(57)【要約】ディスプレイ（２１０）の入力面（２２０）上に、前記ディスプレイの出力面（２３０）にて観察者により観察されるように画像を投影するための光学系が開示される。この光学系は、画像源（２０５）と、結像要素（２４０）と、望遠鏡（２５０）と、を有する。この光学系はまた、テレセントリック要素（２６０）及び／又は経路減少プリズム（２７０）を有していてよい。前記ディスプレイ（２１０）は、例えば、複数の積層された光導波路であって、各々が第１の端部及び第２の端部を有し、前記入力面は該複数の第１の端部によって画成され、前記出力面は該複数の第２の端部によって画成される複数の積層された光導波路を有していてよい。この光学系は、前記入力面の傾斜角が前記出力面の傾斜角と異なる場合に好ましく使用される。この光学系は、前記出力面に対する倍率とは異なる前記入力面に対する倍率を提供する。
2004510197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイの入力面上に、前記ディスプレイの出力面にて観察者により観察されるように画像を投影するための光学系において、
画像源と、
結像要素と、
望遠鏡と、
を有することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記結像要素及び望遠鏡の一方は回転対称であり、他方はアナモルフィックであることを特徴とする請求項１の光学系。
【請求項３】
前記結像要素は回転対称であり、前記望遠鏡はシリンドリカルであることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項４】
前記結像要素はシリンドリカルであり、前記望遠鏡は回転対称であることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項５】
前記画像源、結像要素、及び望遠鏡は、それぞれ前記投影された画像の経路内に配置されることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項６】
更に、画像を入力面上に指向させるための経路減少プリズムを有することを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項７】
前記画像源、結像要素、望遠鏡、及びプリズムは、それぞれ前記投影された画像の経路内に配置されることを特徴とする請求項６の光学系。
【請求項８】
更に、前記画像の台形ひずみを減少させるためのテレセントリック要素を有することを特徴とする請求項６の光学系。
【請求項９】
前記テレセントリック要素は、前記投影された画像の経路内で前記望遠鏡とプリズムとの間に配置されることを特徴とする請求項８の光学系。
【請求項１０】
前記プリズムは、前記入力面に直隣接していることを特徴とする請求項６の光学系。
【請求項１１】
前記ディスプレイは、複数の積層された光導波路であって、各々が第１の端部及び第２の端部を有し、前記入力面は該複数の第１の端部によって画成され、前記出力面は該複数の第２の端部によって画成される複数の積層された光導波路を有することを特徴とする請求項６の光学系。
【請求項１２】
前記プリズムの屈折率は、実質的に前記導波路群の屈折率と等しいことを特徴とする請求項１１の光学系。
【請求項１３】
前記入力面の傾斜角は前記導波路群のうち１つに相当する平面に対して非垂直であり、前記プリズムは、前記画像に対応する光が前記導波路群のうち１つに相当する前記平面に対して実質的に平行な入口角にて前記導波路群の少なくとも１つに入るように、前記入力面に対して非垂直な角度にて、前記画像を前記入力面上に指向させることを特徴とする請求項１１の光学系。
【請求項１４】
前記プリズムの入力面は、実質的に前記投影された画像の経路に対して垂直であることを特徴とする請求項６の光学系。
【請求項１５】
更に、前記画像の台形ひずみを減少させるためのテレセントリック要素を有することを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項１６】
前記画像源、結像要素、望遠鏡、及びテレセントリック要素は、それぞれ前記投影された画像の経路内に配置されることを特徴とする請求項１５の光学系。
【請求項１７】
