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的主要部分结构的剖视图。另外，图4示出在作为设想使用显示装置100的环境温度的例如-20℃～40℃下进行使用的情况下的第2衍射元件70的状态。

如图4所示，第2衍射元件70具有树脂基板71、支承树脂基板71的保持部80、以及粘贴于树脂基板71的全息层72。树脂基板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。

作为形成树脂基板71的材料，例如可以使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚酰胺树脂(PA)等的塑料。树脂基板71的厚度例如为500μm～5mm。

在本实施方式中，保持部80和树脂基板71的热膨胀系数不同。另外，保持部80和树脂基板71的弹性模量也不同。树脂基板71的热膨胀系数例如为60ppm/℃～80ppm/℃，与此相对，保持部80的热膨胀系数为30ppm/℃以下。即，保持部80的热膨胀系数比树脂基板71的热膨胀系数小。具体而言，作为本实施方式的保持部80的材料，使用超殷钢(super invar)(热膨胀系数：1ppm/℃)。在本实施方式中，保持部80由图1所示的显示装置100的框架91的一部分构成。框架91以全息层72配置于观察者的眼前的方式使第2衍射元件70佩戴在观察者的头部。这样，通过将框架91的一部分用作保持部80，能够减少部件数量，实现成本降低。

另外，树脂基板71的弹性模量为350kg/mm²以下，与此相对，保持部80的弹性模量为1000kg/mm²以上，保持部80的弹性模量比树脂基板71的弹性模量大。

全息层72是通过将全息材料粘贴于树脂基板71，然后进行干涉曝光而构成的层，该全息材料是丙烯酸系聚合物等感光性单体分散在聚氨酯树脂、环氧树脂、纤维素树脂等粘合剂树脂中而成的。在全息层72中，通过干涉曝光而在内部将折射率的变化、透过率的变化、凹凸图案等形状变化记录为干涉条纹74。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，全息层72的厚度为5μm～25μm，弹性模量为350kg/mm²以下。另外，全息层72的弹性模量比树脂基板71的弹性模量低。因此，全息层72在树脂基板71变形时，能够追随树脂基板71的变形而变形。

树脂基板71具有以沿该树脂基板71的板厚方向延伸的方式形成在内表面71a的凸部75。凸部75一体地形成在树脂基板71的内表面71a。凸部75的侧面75a是沿着在树脂基板71的板厚方向上延伸的轴O的面。在本实施方式中，凸部75的侧面75a与树脂基板71的内表面71a交叉(垂直)。另外，凸部75的侧面75a沿着在树脂基板71的板厚方向上延伸的轴并不限于与树脂基板71的内表面71a垂直的情况，也可以是稍微倾斜的方式。也可以通过在凸部75的表面涂敷遮光性墨水来吸收入射到凸部75的外光，从而抑制杂散光的产生。

保持部80具有支承树脂基板71的支承板部80a和设置在支承板部80a的外缘端部并从支承板部80a向上方延伸的侧板部80b。保持部80具有供树脂基板71的凸部75插入的凹部81。凹部81形成于支承板部80a。在支承板部80a形成有贯通孔80a1。贯通孔80a1使树脂基板71的内表面71a露出。贯通孔80a1形成为使全息层72位于内侧。由全息层72衍射的光和透过全息层72的外光经由贯通孔80a1被良好地引导至观察者的眼睛。凹部81具有位于树脂基板71的内表面71a的中心侧的内侧面81a和位于树脂基板71的内表面71a的外缘侧的外侧面81b。凹部81的内侧面81a以及外侧面81b是沿着在树脂基板71的板厚方向上延伸的轴O的面。

如图4所示，在使用环境温度(-20℃～40℃)下，树脂基板71以使凸部75与凹部81的内侧面81a抵接而妨碍该树脂基板71收缩的收缩力的状态安装于保持部80。由此，本实施方式的树脂基板71在作用有拉伸应力的状态下被固定于保持部80。

