハーフミラーでもよい。所定の波長範囲内の平均光反射率及び平均光透過率は、特に明示しない限り、所定の波長範囲についての、並びに光反射率及び光透過率それぞれの偏光についての、垂直入射で決定された非加重平均を指す。所定の波長における平均光反射率及び平均光透過率は、特に明示しない限り、光反射率及び光透過率それぞれの偏光についての、垂直入射で決定された非加重平均を指す。
【００４１】
部分反射層３２０は、任意の適切な部分反射体とすることができる。例えば、部分反射体層３２０は、金属（例えば、銀又はアルミニウム）の薄層を透明基板（例えば、次にレンズに貼り付けることができるフィルム、あるいは基板はレンズでもよい）の上にコーティングすることによって構築することができる。部分反射体３２０はまた、例えば、薄膜誘電体コーティングをレンズ基板の表面に堆積させることによって、又は金属コーティングと誘電体コーティングを合わせたものをレンズ基板の表面に堆積させることによって、形成することもできる。いくつかの実施形態では、部分反射体層３２０は、反射型偏光子であってもよく、あるいは偏光依存反射率を有していてもよい。いくつかの例では、部分反射体層３２０は、誘電体部分反射体層である。
【００４２】
反射型偏光子層２２０及び部分反射体層３２０は、折り返し光共振器７００を画定することができる。折り返し光共振器７００は、反射型偏光子層２２０又は部分反射体層３２０のどちらかで第１の偏光状態の光を受光するように、かつ反射型偏光子層２２０及び部分反射体層３２０のそれぞれの表面で光を反射するように、かつ光が受光された反射型偏光子層２２０又は部分反射体層３２０の他方から第１の偏光状態の光を透過するように、構成することができる。反射型偏光子層２２０と部分反射体層３２０の両方から光を反射することによって、光路は、第１の方向に押し縮める（すなわち、「折り返す」）ことができ、又は反対の第２の方向には押し縮めなくてもよく、折り返し光共振器７００のサイズを低減することができる。いくつかの例では、観察者及び対象物１００に対する反射型偏光子層２２０及び部分反射体層３２０の相対位置を図１の例示的な光学系１０００から反転できるように、折り返し光共振器が反転されることがある。
【００４３】
いくつかの例では、光学系１０００の表面は、追加の反射防止層を含むことがある。例えば、反射防止層は、第１のリターダ層４２０、第２のリターダ層５２０、及び光学レンズ２１０の第２の主面２１２のうちの１つの上に配置することができる。別の例として、第１のリターダ層４２０又は第２のリターダ層５２０のどちらかが、図１に示すような独立型光学要素である場合、それぞれのリターダ層の表面、及びそれぞれの光学レンズ４１０又は５１０の第２の主面が、反射防止コーティングでコーティングされてもよい。
【００４４】
光学系１０００は、第１のリターダ層４２０、第２のリターダ層５２０、及び第３のリターダ層６２０（一括して「リターダ層４２０、５２０、６２０」と呼ばれる）を含み得る。図１の例では、第１のリターダ層４２０は、折り返し光共振器７００の光学レンズ４１０の主面４１４に配置され、これと合致し、第２のリターダ層５２０は、折り返し光共振器７００の外側の光学レンズ５１０の主面５１４に配置され、これと合致し、第３のリターダ層６２０は、折り返し光共振器７００の外側の光学レンズ６１０の主面６１４に配置され、これと合致する。しかし、他の例では、リターダ層４２０、５２０、及び６２０のいずれかが、光学系１０００内の別の主面に配置されることがある。例えば、第１のリターダ層４２０は、主面２１４の反対側の反射型偏光子層２２０の上に配置することができ、かつ／又は第２のリターダ層５２０及び第３のリターダ層６２０は、主面３１４の反対側の部分反射体層３２０上に配置されてもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、リターダ層４２０、５２０、及び６２０のいずれかが、湾曲した主面に配置されることがある。いくつかの実施形態では、湾曲した主面は、１つの軸周りに湾曲しているか、又は２つの直交軸周りに湾曲している。いくつかの実施形態では、リターダ層４２０、５２０、及び６２０のいずれかが実質的に平面であり得る。実質的に平面の層とは、層が名目上は平面であるが、例えば、通常の製造ばらつきに起因していくらか湾曲していることがある、又は（例えば表示パネルの）画像表面から光学系の止め面までの距離の少なくとも１０倍の曲率半径を有していることがある、ということを意味するものと理解されてよい。いくつかの実施形態では、第３のリターダ層６２０は、表示パネルの上、又は屈折力を有さない平面基板の上に配置される。
【００４６】
場合によっては、リターダ層４２０、５２０、６２０は、例えば、別々の速軸及び遅軸を有する多数の層を備えた多数の積層リターダ層を含んでもよい。この場合、リターダ層の有効なリターダンス並びに有効な速軸及び遅軸は、リターダに入射する偏光及びリターダを透過した偏光に対して入射光の偏光状態を透過光の偏光状態に変換する、従来の単一層リターダのリターダンス並びに速軸及び遅軸配向として定義することができる。このようなリターダ層のリターダンスとは、この有効リターダンスのことを指す。単一層を有するリターダでは、有効な速光軸及び遅光軸とは、単一層の速光軸及び遅光軸のことであり、有効リターダンスとは、単一層のリターダンスのことである。リターダの有効な速軸及び遅軸に対して平行な、又は９０度回転した速軸及び遅軸を各層が有する、多数の層を有するリターダでは、垂直入射光に対する有効リターダンスは、それぞれの速軸及び遅軸がリターダの有効な速軸及び遅軸と平行である層のリターダンスの合計から、それぞれの速軸及び遅軸がリターダの有効な速軸及び遅軸に対して９０度回転している層のリターダンスの合計を引いたものになる。
【００４７】
