WO2021039579A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2021039579A1
WO2021039579A1 PCT/JP2020/031442 JP2020031442W WO2021039579A1 WO 2021039579 A1 WO2021039579 A1 WO 2021039579A1 JP 2020031442 W JP2020031442 W JP 2020031442W WO 2021039579 A1 WO2021039579 A1 WO 2021039579A1
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virtual image
road
road surface
image
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PCT/JP2020/031442
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English (en)
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勇希 舛屋
Original Assignee
日本精機株式会社
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    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/10—Automotive applications

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display (HUD) device or the like that displays a virtual image on a front windshield, a combiner, or the like of a vehicle.
  • HUD head-up display
  • the virtual image display surface (imaging surface) is arranged substantially horizontally on the road surface, it is possible to display with a sense of depth.
  • Such a display may be referred to as a “road surface superimposed display”, a “road surface HUD display, or simply a road surface HUD”.
  • a virtual image display surface for example, a virtual image display surface (imaging surface) standing on the road surface
  • road HUD display or simply road HUD
  • a display for displaying a main image, a projector for drawing a sub image by projection, and a screen such as a curved surface are separately provided, and for example, a road surface HUD display (virtual image of a sub image) is displayed on a virtual image display surface of a curved surface. And forms a display (virtual image of the main image) that stands up against the road surface and is connected to one end of the road surface HUD display (virtual image of the sub image).
  • Japanese Patent No. 6232363 (for example, FIGS. 1, 2, [0013], [0029], etc.)
  • Patent Document 1 it is necessary to separately provide a display for displaying the main image and a projector and a screen for displaying the sub-image, and it is undeniable that the structure of the display optical system is complicated.
  • Patent Document 1 it is described that a virtual image is three-dimensionalized and integrated by a main image and a sub image, but a display superimposed on the road surface and a display erected on the road surface are used together. There is no description about the improvement of the expressive power of the HUD device.
  • An object of the present invention is to provide a HUD device capable of improving expressiveness by using a road surface HUD and a road HUD together.
  • the head-up display device is A head-up display that projects display light onto a reflective transmissive member provided in a vehicle, superimposes it on an actual scene transmitted through the reflective transmissive member, and generates and displays a virtual image by the display light reflected by the reflected translucent member.
  • HUD head-up display
  • It has an image display unit having a display surface for displaying an image, a display control unit that controls the display of the virtual image, and an optical system including an optical member that projects the display light onto the reflective and translucent member.
  • the virtual image display surface as an imaging surface on which the virtual image is formed extends integrally from the near end portion on the side closer to the vehicle to the far end portion on the far side, and at the same time, the third portion between the road surface and the near end portion.
  • the second distance between the road surface and the far end is larger than the distance of 1, and the virtual image display surface is a flat surface or a curved surface.
  • the virtual image display surface is The road surface HUD region where the virtual image superimposed on the road surface is displayed, and It is distinguished from the road surface HUD region where a virtual image located farther than the road surface HUD region and located above the road surface is displayed.
  • the display control unit The image display area of the display surface is the first display area corresponding to the road surface HUD area with reference to the boundary position which is the boundary between the road surface and the space above the road surface when viewed from the user. , Divided into a second display area corresponding to the road HUD area, The first image superimposed on the road surface is displayed in the first display area. A second image to be displayed above the road surface is displayed in the second display area.
  • one virtual image display surface extending from the side close to the own vehicle to the side far from the own vehicle is used.
  • the virtual image display surface is in a state of being lifted more from the road surface at the far end than at the near end, and the virtual image display surface can be regarded as an inclined surface as a whole.
  • a display for example, an arrow display for navigation
  • a display located on the road surface for example, a display such as a sign located above the road surface
  • various displays are limited and expressiveness is limited. According to this aspect, the limitation is considerably reduced, and various displays in which the road surface HUD and the road surface HUD are used in combination become possible.
  • the virtual image display surface does not completely match the road surface.
  • the human eye tends to perceive and perceive that the display is superimposed on the road surface from daily experience, and therefore, for example, the road surface on an inclined surface. If the angle between the two is kept small to some extent, it is possible to display the road surface HUD with less discomfort to the user, in other words, to display with a sense of depth over a certain range.
  • the display in which the lift is large is the display located above the road surface (in other words, the road HUD display). Yes), the user perceives and perceives it.
  • the display control unit considers the image display area (in other words, the image displayable area) of the display surface (display surface of the display device, display surface of the screen, etc.) when viewed from the user of the HUD device. Based on the boundary position which is the boundary between the road surface and the space above the road surface, the first display area corresponding to the road surface HUD area and the second display area corresponding to the road surface HUD area are divided. Then, display control is executed in which the first image superimposed on the road surface is displayed in the first display area, while the second image to be displayed above the road surface is displayed in the second display area. To do.
  • the virtual image display surface integrally extending from the near end portion to the far end portion is formed by arranging the display surface obliquely with respect to the optical axis of the optical system.
  • the shape of the plane or curved surface of the virtual image display surface adjusts the optical characteristics of all or a part of the optical system, adjusts the arrangement of the optical member and the display surface, and adjusts the arrangement of the display surface.
  • the shape of the optics may be adjusted, or a combination thereof may be used.
  • the shape of the virtual image display surface can be adjusted in various ways. Therefore, the degree of freedom in designing the HUD device is improved.
  • the road HUD region on the virtual image display surface is a distance where the user cannot accurately perceive the perspective because the absolute distance perception is slowed down when the user sees the virtual image arranged in the road HUD region.
  • the virtual image display surface of the road HUD region may be set to the virtual image display surface of the pseudo elevation.
  • the virtual image display surface of the road HUD region can be a pseudo elevation (as if it were erected substantially perpendicular to the road surface).
  • the fourth aspect which is subordinate to any one of the first to third aspects, From the user's viewpoint or the reference point corresponding to the viewpoint to the point in the real space corresponding to the boundary position which is the boundary between the road surface and the space above the road surface when viewed from the user.
  • the distance may be set to 20 m or more.
  • a distant reference that a person cannot perceive or perceive the depth of a virtual image is set to 20 m.
  • 20 m is used as a reference.
  • the region having a virtual image display distance of 20 m or more becomes the road HUD region.
  • the fifth aspect which is subordinate to any one of the first to fourth aspects, It has a vanishing point detection unit that detects the vanishing point of the road surface.
  • a vanishing point detection unit that detects the vanishing point of the road surface.
  • the road surface HUD region and the road surface HUD region are separated based on the vanishing point on the virtual image display surface.
  • the vanishing point detection unit performs image processing on, for example, an image taken in front of the own vehicle, and calculates, for example, a location where a plurality of white lines such as a lateral line and a center line of a road surface intersect at a finite distance (approximate calculation). And this is the vanishing point.
  • an approximate curve can be used to find the vanishing point.
  • the point where the line segment connecting the user's viewpoint or the reference point corresponding to the viewpoint and the detected vanishing point intersects the virtual image display surface is defined as the vanishing point on the virtual image display surface.
  • the virtual image display surface Since the virtual image display surface is an inclined surface, the virtual image display surface does not exactly match the road surface of the road. However, the area on the front side (closer to the own vehicle) than the vanishing point (the point corresponding to the detected actual vanishing point) on the virtual image display surface is located above the road surface when viewed from the user. Since it does not look like this, it can be a region that can be displayed so as to be superimposed on the road surface, that is, a road surface HUD region.
  • this area can be used as a road HUD area.
  • the vanishing point on the virtual image display surface is a point with a virtual image display distance of 20 m or more
  • the region on the distant side becomes the road HUD region on the pseudo elevation as described above. Therefore, it is possible to present to the user a target that is erected vertically above the road surface, such as a signboard, a guide sign, and an advertisement, and information related to the target without discomfort.
  • the second image may be a separate image independent of the first image.
  • the first image corresponding to the road surface HUD region and the second image corresponding to the road surface HUD region are independent and separate images from each other.
  • different information different types of information, etc.
  • the present invention does not deny the information presentation mode in which the first and second images are related to each other and the two images are integrated to present one piece of information.
  • the part on the straight line is the first image
  • the part of the arrow at the tip is the second image
  • these images are integrated to present the guidance information of the own vehicle.
  • Such an information presentation mode is also acceptable in the present invention.
  • by making the first and second images different and making the information presented by each image independent (or separate) the expressiveness is enhanced and the diversity of the presented information is ensured. There is an advantage that it is done.
  • the first image is at least one of an image of information indicating the state of the vehicle, a route guidance image, and a route guidance image.
  • the second image is an image of speed limit information, an image of various signs installed on the road, a route guidance image on the road, a route guidance image on the road, an image of a signboard installed on the road, and an image installed on the road. It may be at least one of the images of the advertisement.
  • the first and second images are specifically illustrated.
  • useful information can be presented to the user without discomfort.
  • the display control unit When adjusting the perspective of the first virtual image corresponding to the first image, the virtual image display distance is controlled by changing the display position of the first image on the display surface, and the first At least one of the size, shape, pattern, color, presence / absence of shading, and morphological control by at least one of three-dimensional drawing of the display object constituting the image of is carried out.
  • the virtual image display distance may not be controlled, and only the form control may be performed.
  • the virtual image display distance is adjusted or the size of the display target is large.
  • the shape can be controlled by changing the shape or the like, or both of the above can be carried out (combined).
  • a method for adjusting the virtual image display distance a method for adjusting the depth by changing the display position on the inclined virtual image display surface is adopted.
  • the influence of the human depth perception due to the element of the convergence angle is small, and the perception of the absolute distance is blunted.
  • Useless virtual image display distance is not controlled. Instead, the perspective is adjusted by controlling the shape of the display target such as the size and shape. This makes it possible to adjust the perspective of each of the first and second virtual images by an appropriate method.
  • the display control unit When time has passed since the second image was displayed in the distance and the distance between the second image and the vehicle becomes smaller as the vehicle moves forward, the display content of the second image is displayed. At least a part of the above may be displayed as the first image so as to be superimposed on the road surface.
  • a sign or the like that is visible in the distance approaches the own vehicle with the passage of time
  • at least a part of the content of the sign or the like is attached to the road surface.
  • the transition (switching) from the road HUD display to the road surface HUD display (first virtual image) is clarified.
  • a new vehicle guidance display is displayed so as to be connected to the road surface HUD display, or the road surface HUD display immediately after switching is brought closer to the own vehicle with the passage of time and eventually flows backward.
  • the display can be controlled.
  • the road HUD display at the time of the above switching can be regarded as a connecting display for connecting to the subsequent guidance display or the like.
  • At least a part of the virtual image display surface corresponding to the road surface HUD region may be located below the road surface.
  • the virtual image display surface of the road surface HUD region is located below the road surface.
  • the first virtual image on the virtual image display surface is imaged below the road surface.
  • the user who sees the virtual image understands that the display superimposed on the road surface is not actually located under the road surface, so that the user follows the common sense that the first virtual image is displayed on the road surface. Perceive and feel as if it is stuck on top.
  • the first virtual image does not seem to rise from the road surface and seems to stick to the road surface. Therefore, the accuracy of road surface superimposition of the virtual image can be improved. According to this aspect, a highly realistic and expressive display is realized by the first virtual image accurately superimposed on the road surface and the second virtual image erected from the road surface.
  • FIG. 1 (A) is a diagram for explaining a road surface HUD display
  • FIGS. 1 (B) to 1 (D) are diagrams showing variations in display form when the virtual image display surface is an inclined surface
  • FIGS. 1 (E). ) Is a diagram showing an example of image display on the display surface of the display unit (corresponding to the example of FIG. 1D).
  • FIG. 2 (A) is a diagram showing an example of a virtual image (including a road surface HUD display and a road surface HUD display) visually recognized by a user through a windshield
  • FIG. 2 (B) is a view on a virtual image display surface which is an inclined surface. It is a figure which shows the state of the virtual image display.
  • FIG. 1 (A) is a diagram for explaining a road surface HUD display
  • FIGS. 1 (B) to 1 (D) are diagrams showing variations in display form when the virtual image display surface is an inclined surface
  • FIGS. 1 (E). ) Is a diagram showing an example of image
  • FIG. 3A is a diagram showing a display example when the virtual image display surface of the road HUD region is pseudo-elevated in the example of FIG. 2A
  • FIG. 3B is a virtual image display which is an inclined surface. It is a figure which shows the state of the virtual image display on the surface.
  • 4 (A) and 4 (B) are diagrams for explaining a method of perspective adjustment in the case of performing perspective display.
  • 5 (A) and 5 (B) are views showing a display example when shifting from the road surface HUD display to the road surface HUD display.
  • 6 (A) to 6 (D) are diagrams showing an example of the shape of the virtual image display surface and an example of the positional relationship between the virtual image display surface and the road surface position.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining control of the virtual image display distance in the case of performing the display shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the overall configuration of the HUD device.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of the procedure of display processing by the display control unit.
