(57)【要約】【課題】輝度ムラを抑制するＨＵＤ装置の提供。【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、表示画像７１となるレーザ光を投射するレーザスキャナ１０と、格子状に配列される複数の光学素子３２を、有し、レーザスキャナ１０から光学素子３２に入射されるレーザ光を拡散して投影面９１側に導くスクリーン部材３０とを、備える。各光学素子３２は、共通の湾曲形態として凸状湾曲形態を呈する湾曲面３３を、表面に形成し、当該湾曲面３３を通じて投影面９１側に出射させるレーザ光を、拡散し、隣接する光学素子３２同士にて湾曲面３３の面頂点３４から相互間の境界３５までのサグ量Ｓは、相異なる。【選択図】図６
2014170213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体（１）の投影面（９１）に表示画像（７１）を投影することにより、前記表示画像の虚像（７０）を前記移動体の室内から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像となるレーザ光を投射する投射器（１０）と、
格子状に配列される複数の光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２）を、有し、前記投射器から前記光学素子に入射される前記レーザ光を拡散して前記投影面側に導くスクリーン部材（３０）とを、備え、
各前記光学素子は、凸状湾曲及び凹状湾曲のうち共通の湾曲形態を呈する湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３３）を、表面に形成し、当該湾曲面を通じて前記投影面側に出射させる前記レーザ光を、拡散し、
隣接する前記光学素子同士にて前記湾曲面の面頂点（３４，２０３４，３０３４，４０３４，５０３４）から相互間の境界（３５，２０３５，３０３５，４０３５，５０３５）までのサグ量（Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ）は、相異なることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
各前記光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２）は、前記湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、前記レーザ光の波長をλと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳと定義すると、
ΔＳ≠ｍ・λ／４  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
（２ｍ−１）・λ／１６＜ΔＳ＜（２ｍ＋１）・λ／１６  が成立することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
ΔＳ＝ｍ・λ／８  が成立することを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
各前記光学素子（５０３２）は、前記湾曲面（５０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面とは反対側の光学面（５０３６）から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、前記レーザ光の波長をλと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳと定義し、前記スクリーン部材の屈折率をｎと定義すると、
ΔＳ≠ｍ・λ／４／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
（２ｍ−１）・λ／１６／ｎ＜ΔＳ＜（２ｍ＋１）・λ／１６／ｎ  が成立することを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
ΔＳ＝ｍ・λ／８／ｎ  が成立することを特徴とする請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記投射器は、ピーク波長が４９０〜５３０ｎｍの範囲に現れる緑色レーザ光を含んだ複数色の前記レーザ光を、投射し、
前記緑色レーザ光のピーク波長を前記λと定義することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記投射器は、ピーク波長が６００〜６５０ｎｍの範囲に現れる赤色レーザ光を含んだ複数色の前記レーザ光を、投射し、
前記赤色レーザ光のピーク波長を前記λと定義することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
各前記光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２）は、前記湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳ［単位ｎｍ］と定義すると、
ΔＳ≠４９０・ｍ／４〜５３０・ｍ／４  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
４９０・（２ｍ−１）／１６＜ΔＳ＜５３０・（２ｍ＋１）／１６  が成立することを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１２】
ΔＳ＝４９０・ｍ／８〜５３０・ｍ／８  が成立することを特徴とする請求項１１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１３】
各前記光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２）は、前記湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳ［単位ｎｍ］と定義すると、
ΔＳ≠６００・ｍ／４〜６５０・ｍ／４  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１４】
６００・（２ｍ−１）／１６＜ΔＳ＜６５０・（２ｍ＋１）／１６  が成立することを特徴とする請求項１３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１５】
ΔＳ＝６００・ｍ／８〜６５０・ｍ／８  が成立することを特徴とする請求項１４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１６】
各前記光学素子（５０３２）は、前記湾曲面（５０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面とは反対側の光学面（５０３６）から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳ［単位ｎｍ］と定義し、前記スクリーン部材の屈折率をｎと定義すると、
ΔＳ≠４９０・ｍ／４／ｎ〜５３０・ｍ／４／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１７】
４９０・（２ｍ−１）／１６／ｎ＜ΔＳ＜５３０・（２ｍ＋１）／１６／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１８】
ΔＳ＝４９０・ｍ／８／ｎ〜５３０・ｍ／８／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１９】
各前記光学素子（５０３２）は、前記湾曲面（５０３３）での反射により、前記レーザ光を拡散して当該湾曲面とは反対側の光学面（５０３６）から出射し、
１以上の奇数をｍと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記サグ量の差をΔＳ［単位ｎｍ］と定義し、前記スクリーン部材の屈折率をｎと定義すると、
ΔＳ≠６００・ｍ／４／ｎ〜６５０・ｍ／４／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２０】
６００・（２ｍ−１）／１６／ｎ＜ΔＳ＜６５０・（２ｍ＋１）／１６／ｎ  が成立することを特徴とする請求項１９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２１】
ΔＳ＝６００・ｍ／８／ｎ〜６５０・ｍ／８／ｎ  が成立することを特徴とする請求項２０に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２２】
