JP6787354B2 - 虚像表示装置、照明用光学素子、照明用バックライト及び表示器 - Google Patents

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置、照明用光学素子、照明用バックライト及び表示器に関する。

従来、投影部へ画像を投影することにより、当該画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１の虚像表示装置は、光源部、照明用レンズ、及び画像形成部を備えている。光源部は、点発光光源を複数並べて設けられている。照明用レンズは、各点発光光源からの光を集光等して、画像形成部を照明するようになっている。画像形成部は、照明用レンズを通じて照明されることにより、画面に画像を形成する。

ここで、照明用レンズは、第１レンズ面部及び第２レンズ面部を有し、第１レンズ面部からの射出光及び第２レンズ面部からの射出光を重ね合わせて、画面における照明ムラを抑制している。

特開２０１５−１３３０４号公報

しかしながら、特許文献１の構成においても、点発光光源の中間地点や、画面の外周部では、画面のうち点発光光源と正対する箇所に比べて照明の光の強度が低下する傾向は免れない。そして、照明ムラが点発光光源の配置を直接的に反映したものとなってしまう。このため、照明性能の高い面状照明を実現することにより、表示品位を高めることが期待される。

開示されるひとつの目的は、照明性能の高い面状照明を実現することにより、表示品位の高い虚像表示装置を提供することにある。

開示される他のひとつの目的は、照明性能の高い面状照明を実現する照明用光学素子を提供することにある。

開示される他のひとつの目的は、照明性能の高い面状照明を実現する照明用バックライトを提供することにある。

開示される他のひとつの目的は、照明性能の高い面状照明を実現することにより、表示品位の高い表示器を提供することにある。

ここに開示されたひとつの態様は、投影部（３ａ）へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、
分配ユニットを通じて照明されることにより、画面（２２）に画像を形成する画像形成部（２１，４２１，５２１）と、を備え、
各分配面は、配列方向に対して傾斜して配置され、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向に沿って透過させることにより、各分配面にて光源光が分配されつつ、各分配面から所定方向への照明が行われるように構成されており、
分配ユニットは、複数設けられ、
複数の分配ユニットが所定方向に沿って互いに積層されて１つの画像形成部を照明し、
各分配ユニットにおける配列方向に沿って並べられた複数の分配面について、光源光が先に入射する側を始端側と定義し、始端側とは反対側を終端側と定義すると、
複数の分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの終端側から透過した光源光を、他の１つの分配ユニットの始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える。

このような虚像表示装置によると、配列方向に沿って並べられた複数の分配面を有する分配ユニットにおいて、各分配面は、光源部から配列方向に沿って入射する光源光を部分的に所定方向へ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向に沿って透過させる。したがって、ある分配面にて反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面へと入射する。次の分配面でも、反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面等へと入射する。これにより、各分配面で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面から所定方向への照明が行なわれ、分配ユニットが面状照明体として機能する。

分配ユニットを通じた照明性能の高い面状照明にて画像形成部が照明されて、画面に画像を形成する。こうした面状照明を用いた画像が投影部に投影されるので、虚像表示においても高い表示品位を実現することができる。

ここに開示された他のひとつの態様は、照明に用いられる照明用光学素子であって、
配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）を備え、
各分配面は、配列方向に対して傾斜して配置され、配列方向に沿って入射する光を部分的に配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、配列方向に沿って入射する光を部分的に配列方向に沿って透過させることにより、各分配面にて光が分配されつつ、各分配面から所定方向への照明が行なわれるように構成されており、
分配ユニットは、複数設けられ、
複数の分配ユニットが所定方向に沿って互いに積層されて１つの対象を照明し、
各分配ユニットにおける配列方向に沿って並べられた複数の分配面について、光が先に入射する側を始端側と定義し、始端側とは反対側を終端側と定義すると、
複数の分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの終端側から透過した光を、他の１つの分配ユニットの始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える。

このような照明用光学素子によると、配列方向に沿って並べられた複数の分配面を有する分配ユニットにおいて、各分配面は、配列方向に沿って入射する光を部分的に所定方向へ反射すると共に、また当該光を部分的に配列方向に沿って透過させるようになっている。したがって、ある分配面にて反射された部分的な光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光は、配列方向に隣り合う次の分配面へと入射する。次の分配面でも、反射された部分的な光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光は、配列方向に隣り合う次の分配面等へと入射する。これにより、各分配面で次々と光を分配していくことにより、それぞれの分配面から所定方向への照明が行なわれ、分配ユニットが面状照明体として機能する。故に、この照明用光学素子を用いることにより照明性能の高い面状照明を実現することができる。

ここに開示された他のひとつの態様は、照明に用いられる照明用バックライトであって、
光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、を備え、
各分配面は、配列方向に対して傾斜して配置され、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向に沿って透過させることにより、各分配面にて光源光が分配されつつ、各分配面から所定方向への照明が行われるように構成されており、
分配ユニットは、複数設けられ、
複数の分配ユニットが所定方向に沿って互いに積層されて１つの対象を照明し、
各分配ユニットにおける配列方向に沿って並べられた複数の分配面について、光源光が先に入射する側を始端側と定義し、始端側とは反対側を終端側と定義すると、
複数の分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの終端側から透過した光源光を、他の１つの分配ユニットの始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える。

このような照明用バックライトによると、配列方向に沿って並べられた複数の分配面を有する分配ユニットにおいて、各分配面は、光源部から配列方向に沿って入射する光源光を部分的に所定方向へ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向に沿って透過させる。したがって、ある分配面にて反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面へと入射する。次の分配面でも、反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面等へと入射する。これにより、各分配面で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面から所定方向への照明が行なわれ、分配ユニットが面状照明体として機能する。故に、照明用バックライトにおいて照明性能の高い面状照明を実現することができる。

ここに開示された他のひとつの態様は、画像を表示する表示器であって、
光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、
分配ユニットを通じて照明されることにより、画面（２２）に画像を形成する画像形成部（２１，４２１，５２１）と、を備え、
各分配面は、配列方向に対して傾斜して配置され、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、配列方向に沿って入射する光源光を部分的に配列方向に沿って透過させることにより、各分配面にて光源光が分配されつつ、各分配面から所定方向への照明が行なわれるように構成されており、
分配ユニットは、複数設けられ、
複数の分配ユニットが所定方向に沿って互いに積層されて１つの画像形成部を照明し、
各分配ユニットにおける配列方向に沿って並べられた複数の分配面について、光源光が先に入射する側を始端側と定義し、始端側とは反対側を終端側と定義すると、
複数の分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの終端側から透過した光源光を、他の１つの分配ユニットの始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える。

このような表示器によると、配列方向に沿って並べられた複数の分配面を有する分配ユニットにおいて、各分配面は、光源部から配列方向に沿って入射する光源光を部分的に所定方向へ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向に沿って透過させる。したがって、ある分配面にて反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面へと入射する。次の分配面でも、反射された部分的な光源光は、所定方向への照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向に隣り合う次の分配面等へと入射する。これにより、各分配面で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面から所定方向への照明が行なわれ、分配ユニットが面状照明体として機能する。

分配ユニットを通じた照明性能の高い面状照明にて画像形成部が照明されて、画面に画像を形成するので、表示品位の高い表示器を提供することができる。
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

