(57)【要約】  構造化光学表面、及び構造化光学表面を含む光学イメージングシステムが記載される。構造化光学表面は、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の構造体を含み、間隙によって離間した少なくとも２つのサブピクセルを備える少なくとも１つのピクセルを有するピクセル化されたディスプレイ表面を備える光学イメージングシステムに構造化光学表面が組み込まれた場合、構造化光学表面は、少なくとも２つのサブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した少なくとも２つの対応する画像化されたサブピクセルとして、画像表面上に画像化し、構造化光学表面は光を回折させ、回折された光が、少なくとも２つの画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす。
2021507300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化光学表面であって、前記構造化光学表面は、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の３次元構造体を備え、間隙によって離間した少なくとも２つのサブピクセルを備える少なくとも１つのピクセルを有するピクセル化されたディスプレイ表面を備える光学イメージングシステムに前記構造化光学表面が組み込まれた場合、前記構造化光学表面は、前記少なくとも２つのサブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した少なくとも２つの対応する画像化されたサブピクセルとして画像表面上に画像化し、前記構造化光学表面は光を回折させ、前記回折された光が、前記少なくとも２つの画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、前記画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす、構造化光学表面。
【請求項２】
前記第１のフレネルパターンは、第１の中心を有し、前記第２のフレネルパターンは、前記第１の中心から約１ミリメートル〜約２０ミリメートルの範囲にある距離だけ離間した第２の中心を有する、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項３】
約１０ミリメートル〜約１００ミリメートルの範囲にある焦点距離を有する、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項４】
前記複数の３次元構造体は、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成される、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項５】
前記画像化されたサブピクセル及び前記画像化された間隙は、仮想画像である、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項６】
前記構造化光学表面の焦点距離に位置する焦点面を備え、前記ディスプレイ表面が、前記焦点面に近接して配置される、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項７】
ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６であり、前記複数の３次元構造体は、ｍ≧ｎであるｍ個のフレネルパターンの交差によって形成される、請求項１に記載の構造化光学表面。
【請求項８】
ｍはｎよりも大きい、請求項７に記載の構造化光学表面。
【請求項９】
構造化光学表面であって、前記構造化光学表面は複数の構造体を備え、電磁スペクトルの可視域内に波長を有する垂直入射光について、前記構造化光学表面が前記入射光の第１の部分を、対応する複数の異なる方向に伝搬する複数の回折次数へと実質的に回折させ、かつ前記入射光の異なる第２の部分を実質的に屈折させ、前記実質的に屈折された光が前記構造化光学表面と斜角をなす、構造化光学表面。
【請求項１０】
前記複数の構造体が、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成される、請求項９に記載の構造化光学表面。
【請求項１１】
画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面と、
前記ピクセル化されたディスプレイ表面に近接して配置された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の構造化光学表面と、
を備える光学イメージングシステム。
【請求項１２】
光学イメージングシステムであって、
画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面と、
前記複数のサブピクセル及び前記間隙を、複数の画像化された間隙によって分離された複数の画像化されたサブピクセルとして、前記光学イメージングシステムの画像表面上に画像化し、前記ディスプレイ表面からの光を回折させ、それにより、前記回折された光が、前記画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、前記複数の画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす、ハイブリッド屈折及び回折光学表面と、
を備える、光学イメージングシステム。
【請求項１３】
前記ハイブリッド屈折及び回折光学表面は、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の３次元構造体を備える、請求項１２に記載の光学イメージングシステム。
【請求項１４】
前記ハイブリッド屈折及び回折光学表面は、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６である、請求項１２に記載の光学イメージングシステム。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の光学イメージングシステムを備えるヘッドセット。
【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、隣接するピクセルとサブピクセルとの間に間隙を有する。場合によっては、これら間隙は、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、構造化光学表面が提供される。構造化光学表面は、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の３次元構造体を含み、間隙によって離間した少なくとも２つのサブピクセルを備える少なくとも１つのピクセルを有するピクセル化されたディスプレイ表面を備える光学イメージングシステムに構造化光学表面が組み込まれた場合、構造化光学表面は、少なくとも２つのサブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した少なくとも２つの対応する画像化されたサブピクセルとして画像表面上に画像化し、構造化光学表面は光を回折させ、回折された光が、少なくとも２つの画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす。