各前記光学素子（３２，４０３２，５０３２）は、隣接するもの同士にて前記境界（３５，４０３５，５０３５）間の素子幅（Ｗ，Ｗａ，Ｗｂ）が相異なるように、形成されることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記光学素子（３２，３０３２，４０３２，５０３２）同士は、線状の前記境界（３５，３０３５，４０３５，５０３５）を介して隣接することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記光学素子（２０３２）同士は、段差面状の前記境界（２０３５）を介して隣接することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２５】
各前記光学素子（３０３２）は、隣接するもの同士にて前記湾曲面（３０３３）の曲率半径（Ｒ，Ｒａ，Ｒｂ）が相異なるように、形成されることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記光学素子（２０３２）同士は、段差面状の前記境界（２０３５）を介して隣接し、
各前記光学素子は、前記湾曲面（２０３３）の曲率半径（Ｒ）及び前記境界間の素子幅（Ｗ）が等しくなるように、形成されることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２７】
隣接する前記光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２）同士の前記サグ量は、前記スクリーン部材のうち各前記光学素子表面の前記湾曲面を形成する側の面（３１，５０３１）の全域において、相異なることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の移動体の投影面に表示画像を投影することにより、当該表示画像の虚像を移動体の室内から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置に、関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示画像となるレーザ光をスクリーン部材で拡散して投影面側に導くことにより、表示画像の虚像表示を実現するヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」という）が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されるＨＵＤ装置は、投射器から投射されてスクリーン部材に入射されるレーザ光を、格子状配列の複数の光学素子により拡散させている。こうして拡散されて投影面に投影されるレーザ光は、表示画像の虚像として、移動体室内の視認者により視認されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２８６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、格子状配列により規則性をもった光学素子のパターンに、コヒーレンス性の高いレーザ光が入射されて拡散すると、当該レーザ光を虚像として視認する視認者の感じる輝度には、ムラが生じてしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、輝度ムラを抑制するＨＵＤ装置を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の達成のために本発明者らは、各光学素子によりレーザ光を拡散して出射させるスクリーン部材に関して、鋭意研究を行なってきた。その結果、隣接する光学素子表面の湾曲面を通じて出射されたレーザ光同士が干渉し合うことで、出射角に応じて複数次数の回折ピークを与える強度分布の回折光が生じ、そうした多重回折に起因して輝度ムラが惹起されるという知見を、本発明者らは得た。
【０００８】
そこで、こうした知見に基いて創作された第一の発明は、移動体（１）の投影面（９１）に表示画像（７１）を投影することにより、表示画像の虚像（７０）を移動体の室内から視認可能に表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示画像となるレーザ光を投射する投射器（１０）と、格子状に配列される複数の光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２）を、有し、投射器から光学素子に入射されるレーザ光を拡散して投影面側に導くスクリーン部材（３０）とを、備え、各光学素子は、凸状湾曲及び凹状湾曲のうち共通の湾曲形態を呈する湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３３）を、表面に形成し、当該湾曲面を通じて投影面側に出射させるレーザ光を、拡散し、隣接する光学素子同士にて湾曲面の面頂点（３４，２０３４，３０３４，４０３４，５０３４）から相互間の境界（３５，２０３５，３０３５，４０３５，５０３５）までのサグ量（Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ）は、相異なることを特徴とする。
【０００９】
第一の発明において隣接する光学素子同士は、凸状湾曲及び凹状湾曲のうち共通の湾曲形態を呈する表面の湾曲面を通じてレーザ光を出射させるので、出射光の干渉により生じる回折光の強度分布は、出射角に応じた複数次数の回折ピークを与えるものとなる。しかし、隣接する光学素子同士にて湾曲面の面頂点から相互間の境界までのサグ量が相異なることによると、一光学素子がその両側の隣接光学素子との間で生じさせる回折光の回折ピークは、互いにずらされる。このずらし作用を利用して、一光学素子と片側の隣接光学素子との間で生じる回折光の回折ピークを、一光学素子と逆側の隣接光学素子との間で生じる回折光の回折バレーと重ねることによれば、それら回折光を虚像として視認する視認者の感じる輝度ムラを、抑制できる。尚、回折バレーとは、回折光の強度分布において回折ピーク間の谷間となる部分を、意味する。
【００１０】
ここで、第二の発明として各光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２）は、湾曲面（３３，２０３３，３０３３，４０３３）での反射により、レーザ光を拡散して当該湾曲面から出射し、１以上の奇数をｍと定義し、レーザ光の波長をλと定義し、隣接する光学素子同士のサグ量の差をΔＳと定義すると、ΔＳ≠ｍ・λ／４が成立する。この特徴のように、湾曲面での反射により各光学素子がレーザ光を拡散して出射する構成の場合、隣接する光学素子同士のサグ量の差ΔＳがｍ・λ／４と一致すると、回折光の回折ピークは、互いに重なる恐れがある。しかし、隣接する光学素子同士のサグ量の差ΔＳをｍ・λ／４と一致させないことによれば、回折ピークの重なりを確実に回避し得る。したがって、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果の信頼性を高めることが、可能となる。
【００１１】
あるいは、第三の発明として各光学素子（５０３２）は、湾曲面（５０３３）での反射により、レーザ光を拡散して湾曲面とは反対側の光学面（５０３６）から出射し、１以上の奇数をｍと定義し、レーザ光の波長をλと定義し、隣接する光学素子同士のサグ量の差をΔＳと定義し、スクリーン部材の屈折率をｎと定義すると、ΔＳ≠ｍ・λ／４／ｎが成立する。この特徴のように、湾曲面での反射により各光学素子がレーザ光を拡散して当該湾曲面とは反対側の光学面から出射する構成の場合、隣接する光学素子同士のサグ量の差ΔＳがｍ・λ／４／ｎと一致すると、回折光の回折ピークは、互いに重なる恐れがある。しかし、隣接する光学素子同士のサグ量の差ΔＳをｍ・λ／４／ｎと一致させないことによれば、回折ピークの重なりを確実に回避し得る。したがって、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果の信頼性を高めることが、可能となる。
【００１２】
第四の発明として投射器は、ピーク波長が４９０〜５３０ｎｍの範囲に現れる緑色レーザ光を含んだ複数色のレーザ光を、投射し、緑色レーザ光のピーク波長をλと定義する。この特徴では、複数色のレーザ光のうち４９０〜５３０ｎｍの範囲に現れる緑色レーザ光のピーク波長λ、即ち視感度の高いレーザ光のピーク波長λを考慮して、回折ピークの重なりを回避することで、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果を高めることができる。
【００１３】
あるいは、第五の発明として投射器は、ピーク波長が６００〜６５０ｎｍの範囲に現れる赤色レーザ光を含んだ複数色のレーザ光を、投射し、赤色レーザ光のピーク波長をλと定義する。この特徴では、複数色のレーザ光のうち６００〜６５０ｎｍの範囲に現れる赤色レーザ光のピーク波長λ、即ち回折角の大きなレーザ光のピーク波長λを考慮して、回折ピークの重なりを回避することで、当該大回折角では目立ち易くなる輝度ムラを抑制できる。
【００１４】
尚、下限の数値又は数式をＭＩＮと定義し、上限の数値又は数式をＭＡＸと定義したとき、本明細書の記載において「ＭＩＮ〜ＭＡＸ」と表される範囲は、ＭＩＮ及びＭＡＸの双方が含まれる範囲、即ち「ＭＩＮ以上、ＭＡＸ以下」の範囲を意味する。
