WO2023243538A1 - 光源ユニット及び映像表示装置 - Google Patents

光源ユニット及び映像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023243538A1
WO2023243538A1 PCT/JP2023/021396 JP2023021396W WO2023243538A1 WO 2023243538 A1 WO2023243538 A1 WO 2023243538A1 JP 2023021396 W JP2023021396 W JP 2023021396W WO 2023243538 A1 WO2023243538 A1 WO 2023243538A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
display device
light
image
source unit
light source
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/021396
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和 北原
貴紀 有賀
肇 秋元
Original Assignee
日亜化学工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日亜化学工業株式会社 filed Critical 日亜化学工業株式会社
Publication of WO2023243538A1 publication Critical patent/WO2023243538A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Definitions

  • Embodiments relate to a light source unit and an image display device.
  • Patent Document 1 discloses that light emitted from a display device capable of displaying an image is sequentially reflected by a plurality of mirrors, and the light reflected by the last mirror is further directed toward the user by a reflective member such as a windshield.
  • a technique is disclosed in which a virtual image is reflected and allows a user to view a virtual image corresponding to an image displayed by a display device. There is a demand for miniaturization of such devices.
  • the embodiments of the present invention have been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a light source unit and an image display device that can be downsized.
  • a light source unit includes a display device capable of displaying an image, a first prism sheet into which light emitted from the display device enters, and an imaging optical system.
  • the imaging optical system includes an input element into which the light emitted from the first prism sheet enters, and an output element into which the light that has passed through the input element enters, and the light emitted from the output element forms the image.
  • a first image is formed according to the image.
  • the imaging optical system has substantially telecentricity on the first image side.
  • the light emitted from the display device has a substantially Lambertian light distribution.
  • An image display device includes the light source unit and a reflection unit that is spaced apart from the light source unit and reflects light emitted from the imaging optical system.
  • the first image is formed between the light source unit and the reflection unit.
  • FIG. 1 is an end view showing a video display device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the display device of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a perspective view showing the first prism sheet of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is an end view showing the first prism sheet of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3C is an end view showing the first prism sheet of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an end view showing the display device of the video display device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is an optical diagram showing the action of the second prism in the first embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram showing pixels of a display device.
  • FIG. 5C is a diagram showing pixels magnified by the first prism.
  • FIG. 5D is a diagram showing pixels further enlarged by the second prism.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the scenery seen from a viewer in the driver's seat in the first embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing the principle of the light source unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7B is a schematic diagram showing the principle of a light source unit according to a reference example.
  • FIG. 8A is a graph showing a light distribution pattern of light emitted from one light emitting area in Examples 1, 11 and Reference Example.
  • FIG. 8B is a graph showing the uniformity of brightness of the second image in Examples 1 to 12 and the reference example.
  • FIG. 9 is a plan view showing a display device in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing a display device in the second embodiment.
  • FIG. 10A is a plan view showing a prism sheet in the second embodiment.
  • FIG. 10B is an end view taken along the line XB-XB shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a plan view showing a display device and a prism sheet in the second embodiment.
  • FIG. 12A is a diagram showing a state in which some pixels are lit in a display device.
  • FIG. 12B is a diagram showing pixels enlarged by the first prism.
  • FIG. 13A is an end view showing the display device and the first prism sheet of the second embodiment.
  • FIG. 13B is an optical diagram showing the first prism of this embodiment.
  • FIG. 13C is an equation showing the relationship among distance, prism angle, refractive index, and pixel shift amount.
  • FIG. 13C is an equation showing the relationship among distance, prism angle, refractive index, and pixel shift amount.
  • FIG. 13D is a graph showing the relationship between the distance required to obtain a desired pixel shift amount and the prism angle, with the horizontal axis representing the pixel shift amount and the vertical axis representing the prism angle.
  • FIG. 14A is a diagram showing the distribution of light transmitted through the first prism sheet, and shows a case where the ratio of prism pitch to distance is 1.5%.
  • FIG. 14B is a diagram showing the distribution of light transmitted through the first prism sheet, and shows a case where the ratio of prism pitch to distance is 5.0%.
  • FIG. 15 is a plan view showing the first prism sheet of the third embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram showing one pixel in the third embodiment.
  • FIG. 16B is a diagram showing pixels enlarged by the first prism.
  • FIG. 16C is a diagram showing pixels further enlarged by the second prism.
  • FIG. 17A is a diagram showing an image displayed by a display device in the third embodiment.
  • FIG. 17B is a diagram showing an image enlarged by the first prism.
  • FIG. 17C is a diagram showing an image further enlarged by the second prism.
  • FIG. 18A is a side view showing a display device, a first prism sheet, and a second prism sheet of a light source unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18B is a plan view showing the first prism sheet of the fourth embodiment.
  • FIG. 18C is a plan view showing the second prism sheet of the fourth embodiment.
  • FIG. 18A is a side view showing a display device, a first prism sheet, and a second prism sheet of a light source unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18B is a plan view showing the first prism sheet of the fourth embodiment.
  • FIG. 18C is a plan view showing the second prism
  • FIG. 19 is a side view showing a display device, a first prism sheet, a second prism sheet, and a third prism sheet of a light source unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 20A is a plan view showing the first prism sheet of the fifth embodiment.
  • FIG. 20B is a plan view showing the second prism sheet of the fifth embodiment.
  • FIG. 20C is a plan view showing the third prism sheet of the fifth embodiment.
  • FIG. 21A is a schematic diagram showing the operation of the fifth embodiment.
  • FIG. 21B is a schematic diagram showing the operation of the fifth embodiment.
  • FIG. 21C is a schematic diagram showing the operation of the fifth embodiment.
  • FIG. 21D is a schematic diagram showing the operation of the fifth embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view showing the first prism sheet of the sixth embodiment.
  • FIG. 23 is an end view showing a video display device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing the scenery seen from the viewer in the driver's seat in the seventh embodiment.
  • FIG. 25 is an end view showing a video display device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 26 is an enlarged cross-sectional view of a part of the display device and reflective polarizing element shown in FIG. 25.
  • FIG. 27 is a side view showing a light source unit according to the ninth embodiment.
  • FIG. 28 is a side view showing a light source unit according to a modification of the ninth embodiment.
  • FIG. 1 is an end view showing a video display device according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the display device of the light source unit according to this embodiment.
  • FIG. 3A is a perspective view showing the first prism sheet of the light source unit according to this embodiment.
  • 3B and 3C are end views showing the first prism sheet of the light source unit according to this embodiment.
  • the video display device 10 includes a light source unit 11 and a reflection unit 12.
  • the light source unit 11 includes a display device 110, an imaging optical system 120, and a first prism sheet 130.
  • the display device 110 has a plurality of pixels and can display images. Light emitted from the display device 110 enters the first prism sheet 130 .
  • the imaging optical system 120 receives the light emitted from the first prism sheet 130 and forms a first image IM1 corresponding to the image displayed by the display device 110.
  • the first image IM1 is a real image and an intermediate image.
  • the reflection unit 12 is spaced apart from the light source unit 11 and reflects the light emitted from the imaging optical system 120.
  • the video display device 10 is mounted on, for example, a car 1000 and constitutes a HUD (Head Up Display).
  • the automobile 1000 includes a vehicle 13 and a video display device 10 fixed to the vehicle 13.
  • the viewer 14 is a passenger of the automobile 1000, for example, a driver.
  • the display device 110 of the light source unit 11 displays an image that is desired to be viewed by the viewer 14 using the HUD.
  • the first prism sheet 130 refracts the light emitted from each pixel of the display device 110 and expands the area where the light emitted from each pixel reaches. This mechanism will be described later.
  • the imaging optical system 120 outputs the light emitted from the first prism sheet 130 to the reflection unit 12, and forms a first image IM1 between the light source unit 11 and the reflection unit 12.
  • the reflection unit 12 reflects the light emitted from the light source unit 11 toward the front windshield 13a of the vehicle 13.
  • the front windshield 13a includes, for example, glass.
  • the front windshield 13a reflects the light arriving from the reflection unit 12 on its inner surface and makes it enter the eyebox 14a of the viewer 14. Thereby, the viewer 14 can visually recognize the second image IM2 corresponding to the image displayed by the display device 110 on the other side of the front windshield 13a.
  • the second image IM2 is a virtual image larger than the first image IM1.
  • the "eye box" refers to the area in front of the viewer's eyes where a virtual image can be viewed.
  • the longitudinal direction of the vehicle 13 is referred to as the "X direction”
  • the left-right direction of the vehicle 13 is referred to as the "Y direction”
  • the vertical direction of the vehicle 13 is referred to as the "Z direction.”
  • the XY plane is a horizontal plane of the vehicle 13.
  • the direction of the arrow forward
  • the opposite direction backward
  • the direction of the arrow (to the left) is referred to as the "+Y direction”, and the opposite direction (to the right) is also referred to as the "-Y direction”.
  • the direction of the arrow (upward) is referred to as the "+Z direction”
  • the opposite direction (downward) is also referred to as the "-Z direction”.
  • the position where the first image IM1 is formed is indicated by a circular mark. Similar to the first image IM1, the position where the second image IM2 is formed is also indicated by a circular mark.
  • the positions from which the principal ray L that reaches each mark of the first image IM1 is emitted are indicated by square marks. In this way, in order to make the explanation easier to understand, the emission position of each principal ray L on the display device 110 is set to a different mark from the imaging position of the first image IM1 and the imaging position of the second image IM2. As shown in , the image displayed on the display device 110, the first image IM1, and the second image IM2 have a generally similar relationship.
  • unit areas 110u are arranged in a matrix along the third direction and the fourth direction, and every other unit area 110u is arranged in the third direction and the fourth direction.
  • a pixel 110p is arranged at 110u.
  • one pixel 110p is arranged for every four unit areas 110u arranged in 2 rows and 2 columns.
  • the plurality of pixels 110p are arranged in a staggered manner along the third direction and the fourth direction.
  • the fourth direction intersects, for example, is orthogonal to the third direction.
  • the third direction is the horizontal direction of the image
  • the fourth direction is the vertical direction of the image.
  • the third direction is the X direction
  • the fourth direction is the Y direction.
  • the light emitted from the display device 110 has a substantially Lambertian light distribution. The specific configuration of the display device 110 and the Lambertian light distribution will be described in detail later.
  • the first prism sheet 130 has a first surface 130a onto which light emitted from the display device 110 enters, and a second surface 130b opposite to the first surface 130a.
  • the second surface 130b emits light toward the imaging optical system 120.
  • a striped first prism 130p1 extending in the fourth direction (Y direction) is formed on the first surface 130a of the first prism sheet 130, and a striped first prism 130p1 extending in the third direction (X direction) is formed on the second surface 130b.
  • An extending stripe-shaped second prism 130p2 is formed.
  • the first prism sheet 130 When viewed from the ⁇ Z direction, the first prism sheet 130 is the same as or larger than the display device 110 and covers the display device 110. Furthermore, the arrangement period of the first prisms 130p1 in the X direction is shorter than the arrangement period of the unit area 110u of the display device 110 in the X direction. Similarly, the arrangement period of the second prisms 130p2 in the Y direction is shorter than the arrangement period of the unit regions 110u in the Y direction. Thereby, the light emitted from each pixel 110p of the display device 110 always enters one or more first prisms 130p1 and one or more second prisms 130p2.
  • FIG. 4 is an end view showing the display device of the video display device according to this embodiment.
  • the display device 110 of the light source unit 11 is an LED display.
  • a plurality of LED elements 112 are arranged in a staggered manner.
  • One or more LED elements 112 are arranged in each pixel 110p of the display device 110.
  • each LED element 112 is mounted face down on the substrate 111.
  • each LED element may be mounted face-up on the board.
  • Each LED element 112 has a semiconductor stack 112a, an anode electrode 112b, and a cathode electrode 112c.
  • the substrate 111 is made of an insulating material such as resin or glass.
  • a silicon semiconductor chip for driving each LED element 112 can also be used for the substrate 111.
  • the semiconductor stack 112a includes a p-type semiconductor layer 112p1, an active layer 112p2 placed on the p-type semiconductor layer 112p1, and an n-type semiconductor layer 112p3 placed on the active layer 112p2.
  • a gallium nitride-based compound semiconductor represented by In X Al Y Ga 1-XY N (0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X+Y ⁇ 1) is used for the semiconductor stack 112a.
  • the light emitted by the LED element 112 is visible light in this embodiment.
  • the anode electrode 112b is electrically connected to the p-type semiconductor layer 112p1. Further, the anode electrode 112b is electrically connected to the wiring 118b.
  • the cathode electrode 112c is electrically connected to the n-type semiconductor layer 112p3. Further, the cathode electrode 112c is electrically connected to another wiring 118a.
  • a metal material can be used for each electrode 112b, 112c.
  • a plurality of recesses 112t are provided on the light exit surface 112s of each LED element 112.
  • the term "light exit surface of the LED element” refers to the surface of the LED element from which the light incident on the imaging optical system 120 mainly exits.
  • the surface of the n-type semiconductor layer 112p3 located on the opposite side of the surface facing the active layer 112p2 corresponds to the light exit surface 112s.
  • optical axis C the optical axis of light emitted from each pixel 110p will be simply referred to as "optical axis C.”
  • the optical axis C is parallel to the XY plane on which the plurality of pixels 110p are arranged, and the light from one pixel 110p is irradiated on the first plane P1 located on the light emission side of the display device 110.
  • the brightness is at the point a1 in the range where the light from this pixel 110p is irradiated on the second plane P2 which is parallel to the XY plane and is separated from the first plane P1.
  • This is a straight line connecting the maximum point a2.
  • the center point of those points may be set as the point where the brightness is maximum. Note that from a productivity standpoint, it is desirable that the optical axis C be parallel to the Z axis.
  • the light emitted from each LED element 112 is transmitted as indicated by the broken line in FIG. As shown, it has a substantially Lambertian light distribution.
  • the light emitted from each pixel has a substantially Lambertian light distribution
  • the luminous intensity in the direction of the angle ⁇ with respect to the optical axis C of each pixel is on the optical axis C, where n is a value larger than 0. This means that the light distribution pattern can be approximated by cos n ⁇ times the luminous intensity of .
  • n is preferably 11 or less, and even more preferably 1.
  • the light distribution pattern of the light emitted from this pixel 110p in each plane is approximately Lambertian light distribution, and The numerical values of n are also approximately equal.
  • the imaging optical system 120 of the light source unit 11 is an optical system that includes all optical elements necessary to form the first image IM1 at a predetermined position.
  • the light emitted from the output element 123 forms a first image IM1. Note that the light that has passed through the input element 121 may enter the output element 123, and the intermediate element 122 may not be provided.
  • the imaging optical system 120 has approximately telecentricity on the first image IM1 side.
  • the different positions are, for example, different pixels 110p of the display device 110.
  • the plurality of principal rays L are substantially parallel means that they are substantially parallel within a practical range that allows for errors due to manufacturing precision, assembly precision, etc. of the components of the light source unit 11.
  • the angle between the principal rays L is 10 degrees or less.
  • the imaging optical system 120 When the imaging optical system 120 has substantially telecentricity on the first image IM1 side, the plurality of principal rays L intersect with each other before entering the input element 121.
  • the point where the plurality of principal rays L intersect with each other will be referred to as a "focal point F.” Therefore, whether or not the imaging optical system 120 has substantially telecentricity on the first image IM1 side can be confirmed by the following method using, for example, the retrograde property of light.
  • a light source capable of emitting parallel light such as a laser light source, is placed near the position where the first image IM1 is formed.
  • the output element 123 of the imaging optical system 120 is irradiated with light emitted from this light source.
  • the imaging optical system 120 has approximately telecentricity on the first image IM1 side. It can be determined that there is.
  • the imaging optical system 120 Since the imaging optical system 120 has substantially telecentricity on the first image IM1 side, the imaging optical system 120 includes light that passes through the focal point F and its vicinity, out of the light emitted from each pixel of the display device 110. is mainly incident. Each optical element constituting the imaging optical system 120 will be described below.
  • the input element 121 is located on the ⁇ Z side of the display device 110 and is arranged to face the display device 110.
  • the input element 121 is a mirror having a concave mirror surface 121a.
  • the input element 121 reflects the light emitted from the display device 110.
  • the intermediate element 122 is located on the -X side of the display device 110 and the input element 121, and is arranged to face the input element 121.
  • the intermediate element 122 is a mirror having a concave mirror surface 122a. Intermediate element 122 further reflects the light reflected by input element 121.
  • the input element 121 and the intermediate element 122 constitute a bending portion 120a that bends the plurality of principal rays L so that the plurality of principal rays L emitted from different positions of the display device 110 are substantially parallel to each other.
  • the mirror surfaces 121a and 122a are biconic surfaces in this embodiment. However, the mirror surface may be a part of a spherical surface or may be a free-form surface.
  • the output element 123 is located on the +X side of the display device 110 and the input element 121, and is arranged to face the intermediate element 122.
  • the output element 123 is a mirror having a flat mirror surface 123a.
  • the output element 123 reflects the light that has passed through the input element 121 and the intermediate element 122 toward the formation position of the first image IM1. Specifically, a plurality of principal rays L that are substantially parallel due to the bending portion 120a are incident on the output element 123.
  • the mirror surface 123a is inclined with respect to the XY plane, which is the horizontal plane of the vehicle 13, so that the more it goes in the -Z direction, the more it goes in the +X direction.
  • the output element 123 reflects the light reflected by the intermediate element 122 in a direction inclined with respect to the Z direction such that the more it goes in the -Z direction, the more it goes in the +X direction.
  • the output element 123 directs the plurality of principal rays L so that the plurality of principal rays L, which have become substantially parallel due to the bending portion 120a, head toward the formation position P of the first image IM1.
  • a direction changing unit 120b for changing the direction is configured.
  • the optical path between the input element 121 and the intermediate element 122 extends in a direction intersecting the XY plane. Further, the optical path between the intermediate element 122 and the output element 123 extends in a direction along the XY plane. Since a part of the optical path within the imaging optical system 120 extends in a direction intersecting the XY plane, the light source unit 11 can be downsized to some extent in the direction along the XY plane. Furthermore, since the other part of the optical path within the imaging optical system 120 extends in the direction along the XY plane, the light source unit 11 can be downsized to some extent in the Z direction.
  • the optical path between the display device 110 and the input element 121 intersects with the optical path between the intermediate element 122 and the output element 123. In this way, by making the optical paths intersect with each other within the light source unit 11, the light source unit 11 can be made smaller.
  • optical path within the light source unit is not limited to the above.
  • all optical paths within the imaging optical system may extend in a direction along the XY plane, or may extend in a direction intersecting the XY plane. Further, the optical paths within the light source unit do not need to intersect with each other.
  • the input element 121, the intermediate element 122, and the output element 123 each include a main body member made of glass or a resin material, and a metal film or dielectric material provided on the surface of the main body member and forming mirror surfaces 121a, 122a, and 123a. It may also be configured with a reflective film such as a multilayer film. Further, the input element 121, the intermediate element 122, and the output element 123 may each be entirely made of a metal material.
  • the light source unit 11 is provided on the ceiling portion 13b of the vehicle 13.
  • the light source unit 11 is arranged, for example, inside a wall 13s1 exposed inside the vehicle at the ceiling portion 13b.
  • the wall 13s1 is provided with a through hole 13h1 through which light emitted from the output element 123 of the light source unit 11 can pass.
  • the light emitted from the output element 123 passes through the through hole 13h1 and is irradiated into the space between the viewer 14 and the front windshield 13a.
  • the light source unit may be attached to the ceiling surface.
  • the through hole 13h1 may be provided with a transparent or translucent cover having a small haze value.
  • the haze value is preferably 50% or less, and even more preferably 20% or less.
  • the configuration and position of the coupling optical system are not limited to the above as long as it has substantially telecentricity on the first image side.
  • the number of optical elements constituting the direction changing section may be two or more.
  • the reflection unit 12 includes a mirror 131 having a concave mirror surface 131a.
