JP6688807B2 - 光学系 - Google Patents

Description

光学系は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルからの光を受光してその光を観察者の眼に向けるレンズ系とを含む場合がある。

本明細書のいくつかの態様では、画素化した光源と、複数の光方向転換要素と、を含む発光システムが提供される。画素化した光源は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む。それぞれの光方向転換要素は、複数の画素のうちの異なる画素に対応すると共に、第１の円錐角を有する画素により放射された第１の発散光を受光して、受光した光を約１５度より大きくかつ第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する。

本明細書のいくつかの態様では、画素化した光源と、光源に向かって凹状の凹状光方向転換表面と、を含む発光システムが提供される。光源は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素の群を含む。光方向転換表面のそれぞれの異なる部分は、複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、第１の円錐角を有する画素の群内の画素により放射された第１の発散光を受光して、受光した光を第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する。いずれの２つの異なる画素の群も、共通の画素を含まない。

本明細書のいくつかの態様では、第１の像を放射し、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む、画素化ディスプレイを含み、複数の画素の前に配置された複数の光方向転換要素を含む、ディスプレイシステムが提供される。それぞれの光方向転換要素は複数の画素のうちの異なる画素の群に対応し、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含み、複数の光方向転換要素は複数の画素の背後に第１の像の第２の虚像を形成する。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、複数の画素の前に配置された複数の光方向転換要素と、を含む、ディスプレイシステムが提供される。それぞれの光方向転換要素は、複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、画素の背後に画素の虚像を形成する。それぞれの画素の群は、少なくとも１つの画素を含む。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した光源と、複数のレンズと、を含む、結像系が提供される。それぞれの画素は、円錐軸上に中心がある光錐を放射する。それぞれのレンズは、レンズ軸上に中心があり、複数の画素のうちの異なる画素に対応する。それぞれのレンズのレンズ軸は、そのレンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に平行である。少なくとも１つのレンズのレンズ軸は、その少なくとも１つのレンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に対してずれている。複数のレンズのうちの少なくとも２つのレンズは、その少なくとも２つのレンズから異なる複数の距離に対応する複数の画素の複数の像を形成する。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した光源と、複数のレンズと、を含む、結像系が提供される。それぞれの画素は、円錐軸上に中心がある光錐を放射し、それぞれのレンズは、複数の画素のうちの異なる画素に対応する。複数のレンズのうちの少なくとも２つのレンズは、その少なくとも２つのレンズから異なる複数の距離に対応する複数の画素の複数の像を形成する。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した表面と、複数のレンズと、を含む、光学系が提供される。それぞれのレンズは、複数の画素のうちの異なる画素に対応する。複数のレンズのうちのそれぞれのレンズは、画素化した表面に対して平行でない像面内に対応する画素の像を形成する。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイ表面と、光学積層体と、を含む、光学系が提供される。光学積層体は、ディスプレイ表面に隣接し、少なくとも１つの光方向転換要素を含む光方向転換層と、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む。それぞれの光方向転換要素は複数の画素のうちの異なる画素の群に対応し、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含む。

本明細書のいくつかの態様では、複数の画素を含む画素化システムと、光学レンズ系と、を含む、ディスプレイシステムが提供される。光学レンズ系は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体を含む。光学レンズ系は、画素化システムからの光を受光して射出瞳を通して光を送出するように適合されている。複数の画素のうちのそれぞれの画素に関して、画素化システムは、円錐軸上に中心がある光錐を放射するように適合され、円錐軸は、画素に垂直な軸に対して円錐軸角をなし、少なくともいくつかの画素に対する円錐軸角は、少なくともいくつかの他の画素に対する円錐軸角とは異なる。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、光学レンズ系と、画素化ディスプレイと光学レンズ系との間に配置された光方向転換層と、を含む、ディスプレイシステムが提供される。光学レンズ系は、受光角を有し、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む。光学レンズ系の受光角内の画素化ディスプレイにより放射される全光量は、光方向転換層を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの全光量より、少なくとも３０パーセント高い。

本明細書のいくつかの態様では、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、光学レンズ系と、画素化ディスプレイと光学レンズ系との間に配置された光方向転換層と、射出瞳と、を含む、ディスプレイシステムが提供される。光学レンズ系は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む。射出瞳でのディスプレイシステムの輝度は、光方向転換層を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも３０パーセント高い。

本明細書のいくつかの態様では、光学レンズ系と、複数の光方向転換要素と、を含む、光学系が提供される。光学レンズ系は、光軸を有し、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む。それぞれの光方向転換要素は、中心光線を有する第１の光錐を受光し、受光した光を第２の光錐として光学レンズ系に向けて送出するように適合される。光方向転換要素の少なくともいくつかは、光軸に向けて又は光軸から離れる方に中心光線を曲げるように適合される。

本明細書のいくつかの態様では、レンズ系は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置された、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、複数の光方向転換要素を含む外側主面を有する第１の光学レンズと、を含む。それぞれの光方向転換要素は、第１の光錐を受光し、受光した光を第２の光錐として部分反射体に向けて送出するように適合される。

本明細書のいくつかの態様では、それぞれの画素の群が少なくとも１つの画素を含む複数の画素の群を含む画素化システムと、それぞれの光方向転換要素が複数の画素の群内の異なる画素の群に対応する複数の光方向転換要素と、射出瞳と、を含む、ディスプレイが提供される。それぞれの画素は、射出瞳の中心を通過する主光線及び中心光線を有する光錐を放射する。少なくとも１つの画素に関して、その画素に対応する光方向転換要素は、その画素により放射される中心光線と主光線との間の角度を低減する。

本明細書のいくつかの態様では、複数の発光画素を含むディスプレイシステムが提供される。それぞれの発光画素は、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する光学的に透明な第１の光方向転換要素と、第１の光方向転換要素に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する凹状の第２の光方向転換要素と、第１の光方向転換要素と第２の光方向転換要素との間に配置された発光材料と、を含む。第２の光方向転換要素の中心は、発光材料内に位置する。

本明細書のいくつかの態様では、複数の発光画素を含むディスプレイシステムが提供される。それぞれの発光画素は、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する光学的に透明な第１の光方向転換要素と、第１の光方向転換要素に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する凹状の第２の光方向転換要素と、第１の光方向転換要素と第２の光方向転換要素との間に配置された発光材料と、を含む。発光材料により放射された光は、第１及び第２の光方向転換要素により実質的にコリメートされる。

本明細書のいくつかの態様では、複数の発光画素と、光学レンズ系と、を含む、ディスプレイシステムが提供される。それぞれの発光画素は、発光材料と、発光材料に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する凹状の第１の光方向転換要素と、を含む。光学レンズ系は、第１の光方向転換要素のそれぞれにより反射された光を受光するように配置され、受光された光は実質的にコリメートされる。光学レンズ系は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置された反射型偏光子と、を含む。

本明細書のいくつかの態様では、それぞれの画素が第１の円錐軸上に中心がある第１の光錐を放射する複数の画素を含む画素化した光源と、複数のレンズと、を含む、結像系が提供される。それぞれのレンズは、複数の画素のうちの異なる画素に対応して位置合わせされる。それぞれのレンズは、対応する画素からの第１の光錐を受光して、受光した第１の光錐を第２の円錐軸上に中心がある第２の光錐として送出するように適合される。少なくとも１つの画素に関して、第１及び第２の円錐軸は平行ではない。

光学系の断面図である。 ディスプレイの断面図である。 ディスプレイの断面図である。 光学系の断面図である。 基準発光システム内の画素からの光出力の断面図である。 発光システム内の画素からの光出力の断面図である。 光学系の断面図である。 光学系の断面図である。 光学系の断面図である。 発光システムの概略断面図である。 発光システムの概略断面図である。 発光システムの概略断面図である。 光方向転換層の断面図である。 発光システムの断面図である。 光方向転換要素を含む画素の断面図である。 光方向転換要素を含む画素の断面図である。 発光システムの概略断面図である。 発光システムの概略断面図である。 発光システムの概略断面図である。 発光システムの概略断面図である。 光学系の断面図である。 ディスプレイシステムの断面図である。 ディスプレイシステムの斜視図である。 発光システムの断面図である。 発光システムの断面図である。 発光システムの断面図である。 発光システムの断面図である。 発光システムの断面図である。 発光システムの断面図である。 レンズ系の断面図である。 発光システムの断面図である。 ヘッドマウント式ディスプレイの概略上面図である。 光ガイドの概略断面図である。 光ガイドの概略断面図である。 光ガイドの概略断面図である。 ２つの方向の間の夾角の概略表現である。

ディスプレイシステムは、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルからの光を受光して、ディスプレイシステムの射出瞳を通してその光の少なくとも一部分を送出するレンズ系と、を含むことができる。レンズ系は、反射型偏光子と、反射型偏光子に隣接して間隔を空けて配置された部分反射体と、反射型偏光子と部分反射体との間に配置された１／４波長位相差板と、を含むことができる。部分反射体は、ディスプレイパネルから受光した光の少なくとも一部を、反射型偏光子を通して、そして射出瞳を通して送出する。そのようなディスプレイシステムは、例えば、バーチャルリアリティディスプレイなどのヘッドマウント式ディスプレイに使用することができる小型のシステムにおいて、広視野を提供することができる。有用なディスプレイシステムは、同時係属の２０１５年９月３日に出願された米国特許仮出願第６２／２１４，０４９号に記載されており、その出願は、本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書により、光出力の方向又は光出力のコリメーションの程度のうちの１つ又は両方が好適に変更されるようにディスプレイパネルの光出力を変更することにより、射出瞳を通して送出されるディスプレイパネルから放射される光の一部を、従来のディスプレイシステムと比較して実質的に増大させることができることが見出された。本明細書の他の所で更に説明するように、これは、ディスプレイパネルと部分反射体との間に光方向転換層を含めることにより（例えば、ディスプレイパネルの表面上に直接光方向転換層を含めることにより）、又はディスプレイパネルを照明するために使用されるバックライトを変更することにより、実現することができる。

図１は、発光システム１３２と、レンズ系１１９と、射出瞳１３５とを含む、光学系１００の概略断面図である。発光システム１３２は、レンズ系１１９により効率的に利用することができる光出力を提供するように適合される。発光システム１３２は、光方向転換層及び／又は少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含むことができる。好適な発光システムは、本明細書の他の所で更に説明する。発光システム１３２などの発光システムは、画素化することができ、画素化システム又は画素化ディスプレイと呼ばれる場合がある。光学系１００は、例えば、ヘッドマウント式ディスプレイに利用することができるディスプレイシステムとすることができる。

レンズ系１１９は、発光システム１３２と射出瞳１３５との間に配置された第１の光学積層体１１０を含み、第２の光学積層体１２０は、第１の光学積層体１１０と射出瞳１３５との間に配置される。第１及び第２の光学積層体１１０及び１２０のそれぞれは、実質的に平面とすることができ、又は１つ若しくは２つの軸の回りに湾曲することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の光学積層体１１０及び１２０のそれぞれは、直交する第１及び第２の軸に沿って発光システム１３２に向かって凸状である。ｘ−ｙ−ｚ座標系を図１に示す。直交する第１及び第２の軸は、それぞれ、ｘ軸及びｙ軸とすることができる。

第１の光学積層体１１０は、互いに反対側にある第１及び第２の主面（それぞれ、１１４及び１１６）を有する第１の光学レンズ１１２を含む。第１の光学積層体１１０は、第１の主面１１４上に配置された部分反射体１１７を含む。部分反射体１１７は、所望の又は所定の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、本明細書の他の所で説明する波長範囲のいずれかとすることができる所望の又は所定の複数の波長において少なくとも３０％の平均光透過率を有することができる。いくつかの実施形態では、部分反射体１１７は、所望の又は所定の複数の波長において少なくとも４０％の平均光反射率、及び所望の又は所定の複数の波長において少なくとも４０％の平均光透過率を有する。

第２の光学積層体は、第１及び第２の主面１２４及び１２６を有する第２の光学レンズ１２２を含む。第２の光学積層体１２０は、第２の主面１２６上に配置された反射型偏光子１２７を含み、及び反射型偏光子１２７上に配置された１／４波長位相差板１２５を含む。１／４波長位相差板１２５は、反射型偏光子１２７上に積層されたフィルムとすることができ、又は反射型偏光子１２７に適用されたコーティングとすることができる。光学系１００は、１つ以上の追加の位相差板を含んでもよい。例えば、第２の１／４波長位相差板を、第１の光学積層体１１０内に含めることができ、第２の主面１１６上に配置することができる。第１の１／４波長位相差板１２５及び光学系１００内に含まれる任意の追加の１／４波長位相差板は、所定の又は所望の複数の波長のうちの少なくとも１つの波長における１／４波長位相差板とすることができる。第２の光学積層体１２０は代わりに、第２のレンズ１２２及び第２のレンズ１２２上に配置された反射型偏光子１２７を含んでいるとして説明することができ、第１の１／４波長位相差板１２５は、第２の光学積層体１２０に含まれているのではなく、第２の光学積層体１２０上に配置された別個の層又はコーティングとして見なすことができる。この場合では、第１の１／４波長位相差板１２５は、第１の光学積層体１１０と第２の光学積層体１２０との間に配置されているとして説明することができる。いくつかの実施形態では、第１の１／４波長位相差板１２５は、第２の光学積層体１２０に取り付けられなくてもよく、いくつかの実施形態では、第１の１／４波長位相差板１２５は、第１及び第２の光学積層体１１０及び１２０の間に、それら光学積層体から間隔を空けて配置される。更に他の実施形態では、第１の１／４波長位相差板１２５は、部分反射体１１７上に配置することができ、第１の光学積層体１１０に含まれているとして説明することができ、又は第１及び第２の光学積層体１１０及び１２０の間に配置されているとして説明することができる。

第１及び第２のレンズ１１２及び１２２のうちの１つ又は両方は、屈折レンズであってよい。屈折レンズは、透過の際に所望の屈折力を提供する光学レンズである。いくつかの実施形態では、第１及び第２のレンズ１１２及び１２２のうちの１つ又は両方は、透過の際に低い又は実質的にゼロの屈折力を有することができ、レンズ（単数又は複数）の形状により反射の際に屈折力を提供することができる。互いに隣接して間隔を空けて配置された反射型偏光子及び部分反射体を含む光学系は、そのようなシステムが図１Ａに示すような折り曲げられた光路を提供したため、屈曲光学系と呼ばれる場合がある。そのような折り曲げられた光路を提供しないが屈折レンズを含む光学系は、屈折光学系として説明することができる。

光線１３７及び１３８は、それぞれ、発光システム１３２から射出瞳１３５を通して送出される。光線１３８は、その光路が光学系１００に対する折り曲げられた光軸１４０を定義する中心光線とすることができ、光学系１００は、折り曲げられた光軸１４０上に中心をもつことができる。

発光システム１３２は、例えば、液晶ディスプレイ（liquidcrystal display）（ＬＣＤ）パネル及び有機発光ダイオード（organic lightemitting diode）（ＯＬＥＤ）ディスプレイパネルを含む、任意の好適な種類のディスプレイパネルを含むことができる。ディスプレイパネルは、例えば、図１Ａに示すように実質的に平坦又は平面とすることができ、又は図１Ｂに示すように湾曲することができ、又は図１Ｃに示すように互いに対して鈍角に配置された複数の平坦な若しくは平面のパネルを含むことができる。図１Ｂは、少なくとも１つの軸の回りに湾曲することができ、光学系のレンズ（単数又は複数）に向かって凹状とすることができるディスプレイパネル１３０ｂ（例えば、ディスプレイパネル１３０ｂは、レンズ１１２及び１２２に向かって湾曲することができる）を含む、発光システム１３２ｂの概略断面図である。ディスプレイパネル１３０ｂは、一次元内で（単純曲線）、又は二次元内で（複合曲線）、湾曲することができる。例えば、ディスプレイパネル１３０ｂは、直交するｘ方向及びｙ方向のうちの１つ又は両方で湾曲することができる。二次元内で湾曲したディスプレイパネルは、２つの異なる曲率半径を有することができる（例えば、ｘ方向及びｙ方向の曲率は、異なる場合がある。そのようなディスプレイは、トロイダルと呼ばれる場合がある）。図１Ｃは、実質的に平面のパネル１３０ｃ−１、１３０ｃ−２、及び１３０ｃ−３を含む発光システム１３２ｃの概略断面図である。パネル１３０ｃ−１及び１３０ｃ−２は、互いに対して鈍角θ１に配置され、パネル１３０ｃ−２及び１３０ｃ−３は、互いに対して鈍角θ２に配置される。パネル１３０ｃ−１、１３０ｃ−２、及び１３０ｃ−３は、光学系のレンズ（単数又は複数）に面して配置される（例えば、パネル１３０ｃ−１、１３０ｃ−２、及び１３０ｃ−３は、レンズ１１２及び１２２に面することができる）。ディスプレイパネル１３０ｂ及び１３０ｃのいずれかは、図１Ａの発光システム１３２に使用することができ、本明細書の他の所で説明する他の光学系に使用することができる。

再び図１Ａを参照して、光線１３７（及び光線１３８に対しても同様に）は、順に、発光システム１３２から放射され、第２の主面１１６（及びその上の任意のコーティング又は層）を透過し、第１の光学レンズ１１２を透過し、部分反射体１１７を透過し、反射型偏光子１２７上に配置された１／４波長位相差板１２５を透過し、反射型偏光子１２７から反射され、１／４波長位相差板１２５を透過して戻り、部分反射体１１７から反射され、１／４波長位相差板１２５を透過し、反射型偏光子１２７を透過し、第２のレンズ１２２を透過し、射出瞳１３５を通して送出される。光線１３７は、１／４波長位相差板１２５を透過する際に第１の偏光状態に回転される偏光状態を有して、発光システム１３２から放射することができる。発光システム１３２は、所望の偏光状態を提供するために、偏光調整要素を含むことができる。所望の偏光状態の光を放射する発光システムは、結果として高コントラストの画像を与えることができる。第１の偏光状態は、反射型偏光子１２７に対してブロック状態とすることができる。光線１３７が第１の１／４波長位相差板１２５を透過して、部分反射体１１７から反射し、１／４波長位相差板１２５を透過して戻った後で、その偏光状態は、第１の偏光状態に実質的に直交する第２の偏光状態である。したがって、光線１３７は、反射型偏光子１２７に入射する初回は反射型偏光子１２７から反射することができ、反射型偏光子１２７に入射する二回目は反射型偏光子１２７を透過することができる。