第１実施形態のＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す図である。 第１実施形態の画像表示パネルの正面図である。 図２のIII部を拡大して示す図である。 図３のIV−IV線断面図である。 第１実施形態の表示器を示す側面図である。 第１実施形態のバックライトを示す斜視図である。 第１実施形態の発光素子の強度分布を示す図である。 第１実施形態のバックライトを説明するためのより簡略化されたモデルを示す図である。 第１実施形態の照明用光学素子の製造方法を説明するための簡略化された図である。 第２実施形態のバックライトを示す斜視図である。 第２実施形態の照明用光学素子を示す斜視図である。 図１１のXII方向に沿って照明用光学素子をみた矢視図である。 図１１のXIII方向に沿って照明用光学素子をみた矢視図である。 第３実施形態のバックライトを示す側面図である。 第４実施形態のバックライトを示す側面図である。 第５実施形態のバックライトを示す側面図である。 第６実施形態のバックライトを示す側面図である。 第６実施形態の照明の強度分布を説明するための模式的なグラフである。 変形例８におけるバックライトを部分的に示す側面図である。 変形例１１におけるバックライトを示す斜視図である。 変形例１２におけるバックライトの光源光の拡がり方を説明するための図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による虚像表示装置は、車両１に用いられ、当該車両１のインストルメントパネル２内に収容されることにより、当該車両１に搭載されているヘッドアップディスプレイ装置（以下ＨＵＤ装置）１００となっている。ＨＵＤ装置１００は、車両１のウインドシールド３に設定された投影部３ａへ向けて画像を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、画像を、視認者としての乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の表示光が、車両１の室内に設定された視認領域ＥＢに到達することにより、視認領域ＥＢにアイポイントＥＰが位置する乗員が当該表示光を虚像ＶＲＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＲＩとして表示される各種情報を認識することができる。虚像表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両１の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。

以下において、特に断り書きが無い限り、前方、後方、前後方向、上方、下方、上下方向、左方、右方、及び左右方向の表記は、水平面ＨＰ上の車両１を基準として記載される。

車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないしは合成樹脂により透光性の板状に形成され、インストルメントパネル２よりも上方に配置されている。ウインドシールド３は、表示光が投影される投影部３ａを、滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に設けられていなくてもよい。例えば車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに投影部３ａが設けられていてもよい。

視認領域ＥＢは、ＨＵＤ装置１００により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域ＥＢは、典型的には、車両１に設定されたアイリプスと重なるように設定される。アイリプスは、乗員のアイポイントＥＰの空間分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状に設定されている。

このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図２〜７も用いて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、図２に示すように、ハウジング１０、表示器２０、及び拡大導光部１６等により構成されている。

ハウジング１０は、例えば合成樹脂ないしは金属等により、例えば表示器２０、拡大導光部１６等のＨＵＤ装置１００の他の要素を収容する中空形状を有しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置されている。ハウジング１０は、投影部３ａと対向する上面部に、光学的に開口する窓部１１を有している。窓部１１は、表示光を透過可能な防塵シート１２で覆われている。

表示器２０は、表示画面２２に画像を表示して、その画像の表示光を拡大導光部１６へ向けて投射する。本実施形態の表示器２０は、液晶表示器となっている。表示器２０は、画像表示パネル２１及びバックライト３０を有し、例えば箱状のケーシング２０ａにこれらを収容して構成されている。

拡大導光部１６は、表示器２０から入射した表示光を、投影部３ａへと導光する。拡大導光部１６は、例えば平面鏡１７及び凹面鏡１８を有している。平面鏡１７は、例えば合成樹脂ないしはガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面１７ａを形成した反射鏡である。反射面１７ａは、滑らかな平面状に形成されている。表示器２０から平面鏡１７に入射した表示光は、反射面１７ａにより凹面鏡１８へ向けて反射される。

凹面鏡１８は、例えば合成樹脂ないしはガラスからなる基材の表面に、アルミニウムを蒸着させること等により、反射面１８ａを形成した反射鏡である。反射面１８ａは、凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。平面鏡１７から凹面鏡１８に入射した表示光は、反射面１８ａにより投影部３ａへ向けて反射される。ここで、凹面鏡１８の反射面１８ａでの反射によって、虚像ＶＲＩを拡大することが可能となると共に、反射面１８ａを自由曲面状に形成することで、拡大された虚像ＶＲＩの歪みを低減することができる。また、凹面鏡１８は、左右方向に延びる回転軸１８ｂまわりに回動可能となっており、虚像ＶＲＩが表示される上下方向の位置を調整することができるようになっている。

こうして凹面鏡１８の反射面１８ａに反射された表示光は、防塵シート１２を透過することでＨＵＤ装置１００の外部へ射出され、ウインドシールド３の投影部３ａに入射する。投影部３ａに反射された表示光が乗員のアイポイントＥＰに到達すると、当該乗員は虚像ＶＲＩを視認可能となるのである。

以下では、本実施形態の表示器２０について詳細に説明する。表示器２０の画像表示パネル２１は、図２〜４に示すように、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いたＴＦＴ液晶パネルであって、例えば２次元に配列された複数の液晶画素２１ａから形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

具体的に図２に示すように、画像表示パネル２１は、長手方向及び短手方向を有する矩形状を呈している。液晶画素２１ａが長手方向及び短手方向に配列されることで、拡大導光部１６側を向き画像を表示光として射出する表示画面２２もまた矩形状を呈している。図３に示すように、各液晶画素２１ａでは、表示画面２２の法線方向に貫通して設けられる透過部２１ｂと、当該透過部２１ｂを囲んで形成された配線部２１ｃとが設けられている。

画像表示パネル２１は、図４に示すように、一対の偏光板２４ａ，２４ｂ及び一対の偏光板２４ａ，２４ｂに挟まれた液晶層２５等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板２４ａ，２４ｂは、互いに実質直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸に偏光した光を透過させ、吸収軸に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板２４ａ，２４ｂは、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層２５は、液晶画素２１ａ毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層２５に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。こうして画像表示パネル２１は、偏光方向の回転により拡大導光部１６側の偏光板２４ｂを透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素２１ａ毎に変えることができる。

したがって、画像表示パネル２１は、バックライト３０側の表面である照明対象面２３への光源光の入射に対応して、液晶画素２１ａ毎の透過率が制御されることで、表示画面２２に画像を形成する画像形成部として機能する。隣り合う液晶画素２１ａには、互いに異なる色（例えば赤、緑及び青）のカラーフィルタ２６が設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が実現されるようになっている。

なお、本実施形態の画像表示パネル２１において、一対の偏光板２４ａ，２４ｂのうち、照明対象面２３側の偏光板２４ａは、当該画像表示パネル２１の長手方向及び短手方向に対して実質４５度の角度をなす方向に、透過軸が設定されている。

バックライト３０は、図５〜７に示すように、画像表示パネル２１の照明対象面２３への照明に用いられ、光源部３１、集光部３３及び照明用光学素子３６等により構成されている。

光源部３１は、光源用回路基板上に実装された複数の発光素子３１ａを一列に配列することにより設けられている（図６参照）。本実施形態において発光素子３１ａの配列方向ＡＩＤは、画像表示パネル２１の短手方向に対応しており、発光素子３１ａの配列個数は、５個となっている。

各発光素子３１ａは、例えば発熱の少ない発光ダイオード素子である。各発光素子３１ａは、光源用回路基板上の配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各発光素子３１ａは、チップ状の青色発光ダイオードを、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオードから電流量に応じて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光を発光し、青色光と黄色光との混合により、各発光素子３１ａから疑似白色の光源光が発せられる。

ここで図７に示すように、各発光素子３１ａは、発光強度が最大となる発光ピーク方向ＰＫＤから乖離するに従って発光強度が相対的に低下する放射角度分布にて、光源光を発する。各発光素子３１ａにおいて、発光ピーク方向ＰＫＤは、照明用光学素子３６へ向かう方向となっている。なお本実施形態では、この発光ピーク方向ＰＫＤが、後述する配列方向ＡＤＤに沿うように設定される。

