JP7210406B2 - 導光板、導光板の製造装置、導光板の製造方法、及び、それを用いた映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイなどの映像表示装置に用いる導光板に関する。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）などの映像表示装置では、プロジェクター（映像投影部）から出射された映像光をユーザの目まで伝搬させるための光学系として、導光板が用いられる。ＨＭＤに用いられる導光板は、薄型でかつ映像を見ることができる視野（ＦｏＶ：Field of View）が広いことが望ましい。この導光板としてハーフミラーを用いることができるが、広い視野（ＦｏＶ）を確保するためには薄型化が困難であった。

これに関連する先行技術として特許文献１や特許文献２がある。特許文献１や特許文献２には、ホログラム技術を用いて反射軸が表面法線に対して傾きを持っているような特殊なミラーまたはハーフミラー（該文献では、「スキューミラー」と呼んでいる）が実現できることが記載されている。スキューミラーを導光板に採用すれば、導光板の表面に対して傾いたハーフミラーと同様の機能を実現し、導光板の薄型化とＦｏＶの向上を図る上で有効となる。

より具体的には、特許文献１では、スキューミラーは反射軸が表面法線と一致しているという制約がなく、比較的広い波長範囲にわたって、ある一定の反射軸に対して光を反射すること、また、比較的広い範囲の入射角にわたって一定の反射軸を有することが述べられている。また特許文献２では、導光板で発生する色分散を補正する方法について述べられている。

米国特許出願公開第２０１７／００５９７５９号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１４３４２６号明細書

光回折機能を有する体積型ホログラムは、薄型でかつ波長選択性や角度選択性などの特性を有するために、選択的に光を回折させることができ、これをＨＭＤの導光板に採用することで、薄型でかつ広いＦｏＶを有する導光板を実現できる。また、体積型ホログラムの多重記録を有効に利用することで、色ムラや輝度ムラ等の少ない高画質かつ高分解能な映像表示が可能であり、製造コストや安定的な量産性をも実現可能である。しかしながら、体積型ホログラムを用いたＨＭＤの導光板には色分散の問題があり、映像表示装置として色ずれの発生が問題となる。以下ではこの問題について説明する。

まず、特許文献１、２に記載のスキューミラーと導光板の関係を説明する。スキューミラーを含む導光板の入射面に光線を入射した場合、導光板の入射面からある角度θｇだけ傾きを持ったスキューミラー面により光線の一部が反射される。ここで、全反射角θ_ＴＩＲ（ＴＩＲ：Total Internal Reflection）以上の入射角で導光板内を伝搬している光線をこのスキューミラーに入射させると、この光線の一部は、スキューミラー面によって反射（回折）され、導光板の外に出射させることができる（出射カプラー機能）。また、導光板の外から光線を入射させて、導光板内を全反射により伝搬させることもできる（入射カプラー機能）。このように、スキューミラーは導光板において、入射および出射カプラー機能を有する。このスキューミラーを体積型ホログラムによって実現した導光板を体積型ホログラム導光板と呼ぶ。

ここで、体積型ホログラム導光板の色分散の考え方について説明する。色分散とは、光学において媒体の屈折率が波長によって異なることにより、入射した光線が波長ごとに別々に分離される（光線の角度が波長ごとに異なる）現象であり、単に分散と呼ぶこともある。この色分散は、屈折率の異なる媒体同士の界面において光が屈折する際に、波長ごとに屈折率が異なることによって生じ、スネルの法則を用いることで各波長における屈折角を計算することができる。この色分散の影響によって、一本の白色の光線を体積型ホログラム導光板に入射したとしても、導光板内を伝搬する光線は、波長ごとに導光する角度が異なって伝搬する。この光が、体積型ホログラム導光板の働きによって回折され出射されると、色分散を生じたまま出射されるため、一本の光線が波長ごとに異なった角度で出射される。これにより、映像が光の波長によって分離されて視認され、映像における色ずれ（映像が色によって位置がずれて視認されること）が発生する。

そのため、例えばＨＭＤのアプリケーションの一つである、外界に対して映像を重畳表示させてユーザに見せる拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）を実行した場合の臨場感が著しく低下してしまう。