前記画像源、結像要素、望遠鏡、テレセントリック要素、及びプリズムは、それぞれ前記投影された画像の経路内に配置されることを特徴とする請求項８の光学系。
【請求項１８】
前記望遠鏡は、ガリレイ式であることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項１９】
前記望遠鏡は、ケプラー式であることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２０】
前記望遠鏡は、複数のシリンドリカル要素を有することを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２１】
前記シリンドリカル要素群は、所定の平面について対象であることを特徴とする請求項２０の光学系。
【請求項２２】
前記所定の平面は、ｙ−ｚ平面であることを特徴とする請求項２１の光学系。
【請求項２３】
前記シリンドリカル要素群は、ｘ方向の軸に関して傾斜していることを特徴とする請求項２２の光学系。
【請求項２４】
前記入力面の前記傾斜角は前記出力面の傾斜角とは異なり、前記光学系は、前記出力面に対する倍率とは異なる前記入力面に対する倍率を提供することを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２５】
前記望遠鏡は、前記入力面に対する倍率を制御し、前記結像要素は、前記出力面に対する倍率を制御することを特徴とする請求項２４の光学系。
【請求項２６】
前記結像要素はレンズであることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２７】
前記結像要素はミラーであることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２８】
前記結像要素はレンズ及びミラーの組合せであることを特徴とする請求項２の光学系。
【請求項２９】
前記テレセントリック要素はレンズであることを特徴とする請求項８の光学系。
【請求項３０】
前記テレセントリック要素はミラーであることを特徴とする請求項８の光学系。
【請求項３１】
前記テレセントリック要素はレンズ及びミラーの組合せであることを特徴とする請求項８の光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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。特に、本発明は、ディスプレイ装置上に画像（イメージ）を投影するための光学系及び方法に関するものである。より詳細には、本発明は、画像を多平面光学ディスプレイ（ｐｏｌｙ−ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＰＯＤ）装置上に投影するための光学系及び方法に関するものである。
【０００２】
背景の説明
直線的な対象（物体）を比例して引き伸ばされた又は縮小された直線的な画像へと画像投影する分野（従来の写真用引伸機及びスライドプロジェクタに代表されるようなもの。）においては、画像全体が典型的には単一平面上に投影される（例えば、引伸機においては印画紙に；スライドプロジェクタからはスクリーンに。）。画像の垂直方向及び水平方向の成分のための２つの分離された画像面を有するディスプレイ装置内に画像を投影しなければならない場合、それぞれ垂直方向及び水平方向の画像成分の独立した倍率（拡大）及び焦点（集束）を必要とし、より困難な課題が生じる。画像面の１つが投影軸に関して傾斜しており、その傾斜（ティルト）が大きく、従来の画像焦点が全画像面に沿って維持されないほどである場合、問題は更に複雑になる。２つの異なる画像面は、垂直方向及び水平方向の画像成分が、それらそれぞれの傾斜した表面に沿う独立した焦点を維持するような方法で照明されなければならない。更に、投影された画像は、一般に、漸次より長くなる投影された領域距離にわたり拡大（伸長）するため、傾斜した画像面は、「台形化（ｋｅｙｓｔｏｎｉｎｇ）」をも受け、これによって一方の寸法（水平方向の「幅」という。）は、画像の「頂部」又は「底部」から見たとき、漸次より大きく引き伸ばされる。
【０００３】
