JP6993916B2 - 導光板、導光板製造方法及び映像表示装置 - Google Patents
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Description
図1Aは、本実施例における映像表示装置100の外観図である。また図1Bは、映像表示装置100の使用例を示す外観図である。
図3Aは、導光板200の全体構成を示す概略図である。導光板200は、入射カプラー201、アイボックス拡大部202、出射カプラー203を含んで構成され、これらはガラスまたはプラスティックなどの合成樹脂製の基板に収納され、厚みはおよそ1~2mm程度である。映像投影部103から出射した光線群220は、前述のようにRGB光に対応する広い波長範囲と、水平方向(X方向)40deg、垂直方向(Y方向)20degのFOVに対応する広い角度範囲を有しており、この光線群220は、入射カプラー201に向けてZ方向に入射する。図3Aでは、光線群220内の中心光線221について導光板200内の経路を示している。この中心光線221は、表示される映像の略中心のピクセルに対応し、実際には数mm径の有限の太さを持った光束である。
図4Aは、入射カプラー201を体積型ホログラム(Ho)で構成した場合の概略図であり、導光面320aを抜き出して紙面と平行に描いている。中心光線221が入射されると、光回折部である体積型ホログラムHoによって回折され、光線の方向が導光板200の表面に対して全反射条件を満たす入射角度に変換される。体積型ホログラムHoには、平面波同士で記録されたホログラム(平面波ホログラム)が多重記録されている。これに、RGBに対応する広い波長範囲と、水平40deg×垂直20degのFOVに対応する広い角度範囲を有する光線群が入射すると、相対的な角度関係を保ったまま光線方向を変換するように構成されている。つまり、中心光線221と異なる角度の光線である周辺光線310が入射すると、中心光線221とは異なる角度に回折され、この2つの光線の相対角度関係は保たれている。
図5は、出射カプラー203の構成を示す概略図であり、導光面320bを抜き出して描いている。出射カプラー203は、平面波ホログラムを多重記録した体積型ホログラムHoで構成されている。なお、入射カプラー201が体積型ホログラムHoで構成されている場合は、入射カプラー201と出射カプラー203に用いる体積型ホログラムは、多重記録された平面波ホログラムの構成を略一致させており、導光板200へ入射する光線群と導光板200から出射する光線群の相対的な波長および角度関係は等しくなる。
図7は、アイボックス拡大部202の効果を説明する図で、導光板200の全体を示している。前記図5、図6では、導光面320a,320bなどの1つの導光面について説明したが、図3Bに述べたアイボックス拡大部202の動作により、これらの導光面が複製されて、出射カプラー203には、導光面320bの複製が複数本貫いている。それぞれの導光面では、出射カプラー203の略全範囲から光線が出射しているため、この導光面が複数本並んでいると、出射カプラー203の略全範囲から出射光線701が出射する。その結果、導光板200への入射光線700は、空間的に2次元拡大されて導光板200から出射する。これにより、アイボックスの範囲(面積)を2次元的に広げることができる。
図9Aと図9Bは、映像表示装置100で用いる映像光線の特性を示す図である。図9Aは、映像投影部103から導光板200に入射する光線群の有する波長スペクトル分布の一例を示している。本実施例では、図に示すようなブロード(広帯域)な波長スペクトル分布を有していると仮定する。この波長スペクトル分布は、可視域である400~700nmに対して、ほぼ一定の強度(パワー)を持ったスペクトル分布であり、説明のために理想的な光源を仮定している。
図10Aは、ホログラムの多重記録と単一波長における回折効率(光学効率)を説明する図である。
図12Aは、ホログラムの多重記録数に対する視認映像の画質と光学効率の関係を示す図である。(a)では視認映像を、(b)では画像の均一度Sと光学効率Hについて、それぞれシミュレーションで求めた結果である。
図12Bは、入射および出射カプラーに好適な体積型ホログラムの特性を説明する図である。体積型ホログラム(光回折部)1200は、多重記録数Mでホログラムが多重記録されている。これに、単一波長で一定の角度範囲を有する入射光線群1210を入射すると、出射光線群1220を出射する。このときの入射光線群1210の波長は、本導光板へのホログラム記録時に用いた波長、または本導光板に記録されたホログラムを再生する際に用いるいずれかの波長であるとする。ここで、入射光線群1210が、略連続的な角度の光線群であった場合、出射光線群1220は、ある角度間隔θsを持った離散的な光線群として出射される。角度間隔θsは、多重記録数Mと記録角度に依存する。
映像の画質補正は図2の画質補正部102により行われる。画質補正は、導光板200の入射カプラー201および出射カプラー203で用いられる体積型ホログラムの多重記録数に応じて、その補正方法が決定される。
図15は、体積型ホログラムの製造装置の一例を示す概略図である。製造装置の構成と動作を説明する。
