JP6907488B2 - 光源装置、画像表示装置及び物体装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、画像表示装置及び物体装置に関する。

近年、光を検出する技術の開発が盛んに行われている。

例えば、特許文献１には、検出素子（光検出器）の手前に筒状素子を配置し、該筒状素子に入射された光の一部のみを検出素子に集光させることにより検出精度の低下を抑制する光センサが開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている光センサを、光源からの光の分岐光を検出する光検出器として用いると、高コスト化を招いてしまう。

本発明は、複数の光源と、前記複数の光源からの光が入射され、入射光を透過光と反射光に分岐する分岐面を有する光学素子と、前記反射光を受光する光検出器と、を備え、前記入射光の前記分岐面に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなるように前記複数の光源と前記光学素子が配置されており、前記分岐面は、前記光学素子の出射端であり、前記光学素子は、前記分岐面を一面とする、ガラス又は樹脂から成る光学部材と、前記複数の光源と前記分岐面との間の複数の光の光路上に配置され、該複数の光を合成する合成手段と、を含み、前記合成手段の少なくとも一部と前記光学部材は一体的に設けられていることを特徴とする光源装置である。

本発明によれば、高コスト化を抑制しつつ検出精度の低下を抑制できる。

一実施形態のＨＵＤ装置の概略構成を示す図である。 ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。 ＨＵＤ装置の機能ブロック図である。 ＨＵＤ装置の光偏向器について説明するための図である。 ２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。 マイクロレンズアレイについて説明するための図（その１）である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれマイクロレンズアレイについて説明するための図（その２及びその３）である。 図１の光源装置を説明するための図である。 比較例において、光路分岐素子への入射光を画像光とモニタ光に分岐する構成を示す図である。 入射光の波長変化に対する多層構成の光学薄膜の反射率変化（分光特性）を表す図である。 一実施形態において、光路分岐素子への入射光を画像光とモニタ光に分岐する構成を示す図である。 一実施形態において、入射角変化に対するＰ偏光及びＳ偏光の反射率変化を表す図である。 一実施形態における光路分岐面での反射率（％）を示す表である。 変形例において、光路分岐素子への入射光を画像光とモニタ光に分岐する構成を示す図である。 変形例において、入射角変化に対するＰ偏光及びＳ偏光の反射率変化を表す図である。 変形例における光路分岐面での反射率（％）を示す表である。

以下に、一実施形態の画像表示装置としてのＨＵＤ装置１００について図面を参照して説明する。なお、「ＨＵＤ」は「ヘッドアップディスプレイ」の略称である。

図１には、本実施形態のＨＵＤ装置１００の全体構成が概略的に示されている。

《ＨＵＤ装置の全体構成》
ところで、ヘッドアップディスプレイの投射方式は、画像形成素子としての液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）、蛍光表示管（ＶＦＤ）のようなイメージングデバイスで中間像を形成する「パネル方式」と、レーザ光源から出射されたレーザビームを画像形成素子としての２次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光／非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。

そこで、ＨＵＤ装置１００では「レーザ走査方式」を採用している。無論、投射方式として上記「パネル方式」を用いることもできる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、車両、航空機、船舶、産業用ロボット等の移動体に搭載され、該移動体のフロントウインドシールド５０（図１参照）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば移動体の速度、進行方向、目的地までの距離、現在地名称、移動体前方における物体の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報などの情報）を視認可能にする。この場合、フロントウインドシールド５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下では、ＨＵＤ装置がフロントウインドシールド５０を備える車両（例えば自動車）に搭載される例を、主に説明する。

ＨＵＤ装置１００は、図１に示されるように、光源装置１１、光偏向器１５及び走査ミラー２０（例えば凹面鏡）を含む光走査手段１０と、スクリーン３０と、凹面ミラー４０とを備え、フロントウインドシールド５０に対して画像を形成する光を照射することにより、視認者Ａ（ここでは自動車の乗員である運転者）の視点位置から虚像Ｉを視認可能にする。つまり、視認者Ａは、光走査手段１０によりスクリーンに形成（描画）される画像（中間像）を、フロントウインドシールド５０を介して虚像Ｉとして視認することができる。

ＨＵＤ装置１００は、一例として、自動車のダッシュボードの下方に配置されており、視認者Ａの視点位置からフロントウインドシールド５０までの距離は、数十ｃｍから精々１ｍ程度である。

ここでは、凹面ミラー４０は、虚像Ｉの結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。

ＨＵＤ装置１００では、虚像Ｉが視認者Ａの視点位置から１ｍ以上かつ１０ｍ以下（好ましくは６ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、凹面ミラー４０の集光パワーが設定されている。

なお、通常、フロントウインドシールドは、平面でなく、僅かに湾曲している。このため、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０の曲面により、虚像Ｉの結像位置が決定される。

光源装置１１では、画像データに応じて変調されたＲ,Ｇ,Ｂの３色のレーザ光が合成される。３色のレーザ光が合成された合成光の一部は、光偏向器１５の反射面に導かれる。光偏向器１５は、半導体製造プロセス等で作製されたＭＥＭＳスキャナであり、直交する２軸周りに独立に揺動可能な単一の微小ミラーを含む。なお、光偏向器１５は、１軸周りに揺動可能な微小ミラーを含むＭＥＭＳスキャナを２つ組み合わせたものであっても良い。また、スキャナとして、ＭＥＭＳスキャナに限らず、例えばガルバノスキャナやポリゴンスキャナを用いても良い。光源装置１１、光偏向器１５の詳細は、後述する。

光源装置１１からの画像データに応じた光（上記合成光の一部）は、光偏向器１５で偏向され、走査ミラー２０で広がりを抑制されつつ折り返されてスクリーン３０に照射される。そこで、スクリーン３０が光走査され該スクリーン３０上に中間像が形成される。なお、凹面ミラー４０は、フロントウインドシールド５０の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計、配置されることが好ましい。

スクリーン３０を介した光は、凹面ミラー４０でフロントウインドシールド５０に向けて反射される。フロントウインドシールド５０への入射光束の一部はフロントウインドシールド５０を透過し、残部の少なくとも一部は視認者Ａの視点位置に向けて反射される。この結果、視認者Ａはフロントウインドシールド５０を介して中間像の拡大された虚像Ｉを視認可能となる、すなわち、視認者から見て虚像Ｉがフロントウインドシールド５０越しに拡大表示される。

なお、フロントウインドシールド５０よりも視認者Ａの視点位置側に透過反射部材としてコンバイナを配置し、該コンバイナに凹面ミラー４０からの光を照射するようにしても、フロントウインドシールド５０のみの場合と同様に虚像表示を行うことができる。

《ＨＵＤ装置の制御系のハードウェア構成》
図２には、ＨＵＤ装置１００の制御系のハードウェア構成を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００の制御系は、図２に示されるように、ＦＰＧＡ６００、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、Ｉ／Ｆ６０８、バスライン６１０、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラ６１５を備えている。

ＦＰＧＡ６００は、画像データ及び後述する光検出器１２０の出力信号に応じてＬＤドライバ６１１１を介して後述するＬＤを動作させ、ＭＥＭＳコントローラ６１５を介して光偏向器１５を動作させる。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ装置１００の各機能を制御する。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２がＨＵＤ装置の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶している。ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば、自動車のCAN（Controller Area Network）等に接続される。