特許文献１では、これらの色ずれについて考慮されておらず、さらに、特許文献２では、色分散を補正する干渉縞の角度を求める方法が記載されているが、具体的な製造装置の構成が記載されていない。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、色ずれの少ない体積型ホログラム導光板を提供することである。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、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、光回折部では、導光板の入射面に対する角度が異なる複数のホログラムが形成されており、ある平行光線を入射したときに複数のホログラムによって異なる波長を回折するように構成する。

本発明によれば、光回折部を有する導光板において、色ずれの少ない映像を表示させることができる。

実施例１におけるＨＭＤの外観図である。 実施例１におけるＨＭＤの使用例を示す外観図である。 実施例１におけるＨＭＤのブロック構成図である。 実施例１における導光板の全体構成を示す概略図である。 実施例１における入射カプラー部分の構成例である。 実施例１における色分散の課題を説明する図である。 実施例１における色分散補正技術の概要を説明する図である。 実施例１におけるピッチの狭いホログラムと広いホログラムそれぞれにおける、色分散補正なしとありの場合についての光の伝搬の概略図である。 実施例１における補正なしと補正ありの場合のｋベクトルである。 実施例１におけるホログラムの角度θｇを決定する説明図である。 実施例１における各パラメータの波長依存性を示す概略図である。 実施例１における体積型ホログラムの製造方法を説明する図である。 実施例１における導光板製造装置の概要構成図である。 実施例１における記録プリズム及び記録媒体の概略構成図である。 実施例１における色分散を補正するホログラムの記録方法を説明する図である。 実施例１における導光板の色ずれ低減効果の実験結果の一例である。 実施例２における導光板製造装置の構成を説明する図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の実施例では、映像表示装置としてメガネ型のＨＭＤの場合について説明する。

［映像表示装置の構成］
図１Ａは、本実施例におけるＨＭＤ１００の外観図である。また図１Ｂは、ＨＭＤ１００の使用例を示す外観図である。

メガネ型のＨＭＤ１００は、メガネのツルに相当する部分に、ユーザ１の右目に表示する映像を投影する映像投影部１０３ａ、およびユーザ１の左目に表示する映像を投影する映像投影部１０３ｂを有する。また、メガネのレンズに相当する部分に、映像投影部１０３ａ、ｂで投影した映像をユーザ１の目に届ける出射カプラー２０３ａ、ｂを備えている。出射カプラー２０３ａ、ｂは、映像を表示するだけでなく、外界からの光を透過できるようになっており、外界に対して映像を重畳表示させてユーザに見せる拡張現実（ＡＲ）を表示することができる。ユーザ１は、ＨＭＤ１００を頭部に装着することで、映像を両目で見ることができる。

図２は、本実施例におけるＨＭＤ１００のブロック構成図である。ＨＭＤ１００は、ユーザの右目に映像を表示する右目用映像表示部１０４ａ、およびユーザの左目に映像を表示する左目用映像表示部１０４ｂによって構成されている。この２つ映像表示部は右目用と左目用で同様の構成となっているため、以下では、右目用ａと左目用ｂを区別するとき以外はａ、ｂを省略した映像表示部１０４として説明する。また、図２において、その他の構成も右目用と左目用でａ、ｂをつけた符号としており、右目用と左目用を区別しないときにはａ、ｂを省略して説明する。

映像表示部１０４では、まず映像入力部１０１から送られてきた映像データをもとに、画質補正部１０２および映像投影部１０３によって表示する映像を生成する。画質補正部１０２は、表示する映像の色や輝度の補正を行う。ここで、色ムラや輝度ムラ、色ずれ等が最小になるように調整を行う。映像投影部１０３は光源を含む小型プロジェクターを用いて構成されており、映像の虚像を投影する光学系となっている。つまり、映像投影部１０３を直接覗き込むと、ある距離の位置に２次元の映像を見ることができる。ここで、映像（虚像）が投影される距離は、ある有限の距離であってもよく、無限遠方であってもよいが、導光板の位置を変えながら映像を視認したときに映像の表示位置がずれ、映像ががたついて見えることを抑制するために本実施例の構成では無限遠であることが望ましい。