【０００３】
本明細書のいくつかの態様では、構造化光学表面が提供される。構造化光学表面は、複数の構造体を含み、電磁スペクトルの可視域内に波長を有する垂直入射光について、構造化光学表面が入射光の第１の部分を、対応する複数の異なる方向に伝搬する複数の回折次数へと実質的に回折させ、入射光の異なる第２の部分を実質的に屈折させ、実質的に屈折された光が構造化光学表面と斜角をなす。
【０００４】
本明細書のいくつかの態様では、構造化光学表面が提供される。構造化光学表面は複数の構造体を含み、電磁スペクトルの可視域内に波長を有する垂直入射光について、構造化光学表面は、入射光を、幾何光学を用いて十分には説明されない複数の方向に沿って伝搬する第１の部分と、幾何光学によって十分に説明される方向に沿って伝搬する第２の部分とを有する透過光として透過させ、第２の部分の方向は構造化光学表面と斜角をなす。
【０００５】
本明細書のいくつかの態様では、光学イメージングシステムが提供される。光学イメージングシステムは、画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面を含む。光学イメージングシステムは、複数のサブピクセル及び間隙を、複数の画像化された間隙によって分離された複数の画像化されたサブピクセルとして、光学イメージングシステムの画像表面上に画像化し、ディスプレイ表面からの光を回折させ、回折された光が、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、複数の画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす、ハイブリッド屈折及び回折光学表面を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】構造化光学表面の概略上面図である。
【図２】構造化光学表面の概略上面図である。
【図３Ａ】構造化光学表面を有する光学要素の概略断面図である。
【図３Ｂ】構造化光学表面を有する光学要素の概略断面図である。
【図４Ａ】構造化光学表面と、反対側を向いた光学表面とを有する光学要素の概略断面図である。
【図４Ｂ】構造化光学表面と、反対側を向いた光学表面とを有する光学要素の概略断面図である。
【図４Ｃ】構造化光学表面と、反対側を向いた光学表面とを有する光学要素の概略断面図である。
【図５】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６Ａ】光学イメージングシステムの概略断面図である。
【図６Ｂ】光学イメージングシステムの概略断面図である。
【図７Ａ】ピクセルの概略上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのピクセルのアレイの概略上面図である。
【図７Ｃ】構造化光学表面によって生成された、図７Ａのピクセルの画像化されたアレイの概略上面図である。
【図７Ｄ】構造化光学表面によって生成された、図７Ａのピクセルの画像化されたアレイの概略上面図である。
【図７Ｅ】構造化光学表面によって生成された、図７Ａのピクセルの画像化されたアレイの概略上面図である。
【図８】光学イメージングシステムにおけるイメージングレンズの光伝達関数のプロットである。
【図９】光学イメージングシステムにおけるイメージングレンズの点像分布関数のプロットである。
【図１０】２つのフレネルパターンの交差によって形成された構造体を含む構造化光学表面の上面図である。
【図１１】光学イメージングシステムにおける図１０の構造化光学表面の光伝達関数のプロットである。
【図１２】光学イメージングシステムにおける図１０の構造化光学表面の点像分布関数のプロットである。
【図１３】８つのフレネルパターンの交差によって形成された構造体を含む構造化光学表面の上面図である。
【図１４】光学イメージングシステムにおける図１３の構造化光学表面の光伝達関数のプロットである。
【図１５】光学イメージングシステムにおける図１３の構造化光学表面の点像分布関数のプロットである。
【図１６】光学イメージングシステムにおける構造化光学表面の光伝達関数のプロットであり、構造化光学表面は、１６個のフレネルパターンの交差によって形成された構造体を含む。
【図１７】光学イメージングシステムにおける構造化光学表面の点像分布関数のプロットであり、構造化光学表面は、１６個のフレネルパターンの交差によって形成された構造体を含む。
【図１８】ヘッドセットの概略上面図である。
【図１９】構造化光学表面の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。本開示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。
【０００８】
ディスプレイデバイスは、典型的には、２次元的にピクセル化されたディスプレイを含む。場合によっては、ピクセル又はサブピクセル間の隙間を観察者が視認でき、これは、特に、観察者が見るために、表示された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ると、ディスプレイのスクリーンドア効果を低減させるために使用することができる構造化光学表面が提供される。構造化光学表面は、構造体の幾何学的形状に応じて、他の用途に使用することができる。いくつかの実施形態では、構造化光学表面は、少なくとも２つのサブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した対応する画像化されたサブピクセルとして、画像表面上に画像化し、構造化光学表面は光を回折させ、回折された光が、画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす。画像化された間隙を少なくとも部分的に満たすことにより、スクリーンドア効果が低減されることが見出されている。いくつかの実施形態では、単一の構造化光学表面を使用して、屈折と回折の両方について光学的パワー（optical power）を提供することができる。そのようなハイブリッド屈折及び回折光学表面は、ディスプレイ表面の複数の画像化されたサブピクセル及びその間にある間隙を、複数の画像化された間隙によって分離された複数の画像化されたサブピクセルとして、画像表面上に画像化することができ、かつディスプレイ表面からの光を回折させることができ、回折された光が、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、複数の画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす。
【０００９】
