(57)【要約】      （修正有）【課題】表示光を投影部材に投影するヘッドアップディスプレイにおいて、反射部材の角度を変更した場合でも画像に歪みが生じることを抑制する。【解決手段】ビーム光である表示光を発する射出部４１と、可動反射面を備え、表示光を走査する走査部４２と、射出部及び走査部を一体的に回転させて、走査部への表示光の入射角を変更する入射角変更部４３と、走査部からの表示光を反射する表示部１８と、表示部からの表示光を拡大反射させる反射部材１５と、外部指示に基づいて反射部材を回転させて、表示光の反射部材への入射角を変更させる角度変更部３３と、ＣＰＵおよびメモリを備えた制御部１０と、を備え、表示光は射出部、走査部、表示部、反射部材及び投影部材の間を実質的に共通面に沿うよう照射され、制御部１０は反射部材への入射角に基づいて、走査部への入射角を変化させ、反射部材により生じる表示光の歪みを、走査部により相殺させる。【選択図】図１
2015232702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示光を投影部材（２１）に投影するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
ビーム光を表示光として発する射出部（４１）と、
可動反射面を備え、表示光を前記射出部から受けて表示光を走査する走査部（４２）と、
前記射出部および走査部を一体的に回転させて、前記走査部への表示光の入射角を変更する入射角変更部（４３）と、
前記走査部から表示光を受けて反射する表示部（１８）と、
前記表示部から表示光を受けて、前記投影部材に向けて拡大反射させる反射部材（１５）と、
外部指示に基づいて前記反射部材を回転させて、前記表示光の前記反射部材への入射角を変更させる角度変更部（３３）と、
ＣＰＵおよびメモリを備えた制御部（１０）と、を備え、
前記表示光は、前記射出部、走査部、表示部、反射部材および投影部材の間を実質的に共通面に沿うよう照射され、
前記制御部は、前記反射部材への入射角に基づいて、前記入射角変更部を駆動して前記走査部への入射角を変化させるようプログラムされて、前記反射部材により生じる表示光の歪みを、前記走査部により生じる表示光の歪みによって相殺させる
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記反射部材への入射角をαとし、前記走査部への入射角をθとし、
前記走査部は、前記共通面に直交する水平方向において表示光を走査角φで走査し、
前記反射部材の曲率半径をＲとし、
前記反射部材での前記水平方向における表示光の幅を２Ｈとしたときに、
前記制御部は、以下の式を満たすように前記入射角変更部により前記走査部への入射角を変化させるようプログラムされていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【数１】
2015232702.tif 000018
【請求項３】
表示光を投影部材（２１）に投影するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
光ビームを表示光として発する射出部（４１）と、
可動反射面を備え、表示光を前記射出部から受けて表示光を走査する走査部（４２）と、
前記射出部および前記走査部を一体的に回転させて、前記走査部への表示光の入射角を変更する入射角変更部（４３）と、
前記走査部から表示光を受けて反射する表示部（１８）と、
前記表示部から表示光を受けて、前記投影部材に向けて拡大反射させる反射部材（１５）と、
外部指示に基づいて前記反射部材を回転させて、前記表示光の前記反射部材への入射角を変更させる角度変更部（３３）と、
ＣＰＵおよびメモリを備えた制御部（１０）と、を備え、
前記表示光は、前記射出部、走査部、表示部、反射部材および投影部材の間を実質的に共通面に沿うよう照射され、
前記反射部材が第１の角度変化だけ回転された際に、前記制御部は、前記入射角変更部を駆動して前記走査部への入射角を第２の角度変化だけ回転させるようプログラムされて、前記反射部材の第１の角度変化により生じる表示光の歪みを、前記走査部の第２の角度変化により生じる表示光の歪みによって相殺させる
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記第１の角度変化の前の前記反射部材の入射角をαとし、前記第１の角度変化による前記反射部材の入射角の変化をΔαとし、前記第２の角度変化の前の前記走査部の入射角をθとし、前記第２の角度変化による走査部の入射角の変化をΔθとし、
前記走査部は、前記共通面に直交する水平方向において表示光を走査角φで走査し、
前記反射部材の曲率半径をＲとし、
前記反射部材での前記水平方向における表示光の幅を２Ｈとしたときに、