  • FIG. 1 (A) is a diagram for explaining a road surface HUD display
  • FIGS. 1 (B) to 1 (D) are diagrams showing variations in display form when the virtual image display surface is an inclined surface
  • FIGS. 1 (E). ) Is a diagram showing an example of image display on the display surface of the display unit (corresponding to the example of FIG. 1D).
  • FIG. 1 (A) when viewed from the viewpoint (eye) A of a user (driver or the like) on board the vehicle (own vehicle) 1, the vehicle 1 is traveling on the virtual image display surface PS1 which is an image plane. It is provided so as to stick to the road surface 40 of the road.
  • the virtual image G is displayed on the virtual image display surface PS1.
  • the virtual image G appears to the user to be superimposed on the road surface 40.
  • a HUD device having such a display mode may be referred to as a "road surface HUD device", and a display mode displayed so as to stick to the road surface may be referred to as a “road surface HUD display”.
  • the virtual image display surface (imaging surface) PS2 is at substantially the same position as the virtual image display surface PS1 in FIG. 1A, but the virtual image display surface PS2 has a predetermined angle with respect to the road surface 40. It is provided so as to be inclined at ⁇ 1.
  • the position of the virtual image G can be adjusted to increase the distance from the user's viewpoint A (or a predetermined reference point corresponding to the viewpoint A) to the virtual image display surface.
  • a certain virtual image display distance can be adjusted as appropriate.
  • the recognition as the prior art is limited to FIGS. 1 (A) and 1 (B).
  • the virtual image display surface PS3 is an inclined surface as in FIG. 1 (B), but in the example of FIG. 1 (C), the road surface is considerably from a position close to the vehicle 1 to a position far from the vehicle 1. It is widespread.
  • the tilt angle of the virtual image display surface PS3 with respect to the road surface 40 is a predetermined angle ⁇ 2.
  • the virtual image display surface PS3 as an imaging surface on which a virtual image is formed integrally extends from the near-end U1 on the side closer to the vehicle 1 to the far-end U3 on the far side, and the road surface 40.
  • the first distance between the road surface 40 and the far end U3 (the distance is zero because U1 is on the road surface 40 in FIG. 1C) is greater than the first distance between the and the near end U1.
  • the distance h1 of 2 is large, and the virtual image display surface is a flat surface (or a curved surface: a curved surface will be described later).
  • the reference numeral U2 is the midpoint (center point) of the virtual image display surface PS3.
  • the virtual image display distances corresponding to the respective points of U1, U2, and U3 are defined as L1, L2, and L3.
  • the virtual image display surface PS3 displays a road surface HUD region Z1 on which a virtual image superimposed on the road surface 40 is displayed, and a virtual image located farther than the road surface HUD region Z1 and located above the road surface 40. It is distinguished from the road HUD region Z2.
  • a user's viewpoint (or a reference point corresponding to the viewpoint) A and a vanishing point of the road surface 40 (a finite far point on the horizon, which is detected by a vanishing point detection unit (reference numeral 39 in FIG. 13) described later).
  • the vehicle 1 is based on the position of the vanishing point VP2 on the virtual image display surface.
  • the region on the near side is the road surface HUD region Z1
  • the region on the far side is the road surface HUD region Z2.
  • the virtual image display surface PS3 since the virtual image display surface PS3 is an inclined surface, the virtual image display surface PS3 does not exactly match the road surface 40 of the road. However, the area on the vanishing point (the point corresponding to the detected actual vanishing point VP1) on the virtual image display surface, which is on the front side (closer to the own vehicle 1) than VP2, is above the road surface when viewed from the user. Since it does not appear to be located at, it can be used as an area that can be displayed superimposed on the road surface 40, that is, a road surface HUD area Z1. The distance of the vanishing point VP2 on the virtual image display surface from the road surface 40 is "h0".
  • the user can perceive and perceive the displayed virtual image G1 as if it sticks to the road surface 40 without being affected by the lift. it can.
  • the virtual image display surface PS3 is considerably raised from the road surface.
  • the distance of the far end U3 of the virtual image display surface PS3 to the road surface 40 is "h1 (> h0)".
  • FIG. 1 (D) In the example of FIG. 1 (D), when the user sees the virtual image G2 arranged in the road HUD region Z2, the absolute distance perception is blunted and the perspective is accurately perceived in the road HUD region Z2. It is set to a distance that cannot be obtained.
  • the virtual image display distance L2 of the "vanishing point VP2 on the virtual image display surface" as the boundary between the road surface HUD region Z1 and the road surface HUD region Z2 is set to 20 m or more (20 m or more).
  • the virtual image display surface of the road HUD region Z2 can be used as the virtual image display surface of the pseudo elevation.
  • the virtual image display surface of the road HUD region Z2 can be a pseudo elevation (as if it were erected almost perpendicular to the road surface).
  • the virtual image G2 is on the slope, but to the user (person) who sees it, it looks as if it were a virtual image G2'standing on the road surface 40.
  • a virtual image G2' such as a road sign, a guide display, an advertisement, etc. standing on the road can be displayed without discomfort.
  • the length (extending range) of the virtual image display surface PS3 along the road surface 40 can be, for example, about 10 m to 30 m.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the virtual image display surface PS3 with respect to the road surface 40 is generally set in the range of 1 ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 3 °.
  • the average look-down angle LDA of the user (the angle formed by the horizontal line with respect to the viewpoint A and the line-of-sight direction of the user) is set to “3 °"
  • the vertical (vertical) viewing angle VFOV vertical display surface
  • L1 virtual image display distance to the near end U1
  • L2 virtual image display distance to the disappearance point VP2 on the virtual image display surface
  • the inclination angle ⁇ 2 is "1.64 °”.
  • FIG. 1 (E) shows an example of display control by the display control unit (reference numeral 300 in FIG. 13). The specific configuration of the HUD device will be described later.
  • the display control unit (reference numeral 300 in FIG. 13) is a boundary between the road surface 40 and the space above the road surface 40 when the image display area 45 of the display surface 47 of the display unit 46 is viewed from the user (person).
  • the first first corresponding to the road surface HUD region Z1 with reference to the boundary position LN'(here, indicated by a line segment extending in the lateral direction (corresponding to the width direction of the vehicle 1) passing through the point VP2'). It is divided into a display area Z1'and a second display area Z2' corresponding to the road HUD area Z2.
  • the "point VP2'" is a point on the display surface 47 corresponding to the "vanishing point VP2 on the virtual image display surface" shown in FIGS. 1C and 1D.
  • the display control unit displays the first image RG1 (navigation arrow 61'and speed display SP') superimposed on the road surface 40 in the first display area Z1'.
  • the second image RG2 (speed limit display 63'and "school road” display 65') displayed above the road surface 40 is displayed.
  • the points U1', U2', and U3' correspond to the points U1, U2, and U3 in FIGS. 1 (C) and 1 (D).
  • the road side lines 51, 53 and the center line 55 which are drawn by broken lines in FIG. 1 (E), are detected by performing image processing on the image captured in front of the vehicle 1.
  • the point where the lines intersect at a distance is the vanishing point VP1 shown in FIGS. 1C and 1D.
  • the vanishing point on the virtual image display surface is VP2
  • the point on the display surface 47 corresponding to this VP2 is VP2'.
  • the first image RG1 is an image of information indicating the state of the vehicle 1 (for example, vehicle speed display), a route guidance image (for example, an image of a navigation arrow), and a route guidance image (for example, a place name or a land). It may be at least one of (an image in which a mark and an arrow are combined).
  • the second image RG2 is an image of speed limit information, an image of various signs installed on the road, a route guidance image on the road, a route guidance image on the road, an image of a signboard installed on the road, and an image on the road. It may be at least one of the images of the advertisement to be installed.
  • FIG. 2 (A) is a diagram showing an example of a virtual image (including a road surface HUD display and a road surface HUD display) visually recognized by a user through a windshield
  • FIG. 2 (B) is a view on a virtual image display surface which is an inclined surface. It is a figure which shows the state of the virtual image display.
  • FIG. 2 the same reference numerals are given to the parts common to those in the above-mentioned drawings (this point is the same in other drawings).
  • the windshield (windshield) of the vehicle (own vehicle) 1 functions as a projected member (a member having light reflectivity and translucency).
  • the projected member is, in other words, the reflected light transmitting member 2.
  • the windshield that is the projected member (reflecting and translucent member 2) may be a combiner or the like.
  • the HUD device projects display light onto the reflected light transmitting member 2 provided in the vehicle 1, superimposes it on the actual scene transmitted through the reflected light transmitting member 2, and generates a virtual image by the display light reflected by the reflected light transmitting member 2. To display.
  • the display example of FIG. 2 (A) is as shown in FIG. 1 (E). It is realized by forming a necessary image on the display surface 47.
  • the virtual image is displayed in the virtual image display area 3 in the windshield (reflection and translucent member 2).
  • FIG. 2 (A) the virtual image display surface PS3 of FIG. 1 (C) described above is adopted.
  • FIG. 2B is a reprint of FIG. 1C, and the contents are the same.
  • a first virtual image G1 (including a navigation arrow 61 and a speed display SP) superimposed on the road surface 40 is displayed in the first display area Z1. Further, in the second display area Z2, a second virtual image G2 (display 63 of "school road” and display 65 of "speed limit” ("40 km / h")) displayed above the road surface 40 is displayed. To.
  • reference numerals 51 and 53 indicate side lines (actual views) of the road, and reference numerals 55 indicate center lines (actual views).
  • an operation unit 9 capable of switching on / off of the HUD device or the like and setting an operation mode or the like is provided in the vicinity of the steering wheel (in a broad sense, the steering handle) 7.
  • a display device for example, a liquid crystal display device 13 is provided in the center of the front panel 11.
  • the display device 13 can be used, for example, to assist the display by the HUD device.
  • the display device 13 may be a composite panel having a touch panel or the like.
  • FIG. 2 (B) is a reprint of FIG. 1 (C), and the contents are the same, so the description is omitted.
  • FIG. 3A is a diagram showing a display example when the virtual image display surface of the road HUD region is pseudo-elevated in the example of FIG. 2A
  • FIG. 3B is a virtual image display which is an inclined surface. It is a figure which shows the state of the virtual image display on the surface.
  • FIG. 3 (A) the virtual image display surface PS3 of FIG. 1 (C) described above is adopted.
  • FIG. 3 (B) is a reprint of FIG. 1 (C), and the contents are the same.
  • FIG. 3A only the display 63 of the school route is displayed as the second virtual image G2.
  • the vanishing point VP2 on the virtual image display surface is a point with a virtual image display distance of 20 m or more
  • the region on the distant side is the road HUD region Z2 on the pseudo elevation. Therefore, objects such as signs, signboards, advertisements, etc. (which may be collectively referred to as virtual sign information) that are erected vertically above the road surface and information related to the objects are uncomfortable. It is possible to present it to the user without any.
  • FIG. 3 (B) is a reprint of FIG. 1 (D), and the contents are the same, so the description thereof will be omitted.
  • the virtual image display surface PS3 of the inclined surface is provided over a fairly wide front range of the vehicle 1.
  • the area Z1 on the virtual image display surface PS3 on the side close to the own vehicle 1 is displayed so as to be superimposed on the road surface (for example, the display of the arrow for navigation), while the area Z2 on the far side is the road surface.
  • a display located above for example, a display such as a sign located above the road surface.
  • FIG. 4 (A) and 4 (B) are diagrams for explaining a method of perspective adjustment in the case of performing perspective display. Note that FIG. 4 (A) is the same as FIG. 3 (A).
  • the virtual image display distance is changed by changing the display position of the first image RG1 (see FIG. 1 (E)) on the display surface 47.
  • at least one of performing morphological control by at least one of the size, shape, pattern, color, presence / absence of shading, and three-dimensional drawing of the display object constituting the first image. be able to.
  • the depth of the first image RG1 corresponding to the road surface HUD region Z1 can be adjusted on the virtual image display surface PS3 which is an inclined surface by changing the position. Further, with respect to the first image RG1, the perspective can be adjusted by changing the size, shape, and the like, in other words, by controlling the form of the display target. It is also possible to use the above two methods together.
  • the virtual image display distance is not controlled, and only the form control of the display target object is performed.
  • the influence of the human depth perception due to the element of the convergence angle is small, and the perception of the absolute distance is slowed down. Therefore, the useless control of the virtual image display distance is not possible.
  • the perspective is adjusted by controlling the shape of the display target such as the size and shape. In this way, it is possible to adjust the perspective of the first and second virtual images G1 and G2 by an appropriate method.
  • FIG. 4B shows a display control example in which the virtual image display distance is changed by changing the virtual image position on the virtual image display surface which is an inclined surface.
