WO2015011913A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2015011913A1
WO2015011913A1 PCT/JP2014/003839 JP2014003839W WO2015011913A1 WO 2015011913 A1 WO2015011913 A1 WO 2015011913A1 JP 2014003839 W JP2014003839 W JP 2014003839W WO 2015011913 A1 WO2015011913 A1 WO 2015011913A1
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elements
peripheral
laser light
adjacent
reference element
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PCT/JP2014/003839
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昌之 山口
藤川　卓之
安藤　浩
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株式会社デンソー
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Publication date
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present disclosure relates to a head-up display device that projects a display image onto a projection surface of a moving body such as a vehicle and displays a virtual image of the display image so as to be visible from the room of the moving body.
  • HUD device head-up display device
  • laser light projected from a projector and incident on a screen member is diffused by a plurality of optical elements arranged in a lattice pattern.
  • the laser light thus diffused and projected onto the projection surface is visually recognized by a viewer in the moving body room as a virtual image of the display image.
  • the present disclosure has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a HUD device that suppresses luminance unevenness.
  • one disclosed aspect is a head-up display device that displays a virtual image of a display image so as to be visible from the interior of the mobile body by projecting the display image onto the projection surface of the mobile body.
  • Each optical element is formed with a curved surface having a common curved shape among convex curved and concave curved surfaces, and diffuses laser light emitted from the curved surface toward the projection surface.
  • Each reference element The step amount between the respective peripheral element adjacent is different phases.
  • the adjacent optical elements emit laser beams from the curved surfaces of the surface exhibiting a common curved shape among the convex curve and the concave curve. Accordingly, the intensity distribution of the diffracted light generated by the interference of the emitted light gives a diffraction peak of a plurality of orders corresponding to the outgoing angle.
  • the amount of step formed by shifting the surface vertices of the curved surfaces in steps is different in each of the elements, so that diffraction is performed with the exit angle corresponding to the step amount as the center. A diffraction peak of light occurs.
  • each reference element as the reference optical element has a difference in level difference between each of the peripheral elements that are adjacent optical elements. Therefore, the diffraction peak of the diffracted light which a reference element produces between each adjacent peripheral element can be shifted. Thereby, the brightness nonuniformity which a viewer who visually recognizes diffracted light as a virtual image feels can be suppressed.
  • Another disclosed aspect includes an element set including a pair of a reference element and a peripheral element adjacent to each other in each arrangement direction in which the reference element and the peripheral element are alternately arranged two-dimensionally.
  • the plurality of types of element sets having different step amounts between the reference element and the peripheral elements forming the arrangement are fixed in the arrangement direction for each arrangement direction.
  • the arrangement order is fixed for each arrangement direction with respect to a plurality of types of element sets in which the step amounts between the reference element and the peripheral elements forming a pair are different.
  • the reference element of each element set in each of the arrangement directions can generate a different level difference between a peripheral element forming the same element set and a peripheral element forming another adjacent element set. . Therefore, with respect to the diffracted light that is generated between the adjacent peripheral elements by the reference element, it is possible to exhibit the shifting action of the diffraction peak according to the difference in level difference over the entire two-dimensional array.
  • the peripheral elements of each element set may cause a common step amount between the reference element forming the same element set and the reference element forming another adjacent element set. .
  • the peripheral elements of each element set may cause a common step amount between the reference element forming the same element set and the reference element forming another adjacent element set.
  • the effect of suppressing luminance unevenness can be enhanced by the shifting action of the diffraction peak viewed from the reference element and the shifting action of the diffraction peak viewed from the peripheral element.
  • FIG. 6 is a view partially showing the screen member of the embodiment, and is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a view partially showing the screen member of the embodiment, and is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating the intensity distribution (a) of diffracted light and the centers (b) and (c) of diffraction peaks according to an embodiment.
  • a HUD device 100 is mounted on a vehicle 1 as a “moving body” and is housed in an instrument panel 80.
  • the HUD device 100 projects a display image 71 onto a windshield 90 that is a “display member” of the vehicle 1.
  • the indoor side surface of the windshield 90 forms a projection surface 91 on which the display image 71 is projected in a curved concave shape or a flat planar shape.
  • the windshield 90 may have an angle difference for suppressing the optical path difference between the indoor side surface and the outdoor side surface, or vapor deposition for suppressing the optical path difference.
  • a film or film may be provided on the indoor side.
  • the light flux of the image 71 reflected by the projection surface 91 reaches the eye point 61 of the viewer in the room.
  • the viewer visually recognizes the virtual image 70 of the display image 71 formed in front of the windshield 90 by perceiving the light flux that has reached the eye point 61.
  • the virtual image 70 can be visually recognized because the eye point 61 is positioned in the visual recognition region 60 of the viewer shown in FIG.
  • the HUD device 100 displays the virtual image 70 of the display image 71 so as to be visible from inside the vehicle 1 as shown in FIG.
  • the virtual image 70 an instruction display 70a of the traveling speed of the vehicle 1, an instruction display 70b of the traveling direction of the vehicle 1 by the navigation system, a warning display 70c related to the vehicle 1, and the like are displayed.
  • the HUD device 100 includes a laser scanner 10, a controller 29, a screen member 30, and an optical system 40 in a housing 50.
  • the laser scanner 10 that is a “projector” has a light source unit 13, a light guide unit 20, and a micro electro mechanical system (MEMS) 26.
  • MEMS micro electro mechanical system
  • the light source unit 13 includes three laser projection units 14, 15, 16 and the like.
  • Each laser projection unit 14, 15, 16 projects single-wavelength laser beams having different hues in accordance with a control signal from an electrically connected controller 29.
  • the laser projection unit 14 projects, for example, red laser light that appears in a peak wavelength range of 600 to 650 nm (preferably 640 nm).
  • the laser projection unit 15 projects blue laser light that appears in a peak wavelength range of 430 to 470 nm (preferably 450 nm).
  • the laser projection unit 16 projects, for example, green laser light that appears in a peak wavelength range of 490 to 530 nm (preferably 515 nm).
  • various colors can be reproduced by additively mixing the three colors of laser beams projected from the laser projection units 14, 15, and 16.
  • the light guide 20 includes three collimating lenses 21, dichroic filters 22, 23, 24, a condenser lens 25, and the like.
  • Each of the collimating lenses 21 is arranged at an interval of, for example, 0.5 mm on the laser light projection side with respect to the corresponding laser projection unit 14, 15, 16.
  • Each collimating lens 21 collimates the laser light into parallel light by refracting the laser light from the corresponding laser projection unit 14, 15, 16.
  • the dichroic filters 22, 23, and 24 are arranged at intervals of, for example, 4 mm on the projection side of the laser projection units 14, 15, and 16 with respect to the corresponding collimating lenses 21.
  • Each dichroic filter 22, 23, 24 reflects a laser beam having a specific wavelength and transmits a laser beam having a wavelength other than the laser beam that has passed through the corresponding collimator lens 21.
  • the dichroic filter 22 disposed on the projection side of the laser projection unit 14 transmits red laser light and reflects laser light of other colors.
  • the dichroic filter 23 disposed on the projection side of the laser projection unit 15 reflects blue laser light and transmits laser light of other colors.
  • the dichroic filter 24 arranged on the projection side of the laser projection unit 16 reflects green laser light and transmits laser beams of other colors.
  • the dichroic filter 23 is disposed on the green laser beam reflection side of the dichroic filter 24 with an interval of, for example, 6 mm. Further, the dichroic filter 22 is disposed at an interval of, for example, 6 mm on the blue laser light reflection side and the green laser light transmission side by the dichroic filter 23. Further, a condensing lens 25 is disposed, for example, at an interval of 4 mm on the transmission side of the red laser light and the reflection side of the blue laser light and the green laser light by the dichroic filter 22.
  • the condensing lens 25 is a plano-convex lens having a flat entrance surface and a convex exit surface.
  • the condenser lens 25 focuses the incident laser beam on the incident surface by refraction. As a result, the laser light that has passed through the condenser lens 25 is emitted toward the MEMS 26.
  • the MEMS 26 includes a first scanning mirror 27, a second scanning mirror 28, and driving units (not shown) for the scanning mirrors 27 and 28.
  • a thin reflective surface 27b is formed by aluminum metal vapor deposition or the like.
  • a thin-film reflective surface 28b is formed by metal deposition of aluminum or the like.
