(57)【要約】  本発明は、路面に張り付いて視認される虚像を車両の走行時に安定して表示することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。  本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置（１０１）は、車両（２００）に設けられた反射透光部材（３００）に表示光（５０）を投影し、反射透光部材（３００）を透過する実景に重ねて反射透光部材（３００）に反射された表示光（５０）により虚像を生成して表示する表示手段を備え、画像表示部と、光学部材を含む光学系とを有するとともに、虚像が表示される虚像表示面（４００）が、上方が凹状の曲面形状となるように、光学系の光学的特性、光学部材と画像表示部の表示面との配置、又は画像表示部の表示面の形状が調整されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示する表示手段を備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、  画像を表示する表示面を有する画像表示部と、前記表示光を、前記反射透光部材部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、  前記ヘッドアップディスプレイは、前記虚像を表示する虚像表示面を有し、前記虚像表示面は、上方が凹状の曲面形状であり、  前記光学系における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、前記光学部材と前記表示面との配置を調整すること、前記表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、前記虚像表示面の凹状の曲面形状を形成する、ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記虚像表示面は、その全部又は一部が前記路面下にある凹状の曲面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学部材は、曲面の反射面を有する凹面鏡を有し、  前記凹面鏡における前記曲面の反射面の形状が、前記虚像表示面の凹状の曲面形状を生じさせるべく調整されている、ことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記凹状の曲面形状の前記虚像表示面は、  前記車両に対する近傍側の端部と、  遠方側の端部と、  前記近傍側の端部と前記遠方側の端部との間に位置する中央部と、を有し、  前記路面に垂直な線分に沿う方向を上下方向という場合に、  前記近傍側の端部の、上下方向における位置と、前記遠方側の端部の上下方向における位置とが同じであり、かつ、前記中央部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置する、  又は、  前記近傍側の端部よりも、前記遠方側の端部が下方に位置し、かつ、前記遠方側の端部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置する、  又は、  前記遠方側の端部よりも、前記近傍側の端部が下方に位置し、かつ、前記近傍側の端部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置する、  ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記近傍側の端部と前記遠方側の端部とが前記路面より上に位置する、  ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、  前記車両の搭乗者である前記虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、前記虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角とし、前記虚像の一点に対応する、重畳対象物である前記路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角とし、前記第１の輻輳角と前記第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、  前記輻輳角差が、０．０６８度以下である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記表示面又は／及び前記光学部材を移動又は／及び回転させるように構成される１つ又はそれ以上のアクチュエータと、  １つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェースと、  １つ又はそれ以上のプロセッサと、  メモリと、  前記メモリに格納され、前記１つ又はそれ以上のプロセッサによって実行されるように構成される１つ又はそれ以上のコンピュータ・プログラムと、をさらに備え、  前記１つ又はそれ以上のプロセッサは、  前記路面の位置を取得し、  前記路面の位置に基づき、前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面下に配置するように、前記アクチュエータを駆動する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【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面上の虚像を視認させる。同特許文献では、車両が進行する路面と略平行な第一の虚像表示面上にある第一の虚像と、車両の進行方向と垂直な方向に略平行な第二の虚像表示面上にある第二の虚像とが、所定の角度をなすように表示される。
【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、第一の虚像表示面が路面の上方に位置しているため（同特許文献の段落００１５、図１参照）、視認者には、第一の虚像が路面から浮いているように視認される。同特許文献における第一の虚像のように、車両の経路を示す矢印等の虚像は、路面から浮いているように視認されるのではなく、路面に張り付いて視認される方が望ましい場合がある。【０００６】  しかしながら、そのために図８（ａ）に示すように虚像表示面４０を路面４１の上方ではなく路面４１と同じ高さに位置させると、車両４２の走行中、路面４１が平坦でなかったり、車両４２の姿勢変化（ピッチ角の変化）があったりした場合に、同図（ｂ）に示すように虚像表示面４０が路面４１の上方に浮いて虚像４３が路面４１から浮き上がることになり、虚像４３が路面４１に調和していないとの違和感を視認者４４が覚えやすいという問題があった。