JP2022156367A - 導光板、および、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示される画像の品質の低下を抑制する導光板または表示装置を提供する。【解決手段】導光板１０は、複数の回折セルを有する第一ホログラム素子であるホログラム素子１３を備え、第一ホログラム素子であるホログラム素子１３が有する複数の回折セルのうちの一の回折セルの端縁線の少なくとも一つは、当該一の回折セルと隣接する回折セルの全ての端縁線の延長上とは異なる位置に位置している。【選択図】図３

Description

本発明は、導光板、および、表示装置に関する。

表示画像の広画角化を図り得る光学装置が開示されている（特許文献１参照）。上記光学装置は、導光板内に複数のホログラム素子を有する。

特開２０２０－１１２７４６号公報

しかしながら、導光板を用いて表示される画像の品質が低下することがある。

そこで、本発明は、表示される画像の品質の低下を抑制する導光板などを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る導光板は、複数の回折セルを有する第一ホログラム素子を備え、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのうちの一の回折セルの端縁線の少なくとも一つは、当該一の回折セルと隣接する回折セルの全ての端縁線の延長上とは異なる位置に位置している導光板である。

本発明に係る導光板は、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

図１は、実施の形態に係る表示装置が設置される車両の一例を示す模式図である。 図２は、表示装置の構成を示す模式図である。 図３は、実施の形態に係る導光板の構成を示す模式図である。 図４は、実施の形態に係るホログラム素子の作成方法の例を示す説明図である。 図５は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第一例の説明図である。 図６は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第二例の説明図である。 図７は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第三例の説明図である。 図８は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第四例の説明図である。 図９は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第五例の説明図である。

（本発明の基礎となった知見）
車両のウィンドシールド（一般にフロントガラスともよばれる）などの透明板に画像を投影し、透明板の向こう側の景色とともに当該画像を運転者などのユーザに視認させる表示装置がある。このような表示装置は、一般に、ヘッドアップディスプレイ装置ともよばれる。

図１は、表示装置１が設置される車両の一例である車両５を示す模式図である。図２は、表示装置１の構成を示す模式図である。

図１に示されるように、車両５は、表示装置１と、ウィンドシールド２０とを備える。表示装置１は、例えば、ウィンドシールド２０の下部に設置され、上方つまりウィンドシールド２０に向けて、画像の表示に係る光（表示光ともいう）を出射する。表示装置１は、例えばダッシュボードの内部に設置される。表示装置１が出射する表示光の光路は確保されており、言い換えれば、出射された表示光は、遮られずにウィンドシールド２０に到達する。表示装置１の構成について、より詳しく説明する。

図２に示されるように、表示装置１は、導光板１０と、画像生成装置１７とを備える。

画像生成装置１７は、表示光を生成して導光板１０に提供する装置である。画像生成装置１７は、例えば、画像生成装置１７が有する光源（不図示）から出射された光を、液晶などの画像形成素子に照射することで表示光を生成する。画像生成装置１７は、生成した表示光を導光板１０に向けて出射する。

導光板１０は、画像生成装置１７が生成した表示光のビーム幅を拡大しながら偏向する板体である。ここで、ビーム幅とは、光の進行方向に対して垂直な方向における光束の幅を意味する。

導光板１０には、画像生成装置１７が生成した表示光が入射される。入射された表示光は、導光板１０内で導光され、導光板１０の外部に光Ｌ３として出射される。光Ｌ３は、ウィンドシールド２０により反射されて光Ｌ５となり、ユーザＵの眼に入射する。導光板１０は、光Ｌ３がウィンドシールド２０に向けて出射される位置および姿勢で設置されている。

導光板１０による表示光のビーム幅の拡大と偏向とは、導光板１０が有する複数の回折素子を用いてなされる。そのため、導光板１０が有する複数の回折素子それぞれは、表示光を適切な方向に回折する回折特性を有し、また、適切な寸法を有している。

ユーザＵは、表示光である光Ｌ５が目に入射したことにより、画像生成装置１７が生成した画像を視認する。ユーザＵは、表示光である光Ｌ５によって視認する画像を、ウィンドシールド２０の向こう側に位置する虚像１４として認識する。

