JPWO2020009218A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、路面に張り付いて視認される虚像を車両の走行時に安定して表示することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置（１０１）は、車両（２００）に設けられた反射透光部材（３００）に表示光（５０）を投影し、反射透光部材（３００）を透過する実景に重ねて反射透光部材（３００）に反射された表示光（５０）により虚像を生成して表示する表示手段を備え、虚像が表示される虚像表示面（４００）は、車両から遠い側の端部（４０３）が、車両から近い側の端部（４０６）よりも低く配置される。

Description

本発明は、車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等の反射透光部材を透過する実景（車両前方の風景）に重ねて、その反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するヘッドアップディスプレイ装置は、車両を運転する視認者の視線移動を極力抑えつつ、視認者が所望する情報を虚像により提供することによって、安全で快適な車両運行に寄与する。

例えば特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボードに設けられてフロントウインドシールドに表示光を投影し、フロントウインドシールドで反射された表示光により視認者に虚像表示面上の虚像を視認させる。同特許文献では、車両が進行する路面と略平行な第一の虚像表示面上にある第一の虚像と、車両の進行方向と垂直な方向に略平行な第二の虚像表示面上にある第二の虚像とが、所定の角度をなすように表示される。

特開２０１６−２１２３３８号公報

ところで、特許文献１において、第一の虚像は路面の所定の範囲に亘って重畳して視認されるが、第一の虚像表示面が路面の上方に位置しているため（同特許文献の段落００１５、図１参照）、視認者には、第一の虚像が路面から浮いているように視認される。同特許文献における第一の虚像のように、車両の経路を示す矢印等の虚像は、路面から浮いているように視認されるのではなく、路面に張り付いて視認される方が望ましい場合がある。

しかしながら、そのために図８（ａ）に示すように虚像表示面４０を路面４１の上方ではなく路面４１と同じ高さに位置させると、車両４２の走行中、路面４１が平坦でなかったり、車両４２の姿勢変化（ピッチ角の変化）があったりした場合に、同図（ｂ）に示すように虚像表示面４０が路面４１の上方に浮いて虚像４３が路面４１から浮き上がることになり、虚像４３が路面４１に調和していないとの違和感を視認者４４が覚えやすいという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、路面に張り付いて視認される虚像を車両の走行時に安定して表示することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題としている。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置の一態様では、車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示する表示手段を備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示する表示面を有する画像表示部と、前記表示光を、前記反射透光部材部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、前記ヘッドアップディスプレイは、前記虚像を表示する虚像表示面を有し、前記虚像表示面は、前記車両から近い側の第１の端部と、遠い側の第２の端部を有し、前記第２の端部が、前記第１の端部より低く配置される。
また、前記第１の端部が、前記虚像表示面のうち、最高位置に配置されてもよい。
また、前記虚像表示面が、前記路面より下になる部分を有さない場合には、前記虚像表示面は、前記第１の端部が前記路面よりも上に位置する曲面であり、前記第１の端部における前記車両に最も近い端点の前記路面からの距離が、前記虚像表示面の内で最大となり、かつ、前記第２の端部の少なくとも一部が、前記路面に重なるように、前記第１の端部よりも平坦性が高められた面とされた形状を有し、前記光学系における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、前記光学部材と前記表示面との配置を調整すること、前記表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、前記虚像表示面の形状を形成してもよい。
また、前記虚像表示面は、前記第２の端部を含む一部又はその全部が前記路面下に位置してもよい。
また、前記虚像表示面は、前記路面と前記第２の端部との距離が、前記路面と前記第１の端部との距離より長くなるように配置されてもよい。
また、前記第１、第２の端部が、前記路面より上に位置してもよい。
また、前記光学部材は、曲面の反射面を有する凹面鏡を有し、前記凹面鏡における前記曲面の反射面の形状が、前記虚像表示面の形状を生じさせるべく調整されていてもよい。
また、前記車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、前記車両の搭乗者である前記虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、前記虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角とし、前記虚像の一点に対応する、重畳対象物である前記路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角とし、前記第１の輻輳角と前記第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、前記輻輳角差が、０．０６８度以下であってもよい。
また、前記表示面又は／及び前記光学部材を移動又は／及び回転させるように構成される１つ又はそれ以上のアクチュエータと、１つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェースと、１つ又はそれ以上のプロセッサと、メモリと、前記メモリに格納され、前記１つ又はそれ以上のプロセッサによって実行されるように構成される１つ又はそれ以上のコンピュータ・プログラムと、をさらに備え、前記１つ又はそれ以上のプロセッサは、前記路面の位置を取得し、前記路面の位置に基づき、前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面下に配置するように、前記アクチュエータを駆動してもよい。
また、前記光学部材の反射面は、前記車両に搭乗する視認者のアイポイントが第１の位置にあるときの第１の使用領域と、前記第１の位置とは、上下方向における位置が異なる第２の位置にあるときの第２の使用領域と、を有し、前記第１、第２の各使用領域が重複する領域における前記反射面の形状は、前記虚像表示面における、前記車両から遠い側の前記第２の端部の形状を所望形状に形成するのに適した形状とされてもよい。

これにより、例えば、虚像の全体を路面に近づけて配置することができる。言い換えれば、路面重畳ＨＵＤにおいて、虚像の路面からの浮き上がりを抑制することができる。また、例えば、虚像の遠方に位置する部分（遠方部分であり、先端部分ということもできる）は、車両の運転者等（虚像の視認者）にとって重要な情報をもつ場合が多い。よって、その遠方部分を、平坦性を高くして路面により近づけて重畳するように調整することによって、運転者等の視認性や認知性を高めることができる。

また、虚像の一部が路面の下（但し、路面の垂線に沿う方向を上下方向とする。よって、例えば、路面が水平なら鉛直下向きが下方向となる）に位置する場合であっても、虚像の遠方部分の路面への重畳性は維持しつつ、近傍の浮いた表示を、なるべく路面に近づけることができる。よって、近傍での路面重畳性を確保することもできる。

上記のような本発明の実施態様によれば、路面に重畳される虚像の、路面からの浮き上がりを効果的に抑制することができる。このことは、広画角、かつ虚像表示距離が長いＨＵＤ装置の視認性向上に貢献する。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、路面に張り付いて視認される虚像を車両の走行時に安定して表示することができる。

