CN115407442A - 衍射光学部件以及虚像显示装置 - Google Patents

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Abstract

衍射光学部件以及虚像显示装置，能够避免或抑制例如由毛细管现象等引起的水分向内部的浸入。衍射光学部件(300)具有：全息元件(310)；支承基材(SS)，其从一侧与全息元件(310)接触并支承全息元件(310)；以及作为第1膜部件的覆盖膜部件(BFa)，其从一侧的相反侧与全息元件(310)接触并覆盖全息元件(310)，覆盖膜部件(BFa)具有与支承基材(SS)接触的连接部(CN)，连接部(CN)与全息元件(310)分离。

Description

衍射光学部件以及虚像显示装置
技术领域
本发明涉及能够应用于向观察者提示虚像的虚像显示装置中的导光的衍射光学部件、以及具有衍射光学部件的虚像显示装置。
背景技术
作为能够应用于虚像显示装置的衍射光学部件，公开了在全息元件的周围配置电介质膜，防止来自外部的水分的浸入的衍射光学部件(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2019-148738号公报
然而，在上述技术中，根据所使用的材料、制造状况等，在由电介质膜等形成的覆盖全息元件的部件的界面处，例如有可能由于毛细管现象等而使得水分浸入全息元件。
发明内容
本发明一个方面的衍射光学部件具有：全息元件；支承基材，其从一侧与全息元件接触并支承全息元件；以及第1膜部件，其从一侧的相反侧与全息元件接触并覆盖全息元件，第1膜部件具有与支承基材接触的连接部，连接部与全息元件分离。
附图说明
图1是说明包含第1实施方式的衍射光学部件的头戴式显示器的外观的立体图。
图2是头戴式显示器中的光学系统的光线图。
图3是关于衍射光学部件的示意图。
图4是关于衍射光学部件的一例的示意性纵剖视图。
图5是关于一个变形例的衍射光学部件的示意性纵剖视图。
图6是关于第2实施方式的衍射光学部件的示意性纵剖视图。
图7是关于第3实施方式的衍射光学部件的示意性纵剖视图。
图8是另一例的头戴式显示器中的光学系统的光线图。
标号说明
10：光学系统；31：图像光生成装置；32：投射光学系统；32a：透镜；32b：透镜；40：第1反射镜；40s：反射面；50：第1衍射光学部件；60：第2反射镜；60s：反射面；70：第2衍射光学部件；100、100A、100B：显示装置；201：框架；300：衍射光学部件；310：全息元件；310c：中央部分(中心区域)；310p：周边部分(边缘区域)；321：第1基板；322：第2基板；331：支承侧电介质膜；332：覆盖侧电介质膜；335：外表面电介质膜；340：粘接层(粘接部件)；610：光学系统；632：投射光学系统；632a：透镜；660：导光系统；661：透镜系统；661a：透镜；662：反射镜；662s：反射面；AP：气体部；BFa：覆盖膜部件；BFb：支承侧膜部件；BM1：第1基板部件；BM2：第2基板部件；CC：覆盖基材；CN：连接部；CS：连接面；DF：电介质膜；EY：眼睛；IL：图像光；L10、L20、L30、L40：光学部；MD：最表层电介质膜；P1、P2：中间像；PU、R0、R1：射出光瞳；SB：基板；SS：支承基材；T、T1：厚度；US：佩戴者(使用者)；W：宽度；α、β：状态。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
以下，参照图1等，针对本实施方式的衍射光学部件以及作为包含衍射光学部件的虚像显示装置的一例的头戴式显示器，说明一个结构例。
图1是示出包含作为本实施方式的虚像显示装置的显示装置100的头戴式显示器(以下，也称为HMD。)200的外观即头部佩戴型显示装置的外观的一个方式的立体图。另外，图2是显示装置100中的光学系统10的光线图。并且，图3是关于作为构成显示装置100的光学系统10的衍射光学部件50、70(参照图2)而应用的衍射光学部件300的构造的示意性纵剖视图以及主视图。此外，例如在图3等中，为了使构成衍射光学部件300的各部分中的各层、各部件称为能够识别的程度的大小，各层、各部件中的厚度、厚度的比率等以与实际不同的状态示出。另外，在图3等所示的一例中，将衍射光学部件300表示为平板形状，但也可以考虑如图2的第2衍射光学部件70那样为曲面形状的情况(参照图5)。
如图1所示，HMD 200具有右眼用的显示装置100A、左眼用的显示装置100B以及支承它们的框架201。各显示装置100A、100B成为生成图像光IL，并且将生成的图像光IL引导至观察者或佩戴者的左右眼睛EY的眼前，从而能够在与外界像重叠的状态下进行观察的透视型的虚像显示装置。由此，能够进行例如与外界像或对象物重叠地附加图像、数据这样的虚拟视觉信息的AR(Augmented Reality：增强现实)显示。
另外，关于HMD 200中的、为了取出图像光IL而配置于眼睛EY的眼前的作为第4光学部L40的第2衍射光学部件70的构造等，在后面详细叙述。
