特許 7601012 ヘッドアップディスプレイ装置及び移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置及び移動体

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20241210BHJP

   B60K 35/235 20240101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/235

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021574076

(86)(22)【出願日】2021-01-27

(86)【国際出願番号】 JP2021002846

(87)【国際公開番号】W WO2021153616

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2023-11-17

(31)【優先権主張番号】P 2020014838

(32)【優先日】2020-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】佐治 俊輔

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／００９２１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０５６９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９６９００９８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／２３ － ３５／２３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示面（２３）に表示される画像（Ｍ）に対応する画像光を射出する表示器（２１）と、
前記表示器（２１）からの前記画像光を、被投影部を介して車両内の視域（２００）に向け、
前記視域（２００）内から見た表示領域（１００）内で前記画像（Ｍ）の虚像を視認させるリレー光学系（２５）と、を備え、
前記表示領域（１００）は、上端部（１１１；１２１）と、下端部（１１３：１２３）と、前記上端部（１１１）と前記下端部（１１３）との間の中心部（１１２；１２２）と、を含み、
前記視域（２００）内の所定の目位置（２００ｓ）から見た前記上端部（１１１）及び前記下端部（１１３）は、所定の基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記中心部（１１２）は、前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される第１曲面形状（１１０）、又は
前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記上端部（１２１）及び前記下端部（１２３）は、所定の基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置され、前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記中心部（１２２）は、前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置される第２曲面形状（１２０）であり、
前記目位置（２００ｓ）から前記上端部（１１１；１２１）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記上端部（１１１；１２１）を通過する前記基準平面（３００）上の第１点（３０１）までの輻輳角との第１輻輳角差（Ｐ１１：Ｐ２１）、
前記目位置（２００ｓ）から前記中心部（１１２；１２２）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記中心部（１１２；１２２）を通過する前記基準平面（３００）上の第２点（３０２）までの輻輳角との第２輻輳角差（Ｐ１２；Ｐ２２）、及び
前記目位置（２００ｓ）から前記下端部（１１３；１２３）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記下端部（１１３；１２３）を通過する前記基準平面（３００）上の第３点（３０３）までの輻輳角との第３輻輳角差（Ｐ１３；Ｐ２３）、のそれぞれが４ミリラジアン以内になるような前記基準平面（３００）を有するように、形成される、
ヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項2】

前記表示領域（１００）は、
前記視域（２００）の上端（２０１）から見ると、上端部（１１１）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記下端部（１１３）と前記中心部（１１２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される、及び／又は、
前記視域（２００）の下端（２０３）から見ると、下端部（１１３）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記上端部（１１１）と前記中心部（１１２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される、ように形成される、
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】

前記表示領域（１００）は、
視域（２００）の上端（２０１）から見ると、上端部（１２１）が前記基準平面（３００）よりも視域（２００）に遠い位置に配置され、前記下端部（１２３）と前記中心部（１２２）が前記基準平面（３００）よりも視域（２００）に近い位置に配置される、及び／又は、
視域（２００）の下端（２０３）から見ると、下端部（１２３）が前記基準平面（３００）よりも視域（２００）より遠い位置に配置され、前記上端部（１２１）と前記中心部（１２２）が前記基準平面（３００）よりも視域（２００）に近い位置に配置される、ように形成される、
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】

前記所定の目位置（２００ｓ）は、前記視域（２００）の中心（２０２）と下端（２０３）との間に配置され、
前記表示領域（１００）は、
前記所定の目位置（２００ｓ）からの前記第１輻輳角差（Ｐ１１）、前記第２輻輳角差（Ｐ１２）、及び前記第３輻輳角差（Ｐ１３）、が等しくなるように、形成される、
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】

前記表示領域（１００）は、前記車両の進行方向に対して非平行となる前記基準平面（３００）を有するように、前記上端部（１１１；１２１）、前記中心部（１１２；１２２）、及び前記下端部（１１３；１２３）が配置されるように形成される、
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】

前記表示領域（１００）は、前記視域（２００）から見て、上側が下側より遠方に配置されるように、傾いて配置される前記基準平面（３００）を有するように、前記上端部（１１１；１２１）、前記中心部（１１２；１２２）、及び前記下端部（１１３；１２３）が配置されるように形成される、
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】

表示面（２３）に表示される画像（Ｍ）に対応する画像光を射出する表示器（２１）と、
被投影部材（２）と、
前記表示器（２１）からの前記画像光を、前記被投影部材（２）を介して車両内の視域（２００）に向け、
前記視域（２００）内から見た表示領域（１００）内で前記画像（Ｍ）の虚像を視認させるリレー光学系（２５）と、を備え、
前記表示領域（１００）は、上端部（１１１；１２１）と、下端部（１１３：１２３）と、前記上端部（１１１）と前記下端部（１１３）との間の中心部（１１２；１２２）と、を含み、
前記視域（２００）内の所定の目位置（２００ｓ）から見た前記上端部（１１１）及び前記下端部（１１３）は、所定の基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記中心部（１１２）は、前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される第１曲面形状（１１０）、又は
前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記上端部（１２１）及び前記下端部（１２３）は、所定の基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置され、前記所定の目位置（２００ｓ）から見た前記中心部（１２２）は、前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置される第２曲面形状（１２０）であり、
前記目位置（２００ｓ）から前記上端部（１１１；１２１）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記上端部（１１１；１２１）を通過する前記基準平面（３００）上の第１点（３０１）までの輻輳角との第１輻輳角差（Ｐ１１：Ｐ２１）、
前記目位置（２００ｓ）から前記中心部（１１２；１２２）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記中心部（１１２；１２２）を通過する前記基準平面（３００）上の第２点（３０２）までの輻輳角との第２輻輳角差（Ｐ１２；Ｐ２２）、及び
前記目位置（２００ｓ）から前記下端部（１１３；１２３）までの輻輳角と、前記目位置（２００ｓ）から前記下端部（１１３；１２３）を通過する前記基準平面（３００）上の第３点（３０３）までの輻輳角との第３輻輳角差（Ｐ１３；Ｐ２３）、のそれぞれが４ミリラジアン以内になるような前記基準平面（３００）を有するように、形成される、
移動体。

【請求項8】

前記表示領域（１００）は、
前記視域（２００）の上端（２０１）から見ると、上端部（１１１）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記下端部（１１３）と前記中心部（１１２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される、及び／又は、
前記視域（２００）の下端（２０３）から見ると、下端部（１１３）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置され、前記上端部（１１１）と前記中心部（１１２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）から遠い位置に配置される、ように形成される、
請求項７に記載の移動体。

【請求項9】

前記表示領域（１００）は、
前記視域（２００）の上端（２０１）から見ると、上端部（１２１）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に遠い位置に配置され、前記下端部（１２３）と前記中心部（１２２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置される、及び／又は、
前記視域（２００）の下端（２０３）から見ると、下端部（１２３）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）より遠い位置に配置され、前記上端部（１２１）と前記中心部（１２２）が前記基準平面（３００）よりも前記視域（２００）に近い位置に配置される、ように形成される、
請求項７に記載の移動体。