  • the navigation arrow 61 as the first virtual image G1 extends from the side near the vehicle 1 to the side far from the vehicle 1, and the display position is The farther the distance is, the larger the virtual image display distance becomes, which makes it possible to adjust the perspective.
  • the virtual image display distance increases as the distance from the vehicle 1 increases, so that the perspective can be adjusted.
  • the virtual image display distance is not controlled, and the size (size), shape, etc. are changed. The perspective is adjusted.
  • the appropriate virtual image display distance can be adjusted, and a high-quality virtual image having a desired perspective can be displayed.
  • FIG. 5 (A) and 5 (B) are views showing a display example when shifting from the road surface HUD display to the road surface HUD display.
  • an exit guide sign G2-1 and a direction guide sign G2-2 are displayed as a second virtual image (a virtual image standing against the road surface).
  • the exit guide sign G2-1 that presents the information (which is the entire content of the exit guide sign G2-1) is temporarily displayed so as to be attached to the road surface 40.
  • the guide sign G1-1 is superposed on the road surface 40 and displayed.
  • display control is executed so that the road surface HUD display G1-1 immediately after switching is brought closer to the own vehicle 1 with the passage of time.
  • a new vehicle guidance display G1-2 is displayed so as to be connected to the exit guidance sign G1-1 as the road surface HUD display, and guidance for reliably guiding the vehicle 1 to the exit is provided.
  • the user can intuitively understand that the presentation of information about important signs, etc. will be mainly performed on the road surface HUD in the future. Therefore, by performing, for example, a guidance display or the like following this presentation, it is possible to present information smoothly without any discomfort.
  • the road surface HUD display (exit guide sign G1-1 displayed superimposed on the road surface) at the time of the above switching is a "connecting display” for connecting to the subsequent guidance display (G1-2) and the like. It can also be seen as.
  • a smooth transition from the road surface HUD display to the road surface HUD display (in other words, a display with less abrupt feeling) becomes possible. In this way, dynamic virtual image display control with a sense of presence, which was difficult with the prior art, is realized, and the expressive power of the HUD device is remarkably improved.
  • FIG. 6 (A) to 6 (D) are diagrams showing an example of the shape of the virtual image display surface and an example of the positional relationship between the virtual image display surface and the road surface position.
  • the virtual image display surface PS4 has a straight slope in shape, and the entire surface is located on the road surface 40.
  • the virtual image display surface PS5 has a straight slope in shape, and the slope on the side close to the own vehicle 1 is located below the road surface 40. ..
  • the virtual image display surface PS6 has a curved slope (curved slope) in its shape, and the entire surface is located on the road surface 40.
  • the virtual image display surface PS7 has a curved slope (curved surface) in shape, and the slope on the side close to the own vehicle 1 is lower than the road surface 40. Is located in.
  • At least a part of the virtual image display surface corresponding to the road surface HUD region may be located below the road surface.
  • the first virtual image on the virtual image display surface is imaged below the road surface 40.
  • the user who sees the virtual image understands that the display superimposed on the road surface 40 is not actually located below the road surface 40, so that the user follows the common sense of the first virtual image. Is perceived and perceived as if it is stuck on the road surface 40.
  • the first virtual image does not seem to rise from the road surface 40, and seems to stick to the road surface 40 in close contact with it. Therefore, the accuracy of road surface superimposition of the virtual image can be improved.
  • a first virtual image accurately superimposed on the road surface 40 in some cases, an image is formed on the road surface 40, and in some cases, an image is formed below the road surface 40) and standing from the road surface 40.
  • the second virtual image to be provided (the virtual image displayed on the virtual image display surface located above the road surface 40) realizes a highly expressive display full of presence.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of virtual image display using a virtual image display surface by the HUD device. Although four types of virtual image display surfaces are shown in FIG. 7, these are the same as the examples shown in FIG. 6, and each virtual image display surface is designated by the same reference numeral as in FIG.
  • the direction along the front of the vehicle 1 (also referred to as the front-rear direction) is the Z direction
  • the direction along the width (horizontal width) of the vehicle 1 is the X direction
  • the height direction of the vehicle 1 (also referred to as the front-rear direction).
  • the direction of the line perpendicular to the flat road surface 40 and away from the road surface 40) is defined as the Y direction.
  • the HUD device (HUD device that uses both the road surface HUD and the road HUD) 101 of this embodiment is mounted inside the dashboard of the vehicle (own vehicle) 1.
  • the HUD device 101 combines an image display unit (here, a screen) 46 having a display surface 47 for displaying an image and a display light K for displaying an image with a windshield (reflection light transmission member 2) which is a reflection light transmission member member.
  • the optical member includes an optical system 120 including an optical member for projecting onto the light projecting unit (image projection unit) 150, and the optical member has a concave mirror (magnifying reflector) 130 having a reflecting surface 139, and the concave mirror 130 thereof.
  • the reflective surface 139 of the above has a shape (including a curved surface) suitable for displaying a virtual image with the road surface 40 as a superposed object on the side close to the own vehicle 1 and displaying it upright from the road surface 40 on the far side. Have.
  • the shape of the reflecting surface 139 has a considerable influence on the shapes of the virtual image display surfaces PS4 to PS7 and the relationship with the road surface.
  • the shapes of the virtual image display surfaces PS4 to PS7 include the shape of the reflection surface 139 of the concave mirror 130 (including the curved surface), the curved surface shape of the windshield (reflection and translucent member 2), and the shape of the reflection surface 120. It is also affected by the shape of other optical members (eg, correction mirrors). It is also affected by the shape of the display surface 47 (generally flat, but all or part of it can be non-planar) and the arrangement of the display surface 47 with respect to the reflective surface 139.
  • the concave mirror 130 is a magnifying reflector, and has a considerable influence on the shape of the virtual image display surface. Further, if the shape of the reflecting surface 139 of the concave mirror 130 is different, the shape of the virtual image display surface actually changes.
  • the virtual image display surfaces P4 to P7 extending integrally from the near end portion U1 to the far end portion U3 are image display units (display units) with respect to the optical axis of the optical system (main optical axis corresponding to the main light ray). ) 46 is formed by arranging the display surface 47 diagonally at an intersection angle of less than 90 degrees.
  • the shape of the plane or curved surface of the virtual image display surfaces P4 to P7 is such that the optical characteristics of all or a part of the optical system are adjusted, the arrangement of the optical member and the display surface 47 is adjusted, and the display is performed.
  • the shape of the surface 47 may be adjusted, or may be adjusted by a combination thereof. In this way, the shape of the virtual image display surface can be adjusted in various ways. Therefore, the degree of freedom in designing the HUD device is improved.
  • FIG. 8 is a diagram showing a specific example of an optical system in a head-up display device.
  • the HUD device 101 includes a light projecting unit 151, a screen 161 as an image display unit, a reflecting mirror 133, a concave mirror 131, and an I / O interface, a processor, a memory, and an I / O interface that acquires information from an external sensor or another ECU. It also has a control unit 171 (which can also be called a display control device or a display control unit) composed of a computer program or the like stored in a memory.
  • a control unit 171 which can also be called a display control device or a display control unit
  • the angle of the concave mirror 131 can be appropriately adjusted by the operation of the rotation mechanism 175 composed of the actuator.
  • the inclination and the position of the screen 161 can be appropriately adjusted by the adjusting unit 173 including the actuator of the image display unit.
  • the inclination of the screen 161 is the inclination of the light projecting unit 151 with respect to the optical axis, the inclination of the optical system with respect to the optical axis, or the inclination of the light emitted by the light projecting unit with respect to the main optical path (main ray). , Can be said.
  • the control unit 171 comprehensively controls the operation of the light projecting unit 151, the operation of the rotation mechanism 175, the operation of the adjustment unit 173 of the image display unit, and the like.
  • Reference numeral K indicates display light (emission light).
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the curved surface shape and the focal point of a concave mirror (a magnifying reflector having a curved reflecting surface).
  • the concave mirror 135 shown in FIG. 9 has each part of ⁇ , ⁇ , and ⁇ , and the radius of curvature of each part is set to be generally large, small, and small.
  • Reference numeral 163 indicates a screen as an image display unit.
  • the optical path shown by the broken line indicates the main optical path (main ray) along the optical axis of the concave mirror 135 (more broadly, the optical system).
  • the concave mirror 135 will have the focal point indicated by each point of F1 to F5.
  • the shape of the virtual image display surface (degree of curvature, flatness, etc.) can be changed according to the shape including the curved surface indicated by the trajectory of the focal point.
  • various variations can be considered, such as finely adjusting the radius of curvature of each part of ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the concave mirror 135 in a stepwise manner or continuously changing the radius of curvature.
  • the shape including the curved surface of the virtual image display surface is allowed, and the shape including the curved surface is freely controlled with high accuracy.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the system configuration of the head-up display device.
  • FIG. FIG. 19 is a diagram showing an example of a system configuration of a head-up display device.
  • the system shown in FIG. 19 includes a display control device 740, an object detection unit 801 and a vehicle information detection unit 803, a display unit 12, a first actuator 177, and a second actuator 179.
  • the display control device 740 has an I / O interface 741, a processor 742, and a memory 743.
  • the display control device 740, the object detection unit 801 and the vehicle information detection unit 803 are connected to a communication line (BUS or the like).
  • the display control device 740 can be used as, for example, the control unit (display control device, display control unit) 171 shown in FIG. Further, the first actuator 177 and the second actuator 179 can be used as the rotation mechanism 179 and the adjusting unit 173 shown in FIG. 8, and the entire and details of the optical system 120 shown in FIG. 8 can be individually adjusted. It can also be used to do. These can also be said to be optical system adjustment systems.
  • the object detection unit 801 can be configured by, for example, an outside sensor and an outside camera provided in the vehicle 1.
  • vehicle information detection unit 803 may be, for example, a speed sensor, a vehicle ECU, an external communication device, a sensor for detecting the position of eyes, a yaw rate sensor for detecting the pitch angle (tilt angle) of the vehicle 1, or a height sensor.
  • the display control device 740 uses, for example, the above-mentioned road surface HUD and road HUD together while optimally operating the optical system. It is also possible to realize a HUD device.
  • one or more processors 742 acquire the position of the road surface 40, for example, so that at least a part of the virtual image display surface is arranged under the road surface 40, for example, based on the position of the road surface 40. It is also possible to drive at least one of the first and second actuators 173 and 175.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining control of the virtual image display distance in the case of performing the display shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).
  • reference numeral 22 indicates a user
  • reference numeral K indicates an indicator light.
  • the exit guide sign G2-1 standing upright on the road surface 40 is displayed, and at time t2, the exit guide sign G1-1 (display content) is superimposed on the road surface 40 as a connecting display. Is the same as G2-1) is displayed.
  • the exit guide sign G1-1 is displayed at a position closer to the vehicle 1.
  • the vehicle guidance display G1-2 is displayed at times t4 to t6, and then the exit guidance sign G1-1 is displayed at a position closer to the vehicle 1 at time t7.
  • Such control of the virtual image display position is performed by the display control unit (for example, reference numeral 300 in FIG. 12).
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the overall configuration of the HUD device.
  • the optical system 52 is provided in FIG. 12, the same configuration as that shown in FIG. 7 is adopted as the configuration of the optical system 52.
  • the same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals.
  • an optical system 52 a driving scene determination unit 19 having an image processing unit 21 that performs image processing based on an image captured by the front imaging camera 17, and a navigation unit (navigation ECU) 400 are provided. ..
  • the optical system 52 includes a light projecting unit 150, a screen (image display unit) 46 including a display surface 47 on which an image M is formed, and a concave mirror 130.
  • the display light K is emitted from the optical system 52 toward the windshield (reflection and translucent member 2), and as a result, as described above, for example, the virtual image G is displayed on the virtual image display surface PS of the inclined surface.
  • the display control unit 300 includes an image output unit 32, a drive unit 33, a virtual image display distance control unit 34, an image generation unit 35, a road surface HUD area / road surface HUD area detection unit 36, and a virtual image display surface position adjustment unit 37. And a vanishing point detection unit 39 (including a pitch angle and vanishing point position calculation unit 38).
  • the navigation unit (navigation ECU) 400 includes a depth mapping unit 402, a navigation information (road guidance information, road sign information, etc.) generation unit 404, a driving route information acquisition unit 406, a vehicle position information acquisition unit 408, and a map. It has an information acquisition unit 410 and a storage unit (functioning as a database of maps, road guidance information, road signs, etc.) 412. Vehicle information and the like collected by the vehicle-mounted ECU 700 are supplied to the navigation unit (navigation ECU) 400 via the bus (BUS).
