(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像の表示光を投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
照明光を発する照明光源部（１０，２１０）と、
前記照明光源部側からの前記照明光を通過させ、前記表示光として表示面（４４）から射出することで前記画像を表示する画像表示パネル（４０）と、
前記照明光源部と前記画像表示パネルとの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を前記画像表示パネルに投射する投射レンズ（３０，２３０，３３０）と、を備え、
前記画像表示パネルは、前記照明光源部の光軸（ＯＡ）に対して前記表示面の法線方向（ＮＤ）が交差するように、傾斜配置され、
前記投射レンズは、前記投射レンズの径方向（ＤＤ）を前記表示面の接線方向（ＴＤ）に合わせるように、傾斜配置され、
前記投射レンズは、前記径方向に沿って互いに配列され、前記照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子（３０ｂ）を有するヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記画像表示パネルと前記投射レンズとは、互いに平行に配置されている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記照明光源部と前記投射レンズの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を集光して前記投射レンズへ向けて射出する集光レンズ（２０，２２０）をさらに備え、
前記集光レンズは、前記投射レンズ側に突出した凸状に、湾曲する集光面（２３，２２３）を有する請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光軸に対して垂直な垂直方向において、前記集光レンズと前記投射レンズとは、一部重なって配置されている請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記投射レンズのうち、前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側に配置された各前記偏向素子の偏向量の平均値と、前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側に配置された各前記偏向素子の偏向量の平均値とは、互いに異なる請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記照明光源部は、互いに配列された複数の発光素子（１２）を有し、
前記複数の発光素子における配列方向及び配列個数に対応して、前記投射レンズを仮想的に分割した分割ブロック（３０ａ）を定義すると、
各前記分割ブロックを構成する各前記偏向素子の偏向量の平均値は、前記投射レンズのうち前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側から前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している請求項１から５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記投射レンズにおける仮想のレンズ面として、凸状に湾曲する仮想凸状曲面（Ｓｖａ，Ｓｖｂ）を定義すると、
前記投射レンズは、前記偏向素子の構成要素として、前記仮想凸状曲面の部分的な近似により平面状に形成されている近似平面（３３ａ，３５ａ）を複数有する請求項１から６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記投射レンズは、前記偏向素子の構成要素として、凸状に湾曲する凸状曲面（３３３ｄ，３３５ｄ）を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記凸状曲面は、複数設けられ、
各前記凸状曲面の曲率半径は、前記投射レンズのうち前記照明光源部との距離が近距離となる近距離側から前記照明光源部との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している請求項８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像の表示光を投影することにより、前記画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１００）において、前記表示光を前記投影部材へ導光する導光部（５０）へと、前記表示光を投射する画像投射ユニット（１９）であって、
照明光を発する照明光源部（１０，２１０）と、
前記照明光源部側からの前記照明光を通過させ、前記表示光として表示面（４４）から射出することで前記画像を表示する画像表示パネル（４０）と、
前記照明光源部と前記画像表示パネルとの間に配置され、前記照明光源部側からの前記照明光を前記画像表示パネルへ投射する投射レンズ（３０，２３０，３３０）と、を備え、
前記画像表示パネルは、前記照明光源部の光軸（ＯＡ）に対して前記表示面の法線方向（ＮＤ）が交差するように、傾斜配置され、
前記投射レンズは、前記投射レンズの径方向（ＤＤ）を前記表示面の接線方向（ＴＤ）に合わせるように、傾斜配置され、
前記投射レンズは、前記径方向に沿って互いに配列され、前記照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子（３０ｂ）を有するヘッドアップディスプレイ装置用の画像投射ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に搭載され、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置を略称とする）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を乗員により視認可能に虚像表示するＨＵＤ装置が知られている。特許文献１に開示のＨＵＤ装置は、照明光源部、画像表示パネル、及び投射レンズを備えている。照明光源部は、照明光を発する。画像表示パネルは、照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面から射出することで画像を表示する。投射レンズは、照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルに投射する。
【０００３】
特許文献１において画像表示パネルは、照明光源部の光軸と表示面の法線方向とが一致するように、配置されている。また、投射レンズは、光軸と当該投射レンズの径方向とが直交するように、配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、本発明者は、画像表示パネルを、光軸に対して表示面の法線方向が交差するように、傾斜配置することを考えた。傾斜した画像表示パネルによれば、例えば太陽光等の外光が表示光とは逆行して画像表示パネルに入射したとしても、表示面の法線方向が交差しているので、当該外光が当該表示面に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制される。
【０００６】
その一方で、特に傾斜した画像表示パネルに照明光を投射する投射レンズが、その径方向を光軸と直交させて配置されたＨＵＤ装置では、以下の特有の問題が発生することを、本発明者は見出した。具体的に、投射レンズと画像表示パネルとの互いの干渉を避けて光路上に配置すると、投射レンズと画像表示パネルとの間隔が配置の角度差によって一部広くなってしまい、投射レンズと画像表示パネルとの間にデッドスペースが発生し得る。その結果、例えば照明光源部から画像表示パネルの先端までの距離の増大により、ＨＵＤ装置の体格が増大する。すなわち、ＨＵＤ装置の移動体への搭載性が低下してしまうのである。
【０００７】
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動体への搭載性が高い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】
