(57)【要約】  第１及び第２の回折要素を含むヘッドセット及びヘッドマウントディスプレイについて記載されている。場合によっては、第１及び第２の回折要素は、第１及び第２の回折格子表面を含み、少なくとも１つの波長に対して、第１及び第２の回折格子表面は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。ヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するための、２次元的にピクセル化された隣接する第１及び第２のディスプレイ表面と、対応する第１及び第２のディスプレイ表面に隣接配置された第１及び第２の回折要素とを含んでもよい。場合によっては、第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素は、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている。
2021522535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための、２次元的にピクセル化された隣接する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、
対応する前記第１のディスプレイ表面及び前記第２のディスプレイ表面に隣接配置された第１の回折要素及び第２の回折要素と、を備えるヘッドマウントディスプレイであって、
前記第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、前記第２の回折要素は、前記第１の波長λ１ではなく、前記第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
λ１は４８０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲にあり、λ２は６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
２５ｎｍ≦λ２−λ１≦２５０ｎｍである、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記第１の回折要素は第１の回折格子界面を備え、前記第２の回折要素は第２の回折格子界面を備え、前記第１の回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ１であり、前記第１の回折格子界面は平均回折格子高さＨ１を有し、前記第２の回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ２であり、前記第２の回折格子界面は平均回折格子高さＨ２を有し、前記第１の波長λ１において、Δｎ１＊Ｈ１は０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にあり、前記第２の波長λ２において、Δｎ２＊Ｈ２は０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にあり、Δｎ２＊Ｈ２＞Δｎ１＊Ｈ１である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
１２０ｎｍ＞Δｎ２＊Ｈ２−Δｎ１＊Ｈ１＞１０ｎｍである、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記第１の回折要素は、前記第２の波長λ２において前記第１の回折要素によって回折された前記ゼロ次の強度と前記１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％だけ異なるように前記第２の波長λ２をゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、前記第２の回折要素は、前記第１の波長λ１において前記第２の回折要素によって回折された前記ゼロ次の強度と前記１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％だけ異なるように前記第１の波長λ１をゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記第１の回折要素は第１の形状の繰り返しパターンを備え、前記第２の回折要素は第２の形状の繰り返しパターンを備え、前記第１の形状及び前記第２の形状は異なる幾何学的形状を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記第１の回折要素は第１の複数のマイクロレンズを備え、前記第２の回折要素は第２の複数のマイクロレンズを備え、前記第１の複数のマイクロレンズ及び前記第２の複数のマイクロレンズは、前記マイクロレンズの高さ、前記マイクロレンズの曲率、隣接するマイクロレンズ間の中心間距離、隣接するマイクロレンズ間のギャップ、又は前記マイクロレンズの屈折率のうちの少なくとも１つによって互いに異なる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
ピクセル化された第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、
対応する前記第１のディスプレイ表面及び前記第２のディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する、重なり合わない第１の回折要素及び第２の回折要素と、を備え、
少なくとも１つの波長に対して、前記第１の回折要素及び前記第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの回折特性は、ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度を含む、請求項９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
観察者の対応する左目及び右目に画像を表示するためのピクセル化された左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と、
対応する前記左ディスプレイ表面及び前記右ディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する左回折格子表面及び右回折格子表面と、を備え、
少なくとも１つの波長に対して、前記第１の回折格子表面及び前記第２の回折格子表面は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１２】
各回折格子表面は、第１の波長を互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、前記左回折格子表面に対する前記第１の波長は、前記右回折格子表面に対する前記第１の波長とは少なくとも５０ｎｍだけ異なる、請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１３】
前記右回折格子表面は、前記左回折格子表面に対する前記第１の波長を、互いの強度から少なくとも２０％だけ異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、前記左回折格子表面は、前記右回折格子表面に対する前記第１の波長を、互いの強度から少なくとも２０％だけ異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させる、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１４】
画像を表示するための第１のディスプレイ表面と、
前記第１のディスプレイ表面に近接配置された、画像を表示するための第２のディスプレイ表面と、
前記第１のディスプレイ表面に隣接配置され、第１の光学層及び第２の光学層を備える第１の多層光学フィルムであって、前記第１の光学層及び前記第２の光学層は、それらの間に２次元の第１の回折格子界面を画定しており、前記第１の光学層及び前記第２の光学層は、対応する異なる第１の屈折率ｎ１及び第２の屈折率ｎ２を有し、前記第１の回折格子界面は回折格子高さｈ１を有し、基準波長λにおいて、前記第１の多層光学フィルムは、μ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の平均値、及びσ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の標準偏差を有する、第１の多層光学フィルムと、
前記第２のディスプレイ表面に隣接配置され、第３の光学層及び第４の光学層を備える第２の多層光学フィルムであって、前記第３の光学層及び前記第４の光学層は、それらの間に２次元の第２の回折格子界面を画定しており、前記第３の光学層及び前記第４の光学層は、対応する異なる第３の屈折率ｎ３及び第４の屈折率ｎ４を有し、前記第２の回折格子界面は回折格子高さｈ２を有し、基準波長λにおいて、前記第２の多層光学フィルムは、μ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の平均値、及びσ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の標準偏差を有する、第２の多層光学フィルムと、を備え、
｜μ１−μ２｜＞σ１＋σ２である、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１５】
２００ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞１０ｎｍである、請求項１４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１６】
第１の回折要素と、
第１の光学システムであって、前記第１の回折要素は、第１の画像を受け取り、前記第１の画像を前記第１の光学システムに伝達するように配置され、前記第１の光学システムは、前記第１の画像を観察者に伝達するように構成されている、第１の光学システムと、
前記第１の回折要素に近接配置された第２の回折要素と、
第２の光学システムであって、前記第２の回折要素は、第２の画像を受け取り、前記第２の画像を前記第２の光学システムに伝達するように配置され、前記第２の光学システムは、前記第２の画像を前記観察者に伝達するように構成されている、第２の光学システムと、を備え、
少なくとも１つの波長に対して、前記第１の回折要素及び前記第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する、ヘッドセット。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ピクセル化されたディスプレイは、典型的には、隣接する画素とサブ画素との間にギャップを有する。場合によっては、これらギャップは、観察者にとって不快であり得るスクリーンドア効果として知られる光学的アーチファクトをもたらす。
【発明の概要】
【０００２】
本明細書のいくつかの態様では、画像を表示するための、２次元的にピクセル化された隣接する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、対応する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面に隣接配置された第１の回折要素及び第２の回折要素と、を含むヘッドマウントディスプレイが提供される。第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素は、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている。
【０００３】
本明細書のいくつかの態様では、ピクセル化された第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、対応する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する、重なり合わない第１の回折要素及び第２の回折要素と、を含むヘッドマウントディスプレイが提供される。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折要素及び第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【０００４】
本明細書のいくつかの態様では、観察者の対応する左目及び右目に画像を表示するためのピクセル化された左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と、対応する左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する左回折格子表面及び右回折格子表面と、を含むヘッドマウントディスプレイが提供される。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折格子表面及び第２の回折格子表面は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【０００５】