導光板１０が有する上記の機能は、凹面鏡などの光学部材によっても実現され得る。ただし、凹面鏡などの光学部材によって実現する場合よりも、導光板１０を用いるほうが、表示装置１の寸法を小さくすることができる利点がある。表示装置１は、車両５の例えばダッシュボード内部に設置されるので、寸法を小さくすることで、設置の自由度がより高くなる利点がある。

しかしながら、導光板１０を用いて表示される画像の品質が低下することがある。具体的には、導光板１０が有する複数の回折素子が有する回折セルの配置が適切でない場合、表示装置１によって表示される画像に直線状のずれやノイズ光が生じ、このずれが画像の品質の低下としてユーザに認識されることがある。

そこで、本発明は、表示される画像の品質の低下を抑制する導光板などを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る導光板は、複数の回折セルを有する第一ホログラム素子を備え、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのうちの一の回折セルの端縁線の少なくとも一つは、当該一の回折セルと隣接する回折セルの全ての端縁線の延長上とは異なる位置に位置している導光板である。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子が有する回折セルの端縁線の少なくとも一つが、隣接する回折セルの端縁線の延長上とは異なる位置にあるので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。これにより、表示画像におけるずれやノイズ光が直線状に生ずることが抑制される。このようにして、導光板は、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、多角形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子は、多角形形状を有する複数の回折セルにより構成される。このような複数の回折セルを有する第一ホログラム素子は、例えば分割露光を用いた方法で容易に作成され得る。よって、導光板は、より容易に作成され、かつ、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正六角形形状を有してもよい。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子は、正六角形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。これにより、表示画像におけるずれやノイズ光が直線状に生ずることが回避される。また、単位面積当たりの端縁線の長さを短くすることができるので、表示画像に生ずるずれやノイズ光の総量を小さくすることができる。また、例えば分割露光を用いた方法で作成される場合の露光の回数を少なくすることができ、第一ホログラム素子の作成時の効率の向上に寄与し得る。よって、導光板は、ホログラム素子の作成時の効率を向上しながら、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正方形形状を有してもよい。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子は、正方形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。このとき、同一の直線上に端縁線を有する複数の回折セルが存在する場合には、その並び方向には、回折セルの端縁線が複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することがあるが、上記並び方向を除く方向では、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正三角形形状を有してもよい。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子は、正三角形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。このとき、同一の直線上に端縁線を有する複数の回折セルが存在する場合には、その並び方向には、回折セルの端縁線が複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することがあるが、上記並び方向を除く方向では、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、前記導光板は、さらに、複数の回折セルを有する第二ホログラム素子を備え、前記第二ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのうちの一の回折セルの全ての端縁線は、当該一の回折セルと隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板の第二ホログラム素子が有する回折セルの全ての端縁線が、隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置しているので、作成が容易である。また、第二ホログラム素子に形成される干渉縞の精度の向上が可能であるので、表示される画像の品質の向上に寄与し得る。このようにして、導光板は、ホログラム素子の作成をより容易にしながら、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、前記第二ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正方形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板の第二ホログラム素子が、正方形形状を有する複数の回折セルにより構成される。このような複数の回折セルを有する第一ホログラム素子は、例えば分割露光を用いた方法で容易に作成され得る。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより容易に抑制することができる。

また、前記第一ホログラム素子は、前記導光板の内部を伝搬してきた光を回折によって偏向することで前記導光板の外部へ出射させる位置に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板の第一ホログラム素子が、導光板の内部を伝搬してきた光を回折によって偏向することで導光板の外部へ出射させる。よって、導光板は、第一ホログラム素子による回折により、導光板の外部へ光を出射させることができる。

また、前記第二ホログラム素子は、前記導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板の第二ホログラム素子は、導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで導光板の内部で伝搬させる。よって、導光板は、第二ホログラム素子による回折により、導光板の内部に光を伝搬させることができる。

また、前記導光板は、前記第一ホログラム素子である、出射側ホログラム素子と、２つの前記第二ホログラム素子である、入射側ホログラム素子および偏向用ホログラム素子とを備え、前記入射側ホログラム素子は、前記導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置していて、前記偏向用ホログラム素子は、前記入射側ホログラム素子が偏向した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置していて、前記出射側ホログラム素子は、前記偏向用ホログラム素子が偏向した光を回折によって偏向することで前記導光板の外部へ出射させる位置に位置していてもよい。