【請求項10】

前記所定の目位置（２００ｓ）は、前記視域（２００）の中心（２０２）と下端（２０３）との間に配置され、
前記表示領域（１００）は、
前記所定の目位置（２００ｓ）からの前記第１輻輳角差（Ｐ１１）、前記第２輻輳角差（Ｐ１２）、及び前記第３輻輳角差（Ｐ１３）、が等しくなるように、形成される、
請求項７に記載の移動体。

【請求項11】

前記表示領域（１００）は、前記車両の進行方向に対して非平行となる前記基準平面（３００）を有するように、前記上端部（１１１；１２１）、前記中心部（１１２；１２２）、及び前記下端部（１１３；１２３）が配置されるように形成される、
請求項１０に記載の移動体。

【請求項12】

前記表示領域（１００）は、前記視域（２００）から見て、上側が下側より遠方に配置されるように、傾いて配置される前記基準平面（３００）を有するように、前記上端部（１１１；１２１）、前記中心部（１１２；１２２）、及び前記下端部（１１３；１２３）が配置されるように形成される、
請求項７に記載の移動体。

【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、及び移動体に関する。

【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画像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、車両を運転する観察者の視線移動を極力抑えつつ、観察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】

フロントウインドシールド（被投影部材）は、曲面であるため、この曲面に投影された画像には、歪みが生じる。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、光学的パワーを有するリレー光学系を有しており、これらリレー光学系と、被投影部材と、により、画像を拡大した虚像を観察者に視認させている。すなわち、リレー光学系と被投影部材とで、虚像光学系を形成しているとも言える。観察者の目位置が異なると、その目位置に到達する画像光の光路が異なる、すなわち、虚像光学系により画像光に付加される光学的パワーも異なる。したがって、観察者の目位置の変化に応じても、画像の歪みが生じる。

【0004】

特許文献１には、虚像光学系で生じてしまう歪みと逆となる歪みを付加した画像を事前に生成する（事前歪み処理を実行する）ことで、虚像として視認される際には、歪みの少ない画像を知覚させるヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－８７６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

虚像光学系で生じてしまう歪みは、観察者から見た左右方向の歪みと、上下方向の歪みだけではなく、奥行方向の歪みも生じ得る。例えば、虚像全体を１つの平面上に表示させたい場合でも、この奥行方向の歪みが大きい場合、観察者が知覚する虚像は、平面上にあるように知覚されず、違和感を与えることが想定される。

【0007】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、奥行き方向の歪みを認識しにくい画像の虚像を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。具体的には、視域内で目位置が異なる場合でも、奥行き方向の歪みを認識しにくい画像の虚像を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態様では、画像光を射出する表示面を有する表示器と、表示器２１からの画像光を、被投影部を介して車両内の視域に向け、視域内から見た表示領域内で画像の虚像を視認させるリレー光学系と、を備え、表示領域は、上端部と、下端部と、上端部と下端部との間の中心部と、を含み、視域内の所定の目位置から見た上端部及び下端部は、所定の基準平面よりも視域に近い位置に配置され、所定の目位置から見た中心部は、基準平面よりも視域から遠い位置に配置される第１曲面形状、又は所定の目位置から見た上端部及び下端部は、所定の基準平面よりも視域から遠い位置に配置され、所定の目位置から見た中心部は、基準平面よりも視域に近い位置に配置される第２曲面形状であり、目位置から上端部までの輻輳角と、目位置から上端部を通過する基準平面上の第１点までの輻輳角との第１輻輳角差、目位置から中心部までの輻輳角と、目位置から中心部を通過する基準平面上の第２点までの輻輳角との第２輻輳角差、及び目位置から下端部までの輻輳角と、目位置から下端部を通過する基準平面上の第３点までの輻輳角との第３輻輳角差、のそれぞれが４ミリラジアン以内になるように、形成される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第1実施形態の移動体用の表示システムが設けられた車両を示す説明図である。

【図2】図２は、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３は、図１の表示制御装置を示すブロック図である。

【図4A】図４Ａは、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域の上端部に向けた輻輳角と、この上端部と重なる基準平面上の第１点に向けた輻輳角と、を示す。

【図4B】図４Ｂは、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域のミドル領域に向けた輻輳角と、このミドル領域と重なる基準平面上の第２点に向けた輻輳角と、を示す。

【図4C】図４Ｃは、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域の下端部に向けた輻輳角と、この下端部と重なる基準平面上の第３点に向けた輻輳角と、を示す。

【図5A】図５Ａは、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の視域下部から見た際の表示領域の配置を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の視域上部から見た際の表示領域の配置を示す図である。

【図6】図６は、第1実施形態の移動体用の表示システムにおける、表示領域の配置を示す図である。

【図7】図７は、第２実施形態の移動体用の表示システムが設けられた車両を示す説明図である。

【図8】図８は、図７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9A】図９Ａは、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域の上端部に向けた輻輳角と、この上端部と重なる基準平面上の第１点に向けた輻輳角と、を示す。

【図9B】図９Ｂは、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域のミドル領域に向けた輻輳角と、このミドル領域と重なる基準平面上の第２点に向けた輻輳角と、を示す。

【図9C】図９Ｃは、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の所定の位置にある両目から表示領域の下端部に向けた輻輳角と、この下端部と重なる基準平面上の第３点に向けた輻輳角と、を示す。

【図10A】図１０Ａは、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の視域下部から見た際の表示領域の配置を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、視域の視域上部から見た際の表示領域の配置を示す図である。

【図11】図１１は、第２実施形態の移動体用の表示システムにおける、表示領域の配置を示す図である。

【図12A】図１２Ａは、第１実施形態のリレー光学系と表示面との配置を示す図である。

【図12B】図１２Ｂは、図１２Ａのヘッドアップディスプレイ装置で形成される表示領域の形状・配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１ないし図６、図１２Ａ、及び図１２Ｂでは、第１実施形態の移動体用の表示システム、及びヘッドアップディスプレイ装置の構成の説明を提供する。また、図７ないし図１１では、第２実施形態の移動体用の表示システム、及びヘッドアップディスプレイ装置の構成の説明を提供する。
なお、本発明は以下の実施形態（図面の内容も含む）によって限定されるものではない。下記の実施形態に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。また、以下の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略する。

【0011】

図１を参照する。移動体用の表示システム１０は、ＨＵＤ（Ｈｅａｄ－ＵＰ ＤｉｓＰｌａｙ）装置２０と、ＨＵＤ装置２０を制御する表示制御装置３０と、被投影部材２と、で構成される。図１では、本実施形態に係る移動体用表示システムが、自動車に採用された場合が示されているが、自動車に限らず、移動体における表示装置に採用することが可能である。なお、本実施形態の説明では、車両１の運転席に着座する観察者（典型的には、車両１の運転者。）が車両１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。

【0012】

ＨＵＤ装置２０は、画像光４０をフロントウインドシールド（被投影部材２の一例である。）に向けて出射し、被投影部材２は、ＨＵＤ装置２０が表示する画像Ｍの画像光４０を視域２００へ反射する。観察者は、視域２００内に目位置４を配置することで、被投影部材２を介して視認される現実空間である前景に重なる位置に、ＨＵＤ装置２０が表示する画像Ｍの虚像を視認することができる。