本明細書のいくつかの態様では、画像を表示するための第１のディスプレイ表面と、第１のディスプレイ表面に近接配置された、画像を表示するための第２のディスプレイ表面と、第１のディスプレイ表面に隣接配置された第１の多層光学フィルムと、第２のディスプレイ表面に隣接配置された第２の多層光学フィルムと、を含むヘッドマウントディスプレイが提供される。第１の多層光学フィルムは第１の光学層及び第２の光学層を含み、第１の光学層及び第２の光学層は、それらの間に２次元の第１の回折格子界面を画定している。第１の光学層及び第２の光学層は、対応する異なる第１の屈折率ｎ１及び第２の屈折率ｎ２を有する。第１の回折格子界面は回折格子高さｈ１を有する。基準波長λにおいて、第１の多層光学フィルムは、μ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の平均値、及びσ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の標準偏差を有する。第２の多層光学フィルムは第３の光学層及び第４の光学層を含み、第３の光学層及び第４の光学層は、それらの間に２次元の第２の回折格子界面を画定している。第３の光学層及び第４の光学層は、対応する異なる第３の屈折率ｎ３及び第４の屈折率ｎ４を有する。第２の回折格子界面は回折格子高さｈ２を有する。基準波長λにおいて、第２の多層光学フィルムは、μ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の平均値、及びσ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の標準偏差を有する。｜μ１−μ２｜＞σ１＋σ２である。
【０００６】
本明細書のいくつかの態様では、第１の回折要素と、第１の回折要素に近接配置された第２の回折要素と、第１の光学システム及び第２の光学システムと、を含むヘッドセットが提供される。第１の回折要素は、第１の画像を受け取り、第１の画像を第１の光学システムに伝達するように配置され、第１の光学システムは、第１の画像を観察者に伝達するように構成されている。第２の回折要素は、第２の画像を受け取り、第２の画像を第２の光学システムに伝達するように配置され、第２の光学システムは、第２の画像を観察者に伝達するように構成されている。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折要素及び第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ヘッドマウントディスプレイの概略上面図である。
【図２】ヘッドマウントディスプレイの概略上面図である。
【図３Ａ】ヘッドセットの概略上面図である。
【図３Ｂ】ヘッドセットの概略上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂのヘッドセットを含むヘッドマウントディスプレイの概略断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｂのヘッドセットの概略正面図である。
【図４Ａ】光学層の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの光学層を含む多層光学フィルムの概略断面図である。
【図４Ｃ】第１及び第２の多層光学フィルムの概略断面図である。
【図４Ｄ】第１及び第２の光学層を有し、その間に第１及び第２の部分を有する界面を有する、多層光学フィルムの概略断面図である。
【図５】第１及び第２の１次元回折格子界面を含む多層光学フィルムの斜視図である。
【図６Ａ】多層光学フィルムの概略断面図である。
【図６Ｂ】多層光学フィルムの概略断面図である。
【図６Ｃ】多層光学フィルムの概略断面図である。
【図６Ｄ】多層光学フィルムの概略断面図である。
【図７】回折格子表面を有する第１の光学層の概略上面図である。
【図８】マイクロレンズのアレイの表面の斜視図である。
【図９Ａ】ゼロ次、１次、及びより高い回折次数の強度の概略図である。
【図９Ｂ】ゼロ次、１次、及びより高い回折次数の強度の概略図である。
【図１０】サブ画素を回折させる回折要素によって生成された回折パターンの概略上面図である。
【図１１】サブ画素を回折させる回折要素によって生成された回折パターンの概略上面図である。
【図１２】ピクセル化されたディスプレイ表面の概略上面図である。
【図１３】ディスプレイ表面によって生成された発光スペクトルの概略図である。
【図１４Ａ】光学イメージングシステムの概略断面図である。
【図１４Ｂ】光学イメージングシステムの概略断面図である。
【図１５Ａ】回折格子界面によって生成された様々な回折ピークの相対強度のプロットである。
【図１５Ｂ】回折格子界面によって生成された様々な回折ピークの相対強度のプロットである。
【図１６Ａ】回折格子界面によって生成された様々な回折ピークの相対強度のプロットである。
【図１６Ｂ】回折格子界面によって生成された様々な回折ピークの相対強度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の説明では、本明細書の一部を構成し、様々な実施形態が実例として示される、添付図面が参照される。図面は、必ずしも正確な比率の縮尺ではない。本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施可能である点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されないものとする。
【０００９】
ディスプレイは、典型的には、少なくとも１つの２次元的にピクセル化されたディスプレイ表面を含む。場合によっては、画素又はサブ画素間の空隙を観察者が視認でき、これは、特に、観察者が見るように表示される画像を光学システムが拡大するヘッドマウントディスプレイにおいて不快な場合がある。これは、スクリーンドア効果又は固定パターンノイズとして知られている。本明細書のいくつかの実施形態によれば、ディスプレイのスクリーンドア効果を低減させるための回折要素（例えば、光学フィルム内の回折格子、回折格子表面、又は回折格子界面）が提供される。本明細書のいくつかの実施形態によれば、左目及び右目に提供された画像に対する異なる回折要素が、両目に対する共通の回折要素を使用する場合よりも、スクリーンドア効果のより大きな低減をもたらし得ることが見出された。例えば、一方の目に対する回折要素を最適化して、例えば緑色波長に対するスクリーンドア効果を低減させ、他方の目に対する回折要素を最適化して、例えば赤色波長に対するスクリーンドア効果を低減させることにより、両目に対して共通回折格子を使用して得られるものよりも、更に低減された知覚されるスクリーンドア効果を有するヘッドマウントディスプレイがもたらされることが見出された。理論によって制限されることを意図するものではないが、これは、観察者の脳が左画像と右画像とを、知覚された共通画像に統合した結果であると考えられている。
【００１０】
本明細書のいくつかの実施形態によれば、第１及び第２の回折要素は、少なくとも１つの波長に対して、第１及び第２の回折要素が少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの回折特性は、ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度を含む。例えば、第１の回折要素は、第１の波長を、ほぼ等しい強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されていてもよく、第２の回折要素は、異なる第２の波長を、ほぼ等しい強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されていてもよく、第１の回折要素は、第２の波長を、実質的に異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させてもよく、第２の回折要素は、第１の波長を、実質的に異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させてもよい。回折要素の各々は、回折格子、回折格子表面、又は回折格子界面のうちの少なくとも１つであってもよく、又はそれを含んでもよい。例えば、回折格子は、多層光学フィルムの隣接する光学層間の構造化界面として提供されてもよい。回折要素は、一般に、可視光の少なくとも１つの波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を、少なくともゼロ次及び１次の回折次数に回折させる。有用な回折要素としては、周期的構造（例えば、回折格子表面又は回折格子界面）を有する回折格子が挙げられる。いくつかの実施形態では、回折格子は、周期的構造の変化（例えば、チャープ回折格子）を有する。
【００１１】
図１は、第１のディスプレイ１９０１及び第２のディスプレイ１９０２を受け入れるためのフレーム部分１７９４を有するヘッドセット１７９２を含むヘッドマウントディスプレイ１７９０の概略上面図である。第１のディスプレイ１９０１及び第２のディスプレイ１９０２の一方又は両方が、フレーム部分１７９４に恒久的に又は着脱自在に取り付けられてもよい。第１のディスプレイ１９０１及び第２のディスプレイ１９０２は、本明細書の他の場所で更に説明するように、典型的には２次元的にピクセル化されたディスプレイ表面である、対応する第１のディスプレイ表面１９１１及び第２のディスプレイ表面１９１２を含む。第１のディスプレイ１９０１及び第２のディスプレイ１９０２は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）であってもよい。第１のディスプレイ１９０１及び第２のディスプレイ１９０２は、対応する第１ディスプレイパネル１９９１及び第２のディスプレイパネル１９９２を含み、また他の構成要素（例えば、電子機器、並びにＬＣＤの場合はバックライト及び光源）を含んでもよい。第１ディスプレイパネル１９９１及び第２のディスプレイパネル１９９２は、互いに左右に配置され、画像１９８ａ及び１９８ｂを、観察者の対応する左目１９９ａ及び右目１９９ｂに表示するように構成されている。ヘッドセット１７９２は、第１の光学システム１７５１及び第２の光学システム１７５２を更に含み、これらは各々、典型的には１つ以上の光学レンズを含む。
【００１２】
第１の回折要素１７０１及び第２の回折要素１７０２は、対応する第１のディスプレイ表面１９１１及び第２のディスプレイ表面１９１２に隣接配置されている。いくつかの実施形態では、第１の回折要素１７０１及び第２の回折要素１７０２は、対応する第１のディスプレイ表面１９１１及び第２のディスプレイ表面１９１２と実質的に同一の広がりを有する。回折格子表面又は回折格子界面を含む多層光学フィルムなどの回折要素は、回折要素が、ディスプレイ表面の少なくとも８０パーセントにわたって延びており、ディスプレイ表面が、回折要素の少なくとも８０パーセントにわたって延びている場合、ディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、ヘッドマウントディスプレイは、ピクセル化された第１及び第２のディスプレイ表面（例えば、ディスプレイ表面１９１１及び１９１２）、並びに、対応する第１及び第２のディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する重なり合わない第１及び第２の回折要素（例えば、第１の回折要素１７０１及び第２の回折要素１７０２）を含み、少なくとも１つの波長に対して、第１及び第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。対応する回折特性は、例えば、ゼロ次回折次数の強度、１次回折次数の強度（例えば、ある波長における第２の回折要素の１次回折次数の強度は、第１の回折要素の１次回折次数の同じ波長での強度に対応し、これら対応する強度は異なっていてもよい）、又はゼロ次及び１次の回折次数の相対強度、のうちの１つであってもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの回折特性は、ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度を含む。例えば、いくつかの実施形態では、第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素は、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている。第２の波長λ２では、第１の回折要素は、典型的には、ゼロ次及び１次の回折次数を生成するが、それらの強度は互いの強度から５％以内にはない。例えば、第１の回折要素は、第２の波長λ２において第１の回折要素によって回折されたゼロ次の強度と１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％だけ異なる（これら強度の最大値からこれら強度の最小値を引いたものが、これら強度の最大値の少なくとも０．１倍である）、又は少なくとも２０％だけ異なる、又は少なくとも３０％だけ異なるように第２の波長λ２をゼロ次及び１次の回折次数に回折させてもよい。同様に、第２の回折要素は、第１の波長λ１において第２の回折要素によって回折されたゼロ次の強度と１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％だけ異なるように第１の波長λ１をゼロ次及び１次の回折次数に回折させてもよい。指定された強度は、別段の指定のない限り、回折要素に垂直入射角にて入射する第１の波長λ１又は第２の波長λ２に対するものである。好ましい実施形態では、第１の波長λ１及び第２の波長λ２の各々は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域にある。