上記態様によれば、導光板は、１個の第一ホログラム素子を出射側ホログラム素子として用い、また、２個の第二ホログラム素子を入射側ホログラム素子および偏向用ホログラム素子として用いて、より適切に、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る表示装置は、上記の導光板と、画像を示す光を生成して前記導光板に入射させる画像生成装置とを備える表示装置である。

上記態様によれば、表示装置は、導光板を用いて、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
本実施の形態において、表示される画像の品質の低下を抑制する導光板および表示装置について説明する。本実施の形態の導光板および表示装置は、車両のウィンドシールドに、画像を投影することで表示する表示装置である。以降の説明において、図に示されるＸＹＺ軸を用いて説明することがある。

図３は、本実施の形態に係る導光板１０の構成を示す模式図である。図３の（ａ）は、導光板１０を上面視した場合、つまり、Ｚ軸プラス方向から見た構成を示す図である。図３の（ｂ）は、導光板１０を側面視した場合、つまり、Ｙ軸マイナス方向から見た場合の構成を示す図である。図３の（ｃ）は、導光板１０を側面視した場合、つまり、Ｘ軸プラス方向から見た場合の構成を示す図である。

図３に示されるように、導光板１０は、透明部材１５を有し、透明部材１５の内部または表面にホログラム素子１１、１２および１３（ホログラム素子１１等ともいう）を有する。導光板１０は、入射された光Ｌ１を導光板１０内部で全反射によって導光し、また、ホログラム素子１１、１２および１３による回折によって偏向された光を、導光板１０の外部に光Ｌ３として出射する。透明部材１５は、ガラスまたは樹脂などで構成されている。

導光板１０に入射される光Ｌ１は、Ｙ軸プラス方向およびＺ軸プラス方向に進行する光である。光Ｌ１は、画像生成装置１７が生成した表示光であることが想定される。導光板１０は、表示装置１の使用状態（つまり、表示装置１が図２に示されるように設置された状態）において、図３に示されるような適切な角度で光Ｌ１が入射される位置および姿勢で設置されている。

ホログラム素子１１は、導光板１０の内部または表面に配置されている回折素子である。ホログラム素子１１は、導光板１０の外部から内部へ入射した光Ｌ１を、回折によって偏向することで、導光板１０の内部で伝搬させる。ホログラム素子１１は、上面視において直線状の干渉縞が形成されており、干渉縞による回折によって光Ｌ１を偏向し、光Ｌ１２とする。光Ｌ１２は、Ｘ軸マイナス方向へ進行する光である。光Ｌ１２は、透明部材１５と空気との界面で全反射を繰り返すことで導光板１０内部をＸ軸マイナス方向へ伝搬する。

ホログラム素子１１に形成されている干渉縞は、光Ｌ１２が透明部材１５と空気との界面で全反射をするように光Ｌ１を偏向させる干渉縞である。上記干渉縞は、具体的には、界面への光Ｌ１２の入射角が臨界角より大きい状態を保つように、光Ｌ１を偏向させる。

ホログラム素子１２は、導光板１０の内部または表面に配置されている回折素子である。ホログラム素子１２は、ホログラム素子１１によって偏向された光Ｌ１２を、回折によって偏向することで、導光板１０の内部で伝搬させる。ホログラム素子１２は、上面視において直線状の干渉縞が形成されており、干渉縞による回折によって光Ｌ１２を偏向し、光Ｌ２３とする。光Ｌ２３は、Ｙ軸プラス方向へ進行する光である。光Ｌ２３は、透明部材１５と空気との界面で全反射を繰り返すことで導光板１０内部をＹ軸プラス方向へ伝搬する。

ホログラム素子１２に形成されている干渉縞は、光Ｌ２３が透明部材１５と空気との界面で全反射をするように光Ｌ１２を偏向させる干渉縞である。上記干渉縞は、具体的には、界面への光Ｌ２３の入射角が臨界角より大きい状態を保つように、光Ｌ１２を偏向させる。

ホログラム素子１３は、導光板１０の内部または表面に配置されている回折素子である。ホログラム素子１３は、ホログラム素子１２によって偏向された光Ｌ２３を、回折によって偏向することで、導光板１０の外部へ出射させる。ホログラム素子１３は、上面視において直線状の干渉縞が形成されており、干渉縞による回折によって光Ｌ２３を偏向し、光Ｌ３とする。光Ｌ３は、Ｙ軸プラス方向およびＺ軸プラス方向へ進行する光である。

