JP2023542160A - 光吸収光学キャビティを含む、光学構造体及び光学システム - Google Patents
光吸収光学キャビティを含む、光学構造体及び光学システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023542160A JP2023542160A JP2023517835A JP2023517835A JP2023542160A JP 2023542160 A JP2023542160 A JP 2023542160A JP 2023517835 A JP2023517835 A JP 2023517835A JP 2023517835 A JP2023517835 A JP 2023517835A JP 2023542160 A JP2023542160 A JP 2023542160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- optical
- light
- absorbing
- disposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 571
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 15
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 12
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 557
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 11
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 8
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- ODIGIKRIUKFKHP-UHFFFAOYSA-N (n-propan-2-yloxycarbonylanilino) acetate Chemical compound CC(C)OC(=O)N(OC(C)=O)C1=CC=CC=C1 ODIGIKRIUKFKHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930091051 Arenine Natural products 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003826 tablet Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
- G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/003—Light absorbing elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/005—Diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
- G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
- G06V40/12—Fingerprints or palmprints
- G06V40/13—Sensors therefor
- G06V40/1318—Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/13338—Input devices, e.g. touch panels
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
光学構造体は、基材上に形成されたマイクロレンズを含むレンズ層と、レンズ層の基材側に配設された少なくとも１つの光吸収光学キャビティと、を含むことができる。各光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む。中間層ではなく、第１の端部層及び第２の端部層の各々が、マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされた複数の貫通開口部を画定する。光学構造体は、２つの光吸収光学キャビティの間に配設された光学的に透明なスペーサ層を含むことができる。光学システムは、光学構造体と、少なくとも１つのプリズムフィルムを含む屈折構成要素と、を含む。
Description
光学素子は、マイクロレンズと、マイクロレンズと位置合わせされたピンホールを有するピンホールマスクと、を含むことができる。
液晶ディスプレイを含むデバイスは、ディスプレイの背後に指紋センサを含み得る。
本明細書は、概して、レンズ層と、少なくとも１つの光吸収光学キャビティと、を含む光学構造体に関する。光学システムは、上記光学構造体を含むことができる。
本明細書のいくつかの態様では、光学構造体が提供される。光学構造体は、基材上に形成され、かつ、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置されている複数のマイクロレンズを含むレンズ層を含む。光学構造体は、レンズ層の基材側に配設された第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティを更に含む。各光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む。中間層ではなく、第１の端部層及び第２の端部層の各々が、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置され、かつ、マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされている、複数の貫通開口部を画定する。光学構造体は、第１の光吸収光学キャビティと第２の光吸収光学キャビティとの間に配設され、かつ、約１マイクロメートル超の平均厚さを有する、光学的に透明なスペーサ層を更に含む。
本明細書のいくつかの態様では、光学構造体が提供される。光学構造体は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを含むレンズ層と、レンズ層から離間し、かつ、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定する、光学的に不透明な第１のマスク層と、を含む。第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む、第１の光吸収光学キャビティを含む。各第１の光学的開口部は、第１の端部層及び第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、中間層には貫通開口部を含まない。光学構造体は、レンズ及び第１のマスク層から離間し、かつ、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第２の光学的開口部を画定する、光学的に不透明な第２のマスク層を更に含む。第１のマスク層は、レンズ層と第２のマスク層との間に配設される。マイクロレンズと第１の光学的開口部及び第２の光学的開口部との間に１対１の対応があり、各マイクロレンズについて、マイクロレンズ並びに対応する第１の光学的開口部及び第２の光学的開口部が、レンズ層に対して同じ角度をなす直線を実質的に中心とするようになっている。画像を担持する画像光が直線に沿ってマイクロレンズに入射し、画像光がマイクロレンズを実質的に満たすようになっているとき、第１の光学的開口部及び第２の光学的開口部のうちの少なくとも１つが、マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている。
本明細書のいくつかの態様では、一体型光学層を含む光学構造体が提供される。一体型光学層は、構造化された第１の主表面及び反対側の第２の主表面を含み、構造化された第１の主表面は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを画定する。一体型光学層は、第１の主表面と第２の主表面との間に配設され、かつ、第１の主表面及び第２の主表面から離間している、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層を更に含む。第１のマスク層は、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定する。マイクロレンズと第１の光学的開口部との間に１対１の対応がある。第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の光学的開口部は、第１の主表面に面した主頂面及び第２の主表面に面した反対側の主底面を有する第１の空白領域を画定する。一体型光学層の、一体型光学層に実質的に垂直な断面内で、その主頂面と主底面とは、第１の空白領域の縁部の近くの離隔距離よりも長い、第１の空白領域の中心の近くの離隔距離を有する。第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む、光吸収光学キャビティを含む。各第１の光学的開口部は、第１の端部層及び第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、中間層には貫通開口部を含まない。
本明細書のいくつかの態様では、一体型光学層を含む光学構造体が提供される。一体型光学層は、構造化された第１の主表面及び反対側の第２の主表面を含み、構造化された第１の主表面は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを画定する。一体型光学層は、第１の主表面と第２の主表面との間に配設され、かつ、第１の主表面及び第２の主表面から離間している、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層を更に含む。第１のマスク層は、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定する。マイクロレンズと第１の光学的開口部との間に１対１の対応がある。第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の光学的開口部は、第１の主表面に面した主頂面及び第２の主表面に面した反対側の主底面を有する第１の空白領域を画定する。一体型光学層の、一体型光学層に実質的に垂直な断面内で、一体型光学層は、第１の空白領域の主頂面及び主底面のうちの少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子を含む。第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む、光吸収光学キャビティを含む。各第１の光学的開口部は、第１の端部層及び第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、中間層には貫通開口部を含まない。
本明細書のいくつかの態様では、本明細書に記載の光学構造体を含む光学システムが提供される。光学構造体は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを含み、かつ、少なくとも１つの光吸収光学キャビティを含む。光学システムは、第１の方向及び第２の方向に沿って延びている液晶ディスプレイと、液晶ディスプレイを照明するように配設されたライトガイドと、液晶ディスプレイとライトガイドとの間に配設された屈折構成要素であって、第１の方向及び第２の方向によって画定される平面に実質的に平行な第１の長手方向に沿って延びる複数の第１のプリズムを含む第１のプリズムフィルムを含む、屈折構成要素と、液晶ディスプレイの反対側でライトガイドに近接して配設された光学センサと、を更に、含む。光学構造体は、マイクロレンズが光学センサとは反対を向くように、ライトガイドと光学センサとの間に配設される。
これら及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、いかなる場合も、この簡潔な概要は、特許請求の範囲の主題を限定するものと解釈されるべきではない。
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。
光学フィルタにおいて、金属層に貫通開口部（例えば、ピンホール）を含むマスク層を使用することができる。しかしながら、金属は、望ましくない反射を引き起こすことがある。本明細書のいくつかの実施形態によれば、少なくとも１つの光吸収光学キャビティを含むマスク層が提供される。あるいは、いくつかの実施形態によれば、光学構造体又は光学層は、２つの端部層の間に配設された光吸収キャビティによって置き換えられたマスク層を有するとして記載され得る。光吸収光学キャビティは、光吸収光学キャビティがないとマスク層から発生する不要な反射を実質的に低減することが分かっている。いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層は、マイクロレンズアレイと、内部を貫通する光学的開口部を有する少なくとも１つの光吸収光学キャビティと、を含む。いくつかの実施形態によれば、本明細書に記載の光学構造体又は光学層は、角度選択性の光学フィルタとして使用され得る。いくつかの実施形態によれば、マスク層からの望ましくない反射を低減することによって、望ましくないクロストーク（例えば、１つのマイクロレンズに入射する光が、別のマイクロレンズに対応する開口部を透過する）を実質的に低減できることが分かっている。
スマートフォン又はタブレットコンピュータ適用例などのいくつかの適用例では、指紋センサを液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の背後に置くことが望ましい。ところが、液晶ディスプレイは多くの場合、液晶ディスプレイパネルの背後に直交プリズムフィルムなどの屈折構成要素を含む。指紋から反射された光は、典型的には、屈折構成要素によって複数のビームセグメントに分割され、これにより、センサに入射するときの指紋の光学画像の品質が劣化することがある。いくつかの実施形態によれば、この画像品質劣化を回避する、又は実質的に低減する光学構造体、光学層、及び光学システムが提供される。
