JP7172840B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。

従来、車両に搭載されるように構成され、虚像を表示する虚像表示装置が知られている。特許文献１に開示の装置は、バックライト及び画像表示パネルを備えている。画像表示パネルがバックライトからの照明光を透過させ、虚像として結像されることとなる画像を表示画面に表示する。バックライトに設けられた板状の投射レンズ及び画像表示パネルが傾斜配置されている。

特開２０１７－２０７６２２号公報

特許文献１の装置では、太陽光等の外光が画像の光とは逆行して表示画面に入射し、反射されたとしても、当該外光が画像の光と異なる反射方向に反射され、光路から分離されることにより、外光が虚像に紛れて視認されることが抑制されるとされている。

さて、近年の虚像表示装置では、より大きな虚像を表示するべく、画像表示パネルが大型化される傾向にある。画像表示パネルの大型化に伴い、外光の反射方向と、画像の光の進行方向とのなす角度を大きくしなければ、虚像の一部に外光が重なる現象が発生してしまう。ところが、当該角度を大きくするために、画像表示パネルを傾斜させ過ぎると、照明光が効率的に画像表示パネルを透過できなくなること、バックライトに極めて大きなデッドスペースが発生すること等の問題が生じ得る。

したがって、太陽光等の外光が存在する環境下での使用、車両への搭載性の確保等、車両用途に特有の懸念点が存在している。

この明細書の開示による目的のひとつは、車両用途に適した虚像表示装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、車両（１）に搭載されるように構成され、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
照明光を提供するバックライト（３１）と、
照明光を透過させ、虚像として結像されることとなる画像を表示画面（２２）に表示する画像表示パネル（２１）と、を備え、
バックライトは、
照明光を画像表示パネルへ向けて発光する光源部（３２，３３２）と、
光源部と画像表示パネルとの間の光路上に配置され、光源部からの照明光を透過しつつ偏向する偏向プリズム素子（３６ａ，２３６ａ）を配列してなる偏向プリズムアレイ（３６，２３６）を有し、
偏向プリズムアレイは、
偏向プリズムアレイの透過直前の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直前ベクトル（Ｓ１）の方向（ＤＳ１）に対して、偏向プリズムアレイの透過直後の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直後ベクトル（Ｓ２）の方向（ＤＳ２）を偏向し、
表示画面の単位法線ベクトル（Ｎｓ）と透過直前ベクトルとがなす角（θ１）よりも、表示画面の単位法線ベクトルと透過直後ベクトルとがなす角（θ２）が大きくなるように構成され、
光源部は、光源配置面（３４ａ）を有し、
透過直後ベクトルから透過直前ベクトルを差し引いたベクトル差の方向を偏向差分方向（ＤＳｄ）と定義すると、
画像表示パネルは、光源配置面との最近距離部（４２１ｃ）から偏向差分方向へ向かうに従って、光源配置面に対して離間するように、傾斜配置されている。
また開示された態様のひとつは、車両（１）に搭載されるように構成され、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
照明光を提供するバックライト（３１）と、
照明光を透過させ、虚像として結像されることとなる画像を表示画面（２２）に表示する画像表示パネル（２１）と、を備え、
バックライトは、
照明光を画像表示パネルへ向けて発光する光源部（３２，３３２）と、
光源部と画像表示パネルとの間の光路上に配置され、光源部からの照明光を透過しつつ偏向する偏向プリズム素子（３６ａ，２３６ａ）を配列してなる偏向プリズムアレイ（３６，２３６）を有し、
偏向プリズムアレイは、
偏向プリズムアレイの透過直前の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直前ベクトル（Ｓ１）の方向（ＤＳ１）に対して、偏向プリズムアレイの透過直後の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直後ベクトル（Ｓ２）の方向（ＤＳ２）を偏向し、
表示画面の単位法線ベクトル（Ｎｓ）と透過直前ベクトルとがなす角（θ１）よりも、表示画面の単位法線ベクトルと透過直後ベクトルとがなす角（θ２）が大きくなるように構成され、
各偏向プリズム素子は、三角プリズム状に形成され、
光源部と画像表示パネルとの間の光路上に配置される偏向プリズムアレイとは別のプリズムアレイであって、光源部からの照明光を透過しつつ偏向する光混合プリズム素子（２４０ａ，３４０ａ）を配列してなる光混合プリズムアレイ（２４０，３４０）を、さらに備え、
光混合プリズムアレイは、
照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向を、光混合プリズムアレイの透過前後において維持しつつも、
各光混合プリズム素子が照明光を相互に異なる方向へと局所的に偏向して、相互に異なる光混合プリズム素子を透過する照明光同士を、混ぜ合わせ、
偏向プリズムアレイと光混合プリズムアレイとは、一体的に形成されてプリズムアレイ部材（２３５）を構成している。

これらのような態様によると、θ１よりも、θ２が大きくなるように構成されることにより、画像の光とは逆行して表示画面に入射する外光の反射方向と、表示画面から射出された画像の光の進行方向とのなす角度が大きくなる。このため、虚像の一部に外光が重なる現象を抑制することができる。

この現象の抑制は、光源部と画像表示パネルとの間の光路上に、偏向プリズムアレイが配置されることにより実現される。偏向プリズムアレイが光源部からの照明光を透過しつつ偏向するので、画像表示パネルを傾斜させ過ぎることなく、θ２を大きくすることができる。したがって、画像表示パネルでの照明光の透過効率の悪化の抑制、バックライトでの極めて大きなデッドスペースの発生の抑制を実現することができる。

また、偏向プリズムアレイは、偏向プリズム素子を配列して形成されているので、バックライトの体格拡大に影響し難い構成となっている。以上により、車両用途に適した虚像表示装置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の自動車への搭載状態を示す図である。 第１実施形態の表示器の内部構成を示す図である。 第１実施形態の偏向プリズムアレイを部分的に拡大して示す断面図である。 第１実施形態のベクトルと角度を説明するための図である。 第１実施形態の表示器と導光部との位置関係、並びに画像の光及び外光の進み方を概略的に説明するための図である。 第２実施形態のプリズムアレイ部材等を部分的に拡大して示す断面図である。 第３実施形態の表示器の内部構成を示す図である。 第３実施形態の光混合プリズムアレイにおける１つの分割ブロックを示す平面図である。 第３実施形態の光混合プリズムアレイの短手方向を含む断面における断面図である。 第３実施形態の光混合プリズムアレイの長手方向を含む断面における断面図である。 第４実施形態の表示器の内部構成を示す図である。 変形例３の表示器の内部構成を示す図である。

