CN111279250A - 导光板、导光板制造方法和影像显示装置 - Google Patents

导光板、导光板制造方法和影像显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种导光板，其能够应用于较宽光线角度范围和较宽波长范围的入射光线，并且能够抑制光学效率降低。在具有用复用记录的全息图使入射光衍射的光衍射部(1200)的导光板(200)中，光衍射部，在具有任意一定的角度范围的单一波长的光(1210)入射了的情况下，至少2条以上的出射光线(1220)具有第一角度间隔(θs)离散地出射，出射的光线具有第二角度范围(θa)，第一角度间隔(θs)在第二角度范围(θa)以上。

Description

导光板、导光板制造方法和影像显示装置
技术领域
本发明涉及头戴式显示器等影像显示装置中使用的导光板。
背景技术
头戴式显示器(HMD：Head Mounted Display)等影像显示装置中，将导光板用作使从投影仪(影像投射部)出射的影像光传播至用户的眼的光学系统。HMD中使用的导光板要求薄型且外界的光的透射率(外部光透射率)高。能够使用半反射镜作为该导光板，但为了确保宽视场，薄型化困难，并且外部光透射率与显示影像光的效率存在此消彼长的关系。因此，使用半反射镜的导光板中，薄型化和外部光透射率提高困难。
作为与此相关的技术，在专利文献1和专利文献2中，记载了能够使用全息技术实现反射轴相对于表面法线具有倾斜的特殊的反射镜(该文献中称为“偏斜反射镜”(skewmirror))。如果在导光板中采用偏斜反射镜，则实现与相对于导光板的表面倾斜的反射镜同样的功能，对于实现导光板的薄型化和外部光透射率提高是有效的。
对此，专利文献1中，叙述了偏斜反射镜不存在反射轴与表面法线一致的制约，在比较宽的波长范围中，使光相对于某一固定的反射轴反射，并且在比较宽的范围的入射角中具有固定的反射轴。另外，专利文献2中，叙述了偏斜反射镜具有相对于其表面法线能够倾斜的反射轴即Skew轴，通过相对于表面法线使二维的Skew轴倾斜，而将偏斜反射镜可实现的视场扩大至例如60度以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2017/0059759号说明书
专利文献2：国际公开第2017/176389号
发明内容
发明要解决的课题
具有光衍射功能的全息图，是薄型的且具有波长选择性和角度选择性等特性，所以能够选择性地使光衍射，通过在HMD的导光板中采用它，存在可以维持外部光透射率较高同时高效率地进行影像显示的可能性。但是，为了适应HMD的实用的使用条件，需要对导光板的结构进行更详细的研究。
对于专利文献1、2中记载的偏斜反射镜，研究作为入射出射耦合器的性能。波长λ1的光线以相对于导光板的表面的入射角θ1入射的情况下，光线的一部分被与导光板的表面相比具有某一角度θg的倾斜的偏斜反射镜面反射。此处，使以全反射角θTIR(TIR：TotalInternal Reflection)以上的入射角θ1在导光板内传播的光线对该偏斜反射镜入射时，该光线的一部分被偏斜反射镜面反射，能够使其对导光板外出射(出射耦合器功能)。另外，能够使光线从导光板外入射，在导光板内通过全反射而传播(入射耦合器功能)。
在HMD等影像显示装置中使用的情况下，从投影仪出射的光线束具有数10deg程度的较宽的光线角度范围，这对应于视场(FOV：Field of View)。另外，因为显示彩色影像，所以具有对应于RGB三色的较宽的波长范围。因此，实用的偏斜反射镜必须能够反射“入射角θ1是数10deg的较宽的角度范围、波长λ1是RGB的较宽的波长范围”的光线。
但是，偏斜反射镜由复用记录的体积全息图的集合构成，一般的体积全息图具有数毫deg的较窄的角度选择性和数nm的较窄的波长选择性。因此，为了制作使具有上述要求条件即“数十deg的较宽角度、RGB的较宽波长”的光线束反射的实用的偏斜反射镜，必须增加复用记录数。例如，专利文献2中，进行了全息图的复用记录数在200以上、记录角度间隔是0.2deg程度的复用记录。
另一方面，存在增加全息图的复用记录数时，每一个全息图的衍射效率降低的性质。体积全息图的复用记录数，一般用全息图的记录介质的称为M数(M/#)的指标评价。该M/#是记录介质固有的有限的值，复用记录数和每一个全息图的衍射效率受此限制。例如，具有M/#＝3的记录介质中，如果是3重复用则能够使1个全息图的衍射效率成为100％。但是，改为10重复用时1个全息图的衍射效率降低至9％。此处，对这2个情况进行比较，前者再现3个衍射效率100％的全息图，后者再现10个衍射效率9％的全息图，所以如果设光学效率为衍射效率×全息图数，则前者更高。这样，存在复用记录数越大则实质上的衍射效率(光学效率)越降低的性质。
因此，为了制作实用的偏斜反射镜而进行例如200重复用这样较大数量的复用记录时，全息图的衍射效率必然会大幅降低。全息图的衍射效率降低时，偏斜反射镜、以至导光板的光学效率降低。光学效率较低时，显示的影像变暗，所以例如执行作为HMD的应用之一的、对于外界叠加显示影像而对用户展示的增强现实(AR：Augmented Reality)的情况下的临场感会降低。为了对此补偿，需要增大出射影像的投影仪的输出光量，产生HMD的耗电增大、发热、大型化等课题。
进而，全息图的复用记录数较多时，偏斜反射镜、以至导光板的制造难度提高，也产生导致制造工序增加和成本升高的课题。
本发明的目的是鉴于这样的课题得出的，在于提供一种能够应用于较宽光线角度范围和较宽波长范围的入射光线、并且能够抑制光学效率降低的导光板。
用于解决课题的技术方案
举其一例，本发明是一种具有用复用记录的全息图使入射光衍射的光衍射部的导光板，其特征在于：所述光衍射部，在具有任意一定的角度范围的单一波长的光入射了的情况下，至少2条以上的出射光线以第一角度间隔θs离散地出射，所述出射的光线具有第二角度范围θa，所述第一角度间隔θs在所述第二角度范围θa以上。
发明效果
根据本发明，在具有光衍射部的导光板中，能够应用于较宽光线角度范围和较宽波长范围的入射光线，并且能够尽量抑制光学效率降低。
附图说明
图1A是实施例1中的影像显示装置100的外观图。
图1B是表示影像显示装置100的使用例的外观图。
图2是表示影像显示装置100的模块结构的图。
图3A是表示导光板200的全体结构的概略图。
图3B是表示导光板200的详细结构的放大图。
图4A是使入射耦合器201由体积全息图构成的情况下的概略图。
图4B是使入射耦合器201由棱镜构成的情况下的概略图。
图5是表示出射耦合器203的结构的概略图。