【0013】

本実施形態の説明で用いる「視域」とは、（１）領域内では表示領域１００内の画像Ｍの虚像の全てが視認でき、領域外では画像Ｍの虚像の少なくとも一部が視認されない領域、（２）領域内では画像Ｍの虚像の全てが所定の輝度以上で視認でき、領域外では画像Ｍの虚像の一部が前記所定の輝度未満である領域、又は（３）ＨＵＤ装置２０が立体視可能な虚像を表示可能である場合、領域内では虚像の少なくとも一部が立体視でき、領域外では虚像の一部分も立体視されない領域である。すなわち、観察者の目位置４を視域２００外に配置すると、観察者は、画像Ｍの虚像の一部が視認できない、画像Ｍの虚像の一部の視認性が非常に低く知覚しづらい、又は画像Ｍの虚像が立体視できない。前記所定の輝度とは、例えば、視域の中心で視認される画像Ｍの虚像の輝度に対して１／５０程度である。

【0014】

図２は、本実施形態のＨＵＤ装置２０の構成を示す図である。ＨＵＤ装置２０は、画像を表示する表示面を有する表示器２１と、リレー光学系２５と、を含む。

【0015】

図２の表示器２１は、プロジェクタ２２（画像生成部の一例）と、プロジェクタ２２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（表示面２３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、表示器２１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（画像生成部の一例）であってもよく、自発光型ディスプレイ（画像生成部の一例）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２３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（表示面２３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２５及び被投影部材２を介して前記視域（前記視域の中央）へ向かう画像光４０の光軸４０ｐに対し垂直になる角度から傾いて配置され、これにより、表示領域１００を路面３１０に沿うように配置することもできる。

【0016】

また、表示器２１は、表示制御装置３０により制御されるモータなどを含む不図示のアクチュエータが取り付けられ、表示面２３を移動、及び／又は回転可能であってもよい。

【0017】

リレー光学系２５は、表示器２１と被投影部材２との間の表示器２１からの画像の光（表示器２１から前記視域へ向かう光。）の光路上に配置され、表示器２１からの画像の光をＨＵＤ装置２０の外側の被投影部材２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２５は、１つの凹状の第１ミラー２６と、１つの平面の第２ミラー２７と、を含む。なお、本実施形態では、リレー光学系２５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。

【0018】

リレー光学系２５は、視域２００を上下方向（Ｙ軸方向）に移動させる２つの回転軸（第１の回転軸ＡＸ１、第２の回転軸ＡＸ２）を有する。第１の回転軸ＡＸ１、第２の回転軸ＡＸ２それぞれは、ＨＵＤ装置２０が車両１に取り付けられた状態で、車両１の左右方向（Ｘ軸方向）と垂直とならない（換言すると、ＹＺ平面と平行にならない）ように設定される。具体的には、第１の回転軸ＡＸ１、第２の回転軸ＡＸ２は、車両１の左右方向（Ｘ軸方向）との間の角度が、４５［ｄｅｇｒｅｅ］未満に設定され、さらに好ましくは、２０［ｄｅｇｒｅｅ］未満に設定される。

【0019】

第１の回転軸ＡＸ１でのリレー光学系２５の回転によれば、表示領域１００の上下方向の移動量が比較的小さく、視域２００の上下方向の移動量が比較的大きい。また、第２の回転軸ＡＸ２でのリレー光学系２５の回転によれば、表示領域１００の上下方向の移動量が比較的大きく、視域２００の上下方向の移動量が比較的小さい。すなわち、第１の回転軸ＡＸ１と第２の回転軸ＡＸ２とを対比すると、第１の回転軸ＡＸ１の回転による『視域２００の上下方向の移動量／表示領域１００の上下方向の移動量』は、第２の回転軸ＡＸ２の回転による『視域２００の上下方向の移動量／表示領域１００の上下方向の移動量』より大きくなる。言い換えると、第１の回転軸ＡＸ１でのリレー光学系２５の回転による表示領域１００の上下方向の移動量と視域２００の上下方向の移動量との相対量が、第２の回転軸ＡＸ２でのリレー光学系２５の回転による表示領域１００の上下方向の移動量と視域２００の上下方向の移動量との相対量とが異なる。

【0020】

ＨＵＤ装置２０は、第１の回転軸ＡＸ１で第１ミラー２６を回転させる第１アクチュエータ２８と、第２の回転軸ＡＸ２で第１ミラー２６を回転させる第２アクチュエータ２９と、を含む。言い換えると、ＨＵＤ装置２０は、１つのリレー光学系２５を２つの軸（第１の回転軸ＡＸ１、第２の回転軸ＡＸ２）で回転させる。なお、第１アクチュエータ２８と第２アクチュエータ２９は、統合された１つの２軸アクチュエータで構成されてもよい。

【0021】

また、他の実施形態におけるＨＵＤ装置２０は、２つのリレー光学系２５を２つの軸（第１の回転軸ＡＸ１、第２の回転軸ＡＸ２）で回転させる。例えば、ＨＵＤ装置２０は、第１の回転軸ＡＸ１で第１ミラー２６を回転させる第１アクチュエータ２８と、第２の回転軸ＡＸ２で第２ミラー２７を回転させる第２アクチュエータ２９と、を含んでいてもよい。

【0022】

なお、第１の回転軸ＡＸ１の回転により、視域２００の上下方向の移動量が比較的大きくなり、第２の回転軸ＡＸ２の回転により、表示領域１００の上下方向の移動量が比較的大きくなるのであれば、第１の回転軸ＡＸ１と第２の回転軸ＡＸ２との配置は、これらに限定されない。また、アクチュエータによる駆動は、回転に加えて又は代えて、移動を含んでいてもよい。

【0023】

また、他の実施形態におけるＨＵＤ装置２０は、リレー光学系２５を駆動しなくてもよい。換言すると、ＨＵＤ装置２０は、リレー光学系２５を回転、及び／又は回転させるアクチュエータを有していなくてもよい。この実施形態のＨＵＤ装置２０は、車両１の使用が想定される運転者の目高さのレンジをカバーする広い視域２００を備え得る。

【0024】

図３は、移動体用の表示システム１０のブロック図である。表示制御装置３０は、１つ又は複数のＩ／Ｏインタフェース３１、１つ又は複数のプロセッサ３３、１つ又は複数の画像処理回路３５、及び１つ又は複数のメモリ３７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。

【0025】

図示するように、プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、メモリ３７と動作可能に連結される。より具体的には、プロセッサ３３及び画像処理回路３５は、メモリ３７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、移動体用の表示システム１０の操作を行うことができる。プロセッサ３３及び／又は画像処理回路３５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３７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ＮＶＲＡＭを含んでもよい。

【0026】

図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と動作可能に連結されている。Ｉ／Ｏインタフェース３１は、例えば、車両に設けられた車両ＥＣＵ４０１、及び／又は他の電子機器（後述する符号４０３～４１７）と、ＣＡＮ（Controller Area Network）の規格に応じて通信（ＣＡＮ通信とも称する）を行う。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１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、もしくは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３１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。