《ＨＵＤ装置の機能ブロック》
図３には、ＨＵＤ装置１００の機能を示すブロック図が示されている。ＨＵＤ装置１００は、図３に示されるように、車両情報入力部８００、外部情報入力部８０２、画像データ生成部８０４及び画像描画部８０６を備えている。車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離、対象物までの距離、外界の明るさ等の情報）が入力される。外部情報入力部８０２には、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報等）が入力される。画像データ生成部８０４は、車両情報入力部８００及び外部情報入力部８０２から入力される情報に基づいて、描画すべき画像の画像データを生成し、ＦＰＧＡ６００に送る。画像描画部８０６は、制御部８０６０を備え、該制御部８０６０は、ＦＰＧＡ６００に画像描画を開始もしくは終了させるための制御信号を送信する。

《光偏向器の構成》
図４には、光偏向器１５の構成が示されている。光偏向器１５は、半導体プロセスにて製造されたＭＥＭＳスキャナであり、図４に示されるように、反射面を有するミラー１５０と、Ｘ軸方向に並ぶ複数の梁を含み、隣り合う２つの梁が折り返し部を介して蛇行するように接続された一対の蛇行部１５２とを有する。各蛇行部１５２の隣り合う２つの梁は、梁Ａ（１５２ａ）、梁Ｂ（１５２ｂ）とされ、枠部材１５４に支持されている。複数の梁には、複数の圧電部材１５６（例えばＰＺＴ）が個別に設けられている。各蛇行部の隣り合う２つの梁の圧電部材に異なる電圧を印加することで、該蛇行部の隣り合う２つの梁が異なる方向に撓み、それが蓄積されて、ミラー１５０がＸ軸周り（＝垂直方向）に大きな角度で回転することになる。このような構成により、Ｘ軸を中心とした垂直方向の光走査が、低電圧で可能となる。一方、Ｙ軸を中心とした水平方向では、ミラー１５０に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査が行われる。

以上のように構成される光偏向器１５によって、スクリーン３０の画像描画領域に対してレーザビームが２次元的に走査（例えばラスタースキャン）されるとともに（図５参照）、レーザビームの走査位置に応じてＬＤの発光制御を行うことで画素毎の描画、虚像の表示を行うことができる。なお、図５において、Ｐｓは、走査線ピッチである。

ＨＵＤ装置１００からは、瞬間的にはレーザビーム径に相当する点像しか投射されないが、非常に高速に走査させるため、一フレーム画像内では十分に人間の目に残像が残っている。この残像現象を利用することで、運転者には、あたかも「表示エリア」に像を投射させているように知覚される。実際には、スクリーン３０に映った像が、凹面ミラー４０とフロントウインドシールド５０によって反射されて運転者に「表示エリア」において虚像として知覚される。このような仕組みであるので、像を表示させない場合は、ＬＤの発光を停止すれば良い。つまり、「表示エリア」において虚像が表示される箇所以外の箇所の輝度を実質０にすることが可能となる。

すなわち、ＨＵＤ装置１００による虚像の結像位置は、該虚像を結像可能な所定の「表示エリア」内の任意の位置となる。この「表示エリア」は、ＨＵＤ装置の設計時の仕様で決まる。

このように、「レーザ走査方式」を採用したことにより、表示したい部分以外では、表示の必要がないためＬＤを消灯したり、光量を低下させたりするなどの措置を取ることができる。

これに対して、例えば液晶パネル及びＤＭＤパネルのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」では、パネル全体を照明する必要があるため、画像信号としては非表示とするために黒表示であったとしても、液晶パネルやＤＭＤパネルの特性上、完全には０にし難いため、黒部が浮き上がって見えることがあったが、レーザ走査方式ではその黒浮きを無くすことが可能となる。

《スクリーンの構成》
スクリーン３０は、図６に示されるように、マイクロレンズ３００が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有し、光源装置１１からのレーザ光を所望の発散角で発散させる（図７（ａ）参照）。

マイクロレンズ３００は、幅が２００ｕｍ程度の六角形の外形を有している。マイクロレンズ３００は、外形が六角形であることにより、最密に配列することができる。なお、マイクロレンズ３００の外形として、六角形に限らず、四角形や三角形を採用することもできる。また、本実施形態においては、レンズが規則正しく並んだ構造の例を示しているが、これに限らず、各レンズ中心を互いに偏心させ不規則な配列とした偏心配列とすることもできる。偏心配列を採用した場合は、各レンズは互いに異なる形状となる。

より詳細には、スクリーン３０は、図７に示されるように、マイクロレンズ３００が２次元配置された光学板３０１からなる。光学板３０１上を入射光束３０２が走査するとき、光束はマイクロレンズ３００により発散され、発散光３０３となる。マイクロレンズ３００の構造により、入射光束を所望の発散角３０４で発散させることが可能とある。通常、マイクロレンズの周期３０５は、入射光束の径３０６よりも大きくなるように設計され、これによりレンズ間での干渉が起きず、スペックルは生じない。

図７（ｂ）は、入射光束の径３１１が、マイクロレンズアレイ周期３１２の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光束３１１は二つのレンズ３１３、３１４に同時入射し、それぞれ発散光束３１５、３１６を生じる。このとき、領域３１７においては、２つの発散光束が同時に存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光束が観察者の目に入ると、スペックルとして視認される。
以上を考慮し、スペックルを低減するため、マイクロレンズアレイのレンズ配列周期３０６は入射光束の径３０７よりも大きく設計される。
なお、図７は凸面レンズの形態で記述しているが、凹面においても同様の効果があるものとする。

《光源装置》
以下に、光源装置１１について詳細に説明する。図８には、光源装置１１の構成が概略的に示されている。以下では、図８等に示されるαβγ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

光源装置１１は、図８に示されるように、単数あるいは複数の発光点を有する複数（例えば３つ）の発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ、複数（例えば３つ）のカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ、複数（例えば３つ）のアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、光路折り返し素子１１４（例えば反射ミラー）、例えば２つの光路合成素子１１５、１１６、光路分岐素子１１８、集光レンズ１１９、光検出器１２０などを備えている。光源装置１１の上記各構成部材は、不図示の支持体に対して位置決め固定されている。

３つの発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂは、例えばＬＤ（レーザダイオード）であり、互いに異なる波長λＲ、λＧ、λＢの光束を出射する。例えばλＲ＝６４０ｎｍ、λＧ＝５３０ｎｍ、λＢ＝４４５ｎｍである。ここでは、３つの発光素子１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂはβ軸方向に並び、各発光素子の出射方向は＋α方向である。各発光素子は、ＦＰＧＡ６００によりＬＤドライバ６１１１を介して画像データに応じて変調駆動される。以下では、発光素子１１１Ｒ、発光素子１１１Ｂ、発光素子１１１Ｇを、それぞれＬＤ１１１Ｒ、ＬＤ１１１Ｂ、ＬＤ１１１Ｇとも表記する。また、波長λＲ、λＧ、λＢの光束を、それぞれ光束λＲ、光束λＧ、光束λＢとも表記する。

ＬＤ１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから出射された波長λＲ、λＧ、λＢの光束は、対応するカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂにより後続の光学系にカップリングされる。

カップリングされた光束は、対応するアパーチャ部材１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂにより整形される。各アパーチャ部材の開口形状は、光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等、様々な形状とすることができる。

アパーチャ部材１１３Ｂを介した波長λＢの光束は、光路折り返し素子１１４で−β方向に反射される。

光路折り返し素子１１４を介した波長λＢの光束とアパーチャ部材１１３Ｇを介した波長λＧの光束は、光路合成素子１１５（例えばダイクロイックミラー）で光路合成される。詳述すると、光路折り返し素子１１４を介した波長λＢの光束は光路合成素子１１５の中心を−β方向に透過し、アパーチャ部材１１３Ｇを介した波長λＧの光束は光路合成素子１１５の中心で−β方向に反射される。