  • the drive unit of the MEMS 26 individually drives the scanning mirrors 27 and 28 around the rotation shafts 27a and 28a in accordance with a control signal from an electrically connected controller 29.
  • the central part of the second scanning mirror 28 constituting the final stage of the laser scanner 10 is arranged with a spacing of, for example, 100 mm with respect to the scanning surface 31 of the screen member 30.
  • the laser light sequentially incident on the scanning mirrors 27 and 28 from the condenser lens 25 is sequentially reflected by the reflecting surfaces 27b and 28b and projected onto the scanning surface 31.
  • the controller 29 is a control circuit composed of a processor and the like.
  • the controller 29 intermittently pulse-projects the laser light by outputting a control signal to each laser projection unit 14, 15, 16.
  • the controller 29 outputs a control signal to the drive units of the scanning mirrors 27 and 28, thereby changing the projection direction of the laser light onto the scanning surface 31 in the arrow direction of FIG. 4 along the plurality of scanning lines Ls.
  • the display image 71 is drawn by moving the region O on which the laser beam is projected in a circular spot shape on the scanning surface 31 as shown in FIG. That is, the laser light projected from the laser scanner 10 becomes a display image 71 by scanning the scanning surface 31 in the horizontal direction x and the vertical direction y.
  • the display image 71 is formed on the scanning plane 31 as 60 frames per second as an image having 480 pixels in the horizontal direction x and 240 pixels in the vertical direction y.
  • the horizontal direction x of the scanning surface 31 coincides with the horizontal direction of the vehicle 1.
  • the vertical direction y of the scanning surface 31 may be inclined with respect to the vertical direction of the vehicle 1 as shown in FIG. 2 or may coincide with the vertical direction.
  • the reflective screen member 30 is formed by evaporating aluminum on the surface of a resin substrate or a glass substrate.
  • the screen member 30 is disposed above the laser scanner 10 in the vehicle 1 (see FIGS. 1 and 2).
  • the screen member 30 is formed by two-dimensionally arranging a plurality of optical elements 32 as micromirrors in a lattice shape with a horizontal direction x and a vertical direction y. Therefore, in the following, the horizontal direction x and the vertical direction y are collectively referred to as arrangement directions x and y.
  • the screen member 30 constitutes a scanning surface 31 by the surface of each optical element 32 (specifically, a curved surface 33 described in detail later).
  • the surface of each optical element 32 reflects the laser light projected on the scanning surface 31 to diffuse and emit the laser light.
  • the diameter of the projection region O onto which the laser beam is projected on the scanning surface 31 is set to a half value or more with respect to the minimum element width among the element widths of the optical elements 32, for example.
  • Each optical element 32 may be formed as a single unit as shown in FIGS. 6 and 7, or may be formed separately and held on a common substrate.
  • the optical system 40 includes a concave mirror 42 and a drive unit (not shown) for the concave mirror 42.
  • the concave mirror 42 is formed by evaporating aluminum on the surface of a resin substrate or a glass substrate.
  • the concave mirror 42 reflects the laser light diffused on the scanning surface 31 by the reflecting surface 42 a, thereby guiding the laser light toward the projection surface 91 and projecting the display image 71. That is, the concave mirror 42 forms an optical path from which the diffused laser light is guided from the scanning surface 31 to the projection surface 91.
  • the reflection surface 42a is formed as a smooth curved surface having a concave central portion in a direction away from the scanning surface 31 and the projection surface 91, so that the display image 71 can be enlarged and projected.
  • the drive unit of the optical system 40 drives the concave mirror 42 to swing around the swing shaft 42b of FIG. 1 in accordance with a control signal from the controller 29 electrically connected.
  • the visual recognition area 60 is also moved up and down as the imaging position of the virtual image 70 of the projected display image 71 is moved up and down.
  • the position of the visual recognition area 60 is defined in consideration of the eyelips 62.
  • the iris 62 represents a space area where the eye point 61 can exist when an arbitrary viewer seated in the driver's seat is assumed in the vehicle 1. In view of this, it is assumed that the visual recognition area 60 that moves up and down in response to the swing of the concave mirror 42 enters at least a part of the iris 62 within the range of the swing.
  • the optical system 40 may be provided with optical elements other than the concave mirror 42 instead of or in addition to the concave mirror 42. Further, the laser beam diffused by each optical element 32 may be projected directly onto the projection surface 91 without providing the optical system 40 (concave mirror 42).
  • each optical element 32 exhibits a convex curved shape that curves in a convex shape as a common curved shape, thereby forming a curved surface 33 such as an arc convex surface.
  • the curved surface 33 of each optical element 32 protrudes to the side facing the laser scanner 10 and the optical system 40 in the direction z (see also FIG. 2) orthogonal to the arrangement directions x and y, and the most protruding point is the surface vertex 34. .
  • the optical elements 32 adjacent to each other in the arrangement directions x and y form the boundary 35 between each other by overlapping the contours (outer edges) of the curved surfaces 33 with each other.
  • the peak pitch d represented by the distance between the surface vertices 34 of the adjacent optical elements 32 is a value common to all the optical elements 32 (that is, substantially the same value).
  • the curvature radius of the curved surface 33 of each optical element 32 is a common value (that is, substantially the same value) on the longitudinal section passing through the surface vertex 34.
  • the shift amount in the direction z from the surface vertex 34 to the boundary 35 (that is, the inflection point in the longitudinal section of FIGS. 6 and 7) is referred to as a sag amount.
  • the sag amount is indicated by reference numerals SA1, SA2, SA3, SA4, SA5, SB, SC, SD, SE, and SF.
  • the difference in the sag amount in the direction z that is, the shift amount given by the surface vertices 34 and 34 shifting in a step shape in the direction z is referred to as a step amount.
  • each sag amount SA1, SA2, SA3, SA4, SA5, SB, SC, SD, SE, SF and each step amount ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4. ⁇ 5 is greatly exaggerated.
  • the present inventors have conducted intensive research on the screen member 30 that diffuses and emits laser light by the curved surface 33 of each optical element 32. As a result, the laser beams emitted from the curved surfaces 33 of the adjacent optical elements 32 interfere with each other, thereby generating diffracted light having an intensity distribution that gives a diffraction peak of a plurality of orders according to the emission angle.
  • the present inventors have obtained the knowledge that luminance unevenness is caused by the above.
  • each optical element 132 has the same dimensional design.
  • a common sag amount S is given to each optical element 132, so that the step amounts between the adjacent optical elements 132 are all set to substantially zero.
  • the laser beams are emitted from the curved surfaces 133 of the adjacent optical elements 132 at the emission angle ⁇ (see FIG. 10) and interfere with each other, so that the optical path length difference ⁇ L is generated between the laser beams. appear.
  • the optical path length difference ⁇ L is expressed by Equation 1 below using a peak pitch d common to all the optical elements 132 under the approximation of sin ⁇ [rad].
  • the optical path length difference ⁇ L is an angle difference ⁇ (see FIG. 10) of the emission angle ⁇ that changes by the wavelength ⁇ , that is, the emission angle ⁇ of which the order of the diffraction peak changes by 1.
  • the angle difference ⁇ is expressed by the following Equation 2 using the peak pitch d under the approximation of sin ⁇ .
  • the intensity distribution corresponds to the angle difference ⁇ of the emission angle ⁇ . That is, the diffraction peaks of the diffracted light generated between the optical element 132 and the adjacent elements 132 on both sides of the optical element 132 are centered on the emission angle ⁇ from 0 to ⁇ ⁇ , and thus overlap each other to increase the intensity.
  • the diffraction valley of the diffracted light generated by one optical element 132 between the adjacent elements 132 on both sides is centered on the exit angle ⁇ from ⁇ / 2 to ⁇ and the exit angle ⁇ from ⁇ / 2 to ⁇ . Therefore, it is difficult to strengthen each other even if they overlap each other.
  • the diffraction valley means a portion that is a valley between diffraction peaks in the intensity distribution of diffracted light.
  • the intensity distribution shown in FIG. 11 is obtained.
  • the intensity distribution of FIG. 11 relating to one of the arrangement directions x and y the diffracted light generated by one optical element 132 between the adjacent elements 132 on both sides is shown by a two-dot chain line graph, and the overlapping of the diffracted lights is shown. The result is shown by a solid line graph.
  • the intensity difference I increases. Therefore, a viewer who visually recognizes the diffracted light as the virtual image 70 feels uneven brightness corresponding to the large intensity difference I.