図１は、第１のフレネルパターン１０１と第２のフレネルパターン１０２との交差によって形成された複数の３次元構造体１１０を含む構造化光学表面１００の概略上面図である。フレネルパターン１０１及び１０２は、同じ間隔のフレネルセグメントを有してもよく、又は異なるフレネルパターンについて間隔は異なっていてもよい。フレネルパターン内のフレネルセグメントの間隔は、均一であっても不均一であってもよい。いくつかの実施形態では、２つ以上のフレネルパターン１０１及び１０２が含まれる（例えば、本明細書の他の箇所で更に説明される図２を参照）。いくつかの実施形態では、複数の３次元構造体１１０は、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成される。例えば、少なくとも２個、又は少なくとも３個、又は少なくとも４個、又は少なくとも５個、又は少なくとも６個のフレネルパターン、及び１６個以下、又は１４個以下、又は１２個以下、又は１０個以下のフレネルパターンである。スクリーンドア効果を低減させるためには、少なくとも２個、又は少なくとも３個、又は少なくとも４個、又は少なくとも５個、又は少なくとも６個のフレネルパターンが好ましいことが見出されている。散乱を低レベルに維持するために、１６個以下、又は１４個以下、又は１２個以下のフレネルパターン、又は１０個以下のフレネルパターンを使用することが好ましいことが見出されている。
【００１０】
第１のフレネルパターン１０１は、第１の中心１２１を有し、第２のフレネルパターン１０２は、第１の中心１２１から距離Ｓだけ離間した第２の中心１２２を有する。いくつかの実施形態では、Ｓは、約１ミリメートル〜約２０ミリメートルの範囲にある。距離Ｓは、構造化光学表面を通過するピクセル化されたディスプレイからの光の一部が、ピクセル化されたディスプレイのサブピクセル間の間隙領域に集束されるように、所望の横方向焦点ずれを生成するように選択することができる。構造化光学表面を含むイメージングシステムの横方向焦点ずれΔｓは、イメージングシステムの等価焦点距離ｆ、及びイメージングシステムの球面構成要素の焦点距離ｆ１に関連して、Δｓ＝Ｓ（ｆ１−ｆ）／ｆとなる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、距離Ｓは、スクリーンドア効果を低減させるために、画像化されたサブピクセル間の画像化された間隙内に光が回折されるように選択される。構造化光学表面の効果は、構造化光学表面の光伝達関数（optical transfer function、ＯＴＦ）及び／又は点像分布関数（point spread function、ＰＳＦ）という観点で特徴付けることができる。ピクセル化されたディスプレイ表面の画像のフーリエ変換は、典型的には、ゼロ次高調波を表す中心点（ゼロ波数ベクトルの近く）、及び高次高調波を表す追加点を示す。これらの高次高調波は、スクリーンドア効果の原因である。構造化光学表面は、サブピクセル間の間隙を満たすようにＳを選択することによって、これら高次高調波を低減させるように選択することができる。そのとき、構造化光学表面のＯＴＦは、高次高調波を抑制する暗い縞を呈する。構造化光学表面のＰＳＦは、典型的には、画像化されたサブピクセルに集束され、かつサブピクセル間の間隙内に回折された光に対応するピークを示す。ピーク間の領域にあるＰＳＦは、典型的には望ましくない散乱を表す。場合によっては、より多くの交差するフレネルパターンは、スクリーンドア効果を低減させるのにより効果的であるＯＴＦをもたらすが、ピーク間の強度がより大きいＰＳＦを生成する場合もあり、これは散乱の増加を示す。この理由から、典型的には、２〜１６個、又は４〜１４個、又は６〜１２個、又は６〜１０個の交差フレネルパターンを含めることが好ましい。
【００１２】
スクリーンドア効果は、スクリーンドア効果指数（screen-door effect index、ＳＤＥＩ）によって特徴付けることができ、これは、各原色のサブピクセルの各々が照射された場合に、ピクセル化されたディスプレイ表面からの光出力のフーリエ変換を計算することによって決定できる。照射された色の各々について、総パワーの０．５％未満を有するいかなる成分をもノイズと考えて破棄して、フーリエ変換の最大高次空間周波数パワーとゼロ次空間周波数パワーの比が決定される。ＳＤＥＩは、各色について決定された加重平均の１００倍として計算され、加重は、色に対するパワー出力の割合いによって決定される。ＳＤＥＩは、典型的には低いこと（例えば、約２未満、又は約１未満、又は約０．５未満）が望ましい。
【００１３】
３次元構造体１１０は、広範囲の長さスケールを有し得る。構造体の長さスケールの１つは、主平面（図１のｘ−ｙ−ｚ座標系を参照するとｘ−ｙ平面）内にある構造体の最大寸法である最大横方向寸法である。例えば、３次元構造体１１１は、最大横方向寸法ｄを有する。いくつかの実施形態では、複数の３次元構造体１１０内の少なくとも１つの３次元構造体が、約１０ミリメートル〜約１００ミリメートルの範囲にある最大横方向寸法を有する。いくつかの実施形態では、複数の３次元構造体１１０内の少なくとも１つの３次元構造体は、１０ミリメートルよりも実質的に小さい少なくとも１つの長さスケール（例えば、最大横方向寸法に直交する最大横方向幅）を有する。例えば、いくつかの実施形態では、複数の３次元構造体１１０内の少なくとも１つの３次元構造体は、約０．１マイクロメートルから、約１ミリメートルまで、又は約１００マイクロメートルまでの範囲にある少なくとも１つの長さスケールを有する。
【００１４】
図２は、第１、第２、及び第３のフレネルパターン２０１、２０２、及び２０３の交差によって形成された構造化光学表面２００の概略上面図である。いくつかの実施形態では、ｎ個の光学要素の交差によって形成された構造化光学表面は、ｎ回対称性を有する。ｎを１より大きい整数とした時、表面の主平面に垂直な軸の周りでの、３６０度／ｎの回転下で対称な表面は、ｎ回対称性を有すると言うことができる。例えば、構造化光学表面２００は、（図２のｘ−ｙ−ｚ座標系を参照して）ｚ軸に平行な、３つのフレネルパターンの中心点を通過する軸の周りに１２０度の回転下で対称なので、３回対称性を有する。フレネルパターン間の中心間隔は、構造化光学表面１００について本明細書の他の箇所で説明されるとおりであってもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、構造化光学表面は、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６である。いくつかの実施形態では、ｎは、２以上、又は３以上、又は４以上、又は５以上、又は６以上である。いくつかの実施形態では、ｎは、１６以下、又は１４以下、又は１２以下、又は１０以下である。ｎ回対称性を有する構造化光学表面を、ｎ個のフレネルパターンの交差から構築することができ、又は他の光学要素を使用してもよい。フレネルパターンは同じパターン（例えば、同心リング間の間隔が同じ）であってもよく、又は異なるパターンを使用してもよい。例えば、フレネルパターン２０１、２０２及び２０３の各々が同じパターン（すなわち、パターンの中心点の位置以外は同じ幾何学形状）であってもよく、又はフレネルパターンのうちの少なくとも１つが、フレネルパターンのうちの他の少なくとも１つと異なっていてもよい（例えば、間隔が異なる）。