【００１５】
さて、本発明者らは、隣接する光学素子間の境界を通じてレーザ光が出射される際、当該境界での回折により、出射角に応じて波打つ強度分布が出射光に生じ、そうした境界回折に起因して輝度ムラが惹起されるという知見も得た。
【００１６】
そこで、第六の発明として各光学素子（３２，４０３２，５０３２）は、隣接するもの同士にて境界（３５，４０３５，５０３５）間の素子幅（Ｗ，Ｗａ，Ｗｂ）が相異なるように、形成される。この特徴では、隣接する光学素子間の境界を通じて出射されるレーザ光が回折により干渉し合うことで、それら各光学素子からの出射光に波打つ強度分布が生じても、素子幅の差に応じて強度分布の波が互いにずれることになる。これによれば、隣接する各光学素子からの出射光は、強度分布の波がずれた状態で視認者により虚像として視認され得るので、視認者の感じる輝度ムラのさらなる抑制効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一実施形態によるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図である。
【図２】第一実施形態によるＨＵＤ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】第一実施形態によるＨＵＤ装置の表示状態を示す正面図である。
【図４】第一実施形態によるＨＵＤ装置の具体的構成を示す模式図である。
【図５】第一実施形態のスクリーン部材を部分的に示す平面図である。
【図６】第一実施形態のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図５のVIｘ−VIｘ線断面及びVIｙ−VIｙ線断面に対応する模式図である。
【図７】比較例のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図６に相当する模式図である。
【図８】比較例による出射光の光路差について説明するための模式図である。
【図９】比較例による回折光の強度分布について説明するための特性図である。
【図１０】比較例による回折光の重ね合わせについて説明するための特性図である。
【図１１】第一実施形態による出射光の光路差について説明するための模式図である。
【図１２】第一実施形態による回折光の強度分布について説明するための特性図である。
【図１３】第一実施形態による回折光の重ね合わせについて説明するための特性図である。
【図１４】第一実施形態におけるサグ量差の設定について説明するための特性図である。
【図１５】第一実施形態による出射光の強度分布について説明するための特性図である。
【図１６】第一実施形態による出射光の重ね合わせについて説明するための特性図である。
【図１７】図５の要部を拡大して示す平面図である。
【図１８】第二実施形態のスクリーン部材を部分的に示す平面図である。
【図１９】第二実施形態のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１８のXIXｘ−XIXｘ線断面及びXIXｙ−XIXｙ線断面に対応する模式図である。
【図２０】第三実施形態のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１９に相当する模式図である。
【図２１】第四実施形態のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図６に相当する模式図である。
【図２２】第五実施形態のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図６に相当する模式図である。
【図２３】第五実施形態による出射光の光路差について説明するための特性図である。
【図２４】第一実施形態に適用した変形例１のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図６に相当する模式図である。
【図２５】第二実施形態に適用した変形例２のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１９に相当する模式図である。
【図２６】第二実施形態に適用した変形例３のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１９に相当する模式図である。
【図２７】第二実施形態に適用した変形例４のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１９に相当する模式図である。
【図２８】第五実施形態に適用した変形例４のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図２２に相当する模式図である。
【図２９】第一実施形態に適用した変形例５のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１７に相当する模式図である。
【図３０】第一実施形態に適用した変形例６，８のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図６に相当する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１９】
（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるＨＵＤ装置１００は、「移動体」としての車両１に搭載され、インストルメントパネル８０内に収容されている。ＨＵＤ装置１００は、車両１の「表示部材」であるウインドシールド９０へ表示画像７１を投影する。ここで車両１において、ウインドシールド９０の室内側の面は、表示画像７１が投影される投影面９１を、湾曲する凹面状又は平坦な平面状等に形成している。また、車両１においてウインドシールド９０は、室内側の面と室外側の面とで、光路差を抑制するための角度差を有するものであってもよいし、あるいは当該光路差抑制のために蒸着膜乃至はフィルム等を室内側の面に設けたものであってもよい。
【００２０】
表示画像７１が投影面９１に投影される車両１では、その室内において、投影面９１により反射した当該画像７１の光束が視認者のアイポイント６１に到達する。視認者は、アイポイント６１への到達光束を知覚することで、ウインドシールド９０の前方に結像された表示画像７１の虚像７０を視認する。このとき虚像７０の視認は、図２に示す視認者の視認領域６０内にアイポイント６１が位置することで、可能となる。
【００２１】
以上、投影面９１への表示画像７１の投影によりＨＵＤ装置１００は、図３に示すように、表示画像７１の虚像７０を車両１の室内から視認可能に表示することとなる。尚、虚像７０としては、車両１の走行速度の指示表示７０ａや、ナビゲーションシステムによる車両１の進行方向の指示表示７０ｂ、車両１に関するウォーニング表示７０ｃ等が表示される。
【００２２】
（ＨＵＤ装置の全体的特徴）
以下、ＨＵＤ装置１００の全体的な特徴を説明する。図１に示すようにＨＵＤ装置１００は、レーザスキャナ１０、コントローラ２９、スクリーン部材３０及び光学系４０を、ハウジング５０内に備えている。
【００２３】
図４に示すように、「投射器」であるレーザスキャナ１０は、光源部１３、導光部２０、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）２６を有している。
【００２４】
光源部１３は、三つのレーザ投射部１４，１５，１６等から構成されている。各レーザ投射部１４，１５，１６は、電気接続されたコントローラ２９からの制御信号に従って、互いに異なる色相の単一波長レーザ光をそれぞれ投射する。具体的にレーザ投射部１４は、例えばピーク波長が６００〜６５０ｎｍの範囲（好ましくは６４０ｎｍ）に現れる赤色レーザ光を、投射する。レーザ投射部１５は、例えばピーク波長が４３０〜４７０ｎｍの範囲（好ましくは４５０ｎｍ）に現れる青色レーザ光を、投射する。レーザ投射部１６は、例えばピーク波長が４９０〜５３０ｎｍの範囲（好ましくは５１５ｎｍ）に現れる緑色のレーザ光を、投射する。このように各レーザ投射部１４，１５，１６から投射される三色のレーザ光を加色混合することで、種々の色の再現が可能となる。
【００２５】
導光部２０は、三つのコリメートレンズ２１、ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４及び集光レンズ２５等から構成されている。各コリメートレンズ２１は、それぞれ対応するレーザ投射部１４，１５，１６に対して、レーザ光の投射側に例えば０．５ｍｍの間隔をあけて配置されている。各コリメートレンズ２１は、対応するレーザ投射部１４，１５，１６からのレーザ光を屈折させることで、当該レーザ光を平行光にコリメートする。
【００２６】
各ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４は、それぞれ対応するコリメートレンズ２１に対して、各レーザ投射部１４，１５，１６の投射側に例えば４ｍｍの間隔をあけて配置されている。各ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４は、対応するコリメートレンズ２１を通過したレーザ光のうち、特定波長のレーザ光を反射し且つそれ以外の波長のレーザ光を透過する。具体的には、レーザ投射部１４の投射側に配置されるダイクロイックフィルタ２２は、赤色レーザ光を透過し、それ以外の色のレーザ光を反射する。レーザ投射部１５の投射側に配置されるダイクロイックフィルタ２３は、青色レーザ光を反射し、それ以外の色のレーザ光を透過する。レーザ投射部１６の投射側に配置されるダイクロイックフィルタ２４は、緑色レーザ光を反射し、それ以外の色のレーザ光を透過する。
【００２７】
ここで、ダイクロイックフィルタ２４による緑色レーザ光の反射側には、ダイクロイックフィルタ２３が例えば６ｍｍの間隔をあけて配置されている。また、ダイクロイックフィルタ２３による青色レーザ光の反射側且つ緑色レーザ光の透過側には、ダイクロイックフィルタ２２が例えば６ｍｍの間隔をあけて配置されている。さらに、ダイクロイックフィルタ２２による赤色レーザ光の透過側且つ青色レーザ光及び緑色レーザ光の反射側には、集光レンズ２５が例えば４ｍｍの間隔をあけて配置されている。これらの配置形態により、ダイクロイックフィルタ２２を透過した赤色レーザ光と、それぞれダイクロイックフィルタ２３，２４による反射後にダイクロイックフィルタ２２で反射された青色レーザ光及び緑色のレーザ光とは、集光レンズ２５に入射されることで混色される。
【００２８】
集光レンズ２５は、平面状の入射面及び凸面状の出射面を有する平凸レンズである。集光レンズ２５は、入射面へ入射のレーザ光を屈折よって集束させる。その結果、集光レンズ２５を通過したレーザ光は、ＭＥＭＳ２６に向かって出射される。
【００２９】
ＭＥＭＳ２６は、水平走査ミラー２７及び垂直走査ミラー２８、並びにそれら走査ミラー２７，２８の駆動部（図示しない）等から構成されている。水平走査ミラー２７において中心部が例えば５ｍｍの間隔をあけて集光レンズ２５と対向する面には、薄膜状の反射面２７ｂがアルミニウムの金属蒸着等により形成されている。また、垂直走査ミラー２８において中心部が例えば１ｍｍの間隔をあけて水平走査ミラー２７と対向する面には、薄膜状の反射面２８ｂがアルミニウムの金属蒸着等により形成されている。ＭＥＭＳ２６の駆動部は、電気的に接続されたコントローラ２９からの制御信号に従って、各走査ミラー２７，２８をそれぞれ回転軸２７ａ，２８ａまわりに個別に回転駆動する。
【００３０】
レーザスキャナ１０の最終段を構成する垂直走査ミラー２８の中心部は、スクリーン部材３０の走査面３１に対して、例えば１００ｍｍの間隔をあけて配置されている。かかる配置形態により、集光レンズ２５から走査ミラー２７，２８に順次入射されたレーザ光は、反射面２７ｂ，２８ｂによって順次反射されることで、走査面３１に投射される。
【００３１】
コントローラ２９は、プロセッサ等から構成される制御回路である。コントローラ２９は、各レーザ投射部１４，１５，１６に制御信号を出力することで、レーザ光を断続的にパルス投射する。それと共にコントローラ２９は、走査ミラー２７，２８の駆動部に制御信号を出力することで、走査面３１に対するレーザ光の投射方向を複数の走査線ＬＮに沿って図４の矢印方向に変化させる。これらの制御により、図５の如くレーザ光が円形スポット状に投射される領域Ｏを走査面３１にて移動させることで、表示画像７１が描画される。即ち、レーザスキャナ１０から投射されるレーザ光は、走査面３１を水平方向ｘと垂直方向ｙとに走査することで、表示画像７１となる。ここで、例えば表示画像７１は、水平方向ｘに４８０画素且つ垂直方向ｙに２４０画素を有する画像として、走査面３１に毎秒６０フレーム形成される。尚、図２に示すように走査面３１の水平方向ｘは、車両１の水平方向と一致している。一方、走査面３１の垂直方向ｙは、図２に示すように車両１の鉛直方向に対して傾いていてもよいし、あるいは鉛直方向と一致していてもよい。
【００３２】
図５，６に示すように反射型のスクリーン部材３０は、樹脂基材乃至はガラス基材の表面にアルミニウムを蒸着させること等によって、形成されている。スクリーン部材３０は、車両１においてレーザスキャナ１０よりも上方に配置されている（図１，２参照）。スクリーン部材３０は、マイクロミラーとしての複数の光学素子３２を水平方向ｘと垂直方向ｙとに格子状配列してなり、それら光学素子３２の表面（具体的には、後に詳述する湾曲面３３）により走査面３１を構成している。各光学素子３２の表面は、走査面３１に投射されたレーザ光を反射することで、当該レーザ光を拡散させて出射する。ここで図５に示すように、走査面３１にてレーザ光が投射される投射領域Ｏの直径φｏは、各光学素子３２の素子幅Ｗ（好ましくは、後に詳述する小素子幅Ｗｂ）の半値以上に、設定される。尚、各光学素子３２は、図６に示すように全て一体物として形成されていてもよいし、あるいは別体に形成されて共通基材に保持されていてもよい。
【００３３】
図１，２に示すように光学系４０は、凹面鏡４２及びそれの駆動部（図示しない）を有している。凹面鏡４２は、樹脂基材乃至はガラス基材の表面にアルミニウムを蒸着させること等によって、形成されている。凹面鏡４２は、走査面３１にて拡散されたレーザ光を反射面４２ａによって反射することで、当該レーザ光を投影面９１側へと導いて表示画像７１を投影する。反射面４２ａは、走査面３１及び投影面９１から遠ざかる方向に中心部が凹む凹面として、滑らかな曲面状に形成されることで、表示画像７１を拡大して投影可能となっている。
【００３４】
光学系４０の駆動部は、電気的に接続されたコントローラ２９からの制御信号に従って、凹面鏡４２を図１の揺動軸４２ｂまわりに揺動駆動する。かかる揺動により、投影された表示画像７１の虚像７０の結像位置が上下するのに応じて、視認領域６０も上下する。ここで視認領域６０の位置は、アイリプス６２を考慮して規定されている。具体的にアイリプス６２とは、車両１の室内のうち、運転席に着座した任意の視認者を想定したときにアイポイント６１が存在可能な空間領域を、表している。そこで、凹面鏡４２の揺動に応じて上下する視認領域６０は、当該揺動の範囲では少なくとも一部がアイリプス６２内へ入るように、想定されている。
【００３５】
尚、光学系４０については、凹面鏡４２以外の光学要素を凹面鏡４２に代えて、又は加えて設けてもよい。また、光学系４０（凹面鏡４２）を設けないで、各光学素子３２により拡散されたレーザ光を、直接に投影面９１へ投射してもよい。
【００３６】
（光学素子の詳細特徴）
次に、第一実施形態による光学素子３２の詳細な特徴を説明する。
【００３７】
図５，６に示すように各光学素子３２の表面は、互いに共通の湾曲形態として凸状に湾曲する凸状湾曲形態を呈することで、円弧面状等の湾曲面３３を形成している。各光学素子３２表面において湾曲面３３は、方向ｘ，ｙとの直交方向ｚ（図２も参照）のうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側へ突出し、最突出点を面頂点３４としている。即ち、各光学素子３２表面の湾曲面３３は、スクリーン部材３０を厚さ方向（即ち、ここでは方向ｚ）に挟んだ両側のうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側の走査面３１に、形成されている。かかる構成により、レーザスキャナ１０から走査面３１へ投射されるレーザ光は、光学素子３２表面の湾曲面３３により反射されることで、当該湾曲面３３から拡散して光学系４０側へと出射される。
【００３８】
各方向ｘ，ｙにおいて隣接する光学素子３２同士は、それぞれの湾曲面３３の外縁（輪郭）を互いに重ねることで、相互間に境界３５を形成している。ここで、第一実施形態における各光学素子３２表面の湾曲面３３については、方向ｚにて基準となる面頂点３４から境界（縦断面における変曲点）３５までのずれ量である深さを、サグ量Ｓと定義する。尚、図５では、理解を容易にするために、一部の符号のみを付して示している。
【００３９】
このような各光学素子３２によりレーザ光を拡散して出射させるスクリーン部材３０に関して、本発明者らは鋭意研究を行なってきた。その結果、隣接する光学素子３２表面の湾曲面３３を通じて出射されたレーザ光同士が干渉し合うことで、出射角に応じて複数次数の回折ピークを与える強度分布の回折光が生じ、そうした多重回折に起因して輝度ムラが惹起されるという知見を、本発明者らは得た。
【００４０】