凸部75以及凹部81成为相互按压的状态。即，在本实施方式中，凸部75的侧面75a以及凹部82的内侧面81a中的一方构成使保持部80与树脂基板71抵接的抵接面，凸部75的侧面75a以及凹部82的内侧面81a中的另一方构成按压抵接面的按压面。

接着，参照附图对第2衍射元件70的制造方法进行说明。以下，环境温度是指制造第2衍射元件70时的周边环境的温度。

图5A～图5C是示出第2衍射元件70的制造工序的图。

首先，如图5A所示，在将环境温度设定为80℃的状态下，将在外表面71b粘贴了全息材料72M的树脂基板71安装于保持部80。

具体而言，以将树脂基板71的凸部75嵌入保持部80的凹部81的方式，将树脂基板71配置于保持部80。在此，保持部80的凹部81的形状形成为比树脂基板71的凸部75的形状大。凸部75和凹部81被设计成在80℃的环境下彼此的中心一致。

接着，使环境温度恢复到进行后述的干涉曝光的20℃。此时，随着环境温度的降低，热膨胀系数大的树脂基板71比热膨胀系数小的保持部80更大幅地收缩。例如，当环境温度降低到50℃左右时，如图5B所示，树脂基板71的凸部75与保持部80的凹部81的内侧面81a接触。另外，在环境温度低于50℃时，树脂基板71想要进一步收缩，但通过凸部75与保持部80的凹部81接触，树脂基板71无法收缩。即，在环境温度为50℃以下的情况下，成为拉伸应力S1作用于树脂基板71的状态。

这样，在本实施方式的制造方法中，具有如下第1工序：在作为比显示装置100的使用环境温度的上限值(40℃)以及后述的进行在全息层72上形成干涉条纹74的干涉曝光时的曝光环境温度(20℃)中的任意一个温度都高的温度的50℃的环境下，使凸部75与凹部81的内侧面81a抵接。

接着，在环境温度20℃下对全息材料72M进行干涉曝光。

如图5C所示，在干涉曝光中，通过用全息材料72M使参照光Lr和物体光Ls干涉来进行曝光，而得到具有干涉条纹74的全息层72。另外，参照光Lr和物体光Ls可以使用平面波和球面波中的任意一种。

在本实施方式中，向第2衍射元件70入射红色光、绿色光以及蓝色光的图像光L0，并将入射的图像光L0向规定的方向衍射并射出。图5C所示的全息层72的干涉条纹74例如包含以与580nm至700nm的波长范围中的例如波长615nm的红色图像光对应的间距形成的干涉条纹、以与500nm至580nm的波长范围中的例如波长535nm的绿色图像光对应的间距形成的干涉条纹、以及以与400nm至500nm的波长范围中的例如波长460nm的蓝色图像光对应的间距形成的干涉条纹。

本实施方式的全息材料72M通过层叠具有与各波长对应的灵敏度的全息感光层而构成。因此，在干涉曝光中，通过使用各波长的参照光和物体光对各全息感光层进行干涉曝光，而形成上述干涉条纹74。

由此，制造出本实施方式的第2衍射元件70。

另外，也可以预先将具有与各波长对应的灵敏度的感光材料分散在全息感光层中，使用各波长的参照光和物体光对全息感光层进行干涉曝光，由此形成了在一个层中重叠有与红色光、绿色光和蓝色光对应的干涉条纹的干涉条纹74。

另外，在通过干涉曝光在全息层72内形成干涉条纹74的反应过程中，全息材料72M产生膨胀或收缩。膨胀还是收缩取决于材料的组成、反应过程。树脂基板71在干涉曝光时由于全息材料72M的膨胀或收缩而想要与全息材料72M一起变形。此时，如上所述，凸部75和凹部81彼此以相互按压的方式嵌入，由此在树脂基板71上产生拉伸应力S1。即，只要维持凸部75与凹部81的内侧面81a抵接的状态，则树脂基板71就被保持部80约束而不产生尺寸变化。

根据本实施方式的制造方法，在对全息层72进行干涉曝光时，即使在树脂基板71想要发生膨胀或收缩的情况下，也能够通过保持部80抑制树脂基板71的变形。因此，由于在抑制了树脂基板71的变形的状态下在全息层72内形成干涉条纹74，因此能够抑制伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低。