图6是使入射和出射耦合器均由体积全息图构成的情况下的导光面内的光线图。
图7是说明眼动范围扩大部202的效果的图。
图8A是表示来自出射耦合器203的出射光线的密度的图。
图8B是表示来自出射耦合器203的出射光线的密度的图。
图9A是表示从影像投射部103入射的光线的波长谱分布的图。
图9B是表示用户在影像显示部104上看到的影像的视场的图。
图10A是说明全息图的复用记录和单一波长光下的衍射效率的图。
图10B是包括宽带波长的入射光地比较地表示光学效率的图。
图11是表示全息图的衍射光形成的观看影像的模拟结果的图。
图12A是表示与全息图的复用记录数对应的观看影像的画质与光学效率的关系的图。
图12B是说明适于入射和出射耦合器的体积全息图的特性的图。
图13是用K矢量表达复用记录全息图的图。
图14是表示画质修正前的观看影像的例子的图。
图15是表示体积全息图的制造装置的一例的概略图(实施例2)。
图16是表示体积全息图的制造工序的流程图。
图17A是表示全息图复用记录时的记录角度的具体例的图。
图17B是表示全息图复用记录时的记录角度的具体例的图。
图18是表示实施例3中的导光板的结构的图。
图19A是表示实施例4中的导光板的结构的概略图。
图19B是表示实施例4中的导光板的结构的概略图。
图19C是表示实施例4中的导光板的结构的概略图。
图19D是表示实施例4中的导光板的结构的概略图。
具体实施方式
以下，用附图说明本发明的实施例。以下实施例中，作为影像显示装置对于眼镜型的头戴式显示器(HMD)的情况进行说明。
实施例1
[影像显示装置的结构]
图1A是本实施例中的影像显示装置100的外观图。另外，图1B是表示影像显示装置100的使用例的外观图。
眼镜型的影像显示装置(HMD)100，在相当于眼镜的镜腿的部分，具有投射要对用户1的右眼显示的影像的影像投射部103a；和投射要对用户1的左眼显示的影像的影像投射部103b。另外，在相当于眼镜的镜片的部分，具备使由影像投射部103a、b投射的影像到达用户1的眼的出射耦合器203a、b。出射耦合器203a、b不仅显示影像，也能够使来自外界的光透射，能够显示对于外界叠加显示影像并对用户展示的增强现实(AR：Augmented Reality)。用户1通过在头部佩戴影像显示装置100，能够用双眼观看影像。
图2是表示影像显示装置100的模块结构的图。影像显示装置100包括对用户的右眼显示影像的右眼用影像显示部104a；和对用户的左眼显示影像的左眼用影像显示部104b。这2个影像显示部是同样的结构，所以以下对于右眼用a和左眼用b并不特别区分地进行说明。
影像显示部104中，首先基于从影像输入部101发送来的影像数据，用画质修正部102和影像投射部103生成要显示的影像。画质修正部102进行要显示的影像的颜色和亮度的修正。影像投射部103用包括光源的小型投影仪构成，作为投射影像的虚像的光学系统。即，对影像投射部103直接观看时，能够在某一距离的位置看到二维的影像。此处，影像(虚像)所投射至的距离，可以是某一有限的距离，也可以是无限远。
由影像投射部103生成的影像作为对某一距离投射虚像的光线束出射。该光线束(光线组)至少具有对应于红(R)、绿(G)、蓝(B)3色的波长，用户能够观看到彩色影像。另外，该光线束具有水平方向上约40deg、垂直方向上约20deg的范围，能够观看投影的虚像的视场(FOV：Field Of View)较宽的影像。
从影像投射部103出射的光线束，经由入射耦合器201对导光板200入射。入射耦合器201将对导光板入射的光线束的方向，变换为能够在导光板200内通过全反射而传播的方向。此时，通过保持光线束的各光线方向的相对关系地进行变换，能够显示没有影像畸变和模糊的高清的影像。
对导光板200内入射的光线束，通过反复发生全反射而传播，对眼动范围扩大部202入射。眼动范围扩大部202具有将用户能够观看影像的眼动范围(能够看到虚像的区域)扩大的功能。如果眼动范围较宽，则用户难以看到眼动范围的边缘部分，因此压力得到减轻，并且能够减轻佩戴状况和用户的眼的位置的个人差异的影响，得到较高的临场感。
眼动范围扩大部202中，对于入射的光线束，保持光线方向的相对关系地进行复制并对出射耦合器203出射。即，从影像投射部103出射的光线束，被保持光线方向(角度)的相对关系地在空间上扩大。
出射耦合器203中，使入射的光线束对导光板200外出射而到达用户1的眼。即，出射耦合器203与入射耦合器201相反地，将入射的光线束的方向变换为能够对导光板200外出射的方向。
另外，出射耦合器203中，也同时具有在与用眼动范围扩大部202扩大的方向不同的方向上将眼动范围扩大的功能。即，对出射耦合器203入射的光线束，被保持光线方向的相对关系地复制、在空间上扩大并对导光板200外出射。
上述结构在右眼影像显示部104a和左眼影像显示部104b中是大致共通的。通过以上结构，用户1能够观看用这2个影像显示部104a、104b显示的影像(虚像)。
上述图1A的影像显示装置100中，仅有导光板200的一部分即出射耦合器203的部分可见，导光板200的其他部分隐藏在黑色的框架部分中而使其从外部不可见。这是因为外界的光(外部光)从意外的角度对导光板200入射时，存在成为杂散光而使显示影像的画质劣化的可能性。因此，使出射耦合器203以外的部分尽量从外界不可见，而使外部光不对导光板200内入射。
[导光板的结构]
图3A是表示导光板200的整体结构的概略图。导光板200包括入射耦合器201、眼动范围扩大部202、出射耦合器203，它们收纳在玻璃或塑料等合成树脂制的基片中，厚度是约1～2mm程度。从影像投射部103出射的光线束220，具有如上所述对应于RGB光的较宽的波长范围，和对应于水平方向(X方向)40deg、垂直方向(Y方向)20deg的FOV的较宽的角度范围，该光线束220在Z方向上向入射耦合器201入射。图3A中，对于光线束220内的中心光线221示出了导光板200内的路径。该中心光线221对应于显示的影像的大致中心的像素，实际上是具有数mm直径的有限粗细的光束。
入射耦合器201由作为光衍射部的体积全息图构成，将在Z方向上入射的光线束220的方向变换为导光板200的面内方向(XY面)。另外，来自影像投射部103的光线束220对导光板200倾斜地入射的情况下，也可以代替体积全息图而使用棱镜。从入射耦合器201出射的光线束220通过导光板200内的内面反射而向眼动范围扩大部202方向倾斜地传播。此处，倾斜指的是在与导光板200的表面平行的面内(XY面)、与水平方向(X方向)和垂直方向(Y方向)不同的角度。
