(57)【要約】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。  本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、車両２に設けられたフロントウインドシールド３に表示光５を投影し、フロントウインドシールド３を透過する実景に重ねてフロントウインドシールド３に反射された表示光５により虚像６を生成して表示する表示手段を備え、虚像６が表示される虚像表示領域９の少なくとも一部が、車両２が進行する路面８の下方に位置する。
2020009219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
虚像表示領域（９，２９，３９，４９，５９，６９，７９）で虚像を視認者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置（１，２１，３１，４１，５１，６１，７１）であって、
前記虚像の元となる表示光（５）を射出する表示面（１６）を有する表示部（２１）と、
前記表示面（１６）が射出する前記表示光（５）を被投影部（２）に向けてリレーし、
前記虚像表示領域（９，２９，３９，４９，５９，６９，７９）の少なくとも一部が、前記車両が進行する路面（８）の下方に配置する、ように構成されたリレー光学系（１３）と、
から構成される、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記表示面（１６）は、前記視認者に向かう前記表示光（５）の光軸（５ｐ）に対して、前記虚像表示領域（９，３９，４９，５９，６９，７９）が前記車両の前後方向に沿うような方向に傾いて配置される、ように構成された前記表示部（２１）、
から構成される、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記車両の前後方向で前記視認者から見た前記虚像表示領域（３９，４９）の遠方端（３９ｆ，４９ｆ）が、前記虚像表示領域（３９，４９）の最高位置となるように配置される、
ように構成される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記車両の前後方向で前記視認者から見た遠方端（３９ｆ，４９ｆ）が、前記路面（８）より上方に配置され、
前記車両の前後方向で前記視認者から見た近傍端（３９ｎ，４９ｎ）が、前記路面（８）より下方に配置される、ように構成される前記虚像表示領域（３９，４９）、
から構成される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記車両の前後方向に対する接線の角度（θ４）が、前記視認者の近傍から遠方に向かうにつれて広義単調増加するように構成される前記虚像表示領域（４９）、
から構成される請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記車両の前後方向で前記視認者から見た前記虚像表示領域（５９，６９）の遠方端（５９ｆ，６９ｆ）が、前記虚像表示領域（５９，６９）の最低位置となるように配置される、
ように構成される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記車両の前後方向で前記視認者から見た遠方端（５９ｆ，５９ｆ）が、前記路面（８）より下方に配置され、
前記車両の前後方向で前記視認者から見た近傍端（５９ｎ，５９ｎ）が、前記路面（８）より上方に配置される、ように構成される前記虚像表示領域（５９，６９）、
から構成される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記車両の前後方向に対する接線の角度（θ６）が、前記視認者の近傍から遠方に向かうにつれて広義単調増加するように構成される前記虚像表示領域（６９）、
から構成される請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記車両の前後方向で前記視認者から見た前記虚像表示領域（７９）の遠方端（７９ｆ）と近傍端（７９ｎ）とのミドル領域（７９ｍ）が、前記虚像表示領域（７９）の最低位置となるように配置される、
ように構成される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記遠方端（７９ｆ）又は／及び前記近傍端（７９ｎ）が、前記路面（８）より上方に配置される、ように構成される前記虚像表示領域（７９）、
から構成される請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記表示面（１６）又は／及び前記リレー光学系（１３）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（１３Ｃ，１６Ｃ）と、
１つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェース（１４１）と、
１つ又はそれ以上のプロセッサ（１４２）と、
メモリ（１４３）と、
前記メモリ（１４３）に格納され、前記１つ又はそれ以上のプロセッサ（１４２）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（１４２）は、
前記路面（８）の位置を取得し、
前記路面（８）の位置に基づき、前記虚像表示領域（９，２９，３９，４９，５９，６９，７９）の少なくとも一部が、前記路面（８）の下方に配置するように、前記アクチュエータ（１３Ｃ，１６Ｃ）を駆動する、命令を実行する、