このような画像の取り扱いを必要とする装置の一例が、「平面若しくは湾曲薄型光学ディスプレイパネル（Ｆｌａｔ ｏｒ Ｃｕｒｖｅｄ Ｔｈｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）」と題された米国特許第５，３８１，５０２号に示されている。図１は、この米国特許第５，３８１，５０２号に記載されたこの形態のパネル構成を示す。パネルは、それぞれ典型的な厚さｔの薄い平面導波路様透明層１１１の積層体を有する。この積層体が鋭い角度Ｓにて切断されると、各積層物はディスプレイの表面にてｈ＝ｔｓｅｃＳなる高さｈを示す。従って、典型的には約７０度に達するＳでもって、ｈは著しくｔよりも大きい。又、ディスプレイの全高Ｈは、同じファクター、ｓｅｃＳによって、基部の厚さＴよりも大きい。
【０００４】
米国特許第５，３８１，５０２号の装置は、「多平面光学ディスプレイ（ＰＯＤ）」と呼ばれる。ＰＯＤの右端部分が、等角図として最初に図１に示されている。全幅Ｗは、典型的にはそのディスプレイの高さＨよりも広い。その詳述された部分は、ＰＯＤの動作を説明するのに役立ち、又その本発明との関係を理解する上で有用である。パネルの各積層物（厚さｔのもの）は、公称光学屈折率ｎ１の透明なシート（ガラス又はプラスチック）であり、屈折率ｎ２（但し、ｎ１＞ｎ２）の比較的薄いコーティング（クラッド）によって分離されている。クラッドは、例えば、不透明なエポキシであってよい。基部（入力面）にて積層物群に入る光は、各シート内へと分離され、又各界面、即ち、クラッドでの全内部反射（全反射）によってその各々のシートに閉じ込められる。クラッドは、ディスプレイの一方の表面から他方の表面へと画像を導波し、一方そうでなければディスプレイのコントラストを低減させる散乱光を吸収する役目を果たす。このようにして、基部にて集束された光は、厚さｔ（「Ｔ」方向における）の「垂直」解像要素群を、ディスプレイ表面への「上方」への伝搬の間中維持し、ここで各厚さｔは、対応する分解可能な高さｈとして表示される。しかし、幅Ｗ方向においては、入力照明の制限（閉じ込め）はなく、又各シートは、連続した透明な媒体として、そのそれぞれの一枚を（幅方向において）伝搬する。このため、水平方向の画像成分は、先を切られた画面（ｖｉｅｗｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）（出力面）に応じて変化する距離にわたり集束される必要がある。投影された画像の垂直方向成分は基部近傍に集束しなければならないが、水平方向の情報はディスプレイの表面（出力面）の傾斜する平面近傍に集束しなければならない。即ち、ディスプレイの「底部」にて基部に近接して集束する成分と、ディスプレイの頂部に接近しながら画像要素を表すように漸次より長くなる距離にて集束するより高位に集束する成分である。又、層を通して伝搬する間に、水平方向の成分は、拡大する照明領域への伸長として、漸次拡大する。補正しなければ、これは台形ひずみを発生させ、それによって（この例においては）表示された画像の頂部は、底部におけるよりも広くなる。
【０００５】
「光投影装置及び方法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」と題された米国特許第６，０１２，８１６号は、ＰＯＤ型のディスプレイパネルと共に使用することのできる画像投影を提供することによって上述の問題を解決する試みを記載している。しかし、この米国特許第６，０１２，８１６号のこの光学系は、最適な画像精度を得るために調整及び／又は微調整するのが困難である。それがどのように構成されるかに依存して、画像に対応する光が、導波路群の１つに相当する平面に対して実質的に平行な入口角（入射角）にて導波路群の少なくとも１つに入らず、この光学系は、傾斜した入力面に画像を投影するのに役立たないと考えられる。導波路群の１つに相当する平面に対して実質的に平行な入口角にて光が導波路群に入らない場合、各導波路内でクラッドにて光が受ける多くの目立たないバウンス（跳ね返り）から光損失が生じ得る。更に、米国特許第６，０１２，８１６号は、単純なシリンドリカルレンズ（円柱レンズ）を必要とする光学系に対する設計に限定される。本発明もまた、シリンドリカルレンズを使用するが、この米国特許第６，０１２，８１６号とは対照的に、より洗練された方法にてシリンドリカルレンズを使用する。