発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が設けられた車両を示す説明図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す説明図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置の表示部、画像生成部と対象物検出部、車両情報検出部との関係を示すブロック図である。 （ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置によりフロントウインドシールドにナビゲーションの矢印が表示された例を示す説明図、（ｂ）は先行車との車間距離を表すガイドが表示された例を示す説明図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面の調整処理を示す流れ図である。 （ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の車両の前部が浮き後部が沈んだときの虚像表示面を示す説明図である。 発明を実施するための形態に係る他のヘッドアップディスプレイ装置が設けられた車両を示す説明図である。 （ａ）は従来のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の車両の前部が浮き後部が沈んだときの虚像表示面を示す説明図である。 （ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の倍率、焦点を説明するための図、（ｂ）は視認者のアイポイントと虚像位置との関係について説明するための図である。 （ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の他の例による、虚像表示面を用いた虚像表示を示す図、（ｂ）画像表示部の表示面に表示される画像の例を示す図である。 （ａ）は虚像表示面の特徴を説明するための図、（ｂ）、（ｃ）、（ｃ’）、（ｄ）は、虚像表示面と路面位置との位置関係が異なる例を示す図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の一例を示す図である。 凹面鏡（曲面を含む反射面を有する拡大反射鏡）の形状、及び焦点の例を説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の他の例（凹面鏡の角度を固定し、アイポイントの上下方向の移動に対応して、反射面での使用領域を変更する例）を示す図である。 凹面鏡の反射面での使用領域を変更する場合の具体例、及び反射面の設計上の特徴点について説明するための図である。 車両が直線状の道路を走行しているときに、路面を重畳対象物（実景）としてナビゲーション用の図形を重ねて表示した様子を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ヘッドアップディスプレイ装置における輻輳角差の変化、及びアイポイントの変化に対応して、虚像表示位置が変化する様子を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、虚像表示距離と輻輳角差との関係性について説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置のシステム構成の例を示す図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）１は、車両２のフロントウインドシールド３の下方に位置するダッシュボード４の内部に設けられ、フロントウインドシールド３の一部に表示光５を投影する。表示光５は、フロントウインドシールド３に反射されて虚像６を生成し、視認者（運転者）７にフロントウインドシールド３を透過する実景に重ねて虚像６を視認させる。虚像６は、後に詳述するように、車両２が進行する路面８の下方に位置する虚像表示面９に表示される。

ＨＵＤ１は、図２に示すように、透光部１０が形成されたケース１１の内部に表示部１２、反射鏡１３及び画像生成部１４が設けられて概略構成されている。表示部１２は、ＤＭＤやＬＣｏＳ等の反射型表示デバイスを用いたプロジェクタからなる投影部１５と、投影部１５からの投影光を受光し、画像を含む表示光５を反射鏡１３に向けて出射するスクリーン１６とを備える。表示部１２からの表示光５は、凹状の反射鏡１３に反射され、透光部１０を透過してフロントウインドシールド３に投影される。フロントウインドシールド３に投影された表示光５は、視認者７の側に反射され、虚像６を生成して視認者７に表示する（図１参照）。なお、反射鏡１３は、図示を略す駆動機構により回動駆動されることによって、表示光５のフロントウインドシールド３における投影位置を変更可能としてもよく、投影部１５は、ＬＥＤ照明とＴＦＴ液晶との組合せ等により構成してもよい。

画像生成部１４は、マイコンやＧＤＣ等からなり、図３に示すように、表示部１２及びＣＡＮ等の車内ＬＡＮのバス２７に接続されている。バス２７には、カメラ、ＬｉＤＡＲ又はＶ２Ｘ等により車両２が進行する路面８その他の車両周囲の対象物を検出する対象物検出部１６や、ＣＡＮトランシーバＩＣ、ＧＮＳＳ、加速度センサ、モーションセンサ、ジャイロセンサ等により車速、加速度その他の車両情報を検出する車両情報検出部１７が接続されている。

表示光５により生成される虚像６は、車両２が進行する路面８に張り付いて視認されるもので、図４（ａ）に示すフロントウインドシールド３の表示領域１８に表示されるナビゲーションの矢印１９や、同図（ｂ）に示す先行車（先行車は、視認者７に実景として視認される。）との車間距離を表すガイド２０等を含んでいてもよい。ここでは、画像生成部１４が、虚像表示面９が路面８に対して概ね平行となるように、かつ、路面８の下方に位置するように表示光５を投影し（図１参照）、虚像表示面９は、車両２から所定距離（２０〜５０ｍ）だけ遠方（前方）の路面８において、所定深さ（路面８の下方５０〜２００ｃｍ）に位置している。

また、画像生成部１４は、図５に示すように、車両２に対する虚像表示面９の位置を一定となるように（上記所定距離及び／又は上記所定深さが維持されるように）調整する。すなわち、画像生成部１４は、車両情報検出部１７（加速度センサ、モーションセンサ、ジャイロセンサ等）の検出結果から車両のピッチ角を取得し（ステップ１（図５において「Ｓ．１」と記載。以下同様。））、そのピッチ角と上記所定距離及び／又は上記所定深さに基づいて、虚像表示面９の所望の表示位置（図６（ａ））と取得したピッチ角の分ずれた表示位置（図６（ｂ））とのずれ量を算出する（ステップ２）。そして、そのずれ量を打ち消すように、車両２に対する虚像表示面９の位置を調整し（ステップ３）、調整後の虚像表示面９に対応する表示光５を投影するように表示部１２を制御する（ステップ４）。

なお、図５においては、画像生成部１４が現に生じたピッチ角の変化に応じて虚像表示面９の位置を調整しているが、対象物検出部１６（カメラ、ＬｉＤＡＲ等）により路面８の形状や凹凸等を検出してその検出結果も勘案し、次の瞬間のピッチ角を推定して虚像表示面９の位置を調整することによって、リアルタイム性を向上させてもよい。

さらに、虚像表示面９を路面８の下方に位置させるために、画像生成部１４は、対象物検出部１６により路面８を検出したり、あるいは、車両２が接地する路面の高さと同一とみなしたりすることによって、路面８の高さを把握する。

本実施の形態に係るＨＵＤ１では、虚像表示面９が、車両２が進行する路面８の下方に位置し、虚像６も路面８の下方に表示されるが、虚像６は、視認者７には、路面８にそれ以上奥側がないという先入観から、路面８に張り付いているように視認され、この傾向は、特に虚像表示面９及び虚像６が車両２から遠方に位置するほど、視認者７の奥行知覚が鈍感になり顕著となる。つまり、実際には、視認者７から見て、虚像６は路面８の奥側（下方）で結像しているにもかかわらず、視認者７は、あたかも路面８の表面に虚像６が張り付いて表示されているかのように知覚する。

また、仮に、画像生成部１４による虚像表示面９の位置調整機能がない場合に車両２のピッチ角が変化した際や、その位置調整機能の想定を超えて車両２のピッチ角が変化した際に、虚像表示面９が図６（ａ）から（ｂ）に示すように浮き上がったとしても、路面８の下方に位置していた虚像表示面９は、浮き上がってもなお路面８の下方に位置し、視認者７にとって虚像６は路面８に張り付いたままに見え、路面８との重畳感が失われない。

したがって、ＨＵＤ１によれば、路面８に張り付いて視認される虚像６を、車両２の走行中に車両２のピッチ角や路面８の形状、凹凸が変化したとしても、安定して表示することができる。ここでは、画像生成部１４が車両２に対する虚像表示面９の位置を一定となるように調整し、虚像表示面９が路面８から浮き上がること自体が抑制されるとともに、視認者７から見て虚像６が一定の場所に表示されるので、虚像６は、車両２の走行時に、より一層安定的に路面８に張り付いたように表示され、その視認性も向上している。