【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】  本発明のヘッドアップディスプレイ装置の一態様では、車両に設けられた反射透光部材に表示光を投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示する表示手段を備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、画像を表示する表示面を有する画像表示部と、前記表示光を、前記反射透光部材部材に投影する光学部材を含む光学系と、を有し、前記ヘッドアップディスプレイは、前記虚像を表示する虚像表示面を有し、前記虚像表示面は、上方が凹状の曲面形状であり、前記光学系における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、前記光学部材と前記表示面との配置を調整すること、前記表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、前記虚像表示面の凹状の曲面形状を形成する。【０００９】  これにより、例えば、虚像の全体を路面に近づけて配置することができる。言い換えれば、路面重畳ＨＵＤにおいて、虚像の路面からの浮き上がりを抑制することができる。【００１０】  また、虚像表示面は、その全部又は一部が前記路面下にある凹状の曲面形状を有してもよい。  また、前記光学部材は、曲面の反射面を有する凹面鏡を有し、前記凹面鏡における前記曲面の反射面の形状が、前記虚像表示面の凹状の曲面形状を生じさせるべく調整されていてもよい。  また、前記凹状の曲面形状の前記虚像表示面は、前記車両に対する近傍側の端部と、遠方側の端部と、前記近傍側の端部と前記遠方側の端部との間に位置する中央部と、を有し、前記路面に垂直な線分に沿う方向を上下方向という場合に、前記近傍側の端部の、上下方向における位置と、前記遠方側の端部の上下方向における位置とが同じであり、かつ、前記中央部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置する、又は、前記近傍側の端部よりも、前記遠方側の端部が下方に位置し、かつ、前記遠方側の端部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置する、又は、前記遠方側の端部よりも、前記近傍側の端部が下方に位置し、かつ、前記近傍側の端部の少なくとも一部が前記路面よりも下に位置してもよい。  また、前記近傍側の端部と前記遠方側の端部とが前記路面より上に位置してもよい。  また、前記車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、前記車両の搭乗者である前記虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、前記虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角とし、前記虚像の一点に対応する、重畳対象物である前記路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角とし、前記第１の輻輳角と前記第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、前記輻輳角差が、０．０６８度以下としてもよい。  また、前記表示面又は／及び前記光学部材を移動又は／及び回転させるように構成される１つ又はそれ以上のアクチュエータと、１つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェースと、  １つ又はそれ以上のプロセッサと、メモリと、前記メモリに格納され、前記１つ又はそれ以上のプロセッサによって実行されるように構成される１つ又はそれ以上のコンピュータ・プログラムと、をさらに備え、前記１つ又はそれ以上のプロセッサは、前記路面の位置を取得し、前記路面の位置に基づき、前記虚像表示面の少なくとも一部が、前記路面下に配置するように、前記アクチュエータを駆動してもよい。【００１１】  上記のような本発明の実施態様によれば、路面に重畳される虚像の、路面からの浮き上がりを効果的に抑制することができる。このことは、広画角、かつ虚像表示距離が長いＨＵＤ装置の視認性向上に貢献する。
【発明の効果】
【００１２】  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】
【００１３】
【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表示部、画像生成部と対象物検出部、車両情報検出部との関係を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置によりフロントウインドシールドにナビゲーションの矢印が表示された例を示す説明図、（ｂ）は先行車との車間距離を表すガイドが表示された例を示す説明図である。
【図５】図１のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面の調整処理を示す流れ図である。
【図６】（ａ）は図１のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の車両の前部が浮き後部が沈んだときの虚像表示面を示す説明図である。
【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８】（ａ）は従来のヘッドアップディスプレイ装置による虚像表示面を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の車両の前部が浮き後部が沈んだときの虚像表示面を示す説明図である。
【図９】（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の倍率、焦点を説明するための図、（ｂ）は視認者のアイポイントと虚像位置との関係について説明するための図である。
【図１０】（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の他の例による、凹状の形状をもつ虚像表示面を用いた虚像表示を示す図、（ｂ）画像表示部の表示面に表示される画像の例を示す図である。
【図１１】ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の他の例（図１０（ａ）に示される光学系とは異なる構造をもつ例）を示す図である。
【図１２】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１３】車両が直線状の道路を走行しているときに、路面を重畳対象物（実景）としてナビゲーション用の図形を重ねて表示した様子を示す図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、ヘッドアップディスプレイ装置における輻輳角差の変化、及びアイポイントの変化に対応して、虚像表示位置が変化する様子を示す図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、虚像表示距離と輻輳角差との関係性について説明するための図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）の各々は、凹状の虚像表示面の形状の例、及び各例と路面位置との関係について説明するための図である。