光学系１０００に使用されるリターダ層は、フィルム若しくはコーティング、又はフィルムとコーティングを合わせたものとすることができる。適切なフィルムの例としては、例えば、Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ，ＣＯ）から入手可能なものなどの、複屈折ポリマーフィルムリターダが挙げられる。リターダ層を形成するのに適切なコーティングの例としては、米国特許出願公開第２００２／０１８０９１６号（Ｓｃｈａｄｔら）、同第２００３／０２８０４８号（Ｃｈｅｒｋａｏｕｉら）、同第２００５／００７２９５９号（Ｍｏｉａら）及び同第２００６／０１９７０６８号（Ｓｃｈａｄｔら）、並びに米国特許第６，３００，９９１号（Ｓｃｈａｄｔら）に記載されている線状光重合性ポリマー（linear photopolymerizable polymer、ＬＰＰ）材料及び液晶ポリマー（liquid crystal polymer、ＬＣＰ）材料が挙げられる。適切なＬＰＰ材料にはＲＯＰ−１３１ＥＸＰ３０６ＬＰＰが含まれ、適切なＬＣＰ材料にはＲＯＦ−５１８５ＥＸＰ４１０ＬＣＰが含まれ、両方ともＲＯＬＩＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌｔｄ（スイス、Ａｌｌｓｃｈｗｉｌ）より入手可能である。
【００４８】
第１のリターダ層４２０及び第２のリターダ層５２０はそれぞれ、反射型偏光子層２２０についての文脈で論じられる所定の波長などの、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有し得る。リターダ層又はリターダ層セグメントは、リターダ層のリターダンスの変動がリターダ全体のリターダンスの最大差よりも実質的に小さい場合、実質的に一様なリターダンスを有するものとして記述されることがある。例えば、実質的に一様なリターダンスを有するリターダとは、リターダンスの最大差が２０％以下であることを意味すると理解されてよい。
【００４９】
いくつかの例では、第１のリターダ層４２０及び第２のリターダ層５２０のそれぞれは、実質的に１／４波長リターダとすることができる。指定された波長において実質的に１／４波長リターダとして記述されたリターダ層は、そのリターダ層が、リターダ層の表面積の少なくとも８０パーセントに垂直入射する非偏光に対して、指定された波長の１／４の５パーセント以内のリターダンスを有していることを意味すると理解されてよい。リターダ層は、第１の波長で実質的に１／４波長リターダであってもよく、別の第２の波長において１／４波長とは実質的に異なるリターダンスを有してもよい。第２の波長において１／４波長とは実質的に異なるリターダンスとは、そのリターダンスが第２の波長の１／４の５パーセント以内ではないことを意味すると理解されてよい。１／４波長リターダは、空間的に一様な配向を有し得る。
【００５０】
いくつかの例では、リターダ層４２０及び５２０は、実質的に一様な光学厚さを有する。例えば、リターダ層４２０及び５２０は、同じ材料から構築して実質的に同じリターダンスを与えることができる。いくつかの例では、リターダ層５２０は、リターダ層４２０とは異なる物理的厚さを有する。リターダ層のそれぞれが約１／４波長のリターダンスを有するようにするために、異なるリターダ層に別々の材料が使用される場合には、別々の物理的厚さを用いることが望ましいことがある。
【００５１】
第３のリターダ層６２０は、一様でないリターダンスを有し得る。リターダ層は、リターダ層のリターダンスの変動が、上記の一様なリターダンスなどの一様なリターダンスを示すリターダンスの最大差よりも大きい場合、実質的に一様でないリターダンスを有するものとして記述されることがある。例えば、実質的に一様でないリターダンスを有するリターダ層とは、そのリターダ層のリターダンスの最大差が２０％を超えることを意味すると理解されてよい。
【００５２】
いくつかの例では、第３のリターダ層６２０は、第３のリターダ層６２０で一様でないリターダンスを生成するための個別リターダセクションを含むことがある。第３のリターダ層６２０は、全体として一様でないリターダンスを有することがあるが、各個別リターダセクションは、その個別リターダセクション全体にわたって一様なリターダンスを有し得る。図２は、個別リターダセクションを含む、図１の第３のリターダ層６２０などの光学要素６００の概略正面図である。
【００５３】
光学要素６００は、反射型偏光子層２２０についての文脈で記述される所定の波長などの、所定の波長の光を受光するように構成された光学面６３０を含む。光学面６３０は、光学レンズ、波長板などの光学要素の様々な表面を含み得る。いくつかの例では、光学面６３０は、光学要素の表面全体に延びることがあり、他の例では、光学面６３０は、画像に伴う光を受光する光学要素の主面の一部分などの、光学要素の一部分に限定されることがある。いくつかの例では、所定の波長は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内にあり得る。光学面６３０は、垂直軸６３２及び水平軸６３４によって画定され得る。垂直軸６３２及び水平軸６３４により、４つのデカルト四分円（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ）を画定することができる。図２の例では、デカルト四分円は、反時計方向に順次番号付けされている。
【００５４】
光学面６３０は、垂直軸６３２を実質的に中心とする第１の長手方向セクション６３６と、水平軸６３４を実質的に中心とする第２の長手方向セクション６３８とを含み得る。第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８はそれぞれ、光学面の対向する縁部間に延び得る。第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８は、補正が不要であり得る光線を受光するように構成された光学要素６００の一部分であってもよい。例えば、第１の長手方向セクション６３６若しくは第２の長手方向セクション６３８、又はその両方に入射する光線は、光学系１０００内のずれによって実質的に影響を受けないように光学系１０００を通って伝播し得る。
【００５５】