在图1等中，X、Y以及Z是正交坐标系，+X方向与佩戴了包含显示装置100的HMD 200的观察者或者佩戴者的双眼EY排列的横向对应，+Y方向相当于与对于佩戴者US而言的双眼EY排列的横向正交的上方，+Z方向相当于对于佩戴者US而言的前方或者正面方向。在图1中，不仅记载了右眼用的显示装置100A，还记载了左眼用的显示装置100B，而右眼用的显示装置100A和左眼用的显示装置100B在光学上左右反转，之后，将右眼用的显示装置100A作为代表的显示装置100进行说明。例如，在图2中，关于右眼用的显示装置100A，示出了光学系统10的光线图。
以下，参照图2所示的光线图，对显示装置100中的光学系统10的一个结构例进行说明。
在图2的一例中，显示装置100的光学系统10从光源侧起依次具有图像光生成装置31、投射光学系统32、第1反射镜40、作为反射型的衍射元件的第1衍射光学部件50、第2反射镜60以及作为反射型的衍射元件的第2衍射光学部件70。
光学系统10中的图像光生成装置31包含光源，生成图像光IL。作为图像光生成装置31，例如能够采用有机EL显示元件等显示面板等。在该情况下，可提供小型且能够进行高图像质量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的方式。并且，作为图像光生成装置31，也可以采用利用微镜器件对激光进行调制的方式。此外，在图示的例子中，图像光生成装置31设为具有能够进行彩色显示的1片显示面板的方式，但图像光生成装置31也可以由与各色对应的多个显示面板、和对来自它们的各色的图像光进行合成的合成光学系统构成。
光学系统10中的投射光学系统32具有旋转对称的透镜32a和自由曲面的透镜32b，将从图像光生成装置31射出的图像光IL朝向光路后级投射。
第1反射镜40具有凹曲面的反射面40s，具有正的屈光力。第1反射镜40配置在从投射光学系统32到第1衍射光学部件50的光路的中途位置。投射光学系统32在第1反射镜40的反射面或其附近形成第1中间像P1。另外，第1反射镜40也可以理解为投射光学系统32的构成要素。
第2反射镜60具有凹曲面的反射面60s，具有正的屈光力。反射面60s可以是球面、非球面或自由曲面，在此，反射面60s是自由曲面。第2反射镜60将由第1衍射光学部件50衍射后的图像光IL朝向第2衍射光学部件70反射。另外，在第2反射镜60与第2衍射光学70之间形成图像光IL的第2中间像P2。
第1衍射光学部件50和第2衍射光学部件70由反射型体积全息元件构成。其中，第2衍射光学70具有凹曲面，具有正的屈光力。在本实施方式中，通过在第1衍射光学部件50和第2衍射光学部件70中设置用于密封全息元件的构造，将衍射的状态保持为期望的状态，良好地维持显示装置100中的图像形成。另外，关于与第1衍射光学部件50或者第2衍射光学部件70相关的构造，参照图3等在后面详细叙述。
另外，在上述方式中，关于光学系统10中的图像光生成装置31以外的部分，也可以理解为包括由投射光学系统32和第1反射镜40构成的第1光学部L10、由反射型的第1衍射光学部件50构成的第2光学部L20、由第2反射镜60构成的第3光学部L30、以及由反射型的第2衍射光学部件70构成的第4光学部L40。在这里的一例中，在第3光学部L30与第4光学部L40之间、即第2反射镜60与第2衍射光学部件70之间，形成图像光IL的第2中间像P2，进而，第4光学部L40(第2衍射光学部件70)将图像光平行光化而形成射出光瞳PU。射出光瞳PU是假设为观察者的眼睛EY的位置的位置。
根据如上所述的光学系统10的结构，关于图像光IL的光路，更具体而言，如下所述。首先，图像光生成装置31朝向由投射光学系统32等构成的第1光学部L10射出图像光IL。接着，第1光学部L10将入射到投射光学系统32的图像光IL朝向由第1衍射光学部件50构成的第2光学部L20射出。另外，在构成投射光学系统32的旋转对称的透镜32a与自由曲面的透镜32b之间形成射出光瞳R0，在第1反射镜40的反射面40s前后形成第1中间像P1。进而，反射型的第1衍射光学部件50将入射的图像光IL朝向作为导光系统且由第2反射镜60构成的第3光学部L30射出。即，第1衍射光学部件50通过衍射作用使图像光IL的光路弯折。第2反射镜60在反射面60s将入射的图像光IL朝向由第2衍射光学部件70构成的第4光学部L40射出。第2衍射光学部件70使入射的图像光IL平行光化并使其朝向观察者的眼睛EY射出，形成射出光瞳PU。即，观察者的眼睛EY位于上述结构中的射出光瞳PU的位置处，由此构成图像光IL的各光线在眼睛EY的视网膜上成像为1个点，从而能够看到基于图像光IL虚像。另外，在第2反射镜60与第2衍射光学部件70之间形成有射出光瞳R1。
