(57)【要約】仮想または拡張現実装置は、（ｉ）表示面を含む表示要素と、（ｉｉ）表示要素から空気間隔で離間したレンズとを含み、表示要素またはレンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである。
2020518851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想または拡張現実装置において、
（ｉ）表示面を含む表示要素と、
（ｉｉ）前記表示要素から空気間隔で離間したレンズと
を含み、
前記表示要素または前記レンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである装置。
【請求項２】
（ｉ）前記迷光削減構造物面は、複数のナノ構造物を含むものであるか、または、
（ｉｉ）前記装置は、各々が複数のナノ構造物を含む複数の迷光削減構造物面を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各前記複数のナノ構造物は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有するものである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
（ｉ）前記レンズは、前記表示要素の直前に位置するものであるか、および／または、
（ｉｉ）前記レンズは、湾曲した屈折面、および、湾曲した反射面を含むものである、
請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記レンズは、湾曲した屈折面、および、湾曲した反射面を含むものであり、
ビームスプリッタが、前記レンズと前記表示要素の間に位置するものである、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
（ｉ）前記迷光削減構造物面は、被膜を含むものであるか、または、
（ｉｉ）前記迷光削減構造物面は、構造反射防止膜を含むものである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記表示要素は、（ｉ）前記迷光削減構造物面を含み、前記表示面と該迷光削減構造物面の間に位置する回折要素を更に含み、好ましくは、該迷光削減構造物面は、構造反射防止膜を含むものであるか、または、
前記表示要素は、（ｉｉ）反射防止面、および、前記反射防止面より下方に配置された回折要素を含む透明基板を含み、前記透明基板は、前記表示面のピクセル化ディスプレイの前に配置された場合に、前記ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隔を少なくとも部分的に削減するものである、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記表示要素は、反射防止面、および、前記反射防止面より下方に配置された回折要素を有する透明基板を、更に含むものであり、前記透明基板は、前記表示面のピクセル化ディスプレイの前に配置された場合に、前記ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隔を少なくとも部分的に削減するものであり、
（Ｉ）前記回折要素は、（ｉ）前記基板の前記反射防止面の反対側の第２の表面に配置されたものであるか、または、（ｉｉ）前記第２の表面に一体化されたものであるか、または、（ｉｉｉ）周期的格子、擬似周期的格子、非周期的格子、および、ランダムな位相パターンのうち１つを、該第２の表面に配置されて含むものであるか、並びに／若しくは、
（ＩＩ）前記透明基板は、前記反射防止面の反対側の前記第２の表面、および、該反射防止面と該第２の表面の間のバルク部分を含み、前記回折要素は、前記バルク部分に配置されたものである、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
拡張現実装置において、
表示面を含む表示要素と、
凹状の屈折面を有し、前記表示要素から空気間隔で離間した少なくとも１つのレンズと
を含み、
前記表示要素または前記レンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである装置。
【請求項１０】
（ｉ）前記迷光削減構造物面は、被膜を含むものであり、好ましくは、被膜は構造反射防止膜、例えば、複数のナノ構造物を有する反射防止膜であり、更に好ましくは、各々が１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有する複数のナノ構造物を有する反射防止膜であるか、または、
（ｉｉ）前記装置は、各々が複数のナノ構造物を有する複数の迷光削減構造物面を更に含み、好ましくは、各前記複数のナノ構造物は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有するものである、請求項９に記載の拡張現実装置。
【請求項１１】
前記表示面と前記構造反射防止膜の間に位置する回折要素を、
更に含む、請求項１０に記載の拡張現実装置。
【請求項１２】
（Ｉ）前記少なくとも１つのレンズおよび前記表示要素は、観察者の視線に垂直ではないものであるか、または、
（ＩＩ）前記少なくとも１つのレンズは、前記表示要素から離間し、前記表示面に対し凹状の入射屈折面を有し、更に、該表示面に対し凹状で、該表示面に垂直な主軸を有する反射面を有するものであり、
ビームスプリッタープレートが、前記表示面と前記レンズの間の自由空間に配置され、それは、観察者の視線に斜めの第１および第２の平行面を有するものである、請求項９に記載の拡張現実装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１７年４月２８日出願の米国仮特許出願第６２／４９１，７８３号、および、２０１７年６月２７日出願の米国仮特許出願第６２／５２５，３９１号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、構造物を含む面を有する仮想現実装置および拡張現実装置に関し、より具体的には、迷光を制御する構造物面を有する頭部に装着可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