【０００８】
開示される発明のひとつは、移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像の表示光を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
照明光を発する照明光源部（１０，２１０）と、
照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面（４４）から射出することで画像を表示する画像表示パネル（４０）と、
照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルに投射する投射レンズ（３０，２３０，３３０）と、を備え、
画像表示パネルは、照明光源部の光軸（ＯＡ）に対して表示面の法線方向（ＮＤ）が交差するように、傾斜配置され、
投射レンズは、投射レンズの径方向（ＤＤ）を表示面の接線方向（ＴＤ）に合わせるように、傾斜配置され、
投射レンズは、径方向に沿って互いに配列され、照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子（３０ｂ）を有する。
【０００９】
このような発明によると、画像表示パネルでは、光軸に対して表示面の法線方向がずれている。加えて、傾斜配置された画像表示パネルに径方向を合わせるように、投射レンズが傾斜配置されている。こうした投射レンズと画像表示パネルとの両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズと画像表示パネルとの干渉を抑制しつつ、投射レンズと画像表示パネルとの間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、ＨＵＤ装置の体格の増大を抑制することができ、移動体への搭載性が高いＨＵＤ装置を提供することができるのである。
【００１０】
開示される発明の他のひとつは、移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像の表示光を投影することにより、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（１００）において、表示光を投影部材へ導光する導光部（５０）へと、表示光を投射する画像投射ユニット（１９）であって、
照明光を発する照明光源部（１０，２１０）と、
照明光源部側からの照明光を通過させ、表示光として表示面（４４）から射出することで画像を表示する画像表示パネル（４０）と、
照明光源部と画像表示パネルとの間に配置され、照明光源部側からの照明光を画像表示パネルへ投射する投射レンズ（３０，２３０，３３０）と、を備え、
画像表示パネルは、照明光源部の光軸（ＯＡ）に対して表示面の法線方向（ＮＤ）が交差するように、傾斜配置され、
投射レンズは、投射レンズの径方向（ＤＤ）を表示面の接線方向（ＴＤ）に合わせるように、傾斜配置され、
投射レンズは、径方向に沿って互いに配列され、照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子（３０ｂ）を有する。
【００１１】
このような発明によると、光軸に対して表示面の法線方向が交差している画像表示パネルを有する画像投射ユニットが導光部へと表示光を投射する。こうした画像投射ユニットによれば、例えば太陽光等の外光が、導光部を介しつつ表示光とは逆行して画像表示パネルに入射したとしても、当該外光が当該表示面に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制されるので、ＨＵＤ装置への使用に特に好適である。
【００１２】
加えて、傾斜配置された画像表示パネルに径方向を合わせるように、投射レンズが傾斜配置されている。こうした投射レンズと画像表示パネルとの両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズと画像表示パネルとの干渉を抑制しつつ、投射レンズと画像表示パネルとの間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、画像投射ユニットの体格の増大を抑制することができるので、ＨＵＤ装置の移動体への搭載性を向上できるのである。
【００１３】
なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態におけるＨＵＤ装置の車両への搭載状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における画像投射ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図３】第１実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、ｙｚ断面を模式的に示す断面図である。
【図４】第１実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、ｘｚ断面を模式的に示す断面図である。
【図５】第１実施形態における投射レンズの部分正面図であって、１つの分割ブロック中の偏向素子を説明するための図である。
【図６】第１実施形態における画像表示パネルを表示面の法線方向に沿って見た図である。
【図７】図５のVII部を拡大して示す拡大図である。
【図８】第１実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
【図９】第１実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、ｙｚ断面を模式的に示す断面図である。
【図１１】第２実施形態における画像投射ユニットを示す図であって、ｘｚ断面を模式的に示す断面図である。
【図１２】第２実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
【図１４】第３実施形態における投射レンズの入射側表面を説明するための図である。
【図１５】第３実施形態における投射レンズの射出側表面を説明するための図である。
【図１６】変形例１における図８に対応する図である。
【図１７】変形例２における図８に対応する図である。
【図１８】変形例３，４における図８に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１６】
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態によるＨＵＤ装置１００は、移動体の一種である車両１に搭載され、インストルメントパネル２内に収容されている。ＨＵＤ装置１００は、車両１の投影部材としてのウインドシールド３へ画像の表示光を投影する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、画像を車両１の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、ウインドシールド３に反射される表示光が、車両１の室内において乗員のアイポイントＥＰに到達し、乗員が当該表示光を虚像ＶＩとして知覚する。そして、乗員は、虚像ＶＩとして表示される各種情報を認識することができる。虚像ＶＩとして表示される各種情報としては、例えば、車速、燃料残量等の車両状態値、又は道路情報、視界補助情報等の車両情報が挙げられる。
【００１７】
車両１のウインドシールド３は、透光性のガラスないしは合成樹脂により板状に形成されている。ウインドシールド３は、表示光が投影される投影面３ａを滑らかな凹面状又は平面状に形成している。なお、投影部材として、ウインドシールド３の代わりに、車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに画像を投影するものであってもよい。また、ＨＵＤ装置１００自体が、投影部材としてのコンバイナを備えていてもよい。
【００１８】
このようなＨＵＤ装置１００の具体的構成を、図１〜９に基づいて、以下に説明する。ＨＵＤ装置１００は、照明光源部１０、集光レンズ２０、投射レンズ３０、画像表示パネル４０、導光部５０を備えており、これらはハウジング６０に収容され、保持されている。
【００１９】