前記制御部は、以下の式を満たすように前記入射角変更部により前記走査部への入射角を変化させるようプログラムされていることを特徴とする請求項３記載のヘッドアップディスプレイ。
【数２】
2015232702.tif 000019
【請求項５】
前記走査部が走査部基準入射角に回転されると共に、前記反射部材が反射部材基準入射角に回転された際に、前記投影部材での表示光の歪みが最小限となるよう設定され、
前記第２の角度変化による走査部への入射角の変化は、前記第１の角度変化による反射部材への入射角の変化に比例するように設定される請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記反射部材基準入射角をαとし、前記走査部基準入射角をθとし、
前記走査部は、前記共通面に直交する水平方向において表示光を走査角φで走査し、
前記反射部材の曲率半径をＲとし、
前記反射部材での前記水平方向における表示光の幅を２Ｈとし、
以下の式を満たす場合において、
前記制御部は、前記入射角変更部を駆動して、前記第２の角度変化による前記走査部への入射角の変化が前記第１の角度変化による前記反射部材への入射角の変化と等しくなるように前記走査部への入射角を変化させるようプログラムされる請求項５記載のヘッドアップディスプレイ。
【数３】
2015232702.tif 000020
【請求項７】
表示光を投影部材（２１）に投影するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
ビーム光を表示光として発する射出部（４１）と、
可動反射面を備え、表示光を前記射出部から受けて表示光を走査する走査部（４２）と、
射出部および走査部を一体的に回転させて、走査部への表示光の入射角を変更する入射角変更部（４３）と、
走査部から表示光を受けて反射する表示部（１８）と、
前記表示部から表示光を受けて、前記投影部材に向けて拡大反射させる反射部材（１５）と、
外部指示に基づいて反射部材を回転させて、前記表示光の反射部材への入射角を変更させる角度変更部（３３）と、
前記反射部材と前記走査部とを機械的に連結させるリンク機構と、を備え、
前記表示光は、前記射出部、走査部、表示部、反射部材および投影部材の間を実質的に共通面に沿うよう照射され、
前記走査部が走査部基準入射角に回転されると共に、前記反射部材が反射部材基準入射角に回転されたた際に、前記投影部材での表示光の歪みが最小限となるよう設定され、
前記反射部材駆動部が前記反射部材を第１の角度変化だけ回転させた際に、前記リンク機構は、前記走査部を第２の角度変化だけ回転させて、前記第１の角度変化により生ずる表示光の歪みが、前記第２の角度変化により生ずる表示光の歪みと相殺されるようにし、
前記第２の角度変化による走査部への入射角の変化は、第１の角度変化による反射部材への入射角の変化に比例する
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示光を投影部材に投影するヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のヘッドアップディスプレイとして、表示部に表示させた画像を凹面鏡等の反射部材で拡大して表示する際に、画像に生じる歪みを相殺するような画像を表示部において生成することによって、ユーザに歪みの少ない画像を提供するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５０５０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記ヘッドアップディスプレイでは、画像を表示させる位置を変更しようとする場合、反射部材の角度を変更する構成が多く採用されるが、このように反射部材の角度を変更すると画像に歪みが生じるという問題があった。
【０００５】
そこでこのような問題点を鑑み、表示光を投影部材に投影するヘッドアップディスプレイにおいて、反射部材の角度を変更した場合であっても画像に歪みが生じることを抑制できるようにすることを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
表示光を投影部材に投影する本発明のヘッドアップディスプレイは、ビーム光を表示光として発する射出部と、可動反射面を備え、表示光を前記射出部から受けて表示光を走査する走査部と、射出部および走査部を一体的に回転させて、走査部への表示光の入射角を変更する入射角変更部と、走査部から表示光を受けて反射する表示部と、表示部から表示光を受けて、投影部材に向けて拡大反射させる反射部材と、外部指示に基づいて反射部材を回転させて、表示光の反射部材への入射角を変更させる角度変更部と、ＣＰＵおよびメモリを備えた制御部と、を備え、表示光は、射出部、走査部、表示部、反射部材および投影部材の間を実質的に共通面に沿うよう照射され、制御部は、反射部材への入射角に基づいて、入射角変更部を駆動して走査部への入射角を変化させるようプログラムされて、反射部材により生じる表示光の歪みを、走査部により生じる表示光の歪みによって相殺させることを特徴とする。