仮想現実（ＶＲ）および拡張現実ヘッドセットは、観察者に没入型視覚的経験を提供する。しかしながら、これらの装置は空気間隔で離間した多数の光学要素を含むので、望まない迷光が、これらの要素の１つ以上の表面から反射して、観察者の目に向かって伝播し、観察者に提供される画像の画質を低下させうる。
【０００４】
本明細書で参照するいずれの技術も、従来例を構成すると認めるものではない。本出願人は、いずれの参照文献についても、精度および妥当性について申し立てる権利を明らかに留保するものである。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一実施形態は、仮想または拡張現実装置に関し、それは、
（ｉ）表示面を含む表示要素と、
（ｉｉ）表示要素から空気間隔で離間したレンズと
を含み、表示要素またはレンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである。
【０００６】
いくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、複数のナノ構造物を含む。いくつかの実施形態によれば、複数のナノ構造物は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、仮想または拡張現実装置は、複数の迷光削減構造物面を含む。いくつかの実施形態によれば、レンズおよび表示要素の両方が、複数のナノ構造物を含む、少なくとも１つの迷光削減構造物面を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、レンズは、少なくとも１つの湾曲した屈折面を有する。いくつかの実施形態によれば、屈折面は、凸状または凹状のいずれかである。いくつかの実施形態によれば、仮想または拡張現実装置は、少なくとも１つの反射面を含む。いくつかの実施形態によれば、装置は、少なくとも１つの湾曲した反射面を含む。
【０００９】
装置のいくつかの実施形態によれば、表示要素は、観察者の視線に略垂直になるように位置する。装置のいくつかの実施形態によれば、表示要素およびレンズは、観察者の視線に略垂直となるように位置する。装置のいくつかの実施形態によれば、レンズの主軸は、観察者の視線に略垂直である。装置のいくつかの実施形態によれば、レンズおよび表示要素は、観察者の視線を遮るように位置する。装置の他の実施形態によれば、レンズおよび表示要素は、観察者の視線を遮らないように位置する。
【００１０】
仮想または拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、被膜を含む。仮想または拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、構造物膜を含む。仮想または拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、ナノ構造物膜を含む。
【００１１】
仮想現実または拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、反射防止面である。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、表示要素は、表示面、および、回折要素を含み、回折要素は、表示面と迷光削減構造物面の間に位置する。いくつかの実施形態によれば、表示要素の迷光削減構造物面は、構造反射防止膜である。いくつかの実施形態によれば、反射防止膜は、複数のナノ構造物を含む。
【００１３】
仮想または拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、表示要素の迷光削減構造物面は、（ａ）構造反射防止膜または構造反射防止面と、（ｂ）回折要素とを含み、回折要素は、（ｉ）表示面と構造反射防止膜との間、および／または、（ｉｉ）表示面と構造反射防止面との間のいずれかに位置する。
【００１４】
本開示の更なる実施形態は、拡張現実装置に関し、それは、
（ｉ）表示面を含む表示要素と、
（ｉｉ）凹状の屈折面を含み、表示要素から離間した少なくとも１つのレンズと
を含み、表示要素またはレンズの少なくとも１つは、少なくとも１つの迷光削減構造物面を含む。いくつかの実施形態によれば、拡張現実装置は、２つのレンズ要素を含む。いくつかの実施形態によれば、拡張現実装置は、少なくとも１つのレンズ要素、および、ミラーを含む。いくつかの実施形態によれば、少なくとも１つの迷光削減構造物面は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有する複数のナノ構造物を含む。
【００１５】
本開示の更なる実施形態は、拡張現実装置に関し、それは、
（ｉ）表示面を含む表示要素と、
（ｉｉ）凹状の屈折面を含み、表示要素から空気間隔で離間したレンズと
を含み、表示要素またはレンズ要素の少なくとも１つは、少なくとも１つの迷光削減構造物面を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、拡張現実装置の迷光削減構造物面は、構造反射防止面、および／または、構造反射防止膜である。拡張現実装置のいくつかの実施形態によれば、レンズは、メニスカスレンズである。いくつかの実施形態によれば、表示面は、観察者の視線に垂直ではない。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、少なくとも１つのレンズは、表示要素から離間して、表示面に対し凹状の入射屈折面、および、表示面に対し、同じく凹状の反射面を有し、反射面の主軸は、表示面に垂直であり、ビームスプリッタープレートは、表示面とレンズの間の自由空間に配置され、観察者の視線に斜めの第１および第２の平行面を有するものである。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、表示要素は、迷光削減構造物面、および、表示面と迷光削減構造物面との間に位置する回折要素を含む。いくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、構造反射防止膜、または、構造反射防止面を含む。いくつかの実施形態によれば、迷光削減構造物面は、複数のナノ構造物を含む。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、表示要素の迷光削減構造物面は、構造反射防止膜または反射防止面を含み、表示要素は、表示面と、構造反射防止膜または構造反射防止面との間に位置する回折要素を更に含む。