そして、波長λＢ、λＧの光束が合成された合成光束λＧＢと、アパーチャ部材１１３Ｒを介した波長λＲの光束とが光路合成素子１１６（例えばダイクロイックミラー）で光路合成される。なお、ここでは、２つの光路合成素子１１５、１１６は、別体とされているが、一体的に設けられても良い。

詳述すると、合成光束λＧＢは、光路合成素子１１６の中心を−β方向に透過する。アパーチャ部材１１３Ｒを介した波長λＲの光束は、光路合成素子１１５の中心で−β方向に反射される。

すなわち、光路合成素子１１６から、合成光束λＧＢと光束λＲが合成された合成光束λＲＧＢが−β方向に出射される。

光路合成素子１１６からの合成光束λＲＧＢは、光路分岐素子１１８に入射する。その入射光は一部（合成光束λＲＧＢ１）が光路分岐素子１１８を−β方向に透過し、他の一部すなわち残部の少なくとも一部（合成光束λＲＧＢ２）が光路分岐素子１１８で＋α方向に反射される。すなわち、合成光束λＲＧＢは、光路分岐素子１１８で合成光束λＲＧＢ１と合成光束λＲＧＢ２に分岐される。

合成光束λＲＧＢ１は、集光レンズ１１７を介して光偏向器１５に照射され、スクリーン３０上での画像描画、ひいては虚像表示に用いられる。すなわち、合成光束λＲＧＢ１は、画像光として用いられる。

合成光束λＲＧＢ２は、集光レンズ１１９を介して光検出器１２０に照射され、虚像の色や明るさを調整するためのモニタ光として利用される。

詳述すると、光検出器１２０は、受光した合成光束λＲＧＢ２の光量に応じた信号を、ＦＰＧＡ６００に出力する。ＦＰＧＡ６００は、光検出器１２０の出力信号に基づいて、合成光束λＲＢＧ１の光量が所望の光量になり、かつ合成光束λＲＧＢ１のＲ、Ｇ、Ｂの光量の比が表示すべき色に応じた比となるように各発光素子の発光パワー（光出力）を設定し、その設定値をＬＤドライバ６１１１に送る。ＬＤドライバ６１１１は、発光素子毎に設定された発光パワーの設定値に応じた駆動電流を該発光素子に印加する。また、ＦＰＧＡ６００は、例えば画像描画領域の周辺領域を走査するときに、各発光素子を順次発光させ、発光素子毎の光検出器１２０の出力信号に基づいて該発光素子の発光パワーを制御しても良い。

光検出器１２０としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、フォトトランジスタ等を用いることができる。

なお、光路分岐素子１１８は、光路合成素子１１６とスクリーン３０との間の合成光束λＲＧＢの光路上に配置されれば良い。

また、集光レンズ１１９は、設置されなくても良い。また、集光レンズ１１９に代えて、光を発散する素子を設置しても良い。

また、光検出器は光源の数に応じて複数設置されても良く、この場合には、後段回路でのゲイン切り替えなど、回路の簡便化を図ることができる。光検出器を複数設置する場合の設置箇所としては、光路分岐素子１１８で反射された光の光路上の他、例えば光路折り返し素子１１４と光路合成素子１１５との間の光路上や、光路合成素子１１５、１１６間の光路上が挙げられる。

ここで、各発光素子から光路合成素子１１６までの光路長は互いに異なる。具体的には、発光素子１１１Ｂから光路合成素子１１６までの光路長が最長であり、発光素子１１１Ｒから光路合成素子１１６までの光路長が最短である。これは、虚像で白を構成する際、ＲＧＢの合成比率は約２．５：１：０．５であり、赤の光量が多く必要であり、逆に青の光量は小さくてよいことに由来しており、発光素子による光利用効率の低下を抑制するためである。

図９には、比較例において、偏光光源であるＬＤ（レーザダイオード）からの光を板状の光路分岐素子１１８´によって画像光（透過光）とモニタ光（反射光）に分岐する構成が示されている。

比較例では、ＬＤの偏光方向はγ軸方向であり、該ＬＤの出射光は電場がγ軸方向に振動する直線偏光である。すなわち、ＬＤは、出射光の偏光方向がγ軸方向に一致するように配置されている。光路分岐素子１１８´は、αβ平面に垂直に、かつＬＤからの光（入射光）の入射角が４５°になるように配置されている。

ここで、仮に光路分岐素子１１８´が光学ガラス板１１８ａ（光学ガラス製の板状部材、屈折率１．５）である場合、ＬＤから出射され該光学ガラス板１１８ａに入射する直線偏光（入射光）は、その電場の振動方向（γ軸方向）が入射面（αβ平面）に垂直であり光学ガラス板１１８ａに対してＳ偏光入射するため、その反射率が略１０％になってしまう（図１２の破線Ｒｓ（入射角変化に対するＳ偏光の反射率変化を示す線）参照）。

このため、光学ガラス板１１８ａを透過する光（画像光）は、入射光の略９０％に留まってしまう。

ここで、画像光は車両の運転環境の変化に応じて高い輝度を実現することが求められる。また、光検出器１２０での受光量が大きいと光検出器１２０が高温になり、その検出結果においてノイズや誤差が発生したり、光検出器１２０の劣化が早まること等により、検出精度が低下する。

このため、画像光（透過光）の光量を極力大きくすること、すなわちモニタ光（反射光）の光量を極力小さくすることが望まれる。

そこで、比較例では、光路分岐素子１１８´として、光学ガラス板１１８ａの入射側の面（表面）に多層構成の光学薄膜１１８Ａを成膜したものを用いて、反射率を略１０％程度に抑えている。

さらに、比較例では、光学ガラス板１１８ａの出射側の面（裏面）に裏面反射を防止するための光学薄膜１１８Ｂ（反射防止膜）を成膜している。なお、「反射防止」とは、光学ガラス板に光学薄膜が成膜されている場合に、成膜されていない場合に比べ、反射率が低減されることをいう。

光学ガラス板の裏面に光学薄膜を成膜する理由は２つある。１つ目は、光学ガラス板の裏面に光学薄膜を成膜しない場合には、光学ガラス板の裏面で反射され光検出器１２０に入射する光が多くなり、該光の進行方向のズレなどによるモニタ光量（モニタ光の光量）の変化が大きくなるからである。２つ目は、透過光（画像光）を多くして画像の輝度を向上させることができ、かつ反射光（モニタ光）を少なくして光検出器１２０が高温になるのを抑制できるからである。

以上説明したように、光路分岐素子１１８´が入射端に光学薄膜１１８Ａを有することにより、画像光を入射光の９０％以上にすること（モニタ光を入射光の１０％以下にすること）が可能である。

しかしながら、実際には、ＬＤは発光による自己発熱を起こし、発振波長のシフトが起こる。また、光学薄膜１１８Ａは、図１０に示されるように、入射光の波長変化により反射率が急峻に変化する分光特性（透過反射特性）を有している。

すなわち、光学薄膜１１８Ａは、図１０の分光特性により、ＬＤの発振波長の変化に応じて反射率が所望のパーセンテージから大きく変化する。この反射率の変化は、モニタ光と画像光で独立して起こり、さらに光学薄膜１１８Ａの製造ばらつきが影響するため、制御が困難である。

図１１には、本実施形態の光源装置１１（図８参照）において、偏光光源である３つのＬＤ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒからの光束λＢ、λＧ、λＲが合成された合成光束λＲＧＢを板状の光路分岐素子１１８によって画像光（透過光）とモニタ光（反射光）に分岐する構成が示されている。