図７は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ２１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ２１は、画像生成部の生成画像が異なるほかは、ＨＵＤ１と同様の構成を有するので、各部の詳細な説明は省略する。

ＨＵＤ２１による虚像表示面２２は、車両２に対する遠方側（視認者７から見て上側）の端部２３が、近傍側（視認者７から見て下側）の端部２４よりも上方に位置し、さらには、路面８の上方に位置する。また、車両２に対する近傍側の端部２４が路面８の下方に位置し、虚像表示面２２の路面８よりも上方の部分には、路面８上の背景に重畳される背景関連虚像（車速やナビゲーションによる次の案内地点までの残距離、ＦＣＷ（前方衝突警報）等についての像）２５が表示され、路面８よりも下方の部分には、路面８に重畳されて路面８に張り付いたように視認される路面関連虚像２６が表示される。

ＨＵＤ２１では、虚像表示面２２の遠方側の端部２３が路面８の上方に位置し、近傍側の端部２４が路面８の下方に位置しているので、虚像６と同様に路面８に張り付いて視認される路面関連虚像２６を端部２３の側に表示しつつ、路面８上の背景に重畳される背景関連虚像２５を端部２４の側に表示することができる。

以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。

例えば、ＨＵＤは、虚像表示面の少なくとも一部を車両が進行する路面の下方に位置させることができるのであれば、表示部その他各部の構成は任意である。

また、虚像表示面の表示位置及び虚像の表示内容も任意であり、虚像表示面が路面となす角度についても、虚像表示面９のように路面８と略平行でも、虚像表示面２２のように路面８と略垂直でも、その他の角度でもかまわない。

虚像が路面に張り付いているように見える視覚的な程度（虚像の路面との重畳感、一体感）をより高めるためには、虚像表示面は全体的に寝た状態（路面と平行に近い状態）で路面の近くにあることが望ましいが、車両から虚像表示面までの距離が上記所定距離（２０〜５０ｍ）で、路面から虚像表示面までの深さが上記所定深さ（５０〜２００ｃｍ）程度であれば、虚像は十分に路面に張り付いているように視認され、しかも、車両の通常の走行状況下において、車両のピッチ角の変化や路面の形状、凹凸の変化により路面から浮き上がって見えることも防止される。

次に、図９を参照する。図９（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の倍率、焦点を説明するための図、図９（ｂ）は視認者のアイポイントと虚像位置との関係について説明するための図である。

図９（ａ）に示されるように、画像表示部（表示器や、透過型又は反射型のスクリーン等）Ｓの表示面から、反射透光部材（ウインドシールドやコンバイナ等）Ｔまでの距離を光路長ａとし、人（視認者）の視点Ｅ（あるいは、車両の所定箇所）から虚像Ｖ（あるいは虚像表示面の基準点）までの距離を虚像表示距離ｂとする。このとき、ａ＜ｂであれば、拡大表示がなされ、倍率Ｋはｂ／ａで表される。また、焦点距離をｆとするとき、１／ｆ＝１／ａ−１／ｂが成立する。

近年、視野角が大きく（例えば視認者から見た縦方向の有効視野が１０度程度）、かつ、虚像表示距離ｂが長い（例えば７ｍ以上）のＨＵＤ装置が求められている。視野角及び虚像表示距離を共に増大させようとすると、ＨＵＤ装置の大型化を招く。大型化を抑制するためには、光路長（上記のａ）の増大を抑制しつつ、ＨＵＤ装置の光学系の倍率（光学倍率）を大きくしなければならない。光学倍率を大きくするには、例えば、凹面鏡や補正鏡等の光学部材の曲面を大きく湾曲させる必要がある。また、ＨＵＤ装置の高画角化に伴い、画像表示部の表示面のサイズが大型化し、凹面鏡等の光学部材も大型化し、凹面鏡の大きく湾曲した周辺領域にも表示光が当たるようになる。よって、例えば、平坦な路面を重畳対象物として、その路面上に、ナビゲーション表示（平坦面をもつ矢印等）を重ねて表示するような場合に、そのナビゲーション表示（虚像）を、完全には平坦な表示とすることができない。言い換えれば、そのナビゲーション表示（虚像）を、全画角にわたって完全な平坦性を確保しつつ、路面上に重畳表示することは困難である。

また、図９（ｂ）では、画像Ｍが画像表示部Ｓの表示面に表示され、凹面鏡ＷＤ、フロントシールド（反射透光部材）Ｔを介して虚像の表示がなされている。図９（ｂ）では、視認者（車両の運転者等）のアイポイントＥＰ（Ｃ）は、アイボックスＥＢの中央に位置する。左右の各目に対応する虚像表示面をＰＬＮ（Ｌ）、ＰＬＮ（Ｒ）とすると、その重なりの領域の中央に虚像Ｖ（Ｃ）が位置する。虚像Ｖ（Ｃ）が、対象物に重畳される場合、虚像Ｖ（Ｃ）についての輻輳角と、重畳対象物の輻輳角との差の程度が大きくなると、焦点ずれが顕在化して、視認者は違和感を覚える（この点は後述する）。

また、視認者のアイポイントが、車両の幅方向（左右方向）に沿って移動すると（ＥＰ（Ｌ）、ＥＰ（Ｒ））、画像Ｍの表示位置に変更がなくても、虚像の表示位置が変化する。広視野角の表示が可能なＨＵＤ装置では、そのアイポイントの移動距離も大きくなり、虚像の左右方向の位置ずれ（言い換えれば、描画位置ずれ）が増大して、この場合も、視認者は違和感を覚えることになる（この点も後述する）。したがって、焦点ずれや描画位置ずれを、適切に抑制することも重要である。

従来、上述の、虚像Ｖの歪みに対する対策としては、歪みをできるだけ抑制する、言い換えれば、歪みを補正する、という考え方が主流であった。これに対して、本発明の実施形態では、歪みを補正するのではなく、人の視覚を通じた像の知覚の特性を考慮しつつ、凹面鏡の曲面形状等を調整し、像の歪みを適正に、精度よく制御し、その像の歪みを目立たなくする、という、新たな手法を導入する。これにより、路面に虚像を重畳する際の、路面からの虚像の浮き上がり等を、比較的容易に抑制することが可能となる。

以下、具体的に説明する。図１０を参照する。図１０（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の他の例による、虚像表示面を用いた虚像表示を示す図、図１０（ｂ）画像表示部の表示面に表示される画像の例を示す図である。なお、図１０（ａ）において、車両２００の前方に沿う方向（前後方向ともいう）をＺ方向とし、車両２００の幅（横幅）に沿う方向（左右方向）をＸ方向とし、車両２００の高さ方向（平坦な路面８０に垂直な線分の、路面８０から離れる方向）をＹ方向とする。

