(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、スクリーン部材３０の外表面３１に形成し、当該湾曲面３３から投影面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における厚さＴは、相異なる。【選択図】図６
2015034877.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（３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３２）を、前記スクリーン部材の外表面（３１，３１ａ，３１ｂ）に形成し、当該湾曲面を通じて前記外表面から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（３４，２０３４，３０３４，４０３４，５０３２）における厚さ（Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ）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】
前記スクリーン部材において、前記レーザ光が入射される前記外表面を、入射側外表面（３１ａ）と定義し、前記レーザ光が出射される前記外表面を、出射側外表面（３１ｂ）と定義し、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、前記光学素子の屈折率をｎと定義し、隣接する前記光学素子同士の前記厚さの差をΔＴと定義すると、
前記湾曲面は、前記入射側外表面及び前記出射側外表面の少なくとも一方に形成され、
各前記光学素子は、前記湾曲面での透過により前記レーザ光を拡散して出射し、
以下の数１
【数１】
2015034877.tif 000018
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】
以下の数２
【数２】
2015034877.tif 000019
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】
以下の数３
【数３】
2015034877.tif 000020
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】
前記湾曲面は、前記入射側外表面及び前記出射側外表面の一方に形成され、
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）の差をΔＳと定義すると、
ΔＴ＝ΔＳ  であることを特徴とする請求項２〜４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６】
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２〜５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７】
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２〜６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８】
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１〜７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１〜８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】
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１〜９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１１】
前記各光学素子（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１〜１０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１２】
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、
前記各光学素子は、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１〜１１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１３】
隣接する前記光学素子（３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２）同士の前記厚さは、前記スクリーン部材の全域において、相異なることを特徴とする請求項１〜１２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、各光学素子にて外表面から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、隣接する光学素子にて外表面から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ような強度分布にて回折光が生じ、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、こうした知見に基づ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、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、スクリーン部材の外表面（３１，３１ａ，３１ｂ）に形成し、当該湾曲面を通じて外表面から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）における厚さ（Ｔ，Ｔａ，Ｔｂ）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湾曲面を通じて外表面から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における厚さ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ピーク間の谷間である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。
【００１０】
ここで、第二の発明として、スクリーン部材において、レーザ光が入射される外表面を、入射側外表面（３１ａ）と定義し、レーザ光が出射される外表面を、出射側外表面（３１ｂ）と定義し、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、光学素子の屈折率をｎと定義し、隣接する光学素子同士の厚さの差をΔＴと定義すると、湾曲面は、入射側外表面及び出射側外表面の少なくとも一方に形成され、各光学素子は、湾曲面での透過によりレーザ光を拡散して出射し、
以下の数１
【数１】
2015034877.tif 000003
が成立する。
【００１１】
この特徴のように、スクリーン部材が、複数の光学素子を、各光学素子が湾曲面での透過により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厚さの差ΔＴが｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２と一致すると、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、互いに重なる恐れがある。しかし、隣接する光学素子同士の厚さの差ΔＴを｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２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】
さて、本発明者らは、隣接する光学素子間の境界を経由した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。
【００１３】
そこで、第三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。
【００１４】
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】
【００１５】
【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１７のXVIIIｘ−XVIIIｘ線断面及びXVIIIｙ−XVIIIｙ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１８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】第五実施形態によるＨＵＤ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２３】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２４】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６に相当する模式図である。
【図２５】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６に相当する模式図である。
【図２６】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６に相当する模式図である。
【図２７】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６に相当する模式図である。