図18は、実施例3における導光板の構成を示す図である。導光板200の外側に偏光板1705が貼り付けている。偏光板1705により、例えばP偏光を透過させて、S偏光をカットする。一方、導光板200はS偏光のみを通すことで、全反射条件を用いて高画質な映像を表示することができるため、外界からの光の偏光方向と導光板200からの光の偏光方向を略直交させることができる。これにより、外界の光がホログラムによって回折することによるクロストークを除去することができる。なぜなら、ホログラムは一般にS偏光に対して高い回折効率を有するため、P偏光のみを持つ外光はその影響を受けにくくなるからである。また、外光の透過率が低下するため、サングラスのような効果が発生し、相対的に導光板200からの光が明るく感じられ、表示映像の視認性が向上する。また、これにより低消費電力で視認性の向上が可能となる。
図19は、実施例4における導光板の構成を示す概略図である。導光板のアイボックス拡大部1915に、ホログラム構造1920を埋め込んでいる。
Claims (15)
- 多重記録したホログラムにより入射光を回折する光回折部を有する導光板において、
前記光回折部では、ある一定の角度範囲を有する単一波長の光を入射すると、少なくとも2本以上の出射光線が第一の角度間隔θsをもって離散的に出射され、前記出射された光線は第二の角度範囲θaをもっており、前記第一の角度間隔θsは、前記第二の角度範囲θa以上となり、
前記の角度関係が、θs>kθa(kは3以上の実数)となることを特徴とする導光板。 - 請求項1に記載の導光板において、
前記光回折部は、前記導光板の内を伝搬する光を前記導光板の外に出射する光に変換する出射カプラーとして用いられることを特徴とする導光板。 - 請求項2に記載の導光板において、
前記光回折部は、さらに、前記導光板の外から入射する光を前記導光板の内を伝搬する光に変換する入射カプラーとして用いられることを特徴とする導光板。 - 請求項3に記載の導光板において、
前記入射カプラーおよび前記出射カプラーにおける前記光回折部のグレーティングベクトル群が、前記導光板の表面に対して互いに軸対称に反転した構成となっていることを特徴とする導光板。 - 請求項2に記載の導光板において、
前記導光板の内を伝搬する光線を複製して前記出射カプラーに出射するアイボックス拡大部を備えることを特徴とする導光板。 - 請求項5に記載の導光板において、
前記アイボックス拡大部が、ミラー面またはビームスプリッター面を含む構成であることを特徴とする導光板。 - 請求項5に記載の導光板において、
前記アイボックス拡大部が、ミラー面と前記ミラー面に平行に設置されたビームスプリッター面を含む構成であることを特徴とする導光板。 - 請求項6または7に記載の導光板において、
前記ビームスプリッター面は、均一な透過率を有することを特徴とする導光板。 - 請求項6または7に記載の導光板において、
前記ビームスプリッター面は、不均一な透過率を有することを特徴とする導光板。 - 請求項7に記載の導光板において、
前記ミラー面と前記ビームスプリッター面の間に、前記導光板の外から入射する光を前記導光板の内を伝搬する光に変換する入射カプラーを配置したことを特徴とする導光板。 - 映像投影部から出射した映像を導光板を介してユーザの目に表示する映像表示装置において、
前記映像投影部には、擬似白色光であるLED(Light Emitting Diode)光源を用いる
とともに、
前記導光板には、多重記録したホログラムにより入射光を回折する光回折部を有し、
前記光回折部では、ある一定の角度範囲を有する単一波長の光を入射すると、少なくとも2本以上の出射光線が第一の角度間隔θsをもって離散的に出射され、前記出射された光線は第二の角度範囲θaをもっており、前記第一の角度間隔θsは、前記第二の角度範囲θa以上となり、
前記の角度関係が、θs>kθa(kは3以上の実数)となることを特徴とする映像表示装置。 - 請求項11に記載の映像表示装置において、
表示する映像の画質を補正する画質補正部を備え、
前記画質補正部は、前記導光板の有する前記光回折部により生じる映像の色ムラや輝度ムラを均一化することを特徴とする映像表示装置。 - 入射光を回折する光回折部を有する導光板を製造する導光板製造方法において、
記録媒体の反射軸に対して対称に所定の記録角度θwだけ傾いた方向から2つの平面波記録ビームを入射して1つのホログラムを形成し、
前記記録角度θwを変えながら所定回数Mの多重記録を行うことでM通りの異なるグレーティング間隔を有しており、ある一定の角度範囲を有する単一波長の光を入射すると、少なくとも2本以上の出射光線が第一の角度間隔θsをもって離散的に出射され、前記出射された光線は第二の角度範囲θaをもっており、前記第一の角度間隔θsは、前記第二の角度範囲θa以上となり、前記の角度関係が、θs>kθa(kは3以上の実数)となる体積型ホログラムを形成し、
前記体積型ホログラムを前記光回折部とし、該光回折部の両側を基板で挟むことで前記導光板を製造する導光板製造方法。 - 請求項13に記載の導光板製造方法において、
前記平面波記録ビームに対し空間的な光の強度分布を変調することで形成されるホログラムの回折効率の空間分布を制御することを特徴とする導光板製造方法。 - 請求項1に記載の導光板において、
前記単一波長は前記ホログラムを記録する際に用いた光の波長もしくは前記ホログラムを再生する際に用いる光の波長であることを特徴とする導光板。
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