  • each optical element 32 of the present embodiment includes a plurality of reference elements 32A serving as a reference and a plurality of adjacent elements 32B, 32C, 32D, adjacent to the periphery of each reference element 32A. 32E and 32F.
  • These reference elements 32A and a plurality of types of peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F surrounding them have different dimensional designs.
  • the arrangement form of the reference element 32A and the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is schematically shown, and the alphabet at the end of the code is included in the outline of each element. Only shown.
  • a pair of the reference element 32A and the peripheral element 32B adjacent to each other forms a first element set P1.
  • jp is defined as an integer of 0 or more
  • jm is defined as an integer of 1 or more
  • the wavelength of the laser beam is defined as ⁇
  • ⁇ ⁇ 1 is defined as a numerical value that satisfies the condition that is larger than ⁇ / 32 and smaller than ⁇ / 32.
  • the step amount ⁇ 1 is expressed by Equation 3 or Equation 4 below.
  • the sag amount SA1 corresponding to the step amount ⁇ 1 is given to the reference element 32A between the surface vertex 34 of itself and the peripheral element 32B of the same set P1.
  • the sag amount SB corresponding to the step amount ⁇ 1 is given to the peripheral element 32B with the reference element 32A of the same set P1.
  • ⁇ 1 ⁇ (8jp + 1) / 16 ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 1 (Formula 3)
  • ⁇ 1 ⁇ (8jm ⁇ 1) / 16 ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 1 (Formula 4)
  • a pair of the reference element 32A and the peripheral element 32C adjacent to each other forms a second element set P2.
  • the step amount ⁇ 2 is expressed as an odd number of 1 or more
  • the wavelength of the laser beam is defined as ⁇
  • ⁇ is larger than ⁇ / 32
  • ⁇ / 32 ⁇ 2 is defined as a numerical value satisfying a smaller condition.
  • the step amount ⁇ 2 is expressed by Equation 5 below.
  • the sag amount SA2 corresponding to the step amount ⁇ 2 is given to the reference element 32A between the surface vertex 34 of itself and the peripheral element 32C of the same set P2.
  • the sag amount SC corresponding to the step amount ⁇ 2 is given to the peripheral element 32C between the reference element 32A of the same set P2.
  • ⁇ 2 (k / 8) ⁇ ⁇ + ⁇ 2 (Formula 5)
  • a pair of the reference element 32A and the peripheral element 32D adjacent to each other constitutes a third element set P3.
  • lp is defined as an integer greater than or equal to
  • lm is defined as an integer greater than or equal to 1
  • the wavelength of the laser beam is defined as ⁇ .
  • ⁇ 3 is defined as a numerical value that satisfies the condition that is larger than ⁇ / 32 and smaller than ⁇ / 32. Under these definitions, the step amount ⁇ 3 is expressed by the following Equation 6 or Equation 7.
  • the sag amount SA3 corresponding to the step amount ⁇ 3 is given to the reference element 32A between the surface vertex 34 of itself and the peripheral element 32D of the same set P3.
  • a sag amount SD corresponding to the step amount ⁇ 3 is given to the peripheral element 32D with the reference element 32A of the same set P3.
  • ⁇ 3 ⁇ (8lp + 3) / 16 ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 3
  • ⁇ 3 ⁇ (8lm ⁇ 3) / 16 ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 3
  • Example 7 In each of the arrangement directions x and y, a pair of the reference element 32A and the peripheral element 32E adjacent to each other forms a fourth element set P4.
  • the step amount ⁇ 4 is expressed by the following mathematical formula 8.
  • the sag amount SA4 corresponding to the step amount ⁇ 4 is given to the reference element 32A between the surface vertex 34 of itself and the peripheral element 32E of the same set P4.
  • the peripheral element 32E is given a sag amount SE corresponding to the step amount ⁇ 4 between the reference element 32A of the same set P4.
  • n is defined as an integer of 0 or more
  • the wavelength of the laser beam is defined as ⁇ , and is larger than ⁇ / 32
  • ⁇ / 32 ⁇ 5 is defined as a numerical value satisfying a smaller condition.
  • the step amount ⁇ 5 is expressed by the following formula 9.
  • the sag amount SA5 corresponding to the step amount ⁇ 5 is given to the reference element 32A between the surface vertex 34 of itself and the peripheral element 32F of the same set P5.
  • a sag amount SF corresponding to the step amount ⁇ 5 is given to the peripheral element 32F with respect to the reference element 32A of the same set P5.
  • ⁇ 5 (n / 2) ⁇ ⁇ + ⁇ 5 (Equation 9)
  • i 1, 2, 3, 4, 5
  • the correlation between the element set Pi, the step amount ⁇ i, and the sag amounts SAi, SB, SC, SD, SE, SF is shown in FIG. The relationship is as shown schematically.
  • a plurality of types of element sets Pi classified with different step amounts ⁇ i according to Equations 3 to 9 are arranged in a fixed order for each of the arrangement directions x and y in this embodiment. That is, the arrangement order of the element sets Pi in the horizontal direction x is fixed in the order of P1, P2, P3, P4, and P5 from the left side to the right side in FIGS. On the other hand, the arrangement order of the element sets Pi in the vertical direction y is fixed in the order of P4, P1, P3, P5, and P2 from the upper side to the lower side in FIGS.
  • an arrangement form in which the reference element 32A and any of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F are alternately arranged appears in each arrangement direction x and y.
  • the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F are sandwiched between the reference elements 32A from both sides in any arrangement direction x and y by a fixed arrangement order.
  • the number of arrangements of the reference element 32A and the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is fixed to the five peripheral elements 32A, 32C, 32D, 32E, and the reference element 32A. There is one 32F.
  • the reference element 32A of each element set Pi is also between peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F of another element set Pi whose arrangement order is adjacent as shown in FIGS. , Step amounts ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, and ⁇ 5.
  • the reference element 32A of each element set Pi differs in the step amount ⁇ i from the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F adjacent in any direction x and y.
  • the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F of each element set Pi are also connected to the reference element 32A of another element set Pi that is adjacent to the reference element 32A of the same element set Pi.
  • step amount ⁇ i Due to the step amount ⁇ i, the thickness of the screen member 30 at the surface vertex 34 of the curved surface 33 of the reference element 32A is different from the thickness of the screen member 30 at the surface vertex 34 of all the curved surfaces 33 of the adjacent optical elements 32. . Note that it is preferable to secure the element width of each of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F by setting the step amount ⁇ i to 1.2 ⁇ m or less.
  • the sag amount SAi from the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, 32F forming the same element set Pi to its own surface vertex 34 is the corresponding step amount ⁇ i. It is different depending on.
  • the reference element 32A of each element set Pi corresponds to the area from the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F of another element set Pi that are adjacent to each other to the surface vertex 34 of the element set Pi.
  • the sag amount SAi differs depending on the step amount ⁇ i.
  • the boundary 35 interposed between the reference element 32A and each of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F so as to provide such a sag amount SAi is indicated by a line as shown in FIGS. It is formed in a shape.
  • the sag amounts SB, SC, SD, SE, between the reference element 32A forming the same element set Pi and its own surface vertex 34 are displayed.
  • SF differs depending on the corresponding step amount ⁇ i.
  • the corresponding steps between the reference element 32A of the adjacent element set Pi and its own surface vertex 34 are displayed.
  • the sag amounts SB, SC, SD, SE, SF are different depending on the amount ⁇ i.
  • the peak pitch d of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F with respect to the reference element 32A is set as described above so that the sag amounts SB, SC, SD, SE, and SF are generated. It is common.
  • the laser beams are emitted from the curved surfaces 33 of the adjacent optical elements 32 at the emission angle ⁇ (see FIG. 14) and interfere with each other, so that an optical path length difference ⁇ L is generated in the laser beams.
  • the optical path length difference ⁇ L is expressed by the following Expression 10 or Expression 11 using an approximation of sin ⁇ [rad] and a peak pitch d sufficiently larger than any of the step amounts ⁇ i.
  • Formula 10 is established between each peripheral element 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the adjacent reference element 32A on one side thereof (for example, the right side in FIGS. 6 and 7) for each of the arrangement directions x and y. To do.
  • the mathematical expression 11 is between each peripheral element 32B, 32C, 32D, 32E, 32F and the adjacent reference element 32A on the opposite side (for example, the left side in FIGS. 6 and 7).