ここで、図１，２に示すように、照明光源部１０、集光レンズ２０、投射レンズ３０及び画像表示パネル４０により、画像投射ユニット１９が構成されている。画像投射ユニット１９が備える各要素１０，２０，３０，４０は、遮光性を有するケーシング１９ａに収容されている。
【００２０】
照明光源部１０は、図２〜４に示すように、光源用回路基板１１及び複数の発光素子１２を有している。光源用回路基板１１は、平面状の実装面１１ａを有している。各発光素子１２は、例えば発熱の少ない発光ダイオード素子であり、実装面１１ａ上に互いに配列されている。各発光素子１２は、実装面１１ａ上の配線パターンを通じて、電源と電気的に接続されている。より詳細に、各発光素子１２は、チップ状の青色発光ダイオード素子を、透光性を有する合成樹脂に黄色蛍光剤を混合した黄色蛍光体により封止することにより形成されている。青色発光ダイオード素子から電流量に応じて発せられる青色光により、黄色蛍光体が励起されて黄色光を発光し、青色光と黄色光との混合により疑似白色の照明光が発せられる。
【００２１】
本実施形態において、各発光素子１２は、実装面１１ａ上において互いに直交する２方向を配列方向として格子状に配列されている。各配列方向において、発光素子１２の配列個数は、例えば３×５の全１５個となっている。
【００２２】
また本実施形態において、光源用回路基板１１の平面状の実装面１１ａの法線方向をｚ方向と定義する。そして、実装面１１ａに沿った方向のうち、配列個数が多い方、すなわち５個の配列方向をｘ方向と定義し、配列個数が少ない方、すなわち３個の配列方向をｙ方向と定義する。
【００２３】
各発光素子１２は、所定の発光強度分布にて発光するが、発光強度が最大となる発光ピーク方向ＰＤ１をｚ方向に合わせて配置されている（図３，４参照）。そこで本実施形態において、照明光源部１０の構成に基づいて規定される照明光源部１０の光軸ＯＡは、発光ピーク方向ＰＤ１であるｚ方向に沿った軸として規定されるものとする。より詳細に、光軸ＯＡは、照明光源部１０の中心に位置する真中の発光素子１２を通り、発光ピーク方向ＰＤ１であるｚ方向に沿った軸として規定される。換言すると、照明光源部１０は、各発光素子１２により、光軸ＯＡに沿った方向に照明光を発する。照明光源部１０から発せられた照明光は、集光レンズ２０に入射するようになっている。
【００２４】
集光レンズ２０は、照明光源部１０と投射レンズ３０との間に配置されている。集光レンズ２０は、照明光源部１０側からの照明光を集光して投射レンズ３０へ向けて射出するようになっている。
【００２５】
具体的に集光レンズ２０は、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の凸レンズ素子２２が互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっている。各凸レンズ素子２２は、それぞれ個別に各発光素子１２と対をなすように、発光素子１２と同数設けられたレンズ素子である。すなわち、各凸レンズ素子２２は、３×５の全１５個の配列となっている。
【００２６】
集光レンズ２０において、照明光源部１０と対向する入射側表面２０ａは、各凸レンズ素子２２間で共通の滑らかな平面状を呈した単一平面となっている。一方、集光レンズ２０において投射レンズ３０と対向する射出側表面２０ｂでは、各凸レンズ素子２２毎に個別に設けられた集光面２３が配列形成されている。
【００２７】
各凸レンズ素子２２間において集光面２３は実質同じ形状となっており、各集光面２３は、投射レンズ３０側に突出した凸状に湾曲することで、滑らかな凸面状に形成されている。本実施形態では、互いに配列された発光素子１２の配列間隔と、互いに配列された集光面２３の面頂点の配列間隔とは、実質等しくなっている。さらに各発光素子１２と、対をなす凸レンズ素子２２の集光面２３の面頂点２３ａとの距離は、各対において実質等しくなっている。すなわち、発光素子１２の配列方向と、凸レンズ素子２２の配列方向とが実質一致することで、集光レンズ２０は、その径方向を光軸ＯＡ（すなわちｚ方向）と実質垂直に配置されている。
【００２８】
ここで、各集光面２３の詳細形状を説明する。特に本実施形態では、各集光面２３は、面頂点２３ａを基準として回転対称の非球面となっている。具体的に、各集光面２３は、ｘｚ断面において放物線状に形成され（図４参照）、かつ、ｙｚ断面においても放物線状に形成されている（図３参照）ことで、放物面状を呈している。
【００２９】
投射レンズ３０は、照明光源部１０と画像表示パネル４０との間、より厳密には集光レンズ２０と画像表示パネル４０との間に、配置されている。投射レンズ３０は、照明光源部１０側から入射した照明光を、画像表示パネル４０に投射するようになっている。
【００３０】
具体的に投射レンズ３０は、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の偏向素子３０ｂが互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっており、全体としては略平板状を呈している。各偏向素子３０ｂは、投射レンズ３０の径方向ＤＤに沿って互いに配列されている。各偏向素子３０ｂは、照明光の進行方向を後述する分割レンズ面３３，３５での屈折により偏向させることが可能となっている。本実施形態の投射レンズ３０では、複数の発光素子１２における配列方向及び配列個数に対応して、投射レンズ３０を仮想的に分割した分割ブロック３０ａが定義可能である。特に本実施形態では、ｙ方向に発光素子１２の配列個数に対応して３分割され、ｘ方向に発光素子１２の配列個数に対応して５分割された３×５の全１５個の分割ブロック３０ａが定義可能である。図５に示すように、投射レンズ３０は、こうした各分割ブロック３０ａ中に、それぞれ配列された複数の偏向素子３０ｂを構成しているのである。本実施形態では、１つの分割ブロック３０ａ中に後述する分割レンズ面３３，３５の分割数に応じた６×６の全３６個の偏向素子３０ｂが配列されている。
【００３１】
図２〜４に示すように、略平板状を呈した本実施形態の投射レンズ３０では、その径方向ＤＤは、板厚方向と垂直な延設方向に一致している。こうした投射レンズ３０は、板厚方向を光軸ＯＡ（すなわちｚ方向）と交差させるように、傾斜配置されている。
【００３２】
画像表示パネル４０は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、ＴＦＴ）を用いた液晶パネルであって、例えば２方向に配列された複数の液晶画素４０ａから形成されたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
【００３３】
具体的に図６に示すように、画像表示パネル４０は、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤを有する矩形状を呈している。図７に示すように、液晶画素４０ａが長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤに配列されることで、導光部５０側において画像を表示する表示面４４もまた矩形状を呈している。各液晶画素４０ａでは、表示面４４の法線方向ＮＤに貫通して設けられる透過部４０ｂと、当該透過部４０ｂを囲んで形成された配線部４０ｃとが設けられている。
【００３４】
画像表示パネル４０は、一対の偏光板及び一対の偏光板に挟まれた液晶層等が積層されて形成されていることで、平板状を呈している。各偏光板は、所定方向に偏光した光を透過させ、当該所定方向に垂直な方向に偏光した光を吸収する性質を有しており、一対の偏光板は、当該所定方向を互いに直交させて配置されている。液晶層は、液晶画素４０ａ毎の電圧印加により、印加電圧に応じて液晶層に入射する光の偏光方向を回転させることが可能となっている。偏光方向の回転により後の偏光板を透過する光の割合、すなわち透過率を変えることができる。
【００３５】
したがって、画像表示パネル４０は、照明光源部１０側表面である照明対象面４２への照明光の入射に対して、液晶画素４０ａ毎の当該照明光の透過率を制御する。すなわち、画像表示パネル４０は、照明光源部１０側からの照明光のうち一部を透過させ、表示光として、導光部５０側表面である表示面４４から射出することで画像を表示することが可能となっている。隣り合う液晶画素４０ａには、互いに異なる色（例えば、赤、緑及び青）のカラーフィルタが設けられており、これらの組み合わせにより、様々な色が実現されるようになっている。
【００３６】