他の光線（図示せず）は、部分反射体１１７に入射する際に、マイナスｚ方向に部分反射体１１７から反射する、又は部分反射体１１７に入射する際にプラスｚ方向に部分反射体１１７を透過する。これらの光線は、光学系１００を出ることができる。

いくつかの実施形態では、発光システム１３２から放射されて射出瞳１３５を通して送出される実質的にすべての主光線は、主光線が第１又は第２の光学積層体１１０又は１２０に入射する初回又は毎回、第１の光学積層体１１０及び第２の光学積層体１２０のそれぞれに、約３０度未満、約２５度未満、又は約２０度未満の入射角で入射する。本明細書の光学系のいずれかでは、発光システム１３２から放射されて射出瞳１３４を通して送出される実質的にすべての主光線は、主光線が反射型偏光子又は部分反射体に入射する初回又は毎回、反射型偏光子及び部分反射体のそれぞれに、約３０度未満、約２５度未満、又は約２０度未満の入射角で入射する。発光システムにより放射されて、射出瞳を通して送出されるすべての主光線の大部分（例えば、約９０パーセント以上、又は約９５パーセント以上、又は約９８パーセント以上）が条件を満たす場合に、実質的にすべての主光線がその条件を満たすと言うことができる。

様々な要因が、発光システム１３２により放射された光が反射型偏光子１２７に入射する初回に、反射型偏光子１２７を通して光を部分的に透過させる場合がある。これにより、射出瞳１３５で不要なゴースト発生又は像ぼけが発生する場合がある。これらの要因としては、成形中の各種の偏光構成要素の性能劣化、及び光学系１００内の不要な複屈折を挙げることができる。これらの要因の影響は、組み合わさって、光学系１００のコントラスト比及び効率を劣化させる場合がある。コントラスト比に関するこれらの要因の影響は、同時係属の２０１５年９月３日に出願され、前に参照により本明細書に組み込まれた米国特許仮出願第６２／２１４，０４９号により詳細に記載されている。そのような要因は、例えば、レンズ内の不要な複屈折を低減することができる相対的に薄い光学レンズを使用することにより、及び、例えば、熱成形光学フィルムから生じる光学的アーチファクトを低減することができる薄い光学フィルムを使用することにより、最小化することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の光学レンズ１１２及び１２２は、それぞれ、７ｍｍ未満、５ｍｍ未満又は３ｍｍ未満の厚さを有し、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ、又は１ｍｍ〜７ｍｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、反射型偏光子１２７は、７５マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、又は３０マイクロメートル未満の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、射出瞳１３５でのコントラスト比は、光学系１００の視野にわたって、少なくとも４０、又は少なくとも５０、又は少なくとも６０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００、又は少なくとも１５０、又は少なくとも２００、又は少なくとも３００である。

フィルムは、フィルムを所望の形状に変形又は伸張させる任意の成形プロセスにより、複合曲線（２つの直交する軸回りに湾曲した）に成形することができる。好適な成形プロセスは、昇温（熱成形）を含んでもよく、含まなくてもよい。好適な成形プロセスとしては、熱成形及び／又は加圧加工（圧力の印加によりフィルムを所望の形状に変形又は伸張すること）が挙げられる。成形の前に一軸配向されたポリマー多層光学フィルムを成形することにより製造された２つの直交する軸回りに湾曲した凸状反射型偏光子は、本明細書の光学系に使用する際に特に有利であることが見出されている。例えば、そのようなフィルムを利用した場合に、他の反射型偏光子を使用するのと比較してコントラスト比を著しくより高くすることができることが見出されている。しかし、非一軸配向多層ポリマーフィルム反射型偏光子又はワイヤグリッド偏光子などの他の反射型偏光子もまた、使用することができる。いくつかの実施形態では、一軸配向多層反射型偏光子は、ＡＰＦ（Advanced Polarizing Film、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）である。いくつかの実施形態では、光学系は、熱成形されたＡＰＦ又は圧力成形されたＡＰＦを含み、熱成形されたＡＰＦ又は圧力成形されたＡＰＦに入射する光学系内のすべての又は実質的にすべての主光線は、小さな入射角（例えば、約３０度未満、約２５度未満、又は約２０度未満の）を有する。

いくつかの実施形態では、湾曲した反射型偏光子ではなく、実質的に平坦な反射型偏光子を含むレンズ系を利用することができる。いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、１つの軸回りに湾曲しており、いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、２つの直交する軸回りに湾曲している。反射型偏光子は、実質的に平坦な又は１つの軸回りに若しくは２つの直交する軸回りに実質的に湾曲した多層光学フィルムとすることができる。反射型偏光子は、実質的に平坦な又は１つの軸回りに若しくは２つの直交する軸回りに実質的に湾曲したワイヤグリッド偏光子とすることができる。

様々な主面（例えば、第２の主面１２６及び第１の主面１１４）の形状を好適に選択することにより、光学系は像を予め歪曲させる必要がない十分に低い歪曲を提供することができることが見出されている。いくつかの実施形態では、発光システム１３２は、歪曲されていない像を放射するように適合される。部分反射体１１７及び反射型偏光子１２７は、射出瞳１３５を通して送出される歪曲されずに放射された像の歪曲が、射出瞳１３５での視野の約１０％未満、又は約５％未満、又は約３％未満であるように選択された、様々な形状を有することができる。射出瞳での視野は、例えば、８０度より大きく、９０度より大きく、又は１００度より大きくすることができる。

図２Ａは、レンズ系２１９と、発光システム２３２と、射出瞳２３５とを含む、光学系２００の断面図である。レンズ系２１９は、第１の光学積層体２１０及び第２の光学積層体２２０を含む。画素２４１、２４２、及び２４３から放射された光を、図２Ａに示す。画素２４１からの光２４７は、射出瞳２３５の中心を通して送出される主光線を含む。第１の光学積層体２１０は、レンズ２１２、及び射出瞳２３５に面したレンズ２１２の主面上に配置された部分反射体を含む。第２の光学積層体２２０は、レンズ２２２を含み、発光システム２３２に面したレンズ２２２の主面上に配置された反射型偏光子を含む。１／４波長位相差板は、部分反射体に面した反射型偏光子上に配置されるか、又は反射型偏光子に面した部分反射体上に配置されるかのいずれかで含まれる。レンズ２１２及びレンズ２２２は、直交する軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）回りに発光システム２３２に向かって凸状である。他の実施形態では、第１及び第２のレンズのうちの１つ又は両方は、凸状でない１つ以上の表面を有することができる。いくつかの実施形態では、１つ又は両方のレンズは、平凸であり、いくつかの実施形態では、１つ又は両方のレンズは、平凹である。いくつかの実施形態では、１つのレンズは、平凸であり、他方は、平凹である。いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、ディスプレイに向かって凸状である表面上に配置され、１／４波長位相差板は、平坦な表面上に配置される。ディスプレイに向かって凸状である表面は、例えば、レンズの曲面がディスプレイに面する状態で配置された平凸レンズの曲面、又はレンズの平坦な表面がディスプレイに面する状態で配置された平凹レンズの曲面とすることができる。

図２Ｂ〜図２Ｃは、共に図２Ａの発光システム２３２の画素２４１に対応する、発光システム２３２ｂの画素２４１ｂから放射された光、及び発光システム２３２ｃの画素２４１ｃから放射された光を概略的に示す。従来のディスプレイパネルからの光は、一般的に、ディスプレイパネルの法線に沿って中心光線２３７ｂを有するランバート分布を有し得る光束２３９ｂの中に放射されるものであった。いくつかの実施形態では、発光システム２３２ｃは、中心光線２３７ｂの方向を主光線２４７の方向に向けて曲げる光方向転換層を含む。これらの場合では、発光システム２３２ｂは、発光システム２３２ｃと他の点では同等だが光方向転換層を有しないものとすることができる。本明細書の他の所で更に説明するように、光方向転換層は、複数の光方向転換要素を含むことができ、それぞれの光方向転換要素がディスプレイパネル内の異なる画素の群に対応する。図２Ｂで、主光線２４７と中心光線２３７ｂとの間に角度αが示されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの画素に関して、その画素に対応する光方向転換要素は、その画素により放射される中心光線２４７ｃと主光線２４７との間の角度αを低減する。いくつかの実施形態では、発光システム２３２ｃは、中心光線２３７ｃの方向を主光線２４７の方向に向けて曲げるように光出力を向けることができる、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む。本明細書の他の所で更に説明するように、少なくとも部分的にコリメートするバックライトは、ランバート出力より実質的によりコリメートされた光出力を生成する。これらの場合では、発光システム２３２ｂは、発光システム２３２ｃと他の点では同等だが、実質的にディスプレイ表面に垂直に向けられた中心光線を有するランバート出力を生成するバックライトを有するものとすることができる。

光方向転換層が受光した光の発散角を低減する光方向転換層は、少なくとも部分的に光をコリメートすると言うことができる。いくつかの実施形態では、発光システム２３２ｃに関して、角度αは、少なくとも１つの画素に関して、他の点では同等な発光システム２３２ｂと比較して、少なくとも５度、又は少なくとも１０度低減される。いくつかの実施形態では、発光システム２３２ｃに関して、角度αは、大部分（半分より多く）の画素に関して又は実質的にすべての画素に関して、他の点では同等な発光システム２３２ｂと比較して、少なくとも５度、又は少なくとも１０度低減される。

レンズ系２１９に対する受光角φを図２Ｂ〜図２Ｃに示す。光方向転換層又は少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含まないが他の点では同等な発光システム２３２ｂの画素２４１ｂから放射される光の割合と比較して、発光システム２３２ｃの画素２４１ｃから放射される光のより大きな割合が、受光角φの中にある。これは、中心光線を主光線の方向により近くに方向転換すること、及び少なくとも部分的に光出力をコリメートすることのうちの１つ又は両方に起因し得る。複数の画素を含む発光システムはまた、画素化システム又は画素化ディスプレイと呼ばれる場合もあり、この発光システム及びレンズ系を含む光学系は、ディスプレイシステム又は結像系と呼ばれる場合がある。光方向転換構成要素（例えば、光方向転換層又は少なくとも部分的コリメートするバックライト）を含まないが他の点では同等な発光システムは、基準画素化システムと呼ばれる場合があり、基準画素化ディスプレイシステムを含む対応するディスプレイシステムは、他の点では同等なディスプレイシステム又は基準ディスプレイシステムと呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態では、複数の画素のうちのそれぞれの画素に関して、画素化システムは、画素化システムにより放射され、光学レンズ系の受光角内にある全光量が、基準画素化システムの中心光線の方向が画素に対して垂直である以外はこの画素化システムと同等な基準画素化システムの全光量より少なくとも３０パーセント高い、又は少なくとも５０パーセント高い、又は少なくとも１００パーセント高い、又は少なくとも２００パーセント高い、又は少なくとも３００パーセント高い、又は少なくとも４００パーセント高いように、画素化システム内の画素の位置により異なる方向を有する中心光線を有する光錐を放射するように適合される。

いくつかの実施形態では、光学系の射出瞳での本明細書の光学系の輝度は、光方向転換構成要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも２０パーセント高い、又は少なくとも３０パーセント高い、又は少なくとも１００パーセント高い、又は少なくとも２００パーセント高い、又は少なくとも３００パーセント高い、又は少なくとも４００パーセント高い。本明細書の他の所で更に説明するように、光方向転換構成要素は、光方向転換層、複数の光方向転換要素（例えば、マイクロレンズアレイ又は複数のプリズム形要素）、又は少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができる。

図３は、発光システム３３２と、射出瞳３３５と、第１及び第２の主面３１４及び３１６を有する光学レンズ３１２を含む一体型光学積層体３１０とを含む、光学系３００の概略断面図である。発光システム３３２は、本明細書の他の所で説明する発光システムのいずれかとすることができ、例えば、光方向転換層及び／又は部分的にコリメートするバックライトを含むことができる。第１の１／４波長位相差板３２５は、光学レンズ３１２の第１の主面３１４上に配置され、反射型偏光子３２７は、光学レンズ３１２とは反対側の第１の１／４波長位相差板３２５上に配置される。部分反射体３１７は、光学レンズ３１２の第２の主面３１６上に配置され、第２の１／４波長位相差板３１５は、光学レンズ３１２とは反対側の部分反射体３１７上に配置される。光学系３００は、射出瞳３３５を通して発光システム３３２から送出される中心光線の光路により定義することができる折り曲げられた光軸３４０上に中心をもつことができる。いくつかの実施形態では、光学レンズ３１２は、一体構造の構成要素である。

一体型光学積層体３１０は、最初に第１の１／４波長位相差板３２５を反射型偏光子３２７にコーティング又は積層して反射型偏光子３２７を形成し、次に結果として得られるフィルムを所望の形状に熱成形することにより製造することができる。同時係属の２０１５年９月３日に出願され、前に参照により本明細書に組み込まれた米国特許仮出願第６２／２１４，０４９号に更に記載されているように、熱成形工具は、フィルムが冷却後に所望の形状を得るように、所望の形状とは異なる形状を有する場合がある。部分反射体３１７及び第２の１／４波長位相差板３１５は、１／４波長位相差板を部分反射体フィルム上にコーティングすることにより、部分反射体コーティングを１／４波長位相差板フィルム上にコーティングすることにより、部分反射体フィルム及び１／４波長位相差板フィルムを一体に積層することにより、又は、最初にフィルムインサート成形プロセスでレンズ３１２を形成（反射型偏光子３２７及び第１の１／４波長位相差板３２５を含むフィルム上に形成することができる）して、次に部分反射体３１７を第２の主面３１６上にコーティングして１／４波長位相差板３１５を部分反射体３１７上にコーティングすることにより作製することができる。いくつかの実施形態では、反射型偏光子３２７及び第１の１／４波長位相差板３２５を含む第１のフィルムが用意され、部分反射体３１７及び第２の１／４波長位相差板３１５を含む第２のフィルムが用意され、次にフィルムインサート成形プロセスで第１及び第２の熱成形されたフィルムの間にレンズ３１２を射出成形することにより一体型光学積層体３１０が形成される。第１及び第２のフィルムは、射出成形工程の前に熱成形することができる。本明細書の他の光学積層体は、コーティングフィルム又は積層体とすることができる光学フィルムを熱成形して、光学積層体を製造するためにフィルムインサート成形プロセスを使用することにより、同様に製造することができる。成形プロセスで形成されたレンズがフィルムの間に配置されるように、第２のフィルムをフィルムインサート成形プロセスに含めることができる。

代替の実施形態では、第１の１／４波長位相差板３２５は、第１の主面３１４上ではなく、第２の主面３１６上に配置される。一体型光学積層体は、反射型偏光子３２７を所望の形状に熱成形して、レンズ３１２を反射型偏光子３２７上に射出成形することにより形成することができる。第１の１／４波長位相差板３２５を、次に、第２の主面３１６上にコーティング（例えば、スピンコート）することができ、次に、部分反射体３１７を、第１の１／４波長位相差板３２５上に蒸気コートすることができる。第２の１／４波長位相差板を、部分反射体上にコーティングする、又はディスプレイパネル３３２上に配置する、又は部分反射体３１７とディスプレイパネル３３２との間に配置することができる。

部分反射体３１７は、所望の又は所定の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有し、本明細書の他の所で説明する波長範囲のいずれかとすることができる所望の又は所定の複数の波長において少なくとも３０％の平均光透過率を有することができる。第１の１／４波長位相差板３２５及び光学系３００内に含まれる任意の追加の１／４波長位相差板は、所定の又は所望の複数の波長のうちの少なくとも１つの波長における１／４波長位相差板とすることができる。多層反射型偏光子３２７は、第１の偏光状態（例えば、第１の方向に直線偏光した）を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態（例えば、第１の方向に直交する第２の方向に直線偏光した）を有する光を実質的に反射する。本明細書の他の所で更に説明するように、多層反射型偏光子３２７は、例えば、ポリマー多層反射型偏光子（例えば、ＡＰＦ）とすることができ、又はワイヤグリッド偏光子とすることができる。

光線３３７は、発光システム３３２から放射され、射出瞳３３５を通して送出される。光線３３７は、第２の１／４波長位相差板３１５及び部分反射体３１７を透過してレンズ３１２に入り、レンズ３１２を透過する。他の光線（図示せず）は、第２の１／４波長位相差板３１５を透過した後で部分反射体３１７から反射して、光学系３００から消失する。レンズ３１２を最初に透過した後で、光線は、第１の１／４波長位相差板３２５を透過して、反射型偏光子３２７から反射する。発光システム３３２を、光が反射型偏光子３２７に対する透過軸に沿った偏光を有する光を放射するように適合させることができ、その結果、光が、第２の１／４波長位相差板３１５及び第１の１／４波長位相差板３２５の両方を透過した後で、反射型偏光子３２７に対するブロック軸に沿って偏光され、したがって、反射型偏光子３２７に最初に入射した際に反射型偏光子３２７から反射する。いくつかの実施形態では、第２の１／４波長位相差板３１５に入射する光が所望の偏光を有するように、直線偏光子が、発光システム３３２と第２の１／４波長位相差板３１７との間に含まれる。光線３３７が反射型偏光子３２７から反射した後で、光線３３７は、第１の１／４波長位相差板３２５及びレンズ３１２を透過して戻り、次に、部分反射体３１７から反射して（図示しない他の光線は、部分反射体３１７を透過する）レンズ３１２を透過して戻り、次に、反射型偏光子３２７に再び入射する。第１の１／４波長位相差板３２５を透過し、部分反射体３１７から反射し、第１の１／４波長位相差板３２５を透過して戻った後で、光線３３７は、反射型偏光子３２７に対する透過軸に沿った偏光を有する。光線３３７は、したがって、反射型偏光子３２７を透過して、次に射出瞳３３５を通して送出される。