映像投影部１０３で生成された映像は、ある距離に虚像を投影するような光線群として出射される。この光線群は、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に対応する波長を有しており、ユーザはカラー映像を見ることができる。

映像投影部１０３から出射した光線群は、入射カプラー２０１を介して導光板２００に入射する。入射カプラー２０１は、導光板に入射した光線群の方向を、導光板２００内を全反射によって伝搬できる方向に変換する。このとき、光線群の各光線方向の相対関係を保ったまま変換することで、映像の歪みやぼけのない高精細な映像を表示できる。

導光板２００内に入射した光線群は、全反射を繰り返すことで伝搬され、アイボックス拡大部２０２に入射する。アイボックス拡大部２０２は、ユーザが映像を見ることのできるアイボックス（虚像が視認できる領域）を拡大する機能を有する。アイボックスが広ければ、ユーザはアイボックスの縁部分が視認しにくくなることでストレスが軽減され、また装着具合やユーザの目の位置の個人差の影響を軽減して、高い臨場感を得ることができる。

アイボックス拡大部２０２では、入射した光線群を、光線方向の相対関係を保ったまま複製して出射カプラー２０３に出射する。つまり、映像投影部１０３から出射した光線群は、光線方向（角度）の相対関係を保ったまま空間的に広げられる。

出射カプラー２０３では、入射した光線群を導光板２００の外に出射してユーザ１の目に届ける。つまり、出射カプラー２０３は入射カプラー２０１とは反対に、入射した光線群の方向を導光板２００の外に出射できる方向に変換する。

上記した構成は、右目用映像表示部１０４ａと左目用映像表示部１０４ｂとで略共通である。以上の構成によって、ユーザ１は、これら２つの映像表示部１０４ａ，１０４ｂで表示された映像（虚像）を見ることができる。

前記した図１ＡのＨＭＤ１００では、導光板２００の一部である出射カプラー２０３の部分しか見えていないが、導光板２００のその他の部分は、黒いフレーム部分に隠れて外からは見えないようにしている。これは、導光板２００に意図せぬ角度から外界の光（外光）が入射すると、迷光となって表示映像の画質を劣化させる可能性があるためである。よって、出射カプラー２０３以外の部分は極力外界から見えないようにして、外光が導光板２００内に入射しないようにしている。

［導光板の構成］
図３は、本実施例における導光板２００の全体構成を示す概略図である。導光板２００は、入射カプラーの働きをする透過型の入射プリズム２２０、アイボックス拡大部および出射カプラーの働きをするホログラム部２４０により構成され、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。例えば、図３では、カバー層２５０、媒体層２６０、カバー層２７０の３層構造となっている。

映像投影部１０３から出射した光線群（中心光線２１０のみ図示）は、ＲＧＢ光に対応する広い波長範囲と、広い角度範囲を有しており、この光線群は、入射プリズム２２０に入射する。図３では、光線群内の中心光線（以降、これを代表として入射光と称す）２１０について導光板２００内の経路を示している。この入射光２１０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。

ホログラム部２４０は、光回折部である体積型ホログラムによって構成されており、入射した光線群の方向を変換し、導光板２００の外に出射させる。体積型ホログラムは、導光している光の一部を回折するため、残りの光はそのまま導光する。これを繰り返すことで、多数の出射光線群２３０が面内で複製されて出射する。これにより、アイボックスが横方向に拡大される。

［導光板の構成（バリエーション）］
図４は、本実施例における入射カプラー部分の構成例を示している。図４において、（ａ）は、図３で示した構成と同様の光の入射側に透過型の入射プリズム２２０が一つある構成である（入射プリズム構成）。本構成では入射光線と導光板２００の角度θtを比較的大きくとれる特徴がある。

図４（ｂ）は、入射側と反対側に内面反射プリズム３００が一つある構成である（内面反射プリズム構成）。本構成では、入射光線がミラーコーティング等の施された内面反射プリズム３００によって反射されて導光角度される。本構成では、入射光線と導光板の角度θtを比較的小さくとれる特徴がある。