  • Mirror 131 is arranged to face front windshield 13a.
  • the mirror 131 reflects the light emitted from the output element 123 and irradiates it onto the front windshield 13a.
  • the mirror 131 may include a main body member made of glass, a resin material, or the like, and a reflective film such as a metal film or a dielectric multilayer film provided on the surface of the main body member and forming the mirror surface 131a. Further, the mirror 131 may be entirely made of a metal material.
  • mirror surface 131a is a biconic surface. However, the mirror surface may be a part of a spherical surface or may be a free-form surface.
  • the light irradiated onto the front windshield 13a is reflected on the inner surface of the front windshield 13a and enters the eye box 14a of the viewer 14. Thereby, the viewer 14 visually recognizes the second image IM2 corresponding to the image displayed on the display device 110 on the other side of the front windshield 13a.
  • the reflection unit 12 is provided on the dashboard portion 13c of the vehicle 13.
  • the reflection unit 12 is arranged, for example, inside a wall 13s2 of the dashboard portion 13c of the vehicle 13 that is exposed inside the vehicle.
  • the wall 13s2 is provided with a through hole 13h2 through which light emitted from the output element 123 of the light source unit 11 can pass.
  • the light emitted from the output element 123 passes through the through hole 13h1 to form a first image IM1, and then passes through the through hole 13h2 and is irradiated onto the reflection unit 12.
  • the reflection unit may be attached to the upper surface of the dashboard part.
  • the reflection unit may be placed on the ceiling and the light source unit may be placed on the dashboard.
  • the path of light from the inner surface of the front windshield 13a toward the eyebox 14a is generally horizontal, completely horizontal, or slightly inclined so that the eyebox 14a side is higher. That is, this path is approximately parallel to the XY plane.
  • the light source unit 11 is placed above (+Z direction) and the reflection unit 12 is placed below (-Z direction) with respect to the XY plane including the path of this light. That is, the light source unit 11 and the reflection unit 12 are separated from each other with the XY plane interposed therebetween.
  • the configuration and position of the reflection unit are not limited to the above.
  • the number of optical elements such as mirrors constituting the reflection unit may be two or more.
  • the reflection unit 12 needs to be arranged so that, for example, sunlight irradiated from outside the vehicle through the front windshield 13a is not reflected toward the eye box 14a.
  • FIG. 5A is an optical diagram showing the action of the second prism 130p2 in this embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram showing the pixel 110p of the display device 110.
  • FIG. 5C is a diagram showing pixels enlarged by the first prism 130p1.
  • FIG. 5D is a diagram showing pixels further enlarged by the second prism 130p2.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the scenery seen from the viewer in the driver's seat in this embodiment.
  • the light emitted from the pixel 110p of the display device 110 is separated in the Y direction by the second prism 130p2 of the first prism sheet 130, and the area where the light reaches expands in the Y direction.
  • the light emitted from the pixel 110p is separated in the X direction by the first prism 130p1, and the area where the light reaches expands in the X direction. Therefore, when the light emitted from the pixel 110p passes through the first prism sheet 130, the area where the light reaches expands in the X direction and the Y direction.
  • FIG. 5B shows two pixels 110p of the display device 110.
  • the pixels 110p are spaced apart from each other.
  • the first prism 130p1 of the first prism sheet 130 it is separated in the X direction as shown in FIG. 5C.
  • each pixel 110p appears to be separated into two pixels 110p along the X direction.
  • pixel separation refers to the fact that light emitted from one pixel is separated by a prism and the pixel appears to be separated when viewed from the viewer 14 side.
  • each pixel 110p shown in FIG. 5C appears to be separated into two pixels 110p along the Y direction. Therefore, the light emitted from the pixel 110p is spread in the X direction and the Y direction by the action of the first prism 130p1 and the second prism 130p2, and the area of the region where the light reaches is, for example, four times the area of the pixel 110p.
  • the light beam L is emitted from the first prism sheet 130.
  • the imaging optical system 120 of the light source unit 11 forms a first image IM1, which is a real image, at position P.
  • the light forming the first image IM1 is reflected by the reflection unit 12 and the front windshield 13a, and enters the eyebox 14a of the viewer 14.
  • the viewer 14 visually recognizes the second image IM2, which is a virtual image, on the other side of the front windshield 13a.
  • the second image IM2 is shown as a character string "information", but the second image IM2 is not limited to a character string, and may be a figure or the like.
  • pixels 110p are arranged in every other unit region 110u in the X direction and the Y direction.
  • the image enlargement ratio that is, the ratio of the size of the second image IM2 to the size of the image displayed by the display device 110 can be reduced, and the imaging optical system 120 can be made smaller.
  • the display device 110 becomes larger, the imaging optical system 120 becomes smaller, so that the light source unit 11 as a whole can be made smaller. Therefore, the video display device 10 can also be downsized.
  • the distance between the pixels 110p of the display device 110 becomes less visible in the second image IM2.
  • the quality of the second image IM2 can be made equal to that when the pixels 110p are not separated from each other.
  • the light emitted from the pixels can be expanded using a diffusion sheet or the like, but by using a prism sheet as in this embodiment, the emitted light can be expanded while suppressing a decrease in brightness. be able to.
  • the pixels 110p are arranged in every other unit area 110u in the X direction and the Y direction, and the first prism sheet 130 extends the area where the light emitted from the pixel 110p reaches in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • pixels 110p are arranged in every other unit region 110u only in the X direction, pixels 110p are arranged in all unit regions 110u arranged continuously in the Y direction, and the first prism sheet 130 may be provided with only the first prism 130p1 and may not be provided with the second prism 130p2.
  • pixels 110p are arranged in every other unit region 110u only in the Y direction, pixels 110p are arranged in all continuously arranged unit regions 110u in the X direction, and the first prism Only the second prism 130p2 may be provided on the sheet 130, and the first prism 130p1 may not be provided.
  • one pixel 110p is arranged in every second or more unit area 110u in the X direction and the Y direction, and the first prism sheet 130 increases the area where the light emitted from the pixel 110p reaches three times in the X direction and the Y direction. It may be more than that.
  • first prism 130p1 and the second prism 130p2 are provided on one first prism sheet 130
  • the present invention is not limited to this, and the first prism 130p1 and the second prism 130p2 may be provided separately on two prism sheets.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing the principle of the light source unit according to this embodiment.
  • FIG. 7B is a schematic diagram showing the principle of a light source unit according to a reference example.
  • FIG. 7A the light distribution pattern of light emitted from two pixels 110p of the plurality of pixels 110p of the display device 110 in this embodiment is shown by broken lines.
  • FIG. 7B the light distribution pattern of light emitted from two pixels 2110p of the plurality of pixels 2110p of the display device 2110 in the reference example is shown by broken lines.
  • FIGS. 7A and 7B the imaging optical systems 120 and 2120 are shown in a simplified manner.
  • the display device 2110 is an LCD (Liquid Crystal Display) including a plurality of pixels 2110p. As shown by the broken line in FIG. 7B, the light emitted from each pixel 2110p is mainly distributed in the normal direction of the light exit surface 2110s. Further, although there are many planes including the optical axis of light emitted from one pixel 2110p, in the display device 2110 which is an LCD, the light distribution pattern of light emitted from one pixel 2110p within each plane is mutually different. different.
  • the luminous intensity of the light emitted from each pixel 2110p in the direction of the angle ⁇ with respect to the optical axis is approximated by cos 20 ⁇ times the luminous intensity on the optical axis. It has a light distribution pattern.
  • the imaging optical system 2120 takes in light emitted from each pixel 2110p in a direction other than the normal direction, even if the brightness of the light emitted from all pixels 2110p is made uniform, the first image In IM1, variations in brightness and chromaticity occur. That is, the quality of the first image IM1 is degraded. Therefore, in order to prevent the quality of the first image IM1 from deteriorating, it is necessary to take in the light emitted from each pixel 2110p of the display device 2110 from the normal direction. As a result, the imaging optical system 2120 becomes larger.
  • the imaging optical system 120 has approximately telecentricity on the first image IM1 side, and the light emitted from the display device 110 has approximately Lambertian light distribution. have Therefore, the quality of the first image IM1 can be improved while reducing the size of the light source unit 11.
  • the display device 110 is an LED display having a plurality of LED elements 112, and the recessed portion 112t is provided in the LED element 112, so that the light emitted from each LED element 112 has approximately Lambertian light distribution.
  • the dependence of the luminous intensity and chromaticity of the light emitted from each pixel 110p of the display device 110 on the angle is the same as the dependence of the luminous intensity and chromaticity of the light emitted from each pixel 2110p of the display device 2110 on the angle in the reference example.
  • the closer to a strict Lambertian light distribution that is, the closer n in cos n ⁇ , which is an approximation formula for the light distribution pattern, approaches 1, the more the luminous intensity and chromaticity of the light emitted from each pixel 110p of the display device 110 becomes , it becomes approximately uniform regardless of the angle. Therefore, as shown in FIG.
  • the luminance of the first image IM1 It is possible to suppress variations in color and chromaticity and improve the quality of the first image IM1.
  • the imaging optical system 120 forms the first image IM1 using light that has mainly passed through the focal point F, it is possible to suppress the optical diameter of the light incident on the imaging optical system 120 from expanding. Thereby, the input element 121 can be miniaturized. Furthermore, the plurality of chief rays L emitted from the output element 123 are substantially parallel to each other. The fact that the plurality of chief rays L emitted from the output element 123 are substantially parallel to each other means that the range to which light contributing to image formation in the output element 123 is irradiated is approximately the same size as the first image IM1. It means that there is. Therefore, the output element 123 of the imaging optical system 120 can also be made smaller. As described above, it is possible to provide a light source unit 11 that can form a small and high-quality first image IM1.
  • the video display device 10 includes a light source unit 11 and a reflection unit 12 that is spaced apart from the light source unit 11 and reflects the light emitted from the imaging optical system 120.
  • the first image IM1 is formed between the light source unit 11 and the reflection unit 12.
  • the light emitted from one point on the display device 110 passes through the output element 123 and is then focused at the formation position of the first image IM1.
  • the optical diameter of the light emitted from one point of the display device 110 is from the input element 121 toward the reflection unit 12. , gradually spread.
  • the output element 123 in the output element 123, the range irradiated with light emitted from one point of the display device 110 can be made smaller compared to the case where the first image IM1 is not formed. Therefore, the output element 123 can be made smaller.
  • the light source unit 11 since the light source unit 11 according to the present embodiment is small, when the light source unit 11 is mounted on the vehicle 13 and used as a head-up display, the light source unit 11 can be easily placed in a limited space inside the vehicle 13. can.
  • the imaging optical system 120 in this embodiment includes a bending section 120a and a direction changing section 120b.
  • the imaging optical system 120 by separating the part that has the function of making the principal rays L parallel to each other and the part that forms the first image IM1 at a desired position, the imaging optical system The design of system 120 is facilitated.
  • a part of the optical path within the imaging optical system 120 extends in a direction intersecting the XY plane. Therefore, the imaging optical system 120 can be downsized to some extent in the direction along the XY plane. Further, another part of the optical path within the imaging optical system 120 extends in the direction along the XY plane. Therefore, the imaging optical system 120 can be downsized to some extent in the Z direction.
  • FIG. 8A is a graph showing a light distribution pattern of light emitted from one light emitting area in Examples 1, 11 and Reference Example.
  • FIG. 8B is a graph showing the uniformity of brightness of the second image in Examples 1 to 12 and the reference example.
  • the video display devices according to Examples 1 to 12 and reference examples include a light source unit and a reflection unit, and the light source unit includes a plurality of light emitting areas arranged in a matrix and an imaging optical system. were set on the simulation software. Each light emitting area corresponds to each pixel 110p of the display device 110 in the above embodiment.
  • the horizontal axis is the angle of the light emitting area with respect to the optical axis
  • the vertical axis is the luminous intensity normalized by dividing the luminous intensity at that angle by the luminous intensity on the optical axis.
  • the display device according to the first embodiment has an arrangement in which the luminous intensity of the light emitted from each light emitting area in the direction at an angle ⁇ with respect to the optical axis is expressed as cos ⁇ times the luminous intensity on the optical axis. It was set on the simulation software to have a light pattern. That is, in Example 1, the light emitted from each light emitting area has a strict Lambertian light distribution.
  • the simulation software is set so that the luminous intensity in the direction of angle ⁇ with respect to the optical axis of each light emitting area has a light distribution pattern expressed as cos 20 ⁇ times the luminous intensity on the optical axis. did.
  • the imaging optical systems in Examples 1 to 12 and Reference Example were all set to have telecentricity on the first image side.
  • the brightness distribution of the second image formed when the brightness of all light emitting areas was kept constant was simulated.
  • the second image was a rectangle with a long side of 111.2 mm and a short side of 27.8 mm.
  • the plane on which the second image was formed was divided into square areas having sides of 1 mm, and the brightness value of each area was simulated.
  • uniformity of brightness is a value expressed as a percentage of the minimum value to the maximum value of brightness within the second image.
  • uniformity of brightness is a value expressed as a percentage of the minimum value to the maximum value of brightness within the second image.
  • n in cos n ⁇ which is an approximate expression of the light distribution pattern, is preferably 11 or less, and even more preferably 1.
  • the display brightness of the display device 110 is set to a predetermined value in advance. A brightness distribution can be provided.
  • the display device 110 may be controlled so that the output of the LED element 112 of the pixel 110p on the outer edge side is larger than the output of the LED element 112 of the pixel 110p on the center side.
  • FIG. 9 is a plan view showing the display device in this embodiment.
  • FIG. 10A is a plan view showing the prism sheet in this embodiment.
  • FIG. 10B is an end view taken along the line XB-XB shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a plan view showing a display device and a prism sheet in this embodiment.
  • pixels 210p are arranged in a matrix along the third direction (X direction) and the fourth direction (Y direction). That is, in the first embodiment, one pixel 110p is arranged in every four unit regions 110u, as shown in FIG. 2, but in this embodiment, a pixel 210p is arranged in every unit region. It is located.
  • the first prism sheet 230 of this embodiment has a first surface 230a into which light emitted from the display device 210 enters, and a second surface through which light is emitted toward the input element 121. 230b.
  • a striped first prism 230p1 extending in the first direction is formed on the first surface 230a.
  • No prism is formed on the second surface 230b, which is flat.
  • the first direction is a direction inclined at 45 degrees with respect to the third direction.
  • the arrangement direction of the first prisms 230p1 is defined as a second direction.
  • the second direction is a direction inclined at 45 degrees with respect to the fourth direction.
  • the third direction in which the pixels 210p of the display device 210 are arranged is the X direction
  • the fourth direction in which the pixels 210p are arranged is the Y direction. It is.
  • the first direction in which the first prisms 230p1 of the first prism sheet 230 extend is expressed as the V direction
  • the second direction in which the plurality of first prisms 230p1 are arranged is expressed as the W direction.
  • the angle between the V direction and the W direction is 90 degrees, and the V direction and the W direction are perpendicular to the Z direction.
  • the X direction (third direction), Y direction (fourth direction), U direction (first direction), and V direction (second direction) are parallel to the second surface 230b of the first prism sheet 230. It is. Furthermore, as shown in FIG. 11, the arrangement period of the first prisms 230p1 is shorter than the arrangement period of the pixels 210p.
  • FIG. 12A is a diagram showing a state in which some pixels 210p in the display device 210 are lit.
  • FIG. 12B is a diagram showing pixels enlarged by the first prism 230p1.
  • the display device 210 selectively lights up the pixels 210p.
  • the display device 210 selectively lights up the pixels 210p.
  • four pixels 210p are turned on, and the other pixels 210p are turned off.
  • each pixel 210p when the light emitted from each pixel 210p enters the first prism 230p1 of the first prism sheet 230, this light is separated along the W direction.
  • each pixel 210p when viewed from the viewer 14 side, each pixel 210p appears to be separated into two in the W direction.
  • the two separated pixels 210p are not separated from each other and partially overlap.
  • the area where the two pixels 210p overlap becomes relatively bright. Around this bright area, there is a relatively dark area in which only one pixel 210p is arranged. Thereby, the light emitted from each pixel 210p is diffused so as to have one peak along the W direction. As a result, the image displayed by the display device 210 becomes smooth.
  • FIG. 13A is an end view showing the display device 210 and the first prism sheet 230 of this embodiment.
  • FIG. 13B is an optical diagram showing the first prism 230p1 of this embodiment.
  • FIG. 13C is an equation showing the relationship among the distance D, the prism angle ⁇ p, the refractive indices n0 and n1, and the pixel shift amount y.
  • FIG. 13D is a graph showing the relationship between the distance D and the prism angle ⁇ p necessary to obtain the desired pixel shift amount y, with the horizontal axis representing the pixel shift amount y and the vertical axis representing the prism angle ⁇ p.
  • the distance between the display device 210 and the first prism sheet 230 is D.
  • Pa be the arrangement period (pixel pitch) of the pixels 210p in the display device 210.
  • the arrangement period (prism pitch) of the first prisms 230p1 in the first prism sheet 230 is assumed to be P2.
  • the angle between the surface of the first prism 230p1 and the second surface 230b is defined as a prism angle ⁇ p.
  • the vertex angle of the first prism 230p1 is (180-2 ⁇ p) degrees.
  • the prism angle ⁇ p is greater than 0 degrees and less than or equal to 45 degrees, preferably greater than or equal to 1 degree and less than or equal to 40 degrees. Therefore, the vertex angle of the first prism 230p1 is greater than or equal to 90 degrees and less than 180 degrees, preferably greater than or equal to 100 degrees and less than or equal to 178 degrees.
  • the refractive index of the first prism sheet 230 is n1
  • the refractive index of the environment in which the first prism sheet 230 is placed, for example, the atmosphere is n0
  • the amount by which the pixel 210p is desired to be shifted is y. do.
  • the distance D be short. However, if the distance D is made too short, the proportion of light that is totally reflected on the surface of the first prism 230p1 increases, and the light utilization efficiency decreases. In order to suppress total reflection, the prism angle ⁇ p may be made small, but if the prism angle ⁇ p is made small, it becomes difficult to obtain the pixel shift amount y. In other words, for the desired pixel shift amount y, there is a trade-off between shortening the distance D and reducing the prism angle ⁇ p.
  • the pixel shift amount y can be expressed as a function of the distance D, the prism angle ⁇ p, and the refractive indexes n0 and n1 as shown in equation (1) shown in FIG. 13C.
  • formula (1) When formula (1) is graphed with respect to several distances D and refractive indices n0 and n1, it becomes as shown in FIG. 13D.
  • the pixel shift amount y in order to increase the pixel shift amount y, it is necessary to lengthen the distance D or increase the prism angle ⁇ p.
  • the pixel pitch Pa is 0.1 mm and it is desired to shift the area irradiated with light by half of the pixel pitch Pa
  • the pixel shift amount y will be 0.05 mm.
  • the prism angle ⁇ p is about 4 degrees
  • the prism angle ⁇ p is about 11 degrees.
  • the ratio of prism pitch Pb to distance D is preferably 10% or less, more preferably 7.5% or less, more preferably 5% or less, and 2.5% or less. More preferred.
  • FIG. 14A and 14B are diagrams showing the distribution of light transmitted through the first prism sheet 230, and FIG. 14A shows a case where the ratio of prism pitch Pb to distance D (Pb/D) is 1.5%, FIG. 14B shows the case where the ratio (Pb/D) is 5.0%.
  • the first prism 230p1 separates the light emitted from each pixel 210p of the display device 210 into two pixels that partially overlap each other, thereby making it possible to make the image smooth.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a plan view showing the first prism sheet 330 of this embodiment. As shown in FIG. 15, in this embodiment, a first prism sheet 330 is provided in place of the first prism sheet 230 in the second embodiment.
  • the first prism sheet 330 has a first surface 330a onto which light emitted from the display device 210 enters, and a second surface 330b from which light is emitted toward the input element 121.
  • a striped first prism 330p1 extending in the first direction (V direction) is formed on the first surface 330a.