光源装置１１では、出射方向を＋α方向とする各ＬＤは、偏光方向がβ軸方向であり、該ＬＤの出射光は電場がβ軸方向に振動する直線偏光である。すなわち、各ＬＤは、出射光における偏光方向がβ軸方向に一致するようにα軸周り（出射方向周り）の位置が設定されている。そして、各ＬＤからの光は進行方向が＋α方向から−β方向に曲げられたときに偏光方向がα軸方向となる。結果として、光路分岐素子１１８への入射光（−β方向に進行する光）である合成光束λＲＧＢの偏光方向は、α軸方向に一致する。

光路分岐素子１１８は、αβ平面に垂直に、かつ合成光λＲＧＢの入射角θが例えば４５°になるように配置された光学ガラス板１１８ａ（屈折率１．５）を含む。光学ガラス板１１８ａの一面（表面）が、光路分岐素子１１８の入射端であり光路分岐面として機能する。

この場合、合成光束λＲＧＢ（直線偏光）は、偏光方向（α軸方向）が入射面（αβ平面）に平行であり、光学ガラス板１１８ａに対して（より正確には光路分岐面に対して）Ｐ偏光入射するため、反射率を略１％にすることができる（図１２の実線Ｒｐ参照）。なお、図１２の実線Ｒｐ、破線Ｒｓは、それぞれ光が空気（屈折率１）からガラス（屈折率１．５）に入射するときの入射角変化に対するＰ偏光、Ｓ偏光の反射率変化を示している。

この結果、光学ガラス板１１８ａを透過する光（画像光）を、入射光の略９９％にすることができる。

本実施形態の光路分岐素子１１８は、光学ガラス板１１８ａの一面を入射端としているため、入射光の波長変化に対して、比較例の光路分岐素子１１８´のような急峻に変化する分光特性ではなく、光学ガラス板１１８ａの一面に依存する比較的緩やかに概ね線形に変化する分光特性を有する。

このため、本実施形態の光路分岐素子１１８では、ＬＤが発光による自己発熱を起こし、発振波長のシフトが起こっても、反射率が大きく変化することはない。すなわち、光路分岐素子１１８での反射率の変動を該反射率の所望値の±５％程度の範囲に抑えることができる。例えば光路分岐素子１１８での反射率の所望値が１％である場合には、該反射率の変動を±０．０５％程度の範囲に抑えることができる。

よって、画像光の色や明るさの制御を優位に行うことが可能である。

また、光路分岐素子１１８においても、光学ガラス板１１８ａの出射面側（裏面側）に裏面反射を防止するための光学薄膜１１８Ｂ（反射防止膜）を成膜することが望ましい。その理由は前述の通りである。

以上の説明では、入射光が光路分岐素子１１８に対して完全なＰ偏光であることを前提とした。しかしながら、実際には、光路分岐素子１１８に入射する光束は、ＬＤの製造ばらつきや組付け、その他素子のばらつきに起因する偏光の楕円化、方位角の回転が生じ、光路分岐素子１１８に対して完全なＰ偏光ではなく、Ｐ偏光とＳ偏光が混在する光束であることが多いと考えられる。ＬＤの出射光も、実際には、偏光方向が互いに直交する２つの偏光が混在する光束であることが多いと考えられる。そこで、本明細書において「Ｐ偏光入射」を「入射光の光路分岐面に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多いこと」と定義する。

入射光において、光路分岐素子１１８に対するＰ偏光成分の割合がＳ偏光成分の割合よりも多い場合には、Ｓ偏光成分の割合がＰ偏光成分の割合以上の場合よりも、光路分岐素子１１８での反射率を全体として低減することが可能である（図１２参照）。

そこで、光源装置１１において、上述のように光路分岐素子１１８をαβ平面に垂直に配置する場合（光学ガラス板１１８ａの表面（光路分岐面）の法線がαβ平面に平行な場合）には、偏光の楕円率、方位各を考慮して、光路分岐素子１１８への入射光（合成光束λＲＧＢ）においてα軸方向を偏光方向とする偏光（光路分岐面に対してＰ偏光成分）がγ軸方向を偏光方向とする偏光（光路分岐面に対してＳ偏光成分）よりも多くなるように各ＬＤの出射方向周り（例えばα軸周り）の位置を設定することが好ましい。

一方、光源装置１１において、例えば光路分岐素子１１８をβγ平面に垂直に配置する場合（光学ガラス板１１８ａの表面（光路分岐面）の法線がβγ平面に平行な場合）には、偏光の楕円率、方位各を考慮して、光路分岐素子１１８への入射光（合成光束λＲＧＢ）においてγ軸方向を偏光方向とする偏光（光路分岐面に対してＰ偏光成分）がα軸方向を偏光方向とする偏光（光路分岐面に対してＳ偏光成分）よりも多くなるように各ＬＤの出射方向周りの位置を設定することが好ましい。

すなわち、互いに直交する２つの偏光が混在する光を出射するＬＤの姿勢（配置）と、光路分岐素子１１８の姿勢（配置）の組み合わせによって、光路分岐素子１１８への入射光におけるＰ偏光成分とＳ偏光成分の大小関係が決まる。ＬＤの出射光における互いに直交する２つの偏光の比は、ＬＤの設計によって決まる。

なお、以上の説明では、光路分岐素子１１８の姿勢を基準に各ＬＤの姿勢を設定しているが、逆に各ＬＤの姿勢を基準に光路分岐素子１１８の姿勢を設定しても良く、要は、入射光における光路分岐素子１１８に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなるように各ＬＤと光路分岐素子１１８が配置されれば良い。

ここで、光路分岐素子１１８への入射光の入射角θでのＰ偏光成分の反射率Ｒｐに入射光に占めるＰ偏光成分の割合ｒｐを乗じた値と、入射角θでのＳ偏光成分の反射率Ｒｓに入射光に占めるＳ偏光成分の割合ｒｓを乗じた値の和Ｒｔが１０％以下となることが好ましい。すなわち、Ｒｔ＝Ｒｐ×ｒｐ＋Ｒｓ×ｒｓ≦１０％が成立することが好ましい。Ｒｔは、実質的に光路分岐面での反射率となるため、画像光（透過光）を多くするために、かつモニタ光（反射光）を少なくするために、低いほど好ましい。

図１３は、ｒｐ：ｒｓとθをパラメータとしたＲｔ（％）を示す表である。なお、図１３では、ｒｐ：ｒｓの整数比を代表的に示している。すなわち、ｒｐ：ｒｓは、当然ながら整数比以外の比にも成り得る。

ここで、図１２において、
θ＝３０°のとき、Ｒｐ＝２．５％、Ｒｓ＝５．８％である。
θ＝４５°のとき、Ｒｐ＝０．８％、Ｒｓ＝９．２％である。
θ＝６０°のとき、Ｒｐ＝０．２％、Ｒｓ＝１７．７％である。
θ＝６２°のとき、Ｒｐ＝０．５％、Ｒｓ＝１９．５％である。
θ＝７０°のとき、Ｒｐ＝４．２％、Ｒｓ＝３０．０％である。
θ＝７４°のとき、Ｒｐ＝９．０％、Ｒｓ＝３７．７％である。

図１３から分かるように、Ｒｔは、θによらずｒｐが大きくなりｒｓが小さくなるほど、低くなる。逆に言うと、Ｒｔは、θによらずｒｓが大きくなりｒｐが小さくなるほど、高くなる

以上の説明から明らかなように、θが同一の条件下では、ｒｐ＞ｒｓの場合には、ｒｐ≦ｒｓの場合に比べて、Ｒｔを低くすることができる。また、Ｒｔを１０％以下にするためのθの上限は、ｒｐ＞ｒｓの場合の方が、ｒｐ≦ｒｓの場合よりも大きくなる。