また、以下の説明では、虚像表示面４００の形状の説明等において、上、下、という表現をする。ここでは、説明の便宜上、路面８０に垂直な線分（法線）に沿う方向を上下方向とする。路面が水平である場合は、鉛直下向きが下方であり、その反対方向が上方である。

図１０（ａ）の上側に示されるように、車両（自車両）２００は、直線状に延びる路面（道路）８０上を走行している。本実施形態のＨＵＤ装置１０１の画像表示領域３０３には、路面８０の延在方向と一致する方向に、直線状に延びる延在部分（延在成分）を有する虚像である、矢印のマーク（ナビゲーション表示の一種）５０１が表示されている。虚像としての矢印のマーク５０１は、平坦なマーク（言い換えれば、平坦面を有するマーク）であり、路面８０を重畳対象物として、その路面８０上に重なるようにして表示される、言い換えれば路面に対して重畳的に表示されるコンテンツ（重畳コンテンツと称する）の虚像ということができる。

図中、Ｊ１は、矢印のマーク５０１の、車両２００から遠い側の端点を示し、Ｊ３は近い側の端点を示し、Ｊ２は、Ｊ１とＪ２の間の端点を示す。

次に、図１０（ａ）の下側の図を参照する。車両（自車両）２００のダッシュボード４０の内部に、本実施形態の、路面に重ねて虚像を表示するのに適した表示特性をもつＨＵＤ装置（路面重畳ＨＵＤと称する場合がある）１０１が搭載されている。

ＨＵＤ装置１０１は、画像を表示する表示面１６４を有する画像表示部（ここではスクリーン）１６０と、画像を表示する表示光５０を、反射透光部材部材であるウインドシールド３００に投影する光学部材を含む光学系１２０と、投光部（画像投射部）１５０と、を有し、光学部材は、反射面１３９を有する凹面鏡（拡大反射鏡）１３０を有し、その凹面鏡１３０の反射面１３９は、路面８０を重畳対象物として虚像（ここでは矢印のマーク５０１）を表示するのに適した形状（曲面を含む）を有しており、虚像表示面４００（図１０の左下側に、太線で描かれている）の形状は、反射面１３９の形状に応じて定まる。

なお、虚像表示面４００の形状は、凹面鏡１３０の反射面１３９の形状（曲面を含む）の他、ウインドシールド３００の曲面形状や、光学系１２０内に搭載される他の光学部材（例えば補正鏡）の形状にも影響される。また、表示面１６４の形状（一般的には平面だが、全体又は一部が非平面となり得る）や、反射面１３９に対する表示面１６４の配置にも影響される。但し、凹面鏡１３０は拡大反射鏡であり、虚像表示面４００の形状に与える影響は大きい。また、凹面鏡１３０の反射面１３９の形状が異なれば、実際に、虚像表示面４００の形状が変化する。よって、凹状の虚像表示面４００の形状は、凹面鏡１３０の反射面１３９の形状にも依存する。

ここで、図１０（ｂ）を参照する。画像表示部１６０の画像表示領域１６３において、画像表示面１６４上に、矢印の実画像（実像）ＲＥ（５０１）が表示されている。この矢印の実像ＲＥ（５０１）は、画像表示部１６０の画角の範囲を最大限に活用して、画像表示領域１６３の一端部（第１の表示限界端部）５０３と、反対側の他の端部（第２の表示限界端部）５０４との間において、直線的に連続する部分を備える矢印のマークの画像として配置されている。その直線的に連続する部分の延在方向をＮＰとすると、その延在方向ＮＰは、実空間における前方方向（前後方向）であるＺ方向に沿う方向（に相当する）ということができる。画角をめいっぱいに活用した表示であるため、凹面鏡１３０の、曲率の変化が大きくなり得る周辺領域にも表示光が当たることになり、その大きな湾曲の程度が、反映されて、下に凹の湾曲した断面形状を有する虚像表示面４００となる。

上述のとおり、ＨＵＤ装置１０１は、路面８０を重畳対象物として、虚像５０１を、路面８０に重ねるように表示する。虚像表示面４００は、その全部又は一部が路面８０の下に位置してもよく、全部が路面上に位置してもよい。図１０（ａ）では、一部が路面８０の下にある例が示されている。

虚像表示面４００のサイズは、ＨＵＤ装置１０１の画角に対応する画像表示領域（有効表示領域）１６３のサイズに対応して定まる。

図１０の例では、画像表示領域１６３のサイズを最大限に利用した画像の表示を行うと、その画像の虚像は、路面に沿って延在するが、凹面鏡とウインドシールドとの収差等に応じて湾曲した凹状の曲面を有する形状となり、その凹状の形状は、凹面鏡１３０に代表される光学系１２０の特性を、適宜、細部にわたって調整することで、高精度に、虚像表示面の全体形状を制御することができる。

虚像表示面４００は、車両２００に対する近傍側の端部４０６（車両に近い側の端点Ｑ３を含む）と、遠方側の端部４０３（遠い側の端点Ｑ１を含む）と、近傍側の端部４０６と遠方側の端部４０３との間に位置する中央部４０５（端点Ｑ２を含む）と、を有する。なお、中央部は、言い換えれば中間部であり、また、ミドル領域、中央領域等と称する場合もある。図１０（ａ）の例では、虚像表示面４００の一部（遠方側の端部４０３、中央部４０５）は、路面８０の下方に位置する。

特に、遠方側の端部４０３は、路面８０とほぼ平行な形状といえるほど、路面８０への重畳性が高められている。言い換えれば、遠方側の端部４０３は、近傍側の端部４０６よりも平坦性が高い形状とされている。虚像表示面４００の形状の特徴については、図１１を用いて、後に詳細に説明する。

また、図１０（ａ）のＨＵＤ装置１０１では、光学系１２０における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、光学部材（例えば、凹面鏡１３０）と表示面１６４との配置を調整すること、表示面１６４の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、虚像表示面４００の形状を形成することができる。

また、凹面鏡（拡大反射鏡）１３０における曲面を含む反射面の形状が、虚像表示面４００の形状を生じさせるべく、適切に調整（設計）され得る。例えば、曲率の変化や面の平坦性が、適切に調整され得る。

次に、図１１を参照する。図１１（ａ）は虚像表示面の特徴を説明するための図、図１１（ｂ）、（ｃ）、（ｃ’）、（ｄ）は、虚像表示面と路面位置との位置関係が異なる例を示す図である。図１１（ａ）に示される虚像表示面４００は、車両２００から近い側の端部（近傍側の端部、第１の端部）４０６と、遠い側の端部（遠方側の端部、第２の端部）４０３を有する。