第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８は、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンス（δ）を有し得る。実質的に一様なリターダンスとは、第１及び第２の長手方向セクション６３６及び６３８のそれぞれにおけるリターダンスの最大変動（領域内の最大リターダンスから最小リターダンスを引いたもの）が、それぞれの長手方向セクションにおけるリターダンスの最大変動の１０％以下であり得ることを意味すると理解されてよい。光学面６３０が光学レンズの表面である例では、実質的に一様なリターダンスはゼロであり得る。光学面６３０が第２のリターダ層５２０などの１／４波長リターダの表面である例では、実質的に一様なリターダンスは、第２のリターダ層５２０の１／４波長リターダンスであり得る。いくつかの例では、第１の長手方向セクションン６３６及び第２の長手方向セクショ６３８は、光学面６３０の表面積の少なくとも１０％を覆う。
【００５６】
第３のリターダ層６２０は、複数の個別リターダセクションを含み得る。個別リターダセクションは、光学面６３０の個別セクションを覆うリターダセクションでもよい。いくつかの例では、複数の個別リターダセクションは、物理的に接触している２つのリターダ部分がないように物理的に別々にすることができる。いくつかの例では、複数の個別リターダセクションのうちの２つ以上が、物理的に接触又は接合されていることがあるが、光学面６３０の個別部分を覆うことができる。
【００５７】
図２の例では、第３のリターダ層６２０は、第１のリターダセクション６２０Ａ、第２のリターダセクション６２０Ｂ、第３のリターダセクション６２０Ｃ、及び第４のリターダセクション６２０Ｄを含む、４つの個別リターダセクションを含む。各個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、光学面６３０のそれぞれのデカルト四分円Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ上に配置することができる。
【００５８】
各個別リターダセクションは、第１の長手方向セクション６２６及び第２の長手方向セクション６２８の実質的に一様なリターダンスδとの、ゼロよりも大きいリターダンス差θを有し得る。いくつかの例では、各個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、第１の長手方向セクション６２６及び第２の長手方向セクション６２８の実質的に一様なリターダンスとの、実質的に一様なリターダンス差を有する。例えば、各個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、第１の長手方向セクション６２６及び第２の長手方向セクション６２８のリターダンスとは約０．２λのリターダンス差を有し得る。
【００５９】
いくつかの例では、個別リターダセクションのリターダンス差は、ゴースト画像、コントラスト比、光漏れ、屈折力などを、それだけには限定されないが含む、いくつかの要素に応じて選択することができる。例えば、図４Ａ〜４Ｃに見られるように、コントラスト及び暗視野光漏れは、個別リターダセクションのリターダンス差が増加するにつれて増加し得るが、明視野の屈折力は減少し得る。特定の適用例では、光漏れの低減及びコントラストの増加は、例えば、明視野輝度の低減で相殺することができる。いくつかの例では、リターダンス差は、約０．２λ未満である。例えば、０．２λは、十分な屈折力及び／又は輝度を維持しながら、改善されたコントラストと有利に対応付けることができる。いくつかの例では、リターダンス差は、約０．１λ未満であり得る。例えば、０．１λは、小さい視野を有する折り返し光学系の改善されたコントラストと有利に対応付けることができる。
【００６０】
リターダンス差θは、正のリターダンス差θ＋又は負のリターダンス差θ−であり得る。個別リターダセクションが正のリターダンス差を含むか、それとも負のリターダンス差を含むかは、光学系１０００を通る光の所望の偏光状態によって決まり得る。例えば、第３のリターダ層６２０の特定の個別リターダセクションは、時計回りの楕円偏光が要望される場合には正のリターダンス差を有することができ、反時計回りの楕円偏光が要望される場合には負のリターダンス差を有することができる。いくつかの例では、第３リターダ層６２０の２つの個別リターダセクションは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８のリターダンスδとの正のリターダンス差θ＋を有することがあり、第３のリターダ層６２０の他の２つの別個のリターダセクションは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８のリターダンスδとの負のリターダンス差θ−を有することがある。例えば、第１の個別リターダセクション６２０Ａ及び第３の個別リターダセクション６２０Ｃは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８のリターダンスとの＋０．２λのリターダンス差を有することがあり、第２の個別リターダセクション６２０Ｂ及び第４の個別リターダセクション６２０Ｄは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８のリターダンスとの−０．２λのリターダンス差を有することがあり、又はその逆になることがある。
【００６１】
リターダンスとは、特定の個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄ、又は長手方向セクション６３６、６３８での平均リターダンスを意味し得ることが理解されよう。例えば、特定の波長に関して、第１の長手方向セクション６３６と第２の長手方向セクション６３８は、δに実質的に等しい平均リターダンスを有することがあるが、各個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、第２の個別リターダセクション６２０Ｂと第４の個別リターダセクション６２０Ｄなどでは、θ＋に実質的に等しい平均リターダンスを、あるいは、第１の個別リターダセクション６２０Ａと第３の個別リターダセクション６２０Ｃなどでは、θ−に実質的に等しい平均リターダンスを有することがある。
【００６２】