【図１７】（ａ）〜（ｉ）の各々は、凹状の虚像表示面の形状の例、及び各例と路面位置との関係を、個別具体的に示す図である。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  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。
【００１５】  図１に示すように、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）１は、車両２のフロントウインドシールド３の下方に位置するダッシュボード４の内部に設けられ、フロントウインドシールド３の一部に表示光５を投影する。表示光５は、フロントウインドシールド３に反射されて虚像６を生成し、視認者（運転者）７にフロントウインドシールド３を透過する実景に重ねて虚像６を視認させる。虚像６は、後に詳述するように、車両２が進行する路面８の下方に位置する虚像表示面９に表示される。
【００１６】  ＨＵＤ１は、図２に示すように、透光部１０が形成されたケース１１の内部に表示部１２、反射鏡１３及び画像生成部１４が設けられて概略構成されている。表示部１２は、ＤＭＤやＬＣｏＳ等の反射型表示デバイスを用いたプロジェクタからなる投影部１５と、投影部１５からの投影光を受光し、画像を含む表示光５を反射鏡１３に向けて出射するスクリーン１６とを備える。表示部１２からの表示光５は、凹状の反射鏡１３に反射され、透光部１０を透過してフロントウインドシールド３に投影される。フロントウインドシールド３に投影された表示光５は、視認者７の側に反射され、虚像６を生成して視認者７に表示する（図１参照）。なお、反射鏡１３は、図示を略す駆動機構により回動駆動されることによって、表示光５のフロントウインドシールド３における投影位置を変更可能としてもよく、投影部１５は、ＬＥＤ照明とＴＦＴ液晶との組合せ等により構成してもよい。
【００１７】  画像生成部１４は、マイコンやＧＤＣ等からなり、図３に示すように、表示部１２及びＣＡＮ等の車内ＬＡＮのバス２７に接続されている。バス２７には、カメラ、ＬｉＤＡＲ又はＶ２Ｘ等により車両２が進行する路面８その他の車両周囲の対象物を検出する対象物検出部１６や、ＣＡＮトランシーバＩＣ、ＧＮＳＳ、加速度センサ、モーションセンサ、ジャイロセンサ等により車速、加速度その他の車両情報を検出する車両情報検出部１７が接続されている。
【００１８】  表示光５により生成される虚像６は、車両２が進行する路面８に張り付いて視認されるもので、図４（ａ）に示すフロントウインドシールド３の表示領域１８に表示されるナビゲーションの矢印１９や、同図（ｂ）に示す先行車（先行車は、視認者７に実景として視認される。）との車間距離を表すガイド２０等を含んでいてもよい。ここでは、画像生成部１４が、虚像表示面９が路面８に対して概ね平行となるように、かつ、路面８の下方に位置するように表示光５を投影し（図１参照）、虚像表示面９は、車両２から所定距離（２０〜５０ｍ）だけ遠方（前方）の路面８において、所定深さ（路面８の下方５０〜２００ｃｍ）に位置している。
【００１９】  また、画像生成部１４は、図５に示すように、車両２に対する虚像表示面９の位置を一定となるように（上記所定距離及び／又は上記所定深さが維持されるように）調整する。すなわち、画像生成部１４は、車両情報検出部１７（加速度センサ、モーションセンサ、ジャイロセンサ等）の検出結果から車両のピッチ角を取得し（ステップ１（図５において「Ｓ．１」と記載。以下同様。））、そのピッチ角と上記所定距離及び／又は上記所定深さに基づいて、虚像表示面９の所望の表示位置（図６（ａ））と取得したピッチ角の分ずれた表示位置（図６（ｂ））とのずれ量を算出する（ステップ２）。そして、そのずれ量を打ち消すように、車両２に対する虚像表示面９の位置を調整し（ステップ３）、調整後の虚像表示面９に対応する表示光５を投影するように表示部１２を制御する（ステップ４）。
【００２０】  なお、図５においては、画像生成部１４が現に生じたピッチ角の変化に応じて虚像表示面９の位置を調整しているが、対象物検出部１６（カメラ、ＬｉＤＡＲ等）により路面８の形状や凹凸等を検出してその検出結果も勘案し、次の瞬間のピッチ角を推定して虚像表示面９の位置を調整することによって、リアルタイム性を向上させてもよい。
【００２１】  さらに、虚像表示面９を路面８の下方に位置させるために、画像生成部１４は、対象物検出部１６により路面８を検出したり、あるいは、車両２が接地する路面の高さと同一とみなしたりすることによって、路面８の高さを把握する。
【００２２】  本実施の形態に係るＨＵＤ１では、虚像表示面９が、車両２が進行する路面８の下方に位置し、虚像６も路面８の下方に表示されるが、虚像６は、視認者７には、路面８にそれ以上奥側がないという先入観から、路面８に張り付いているように視認され、この傾向は、特に虚像表示面９及び虚像６が車両２から遠方に位置するほど、視認者７の奥行知覚が鈍感になり顕著となる。つまり、実際には、視認者７から見て、虚像６は路面８の奥側（下方）で結像しているにもかかわらず、視認者７は、あたかも路面８の表面に虚像６が張り付いて表示されているかのように知覚する。
【００２３】  また、仮に、画像生成部１４による虚像表示面９の位置調整機能がない場合に車両２のピッチ角が変化した際や、その位置調整機能の想定を超えて車両２のピッチ角が変化した際に、虚像表示面９が図６（ａ）から（ｂ）に示すように浮き上がったとしても、路面８の下方に位置していた虚像表示面９は、浮き上がってもなお路面８の下方に位置し、視認者７にとって虚像６は路面８に張り付いたままに見え、路面８との重畳感が失われない。
【００２４】  したがって、ＨＵＤ１によれば、路面８に張り付いて視認される虚像６を、車両２の走行中に車両２のピッチ角や路面８の形状、凹凸が変化したとしても、安定して表示することができる。ここでは、画像生成部１４が車両２に対する虚像表示面９の位置を一定となるように調整し、虚像表示面９が路面８から浮き上がること自体が抑制されるとともに、視認者７から見て虚像６が一定の場所に表示されるので、虚像６は、車両２の走行時に、より一層安定的に路面８に張り付いたように表示され、その視認性も向上している。
【００２５】  図７は、本実施の形態に係る他のＨＵＤ２１が設けられた車両２を示す。ＨＵＤ２１は、画像生成部の生成画像が異なるほかは、ＨＵＤ１と同様の構成を有するので、各部の詳細な説明は省略する。
【００２６】  ＨＵＤ２１による虚像表示面２２は、車両２に対する遠方側（視認者７から見て上側）の端部２３が、近傍側（視認者７から見て下側）の端部２４よりも上方に位置し、さらには、路面８の上方に位置する。また、車両２に対する近傍側の端部２４が路面８の下方に位置し、虚像表示面２２の路面８よりも上方の部分には、路面８上の背景に重畳される背景関連虚像（車速やナビゲーションによる次の案内地点までの残距離、ＦＣＷ（前方衝突警報）等についての像）２５が表示され、路面８よりも下方の部分には、路面８に重畳されて路面８に張り付いたように視認される路面関連虚像２６が表示される。
