图像显示单元及头戴式显示器的制作方法

本发明涉及一种用于vr(virtual reality：虚拟现实)用头戴式显示器的图像显示单元及头戴式显示器。

背景技术：

1、存在如下头戴式显示器，其具有为了体验不会使现实世界的外光通过的所谓的沉浸式虚拟现实(vr)，使用户佩戴而将图像引导到用户的眼睛的图像显示单元。在这种头戴式显示器所使用的图像显示单元中，需要从图像显示装置出射的光在使用者的眼镜的位置聚光的透镜。在头戴式显示器所使用的头像显示单元中，通过使图像显示装置与透镜的距离接近透镜的焦点距离，能够使使用者将图像显示装置显示的图像作为远方的虚像进行视觉辨认。

2、在用于头戴式显示器的图像显示单元中，为了薄型化及轻型化，通常使用菲涅耳透镜作为透镜。然而，在使用菲涅耳透镜的情况下，在缩短焦点距离方面存在限制。因此，难以减小图像显示单元(头戴式显示器)整体的厚度。

3、相对于此，作为使图像显示单元薄型化的结构，提出了使从图像显示装置出射的光被反射起偏器等反射一次之后，使用反射镜等再次使其反射以引导到用户的眼睛的结构。由此，能够获得从图像显示装置到用户的眼睛的光路长度，并且能够使图像显示单元整体薄型化。

4、例如，在专利文献1中记载了一种头戴式显示器，其从图像显示装置侧依次具有直线起偏器、1/4波片、半反射镜、1/4波片、反射起偏器，所述头戴式显示器能够用作vr用光学装置。在该光学元件中，使光在半反射镜与反射起偏器之间往复运动以延长光路长度。

5、以往技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特表2019-526075号公报

技术实现思路

1、发明要解决的技术课题

2、如上所述，在使用半反射镜及反射起偏器使光在半反射镜与反射起偏器之间往复而延长光路长度的图像显示单元中，半反射镜透过入射的光的约50％，进而，半反射镜反射透过半反射镜且反射起偏器反射的光的约50％，该光从图像显示单元出射。因此，存在相对于由图像显示装置出射的图像的光量的光的利用效率低至约25％的问题。

3、并且，在使用菲涅耳透镜的图像显示单元中，若缩短焦点距离，则存在产生由菲涅耳透镜的槽结构引起的散射或者视觉辨认到由槽结构引起的光的条纹的问题，并存在画质降低的问题。

4、本发明的课题在于提供一种小型、光利用效率高、画质降低少的图像显示单元及头戴式显示器。

5、用于解决技术课题的手段

6、为了解决该课题，本发明具有以下结构。

7、[1]一种图像显示单元，其具有：

8、图像显示装置；

9、偏振光衍射元件，其衍射从图像显示装置出射的光；及

10、偏振片，其透射由偏振光衍射元件衍射的偏振光，并吸收未由偏振光衍射元件衍射的光，

11、偏振光衍射元件为具有透镜功能的偏振光衍射透镜，

12、将偏振光衍射透镜的焦点距离设为f，将图像显示装置与偏振光衍射透镜的距离设为d时，满足d≤f。

13、[2]根据[1]所述的图像显示单元，其中，

14、偏振光衍射透镜的焦点距离f小于40mm。

15、[3]根据[1]或[2]所述的图像显示单元，其中，

16、偏振光衍射元件衍射圆偏振光，

17、偏振片为圆偏振片。

18、[4]根据[3]所述的图像显示单元，其中，

19、图像显示装置出射直线偏振光，

20、在图像显示装置与偏振光衍射元件之间具有相位差片。

21、[5]根据[4]所述的图像显示单元，其中，

22、相位差片为λ/4板。

23、[6]根据[3]所述的图像显示单元，其中，

24、图像显示装置出射无偏振光，

25、在图像显示装置与偏振光衍射元件之间具有圆偏振片。

26、[7]根据[3]至[6]中任一项所述的图像显示单元，其中，

27、圆偏振片由直线偏振片和相位差片构成。

28、[8]根据[7]所述的图像显示单元，其中，

29、相位差片为λ/4板。

30、[9]根据[1]至[8]中任一项所述的图像显示单元，其中，

31、偏振光衍射元件为具有包含液晶化合物的液晶层的液晶衍射元件，

32、液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，

33、若将液晶取向图案中的源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度设为1个周期，则液晶层在面内具有1个周期的长度不同的区域。

34、[10]根据[9]所述的图像显示单元，其中，

35、液晶层的1个周期从液晶取向图案中的一个方向的一侧朝向另一侧逐渐缩短。

36、[11]根据[9]或[10]所述的图像显示单元，其中，

37、液晶层以从内侧朝向外侧的同心圆状具有液晶取向图案的一个方向。

38、[12]根据[9]至[11]中任一项所述的图像显示单元，其中，

39、液晶层在用扫描型电子显微镜观察沿一个方向在厚度方向上切断而得的剖面的剖面图像中具有源自液晶相的亮部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜的区域。

40、[13]根据[12]所述的图像显示单元，其中，

41、液晶衍射元件具有2层以上的液晶层，

42、至少2层的液晶层在用扫描型电子显微镜观察沿一个方向在厚度方向上切断而得的剖面的剖面图像中，观察到源自光学轴的朝向的亮部及暗部，

43、在至少2层的液晶层中，亮部及暗部相对于液晶层的主表面的倾斜角度彼此不同。

44、[14]根据[9]至[13]中任一项所述的图像显示单元，其中，

45、液晶层在用扫描型电子显微镜观察沿一个方向在厚度方向上切断而得的剖面的剖面图像中，具有从一个表面延伸到另一表面的亮部及暗部，暗部具有2个以上的角度的拐点，

46、在厚度方上具有暗部的倾斜方向不同的区域。

47、[15]根据[14]所述的图像显示单元，其中，

48、液晶层中的暗部的倾斜方向被折回的拐点的数量为奇数个。

49、[16]根据[12]至[15]中任一项所述的图像显示单元，其中，

50、液晶层中的暗部的平均倾斜角沿一个方向逐渐变化。

51、[17]根据[12]至[16]中任一项所述的图像显示单元，其中，

52、液晶层具有亮部及暗部的形状相对于液晶层的厚度方向的中心线不对称的区域。

53、[18]根据[9]至[17]中任一项所述的图像显示单元，其中，

54、伴随液晶层的折射率各向异性的折射率差δn550为0.2以上。

55、[19]一种头戴式显示器，其具有[1]至[18]中任一项所述的图像显示单元。

56、发明效果

57、根据本发明，能够提供一种小型、光利用效率高、画质降低少的图像显示单元及头戴式显示器。