図１Ａ～図１Ｄは、それぞれ、いくつかの実施形態による、マスク層１２５、１２５’、１２５’’及び１２５’’’の一部分の概略断面図である。図１Ａにおいて、マスク層１２５は、光吸収性の第１の端部層１２１と第２の端部層１２２との間に配設された光学的に透明な中間層１２３を含む光吸収光学キャビティ１２０を含む。光学的に透明な中間層１２３、及び／又は他の箇所に記載される他の光学的に透明な中間層は、例えば、ポリマー層又は無機誘電体層とすることができる。いくつかの実施形態では、中間層は、高い屈折率（例えば、５３２ｎｍの波長において、少なくとも約１．７又は少なくとも約２．０）を有することができる。好適な高屈折率材料としては、例えば、ＴｉＯ２、Ｇｅ、及びＳｉが挙げられる。中間層１２３ではなく、第１の端部層１２１及び第２の端部層１２２の各々は、それぞれ、複数の貫通開口部１２６及び１２８を内部に画定する（マスク層１２５の図示された部分には、第１の端部層１２１及び第２の端部層１２２の各々に１つの貫通開口部のみが示されている）。各貫通開口部１２６及び対応する貫通開口部１２８は、マスク層１２５を貫通して光学的開口部１２７を画定する。光学キャビティ１２０は、任意選択で、中間層１２３と第１の端部層１２１との間に層１２４を含むことができ（例えば、図１Ｂ参照）、かつ／又は中間層１２３と第２の端部層１２２との間に層１２４’を含むことができる（例えば、図１Ｃを参照）。マスク層１２５’及び１２５’’について、光学的開口部１２７は、第１の端部層１２１及び層１２４を貫通する貫通開口部１２６を含む。マスク層１２５’’について、光学的開口部１２７は、第２の端部層１２２及び層１２４’を貫通する貫通開口部１２８を含む。層１２４及び１２４’は、中間層１２３と隣接する層との間の接着を改善するための結合層として含まれ得る。
端部層が、例えば、約４００ｎｍ～約１１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長に対して、実質的に垂直に入射する光の少なくとも約５％を吸収する場合、端部層は、光吸収性であるとして記載され得る。端部層について特定される光学吸収率、光学透過率及び光学反射率は、別段の指示がない限り、空気中に浸漬された端部層に関すると理解することができる。いくつかの実施形態では、光吸収光学キャビティの各端部層は、約４００ｎｍ～約１１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長に対して、実質的に垂直に入射する光の少なくとも約１０％を吸収する。いくつかの実施形態では、光吸収光学キャビティの少なくとも１つの端部層（例えば、第１の端部層１２１）は、約４００ｎｍ～約１１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長に対して、実質的に垂直に入射する光の少なくとも２０％、又は少なくとも約２５％を吸収する。
本明細書に記載の光吸収光学キャビティのうちのいずれかは、例えば、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍ、又は少なくとも約４５０ｎｍ～約１１００ｎｍ、又は少なくとも約４００ｎｍ～約６５０ｎｍ、又は少なくとも約４００ｎｍ～約１１００ｎｍに及ぶ波長範囲にわたって光学的に吸収性であり得る（例えば、第１の端部層１２１に入射する実質的に垂直に入射する光に対して、少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％の光学吸収率）であり得る。本明細書に記載の光吸収光学キャビティのうちのいずれかは、端部層の開口部を通してアブレーションするために使用されるレーザ波長において光学的に吸収性であり得る。端部層（例えば、１２１、１２２）は、端部層に入射する光が部分的に吸収され、かつ、部分的に反射される、光吸収性干渉キャビティを画定し得る。いくつかの実施形態では、第１の端部層１２１は、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光に対して、第２の端部層１２２よりも高い平均光学透過率及び／又は高い平均光学吸収率を有する。いくつかの実施形態では、第２の端部層１２２は、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光に対して、第１の端部層１２１よりも高い光学反射率を有する。
本明細書で使用されるとき、光学的に透明な層とは、約４５０ｎｍ～約６５０に及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光に対して、５０％超の平均光学透過率を有する層である。いくつかの実施形態では、光学的に透明な中間層１２３の、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光の平均光学透過率は、少なくとも６０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％である。いくつかの実施形態では、光学的に透明な中間層１２３の、少なくとも約４５０ｎｍ～約１１００ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光の平均光学透過率は、少なくとも５０％超、又は少なくとも６０％超、又は少なくとも８０％超、又は少なくとも９０％超である。光学的に透明であるとして記載される層は、部分的に光学的に吸収性であってもよい。いくつかの実施形態では、光学的に透明な中間層１２３は、光学的に透明な中間層１２３が、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍ又は少なくとも約４５０ｎｍ～約１１００ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光に対して、約１％～約３０％又は約１％～約２０％の光学吸収率を有するように、染料又は顔料を含むポリマー層である。
本明細書に記載の光吸収光学キャビティのうちのいずれかは、任意選択で、第１の端部層と第２の端部層との間に他の層を含むことができる。また、光吸収光学キャビティにおいて有用であることが当該技術分野で知られている他の層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光吸収光学キャビティは、第１の端部層と第２の端部層との間に配設された追加の金属層を含む複合キャビティであり、例えば、追加の金属層と第１の端部層及び第２の端部層の各々との間に誘電体層（例えば、光学的に透明なポリマー層）が配設されている。
層内の貫通開口部は、層を貫通する物理的開口部が存在するように層から材料が除去された開口部である。例えば、レーザアブレーションによって、物理的開口部又は孔を光吸収層（例えば、層１２１、１２２、及び／又は１２４）内に形成することができる。貫通開口部は、物理的開口部又は物理的貫通開口部と称され得る。層を貫通する光学的開口部は、光が光学的開口部を通って層を透過することができるようなものである。光学的開口部は、物理的貫通開口部とすることができ、あるいは、光学的開口部内に材料が存在している場合であっても光学的開口部を通して光が透過できるように処理された材料を有する。例えば、漂白によって、光吸収層に光学的開口部を形成することができる（例えば、染料を包含する光学的に不透明な層を光漂白又は熱漂白して、漂白された染料が光学的吸収性をなくすようにすることもできる）。例えば、米国特許第９，５７５，２３３号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）に一般的に記載されているように、開口部の複屈折性を低減することによって、複屈折反射フィルムに光学的開口部を形成することができる。任意選択として、レーザからのエネルギーの吸収を増加させるために光学フィルムに吸収オーバーコートを施すことができる。いくつかの実施形態では、多層マスクを通る光学的開口部は、層のうちの全てではないがいくつかに物理的貫通開口部を含む。例えば、マスク層１２５内の光学的開口部１２７は、第１の端部層１２１及び第２の端部層１２２にそれぞれ画定された貫通開口部１２６及び１２８を含むが、光学的に透明な中間層１２３には貫通開口部を含まない。
図１Ｄにおいて、マスク層１２５’’’は、第１の光吸収光学キャビティ１２０及び第２の光吸収光学キャビティ１２０’を含む。各光吸収光学キャビティ１２０、１２０’は、光吸収性の第１の端部層（１２１、１２１’）と第２の端部層（１２２）との間に配設された光学的に透明な（例えば、ポリマーの）中間層１２３、１２３’を含む。層１２２は、光学キャビティ１２０及び１２０’の各々の第２の端部層である。光学的開口部１２７は、層１２１、１２１’、及び１２２に貫通開口部１２６、１２６’、及び１２８をそれぞれ含むが、層１２３又は１２３’には貫通開口部を含まない。光学キャビティ１２０は、第１の端部層１２１と中間層１２３との間及び／又は中間層１２３と第２の端部層１２２との間に、層１２４又は１２４’に対応する層を含んでもよい。同様に、光学キャビティ１２０’は、第１の端部層１２１’と中間層１２３’との間及び／又は中間層１２３’と第２の端部層１２２との間に、層１２４又は１２４’に対応する層を含んでもよい。
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、いくつかの実施形態による、光学構造体６００及び６００’の概略断面図である。図３Ａ～図３Ｃは、それぞれ、いくつかの実施形態による光学構造体７００、７００’、７００’’の一部分の概略断面図であり、図示された部分は、単一のマイクロレンズ１０２を含む。光学構造体７００は、例えば、光学構造体６００に対応することができる。光学構造体７００’’は、例えば、他の箇所で更に説明されるように、貫通開口部が光学構造体の平面に対して斜角をなす線に概ね沿って配置されていることを除いて、光学構造体７００に対応することができる。いくつかの実施形態では、光学構造体６００、６００’、７００、７００、及び／又は７００’’は、光学的に不透明なマスク層１２５ａ及び１２５ｂを含むものとして記載され得る。光学的に不透明なマスク層１２５ａ及び１２５ｂは、内部を貫通しているそれぞれの光学的開口部１２７ａ及び１２７ｂを含む（例えば、図３Ａ～図３Ｃを参照；開口部は、図示を容易にするために図２Ａ～図２Ｂには示されていない）。いくつかの実施形態では、光学構造体６００、６００’、７００、７００、及び／又は７００’’は、他の箇所で更に説明されるような一体型光学層である。
いくつかの実施形態では、光学構造体６００、６００’は、基材１０５上に形成され、かつ、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って（例えば、図示されたｘ－ｙ－ｚ座標系を参照してｘ方向及びｙ方向に沿って）配置されている複数のマイクロレンズ１０２を含むレンズ層１１０と、レンズ層の基材側に配設された第１の光吸収光学キャビティ１２０ａ及び第２の光吸収光学キャビティ１２０ｂであって、各光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さｔ１を有し、かつ、光吸収性の第１の端部層（１２１ａ、１２１ｂ）と第２の端部層（１２２ａ、１２２ｂ）との間に配設された光学的に透明な（例えば、ポリマーの）中間層１２３ａ、１２３ｂを含む、第１の光吸収光学キャビティ１２０ａ及び第２の光吸収光学キャビティ１２０ｂと、第１の光吸収光学キャビティ１２０ａと第２の光吸収光学キャビティ１２０ｂとの間に配設され、かつ、約１マイクロメートル超の平均厚さｔ２を有する、光学的に透明なスペーサ層１２９と、を含む。中間層ではなく、第１の端部層及び第２の端部層の各々が、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置され（例えば、図１Ａ～図１Ｄを参照）、かつ、マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされている（例えば、図４及び図１０を参照）、複数の貫通開口部１２６、１２８を画定する。いくつかの実施形態では、光学構造体は、光吸収光学キャビティを１つしか含まない（例えば、図３Ｂを参照）が、他の実施形態では、光学構造体は、２つ以上の光吸収光学キャビティを含む。例えば、図２Ｂに概略的に示される光学構造体６００’は、光吸収光学キャビティ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄを含む。光吸収光学キャビティ１２０ａ及び１２０ｃのうちの１つは、光学的に透明なスペーサ層１２９によって第２の光吸収光学キャビティから分離された第１の光吸収光学キャビティとみなすことができ、光吸収光学キャビティ１２０ｄ及び１２０ｂのうちの１つは、第２の光吸収光学キャビティとみなすことができる。他の２つの光吸収光学キャビティを、光学的に透明なスペーサ層１２９によって分離された第３の光吸収光学キャビティ及び第４の光吸収光学キャビティとみなすことができる。したがって、いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティを含む光学構造体は、レンズ層の基材側に配設された第３の光吸収光学キャビティ及び第４の光吸収光学キャビティを更に含み、第３の光吸収光学キャビティと第４の光吸収光学キャビティとの間に、光学的に透明なスペーサ層が配設され、第３の光吸収光学キャビティ及び第４の光吸収光学キャビティの各々について、光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含み、中間層ではなく、第１の端部層及び第２の端部層の各々が、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置され、かつ、マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされている、複数の貫通開口部を画定する。マスク層は、マスク層の両側に入射する光の反射を低減することが望ましい場合、２つの光吸収光学キャビティを含んでもよい。光学構造体６００’について図２Ｂに概略的に示すように４つの光吸収光学キャビティを含む結果として、基材１０５のマイクロレンズ側及び基材１０５の反対側から光学構造体６００’に入射する光の反射を低減することができ、２つのマスク層の間の反射を低減することができる。これらの光吸収性光学キャビティを含まない場合、そのような反射は望ましくないクロストークをもたらす可能性がある。
いくつかの実施形態では、光学的に透明なスペーサ層１２９の、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍに及ぶ波長範囲内の実質的に垂直に入射する光の平均光学透過率は、少なくとも６０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％である。いくつかの実施形態では、光学的に透明なスペーサ層１２９は、例えばアクリレート層などのポリマー層である。
いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ｃ及び１２０ｄ）の第１の端部層（例えば、１２１ｃ及び１２１ｄ）は、互いに向かい合っており、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ｃ及び１２０ｄ）の第２の端部層（例えば、１２２ａ及び１２２ｂ）は、互いから反対を向いている。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の第１の端部層（例えば、１２２ａ及び１２２ｂ）は、互いに向かい合っており、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の第２の端部層（例えば、１２１ａ及び１２１ｂ）は、互いから反対を向いている。
光吸収光学キャビティ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄは、それぞれの光吸収性の第１の端部層（１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ）と第２の端部層（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ）との間に配設された光学的に透明な（例えば、ポリマーの）中間層１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄをそれぞれ含み、層１２２ａ及び１２２ｂの各々は、光学キャビティのうちの２つに対する端部層である。光学キャビティのうちのいずれかは、中間層と端部層との間に追加層（例えば、結合層）（例えば、図２Ａに示される追加層１２４ａ、１２４ａ’、１２４ｂ及び１２４ｂ’、並びに／又は図２Ｂに示される追加層１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｃ’、１２４ｄ及び１２４ｄ’）を含んでもよい。追加層（複数又は単数）は、例えば、第２の端部層（例えば、１２２ａ、１２２ｂ）の金属の合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び／又は１２０ｂ）のうちの少なくとも１つは、第１の端部層（例えば、１２１ａ）と中間層（例えば、１２３ａ）との間に配設された第２の端部層（例えば、１２２ａ）の（例えば、層１２４ａ内の）合金を更に含む。そのような追加層（複数又は単数）は、例えば、中間層がポリマー層である場合、中間層への接合を改善するのに有用であり得る。そのような追加層（複数又は単数）は、例えば、中間層がポリマー層である場合、中間層への接合を改善するのに有用であり得る。いくつかの実施形態では、第２の端部層は、アルミニウムであるか、又はアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、合金は、例えば、ＳｉＡｌＯｘであるか、又はＳｉＡｌＯｘを含む。いくつかの実施形態では、第２の端部層（例えば、１２２ａ）の（例えば、図３Ａの層１２４ａ’及び／又は１２４ｂ’内の）合金は、スペーサ層１２９と第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ、１２０ｂ）の各々の第２の端部層（例えば、１２２ａ、１２２ｂ）との間に配設される。この合金は、例えば、ＳｉＡｌＯｘであってもよく、又はＳｉＡｌＯｘを含んでもよい。いくつかの実施形態では、追加層（単数又は複数）の各々は、約１５ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約８ｎｍ未満の平均厚さを有する。平均厚さは、例えば、少なくとも約０．５ｎｍ又は少なくとも約１ｎｍとすることができる。追加層（単数又は複数）は、アルミニウム源及びシリコン源からのＡｒ／Ｏ２プラズマにおける反応性スパッタリングによって形成され得る。
いくつかの実施形態では、光学構造体は、第１の光学的に不透明なマスク層１２５ａ及び第２の光学的に不透明なマスク層１２５ｂを含み、マスク層１２５ａ、１２５ｂのうちの少なくとも１つは、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を含む光吸収光学キャビティを含む。例えば、図３Ｂに示される実施形態では、第２のマスク層１２５ｂではなく第１のマスク層１２５ａが光吸収光学キャビティを含む。
いくつかの実施形態では、第１の端部層及び第２の端部層は各々、金属層である。例えば、第１の端部層の金属は、好適な屈折率及び吸光係数を有するように選択することができる。光吸収光学キャビティの第１の端部層（例えば、１２１ａ又は１２１ｂ）に好適な材料は、チタン、クロム、ニッケル、又はそれらの合金を含む。光吸収光学キャビティの第２の端部層（例えば、１２２ａ又は１２２ｂ）に好適な材料は、アルミニウム、銀、インジウム、スズ、タングステン、金、又はそれらの合金を含む。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第１の端部層（例えば、１２１ａ、１２１ｂ）は、チタン、クロム、ニッケル、又はそれらの合金を含む。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第１の端部層（例えば、１２１ａ、１２１ｂ）は、チタンを含む。いくつかのそのような実施形態では、又は他の実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第１の端部層（例えば、１２１ａ、１２１ｂ）は、約３０ｎｍ未満、又は約２５ｎｍ未満、又は約２０ｎｍ未満、又は約１５ｎｍ未満の平均厚さｔ３を有する。平均厚さｔ３は、例えば、約４ｎｍ超又は約６ｎｍ超であり得る。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第２の端部層（例えば、１２２ａ、１２２ｂ）は、アルミニウム、銀、インジウム、スズ、タングステン、金、又はそれらの合金を含む。いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第２の端部層（例えば、１２２ａ、１２２ｂ）は、アルミニウムを含む。いくつかのそのような実施形態では、又は他の実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ及び１２０ｂ）の各々の光吸収性の第２の端部層（例えば、１２２ａ、１２２ｂ）は、約５０ｎｍ未満、又は約４５ｎｍ未満、又は約４０ｎｍ未満、又は約３５ｎｍ未満の平均厚さｔ４を有する。平均厚さｔ４は、例えば、約１５ｎｍ超又は約２０ｎｍ超であり得る。
いくつかの実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティの各々の光学的に透明な中間層（例えば、１２３ａ、１２３ｂ）は、アクリレートを含む。いくつかのそのような実施形態では、又は他の実施形態では、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティの各々の光学的に透明な中間層（例えば、１２３ａ、１２３ｂ）は、約３００ｎｍ未満、又は約２５０ｎｍ未満、又は約２００ｎｍ未満、又は約１５０ｎｍ未満、又は約１２０ｎｍ未満の平均厚さｔ５を有する。平均厚さｔ５は、例えば、約４０ｎｍ超、又は約５０ｎｍ超、約６０ｎｍ超であり得る。光吸収光学キャビティ（例えば、１２０ａ、１２０ｂ）の平均厚さｔ１は、例えば、約３００ｎｍ未満、又は約２５０ｎｍ未満、又は約２００ｎｍ未満、又は約１５０ｎｍ未満、又は約１２０ｎｍ未満であり得る。平均厚さｔ１は、例えば、約４０ｎｍ超、又は約５０ｎｍ超、約６０ｎｍ超であり得る。平均厚さｔ５が大きすぎると、望ましくない可視色が生じる可能性があり、平均厚さｔ１が小さすぎると、所望の（例えば、可視）波長範囲における光学吸収率が減少する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、平均厚さｔ５は約１２０ｎｍ未満であり、平均厚さｔ１は約５０ｎｍ超である。スペーサ層１２９の平均厚さｔ２は、例えば、約１マイクロメートル超、又は約１．５マイクロメートル超、又は約２マイクロメートル超であり得る。平均厚さｔ２は、例えば、約１０マイクロメートル未満又は約８マイクロメートル未満であり得る。
基材１０５と第１の端部層１２１ａとの間に、任意の追加のポリマー層９２３を配設することができる。追加のポリマー層９２３は、例えば、基材１０５への第１の端部層１２１ａの接合を改善するために含まれ得る。いくつかの実施形態では、追加層９２３は、例えば、中間層（例えば、１２３ａ）について記載された範囲内の平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、追加層９２３はアクリレート層である。
アシレート層（例えば、光学的に透明な中間層１２３ａ若しくは１２３ｂ、又は追加のポリマー層９２３、又は光学的に透明なスペーサ層１２９）に好適な材料としては、放射線硬化組成物が挙げられる。好適な組成物は、適切な硬化剤（複数又は単数）及び任意選択で当業者によって理解されるような他の添加剤と共に、Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から入手可能な二官能性アクリレートモノマーであるＳＲ８３３Ｓから形成することができる。
他の箇所で更に説明するように（例えば、図４Ａを参照）、いくつかの実施形態では、光学構造体は、内部を貫通している複数の第１の光学的開口部１２７ａを画定する光学的に不透明な第１のマスク層１２５ａと、内部を貫通している複数の第２の光学的開口部１２５ｂを画定する光学的に不透明な第２のマスク層１２５ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部１２７ａのうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の光学的開口部は、少なくとも１つの空白領域を画定する。例えば、図３Ａに示される第１の光学的開口部１２７ａは、少なくとも端部層１２２ａを貫通して延びる第１の空白領域７２３ａと、少なくとも端部層１２１ａを貫通して延びる第２の空白領域７２３ｂと、を画定する。いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の空白領域は、第２の端部層の厚さを貫通して延びており、第１の光学的開口部は、第１の端部層の厚さを貫通して延びている第２の空白領域を画定する。いくつかの実施形態では、第２のマスク層１２５ｂ上の、第１のマスク層１２５ａとは反対側に、追加層２４４（例えば、図４Ａを参照）が配設される。いくつかの実施形態では、追加層２４４は省略される。いくつかの実施形態では、第２の光学的開口部１２７ｂのうちの少なくとも過半数の、各第２の光学的開口部について、第２の光学的開口部は、少なくとも１つの空白領域を画定する。例えば、図３Ａに示される第２の光学的開口部１２７ｂは、少なくとも端部層１２２ｂを貫通して延びる第１の空白領域７２３ｃを画定し、追加層２４４が含まれる場合には、層１２３ｂと層２４４との間に、少なくとも端部層１２１ｂを貫通して延びる第２の空白領域を画定する。いくつかの実施形態では、第２の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第２の光学的開口部について、第１の空白領域は、第２の端部層の厚さを貫通して延びており、第２の光学的開口部は、第１の端部層の厚さを貫通して延びている第２の空白領域を画定する。
光学構造体は、マイクロレンズ１０２を画定する第１の主表面を有することができ、かつ、反対側の第２の主表面を有することができる。空白領域は、第１の主表面に面した主頂面及び第２の主表面に面した反対側の主底面を有することができる。光学構造体は、他の箇所で更に説明されるように、一体型光学層とすることができ、又は一体型光学層を含むことができる。いくつかの実施形態では、一体型光学層の、一体型光学層に実質的に垂直な（例えば、垂直から３０度以内、又は２０度以内、又は１０度以内の）少なくとも１つの断面内で、一体型光学層は、他の箇所で更に説明されるように、空白領域の主頂面及び主底面のうちの少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子を含む。ここで、空白領域とは、第１の光学的開口部によって画定された第１の空白領域及び／若しくは第２の空白領域、並びに／又は第２の光学的開口部によって画定された第１の空白領域及び／若しくは第２の空白領域を指し得る。いくつかの実施形態では、一体型光学層の、一体型光学層に実質的に垂直な断面内で（例えば、ｚ軸を含んでいる断面内で）、主頂面と主底面は、空白領域の縁部の近くの離隔距離よりも長い、空白領域の中心の近くの離隔距離を有する。いくつかのそのような実施形態において、又は他の実施形態において、主頂面及び主底面のうち少なくとも１つは、１０ｎｍ～２００ｎｍの範囲又は他の箇所に記載される範囲の表面粗さを有する。
「頂」及び「底」を含むがこれらに限定されない、空間に関する用語は、ある要素の別の要素に対する空間的な関係を記述するための記述の容易さのために用いられる。そのような空間に関連する用語は、図示され、かつ本明細書で説明される特定の配向に加えて、使用中又は動作中のデバイスの様々な配向を包含する。例えば、図に描かれている対象物が裏返された場合、又は反転された場合には、それ以前に他の要素の下方又は下として説明されていた部分は、それらの他の要素の上方になる。
図４Ａは、レンズ層１１０と、光学的に不透明な第１のマスク層１２５ａと、光学的に不透明な第２のマスク層１２５ｂとを含む光学システム１５０の概略断面図である。いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層１００が、レンズ層１１０、並びに、第１のマスク層１２５ａ及び第２のマスク層１２５ｂの各々を含む。光学構造体又は光学層１００は、構造化された第１の主表面１０３及び、反対側の第２の主表面１０４を有することができる。他の実施形態では、異なる光学構造体又は光学素子が、これらの異なる層のうちの１つ以上を含んでもよい。例えば、第１の光学構造体又は光学素子は、レンズ層１１０及び第１のマスク層１２５ａを含んでもよく、第１の光学構造体又は光学素子から離間している第２の光学構造体又は光学素子は、第２のマスク層１２５ｂを含んでもよい。