図４は、光学積層体４１０と、発光システム４３２と、射出瞳４３５とを含む、光学系４００の断面図である。発光システム４３２は、本明細書の他の所で説明する発光システムのいずれかとすることができる。画素４４１、４４２、及び４４３から放射された光を、図４に示す。画素４４１からの光は、射出瞳４３５の中心を通して送出される主光線４４７を含む。発光システムは、向けられた光出力のより大きな割合が光学積層体４１０の受光角内となるようにディスプレイパネルの光出力を向ける及び／又は部分的にコリメートする、複数の光方向転換要素を含むことができる。光学積層体４１０は、レンズ４１２と、射出瞳４３５に面したレンズ４１２の主面上に配置された反射型偏光子４２７と、像面４３０に面したレンズ４１２の主面上に配置された部分反射体４１７とを含む。１／４波長位相差板は、反射型偏光子とレンズ４１２との間、又は部分反射体とレンズ４１２との間で光学積層体４１０内に含まれる。レンズ４１２は、直交する複数の軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）回りに像面４３０に向かって凸状である。

図５は、発光システム５３２と、レンズ系５１９と、射出瞳５３５とを含む、光学系５００の断面図である。発光システム５３２は、本明細書の他の所で説明する発光システムのいずれかとすることができ、ディスプレイパネル、及び、光出力のより大きな割合がレンズ系５１９の受光角内にあるようにディスプレイパネルの光出力を向ける及び／又は部分的にコリメートするように適合された１つ以上の光学構成要素（例えば、光方向転換層及び／又は部分的にコリメートするバックライト）を含むことができる。

レンズ系５１９は、第１のレンズ５１２と、第２のレンズ５２２を含む光学積層体５２０と、第３のレンズ５６２を含む光学積層体５６０とを含む。光学積層体５２０は、射出瞳５３５に面した第２のレンズ５２２の主面上に配置された部分反射体を含み、像面５３０に面した第３のレンズ５６２の主面上に配置された反射型偏光子を含む。１／４波長位相差板は、部分反射体に面した反射型偏光子上に配置されるか、又は反射型偏光子に面した部分反射体上に配置されるかのいずれかで光学系５００に含まれる。反射型偏光子及び部分反射体は、それぞれ、直交する複数の軸（例えば、ｘ軸及びｙ軸）回りに像面５３０に向かって凸状である。発光システム５３２上の３つの位置の３つの光束を示す。それぞれの光束内の光線は、射出瞳５３５で実質的に平行である。

図６は、画素化した光源６３０と、光方向転換層６５０とを含む発光システム６３２の概略側面図である。発光システム６３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。光方向転換層６５０は、画素化した光源６３０から分離することができる、又は画素化した光源６３０に取り付ける若しくは一体化することができる。画素化した光源６３０は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む。例えば、画素化した光源６３０は、１０８０×１９２０の画素のアレイを有する高解像度ディスプレイパネルを含むことができる。図６に単一の画素からの光を示す。画素６４１は、中心光線６３７を含む光錐６３９を放射する。光錐６３９は、θ_１の円錐角を有する発散光である。光方向転換層６５０のそれぞれの部分又は光方向転換層６５０のそれぞれの光方向転換要素は、その部分又はその光方向転換要素に対応する画素により放射された光錐を受光して、受光した光を、送出される光の中心光線の方向及び円錐角のうちの一方又は両方が受光した光錐のものとは異なる光錐として送出する。図示した実施形態では、部分６５６は、光錐６３９を受光して、受光した光を中心光線６４７を有する光錐６４９として送出する。光錐６４９は、発散光とすることができ、θ_２の円錐角を有する。中心光線６４７は、中心光線６３７とは異なる方向を有する。いくつかの実施形態では、中心光線６４７の方向と中心光線６３９の方向との間の角度αは、例えば、少なくとも５度、又は少なくとも１０度とすることができ、かつ、８０度未満、又は６０度未満、又は５０度未満とすることができる。円錐角θ_２は、少なくとも２度、又は少なくとも５度、又は少なくとも１０度、又は少なくとも１５度、円錐角θ_１より小さくすることができる。いくつかの実施形態では、円錐角θ_１及びθ_２のうちの１つ又は両方は、１０度より大きく、又は１５度より大きく、又は２０度より大きく、又は３０度より大きくすることができる。いくつかの実施形態では、間の角度αは、おおよそゼロとすることができ、円錐角θ_２は、実質的に円錐角θ_１未満とすることができる。いくつかの実施形態では、円錐角θ_１及びθ_２は、おおよそ等しく、間の角度αは、実質的にゼロより大きくすることができる。いくつかの実施形態では、角度αは、実質的にゼロより大きくすることができ、円錐角θ_２は、実質的に円錐角θ_１未満とすることができる。

本明細書の他の所で更に説明するように、光方向転換層６５０は、複数の光方向転換要素を含むことができ、それぞれの光方向転換要素が画素化した光源６３０内の画素の群に対応する。画素の群は、少なくとも１つの画素を含み、単一の画素又は複数の画素を含みことができる。場合により、異なる画素の群が、１つ以上の共通の画素を共有することができる。他の場合では、いずれの２つの異なる画素の群も、共通の画素を含まない。光方向転換層は、要素が個別の要素である場合、又は光方向転換層がマイクロレンズ若しくはフレネルレンズなどの急峻に変化する構造体を含む場合に、複数の光方向転換要素を含むと言うことができる。いくつかの実施形態では、光方向転換層６５０は、複数の部分を含むことができ、それぞれの異なる部分が画素化した光源６３０内の異なる画素の群に対応する。いくつかの実施形態では、この部分は、個別の光方向転換要素又は複数の個別の光方向転換要素とすることができる。他の実施形態では、光方向転換層は、急峻に変化する構造体を有さずに、複数の実質的に連続的に変化する部分を含むことができる。

図７は、画素化した光源７３０と、光方向転換層７５０とを含む発光システム７３２の概略側面図である。発光システム７３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。画素化した光源７３０は、少なくとも第１及び第２の画素７５１及び７５２を含む、複数の画素を含む。画素７４１の像７５１は、画素７４１の背後に（画素化した光源７３０からｚ方向に）配置された虚像である。同様に、画素７４２の像７５２は、画素７４２の背後に配置された虚像である。像７５１及び７５２は、実質的に平面の又は実質的に平面でないものとすることができる像面７５５上に配置される。光方向転換層７５０は、複数の部分を含み、それぞれの異なる部分が画素化した光源７３０内の異なる画素の群に対応する。図示した実施形態では、それぞれの画素の群は、単一の画素である。光方向転換層７５０の部分７５６は、画素７４１に対応し、光方向転換層７５０の部分７５７は、画素７４２に対応する。像７５１及び７５２は、部分７５６及び７５７から異なる距離に配置され得る。いくつかの実施形態では、光方向転換層７５０は、複数のレンズ（又は本明細書の他の所で説明するような他の光方向転換要素）を含み、部分７５６及び７５７は、それぞれレンズを含む。像７５１及び７５２は、部分７５６及び７５７内の対応するレンズから異なる距離に配置され得る。画素化した光源７３０は、複数の画素を含み、第１の像を放射することができる。光方向転換層７５０は、複数の画素の背後に第１の像の第２の虚像を形成することができる。他の実施形態では、光方向転換層は、虚像の代わりに実像を生成することができる。これを図８に示す。

図８は、画素化した光源８３０と、光方向転換層８５０とを含む発光システム８３２の概略側面図である。発光システム８３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。画素化した光源８３０は、少なくとも第１及び第２の画素８５１及び８５２を含む、複数の画素を含む。画素８４１の像８５１は、画素８４１の前に（画素化した光源８３０からマイナスｚ方向に）配置された実像である。同様に、画素８４２の像８５２は、画素８４２の前に配置された実像である。像８５１及び８５２は、実質的に平面の又は実質的に平面でないものとすることができる像面８５５上に配置される。光方向転換層８５０は、複数の部分を含み、それぞれの異なる部分が画素化した光源８３０内の異なる画素の群に対応する。図示した実施形態では、それぞれの画素の群は、単一の画素である。光方向転換層８５０の部分８５６は、画素８４１に対応し、光方向転換層８５０の部分８５７は、画素８４２に対応する。画素化した光源８３０は、複数の画素を含み、第１の像を放射することができる。光方向転換層８５０は、複数の画素の前に第１の像の第２の実像を形成することができる。像８５１及び８５２は、部分８５６及び８５７から異なる距離に配置され得る。いくつかの実施形態では、光方向転換層８５０は、複数のレンズ（又は本明細書の他の所で説明するような他の光方向転換要素）を含み、部分８５６及び８５７は、それぞれレンズを含む。像８５１及び８５２は、部分８５６及び８５７内の対応するレンズから異なる距離に配置され得る。

光方向転換層の一例を図９に示し、図９は、層９３０上に複数のレンズ９５４を含む光方向転換層９５０の断面図である。層９３０は、例えば、ディスプレイパネル又はディスプレイパネル内の外層とすることができ、複数のレンズ９５４は、ディスプレイパネル上に直接形成することができる。あるいは、層９３０は、例えば、ポリマー基材とすることができ、光方向転換層９５０は、ディスプレイパネルに取り付ける又は積層することができる。複数のマイクロレンズとすることができる複数のレンズ９５４は、ピッチＰで周期的に配置することができる。ピッチＰは、ディスプレイパネル内の画素の間のピッチと同様だがそれより大きくすることができる。ディスプレイパネルの中心付近に配置されたレンズが、対応する画素におおよそ位置合わせされた光軸を有し、ディスプレイパネルの中心から離れたレンズが、対応する画素から横方向にずれた（例えば、図９のｘ−ｙ平面に平行とすることができるディスプレイパネルの平面内でずれた）光軸を有するように、ピッチＰを選択することができる。いくつかの実施形態では、ずれは、ディスプレイパネルの中心からディスプレイパネルの縁部まで単調に増大する。ずれの単調な増大は、線形の増大又は非線形の増大とすることができる。

マイクロレンズアレイを含む光方向転換層などの光方向転換層を、様々な異なる技術により製造することができる。そのような技術としては、感光性樹脂リフロー、グレースケールリソグラフィ、レーザーアブレーション、パターン化された疎水性／親水性基材上への硬化性モノマーの浸漬コーティング、硬化性モノマーのインクジェット印刷、ダイヤモンド旋削、イオンビームエッチング又はウェットエッチング、及び電着が挙げられる。他の好適なプロセスとしては、米国特許第７，５８３，４４４号（ＤｅＶｏｅら）に記載されたものなどの二光子プロセスが挙げられる。

図１０は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素１０４４と、複数の光方向転換要素１０５４を含む光方向転換層１０５０とを含む発光システム１０３２の概略側面図である。光方向転換要素１０５４は、レンズ９５４に対応することができる。レンズは、ディスプレイパネル内のすべての画素に対して、又は画素のいくつかのみに対して含めることができる。例えば、発光システム１０３２を含む光学系の光軸付近の領域内の画素は、任意選択的に光方向転換要素を含まなくてもよい。発光システム１０３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。光方向転換要素１０５６は、画素１０４１からの光錐１０３９を受光し、受光した光を光錐１０４９として送出する。本明細書の他の所で更に説明するように、光錐１０４９は、その円錐角及び中心光線方向のうちの一方又は両方を光錐１０３９のものから変更されてもよい。複数の画素１０４４は、図示した実施形態では実質的に平面である表面１０３３に沿って配置される。他の実施形態では、表面１０３３は、湾曲することができる。例えば、湾曲したディスプレイパネル（例えば、ＬＣＤ又はＯＬＥＤパネル）は、複数の画素を含むことができる。それに沿って画素が配置される表面１０３３などの表面は、画素化した表面と呼ばれる場合がある。

図１０の複数の画素は、個別の間隔を空けて配置された暗い線により表されている。他の図では、画素は、暗い線の間の空間により表される場合がある。図１０で、暗い線の間の空間は、隣接する画素の間の間隙を表す。画素１０４４は、画素の繰返し方向（例えば、図１０のｙ方向）に沿った画素にわたる幅とすることができる画素幅ｗ、及び、繰返し方向に沿った隣接する画素の間の空間の幅とすることができる間隙ｇを有する。いくつかの実施形態では、隣接する画素は、画素幅の約１０パーセント〜約１００パーセントの間隔を空けられる（例えば、ｇ／ｗは、約０．１〜約１の範囲である）。いくつかの実施形態では、隣接する画素の間の間隙は、例えば、黒色クロムとすることができる光吸収材料１０３６を含む。ＯＬＥＤディスプレイでは、例えば、当該技術分野で既知であるように、光吸収黒色マトリックスを、隣接する画素の間に含めることができる。隣接する画素の間に光吸収材料を含めることにより、レンズ系に入射して反射されて発光システムに戻る光を光吸収材料により少なくとも部分的に吸収することができるため、発光システム及び部分反射体を有するレンズ系を含む光学系のコントラストを向上させることができる。他の実施形態では、隣接する画素の間の間隙は、実質的に光透過性である。これは、例えば、少なくとも部分的に透明なＯＬＥＤディスプレイパネルなどの、少なくとも部分的に透明なディスプレイパネルの場合であり得る。この場合、レンズ系に入射して反射されて発光システムに戻る光が、レンズ系を通して反射されて戻って、コントラストの低下を引き起こすことなく、発光システムを少なくとも部分的に透過することができるため、コントラストを向上することができる。いくつかの実施形態では、隣接する画素の間の間隔を、小さくすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、隣接する画素の間の間隙は、画素幅の１０パーセント未満、又は画素幅の５パーセント未満である（例えば、ｇ／ｗは、０．１未満又は０．０５未満である）。いくつかの実施形態では、隣接する画素の間の間隙ｇは、２マイクロメートル未満、又は１マイクロメートル未満、又は０．５マイクロメートル未満である。

図１１Ａは、発光体１１４１及びレンズ１１５４ａを含む画素１１４２を示す。発光体１１４１は、中心光線１１３７を有する光錐１１３９を放射し、レンズ１１５４ａは、光錐１１３９を受光して、受光した光を中心光線１１４７を有する光錐１１４９として送出する。レンズ１１５４ａは、発光体１１４１から距離ｄ横方向にずれた光軸１１４０上に中心がある。画素１１４２は、例えば、画素１０４１及び光方向転換要素１０５６の組み合わせに対応することができる。複数の画素１１４２を含む発光システムは、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。本明細書の他の所で更に説明するように、横方向のずれの距離ｄは、ディスプレイパネルの中心からディスプレイパネルの縁部まで単調に増大させることができる。

光方向転換要素は、レンズの光軸を中心として回転対称の球面又は非球面部分を含むことができるレンズとすることができ、又は１つ以上の曲面を有することができるプリズム形要素とすることができる。図１１Ｂは、レンズ１１５４ａの代わりに使用することができるレンズ又は光方向転換要素１１５４ｂを示す。いくつかの実施形態では、複数の光方向転換要素１１５４ｂは、画素化した光源内の対応する画素ピッチに一致するように選択されたピッチで周期的に配置してもよい。画素化した光源内の画素は、実質的に平面又は実質的に曲面とすることができる画素化した表面１１３３に沿って配置してもよい。光方向転換要素１１５４ｂは、互いに反対側にある第１の側面１１３１ａ及び第２の側面１１３１ｂ、並びに第１の側面１１３１ａ及び第２の側面１１３１ｂを接続する曲面１１３１ｃを含む。光方向転換要素１１５４ｂは、曲面１１３１ｃ及びプリズム形底部部分１１９６を含むレンズ部分１１９４を有するとして説明することができる。底部部分１１９６は、例えば、発光体１１４１ｂを含む表面１１３３に平行な平面（図１１Ｂのｘ−ｙ平面に平行な平面）内で正方形又は矩形の断面を有することができる。第１の側面１１３１ａ及び第２の側面１１３１ｂは、例えば、平坦な面とすることができる。底部部分１１９６は、例えば、表面１１３３に平行な平面内で円形の断面を有することができる。第１の側面１１３１ａ及び第２の側面１１３１ｂは、次に、円筒形底部１１９６の互いに反対側にある側面とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の側面１１３１ａは、第２の側面１１３１ｂより、表面１１３３の法線（マイナスｚ方向に沿った法線）に沿って表面１１３３からより遠くまで延びる。プリズム形要素は、プリズム構成要素（例えば、底部部分１１９６）及びレンズ構成要素（例えば、曲面１１３１ｃ）を含むと理解することができ、このレンズ構成要素は、少なくとも１つの凸面を有する。

発光体１１４１ｂは、中心光線１１３７ｂを有する第１の光錐を放射する。第１の光錐は、光方向転換要素１１５４ｂにより受光され、中心光線１１４７ｂを有する第２の光錐として送出される。中心光線１１３７ａは、第１の円錐軸に沿うことができ、中心光線１１３７ｂは、第２の円錐軸に沿うことができる。第１及び第２の円錐軸の間の角度αは、少なくとも５度若しくは少なくとも１０度とすることができ、又は、例えば、５度〜５０度若しくは６０度の範囲とすることができる。光方向転換要素１１５４ｂは、第１の円錐軸を中心として非対称とすることができる。曲面１１３１ｃは、第１の円錐軸を中心として非回転対称、かつ第１の円錐軸に平行でなく第２の円錐軸に平行でなくてもよい軸１１９３を中心として実質的に回転対称とすることができる。