図４（ｃ）は、入射プリズム２２０および内面反射プリズム３００を用いる構成であり、前記のふたつの構成（ａ）（ｂ）の間の入射光線と導光板の角度θtを実現することができる特徴がある（入射＋内面反射プリズム構成）。以上のような構成により、本導光板はθｔ等の設計自由度が高く、デザイン性や用途によって設計を選ぶことができる。

図４（ｄ）は、入射プリズムではなく、入射ホログラム３１０を利用する構成である。出射カプラーのホログラム部２４０と略同一の厚みで、対称に記録されたホログラムを用いる。本構成では、内面反射プリズム構成と同様に入射光線と導光板の角度θtを比較的小さくとれ、さらにプリズム等の追加の光学素子が必要ないためシンプルで軽量、小型、安価である特徴がある。但し本構成では２箇所にホログラムを形成する必要があるため製造コストが高く、また入射側のホログラムの回折効率が低い場合、導光板の光学効率が低下する問題がある（入射ホログラム構成）。

［色分散の課題］
図５は、本実施例における色分散の課題を説明する図である。まず、色分散が問題となる構成について説明する。

図５（ａ）は、ハーフビームスプリッター等を用いた導光板であり、屈折率が同一の素子によって構成されている。このような大きな屈折率境界が、空気と導光板の界面以外に存在しない構成の場合、導光板への入射角度θｉｎと導光板からの出射角度θｏｕｔが略同一（θｉｎ＝θｏｕｔ）であれば映像は色分散の影響を受けない（色ずれが発生しない）。導光板を構成する媒体に、屈折率の波長分散があったとしても入射時と出射時の屈折によってキャンセルされるためである。また、θｉｎ＝θｏｕｔ＝９０°の場合、映像の歪み等もなく高画質な映像を表示することができる。但し、このような構成は、製造コストが高い、ＦｏＶを大きくすることが難しい、意図しない反射による迷光が発生する、などの問題がある。

図５（ｂ）も色分散の影響を受けない構成である。この構成は上記の入射ホログラム構成（図４（ｄ））であり、入射光線が入射ホログラムによって回折されることで導光角度となる。この場合、カバー層２５０と媒体層２６０の屈折率差により、界面での屈折時に色分散を生じ、光の波長によって角度が変化する。屈折角は、スネルの法則より、式（１）

によって表される。ここで、ｎ_１（λ）、ｎ_２（λ）は屈折前および後の媒体の屈折率であり、波長λの関数として表されている。また、θ_１は屈折前の屈折率界面への入射角であり、θ_２は屈折角である。本式より、同じ入射角θ_１で入射してきた光線も、屈折率が異なる界面で屈折率の波長依存性によって屈折角が変化し色分散が発生する。色分散は、入射角が大きいほど顕著である。しかし、本構成では、色分散が発生するのはカバー層２５０、２７０の中を伝搬するときであり、媒体層２６０を伝搬しているときは色分散がほとんど発生しない。ホログラム部２４０で回折されるときは色分散がない媒体層２６０であるので、出射光線は色分散の影響をほとんど受けることはない。

一方、図５（ｃ）は、色分散の影響を受ける構成である。本構成では、入射光２１０が入射プリズム２２０に垂直に入射している。垂直入射の場合、色分散は生じない（数１でθ_１＝０となる）。その後、入射光２１０は、入射プリズム２２０と同じ屈折率分布を持つカバー層と異なる屈折率を持つ媒体層の界面にて屈折する。このとき、色分散が発生する。導光板を伝搬する光は、媒体層では色分散があり、カバー層では色分散がない状態となって伝搬する。そして、ホログラム部２４０にて回折されて導光板の外に光が出射するとき、色分散を持った光線はそのまま出射されて、映像が色分散の影響を受けて色ずれが発生してしまう。

図５（ｄ）も同様に色分散が発生する構成となっている。本構成では、入射プリズム２２０に垂直入射しない構成となっているため、空気―入射プリズム２２０界面の屈折にてまず色分散が発生する。その後、入射プリズム２２０とカバー層２５０の界面、カバー層２５０と媒体層２６０の界面、媒体層２６０とカバー層２７０の界面など、導光板内の屈折率界面で色分散が発生する。そして、この色分散はホログラム部２４０でも発生しているため、回折によって導光板の外に出射した際にも色分散の影響により色ずれが発生してしまう。