また、図１１（ａ）の例は、虚像表示面４００が、路面８０より下になる部分を有さない場合の例である。このとき、虚像表示面４００は、近傍側の端部（第１の端部）４０６が路面８０よりも上に位置する曲面であり、近傍側の端部（第１の端部）４０６における車両２００に最も近い端点Ｑ３が、虚像表示面４００のうち、最高位置（図１０のＹ軸で最も正の方向の位置）に配置され（路面８０からの距離（言い換えれば、路面からの浮き上りの高さ）が、虚像表示面４００の内で最大となり）、かつ、遠方側の端部（第２の端部）４０３の少なくとも一部（図１１（ａ）の場合は、ほとんど全部）が、路面８０に重なるように、近傍側の端部（第１の端部）４０６よりも平坦性が高められた面とされた形状を有する。

図１１（ａ）の例では、特に、遠方側の端部４０３は、路面８０とほぼ平行な形状といえるほど、路面８０への重畳性が高められている。言い換えれば、遠方側の端部４０３は、近傍側の端部４０６よりも平坦性が高い形状とされている。よって、遠方側の端部４０３に表示される虚像（例えば、図１０の例における、矢印のマーク５０１）は、重要な情報を含む遠方側の端部（すなわち、方向性を示す矢印の部分）が、路面８０に完全に貼りついたように、視認者に知覚され得る。また、その遠方側の端部は、上下方向（路面の法線に沿う方向）における位置の変動が非常に少ないように知覚され得ることから、平坦性が担保され、見栄えがよい。また、図１１（ａ）の例では、虚像表示面４００の中央部４０５についても、かなり平坦性が確保されており、路面８０からの浮きが抑制されている。

よって、図１１（ａ）に示される虚像表示面４００上に虚像を表示すると、その虚像の、
重要な情報を含むことが多いと考えられる遠方側の端部、並びに、中央部（大きな面積を有する場合があり、主要部となり得る箇所でもある）は、視覚的な平坦性が担保され、視認者には、路面８０に、ほぼ貼りついたように見える。よって、完成度の高い路面への重畳表示が実現され、路面重畳ＨＵＤの視認性が向上する。また、車両２００が路面８０の凹凸などでバウンディングし、車両２００の路面８０に対するピッチング角度が変化する際、虚像表示面の遠方側の部分ほど、大きく位置が変化する。すなわち、路面８０から虚像表示面４００が離れやすい。上述のとおり、路面８０に対しての像の浮きは、視認者に知覚されやすく、違和感が生じやすい。したがって、虚像表示面４００の遠方側を平坦に保ち、浮き上がりを抑えることで、車両２００の路面８０に対するピッチング角度が変化した場合でも、遠方側（虚像表示面全体）が路面よりも上側にずれてしまうことを抑制することができる。

図１１（ｂ）〜（ｄ）の例では、虚像表示面４００の形状（断面形状）は同じであるが、路面（地上）の位置が異なる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の例と同様に、虚像表示面４００が、路面８０よりも下に位置する部分を有さない。遠方側の端点Ｑ１は、路面８０に正確に重ね合わされている。

図１１（ｃ）では、虚像表示面４００の、遠方側の端点Ｑ１及び中央点Ｑ２が、路面８０よりも下側に位置する。近傍側の端点Ｑ３は路面８０から離れた位置（すなわち、やや浮き上がった位置）にある。但し、虚像表示面の一部が、路面８０の下に位置することから、近傍側の端点Ｑ３の路面８０からの浮き上がりは、かなり抑制されており、平坦性が低下する等の悪影響は生じないものと考えられる。

また、表示される虚像の一部が路面の下に位置する状態であっても、人の目は、虚像は路面より下にはならない、という観点から、虚像の位置を修正して路面上に位置する、と捉える傾向がある。よって、路面より下に位置する部分も、あたかも、路面８０に完全に重畳されているかのように知覚され得る。

また、人は、虚像の全体について、上下方向の位置を平均化して把握しようとする傾向がある。本実施形態の虚像表示面４００は、特に遠方側の端部付近の平坦性が向上されている（つまり、湾曲の程度が極めて低い）。よって、全体的に上下方向（高さ方向）についての変動が十分に抑制されているといえる。視覚による平均化の作用も考慮すれば、虚像は、違和感なく平坦に知覚され得るものである。

また、図１１（ｃ’）では、虚像表示面４００は、路面８０と第２の端部４０３（ここでは端点Ｑ１とする）との距離ｄｐ２が、路面８０と第１の端部４０６（ここでは端点Ｑ３とする）との距離ｄｐ１より長くなるように、すなわち、ｄｐ２＞ｄｐ１が満足されるように、配置される。これにより、近傍側の端部（第１の端部）４０６の浮き上がりをより抑えることができ、また、路面８０より上側に遠方側の端部（第２の端部）４０３が配置されることを抑制する効果を高めることができる。

また、図１１（ｄ）では、虚像表示面４００のほぼ全体が、路面８０より下に位置する。上述のとおり、人の目は、虚像は路面より下にはならない、という観点から、虚像の位置を修正して路面上に位置する、と捉える。また、虚像表示面４００は、特に遠方側の端部付近の平坦性が向上されており、全体的に上下方向（高さ方向）についての変動が十分に抑制されている。視覚による平均化の作用も考慮すれば、図１１（ｄ）の場合においても、表示される虚像は、違和感なく平坦に知覚され得る。

また、図１１（ａ）〜（ｄ）の例のように、本実施形態の遠方側の端部４０３は、虚像表示面４００のうち、最低位置（図１０のＹ軸で最も負の方向の位置）に配置される。換言すると、虚像表示面４００は、近傍側の端部４０６、中央部４０５、遠方側の端部４０３、の順に高さ方向の位置が低くなるように形成される。したがって、車両２００の姿勢（ピッチング角）が変化した場合でも路面８０より上側に遠方側の端部４０３が配置されることを抑制することができ、また、車両２００の姿勢変化により遠方側の端部４０３が路面８０の上側に配置される場合でも、遠方側（虚像表示面全体）と路面８０との高さ方向の距離を小さく抑えることができる。

また、図１１（ｃ’）、（ｄ）の例のように、遠方側の端部（第２の端部）４０３を最低位置に配置する場合、路面８０と第２の端部４０３との距離（言い換えれば、路面から下に奥まった距離：図１１（ｃ’）のｄｐ２）が、路面８０と近傍側の端部（第１の端部）４０３との距離（言い換えれば、路面からの浮き上りの高さ（図１１（ｃ’）のｄｐ１）、又は路面から下に奥まった距離（図１１（ｄ）））より長くなるように、虚像表示面４００が形成されてもよい。これにより、近傍側の端部（第１の端部）４０６の浮き上がりをより抑えることができ、さらに、路面８０より上側に遠方側の端部（第２の端部）４０３が配置されることを抑制することができる。