また表示面４４は、例えば画像表示パネル４０中のガラス基板における鏡面状の表面を利用して、導光部５０側から画像表示パネル４０に入射する光を反射可能に形成されている。
【００３７】
図２〜４に示すように、照明光は光軸ＯＡに沿って画像表示パネル４０の照明対象面４２に入射するようになっている。これに対して、画像表示パネル４０は、光軸ＯＡに対して照明対象面４２及び表示面４４の法線方向ＮＤが交差するように、傾斜配置されている。具体的に、画像表示パネル４０は、表示面４４の接線方向ＴＤのうち、長手方向ＬＤを光軸ＯＡと直交させ、短手方向ＳＤが光軸ＯＡに対して傾斜するように傾斜配置されている。なお、長手方向ＬＤはｘ方向に沿っている。換言すると、画像表示パネル４０は、表示面４４の法線方向を光軸ＯＡと直交させた姿勢から長手方向ＬＤ（すなわちｘ方向）を回転軸として回転した姿勢をとっている。光軸ＯＡに対する表示面４４の法線方向ＮＤの交差角θは、例えば１０〜２５度程度の角度をなしている。
【００３８】
本実施形態の画像表示パネル４０には、光を偏向させる要素が基本的にないので、表示光のうち最も射出強度が大きくなる射出ピーク方向ＰＤ２は、当該画像表示パネル４０にて変わることなく光軸ＯＡに大凡沿ったものとなる。すなわち、表示光の射出ピーク方向ＰＤ２は表示面４４の法線方向ＮＤと異なっている。このようにして画像投射ユニット１９は、導光部５０へと、表示光を投射するようになっている。
【００３９】
導光部５０は、図１に示すように、画像投射ユニット１９の画像表示パネル４０からの表示光を、ウインドシールド３へ導光する。本実施形態の導光部５０は、平面鏡５１及び凹面鏡５３を有している。本実施形態において画像表示パネル４０からの表示光は、最初に平面鏡５１に入射する。
【００４０】
平面鏡５１は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に、反射面５２としてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。反射面５２は、滑らかな平面状に形成されている。平面鏡５１に入射した表示光は、反射面５２により凹面鏡５３へ向けて反射される。
【００４１】
凹面鏡５３は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に反射面５４としてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。反射面５４は、凹面鏡５３の中心が凹む凹状に湾曲することで、滑らかな凹面状に形成されている。凹面鏡５３に入射した表示光は、反射面５４によりウインドシールド３へ向けて反射される。
【００４２】
凹面鏡５３とウインドシールド３の間において、ハウジング６０に窓部６１が設けられている。窓部６１を、透光性の防塵カバー６２が塞いでいる。したがって、凹面鏡５３からの表示光は、当該防塵カバー６２を透過して、ウインドシールド３に入射する。こうしてウインドシールド３に反射された表示光を、虚像ＶＩとして乗員が視認可能となるのである。
【００４３】
こうしたＨＵＤ装置１００では、例えば太陽光等の外光がウインドシールド３を透過して、窓部６１に入射し得る。窓部６１に入射した外光のうち一部は、表示光とは逆行して、すなわち導光部５０の凹面鏡５３と平面鏡５１とに順番に反射されて、画像表示パネル４０の表示面４４に入射し得る。ここで、画像表示パネル４０において表示面４４の法線方向ＮＤは光軸ＯＡと交差しているので、表示面４４に入射した外光は、表示光とは異なる方向に反射され得る。
【００４４】
こうした画像表示パネル４０の傾斜方向又は角度は、平面鏡５１、凹面鏡５３、及びウインドシールド３の配置角度を考慮して、シャインプルーフの条件を満足するように、又は当該条件に近くなるように、設定されることが好ましい。こうした傾斜方向及び角度によれば、アイポイントＥＰから見た虚像ＶＩが傾斜して視認されることを抑制することができる。
【００４５】
図２〜４に示すように、画像表示パネル４０に対応して、投射レンズ３０も傾斜配置されている。具体的に、投射レンズ３０は、その径方向ＤＤを表示面４４の接線方向ＴＤに合わせるように傾斜配置されている。その結果、上述のように、投射レンズ３０の板厚方向が光軸ＯＡ（すなわちｚ方向）と交差しているのである。
【００４６】
本実施形態の画像表示パネル４０と投射レンズ３０とは、互いに干渉を避けて配置されている。ここでの干渉とは、画像表示パネル４０と投射レンズ３０とが衝突してしまうという空間的な干渉の他、光学的な干渉を含む。仮に、画像表示パネル４０と投射レンズ３０との間隔が配置の角度差によって一部狭小となると、画像の一部にのみモアレ縞が観測され得る。かかるモアレ縞において、上述の投射レンズ３０における偏向素子３０ｂ同士の境界が強調されてしまうことが懸念される。
【００４７】
こうした問題を考慮すると、画像表示パネル４０と投射レンズ３０との間隔は一定であることが好ましい。特に本実施形態では、画像表示パネル４０と投射レンズ３０との間隔を一定とすることで、画像表示パネル４０と投射レンズ３０とは、互いに平行に配置されている。
【００４８】
投射レンズ３０の形状は、こうした傾斜配置に合わせたものとなっている。以下、図８，９を用いて、投射レンズ３０の形状について、詳細に説明する。
【００４９】
図８に示すように、投射レンズ３０において集光レンズ２０と対向する入射側表面３２では、複数の分割レンズ面３３が、偏向素子３０ｂの構成要素として、隣り合う偏向素子３０ｂ同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面３２における分割レンズ面３３の分割方向は、ｙ方向から例えば１０〜２５度程度傾斜した短手方向ＳＤに沿っている。したがって、ｘｚ断面においては、１つの分割レンズ面３３が偏向素子３０ｂ及び分割ブロック３０ａを跨いで形成されている。各分割レンズ面３３は、その法線方向のｘｚ断面における成分が光軸ＯＡに沿うように、かつ、その法線方向のｙｚ断面における成分が光軸ＯＡと交差するように配置されている。したがって、入射側表面３２は、主として、照明光の進行方向をｙｚ断面において偏向するように構成されている。
【００５０】
一方、図９に示すように、投射レンズ３０において画像表示パネル４０と対向する射出側表面３４では、複数の分割レンズ面３５が、偏向素子３０ｂの構成要素として、隣り合う偏向素子３０ｂ同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。射出側表面３４における分割レンズ面３５の分割方向は、長手方向ＬＤ（すなわちｘ方向）に沿っている。したがって、ｙｚ断面においては、１つの分割レンズ面３５が偏向素子３０ｂ及び分割ブロック３０ａを跨いで形成されている。各分割レンズ面３５は、その法線方向のｙｚ断面における成分が光軸ＯＡに沿うように、かつ、その法線方向のｘｚ断面における成分が光軸ＯＡと交差するように配置されている。したがって、射出側表面３４は、主として、照明光の進行方向をｘｚ断面において偏向するように構成されている。
【００５１】
先に射出側表面３４における各分割レンズ面３５について説明する。射出側表面３４は、ｘ方向に対応する発光素子１２の配列個数に合わせて５分割された分割ブロック３０ａ毎に、実質同形状に構成されている。
【００５２】
ここで１つの分割ブロック３０ａに着目すると、分割レンズ面３５として、複数の近似平面３５ａ及び複数の異方偏向平面３５ｂが設けられている。各近似平面３５ａ及び各異方偏向平面３５ｂは、所定の分割幅Ｗａで領域分割した一分割領域として形成されている。本実施形態では、所定の分割幅Ｗａは実質一定に設定されている。
【００５３】
近似平面３５ａは、投射レンズ３０における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Ｓｖｂに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Ｓｖｂは、画像表示パネル４０側に凸となる凸状に、ｘｚ断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。近似平面３５ａは、この仮想凸状曲面Ｓｖｂから抽出された複数の座標の線形補間により得られた近似的な平面として、平面状に形成されている。特に本実施形態では、かかる複数の座標として、分割領域の端部における仮想凸状曲面Ｓｖｂの端部座標Ｃｅが採用されており、当該端部座標Ｃｅ同士の線形補間により近似平面３５ａの勾配が規定されている。仮想凸状曲面Ｓｖｂが、部分的な近似により平面状とされた状態で、射出側表面３４上に現出しているのである。