【0027】

図示するように、プロセッサ３３は、Ｉ／Ｏインタフェース３１と相互動作可能に連結されることで、移動体用の表示システム１０（Ｉ／Ｏインタフェース３１）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３１には、例えば、車両ＥＣＵ４０１、道路情報データベース４０３、自車位置検出部４０５、車外センサ４０７、操作検出部４０９、目位置検出部４１１、視線方向検出部４１３、携帯情報端末４１５、及び外部通信機器４１７などが動作可能に連結される。なお、Ｉ／Ｏインタフェース３１は、移動体用の表示システム１０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。

【0028】

表示器２１は、プロセッサ３３及び画像処理回路３５に動作可能に連結される。したがって、画像表示部２０によって表示される画像は、プロセッサ３３及び／又は画像処理回路３５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３３及び画像処理回路３５は、Ｉ／Ｏインタフェース３１から取得される情報に基づき、画像表示部２０が表示する画像を制御する。

【0029】

ＨＵＤ装置２０が生成する表示領域１００は、曲面、又は一部曲面の領域であり、結像面とも呼ばれる。表示領域１００は、ＨＵＤ装置２０の表示器２１の表示面２３（図１参照。）の虚像が結像される位置であり、すなわち、表示領域１００は、ＨＵＤ装置２０の後述する表示面に対応し（言い換えると、表示領域１００は、後述する表示器２１の表示面と、共役関係となる。）、表示領域１００で視認される虚像は、ＨＵＤ装置２０の後述する表示面２３に表示される画像Ｍに対応している、と言える。表示領域１００自体は、実際に観察者に視認されない、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。以下では、ＨＵＤ装置２０が生成する表示領域１００の実施形態を説明する。

【0030】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）は、視域２００から見た際に配置される第１表示領域１１０が、図１に示すように、車両１の前後方向と上下方向と平行な平面（ＹＺ平面）での第１表示領域１１０の断面形状において、視域２００側がへこんだ形状になるように、光学的に設計される。すなわち、第１表示領域１１０の上端部１１１と下端部１１３とを結ぶ線分を基準に、上端部１１１と下端部１１３との間のミドル領域（観察者が第１表示領域１１０を見た際の上端部１１１と下端部１１３との中心にあたる中心部１１２も含む。）が、視域２００から離れて配置される。

【0031】

図１では、車両１の前方に、車両１の左右方向（Ｘ軸）、及び上下方向（Ｙ軸）で湾曲しない（曲率を有さない）基準平面３００が仮想的に設定され、第１実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）は、上端部１１１と下端部１１３とがこの基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、中心部１１２が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される。

【0032】

図４Ａないし図４Ｃを参照する。図４Ａないし図４Ｃは、ＨＵＤ装置で生成される表示領域の各点に向いた輻輳角と、各点と重なる基準平面上の各点に向いた輻輳角と、を示す図である。図４Ａないし図４Ｃでは、θHUDは、視域２００の所定の位置にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から表示領域１００での各点（上端部１１１、中心部１１２、及び下端部１１３）に向けた輻輳角を示し、θｓｐは、両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）の中心と表示領域１００の各点（上端部１１１、中心部１１２、及び下端部１１３）とを結ぶ線が交わる基準平面３００上の各点（第１点３０１、第２点３０２、及び第３点３０３）に向けた輻輳角を示す。

【0033】

図４Ａは、視域２００の所定の位置にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第１表示領域１１０の上端部１１１に向けた輻輳角と、この上端部１１１と重なる基準平面３００上の第１点３０１に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第１表示領域１１０（上端部１１１）が、基準平面３００（第１点３０１）より視域２００の所定の位置に近く、すなわち、第１表示領域１１０の上端部１１１に向けた輻輳角θHUD１１は、基準平面３００上の第１点３０１に向けた輻輳角θｓｐ１１より大きい。

【0034】

図４Ｂは、視域２００の所定の位置にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第１表示領域１１０の中心部１１２に向けた輻輳角と、この上端部１１１と重なる基準平面３００上の第２点３０２に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第１表示領域１１０（中心部１１２）が、基準平面３００（第２点３０２）より視域２００の所定の位置から遠く、すなわち、第１表示領域１１０の中心部１１２に向けた輻輳角θHUD１２は、基準平面３００上の第２点３０２に向けた輻輳角θｓｐ１２より小さい。

【0035】

図４Ｃは、視域２００の所定の位置にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第１表示領域１１０の下端部１１３に向けた輻輳角と、この下端部１１３と重なる基準平面３００上の第３点３０３に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第１表示領域１１０（下端部１１３）が、基準平面３００（第３点３０３）より視域２００の所定の位置に近く、すなわち、第１表示領域１１０の下端部１１３に向けた輻輳角θHUD１３は、基準平面３００上の第３点３０３に向けた輻輳角θｓｐ１３より大きい。

【0036】

θＨＵＤとθｓｐとの差を輻輳角差Ｐ（図１のＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３）と称する。この輻輳角差を、所定値（閾値）θｔｈ以内とするのが好ましい。すなわち、虚像の結像点と、この結像点に対する仮想的な平面（基準平面）がずれたことに起因する輻輳角の変位量を、閾値θｔｈ以内とすることで、距離ずれ（焦点ずれとも称する）を観察者が知覚しづらくすることができる。本実施形態では、例えば、第１表示領域１１０の上端部１１１と基準平面３００との輻輳角差Ｐ１１（輻輳角θHUD１１と輻輳角θｓｐ１１との差）、第１表示領域１１０の中心部１１２と基準平面３００との輻輳角差Ｐ１２（輻輳角θHUD１２と輻輳角θｓｐ１２との差）、及び第１表示領域１１０の下端部１１３と基準平面３００との輻輳角差Ｐ１３（輻輳角θHUD１３と輻輳角θｓｐ１３との差）、を閾値θｔｈ以内とすることで、第１表示領域１１０の形状は、平面（基準平面３００）に近似され、すなわち、第１表示領域１１０内に表示された虚像は、平面上に表示されているように観察者に知覚されやすくなる。

【0037】

両目（瞳孔間距離を平均的な６５［ｍｍ］で仮定。）から見た２点間の輻輳角差［ｍｒａｄ］の算出結果を表１に示す。第１の距離は、２ないし１０［ｍ］までとし、第２の距離は、５ないし１０［ｍ］までとし、それぞれの交点部分の数値が、第１の距離と第２の距離との輻輳角差［ｍｒａｄ］を表す。例えば、第１の距離が６［ｍ］であり、第２の距離が７［ｍ］である場合、両目（瞳孔間距離を平均的な６５［ｍｍ］で仮定。）から見た２点間の輻輳角差は、３．７［ｍｒａｄ］となる。

【0038】

【表1】

【0039】

本出願人は、２点間の輻輳角差が、４［ｍｒａｄ］（０．２３［ｄｅｇｒｅｅ］）以内とすることで、奥行方向の２点間の距離差を知覚しにくく、さらに好ましくは２［ｍｒａｄ］（０．１１［ｄｅｇｒｅｅ］）とすることでよりさらに２点間の距離差を知覚しにくいことを認識した。表１では２点間の輻輳角差が４［ｍｒａｄ］となる箇所を太線で囲み塗りつぶしてある。例えば、第１の距離が６［ｍ］であれば、５~９［ｍ］（具体的には、４．４~９．５［ｍ］）までの範囲が、２点間の輻輳角差が４［ｍｒａｄ］の範囲となり、距離差を知覚しにくくなる。したがって、輻輳角差の閾値θｔｈは、４［ｍｒａｄ］、さらに好ましくは２［ｍｒａｄ］に設定され得る。