【０００７】
このようなヘッドアップディスプレイによれば、表示光を表示させる位置を変更する場合であっても、反射角度に応じて、反射部材によって表示光に生じる歪みが走査部によって表示光に生じる歪みと相殺される入射角になるように入射角変更部を駆動するので、表示光の歪みが生じにくくすることができる。
【０００８】
また、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、発明の目的を達成できる範囲内において一部構成を除外してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用されたヘッドアップディスプレイ１の概略構成を示す側面図である。
【図２】ヘッドアップディスプレイ１の概略構成を示すブロック図である。
【図３】走査部４２によって生じる画像の歪みの概要を示す説明図である。
【図４】凹面鏡１５によって生じる画像の歪みの概要を示す説明図である。
【図５】走査部４２によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その１）である。
【図６】走査部４２によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その２）である。
【図７】凹面鏡１５によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その１）である。
【図８】凹面鏡１５によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その２）である。
【図９】変形例において、走査部４２によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その１）である。
【図１０】変形例において、走査部４２によって生じる画像の歪みの詳細を示す説明図（その２）である。
【図１１】走査部４２への入射角の変化と凹面鏡１５からの射出角との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
本発明が適用されたヘッドアップディスプレイ１は、車両（移動体）に搭載されて用いられるものであって、図１に示すように、制御部１０、凹面鏡１５、スクリーン１８、凹面鏡駆動部３３、描画部４０、光学駆動部４３を備えている。ここで、図１における光軸３１は、スクリーン１８に表示された画像の光路の中心を示す模式的なものである。
【００１１】
描画部４０は、光ビーム生成部４１と、走査部４２と、光学駆動部４３とを備えている。光ビーム生成部４１は、例えばレーザ光による光ビームを生成し、走査部４２に照射させる。
【００１２】
走査部４２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）のうちのマイクロミラーデバイスとして構成されており、所定の入射角で入射された光ビームを、互いに直交する２軸に沿って走査する。この際、走査部４２は、図１における紙面上下方向および紙面奥行き方向の２次元で光ビームを走査する。つまり、紙面の法線方向に沿って走査するように設定されている。
【００１３】
光学駆動部４３は、図１に示すように、描画部４０そのものの角度を変更するモータ等のアクチュエータとして構成されており、描画部４０を駆動することで、光ビームの走査部４２に対する入射角を変更することができるよう構成されている。
【００１４】
描画部４０から出力された画像（表示光）は、スクリーン１８表面（拡散領域）にて結像する。この画像は一般的な凹面鏡１５で反射拡大され、車両に備えられたウインドシールド２１に投射される。
そして、このウインドシールド２１をコンバイナとして、アイボックス２３に位置する運転者（搭乗者）の視点２５に到達する。運転者は、ウインドシールド２１の前方の地点において、表示部１７に表示された画像を虚像（虚像表示像）２７として視認することができる。
【００１５】
なお、アイボックス２３とは、運転者が画像を視認可能な領域であり、表示部１７に表示される画像（画像の表示画面における表示領域）や、凹面鏡１５の角度によってその位置が調整されるものである。つまり、運転者の視点２５の位置は、凹面鏡１５の角度によって調整される。凹面鏡１５の角度は、例えばステッピングモータ等のモータと、モータによって駆動されるギアとの組み合わせによって構成される凹面鏡駆動部３３が駆動されることで変更される。
【００１６】