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、車両としての自動車１に搭載されるように構成され、当該自動車１のインストルメントパネル２内に収容されるヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）１０となっている。ここで車両とは、自動車、鉄道車両の他、航空機、船舶、移動しないゲーム用筐体等の各種乗り物を含むように広義に解される。

ＨＵＤ１０は、自動車１のウインドシールド３に設けられた投影部３ａへ向けて画像の光を投影する。これにより、ＨＵＤ１０は、画像を、視認者としての乗員により視認可能な虚像ＶＲＩとして表示する。すなわち、投影部３ａにて反射される画像の光が車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が位置する乗員は、当該画像の光を知覚する。乗員は、車外の景色と重畳する表示コンテンツにより、各種情報を認識することができる。

表示コンテンツとしては、例えば車速、燃料残量等の自動車１の状態を表す情報を表示するコンテンツ、視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報を表示するコンテンツ等が挙げられる。

以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面ＨＰ上の自動車１を基準として記載される。

ウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透過部材である。ウインドシールド３は、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、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜して配置されている。ウインドシールド３は、画像の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。こうした投影部３ａは、画像の光を表面反射するように構成されている。

なお、投影部３ａは、ウインドシールド３に反射型のホログラフィック光学素子が設けられることによって、表面反射に代えて、干渉縞による回折反射で画像の光を視認領域ＥＢへ向けて反射するように構成されていてもよい。また、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。例えば自動車１とは別体となっているコンバイナを自動車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、ＨＵＤ１０により表示される虚像ＶＲＩが所定の規格を満たすように（例えば虚像ＶＲＩ全体が所定の輝度以上となるように）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、自動車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、両眼それぞれに対して設定され、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、楕円体状の仮想的な空間として設定されている。

このようなＨＵＤ１０の具体的構成を、以下に説明する。ＨＵＤ１０は、ハウジング１１、表示器２０、導光部５１等により構成されている。

ハウジング１１は、例えば合成樹脂ないし金属により、表示器２０及び導光部５１等を収容する中空形状を呈しており、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１１は、投影部３ａと上下に対向する上面部に、光学的に開口する窓部１２を有している。窓部１２は、例えば画像の光を透過可能な防塵シート１３で覆われている。

表示器２０は、表示画面２３に画像を表示し、その画像の光を導光部５１へ向けて射出する。本実施形態の表示器２０は、透過型の液晶表示器となっている。表示器２０は、図２に示すように、画像表示パネル２１及びバックライト３１等により構成されている。表示器２０は、例えば遮光性を有する箱状のケーシング２０ａに画像表示パネル２１及びバックライト３１を収容しつつ、画像表示パネル２１の表示画面２３をケーシング２０ａの外部に露出させて構成されている。

本実施形態の画像表示パネル２１は、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次元配列にて配列された複数の液晶画素を形成しているアクティブマトリクス型の液晶パネルである。

画像表示パネル２１は、照明光を透過可能に形成されて光学的に開口する光学的開口部２１ａを、遮光枠部２１ｂに全周囲まれることにより形成している。光学的開口部２１ａは、液晶画素が上述のように並べられて、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状、すなわち長方形状の断面形状を呈している。光学的開口部２１ａにおいて、バックライト３１とは反対側に露出する表面は、画像を表示する表示画面２３となっている。一方、光学的開口部２１ａにおいてバックライト３１側を向く表面は、バックライト３１によって照明される照明対象面２２となっている。表示画面２３とは照明対象面２２は、実質的に平行に配置されている。表示画面２３及び照明対象面２２は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状、すなわち長方形状の輪郭を有している。

光学的開口部２１ａは、一対の偏光板及び一対の偏光板等に挟まれた液晶層等が積層されて、その全面を塞がれている。各偏光板は、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有し、透過軸方向に偏光した光を透過させ、吸収軸方向に偏光した光を吸収する性質を有する。一対の偏光板は、透過軸を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素毎の電圧の印加により、印加電圧に応じて液晶層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表示画面２３側の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を、液晶画素毎に変えることができる。

したがって、画像表示パネル２１では、バックライト３１からの照明光の入射に対応して、液晶画素毎の透過率が制御されることで、当該照明光を利用して表示画面２３に画像を表示する。隣り合う液晶画素には、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、様々な色が再現されるようになっている。

各液晶画素では、表示画面２３及び照明対象面２２間を、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓの方向ＤＮｓに沿って貫通するように、光学的に開口して設けられる透過部と、当該透過部を囲んで形成された配線部とが配置されている。したがって遮光枠部２１ｂに囲まれた光学的開口部２１ａが大開口部を構成しているのに対し、画素毎の透過部がそれぞれ小開口部を構成している。

バックライト３１は、照明光を、照明対象面２２に照射することにより画像表示パネル２１へ提供する。具体的に、本実施形態のバックライト３１は、光源部３２及び偏向プリズムアレイ３６等により構成されている。

本実施形態の光源部３２は、複数の光源素子３３を光源用回路基板３４の表面（これを光源配置面３４ａと称する）上に配置して形成されている。複数の光源素子３３は、互いに長手方向ＬＤに沿って配列されている。光源用回路基板３４は、例えばガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂を基材とした輪郭矩形状かつ平板状のリジッド基板である。光源用回路基板３４は、その光源配置面３４ａを、画像表示パネル２１の表示画面２３及び照明対象面２２と、実質的に平行となる姿勢にて、配置されている。光源配置面３４ａには、配線パターンが形成されていることで、各光源素子３３は、当該配線パターンを通じて電源と接続されている。

各光源素子３３には、例えば点状光源としての発光ダイオード素子が採用されている。光源素子３３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が発光される。青色光と黄色光との混合により、結果的に、光源素子３３から白色（より詳細には疑似白色）の照明光が画像表示パネル２１へ向けて発光される。