レンズ層１１０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）に沿って（例えば、規則的な配列で）配置された複数のマイクロレンズ１０２を含む。他の箇所で説明したように、基材１０５上にマイクロレンズ１０２を形成することができる。光学的に不透明な第１のマスク層１２５ａは、レンズ層１１０から距離ｄ１だけ離間しており、その距離は、例えば、２～３５マイクロメートルの範囲内とすることができる。光学的に不透明な第１のマスク層１２５ａは、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部１２７ａを画定する。光学的に不透明な第２のマスク層１２５ｂは、レンズ層１１０及び第１のマスク層１２５ａから離間し、かつ、第１の方向及び第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第２の光学的開口部１２７ｂを画定する。図４Ａに概略的に示されるマスク層１２５ａ及び１２５ｂの各々について（同様に、図５及び図６には、マスク層１２５について）単一の層のみが図示されているが、マスク層は、多層マスクとすることができることが理解されるであろう。図４Ｂは、いくつかの実施形態によるマスク層１２５の概略断面図であり、マスク層１２５は、多層マスクとして記載することができ、図４Ａのマスク層１２５ａ及び／又は１２５ｂのいくつかの実施形態に対応し得る。図４Ａの実施形態のマスク層１２５ａ及び／又はマスク層１２５ｂは、図１Ａ～図３Ｃ又は図４Ｂの実施形態のうちのいずれかのマスク層のうちのいずれかについて説明したようなものとすることができる。例えば、マスク層１２５ａ及び／又は１２５ｂは、第１の端部層（例えば１２１）と第２の端部層（例えば１２２）との間に配設された中間層（例えば１２３）を含む光吸収光学キャビティ（例えば１２０）を含むことができ、それぞれの光学的開口部１２７ａ及び／又は１２７ｂは、第１の端部層及び第２の端部層に画定された貫通開口部（例えば１２６及び１２８）を含むことができるが、中間層は含まない。
第１のマスク層１２５ａは、レンズ１１０層と第２のマスク層１２５ｂとの間に配設される。第２のマスク層１２５ｂは、第１のマスク層１２５ａから距離ｄ２だけ離間しており、その距離は、例えば、１～２０マイクロメートルの範囲内とすることができる。距離ｄ２は、厚さｔ２に、含まれる場合には、例えばマスク層とスペーサ層（例えば層１２９）との間の結合層（複数又は単数）の厚さを加えたものとすることができる。あるいは、距離ｄ２は、厚さｔ２とすることができる（例えば、マスク層は、存在する場合には、層１２９に隣接する結合層（単数又は複数）を含むと考えることができる）。いくつかの実施形態では、ｄ２＜ｄ１、ｄ２＜０．７ｄ１、又は、ｄ２＜０．５ｄ１である。マイクロレンズ１０２と第１の光学的開口部１２７ａ及び第２の光学的開口部１２７ｂとの間に１対１の対応があり得（すなわち、各マイクロレンズ１０２について、１つの第１の光学的開口部１２７ａ及び１つの第２の光学的開口部１２７ｂがそのマイクロレンズに対応する）、各マイクロレンズ１０２について、マイクロレンズ並びに対応する第１の光学的開口部１２７ａ及び第２の光学的開口部１２７ｂが、レンズ層１１０に対して同じ斜角θをなす直線１４０を実質的に中心とするようになっている。例えば、マイクロレンズ１０２ａは、第１の光学的開口部１２７ａ’及び第２の光学的開口部１２７ｂ’に対応し、マイクロレンズ１０２ａ並びに対応する第１の光学的開口部１２７ａ’及び第２の光学的開口部１２７ｂ’は、直線１４０ａを実質的に中心とする。いくつかの実施形態では、マイクロレンズのうちの少なくとも過半数の、各マイクロレンズについて、マイクロレンズ並びに第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティの各々の第１の端部層及び第２の端部層の対応する貫通開口部は、レンズ層に対して同じ角度θをなす直線を実質的に中心とする。角度θは、例えば、図３Ｃ及び図４～図６に概略的に示されるような斜角とすることができ、あるいは垂直入射に対応する約９０度とすることができる（例えば、図３Ａ～図３Ｂを参照）。斜角は、例えば、約１０度～約８０度、又は約２０度～約６５度、又は約３０度～約５０度の範囲内とすることができる。レンズ又は開口部は、直線１４０がレンズ若しくは開口部の中心を通過する場合、又は、中心からレンズ若しくは開口部の直径のそれぞれ約２０％以内、約１０％以内、若しくは約５％以内を通過する場合に、直線１４０を実質的に中心とすると記載され得る。
マイクロレンズは、一般に、直交する少なくとも２つの寸法（例えば、高さ及び直径、又は２本の軸に沿った直径）が１ｍｍ未満かつ１００ｎｍ超のレンズである。マイクロレンズは、例えば、１０マイクロメートル～１００マイクロメートルの範囲の平均直径を有することができる。マイクロレンズは、例えば、５マイクロメートル～５０マイクロメートルの範囲の平均曲率半径を有することができる。マイクロレンズは、例えば、球面又は非球面マイクロレンズであり得る。非球面マイクロレンズは、所望の軸外角度で（例えば、線１４０に沿って）入射する光の光学特性を改善できる（例えば、フォーカスの改善）ことが分かった。光学構造体又は光学層１００、あるいは本明細書の他の箇所で説明される他の光学構造体又は光学層は、例えば、１０マイクロメートル～１００マイクロメートルの範囲の合計厚さを有することができる。
マスク層は、開口部の間の領域で層に垂直に入射する非偏光可視光の２０％未満、又は１５％未満、又は１０％未満、又は５％未満、又は３％未満、又は約１％未満がその層を透過する場合、光学的に不透明であると記載され得る。マスク層は、光学的に吸収性又は光学的に反射性であることができる。好ましくは、少なくとも１つのマスク層は、光吸収光学キャビティを含むことに少なくとも部分的に起因して、光吸収性である。いくつかの実施形態では、第１のマスク層１２５ａは光吸収光学キャビティを含み、第２のマスク層１２５ｂは、例えば、光吸収光学キャビティ、（例えば、蒸着又はスパッタリングされた）金属層、金属酸化物層、暗色材料（例えば、光吸収性染料（単数又は複数）を含む）コーティング、並びに光学的に吸収性又は反射性のフィルムのうちの１つ又は複数を含む。マスク層は、例えば、材料が好適に光学的に不透明であるのに十分な厚さ（例えば、少なくとも約１５ｎｍ、又は少なくとも約２０ｎｍ、又は少なくとも約２５ｎｍの厚さを有する金属層）とすることができる。いくつかの実施形態では、マスク層の平均厚さｔ及びｔ’はそれぞれ、５ｎｍ～５マイクロメートルの範囲内にあってもよい。いくつかの実施形態では、ｔ及び／又はｔ’は、例えば１０ｎｍ～５００ｎｍ、又は２０ｎｍ～３００ｎｍ、又は４０ｎｍ～２５０ｎｍ、又は６０ｎｍ～２００ｎｍの範囲内にある。
光学構造体を透過した光を、実質的に線１４０に沿う光のみに制限するために、第１のマスク層１２５ａ及び第２のマスク層１２５ｂを含めることができる。１つのマイクロレンズに入射する光が別のマイクロレンズに対応する開口部を透過するクロストークを低減するために、第２のマスク層１２５ｂを含めることができる。例えば、第２のマスク層を含まない場合にクロストークをもたらすであろう光線１０８は、第２のマスク層１２５ｂによって遮断される。いくつかの実施形態では、第２のマスク層１２５ｂは省略される。いくつかの実施形態では、本明細書の他の箇所で更に説明されるように、第２のマスク層１２５ｂの代わりにピクセル化されたフォトセンサを使用することができる。関連する光学構造体は、国際出願公開第２０２０／０３５７６８号（Ｙａｎｇら）、及び２０１９年１２月６日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／９４４６７６号に記載されている。
いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部１２７ａの平均直径ｄは、例えば、５００ｎｍ～５０マイクロメートル、１マイクロメートル～４０マイクロメートル、２マイクロメートル～３０マイクロメートル、３マイクロメートル～２０マイクロメートル、又は５マイクロメートル～１５マイクロメートルの範囲内にある。いくつかの実施形態では、第２の光学的開口部１２７ｂの平均直径ｄ’は、例えば、５００ｎｍ～５０マイクロメートル、１マイクロメートル～４０マイクロメートル、２マイクロメートル～３０マイクロメートル、３マイクロメートル～２０マイクロメートル、又は５マイクロメートル～１５マイクロメートルの範囲内にある。光学的開口部の直径は、線１４０に沿って見ると、光学的開口部と同じ面積を有する円の直径であると理解することができる。
いくつかの実施形態では、光学構造体の各副層（例えば、レンズ層１１０、第１のマスク層１２５ａ及び第２のマスク層１２５ｂ）は、光学構造体の、隣接する層に接合されている。そのような実施形態では、光学構造体は、光学層又は一体型光学層と称され得る。一体型光学層は、一体的に形成されてもよく、又は後で互いに接合される別個の要素として形成されてもよい。いくつかの実施形態では、一体型光学層は、一体的に形成されている。本明細書で使用するとき、第２の要素と「一体的に形成された」第１の要素とは、第１及び第２の要素が個別に製造されてから接合されるのではなく、一緒に製造されることを意味する。一体的に形成することには、第１の要素を製造し、続いて第２の要素を第１の要素上に製造することが含まれる。例えば、一体的に形成された光学層は、基材１０５上にレンズ層１１０を（例えば、鋳造プロセス及び硬化プロセスで）製造し、次いで、例えば、レンズ層１１０の反対側の基材１０５上に、図２Ａ又は図２Ｂに示される層を順次堆積させ（例えば、蒸着し）、次いで、マイクロレンズ１０２を貫通してマスク層に開口部をレーザアブレーションすることによって作製され得る。あるいは、例えば、図２Ａ又は図２Ｂに示される他の層を基材１０５上に堆積させた後に、レンズ層１１０を基材１０５上に形成することができる。いくつかの実施形態では、第１のマスク層１２５ａは、光学層に埋め込まれている。いくつかの実施形態では、第２のマスク層１２５ｂもまた埋め込みの層となるように、第２のマスク層１２５ｂの、第１のマスク層１２５ａとは反対側に、追加層２４４が配設される。いくつかの実施形態では、第２のマスク層１２５ｂを省略することができる。埋め込みのマスク層は、他の箇所で更に説明されるように、複数の層（例えば、２つの光吸収端部層の間に配設される中間層）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学構造体は、一体型光学層を含み、任意選択で、１つ以上の追加の層又は要素を更に含む。
図５は、光学構造体又は光学層２００の概略断面図である。いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層２００は、構造化された第１の主表面１０３及び反対側の第２の主表面１０４を含み、構造化された第１の主表面１０３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）に沿って配置された複数のマイクロレンズ１０２を画定する。一体的に形成された光学層であり得る光学構造体又は光学層２００は、第１の主表面１０３と第２の主表面１０４との間に配設され、かつ、第１の主表面１０３及び第２の主表面１０４から離間している、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層１２５（例えば、別の箇所に記載される第１のマスク層１２５ａに対応する、及び／又は図１Ａ～図１Ｄにそれぞれ示されるマスク層１２５、１２５’、１２５’’、又は１２５’’’のうちのいずれかに対応する）を更に含む。レンズ基材（例えば、基材１０５に対応する）と追加層１４４との間に、第１のマスク層１２５を埋め込むことができる。第１のマスク層１２５は、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置された複数の第１の光学的開口部１２７を画定する。他の箇所で更に説明されるように、第１のマスク層１２５は、１つ以上の光吸収光学キャビティを含むことができ、各光学キャビティは、第１の端部層と第２の端部層との間に配設された中間層を含む。第１の光学的開口部は、第１の端部層及び第２の端部層に貫通開口部を含むことができるが、中間層には貫通開口部を含まない（例えば、図４Ｂ参照）。マイクロレンズと第１の光学的開口部との間に１対１の対応があり得る。いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部１２７のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の光学的開口部は、空白領域（例えば、空白領域７２３ａ及び／又は７２３ｂ）を画定する。
いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層は、フォトセンサと共に使用される。いくつかのそのような実施形態では、第２のマスク層は、フォトセンサのセンサピクセルを理由に省略されてもよく、かつ、マイクロレンズ及び第１のマスク層内の光学的開口部と位置合わせされてもよい。図６は、フォトセンサ２２５上に配設された光学構造体又は光学層２００の概略断面図である。いくつかの実施形態では、光学構造体２５０は、一体的に形成され得る一体型光学層２００と、複数のセンサピクセル２２７を含むフォトセンサ２２５とを含む。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１０２とセンサピクセル２２７との間に１対１の対応があり、マイクロレンズ１０２のうちの少なくとも過半数の、各マイクロレンズについて、マイクロレンズ１０２並びに対応する第１の光学的開口部１２７及びセンサピクセル２２７が、マスク層１２５に対して同じ角度（斜角）θをなす直線１４０を実質的に中心とするようになっている。図５及び／又は図６のマスク層１２５は、図１Ａ～図３Ｃ又は図４Ｂのマスク層のうちのいずれかについて説明したようなものとすることができる。
図７は、複数のマイクロレンズ１０２及び光学的開口部１２７（例えば、第１の光学的開口部１２７ａ又は第２の光学的開口部１２７ｂに対応する）の概略投影上面図である。直交する第１の方向及び第２の方向（ｘ方向及びｙ方向）に沿ってマイクロレンズ１０２が配置され、第１の方向及び第２の方向に沿って光学的開口部１２７が配置されている。図示する実施形態では、マイクロレンズ１０２及び光学的開口部１２７は、規則的な三角形状の配列上にある。他のパターンも可能である（例えば、正方形又は長方形状の配列、他の周期的配列、又は不規則なパターン）。
いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層１００又は２００は、米国特許第５，１７５，０３０号（Ｌｕら）、第５，１８３，５９７号（Ｌｕ）、及び第９，９１９，３３９号（Ｊｏｈｎｓｏｎら）、並びに米国特許出願公開第２０１２／００６４２９６号（Ｗａｌｋｅｒ，ＪＲ．ら）に一般的に記載されているように、例えば、樹脂を基材（例えば、基材１０５）上で鋳造してから複製工具表面に接触させて硬化させる、鋳造及び紫外線（ＵＶ）硬化の工程を使用して、複数のマイクロレンズ１０２を高精細化する（ｍｉｃｒｏ－ｒｅｐｌｉｃａｔｉｎｇ）ことによって作製する。次いで、マスク層（例えば、１２５、あるいは１２５ａ及び１２５ｂ）並びに他の層（例えば、スペーサ層１２９）は、第１の主表面１０３の反対側のマイクロレンズ基材の主表面１４３上に層をコーティングすることによって、又は他の場合には層を堆積（例えば、蒸着又はスパッタリング）させることによって形成することができる。次いで、例えば、マイクロレンズ１０２を貫通するレーザアブレーションによって、開口部１２７（又は１２７ａ及び１２７ｂ）を形成することができる。好適なレーザには、例えば、１０７０ｎｍの波長を動作させる４０Ｗパルスファイバーレーザなどのファイバーレーザが挙げられる。典型的には、光学キャビティの光吸収性の端部層はアブレーションされるが、光透過性の中間層は実質的にアブレーションされない。レーザアブレーションによって開口部を形成することにより、他の箇所で更に説明されるように、空白領域をもたらし得る。マイクロレンズの配列を通してレーザを使用して層に開口を作ることは、例えば、米国特許出願公開第２００７／０２５８１４９号（Ｇａｒｄｎｅｒら）に一般的に記載されている。開口部を形成する他の好適な方法には、マイクロプリント及びフォトリソグラフィ技術（例えば、マイクロレンズ層を使用してフォトリソグラフィマスクを曝露することを含む）が挙げられる。
