(57)【要約】本発明は、Ｓ偏光の反射がマイクロスクリーンの画像放射ソースの少なくとも１つの放射ピークに局所的な中心を有する、あるいはＳ偏光の反射が赤、緑および青から選択された波長に対応する少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタに関する。  本発明は、画像をユーザの方向に投射するインサートを組み込む眼用レンズに応用できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ偏光の反射が、（１）マイクロディスプレイの画像放射ソースの少なくとも１つの放射ピーク、（２）赤、（３）緑、および（４）青からなるグループから選択された少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項２】
請求項１において、反射は少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項３】
請求項１において、反射は可視スペクトル内の少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項４】
請求項２において、反射は可視スペクトル内の少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項５】
請求項１において、Ｓ偏光についての反射は、赤、緑および青に中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項６】
請求項５において、反射が少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、Ｓ偏光についての反射は赤、緑および青に中心を有する偏光スプリッタ。
【請求項８】
請求項１において、前記ピークの近くに局所的な中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率曲線のピークは、６０〜１００％の間に最大レベルを有する偏光スプリッタ。
【請求項９】
請求項１において、前記ピークの近くに局所的な中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率曲線のピークは、８０〜１００％の間に最大レベルを有する偏光スプリッタ。
【請求項１０】
請求項１において、Ｓ偏光についてのスペクトル反射率曲線は、前記ピークの近くに局所的な中心を持たないすべての領域において、０〜３５％の間のレベルを有する偏光スプリッタ。
【請求項１１】
請求項１において、Ｓ偏光についてのスペクトル反射率曲線は、前記ピークの周囲に局所的に中心合わせされていないすべての領域において、０〜２０％の間のレベルを有する偏光スプリッタ。
【請求項１２】
請求項１において、前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれは、５〜１００ｎｍの間の半値幅を有する偏光スプリッタ。
【請求項１３】
請求項１において、前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれは、２０〜８０ｎｍの間の半値幅を有する偏光スプリッタ。
【請求項１４】
請求項１において、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率と前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率との積から得られる曲線のピークのそれぞれは、５〜１００ｎｍの間の半値幅を有している偏光スプリッタ。
【請求項１５】
請求項１において、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率と前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率との積から得られる曲線のピークのそれぞれは、２０〜８０ｎｍの間の半値幅を有している偏光スプリッタ。
【請求項１６】
請求項１において、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率は、前記ソースの放射スペクトルにおいて８０％よりも大きい偏光スプリッタ。
【請求項１７】
請求項１６において、前記ソースの放射スペクトルは４００〜７００ｎｍの間である偏光スプリッタ。
【請求項１８】
請求項１において、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率は、前記ソースの放射スペクトルにおいて９０％よりも大きい偏光スプリッタ。
【請求項１９】
請求項１８において、前記ソースの放射スペクトルは４００〜７００ｎｍの間である偏光スプリッタ。
【請求項２０】
請求項１において、４００〜７００ｎｍの間の積分平均透過率は７０％よりも大きい偏光スプリッタ。
【請求項２１】
請求項１において、薄い層のスタックを備えた基板を有する偏光スプリッタ。
【請求項２２】