以下，参照图3，对第1衍射光学部件50或第2衍射光学部件70的构造的一例进行说明。在图3中，作为状态α示意性地示出的纵剖视图和作为状态β示意性地示出的主视图概念性地示出了具有能够作为第1衍射光学部件50或第2衍射光学部件70应用的构造的衍射光学部件300的一例。另外，关于图3中的状态α，换言之，是从横切形成为层状而构成衍射光学部件300的各部分的截面的法线方向观察的状态。另外，以下，如图所示，将剖视时各层延伸的横向设为±x方向，将各层排列的纵向设为±y方向，将上述法线方向设为±z方向。其中，将-y侧设为下侧，将+y侧设为上侧。另外，为了容易理解构造，各部分的尺寸(例如厚度)比实际的尺寸夸张地描绘。
本实施方式的衍射光学部件300如状态α所示，在+y方向上，将多个部件重叠成层状而构成，具体而言，具有：全息元件310；支承全息元件310的支承基材SS；覆盖全息元件310的覆盖膜部件BFa；将覆盖膜部件BFa覆盖的覆盖基材CC；以及由对支承基材SS、覆盖膜部件BFa和覆盖基材CC进行粘接的粘接部件构成的粘接层340。在此，覆盖膜部件BFa也设为第1膜部件。
全息元件310是具有例如80μm左右的厚度T的板状的部件，在中央部分(中心区域)310c，通过对具有与规定波长对应的感光度的全息感光层进行物体光与参照光的干涉曝光而形成干涉条纹，从而设置体积全息元件。即，全息元件310通过使在中央部分310c入射的光偏转，作为进行衍射的全息元件发挥功能。另外，在图3中，用阴影线表示中央部分310c，在未标注阴影线的中央部分310c的周围形成有周边部分(边缘区域)310p。周边部分310p不具有如中央部分310c那样的衍射的作用，例如具有高的透光性，使图像光、外界光这样的可见光透过。即，周边部分(边缘区域)310p不形成干涉条纹。在此，中央部分(中心区域)310c也设为第1区域。另外，周边部分310p也设为第2区域。
支承基材SS从一侧(-y侧)与全息元件310接触并支承全息元件310。支承基材SS由透明基板(透光性基板)等构成，使图像光、外界光这样的可见光透过。在此，支承基材SS由第1基板部件BM1和设置在第1基板部件BM1上的支承侧膜部件BFb构成。关于第1基板部件BM1的更具体的一个结构例，参照图4在后面叙述。在此，支承侧膜部件BFb也设为第2膜部件。
支承侧膜部件BFb(第2膜部件)是形成支承基材SS中的与全息元件310接触的最表层的部件，支承全息元件310，并且在与全息元件310分离的部位处与覆盖膜部件BFa(第1膜部件)接触。另外，支承侧膜部件BFb例如可以考虑由与覆盖膜部件BFa相同的部件构成。
覆盖膜部件BFa具有例如25μm左右的厚度，由透明且具有粘着性的带状部件构成，从支承基材SS的相反侧(+y侧)与全息元件310接触并覆盖全息元件310。如状态β所示，当关于xz面观察衍射光学部件300时，可知覆盖膜部件BFa在与全息元件310分离的位置处，具有与支承基材SS接触的连接部CN。在图示的方式的情况下，如上所述，支承基材SS的最表层由支承侧膜部件BFb形成，因此覆盖膜部件BFa与支承侧膜部件BFb接触而形成连接部CN。换言之，覆盖膜部件BFa中的与支承侧膜部件BFb接触的范围成为连接部CN。另外，在该情况下，例如状态β所示，连接部CN在与全息元件310分离的端侧的位置处，以包围全息元件310的方式形成，由此，全息元件310被覆盖膜部件BFa和包含支承侧膜部件BFb的支承基材SS夹持而成为密闭状态。为了确保期望的密闭状态，覆盖膜部件BFa和支承侧膜部件BFb由具有一定程度的厚度T1(例如25μm左右)的部件构成。作为覆盖膜部件BFa和支承侧膜部件BFb，为了确保对水分的阻隔性，例如为树脂制带等，认为作为厚度T1，优选至少具有10μm左右或其以上的厚度。在此，作为一例，考虑通过将25μm厚且具有充分的透明性(例如90％以上的透光率)的带状部件(双面胶带)即TESA(注册商标)带用作覆盖膜部件BFa、支承侧膜部件BFb，来确保充分的耐水性、紧贴性。另外，通过设为这样的结构，即使在从粘接层(粘接部件)340产生水分的情况下，也能够避免或抑制由此引起的浸水。
另外，在上述方式中，覆盖膜部件BFa中的连接部CN形成具有2mm以上的宽度W、且与支承基材SS或支承侧膜部件BFb接触的连接面CS。作为连接面CS，通过具有2mm以上的宽度，能够可靠地维持连接部CN的上述密闭状态。
另外，在以上那样的结构中，伴随连接部CN与全息元件310分离地形成，在全息元件310与连接部CN之间形成气体部AP。即，如局部放大所示，气体部AP通过连接部CN处的连接，形成在覆盖膜部件BFa、全息元件310以及支承基材SS之间。在该情况下，全息元件310具有一定程度的厚度T(例如80μm左右的厚度)，并且，连接部CN与全息元件310适度地分离，由此，气体部AP的空间被确保为充分的大小。由此，例如，能够避免如下情形：在覆盖膜部件BFa与支承基材SS的界面处，由于毛细管现状而使得水分浸入。另外，对于气体部AP，可以考虑设为填充有惰性气体的状态。例如在衍射光学部件300的制造时，通过在氮气环境下进行全息元件310的密闭作业、即进行气体部AP的形成，能够成为上述方式。