【００５４】
異方偏向平面３５ｂは、近似平面３５ａ間に介挿された状態で配置されている。異方偏向平面３５ｂは、投射レンズ３０における仮想のレンズ面として定義される仮想傾斜面Ｓｓｂに基づいて形成されている。仮想傾斜面Ｓｓｂは、ｘｚ断面において、仮想凸状曲面Ｓｖｂの面頂点に対応する箇所で逆勾配に変わる複数の平面状斜面Ｓｓｐにより構成されており、各平面状斜面Ｓｓｐの勾配は、仮想凸状曲面Ｓｖｂの対応する箇所の勾配とは逆向きの勾配となるように設定されている。仮想傾斜面Ｓｓｂのうち一部が抽出されることで、異方偏向平面３５ｂが射出側表面３４上に現出しているのである。
【００５５】
特に本実施形態では、１つの分割ブロック３０ａについて６つの分割レンズ面３５が設けられている。そして、６つの分割レンズ面３５は、近似平面３５ａ、異方偏向平面３５ｂ、近似平面３５ａ、近似平面３５ａ、異方偏向平面３５ｂ、近似平面３５ａの順に配列され、隣り合う近似平面３５ａ同士の境界が仮想凸状曲面Ｓｖｂの面頂点に対応する箇所である。したがって、分割レンズ面３５毎に勾配が逆勾配に切り替わるようになっているため、分割レンズ面３５同士の境界を段差なく接続しても、投射レンズ３０が略平板状に保たれる。
【００５６】
次に入射側表面３２における各分割レンズ面３３について説明する。図８に示すように、入射側表面３２は、ｘ方向に対応する発光素子１２の配列個数に合わせて３分割された分割ブロック３０ａ毎に、異なる形状に構成されている。
【００５７】
ここで１つの分割ブロック３０ａに着目すると、射出側表面３４と同様に、分割レンズ面３３として、複数の近似平面３３ａ及び複数の異方偏向平面３３ｂが設けられている。各近似平面３３ａ及び各異方偏向平面３３ｂは、所定の分割幅Ｗａで領域分割した一分割領域として形成されている。本実施形態では、所定の分割幅Ｗａは実質一定に設定されている。
【００５８】
近似平面３３ａは、投射レンズ３０における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Ｓｖａに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Ｓｖａは、集光レンズ２０側に凸となる凸状に、ｙｚ断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。近似平面３３ａは、この仮想凸状曲面Ｓｖａから抽出された複数の座標の線形補間により得られた近似的な平面として、平面状に形成されている。特に本実施形態では、かかる複数の座標として、分割領域の端部における仮想凸状曲面Ｓｖａの端部座標Ｃｅが採用されており、当該端部座標Ｃｅ同士の線形補間により近似平面３３ａの勾配が規定されている。仮想凸状曲面Ｓｖａが、部分的な近似により平面状とされた状態で、入射側表面３２上に現出しているのである。なお、端部座標Ｃｅは、図９の一部に図示し、図８では同様のため省略されている。
【００５９】
異方偏向平面３３ｂは、近似平面３３ａ間に介挿された状態で配置されている。異方偏向平面３３ｂは、投射レンズ３０における仮想のレンズ面として定義される仮想傾斜面Ｓｓａに基づいて形成されている。仮想傾斜面Ｓｓａは、ｙｚ断面において、仮想凸状曲面Ｓｖａの面頂点に対応する箇所で逆勾配に変わる複数の平面状斜面Ｓｓｐにより構成されており、各平面状斜面Ｓｓｐの勾配は、仮想凸状曲面Ｓｖａの対応する箇所の勾配とは逆向きの勾配となるように設定されている。仮想傾斜面Ｓｓａのうち一部が抽出されることで射出側表面３４上に現出しているのである。
【００６０】
特に本実施形態では、１つの分割ブロック３０ａについて６つの分割レンズ面３３が設けられている。そして、６つの分割レンズ面３３は、近似平面３３ａ、異方偏向平面３３ｂ、近似平面３３ａ、近似平面３３ａ、異方偏向平面３３ｂ、近似平面３３ａの順に配列され、隣り合う近似平面３３ａ同士の境界が仮想凸状曲面Ｓｖａの面頂点に対応する箇所である。したがって、分割レンズ面３３毎に勾配が逆勾配に切り替わるようになっているため、分割レンズ面３３同士の境界を段差なく接続しても、投射レンズ３０が略平板状に保たれる。
【００６１】
ここで入射側表面２０ａでは、射出側表面２０ｂとは異なり、分割ブロック３０ａ毎に近似平面３３ａの勾配が異なっている。詳細に、各分割ブロック３０ａにおいて、基となる仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖが異なっているのである。したがって、分割ブロック３０ａ毎に近似平面３３ａの勾配が異なっている。
【００６２】
特に本実施形態では、傾斜配置された投射レンズ３０のうち、照明光源部１０との距離が近距離となる近距離側から、照明光源部１０との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック３０ａの仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖは、小さくなるように変化している。具体的に、近距離側の分割ブロック３０ａから順に曲率半径をＲｖ１，Ｒｖ２，Ｒｖ３とすると、Ｒｖ１＜Ｒｖ２＜Ｒｖ３となっている。したがって、遠距離側の分割ブロック３０ａにおける近似平面３３ａの勾配は、近距離側と比較して、相対的に大きくなっている。
【００６３】
なお、異方偏向平面３３ｂの勾配は、各分割ブロック３０ａで実質等しく設定されている。
【００６４】
ｙｚ断面における各分割ブロック３０ａについて、仮想凸状曲面Ｓｖａの面頂点に対応する近似平面３３ａ上の箇所が、集光レンズ２０のうち対応する集光面２３の面頂点２３ａから光軸ＯＡに沿って投射レンズ３０側に延長した直線ＳＬ上に、大凡合わせて配置されている。こうした対応関係により、互いに対応する１つの発光素子１２、１つの凸レンズ素子２２及び１つの分割ブロック３０ａにより１つの照明ユニットＩＵが構成されている（図３，４も参照）。本実施形態における照明光源部１０、集光レンズ２０、及び投射レンズ３０は、こうした照明ユニットＩＵの配列として、理解することも可能である。
【００６５】
投射レンズ３０よりも照明光源部１０側に配置された集光面２３からの照明光は、各分割レンズ面３３に入射することとなる。このうち近似平面３３ａに入射する照明光は、対応する直線ＳＬに近づくように、進行方向を偏向される。ここで、照明光が偏向される偏向量は、各近似平面３３ａの径方向ＤＤに対する勾配に応じたものとなる。
【００６６】
本実施形態では、集光レンズ２０の集光面２３の曲率半径と投射レンズ３０の近似平面３３ａ，３５ａの基となっている仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂの曲率半径Ｒｖとから、集光レンズ２０及び投射レンズ３０の合成焦点が規定され得る。この合成焦点の位置と照明光源部１０の位置とが近くなるように設定されていることで、異なる近似平面３３ａにより屈折される照明光同士は、互いにｙｚ断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。また、異なる近似平面３５ａにより屈折される照明光同士は、互いにｘｚ断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。したがって、異なる偏向素子３０ｂにより屈折される照明光同士が投射レンズ３０入射前よりも平行光束化される。
【００６７】
より詳細には、各照明ユニットＩＵにおける集光面２３の曲率半径と分割ブロック３０ａ内の近似平面３３ａ，３５ａの基となっている仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂの曲率半径Ｒｖとから、凸レンズ素子２２及び分割ブロック３０ａの合成焦点が規定され得る。この合成焦点の位置は、照明ユニットＩＵ毎に規定され得る。この合成焦点の位置と対応する発光素子１２の位置とが近くなるように設定されていることで、同じ分割ブロック３０ａ内において、異なる近似平面３３ａにより屈折される照明光同士は、互いにｙｚ断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。また、同じ分割ブロック３０ａ内において、異なる近似平面３５ａにより屈折される照明光同士は、互いにｘｚ断面における進行方向の成分が近づくように偏向される。