図８Ａは、いくつかの実施形態による、マイクロレンズ１０２に入射する光１３０の概略図である。図８Ｂは、マイクロレンズが画像品質劣化を引き起こすいくつかの実施形態による、マイクロレンズ１０２に入射する光１３０の概略図である。図８Ｃは、第１の光学的開口部１２７ａ及び第２の光学的開口部１２７ｂのうちの少なくとも１つがマイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている場合の、マイクロレンズ１０２に入射する光１３０の概略図である。マイクロレンズは、例えば、マイクロレンズの表面が製造上の制約に起因して理想的な形状から逸脱する場合、画像品質劣化を引き起こす可能性がある。例えば、マイクロレンズを形成するために使用される工具の有する表面が、ある層から材料を除去することによって形成されており、その結果として得られた複数の小面が、マイクロレンズの理想的な形状に近似するが正確には追従していないことがある。いくつかの実施形態では、画像１３３を担持する画像光１３０が、直線１４０に沿ってマイクロレンズ１０２に（又は、マイクロレンズのうちの少なくとも過半数の、各マイクロレンズに）入射し、画像光１３０がマイクロレンズ１０２を実質的に満たしているとき、入射画像光の約３５％超、又は約４０％超、又は約４５％超、又は約５０％超が、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティの各々の第１の層及び第２の層内の対応する貫通開口部によって透過される。言い換えれば、いくつかの実施形態では、入射画像光の約３５％超、又は約４０％超、又は約４５％超、又は約５０％超が、第２の光学的開口部１２７ｂによって透過される。いくつかの実施形態では、第２のマスク層１２５ｂは省略される。いくつかのそのような実施形態では、入射画像光の約４５％超、又は約５０％超、又は約５５％超、又は約６０％超が、第１の光学的開口部１２７ａによって透過される。いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部１２７ａ及び第２の光学的開口部１２７ｂのうちの少なくとも１つ（又は光吸収光学キャビティのうちの少なくとも１つのための貫通開口部１２６、１２８のうちの少なくとも１つ）は、マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている。第２のマスク層１２５ｂが省略されるいくつかの実施形態、又は他の実施形態では、第１の光学的開口部１２７ａ（又は第１のマスク層１２５ａの光吸収光学キャビティのうちの少なくとも１つのための貫通開口部１２６、１２８のうちの少なくとも１つ）は、マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている。画像光は、マイクロレンズを満たす場合、又はマイクロレンズの外面の面積の少なくとも７０％、少なくとも８０％、若しくは少なくとも９０％を満たす場合に、マイクロレンズを実質的に満たすと記載され得る。
いくつかの実施形態では、マイクロレンズのうちの少なくとも過半数の、各マイクロレンズについて、マイクロレンズ並びに第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティの各々の第１の端部層及び第２の端部層の対応する貫通開口部は、レンズ層に対して同じ角度θをなす直線を実質的に中心とし、画像を担持する画像光が、画像光がマイクロレンズを実質的に満たした状態で直線に沿ってマイクロレンズに入射するとき、マイクロレンズに対応する貫通開口部のうちの少なくとも１つは、マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている。
図９は、画像品質劣化を引き起こすマイクロレンズを透過した光の、公称画像平面における強度分布の概略プロットである。そのマイクロレンズによる画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされているマスク層の開口部の直径Ｄが示されている。ここで、開口部とは、マスクを貫通する光学的開口部、及び／又は光吸収光学キャビティの端部層の貫通開口部を指すことができる。
いくつかの実施形態では、光学システムは、指紋を検出するように構成される。ディスプレイパネルの前面のいずれかの点から光学システムを通って伝播する光は、所望の（例えば、適切にくっきりとした）指紋画像を形成するために、指紋センサに入射するとき、制限された空間的広がりを有することが好ましい。この空間的広がりは、光学システムの点像分布関数によって定量化することができる。点像分布関数の空間的広がりが大きいほど、指紋の画像は、ぼやける。いくつかの実施形態によれば、光学システムに本明細書に記載の光学構造体を含めることにより、点像分布関数の幅を低減できることが分かった。いくつかの実施形態では、ランバート点源から光学システムに入射し、光学構造体の背後に配設された光学センサにおいて半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する光について（例えば、図１１～図１２を参照）、光学システムは、約３００マイクロメートル未満、又は約２００マイクロメートル未満、又は約１５０マイクロメートル未満、又は約１００マイクロメートル未満の点像分布関数を有する。ＦＷＨＭは、マスク層（単数又は複数）の開口部の直径を好適に選択することによって、少なくとも部分的に調整することができる。
図１０Ａ～図１０Ｄは、いくつかの実施形態による、埋め込みの端部層１２２’の近くの光学構造体又は光学層の領域の概略断面図である。いくつかの実施形態では、第１の開口部７２７（例えば、第１の開口部１２７ａ又は光学キャビティの端部層の貫通開口部に対応する）のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の開口部は、端部層１２２’の平均厚さｔ４’よりも大きい最大厚さｈを有する空白領域７２３を画定する。端部層１２２’は、例えば、端部層１２２又は端部層１２１若しくは１２１’に対応することができる（例えば、図１Ａ～図１Ｄを参照）。いくつかの実施形態では、端部層１２２’は平均厚さｔ４’を有し、第１の開口部７２７は平均最大横寸法ｄ’’を有し、ｔ４’／ｄ’’＜０．０５、又はｔ４’／ｄ’’＜０．０１、又はｔ４’／ｄ’’＜０．００５である。いくつかの実施形態では、第１の開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の開口部について、端部層を貫通して延びる空白領域７２３は、端部層及び／又は第１の開口部と実質的に横方向に同一の広がりを有する。空白領域は、空白領域が端部層又は第１の開口部の総面積の少なくとも６０パーセント（又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％）を満たすときに、端部層又は第１の開口部と実質的に横方向に同一の広がりを有すると記載され得る。図１０Ａは、開口部７２７と、開口部７２７と横方向に同一の広がりを有する空白領域７２３とを含む端部層１２２’を含む、光学層の一部分の概略断面図である。図１０Ｂは、開口部７２７と、開口部７２７と実質的には横方向に同一の広がりを有するが、完全には横方向に同一の広がりを有さない空白領域７２３とを含む端部層１２２’を含む、光学層の一部分の概略断面図である。空白領域は、固体材料が除去された領域である。空白領域には空気又はガスが存在してもよい。いくつかの実施形態では、第１の光学キャビティ及び第２の光学キャビティのうちの少なくとも１つの第２の端部層（例えば、１２２ａ又は１２２ｂ）の貫通開口部のうちの少なくとも過半数の、各貫通開口部について、貫通開口部は、第２の端部層の平均厚さｔ４よりも大きい最大厚さｈを有する空白領域（例えば、７２３ａ又は７２３ｃ）を画定する。
いくつかの実施形態では、空白領域７２３は、第１の主表面１０３に面した主頂面１７１及び第２の主表面１０４に面した反対側の主底面１７３を有し、光学層の、光学層に実質的に垂直な断面内で、主頂面と主底面とは、空白領域の中心の近くの離隔距離ｈ１（図１０Ｃを参照）及び空白領域の縁部の近くの離隔距離ｈ２を有し、ｈ１＞ｈ２である。いくつかの実施形態では、ｈ１＞１．２×ｈ２、又はｈ１＞１．５×ｈ２である。主頂面及び主底面のうちの少なくとも１つは、表面粗さＲを有することができる。表面粗さＲは、例えば、少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも１２ｎｍ、又は少なくとも１５ｎｍ、又は少なくとも２０ｎｍであることができる。表面粗さＲは、例えば、２００ｎｍ以下、又は１５０ｎｍ以下、又は１２０ｎｍ以下であることができる。表面粗さは、マスク層のレーザアブレーションの結果であり得る。例えば、マスク層のレーザアブレーションは、ナノ粒子を表面に沿って堆積させることによって、空白領域７２３の表面を粗面化することができる。表面粗さは、平均平滑表面からの、表面の平均偏差を指し、Ｒａと称され得る。
いくつかの実施形態では、第１の開口部７２７のうちの少なくとも過半数の、各第１の開口部について、第１の開口部は、第１の主表面１０３に面した主頂面１７１及び第２の主表面１０４に面した反対側の主底面１７３を有する空白領域７２３を画定する。いくつかの実施形態では、図１０Ｄに概略的に示されるように、光学層は（例えば、光学層の、光学層に実質的に垂直な断面内で）、空白領域の頂部主表面１７１及び主底面１７３のうち少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子１７７を含む。いくつかの実施形態では、光学層の、光学層に実質的に垂直な断面内（例えば、図１０Ｄに概略的に示されるｘ－ｚ断面内）で、頂面１７１と底面１７３とは、（例えば、中心の近くの離隔距離がｈであり、縁部の近くの離隔距離が約ｔ４’である図１０Ａに概略的に示すように、又は、ｈ１＞ｈ２である図１０Ｃに概略的に示すように）空白領域７２３の縁部の近くの離隔距離よりも長い、空白領域の中心の近くの離隔距離を有する。主頂面及び主底面のうち少なくとも１つは、１０ｎｍ～２００ｎｍの範囲、又は他の箇所に記載される範囲の表面粗さを有し得る。
いくつかの実施形態では、頂面１７１及び底面１７３は、互いに向いて実質的に凹状である（例えば、表面の一方又は両方の面積の５０％超又は少なくとも６０％又は少なくとも７０％に沿って互いに向いて凹状である）。
いくつかの実施形態では、端部層１２２’は、第１の材料を含み、ナノ粒子１７７は、第１の材料又は第１の材料の酸化物のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、第１の材料は金属である。どのような好適な材料でも、第１の金属に使用することができる。例えば、金属は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、亜鉛、スズ、タングステン、金、銀、インジウム、又はそれらの合金とすることができる。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、金属の酸化物を含む。例えば、ナノ粒子は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化亜鉛、又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、端部層１２２’は、第２の端部層１２２に対応する。いくつかのそのような実施形態では、第１の材料は、アルミニウム、銀、インジウム、スズ、タングステン、金、又はそれらの合金を含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子１７７は、アルミニウム及び酸化アルミニウムであるか、又はそれらを含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子１７７は、約５０重量パーセント超の酸化アルミニウムを含む。
いくつかの実施形態では、ナノ粒子１７７の少なくとも９０％は、約１５０ｎｍ未満、又は約１００ｎｍ未満の平均直径を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子の少なくとも９０％は、約１ｎｍ超、又は約５ｎｍ超、又は約１０ｎｍ超の平均直径を有する。ナノ粒子の平均直径は、ナノ粒子と等しい体積を有する球体の直径である。
いくつかの実施形態では、光学構造体は、貫通して複数の第１の光学的開口部１２７ａを画定する第１のマスク層１２５ａと、貫通して複数の第２の光学的開口部１２７ｂを画定する第２のマスク層１２５ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、第１の光学的開口部は、（例えば、第１のマスク層に含まれる光吸収光学キャビティの一方又は両方の端部層を貫通する）空白領域（単数又は複数）を画定する。いくつかのそのような実施形態、又は他の実施形態では、第２の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第２の光学的開口部について、第２の光学的開口部は、（例えば、第２のマスク層に含まれる光吸収光学キャビティの一方又は両方の端部層を貫通する）空白領域（単数又は複数）を画定する。
いくつかの実施形態では、第１の光学キャビティ及び第２の光学キャビティのうちの少なくとも１つの第２の端部層（例えば、１２２ａ又は１２２ｂ）の貫通開口部（例えば、１２８）のうちの少なくとも過半数の、各貫通開口部について、貫通開口部は、レンズ層１１０に面する主頂面１７１及び反対側の主底面１７３を有する空白領域７２３を画定する。いくつかの実施形態では、光学構造体の、光学構造体に実質的に垂直な断面内で、光学構造体は、空白領域の主頂面１７１及び主底面１７３のうちの少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子１７７を含む。いくつかの実施形態では、光学構造体の、光学構造体に実質的に垂直な断面内で、主頂面と主底面とは、空白領域の縁部の近くの離隔距離よりも長い、空白領域の中心の近くの離隔距離を有し、頂面及び底面のうちの少なくとも１つは、１０ｎｍ～２００ｎｍの範囲の表面粗さを有する。