ホログラム素子１３に形成されている干渉縞は、光Ｌ３が透明部材１５と空気との界面で、全反射せずに、光Ｌ３が導光板１０から出射するように光Ｌ２３を偏向させる干渉縞である。上記干渉縞は、具体的には、界面への光Ｌ３の入射角が臨界角より小さい状態を保つように、光Ｌ２３を偏向させる。

ホログラム素子１１を入射側ホログラム素子ともいう。ホログラム素子１２を偏向用ホログラム素子ともいう。ホログラム素子１３を出射側ホログラム素子ともいう。

導光板１０は、表示装置１の使用状態で、出射する光Ｌ３がウィンドシールド２０に向かう位置および姿勢で設置されている。光Ｌ３は、導光板１０から出射された後にウィンドシールド２０による反射を経てユーザＵの眼に入射する。

ホログラム素子１１等が有する回折セルの特徴を説明する。回折セルとは、同一の回折特性を有する領域である。一の回折セル内では、所定のパターンを有する干渉縞が形成されており、ホログラム素子１１等は、形成されている干渉縞によって光を回折させる。

ホログラム素子１１等は、二以上の回折セルを有する。二以上の回折セルのうち互いに隣接する回折セルの境界では、干渉縞のパターンのずれやノイズ光が生ずることがある。干渉縞のパターンのずれは、回折する光の光路のずれを生じさせる。その結果、その光によって表示される画像（表示画像ともいう）において、回折セルの端縁線の形状に対応したずれやノイズ光が生ずることで、表示画像の劣化が引き起こされる。上記の表示画像のずれやノイズ光は、表示画像において散らばって存在しているときにはユーザＵに認識されにくいが、例えば直線状に連なって存在しているときなどにはユーザＵに認識されやすいという性質がある。

ここで、回折セルの端縁線とは、回折セルの端縁を示す線である。回折セルが、隣の回折セルと隙間なく隣接して配置されている場合には、これらの回折セルは端縁線を共有する。また、この場合には、端縁線は、互いに隣接する回折セルの境界を示す境界線と一致する。

ホログラム素子１３は、回折セルの端縁線について以下の特徴を有する。

すなわち、ホログラム素子１３（第一ホログラム素子に相当）が有する複数の回折セルのうちの一の回折セルの端縁線の少なくとも一つは、当該一の回折セルと隣接する回折セルの全ての端縁線の延長上とは異なる位置に位置している。

これにより、端縁線が複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することを抑制することができる。そして、回折セルの境界の干渉縞のパターンのずれに起因する表示画像のずれが、表示画像において直線状に連なって存在することが抑制される。その結果、表示画像のずれやノイズ光がユーザＵに認識されにくくなる。

ホログラム素子１３が有する複数の回折セルのそれぞれは、例えば、多角形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置している。この場合、多角形形状が有する辺のそれぞれが、端縁線に相当する。

多角形形状は、例えば、六角形形状であり、正六角形形状であってもよい。また、多角形形状は、例えば、四角形形状であり、正方形形状であってもよい。また、多角形形状は、例えば、三角形形状であり、正三角形形状であってもよい。多角形形状を有する回折セルの形状および配置パターンの具体例はあとで説明する。

また、ホログラム素子１１または１２は、回折セルの端縁線について以下の特徴を有していてもよい。

すなわち、ホログラム素子１１または１２（第二ホログラム素子に相当）が有する複数の回折セルのうちの一の回折セルの全ての端縁線は、当該一の回折セルと隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置していてもよい。そして、ホログラム素子１１または１２が有する複数の回折セルのそれぞれは、四角形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置していてもよい。これにより、ホログラム素子１１または１２の分割露光による作成（後述）が容易となる利点がある。

以降において、ホログラム素子の作成方法の一例として、分割露光による作成方法を説明する。

図４は、本実施の形態に係るホログラム素子１１等の作成方法の例を示す説明図である。

分割露光による作成方法では、感光部材４７を分割した複数の領域ごとに順次に干渉縞が形成される。複数の領域のうちから選択される一の対象領域４８には、一度の露光で干渉縞が形成される。感光部材４７に含まれる複数の領域が順次に対象領域４８として選択されて露光により干渉縞が形成されることで、結果的に感光部材４７の全面に干渉縞が形成される。