請求項１において、ホログラフィック素子を備えた基板を有する偏光スプリッタ。
【請求項２３】
請求項２１において、材料の１つは二酸化ケイ素である偏光スプリッタ。
【請求項２４】
請求項２１において、材料の１つは二酸化ジルコニウムまたはチタン酸プラセオジミウムである偏光スプリッタ。
【請求項２５】
請求項１において、２つのプリズムで構成されたキューブの形態である偏光スプリッタ。
【請求項２６】
Ｓ偏光の反射が、（１）マイクロディスプレイの画像放射ソースの少なくとも１つの放射ピーク、（２）赤、（３）緑、および（４）青からなるグループから選択された少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタの製造方法であって、
（１）基板を設けるステップと、
（２）薄層を堆積させるステップと、を有する方法。
【請求項２７】
画像をユーザの方向に投射するインサートを有する眼用レンズであって、このインサートは、Ｓ偏光の反射が（１）マイクロディスプレイの画像放射ソースの少なくとも１つの放射ピーク、（２）赤、（３）緑、および（４）青からなるグループから選択された少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタを備えている、眼用レンズ。
【請求項２８】
請求項２７において、前記偏光スプリッタはキューブの形態を備えている眼用レンズ。
【請求項２９】
画像をユーザの方向に投射する装置であって、画像をユーザの方向に投射するインサートを有する眼用レンズを備え、このインサートは、Ｓ偏光の反射が（１）マイクロディスプレイの画像放射ソースの少なくとも１つの放射ピーク、（２）赤、（３）緑、および（４）青からなるグループから選択された少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタを備えている投射装置。
【請求項３０】
請求項２９において、さらに液晶マイクロスクリーンを備えている投射装置。
【請求項３１】
請求項３０において、前記液晶マイクロスディスプレイは赤、緑および青のＰ偏光を放射する投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光スプリッタに関する。本発明はまた、そのような偏光スプリッタの製造方法に関する。さらに本発明は、画像をユーザ方向に投射する、そのような偏光スプリッタを有するインサートを組み込んだ眼用レンズに関する。最後に、本発明は、画像をユーザ方向に投射する、そのような眼用レンズを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光スプリッタは、光を異なる偏光成分に分離できる光学素子である。光の偏光の方向は、電界の振動面を基準にして定義される。多くの場合、無偏光光は、直交する２つの直線偏光に分離される。その場合、（垂直）Ｓ偏光と（平行）Ｐ偏光とに区別される。Ｓ偏光においては、その振動面は表面の法線と入射ベクトルとによって定められる入射面に垂直である。Ｐ偏光においては、その振動面は入射面と平行である。これらの成分は吸収または反射によって分離できる。
【０００３】
一般に、偏光スプリッタはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。理想的な偏光スプリッタは、（所定の波長について）入射面に垂直な偏光光（Ｓ）をすべて反射する一方で、入射面に平行な偏光光（Ｐ）をすべて透過することが、一般に知られている。偏光分離機能の効率は、（所定の波長において）Ｓ偏光のスペクトル反射（Ｒｓ）とＰ偏光のスペクトル透過（Ｔｐ）を乗算した積、すなわち（Ｒｓ）×（Ｔｐ）として表すことができる。偏光スプリッタを製造する目的は、８０％を超え、好ましくは９０％を超える効率を達成することにあることも、広く知られている。
【０００４】
偏光スプリッタは種々の用途に適しており、その用途の中には、画像をユーザ方向に投射するインサートを組み込んだ眼用レンズがある。
【０００５】
これは、眼鏡またはマスクのための画像結合系の眼用レンズを意味し、画像がレンズによって決定される光学経路を介して装着ユーザの目の方向に投射される。ここでの用語「レンズ」は、詳細には眼鏡のフレームまたはマスクに装着するように設計できるインサートを含む光学系を指すのに使用される。インサートは、ミラー、ビーム・スプリッタ、偏光スプリッタ・キューブ、１／４波長板、レンズ、ミラー、反射凹レンズ（例えば、マンジャン・ミラー）、回折レンズ、および／またはホログラフィック部品を含むことができる。したがって、ユーザ方向に画像を投射する装置は、眼鏡またはマスクに組み込まれたレンズ、およびマイクロスクリーンなどの画像ソースからなり、マイクロスクリーンは、例えば液晶マイクロスクリーンであり、さらに詳しくは、Ｋｏｐｉｎ社のサイバーディスプレイ・３２０・マイクロディスプレイ（ＣｙｂｅｒＤｉｓｐｌａｙ  ３２０  ｍｉｃｒｏ‐ｄｉｓｐｌａｙ）である。
【０００６】