いくつかの実施形態では、結像系は、複数の発光体１１４１ｂ及び複数の光方向転換要素１１５４ｂを含む。対応する光方向転換要素１１５４ｂと共に発光体１１４１ｂは、画素と呼ばれる場合があり、結像系は、複数のそのような画素を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の画素のうちの第１の画素に関して、第１及び第２の円錐軸の間の第１の角度は、５度より大きい又は１０度より大きく、複数の画素のうちの異なる第２の画素に関して、第１及び第２の円錐軸の間の第２の角度は、５度より大きい又は１０度より大きく、第１の角度とは異なる。いくつかの実施形態では、複数の画素のうちの大部分の画素に関して、第１及び第２の円錐軸は平行ではなく、いくつかの実施形態では、複数の画素のうちの大部分の画素に関して、第１及び第２の円錐軸の間の角度は、少なくとも５度若しくは少なくとも１０度、又は５度〜５０度若しくは６０度の範囲である。

図１２は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含み、バックライト１２３６からの光を受光してパターン化された光を光方向転換層１２５０を通して送出するように配置されたディスプレイパネル１２３０を含む、発光システム１２３２の概略側面図である。ディスプレイパネル１２３０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、又は回折格子型変調器、又は干渉型変調器、又はエレクトロクロミック変調器、又は電気泳動変調器などの、任意の好適な空間光変調器とすることができる。他の実施形態では、有機発光ディスプレイ（organic light emitting display）（ＯＬＥＤ）は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含み、バックライト１２３６を省略することができる。発光システム１２３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。

いくつかの実施形態では、バックライト１２３６は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができる。バックライトからの光出力がランバート光出力より実質的によりコリメートされる場合、バックライトは、少なくとも部分的にコリメートするバックライトであると言うことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントは、６０度、又は５０度、又は４０度、又は３０度、又は２５度、又は２０度の全幅の円錐内にある。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも６０パーセントは、７０度、又は６０度、又は５０度、又は４０度、又は３０度、又は２５度の全幅の円錐内にある。

図１３は、画素１３４１、１３４２及び１３４３を含む発光システム１３３２の概略側面図である。発光システム１３３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。それぞれの画素は、中心光線及び円錐角を有する光錐を放射するように適合される。画素１３４１は、図示する実施形態では、発光システム１３３２からの光を受光するように配置されたレンズ系の光軸とすることができる光軸１３４０に平行な中心光線１３４７を有する光錐１３４９を放射する。画素１３４２は、全幅円錐角θを有する光錐を放射する。発光システム１３３２は、例えば、ＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイパネルとすることができる、ディスプレイパネルにより放射された光の円錐角を低減するように適合された光方向転換層を有するディスプレイパネルを含むことができる。他の実施形態では、従来のバックライトで生成される出力と比較してより小さくした円錐角を有する出力を生成するために、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを、ディスプレイパネルと共に使用することができる。例えば、少なくとも部分的にコリメートするバックライトは、ルーメン出力の少なくとも５０パーセントが５０度の全幅の円錐内、又は部分的にコリメートするバックライトに関して本明細書の他の所で説明される範囲のいずれかにあるように、光出力を生成することができる。円錐角を更に低減させるために光方向転換層を含めることができ、又は光方向転換層を任意選択的に省略することができる。図示した実施形態では、画素１３４１、１３４２及び１３４３のそれぞれの光出力の方向は、光軸１３４０に対して実質的に平行である。他の実施形態では、光方向転換層及び／又は少なくとも部分的にコリメートするバックライトは、発光システムから放射された光の方向を変更することができる。これを図１４〜図１５に示す。

図１４は、画素１４４１、１４４２及び１４４３を含む発光システム１４３２の概略側面図である。発光システム１４３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。それぞれの画素は、円錐角及び中心光線を有する光錐を放射する。画素１４４１は、発光システム１４３２又は発光システム１４３２からの光を受光するように配置されたレンズ系の光軸１４４０に対して角度αをなす方向に沿って放射される中心光線１４４７を有する光錐１４４９を放射する。画素１４４２は、円錐角θを有する光錐を放射する。画素１４４１及び１４４３のそれぞれからの光は、光軸１４４０に向けて曲げられ、画素１４４２からの光は、実質的に光軸１４４０に沿って放射される。いくつかの実施形態では、画素１４４１、１４４２及び１４４３のそれぞれからの光は、少なくとも部分的にコリメートされる。他の実施形態では、画素からの光は、少なくとも部分的にコリメートされずに、変更された方向を有することができる。いくつかの実施形態では、発光システム１４３２からの少なくとも部分的にコリメートされた光出力を生成するために、少なくとも部分的にコリメートされたバックライトが使用される。いくつかの実施形態では、バックライトの第１の部分は、第１の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成され、バックライトの異なる第２の部分は、異なる第２の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成される。例えば、画素１４４１に対応する位置のバックライトからの光は、中心光線１４４７の方向に沿って少なくとも部分的にコリメートされたものとすることができ、画素１４４２に対応する位置のバックライトからの光は、光軸１４４０に平行な方向に沿って少なくとも部分的にコリメートされたものとすることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも部分的にコリメートされたバックライトからの光は、バックライトの放射面にわたって滑らかに変化する方向に沿って部分的にコリメートされたものとすることができる。

図１５は、画素１５４１、１５４２及び１５４３を含む発光システム１５３２の概略側面図である。それぞれの画素は、円錐角及び中心光線を有する光錐を放射する。画素１５４１は、発光システム１５３２又は発光システム１５３２からの光を受光するように配置されたレンズ系の光軸１５４０に対して角度αをなす方向に沿って放射される中心光線１５４７を有する光錐１５４９を放射する。画素１５４２は、円錐角θを有する光錐を放射する。画素１５４１及び１５４３のそれぞれからの光は、光軸１５４０から離れる方に曲げられ、画素１５４２からの光は、実質的に光軸１５４０に沿って放射される。いくつかの実施形態では、画素１５４１、１５４２及び１５４３のそれぞれからの光は、少なくとも部分的にコリメートされる。他の実施形態では、画素からの光は、少なくとも部分的にコリメートされずに、変更された方向を有することができる。いくつかの実施形態では、図１４に関連して更に説明したように、発光システム１５３２からの少なくとも部分的にコリメートされた光出力を生成するために、少なくとも部分的にコリメートされたバックライトが使用される。

図１６Ａは、レンズ系１６１９と、液晶ディスプレイパネル１６３０、及び少なくとも部分的にコリメートするバックライトであり、位置により変化する出力方向を提供するように適合させることができるバックライト１６３６を含む発光システム１６３２と、を含む光学系１６００の断面図である。バックライト１６３６は、コリメートする光学素子１６６０を含む光ガイド１６６３と、少なくとも部分的にコリメートされた光として光ガイド１６６３から光が抽出されるように構造化された表面１６６７を有する光抽出要素１６６５とを含む。バックライト１６３６は、コリメートする光学素子１６６０に光を注入するように構成された光源１６６１と、光抽出要素１６６５に隣接して配置された背面反射体１６６８とを更に含む。光源１６６１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は複数のＬＥＤなどの任意の好適な光源であってよい。光源１６６１からの光は、コリメートする光学素子１６６０のテーパ状の形状のためにコリメートする光学素子１６６０を透過すると、少なくとも部分的にコリメートされ得る。光は、背面反射体１６６８に向かって光抽出部分１６６５から抽出され、光は、次に、背面反射体１６６８から反射されて、レンズ系１６１９に向かって所望の出力方向に沿って少なくとも部分的にコリメートされた光として光抽出部分１６６５を通して送出される。

いくつかの実施形態では、位置により変化する出力方向を提供するように適合された少なくとも部分的にコリメートするバックライトは、光方向転換層と組み合わされる。そのような実施形態では、バックライトは、レンズ系により利用されるように所望の方向に向けて部分的に向きを変えた出力を提供し、光方向転換層は、この部分的に向きを変えた光を受光して、レンズ系に対して所望の方向により厳密に一致した方向に光を送出する。

コリメートする素子１６６０は、光ガイド１６６３の光挿入部分である。光ガイド１６６３は、第１の折り曲げ部分１６７１を介してコリメートする光学素子１６６０からの光を受光し、第２の折り曲げ部分１６７４を介して光抽出要素１６６５に光を移送するように配置された光移送部分１６６４を更に含む。光抽出要素１６６５の構造化表面１６６７は、所望の出力方向に沿った光出力を生成するように方向付けられた光抽出体を含むことができる。この表面は、例えば、構造化されたニッケルスタンピング工具などの構造化されたスタンピング工具を使用することにより、好適に構造化することができる。好適なスタンピング工具は、シングルポイントダイヤモンド機械加工などの機械加工により作製することができる。例示的なダイヤモンド旋削システム及び方法は、例えば、国際出願公開第ＷＯ００／４８０３７号（Ｃａｍｐｂｅｌｌら）、並びに米国特許第７，３５０，４４２号（Ｅｈｎｅｓら）及び同第７，３２８，６３８号（Ｇａｒｄｉｎｅｒら）に記載されているような高速工具サーボ（fast tool servo）（ＦＴＳ）を含む及び利用することができる。少なくとも部分的にコリメートされたバックライトは、所望の出力方向に沿って光出力を生成するように適合された回折格子を含むことができる。そのようなバックライトは、Ｆａｔｔａｌらにより「Ａ ｍｕｌｔｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｆｏｒ ａ ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ，ｇｒａｓｓｅｓ−ｆｒｅｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｙ」（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４９５、３４８〜３５１ページ、２０１３年３月２１日）に記載されている。いくつかの実施形態では、構造化表面１６６７は、例えば、米国特許出願公開第２０１３／０３２１９１３号（Ｈａｒｏｌｄら）に記載されているような、一連の段１６６６を、段の間の傾斜部分１６６９と共に含むことができ、この特許出願は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。構造化表面１６６７内の段１６６６及び傾斜部分１６６９は、例えば、機械加工により形成することができる。傾斜部分１６６９は、光抽出要素１６６５から光を抽出する。そのようなバックライトの出力方向の分布は、段１６６６の間の傾斜部分１６６９の勾配の分布を調節することにより調節することができる。いくつかの実施形態では、段は、本明細書の他の所で更に説明するように湾曲した形状を有する（例えば、図１６Ｃを参照）。

光学系１６００は、射出瞳１６３５を有し、反射型偏光子、吸収型偏光子、吸収型及び反射型偏光子の組み合わせとすることができる光学偏光子１６７０を更に含む、又は任意選択的に省略することができる。

レンズ系１６１９は、第１及び第２の光学レンズ１６１０及び１６２０を含む。第１のレンズ１６１０は、本明細書の他の所で説明するように所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体が上に配置された主面１６１４を含む。第２のレンズ１６２０は、例えば、熱成形又は圧力成形された反射型偏光子とすることができ、かつポリマー多層反射型偏光子又はワイヤグリッド偏光子とすることができる反射型偏光子が上に配置された主面１６２６を含む。１／４波長位相差板が、反射型偏光子上に配置されてもよい。

例えば、光学系１００、２００、３００、４００、５００又は１６００のいずれかは、ディスプレイシステム又は結像系と呼ばれる場合がある。これらの光学系のいずれかは、バーチャルリアリティディスプレイなどのヘッドマウント式ディスプレイに使用することができる。

図１６Ｂ及び図１６Ｃは、それぞれ、像を形成するためのイメージャ１６３０ｂと、イメージャ１６３０ｂにより形成された像を投影するための投影レンズ系１６１９ｂとを含むディスプレイシステム１６００ｂの断面図及び斜視図である。イメージャ１６３０ｂは、複数の画素を含む。複数の画素のうちのそれぞれの画素に関して、イメージャは、中心光線を有する光錐を放射するように構成される。中心光線は、光抽出要素１６６５の形状のためにイメージャ１６３０ｂ内の画素の位置により変化する方向を有する。いくつかの実施形態では、中心光線の方向の変化は、投影レンズ系を介して投影された像の輝度を、少なくとも３０パーセント、又は少なくとも５０パーセント、又は少なくとも１００パーセント、又は少なくとも２００パーセント増大する。投影レンズを通して投影された像は、像全体にわたって焦点が合っていてもよく、又は合っていなくてもよいパターン化された光である。例えば、投影レンズを通して投影された像は、焦点が合った像を形成する中央部分、及び焦点が合っていなくてもよい周囲部分を有することができる。投影レンズ系１６１９ｂは、図１６Ｂに示すような屈折レンズ系とすることができ、又は互いに隣接して間隔を空けて配置された第１及び第２の部分反射体を含む屈曲光学系とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、投影レンズ系１６１９ｂは、レンズ系１１９に対応し、第１の部分反射体は、部分反射体１１７に対応して、第２の部分反射体は、反射型偏光子１２７に対応する。いくつかの実施形態では、投影レンズ系１６１９ｂは、受光角を有し、中心光線の方向の変化は、受光角内のイメージャ１６３０ｂにより放射される光を、少なくとも３０パーセント、又は少なくとも５０パーセント、又は少なくとも１００パーセント、又は少なくとも２００パーセント増大する。

いくつかの実施形態では、投影レンズ系１６１９ｂは、イメージャ１６３０ｂの最大横方向光学活性寸法Ｄ２の約８０パーセント未満（又は約６０パーセント未満、又は約５０パーセント未満、約４０パーセント未満）である最大横方向光学活性寸法Ｄ１を有する。構成要素の最大横方向光学活性寸法は、ディスプレイシステム１６００ｂの出力を形成するのに光学的に利用される構成要素の部分の図１６Ｂのｘ−ｙ平面内の最大寸法である最大横方向寸法を指す。例えば、画素化ディスプレイパネルは、一般的に、光学活性である画素の矩形区域を、その画素の矩形区域の周囲の光学活性でない一部の境界領域と共に、有する。この場合では、最大横方向光学活性寸法は、画素の矩形区域の対角線である。別の例として、レンズは、光を受光して送出する円形区域を有することができ、この場合では、この円形区域の直径が、最大横方向光学活性寸法である。

ディスプレイシステム１６００ｂは、光挿入部分１６６０ｂと、光挿入部分１６６０ｂ及びイメージャ１６３０ｂと光学的に連通している光抽出部分１６６５ｂとを有する、光ガイド１６６３を含む。光ガイド１６６３ｂは、光抽出部分１６６５ｂが光挿入部分１６６０ｂに面するように、折り曲げられている。光ガイド１６６３ｂは、第１の折り曲げ部分１６７１ｂを介して光挿入部分１６６０ｂからの光を受光し、第２の折り曲げ部分１６７３ｂを介して光抽出部分１６６５ｂに光を移送するように構成された光移送部分１６６４ｂを含む。イメージャ１６３０ｂは、光抽出部分１６６５ｂと光挿入部分１６６０ｂとの間に配置された反射型空間光変調器（例えば、シリコン上液晶（liquid crystal on silicon）（ＬＣｏＳ）パネル）とすることができる。あるいは、イメージャは、図１６Ａに示すような、光挿入部分とは反対側で光抽出部分に近接して配置された透過型空間光変調器とすることができる。図１６Ｂの実施形態では、光が、少なくとも部分的にコリメートされた光として光抽出部分１６６５ｂから抽出されてイメージャ１６３０ｂに向けられ、イメージャ１６３０ｂは、画像になった光を反射して光抽出部分１６６５ｂを通してレンズ系１６１９ｂに向けて戻す。

レンズ系１６１９ｂは、光軸１６４０ｂ（ｚ軸に平行な）を有する。光挿入部分１６６０ｂ及び光抽出部分１６６５ｂは、レンズ系１６１９ｂの光軸１６４０ｂに沿って間隔を空けて配置されている。光軸１６４０ｂは、光挿入部分１６６０ｂ及び光抽出部分１６６５ｂと交差する。

いくつかの実施形態では、図１６Ａの構造化表面１６６７、段１６６６及び傾斜部分１６６９に関して説明したように、構造化表面１６６７ｂは、一連の段１６６６ｂを、段１６６６ｂの間の傾斜部分１６６９ｂと共に含む。段１６６６又は１６６６ｂは、間隔を空けて配置された個別の光抽出特徴部として説明することができる。この段の代わりに、光抽出部分からの光を抽出するために好適な、他の間隔を空けて配置された個別の光抽出特徴部を使用することができる。いくつかの実施形態では、光抽出特徴部の形状は、ｘ軸に沿って光を集束させるｚ軸回りの曲率、及びｙ軸に沿って光を集束させるｙ軸に沿った抽出特徴部の角度の変化の組み合わせにより、イメージャに向かう光を集束させる。抽出特徴は、光を抽出するために内部全反射（total internal reflection）（ＴＩＲ）に依拠するコーティングしていない材料とすることができる、又は金属若しくは誘電体の反射体でコーティングすることができる。あるいは、抽出表面１６６７又は１６６７ｂ全体を、反射型偏光子でコーティングすることができる。これは、ＭａｃＮｅｉｌｌｅ偏光子、ワイヤグリッド偏光子、又はＡＰＦ若しくは３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能なＤｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ（ＤＢＥＦ）などのポリマー多層光学フィルム反射型偏光子により生成することができる。反射型偏光子を、抽出要素に適合するように形成することができる。これは、例えば、接着剤の薄い層を構造化表面１６６７又は１６６７ｂに適用し、かつ反射型偏光子フィルム（ＡＰＦなどの）を、フィルムが構造化表面に適合するように熱及び／又は圧力を用いてこの表面に適用することにより、行うことができる。光ガイド１６６３又は１６６３ｂの１つ以上の表面は、光ガイド内のＴＩＲ条件を維持することができるコーティングの屈折率を有する低屈折率のコーティングを有することができる。いくつかの実施形態では、低屈折率コーティングは、光ガイドの屈折率より約０．０５〜０．２低い屈折率を有する（別に明示しない限り、屈折率は、５３２ｎｍで測定した屈折率を指す）。低屈折率コーティングは、光学的に厚くすることができ、例えば、少なくとも０．５マイクロメートル又は少なくとも１マイクロメートルの物理的厚さを有することができる。