【０００６】
本発明の一目的は、上述のタイプの画像の取り扱い上の問題を解決することであり、又ＰＯＤ型のディスプレイパネルと共に使用することのできる画像投影を提供することである。
【０００７】
発明の概要
本発明は、ディスプレイの入力面上に、前記ディスプレイの出力面にて観察者により観察されるように画像を投影するための光学系に向けられる。この光学系は、画像源、結像要素、及び望遠鏡（テレスコープ）を有する。この光学系はまた、テレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）要素及び／又は経路減少（ｐａｔｈ−ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）プリズムを有していてよい。前記ディスプレイは、例えば、複数の積層された光導波路であって、各々が第１の端部及び第２の端部を有し、前記入力面は該複数の第１の端部によって画成され、前記出口面は該複数の第２の端部によって画成される複数の積層された光導波路を有していてよい。この光学系は、前記入力面の傾斜角が前記出力面の傾斜角と異なる場合に好ましく使用される。この光学系は、前記入力面に対する倍率を、前記出力面に対する倍率と異なるように提供する。好ましい実施態様においては、前記入力面の前記傾斜角は前記導波路群のうち１つに相当する平面に対して非垂直であり、前記プリズムは、前記画像に対応する光が前記導波路群のうち１つに相当する前記平面に対して実質的に平行な入口角にて前記導波路群の少なくとも１つに入るように、前記入力面に対して非垂直な角度にて、前記画像を前記入力面上に指向させる。
【０００８】
本発明は、画像経路に関してディスプレイの傾斜した入力面上に正確な画像を生成する減少された光学距離（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ）を有し、不適切に集束された画像、及びオリジナル画像の不正確なアスペクト比及びオリジナルの画像から表示された画像への線形的な点から点への写像（マッピング）の不整合をもたらす画像ひずみ（歪曲、ディストーション）を被ることのない光学系を提供することによって、従来の技術で経験された問題を解決する。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きなどの、積層された導波路パネルに対応する利点をも保持している。
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の優位性及び利点は、後述の発明の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１０】
本発明が明快に理解され、容易に実施されるように、本発明を添付の図面を参照して説明する。
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明における図面及び記載は、本発明の明確な理解に関係する要素を説明するために単純化されており、一方で明確さを期すために、典型的な光学ディスプレイパネルにて見られる他の多くの要素を省略していることを理解されたい。当業者は、本発明を実施するためには、他の要素が望まれ且つ／或いは必要とされることを認識するであろう。しかし、そのような要素は斯界にて周知であり、又それらは本発明のより良い理解を容易にすることはないので、そのような要素の議論は本明細書では提供しない。
【００１２】
図２は、ＰＯＤ１０の概略断面側面図である。ディスプレイ１０は、複数の積層された光導波路１１を有する。各導波路は第１の端部及び第２の端部を有し、入力面２０は複数の第１の端部によって画成され、出力面３０が複数の第２の端部によって画成される。各導波路１１は、クラッド１２によって取り囲まれ、入力面から出力面３０へと全内部反射（全反射）によって進行する光を案内する。クラッドは、導波路群のコアを構成する材料の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料で構成される。クラッドの材料は、好ましくは黒色であり、又より好ましくは、黒色エポキシである。ディスプレイ１０の出口面３０は、出力面３０に対する垂線が、導波路１１の平面に対して角度（θＶ）となるように切断される。ｃ１（後述）は、入力面２０の画像に対する垂線がシステム１５の光軸に対して成す角度を表す。ｃ２（後述）は、出力面３０の画像に対する垂線がシステム１５の光軸に対して成す角度を表す。従って、出力面３０の高さ（ｈＶ）は、下記式、によって得られる。
