交差型液晶偏光体グレーティング（PVG）を用いた2次元拡瞳光導波路は、そのコンパクトな構造と簡便な製造法（動的角度調整不要の干渉露光）により、ARディスプレイの研究ホットスポットとなっている。しかし、AR表示用の視野角（FOV）は二重波導積層技術によって制限される。本稿では、この種の波導の視野角を向上させるため、単層高屈折率ガラス基板（n=1.9）を用い、その表裏両面に左手型および右手型キラルPVGを集積した光導波路構造を提案する。入出射端における左手・右手キラルグレーティングの逆格子ベクトル間の水平角度はそれぞれ0°および60°である。入射光はPVGの偏光選択性により全内部反射経路二つに分離され、入出光学格子が提供する合成逆格子ベクトルが0の場合に部分的に結合し、完全な2次元拡張された光瞳を形成する。格子回折方程式とガラスの屈折率から、視角中心が波導垂直方向の場合に対応するPVGグレーティング周期を導出し、COMSOLシミュレーションにより532 nmのコリメート光の垂直入射結合メカニズムを検証した。実験的に作製した試作機は、出瞳グレーティングサイズ28 mm × 22 mm、水平視野角32.8°、垂直18.7°、対角線37.8°を達成し、対角視野角は従来研究に比べて26%向上した。本設計は基板の両面にPVGグレーティングを直接形成することで従来の接着工程を省き、屈折率整合接着剤や基板材料の厳しい選択要件を回避し、製造プロセスを大幅に簡素化しコストを効果的に削減している。また、高屈折率基板を活用することでFOVを大幅に拡大し、画像品質を向上させ、ARヘッドマウント近眼ディスプレイに有望な高性能ソリューションを提供する。

液晶偏光ホログラフィックグレーティング；視野角；2次元拡瞳；光導波路AR表示；液晶光学