如上所述，通过在比显示装置100的使用环境温度的上限值(40℃)以及进行干涉曝光时的曝光环境温度(20℃)高的温度(50℃)下使凸部75与凹部81的内侧面81a抵接而将树脂基板71固定于保持部80而制造本实施方式的第2衍射元件70。

第2衍射元件70中的凸部75之间的尺寸根据环境温度而变化。以下，对与环境温度对应的凸部75之间的尺寸的变化进行说明。另外，对通过凸部75之间的尺寸变化而得到的第2衍射元件70的效果进行说明。

图6是示出因环境温度而产生的树脂基板71的凸部75之间的尺寸变化的图。在图6中，横轴表示环境温度，纵轴表示凸部75之间的尺寸大小。

在图6中，将环境温度80℃的情况下的树脂基板71的凸部75之间的尺寸设为W0。即，W0相当于图5A所示的状态下的凸部75之间的尺寸。

如图6所示，当环境温度降低到50℃时，由于树脂基板71收缩，因此，凸部75之间的尺寸变化为W1。

在此，为了简化说明，假定保持部80的热膨胀系数为0ppm/℃。在这种情况下，如图6所示，即使环境温度低于50℃，树脂基板71的凸部75之间的尺寸也保持W1不变。此时，凸部75如上所述在与凹部81的内侧面81a接触的状态下妨碍树脂基板71的收缩，因此对树脂基板71作用拉伸应力。

另外，考虑作为使用环境温度的下限的-20℃的情况。此时，树脂基板71想要进一步收缩，但由于通过凸部75与凹部81的内侧面81a接触来限制了尺寸变化，因此凸部75之间的尺寸保持W1不变。因此，根据本实施方式的第2衍射元件70，在使用环境温度的下限值(-20℃)下，维持了凸部75与凹部81的内侧面81a抵接的状态。

另外，考虑作为使用环境温度的上限的40℃的情况。此时，由于树脂基板71膨胀，因此，凸部75想要向从凹部81的内侧面81a离开的方向变形。但是，如上所述，由于凸部75以及凹部81被设计成在50℃以下的温度下抵接，因此若使用环境温度不成为高于50℃的温度，则凸部75不会从凹部81的内侧面81a离开。因此，在使用环境温度为40℃的情况下，树脂基板71想要膨胀，但由于维持凸部75与凹部81的内侧面81a接触的状态，因此尺寸变化不会为由保持部80的热膨胀系数引起的变形量以上。因此，凸部75之间的尺寸保持W1不变。因此，根据本实施方式的第2衍射元件70，在使用环境温度的上限值(40℃)下，维持了凸部75与凹部81的内侧面81a抵接的状态。

另外，参照图6详细说明干涉曝光时的凸部75之间的尺寸的变化。在图6中，假定在不固定于保持部80的状态下进行干涉曝光时的树脂基板71的凸部75之间的尺寸为W2。此时，因干涉曝光而与全息材料72M一起膨胀，由此，树脂基板71的凸部75之间的尺寸延伸α而变化为尺寸W3。在这种情况下，如果膨胀后的尺寸W3(W2+α)小于W1，而满足W3＜W1的关系，则凸部75不会从凹部81的内侧面81a离开。因此，凸部75之间的尺寸保持W1不变。因此，根据本实施方式的第2衍射元件70，在进行全息层72的干涉曝光的情况下，维持凸部75与凹部81的内侧面81a抵接的状态。

借助凸部75以及凹部81实现的树脂基板71以及保持部80的固定优选设置至少4点以上。

图7A至图7D是示出凸部75以及凹部81的配置例的图。图7A至图7D是从保持部80侧观察第2衍射元件70时的图，为了简化图，以将具有弯曲形状的树脂基板71以及保持部80展开成板状的状态来示出。

如图7A所示，凸部75形成为沿着矩形形状的树脂基板71的四边的框状。凹部81形成为包围矩形形状的贯通孔80a1的周围的框状。根据该结构，能够在整个方向上抑制树脂基板71的变形。因此，能够最大限度地抑制伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低。