集光部３３は、図５，６に示すように、光源部３１と照明用光学素子３６との間に配置されている。集光部３３は、各発光素子３１ａに個別に対応した複数の集光レンズ素子３４を有している。各集光レンズ素子３４は、例えば発光素子３１ａ側の屈折面を滑らかな平面状に形成し、配列ユニット３７側の屈折面を滑らかな凸面状に形成した凸レンズ状に形成されている。したがって、各発光素子３１ａからの光源光は、各集光レンズ素子３４により平行光へ近づくように集光された後、照明用光学素子３６へと入射する。

照明用光学素子３６は、１つの分配ユニット３７を有している。分配ユニット３７は、例えばガラスを主体とした透光性の平板状（より詳細には、偏平した直方体状）に形成されている。分配ユニット３７は、画像表示パネル２１の照明対象面２３と対向するように、当該照明対象面２３側を向く対向板面３８と、照明対象面２３とは反対側を向き、対向板面３８に実質平行な反対板面３９とを有している。分配ユニット３７の対向板面３８を通じて画像表示パネル２１の照明対象面２３への照明が行なわれる。具体的に、分配ユニット３７は、光源光を分配して面状照明（あるいは面状発光）を行なう。対向板面３８及び反対板面３９は、互いに同面積の平面状をなし、外輪郭を矩形状（より詳細には、長方形状）に形成している。

分配ユニット３７は、対向板面３８及び反対板面３９が延設された方向のうち一配列方向ＡＤＤに沿って積層された透光性の複数のガラス基材４２、及び当該ガラス基材４２との間に挟まれて配置された複数の光学面４４を有している。より詳細に、分配ユニット３７では、複数の光学面４４を配列方向ＡＤＤに沿って並ぶように形成するために、当該光学面４４の数よりも１つ多いガラス基材４２が設けられている。特に本実施形態では、ガラス基材４２が１０つ設けられることで、当該ガラス基材４２の間に９つの光学面４４が設けられている。

特に本実施形態では、光学面４４の配列方向ＡＤＤは、画像表示パネル２１の長手方向に対応する方向であって、発光素子３１ａの配列方向ＡＩＤとは交差する方向（より詳細には実質直交する方向）となっている。

対向板面３８の端部と反対板面３９の端部との間には、それぞれ対向板面３８及び反対板面３９とは実質垂直に延設された平面状をなし、外輪郭を矩形状に形成した側面４０が４つ形成されている。この４つの側面４０は、対向板面３８及び反対板面３９の長辺と接続された２つの長側面４０ａ，４０ｂ、及び対向板面３８及び反対板面３９の短辺と接続された２つの短側面４０ｃ，４０ｄにより構成されている。さらに２つの短側面４０ｃ，４０ｄのうち一方の側面４０ｃが、光源部３１の各発光素子３１ａと集光レンズ素子３４を挟んで対向している。

分配ユニット３７において、複数の光学面４４は、互いに実質平行に配置されている。具体的に各光学面４４は、配列方向ＡＤＤに対して実質同じ角度（例えば４５度）に傾斜した平面状をなしている。各光学面４４は、２つの長側面４０ａ，４０ｂ間を接続するように輪郭が細長い矩形状に形成されている。こうした形状によって、配列方向ＡＩＤに沿って並ぶ５つの発光素子３１ａからの光源光を同じ光学面４４に同時に入射させることができる。

この各光学面４４の配置に応じて、複数のガラス基材４２のうち、光学面４４同士に挟まれたガラス基材４２ａは、長側面４０ａ，４０ｂの一部分を構成する底面が平行四辺形の直角柱状に形成されている。複数のガラス基材４２のうち、光学面４４と短側面４０ｃ，４０ｄに挟まれたガラス基材４２ｂは、長側面４０ａ，４０ｂの一部分を構成する底面が三角形の直角柱状に形成されている。こうした複数のガラス基材４２は、例えば互いに同じ屈折率及びアッベ数を有する同種のガラスにより形成されている。

各光学面４４は、光学多層膜により形成されている。光学多層膜は、２種類以上の互いに屈折率の異なる誘電体等の光学材料からなる薄膜状の光学膜を、積層して形成されている。光学膜としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等を採用することが可能である。本実施形態の光学多層膜は、酸化チタンからなる光学膜と、酸化シリコンからなる光学膜とを、交互に積層して形成されている。

各光学膜における各膜厚は、事前に、コンピュータにより光の干渉をシミュレートした最適化計算によって適宜設定される。したがって、各光学面４４の透過率、反射率、及びこれらの波長特性は、光学多層膜における光の干渉の結果に基づいて特徴づけられている。

本実施形態の９つの光学面４４のうち、光源部３１とは最も遠くに配置された面は、光源光を実質１００％反射する反射面４６となっている。９つの光学面４４のうち、光源部３１側に配置された反射面４６以外の８つの面は、光源光を反射光と透過光とに分配する分配面４５となっている。

より詳細に、各分配面４５は、配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光を部分的に配列方向ＡＤＤとは交差する所定方向に反射すると共に、配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光を部分的に配列方向ＡＤＤに沿って透過させる。ここで、各分配面４５の配列方向ＡＤＤに対する角度が実質同一となっていることにより、各分配面４５により反射される所定方向は、各分配面４５間で共通の反射方向ＲＤとなっている。特に本実施形態では、各分配面４５が配列方向ＡＤＤに対して４５度傾斜しているため、配列方向ＡＤＤに沿っていた光源光の向きが反射により９０度変換されるので、反射方向ＲＤは、対向板面３８の法線方向に沿っている。反射面４６の傾斜角度及び反射方向ＲＤも、分配面４５と同様となっている。

すなわち、光源部３１から配列方向ＡＤＤに沿って進行する光源光は、光源部３１に最も近い１番目の分配面４５にて、反射光と透過光とに分配される。反射光は、反射方向ＲＤに進行することで、反射方向ＲＤへの照明に用いられる。透過光は、そのまま配列方向ＡＤＤに沿って進行することで、２番目の分配面４５にて、反射面４６と透過光とに分配される。こうして各分配面４５にて順々に光源光が分配されていき、透過光が最後の分配面４５を透過すると、配列方向ＡＤＤに沿って反射面４６に入射し、実質残りの全ての光源光が反射面４６により反射方向ＲＤへと反射される。したがって、各分配面４５にて光源光が順々に分配されつつ、各分配面４５及び反射面４６から反射方向ＲＤへの照明が行なわれる。

反射方向ＲＤに沿って各光学面４４を見た場合に、互いに隣の光学面４４の端部同士が接するような間隔で、各光学面４４が配置されている。故に、分配ユニット３７において対向板面３８から、隙間が生じないように反射方向ＲＤへ指向性の高い面状照明を行なうことが可能となっている。

ここで、分配ユニット３７における配列方向ＡＤＤに沿って並べられた複数の光学面４４について、光源光が先に入射する側（すなわち側面４０ｃが位置する側）を始端側と定義し、始端側とは反対側（すなわち側面４０ｄが位置する側）を終端側と定義する。係る定義の下、各光学面４４の反射率は、終端側から始端側へ向かうに従って漸次低下するように設定されている。換言すると、各光学面４４の反射率は、終端側から始端側へ向かうに従って漸次高くなるように設定されている。

仮に各分配面４５の反射率を同じにした場合、分配面４５での分配が繰り返されると、終端側では分配面４５に入射する光源光の強度が低下してしまい、当該分配面４５により反射される反射光の強度も低下し、始端側に比べて終端側での照明の強度が小さくなってしまう事態が懸念される。一方で、本実施形態のように、始端側の分配面４５の反射率を相対的に低下させると、始端側の照明の強度を抑制しつつ、終端側により多くの光源光を分配することができるため、終端側の照明の強度を向上させることができる。

