CN112445114B - 光学元件的制造方法、光学元件以及显示装置 - Google Patents
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Abstract
提供光学元件的制造方法、光学元件以及显示装置，轻量且能够抑制由翘曲引起的衍射性能的降低。本发明的光学元件的制造方法的特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：第1工序，将全息形成用材料粘贴于具有标记部的玻璃基板，然后对全息形成用材料进行干涉曝光，由此在玻璃基板上形成全息层；以及第2工序，将从玻璃基板剥离的全息层粘贴于具有第1对准标记的塑料基板，在第2工序中，使用塑料基板的第1对准标记和在干涉曝光时形成在全息层的与标记部对应的位置的第2对准标记进行塑料基板和全息层的对位。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件的制造方法、光学元件以及显示装置。
背景技术
作为使用了全息(holographic)元件等衍射元件的显示装置，提出了通过衍射元件使从图像光生成装置射出的图像光朝向观察者的眼睛偏转的显示装置。在衍射元件中，对干涉条纹进行最优化，以得到在特定波长下最优的衍射角度和衍射效率。但是，图像光以特定波长为中心具有规定的光谱宽度，因此偏离特定波长的周边波长的光成为使图像的分辨率降低的原因。因此，提出了通过反射型的第1衍射元件将从图像光生成装置射出的图像光向配置在前方的第2衍射元件射出，并通过第2衍射元件使从第1衍射元件射出的图像光向观察者的眼睛偏转的显示装置。根据该结构，能够通过第1衍射元件进行波长补偿，能够抑制由偏离特定波长的周边波长的光引起的图像的分辨率的降低(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2017-167181号公报
上述第1衍射元件和第2衍射元件通过在将全息材料粘贴于基材的状态下进行基于激光的干涉曝光，而形成具有干涉条纹的全息层。全息材料由于在干涉曝光中产生膨胀收缩而与基材一起翘曲。这样，若在干涉曝光中产生翘曲，则在翘曲的状态下进行干涉曝光，从而无法形成期望的干涉条纹，无法得到期望的衍射性能。因此，考虑用弹性模量高的玻璃基板支承全息材料，但会产生玻璃基板可能破损、装置的重量增加这样的问题。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的一个方式的光学元件的制造方法的特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：第1工序，将全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成全息层；以及第2工序，将从所述玻璃基板剥离的所述全息层粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板，在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，在所述第2工序中，将所述塑料基板的所述第1对准标记与所述全息层的所述第2对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述全息层的对位。
也可以是如下制造方法：在所述第1工序中，在所述玻璃基板的与形成有所述标记部的第1面相反的第2面粘贴所述全息形成用材料。
也可以是如下制造方法：在所述玻璃基板中，所述标记部设置于使得在所述全息层的光学有效区域的外侧形成所述第2对准标记的位置。
也可以是如下制造方法：在所述第2工序中，使用如下的所述塑料基板，该塑料基板在考虑了所述第1对准标记的曝光位置相对于所述标记部的偏离的位置配置有所述第1对准标记。
也可以是如下制造方法：在所述第2工序中，通过粘接材料将所述塑料基板和所述全息层贴合。
也可以是如下制造方法：在所述第1工序中，使用由球面波构成的参照光和物体光对所述全息形成用材料进行干涉曝光。
本发明的第1方式的光学元件的制造方法的特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：第1工序，将第1全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述第1全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第1全息层；第2工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第1全息层粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板；第3工序，将第2全息形成用材料粘贴于所述玻璃基板，然后对所述第2全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第2全息层；以及第4工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第2全息层重叠地粘贴到已经粘贴于所述塑料基板的所述第1全息层上，在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述第1全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述第1全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，在所述第2工序中，将所述塑料基板的所述第1对准标记与所述第1全息层的所述第2对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述第1全息层的对位。
本发明的第2方式的光学元件的制造方法的特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：第1工序，将第1全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述第1全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第1全息层；第2工序，在所述第1全息层上粘贴第2全息形成用材料，然后对所述第2全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述第1全息层上形成第2全息层；以及第3工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第1全息层和所述第2全息层的层叠体粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板，在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述第1全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述第1全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，在所述第2工序中，在所述干涉曝光时，在所述第2全息层形成第3对准标记，所述第3对准标记形成在所述第2全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，在所述第3工序中，将所述第1全息层的所述第2对准标记以及所述第2全息层的所述第3对准标记中的至少一方与所述塑料基板的所述第1对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述层叠体的对位。