【００２０】
拡張現実または仮想現実装置のいくつかの実施形態によれば、表示要素は、反射防止面、および、反射防止面より下方に配置された回折要素を含む透明基板を更に含み、透明基板は、表示面のピクセル化ディスプレイの前に配置された場合に、ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隙を、少なくとも部分的に削減する。
【００２１】
更なる特徴および利点を、次の詳細な説明に記載し、それは、部分的には、当業者には、記載から容易に明らかであるか、または、明細書、請求項、および、添付の図面に示した実施形態を行うことで分かるだろう。
【００２２】
ここまでの概略的記載、および、次の詳細な記載の両方が例示にすぎず、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図すると理解すべきである。
【００２３】
添付の図面は、更なる理解のために含められ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、明細書の記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】仮想現実装置の概略的断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの仮想現実装置内を伝播する迷光を概略的に示している。
【図２Ａ】一実施形態の仮想現実装置の概略的断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの仮想現実装置内を伝播する迷光を概略的に示している。
【図３Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的な反射防止構造物膜面を示している。
【図３Ｂ】本明細書に記載の例示的な反射防止構造物膜面の他の実施形態を示している。
【図３Ｃ】本明細書に記載の例示的な反射防止構造物膜面の他の実施形態を示している。
【図３Ｄ】本明細書に記載の例示的な反射防止構造物膜面の他の実施形態を示している。
【図３Ｅ】本明細書に記載の例示的な反射防止構造物膜面の他の実施形態を示している。
【図４】他の実施形態の仮想現実装置の概略的断面図である。
【図５】矩形の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）のサブピクセルを含むピクセルを、概略的に示している。
【図６】透明基板とピクセル化ディスプレイとを含む表示要素の概略的断面図である。
【図７】拡張現実装置の実施形態の概略的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１Ａは、仮想現実装置を概略的に示す断面図である。図１Ａに示した仮想現実装置５の光学システム１０は、観察者が見ることになるシーンＡ（物体）を表示する表示要素１２、および、表示要素１２と観察者の目１６の間に位置する少なくとも１つのレンズ１４を含む。表示要素、および、少なくとも１つのレンズ１４は、筐体２０によって支持される。任意で、更に多くの光学要素が、筐体２０内にあってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、表示要素１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または、ＯＬＥＤディスプレイを含みうる。他の表示要素１２も利用しうる。
【００２６】
図１Ａは、観察者の網膜に物体Ａの画像Ａ’を形成する３つの光線１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの光路を示している。図１Ａに示すように、光線１８Ａ、１８Ｂは、単一の物点から始まり、仮想現実ＶＲ装置５の光学システム１０の光学要素によって形成された光学システムを通る。光線１８Ｃは、異なる物点から始まり、光軸ＯＡに沿って伝播している。
【００２７】
図１Ｂは、図１Ａに示した仮想現実装置の光学システム内の迷光の伝播を示している。より具体的には、図１Ｂは、鏡面反射による迷光の光線が、観察者の目に向かって伝播するのを示している。図示した鏡面反射による迷光の光線（光線１７Ａ）は、光学特性を有する面から始まるか、または、それからの反射によって生成され、光学界面での反射法則、つまり、θ入射＝−θ反射に従ったものである。迷光の光線１７Ａが目に向かって伝播しうる場合、光線は、網膜上に結像されて、画像Ａ′の画質を低下させる。図１Ｂは、拡散散乱面Ｄ、例えば、迷光を削減するように設計された表面からの反射で生成された拡散する迷光の光線（光線１７Ｂ）も示している。後者の場合、入射光線は、反射を生じうる場合の反射光線の立体角の中に散乱する。図示のために、図１Ｂは、各拡散反射位置から始まった単一の（拡散）迷光の光線だけを示している。しかしながら、実際には、単一の入射点から、多数の迷光の光線が、拡散反射により生成される（不図示）。迷光の光線１７Ｂは、光学要素の光学面（例えば、表示面またはレンズ面）から反射し（または、そこを通って、屈折し）、目に向かって伝播し、装置の全体的な画質を低下させる。
【００２８】
光学システムでの迷光による影響は、画像の歪み、散乱、および、コントラストの低下という態様で、画質を大きく低下させる。硬い光学反射防止膜を、物理蒸着または化学蒸着技術を介して、レンズの表面、および、表示面に加えて、迷光の伝播を最小にしうる。しかしながら、これらの技術は、技術的に複雑であり、更に、消費者向け電子製品に必要な大量生産を行うように規模拡大するのが容易でなく、したがって、典型的には、コストが高すぎる。
【００２９】