なお、いくつかの実施形態では、遠方側の端部４０３は、近傍側の端部４０６よりも平坦性が高い形状に限定されない。すなわち、いくつかの実施形態では、遠方側の端部４０３は、近傍側の端部４０６と同様、又は近傍側の端部４０６よりも平坦性が低い形状になり得る。さらに言えば、虚像表示面４００は、近傍側の端部４０６、中央部４０５、遠方側の端部４０３、の順に高さ方向の位置が低くなるように形成されれば、曲面形状ではなくてもよい（虚像表示面４００のＹＺ平面における断面形状が曲面形状ではなくてもよい）。

次に、図１２を参照する。図１２は、ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の一例を示す図である。ＨＵＤ装置１２１は、投光部１５１と、画像表示部としてのスクリーン１６１と、反射鏡１３３と、凹面鏡１３１と、外部のセンサや他のＥＣＵから情報を取得するＩ／Ｏインタフェース、プロセッサ、メモリ、及びメモリに記憶されたコンピュータ・プログラムから構成される制御部１７１（表示制御装置と言うこともできる）と、を有する。

また、凹面鏡１３１の角度は、アクチュエータからなる回転機構１７５の動作によって適宜、調整され得る。また、スクリーン１６１の傾きや位置は、画像表示部のアクチュエータからなる調整部１７３によって、適宜、調整され得る。なお、スクリーン１６１の傾きは、具体的には、投光部１５１の光軸に対する傾き、あるいは、光学系の光軸に対する傾き、あるいは、投光部が発する光の主光路（主光線）に対する傾き、ということができる。制御部１７１は、投光部１５１の動作、回転機構１７５の動作、画像表示部の調整部１７３の動作等を統括的に制御する。なお、参照符号５１は出射光を示す。

光学系の特性を、種々の観点から調整することで、虚像表示面４００の曲面の形状のバリエーションを増やすことができ、また、曲面の曲率等を、より高精度に調整することも可能となる。

次に、図１３を参照する。図１３は、凹面鏡（曲面を含む反射面を有する拡大反射鏡）の形状、及び焦点の例を説明するための図である。図１３に示される凹面鏡１３５は、α、β、γの各部を有し、各部の曲率半径は概ね、大、小、小、と設定される。なお、参照符号１６３は、画像表示部としてのスクリーンを示す。また、破線で示される光路は、凹面鏡１３５（より広義には光学系）の光軸に沿う主光路（主光線）を示す。

凹面鏡１３５の曲率半径の変化に応じて、凹面鏡１３５は、Ｆ１〜Ｆ５の各点で示される焦点をもつことになる。その焦点の軌跡が示す曲面を含む形状に応じて、虚像表示面４００の形状（湾曲の程度や平坦性等）を変えることができる。例えば、凹面鏡１３５のα、β、γの各部の曲率半径を段階的に微調整する、あるいは、連続的に変化させる等、いろいろなバリエーションが考えられる。従来のように、凹面鏡とウインドシールドの収差による歪みを補正するのではなく、虚像表示面の曲面を含む形状は許容して、その曲面を含む形状を高精度に、自在に制御することで、人の目の特性を利用して、平坦性を確保したり、重畳対象物（路面等）に浮き上がり等がなく重畳されているかのように知覚させたりするという設計手法が、本実施形態では採用されている。このような設計思想は、従来とはまったく異なるものである。

次に、図１４を参照する。図１４は、ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の他の例を示す図である。光学系１２１’は、投光部１５１’と、画像表示部としてのスクリーン１６１’と、反射鏡（補正鏡として使用することもできる）１３３’と、凹面鏡１３１’と、外部のセンサや他のＥＣＵから情報を取得するＩ／Ｏインタフェース、プロセッサ、メモリ、及びメモリに記憶されたコンピュータ・プログラムから構成される制御部１７１’（表示制御装置と言うこともできる）と、調整部１７３’と、を有する。画像表示部としてのスクリーン１６１の傾きや位置は、調整部１７３’によって、適宜、調整され得る（この点は、図１２の例と同じである）。

但し、図１４の例では、図１２の例と異なり、凹面鏡１３１’の傾きの角度を調整する回動機構は設けられていない。すなわち、凹面鏡１３１’の傾きの角度は固定されている（但し、初期設定で、傾き角を変えることは可能である）。

図１４の上側に示されるように、視認者の身長や座高の高さ等に応じて、視点（アイポイント）７０が、上下方向（車両の高さ方向）に変化する場合がある。この視点（アイポイント）の変化に対応して、光学系１２１’の光軸（主光路、主光線）を適応的に変化させる必要がある。図１４の例では、スクリーン１６１’、反射鏡１３３’、凹面鏡１３１’は、図１２の例に比べて大型化されている。そして、投光部１５１’から出射される光の主光路（主光線）が、視点（アイポイント）７０の上下の変化に応じて、切り替えられる。これによって、光学系１２１）’の光軸を、視点（アイポイント）７０の上下方向（高さ方向）の変化に対応させて調整することができる。

図１４の例で、凹面鏡１３１’を回転させる機構を設けない理由は、その回転の誤差によって、ＨＵＤ装置の表示特性に変動が生じることがある点を考慮したものである。

ここで、図１５を参照する。凹面鏡の反射面での使用領域を変更する場合の具体例、及び反射面の設計上の特徴点について説明するための図である。上述のとおり、投光部１５１’から出射される光の主光路（主光線）が、視点（アイポイント）７０の上下の変化に応じて、切り替えられる。これに伴い、凹面鏡１３１’の反射面にて、光の反射に使用される領域も変化する。図１５では、２つの使用領域Ｚｅ１とＺｅ２とが示されている。

図１５において、２つの領域Ｚｅ１とＺｅ２とが重複する領域（重なりを有する領域）６０５と、重複しない領域（重なりを有しない領域）６０７が生じている。重複する領域６０５の反射面の曲率等は、領域Ｚｅ２が採用されるときは、虚像表示面の近傍側端部の形状に大きな影響を与える。また、領域Ｚｅ１が採用されるときは、虚像表示面の遠方側端部の形状に大きな影響を与える。

凹面鏡１３１’の領域６０５における反射面の設計に際しては、領域Ｚｅ１が適用される場合を想定して、虚像表示面の遠方側端部の形状の平坦性を高めることを優先して設計する。すなわち、重複領域６０５における反射面の形状は、虚像表示面４００における、車両２００から遠い側の端部（遠方側の端部、第２の端部）の形状を所望形状に形成するのに適した形状とされる。

これによって、図１１（ａ）〜（ｄ）に示したような、特に、遠方側の端部が平坦化されている虚像表示が実現される。なお、領域Ｚｅ２が適用される場合は、近傍側の端部で、やや所望の特性からはずれが生じるが、これはやむを得ないものであり、また、先に述べたとおり、近傍側の端部における路面からの浮き上がりを抑える等の対策によって、特に問題を生じさせないようにすることも可能である。

次に、図１６を参照する。図１６は、車両が直線状の道路を走行しているときに、路面を重畳対象物（実景）としてナビゲーション用の図形を重ねて表示した様子を示す図である。図１３では、車両は直線状の見通しのよい道路を直進している。ウインドシールド３００の虚像表示領域３０５には、路面８０に重なるように、ナビゲーション用の虚像５０７が表示（配置）されている。