第３のリターダ層６２０のリターダンスは、光学厚さと相関関係があり得る。指定された有効な速光軸又は遅光軸に対するリターダ層の光学的厚さとは、指定された有効な速光軸又は遅光軸に沿った層の屈折率に層の厚さをかけたものの、リターダの各層にわたる合計を指す。いくつかの例では、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８はそれぞれ、同一の実質的に一様な光学厚さΛを有する。いくつかの例では、個別リターダセクションのそれぞれは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８の実質的に一様な光学厚さΛとの、ゼロよりも大きい光学厚さ差εを有する。いくつかの例では、第３のリターダ層６２０の２つの個別リターダセクションは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８の光学厚さΛとの正の光学厚さ差ε＋を有することがあり、第３のリターダ層６２０のそれ以外の２つの個別リターダセクションは、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８の光学厚さΛとの負の光学厚さ差ε−を有することがある。
【００６３】
個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄの相対サイズは、光軸に直交する平面からの平面視で決定される光学面６３０の表面積に換算して記述することができる。いくつかの実施形態では、平面視で、光学面６３０は面積Ａを有し、それにより、個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、約Ａ／１０〜約２Ａ／３の範囲内の合わせた面積を有し、かつ個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄのそれぞれは、約Ａ／４０〜約Ａ／６の範囲内の面積を有する。いくつかの例では、各個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、光学面６３０のそれぞれのデカルト四分円Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶの表面積の少なくとも２０％を覆う。いくつかの例では、個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄの表面被覆率は、視野が増加するにつれて個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄの各々の表面被覆率が増加するように、表示装置８８０の視野と関連付けることができる。
【００６４】
第３のリターダ層６２０の個別リターダセクションは、様々な形状を有し得る。図３Ａ〜３Ｄは、様々な形状を有する個別リターダセグメントの概略正面図である。図３Ａは、直角及び正方形の辺を含む直角三角形を有する個別リターダセクション６２２を示す。個別リターダセクション６２２は、例えば、正方形の画像を受光する光学面に使用することができる。図３Ｂは、直角及び長方形の辺を含む直角三角形を有する個別リターダセクション６２４を示す。個別リターダセクション６２４は、例えば、広角画像を受光する光学面に使用することができる。図３Ｃは、直角、正方形の辺、及び円形の斜辺を含む四半分円形を有する個別リターダセクション６２６を示す。個別リターダセクション６２６は、例えば、湾曲している光学面に使用することができる。図３Ｄは、直角、正方形の辺、及び凹形の斜辺を含む逆四半分円形を有する個別リターダセクション６２８を示す。使用できる他の形状の例としては、円、正方形、三角形などが、これだけには限らないが挙げられる。例えば、図７Ｂに示されるように、四半分ではなく、完全な形を使用することができる。個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、及び６２０Ｄの形状を選択するために使用されることがある要素の例としては、視野、表示装置１００の形状、光の入射角などが、これだけには限らないが挙げることができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、光学面６３０の周囲を実質的に覆うように成形されることがある。個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄが光学面６３０の周囲の少なくとも５０パーセントを覆っている場合、個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、光学面６３０の周囲を実質的に覆っていると言うことができる。例えば、図２の例では、個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、光学面６３０の周囲の少なくとも８０％を覆っているが、後述する図７Ｂの例では、個別リターダセクション８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄは、第２のリターダ層８２０の周囲の約７０％を覆っている。
【００６６】
１つの光学系に関して説明した光学要素６００の諸特性（例えば、個別リターダセクションを介した一様でないリターダンス）はまた、この光学系に対応するが異なる個数の光学レンズを有する、又は１つ以上の光学レンズの別々の主面に様々な層が配置されている、他の光学系にも適用されることが理解されよう。第３のリターダ層６２０は、光学要素６００として光学レンズ６１０の光学面に配置されていると説明したが、第３のリターダ層６２０は、様々な光学面に配置されることがある。例えば、第３のリターダ層６２０は、第２のリターダ層５２０などのリターダの光学面に配置されることがある。いくつかの例では、第３のリターダ層６２０は、第３のリターダ層６２０及び１／４波長偏光子を例えば、折り返し光共振器７００などの折り返し光共振器と一緒に使用できるように、１／４波長リターダ上に配置されることがある。
【００６７】