  • a striped second prism 330p2 extending in the second direction (W direction) is formed on the second surface 330b.
  • the first direction (V direction) is inclined at 45 degrees with respect to the third direction (X direction), and the second direction (W direction) is inclined at 45 degrees with respect to the fourth direction (Y direction). Therefore, the second direction (W direction) is perpendicular to the first direction (V direction).
  • FIG. 16A is a diagram showing one pixel 210p in this embodiment.
  • FIG. 16B is a diagram showing pixels enlarged by the first prism 330p1.
  • FIG. 16C is a diagram showing pixels further enlarged by the second prism 330p2.
  • FIG. 17A is a diagram showing an image displayed by the display device 210 in this embodiment.
  • FIG. 17B is a diagram showing an image enlarged by the first prism 330p1.
  • FIG. 17C is a diagram showing an image further enlarged by the second prism 330p2.
  • FIG. 16A it is assumed that one pixel 210p of the display device 210 is lit.
  • FIG. 16B when the light emitted from this pixel 210p enters the first prism 330p1, it is separated into two pixels 210p along the W direction. At this time, the two pixels 210p are separated so that they partially overlap. For example, two pixels 210p are shifted by 0.5 pixel.
  • the two pixels 210p separated by the first prism 330p1 are each further separated into two pixels 210p along the V direction by the second prism 330p2, as shown in FIG. 16C.
  • the pixel shift amount at this time is also such that the two pixels 210p partially overlap each other, for example, 0.5 pixel. Thereby, the light emitted from one pixel 210p is expanded to a region where four pixels 210p overlap.
  • FIG. 17A it is assumed that the display device 210 displays an image G1.
  • FIG. 17B the light emitted from the plurality of pixels 210p constituting this image G1 is separated by, for example, 0.5 pixels along the W direction by the first prism 330p1.
  • an image G2 is synthesized in which two images G1 of the same shape are overlapped with each other with a shift of 0.5 pixel.
  • the light separated by the first prism 330p1 is separated by, for example, 0.5 pixels along the V direction by the second prism 330p2.
  • an image G3 is formed in which two images G2 of the same shape overlap each other with a shift of 0.5 pixel.
  • Image G3 is an image in which four images G1 are overlapped.
  • the image G1 displayed by the display device 210 passes through the first prism sheet 330 and becomes smooth.
  • the first prism 330p1 is provided on the first surface 330a of the first prism sheet 330
  • the second prism 330p2 is provided on the second surface, so that the image can be divided into two directions in the W direction and the V direction. separated along the directions. This makes the image smoother compared to the second embodiment.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the second embodiment.
  • FIG. 18A is a side view showing the display device 210, first prism sheet 431, and second prism sheet 432 of the light source unit according to this embodiment.
  • FIG. 18B is a plan view showing the first prism sheet 431 of this embodiment.
  • FIG. 18C is a plan view showing the second prism sheet 432 of this embodiment.
  • this embodiment differs from the third embodiment in that the first prism 330p1 and the second prism 330p2 are arranged separately on two prism sheets. ing.
  • the light source unit according to this embodiment is provided with a first prism sheet 431 and a second prism sheet 432, and the second prism sheet 432 is arranged between the first prism sheet 431 and the input element 121. .
  • the first prism 330p1 is arranged on the first surface 431a of the first prism sheet 431, and the second prism 330p2 is arranged on the first surface 432a of the second prism sheet 432.
  • the first prism 330p1 extends in a stripe shape in the first direction (V direction)
  • the second prism 330p2 extends in a stripe shape in the second direction (W direction).
  • the first surface 431a of the first prism sheet 431 and the first surface 432a of the second prism sheet 432 are surfaces facing the display device 210.
  • first prism 330p1 may be arranged on the second surface 431b of the first prism sheet 431, and the second prism 330c2 may be arranged on the second surface 432b of the second prism sheet 432.
  • the second surface 431b of the first prism sheet 431 and the second surface 432b of the second prism sheet 432 are surfaces facing the input element 121.
  • the image displayed by the display device 210 can be made smooth, similar to the third embodiment.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the third embodiment.
  • FIG. 19 is a side view showing the display device 210, first prism sheet 531, second prism sheet 532, and third prism sheet 533 of the light source unit according to this embodiment.
  • FIG. 20A is a plan view showing the first prism sheet 531 of this embodiment.
  • FIG. 20B is a plan view showing the second prism sheet 532 of this embodiment.
  • FIG. 20C is a plan view showing the third prism sheet 533 of this embodiment.
  • the first prism sheet 531, the second prism sheet 532, and the third prism sheet 533 are arranged in this order along the direction from the display device 210 toward the input element 121.
  • a first prism 531p is formed on the first prism sheet 531, a second prism 532p is formed on the second prism sheet 532, and a third prism 533p is formed on the third prism sheet 533. ing.
  • the first prism 531p, the second prism 532p, and the third prism 533p are all striped and form an angle of 120 degrees with each other.
  • each prism may be formed on any surface of each prism sheet. Further, two prisms may be formed on both sides of one prism sheet.
  • 21A to 21D are schematic diagrams showing the operation of this embodiment.
  • FIG. 21A it is assumed that one pixel 210p is lit.
  • the light emitted from this pixel 210p is separated by the first prism 531p, and is separated into two pixels 210p.
  • these two pixels 210p are each separated into two by the second prism 532p, and are separated into four pixels 210p.
  • each of these four pixels 210p is further separated into two by the third prism 533p. However, at this time, since the two pixels 210p overlap at one location, there are ultimately seven pixels 210p. In this way, light emitted from one pixel 210p is separated into seven pixels 210p.
  • the light emitted from the pixels can be expanded in three directions that form an angle of 120 degrees with each other, and the image can be made smoother.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the fourth embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view showing the first prism sheet of this embodiment.
  • a first prism sheet 630 is provided.
  • a first prism 630p is formed on the first prism sheet 630.
  • the first prism 630p is not striped but has a convex shape, for example.
  • a plurality of first prisms 630p are arranged in a matrix along a first direction (V direction) and a second direction (W direction).
  • the first prism 630p has a pyramid shape (quadrangular pyramid shape).
  • the shape of the first prism 630p is not limited to this, and may be, for example, a conical shape or a hexagonal pyramid shape.
  • the first prism 630p may be a recessed portion.
  • the arrangement direction of the first prisms 630p is not limited to the V direction and the W direction, but may be the same as the X direction and the Y direction, that is, the arrangement direction of the pixels of the display device.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the third embodiment.
  • FIG. 23 is an end view showing the video display device according to this embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing the scenery seen from the viewer in the driver's seat in this embodiment.
  • an automobile 1000 includes a vehicle 13 and a video display device 20 fixed to the vehicle 13.
  • the video display device 20 includes a light source unit 11 and a reflection unit 22.
  • the video display device 20 according to the present embodiment differs from the first embodiment in that the mirror surface 322a of the mirror 322 of the reflection unit 22 also serves as a reflection surface that allows the viewer 14 to view the second image IM2. This is different from the video display device 10.
  • the configuration of the light source unit 11 in the video display device 20 is the same as that in the first embodiment.
  • the light source unit 11 is arranged on the ceiling part 13b of the vehicle 13.
  • the reflection unit 22 is arranged on the dashboard section 13c of the vehicle 13.
  • Reflection unit 22 has a mirror 322.
  • the mirror surface 322a of the mirror 322 is, for example, a concave surface.
  • the mirror surface 322a is arranged at a position and at an angle facing the eye box 14a of the viewer 14 when the viewer 14 is in the driver's seat of the vehicle 13.
  • the mirror surface 322a faces in a direction between the -X direction (rearward) and the +Z direction (upward).
  • the angle of this mirror surface 322a can be finely adjusted depending on the position of the eyebox 14a of the viewer 14.
  • the principal ray L emitted from the light source unit 11 travels in a direction between the +X direction (front) and the -Z direction (downward), is reflected at the mirror surface 322a of the mirror 322 of the reflection unit 22, and travels in the -X direction ( The light travels in a direction between the +Z direction (upward) and the +Z direction (upwards) and enters the eyebox 14a of the viewer 14.
  • the path of the chief ray L from the light source unit 11 toward the reflection unit 12 is located inside the front windshield 13a of the vehicle 13, and generally follows the front windshield 13a.
  • the chief ray L forms a first image IM1 at a position P between the light source unit 11 and the reflection unit 22. At this time, the first image IM1 becomes smooth due to the action of the first prism sheet 130.
  • the viewer 14 can visually recognize the second image IM2, which is a virtual image, behind the mirror surface 322a of the dashboard portion 13c.
  • the second image IM2 is formed far away from the mirror surface 322a, for example, 3 m ahead. Therefore, the viewer 14 can view the second image IM2 without significantly changing the focal length of his eyes from a state where he is viewing a distant scene through the front windshield 13a.
  • the video display device 20 is divided into a light source unit 11 and a reflection unit 22, and is fixed at different positions in the vehicle 13, similarly to the first embodiment.
  • the video display device 20 requires a long optical path length in order to form the second image IM2 at a position several meters in front of the vehicle. Part of the optical path length can be configured using the thirteen internal spaces. This eliminates the need to form the entire required optical path length inside the video display device 20, and the video display device 20 can be made smaller.
  • the configuration of the reflection unit 22 can be simplified, and the reflection unit 22 can be made smaller.
  • the viewer 14 can reliably view the second image IM2 without being affected by the background of the reflective surface.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.
  • the mirror 322 of the reflection unit 22 may be constituted by a half mirror or a transparent plate. Even in this case, by keeping the inside of the dashboard portion 13c dark, it is possible to prevent the viewer 14 from seeing the inside of the dashboard portion 13c.
  • the mirror surface 322a of the mirror 322 may be black enough to sufficiently reflect the chief ray L emitted from the light source unit 11. Thereby, it is possible to suppress a decrease in visibility due to reflection of external light or the like by the mirror surface 322a of the mirror 322.
  • the mirror 322 may be arranged continuously with the surface of the dashboard portion 13c. This eliminates the need to make a hole in the dashboard portion 13c, and improves the design of the interior of the automobile 1000.
  • FIG. 25 is an end view showing the video display device according to this embodiment.
  • FIG. 26 is an enlarged cross-sectional view of a part of the display device and reflective polarizing element shown in FIG. 25.
  • a video display device 70A according to the present embodiment differs from the first embodiment in that it includes a display device 710A instead of the display device 110 and further includes a reflective polarizing element 740. This is different from the video display device 10.
  • the display device 710A in this embodiment is different from the display device in the first embodiment in that the light exit surface of the LED element 712 is generally flat, and further includes a protective layer 714, a wavelength conversion member 715, and a light scattering member 716A. It is different from 110.
  • the other configuration of the display device 710A is the same as the display device 110 in the first embodiment.
  • the light source unit 71A according to the present embodiment includes the first prism sheet 130 similarly to the light source unit 11 according to the first embodiment. However, in FIG. 25, illustration of the first prism sheet 130 is omitted.
  • the protective layer 714 covers the plurality of LED elements 712 arranged in rows and columns.
  • the protective layer 714 is made of, for example, a polymer material having a sulfur (S)-containing substituent or a phosphorus (P) atom-containing group, or a high refractive material in which inorganic nanoparticles with a high refractive index are introduced into a polymer matrix such as polyimide.
  • Transparent materials such as composite nanocomposite materials can be used.
  • the wavelength conversion member 715 is arranged on the protective layer 714.
  • the wavelength conversion member 715 includes one or more wavelength conversion materials such as a general phosphor material, a perovskite phosphor material, or a quantum dot (QD).
  • the light emitted from each LED element 712 enters the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion material emits light having an emission peak wavelength different from the emission peak wavelength of each LED element 712.
  • the light emitted by the wavelength conversion member 715 has a substantially Lambertian light distribution.
  • the light scattering member 716A includes, for example, a translucent resin member and light scattering particles or holes arranged in the resin member.
  • the resin member include polycarbonate.
  • light-scattering particles include materials that have a refractive index difference with the resin member, such as titanium oxide. Note that the light scattering member 716A may obtain a light scattering effect by roughening its surface to provide unevenness.
  • the reflective polarizing element 740 for example, a multilayer thin film laminated polarizing plate in which thin film layers having different polarization characteristics are laminated can be used.
  • Reflective polarizing element 740 is placed on display device 710A.
  • the reflective polarizing element 740 is placed on the light scattering member 716A. Therefore, the light emitted from the LED element 712 and the wavelength conversion member 715 enters the reflective polarizing element 740.
  • the reflective polarizing element 740 transmits the first polarized light 710p of the light emitted from the display device 710A, and reflects the second polarized light 710s toward the display device 710A.
  • the direction of vibration of the electric field of the second polarized light 710s is approximately orthogonal to the direction of vibration of the electric field of the first polarized light 710p.
  • the first polarized light 710p is P polarized light
  • the second polarized light 710s is S polarized light
  • P-polarized light means light whose electric field vibration direction is substantially parallel to the XY plane
  • S-polarized light means light whose electric field vibration direction is approximately perpendicular to the XY plane including incident light and reflected light.
  • the viewer 14 driving the vehicle 13 may wear polarized sunglasses 14b in order to reduce the glare of sunlight that is reflected from a puddle in front of the vehicle 13 and transmitted through the front windshield 13a.
  • the component corresponding to P-polarized light when viewed from the front windshield 13a is particularly reduced in sunlight reflected by a puddle or the like, so the polarized sunglasses 14b blocks most of the S-polarized light.
  • the polarized sunglasses 14b blocks most of the S-polarized light.
  • most of the S-polarized light included in the light emitted by the display device 710A is also blocked by the polarized sunglasses 14b, so that the viewer 14 cannot visually recognize the second image IM2. It may become difficult.
  • P-polarized light and S-polarized light in this specification are physically defined by the presence of a reflective object such as the above-mentioned puddle.
  • the reflective polarizing element 740 transmits the first polarized light 710p of the light emitted from the display device 710A and reflects the second polarized light 710s. Most of the first polarized light 710p transmitted through the reflective polarizing element 740 passes through the imaging optical system 120, the reflective unit 12, and the inner surface of the front windshield 13a, and then passes through the eye box without being blocked by the polarized sunglasses 14b. 14a. Note that the incident angle of the first polarized light 710p when it enters the inner surface of the front windshield 13a is set to be an angle different from the Brewster angle.
  • the light emitted from the LED element 712 is irradiated onto the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion member 715 is excited and emits light having a peak emission wavelength longer than the peak emission wavelength of the light emitted from the LED element 712.
  • the light emitted from the display device 710A includes light emitted from the LED element 712 and light emitted from the wavelength conversion member 715.
  • the light emitted from the LED element 712 is also referred to as "short wavelength light”
  • the light emitted from the wavelength conversion member 715 is also referred to as "long wavelength light”.
  • most of the light emitted from the LED element 712 may be absorbed by the wavelength conversion member 715.
  • Most of the first polarized light 710p included in these short wavelength lights and long wavelength lights passes through the reflective polarizing element 740 and exits from the imaging optical system 120. Furthermore, most of the second polarized light 710s included in these short wavelength lights and long wavelength lights is reflected by the reflective polarizing element 740. A portion of the second polarized light 710s reflected by the reflective polarizing element 740 is scattered and reflected by components of the display device 710A, such as the light scattering member 716A and the wavelength conversion member 715. Due to scattered reflection, a portion of the second polarized light 710s is converted into the first polarized light 710p.
  • a part of the first polarized light 710p converted from the second polarized light 710s passes through the reflective polarizing element 740 and is emitted from the light source unit 71A. Therefore, the brightness of the first image IM1 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the light source unit 71A.
  • the brightness of the second image IM2 also improves. This makes it easier for the viewer 14 to visually recognize the second image IM2.
  • a part of the short wavelength light included in the second polarized light 710s may be reflected by the reflective polarizing element 740 and then enter the wavelength conversion member 715.
  • the wavelength conversion member 715 absorbs the short wavelength light of the second polarized light 710s and newly emits long wavelength light. Both the scattered reflected light and the emitted light have approximately Lambertian light distribution.
  • the reflective polarizing element 740 itself may scatter and reflect the second polarized light 710s. Also in this case, a part of the second polarized light 710s is converted into the first polarized light 710p due to scattering and reflection.
  • one reflective polarizing element 740 covers all pixels of the display device 710A.
  • the light source unit may include a plurality of reflective polarizing elements, and each reflective polarizing element may be arranged on each pixel.
  • the configuration of the display device used in combination with the reflective polarizing element is not limited to the above.
  • the display device may be configured without the light scattering member.
  • the display device may be configured without the wavelength conversion member.
  • the display device can be converted into a wavelength converting member and a light scattering member.
  • a configuration in which neither is provided may be used.
  • the light source unit 71A is arranged on the display device 710A, transmits the first polarized light 710p of the light emitted from the display device 710A, and transmits the second polarized light 710s of the light emitted from the display device 710A. It further includes a reflective polarizing element 740 that reflects. Therefore, the brightness of the first image IM1 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the light source unit 71A.
  • the light emitted from the reflective polarizing element 740 also has a substantially Lambertian light distribution. Therefore, also in this embodiment, it is possible to provide the light source unit 71A that can form the first image IM1 that is small and of high quality. Note that since the plurality of LED elements 712 are discretely mounted on the substrate 111, a grainy appearance may occur in the first image IM1.
  • the wavelength conversion member 715 has the effect of alleviating this graininess.
  • the light scattering member 716A can further enhance the effect of alleviating this graininess.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 27 is a side view showing the light source unit according to this embodiment.
  • a light source unit 71B includes a display device 710A having a configuration similar to that of the eighth embodiment instead of the display device 110, and a reflective polarizing element 750.
  • the video display device 10 is different from the video display device 10 according to the first embodiment in that it further includes a light shielding member 760. Note that in FIG. 27, only the light shielding member 760 is shown in cross section.
  • the reflective polarizing element 750 for example, a wire grid type reflective polarizing element using a plurality of metal nanowires can be used.
  • the reflective polarizing element 750 is arranged in a portion of the optical path from the display device 710A to the reflective unit 12, where the plurality of principal rays L are substantially parallel to each other.
  • the plurality of principal rays L are substantially parallel to each other in the optical path between the intermediate element 122 and the reflection unit 12, and the reflective polarizing element 750 is arranged between the intermediate element 122 and the output element 123. be done.
  • the reflective polarizing element 750 transmits the first polarized light 710p, which is P-polarized light, and reflects the second polarized light 710s, which is S-polarized light, back to the display device 710A. Specifically, light 710a including first polarized light 710p and second polarized light 710s is emitted from display device 710A. This light 710a enters the reflective polarizing element 750 after passing through the input element 121 and the intermediate element 122.
  • the reflective polarizing element 750 transmits most of the first polarized light 710p included in this light 710a. Most of the first polarized light 710p that has passed through the reflective polarizing element 750 is output from the reflective unit 12 after passing through the output element 123.
  • the reflective polarizing element 750 reflects most of the second polarized light 710s included in this light 710a so as to return along the optical path from the display device 710A to the reflective polarizing element 750.
  • the shape of the reflective polarizing element 750 is a flat plate.
  • the reflective polarizing element 750 is arranged so as to be substantially perpendicular to the principal ray L.
  • the reflective polarizing element 750 specularly reflects most of the second polarized light 710s. Therefore, most of the second polarized light 710s reflected by the reflective polarizing element 750 passes through the intermediate element 122 and the input element 121 in this order, and then returns to the display device 710A.
  • a part of the second polarized light 710s that has returned to the display device 710A is scattered and reflected by components of the display device 710A, such as the light scattering member 716A and the wavelength conversion member 715. Due to scattered reflection, a portion of the second polarized light 710s is converted into the first polarized light 710p.
  • a part of the first polarized light 710p converted from the second polarized light 710s passes through the reflective polarizing element 750 after passing through the input element 121 and the intermediate element 122. Most of the first polarized light 710p that has passed through the reflective polarizing element 750 is output from the reflective unit 12 after passing through the output element 123. Therefore, the brightness of the second image IM2 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the video display device 70B. This makes it easier for the viewer 14 to visually recognize the second image IM2.