【００２７】  ＨＵＤ２１では、虚像表示面２２の遠方側の端部２３が路面８の上方に位置し、近傍側の端部２４が路面８の下方に位置しているので、虚像６と同様に路面８に張り付いて視認される路面関連虚像２６を端部２３の側に表示しつつ、路面８上の背景に重畳される背景関連虚像２５を端部２４の側に表示することができる。
【００２８】  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。
【００２９】  例えば、ＨＵＤは、虚像表示面の少なくとも一部を車両が進行する路面の下方に位置させることができるのであれば、表示部その他各部の構成は任意である。
【００３０】  また、虚像表示面の表示位置及び虚像の表示内容も任意であり、虚像表示面が路面となす角度についても、虚像表示面９のように路面８と略平行でも、虚像表示面２２のように路面８と略垂直でも、その他の角度でもかまわない。
【００３１】  虚像が路面に張り付いているように見える視覚的な程度（虚像の路面との重畳感、一体感）をより高めるためには、虚像表示面は全体的に寝た状態（路面と平行に近い状態）で路面の近くにあることが望ましいが、車両から虚像表示面までの距離が上記所定距離（２０〜５０ｍ）で、路面から虚像表示面までの深さが上記所定深さ（５０〜２００ｃｍ）程度であれば、虚像は十分に路面に張り付いているように視認され、しかも、車両の通常の走行状況下において、車両のピッチ角の変化や路面の形状、凹凸の変化により路面から浮き上がって見えることも防止される。
【００３２】  次に、図９を参照する。図９（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の倍率、焦点を説明するための図、図９（ｂ）は視認者のアイポイントと虚像位置との関係について説明するための図である。
【００３３】  図９（ａ）に示されるように、画像表示部（表示器や、透過型又は反射型のスクリーン等）Ｓの表示面から、反射透光部材（ウインドシールドやコンバイナ等）Ｔまでの距離を光路長ａとし、人（視認者）の視点Ｅ（あるいは、車両の所定箇所）から虚像Ｖ（あるいは虚像表示面の基準点）までの距離を虚像表示距離ｂとする。このとき、ａ＜ｂであれば、拡大表示がなされ、倍率Ｋはｂ／ａで表される。また、焦点距離をｆとするとき、１／ｆ＝１／ａ−１／ｂが成立する。
【００３４】  近年、視野角が大きく（例えば視認者から見た縦方向の有効視野が１０度程度）、かつ、虚像表示距離ｂが長い（例えば７ｍ以上）のＨＵＤ装置が求められている。視野角及び虚像表示距離を共に増大させようとすると、ＨＵＤ装置の大型化を招く。大型化を抑制するためには、光路長（上記のａ）の増大を抑制しつつ、ＨＵＤ装置の光学系の倍率（光学倍率）を大きくしなければならない。光学倍率を大きくするには、例えば、凹面鏡や補正鏡等の光学部材の曲面を大きく湾曲させる必要がある。また、ＨＵＤ装置の高画角化に伴い、画像表示部の表示面のサイズが大型化し、凹面鏡等の光学部材も大型化し、凹面鏡の大きく湾曲した周辺領域にも表示光が当たるようになる。よって、例えば、平坦な路面を重畳対象物として、その路面上に、ナビゲーション表示（平坦面をもつ矢印等）を重ねて表示するような場合に、そのナビゲーション表示（虚像）を、完全には平坦な表示とすることができない。言い換えれば、そのナビゲーション表示（虚像）を、全画角にわたって完全な平坦性を確保しつつ、路面上に重畳表示することは困難である。
【００３５】  また、図９（ｂ）では、画像Ｍが画像表示部Ｓの表示面に表示され、凹面鏡ＷＤ、フロントシールド（反射透光部材）Ｔを介して虚像の表示がなされている。図９（ｂ）では、視認者（車両の運転者等）のアイポイントＥＰ（Ｃ）は、アイボックスＥＢの中央に位置する。左右の各目に対応する虚像表示面をＰＬＮ（Ｌ）、ＰＬＮ（Ｒ）とすると、その重なりの領域の中央に虚像Ｖ（Ｃ）が位置する。虚像Ｖ（Ｃ）が、対象物に重畳される場合、虚像Ｖ（Ｃ）についての輻輳角と、重畳対象物の輻輳角との差の程度が大きくなると、焦点ずれが顕在化して、視認者は違和感を覚える（この点は後述する）。
【００３６】  また、視認者のアイポイントが、車両の幅方向（左右方向）に沿って移動すると（ＥＰ（Ｌ）、ＥＰ（Ｒ））、画像Ｍの表示位置に変更がなくても、虚像の表示位置が変化する。広視野角の表示が可能なＨＵＤ装置では、そのアイポイントの移動距離も大きくなり、虚像の左右方向の位置ずれ（言い換えれば、描画位置ずれ）が増大して、この場合も、視認者は違和感を覚えることになる（この点も後述する）。したがって、焦点ずれや描画位置ずれを、適切に抑制することも重要である。
【００３７】  従来、上述の、虚像Ｖの歪みに対する対策としては、歪みをできるだけ抑制する、言い換えれば、歪みを補正する、という考え方が主流であった。これに対して、本発明の実施形態では、歪みを補正するのではなく、人の視覚を通じた像の知覚の特性を考慮しつつ、凹面鏡の曲面形状等を調整し、像の歪みを適正に、精度よく制御し、その像の歪みを目立たなくする、という、新たな手法を導入する。これにより、路面に虚像を重畳する際の、路面からの虚像の浮き上がり等を、比較的容易に抑制することが可能となる。
【００３８】  以下、具体的に説明する。図１０を参照する。図１０（ａ）はヘッドアップディスプレイ装置の他の例による、凹状の形状をもつ虚像表示面を用いた虚像表示を示す図、図１０（ｂ）画像表示部の表示面に表示される画像の例を示す図である。なお、図１０（ａ）において、車両２００の前方に沿う方向（前後方向ともいう）をＺ方向とし、車両２００の幅（横幅）に沿う方向（左右方向）をＸ方向とし、車両２００の高さ方向（平坦な路面８０に垂直な線分の、路面８０から離れる方向）をＹ方向とする。
【００３９】  また、以下の説明では、虚像表示面４００の曲面形状の説明等において、上、下、という表現をする。ここでは、説明の便宜上、路面８０に垂直な線分（法線）に沿う方向を上下方向とする。路面が水平である場合は、鉛直下向きが下方であり、その反対方向が上方である。
【００４０】  図１０（ａ）の上側に示されるように、車両（自車両）２００は、直線状に延びる路面（道路）８０上を走行している。本実施形態のＨＵＤ装置１０１の画像表示領域３０３には、路面８０の延在方向と一致する方向に、直線状に延びる延在部分（延在成分）を有する虚像である、矢印のマーク（ナビゲーション表示の一種）５０１が表示されている。虚像としての矢印のマーク５０１は、平坦なマーク（言い換えれば、平坦面を有するマーク）であり、路面８０を重畳対象物として、その路面８０上に重なるようにして表示される、言い換えれば路面に対して重畳的に表示されるコンテンツ（重畳コンテンツと称する）の虚像ということができる。
【００４１】  図中、Ｊ１は、矢印のマーク５０１の、車両２００から遠い側の端点を示し、Ｊ３は近い側の端点を示し、Ｊ２は、Ｊ１とＪ２の間の中央端点を示す。
【００４２】  次に、図１０（ａ）の下側の図を参照する。車両（自車両）２００のダッシュボード４０の内部に、本実施形態の、路面に重ねて虚像を表示するのに適した表示特性をもつＨＵＤ装置（路面重畳ＨＵＤと称する場合がある）１０１が搭載されている。