眼动范围扩大部202对于在导光板200中传播来的光线束220，用后述的分束器面和反射镜面使其反射，向出射耦合器203方向倾斜地传播。此时，用分束器面对光线束220保持光线方向的相对关系地复制，由此用户观看影像的眼动范围被扩大。
输出耦合器203由作为光衍射部的体积全息图构成，对入射的光线束的方向进行变换，使其在Z方向上对导光板200外出射。此处，入射耦合器201由体积全息图构成的情况下，入射耦合器201和出射耦合器203的体积全息图被设定为其衍射的光线的波长与角度的关系大致相同。由此，能够提高导光板200的光利用效率。
图3B是表示导光板200的详细结构的放大图。这是从与图3A在Z方向上相反一侧观看的图，此处放大示出光线束220内的中心光线221的导光板200内的路径。
从入射耦合器201出射的中心光线221，对于导光板200的表面具有满足全反射条件的入射角度，通过全反射而在导光板内传播。导光面320a示出了从入射耦合器201出射的中心光线221被导光的面。
眼动范围扩大部202是被反射镜面330和分束器面340夹着的结构。反射镜面330由约100％的反射率的反射镜构成，分束器面340由约90％程度的反射率的部分透过反射镜构成。这些反射镜面330和分束器面340用介电体多层膜或金属蒸镀制作，设计为能够应用于具有对应于RGB光的较宽的波长范围和对应于水平40deg×垂直20deg的FOV的较宽的角度范围的光线束220。
入射到眼动范围扩大部202的中心光线221在反射镜面330上反射，在导光面320b内通过全反射而传播。然后，在分束器面340上90％程度的光量被反射，其余10％程度的光量透射并对出射耦合器203入射。在分束器面340上反射的光通过全反射而传播，再次在反射镜面330上反射，对分束器面340入射。此时，同样地，90％程度的光量反射而再次射向反射镜面330，其余10％程度的光量透射而对出射耦合器203入射。这样，眼动范围扩大部202中，在反射镜面330与分束器面340之间反复进行反射，每次反射时透过分束器面340的一部分光量对出射耦合器203入射。分束器面340的反射率需要设计为使出射耦合器203中出射的光量(眼动范围内的光量)大致均匀，不一定需要是90％程度。另外，反射镜面330和分束器面340的反射率分布可以是均匀的，也可以设计为具有不均匀的分布而使眼动范围内的光量大致均匀。
[入射耦合器的结构]
图4A是使入射耦合器201由体积全息图(Ho)构成的情况下的概略图，提取了导光面320a并与纸面平行地描绘。中心光线221入射时，被作为光衍射部的体积全息图Ho衍射，光线的方向被变换为对于导光板200的表面满足全反射条件的入射角度。在体积全息图Ho中，复用记录了均以平面波记录的全息图(平面波全息图)。构成为具有对应于RGB的较宽的波长范围、和对应于水平40deg×垂直20deg的FOV的较宽的角度范围的光线束对其入射时，保持相对的角度关系地对光线方向进行变换。即，与中心光线221不同的角度的光线即周边光线310入射时，以与中心光线221不同的角度被衍射，该2个光线的相对角度关系被保持。
即，以“中心光线221对导光板200的入射角度θ1<周边光线310对导光板200的入射角度θ2”对入射耦合器201入射的情况下，以“中心光线221对导光板的入射角度θ1’<周边光线310对导光板的入射角度θ2’”从入射耦合器201出射，该关系对于入射的光线束220内的大致任意的2个光线的组合都成立。这是称为反射型全息图的结构。相反，在被称为透射型全息图的结构中，以“中心光线221对导光板的入射角度θ1’>周边光线310对导光板的入射角度θ2’”出射，该关系对于入射的光线束内的任意2个光线的组合成立。此处，入射角度是从导光板表面的垂线起测量的角度。另外，通过改变全息图的生成条件，对于光线束的角度范围，能够使衍射后的2个光线的角度差(θ2’-θ1’)与衍射前的2个光线的角度差(θ2-θ1)不同。由此，光学系统的设计的自由度进一步提高。
入射耦合器201的体积全息图Ho由光聚合物等感光材料构成，如图4A所示，其两侧被玻璃或塑料等合成树脂制的基片夹着。另外，周边(图中的左右)也被密封(密闭)，发挥保护体积全息图Ho不受外部空气和潮湿、冲击、尘埃等的影响的作用。进而，为了保护其不受紫外线等的影响，也可以对导光板的表面进行镀膜。关于这样的体积全息图的制造方法，使用图15在后文中叙述。
图4B是使入射耦合器201由棱镜410构成的情况下的概略图，与图4A同样地提取了导光面320a描绘。该情况下，是用棱镜410使光线束(此处示出中心光线221和周边光线310)以在导光板内成为全反射角度的方式入射的简单的结构。该结构中，也自动地满足上述体积全息图的“2个光线的相对的角度关系被保持”这一特征。但是，不能实现体积全息图中能够实现的、在入射前与入射后使光线束的角度范围(角度差)不同。
[出射耦合器的结构]
图5是表示出射耦合器203的结构的概略图，是提取了导光面320b而描绘的。出射耦合器203由复用记录了平面波全息图的体积全息图Ho构成。另外，入射耦合器201由体积全息图Ho构成的情况下，在入射耦合器201和出射耦合器203中使用的体积全息图中，使复用记录的平面波全息图的结构大致一致，对导光板200入射的光线束和从导光板200出射的光线束的相对的波长和角度关系相等。
在导光面320b内通过全反射而传播的入射光线505，因为作为光衍射部的出射耦合器203的体积全息图Ho，一部分光线因衍射而被变换方向而对导光板200外出射。该体积全息图Ho的衍射效率是约10％程度，未衍射的其余90％程度的透射光成分通过全反射而传播，再次被出射耦合器203的体积全息图Ho衍射。通过反复该过程，光线从导光面320b内的出射耦合器203的大致全部范围大致等间隔地出射，出射光线510全部大致平行。图中，仅描绘了任意1个光线505，但在导光面320b内传播的光线束的全部光线都同样地出射。由此，某一方向的入射光线全部具有大致相同的出射角度地出射。因此，在用户1的视网膜上成像，用影像投射部103投射的影像的1个像素在视网膜上的一点聚光，能够看到高分辨率的影像。以上说明设想了影像被显示在无限远的情况，但在离开某一程度的有限距离显示的情况下，状况也几乎是相同的。
此处，对于使入射耦合器201和出射耦合器203均由体积全息图构成的情况下的、两者的体积全息图的特征进行说明。
图6是使入射和出射耦合器均由体积全息图构成的情况下的导光面内的光线图。在下部描绘了对应的埃瓦尔德球表达。体积全息图由反射型全息图构成。导光面320是将图3B的导光面320a和导光面320b连接表示的，省略了处于中间的反射镜面330和分束器面340引起的折返。即使省略，基本的动作的说明也是相同的。