このような用途においては、偏光スプリッタ素子を用いて、マイクロディスプレイなどの現在使用されているマイクロスクリーンによって放射される偏光を処理する。
【０００７】
このような眼用レンズの一例が、図１に示されている。画像が、ソース１によって放射される。ソース１は、偏光（Ｐ）を放射する液晶マイクロディスプレイなど、小型化マイクロスクリーンであってよい。投射眼用レンズ１０の光学系は対物レンズ２を有する。眼用レンズ１０内で画像が通過する光学経路を途中で捕捉するため、ミラー３および偏光スプリッタ４が配置されている。偏光スプリッタ４には、１／４波長板５およびマンジャン・ミラー６が接着されている。
【０００８】
この眼用レンズ１０は以下のように作用する。すなわち、画像ソース１からの偏光された光が、まず対物レンズ２を通過する。そこを通過した後、光は、光を９０°回転させるミラー３によって反射される。次いで、光は偏光スプリッタ４を通過し、偏光成分の一方（Ｓ）が反射され、他方（Ｐ）が透過する。透過成分は、軸が伝播方向に垂直な面において伝播方向Ｐに対して４５°に配置されている１／４波長板５を通過し、次いでマンジャン・ミラー６に当たり、光が１／４波長板を通って送り返されるように反射される。Ｓ偏光された光は、偏光スプリッタによって観察者の目の方向に反射される。したがって、この実施形態によれば、マイクロスクリーンによって放射された偏光を、目７の方向に送り返すことができる。
【０００９】
しかし、「理想的な」偏光スプリッタを組み込んでいるこの種の装置は、眼用機能の点で、物体からの光の５０％がＳ偏光され、スプリッタで反射されるため、物体からの光のわずか５０％しか目の方向に導かないという欠点を有する。
【００１０】
本明細書の説明では、以下の定義が使用される。
【００１１】
画像：シースルー画像とは、光線が偏光スプリッタ素子を直接通過するときに観察されるシーンの画像を指す。
【００１２】
スクリーン画像：スクリーン画像とは、図１に示すように、表示ガラスに挿入されたレンズを通過する光源（本明細書の例では、マイクロスクリーン）の画像を指す。
【００１３】
偏光分離機能の効率：上記を参照されたい。
【００１４】
シースルー・ビジョン機能の効率：該当するスペクトル領域において、偏光スプリッタの無偏光光［＝１／２＊（Ｔｐ＋Ｔｓ）］にソースの放射スペクトルを乗算し、ソースの放射スペクトルの積分で除算した結果の数学的積分の値を指す。
【００１５】
表示ガラスの画像化機能の透過率：表示ガラスの画像化機能のスペクトル透過率（図１の光学経路によって定められる）にソースの放射スペクトルを乗算し、ソースの［該当するスペクトル領域の］放射スペクトルの積分で除算した結果の数学的積分の値を指す。
【００１６】
表示ガラスの画像化機能の透過率ならびにシースルー・ビジョン機能の透過率は、目のスペクトル感度によっても重み付けされることがある点に注意すべきである。したがって、これは、「表示ガラスの画像化機能の明所視（photopic transmission）の透過率」と称される。ＣＩＥ（国際照明委員会）２°観測者の標準化曲線Ｙが、目のスペクトル感度を表わす曲線として使用される。
【００１７】
局所的な中心を有する：曲線は、次の場合、光源の放射スペクトルについて局所的に中心を有すると言われる。
・放射ソースのスペクトルが、いくつかのピーク形状を有し（この例については、図２を参照）、かつ、
・光ソースの放射ピークの近くで、このソースの放射ピークの半値幅（中間高さ幅）の２倍の大きさのオーダを有する限られたスペクトル領域内において、スペクトル反射率曲線がピーク（または谷）を形成し、その局所極値が、このピークの半値幅の値よりも大きい値までは前記ソースの放射ピークの頂点からスペクトル的に離れていない場合、
・あるいは、２つの曲線が局所的な中心を有するとの仮定について、レイリー基準が当てはまる場合。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明は、高いスクリーン透過率を維持すると同時に「シースルー」ビジョンを向上する偏光スプリッタを提供する。さらに、本発明は、目が受け取る２つの画像の色のバランスを維持することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、詳細には、偏光スプリッタが、マイクロディスプレイが放射する周波数近くの、言い換えると一般に６３０、５２０および４６０ｎｍ（それぞれ、赤、緑および青の色に対応する）近くのＳ偏光を反射すれば充分であるという発見に基づいている。
【００２０】
したがって本発明は、Ｓ偏光の反射がマイクロスクリーン画像の放射源の少なくとも１つの放射ピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタを提供する。
【００２１】
マイクロスクリーンまたはマイクロディスプレイは広く知られており、今日では、ＬＣＤ技術を基本としている。一例は、Ｋｏｐｉｎ社のマイクロディスプレイである。さらに、このようなマイクロディスプレイのエネルギー放射スペクトルを測定し、その結果から少なくとも１つの放射波長を決定することは容易である。