このような色分散の影響による色ずれの問題は、図４（ａ）～（ｃ）の構成で同様に発生する。また、図４（ｄ）の構成では図５（ｂ）と同様に色分散の影響を受けない。

また、媒体層とカバー層などの屈折前後の屈折率の波長依存性の比率が略一致している場合には、式（１）のｎ_１（λ）／ｎ_２（λ）が一定値となるため色分散の影響がなく、色ずれの問題もおこらない。つまり、屈折前後の屈折率の波長依存性の比率が異なっており、入射角が大きいときに、色分散が顕著に発生し、さらにこの色分散が光を回折するホログラム部と同じ層（媒体層）で発生している場合に映像の色ずれが発生する。

［色分散補正技術のコンセプト］
上記の問題を解決する方法について説明する。図６Ａは、本実施例における色分散補正技術の概要を説明する図である。上記の色ずれの問題は、媒体層２６０内を伝搬する光線に色分散が生じている（６１０）場合に発生する。そのため、図６Ａに示すように、この色分散を補正するように波長によって回折するホログラムの角度を変化させる（６２０）ことで、出射時の光が平行になる（６３０）ようにする。ここで、ホログラム６２０の一本一本のラインは、体積型ホログラムの等屈折率面（スキューミラー面）に平行なラインを示している。

各波長の光線は、それぞれＢｒａｇｇマッチ条件を満たすホログラムによって回折される。そのため、異なる波長の光線は、異なるピッチのホログラムによって回折される。異なるピッチのホログラムは、多重記録によって逐次的に記録することで形成する。この多重記録時に、記録するホログラムの角度を変化させれば、色ずれを低減することができる。

本手法は、ある光線についてのみ用いることができ、プロジェクターから出射する広い角度範囲を持った光線すべてに適用することは原理上できない。但し、およそ映像の中心の光線の色ずれを補正することにより、映像全体の色ずれを低減させることができる。

図６Ｂは、本実施例における、ピッチの狭いホログラムと広いホログラムそれぞれにおける、色分散補正なしとありの場合についての光の伝搬の概略図である。図６Ｂにおいて、異なる波長λ_１、λ_２の光が色分散によって媒体層において異なる角度で伝搬している。この光に対して補正なしの場合には、角度が同じでピッチの異なるホログラムによって光を回折させるため、異なる角度の光は異なる角度に回折されて映像の色ずれが発生する。一方、補正ありの場合は、角度とピッチの異なるホログラムによって光を回折するため、異なる角度の光も同じ角度に回折させることができ、色ずれの低減された映像を表示することができる。ここで、ある波長λでＢｒａｇｇマッチするホログラムの角度をθｇ（λ）と表している。

図６Ｃは、本実施例における補正なしと補正ありの場合のｋベクトル（波数ベクトル）である。図６Ｃでは、５つの波長について記載している。補正なしの場合には、（ａ）に示すように、色分散した入射光６４０がそれぞれ同じ角度の（平行な）ホログラムベクトル（６５０）によって回折されて、異なる角度の回折光６６０が発生してしまう。一方、補正ありの場合には、（ｂ）に示すように、色分散した入射光６４０がそれぞれ異なる角度のホログラムベクトル（６８０）によって回折されて、同じ角度の回折光６９０として出射される。

図６Ｄは、本実施例におけるホログラムの角度θｇを決定する説明図である。図６Ｄに示すように、ある波長λ_ｉでＢｒａｇｇマッチするホログラムの角度θｇ（λ_ｉ）は、下記式（２）により、カバー層２５０、２７０の波長λ_ｉでの屈折率ｎ_１（λ_ｉ）、媒体層２６０の波長λ_ｉでの屈折率ｎ_２（λ_ｉ）、及び、カバー層２５０、２７０での光の入射角度θ_１から求められる。ここで、カバー層では色分散がなく、媒体層で色分散が発生するものとし、媒体からの回折光の出射角度θ_ＡＩＲは０ｄｅｇであるとしている。また、θ_２（λ_ｉ）は、媒体層２６０での各波長λ_ｉの光線角度（導光板面への入射角）である。