いくつかの実施形態では、ｎ個のフレネルパターンの交差は、ｎ回対称ではない。例えば、いくつかの実施形態では、交差するフレネルパターンは、いくつかの点（例えば、要素のサイズ又は間隔）において異なっていてもよく、フレネルパターンの構成が回転対称性を持たないか、又は、ｍ個の交差するフレネルパターンが、ｍ＞ｎであるｎ回対称性を有するように減少した回転対称性を有する。例えば、４つのフレネルパターンが、フレネルパターンの互いに対称な対向する対は交差するが、他のフレネルパターンは交差することがなくて、２回対称性を有する構造化光学表面を提供することができる。これを、４つのフレネルパターンを含む構造化光学表面１９００の概略上面図である図１９に示す。第１及び第２のフレネルパターン１９０１及び１９０２が同じパターン（例えば、セグメント間隔が同じ）であり、第３及び第４のフレネルパターン１９０３及び１９０４が同じパターン（例えば、セグメント間隔が同じ）である。例えば、第１のフレネルパターン１９０１と第３のフレネルパターン１９０３とは、異なるパターン（例えば、セグメント間隔が異なる）である。構造化光学表面１９００は、２回対称性を有する。いくつかの実施形態では、３６０度未満の回転に対して回転対称性が存在しなくてもよい（例えば、フレネルパターンはランダムに配置されていてもよい）。実質的な望ましくない散乱を生じさせることなくスクリーンドア効果を低減させるためには、２〜１６個の仮想サブピクセルを生成するように、フレネルパターンの数、及び異なるフレネルパターンの使用による任意の対称性の破壊が選択されることが典型的には好ましい。
【００１６】
構造化光学表面は、ポリマーフィルム又はガラスなどの、基材の主表面上に設けられてもよい。構造化光学表面は、例えば、リソグラフィ又はダイヤモンド旋削などの任意の好適な方法によって作製することができる。例えば、リソグラフィ（例えば、フォトリソグラフィ又は電子ビームリソグラフィ）を使用して、フレネルレンズ要素をフォトレジストに描画することができる。一方法では、最初に単一のフレネルレンズ要素を基材上に描画することができる。第１のフレネルレンズ要素が生成された後、リソグラフィプロセスをシフトさせて、対称性の残りの回数を生成することができる。同様に、ダイヤモンド旋削を使用して１回対称性を作製することができ、次いで、基材を回して、複数回対称性を作製することができる。別のリソグラフィ方法では、多数回対称性を有する完全なフレネルパターンを、単一のグレースケールマスク又は描画フィールド（write field）を用いて一度に書き込むことができる。いくつかの実施形態では、フォトリソグラフィ又はダイヤモンド旋削を介してマスター部品が生成され、次いで、マイクロ複製によりスレーブ部品が作製される。
【００１７】
図３Ａは、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の構造体３１０を含む構造化光学表面３００を有する光学要素３５０の概略断面図である。光学要素３５０は、構造化光学表面３００の反対側に、実質的に平面状の主表面３２４を有する。他の実施形態では、反対側の主表面３２４は構造化されているか、又は湾曲している。光学要素の実質的に平面状の表面は、光学要素の最大横方向寸法の１０倍を超える曲率半径を有する表面を指すと理解することができる。実質的に平面状の表面は平面状であってもよく、又は名目上、平面状であってもよいが、例えば、通常の製造ばらつきに起因して、厳密に平面状であることとは異なっていてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、構造化光学表面は、入射光の回折及び屈折の両方をさせるように適合された複数の構造体を含む。構造体は、フレネル構造体であってもよく、又は長さスケールの範囲を組み込んだ他の構造体が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、構造化光学表面は、垂直入射光について、光の一部は、古典的な幾何光学によって予測される経路に従うことになり、光の一部は、回折により、古典的な幾何光学の予測から実質的に逸脱することになるように適合されている。幾何光学を使用して説明される経路に従うか又は実質的に従う光の部分は、本明細書では、光の実質的に屈折された部分と称されることになり、幾何光学を使用して説明される経路から実質的に逸脱する光の部分は、本明細書では、実質的に回折された部分と称されることになる。いくつかの実施形態では、構造化光学表面は複数の構造体を含み、電磁スペクトルの可視域内（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内）に波長を有する垂直入射光について、構造化光学表面が入射光の第１の部分を、対応する複数の異なる方向に伝搬する複数の回折次数へと実質的に回折させ、入射光の異なる第２の部分を実質的に屈折させ、実質的に屈折された光が構造化光学表面と斜角をなす。入射光を実質的に屈折させ、及び実質的に回折させる構造化光学表面は、ハイブリッド屈折及び回折光学表面と呼ばれる場合がある。
【００１９】
図３Ｂは、構造化光学表面３００の主平面（ｘ−ｙ平面に平行）に対して、構造化光学表面３００に垂直に入射する光３７７を示す光学要素３５０の概略断面図である。光３７７は、電磁スペクトルの可視域（例えば、約５５０ｎｍ）の波長を有する。構造化光学表面３００は、入射光３７７の第１の部分３８０を、対応する複数の異なる方向３８０ａ及び３８０ｂに伝搬する複数の回折次数へと実質的に回折させ、入射光３７７の異なる第２の部分３７８を実質的に屈折させ、実質的に屈折された光３７８ａ及び３７８ｂは、構造化光学表面と斜角（光３７８ａに対して）をなす。実質的に屈折された光は、古典的な幾何光学を使用して入射光３７７の光路を決定することによって特定することができる。幾何光学を使用して十分に説明できる光学方向に沿って伝搬する出射光は、本明細書で使用する場合、実質的に屈折される。例えば、光３７８ａ及び３７８ｂは、古典的な幾何光学計算を使用して、光３７７内の入射光線の光路に従うことにより予測できる経路に沿って出射する。幾何光学を使用することで十分には説明されない方向に沿って伝搬する出射光は、本明細書で使用する場合、実質的に回折される。例えば、入射光３７７の第１の部分３８０は、入射光３７７内の任意の光線に対する幾何光学の予測から逸脱する方向３８０ａ及び３８０ｂに沿って出射する。構造化光学表面３００は、入射光３７７を、幾何光学によって十分に説明される方向に沿って伝搬する第２の部分３７８と、幾何光学によって十分には説明されない複数の異なる方向に伝搬する第１の部分３８０とを有する透過光として透過させる。
【００２０】