【００４３】  ＨＵＤ装置１０１は、画像を表示する表示面１６４を有する画像表示部（ここではスクリーン）１６０と、画像を表示する表示光５０を、反射透光部材部材であるウインドシールド３００に投影する光学部材を含む光学系１２０と、投光部（画像投射部）１５０と、を有し、光学部材は、曲面の反射面１３９を有する凹面鏡（拡大反射鏡）１３０を有し、その凹面鏡１３０の反射面１３９は、路面８０を重畳対象物として虚像（ここでは矢印のマーク５０１）を表示するのに適した曲面形状を有しており、凹状の虚像表示面４００（図１０の左下側に、太線にて部分円弧状に描かれている）の形状は、反射面１３９の曲面形状に応じて定まる。
【００４４】  なお、虚像表示面４００の形状は、凹面鏡１３０の反射面１３９の曲面形状の他、ウインドシールド３００の曲面形状や、光学系１２０内に搭載される他の光学部材（例えば補正鏡）の形状にも影響される。また、表示面１６４の形状（一般的には平面だが、全体又は一部が非平面となり得る）や、反射面１３９に対する表示面１６４の配置にも影響される。但し、凹面鏡１３０は拡大反射鏡であり、虚像表示面４００の形状に与える影響は大きい。また、凹面鏡１３０の反射面１３９の形状が異なれば、実際に、虚像表示面４００の形状が変化する。よって、凹状の虚像表示面４００の形状は、凹面鏡１３０の反射面１３９の曲面形状にも依存する。
【００４５】  ここで、図１０（ｂ）を参照する。画像表示部１６０の画像表示領域１６３において、画像表示面１６４上に、矢印の実画像（実像）ＲＥ（５０１）が表示されている。この矢印の実像ＲＥ（５０１）は、画像表示部１６０の画角の範囲を最大限に活用して、画像表示領域１６３の一端部（第１の表示限界端部）５０３と、反対側の他の端部（第２の表示限界端部）５０４との間において、直線的に連続する部分を備える矢印のマークの画像として配置されている。その直線的に連続する部分の延在方向をＮＰとすると、その延在方向ＮＰは、実空間における前方方向（前後方向）であるＺ方向に沿う方向（に相当する）ということができる。画角をめいっぱいに活用した表示であるため、凹面鏡１３０の、曲率の変化が大きくなり得る周辺領域にも表示光が当たることになり、その大きな湾曲の程度が、反映されて、下に凹の湾曲した断面形状を有する虚像表示面４００となる。
【００４６】  上述のとおり、ＨＵＤ装置１０１は、路面８０を重畳対象物として、虚像５０１を、路面８０に重ねるように表示する。この場合の虚像表示面４００に着目すると、その虚像表示面４００は、その全部又は一部が路面８０の下にある凹状の曲面形状となる。図１０（ａ）では、一部が路面８０の下にある例が示されている。
【００４７】  虚像表示面４００のサイズは、ＨＵＤ装置１０１の画角に対応する画像表示領域（有効表示領域）１６３のサイズに対応して定まる。
【００４８】  図１０の例では、画像表示領域１６３のサイズを最大限に利用した画像の表示を行うと、その画像の虚像は、路面に沿って延在するが、凹面鏡とウインドシールドとの収差等に応じて湾曲した凹状の曲面を有する形状となり、その凹状の形状は、凹面鏡１３０に代表される光学系１２０の特性を、適宜、細部にわたって調整することで、高精度に曲率等が制御されたものである。
【００４９】  凹状の曲面形状の虚像表示面４００は、車両２００に対する近傍側の端部４０６（車両に近い側の端点Ｑ３を含む）と、遠方側の端部４０３（遠い側の端点Ｑ１を含む）と、近傍側の端部４０３と遠方側の端部４０６との間に位置する中央部４０５（中央端点Ｑ２を含む）と、を有する。なお、中央部は、ミドル領域、中央領域等と称する場合もある。図１０（ａ）の例では、虚像表示面４００の中央部４０５は、近傍側の端部４０６、及び遠方側の端部４０３よりも、下方に位置する。
【００５０】  凹状の曲面形状の虚像表示面４００は、車両２００に対する近傍側の端部４０６（端点Ｑ３を含む）と、遠方側の端部４０３（端点Ｑ１を含む）と、近傍側の端部４０６と遠方側の端部４０３との間に位置する中央部４０５（中央点Ｑ２を含む）と、を有し、路面８０に垂直な線分（法線）に沿う方向を上下方向という場合に、図１０（ａ）の例では、近傍側の端部４０６の、上下方向における位置（言い換えれば路面８０から離れる程度）と、遠方側の端部４０３の上下方向における位置（路面８０から離れる程度）とが同じであり、かつ、中央部４０５の少なくとも一部が路８０よりも下に位置している。虚像表示面４００の両端部で、路面から浮き上がる部分があるが、その浮き上がりの程度が同じであり、バランスが取れている形状である。前後方向に関して、対称性のある湾曲形状となっている。従って、人の目の作用で、虚像表示面４００の全体にわたって、浮き上がりを補正して路面に重なるように虚像の位置が修正され、浮き上がりが平均化されることから、虚像表示面４００は、全体的にフラットに、しかも、全体的に路面８０に貼りついているように感得される。従って、人（視認者）に違和感が生じない。
【００５１】  また、図１０（ａ）の例では、虚像表示面４００の中央部４０５の少なくとも一部が、路面８０の下にある。言い換えれば、虚像である矢印のマーク５０１の中央点Ｊ２が路面８０の下にある。よって、虚像である矢印のマーク５０１の、遠方側の端点Ｊ１、近傍側の端点Ｊ３が、路面８０からわずかにしか浮き上がっていない状態となる。よって、人の目の特性で、虚像位置の平均化が行われると、矢印のマーク５０１は、路面に貼りついているかのように錯覚され、これによって、平坦な路面に、全画角にわたって虚像を平面状に重畳する（貼りつかせる）ことができる。また、虚像表示面４００の中央部４０５が路面８０の下にあり、虚像表示の中央部が路面の下に沈み込んだ状態となるが、人の目は、虚像表示は路面より下にはならない、という観点から、虚像表示の位置を修正して捉える傾向がある。よって、虚像表示の中央部（大きな面積を有する場合があり、主要部となり得る箇所である）は、あたかも、路面８０に貼りついたように見える。よって、完成度の高い路面への重畳表示が実現される。なお、虚像表示面４００の形状には種々のバリエーションがあるが、この点については、後述する。
【００５２】  また、凹面鏡１３０における曲面の反射面の形状が、虚像表示面４００の凹状の曲面形状を生じさせるべく、適切に調整（設計）され得る。例えば、曲率の変化が、適切に調整され得る（例えば、図１２参照）。
【００５３】  次に、図１１を参照する。図１１は、ヘッドアップディスプレイ装置における光学系の他の例（図１０（ａ）に示される光学系とは異なる構造をもつ例）を示す図である。ＨＵＤ装置１２１は、投光部１５１と、画像表示部としてのスクリーン１６１と、反射鏡１３３と、凹面鏡１３１と、外部のセンサや他のＥＣＵから情報を取得するＩ／Ｏインタフェース、プロセッサ、メモリ、及びメモリに記憶されたコンピュータ・プログラムから構成される制御部１７１と、を有する。
【００５４】  また、凹面鏡１３１の角度は、アクチュエータからなる回転機構１７５の動作によって適宜、調整され得る。また、スクリーン１６１の傾きや位置は、画像表示部のアクチュエータからなる調整部１７３によって、適宜、調整され得る。なお、スクリーン１６１の傾きは、具体的には、投光部１５１の光軸に対する傾き、あるいは、光学系の光軸に対する傾き、あるいは、投光部が発する光の主光路（主光線）に対する傾き、ということができる。制御部１７１は、投光部１５１の動作、回転機構１７５の動作、画像表示部の調整部１７３の動作等を統括的に制御する。なお、参照符号５１は出射光を示す。