【００２２】
１つの実施形態によれば、スプリッタの反射は少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する。
【００２３】
１つの実施形態によれば、スプリッタの反射は可視スペクトル内の少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する。
【００２４】
本発明はまた、Ｓ偏光の反射が赤、緑および青から選択された波長に対応する少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタを提案する。
【００２５】
Ｓ偏光の透過は、（この透過が、少なくとも２つの波長に中心を有する場合）「くし形」パターンとなる。
【００２６】
１つの実施形態によれば、スプリッタは赤、緑および青に中心を有する偏光Ｓを反射する。
【００２７】
１つの実施形態によれば、スプリッタにおいて、ピーク近くに局所的な中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率曲線の各ピークは、６０〜１００％の間、好ましくは８０〜１００％の間の最大レベルを有している
【００２８】
１つの実施形態によれば、スプリッタにおいて、Ｓ偏光についてのスペクトル反射率曲線は、各ピーク近くに局所的な中心を持たないすべての領域において、０〜３５％の間、好ましくは０〜２０％の間のレベルを有している
【００２９】
１つの実施形態によれば、スプリッタにおいて、ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれが、５〜１００ｎｍの間の半値幅、好ましくは２０〜８０ｎｍの間の半値幅を有している
【００３０】
１つの実施形態によれば、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率と前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率との積から得られるスプリッタにおける曲線のピークのそれぞれが、５〜１００ｎｍの間の範囲の半値幅、好ましくは２０〜８０ｎｍの間の範囲の半値幅を有している。
【００３１】
１つの実施形態によれば、スプリッタにおけるＰ偏光についてのスペクトル透過率は、好ましくは４００〜７００ｎｍの間のソースの放射スペクトルにおいて、８０％を超えており、好ましくは９０％を超えている。
【００３２】
１つの実施形態において、４００〜７００ｎｍの間のスプリッタの積分平均透過率は７０％より大きい。
【００３３】
１つの実施形態によれば、スプリッタは薄い層のスタックで構成される基板を有する。
【００３４】
１つの実施形態によれば、スプリッタはホログラフィック素子で構成される基板を有する。
【００３５】
１つの実施形態によれば、スタックの材料の１つは二酸化ケイ素である。
【００３６】
１つの実施形態によれば、スタックの材料の１つは二酸化ジルコニウムまたはチタン酸プラセオジミウムである。
【００３７】
１つの実施形態によれば、本発明によるスプリッタは２つのプリズムで構成されるキューブの形態である。
【００３８】
さらに、本発明は、
（１）基板を設けるステップ、および、
（２）薄い層を堆積させるステップ、を有する偏光スプリッタの製造方法に関する。
【００３９】
さらに本発明は、画像をユーザの方向に投射する、本発明による偏光スプリッタを含むインサートを有する眼用レンズに関する。
【００４０】
１つの実施形態によれば、偏光スプリッタはキューブの形態である。
【００４１】
さらに本発明は、画像をユーザの方向に投射する、本発明によるレンズを有する装置に関する。
【００４２】
１つの実施形態によれば、投射装置はさらに液晶マイクロスクリーンを備える。
【００４３】
１つの実施形態によれば、投射装置の液晶マイクロスクリーンは、赤、緑および青スペクトルのＰ偏光を放射する。
【００４４】
以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明によるスプリッタは、所定の屈折率を有する基板上の薄い層のスタックから構成される。さらに、本発明によるスプリッタは、スタックまたはホログラフィック素子を備える基板から構成できる。
【００４６】
例えば、スプリッタは、一方が「高屈折率」材料であり、他方が「低屈折率」材料である２つの材料だけを交互に配置して含んでいるスタックで構成できる。
【００４７】
この実施形態は、製造が容易であるという理由から使用されてきた。しかし、「中屈折率」と言われる材料を使用し、例えば異なる２０種の材料を２０の層から構成されるスタックとして形成して使用することも可能である。
【００４８】
高屈折率材料としては、公知の材料であるＺｒＯ２、あるいはＰｒＴｉＯ３（チタン酸プラセオジミウム）が使用できる。後者の場合、材料は、非化学量論的化合物［Ｍｅｒｃｋ社からＳｕｂｓｔａｎｃｅ  Ｈ２の品名で市販されている］から始まって基板上に堆積され、酸素存在下での真空蒸着によって堆積される。次に、この化合物は酸化され、化学式ＰｒＴｉＯ３に相当する透明なフィルムが生成される。
