JP2001154144A - 頭部装着型表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】撮像装置の被写体の撮像画角と頭部装着型表示
装置による撮影画像の表示画角とが相違する場合でも、
その被写体が頭部装着型表示装置の装着者により誤認さ
れるのを防止でき、頭部装着型表示装置を有効活用して
視認性を向上できる頭部装着型表示システムを提供す
る。 【解決手段】撮像装置２による撮影画像を頭部装着型表
示装置４により表示する。その撮像装置２による被写体
の撮像画角と、その頭部装着型表示装置４による撮影画
像の表示画角との画角差に応じたシンボル画像に対応す
る画像信号を、その頭部装着型表示装置４に出力する。
その頭部装着型表示装置４により、そのシンボル画像と
撮影画像とを重畳して表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外界の撮影画像を
頭部装着型表示装置の装着者に視認させるのに適する頭
部装着型表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示す従来の頭部装着型表示システ
ムは、頭部装着型表示装置１０１と、電子回路から構成
される制御装置１１１と、外界画像の撮像用画像センサ
を含む撮像装置１２１とを備える。その頭部装着型表示
装置１０１は、装着者１０２の頭部に装着されるヘルメ
ット１０３の上部に取り付けられるＣＲＴディスプレイ
１０４、表示光学系１０５、およびヘッドモーションセ
ンサ１０６を有する。その撮像装置１２１は、撮像方向
を図中矢印ａ、ｂで示すように変更するための可動マウ
ント１２２の上に設置される。その撮像装置１２１から
の撮像信号に基づき制御装置１１１がＣＲＴディスプレ
イ１０４に画像信号を伝送することで、その撮像装置１
２１により撮像された外界の画像表示光Ｌが、そのＣＲ
Ｔディスプレイ１０４から出射される。その画像表示光
Ｌは光学系１０５を介してヘルメット１０３のバイザ１
０７で反射され、装着者１０２の目に至る。上記ヘッド
モーションセンサ１０６により装着者１０２の視る方向
に対応する顔面の向きが検出され、その検出信号が可動
マウント１２２に制御装置１１１を介して伝送されるこ
とで、その撮像装置１２１の撮像方向は装着者１０２の
視る方向に対応するように変化する。これにより、装着
者１０２は自身が向いている方向の外界の撮影画像を視
認できる。

【０００３】上記の頭部装着型表示システムは、例えば
航空機に搭載することで、夜間等の視界が不良な条件下
においても赤外線カメラ等から構成される撮像装置１２
１からの画像を視認しながら飛行できるので、安全に寄
与するものとして現在研究が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その撮像装置１２１に
ズームレンズ１２１ａを取り付けることで撮像画角をズ
ーミングにより変更可能とし、そのズームレンズ１２１
ａが拡大光学系となる場合は撮像画角を小さくして視認
対象の細部を観察し、またズームレンズ１２１ａが縮小
光学系となる場合は撮像画角を大きくして広範囲にわた
る観察を行うことができる。

【０００５】装着者１０２が撮像装置１２１により撮像
された外界における被写体の大きさや被写体との距離等
を正しく認識するためには、撮像装置１２１による被写
体の撮像画角と頭部装着型表示装置１０１による画像の
表示画角とが一致する、いわゆる実角表示を行うのが望
ましい。

【０００６】しかし、そのような実角表示が行われてい
るか否かを装着者１０２が簡便かつ的確に判断する手段
がなかった。そのため、頭部装着型表示装置１０１によ
る撮影画像の表示が実角表示でない場合、その撮影画像
が実角表示されていると誤認したり、あるいは実角表示
した場合の画像との対応が把握できなくなり、外界を誤
認識することになる。特に、航空機のような移動体の操
縦を支援する場合、装着者１０２が外界を誤認識すると
影響が大きい。そのため飛行体に搭載するシステムで
は、頭部装着型表示装置１０１による撮影画像の表示は
実角表示のみとし、実角表示できない撮影画像は、装着
者１０２が外界を誤認識しないように頭部装着型表示装
置１０１によっては表示せず、例えば計器板上の固定デ
ィスプレイ等により表示する運用方法が採用されてい
る。

【０００７】しかし、頭部装着型表示装置１０１により
実角表示しか行わない場合、外界の視認に効果的な頭部
装着型表示装置１０１を十分に活用できず、また、ズー
ム機能を利用した視認性の向上を十分に図ることができ
ない。

【０００８】本発明は、上記問題を解決することのでき
る頭部装着型表示システムを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像装置によ
る撮影画像を頭部装着型表示装置により表示する頭部装
着型表示システムにおいて、その撮像装置による被写体
の撮像画角と、その頭部装着型表示装置による撮影画像
の表示画角との画角差に応じたシンボル画像に対応する
画像信号を、前記頭部装着型表示装置に出力する手段を
備え、前記頭部装着型表示装置により、そのシンボル画
像と前記撮影画像とを重畳して表示することを特徴とす
る。本発明の構成によれば、頭部装着型表示装置の装着
者は、撮像画角と表示画角との差を、その差に応じたシ
ンボル画像により認識できる。これにより、頭部装着型
表示装置による画像の表示倍率を変更しても、装着者が
被写体を誤認識するのを防止でき、視認性の向上を図る
ことができる。