ように構成された請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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領域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領域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領域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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、第一の虚像表示領域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。【０００６】
しかしながら、そのために図１５（ａ）に示すように虚像表示領域８０を路面８１の上方ではなく路面８１と同じ高さに位置させると、車両８２の走行中、路面８１が平坦でなかったり、車両８２の姿勢変化（ピッチング角の変化）があったりした場合に、同図（ｂ）に示すように虚像表示領域８０が路面８１の上方に浮いて虚像８３が路面８１から浮き上がることになり、虚像８３が路面８１に調和していないとの違和感を視認者８４が覚えやすいという問題があった。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、虚像の元となる表示光を射出する表示面を有する表示部と、表示面が射出する表示光を被投影部に向けてリレーし、虚像表示領域の少なくとも一部が、車両が進行する路面の下方に配置する、ように構成されたリレー光学系と、から構成される。【０００９】
ここで、「車両が進行する路面」とは、車両が走行すると想定される高さの路面も含み、又は車両の進行方向にあって視認者が実景として視認する路面（車両が前方に走行する場合には、車両の前方の路面）のことであり、例えば「車両が進行する路面」を路面検出手段により検出しても、車両が接地する路面の高さと同一の高さの路面を「車両が進行する路面」とみなしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】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３】図１のヘッドアップディスプレイ装置の構成と、これに接続される外部機器との関係を示すブロック図である。
【図４Ａ】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である。
【図４Ｂ】図１のヘッドアップディスプレイ装置により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５】図１のヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域の調整処理を示す流れ図である。
【図６】（ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図、（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領域を示す説明図である。
【図７】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。
【図８Ａ】いくつかの実施形態に係る、ヘッドアップディスプレイ装置によって表示される虚像の例を示す図である。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態に係る、ヘッドアップディスプレイ装置によって表示される虚像の例を示す図である。
【図９】いくつかの実施形態に係る、ヘッドアップディスプレイ装置によって表示される虚像の例を示す図である。
【図１０】いくつかの実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図である。
【図１１】いくつかの実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図である。
【図１２】いくつかの実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図である。
【図１３】いくつかの実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図である。
【図１４】いくつかの実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図である。
【図１５】（ａ）は従来のヘッドアップディスプレイ装置により生成される虚像表示領域を示す説明図、（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領域を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。なお、本実施形態の説明では、車両の運転席に着座する運転者（視認者）が車両の前方を向いた際の左右方向をＸ軸（左方向がＸ軸正方向）、上下方向をＹ軸（上方向がＹ軸正方向）、前後方向をＺ軸（前方向がＺ軸正方向）とする。
【００１３】