光学系１６００又はディスプレイシステム１６００ｂに使用するために好適な他の好適な光ガイドを、図２６〜図２８に示す。

図２６は、光２６３８を受光するように適合された光挿入部分２６６０と、光挿入部分２６６０からの光を受光するように配置されると共に、第１の区分２６６４−１及び第２の区分２６６４−２を有する光移送部分２６６４と、光移送部分２６６４からの光を受光するように配置された光抽出部分２６６５と、を含む光ガイド２６６３の概略断面図である。光挿入部分２６６０により受光された光２６３８は、主に第１の方向２６８１に沿って伝搬し、光移送部分２６８３により受光された光は、主に第１の区分２６６４−１内を第２の方向２６８３に沿って伝搬し、光抽出部分により受光された光は、主に第３の方向２６８５に沿って伝搬する。第１及び第２の方向２６８１及び２６８３の間の第１の夾角は、少なくとも１４０度、又は少なくとも１５０度、又は少なくとも１６０度、又は約１８０度であり、第１及び第３の方向の間の第２の夾角は、４０度未満、又は３０度未満、又は２０度未満である。図示した実施形態では、第１の夾角は約１８０度であり、第２の夾角は約０度である。第１及び第２の夾角は、光挿入部分２６６０の向き及び／又は光抽出部分２６８５の向きを、これらの部分の両方のうちの１つがｘ−ｙ平面から傾斜しているように変更することにより、変更することができる。２つの方向の間の夾角は、２つの方向に沿った単位ベクトルのドット積の逆余弦の主値（定義により、０〜１８０度の範囲である）を指す。例えば、２つの方向の間の夾角の概略表現である図２９を参照して、単位ベクトル２９８１と２９８５とのドット積の逆余弦は、単位ベクトル２９８１に沿った第１の方向と単位ベクトル２９８５に沿った第２の方向との間の夾角である角度φを与える。夾角は０〜１８０度でなければならないため、例えば、夾角を１４０度より大きいとして指定することは、夾角を１４０度〜１８０度として指定することと同等である。

光移送部分２６６４は、第１の折り曲げ部分２６７１を介して光挿入部分２６６０からの光を受光し、第２の折り曲げ部分２６７４を介して光抽出部分２６６５に光を移送するように配置される。第２の折り曲げ部分２６７４は、第１の副折り曲げ部分２６７４−１及び第２の副折り曲げ部分２６７４−２を含む。

図２７は、光２７３８を受光するように適合された光挿入部分２７６０と、光挿入部分２７６０からの光を受光するように配置された光抽出部分２７６５とを含む光ガイド２７６３の概略断面図である。光抽出部分２７６５は、折り曲げ部分２７７１を介して光挿入部分２７６０からの光を受光する。光挿入部分２７６０により受光された光は、主に第１の方向２７８１に沿って伝搬し、光抽出部分２７６５により受光された光は、主に第２の方向２７６５に沿って伝搬する。第１の方向２７８１と第２の方向２７８５との間の夾角は、少なくとも１２０度、又は少なくとも１４０度、又は少なくとも１６０度である。例えば、夾角は、１６０〜１８０度の範囲とすることができ、又は図示したように約１８０度とすることができる。光抽出部分２７６５は、例えば、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すように、投影レンズ系に向かう光抽出部分からの光を抽出するように適合された複数の光抽出特徴を含むことができる。０度から５度以内の角度は、約０度として説明することができ、１８０度から５度以内の角度は、約１８０度として説明することができる。

光ガイド２６６３及び２７６３は、それぞれ、光を受光するように適合された光挿入部分と、第１の折り曲げ部分を介して光挿入部分からの光を受光するように配置された光移送部分と、第２の折り曲げ部分を介して光移送部分からの光を受光するように配置された光抽出部分とを含む。それぞれの場合では、光抽出部分は、光挿入部分から間隔を空けて、光挿入部分に面する。いくつかの実施形態では、光抽出部分及び光挿入部分は、互いに接触することができ、又はほんの小さな間隙により分離することができる。図２８は、折り曲げ部分２８７１を介して互いに光学的に接続された光挿入部分２８６０及び光抽出部分２８６５を含む光ガイド２８６３の概略断面図である。光抽出部分２８６５は、例えば、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すように、投影レンズ系に向かう光抽出部分２８６５からの光を抽出するように適合された複数の光抽出特徴部を含むことができる。光は、光挿入部分２８６０内で主に第１の方向２８８１に沿って伝搬し、光は、光抽出部分２８６５内で主に第２の方向２８８５に沿って伝搬する。第１の方向２８８１と第２の方向２８８５との間の夾角は、例えば、少なくとも１４０度とすることができる。

いくつかの実施形態では、光方向転換層は、画素化した光源に向かって凹状である凹面を含み、凹面のそれぞれの異なる部分が画素化した光源内の異なる画素の群に対応する。凹面のこれらの部分は、画素の群と一対一対応とすることができる。これを、光方向転換層１７５０及び画素化した光源１７３０を含む発光システム１７３２の概略側面図である図１７に示す。発光システム１７３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２及び５３２のいずれかのために使用することができる。図示した実施形態では、光方向転換層１７５０は、光方向転換層１７３０に向かって凹状である凹面１７５８を有する単一の光学素子を含む。画素化した光源１７３０は、群１７４１ａ、１７４１ｂ、１７４１ｃ及び１７４１ｄを含む複数の画素の群を含む複数の画素１７４４を含む。凹面１７５８は、複数の部分１７５６ａ、１７５６ｂ、１７５６ｃ及び１７５６ｄを含む。それぞれの異なる部分は、異なる画素の群に対応する。例えば、画素の群１７４１ａからの光は、凹面１７５８の部分１７５６ａを透過することができ、凹面１７５８の他の部分を実質的に透過しなくてもよい。これは、画素を凹面１７５８に近接して配置することで実現することができる。ＬＣＤパネルが複数の画素を含む実施形態では、光方向転換層１７５０を複数の画素により近接して配置するために、本明細書の他の所で説明するように薄いガラス外層を使用することができる。ＬＣＤパネルが複数の画素を含む実施形態では、表面１７５８を複数の画素１７４４に近接して配置するために、本明細書の他の所で説明するように光方向転換層１７５０をＬＣＤパネルのガラス外層から形成することができる。いくつかの実施形態では、画素化した光源１７３２が、本明細書の他の所で説明するような部分反射体及び反射型偏光子を含むレンズ系などのレンズ系を含む光学系に使用される場合、画素の群に対応する部分以外の凹面１７５８のいずれかの部分を透過する画素の群からのあらゆる光は、レンズ系の受光角の外側とすることができ、したがって、光学系により利用されない。

図１８は、液晶ディスプレイパネル１８３０と、バックライト１８３６と、凹状光方向転換表面１８５８を有する光方向転換層１８５０とを含む発光システム１８３２の概略断面図である。液晶ディスプレイパネルが図１８に示されているが、光方向転換層１８５０を、例えば、ＯＬＥＤディスプレイなどの他の種類の画素化ディスプレイと共に使用することができる。発光システム１８３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２、５３２のいずれかのために使用することができる。液晶ディスプレイパネル１８３０は、第１のガラス層１８７６と第２のガラス層１８７８との間に配置された複数の画素１８４４を含む。複数の画素１８４４は、第１の画素１８４１及び第２の画素１８４２を含む。第１の偏光子１８７２は、光方向転換層１８５０と液晶ディスプレイパネル１８３０との間に配置され、第２の偏光子１８７３は、液晶ディスプレイパネル１８３０とバックライト１８３６との間に配置される。バックライト１８３６は、本明細書の他の所で説明するような、少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができる。発光システム１８３２は、光軸１８４０上に中心がある。光方向転換層１８５０は、図示した実施形態では単一の光方向転換要素である。光方向転換層１８５０は、液晶パネル１８３０に向かって凹状である凹状光方向転換表面１８５８を含む。凹状光方向転換表面１８５８は、第１の画素１８４１からの光を受光するように適合された第１の部分１８５６を含み、第２の画素１８４２からの光を受光するように適合された第２の部分１８５７を含む。いくつかの実施形態では、凹状光方向転換表面１８５８は、複数の異なる部分を含み、それぞれの異なる部分が複数の画素１８４４のうちの異なる画素又は異なる画素の群と一対一対応する。

図１９は、液晶ディスプレイパネル１９３０と、バックライト１９３６と、凹状光方向転換表面１９５８を有する光方向転換層１９５０とを含む発光システム１９３２の概略断面図である。液晶ディスプレイパネル１９３０は、第１ガラス層１９７６と第２のガラス層１９７８との間に配置された複数の画素１９４４を含む。光方向転換層１９５０は、凹状光方向転換表面１９５８を形成するために、例えば、第１のガラス層１９７６の外面をエッチングすることにより、第１のガラス層１９７６から形成される。凹状光方向転換表面１９５８を形成するために使用することができる好適なガラスエッチング方法は、当該技術分野で既知であり、例えば、米国特許出願公開第２００２／００７９２８９号（Ｄｏｈ）に記載されている。好適なガラス用エッチング液としては、ヘキサフルオロケイ酸及びフッ化水素が挙げられる。

複数の画素１９４４は、第１の画素１９４１及び第２の画素１９４２を含む。第１の偏光子１９７２は、凹状光方向転換表面１９５８上に配置され、第２の偏光子１９７３は、液晶ディスプレイパネル１９３０とバックライト１９３６との間に配置される。バックライト１９３６は、本明細書の他の所で説明するような、少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができる。発光システム１９３２は、光軸１９４０上に中心がある。凹状光方向転換表面１９５８は、第１の画素１９４１からの光を受光するように適合された第１の部分１９５６を含み、第２の画素１８４２からの光を受光するように適合された第２の部分１９５７を含む。本明細書の他の所で更に説明するように、いくつかの実施形態では、凹状光方向転換表面１９５８は、複数の異なる部分を含み、それぞれの異なる部分が複数の画素１９４４のうちの異なる画素又は異なる画素の群と一対一対応する。発光システム１９３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２、５３２のいずれかのために使用することができる。

発光システム１８３２又は１９３２のいくつかの実施形態では、凹状光方向転換表面のそれぞれの異なる部分は、複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、第１の円錐角を有する画素の群内の画素により放射された第１の発散光を受光して、受光した光を、第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する。いくつかの実施形態では、画素の群内の画素からの光は、その画素の群に対応しない光方向転換層のあらゆる部分を実質的に透過しないか、又は発光システムからの光を受光するように適合されたレンズ系の受光角内でない方向にその画素の群に対応しない光方向転換層の部分を高々部分的に透過するかのいずれかである。

図２０は、光方向転換要素２０５６及び２０５７を含む複数の光方向転換要素と、第１のガラス層２０７６と第２のガラス層２０７８との間の液晶層によって提供された間隔を空けて配置された複数の個別の画素２０４４を有する液晶ディスプレイパネル２０３０とを含む発光システム２０３２の概略断面図である。第１のガラス層２０７６は、光方向転換要素２０５６及び２０５７を複数の画素２０４４を画定する開口部により近接して配置するために、従来のＬＣＤディスプレイと比較して又は第２のガラス層２０７８と比較して、薄い厚さを有することができる。液晶ディスプレイパネルが図２０に示されているが、光方向転換要素２０５６及び２０５７を、例えば、ＯＬＥＤディスプレイなどの他の種類の画素化ディスプレイと共に使用することができる。液晶ディスプレイパネル２０３０は、第１の偏光子２０７２と第２の偏光子２０７３との間に配置され、本明細書の他の所で説明するような少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができるバックライト２０３６により照明される。それぞれの光方向転換要素は、複数の画素のうちの画素の群に対応することができ、この群は、単一の画素又は複数の画素とすることができる。光方向転換要素を、画素の一部、大部分、又はすべてに対して含めることができる。例えば、光方向転換要素を、発光システム２０３２又はレンズ系及び発光システム２０３２を含む光学系の光軸付近に配置された画素以外のすべての画素に対して含めることができる。発光システム２０３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２、５３２のいずれかのために使用することができる。光方向転換要素のそれぞれは、プリズム形要素とすることができ、任意選択的に１つ以上の曲面を含むことができる。代替の実施形態では、プリズム形要素のいくつか又はすべての代わりに、複数のマイクロレンズを使用することができる。更に他の実施形態では、個々の光方向転換要素の代わりに、フレネルレンズを含む光方向転換層を使用することができる。これを図２１に示す。

図２１は、光方向転換層２１５０と、間隔を空けて配置された複数の個別の画素２１４４を含む液晶ディスプレイパネル２１３０とを含む発光システム２１３２の断面図である。液晶ディスプレイパネルが図２１に示されているが、光方向転換層２１５０を、例えば、ＯＬＥＤディスプレイなどの他の種類の画素化ディスプレイと共に使用することができる。液晶パネル２１３０は、第１の偏光子２１７２と第２の偏光子２１７３との間に配置され、本明細書の他の所で説明するような少なくとも部分的にコリメートするバックライトとすることができるバックライト２１３６により照明される。光方向転換層２１５０は、光方向転換要素２１５６を含み、フレネルレンズとすることができる、又はブレーズド回折格子とすることができる。いくつかの実施形態では、光方向転換要素２１５６の少なくとも一部は、同心円状の輪である。それぞれの異なる光方向転換要素２１５６は、間隔を空けて配置された複数の個別の画素２１４４のうちの異なる画素の群に対応することができる。例えば、光方向転換要素が同心円状の輪形状の要素である場合、光方向転換要素に対応する画素の群は、同心円状の輪の下に配置された複数の画素とすることができる。更に他の実施形態では、光方向転換層２１５０は、他の種類の光方向転換要素により置き換えることができる。例えば、光方向転換層２１５０は、ホログラフィック光学素子とすることができる。

発光システム２１３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２、５３２のいずれかのために使用することができる。

図２２は、複数の画素２２４４並びに第１のガラス層２２７６及び第２のガラス層２２７８を含む液晶ディスプレイパネル２２３０を含む発光システム２２３２の概略断面図である。レンズ２２５６及び２２５７を含む複数のレンズは、第１のガラス層２２７６内に形成される。レンズは、第１のガラス層２２７６をエッチングしてエッチングされた領域を第１のガラス層２２７６の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填することにより形成されてもよい。例えば、対応する画素により放射される光の発散角を低減するために、より高い屈折率の材料を使用することができる。好適な高屈折率材料としては、米国特許第８，３４３，６２２号（Ｌｉｕら）に記載されたものなどの高屈折率ナノ粒子で充填されたポリマー材料が挙げられ、この特許は、本明細書と矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。複数のレンズのうちのそれぞれの異なるレンズは、複数の画素のうちの異なる画素の群に対応することができる。それぞれの画素の群は、単一の画素とすることができる、又は複数の画素を含むことができる。発光システム２２３２は、例えば、それぞれ光学系１００、２００、３００、４００及び５００内の発光システム１３２、２３２、３３２、４３２、５３２のいずれかのために使用することができる。

発光システム１７３２、１８３２、１９３２、２０３２、２１３２及び２２３２のいずれかの光方向転換層又は光方向転換要素は、少なくとも１つの画素又は大部分の画素からの光出力を、光方向転換層若しくは光方向転換要素の光軸に向けて若しくはその光軸から離れる方に、又はレンズ系及び光方向転換層若しくは光方向転換要素を組み込んだディスプレイシステムの光軸に向けて若しくはその光軸から離れる方に、曲げるように適合させることができる。

ディスプレイパネル上に光方向転換層を含めることに対する代替案は、ディスプレイパネルからの光を受光するように配置されたレンズ上に光方向転換層を含めることである。図２３は、第１及び第２の光学レンズ２３１０及び２３２０を含む、レンズ系２３１９の概略断面図である。第１の光学レンズ２３１０は、互いに反対側にある第１及び第２の主面２３１４及び２３１６を含み、第１の主面２３１４は内側主面であり、第２の主面２３１６は外側主面である。第２の光学レンズ２３２０は、互いに反対側にある第１及び第２の主面２３２４及び２３２６を含む。レンズ系２３１９は、第１のレンズ２３１０の第１の主面２３１４上に配置することができる部分反射体を含む。レンズ系２３１９はまた、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射するように構成された反射型偏光子も含む。反射型偏光子は、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、第２のレンズ２３２０上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、第２の主面２３２６上に配置される。いくつかの実施形態では、１／４波長位相差板が、反射型偏光子上に配置される。部分反射体は、本明細書の他の所で説明するように、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有することができる。

第１の光学レンズ２３１０の第２の主面２３１６は、光方向転換要素２３５６及び２３５７を含む複数の光方向転換要素２３５０を含む。それぞれの光方向転換要素は、第１の光錐を受光し、受光した光を第２の光錐として部分反射体に向けて送出するように適合される。例えば、光方向転換要素２３５６は、第１の光錐２３３９を受光し、受光した光を第２の光錐２３４９として送出するように適合される。本明細書の他の所で更に説明するように、それぞれの光方向転換要素は、受光した光錐の発散角及び中心光線の方向のうちの一方又は両方を変更するように適合させることができる。例えば、光学系１００又は２００内のそれぞれのレンズ系１１９又は２１９の代わりに、レンズ系２３１９を使用することができる。

レンズ系２３１９に含まれた反射型偏光子は、１つ又は２つの直交する軸回りに湾曲することができる。いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、多層ポリマーフィルムであり、いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、本明細書の他の所で説明するようなＡＰＦなどの熱成形された又は圧力成形された多層反射型偏光子である。

いくつかの実施形態では、画素化した発光システム及び画素化システムにより放射された光を受光するように配置されたレンズ系２３１９を含むディスプレイシステムの、ディスプレイシステムの射出瞳での輝度は、複数の光方向転換要素２３５０を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも３０パーセント高い。いくつかの実施形態では、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度は、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも１００パーセント高い、又は少なくとも２００パーセント高い、又は少なくとも３００パーセント高い。