結果として、ｒｐ＞ｒｓの場合には、ｒｐ≦ｒｓの場合に比べて、入射光に占める画像光（透過光）の割合を大きくしモニタ光（反射光）の割合を小さくすることができ、かつθの選択の自由度を大きくすることができる。

例えば、ｒｐ＞ｒｓの場合に、７４°以下の任意のθに対して、Ｒｔ≦１０％とすることが可能なｒｐ：ｒｓが存在する（図１３参照）。この場合には、予め設定されたｒｐ：ｒｓに応じてＲｔ≦１０％を満たすθを選択するか、もしくは予め設定されたθに応じてＲｔ≦１０％を満たすｒｐ：ｒｓとなるようにＬＤを設計、配置することが好ましい。

また、ｒｐ＞ｒｓの場合に、６２°以下の任意のθに対して、概ねｒｐ：ｒｓによらず、Ｒｔ≦１０％とすることが可能である（図１３参照）。この場合には、Ｒｔ≦１０％とするためのＬＤの設計や選択の自由度を大きくできる。

なお、ＬＤへの戻り光が発生する可能性や各構成部材のレイアウト上の制約を考慮すると、θの下限値は５°〜２５°の範囲内の所定の値が適正であると考えられる。

以上説明した本実施形態の光源装置１１は、光源（ＬＤ）と、該光源からの光が入射され、入射光を透過光と反射光に分岐する分岐面（光路分岐面）を有する光学素子（光路分岐素子１１８）と、反射光を受光する光検出器１２０と、を備え、入射光の分岐面に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなるように光源と光学素子が配置されている。

この場合、分岐面での入射光の反射率を低減させ、光検出器１２０での受光量を低減させることができる。

このため、光検出器１２０での受光量を低減させるために、特許文献１に開示されている複雑な意匠を持つ筒状素子を設ける必要がない。

すなわち、上記筒状素子を設けることなく、光検出器１２０が高温になるのを抑制できる。

結果として、高コスト化を抑制しつつ検出精度の低下を抑制できる。

また、光源装置１１では、例えば画像表示に用いられる透過光を多くすることができ、画像（虚像）の輝度を向上させることができる。

また、ＬＤの偏光方向及びＬＤの出射方向を含む面（例えばαβ平面）と、分岐面（光路分岐面）とが、略直交することが好ましい。この場合、入射光の一部を分岐面で確実にＰ偏光反射させることができ、かつ光源装置１１の薄型化（例えばγ軸方向の薄型化）を図ることができる。本明細書において「ＬＤの偏光方向」は「ＬＤの出射光に占める偏光成分の割合が５０％よりも大きい方向」と広義に定義することができる。

例えば、ＬＤの出射光が、偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分（例えばβ軸方向を偏光方向とする偏光成分とγ軸方向を偏光方向とする偏光成分）を異なる割合で含む場合には、該２つの偏光成分のうち出射光に占める割合が大きい方の偏光成分の偏光方向（例えばβ軸方向）及びＬＤの出射方向（例えばα軸方向）を含む面（例えばαβ平面）と、分岐面（光路分岐面）とが、略直交することが好ましい（図８、図１１参照）。

また、光検出器の受光面と、ＬＤの偏光方向及びＬＤの出射方向を含む面とが、略直交することが好ましい。この場合、光源装置１１の薄型化（例えばγ軸方向の薄型化）に寄与するとともに、光検出器１２０に入射されるモニタ光の光量が微量であっても検出し易くなる。

例えば、ＬＤの出射光が、偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分（例えばβ軸方向を偏光方向とする偏光成分とγ軸方向を偏光方向とする偏光成分）を異なる割合で含む場合には、光検出器１２０の受光面と、出射光に占める割合が大きい方の偏光成分の偏光方向（例えばβ軸方向）及びＬＤの出射方向（例えばα軸方向）を含む面（例えばαβ平面）とが、略直交することが好ましい（図８、図１１参照）。

また、分岐面は光学素子の入射端であり、光学素子は、分岐面を一面（表面）とする、光学ガラスから成る光学部材（光学ガラス板１１８ａ）を含む。

この場合、例えば光学素子が光源からの出射光の波長変化に依存する分光特性を有する膜（光学薄膜１１８Ａ）を入射端に有する場合に比べて、光学素子の入射端での反射率の変化を小さくでき、ひいては検出精度の低下を抑制できる。

また、光学素子が、光学部材の一面（表面）の反対側の面（裏面）に設けられ該面よりも光の反射率が低い膜（光学薄膜１１８Ｂ）を含む場合には、裏面反射を抑制でき、検出精度の低下を抑制できる。

また、分岐面に対する入射角θが７４°以下である場合には、分岐面での反射率を１０％以下に抑えることが可能である。

更に、入射角θが６２°以下である場合には、概ねＰ偏光成分とＳ偏光成分の比（ｒｐ：ｒｓ）によらず、分岐面での反射率を１０％以下に抑えることが可能である。

また、光源が半導体レーザ（例えばＬＤ）である場合には、透過光（例えば画像光）の高輝度化を実現できる。なお、半導体レーザとして、ＬＤの代わりにＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）を用いても良い。

また、ＨＵＤ装置１００は、光源装置１１と、光源装置１１からの光により画像を形成する光偏向器１５（画像形成素子）と、を備えているため、高コスト化を抑制しつつ視認性の良い画像（所望の輝度、色の画像）を安定して表示できる。

また、ＨＵＤ装置１００は、光源装置１１の光検出器１２０からの信号に基づいて各光源（発光素子）の出力を制御する、ＦＰＧＡ６００及びＬＤドライバ６１１１を含む制御系を更に備えるため、該光源の出力を安定して精度良く制御できる。この結果、画像光の制御を優位に行うことができ、色や明るさに関する画像品質を向上させることができる。

また、ＨＵＤ装置１００は、画像を形成した光が照射されるスクリーン３０を更に備えるため、該スクリーン３０に中間像を形成できる。

また、スクリーン３０を介した光を透過反射部材（例えばフロントウインドシールド５０）に向けて投射する凹面ミラー４０（投射部）を更に備えるため、スクリーン３０を介した光をフロントウインドシールド５０の所望の領域に照射することができる。

また、ＨＵＤ装置１００と、該ＨＵＤ装置１００が搭載される移動体（例えば自動車）と、を備える移動体装置によれば、移動体の操縦者に視認性の良い画像（虚像）を安定して提供することができる。

なお、上記実施形態において、光路分岐素子の出射端を光学ガラス板の他面（裏面）とし、該他面を光路分岐面としても良い。この場合、光学ガラス板の一面（表面）に反射防止膜を成膜しても良い。

また、上記実施形態において、光路折り返し素子１１４を設けずに、発光素子１１１Ｂ、カップリングレンズ１１２Ｂ、アパーチャ部材１１３Ｂを、光路合成素子１１５の＋β側に配置し、アパーチャ部材１１３Ｂを介した光を光路合成素子１１５に直接入射させても良い。この場合は、発光素子１１１Ｂの出射光の偏光方向を調整する際、出射方向周りであるβ軸周りの位置を調整すれば良い。

また、上記実施形態において、光路折り返し素子１１４、光路合成素子１１５と光路合成素子１１６、光路分岐素子１１８の少なくとも２つを一体的に設けても良い。

また、例えば光路折り返し素子１１４に代えて、光路分岐素子１１８と同様の光路分岐素子を設け、該光路分岐素子で反射された青色光の光路上に光検出器を追加的に設けても良い。