具体的に本実施形態では、各光学面４４について、最も終端側の光学面である反射面４６を１番目の面とし、当該反射面４６に対する始端側の隣の分配面４５を２番目の面とし、以下、順にｎ番目の面とすると、各光学面４４の反射率Ｒｎは、Ｒｎ＝１／ｎの数式で表される。このようにすると、各光学面４４は、光源部３１から提供された光源光の強度に対してそれぞれｎ分の１の強度の光源光を反射方向ＲＤに反射することとなるので、分配ユニット３７全体として照明ムラの少ない、均一化された面状照明を実現することができる。

この面状照明について、光学面４４が３つ（詳細には分配面４５が１つ、反射面４６が１つ）であるより簡略化された例に基づいて、図８を用いて説明する。強度１の光源光が最も始端側の分配面４５ｘ（すなわち終端側から３番目の面）に入射する。分配面４５ｘの反射率Ｒ_３は、上述の数式に基づいて、Ｒ_３＝１／３≒３３．３％に設定されている。この結果、分配面４５ｘにて反射方向ＲＤへ強度０．３３の光源光が反射される。一方、分配面４５ｘを透過して、隣の分配面４５ｙ（すなわち終端側から２番目の面）へ強度０．６６の光源光が入射する。分配面４５ｙの反射率Ｒ_２は、上述の数式に基づいて、Ｒ_２＝１／２≒５０％に設定されている。この結果、分配面４５ｙにて反射方向ＲＤへ強度０．３３の光源光が反射される。一方、分配面４５ｙを透過して、隣の反射面４６（すなわち終端側から１番目の面）へ強度０．３３の光源光が入射する。反射面４６の反射率Ｒ_１は、上述の数式に基づいて、Ｒ_１＝１／１≒１００％に設定されている。この結果、反射面４６にて反射方向ＲＤへ強度０．３３の光源光が反射される。したがって、各光学面４４から強度０．３３の光源光が射出されることになり、分配ユニット３７全体の照明ムラを抑制することができる。

なお、上述の反射率（及び透過率）は、エネルギー反射率であるものとする。さらに反射率は、分配ユニット３７の照明対象である画像表示パネル２１の特性に基づいて規定されることが好ましい。すなわち、画像表示パネル２１の照明対象面２３側の偏光板２４ａにおける透過軸に沿った偏光方向の反射率が上述の数式のように設定されることが望ましい。本実施形態では、偏光板２４ａの透過軸が長手方向及び短手方向に対して４５度の角度に設定されているため、各分配面４５及び反射面４６におけるＳ偏光反射率とＰ偏光反射率の平均値が上述のように設定されている。

以下、本実施形態の照明用光学素子３６の製造方法を簡潔に説明する。図９に示すように、まず、複数のガラス板９１の間に、光学多層膜を挟み込んで積層した積層体９０を形成する。次に、この積層体９０を、その積層方向に対して、例えば４５度の角度の切断方向ＣＤに、切断することにより、断面が平行四辺形の板状体９２を形成する。このようにすると、板状体９２は、切断方向ＣＤが上述の配列方向ＡＤＤに一致することにより、光学多層膜が当該配列方向ＡＤＤに対して傾斜した状態となる。最後に、平行四辺形状となっている両側の端部を、先程の切断の方向に対して実質垂直となるように切り落とすことで、上述の短側面４０ｃ，４０ｄが形成される。以上により、小型（薄型）で照明性能の高い面状照明を実現する照明用光学素子３６を製造することができる。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態のＨＵＤ装置１００によると、配列方向ＡＤＤに沿って並べられた複数の分配面４５を有する分配ユニット３７において、各分配面４５は、光源部３１から配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光を部分的に所定方向としての反射方向ＲＤへ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向ＡＤＤに沿って透過させる。したがって、ある分配面４５にて反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５へと入射する。次の分配面４５でも、反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５等へと入射する。これにより、各分配面４５で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面４５から反射方向ＲＤへの照明が行なわれ、分配ユニット３７が面状照明体として機能する。

分配ユニット３７を通じた照明性能の高い面状照明にて画像形成部としての画像表示パネル２１が照明されて、表示画面２２に画像を形成する。こうした面状照明を用いた画像が投影部３ａに投影されるので、虚像表示においても高い表示品位を実現することができる。

また、第１実施形態によると、分配ユニット３７において各分配面４５の反射率は、終端側から始端側へ向かうに従って低くなるように設定されている。このようにすると、始端側の分配面４５での反射を抑制してより多くの光を透過光として終端側へ送ることができるので、始端側の反射方向ＲＤへの照明の強度と、終端側の反射方向ＲＤへの照明の強度とのバランスを取ることができる。

また、第１実施形態によると、終端側からｎ番目の光学面４４の反射率をＲｎについて、Ｒｎ＝１／ｎが成立する。このようにすると、各光学面４４からの反射方向ＲＤへの照明の強度が均一化されるので、照明性能をより高めることができる。

また、第１実施形態によれば、反射方向ＲＤに沿って各分配面４５を見ると、互いに隣の分配面４５の端部同士が接するような間隔で、各分配面４５が配置されている。したがって、分配ユニット３７の分配面４５が配列された領域から、隙間を抑制して反射方向ＲＤへの照明を行なうことができるので、照明性能をより高めることができる。

また、第１実施形態の照明用光学素子３６によると、配列方向ＡＤＤに沿って並べられた複数の分配面４５を有する分配ユニット３７において、各分配面４５は、配列方向ＡＤＤに沿って入射する光を部分的に反射方向ＲＤへ反射すると共に、また当該光を部分的に配列方向ＡＤＤに沿って透過させるようになっている。したがって、ある分配面４５にて反射された部分的な光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５へと入射する。次の分配面４５でも、反射された部分的な光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５等へと入射する。これにより、各分配面４５で次々と光を分配していくことにより、それぞれの分配面４５から反射方向ＲＤへの照明が行なわれ、分配ユニット３７が面状照明体として機能する。故に、この照明用光学素子３６を用いることにより照明性能の高い面状照明を実現することができる。

また、第１実施形態の照明用バックライト３０によると、配列方向ＡＤＤに沿って並べられた複数の分配面４５を有する分配ユニット３７において、各分配面４５は、光源部３１から配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光を部分的に反射方向ＲＤへ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向ＡＤＤに沿って透過させる。したがって、ある分配面４５にて反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５へと入射する。次の分配面４５でも、反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５等へと入射する。これにより、各分配面４５で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面４５から反射方向ＲＤへの照明が行なわれ、分配ユニット３７が面状照明体として機能する。故に、照明用バックライト３０において照明性能の高い面状照明を実現することができる。

また、第１実施形態の表示器２０によると、配列方向ＡＤＤに沿って並べられた複数の分配面４５を有する分配ユニット３７において、各分配面４５は、光源部３１から配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光を部分的に反射方向ＲＤへ反射すると共に、また当該光源光を部分的に配列方向ＡＤＤに沿って透過させる。したがって、ある分配面４５にて反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５等へと入射する。次の分配面４５でも、反射された部分的な光源光は、反射方向ＲＤへの照明に資することとなり、また、透過した部分的な光源光は、配列方向ＡＤＤに隣り合う次の分配面４５等へと入射する。これにより、各分配面４５で次々と光源光を分配していくことにより、それぞれの分配面４５から反射方向ＲＤへの照明が行なわれ、分配ユニット３７が面状照明体として機能する。

分配ユニット３７を通じた照明性能の高い面状照明にて画像表示パネル２１が照明されて、表示画面２２に画像を形成するので、表示品位の高い表示器２０を提供することができる。