设想第一光线601和第二光线602对入射耦合器201入射的状况。设第一和第二光线601、602之间所成的角度(从第一光线601起在图中逆时针旋转地测量的角度)为θ1。这2个光线被入射耦合器201衍射，角度被变换。设变换后的2个光线601、602所成的角度(从第一光线起在图中顺时针旋转地测量的角度)为θ2。进而，这2个光线通过全反射而在导光面320内传播，被出射耦合器203衍射而角度再次被变换，对导光板200外出射。出射后的2个光线601、602所成的角度(从第一光线起在图中顺时针旋转地测量的角度)为θ3。此处，角度全部是导光板内的角度，导光板外的角度能够使用斯涅尔定律计算，但为了避免图变得复杂，而在本说明中省略。
在图6的下部，用埃瓦尔德球表达了光线的方向。首先，在入射耦合器201内，与第一和第二光线对应的k矢量601p、602p入射时，被入射耦合器201的体积全息图中记录的光栅矢量2011g和2012g衍射，衍射光的k矢量601d、602d出射。此处，示出2个光栅矢量2011g、2012g非平行的情况，因此2个光线601、602所成的角度在衍射前(θ1)与衍射后(θ2)不同。2个衍射光的k矢量满足导光板的全反射条件，使k矢量601d、602d和k矢量601d’、602d’交替变换地传播。然后，进入出射耦合器203时，具有k矢量601d’、602d’的一部分光被出射耦合器203的体积全息图中记录的光栅矢量2031g和2032g衍射，衍射光的k矢量601q、602q对导光板外出射。
以上动作中，对于任意的2个光线，其角度关系用θ1、θ2、θ3示出。此处，不需要是θ1＝θ2＝θ3，例如也可以是θ1>θ2<θ3、θ1<θ2<θ3等关系。由此，用于得到全息图的制造变得容易、光线密度提高、FOV扩大等效果的设计自由度扩大。但是，作为用于得到高效率、高画质的影像的条件，入射耦合器201的光栅矢量2011g与出射耦合器203的光栅矢量2031g需要成为关于与导光板的表面平行的线650轴对称地反转(折返)的关系。另外，光栅矢量2012g与2032g也需要成为同样的关系。这样，入射耦合器201的体积全息图中记录的光栅矢量组与出射耦合器203的体积全息图中记录的光栅矢量组关于与导光板的表面平行的线650轴对称地反转(折返)，由此能够得到高效率、高画质的影像。
[眼动范围扩大的效果]
图7是说明眼动范围扩大部202的效果的图，示出了导光板200的整体。上述图5、图6中，对于导光面320a、320b等1个导光面进行了说明，但通过图3B所述的眼动范围扩大部202的动作，这些导光面被复制，在出射耦合器203中，贯通有多条导光面320b的复制。在各导光面中，光线从出射耦合器203的大致全部范围出射，所以该导光面多条并列时，出射光线701从出射耦合器203的大致全部范围出射。结果，射向导光板200的入射光线700，在空间上被二维扩大并从导光板200出射。由此，能够二维地扩大眼动范围的范围(面积)。
图8A和图8B是表示来自出射耦合器203的出射光线的密度的图。图8A示意性地表示了1条光线对导光板200入射时从出射耦合器203出射的光线701的位置。另外，图8B改变了眼动范围扩大部202的结构，在反射镜面330与分束器面340的大致中间追加了透射率50％程度的第二分束器面800。因为追加的第二分束器面800，用眼动范围扩大部202复制的导光面的数量增加至约2倍。即，能够使出射光线701的密度提高约2倍。出射光线的密度较高时，影像的亮度不均和颜色不均、闪烁等减少，能够提高影像的画质。
以上对于导光板200的基本的结构和动作进行了说明。接着，对于提高导光板的光学效率用的入射耦合器和出射耦合器中使用的体积全息图的结构进行详细说明。首先，对于全息图的复用记录数与光学效率的关系进行说明。
[影像光线的特性]
图9A和图9B是表示影像显示装置100中使用的影像光线的特性的图。图9A示出了从影像投射部103对导光板200入射的光线束具有的波长谱分布的一例。本实施例中，假定具有如图所示的宽(宽带)的波长谱分布。该波长谱分布是对于可见光波段即400～700nm具有大致固定的强度(功率)的谱分布，为了说明而假定为理想的光源。
另外，图9B示出了用户在影像显示部104上看到的影像的视场(FOV)，设水平方向(X方向)的角度为θ、垂直方向(Y方向)的角度为φ。该方向的定义与图3A的X方向和Y方向一致。FOV的大小例如设想为水平方向的角度θ＝40deg、垂直方向的角度φ＝20deg的较宽的角度范围。
[体积全息图的光学效率]
图10A是说明全息图的复用记录和单一波长下的衍射效率(光学效率)的图。
(a)表示记录介质1000与反射轴1010的角度关系。反射轴1010从记录介质1000的垂线1005起倾斜角度θg。
(b)表示全息图的复用记录方法。是在记录介质1000中复用记录双光束平面波全息图的结构。进行i＝1、2、3、……、M这样M次复用记录的情况下，使记录的2个光束的角度如图所示关于反射轴1010对称地变化而顺次进行记录。此处，设从反射轴1010起的角度为θw，使2个光束都以倾斜θw的角度入射并记录全息图。结果，复用地形成具有与角度θw相应的M种不同的光栅间隔的全息图。2个光束的记录光的波面(等相位面)可以是平面波，也可以是具有像差的波面形状，具有特殊的功能。这2个光束适合是同一波长且具有较高的空间和时间相干性的激光等。
(c)表示用单一光线(单一波长)再现(b)中复用记录的全息图的情况。本结构中，使具有Pin的功率的1个光线以从反射轴1010起的角度θp入射，被复用记录全息图衍射(再现)为具有p1的功率的1个光线。此时，衍射(再现)的方向关于反射轴1010大致对称。对于此时的反射光的效率进行说明。首先，全息图的衍射效率ηM表达为数学式1。
[式1]
Figure BDA0002467264150000131
此处，对于M数(M/#)进行说明。M/#是表示全息图的记录介质中的能够复用记录的性能的指数，由数学式2定义。
[式2]
Figure BDA0002467264150000132
此处，ηi表示第i个记录的全息图的衍射效率，M是复用记录数。测定记录介质的M/#时，用平面波双光束角度复用记录平面波全息图直到衍射效率几乎成为0(直到M/#枯竭)，通过对其再现而测定衍射效率，用数学式2求出M/#。衍射效率ηi能够用数学式1计算。
为了简便，ηi全部大致相同且ηi＝ηM(ηM是常数)的情况下，M/#成为数学式3。对数学式3进行变形时，衍射效率ηM表达为数学式4。
[式3]
Figure BDA0002467264150000133
[式4]
Figure BDA0002467264150000141