《変形例》
図１４には、変形例の光源装置１１Ｔの構成が示されている。光源装置１１Ｔは、光路折り返し機能、光路合成機能及び光路分岐機能を有する光学素子１２１を備えている。なお、光源装置１１Ｔにおいて、発光素子、カップリングレンズ、アパーチャ部材の配置は、上記実施形態の光源装置１１と同様である。光源装置１１Ｔも、光源装置１１と同様に、上記実施形態のＨＵＤ装置１００の光源装置として利用できる。

すなわち、光学素子１２１は、図１４に示されるように、一例として、αβ断面がβ軸方向に細長い四角形であり、＋β側の端面がαγ平面に対して例えば４５°傾斜している。

詳述すると、光学素子１２１は、＋β側の端面が光路折り返し面１２１Ａ（反射面）として機能し、−β側の端面が光路分岐面１２１Ｄとして機能し、＋β側及び−β側の端面間に位置する＋β側の端面に平行な＋β側及び−β側の境界部がそれぞれ光路合成部１２１Ｂ、１２１Ｃとして機能する。

より詳細には、光学素子１２１は、β軸方向に並ぶ３つの光学ガラス部材１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを有している。＋β側の光学ガラス部材１２１ａ及び中間の光学ガラス部材１２１ｂはαβ断面が平行四辺形であり、−β側の光学ガラス部材１２１ｃはαβ断面が四角形である。＋β側の光学ガラス部材１２１ａの＋β側の端面には鏡面加工が施されている。＋β側の光学ガラス部材１２１ａの−β側の端面と中間の光学ガラス部材１２１ｂの＋β側の端面とが、青色光を透過させ緑色光を反射させる光路合成部１２１Ｂ（例えばダイクロイック膜）を介して接合されている。中間の光学ガラス部材１２１ｂの−β側の端面と−β側の光学ガラス部材１２１ｃの＋β側の端面とが、青色光及び緑色光を透過させ赤色光を反射させる光路合成部１２１Ｃ（例えばダイクロイック膜）を介して接合されている。−β側の光学ガラス部材１２１ｃの−β側の端面が光路分岐面１２１Ｄである。光路分岐面１２１Ｄは、αγ平面に対して傾斜している。

このように、変形例の光源装置１１Ｔでは、光学素子１２１は、光路折り返し、２回の光路合成、光路分岐を順次行うための３つの光学ガラス部材１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが予め精度良く位置決めされた構成を有しているため、光路折り返し、２回の光路合成、光路分岐を互いに別体の４つの素子で行う上記実施形態の光源装置１１に比べて、装置製造時の素子の組み付けが容易であり、かつ素子を構成する部材間の経時の位置ずれが生じ難い。以下に、光学素子１２１の各面について説明する。

光路折り返し面１２１Ａは、発光素子１１１Ｂから出射された光束の偏向や白を合成する光量調整に用いることが可能である。

光路合成部１２１Ｂは、発光素子１１１Ｂ、１１１Ｇから出射された光束の合成、白を合成する光量調整などに用いることが可能である。

光路合成部１２１Ｃは、発光素子１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒから出射された光束の合成、白を合成する光量調整に用いることが可能である。

光路分岐面１２１Ｄは、入射光の一部を透過させ他の一部（残部の少なくとも一部）を反射させる。すなわち、光路分岐面１２１Ｄは、入射光を画像光（透過光）とモニタ光（反射光）に分岐する。

発光素子１１１Ｂから＋α方向に出射された光束λＢは、カップリングレンズ１１２Ｂ、アパーチャ部材１１３Ｂを介して光路折り返し面１２１Ａに入射し、光路折り返し素子１２１Ａで光路が９０°曲げられ光路合成部１２１Ｂへ向けて−β方向に進行する。ここで、発光素子１１１Ｂの偏光方向はβ軸方向であり、光路折り返し面１２１Ａはαβ平面に対して垂直である。すなわち、光路折り返し面１２１Ａへの光束入射λＢの入射はＰ偏光入射である。そして、光路折り返し面１２１Ａで反射された光束λＢの偏光方向はα軸方向となる。

発光素子１１１Ｇから出射された光束λＧは、カップリングレンズ１１２Ｇ、アパーチャ部材１１３Ｇを介して光路合成部１２１Ｂに入射し、光路合成部１２１Ｂで光路が９０°曲げられ光路合成部１２１Ｃへ向けて−β方向に進行する。ここで、発光素子１１１Ｇの偏光方向はβ軸方向であり、光路合成部１２１Ｂはαβ平面に対して垂直である。この場合、光路合成部１２１Ｂで反射された光束λＧの偏光方向はα軸方向となる。

光路折り返し面１２１Ａからの光束λＢは、光路合成部１２１Ｂで光束λＧと光路合成され、光路合成部１２１Ｃへ向けて−β方向に進行する。

発光素子１１１Ｒから出射された光束λＲは、カップリングレンズ１１２Ｒ、アパーチャ部材１１３Ｒを介して光路合成部１２１Ｃに入射し、光路合成部１２１Ｃで光路が９０°曲げられ光路分岐面１２１Ｄへ向けて−β方向に進行する。発光素子１１１Ｒの偏光方向はβ軸方向であり、光路合成部１２１Ｃはαβ平面に対して垂直である。この場合、光路合成部１２１Ｃで反射された光束λＲの偏光方向はα軸方向となる。

光路合成部１２１Ｂからの光束λＧ、λＢは、光路合成部１２１Ｃで光束λＲと合成され、光路分岐面１２１Ｄへ向けて−β方向に進行する。

光路分岐面１２１Ｄに入射された光束λＲ、λＧ、λＢは、それぞれ光路分岐面１２１Ｄで画像光（透過光）とモニタ光（反射光）に分岐される。光路分岐面１２１Ｄに入射される光束λＲ、λＧ、λＢの偏光方向はいずれもα軸方向であり、光路分岐面１２１Ｄはαβ平面に対して垂直である。この場合、光路分岐面１２１Ｄへ入射する各光束は、光路分岐面１２１Ｄに対してＰ偏光入射となる。なお、Ｐ偏光入射の利点は前述した通りである。

図１５には、入射光の入射角変化による光路分岐面１２１Ｄに対するＰ偏光、Ｓ偏光の反射率変化がそれぞれ実線Ｒｐ、破線Ｒｓで示されている。変形例では、光路分岐面１２１Ｄへの入射は、上記実施形態とは逆に、ガラス（屈折率１．５）から空気（屈折率１）への入射となるため、図１５は図１２とは異なるグラフとなる。

変形例でも、光路分岐面１２１Ｄへの入射光の入射角θでのＰ偏光成分の反射率Ｒｐに入射光に占めるＰ偏光成分の割合ｒｐを乗じた値と、該入射角でのＳ偏光成分の反射率Ｒｓに入射光に占めるＳ偏光成分の割合ｒｓを乗じた値の和Ｒｔが１０％以下となることが好ましい。すなわち、Ｒｔ＝Ｒｐ×ｒｐ＋Ｒｓ×ｒｓ≦１０％が成立することが好ましい。Ｒｔは、実質的に光路分岐面１２１Ｄの反射率となり、画像光（透過光）を多くしモニタ光（反射光）を少なくするために、低いほど好ましい。

図１６は、ｒｐ：ｒｓとθをパラメータとしたＲｔ（％）を示す表である。なお、図１６では、ｒｐ：ｒｓの整数比を代表的に示している。すなわち、ｒｐ：ｒｓは、当然ながら整数比以外の比にも成り得る。