另外，另一方面，例如状态α所示，在从包含全息元件310、支承基材SS和覆盖膜部件BFa(第1膜部件)的截面的法线方向观察的情况下，周边部分310p(第2区域)设置在连接部CN与中央部分310c(第1区域)之间。在该情况下，如状态β所示，在全息元件310中，通过以适当的大小设置周边部分310p(第2区域)，能够使气体部AP与对图像做贡献的成分光通过的中央部分310c(第1区域)分离。由此，例如，在将衍射光学部件300作为第2衍射光学部件70使用、即作为配置于眼前的部件使用时，通过设置周边部分310p，能够使气体部AP远离视觉确认范围，良好地维持透视性。针对以上更详细叙述的话，在该情况下，首先，衍射光学部件300在作为第2衍射光学部件70使用时配置于使用者(图1的佩戴者US)的眼前，在全息元件310中的、具有全息功能而对虚像显示做贡献的虚像显示区域即中央部分(中心区域)310c的外侧，设置有不具有全息功能的周边部分(边缘区域)310p。此外，连接部CN形成于周边部分(边缘区域)310p的更外侧。在该情况下，通过设置周边部分(边缘区域)310p，例如使伴随着维持从连接部CN分离的状态而形成的气体部AP从使用者(图1的佩戴者US)的眼前远离，从而能够将透视性维持(确保)为良好的状态。
另外，在上述方式的情况下，构成为在气体部AP以外的部位，即，在覆盖膜部件BFa与全息元件310之间、支承侧膜部件BFb与全息元件之间，不设置空气层那样的部位，由此，不会产生因空气层与全息元件310的折射率的不同而引起的意外的折射作用，能够确保良好的透视性。
覆盖基材CC是从支承基材SS的相反侧(+y侧)覆盖全息元件310的部件，如图所示，覆盖基材CC将覆盖膜部件BFa覆盖。即，覆盖基材CC通过将覆盖膜部件BFa覆盖，与覆盖膜部件BFa一起覆盖全息元件310。另外，也能够视为覆盖基材CC与支承基材SS协作而覆盖全息元件310和覆盖膜部件BFa。另外，覆盖基材CC由透明基板(透光性基板)等构成，是使图像光、外界光这样的可见光透过的部件，在此，由第2基板部件BM2构成。关于第2基板部件BM2的更具体的一个结构例，参照图4在后面叙述。
粘接层(粘接部件)340由具有透明性的材料(粘接剂)构成，形成在支承基材SS与覆盖基材CC之间，与全息元件310、覆盖膜部件BFa一起将它们粘接固定，使衍射光学部件300的整体一体化。另外，粘接层340在形成时、即粘接时，吸收因从支承侧膜部件BFb到覆盖膜部件BFa的层叠而产生的凸型台阶、支承基材SS与覆盖基材CC的间隙差。作为粘接层340的材料，例如考虑应用环氧类树脂且具有某种程度以上的耐水性的材料等。另外，作为上述材料，考虑通过使用例如紫外线固化性的材料，使得全息元件310不会长时间暴露于高温下而使全息性能劣化。另外，如果不产生性能上的问题等，则除了上述以外，作为粘接层340的材料，考虑应用例如丙烯酸类树脂、有机硅类树脂、聚酯类树脂、聚氨酯类树脂、或聚乙酸乙烯酯类树脂等。另外，例如除了紫外线固化性树脂以外，还可以考虑使用热固化性树脂。
以下，参照图4，作为关于衍射光学部件300的更具体的一个结构例，对表示第1基板部件BM1以及第2基板部件BM2的一例进行说明。此外，在图4中，为了容易理解构造，各部分的尺寸(例如厚度)也比实际的尺寸夸张地描绘。在图4的一例中，构成支承基材SS的第1基板部件BM1由基板SB(第1基板321)和在第1基板321上成膜的支承侧电介质膜331(电介质膜DF)构成。构成覆盖基材CC的第2基板部件BM2由基板SB(第2基板322)和在第2基板322上成膜的覆盖侧电介质膜332(电介质膜DF)构成。因此，如图示的一例那样，在从包含全息元件310、第1基板321和第2基板322(覆盖膜部件BFa)的截面、即横切形成为层状的各部分的截面的法线方向观察的情况下，支承侧膜部件BFb设置在全息元件310与支承侧电介质膜331之间。另外，在从包含全息元件310、第1基板321和第2基板322(覆盖膜部件BFa)的截面、即横切形成为层状的各部分的截面的法线方向观察的情况下，粘接层(粘接部件)340设置在覆盖膜部件BFa与覆盖侧电介质膜332之间。这里，支承侧电介质膜331(电介质膜DF)也设为第1电介质膜。覆盖侧电介质膜332(电介质膜DF)也设为第2电介质膜。
在此，在上述结构那样的衍射光学部件300的情况下，在保护全息元件310时，除了上述的覆盖膜部件BFa和支承侧膜部件BFb的耐水性等之外，还需要充分提高覆盖膜部件BFa、支承侧膜部件BFb与其他部件的粘接(接合)。更具体而言，需要确保第1基板部件BM1与支承侧膜部件BFb的粘接性、第1基板部件BM1及第2基板部件BM2与粘接层340的粘接性。因此，在上述一例中，在第1基板部件BM1以及第2基板部件BM2中，在成为与其他部件的接触部位的最表层，设置作为无机材料膜的电介质膜DF、即支承侧电介质膜331(第1电介质膜)以及覆盖侧电介质膜332(第2电介质膜)，从而即使在各基板SB、即第1基板321以及第2基板322中使用无法确保紧贴性的材料，也能够确保制造衍射光学部件300所需的紧贴性。