（第２実施形態）
図１０〜１４に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態において１つの画像表示パネル２１に対応するバックライト２３０は、光源部２３１、集光部２３３、及び１つの分配ユニット３７と１つのサブユニット２５０とを組み合わせた照明用光学素子２３６等により構成されている。ここで分配ユニット３７は、第１実施形態の構造と同様のものである（但し分配面４６が９つになっている）が、第１実施形態にて発光素子３１ａが配列されていた位置に、サブユニット２５０が配置されている。分配ユニット３７の始端側にサブユニット２５０が接続されていることで、分配ユニット３７とサブユニット２５０とは、一体的な平板状の照明用光学素子２３６を形成している。

サブユニット２５０は、分配ユニット３７における光学面４４の配列方向ＡＤＤとは交差する方向であって、より詳細には実質直交する方向（各光学面４４が延伸している長側面４０ａ，４０ｂを結ぶ方向）を配列方向ＡＤＤｓとしている。すなわち、分配ユニット３７と同様に、サブユニット２５０は、配列方向ＡＤＤｓに沿って積層された透光性の複数のガラス基材２５１、及び当該ガラス基材２５１との間に挟まれて配置された複数のサブ光学面２５２を有している。特に本実施形態では、７つのサブ光学面２５２が設けられている。

第２実施形態の光源部２３１は、１つの発光素子２３１ａを有している。集光部２３３は、発光素子２３１ａと、サブユニット２５０との間に配置されており、光源光を集光する。光源部２３１から配列方向ＡＤＤｓに沿ってサブ光学面２５２に光源光が入射するようになっている。したがって、分配ユニット３７と同様に、サブユニット２５０のサブ光学面２５２にも始端側と終端側とが独自に定義できる。

各サブ光学面２５２は、サブユニット２５０の始端側から終端側へ向かう程、分配ユニット３７側へ近づくように、配列方向ＡＤＤｓに対して例えば４５度傾斜している。各サブ光学面２５２も、分配ユニット３７の光学面４４と同様に、光学多層膜により形成されている。７つのサブ光学面２５２のうち、サブユニット２５０の最も終端側に配置された面は、光源光を実質１００％反射するサブ反射面２５４となっている。７つのサブ光学面２５２のうち、サブユニット２５０の始端側に配置されたサブ反射面２５４以外の６つの面は、光源光を反射光と透過光とに分配するサブ分配面２５３となっている。

サブユニット２５０においても、各サブ光学面２５２の反射率は、当該サブユニット２５０の終端側から始端側へ向かうに従って漸次低下するように設定されている。より詳細に、各サブ光学面２５２の反射率Ｒｎも、Ｒｎ＝１／ｎの数式で表される。１つの発光素子２３１ａからの光源光は、サブユニット２５０によって配列方向ＡＤＤに沿った反射方向へ面状照明を行なう形態に変換された上で、分配ユニット３７にて配列方向ＡＤＤｓに延伸した各光学面４４に入射されることとなる。

以上説明した第２実施形態によると、配列方向ＡＤＤｓに沿って並べられた複数のサブ分配面２５３を有し、光源部２３１からの光源光を分配して、分配ユニット３７に対して面状照明を行なうサブユニット２５０が設けられている。すなわち、サブユニット２５０と分配ユニット３７とを組み合わせて、光源部２３１の光源光を２次元的に拡大できる。この際に、また各ユニット３７，２５０を光源光が経由することで、当該光源光が多重の分配作用を受けるので、この間に強度のムラを低減させることができ、照明ムラを抑制することができる。

（第３実施形態）
図１４に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第３実施形態において１つの画像表示パネル２１に対応するバックライト３３０は、光源部３１、集光部３３及び分配ユニット３３７のセットを、複数組み合わせて構成されている。すなわち第３実施形態では、複数の分配ユニット３３７が並列に並べられて１つの画像表示パネル２１を照明するようになっている。ここで、各セットの分配ユニット３３７は、互いに一体的に形成されることにより、１つの照明用光学素子３３６を構成している。特に本実施形態では、上述のセットが２つ設けられている。

各セットの分配ユニット３３７は、配列方向ＡＤＤに沿って積層された透光性の複数のガラス基材４２、及び当該ガラス基材４２との間に挟まれて配置された複数の光学面４４を有している。特に本実施形態では、８つの光学面４４が設けられている。各分配ユニット３３７における配列方向ＡＤＤは実質同じ方向に設定されているが、各分配ユニット３３７における始端側と終端側とは、反対向きとなるように設定されている。より詳細に、各分配ユニット３３７における始端側の側面４０ｃ同士が貼り合わせ等により互いに機械的に接続されている。

故に本実施形態では、始端側の側面４０ｃから光源光を入射させることができない。このため、各分配ユニット３３７において反対板面３９のうち、最も始端側の光学面３４７と対向する入射領域３９ａから、光源光を各分配ユニット３３７へ入射させるようになっている。したがって、各光源部３１の各発光素子３１ａは、集光レンズ素子３４を挟んで、入射領域３９ａと対向している。

各光学面４４のうち、最も始端側の光学面３４７を除く７つの面は、第１実施形態と同様に反射方向ＲＤに光源光を反射して照明を行なうようになっている。一方、最も始端側の光学面３４７は、光源光を反射光と透過光とに分配する面となっているが、光源光の入射方向が反射方向ＲＤに沿っているので、光源光を部分的に方向ＲＤへ透過して照明を行なうと共に、光源光の他部を配列方向ＡＤＤへ反射して、始端側から２番目の分配面４５へ入射させる。すなわち、最も始端側の光学面３４７は、透過と反射の機能が逆となった逆分配面となっている。

逆分配面としての光学面３４７では、透過率ＴｎがＴｎ＝１／ｎとなるように設定されることが好ましいので、反射率ＲｎはＲｎ＝１−１／ｎに設定されている。

以上説明した第３実施形態によると、複数の分配ユニット３３７が並列に並べられて１つの画像表示パネル２１を照明する。このようにすると、１つの分配ユニット３３７が画像表示パネル２１の一部分を照明すればよいので、１つの分配ユニット３３７当たりの分配面４５を含む光学面４４の設置個数を抑制することができる。したがって、容易に分配ユニット３３７を製造することができる。

例えば、１つの分配ユニット３３７の分配面４５の設置個数を多くすると、これらの反射率を終端側から始端側へ漸次低下するように設定するために、隣り合う分配面４５同士の反射率差が小さくなるので、各分配面４５の反射率により高い精度が要求される。１つの分配ユニット３３７の分配面４５の設置個数が少なくなれば、隣り合う分配面４５同士の反射率差が大きくなるので、各分配面４５の反射率への要求精度を抑制しながら、始端側の反射方向ＲＤへの照明の強度と、終端側の反射方向ＲＤへの照明の強度とのバランスを取ることができる。

（第４実施形態）
図１５に示すように、第４実施形態は第１実施形態の変形例である。第４実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第４実施形態においてバックライト４３０は、光源部３１、集光部３３、及び照明用光学素子４３６等により構成されている。第４実施形態の照明用光学素子４３６は、複数の分配ユニット４３７ａ，４３７ｂ及び導光部４５０を一体的に有している。

複数の分配ユニット４３７ａは、共通する反射方向ＲＤに沿って互いに積層された積層構造を形成している。本実施形態では、２つの分配ユニット４３７ａ，４３７ｂが設けられている。２つの分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにおける配列方向ＡＤＤは互いに実質同じ方向に設定されているが、２つの分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにおける始端側と終端側とは、反対向きとなるように設定されている。

各分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにおいて複数の光学面４４４ａ，４４４ｂは、互いに配列方向ＡＤＤに配列されている。特に本実施形態では、各分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにそれぞれ３つずつの光学面４４４ａ，４４４ｂが設けられている。