具体的に、特許文献１のＨＵＤ装置に準じた構成の比較例では、図７に示すように、隣接する各光学素子１３２同士にてサグ量Ｓが互いに等しく設定されている。こうした比較例において、隣接する光学素子１３２表面の湾曲面１３３から出射角θ（本比較例では、反射角としての図９のθ）にて出射されて干渉し合うレーザ光同士の光路長差ΔＬは、例えば図８の如く発生する。ここで、隣接する光学素子１３２同士の面頂点１３４間の距離をピークピッチＰ（図７参照）と定義したとき、光路長差ΔＬは、ｓｉｎθ≒θ［ｒａｄ］の近似の元、下記の式１により表される。また、レーザ光の波長をλと定義したとき、光路長差ΔＬが当該波長λ分変化する出射角θの角度差α、即ち回折ピークの次数が１変化する出射角θの角度差αは、ｓｉｎα≒αの近似の元、ピークピッチＰを用いた下記の式２により表される。
ΔＬ＝Ｐ・θ  …（式１）
α＝λ／Ｐ  …（式２）
【００４１】
これら式１，２に基いて、比較例での光路長差ΔＬが０，±λとなるとき、即ち回折ピークの次数が０，±１となるときの強度分布を考えてみると、図９の如く出射角θの角度差αに応じた強度分布となることが分かる。かかる強度分布では、一光学素子１３２がその両側の隣接素子１３２との間で生じさせる回折ピークは、０から±α毎の出射角θを中心に生じるため、互いに重なって強度を強め合う。さらに、一光学素子１３２が両側隣接素子１３２との間で生じさせる回折バレーは、α／２からα毎の出射角θと−α／２から−α毎の出射角θとを中心に生じるため、互いに重なっても強度を強め合い難い。
【００４２】
以上より、一光学素子１３２が両側隣接素子１３２との間で生じさせる回折光（二点鎖線グラフ）を重ね合わせた図１０の強度分布（実線グラフ）では、回折ピークの中心の重なる出射角θ（０から±α毎）と、回折バレーの中心の重なる出射角θ（α／２からα毎、−α／２から−α毎）とで、強度差ΔＩが大きくなる。故に、回折光を虚像７０として視認する視認者は、大きな強度差ΔＩに応じて輝度ムラを感じることになる。
【００４３】
これに対し、図６に示すように第一実施形態では、隣接する光学素子３２同士にて相異なるサグ量Ｓが、走査面３１の全域で設定されている。特に第一実施形態のサグ量Ｓとしては、大小二種類のサグ量Ｓａ，Ｓｂが設定されており、大サグ量Ｓａの光学素子３２と小サグ量Ｓｂの光学素子３２とは、いずれの方向ｘ，ｙにおいても交互に配列されている。かかる配列形態により、隣接する光学素子３２同士は、サグ量Ｓａ，Ｓｂの差（Ｓａ−Ｓｂ）に応じて、方向ｚの段差を形成している。
【００４４】
こうした第一実施形態において、隣接する各光学素子３２表面の湾曲面３３から出射角θ（第一実施形態では、反射角としての図１２のθ）にて出射されることで干渉し合うレーザ光同士の光路長差ΔＬは、例えば図１１の如く発生する。ここで、隣接素子３２同士のサグ量Ｓａ，Ｓｂの差をΔＳと定義したとき、光路長差ΔＬは、ｓｉｎθ≒θ［ｒａｄ］の近似の元、当該ΔＳより十分大きなピークピッチＰ（図５，６参照）を用いて下記の式３又は式４により表される。具体的に式３は、大サグ量Ｓａの一光学素子３２と、その片側（例えば図６の右側）に隣接する小サグ量Ｓｂの光学素子３２との間で成立する。また一方で式４は、大サグ量Ｓａの一光学素子３２と、その逆側（例えば図６の左側）に隣接する小サグ量Ｓｂの光学素子３２との間で成立する。さらに、光路長差ΔＬが波長λ分変化する出射角θの角度差α、即ちレーザ光同士の干渉によって発生する回折ピークの次数が１変化する出射角θの角度差αは、比較例の場合と同様に、ピークピッチＰを用いた下記の式５により表される。
ΔＬ＝Ｐ・θ−２・ΔＳ  …（式３）
ΔＬ＝Ｐ・θ＋２・ΔＳ  …（式４）
α＝λ／Ｐ  …（式５）
【００４５】
これら式３，４，５に基いて、第一実施形態での光路長差ΔＬが０，±λとなるとき、即ち回折ピークの次数が０，±１となるときの強度分布を考えてみると、図１２の如く出射角θの角度差αに応じた強度分布となることが分かる。かかる強度分布では、式３，５に従って大サグ量Ｓａの一光学素子３２が小サグ量Ｓｂの片側隣接素子３２との間で生じさせる回折ピークは、０に対して２・ΔＳ・α／λ分ずれた０次回折角θ０から±α毎の出射角θを、中心に生じる（実線グラフ）。また一方で、式４，５に従って大サグ量Ｓａの一光学素子３２が小サグ量Ｓｂの逆側隣接素子３２との間で生じさせる回折ピークは、０に対して−２・ΔＳ・α／λ分ずれた０次回折角−θ０から±α毎の出射角θを、中心に生じる（一点鎖線グラフ）。尚、図１２は、ΔＳ＝λ／８と設定したことにより、回折ピークがθ０＝α／４及び−θ０＝−α／４の各々から±α毎に生じている例を、示している。また、図１２の実線グラフに付されたポイントＡ〜Ｇは、図１１に例示した各光路長差ΔＬを発生する回折光の方向Ａ〜Ｇに、それぞれ対応している。
【００４６】
このように第一実施形態では、一光学素子３２がその両側の隣接素子３２との間で生じさせる回折光の回折ピークは、相異なる出射角θを中心に生じることで、互いにずれる。このずらし作用の結果、一光学素子３２といずれか一方の隣接素子３２との間で生じる回折ピークは、一光学素子３２といずれか他方の隣接素子３２との間で生じる回折バレーと重なることになるので、強度を強め合い難い。
【００４７】
以上より、一光学素子３２が両側隣接素子３２との間で生じさせる回折光（二点鎖線グラフ）を重ね合わせた図１３の強度分布（実線グラフ）では、各回折ピーク中心の出射角θ（θ０，−θ０の各々から±α毎）と、その間の出射角θとで、強度差ΔＩが小さくなる。例えば、図１２と同様にΔＳ＝λ／８とした図１３の場合には、α／４，−α／４の各々から±α毎の出射角θと、０から±α／２毎の出射角θとで、強度差ΔＩを小さくできる。故に、視認者の感じる輝度ムラを、小さな強度差ΔＩに応じて抑制し得る。
【００４８】
さて、上述したように第一実施形態では、湾曲面３３での反射により各光学素子３２がレーザ光を拡散して出射する構成を、採用している。こうした構成において、１以上の任意の奇数をｍと定義したとき、隣接する光学素子３２同士のサグ量の差ΔＳがｍ・λ／４と一致すると、一光学素子３２がその両側の隣接素子３２との間で生じさせる回折ピークは、図１４の如く互いに重なる恐れがある。これは、ΔＳ＝ｍ・λ／４の場合（図１４の例は、ΔＳ＝λ／４の場合）、回折ピークがθ０＝α／２且つ−θ０＝−α／２の各々から±α毎に生じるためである。
【００４９】
そこで、第一実施形態において隣接する光学素子３２同士のサグ量差ΔＳは、下記の式６を成立させる値に設定される。さらに、式６が成立する限りにてサグ量差ΔＳは、下記の式７を成立させる値に設定されることが好ましく、その中でも特に、下記の式８を成立させる値に設定されることがより好ましい。
ΔＳ≠ｍ・λ／４  …（式６）
（２ｍ−１）・λ／１６＜ΔＳ＜（２ｍ＋１）・λ／１６  …（式７）
ΔＳ＝ｍ・λ／８  …（式８）
【００５０】
尚、複数色のレーザ光を使用する第一実施形態では、式６，７，８の波長λは、少なくとも一色のレーザ光に対して想定される。例えば一色のレーザ光に対してのみ想定する場合、視感度の高い緑色レーザ光のピーク波長、あるいは回折角の大きな赤色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定することが好ましい。また、二色以上のレーザ光に対して想定する場合には、各色毎に相異なるｍを設定することで、式６，７，８の成立が可能となる。
【００５１】
ここで特に、緑色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定する場合にサグ量差ΔＳ［単位ｎｍ］は、式６に基づく式９、好ましくは式７に基づく式１０、さらに好ましくは式８に基づく式１１を成立させる値に、設定される。
ΔＳ≠４９０・ｍ／４〜５３０・ｍ／４  …（式９）
４９０・（２ｍ−１）／１６＜ΔＳ＜５３０・（２ｍ＋１）／１６  …（式１０）
ΔＳ＝４９０・ｍ／８〜５３０・ｍ／８  …（式１１）
【００５２】
また特に、赤色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定する場合にサグ量差ΔＳ［単位ｎｍ］は、式６に基づく式１２、好ましくは式７に基づく式１３、さらに好ましくは式８に基づく式１４を成立させる値に、設定される。
ΔＳ≠６００・ｍ／４〜６５０・ｍ／４  …（式１２）
６００・（２ｍ−１）／１６＜ΔＳ＜６５０・（２ｍ＋１）／１６  …（式１３）
ΔＳ＝６００・ｍ／８〜６５０・ｍ／８  …（式１４）
【００５３】
以上、式６，７，８（式９〜１４を含む）のいずれかを成立させる第一実施形態では、少なくとも一色のレーザ光について、隣接する光学素子３２同士のサグ量差ΔＳがｍ・λ／４からずれて、回折ピークの重なりが確実に回避され得る。尚、図６では、理解を容易にするために、サグ量差ΔＳを実際よりも大きく示している。
【００５４】
さて、本発明者らは、隣接する光学素子３２間の境界３５を通じてレーザ光が出射される際、当該境界３５での回折により、出射角に応じて波打つ強度分布が出射光に生じ、そうした境界回折（開口回折）に起因して輝度ムラが惹起されるという知見も得た。
【００５５】