另外，如图7B所示，凸部75也可以沿着矩形形状的树脂基板71的四边中的一对短边形成。在该情况下，凹部81以沿着矩形形状的贯通孔80a1的两边的方式形成。根据该结构，能够通过凸部75以及凹部81抑制容易受到尺寸变化的影响的树脂基板71的长边侧的变形。另外，由于在树脂基板71以及保持部80的上下未配置凸部75以及凹部81，因此能够抑制第2衍射元件70的上下方向的尺寸。

另外，如图7C所示，凸部75也可以形成在矩形形状的树脂基板71的四角。在这种情况下，凹部81形成在矩形形状的贯通孔80a1的四个角部的附近。根据该结构，能够抑制树脂基板71向长边侧以及短边侧的变形。

另外，在将凸部75形成于树脂基板71的四角的情况下，如图7D所示，一对凸部75也可以以在对角方向上对置的方式配置。根据该结构，能够抑制尺寸量大的树脂基板71在对角方向上的变形。

根据本实施方式的第2衍射元件70，由于在比使用环境温度的上限值(40℃)以及进行干涉曝光时的曝光环境温度(20℃)高的温度(50℃)下使凸部75与凹部81的内侧面81a抵接而将树脂基板71固定于保持部80，因此即使在全息材料72M的干涉曝光时或使用环境温度(-20℃～40℃)下也能够使树脂基板71产生拉伸应力。因此，即使在全息材料72M的干涉曝光时或使用环境温度(-20℃～40℃)下，也能够抑制树脂基板71的尺寸变化成为由保持部80的热膨胀系数引起的变形量以上。

因此，本实施方式的第2衍射元件70能够抑制伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低，因此能够得到期望的衍射性能。另外，本实施方式的第2衍射元件70抑制了在使用环境温度(-20℃～40℃)下伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低，因此能够得到期望的衍射性能。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高效地向观察者的眼睛E聚光。

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抑制了伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低，因此能够提供得到期望的衍射性能的衍射元件。

另外，本实施方式的第2衍射元件70由于采用树脂基板71作为支承全息层72的支承基板，因此与将玻璃基板用作支承基板的情况相比，成为轻量且不易破损的耐久性优异的衍射元件。

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，如图3所示，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。本实施方式与第1实施方式的不同之处在于使树脂基板与保持部抵接的工序中的环境温度。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剖视图。另外，图12示出使用环境温度(-20℃～40℃)下的第2衍射元件的状态。

如图12所示，在本实施方式的第2衍射元件170中，在使用环境温度(-20℃～40℃)下，树脂基板71以通过使凸部75与凹部81的外侧面81b抵接而妨碍该树脂基板71自身要膨胀的膨胀力的状态安装于保持部80。在本实施方式中，在压缩应力作用于树脂基板71的状态下固定于保持部80。凸部75以及凹部81成为相互按压的状态。

接着，参照附图对第2衍射元件170的制造方法进行说明。

图13A以及图13B是示出第2衍射元件170的制造工序的图。

首先，如图13A所示，在将环境温度设定为-50℃的状态下，将在外表面71b粘贴了全息材料72M的树脂基板71安装于保持部80。

接着，使环境温度恢复到进行干涉曝光的20℃。此时，随着环境温度的上升，热膨胀系数大的树脂基板71比热膨胀系数小的保持部80更大幅地膨胀。例如，当环境温度上升到-30℃左右时，如图13B所示，树脂基板71的凸部75与保持部80中的凹部81的外侧面81b接触。另外，在环境温度高于-30℃时，树脂基板71想要进一步膨胀，但通过凸部75与保持部80的凹部81接触，树脂基板71无法膨胀。即，在环境温度为-30℃以上的情况下，成为压缩应力S2作用于树脂基板71的状态。

这样，在本实施方式的制造方法中，具有如下第1工序：在作为比显示装置100的使用环境温度的下限值(-20℃)以及曝光环境温度(20℃)中的任意一个温度都低的温度的-30℃的环境下，使凸部75与凹部81的内侧面81a抵接。