  • the angle difference ⁇ of the emission angle ⁇ at which the optical path length difference ⁇ L changes by the wavelength ⁇ (see FIG. 14), that is, the angle difference ⁇ of the emission angle ⁇ at which the order of the diffraction peak changes by 1, is the same as in the comparative example. It is represented by the following formula 12 using the peak pitch d.
  • the wavelengths ⁇ constituting the mathematical expressions 3 to 9 and 12 are set for at least one color of laser light.
  • the wavelength ⁇ is preferably the peak wavelength of the green laser beam having high visibility or the peak wavelength of the red laser beam having a large diffraction angle.
  • the intensity distribution corresponds to the angle difference ⁇ of the emission angle ⁇ as shown in FIG. That is, the diffraction peaks generated between the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the adjacent reference element 32A on one side in accordance with Expressions 10 and 12 are shifted by 2 ⁇ ⁇ i ⁇ ⁇ / ⁇ with respect to 0. From the 0th-order diffraction angle ⁇ 0, the emission angle ⁇ is generated for each ⁇ ⁇ .
  • the diffraction peaks generated between the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the adjacent reference element 32A on the opposite side according to the mathematical expressions 11 and 12 are ⁇ 2 ⁇ ⁇ i ⁇ ⁇ / ⁇ From the shifted 0th-order diffraction angle - ⁇ 0, the emission angle ⁇ is generated around ⁇ ⁇ .
  • the diffraction peaks of the diffracted light generated between the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the reference element 32A have been observed.
  • the diffraction peaks of diffracted light generated between the reference element 32A and the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F will be viewed.
  • the diffraction peak generated between the reference element 32A and the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is ⁇ / 16 ⁇ ⁇ corresponding to different step amounts ⁇ i. Deviations in intensity distribution.
  • ⁇ ⁇ is a deviation from ⁇ / 16 to ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, ⁇ 5 of the corresponding equations 3 to 9 for each of the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, 32F of the reference element 32A. It depends on your needs. 16 and later-described FIG. 17 show a case where ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, and ⁇ 5 are all 0, that is, when ⁇ ⁇ is all 0, for easy understanding of the description. .
  • the diffraction peak generated between the reference element 32A and the one adjacent peripheral element 32C is different from that of the other adjacent peripheral elements 32B, 32D, 32E, and 32F. It overlaps with the diffraction valley that occurs between them.
  • a to e in FIG. 15 correspond to a to e in FIG. 16, respectively.
  • FIGS. 15 and 16 and FIG. 17 described later only the case of Equation 3 with respect to ⁇ 1 and only the case of Equation 6 with respect to ⁇ 3 are shown, but in both cases of Equation 4 with respect to ⁇ 1 and Equation 7 with respect to ⁇ 3, Similar results are obtained.
  • the diffracted light generated by the reference element 32A between the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is superimposed for each of the arrangement directions x and y as shown in FIG.
  • the intensity distribution shown in FIG. 17 is obtained.
  • the diffracted light generated by the reference element 32A between the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is shown by a two-dot chain line graph.
  • the result of superimposing these diffracted lights is shown by a solid line graph.
  • the intensity difference I is as small as possible between the emission angle ⁇ at the center of each diffraction peak and the emission angle ⁇ between the centers. Therefore, a viewer who visually recognizes the diffracted light as the virtual image 70 is less likely to feel uneven brightness according to such a small intensity difference I.
  • the adjacent optical elements 32 emit laser beams from the curved surfaces 33 of the surface having a common convex curved form, and therefore the intensity distribution of the diffracted light generated by the interference of the emitted light has an emission angle ⁇ .
  • the step amount ⁇ i formed by shifting the surface vertices 34 of the curved surface 33 in a step shape is different in each of the elements 32, so that the corresponding step amount ⁇ i is determined.
  • a diffraction peak of diffracted light is generated around the emission angle ⁇ .
  • each reference element 32A as the reference optical element 32 is in phase with each of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F that are adjacent optical elements 32. It has different step amount ⁇ i. Thereby, the diffraction peak of the diffracted light generated between the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F by the reference element 32A can be shifted according to the different step amounts ⁇ i. Thereby, the brightness nonuniformity which a viewer who visually recognizes diffracted light as a virtual image feels can be suppressed.
  • the reference element 32A and the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F are alternately two-dimensionally arranged in the directions x and y, and the reference element 32A and any of the peripheral elements adjacent to each other.
  • a pair of 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F is defined as each element set Pi.
  • the arrangement order is arranged for each of the arrangement directions x and y. Is fixed.
  • the reference element 32A of each element set Pi in each of the arrangement directions x and y is adjacent to any one of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F forming the same element set Pi, and another adjacent element.
  • Different step amounts ⁇ i may occur between any of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F that form the set Pi. Therefore, with respect to the diffracted light generated between the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F by the reference element 32A, the shifting action of the diffraction peak corresponding to the different step amount ⁇ i is performed in the entire two-dimensional array. Can demonstrate.
  • peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F of each element set Pi are between the reference element 32A that forms the same element set Pi in each of the arrangement directions x and y in which the arrangement order is fixed.
  • a common step amount ⁇ i may occur between the reference element 32A forming the adjacent separate element set Pi.
  • the diffraction peak of the diffracted light generated between the reference element 32A and the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, 32F is ⁇ / 16 ⁇ Shift by ⁇ .
  • the difference I becomes as small as possible. Therefore, it is possible to enhance the suppression effect of the luminance unevenness felt by the viewer due to the intensity difference I of the diffracted light.
  • the peak wavelength of the green laser light that appears in the range of 490 to 530 nm among the laser beams of a plurality of colors is expressed as ⁇ in Equations 3 to 9 and 12.
  • the diffraction peak for the wavelength can be shifted.
  • the peak wavelength of the red laser beam appearing in the range of 600 to 650 nm among the laser beams of a plurality of colors is defined as ⁇ in Expressions 3 to 9 and 12.
  • the diffraction peak can be shifted with respect to the wavelength. In this case, it is possible to suppress luminance unevenness in a color that becomes more conspicuous as the diffraction angle becomes larger.
  • a different sag amount SAi corresponding to the step amount ⁇ i is generated between the adjacent peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F.
  • a linear boundary 35 is interposed. According to this, the occurrence of incident light loss and ghost superposition due to laser light diffraction at the boundary 35 is suppressed by the linear boundary 35, and the luminance unevenness felt by the viewer is also suppressed by the different step amount ⁇ i. It becomes possible.
  • each of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F adjacent to each reference element 32A has a peak pitch d common to the adjacent reference element 32A and a different sag. It has the quantities SB, SC, SD, SE, SF.
  • different sag amounts SAi depending on the step amount ⁇ i can surely occur in each reference element 32A via the linear boundary 35.
  • the structure in which the step amount ⁇ i is made different is simplified by sharing the peak pitch d, and the luminance unevenness felt by the viewer can be suppressed by the difference in step amount ⁇ i.
  • any one of the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F (the peripheral element 32F in the example of FIG. 18) is formed on the screen member 30 as shown in FIG. It does not have to be.
  • the step amount ⁇ i between the element formed on the screen member 30 among the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the reference element 32A is in accordance with the corresponding expression among Expressions 3 to 9. Maybe or not. However, even in this case, it is necessary to make the amount of steps different between each reference element 32A and each of its adjacent peripheral elements.
  • peripheral elements may be formed on the screen member 30 in addition to the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F.
  • the step amount ⁇ i between the peripheral elements 32B, 32C, 32D, 32E, and 32F and the reference element 32A may or may not follow Equations 3 to 9.
  • a concave curved curved surface 1033 such as an arc concave surface as shown in FIG. It may be formed on the surface.
  • the curved surface 1033 on the surface of each optical element 1032 is recessed to the opposite side to the laser scanner 10 and the optical system 40 in the direction z orthogonal to the directions x and y, and the most recessed point is defined as a surface vertex 1034.
  • the structure similar to the above-mentioned embodiment is employ
  • curved surfaces 33 and 1033 are formed on the surfaces of the optical elements 32 and 1032 as microlenses by transmitting the laser light projected on the scanning surface 31 and diffusing and emitting the laser light. May be.
  • the reference element 32 ⁇ / b> A and the peripheral elements 32 ⁇ / b> B, 32 ⁇ / b> C, 32 ⁇ / b> D, 32 ⁇ / b> E, and 32 ⁇ / b> F may be adjacent to each other via a step-like boundary 35.