個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄは、原子層堆積、接着、及び光学面に個別リターダセクションを形成できる任意の他の技術をこれらに限定されないが含む、様々な方法を使用して光学面に配置することができる。いくつかの例では、個別リターダセクションは、光学面とは別個に形成され、光学面に貼り付けられることがある。いくつかの例では、光学要素６００を製造する方法は、光学面６３０の対向する縁部間にそれぞれ延びる、かつ実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスδを有する、第１の長手方向セクション６３６及び第２の長手方向セクション６３８を光学面が含むように、４つの個別リターダセクション６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃ、６２０Ｄを光学面６３０に結合することを含む。例えば、個別リターダセクションは、リターダンス差θに等しい一様なリターダンスを有している、かつ諸形状に加工されているリターダ層として形成されてもよい。個別リターダセクションは、所望の構成で光学面６３０に位置付けることができる。例えば、２つの個別リターダセクションが正のリターダンス差θ＋を有するように、これら２つの個別リターダセクションを光学面６３０の対向する２つの角部に位置付けることができ、他の２つの個別リターダセクションは、これら他の２つの個別リターダセクションが負のリターダンス差θ−を有するように、光学面６３０の対向する他の２つの角部に配置することができる。個別リターダセクションは、光学接着剤を使用することなどによって、光学面６３０に貼り付けることができる。
【００６８】
光学要素６００は、図１の光学系１０００などの光学系に使用して、コントラストを改善することができる。例えば、対象物１００は、光学系１０００の入力端を画定することができ、ユーザ１１０は、光学系１０００の出力端を画定することができる。光学系１０００の入力端で受光された画像は、光学系１０００の出力端で検出することができる。光学系１０００の出力端で検出された画像は、コントラスト変動を有し得る。例えば、図５Ｂ及び図５Ｄにおいて、画像７８４Ｂ及び７８４Ｄはそれぞれ、コントラスト比を一緒に規定する輝度の変動を有し、ここでコントラストは、明視野輝度／暗視野輝度として規定される。画像７８４Ｄの明視野輝度は、かなり均一であり得るが、画像７８４Ｂの暗視野輝度は、非常に不均一であり、そのためコントラスト変動が大きい。
【００６９】
いくつかの例では、第３のリターダ層６２０は、像が光学系１０００の入力端において受光され、光学系１０００の出力端において検出されるときに、光学系１０００の出力端における像が、第３のリターダ層を有さない比較の光学系の出力端において検出された像よりも最大コントラスト変動が少なくとも５％小さくなるように構成することができる。例えば、図５Ａ及び図５Ｃでは、画像７８４Ａ及び７８４Ｃそれぞれが、コントラスト比を規定する輝度の変動を有する。図５Ａ〜５Ｄの例に見られるように、第３のリターダ層６２０などの補正リターダ層は、明るい状態の画像の一部分の輝度を低減できる一方で、この補正リターダ層は、コントラスト変動が補正リターダ層８１０なしの比較の光学系よりも小さくなるように、暗い状態の画像の一部分の輝度を大幅に低減することができる。
【００７０】
光学要素６００は、図１の光学系１０００などの光学系に使用して、光学系の反射型偏光子に入射する光線の反射率を改善することができる。例えば、物体１００から放射された光線１３６は、最初に反射型偏光子層２２０に入射し、第１の反射率（ρ）で実質的に反射され得る。光線１３６が反射型偏光子層２２０に２回目に入射するとき、光線１３６は、第１の透過率（τ）で実質的に透過することができる。
【００７１】
いくつかの例では、第３のリターダ層６２０は、表示装置から所定の波長で放射された画像光線が反射型偏光子に最初に入射するとき、画像光線が第１の反射率（ρ）で実質的に反射されるように、かつ、画像光線が反射型偏光子に２回目に入射するとき、画像光線が第１の透過率（τ）で実質的に透過し、この第３のリターダ層が第１の反射率を増加させるように構成することができる。上で論じたように、第３のリターダ層６２０は、光学系において偏光状態の位相シフトを引き起こし得るずれを補正することができる。第３のリターダ層６２０は、反射型偏光子層２２０に最初に入射する光線を反射型偏光子層２２０の遮断状態とより正確に整合させることができるように光線を位相シフトすることができ、それにより光線は反射させることができ、反射型偏光子は、第３のリターダ層６２０がない比較の光学系よりも高い反射率を有することができる。いくつかの例では、第３のリターダ層６２０を光学系に追加しても第１の透過率は実質的に変化しない。例えば、反射率が増加する一方で、実質的に同じ量の光を透過することができる。
【００７２】
光学要素６００を図１の光学系１０００などの光学系に使用して、光学系における望ましくない出力偏光の光漏れを低減することができる。光漏れの低減は、光学系によって処理された画像の偏光成分の最大強度の低下によって示すことができる。いくつかの例では、第３のリターダ層６２０は、一様に偏光された明視野画像が光学系１０００に入射し、反射型偏光子層２２０及び部分反射体層３２０のそれぞれにおいて少なくとも一度反射された後に光学系１０００を出て行くときに、出て行く画像光が出口開口を埋め、この開口を埋める画像は、第１の偏光状態を有する第１の像成分を有し、この第１の像成分の最大強度は、第３のリターダ層を有さない比較の光学系よりも少なくとも１０％小さくなるように構成することができる。例えば、図４Ｃは、図７Ａの補正リターダ層８１０のリターダンスが増加するときの屈折力の低減を示す。
【００７３】
【実施例】
【００７４】
実施例１：折り返し光学系シミュレーション
【００７５】
図６は、光を透過するためのシミュレーションされた光学系の概略断面図である。表面７２０は、発光物体の表面を表し得る。光学系を通って伝播する光は、表面７３０、７４０、及び７５０を通過し、表面７６０から反射し、表面７５０を通過し、表面７４０から反射し、表面７５０及び７６０を通過し、表面７７０に向けて放射することができる。図６の光学系は、以下の表１に示すように、以下の特性を有し得る。