ただし、反射方向ＲＤに沿って分配ユニット４３７ａの各光学面４４４ａを見た場合に、互いに隣の光学面４４４ａの端部同士が離間するような間隔で、各光学面４４４ａが配置されている。同様に、反射方向ＲＤに沿って分配ユニット４３７ｂの各光学面４４４ｂを見た場合に、互いに隣の光学面４４４ｂの端部同士が離間するような間隔で、各光学面４４４ｂが配置されている。

そして、画像表示パネル２１と対向する分配ユニット４３７ｂの各光学面４４４ｂと、画像表示パネル２１に対して当該分配ユニット４３７ｂよりも遠くに位置する分配ユニット４３７ａの各光学面４４４ａとが、配列方向ＡＤＤにおいて互い違いに配置されている。すなわち、反射方向ＲＤに沿って各光学面４４４ａ，４４４ｂを見た場合に、分配ユニット４３７ａの光学面４４４ａの端部と、分配ユニット４３７ｂの光学面４４４ｂの端部とが、互いに接するような配置となっている。故に、複数の分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにより、隙間が生じないように反射方向ＲＤへ面状照明を行なうことが可能となっている。

第３実施形態において光源部３１の各発光素子３１ａは、集光レンズ素子３４を挟んで、分配ユニット４３７ａの始端側の側面４０ｃと対向している。したがって、照明用光学素子４３６において、まず最初に、分配ユニット４３７ａの始端側から光源光が入射するようになっている。

分配ユニット４３７ａの各光学面４４４ａは、全て光源光を反射光と透過光とに分配する分配面４４５となっている。分配ユニット４３７ａの終端側の側面４０ｂと分配ユニット４３７ｂの始端側の側面４０ａとには、導光部４５０が貼り合わせ等により機械的及び光学的に接続されている。よって分配ユニット４３７ａの最も終端側の分配面４４５を配列方向ＡＤＤに透過した光源光は、導光部４５０に入射するようになっている。導光部４５０は、分配ユニット４３７ａの終端側の側面４０ｂから入射した光を導光して、分配ユニット４３７ｂの始端側の側面４０ａへ入射させる。

分配ユニット４３７ｂの各光学面４４４ｂのうち、最も終端側の面は、第１実施形態の分配ユニット３７と同様に、光源光を実質１００％反射する反射面４４６となっている。各光学面４４４ｂのうち、始端側に配置された２つの面は、光源光を反射光と透過光とに分配する分配面４４５となっている。

ここで、第３実施形態では、配列方向ＡＤＤが画像表示パネル４２１の長手方向に対応している。第３実施形態の画像表示パネル４２１において、一対の偏光板２４ａ，２４ｂのうち、照明対象面２３側の偏光板２４ａは、当該画像表示パネル４２１の長手方向に対して実質９０度の角度をなす方向に、透過軸が設定されている。

このため、第３実施形態では、当該透過軸に沿った偏光方向の反射率、すなわち、各光学面４４４ａ，４４４ｂに配列方向ＡＤＤに沿って入射する光源光のＳ偏光反射率が、各分配ユニット４３７ａ，４３７ｂにおいて終端側から始端側へ向かうに従って低くなるように設定される。

具体的に、第１実施形態の分配ユニット３７と同様に、分配ユニット４３７ａにおいて各光学面４４４ａのＳ偏光反射率は、Ｒｎ＝１／ｎの数式で表される。より詳細に、分配ユニット４３７ａにおいて最も始端側の分配面４４５ａ（すなわち終端側から３番目の面）のＳ偏光反射率は、実質３３．３％に設定されている。次の分配面４４５ｂ（すなわち終端側から２番目の面）のＳ偏光反射率は、実質５０％に設定されている。次の分配面４４５ｃ（すなわち終端側から１番目の面）のＳ偏光反射率は、実質１００％に設定されている。

一方、分配面４４５ａ，４４５ｂ，４４５ｃのＰ偏光反射率は、それぞれ、実質０％に設定されている。この結果、光源光のうちＰ偏光だけが分配ユニット４３７ａから導光部４５０に入射するようになっている。

導光部４５０は、位相差板４５１及び２つの反射面４５２ａを有している。位相差板４５１は、透過しようとする光源光の偏光方向を、９０度変換する２分の１波長板となっている。この結果、導光部４５０に入射した光源光が位相差板４５１によりＳ偏光からＰ偏光へと変換される。

２つの反射面４５２ａ，４５２ｂは、光源光を折返して分配ユニット４３７ｂの始端側に入射させるために、反射によって光源光の進行方向を９０度変更する。反射面４５２ａは、Ｓ偏光反射率及びＰ偏光反射率が実質１００％に設定されており、光源光を反射することで、当該光源光の進行方向を反射方向ＲＤと平行な方向に４５度変換する。反射面４５２ｂは、Ｓ偏光反射率及びＰ偏光反射率が実質１００％に設定されており、光源光を反射することで、当該光源光の進行方向を配列方向ＡＤＤに沿った方向かつ分配ユニット４３７ｂの始端側から終端側へ向かう方向へ４５度変換する。

この結果、分配ユニット４３７ｂには、Ｓ偏光の光源光が入射することとなる。第１実施形態の分配ユニット３７と同様に、分配ユニット４３７ｂにおいて各光学面４４４ｂのＳ偏光反射率は、Ｒｎ＝１／ｎの数式で表される。より詳細に、分配ユニット４３７ｂにおいて最も始端側の分配面４４５ｄ（すなわち終端側から３番目の面）のＳ偏光反射率は、実質３３．３％に設定されている。次の分配面４４５ｅ（すなわち終端側から２番目の面）のＳ偏光反射率は、実質５０％に設定されている。次の反射面４４６（すなわち終端側から１番目の面）のＳ偏光反射率は、実質１００％に設定されている。

一方、分配面４４５ｄ，４４５ｅ及び反射面４４６のＰ偏光反射率は、０％に設定されているが、分配ユニット４３７ｂにはＳ偏光が入射するため、Ｐ偏光反射率を変更した場合の影響はほとんどないので、Ｐ偏光反射率を適宜設定することが可能である。

このようにして、第３実施形態のバックライト４３０では、画像表示パネル４２１の透過軸に沿ったＳ偏光を集中的に入射させることができるので、画像表示パネル４２１の偏光板２４ａにて光源光が吸収され難いので、画像表示パネル４２１の温度上昇の抑制が期待でき、また効率的な照明となっている。

以上説明した第４実施形態によると、複数の分配ユニット４３７ａ，４３７ｂが反射方向ＲＤに沿って互いに積層されて１つの画像表示パネル４２１を照明する。このようにすると、１つの分配ユニット４３７ａ又は４３７ｂが画像表示パネル４２１の一部分を照明すればよいので、１つの分配ユニット４３７ａ又は４３７ｂ当たりの光学面４４４ａ，４４４ｂの設置個数を抑制することができる。したがって、容易に分配ユニット４３７ａ，４３７ｂを製造することができる。

また、第４実施形態によると、複数の分配ユニット４３７ａ，４３７ｂのうち、１つの分配ユニット４３７ａの終端側から透過した光源光を、他の１つの分配ユニット４３７ｂの始端側へ導光する導光部４５０が設けられている。したがって、分配ユニット４３７ａ，４３７ｂ毎に個別の光源部３１を設置することが抑制できると共に、分配ユニット４３７ａで照明に用いられなかった光源光を、分配ユニット４３７ｂにて再利用することが可能となる。したがって、光源光の利用効率を高めることができる。