  • the sag amounts of the peripheral elements with respect to the reference element 32A may be different or may be common.
  • different radii of curvature in the horizontal direction x and the vertical direction y may be set for the same optical element 32, 1032. Furthermore, as a modified example 8, different curvature radii may be set between the adjacent optical elements 32 and 1032.
  • a single scanning mirror that can rotate about two axes may be employed as the MEMS 26 of the laser scanner 10 that is a “projector”.
  • an element other than the windshield 90 may be adopted as the “display member” that forms the projection surface 91 of the vehicle 1.
  • the element is affixed to the indoor side surface of the windshield 90 or windshield A combiner or the like formed separately from 90 may be adopted.
  • the present disclosure may be applied to various moving bodies (transport equipment) such as a ship other than the vehicle 1 or an airplane.

Landscapes

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Abstract

　投射器（１０）から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）において格子状配列される各光学素子（３２）は、共通の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）から投影面（９１）側に出射させるレーザ光を拡散する。各光学素子（３２）は、基準となる複数の基準素子（３２Ａ）と、各基準素子（３２Ａ）の周辺に複数ずつ隣接する周辺素子（３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ）とを備える。各基準素子（３２Ａ）と、隣接する周辺素子（３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ）の夫々とは、湾曲面の面頂点（３４）同士を段差状にずらして形成される。各基準素子（３２Ａ）は、隣接する周辺素子（３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ）の夫々との間において生じる段差量（δ１，δ２，δ３，δ４，δ５）が相異なっている。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置 関連出願の相互参照
　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１３年７月２４日に出願された日本特許出願２０１３－１５３９０１を基にしている。
　本開示は、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。
　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。
　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。
特開２００９－１２８６５９号公報
　本願発明者による検討によると、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。
　本開示は、このような点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。
　そこで、開示された一つの態様は、移動体の投影面に表示画像を投影することにより、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であって、表示画像となるレーザ光を投射する投射器と、格子状に配列される複数の光学素子を、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を、表面に形成し、当該湾曲面から投影面側に出射させるレーザ光を、拡散し、各光学素子は、基準となる複数の基準素子と、各基準素子の周辺に複数ずつ隣接する周辺素子とを有し、各基準素子と、隣接する周辺素子の夫々とは、湾曲面の面頂点同士が段差状にずれており、各基準素子は、隣接する周辺素子の夫々との間における段差量は、相異なっている。
　このような態様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からレーザ光を夫々出射させる。従って、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。但し、隣接する光学素子同士の間では、それら素子の夫々にて湾曲面の面頂点同士を段差状にずらしてなる段差量が相異なることにより、当該段差量に応じた出射角を中心として回折光の回折ピークが生じる。
　そこで、本態様では、基準の光学素子とした各基準素子は、その周辺隣接の光学素子である周辺素子の夫々との間にて、段差量が相違している。これにより、基準素子が各隣接周辺素子との間で生じさせる回折光の回折ピークを、ずらすことができる。これにより、回折光を虚像として視認する視認者が感じることになる輝度ムラを、抑制可能である。
　また、開示された他の一つの態様は、基準素子と周辺素子とが交互に二次元配列される各配列方向において、互いに隣接する基準素子と周辺素子との対からなる素子組を備え、対をなす基準素子及び周辺素子間での段差量が相異なる複数種類の素子組は、配列方向毎に並び順序が固定される。
　このような態様によると、対をなす基準素子及び周辺素子間での段差量を相異ならせた複数種類の素子組については、配列方向毎に並び順序が固定される。これにより、配列方向の夫々において各素子組の基準素子は、同一素子組をなす周辺素子との間と、隣の別素子組をなす周辺素子との間とに、相異なる段差量を生じ得る。故に、基準素子が各隣接周辺素子との間で生じさせる回折光に関して、相異なる段差量に応じた回折ピークのずらし作用を、二次元配列全域にて発揮できる。
　しかも、並び順序が固定される配列方向の夫々において、各素子組の周辺素子は、同一素子組をなす基準素子と、隣の別素子組をなす基準素子とに、共通の段差量が生じ得る。これにより、何れの配列方向においても、両側の隣接基準素子との間で生じる回折光の回折ピークが互いにずれる周辺素子を、現出させることができる。
　以上、基準素子を中心として視た回折ピークのずらし作用と、周辺素子を中心として視た回折ピークのずらし作用とによれば、輝度ムラの抑制効果を高めることが可能となる。
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。 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。 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。 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。 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。 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ＶＩ－ＶＩ線断面図である。 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ＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 比較例のスクリーン部材を部分的に示す模式図である。 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。 比較例による回折光の強度分布を示す特性図である。 比較例による回折光の重ね合わせを示す特性図である。 一実施形態のスクリーン部材における光学素子の配列形態を示す模式図である。 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。 一実施形態による回折光の強度分布（ａ）及び回折ピークの中心（ｂ），（ｃ）について例示する特性図である。 一実施形態による回折ピークの中心を示す特性図である。 一実施形態による回折光の強度分布を示す特性図である。 一実施形態による回折光の重ね合わせを示す特性図である。 図１２の変形例を示す模式図である。 図６の変形例を示す模式図である。 図６の変形例を示す模式図である。
　以下、本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１に示すように、本開示の一実施形態による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。
　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へ到達した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、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、虚像７０が視認可能となる。
　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。
　（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。
　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。
　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夫々投射する。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。
　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、夫々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。
　各ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４は、夫々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。
　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、夫々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。
　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。
　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を夫々回転軸２７ａ，２８ａまわりに個別に回転駆動する。
　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。
　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Ｌｓ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。
　図５～７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との格子状に二次元配列してなる。そこで、以下では、水平方向ｘ及び垂直方向ｙを総称して、配列方向ｘ，ｙという。
　スクリーン部材３０は、各光学素子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。ここで走査面３１にてレーザ光が投射される投射領域Ｏの直径は、例えば各光学素子３２の素子幅のうち最小素子幅に対して、その半値以上に設定される。尚、各光学素子３２は、図６，７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。