即，可知具有某一M/#的记录介质中，进行M次复用记录直到M/#枯竭的情况下的各个记录的全息图的衍射效率ηM与复用记录数M的平方成反比。
接着，(d)表示用角度不同的多个(N条)入射光线再现的结构。可以认为该N条入射光线是影像投射部103出射的光线束，设投射影像的1个像素为1条光线时，是用相当于N个像素的光线束进行的再现。假定N条光线是单一波长时，该情况下，因为全息图进行了M次复用记录，所以再现为M条(M≤N)的光线束。另外，此处忽略图11中后述的Bragg缩并，仅考虑纸面上(入射面)的光线，对于远近方向(反射面)不考虑。设此时的光学效率H为[再现的光量和]/[入射的光量和]时，按数学式5计算。
[式5]
Figure BDA0002467264150000142
即，具有某一M/#的记录介质中，对于进行M次复用记录直到M/#枯竭的全息图、用N条入射光线再现的情况下的光学效率HN,M与入射光线数N和复用记录数M成反比。因此，同一M/#且同一入射光线数N时，光学效率在复用记录数M＝1(最小值)的情况下最大，复用记录数M越大则光学效率越降低。即，在光学效率上发生损失，本发明着眼于该关系。上述说明中，考虑了入射光线的波长单一的情况，但对于宽带波长也可以得到同样的结论。
图10B是包括宽带波长的入射光地比较地表示光学效率的图。此处，在表中总结了与在具有某一M/#的记录介质1000中记录单一全息图或复用全息图、使具有单一波长或宽带波长且入射角的方向不同的多个(N条)光线对它们入射的情况的4种(a)～(d)的组合对应的光学效率。
(a)、(b)是单一波长光入射的情况，N条入射光线的波长谱分布(Pin-λ)是单一谱。(a)是单一全息图的情况，衍射光的角度分布(p1-θ)仅有单一方向，其光学效率H是上述数学式5中M＝1的情况。
(b)是复用全息图的情况，衍射光的角度分布(pM-θ)是复用数M个方向，其光学效率与用图10A(d)说明的内容相同。
(c)、(d)是宽带波长入射的情况，N条入射光线的波长谱分布(Pin-λ)具有谱宽w。首先，在(c)的单一全息图的情况下，与各光线的角度相应地，Bragg匹配的波长不同，所以衍射光的角度分布(p1-θ)反映了波长谱分布(Pin-λ)。该关系用数学式6表达。
[式6]
Figure BDA0002467264150000151
此处，λw是记录时的波长，λp是再现时的波长。另外，θp和θw用图10A定义。因此，θp也与λp的波长宽度w对应地扩大，所以设由此得到的θ方向的光强度分布的范围为αw。此处，设为与波长宽度w大致成正比的光强度分布，其比例系数为α。α可以通过对数学式6进行变形而根据记录时的光学参数θw和λw得出。此时的光学效率Hw N,1成为如数学式7所示。这是对(a)的单一波长时的光学效率H1 N,1乘以系数α的形式。
[式7]
Figure BDA0002467264150000152
在(d)的复用全息图的情况下，与上述同样地使用比例系数α的说明成立，是对(b)的单一波长时的光学效率H1 N,M乘以系数α的形式。由此，可知与单一波长的情况同样地，在宽带波长入射的情况下，也是增加全息图的复用记录数M时光学效率H降低。以上说明是非常简化的，实际的光学效率可能因此处未考虑的其他原因而变化，但“增加复用记录数时光学效率降低”这一基本的性质不变。
图11是表示全息图衍射光形成的观看影像的模拟结果的图，与图10B的4种再现条件(a)～(d)对应地示出。本模拟中，对在图9B的视场(FOV)内看到的图像进行了计算。另外，(e)(f)表示模拟中使用的光源的波长谱分布，(e)是单一波长入射时(550nm)，(f)是宽带波长入射时的分布。入射的影像设想为全部像素都具有固定值的图像(全白图像)。(b)、(d)的复用全息图是使θw在介质内的角度33deg～58deg中大致等间隔地50重复用记录的。
根据本结果，首先，可知在φ方向(FOV垂直方向)进行了基于Bragg缩并的再现。Bragg缩并指的是具有相对于记录时的光线的入射面正交的方向(反射面)的入射角度成分的光线被再现的Bragg匹配条件。此处，θ方向(FOV水平方向)是与记录时的光线的入射面平行的轴，在与其正交的φ方向进行再现。(a)的单一全息图中，线状(1110)地进行了再现，这是Bragg缩并。另外，(b)的复用全息图中，与增加复用记录相应地，线状(1120)的再现部分增加。
另外，使(f)所示的宽带波长入射的情况下，用(c)的单一全息图也能够在画面整体中看到影像。但是，根据数学式6的Bragg匹配条件，再现角度θ与波长λ相对应，所以在各方向上再现为不同波长的光，结果会看到彩虹色的影像(图是黑白表示的，所以按＜红＞＜绿＞＜蓝＞附加了色名)。
(d)是使宽带波长对复用全息图入射的情况，(c)的彩虹色的影像在θ方向上偏离地重合再现，由此虽然左右端被浅着色，但在大致全部区域都能够看到白色的影像。这是因为在各像素(光线方向)中，至少对应于RGB的3色以上的波长的光被再现，经过基于用户的眼的等色函数的积分，大致相同程度地包括RGB成分时，被视为白色。这样，通过使用复用全息图，在宽带波长的影像光入射的情况下，颜色不均和亮度不均也能够减少，能够看到均匀的影像。
[观看影像的画质与光学效率的关系]
图12A是表示与全息图的复用记录数对应的观看影像的画质与光学效率的关系的图。(a)中是对于观看影像、(b)中是对于图像的均匀度S和光学效率H分别用模拟求出的结果。
(a)中，示出了使复用记录数M从1变化至50的情况下的观看影像，M＝1和M＝50对应于图11(c)和(d)。通过增加复用记录数M，影像的颜色不均和亮度不均减少，能够看到大致均匀的影像。另外，复用记录数M直到30程度都产生了纵向条纹图案的颜色不均，但M超过30时成为几乎不能看到颜色不均的水平。
(b)用曲线图定量地示出了与复用记录数M对应的图像的均匀度S与光学效率H的关系。关于画质的均匀度S，用CIE L*a*b*色彩空间表现图像，将其L*值的画面整体的标准差(误差)值的倒数用作S。画质的均匀度的评价不仅限于本方法，也可以使用其他方法。另一方面，光学效率H用上述数学式5计算，分别用任意单位示出。
根据本结果，可知增加复用记录数M时，颜色不均和亮度不均较少，画质提高，但光学效率H降低。反之，减少复用记录数M时，能够提高光学效率H，但发生颜色不均和亮度不均，画质劣化。这样，画质与光学效率处于对立关系。