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。ＨＵＤ１は、光を反射及び透過する反射透過部材であるフロントウインドシールド３（被投影部の一例である）に表示光５を向けて出射し、フロントウインドシールド３で反射された表示光５により所定領域のアイボックス（不図示）を生成する。視認者７は、アイポイントを前記アイボックスに配置することで、ＨＵＤ１が表示する画像の全体を視認することができる。なお、ここでは、前記アイボックスを画像の全体が見える領域と定義したが、これに限定されるものではなく、視認者が視認するＨＵＤ１の表示する画像の歪みが所定閾値内に収まる領域など、ＨＵＤ１が表示する画像が所望の状態で視認される領域である。フロントウインドシールド３（被投影部の一例である）よりも前方側（Ｚ軸正方向）の虚像表示領域９で画像（虚像６）を視認させる。これにより、視認者７は、フロントウインドシールド３を介して視認される現実空間である前景に重なった画像（虚像６）を視認できる。
【００１４】
ＨＵＤ１は、画像を表示する表示面を有する表示部１２と、リレー光学系１３と、を含む。
【００１５】
図２の表示部１２は、プロジェクタ１５と、プロジェクタ１５からの投影光を受光して画像（実像）を表示するスクリーン１６（表示面の一例）と、で構成されるプロジェクション型ディスプレイである。なお、表示部１２は、ＬＣＤなどのバックライトからの光を透過する透過型ディスプレイであってもよく、自発光型ディスプレイであってもよい。これらの場合、表示面は、透過型ディスプレイにおけるディスプレイ表面（表示面の一例）であり、プロジェクション型ディスプレイのスクリーン１６（表示面の一例）である。前記表示面は、前記表示面から後述のリレー光学系１３、及び前記被投影部を介して前記アイボックス（前記アイボックスの中央）へ向かう表示光５の光軸５ｐに対し垂直になる角度から傾いて配置され、これにより、虚像表示領域９を路面８に沿うように配置することができる。なお、表示部１２は、表示制御装置１４により制御されるモータなどの第１アクチュエータ１６Ｃ（図３）が取り付けられ、表示面１６を移動、及び／又は回転可能であってもよい。
【００１６】
リレー光学系１３は、表示部１２とフロントウインドシールド３（被投影部の一例。）との間の表示部１２からの画像の光（表示部１２から前記アイボックスへ向かう光。）の光路上に配置され、表示部１２からの画像の光をＨＵＤ１の外側のフロントウインドシールド３に投影する１つ又はそれ以上の光学部材で構成される。図２のリレー光学系１３は、１つの凹状の第１ミラー１３ａと、１つの平面の第２ミラー１３ｂと、を含む。
【００１７】
第１ミラー１３ａは、正の光学的パワーを有する自由曲面形状である。なお、第２ミラー１３ｂは、平面ではなく、光学的パワーを有する曲面であってもよい。本実施形態のリレー光学系１３は、この曲面形状（光学的パワーの一例。）により、虚像が結像される位置（虚像表示領域９）までの距離を設定する機能、スクリーン１６（表示面）に表示された画像を拡大した虚像を生成する機能、を有するが、これに加えて、フロントウインドシールド３の湾曲形状により生じ得る虚像の歪みを抑制する（補正する）機能、を有していてもよい。リレー光学系１３は、複数のミラー（例えば、本実施形態の第１ミラー１３ａ、第２ミラー１３ｂ。）を合成することで、上記の光学的機能を果たしてもよい。
【００１８】
なお、本実施形態では、リレー光学系１３は、２つのミラーを含んでいたが、これに限定されるものではなく、これらに追加又は代替で、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。
【００１９】
また、リレー光学系１３は、表示制御装置１４により制御されるモータなどの第２アクチュエータ１３Ｃ（図３）が取り付けられ、移動、及び／又は回転可能であってもよい。
【００２０】
表示制御装置１４は、１つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェース１４１、１つ又はそれ以上のプロセッサ１４２、及び１つ又はそれ以上のメモリ１４３を備える。図３に記載される様々な機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれら両方の組み合わせで構成されてもよい。
【００２１】
プロセッサ１４２は、メモリ１４３と動作可能に連結される。より具体的には、プロセッサ１４２は、メモリ１４３に記憶されているプログラムを実行することで、例えば画像データを生成、及び／又は送信するなど、表示部１２の制御、第１アクチュエータ１６Ｃ、及び第２アクチュエータ１３Ｃの制御を行うことができる。プロセッサ１４２は、少なくとも１つの汎用マイクロプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））、少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、少なくとも１つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。メモリ１４３は、ハードディスクのような任意のタイプの磁気媒体、ＣＤ及びＤＶＤのような任意のタイプの光学媒体、揮発性メモリのような任意のタイプの半導体メモリ、及び不揮発性メモリを含む。揮発性メモリは、ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭを含み、不揮発性メモリは、ＲＯＭ及びＮＶＲＯＭを含んでもよい。
【００２２】