【００５５】  光学系の特性を、種々の観点から調整することで、虚像表示面４００の曲面の形状のバリエーションを増やすことができ、また、曲面の曲率等を、より高精度に調整することも可能となる。
【００５６】  次に、図１２を参照する。図１２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１２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、大、小、大、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。
【００５７】  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形状に応じて、虚像表示面４００の曲面の形状（湾曲の程度等）を変えることもできる。例えば、凹面鏡１３５のα、β、γの各部の曲率半径を、中、小、大、あるいは、小、小。大。と設定するなど、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、虚像表示面の曲面は許容して、その曲面を高精度に、自在に制御することで、人の目の特性を利用して、曲面を平面に近づけて知覚させるようにする、という設計手法が、本実施形態では採用されている。このような設計思想は、従来とはまったく異なるものである。
【００５８】  次に、図１３を参照する。図１３は、車両が直線状の道路を走行しているときに、路面を重畳対象物（実景）としてナビゲーション用の図形を重ねて表示した様子を示す図である。図１３では、車両は直線状の見通しのよい道路を直進している。ウインドシールド３００の虚像表示領域３０５には、路面８０に重なるように、ナビゲーション用の虚像５０７が表示（配置）されている。
【００５９】  図１３の例では、虚像表示領域３０５は四角形であり、車両の幅方向（左右方向）の辺が、車両の高さ方向（上下方向）の辺よりも長い、横長の四角形となっている。これによって、広い視野角の虚像表示に対応できるようになっている。この場合、輻輳角に起因して、虚像と路面とが不一致のように感得される現象が生じたり、あるいは、人の視点が左右方向にずれることによる、アイポイント（図９（ｂ）参照）の移動に伴う虚像の位置変化に起因してずれが拡大して見える現象等が生じたりする可能性が高まる。上述の本実施形態によれば、これらの位置ずれ（後述の描画位置ずれ）についても、効果的に対処することができる。以下、具体的に説明する。
【００６０】  図１４を参照する。図１４（ａ）〜（ｃ）は、ヘッドアップディスプレイ装置における輻輳角差の変化、及びアイポイントの変化に対応して、虚像表示位置が変化する様子を示す図である。図１４（ａ）において、θＨＵＤは、ＨＵＤの焦点位置ＰＣ０における両目（左眼７０Ｌ、右眼７０Ｒ）の輻輳角を示し、θｓｃｅｎｅは、本来はＨＵＤの焦点位置ＰＣ０と一致しているべき、実景である路面（重畳対象物としての路面）８０の地点ＰＣ１における輻輳角を示す。θｓｃｅｎｅ（ｆａｒ）は、車両からの距離がより大きい（つまり、より遠くに位置する）地点ＰＣ２についての輻輳角である。
【００６１】  図１４（ｂ）に示すように、虚像表示面４００の、車両（あるいは視認者）から最も遠い点（遠い側の端点）Ｐ１１が、図１４（ａ）における結像点ＰＣ１に対応する。虚像表示面４００の湾曲がより大きい場合には、虚像表示面４００の遠い側の端点Ｐ１１が、端点Ｐ１２へと変化する。端点Ｐ１１と、路面８０の地点ＰＣ１との距離はＤ１１であり、このＤ１１が距離ずれを示す。端点Ｐ１２と路面８０の地点ＰＣ２との距離ずれはＤ１２（＞Ｄ１１）となる。すなわち、虚像表示面４００の湾曲がより大きくなれば、端点が路面からより離れて、これに応じて、距離ずれも拡大する。
【００６２】  図１４（ａ）にて、θＨＵＤとθｓｃｅｎｅとの差を輻輳角差と称している。この輻輳角差を、所定値（閾値）θｔｈ以下（あるいは以下）とするのが好ましい。すなわち、虚像の結像点と、その結像点に対応する実景（ここでは路面）の結像点がずれたことに起因する輻輳角の変位量を、閾値θｔｈ以下（あるいは以下）とすることで、距離ずれ（焦点ずれとも称する）によって生じる視認者の違和感を軽減することができる。よって、ＨＵＤ装置の視認性が向上する。本発明の実施形態によれば、虚像表示面４００の湾曲の度合いを低めて、端点Ｐ１１と路面８０との距離（言い換えれば、端点Ｐ１１の浮き上がり量）を小さくできる。また、虚像表示面４００の少なくとも一部を路面８０の下に位置させることによって、端点Ｐ１１と路面８０との距離を小さくできる。よって、θｓｃｅｎｅが小さくなりすぎることを防止できる。θＨＵＤは固定である。よって、輻輳角差（θＨＵＤ−θｓｃｅｎｅ）を十分に抑制することが可能である。よって、見栄えの良い虚像表示（路面重畳表示等）が実現する。閾値θｔｈの具体的な数値については後述する。
【００６３】  図１４（Ｃ）に示すように、視認者のアイポイントＥＰ（Ｃ）が、左側のアイポイントＥＰ（Ｌ）に移動すると、路面上の地点ＰＣ１は結像点Ｇ１１に移動し、また、地点ＰＣ２は地点Ｇ２１に移動する。視認者のアイポイントＥＰ（Ｃ）が、右側のアイポイントＥＰ（Ｒ）に移動すると、路面上の地点ＰＣ１は地点Ｇ１３に移動し、また、地点ＰＣ２は地点Ｇ２３に移動する。このような、アイポイントの移動に伴う、虚像の結像点に対応する実景の地点の変位によるずれ（これを描画位置ずれと称する）も、視認者に違和感を抱かせ、ハンドル操作を遅らせる等の好ましくない影響を与える可能性がある。本発明の実施形態によれば、上述のとおり、端点Ｐ１１と路面８０との距離を小さくできる。よって、広視野角で、虚像表示距離が長いＨＵＤ装置において、例えば、広い範囲（近傍から遠方にわたる広い範囲）で虚像を表示したときでも、全体を、違和感なく表示することが可能である。よって、ＨＵＤ装置の信頼性が向上する。
【００６４】  次に、図１５を参照する。図１５（ａ）、（ｂ）は、虚像表示距離と輻輳角差との関係性について説明するための図である。図１５（ａ）において、ＨＵＤ装置の焦点位置（結像点）と、その結像点に対応する路面８０の地点との距離ずれ量は１ｍである。図１５（ｂ）においても、同様に距離ずれ量は１ｍである。但し、図１５（ａ）の場合、虚像表示距離ＤＨＵＤが５ｍであり、これに対して、図１５（ｂ）では、虚像表示距離ＦＨＵＤが１０ｍである。
【００６５】  図１５（ａ）、（ｂ）では、距離ずれ量は同じであるが、虚像表示距離が異なるため、輻輳角差に差異が生じている。すなわち、図１５（ａ）の例では、輻輳角差は０．０６８度であり、図１５（ｂ）の例では、輻輳角差は０．０３４となる。なお、瞳孔間の距離を６５ｍｍとして、輻輳角差を算出している。距離ずれ量が同じであるならば、虚像表示距離が長いほど、輻輳角差は小さくなる。よって、輻輳角差に起因する虚像の視認性の低下の問題は、虚像表示距離が小さいときに生じ易いといえる。
【００６６】  広視野角で、ある程度の遠方にも虚像を配置できるＨＵＤ装置では、虚像表示距離は５ｍ程度は必要であり、そして、図１５（ａ）の例のように、距離ずれ量を１ｍ程度に抑えておけば、視認性にはそれほど影響がない。したがって、図１５（ａ）の例における輻輳角差（＝０．０６８度）は、視認性低下を判定する閾値となり得る。