図１６において、
θ＝１０°のとき、Ｒｐ＝３．６％、Ｒｓ＝４．４％である。
θ＝２０°のとき、Ｒｐ＝２．４％、Ｒｓ＝５．９％である。
θ＝２７°のとき、Ｒｐ＝１．１％、Ｒｓ＝８．５％である。
θ＝３５°のとき、Ｒｐ＝０．１％、Ｒｓ＝１７．１％である。
θ＝３７°のとき、Ｒｐ＝１．１％、Ｒｓ＝２２．２％である。
θ＝４０°のとき、Ｒｐ＝１０．０％、Ｒｓ＝３９．１％である。

図１５及び図１６から分かるように、Ｒｔは、θによらずｒｐが大きくなりｒｓが小さくなるほど、低くなる。逆に言うと、Ｒｔは、θによらずｒｓが大きくなりｒｐが小さくなるほど、高くなる

以上の説明から明らかなように、θが同じ条件下では、ｒｐ＞ｒｓの場合には、ｒｐ≦ｒｓの場合に比べて、Ｒｔを低くすることができる。また、Ｒｔを１０％以下にするためのθの上限は、ｒｐ＞ｒｓの場合の方が、ｒｐ≦ｒｓの場合よりも大きくなる。

結果として、ｒｐ＞ｒｓの場合には、ｒｐ≦ｒｓの場合に比べて、入射光に占める画像光（透過光）の割合を大きくしモニタ光（反射光）の割合を小さくすることができ、かつθの選択の自由度を大きくすることができる。

例えば、ｒｐ＞ｒｓの場合に、４０°以下の任意のθに対して、Ｒｔ≦１０％とすることが可能なｒｐ：ｒｓが存在する（図１６参照）。この場合には、予め設定されたｒｐ：ｒｓに応じてＲｔ≦１０％を満たすθを選択するか、もしくは予め設定されたθに応じてＲｔ≦１０％を満たすｒｐ：ｒｓとなるようにＬＤを設計、配置することができる。

また、ｒｐ＞ｒｓの場合に、３７°以下の任意のθに対して、概ねｒｐ：ｒｓによらず、Ｒｔ≦１０％とすることが可能である。この場合には、Ｒｔ≦１０％とするためのＬＤの設計、選択の自由度を高くできる。

なお、ＬＤへの戻り光が発生する可能性や各構成部材のレイアウト上の制約を考慮すると、θの下限値は５°〜２５°の範囲内の所定の値が適正であると考えられる。

以上説明した変形例の光源装置１１Ｔは、光源（ＬＤ）と、該光源からの光が入射され、入射光を透過光と反射光に分岐する分岐面（光路分岐面１２１Ｄ）を有する光学素子１２１と、反射光を受光する光検出器１２０と、を備え、入射光の分岐面に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなるように光源と光学素子１２１が配置されている。

この場合、分岐面での入射光の反射率を低減させ、光検出器１２０での受光量を低減させることができる。

このため、光検出器１２０での受光量を低減させるために、特許文献１に開示されている複雑な意匠を持つ筒状素子を設ける必要がない。

すなわち、上記筒状素子を設けることなく光検出器１２０が高温になるのを抑制できる。

結果として、高コスト化を抑制しつつ検出精度の低下を抑制できる。

また、分岐面は光学素子１２１の出射端であり、光学素子１２１は、分岐面を一面とする、光学ガラスから成る光学ガラス部材（光学部材）を含む。

この場合、例えば光学素子が光源からの出射光の波長変化に依存する分光特性を有する光学薄膜を出射端に有する場合に比べて、光学素子の出射端での反射率の変化を小さくでき、ひいては検出精度の低下を抑制できる。

また、光源装置１１Ｔにおいて、分岐面に対する入射角θが４０°以下である場合には、分岐面での反射率を１０％以下に抑えることが可能である。

更に、光源装置１１Ｔにおいて、入射角θが３７°以下である場合には、概ねＰ偏光成分とＳ偏光成分の比（ｒｐ：ｒｓ）によらず、分岐面での反射率を１０％以下に抑えることが可能である。

また、光源（ＬＤ）は複数あり、光学素子１２１が、複数の光源と分岐面との間の複数の光の光路上に配置され、該複数の光を合成する、２つの光路合成部１２１Ｂ、１２１Ｃを含む合成手段を更に含む場合には、分岐面での合成光束の反射率を低減させることができ、合成光束の検出精度の低下を抑制できる。

また、合成手段と光学部材（−β側の光学ガラス部材１２１ｃ）が一体的に設けられている場合には、装置製造時の組み付けを容易にすることができる。

また、変形例においても、入射角θでのＰ偏光成分の反射率Ｒｐに入射光に占めるＰ偏光成分の割合ｒｐを乗じた値と、入射角θでのＳ偏光成分の反射率Ｒｓに入射光に占めるＳ偏光成分の割合ｒｓを乗じた値の和は、１０％以下となることが好ましい。

この場合、検出精度の低下をより確実に抑制できる。

なお、上記変形例において、３つの光学ガラス部材１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃと２つの光路合成部１２１Ｂ、１２１Ｃのうち、必ずしも全ての部材を一体化する必要はなく、要は、少なくとも１つの光学ガラス部材と少なくとも１つの光路合成部（例えばダイクロイック膜）を一体化することが好ましい。この場合であっても、全ての部材が互いに別体の場合に比べて、組み付けを容易にできる。

なお、光学素子の製造を容易にするためには構成部材を極力別体とすることが好ましく、光学素子の組み付けを容易にするためには構成部材を極力一体とすることが好ましい。

なお、上記実施形態及び変形例では、光路分岐面、すなわち光路分岐素子１１８の入射端や光学素子１２１の出射端を、光学ガラス板や光学ガラス部材の一面としているが、該一面に層構成が単純な少層構成（単層構成を含む）の光学薄膜（単独では反射率を１０％以下に抑えられない膜）を成膜しても良い。この場合、多層構成の光学薄膜に比べて分光特性が緩やかな変化となる少層構成の光学薄膜の反射率低減機能とＰ偏光入射を併用することで、モニタ光を入射光の例えば１０％以下にし、画像光を入射光の例えば９０％以上にすることができる。

なお、上記実施形態及び変形例では、光学素子の構成部材として、光学ガラス製の部材を用いているが、これに代えて、光学樹脂製の部材を用いても良い。

また、光学素子の構成部材としての光学ガラス製や光学樹脂製の部材の形状は、適宜変更可能である。

なお、上記実施形態及び変形例では、集光素子として集光レンズ１１７、１１９を用いているが、集光ミラーであっても良い。また、集光素子は、複数のレンズの組み合わせでも良いし、複数のミラーの組み合わせでも良いし、レンズとミラーの組み合わせでも良い。

また、上記実施形態及び変形例では、投光部は、凹面ミラー４０から構成されているが、これに限らず、例えば、凸面鏡から構成されても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、走査ミラー２０を有しているが、有していなくても良い。すなわち、光偏向器１５で偏向された光を、光路を折り返さずに、スクリーン３０に直接照射もしくは凸面レンズを介して照射するようにしても良い。また、走査ミラー２０として平面鏡を用いても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、光源としてＬＤを用いているが、例えばＶＣＳＥＬ等の他のレーザ等を用いても良い。

また、透過反射部材は、移動体のフロントウインドシールドに限らず、例えばサイドウインドシールド、リアウインドシールド等であっても良く、要は、透過反射部材は、移動体に設けられ、移動体の搭乗者が該移動体の外部を視認するための窓部材（ウインドシールド）であることが好ましい。

また、上記実施形態及び変形例では、画像表示装置（ＨＵＤ）は、例えば車両、航空機、船舶、産業用ロボット等の移動体に搭載用のものとして説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。