ここで光源素子３３は、発光強度が最大となる強度ピーク方向ＰＤから乖離するにしたがって発光強度が相対的に低下する放射角度分布にて、照明光を発光する。この放射角度分布は、強度ピーク方向ＰＤを対称軸とした回転対称性をもっている。本実施形態において強度ピーク方向ＰＤは、各光源素子３３間にて互いに実質的に一致するように設定されていると共に、光源配置面３４ａの単位法線ベクトルＮｉの方向ＤＮｉと実質的に一致している。

偏向プリズムアレイ３６は、光源部３２と画像表示パネル２１との間の光路上に配置されている。偏向プリズムアレイ３６は、合成樹脂ないしガラス等による光学材料を用いて、透光性に形成されている。偏向プリズムアレイ３６は、光源部３２からの照明光を透過しつつ所定の方向へ偏向して、画像表示パネル２１へ入射させる複数の偏向プリズム素子３６ａを配列した板状に形成されている。図３に拡大して示すように、各偏向プリズム素子３６ａは、長手方向ＬＤに沿って延伸し、短手方向ＳＤに沿って配列されている。偏向プリズム素子３６ａの配列ピッチは、液晶画素の配列ピッチと同程度（例えば８０μｍ）に設定される。

各偏向プリズム素子３６ａは、いわゆる三角プリズム状を呈している。各偏向プリズム素子３６ａは、入射側光学面３７ａと射出側光学面３８ａとが所定の角度（以下、プリズム角δ）をなすように、形成されている。

特に本実施形態の偏向プリズムアレイ３６は、各偏向プリズム素子３６ａ間に共通の平板状の基板部３８と、基板部３８に対して接合され、各偏向プリズム素子３６ａに個別に対応する三角柱状の角柱部３７とを有している。基板部３８が設けられていることにより、射出側光学面３８ａは、各偏向プリズム素子３６ａ間に共通の平面状に形成されている。射出側光学面３８ａは、光源配置面３４ａ、表示画面２３及び照明対象面２２と実質的に平行となるように配置されている。射出側光学面３８ａは、照明対象面２２との間に、僅かな隙間による空気層を挟んで、当該照明対象面２２と対向及び近接するように配置されている。

一方、入射側光学面３７ａは、光源配置面３４ａ、表示画面２３、照明対象面２２及び射出側光学面３８ａに対してプリズム角δ分だけ傾斜して配置されている。入射側光学面３７ａは、各偏向プリズム素子３６ａに個別に対応するように、偏向プリズム素子３６ａと同数設けられ、長手方向ＬＤに沿って延伸する細長い平面状に形成されている。各入射側光学面３７ａは、共通の方向を向いている。

隣接する偏向プリズム素子３６ａの入射側光学面３７ａ間には、段差が生じている。この段差を接続するために、入射側光学面３７ａ間には、段差接続面３７ｂが形成されている。段差接続面３７ｂは、光源部３２からの照明光の入射を抑制するため、強度ピーク方向ＰＤに沿うことが好ましい。換言すると、角柱部３７は、短手方向ＳＤを含む断面を直角三角形状に形成されることが好ましい。ただし本実施形態では、偏向プリズムアレイ３６を型成形の方法にて製造しているため、段差接続面３７ｂには、射出側光学面３８ａに対して、成形型の抜き勾配に相当する若干の傾斜角が付与されている。

以上の形状により、各偏向プリズム素子３６ａは、短手方向ＳＤのうち離間方向へ向かう程、入射側光学面３７ａと射出側光学面３８ａとが離間するという、短手方向ＳＤにおける非対称性を有している。

こうした偏向プリズムアレイ３６に、例えば強度ピーク方向ＰＤに沿った照明光が入射すると、当該照明光は、入射側光学面３７ａ及び射出側光学面３８ｂにて屈折される。これら屈折により、偏向プリズムアレイ３６から射出される照明光は、上述の離間方向へ曲げられるように偏向される。各偏向プリズム素子３６ａは、短手方向ＳＤに相互にずらされた位置に配置されていることを除けば、共通の形状を有しているから、照明光に対して均一的な偏向作用を及ぼすことができる。

さて、照明光の進行は、光エネルギーの流れとして捉えられる。偏向プリズムアレイ３６は、光エネルギーの流れの方向を偏向する。以下では、光エネルギーの流れについて、ポインティングベクトル（Poynting Vector）を用いて説明する。

図２，４に示すように、偏向プリズムアレイ３６を透過する照明光について、透過直前の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直前ベクトルＳ１が定義される。この透過直前ベクトルＳ１は、偏向プリズムアレイ３６の入射領域面（本実施形態では各入射側光学面３７ａ及び各段差接続面３７ｂ）に単位時間に入射する照明光により算出される。詳細に、ポインティングベクトルは入射領域面の位置毎に定義され得るが、透過直前ベクトルＳ１は、単位面積毎の中心位置に定義されるポインティングベクトルのベクトル和を、入射領域面全体についてとることで得られる。透過直前ベクトルＳ１は、偏向プリズムアレイ３６全体に入射する照明光のエネルギーの流れを表す。

同様に、偏向プリズムアレイ３６を透過する照明光について、透過直後の照明光のポインティングベクトルに対応した透過直後ベクトルＳ２が定義される。この透過直後ベクトルＳ２は、偏向プリズムアレイ３６の射出領域面（本実施形態では射出側光学面３８ａ）から単位時間に射出される照明光により算出される。詳細に、ポインティングベクトルは射出領域面の位置毎に定義され得るが、透過直後ベクトルＳ２は、単位面積毎の中心位置に定義されるポインティングベクトルのベクトル和を、射出領域面全体についてとることで得られる。透過直後ベクトルＳ２は、偏向プリズムアレイ３６全体から射出される照明光のエネルギーの流れを表す。

透過直前ベクトルＳ１及び透過直後ベクトルＳ２の計算は、例えばバックライト３１の光学系を再現したノンシーケンシャル光線追跡による光学シミュレーションによって解析的に実施される。

ここでは、偏向作用の理解のために、本実施形態の透過直前ベクトルＳ１及び透過直後ベクトルＳ２について、定性的な説明を少し加える。強度ピーク方向ＰＤが光源配置面３４ａの単位法線ベクトルＮｉの方向ＤＮｉに沿っており、放射角度分布が強度ピーク方向ＰＤを対称軸として回転対称性をもっている。したがって、透過直前ベクトルＳ１と、光源配置面３４ａの単位法線ベクトルＮｉとのなす角は、実質的に０度である。本実施形態では、光源配置面３４ａと表示画面２３とが実質的に平行となっているので、透過直前ベクトルＳ１と、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ１は、実質的に０度である。