そこで、図５，６に示すように第一実施形態では、走査面３１全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても、面頂点３４を通る縦断面での境界３５間の素子幅Ｗが隣接素子３２同士にて相異なるように、各光学素子３２が形成されている。特に第一実施形態の素子幅Ｗとしては、大小二種類の素子幅Ｗａ，Ｗｂが設定されており、大素子幅Ｗａの光学素子３２と小素子幅Ｗｂの光学素子３２とは、いずれの方向ｘ，ｙにおいても交互に配列されている。かかる配列形態により各光学素子３２は、水平方向ｘにおいて隣接する光学素子３２と比較した素子幅Ｗの大小関係と、垂直方向ｙにおいて隣接する光学素子３２と比較した素子幅Ｗの大小関係とにつき、一致させられている。
【００５６】
こうした第一実施形態の場合、各光学素子３２からの出射角θに応じた強度分布の波は、図１５に示すように、大素子幅Ｗａの光学素子３２の場合（実線グラフ）と小素子幅Ｗｂの光学素子３２（一点鎖線グラフ）の場合とで、互いにずれてピーク強度を強め合い難い。故に、それら各素子幅Ｗａ，Ｗｂの光学素子３２から出射されるレーザ光を重ね合わせた図１６の強度分布では、境界３５に対応する出射角θｂ付近での波打ち量が小さくなるため、視認者の感じる輝度ムラが当該波打ち量に応じて抑制され得る。ここで特に、本発明者らの鋭意研究によれば、ピークピッチＰ（本実施形態では、素子幅Ｗａ，Ｗｂの平均値と一致する）に対して、各素子幅Ｗａ，Ｗｂが±３．５％〜±５％の範囲内となるように設定されることが、輝度ムラの抑制に好ましい。
【００５７】
そして、ここまで説明の特徴を全て実現するために第一実施形態では、図６に示すように、大サグ量Ｓａの光学素子３２に大素子幅Ｗａが設定され、且つ小サグ量Ｓｂの光学素子３２に小素子幅Ｗｂが設定されている。また、走査面３１全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても各光学素子３２表面の湾曲面３３には、面頂点３４を通る縦断面にて互いに等しい曲率半径Ｒが、設定されている。さらに図５，６に示すように、走査面３１全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても各光学素子３２には、隣接する光学素子３２同士の面頂点３４間の距離として、互いに等しいピークピッチＰが設定されている。またさらに、いずれの方向ｘ，ｙにおいてもピークピッチＰの二倍値は、大素子幅Ｗａ及び小素子幅Ｗｂの和（Ｗａ＋Ｗｂ）と等しく設定されている。
【００５８】
これらの設定下、小サグ量Ｓｂの光学素子３２は、図５の如く方向ｚから見て正方形状を呈することで、線状の境界３５を介して大サグ量Ｓａの四素子３２と隣接している。したがって、小サグ量Ｓｂの光学素子３２において各角部の内角ψｂは、図１７の如く９０°となる。また一方、大サグ量Ｓａの光学素子３２は、図５の如く方向ｚから見て正方形状の四隅をカットした略八角形状を呈することで、線状の境界３５を介して小サグ量Ｓｂの四素子３２と隣接しているのみならず、大サグ量Ｓａの別の四素子３２とも隣接している。したがって、大サグ量Ｓａの光学素子３２において各角部の内角ψａは、図１７の如く１３５°となる。
【００５９】
（作用効果）
以下、上述した第一実施形態の作用効果を説明する。
【００６０】
第一実施形態において隣接する光学素子３２同士は、共通の凸状湾曲形態を呈する表面の湾曲面３３を通じてレーザ光を出射させるので、出射光の干渉により生じる回折光の強度分布は、出射角に応じた複数次数の回折ピークを与えるものとなる。しかし、隣接する光学素子３２同士にて湾曲面３３の面頂点３４から相互間の境界３５までのサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）が相異なることによると、一光学素子３２がその両側の隣接素子３２との間で生じさせる回折光の回折ピークは、互いにずらされる。このずらし作用を利用して、一光学素子３２と片側の隣接素子３２との間で生じる回折光の回折ピークを、一光学素子３２と逆側の隣接素子３２との間で生じる回折光の回折バレーと重ねることによれば、それら回折光を虚像７０として視認する視認者の感じる輝度ムラを、抑制できる。
【００６１】
ここで特に第一実施形態では、スクリーン部材３０のうち各光学素子３２表面の湾曲面３３を形成する側となる走査面３１の全域にて、隣接する光学素子３２同士での相異なるサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）が実現されている。これによれば、回折ピークのずらし作用を走査面３１での素子位置によらず発揮して、視認者の感じる輝度ムラの高い抑制効果を達成可能となる。
【００６２】
また、式６，７，８のいずれかの成立により第一実施形態では、隣接する光学素子３２同士のサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）の差ΔＳをｍ・λ／４と一致させないことで、回折ピークの重なりを確実に回避し得る。したがって、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果の信頼性を高めることが、可能となる。
【００６３】
さらに第一実施形態では、複数色のレーザ光のうち４９０〜５３０ｎｍの範囲に現れる緑色レーザ光のピーク波長λ、即ち視感度の高いレーザ光のピーク波長λを考慮して、回折ピークの重なりを回避することで、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果を高め得る。あるいは第一実施形態では、複数色のレーザ光のうち６００〜６５０ｎｍの範囲に現れる赤色レーザ光のピーク波長λ、即ち回折角の大きなレーザ光のピーク波長λを考慮して、回折ピークの重なりを回避することで、当該大回折角では目立ち易くなる輝度ムラを抑制できる。
【００６４】
加えて第一実施形態では、隣接する光学素子３２間の境界３５を通じて出射されるレーザ光が回折により干渉し合うことで、それら各光学素子３２からの出射光に波打つ強度分布が生じても、素子幅Ｗ（Ｗａ，Ｗｂ）の差に応じて強度分布の波が互いにずれることになる。これによれば、隣接する各光学素子３２からの出射光は、強度分布の波がずれた状態で視認者により虚像７０として視認され得るので、視認者の感じる輝度ムラのさらなる抑制効果を発揮できる。
【００６５】
また加えて、光学素子３２同士を線状の境界３５を介して隣接させる第一実施形態によれば、当該境界３５でのレーザ光回折に起因してアイポイント６１への入射ロス及びゴーストが発生するのを、抑制できる。
【００６６】
（第二実施形態）
図１８，１９に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、走査面３１全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても各光学素子２０３２の素子幅Ｗは、互いに等しく且つピークピッチＰと同一値に設定されている。即ち、ピークピッチＰを実現する水平方向ｘと垂直方向ｙとにおいて、均一幅Ｗの光学素子２０３２同士が互いに隣接している。
【００６７】
こうした第二実施形態の各光学素子２０３２には、第一実施形態と同様に隣接するもの同士で相異なるサグ量Ｓ、具体的には差分ΔＳを挟んだ大小二種類のサグ量Ｓａ，Ｓｂが、走査面３１全域にて設定されている。また、走査面３１全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても各光学素子２０３２の湾曲面２０３３には、面頂点２０３４を通る縦断面にて互いに等しい曲率半径Ｒが、設定されている。尚、第二実施形態における各光学素子２０３２表面の湾曲面２０３３については、方向ｚにおいて基準となる面頂点２０３４から境界（縦断面における変曲点）２０３５までのずれ量である深さが、サグ量Ｓと定義される。
【００６８】
これらの設定下、大サグ量Ｓａの光学素子２０３２は、図１８の如く方向ｚから見て正方形状を呈することで、図１９の如き段差面状の境界２０３５を介して小サグ量Ｓｂの四素子２０３２と隣接している。それと共に、小サグ量Ｓｂの光学素子２０３２は、図１８の如く方向ｚから見て正方形状を呈することで、図１９の如き段差面状の境界２０３５を介して大サグ量Ｓａの四素子２０３２と隣接している。
【００６９】
このような第二実施形態では、隣接する光学素子２０３２間の境界２０３５を段差面状にして、それら各光学素子２０３２の面頂点２０３４の相対位置をずらすことで、輝度ムラを抑制可能な相異なるサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）を確実に確保し得る。また同時に、湾曲面２０３３の曲率半径Ｒ及び境界２０３５間の素子幅Ｗをいずれの光学素子２０３２でも等しくする第二実施形態によれば、それら各光学素子２０３２によるレーザ光の拡散範囲のばらつきを低減して、アイポイント６１への入射ロスを抑制できる。
【００７０】
（第三実施形態）