本明細書に記載の実施形態は、ナノ構造光学面を用いて、迷光、および、それにより生じる、観察者がＶＲまたはＡＲ装置を用いて観察する画像の画質低下を削減して、なくすか、または、最小にする。本明細書で用いるように、ナノ構造物面または膜は、１ｎｍより高く、１マイクロメートル未満（例えば、３ｎｍから５００ｎｍ、１０ｎｍから５００ｎｍ、１０ｎｍから４００ｎｍ、または、５０ｎｍから３５０ｎｍ）の高さ、および、幅を有する複数のナノサイズ構造物ＮＳを備えた構造物面を含むものである。図２Ａは、光学要素の表面に位置する迷光削減構造物面、例えば、ナノ構造反射防止面または膜（ＡＲＳ、ＡＲＣ）を備えた光学システム１０を示している。いくつかの実施形態によれば、光学要素の表面は、それと一体に形成されうる迷光削減構造物面、例えば、ナノ構造反射防止面ＡＲＳを含む。より具体的には、図２Ａは、例えば、レンズ１４の２つの光学面および表示要素１２の前面（表示面）に加えられた反射防止ナノ構造物膜１４ａ、１４ｂ、１２ａを示している。いくつかのＡＲまたはＶＲ装置の実施形態において、光学システム１０は、更なる光学要素（例えば、ミラー、プレート、ビームスプリッタ、偏光子、または、他のレンズ要素）を用い、これらの追加の構成要素も、１つ以上の反射防止ナノ構造物面または膜を含みうる。これらの追加の光学要素は、表示要素と観察者の間、例えば、表示要素１２とレンズ１４の間に位置しうる。ナノ構造光学面は、例えば、ナノ構造反射防止膜（ＡＲＣ）、または、光学要素の表面に直接形成された反射防止ナノ構造物面（ＡＲＳ）を含みうる。
【００３０】
図２Ｂは、図２Ａに示した光学システム１０内を伝播する迷光の光線を示している。図２Ｂに示したように、ナノ構造反射防止膜または面（ＡＲＣ、ＡＲＳ）１２ａ、１４ａ、および／または、１４ｂなどを用いることで、光学システム内の拡散反射によって生成される迷光の影響を劇的に減らし、更に、鏡面反射による迷光も最小にするか、なくす。これらのナノ構造物膜または面は、可視光領域（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）に亘って、または、具体的な関心波長（例えば、ＵＶ、赤色、青色、または、緑色の波長）での反射を削減しうる。これにより、観察者の目に提供される画像の画質を改良する。
【００３１】
例示的な反射防止ナノ構造反射防止面または膜（ＡＲＳ、ＡＲＣ）を、例えば、図３Ａおよび図３Ｂ〜３Ｅに示している。本明細書に開示の実施形態において、例示的な反射防止ナノ構造物面は、好ましくは、例えば、３ｎｍから４００ｎｍ、５ｎｍから３５０ｎｍ、または、５ｎｍから３００ｎｍなど、４２５ｎｍ未満の周期を有するナノ構造物ＮＳを含む。個々のナノ構造物の幅および高さｈ（または、深さｈ）も、好ましくは、例えば、３ｎｍから４００ｎｍ、５ｎｍから３５０ｎｍ、または、５ｎｍから３００ｎｍなど、４２５ｎｍ未満である。個々のナノ構造物ＮＳは、高くなっているか、または、窪んで、線状隆起部、窪み、溝、または、孔を形成しうる。個々のナノ構造物ＮＳは、例えば、矩形、円筒形、または、円錐形で、断面寸法ｗを有しうる。
【００３２】
図３Ａは、ナノ構造反射防止（ＡＲ）膜面の一実施形態を概略的に示している。このナノ構造反射防止膜ＡＲＣは、一次元に周期的な表面レリーフ構造物を有する。この例示的な実施形態において、周期的なナノ構造物ＮＳは、「ドーム状で」、略半円形の断面を有する。他の実施形態において、ナノ構造反射防止膜ＡＲＣ（または、表面ＡＲＳ）は、三角形、矩形、または、他の断面を有しうる。これらのナノ構造物ＮＳは、必要に応じて、異なるパターンで配置されうる。光学面を二次元に構成することによって、入射光の伝播を更に制御することが可能であり、望まない反射を更に減らす（つまり、迷光を削減する）。図３Ｂ〜３Ｅは、二次元に周期的な例示的な表面レリーフ構造物（複数のナノ構造物ＮＳを含む）を概略的に示している。より具体的には、図３Ｅは、光学要素の外面に位置するナノ構造物面、および、ナノ構造物面の下に（下方に）位置する内部回折要素を示している。本実施形態において、ナノ構造物面は、透明基板１２ｃの上方に位置して、回折面ＤＥは、ナノ構造物面と回折要素の間に挟まれている。その代わりに、次に記載し、図６に示すように、回折面ＤＥは、基板１２ｃの反対側の面に位置して、基板が、回折面とナノ構造物面の間に挟まれうる。
【００３３】
光学システム１０における迷光を、ＰＶＤまたはＣＶＤによる硬い反射防止膜を用いて改善しうるが、本明細書に記載のナノ構造物膜ＡＲＣは、連続式ロールツーロールインプリント処理を用いて、シート状に低コストで製造しうる利点を有し、ＶＲまたはＡＲ装置の光学システム１０における光学要素の光学面に、容易に加えうる。例えば、連続式ロールツーロールインプリント処理を用いて、シート状に低コストで製造された本明細書に記載のナノ構造反射防止膜ＡＲＣを、表示要素１２の表示面、または、平坦または略平坦な面を有する任意の他の構成要素に容易に加えうる。光学システム１０のレンズについて、ナノ構造反射防止膜または面ＡＲＣ、ＡＲＳを、様々な手段によって加えうる。レンズまたは他の光学要素が、光学ガラスから製作され、次に、ナノ構造物面（ＡＲＳ、ＡＲＣ）を、ＰＶＤまたはＣＶＤ処理を通して、それらの構成要素の表面に直接、例えば、湾曲したレンズ面に直接形成しうる。ナノ構造反射防止面（ＡＲＳ）は、エッチングするか、または、ガラス表面へと成形して形成しうる。レンズについて、低コストの代わりの方法の１つは、レンズを、成形自在光学プラスチックから製作して、レンズ成形処理自体の間に、ナノ構造物面ＡＲＳを直接形成することである。最後に、他の適した方法を用いて、上記のようなナノ構造物面を形成しうる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、反射防止面または膜は、少なくとも約８０ｎｍのＲＭＳ値を有する粗い表面部分を含む。例えば、一実施形態において、表示要素１２は、ナノ構造反射防止面または膜１２ａを有する表示面を有し、それは、少なくとも約８０ｎｍ、例えば、８０から３５０ｎｍのＲＭＳ値を有する粗い表面部分を有する。いくつかの実施形態において、反射防止面または膜ＡＲＳ、ＡＲＣは、少なくとも約８０ｎｍのＲＭＳ値を有する粗い表面部分、および、粗くない表面部分を含み、粗くない表面部分は、反射防止面の約０．１までの部分を形成し、粗い表面部分が、反射防止面の残りの部分、または、反射防止面を形成する。いくつかの実施形態において、レンズ面は、少なくとも約８０ｎｍ、例えば、８０〜３５０ｎｍ、または、８０〜３００ｎｍのＲＭＳ値を有する粗い表面部分を有するナノ構造または反射防止面、若しくは、膜１４ａ、１４ｂを有する。