偏向プリズムアレイ３６は、透過直前ベクトルＳ１の方向ＤＳ１に対して、透過直後ベクトルＳ２の方向ＤＳ２を偏向する。透過直前ベクトルＳ１と、透過直後ベクトルＳ２とがなす角を、偏向角εと定義する。この偏向角εは、スネルの法則から得られた近似式を用いて、ε≒δ（η－１）で表される（図３も参照）。ここでηは、偏向プリズムアレイ３６の光学材料の屈折率である。例えばこの屈折率ηには、照明光の重心波長の屈折率が採用される。重心波長は、照明光に含まれる各波長に、当該波長の発光強度を重み付けして得られる波長の荷重平均値である。

そして、透過直後ベクトルＳ２と、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ２は、偏向角ε≒δ（η－１）と実質的に等しい。したがって、偏向プリズムアレイ３６は、透過直前ベクトルＳ１と表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ１よりも、透過直後ベクトルＳ２と表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ２が大きくなるように構成されている。

こうして図５に示すように、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓの方向ＤＮｓとは異なる方向ＤＳ２を主方向として、表示器２０から画像の光が発光される。

導光部５１は、表示器２０から発せられた画像の光を導光する光路を形成している。導光部５１は、複数の反射要素（例えば凸面鏡５２及び凹面鏡５４）を有している。

凸面鏡５２は、複数の反射要素のうち、光路上の最も表示器２０側に配置された反射要素である。凸面鏡５２は、表示画面２３を方向ＤＮｓに沿って投影した先の領域Ａ１に対してずれて配置されている。より詳細に、凸面鏡５２は、表示画面２３を方向ＤＳ２に沿って投影した先の領域Ａ２に、配置されている。

凸面鏡５２は、例えば合成樹脂ないし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５３を形成している。凸面鏡５２の反射面５３は、凸状に湾曲することで、滑らかな凸面状に形成されている。表示器２０から凸面鏡５２に入射した画像の光は、その反射面５３により、凹面鏡５４へ向けて反射される。

凹面鏡５４は、例えば合成樹脂ないし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５５を形成している。凹面鏡５４の反射面５５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。凸面鏡５２から凹面鏡５４に入射した画像の光は、その反射面５５により投影部３ａへ向けて反射される。

ここで、導光部５１の光学パワー、すなわち凸面鏡５２と凹面鏡５４との合成パワーは、正となるように設定されている。正の光学パワーにより、導光部５１は、虚像ＶＲＩを表示画面２３上の実像の画像に対して拡大する。

こうして凹面鏡５４に反射された表示光は、防塵シート１３を透過することでＨＵＤ１０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、乗員からは、投影部３ａを挟んで視認領域ＥＢとは反対側の車外に、虚像ＶＲＩを視認可能となる。ここで、投影部３ａは、透過部材としてのウインドシールド３に設けられているので、虚像ＶＲＩは、車外の風景と重畳して表示される。表示器２０における長手方向ＬＤが虚像ＶＲＩにおいて左右方向に対応し、短手方向ＳＤが虚像ＶＲＩにおいて上下方向に対応している。このため、虚像ＶＲＩは、横長に表示可能となっている。

また、凹面鏡５４は、ステッピングモータの駆動に応じて、左右方向に伸びる回転軸５４ａのまわりに回動可能となっている。凹面鏡５４の回動によって、虚像ＶＲＩの表示位置を上下方向に変位するように調整することができる。

こうしたＨＵＤ１０のハウジング１１の内部には、窓部１２を通じて、画像の光と逆行する外光が入射することがある。外光としては、例えばウインドシールド３を透過する太陽光が挙げられる。こうした外光は、導光部５１の凹面鏡５４、凸面鏡５２を順に反射され、表示画面２３に到達し得る。さらに外光は、表示画面２３に反射され得る。ところが、表示画面２３への外光の入射方向は、領域Ａ２に配置された凸面鏡５２から表示画面２３へ向かう方向である一方、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓの方向ＤＮｓは、当該入射方向とは異なる方向となっている。故に、表示画面２３に反射された外光の反射方向は、凸面鏡５２へ戻る方向ではなくなり、外光は画像の光による光路から分離される。

なお、第１実施形態の文章中では、各ベクトルの表記における矢印、太字等の表現は省略されている。

（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実施形態によると、θ１よりも、θ２が大きくなるように構成されることにより、画像の光とは逆行して表示画面２３に入射する外光の反射方向と、表示画面２３から射出された画像の光の進行方向とのなす角度が大きくなる。このため、虚像ＶＲＩの一部に外光が重なる現象を抑制することができる。

この現象の抑制は、光源部３２と画像表示パネル２１との間の光路上に、偏向プリズムアレイ３６が配置されることにより実現される。偏向プリズムアレイ３６が光源部３２からの照明光を透過しつつ偏向するので、画像表示パネル２１を傾斜させ過ぎることなく、θ２を大きくすることができる。したがって、画像表示パネル２１での照明光の透過効率の悪化の抑制、バックライト３１での極めて大きなデッドスペースの発生の抑制を実現することができる。

また、偏向プリズムアレイ３６は、偏向プリズム素子３６ａを配列して形成されているので、バックライト３１の体格拡大に影響し難い構成となっている。以上により、車両用途に適したＨＵＤ１０を提供することができる。

また、第１実施形態によると、基板部３８は、画像表示パネル２１と対向し、各偏向プリズム素子３６ａ間にて共通の平面状に形成された射出側光学面３８ａを有する。自動車１に加わる振動等の影響によって、偏向プリズムアレイ３６と画像表示パネル２１とが擦れた場合であっても、平面状の射出側光学面３８ａが画像表示パネル２１と当たるため、偏向プリズムアレイ３６の一部が欠落する等の破損を抑制することができる。したがって、車両用途に適したＨＵＤ１０を提供することができる。

また、第１実施形態によると、画像表示パネル２１は、表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓの方向ＤＮｓが透過直前ベクトルＳ１の方向ＤＳ１に沿う姿勢にて、配置されている。したがって、偏向プリズムアレイ２６によって照明光を偏向させる前のバックライト構成に対して画像表示パネル２１を傾斜させることによるデッドスペースの発生は、抑制される。