各基板SB即第1基板321以及第2基板322是使图像光、外界光这样的可见光透过的树脂制的透明基板。作为第1基板321和第2基板322的构成材料，例如可以考虑应用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、环烯烃聚合物、聚酰胺、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚芳酯这样的树脂材料、石英玻璃、钠玻璃这样的玻璃材料等，可以使用它们中的1种或组合2种以上使用。这样的第1基板321以及第2基板322的平均厚度没有特别限定，但优选为0.5mm以上5mm以下左右，更优选为0.7mm以上2mm以下左右。
各电介质膜DF即支承侧电介质膜331以及覆盖侧电介质膜332例如通过将厚度60nm左右的氧化铝(Al2O3)成膜于基板SB上来形成。在该情况下，支承侧电介质膜331形成第1基板部件BM1的最表层，覆盖侧电介质膜332形成第2基板部件BM2的最表层。因此，支承侧电介质膜331是与粘接层(粘接部件)340及支承侧膜部件BFb接触而形成界面的表面形成膜，覆盖侧电介质膜332是与粘接层(粘接部件)340接触而形成界面的表面形成膜。由上述那样的材料等构成的支承侧电介质膜331以及覆盖侧电介质膜332相对于第1基板部件BM1以及第2基板部件BM2和粘接层340具有适当的紧贴性。
另外，作为各电介质膜DF即支承侧电介质膜331以及覆盖侧电介质膜332的构成材料，只要满足具有介电性且能够对支承侧电介质膜331等赋予耐水性(水蒸气阻隔性)以及透明性等各种要件，则除了上述的一例以外，还可以考虑由各种材料、厚度等构成。具体而言，例如，除了陶瓷材料、玻璃材料那样的无机材料之外，还考虑应用树脂材料等。作为陶瓷材料，例如可以应用氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、一氧化硅、二氧化钛、氧化铪、氮化铝、氮化硅、碳化硅、钛酸钡等，可以使用它们中的1种或组合2种以上使用。其中，优选为一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)及二氧化钛(TiO2)。另外，如果是陶瓷材料，则能够使用真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、等离子体化学气相沉积法这样的气相沉积法比较容易地形成支承侧电介质膜331以及覆盖侧电介质膜332。另外，作为玻璃材料，例如可以应用石英玻璃、硼硅酸玻璃等。另外，作为树脂材料，例如能够应用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂等。此外，支承侧电介质膜331以及覆盖侧电介质膜332可以是由上述的构成材料构成的单层体，也可以是多层体，但优选是多层体。在设为多层体的情况下，例如，作为支承侧电介质膜331等，可以设为具有由一氧化硅(SiO)构成的层和由氧化铝(Al2O3)构成的层、且以一氧化硅(SiO)为第1基板321侧的多层体，或者具有由一氧化硅(SiO)构成的层和由氧化铪(HfO2)构成的层、且以一氧化硅(SiO)为第1基板321侧的多层体。支承侧电介质膜331及覆盖侧电介质膜332的平均厚度没有特别限定，但为了维持充分的水蒸气阻隔性、避免膜破裂产生，优选为50nm以上1μm以下左右，更优选为100nm以上300nm以下左右。
另外，作为衍射光学部件300的制造工序的一例，可以考虑以下的工序。首先，分别制作如上所述结构的第1基板部件BM1及第2基板部件BM2，进而，通过带部件的贴附等而在第1基板部件BM1上设置支承侧膜部件BFb。由此，准备支承基材SS和覆盖基材CC(第2基板部件BM2)。接着，在支承基材SS上、即支承侧膜部件BFb上设置全息元件310，并且利用由带部件等构成的覆盖膜部件BFa覆盖全息元件310，利用覆盖膜部件BFa和支承侧膜部件BFb密封(密闭)全息元件310。并且此时，一并形成气体部AP、连接部CN(连接面CS)。最后，在覆盖膜部件BFa上涂敷应成为粘接层340的粘接剂，并且覆盖基材CC覆盖该粘接剂，通过紫外线照射等使该粘接剂固化，由此制造衍射光学部件300。
另外，关于衍射光学部件300的结构，如上所述，或者如作为图5用示意性纵剖视图表示的一个变形例那样，也能够应用于眼镜镜片那样的曲面形状。即，在图2等所示的第2衍射光学部件70中，能够应用衍射光学部件300。
如上所述，本实施方式的衍射光学部件300具有：全息元件310，支承基材SS，其从一侧与全息元件310接触并支承全息元件310；以及作为第1膜部件的覆盖膜部件BFa，其从一侧的相反侧与全息元件310接触并覆盖全息元件310，覆盖膜部件BFa具有与支承基材SS接触的连接部CN，连接部CN与全息元件310分离。在上述衍射光学部件300中，利用从一侧与全息元件310接触的支承基材SS和从相反侧与全息元件310接触的覆盖膜部件BFa密封(密闭)全息元件310，从而抑制或防止水分浸入全息元件310。此时，覆盖膜部件BFa构成为具有与全息元件310分离并与支承基材SS接触的连接部CN。由此，例如，在连接部CN、即覆盖膜部件BFa与支承基材SS接触的部位(界面)，能够避免或抑制由毛细管现象等引起的水分向全息元件310的浸入。因此，如果将衍射光学部件300应用于例如作为虚像显示装置的HMD200，则能够在HMD 200中形成良好的图像。