现有的方法中，以Bragg选择性大致重合的方式进行复用记录，所以例如专利文献2中复用记录数M增大为200程度，不能避免光学效率降低。即，增加复用记录数M时，设为相同的M/#消耗量(假设用尽全部M/#)时的光学效率H降低，所以通过尽可能减少复用记录数M而提高光学效率H较好。该情况下的复用记录数M设为观看影像内的颜色不均和亮度不均在实用上不成问题的最小限度的复用记录数M。本例的情况下，观看影像看起来是大致白色的最小限度的复用记录数M例如能够设为30程度。另外，影像的颜色不均和亮度不均依赖于光源的波长谱分布。因此，基于光源的波长谱分布进行复用记录数的决定和影像的修正是有效的。另外，从画质和光学效率两方面来看，光源的波长谱分布要求较宽(宽带)。因此，使用伪白色LED(Light Emitting Diode)等较好。
图12A的模拟中，设为入射光线束的各个光线具有图11(f)所示的波长谱分布进行了计算。可以认为设想为用于它的入射耦合器。模拟的结果是在观看图像看起来是大致白色的复用记录数M≥30的情况下，实际上各像素具有各种波长的谱的组合，其组合按每个像素不同。因此，通过入射耦合器对导光板内入射的各个光线，不具有如图11(f)所示的较宽的波长谱分布，而是间断的谱分布(被用户的眼的等色函数积分而成为白色)。该光线束对出射耦合器入射时，对于各个光线具有的波长谱分布，通过采用最优的复用记录全息图，能够提高光学效率。反之，入射耦合器所具有的复用记录的光栅矢量组与出射耦合器所具有的复用记录的光栅矢量组不存在相关性的情况下，光学效率显著降低。从而，如图6所述，入射耦合器201的体积全息图中记录的光栅矢量组和出射耦合器203的体积全息图中记录的光栅矢量组，关于与导光板的表面平行的线650轴对称地反转(折返)，由此能够得到高效率、高画质的影像。
图12A的结果是可知通过采用观看影像的颜色不均和亮度不均在实用上不成问题的最小限度的复用记录数M(例如30)，能够抑制光学效率H的降低。对于满足该情况用的复用记录全息图的衍射条件进行说明。
[对体积全息图的要求条件]
图12B是说明适于入射和出射耦合器的体积全息图的特性的图。体积全息图(光衍射部)1200以复用记录数M复用记录了全息图。使单一波长且具有一定角度范围的入射光线束1210对其入射时，出射光线束1220出射。此时的入射光线束1210的波长是对本导光板记录全息图时使用的波长、或再现本导光板中记录的全息图时使用的某个波长。此处，入射光线束1210是大致连续的角度的光线束的情况下，出射光线束1220作为具有某一角度间隔θs的离散的光线束出射。角度间隔θs依赖于复用记录数M和记录角度。
着眼于该离散的光线束中的1条光线时，具有某一角度范围(角度宽度)θa。该角度范围θa能够用由介质的厚度等决定的Bragg选择性描述。以上说明中，为了简单而将介质的厚度近似为相对于波长非常大的无穷大。该情况下角度范围θa是无穷小，但实际上介质的厚度是有限的，所以Bragg选择性扩大，具有有限的角度范围θa地出射。此时，对角度间隔θs与角度范围θa进行比较，条件是成θs≥θa的关系。此处，设θa为1st-null之间的角度(约半值全宽的2倍)。null指的是Bragg选择性的强度是0的点，一般用作规定光线角度的范围用的单位。这样，以在使单一波长光入射时以充分间断的角度(离散的角度)出射的方式进行体积全息图的复用记录，由此如上所述复用记录数较少，能够提高光学效率。
此处，对于作为角度范围θa的原因的Bragg选择性进行说明。在数学式8中示出Bragg选择性的计算式。
[式8]
Figure BDA0002467264150000191
此处，Δθ是与Bragg选择性的sinc函数曲线的1st-null对应的角度。n是介质折射率，L是介质厚度，λAir是空气中的记录和再现波长，本式能够在记录再现波长相同时使用。θ1和θ2是记录光线从介质表面垂线起的角度。根据数学式8，能够估算Bragg选择性。另外，关于记录波长与再现波长不同的情况下的Bragg选择性，虽然式子会变得复杂，但能够通过本式的扩展进行计算。θa规定为Bragg选择性的1st-null之间的角度的情况下，能够根据θa＝2Δθ计算。
可知为了提高光学效率H，减少复用记录数M即可。另外，根据图12A(b)的曲线图，在该模拟例的情况下，图像的均匀度S在约30重复用程度收敛(饱和)，即使进一步增加复用记录数M，图像的均匀度S也几乎不提高。因此，决定复用记录数的最优值的一个方法，是设为这样画质的评价值收敛(饱和)的最小的复用记录数M。实际上，将θw的记录范围内M等分地记录的情况下，将θw的记录角度间隔设为0.5～1deg程度即可。
另外，本结果依赖于光源的波段，所以需要考虑光源波段地，决定最优的复用记录数M。该情况下，波段越宽，则越能够减少复用记录数M。因此，为了提高光学效率H，使用波段较宽的光源是有利的。
进而，作为通过以使单一波长光入射时以充分间断的角度(离散的角度)出射的方式进行体积全息图的复用记录而得到的优点，有全息图衍射光的串扰的减少。θs与θa相比并不充分远离(不大)的情况下，因为全息图衍射光的串扰，存在衍射效率意外不均的可能性。这是因为全息图衍射光的串扰在记录时受到难以控制的记录光的相位关系的影响，意外发生“相互增强的干涉”或“相互减弱的干涉”。由此，成为亮度不均和颜色不均等显示图像的画质劣化的原因。为了避免该影响，以使单一波长光入射时以充分间断的角度(离散的角度)出射的方式进行体积全息图的复用记录也是有用的，该情况下例如通过使θs>kθa(k是3以上的实数)，能够排除该影响。
图13是用K矢量表达满足上述条件的复用记录全息图的图。(a)是复用记录的全息图的K矢量的概略图。此处，描绘了全息图的K矢量(全息图矢量或光栅矢量)1330。另外，用符号1320示出了复用记录的全息图矢量的箭头的前端，用与z方向平行的线表示1320，表示了单一波长的Bragg选择性的1st-null的内侧。根据该图，可知复用记录的全息图的前端的间隔1310大致相同，各自的单一波长的Bragg选择性的1st-null的内侧并不重叠。这样，通过使全息图的复用记录间隔1310比Bragg选择性更宽，能够提高光学效率。
(b)表示了再现(a)的全息图矢量1330的出射耦合器的例子。在导光板内导光(传播)来的入射光1350，被复用记录的全息图矢量1330衍射。入射光1350包括因入射耦合器而满足Bragg条件的间断的波长，但出射耦合器使大致相同的全息图关于导光板表面轴对称地反转(折返)，所以在同一条件下Bragg匹配，光保持角度地出射。该具有不同波长的出射光射入眼中时看起来是白色即可。但是，如上所述，记录角度间隔过宽时，发生颜色不均、亮度不均，影像的画质劣化。对此，通过如下所示地进行影像的修正能够改善。
[画质修正]
影像的画质修正由图2的画质修正部102进行。关于画质修正，与导光板200的入射耦合器201和出射耦合器203中使用的体积全息图的复用记录数相应地，决定其修正方法。