（第２実施形態）
図６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実施形態の偏向プリズムアレイ２３６は、光混合プリズムアレイ２４０と一体的にプリズムアレイ部材２３５を形成している。プリズムアレイ部材２３５は、合成樹脂ないしガラス等による光学材料を用いて、透光性に形成されている。プリズムアレイ部材２３５は、平板状の基板部２３５ａを有すると共に、基板部２３５ａよりも光源部３２側に偏向プリズムアレイ２３６を形成し、基板部２３５ａよりも画像表示パネル２１側に光混合プリズムアレイ２４０を形成している。基板部２３５ａは、光源配置面３４ａ、表示画面２３及び照明対象面２２に実質的に平行となるように配置されている。

偏向プリズムアレイ２３６は、各偏向プリズム素子２３６ａに個別に対応する角柱部２３７が基板部２３５ａに対して接合されて形成されている。すなわち、各偏向プリズム素子２３６ａは、入射側光学面２３７ａと基板部２３５ａに対する接合面２３７ｃとが所定の角度をなすように、形成されている。角柱部２３７による各偏向プリズム素子２３６ａと、基板部２３５ａとは、互いに同じ屈折率ηで形成されている。このため、第２実施形態の各偏向プリズム素子２３６ａは、第１実施形態のように入射側光学面３７ａ及び射出側光学面３８ａの両方で照明光を偏向するのではなく、入射側光学面２３７ａを用いて照明光を偏向する。

入射側光学面２３７ａは、光源配置面３４ａ、表示画面２３、照明対象面２２及び基板部２３５ａに対して傾斜して配置されている。入射側光学面２３７ａは、各偏向プリズム素子２３６ａに個別に対応するように、偏向プリズム素子２３６ａと同数設けられ、長手方向ＬＤに沿って延伸する細長い平面状に形成されている。各入射側光学面２３７ａは、共通の方向を向いている。隣接する偏向プリズム素子２３６ａの入射側光学面２３７ａ間には、第１実施形態と同様の段差接続面２３７ｂが形成されている。

以上の形状により、各偏向プリズム素子２３６ａは、短手方向ＳＤのうち離間方向へ向かう程、入射側光学面２３７ａと基板部２３５ａとが離間するという、短手方向ＳＤにおける非対称性を有している。こうして入射側光学面２３７ａにて照明光を屈折する偏向プリズムアレイ２３６は、透過直前ベクトルＳ１と表示画面２３の単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ１よりも、透過直後ベクトルＳ２と単位法線ベクトルＮｓとのなす角θ２が大きくなるように構成されている。なお、第２実施形態において透過直後ベクトルＳ２は、各角柱部２３７の接合面２３７ｃから基板部２３５ａへと単位時間に射出される照明光により算出される。

光混合プリズムアレイ２４０は、偏向プリズムアレイ２３６とは別のプリズムアレイである。光混合プリズムアレイ２４０は、光源部３２からの照明光を透過しつつ偏向する光混合プリズム素子２４０ａを、短手方向ＳＤに沿って配列して形成されている。光混合プリズム素子２４０ａの配列ピッチは、偏向プリズム素子２３６ａの配列ピッチよりも小さく設定されている。光混合プリズム素子２４０ａの延伸方向は、偏向プリズム素子２３６ａの延伸方向に合わせられており、光混合プリズム素子２４０ａの配列方向は、偏向プリズム素子２３６ａの配列方向に合わせられている。

光混合プリズムアレイ２４０は、各光混合プリズム素子２４０ａに個別に対応する角柱部２４１が基板部２３５ａに対して接合されて形成されている。光混合プリズムアレイ２４０は、基板部２３５ａとの接合面２４１ｃに対して、射出側光学面２４１ａとが適宜の角度をなすように形成されている。角柱部２４１による各光混合プリズム素子２４０ａと、基板部２３５ａとは、互いに同じ屈折率で形成されている。このため、第２実施形態の各光混合プリズム素子２４０ａは、射出側光学面２４１ａを用いて照明光を偏向する。

射出側光学面２４１ａは、光源配置面３４ａ、表示画面２３、照明対象面２２及び基板部２３５ａに対して傾斜して配置されている。射出側光学面２４１ａは、各光混合プリズム素子２４０ａに個別に対応するように、光混合プリズム素子２４０ａと同数設けられ、長手方向ＬＤに沿って延伸する細長い平面状に形成されている。

隣接する射出側光学面２４１ａ同士の接合面２４１ｃに対する傾斜角は、異なるように設定されている。より詳細に、互いに隣接する射出側光学面２４１ａのうち片面は、短手方向ＳＤのうち一方へ向かう程、接合面２４１ｃから離間するのに対し、もう片面は、短手方向ＳＤのうち他方へ向かう程、接合面２４１ｃから離間する。すなわち、互いに隣接する射出側光学面２４１ａ同士は、逆向きの勾配を有している。

こうして光混合プリズムアレイ２４０は、各光混合プリズム素子２４０ａが照明光を相互に異なる向きへと局所的に偏向して、相互に異なる光混合プリズム素子２４０ａを透過する照明光同士を、混ぜ合わせる機能を有する。

一方で、各光混合プリズム素子２４０ａの射出側光学面２４１ａは、光混合プリズムアレイ２４０の対称軸を短手方向ＳＤに挟んだ両側間にて、反転対称性を有する。このため、光混合プリズムアレイ２４０全体では、照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向は、光混合プリズムアレイ２４０の透過前後（透過直前と透過直後との間）において維持される。

以上説明した第２実施形態によると、偏向プリズム素子２３６ａが三角プリズム状に形成されることにより色の分離作用が発生し得る。これに対し、光混合プリズムアレイ２４０は、照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向を、光混合プリズムアレイ２４０の透過前後において維持している。この方向維持を行ないつつも、各光混合プリズム素子２４０ａが照明光を相互に異なる方向へと局所的に偏向して、相互に異なる光混合プリズム素子２４０ａを透過する照明光同士を、混ぜ合わせる。こうした照明光の混ぜ合わせ作用によって、上述の色の分離作用を中和することができる。故に、表示画面２３に表示される画像の発色を高品質とすることができる。