例えば、凹面鏡１５の角度を図１の実線にて示す位置から僅かに下向きに変更させると、運転者の視点２５が上側に移動し、図１に示すＡの位置となる。また例えば、凹面鏡１５の角度を図１の実線にて示す位置から僅かに上向きに変更させると、運転者の視点２５が下側に移動し、図１に示すＢの位置となる。このような構成によってアイボックス２３の位置を運転者の視線の位置（座高）に応じて変更できるようにしている。
【００１７】
また、ヘッドアップディスプレイ１においては、図１に示すように、光ビーム生成部４１から走査部４２へ向かう光軸６１、および走査部４２からスクリーン１８の中心に向かう光軸６２、が含まれる平面と、スクリーン１８の中心から凹面鏡１５の中心に向かう光軸６３、およびスクリーン１８の中心からの光が凹面鏡１５の中心において反射されてウインドシールド２１に向かう際の光軸６４、が含まれる平面とが平行になるよう設定されている。
【００１８】
これらの平面が平行になると、凹面鏡１５によって生じる画像の歪みを、走査部４２によって生じる歪みによって自然に相殺できるようになる。なお、これらの平面は、完全に平行である必要はなく、画像の歪みが人の目に気にならない程度の略平行となっていてもよい。
【００１９】
ここで、ヘッドアップディスプレイ１においては、スクリーン１８上に形成される画像と、虚像２７とが共役関係にある。さらに、画像を投影する描画部４０の射出開口とアイボックス２３とが共役関係にある。
【００２０】
ヘッドアップディスプレイ１の電気的な接続関係は、例えば図２に示すように構成されている。すなわち、凹面鏡駆動部３３は、凹面鏡１５の角度を検出する角度検出部１３を備えている。角度検出部１３は、例えばエンコーダとして構成され、角度の検出信号を制御部１０に送る。
【００２１】
制御部１０は、ＣＰＵ１１とＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ１２とを有するコンピュータを備えている。制御部１０は、描画部４０を作動させてスクリーン１８に画像を表示させる。
【００２２】
また、制御部１０は、ユーザによる指示など外部からの指示に従って凹面鏡駆動部３３を作動させることで凹面鏡１５の角度を変更する。制御部１０は、この際、角度検出部１３による検出信号に基づいて、光学駆動部４３を駆動させ、凹面鏡１５によって生じる画像の歪みを相殺するような角度となるよう制御する。すなわち、制御部１０は、後述する式（７）を満たすように演算を行い、光学駆動部４３を駆動させる。
【００２３】
［画像の歪みを軽減する仕組み］
ヘッドアップディスプレイ１において画像の歪みを軽減する仕組みについて図３以下の図面を用いて説明する。光ビーム（入射光）が走査部４２に照射され、この光ビームが走査部４２によって反射されて、この反射光がスクリーン１８の中央に向かうとき、入射光と反射光とのなす角を２θとし、この半分のθを入射角と定義する。なお、入射光は、水平方向に直交する平面上に位置するものとする。
【００２４】
入射角θが大きくなるにつれて、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、スクリーン１８において描画される画像の水平方向両端部分が鉛直方向上側に歪むことになる。一方、図示していないが、凹面鏡１５においては、画像の水平方向両端部分が鉛直方向下側に歪むことになる。つまり、本実施形態において、走査部４２において生じる画像の歪みは、凹面鏡１５において生じる画像の歪とは反対方向に歪むことになる。図４（ａ）から図４（ｄ）は上述の現象に基づく歪み軽減の仕組みを示している。凹面鏡１５においては、図４（ａ）に示すように、スクリーン１８上の画像に歪みが生じていない場合には、凹面鏡１５により生じた画像の歪みが実質的に虚像２７に反映され、ユーザの目に入る虚像２７には、図４（ｂ）に示すように、画像の水平方向両端部分が鉛直方向下側に歪むことになる。一方、図４（ｃ）に示すように、スクリーン１８上の画像の両端部分に鉛直方向上側への歪みが生じている場合には、凹面鏡１５により生じた画像の歪みが走査部４２により生じた画像の歪みを実質的に相殺し、図４（ｄ）に示すように、歪みの小さな虚像２７が得られることが分かる。
【００２５】
以下では、これらの歪みについてより詳細に考察する。図５（ａ）に示すように、入射角θである場合において、図５（ｂ）に示すように、水平方向（ｘ方向）に走査を行う場合について考える。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、入射光と反射光との水平方向におけるなす角をφ（走査角φ）とし、スクリーン１８までの投射距離で規格化すると、水平方向において描画される位置は、ｃｏｓθ・ｔａｎφとなる。また、図６（ａ）の点線矢印は、鉛直方向において描画される位置がｓｉｎθとなることを示している。しかしながら、歪みによって鉛直方向において描画される実際の位置は拡大される。具体的には、鉛直方向において描画される位置は、水平方向への走査角φとともに増加し、鉛直方向において描画される実際の位置は、ｓｉｎθ／ｃｏｓφとなる。