【図２８】変形例１１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２９】変形例１２のスクリーン部材を部分的に示す図であって、図１７に相当する平面図である。
【図３０】変形例１３，１４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】
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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への入射により混色される。
【００２６】
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。
【００２７】
ＭＥＭＳ２６は、第一走査ミラー２７及び第二走査ミラー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。第一走査ミラー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、第二走査ミラー２８において中心部が例えば１ｍｍの間隔をあけて第一走査ミラー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。
【００２８】
レーザスキャナ１０の最終段を構成する第二走査ミラー２８の中心部は、スクリーン部材３０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、スクリーン部材３０に投射される。
【００２９】
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、スクリーン部材３０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をスクリーン部材３０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、水平方向ｘと垂直方向ｙとに走査されることで、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、スクリーン部材３０に毎秒６０フレーム形成される。尚、図２に示すように水平方向ｘは、車両１の水平方向と一致している。一方、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。
【００３０】
図５，６に示すように透過型のスクリーン部材３０は、ポリカーボネイト等の透光性の樹脂乃至はガラスにより、例えば厚さ２〜５ｍｍ程度の板状に形成されている。スクリーン部材３０は、車両１においてレーザスキャナ１０と凹面鏡４２との間に配置されている（図１，２参照）。スクリーン部材３０は、マイクロレンズアレイ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る。各光学素子３２は、スクリーン部材３０に投射されたレーザ光を透過させることで、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、スクリーン部材３０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の半値以上となっている（第一実施形態においては、後に詳述する小素子幅Ｗｂの半値以上となっている）。尚、各光学素子３２を有するスクリーン部材３０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、あるいはフィルム等の別体に形成されて共通基材に保持されていてもよい。また、スクリーン部材３０において、レーザ光が入射される外表面３１を、入射側外表面３１ａと定義し、レーザ光が出射される外表面３１を、出射側外表面３１ｂと定義する。
【００３１】
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、スクリーン部材３０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、スクリーン部材３０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
図５，６に示すように各光学素子３２は、スクリーン部材３０の外表面３１に、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。より詳細には、第一実施形態の各光学素子３２は、出射側外表面３１ｂに湾曲面３３を形成し、入射側外表面３１ａには湾曲面３３を形成していない。各光学素子３２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。また、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の湾曲面３３については、方向ｚにおい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。
【００３６】
このような各光学素子３２の湾曲面３３から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にて外表面３１から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ような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。
【００３７】
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９３２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９３２にて外表面から出射角θで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９３２同士の面頂点９３４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、下記の数４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を用いた下記の数５により表される。
【数４】
2015034877.tif 000004
【数５】
2015034877.tif 000005
【００３８】
これら数４，５に基づいて、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９３２がその両側の隣接素子９３２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。さらに、一光学素子９３２が両側隣接素子９３２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。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。
【００３９】
以上より、一光学素子９３２が両側隣接素子９３２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、回折ピーク中心の重なる出射角θ（０から±α毎）と、回折バレー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。
【００４０】
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、スクリーン部材３０の全域において設定されている。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ΔＳ、すなわち（Ｓａ−Ｓｂ）に応じて、方向ｚの段差を形成している。
【００４１】
ここで、各光学素子３２において、湾曲面３３の面頂点３４における方向ｚの厚さを、湾曲面３３の面頂点３４における厚さＴと定義する。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同士にて相異なる厚さＴが、スクリーン部材３０の全域において設定されている。特に第一実施形態の厚さＴとしては、大小二種類の厚さＴａ，Ｔｂが設定されており、厚肉Ｔａの光学素子３２と薄肉Ｔｂ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。
【００４２】
このようなサグ量Ｓと厚さＴの関係に着目する。特に第一実施形態では、大サグ量Ｓａの光学素子３２での面頂点３４における厚さは厚肉Ｔａとなっており、小サグ量Ｓｂの光学素子３２での面頂点３４における厚さは薄肉Ｔｂとなっている。そして、出射側外表面３１ｂに湾曲面３３を有するので、方向ｚの段差は出射側外表面３１ｂに形成されている。したがって、隣接する光学素子３２同士にて、湾曲面３３の面頂点３４における厚さの差をΔＴと定義すると、ΔＴ＝ΔＳの関係が実質成立する。
【００４３】
こうした第一実施形態において、隣接する各光学素子３２にて出射側外表面３１ｂから出射角θで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、光路長差ΔＬは、ｓｉｎθ≒θ［ｒａｄ］の近似の元、光学素子３２（又はスクリーン部材３０）の屈折率をｎと定義したとき、ΔＴより十分大きなピークピッチＰ（図５，６参照）を用いて下記の数６又は数７により表される。具体的に数６は、厚肉Ｔａの一光学素子３２と、その片側（例えば図６の右側）に隣接する薄肉Ｔｂの光学素子３２との間で成立する。また一方で数７は、厚肉Ｔａの一光学素子３２と、その逆側（例えば図６の左側）に隣接する薄肉Ｔｂ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を用いた下記の数８により表される。
【数６】
2015034877.tif 000006
【数７】
2015034877.tif 000007
【数８】