コンピュータ４５は、感光部材４７が有する複数の領域のうちから一の対象領域４８を選択する。コンピュータ４５は、選択した対象領域４８に形成すべき干渉縞のパターンを示す画像を反射型液晶素子であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子４４に形成する。また、コンピュータ４５は、ＬＣＯＳ素子４４により反射された光と、平面ミラー４６により反射された光とが対象領域４８に照射されるように感光部材４７を平行移動させる。

レーザ光源４１から出射された光がレンズ４２を経てビームスプリッタ４３に至る。ビームスプリッタ４３を透過した光は、ＬＣＯＳ素子４４により反射されて感光部材４７の対象領域４８に至る。ＬＣＯＳ素子４４には、対象領域４８に形成すべき干渉縞のパターンを示す画像がコンピュータ４５により形成されている。ＬＣＯＳ素子４４により反射された光には、干渉縞のパターンを示す画像が含まれている。また、ビームスプリッタ４３により反射された光は、平面ミラー４６により反射されて感光部材４７の対象領域４８に至る。

対象領域４８には、ＬＣＯＳ素子４４により反射された光と、平面ミラー４６により反射された光との干渉により生じた干渉縞が記録される。一の対象領域４８に干渉縞を記録する上記の処理を、感光部材４７のうちの複数の領域のすべてに順次に行うことで、感光部材４７の全面に複数の回折セルが形成される。このように干渉縞が記録された感光部材４７がホログラム素子となる。

分割露光を用いる方法では、感光部材４７の全面に複数の回折セルが形成されるので、回折セルの境界において干渉縞のずれが生ずる。干渉縞のずれは、回折する光の光路のずれを生じさせ、その結果、当該光に基づく表示画像の劣化を引き起こす。

以降において、ホログラム素子１３が有する回折セルの形状と配置パターンとを具体的に説明する。

図５は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第一例の説明図である。図５は、図３に示される破線枠Ｖの内部の一例を詳細に示すものである。

図５に示される回折セルは、ホログラム素子１３が有する回折セルの一例であり、正六角形形状を有する。図５のような回折セルの配置パターンは、平面に正六角形を隙間なく充填する配置パターンであり、ハチの巣型パターン（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ ｐａｔｔｅｒｎ）とも呼ばれ得る。

図５に示される回折セルのうちの一つである回折セルＣ１に着目して説明する。なお、図５に示される他の回折セルについても同様の説明が成立する。

回折セルＣ１に隣接する回折セルは、回折セルＣ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６およびＣ７である。ここで、「隣接する」とは、着目する回折セルと少なくとも一つの辺または一つの頂点を共有することを意味する。以降でも同様とする。

回折セルＣ１の辺５０は、回折セルＣ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＣ２の全ての辺５１、５２、５３、５４、５５および５６の延長上とは異なる位置に位置している。言い換えれば、辺５０は、辺５１、５２、５３、５４、５５および５６のいずれの延長上にも位置していない。

同様に、回折セルＣ１の辺５０は、回折セルＣ１に隣接する他の回折セルある回折セルＣ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６およびＣ７の全ての辺の延長上とも異なる位置に位置している。

ホログラム素子１３が有する回折セルが、図５に示される配置パターンで配置されていることで、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。これにより、表示画像におけるずれやノイズ光が直線状に連なって生ずることが抑制される。

また、ホログラム素子１３が有する回折セルが、図５に示される配置パターンで配置されていることで、表示画像に生ずるずれやノイズ光の総量を小さくすることができる。図５に示される配置パターンで正六角形の回折セルを配置する場合に、単位面積当たりの端縁線の長さの合計を小さくすることができるからである。これは、平面に合同な多角形を敷き詰める場合、多角形の面積に対する周の長さが、多角形として正六角形を用いるときに最も小さいことに基づく。

また、ホログラム素子１３が有する回折セルが、図５に示される配置パターンで配置されていることで、分割露光によりホログラム素子１３を作成する場合に、露光の回数を減らすことに寄与し得る。分割露光に用いられるレンズの有効視野は、一般に、光の進行方向に垂直な断面において円形状を有する。一回の露光でできるだけ大きな面積を有する対象領域に露光をしようとする場合、円形状に近い形状を有する領域を対象領域とするのが有効である。そこで、平面を隙間なく充填できる正多角形のうち最も円形に近い形状である正六角形形状を有する回折セルを形成する場合に、露光の回数を最も小さくすることができる。