  • BUS bus
  • the communication unit 500 appropriately obtains various information acquired by wireless communication with the driving support system 600 installed outside the vehicle 10, as appropriate, with the own vehicle position information acquisition unit 408 of the navigation unit 400 and map information. It may be supplied to the acquisition unit 410. Further, the position information or the like received by the GPS receiving unit 502 from the GPS satellite may be appropriately supplied to the own vehicle position information acquisition unit 408 and the map information acquisition unit 410 of the navigation unit 400.
  • the vehicle 1 is provided with various sensors (including a yaw rate sensor for detecting the pitch angle) 505. Further, various information collected by the in-vehicle ECU 700 is supplied to the navigation unit 400 via the BUS, and a part of the various information is sent to the vanishing point detection unit 39 (pitch angle and vanishing point position calculation unit 38). Is also supplied.
  • various sensors including a yaw rate sensor for detecting the pitch angle
  • various information collected by the in-vehicle ECU 700 is supplied to the navigation unit 400 via the BUS, and a part of the various information is sent to the vanishing point detection unit 39 (pitch angle and vanishing point position calculation unit 38). Is also supplied.
  • the pitch angle and vanishing point position calculation unit 38 included in the vanishing point detection unit 39 is based on the image information supplied from the image processing unit 21 and the information of various sensors supplied from the vehicle-mounted ECU 700. Then, the current pitch angle of the vehicle 1 is calculated, and the position of the vanishing point (VP1 and VP2 in FIG. 1) is calculated in consideration of the pitch angle and the position of the viewpoint A of the user 22.
  • the virtual image display surface position adjusting unit 37 determines that the vehicle 1 is approaching an uphill (or downhill), for example, based on the information provided by the driving scene determination unit 19, the virtual image display surface position adjusting unit 37 considers the pitch angle and the like. Then, the position of the slope of the virtual image display surface PS (the position relative to the road surface) is adjusted (corrected). When the position of the virtual image display surface PS is corrected, the pitch angle and vanishing point position calculation unit 38 reacquires the corrected vanishing point position (VP2 in FIG. 1) on the virtual image display surface.
  • the road surface HUD region / road surface HUD region detection unit 36 distinguishes between the road surface HUD region Z1 and the road surface HUD region Z2 with the position of the vanishing point VP2 on the virtual image display surface PS as a boundary.
  • the virtual image display distance control unit 34 determines the display position of the sign or the like on the display surface 47 based on the depth information of the sign or the like to be displayed supplied from the navigation unit (navigation ECU) 400. This adjusts the virtual image display distance.
  • the image generation unit 35 generates an image (original image) to be displayed on the display surface 47 based on various input information.
  • the generated image (original image) is supplied to the image output unit 32.
  • the image output unit 32 supplies the data cv of the image (original image) to the light projecting unit 150 of the optical system 52.
  • the drive unit 33 supplies, for example, a control signal rvs for rotating the concave mirror 130 to the actuator (reference numerals 177 and 179 in FIG. 10).
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of the procedure of display processing by the display control unit.
  • step S1 the pitch angle and the vanishing point position are acquired (step S1).
  • step S2 the position of the virtual image display surface is adjusted (position correction) in consideration of the pitch angle (tilt angle) of the vehicle (step S2).
  • step S3 the road surface HUD region / road HUD region is detected (step S3).
  • the road surface virtual image is displayed in the road surface HUD area, and the road surface virtual image is displayed in the road surface HUD area (step S4).
  • step S4 when the virtual image display distance exceeds 20 m, perspective display is performed by morphological control (morphological change) such as size and shape, and when it is 20 m or less, the virtual image display distance is changed by changing the display position on an inclined surface. , And at least one of the perspective display by morphological control (morphological change).
  • morphological control morphological change
  • a display connecting display
  • the distance change control is used to move the display closer to the vehicle to adjust the perspective, and if necessary, a new image is additionally displayed.
  • the road surface HUD and the road surface HUD together on the virtual image display surface composed of one continuous surface various displays are possible, and the HUD can be displayed.
  • the expressive power of the device can be improved.
  • vehicle can be broadly interpreted as a vehicle.
  • the "sign" shall be interpreted in a broad sense, for example, in consideration of the viewpoint of navigation information in a broad sense useful for vehicle operation.
  • the HUD device shall include one used as a simulator (for example, an aircraft simulator).
  • the information provided by the above-mentioned road surface HUD display includes, for example, vehicle speed information, arrows superimposed on the road surface, speed limit information, etc., and the user (driver) can perform actions and operations based on the information.
  • the distance or time to perform is close to some extent, and these may be collectively referred to as short-distance information or near-distance information.
  • the information provided by the above-mentioned road HUD display is, for example, turn-by-turn information, guidance signs, etc., and a certain distance or time until the user (driver) performs a response or operation based on the information.
  • the information provided by the above-mentioned road HUD display is, for example, turn-by-turn information, guidance signs, etc., and a certain distance or time until the user (driver) performs a response or operation based on the information.
  • long-distance information or long-distance information.
  • Road surface, 46 ... Image display Unit (display unit: screen, etc.), 47 ... display surface, 52 ... optical system, 101 ... HUD device, 130 ... concave mirror, 150 ... floodlight unit, 300 ... display control Unit, 400 ... Navigation unit (navigation ECU), 500 ... Communication unit, 502 ... GPS receiving unit, 505 ... Various sensors, 600 ... Driving support system, 700 ... In-vehicle ECU, Z1 ... Road surface HUD area, Z2 ... Road surface HUD area, PS (PS3 to PS7) ... Virtual image display surface (virtual image display surface of inclined surface), G ... Virtual image, G1 ... First Virtual image (for road surface HUD area), G2 ...