図示するように、プロセッサ１４２は、Ｉ／Ｏインタフェース１４１と動作可能に連結されている。Ｉ／Ｏインタフェース１４１は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）の規格に応じて、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１０１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１０２との通信（ＣＡＮ通信とも称する）をバス２７を介して行ってもよい。なお、Ｉ／Ｏインタフェース１４１が採用する通信規格は、ＣＡＮに限定されず、例えば、ＣＡＮＦＤ（ＣＡＮ with Flexible Data Rate）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport：ＭＯＳＴは登録商標）、ＵＡＲＴ、あるいはＵＳＢなどの有線通信インタフェース、又は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワークなどのパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、８０２．１１ｘ Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ネットワークなどのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の数十メートル内の近距離無線通信インタフェースである車内通信（内部通信）インタフェースを含む。また、Ｉ／Ｏインタフェース１４１は、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ０、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４（ＷｉＭＡＸ：Worldwide Interoperability for Microwave Access））、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅベース（Ｍｏｂｉｌｅ  ＷｉＭＡＸ）、４Ｇ、４Ｇ−ＬＴＥ、ＬＴＥ  Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇなどのセルラー通信規格により広域通信網（例えば、インターネット通信網）などの車外通信（外部通信）インタフェースを含んでいてもよい。
【００２３】
図示するように、プロセッサ１４２は、Ｉ／Ｏインタフェース１４１と相互動作可能に連結されることで、ＨＵＤ１に接続される種々の他の電子機器等と情報を授受可能となる。Ｉ／Ｏインタフェース１４１には、例えば、車両２に設けられた車外センサ（対象物検出部１０１の一例）、車外カメラ（対象物検出部１０１の一例）、速度センサ（車両情報検出部１０２の一例）、車両ＥＣＵ（車両情報検出部１０２の一例）、車外通信機器（不図示）、目位置センサ（不図示）、及びハイトセンサ（車両情報検出部１０２の一例）などが動作可能に連結される。
【００２４】
表示部１２は、プロセッサ１４２に動作可能に連結される。したがって、表示部１２によって表示される画像は、プロセッサ１４２から受信された画像データに基づいてもよい。プロセッサ１４２は、Ｉ／Ｏインタフェース１４１から得られる情報に基づき、表示部１２が表示する画像を制御する。なお、Ｉ／Ｏインタフェース１４１は、ＨＵＤ１に接続される他の電子機器等から受信する情報を加工（変換、演算、解析）する機能を含んでいてもよい。
【００２５】
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に沿うように視認されるもので、図４Ａに示すフロントウインドシールド３の虚像表示領域９に表示されるナビゲーションの矢印１８や、図４Ｂ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１９等を含んでいてもよい。本実施形態のＨＵＤ１は、虚像表示領域９を路面８に沿うように形成する。図１では、ＨＵＤ１が、虚像表示領域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）、虚像表示領域９は、車両２から所定距離（８〜５０ｍ。時には８〜１８０ｍ。）だけ遠方（前方）の路面８において、所定深さ（路面８の下方３０〜３００ｃｍ）に位置している。具体的には、虚像表示領域９は、車両２から５０［ｍｅｔｅｒ］の位置に遠方端９ｆ、車両２から８［ｍｅｔｅｒ］の位置に近傍端９ｎ、が配置されるように構成される。なお、虚像表示領域９は、ＨＵＤ１の内部で生成された画像が、虚像として結像する曲面、又は一部曲面の領域であり、結像面とも呼ばれる。虚像表示領域９は、ＨＵＤ１の後述する表示面（スクリーン１６）の虚像が結像される位置であり、すなわち、虚像表示領域９は、ＨＵＤ１の後述する表示面に対応し、虚像表示領域９で視認される虚像６は、ＨＵＤ１の後述する表示面に表示される画像（不図示）に対応している、と言える。虚像表示領域９自体は、実際に視認者７に視認されない、又は視認されにくい程度に視認性が低いことが好ましい。
【００２６】
また、表示制御装置１４は、図５に示すように、車両２に対する虚像表示領域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）調整してもよい。すなわち、表示制御装置１４は、車両情報検出部１０２（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ング角を取得し（ステップＳ１）、そのピッチング角と上記所定距離及び／又は上記所定深さに基づいて、虚像表示領域９の所望の表示位置（図６（ａ））と取得したピッチング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Ｓ２）。そして、そのずれ量を打ち消すように、第１アクチュエータ１６Ｃ又は／及び第２アクチュエータ１３Ｃにより、表示面１６又は／及びリレー光学系１３を、回転又は／及び移動させることで、車両２に対する虚像表示領域９の位置を調整し（ステップＳ３）、調整後の虚像表示領域９に対応する表示光５を投影するように表示部１２を制御してもよい（ステップＳ４）。