接着，在环境温度20℃下对全息材料72M进行干涉曝光。在本实施方式的制造方法中，凸部75以及凹部81彼此以相互按压的方式嵌入，从而在干涉曝光时因全息材料72M的膨胀或收缩而导致树脂基板71想要变形的树脂基板71中产生压缩应力S2。因此，只要维持凸部75与凹部81的外侧面81b抵接的状态，则树脂基板71就被保持部80约束而不会产生尺寸变化。因此，由于在抑制树脂基板71的变形的状态下在全息层72内形成干涉条纹74，因此能够抑制伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低。

如上所述，通过在比显示装置100的使用环境温度的下限值(-20℃)以及进行干涉曝光时的曝光环境温度(20℃)低的温度(-30℃)下，使凸部75与凹部81的外侧面81b抵接而将树脂基板71固定于保持部80来制造本实施方式的第2衍射元件170。

在本实施方式的第2衍射元件170中，例如在作为使用环境温度的上限的40℃下，树脂基板71想要进一步膨胀，但由于通过凸部75与凹部81的外侧面81b接触而限制尺寸变化，因此尺寸变化不会成为由保持部80的热膨胀系数引起的变形量以上。

另外，在本实施方式的第2衍射元件170中，在作为使用环境温度的下限的-20℃下，树脂基板71收缩，从而凸部75想要向从凹部81的外侧面81b离开的方向变形。但是，如上所述，由于凸部75以及凹部81被设计成在-30℃下抵接，因此若使用环境温度不成为比-30℃低的温度，则凸部75不会从凹部81的外侧面81b离开。因此，在使用环境温度为-20℃的情况下，树脂基板71想要收缩，但由于维持凸部75与凹部81的外侧面81b接触的状态，因此尺寸变化不会成为由保持部80的热膨胀系数引起的变形量以上。

因此，根据本实施方式的第2衍射元件170，在比使用环境温度的下限值(-20℃)以及进行干涉曝光时的曝光环境温度(20℃)低的温度(-30℃)下，使凸部75与凹部81的外侧面81b抵接，将树脂基板71固定于保持部80，因此，即使在全息材料72M的干涉曝光时或使用环境温度(-20℃～40℃)下，也能够使树脂基板71产生压缩应力。因此，即使在全息材料72M的干涉曝光时或使用环境温度(-20℃～40℃)下，也抑制了树脂基板71的尺寸变化成为因保持部80的热膨胀系数引起的变形量以上。

因此，本实施方式的第2衍射元件170抑制了伴随树脂基板71的变形的全息层72的性能降低，因此能够得到期望的衍射性能。因此，根据本实施方式的第2衍射元件170，如图3所示，能够使图像光L0向观察者的眼睛E高效地聚光。

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，列举了使形成于树脂基板71的凸部75和形成于保持部80的凹部81嵌入的情况为例，但也可以将形成于保持部80的凸部嵌入形成于树脂基板71的凹部。

另外，固定树脂基板71以及保持部80的方法不限于使用凸部75以及凹部81的结构。图14是示出变形例的固定结构的剖视图。

如图14所示，例如，也可以通过使圆形框状的保持部180的外周面180a与圆形筒状的凸部75的内侧的侧面75a抵接来固定树脂基板71和保持部180。在该情况下，凸部75的侧面75a以及保持部180的外周面180a中的一方构成抵接面，侧面75a以及外周面180a中的另一方构成按压面。另外，保持部180以及凸部75的平面形状没有特别限定，例如也可以形成为四边形框状。

另外，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，保持部80支承树脂基板71的观察者侧(内表面71a)，但保持部80也可以支承树脂基板71的全息层72侧。如果以这样支承全息层72侧的方式设置保持部80，则曝光干涉时的全息层72的变形被进一步抑制。

另外，在上述实施方式中，列举了由超殷钢构成保持部80的情况为例，但保持部80的材料也可以使用相比于树脂基板71而言热膨胀系数小且弹性模量大的例如钛、不锈钢、铝等金属。另外，也可以使用填充了二氧化硅等填料的塑料。