【００４９】
ＰｒＴｉＯ３の屈折率は、６３５ｎｍ（基準波長）において２．００９５である。ＺｒＯ２の屈折率は１．９８８３である。
【００５０】
したがって、第２の材料は第１の材料よりも低い屈折率を有している。このような材料として、詳細にはＳｉＯ２およびＭｇＦ２があり、６３５ｎｍにおいて１．４７８６の屈折率であるＳｉＯ２が、特に適していることが判明している。
【００５１】
基板は、スタックを構成する材料に適する任意の透明基板であってもよく、詳細には、無機基板または有機基板のいずれであってもよい。
【００５２】
「無機基板」とは、ポリマーから作られる「有機基板」の概念とは対照的に、ミネラルガラスの基板を意味する。
【００５３】
有機基板に適切な材料は、例えばポリチオールおよびポリイソシアネートから得られるポリチオウレタン類からなる種類のポリマーである。このような材料およびそれらを得るためのプロセスは、例えば米国特許第４，６８９，３８７号および米国特許第４，７７５，７３３号に記載されている。
【００５４】
適当なポリチオール類には、例えば、ペンタエリスロール・テトラキス（チオグリコレート）、ペンタエリスロール・テトラキス（メルカプト‐プロピオネート）、またはＭＤＯ［４‐メルカプトメチル‐３，６‐ジチア‐１，８‐オクタン・ジチオール］が含まれる。ポリイソシアネートは、詳細にはキシリレン・ジイソシアネートであってもよい。
【００５５】
特に適切な有機基板の１つは、キシリレン・ジイソシアネート、ペンタエリスリトール・テトラキス（メルカプト‐プロピオネート）、およびＭＤＯをベースとする組成物を重合させることによって得られる。このような製品は、Ｍｉｔｓｕｉ社からＭＲ８の商品名で市販されている。
【００５６】
無機の基板に関しては、例えばＣｏｒｎｉｎｇ社が市販する材料１．６、コード６００４３を使用でき、その光学定数はＭＲ８と基本的に同一である。
【００５７】
例えばＳｃｈｏｔｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｇｌａｓｓ社が市販するＢＫ７も、無機の基板として使用できる。
【００５８】
本発明によるスプリッタは、連続する薄い層を蒸着することによって得られる。一般的に、スタックは、５〜２０、詳細には１０〜１５の材料の層を有する。
【００５９】
蒸着の段階において、基板を例えば８０〜１２０℃の範囲の、周囲温度を上回る温度に保つことが好ましい。有利には、基板を、蒸着の段階に先立って例えばアルゴンによってイオン清浄化プロセスで処理する。
【００６０】
蒸着の段階においては、蒸発速度は通常は１〜１０ｎｍ／ｓであり、好ましくは２〜５ｎｍ／ｓである。
【００６１】
各層およびそれらの各厚さは、透過率がその近くに中心を有する波長の関数として、従来の方法で当業者により決定される。この目的のためには、例えばアリゾナ州  ８５７１６，タクソン，Ｅ．Ｖｉａ  Ｒｏｔｏｎｄａ，２７４５所在のＴｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｉｎｃ．社が販売する従来のソフトウェア・プログラム「Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｅｏｄ」のバージョン８．５、２００２年を使用することができる。基板の詳細（屈折率を示す）、画像ソースのスペクトル放射曲線に合わせた最適化目標、および材料のリストが入力されると、このソフトウェアはスタックをシミュレートする。
【００６２】
本発明による偏光スプリッタは、ユーザの方向に画像を投射するインサートを有する眼用レンズなど、携帯型ビジョン装置を含む種類の用途に最適である。
【００６３】
このようなレンズの例が、図１に示されており、その詳細はすでに説明した。従来技術から公知の実施形態（この場合には、求められるスプリッタは「理想の」スプリッタである）と比較して、本発明は、より良好な「シースルー」ビジョン、すなわち物体の眼による観察を可能にする。実際、スプリッタによってすべてのＳ偏光が反射されない範囲において、平均透過率が向上する。マイクロディスプレイに関しては、１／４波長板の通過後にミラーによって戻されるＳ偏光の一部だけが、ユーザの目の方向に反射されるため、マイクロディスプレイによってユーザの目の方向に放射される光の透過率の低下が生じる。ただし、スプリッタがマイクロディスプレイの放射波長近くのＳ偏光を反射するため、この低下は重要ではない。
【００６４】
前述のような表示ガラスの例においては、シースルー・ビジョンの効率は、従来の偏光スプリッタで得られる約５０％の値から、本発明による偏光スプリッタを使用する場合の約７５％の値に達する。同時に、画像化機能の透過率は、約４０％の値に低下するだけであり、従来の偏光スプリッタを使用して得られる５０％に匹敵する。以上の説明は、すべての点で等しい、特にソースの損失に関して等しい光学系に当てはまる。
【００６５】