なお、上記説明は、図５に示される配置パターンだけでなく、図５に示される配置パターンを任意の方向に拡大または縮小（つまり線形変換）した配置パターンにも成立する。

図６は、実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第二例の説明図である。図６は、図３に示される破線枠Ｖの内部の一例を詳細に示すものである。

図６に示される回折セルは、ホログラム素子１３が有する回折セルの一例であり、正方形形状を有する。図６のような回折セルの配置パターンは、平面に正方形を格子状に充填する配置パターンから、互いに隣接する行（または列）をずらした配置パターンであり、レンガ積み型パターン（ｂｒｉｃｋ ｌａｙｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）とも呼ばれ得る。

図６に示される回折セルのうちの一つである回折セルＤ１に着目して説明する。なお、図６に示される他の回折セルについても同様の説明が成立する。

回折セルＤ１に隣接する回折セルは、回折セルＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６およびＤ７である。

回折セルＤ１の辺６０は、回折セルＤ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＤ２の全ての辺６１、６２、６３および６４の延長上とは異なる位置に位置している。言い換えれば、辺６０は、辺６１、６２、６３および６４のいずれの延長上にも位置していない。

同様に、回折セルＤ１の辺６０は、回折セルＤ１に隣接する他の回折セルある回折セルＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６およびＤ７の全ての辺の延長上とも異なる位置に位置している。

ホログラム素子１３が有する回折セルが、図６に示される配置パターンで配置されていることで、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。これにより、表示画像におけるずれが直線状に連なって生ずることが抑制される。

なお、図６に示される配置パターンでは、Ｘ軸に平行な方向において、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在しているが、上記方向を除く方向においては、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避されている。

なお、上記説明は、図６に示される配置パターンだけでなく、図６に示される配置パターンを任意の方向に拡大または縮小（つまり線形変換）した配置パターンにも成立する。

図７は、本実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第三例の説明図である。図７は、図３に示される破線枠Ｖの内部の一例を詳細に示すものである。

図７に示される回折セルは、ホログラム素子１３が有する回折セルの一例であり、正三角形形状を有する。

図７に示される回折セルのうちの一つである回折セルＥ１に着目して説明する。なお、図７に示される他の回折セルについても同様の説明が成立する。

回折セルＥ１に隣接する回折セルは、回折セルＥ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８およびＥ９である。

すると、回折セルＥ１の辺７０は、回折セルＥ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＥ４の全ての辺７１、７２および７３の延長上とは異なる位置に位置している。言い換えれば、辺７０は、辺７１、７２および７３のいずれの延長上にも位置していない。

同様に、回折セルＥ１の辺７０は、回折セルＥ１に隣接する他の回折セルである回折セルＥ２、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８およびＥ９の全ての辺の延長上とも異なる位置に位置している。なお、延長上に位置するか否かの判断において、長さおよび位置が辺７０に一致する辺は、除外して考える。長さおよび位置が辺７０に一致する辺は、当該辺における干渉縞のパターンのずれに起因した新たな表示画像のずれを生じさせることはないからである。

ホログラム素子１３が有する回折セルが、図７に示される配置パターンで配置されていることで、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。これにより、表示画像におけるずれが直線状に連なって生ずることが抑制される。

なお、図６の場合と同様、図７に示される配置パターンでは、Ｘ軸に平行な方向において、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在しているが、上記方向を除く方向においては、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避されている。

なお、上記説明は、図７に示される配置パターンだけでなく、図７に示される配置パターンを任意の方向に拡大または縮小（つまり線形変換）した配置パターンにも成立する。

以降において、ホログラム素子１１または１２が有する回折セルの具体的な形状と配置とを説明する。

図８は、本実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第四例の説明図である。図８は、図３に示される破線枠ＶＩＩＩの内部の一例を詳細に示すものである。

図８に示される回折セルは、ホログラム素子１１または１２が有する回折セルの一例であり、正方形形状を有する。

図８に示される回折セルのうちの一つである回折セルＦ１に着目して説明する。なお、図８に示される他の回折セルについても同様の説明が成立する。

回折セルＦ１に隣接する回折セルは、回折セルＦ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８およびＦ９である。