【００７６】
【表１】
2021500629.tif 000003
【００７７】
実施例２：個別リターダセグメントを備えた折り返し光学系を使用する光漏れ補正シミュレーション
【００７８】
図７Ａは、光を透過するためのシミュレーションされた光学系８００の概略断面図である。光学系８００は、第２の１／４波長リターダ層８２０、部分反射体層８３０、第１の１／４波長リターダ層８４０、反射型偏光子層８５０、表示装置８８０、及び前置偏光子８９０を含む。光学系８００は、以下で説明するように、試験構成に応じて補正リターダ層８１０及び／又は吸収型偏光子８６０を任意選択で含み得る。表示装置８８０は、開口８７２を有するシミュレーションされた眼８７０に向けて光を放射して、画像８７４を形成することができる。第１の１／４波長リターダ層８４０、第２の１／４波長リターダ層８２０、及び補正リターダ層８１０のそれぞれは、それぞれのリターダ層にわたって実質的に一様なリターダンスでモデル化した。図７Ａの構成要素は、図１の同様の構成要素に対応し得る。例えば、補正リターダ層８１０は、第３のリターダ層６２０に対応することができ、第２の１／４波長リターダ層８２０は、第２のリターダ層５２０に対応することができ、第１の１／４波長リターダ層８４０は、第１のリターダ層４２０に対応することができ、部分反射体層８３０は、部分反射体層３２０に対応することができ、反射型偏光子層８５０は、反射型偏光子層２２０に対応することができ、表示装置８８０及び前置偏光子８９０は、表示装置１００に対応することができる。
【００７９】
吸収型偏光子８６０は、画像８７４の明視野画像、又は画像８７４の暗視野画像を生成するように構成することができる。例えば、明視野画像構成では、吸収型偏光子８６０は、画像８７４が明視野画像になるように、反射型偏光子層８５０から放射された光の偏光状態と整合させることができる。あるいは、吸収型偏光子を光学系８００から取り除くことができる。暗視野画像構成では、吸収型偏光子８６０は、画像８７４が暗視野画像になるように、吸収型偏光子８６０を反射型偏光子層８５０から放射された光の偏光状態と交差させる、すなわち約９０°ずらすことができる。
【００８０】
補正リターダ層８１０は、補正された画像又は非補正画像をそれぞれ生成する補正された光学系又は非補正光学系のそれぞれの光学系８００に含まれること、又は光学系８００から取り除かれることがある。図７Ｂは、第２の１／４波長リターダ層８２０に重なる補正リターダ層８１０の概略正面図である。補正リターダ層８１０は、４つの円形個別リターダセクション８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、及び８１０Ｄを含み得る。
【００８１】
光学系８００は、吸収型偏光子８６０及び補正リターダ層８１０の異なる構成において、合計４つの構成、すなわち、非補正暗視野画像８７４Ａに対する吸収型偏光子８６０及び非補正リターダ層８１０、補正された暗視野画像８７４Ｂに対する吸収型偏光子８６０及び補正リターダ層８１０、非補正明視野画像８７４Ｃに対する非吸収型偏光子８６０及び非補正リターダ層８１０、及び補正された明視野画像８７４Ｄに対する非吸収型偏光子８６０及び補正リターダ層８１０について、試験した。補正リターダ層８１０を含む各構成では、補正リターダ層８１０のリターダンスをゼロから約０．２７５λまで変えた。
【００８２】
実施例２Ａ：吸収型偏光子、補正リターダ層なし
【００８３】
図５Ａは、補正リターダ層８１０を含まずに吸収型偏光子８６０を含む光学系８００からの、非補正暗視野画像８７４Ａの輝度の等高線図である。非補正暗視野画像８７４Ａは、相対的に高い輝度の領域を含む。例えば、より大きい入射角の光を伴う非補正暗視野画像８７４の角部は、最大１．５×１０−６Ｗ／ｍｍ２の輝度を有し、非補正暗視野画像８７４Ａの中心領域は、約０Ｗ／ｍｍ２の輝度を有する。
【００８４】
実施例２Ｂ：吸収型偏光子、補正リターダ層
【００８５】
図５Ｂは、補正リターダ層８１０及び吸収型偏光子８６０を含む光学系８００からの、補正された暗視野画像８７４Ｂの輝度の等高線図である。補正された暗フィールド画像８７４Ｂは、図５Ａの非補正暗視野画像８７４Ａよりも相対的に低い輝度の領域を含む。例えば、補正された暗フィールド画像８７４Ｂの角部は、最大５．５×１０−７Ｗ／ｍｍ２の輝度を有し、補正された暗フィールド画像８７４Ｂの中心領域は、約０Ｗ／ｍｍ２の輝度を有する。
【００８６】
実施例２Ｃ：吸収型偏光子なし、補正リターダ層なし
【００８７】
図５Ｃは、補正リターダ層８１０又は吸収型偏光子８６０を含まない光学系８００からの、非補正明視野画像８７４Ｃの輝度の等高線図である。非補正明視野画像８７４Ｃは、相対的に一様な高輝度の領域を含む。例えば、より大きい入射角の光を伴う非補正明視野画像８７４の角部は、最大約７×１０−５Ｗ／ｍｍ２の輝度を有し、非補正明視野画像８７４Ｃの中心領域は、最大で約１×１０−４Ｗ／ｍｍ２の輝度を有する。
【００８８】
実施例２Ｄ：吸収型偏光子なし、補正リターダ層
【００８９】
図５Ｄは、補正リターダ層８１０を含み、吸収型偏光子８６０を含まない光学系８００からの、明視野画像の輝度の等高線図である。補正された明視野画像８７４Ｄは、図５Ｃの非補正明視野画像８７４Ｃよりも相対的に低いが、リターダ層８１０を補正するために使用されるリターダンス差では実質的に低くない、輝度の領域を含む。例えば、より大きい入射角の光を伴う補正された明視野画像８７４Ｄの角部は、最大約５ｘ１０−５Ｗ／ｍｍ２の輝度を有し、補正された明視野画像８７４Ｄの中心領域は、最大で約１×１０−４Ｗ／ｍｍ２の輝度を有する。
【００９０】
光学系８００の画像の補正されたコントラストを決定するには、明視野画像８７４Ｄの輝度を暗視野画像８７４Ｂの輝度と比較すればよい。図４Ａは、補正リターダ層８１０を含む光学系８００において、補正リターダ層８１０の個別リターダセクション８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄのリターダンスに対する、コントラストを表す明視野８７４Ｂと暗視野８７４Ｄの輝度比のグラフである。図４Ａに見られるように、画像８７４のコントラストは、補正リターダ層８１０のリターダンスが増加するにつれて増加した。