図２４は、複数の発光画素２４４４を含む発光システム２４３２を含むディスプレイシステム２４００の一部分の概略断面図である。それぞれの発光画素は、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する任意選択の光学的に透明な第１の光方向転換要素２４５６と、第１の光方向転換要素２４５６に向かって凹状であって所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する第２の光方向転換要素２４５７と、第１の光方向転換要素２４５６と第２の光方向転換要素２４５７との間に配置された発光材料２４４１とを含む。発光材料２４４１は、例えば、少なくとも部分的に透過型のＯＬＥＤディスプレイパネルとすることができる、ディスプレイパネル２４３０に含めることができる。ディスプレイパネル２４３０は、図２４で実質的に平面のパネルとして示されているが、他の実施形態では、ディスプレイパネルは、湾曲することができ（例えば、図１Ｂを参照）、又はすべてが同じ平面内にあるのではない複数の平面部分を含むことができる（例えば、図１Ｃを参照）。いくつかの実施形態では、第２の光方向転換要素２４５７の中心２４４２は、発光材料２４４１内に位置する。例えば、第２の光方向転換要素２４５７は、発光材料２４４１内に位置する曲率中心又は焦点を有する反射凹面を有することができる。いくつかの実施形態では、発光材料２４４１により放射された光は、第１及び第２の光方向転換要素２４５６及び２４５７により実質的にコリメートされる。いくつかの実施形態では、任意選択の第１の光方向転換要素２４５６は省略され、発光材料２４４１により放射された光は、第２の光方向転換要素２４５７により実質的にコリメートされる。例えば、パネル２４３０内の発光材料は、発散する第１の光錐２４３９を放射することができ、この光錐は、凹状の第２の光方向転換要素から反射され、第１の光方向転換要素を通して実質的にコリメートされた光２４４９として送出される。

ディスプレイシステム２４００は、例えば、発光システム２４３２からの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分をディスプレイシステム２４００の射出瞳に送出するように配置された、レンズ系１１９又は２１９などのレンズ系を更に含むことができる。

様々な構成要素（例えば、部分反射体、１／４波長位相差板、透過型光学素子、及び反射型光学素子）の光透過率又は反射率は、所望の又は所定の複数の波長での平均により指定することができる。所望の又は所定の複数の波長は、例えば、光学系が機能するように設計された任意の波長範囲とすることができる。所定の又は所望の複数の波長は、可視の範囲とすることができ、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、所望の又は所定の複数の波長は、赤外の範囲とすることができ、又は赤外、可視、及び紫外の波長のうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、所望の又は所定の複数の波長は、狭波長帯域又は複数の狭波長帯域とすることができ、部分反射体は、例えば、ノッチ反射体とすることができる。いくつかの実施形態では、所望の又は所定の複数の波長は、１００ｎｍ以下又は５０ｎｍ以下の半値全幅を有する少なくとも１つの連続的波長範囲を含む。

本明細書の光学系のいずれかは、ヘッドマウント式ディスプレイ（例えば、バーチャルリアリティディスプレイ）などの装置に使用することができる。図２５は、フレーム２５９２と、本明細書の光学系のいずれかを含むことができる第１及び第２のディスプレイ部分２５９４ａ及び２５９４ｂとを含むヘッドマウント式ディスプレイ２５９０の概略上面図である。図示した実施形態では、第１のディスプレイ部分２５９４ａは、レンズ系２５１９ａと、発光システム２５３２ａとを含み、ディスプレイ部分２５９４ｂは、レンズ系２５１９ｂと発光システム２５３２ｂとを含む。レンズ系２５１９ａ及び２５１９ｂのそれぞれは、本明細書の他の所で説明するように、反射型偏光子及び部分反射体を含むことができる。発光システム２５３２ａ及び２５３２ｂのそれぞれは、本明細書の他の所で説明するように、複数の画素と、光方向転換層及び／又は少なくとも部分的にコリメートするバックライトとを含むことができる。いくつかの実施形態では、レンズ系２５１９ａ及び２５１９ｂは、光軸（例えば、図２５のｚ軸に平行な軸）上に中心があり、発光システム２５３２ａ及び２５３２ｂは、対応する光軸に対して鈍角に配置される。他の実施形態では、発光システム２５３２ａ及び２５３２ｂは、対応する光軸に対して直角に配置され、対応する光軸上に中心をもつことができる。発光システム２５３２ａ及び２５３２ｂの光方向転換層は、対応する画素による光出力を、対応するレンズ系の受光角内であるように方向転換することができる。レンズ系の光軸に対して鈍角に発光システムが配置された実施形態では、発光システムの光方向転換要素は、光軸を中心として非対称である曲面１１３１ｃなどの曲面を含むことができる。

実施例１
以下の表に記載された要素を有する屈曲光学レンズ系を、Ｚｅｍａｘ １５レンズ設計ソフトウェアを使用してモデル化した。

上記の表で、ＯＢは、対象物を指し、表面は、絞り面（stopsurface）（ＳＴ）から像面（image surface）（ＩＭ）の順に列記されている。非球面多項式係数は、それぞれ０．０００、−２．８０５×１０^−５、１．２３２×１０^−７、−１．９３６×１０^−１０、及びー３．０８８×１０^−１３の２次、４次、６次、８次、及び１０次の係数を有した表面７を除き、ゼロになるように取られた。

レンズをＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓにインポートして、中央及び周囲の放射要素を用いてディスプレイ平面を生成した。それぞれの要素を、直径０．１ｍｍ及び半径０．０５ｍｍを有するＮＢＫ７レンズ内に埋め込んだ。放射要素を、０．００４ｍｍの正方形放射区域を有するように設計した。放射要素に対するレンズの配置を、瞳での均一性及び輝度の最良の組み合わせを提供するように最適化した。マイクロレンズアレイを有するニアアイ（near eye）ディスプレイは、レンズアレイを有しないディスプレイより８．１倍明るかった（７１０パーセントの輝度の増大）。

実施例２
光学系２００と同様な光学系を、以下のような光線追跡を使用してモデル化した。光学積層体２１０は、レンズ２１２の外面（パネル２３２に面した表面）上の１／４波長位相差板と、レンズ２１２の内面（射出瞳２３５に面した表面）上の部分反射体とを含んだ。光学積層体２２０は、レンズ２２２の外面（レンズ２１２に面した表面）上の直線偏光子を含み、直線偏光子上に配置された１／４波長位相差板を含んだ。１／４波長位相差板を、理想的位相差板としてモデル化し、部分反射体を、５０パーセントの透過率及び５０パーセントの反射率を有するとしてモデル化し、直線偏光子を、直線ブロック軸に沿って偏光した光に対して１パーセントの透過率及び９９パーセントの反射率、並びに直交する直線透過軸に沿って偏光した光に対して９９パーセントの透過率及び１パーセントの反射率を有するとしてモデル化した。レンズは、以下の表に明記したようであった。

レンズ表面に対して使用した２次から８次の非球面多項式係数を以下の表に示す。

レンズ表面に対して使用した１０次以上の非球面多項式係数を以下の表に示す。

ディスプレイパネル２３５を、それぞれの正方形が６ｍｍ×６ｍｍの寸法を有する明暗の正方形の市松模様のパターンを生成するとしてモデル化した。ディスプレイパネルは、２．４ｃｍ×２．４ｃｍの寸法を有した。光出力を、ディスプレイパネルの表面に垂直な中心光線を有し、５度の半値半幅（half width at half maximum）（ＨＷＨＭ）の円錐角を有するとしてモデル化した。これは、部分的にコリメートするバックライトを有する、又は光出力を部分的にコリメートする光方向転換層を有する、ディスプレイパネルをシミュレーションするために選択した。比較のために、３５度のＨＷＨＭの円錐角を有する従来のディスプレイパネルもまた、モデル化した。受光器を射出瞳２３５に配置した。暗い正方形で受光した平均出力に対する明るい正方形で受光した平均出力として、コントラスト比を計算した。部分的にコリメートされた（５度のＨＷＨＭ）場合に関して、コントラスト比は、７４７であると測定され、一方、従来の場合（３５度のＨＷＨＭ）に関して、コントラスト比は、１００であると測定された。

実施例３
光学系１６００（図１６Ａに示す）と、バックライト１６３６を異なるバックライトユニットに置き換えた類似の光学系との相対効率を計算した。ランバート出力を有するバックライトユニットを利用する光学系の相対効率は、１であると定義した。次に、他の光学系の相対効率を、その光学系の射出瞳１６３５での輝度の、ランバート出力を有するバックライトユニットを有する光学系の射出瞳１６３５での輝度に対する比として定義した。バックライトユニットが１つのＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能なＢＥＦ）を含んだ場合、バックライトユニットからの出力は、水平方向（ディスプレイの幅方向）に４４度の、かつ垂直方向（ディスプレイの高さ方向）に８０度の半値全幅（Full-Width and Half Maximum）（ＦＷＨＭ）を有し、光学系は、１．４の相対効率を有した（４０パーセントの輝度の増大）。バックライトユニットが２つの交差したＢＥＦを含んだ場合、バックライトユニットからの出力は、水平及び垂直方向の両方に４４度のＦＷＨＭを有し、光学系は、１．６の相対効率を有した（６０パーセントの輝度の増大）。バックライトユニットがディスプレイに垂直な方向に（マイナスｚ方向に）高度のコリメーションを提供するように適合された構造化表面１６６７を含んだ場合、バックライトユニットからの出力は、水平方向に１６度かつ垂直方向に１２度のＦＷＨＭを有し、光学系は、２．４の相対効率を有した（１４０パーセントの輝度の増大）。バックライトユニットがレンズ系１６１９に向かって向きを変える方向に高度のコリメーションを提供するように適合された構造化表面１６６７を含んだ場合、バックライトユニットからの出力は、水平方向に１２度かつ垂直方向に１１度のＦＷＨＭを有し、光学系は、３の相対効率を有した（２００パーセントの輝度の増大）。結果を、以下の表に要約する。

以下は、本明細書の例示的な実施形態のリストである。

実施形態１は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した光源と、
複数の光方向転換要素と、を備え、それぞれの光方向転換要素は、複数の画素のうちの異なる画素に対応すると共に、第１の円錐角を有する画素により放射された第１の発散光を受光して、受光した光を１５度より大きくかつ第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する、発光システムである。

実施形態２は、複数の光方向転換要素のうちの光方向転換要素の少なくともいくつかが、プリズム形である、実施形態１の発光システムである。

実施形態３は、隣接する画素の間の間隙が、画素幅の１０パーセント未満である、実施形態１の発光システムである。

実施形態４は、隣接する画素の間の間隙が、画素幅の５パーセント未満である、実施形態１の発光システムである。

実施形態５は、隣接する画素の間の間隙が、１マイクロメートル未満である、実施形態１の発光システムである。

実施形態６は、隣接する画素の間の間隙が、画素幅の１０パーセント〜１００パーセントの範囲である、実施形態１の発光システムである。

実施形態７は、隣接する画素の間の間隙が、光吸収材料を含む、実施形態１の発光システムである。

実施形態８は、隣接する画素の間の間隙が、実質的に光透過性である、実施形態１の発光システムである。

実施形態９は、第１の円錐角が、２０度より大きい、実施形態１の発光システムである。

実施形態１０は、第１の円錐角が、３０度より大きい、実施形態１の発光システムである。

実施形態１１は、第１の円錐角と第２の円錐角との間の差が、少なくとも５度である、実施形態１の発光システムである。

実施形態１２は、第１の円錐角と第２の円錐角との間の差が、少なくとも１０度である、実施形態１の発光システムである。

実施形態１３は、複数の光方向転換要素のうちの光方向転換要素の少なくともいくつかが、レンズである、実施形態１の発光システムである。

実施形態１４は、それぞれのレンズが、レンズ軸上に中心があり、少なくとも１つのレンズのレンズ軸が、レンズに対応する画素の中心に対して横方向にずれている、実施形態１３の発光システムである。

実施形態１５は、少なくとも１つの光方向転換要素に関して、第１の発散光が、第２の発散光の第２の中心光線の方向とは異なる方向を有する第１の中心光線を有する、実施形態１の発光システムである。

実施形態１６は、画素化した光源が、液晶ディスプレイである、実施形態１の発光システムである。

実施形態１７は、液晶ディスプレイが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む、実施形態１６の発光システムである。

実施形態１８は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、５０度の全幅の円錐内にある、実施形態１７の発光システムである。

実施形態１９は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、４０度の全幅の円錐内にある、実施形態１７の発光システムである。

実施形態２０は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、３０度の全幅の円錐内にある、実施形態１７の発光システムである。

実施形態２１は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、２５度の全幅の円錐内にある、実施形態１７の発光システムである。

実施形態２２は、画素化した光源が、有機発光ダイオードディスプレイである、実施形態１の発光システムである。

実施形態２３は、画素化した光源が、実質的に平坦である、実施形態１の発光システムである。

実施形態２４は、画素化した光源が、湾曲している、実施形態１の発光システムである。

実施形態２５は、実施形態１の発光システムと、発光システムからの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系と、を備える光学系である。

実施形態２６は、光学レンズ系が、発光システムに面した部分反射体と、射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、反射型偏光子は部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、部分反射体は所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態２５の光学系である。

実施形態２７は、所望の複数の波長が、少なくとも１つの連続的な波長範囲を含む、実施形態２６の光学系である。

実施形態２８は、少なくとも１つの連続的な波長範囲が、少なくとも一部の赤外、可視、又は紫外の波長を含む、実施形態２７の光学系である。

実施形態２９は、少なくとも１つの連続的な波長範囲が、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の少なくとも一部分を含む、実施形態２７の光学系である。

実施形態３０は、部分反射体が、ノッチ反射体である、実施形態２７の光学系である。

実施形態３１は、所望の複数の波長が、１つ以上の連続的な波長範囲を含み、連続的な波長範囲のうちの少なくとも１つは、１００ｎｍ以下の半値全幅を有する、実施形態３０の光学系である。

実施形態３２は、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に備える、実施形態２６の光学系である。

実施形態３３は、部分反射体及び反射型偏光子のうちの少なくとも１つが、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２６の光学系である。

実施形態３４は、反射型偏光子が、実質的に平坦である、実施形態２６の光学系である。

実施形態３５は、反射型偏光子が、ある軸回りに湾曲している、実施形態２６の光学系である。

実施形態３６は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２６の光学系である。

実施形態３７は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した熱成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態２６の光学系である。

実施形態３８は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した圧力成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態２６の光学系である。

実施形態３９は、反射型偏光子が、ワイヤグリッド偏光子を含む、実施形態２６の光学系である。

実施形態４０は、ワイヤグリッド偏光子が、ある軸回りに湾曲している、実施形態３９の光学系である。

実施形態４１は、ワイヤグリッド偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態３９の光学系である。

実施形態４２は、光学レンズ系が、１つ以上の屈折レンズを含む、実施形態２５の光学系である。

実施形態４３は、射出瞳での光学系の輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも３０パーセント高い、実施形態２５の光学系である。

実施形態４４は、射出瞳での光学系の輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態２５の光学系である。

実施形態４５は、射出瞳での光学系の輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態２５の光学系である。

実施形態４６は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素の群を含む画素化した光源と、
光源に向かって凹状の凹状光方向転換表面と、を備え、光方向転換表面のそれぞれの異なる部分は複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、第１の円錐角を有する画素の群内の画素により放射された第１の発散光を受光して、受光した光を第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出し、いずれの２つの異なる画素の群も、共通の画素を含まない、発光システムである。

実施形態４７は、凹状光方向転換表面が、ある軸回りに凹状である、実施形態４６の発光システムである。

実施形態４８は、凹状光方向転換表面が、２つの直交する軸回りに凹状である、実施形態４６の発光システムである。

実施形態４９は、それぞれの画素の群が、単一の画素である、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５０は、それぞれの画素の群が、複数の画素を含む、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５１は、第１の円錐角と第２の円錐角との間の差が、少なくとも５度である、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５２は、第１の円錐角と第２の円錐角との間の差が、少なくとも１０度である、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５３は、光方向転換表面の少なくとも一部分に関して、第１の発散光が、第２の発散光の第２の中心光線の方向とは異なる方向を有する第１の中心光線を有する、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５４は、画素化した光源が、液晶ディスプレイである、実施形態４６の発光システムである。

実施形態５５は、液晶ディスプレイが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む、実施形態５４の発光システムである。

実施形態５６は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、５０度の全幅の円錐内にある、実施形態５５の発光システムである。

実施形態５７は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、４０度の全幅の円錐内にある、実施形態５５の発光システムである。

実施形態５８は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、３０度の全幅の円錐内にある、実施形態５５の発光システムである。

実施形態５９は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、２５度の全幅の円錐内にある、実施形態５５の発光システムである。

実施形態６０は、画素化した光源が、液晶ディスプレイパネルと、バックライトと、凹状光方向転換表面と液晶ディスプレイパネルとの間に配置された第１の偏光子と、液晶ディスプレイパネルとバックライトとの間に配置された第２の偏光子と、を含む、実施形態４６の発光システムである。

実施形態６１は、画素化した光源が、液晶ディスプレイパネルと、バックライトと、凹状光方向転換表面上に配置された第１の偏光子と、液晶ディスプレイパネルとバックライトとの間に配置された第２の偏光子と、を含む、実施形態４６の発光システムである。

実施形態６２は、画素化した光源が、有機発光ダイオードディスプレイである、実施形態４６の発光システムである。

実施形態６３は、実施形態４６の発光システムと、発光システムからの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系と、を備える光学系である。

実施形態６４は、光学レンズ系が、発光システムに面した部分反射体と、射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、反射型偏光子は、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、部分反射体は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態６３の光学系である。

実施形態６５は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態６４の光学系である。

実施形態６６は、反射型偏光子が、ポリマー多層反射型偏光子である、実施形態６４の光学系である。

実施形態６７は、反射型偏光子が、ワイヤグリッド偏光子である、実施形態６４の光学系である。

実施形態６８は、光学レンズ系が、１つ以上の屈折レンズを含む、実施形態６３の光学系である。

実施形態６９は、
第１の像を放射し、間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、
複数の画素の前に配置された複数の光方向転換要素と、を備え、それぞれの光方向転換要素は複数の画素のうちの異なる画素の群に対応し、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含み、複数の光方向転換要素は複数の画素の背後に第１の像の第２の虚像を形成する、ディスプレイシステムである。