図１６の例では、虚像表示領域３０５は四角形であり、車両の幅方向（左右方向）の辺が、車両の高さ方向（上下方向）の辺よりも長い、横長の四角形となっている。これによって、広い視野角の虚像表示に対応できるようになっている。この場合、輻輳角に起因して、虚像と路面とが不一致のように感得される現象が生じたり、あるいは、人の視点が左右方向にずれることによる、アイポイント（図９（ｂ）参照）の移動に伴う虚像の位置変化に起因してずれが拡大して見える現象等が生じたりする可能性が高まる。上述の本実施形態によれば、これらの位置ずれ（後述の描画位置ずれ）についても、効果的に対処することができる。以下、具体的に説明する。

図１７を参照する。図１７（ａ）〜（ｃ）は、ヘッドアップディスプレイ装置における輻輳角差の変化、及びアイポイントの変化に対応して、虚像表示位置が変化する様子を示す図である。図１７（ａ）において、θＨＵＤは、ＨＵＤの焦点位置ＰＣ０における両目（左眼７０Ｌ、右眼７０Ｒ）の輻輳角を示し、θｓｃｅｎｅは、本来はＨＵＤの焦点位置ＰＣ０と一致しているべき、実景である路面（重畳対象物としての路面）８０の地点ＰＣ１における輻輳角を示す。θｓｃｅｎｅ（ｆａｒ）は、車両からの距離がより大きい（つまり、より遠くに位置する）地点ＰＣ２についての輻輳角である。

図１７（ｂ）に示すように、虚像表示面４００の、車両（あるいは視認者）から最も近い点（近い側の端点）Ｐ１１が、図１７（ａ）における結像点ＰＣ１に対応する。虚像表示面４００の近傍側の端部における湾曲がより大きい場合には、虚像表示面４００の近い側の端点Ｐ１１が、端点Ｐ１２へと変化する。端点Ｐ１１と、路面８０の地点ＰＣ１との距離はＤ１１であり、このＤ１１が距離ずれを示す。端点Ｐ１２と路面８０の地点ＰＣ２との距離ずれはＤ１２（＞Ｄ１１）となる。すなわち、虚像表示面４００の近傍側の端部における湾曲がより大きくなれば、端点が路面からより離れて、これに応じて、距離ずれも拡大する。

図１７（ａ）にて、θＨＵＤとθｓｃｅｎｅとの差を輻輳角差と称している。この輻輳角差を、所定値（閾値）θｔｈ以下（あるいは以下）とするのが好ましい。すなわち、虚像の結像点と、その結像点に対応する実景（ここでは路面）の結像点がずれたことに起因する輻輳角の変位量を、閾値θｔｈ以下（あるいは以下）とすることで、距離ずれ（焦点ずれとも称する）によって生じる視認者の違和感を軽減することができる。よって、ＨＵＤ装置の視認性が向上する。本発明の実施形態によれば、例えば、虚像表示面４００の一部（遠い側の端部や、中央部の、遠い側の端部寄りの部分等）を、路面８０の下側に位置させることで、端点Ｐ１１と路面８０との距離（言い換えれば、端点Ｐ１１の浮き上がり量）を小さくできる。よって、θｓｃｅｎｅが小さくなりすぎることを防止できる。θＨＵＤは固定である。よって、輻輳角差（θＨＵＤ−θｓｃｅｎｅ）を十分に抑制することが可能である。よって、見栄えの良い虚像表示（路面重畳表示等）が実現する。閾値θｔｈの具体的な数値については後述する。

図１７（Ｃ）に示すように、視認者のアイポイントＥＰ（Ｃ）が、左側のアイポイントＥＰ（Ｌ）に移動すると、路面上の地点ＰＣ１は結像点Ｇ１１に移動し、また、地点ＰＣ２は地点Ｇ２１に移動する。視認者のアイポイントＥＰ（Ｃ）が、右側のアイポイントＥＰ（Ｒ）に移動すると、路面上の地点ＰＣ１は地点Ｇ１３に移動し、また、地点ＰＣ２は地点Ｇ２３に移動する。このような、アイポイントの移動に伴う、虚像の結像点に対応する実景の地点の変位によるずれ（これを描画位置ずれと称する）も、視認者に違和感を抱かせ、ハンドル操作を遅らせる等の好ましくない影響を与える可能性がある。本発明の実施形態によれば、上述のとおり、端点Ｐ１１と路面８０との距離を小さくできる。よって、広視野角で、虚像表示距離が長いＨＵＤ装置において、例えば、広い範囲（近傍から遠方にわたる広い範囲）で虚像を表示したときでも、全体を、違和感なく表示することが可能である。よって、ＨＵＤ装置の信頼性が向上する。

次に、図１８を参照する。図１８（ａ）、（ｂ）は、虚像表示距離と輻輳角差との関係性について説明するための図である。図１８（ａ）において、ＨＵＤ装置の焦点位置（結像点）と、その結像点に対応する路面８０の地点との距離ずれ量は１ｍである。図１８（ｂ）においても、同様に位置ずれ量は１ｍである。但し、図１８（ａ）の場合、虚像表示距離ＤＨＵＤが５ｍであり、これに対して、図１８（ｂ）では、虚像表示距離ＦＨＵＤが１０ｍである。

図１８（ａ）、（ｂ）では、位置ずれ量は同じであるが、虚像表示距離が異なるため、輻輳角差に差異が生じている。すなわち、図１８（ａ）の例では、輻輳角差は０．０６８度であり、図１８（ｂ）の例では、輻輳角差は０．０３４となる。なお、瞳孔間の距離を６５ｍｍとして、輻輳角差を算出している。位置ずれ量が同じであるならば、虚像表示距離が長いほど、輻輳角差は小さくなる。よって、輻輳角差に起因する虚像の視認性の低下の問題は、虚像表示距離が小さいときに生じ易いといえる。

広視野角で、ある程度の遠方にも虚像を配置できるＨＵＤ装置では、虚像表示距離は５ｍ程度は必要であり、そして、図１８（ａ）の例のように、位置ずれ量を１ｍ程度に抑えておけば、視認性にはそれほど影響がない。したがって、図１８（ａ）の例における輻輳角差（＝０．０６８度）は、視認性低下を判定する閾値となり得る。

言い換えれば、車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、車両の搭乗者である虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角θＨＵＤとし、虚像の一点に対応する、重畳対象物である路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角θｓｃｅｎｅとし、第１の輻輳角と第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、輻輳角差を０．０６８度以下にすることで、５ｍ以上の虚像表示距離での虚像表示においては、視認性の低下を抑制可能である。