また、第４実施形態によると、画像表示パネル４２１は、特定の偏光方向の光によって画像を形成する。１つの分配ユニット４３７ａから、各分配面４４５ａ，４４５ｂ，４４５ｃを用いて光源光のうち特定の偏光方向の成分（例えばＳ偏光）を反射方向ＲＤへ反射すると共に、特定の偏光方向とは直交する成分（例えばＰ偏光）を導光部４５０へ射出する。導光部４５０は、特定の偏光方向とは直交する成分を、特定の偏光方向の成分に変換した上で、他の１つの分配ユニット４３７ｂの始端側へ導光することにより、他の１つの分配ユニット４３７ｂから、各分配面４４５ｄ，４４５ｅを用いて光源光のうち特定の偏光方向の成分を反射方向ＲＤへ反射させる。

したがって、特定の偏光方向の光を利用する画像表示パネル４２１に対して、殆どの光源光を当該偏光方向に偏光した光源光によって反射方向ＲＤへの照明を行なうことができるので、光源光の利用効率が高まる。故に、格段に照明性能を高めることができる。

（第５実施形態）
図１６に示すように、第５実施形態は第１実施形態の変形例である。第５実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第５実施形態においてバックライト５３０は、画像表示パネル５２１の照明対象面２３に対して斜め入射するように反射方向ＲＤが設定されている。光源光は、実質的に向きを変えずに画像表示パネル５２１を透過するようになっているので、表示画面２２から射出される表示光の進行方向は、表示画面２２の法線方向に対して傾斜した方向（例えば法線方向に対して実質１５度の角度差をなす方向）となっている。

このような構成によれば、ウインドシールド３を介して太陽光等の外光がＨＵＤ装置１００の内部に入射して、画像表示パネル５２１の表示画面２２に到達しても、表示画面２２に反射された外光の進行方向を、表示光の進行方向と異なる方向に向けることができる。故に、外光が表示光に混ざって視認領域ＥＢに到達し難くなるので、外光ノイズにより虚像ＶＲＩのコントラストが低下することが抑制され、虚像ＶＲＩの表示品位が高まる。

また表示光の主な進行方向に対して画像表示パネル５２１を傾斜させることにより、視認領域ＥＢに対して投影部３ａを挟んだ反対側に表示される虚像ＶＲＩの傾斜を所望の傾斜角度に調整することができる。

さて、第３実施形態のバックライト５３０は、配列方向ＡＤＤが画像表示パネル５２１の沿設方向のうち、長手方向に実質平行となるように配置されつつ、上述の表示光の進行方向の角度差に合わせて、各光学面５４４の角度が設定されている。すなわち、バックライト５３０における配列方向ＡＤＤと反射方向ＲＤとの角度が、９０度と上述の角度差との和となるように設定される。本実施形態では角度差が実質１５度なので、配列方向ＡＤＤと反射方向ＲＤとの角度が実質１０５度になればよい。したがって、各光学面５４４への光源光の入射角が実質５７．５度となり、配列方向ＡＤＤに対する各光学面５４４の角度は、実質３７．５度に設定されている。

以上説明した第５実施形態によると、各分配面４５は、反射方向ＲＤへ反射した光源光が、画像表示パネル５２１に斜め入射するように配置されている。このようにすると、ＨＵＤ装置１００において外光が画像表示パネル５２１の表示画面２２に入射した場合に、当該外光の反射方向と、各分配面４５による反射方向ＲＤとを、互いに異なる方向にすることができるので、画像表示パネル５２１が投影する画像に外光が混入し難くなる。したがって、投影部３ａに投影された虚像ＶＲＩの表示品位を高めることができる。

さらに、画像表示パネル５２１とバックライト５３０との平行配置では、画像表示パネル５２１とバックライト５３０との間のデッドスペースとなる空間の発生を抑制できる。このため、バックライト５３０の裏側の空間（図１６の破線参照）分だけ表示器２０の体格増大を抑制することができる。

（第６実施形態）
図１７，１８に示すように、第６実施形態は第１実施形態の変形例である。第６実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

図１７に示すように、第６実施形態のバックライト６３０において分配ユニット６３７では、反射方向ＲＤに沿って各光学面６４４を見た場合に、互いに隣の光学面６４４同士が部分的に重なるような間隔で、各光学面６４４が配置されている。特に本実施形態では、各光学面６４４の実質半分の面積が、隣の光学面６４４と重なるように設定されている。なお、重なり幅は、１／２でなくてもよい。

一方、光源部３１の各発光素子３１ａから発せられる光源光は、第１実施形態と同様の放射角度分布を有している。この光源光が集光部３３により平行光へ近づくように集光されたとしても、光源光には、ビームの中心から乖離するに従って強度が低下する強度分布が残存する。この強度分布は、例えばガウス分布に従う。

このような光源光が照明用光学素子６３６の分配ユニット６３７に入射すると、第１実施形態と同様に各光学面６４４により反射方向ＲＤへ反射され、面状照明が行なわれる。ただし本実施形態では、互いに隣の光学面６４４同士が部分的に重なるような間隔で配置されているので、各光学面６４４で反射された光源光の強度分布が互いに重なるような照明状態となる（図１８参照）。この結果、対向板面３８の射出領域全体に亘って、光源光の強度分布を原因とした照明ムラを解消して、強度を均一化した照明が実現される。

より厳密には、各光学面６４４が反射方向ＲＤにて重なることで、光源光が対向板面３８から射出されるまでに多重反射することがあるが、当該多重反射を経ることによって、より光源光の強度が均一化できる。

なお、本実施形態において最も始端側の光学面６４４ａ（詳細には分配面４５）及び最も終端側の光学面６４４ｂ（詳細には反射面４６）は、他の光学面６４４に対して実質半分の面積に設定されていることで、光源光のビームの中心を境界とした当該ビームの実質半分に対して作用を発揮する。またなお、図１７における円が連なる図示は、ビームが重なる様子を模式的に表している。

以上説明した第６実施形態によれば、反射方向ＲＤに沿って各分配面４５を見ると、互いに隣の分配面４５の端部同士が接するような間隔で、各分配面４５が配置されている。このようにすると、各分配面４５に反射される光源光のビームを部分的に重ねることができるので、光源部３１から入射する光源光のビームが持ち得る強度分布を起因とした照明ムラを、低減することができる。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に変形例１としては、照明用光学素子３６において、ガラス基材４２は、透光性の合成樹脂からなるプラスチック基材に置換されていてもよい。

変形例２としては、光学面４４は、光学多層膜として例えば合成樹脂からなるプラスチック多層膜であってもよい。また、光学面４４は、金属薄膜であってもよい。

変形例３としては、光学多層膜を用いなくても、光学面４４を実現することができる。この例として、複数のガラス基材４２における屈折率を互いに異なるようにして、当該ガラス基材４２間の屈折率差により、光学面４４が実現されるようにしてもよい。

変形例４としては、照明用光学素子３６は、光学面４４を除く内部の全領域をガラス基材４２により充填されていなくてもよい。例えば、複数のガラス基材４２間に空気層を設けて配置し、各ガラス基材４２の表面に光学多層膜を形成することで、当該空気層とガラス基材４２との境界にて光学面４４が構成されていてもよい。

変形例５としては、複数の分配面４５に同じ反射率の分配面４６が含まれていてもよい。

変形例６としては、集光レンズ素子３４は、フレネルレンズ状に形成されていてもよい。

第１，３〜６実施形態に関する変形例７としては、集光部３３において複数の集光レンズ素子３４は、互いに一体に形成されたレンズアレイを構成していてもよい。

変形例８としては、集光部３３は、照明用光学素子３６と一体的に形成されていてもよい。図１９の例では、光源部３１と対向する側面４０ａが凸状の滑らかな曲面をなすことで、光源光を平行光へ近づけている。

第１〜４，６実施形態に関する変形例９としては、画像表示パネル２１に対して、照明用光学素子３６の分配ユニット３７を傾斜させることにより、画像表示パネル２１の照明対象面２３に対して斜め入射するように反射方向ＲＤが設定されていてもよい。