幾何光学の予測から、所定角度よりも大きく逸脱した方向に沿って伝搬する光は、幾何光学の予測から実質的に逸脱するものとして説明することができ、又は幾何光学によって十分には説明されないものとして説明することができる。幾何光学の予測の所定角度内の方向に沿って伝搬する光は、幾何光学を使用して十分に説明することができる。所定角度は、用途（例えば、サブピクセル間の間隔、及び構造化光学表面とピクセル化されたディスプレイ表面との間の距離）、及び構造化光学表面内の構造体のサイズに依存し得る。場合によっては、所定角度は、約０．０５度、又は約０．０３度、又は約０．０２度、又は約０．０１度である。構造化光学表面３００を通過するいかなる光も回折及び屈折の両方を受けるのであり、実質的に屈折された光と実質的に回折された光とを区別するために、いかなる光線も、屈折のみ又は回折のみを別々に受ける必要はないことが理解されるであろう。むしろ、実質的に屈折された光及び実質的に回折された光を、出射光の経路によって区別することができる。同様に、対応する複数の異なる方向に伝搬する複数の異なる回折次数へと、光が回折されたことを判断するために、特定の回折次数を同定する必要はない。その理由は、回折次数は出射光の経路から推定できるからである。
【００２１】
図４Ａは、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の構造体４１０を含む構造化光学表面４００を有する光学要素４５０の概略断面図である。光学要素４５０は、構造化光学表面４００の反対側に、湾曲した主表面４２４を有する。構造化光学表面４００は、構造化光学表面３００について説明したとおりであってもよい。光源（例えば、ピクセル化されたディスプレイ）に対する光学要素４５０の向きに応じて、構造化光学表面４００によって実質的に屈折された若しくは実質的に回折された光は次いで、湾曲した主表面４２４によって屈折されてもよく、又は湾曲した主表面４２４によって屈折された光は次いで、構造化光学表面４００によって実質的に屈折されるか若しくは実質的に回折されてもよい。
【００２２】
代替的実施形態を、構造化光学表面４００を有し、反対側を向いた構造化光学表面４２４ｂを有する、光学要素４５０ｂの概略断面図である図４Ｂに概略的に示す。いくつかの実施形態では、反対側を向いた構造化光学表面４２４ｂは、１つ以上のフレネルパターンを含む。例えば、図４Ａの湾曲した主表面４２４は、フレネルパターンで置き換えられてもよい。いくつかの実施形態では、反対側を向いた構造化光学表面４２４ｂは、複数の交差するフレネルパターンを含む。
【００２３】
代替的実施形態を、異なる第１のフレネルパターン４０１と第２のフレネルパターン４０２との交差によって形成された３次元構造体４１０ｃを含む構造化光学表面４００ｃを有する光学要素４５０ｃの概略断面図である図４Ｃに概略的に示す。光学要素４５０ｃは、反対側を向いた湾曲した光学表面４２４ｃを有する。光学要素４５０ｃは、例えば樹脂又は光学的に透明な接着剤であり得る材料４７４内に埋め込まれている。光学的に透明な接着剤、又は光学的に透明な樹脂は、少なくとも９０％の可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）全体にわたる透過率を有してもよく、５％未満のヘイズを有してもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、光学イメージングシステムは、本明細書の構造化光学表面に近接して配置され得る複数の光学レンズを含む。例えば、１つ以上の光学レンズが、光学要素３５０又は４５０の主表面の一方又は両方に隣接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光学要素４５０の湾曲した主表面４２４を利用することにより、光学イメージングシステムで使用される追加の光学レンズを減らすことが可能である。いくつかの実施形態では、構造化光学表面を含む光学要素を、樹脂又は光学的に透明な材料内に埋め込み、１つ以上の光学レンズも樹脂内に埋め込んで、構造化光学表面及び１つ以上の光学レンズを含む化合物光学要素を提供する。
【００２５】
図５は、画像を表示するための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、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセル９４５を含む。ピクセル９４５の各々は、典型的には、各ピクセル９４５に所望の色を生成することを可能にする３個以上のサブピクセルを含む。例えば、図示したサブピクセル９４５ａ、９４５ｂ及び９４５ｃは、青色、緑色及び赤色のサブピクセルであってもよく、所望の色及び所望の強度を提供するための調整可能な出力レベルを有することができる。いくつかの実施形態では、追加のサブピクセル（例えば、黄色）が含まれていてもよい。ピクセル及びサブピクセルの構成は、図５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、サブピクセルの赤色と緑色の対、及びサブピクセル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、各ピクセルは、赤色と緑色の対、及び緑色と青色の対を含み、各ピクセルは４つのサブピクセル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、サブピクセル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へ光を入力するために別個の光源が使用され、ピクセル及びサブピクセルはＬＣＤパネルによって形成される。
【００２６】
図６Ａは、光学イメージングシステム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に対応してもよい。間隙によって分離された３つのサブピクセル６４５ａ、６４５ｂ、及び６４５ｃを有するピクセルが図示されている。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、間隙によって離間した少なくとも２つのサブピクセルを備える、少なくとも１つのピクセルを含む。典型的には、ピクセル化された画像を提供するために、複数のピクセルが含まれる。しかし、他の実施形態では、単一のピクセルが使用されてもよい。例えば、インジケータを提供するために、単一ピクセル、又は複数のピクセル内の各ピクセルが、２つのサブピクセルのみを有してもよく（例えば、２つのインジケータ色のみが必要である場合）、又は３つ以上のサブピクセルを有してもよい。
【００２７】
構造化光学表面６００は、ディスプレイ表面６６０に近接して配置される。光学イメージングシステム６０５は、光学要素６５０に隣接する光学レンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学要素６５０は、ディスプレイ表面６６０に対するよりも光学レンズに対して、より近くに配置されている。構造化光学表面６００は、サブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した対応する画像化されたサブピクセルとして、画像表面６６２上に画像化する。サブピクセル６４５ａ、６４５ｂ及び６４５ｃはそれぞれ、対応する画像化されたサブピクセル６４７ａ、６４７ｂ及び６４７ｃとして画像化される。サブピクセル６４５ａと６４５ｂとの間の間隙は、画像化された間隙６４８として画像化され、サブピクセル６４５ｂと６４５ｃとの間の間隙は、画像化された間隙６４９として画像化される。