【００１３】
【数１】
2004510197.tif 000003
【００１４】
但し、Ｎは導波路の数、ｔｇは平面ガラスシートの厚さ、ｔｅはエポキシの層の厚さである。簡単にするために、ｔｇ及びｔｅは図示されていない。図２に示されるように、入力面の傾斜角は、出力面の傾斜角と異なる（即ち、入力面２０は、導波路の平面に対して垂直であっても、垂直でなくてもよい。）。従って、ＰＯＤは、画像が、２つの分離された傾斜した画像平面を有することを必要とする。それ故、光学系は、出力面に対する倍率とは異なる入力面に対する倍率を提供しなければならない。第１の画像平面（入力面２０）において、画像は、ＰＯＤの水平導波路群内へと結合される。入力面２０において、結像システムは、垂直方向において良く集束された画像を形成する必要がある。即ち、対象（又はオリジナル画像）中の或る点の画像は、図３に示されるように、垂直方向の広がり無しで、水平な線に結像される。第２の画像平面（出力面３０）は、ＰＯＤの画面（ｖｉｅｗｉｎｇ ｆａｃｅ）である。出力面３０において、光はＰＯＤを出て、観察者によって観察される。図１に関して上述して説明したように、水平方向、即ち、幅Ｗ方向においては制限（閉じ込め）がないため、出力面３０では、結像システムは水平方向において良く集束された画像を形成する必要がある。即ち、対象（又はオリジナル画像）中の或る点の画像は、図４に示されるように、水平方向の広がり無しで、垂直な線に結像される。平面導波路群は、垂直方向において画像を制限し（閉じ込め）、出力面３０にて垂直方向でシャープな画像を生成する。垂直方向における導波と、結像システムの水平方向の集束作用とが協働して、両方向において良く集束して見える画像を生成する（即ち、対象中の或る点の画像は、効果的に、出力面３０上の或る点へと結像される。）。２つの画像平面での倍率は、出力面３０にて正しいアスペクト比で画像を生成するために異なっていなければならない。垂直方向における倍率（ｍｖ）の水平方向における倍率（ｍｈ）に対する比は、下記式によって得られる。
【００１５】
【数２】
2004510197.tif 000004
【００１６】
図５は、画像源５、光学系８０及びＰＯＤ１０の単純化された概略側面図である。光学系８０は、ディスプレイの出力面３０にて観察者により観察される画像をディスプレイの入力面２０上に投影するために使用される。本開示は、光学系を、ＰＯＤ、即ち、出力面に対して傾斜した入力面を有するものとの関連において記載するが、本発明の光学系は、他のタイプのディスプレイと共に実施可能であることを理解されたい。図示のように、光学系８０は、結像要素４０、望遠鏡５０、テレセントリック要素６０、及び経路減少プリズム７０を有する。
【００１７】
画像源５は、照明された対象、例えば、ＬＣＤ若しくはＤＭＤであってよく、又は放射する対象、例えば、ＬＥＤアレイ若しくはレーザであってもよい。結像要素４０は、レンズ、ミラー（鏡）、又はレンズ／ミラーの組合せであってよい。望遠鏡５０は、ガリレイ若しくはケプラー式であってよく、又屈折性若しくは反射性の構成要素のいずれか、又はそのようなもののいくつかの組合せで構成されていてよい。望遠鏡５０が、アナモルフィックで、又ケプラー式の構成である（即ち、中間のアスチグマティック（非点収差）画像を形成する）場合、ｃ１及びｃ２の符号は互いに反対になり（図２に示されるものとは反対に傾斜した入力面２０をもたらす）、一方望遠鏡５０が、アナモルフィックで、又ガリレイ式の構成である（即ち、中間の実像を形成することがない）場合、ｃ１及びｃ２の符号は同じになる。
【００１８】