【００６８】
投射レンズ３０の傾斜配置により、ｙｚ断面上において、各照明ユニットＩＵにおいて、分割ブロック３０ａと発光素子１２との距離が異なっている。かかる距離に対応して、近似平面３３ａの基となっている仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖを、分割ブロック３０ａ毎に異なるものとすることで、合成焦点の位置と対応する発光素子１２の位置とが近くなるように設定することが可能となるのである。
【００６９】
一方で、近似平面３３ａ，３５ａに隣接して配置された異方偏向平面３５ｂは、屈折により、離接する当該近似平面３３ａ，３５ａとは異方向に照明光を偏向させる。これにより、照明光のうち一部は、投射レンズ３０に入射する照明光の一部が異方偏向平面３３ｂ，３５ｂでの屈折により近似平面３３ａ，３５ａで屈折した照明光と混ぜ合わされる。したがって、画像表示パネル４０の表示面４４から射出される表示光が射出ピーク方向ＰＤ２に集中して射出されることが抑制される。
【００７０】
投射レンズ３０の両表面３２，３４において、互いに実質直交して延伸するストライプ状の分割レンズ面３３，３５の組み合わせにより、各偏向素子３０ｂの機能が発揮される。具体的に、入射側表面３２における分割レンズ面３３のｙｚ断面での勾配と、射出側表面３４における分割レンズ面３５のｘｚ断面での勾配とにより、各偏向素子３０ｂの照明光の偏向における基底方向及び偏向量が決定され得る。偏向量は、例えば一偏向素子３０ｂへの照明光の入射角と射出角との角度差により表すことができる。
【００７１】
こうした投射レンズ３０では、各分割ブロック３０ａを構成する各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値は、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。特に本実施形態では、分割ブロック３０ａを構成する各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値は、より遠距離側で大きいものとなっている。
【００７２】
また換言すると、投射レンズ３０のうち、近距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値と、遠距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値とは、互いに異なっている。特に本実施形態では、遠距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値は、近距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値よりも大きいものとなっている。
【００７３】
（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。
【００７４】
第１実施形態によると、画像表示パネル４０では、光軸ＯＡに対して表示面４４の法線方向ＮＤがずれている。加えて、傾斜配置された画像表示パネル４０に径方向ＤＤを合わせるように、投射レンズ３０が傾斜配置されている。こうした投射レンズ３０と画像表示パネル４０との両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との干渉を抑制しつつ、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、ＨＵＤ装置１００の体格の増大を抑制することができ、移動体としての車両１への搭載性が高いＨＵＤ装置１００を提供することができるのである。
【００７５】
また、第１実施形態によると、画像表示パネル４０と投射レンズ３０とは、互いに平行に配置されている。このようにすると、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との干渉を抑制しつつ、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との間隔を最小限に配置することができる。
【００７６】
また、第１実施形態によると、照明光源部１０と投射レンズ３０との間に配置された集光レンズ２０は、当該投射レンズ３０側に突出した凸状に、湾曲する集光面２３を有する。したがって、投射レンズ３０が画像表示パネル４０に合わせて傾斜する際に、投射レンズ３０のうち集光レンズ２０側に近づいた端部は、集光面２３の湾曲に沿って集光面２３の側方空間に回り込む配置となる。このため、集光レンズ２０による集光作用を得ながらにして、投射レンズ３０と集光レンズ２０との干渉を回避しつつ、照明光源部１０から画像表示パネル４０の先端までの距離の増大を抑制することができる。したがって、ＨＵＤ装置１００の体格の増大を抑制することができ、車両１への搭載性が高いＨＵＤ装置１００を提供することができるのである。
【００７７】
また、第１実施形態によると、投射レンズ３０は、径方向ＤＤに沿って互いに配列され、照明光の進行方向を偏向させる複数の偏向素子３０ｂを有する。こうした偏向素子３０ｂの配列により投射レンズ３０を板状に形成することで、ＨＵＤ装置１００の体格増大が抑制できるだけでなく、各偏向素子３０ｂの偏向作用により傾斜した画像表示パネル４０の各箇所に対して好適な照明を実現できるのである。
【００７８】
また、第１実施形態によると、投射レンズ３０のうち、近距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値と、遠距離側に配置された各偏向素子３０ｂの偏向量の平均値とは、互いに異なる。異なる偏向量が設定されることにより、投射レンズ３０の各箇所で照明光源部１０との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル４０の各箇所に対して、照明光源部１０との距離に応じた好適な照明を実現することができる。
【００７９】
また、第１実施形態によると、各分割ブロック３０ａを構成する偏向素子３０ｂの偏向量の平均値は、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。このようにすると、各発光素子１２に対応する各照明光は、照明光源部１０との距離に応じて程度が異なる偏向作用を受けることとなる。したがって、投射レンズ３０の各箇所で照明光源部１０との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル４０への好適な照明を実現することができる。
【００８０】
また、第１実施形態によると、投射レンズ３０は、偏向素子３０ｂの構成要素として、仮想凸状曲面Ｓｖａ又はＳｖｂの部分的な近似により平面状に形成されている近似平面３３ａ又は３５ａを複数有する。各近似平面３３ａ又は３５ａは平面状であるものの共通の仮想凸状曲面Ｓｖａ又はＳｖｂに基づいているため、異なる近似平面３３ａ又は３５ａに入射する各照明光は、当該仮想凸状曲面Ｓｖａ又はＳｖｂに応じた偏向量にて進行方向を偏向されることとなるので、当該各照明光間にて集光作用と実質的に同様の作用が生じ得る。したがって、ＨＵＤ装置１００の体格増大抑制と、傾斜した画像表示パネル４０への好適な照明とを、投射レンズ３０の形成を容易にして実現することができる。
【００８１】
また、第１実施形態によると、光軸ＯＡに対して表示面４４の法線方向ＮＤが交差している画像表示パネル４０を有する画像投射ユニット１９が導光部５０へと表示光を投射する。こうした画像投射ユニット１９によれば、例えば太陽光等の外光が、導光部５０を介しつつ表示光とは逆行して画像表示パネル４０に入射したとしても、当該外光が当該表示面４４に反射されて表示光と一緒に視認されることが抑制されるので、ＨＵＤ装置１００への使用に特に好適である。
【００８２】
加えて、傾斜配置された画像表示パネル４０に径方向ＤＤを合わせるように、投射レンズ３０が傾斜配置されている。こうした投射レンズ３０と画像表示パネル４０との両方の傾斜によれば、配置の角度差がない又は小さいので、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との干渉を抑制しつつ、投射レンズ３０と画像表示パネル４０との間のデッドスペースの発生を抑制することができる。したがって、画像投射ユニット１９の体格の増大を抑制することができるので、ＨＵＤ装置１００の車両１への搭載性を向上できるのである。