また、第２実施形態によると、偏向プリズムアレイ２３６と光混合プリズムアレイ２４０とは、一体的に形成されてプリズムアレイ部材２３５を構成している。一体部材によって、偏向プリズムアレイ２３６での色分散の発生位置との至近距離にて、照明光の混ぜ合わせ作用を生じさせることができる。したがって、色の分離作用を効果的に中和することができるので、表示画面２３に表示される画像の発色をさらに高品質とすることができる。

また、第２実施形態によると、光混合プリズム素子２４０ａの配列ピッチは、偏向プリズム素子２３６ａの配列ピッチよりも小さい。こうした配列ピッチの大小関係によれば、同じ偏向プリズム素子２３６ａを透過する照明光のうち一部をある光混合プリズム素子２４０ａに透過させ、他部を別の光混合プリズム素子２４０ａに透過させることができる。故に、同じ偏向プリズム素子２３６ａから色分散された照明光同士に、混ぜ合わせ作用を効果的に及ぼすことができる。したがって、色の分離作用を効果的に中和することができるので、表示画面２３に表示される画像の発色をさらに高品質とすることができる。

（第３実施形態）
図７～９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実施形態の光源部３３２において複数の光源素子３３は、光源配置面３４ａ上に、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに沿った２次元方向に配列されている。光源部３３２と偏向プリズムアレイ３６との間の光路上には、集光レンズ３４６及び光混合プリズムアレイ３４０が追加されている。

集光レンズ３４６は、光源部３３２と光混合プリズムアレイ３４０との間の光路上に配置されている。集光レンズ３４６は、光源素子３３の数及び配置に合わせて互いに配列された複数の集光レンズ素子３４６ａからなるレンズアレイとなっている。

各集光レンズ素子３４６ａは、例えば合成樹脂ないしガラスによる光学材料を用いて、透光性に形成されている。各集光レンズ素子３４６ａは、個別に対応する光源素子３３に、対向するように配置されている。各集光レンズ素子３４６ａは、個別に対応する光源素子３３から発光された照明光を、集光により平行化する。ここでいう平行化とは、光源素子３３からの照明光を、集光レンズ素子３４６ａ透過後の状態において、透過前の状態よりも平行光束に近づけることを意味し、完全な平行光束にするものに限られない。

光混合プリズムアレイ３４０は、集光レンズ３４６と偏向プリズムアレイ３６との間の光路上に配置され、単体の部材として設けられている。光混合プリズムアレイ３４０は、合成樹脂ないしガラス等による光学材料を用いて、透光性に形成されている。光混合プリズムアレイ３４０は、全体としては平板状に形成されている。光混合プリズムアレイ３４０は、複数の分割ブロック３４２が互いに配列されて一体的に形成されている。本実施形態において複数の分割ブロック３４２は、光源素子３３ないし集光レンズ素子３４６ａの数及び配置に合わせて互いに配列されている。本実施形態において各分割ブロック３４２は、実質的に同じ形状となっている。

光混合プリズムアレイ３４０において、集光レンズ３４６と対向する入射側表面３４３では、複数の分割偏向面３４３ａが、ストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面３４３における分割偏向面３４３ａの分割方向は、例えば短手方向ＳＤに沿っている。各分割偏向面３４３ａは、長手方向ＬＤに沿って直線状に延伸している。したがって、長手方向ＬＤを含む断面においては、１つの分割偏向面３４３ａが複数の分割ブロック３４２を跨いで形成されている。こうして各分割偏向面３４３ａは、入射側表面３４３を、所定の分割幅で領域分割された一分割領域として形成されている。

一方、光混合プリズムアレイ３４０において、偏向プリズムアレイ３６と対向する射出側表面３４４では、複数の分割偏向面３４４ａが、ストライプ状に分割された状態で形成されている。射出側表面３４４における分割偏向面３４４ａの分割方向は、長手方向ＬＤに沿っている。各分割偏向面３４４ａは、短手方向ＳＤに沿って延伸している。したがって、短手方向ＳＤを含む断面においては、１つの分割偏向面３４４ａが複数の分割ブロック３４２を跨いで形成されている。こうして各分割偏向面３４４ａは、射出側表面３４４を、所定の分割幅で領域分割された一分割領域として形成されている。

ここで図８を参照して、１つの分割ブロック３４２の入射側表面３４３に着目すると、分割偏向面３４３ａとして、複数の近似平面３４３ｂ及び複数の異方偏向平面３４３ｃが設けられている。同様に射出側表面３４４に着目すると、分割偏向面３４４ａとして、複数の近似平面３４４ｂ及び複数の異方偏向平面３４４ｃが設けられている。

近似平面３４３ｂ，３４４ｂは、光混合プリズムアレイ３４０における仮想の光学面として定義される仮想凸状曲面Ｓｖｂに基づいて形成されている。ここで仮想凸状曲面Ｓｖｂは、光混合プリズムアレイ３４０の外部側に凸となる凸状に、分割偏向面３４３ａ，３４４ａの分割方向に沿って湾曲することで、滑らかな円筒面状を呈している。近似平面３４３ｂ，３４４ｂは、この仮想凸状曲面Ｓｖｂから抽出された複数の座標の線形補間により得られた近似的な平面として、平面状に形成されている。特に本実施形態では、この複数の座標として、分割領域の端部における仮想凸状曲面Ｓｖｂの端部座標Ｃｅが採用されており、当該端部座標Ｃｅ同士の線形補間により近似平面３４３ｂ，３４４ｂの勾配が規定されている。仮想凸状曲面Ｓｖｂが、近似により平面状とされた状態で、それぞれの表面３４３，３４４に部分的に現出しているのである。

異方偏向平面３４３ｃ，３４４ｃは、近似平面３４３ｂ，３４４ｂ間に介挿された状態で配置されている。異方偏向平面３４３ｃ，３４４ｃは、光混合プリズムアレイ３４０における仮想の光学面として定義される仮想傾斜面Ｓｓｂに基づいて形成されている。仮想傾斜面Ｓｓｂは、分割偏向面３４３ａ，３４４ａの分割方向を含む断面において、仮想凸状曲面Ｓｖｂの頂点に対応する箇所で逆勾配に変わる複数の平面状斜面Ｓｓｐにより構成されている。各平面状斜面Ｓｓｐの勾配は、仮想凸状曲面Ｓｖｂの対応する箇所の勾配と逆向きの勾配となるように設定されている。仮想傾斜面Ｓｓｂのうち一部が抽出されることで、異方偏向平面３４３ｃ，３４４ｃがそれぞれの表面３４３，３４４に部分的に現出しているのである。これら分割偏向面３４３ａ，３４４ａは、分割ブロック３４２の中央に設定された対称軸を分割偏向面３４３ａ，３４４ａの分割方向に挟んだ両側間にて、反転対称性を有する。