本发明的第3方式的光学元件的特征在于，该光学元件具有：塑料基板，其具有弯曲的形状，并具有第1对准标记；以及全息层，其粘贴于所述塑料基板，具有与干涉条纹一起曝光成的第2对准标记，所述塑料基板和所述全息层以所述第1对准标记和所述第2对准标记具有规定的位置关系的方式相互粘贴起来。
本发明的第4方式的显示装置的特征在于，该显示装置具有：图像光生成装置，其生成图像光；以及光学系统，其包含使从所述图像光生成装置射出的所述图像光衍射的衍射元件，所述衍射元件由上述第3方式的光学元件构成。
附图说明
图1是示出第1实施方式的显示装置的外观的一个方式的外观图。
图2是示出显示装置的另一外观的一个方式的外观图。
图3是示出显示装置的光学系统的一个方式的说明图。
图4是示出第2衍射元件的主要部分结构的图。
图5是第1工序的说明图。
图6是干涉曝光工序的说明图。
图7是第2工序的说明图。
图8是示出第1衍射元件以及第2衍射元件的衍射特性的说明图。
图9A是第1衍射元件和第2衍射元件具有共轭关系的情况下的说明图。
图9B是第1衍射元件和第2衍射元件不具有共轭关系的情况下的说明图。
图9C是第1衍射元件和第2衍射元件不具有共轭关系的情况下的说明图。
图10A是示出相对于第1衍射元件和第2衍射元件的共轭关系的偏离的容许差的说明图。
图10B是示出相对于共轭关系的偏离的容许差的另一方式的说明图。
图11是光学系统的光线图。
图12是示出第2实施方式中的第2衍射元件的主要部分结构的图。
图13A是概念性地示出第2实施方式中的第2衍射元件的制造工序的图。
图13B是概念性地示出第2实施方式中的第2衍射元件的制造工序的图。
图13C是概念性地示出第2实施方式中的第2衍射元件的制造工序的图。
图14是概念性地示出第3实施方式中的第2衍射元件的制造工序的图。
标号说明
31：图像光生成装置；40：玻璃基板；40M：标记部；41：全息形成用材料；50：第1衍射元件(光学元件)；72：全息层；48：光学有效区域；70、170：第2衍射元件(光学元件)；71：塑料基板；71M：第1对准标记；72M、173M：第2对准标记；73：粘接材料；74：干涉条纹；100：显示装置；141：第1全息形成用材料；142：第2全息形成用材料；143：第3全息形成用材料；173：第1全息层；173a1：第1干涉条纹；174：第2全息层；174a1：第2干涉条纹；175：第3全息层；175a1：第3干涉条纹；174M：第3对准标记；175M：第4对准标记；200：层叠体；OB：物体光；SB：参照光。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的各图中，为了使各层、各部件成为能够识别的程度的大小，而使各层、各部件的尺度、角度与实际情况不同。
图1是示出本实施方式的显示装置100的外观的一个方式的外观图。图2是示出显示装置100的另一外观的一个方式的外观图。图3是示出图1所示的显示装置100的光学系统10的一个方式的说明图。另外，在图1至图3中，将相对于佩戴有显示装置的观察者的前后方向作为沿着Z轴的方向，作为前后方向的一侧，将佩戴了显示装置的观察者的前方作为前侧Z1，作为前后方向的另一侧，将佩戴了显示装置的观察者的后方作为后侧Z2。另外，将相对于佩戴有显示装置的观察者的左右方向作为沿着X轴的方向，作为左右方向的一侧，将佩戴有显示装置的观察者的右方作为右侧X1，作为左右方向的另一侧，将佩戴有显示装置的观察者的左方作为左侧X2。另外，将相对于佩戴有显示装置的观察者的上下方向作为沿着Y轴方向的方向，作为上下方向的一侧，将佩戴有显示装置的观察者的上方作为上侧Y1，作为上下方向的另一侧，将佩戴有显示装置的观察者的下方作为下侧Y2。
图1所示的显示装置100是头部佩戴型的显示装置，具有使图像光L0a入射到右眼Ea的右眼用光学系统10a和使图像光L0b入射到左眼Eb的左眼用光学系统10b。显示装置100例如形成为眼镜那样的形状。具体而言，显示装置100还具有保持右眼用光学系统10a和左眼用光学系统10b的框体90。显示装置100通过框体90佩戴在观察者的头部。
显示装置100包含框架91、设置在框架91的右侧并与观察者的右耳卡定的镜腿92a以及设置在框架91的左侧并与观察者的左耳卡定的镜腿92b作为框体90。框架91在两侧部具有收纳空间91s，在收纳空间91s内收纳有构成后述光学系统10的图像光投射装置等各部件。镜腿92a、92b通过铰链95相对于框架91可折叠地连结。
右眼用光学系统10a和左眼用光学系统10b的基本结构相同。因此，在以下的说明中，不区别右眼用光学系统10a和左眼用光学系统10b而作为光学系统10进行说明。
另外，在图1所示的显示装置100中，使图像光L0在沿着X轴的左右方向上行进，但如图2所示，有时也构成为使图像光L0从上侧Y1向下侧Y2行进而向观察者的眼睛E射出、或者构成为在从头顶部到眼睛E之前的范围内配置光学系统10。
参照图3说明显示装置100的光学系统10的基本结构。图3是示出图1所示的显示装置100的光学系统10的一个方式的说明图。另外，在图3中，除了图像光L0的特定波长的光L1(实线)之外，还图示了长波长侧的光L2(单点划线)以及相对于特定波长为短波长侧的光L3(虚线)。
如图3所示，在光学系统10中，沿着从图像光生成装置31射出的图像光L0的行进方向配置有具有正屈光力的第1光学部L10、具有正屈光力的第2光学部L20、具有正屈光力的第3光学部L30、以及具有正屈光力的第4光学部L40。
在本实施方式中，具有正屈光力的第1光学部L10由投射光学系统32构成。具有正屈光力的第2光学部L20由反射型的第1衍射元件50构成。具有正屈光力的第3光学部L30由导光系统60构成。具有正屈光力的第4光学部L40由反射型的第2衍射元件70构成。在本实施方式中，第1衍射元件50和第2衍射元件70是反射型的衍射元件。
在该光学系统10中，若着眼于图像光L0的行进方向，则图像光生成装置31朝向投射光学系统32射出图像光L0，投射光学系统32将入射的图像光L0朝向第1衍射元件50射出，第1衍射元件50将入射的图像光L0朝向导光系统60射出。导光系统60将入射的图像光L0向第2衍射元件70射出，第2衍射元件70将入射的图像光L0向观察者的眼睛E射出。
在本实施方式中，图像光生成装置31生成图像光L0。
图像光生成装置31可以采用具有有机电致发光显示元件等显示面板31a的方式。根据该方式，能够提供小型且能够实现高画质的图像显示的显示装置100。另外，图像光生成装置31也可以采用具有照明光源(未图示)和对从照明光源射出的照明光进行调制的液晶显示元件等显示面板31a的方式。根据该方式，由于能够选择照明光源，因此具有图像光L0的波长特性的自由度扩大的优点。在此，图像光生成装置31能够采用具有能够进行彩色显示的1个显示面板31a的方式。另外，图像光生成装置31也可以采用具有与各色对应的多个显示面板31a和对从多个显示面板31a射出的各色的图像光进行合成的合成光学系统的方式。进而，图像光生成装置31也可以采用通过微镜器件对激光进行调制的方式。
投射光学系统32是投射由图像光生成装置31生成的图像光L0的光学系统，其由多个透镜32a构成。在图3中，列举了投射光学系统32中的透镜32a为3个的情况为例，但透镜32a的个数并不限定于此，投射光学系统32也可以具有4个以上的透镜32a。另外，各透镜32a也可以贴合而构成投射光学系统32。另外，透镜32a也可以由自由曲面的透镜构成。
导光系统60具有供从第1衍射元件50射出的图像光L0入射的透镜系统61以及使从透镜系统61射出的图像光L0向倾斜的方向射出的反射镜62。透镜系统61由在沿着Z轴的前后方向上配置多个透镜611构成。反射镜62具有朝向前后方向倾斜的反射面620。在本实施方式中，反射镜62是全反射镜。但是，反射镜62也可以是半透过反射镜，在这种情况下，能够扩大能够看到外光的范围。