【００８３】
（第２実施形態）
図１０〜１３に示すように、本発明の第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【００８４】
第２実施形態の照明光源部２１０において複数の発光素子１２は、図１０，１１に示すように、実装面１１ａ上における１方向を配列方向として格子状に配列されている。配列方向において、発光素子１２の配列個数は、例えば１×３の全３個となっている。
【００８５】
また本実施形態において、光源用回路基板１１の平面状の実装面１１ａの法線方向をｚ方向と定義する。そして、実装面１１ａに沿った方向のうち、配列個数が多い方、すなわち３個の配列方向をｘ方向と定義し、配列個数が少ない方、すなわち１個の配列方向（本実施形態では、実質的に配列されていない方向）をｙ方向と定義する。
【００８６】
各発光素子１２は、第１実施形態と同様に、発光ピーク方向ＰＤ１をｚ方向に合わせて配置されている。照明光源部２１０の光軸ＯＡは、第１実施形態と同様に、照明光源部２１０の中心に位置する真中の発光素子１２を通り、発光ピーク方向ＰＤ１であるｚ方向に沿った軸として規定される。
【００８７】
集光レンズ２２０において各凸レンズ素子２２は、第１実施形態と同様に、発光素子１２と同数設けられている。すなわち、各凸レンズ素子２２は、１×３の全３個の配列となっている。
【００８８】
集光レンズ２２０において入射側表面２０ａは、第１実施形態と同様の単一平面となっている。一方、集光レンズ２２０において射出側表面２０ｂでは、各凸レンズ素子２２毎に個別に設けられた集光面２２３が配列形成されている。
【００８９】
各集光面２２３は、第１実施形態と同様の配列及び配置となっているが、その詳細形状は第１実施形態と異なっている。具体的に、各集光面２２３は、ｘ方向の曲率半径とｙ方向の曲率半径とが互いに異なるアナモルフィック面となっている。本実施形態では、各集光面２２３の面頂点２３ａ及びその近傍において、ｘ方向の曲率半径がｙ方向の曲率半径よりも小さくなっている。ここで本実施形態における面頂点２３ａの近傍とは、例えば集光面２２３の径に対して面頂点２３ａからの距離が半値程度の範囲をいうこととする。
【００９０】
より詳細に、ｘｚ断面において、各集光面２２３は、放物線状に形成されている（図１１参照）。一方、ｙｚ断面において、各集光面２２３は、円弧状に（特に本実施形態では半円状に）形成されている（図１０参照）。
【００９１】
投射レンズ２３０は、第１実施形態と同様に、透光性の合成樹脂ないしはガラス等からなる複数の偏向素子３０ｂが互いに配列されて一体的に形成されたレンズアレイとなっており、全体としては略平板状を呈している。また、投射レンズ２３０では、第１実施形態と同様の分割ブロック３０ａが定義可能である。特に本実施形態では、発光素子１２が配列されたｘ方向に、発光素子１２の配列個数に対応して３分割された１×３の全３個の分割ブロック３０ａが定義可能である。
【００９２】
画像表示パネル４０は、第１実施形態と同様に、表示面４４の接線方向ＴＤのうち、ｘ方向に沿った長手方向ＬＤを光軸ＯＡと直交させ、短手方向ＳＤが光軸ＯＡに対して傾斜するように傾斜配置されている。こうした画像表示パネル４０に対応して、投射レンズ２３０も傾斜配置されている。画像表示パネル４０と投射レンズ２３０との間隔を一定とすることで、画像表示パネル４０と投射レンズ２３０とは、互いに平行に配置されている。さらに第２実施形態では、光軸ＯＡに対して垂直な垂直方向（本実施形態ではｙｚ断面上のｙ方向）において、集光レンズ２２０と投射レンズ２３０とは、一部重なって配置されている。投射レンズ２３０の傾斜配置により、当該投射レンズ２３０のうち一端部が集光面２２３の側方空間に配置されているためである。
【００９３】
第２実施形態において、投射レンズ２３０の形状は、こうした傾斜配置に特に合わせたものとはなっていない。以下、投射レンズ２３０の形状について、詳細説明する。
【００９４】
図１２に示すように、投射レンズ２３０において入射側表面３２では、複数の分割レンズ面３３が、偏向素子３０ｂの構成要素として、隣り合う偏向素子３０ｂ同士の境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面３２における分割レンズ面３３の分割方向は、ｙ方向から例えば１０〜２５度程度傾斜した短手方向ＳＤに沿っている。したがって、ｘｚ断面においては、１つの分割レンズ面３３が偏向素子３０ｂ及び分割ブロック３０ａを跨いで形成されている。
【００９５】
本実施形態において、各分割レンズ面３３は、凸フレネルレンズ状に分割された分割凸面２３３ｃとなっている。分割凸面２３３ｃは、投射レンズ２３０における仮想のレンズ面として定義される１つの仮想凸状曲面Ｓｖｃに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Ｓｖｃは、集光レンズ２２０側に凸となる凸状に、ｙｚ断面において湾曲することで、滑らかなシリンドリカル面状を呈している。したがって、入射側表面３２は、主として、照明光の進行方向をｙｚ断面において偏向するように構成されている。分割凸面２３３ｃ間の境界において段差を設けることで、投射レンズ２３０が略平板状に保たれるのである。
【００９６】
また、図１３に示すように、投射レンズ２３０において射出側表面３４は、発光素子１２の配列個数に対応して、分割ブロック３０ａの個数が減少しているものの、各分割ブロック３０ａ内の構成は第１実施形態と同様となっている。
【００９７】
各分割ブロック３０ａについて、仮想凸状曲面Ｓｖｃ，Ｓｖｂの面頂点に対応する分割凸面２３３ｃ上の箇所及び近似平面３５ａ上の箇所が、集光レンズ２２０のうち対応する集光面２２３の面頂点２３ａから光軸ＯＡに沿って投射レンズ２３０側に延長した直線ＳＬ上に、大凡合わせて配置されている。
【００９８】
こうした第２実施形態においても、投射レンズ２３０は、径方向ＤＤを表示面４４の接線方向ＴＤに合わせるように、傾斜配置されているので、第１実施形態に準じた作用効果を奏することが可能となる。
【００９９】
また、第２実施形態によると、光軸ＯＡに対して垂直な垂直方向において、集光レンズ２２０と投射レンズ２３０とは、一部重なって配置されているので、集光レンズ２２０と投射レンズ２３０との間のデッドスペースを減少させることができる。
【０１００】
（第３実施形態）
図１４，１５に示すように、本発明の第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【０１０１】
第３実施形態の投射レンズ３３０も、第１実施形態と同様に、傾斜配置に合わせたものとなっている。以下投射レンズ３３０の形状について、詳細に説明する。
【０１０２】
投射レンズ３３０において集光レンズ２０と対向する入射側表面３２では、複数の分割レンズ面３３が、偏向素子３０ｂの構成要素として、隣り合う偏向素子３０ｂの境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。入射側表面３２における分割レンズ面３３の分割方向は、第１実施形態と同様に、ｙ方向から例えば１０〜２５度程度傾斜した短手方向ＳＤに沿っている。各分割レンズ面３３は、その法線方向のｙｚ断面における成分が光軸ＯＡに沿うように配置されている。入射側表面３２は、主として、照明光の進行方向をｙｚ断面において偏向するように構成されている。
【０１０３】
一方、投射レンズ３３０において画像表示パネル４０と対向する射出側表面３４では、複数の分割レンズ面３５が、偏向素子３０ｂの構成要素として、偏向素子３０ｂの境界に合わせてストライプ状に分割された状態で形成されている。射出側表面３４における分割レンズ面３５の分割方向は、第１実施形態と同様に、長手方向ＬＤ（すなわちｘ方向）に沿っている。各分割レンズ面３５は、その法線方向のｘｚ断面における成分が光軸ＯＡに沿うように配置されている。射出側表面３４は、主として、照明光の進行方向をｘｚ断面において偏向するように構成されている。
【０１０４】
第３実施形態の投射レンズ３３０では、分割レンズ面３３，３５のうち、第１実施形態の近似平面３３ａ，３５ａを、凸状に湾曲する凸状曲面３３３ｄ，３３５ｄに置き換えた形態となっている。