【００９１】
暗状態の光学系８００の光漏れを判定するには、暗視野画像８７４Ｂの輝度を補正リターダ層８１０の様々なリターダンスにおいて評価すればよい。図４Ｂは、補正リターダ層８１０を含む光学系８００において、補正リターダ層８１０の個別リターダセクション８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄのリターダンスに対する、補正された暗視野画像８７４Ｂの光漏れのグラフである。図４Ｂに見られるように、補正リターダ層８１０のリターダンスが増加するにつれて光漏れが減少する。
【００９２】
明るい状態の光学系８００の輝度を決定するには、明視野画像８７４Ｄの輝度を補正リターダ層８１０の様々なリターダンスにおいて評価すればよい。図４Ｃは、補正リターダ層８１０を含む光学系８００において、補正リターダ層８１０の個別リターダセクション８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄのリターダンスに対する、補正された明視野画像８７４Ｄの屈折力の変化のグラフである。図４Ｃに見られるように、補正リターダ層８１０のリターダンスが増加するにつれて屈折力が徐々に減少し、補正リターダ層８１０のリターダンスは、例えば、より高いコントラストを明視野画像輝度の低減で相殺するように制御することができる。
【００９３】
以下は、本開示の実施形態のリストである。
【００９４】
実施形態１は光学要素であり、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の所定の波長λの光を受光するように構成された光学面であって、反時計回り方向に順次番号付けされた４つのデカルト四分円を画定する垂直軸及び水平軸によって画定された光学面と、垂直軸を実質的に中心とした第１の長手方向セクションと、水平軸を実質的に中心とした第２の長手方向セクションであって、第１及び第２の長手方向セクションがそれぞれ光学面の対向する縁部間に延び、実質的な垂直入射光に対して同一の実質的に一様なリターダンスδを有する、第２の長手方向セクションと、４つの個別リターダセクションであって、各リターダセクションが光学面のそれぞれのデカルト四分円上に配置されており、各個別リターダセクションが、ゼロよりも大きいδとのリターダンス差θを有する、４つの個別リターダセクションとを備える。
【００９５】
実施形態２は、θが約０．２λ未満である、実施形態１の光学要素である。
【００９６】
実施形態３は、θが約０．１λ未満である、実施形態１又は２の光学要素である。
【００９７】
実施形態４は、各個別リターダセクションがδとの実質的に一様なリターダンス差θを有する、実施形態１〜３のいずれかの光学要素である。
【００９８】
実施形態５は、各個別リターダセクションが、光学面のそれぞれのデカルト四分円の表面積の少なくとも２０％を覆う、実施形態１〜４のいずれか１つの光学要素である。
【００９９】
実施形態６は、第１及び第３の個別リターダセクションがδを上回るようにリターダンス差θ＋を有し、第２及び第４の個別リターダセクションがδを下回るようにリターダンス差θ−を有する、実施形態１〜５のいずれか１つの光学要素である。
【０１００】
実施形態７は、第１及び第２の長手方向セクションが光学面の表面積の少なくとも１０％を覆う、実施形態１〜６のいずれか１つの光学要素である。
【０１０１】
実施形態８は、第１及び第２の長手方向セクションがそれぞれ、同一の一様な光学厚さΛを有し、各個別リターダセクションが、ゼロよりも大きいΛとの光学厚さの差εを有する、実施形態１〜７のいずれか１つの光学要素である。
【０１０２】
実施形態９は、第１及び第３の個別リターダセクションがΛよりも大きい光学厚さ差ε＋を有し、第２及び第４の個別リターダセクションがΛよりも小さいリターダンス差ε−を有する、実施形態８の光学要素である。
【０１０３】
実施形態１０は、各個別リターダセクションが、直角三角形である、実施形態１〜９のいずれか１つの光学要素である。
【０１０４】
実施形態１１は、各個別リターダセクションが、四半分円である、実施形態１〜１０のいずれか１つの光学要素である。
【０１０５】
実施形態１２は、各個別リターダセクションが、逆四分円である、実施形態１〜１１のいずれか１つの光学要素である。
【０１０６】
実施形態１３は、光学レンズ上に配置されたリターダを更に備え、その光学面がリターダの主面の一部分である、実施形態１〜１２のいずれか１つの光学要素である。
【０１０７】
実施形態１４は、リターダが１／４波長リターダである、実施形態１３の光学要素である。
【０１０８】
実施形態１５は、光学面が湾曲面である、実施形態１〜１４のいずれか１つの光学要素である。
【０１０９】
実施形態１６は、光を透過するための光学系であり、少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、部分反射体及び反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、折り返し光共振器の内側に配置された第１のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置された第２のリターダ層と、実施形態１〜１３のいずれかの光学要素を含む第３のリターダ層とを備える。
【０１１０】
実施形態１７は、第１のリターダ層及び第２のリターダ層が、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する、実施形態１６の光学系である。
【０１１１】
実施形態１８は、第１のリターダ層及び第２のリターダ層が、実質的に一様な光学厚さを有する、実施形態１６又は１７の光学系である。
【０１１２】
実施形態１９は、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第の３リターダ層のうちの１つのみが反射防止コーティングを含む、実施形態１６〜１８のいずれか１つの光学系である。