また、媒体からの回折光の出射角度θ_ＡＩＲが０ｄｅｇでない場合は、下記式（３）

となる。

また、このホログラムのピッチΛ_ｉは、Ｂｒａｇｇマッチ条件から、下記式（４）

として求めることができる。

図６Ｅは、本実施例における各パラメータの波長依存性を示す概略図である。図６Ｅにおいて、（ａ）は屈折率の波長依存性の概略図である。また、（ｂ）はカバー層と媒体層での屈折率の比率ｎ_１／ｎ_２の波長依存性を示している。このように、比率が一定でない場合、媒体層での光の角度θ_２は一定でなくなり（図６Ｅ（ｃ））、式（２）により、形成すべきホログラムの角度θｇも一定でなくなる（図６Ｅ（ｄ））。このように、非一定な角度のホログラムを形成することによって色分散による色ずれを低減することができる。

［製造方法］
図７は、本実施例における体積型ホログラムの製造方法を説明する図である。図７（ａ）において、体積型ホログラムは、感光性材料であるフォトポリマー等の記録媒体５１０にレーザ光等の可干渉性（コヒーレンス）の高い光源から出射される記録光５２０Ａ、Ｂによって作られる干渉縞をホログラムとして記録することにより製作できる。ここで、図７（ａ）に示すように、ｘ軸、ｙ軸と、紙面垂直方向にｚ軸を定義する。記録光５２０Ａ、Ｂは、ともにｙ軸からθｗ（記録角度）だけｘ軸に対して線対称に傾いた平行光である。これにより、干渉縞面は、ｘ－ｚ面に平行に形成される。また、記録媒体５１０をｘ－ｚ平面からθｇだけ傾かせる。なお、図７（ａ）では図示を容易にするためｘ軸に対してθｇだけ傾かせているが、後述する製造装置ではｙ軸に対してθｇだけ傾かせている。ｙ軸に対してθｇだけ傾かせることで、２つの記録光５２０Ａ、Ｂによる露光面積と記録媒体への入射角を同じにすることができ、高効率な記録が可能である。

干渉縞面が導光板における反射面（スキューミラー面）となるため、θｇは反射面の記録媒体面からの傾きとなる。また、記録媒体の表面反射による記録時の光利用効率低下および記録媒体５１０での屈折の影響を避けるため記録プリズム５００を用いている。

矢印５３０に示すように、ｚ軸を回転中心として記録光５２０Ａ、Ｂを回転させ記録光５２０Ａ、Ｂ同士のなす角度を変えて多重記録を行う。ここで、ｘ軸に対して常に記録光が線対称になるようにすることで、干渉縞面を常にｘ－ｚ面と平行にすることができる。これにより、干渉縞面（反射面）を記録媒体面からθｇだけ傾いたまま固定して、干渉縞ピッチの異なるホログラムを多重記録することができる。

図７（ｂ）は、上記の方法で多重記録した体積型ホログラムを、再生する場合の光学配置を示している。ここで、「再生」とは、ホログラムに入射光を照射して光を回折させることを意味し、今後この意味で用いる。

図７（ｂ）において、体積型ホログラムにｙ軸方向からθｐ（再生角度）だけ傾いた再生光線５５０を入射する（媒体に対する入射角度は、θｉｎ＝θｐ＋θｇとなり、これを再生入射角度と呼ぶ）と、Ｂｒａｇｇ選択性を満たす場合は、回折光５６０がｙ軸からθｄだけ傾いた角度で出射する。再生光線がＲＧＢ光に対応する広い波長範囲と、ＦｏＶに対応する広い角度範囲を有している場合に、体積型ホログラムにより光を回折することができれば、体積型ホログラムは導光板の出射カプラーとして用いることができる。また、光線の波長は、観察者の目で等色関数により積分されて認識されるため、体積型ホログラムからの出射光線の波長分布は、入射光線と同様の波長分布である必要はなく、少なくともＲＧＢの３色に対応する波長がバランスよく含まれていればよい。ここで、上記のθｇ、θｗ、θｐ、θｄおよびθｉｎはすべて記録媒体５１０内の角度で記載されている。