　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。即ち、凹面鏡４２は、拡散されたレーザ光が走査面３１から導かれて投影面９１にまで至る光路を、形成している。ここで反射面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。
　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。
　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。
　（光学素子の詳細特徴）
　次に、光学素子３２の詳細な特徴を説明する。
　図５～７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、円弧凸面状等の湾曲面３３を形成している。各光学素子３２の湾曲面３３は、配列方向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。
　各配列方向ｘ，ｙにおいて隣接する光学素子３２同士は、夫々の湾曲面３３の輪郭（外縁）を互いに重ねることで、相互間に境界３５を形成している。それと共に各配列方向ｘ，ｙにおいて、隣接する光学素子３２同士の面頂点３４間距離にて表されるピークピッチｄは、全光学素子３２に共通の値（即ち、実質同一値）となっている。さらに各配列方向ｘ，ｙにおいて、各光学素子３２の湾曲面３３の曲率半径は、面頂点３４を通る縦断面上で共通の値（即ち、実質同一値）となっている。
　ここで各光学素子３２に関して、面頂点３４から境界３５（即ち、図６，７の縦断面における変曲点）に到るまでの方向ｚにおけるずれ量を、サグ量という。かかるサグ量を図６，７では、符号ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦにより示している。また、隣接する光学素子３２，３２に関して、方向ｚにおけるサグ量の差、即ち方向ｚにおいて面頂点３４，３４同士が段差状にずれることで与えられるずれ量を、段差量という。かかる段差量を図６，７では、符号δ１，δ２，δ３，δ４，δ５により示している。尚、図６，７では、理解を容易にするために、各サグ量ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦ及び各段差量δ１，δ２，δ３，δ４，δ５を、大きく誇張して示している。
　このような各光学素子３２の湾曲面３３によりレーザ光を拡散し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同士の湾曲面３３から夫々出射されたレーザ光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。
　そこで、まず図８，９に示すように、比較例に係るＨＵＤ装置について説明する。この比較例では、各光学素子１３２が何れも同一寸法設計となっている。即ち比較例では、各光学素子１３２に共通のサグ量Ｓが与えられることで、隣接する光学素子１３２同士の段差量が全て実質０に設定されている。こうした比較例によると、隣接する光学素子１３２同士の湾曲面１３３から、レーザ光が夫々出射角θ（図１０参照）にて出射されて干渉し合うことで、それらレーザ光に光路長差ΔＬが発生する。ここで光路長差ΔＬは、ｓｉｎθ≒θ［ｒａｄ］の近似の元、全光学素子１３２に共通のピークピッチｄを用いて、下記の数式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（図１０参照）、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ｄを用いた下記の数式２により表される。
ΔＬ＝ｄ・θ　…（数式１）
α＝λ／ｄ　…（数式２）
　これら数式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となるときの各配列方向ｘ，ｙの強度分布を図１０に示す。図１０に示す如く、強度分布は、出射角θの角度差αに応じている。即ち、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光の回折ピークは、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。また、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の回折バレーは、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。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。
　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を配列方向ｘ，ｙ毎に重ね合わせをしてみると、図１１に示す強度分布となる。ここで、配列方向ｘ，ｙの一方に関する図１１の強度分布では、一光学素子１３２が両側隣接素子１３２との間で夫々生じさせる回折光を二点鎖線グラフで示し、それら回折光の重ね合わせ結果を実線グラフで示している。かかる強度分布から明らかなように、回折ピークの中心が重なる出射角θ（即ち、０から±α毎）と、回折バレーの中心が重なる出射角θ（即ち、α／２からα毎及び－α／２から－α毎）とで、強度差Ｉ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Ｉに応じた輝度ムラを感じてしまう。
　次に本実施形態について、比較例との違いを詳細に説明する。図５～７，１２に示すように、本実施形態の各光学素子３２は、基準となる複数の基準素子３２Ａと、各基準素子３２Ａの周辺に複数ずつ隣接する周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとのうち、何れかに分類される。これら基準素子３２Ａ及びそれを取り囲む複数種類の周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆについては、相異なる寸法設計となっている。尚、説明の理解を容易にするために図１２では、基準素子３２Ａ及び周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの配列形態を模式的に表し、それら各素子の輪郭内に符号末尾のアルファベットのみを図示している。
　具体的に配列方向ｘ，ｙの夫々において、互いに隣接する基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｂとの対は、第一素子組Ｐ１を構成している。この対をなす素子３２Ａ，３２Ｂ間での段差量δ１を表すために、０以上の整数としてｊｐを定義し、１以上の整数としてｊｍを定義し、レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε１を定義する。これらの定義の下において段差量δ１は、下記の数式３又は数式４により表される。ここで基準素子３２Ａには、自身の面頂点３４と同一組Ｐ１の周辺素子３２Ｂとの間にて、段差量δ１に対応したサグ量ＳＡ１が与えられている。それと共に周辺素子３２Ｂには、同一組Ｐ１の基準素子３２Ａとの間にて、段差量δ１に対応したサグ量ＳＢが与えられている。
δ１＝｛（８ｊｐ＋１）／１６｝・λ＋ε１　…（数式３）
δ１＝｛（８ｊｍ－１）／１６｝・λ＋ε１　…（数式４）
　配列方向ｘ，ｙの夫々において、互いに隣接する基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｃとの対は、第二素子組Ｐ２を構成している。この対をなす素子３２Ａ，３２Ｃ間での段差量δ２を表すために、１以上の奇数としてｋを定義し、レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε２を定義する。これらの定義の下において段差量δ２は、下記の数式５により表される。ここで基準素子３２Ａには、自身の面頂点３４と同一組Ｐ２の周辺素子３２Ｃとの間にて、段差量δ２に対応したサグ量ＳＡ２が与えられている。それと共に周辺素子３２Ｃには、同一組Ｐ２の基準素子３２Ａとの間にて、段差量δ２に対応したサグ量ＳＣが与えられている。
δ２＝（ｋ／８）・λ＋ε２　…（数式５）
　配列方向ｘ，ｙの夫々において、互いに隣接する基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｄとの対は、第三素子組Ｐ３を構成している。この対をなす素子３２Ａ，３２Ｄ間での段差量δ３を表すために、０以上の整数としてｌｐを定義し、１以上の整数としてｌｍを定義し、レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε３を定義する。これらの定義の下において段差量δ３は、下記の数式６又は数式７により表される。ここで基準素子３２Ａには、自身の面頂点３４と同一組Ｐ３の周辺素子３２Ｄとの間にて、段差量δ３に対応したサグ量ＳＡ３が与えられている。それと共に周辺素子３２Ｄには、同一組Ｐ３の基準素子３２Ａとの間にて、段差量δ３に対応したサグ量ＳＤが与えられている。
δ３＝｛（８ｌｐ＋３）／１６｝・λ＋ε３　…（数式６）
δ３＝｛（８ｌｍ－３）／１６｝・λ＋ε３　…（数式７）
　配列方向ｘ，ｙの夫々において、互いに隣接する基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｅとの対は、第四素子組Ｐ４を構成している。この対をなす素子３２Ａ，３２Ｅ間での段差量δ４を表すために、１以上の奇数としてｍを定義し、レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε４を定義する。これらの定義の下において段差量δ４は、下記の数式８により表される。ここで基準素子３２Ａには、自身の面頂点３４と同一組Ｐ４の周辺素子３２Ｅとの間にて、段差量δ４に対応したサグ量ＳＡ４が与えられている。それと共に周辺素子３２Ｅには、同一組Ｐ４の基準素子３２Ａとの間にて段差量δ４に対応したサグ量ＳＥが与えられている。
δ４＝（ｍ／４）・λ＋ε４　…（数式８）
　配列方向ｘ，ｙの夫々において、互いに隣接する基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｆとの対は、第五素子組Ｐ５を構成している。この対をなす素子３２Ａ，３２Ｆ間での段差量δ５を表すために、０以上の整数としてｎを定義し、レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε５を定義する。これらの定義の下において段差量δ５は、下記の数式９により表される。ここで基準素子３２Ａには、自身の面頂点３４と同一組Ｐ５の周辺素子３２Ｆとの間にて、段差量δ５に対応したサグ量ＳＡ５が与えられている。それと共に周辺素子３２Ｆには、同一組Ｐ５の基準素子３２Ａとの間にて、段差量δ５に対応したサグ量ＳＦが与えられている。
δ５＝（ｎ／２）・λ＋ε５　…（数式９）
　ここで、ｉ＝１，２，３，４，５としたとき、素子組Ｐｉと段差量δｉとサグ量ＳＡｉ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦとの間の相関関係は、図１３に模式的に示すような関係となる。かかる相関関係下、数式３～９に従う段差量δｉが相異ならされて分類される複数種類の素子組Ｐｉは、本実施形態では、配列方向ｘ，ｙ毎に固定された順序で並んでいる。即ち、水平方向ｘにおける素子組Ｐｉの並び順序は、図５，１２の左側から右側へ向かってＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の順に固定されている。また一方、垂直方向ｙにおける素子組Ｐｉの並び順序は、図５，１２の上側から下側へ向かってＰ４，Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ２の順に固定されている。
　こうした固定の並び順序により各配列方向ｘ，ｙでは、基準素子３２Ａと何れかの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとを交互に配列させた配列形態が、現出している。それと共に、固定の並び順序により何れの配列方向ｘ，ｙにおいても、各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆが両側から基準素子３２Ａに挟まれている。尚、固定の並び順序により、基準素子３２Ａと各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの配列数は、基準素子３２Ａの五つに対して各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆが一つとなっている。