シリンドリカル要素群の利用においては、アナモルフィック望遠鏡のタイプが実現される。望遠鏡５０がシリンドリカル要素群で構成される場合、結像要素４０は、好ましくは、回転対象である。この好ましい組み合わせ方において、回転対称な結像要素４０は、５つの要素を有していてよい。望遠鏡５０は、アナモルフィックであってよく、又第１及び第２のレンズ群を有していてよい。第１のレンズ群は、１つのシリンドリカル要素から成り、一方第２のレンズ群は２つのシリンドリカル要素から成る。これら、回転対称な結像要素４０、及び望遠鏡５０を有する特定の要素群は、それぞれ、入力面２０及び出力面３０における垂直方向及び水平方向の両方に沿う画像のより厳密な倍率（拡大）を可能とする。この正確な二重（２方向）の倍率は、特に、より複雑で或いは付加的な結像要件を必要とするカラー画像のために適している。この光学系８０を用いた結果、米国特許第６，０１２，８１６号において開示される２つのシリンドリカルレンズのみを用いて二重（２方向）の倍率を達成するものに対して、結像能力の著しい改善をもたらす。米国特許第６，０１２，８１６号における各々のシリンドリカルレンズは、１つのシリンドリカル構成要素から成るので、結像（画像）能力は、単色画像のためにのみいくらか効果的である。一方、これとは対照的に、本発明の光学系８０は、それぞれディスプレイ１０の出力面３０及び入力面２０で水平方向及び垂直方向に沿う単色画像及び多色画像の両方の結像において、極めて有効である。
【００１９】
別法によれば、結像要素４０がシリンドリカル要素群で構成される場合、望遠鏡５０は回転対称である。望遠鏡５０が複数のシリンドリカル要素を有する実施態様においては、このシリンドリカル要素群は、好ましくは、ｙ−ｚ平面について対象である。テレセントリック要素４０は、レンズ、ミラー、又はレンズ／ミラーの組合せであってよく、又画像の台形型（楔型）ひずみを低減又は補正することができる。経路減少プリズム７０は、画像を入力面２０上に指向させる。
【００２０】
テレセントリック要素４０がない場合、光学系８０の作用は、Ｓｃｈｅｉｍｆｌｕｇ（シャイムフラグ）の法則の観点から単純に説明することができ、これは（空気中において）、下記式のように表現することができる。
【００２１】
【数３】
2004510197.tif 000005
【００２２】
但し、ｍは対象（又はオリジナル画像）から表示された画像への倍率（拡大）比率、ａは対象に対する垂線がシステム１５の光軸に対して成す角度である。システム１５の光軸は、対象５の中心と、表示された画像の中心との間に引かれた線として規定され（図６の右側に示される。）、ｂは光学系８０の光軸とシステム１５の光軸との間の角度であり、ｃは画像に対する垂線がシステム１５の光軸に対して成す角度である。角度ａ、ｂ及びｃは、全て同一平面（ｙ−ｚ平面）内にあることが求められる。入力面２０の傾斜角及び出力面３０の傾斜角が異なるＰＯＤの場合を考えると、２つの画像平面に対する倍率もまた異なっていなければならないことは明らかである。簡単のために、角度ｂがゼロ（ｂ＝０）で、ＰＯＤの屈折率が１であるシステムを考える。この特定の場合においては、式（３）は、垂直方向及び水平方向に関して簡単に書くことができ、下記式のようになる。
【００２３】
【数４】
2004510197.tif 000006
【００２４】
式（４ａ）及び（４ｂ）を、式（２）と組合せることによって（この場合θｖはｃ２と等しいことに注意されたい。）、下記式が得られる。
【００２５】
【数５】
2004510197.tif 000007
【００２６】
所望の対象及び画像のサイズ、経路長（道程）、及びθｖの所望の値に関する情報と組み合わされた上記式群を用いることによって、所望の垂直方向の倍率、水平方向の倍率、対象に対する傾斜角、及び入力面２０の傾斜角を求めることができる。一旦これらのパラメータが規定されれば、結像要素４０を、正しい水平方向の倍率を与えるように規定することができ、又望遠鏡５０を、垂直方向の倍率を変更するように規定することができる。
【００２７】
上記式群はまた、Ｓｃｈｅｉｍｆｌｕｇの法則での低減された厚さの効果を含むように変換することもできる。明らかに、このシステムは、ＰＯＤ材料が空気と等しい屈折率を有する場合には機能しない。このことから、ガラスから成るＰＯＤは、入力面２０上に入射する光が、それが平面シート群に入るときに屈折角がそのシート群に対して平行に近い角度であるような角度にて入射しなければならない、という要件を満足しなければならない。この要件は、ｃ１、ｃ２、及びθｖの間に、下記式のように表すことのできる関係を与える。
【００２８】