一例では、光学層は、マイクロレンズアレイと、厚さ３０ｎｍの２つの埋め込みのアルミニウム層とを含んでいた。アルミニウム層の貫通孔は、４０ＷＳＰＩレーザ（ＳＰＩ Ｌａｓｅｒｓ（Ｓｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ，ＵＫ）から入手可能）を５０％電力で、７倍のエキスパンダを装着し、１６７ｍｍのＦシータレンズ、パルス長３０ｎｍ、繰り返し周波数２０ｋＨｚ、走査速度２ｍ／秒、及び間隔１００マイクロメートルで使用したレーザアブレーションによって形成された。得られた光学層の厚さ約１２０ｎｍの切片を、試料からミクロトームで切り出した。アブレーション工程から生じる空白領域又はガスポケットが、ミクロトームで切り出した試料の画像内に見える。空白領域は、アルミニウム層の厚さよりも大きい最大厚さを有した。マイクロレンズ層に面するアルミニウム層の開口部を通る断面の高角度環状暗視野（ＨＡＡＤＦ：Ｈｉｇｈ－Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ）画像は、開口部における空白領域の対向する表面にナノ粒子を示した。ＳＴＥＭ－ＥＤＳ（Scanning Transmission Electron Microscope－Energy－Dispersive Spectroscopy：走査透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型分光法）分析により、ナノ粒子がほとんどアルミニウム及び酸素で構成されていることが示された。
いくつかの実施形態では、一体型光学層（例えば、光学構造体又は光学層２００）は、第１の主表面１０３とマスク層との間に配設された第１のポリマー層と、マスク層と第２の主表面１０４との間に配設された第２のポリマー層とを含む。いくつかの実施形態では、第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つは、一様に分散した複数の第２のナノ粒子を内部に含む。例えば、当該技術分野で知られているように、層の屈折率を高めるために第２のナノ粒子を含めることもできる（例えば、米国特許第８，２０２，５７３号（Ｐｏｋｏｒｎｙら）を参照）。
図１１は、いくつかの実施形態による光学システム３５０の概略図である。図１２は、光学システム３５０のいくつかの実施形態の概略図である。
いくつかの実施形態では、光学システム３５０は、光学構造体３００（例えば、本明細書に記載の光学構造体又は光学層のいずれかに対応する）及び屈折構成要素１６０を含む。光学構造体３００は、直交する第１の方向及び第２の方向（ｘ方向及びｙ方向）に沿って配置された複数のマイクロレンズを含むレンズ層１１０と、レンズ層１１０から離間し、かつ、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置された複数の第１の光学的開口部を画定する、光学的に不透明な第１のマスク層１２５ａと、を含む。いくつかの実施形態では、マイクロレンズと第１の開口部との間に１対１の対応があり、各マイクロレンズについて、マイクロレンズ及び対応する第１の開口部が、直線１４０を実質的に中心とするようになっており、各直線は、レンズ層１１０に対して同じ斜角θをなす。いくつかの実施形態では、屈折構成要素１６０は、第１の方向及び第２の方向に沿って延びており、光学構造体に近接して配置され、レンズ層に実質的に直交する（例えば、レンズ層の平面に対する直交から３０度以内、又は２０度以内、又は１０度以内の）第３の方向（－ｚ方向）に沿って屈折構成要素に入射する少なくとも１つの第１の光ビーム２３０について、屈折構成要素１６０が、第１の光ビームをそれぞれの２つ～９つの主方向６６７（図１５Ａ～図１５Ｃを参照）に沿って屈折構成要素を出る２つ～９つのビームセグメント６６５（図１５Ａ図１５Ｃを参照）に分割するようになっており、２つ～９つの主方向のうちの第１の主方向１３１は、各直線１４０に実質的に平行（例えば、平行から３０度以内、又は２０度以内、又は１０度以内）である。ビームセグメント及び主方向は、例えば、本明細書の他の箇所で更に説明されるように、透過光強度のコノスコーププロットから識別することができる（例えば、図１５Ａ～図１５Ｃを参照）。
いくつかの実施形態では、光学構造体３００は、レンズ層１１０及び第１のマスク層１２５ａから離間し、かつ、第１の方向及び第２の方向に沿って内部に配置された複数の第２の光学的開口部１２７ｂを画定する、光学的に不透明な第２のマスク層１２５ｂを更に含み、第１のマスク層１２５ａは、レンズ層１１０と第２のマスク層１２５ｂとの間に配設されている（例えば、図４Ａを参照）。いくつかの実施形態では、マイクロレンズと第２の開口部との間に１対１の対応があり、各マイクロレンズ１０２ａ及び対応する直線１４０ａについて、マイクロレンズ１０２ａ並びに対応する第１の開口部１２７ａ’及び第２の開口部１２７ｂ’が、直線１４０を実質的に中心とするようになっている。
いくつかの実施形態では、光学システム３５０は、光学構造体３００に隣接するフォトセンサ２２５を更に含む（例えば、図６を参照）。本明細書の他の箇所で更に説明されるように、フォトセンサ２２５は、複数のセンサピクセルを含むことができる。マイクロレンズとセンサピクセルとの間に１対１の対応があり得、各マイクロレンズ及び対応する直線について、マイクロレンズ並びに対応する第１の開口部及びセンサピクセルが、直線１４０を実質的に中心とするようになっている。
いくつかの実施形態では、複数のマイクロレンズのうちの少なくとも過半数のマイクロレンズの、各マイクロレンズについて、ビームセグメント１１２、１１４のうちの少なくとも２つは、マイクロレンズに入射し、ビームセグメント１１２、１１４のうちのその少なくとも２つが、第１の主方向１３１に沿って伝搬する第１のビームセグメント１１２を含む。いくつかの実施形態では、第１の主方向１３１に沿うが他の主方向には沿わずに光学構造体３００に入射するビームセグメントの光の、少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも５５％が、光学構造体３００を透過する。いくつかの実施形態では、第１の主方向１３１を除く各主方向１３２について、主方向に沿って光学構造体３００に入射するビームセグメント内の光の１０％以下、又は５％以下が光学構造体を透過する。
いくつかの実施形態では、光学システム３５０は、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って延びる屈折構成要素１６０を含み、第１の方向及び第２の方向に実質的に直交する第３の方向に沿って屈折構成要素１６０に入射する少なくとも１つの第１の光ビーム２３０について、屈折構成要素は、第１の光ビームをそれぞれの２つ～９つの主方向に沿って屈折構成要素を出る２つ～９つのビームセグメントに分割し、２つ～９つの主方向は、第１の主方向１３１を含む。いくつかの実施形態では、２つ～９つの主方向はそれらの間に角度βを画定し、各角度βは約３０度超である。いくつかの実施形態では、屈折構成要素１６０は、レンズ層１１０に実質的に平行な、あるいは、第１の方向及び第２の方向（例えば、ｘ方向及びｙ方向）によって画定される平面に実質的な平行な第１の長手方向（例えば、ｘ方向）に沿って延びる第１の複数のプリズム２５４を含む、第１のプリズムフィルム２５２を含む。いくつかの実施形態では、屈折構成要素１６０は、第１のプリズムフィルム２５２に隣接する第２のプリズムフィルム２５６を更に含む。第２のプリズムフィルム２５６は、レンズ層１１０に実質的に平行、あるいは、第１の方向及び第２の方向（例えば、ｘ方向及びｙ方向）によって画定される平面に実質的に平行であり、第１の長手方向に実質的に直交する
第２の長手方向（ｙ方向）に沿って延びる第２の複数のプリズム２５８を含むことができる。
光学システム３５０は、屈折構成要素１６０に近接して配設された光学構造体３００を更に含むことができ、第１の主方向１３１に沿うが他の主方向１３２には沿わずに光学構造体３００に入射するビームセグメントの光の少なくとも４５％（又は本明細書の他の箇所で説明される範囲のうちいずれか）が光学構造体３００を透過するようになっている。光学システム３５０は、２つ～９つの主方向のうち第２の主方向に実質的に平行な方向に沿って、光１４２及び／又は１４７をそれぞれ放射するように配設された光源１３９及び／又は１４１を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、赤外線光源である。いくつかの実施形態では、光学システム３５０は、赤外線拡散体を含む。例えば、赤外線拡散体は、赤外線光源とディスプレイのタッチ表面との間に位置付けられて、タッチ表面に入射する赤外線の一様性を改善することができる。光学システム３５０は、第１の主方向１３１に沿って光学構造体３００を透過した光を受けるように配設された光学センサ１４５を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、光学センサ１４５は、赤外線センサである。いくつかの実施形態では、第１の主方向と第２の主方向は異なる（例えば、第１の主方向は方向１３１であってもよく、第２の主方向は方向１３２であってもよい）。いくつかの実施形態では、第１の主方向と第２の主方向は同じである（例えば、第１の主方向及び第２の主方向はそれぞれ、方向１３１であってもよい）。
いくつかの実施形態では、光学システム３５０は、第１の方向及び第２の方向に沿って延びている液晶ディスプレイ２７０と、液晶ディスプレイを照明するように配設されたライトガイド２６５と、液晶ディスプレイ２７０とライトガイド２６５との間に配設された屈折構成要素１６０であって、屈折構成要素は、（少なくとも）第１の方向及び第２の方向によって画定される平面に実質的に平行な（例えば、平行から３０度以内、又は２０度以内、又は１０度以内の）第１の長手方向に沿って延びる複数の第１のプリズムを含む第１のプリズムフィルムを含む、屈折構成要素１６０と、液晶ディスプレイ２７０の反対側でライトガイド２６５に近接して配設された光学センサ１４５と、を含む。いくつかの実施形態では、光学構造体３００は、マイクロレンズ１０２が光学センサ１４５とは反対を向くように、ライトガイド２６５と光学センサ１４５との間に配設される（例えば、図２Ａ～図４Ａ又は図５のうちのいずれかの光学構造体は、図２Ａ～図４Ａ又は図５並びに図１１のｘ－ｙ－ｚ座標系によって示されるように配向された光学構造体３００に対して、図１１に示されるように配設されてもよい）。
図１３Ａ～図１３Ｂは、いくつかの実施形態による、光学構造体３００及び屈折構成要素１６０の最大投影面積の概略図である。図１３Ａに概略的に示されるように、いくつかの実施形態では、光学構造体３００は、屈折構成要素１６０の少なくとも一部分と実質的に同一の広がりを有し、屈折構成要素１６０のその一部分は、屈折構成要素１６０の最大投影面積の少なくとも約３０％の最大投影面積を有する。図１３Ｂに概略的に示されるように、いくつかの実施形態では、光学構造体３００及び屈折構成要素１６０は、実質的に同一の広がりを有する。層又は表面は、層又は表面の総面積の少なくとも６０％、少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が、別の層又は表面の総面積のそれぞれ少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％と同一の広がりを有する場合、その別の層又は表面と実質的に同一の広がりを有することができる。
主方向の数は、例えば、屈折構成要素１６０に含まれる光方向転換フィルムの数及び形状によって決定され得る。例えば、単一のプリズムフィルムに入射する少なくとも１つの第１の光ビーム（例えば、プリズム幅よりも大きい直径を有する実質的に垂直に入射する光ビーム）からは２つの主方向がもたらされ、直交プリズムフィルムに入射する第１の光ビームからは４つの主方向がもたらされる。図１４は、第１の方向（ｘ方向）に沿って配置され、直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って延びる複数の切頭プリズム３５４を含む、切頭プリズムフィルム３５２の概略断面図である。フィルム３５２に入射する少なくとも１つの第１の光ビームは、３つ、すなわち切頭プリズム３５４の各小面につき３つのビームセグメントに分割される。より一般的には、ｎ個の非垂直小面は、ｎ個のビームセグメントをもたらし得る。交差した２つの切頭プリズムフィルム３５２は、９つの主方向をもたらす。いくつかの実施形態では、２つ～９つの主方向は、２つ、４つ、又は９つの主方向である。いくつかの実施形態では、２つ～９つの主方向は、４つの主方向である。
図１５Ａ～図１５Ｃは、ビームセグメント６６５及び主方向６６７を示すコノスコーププロットである。コノスコーププロットの各点は、（方位角及び極座標によって指定される）方向を表す。領域がより暗色であるほど、透過光の強度がより高いことを示す。ビームセグメント６６５は、主に主方向６６７に沿って伝播する光ビームを表す強度の高い領域であり、この方向は、強度が極大値を有する方向と考えられる。図１５Ａには２つの主方向６６７を伝播する２つのビームセグメント６６５があり、図１５Ｂには４つの主方向６６７を伝播する４つのビームセグメント６６５があり、図１５Ｃには９つの主方向６６７を伝播する９つのビームセグメント６６５がある。
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ層は、低屈折率層を介してディスプレイパネルに接合されている。いくつかの実施形態では、低屈折率層は、１．３以下の（例えば、１．１～１．３の範囲内の）屈折率を有し、レンズ層１１０の第１の主表面１０３と実質的に共形である主表面上に配設され、かつ、その主表面を有する。屈折率は、別段の指示がない限り、６３３ｎｍの波長における屈折率を指す。１．３以下の屈折率を有する層は、例えば、米国特許出願公開第２０１３／００１１６０８号（Ｗｏｌｋら）、同第２０１３／０２３５６１４号（Ｗｏｌｋら）に記載されるようなナノボイド化層であってもよい。