実施形態７０は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、
複数の画素の前に配置された複数の光方向転換要素と、を備え、それぞれの光方向転換要素は、複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、画素の背後に画素の虚像を形成し、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含む、ディスプレイシステムである。

実施形態７１は、画素化ディスプレイが、第１の像を放射し、複数の光方向転換要素が複数の画素の背後に第１の像の第２の虚像を形成する、実施形態７０のディスプレイシステムである。

実施形態７２は、画素化ディスプレイが、液晶ディスプレイである、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７３は、液晶ディスプレイが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む、実施形態７２のディスプレイシステムである。

実施形態７４は、画素化ディスプレイが、実質的に平坦である、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７５は、画素化ディスプレイが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面の部分を含む、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７６は、画素化ディスプレイが湾曲している、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７７は、画素化した光源が有機発光ダイオードディスプレイである、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７８は、それぞれの光方向転換要素が、光方向転換要素に対応する画素により放射された第１の光錐を受光するように構成され、第１の光錐は、第１の方向に沿って向けられた第１の中心光線を有し、光方向転換要素は、受光した光を第２の方向に沿った第２の中心光線を有する第２の光錐として送出し、
光方向転換要素の少なくともいくつかに関して、第２の方向は第１の方向とは異なる、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態７９は、光方向転換要素の大部分に関して、第２の方向は第１の方向とは異なる、実施形態７８のディスプレイシステムである。

実施形態８０は、それぞれの画素の群が、単一の画素である、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態８１は、それぞれの画素の群が、複数の画素を含む、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態８２は、２つの異なる画素の群が、共通の画素を含まない、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態８３は、画素化ディスプレイからの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系を更に備える、実施形態６９〜７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態８４は、光学レンズ系が、発光システムに面した部分反射体と、射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、反射型偏光子が、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、部分反射体が、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態８３のディスプレイシステムである。

実施形態８５は、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に備える、実施形態８４のディスプレイシステムである。

実施形態８６は、部分反射体及び反射型偏光子のうちの少なくとも１つが、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態８４のディスプレイシステムである。

実施形態８７は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した熱成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態８４のディスプレイシステムである。

実施形態８８は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した圧力成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態８４のディスプレイシステムである。

実施形態８９は、光学レンズ系が、１つ以上の屈折レンズを含む、実施形態８３のディスプレイシステムである。

実施形態９０は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも３０パーセント高い、実施形態８３のディスプレイシステムである。

実施形態９１は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも１００パーセント高い、実施形態８３のディスプレイシステムである。

実施形態９２は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より、少なくとも２００パーセント高い、実施形態８３のディスプレイシステムである。

実施形態９３は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含み、それぞれの画素は円錐軸上に中心がある光錐を放射する、画素化した光源と、
複数のレンズと、備え、それぞれのレンズはレンズ軸上に中心があり、複数の画素のうちの異なる画素に対応し、それぞれのレンズのレンズ軸はレンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に平行であり、少なくとも１つのレンズのレンズ軸はその少なくとも１つのレンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に対してずれており、複数のレンズのうちの少なくとも２つのレンズは、その少なくとも２つのレンズから異なる複数の距離に対応する複数の画素の複数の像を形成する、結像系である。

実施形態９４は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含み、それぞれの画素は円錐軸上に中心がある光錐を放射する、画素化した光源と、
複数のレンズと、を備え、それぞれのレンズが、複数の画素のうちの異なる画素に対応し、複数のレンズのうちの少なくとも２つのレンズが、その少なくとも２つのレンズから異なる複数の距離に対応する複数の画素の複数の像を形成する、結像系である。

実施形態９５は、それぞれのレンズが、レンズ軸上に中心があり、それぞれのレンズのレンズ軸は、レンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に平行であり、少なくとも１つのレンズのレンズ軸は、その少なくとも１つのレンズに対応する画素により放射される光の円錐軸に対して横方向にずれている、実施形態９４の結像系である。

実施形態９６は、対応する画素の像が、虚像である、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態９７は、対応する画素の像が、実像である、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態９８は、複数のレンズのうちのそれぞれのレンズが、対応する画素の像を像面内に形成する、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態９９は、結像系の射出瞳が、第１のサイズを有する開口部を画定し、像面は、第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する、実施形態９８の結像系である。

実施形態１００は、像面が、複数の画素を含む表面に平行でない、実施形態９８の結像系である。

実施形態１０１は、像面が、複数の画素を含む表面に実質的に平行である、実施形態９８の結像系である。

実施形態１０２は、複数の画素を含む表面が、実質的に平面であり、像面が、実質的に平面でない、実施形態９８の結像系である。

実施形態１０３は、それぞれのレンズが、レンズに対応する画素により放射される第１の発散光を受光するように構成され、第１の発散光が、第１の円錐角を有し、レンズが、受光した光を１５度より大きくかつ第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態１０４は、それぞれのレンズが、レンズに対応する画素により放射された第１の光錐を受光するように構成され、第１の光錐が、第１の方向に沿って向けられた第１の中心光線を有し、レンズが、受光した光を第２の方向に沿った第２の中心光線を有する第２の光錐として送出し、
レンズの少なくともいくつかに関して、第２の方向が第１の方向とは異なる、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態１０５は、画素化した光源が、液晶ディスプレイである、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態１０６は、液晶ディスプレイが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む、実施形態１０５の結像系である。

実施形態１０７は、画素化した光源が、有機発光ダイオードディスプレイである、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態１０８は、画素化した光源からの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系を更に備える、実施形態９３〜９５のいずれかの結像系である。

実施形態１０９は、光学レンズ系が、発光システムに面した部分反射体と、射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、反射型偏光子が、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、部分反射体が、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態１０８の結像系である。

実施形態１１０は、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に備える、実施形態１０９の結像系である。

実施形態１１１は、部分反射体及び反射型偏光子のうちの少なくとも１つが、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１０９の結像系である。

実施形態１１２は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した熱成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態１０９の結像系である。

実施形態１１３は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した圧力成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態１０９の結像系である。

実施形態１１４は、光学レンズ系が、１つ以上の屈折レンズを含む、実施形態１０８の結像系である。

実施形態１１５は、射出瞳での結像系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な結像系の輝度より少なくとも３０パーセント高い、実施形態１０８の結像系である。

実施形態１１６は、射出瞳での結像系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な結像系の輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態１０８の結像系である。

実施形態１１７は、射出瞳での結像系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な結像系の輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態１０８の結像系である。

実施形態１１８は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した表面と、
複数のレンズと、を備え、それぞれのレンズは複数の画素のうちの異なる画素に対応し、複数のレンズのうちのそれぞれのレンズは画素化した表面に対して平行でない像面内に対応する画素の像を形成する、光学系である。

実施形態１１９は、画素化した表面が、実質的に平面である、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２０は、画素化した表面が、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面の部分を含む、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２１は、画素化した表面が、少なくとも１つの軸回りに湾曲している、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２２は、画素化した表面が、実質的に平面であり、像面は、実質的に平面でない、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２３は、それぞれの像が、虚像である、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２４は、それぞれの像が、実像である、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２５は、それぞれのレンズが、レンズに対応する画素により放射された第１の発散光を受光するように構成され、第１の発散光が、第１の円錐角を有し、レンズが、受光した光を１５度より大きくかつ第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２６は、それぞれのレンズが、レンズに対応する画素により放射された第１の光錐を受光するように構成され、第１の光錐が、第１の方向に沿って向けられた第１の中心光線を有し、レンズが、受光した光を第２の方向に沿った第２の中心光線を有する第２の光錐として送出し、
レンズの少なくともいくつかに関して、第２の方向が第１の方向とは異なる、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１２７は、レンズのうちの少なくとも１つに関して、第１の方向と第２の方向との間の角度が、少なくとも５度である、実施形態１２６の光学系である。

実施形態１２８は、この角度が、少なくとも１０度である、実施形態１２７の光学系である。

実施形態１２９は、液晶ディスプレイが、画素化した表面を含む、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１３０は、液晶ディスプレイが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む、実施形態１２９の光学系である。

実施形態１３１は、有機発光ダイオードディスプレイが、画素化した表面を含む、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１３２は、画素化した表面からの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系を更に備える、実施形態１１８の光学系である。

実施形態１３３は、光学レンズ系が、画素化した表面に面した部分反射体と、射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、反射型偏光子が、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、部分反射体が、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態１３２の光学系である。

実施形態１３４は、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に備える、実施形態１３３の光学系である。

実施形態１３５は、部分反射体及び反射型偏光子のうちの少なくとも１つが、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１３３の光学系である。

実施形態１３６は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した熱成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態１３３の光学系である。

実施形態１３７は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲した圧力成形された多層ポリマーフィルムである、実施形態１３３の光学系である。

実施形態１３８は、射出瞳での光学系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも３０パーセント高い、実施形態１３２の光学系である。

実施形態１３９は、射出瞳での光学系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態１３２の光学系である。

実施形態１４０は、射出瞳での光学系の輝度が、複数のレンズを含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態１３２の光学系である。

実施形態１４１は、光学レンズ系が、１つ以上の屈折レンズを含む、実施形態１３２の光学系である。

実施形態１４２は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイ表面と、
光学積層体と、を備え、この光学積層体が、
ディスプレイ表面に隣接し、少なくとも１つの光方向転換要素を含む光方向転換層であって、それぞれの光方向転換要素は複数の画素のうちの異なる画素の群に対応し、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含む、光方向転換層と、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、
第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む、光学系である。

実施形態１４３は、画素化ディスプレイ表面が、実質的に平面である、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１４４は、画素化ディスプレイ表面が、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面の部分を含む、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１４５は、画素化ディスプレイ表面が、少なくとも１つの軸回りに湾曲している、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１４６は、それぞれの光方向転換要素が対応する画素の群内の画素からの第１の光錐を受光するように構成され、第１の光錐は第１の方向に沿った第１の中心光線を有し、光方向転換要素は受光した第１の光錐を第２の方向に沿った第２の中心光線を有する第２の光錐として送出し、
少なくとも１つの光方向転換要素に関して、第２の方向が第１の方向とは異なる、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１４７は、少なくとも１つの光方向転換要素に関して、第１の方向と第２の方向との間の角度が、少なくとも５度である、実施形態１４６の光学系である。

実施形態１４８は、この角度が、少なくとも１０度である、実施形態１４６の光学系である。

実施形態１４９は、第１の光錐が、第１の円錐角を有し、少なくとも１つの光方向転換要素に関して、第１の方向と第２の方向との間の角度が、第１の円錐角の少なくとも１０パーセントである、実施形態１４６の光学系である。

実施形態１５０は、それぞれの光方向転換要素が対応する画素の群内の画素からの第１の円錐角を有する第１の発散光を受光し、受光した光を１５度より大きくかつ第１の円錐角未満の第２の円錐角を有する第２の発散光として送出するように構成された、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５１は、光学積層体が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５２は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５３は、反射型偏光子が、熱成形された多層ポリマーフィルムを含む、実施形態１５２の光学系である。

実施形態１５４は、反射型偏光子が、圧力成形された多層ポリマーフィルムを含む、実施形態１５２の光学系である。

実施形態１５５は、光学系の射出瞳での光学系の輝度が、光方向転換層を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも３０パーセント高い、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５６は、光学系の射出瞳での光学系の輝度が、光方向転換層を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも１００パーセント高い、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５７は、光学系の射出瞳での光学系の輝度が、光方向転換層を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも２００パーセント高い、実施形態１４２の光学系である。

実施形態１５８は、
複数の画素を含む画素化システムと、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体を含み、画素化システムからの光を受光して射出瞳を通して光を送出するように適合された光学レンズ系と、を備えるディスプレイシステムであって、
複数の画素のうちのそれぞれの画素に関して、画素化システムは、円錐軸上に中心がある光錐を放射するように適合され、円錐軸は、画素に垂直な軸に対して円錐軸角をなし、少なくともいくつかの画素に対する円錐軸角は、少なくともいくつかの他の画素に対する円錐軸角とは異なる、ディスプレイシステムである。

実施形態１５９は、画素化システムが、画素化した光源及び光方向転換層を含む、実施形態１５８のディスプレイシステムである。

実施形態１６０は、画素化システムが、液晶ディスプレイパネル及びバックライトを含む、実施形態１５８のディスプレイシステムである。

実施形態１６１は、バックライトが、少なくとも部分的にコリメートするバックライトである、実施形態１６０のディスプレイシステムである。

実施形態１６２は、画素化システムが、光方向転換層を更に含む、実施形態１６１のディスプレイシステムである。

実施形態１６３は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、５０度の全幅の円錐内にある、実施形態１６１の発光システムである。

実施形態１６４は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、４０度の全幅の円錐内にある、実施形態１６１の発光システムである。

実施形態１６５は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、３０度の全幅の円錐内にある、実施形態１６１の発光システムである。

実施形態１６６は、少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０パーセントが、２５度の全幅の円錐内にある、実施形態１６１の発光システムである。

実施形態１６７は、バックライトの第１の部分が、第１の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成され、バックライトの異なる第２の部分が、異なる第２の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成された、実施形態１６１のディスプレイシステムである。

実施形態１６８は、バックライトとは反対側でディスプレイパネルに隣接する光方向転換層を更に備える、実施形態１６１のディスプレイシステムである。

実施形態１６９は、画素化した光源が、有機発光ダイオードディスプレイパネルを含む、実施形態１５９のディスプレイシステムである。

実施形態１７０は、光学レンズ系が、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置された反射型偏光子を更に含む、実施形態１５９のディスプレイシステムである。

実施形態１７１は、光学レンズ系が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態１７０のディスプレイシステムである。

実施形態１７２は、光学レンズ系が、第１の光学レンズを更に含み、部分反射体が、第１の光学レンズの主面上に配置されている、実施形態１５９のディスプレイシステムである。

実施形態１７３は、光学レンズ系が、第１の光学レンズに隣接して間隔を空けて配置された第２の光学レンズを更に含む、実施形態１７２のディスプレイシステムである。

実施形態１７４は、反射型偏光子が、第２の光学レンズの主面上に配置されている、実施形態１７３のディスプレイシステムである。

実施形態１７５は、１／４波長位相差板が、反射型偏光子上に配置されている、実施形態１７４のディスプレイシステムである。

実施形態１７６は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、
受光角を有する光学レンズ系であって、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、
第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む、光学レンズ系と、
画素化ディスプレイと光学レンズ系との間に配置された光方向転換層と、を備えるディスプレイシステムであって、
光学レンズ系の受光角内の画素化ディスプレイにより放射される全光量は、光方向転換層を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの全光量より少なくとも３０パーセント高い、ディスプレイシステムである。

実施形態１７７は、光学レンズ系の受光角内の画素化ディスプレイにより放射される全光量は、他の点では同等なディスプレイシステムの全光量より少なくとも１００パーセント高い、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１７８は、光学レンズ系の受光角内の画素化ディスプレイにより放射される全光量は、他の点では同等なディスプレイシステムの全光量より少なくとも２００パーセント高い、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１７９は、光学レンズ系が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８０は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８１は、反射型偏光子が、多層ポリマーフィルムを含む、実施形態１８０のディスプレイシステムである。

実施形態１８２は、多層ポリマーフィルムが、熱成形又は圧力成形により、２つの直交する軸回りに湾曲した形状に形成された、実施形態１８１のディスプレイシステムである。

実施形態１８３は、光学レンズ系が、少なくとも１つの光学レンズを含み、少なくとも１つの光学レンズが、複数の主面を含み、部分反射体が、主面のうちの１つの上に配置され、反射型偏光子が、異なる主面上に配置された、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８４は、画素化ディスプレイが、実質的に平面である、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８５は、画素化ディスプレイが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面の部分を含む、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８６は、画素化ディスプレイが、少なくとも１つの軸回りに湾曲したディスプレイ表面を含む、実施形態１７６のディスプレイシステムである。

実施形態１８７は、
間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、
光学レンズ系であって、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、
第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む、光学レンズ系と、
画素化ディスプレイと光学レンズ系との間に配置された光方向転換層と、
射出瞳と、を備えるディスプレイシステムであって、
射出瞳でのディスプレイシステムの輝度は、光方向転換層を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも３０パーセント高い、ディスプレイシステムである。

実施形態１８８は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度は、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１８９は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度は、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９０は、光学レンズ系が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９１は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９２は、反射型偏光子が、熱成形された多層ポリマーフィルムを含む、実施形態１９１のディスプレイシステムである。

実施形態１９３は、光学レンズ系が、少なくとも１つの光学レンズを含み、少なくとも１つの光学レンズが、複数の主面を含み、部分反射体が、主面のうちの１つの上に配置され、反射型偏光子が、異なる主面上に配置された、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９４は、画素化ディスプレイが、実質的に平面である、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９５は、画素化ディスプレイが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９６は、画素化ディスプレイが、少なくとも１つの軸回りに湾曲したディスプレイ表面を含む、実施形態１８７のディスプレイシステムである。

実施形態１９７は、
光軸を有する光学レンズ系であって、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、
第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、を含む、光学レンズ系と、
複数の光方向転換要素であって、それぞれの光方向転換要素が、中心光線を有する第１の光錐を受光し、受光した光を第２の光錐として光学レンズ系に向けて送出するように適合された、複数の光方向転換要素と、を備え、
光方向転換要素の少なくともいくつかが、光軸に向けて又は光軸から離れる方に中心光線を曲げるように適合された、光学系である。

実施形態１９８は、光方向転換要素の少なくともいくつかが、光軸に向かって中心光線を曲げるように適合された、実施形態１９７の光学系である。

実施形態１９９は、光方向転換要素の少なくともいくつかが、光軸から離れる方に中心光線を曲げるように適合された、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２００は、第１の光錐が、光学系の射出瞳の中心を通過する主光線を含み、光方向転換要素の少なくともいくつかが、中心光線と主光線との間の角度を低減するように適合された、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０１は、光学系の射出瞳での光学系の輝度が、光方向転換要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも３０パーセント高い、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０２は、射出瞳での光学系の輝度が、他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも１００パーセント高い、実施形態２０１の光学系である。