【００２７】
なお、図５においては、表示制御装置１４が現に生じたピッチング角の変化に応じて虚像表示領域９の位置を調整しているが、対象物検出部１０１（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、次の瞬間のピッチング角を推定して虚像表示領域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。
【００２８】
さらに、虚像表示領域９を路面８の下方に位置させるために、表示制御装置１４は、対象物検出部１０１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の高さを把握してもよい。
【００２９】
本実施の形態に係るＨＵＤ１では、虚像表示領域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、特に虚像表示領域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。
【００３０】
また、仮に、表示制御装置１４により生成される虚像表示領域９の位置調整機能がない場合に車両２のピッチング角が変化した際や、その位置調整機能の想定を超えて車両２のピッチング角が変化した際に、虚像表示領域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領域９は、浮き上がってもなお路面８の下方に位置しやすくなる、又は虚像表示領域９が路面８の上側に配置してしまった場合でも路面８と路面８の上側に配置されてしまった虚像表示領域９との間の高さ方向（Ｙ軸方向）の距離を小さく抑えることができ、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。
【００３１】
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のピッチング角や路面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、表示制御装置１４が車両２に対する虚像表示領域９の位置を一定となるように調整し、虚像表示領域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。
【００３２】
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、虚像表示領域の配置が異なるほかは、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。
【００３３】
ＨＵＤ２１により生成される虚像表示領域２９は、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端２３が、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端２４よりも上方（Ｙ軸正方向）に位置し、さらには、路面８の上方に位置する。また、車両２に対する近傍端２４が路面８の下方（Ｙ軸負方向）に位置する。
【００３４】
例えば、図８Ａに示すように、虚像表示領域２９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ＦＣＷ（前方衝突警報）を示す上方虚像（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等についての画像であってもよい。）２５が表示され、路面８よりも下方の部分には、路面８に沿ったように視認されるパースペクティブな下方虚像（案内経路などを示す画像）２６が表示される。
【００３５】
また、いくつかの実施形態では、図８Ｂに示すように、虚像表示領域２９の路面８よりも上方の部分にも、案内経路などを示す画像であるが、路面８に沿った角度から視認者７の方に起き上がったように視認される非パースペクティブな（又はパースペクティブな度合いが低い）上方虚像２５が表示されてもよい。
【００３６】
ここでいうパースペクティブな画像とは、車両２の案内経路を示す矢印形状であり、車両２の運転席に着座する視認者７（運転者）から見ると、車両２の前景の路面８に沿っている仮想オブジェクトのように視認される。そして、前記パースペクティブな画像は、車両２の近傍の路面８に重なって視認される部分のサイズが、車両２の遠方の路面８に重なる部分のサイズより大きいように視認される。具体的には、車両２の近傍の路面８に重なって視認される部分の左右方向（Ｘ軸方向）の幅が、車両２の遠方の路面８に重なる部分の左右方向の幅より大きいように視認される。このような場合、視認者７（運転者）は、パースペクティブな画像を、路面８に沿っている仮想オブジェクトを俯瞰している（斜め上から見下ろしている）ように知覚し得る。
【００３７】
他方、非パースペクティブな画像は、車両２の近傍の路面８に重なって視認される部分のサイズが、車両２の遠方の路面８に重なる部分のサイズと同等に視認される。具体的には、車両２の近傍の路面８に重なって視認される部分の左右方向（Ｘ軸方向）の幅と、車両２の遠方の路面８に重なる部分の左右方向の幅とが同じに視認される。このような場合、視認者７（運転者）は、非パースペクティブな画像を、上下左右方向からなる面（ＸＹ平面）に沿っている仮想オブジェクトのように知覚し得る。すなわち、非パースペクティブな画像が、文字や、記号、図形、イラスト、静止画像（写真）、動画像などの画像部品を、正面（又は正面に近い角度）から見た画像であると定義すると、パースペクティブな画像は、前記画像部品を、正面ではない斜めから見た画像であると定義することもできる。