〔第2实施方式〕
以下，参照图6对第2实施方式的衍射光学部件的一例进行说明。在本实施方式中，关于衍射光学部件300中的支承基材SS的结构以外的点，与第1实施方式的情况相同，对虚像显示装置的应用也相同，因此应用与第1实施方式相同的标号，根据需要，参照在第1实施方式中说明的事项。此外，图6是与图4对应的纵剖视图。
在本实施方式的衍射光学部件300中，支承基材SS由第1基板部件BM1构成，成为不具有支承侧膜部件BFb(参照图4)的结构，这一点与第1实施方式的情况不同。即，在本实施方式中，第1基板部件BM1的最表层与全息元件310、粘接层340以及覆盖膜部件BFa接触。在此，将作为第1基板部件BM1的最表层的支承侧电介质膜331(第1电介质膜)设为在支承基材SS中成为与全息元件310接触的最表层的电介质膜MD。在该情况下，覆盖膜部件BFa与作为第1电介质膜的支承侧电介质膜331接触而形成连接部CN。
在该情况下，需要确保支承侧电介质膜331与覆盖膜部件BFa的紧贴性。在本实施方式中，例如，与确保第1实施方式中的支承侧电介质膜331与支承侧膜部件BFb(参照图4)的紧贴性同样地，通过进行材料的选择等，能够在成为最表层的支承侧电介质膜331与覆盖膜部件BFa之间确保必要且足够的紧贴性。
在本实施方式中，也通过支承侧电介质膜331和覆盖膜部件BFa密封(密闭)全息元件310，抑制或防止水分浸入全息元件310，此时，覆盖膜部件BFa具有与全息元件310分离并与支承侧电介质膜331接触的连接部CN，由此能够避免或抑制由毛细管现象等引起的水分浸入全息元件310。因此，如果将衍射光学部件300应用于例如虚像显示装置，则能够进行良好的图像形成。
〔第3实施方式〕
以下，参照图7对第3实施方式的衍射光学部件的一例进行说明。本实施方式中，在衍射光学部件300中，在具有设置于粘接层(粘接部件)340、支承基材SS、覆盖基材CC的外表面(即粘接层340、第1基板321以及第2基板322的外表面)的外表面电介质膜335这一点上，与上述其他实施方式不同，除此以外的点与第1实施方式等的情况相同，对虚像显示装置的应用也相同，因此应用与第1实施方式相同的标号，根据需要，参照在第1实施方式中说明的事项。此外，图7是与图4等对应的纵剖视图。这里，外表面电介质膜335也被称为第3电介质膜。
本实施方式的衍射光学部件300在第1基板321以及第2基板322的外表面设置外表面电介质膜335(第3电介质膜)这一点上，与第1实施方式等的情况不同。特别是，在图示的一例中，不仅第1基板321以及第2基板322被外表面电介质膜335覆盖，被它们夹持的层叠体的整体也被外表面电介质膜335覆盖。
外表面电介质膜335例如与覆盖膜部件BFa、电介质膜DF等同样地，可以考虑采用具有透光性且具有耐水性(阻隔性)的各种膜。即，考虑将带状的部件、各种无机材料等用作外表面电介质膜335。但是，在衍射光学部件300的制造工序中，考虑在支承基材SS和覆盖基材CC对全息元件310的夹持等工序之后的工序中设置外表面电介质膜335的安装，因此认为在制造上例如可能产生以下这样的要求：为了避免全息元件310的劣化，使得能够不长时间暴露于高温下。因此例如，考虑将通过下述表1所示的方法成膜的膜或贴合的膜作为外表面电介质膜335来应用。另外，在图7所示的一例中，示出了对图4所例示的一个结构例施加了外表面电介质膜335的例子，但不限于此，例如在图5所示的一例的方式中，也可以施加外表面电介质膜335等。
【表1】
Figure BDA0003661082820000131
另外，除此之外，外表面电介质膜335也可以被赋予作为防反射膜(AR涂层)的功能。从不同的角度来看，防反射膜也可以兼具耐水性(水蒸气阻隔)的功能。
在本实施方式中，也通过支承基材SS和覆盖膜部件BFa密封(密闭)全息元件310，抑制或防止水分浸入全息元件310，此时，覆盖膜部件BFa具有与全息元件310分离并与支承基材SS接触的连接部CN，由此能够避免或抑制由毛细管现象等引起的水分浸入全息元件310。因此，如果将衍射光学部件300应用于例如虚像显示装置，则能够进行良好的图像形成。另外，在本实施方式的情况下，通过外表面电介质膜335，能够进一步抑制水分向衍射光学部件300的内部浸入。
〔变形例和其他事项〕
以上说明的衍射光学部件300和应用了该衍射光学部件的显示装置100以及HMD200的具体构造仅是例示，在可实现同样的功能的范围内，能够进行各种变更。
图8是另一例的HMD中的光学系统的光线图，是与图2对应的图。在图示的光学系统610中，与图2所例示的光学系统10的情况同样地，除了图像光生成装置31之外，还具备具有正的屈光力的第1光学部L10、具有正的屈光力的第2光学部L20、具有正的屈光力的第3光学部L30、以及具有正的屈光力的第4光学部L40。第1光学部L10由投射光学系统632构成，第2光学部L20由作为反射型的衍射元件的第1衍射光学部件650构成，第3光学部L30由导光系统660构成，第4光学部L40由作为反射型的衍射元件的第2衍射光学部件670构成。另外，第1衍射光学部件650和第2衍射光学部件670的光入射面成为中央部相对于周边部凹陷而弯曲的形状，能够高效地朝向导光系统660偏转。