【００１４】
別の例として、いくつかの実施形態では、第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素は、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている。別の例として、いくつかの実施形態では、第１の回折要素は、第１の波長λ１を互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、第２の回折要素は、第２の波長λ２を互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、第１の波長λ１及び第２の波長λ２は、少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも７５ｎｍだけ異なる。
【００１５】
観察者の左目及び右目に画像を表示するための第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面は、代替として左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と称されてもよく、第１の回折要素及び第２の回折要素（例えば、第１の回折格子表面及び第２の回折格子表面）は、代替として左回折要素及び右回折要素（例えば、左回折格子表面及び右回折格子表面）と称されてもよい。左回折要素が指定された特性を有する波長を、左回折要素の第１の波長と称する場合がある。同様に、右回折要素が指定された特性を有する波長を、右回折要素の第１の波長と称する場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、左回折格子表面及び右回折格子表面の各々は、第１の波長をゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、それら強度は互いの強度から１０％以内であり、左回折格子表面に対する第１の波長は、右回折格子表面に対する第１の波長とは少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも７５ｎｍだけ異なる。いくつかの実施形態では、左回折格子表面に対する第１の波長と、右回折格子表面に対する第１の波長との間の差の絶対値が２５０ｎｍ以下である。別の例として、いくつかの実施形態では、左回折格子表面は、右回折格子表面に対する第１の波長ではなく、左回折格子表面に対する第１の波長を、ゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、それら回折次数は互いの強度から５％以内の強度を有するように構成され、右回折格子表面は、左回折格子表面に対する第１の波長ではなく、右回折格子表面に対する第１の波長を、ゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、それら回折次数は互いの強度から５％以内の強度を有するように構成されている。代替の表記では、第１の回折要素及び第２の回折要素が指定された特性を有する波長を、対応する第１の波長λ１及び第２の波長λ２と称する場合がある。
【００１６】
ヘッドセット１７９２又はヘッドマウントディスプレイ１７９０は、米国特許第９，５５７，５６８号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に更に記載されているカメラ及び／又は視線追跡システムを更に含んでもよい。光学システム１７５１及び１７５２は、１つ以上の光学レンズを含んでもよく、及び／又は米国特許第９，５５７，５６８号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載されているような折り返し光学系（folded optics）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１７９０は、仮想現実ディスプレイ、又は拡張現実ディスプレイ、又は複合現実ディスプレイである。
【００１７】
代替の実施形態が図２に図示され、これは、ディスプレイ１９００を受け入れるためのフレーム部分２７９４を有するヘッドセット２７９２を含むヘッドマウントディスプレイ２７９０の概略上面図である。ヘッドマウントディスプレイ２７９０は、第１のディスプレイパネル１９９１及び第２のディスプレイパネル１９９２の代わりに単一のディスプレイパネル１９９０が使用されていることを除いて、ヘッドマウントディスプレイ１７９０について説明したとおりであり得る。ディスプレイ１９００は、フレーム部分２７９４に恒久的に又は着脱自在に取り付けられていてもよい。ディスプレイ１９００は、第１のディスプレイ表面２９１１及び第２のディスプレイ表面２９１２を含む。図示した実施形態では、ディスプレイパネル１９９０の重なり合わない第１の部分及び第２の部分は、対応する第１のディスプレイ表面２９１１及び第２のディスプレイ表面２９１２を備える。例えば、第１の部分は、観察者の左目２９９ａに画像２９８ａを提供するディスプレイパネル１９９０の部分であってもよく、第２の部分は、観察者の右目２９９ｂに画像２９８ｂを提供するディスプレイパネル１９９０の部分であってもよい。第１のディスプレイ表面２９１１及び第２のディスプレイ表面２９１２は、本明細書の他の場所で更に説明するように、典型的には２次元的にピクセル化されたディスプレイ表面である。ディスプレイ１９００は、例えば、ＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイであってもよい。ヘッドセット２７９２は、ヘッドマウントディスプレイ１７９０について説明したとおりであり得る、第１の光学システム２７５１及び第２の光学システム２７５２、並びに第１の回折要素２７０１及び第２の回折要素２７０２を更に含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ディスプレイ１９００は、第１及び第２のディスプレイパネルを含み、これらは、第１及び第２のディスプレイパネルのうちの一方の光出力が第１及び第２のディスプレイパネルの他方を通過するように配置されている。このような積層型ディスプレイパネルは当該技術分野において既知であり、例えば、米国特許出願公開第２０１３／００８３０４０号（Ｐｒｏｃｉｗ）に記載されている。この場合、第１の回折要素１７０１及び第２の回折要素１７０２は、第１及び第２のディスプレイ表面上に、又は第１及び第２のディスプレイ表面に隣接して配置されてもよく、第１及び第２のディスプレイ表面は、ディスプレイパネルのうちの１つ（好ましくは、第１の光学システム１７５１及び第２の光学システム１７５２に面する１つ）の、重なり合わない第１及び第２の部分であるか、又は第１及び第２のディスプレイ表面は、第１及び第２のディスプレイパネルであるか若しくは第１及び第２のディスプレイパネルの部分である。
【００１９】
図３Ａ〜図３Ｄは、ヘッドセットのフレーム部分にディスプレイデバイスが取り外し可能に取り付けられたヘッドセットを表す。図３Ａ及び図３Ｂは、開口部３７６１及び３７６２上に配置された第１の回折要素３７０１及び第２の回折要素３７０２を有しない及び有するヘッドセット３７９２ａ及び３７９２のそれぞれの概略上面図である。いくつかの実施形態では、第１の回折要素３７０１及び第２の回折要素３７０２は、開口部３７６１及び３７６２を覆ってヘッドセット３７９２に取り付けられた共通基材上に配置されている。ヘッドセット３７９２ａ及び３７９２は、本明細書の他の場所で説明する光学システムのいずれかであり得る第１の光学システム３７５１及び第２の光学システム３７５２を含む。ヘッドセット３７９２ａ及び３７９２は、ディスプレイデバイス３９００を受け入れるためのフレーム部分３７９４を含む。図３Ｃは、ヘッドセット３７９２上又はヘッドセット３７９２内に配置されたディスプレイデバイス３９００を含むヘッドマウントディスプレイ３７９０の概略上面図である。ディスプレイデバイス３９００は、例えば、タッチスクリーンデバイス（例えば、ＩＰＯＤ  Ｔｏｕｃｈ又はスマートフォン）、モバイルデバイス（例えば、携帯電話）、及び／又は電話などの任意の好適なディスプレイデバイスであってもよい。図３Ｄは、ディスプレイデバイス３９００が所定位置にないヘッドセット３７９２の概略正面図である。
【００２０】
本明細書の第１及び第２の回折要素を組み込むために、当該技術分野において既知の他のヘッドセット設計を適合させてもよい。このようなヘッドセットとしては、例えば、Ｏｃｕｌｕｓ  Ｒｉｆｔヘッドセット、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲヘッドセット、ＨＴＣ  Ｖｉｖｅヘッドセット、Ｈｕａｗｅｉ  ＶＲヘッドセット、Ｌｅｎｏｖｏ  Ｍｉｒａｇｅ  Ｓｏｌｏ、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｄａｙｄｒｅａｍ  Ｖｉｅｗ、及び米国特許出願公開第２０１５／０２５３５７４号（Ｔｈｕｒｂｅｒら）に記載されているヘッドセットが挙げられる。
【００２１】
図１、図２及び図３Ｂ〜図３Ｄに概略的に示す回折要素は、例えば、回折格子表面として、又は多層光学フィルムの光学層間の回折格子界面として提供されてもよい。
【００２２】
図４Ａは、第１の方向（ｘ方向）に沿った第１の周期Ｔｘと、直交する第２の方向（ｙ方向）に沿った第２の周期Ｔｙとを有する２次元回折格子構造を有する第１の主表面１７８を有する光学層１２５を示す。いくつかの実施形態では、Ｔｘ及びＴｙの一方又は両方は、１マイクロメートル、又は５マイクロメートル、又は７．５マイクロメートル、又は８マイクロメートルから、３０マイクロメートル、又は２０マイクロメートル、又は１５マイクロメートル、又は１０マイクロメートル、又は９．５マイクロメートルまでの範囲にある。いくつかの実施形態では、Ｔｘ及びＴｙは、互いから１０％以内にある。表面１７８は、回折格子界面を形成するために別の材料でコーティングされてもよい。例えば、回折要素、回折格子界面、及び回折格子表面のうちのいずれか１つの幾何学的形状又は屈折率コントラストについての説明は、回折要素、回折格子界面、及び回折格子表面のうちの他のいずれか１つに適用され得る。
【００２３】
図４Ｂは、第１の光学層１２５及び第２の光学層１４５を含み、それらの間に２次元の回折格子界面１８２を有する、多層光学フィルム１００を示す。第１の光学層１２５及び第２の光学層１４５は、それらの間に２次元の回折格子界面を画定している。回折格子界面１８２は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向（ｘ方向及びｙ方向）に沿って延びている。いくつかの実施形態では、回折格子表面として説明され得る表面１７８は、第１の多層光学フィルム１００の幅及び長さにわたって連続的である。いくつかの実施形態では、２次元の回折格子界面１８２は、第１の多層光学フィルム１００の幅及び長さにわたって連続的である。いくつかの実施形態では、２次元の回折格子界面１８２は、実質的に正弦波状の回折格子である。正弦波状の回折格子は、中心平面に対し、中心平面（ｘ位置及びｙ位置）に沿って正弦波状に変化する（ｚ方向への）高さを有する。実質的に正弦波状の回折格子は、入射可視光によって生成される回折パターンが、正弦波状の回折格子によって生成される回折パターンに対して無視できるような差をもたらす回折格子である。実質的に正弦波状の回折格子は名目上は正弦波であるが、例えば通常の製造ばらつきに起因して正弦波とは異なり得る。回折格子界面１８２は回折格子高さｈを有する。図示した実施形態では、第１の光学層１２５は、例えばポリマーフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））であり得る任意選択の基材１３３上に配置される。
【００２４】