  • a portion of the short wavelength light included in the second polarized light 710s returned to the display device 710A may be irradiated onto the wavelength conversion member 715, as in the eighth embodiment.
  • the effect can be expected that the wavelength conversion member 715 absorbs the short wavelength light of the second polarized light 710s and newly emits long wavelength light.
  • the light shielding member 760 is arranged between the display device 710A and the input element 121 of the imaging optical system 120.
  • the shape of the light shielding member 760 is, for example, a flat plate substantially parallel to the XY plane.
  • the light shielding member 760 is provided with an opening 761 that penetrates the light shielding member 760 in the Z direction.
  • the focal point F of the imaging optical system 120 is located within the aperture 761.
  • the light that passes through the focal point F and its vicinity passes through the opening 761 of the light shielding member 760 and enters the input element 121, and most of the other light passes through the light shielding member 760. is blocked by.
  • the light along the optical path that is, the light passing through the focal point F and its vicinity, passes through the opening 761 of the light shielding member 760 and returns to the display device 710A.
  • most of the second polarized light 710s reflected by the reflective polarizing element 750 which does not go along the optical path but goes toward the display device 710A, is blocked by the light shielding member 760.
  • the video display device 70B further includes a reflective polarizing element 750.
  • the reflective polarizing element 750 is configured so that, in the optical path from the display device 710A to the reflection unit 12, a plurality of chief rays L that are emitted from different positions in the display device 710A and pass through the first image IM1 are substantially parallel to each other.
  • the first polarized light 710p of the light emitted from the display device 710A is transmitted therethrough, and the second polarized light 710s of the light emitted from the display device 710A is reflected back to the display device 710A. Therefore, the brightness of the second image IM2 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the video display device 70B.
  • a light shielding member 760 is provided between the display device 710A and the input element 121.
  • the light shielding member 760 is provided with an opening 761 through which the second polarized light 710s returning to the display device 710A along the optical path passes. Therefore, while allowing the light along the optical path of the second polarized light 710s reflected by the reflective polarizing element 750 to return to the display device 710A, the light along the optical path of the second polarized light 710s reflected by the reflective polarizing element 750 is allowed to return to the display device 710A. Stray light that does not follow the direction can be suppressed from heading toward the display device 710A.
  • the quality of the first image IM1 and the second image IM2 can be improved.
  • the light shielding member 760 due to the light shielding member 760, stray light out of the light emitted from the display device 710A that does not follow the optical path is reflected by the reflective polarizing element 750 and the optical elements of the imaging optical system 120, and heads toward the display device 710A. It is possible to suppress re-excitation and scattering reflection in places where it is not possible.
  • the light shielding member 760 may not be provided in the video display device 70B.
  • the reflective polarizing element 740 described in the eighth embodiment may be further provided on the display device 710A of the video display device 70B.
  • the second polarized light 710s that was not completely reflected by the reflective polarizing element 740 on the display device 710A can be reflected by the reflective polarizing element 750. Therefore, the brightness of the second image IM2 can be improved while increasing the proportion of the first polarized light 710p included in the light emitted from the video display device 70B.
  • the configuration, operation, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the eighth embodiment.
  • FIG. 28 is a side view showing a light source unit according to this modification. Also in FIG. 28, only the light shielding member 760 is shown in cross section.
  • a reflective polarizing element 750 is arranged between the output element 123 and the reflective unit 12. Note that although FIG. 28 shows an example in which the reflective polarizing element 750 is located between the output element 123 and the first image IM1, the reflective polarizing element 570 is positioned between the first image IM1 and the reflective unit 12. may be placed between.
  • the configuration, operation, and effects of this modification other than those described above are the same as those of the ninth embodiment.
  • the embodiment includes the following aspects.
  • a display device capable of displaying images; a first prism sheet into which light emitted from the display device is incident; an input element into which light emitted from the first prism sheet is incident; and an output element into which light that has passed through the input element is incident; the light emitted from the output element forms a first image corresponding to the image; an imaging optical system that forms a Equipped with The imaging optical system has substantially telecentricity on the first image side, A light source unit in which light emitted from the display device has a substantially Lambertian light distribution.
  • the first prism sheet has a first surface onto which light emitted from the display device enters, and a second surface that emits light toward the input element, A striped first prism extending in a first direction is formed on the first surface,
  • the display device has a plurality of pixels arranged along a third direction and a fourth direction orthogonal to the third direction, The first direction is inclined at 45 degrees with respect to the third direction, The light source unit according to appendix 2, wherein the second direction is inclined at 45 degrees with respect to the fourth direction.
  • the display device has a plurality of pixels arranged along a third direction and a fourth direction orthogonal to the third direction, The first direction is inclined at 45 degrees with respect to the third direction, The light source unit according to appendix 4, wherein the second direction is inclined at 45 degrees with respect to the fourth direction.
  • the light emitted from the display device has a light distribution pattern in which the luminous intensity in a direction at an angle ⁇ with respect to the optical axis of the light emitted from the display device is approximated by cos n ⁇ times the luminous intensity on the optical axis.
  • the light source unit according to any one of Supplementary notes 1 to 5, wherein the n is a value larger than 0.
  • Appendix 7 The light source unit according to appendix 6, wherein n is 11 or less.
  • Appendix 8 The light source unit according to any one of appendices 1 to 7, wherein the display device is an LED display having a plurality of LED elements.
  • Appendix 10 The light source unit according to appendix 8 or 9, wherein the display device further includes a wavelength conversion member that is disposed on the LED element and into which light emitted from the LED element enters.
  • the imaging optical system includes a bending section including the input element, and a direction changing section including the output element,
  • the bending portion is configured such that a plurality of chief rays exit from different positions in the display device and cross each other to reach the first image before entering the input element, before and after the first image. bending the plurality of chief rays so that they become substantially parallel; Any one of Supplementary Notes 1 to 10, wherein the direction changing unit changes the traveling direction of the plurality of chief rays so that the plurality of chief rays that have passed through the bending part head toward the formation position of the first image.
  • An opening is provided between the display device and the imaging optical system, through which a portion of light directed from the display device to the imaging optical system passes, and is directed from the display device to the imaging optical system.
  • the light source unit according to any one of Supplementary Notes 1 to 10, further comprising a light shielding member that blocks another part of the light.
  • a light source unit according to any one of Supplementary Notes 1 to 12, a reflection unit that is separated from the light source unit and reflects the light emitted from the imaging optical system; Equipped with The first image is an image display device formed between the light source unit and the reflection unit.
  • the display device is arranged on an optical path from the display device to the reflection unit, transmits the first polarized light of the light emitted from the display device, and transmits the second polarized light of the light emitted from the display device to the display device.
  • the video display device according to appendix 13 further comprising a reflective polarizing element that reflects light back to .
  • the present invention can be used, for example, in a head-up display.
  • Video display device 11 Light source unit 12: Reflection unit 13: Vehicle 13a: Front windshield 13b: Ceiling section 13c: Dashboard section 13h1: Through hole 13h2: Through hole 13s1: Wall 13s2: Wall 14: Viewer 14a: Eye box 14b: Polarized sunglasses 15: Wavelength conversion member 20: Image display device 22: Reflection units 70A, 70B: Image display devices 71A, 71B: Light source unit 110: Display device 110p: Pixel 110u: Unit area 111: Substrate 112: LED Element 112a: Semiconductor stack 112b: Anode electrode 112c: Cathode electrode 112p1: P-type semiconductor layer 112p2: Active layer 112p3: N-type semiconductor layer 112s: Light exit surface 112t: Recesses 118a, 118b: Wiring 120: Imaging optical system 120a :Bending part 120b:Direction changing part 121:Input element 121a:Mirror surface 122Intermediate element 122

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

光源ユニットは、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射する第１プリズムシートと、結像光学系と、を備える。前記結像光学系は、前記第１プリズムシートから出射した光が入射する入力素子と、前記入力素子を経由した光が入射する出力素子と、を含み、前記出力素子から出射した光が前記画像に応じた第１の像を形成する。前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有する。前記表示装置から出射する光は略ランバーシアン配光を有する。

Description

光源ユニット及び映像表示装置
　実施形態は、光源ユニット及び映像表示装置に関する。
　特許文献１には、画像を表示可能な表示装置から出射した光を、複数のミラーで順次反射し、最後のミラーにおいて反射された光を、ウインドシールド等の反射部材で使用者に向けてさらに反射し、使用者に表示装置が表示する画像に応じた虚像を視認させる技術が開示されている。このような装置は、小型化が要望されている。
国際公開第２０１６／２０８１９５号