【００２７】
すると、走査部４２によって生じる曲がり（歪み）の大きさεは、図６（ｂ）に示すように、入射角θが大きくなるにつれて大きくなることが分かる。この曲がりの大きさεは、下記のように表すことができる。
【００２８】
【数１】
2015232702.tif 000003
【００２９】
一方、図７（ａ）に示すように、凹面鏡１５への入射角をα、凹面鏡１５のＸ方向（水平方向）の中心曲率半径をＲとして、ウインドシールド２１を介して視認される虚像２７の曲がりの大きさγについて考える。走査部４２により走査されている光ビームは、凹面鏡１５に入射する。図７（ａ）において、走査された光ビームの光路が最も長くなる凹面鏡１５の中心付近の位置を点Ｃとしている。点Ｃは走査された光ビームの光軸６３が凹面鏡１５に入射する箇所である。光路が最も短くなる凹面鏡１５の端部付近の位置を点Ｐとしている。点Ｐは、凹面鏡１５に入射する走査光ビームの端部である。つまり、走査光は、点Ｃの一方側において、点Ｃと点Ｐの間に亘り拡がる。
【００３０】
凹面鏡１５の断面を模式化すると図８（ａ）に示すように表すことができる。図８（ａ）において、水平方向（ｘ方向）は左から右への方向とする。光ビームの到達点Ｐにおける水平方向の中心からの長さは、Ｒ・ｓｉｎβと表現できる。なお、角度βは、光線到達点Ｐと凹面鏡１５の曲率中心Ｏとを結ぶ線分と、中心線（ＣとＯとを結ぶ線分）との角度である。走査された光ビームは、凹面鏡１５で水平方向に２Ｈの幅を有し、さらに、高さＤは、点Ｃから点Ｐまでの高さで定義付けられる。つまり、高さＤは、点Ｐから、凹面鏡１５に点Ｃで接する基準面ＲＰまでの距離である。
【００３１】
図７（ｂ）において、水平方向（ｘ方向）は紙面に垂直な方向である。図７（ｂ）に示すように、走査された光ビームが入射角αで点Ｃに入射すると、走査された光ビームの光軸６３は、点Ｐ’を通過する。点Ｐ’は光軸６３上に点Ｐを投影した点であり、点Ｃから高さＤの分だけオフセットした点でもある。つまり、高さＤは点Ｐ’と基準面ＲＰとの距離でもある。
【００３２】
ここで、走査光の光軸６３は、距離Ｄ／ｃｏｓαだけ点Ｃよりも先に点Ｐ’を通過する。その結果、光ビームの点Ｃでの反射と、点Ｐ’での仮想的な反射との間で光路の距離が異なることによる光路のずれδが発生する。この光路のずれδは、虚像２７における画像の歪みとなって顕在化する。
【００３３】
本実施形態において、実際には、光ビームは点Ｐ’で反射しているわけではないが、点Ｐ’は、点Ｃ・点Ｐ間の高さＤにより生じる画像の歪み量を算出するのに用いられているものである。つまり、光路のずれδは点Ｐ’および点Ｃでの反射を比較して算出されているが、光路のずれδは、結局のところ、点Ｃ・点Ｐ間の高さＤにより顕在化される。以下、光路のずれδについて詳細に説明する。
【００３４】
点Ｐの凹面鏡１５中心での基準面からの高さＤは、
【００３５】
【数２】
2015232702.tif 000004
【００３６】
と表すことができる。
ここで、一般的に凹面鏡の曲率半径Ｒは、点Ｃ・点Ｐ間の距離に比べ十分大きいため、
【００３７】
【数３】
2015232702.tif 000005
【００３８】
とおくと、下記のように近似できる。
【００３９】
【数４】
2015232702.tif 000006
【００４０】
このとき、光路のずれδは、下記のように表現できる。
【００４１】
【数５】
2015232702.tif 000007
【００４２】
これらをまとめると、図８（ｂ）に示すように表すことができる。つまり、凹面鏡１５による曲がりの大きさγは、凹面鏡１５への入射角をαが大きくなるにつれて大きくなることが分かる。この際の曲がりの大きさγは、下記式で表現できる。
【００４３】
【数６】
2015232702.tif 000008
【００４４】
以上より、凹面鏡１５によって起きる曲がりの大きさγと、走査によって生じるスクリーン１８上の曲がりの大きさεを、逆方向かつ等しくなるように設定すれば、虚像表示像での湾曲状の歪みは最小にすることができることが分かる。すなわち、下記式を満たすように入射角θを設定することになる。下記式において、φ、Ｈ、Ｒの各項は上述のように定数である。さらに、凹面鏡１５での入射角αは角度検出部１３により検出され、制御部１０に送信される。制御部１０は、下記式に基づいて（すなわち、凹面鏡１５での入射角αに基づいて）走査部４２に入射される際の入射角θを変更するよう光学駆動部４３を駆動するようプログラムされており、これにより、凹面鏡１５で生じる表示光の歪みは、走査部４２で生じる表示光の歪みによって、相殺されることとなる。