いくつかの実施形態では、レンズ層１１０は、隣接するマイクロレンズの間に配設され得る光デカップリング構造を更に含む。光学デカップリング構造は、隣接する層がマイクロレンズに接触しないようにするために隣接する層に取り付けるための、マイクロレンズを越えて突出するどのような物体であることもできる。光学デカップリング構造は、円筒形の柱であることもでき、又は、非円形断面（例えば、長方形、正方形、楕円形、又は三角形の断面）を有する柱であることもできる。光学デカップリング構造は、一定した断面を有することもでき、又は、厚さ方向において断面が変化することもできる（例えば、光学デカップリング構造は、柱の頂部近くで細くなるようにテーパー状になった柱であることもできる）。いくつかの実施形態では、光学デカップリング構造は、テーパー状の楕円形断面を有する。例えば、光学デカップリング構造は、国際出願第公開第２０１９／１３５１９０号（Ｐｈａｍら）に記載されている光学デカップリング構造のいずれの幾何形状を有することもできる。いくつかの実施形態では、光学デカップリング構造は、マイクロレンズの配列の基部から延びる。いくつかの実施形態では、少なくともいくつかの光学デカップリング構造は、マイクロレンズのうち少なくともいくつかの上に配設される。光学デカップリング構造を含んでいる、関連する光学構造体は、国際出願公開第２０２０／０３５７６８号（Ｙａｎｇら）、及び２０１９年１２月６日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／９４４６７６号に記載されている。
いくつかの実施形態では、光学構造体又は光学層は、２組の複数のマイクロレンズを含む。例えば、光学構造体又は光学層は、複数のマイクロレンズを各々が含む対向する第１の主表面及び第２の主表面を有することができる。光学構造体又は光学層は、第１の主表面と第２の主表面との間に配設され、かつ、第１の主表面及び第２の主表面から離間している、光学的に不透明な埋め込みのマスク層を更に含むことができる。マスク層は、本明細書の他の箇所で更に説明されるような光吸収光学キャビティを含むことができる。対向するマイクロレンズ層を含んでいる、関連する光学構造体は、国際出願公開第２０２０／０３５７６８号（Ｙａｎｇら）、及び２０１９年１２月６日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／９４４６７６号に記載されている。
実施例／比較例
光学的開口部１２７ａ及び１２７ｂから離れた光学構造体のレンズ層側に実質的に垂直に入射する光について、光学構造体７００’について図３Ｂに全体的に示されるような光学構造体の反射率を決定するために光学モデリングを実施した。レンズ１０２は、アクリレートから形成されることを前提とし、基材は、２３．４マイクロメートル厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の層としてモデル化された。層９２３は、１００ｎｍの厚さを有するアクリレート層としてモデル化された。層１２３ａもアクリレート層としてモデル化され、層１２３ａと同じ屈折率を有する層１２４ａがモデル化された。層１２３ａ及び１２４ａの合計厚さｔ１を６０ｎｍから１００ｎｍまで変動させた。いくつかの例では、端部層１２１ａは、８ｎｍ～１６ｎｍの範囲内の厚さを有するチタン層としてモデル化された。いくつかの実施例では、端部層１２１ａは、５．５ｎｍのＣｒ、又は１０．５ｎｍのＮｉ、又は８．４ｎｍのＮｉＣｒ、又は１４．４ｎｍのＡｌ、又は５２ｎｍのＡｇから形成されるものとしてモデル化された。層１２２ａは、層を通る透過率が可視波長で０．０５％未満であるのに十分な厚さのアルミニウムとしてモデル化された。この層を通る透過率は無視できるので、図３Ｂの層１２２ａの下の層はモデル化されなかった。
光学的開口部１２７ａ及び１２７ｂから離れた光学構造体のレンズ層側に実質的に垂直に入射する光について、光学構造体７００’について図３Ｂに全体的に示されるような光学構造体の反射率を決定するために光学モデリングを実施した。レンズ１０２は、アクリレートから形成されることを前提とし、基材は、２３．４マイクロメートル厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の層としてモデル化された。層９２３は、１００ｎｍの厚さを有するアクリレート層としてモデル化された。層１２３ａもアクリレート層としてモデル化され、層１２３ａと同じ屈折率を有する層１２４ａがモデル化された。層１２３ａ及び１２４ａの合計厚さｔ１を６０ｎｍから１００ｎｍまで変動させた。いくつかの例では、端部層１２１ａは、８ｎｍ～１６ｎｍの範囲内の厚さを有するチタン層としてモデル化された。いくつかの実施例では、端部層１２１ａは、５．５ｎｍのＣｒ、又は１０．５ｎｍのＮｉ、又は８．４ｎｍのＮｉＣｒ、又は１４．４ｎｍのＡｌ、又は５２ｎｍのＡｇから形成されるものとしてモデル化された。層１２２ａは、層を通る透過率が可視波長で０．０５％未満であるのに十分な厚さのアルミニウムとしてモデル化された。この層を通る透過率は無視できるので、図３Ｂの層１２２ａの下の層はモデル化されなかった。
図１６は、マスク層がアルミニウム層であり、光吸収光学キャビティが含まれていない場合の、比較可能な光学構造体に関する計算された反射率対波長を示す。図１７は、層１２１ａが厚さ１２ｎｍのチタン層であり、厚さｔ１がプロット上に示されるように６０ｎｍから１００ｎｍまで変動したときの計算された反射率対波長を示す。図１８は、厚さｔ１が８０ｎｍであり、層１２１ａが、プロット上に示されるように８ｎｍ～１６ｎｍの範囲内の厚さを有するチタン層であったときの計算された反射率対波長を示す。図１９は、厚さｔ１が８０ｎｍであり、層１２１ａが、プロット上に示されるタイプ及び厚さの金属層であったときの計算された反射率対波長を示す。
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ光線追跡ソフトウェア（Ｓｙｎｏｐｓｉｓ，Ｉｎｃ．（ＭｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ，ＣＡ）から入手可能）を使用した光学モデリングを以下のように行った。ランバート点源を使用して指紋を表現した。このモデルでは、点源とイメージセンサの間に直交プリズムフィルムを配置し、点源と直交プリズムフィルムの間にＬＣＤディスプレイパネルを配置し、直交プリズムフィルムとイメージセンサとの間に、光学素子又は光学層１００又は２００に類似した光学素子を、マイクロレンズが直交プリズムフィルムに面し、かつマスク層がイメージセンサに面するようにして設置した。光学的開口部は、光学素子の平面への法線に対して５２度でマイクロレンズに入射する光が光学素子を通過するように位置付けられた。モデルパラメータは、ＬＣＤパネルの厚さが０．５ｍｍ、点源から光学素子までの距離が１ｍｍ、マイクロレンズの曲率半径が２５マイクロメートル、マイクロレンズ層の頂部から第１のマスク層までの距離が３２マイクロメートル、マスク層が２つ含まれる場合の２つのマスク層間の間隔が５マイクロメートル、貫通した開口部の直径が３マイクロメートル、マイクロレンズの屈折率が１．６５である。各マスク層は、完全な光吸収体としてモデル化され、又は同等に、マスク層の光吸収光学キャビティ（例えば、光学キャビティ１２０ａ～１２０ｄに対応する）は、完全に光吸収性であるとしてモデル化された。
図２０～図２２はそれぞれ、光学素子がマスク層を２つ含む事例（図２０）、光学素子がマスク層をただ１つ含む事例（図２１）、及び光学素子を省略した事例（図２２）について判断された点像分布関数を示す。光学素子を省略した事例と比較して、光学素子を含む事例では、点像分布関数の幅が著しく低減した。２つのマスク層を含めたときは、単一のマスク層を使用した事例に比較して、点像分布関数が有意に減少した。
「約（about）」などの用語は、これらが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部のサイズ、量、及び物理的特性を表す量に適用される「約」の使用が、本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって別途明らかではない場合、「約」とは、特定の値の１０パーセント以内を意味すると理解されよう。特定の値の約、ほぼとして与えられる量は、正確に特定の値であり得る。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０．９～１．１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。
上記において参照された参照文献、特許、又は特許出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に一貫して組み込まれている。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。
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。特定の実施形態が本明細書において図示及び説明されているが、図示及び記載されている特定の実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な代替的実施態様及び／又は等価の実施態様によって置き換えられ得ることが、当業者には理解されよう。本出願は、本明細書で論じられた特定の実施形態のいずれの適応例又は変形例も包含することが意図されている。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ことが意図されている。
Claims (15)
- 基材上に形成され、かつ、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置されている複数のマイクロレンズを備えるレンズ層と、
前記レンズ層の前記基材側に配設された第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティであって、各光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を備え、前記中間層ではなく、前記第１の端部層及び前記第２の端部層の各々が、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って内部に配置され、かつ、前記マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされている、複数の貫通開口部を画定する、第１の光吸収光学キャビティ及び第２の光吸収光学キャビティと、
前記第１の光吸収光学キャビティと前記第２の光吸収光学キャビティとの間に配設され、かつ、約１マイクロメートル超の平均厚さを有する、光学的に透明なスペーサ層と、
を備える、光学構造体。 - 前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティの各々の前記光吸収性の第１の端部層は、チタン、クロム、ニッケル、又はそれらの合金を含む、請求項１に記載の光学構造体。
- 前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティの各々の前記光吸収性の第１の端部層はチタンを含み、かつ、約２５ｎｍ未満の平均厚さを有する、請求項１又は２に記載の光学構造体。
- 前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティの各々の前記光吸収性の第２の端部層は、アルミニウム、銀、インジウム、スズ、タングステン、金、又はそれらの合金を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティの各々の前記光吸収性の第２の端部層はアルミニウムを含み、かつ、約５０ｎｍ未満の平均厚さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 前記中間層はポリマー層であり、前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティのうちの少なくとも１つは、前記第１の端部層と前記中間層との間に配設された前記第２の端部層の合金を更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 前記第１の光吸収光学キャビティの前記第２の端部層と前記第２の光吸収光学キャビティの前記第２の端部層とは、互いに向かい合っており、前記第１の光吸収光学キャビティの前記第１の端部層と前記第２の光吸収光学キャビティの前記第１の端部層とは、互いに反対を向いている、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 前記レンズ層の前記基材側に配設された第３の光吸収光学キャビティ及び第４の光吸収光学キャビティを更に備え、前記第３の光吸収光学キャビティと前記第４の光吸収光学キャビティとの間に、前記光学的に透明なスペーサ層が配設され、前記第３の光吸収光学キャビティ及び前記第４の光吸収光学キャビティの各々について、前記光吸収光学キャビティは、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を備え、前記中間層ではなく、前記第１の端部層及び前記第２の端部層の各々が、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って内部に配置され、かつ、前記マイクロレンズと１対１の対応で位置合わせされている、複数の貫通開口部を画定する、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 前記マイクロレンズのうちの少なくとも過半数の、各マイクロレンズについて、
前記マイクロレンズ並びに前記第１の光吸収光学キャビティ及び前記第２の光吸収光学キャビティの各々の前記第１の端部層及び前記第２の端部層の対応する前記貫通開口部は、前記レンズ層に対して同じ角度をなす直線を実質的に中心とし、
画像を担持する画像光が、前記直線に沿って前記マイクロレンズに入射し、前記画像光が前記マイクロレンズを実質的に満たしているとき、前記マイクロレンズに対応する前記貫通開口部のうちの少なくとも１つは、前記マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされる、
請求項１～８のいずれか一項に記載の光学構造体。 - 前記第１の光学キャビティ及び前記第２の光学キャビティのうちの少なくとも１つの前記第２の端部層の前記貫通開口部のうちの少なくとも過半数の、各前記貫通開口部について、前記貫通開口部は、前記レンズ層に面した主頂面及び反対側の主底面を有する空白領域を画定し、前記光学構造体の、前記光学構造体に実質的に垂直な断面内で、前記光学構造体は、前記空白領域の前記主頂面及び前記主底面のうちの少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学構造体。
- 直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを備えるレンズ層と、
前記レンズ層から離間し、かつ、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定する、光学的に不透明な第１のマスク層であって、前記第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を備える、第１の光吸収光学キャビティを備え、各前記第１の光学的開口部は、前記第１の端部層及び前記第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、前記中間層には貫通開口部を含まない、光学的に不透明な第１のマスク層と、