　本発明の実施形態は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、小型化が可能な光源ユニット及び映像表示装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係る光源ユニットは、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置から出射した光が入射する第１プリズムシートと、結像光学系と、を備える。前記結像光学系は、前記第１プリズムシートから出射した光が入射する入力素子と、前記入力素子を経由した光が入射する出力素子と、を含み、前記出力素子から出射した光が前記画像に応じた第１の像を形成する。前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有する。前記表示装置から出射する光は略ランバーシアン配光を有する。
　本発明の実施形態に係る映像表示装置は、前記光源ユニットと、前記光源ユニットから離隔し、前記結像光学系から出射した光を反射する反射ユニットと、を備える。前記第１の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される。
　実施形態によれば、小型化が可能な光源ユニット及び映像表示装置を実現できる。
図１は、第１の実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。 図２は、第１の実施形態に係る光源ユニットの表示装置を示す平面図である。 図３Ａは、第１の実施形態に係る光源ユニットの第１プリズムシートを示す斜視図である。 図３Ｂは、第１の実施形態に係る光源ユニットの第１プリズムシートを示す端面図である。 図３Ｃは、第１の実施形態に係る光源ユニットの第１プリズムシートを示す端面図である。 図４は、第１の実施形態に係る映像表示装置の表示装置を示す端面図である。 図５Ａは、第１の実施形態における第２プリズムの作用を示す光学図である。 図５Ｂは、表示装置の画素を示す図である。 図５Ｃは、第１プリズムによって拡大された画素を示す図である。 図５Ｄは、第２プリズムによって更に拡大された画素を示す図である。 図６は、第１の実施形態において、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。 図７Ａは、第１の実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。 図７Ｂは、参考例に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。 図８Ａは、実施例１、１１および参考例において、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。 図８Ｂは、実施例１～１２および参考例における第２の像の輝度の均一性を示すグラフである。 図９は、第２の実施形態における表示装置を示す平面図である。 図１０Ａは、第２実施形態におけるプリズムシートを示す平面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示すXB－XB線による端面図である。 図１１は、第２の実施形態における表示装置とプリズムシートを示す平面図である。 図１２Ａは　表示装置においていくつかの画素が点灯した状態を示す図である。 図１２Ｂは、第１プリズムによって拡大された画素を示す図である。 図１３Ａは、第２の実施形態の表示装置と第１プリズムシートを示す端面図である。 図１３Ｂは、本実施形態の第１プリズムを示す光学図である。 図１３Ｃは、距離、プリズム角度、屈折率、画素シフト量の関係を示す式である。 図１３Ｄは、横軸に画素シフト量をとり、縦軸にプリズム角度をとって、所望の画素シフト量を得るために必要な距離とプリズム角度の関係を示すグラフである。 図１４Ａは、第１プリズムシートを透過した光の分布を示す図であり、距離に対するプリズムピッチの比率が１．５％の場合を示す。 図１４Ｂは、第１プリズムシートを透過した光の分布を示す図であり、距離に対するプリズムピッチの比率が５．０％の場合を示す。 図１５は、第３の実施形態の第１プリズムシートを示す平面図である。 図１６Ａは、第３の実施形態における１つの画素を示す図である。 図１６Ｂは、第１プリズムによって拡大された画素を示す図である。 図１６Ｃは、第２プリズムによって更に拡大された画素を示す図である。 図１７Ａは、第３の実施形態において表示装置が表示する画像を示す図である。 図１７Ｂは、第１プリズムによって拡大された画像を示す図である。 図１７Ｃは、第２プリズムによって更に拡大された画像を示す図である。 図１８Ａは、第４の実施形態に係る光源ユニットの表示装置、第１プリズムシート、第２プリズムシートを示す側面図である。 図１８Ｂは、第４の実施形態の第１プリズムシートを示す平面図である。 図１８Ｃは、第４の実施形態の第２プリズムシートを示す平面図である。 図１９は、第５の実施形態に係る光源ユニットの表示装置、第１プリズムシート、第２プリズムシート、第３プリズムシートを示す側面図である。 図２０Ａは、第５の実施形態の第１プリズムシートを示す平面図である。 図２０Ｂは、第５の実施形態の第２プリズムシートを示す平面図である。 図２０Ｃは、第５の実施形態の第３プリズムシートを示す平面図である。 図２１Ａは、第５の実施形態の動作を示す模式図である。 図２１Ｂは、第５の実施形態の動作を示す模式図である。 図２１Ｃは、第５の実施形態の動作を示す模式図である。 図２１Ｄは、第５の実施形態の動作を示す模式図である。 図２２は、第６の実施形態の第１プリズムシートを示す斜視図である。 図２３は、第７の実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。 図２４は、第７の実施形態において、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。 図２５は、第８の実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。 図２６は、図２５に示す表示装置および反射型偏光素子の一部を拡大して示す断面図である。 図２７は、第９の実施形態に係る光源ユニットを示す側面図である。 図２８は、第９の実施形態の変形例に係る光源ユニットを示す側面図である。
　以下に、各実施形態及びその変形例について図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、適宜強調又は簡略化されている。例えば、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。さらに、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
　＜第１の実施形態＞
　先ず、第１の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
　図２は、本実施形態に係る光源ユニットの表示装置を示す平面図である。
　図３Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの第１プリズムシートを示す斜視図である。
　図３Ｂ及び図３Ｃは、本実施形態に係る光源ユニットの第１プリズムシートを示す端面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る映像表示装置１０は、光源ユニット１１と、反射ユニット１２と、を備える。光源ユニット１１は、表示装置１１０と、結像光学系１２０と、第１プリズムシート１３０と、を有する。表示装置１１０は複数の画素を有し、画像を表示可能である。第１プリズムシート１３０には、表示装置１１０から出射した光が入射する。結像光学系１２０は、第１プリズムシート１３０から出射した光が入射し、表示装置１１０が表示した画像に応じた第１の像ＩＭ１を形成する。第１の像ＩＭ１は、実像であって中間像である。反射ユニット１２は、光源ユニット１１から離隔し、結像光学系１２０から出射した光を反射する。
　映像表示装置１０は、例えば自動車１０００に搭載されて、ＨＵＤ（Head Up Display）を構成する。自動車１０００は、車両１３と、車両１３に固定された映像表示装置１０と、を備える。視認者１４は自動車１０００の搭乗者であり、例えば、運転者である。
　光源ユニット１１の表示装置１１０は、ＨＵＤにより視認者１４に視認させたい画像を表示する。第１プリズムシート１３０は、表示装置１１０の各画素から出射した光を屈折させて、各画素から出射した光が到達する領域を拡大する。このメカニズムについては後述する。結像光学系１２０は、第１プリズムシート１３０から出射した光を反射ユニット１２に対して出力すると共に、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に第１の像ＩＭ１を結像する。反射ユニット１２は光源ユニット１１から出射した光を車両１３のフロントウインドシールド１３ａに向けて反射する。フロントウインドシールド１３ａは、例えば、ガラスを含む。
　フロントウインドシールド１３ａは、その内面において、反射ユニット１２から到達した光を反射し、視認者１４のアイボックス１４ａに入射させる。これにより、視認者１４は、フロントウインドシールド１３ａの向こう側に、表示装置１１０が表示する画像に応じた第２の像ＩＭ２を視認できる。第２の像ＩＭ２は、第１の像ＩＭ１よりも大きい虚像である。「アイボックス」とは、視認者の眼の前の空間のうち、虚像が視認可能な範囲をいう。
　以下、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を用いて、各部分の配置および構成を説明する。本実施形態では、車両１３の前後方向を「Ｘ方向」とし、車両１３の左右方向を「Ｙ方向」とし、車両１３の上下方向を「Ｚ方向」とする。ＸＹ平面は、車両１３の水平面である。Ｘ方向のうち矢印の方向（前方）を「＋Ｘ方向」といい、その逆方向（後方）を「－Ｘ方向」ともいう。また、Ｙ方向のうち矢印の方向（左方）を「＋Ｙ方向」といい、その逆方向（右方）を「－Ｙ方向」ともいう。また、Ｚ方向のうち矢印の方向（上方）を「＋Ｚ方向」といい、その逆方向（下方）を「－Ｚ方向」ともいう。
　また、図１においては、第１の像ＩＭ１が形成される位置を円形のマークにより示している。第１の像ＩＭ１と同様に、第２の像ＩＭ２が形成される位置も円形のマークにより示している。一方、表示装置１１０において第１の像ＩＭ１の各マークに到達する主光線Ｌが出射する位置を、四角形のマークにより示している。このように、説明をわかりやすくするために、各主光線Ｌにおいて表示装置１１０上の出射位置を、第１の像ＩＭ１の結像位置と第２の像ＩＭ２の結像位置とは別のマークで示しているが、表示装置１１０上に表示される画像と第１の像ＩＭ１と第２の像ＩＭ２とは、概ね相似関係にある。
　図２に示すように、表示装置１１０には、第３方向及び第４方向に沿った単位領域１１０ｕが行列状に配列されており、第３方向及び第４方向について、１つおきの単位領域１１０ｕに画素１１０ｐが配置されている。これにより、２行２列の４つの単位領域１１０ｕ毎に１つの画素１１０ｐが配置されている。このように、表示装置１１０においては、複数の画素１１０ｐが第３方向と第４方向に沿って千鳥状に配列されている。
　第４方向は第３方向に対して交差、例えば、直交する。例えば、第３方向は画像の水平方向であり、第４方向は画像の垂直方向である。本実施形態においては、第３方向をＸ方向とし、第４方向をＹ方向とする。表示装置１１０から出射する光は略ランバーシアン配光を有する。表示装置１１０の具体的な構成及びランバーシアン配光については、後に詳しく説明する。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、第１プリズムシート１３０は、表示装置１１０から出射した光が入射する第１面１３０ａと、第１面１３０ａの反対側の第２面１３０ｂと、を有する。第２面１３０ｂは結像光学系１２０に向けて光を出射する。第１プリズムシート１３０の第１面１３０ａには、第４方向（Ｙ方向）に延びるストライプ状の第１プリズム１３０ｐ１が形成されており、第２面１３０ｂには、第３方向（Ｘ方向）に延びるストライプ状の第２プリズム１３０ｐ２が形成されている。
　－Ｚ方向から見て、第１プリズムシート１３０は表示装置１１０と同じ又は表示装置１１０よりも大きく、表示装置１１０を覆っている。また、Ｘ方向における第１プリズム１３０ｐ１の配列周期は、Ｘ方向における表示装置１１０の単位領域１１０ｕの配列周期よりも短い。同様に、Ｙ方向における第２プリズム１３０ｐ２の配列周期は、Ｙ方向における単位領域１１０ｕの配列周期よりも短い。これにより、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光は、必ず１つ以上の第１プリズム１３０ｐ１及び１つ以上の第２プリズム１３０ｐ２に入射する。
　次に、映像表示装置１０における上記以外の構成を説明する。
　先ず、表示装置１１０について説明する。
　図４は、本実施形態に係る映像表示装置の表示装置を示す端面図である。
　光源ユニット１１の表示装置１１０はＬＥＤディスプレイである。表示装置１１０においては、複数のＬＥＤ素子１１２が千鳥状に配列されている。表示装置１１０の各画素１１０ｐには、１つ又は複数のＬＥＤ素子１１２が配置されている。
　図４に示すように、表示装置１１０において、各ＬＥＤ素子１１２は、基板１１１にフェースダウン実装されている。ただし、各ＬＥＤ素子は、基板にフェースアップ実装されてもよい。各ＬＥＤ素子１１２は、半導体積層体１１２ａと、アノード電極１１２ｂと、カソード電極１１２ｃと、を有する。基板１１１には、樹脂やガラスのような絶縁材料が用いられる。また、基板１１１には、各ＬＥＤ素子１１２を駆動するためのシリコン半導体チップを用いることもできる。
　半導体積層体１１２ａは、ｐ型半導体層１１２ｐ１と、ｐ型半導体層１１２ｐ１上に配置される活性層１１２ｐ２と、活性層１１２ｐ２上に配置されるｎ型半導体層１１２ｐ３と、を有する。半導体積層体１１２ａには、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）で表せる窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ＬＥＤ素子１１２が発光する光は、本実施形態では可視光である。
　アノード電極１１２ｂは、ｐ型半導体層１１２ｐ１に電気的に接続される。また、アノード電極１１２ｂは、配線１１８ｂに電気的に接続される。カソード電極１１２ｃは、ｎ型半導体層１１２ｐ３に電気的に接続される。また、カソード電極１１２ｃは、別の配線１１８ａに電気的に接続される。各電極１１２ｂ、１１２ｃには、例えば金属材料を用いることができる。
　本実施形態では各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓには、複数の凹部１１２ｔが設けられている。本明細書において「ＬＥＤ素子の光出射面」とは、ＬＥＤ素子の表面のうち、結像光学系１２０に入射する光が主に出射する面を意味する。本実施形態では、ｎ型半導体層１１２ｐ３において、活性層１１２ｐ２と対向する面の反対側に位置する面が、光出射面１１２ｓに相当する。
　以下、各画素１１０ｐから出射する光の光軸を、単に「光軸Ｃ」という。光軸Ｃは、例えば、複数の画素１１０ｐが配列されるＸＹ平面に平行であり、かつ、表示装置１１０の光出射側に位置する第１平面Ｐ１において、１つの画素１１０ｐからの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ１と、ＸＹ平面に平行であり、第１平面Ｐ１から離隔した第２平面Ｐ２において、この画素１１０ｐからの光が照射される範囲のうち、輝度が最大となる点ａ２と、を結ぶ直線である。輝度が最大となる点が複数存在する場合、例えば、それらの点の中心点を、輝度が最大となる点としてもよい。なお、生産的な観点からは、光軸ＣはＺ軸と平行であることが望ましい。
　このように、各ＬＥＤ素子１１２の光出射面１１２ｓに複数の凹部１１２ｔが設けられていることにより、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光、すなわち各画素１１０ｐから出射する光は、図４に破線で示すように、略ランバーシアン配光を有する。ここで「各画素から出射する光が略ランバーシアン配光を有する」とは、各画素の光軸Ｃに対して角度θの方向の光度が、ｎを０より大きい値として、光軸Ｃ上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似できる配光パターンであることを意味する。ここで、ｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましい。なお、１つの画素１１０ｐから出射する光の光軸Ｃを含む平面は多数存在するが、各平面内においてこの画素１１０ｐから出射する光の配光パターンは、略ランバーシアン配光であり、また、ｎの数値も概ね等しい。
　次に、結像光学系１２０について詳細に説明する。
　図１に示すように、光源ユニット１１の結像光学系１２０は、第１の像ＩＭ１を所定の位置に結像させるのに必要な全ての光学素子を含む光学系である。本実施形態では、第１プリズムシート１３０の第２面１３０ｂから出射した光が入射する入力素子１２１と、入力素子１２１によって反射された光が入射する中間素子１２２と、中間素子１２２によって反射された光が入射する出力素子１２３と、を有する。出力素子１２３から出射した光は、第１の像ＩＭ１を形成する。なお、出力素子１２３には入力素子１２１を経由した光が入射すればよく、中間素子１２２は設けられていなくてもよい。
　結像光学系１２０は、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する。ここで「結像光学系１２０が、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する」とは、図１に示すように、表示装置１１０において互いに異なる位置から出射して、結像光学系１２０を経由し、第１の像ＩＭ１に至る複数の主光線Ｌ同士が、第１の像ＩＭ１の前後において、略平行であることを意味する。異なる位置とは、例えば表示装置１１０の異なる画素１１０ｐである。「複数の主光線Ｌ同士が略平行」とは、光源ユニット１１の構成要素の製造精度や組み立て精度等による誤差を許容するような実用的な範囲で、概ね平行であることを意味する。「複数の主光線Ｌ同士が略平行」である場合、例えば、主光線Ｌ同士のなす角度は、１０度以下ある。
　結像光学系１２０が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有する場合、複数の主光線Ｌ同士は、入力素子１２１に入射する前に交差する。以下、複数の主光線Ｌ同士が交差するポイントを「焦点Ｆ」という。そのため、結像光学系１２０が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有するか否かは、例えば、光の逆進性を利用して以下の方法で確認できる。先ず、第１の像ＩＭ１が形成される位置付近に、レーザ光源等の平行光を出射可能な光源を配置する。この光源から出射した光を、結像光学系１２０の出力素子１２３に照射する。この光源から出射して出力素子１２３を経由した光は、入力素子１２１に入射する。そして、入力素子１２１から出射した光が表示装置１１０に到達する前に、集光するポイント、すなわち焦点Ｆが存在する場合は、結像光学系１２０が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有すると判断できる。
　結像光学系１２０が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有するため、結像光学系１２０には、表示装置１１０の各画素から出射する光のうち、焦点Ｆおよびその近辺を通過する光が主に入射する。以下、結像光学系１２０を構成する各光学素子について説明する。
　入力素子１２１は、表示装置１１０の－Ｚ側に位置し、表示装置１１０と対向するように配置される。入力素子１２１は、凹面状のミラー面１２１ａを有するミラーである。入力素子１２１は、表示装置１１０から出射した光を反射する。
　中間素子１２２は、表示装置１１０および入力素子１２１よりも－Ｘ側に位置し、入力素子１２１と対向するように配置される。中間素子１２２は、凹面状のミラー面１２２ａを有するミラーである。中間素子１２２は、入力素子１２１が反射した光をさらに反射する。
　入力素子１２１および中間素子１２２は、表示装置１１０の互いに異なる位置から出射した複数の主光線Ｌ同士が略平行になるように、複数の主光線Ｌを屈曲させる屈曲部１２０ａを構成する。ミラー面１２１ａ、１２２ａは、本実施形態では、バイコーニック面である。ただし、ミラー面は、球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
　出力素子１２３は、表示装置１１０および入力素子１２１よりも＋Ｘ側に位置し、中間素子１２２と対向するように配置される。出力素子１２３は、平坦なミラー面１２３ａを有するミラーである。出力素子１２３は、入力素子１２１および中間素子１２２を経由した光を、第１の像ＩＭ１の形成位置に向けて反射する。具体的には、出力素子１２３には、屈曲部１２０ａによって略平行となった複数の主光線Ｌが入射する。ミラー面１２３ａは、－Ｚ方向に向かうほど＋Ｘ方向に向かうように、車両１３の水平面であるＸＹ平面に対して傾斜している。これにより、出力素子１２３は、中間素子１２２が反射した光を、－Ｚ方向に向かうほど＋Ｘ方向に向かうようにＺ方向に対して傾斜した方向に反射する。図１に示すように、出力素子１２３は、屈曲部１２０ａによって略平行となった複数の主光線Ｌが、第１の像ＩＭ１の形成位置Ｐに向かうように、複数の主光線Ｌの方向を変更する方向変更部１２０ｂを構成する。
　本実施形態では、入力素子１２１と中間素子１２２との間の光路は、ＸＹ平面と交差する方向に延びる。また、中間素子１２２と出力素子１２３との間の光路は、ＸＹ平面に沿った方向に延びる。結像光学系１２０内の光路の一部が、ＸＹ平面と交差する方向に延びるため、光源ユニット１１をＸＹ平面に沿う方向にある程度小型化できる。また、結像光学系１２０内の光路の他の一部が、ＸＹ平面に沿う方向に延びるため、光源ユニット１１をＺ方向にある程度小型化できる。
　また、表示装置１１０と入力素子１２１との間の光路は、中間素子１２２と出力素子１２３との間の光路と交差する。このように、光源ユニット１１内で光路同士を交差させることで、光源ユニット１１を小型化できる。
　ただし、光源ユニット内の光路は、上記に限定されない。例えば、結像光学系内の全ての光路が、ＸＹ平面に沿う方向に延びてもよいし、ＸＹ平面と交差する方向に延びてもよい。また、光源ユニット内の光路同士は交差しなくてもよい。
　入力素子１２１、中間素子１２２、および出力素子１２３は、それぞれ、ガラスまたは樹脂材料等からなる本体部材と、本体部材の表面に設けられてミラー面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａを構成する金属膜や誘電体多層膜等の反射膜と、により構成されていてもよい。また、入力素子１２１、中間素子１２２、および出力素子１２３は、それぞれ、全体が金属材料により構成されていてもよい。
　図１に示すように、本実施形態においては、光源ユニット１１は車両１３の天井部１３ｂに設けられる。光源ユニット１１は、例えば、天井部１３ｂにおいて車内に露出する壁１３ｓ１の内側に配置される。壁１３ｓ１には、光源ユニット１１の出力素子１２３から出射した光が通過可能な貫通穴１３ｈ１が設けられている。出力素子１２３から出射した光は、貫通穴１３ｈ１を通過し、視認者１４とフロントウインドシールド１３ａとの間の空間に照射される。ただし、光源ユニットは、天井面に取り付けられていてもよい。貫通穴１３ｈ１には、透明あるいは半透明の、ヘイズ（Ｈａｚｅ）値の小さいカバーが設けられていても良い。ヘイズ値は、５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより一層好ましい。
　以上、結像光学系１２０について説明したが、結合光学系の構成および位置は、第１の像側において略テレセントリック性を有する限り、上記に限定されない。例えば、方向変更部を構成する光学素子の数は、２以上であってもよい。
　次に、反射ユニット１２について説明する。
　図１に示すように、本実施形態においては、反射ユニット１２は凹面状のミラー面１３１ａを有するミラー１３１を含む。ミラー１３１は、フロントウインドシールド１３ａと対向するように配置される。ミラー１３１は、出力素子１２３から出射した光を反射してフロントウインドシールド１３ａに照射する。ミラー１３１は、ガラスまたは樹脂材料等からなる本体部材と、本体部材の表面に設けられてミラー面１３１ａを構成する金属膜や誘電体多層膜等の反射膜と、により構成されていてもよい。また、ミラー１３１は、全体が金属材料により構成されていてもよい。一例では、ミラー面１３１ａはバイコーニック面である。ただし、ミラー面は、球面の一部であってもよいし、自由曲面であってもよい。