接着，对第1衍射元件50和第2衍射元件70的结构进行说明。
在本实施方式中，第1衍射元件50和第2衍射元件70的基本结构相同。以下，列举第2衍射元件70的结构为例进行说明。
第2衍射元件(光学元件)70是反射型体积全息元件。第2衍射元件70构成部分透过反射性的合成器。因此，由于外光经由第2衍射元件70入射到眼睛E，因此观察者能够识别由图像光生成装置31形成的图像光L0和外光(背景)重叠的图像。
如图3所示，第2衍射元件70与观察者的眼睛E对置，第2衍射元件70的供图像光L0入射的入射面70a成为向远离眼睛E的方向凹陷的凹曲面形状。换言之，入射面70a在图像光L0的入射方向上成为中央部相对于周边部凹陷而弯曲的形状。因此，第2衍射元件70能够使图像光L0向观察者的眼睛E高效地聚光。
图4是示出第2衍射元件70的主要部分结构的图。如图4所示，第2衍射元件70具有塑料基板71、全息层72和粘接材料73。塑料基板71具有以使外表面71b相对于内表面71a凸出的方式弯曲的曲面形状。作为塑料基板71，例如由具有2GPa～3GPa的弹性模量的透明材料构成。更具体地说，作为塑料基板71，例如使用由环烯烃树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯等构成的透光性塑料基板。
全息层72包含全息部72a和透明膜层72b。全息部72a是由厚度为大约5μm～50μm的光聚合物材料构成的全息感光层。透明膜层72b是保护全息部72a的保护层，具有透光性。透明膜层72b例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PA(聚酰胺)、TAC(三醋酸纤维素)等透明膜构成。全息层72通过粘接材料73粘贴于塑料基板71的外表面71b。粘接材料73具有规定的透光性。另外，根据需要可以省略粘接材料73。即，全息层72也可以直接粘贴于塑料基板71的外表面71b。
全息部72a在内部形成干涉条纹74，作为衍射光栅发挥功能。干涉条纹74作为折射率等的差而记录于全息感光层，干涉条纹74以与特定的入射角度对应的方式相对于第2衍射元件70的入射面70a向一个方向倾斜。因此，如图3所示，第2衍射元件70使图像光L0向规定的方向衍射并偏转。特定波长和特定的入射角度对应于图像光L0的波长和入射角度。
在本实施方式中，图像光L0用于彩色显示。第2衍射元件70被入射红色光、绿色光以及蓝色光的图像光L0，将入射的图像光L0向规定的方向衍射并射出。全息部72a的干涉条纹74包含干涉条纹74R、干涉条纹74G以及干涉条纹74B，其中，干涉条纹74R是以与580nm至700nm的波长范围中的例如波长615nm的红色图像光LR对应的间距形成的，干涉条纹74G是以与500nm至580nm的波长范围中的例如波长535nm的绿色图像光LG对应的间距形成的，干涉条纹74B是以与400nm至500nm的波长范围中的例如波长460nm的蓝色图像光LB对应的间距形成的。
干涉条纹74是通过将从共同的光源射出的相干光分离为物体光和参照光，并将分离后的物体光和参照光照射于全息形成用材料来进行干涉曝光而形成的条纹。将折射率的变化、透过率的变化、凹凸图案等形状变化记录为干涉条纹。
在第2衍射元件70中，全息层72具有第2对准标记72M。第2对准标记72M与干涉条纹74一起在全息层72的全息部72a内被曝光。第2对准标记72M被用作向塑料基板71粘贴时的对位用的标记。
另外，在第2衍射元件70中，塑料基板71具有第1对准标记71M。在本实施方式中，塑料基板71和全息层72以第1对准标记71M和第2对准标记72M具有规定的位置关系的方式相互粘贴。例如，当用显微镜或照相机从上部观察时，塑料基板71和全息层72以塑料基板71的第1对准标记71M与全息层72的第2对准标记72M平面地重叠的状态粘贴。另外，只要能够规定全息层72相对于塑料基板71的位置，则第1对准标记71M和第2对准标记72M在从上部观察时也可以不重叠。
在本实施方式中，通过在玻璃基板上形成全息层72后，将从玻璃基板剥离的全息层72粘贴到塑料基板71来制造第2衍射元件70。以下，对第2衍射元件70的制造方法进行具体说明。
第2衍射元件70的制造方法包含在玻璃基板上形成全息层的第1工序和将从玻璃基板剥离的全息层粘贴于塑料基板的第2工序。
首先，对在玻璃基板上形成全息层的第1工序进行说明。
图5是第1工序的说明图。在图5中，上半部分是侧剖视图，下半部分是从内侧朝向外侧观察玻璃基板的平面图。
在第1工序中，如图5所示，在玻璃基板40上粘贴全息形成用材料41。玻璃基板40具有内表面(第1面)40a和与内表面40a相反的外表面(第2面)40b，并且具有以外表面40b凸出的方式弯曲的曲面形状。玻璃基板40例如具有50GPa以上的弹性模量。
作为全息形成用材料41，包含全息材料41a和透明膜层72b。全息材料41a是由厚度为大约5μm～50μm的光聚合物材料构成的体积全息材料层，该光聚合物材料中分散有具有与红色、绿色以及蓝色的各波长对应的灵敏度的感光材料。
另外，在全息形成用材料41粘贴于玻璃基板40前的状态下，全息材料41a的粘接面例如被PET等的覆盖膜覆盖。另外，由于全息材料41a在干涉曝光后从玻璃基板40剥离，因此被设定为在曝光时能够保持在玻璃基板40上且能够容易地剥离的粘接力。
全息形成用材料41在暗室内剥离覆盖膜，成为使全息材料41a侧露出的状态。全息材料41a的光聚合物为未固化或半固化的状态，具有粘合性，因此，通过用辊等将全息材料41a按压在玻璃基板40的外表面40b上，能够良好地粘接。
在本实施方式中，玻璃基板40具有标记部40M。标记部40M在玻璃基板40的内表面(第1面)40a上形成为凸状。标记部40M例如通过预先在玻璃成型模具中挖出对准标记而相对于玻璃基板40的内表面40a高精度地设置。作为标记部40M，例如可以采用十字形状、圆形状、双重圆形状等容易对准的形状的标记。另外，作为标记部40M，例如期望截面形状为V字状或半圆状，深度为10μm～100μm左右。
在本实施方式中，凸状的标记部40M形成于玻璃基板40的与全息形成用材料41的粘贴面(外表面40b)相反的内表面40a。因此，标记部40M不会妨碍全息形成用材料41相对于玻璃基板40的粘贴。
如图5的下半部分所示，在玻璃基板40的内表面40a，标记部40M设置在比光学有效区域48靠外侧并且比全息形成用材料41的粘贴区域49靠内侧的区域。在此，光学有效区域48是指通过后面的干涉曝光而形成的全息层72中的作为得到期望的衍射性能的衍射元件而有效地发挥功能的区域。
如上所述，全息形成用材料41向玻璃基板40上的粘贴完成。
接着，对全息形成用材料41进行干涉曝光。
图6是干涉曝光工序的说明图。
在干涉曝光中，通过利用全息形成用材料41(全息材料41a)使向参照点SB1会聚的参照光SB和从物体点OB1发散的物体光OB干涉而进行曝光，得到全息层72。
在干涉曝光工序中使用图6所示的曝光装置300。曝光装置300具有射出成为曝光光的激光T的激光光源301、切换激光T的通过和切断的快门302、以及将激光T分离为物体光OB和参照光SB的分束器303。也可以使用偏振光分束器来代替分束器303。在使用偏振光分束器的情况下，可以与1/2波长板组合来调整物体光OB和参照光SB的强度比。
曝光装置300根据要形成于全息形成用材料41的干涉条纹的对应波长来切换从激光光源301射出的激光T的波长。
另外，曝光装置300具有从粘贴于玻璃基板40的全息形成用材料41的一面侧照射物体光OB的第1曝光光学系统和从粘贴于玻璃基板40的全息形成用材料41的另一面侧照射参照光SB的第2曝光光学系统。