各々が一般に光学フィルム１００に相当する異なる第１の多層光学フィルム及び第２の多層光学フィルムを使用することができ、光学層の屈折率又は回折格子界面の高さのうちの１つ以上が、第１の多層光学フィルムと第２の多層光学フィルムとの間で異なっている。図４Ｃは、第１の多層光学フィルム１００ａ及び第２の多層光学フィルム１００ｂを表す。第１の多層光学フィルム１００ａは、第１の光学層１２５ａ及び第２の光学層１４５ａを含み、それらの間に２次元の回折格子界面１８２ａを有する。回折格子界面１８２ａは回折格子高さｈ１を有する。第２の多層光学フィルム１００ｂは、第３の光学層１２５ｂ及び第４の光学層１４５ｂを含み、それらの間に２次元の回折格子界面１８２ｂを有する。回折格子界面１８２ｂは回折格子高さｈ２を有する。図示した実施形態では、第１の多層光学フィルム１００ａ及び第２の多層光学フィルム１００ｂは、例えば、ディスプレイ、第１の多層光学フィルム１００ａ及び第２の多層光学フィルム１００ｂをディスプレイに付着させるための接着剤層、ヘッドセットの基材層、又はポリマーフィルム（例えば、ＰＥＴ）であってもよい、任意選択の層３３３上に配置される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、２次元の回折格子界面１８２、又は回折格子界面１８２ａ若しくは１８２ｂのいずれかは、Ｔｘ及びＴｙのいずれか又は両方に対応し得る周期Ｔを、本明細書の別の場所に記載される任意の範囲内に有する。例えば、いくつかの実施形態では、周期Ｔは、第１の方向及び第２の方向の各々に沿って、１マイクロメートル〜３０マイクロメートルの範囲、又は５〜３０マイクロメートルの範囲、又は５〜１５マイクロメートルの範囲、又は７．５マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲にある。いくつかの実施形態では、第１の方向及び第２の方向に沿った周期は、等しいか又はほぼ等しい。他の実施形態では、周期Ｔは、異なる方向に異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、周期Ｔは、第１の方向に沿って約８マイクロメートルであり、周期Ｔは、第２の方向に沿って約９マイクロメートルである。
【００２６】
第１の光学層１２５は第１の外側主表面１８１を含み、第２の光学層１４５は第２の外側主表面１９１を含む。いくつかの実施形態では、第１の外側主表面１８１は、実質的に平面の表面である。いくつかの実施形態では、第２の外側主表面１９１は実質的に平面の表面である。追加の層（例えば、ハードコート層又は剥離ライナー又は基材（例えば、任意選択の基材１３３））が、第１の外側主表面１８１及び第２の外側主表面１９１の一方又は両方の上に配置されてもよい。第１の光学層１２５又は第２の光学層１４５として使用するのに好適な材料としては、ポリマー、架橋性樹脂又は架橋樹脂、及び光学的に透明な接着剤が挙げられる。いくつかの実施形態では、第１の光学層１２５及び第２の光学層１４５の少なくとも一方は、架橋樹脂を含む。好適な樹脂については、本明細書の他の場所で更に説明する。いくつかの実施形態では、第１の光学層１２５及び第２の光学層１４５の少なくとも一方は、光学的に透明な接着剤を含む。好適な接着剤については、本明細書の他の場所で更に説明する。いくつかの実施形態では、第１の光学層１２５は架橋樹脂を含み、第２の光学層１４５は光学的に透明な接着剤を含む。いくつかの実施形態では、第２の光学層１４５は、第１の光学層１２５に適用されて平坦化層を形成する光学的に透明な接着剤である。一般的な多層光学フィルム（例えば、光学フィルム１００）についての説明が、一般に、第１及び第２の多層光学フィルムの両方（例えば、光学フィルム１００ａ及び１００ａｂ）に適用され、第１の多層光学フィルムの第１及び第２の光学層、並びに第２の多層光学フィルムの第３及び第４の光学層が、一般の多層光学フィルムの対応する第１及び第２の多層光学フィルムに相当することが理解されるであろう。
【００２７】
いくつかの実施形態では、多層光学フィルム１００は、ディスプレイのスクリーンドア効果を低減させるためのスクリーンドア効果緩和フィルムである。ヘッドマウントディスプレイ用のヘッドセットは、本明細書の他の場所で更に説明するように、所望の解像度の程度を維持しながら、第１及び第２のディスプレイ表面の画素及び／又はサブ画素の間のギャップによって生じるスクリーンドア効果の出現を低減させるために、２次元的にピクセル化された第１のディスプレイ表面に近接する、多層光学フィルム１００又は１００ａに相当する第１の多層光学フィルムと、２次元的にピクセル化された第２のディスプレイ表面に近接する、多層光学フィルム１００又は１００ａに相当する第２の多層光学フィルムと、を含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、指定された第１の波長λ１を、ほぼ等しい強度のゼロ次及び１次の回折次数に回折させるために、第１の多層光学フィルムの第１の回折格子を選択し、指定された異なる第２の波長λ２を、ほぼ等しい強度のゼロ次及び１次の回折次数に回折させるために、第２の多層光学フィルムの第２の回折格子を選択することが特に有利であることが見出されている。いくつかの実施形態では、多層光学フィルム以外の回折要素が使用される。例えば、基材がフィルムでなくてもよい場合（例えば、ガラス層の場合）は、基材中のレリーフパターンを回折要素として使用してもよい。レリーフパターンは、所望の屈折率コントラストをもたらすために材料でバックフィルされてもよく、又は空気にさらされてもよい。多層光学フィルムの屈折率コントラストの範囲及び回折格子高さについての説明が、このようなレリーフパターンに適用され得る。
【００２８】
第１の光学層１２５ａは第１の屈折率ｎ１を有し、第２の光学層１４５ａは第２の屈折率ｎ２を有し、第３の光学層１２５ｂは第１の屈折率ｎ３を有し、第４の光学層１４５ｂは第４の屈折率ｎ４を有する。屈折率は、共通基準波長λ（例えば、５３２ｎｍ、又は５５０ｎｍ、又は６３２ｎｍ）にて指定されてもよく、又は第１の多層光学フィルムに対する屈折率は波長λ１にて指定されてもよく、第２の多層光学フィルムに対する屈折率は波長λ２にて指定されてもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、第１の屈折率と第２の屈折率との差の絶対値｜ｎ１−ｎ２｜は、少なくとも０．０５、又は少なくとも０．０８、又は少なくとも０．１、又は少なくとも０．１２、又は少なくとも０．１４である。いくつかの実施形態では、第１の屈折率と第２の屈折率との差の絶対値｜ｎ１−ｎ２｜は、０．３以下、又は０．２６以下、又は０．２５以下、０．２４以下、又は０．２２以下、又は０．２以下、又は０．１９以下、０．１８以下である。例えば、いくつかの実施形態では、｜ｎ１−ｎ２｜は、０．０８〜０．２５の範囲、又は０．１〜０．２５の範囲、又は０．１〜０．２の範囲、又は０．１４〜０．１８の範囲にある。同様に、いくつかの実施形態では、第３の屈折率と第４の屈折率との差の絶対値｜ｎ３−ｎ４｜は、少なくとも０．０５、又は少なくとも０．０８、又は少なくとも０．１、又は少なくとも０．１２、又は少なくとも０．１４である。いくつかの実施形態では、第３の屈折率と第４の屈折率との差の絶対値｜ｎ３−ｎ４｜は、０．３以下、又は０．２６以下、又は０．２５以下、０．２４以下、又は０．２２以下、又は０．２以下、又は０．１９以下、０．１８以下である。例えば、いくつかの実施形態では、｜ｎ３−ｎ４｜は、０．０８〜０．２５の範囲、又は０．１〜０．２５の範囲、又は０．１〜０．２の範囲、又は０．１４〜０．１８の範囲にある。これら範囲はいずれも、基準波長λにおいて、又は波長λ１において、又は波長λ２において有効であり得る。いくつかの実施形態では、｜ｎ１−ｎ２｜に対して指定された範囲は、第１の波長λ１におけるものであり、｜ｎ３−ｎ４｜に対して指定された範囲は、第２の波長λ２におけるものである。
【００３０】
いくつかの実施形態では、基準波長λにおいて、｜ｎ３−ｎ４｜は、｜ｎ１−ｎ２｜に等しいか又はほぼ等しく、ｈ１とｈ２は互いに異なる。いくつかの実施形態では、基準波長λにおいて、｜ｎ３−ｎ４｜は｜ｎ１−ｎ２｜と異なり、ｈ１とｈ２は等しいか又はほぼ等しい。いくつかの実施形態では、基準波長λにおいて、｜ｎ３−ｎ４｜は｜ｎ１−ｎ２｜と異なり、ｈ１とｈ２は互いに異なる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、多層光学フィルムの第１の光学層と第２の光学層との間の界面の、重なり合わない第１の部分及び第２の部分が、対応する第１の回折格子及び第２の回折格子を画定する。図４Ｄは、第１の光学層１２５ｄ及び第２の光学層１４５ｄを有し、その間に界面１８２ｄを有する、多層光学フィルム１００ｄの概略断面図である。界面１８２ｄは、第１及び第２の回折格子界面である第１の部分１８２ｄ−１及び第２の部分１８２ｄ−２を有する。図示した実施形態では、第１の回折格子界面は回折格子高さｈ１を有し、第２の回折格子界面は異なる回折格子高さｈ２を有する。光学フィルムは、第１の部分１８２ｄ−１及び第２の部分１８２ｄ−２に対応する異なる第１及び第２の領域を有するツールに対して、第１の層１２５ｄをキャスティング及び硬化させ、次いで第１の層１２５ｄを第２の層１４５ｄでバックフィルすることによって作製することができる。他の実施形態では、ｈ１及びｈ２は同じ又はほぼ同じであり、異なる屈折率を有する異なる樹脂を使用して第１の層の異なる部分をバックフィルし、異なる回折特性を有する、界面の異なる部分がもたらされる。また、追加の層が含まれてもよい。例えば、第１の光学層１２５ｄは、任意選択の基材１３３に相当する基材上に配置されてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の回折要素のうちの少なくとも１つは、第１の方向に延びる第１の１次元回折格子と、異なる第２の方向に延びる第２の１次元回折格子とを含む。第１及び第２の回折格子の各々は、光学フィルム１００、１００ａ、又は１００ｂについて記載したような屈折率コントラスト及び回折格子高さを有してもよい。図５は、異なる方向に延びる第１の１次元回折格子界面５８１及び第２の１次元回折格子界面５８２を含む多層光学フィルム５００の斜視図である。図示した実施形態では、第１の回折格子界面５８１はｘ方向に延びており、第２の回折格子界面５８２はｙ方向に延びている。第１の回折格子界面５８１は、第１の光学層５２５と第２の光学層５４５との間の界面であり、第２の回折格子界面５８２は、第２の光学層５４５と第３の光学層５６５との間の界面である。１次元回折格子界面は、実質的に正弦波状であってもよく、又は他の回折格子の幾何学的形状を、本明細書の他の場所で更に説明するように使用してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、実質的に正弦波状の２次元の回折格子界面が、第１の回折要素及び第２の回折要素の一方若しくは両方に、又は左回折格子表面及び右回折格子表面の一方若しくは両方に使用される。他の実施形態では、他の回折格子パターンが、回折格子界面又は回折格子表面の一方又は両方に使用される。図６Ａ〜図６Ｄは、間に回折格子７８２ａ〜７８２ｄをそれぞれ有する第１の光学層７２５ａ〜７２５ｄ及び第２の光学層７４５ａ〜７４５ｄを含む多層光学フィルム７００ａ〜７００ｄを概略的に示す。回折格子７８２ａ〜７８２ｄは、１次元（回折格子要素が、実質的に回折格子長さ又は幅に沿って延びているが、両方に沿っては延びていない）、又は２次元（回折格子要素が回折格子長さ及び幅の両方に沿って局所化（localized）されている）であってもよい。回折格子高さｈが示されている。回折格子７８２ａは矩形回折格子であり、回折格子７８２ｂは矩形回折格子の特殊な場合であると理解できる正方形回折格子であり、回折格子７８２ｃは三角形回折格子であり、回折格子７８２ｄは鋸歯状回折格子である。第１の多層光学フィルム１００ａ及び第２の多層光学フィルム１００ｂは、同じ又は異なる種類の回折格子パターンを含んでもよい。
【００３４】
これら場合のいずれにおいても、回折格子要素（矩形、正方形、三角形、又は鋸歯状）は、２つの面内方向の各方向に、等しい又はほぼ等しい距離を延びていてもよい。例えば、回折格子要素は、ポスト、又は角錐、又は円錐であってもよい。図７は、複数のポスト８８２を含む構造化表面を有する第１の光学層８２５の概略上面図である。第１の光学層８２５を第２の光学層でコーティングして、ポストパターンを含む回折格子界面を形成することができる。ポストは、例えば、円形、楕円形、正方形、矩形、又は三角形の断面を有し得る。ポストは、均一な断面を有することができ、又はテーパ状であってもよい。ポストは、図示するような正方形格子上に配置することができ、又は例えば三角形格子などの他の格子上に配置することができる。
【００３５】
図８は、回折要素の一方又は両方において回折格子表面又は回折格子界面として使用することができる、マイクロレンズのアレイの表面の斜視図である。図示した実施形態では、マイクロレンズは、ゼロ又はほぼゼロであり得る隣接するマイクロレンズ間のギャップｇを有する三角形格子上にある。マイクロレンズは、高さｈ、隣接するマイクロレンズ間の中心間距離ｐ、及び曲率（例えば、約１／ｈ）を有する。いくつかの実施形態では、第１の回折要素は第１の複数のマイクロレンズを備え、第２の回折要素は第２の複数のマイクロレンズを備え、第１の複数のマイクロレンズ及び第２の複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの高さ、マイクロレンズの曲率、隣接するマイクロレンズ間の中心間距離、隣接するマイクロレンズ間のギャップ、又はマイクロレンズの屈折率のうちの少なくとも１つによって互いに異なる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、回折格子は、以下の形態の式によって記述される。