  • Second virtual image (for road surface HUD area), U1 ... Near end of virtual image display surface, U2 ... Center position of virtual image display surface (center of angle of view), U3 ... Far end of the virtual image display surface, VP1 ... Disappearance point, VP2 ... Disappearance point on the virtual image display surface, VP2'... Point corresponding to VP2 on the display surface, LN'

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Abstract

路面ＨＵＤ、及び路上ＨＵＤを併用することで、表現力を向上させることが可能なＨＵＤ装置を提供する。 虚像表示面ＰＳ３が、車両１に近い側の近端部Ｕ１から遠い側の遠端部Ｕ３へと一体的に延び、かつ路面４０に重畳される虚像Ｇ１が表示される路面ＨＵＤ領域Ｚ１と、路面ＨＵＤ領域Ｚ１よりも遠方に位置し、かつ路面４０よりも上側に位置する虚像Ｇ２'が表示される路上ＨＵＤ領域Ｚ２と、に区別され、表示制御部３００は、表示面４７の画像表示領域４５を、路面ＨＵＤ領域Ｚ１に対応する第１の表示領域Ｚ１'と、路上ＨＵＤ領域Ｚ２に対応する第２の表示領域Ｚ２'に区分し、第１の表示領域に、路面に重畳する第１の画像ＲＧ１（６１及びＳＰ）を表示させ、第２の表示領域に、路面よりも上側に表示する第２の画像ＲＧ２'（６３及び６５）を表示させる。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　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（Ｈｅａｄ－ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）装置等に関する。
　例えば、自車両のナビゲーション用の矢印等を路面に張り付かせるように表示する技術、言い換えれば、路面に重畳させて表示する技術が知られている。虚像表示面（結像面）を路面にほぼ水平に配置することから、奥行き感のある表示が可能である。
　本明細書では、このような表示を「路面重畳表示」、あるいは「路面ＨＵＤ表示、又は単に路面ＨＵＤ」と称する場合がある。また、路面よりも上に位置する虚像表示面（例えば、路面に立設する虚像表示面（結像面）に虚像を表示することを、本明細書では、「路上ＨＵＤ表示、又は単に路上ＨＵＤ」と称する場合がある。
　特許文献１では、主画像を表示する表示器と、副画像を投影によって描画する投影器及び曲面等のスクリーンとを個別に設け、例えば曲面の虚像表示面に路面ＨＵＤ表示（副画像の虚像）を形成し、かつ、この路面ＨＵＤ表示（副画像の虚像）の一方の端部に連接する、路面に対して立設する表示（主画像の虚像）を形成している。
特許第６２３２３６３号公報（例えば図１、図２、［００１３］、［００２９］等）
　特許文献１では、主画像を表示する表示器と、副画像を表示するための投影器及びスクリーンと、を個別に設ける必要があり、表示光学系の構造が複雑化するのは否めない。
　また、特許文献１では、主画像と副画像による虚像の立体化、一体化をめざすことが記載されているが、路面に重畳される表示と、路面に立設される表示とを併用することによる、ＨＵＤ装置の表現力の向上についての記載はない。
　本発明は、路面ＨＵＤ、及び路上ＨＵＤを併用することで、表現力を向上させることが可能なＨＵＤ装置を提供することを目的とする。
　本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
　以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。
　第１の態様において、ヘッドアップディスプレイ装置は、
　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ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）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、前記虚像の表示を制御する表示制御部と、前記表示光を、前記反射透光部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、
　虚像が結像する結像面としての虚像表示面が、前記車両に近い側の近端部から遠い側の遠端部へと一体的に延びると共に、路面と前記近端部との間の第１の距離よりも、前記路面と前記遠端部との間の第２の距離が大きく、かつ前記虚像表示面は、平面又は曲面であり、
　さらに、前記虚像表示面は、
　前記路面に重畳される虚像が表示される路面ＨＵＤ領域と、
　前記路面ＨＵＤ領域よりも遠方に位置し、かつ前記路面よりも上側に位置する虚像が表示される路上ＨＵＤ領域と、に区別され、
　前記表示制御部は、
　前記表示面の画像表示領域を、ユーザーから見た場合の前記路面と前記路面よりも上側にある空間との境界である境界位置を基準として、前記路面ＨＵＤ領域に対応する第１の表示領域と、前記路上ＨＵＤ領域に対応する第２の表示領域に区分し、
　前記第１の表示領域に、前記路面に重畳する第１の画像を表示させ、
　前記第２の表示領域に、前記路面よりも上側に表示する第２の画像を表示させる。
　本態様では、自車両に近い側から遠い側へと延びる一面の虚像表示面を使用する。この虚像表示面は、近端部よりも遠端部の方が、路面から、より持ち上げられた状態であり、虚像表示面は、全体として傾斜面とみることが可能である。
　この傾斜面の虚像表示面を用いると、虚像表示面上の自車両に近い側の領域に、路面に重畳するような表示（例えば、ナビゲーション用の矢印の表示）をなし、一方、遠い側の領域に、路面上に位置する表示（例えば、路面よりも上に位置する標識等の表示）をなすことが可能となる。従来、路面に重畳される表示をなすＨＵＤ装置は、路面よりも上に位置する標識等を表示することは困難であり、この点、多様な表示が制限され、表現力に限界があった。本態様によれば、その制限がかなり軽減され、路面ＨＵＤと、路上ＨＵＤとを併用した多様な表示が可能となる。
　ここで、傾斜した虚像表示面（結像面）の手前側に、路面に重畳される表示をなす場合、厳密にいえば、虚像表示面は路面には完全には一致しない。しかし、人の目は、路面に張り付くような表示がなされると、日々の経験等から、その表示は路面に重畳されていると知覚、感得する傾向があり、よって、例えば、傾斜面の路面となす角度をある程度、小さく抑えておけば、ある程度の範囲にわたって、ユーザーにとって違和感の少ない路面ＨＵＤ表示、言い換えれば奥行き感のある表示が可能である。
　一方、傾斜した虚像表示面の路面からの浮き上がりが、ある程度大きくなってくると、その浮き上がりが大きな領域になされる表示は、路面よりも上側に位置する表示である（言い換えれば、路上ＨＵＤ表示である）と、ユーザーに知覚、感得される。
　表示制御部は、上記の点を考慮し、表示面（表示装置の表示面やスクリーンの表示面等）の画像表示領域（言い換えれば画像表示可能領域）を、ＨＵＤ装置のユーザーから見た場合の路面と路面よりも上側にある空間との境界である境界位置を基準として、路面ＨＵＤ領域に対応する第１の表示領域と、路上ＨＵＤ領域に対応する第２の表示領域に区分する。そして、第１の表示領域に、路面に重畳する第１の画像を表示させ、一方、第２の表示領域に、路面よりも上側に表示する第２の画像を表示させる、という表示制御を実行する。
　本態様によれば、連続する１つの虚像表示面上で、路面ＨＵＤ、及び路上ＨＵＤを併用することで、多様な表示が可能となり、ＨＵＤ装置の表現力を向上させることができる。
　第１の態様に従属する第２の態様において、
　前記近端部から前記遠端部へと一体的に延びる前記虚像表示面は、前記光学系の光軸に対して、前記表示面を斜めに配置することにより形成され、
　前記虚像表示面の平面又は曲面の形状は、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調整されてもよい。
　本態様によって、虚像表示面の形状を、多様に調整することができる。よって、ＨＵＤ装置の設計の自由度が向上する。
　第１又は第２の態様に従属する第３の態様において、
　前記虚像表示面における前記路上ＨＵＤ領域は、前記ユーザーが、前記路上ＨＵＤ領域に配置される虚像を見た場合に、絶対的な距離知覚が鈍化して遠近感を正確には知覚し得ない遠方に設定され、これによって前記路上ＨＵＤ領域の虚像表示面を、疑似立面の虚像表示面としてもよい。
　本態様では、人が遠方の像を見るとき、その像がかなり遠いことから、絶対的な距離知覚が鈍化し、その人が、遠近感を正確には知覚し得ない場合がある点に着目する。路上ＨＵＤ領域を、そのような遠方に設定することで、路上ＨＵＤ領域に結像する虚像が実際は奥行きを有するものであっても、人は、その奥行きを知覚（感得）できず、あたかも同じ距離で立設しているように錯覚する。言い換えれば、路上ＨＵＤ領域の虚像表示面を、疑似立面（あたかも、路面に対して、例えばほぼ垂直に立設された面）とすることが可能となる。これによって、路上に立設される道路標識、案内表示、広告等の虚像を、違和感なく表示することができる。
　第１乃至第３の何れか１つの態様に従属する第４の態様において、
　前記ユーザーの視点、又は前記視点に相当する基準点から、前記ユーザーから見た場合の前記路面と前記路面よりも上側にある空間との境界である境界位置に対応する、実空間における地点までの距離は２０ｍ以上に設定されてもよい。
　本態様では、人が、虚像の奥行きを知覚、感得できない遠方の基準（閾値）を、２０ｍに設定する。２０ｍ程度の遠方にある物体については奥行きを知覚、感得しづらくなることから、２０ｍを基準とするものである。これによって、２０ｍ以上の虚像表示距離を有する領域が路上ＨＵＤ領域となる。
　第１乃至第４の何れか１つの態様に従属する第５の態様において、
　前記路面の消失点を検出する消失点検出部を有し、
　前記ユーザーの視点、又は前記視点に相当する基準点と、検出された消失点とを結ぶ線分が前記虚像表示面と交わる点を、虚像表示面上での消失点とする場合に、
　前記虚像表示面上での消失点の位置を基準として、前記車両に近い側の領域を前記路面ＨＵＤ領域とし、遠い側の領域を前記路上ＨＵＤ領域としてもよい。
　本態様では、虚像表示面上の消失点を基準として、路面ＨＵＤ領域と路上ＨＵＤ領域とを区分けする。消失点検出部は、例えば、自車両の前方を撮影した撮像画像に画像処理を施し、例えば、路面の側線やセンターライン等の複数の白線が、有限の遠方で交わる箇所を算出（近似算出）し、これを消失点とする。道路が曲がっているときには、例えば、近似曲線を用いて消失点を求めることができる。
　また、ユーザーの視点、又は視点に相当する基準点と、検出された消失点とを結ぶ線分が虚像表示面と交わる点を、虚像表示面上での消失点とする。
　虚像表示面は傾斜面となっていることから、虚像表示面は、道路の路面とは厳密には一致しない。但し、虚像表示面上での消失点（検出された実際の消失点に対応する点）よりも手前側（自車両に近い側）の領域は、ユーザーから見て、路面よりも上に位置するようには見えないことから、路面に重畳する表示が可能な領域、すなわち路面ＨＵＤ領域とすることができる。
　一方、虚像表示面上での消失点よりも遠方側の領域は、虚像表示面が路面からかなり浮き上がっていることから、この領域に虚像を表示すると、ユーザーには、路面よりも上側に表示がなされていると感得され得る。よって、この領域は路上ＨＵＤ領域として使用できる。
　また、虚像表示面上の消失点を虚像表示距離２０ｍ以上の地点とすると、遠方側の領域は、上述のとおり疑似立面の路上ＨＵＤ領域となる。よって、標識や案内看板、広告等の、路面から鉛直上方に立設される対象物や、その対象物に関連する情報を、違和感なくユーザーに提示することができる。
　第１乃至第５の何れか１つの態様に従属する第６の態様において、
　前記第２の画像は、前記第１の画像から独立した別個の画像であってもよい。
　本態様では、路面ＨＵＤ領域に対応する第１の画像と、路上ＨＵＤ領域に対応する第２の画像に関して、互いに、独立した別個の画像とする。これによって、例えば、第１、第２の画像によって、異なる情報（異なる種類の情報等）を表示することができ、提示する情報の多様性を確保することができる。なお、本発明において、第１、第２の画像が互いに関連し、２つの画像が一体化されて１つの情報が提示される、といった情報提示態様を否定するものではない。例えば、ナビゲーション用の矢印のうち、直線上の部分を第１の画像とし、先端の矢印の部分を第２の画像とし、これらの画像が一体となって、自車両の誘導情報を提示することも、当然、可能である。このような情報提示態様も、本発明では許容され得る。但し、上記のように、第１、第２の画像を異ならせ、各画像が提示する情報を独立（あるいは別個）のものとすることで、表現力が高まり、提示する情報の多様性が確保されるという利点がある。
　第１乃至第６の何れか１つの態様に従属する第７の態様において、
　前記第１の画像は、前記車両の状態を示す情報の画像、経路誘導画像、及び経路案内画像の少なくとも１つであり、
　前記第２の画像は、制限速度情報の画像、路上に設置される各種の標識の画像、路上の経路誘導画像、路上の経路案内画像、路上に設置される看板の画像、及び路上に設置される広告の画像の少なくとも１つであってもよい。
　本態様では、第１、第２の画像を、具体的に例示している。これによって、ユーザーに有用な情報を違和感なく提示することができる。
　第１乃至第７の何れか１つの態様に従属する第８の態様において、
　前記表示制御部は、
　前記第１の画像に対応する第１の虚像について遠近感を調整する場合には、前記表示面における前記第１の画像の表示位置の変更によって虚像表示距離を制御すること、及び、前記第１の画像を構成する表示対象についての大きさ、形状、模様、色彩、陰影の有無、立体的描画の少なくとも１つによる形態制御を行うことの少なくとも一方を実施し、
　前記第２の画像に対応する第２の虚像については、虚像表示距離の制御は実施せず、前記形態制御のみを実施してもよい。
　本態様では、路面ＨＵＤ領域にて表示される第１の虚像について、遠近感の調整を行う（言い換えれば、遠近表示を行う）場合には、虚像表示距離を調整し、あるいは、表示対象の大きさ、形状等の変更による形態制御を行い、又は、上記の双方を実施する（併用する）ことができる。ここで、虚像表示距離の調整手法としては、傾斜している虚像表示面での表示位置を変更することで奥行き調整をする手法が採用される。