【００３５】
しかしながら、ナノ構造反射防止面は、ぎらつきを生じうる。ぎらつきは、ディスプレイが非常に細かい粒状に見える現象に関連し、粒のパターンは、ディスプレイを見る角度が変わると、ずれるように現れうる。表示のぎらつきは、略ピクセルレベルのサイズ規模で、明るい、暗い、および／または、色の付いた点として現れる。ぎらつきは、例えば、２０１２年５月８日に、Ｎｉｃｋｏｌａｓ  Ｂｏｒｒｅｌｉらによって、「ＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤ  ＡＮＴＩＧＬＡＲＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＳＰＡＲＫＬＥ」という名称で出願された米国特許出願公開第２０１２／０３００３０７号明細書に開示されており、その内容は、参照により、本明細書に全体として組み込まれる。ぎらつきは、ピクセル化ディスプレイ内のサブピクセル、および、それらに関連する間隙と、ナノ構造反射防止面または膜ＡＲＳ、ＡＲＣに関連する周期的構造物との相互作用を通して生じうる。この現象は、ピクセル化ディスプレイと上記構造物膜または面の間に位置する回折要素１２ｂなどの回折要素ＤＥの使用を通して、最小にするか、軽減しうる。ぎらつきは、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）光学システムにおいて、ナノ構造反射防止面を、本明細書に記載の表示要素の表示面と共に用いる場合に、問題となりうる。ぎらつきに関連した問題を軽減または削減するには、回折要素１２ｂを、ピクセル化ディスプレイ１２ｃと、表示部上の構造反射防止膜または面（ＡＲＣ、ＡＲＳ）１２ａとの間に配置して、ＶＲまたはＡＲ光学システムにおいて、ぎらつきを削減しうる。これを、例えば、図４に概略的に示している。
【００３６】
表示要素１２が、ＬＣＤディスプレイなどのピクセル化ディスプレイを含む場合、カラー画像は、概して、ピクセル１００を形成する隣接した赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）のサブピクセル１００ａを用いて生成される。限定するものではない例において、図５は、矩形の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）のサブピクセルを含むピクセル１００を概略的に示しており、サブピクセルのサイズは、Ｘ方向に、ピクセル１００のサイズ（または、ピッチ）の約１／３であり、Ｙ方向には、ピクセル１００のサイズに等しい。このような幾何学形状を有する結果、単一カラー（つまり、赤色、青色、または、緑色）の画像は、ピクセルサイズの約２／３の間隔を有するサブピクセルを構成する。このピクセル間の間隙は、複数のピクセル１００によって生成された画像内で、ある程度のぎらつきを生じる原因となる。ピクセル間の間隙がないか、または、観察者が間隔を知覚しなければ、反射防止面の粗さに関わらず、ぎらつきは、観察されないものとなる。当業者であれば、本開示は、図５に示したもの以外のピクセルおよびサブピクセルの幾何学配置も包含することが分かるだろう。
【００３７】
より具体的には、ＡＲおよびＶＲ装置のいくつかの実施形態において、例えば、図３Ｅ、４、６に示すように、表示要素１２は、上記のような粗いナノ構造反射防止面（または膜）１２ａ、および、被膜するナノ構造反射防止（ＡＲ）表面膜（１２ａ）より下方に位置する回折要素ＤＥ、１２ｂを有する透明基板１２ｃを含む。図６に示すように、いくつかの実施形態において、表示要素１２は、上記のようなナノ構造反射防止面または膜１２ａを有する透明基板１２ｃを含み、更に、透明基板１２ｃの反対側の面上に、または、透明基板１２ｃ内に回折要素１２ｂを含む。透明基板１２ｃは、ピクセル化ディスプレイ１２ｄの前に、光路ＯＰに沿って位置する。いくつかの実施形態において、基板１２ｃは、限定するものではないが、ポリカーボネートシートなどのポリマー材料の透明シートを含む。他の実施形態において、基板１２ｃは、透明なガラスシートを含む。透明基板１２ｃは、平坦なシートであるか、または、例えば、湾曲したシートなどの三次元のシートでありうる。表示要素１２の回折要素ＤＥ、１２ｂは、回折の法則により光を変化させる光学要素であり、ピクセル化ディスプレイ１２ｄのサブピクセル１００ａの間の間隔を埋めて、ぎらつきを削減する周期的格子、擬似周期的格子、非周期的格子、または、ランダムな位相パターンを含みうる。いくつかの実施形態において、格子は、格子周期Ｔおよび回折次数ｋを有する周期的格子であり、周期的格子は、ピクセルから、光学距離Ｄで離間し、ピクセルは、波長λの光を出射し、ｋ・Ｄ・λ／ピッチ＜Ｔ＜２ｋ・Ｄ・λ／ピッチである。いくつかの実施形態によれば、図６に示したように、ＶＲまたはＡＲ装置の表示要素１２は、透明基板１２ｃ、および、ピクセル化ディスプレイ１２ｄを含み、透明基板１２ｃは、ナノ構造反射防止面１２ａ、および、例えば、ナノ構造反射防止面１２ａより下方に配置された回折要素１２ｂなどの回折要素ＤＥを含む。同様の回折要素が、「ＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤ  ＡＮＴＩＧＬＡＲＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＳＰＡＲＫＬＥ」という名称の上記米国特許出願公開第２０１２／０３００３０７号明細書に開示されている。いくつかの実施形態によれば、反射防止面、および、反射防止面より下方に位置する回折要素を有する透明基板は、ピクセル化ディスプレイ１２ｄの前に配置された場合に、ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隙を、少なくとも部分的に削減する。