第1曝光光学系统具有使物体光OB的光路弯曲的第1反射镜311、调整物体光OB的光束直径的第1透镜312、使通过第1透镜312扩展了光束直径的物体光OB成为平行光束的第1准直透镜313、以及使物体光OB以在全息形成用材料41的近前会聚的方式入射的第1聚光透镜314。第1曝光光学系统将物体光OB作为发散光(球面波)照射到全息形成用材料41的一面。
第2曝光光学系统具有调整参照光SB的光束直径的第2透镜321、使通过第2透镜321扩展了光束直径的参照光SB成为平行光束的第2准直透镜322、使平行化后的参照光SB的光路弯曲的第2反射镜323、以及使参照光SB以向全息形成用材料41的里侧会聚的方式入射的第2聚光透镜324。第2曝光光学系统将参照光SB作为会聚光(球面波)照射到全息形成用材料41的另一面。
曝光装置300通过使用各波长的物体光OB和参照光SB对全息形成用材料41进行干涉曝光，如图4所示，能够在全息形成用材料41的全息材料41a中形成在一层上重叠了干涉条纹74R、74G、74B的干涉条纹74。通过该干涉条纹74，在全息材料41a的内部产生相对于各波长的光的折射率分布，从而形成全息部72a。
另外，在干涉曝光工序中，物体光OB以及参照光SB透过形成于玻璃基板40的标记部40M。
标记部40M具有利用与空气中的折射率之差，使物体光OB以及参照光SB的一部分折射的功能。因此，透过标记部40M的光路与不透过标记部40M的光路不同。因此，通过了标记部40M的物体光OB和参照光SB所形成的干涉条纹的相位与未通过标记部40M的物体光OB和参照光SB所形成的干涉条纹的相位不同。即，透过标记部40M的光所形成的干涉条纹与未透过标记部40M的其他光所形成的干涉条纹74不连续。因此，透过标记部40M的光的干涉条纹与干涉条纹74一起形成在内部，但由于是与干涉条纹74不连续的条纹，因此能够将透过标记部40M的光的干涉条纹与干涉条纹74区别开。这样，透过标记部40M的光的干涉条纹与干涉条纹74一起记录在全息部72a内，构成可用于对全息层72进行对位的第2对准标记72M。
如上所述，第2对准标记72M与干涉条纹74一起形成在全息层72内。在本实施方式中，如图5所示，标记部40M设置在光学有效区域48的外侧且比全息形成用材料41的粘贴区域49靠内侧的位置，因此第2对准标记72M形成在不对全息层72的衍射功能产生不良影响的区域。
第2对准标记72M形成在玻璃基板40中的相对于标记部40M的位置偏离的位置。该偏离量根据玻璃基板40的曲面程度、玻璃基板40的厚度、物体光OB和参照光SB相对于标记部40M的入射角来决定。因此，期望预先通过模拟等求出第2对准标记72M的位置偏离量。具体而言，标记部40M设置在物体光OB和参照光SB的光路上的与全息部72a的第2对准标记72M的形成预定位置对应的位置。
另外，通过对形成有干涉条纹74的全息层72进行UV照射、可见光照射以及热处理，而使所记录的条纹固定，并且进行全息层72的脱色。
但是，在通过干涉曝光形成干涉条纹74的反应过程中，全息形成用材料41所包含的全息材料41a发生收缩或膨胀。发生收缩还是发生膨胀取决于该反应系统的不同。当发生收缩或膨胀时，有时支承全息形成用材料41(全息材料41a)的支承体产生翘曲。如果在干涉条纹74的生成过程中支承体产生翘曲，则受到翘曲的影响从而生成的干涉条纹74的衍射性能降低。
与此相对，在本实施方式的制造方法中，在将全息形成用材料41支承于弹性模量比塑料基板71高的玻璃基板40的状态下进行干涉曝光。因此，与将塑料基板71用作支承体的情况相比，能够减少翘曲的发生，从而制造出降低了翘曲的影响的干涉条纹74。
如上所述，根据第1工序，在具有标记部40M的玻璃基板40上粘贴全息形成用材料41后，对全息形成用材料41进行干涉曝光，由此，在玻璃基板40上形成全息层72。
接着，对将从玻璃基板剥离的全息层粘贴于塑料基板的第2工序进行说明。图7是第2工序的说明图。
如图7所示，将通过上述干涉曝光形成的全息层72从玻璃基板40剥离，然后一边进行对位一边粘贴于塑料基板71。塑料基板71具有与玻璃基板40相同的形状。即，塑料基板71具有内表面(第1面)71a和与内表面71a相反的外表面(第2面)71b，并且具有以外表面71b凸出的方式弯曲的曲面形状。在塑料基板71预先形成有用于与全息层72对位的第1对准标记71M。
在第2工序中，使用预先形成于塑料基板71的第1对准标记71M和在干涉曝光时形成于全息层72的第2对准标记72M进行塑料基板71和全息层72的对位。
塑料基板71的第1对准标记71M的位置被设定在与通过上述计算而计算出的全息层72的第2对准标记72M的位置对应的位置。在本实施方式的第2工序中，使用在考虑了第1对准标记71M的曝光位置相对于标记部40M的偏离的位置配置有第1对准标记71M的塑料基板71。
在本实施方式中，例如，以在用显微镜或照相机从上部观察时塑料基板71的第1对准标记71M与全息层72的第2对准标记72M平面地重叠的方式对塑料基板71和全息层72进行对位。
根据该结构，通过第1对准标记71M和第2对准标记72M平面地重叠，能够容易地使塑料基板71和全息层72对位。另外，在难以看到形成于全息层72内的第2对准标记72M的情况下，例如，通过研究光相对于全息层72的照射方式，能够利用在形成有第2对准标记72M的部位和除此以外的部位之间产生的光的衍射程度之差来提高第2对准标记72M的可视性。
如上所述，全息层72被实施干涉曝光、紫外线照射、可见光照射、热处理等处理，因此也有可能失去粘合力，无法充分地得到与塑料基板71的紧密贴合。在本实施方式中，通过在全息层72与塑料基板71之间配置具有透光性的粘接材料73，能够可靠地粘接全息层72和塑料基板71。
通过以上工序，制造出了在塑料基板71上经由粘接材料73粘贴有全息层72的第2衍射元件70。
根据本实施方式的第2衍射元件70的制造方法，在形成全息层72时，使用难以翘曲的玻璃基板40作为全息形成用材料41的支承体，由此，能够在全息层72中高精度地形成干涉条纹74。在此，在假设直接利用玻璃基板40作为全息层72的支承基板的情况下，玻璃基板40有可能因冲击或振动等而破损，从而导致第2衍射元件70的可靠性降低。另外，由于期望显示装置100的光学系统10更轻量，因此不期望将会使第2衍射元件70的重量增加的玻璃基板40用作第2衍射元件70的结构。
在本实施方式的制造方法中，通过同时向全息层72记录干涉条纹74以及记录第2对准标记72M，不会产生干涉条纹74以及第2对准标记72M的位置偏离。然后，通过使塑料基板71的第1对准标记71M和全息层72的第2对准标记72M对位，制造出了将具有抑制了翘曲的影响的干涉条纹74的全息层72粘贴在塑料基板71上的规定位置的第2衍射元件70。因此，根据本实施方式的第2衍射元件70，塑料基板71和全息层72被高精度地粘贴。因此，如图3所示，本实施方式的第2衍射元件70能够使图像光L0向观察者的眼睛E高效地聚光。
根据本实施方式的第2衍射元件70，通过具有抑制了因干涉曝光时支承体翘曲而产生的性能降低的干涉条纹74并且具有塑料基板71作为支承体，能够提供轻量且抗破损、抗破裂等耐冲击性优异的衍射元件。
基本结构与第2衍射元件70相同的第1衍射元件50也由反射型体积全息元件构成。第1衍射元件50通过与第2衍射元件70相同的制造方法制造，因此能够得到与第2衍射元件70相同的效果。即，第1衍射元件50具有抑制了因干涉曝光时支承体翘曲而产生的性能降低的干涉条纹并且具有塑料基板作为支承体，由此能够提供轻量且耐冲击性优异的衍射元件。
另外，第1衍射元件50具有供图像光L0入射的入射面50a凹陷的凹曲面形状。换言之，入射面50a在图像光L0的入射方向上成为中央部相对于周边部凹陷而弯曲的形状。因此，第1衍射元件50能够使图像光L0向导光系统60高效地偏转。