【数６】
2004510197.tif 000008
【００２９】
但し、ｎはＰＯＤ材料の屈折率である。又、１より大きい屈折率を有する材料を、入力面２０と出力面３０との間に挿入することで、水平方向の倍率のための要件（前記式（４ｂ））は、下記式へと変わる。
【００３０】
【数７】
2004510197.tif 000009
【００３１】
式（６ａ）及び（６ｂ）は、所望のシステムパラメータ群を決定するために、式（２）と組み合わせることができる。これらの式から、経路減少プリズム７０がない場合には、導波路の平面は、システム１５の光軸に対して非平行であることが好ましいことが明らかである。
【００３２】
好ましい実施態様においては、入力面２０がシステム１５の光軸に対して非垂直である場合、経路減少プリズム７０が用いられる。経路減少プリズム７０は、入力面２０上に入射する光が、それが平面シート群に入るときに屈折角がそのシート群に対して平行に近い角度であるような角度にて入射しなければならない、という要件を満足するために用いられる。この要件は、入力面２０をガラス中に効果的に浸すことによって満たされる。任意に、経路減少プリズムは、ＰＯＤの底部に近接して若しくは貼り付けられて（例えば、接着される。）配置される。経路減少プリズムの入力面が、システム１５の光軸に対して垂直であり、又これがＰＯＤのガラスと屈折率が同じに近い材料で形成される場合、経路減少プリズムとＰＯＤとの間の界面での光の屈折は無視することができるか、又はほとんど排除される。従って、ＰＯＤの平面シート群は、システム１５の光軸に対して平行とすることができる。経路減少プリズムを使用する第２の利点は、減少された厚さの効果によって、入力面２０の有効な傾斜を減少することである。減少された厚さの産生は、当業者には周知である。ＰＯＤのガラスもまた、同じ効果によって、出力面３０の有効な傾斜を減少又は排除する。
【００３３】
好ましい実施態様においては、入力面２０の傾斜角は導波路群１１のうち１つに相当する平面に対して非垂直であり、一方経路減少プリズム７０は入力面に対して非垂直な角度にて画像を入力面２０上に指向させて、これにより、画像に対応する光は、導波路群１１の少なくとも１つに、実質的に導波路群１１のうち１つに相当する平面に対して平行な入口角（入射角）にて入る。
【００３４】
経路減少プリズムを利用するシステムに関して、式（４ａ）及び（４ｂ）は、下記式のように書き改めることができる。
【００３５】
【数８】
2004510197.tif 000010
【００３６】
但し、ｎはＰＯＤ及び経路減少プリズムの屈折率である。式（５）は、下記式になる。
【００３７】
【数９】
2004510197.tif 000011
【００３８】
ここでまた、上記式群を、所望の対象及び画像のサイズ、及びθｖの所望の値に関する情報と組み合わせることができる。そして、所望の垂直方向の倍率、水平方向の倍率、対象に対する傾斜角、入力面２０に対する傾斜角を求めることができる。
【００３９】
台形の画像ひずみ（即ち、台形ひずみ）を補正するために、本発明の光学系は、任意に、テレセントリック要素を有していてよい。台形の画像ひずみは、一般的に、傾斜した結像システムにおいて存在する。テレセントリック要素の作用は、入力面２０及び出力面３０にて、画像をテレセントリックであらしめる。テレセントリック画像は、画像平面の位置がシステム１５の光軸（ｚ軸）に沿ってずらされ時に、倍率を変化させない。
【００４０】
米国特許第６，０１２，８１６号とは対照的に、本発明は、望遠鏡５０を必要とする（一方、米国特許第６，０１２，８１６号はこれを必要としない。）。本発明はまた、経路減少プリズムを使用してもよいが、一方米国特許第６，０１２，８１６号は使用しない。上述のような本発明の光学系８０を使用することでの多くの利点に加えて、光学系８０内の上述の構成要素群を使用することでの別の有意な利点は、それらの最も単純な形態にて表現された上記式群を、望ましい特性／値を有するシステムを確立するために用い得るということである。
【００４１】