［製造装置の構成］
図８は、本実施例における導光板製造装置の概要構成図である。図８において、光源部であるレーザ７００から出射された光は、シャッター７１０、ＨＷＰ（１/２波長板：Half Wave Plate）７２０を通って、ビームエキスパンダー７３０によって光束径を広げられ、ミラー７４０によって折り返された後、光分岐部であるＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ：Polarizing Beam Splitter）７５０によって略１：１の強度比になるように分岐される。分岐された２つの光は、ＨＷＰ７６０によって共にＳ偏光（紙面に垂直な偏光方向）となり、光反射部であるミラー７７０によって再び交わるように記録プリズム５００に入射される。ミラー７７０は回転ステージに乗っており、ｘ軸に線対称に回転させることができる。２つの光は、記録プリズム５００に挟まれた記録媒体５１０内で干渉し、干渉縞を形成する。この干渉縞を記録媒体５１０に記録することで、体積型ホログラムを記録する。また、ミラー７７０を回転させることで記録する干渉縞のピッチを変化させて多重記録を行う。このとき、ミラー７７０を回転させることにより記録光線の交わる位置がｘ軸上で移動するため、それに追従するように１軸（ｘ軸）ステージ８００によって記録プリズム５００および記録媒体５１０を移動させて多重記録を行う。

図９は、本実施例における記録プリズム及び記録媒体の概略構成図である。図９（ａ）は、記録プリズムと記録媒体の位置関係を示す概略図である。記録プリズム５００は、立方体のガラスを斜めに切って２分割した形をしている。このふたつの記録プリズム５００によって、記録媒体５１０を挟み込む構成としている。記録媒体５１０と記録プリズム５００の間にはインデックスマッチングオイルを満たすことで空気層（隙間）を無くし、そこでの反射等を抑える。

図９（ｂ）は、記録時における記録プリズムとその周辺の概略構成図である。記録プリズム５００は、台座９１０に固定されており、台座９１０は、回転機構であるゴニオステージ９００に固定されている。ゴニオステージ９００は、台座を、ｘ軸を中心とした回転方向に傾けさせることができる。これにより、記録プリズム５００および記録媒体５１０を所望の角度だけ傾けて干渉縞の記録を行うことができる。言い換えれば、回転機構であるゴニオステージ９００の中心軸（ｘ軸）は干渉縞面内にある。この機能を用いて、各多重記録において色分散を補正する角度で（導光板面から式（２）、式（３）のθｇ（λ_ｉ）だけ傾けて）干渉縞（ホログラム）を記録する。

［補正技術の実現方法］
図１０は、本実施例における色分散を補正するホログラムの記録方法を説明する図である。図１０において、上段は記録プリズム５００および記録媒体５１０をｚ軸方向から見た図であり、下段はｘ軸方向から見た図である。

上記のように色分散を補正するために、ピッチの異なる干渉縞（ホログラム）を記録媒体に対して異なる角度で記録する必要がある。このため、各多重記録時に、ミラー７７０の回転だけでなく、ゴニオステージ９００を用いて記録プリズム５００および記録媒体５１０を傾けて、所望の角度で干渉縞が記録されるようにする。入射光は、記録プリズム５００および記録媒体５１０によって屈折されるため、予めこの屈折を考慮して記録媒体５１０内の光線の２つの光線角度（ベクトル）を計算しておき、形成される干渉縞（ホログラム）と記録媒体のなす角度を求めておく。これにより、各多重記録時に、所望の角度でホログラムを記録するために必要なゴニオステージ９００の回転角度を求めることができる。なお、白抜き矢印のように、ミラー７７０の回転により記録光線の交わる位置がｘ軸上で移動するため、それに追従するように１軸ステージ８００によって記録プリズム５００および記録媒体５１０を移動させて多重記録を行う。

［実験結果の一例］
図１１は、本実施例における導光板の色ずれ低減効果の実験結果の一例である。図１１（ａ）は、補正なしの場合の実験結果であり、白い一本の縦線を表示した映像を、導光板を通して見た画像の断面図とその強度データである。ＲＧＢの３色がおよそ２４２ミリ度程度分離し、色ずれが発生していることがわかる。一方、図１１（ｂ）は、補正ありの場合の実験結果であり、白い一本の縦線が正しく表示され、色ずれ量も７２ミリ度程度と大幅に低減されている。以上より、本手法により色ずれ低減効果が検証されている。