【０１１３】
実施形態２０は、１つ以上の光学レンズのうちの少なくとも１つの主面が湾曲面である、実施形態１６〜１９のいずれか１つの光学系である。
【０１１４】
実施形態２１は光学系であり、少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、部分反射体及び反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、折り返し光共振器の内側に配置され、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において実質的に一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備え、像が光学系の入力端において受光され、光学系の出力端で検出されたときに、光学系の出力端における像の最大コントラスト変化が、第３のリターダ層を有さない比較光学系の出力端で検出された像よりも少なくとも５％小さくなる。
【０１１５】
実施形態２２は、第３のリターダ層が実施形態１〜１５のいずれか１つの光学要素を含む、実施形態２１の光学系である。
【０１１６】
実施形態２３は、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第３のリターダ層のうちの１つのみが反射防止コーティングを含む、実施形態２１又は２２の光学系である。
【０１１７】
実施形態２４は、１つ以上の光学レンズのうちの少なくとも１つの主面が湾曲面である、実施形態２１〜２３のいずれか１つの光学系である。
【０１１８】
実施形態２５は、観察者に対象物を表示するための光学系であり、少なくとも１つの湾曲した主面を有する１つ以上の光学レンズと、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、１つ以上の光学レンズの別の第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、部分反射体及び反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、折り返し光共振器の内側に配置され、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において実質的に一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において実質的に一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備え、表示装置から放射された所定の波長の像光線が反射型偏光子へまず入射し、像光線が第１の反射率（ρ）で実質的に反射され、像光線が次に反射型偏光子へ入射するとき、像光線が第１の透過率（τ）で実質的に透過され、第３のリターダ層が第１の反射率を増大させることになる。
【０１１９】
実施形態２６は、第３のリターダ層が第１の透過率を変化させない、実施形態２５の光学系である。
【０１２０】
実施形態２７は、第３のリターダ層が実施形態１〜１５のいずれか１つの光学要素を備える、実施形態２５又は２６の光学系である。
【０１２１】
実施形態２８は、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第３のリターダ層のうちの１つのみが反射防止コーティングを含む、実施形態２５〜２７のいずれか１つの光学系である。
【０１２２】
実施形態２９は、１つ以上の光学レンズのうちの少なくとも１つの主面が湾曲面である、実施形態２５〜２８のいずれか１つの光学系である。
【０１２３】
実施形態３０は光学系であり、少なくとも１つの主面を有する１つ以上の光学レンズと、１つ以上の光学レンズの第１の主面に配置され、これと合致する反射型偏光子であって、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の所定の波長において、第１の偏光状態を有する光を実質的に反射し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に透過する反射型偏光子と、１つ以上の光学レンズの第２の主面に配置され、これと合致する部分反射体であって、所定の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、部分反射体及び反射型偏光子がこれらの間に折り返し光共振器を画定する、部分反射体と、折り返し光共振器の内側に配置され、所定の波長において一様なリターダンスを有する第１のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において一様なリターダンスを有する第２のリターダ層と、折り返し光共振器の外側に配置され、所定の波長において一様でないリターダンスを有する第３のリターダ層とを備え、第１の偏光状態を有する一様に偏光した明視野像が光学系に入射し、反射型偏光子及び部分反射体のそれぞれにおいて少なくとも一度反射された後に光学系を出て行くときに、出て行く像が出口開口を埋め、開口を埋める像が、第１の偏光状態を有する第１の像成分を有し、第１の像成分の最大強度が、第３のリターダ層を有さない比較光学系よりも少なくとも１０％小さくなる。
【０１２４】
実施形態３１は、第３のリターダ層が実施形態１〜１５のいずれか１つの光学要素を備える、実施形態３０の光学系である。
【０１２５】
実施形態３２は、第１のリターダ層、第２のリターダ層、及び第３のリターダ層のうちの１つのみが反射防止コーティングを含む、実施形態３０又は３１の光学系である。
【０１２６】
実施形態３３は、１つ以上の光学レンズのうちの少なくとも１つの主面が湾曲面である、実施形態３０〜３２のいずれか１つの光学系である。
【０１２７】
本発明の様々な実施形態の実施形態について説明した。これらの実施形態及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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