回折セルＦ１の全ての辺８０、８１、８２および８３は、回折セルＦ１に隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置している。具体的には、回折セルＦ１の辺８０は、回折セルＦ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＦ９またはＦ２の辺８５の延長上に位置している。回折セルＦ１の辺８１は、回折セルＦ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＦ３またはＦ４の辺８６の延長上に位置している。回折セルＦ１の辺８２は、回折セルＦ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＦ５またはＦ６の辺８７の延長上に位置している。回折セルＦ１の辺８３は、回折セルＦ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＦ７またはＦ８の辺８８の延長上に位置している。

このような配置パターンを有するホログラム素子１１または１２は、作成が容易である。また、当該ホログラム素子が出射する光において、表示画像におけるずれが直線状に連なって生じている場合であっても、当該ホログラム素子が出射する光がその後にホログラム素子１３の内部で伝搬するので、表示画像におけるずれが目立たなくなる効果がある。表示画像の品質の劣化としてユーザＵに認識されにくくなる効果がある、ともいえる。

なお、上記説明は、図８に示される配置パターンだけでなく、図８に示される配置パターンを任意の方向に拡大または縮小（つまり線形変換）した配置パターンにも成立する。

図９は、本実施の形態に係る回折セルの形状と配置パターンとの第五例の説明図である。図９は、図３に示される破線枠ＶＩＩＩの内部の一例を詳細に示すものである。

図９に示される回折セルは、ホログラム素子１１または１２が有する回折セルの一例であり、三角形形状を有する。

図９に示される回折セルのうちの一つである回折セルＧ１に着目して説明する。なお、図９に示される他の回折セルについても同様の説明が成立する。

回折セルＧ１に隣接する回折セルは、回折セルＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２およびＧ１３である。

回折セルＧ１の全ての辺９０、９１および９２は、回折セルＧ１に隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置している。具体的には、回折セルＧ１の辺９０は、回折セルＧ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＧ５またはＧ６の辺９５の延長上に位置している。回折セルＧ１の辺９１は、回折セルＧ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＧ９またはＧ１０の辺９６の延長上に位置している。回折セルＧ１の辺９２は、回折セルＧ１に隣接する回折セルの一つである回折セルＧ１３またはＧ２の辺９７の延長上に位置している。

このような配置パターンを有するホログラム素子１１または１２は、図８における場合と同様、作成が容易であり、形成される干渉縞の精度の向上が可能であるので、表示される画像の品質の向上に寄与し得る。

以上のように、上記実施の形態または変形例における導光板は、導光板の第一ホログラム素子が有する回折セルの端縁線の少なくとも一つが、隣接する回折セルの端縁線の延長上とは異なる位置にあるので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。これにより、表示画像におけるずれやノイズ光が直線状に生ずることが抑制される。このようにして、導光板は、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、導光板の第一ホログラム素子は、多角形形状を有する複数の回折セルにより構成される。このような複数の回折セルを有する第一ホログラム素子は、例えば分割露光を用いた方法で容易に作成され得る。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより容易に抑制することができる。

また、導光板の第一ホログラム素子は、正六角形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。これにより、表示画像におけるずれやノイズ光が直線状に生ずることが回避される。また、単位面積当たりの端縁線の長さを短くすることができるので、表示画像に生ずるずれやノイズ光の総量を小さくすることができる。また、例えば分割露光を用いた方法で作成される場合の露光の回数を少なくすることができ、第一ホログラム素子の作成時の効率の向上に寄与し得る。よって、導光板は、ホログラム素子の作成時の効率を向上しながら、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、導光板の第一ホログラム素子は、正方形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。このとき、同一の直線状に端縁線を有する複数の回折セルが存在する場合には、その並び方向には、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することがあるが、上記並び方向を除く方向では、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、導光板の第一ホログラム素子は、正三角形形状を有する回折セルを有するので、回折セルの端縁線が、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが抑制される。このとき、同一の直線状に端縁線を有する複数の回折セルが存在する場合には、その並び方向には、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することがあるが、上記並び方向を除く方向では、複数の回折セルに亘って直線状に連なって存在することが回避される。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより一層抑制することができる。