图14是表示画质修正前的观看影像的例子的图。这是用影像投射部103显示全白(整面均匀)的影像时的用导光板200看到的影像，复用记录数M＝20。该情况下，亮度和颜色分为约9个区域1401～1409而不同(较浅地带有红、绿、蓝色)。画质修正部102中，以使这些亮度不均和颜色不均变得大致均匀的方式对入射影像进行修正，但因为影像的修正而引起例如色阶和帧率的变更。另外，也可以包括其他画质劣化、例如投影仪内的空间光调制器的劣化、和其他光学系统的劣化、导光板的经时变化的劣化等地进行修正。
进而，画质修正部102也可以不仅进行颜色和亮度的修正，也调整对用户的双眼显示的各个影像的显示位置和角度。由此，能够消除左右眼在不同位置看见影像引起的疲劳感和压力。
根据本实施例的导光板，具有能够应用于较宽光线角度范围和较宽波长范围的入射光线，并且能够尽量抑制光学效率降低的效果。与此同时，能够抑制对导光板出射影像光的投影仪的输出光量，有助于HMD的耗电减少和小型化。
实施例2
实施例2中，对于实施例1中叙述的导光板(体积全息图)的制造方法进行说明。
图15是表示体积全息图的制造装置的一例的概略图。对制造装置的结构和动作进行说明。
首先，从激光器等空间和时间相干性高的光源1500出射的光束通过快门1505，对扩束器1510入射，光束直径被扩大。扩束器1510由物镜、针孔和准直透镜构成，发挥空间滤波器的作用，除去光束截面强度分布1515的高频成分，实现大致均匀的波面和强度分布。之后，被反射镜1520反射，被2分之1波片(HWP)1525变换为要求的偏振方向之后，被空间光调制器(SLM)1530反射，对偏振分束器(PBS)1535入射。PBS1535中，以大致1：1的分光比分支为2个光束。
分支后的一方的光束(图中左侧)通过通光孔1540、HWP1545，光束的形状和偏振方向被变换，被旋转反射镜1550a反射，对记录介质1565入射。另一方面，用PBS分支后的另一方的光束(图中右侧)被旋转反射镜1550b反射，对记录介质1565入射。2个光束都是相对于纸面上(入射面)垂直的S偏振光，在记录介质1565内干涉而形成干涉条纹，该干涉条纹被作为全息图记录在记录介质中。
此处，在记录介质1565中，为了用以全反射的角度入射的光束记录，而用耦合棱镜1560耦合地入射。耦合棱镜1560具有与记录介质1565大致相同的折射率，通过在接合面上使用折射率匹配油等，而在与记录介质的边界上不发生多余的反射。另外，2个旋转反射镜1550a、1550b被控制为关于中心线1590轴对称地反转(折返)的角度地旋转。平台1570以记录介质总是存在于光束的交叉位置的方式，对记录介质在单轴方向上进行位置控制。进而，LED(Light Emitting Diode)等非相干的固化光源1555用于预固化、后固化。
图16是表示体积全息图的制造工序的流程图。首先，在平台1570上设置耦合棱镜1560和记录介质1565之后，将平台移动至预固化位置(S1601)，用LED光源进行要求的能量的预固化(S1602)。接着，将旋转反射镜1550a、b移动至记录角度并固定(S1603)，与此大致同时地将平台1570移动至光束交叉的位置(S1604)。之后，等待平台和反射镜的振动平息(S1605)，打开快门1505，开始全息图的记录(S1606)。经过要求的曝光时间之后关闭快门1505，结束记录(S1607)。判断要求的复用记录数M是否全部结束(S1608)，未结束的情况下，返回S1603，改变记录角度并进行下一次记录。要求的复用记录数M结束之后，使平台1570移动至固化位置(S1609)，用LED光源进行后固化(S1610)。以上是基本的全息图的记录动作流程。
在上述动作流程以外，例如在记录前或曝光前，为了使光源的相干性和强度、波长等稳定而进行控制、确认，由此能够稳定地记录高品质的全息图。另外，记录介质与棱镜或基片等的折射率不同的情况下，通过用对此进行了修正的角度进行记录，能够进行高精度的记录。进而，通过使通光孔1540成为旋转或可变开口，而适当地控制光束直径，使记录介质面上的2个光束照射位置、面积大致一致。由此，能够避免多余曝光，进行没有杂散光等的影响的高品质的全息图记录。
空间调制器(SLM)1530是能够对光的强度分布进行调制的元件，使用液晶或MEMS等。它也可以是单纯的反射镜，但通过用SLM对强度分布进行调制，能够控制记录的全息图的衍射效率的空间分布，能够提高通过导光板看到的影像的画质。另外，在利用全反射的导光板的特性上，导光的光的效率因入射偏振、入射角度而不同，所以影像中产生不均。能够用SLM1530对这些影响进行修正。另外，对于图14所示的影像的亮度不均、颜色不均的一部分，也能够用SLM1530进行修正。
图17A和图17B是表示全息图复用记录时的记录角度的具体例的图。图17A是说明角度的定义的图。使记录介质1565相对于耦合棱镜1560倾斜27deg地设置，干涉条纹与图15的中心线1590平行地形成，所以由此干涉条纹与记录介质1565所成的角度是27deg。图17B在表中示出了记录角度的值。此处，进行M＝27的复用记录，记录角度间隔在记录介质内是1deg。这与例如专利文献2中的记录角度间隔0.2deg相比是非常大的值。在记录介质内存在±13deg的变化，所以在空气中因为折射而成为约±20deg的变化。因此，旋转反射镜旋转±10deg程度。
根据本实施例的制造方法，全息图的复用记录数与以往相比大幅减少，且记录角度间隔较大，所以具有能够容易且简单地制造要求的导光板的效果。
实施例3
实施例3在实施例1的导光板的外侧粘贴偏振板而显示高画质的影像。
图18是表示实施例3中的导光板的结构的图。在导光板200的外侧粘贴了偏振板1705。用偏振板1705例如使P偏振光透射，将S偏振光截止。另一方面，导光板200仅使S偏振光通过，由此为了能够用全反射条件显示高画质的影像，而能够使来自外界的光的偏振方向与来自导光板200的光的偏振方向大致正交。由此，能够除去外界的光因全息图而衍射引起的串扰。这是因为，全息图一般对于S偏振光具有较高的衍射效率，所以仅具有P偏振光的外部光不易受其影响。另外，因为外部光的透射率降低，所以产生太阳镜一般的效果，相对地来自导光板200的光感觉上较亮，显示影像的观看性提高。另外，由此能够以低耗电提高观看性。
实施例4
实施例4使实施例1的导光板的眼动范围扩大部成为全息图结构或X-Grating结构，使人看到高画质的影像。
图19A～图19D是表示实施例4中的导光板的结构的概略图。在导光板的眼动范围扩大部1915中嵌入了全息图结构1920。