　フロントウインドシールド１３ａに照射された光は、フロントウインドシールド１３ａの内面において反射され、視認者１４のアイボックス１４ａに入射する。これにより、視認者１４は、フロントウインドシールド１３ａの向こう側に、表示装置１１０に表示された画像に応じた第２の像ＩＭ２を視認する。
　反射ユニット１２は、本実施形態では、車両１３のダッシュボード部１３ｃに設けられる。反射ユニット１２は、例えば車両１３のダッシュボード部１３ｃにおいて車内に露出する壁１３ｓ２の内側に配置される。壁１３ｓ２には、光源ユニット１１の出力素子１２３から出射した光が通過可能な貫通穴１３ｈ２が設けられている。出力素子１２３から出射した光は、貫通穴１３ｈ１を通過して、第１の像ＩＭ１を形成した後、貫通穴１３ｈ２を通過し、反射ユニット１２に照射される。ただし、反射ユニットは、ダッシュボード部の上面に取り付けられてもよい。また、反射ユニットを天井部に配置し、光源ユニットをダッシュボード部に配置してもよい。
　フロントウインドシールド１３ａの内面からアイボックス１４ａに向かう光の経路は、概ね水平であり、完全な水平もしくはアイボックス１４ａ側が高くなるように少し傾斜している。すなわち、この経路はＸＹ平面に対して略平行である。そして、本実施形態においては、この光の経路を含むＸＹ平面を基準として、光源ユニット１１は上方（＋Ｚ方向）に配置され、反射ユニット１２は下方（－Ｚ方向）に配置されている。すなわち、光源ユニット１１と反射ユニット１２は、このＸＹ平面を挟んで離隔している。
　以上、反射ユニット１２について説明したが、反射ユニットの構成および位置は、上記に限定されない。例えば、反射ユニットを構成するミラー等の光学素子の数は、２以上であってもよい。なお、反射ユニット１２は、例えば車外からフロントウインドシールド１３ａを介して照射した太陽光がアイボックス１４ａに向けて反射しないように配置する必要がある。
　次に、本実施形態に係る映像表示装置１０の動作について説明する。
　図５Ａは、本実施形態における第２プリズム１３０ｐ２の作用を示す光学図である。
　図５Ｂは、表示装置１１０の画素１１０ｐを示す図である。
　図５Ｃは、第１プリズム１３０ｐ１によって拡大された画素を示す図である。
　図５Ｄは、第２プリズム１３０ｐ２によって更に拡大された画素を示す図である。
　図６は、本実施形態において、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。
　図５Ａに示すように、表示装置１１０の画素１１０ｐから出射した光は、第１プリズムシート１３０の第２プリズム１３０ｐ２によってＹ方向に分離され、光が到達する領域がＹ方向に拡がる。同様に、画素１１０ｐから出射した光は、第１プリズム１３０ｐ１によってＸ方向に分離され、光が到達する領域がＸ方向に拡がる。したがって、画素１１０ｐから出射した光が第１プリズムシート１３０を透過すると、光が到達する領域はＸ方向及びＹ方向に拡がる。
　図５Ｂには、表示装置１１０の２つの画素１１０ｐを示している。上述の如く、画素１１０ｐ同士は離隔している。
　この２つの画素１１０ｐから出射した光が第１プリズムシート１３０の第１プリズム１３０ｐ１に入射すると、図５Ｃに示すように、Ｘ方向において分離される。これにより、視認者１４側から見ると、各画素１１０ｐがＸ方向に沿って２つの画素１１０ｐに分離したように見える。以下、本明細書においては、１つの画素から出射した光がプリズムによって分離されて、視認者１４側から見て画素が分離したように見えることを、「画素が分離する」という。
　第１プリズム１３０ｐ１によって拡がった光が第２プリズム１３０ｐ２に入射すると、図５Ｄに示すように、Ｙ方向において分離される。これにより、視認者１４側から見ると、図５Ｃに示す各画素１１０ｐがＹ方向に沿って２つの画素１１０ｐに分離したように見える。したがって、画素１１０ｐから出射した光は第１プリズム１３０ｐ１及び第２プリズム１３０ｐ２の作用によってＸ方向及びＹ方向に拡がり、光が到達する領域の面積は、画素１１０ｐの面積の例えば４倍になる。
　このようにして、第１プリズムシート１３０から光線Ｌが出射する。このとき、各画素１１０ｐから出射した光が到達する領域はＸ方向及びＹ方向に拡大されるものの、画素１１０ｐ間の位置関係は変わらないため、表示装置１１０が表示した画像はそのまま維持される。この画像に基づいて、光源ユニット１１の結像光学系１２０が、位置Ｐに実像である第１の像ＩＭ１を形成する。そして、第１の像ＩＭ１を形成した光が反射ユニット１２及びフロントウインドシールド１３ａによって反射されて、視認者１４のアイボックス１４ａに入射する。
　これにより、図６に示すように、視認者１４はフロントウインドシールド１３ａの向こう側に、虚像である第２の像ＩＭ２を視認する。なお、図６においては、第２の像ＩＭ２を「ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」との文字列で示しているが、第２の像ＩＭ２は文字列には限定されず、図形等であってもよい。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態においては、図２に示すように、表示装置１１０において、Ｘ方向及びＹ方向において１つおきの単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置している。これにより、画素１１０ｐの数を増やすことなく、表示装置１１０を大型化し、表示装置１１０が表示する画像を大型化することができる。これにより、画像の拡大率、すなわち、表示装置１１０が表示する画像のサイズに対する第２の像ＩＭ２のサイズの比の値を小さくすることができ、結像光学系１２０を小型化できる。この結果、表示装置１１０は大型化するものの、結像光学系１２０が小型化することにより、光源ユニット１１全体としては小型化できる。したがって、映像表示装置１０も小型化できる。
　また、第１プリズムシート１３０により、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光を拡大することにより、第２の像ＩＭ２において、表示装置１１０の画素１１０ｐ同士の離隔が視認されにくくなる。この結果、画素１１０ｐ同士が離隔していても、第２の像ＩＭ２の品質は、画素１１０ｐ同士が離隔していない場合と同等とすることができる。なお、拡散シート等を用いて画素から出射された光を拡大することもできるが、本実施形態のようにプリズムシートを用いることにより、輝度の低下を抑制しつつ、出射された光を拡大することができる。
　なお、大型の表示装置１１０に画素１１０ｐを隙間無く配置することも考えられるが、この場合はＬＥＤ素子１１２の数が増加してしまい、コストが増大する。
　本実施形態においては、表示装置１１０においてはＸ方向及びＹ方向において１つおきの単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置し、第１プリズムシート１３０が画素１１０ｐから出射した光が到達する領域をＸ方向及びＹ方向において２倍にする例を示したが、これには限定されない。例えば、表示装置１１０においてＸ方向のみにおいて１つおきの単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置し、Ｙ方向においては連続して配列された全ての単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置し、第１プリズムシート１３０には第１プリズム１３０ｐ１のみを設け、第２プリズム１３０ｐ２を設けなくてもよい。同様に、表示装置１１０においてＹ方向のみにおいて１つおきの単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置し、Ｘ方向においては連続して配列された全ての単位領域１１０ｕに画素１１０ｐを配置し、第１プリズムシート１３０には第２プリズム１３０ｐ２のみを設け、第１プリズム１３０ｐ１を設けなくてもよい。また、Ｘ方向及びＹ方向において２つおき以上の単位領域１１０ｕに１つの画素１１０ｐを配置し、第１プリズムシート１３０が画素１１０ｐから出射した光が到達する領域をＸ方向及びＹ方向において３倍以上としてもよい。
　また、本実施形態においては、第１プリズム１３０ｐ１と第２プリズム１３０ｐ２を１枚の第１プリズムシート１３０に設ける例を示したが、これには限定されず、第１プリズム１３０ｐ１と第２プリズム１３０ｐ２を２枚のプリズムシートに分けて設けてもよい。
　また、本実施形態においては、結像光学系１２０が第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有することにより、光源ユニット１１及び映像表示装置１０を小型化しつつ、高品位な映像を表示できる。以下、この効果について詳細に説明する。
　図７Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
　図７Ｂは、参考例に係る光源ユニットの原理を示す模式図である。
　図７Ａでは、本実施形態における表示装置１１０の複数の画素１１０ｐのうちの２つの画素１１０ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。同様に、図７Ｂでは、参考例における表示装置２１１０の複数の画素２１１０ｐのうちの２つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンを破線で示している。また、図７Ａ及び図７Ｂでは、結像光学系１２０、２１２０を簡略化して示している。
　図７Ｂに示すように、参考例に係る光源ユニット２０１１において、表示装置２１１０は、複数の画素２１１０ｐを含むＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶表示装置）である。図７Ｂに破線で示すように、各画素２１１０ｐから出射する光は、光出射面２１１０ｓの法線方向に主に配光される。また、１つの画素２１１０ｐから出射する光の光軸を含む平面は多数存在するが、ＬＣＤである表示装置２１１０では、各平面内において１つの画素２１１０ｐから出射する光の配光パターンは、相互に異なる。そして、複数の平面のうちの一の平面内において、各画素２１１０ｐから出射する光は、光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で近似される配光パターンを有する。
　このような表示装置２１１０においては、表示装置２１１０の同じ位置から出射した光でも、視認者の見る角度によって光度や色度が変化する。したがって、仮に結像光学系２１２０が、各画素２１１０ｐから法線方向以外の方向に出射する光を取り込んだ場合、全ての画素２１１０ｐから出射する光の輝度を均一にしたとしても、第１の像ＩＭ１において輝度や色度のばらつきが生じる。すなわち、第１の像ＩＭ１の品位が低下する。したがって、第１の像ＩＭ１の品位が低下しないようにするためには、表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射した光を法線方向から取り込む必要がある。その結果、結像光学系２１２０が大型化する。
　これに対して、本実施形態に係る光源ユニット１１では、結像光学系１２０は、第１の像ＩＭ１側において略テレセントリック性を有し、表示装置１１０から出射する光が略ランバーシアン配光を有する。そのため、光源ユニット１１を小型化しつつ、第１の像ＩＭ１の品位を向上できる。具体的には、表示装置１１０は複数のＬＥＤ素子１１２を有するＬＥＤディスプレイであり、ＬＥＤ素子１１２に凹部１１２ｔが設けられていることにより、各ＬＥＤ素子１１２から出射する光が略ランバーシアン配光を有する。このため、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光の光度や色度の角度に対する依存性は、参考例における表示装置２１１０の各画素２１１０ｐから出射する光の光度や色度の角度に対する依存性と比較して低い。特に、厳密なランバーシアン配光に近づくほど、すなわち、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎが１に近づくほど、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射した光の光度や色度は、角度によらず概ね均一になる。そのため、図７Ａに示すように、結像光学系１２０が焦点Ｆを通過した光を取り込んだとしても、すなわち、法線方向以外の方向から光を取り込んだとしても、第１の像ＩＭ１の輝度や色度のばらつきを抑制し、第１の像ＩＭ１の品位を向上できる。
　また、結像光学系１２０は、主に焦点Ｆを通過した光で第１の像ＩＭ１を形成するため、結像光学系１２０に入射する光の光径が広がることを抑制できる。これにより、入力素子１２１を小型化できる。さらに、出力素子１２３から出射する複数の主光線Ｌは、互いに略平行である。出力素子１２３から出射する複数の主光線Ｌ同士が互いに略平行であるということは、出力素子１２３において結像に寄与する光が照射される範囲が、第１の像ＩＭ１のサイズと概ね同じであるということである。そのため、結像光学系１２０の出力素子１２３も小型化できる。以上より、小型かつ品位が高い第１の像ＩＭ１を形成可能な光源ユニット１１を提供できる。
　また、本実施形態に係る映像表示装置１０は、光源ユニット１１と、光源ユニット１１から離隔し、結像光学系１２０から出射した光を反射する反射ユニット１２と、を備える。第１の像ＩＭ１は、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に形成される。このような場合、表示装置１１０のある一つの点から出射した光は、出力素子１２３を経由した後に、第１の像ＩＭ１の形成位置において集光する。一方、光源ユニット１１と反射ユニット１２との間に第１の像ＩＭ１が形成されない場合、表示装置１１０のある一つの点から出射した光の光径は、入力素子１２１から反射ユニット１２に向けて、徐々に広がる。したがって、本実施形態では、出力素子１２３において、表示装置１１０のある一つの点から出射した光が照射される範囲を、第１の像ＩＭ１が形成されない場合と比較して、小さくできる。そのため、出力素子１２３を小型化できる。
　また、本実施形態に係る光源ユニット１１は小型であるため、光源ユニット１１を車両１３に搭載し、ヘッドアップディスプレイとして用いる場合は、光源ユニット１１を車両１３内の限られたスペースに容易に配置できる。
　また、本実施形態における結像光学系１２０は、屈曲部１２０ａと、方向変更部１２０ｂと、を有する。このように、結像光学系１２０において、主光線Ｌ同士を平行にする機能を有する部分と、第１の像ＩＭ１を所望の位置に形成する部分と、を別々にすることで、結像光学系１２０の設計が容易になる。
　また、結像光学系１２０内の光路の一部は、ＸＹ平面と交差する方向に延びる。そのため、結像光学系１２０をＸＹ平面に沿う方向にある程度小型化できる。また、結像光学系１２０内の光路の他の一部は、ＸＹ平面に沿う方向に延びる。そのため、結像光学系１２０をＺ方向にある程度小型化できる。
　＜実施例＞
　次に、実施例および参考例に係る光源ユニットについて説明する。
　図８Ａは、実施例１、１１および参考例において、１つの発光エリアから出射する光の配光パターンを示すグラフである。
　図８Ｂは、実施例１～１２および参考例における第２の像の輝度の均一性を示すグラフである。
　実施例１～１２および参考例に係る映像表示装置は、光源ユニットと、反射ユニットと、を備え、光源ユニットは、行列状に配列された複数の発光エリアと、結像光学系とを備えるように、シミュレーションソフト上で設定した。各発光エリアが、上記実施形態における表示装置１１０の各画素１１０ｐに相当する。
　図８Ａでは、横軸は発光エリアの光軸に対する角度であり、縦軸は、その角度における光度を光軸上の光度で除算することにより正規化した光度である。実施例１に係る表示装置は、図８Ａに示すように、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。すなわち、実施例１では、各発光エリアから出射する光は、厳密なランバーシアン配光を有する。
　実施例２～１２では、各発光エリアから出射する光が、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。なお、実施例２では、ｎ＝２であり、実施例２から実施例１２まで順に、ｎが１ずつ大きくなるように設定した。
　また、ＬＣＤの画素から出射する光の一の平面内の配光パターンを調査したところ、図８Ａに細い破線で示すような配光パターンであることがわかった。そして、前述したように、この配光パターンは、光軸に対して角度θの方向の光度が光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンに近似できることがわかった。そこで、参考例では、各発光エリアの光軸に対して角度θの方向の光度が、光軸上の光度のｃｏｓ20θ倍で表される配光パターンを有するように、シミュレーションソフト上で設定した。
　実施例１～１２および参考例における結像光学系は、いずれも第１の像側においてテレセントリック性を有するように設定した。
　次に、実施例１～１２および参考例のそれぞれについて、全ての発光エリアの輝度を一定にした場合に形成される第２の像の輝度分布をシミュレーションした。この際、第２の像は、長辺が１１１．２ｍｍ、短辺が２７．８ｍｍの長方形とした。また、この際、第２の像が形成される平面を１ｍｍの辺を有する正方形のエリアに区画し、各エリアの輝度値をシミュレーションした。
　また、その際の第２の像の輝度の均一性を評価した。ここで、「輝度の均一性」とは、第２の像内の輝度の最大値に対する最小値の割合を百分率で表した値である。その結果を、図８Ｂに示す。なお、図８Ｂでは、横軸は、各実施例および参考例であり、縦軸は輝度の均一性である。
　図８Ｂに示すように、ｎが大きくなるほど、輝度の均一性が低下することがわかった。これは、ｎが大きくなるほど、第２の像において中心から離れる位置の輝度が低下するためである。特に、実施例１１、すなわちｎ＝１１で、輝度の均一性が３０％であることがわかった。視認者は、第２の像と第２の像が形成されていない領域とを判別し易いため、第２の像の輝度の均一性は、３０％以上あればよいと考えられる。
　したがって、結像光学系が略テレセントリック性を有するように構成した場合に、第１の像および第２の像の輝度ムラを抑制するためには、表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有することが好ましいことがわかった。具体的には、配光パターンの近似式であるcosｎθのｎは、１１以下であることが好ましく、１であることがより一層好ましいことがわかった。なお上記のようにｎが１から外れるに従って第２の像ＩＭ２の輝度の均一性が低下するが、このような輝度の不均一性を補完できるように、予め表示装置１１０の表示輝度に所定の輝度分布を設けておくことができる。例えば、表示装置１１０の各画素１１０ｐから出射する光が結像光学系１２０を経由することで、第２の像ＩＭ２の外縁部の輝度が中心部の輝度より低下し易い場合は、表示装置１１０の外縁側の画素１１０ｐのＬＥＤ素子１１２の出力を中心側の画素１１０ｐのＬＥＤ素子１１２の出力よりも大きくなるように、表示装置１１０を制御してもよい。
　＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について説明する。
　図９は、本実施形態における表示装置を示す平面図である。
　図１０Ａは、本実施形態におけるプリズムシートを示す平面図である。
　図１０Ｂは、図１０Ａに示すXB－XB線による端面図である。
　図１１は、本実施形態における表示装置とプリズムシートを示す平面図である。
　図９に示すように、本実施形態の表示装置２１０においては、第３方向（Ｘ方向）及び第４方向（Ｙ方向）に沿って、画素２１０ｐが行列状に配列されている。すなわち、第１の実施形態においては、図２に示すように、４つの単位領域１１０ｕ毎に１つの画素１１０ｐが配置されていたが、本実施形態においては、全ての単位領域にそれぞれ画素２１０ｐが配置されている。
　図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、本実施形態の第１プリズムシート２３０は、表示装置２１０から出射した光が入射する第１面２３０ａと、入力素子１２１に向けて光を出射する第２面２３０ｂと、を有する。第１面２３０ａには、第１方向に延びるストライプ状の第１プリズム２３０ｐ１が形成されている。第２面２３０ｂにはプリズムは形成されておらず、平坦である。第１方向は第３方向に対して４５度傾斜した方向である。また、第１プリズム２３０ｐ１の配列方向を第２方向とする。第２方向は第４方向に対して４５度傾斜した方向である。
　図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１に示すように、本実施形態においては、表示装置２１０の画素２１０ｐが配列された第３方向はＸ方向であり、画素２１０ｐが配列された第４方向はＹ方向である。そして、第１プリズムシート２３０の第１プリズム２３０ｐ１が延びる第１方向をＶ方向として表し、複数の第１プリズム２３０ｐ１が配列された第２方向をＷ方向として表す。Ｖ方向とＷ方向のなす角度は９０度であり、Ｖ方向及びＷ方向はＺ方向に対して直交している。このため、Ｘ方向（第３方向）、Ｙ方向（第４方向）、Ｕ方向（第１方向）、Ｖ方向（第２方向）は、第１プリズムシート２３０の第２面２３０ｂに対して平行である。また、図１１に示すように、第１プリズム２３０ｐ１の配列周期は、画素２１０ｐの配列周期よりも短い。
　次に、本実施形態の動作について説明する。
　図１２Ａは　表示装置２１０においていくつかの画素２１０ｐが点灯した状態を示す図である。
　図１２Ｂは、第１プリズム２３０ｐ１によって拡大された画素を示す図である。
　図１２Ａに示すように、表示装置２１０が画素２１０ｐを選択的に点灯する。図１２Ａに示す例では、４つの画素２１０ｐを点灯させ、それ以外の画素２１０ｐを消灯させる。
　図１２Ｂに示すように、各画素２１０ｐから出射した光が第１プリズムシート２３０の第１プリズム２３０ｐ１に入射すると、この光はＷ方向に沿って分離される。これにより、視認者１４側から見ると、各画素２１０ｐがＷ方向において２つに分離したように見える。但し、本実施形態においては、分離した２つの画素２１０ｐは相互に離隔せずに、一部同士が重なる。２つの画素２１０ｐが重なった領域は相対的に明るくなる。この明るい領域の周囲には、１つの画素２１０ｐのみが配置された相対的に暗い領域が存在する。これにより、各画素２１０ｐから出射した光がＷ方向に沿って１つのピークを持つように拡散する。この結果、表示装置２１０が表示した画像が滑らかになる。
　次に、光源ユニット１１の各部のサイズの関係について説明する。
　図１３Ａは、本実施形態の表示装置２１０と第１プリズムシート２３０を示す端面図である。
　図１３Ｂは、本実施形態の第１プリズム２３０ｐ１を示す光学図である。
　図１３Ｃは、距離Ｄ、プリズム角度θｐ、屈折率ｎ０、ｎ１、画素シフト量ｙの関係を示す式である。
　図１３Ｄは、横軸に画素シフト量ｙをとり、縦軸にプリズム角度θｐをとって、所望の画素シフト量ｙを得るために必要な距離Ｄとプリズム角度θｐの関係を示すグラフである。
　図１３Ａに示すように、表示装置２１０と第１プリズムシート２３０との距離をＤとする。表示装置２１０における画素２１０ｐの配列周期（画素ピッチ）をＰａとする。第１プリズムシート２３０における第１プリズム２３０ｐ１の配列周期（プリズムピッチ）をＰ２とする。
　図１３Ｂに示すように、第１プリズム２３０ｐ１の表面と第２面２３０ｂとのなす角度をプリズム角度θｐとする。第１プリズム２３０ｐ１の頂点角度は（１８０－２θｐ）度である。プリズム角度θｐは０度より大きく４５度以下であり、好ましくは１度以上４０度以下である。したがって、第１プリズム２３０ｐ１の頂点角度は９０度以上１８０度未満であり、好ましくは１００度以上１７８度以下である。また、第１プリズムシート２３０の屈折率をｎ１とし、第１プリズムシート２３０が置かれた環境、例えば、大気の屈折率をｎ０とし、画素２１０ｐをシフトさせたい量（画素シフト量）をｙとする。
　光源ユニット１１を小型化するためには、距離Ｄは短い方が好ましい。しかしながら、距離Ｄを短くしすぎると、第１プリズム２３０ｐ１の表面で全反射する光の割合が増え、光の利用効率が低下する。全反射を抑制するためには、プリズム角度θｐを小さくすればよいが、プリズム角度θｐを小さくすると、画素シフト量ｙが得られにくくなる。換言すれば、所望の画素シフト量ｙに対して、距離Ｄの短縮とプリズム角度θｐの低減はトレードオフの関係にある。
　画素シフト量ｙは、距離Ｄ、プリズム角度θｐ、屈折率ｎ０、ｎ１の関数として、図１３Ｃに示す数式（１）のように表すことができる。数式（１）をいくつかの距離Ｄ、屈折率ｎ０、ｎ１に関してグラフ化すると、図１３Ｄのようになる。
　図１３Ｄに示すように、画素シフト量ｙを増加させるためには、距離Ｄを長くするか、プリズム角度θｐを大きくする必要がある。例えば、画素ピッチＰａが０．１ｍｍである場合に、光が照射される領域を画素ピッチＰａの半分だけシフトさせたい場合は、画素シフト量ｙは０．０５ｍｍとなる。この場合、距離Ｄが１．５０ｍｍであればプリズム角度θｐは４度程度であり、距離Ｄが０．５０ｍｍであればプリズム角度θｐは１１度程度である。