図２０に示すように、本発明の第三実施形態は第二実施形態の変形例である。第三実施形態では、素子幅ＷがピークピッチＰと同一で互いに等しく且つサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）が相異なる各光学素子３０３２につき、曲率半径Ｒの設定が第二実施形態とは異なっている。具体的に、走査面３１全域において各光学素子３０３２の湾曲面３０３３には、面頂点３０３４を通る縦断面での曲率半径Ｒが、隣接素子３０３２同士で相異なるように設定されている。特に第三実施形態の曲率半径Ｒとしては、大小二種類の曲率半径Ｒａ，Ｒｂが設定されており、小曲率半径Ｒａの光学素子３０３２と大曲率半径Ｒｂの光学素子３０３２とは、いずれの方向ｘ，ｙにおいても交互に配列されている。かかる配列形態により各光学素子３０３２は、水平方向ｘにおいて隣接する光学素子３０３２と比較した曲率半径Ｒの大小関係と、垂直方向ｙにおいて隣接する光学素子３０３２と比較した曲率半径Ｒの大小関係とにつき、一致させられている。尚、第三実施形態では、大サグ量Ｓａの光学素子３０３２に小曲率半径Ｒａが設定され、且つ小サグ量Ｓｂの光学素子３０３２に大曲率半径Ｒｂが設定されている。
【００７１】
これらの設定下にあっても、大サグ量Ｓａの光学素子３０３２は、方向ｚから見て正方形状（図示しない）を呈することで、線状の境界３０３５を介して小サグ量Ｓｂの四素子３０３２と隣接している。また、小サグ量Ｓｂの光学素子３０３２は、方向ｚから見て正方形状（図示しない）を呈することで、線状の境界３０３５を介して大サグ量Ｓａの四素子３０３２と隣接している。
【００７２】
このような第三実施形態では、隣接する光学素子３０３２同士の曲率半径Ｒを相異ならせて、それら各光学素子３０３２の面頂点３０３４の相対位置をずらすことで、輝度ムラを抑制可能な相異なるサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）を確実に確保し得る。また同時に、光学素子３０３２同士を線状の境界３０３５を介して隣接させる第三実施形態によれば、当該境界３０３５でのレーザ光回折に起因してアイポイント６１への入射ロス及びゴーストが発生するのを、抑制できる。
【００７３】
（第四実施形態）
図２１に示すように、本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例である。第四実施形態において各光学素子４０３２の表面は、互いに共通の湾曲形態として凹状に湾曲する凹状湾曲形態を呈することで、円弧面状等の湾曲面４０３３を形成している。各光学素子４０３２表面において湾曲面４０３３は、方向ｘ，ｙとの直交方向ｚのうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側から反対側へ凹陥し、最凹陥点を面頂点４０３４としている。即ち、各光学素子４０３２表面の湾曲面４０３３は、スクリーン部材３０を厚さ方向（即ち、ここでは方向ｚ）に挟んだ両側のうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側の走査面３１に、形成されている。かかる構成により、レーザスキャナ１０から走査面３１へ投射されるレーザ光は、光学素子４０３２表面の湾曲面４０３３により反射されることで、当該湾曲面４０３３から拡散して光学系４０側へと出射される。
【００７４】
各方向ｘ，ｙにおいて隣接する光学素子４０３２同士は、それぞれの湾曲面４０３３の外縁（輪郭）を互いに重ねることで、相互間に境界４０３５を形成している。ここで、第四実施形態における各光学素子４０３２表面の湾曲面４０３３については、方向ｚにて基準となる面頂点４０３４から境界（縦断面における変曲点）４０３５までのずれ量である高さが、サグ量Ｓと定義される。
【００７５】
以上説明の特徴を除いて第一実施形態と同様の特徴を備える第四実施形態によれば、第一実施形態と同様の作用効果を発揮することが、可能となる。
【００７６】
（第五実施形態）
図２２に示すように、本発明の第五実施形態は第一実施形態の変形例である。第五実施形態の各光学素子５０３２表面において湾曲面５０３３は、方向ｘ，ｙとの直交方向ｚのうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側とは反対側へ突出し、最突出点を面頂点５０３４としている。即ち、各光学素子５０３２表面の湾曲面５０３３は、スクリーン部材３０を厚さ方向（即ち、ここでは方向ｚ）に挟んだ両側のうち、レーザスキャナ１０及び光学系４０と向き合う側の光学面５０３６とは反対側の走査面５０３１に、形成されている。かかる構成により、レーザスキャナ１０から光学面５０３６へ投射されるレーザ光は、スクリーン部材３０内を透過して、光学素子５０３２表面の湾曲面５０３３に入射する。その結果としてレーザ光は、図２３に示すように、光学素子５０３２表面の湾曲面５０３３により反射されてスクリーン部材３０内を透過することで、光学面５０３６から拡散して光学系４０側へと出射される。
【００７７】
第五実施形態の各方向ｘ，ｙにおいても、図２２に示すように隣接する光学素子５０３２同士は、それぞれの湾曲面５０３３の外縁（輪郭）を互いに重ねることで、相互間に境界５０３５を形成している。また、各光学素子５０３２表面の湾曲面５０３３についても、方向ｚにて基準となる面頂点５０３４から境界（縦断面における変曲点）５０３５までのずれ量である高さが、サグ量Ｓと定義される。ここで、隣接する光学素子５０３２同士には、第一実施形態に準じて相異なるサグ量Ｓ、即ち大小二種類のサグ量Ｓａ，Ｓｂが、走査面５０３１の全域にて設定されている。それと共に、隣接する光学素子５０３２同士には、第一実施形態に準じて面頂点５０３４を通る縦断面での相異なる素子幅Ｗ、即ち大小二種類の素子幅Ｗａ，Ｗｂが、走査面５０３１の全域にて設定されている。
【００７８】
第五実施形態では、隣接する各光学素子５０３２表面の湾曲面５０３３により反射されれて、光学面５０３６から出射角θにて出射されることで、干渉し合うレーザ光同士の光路長差ΔＬは、例えば図２３の如く発生する。ここで光路長差ΔＬは、隣接素子５０３２同士のサグ量Ｓａ，Ｓｂの差ΔＳと定義したとき、第一実施形態と同様な式３又は式４により表すことができる。また、光路長差ΔＬが波長λ分変化する出射角θの角度差αは、第一実施形態と同様な式５により表すことができる。
【００７９】
このような第五実施形態においても、一光学素子５０３２がその両側の隣接素子５０３２との間で生じさせる回折光の回折ピークは、第一実施形態と同様の原理により、相異なる出射角θを中心に生じることで、互いにずれる。このずらし作用の結果、一光学素子５０３２といずれか一方の隣接素子５０３２との間で生じる回折ピークは、一光学素子５０３２といずれか他方の隣接素子５０３２との間で生じる回折バレーと重なることになるので、強度を強め合い難い。したがって、図示はしないが、一光学素子５０３２が両側隣接素子５０３２との間で生じさせる回折光を重ね合わせた強度分布では、各回折ピーク中心の出射角θと、その間の出射角θとで、強度差が小さくなる。故に、視認者の感じる輝度ムラを、小さな強度差に応じて抑制し得る。
【００８０】
また、上述したように第五実施形態では、湾曲面５０３３での反射により各光学素子５０３２がレーザ光を拡散して当該湾曲面５０３３とは反対側の光学面５０３６から出射する構成を、採用している。こうした構成において、１以上の任意の奇数をｍと定義し且つスクリーン部材３０の屈折率をｎと定義したとき、隣接する光学素子５０３２同士のサグ量の差ΔＳがｍ・λ／４／ｎと一致する場合を想定する。この場合、一光学素子５０３２がその両側の隣接素子５０３２との間で生じさせる回折ピークは、互いに重なる恐れがある。これは、ΔＳ＝ｍ・λ／４／ｎの場合、回折ピークがθ０＝α／２／ｎ且つ−θ０＝−α／２／ｎの各々から±α毎に生じるためである。
【００８１】
そこで、第五実施形態において隣接する光学素子５０３２同士のサグ量差ΔＳは、下記の式１５を成立させる値に設定される。さらに、式１５が成立する限りにてサグ量差ΔＳは、下記の式１６を成立させる値に設定されることが好ましく、その中でも特に、下記の式１７を成立させる値に設定されることがより好ましい。これら式１５，１６，１７のうちいずれかの成立により第五実施形態では、隣接する光学素子５０３２同士のサグ量Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ）の差ΔＳをｍ・λ／４／ｎと一致させないことで、回折ピークの重なりを確実に回避し得る。したがって、視認者の感じる輝度ムラの抑制効果の信頼性を高めることが、可能となる。
ΔＳ≠ｍ・λ／４／ｎ  …（式１５）
（２ｍ−１）・λ／１６／ｎ＜ΔＳ＜（２ｍ＋１）・λ／１６／ｎ  …（式１６）
ΔＳ＝ｍ・λ／８／ｎ  …（式１７）
【００８２】
尚、第五実施形態においても、第一実施形態と同様に、複数色のレーザ光を使用することから、式１５，１６，１７の波長λは、少なくとも一色のレーザ光に対して想定される。例えば一色のレーザ光に対してのみ想定する場合、緑色レーザ光、あるいは赤色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定することが好ましい。また、二色以上のレーザ光に対して想定する場合には、各色毎に相異なるｍを設定することで、式１５，１６，１７の成立が可能となる。