【数１】
2021522535.tif 000003
式中、ｘ及びｙは面内座標であり、ｄは基準平面からのｚ方向の変位であり、ｆ１（ｘ）及びｆ２（ｙ）はそれぞれ、−１〜１の間で変化するように正規化されたｘ及びｙの周期的関数であり、Ａは回折格子のピークから谷までの高さを特徴付けるパラメータである。固定したｘに対して、Ａは、ｙが変化する際の回折格子のピークから谷までの高さである。同様に、固定したｙに対して、Ａは、ｘが変化する際の回折格子のピークから谷までの高さである。この場合、パラメータＡは回折格子の回折格子高さとして記載されてもよく、ｈとして示されてもよい。いくつかの実施形態では、ｆ１（ｘ）及びｆ２（ｙ）は正弦関数である。例えば、いくつかの実施形態では、正弦波状の回折格子は以下のように記述される。
【数２】
2021522535.tif 000004
式中、Ｔｘ及びＴｙは、それぞれｘ方向及びｙ方向の周期である。いくつかの実施形態では、回折格子は式１又は式２によって記述され、回折格子の回折格子高さｈはパラメータＡに等しい。いくつかの実施形態では、回折格子は均一なピーク高さ及び均一な谷高さを有し、回折格子高さｈは、ピークから谷までの高さである。いくつかの実施形態では、ピーク高さ及び谷高さは名目上は均一であるが、例えば、通常の製造ばらつきに起因して変動し得る。この場合、回折格子高さｈの平均Ｈは、平均ピーク高さから平均谷高さを引いたものとしてもよい。いくつかの実施形態では、周期的回折格子の回折格子高さｈは、中心高さ又は平均高さに対する、単位セルにおける二乗平均平方根平均である高さｄの２倍と見なされる。これを、高さの標準偏差の２倍、すなわちｈ＝２＜（ｄ−＜ｄ＞）２＞１／２で表すことができる。式２によって記述される正弦波状の回折格子について、これは、＜ｄ＞＝０、＜ｄ２＞＝Ａ２／４、及びｈ＝Ａを与える。
【００３７】
回折格子にわたる回折格子高さｈの平均Ｈは、指定された範囲内にあり得る。場合によっては、回折格子の領域にわたる回折格子高さｈと平均高さＨとの間の差は無視できる。例えば、ｈとＨとの差の絶対値が、回折格子の少なくとも９０％にわたって２パーセント未満であり得る。いくつかの実施形態では、第１の回折格子界面は平均高さＨ１を有し、第２の回折格子界面は平均高さＨ２を有し、｜Ｈ１−Ｈ１｜は、第１及び第２の回折格子界面の回折格子高さの標準偏差の合計よりも大きいか、又はその合計と１ｎｍの和、又はその合計と５ｎｍの和、又はその合計と１０ｎｍの和よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１の光学層１２５ａ及び第２の光学層１４５ａは、基準波長λ（例えば、約５５０ｎｍ、及び／又はλ１〜λ２にある波長）において、対応する異なる第１の屈折率ｎ１及び第２の屈折率ｎ２を有し、第３及び第４の光学層は、基準波長λにおいて、対応する異なる第３の屈折率ｎ３及び第４の屈折率ｎ４を有し、第１の回折格子界面１８２ａは回折格子高さｈ１を有し、第１の多層光学フィルム１００ａは、μ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の平均値、及びσ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の標準偏差を有し、第２の回折格子界面１８２ａは回折格子高さｈ２を有し、第２の多層光学フィルムは、μ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の平均値、及びσ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の標準偏差を有する。いくつかの実施形態では、σ１＜０．１μ１、及びσ２＜０．１μ２である。いくつかの実施形態では、｜μ１−μ２｜は、σ１＋σ２より大きい、又は２（σ１＋σ２）より大きい、又は４（σ１＋σ２）より大きい、又は８（σ１＋σ２）より大きい、又はσ１＋σ２＋１ｎｍより大きい、又はσ１＋σ２＋５ｎｍより大きい、又はσ１＋σ２＋１０ｎｍより大きい。いくつかの実施形態では、｜μ１−μ２｜は、１０ｎｍより大きい、又は２０ｎｍより大きい。いくつかの実施形態では、２００ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞１０ｎｍ、又は１２０ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞２０ｎｍ、又は９０ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞２５ｎｍである。いくつかの実施形態では、μ１及びμ２はそれぞれ、０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にある。
【００３８】
いくつかの実施形態では、回折格子の平均高さＨ（例えば、第１及び／又は第２の回折格子に対してＨ１及び／又はＨ２）は、少なくとも０．８マイクロメートル、又は少なくとも１マイクロメートル、又は少なくとも１．１マイクロメートル、又は少なくとも１．２マイクロメートル、又は少なくとも１．３マイクロメートル、又は少なくとも１．４マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、Ｈ（例えば、Ｈ１及び／又はＨ２）は、６マイクロメートル以下、又は４マイクロメートル以下、又は３マイクロメートル以下、又は２．５マイクロメートル以下、又は２．４マイクロメートル以下、又は２．３マイクロメートル以下、又は２．１マイクロメートル以下、又は１．９マイクロメートル以下である。例えば、いくつかの実施形態では、Ｈ１は、１マイクロメートル〜４マイクロメートルの範囲、又は１．１マイクロメートル〜２．４マイクロメートルの範囲にあり、Ｈ２は、１マイクロメートル〜４マイクロメートルの範囲、又は１マイクロメートル〜２．４マイクロメートルの範囲にある。
【００３９】
第１の（又は左の）回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値をΔｎ１と表すことができ、第２の（又は右の）回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値をΔｎ２と表すことができる。Δｎ１及びΔｎ２は、｜ｎ１−ｎ２｜又は｜ｎ３−ｎ４｜について本明細書の他の場所で説明する範囲のいずれかであってもよい。平均は、回折格子界面にわたる平均を指す。任意の場所における平均間の差、及びその場所における屈折率の差は、無視できる程度であり得る。いくつかの実施形態では、第１の波長λ１において、Δｎ１＊Ｈ１は、少なくとも０．２マイクロメートル、又は少なくとも０．２２マイクロメートル、又は少なくとも０．２３マイクロメートル、又は少なくとも０．２４マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、第１の波長λ１において、Δｎ１＊Ｈ１は、０．３５マイクロメートル以下、又は０．３２マイクロメートル以下、又は０．３マイクロメートル以下、又は０．２９マイクロメートル以下である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の波長λ１において、Δｎ１＊Ｈ１は、０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にある。いくつかの実施形態では、第２の波長λ２において、Δｎ２＊Ｈ２は、少なくとも０．２マイクロメートル、又は少なくとも０．２２マイクロメートル、又は少なくとも０．２３マイクロメートル、又は少なくとも０．２４マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、第２の波長λ２において、Δｎ２＊Ｈ２は、０．３５マイクロメートル以下、又は０．３２マイクロメートル以下、又は０．３マイクロメートル以下、又は０．２９マイクロメートル以下である。例えば、いくつかの実施形態では、第２の波長λ２において、Δｎ２＊Ｈ２は、０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にある。いくつかの実施形態では、Δｎ２＊Ｈ２＞Δｎ１＊Ｈ１である。いくつかの実施形態では、１２０ｎｍ＞Δｎ２＊Ｈ２−Δｎ１＊Ｈ１＞１０ｎｍである。
【００４０】
本明細書の多層光学フィルムは、様々な方法で作製することができる。いくつかの実施形態では、第１の光学層は、最初に剥離ツールを生産することによって作製される。剥離ツールは、構造化表面を有する層の、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのフィルム上への（例えば、連続式注型硬化法（continuous cast and cure process）において）キャスティング及び硬化によって作製することができる。連続式注型硬化法では、ダイヤモンド治工具を用いて反転パターンを銅製ロールに刻むことによって、高精細（micro-replication）ロールを作製することができる。そしてこの銅製ロールは、重合性樹脂を利用する連続式注型硬化法によって基材にパターンを作製するために使用できる。好適なダイヤモンド治工具が、当該技術分野で知られており、米国特許第７，１４０，８１２号（Ｂｒｙａｎら）に記載されたダイヤモンド治工具が含まれる。連続式注型硬化法が、当該技術分野で知られており、以下の特許に記載されている：米国特許第４，３７４，０７７号（Ｋｅｒｆｅｌｄ）、同第４，５７６，８５０号（Ｍａｒｔｅｎｓ）、同第５，１７５，０３０号（Ｌｕら）、同第５，２７１，９６８号（Ｃｏｙｌｅら）、同第５，５５８，７４０号（Ｂｅｒｎａｒｄら）、及び同第５，９９５，６９０号（Ｋｏｔｚら）。次いで、得られた構造を従来の表面処理技術を用いて処理して、構造化された剥離ツールを作製することができる。例えば、表面処理としては、酸素プラズマ処理と、それに続くテトラメチルシラン（tetramethylsilane、ＴＭＳ）プラズマ処理が挙げられる。次いで、例えば、架橋性樹脂を剥離ツールの処理表面上にコーティングし、硬化させることができる。次いで、剥離ツールを除去して第１の光学層１２５を生成することができ、第１の光学層１２５を第２の光学層１４５でコーティングして多層光学フィルム１００を提供することができる。多層光学フィルム１００ａ及び１００ｂを、同様に提供することができる。多層光学フィルム１００又は１００ａ又は１００ｂを作製するのに有用な追加プロセスとしては、米国特許出願公開第２０１６／００１６３３８号（Ｒａｄｃｌｉｆｆｅら）、同第２０１７／０１３１５５９号（Ｓｉｔｔｅｒら）、及び同第２０１７／０１１５４９８号（Ｓｉｔｔｅｒら）に記載されているようなものが挙げられる。他の実施形態では、第１の光学層１２５がポリマー基材上でキャスティング及び硬化され、次いで第２の光学層１４５が第１の光学層１２５上にコーティングされて、光学フィルム１００が提供される。この場合、ポリマー基材は、多層光学フィルム１００内の追加の層である。本明細書に記載の他の多層光学フィルムを同様に提供することができる。
【００４１】
他の実施形態では、第１の主表面１７８は、例えば、構造をフィルムの外側表面に機械加工することによって構造化され、第２の光学層１４５は、得られる機械加工された表面上にコーティングして多層光学フィルム１００をもたらすことによって形成される。本明細書に記載の他の多層光学フィルムを同様に提供することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の光学層の両方のうちの１つは、架橋樹脂層である。架橋性又は硬化性樹脂は、液体状態で表面に堆積又はコーティングした後に、例えば、光化学線又は熱を加えることによって、コーティングが架橋樹脂層を形成するように硬化してもよい。硬化性樹脂のコーティングを硬化させるために使用される光化学線は、電子ビーム又は紫外（ultraviolet、ＵＶ）線でもよい。このようにして、コーティングされた樹脂を架橋させることで、複屈折性が低いか又は実質的に複屈折のない層を形成することができる。
【００４３】