　また、本実施形態において各素子組Ｐｉの基準素子３２Ａは、図６，７の如く並び順序が隣となる別素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間でも、夫々、段差量δ１，δ２，δ３，δ４，δ５を有している。これにより各素子組Ｐｉの基準素子３２Ａは、何れの方向ｘ，ｙに隣接する周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間でも、段差量δｉが相異なっている。また一方で各素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆは、同一素子組Ｐｉの基準素子３２Ａとの間にも、並び順序が隣となる別素子組Ｐｉの基準素子３２Ａとの間にも、共通の段差量δｉを有している。こうした段差量δｉにより、基準素子３２Ａの湾曲面３３の面頂点３４におけるスクリーン部材３０の厚さは、隣接する光学素子３２全ての湾曲面３３の面頂点３４におけるスクリーン部材３０の厚さと異なっている。尚、段差量δｉについては、何れも１．２μｍ以下に設定することで、各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの素子幅を確保することが、好ましい。
　さらに、各素子組Ｐｉの基準素子３２Ａにおいて、同一素子組Ｐｉをなす周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆから自身の面頂点３４までの間のサグ量ＳＡｉは、夫々対応する段差量δｉに応じて相異なっている。同様に、各素子組Ｐｉの基準素子３２Ａにおいては、並び順序が隣となる別素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆから自身の面頂点３４までの間でも、夫々対応する段差量δｉに応じてサグ量ＳＡｉが相異なっている。本実施形態では、こうしたサグ量ＳＡｉを与えるように、基準素子３２Ａと各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間に介される境界３５を何れも、図６，７に示す如き線状に形成している。
　またさらに、各素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆにおいて、同一素子組Ｐｉをなす基準素子３２Ａから自身の面頂点３４までの間のサグ量ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦは、夫々対応する段差量δｉに応じて相異なっている。それと同様に、各素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆにおいて、並び順序が隣となる素子組Ｐｉの基準素子３２Ａから自身の面頂点３４までの間でも、夫々対応する段差量δｉに応じてサグ量ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦが相異なっている。本実施形態では、こうしたサグ量ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦが生じるように、基準素子３２Ａとの間における各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆのピークピッチｄを、上述の如く共通化している。
　本実施形態において、隣接する光学素子３２同士の湾曲面３３から、レーザ光が夫々出射角θ（図１４参照）にて出射されて干渉し合うことで、それらレーザ光に光路長差ΔＬが発生する。ここで光路長差ΔＬは、ｓｉｎθ≒θ［ｒａｄ］の近似の元、段差量δｉの何れよりも十分大きなピークピッチｄを用いて、下記の数式１０又は数式１１により表される。具体的に数式１０は、配列方向ｘ，ｙ毎に、各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとその片側（例えば図６，７の右側）の隣接基準素子３２Ａとの間に、成立する。また一方で数式１１は、配列方向ｘ，ｙ毎に、各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとその逆側（例えば図６，７の左側）の隣接基準素子３２Ａとの間に、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（図１４参照）、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、比較例の場合と同様、ピークピッチｄを用いた下記の数式１２により表される。
ΔＬ＝ｄ・θ－２・δｉ　…（数式１０）
ΔＬ＝ｄ・θ＋２・δｉ　…（数式１１）
α＝λ／ｄ　…（数式１２）
　尚、複数色のレーザ光をレーザスキャナ１０より投射する本実施形態では、数式３～９，１２を構成する波長λは、少なくとも一色のレーザ光について設定される。例えば一色のレーザ光にについて設定する場合には、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とすることが好ましい。また、二色以上のレーザ光について設定する場合には、それら二色以上の各ピーク波長λ毎に数式３～９を成立させることが好ましい。
　上述の数式１０，１１，１２に基いて、本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となるときの各配列方向ｘ，ｙの強度分布は、図１４の如く出射角θの角度差αに応じている。即ち、数式１０，１２に従って各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆが片側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折ピークは、０に対して２・δｉ・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。また、数式１１，１２に従って各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆが逆側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折ピークは、０に対して－２・δｉ・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。尚、図１４は、δ２＝λ／８と設定したことで、回折ピークがθ０＝α／４及び－θ０＝－α／４の各々から±α毎に生じている例として、分図（ａ）により強度分布且つ分図（ｂ），（ｃ）により回折ピークの中心を示している。また、図１４（ａ）の実線グラフに付されたポイントａ～ｇは、図１３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、夫々対応している。
　このような原理から、配列方向ｘ，ｙの夫々において周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄについては、両側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折ピークが、当該両側にて共通となる段差量δｉに応じて図１５（ａ）～（ｃ）の如くずれる。また、配列方向ｘ，ｙの夫々において周辺素子３２Ｅ，３２Ｆについては、数式８，９のε４，ε５が０以外の場合、両側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折ピークが、当該両側にて共通となる段差量δｉに応じて図１５（ｄ），（ｅ）の如くずれる。この結果、例えば図１４，１５（ｂ）の如く、周辺素子３２Ｃがその片側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折ピークは、同周辺素子３２Ｃがその逆側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じさせる回折バレーに、重畳する。
　さてここまでは、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆを中心として、基準素子３２Ａとの間に発生する回折光の回折ピークを、視てきた。次に、基準素子３２Ａを中心として、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間に発生する回折光の回折ピークを、視てみる。図１５，１６に示すように、基準素子３２Ａが隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で生じさせる回折ピークは、相異なる段差量δｉに応じたλ／１６±εずつ、強度分布において互いにずれる。ここで±εは、λ／１６からの偏差として、基準素子３２Ａの隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ毎に、対応する数式３～９のε１，ε２，ε３，ε４，ε５に応じて決まる。尚、図１６及び後述の図１７では、説明の理解を容易にするために、ε１，ε２，ε３，ε４，ε５が全て０となる場合、即ち±εが全て０となる場合を示している。
　この結果、例えば図１５，１６の如く、基準素子３２Ａがその一隣接周辺素子３２Ｃとの間で生じさせる回折ピークは、同基準素子３２Ａがその他の隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で生じさせる回折バレーに、重畳する。尚、図１５に付されたａ～ｅは、図１６に付されたａ～ｅに、夫々対応している。また、図１５，１６及び後述の図１７では、δ１に関して数式３の場合のみ且つδ３に関して数式６の場合のみを示しているが、δ１に関して数式４の場合でも、δ３に関して数式７の場合でも、同様の結果が得られる。
　以上より、基準素子３２Ａが隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で生じさせる回折光を配列方向ｘ，ｙ毎に図１５（ｆ）の如く重ね合わせをしてみると、図１７に示す強度分布となる。ここで、配列方向ｘ，ｙの一方に関する図１７の強度分布では、基準素子３２Ａが隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で夫々生じさせる回折光を二点鎖線グラフで示し、それら回折光の重ね合わせ結果を実線グラフで示している。かかる強度分布から明らかなように、各回折ピーク中心の出射角θと、それら中心間の出射角θとで、強度差Ｉが可及的に小さくなる。故に、回折光を虚像７０として視認する視認者は、そうした小さな強度差Ｉに応じて輝度ムラを感じ難くなる。
　（作用効果）
　以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。
　本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からレーザ光を夫々出射させるので、出射光の干渉により生じる回折光の強度分布は、出射角θに応じた複数次数の回折ピークが生ずる。但し、隣接する光学素子３２同士の間では、それら素子３２の夫々にて湾曲面３３の面頂点３４同士を段差状にずらしてなる段差量δｉが相異なることにより、当該段差量δｉに応じた出射角θを中心として回折光の回折ピークが生じることになる。
　そこで、本実施形態によると、基準の光学素子３２とした各基準素子３２Ａは、その周辺隣接の光学素子３２である周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの夫々との間にて、相異なる段差量δｉを有している。これにより、基準素子３２Ａが各隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で生じさせる回折光の回折ピークを、相異なる段差量δｉに応じてずらすことができる。これにより、回折光を虚像として視認する視認者が感じることになる輝度ムラを、抑制可能である。
　また、本実施形態にて基準素子３２Ａと周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとが交互に二次元配列される各方向ｘ，ｙでは、互いに隣接する基準素子３２Ａと何れかの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの対を、各素子組Ｐｉとする。ここで、対をなす基準素子３２Ａ及び周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ間での段差量δｉを相異ならせた複数種類の素子組Ｐｉについては、配列方向ｘ，ｙ毎に並び順序が固定される。これにより、配列方向ｘ，ｙの夫々において各素子組Ｐｉの基準素子３２Ａは、同一素子組Ｐｉをなす何れかの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間と、隣の別素子組Ｐｉをなす何れかの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間とに、相異なる段差量δｉが生じ得る。故に、基準素子３２Ａが各隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとの間で生じさせる回折光に関して、相異なる段差量δｉに応じた回折ピークのずらし作用を、二次元配列全域にて発揮できる。