こうして１つの分割ブロック３４２にて、複数の分割偏向面３４３ａの延伸方向と、複数の分割偏向面３４４ａの延伸方向とが交差することで、矩形状の領域を占有する光混合プリズム素子３４０ａが、２次元方向に配列されている。光混合プリズムアレイ３４０は、各光混合プリズム素子３４０ａが照明光を相互に異なる向きへと局所的に偏向して、相互に異なる光混合プリズム素子３４０ａを透過する照明光同士を、混ぜ合わせる機能を有する。

分割偏向面３４３ａ，３４４ａがそれぞれの分割方向に反転対称性を有していることで、１つの分割ブロック３４２全体においても、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤそれぞれの反転対称性が保たれている。したがって、１つの分割ブロック３４２全体では、照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向は、当該分割ブロック３４２の透過前後において維持される。そして、分割ブロック３４２の集合体である光混合プリズムアレイ２４０全体においても、照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向は、光混合プリズムアレイ２４０の透過前後（透過直前と透過直後との間）において維持される。本実施形態における光混合プリズムアレイ３４０の透過直前とは、入射側表面３４３の透過直前であり、透過直後とは、射出側表面３４４の透過直後となる。

そして、第３実施形態のバックライト３１では、１つの光源素子３３に対して、１つの集光レンズ素子３４６ａ及び１つの分割ブロック３４２が個別に対応している。１組の光源素子３３、集光レンズ素子３４６ａ及び分割ブロック３４２により構成される照明ユニットが画像表示パネル２１の照明対象面２２のうち個別に対応する一部領域を照明している。このため、表示画面２３において画像を表示する領域に対応する光源素子３３のみを点灯させ、他の光源素子３３を消灯させるという、ローカルディミング制御を実施することが可能となっている。

以上説明した第３実施形態によると、複数の光源素子３３のうち１つの光源素子３３から発光され、これに対応した１つの分割ブロック３４２を透過する照明光が画像表示パネル２１のうち当該分割ブロック３４２に個別に対応する部分的な領域を、照明する。こうした照明形態によって、光源素子３３によるローカルディミング制御を効果的に実施することができる。

特に車外の風景と重畳する虚像ＶＲＩを表示するＨＵＤ１０においては、画像表示パネル２１の一部の領域のみに表示コンテンツを表示する場合がある。この場合に、ローカルディミング制御を実施すると、表示領域と非表示領域との輝度コントラストを高めることによる表示視認性の向上、光源素子３３の一部消灯による消費電力の節約等を見込むことができる。

（第４実施形態）
図１１に示すように、第４実施形態は第３実施形態の変形例である。第４実施形態について、第３実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第４実施形態の画像表示パネル２１は、光源配置面３４ａ及び偏向プリズムアレイ３６に対して傾斜されている。画像表示パネル２１の傾斜方向は、偏向差分方向ＤＳｄに基づいて設定されている。偏向差分方向ＤＳｄは、透過直後ベクトルＳ２から透過直前ベクトルＳ１を差し引いたベクトルの方向として定義される。

具体的に、画像表示パネル２１は、光源配置面３４ａとの最近距離部４２１ｃから偏向差分方向ＤＳｄへ向かうに従って、光源配置面３４ａに対して離間するように、傾斜配置されている。

以上説明した第４実施形態によると、上述の画像表示パネル２１の傾斜配置により、θ２を一層大きくすることができるので、表示画面２３が大型化されても、虚像ＶＲＩの一部に外光が重なる現象を抑制することができる。

（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。

第１，３，４実施形態に関する変形例１としては、偏向プリズムアレイ３６において角柱部３７は、基板部３８よりも画像表示パネル２１側に配置されていてもよい。この場合では、入射側光学面３７ａと射出側光学面３８ａとの間で形状が入れ替わる。段差接続面３７ｂは、隣接する射出側光学面３８ａ間の段差を接続することとなる。

第２実施形態に関する変形例２としては、プリズムアレイ部材２３５は、基板部２３５ａよりも光源部３２側に光混合プリズムアレイ２４０を形成し、基板部２３５ａよりも画像表示パネル２１側に偏向プリズムアレイ２３６を形成してもよい。

第３，４実施形態に関する変形例３としては、図１２に示すように、集光レンズ３４６及び光混合プリズムアレイ３４０が光源部３３２と偏向プリズムアレイ３６との間の光路上に追加された構成において、光源部３３２を、第１実施形態のように構成してもよい。すなわち、光源素子３３が長手方向ＬＤに沿って１列に配列されていてもよい。

変形例４としては、偏向プリズムアレイ３６において照明光を屈折する面、例えば入射側光学面３７ａ、射出側光学面３８ａは、凸状又は凹状に湾曲した曲面状に形成されていてもよい。

変形例５としては、光源素子３３には、単色の照明光を発する光源が採用されてもよい。光源素子３３には、線状光源、面状光源が採用されてもよい。

変形例６としては、バックライト３１には、凸レンズ、凹レンズ、拡散板、偏光板、位相差板等の光学素子を追加することができる。

変形例７としては、導光部５１には、平面鏡及び凹面鏡を有する構成、凹面鏡のみを有する構成、凸レンズ、凹レンズ、拡散板、偏光板、位相差板等の光学素子が追加された構成等が採用されてもよい。導光部５１が設けられずに、表示画面２３が投影部３ａと上下に対向するように配置され、表示画面２３から射出された画像の光が反射されずに投影部３ａに投影されるようにしてもよい。

変形例８としては、表示画面２３に、偏光板、位相差板、立体表示のためのレンズアレイ等の光学素子が貼り合わせてあってもよい。

１：車両（自動車）、２１：画像表示パネル、２３：表示画面、３１：バックライト、３２，３３２：光源部、３６，２３６：偏向プリズムアレイ、３６ａ，２３６ａ：偏向プリズム素子、ＤＳ１，ＤＳ２：方向、Ｓ１，Ｓ２，Ｎｓ：ベクトル、θ１，θ２：角