【００２８】
光学イメージングシステム６０５は、サブピクセル及び間隙の仮想画像又は実画像を提供するように構成されてもよい。図示した実施形態では、画像化されたサブピクセル及び画像化された間隙は仮想画像である。画像表面６６２上に仮想画像を形成する光６７８を図６Ａに示す。図６Ｂは、構造化光学表面６００によって回折される光６８０を示す光学イメージングシステム６０５の概略断面図である。構造化光学表面６００は、光を回折させ、回折された光が、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化されたサブピクセル間の間隙を少なくとも部分的に満たすように構成されている。例えば、光６８０は、画像化されたサブピクセル６４７ａと６４７ｂとの間の画像化された間隙６４８内に回折される。図示した実施形態では、光６８０は画像化された間隙６４８を事実上は部分的に満たす。すなわち、観察者６９９には、光６８０が画像化された間隙６４８から生じるように見える。
【００２９】
焦点面６８２に至る構造化光学表面６００の焦点距離ｆ、光学イメージングシステム６０５の物体距離ＯＤ、及び光学イメージングシステム６０５の像距離ＩＤを図６Ｂに示す。これらの距離は、１／ｆ＝１／ＯＤ−１／ＩＤによって関連している。いくつかの実施形態では、ＩＤは非常に大きく（例えば、ヘッドマウントディスプレイ用途では、画像表面６６２が名目上は無限遠であることが望ましい場合がある）、ｆ≒ＯＤであり、よって焦点面６８２は、ディスプレイ表面６６０に近いか、又は実質的に一致する。いくつかの実施形態では、構造化光学表面６００は、直交する第１の方向及び第２の方向（例えば、ｘ方向及びｙ方向）に光学的パワーを有する。いくつかの実施形態では、光学的パワーは、第１の方向及び第２の方向において同じ又はほぼ同じであり、焦点面６８２は、平面状又は実質的に平面状である。
【００３０】
図示した実施形態では、光学要素６５０は、構造化光学表面６００を含む。光学要素６５０は、図示するように、構造化光学表面６００がディスプレイ表面６６０に向かうように面して配置されてもよく、又は光学要素は、構造化光学表面６００がディスプレイ表面６６０から離れるように面して配置されてもよい。光学要素６５０は、例えば、光学要素３５０又は４５０について説明したとおりであってもよい。光学イメージングシステム６０５は、屈折光学要素（例えば、光学レンズ）、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、折り返し光路を提供するように構成された構成要素を含んでもよい、追加の光学要素を更に含んでもよい。
【００３１】
回折された光が、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化された間隙を部分的に満たすことは、回折されたが、いかなる画像化されたサブピクセル上にも集束されていない光の平均強度が、画像化されたサブピクセル上に集束された光の平均強度の２５％未満であることを意味する。平均強度は、画像化されたサブピクセルにわたる強度の平均を指し、これは、観察者６９９の視点から見て、画像化されたサブピクセルから発生するように見える光のパワーである。いくつかの実施形態では、回折されたが、画像化されたサブピクセル上に集束されていない光の平均強度は、画像化されたサブピクセル上に集束された光の平均強度の２０％未満、又は１５％未満、又は１０％未満、又は５％未満である。いくつかの実施形態では、第１のサブピクセルから、異なる第２のサブピクセルに対応する任意の画像化されたサブピクセル上に回折された光の平均強度は、第２のサブピクセルに対応する画像化されたサブピクセルの平均強度の２５％未満である。いくつかの実施形態では、第１のサブピクセルから、異なる第２のサブピクセルに対応する任意の画像化されたサブピクセル上に回折された光の平均強度は、第２のサブピクセルに対応する画像化されたサブピクセルの平均強度の２０％未満、又は１５％未満、又は１０％未満、又は５％未満である。
【００３２】
図７Ａ〜７Ｅは、画像化された間隙内の回折された光のパターンを示す。図７Ａは、複数のサブピクセル１０４５ａ〜１０４５ｄを含むピクセル１０４５の概略上面図である。いくつかの実施形態では、例えば、サブピクセル１０４５ａは赤色のサブピクセルであり、サブピクセル１０４５ｂは青色のサブピクセルであり、サブピクセル１０４５ｃ及び１０４５ｄは緑色のサブピクセルである。図７Ｂは、ピクセル１０４５のアレイの概略上面図である。図７Ｃは、構造化光学表面によって生成された、ピクセル１０４５の画像化されたアレイ１０６２の概略上面図である。画像化されたサブピクセル１０６７が示される。構造化表面は、画像化されたサブピクセル１０６７を生成しているサブピクセルによって生成された光の一部を、画像化されたサブピクセル間の間隙内の領域１０７３内へと回折させる。領域１０７３は、画像化されたサブピクセル１０６７と同様の形状及びサイズを有してもよく、又は領域１０７３の形状及び／又はサイズは、画像化されたサブピクセル１０６７の形状及び／又はサイズと異なっていてもよい。異なる領域１０７３は、異なる回折次数に対応し得る。領域１０７３のパターンは、構造化光学表面の対称性を反映し得る。例えば、図示したパターンは、４回対称性を有する構造化光学表面によって生成され得る。他のサブピクセルは、図７Ｄに概略的に示すように、他の画像化されたサブピクセル間の間隙内に回折される光を提供することになる。
【００３３】
サブピクセル間の間隙内に回折された光は、ある程度はサブピクセルと重なってもよく、依然として、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化された間隙を部分的に満たすと考えられる。これを、構造化光学表面によって生成されたピクセル１０４５の画像化されたアレイ１０６２ｅの概略上面図である図７Ｅに概略的に示す。構造化表面は、画像化されたサブピクセル１０６７を生成しているサブピクセルによって生成された光の一部を、画像化されたサブピクセル間の間隙内の領域１０７３ｅ内へと回折させる。画像化されたサブピクセル１０６７を生成しているサブピクセルによって生成された光のうち、隣接するサブピクセルに行く部分は比較的少ない。他のサブピクセルが提供する光は、他の画像化されたサブピクセル間の間隙内へと回折される（例えば、図７Ｄを参照）。
【００３４】
本明細書に記載される構造化光学表面のいずれも、仮想現実又は拡張現実ディスプレイなどのヘッドマウントディスプレイに使用することができる光学イメージングシステムにおいて使用することができる。図１８はヘッドセット１８００の概略上面図であり、ディスプレイ部分１８０５、及びヘッドセット１８００をユーザの頭部に装着するためのフレーム部分１８８９を含む。ディスプレイ部分１８０５は、本明細書の他の箇所で説明される、構造化光学表面又は光学イメージングシステムのいずれかを含んでもよい。１つ、又は２つ（例えば、それぞれの目に１つ）の構造化光学表面、及び／又は光学イメージングシステムが、ディスプレイ部分１８０５に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ヘッドセット１８００は、仮想現実ヘッドセット、又は拡張現実ヘッドセット、又は複合現実ヘッドセット、又は仮想現実モード、拡張現実モード、及び複合現実モードからなる群から選択される少なくとも２つのモードを含む異なるモード間で切り替え可能なヘッドセットである。有用なヘッドセット設計は、例えば、米国特許出願公開第２０１６／００２５９７８号（Ｍａｌｌｉｎｓｏｎ）、同第２０１６／０３４９５０９号（Ｌａｎｉｅｒら）、同第２０１６／０３５３０９８号（Ｓｔｅｉｎ）、及び同第２０１７／０２４２２６２号（Ｆｕｃｈｓ）に記載されている。