また、上記実施形態では、光学系は、凹面鏡（拡大反射鏡）を含んでいたが、１つ又は複数の光学部材を合成した光学的特性（光学的パワーを含む。）が拡大機能を有するものであれば、これに限定されるものではなく、凹面鏡（拡大反射鏡）に追加又は代替で、１つ又はそれ以上の、レンズなどの屈折光学部材、ホログラムなどの回折光学部材、反射光学部材、又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。本実施形態の光学系は、１つ又は複数の虚像表示面の各領域に虚像を表示させる複数の表示光の通る光路毎に、光学部材の光学的特性を変えてもよい。すなわち、これら光学部材の全領域又は一部の領域の光学的パワー（光学的特性の一例）を調整すること、光学部材と表示面との配置を調整すること、表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、虚像表示面の凹状が形成、及び調整され得る。

次に、図１９を参照する。図１９は、ヘッドアップディスプレイ装置のシステム構成の例を示す図である。図１９に示されるシステムは、表示制御装置７４０と、対象物検出部８０１と、車両情報検出部８０３と、表示部１２と、第１アクチュエータ１７７と、第２アクチュエータ１７９と、と、を有する。表示制御装置７４０は、Ｉ／Ｏインタフェース７４１と、プロセッサ７４２と、メモリ７４３を有する。表示制御装置７４０、対象物検出部８０１及び車両情報検出部８０３は、通信線（ＢＵＳ等）に接続されている。

表示制御部７４０は、例えば、図１２に示した制御部１７１として用いることができる。また、第１アクチュエータ１７７、第２アクチュエータ１７９は、図１２に示した回転機構１７９や調整部１７３として利用することができ、また、図１２に示した光学系１２１の全体や細部を個別に調整することに利用することもできる。これらは、光学系の調整系ということもできる。

また、対象物検出部８０１は、例えば、車両２（又は２００）に設けられた車外センサ、車外カメラにて構成することができる。また、車両情報検出部８０３は、例えば、速度センサ、車両ＥＣＵ、車外通信機器、目の位置を検出するセンサ、あるいは、ハイトセンサにより構成することができる。表示制御装置７４０は、対象物検出部８０１の検出情報や、車両情報検出部８０３からの情報に基づいて、例えば、光学系を最適に動作させながら、上記の、路面への重畳性が高い路面重畳ＨＵＤを実現することも可能である。

また、１つ又はそれ以上のプロセッサ７４２は、例えば、路面８０の位置を取得し、路面８０の位置に基づき、虚像表示面４００の少なくとも一部が、路面８０の下に配置されるように、第１、第２のアクチュエータ１７３、１７５のうちの少なくとも一方を駆動することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。車両という用語については、乗り物（あるいは、乗り物を模したシミュレータ）というように、広義に解釈するものとする。例えば、本発明のＨＵＤ装置は、航空機のコクピットのシミュレータ等にも応用が可能である。この場合、路面という用語も、例えば、基準面、というように広義に解釈するものとする。

１，２１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 車両
３ フロントウインドシールド（反射透光部材）
５ 表示光
６ 虚像
８ 路面
９，２２ 虚像表示面
１２ 表示部（表示手段）
１４ 画像生成部（表示手段、調整手段）
１６ 対象物検出部（路面検出手段）
２３ （車両に対する虚像表示面の）遠方側の端部
２４ （車両に対する虚像表示面の）近傍側の端部
２６ 路面関連虚像（虚像）
２７ 仮想平面
２８，２９ 仮想平面画像
８０ 路面（地面）
１２０ 光学系
１３０ 凹面鏡（拡大反射鏡）
１３９ 凹面鏡の反射面
１５０ 投光部
１６０ 画像表示部（表示器、スクリーン）
１６４ 表示面
１７１ 制御部（表示制御装置）
１７３ 調整部（アクチュエータ）
１７５ 回転機構（アクチュエータ）
１７７ 第１アクチュエータ
１７９ 第２アクチュエータ
４００ 虚像表示面
４０３ 虚像表示面の遠方側の端部
４０５ 虚像表示面の中央部（ミドル領域、中央領域）
４０６ 虚像表示面の近傍側の端部
７４０ 表示制御装置
８０１ 対象物検出部
８０３ 車両情報検出部
Ｑ１ 虚像表示面の遠方側の端点
Ｑ２ 虚像表示面の中央点
Ｑ３ 虚像表示面の近傍側の端点

Claims (10)

1. 車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示する表示手段を備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   画像を表示する表示面を有する画像表示部と、前記表示光を、前記反射透光部材部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、
   前記ヘッドアップディスプレイは、前記虚像を表示する虚像表示面を有し、
   前記虚像表示面は、前記車両から近い側の第１の端部と、遠い側の第２の端部を有し、
   前記第２の端部が、前記第１の端部より低く配置される、ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記第１の端部が、前記虚像表示面のうち、最高位置に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記虚像表示面が、前記路面より下になる部分を有さない場合には、前記虚像表示面は、前記第１の端部が前記路面よりも上に位置する曲面であり、前記第１の端部における前記車両に最も近い端点の前記路面からの距離が、前記虚像表示面の内で最大となり、かつ、前記第２の端部の少なくとも一部が、前記路面に重なるように、前記第１の端部よりも平坦性が高められた面とされた形状を有し、
   前記光学系における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、前記光学部材と前記表示面との配置を調整すること、前記表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、前記虚像表示面の形状を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記虚像表示面は、前記第２の端部を含む一部又はその全部が前記路面下に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記虚像表示面は、前記路面と前記第２の端部との距離が、前記路面と前記第１の端部との距離より長くなるように配置される、ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第１、第２の端部が、前記路面より上に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記光学部材は、曲面の反射面を有する凹面鏡を有し、
   前記凹面鏡における前記曲面の反射面の形状が、前記虚像表示面の形状を生じさせるべく調整されている、ことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、
   前記車両の搭乗者である前記虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、前記虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角とし、前記虚像の一点に対応する、重畳対象物である前記路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角とし、前記第１の輻輳角と前記第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、
   前記輻輳角差が、０．０６８度以下である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
9. 前記表示面又は／及び前記光学部材を移動又は／及び回転させるように構成される１つ又はそれ以上のアクチュエータと、
   １つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェースと、
   １つ又はそれ以上のプロセッサと、
   メモリと、
   前記メモリに格納され、前記１つ又はそれ以上のプロセッサによって実行されるように構成される１つ又はそれ以上のコンピュータ・プログラムと、をさらに備え、
   前記１つ又はそれ以上のプロセッサは、
   前記路面の位置を取得し、
   前記路面の位置に基づき、前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面下に配置するように、前記アクチュエータを駆動する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
10. 前記光学部材の反射面は、前記車両に搭乗する視認者のアイポイントが第１の位置にあるときの第１の使用領域と、前記第１の位置とは、上下方向における位置が異なる第２の位置にあるときの第２の使用領域と、を有し、
    前記第１、第２の各使用領域が重複する領域における前記反射面の形状は、前記虚像表示面における、前記車両から遠い側の前記第２の端部の形状を所望形状に形成するのに適した形状とされる、
    ことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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