【００４５】
【数７】
2015232702.tif 000009
【００４６】
［本実施形態による効果］
以上のようなヘッドアップディスプレイ１によれば、表示光を表示させる位置を変更する場合（凹面鏡１５を回転させる場合）であっても、反射角度に応じて、凹面鏡１５によって表示光に生じる歪みが走査部４２によって表示光に生じる歪みと相殺される入射角になるように光学駆動部４３を駆動するので、表示光の歪みが生じにくくすることができる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。
【００４８】
［第２実施形態］
上記実施形態においては、凹面鏡１５や走査部４２による歪みが考慮され、良好に抑制されている。一方、この第２実施形態では、視点２５のデフォルト位置において、虚像２７の歪みが既に最小化されている、あるいは低レベル状態にある場合を想定している。例えば、視点２５のデフォルト位置での画像の歪み量が製造時に計測される場合を想定している。この場合、この視点２５のデフォルト位置での歪み量が、ソフトウェアを用いた手段や他の光学的手段によって補正されたり、あるいは運転者の座高に応じてセットされてもよい。しかしながら、このような場合においても、ユーザの身長が平均身長より高いことやユーザの個人的嗜好によって視点のデフォルト位置を変更したいと要望することもあり得る。もしユーザが、図示されていない操作手段を用いて視点のデフォルト位置から異なる位置に視点位置を変更すると、制御部１０は凹面鏡駆動部３３を制御し、凹面鏡１５の回転により凹面鏡１５での入射角αを補正する。その結果、凹面鏡１５での入射角αは変化し、凹面鏡１５において新たな歪みが発生することになる。この第２実施形態では、このように新たに発生する歪みが良好に抽出され軽減されることとなる。
【００４９】
本実施形態において、視点２５のデフォルト位置は、凹面鏡１５での入射角のデフォルトがαで、走査部４２での入射角のデフォルトがθである。視点２５のデフォルト位置において、虚像２７の歪みは上述の通り既に最小化されている。ここで、例えば凹面鏡１５の回転により、入射角αが第一の角度変化Δαによって変更した場合、制御部１０は光学駆動部４３を駆動し、入射角θを変更する。具体的には、入射角θは第二の角度変化Δθによって変更され、これにより、第一の角度変化Δαにより生じる画像の歪みは、第二の角度変化Δθにより生じる画像の歪によって相殺されることとなる。
【００５０】
この制御作用の詳細については、走査部４２での入射角がθ+Δθの場合を示す図９および図１０を用いて説明する。走査部４２への入射角はΔθによって補正される。
入射角がθのときの曲りの大きさεは、次式に示すようになる。
【００５１】
【数８】
2015232702.tif 000010
【００５２】
一方で、入射角がθ+Δθのときの曲りの大きさは、θをθ+Δθに置換して算出され、次式に示すようになる。
【００５３】
【数９】
2015232702.tif 000011
【００５４】
したがって、走査部４２での入射角がθからθ+Δθに変化したときの、曲がりの大きさの変化Ａは、次式に示すようになる。
【００５５】
【数１０】
2015232702.tif 000012
【００５６】
この式においてθ<<Δθとすると、次式のように近似できる。
【００５７】
【数１１】
2015232702.tif 000013
【００５８】
また、凹面鏡１５の入射角αはα+Δαとなる。このとき、凹面鏡１５による曲りの大きさは、次式に示すようになる。
【００５９】
【数１２】
2015232702.tif 000014
【００６０】
そして、凹面鏡１５への入射角がαからα＋Δαに変化したときの、曲りの大きさの変化Ｂは、Δαも小さい角度であると仮定することで次式のようになる。
【００６１】
【数１３】
2015232702.tif 000015
【００６２】
上記の式（１１）および式（１３）が等しくなるときに画像の歪みが最小となるので、下記式が成立するように入射角θを補正するとよい。
【００６３】
【数１４】
2015232702.tif 000016
【００６４】
つまり、走査部４２での入射角をθからθ＋Δθに変更することで生じる画像の歪み（式（１４）の左辺）は、凹面鏡１５での入射角をαからα＋Δαに変更することにより生じる画像の歪み（式（１４）の右辺）で相殺されることとなる。ここで、式（１４）において、φ、Ｈ、Ｒの各項は第１実施形態で述べた通り定数である。さらに、α、θ、Δαの各項は上述の通り既知の値である。よって、未知の項は、制御部１０によって計算されるΔθのみである。制御部１０は光学駆動部４３を駆動し、走査部４２での入射角が式（１４）を満たすようにθ＋Δθを変更する。その結果、凹面鏡１５での入射角αの変更により生じる新たな歪みが最小化されることとなる。