【０１０５】
凸状曲面３３３ｄ，３３５ｄは、投射レンズ３３０における仮想のレンズ面として定義される仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂに基づいて形成されている。ここで、仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂは、第１実施形態と同様である。凸状曲面３３３ｄ，３３５ｄは、仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂを近似せずに、そのまま仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂのうち一部が抽出されることで入射側表面３２及び射出側表面３４に現出している。
【０１０６】
なお、仮想凸状曲面Ｓｖａ，Ｓｖｂの面頂点に対応する箇所では、第１実施形態における２つの近似平面３３ａ又は３５ａが１つの凸状曲面３３３ｄ又は３３５ｄに置き換わるため、分割幅Ｗａが他の分割領域の２倍となっている。
【０１０７】
射出側表面３４において仮想凸状曲面Ｓｖｂの曲率半径Ｒｖは、各分割ブロック３０ａ間で実質等しく設定されている。したがって、射出側表面３４は、ｘ方向に対応する発光素子１２の配列個数に合わせて５分割された分割ブロック３０ａ毎に、実質同形状に構成されている。
【０１０８】
一方、入射側表面３２は、ｘ方向に対応する発光素子１２の配列個数に合わせて３分割された分割ブロック３０ａ毎に、異なる形状に構成されている。具体的に、入射側表面３２において、仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖは、各分割ブロック３０ａ間で異なっている。特に本実施形態では、傾斜配置された投射レンズ３３０のうち、照明光源部１０との距離が近距離となる近距離側から、照明光源部１０との距離が遠距離となる遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック３０ａの仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖは、段階的に小さくなるように変化している。すなわち、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、各凸状曲面３３３ｄの曲率半径は、段階的に小さくなるように変化している。したがって、分割ブロック３０ａ毎に凸状曲面３３３ｄの勾配が異なっており、遠距離側の分割ブロック３０ａにおける凸状曲面３３３ｄの勾配は、近距離側と比較して、相対的に大きくなっている。
【０１０９】
なお、異方偏向平面３３ｂの勾配は、第１実施形態と同様に、各分割ブロック３０ａで実質等しく設定されている。
【０１１０】
こうした第３実施形態においても、投射レンズ３３０は、径方向ＤＤを表示面４４の接線方向ＴＤに合わせるように、傾斜配置されているので、第１実施形態に準じた作用効果を奏することが可能となる。
【０１１１】
また、第３実施形態によると、投射レンズ３０は、偏向素子３０ｂの構成要素として、凸状に湾曲する凸状曲面３３３ｄ，３３５ｄを有する。こうした凸状曲面３３３ｄ，３３５ｄに入射する照明光は、集光作用を受けることとなるので、ＨＵＤ装置１００の体格増大抑制と、傾斜した画像表示パネル４０への好適な照明とを、実現することができる。
【０１１２】
また、第３実施形態によると、各凸状曲面３３３ｄの曲率半径Ｒｖ１〜３は、投射レンズ３３０のうち近距離側から遠距離側へ向かうに従って、段階的に変化している。このようにすると、各凸状曲面３３３ｄを経た各照明光は、照明光源部１０との距離に応じて程度が異なる集光作用を受けることとなる。したがって、投射レンズ３３０の各箇所で照明光源部１０との距離が異なっていても、傾斜した画像表示パネル４０への好適な照明を実現することができる。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
具体的に変形例１としては、図１６に示すように、凸レンズ素子２２の配列ピッチに対して、発光素子１２を照明光源部１０の中心側に偏心してもよい。この場合、各発光素子１２の偏心量は、中心の発光素子１２を挟んで非対称に設定されていてもよい。
【０１１５】
変形例２としては、投射レンズ３０のうち、近距離側に配置された偏向素子３０ｂの偏向量の平均値と遠距離側に配置された偏向素子３０ｂの偏向量の平均値とを異ならせる代わりに、又は異ならせることと組み合わせて、図１７に示すように、発光素子１２は、一直線上に配置されずに、凸レンズ素子２２及び分割ブロック３０ａの合成焦点の位置に合わせるように配置されていてもよい。図１７の例では、光源用回路基板１１は、実装面１１ａがえび反り曲面状のフレキシブルな基板となっており、複数の発光素子１２がえび反り状に配列されている。したがって、発光素子１２は、中心を挟んで、非対称に配置されていてもよい。
【０１１６】
変形例３としては、図１８に示すように、集光レンズ２０が設けられていなくてもよい。
【０１１７】
第１，３実施形態に関する変形例４としては、図１８に示すように、近距離側から遠距離側へ向かうに従って、各分割ブロック３０ａの仮想凸状曲面Ｓｖａの曲率半径Ｒｖは、段階的に大きくなるように変化していてもよい。図１８の例では、近距離側の分割ブロック３０ａから順に曲率半径をＲｖ１，Ｒｖ２，Ｒｖ３とすると、Ｒｖ１＞Ｒｖ２＞Ｒｖ３となっている。近距離側と遠距離側の曲率半径Ｒｖの大小関係は、例えば集光レンズ２０の有無、集光レンズ２０の焦点距離及び配置等、設計の諸条件によって変わり得る。
【０１１８】
変形例５としては、各分割レンズ面３３，３５のサグ量が実質一定となるように分割幅が設定されていてもよい。また、各表面３２，３４における分割レンズ面３３，３５の分割数、又は偏向素子３０ｂの配列個数は、任意に設定することができる。
【０１１９】
変形例６としては、投射レンズ３０のうち、近距離側に配置された偏向素子３０ｂの偏向量の平均値と遠距離側に配置された偏向素子３０ｂの偏向量の平均値とを異ならせる代わりに、又は異ならせることと組み合わせて、仮想凸状曲面Ｓｖａの面頂点から曲率中心に向かう方向を、近距離側と遠距離側とで異なるものとしてもよい。
【０１２０】
第１実施形態に関する変形例７としては、近似平面３３ａは、仮想凸状曲面Ｓｖａの部分的な近似により平面状に形成されていれば、例えば分割領域の中点における仮想凸状曲面Ｓｖａの接平面が抽出されることによって形成されたものであってもよい。
【０１２１】
変形例８としては、集光面２３は、球面状に形成されていてもよい。
【０１２２】
変形例９としては、投射レンズ３０は、入射側表面３２と射出側表面３４との形状を入れ替えた形状であってもよい。
【０１２３】
変形例１０としては、投射レンズ３０は、径方向ＤＤを表示面４４の接線方向ＴＤに合わせるように傾斜配置されていれば、画像表示パネル４０と多少の角度差を有していてもよい。
【０１２４】
変形例１１としては、投射レンズ３０は、径方向ＤＤに沿って配列された複数の偏向素子３０ｂを有していなくてもよい。具体的に、入射側表面３２及び射出側表面３４にそれぞれ単一のレンズ面を有する凸レンズであっても、当該レンズ面の曲率半径が大きめに設定されていれば、本発明を適用することができる。
【０１２５】
変形例１２としては、車両１以外の船舶ないし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】
【０１２６】
１００  ＨＵＤ装置、１  車両（移動体）、３  ウインドシールド（投影部材）、１０，２１０  照明光源部、１２  発光素子、１９  画像投射ユニット、２０，２２０  集光レンズ、２３，２２３  集光面、３０，２３０，３３０  投射レンズ、３０ａ  分割ブロック、３０ｂ  偏向素子、３０ａ  分割ブロック、３０ｂ  偏向素子、３３ａ，３５ａ  近似平面、４０  画像表示パネル、４４  表示面、５０  導光部、３３３ｄ，３３５ｄ  凸状曲面、ＯＡ  光軸、ＤＤ  径方向、ＮＤ  表示面の法線方向、ＴＤ  表示面の接線方向
【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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