【００３８】
ＨＵＤ２１では、虚像表示領域２９の遠方側の前景に重なって視認される遠方端２３が路面８の上方に位置し、近傍側の前景に重なって視認される近傍端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に沿うように視認されるパースペクティブな下方虚像２６を近傍端２４の側に表示しつつ、路面８に沿うように視認されづらい非パースペクティブな（又はパースペクティブな度合いが低い）上方虚像２５を遠方端２３の側に表示することができる。
【００３９】
また、いくつかの実施形態では、図９に示すように、虚像表示領域２９の路面８よりも上方の部分にも、案内経路などを示す画像であり、路面８に沿ったように視認されるパースペクティブな上方虚像（案内経路などを示す画像）２５が表示されてもよい。
【００４０】
なお、虚像表示領域の表示位置及び虚像の表示内容も任意であり、虚像表示領域が路面となす角度についても、虚像表示領域９のように路面８と略平行でも、虚像表示領域２９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。図１０ないし図１４を用いて、虚像表示領域と路面との間の角度の例を示す。
【００４１】
図１０は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ３１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ３１は、虚像表示領域の配置が異なるほかは、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。
【００４２】
ＨＵＤ３１により生成される虚像表示領域３９は、路面８と平行ではない、すなわち路面８と所定の正の第３チルト角θ３を有し、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端３９ｆが、高さ方向（Ｙ軸）で最高位置３９Ｈとなり、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端３９ｎが、高さ方向（Ｙ軸）で最低位置３９Ｌとなる。図１０の虚像表示領域３９は、さらには、虚像表示領域３９の全体が路面８の下方（Ｙ軸負方向）に位置する。図１０（及び図１１ないし図１４の以下の説明についても同様。）のＺ軸正方向を基準にしてＸ方向を軸としたＹ軸正方向への回転角度を「正方向」と定義し、その逆方向への回転角度を「負方向」と定義する。また、ＨＵＤ３１により生成される虚像表示領域３９は、車両２の近傍から遠方に向けて路面８に対する角度（チルト角）が概ね一定である。なお、ＨＵＤ３１により生成される虚像表示領域３９の一部、すなわち、虚像表示領域３９の最高位置３９Ｈを含む一部は、路面８の上方に配置され、かつ、最低位置３９Ｌを含む他部は、路面８の下方に配置されてもよい。視認者から見て路面に対して虚像が手前側にズレて表示される場合の違和感は、路面に対して画像が奥側にズレて表示される場合の違和感より大きい。したがって、車両２の姿勢（ピッチング角）が変化した場合でも路面８より上側に虚像表示領域３９が配置されることを抑制することができ、また、車両２の姿勢変化により近傍側の虚像表示領域が路面８の上側に配置される場合でも、近傍側の虚像３６と路面８との高さ方向の距離を小さく抑えることができる。
【００４３】
図１１は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ４１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ４１は、虚像表示領域の配置、形状が異なるほかは、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。
【００４４】
ＨＵＤ４１により生成される虚像表示領域４９は、車両２の左右方向から見た場合に湾曲している点で、図１０に示す虚像表示領域３９と異なる。ＨＵＤ４１により生成される虚像表示領域４９は、路面８と平行ではなく、すなわち路面８と一定ではない所定の正の第４チルト角θ４を有し、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端４９ｆが、高さ方向（Ｙ軸）で最高位置４９Ｈとなり、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端４９ｎが、高さ方向（Ｙ軸）で最低位置４９Ｌとなる。図１１の虚像表示領域４９は、さらには、最高位置４９Ｈを含む一部は、路面８の上方に配置され、かつ、最低位置４９Ｌを含む他部は、路面８の下方に配置する。また、ＨＵＤ４１により生成される虚像表示領域４９は、車両２の近傍から遠方に向けて路面８に対する角度（第４チルト角θ４）が広義単調増加（非単調減少）する。なお、虚像表示領域４９の全体が路面８の下方（Ｙ軸負方向）に配置されてもよい。これにより、遠近差（距離差）を感じやすい近傍側の画像が、車両２の姿勢（ピッチング角）が変化した場合でも路面８より上方に配置されることを抑制することができ、また、車両２のピッチングの変化により近傍側の画像が路面８の上方に配置される場合でも、近傍側の画像と路面８との高さ方向の距離を小さく抑えることができる。また、遠方側の虚像表示領域を路面に沿う角度から視認者側に起き上がらせるように湾曲させることで、視認者から見た遠方側の虚像表示領域を広い前景（例えば、路面）の領域に重ねることができる。換言すると、虚像表示領域の単位面積あたりの重なる前景（例えば、路面）の面積を拡げることができ、広い前景に対して効率的に画像を重ねて表示することができる。