图8是示出图3所示的第1衍射元件50和第2衍射元件70的衍射特性的说明图。图8示出光线入射到体积全息元件上的一点时的特定波长与周边波长的衍射角之差。在图8中，当将特定波长设为531nm时，用实线L526表示波长为526nm的周边波长的光的衍射角度的偏差，用虚线L536表示波长为536nm的周边波长的光的衍射角度的偏差。如图8所示，即使在光线入射到记录在全息元件中的相同干涉条纹的情况下，波长越长的光线，越较大地衍射，波长越短的光线，越难以衍射。因此，在如本实施方式那样使用2个衍射元件、即第1衍射元件50和第2衍射元件70时，如果不分别考虑相对于特定波长的长波长的光和短波长的光中的光线角度地使其入射，则无法适当地进行波长补偿。即，不能消除在第2衍射元件70中产生的色像差。另外，由于衍射角根据干涉条纹的条数而不同，因此需要考虑干涉条纹。
在图3所示的光学系统10中，如日本特开2017-167181号公报所记载的那样，对应于第1衍射元件50与第2衍射元件70之间的中间像的形成次数和反射镜62的反射次数之和是奇数还是偶数，使向第2衍射元件70入射的入射方向等适当化，因此能够进行波长补偿、即消除色像差。
具体而言，如图3所示，入射到第1衍射元件50的图像光L0通过被第1衍射元件50衍射而偏转。此时，相对于特定波长为长波长侧的光L2的衍射角度θ2比特定波长的光L1的衍射角度θ1大。另外，相对于特定波长为短波长侧的光L3的衍射角度θ3比特定波长的光L1的衍射角度θ1小。因此，从第1衍射元件50射出的图像光L0按照每个波长偏转而分散。
从第1衍射元件50射出的图像光L0经由导光系统60入射到第2衍射元件70，并被第2衍射元件70衍射从而偏转。此时，在从第1衍射元件50到第2衍射元件70的光路中，进行一次中间像的形成，并且进行一次反射镜62的反射。因此，若将图像光L0与第2衍射元件70的入射面法线之间的角度作为入射角，则相对于特定波长为长波长侧的光L2成为比特定波长的光L1的入射角θ11大的入射角θ12，相对于特定波长为短波长侧的光L3成为比特定波长的光L1的入射角θ11小的入射角θ13。另外，如上所述，相对于特定波长为长波长侧的光L2的衍射角度θ2比特定波长的光L1的衍射角度θ1大，相对于特定波长为短波长侧的光L3的衍射角度θ3比特定波长的光L1的衍射角度θ1小。
因此，相对于特定波长为长波长侧的光L2以比特定波长的光L1大的入射角入射到第1衍射元件50，但相对于特定波长为长波长侧的光L2的衍射角度比特定波长的光L1的衍射角度大，因此，结果为，在从第2衍射元件70射出时，相对于特定波长为长波长侧的光L2和特定波长的光L1成为大致平行的光。与此相对，相对于特定波长为短波长侧的光L3以比特定波长的光L1小的入射角入射到第1衍射元件50，但相对于特定波长为短波长侧的光L3的衍射角度比特定波长的光L1的衍射角度小，因此，结果为，在从第2衍射元件70射出时，相对于特定波长为短波长侧的光L3和特定波长的光L1成为大致平行的光。这样，如图3所示，从第2衍射元件70射出的图像光L0作为大致平行的光入射到观察者的眼睛E，因此抑制了每个波长在视网膜E0上的成像位置偏离。因此，能够消除在第2衍射元件70中产生的色像差。
本实施方式的第1衍射元件50和第2衍射元件70通过利用上述制造方法来制造，能够降低在干涉曝光时产生的翘曲的影响，因此具有得到期望的衍射性能的干涉条纹。因此，根据本实施方式的第1衍射元件50和第2衍射元件70，如上所述，能够高精度地消除色像差。
接下来，说明第1衍射元件50和第2衍射元件70的共轭关系。
图9A是第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭关系的情况下的说明图。图9B和图9C是第1衍射元件50和第2衍射元件70不具有共轭关系的情况下的说明图。图10A和图10B是示出相对于图9B和图9C所示的第1衍射元件50和第2衍射元件70的共轭关系的偏离的容许差的说明图。在图10A和图10B中，用实线Le表示特定波长的光，用单点划线Lf表示波长为特定波长-10nm的光，用双点划线Lg表示波长为特定波长+10nm的光。另外，在图9A至图9C、图10A以及图10B中，为了容易理解光的行进，将第1衍射元件50、第2衍射元件70以及导光系统60表示为透过型，用箭头表示第1衍射元件50、第2衍射元件70以及导光系统60。
如图9A所示，在使第1衍射元件50和第2衍射元件70为共轭关系的情况下，从第1衍射元件50的A点(第1位置)射出的发散光被具有正屈光力的导光系统60聚光，而入射到第2衍射元件70的B点(与第1位置对应的第2位置)。因此，能够在A点补偿在B点产生的衍射所引起的色像差。
与此相对，如图9B和图9C所示，在第1衍射元件50和第2衍射元件70不具有共轭关系的情况下，从第1衍射元件50的A点射出的发散光被中央的具有正屈光力的导光系统60聚光，但在比第2衍射元件70上的B点远的位置或比B点近的位置处相交地入射。因此，A点和B点不是1对1的关系。在此，在区域内的干涉条纹均匀的情况下，补偿效果提高，因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70不具有共轭关系的情况下，补偿效果变弱。另一方面，难以通过第1衍射元件50补偿第2衍射元件70的投影区域整体。因此，在图9B以及图9C所示的方式的情况下，由于不能进行充分的波长补偿，因此发生分辨率的劣化。
另外，对于相对于特定波长±10nm的波长的光，相对于特定波长的光所到达的B点，存在±0.4mm左右的误差，但分辨率的降低不明显。研究了该容许范围的结果为，如图10A所示，在比特定波长的光所到达的理想的第2衍射元件70上的B点靠前的位置相交而入射到±0.8mm的范围内的情况下，分辨率的降低不明显。另外，如图10B所示，在比特定波长的光所到达的理想的第2衍射元件70上的B点靠后方的位置相交而入射到±0.8mm的范围内的情况下，分辨率的降低不明显。因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，当就算不是完全的共轭关系，也是大致共轭关系，而到达相对于理想的B点在±0.8mm的范围内的情况下，能够容许分辨率的降低。即，在本实施方式中，第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭关系是指特定波长的光的入射位置相对于理想的入射点收敛在±0.8mm的误差范围内。
图11是本实施方式的光学系统10中的光线图。在图11中，用粗箭头表示沿着光轴配置的各光学部。另外，用实线La表示从图像光生成装置31的1个像素射出的光线，用单点划线Lb表示从图像光生成装置31的端部射出的主光线，用长虚线Lc表示与第1衍射元件50具有共轭关系的位置。在此，“中间像”是指从1个像素射出的光线(实线La)所汇集的部位，“光瞳”是指各视场角的主光线(单点划线Lb)所汇集的部位。另外，图11示出从图像光生成装置31射出的光的行进。另外，在图11中，为了简化附图，将所有的光学部图示为透过型。
如图11所示，在本实施方式的光学系统10中，沿着从图像光生成装置31射出的图像光的光路设置有具有正屈光力的第1光学部L10、具有第1衍射元件50并且具有正屈光力的第2光学部L20、具有正屈光力的第3光学部L30、以及具有第2衍射元件70并且具有正屈光力的第4光学部L40。
第1光学部L10的焦距为L/2，第2光学部L20、第3光学部L30以及第4光学部L40的焦距均为L。因此，从第2光学部L20到第3光学部L30的光学距离与从第3光学部L30到第4光学部L40的光学距离相等。