第１及び第２の光学層のうちの一方若しくは両方、並びに／又は第３及び第４の光学層のうちの一方若しくは両方を形成するために使用することができる好適な硬化性樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（polymethyl methacrylate、ＰＭＭＡ）、脂肪族ウレタンジアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ａｍｅｒｉｃａｓ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ  ６２１０など）、エポキシアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ａｍｅｒｉｃａｓからも入手可能なＣＮ−１２０など）、及びフェノキシエチルアクリレート（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手可能）などのＵＶ硬化性アクリレートが挙げられる。好適な他の硬化性樹脂としては、ＭＡＰＥＩ  Ａｍｅｒｉｃａｓ（Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ  Ｂｅａｃｈ，ＦＬ）から入手可能なＰｒｉｍｅｒ  Ｍなどの湿気硬化樹脂が挙げられる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の光学層の両方のうちの一方、並びに／又は第３及び第４の光学層のうちの一方若しくは両方は、光学的に透明な接着剤層などの接着剤層である。光学的に透明な接着剤は、高い透過率及び低いヘイズを有する。例えば、いくつかの実施形態では、光学的に透明な接着剤層は、少なくとも９５％、又は少なくとも９８％、又は少なくとも９９％の透過率、及び約５％未満、又は約２％未満、又は約１％未満のヘイズを有する。非接着性（例えば、架橋樹脂）層もまた、これらの範囲のいずれかにおける透過率及びヘイズを有して光学的に透明であってもよい。好適な接着剤は、感圧接着剤（pressure-sensitive adhesive、ＰＳＡ）、ゴム系接着剤（例えば、ゴム、ウレタン）、及びシリコーン系接着剤であってもよい粘弾性又はエラストマ性接着剤を含む。粘弾性又はエラストマ性接着剤としては、室温では非粘着性であるが、温度上昇時に一時的に粘着性となり、基材に固着できる熱活性化接着剤も挙げられる。熱活性化接着剤は、活性化温度で活性化し、この温度を上回ると、ＰＳＡと同様の粘弾性特性を有する。粘弾性又はエラストマ性接着剤は、実質的に透明（transparent）で光学的に透明（clear）でもよい。本明細書の粘弾性又はエラストマ性接着剤のいずれかが、粘弾性の光学的に透明な接着剤でもよい。エラストマ性材料は、約２０パーセント超、又は約５０パーセント超、又は約１００パーセント超の破断伸びを有してもよい。粘弾性又はエラストマ性接着剤層は、実質的に１００パーセント固形の接着剤として直接適用されてもよく、又は溶剤型接着剤をコーティングし、溶剤を気化させることによって形成してもよい。粘弾性又はエラストマ性接着剤は、溶融し、溶融状態で適用された後に、冷却されて粘弾性又はエラストマ性接着剤層を形成する熱溶融型接着剤でもよい。
【００４５】
好適な接着剤としては、いずれも３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な、エラストマ性のポリウレタン又はシリコーン接着剤、及び粘弾性の光学的に透明な接着剤ＣＥＦ２２、８１７ｘ及び８１８ｘが挙げられる。他の有用な粘弾性又はエラストマ性接着剤としては、スチレンブロックコポリマー、（メタ）アクリルブロックコポリマー、ポリビニルエーテル、ポリオレフィン及びポリ（メタ）アクリレート系のＰＳＡが挙げられる。
【００４６】
図９Ａは、ゼロ次回折次数（９８０ａ）及び１次回折次数（９８３ａ）の強度がほぼ等しい第１の波長におけるゼロ次回折次数（９８０ａ）及び１次回折次数（９８３ａ）の強度を概略的に示す。この文脈において、ほぼ等しいとは、ゼロ次及び１次の回折次数の強度が互いの強度から５％以内にある（これら強度の最大値からこれら強度の最小値を引いたものは、これら強度の最大値の０．０５倍以下である）ことを意味する。実質的に低い強度を有する、より高い回折次数９８７ａも図示されている。図９Ｂは、異なる第２の波長における、対応する（例えば、同じ回折要素で生成された）ゼロ次（９８０ｂ）及び１次（９８３ｂ）の回折次数を概略的に表し、ゼロ次（９８０ｂ）及び１次（９８３ｂ）の回折次数の強度は大幅に異なっている（例えば、互いの強度から５％以内にない）。より高い回折次数９８７ｂも図示されている。図９Ａ及び図９Ｂに図示する回折パターンは、例えば、１次元回折格子によって生成された回折パターンであってもよく、２次元回折格子によって生成された回折パターンを貫く断面であってもよい。
【００４７】
回折要素は、２次元回折格子を含んでもよい。例えば、多層光学フィルムは、隣接する光学層によって形成された回折格子を含み、光学層の間に２次元の回折格子界面が画定されていてもよい。回折格子界面は、互いに直交する第１の方向及び第２の方向に沿って延びていてもよい。図１０は、サブ画素を回折させる回折格子によって生成された回折パターンの概略上面図である。互いに直交する第１の軸又は方向４１２及び第２の軸又は方向４１４が図示されている。第１の方向４１２及び第２の方向４１４は、例えば、モアレを低減させるために、ピクセル化ディスプレイの主軸に対して斜角をなしてもよい。回折格子は、各画素内の少なくとも１つのサブ画素をゼロ次回折次数４８０に、そして第１の方向及び第２の方向の各々に沿った複数の１次回折次数４８３に回折させる。いくつかの実施形態では、指定された波長において、ゼロ次及び１次の回折次数の強度は、互いの強度から５％以内にある。第１の回折格子又は第１の多層光学フィルムについては、指定された波長は波長λ１であり、第２の回折格子又は第２の多層光学フィルムについては、指定された波長は波長λ２である。
【００４８】
図１０に図示する単一のゼロ次回折次数４８０及び４つの１次回折次数４８３が存在する。２次回折次数４８７も図示されている。直交方向に沿って延びる２次元回折格子によって生成される回折ピークを、２つの直交方向の各々における回折を特徴付ける一対の整数（ｑ１，ｑ２）によって表すことができる。この表現において、ゼロ次回折次数は（０，０）によって表すことができ、１次回折次数は、（±１，０）、（０，±１）によって表すことができる。１次回折次数（±１，０）は第１の方向４１２に沿っており、１次回折次数（０，±１）は第２の方向４１４に沿っている。
【００４９】
図１１は、サブ画素を回折させる三角形格子（例えば、図８を参照）上に配置された要素（例えば、マイクロレンズ）によって生成された回折パターンの概略上面図である。ゼロ次回折次数８８０及び６つの１次回折次数８８３が図示されている。１次回折次数８８３のパターンは格子の対称性を反映している。
【００５０】
図１０又は図１１に図示されていない、より高い回折次数が存在し得る。ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度は、所与の波長に対して、｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１（｜ｎ３−ｎ４｜＊Ｈ２についても同様に）に応じて変化する。典型的には、対象となる｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１の一部の範囲にわたって、ゼロ次回折次数の強度は、｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１の増加と共に減少し、１次回折次数の強度は、｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１の増加と共に増加し、それにより、所与の波長λに対して、｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１を適切に選択することによって、ゼロ次及び１次の回折次数の強度が互いの強度から５％以内にあるように回折格子を選択することができる。いくつかの実施形態では、ゼロ次及び１次の回折次数が、ある波長において等しい強度を有するように、｜ｎ１−ｎ２｜＊Ｈ１が選択される場合、強度は異なる波長では整合されないことになる。
【００５１】
図１２は、画像を表示するための２次元的にピクセル化されたディスプレイ表面９００の概略図である。ディスプレイ表面９００は、複数の画素９４５を含む。画素９４５の各々は、典型的には、各画素９４５に所望の色を生成することを可能にする３個以上のサブ画素を含む。例えば、図示のサブ画素９４５ａ、９４５ｂ及び９４５ｃは、青色、緑色及び赤色のサブ画素であってよく、出力レベルを調整可能として、所望の色及び所望の強度を提供し得る。いくつかの実施形態では、追加のサブ画素（例えば、黄色）が含まれていてもよい。画素及びサブ画素の構成は、図１２に概略的に図示したものと同様であるか、又は異なる場合がある。例えば、当該技術分野で既知のように、三角形パターン、縞模様パターン、斜線パターン、又はペンタイル（PENTILE）マトリックスを使用することができる。例えば、サブ画素の赤色と緑色の対、及びサブ画素の緑色と青色の対を含むペンタイルマトリックスの場合、各画素は、赤色と緑色の対、及び緑色と青色の対を含み、それにより各画素は４つのサブ画素を含むと理解することができる。いくつかの実施形態では、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイが使用され、サブ画素９４５ａ、９４５ｂ及び９４５ｃは、ディスプレイ用の光源として使用される発光層を含む。いくつかの実施形態では、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が使用され、ＬＣＤディスプレイのバックライトの中に光入力を供給するために別個の光源が使用され、画素及びサブ画素はＬＣＤパネルによって形成される。
【００５２】
図１３は、ディスプレイ表面によって生成された発光スペクトルのプロットである。サブ画素９４５ａ、９４５ｂ及び９４５ｃの色に対応する３つのピークが存在する。最短ピーク波長はλａで示され、最長ピーク波長はλｃで示され、中間ピーク波長はλｂで示される。ＯＬＥＤディスプレイの場合、波長依存性は、例えば、ピクセル化された発光層によってもたらされ得る。ＬＣＤディスプレイの場合、波長依存性は、例えばカラーフィルタによって提供され得る。いくつかの実施形態では、λａは約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲にあり、λｃは約５８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にあり、λｂは、λａより大きくλｃより小さい。いくつかの実施形態では、λａは約４４０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲にあり、λｂは約５１０ｎｍ〜約５５０ｎｍの範囲にあり、λｃは約６００ｎｍ〜約６４０ｎｍの範囲にある。
【００５３】
いくつかの実施形態では、第１の回折要素に対する第１の波長λ１（又は左回折要素に対する第１の波長）は、λｃよりもλｂに近く、第２の回折要素の第２の波長λ２（又は右回折要素に対する第１の波長）は、λｂよりもλｃに近い。λ１は、λｂ未満でも、ほぼλｂに等しくても、又はλｂよりも大きくてもよい。λ２は、λｃ未満でも、ほぼλｃに等しくても、又はλｃよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、λ１は第１の原色波長（例えば、緑色）であり、λ２は異なる第２の原色波長（例えば、赤色）である。いくつかの実施形態では、λ１は、４８０ｎｍ〜５８０ｎｍ、５００ｎｍ〜５７０ｎｍ、又は５２０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、λ２は、６００ｎｍ〜７００ｎｍ、６２５ｎｍ〜７００ｎｍ、又は６５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、２５ｎｍ≦λ２−λ１≦２５０ｎｍ、又は５０ｎｍ≦λ２−λ１≦２００ｎｍである。
【００５４】
図１４Ａは、ディスプレイシステム６０５の概略断面図である。ピクセル化されたディスプレイ表面（pixilated display surface）６６０を概略的に示す。ピクセル化されたディスプレイ表面は、例えば、ディスプレイ表面９００に相当してもよい。ギャップによって分離された３つのサブ画素６４５ａ、６４５ｂ、及び６４５ｃを有する画素が図示されている。より一般的には、ピクセル化されたディスプレイ表面６６０は、ギャップによって離隔された少なくとも２つのサブ画素を備える少なくとも１つの画素を含む。典型的には、ピクセル化された画像を提供するために、複数の画素が含まれる。
【００５５】
回折要素６００は、ディスプレイ表面６６０に近接配置されている。ディスプレイシステム６０５は、回折要素６００に隣接する光学システム４３０を含む。回折要素は、ディスプレイ表面６６０の各画素内の少なくとも１つのサブ画素を、ゼロ次回折サブ画素及び複数の１次回折サブ画素に回折させる。ディスプレイシステム６０５は、ゼロ次回折サブ画素を、対応する画像化されたギャップによって離隔された対応する画像化されたサブ画素として、画像表面６６２上に画像化させる。サブ画素６４５ａ、６４５ｂ及び６４５ｃはそれぞれ、対応する画像化されたサブ画素６４７ａ、６４７ｂ及び６４７ｃとして画像化される。サブ画素６４５ａとサブ画素６４５ｂとの間のギャップは、画像化されたギャップ６４８ａとして画像化され、サブ画素６４５ｂとサブ画素６４５ｃとの間のギャップは、画像化されたギャップ６４８ｂとして画像化される。