2015034877.tif 000008
【００４４】
これら数６、７、８に基づいて、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、数６、８に従って厚肉Ｔａの一光学素子３２が薄肉Ｔｂ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ΔＴ・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、数７、８に従って厚肉Ｔａの一光学素子３２が薄肉Ｔｂ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−ΔＴ・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、ΔＴ＝｛１／（ｎ−１）｝・λ／４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。
【００４５】
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。
【００４６】
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ΔＴ＝｛１／（ｎ−１）｝・λ／４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。
【００４７】
ここで、上述したように第一実施形態では、各光学素子３２が湾曲面３３での透過により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、任意の１以上の奇数をｍと定義したとき、隣接する光学素子３２同士の厚さの差ΔＴが｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２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、ΔＴ＝｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２の場合（図１４の例は、ΔＴ＝λ／２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。
【００４８】
そこで、第一実施形態において隣接する光学素子３２同士の厚さの差ΔＴは、下記の数９を成立させる値に設定される。さらに、数９が成立する限りにて厚さの差ΔＴは、下記の数１０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、下記の数１１を成立させる値に設定されることがより好ましい。
【数９】
2015034877.tif 000009
【数１０】
2015034877.tif 000010
【数１１】
2015034877.tif 000011
【００４９】
尚、複数色のレーザ光を使用する第一実施形態では、数９、１０、１１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、各色に応じた屈折率ｎを考慮しつつ、各色毎に相異なるｍを設定することで、数９、１０、１１の成立が可能となる。
【００５０】
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厚さの差ΔＴ［単位ｎｍ］は、数９に基づく数１２、好ましくは数１０に基づく数１３、さらに好ましくは数１１に基づく数１４を成立させる値に、設定される。
【数１２】
2015034877.tif 000012
【数１３】
2015034877.tif 000013
【数１４】
2015034877.tif 000014
【００５１】
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厚さの差ΔＴ［単位ｎｍ］は、数９に基づく数１５、好ましくは数１０に基づく数１６、さらに好ましくは数１１に基づく数１７を成立させる値に、設定される。
【数１５】
2015034877.tif 000015
【数１６】
2015034877.tif 000016
【数１７】
2015034877.tif 000017
【００５２】
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。
【００５３】
以上、数９、１０、１１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同士の厚さの差ΔＴが｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２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、厚さの差ΔＴ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を経由した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、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（即ち厚肉Ｔａの光学素子３２）に大素子幅Ｗａが設定されている。且つ、小サグ量Ｓｂの光学素子３２（即ち薄肉Ｔｂの光学素子３２）に小素子幅Ｗｂが設定されている。また、スクリーン部材３０全域のいずれの方向ｘ，ｙにおいても各光学素子３２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、スクリーン部材３０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湾曲面３３を通じて外表面３１から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における厚さが相異なることによると、一光学素子３２がその両側の隣接光学素子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と片側の隣接光学素子３２との間で生じる回折光の回折ピークを、一光学素子３２と逆側の隣接光学素子３２との間で生じる回折光の回折ピーク間の谷間である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。
【００６１】
ここで特に第一実施形態では、スクリーン部材３０の全域において、隣接する光学素子３２同士の相異なる厚さ（Ｔａ，Ｔｂ）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、数９、１０、１１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同士の厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）の差ΔＴを｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／２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】
特に、隣接する光学素子３２同士の厚さの差ΔＴが｛１／（ｎ−１）｝・ｍ・λ／４と一致すると、一光学素子３２と片側の隣接光学素子３２との間で生じる回折光の回折バレー中心に、一光学素子３２と逆側の隣接光学素子３２との間で生じる回折光の回折ピーク中心を重ねることができる。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。
【００６４】
また、第一実施形態では、隣接する光学素子３２同士の厚さの差ΔＴは、隣接する前記光学素子３２同士のサグ量の差ΔＳと一致する。これによれば、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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、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。
【００６９】
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が設定されている。また、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。
【００７０】
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。
【００７１】
そして、第一実施形態と同様、隣接する光学素子２０３２同士にて、湾曲面２０３３の面頂点２０３４における厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）の差をΔＴと定義すると、ΔＴ＝ΔＳの関係が実質成立する。
【００７２】
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厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）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。
【００７３】
（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、隣接するもの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。
【００７４】
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。
【００７５】
そして、第二実施形態と同様、隣接する光学素子３０３２同士にて、湾曲面３０３３の面頂点３０３４における厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）の差をΔＴと定義すると、ΔＴ＝ΔＳの関係が実質成立する。