在该光学系统10中，在第1光学部L10与第3光学部L30之间形成图像光的第1中间像P1，在第2光学部L20与第4光学部L40之间形成光瞳R1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2，第4光学部L40使图像光平行光化而形成射出光瞳R2。此时，第3光学部L30将从第2光学部L20射出的图像光自如地控制为发散光或会聚光或平行光而入射到第4光学部L40。第2光学部L20使从第1光学部L10射出的图像光作为会聚光入射到第3光学部L30。在本实施方式的光学系统10中，光瞳R1形成在第2光学部L20和第4光学部L40之间的第3光学部L30的附近。第3光学部L30的附近是指第2光学部L20与第3光学部L30之间的比起第2光学部L20更靠近第3光学部L30的位置、或者第3光学部L30与第4光学部L40之间的比起第4光学部L40更靠近第3光学部L30的位置。
另外，对于来自图像光生成装置31的1点的图像光，第3光学部L30使被第1衍射元件50偏转而偏离特定波长的周边波长的光入射到第2衍射元件70的规定范围。即，第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭或大致共轭的关系。在此，第1衍射元件50借助第3光学部L30而在第2衍射元件70上形成的投影的倍率的绝对值为0.5倍至10倍，该倍率的绝对值优选为1倍至5倍。
因此，根据本实施方式的光学系统10，在投射光学系统32和导光系统60之间形成图像光的第1中间像P1，在导光系统60的附近形成光瞳R1，在导光系统60和第2衍射元件70之间形成图像光的第2中间像P2，第2衍射元件70使图像光平行光化而形成射出光瞳R2。
在本实施方式的光学系统10中，第1中间像P1形成在第1光学部L10(投射光学系统32)与第2光学部L20(第1衍射元件50)之间。
根据本实施方式的光学系统10，满足以下所示的4个条件(条件1、2、3、4)。
条件1：从图像光生成装置31的一个点射出的光线在视网膜E0上成像为一个点。
条件2：光学系统的入射光瞳与眼球的瞳孔共轭。
条件3：适当地配置第1衍射元件50和第2衍射元件70，以对周边波长进行补偿。
条件4：第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭或大致共轭的关系。
更具体而言，由图11所示的实线La可知，从图像光生成装置31的1个点射出的光线满足在视网膜E0上成像为1个点这样的条件1，因此观察者能够看到1个像素。另外，由图11所示的实线La可知，由于满足光学系统10的入射光瞳与眼睛E的瞳孔E1具有共轭(光瞳的共轭)的关系这样的条件2，因此能够看到由图像光生成装置31生成的图像的整个区域。另外，由于满足适当地配置第1衍射元件50和第2衍射元件70以对周边波长进行补偿这样的条件3，因此，通过进行波长补偿，能够消除在第2衍射元件70中产生的色像差。另外，由图11所示的长虚线Lc可知，由于满足第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭或大致共轭的关系这样的条件4，因此在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，能够使光线入射到干涉条纹相同的部位，能够适当地进行波长补偿。因此，能够抑制图像光的分辨率的劣化。
因此，根据本实施方式的光学系统10，通过适当地进行波长补偿，能够使观察者看到抑制了分辨率的劣化的优质图像。另外，本实施方式的光学系统10具有通过使用塑料基板作为支承体从而轻量且耐冲击性优异的第1衍射元件50和第2衍射元件70。因此，本实施方式的光学系统10轻量且耐冲击性优异，因此适合用作佩戴在观察者头部的显示装置100的光学系统。
(第2实施方式)
接着，对第2实施方式的光学系统进行说明。说明了上述实施方式的光学系统10中的全息层72具有将与红色图像光LR、绿色图像光LG以及蓝色图像光LB对应的干涉条纹74R、74G、74B重叠在1层的全息部72a内而得的干涉条纹74的情况，但全息层的结构不限于此。另外，对与第1实施方式共同的部件标注相同的标号，省略详细的说明。
在本实施方式中，也列举第2衍射元件的结构为例进行说明，但对于第1衍射元件，也可以说是同样的。
图12是示出本实施方式的第2衍射元件的主要部分结构的图。如图12所示，本实施方式的第2衍射元件(光学元件)170具有塑料基板71、第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175。
第1全息层173包含第1全息部173a和透明膜层173b。在本实施方式中，第1全息部173a在内部形成第1干涉条纹173a1，作为衍射光栅发挥功能。第1干涉条纹173a1是以与图像光L0中的蓝色图像光LB对应的间距形成的干涉条纹。第1全息层173使包含在图像光L0中的蓝色图像光LB向规定的方向衍射并偏转。
第1全息层173具有第2对准标记173M。第2对准标记173M与第1干涉条纹173a1一起曝光在第1全息层173的第1全息部173a内。第2对准标记173M被用作向塑料基板71粘贴时的对位用的标记。
第2全息层174包含第2全息部174a和透明膜层174b。在本实施方式中，第2全息部174a在内部形成第2干涉条纹174a1，作为衍射光栅发挥功能。第2干涉条纹174a1是以与图像光L0中的绿色图像光LG对应的间距形成的干涉条纹。第2全息层174使包含在图像光L0中的绿色图像光LG向规定的方向衍射并偏转。
第2全息层174具有第3对准标记174M。第3对准标记174M与第2干涉条纹174a1一起曝光在第2全息层174的第2全息部174a内。第3对准标记174M被用作向塑料基板71粘贴时的对位用的标记。
第3全息层175包含第3全息部175a和透明膜层175b。在本实施方式中，第3全息部175a在内部形成第3干涉条纹175a1，作为衍射光栅发挥功能。第3干涉条纹175a1是以与图像光L0中的红色图像光LR对应的间距形成的干涉条纹。第3全息层175使包含在图像光L0中的红色图像光LR向规定的方向衍射并偏转。
第3全息层175具有第4对准标记175M。第4对准标记175M与第3干涉条纹175a1一起曝光在第3全息层175的第3全息部175a内。第4对准标记175M被用作向塑料基板71粘贴时的对位用的标记。
本实施方式的第2衍射元件170具有在塑料基板71上层叠了与不同颜色的光对应的多个全息层173、174、175而得的结构。
塑料基板71具有第1对准标记71M。
在本实施方式中，塑料基板71和第1全息层173以第1对准标记71M和第2对准标记173M具有规定的位置关系的方式相互粘贴。例如，在用显微镜或照相机从上部观察时，第1全息层173以塑料基板71的第1对准标记71M与第1全息层173的第2对准标记173M平面地重叠的状态粘贴在塑料基板71上。
另外，在用显微镜或照相机从上部观察时，第2全息层174以第1对准标记71M和第2对准标记173M平面地重叠的状态重叠地粘贴在第1全息层173上。
另外，在用显微镜或照相机从上部观察时，第3全息层175以第1对准标记71M、第2对准标记173M、第3对准标记174M以及第4对准标记175M平面地重叠的状态重叠地粘贴在第2全息层174上。
根据本实施方式的第2衍射元件170，通过在塑料基板71上分别层叠与蓝色图像光LB、绿色图像光LG以及红色图像光LR对应的第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175，与在单层的全息层上重叠地形成与3色对应的干涉条纹的结构相比，能够提高对各色光的衍射效率。
在本实施方式中，通过反复进行在玻璃基板上形成全息层，然后将从玻璃基板剥离的全息层粘贴在塑料基板71上的工序来制造第2衍射元件170。以下，对第2衍射元件170的制造方法进行说明。