投射光学系统632是投射图像光生成装置31生成的图像光IL的光学系统，由多个透镜632a构成。另外，在图示中，列举了将投射光学系统32中的透镜632a设为3片的情况，但透镜632a的片数并不限定于此，投射光学系统632也可以具有4片以上的透镜632a。另外，各透镜632a也可以贴合而构成投射光学系统632。另外，透镜632a也可以由自由曲面的透镜构成。
导光系统660具有：透镜系统661，其供从第1衍射光学部件650射出的图像光IL入射；以及反射镜662，其使从透镜系统661射出的图像光IL向倾斜的方向射出。透镜系统661由多个透镜661a构成。反射镜662具有朝向前后方向倾斜的反射面662s。反射镜662可以是全反射镜，但也可以通过使反射镜662为半透半反镜，来扩大能够看到外部光的范围。
在上述那样的结构中，通过利用具有上述构造的衍射光学部件300作为第1衍射光学部件650、第2衍射光学部件670，也能够形成良好的图像。
另外，虽然省略了详细的图示，但作为对图2或图8所例示的光学系统进行一部分变更而构成的另一例的HMD中的光学系统，可举出具有图像光生成装置31、扫描镜以及衍射光学部件300的结构。在该情况下，图像光生成装置31射出的光是半导体激光，是将从红色激光光源、蓝色激光光源和绿色激光光源输出的各激光合波而得到的激光。而且，通过适当地调制来自各色激光光源的输出，输出任意颜色的激光。并且，通过与后述的扫描镜等联动地进行调制，能够在使用者的眼睛的视网膜上显示影像。
扫描镜是使从图像光生成装置射出的激光向衍射光学部件300反射的结构。另外，扫描反射镜具有反射镜和以某一频率对该反射镜进行振动控制的振动控制部，振动控制部例如由MEMS构成。这样，通过由MEMS构成振动控制部，实现扫描镜的小型化。
衍射光学部件300用于通过使经由扫描镜的从图像光生成装置31射出的光偏转(反射)，在使用者的眼睛的视网膜上显示影像。通过设为这样的结构，能够简化HMD中的光学系统的构造。
另外，关于上述各实施方式，能够进行各种组合，例如在HMD中设置多个衍射光学部件的情况下，也可以组合使用不同结构的衍射光学部件。
另外，在图1所示的显示装置100等中，将水平方向(与XZ面平行的方向)作为主方向来引导图像光IL，但不限于此，例如在将垂直方向(与YZ面平行的方向)作为主方向来引导图像光IL的情况下等，也能够应用本实施方式。
另外，例如，在上述各实施方式中，将显示装置100组装于HMD 200，但能够将显示装置100组装于平视显示器。
并且，在使用HMD等以外的衍射光学部件的各种光学部件或产品中，也可以应用上述各实施方式所例示的衍射光学部件300。
另外，显示装置100或HMD 200不限于能够观察外界像的透视型的装置，还能够应用于遮挡外界像的封闭式的HMD。在该情况下，例如图3等所示的支承基材SS和覆盖基材CC中的、图像光IL不通过的一方也可以由没有透过性的(不透明的)材料构成。
如上所述，具体的一个方式中的衍射光学部件具有：全息元件；支承基材，其从一侧与全息元件接触并支承全息元件；以及第1膜部件，其从一侧的相反侧与全息元件接触并覆盖全息元件，第1膜部件具有与支承基材接触的连接部，连接部与全息元件分离。
在上述衍射光学部件中，利用从一侧与全息元件接触的支承基材和从相反侧与全息元件接触的第1膜部件密封(密闭)全息元件，抑制或防止水分浸入全息元件。此时，覆盖膜部件构成为具有与全息元件分离并与支承基材接触的连接部。由此，例如，在连接部、即第1膜部件与支承基材接触的部位(界面)处，能够避免或抑制由毛细管现象等引起的水分向全息元件的浸入，若将上述衍射光学部件应用于例如虚像显示装置，则能够形成良好的图像。
在具体的方面中，支承基材具有与全息元件接触的第1电介质膜，第1膜部件与第1电介质膜接触而形成连接部。在该情况下，通过第1膜部件和第1电介质膜，能够在维持从连接部分离的状态的同时密封(密闭)全息元件。
在另一方面中，支承基材具有与全息元件接触的第2膜部件，第1膜部件与第2膜部件接触而形成连接部。在该情况下，通过第1膜部件和第2膜部件，能够在维持从连接部分离的状态的同时密封(密闭)全息元件。
在又一方面中，支承基材具有在基板上成膜的第1电介质膜，在从包含全息元件、支承基材和第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，第2膜部件设置在全息元件与第1电介质膜之间。在该情况下，能够确保第2膜部件与全息元件的紧贴性以及第2膜部件与第1电介质膜的紧贴性，并且能够避免或抑制水分向全息元件浸入。
在又一方面中，通过连接部处的连接，在形成于第1膜部件、全息元件以及支承基材之间的气体部中填充有惰性气体。在该情况下，例如能够避免或抑制在气体部中由于未预期的反应而产生水分。
在又一方面中，具有覆盖全息元件以及第1膜部件的覆盖基材。在该情况下，能够利用覆盖基材保护第1膜部件，并且能够保护全息元件。