【0040】

なお、基準平面３００は、視域２００内の所定の視域基準位置２００ｓから見る際に配置される表示領域１００に対して、輻輳角差Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３が等しくなるように設定される。いくつかの実施形態では、視域基準位置２００ｓは、視域２００の上下方向（Ｙ軸方向）において、視域中心２０５と視域下端２０３との間の所定の位置に設定される。これについては、後述する。表示領域１００の形状、及び配置は、観察者の目位置４により変化する。

【0041】

図５Ａは、視域２００の視域下端２０２から見る際に配置される第１表示領域１１０ａを示す図である。比較例として、視域基準位置２００ｓから見る際に配置される第１表示領域１１０ｓを点線で示す。視域下端２０３から見る際に配置される第１表示領域１１０ａは、上端部１１１ａ、及び中心部１１２ａが、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、下端部１１３が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。表示領域１００ｓと第１表示領域１１０ａとを比較すると、上端部１１１ａの位置が大きく変化するが、基準平面３００を跨ぐため、上端部１１１の移動量に対する基準平面３００との距離差（輻輳角差Ｐ１１）の変化量（増加量）は抑制することができる。

【0042】

図５Ｂは、視域２００の視域上端２０１から見る際に配置される第１表示領域１１０ｂを示す図である。比較例として、視域基準位置２００ｓから見る際に配置される第１表示領域１１０ｓを点線で示す。視域上端２０１から見る際に配置される第１表示領域１１０ｂは、下端部１１３ｂ、及び中心部１１２ｂが、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、上端部１１１が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。表示領域１００ｓと第１表示領域１１０ｂとを比較すると、下端部１１３ｂの位置が大きく変化するが、基準平面３００を跨ぐため、下端部１１３ｂの移動量に対する基準平面３００との距離差（輻輳角差Ｐ１３）の変化量（増加量）は抑制することができる。

【0043】

車両１の被投影部材２をフロントウインドシールドとした場合、目位置の変化による表示領域１００の形状、及び配置の変化は、視域２００の下の領域（例えば、視域中心２０５より下側の領域）では比較的大きく。視域２００の上の領域（例えば、視域中心２０５より上側の領域）では比較的小さい。したがって、本実施形態のＨＵＤ装置２０は、視域２００の上下方向（Ｙ軸方向）において、視域中心２０５と視域下端２０３との間の所定の位置を、視域基準位置２００ｓと設定し、この視域基準位置２００ｓから見る際の表示領域１００の形状、及び配置を、表示領域１００の各点（上端部１１１、中心部１１２、下端部１１３）が所望の基準平面３００に近くなるように設定する。具体的には、表示領域１００は、視域基準位置２００ｓからの第１輻輳角差Ｐ１１、第２輻輳角差Ｐ１２、及び第３輻輳角差Ｐ１３、が概ね等しくなるように、形成される。これにより、視域２００内で目位置４が異なる場合でも、所望の基準平面３００とのずれを少なくすることができる。なお、上記実施形態では、視域下端２０３では、上端部１１１が基準平面３００を跨ぎ（図５Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１では、下端部１１３が基準平面３００を跨ぐ（図５Ｂ参照。）ように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されていたが、どちらか一方のみであってもよい。すなわち、例えば、視域下端２０３では、上端部１１１が基準平面３００を跨ぎ（図５Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１では、下端部１１３が基準平面３００を跨がなくてもよい。また、本実施形態では、視域下端２０３では、上端部１１１が基準平面３００を跨がず（図５Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１でも、下端部１１３が基準平面３００を跨がない場合もあり得る。

【0044】

また、いくつかの実施形態のＨＵＤ装置２０では、目位置４が視域下端２０３にある際の、第１表示領域１１０ａと基準平面３００との輻輳角差Ｐの最大値と、目位置４が視域上端２０１にある際の、第１表示領域１１０ｂと基準平面３００との輻輳角差Ｐの最大値と、が概ね等しくなるように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されてもよい。具体的に、例えば、ＨＵＤ装置２０は、目位置４が視域下端２０３にある際の、第１表示領域１１０ａの上端部１１１ａと基準平面３００との輻輳角差Ｐ１１と、目位置４が視域上端２０１にある際の、第１表示領域１１０ｂの下端部１１３ｂと基準平面３００との輻輳角差Ｐ１３と、が概ね等しくなるように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されてもよい。これにより、視域２００内で目位置４が異なる場合でも、所望の基準平面３００とのずれを少なくすることができる。

【0045】

なお、上記実施形態の第１湾曲形状の第１表示領域１１０は、車両１の左右方向（Ｘ軸）で視域２００に向けて凹となっていたが、これに加えて、車両１の上下方向（Ｙ軸）でも視域２００に向けて凹となってもよい。当実施形態における移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）は、視域２００から見た際に配置される第１表示領域１１０が、図６に示すように、車両１の前後方向と左右方向と平行な平面（ＺＸ平面）での第１表示領域１１０の断面形状において、視域２００側がへこんだ形状になるように、光学的に設計される。すなわち、第１表示領域１１０の左端部１１６と右端部１１７とを結ぶ線分を基準に、左端部１１６と右端部１１７との間のミドル領域（観察者が第１表示領域１１０を見た際の左端部１１６と右端部１１７との中心にあたる中心部１１２も含む。）が、視域２００から離れて配置される。

【0046】

図６に示すように、第１実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置２０）では、視域２００の左右方向の中心に両目の中心を置いた際に配置される第１表示領域１１０は、左端部１１６と右端部１１７とがこの基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、中心部１１２が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される。視域２００の左右方向の中心から右側に両目の中心を置いた際に配置される第１表示領域１１０は、左端部１１６、及び中心部１１２が、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、右端部１１７が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。逆に、視域２００の左右方向の中心から左側に両目の中心を置いた際に配置される第１表示領域１１０は、右端部１１７、及び中心部１１２が、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、左端部１１６が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。すなわち、視域右部（不図示）では、左端部１１６が基準平面３００を跨ぎ、かつ、視域左部（不図示）では、右端部１１７が基準平面３００を跨ぐように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されていたが、どちらか一方のみであってもよい。すなわち、例えば、視域右部（不図示）では、左端部１１６が基準平面３００を跨ぎ、かつ、視域左部（不図示）では、右端部１１７が基準平面３００を跨がなくてもよい。また、本実施形態では、視域右部では、左端部１１６が基準平面３００を跨がず、かつ、視域左部でも、右端部１１７が基準平面３００を跨がない場合もあり得る。