【００３５】
以下は、本明細書の例示的な実施形態の列挙である。
【００３６】
実施形態１は、構造化光学表面であって、構造化光学表面は、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の３次元構造体を備え、間隙によって離間した少なくとも２つのサブピクセルを備える少なくとも１つのピクセルを有するピクセル化されたディスプレイ表面を備える光学イメージングシステムに構造化光学表面が組み込まれた場合、構造化光学表面は、少なくとも２つのサブピクセルを、対応する画像化された間隙によって離間した少なくとも２つの対応する画像化されたサブピクセルとして画像表面上に画像化し、構造化光学表面は光を回折させ、回折された光が、少なくとも２つの画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす。
【００３７】
実施形態２は、第１のフレネルパターンが、第１の中心を有し、第２のフレネルパターンが、第１の中心から約１ミリメートル〜約２０ミリメートルの範囲にある距離だけ離間した第２の中心を有する、実施形態１に記載の構造化光学表面である。
【００３８】
実施形態３は、複数の３次元構造体内の少なくとも１つの３次元構造体が、約１０ミリメートル〜約１００ミリメートルの範囲にある最大横方向寸法を有する、実施形態１に記載の構造化光学表面である。
【００３９】
実施形態４は、約１０ミリメートル〜約１００ミリメートルの範囲にある焦点距離を有する、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４０】
実施形態５は、複数の３次元構造体が、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成される、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４１】
実施形態６は、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６である、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４２】
実施形態７は、ｎ≧３である、実施形態６に記載の構造化光学表面である。
【００４３】
実施形態８は、ｎ≧４である、実施形態６に記載の構造化光学表面である。
【００４４】
実施形態９は、ｎ≦１４である、実施形態６に記載の構造化光学表面である。
【００４５】
実施形態１０は、ｎ≦１２である、実施形態６に記載の構造化光学表面である。
【００４６】
実施形態１１は、画像化されたサブピクセル及び画像化された間隙が仮想画像である、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４７】
実施形態１２は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿った光学的パワーを有する、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４８】
実施形態１３は、構造化光学表面の焦点距離に位置する焦点面を備え、ディスプレイ表面が焦点面に近接して配置されている、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００４９】
実施形態１４は、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の構造化光学表面と、反対側を向いた主表面と、を備える光学要素である。
【００５０】
実施形態１５は、反対側を向いた主表面が実質的に平面状である、実施形態１４に記載の光学要素である。
【００５１】
実施形態１６は、反対側を向いた主表面が湾曲している、実施形態１４に記載の光学要素である。
【００５２】
実施形態１７は、反対側を向いた主表面が１つ以上のフレネルパターンを備える、実施形態１４に記載の光学要素である。
【００５３】
実施形態１８は、樹脂又は光学的に透明な接着剤内に埋め込まれている、実施形態１４〜１７のいずれか１つに記載の構造化光学要素である。
【００５４】
実施形態１９は、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６であり、複数の３次元構造体は、ｍ≧ｎであるｍ個のフレネルパターンの交差によって形成される、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００５５】
実施形態２０は、ｍがｎよりも大きい、実施形態１９に記載の構造化光学表面である。
【００５６】
実施形態２１は、少なくとも第１のフレネルパターン及び第２のフレネルパターンの各フレネルパターンが同じフレネルパターンである、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の構造化光学要素である。
【００５７】
実施形態２２は、少なくとも第１のフレネルパターン及び第２のフレネルパターンにおける少なくとも１つのフレネルパターンが、少なくとも第１のフレネルパターン及び第２のフレネルパターンにおける少なくとも１つの他のフレネルパターンとは異なる、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の構造化光学要素である。
【００５８】
実施形態２３は、光学イメージングシステムであって、
画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面と、
ピクセル化されたディスプレイ表面に近接して配置された、実施形態１〜２２のいずれか１つに記載の構造化光学表面と、を含む。
【００５９】
実施形態２４は、構造化光学表面であって、複数の構造体を備え、電磁スペクトルの可視域内に波長を有する垂直入射光について、構造化光学表面が入射光の第１の部分を、対応する複数の異なる方向に伝搬する複数の回折次数へと実質的に回折させ、かつ入射光の異なる第２の部分を実質的に屈折させ、実質的に屈折された光が構造化光学表面と斜角をなす。
【００６０】
実施形態２５は、構造化光学表面であって、複数の構造体を備え、電磁スペクトルの可視域内に波長を有する垂直入射光について、構造化光学表面は、入射光を、幾何光学を用いて十分には説明されない複数の方向に沿って伝搬する第１の部分と、幾何光学によって十分に説明される方向に沿って伝搬する第２の部分とを有する透過光として透過させ、第２の部分の方向は構造化光学表面と斜角をなす。
【００６１】