前記レンズ層及び前記第１のマスク層から離間し、かつ、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第２の光学的開口部を画定する、光学的に不透明な第２のマスク層であって、前記第１のマスク層は、前記レンズ層と前記第２のマスク層との間に配設され、前記マイクロレンズと前記第１の光学的開口部及び前記第２の光学的開口部との間に１対１の対応があり、各マイクロレンズについて、前記マイクロレンズ並びに対応する前記第１の光学的開口部及び前記第２の光学的開口部が、前記レンズ層に対して同じ角度をなす直線を実質的に中心とするようになっており、画像を担持する画像光が前記直線に沿って前記マイクロレンズに入射し、前記画像光は前記マイクロレンズを実質的に満たしているとき、前記第１の光学的開口部及び前記第２の光学的開口部のうちの少なくとも１つは、前記マイクロレンズに起因する画像品質劣化を低減するようにサイズ決めされている、光学的に不透明な第２のマスク層と、
を備える、光学構造体。 - 一体型光学層を含む光学構造体であって、前記一体型光学層は、
構造化された第１の主表面が、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを画定する、構造化された第１の主表面及び反対側の第２の主表面と、
前記第１の主表面と前記第２の主表面との間に配設され、かつ、前記第１の主表面及び前記第２の主表面から離間している、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層であって、前記第１のマスク層は、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定し、前記マイクロレンズと前記第１の光学的開口部との間に１対１の対応があり、前記第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各前記第１の光学的開口部について、前記第１の光学的開口部は、第１の主表面に面した主頂面及び第２の主表面に面した反対側の主底面を有する第１の空白領域を画定し、前記一体型光学層の、前記一体型光学層に実質的に垂直な断面内で、前記主頂面と前記主底面とは、前記第１の空白領域の縁部の近くの離隔距離よりも長い、前記第１の空白領域の中心の近くの離隔距離を有し、前記第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を備える、光吸収光学キャビティを備え、各前記第１の光学的開口部は、前記第１の端部層及び前記第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、前記中間層には貫通開口部を含まない、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層と、
を備える、一体型光学層を含む光学構造体。 - 前記第１の光学的開口部のうちの少なくとも前記過半数の、各前記第１の光学的開口部について、
前記第１の空白領域は、前記第２の端部層の厚さを貫通して延びており、
前記第１の光学的開口部は、前記第１の端部層の厚さを貫通して延びている第２の空白領域を画定する、
請求項１２に記載の光学構造体。 - 一体型光学層を含む光学構造体であって、前記一体型光学層は、
構造化された第１の主表面が、直交する第１の方向及び第２の方向に沿って配置された複数のマイクロレンズを画定する、構造化された第１の主表面及び反対側の第２の主表面と、
前記第１の主表面と前記第２の主表面との間に配設され、かつ、前記第１の主表面及び前記第２の主表面から離間している、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層であって、前記第１のマスク層は、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って配置されて内部を貫通する複数の第１の光学的開口部を画定し、前記マイクロレンズと前記第１の光学的開口部との間に１対１の対応があり、前記第１の光学的開口部のうちの少なくとも過半数の、各第１の光学的開口部について、前記第１の光学的開口部は、前記第１の主表面に面した主頂面及び前記第２の主表面に面した反対側の主底面を有する第１の空白領域を画定し、前記一体型光学層の、前記一体型光学層に実質的に垂直な断面内で、前記一体型光学層は、前記第１の空白領域の前記主頂面及び前記主底面のうちの少なくとも１つに沿って集中する複数のナノ粒子を含み、前記第１のマスク層は、約３００ｎｍ未満の平均厚さを有し、かつ、光吸収性の第１の端部層と第２の端部層との間に配設された光学的に透明な中間層を備える、光吸収光学キャビティを備え、各前記第１の光学的開口部は、前記第１の端部層及び前記第２の端部層の各々に貫通開口部を含むが、前記中間層には貫通開口部を含まない、光学的に不透明な埋め込みの第１のマスク層と、
を備える、一体型光学層を含む光学構造体。 - 請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学構造体と、
前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って延びている液晶ディスプレイと、
前記液晶ディスプレイを照明するように配設されたライトガイドと、
前記液晶ディスプレイと前記ライトガイドとの間に配設された屈折構成要素であって、前記屈折構成要素は、前記第１の方向及び前記第２の方向によって画定される平面に実質的に平行な第１の長手方向に沿って延びている複数の第１のプリズムを備える、第１のプリズムフィルムを含む、屈折構成要素と、
前記液晶ディスプレイの反対側で前記ライトガイドに近接して配設された光学センサと、
を備え、前記光学構造体は、前記マイクロレンズが前記光学センサとは反対を向くように、前記ライトガイドと前記光学センサとの間に配設される、
光学システム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063080105P | 2020-09-18 | 2020-09-18 | |
| US63/080,105 | 2020-09-18 | ||
| PCT/IB2021/057486 WO2022058815A1 (en) | 2020-09-18 | 2021-08-13 | Optical construction and optical system including light absorbing optical cavity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023542160A true JP2023542160A (ja) | 2023-10-05 |
| JPWO2022058815A5 JPWO2022058815A5 (ja) | 2024-08-20 |
Family
ID=80775970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023517835A Pending JP2023542160A (ja) | 2020-09-18 | 2021-08-13 | 光吸収光学キャビティを含む、光学構造体及び光学システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230333289A1 (ja) |
| JP (1) | JP2023542160A (ja) |
| TW (1) | TW202232139A (ja) |
| WO (1) | WO2022058815A1 (ja) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6076932A (en) * | 1996-09-26 | 2000-06-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light absorber and optical equipment |
| JP2007133271A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Seiko Epson Corp | レンズ基板、レンズ基板の製造方法、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
| JP2010094499A (ja) * | 2008-09-16 | 2010-04-30 | Hitachi Maxell Ltd | 画像取得装置及び生体情報取得装置 |
| JP2010098055A (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Hitachi Maxell Ltd | 遮光構造、撮像装置及びその製造方法、並びに生体情報取得装置 |
| US10229316B2 (en) * | 2016-01-29 | 2019-03-12 | Synaptics Incorporated | Compound collimating system using apertures and collimators |
| CN111557050A (zh) * | 2018-01-15 | 2020-08-18 | 索尼公司 | 生物体信息获取装置、生物体信息获取方法和可穿戴装置 |
| US10735634B2 (en) * | 2018-06-14 | 2020-08-04 | Gingy Technology Inc. | Image capture apparatus |
| WO2020181493A1 (zh) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 屏下指纹识别装置和电子设备 |
-
2021
- 2021-08-13 US US18/024,946 patent/US20230333289A1/en active Pending
- 2021-08-13 JP JP2023517835A patent/JP2023542160A/ja active Pending
- 2021-08-13 WO PCT/IB2021/057486 patent/WO2022058815A1/en active Application Filing
- 2021-08-27 TW TW110131878A patent/TW202232139A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202232139A (zh) | 2022-08-16 |
| WO2022058815A1 (en) | 2022-03-24 |
| US20230333289A1 (en) | 2023-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220397791A1 (en) | Optical layer and optical system | |
| KR102395414B1 (ko) | 디스플레이 시스템 및 도광체 | |
| CN112088141B (zh) | 用于光束重定向的衍射光栅 | |
| TWI383192B (zh) | 光準直裝置 | |
| TWI437276B (zh) | 具有至少一表面區域含有光學有效表面起伏微結構之元件、其之用途、其之製法、包含其之保全裝置及保全裝置的用途以及具有該元件的物品 | |
| WO2020035768A1 (en) | Optical element including microlens array | |
| US9988724B2 (en) | Inorganic polarizing plate having trapezoid shaped metal layers and production method thereof | |
| CN108027459A (zh) | 光学系统 | |
| US20090073570A1 (en) | Light control devices and methods of making same | |
| US20160178965A1 (en) | Display device and manufacturing method of the same | |
| JP2005157119A (ja) | 反射防止光学素子及びこれを用いた光学系 | |
| JP2009500663A (ja) | コリメーティングマイクロレンズアレイ | |
| KR20060128776A (ko) | 투과형 스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린 및 리어프로젝터 | |
| KR20190097077A (ko) | 반사형 확산판, 표시 장치, 투영 장치 및 조명 장치 | |
| JP2014081617A (ja) | 空間結像素子及びその製造方法、表示装置および端末機 | |
| US11253952B2 (en) | Laser processing apparatus | |
| JP3731593B2 (ja) | 透過型スクリーン用部材の製造方法、透過型スクリーン用部材、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ | |
| JP2023542160A (ja) | 光吸収光学キャビティを含む、光学構造体及び光学システム | |
| US20210140764A1 (en) | Collimating array for an optical sensing device | |
| WO2020110961A1 (ja) | 反射型透明スクリーンおよび映像表示システム | |
| US20230400606A1 (en) | Undulating Metal Layer and Optical Construction Including Same | |
| JP2007514969A (ja) | コリメータ | |
| JP2005114873A (ja) | 透過型スクリーン用部材、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ | |
| JP2005215417A (ja) | マイクロレンズアレイ | |
| JP2004227913A (ja) | 光学素子、その製造方法及び液晶表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240809 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240809 |