【００７６】
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厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）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。
【００７７】
（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の出射側外表面３１ｂ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とは反対側へ凹陥し、最凹陥点を面頂点４０３４としている。また、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の湾曲面４０３３については、方向ｚにおい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。そして、第一実施形態と同様に、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４０３２と小サグ量Ｓｂの光学素子４０３２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。
【００７８】
また、第一実施形態と同様に、第四実施形態の厚さＴとしては、大小二種類の厚さＴａ，Ｔｂが設定されており、厚肉Ｔａの光学素子４０３２と薄肉Ｔｂの光学素子４０３２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。
【００７９】
ここで、サグ量Ｓと厚さＴの関係に着目すると、特に第四実施形態では、大サグ量Ｓａの光学素子４０３２での面頂点４０３４における厚さは薄肉Ｔｂとなっており、小サグ量Ｓｂの光学素子４０３２での面頂点４０３４における厚さは厚肉Ｔａとなっている。そして、第一実施形態と同様、隣接する光学素子４０３２同士にて、湾曲面４０３３の面頂点４０３４における厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）の差をΔＴと定義すると、ΔＴ＝ΔＳの関係が実質成立する。
【００８０】
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。
【００８１】
（第五実施形態）
図２２，２３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。第五実施形態において各光学素子５０３２は、外表面３１に、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、円弧面状の湾曲面５０３３を形成している。より詳細には、第五実施形態の各光学素子５０３２は、入射側外表面３１ａに湾曲面５０３３を形成し、出射側外表面３１ｂには湾曲面５０３３を形成していない。
【００８２】
そして、第五実施形態では、入射側外表面３１ａに湾曲面５０３３を有するので、方向ｚの段差は入射側外表面３１ａに形成されている。したがって、隣接する光学素子５０３２同士にて、湾曲面の面頂点における厚さＴ（Ｔａ，Ｔｂ）の差をΔＴと定義すると、ΔＴ＝ΔＳの関係が実質成立する。
【００８３】
こうした第五実施形態において、隣接する各光学素子５０３２にて出射側外表面３１ｂから出射角θで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、第一実施形態と同様な数６又は数７により表される。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、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、第一実施形態と同様な数８により表される。ここで、第五実施形態における数６，７，８の導出においては、まず第一実施形態に準じた計算を入射側外表面３１ａに適用する。加えて、レーザ光の入射側外表面３１ａからの出射角をθｍとし、出射側外表面３１ｂにおける屈折を考慮してｓｉｎθ＝ｎ・ｓｉｎθｍの関係を用いる。
【００８４】
第五実施形態においても第一実施形態と同様に、隣接する光学素子５０３２同士の面頂点５０３４における厚さの差ΔＴは、第一実施形態と同様な数９を成立させる値に設定される。さらに、数９が成立する限りにて厚さの差ΔＴは、第一実施形態と同様な数１０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、第一実施形態と同様な数１１を成立させる値に設定されることがより好ましい。
【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、第一及び第五実施形態に関する変形例１として図２４に示すように、隣接する光学素子３２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。
【００８８】
第二実施形態に関する変形例２として図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。
【００８９】
あるいはまた、第二実施形態に関する変形例３として図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。
【００９０】
第二及び第三実施形態に関する変形例４としては、図２７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を、採用してもよい。尚、図２５は、第二実施形態に適用した変形例４を、示している。
【００９１】
第一〜第五実施形態に関する変形例５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。
【００９２】
また、第一〜第五実施形態に関する変形例６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。
【００９３】
第一〜第五実施形態に関する変形例７としては、三種類以上のサグ量Ｓを設定してもよい。
【００９４】
また、第一、第四、第五実施形態に関する変形例８としては、三種類以上の素子幅Ｗを設定してもよい。
【００９５】
第一〜第五実施形態に関する変形例９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。
【００９６】
また、第一〜第五実施形態に関する変形例１０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い。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。
【００９７】
さらに、第一〜第五実施形態に関する変形例１１としては、各光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２は、入射側外表面３１ａ及び出射側外表面３１ｂの両方に湾曲面３３，２０３３，３０３３，４０３３，５０３３を形成していてもよい。図２８に示す例では、隣接する各光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２の境界３５，２０３５，３０３５，４０３５，５０３５は、入射側外表面３１ａと出射側外表面３１ｂとで、水平方向ｘ及び垂直方向ｙの位置を合わせて形成されている。
【００９８】
第一、第四及び第五実施形態に関する変形例１２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は、小サグ量Ｓｂの四素子３２，４０３２，５０３２とも、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１２を、示している。
【００９９】
第一〜第五実施形態に関する変形例１３としては、図３０に示すように、スクリーン部材３０のうち一部にて、隣接する光学素子３２，２０３２，３０３２，４０３２，５０３２同士の厚さＴが異なっていれば、スクリーン部材３０のうち残部にて、当該隣接光学素子同士のサグ量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。
【０１００】
また、第一〜第五実施形態に関する変形例１４としては、図３０に示すように、スクリーン部材３０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、スクリーン部材３０のうち残部にて、当該隣接光学素子同士の素子幅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１４も、同時に示している。
【０１０１】
さらにまた、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】
【０１０２】
１  車両（移動体）、１０  レーザスキャナ（投射器）、３０  スクリーン部材、３１  外表面、３１ａ  入射側外表面、３１ｂ  出射側外表面、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、９１  投影面、１００  ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）、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、Ｔ  厚さ、Ｔａ  厚肉、Ｔｂ  薄肉、Ｗ  素子幅、Ｗａ  大素子幅、Ｗｂ  小素子幅、ΔＳ  サグ量の差、ΔＴ  厚さの差、λ  波長・ピーク波長、ｎ  屈折率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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