実施形態２０３は、射出瞳での光学系の輝度が、他の点では同等な光学系の輝度より、少なくとも２００パーセント高い、実施形態２０１の光学系である。

実施形態２０４は、光学レンズ系が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０５は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０６は、反射型偏光子が、熱成形された多層ポリマーフィルムを含む、実施形態２０５の光学系である。

実施形態２０７は、光学レンズ系が、少なくとも１つの光学レンズを含み、少なくとも１つの光学レンズが、複数の主面を含み、部分反射体が、主面のうちの１つの上に配置され、反射型偏光子が、異なる主面上に配置された、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０８は、複数の光方向転換要素が、表面に沿って配置された、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２０９は、この表面が、実質的に湾曲している、実施形態２０８の光学系である。

実施形態２１０は、この表面が、実質的に平面である、実施形態２０８の光学系である。

実施形態２１１は、光軸が、斜角で表面と交差する、実施形態２０８の光学系である。

実施形態２１２は、この表面が、ディスプレイパネルの表面に実質的に平行である、実施形態２０８の光学系である。

実施形態２１３は、画素化ディスプレイが、実質的に平面である、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２１４は、画素化ディスプレイが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２１５は、画素化ディスプレイが、少なくとも１つの軸回りに湾曲したディスプレイ表面を含む、実施形態１９７の光学系である。

実施形態２１６は、
所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、
部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、第１の偏光状態を有する光を実質的に透過し、直交する第２の偏光状態を有する光を実質的に反射する反射型偏光子と、
外側主面を有する第１の光学レンズであって、外側主面は複数の光方向転換要素を含み、それぞれの光方向転換要素は第１の光錐を受光し、受光した光を第２の光錐として部分反射体に向けて送出するように適合された、第１の光学レンズと、を備える、レンズ系である。

実施形態２１７は、第２の光錐が、第１の光錐の発散角とは異なる発散角を有する、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２１８は、第２の光錐が、第１の光錐の中心光線の方向とは異なる中心光線の方向を有する、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２１９は、第２の光錐が、第１の光錐の発散角及び中心光線の方向とは異なる発散角及び中心光線の方向を有する、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２２０は、第２の光学レンズを更に備え、反射型偏光子が、第２の光学レンズの主面上に配置された、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２２１は、１／４波長位相差板が、反射型偏光子上に配置された、実施形態２２０のレンズ系である。

実施形態２２２は、１／４波長位相差板が、第２の光学レンズと部分反射体との間に配置された、実施形態２２０のレンズ系である。

実施形態２２３は、１／４波長位相差板が、反射型偏光子と部分反射体との間に配置された、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２２４は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２２５は、反射型偏光子が、多層ポリマーフィルムを含む、実施形態２２４のレンズ系である。

実施形態２２６は、第１の光学レンズが外側主面の反対側の内側主面を有し、部分反射体が内側主面上に配置された、実施形態２１６のレンズ系である。

実施形態２２７は、
実施形態２１６のレンズ系と、
複数の画素の群を含み、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含む、画素化システムと、
射出瞳と、を備えるディスプレイシステムであって、
それぞれの光方向転換要素は複数の画素の群内の異なる画素の群に対応し、それぞれの画素は、射出瞳の中心を通過する主光線及び中心光線を有する光錐を放射し、少なくとも１つの画素に関して、画素に対応する光方向転換要素は、画素により放射される中心光線と主光線との間の角度を低減する、ディスプレイシステムである。

実施形態２２８は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、光方向転換要素を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも３０パーセント高い、実施形態２２７のディスプレイシステムである。

実施形態２２９は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態２２８のディスプレイシステムである。

実施形態２３０は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態２２８のディスプレイシステムである。

実施形態２３１は、画素化システムが、液晶ディスプレイパネルを含む、実施形態２０９のディスプレイシステムである。

実施形態２３２は、液晶ディスプレイパネルに光を供給するように構成されたバックライトを更に備え、バックライトの第１の部分が、第１の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成され、バックライトの異なる第２の部分が、異なる第２の方向に少なくとも部分的にコリメートされた光を放射するように構成された、実施形態２３１のディスプレイシステムである。

実施形態２３３は、画素化システムが、実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態２２７のディスプレイシステムである。

実施形態２３４は、画素化システムが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態２２７のディスプレイシステムである。

実施形態２３５は、画素化システムが、少なくとも１つの軸回りに湾曲したディスプレイパネルを含む、実施形態２２７のディスプレイシステムである。

実施形態２３６は、
複数の画素の群を含み、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含む、画素化システムと、
複数の光方向転換要素であって、それぞれの光方向転換要素は複数の画素の群内の異なる画素の群に対応する、複数の光方向転換要素と、
射出瞳と、を備えるディスプレイシステムであって、
それぞれの画素が、射出瞳の中心を通過する主光線及び中心光線を有する光錐を放射し、少なくとも１つの画素に関して、画素に対応する光方向転換要素が、画素により放射される中心光線と主光線との間の角度を低減する、ディスプレイシステムである。

実施形態２３７は、光軸上に配置されていないそれぞれの画素に関して、画素に対応する光方向転換要素が、画素により放射される中心光線と主光線との間の角度を低減する、光軸上に中心がある実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２３８は、少なくとも２つの画素により放射される光錐の主光線が、互いに平行でない、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２３９は、すべての画素により放射される光錐の主光線が、互いに平行である、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２４０は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、光方向転換要素を含まないが他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも３０パーセント高い、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２４１は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも１００パーセント高い、実施形態２４０のディスプレイシステムである。

実施形態２４２は、射出瞳でのディスプレイシステムの輝度が、他の点では同等なディスプレイシステムの輝度より少なくとも２００パーセント高い、実施形態２４０のディスプレイシステムである。

実施形態２４３は、複数の光方向転換要素と射出瞳との間に配置された部分反射体を更に備え、部分反射体が、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２４４は、部分反射体と射出瞳との間に配置された反射型偏光子を更に備える、実施形態２４３のディスプレイシステムである。

実施形態２４５は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２４４のディスプレイシステムである。

実施形態２４６は、反射型偏光子が、熱成形された多層ポリマーフィルムを含む、実施形態２４５のディスプレイシステムである。

実施形態２４７は、反射型偏光子と部分反射体との間に配置された１／４波長位相差板を更に備える、実施形態２４４のディスプレイシステムである。

実施形態２４８は、画素化システムが、実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２４９は、画素化システムが、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のディスプレイパネルを含む、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２５０は、画素化システムが、少なくとも１つの軸回りに湾曲したディスプレイパネルを含む、実施形態２３６のディスプレイシステムである。

実施形態２５１は、複数の発光画素を備えるディスプレイシステムであって、それぞれの発光画素は、
所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する光学的に透明な第１の光方向転換要素と、
第１の光方向転換要素に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する凹状の第２の光方向転換要素と、
第１の光方向転換要素と第２の光方向転換要素との間に配置された発光材料と、を含み、第２の光方向転換要素の中心が、発光材料内に位置する、ディスプレイシステムである。

実施形態２５２は、発光材料により放射された少なくとも一部の可視光が、第２の光方向転換要素から反射され、少なくとも部分的にコリメートされた光として第１の光方向転換要素を通して送出される、実施形態２５１のディスプレイシステムである。

実施形態２５３は、少なくとも部分的にコリメートされた光の少なくとも半分が、３０度の円錐角内にある、実施形態２５２のディスプレイシステムである。

実施形態２５４は、少なくとも部分的にコリメートされた光の少なくとも半分が、２５度の円錐角内にある、実施形態２５２のディスプレイシステムである。

実施形態２５５は、少なくとも部分的にコリメートされた光の少なくとも半分が、２０度の円錐角内にある、実施形態２５２のディスプレイシステムである。

実施形態２５６は、少なくとも部分的にコリメートされた光の少なくとも７５パーセントが、２０度の円錐角内にある、実施形態２５２のディスプレイシステムである。

実施形態２５７は、複数の発光画素を備えるディスプレイシステムであって、それぞれの発光画素は、
所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する光学的に透明な第１の光方向転換要素と、
第１の光方向転換要素に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する光学的に反射する凹状の第２の光方向転換要素と、
第１の光方向転換要素と第２の光方向転換要素との間に配置された発光材料と、を含み、発光材料により放射された光が、第１及び第２の光方向転換要素により実質的にコリメートされる、ディスプレイシステムである。

実施形態２５８は、第２の光方向転換要素の中心が、発光材料内に位置する、実施形態２５７のディスプレイシステムである。

実施形態２５９は、少なくとも部分的に透明な有機発光ディスプレイパネルが、複数の発光画素を含む、実施形態２５１〜２５８のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２６０は、発光画素からの光を受光して、受光した光の少なくとも一部分をディスプレイシステムの射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系を更に備える、実施形態２５１〜２５８のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２６１は、光学レンズ系が、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光透過率を有する部分反射体を含む、実施形態２６０のディスプレイシステムである。

実施形態２６２は、部分反射体と射出瞳との間に配置された反射型偏光子を更に備える、実施形態２６１のディスプレイシステムである。

実施形態２６３は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２６２のディスプレイシステムである。

実施形態２６４は、反射型偏光子が、熱成形されたポリマー多層フィルムを含む、実施形態２６３のディスプレイシステムである。

実施形態２６５は、光学レンズ系が、少なくとも１つの光学レンズを含み、少なくとも１つの光学レンズが、複数の主面を含み、部分反射体が、主面のうちの１つの上に配置され、反射型偏光子が、異なる主面上に配置された、実施形態２６２のディスプレイシステムである。

実施形態２６６は、
複数の発光画素であって、それぞれの発光画素は、
発光材料と、
発光材料に向かって凹状の、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光反射率を有する、光学的に反射する凹状の第１の光方向転換要素と、を含む、複数の発光画素と、
第１の光方向転換要素のそれぞれにより反射された光を受光するように配置された光学レンズ系と、を備えるディスプレイシステムであって、受光された光は実質的にコリメートされており、光学レンズ系は、所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する部分反射体と、部分反射体に隣接して間隔を空けて配置された反射型偏光子と、を含む、ディスプレイシステムである。

実施形態２６７は、それぞれの発光画素が、所望の複数の波長において少なくとも５０％の平均光透過率を有する光学的に透明な第２の光方向転換要素を更に含み、第２の光方向転換要素が、第１の光方向転換要素とは反対側で発光材料に隣接して配置された、実施形態２６６のディスプレイシステムである。

実施形態２６８は、反射型偏光子が、２つの直交する軸回りに湾曲している、実施形態２６６のディスプレイシステムである。

実施形態２６９は、反射型偏光子が、熱成形されたポリマー多層フィルムを含む、実施形態２６８のディスプレイシステムである。

実施形態２７０は、光学レンズ系が、少なくとも１つの光学レンズを含み、少なくとも１つの光学レンズが、複数の主面を含み、部分反射体が、主面のうちの１つの上に配置され、反射型偏光子が、異なる主面上に配置された、実施形態２６６のディスプレイシステムである。

実施形態２７１は、光学レンズ系が、部分反射体と反射型偏光子との間に配置された１／４波長位相差板を更に含む、実施形態２６６のディスプレイシステムである。

実施形態２７２は、少なくとも部分的に透明な有機発光ダイオードディスプレイパネルが、発光材料を含む、実施形態２５１〜２７１のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２７３は、実質的に平面のパネルが、複数の発光画素を含む、実施形態２５１、２５７、又は２６６のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２７４は、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のパネルが、複数の発光画素を含む、実施形態２５１、２５７、又は２６６のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２７５は、少なくとも１つの軸回りに湾曲したパネルが、複数の発光画素を含む、実施形態２５１、２５７、又は２６６のいずれかのディスプレイシステムである。

実施形態２７６は、
複数の画素を含み、それぞれの画素が第１の円錐軸上に中心がある第１の光錐を放射する、画素化した光源と、
複数のレンズと、を備える結像系であって、それぞれのレンズは、複数の画素のうちの異なる画素に対応して位置合わせされており、対応する画素からの第１の光錐を受光して、受光した第１の光錐を第２の円錐軸上に中心がある第２の光錐として送出するように適合され、
少なくとも１つの画素に関して、第１及び第２の円錐軸は平行ではない、結像系である。

実施形態２７７は、少なくとも１つのレンズが、第１の円錐軸を中心として非対称である、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２７８は、複数の画素が、画素化した表面に沿って配置され、少なくとも１つのレンズが、画素化した表面から画素化した表面の法線に沿ってレンズの第２の側面より遠くまで延びる第１の側面を有する、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２７９は、少なくとも１つのレンズのうちのそれぞれのレンズが、第１及び第２の側面を接続する曲面を有する、実施形態２７８の結像系である。

実施形態２８０は、曲面が、第１の円錐軸に平行でない軸を中心として回転対称である、実施形態２７９の結像系である。

実施形態２８１は、複数の画素が、画素化した表面に沿って配置されており、大部分のレンズのうちのそれぞれのレンズが、画素化した表面から画素化した表面の法線に沿ってレンズの第２の側面より遠くまで延びる第１の側面を有する、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８２は、少なくとも１つの画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸との間の角度が、少なくとも５度である、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８３は、少なくとも１つの画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸との間の角度が、少なくとも１０度である、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８４は、複数の画素のうちの第１の画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸との間の第１の角度が、５度より大きく、複数の画素のうちの異なる第２の画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸との間の第２の角度が、５度より大きく、第１の角度とは異なる、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８５は、複数の画素のうちの大部分の画素に関して、第１及び第２の円錐軸が平行ではない、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８６は、複数の画素のうちの大部分の画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸の間との角度が、少なくとも５度である、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８７は、複数の画素のうちの大部分の画素に関して、第１の円錐軸と第２の円錐軸との間の角度が、少なくとも１０度である、実施形態２７６の結像系である。

実施形態２８８は、実質的に平面のパネルが、複数の画素を含む、実施形態２７６のディスプレイシステムである。

実施形態２８９は、すべてが同じ平面内に配置されているのではない複数の実質的に平面のパネルが、複数の画素を含む、実施形態２７６のディスプレイシステムである。

実施形態２９０は、少なくとも１つの軸回りに湾曲したパネルが、複数の画素を含む、実施形態２７６のディスプレイシステムである。

関連するディスプレイシステムは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる以下の米国特許出願に記載されている：本出願と同一日付で出願された「ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＬＩＧＨＴ ＧＵＩＤＥ」（第６２／３４７６５２号）。

図における要素に関する記載は、別段の指定がない限り、他の図の対応する要素に等しく適用されると理解すべきである。以上、本明細書において具体的な実施形態を図示し説明したが、本開示の範囲を逸脱することなく、図示及び説明された具体的な実施形態を、様々な代替的かつ／又は均等な実現形態で置き換えることができることは、当業者であれば認識されるであろう。本出願は、本明細書において説明した具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例をも包含することを意図している。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。

Claims (6)

1. 間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化した光源と、
   複数の光方向転換要素であって、それぞれの光方向転換要素は、前記複数の画素のうちの異なる画素に対応すると共に、半値全幅で規定される第１の円錐角を有する前記画素により放射された第１の発散光を受光して、前記受光した光を１５度より大きくかつ前記第１の円錐角未満の、半値全幅で規定される第２の円錐角を有する第２の発散光として送出する、複数の光方向転換要素と、を備え、
   各光方向転換要素が、前記第１の発散光の円錐軸に平行なレンズ軸を有するレンズを備え、前記複数の光方向転換要素は、前記第１の発散光の前記円錐軸に対する前記レンズ軸のずれ量が、前記画素化した光源の中心から縁部に向かって単調に増加するように構成され、
   前記画素化した光源が、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む液晶ディスプレイであり、前記少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０％が、５０度の全幅の円錐内にある、発光システム。
2. 少なくとも１つの光方向転換要素に関して、前記第１の発散光が、前記第２の発散光の第２の中心光線の方向とは異なる方向を有する第１の中心光線を有する、請求項１に記載の発光システム。
3. 請求項１に記載の発光システムと、前記発光システムからの光を受光して、前記受光した光の少なくとも一部分を射出瞳を通して送出するように適合された光学レンズ系と、を備え、前記光学レンズ系が、前記発光システムに面した部分反射体と、前記射出瞳に面した反射型偏光子とを含み、前記反射型偏光子は前記部分反射体に隣接して間隔を空けて配置され、前記部分反射体は所望の複数の波長において少なくとも３０％の平均光反射率を有する、光学系。
4. 前記射出瞳での前記光学系の輝度が、前記複数の光方向転換要素を含まないが他の点では同等な光学系の輝度より少なくとも３０パーセント高い、請求項３に記載の光学系。
5. 間隔を空けて配置された複数の個別の画素を含む画素化ディスプレイと、
   前記複数の画素の前に配置された複数の光方向転換要素と、を備え、それぞれの光方向転換要素は、前記複数の画素のうちの異なる画素の群に対応すると共に、前記画素の背後に前記画素の虚像を形成し、各光方向転換要素が、前記画素により放射された発散光の円錐軸に平行なレンズ軸を有するレンズを備え、前記複数の光方向転換要素は、前記発散光の前記円錐軸に対する前記レンズ軸のずれ量が、前記画素化ディスプレイの中心から縁部に向かって単調に増加するように構成され、それぞれの画素の群は少なくとも１つの画素を含み、前記画素化した光源が、少なくとも部分的にコリメートするバックライトを含む液晶ディスプレイであり、前記少なくとも部分的にコリメートするバックライトのルーメン出力の少なくとも５０％が、５０度の全幅の円錐内にある、ディスプレイシステム。
6. 前記画素化ディスプレイが第１の像を放射し、前記複数の光方向転換要素が前記複数の画素の背後に前記第１の像の第２の虚像を形成する、請求項５に記載のディスプレイシステム。

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