【0047】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置５０）は、視域２００から見た際に配置される第２表示領域１２０が、図７に示すように、車両１の前後方向と上下方向と平行な平面（ＹＺ平面）での第２表示領域１２０の断面形状において、視域２００側が凸の形状になるように、光学的に設計される。すなわち、第２表示領域１２０の上端部１２１と下端部１２３とを結ぶ線分を基準に、上端部１２１と下端部１２３との間のミドル領域（観察者が第２表示領域１２０を見た際の上端部１２１と下端部１２３との中心にあたる中心部１２２も含む。）が、視域２００の近くに配置される。

【0048】

ＨＵＤ装置５０は、図８に示すように、リレー光学系５５で上下方向の画像光４０をクロスさせている点で、第１実施形態のＨＵＤ装置２０とは異なる。これにより、第２実施形態のＨＵＤ装置５０が生成する第２表示領域１２０は、第１実施形態のＨＵＤ装置２０が生成する第１表示領域１１０とは逆向きの凸とすることができる。

【0049】

図７では、車両１の前方に、車両１の左右方向（Ｘ軸）、及び上下方向（Ｙ軸）で湾曲しない（曲率を有さない）基準平面３００が仮想的に設定され、第２実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置５０）は、上端部１２１と下端部１２３とがこの基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、中心部１２２が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。

【0050】

図９Ａないし図９Ｃを参照する。図９Ａないし図９Ｃは、第２実施形態のＨＵＤ装置で生成される表示領域の各点に向いた輻輳角と、各点と重なる基準平面上の各点に向いた輻輳角と、を示す図である。

【0051】

図９Ａは、視域２００の所定の位置（視域基準位置２００ｓ）にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第２表示領域１２０の上端部１２１に向けた輻輳角と、この上端部１２１と重なる基準平面３００上の第１点３０１に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第２表示領域１２０（上端部１２１）が、基準平面３００（第１点３０１）より視域２００の所定の位置から遠い、すなわち、第２表示領域１２０の上端部１２１に向けた輻輳角θHUD２１は、基準平面３００上の第１点３０１に向けた輻輳角θｓｐ２１より小さい。

【0052】

図９Ｂは、視域２００の所定の位置（視域基準位置２００ｓ）にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第２表示領域１２０の中心部１２２に向けた輻輳角と、この上端部１２１と重なる基準平面３００上の第２点３０２に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第２表示領域１２０（中心部１２２）が、基準平面３００（第２点３０２）より視域２００の所定の位置に近い、すなわち、第２表示領域１２０の中心部１２２に向けた輻輳角θHUD２２は、基準平面３００上の第２点３０２に向けた輻輳角θｓｐ２２より大きい。

【0053】

図９Ｃは、視域２００の所定の位置（視域基準位置２００ｓ）にある両目（右眼４Ｒ、左眼４Ｌ）から第２表示領域１２０の下端部１２３に向けた輻輳角と、この下端部１２３と重なる基準平面３００上の第３点３０３に向けた輻輳角と、を示す。ここでは、第２表示領域１２０（下端部１２３）が、基準平面３００（第３点３０３）より視域２００の所定の位置から遠い、すなわち、第２表示領域１２０の下端部１２３に向けた輻輳角θHUD２３は、基準平面３００上の第３点３０３に向けた輻輳角θｓｐ２３より小さい。

【0054】

θＨＵＤとθｓｐとの差を輻輳角差Ｐ（図７のＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）と称する。本実施形態では、例えば、第２表示領域１２０の上端部１２１と基準平面３００との輻輳角差Ｐ２１（輻輳角θHUD２１と輻輳角θｓｐ２１との差）、第２表示領域１２０の中心部１２２と基準平面３００との輻輳角差Ｐ２２（輻輳角θHUD２２と輻輳角θｓｐ２２との差）、及び第２表示領域１２０の下端部１２３と基準平面３００との輻輳角差Ｐ２３（輻輳角θHUD２３と輻輳角θｓｐ２３との差）、を閾値θｔｈ以内とすることで、第２表示領域１２０の形状は、平面（基準平面３００）に近似され、すなわち、第２表示領域１２０内に表示された虚像は、平面上に表示されているように観察者に知覚されやすくなる。

【0055】

なお、基準平面３００は、視域２００内の所定の視域基準位置２００ｓから見る際に配置される表示領域１００に対して、輻輳角差Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３が等しくなるように設定される。

【0056】

図１０Ａは、視域２００の視域下端２０３から見る際に配置される第２表示領域１２０ａを示す図である。比較例として、視域基準位置２００ｓから見る際に配置される第２表示領域１２０ｓを点線で示す。視域下端２０３から見る際に配置される第２表示領域１２０ａは、上端部１２１ａ、中心部１２２ａ、及び下端部１２３ａが、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される。表示領域１００ｓと第２表示領域１２０ａとを比較すると、中心部１２２ａが基準平面３００を跨ぐため、中心部１２２の移動量に対する基準平面３００との距離差（輻輳角差Ｐ２２）の変化量（増加量）は抑制することができる。

【0057】

図１０Ｂは、視域２００の視域上端２０１から見る際に配置される第２表示領域１２０ｂを示す図である。比較例として、視域基準位置２００ｓから見る際に配置される第２表示領域１２０ｓを点線で示す。視域上端２０１から見る際に配置される第２表示領域１２０ｂは、下端部１２３ｂ、及び中心部１２２ｂが、基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、上端部１２１が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される。表示領域１００ｓと第２表示領域１２０ｂとを比較すると、下端部１２３ｂの位置が大きく変化するが、基準平面３００を跨ぐため、下端部１２３の移動量に対する基準平面３００との距離差（輻輳角差Ｐ２３）の変化量（増加量）は抑制することができる。

【0058】

第２実施形態のＨＵＤ装置５０でも同様に、車両１の被投影部材２をフロントウインドシールドとした場合、目位置の変化による表示領域１００の形状、及び配置の変化は、視域２００の下の領域（例えば、視域中心２０５より下側の領域）では比較的大きく。視域２００の上の領域（例えば、視域中心２０５より上側の領域）では比較的小さい。したがって、本実施形態のＨＵＤ装置５０は、視域２００の上下方向（Ｙ軸方向）において、視域中心２０５と視域下端２０３との間の所定の位置を、視域基準位置２００ｓと設定し、この視域基準位置２００ｓから見る際の表示領域１００の形状、及び配置を、表示領域１００の各点（上端部１２１、中心部１２２、下端部１２３）が所望の基準平面３００に近くなるように設定する。これにより、視域２００内で目位置４が異なる場合でも、所望の基準平面３００とのずれを少なくすることができる。なお、上記実施形態では、視域下端２０３では、中心部１２２が基準平面３００を跨ぎ（図１０Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１では、下端部１２３が基準平面３００を跨ぐ（図１０Ｂ参照。）ように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されていたが、どちらか一方のみであってもよい。すなわち、例えば、視域下端２０３では、上端部１２１が基準平面３００を跨ぎ（図１０Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１では、下端部１２３が基準平面３００を跨がなくてもよい。また、本実施形態では、視域下端２０３では、上端部１２１が基準平面３００を跨がず（図１０Ａ参照。）、かつ、視域上端２０１でも、下端部１２３が基準平面３００を跨がない場合もあり得る。