【００４５】
図１２は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ５１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ５１は、虚像表示領域の配置が異なるほかは、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。
【００４６】
ＨＵＤ５１により生成される虚像表示領域５９は、路面８と平行ではない、すなわち遠方側が低く、近傍側が高く配置されるように路面８と所定の負の第５チルト角θ５を有し、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端５９ｆが、高さ方向（Ｙ軸）で最低位置５９Ｌとなり、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端５９ｎが、高さ方向（Ｙ軸）で最高位置５９Ｈとなる。図１２の虚像表示領域５９は、さらには、虚像表示領域５９の最高位置５９Ｈを含む一部は、路面８の上方に配置され、かつ、最低位置５９Ｌを含む他部は、路面８の下方に配置する。また、ＨＵＤ５１により生成される虚像表示領域５９は、車両２の近傍から遠方に向けて路面８に対する角度（第５チルト角θ５）が概ね一定である。なお、虚像表示領域５９の全体が路面８の下方（Ｙ軸負方向）に配置されてもよい。車両２のピッチング角が変化する場合、車両２のピッチング角に伴い、虚像表示領域５９の位置が、遠方側ほど大きく移動する。したがって、遠方側の方が、車両２のピッチング角の変化により、大きく路面８の上側に配置されやすい。しかしながら、路面８より下に配置された虚像表示領域５９の一部を遠方側とすることで、車両２のピッチング角の変化により位置が変化しやすい遠方側の画像が、車両２のピッチング角が変化した場合でも路面８より上側に配置されることを抑制することができ、また、車両２のピッチング角の変化により遠方側の画像が路面８の上側に配置される場合でも、遠方側の画像と路面８との高さ方向の距離を小さく抑えることができる。
【００４７】
図１３は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ６１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ６１は、虚像表示領域の配置、形状が異なるほかは、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。
【００４８】
ＨＵＤ６１により生成される虚像表示領域６９は、車両２の左右方向（Ｘ軸方向）から見た場合に湾曲している点で、図１２に示す虚像表示領域６９と異なる。ＨＵＤ６１により生成される虚像表示領域６９は、路面８と平行ではなく、すなわち路面８と一定ではない所定の負の第６チルト角θ６を有し、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端６９ｆが、高さ方向（Ｙ軸）で最低位置６９Ｌとなり、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端６９ｎが、高さ方向（Ｙ軸）で最高位置６９Ｈとなる。図１３の虚像表示領域６９は、さらには、虚像表示領域６９の最高位置６９Ｈを含む一部は、路面８の上方に配置され、かつ、最低位置６９Ｌを含む他部は、路面８の下方に配置する。また、ＨＵＤ６１により生成される虚像表示領域６９は、車両２の近傍から遠方に向けて路面８に対する角度（第６チルト角θ６）が広義単調増加（非単調減少）する。具体的には、遠方端６９ｆにおける虚像表示領域６９の接線と路面８との間の第６遠方チルト角θ６ｆ（０［ｄｅｇｒｅｅ］であってもよい）が、近傍端６９ｎにおける虚像表示領域６９の接線と路面８との間の第６近傍チルト角θ６ｎ（負の角度）より大きく、かつ第６チルト角θ６が、近傍端６９ｎから遠方端６９ｆに向かうに連れて、負の角度から０［ｄｅｇｒｅｅ］に近づくように広義単調増加（非単調減少）してもよい。これにより、図１０に示したＨＵＤ５１の効果に加えて、遠方側の虚像表示領域のチルト角を増加させることで、視認者から見た遠方側の虚像表示領域を広い路面の領域に重ねることができる。換言すると、虚像表示領域の単位面積あたりの重なる路面の面積を拡げることができ、広い路面に対して効率的に画像を重ねて表示することができる。
【００４９】
図１４は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ７１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ７１は、虚像表示領域の配置、形状が異なるほかは、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。
【００５０】
ＨＵＤ７１により生成される虚像表示領域７９は、路面８と平行ではなく、すなわち路面８と一定ではない所定の第７チルト角θ７を有し、視認者７から見て最も遠方側の路面８と重なって視認される遠方端７９ｆと、視認者７から見て最も近傍側の路面８と重なって視認される近傍端７９ｎとの間のミドル領域７９ｍが、高さ方向（Ｙ軸）の最低位置７９Ｌとなる。図１４の虚像表示領域７９は、さらには、虚像表示領域７９の最高位置７９Ｈを含む一部は、路面８の上方に配置され、かつ、最低位置７９Ｌを含む他部は、路面８の下方に配置する。また、ＨＵＤ７１により生成される虚像表示領域７９は、車両２の近傍から遠方に向けて路面８に対する角度（第７チルト角θ７）が広義単調増加（非単調減少）する。具体的には、近傍端７９ｎにおける虚像表示領域７９の接線と路面８との間の第７近傍チルト角θ７ｎが負の角度であり、ミドル領域７９ｍにおける虚像表示領域７９の接線と路面８との間の第７チルト角θ７が０［ｄｅｇｒｅｅ］であり、遠方端７９ｆにおける虚像表示領域７９の接線と路面８との間の第７遠方チルト角θ７ｆが正の角度となり、かつ第７チルト角θ７が、近傍端７９ｎから遠方端７９ｆに向かうに連れて、負の角度から正の角度となるように広義単調増加（非単調減少）してもよい。これにより、近傍端７９ｎ、遠方端７９ｆ、およびこれらの間の領域において、路面８との高さ方向の距離を小さく抑えることができる。