以上のように、本実施例によれば、光回折部を有する導光板において、色ずれの少ない映像を表示させることが可能となる。

本実施例は、実施例１とは別の構成の導光板製造装置について説明する。

図１２は本実施例における導光板製造装置の構成を説明する図である。図１２において、図１０と同じ構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。図１２において、図１０と異なる点は、ミラー７７０を１軸ステージ１０００に乗せ、記録プリズム５００および記録媒体５１０の位置は固定とした点である。これにより、白抜き矢印のように、ミラー７７０の回転により記録光線の交わる位置が変化しても、記録プリズム５００および記録媒体５１０の同じ位置にその交わる位置が来るように、ミラー７７０を１軸ステージ１０００上で移動させる。

これにより、記録プリズム５００および記録媒体５１０を記録中に、記録プリズム５００および記録媒体５１０を１軸ステージ上で移動させる必要がなくなり、記録時の振動等の影響を低減できる。また、色分散補正を行うためのゴニオステージは、記録プリズム５００か、ミラー７７０の下に取り付ける。これによって高安定で高速な記録を行うことができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１００：ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、２００：導光板、２０１：入射カプラー、２０２：アイボックス拡大部、２０３：出射カプラー、２１０：中心光線（入射光）、２２０：入射プリズム、２３０：出射光線群、２４０：ホログラム部、２５０、２７０：カバー層、２６０：媒体層、３００：内面反射プリズム、５００：記録プリズム、５１０：記録媒体、５２０Ａ、Ｂ：記録光、７００：レーザ、７１０：シャッター、７２０、７６０：ＨＷＰ（１/２波長板：Half Wave Plate）、７３０：ビームエキスパンダー、７４０：ミラー、７５０：ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ：Polarizing Beam Splitter）、８００：１軸（ｘ軸）ステージ、９００：ゴニオステージ、９１０：台座、１０００：１軸ステージ

Claims (7)

1. 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の製造装置において、
   光源部と、光分岐部と、光反射部と、記録プリズムと、該記録プリズムに挟まれた記録媒体を有し、
   前記光分岐部で分岐された光が前記光反射部の回転により再び交わって前記記録媒体内に多重記録した干渉縞面を形成しており、
   前記記録プリズムは回転機構を有し、この回転機構の中心軸が前記干渉縞面内にあり、
   前記回転機構の中心軸を中心として回転することで、前記記録プリズムおよび前記記録媒体を所望の角度だけ傾けて前記記録媒体内に干渉縞の記録を行うことを特徴とする導光板の製造装置。
2. 請求項１に記載の導光板の製造装置において、
   前記回転機構は、ゴニオステージであることを特徴とする導光板の製造装置。
3. 請求項１に記載の導光板の製造装置において、
   前記光反射部の回転により移動する前記光分岐部で分岐された光が交わる位置に前記記録プリズムの位置を移動させる１軸ステージを有することを特徴とする導光板の製造装置。
4. 請求項１に記載の導光板の製造装置において、
   前記光反射部の回転により移動する前記光分岐部で分岐された光が交わる位置を前記記録媒体の位置に移動させるように、前記光反射部を移動させる１軸ステージを有することを特徴とする導光板の製造装置。
5. 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の製造方法において、
   ２つの記録光を光反射部の回転により交わらせることで記録プリズムに挟まれた記録媒体内で多重記録した干渉縞を形成し、
   かつ、前記記録媒体を前記干渉縞面内にある軸を中心とした回転方向に傾けて所望の角度で前記干渉縞を記録することを特徴とする導光板の製造方法。
6. 請求項５に記載の導光板の製造方法において、
   前記光反射部の回転により移動する前記記録光の交わる位置に前記記録媒体の位置を移動させることを特徴とする導光板の製造方法。
7. 請求項５に記載の導光板の製造方法において、
   前記光反射部の回転により移動する前記記録光の交わる位置を前記記録媒体の位置に移動させるように、前記光反射部を移動させることを特徴とする導光板の製造方法。

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