【００６５】
ここで、本実施形態の第１の改良例として、制御部１０による計算を容易にするため、凹面鏡１５での入射角の変化Δαが走査部４２での入射角Δθに比例するように設定してもよい。図１１では、入射角変化Δαが入射角変化Δθと等しい場合について示す。
【００６６】
凹面鏡１５の回転により凹面鏡１５で反射する光の射出角ψがΔψ変化すると、制御部１０は光学駆動部４３を駆動し、走査部４２での入射角θをΔθ変化させる。つまり、ΔθはΔψと等しくなるように変化させる。この場合、凹面鏡１５において、凹面鏡１５からの射出角ψの変化は入射角αの変化と等しくなることを意味する。つまり、凹面鏡１５での入射角αはΔα変化するが、Δα、Δψ、Δθは全て等しくなる。
【００６７】
この場合、上述の式（１４）は次式のようになる。
【００６８】
【数１５】
2015232702.tif 000017
【００６９】
Δα、Δθの項は等しいので相殺され、式（１５）では削除される。よって、視点２５のデフォルト位置において、初期の入射角αおよびθは式（１５）を満たすこととなる。つまり、視点２５のデフォルト位置においてデフォルトの入射角αおよびθが式（１５）を満たすならば、凹面鏡１５での入射角αの変化によりいかなる歪みが生じても、走査部４２での入射角θの変化によって相殺されることとなる。その結果、制御部１０による計算は簡略化されることとなる。
【００７０】
また、本実施形態の第２の改良例として、走査部４２での入射角θを変更するためにリンク機構（図示せず）を用いてもよい。例えば、視点２５のデフォルト位置において、入射角αとθを上記式（１５）を満たすように初期設定する。この場合、リンク機構により凹面鏡１５と走査部４２が機械的に連結し、凹面鏡１５での入射角の変化Δαと等しくなるように走査部４２での入射角がΔθ変化する（ΔαがΔθと等しくなる）。つまり、制御部１０は、凹面鏡１５を回転するために凹面鏡駆動部３３を駆動するのみで、この回転により生じるいかなる新たな歪みもリンク機構によって自動的に相殺されることとなる。その結果、制御部１０は、特に光学駆動部４３を制御する必要無く、制御部１０による計算がさらに簡略化される。
【００７１】
なお、上記の第１及び第２の改良例は、ΔαがΔθに等しい場合を前提とする式（１５）に限定されるものではない。ΔαがΔθと比例関係にあれば、ΔαとΔθのいかなる予測可能な関係でも適用可能である。上述の式（１５）はこの予測可能な関係を鑑みて再導出され、その結果、制御部１０による計算は簡略化されることとなる。
【００７２】
また、上記実施形態では、スクリーン１８として正反射型のものを採用したが、スクリーン１８としては拡散反射型や透過型のものを採用してもよい。
［実施形態の構成と本発明の手段との対応関係］
上記実施形態における角度検出部１３は本発明でいう反射角度検出手段に相当する。また、上記実施形態における凹面鏡１５は本発明でいう反射部材に相当し、上記実施形態におけるスクリーン１８は本発明でいう表示部に相当する。
【００７３】
さらに、上記実施形態におけるウインドシールド２１は本発明でいう投影部材に相当し、上記実施形態における凹面鏡駆動部３３は本発明でいう角度変更部に相当する。また、上記実施形態における描画部４０は本発明でいう描画手段に相当し、上記実施形態における光ビーム生成部４１は本発明でいう射出部に相当する。
【００７４】
さらに、上記実施形態における光学駆動部４３は本発明でいう入射角変更部に相当する。
【符号の説明】
【００７５】
１…ヘッドアップディスプレイ、１０…制御部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…角度検出部、１５…凹面鏡、１７…表示部、１８…スクリーン、２１…ウインドシールド、２３…アイボックス、２５…視点、２７…虚像、３１…光軸、３３…凹面鏡駆動部、４０…描画部、４１…光ビーム生成部、４２…走査部、４３…光学駆動部。
【図１】
2015232702.tif 000021
【図２】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015232702.tif 000026
【図６】
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【図８】
2015232702.tif 000028
【図９】
2015232702.tif 000029
【図１０】
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【図１１】
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