【００５１】
また、図１４の虚像表示領域７９は、遠方端７９ｆと近傍端７９ｎとを路面８の上方に配置し、かつ、最低位置７９Ｌを含む他部を、路面８の下方に配置する。遠方端７９ｆを路面８の上方に配置することで、視認者から見た遠方側の虚像表示領域を広い前景（例えば、路面）の領域に重ねることができる。換言すると、虚像表示領域の単位面積あたりの重なる前景（例えば、路面）の面積を拡げることができ、広い前景に対して効率的に画像を重ねて表示することができる。また、虚像と該虚像と前後方向で重なる背景（前景。典型的には、路面。）との間の遠近差（距離差）を感じやすい近傍側の虚像表示領域を路面より上方に配置することで、視認者７から見て虚像が路面８より奥側（下方）に表示される違和感を防止することができる。なお、図１４の虚像表示領域７９は、遠方端７９ｆと近傍端７９ｎとを路面８の上方に配置してあるが、これに限定されず、遠方端７９ｆ及び近傍端７９ｎのうち少なくとも一方が路面８の下方に配置されてもよい。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、ＨＵＤは、虚像表示領域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。
【００５４】
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、虚像表示領域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。
【００５５】
図１１を再び参照する。具体的には、路面と平行に近い虚像表示領域は、虚像表示領域３９の遠方端３９ｆと近傍端３９ｎとの間の奥行方向（Ｚ軸方向）の距離３９Ｚが、虚像表示領域３９の最高位置３９Ｈと最低位置３９Ｌとの間の高さ方向（Ｙ軸方向）の距離３９Ｙよりも２０倍、又はこれより長いことを示し、さらに好ましくは、奥行方向（Ｚ軸方向）の距離３９Ｚが、高さ方向（Ｙ軸方向）の距離３９Ｙよりも４０倍、又はこれより長いことを示す。
【符号の説明】
【００５６】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１    ：ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）
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
５ｐ      ：光軸
６，２５，２６，３６，５６    ：虚像
７        ：視認者
８        ：路面
９，２９、３９，４９，５９，６９，７９    ：虚像表示領域
９ｆ，３９ｆ，４９ｆ，５９ｆ，６９ｆ，７９ｆ    ：（車両に対する虚像表示領域の）遠方端
９ｎ，３９ｎ，４９ｎ，５９ｎ，６９ｎ，７９ｎ    ：（車両に対する虚像表示領域の）近傍端
１２      ：表示部
１３      ：リレー光学系
１３ａ    ：第１ミラー
１３ｂ    ：第２ミラー
１３Ｃ    ：第２アクチュエータ
１４      ：表示制御装置
１５      ：プロジェクタ
１６      ：スクリーン（表示面）
１６Ｃ    ：第１アクチュエータ
１０１    ：対象物検出部
１０２    ：車両情報検出部
１４１    ：Ｉ／Ｏインタフェース
１４２    ：プロセッサ
１４３    ：メモリ
θ        ：チルト角
θ４      ：第４チルト角
θ５      ：第５チルト角
θ６      ：第６チルト角
θ６ｆ    ：第６遠方チルト角
θ６ｎ    ：第６近傍チルト角
θ７      ：第７チルト角
θ７ｆ    ：第７遠方チルト角
θ７ｎ    ：第７近傍チルト角
【図１】
2020009219.tif 000003
【図２】
2020009219.tif 000004
【図３】
2020009219.tif 000005
【図４Ａ】
2020009219.tif 000006
【図４Ｂ】
2020009219.tif 000007
【図５】
2020009219.tif 000008
【図６】
2020009219.tif 000009
【図７】
2020009219.tif 000010
【図８Ａ】
2020009219.tif 000011
【図８Ｂ】
2020009219.tif 000012
【図９】
2020009219.tif 000013
【図１０】
2020009219.tif 000014
【図１１】
2020009219.tif 000015
【図１２】
2020009219.tif 000016
【図１３】
2020009219.tif 000017
【図１４】
2020009219.tif 000018
【図１５】
2020009219.tif 000019
【国際調査報告】
2020009219.tif 000020
2020009219.tif 000021
2020009219.tif 000022
2020009219.tif 000023