【0059】

また、いくつかの実施形態のＨＵＤ装置５０では、目位置４が視域下端２０３にある際の、第２表示領域１２０ａと基準平面３００との輻輳角差Ｐの最大値と、目位置４が視域上端２０１にある際の、第２表示領域１２０ｂと基準平面３００との輻輳角差Ｐの最大値と、が概ね等しくなるように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されてもよい。具体的に、例えば、ＨＵＤ装置５０は、目位置４が視域下端２０３にある際の、第２表示領域１２０ａの上端部１２１と基準平面３００との輻輳角差Ｐ２１と、目位置４が視域上端２０１にある際の、第２表示領域１２０ｂの下端部１２３ｂと基準平面３００との輻輳角差Ｐ２３と、が概ね等しくなるように、表示領域１００の形状、配置、及び視域２００の範囲が設定されてもよい。これにより、視域２００内で目位置４が異なる場合でも、所望の基準平面３００とのずれを少なくすることができる。

【0060】

なお、上記実施形態の第１湾曲形状の第２表示領域１２０は、車両１の左右方向（Ｘ軸）で視域２００に向けて凸となっていたが、これに加えて、車両１の上下方向（Ｙ軸）でも視域２００に向けて凸となってもよい。当実施形態における移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置５０）は、視域２００から見た際に配置される第２表示領域１２０が、図１１に示すように、車両１の前後方向と左右方向と平行な平面（ＺＸ平面）での第２表示領域１２０の断面形状において、視域２００側へ突出した形状になるように、光学的に設計される。すなわち、第２表示領域１２０の左端部１２６と右端部１２７とを結ぶ線分を基準に、左端部１２６と右端部１２７との間のミドル領域（観察者が第２表示領域１２０を見た際の左端部１２６と右端部１２７との中心にあたる中心部１２２も含む。）が、基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。

【0061】

図１１に示すように、第２実施形態に係る移動体用の表示システム１０（ＨＵＤ装置５０）では、視域２００の左右方向の中心に両目の中心を置いた際に配置される第２表示領域１２０は、左端部１２６と右端部１２７とがこの基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、中心部１２２が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される。視域２００の左右方向の中心から右側に両目の中心を置いた際に配置される第２表示領域１２０は、左端部１２６、及び中心部１２２が、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、右端部１２７が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。逆に、視域２００の左右方向の中心から左側に両目の中心を置いた際に配置される第２表示領域１２０は、右端部１２７、及び中心部１２２が、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、左端部１２６が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される。

【0062】

次に、虚像光学系９０（凹面鏡２６）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、及び光学部材（例えば、凹面鏡２６）と表示面２３との配置を調整することで、表示領域１００の形状、及び配置を設定する例を説明する。

【0063】

図１２Ａは、第１実施形態のリレー光学系２５と表示面２３との配置を示す図である。なお、図１２Ａでは、比較例との違いをわかりやすくするため、リレー光学系２５の各領域２５１，２５２，２５３の焦点を符号２５１ｆ，２５２ｆ，２５３ｆで表記するが、リレー光学系２５、又は表示面２３との距離関係を正確に示したものではない。本実施形態の表示面２３は、表示面２３から視域２００へ向かう画像光４０の光軸４０ｐとの垂直面２３ａから角度αだけ傾いて配置される。具体的には、表示面２３は、垂直面２３ａと比べて、観察者から見て第１表示領域１１０の上端部１１１（図１２Ｂ参照）に対応する表示面２３の領域２３１が、リレー光学系２５から離れ、中心部１１２（図１２Ｂ参照）に対応する表示面２３の領域２３２が、リレー光学系２５に近づくように配置される。本実施形態のリレー光学系２５は、領域毎に曲率半径が異なる。具体的には、運転者から見て第１表示領域１１０の上端部１１１に虚像を表示する第１画像光４１が通るリレー光学系２５の第１領域（第１光路）２５１の第１光学的パワーを、運転者から見て第１表示領域１１０の上端部１１１より下側に視認される中心部１１２に虚像を表示する第２画像光４２が通るリレー光学系２５の第２領域（第２光路）２５２の第２光学的パワーより小さくする。すなわち、リレー光学系２５の主たる光学的パワーが凹面鏡である第１ミラー２６に起因する場合、第１画像光４１を反射する第１領域２５１の第１曲率半径（第１光学的パワーの一例。）を、第２画像光４２を反射する第２領域２５２の第２曲率半径（第２光学的パワーの一例。）より大きくする。第１画像光４１を反射する第１領域２５１の第１曲率半径が大きくなると、第１領域２５１の焦点２５１ｆの焦点距離（曲率半径の１／２）が長くなる。

【0064】

ここで、物体と凹面ミラーの距離ａ（＞０）、虚像と凹面ミラーの距離ｂ（＞０），そして、凹面ミラーの焦点距離ｆ（＞ａ）の間には、以下の関係式が成り立つ。この関係式によれば、凹面ミラーの曲率半径が大きく（ミラーの曲率が小さく）なれば、凹面ミラーの焦点距離が長くなり、焦点距離が長いほど、虚像の距離ｂが短くなる。
１／ａ－１／ｂ＝１／ｆ

【0065】

上述したように、表示面２３が、表示面２３から視域２００へ向かう画像光の光軸４０ｐとから傾いて配置されることで、第１表示領域１１０が、路面３１０に沿うように（近傍から遠方に向けて徐々に結像距離が長くなるように）、配置することもできる。表示面２３から第１ミラー２６の曲率半径が大きい第１領域２５１に投射した第１画像光４１は、焦点距離（第１領域２５１から焦点２５１ｆまでの距離）が長いため、被投影部材２に反射された際に、（曲率半径を大きくしない場合と比較して）被投影部材２からの結像距離が短くなる。

【0066】

本実施形態のリレー光学系２５は、通過する画像光で表示される虚像が上方側である程、光学的パワーを徐々に小さくする（曲率半径を徐々に大きくする）ことで、第１表示領域１１０の上端部１１１が路面３１０に沿う傾きから起き上がるように湾曲させることができる。上端部１１１が路面３１０に沿う傾きから起き上がるように湾曲させるとは、図１２Ｂ示すように、上端部１１１における第１表示領域１１０の接線と路面３１０との間のチルト角θ（第１チルト角θ１）が、上端部１１１より運転者に近い中心部１１２における第１表示領域１１０の接線と路面３１０との間のチルト角θ（第２チルト角θ２）より大きく、かつチルト角θが、中心部１１２（近傍側）から上端部１１１（遠方側）に向かうに連れて連続的に増加する（単調増加する）。

【0067】

すなわち、ＨＵＤ装置２０（ＨＵＤ装置５０も同様。）は、虚像光学系９０における全領域又は一部の領域の光学的特性を調整すること、光学部材（例えば、凹面鏡２６；５６）と表示面２３との配置を調整すること、表示面２３の形状を調整すること、又はこれらの組み合わせにより、表示領域１００（１１０，１２０）の形状、及び配置を設定することができる。