実施形態２６は、複数の構造体が、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成される、実施形態２４又は２５に記載の構造化光学表面である。
【００６２】
実施形態２７は、複数の構造体が、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成される、実施形態２６に記載の構造化光学表面である。
【００６３】
実施形態２８は、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６である、実施形態２４〜２７のいずれか１つに記載の構造化光学表面である。
【００６４】
実施形態２９は、光学イメージングシステムであって、
画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面と、
ピクセル化されたディスプレイ表面に近接して配置された、実施形態２４〜２８のいずれか１つに記載の構造化光学表面と、を含む。
【００６５】
実施形態３０は、光学イメージングシステムであって、
画像を表示するための、複数の間隙によって分離された複数のサブピクセルを備える複数のピクセルを備える、ピクセル化されたディスプレイ表面と、
複数のサブピクセル及び間隙を、複数の画像化された間隙によって分離された複数の画像化されたサブピクセルとして、光学イメージングシステムの画像表面上に画像化し、ディスプレイ表面からの光を回折させ、回折された光が、画像化されたサブピクセルのいずれにも実質的に重なることなく、複数の画像化された間隙を少なくとも部分的に満たす、ハイブリッド屈折及び回折光学表面と、を備える。
【００６６】
実施形態３１は、ハイブリッド屈折及び回折光学表面が、少なくとも第１のフレネルパターンと第２のフレネルパターンとの交差によって形成された複数の３次元構造体を備える、実施形態３０に記載の光学イメージングシステムである。
【００６７】
実施形態３２は、複数の３次元構造体が、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成される、実施形態３１に記載の光学イメージングシステムである。
【００６８】
実施形態３３は、ハイブリッド屈折及び回折光学表面が、ｎ回対称性を有し、２≦ｎ≦１６である、実施形態３０〜３２のいずれか１つに記載の光学イメージングシステムである。
【００６９】
実施形態３４は、実施形態２３又は２９又は３３のいずれか一実施形態に記載の光学イメージングシステムを備えるヘッドセットである。
【００７０】
実施形態３５は、実施形態３４に記載のヘッドセットであって、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、又は複合現実ヘッドセットのうちの少なくとも１つであるヘッドセットである。
【実施例】
【００７１】
ピクセル化されたディスプレイパネルと、５０ｍｍの直径、４０ｍｍの焦点距離を有し、光学レンズに隣接して配置され、ディスプレイパネルに面した構造化光学表面を有するイメージングレンズとを含む光学イメージングシステムを、スカラー回折を用いてモデル化した。構造化光学表面は、２〜１６個のフレネルパターンの交差によって形成された複数の３次元構造体を含む。構造化光学表面を持たないイメージングレンズの光伝達関数（ＯＴＦ）及び点像分布関数（ＰＳＦ）を図８〜図９に示す。
【００７２】
２つのフレネルパターンの交差によって形成された３次元構造体を含み、２回対称性を有する、構造化光学表面の上面図を図１０に示す。イメージングレンズを有する光学イメージングシステムにおけるこの構造化光学表面についての、ｘ方向に沿った断面におけるＯＴＦ及びＰＳＦを図１１〜図１２に示す。ＰＳＦは２つのピークを呈し、これらピークは両方とも、断面で見た図１２において視認可能である。
【００７３】
８つのフレネルパターンの交差によって形成された３次元構造体を含み、８回対称性を有する構造化光学表面の上面図を図１３に示す。イメージングレンズを有する光学イメージングシステムにおけるこの構造化光学表面についての、ｘ方向に沿った断面におけるＯＴＦ及びＰＳＦを図１４〜図１５に示す。ＰＳＦは、近似的に円の周囲に配置された８つのピークを呈した。これらピークのうちの２つは、断面で見た図１５において視認可能である。
【００７４】
１６個のフレネルパターンの交差によって形成された３次元構造体を含み、１６回対称性を有する構造化光学表面を含む光学イメージングシステムをモデル化した。イメージングレンズを有する光学イメージングシステムにおけるこの構造化光学表面についての、ｘ方向に沿った断面で見たＯＴＦ及びＰＳＦを図１６〜図１７に示す。ＰＳＦは、近似的に円の周囲に配置された１６個のピークを呈した。これらピークのうちの２つは、断面で見た図１７において視認可能である。
【００７５】
本明細書の他の箇所で説明されるように、２個、４個、８個、及び１６個の交差するフレネルパターンの交差によって形成された３次元構造体を有する構造化光学表面について、スクリーンドア効果指数を決定した。結果を表１に報告する。
【表１】
2021507300.tif 000003
【００７６】
「約（about）」などの用語は、それらが本発明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るだろう。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」の使用が、本発明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」は、特定の値の１０パーセント以内を意味するものと理解される。特定の値の約として与えられる量は、正確にその特定の値であってもよい。例えば、本発明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１の値を有する量は、０．９〜１．１の値を有する量かつその値が１であり得ることを意味する。
【００７７】
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。
【００７８】
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】
2021507300.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2021507300.tif 000011
【図６Ａ】
2021507300.tif 000012
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2021507300.tif 000015
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2021507300.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2021507300.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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