また、導光板の第二ホログラム素子が有する回折セルの全ての端縁線が、隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置しているので、複数の回折セルの端縁線が直線状に連なって存在する。このような第二ホログラム素子は、作成が容易であり、形成される干渉縞の精度の向上が可能であるので、表示される画像の品質の向上に寄与し得る。このようにして、導光板は、ホログラム素子の作成をより容易にしながら、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

また、導光板の第二ホログラム素子が、正方形形状を有する複数の回折セルにより構成される。このような複数の回折セルを有する第一ホログラム素子は、例えば分割露光を用いた方法で容易に作成され得る。よって、導光板は、表示される画像の品質の低下をより容易に抑制することができる。

また、導光板の第一ホログラム素子が、導光板の内部を伝搬してきた光を回折によって偏向することで導光板の外部へ出射させる。よって、導光板は、第一ホログラム素子による回折により、導光板の外部へ光を出射させることができる。

また、導光板の第二ホログラム素子は、導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで導光板の内部で伝搬させる。よって、導光板は、第二ホログラム素子による回折により、導光板の内部に光を伝搬させることができる。

また、導光板は、１個の第一ホログラム素子を出射側ホログラム素子として用い、また、２個の第二ホログラム素子を入射側ホログラム素子および偏向用ホログラム素子として用いて、より適切に、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

以上、一つまたは複数の態様に係る導光板などについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、車両のヘッドアップディスプレイ装置等に利用可能である。

１ 表示装置
５ 車両
１０ 導光板
１１、１２、１３ ホログラム素子
１４ 虚像
１５ 透明部材
１７ 画像生成装置
２０ ウィンドシールド
４１ レーザ光源
４２ レンズ
４３ ビームスプリッタ
４４ ＬＣＯＳ素子
４５ コンピュータ
４６ 平面ミラー
４７ 感光部材
４８ 対象領域
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、６０、６１、６２、６３、６４、７０、７１、７２、７３、８０、８１、８２、８３、８５、８６、８７、８８、９０、９１、９２、９５、９６、９７ 辺
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８、Ｅ９、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３ 回折セル
Ｌ１、Ｌ１２、Ｌ２３、Ｌ３、Ｌ５ 光
Ｕ ユーザ

Claims (11)

1. 複数の回折セルを有する第一ホログラム素子を備え、
   前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのうちの一の回折セルの端縁線の少なくとも一つは、当該一の回折セルと隣接する回折セルの全ての端縁線の延長上とは異なる位置に位置している
   導光板。
2. 前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、多角形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置している
   請求項１に記載の導光板。
3. 前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正六角形形状を有する
   請求項２に記載の導光板。
4. 前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正方形形状を有する
   請求項２に記載の導光板。
5. 前記第一ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正三角形形状を有する
   請求項２に記載の導光板。
6. 前記導光板は、さらに、複数の回折セルを有する第二ホログラム素子を備え、
   前記第二ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのうちの一の回折セルの全ての端縁線は、当該一の回折セルと隣接する回折セルの端縁線の延長上に位置している
   請求項１～５のいずれか１項に記載の導光板。
7. 前記第二ホログラム素子が有する前記複数の回折セルのそれぞれは、正方形形状を有し、隣接する回折セルと端縁線を共有する位置に位置している
   請求項６に記載の導光板。
8. 前記第一ホログラム素子は、前記導光板の内部を伝搬してきた光を回折によって偏向することで前記導光板の外部へ出射させる位置に位置している
   請求項１～７のいずれか１項に記載の導光板。
9. 前記第二ホログラム素子は、前記導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置している
   請求項１～８のいずれか１項に記載の導光板。
10. 前記導光板は、
    前記第一ホログラム素子である、出射側ホログラム素子と、
    ２つの前記第二ホログラム素子である、入射側ホログラム素子および偏向用ホログラム素子とを備え、
    前記入射側ホログラム素子は、前記導光板の外部から内部へ入射した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置していて、
    前記偏向用ホログラム素子は、前記入射側ホログラム素子が偏向した光を回折によって偏向することで前記導光板の内部で伝搬させる位置に位置していて、
    前記出射側ホログラム素子は、前記偏向用ホログラム素子が偏向した光を回折によって偏向することで前記導光板の外部へ出射させる位置に位置している
    請求項６または７に記載の導光板。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の導光板と、
    画像を示す光を生成して前記導光板に入射させる画像生成装置とを備える
    表示装置。

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