【００５６】
ディスプレイシステム６０５は、サブ画素及びギャップの、仮想画像又は実画像を提供するように構成されていてもよい。図示した実施形態では、画像化されたサブ画素及び画像化されたギャップは仮想画像である。画像表面６６２上に仮想画像を形成する光６７８が図１４Ａに図示されている。
【００５７】
図１４Ｂは、１次回折光６８０を表すディスプレイシステム６０５の概略断面図である。ディスプレイシステム６０５は、１次回折された各サブ画素を、画像化された複製サブ画素（例えば、画像化された複製サブ画素６４９ａ及び６４９ｂ）として画像表面６６２上に画像化するように構成されており、それにより、最隣接する画像化されたサブ画素が、画像化されたギャップ（例えば、画像化されたギャップ６４８ａ及び６４８ｂ）によって分離され、少なくとも１つの画像化された複製サブ画素が、画像化されたギャップを少なくとも部分的に充填する（例えば、画像化された複製サブ画素６４９ａ及び６４９ｂが、それぞれ画像化されたギャップ６４８ａ及び６４８ｂを少なくとも部分的に充填する）。
【００５８】
画像化されたサブ画素６４７ｂと、最隣接する画像化されたサブ画素６４７ａとの間の中心間距離ｄ１を図１４Ａに示す。画像化されたサブ画素６４７ｂと、最隣接する画像化された複製サブ画素６４９ｂとの間の中心間距離ｄ２を図１４Ｂに示す。いくつかの実施形態では、画像化された各サブ画素に対して、画像化されたサブ画素と、最隣接する画像化された複製サブ画素との間の中心間距離ｄ２は、画像化されたサブ画素と最隣接する画像化されたサブ画素との間の中心間距離ｄ１の０．１〜０．９倍の範囲、又は０．２５〜０．７５倍の範囲にある。
【００５９】
図示した実施形態では、光学システム４３０は、第１の光学レンズ４３１及び第２の光学レンズ４３２を含む。他の実施形態では、光学システム４３０は、１つだけ光学レンズを含んでもよく、又は３つ以上の光学レンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学システムは、米国特許第９，５５７，５６８号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載されているように、折り返し光路を提供するように構成された構成要素を含む。
【００６０】
ヘッドマウントディスプレイは、第１の（例えば、左目用の）ディスプレイシステム６０５、及び第２の（例えば、右目用の）ディスプレイシステム６０５を含み、例えば、本明細書の他の場所で更に説明するように、少なくとも１つの波長に対して、回折要素が少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有するように、第１及び第２のディスプレイシステムの回折要素６００は互いに異なっていてもよい。
【００６１】
「約、ほぼ（about）」などの用語は、それらが本明細書の記載に使用され記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部の大きさ、量、及び物理的特性を表す量に適用される「約、ほぼ（about）」の使用が、本明細書の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約、ほぼ」は、指定された値から５パーセント以内にあること意味するものと理解されよう。指定された値の約として与えられる量は、正確に指定された値であり得る。例えば、本明細書に使用及び記載されている文脈において当業者にとって明らかではない場合には、約１の値を有する量とは、その量が０．９５〜１．０５の値を有すること、及び、その値が１である場合もあることを意味する。
【００６２】
以下は、本明細書の例示的な実施形態の列挙である。
【００６３】
実施形態１は、
画像を表示するための、２次元的にピクセル化された隣接する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、対応する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面に隣接配置された第１の回折要素及び第２の回折要素と、を含むヘッドマウントディスプレイである。第１の回折要素は、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素は、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている。
【００６４】
実施形態２は、λ１が４８０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲にあり、λ２が６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある、実施形態１に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００６５】
実施形態３は、２５ｎｍ≦λ２−λ１≦２５０ｎｍ又は５０ｎｍ≦λ２−λ１≦２００ｎｍである、実施形態１に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００６６】
実施形態４は、第１の回折要素が第１の回折格子界面を含み、第２の回折要素が第２の回折格子界面を含み、第１の回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ１であり、第１の回折格子界面が平均回折格子高さＨ１を有し、第２の回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ２であり、第２の回折格子界面が平均回折格子高さＨ２を有し、第１の波長λ１において、Δｎ１＊Ｈ１が０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にあり、第２の波長λ２において、Δｎ２＊Ｈ２が０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にあり、Δｎ２＊Ｈ２＞Δｎ１＊Ｈ１である、実施形態１〜３のいずれか１つに記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００６７】
実施形態５は、１２０ｎｍ＞Δｎ２＊Ｈ２−Δｎ１＊Ｈ１＞１０ｎｍである、実施形態４に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００６８】
実施形態６は、第１の回折要素が、第２の波長λ２において第１の回折要素によって回折されたゼロ次の強度と１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％だけ異なるように第２の波長λ２をゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折要素が、第１の波長λ１において第２の回折要素によって回折されたゼロ次の強度と１次回折次数のうちの少なくとも１つの強度とが、互いの強度から少なくとも１０％だけ異なるように第１の波長λ１をゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００６９】
実施形態７は、第１の回折要素が第１の形状の繰り返しパターンを含み、第２の回折要素が第２の形状の繰り返しパターンを含み、第１の形状及び第２の形状が異なる幾何学的形状を有する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７０】
実施形態８は、第１の回折要素が第１の複数のマイクロレンズを含み、第２の回折要素が第２の複数のマイクロレンズを含み、第１の複数のマイクロレンズ及び第２の複数のマイクロレンズが、マイクロレンズの高さ、マイクロレンズの曲率、隣接するマイクロレンズ間の中心間距離、隣接するマイクロレンズ間のギャップ、又はマイクロレンズの屈折率のうちの少なくとも１つによって互いに異なる、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７１】
実施形態９は、
ピクセル化された第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と、
対応する第１のディスプレイ表面及び第２のディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する、重なり合わない第１の回折要素及び第２の回折要素と、を含むヘッドマウントディスプレイである。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折要素及び第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【００７２】
実施形態１０は、少なくとも１つの回折特性が、ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度を含む、実施形態９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７３】
実施形態１１は、実施形態１〜８のいずれか１つによって更に特徴付けられる、実施形態９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７４】
実施形態１２は、
観察者の対応する左目及び右目に画像を表示するためのピクセル化された左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と、対応する左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面と実質的に同一の広がりを有する左回折格子表面及び右回折格子表面と、を含むヘッドマウントディスプレイである。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折格子表面及び第２の回折格子表面は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【００７５】
実施形態１３は、少なくとも１つの回折特性が、ゼロ次及び１次の回折次数の相対強度を含む、実施形態１２に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７６】
実施形態１４は、各回折格子表面が、第１の波長を互いの強度から１０％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、左回折格子表面に対する第１の波長が、右回折格子表面に対する第１の波長とは少なくとも５０ｎｍだけ異なる、実施形態１２に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７７】
実施形態１５は、左回折格子表面及び右回折格子表面のうちの一方の第１の波長が４８０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲にあり、左回折格子表面及び右回折格子表面のうちの他方の第１の波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある、実施形態１４に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７８】
実施形態１６は、左回折格子界面が左回折格子表面を含み、左回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ１であり、左回折格子界面が平均回折格子高さＨ１を有し、右回折格子界面が右回折格子表面を含み、右回折格子界面にわたる平均屈折率の差の絶対値がΔｎ２であり、右回折格子界面が平均回折格子高さＨ２を有し、左回折格子表面に対する第１の波長において、Δｎ１＊Ｈ１が０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にあり、右回折格子表面に対する第１の波長において、Δｎ２＊Ｈ２が０．２マイクロメートル〜０．３５マイクロメートルの範囲にある、実施形態１４に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００７９】
実施形態１７は、右回折格子表面が、左回折格子表面に対する第１の波長を、互いの強度から少なくとも２０％だけ異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させ、左回折格子表面が、右回折格子表面に対する第１の波長を、互いの強度から少なくとも２０％だけ異なる強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させる、実施形態１４に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８０】