　距離Ｄに対するプリズムピッチＰｂの比率は、１０％以下であることが好ましく、７．５％以下であることがより好ましく、５％以下であることがより好ましく、２．５％以下であることがより好ましい。
　図１４Ａ及び図１４Ｂは、第１プリズムシート２３０を透過した光の分布を示す図であり、図１４Ａは距離Ｄに対するプリズムピッチＰｂの比率（Ｐｂ／Ｄ）が１．５％の場合を示し、図１４Ｂは比率（Ｐｂ／Ｄ）が５．０％の場合を示す。
　図１４Ａに示すように、比率（Ｐｂ／Ｄ）が１．５％の場合は、第１プリズムシート２３０を透過した光の分布にプリズムピッチＰｂはほとんど反映されないが、図１４Ｂに示すように、比率（Ｐｂ／Ｄ）が５．０％の場合は、第１プリズムシート２３０を透過した光の分布にプリズムピッチＰｂが明瞭に反映される。このため、比率（Ｐｂ／Ｄ）が小さいほど、第１プリズムシート２３０を透過した後の画像の品質は良好である。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態によれば、表示装置２１０の各画素２１０ｐから出射した光を、第１プリズム２３０ｐ１により、一部同士が重なる２つの画素に分離することにより、画像を滑らかにすることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態について説明する。
　図１５は、本実施形態の第１プリズムシート３３０を示す平面図である。
　図１５に示すように、本実施形態においては、第２の実施形態における第１プリズムシート２３０の替わりに、第１プリズムシート３３０が設けられている。
　第１プリズムシート３３０は、表示装置２１０から出射した光が入射する第１面３３０ａと、入力素子１２１に向けて光を出射する第２面３３０ｂと、を有する。第１面３３０ａには、第１方向（Ｖ方向）に延びるストライプ状の第１プリズム３３０ｐ１が形成されている。第２面３３０ｂには、第２方向（Ｗ方向）に延びるストライプ状の第２プリズム３３０ｐ２が形成されている。第１方向（Ｖ方向）は第３方向（Ｘ方向）に対して４５度傾斜しており、第２方向（Ｗ方向）は第４方向（Ｙ方向）に対して４５度傾斜している。このため、第２方向（Ｗ方向）は第１方向（Ｖ方向）に対して直交している。
　次に、本実施形態の動作について説明する。
　図１６Ａは、本実施形態における１つの画素２１０ｐを示す図である。
　図１６Ｂは、第１プリズム３３０ｐ１によって拡大された画素を示す図である。
　図１６Ｃは、第２プリズム３３０ｐ２によって更に拡大された画素を示す図である。
　図１７Ａは、本実施形態において表示装置２１０が表示する画像を示す図である。
　図１７Ｂは、第１プリズム３３０ｐ１によって拡大された画像を示す図である。
　図１７Ｃは、第２プリズム３３０ｐ２によって更に拡大された画像を示す図である。
　先ず、１つの画素について説明する。
　図１６Ａに示すように、表示装置２１０の１つの画素２１０ｐが点灯したものとする。
図１６Ｂに示すように、この画素２１０ｐから出射した光が第１プリズム３３０ｐ１に入射すると、Ｗ方向に沿って２つの画素２１０ｐに分離される。このとき、２つの画素２１０ｐは一部同士が重なるように分離する。例えば、２つの画素２１０ｐは０．５画素分だけシフトしている。
　第１プリズム３３０ｐ１によって分離された２つの画素２１０ｐは、図１６Ｃに示すように、第２プリズム３３０ｐ２によってＶ方向に沿ってそれぞれ２つの画素２１０ｐに更に分離される。このときの画素シフト量も、２つの画素２１０ｐの一部同士が重なる程度の量であり、例えば、０．５画素分である。これにより、１つの画素２１０ｐから出射した光は、４つの画素２１０ｐが重なり合う領域に拡大される。
　次に、画像全体について説明する。
　図１７Ａに示すように、表示装置２１０がある画像Ｇ１を表示したものとする。
　図１７Ｂに示すように、この画像Ｇ１を構成する複数の画素２１０ｐから出射した光が第１プリズム３３０ｐ１によってＷ方向に沿って例えば０．５画素分、分離される。これにより、２つの同形の画像Ｇ１が０．５画素分ずれて重なり合った画像Ｇ２が合成される。
　図１７Ｃに示すように、第１プリズム３３０ｐ１によって分離された光は、第２プリズム３３０ｐ２によってＶ方向に沿って例えば０．５画素分、分離される。これにより、２つの同形の画像Ｇ２が０．５画素分ずれて重なり合った画像Ｇ３が形成される。画像Ｇ３は４つの画像Ｇ１が重なり合った画像である。この結果、表示装置２１０が表示した画像Ｇ１が第１プリズムシート３３０を通過することによって滑らかになる。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態においては、第１プリズムシート３３０の第１面３３０ａに第１プリズム３３０ｐ１が設けられ、第２面に第２プリズム３３０ｐ２が設けられていることにより、画像がＷ方向及びＶ方向の２方向に沿って分離される。これにより、第２の実施形態と比較して、画像がより滑らかになる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第２の実施形態と同様である。
　＜第４の実施形態＞
　次に、第４の実施形態について説明する。
　図１８Ａは、本実施形態に係る光源ユニットの表示装置２１０、第１プリズムシート４３１、第２プリズムシート４３２を示す側面図である。
　図１８Ｂは、本実施形態の第１プリズムシート４３１を示す平面図である。
　図１８Ｃは、本実施形態の第２プリズムシート４３２を示す平面図である。
　図１８Ａ～図１８Ｃに示すように、本実施形態は第３の実施形態と比較して、第１プリズム３３０ｐ１と第２プリズム３３０ｐ２が、２枚のプリズムシートに分けて配置されている点が異なっている。本実施形態に係る光源ユニットには第１プリズムシート４３１と第２プリズムシート４３２が設けられており、第２プリズムシート４３２は、第１プリズムシート４３１と入力素子１２１との間に配置されている。
　そして、第１プリズムシート４３１の第１面４３１ａに第１プリズム３３０ｐ１が配置されており、第２プリズムシート４３２の第１面４３２ａに第２プリズム３３０ｐ２が配置されている。第１プリズム３３０ｐ１は第１方向（Ｖ方向）にストライプ状に延びており、第２プリズム３３０ｐ２は第２方向（Ｗ方向）にストライプ状に延びている。第１プリズムシート４３１の第１面４３１ａ及び第２プリズムシート４３２の第１面４３２ａは、表示装置２１０に対向した面である。
　なお、第１プリズム３３０ｐ１は第１プリズムシート４３１の第２面４３１ｂに配置されていてもよく、第２プリズム３３０ｃ２は第２プリズムシート４３２の第２面４３２ｂに配置されていてもよい。第１プリズムシート４３１の第２面４３１ｂ及び第２プリズムシート４３２の第２面４３２ｂは入力素子１２１に対向した面である。
　本実施形態によっても、第３の実施形態と同様に、表示装置２１０が表示した画像を滑らかにすることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第３の実施形態と同様である。
　＜第５の実施形態＞
　次に、第５の実施形態について説明する。
　図１９は、本実施形態に係る光源ユニットの表示装置２１０、第１プリズムシート５３１、第２プリズムシート５３２、第３プリズムシート５３３を示す側面図である。
　図２０Ａは、本実施形態の第１プリズムシート５３１を示す平面図である。
　図２０Ｂは、本実施形態の第２プリズムシート５３２を示す平面図である。
　図２０Ｃは、本実施形態の第３プリズムシート５３３を示す平面図である。
　図１９に示すように、本実施形態においては、表示装置２１０と入力素子１２１との間に３枚のプリズムシートが設けられている。すなわち、表示装置２１０から入力素子１２１に向かう方向に沿って、第１プリズムシート５３１、第２プリズムシート５３２、第３プリズムシート５３３がこの順に配置されている。
　そして、第１プリズムシート５３１には第１プリズム５３１ｐが形成されており、第２プリズムシート５３２には第２プリズム５３２ｐが形成されており、第３プリズムシート５３３には第３プリズム５３３ｐが形成されている。第１プリズム５３１ｐ、第２プリズム５３２ｐ、第３プリズム５３３ｐはいずれもストライプ状であり、相互に１２０度の角度をなしている。なお、各プリズムは各プリズムシートのいずれも面に形成されていてもよい。また、２つのプリズムが１枚のプリズムシートの両面に形成されていてもよい。
　次に、本実施形態の動作について説明する。
　図２１Ａ～２１Ｄは、本実施形態の動作を示す模式図である。
　図２１Ａに示すように、１つの画素２１０ｐが点灯したものとする。
　図２１Ｂに矢印Ｅ１で示すように、この画素２１０ｐから出射した光が、第１プリズム５３１ｐによって分離され、２つの画素２１０ｐに分離される。
　図２１Ｃに矢印Ｅ２で示すように、この２つの画素２１０ｐが第２プリズム５３２ｐによってそれぞれ２つに分離され、４つの画素２１０ｐに分離される。
　図２１Ｄに矢印Ｅ３で示すように、この４つの画素２１０ｐが第３プリズム５３３ｐによって更にそれぞれ２つに分離される。但し、このとき、２つの画素２１０ｐが１カ所で重なるため、最終的に７つの画素２１０ｐとなる。このようにして、１つの画素２１０ｐから出射した光が７つの画素２１０ｐに分離する。
　このように、本実施形態によれば、画素から出射した光を相互に１２０度の角度をなす３つの方向に拡大することができ、画像をより滑らかにすることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第４の実施形態と同様である。
　＜第６の実施形態＞
　次に、第６の実施形態について説明する。
　図２２は、本実施形態の第１プリズムシートを示す斜視図である。
　図２２に示すように、本実施形態においては、第１プリズムシート６３０が設けられている。第１プリズムシート６３０には、第１プリズム６３０ｐが形成されている。第１プリズム６３０ｐはストライプ状ではなく、例えば凸部である。複数の第１プリズム６３０ｐが第１方向（Ｖ方向）及び第２方向（Ｗ方向）に沿って行列状に配列されている。図２２に示す例では、第１プリズム６３０ｐの形状はピラミッド状（四角錐状）である。但し、第１プリズム６３０ｐの形状はこれには限定されず、例えば、円錐状又は六角錐状であってもよい。第１プリズム６３０ｐは凹部であってもよい。
　また、第１プリズム６３０ｐの配列方向もＶ方向及びＷ方向には限定されず、Ｘ方向及びＹ方向、すなわち、表示装置の画素の配列方向と同じでもよい。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第３の実施形態と同様である。
　＜第７の実施形態＞
　次に、第７の実施形態について説明する。
　図２３は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
　図２４は、本実施形態において、運転席にいる視認者から見た景色を示す模式図である。
　図２３に示すように、本実施形態に係る自動車１０００は、車両１３と、車両１３に固定された映像表示装置２０と、を有する。映像表示装置２０は、光源ユニット１１と、反射ユニット２２と、を有する。本実施形態に係る映像表示装置２０は、反射ユニット２２のミラー３２２のミラー面３２２ａが、視認者１４に第２の像ＩＭ２を視認させる反射面を兼ねている点で、第１の実施形態に係る映像表示装置１０と相違する。
　映像表示装置２０における光源ユニット１１の構成は、第１の実施形態と同様である。光源ユニット１１は、車両１３の天井部１３ｂに配置されている。反射ユニット２２は、車両１３のダッシュボード部１３ｃに配置されている。反射ユニット２２はミラー３２２を有する。ミラー３２２のミラー面３２２ａは例えば凹面である。ミラー面３２２ａは、視認者１４が車両１３の運転席にいるときに、視認者１４のアイボックス１４ａに対向する位置及び角度で配置されている。例えば、ミラー面３２２ａは、－Ｘ方向（後方）と＋Ｚ方向（上方）の間の方向に向いている。このミラー面３２２ａの角度は、視認者１４のアイボックス１４ａの位置に応じて微調整が可能である。
　次に、本実施形態の動作について説明する。
　光源ユニット１１から出射した主光線Ｌは、＋Ｘ方向（前方）と－Ｚ方向（下側）の間の方向に進行し、反射ユニット２２のミラー３２２のミラー面３２２ａにおいて反射され、－Ｘ方向（後方）と＋Ｚ方向（上方）の間の方向に進行し、視認者１４のアイボックス１４ａに入射する。光源ユニット１１から反射ユニット１２に向かう主光線Ｌの経路は、車両１３のフロントウインドシールド１３ａの内側に位置し、概ねフロントウインドシールド１３ａに沿っている。主光線Ｌは、光源ユニット１１と反射ユニット２２との間の位置Ｐにおいて、第１の像ＩＭ１を形成する。このとき、第１プリズムシート１３０の作用により、第１の像ＩＭ１が滑らかになる。
　これにより、図２３及び図２４に示すように、視認者１４は、ダッシュボード部１３ｃのミラー面３２２ａの奥に虚像である第２の像ＩＭ２を視認できる。第２の像ＩＭ２は、ミラー面３２２ａの遠方、例えば３ｍ先に結像される。このため、視認者１４は、フロントウインドシールド１３ａを介して遠方の景色を見ている状態から、目の焦点距離を大きく動かさずに、第２の像ＩＭ２を見ることができる。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態に係る映像表示装置２０は、第１の実施形態と同様に、光源ユニット１１と反射ユニット２２に分かれ、車両１３における別の位置に固定されている。映像表示装置２０は、第２の像ＩＭ２を前方数メートルの位置に結像するために長い光路長を必要とするが、光源ユニット１１と反射ユニット２２とを分離して配置することにより、車両１３の内部空間を利用して光路長の一部を構成することができる。これにより、必要な光路長の全体を映像表示装置２０の内部に形成する必要がなくなり、映像表示装置２０の小型化を図ることができる。
　また、映像表示装置２０においては、反射ユニット２２にミラー３２２のみを設けている。これにより、反射ユニット２２の構成を簡略化することができ、反射ユニット２２を小型化できる。
　さらに、反射面として、ダッシュボード部１３ｃに配置されたミラー面３２２ａを用いることにより、反射面の背景に影響されず、視認者１４が第２の像ＩＭ２を確実に視認することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　なお、反射ユニット２２のミラー３２２はハーフミラー又は透明板により構成してもよい。この場合でも、ダッシュボード部１３ｃの内部を暗くしておけば、視認者１４にダッシュボード部１３ｃの内部が見えてしまうことを抑制できる。又は、ミラー３２２のミラー面３２２ａは、光源ユニット１１から出射した主光線Ｌを十分に反射する程度の黒色としてもよい。これによって外光等がミラー３２２のミラー面３２２ａで反射することによる視認性の低下を抑制できる。また、ミラー３２２はダッシュボード部１３ｃの表面と連続して配置してもよい。これにより、ダッシュボード部１３ｃに穴をあける必要がなくなり、自動車１０００のインテリアの意匠性が向上する。
　＜第８の実施形態＞
　次に、第８の実施形態について説明する。
　図２５は、本実施形態に係る映像表示装置を示す端面図である。
　図２６は、図２５に示す表示装置および反射型偏光素子の一部を拡大して示す断面図である。
　図２５及び図２６に示すように、本実施形態に係る映像表示装置７０Ａは、表示装置１１０の代わりに表示装置７１０Ａを備え、反射型偏光素子７４０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る映像表示装置１０と相違する。本実施形態における表示装置７１０Ａは、ＬＥＤ素子７１２の光出射面が概ね平坦であり、保護層７１４、波長変換部材７１５、および光散乱部材７１６Ａをさらに有する点で、第１の実施形態における表示装置１１０と相違する。表示装置７１０Ａの他の構成は第１の実施形態における表示装置１１０と同様である。また、本実施形態に係る光源ユニット７１Ａは、第１の実施形態に係る光源ユニット１１と同様に、第１プリズムシート１３０を有する。但し、図２５においては、第１プリズムシート１３０の図示を省略している。
　保護層７１４は、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子７１２を覆っている。保護層７１４には、例えば、硫黄（Ｓ）含有置換基もしくはリン（Ｐ）原子含有基を有する高分子材料、または、ポリイミド等の高分子マトリックスに高屈折率の無機ナノ粒子を導入した高屈折率ナノコンポジット材料等の透光性材料を用いることができる。
　波長変換部材７１５は、保護層７１４上に配置される。波長変換部材７１５は、一般的な蛍光体材料、ペロブスカイト蛍光体材料、または量子ドット（Quantum Dot：ＱＤ）等の波長変換材料を１種以上含む。各ＬＥＤ素子７１２から出射した光は、波長変換部材７１５に入射する。波長変換部材７１５に含まれる波長変換材料は、各ＬＥＤ素子７１２から出射した光が入射することにより、各ＬＥＤ素子７１２の発光ピーク波長と異なる発光ピーク波長の光を発する。波長変換部材７１５が発する光は、略ランバーシアン配光を有する。
　光散乱部材７１６Ａは、例えば、透光性を有する樹脂部材と、樹脂部材中に配置される光散乱パーティクルまたは空孔と、を含む。樹脂部材としては、例えば、ポリカーボネート等が挙げられる。光散乱パーティクルとしては、例えば、酸化チタン等のように樹脂部材と屈折率差を有する材料等が挙げられる。なお、光散乱部材７１６Ａは、その表面を粗面加工して凹凸を設けることで、光の散乱効果を得てもよい。
　反射型偏光素子７４０としては、例えば、偏光特性が異なる薄膜層を積層した多層薄膜積層偏光板等を用いることができる。反射型偏光素子７４０は、表示装置７１０Ａ上に配置される。本実施形態では、反射型偏光素子７４０は光散乱部材７１６Ａ上に配置される。そのため、ＬＥＤ素子７１２および波長変換部材７１５から出射した光が反射型偏光素子７４０に入射する。反射型偏光素子７４０は、表示装置７１０Ａから出射する光のうちの第１偏光７１０ｐを透過し、第２偏光７１０ｓを表示装置７１０Ａに向けて反射する。第２偏光７１０ｓの電場の振動方向は、第１偏光７１０ｐの電場の振動方向と概ね直交する。
　本実施形態では、第１偏光７１０ｐはＰ偏光であり、第２偏光７１０ｓはＳ偏光である。ここで、「Ｐ偏光」とは、電場の振動方向がＸＹ平面に略平行な光を意味する。また、「Ｓ偏光」とは、電場の振動方向が入射光および反射光を含むＸＹ平面に概ね垂直な光を意味する。
　車両１３を運転する視認者１４は、車両１３の前方の水溜まり等で反射され、フロントウインドシールド１３ａを透過した日光等の眩しさを軽減するために、偏光サングラス１４ｂを着用する場合がある。この場合、水溜まり等で反射された日光等は、反射の際にフロントウインドシールド１３ａから見た場合のＰ偏光に相当する成分が特に減少するため、偏光サングラス１４ｂはＳ偏光の大部分を遮断するように設計される。したがって、視認者１４が偏光サングラス１４ｂを着用した場合、表示装置７１０Ａが発する光に含まれるＳ偏光の大部分も偏光サングラス１４ｂに遮断されてしまい、視認者１４が第２の像ＩＭ２が視認し難くなる可能性がある。なお、本明細書におけるＰ偏光およびＳ偏光は、上述した水たまり等の反射物があることにより物理的に定義される。
　本実施形態においては、反射型偏光素子７４０が、表示装置７１０Ａから出射する光のうちの第１偏光７１０ｐを透過し、第２偏光７１０ｓを反射する。反射型偏光素子７４０を透過した第１偏光７１０ｐの大部分は、結像光学系１２０、反射ユニット１２、およびフロントウインドシールド１３ａの内面を経由した後、偏光サングラス１４ｂに遮られることなく、アイボックス１４ａに入射する。なお、フロントウインドシールド１３ａの内面に入射する際の第１偏光７１０ｐの入射角は、ブリュースター角とは異なる角度となるように設定されている。
　具体的には図２６に示すように、ＬＥＤ素子７１２から出射した光は、波長変換部材７１５に照射される。これにより、波長変換部材７１５が励起されて、ＬＥＤ素子７１２から出射する光の発光ピーク波長よりも長い発光ピーク波長の光を発する。表示装置７１０Ａから出射する光は、本実施形態では、ＬＥＤ素子７１２から出射する光および波長変換部材７１５から出射する光を含む。以下、表示装置７１０Ａから出射する光のうち、ＬＥＤ素子７１２から出射した光を、「短波長光」ともいい、波長変換部材７１５から出射した光を「長波長光」ともいう。ただし、ＬＥＤ素子７１２から出射した光の大部分が、波長変換部材７１５に吸収されてもよい。
　これらの短波長光および長波長光に含まれる第１偏光７１０ｐの大部分は、反射型偏光素子７４０を透過して結像光学系１２０から出射する。また、これらの短波長光および長波長光に含まれる第２偏光７１０ｓの大部分は、反射型偏光素子７４０によって反射される。反射型偏光素子７４０によって反射された第２偏光７１０ｓの一部は、光散乱部材７１６Ａや波長変換部材７１５等の表示装置７１０Ａの構成要素において散乱反射する。散乱反射により、第２偏光７１０ｓの一部は第１偏光７１０ｐに変換される。第２偏光７１０ｓから変換した第１偏光７１０ｐの一部は、反射型偏光素子７４０を透過して光源ユニット７１Ａから出射する。そのため、光源ユニット７１Ａから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第１の像ＩＭ１の輝度を向上できる。第１の像ＩＭ１の輝度が向上することで、第２の像ＩＭ２の輝度も向上する。これにより、視認者１４は第２の像ＩＭ２を視認し易くなる。
　また、第２偏光７１０ｓに含まれる短波長光の一部は、反射型偏光素子７４０によって反射された後、波長変換部材７１５に入射してもよい。この場合、波長変換部材７１５が第２偏光７１０ｓの短波長光を吸収して、新たに長波長光を放射する効果が期待できる。これらの散乱反射光および放射光は、いずれも略ランバーシアン配光を有する。また、反射型偏光素子７４０自体が第２偏光７１０ｓを散乱反射してもよい。このような場合も、散乱反射により、第２偏光７１０ｓの一部は第１偏光７１０ｐに変換される。
　本実施形態では、１つの反射型偏光素子７４０が表示装置７１０Ａの全ての画素を覆う。ただし、光源ユニットは複数の反射型偏光素子を備え、各反射型偏光素子が、各画素上に配置されてもよい。また、反射型偏光素子と組み合わせて使用する表示装置の構成は、上記に限定されない。例えば、波長変換部材の有する光の散乱反射効果を用いることで、表示装置を、光散乱部材を設けない構成としてもよい。また、光散乱部材の有する散乱反射効果を用いることで、表示装置を、波長変換部材を設けない構成としてもよい。また、第１の実施形態のように、ＬＥＤ素子の光出射面に設けた複数の凹部または複数の凸部による光の散乱反射効果を用いることで、表示装置を波長変換部材および光散乱部材のどちらも設けない構成としてもよい。
　次に、本実施形態の効果を説明する。
　本実施形態に係る光源ユニット７１Ａは、表示装置７１０Ａ上に配置され、表示装置７１０Ａから出射する光のうちの第１偏光７１０ｐを透過し、表示装置７１０Ａから出射する光のうちの第２偏光７１０ｓを反射する反射型偏光素子７４０をさらに備える。そのため、光源ユニット７１Ａから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第１の像ＩＭ１の輝度を向上できる。
　また、反射型偏光素子７４０から出射した光も、略ランバーシアン配光を有する。そのため、本実施形態においても、小型かつ品位が高い第１の像ＩＭ１を形成可能な光源ユニット７１Ａを提供できる。なお、複数のＬＥＤ素子７１２が基板１１１上に離散的に実装されているため、第１の像ＩＭ１に粒状感が生じる場合がある。波長変換部材７１５はこの粒状感を緩和する効果を有する。そして光散乱部材７１６Ａはこの粒状感を緩和する効果を更に補強できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
　＜第９の実施形態＞
　次に、第９の実施形態について説明する。
　図２７は、本実施形態に係る光源ユニットを示す側面図である。
　図２７に示すように、本実施形態に係る映像表示装置７０Ｂは、光源ユニット７１Ｂが、表示装置１１０の代わりに第８の実施形態と同様な構成の表示装置７１０Ａを備え、反射型偏光素子７５０および遮光部材７６０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る映像表示装置１０と相違する。なお、図２７では、遮光部材７６０のみを断面で示している。
　反射型偏光素子７５０には、例えば、複数の金属製のナノワイヤを用いたワイヤグリッド型の反射型偏光素子を用いることができる。反射型偏光素子７５０は、表示装置７１０Ａから反射ユニット１２に至る光路のうち、複数の主光線Ｌ同士が略平行になる部分に配置される。本実施形態では、複数の主光線Ｌは、中間素子１２２から反射ユニット１２までの間の光路において互いに略平行になり、反射型偏光素子７５０は、中間素子１２２と出力素子１２３との間に配置される。