好ましくは、眼用レンズは、例えばＭＲ８またはＢＫ７などの、薄い層のスタックを上に堆積する基板と同じ材料から作られる。この場合、スプリッタはプリズムの形態で作られる。実際、スプリッタに同じ組成の基板、したがって眼用レンズに使用される材料と同じ屈折率を有する基板を使用することにより、偏光スプリッタを装着者にとって見え難くし、したがってガラスの眼に与える作用によって生じる不快感を少なくする。
【００６６】
この種の用途において、屈折率ｎ３が眼用レンズの屈折率と大きく異なる場合、有利には、偏光スプリッタを、２つのプリズムで形成されるスプリッタ・キューブの形態で実現できる。このプリズム一方はその面の１つに前述の種類のスタックを有する。偏光スプリッタを、眼用レンズに埋め込むプレートの形態に設計することも可能である。
【００６７】
以下に説明する実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。使用したシミュレーション・ソフトウェアは、カリフォルニア州  ９１１０７，パサデナ  Ｅａｓｔ  Ｆｏｏｔｈｉｌｌ  Ｂｌｖｄ．３２８０のＯｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅ社から市販されている「Ｃｏｄｅ  Ｖ」、バージョン９．０、２００１年９月である。シミュレーションされた透過値は、薄い層のスタックについて使用される公式に基づいて計算されている。さらに、すべての実施例において、Ｋｏｐｉｎ社のマイクロディスプレイ（図２を参照）が使用されている。
【実施例１】
【００６８】
屈折率が１．５１５のＢＫ７の２平面ディスクを、超音波槽（ＲａｎｇｅＭ１０、反射防止処理に標準的に使用される）でクリーニングした。
【００６９】
このように準備した後、このディスクを、真空状態の蒸着ユニットに導入した。次いで、圧力３．１０−５ｍｂａｒのアルゴンのもとで、アノードにおける電圧１２０Ｖおよびイオン電流１Ａで、２分間にわたってイオン・クリーニングを行なった。
【００７０】
次いで、ＰｒＴｉＯ３の層を、２．５×１０−５ｍｂａｒの圧力で、以下の条件の下に、表１に示す厚さに堆積させた。
蒸発速度：３ｎｍ／ｓ
酸素圧力：５×１０−５ｍｂａｒ
蒸発源：電子銃
【００７１】
層の厚さをクオーツ・バランスによって監視し、表１に示した厚さに達したときに蒸発を停止させた。
【００７２】
次いで、ＳｉＯ２の層を、表１に示す厚さで、同じ条件のもとで堆積させた。
【００７３】
合計１４の交互の層を堆積させた。このように処理後、最終的にディスクを切断して所望の形状の偏光スプリッタを得る。
【００７４】
【表１】
2006509248.tif 000003
【００７５】
このようにして得た偏光スプリッタの光学特性が、４５°の入射について図３および４に示されている。図３および４は、偏光スプリッタのスペクトル反射率および透過率を、ＳおよびＰ偏光のそれぞれについて示している。透過率は、Ｐ偏光について平均で少なくとも９５％であるのに対して、Ｓ偏光は波長の関数として反射され、この反射（または透過）は赤、緑および青の波長（それぞれ６３０、５２０および４６０ｎｍ）の近くに中心を置いていることが注目される。透過率は約２５〜３０％であり、半値幅は約３５〜７０ｎｍである。
【００７６】
４００〜７００ｎｍの間の積分平均透過率は約７５％であり、眼での観察に関し、従来のスプリッタと比べて２５％の増加を示している。
【００７７】
視覚的な透過率（目のスペクトル応答による透過の重み付け）は約７５％である。
【００７８】
さらに、視野の中心および縁部について画像化機能の透過率を測定し、処理に関する角度の影響を決定した。透過率は、図１に示した種類の表示ガラスの例において、標準化ＣＩＥ（国際照明委員会）ユーザＹについて計算される。得られた値は、以下に示すとおりである（ＦＯＶ：視野、それぞれ−４〜＋４°および−５〜＋５°）。
【００７９】
「青のＹ」対「視野」
【表２】
2006509248.tif 000004
【００８０】
「緑のＹ」対「視野」
【表３】
2006509248.tif 000005
【００８１】
「赤のＹ」対「視野」
【表４】
2006509248.tif 000006
【００８２】
したがって、透過率が視野に関して３つの色の間でよくバランスが取れている傾向が明らかであり、色の認識が画像の全体にわたって保たれることを意味している。
【００８３】
マイクロディスプレイの範囲の中心で得られた白の視覚透過率は、（「理想的な」スプリッタによる約５４％と比べ）３９％であった。この透過率の計算は、他の損失要因を考慮に入れている。このように視覚透過率はわずかに減少するだけなので、目による顕著な知覚を生じさせず、不快を引き起こすこともない。
【００８４】
さらに、入射角度の関数としての透過率の変化も測定した。わずかに非対称な特性が赤および青において観測されたが、白のスペクトルにおいては領域全体にわたり、全体の安定性が維持されていた。
【００８５】