　また、路上ＨＵＤ領域にて表示される第２の虚像については、上述のとおり、輻輳角の要素に起因する人の奥行き知覚の影響が小さく、絶対的な距離の知覚は鈍化していることから、無駄な虚像表示距離の制御は実施しない。代わりに、表示対象の大きさや形状等の形態制御を行って、遠近感を調整することとする。これによって、第１、第２の各虚像について、適切な方法で遠近感の調整を実施することが可能となる。
　第１乃至第８の何れか１つの態様に従属する第９の態様において、
　前記表示制御部は、
　前記第２の画像を遠方に表示した時点から時間が経過し、前記車両の前方への進行に伴って前記第２の画像と前記車両との距離が小さくなると、前記第２の画像の表示内容の少なくとも一部を、前記第１の画像として、前記路面に重畳するように表示させてもよい。
　本態様では、例えば、遠くに見えていた標識等（第２の虚像）が、時間経過と共に自車両に接近してくると、その標識等の内容の少なくとも一部を、路面に張り付かせるように表示して、路上ＨＵＤ表示から路面ＨＵＤ表示（第１の虚像）への遷移（切り替え）を鮮明化する。その後、例えば、その路面ＨＵＤ表示に連接するように、新たな車両誘導表示を表示したり、あるいは、切り替え直後の路面ＨＵＤ表示を、時間経過と共に自車両に近づけ、やがて後ろに流れていくように表示制御したりすることができる。
　言い換えれば、遠くに見えていた標識等が近づいてきて、現実のハンドル操作等に影響を及ぼす段階になると、一旦、つなぎ画像として、その標識の一部または全部を路面ＨＵＤ表示して、路上ＨＵＤから路面ＨＵＤへの切り替えを明確にユーザーに示す。よって、ユーザーは、重要な標識等についての情報の提示が、今後は、主として路面ＨＵＤにて行われることを直感的に理解できる。したがって、この提示に続いて、例えば、誘導表示等を行うことで、違和感のない、スムーズな情報提示が可能である。上記の切り替えの際の路面ＨＵＤ表示は、上述のとおり、その後の誘導表示等につなげるための、つなぎ表示とみることもできる。つなぎ表示を設けることで、路上ＨＵＤ表示から路面ＨＵＤ表示への円滑な移行が可能となる。
　第１乃至第９の何れか１つの態様に従属する第１０の態様において、
　前記路面ＨＵＤ領域に対応する前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面よりも下側に位置してもよい。
　本態様では、路面ＨＵＤ領域の虚像表示面の少なくとも一部が、路面よりも下側に位置することを許容する。この場合、その虚像表示面上の第１の虚像は、路面よりも下に結像する。しかし、その虚像を見るユーザーは、路面に重畳される表示が、現実的には路面の下に位置することはないことを理解しており、従ってユーザーは、その常識に従って第１の虚像を路面上に張り付いているかのように知覚、感得する。
　よって、その第１の虚像は、路面からの浮き上がり感がなく、路面に密着して張り付いているように見える。したがって、虚像の、路面重畳の精度を高めることができる。本態様によれば、路面に正確に重畳された第１の虚像と、路面から立設する第２の虚像とによって、臨場感に溢れた、表現力の高い表示が実現される。
　当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。
図１（Ａ）は、路面ＨＵＤ表示について説明するための図、図１（Ｂ）～（Ｄ）は、虚像表示面が傾斜面である場合の表示形態のバリエーションを示す図、図１（Ｅ）は、表示部の表示面における画像表示の一例（図１（Ｄ）の例に対応）を示す図である。 図２（Ａ）は、ウインドシールドを介してユーザーが視認する虚像の一例（路面ＨＵＤ表示、路上ＨＵＤ表示を含む）を示す図、図２（Ｂ）は、傾斜面である虚像表示面上における虚像表示の様子を示す図である。 図３（Ａ）は、図２（Ａ）の例において、路上ＨＵＤ領域の虚像表示面を疑似立面化した場合の表示例を示す図、図３（Ｂ）は、傾斜面である虚像表示面上における虚像表示の様子を示す図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）は、遠近表示を行う場合の、遠近調整の手法を説明するための図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）は、路上ＨＵＤ表示から路面ＨＵＤ表示に移行するときの表示例を示す図である。 図６（Ａ）～（Ｄ）は、虚像表示面の形状の例、及び、虚像表示面と路面位置との位置関係の例を示す図である。 ＨＵＤ装置による、虚像表示面を用いた虚像表示の例を示す図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の具体例を示す図である。 凹面鏡（曲面の反射面を有する拡大反射鏡）の曲面形状、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のシステム構成の例を示す図である。 図１１は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示される表示を行う場合における、虚像表示距離の制御について説明するための図である。 図１２は、ＨＵＤ装置の全体の構成例を示す図である。 図１３は、表示制御部による表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。
　以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
　図１を参照する。図１（Ａ）は、路面ＨＵＤ表示について説明するための図、図１（Ｂ）～（Ｄ）は、虚像表示面が傾斜面である場合の表示形態のバリエーションを示す図、図１（Ｅ）は、表示部の表示面における画像表示の一例（図１（Ｄ）の例に対応）を示す図である。
　図１（Ａ）において、車両（自車両）１に搭乗しているユーザー（運転者等）の視点（眼）Ａから見て、結像面である虚像表示面ＰＳ１は、車両１が走行している道路の路面４０に張り付くように設けられている。その虚像表示面ＰＳ１上に、虚像Ｇが表示されている。この虚像Ｇは、ユーザーには、路面４０に重畳表示されているように見える。
　このような表示態様のＨＵＤ装置を「路面ＨＵＤ装置」という場合があり、また、路面に張り付くように表示される表示態様を「路面ＨＵＤ表示」と称する場合がある。
　図１（Ｂ）では、虚像表示面（結像面）ＰＳ２は、図１（Ａ）の虚像表示面ＰＳ１とほぼ同じ位置にあるが、虚像表示面ＰＳ２は、路面４０に対して、所定角度θ１で傾斜して設けられている。このような傾斜面である虚像表示面ＰＳ２を用いると、虚像Ｇの位置を調整することで、ユーザーの視点Ａ（あるいは、視点Ａに対応する所定の基準点）から虚像表示面までの距離である虚像表示距離を、適宜、調整することができる。従来技術としての認識は、図１（Ａ）、（Ｂ）にとどまるものである。
　図１（Ｃ）では、虚像表示面ＰＳ３は、図１（Ｂ）と同様に傾斜面ではあるが、図１（Ｃ）の例では、路面の、車両１に近い位置から遠い位置まで、かなり広範囲にわたって延在している。なお、虚像表示面ＰＳ３の、路面４０に対する傾斜角は所定角度θ２である。
　図示されるように、虚像が結像する結像面としての虚像表示面ＰＳ３は、車両１に近い側の近端部Ｕ１から遠い側の遠端部Ｕ３へと一体的に延びると共に、路面４０と近端部Ｕ１との間の第１の距離（図１（Ｃ）ではＵ１は路面４０上にあるため、距離は零である）よりも、路面４０と遠端部Ｕ３との間の第２の距離ｈ１が大きく、かつ虚像表示面は、平面（又は曲面：曲面については後述する）である。なお、符号Ｕ２は、虚像表示面ＰＳ３の中点（中心点）である。また、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の各点に対応する虚像表示距離を、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とする。
　さらに、虚像表示面ＰＳ３は、路面４０に重畳される虚像が表示される路面ＨＵＤ領域Ｚ１と、路面ＨＵＤ領域Ｚ１よりも遠方に位置し、かつ路面４０よりも上側に位置する虚像が表示される路上ＨＵＤ領域Ｚ２と、に区別される。
　また、ユーザーの視点（又は視点に相当する基準点）Ａと、路面４０の消失点（水平線上の有限遠点とし、後述する消失点検出部（図１３の符号３９）にて検出されるものである）ＶＰ１とを結ぶ線分が虚像表示面ＰＳ３と交わる点を、虚像表示面上での消失点ＶＰ２とする場合に、虚像表示面上での消失点ＶＰ２の位置を基準として、車両１に近い側の領域を路面ＨＵＤ領域Ｚ１とし、遠い側の領域を路上ＨＵＤ領域Ｚ２としている。
　図１（Ｃ）に示されるように、虚像表示面ＰＳ３は傾斜面となっていることから、虚像表示面ＰＳ３は、道路の路面４０とは厳密には一致しない。但し、虚像表示面上での消失点（検出された実際の消失点ＶＰ１に対応する点）ＶＰ２よりも手前側（自車両１に近い側）の領域は、ユーザーから見て、路面よりも上に位置するようには見えないことから、路面４０に重畳する表示が可能な領域、すなわち、路面ＨＵＤ領域Ｚ１として使用することができる。なお、虚像表示面上での消失点ＶＰ２の、路面４０との距離は「ｈ０」である。
　虚像表示面ＰＳ３の路面４０からの浮き上がりが、この「ｈ０」以下であれば、ユーザーは、その浮き上がりに影響されず、表示される虚像Ｇ１を、路面４０に張り付くように知覚、感得することができる。
　一方、虚像表示面上での消失点ＶＰ２よりも遠方側の領域は、虚像表示面ＰＳ３が路面からかなり浮き上がっている。例えば虚像表示面ＰＳ３の遠端部Ｕ３の、路面４０との距離は「ｈ１（＞ｈ０）」である。この遠方側の領域に虚像Ｇ２を表示すると、ユーザーには、路面４０よりも上側に表示がなされていると感得され得る。よって、この領域は路上ＨＵＤ領域Ｚ２として使用できる。
　次に、図１（Ｄ）を参照する。図１（Ｄ）の例では、路上ＨＵＤ領域Ｚ２は、ユーザーが路上ＨＵＤ領域Ｚ２に配置される虚像Ｇ２を見た場合に、絶対的な距離知覚が鈍化して遠近感を正確には知覚し得ない遠方に設定される。言い換えれば、路面ＨＵＤ領域Ｚ１と路上ＨＵＤ領域Ｚ２との境界としての「虚像表示面上の消失点ＶＰ２」の虚像表示距離Ｌ２は、２０ｍ以上（２０ｍ以遠）に設定される。
　これによって、路上ＨＵＤ領域Ｚ２の虚像表示面を、疑似立面の虚像表示面とすることができる。
　図１（Ｄ）の例では、人が遠方の像を見るとき、輻輳角の要素に起因する奥行知覚の影響が小さくなり、絶対的な距離知覚が鈍化し、遠いことはわかるが、その奥行き（遠近感）を正確には知覚し得ない場合がある点に着目する。路上ＨＵＤ領域Ｚ２を、そのような遠方に設定することで、路上ＨＵＤ領域Ｚ２に結像する虚像Ｇ２が実際は奥行きを有するものであっても、人は、その奥行きを知覚（感得）できず、あたかも同じ距離で立設しているように錯覚する。
　言い換えれば、路上ＨＵＤ領域Ｚ２の虚像表示面を、疑似立面（あたかも、路面に対して、例えばほぼ垂直に立設された面）とすることが可能となる。図１（Ｄ）において、虚像Ｇ２は斜面上にあるが、それを見るユーザー（人）には、あたかも路面４０に立設される虚像Ｇ２’のように見えている。これによって、例えば、路上に立設される道路標識、案内表示、広告等の虚像Ｇ２’を、違和感なく表示することができる。
　虚像表示面ＰＳ３の路面４０に沿う長さ（延在範囲）は、例えば、１０ｍ～３０ｍ程度とすることができる。
　また、虚像表示面ＰＳ３の路面４０に対する傾斜角θ２は、概ね、１°≦θ２≦３°の範囲に設定されるのが好ましい。
　例えば、ユーザーの平均的なルックダウンアングルＬＤＡ（視点Ａを基準とした水平線とユーザーの視線方向とがなす角度）を「３°」とし、縦方向（上下方向）視野角ＶＦＯＶ（表示面の縦方向の画角に対応する）を「５°」とし、Ｌ１（近端部Ｕ１までの虚像表示距離）を「９ｍ」、Ｌ２（虚像表示面上の消失点ＶＰ２までの虚像表示距離）を「２０ｍ」、Ｌ３（遠端部Ｕ３までの虚像表示距離）を「３０ｍ」とすると、傾斜角θ２は、「１．６４°」となる。但し、一例であり、これに限定されるものではない。
　次に、図１（Ｅ）を参照する。図１（Ｅ）は、表示制御部（図１３の符号３００）による表示制御の一例を示している。なお、ＨＵＤ装置の具体的構成については後述する。
　表示制御部（図１３の符号３００）は、表示部４６の表示面４７の画像表示領域４５を、ユーザー（人）から見た場合の、路面４０と路面４０よりも上側にある空間との境界である境界位置ＬＮ’（ここでは、点ＶＰ２’を通る、横方向（車両１の幅方向に対応する）に延びる線分により示される）を基準として、路面ＨＵＤ領域Ｚ１に対応する第１の表示領域Ｚ１’と、路上ＨＵＤ領域Ｚ２に対応する第２の表示領域Ｚ２’に区分する。なお、「点ＶＰ２’」は、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示される「虚像表示面上の消失点ＶＰ２」に対応する、表示面４７上の点である。
　そして、表示制御部（図１３の符号３００）は、第１の表示領域Ｚ１’に、路面４０に重畳する第１の画像ＲＧ１（ナビゲーション用矢印６１’及び速度表示ＳＰ’）を表示させ、第２の表示領域Ｚ２’に、路面４０よりも上側に表示する第２の画像ＲＧ２（制限速度表示６３’及び「通学路」の表示６５’）を表示させる。
　なお、光学系の構成によっては、図１（Ｅ）における「画角上端」と「画角下端」は、逆になる場合がある。このときは、図１（Ｅ）の表示画像は、上下が逆転して表示されることになる。
　また、図１（Ｅ）において、Ｕ１’、Ｕ２’、Ｕ３’の各点は、図１（Ｃ）、（Ｄ）における、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の各点に対応する。
　また、図１（Ｅ）にて破線で描かれている、道路の側線５１、５３、センターライン５５は、車両１の前方を撮像した画像に画像処理を施すことにより検出されるものであり、各線が遠方で交わる点が、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示される消失点ＶＰ１となる。上述のとおり、虚像表示面上の消失点はＶＰ２であり、このＶＰ２に対応する、表示面４７上の点がＶＰ２’である。
　図１（Ｅ）において、第１の画像ＲＧ１は、車両１の状態を示す情報（例えば車速表示）の画像、経路誘導画像（例えばナビ用矢印の画像）、及び経路案内画像（例えば地名やランドマークと矢印を組み合わせた画像）の少なくとも１つとしてもよい。また、第２の画像ＲＧ２は、制限速度情報の画像、路上に設置される各種の標識の画像、路上の経路誘導画像、路上の経路案内画像、路上に設置される看板の画像、及び路上に設置される広告の画像の少なくとも１つとしてもよい。なお、これらは例示である。このように、第１、第２の画像の内容（意味、内容、あるいは種類等）を異ならせることで、ユーザーに多様な情報を提示することができ、ＨＵＤ装置の表現力が向上する。
　次に、図２を参照する。図２（Ａ）は、ウインドシールドを介してユーザーが視認する虚像の一例（路面ＨＵＤ表示、路上ＨＵＤ表示を含む）を示す図、図２（Ｂ）は、傾斜面である虚像表示面上における虚像表示の様子を示す図である。なお、図２において、前掲の図と共通する部分には同じ符号を付している（この点は、他の図面でも同様である）。
　図２の例では、車両（自車両）１のウインドシールド（フロントガラス）が、被投影部材（光の反射性と透光性を備える部材）として機能する。被投影部材は、言い換えれば、反射透光部材２である。なお、被投影部材（反射透光部材２）であるウインドシールドは、コンバイナ等であってもよい。ＨＵＤ装置は、車両１に設けられた反射透光部材２に表示光を投影し、反射透光部材２を透過する実景に重ねて、反射透光部材２に反射された表示光により虚像を生成して表示する。
　図２（Ａ）の表示例は、図１（Ｅ）に示したように。表示面４７上で、必要な画像を形成することで実現される。虚像は、ウインドシールド（反射透光部材２）内の、虚像表示領域３に表示される。