実施形態１８は、左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面の各々が複数の画素を含み、各画素が複数のサブ画素を含み、左回折格子表面及び右回折格子表面が対応する左ディスプレイ表面及び右ディスプレイ表面の各画素内の少なくとも１つのサブ画素を、ゼロ次回折サブ画素及び複数の１次回折サブ画素に回折させ、ヘッドマウントディスプレイが、各ゼロ次回折サブ画素を、画像化されたサブ画素として画像表面上に画像化し、各１次回折サブ画素を、画像化された複製サブ画素として画像表面上に画像化し、それにより、画像化された各サブ画素に対して、画像化されたサブ画素と、最隣接する画像化された複製サブ画素との間の中心間距離が、画像化されたサブ画素と最隣接する画像化されたサブ画素との間の中心間距離の０．１〜０．９倍の範囲にあるように構成されている、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８１】
実施形態１９は、
画像を表示するための第１のディスプレイ表面と、
第１のディスプレイ表面に近接配置された、画像を表示するための第２のディスプレイ表面と、
第１のディスプレイ表面に隣接配置され、第１の光学層及び第２の光学層を含む第１の多層光学フィルムであって、第１の光学層及び第２の光学層は、それらの間に２次元の第１の回折格子界面を画定しており、第１の光学層及び第２の光学層は、対応する異なる第１の屈折率ｎ１及び第２の屈折率ｎ２を有し、第１の回折格子界面は回折格子高さｈ１を有し、基準波長λにおいて、第１の多層光学フィルムは、μ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の平均値、及びσ１である｜ｎ１−ｎ２｜＊ｈ１の標準偏差を有する、第１の多層光学フィルムと、
第２のディスプレイ表面に隣接配置され、第３の光学層及び第４の光学層を含む第２の多層光学フィルムであって、第３の光学層及び第４の光学層は、それらの間に２次元の第２の回折格子界面を画定しており、第３の光学層及び第４の光学層は、対応する異なる第３の屈折率ｎ３及び第４の屈折率ｎ４を有し、第２の回折格子界面は回折格子高さｈ２を有し、基準波長λにおいて、第２の多層光学フィルムは、μ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の平均値、及びσ２である｜ｎ３−ｎ４｜＊ｈ２の標準偏差を有する、第２の多層光学フィルムと、を含むヘッドマウントディスプレイである。｜μ１−μ２｜＞σ１＋σ２である。
【００８２】
実施形態２０は、２００ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞１０ｎｍ、又は１２０ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞２０ｎｍ、又は９０ｎｍ＞｜μ１−μ２｜＞２５ｎｍである、実施形態１９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８３】
実施形態２１は、σ１＜０．１μ１、及びσ２＜０．１μ２である、実施形態１９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８４】
実施形態２２は、｜μ１−μ２｜＞２（σ１＋σ２）、又は｜μ１−μ２｜＞４（σ１＋σ２）、又は｜μ１−μ２｜＞８（σ１＋σ２）である、実施形態１９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８５】
実施形態２３は、第１の回折格子界面が、異なる第２の波長λ２ではなく、第１の波長λ１を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されており、第２の回折格子界面が、第１の波長λ１ではなく、第２の波長λ２を、互いの強度から５％以内の強度を有するゼロ次及び１次の回折次数に回折させるように構成されている、実施形態１９に記載のヘッドマウントディスプレイである。
【００８６】
実施形態２４は、
第１の回折要素と、
第１の光学システムであって、第１の回折要素は、第１の画像を受け取り、第１の画像を第１の光学システムに伝達するように配置され、第１の光学システムは、第１の画像を観察者に伝達するように構成されている、第１の光学システムと、
第１の回折要素に近接配置された第２の回折要素と、
第２の光学システムであって、第２の回折要素は、第２の画像を受け取り、第２の画像を第２の光学システムに伝達するように配置され、第２の光学システムは、第２の画像を観察者に伝達するように構成されている、第２の光学システムと、を含むヘッドセットである。少なくとも１つの波長に対して、第１の回折要素及び第２の回折要素は、少なくとも１つの異なる対応する回折特性を有する。
【実施例】
【００８７】
実施例１
２つの多層光学フィルムを以下のように調製した。ベースフィルムを、以下のように高精細（microreplication）によって作製した。２４マイクロメートルのピッチ及び２．４マイクロメートルの回折格子高さを有する２次元正弦波を、例えば、国際出願公開第００／４８０３７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ダイヤモンド旋削を使用して銅ツールに切削した。ツールを使用して、例えば米国特許第５，７５，０３０号（Ｌｕら）及び同第５，１８３，５９７号（Ｌｕ）に記載されているような注型硬化法を使用して、３ｍｉｌのプライマー処理された（primed）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上の紫外線硬化アクリレート層上に正弦波状の回折格子を高精細化（microreplicate）した。ＵＶ硬化アクリレート層は、５３２ｎｍの波長において１．５７の屈折率を有した。
【００８８】
３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ８１４６（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）を、ベースフィルムのうちの１つの微細構造上に２５マイクロメートルの厚さでコーティングし、次いで硬化させることにより、第１の多層光学フィルムを作製した。硬化された光学的に透明な接着剤の屈折率は、５３２ｎｍの波長において１．４７であった。
【００８９】
異なる光学的に透明な接着剤を、ベースフィルムのうちの別の１つの微細構造上に２５マイクロメートルの厚さでコーティングし、次いで硬化させることにより、第２の多層光学フィルムを作製した。硬化された光学的に透明な接着剤の屈折率は、５３２ｎｍの波長において１．４５であった。
【００９０】
第１及び第２のフィルムを、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇａｌａｘｙ  Ｓ（登録商標）６スマートフォンのカバーガラスに、各フィルムが電話機（phone）のディスプレイの約半分を覆うようにラミネート（laminate）した。次いで、この電話機を、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲヘッドセット内に配置した。Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲを介して一度に１つの目で見た場合、第１の多層光学フィルムは、赤色サブ画素についてよりも緑色サブ画素について、ゼロ次及び１次の回折次数に対する強度がより良好に一致することが見出され、第２の多層光学フィルムは、緑色サブ画素についてよりも赤色サブ画素について、ゼロ次及び１次の回折次数に対する強度がより良好に一致することが見出された。比較のために、第１のフィルムのサンプルを、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇａｌａｘｙ  Ｓ（登録商標）６スマートフォンのカバーガラスにラミネートして実質的に電話機のディスプレイの実質的に全てを覆い、第２のフィルムのサンプルを、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇａｌａｘｙ  Ｓ（登録商標）６スマートフォンのカバーガラスにラミネートして実質的に電話機のディスプレイの実質的に全てを覆った。Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲヘッドセットを通して見た時、第１のフィルムを有する電話機は、赤色に対するスクリーンドア効果を実質的に低減させることなく赤色サブ画素に対して輝点を示した。Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲヘッドセットを通して見た時、第２のフィルムを有する電話機は、緑色のサブ画素に対してゼロ次回折次数の強度の低下を呈し、これにより緑色に対して不快な不均一性がもたらされ、青色のサブ画素に対して非常に低いゼロ次回折次数の強度を呈し、これにより青色に対して不均一性がもたらされ、青色のサブ画素に対して２次回折次数の増加を呈し、これにより青色に対する解像度の低下がもたらされた。第１及び第２のフィルムの両方を含む電話機を、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｇｅａｒ  ＶＲヘッドセットを通して見た時、知覚される解像度の損失なしに、赤色、緑色、及び青色のスクリーンドア効果の顕著な低減が知覚された。
【００９１】
実施例２
１次元回折格子界面をモデル化した。第１の回折格子界面は、０．１の屈折率コントラスト（｜ｎ１−ｎ２｜）、２．４マイクロメートルの回折格子高さ、及び２４マイクロメートルのピッチを有した。第２の回折格子界面は、０．１２６の屈折率コントラスト（｜ｎ３−ｎ４｜）、２．４マイクロメートルの回折格子高さ、及び２４マイクロメートルのピッチを有した。屈折率コントラストは、波長とは無関係であるとしてモデル化された。
【００９２】
５３５ｎｍ及び６７５ｎｍの波長において第１の回折格子界面によって生成された様々な回折次数の相対強度を、それぞれ図１５Ａ及び図１５Ｂに示す。５３５ｎｍでは、（０度の回折角における）ゼロ次回折次数、及び（約±２．５度の回折角における）１次回折次数は、ほぼ等しい強度を有した一方で、より高い回折次数は、はるかに低い強度を有する。６７５ｎｍでは、ゼロ次回折次数は、１次回折次数の約２倍の強度を有した。
【００９３】
５３５ｎｍ及び６７５ｎｍの波長において第２の回折格子界面によって生成された様々な回折次数の相対強度を、それぞれ図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。６７５ｎｍでは、（０度の回折角における）ゼロ次回折次数、及び（約±３度の回折角における）１次回折次数は、ほぼ等しい強度を有した一方で、より高い回折次数は、はるかに低い強度を有した。５３５ｎｍでは、ゼロ次回折次数は、１次回折次数の約３分の１の強度を有した。
【００９４】
実施例３
図６に示すように、三角形格子上に配置されたマイクロレンズを含む２次元回折格子表面をモデル化した。回折パターンは、概して、高次回折ピークが相対的に低い強度を有して、図１１に示すように見えた。ゼロ次及び１次の回折次数が、６００ｎｍの波長において、ほぼ等しいゼロ次及び第１の強度を有するように、回折格子の幾何学的形状及び屈折率コントラストを選択した。６００ｎｍでは、ゼロ次回折次数の回折効率（指定された回折次数に回折された入射エネルギーのパーセント）は７．６％であり、６つの１次回折次数の各々に対する回折効率は７．７％であった。６つの２次回折次数のピークは、それぞれ３．８％の回折効率を有し、より低い回折効率を有する、より高い回折次数も生成された。５８８ｎｍでは、ゼロ次回折次数の回折効率は６．６％であり、６つの１次回折次数の各々に対する回折効率は７．５％であった。６１２ｎｍでは、ゼロ次回折次数の回折効率は８．７％であり、６つの１次回折次数の各々に対する回折効率は７．８％であった。
【００９５】
前述の参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫した方法でそれらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。
【００９６】
図中の要素の説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されるものと理解されたい。具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、様々な代替及び／又は同等の実施により、図示及び記載した具体的な実施形態を、本開示の範囲を逸脱することなく置き換え可能であることが、当業者には理解されよう。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あらゆる適合例又は変形例を包含することを意図する。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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