また、本発明の画像表示装置は、ＨＵＤ装置のみならず、例えばヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置への適用も可能である。

例えば、プロジェクタ装置に適用する場合には、該プロジェクタ装置をＨＵＤ装置１００と同様に構成することができる。すなわち、凹面ミラー４０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すれば良い。なお、凹面ミラー４０を設けずにスクリーン３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影しても良い。また、凹面ミラー４０の代わりに自由曲面ミラーを用いても良い。

また、上記実施形態及び変形例に記載した具体的な数値、形状等は、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更である。

以下に、発明者らが上記実施形態及び変形例を発案するに至った思考プロセスを説明する。
＜開発背景＞
運転者が少ない視線移動で警報・情報を認知できるアプリケーションとして市場の期待が高まっており、車両に搭載するHUD（ヘッドアップディスプレイ）の技術開発が進んでいる。特に、ADAS(Advanced Driving Assistance System)という言葉に代表される車載センシング技術の進展に伴い、車両はさまざまな走行環境情報および車内乗員の情報を取り込むことができるようになっており、それらの情報を運転者に伝える「ADASの出口」としてもHUDが注目されている。

＜投射方式説明＞
HUDの投射方式は、液晶及びDMDのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」と、レーザダイオードから出射したレーザビームを2次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光/非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。

＜課題の概要説明＞
市場のHUDに対する要求は、大きく下記３点に集約される。
（１）コンパクト性
（２）視認ストレスの低さ
（３）低コスト
「コンパクト性」に関しては、ダッシュボードに収納されているダクト・メータ・デフロスタ・車体構造などになるべく干渉しないサイズが求められている。HUD搭載のためにダクト・メータ・デフロスタ・車体構造を退避させてしまうと、エアコン性能・デフロスタ性能・車体強度性能の低下を招くためである。
「視認ストレスの低さ」に関しては、HUDの映像は常に運転者の視界周辺に情報を表示されるため、運転環境・ドライバの状態によってストレスのない映像表現が求められている。上記ADAS技術の発展はHUDに投射するコンテンツ量の増加をもたらす。人間の認知処理には限界があるため、増加したセンシング情報をそのままHUDに表示すると、運転者はわずらわしさを感じてしまい、情報表示装置であるHUDが返って運転視界の阻害要因となってしまう。
また、「視認ストレスの低さ」は、画質という要素も関係がある。画質が低ければ、運転者は表示コンテンツに対してストレスを感じやすく、画質が良好な場合運転者はストレスなく、または最小限のストスで運転を行うことができる。今回の発明は、画質を良好に保つという概要の中で、HUD制御側が狙う色表現を正確に行い、さらに「低コスト」を実現し快適な運転を支援するという内容である。

＜問題点＞
HUDでは虚像の色または明るさを制御するために、レーザ光をイメージャ光路内で、虚像表示に用いる光(画像光)と、虚像の色または明るさ制御に用いる光(モニタ光)に分岐している。そのモニタ光の情報を基にして、画像光の虚像の色や明るさ制御を行っているが、HUDを取り巻く環境の変化(温度変化や経時変化)によって、初期で調整されたモニタ光と画像光の関係が変化し、狙いの制御を行うことができないという問題が発生する。

この問題の一例を、以下に述べる。
HUDの光源は発光を行うことで自己発熱する。この自己発熱によって光源の発振波長はシフトする。画像光とモニタ光の光路中の素子は分光特性(透過率/反射率の波長依存性)を持っており、波長が変化すれば透過率/反射率は変化する。一般に画像光の明るさを最大限に引き出すために、画像光に用いる光量に比べモニタ光に用いる光量は極端に小さい（画像光:モニタ光=９０％〜：〜１０％）。このことにより、モニタ光において検出光量が上記変化により仮に５０％変化したとすると、制御側はその５０％の変化を画像光側にフィードバックしようとする。しかしながら、実際には画像光側とモニタ光側に配置される素子の分光特性は異なるため、画像光の色や明るさは制御側が狙う色や明るさからは大きく逸脱したものとなる。

また、この分光特性の差異は主に、入射光を画像光とモニタ光に分岐する光路分岐素子における分光特性に起因することがわかっている。これは、画像光とモニタ光を所望の比率で分岐し、さらにそれを多色の光で行うために光路分岐素子は複雑な多層構成の光学薄膜を有しているからである。このため、光路分岐素子の分光特性は、光源の温度変化による波長変化特性にも敏感な構造となってしまう。

また、特許文献１（特開２０１５−１０８５５５号公報）には、集光により検出素子が高温になることで、検出素子の検出結果においてノイズ又は誤差が発生したり、検出素子の劣化が早まること等により、検出精度が低下する問題を解決するために、検出素子の手前に筒状素子を設け、筒状素子内で光を繰り返し反射させることで筒状素子から適度に光を放出させて検出素子に入射させることで、検出素子での受光量を低減させている。

しかしながら、特許文献１では、筒状素子は複雑な意匠を持っているため、コストが増大するという問題があった。

そこで、発明者らは、高コスト化を抑制しつつ検出精度の低下を抑制するために、上記実施形態及び変形例を発案した。

１１…光源装置、１１Ｔ…光源装置、１５…光偏向器（画像形成素子）、３０…スクリーン、４０…凹面ミラー（投光部）、５０…フロントウインドシールド（透過反射部材）、１００…ＨＵＤ装置（画像表示装置）、１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ…発光素子（光源）、１１５…光路合成素子（合成手段の一部）、１１６…光路合成素子（合成手段の一部）、１１８…光路分岐素子（光学素子）、１１８ａ…光学ガラス板（光学部材）、１２１…光学素子、１２１Ｂ…光路合成部（合成手段の一部）、１２１Ｃ…光路合成部（合成手段の一部）、１２１ｃ…光学ガラス部材（光学部材）、６００…ＦＰＧＡ（制御系の一部）、６１１１…ＬＤドライバ（制御系の一部）。

特開２０１５‐１０８５５５号公報

Claims (12)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源からの光が入射され、入射光を透過光と反射光に分岐する分岐面を有する光学素子と、
   前記反射光を受光する光検出器と、を備え、
   前記入射光の前記分岐面に対するＰ偏光成分がＳ偏光成分よりも多くなるように前記複数の光源と前記光学素子が配置されており、
   前記分岐面は、前記光学素子の出射端であり、
   前記光学素子は、前記分岐面を一面とする、ガラス又は樹脂から成る光学部材と、
   前記複数の光源と前記分岐面との間の複数の光の光路上に配置され、該複数の光を合成する合成手段と、を含み、
   前記合成手段の少なくとも一部と前記光学部材は一体的に設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 複数の前記光源の偏光方向及び前記光源の出射方向を含む面と、前記分岐面とが、略直交していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光検出器の受光面と、前記偏光方向及び前記出射方向を含む面とが、略直交していることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記入射光の前記分岐面に対する入射角は４０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記入射角は３７°以下であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記入射光の前記分岐面に対する入射角での前記Ｐ偏光成分の反射率に前記入射光に占める前記Ｐ偏光成分の割合を乗じた値と、前記入射角での前記Ｓ偏光成分の反射率に前記入射光に占める前記Ｓ偏光成分の割合を乗じた値の和は、１０％以下となることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載
   の光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成素子と、を備える画像表示装置。
9. 前記光源装置の光検出器の出力信号に基づいて前記光源を制御する制御系を更に備える請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記画像を形成した光が照射されるスクリーンを更に備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の画像表示装置。
11. 前記スクリーンを介した光を透過反射部材に向けて投射する投光部を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
    前記画像表示装置が搭載される物体と、を備える物体装置。

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