　図２（Ａ）では、先に説明した図１（Ｃ）の虚像表示面ＰＳ３が採用される。なお、図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）を再掲したものであり、内容は同じである。
　図２（Ａ）に示されるように、第１の表示領域Ｚ１に、路面４０に重畳する第１の虚像Ｇ１（ナビゲーション用矢印６１及び速度表示ＳＰを含む）が表示される。また、第２の表示領域Ｚ２に、路面４０よりも上側に表示する第２の虚像Ｇ２（「通学路」の表示６３及び「制限速度」（「４０ｋｍ／ｈ」）の表示６５）が表示される。
　また、図２（Ａ）において、符号５１、５３は、道路の側線（実景）を示し、符号５５は、センターライン（実景）を示す。
　また、図２（Ａ）の例では、ステアリングホイール（広義には、ステアリングハンドル）７の近傍に、ＨＵＤ装置等のオン／オフの切り換えや、動作モード等を設定可能な操作部９が設けられている。また、フロントパネル１１の中央には、表示装置（例えば、液晶表示装置）１３が設けられている。表示装置１３は、例えば、ＨＵＤ装置による表示の補助用に用いることができる。なお、この表示装置１３は、タッチパネル等を有する複合型のパネルであってもよい。
　また、図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）を再掲したものであり、内容は同じであるため、説明は省略する。
　次に、図３を参照する。図３（Ａ）は、図２（Ａ）の例において、路上ＨＵＤ領域の虚像表示面を疑似立面化した場合の表示例を示す図、図３（Ｂ）は、傾斜面である虚像表示面上における虚像表示の様子を示す図である。
　図３（Ａ）では、先に説明した図１（Ｃ）の虚像表示面ＰＳ３が採用される。なお、図３（Ｂ）は、図１（Ｃ）を再掲したものであり、内容は同じである。また、図３（Ａ）では、第２の虚像Ｇ２として、通学路の表示６３のみが表示されている。
　上述したように、虚像表示面上の消失点ＶＰ２を虚像表示距離２０ｍ以上の地点とすると、遠方側の領域は、疑似立面の路上ＨＵＤ領域Ｚ２となる。よって、標識や案内看板、広告等（これらを総称して、仮想標識情報と称する場合がある）の、路面から鉛直上方に立設される対象物や、その対象物に関連する情報を、違和感なくユーザーに提示することが可能となる。
　また、図３（Ｂ）は、図１（Ｄ）を再掲したものであり、内容は同じであるため、説明は省略する。
　以上説明したように、図２、図３の例では、車両１の、かなり広範な前方範囲にわたって、傾斜面の虚像表示面ＰＳ３が設けられる。これによって、虚像表示面ＰＳ３上の自車両１に近い側の領域Ｚ１に、路面に重畳するような表示（例えば、ナビゲーション用の矢印の表示）をなし、一方、遠い側の領域Ｚ２に、路面上に位置する表示（例えば、路面よりも上に位置する標識等の表示）をなすことが可能となる。
　従来、路面に重畳される表示をなすＨＵＤ装置は、路面よりも上に位置する標識等を表示することは困難であり、この点、多様な表示が制限され、表現力に限界があった。本実施例によれば、その制限がかなり軽減され、路面ＨＵＤと、路上ＨＵＤとを併用した多様な表示が可能となる。よって、ＨＵＤ装置の表現力を向上させることができる。
　次に、図４を参照する。図４（Ａ）、（Ｂ）は、遠近表示を行う場合の、遠近調整の手法を説明するための図である。なお、図４（Ａ）は、図３（Ａ）と同じである。
　第１の虚像（路面に重畳される虚像）Ｇ１について遠近感を調整する場合には、表示面４７における第１の画像ＲＧ１（図１（Ｅ）参照）の表示位置の変更によって、虚像表示距離を変更すること、及び、第１の画像を構成する表示対象についての大きさ、形状、模様、色彩、陰影の有無、立体的描画の少なくとも１つによる形態制御を行うことの少なくとも一方を実施することができる。
　言い換えれば、路面ＨＵＤ領域Ｚ１に対応する第１の画像ＲＧ１は、位置変更によって、傾斜面である虚像表示面ＰＳ３上での奥行きを調整することができる。また、第１の画像ＲＧ１については、大きさや形状等を変化させること、言い換えれば、表示対象の形態制御によっても、遠近感の調整が可能である。また、上記２つの手法を併用することも可能である。
　また、路上ＨＵＤ領域Ｚ２に対応する第２の虚像Ｇ２については、虚像表示距離の制御は実施せず、表示対象物の形態制御のみを実施する。第２の虚像Ｇ２については、上述のとおり、輻輳角の要素に起因する人の奥行き知覚の影響が小さく、絶対的な距離の知覚は鈍化していることから、無駄な虚像表示距離の制御は実施しない。代わりに、表示対象の大きさや形状等の形態制御を行って、遠近感を調整することとする。このようにして、第１、第２の各虚像Ｇ１、Ｇ２について、適切な手法により、遠近感の調整を実施することが可能である。
　次に、図４（Ｂ）を参照する。図４（Ｂ）は、傾斜面である虚像表示面上における虚像位置を変更することによって、虚像表示距離を変更する場合の表示制御例を示している。図示されるように、虚像表示面ＰＳ３の路面ＨＵＤ領域Ｚ２において、第１の虚像Ｇ１としてのナビゲーション用の矢印６１は、車両１に近い側から遠い側へと延在しており、表示位置が遠くなるほど、虚像表示距離が大きくなり、これによって遠近感の調整が可能である。
　また、例えば、車速表示（「４０ｋｍ／ｈ」という表示）の、表示位置を変化させると、車両１から遠ざかるほど虚像表示距離が大きくなり、これによって遠近感の調整が可能である。
　上述のとおり、路上ＨＵＤ領域Ｚ２における第２の虚像Ｇ２（「通学路」の表示６３（案内表示））については、虚像表示距離の制御は行われず、大きさ（サイズ）や形状等の変更による遠近感の調整が行われる。
　これらにより、例えば、多様な内容を含む虚像についても、適正な虚像表示距離の調整を行え、所望の遠近感をもつ、高品質の虚像の表示が可能となる。
　次に、図５を参照する。図５（Ａ）、（Ｂ）は、路上ＨＵＤ表示から路面ＨＵＤ表示に移行するときの表示例を示す図である。
　図５（Ａ）では、第２の虚像（路面に対して立設している虚像）として、出口案内標識Ｇ２－１、及び方面案内標識Ｇ２－２が表示されている。遠くに見えていたこれらの標識の虚像Ｇ２－１、Ｇ２－２が、時間経過と共に自車両１に接近してくると、その標識等の内容の少なくとも一部（ここでは、ユーザーにとって最も重要な情報を提示している出口案内標識Ｇ２-１の内容の全部とする）を、路面４０に張り付かせるように、一旦、表示する。言い換えれば、案内標識Ｇ１－１が、路面４０に重畳されて表示される。これによって、路上ＨＵＤ表示（具体的には、第２の虚像による車両案内）から路面ＨＵＤ表示（具体的には、第１の虚像による車両誘導）への遷移（切り替え）が鮮明化される。
　その後、例えば、切り替え直後の路面ＨＵＤ表示Ｇ１－１を、時間経過と共に自車両１に近づけるような表示制御が実行される。
　図５（Ｂ）の運転シーンでは、出口に向けて、車両１の進路を変更するタイミングが近づいている。このとき、路面ＨＵＤ表示としての出口案内標識Ｇ１－１に連接するように、新たな車両誘導表示Ｇ１－２が表示され、車両１を確実に出口に導くための案内がなされる。
　なお、この後、出口案内標識Ｇ１－１は、時間経過と共に、車両１の後ろに流れていくように表示制御することも可能である。
　言い換えれば、遠くに見えていた標識等が近づいてきて、現実のハンドル操作等に影響を及ぼす段階になると、一旦、つなぎ画像として、その標識の一部または全部を路面ＨＵＤ表示して、路上ＨＵＤから路面ＨＵＤへの切り替えを明確にユーザーに示す。
　よって、ユーザーは、重要な標識等についての情報の提示が、今後は、主として路面ＨＵＤにて行われることを直感的に理解できる。したがって、この提示に続いて、例えば、誘導表示等を行うことで、違和感のない、スムーズな情報提示が可能である。
　上記の切り替えの際の路面ＨＵＤ表示（路面に重畳して表示されている出口案内標識Ｇ１－１）は、上述のとおり、その後の誘導表示（Ｇ１－２）等につなげるための、「つなぎ表示」とみることもできる。「つなぎ表示」を設けることで、路上ＨＵＤ表示から路面ＨＵＤ表示への円滑な移行（言い換えれば、唐突感の少ない表示）が可能となる。このようにして、従来技術では困難であった、臨場感のある、ダイナミックな虚像表示制御が実現され、ＨＵＤ装置の表現力が格段に向上される。
　次に、図６を参照する。図６（Ａ）～（Ｄ）は、虚像表示面の形状の例、及び、虚像表示面と路面位置との位置関係の例を示す図である。
　図６（Ａ）の例では、虚像表示面ＰＳ４は、その形状が直線状の斜面であり、かつ、その全体が、路面４０上に位置している。また、図６（Ｂ）の例では、虚像表示面ＰＳ５は、その形状が直線状の斜面であり、かつ、自車両１に近い側の傾斜面が、路面４０よりも下方に位置している。
　また、図６（Ｃ）の例では、虚像表示面ＰＳ６は、その形状が曲線状の斜面（曲面の斜面）であり、かつ、その全体が、路面４０上に位置している。また、図６（Ｄ）の例では、虚像表示面ＰＳ７は、その形状が曲線状の斜面（曲面の斜面）であり、かつ、自車両１に近い側の傾斜面が、路面４０よりも下方に位置している。
　前記路面ＨＵＤ領域に対応する前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面よりも下側に位置してもよい。
　このように、本実施例では、採用可能な虚像表示面の種類が豊富である。また、図６（Ｂ）、（Ｄ）の例のように、路面ＨＵＤ領域の虚像表示面の少なくとも一部が、路面よりも下側に位置することが許容されている。
　この場合、その虚像表示面上の第１の虚像は、路面４０よりも下に結像する。しかし、その虚像を見るユーザーは、路面４０に重畳される表示が、現実的には路面４０の下に位置することはないことを理解しており、従ってユーザーは、その常識に従って第１の虚像を路面４０上に張り付いているかのように知覚、感得する。
　よって、その第１の虚像は、路面４０からの浮き上がり感がなく、路面４０に密着して張り付いているように見える。したがって、虚像の、路面重畳の精度を高めることができる。本実施例によれば、路面４０に正確に重畳された第１の虚像（路面４０上に結像する場合もあれば、路面４０の下に結像する場合もある）と、路面４０から立設する第２の虚像（路面４０よりも上に位置する虚像表示面に表示される虚像）とによって、臨場感に溢れた、表現力の高い表示が実現される。
　次に、図７を参照する。図７は、ＨＵＤ装置による、虚像表示面を用いた虚像表示の例を示す図である。なお、図７において４種類の虚像表示面が示されているが、これらは、図６で示した例と同じであり、各虚像表示面には図６と同じ符号を付している。
　また、図７において、車両１の前方に沿う方向（前後方向ともいう）をＺ方向とし、車両１の幅（横幅）に沿う方向（左右方向）をＸ方向とし、車両１の高さ方向（平坦な路面４０に垂直な線分の、路面４０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４０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。この点は、前掲の図面の説明にも適用され得る。
　図示されるように、車両（自車両）１のダッシュボードの内部に、本実施例のＨＵＤ装置（路面ＨＵＤ及び路上ＨＵＤを併用するＨＵＤ装置）１０１が搭載されている。
　ＨＵＤ装置１０１は、画像を表示する表示面４７を有する画像表示部（ここではスクリーン）４６と、画像を表示する表示光Ｋを、反射透光部材部材であるウインドシールド（反射透光部材２）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、自車両１に近い側では、路面４０を重畳対象物として虚像を表示し、遠い側では、路面４０から立設した表示をするのに適した形状（曲面を含む）を有している。反射面１３９の形状は、虚像表示面ＰＳ４～ＰＳ７の形状や路面との関係に、かなり大きな影響を与える。
　なお、虚像表示面ＰＳ４～ＰＳ７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（反射透光部材２）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４７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４７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、虚像表示面の形状に与える影響はかなり大きい。また、凹面鏡１３０の反射面１３９の形状が異なれば、実際に、虚像表示面の形状が変化する。
　また、近端部Ｕ１から遠端部Ｕ３へと一体的に延びる虚像表示面Ｐ４～Ｐ７は、光学系の光軸（主光線に対応する主光軸）に対して、画像表示部（表示部）４６の表示面４７を９０度未満の交差角で斜めに配置することにより形成される。
　また、虚像表示面Ｐ４～Ｐ７の平面又は曲面の形状は、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、光学部材と表示面４７との配置を調整すること、表示面４７の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより調整されてもよい。このようにして、虚像表示面の形状を、多様に調整することができる。よって、ＨＵＤ装置の設計の自由度が向上する。
　次に、図８を参照する。図８は、ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の具体例を示す図である。
　ＨＵＤ装置１０１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インターフェース、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・プログラム等から構成される制御部１７１（表示制御装置、あるいは表示制御部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Ｋは表示光（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、例えば、虚像表示面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９を参照する。図９は、凹面鏡（曲面の反射面を有する拡大反射鏡）の曲面形状、及び焦点の例を説明するための図である。図９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、あるいは、路面ＨＵＤ領域Ｚ１において、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。
　次に、図１０を参照する。図１０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。
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インターフェース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。
　表示制御装置７４０は、例えば、図８に示した制御部（表示制御装置、表示制御部）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８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８に示した光学系１２０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１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、車両１のピッチ角（傾斜角）を検出するヨートレートセンサ等、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ＨＵＤと路上ＨＵＤを併用するＨＵＤ装置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４０の位置を取得し、路面４０の位置に基づき、虚像表示面の少なくとも一部が、例えば、路面４０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も可能である。