いくつかの実施形態によれば、表示要素１２は、各々がピクセルサイズを有する複数のピクセル１００を含むピクセル化ディスプレイ１２ｄと、ピクセル化ディスプレイ１２ｄの前に、それと略平行に配置されて、かつ、ピクセル化ディスプレイ１２ｄから遠い側にナノ構造反射防止面１２ａを有する透明基板１２ｃと、ナノ構造反射防止面１２ａとピクセル化ディスプレイ１２ｄのピクセル１００の間に配置された回折要素１２ｂとを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態によれば、透明基板１２ｃは、厚さｔ、ナノ構造反射防止面１２ａ、および、ナノ構造反射防止面１２ａより下方に（例えば、ナノ構造物面１２ａとピクセル化ディスプレイ１２ｄの間）配置された回折要素１２ｂを含む。図６に示した実施形態において、回折要素１２ｂは、ナノ構造反射防止面１２ａの反対側の面である、基板１２ｃの第２の表面１２ａ′上に配置される。いくつかの実施形態において、回折要素１２ｂは、透明基板の第２の表面１２ａ′上に配置されたポリマーフィルムまたはエポキシ層内に配置される。他の実施形態において、回折要素１２ｂは、透明基板１２ｃのバルク中で、ナノ構造反射防止面１２ａと第２の表面１２ａ′の間に配置される。ピクセル化ディスプレイ１２ｄは、従来から知られたＬＣＤディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイなどでありうるもので、複数のピクセル１００を含む。ピクセル化ディスプレイ１２ｄは、透明基板１２ｃから（または、回折要素１２ｂがある場合には、それから）、間隙Ｇで離間し、複数のピクセル１００は、回折要素１２ｂから、光学距離ｄで離間する。
【００３９】
いくつかの実施形態において、ナノ構造反射防止面１２ａは、透明基板１２ｃに直接積層された被膜または構造ポリマーフィルム（偏光フィルムのことが多い）を含む。他の実施形態において、ナノ構造反射防止面１２ａは、透明基板１２ｃの表面を、直接、若しくは、耐酸または耐アルカリ性のマスクを通して、化学的にエッチングして形成されうる。
【００４０】
透明基板１２ｃをピクセル化ディスプレイ１２ｄの前に配置した場合、回折要素１２ｂは、光路ＯＰに沿って、ナノ構造反射防止面１２ａとピクセル化ディスプレイ１２ｄの間に位置して、回折要素１２ｂ（および、ナノ構造反射防止面１２ａ）を通して見た場合、ピクセル化ディスプレイ１２ｄによって生成された画像内のピクセル間の間隙が削減される。一実施形態において、ピクセル化ディスプレイ１２ｄによって生成された画像内のピクセル間の間隙は、個々のピクセルの長さ（または、幅）の１／３未満に削減される。いくつかの実施形態において、ピクセル間の間隙は、補助用具を使用しない人間の目には、見えない。
【００４１】
回折要素１２ｂを、ポリマーフィルムとして、基板１２ｃの第２の表面１２ａ′に加えうる。その代わりに、回折要素１２ｂを、第２の表面１２ａ′に、それと一体に形成しうる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ピクセル化ディスプレイ１２ｄと、基板１２ｃまたは回折要素ＤＥとの間の間隙Ｇは、エポキシ（不図示）で充填されて、第２の表面１２ａ′をピクセル化ディスプレイ１２ｄに接触させ、透明基板１２ｃをピクセル化ディスプレイ１２ｄに接着または接合させるようにしている。第２の表面１２ａ′、および、ピクセル化ディスプレイ１２ｄの前面１２ｄ′でのフレネル反射をなくすためには、エポキシは、透明基板１２ｃの屈折率に部分的に一致する屈折率を有するのが好ましい。エポキシは、回折要素１２ｂの屈折率と異なる屈折率を有し、屈折率の差が、フレネル反射を減衰させるのに十分小さいことが好ましい。同時に、エポキシの屈折率は、回折要素の粗さを妥当なレベルに保つのに十分高いものである。例えば、屈折率の差が０．０５の場合、フレネル反射の大きさは、約０．０４％であり、理想的な格子振幅は、正弦波格子と正方形格子について、各々、４．８μｍと３．４μｍである。２０μｍから４０μｍ程度の比較的長い周期を考えると、そのような振幅は、マイクロリソグラフィ、エンボス加工、複製加工などの格子製造処理について実現可能である。
【００４３】
図７は、拡張現実装置の光学システム１０の一実施形態を示している。本開示の態様によれば、拡張現実システムは、
ａ）表示源２４、例えば、表示面（例えば、平坦な表示面２４ａ）から画像担持光を生成する表示要素１２と、
ｂ）表示源から離間し、表示源に対し凹状の入射屈折面２２を有し、更に、例えば、表示源に凹状の反射面２０を有する少なくとも１つのレンズＬ１であって、反射面２０の主軸が、表示源２４に直交または垂直であるレンズＬ１と、
ｃ）表示源２４（例えば、表示要素１２）とレンズＬ１の間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めの第１および第２の平行面を有するビームスプリッタープレート２６とを含む。
本実施形態において、光学要素１２、Ｌ１、２６の表面の少なくとも１つは、１つ以上の上記構造（ナノ構造）面または膜ＡＲＳ、ＡＲＣを含む（例えば、図３Ａ〜３Ｆを参照）。表示要素１２（または、表示源２４）は、ピクセル化ディスプレイを含みうる。したがって、いくつかの実施形態によれば、ぎらつきを削減するために、回折要素ＤＥ、例えば、上記回折要素１２ｂを、拡張現実（ＡＲ）装置の表示要素１２で利用しうる。いくつかの実施形態において、レンズＬ１は、レンズ１４であるか、または、１つより多くのレンズ要素を含みうる。いくつかの実施形態によれば、拡張現実装置は、２つのレンズ要素を含む。いくつかの実施形態によれば、拡張現実装置は、少なくとも１つのレンズ要素、並びに、ミラーまたは反射面を含む。いくつかの実施形態において、レンズ要素は、ミラーまたは反射面から、空気間隔で離間している。例えば、図７のレンズＬ１は、２つ以上の光学要素に分けうるもので、少なくとも、光学パワーを有し、表示要素１２に対向する屈折要素（例えば、レンズ１４）、および、屈折要素の後方に位置するミラーを、レンズ１４がミラーと表示要素の間に位置するように有する。
【００４４】
構造反射防止膜または面ＡＲＣ、ＡＲＳは、レンズ要素の表面２２か、若しくは、ビームスプリッタ２６の表面Ｓ１またはＳ２か、若しくは、表示源２４の表面２４ａに存在しうる。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、表示面２４ａと、表示面２４ａの上方に位置するナノ構造反射防止膜ＡＲＣの間に位置して、ぎらつきを削減する。
【００４５】
したがって、本開示の態様によれば、拡張現実装置は、