在又一方面中，具有对支承基材、第1膜部件和覆盖基材进行粘接的粘接部件。在该情况下，能够通过粘接部件将各部粘接固定。另外，在该情况下，能够在粘接部件中吸收因各部分的层叠而产生的凸型台阶、间隙差。
在又一方面中，覆盖基材具有与粘接部件接触的第2电介质膜，在从包含全息元件、支承基材和第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，粘接部件设置在第1膜部件与第2电介质膜之间。在该情况下，能够对第1膜部件和覆盖基材可靠地进行粘接固定。
在又一方面中，具有与粘接部件接触并覆盖支承基材和覆盖基材的第3电介质膜。在该情况下，通过第3电介质膜，能够进一步抑制或防止水分浸入全息元件。
在又一方面中，第1膜部件是具有10μm以上的厚度的树脂制带。在该情况下，例如在制作衍射光学部件时，能够简单且可靠地安装具有充分的耐水性等、且在期望的位置处成为期望的形状的第1膜部件。
在又一方面中，第1膜部件是透光性带。在该情况下，例如，能够应用于需要确保衍射光学部件的透视性的虚像显示装置。
在又一方面中，连接部形成具有2mm以上的宽度且与支承基材接触的连接面。在该情况下，能够可靠地维持连接部的密闭状态。
如以上那样，具体的一个方式中的虚像显示装置具有上述任意一个衍射光学部件。在该情况下，通过利用上述衍射光学部件，能够避免或抑制水分浸入应用于图像形成的全息元件，能够进行良好的图像形成。
在具体的方面中，衍射光学部件在使用时配置于使用者的眼前，全息元件具有包含干涉条纹的第1区域和不包含干涉条纹的第2区域，在从包含全息元件、支承基材和第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，第2区域设置在连接部与第1区域之间。在该情况下，通过设置第2区域，例如能够使通过维持从连接部分离的状态而形成的气体部远离使用者的眼前，将透视性维持(确保)为良好的状态。

Claims (14)

1.一种衍射光学部件，其中，该衍射光学部件具有：
全息元件；
支承基材，其从一侧与所述全息元件接触并支承所述全息元件；以及
第1膜部件，其从所述一侧的相反侧与所述全息元件接触并覆盖所述全息元件，
所述第1膜部件具有与所述支承基材接触的连接部，
所述连接部与所述全息元件分离。
2.根据权利要求1所述的衍射光学部件，其中，
所述支承基材具有与所述全息元件接触的第1电介质膜，
所述第1膜部件与所述第1电介质膜接触而形成所述连接部。
3.根据权利要求1所述的衍射光学部件，其中，
所述支承基材具有与所述全息元件接触的第2膜部件，
所述第1膜部件与所述第2膜部件接触而形成所述连接部。
4.根据权利要求3所述的衍射光学部件，其中，
所述支承基材具有在基板上成膜的第1电介质膜，
在从包含所述全息元件、所述支承基材和所述第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，所述第2膜部件设置在所述全息元件与所述第1电介质膜之间。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的衍射光学部件，其中，
通过所述连接部处的连接，在形成于所述第1膜部件、所述全息元件以及所述支承基材之间的气体部中填充有惰性气体。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的衍射光学部件，其中，
该衍射光学部件具有覆盖所述全息元件以及所述第1膜部件的覆盖基材。
7.根据权利要求6所述的衍射光学部件，其中，
该衍射光学部件具有对所述支承基材、所述第1膜部件和所述覆盖基材进行粘接的粘接部件。
8.根据权利要求7所述的衍射光学部件，其中，
所述覆盖基材具有与所述粘接部件接触的第2电介质膜，
在从包含所述全息元件、所述支承基材和所述第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，所述粘接部件设置在所述第1膜部件与所述第2电介质膜之间。
9.根据权利要求7或8所述的衍射光学部件，其中，
该衍射光学部件具有与所述粘接部件接触并覆盖所述支承基材和所述覆盖基材的第3电介质膜。
10.根据权利要求1～4中的任意一项所述的衍射光学部件，其中，
所述第1膜部件是具有10μm以上的厚度的树脂制带。
11.根据权利要求1～4中的任意一项所述的衍射光学部件，其中，
所述第1膜部件是透光性带。
12.根据权利要求1～4中的任意一项所述的衍射光学部件，其中，
所述连接部形成具有2mm以上的宽度且与所述支承基材接触的连接面。
13.一种虚像显示装置，其中，该虚像显示装置具有权利要求1～12中的任意一项所述的衍射光学部件。
14.根据权利要求13所述的虚像显示装置，其中，
所述衍射光学部件在使用时配置于使用者的眼前，
所述全息元件具有包含干涉条纹的第1区域和不包含所述干涉条纹的第2区域，
在从包含所述全息元件、所述支承基材和所述第1膜部件的截面的法线方向观察的情况下，所述第2区域设置在所述连接部与所述第1区域之间。
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