【００６７】  言い換えれば、車両の幅に沿う方向を左右方向という場合に、車両の搭乗者である虚像の視認者の視点が、アイボックスの、左右方向における中央のアイポイントに位置し、かつ、虚像表示距離が５ｍ以上の前方に虚像が表示され、かつ、虚像の一点についての輻輳角を第１の輻輳角θＨＵＤとし、虚像の一点に対応する、重畳対象物である路面上の点についての輻輳角を第２の輻輳角θｓｃｅｎｅとし、第１の輻輳角と第２の輻輳角との差を輻輳角差とするとき、輻輳角差を０．０６８度以下にすることで、５ｍ以上の虚像表示距離での虚像表示においては、視認性の低下を抑制可能である。
【００６８】  次に、図１６を参照する。図１６（ａ）〜（ｃ）の各々は、凹状の虚像表示面の形状の例、及び各例と路面位置との関係について説明するための図である。曲面（部分的な円弧状、部分的な球面等）の断面形状をもつ虚像表示面４００の、形状の例は、概ね、図１６（ａ）〜（ｃ）の３つに分類することができる。なお、８０、８０ａ、８０ｂは共に路面を表す。路面と虚像表示面との相対的位置関係を説明するために、路面（地面）の位置を少しずつ変えて描いている。
【００６９】  図１６（ａ）の例では、路面８０に垂直な線分に沿う方向を上下方向とする場合に、近傍側の端部（ここでは、近傍側の端点Ｑ３を端部とみなすものとする。この点は以下同様である）の上下方向における位置と、遠方側の端部（遠方側の端点Ｑ１）の上下方向における位置とが同じであり、かつ、中央部（中央点Ｑ２）が、Ｑ１、Ｑ２よりも下方に位置する。路面が参照符号８０ａ、８０ｂで示される場合は、虚像表示面４００の少なくとも一部が路面よりも下に位置することになる。路面が参照符号８０ａで示される場合は、長い部分円弧をもつ中央部（の少なくとも一部）が路面より下になり、その部分（虚像の主要部であることも多いと考えられる）が路面に貼りついて感得されることになる。また、両端部（両端点Ｑ１、Ｑ３）の路面からの浮き上がりも小さく抑えられている。よって、平坦性の確保が容易である。
【００７０】  図１６（ａ）の場合、虚像表示面４００は、路面８０に垂直で、かつ中央点Ｑ２を通る線分に対して線対称であり、対称性を備えてバランスがとれている。人の視覚特性では、像に湾曲があっても、全体を平均化して平坦に捉えようとする作用があることから、そのバランスの良さが効果的に働くものと考えられる。よって、広範囲にわたって平坦性を担保した重畳表示を実現しやすい、という利点がある。
【００７１】  なお、図１６（ａ）において、路面が参照符号８０で示される場合は、虚像表示面４００の全体が路面上に位置することになる。虚像表示面４００の全体が路面上（地上）にある場合は、虚像表示面４００は、路面８０からある程度は浮き上がって見えるが、先に説明したように、人の目は、虚像の湾曲を平均化する捉える傾向にあり、これによれば、虚像と路面との差は均一化され、よって平坦性が担保される。また、路面と虚像との距離（浮き上がり量）も、許容範囲内に抑制され得る。
【００７２】  図１６（ｂ）では、虚像表示面４００の断面形状は、近傍側の端部（近傍側の端点Ｑ３）よりも、遠方側の端部（遠方側の端点Ｑ１）が下方に位置する。また、中央点Ｑ２は、Ｑ１、Ｑ２よりも下方に位置する。路面が参照符号８０ａで示されるときは、遠方側の端部（遠方側の端点Ｑ１）の少なくとも一部が、路面８０ａよりも下に位置することになる。図１６（ｂ）の例は、特に、遠方側の端部（遠方側の端点Ｑ１）付近の平坦性、及び路面への貼りつけを確実に実現するのに役立つ。特に、図１０（ａ）で示した矢印のマークのように、先端の矢の向きが、ナビ情報として重要な意味をもつ場合は、その矢印の部分を正確に読み取れるようにする必要があり、図１６（ｂ）の表示例を適用し得る。
【００７３】  図１６（ｃ）の例では、遠方側の端部（遠方側の端点Ｑ１）よりも、近傍側の端部（近傍側の端点Ｑ３）が下方に位置している。また、中央点Ｑ２は、Ｑ１、Ｑ２よりも下方に位置する。路面が参照符号８０ａで示されるときは、近傍側の端部（近傍側の端点Ｑ３）の少なくとも一部が、路面８０ａよりも下に位置することになる。図１６（ｃ）の例は、特に、近傍側の端部（近傍側の端点Ｑ３）付近の平坦性、及び路面への貼りつけを確実に実現するのに役立つ。例えば、図１５で示したように、虚像表示距離が短くなると、輻輳角差による焦点ずれが問題になり易くなる。このような場合は、近傍側の端部（近傍側の端点Ｑ３）に着目して、その部分の平坦性、あるいは、路面への密着した貼りつけ性等を確実に実現するのがよい。したがって、図１６（ｃ）の例を適用し得る。
【００７４】  次に、図１７を参照する。図１７（ａ）〜（ｉ）の各々は、凹状の虚像表示面の形状の例、及び各例と路面位置との関係を、個別具体的に示す図である。図１７において、路面８０に垂直な線分に沿う方向を上下方向と称する。路面８０が水平な場合は、下方向は鉛直下向きに一致する。上向きは、鉛直下向きの反対の方向に一致する。
【００７５】  図１７（ａ）〜（ｉ）の各例では、虚像表示面４００の遠方側の端部と近傍側の端部との間の中央領域（ミドル領域、中央部）の上下方向の位置が、遠方側の端部及び近傍側の端部よりも下側に位置する。ミドル領域（中央部）の中心の点（中央点）は、最低位置となる。虚像表示面４００の最低位置と路面８０との間の距離、及び虚像表示面４００の最高位置と路面８０との間の距離とを小さく抑えることができ、焦点ずれ（図１４（ａ）、図１５参照）、描画位置ずれ（図１４（ｃ）参照）を抑制することができる。
【００７６】  焦点ずれは、図１４（ａ）、図１５に示したように、虚像表示面の１点を見た時の輻輳角θＨＵＤと、虚像表示面のその１点の背景となる実景（ここでは路面）を見たとき輻輳角θｓｃｅｎｅとの差（輻輳角差）のことである。この輻輳角差を小さくすることで、いずれか一方を見た時に、いずれか他方が不一致のように見えてしまうという不都合が抑制される。
【００７７】  描画位置ずれは、図１４（ｃ）に示したように、像と路面との間に奥行方向で距離があると、アイボックス内で目の位置を動かすと、像と路面との間に位置ずれが生じ、その位置ずれを描画位置ずれと称する。虚像表示面４００の湾曲の度合いを小さくしたり、虚像表示面４００の少なくとも一部を路面の下に配置することで、像と路面との間の距離が小さくすることができ、こうすれば、描画位置ずれ（及び運動視差）も抑制される。
【００７８】  次に、図１７（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｉ）に着目する。これらの例では、虚像表示面４００の中央部（ミドル領域）の少なくとも一部が、路面８０より下側に配置されている。この例では、虚像表示面４００の上下方向における最高位置が、路面より高い位置になりにくくすることができる。上述したように、路面に対しての像の浮きは、視認者に知覚されやすく、違和感が生じやすい。虚像表示面４００の最高位置を効果的に低下させることは、像（虚像）の路面からの浮き上がりを効果的に低減することにつながり、像の視認性を向上することができる。