　反射型偏光素子７５０は、Ｐ偏光である第１偏光７１０ｐを透過し、Ｓ偏光である第２偏光７１０ｓを、表示装置７１０Ａに戻るように反射する。具体的には、表示装置７１０Ａからは、第１偏光７１０ｐおよび第２偏光７１０ｓを含む光７１０ａが出射する。この光７１０ａは、入力素子１２１および中間素子１２２を経由した後、反射型偏光素子７５０に入射する。
　反射型偏光素子７５０は、この光７１０ａに含まれる第１偏光７１０ｐの大部分を透過する。反射型偏光素子７５０を透過した第１偏光７１０ｐの大部分は、出力素子１２３を経由した後、反射ユニット１２から出射する。
　反射型偏光素子７５０は、この光７１０ａに含まれる第２偏光７１０ｓの大部分を、表示装置７１０Ａから反射型偏光素子７５０に至るまでの光路を戻るように反射する。具体的には、反射型偏光素子７５０の形状は、平板状である。反射型偏光素子７５０は、主光線Ｌと概ね直交するように配置される。反射型偏光素子７５０は、第２偏光７１０ｓの大部分を正反射する。そのため、反射型偏光素子７５０によって反射された第２偏光７１０ｓの大部分は、中間素子１２２および入力素子１２１をこの順で経由した後、表示装置７１０Ａに戻る。
　表示装置７１０Ａに戻った第２偏光７１０ｓの一部は、光散乱部材７１６Ａや波長変換部材７１５等の表示装置７１０Ａの構成要素によって散乱反射する。散乱反射により、第２偏光７１０ｓの一部は、第１偏光７１０ｐに変換される。第２偏光７１０ｓから変換した第１偏光７１０ｐの一部は、入力素子１２１および中間素子１２２を経由した後、反射型偏光素子７５０を透過する。反射型偏光素子７５０を透過した第１偏光７１０ｐの大部分は、出力素子１２３を経由した後、反射ユニット１２から出射する。そのため、映像表示装置７０Ｂから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第２の像ＩＭ２の輝度を向上できる。これにより、視認者１４は、第２の像ＩＭ２を視認し易くなる。
　また、表示装置７１０Ａに戻った第２偏光７１０ｓに含まれる短波長光の一部は、第８の実施形態と同様に、波長変換部材７１５に照射されてもよい。この場合も、第８の実施形態と同様に、波長変換部材７１５が第２偏光７１０ｓの短波長光を吸収して、新たに長波長光を放射する効果が期待できる。
　遮光部材７６０は、表示装置７１０Ａと結像光学系１２０の入力素子１２１との間に配置されている。遮光部材７６０の形状は、例えばＸＹ平面に略平行な平板状である。遮光部材７６０には、遮光部材７６０をＺ方向に貫通する開口７６１が設けられている。結像光学系１２０の焦点Ｆは、開口７６１内に位置する。
　表示装置７１０Ａから出射した光のうち、焦点Ｆおよびその近辺を通過する光は、遮光部材７６０の開口７６１を通過して入力素子１２１に入射し、それ以外の光の大部分は、遮光部材７６０に遮断される。また、反射型偏光素子７５０によって反射した第２偏光７１０ｓのうち、光路に沿う光、すなわち焦点Ｆおよびその近辺を通過する光は、遮光部材７６０の開口７６１を通過して表示装置７１０Ａに戻る。一方、反射型偏光素子７５０によって反射した第２偏光７１０ｓのうち、光路に沿わずに表示装置７１０Ａに向かう光の大部分は、遮光部材７６０によって遮断される。
　次に、本実施形態の効果を説明する。
　本実施形態に係る映像表示装置７０Ｂは、反射型偏光素子７５０をさらに備える。反射型偏光素子７５０は、表示装置７１０Ａから反射ユニット１２に至るまでの光路のうち、表示装置７１０Ａにおいて互いに異なる位置から出射して第１の像ＩＭ１を通る複数の主光線Ｌ同士が略平行となる部分に配置され、表示装置７１０Ａから出射した光のうちの第１偏光７１０ｐを透過し、表示装置７１０Ａから出射した光のうちの第２偏光７１０ｓを表示装置７１０Ａに戻るように反射する。そのため、映像表示装置７０Ｂから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第２の像ＩＭ２の輝度を向上できる。
　また、表示装置７１０Ａと入力素子１２１との間には、遮光部材７６０が設けられている。遮光部材７６０には、光路に沿って表示装置７１０Ａに戻る第２偏光７１０ｓが通過する開口７６１が設けられている。そのため、反射型偏光素子７５０によって反射した第２偏光７１０ｓのうちの光路に沿う光が表示装置７１０Ａに戻ることを許容しつつ、反射型偏光素子７５０によって反射した第２偏光７１０ｓのうちの光路に沿わない迷光が、表示装置７１０Ａに向かうことを抑制できる。これにより、第１の像ＩＭ１および第２の像ＩＭ２の品位を高めることができる。また、遮光部材７６０により、表示装置７１０Ａから出射した光のうちの光路に沿わない迷光が、反射型偏光素子７５０や結像光学系１２０の光学素子においてが反射し、表示装置７１０Ａに向かい、予期せぬ場所で再励起や散乱反射することを抑制できる。
　なお、映像表示装置７０Ｂに、遮光部材７６０は設けられていなくてもよい。また、映像表示装置７０Ｂの表示装置７１０Ａ上に第８の実施形態において説明した反射型偏光素子７４０をさらに設けてもよい。このような場合、表示装置７１０Ａ上の反射型偏光素子７４０によって反射しきれなかった第２偏光７１０ｓを、反射型偏光素子７５０によって反射できる。そのため、映像表示装置７０Ｂから出射する光に含まれる第１偏光７１０ｐの割合を高めつつ、第２の像ＩＭ２の輝度を向上できる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第８の実施形態と同様である。
　＜第９の実施形態の変形例＞
　次に、第９の実施形態の変形例について説明する。
　図２８は、本変形例に係る光源ユニットを示す側面図である。
　図２８においても、遮光部材７６０のみを断面で示している。
　図２８に示すように、本変形例においては、反射型偏光素子７５０は、出力素子１２３と反射ユニット１２との間に配置されている。なお、図２８では、反射型偏光素子７５０が、出力素子１２３と第１の像ＩＭ１の間に位置する例を示しているが、反射型偏光素子５７０は、第１の像ＩＭ１と反射ユニット１２との間に配置されてもよい。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第９の実施形態と同様である。
　前述の各実施形態及びその変形例は、本発明を具現化した例であり、本発明はこれらの実施形態及び変形例には限定されない。例えば、前述の各実施形態及び各変形例において、いくつかの構成要素又は工程を追加、削除又は変更したものも本発明に含まれる。また、前述の各実施形態及び各変形例は、相互に組み合わせて実施することができる。
　実施形態は、以下の態様を含む。
　（付記１）
　画像を表示可能な表示装置と、
　前記表示装置から出射した光が入射する第１プリズムシートと、
　前記第１プリズムシートから出射した光が入射する入力素子と、前記入力素子を経由した光が入射する出力素子と、を含み、前記出力素子から出射した光が前記画像に応じた第１の像を形成する結像光学系と、
　を備え、
　前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
　前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する、光源ユニット。
　（付記２）
　前記第１プリズムシートは、前記表示装置から出射した光が入射する第１面と、前記入力素子に向けて光を出射する第２面と、を有し、
　前記第１面には、第１方向に延びるストライプ状の第１プリズムが形成されており、
　前記第２面には、前記第１方向に対して交差した第２方向に延びるストライプ状の第２プリズムが形成されている付記１に記載の光源ユニット。
　（付記３）
　前記表示装置は、第３方向及び前記第３方向と直交する第４方向に沿って配列された複数の画素を有し、
　前記第１方向は前記第３方向に対して４５度傾斜しており、
　前記第２方向は前記第４方向に対して４５度傾斜している付記２に記載の光源ユニット。
　（付記４）
　前記第１プリズムシートと前記入力素子との間に配置された第２プリズムシートをさらに備え、
　前記第１プリズムシートには、第１方向に延びるストライプ状の第１プリズムが形成されており、
　前記第２プリズムシートには、前記第１方向に対して交差した第２方向に延びるストライプ状の第２プリズムが形成されている付記１に記載の光源ユニット。
　（付記５）
　前記表示装置は、第３方向及び前記第３方向と直交する第４方向に沿って配列された複数の画素を有し、
　前記第１方向は前記第３方向に対して４５度傾斜しており、
　前記第２方向は前記第４方向に対して４５度傾斜している付記４に記載の光源ユニット。
　（付記６）
　前記表示装置から出射する光は、前記表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似される配光パターンを有し、
　前記ｎは０より大きい値である付記１～５のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記７）
　前記ｎは１１以下である付記６に記載の光源ユニット。
　（付記８）
　前記表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤディスプレイである付記１～７のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記９）
　前記ＬＥＤ素子から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する付記８に記載の光源ユニット。
　（付記１０）
　前記表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する波長変換部材をさらに有する付記８または９に記載の光源ユニット。
　（付記１１）
　前記結像光学系は、前記入力素子を含む屈曲部、及び、前記出力素子を含む方向変更部を含み、
　前記屈曲部は、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲し、
　前記方向変更部は、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する付記１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記１２）
　前記表示装置と前記結像光学系との間に配置され、前記表示装置から前記結像光学系に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記表示装置から前記結像光学系に向かう光の他の一部を遮断する遮光部材をさらに備えた付記１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニット。
　（付記１３）
　付記１～１２のいずれか１つに記載の光源ユニットと、
　前記光源ユニットから離隔し、前記結像光学系から出射した光を反射する反射ユニットと、
　を備え、
　前記第１の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される映像表示装置。
　（付記１４）
　前記表示装置から前記反射ユニットに至るまでの光路に配置され、前記表示装置から出射した光のうちの第１偏光を透過させ、前記表示装置から出射した光のうちの第２偏光を前記表示装置に戻るように反射する反射型偏光素子をさらに備えた付記１３に記載の映像表示装置。
　（付記１５）
　車両と、
　前記車両に固定された付記１３または１４に記載の映像表示装置と、
　を備えた自動車。
　本発明は、例えば、ヘッドアップディスプレイに利用することができる。
１０：映像表示装置
１１：光源ユニット
１２：反射ユニット
１３：車両
１３ａ：フロントウインドシールド
１３ｂ：天井部
１３ｃ：ダッシュボード部
１３ｈ１：貫通穴
１３ｈ２：貫通穴
１３ｓ１：壁
１３ｓ２：壁
１４：視認者
１４ａ：アイボックス
１４ｂ：偏光サングラス
１５：波長変換部材
２０：映像表示装置
２２：反射ユニット
７０Ａ、７０Ｂ：映像表示装置
７１Ａ、７１Ｂ：光源ユニット
１１０：表示装置
１１０ｐ：画素
１１０ｕ：単位領域
１１１：基板
１１２：ＬＥＤ素子
１１２ａ：半導体積層体
１１２ｂ：アノード電極
１１２ｃ：カソード電極
１１２ｐ１：ｐ型半導体層
１１２ｐ２：活性層
１１２ｐ３：ｎ型半導体層
１１２ｓ：光出射面
１１２ｔ：凹部
１１８ａ、１１８ｂ：配線
１２０：結像光学系
１２０ａ：屈曲部
１２０ｂ：方向変更部
１２１：入力素子
１２１ａ：ミラー面
１２２  中間素子
１２２ａ：ミラー面
１２３：出力素子
１２３ａ：ミラー面
１３０：第１プリズムシート
１３０ａ：第１面
１３０ｂ：第２面
１３０ｐ１：第１プリズム
１３０ｐ２：第２プリズム
１３１：ミラー
１３１ａ：ミラー面
２１０：表示装置
２１０ｐ：画素
２３０：第１プリズムシート
２３０ａ：第１面
２３０ｂ：第２面
２３０ｐ１：第１プリズム
２３０ｐ２：第２プリズム
３２２：ミラー
３２２ａ：ミラー面
３３０：第１プリズムシート
３３０ａ：第１面
３３０ｂ：第２面
３３０ｐ１：第１プリズム
３３０ｐ２：第２プリズム
４３１：第１プリズムシート
４３１ａ：第１面
４３１ｂ：第２面
４３２：第２プリズムシート
４３２ａ：第１面
４３２ｂ：第２面
５３１：第１プリズムシート
５３１ｐ：第１プリズム
５３２：第２プリズムシート
５３２ｐ：第２プリズム
５３３：第３プリズムシート
５３３ｐ：第３プリズム
５７０：反射型偏光素子
６３０：第１プリズムシート
６３０ｐ：第１プリズム
７１０Ａ：表示装置
７１０ａ：光
７１０ｐ：第１偏光
７１０ｓ：第２偏光
７１２：ＬＥＤ素子
７１４：保護層
７１５：波長変換部材
７１６Ａ：光散乱部材
７４０：反射型偏光素子
７５０：反射型偏光素子
７６０：遮光部材
７６１：開口
１０００：自動車
２０１１：光源ユニット
２１１０：表示装置
２１１０ｐ：画素
２１１０ｓ：光出射面
２１２０：結像光学系
Ｃ：光軸
Ｄ：距離
Ｆ：焦点
ＩＭ１：第１の像
ＩＭ２：第２の像
Ｌ：主光線
Ｐ：位置
Ｐ１：第１平面
Ｐ２：第２平面
Ｐａ：画素ピッチ
Ｐｂ：プリズムピッチ
ａ１：点
ａ２：点
ｎ０、ｎ１：屈折率
ｙ：画素シフト量
θ：角度
θｐ：プリズム角度
 

Claims (15)

  1. 　画像を表示可能な表示装置と、
    　前記表示装置から出射した光が入射する第１プリズムシートと、
    　前記第１プリズムシートから出射した光が入射する入力素子と、前記入力素子を経由した光が入射する出力素子と、を含み、前記出力素子から出射した光が前記画像に応じた第１の像を形成する結像光学系と、
    　を備え、
    　前記結像光学系は、前記第１の像側において略テレセントリック性を有し、
    　前記表示装置から出射する光が略ランバーシアン配光を有する、光源ユニット。
  2. 　前記第１プリズムシートは、前記表示装置から出射した光が入射する第１面と、前記入力素子に向けて光を出射する第２面と、を有し、
    　前記第１面には、第１方向に延びるストライプ状の第１プリズムが形成されており、
    　前記第２面には、前記第１方向に対して交差した第２方向に延びるストライプ状の第２プリズムが形成されている請求項１に記載の光源ユニット。
  3. 　前記表示装置は、第３方向及び前記第３方向と直交する第４方向に沿って配列された複数の画素を有し、
    　前記第１方向は前記第３方向に対して４５度傾斜しており、
    　前記第２方向は前記第４方向に対して４５度傾斜している請求項２に記載の光源ユニット。
  4. 　前記第１プリズムシートと前記入力素子との間に配置された第２プリズムシートをさらに備え、
    　前記第１プリズムシートには、第１方向に延びるストライプ状の第１プリズムが形成されており、
    　前記第２プリズムシートには、前記第１方向に対して交差した第２方向に延びるストライプ状の第２プリズムが形成されている請求項１に記載の光源ユニット。
  5. 　前記表示装置は、第３方向及び前記第３方向と直交する第４方向に沿って配列された複数の画素を有し、
    　前記第１方向は前記第３方向に対して４５度傾斜しており、
    　前記第２方向は前記第４方向に対して４５度傾斜している請求項４に記載の光源ユニット。
  6. 　前記表示装置から出射する光は、前記表示装置から出射する光の光軸に対して角度θの方向の光度が前記光軸上の光度のｃｏｓｎθ倍で近似される配光パターンを有し、
    　前記ｎは０より大きい値である請求項１～５のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  7. 　前記ｎは１１以下である請求項６に記載の光源ユニット。
  8. 　前記表示装置は、複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤディスプレイである請求項１～７のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  9. 　前記ＬＥＤ素子から出射する光が、略ランバーシアン配光を有する請求項８に記載の光源ユニット。
  10. 　前記表示装置は、前記ＬＥＤ素子上に配置され、前記ＬＥＤ素子から出射した光が入射する波長変換部材をさらに有する請求項８または９に記載の光源ユニット。
  11. 　前記結像光学系は、前記入力素子を含む屈曲部、及び、前記出力素子を含む方向変更部を含み、
    　前記屈曲部は、前記表示装置において互いに異なる位置から出射して前記入力素子に入射する前に互いに交差して前記第１の像に至る複数の主光線同士が、前記第１の像の前後で略平行になるように前記複数の主光線を屈曲し、
    　前記方向変更部は、前記屈曲部を経由した前記複数の主光線が、前記第１の像の形成位置に向かうように前記複数の主光線の進行方向を変更する請求項１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  12. 　前記表示装置と前記結像光学系との間に配置され、前記表示装置から前記結像光学系に向かう光の一部が通過する開口が設けられ、前記表示装置から前記結像光学系に向かう光の他の一部を遮断する遮光部材をさらに備えた請求項１～１０のいずれか１つに記載の光源ユニット。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１つに記載の光源ユニットと、
    　前記光源ユニットから離隔し、前記結像光学系から出射した光を反射する反射ユニットと、
    　を備え、
    　前記第１の像は、前記光源ユニットと前記反射ユニットとの間に形成される映像表示装置。
  14. 　前記表示装置から前記反射ユニットに至るまでの光路に配置され、前記表示装置から出射した光のうちの第１偏光を透過させ、前記表示装置から出射した光のうちの第２偏光を前記表示装置に戻るように反射する反射型偏光素子をさらに備えた請求項１３に記載の映像表示装置。
  15. 　車両と、
    　前記車両に固定された請求項１３または１４に記載の映像表示装置と、
    　を備えた自動車。
PCT/JP2023/021396 2022-06-17 2023-06-08 光源ユニット及び映像表示装置 WO2023243538A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-098234 2022-06-17
JP2022098234 2022-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023243538A1 true WO2023243538A1 (ja) 2023-12-21

Family

ID=89191200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/021396 WO2023243538A1 (ja) 2022-06-17 2023-06-08 光源ユニット及び映像表示装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023243538A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009199020A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Seiko Epson Corp 画像作成装置、プロジェクタ、プロジェクションシステム、画像作成装置の製造方法
JP2011048021A (ja) * 2009-08-25 2011-03-10 Mitsubishi Electric Corp 集光光学系及び投写型画像表示装置
WO2019230138A1 (ja) * 2018-05-30 2019-12-05 コニカミノルタ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
US20210323410A1 (en) * 2018-09-07 2021-10-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for Operating a Field-of-Vision Display Device for a Motor Vehicle
JP2022035397A (ja) * 2020-08-20 2022-03-04 コニカミノルタ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009199020A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Seiko Epson Corp 画像作成装置、プロジェクタ、プロジェクションシステム、画像作成装置の製造方法
JP2011048021A (ja) * 2009-08-25 2011-03-10 Mitsubishi Electric Corp 集光光学系及び投写型画像表示装置
WO2019230138A1 (ja) * 2018-05-30 2019-12-05 コニカミノルタ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
US20210323410A1 (en) * 2018-09-07 2021-10-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for Operating a Field-of-Vision Display Device for a Motor Vehicle
JP2022035397A (ja) * 2020-08-20 2022-03-04 コニカミノルタ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11474349B2 (en) Head-up display device
US10859826B2 (en) Head-up display device
JP6508125B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置及び画像投射ユニット
JP7345209B2 (ja) ヘッドアップディスプレイシステム、アクティブ発光型イメージソース、ヘッドアップディスプレイ及び自動車
JP6601431B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
US10606074B2 (en) Head-up display apparatus
WO2023047678A1 (ja) 光源ユニットおよび映像表示装置
WO2017130481A1 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置及びその生産方法
WO2019087615A1 (ja) 虚像表示装置
WO2023243538A1 (ja) 光源ユニット及び映像表示装置
JP7172840B2 (ja) 虚像表示装置
WO2023233737A1 (ja) 映像表示システム
JP7146965B2 (ja) 光源装置およびそれを利用した電子装置
WO2023234194A1 (ja) 光源ユニット、映像表示装置及び自動車
WO2023238460A1 (ja) 光源ユニット及び映像表示装置
US20240160014A1 (en) Image display device
US20240184130A1 (en) Image display device
US20240184109A1 (en) Light source unit and image display device
CN115210629B (zh) 虚像显示装置
US11665928B2 (en) Optical module and image display device
JP7324919B2 (ja) 車両
JP2024092971A (ja) 光源ユニットおよび映像表示装置
JP2024092605A (ja) 光源ユニットおよび映像表示装置
CN118159891A (zh) 光源单元和影像显示装置
CN112562523A (zh) 图像光生成模块以及图像显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23823829

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1