（ａ）表示面（例えば、平坦な表示面２４ａ）から画像担持光を生成する表示要素１２、２４と、
（ｂ）表示源から離間し、表示源に対し凹状の非球面の入射屈折面を有し、更に、表示源に対し凹状の非球面反射面を有するレンズＬ１、１４であって、反射面の主軸が、表示面に垂直であるレンズＬ１、１４と、
（ｃ）表示源とレンズの間の自由空間に配置され、観察者の視線に斜めの第１および第２の平行面を有するビームスプリッタープレート２６とを含み、
レンズＬ１、１４およびビームスプリッタープレート２６が、画像担持光について、観察者の視線に沿った観察者のアイボックスを画定するものである。いくつかの実施形態において、光学要素の少なくとも１つの表面は、上記ナノ構造反射防止膜または面ＡＲＣ、ＡＲＳを含む。
【００４６】
いくつかの実施形態によれば、構造反射防止膜または面は、レンズ要素Ｌ１の少なくとも１つの表面（例えば、表面２２）、および／または、ビームスプリッタの表面Ｓ１またはＳ２に存在しうる。更に、構造反射防止膜は、表示面２４ａの上方に位置して、回折要素ＤＥは、表示面２４ａと、表示面２４ａの上方に位置する構造反射防止膜との間に配置されて、ぎらつきを削減しうる。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、ＡＲまたはＶＲ装置の表示装置１２は、反射防止面、および、反射防止面より下方に配置された回折要素ＤＥを含む透明基板を含み、透明基板がピクセル化ディスプレイの前に配置された場合には、透明基板は、ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隔を少なくとも部分的に削減する。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、透明基板の反射防止面の反対側の第２の表面に配置される。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、透明基板の第２の表面に一体化されている。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、第１の屈折率を有し、透明基板の第２の表面は、第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有するエポキシ層と接触する。いくつかの実施形態によれば、透明基板１２ｃは、反射防止面ＡＲＳ、１２ａの反対側の第２の表面１２ａ′、および、反射防止面と第２の表面１２ａ′の間のバルク部分を含み、回折要素ＤＥは、バルク部分に配置される。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、ピクセルサイズの約１／３である格子周期を有する周期的格子である。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、ピクセルサイズ（または、幅）の約１／４から約１／２の格子周期を有する周期的格子である。いくつかの実施形態において、ピクセル幅は、約０．０１５ｍｍから０．０５ｍｍ、例えば、０．０１５ｍｍから０．０２５ｍｍである。いくつかの実施形態において、ピクセル幅は、約０．０４ｍｍから０．０５ｍｍ、例えば、０．０４４ｍｍである。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、第２の表面に配置された周期的格子、擬似周期的格子、非周期的格子、または、ランダムな位相パターンの１つを含む。いくつかの実施形態によれば、回折要素ＤＥは、第２の表面に配置されたポリマーフィルム上に配置される。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、透明基板は、ポリマー材料のシート、または、ガラスシート（例えば、ソーダライムガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、および、アルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスの１つを含む）を含む。いくつかの実施形態によれば、透明基板は、強化ガラスを含む。強化ガラスは、透明基板が、圧縮応力領域を有する少なくとも１つの表面を有するように、イオン交換によって強化されて、その領域は、表面から、ある深さの層へ透明基板内で延伸しうる。強化ガラスは、少なくとも約３５０ＭＰａの圧縮応力を有する領域を有し、圧縮領域の深さは、少なくとも１５μｍでありうる。強化ガラスは、例えば、ニューヨーク州、Ｃｏｒｎｉｎｇ所在のＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能なＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスでありうる。
【００５０】
典型的な実施形態を例示のために示したが、ここまでの記載は、本開示の範囲も、添付の請求項の範囲も制限すると見なされるべきではない。したがって、当業者には、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更、適合、および、代替が可能でありうる。
【００５１】
当業者には、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行いうることが明らかだろう。当業者には、本発明の精神を組み込んだ開示した実施形態の変更、組合せ、部分組合せ、および、変形が可能なので、本発明は、添付の請求項の範囲内の全て、および、それらの等価物を含むと解釈されるべきである。
【００５２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５３】
実施形態１  
仮想または拡張現実装置において、
（ｉ）表示面を含む表示要素と、
（ｉｉ）前記表示要素から空気間隔で離間したレンズと
を含み、
前記表示要素または前記レンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである装置。
【００５４】
実施形態２  
前記迷光削減構造物面は、複数のナノ構造物を含むものである、実施形態１に記載の装置。
【００５５】
実施形態３  
各々が複数のナノ構造物を含む複数の迷光削減構造物面を、