【００８３】
ここで特に、緑色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定する場合にサグ量差ΔＳ［単位ｎｍ］は、式１５に基づく式１８、好ましくは式１６に基づく式１９、さらに好ましくは式１７に基づく式２０を成立させる値に、設定される。
ΔＳ≠４９０・ｍ／４／ｎ〜５３０・ｍ／４／ｎ  …（式１８）
４９０・（２ｍ−１）／１６／ｎ＜ΔＳ＜５３０・（２ｍ＋１）／１６／ｎ  …（式１９）
ΔＳ＝４９０・ｍ／８／ｎ〜５３０・ｍ／８／ｎ  …（式２０）
【００８４】
また特に、赤色レーザ光のピーク波長を、波長λとして想定する場合にサグ量差ΔＳ［単位ｎｍ］は、式１５に基づく式２１、好ましくは式１６に基づく式２２、さらに好ましくは式１７に基づく式２３を成立させる値に、設定される。
ΔＳ≠６００・ｍ／４／ｎ〜６５０・ｍ／４／ｎ  …（式２１）
６００・（２ｍ−１）／１６／ｎ＜ΔＳ＜６５０・（２ｍ＋１）／１６／ｎ  …（式２２）
ΔＳ＝６００・ｍ／８／ｎ〜６５０・ｍ／８／ｎ  …（式２３）
【００８５】
以上説明の特徴を除いて第一実施形態と同様の特徴を備える第五実施形態によれば、第一実施形態と同様の作用効果を発揮することが、可能となる。
【００８６】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【００８７】
具体的に、第一、第四及び第五実施形態に関する変形例１としては、図２４に示すように、隣接する光学素子３２，４０３２，５０３２同士で相異なる曲率半径Ｒ（但し、Ｒａ＞Ｒｂ）を、第三実施形態に準じて設定してもよい。尚、図２４は、第一実施形態に適用した変形例１を、示している。
【００８８】
第二実施形態に関する変形例２としては、図２５に示すように、隣接する光学素子２０３２同士で相異なる曲率半径Ｒ（但し、Ｒａ＞Ｒｂ）を、第三実施形態に準じて設定してもよい。あるいはまた、第二実施形態に関する変形例３としては、図２６に示すように、隣接する光学素子２０３２同士で相異なる素子幅Ｗ（Ｗａ，Ｗｂ）を、第一実施形態に準じて設定してもよい。
【００８９】
第二、第三及び第五実施形態に関する変形例４としては、図２７，２８に示すように、第四実施形態に準じて凹状に湾曲する凹状湾曲形態の湾曲面２０３３，３０３３，５０３３を、採用してもよい。尚、図２７は、第二実施形態に適用した変形例４を、示しており、図２８は、第五実施形態に適用した変形例４を、示している。
【００９０】
第一、第四及び第五実施形態に関する変形例５としては、図２９に示すように、略八角形状を呈する大サグ量Ｓａの光学素子３２，４０３２，５０３２を、平面部３７（図２９の格子状ハッチ部分）を介して大サグ量Ｓａの別の四素子３２，４０３２，５０３２と隣接させてもよい。この場合、小サグ量Ｓｂの光学素子３２，４０３２，５０３２も、小サグ量Ｓｂの別の四素子３２，４０３２，５０３２に対して、平面部３７を介して隣接する。尚、図２９は、第一実施形態に適用した変形例５を、示している。
【００９１】
第一〜第五実施形態に関する変形例６としては、図３０に示すように、走査面３１，５０３１のうち一部にて、隣接する光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２同士のサグ量Ｓが相異なっていれば、同面３１，５０３１のうち残部にて、当該隣接素子同士のサグ量Ｓを等しく設定してもよい。尚、図３０は、第一実施形態に適用した変形例６を、示している。
【００９２】
第五実施形態に関する変形例７としては、第二及び第三実施形態に準じて各光学素子５０３２の素子幅Ｗを、走査面５０３１全域にて等しく設定してもよい。また、第一〜第五実施形態に関する変形例８としては、図３０に示すように、走査面３１，５０３１のうち一部にて、隣接する光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２同士の素子幅Ｗを相異ならせる一方、同面３１，５０３１のうち残部にて、当該隣接素子同士の素子幅Ｗを等しく設定してもよい。尚、図３０は、第一実施形態に適用した変形例８も、同時に示している。
【００９３】
第一〜第五実施形態に関する変形例９としては、同一の光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２に対して、水平方向ｘと垂直方向ｙとで相異なる素子幅Ｗ（Ｗａ又はＷｂ）を設定してもよい。また、第一〜第五実施形態に関する変形例１０としては、同一の光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２に対して、水平方向ｘと垂直方向ｙとで相異なる曲率半径Ｒ（Ｒａ又はＲｂ）を設定してもよい。
【００９４】
第一〜第五実施形態に関する変形例１１としては、三種類以上のサグ量Ｓを設定してもよい。また、第一、第四及び第五実施形態に関する変形例１２としては、三種類以上の素子幅Ｗを設定してもよい。さらにまた、第一〜第五実施形態に関する変形例１３としては、走査面３１，５０３１に投射されたレーザ光を透過することで、当該レーザ光を拡散させて出射する湾曲面３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３３を、マイクロレンズとしての光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２の表面に形成してもよい。
【００９５】
第一〜第五実施形態に関する変形例１４としては、「投射器」であるレーザスキャナ１０のＭＥＭＳ２６として、二軸まわりに回転可能な一つの走査ミラーを採用してもよい。また、第一〜第五実施形態に関する変形例１５としては、車両１の投影面９１を形成する「表示部材」にウインドシールド９０以外の要素を採用してもよく、例えば、ウインドシールド９０の室内側の面に貼りつけた又はウインドシールド９０とは別体に形成されたコンバイナ等を、採用してもよい。さらにまた、第一〜第五実施形態に関する変形例１６としては、車両１以外の船舶乃至は飛行機等の各種移動体（輸送機器）に、本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  車両、１０  レーザスキャナ、３０  スクリーン部材、３１，５０３１  走査面、３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２  光学素子、３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３３  湾曲面、３４，２０３４，３０３４，４０３４，５０３４  面頂点、３５，２０３５，３０３５，４０３５，５０３５  境界、７０  虚像、７１  表示画像、９０  ウインドシールド、９１  投影面、１００  ＨＵＤ装置、５０３６  光学面、Ｐ  ピークピッチ、Ｒ  曲率半径、Ｒａ  小曲率半径、Ｒｂ  大曲率半径、Ｓ  サグ量、Ｓａ  大サグ量、Ｓｂ  小サグ量、Ｗ  素子幅、Ｗａ  大素子幅、Ｗｂ  小素子幅、ΔＳ  サグ量の差、θ  出射角、λ  波長・ピーク波長
【図１】
2014170213.tif 000003
【図２】
2014170213.tif 000004
【図３】
2014170213.tif 000005
【図４】
2014170213.tif 000006
【図５】
2014170213.tif 000007
【図６】
2014170213.tif 000008
【図７】
2014170213.tif 000009
【図８】
2014170213.tif 000010
【図９】
2014170213.tif 000011
【図１０】
2014170213.tif 000012
【図１１】
2014170213.tif 000013
【図１２】
2014170213.tif 000014
【図１３】
2014170213.tif 000015
【図１４】
2014170213.tif 000016
【図１５】
2014170213.tif 000017
【図１６】
2014170213.tif 000018
【図１７】
2014170213.tif 000019
【図１８】
2014170213.tif 000020
【図１９】
2014170213.tif 000021
【図２０】
2014170213.tif 000022
【図２１】
2014170213.tif 000023
【図２２】
2014170213.tif 000024
【図２３】
2014170213.tif 000025
【図２４】
2014170213.tif 000026
【図２５】
2014170213.tif 000027
【図２６】
2014170213.tif 000028
【図２７】
2014170213.tif 000029
【図２８】
2014170213.tif 000030
【図２９】
2014170213.tif 000031
【図３０】
2014170213.tif 000032