Claims (8)

1. 車両（１）に搭載されるように構成され、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
   照明光を提供するバックライト（３１）と、
   前記照明光を透過させ、前記虚像として結像されることとなる画像を表示画面（２２）に表示する画像表示パネル（２１）と、を備え、
   前記バックライトは、
   前記照明光を前記画像表示パネルへ向けて発光する光源部（３２，３３２）と、
   前記光源部と前記画像表示パネルとの間の光路上に配置され、前記光源部からの前記照明光を透過しつつ偏向する偏向プリズム素子（３６ａ，２３６ａ）を配列してなる偏向プリズムアレイ（３６，２３６）を有し、
   前記偏向プリズムアレイは、
   前記偏向プリズムアレイの透過直前の前記照明光のポインティングベクトルに対応した透過直前ベクトル（Ｓ１）の方向（ＤＳ１）に対して、前記偏向プリズムアレイの透過直後の前記照明光のポインティングベクトルに対応した透過直後ベクトル（Ｓ２）の方向（ＤＳ２）を偏向し、
   前記表示画面の単位法線ベクトル（Ｎｓ）と前記透過直前ベクトルとがなす角（θ１）よりも、前記表示画面の単位法線ベクトルと前記透過直後ベクトルとがなす角（θ２）が大きくなるように構成され、
   前記光源部は、光源配置面（３４ａ）を有し、
   前記透過直後ベクトルから前記透過直前ベクトルを差し引いたベクトル差の方向を偏向差分方向（ＤＳｄ）と定義すると、
   前記画像表示パネルは、前記光源配置面との最近距離部（４２１ｃ）から前記偏向差分方向へ向かうに従って、前記光源配置面に対して離間するように、傾斜配置されている虚像表示装置。
2. 各前記偏向プリズム素子は、三角プリズム状に形成され、
   前記光源部と前記画像表示パネルとの間の光路上に配置される前記偏向プリズムアレイとは別のプリズムアレイであって、前記光源部からの前記照明光を透過しつつ偏向する光混合プリズム素子（２４０ａ，３４０ａ）を配列してなる光混合プリズムアレイ（２４０，３４０）を、さらに備え、
   前記光混合プリズムアレイは、
   前記照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向を、前記光混合プリズムアレイの透過前後において維持しつつも、
   各前記光混合プリズム素子が前記照明光を相互に異なる方向へと局所的に偏向して、相互に異なる前記光混合プリズム素子を透過する前記照明光同士を、混ぜ合わせる請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記偏向プリズムアレイと前記光混合プリズムアレイとは、一体的に形成されてプリズムアレイ部材（２３５）を構成している請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 車両（１）に搭載されるように構成され、虚像（ＶＲＩ）を表示する虚像表示装置であって、
   照明光を提供するバックライト（３１）と、
   前記照明光を透過させ、前記虚像として結像されることとなる画像を表示画面（２２）に表示する画像表示パネル（２１）と、を備え、
   前記バックライトは、
   前記照明光を前記画像表示パネルへ向けて発光する光源部（３２，３３２）と、
   前記光源部と前記画像表示パネルとの間の光路上に配置され、前記光源部からの前記照明光を透過しつつ偏向する偏向プリズム素子（３６ａ，２３６ａ）を配列してなる偏向プリズムアレイ（３６，２３６）を有し、
   前記偏向プリズムアレイは、
   前記偏向プリズムアレイの透過直前の前記照明光のポインティングベクトルに対応した透過直前ベクトル（Ｓ１）の方向（ＤＳ１）に対して、前記偏向プリズムアレイの透過直後の前記照明光のポインティングベクトルに対応した透過直後ベクトル（Ｓ２）の方向（ＤＳ２）を偏向し、
   前記表示画面の単位法線ベクトル（Ｎｓ）と前記透過直前ベクトルとがなす角（θ１）よりも、前記表示画面の単位法線ベクトルと前記透過直後ベクトルとがなす角（θ２）が大きくなるように構成され、
   各前記偏向プリズム素子は、三角プリズム状に形成され、
   前記光源部と前記画像表示パネルとの間の光路上に配置される前記偏向プリズムアレイとは別のプリズムアレイであって、前記光源部からの前記照明光を透過しつつ偏向する光混合プリズム素子（２４０ａ，３４０ａ）を配列してなる光混合プリズムアレイ（２４０，３４０）を、さらに備え、
   前記光混合プリズムアレイは、
   前記照明光のポインティングベクトルのベクトル和の方向を、前記光混合プリズムアレイの透過前後において維持しつつも、
   各前記光混合プリズム素子が前記照明光を相互に異なる方向へと局所的に偏向して、相互に異なる前記光混合プリズム素子を透過する前記照明光同士を、混ぜ合わせ、
   前記偏向プリズムアレイと前記光混合プリズムアレイとは、一体的に形成されてプリズムアレイ部材（２３５）を構成している虚像表示装置。
5. 前記画像表示パネルは、前記表示画面の単位法線ベクトルの方向（ＤＮｓ）が前記透過直前ベクトルの方向に沿う姿勢にて、配置されている請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 前記光混合プリズム素子の配列ピッチは、前記偏向プリズム素子の配列ピッチよりも小さい請求項２から５のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
7. 前記光源部は、複数の光源素子（３３）を有し、
   前記光混合プリズムアレイは、各前記光源素子と個別に対応する複数の分割ブロック（３４２）に分割されており、
   複数の前記光源素子のうち１つの前記光源素子から発光され、これに対応した１つの前記分割ブロックを透過する照明光が前記画像表示パネルのうち前記分割ブロックに個別に対応する領域を、照明する請求項２から６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
8. 前記偏向プリズムアレイは、
   各前記偏向プリズム素子間に共通の基板部（３８）と、
   前記基板部に対して接合され、各前記偏向プリズム素子に個別の角柱部（３７）と、を有し、
   前記基板部は、前記画像表示パネルと対向し、各前記偏向プリズム素子間にて共通の平面状に形成された射出側光学面（３８ａ）を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の虚像表示装置。

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