更に含む、実施形態１に記載の装置。
【００５６】
実施形態４  
各前記複数のナノ構造物は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有するものである、実施形態２または３に記載の装置。
【００５７】
実施形態５  
前記レンズは、前記表示要素の直前に位置するものである、実施形態１から４のいずれか１つに記載の装置。
【００５８】
実施形態６  
前記レンズは、湾曲した屈折面、および、湾曲した反射面を含むものである、実施形態１から５のいずれか１つに記載の装置。
【００５９】
実施形態７  
ビームスプリッタが、前記レンズと前記表示要素の間に位置するものである、実施形態６に記載の装置。
【００６０】
実施形態８  
前記迷光削減構造物面は、被膜を含むものである、実施形態１に記載の装置。
【００６１】
実施形態９  
前記迷光削減構造物面は、構造反射防止膜を含むものである、実施形態１に記載の装置。
【００６２】
実施形態１０  
前記表示要素は、前記迷光削減構造物面を含み、前記表示面と該迷光削減構造物面の間に位置する回折要素を、更に含むものである、実施形態１に記載の装置。
【００６３】
実施形態１１  
前記迷光削減構造物面は、構造反射防止膜を含むものである、実施形態１０に記載の装置。
【００６４】
実施形態１２  
前記表示要素は、反射防止面、および、前記反射防止面より下方に配置された回折要素を有する透明基板を、更に含み、前記透明基板は、前記表示面のピクセル化ディスプレイの前に配置された場合に、前記ピクセル化ディスプレイ内のピクセル間の間隔を少なくとも部分的に削減するものである、実施形態１に記載の装置。
【００６５】
実施形態１３  
前記回折要素は、前記基板の前記反射防止面の反対側の第２の表面に配置されたものである、実施形態１２に記載の装置。
【００６６】
実施形態１４  
前記回折要素は、前記第２の表面に一体化されたものである、実施形態１２に記載の装置。
【００６７】
実施形態１５  
前記回折要素は、周期的格子、擬似周期的格子、非周期的格子、および、ランダムな位相パターンのうち１つを、前記第２の表面に配置されて含むものである、実施形態１２に記載の装置。
【００６８】
実施形態１６  
前記透明基板は、前記反射防止面の反対側の第２の表面、および、該反射防止面と前記第２の表面の間のバルク部分を含み、前記回折要素は、前記バルク部分に配置されたものである、実施形態１２または１５に記載の装置。
【００６９】
実施形態１７  
拡張現実装置において、
表示面を含む表示要素と、
凹状の屈折面を有し、前記表示要素から空気間隔で離間した少なくとも１つのレンズと
を含み、
前記表示要素または前記レンズの少なくとも１つは、迷光削減構造物面を含むものである装置。
【００７０】
実施形態１８  
前記迷光削減構造物面は、被膜を含むものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７１】
実施形態１９  
前記迷光削減構造物面は、構造反射防止膜を含むものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７２】
実施形態２０  
前記迷光削減構造物面は、複数のナノ構造物を有する反射防止膜を含むものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７３】
実施形態２１  
各々が複数のナノ構造物を有する複数の迷光削減構造物面を、
更に含む、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７４】
実施形態２２  
各前記複数のナノ構造物は、１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有するものである、実施形態２０または２１に記載の拡張現実装置。
【００７５】
実施形態２３  
前記迷光削減構造物面は、各々が１ｎｍより広く、１マイクロメートル未満の幅を有する複数のナノ構造物を含むものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７６】
実施形態２４  
前記表示面と前記構造反射防止膜の間に位置する回折要素を、
更に含む、実施形態１４または１７に記載の拡張現実装置。
【００７７】
実施形態２５  
前記少なくとも１つのレンズは、前記表示要素から離間し、前記表示面に対し凹状の入射屈折面を有し、更に、該表示面に対し凹状で、該表示面に垂直な主軸を有する反射面を有するものであり、
ビームスプリッタープレートが、前記表示面と前記レンズの間の自由空間に配置され、それは、観察者の視線に斜めの第１および第２の平行面を有するものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【００７８】
実施形態２６  
前記レンズおよび前記表示要素は、観察者の視線に垂直ではないものである、実施形態１７に記載の拡張現実装置。
【符号の説明】
【００７９】
５  仮想現実ＶＲ装置
１０  光学システム
１２  表示要素
１２ａ  ナノ構造反射防止膜または面
１２ｂ  回折要素
１２ｃ  透明基板
１４  レンズ
１４ａ、１４ｂ  ナノ構造反射防止膜または面
１００  ピクセル
【図１Ａ】
2020518851.tif 000003
【図１Ｂ】
2020518851.tif 000004
【図２Ａ】
2020518851.tif 000005
【図２Ｂ】
2020518851.tif 000006
【図３Ａ】
2020518851.tif 000007
【図３Ｂ】
2020518851.tif 000008
【図３Ｃ】
2020518851.tif 000009
【図３Ｄ】
2020518851.tif 000010
【図３Ｅ】
2020518851.tif 000011
【図４】
2020518851.tif 000012
【図５】
2020518851.tif 000013
【図６】
2020518851.tif 000014
【図７】
2020518851.tif 000015
【国際調査報告】
2020518851.tif 000016
2020518851.tif 000017
2020518851.tif 000018