图19A中，从影像投射部出射的光线束1910对入射耦合器1905入射，光线束被眼动范围扩大部1915复制。此处，在眼动范围扩大部1915上部的反射镜面1935的下部嵌入了全息图结构1920，由此，得到与分束器同样的效果，进行光线束的复制。全息图结构1920由体积全息图构成，发挥与反射镜面平行的分束器同样的作用，使一部分光透射，使其余光反射。体积全息图的制作方法，能够通过应用图15、16在以上叙述的方法而实现。另外，通过用SLM对记录时的光的强度分布进行调制，能够控制衍射效率的空间分布，由此能够用体积全息图实现反射率受到控制的分束器。
被眼动范围扩大部1915复制的光线束1925因出射耦合器1930而对导光板外出射。此处，以用户看到影像时影像的颜色不均和亮度不均减少的方式，控制全息图结构1920的衍射效率(反射率)，由此能够实现高画质的影像显示。此处，在眼动范围扩大部1915下部，也可以设置分束器结构，由此能够实现与全息图结构1920相应地最优的反射率分布。另外，用全息图结构实现的分束器中，反射面连续地存在，所以连续地进行光线束的复制，具有能够使人看到更高画质的影像的可能性。
图19B示出了其他结构例，在眼动范围扩大部1915中不存在反射镜面，全部由全息图结构1920构成。由此，不需要形成反射镜面，制造变得容易。另外，眼动范围扩大部1915的全息图结构1920和出射耦合器1930也可以复用记录而在同一场所记录。
图19C示出了本实施例中称为X-Grating的结构。图19A和图19B中，全息图结构1920是与单一的分束器同样的作用，与此相对，X-Grating是使同一场所具有多个分束器的作用的全息图结构。作为例子，对于具有3个分束器的作用的X-Grating进行说明。在X-Grating1950中，复用记录了3个全息图结构1945、1946、1947，使入射光1940通过全反射导光对X-Grating入射时，不仅因全息图结构1947而对导光板外出射，光线束也被全息图结构1945、1946在上下方向上复制。
图19D示出了使用X-Grating1950的导光板。对入射耦合器1905入射的光线束，因全反射而在导光板内导光，对X-Grating1950入射时，被二维地复制并出射。由此，出射光1955被二维地复制并出射从而得到眼动范围扩大效果，能够用1个X-Grating承担眼动范围扩大和出射耦合器双方的作用，能够使元件小型化。
以上说明了本发明的几个实施例。现有的方法中，以Bragg选择性大致重合的方式进行复用记录，所以复用记录数是200程度，较大，光学效率降低。根据本发明，通过减少而最优地决定复用记录数，能够抑制光学效率降低。
上述各实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
附图标记说明
100…影像显示装置(HMD)，101…影像输入部，102…画质修正部，103…影像投射部(包括光源)，104…影像显示部，200…导光板，201…入射耦合器，202…眼动范围扩大部，203…出射耦合部，220…光线束，221…中心光线，310…周边光线，320a、320b…导光面，330…反射镜面，340…分束器面，410…棱镜，505、1210…入射光线，510、1220…出射光线，1200…体积全息图(光衍射部)。

Claims (16)

1.一种具有用复用记录的全息图使入射光衍射的光衍射部的导光板，其特征在于：
所述光衍射部，在具有任意一定的角度范围的单一波长的光入射了的情况下，至少2条以上的出射光线以第一角度间隔θs离散地出射，所述出射的光线具有第二角度范围θa，所述第一角度间隔θs在所述第二角度范围θa以上。
2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：
所述角度的关系是θs>kθa(k是3以上的实数)。
3.如权利要求2所述的导光板，其特征在于：
所述光衍射部被用作将在所述导光板内传播的光变换为出射至所述导光板之外的光的出射耦合器。
4.如权利要求3所述的导光板，其特征在于：
所述光衍射部还被用作将从所述导光板之外入射的光变换为在所述导光板内传播的光的入射耦合器。
5.如权利要求4所述的导光板，其特征在于：
所述入射耦合器和所述出射耦合器中的所述光衍射部的光栅矢量组是关于所述导光板的表面彼此轴对称地反转的结构。
6.如权利要求3所述的导光板，其特征在于：
具有眼动范围扩大部，该眼动范围扩大部能够对在所述导光板内传播的光线进行复制并将其对所述出射耦合器出射。
7.如权利要求6所述的导光板，其特征在于：
所述眼动范围扩大部是包括反射镜面或分束器面的结构。
8.如权利要求6所述的导光板，其特征在于：
所述眼动范围扩大部是包括反射镜面和与所述反射镜面平行地设置的分束器面的结构。
9.如权利要求7或8所述的导光板，其特征在于：
所述分束器面具有均匀的透射率。
10.如权利要求7或8所述的导光板，其特征在于：
所述分束器面具有不均匀的透射率。
11.如权利要求8所述的导光板，其特征在于：
在所述反射镜面与所述分束器面之间，配置有能够将从所述导光板之外入射的光变换为在所述导光板内传播的光的入射耦合器。
12.一种使从影像投射部出射的影像经由导光板对用户的眼显示的影像显示装置，其特征在于：
在所述影像投射部中，使用伪白光的LED(Light Emitting Diode)光源，并且
所述导光板具有用复用记录的全息图使入射光衍射的光衍射部，
在所述光衍射部中，在具有任意一定的角度范围的单一波长的光入射了的情况下，至少2条以上的出射光线以第一角度间隔θs离散地出射，所述出射的光线具有第二角度范围θa，所述第一角度间隔θs在所述第二角度范围θa以上。
13.如权利要求12所述的影像显示装置，其特征在于：
具有用于对所显示的影像的画质进行修正的画质修正部，
所述画质修正部使因所述导光板所具有的所述光衍射部而产生的影像的颜色不均和亮度不均均匀化。
14.一种制造具有使入射光衍射的光衍射部的导光板的导光板制造方法，其特征在于：
使2束平面波记录光束关于记录介质的反射轴对称地从倾斜规定记录角度θw的方向入射而形成1个全息图，
改变所述记录角度θw而进行规定次数M的复用记录，来形成具有M种不同的光栅间隔的体积全息图，
将所述体积全息图用作所述光衍射部，用基片夹住该光衍射部的两侧来制造所述导光板。
15.如权利要求14所述的导光板制造方法，其特征在于：
对于所述平面波记录光束，调制空间中的光强分布来控制形成的全息图的衍射效率的空间分布。
16.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：
所述单一波长是记录所述全息图时使用的光的波长或者再现所述全息图时使用的光的波长。
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