第2衍射元件170的制造方法具有在玻璃基板上形成第1全息层的第1工序、将从玻璃基板剥离的第1全息层粘贴于塑料基板的第2工序、在玻璃基板上形成第2全息层的第3工序、将从玻璃基板剥离的第2全息层粘贴于塑料基板的第4工序、在玻璃基板上形成第3全息层的第5工序以及将从玻璃基板剥离的第3全息层粘贴于塑料基板的第6工序。
图13A至图13C是概念性地示出本实施方式中的第2衍射元件170的制造工序的图。
如图13A所示，在第1工序中，在玻璃基板40上粘贴第1全息形成用材料141。然后，使用具有蓝色的波段的参照光SB和物体光OB对第1全息形成用材料141进行干涉曝光，由此形成第1全息层173。第2对准标记173M与第1干涉条纹173a1一起形成于第1全息层173。
在第2工序中，将通过上述干涉曝光形成的第1全息层173从玻璃基板40剥离，并一边进行对位一边粘贴于塑料基板71。在第2工序中，使用预先形成于塑料基板71的第1对准标记71M和在干涉曝光时形成于第1全息层173的第2对准标记173M，进行塑料基板71和第1全息层173的对位。
如图13B所示，在第3工序中，在玻璃基板40上粘贴第2全息形成用材料142。然后，使用具有绿色的波段的参照光SB和物体光OB对第2全息形成用材料142进行干涉曝光，由此形成第2全息层174。第3对准标记174M与第2干涉条纹174a1一起形成于第2全息层174。
在第4工序中，将通过上述干涉曝光形成的第2全息层174从玻璃基板40剥离，并一边进行对位一边粘贴于塑料基板71。另外，在第4工序中，使用预先形成于塑料基板71的第1对准标记71M和在干涉曝光时形成于第2全息层174的第3对准标记174M，进行塑料基板71和第2全息层174的对位。另外，也可以使用粘贴在塑料基板71上的第1全息层173的第2对准标记173M和形成于第2全息层174的第3对准标记174M，进行第2全息层174相对于塑料基板71的对位。
如图13C所示，在第5工序中，在玻璃基板40上粘贴第3全息形成用材料143。然后，使用具有红色的波段的参照光SB和物体光OB对第3全息形成用材料143进行干涉曝光，由此形成第3全息层175。第4对准标记175M与第3干涉条纹175a1一起形成于第3全息层175。
在第6工序中，将通过上述干涉曝光形成的第3全息层175从玻璃基板40剥离，并一边进行对位一边粘贴于塑料基板71。在第6工序中，使用预先形成于塑料基板71的第1对准标记71M和在干涉曝光时形成于第3全息层175的第4对准标记175M，进行塑料基板71和第3全息层175的对位。另外，也可以使用在粘贴于第1全息层173的第2全息层174中形成的第3对准标记174M和形成于第3全息层175的第4对准标记175M，进行第3全息层175相对于塑料基板71的对位。
通过以上工序，在塑料基板71上依次层叠地粘贴第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175，由此制造第2衍射元件170。
根据本实施方式的第2衍射元件170的制造方法，通过使用难以翘曲的玻璃基板40作为第1全息形成用材料141的支承体，能够在第1全息层173中高精度地形成干涉条纹。另外，第1全息层173高精度地粘贴在塑料基板71上的规定位置。另外，对于第2全息层174和第3全息层175，也能够得到同样的效果。即，在第2全息层174和第3全息层175中高精度地形成干涉条纹，并且，第2全息层174和第3全息层175高精度地粘贴在塑料基板71上的规定位置。
根据本实施方式的第2衍射元件170，能够提供如下衍射元件，该衍射元件具有抑制了因在干涉曝光时支承体翘曲而产生的性能降低的第1干涉条纹173a1、第2干涉条纹174a1以及第3干涉条纹175a1，并且该衍射元件通过具有塑料基板71作为支承体而轻量且抗破损、抗破裂等耐冲击性优异。
在本实施方式的第2衍射元件170中，列举了在塑料基板71上层叠并粘贴第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175而构成的情况，但本发明也可以应用于在塑料基板71上层叠并粘贴第1全息层173以及第2全息层174而成的2层结构的衍射元件。另外，本发明也可以应用于在塑料基板71上除了层叠有第1全息层173、第2全息层174和第3全息层175之外还层叠有第4全息层而成的4层结构的衍射元件、或者4层以上的衍射元件。
(第3实施方式)
接着，对第3实施方式的光学系统进行说明。在上述第2实施方式中，说明了在玻璃基板40上单独形成第1全息层173～第3全息层175之后依次层叠在塑料基板71上的情况，但也可以在玻璃基板40上形成第1全息层～第3全息层的层叠体之后，将该层叠体粘贴在塑料基板71上。另外，对于与第2实施方式共同的部件标注相同的标号，省略详细的说明。
在本实施方式中，也列举第2衍射元件的结构为例进行说明，但对于第1衍射元件，也可以说是同样的。本实施方式的第2衍射元件的制造方法具有在玻璃基板上形成第1全息层的第1工序、在第1全息层上形成第2全息层的第2工序、在第2全息层上形成第3全息层的第3工序、以及将从玻璃基板剥离的第1全息层、第2全息层和第3全息层的层叠体粘贴在塑料基板上的第4工序。
图14是概念性地示出本实施方式中的第2衍射元件270的制造工序的图。如图14所示，在第1工序中，在玻璃基板40上粘贴第1全息形成用材料141。然后，使用具有蓝色的波段的参照光SB和物体光OB对第1全息形成用材料141进行干涉曝光，由此形成第1全息层173。在第1全息层173形成有第2对准标记173M。另外，在干涉曝光后，根据需要进行UV照射、可见光照射以及热处理，由此使所记录的条纹固定，并且使全息层脱色。
接着，在第2工序中，在第1全息层173上粘贴第2全息形成用材料142。然后，使用具有绿色的波段的参照光SB和物体光OB对第2全息形成用材料142进行干涉曝光，由此形成第2全息层174。在第2全息层174形成有第3对准标记174M。另外，在干涉曝光后，根据需要进行UV照射、可见光照射以及热处理，由此使所记录的条纹固定，并且使全息层脱色。
接着，在第3工序中，在第2全息层174上粘贴第3全息形成用材料143。然后，使用具有红色的波段的参照光SB和物体光OB对第3全息形成用材料143进行干涉曝光，由此形成第3全息层175。在第3全息层175形成有第4对准标记175M。另外，在干涉曝光后，根据需要进行UV照射、可见光照射以及热处理，由此使所记录的条纹固定，并且使全息层脱色。
如上所述，在玻璃基板40上形成第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175的层叠体200。另外，也可以代替在每次形成各全息层后进行上述UV照射、可见光照射以及热处理，而对层叠体200一并进行UV照射、可见光照射以及热处理。
接着，在第4工序中，在从玻璃基板40剥离上述层叠体200之后，将该层叠体200粘贴在塑料基板71上。另外，在第4工序中，使用塑料基板71的第1对准标记71M、在第1工序中形成于第1全息层173的第2对准标记173M、在第2工序中形成于第2全息层174的第3对准标记174M以及在第3工序中形成于第3全息层175的第4对准标记175M中的至少任意一个，进行塑料基板71和层叠体200的对位。
通过以上工序，制造出在塑料基板71上粘贴了层叠有第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175的层叠体200的第2衍射元件270。
根据本实施方式的第2衍射元件270的制造方法，由于相对于塑料基板71的粘贴只需1次工序即可，因此能够缩短第2衍射元件270的制造工序。另外，由于相对于要求定位精度的塑料基板71上的粘贴进行一次即可，因此不需要像对塑料基板71单独粘贴各全息层173、174、175的情况那样考虑累积公差。因此，能够将第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175高精度地粘贴在塑料基板71上。