　しかも、並び順序が固定される配列方向ｘ，ｙの夫々にて、各素子組Ｐｉの周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆは、同一素子組Ｐｉをなす基準素子３２Ａとの間と、隣の別素子組Ｐｉをなす基準素子３２Ａと間とに、共通の段差量δｉが生じ得る。これにより、何れの方向ｘ，ｙにおいても、両側の隣接基準素子３２Ａとの間で生じる回折光の回折ピークが互いにずれる周辺素子として、少なくとも素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを現出させることができる。
　以上、基準素子３２Ａを中心として視た回折ピークのずらし作用と、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを中心として視た回折ピークのずらし作用とによれば、輝度ムラの抑制効果を高めることが可能となる。
　さらに、本実施形態での第一～第五素子組Ｐｉの夫々によると、基準素子３２Ａ及び周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの間で生じる回折光の回折ピークは、λ／１６±εずつずれる。その結果、配列方向ｘ，ｙ毎に回折光を重ね合わせた強度分布では、λ／１６±εのずれが生じる各回折ピーク中心の出射角θと、それら中心間の出射角θとで、強度差Ｉが可及的に小さくなる。したがって、回折光の強度差Ｉに起因して視認者が感じる輝度ムラにつき、その抑制効果を高めることが可能となる。
　またさらに、本実施形態によると、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、即ち視感度の高いレーザ光のピーク波長を数式３～９，１２のλとした場合、当該波長についての回折ピークをずらすことができる。この場合、視認者の感じ易い色での輝度ムラを、抑制可能となる。また、本実施形態によると、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、即ち回折角の大きなレーザ光のピーク波長を数式３～９，１２のλとした場合、当該波長について回折ピークをずらすことができる。この場合、大きな回折角ほど目立ち易くなる色での輝度ムラを、抑制可能となる。
　加えて、本実施形態の各基準素子３２Ａによると、隣接周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの夫々との間には、段差量δｉに応じた相異なるサグ量ＳＡｉが生じるように、線状の境界３５が介される。これによれば、境界３５でのレーザ光回折に起因する入射光ロスやゴースト重畳の発生を、線状の境界３５により抑制しつつ、視認者の感じる輝度ムラも、相異なる段差量δｉにより抑制可能となる。
　また加えて本実施形態では、各基準素子３２Ａに隣接する周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆの夫々には、隣接基準素子３２Ａとの間で共通となるピークピッチｄと、相異なるサグ量ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦとを有している。これにより、段差量δｉに応じて相異なるサグ量ＳＡｉが、線状境界３５を介して各基準素子３２Ａに確実に生じ得る。その結果、段差量δｉを相異ならせる構造を、ピークピッチｄの共通化により簡素にしつつ、視認者の感じる輝度ムラも、当該相異の段差量δｉにより抑制可能となる。
　（他の実施形態）
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
　具体的に変形例１としては、図１８に示すように、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆのうち何れか（図１８の例では、周辺素子３２Ｆ）を、スクリーン部材３０に形成しなくてもよい。この場合、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆのうちスクリーン部材３０に形成される素子と、基準素子３２Ａとの間の段差量δｉは、数式３～９のうち夫々対応する数式に従っていてもよいし、従っていなくてもよい。但し、この場合でも、各基準素子３２Ａと、その隣接周辺素子の夫々との間にて、段差量を相異ならせることが必要となる。
　変形例２としては、図示はしないが、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆに追加して、別の周辺素子もスクリーン部材３０に形成してもよい。この場合、周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆと基準素子３２Ａとの間の段差量δｉについては、数式３～９に従っていてもよいし、従っていなくてもよい。但し、この場合でも、各基準素子３２Ａと、素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ及び追加素子を含む隣接周辺素子の夫々との間にて、段差量を相異ならせることが必要となる。
　変形例３としては、図１８に示すように素子組の並び順序を、各配列方向ｘ，ｙ毎に固定する代わりに、各配列方向ｘ，ｙに沿う列毎に変化させてもよい。例えば図１８では、第一素子組Ｐ１及び第三素子組Ｐ３の交互に並ぶ列と、第二素子組Ｐ２及び第四素子組Ｐ４の交互に並ぶ列とが、各配列方向ｘ，ｙに沿って形成されている。
　変形例４としては、凸状に湾曲する凸条湾曲形態の湾曲面３３に代えて、図１９に示すような円弧凹面状等、凹状に湾曲する凹状湾曲形態の湾曲面１０３３を、光学素子１０３２の表面に形成してもよい。この場合、各光学素子１０３２表面において湾曲面１０３３を、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とは反対側へ凹陥させ、最凹陥点を面頂点１０３４とする。尚、図１９に示すように変形例４では、これら以外の構成として、先述の実施形態と同様の構成が採用される。
　変形例５としては、走査面３１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３３，１０３３を、マイクロレンズとしての光学素子３２，１０３２の表面に形成してもよい。また、変形例６としては、図２０に示すように、基準素子３２Ａと各周辺素子３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆとを、段差面状の境界３５を介して隣接させてもよい。この場合、基準素子３２Ａに対する周辺素子同士のサグ量については、相異ならせてもよいし、共通としてもよい。
　変形例７としては、同一の光学素子３２，１０３２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を設定してもよい。さらに、変形例８としては、隣接する光学素子３２，１０３２同士にて、相異なる曲率半径を設定してもよい。
　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。また、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、変形例１１としては、車両１以外の船舶又は飛行機等の各種移動体（輸送機器）に、本開示を適用してもよい。

Claims (8)

  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（３２，１０３２）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（３３，１０３３）を、表面に形成し、当該湾曲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、
    　各前記光学素子は、基準となる複数の基準素子（３２Ａ）と、各前記基準素子の周辺に複数ずつ隣接する周辺素子（３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ）とを有し、
    　各前記基準素子と、隣接する前記周辺素子の夫々とは、前記湾曲面の面頂点（３４，１０３４）同士が段差状にずれており、
    　各前記基準素子と、隣接する前記周辺素子の夫々との間における段差量（δｉ，δ１，δ２，δ３，δ４，δ５）は、相異なっているヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記基準素子と前記周辺素子とが交互に二次元配列される各配列方向（ｘ，ｙ）において、互いに隣接する前記基準素子と前記周辺素子との対からなる素子組を備え、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子間での前記段差量が相異なる複数種類の前記素子組（Ｐｉ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５）は、前記配列方向毎に並び順序が固定される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　各前記光学素子は、前記湾曲面での反射により前記レーザ光を拡散して出射し、
    　０以上の整数としてｊｐ，ｌｐ，ｎを定義し、１以上の整数としてｊｍ，ｌｍを定義し、１以上の奇数としてｋ，ｍを定義し、前記レーザ光の波長をλと定義し、－λ／３２よりも大きく且つλ／３２よりも小さい条件を満たす数値としてε１，ε２，ε３，ε４，ε５を定義したとき、各前記素子組は、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子（３２Ｂ）間での前記段差量（δ１）が数式｛（８ｊｐ＋１）／１６｝・λ＋ε１、又は数式｛（８ｊｍ－１）／１６｝・λ＋ε１にて表される第一素子組（Ｐ１）と、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子（３２Ｃ）間での前記段差量（δ２）が数式（ｋ／８）・λ＋ε２にて表される第二素子組（Ｐ２）と、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子（３２Ｄ）間での前記段差量（δ３）が数式｛（８ｌｐ＋３）／１６｝・λ＋ε３、又は数式｛（８ｌｍ－３）／１６｝・λ＋ε３にて表される第三素子組（Ｐ３）と、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子（３２Ｅ）間での前記段差量（δ４）が数式（ｍ／４）・λ＋ε４にて表される第四素子組（Ｐ４）と、
    　対をなす前記基準素子及び前記周辺素子（３２Ｆ）間での前記段差量（δ５）が数式（ｎ／２）・λ＋ε５にて表される第五素子組（Ｐ５）とを備える請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　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とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　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とする請求項３又は４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　各前記基準素子において、線状の境界を介して隣接する前記周辺素子の夫々と前記面頂点との間には、前記段差量に応じて相異なるサグ量（ＳＡｉ，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５）を有する請求項１～５の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　各前記基準素子は、隣接する前記周辺素子の夫々との間に、共通のピークピッチ（ｄ）を有し、それら隣接する前記周辺素子同士には、相異なるサグ量（ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦ）を有する請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　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、
    　前記投射器が投射する前記レーザ光を拡散して前記投影面に至る光路に導くスクリーン部材（３０）とを、備え、
    　前記スクリーン部材は、格子状に配列された複数の光学素子からなり、
    　前記複数の光学素子は、それぞれ湾曲面（３３，１０３３）を有し、
    　前記複数の光学素子は、前記湾曲面の面頂点（３４，１０３４）における前記スクリーン部材の厚さが、隣接する光学素子全ての前記湾曲面の面頂点における前記スクリーン部材の厚さと異なる基準素子（３２Ａ）と、前記基準素子を取り囲む複数種類の周辺素子（３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ）とを含むヘッドアップディスプレイ装置。
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