【0068】

以上に説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２０；５０は、画像光を射出する表示面２３を有する表示器２１と、表示器２１からの画像光４０を、被投影部材２を介して車両１内の視域２００に向け、視域２００内から見た表示領域１００内で表示面２３に表示された画像の虚像を視認させるリレー光学系２５と、を備え、表示領域１００は、上端部１１１；１２１と、下端部１１３：１２３と、上端部１１１と下端部１１３との間の中心部１１２；１２２と、を含み、１）視域２００内の所定の目位置２００ｓから見た上端部１１１及び下端部１１３は、所定の基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、所定の目位置２００ｓから見た中心部１１２は、基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される第１曲面形状１１０、又は２）所定の目位置２００ｓから見た上端部１２１及び下端部１２３は、所定の基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置され、所定の目位置２００ｓから見た中心部１２２は、基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される第２曲面形状１２０であり、目位置２００ｓから上端部１１１；１２１までの輻輳角と、目位置２００ｓから上端部１１１；１２１を通過する基準平面３００上の第１点３０１までの輻輳角との第１輻輳角差Ｐ１１：Ｐ２１、目位置２００ｓから中心部１１２；１２２までの輻輳角と、目位置２００ｓから中心部１１２；１２２を通過する基準平面３００上の第２点３０２までの輻輳角との第２輻輳角差Ｐ１２；Ｐ２２、及び目位置２００ｓから下端部１１３；１２３までの輻輳角と、目位置２００ｓから下端部１１３；１２３を通過する基準平面３００上の第３点３０３までの輻輳角との第３輻輳角差Ｐ１３；Ｐ２３、のそれぞれが４ミリラジアン以内になるように、形成される。虚像を表示する領域である表示領域を、所望の平面より上端及び下端を手前側、ミドル領域を奥側になるように、視域側が凹むような形状で配置し、上端、下端、及びミドル領域と所望の平面との輻輳角差を４ミリラジアン以内に設定することで、表示領域内に表示される虚像の奥行方向の歪みを認識しづらくすることができ、目位置が上下方向にずれた場合でも、所望の平面と表示領域との輻輳角差の局所的な増大を抑えることができる。また、虚像を表示する領域である表示領域を、所望の平面より上端及び下端を奥側、ミドル領域を手前側になるように、視域側が突出するような形状で配置し、上端、下端、及びミドル領域と所望の平面との輻輳角差を４ミリラジアン以内に設定することでも、表示領域内に表示される虚像の奥行方向の歪みを認識しづらくすることができ、目位置が上下方向にずれた場合でも、所望の平面と表示領域との輻輳角差の局所的な増大を抑えることができる。

【0069】

また、いくつかの実施形態では、表示領域１００は、視域２００の視域上端２０１から見ると、視域２００から見た上端部１１１が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、下端部１１３と中心部１１２が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される、及び／又は、視域２００の下端２０３から見ると、視域２００から見た下端部１１３が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置され、上端部１１１と中心部１１２が基準平面３００よりも視域２００から遠い位置に配置される、ように形成されてもよい。このように、視域の範囲（視域の上端又は下端）が、表示領域の上端又は下端が所望の平面を奥行方向に跨ぐ範囲に設定されることで、視域の範囲を広く確保しつつ、視域内で目位置が上下方向にずれた場合でも、所望の平面と表示領域との輻輳角差の局所的な増大を抑えることができる。

【0070】

また、いくつかの実施形態では、表示領域１００は、視域２００の視域上端２０１から見ると、上端部１２１が基準平面３００よりも視域２００に遠い位置に配置され、下端部１２３と中心部１２２が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される、及び／又は、視域２００の下端２０３から見ると、下端部１２３が基準平面３００よりも視域２００より遠い位置に配置され、上端部１２１と中心部１２２が基準平面３００よりも視域２００に近い位置に配置される、ように形成されてもよい。このように、視域の範囲（視域の上端又は下端）が、表示領域の上端又は下端が所望の平面を奥行方向に跨ぐ範囲に設定されることで、視域の範囲を広く確保しつつ、視域内で目位置が上下方向にずれた場合でも、所望の平面と表示領域との輻輳角差の局所的な増大を抑えることができる。

【0071】

また、いくつかの実施形態では、所定の目位置２００ｓは、視域中心２０５と下端２０３との間に配置され、表示領域１００は、所定の目位置２００ｓからの第１輻輳角差Ｐ１１、第２輻輳角差Ｐ１２、及び第３輻輳角差Ｐ１３、が概ね等しくなるように、形成されてもよい。表示領域１００の形状、配置の変化の大きさは、視域内で目位置が上方向へのズレと下方向へのズレとで異なる。言い換えると、視域内で目位置が上方向へのズレ量に対する表示領域１００の形状、配置の変化率が、視域内で目位置が下方向へのズレ量に対する表示領域１００の形状、配置の変化率が異なる。したがって、下方向へのズレ量に対する表示領域１００の形状、配置の変化率が大きい場合、第１輻輳角差Ｐ１１、第２輻輳角差Ｐ１２、及び第３輻輳角差Ｐ１３、が概ね等しくなる視域基準位置２００ｓを、視域中心２０５と下端２０３との間に配置することで、目位置４が視域２００の視域下端２０３になったとしても、所望の平面と表示領域との輻輳角差の局所的な増大を抑えることができる。なお、所定の目位置２００ｓは、視域中心２０５と視域上端２０１との間に配置されてもよい。

【0072】

また、いくつかの実施形態では、基準平面３００は、視域中心２０５からの円の接線であってもよい。これにより、視域の中心から見た凹又は凸形状の表示領域が、概ね正対して配置され、視域内で目位置が変化した場合であっても基準平面からの奥行き方向のズレ量を少なく抑えることができる。

【0073】

また、いくつかの実施形態では、基準平面３００は、視域中心２０５からの円の接線であり、かつ車両の進行方向に対して非平行となるように配置されてもよい。

【0074】

また、いくつかの実施形態では、基準平面３００は、視域２００から見て、上側が下側より遠方に配置されるように、傾いて配置されてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ ：車両
２ ：被投影部材
４ ：目位置
４Ｌ ：左眼
４Ｒ ：右眼
１０ ：表示システム
２０ ：ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
２１ ：表示器
２２ ：プロジェクタ
２３ ：表示面
２３ａ ：垂直面
２５ ：リレー光学系
２６ ：第１ミラー
２７ ：第２ミラー
４０ｐ ：光軸
４１ ：第１画像光
４２ ：第２画像光
５０ ：ＨＵＤ装置
５５ ：リレー光学系
９０ ：虚像光学系
１００ ：表示領域
１００ｓ ：表示領域
１１０ ：第１表示領域（第１曲面形状）
１１１ ：上端部
１１２ ：中心部
１１３ ：下端部
１１６ ：左端部
１１７ ：右端部
１２０ ：第２表示領域（第２曲面形状）
１２１ ：上端部
１２２ ：中心部
１２３ ：下端部
１２６ ：左端部
１２７ ：右端部
２００ ：視域
２００ｓ ：視域基準位置（所定の目位置）
２０１ ：視域上端
２０３ ：視域下端
２０５ ：視域中心
３１０ ：路面
Ｍ ：画像
Ｐ ：輻輳角差
Ｐ１１ ：第１輻輳角差
Ｐ１２ ：第２輻輳角差
Ｐ１３ ：第３輻輳角差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】