　次に、図１１を参照する。図１１は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示される表示を行う場合における、虚像表示距離の制御について説明するための図である。なお、図１１において、符号２２はユーザーを示し、また、符号Ｋは表示光を示す。
　図示されるように、路面４０に対して立設する出口案内標識Ｇ２－１が表示され、時刻ｔ２に、つなぎ表示として、路面４０に重畳されるように、出口案内標識Ｇ１－１（表示内容は、Ｇ２－１と同じである）が表示される。
　続いて、時刻ｔ３に、車両１により近い位置にて出口案内標識Ｇ１－１が表示される。
　次に、時刻ｔ４～ｔ６において、車両誘導表示Ｇ１－２が表示され、続いて、時刻ｔ７に車両１により近い位置にて出口案内標識Ｇ１－１が表示される。このような虚像表示位置の制御が、表示制御部（例えば、図１２の符号３００）によって実施される。
　図１２は、ＨＵＤ装置の全体の構成例を示す図である。なお、図１２では光学系５２が設けられるが、この光学系５２の構成として、先に図７で示したものと同様の構成が採用される。図５と同じ部分には同じ符号が付されている。
　図１２の例では、光学系５２と、前方撮像カメラ１７による撮像画像に基づいて画像処理を行う画像処理部２１を有する運転シーン判定部１９と、ナビゲーション部（ナビゲーションＥＣＵ）４００と、が設けられる。
　光学系５２は、投光部１５０と、画像Ｍが形成される表示面４７を備えるスクリーン（画像表示部）４６と、凹面鏡１３０と、を有する。光学系５２から表示光Ｋがウインドシールド（反射透光部材２）に向けて出射され、この結果、先に説明したとおり、例えば傾斜面の虚像表示面ＰＳに虚像Ｇが表示される。
　表示制御部３００は、画像出力部３２と、駆動部３３と、虚像表示距離制御部３４と、画像生成部３５と、路面ＨＵＤ領域／路上ＨＵＤ領域検出部３６と、虚像表示面位置調整部３７と、消失点検出部３９（ピッチ角及び消失点位置算出部３８を含む）と、を有する。
　ナビゲーション部（ナビゲーションＥＣＵ）４００は、奥行きマッピング部４０２と、ナビ情報（道路案内情報、道路標識情報等）生成部４０４と、運転経路情報取得部４０６と、自車両位置情報取得部４０８と、地図情報取得部４１０と、記憶部（地図、道路案内情報、道路標識等のデータベースとして機能する）４１２と、を有する。ナビゲーション部（ナビゲーションＥＣＵ）４００には、車載ＥＣＵ７００が収集した車両情報等が、バス（ＢＵＳ）を介して供給される。
　また、通信部５００が、例えば、車両１０の外部に設置されている運転支援システム６００との無線通信によって取得した各種の情報を、適宜、ナビゲーション部４００の自車両位置情報取得部４０８及び地図情報取得部４１０に供給するようにしてもよい。また、ＧＰＳ受信部５０２がＧＰＳ衛星から受信した位置情報等を、適宜、ナビゲーション部４００の自車両位置情報取得部４０８及び地図情報取得部４１０に供給するようにしてもよい。
　また、車両１には、各種センサ（ピッチ角検出用のヨートレートセンサを含む）５０５が設けられている。また、車載ＥＣＵ７００により収集される各種の情報は、ＢＵＳを介してナビゲーション部４００に供給され、また、各種情報の一部は、消失点検出部３９（ピッチ角及び消失点位置算出部３８）にも供給される。
　表示制御部３００において、消失点検出部３９に含まれるピッチ角及び消失点位置算出部３８は、画像処理部２１から供給される画像情報、及び車載ＥＣＵ７００から供給される各種センサの情報等に基づいて、車両１の現在のピッチ角を算出し、そのピッチ角やユーザー２２の視点Ａの位置等を考慮して、消失点（図１におけるＶＰ１、ＶＰ２）の位置を算出する。
　また、虚像表示面位置調整部３７は、運転シーン判定部１９から提供される情報によって、車両１が例えば登り坂（あるいは下り坂）にさしかかっていると判定されるときは、ピッチ角等を考慮して、虚像表示面ＰＳの斜面の位置（路面に対する相対位置）を調整（補正）する。なお、虚像表示面ＰＳの位置が補正されたときは、ピッチ角及び消失点位置算出部３８は、補正後の虚像表示面上での消失点位置（図１のＶＰ２）を再取得する。
　路面ＨＵＤ領域／路上ＨＵＤ領域検出部３６は、虚像表示面ＰＳにおける消失点ＶＰ２の位置を境界として、路面ＨＵＤ領域Ｚ１と路上ＨＵＤ領域Ｚ２とに区別する。
　また、虚像表示距離制御部３４は、ナビゲーション部（ナビゲーションＥＣＵ）４００から供給される、表示対象である標識等の奥行き情報等に基づいて、表示面４７上における標識等の表示位置を決定し、これによって虚像表示距離を調整する。
　画像生成部３５は、図１（Ｅ）にて説明したように、入力される各種情報に基づいて、表示面４７に表示する画像（原画像）を生成する。生成された画像（原画像）は画像出力部３２に供給される。画像出力部３２は、画像（原画像）のデータｃｖを、光学系５２の投光部１５０に供給する。また、駆動部３３は、例えば、凹面鏡１３０を回動させるための制御信号ｒｖｓをアクチュエータ（図１０の符号１７７及び１７９等）に供給する。
　次に、図１３を参照する。図１３は、表示制御部による表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。
　まず、ピッチ角及び消失点位置を取得する（ステップＳ１）。次に、車両のピッチ角（傾き角）等を考慮して、虚像表示面の位置調整（位置補正）を行う（ステップＳ２）。次に、路面ＨＵＤ領域／路上ＨＵＤ領域を検出する（ステップＳ３）。
　続いて、路上ＨＵＤ領域に、路上用虚像を表示させ、路面ＨＵＤ領域に、路面用虚像を表示させる（ステップＳ４）。
　ステップＳ４では、虚像表示距離が２０ｍを超えるときは、サイズや形状等の形態制御（形態変化）による遠近表示を行い、２０ｍ以下のときは、傾斜面上の表示位置変更による虚像表示距離の変更、及び形態制御（形態変化）による遠近表示の少なくとも一方を行う。また、路上ＨＵＤ領域に表示されている路上表示を路面表示に移行させるときは、その切り替わりの際に、路上表示の意味内容を引き継ぐ表示（つなぎ表示）を、路面に貼りつくように表示し、その後、必要に応じて距離変更制御によって、その表示が車両に近づくように移動させて遠近感を調整し、必要に応じて、新しい画像を追加表示する。
　以上説明したように、本発明の実施形態によれば、連続する一つの面で構成される虚像表示面上で、路面ＨＵＤ、及び路上ＨＵＤを併用することで、多様な表示が可能となり、ＨＵＤ装置の表現力を向上させることできる。
　本明細書において、車両という用語は、広義に、乗り物としても解釈し得るものである。また、「標識」についても、例えば、車両の運行に役立つ広義のナビゲーション情報という観点等も考慮し、広義に解釈するものとする。また、ＨＵＤ装置には、シミュレータ（例えば、航空機のシミュレータ）として使用されるものも含まれるものとする。
　また、上述の路面ＨＵＤ表示にて提供される情報は、例えば、車速情報、路面に重畳される矢印、制限速度情報等のように、当該情報に基づく対応や操作を、ユーザー（運転者）が行うまでの距離又は時間が、ある程度、近いものであり、これらを総称して、近距離情報、又は近方情報と称する場合がある。
　また、上述の路上ＨＵＤ表示にて提供される情報は、例えば、ターンバイターン情報、案内標識などのように当該情報に基づく対応や操作を、ユーザー（運転者）が行うまである程度の距離又は時間があるものであり、これらを総称して遠距離情報、あるいは遠方情報と称する場合がある。
　本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
１・・・車両（自車両）、２・・・反射透光部材（ウインドシールド等）、３・・・虚像表示領域、７・・・ステアリングホイール、９・・・操作部、１０・・・車両（自車両）、１１・・・フロントパネル、１３・・・表示器（表示パネル等）、１７・・・前方撮像カメラ、１９・・・運転シーン判定部、２１・・・画像処理部、２２・・・ユーザー、３２・・・画像出力部、３３・・・駆動部、３４・・・虚像表示距離制御部、３５・・・画像生成部、３６・・・路面ＨＵＤ領域／路上ＨＵＤ領域検出部、３７・・・虚像表示面位置調整部、３８・・・ピッチ角及び消失点位置算出部、３９・・・消失点検出部、４０・・・道路の路面、４６・・・画像表示部（表示部：スクリーン等）、４７・・・表示面、５２・・・光学系、１０１・・・ＨＵＤ装置、１３０・・・凹面鏡、１５０・・・投光部、３００・・・表示制御部、４００・・・ナビゲーション部（ナビゲーションＥＣＵ）、５００・・・通信部、５０２・・・ＧＰＳ受信部、５０５・・・各種センサ、６００・・・運転支援システム、７００・・・車載ＥＣＵ、Ｚ１・・・路面ＨＵＤ領域、Ｚ２・・・路上ＨＵＤ領域、ＰＳ（ＰＳ３～ＰＳ７）・・・虚像表示面（傾斜面の虚像表示面）、Ｇ・・・虚像、Ｇ１・・・第１の虚像（路面ＨＵＤ領域用）、Ｇ２・・・第２の虚像（路上ＨＵＤ領域用）、Ｕ１・・・虚像表示面の近端部、Ｕ２…虚像表示面の中心位置（画角中心）、Ｕ３・・・虚像表示面の遠端部、ＶＰ１・・・消失点、ＶＰ２・・・虚像表示面での消失点、ＶＰ２’・・・表示面上での、ＶＰ２に対応する点、ＬＮ’・・・表示面上での路面ＨＵＤと路上ＨＵＤの境界位置、ＲＧ１・・・Ｇ１に対応する第１の画像、ＲＧ２・・・Ｇ２に対応する第２の画像。

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ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）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、前記虚像の表示を制御する表示制御部と、前記表示光を、前記反射透光部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、
    　虚像が結像する結像面としての虚像表示面が、前記車両に近い側の近端部から遠い側の遠端部へと一体的に延びると共に、路面と前記近端部との間の第１の距離よりも、前記路面と前記遠端部との間の第２の距離が大きく、かつ前記虚像表示面は、平面又は曲面であり、
    　さらに、前記虚像表示面は、
    　前記路面に重畳される虚像が表示される路面ヘッドアップディスプレイ領域（以下、「路面ＨＵＤ領域」と称する。）と、
    　前記路面ＨＵＤ領域よりも遠方に位置し、かつ前記路面よりも上側に位置する虚像が表示される路上ヘッドアップディスプレイ領域（以下、「路上ＨＵＤ領域」と称する。）と、に区別され、
    　前記表示制御部は、
    　前記表示面の画像表示領域を、ユーザーから見た場合の前記路面と前記路面よりも上側にある空間との境界である境界位置を基準として、前記路面ＨＵＤ領域に対応する第１の表示領域と、前記路上ＨＵＤ領域に対応する第２の表示領域に区分し、
    　前記第１の表示領域に、前記路面に重畳する第１の画像を表示させ、
    　前記第２の表示領域に、前記路面よりも上側に表示する第２の画像を表示させる、
    　ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記近端部から前記遠端部へと一体的に延びる前記虚像表示面は、前記光学系の光軸に対して、前記表示面を斜めに配置することにより形成され、
    　前記虚像表示面の平面又は曲面の形状は、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調整される、
    　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. 　前記虚像表示面における前記路上ＨＵＤ領域は、前記ユーザーが、前記路上ＨＵＤ領域に配置される虚像を見た場合に、絶対的な距離知覚が鈍化して遠近感を正確には知覚し得ない遠方に設定され、これによって前記路上ＨＵＤ領域の虚像表示面を、疑似立面の虚像表示面とする、
    　ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記ユーザーの視点、又は前記視点に相当する基準点から、前記ユーザーから見た場合の前記路面と前記路面よりも上側にある空間との境界である境界位置に対応する、実空間における地点までの距離は２０ｍ以上に設定される、
    　ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記路面の消失点を検出する消失点検出部を有し、
    　前記ユーザーの視点、又は前記視点に相当する基準点と、検出された消失点とを結ぶ線分が前記虚像表示面と交わる点を、虚像表示面上での消失点とする場合に、
    　前記虚像表示面上での消失点の位置を基準として、前記車両に近い側の領域を前記路面ＨＵＤ領域とし、遠い側の領域を前記路上ＨＵＤ領域とする、
    　ことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記第２の画像は、前記第１の画像から独立した別個の画像である、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　前記第１の画像は、前記車両の状態を示す情報の画像、経路誘導画像、及び経路案内画像の少なくとも１つであり、
    　前記第２の画像は、制限速度情報の画像、路上に設置される各種の標識の画像、路上の経路誘導画像、路上の経路案内画像、路上に設置される看板の画像、及び路上に設置される広告の画像の少なくとも１つである、
    　ことを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　前記表示制御部は、
    　前記第１の画像に対応する第１の虚像について遠近感を調整する場合には、前記表示面における前記第１の画像の表示位置の変更によって虚像表示距離を制御すること、及び、前記第１の画像を構成する表示対象についての大きさ、形状、模様、色彩、陰影の有無、立体的描画の少なくとも１つによる形態制御を行うことの少なくとも一方を実施し、
    　前記第２の画像に対応する第２の虚像については、虚像表示距離の制御は実施せず、前記形態制御のみを実施する、
    　ことを特徴とする、請求項１乃至７の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　前記表示制御部は、
    　前記第２の画像を遠方に表示した時点から時間が経過し、前記車両の前方への進行に伴って前記第２の画像と前記車両との距離が小さくなると、前記第２の画像の表示内容の少なくとも一部を、前記第１の画像として前記路面に重畳するように表示させる、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 　前記路面ＨＵＤ領域に対応する前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面よりも下側に位置する、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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