マイクロディスプレイによって表示される青の色度座標も分析され、装置によって表示された白とマイクロディスプレイによって表示された白との、ＣＩＥ座標ｘ、ｙ、ｚの色ずれが分析された。このずれは、ここでは、空間ｘ、ｙにおける白からのマイクロディスプレイの距離として表わされる。
【００８６】
白に対する距離
マイクロディスプレイ（空間ｘ、ｙ）
【表５】
2006509248.tif 000007
【００８７】
本発明によるスプリッタは、画像化プロセスにおいて色が認識される方法にほとんど影響を与えない点に注目できる。本発明によるスプリッタは、マイクロディスプレイの色をほとんど変化させない。
【００８８】
スプリッタへの種々の入射角度について、シースルー透過率も計算された。その値は、４０°、４５°および５０°の角度値について、それぞれ７４．５７％、７６．６０％および７６．２８％である。したがって、透過は均一である。
【００８９】
「シースルー」モードにおける本発明によるスプリッタの効果を決定するため、比色法による分析も実行した。「シースルー」ビジョンのマイクロディスプレイは、この目的のため白色光のソースとして使用し、およびこの白色光の知覚の変化の観測に使用できる。この結果は、ＣＩＥ座標ｘ、ｙ、ｚに基づいて表わされる。入射角度は４０°、４５°および５０°である。結果を以下に示す。
【００９０】
【表６】
2006509248.tif 000008
【００９１】
【表７】
2006509248.tif 000009
【００９２】
【表８】
2006509248.tif 000010
【００９３】
これと同じ分析を、赤、緑および青の各色について実行し、上で得られた結果を裏付けた。
【実施例２】
【００９４】
手順は、屈折率１．５９３１のＭＲ８基板（実際には、ＭＲ８に相当する無機支持体）上に堆積する点を除き、実施例１と同一である。
【００９５】
値を次の表９に示す。
【００９６】
【表９】
2006509248.tif 000011
【００９７】
このようにして得た偏光スプリッタの光学特性は、４５°の入射について、前述の図３に示したものと基本的に同一である。
【００９８】
実施例１に関して導き出されたその他の結論は、必要な変更を加えて、この実施例にも適合する。
【実施例３】
【００９９】
手順は実施例１と同一であるが、ＰｒＴｉＯ３をＺｒＯ２で置き換えた（堆積の条件は従来どおりである）。
【０１００】
結果に変化はなかった。
【実施例４】
【０１０１】
手順は、実施例２と同一であるが、ＰｒＴｉＯ３をＺｒＯ２で置き換えた（堆積の条件は従来どおりである）。
【０１０２】
結果に変化はなかった。
【０１０３】
前述の用途の他に、偏光スプリッタは、偏光の供給および処理に関する用途にも有用である。さらに、本発明による偏光スプリッタは、光を円偏光または楕円偏光成分に分離する手段としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】ユーザの方向に画像を投射するインサートを有する眼用レンズの概略図である。
【図２】放射源（Ｋｏｐｉｎ社のサイバーディスプレイ・カラー３２０マイクロディスプレイ）のスペクトルを表わしている。
【図３】本発明による偏光スプリッタについてのＳ偏光のスペクトル反射率曲線を示している。
【図４】本発明による偏光スプリッタについてのＰ偏光のスペクトル透過率曲線を示している。
【図１】
2006509248.tif 000012
【図２】
2006509248.tif 000013
【図３】
2006509248.tif 000014
【図４】
2006509248.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月21日(2005.9.21)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ偏光の反射が、マイクロスクリーン画像の放射ソース（１）の少なくとも１つの放射ピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）であって、
前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれが、５〜１００ｎｍの間の半値幅、および６０〜１００％の間の最大レベルを有する偏光スプリッタ（４）。ここで、「局所的な中心を有する」とは、前記マイクロスクリーン画像の１つの放射ピークの近くにおいて、このマイクロスクリーン画像の放射ピークの半値幅の２倍の大きさのオーダを有する限られたスペクトル領域内において、スペクトル反射率曲線がピークを形成し、前記ピークの局所極値が、このピークの半値幅の値よりも大きい値までは前記マイクロスクリーン画像の放射ピークの頂点からスペクトル的に離れていないことをいう。
【請求項２】
請求項１において、反射は少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項３】
請求項１または２において、反射は可視スペクトル内の少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、Ｓ偏光の反射は、赤、緑および青から選択された放射波長に対応する少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項５】