【００７９】  次に、図１７（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に着目する。これらの例では、虚像表示面４００の中央部（ミドル領域）の少なくとも一部が、路面８０より下側に配置されており、かつ、遠方側の端部及び／又は近傍側の端部が、路面より上側になるように配置される。言い換えれば、中央領域（ミドル領域、中央部）の一部のみが、路面より下側に配置される。これらの例では、虚像表示面４００の最低位置（遠方側端部、ミドル領域、近傍側端部のいずれか１つ）と、路面との距離を十分に低減することができる。よって、表示する像（虚像）の平坦性確保に有効である。
【００８０】  次に、図１７（ｇ）、（ｈ）に着目する。これらの例では、虚像表示面４００の遠方側の端部と近傍側の端部との中心よりも、近傍側に最低位置を配置する。図１５（ｂ）で示したように、遠方になる程、虚像表示面と実景（路面）との間の距離が離れていても、視認者が、そのことを認識しにくい。したがって、敏感な近傍側を路面近くに配置し、実景（路面）との一致性を強調しつつ、遠方側の実景（路面）との一致性も担保することができる。
【００８１】  次に、図１７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に着目する。これらの例では、虚像表示面４００の遠方側の端部と近傍側の端部との中心よりも、遠方側に最低位置を配置する。車両が路面の凹凸などでバウンディングし、車両の路面に対するピッチング角度が変化する際、遠方側の虚像表示面ほど、大きく位置が変化する。すなわち、路面から虚像表示面が離れやすい。上述のとおり、路面に対しての像の浮きは、視認者に知覚されやすく、違和感が生じやすい。したがって、虚像表示面４００の遠方側に最低位置を配置することで、車両の路面に対するピッチング角度が変化した場合でも、遠方側（虚像表示面全体）が路面よりも上側にずれてしまうことを抑制することができる。
【００８２】  また、上記実施形態では、光学系は、凹面鏡（拡大反射鏡）を含んでいたが、１つ又は複数の光学部材を合成した光学的特性（光学的パワーを含む。）が拡大機能を有するものであれば、これに限定されるものではなく、凹面鏡（拡大反射鏡）に追加又は代替で、１つ又はそれ以上の、レンズなどの屈折光学部材、ホログラムなどの回折光学部材、反射光学部材、又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。本実施形態の光学系は、１つ又は複数の虚像表示面の各領域に虚像を表示させる複数の表示光の通る光路毎に、光学部材の光学的特性を変えてもよい。すなわち、これら光学部材の全領域又は一部の領域の光学的パワー（光学的特性の一例）を調整すること、光学部材と表示面との配置を調整すること、表示面の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、虚像表示面の凹状が形成、及び調整され得る。
【００８３】  次に、図１８を参照する。図１８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１８に示されるシステムは、表示制御装置７４０と、対象物検出部８０１と、車両情報検出部８０３と、表示部１２と、第１アクチュエータ１７７と、第２アクチュエータ１７９と、と、を有する。表示制御装置７４０は、Ｉ／Ｏインタフェース７４１と、プロセッサ７４２と、メモリ７４３を有する。表示制御装置７４０、対象物検出部８０１及び車両情報検出部８０３は、通信線（ＢＵＳ等）に接続されている。
【００８４】  表示制御部７４０は、例えば、図１１に示した制御部１７１として用いることができる。また、第１アクチュエータ１７７、第２アクチュエータ１７９は、図１１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１１に示した光学系１２１の全体や細部を個別に調整することに利用することもできる。これらは、光学系の調整系ということもできる。
【００８５】  また、対象物検出部８０１は、例えば、車両２（又は２００）に設けられた車外センサ、車外カメラにて構成することができる。また、車両情報検出部８０３は、例えば、速度センサ、車両ＥＣＵ、車外通信機器、目の位置を検出するセンサ、あるいは、ハイトセンサにより構成することができる。表示制御装置７４０は、対象物検出部８０１の検出情報や、車両情報検出部８０３からの情報に基づいて、例えば、光学系を最適に動作させながら、上記の、路面への重畳性が高い路面重畳ＨＵＤを実現することも可能である。
【００８６】  また、１つ又はそれ以上のプロセッサ７４２は、例えば、路面８０の位置を取得し、路面８０の位置に基づき、虚像表示面４００の少なくとも一部が、路面８０の下に配置されるように、第１、第２のアクチュエータ１７３、１７５のうちの少なくとも一方を駆動することができる。
【００８７】  以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。車両という用語については、乗り物（あるいは、乗り物を模したシミュレータ）というように、広義に解釈するものとする。例えば、本発明のＨＵＤ装置は、航空機のコクピットのシミュレータ等にも応用が可能である。この場合、路面という用語も、例えば、基準面、というように広義に解釈するものとする。
【符号の説明】
【００８８】１，２１    ヘッドアップディスプレイ装置２          車両３          フロントウインドシールド（反射透光部材）５          表示光６          虚像８          路面９，２２    虚像表示面１２        表示部（表示手段）１４        画像生成部（表示手段、調整手段）１６        対象物検出部（路面検出手段）２３        （車両に対する虚像表示面の）遠方側の端部２４        （車両に対する虚像表示面の）近傍側の端部２６        路面関連虚像（虚像）２７        仮想平面２８，２９  仮想平面画像８０        路面（地面）１２０      光学系１３０      凹面鏡（拡大反射鏡）１３９      凹面鏡の反射面１５０      投光部１６０      画像表示部（表示器、スクリーン）１６４      表示面１７１      制御部（表示制御装置）１７３      調整部（アクチュエータ）１７５      回転機構（アクチュエータ）１７７      第１アクチュエータ１７９      第２アクチュエータ４００      虚像表示面４０３      虚像表示面の遠方側の端部４０５      虚像表示面の中央部（ミドル領域、中央領域）４０６      虚像表示面の近傍側の端部７４０      表示制御装置８０１      対象物検出部８０３      車両情報検出部Ｑ１        虚像表示面の遠方側の端点Ｑ２        虚像表示面の中央点Ｑ３        虚像表示面の近傍側の端点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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