好ましい実施態様（表１に示され、図７〜９に例示される。）においては、単位はミリメートルで、設計波長は４８６ｎｍ、５８７ｎｍ及び６５６ｎｍである。表１に示される傾斜は、全てｘ軸の周りのものであり、時計回り方向が正である。傾斜の作用は、部分的な光軸の方向を変えることである。典型的なシステム中の対象２０５は、１３．６ｍｍ（ｘ方向において）×１０．２ｍｍ（ｙ方向において）の矩形である。対象２０５は、１２．５８°の角度にて傾斜している。要素１〜５は、旋回点の周りで１０．１４°の角度にて傾斜した、回転対称な結像レンズ２４０を規定する。表面２及び１２は一致し、回転対称な結像レンズ２４０の回転のための旋回点を構成する。シリンダー（円柱）１、２及び３の表面は、それぞれｙ軸のみにおいて曲率（湾曲）を有し、これはそれぞれ、表面の曲率半径の値の直ぐ後に続く「Ｙ」によって指定される。シリンダー１は、シリンドリカルガリレイ式望遠鏡２５０の負（ネガティブ）の第１要素を構成し、シリンダー２及び３は、一緒に、この望遠鏡２５０の正（ポジティブ）の第２要素を構成する。テレセントリックレンズ２６０は、−３．５°の角度にて傾斜しており、又経路減少プリズム２７０の入力面である。経路減少プリズム２７０は、−１６．５°の角度を有し、又テレセントリックレンズ２６０及びＰＯＤ２１０の入力面２２０の両方に対して接着されている。ＰＯＤ２１０は、入力面２２０と出力面２３０との間に−４３．５°の角度を有する。このシステムにおいて、ＰＯＤ２１０を構成する導波路群は、システム２１５の光軸に対して平行ではない。導波路の平面とシステム２１５の光軸との間の角度は、２．３°である。表１中の「開口」の欄は、矩形（それぞれｘ及びｙ方向の寸法を有する。）又は円形（直径を有する。）を表すことに注意されたい。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
当業者は、本発明の多くの修飾及び変更が実施され得ることを理解されよう。例えば、光学系８０は、結像要素４０、望遠鏡５０、テレセントリック要素６０、及び経路減少プリズム７０を有するものとして記載したが、本発明の光学系８０は、別法として、テレセントリック要素６０及び／又は経路減少プリズム７０を利用しなくてもよい。又、光学系８０の光軸は、システム１５の光軸に対して平行であってもなくてもよい。又、経路減少プリズムの入力面は、システム１５の光軸に対して垂直でなくてもよい。更に、経路減少プリズムの屈折率は、ＰＯＤ材料の屈折率と厳密に一致していなくてもよい。更に加えて、望遠鏡５０内のシリンドリカルレンズ群を、水平軸（ｘ軸）の周りで傾斜させてもよい。別法として、微調整の目的で、他の要素（群）、例えば、画像源５、光学系８０内の要素（群）、又はＰＯＤ自体を傾斜させてもよい。上述の説明及び添付の特許請求の範囲は、全てのこのような修飾及び変更を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術のＰＯＤディスプレイパネルの一部切り欠き等角図である。
【図２】
図２は、本発明の好ましい実施態様に従うＰＯＤの概略断面側面図である。
【図３】
図３は、導波路群を使用しないで入力面にて水平な線に結像された典型的な点光源を示す、本発明の好ましい実施態様に従う入力面全体の概略図である。
【図４】
図４は、導波路群を使用しないで出力面にて垂直な線に結像された典型的な点光源を示す、本発明の好ましい実施態様に従う出力面全体の概略図である。
【図５】
図５は、本発明の好ましい実施態様に従う、結像されるべき対象、光学系の配置、及びＰＯＤの概略側面図である。
【図６】
図６は、従来技術のシステムの傾斜した平面の結像についてのＳｃｈｅｉｍｆｌｕｇ状態を例示するのに用いられ、更に本発明の光学系についての式を明らかにするために用いられる、結像されるべき対象、光学系、及び画像面の概略側面図である。
【図７】
図７は、本発明の好ましい実施態様（表１に示される。）に従う、結像されるべき対象、光学系、及びＰＯＤの概略側面図である。
【図８】
図８は、図７の典型的なシステムにおける、結像されるべき対象、回転対称な結像レンズ、及び望遠鏡の拡大図である。
【図９】
図９は、図７の典型的なシステムにおける、テレセントリックレンズ、経路減少プリズム、及びＰＯＤの拡大図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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