Ｓ偏光の反射が、赤、緑および青から選択された放射波長に対応する少なくとも１つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）であって、
前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれが、５〜１００ｎｍの間の半値幅、および６０〜１００％の間の最大レベルを有している偏光スプリッタ（４）。ここで、「局所的な中心を有する」とは、放射波長に対応する１つのピークの近くにおいて、この放射ピークの半値幅の２倍の大きさのオーダを有する限られたスペクトル領域内において、スペクトル反射率曲線がピークを形成し、前記ピークの局所極値が、このピークの半値幅の値よりも大きい値までは前記放射ピークの頂点からスペクトル的に離れていないことをいう。
【請求項６】
請求項５において、反射が少なくとも２つのピークに局所的な中心を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、Ｓ偏光についての反射は赤、緑および青に中心を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記ピークの近くに局所的な中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率曲線のピークは、８０〜１００％の間の最大レベルを有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、Ｓ偏光についてのスペクトル反射率曲線は、前記ピークの近くに局所的な中心を持たないすべての領域において、０〜３５％の間、好ましくは０〜２０％の間のレベルを有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光のスペクトル反射率曲線のピークのそれぞれは、２０〜８０ｎｍの間の半値幅を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかにおいて、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率と前記ピークの１つの近くに中心を有するＳ偏光についてのスペクトル反射率との積から得られる曲線のピークのそれぞれが、５〜１００ｎｍの間の半値幅を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、Ｐ偏光についてのスペクトル透過率は、４００〜７００ｎｍの間のソースの放射スペクトルにおいて、８０％よりも大きい偏光スプリッタ（４）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかにおいて、４００〜７００ｎｍの間の積分平均透過率は７０％よりも大きい偏光スプリッタ（４）。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかにおいて、薄い層からなるスタックを備えた基板を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれかにおいて、ホログラフィック素子を備えた基板を有する偏光スプリッタ（４）。
【請求項１６】
請求項１４において、材料の１つは二酸化ケイ素である偏光スプリッタ（４）。
【請求項１７】
請求項１４において、材料の１つは二酸化ジルコニウムまたはチタン酸プラセオジミウムである偏光スプリッタ（４）。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかにおいて、２つのプリズムで構成されたキューブの形態である偏光スプリッタ（４）。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかによる偏光スプリッタ（４）の製造方法であって、
（ｉ）基板を設けるステップと、
（ｉｉ）薄い層を堆積させるステップと、を有する方法。
【請求項２０】
画像をユーザの方向に投射するインサートを備えた眼用レンズ（１０）であって、このインサートは、請求項１〜１８のいずれかによる偏光スプリッタ（４）を有する、眼用レンズ（１０）。
【請求項２１】
請求項２０において、前記偏光スプリッタ（４）はキューブの形態を備えている眼用レンズ（１０）。
【請求項２２】
請求項２０または２１による眼用レンズ（１０）を備えている、画像をユーザの方向に投射する投射装置。
【請求項２３】
請求項２２において、さらに液晶マイクロスクリーン（１）を備えている投射装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記液晶マイクロスディスプレイ（１）は赤、緑および青のＰ偏光を放射する投射装置。
【国際調査報告】
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