列举了本实施方式的第2衍射元件270在玻璃基板40上形成由第1全息层173、第2全息层174以及第3全息层175构成的3层的层叠体200的情况为例，但本发明不限于此。例如，本发明也可以应用于在玻璃基板40上形成由第1全息层173和第2全息层174构成的2层的层叠体，并将该2层的层叠体从玻璃基板40剥离而贴合在塑料基板71上的2层结构的衍射元件。另外，本发明也可以应用于使用在玻璃基板40上除了层叠有第1全息层173、第2全息层174和第3全息层175之外还层叠有第4全息层的4层的层叠体的情况、或者使用4层以上的层叠体的情况。
另外，上述实施方式是本发明的优选实施方式，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够实施各种变形。例如，在上述实施方式中，以反射型体积全息元件为例进行了说明，但也能够应用于透过型体积全息元件。
另外，在上述实施方式中，作为玻璃基板40中的标记部40M，列举了凸状的标记部，但也可以将在玻璃基板40的内表面40a用遮光性的墨水书写规定形状的标记而得的部分用作标记部。另外，也可以通过对玻璃基板40的内表面40a进行激光标记来形成标记部。在使用激光标记的情况下，标记部以凹状设置于玻璃基板40。另外，基于遮光性的墨水或激光标记的标记不会妨碍全息形成用材料41相对于玻璃基板40的粘贴。因此，也可以在玻璃基板40中的全息形成用材料41的粘贴面(外表面40b)形成遮光性的墨水或激光标记。
另外，在上述实施方式中，列举了对粘贴在玻璃基板40上的1个全息形成用材料41单独进行干涉曝光的情况为例，但也可以通过将配置在卷状的片上的多个全息形成用材料依次运送到玻璃基板上并分别对支承在玻璃基板上的各全息形成用材料进行曝光的rollto roll方式(卷对卷方式)进行曝光。
Claims (10)
1.一种光学元件的制造方法，其特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：
第1工序，将全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成全息层；以及
第2工序，将从所述玻璃基板剥离的所述全息层粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板，
在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，
在所述第2工序中，将所述塑料基板的所述第1对准标记与所述全息层的所述第2对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述全息层的对位。
2.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
在所述第1工序中，在所述玻璃基板的与形成有所述标记部的第1面相反的第2面粘贴所述全息形成用材料。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
在所述玻璃基板中，所述标记部设置于使得在所述全息层的光学有效区域的外侧形成所述第2对准标记的位置。
4.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
在所述第2工序中，使用如下的所述塑料基板，该塑料基板在考虑了所述第1对准标记的曝光位置相对于所述标记部的偏离的位置配置有所述第1对准标记。
5.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
在所述第2工序中，通过粘接材料将所述塑料基板和所述全息层贴合。
6.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，
在所述第1工序中，使用由球面波构成的参照光和物体光对所述全息形成用材料进行干涉曝光。
7.一种光学元件的制造方法，其特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：
第1工序，将第1全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述第1全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第1全息层；
第2工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第1全息层粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板；
第3工序，将第2全息形成用材料粘贴于所述玻璃基板，然后对所述第2全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第2全息层；以及
第4工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第2全息层重叠地粘贴到已经粘贴于所述塑料基板的所述第1全息层上，
在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述第1全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述第1全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，
在所述第2工序中，将所述塑料基板的所述第1对准标记与所述第1全息层的所述第2对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述第1全息层的对位。
8.一种光学元件的制造方法，其特征在于，该光学元件的制造方法具有如下工序：
第1工序，将第1全息形成用材料按压并粘贴于具有标记部的弯曲形状的玻璃基板，然后对所述第1全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述玻璃基板上形成第1全息层；
第2工序，在所述第1全息层上粘贴第2全息形成用材料，然后对所述第2全息形成用材料进行干涉曝光，由此在所述第1全息层上形成第2全息层；以及
第3工序，将从所述玻璃基板剥离的所述第1全息层和所述第2全息层的层叠体粘贴于具有第1对准标记的弯曲形状的塑料基板，
在所述第1工序中，在所述干涉曝光时，在所述第1全息层形成第2对准标记，所述第2对准标记形成在所述第1全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，
在所述第2工序中，在所述干涉曝光时，在所述第2全息层形成第3对准标记，所述第3对准标记形成在所述第2全息层的与所述玻璃基板的曲面程度相应地偏离所述标记部的位置，
在所述第3工序中，将所述第1全息层的所述第2对准标记以及所述第2全息层的所述第3对准标记中的至少一方与所述塑料基板的所述第1对准标记重叠，由此进行所述塑料基板和所述层叠体的对位。
9.一种光学元件，其特征在于，该光学元件具有：
塑料基板，其具有弯曲的形状，并具有第1对准标记；以及
全息层，其粘贴于所述塑料基板，具有与干涉条纹一起曝光而成的第2对准标记，
所述塑料基板和所述全息层以所述第1对准标记和所述第2对准标记具有规定的位置关系的方式相互粘贴起来。
10.一种显示装置，其特征在于，该显示装置具有：
图像光生成装置，其生成图像光；以及
光学系统，其包含使从所述图像光生成装置射出的所述图像光衍射的衍射元件，
所述衍射元件由权利要求9所述的光学元件构成。
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