変形例１０としては、照明用光学素子３６と画像表示パネル２１との間に、レンズ、拡散板等の追加の光学素子が配置されていてもよい。

変形例１１としては、複数の光学面４４を同心円状に形成してもよい。すなわち、配列方向ＡＤＤが極座標系の動径方向に設定されていてもよい。図２０，２１の例では、分配ユニット３７の内周側が始端側に対応し、外周側が終端側に対応している。そして、分配ユニット３７の中心軸ＣＡＸ上に光源部３１及び集光部３３が配置されている。第３実施形態と同様に、最も始端側の光学面４７は、透過と反射の機能が逆となった逆分配面となっている。

同心円状の配置では、光源光の平行度を保ちながら当該光源光のビーム幅を広げることにより、面状発光が実現される。このようなバックライト３０は、例えば、車両用のメータにおいて、回動する指針が目盛を指示することにより表示を行なうような、円形状の文字板の照明に好適である。

変形例１２としては、光源部３１は、発光ダイオード素子を発光素子３１ａとした態様に限らず、レーザ光源を用いるようにしてもよい。この場合に、例えば対向板面３８に蛍光体を塗布すること又は対向板面３８と照明対象面２３との間に蛍光体を有する板を配置すること等により、面状発光の照明性能を高めることができる。

変形例１３としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいはゲーム筐体等の移動しない筐体等の各種の乗り物に適用することができる。

変形例１４としては、表示器２０は、虚像ＶＲＩの表示に限らず、実像の表示に適用することができる。

変形例１５としては、バックライト３０は、画像表示パネル２１の照明及び文字板の照明に限らず、各種照明に適用することができる。

１００ ＨＵＤ装置、３ａ 投影部、２１，４２１，５２１ 画像表示パネル（画像形成部）、２２ 表示画面（画面）、２０ 表示器、３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ バックライト、３１，２３１ 光源部、３６，２３６，３３６，４３６，６３６ 照明用光学素子、４５，４４５ａ〜ｅ 分配面、ＡＤＤ 配列方向、ＲＤ 反射方向

Claims (9)

1. 投影部（３ａ）へ画像を投影することにより、前記画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
   光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
   配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、前記光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、
   前記分配ユニットを通じて照明されることにより、画面（２２）に前記画像を形成する画像形成部（２１，４２１，５２１）と、を備え、
   各前記分配面は、前記配列方向に対して傾斜して配置され、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向に沿って透過させることにより、各前記分配面にて前記光源光が分配されつつ、各前記分配面から前記所定方向への照明が行われるように構成されており、
   前記分配ユニットは、複数設けられ、
   複数の前記分配ユニットが前記所定方向に沿って互いに積層されて１つの前記画像形成部を照明し、
   各前記分配ユニットにおける前記配列方向に沿って並べられた前記複数の分配面について、前記光源光が先に入射する側を始端側と定義し、前記始端側とは反対側を終端側と定義すると、
   複数の前記分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの前記終端側から透過した前記光源光を、他の１つの分配ユニットの前記始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える虚像表示装置。
2. 各前記分配ユニットにおいて、各前記分配面の反射率は、前記終端側から前記始端側へ向かうに従って低くなるように設定されている請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記画像形成部は、特定の偏光方向の光によって前記画像を形成し、
   前記１つの分配ユニットから、各前記分配面を用いて前記光源光のうち前記特定の偏光方向の成分を前記所定方向へ反射すると共に、前記特定の偏光方向とは直交する成分を前記導光部へ射出し、
   前記導光部は、前記特定の偏光方向とは直交する成分を、前記特定の偏光方向の成分に変換した上で、前記他の１つの分配ユニットの前記始端側へ導光することにより、前記他の１つの分配ユニットから、各前記分配面を用いて前記光源光のうち前記特定の偏光方向の成分を前記所定方向へ反射させる請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
4. 各前記分配ユニットは、前記分配面を含むように、照明を行なう複数の光学面（４４４ａ，４４４ｂ）を有し、
   各前記分配ユニットにおいて、前記終端側からｎ番目の前記光学面の前記特定の偏光方向の成分の反射率をＲｎと定義すると、
   Ｒｎ＝１／ｎが成立する請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記配列方向とは別の配列方向（ＡＤＤｓ）に沿って並べられた複数のサブ分配面（２５３）を有し、前記光源光を分配して、前記１つの分配ユニットの前記始端側に対して面状照明を行なうサブユニット（２５０）を、さらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
6. 前記画像形成部は、板状に形成され、
   各前記分配ユニットは、前記画像形成部に沿うように配置された板状に形成され、
   各前記分配ユニットにおいて、各前記分配面は、前記所定方向へ反射した前記光源光が、前記画像形成部に斜め入射するように配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
7. 照明に用いられる照明用光学素子であって、
   配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）を備え、
   各前記分配面は、前記配列方向に対して傾斜して配置され、前記配列方向に沿って入射する前記光を部分的に前記配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、前記配列方向に沿って入射する前記光を部分的に前記配列方向に沿って透過させることにより、各前記分配面にて前記光が分配されつつ、各前記分配面から前記所定方向への照明が行なわれるように構成されており、
   前記分配ユニットは、複数設けられ、
   複数の前記分配ユニットが前記所定方向に沿って互いに積層されて１つの対象を照明し、
   各前記分配ユニットにおける前記配列方向に沿って並べられた前記複数の分配面について、前記光が先に入射する側を始端側と定義し、前記始端側とは反対側を終端側と定義すると、
   複数の前記分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの前記終端側から透過した前記光を、他の１つの分配ユニットの前記始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える照明用光学素子。
8. 照明に用いられる照明用バックライトであって、
   光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
   配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、前記光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、を備え、
   各前記分配面は、前記配列方向に対して傾斜して配置され、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向に沿って透過させることにより、各前記分配面にて前記光源光が分配されつつ、各前記分配面から前記所定方向への照明が行われるように構成されており、
   前記分配ユニットは、複数設けられ、
   複数の前記分配ユニットが前記所定方向に沿って互いに積層されて１つの対象を照明し、
   各前記分配ユニットにおける前記配列方向に沿って並べられた前記複数の分配面について、前記光源光が先に入射する側を始端側と定義し、前記始端側とは反対側を終端側と定義すると、
   複数の前記分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの前記終端側から透過した前記光源光を、他の１つの分配ユニットの前記始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える照明用バックライト。
9. 画像を表示する表示器であって、
   光源光を発する光源部（３１，２３１）と、
   配列方向（ＡＤＤ）に沿って並べられた複数の分配面（４４５）を有し、前記光源光を分配して面状照明を行なう分配ユニット（４３７ａ，４３７ｂ）と、
   前記分配ユニットを通じて照明されることにより、画面（２２）に画像を形成する画像形成部（２１，４２１，５２１）と、を備え、
   各前記分配面は、前記配列方向に対して傾斜して配置され、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向とは交差する所定方向（ＲＤ）へ反射すると共に、前記配列方向に沿って入射する前記光源光を部分的に前記配列方向に沿って透過させることにより、各前記分配面にて前記光源光が分配されつつ、各前記分配面から前記所定方向への照明が行なわれるように構成されており、
   前記分配ユニットは、複数設けられ、
   複数の前記分配ユニットが前記所定方向に沿って互いに積層されて１つの前記画像形成部を照明し、
   各前記分配ユニットにおける前記配列方向に沿って並べられた前記複数の分配面について、前記光源光が先に入射する側を始端側と定義し、前記始端側とは反対側を終端側と定義すると、
   複数の前記分配ユニットのうち、１つの分配ユニットの前記終端側から透過した前記光源光を、他の１つの分配ユニットの前記始端側へ導光する導光部（４５０）を、さらに備える表示器。

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