【００１０】本発明のシステムは、前記頭部装着型表示
装置の装着者の視る方向を検出するセンサと、前記撮像
装置を撮像方向を変更可能に支持する可動マウントと、
その撮像装置の撮像方向が装着者の視る方向に対応する
ように、そのセンサからの信号に応じて前記可動マウン
トを駆動する手段とを備えるのが好ましい。これによ
り、その装着者は自身が視る方向の撮影画像を視認でき
る。

【００１１】前記撮像画角はズーミングにより変更可能
とされ、その撮像画角に対応する値に基づき前記シンボ
ル画像に対応する画像信号が出力されるのが好ましい。
これにより、ズーミングによって撮像画角を小さくして
視認対象の細部を観察したり、撮像画角を大きくして広
範囲にわたる観察を行うことが可能になる。その撮像画
角が表示画角よりも小さい時は、表示された撮影画像を
撮像画角と表示画角とが等しくなるまで縮小したとした
場合に、その表示された撮影画像が全表示領域の中で占
める領域を示す画像が、そのシンボル画像として表示さ
れ、その撮像画角が表示画角よりも大きい時は、表示さ
れた撮影画像を撮像画角と表示画角とが等しくなるまで
拡大したとした場合に、その表示された撮影画像の中で
全表示領域において表示可能な領域を示す画像が、その
シンボル画像として表示されるのが好ましい。これによ
り、その撮像画角と表示画角とが相違する場合でも、撮
影画像を実角表示した場合を正確に把握して被写体を誤
認識するのを防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、本発明の頭部装着
型表示システムを回転翼航空機であるヘリコプタ１の操
縦支援に適用した実施形態を示し、そのシステムはヘリ
コプタ１の機体に取り付けられる撮像装置２と、ヘリコ
プタ１の操縦士３の頭部に装着される頭部装着型表示装
置４と、ヘリコプタ１に搭載される電子回路から構成さ
れる制御装置５とを備える。

【００１３】その頭部装着型表示装置４は、その操縦士
３の頭部に装着されるヘルメット１１と、このヘルメッ
ト１１の上部に取り付けられるＣＲＴディスプレイ１
２、表示光学系１３、およびヘッドモーションセンサ１
４と、操縦士３の眼前を覆うようにヘルメット１１に取
り付けられるバイザ１５とを有する。

【００１４】その撮像装置２は、外界画像を撮像するた
めの画像センサから構成されるカメラ２ａと、このカメ
ラ２ａに取り付けられるズームレンズ２ｂと、そのカメ
ラ２ａを支持する可動マウント２ｄとを有し、ズーミン
グによってズームレンズ２ｂの焦点距離を変更すること
で被写体の撮像画角を変更できる。

【００１５】そのＣＲＴディスプレイ１２、ヘッドモー
ションセンサ１４、カメラ２ａ、ズームレンズ２ｂの駆
動機構、および可動マウント２ｄの駆動機構は、上記制
御装置５に接続される。その撮像装置２からの撮像信号
に基づき制御装置５がＣＲＴディスプレイ１２に画像信
号を伝送することで、その撮像装置２による外界の撮影
画像の表示光Ｌが、そのＣＲＴディスプレイ１２から出
射される。その画像表示光Ｌは光学系１３を介してバイ
ザ１５で反射され、操縦士３の目に至る。これにより、
その撮影画像が頭部装着型表示装置４により表示され
る。

【００１６】そのヘッドモーションセンサ１４により操
縦士３の視る方向に対応する顔の向きが検出され、その
検出信号に応じて制御装置５は図３において矢印ａ、ｂ
で示すように可動マウント２ｄを駆動する。その可動マ
ウント２ｄの動きにより、撮像装置２の撮像方向は操縦
士３の視る方向に対応するように変化する。これによ
り、操縦士３は自身が向いている方向の外界画像を視認
できる。

【００１７】本実施形態では、そのヘッドモーションセ
ンサ１４による検出結果や、ヘリコプタ１に搭載される
各種センサ（図示省略）の検出結果に基づき、制御装置
５は操縦等に利用される機体の向き、高度、速度等の各
種情報に対応する画像信号を生成し、上記撮像装置２か
らの撮像信号に基づく画像信号と重畳して頭部装着型表
示装置４に伝送する。これにより、その各種情報を操縦
士３は外界の撮影画像と共に視認することが可能とされ
ている。

【００１８】操縦士３が制御装置５に接続された入力装
置１６を手動操作することにより、あるいは、制御装置
５に自動的に入力されるヘリコプタ１の高度等の飛行情
報に応じて、その制御装置５から撮像装置２にズーム倍
率を変更するための信号が伝送される。これによりズー
ムレンズ２ｂの焦点距離が変更され、撮像装置２の被写
体の撮像画角が変更される。制御装置５は、その撮像画
角を撮像装置２のズーム倍率から演算により求める。な
お、そのズームレンズ２ｂの動きを検出するセンサを設
け、そのセンサの検出値からズーム倍率を求めるように
してもよい。

【００１９】制御装置５は、その撮像画角に対応する値
である上記ズーム倍率に基づき、その撮像画角と頭部装
着型表示装置４による撮影画像の表示画角との画角差を
求め、その画角差に応じて予め定めたシンボル画像に対
応する画像信号を生成して出力する。その画像信号を、
上記撮像装置２からの撮像信号に基づく画像信号と、各
種情報に対応する画像信号とに重畳して頭部装着型表示
装置４に伝送する。これにより、そのシンボル画像が、
外界の撮影画像および高度等の各種情報と重畳して頭部
装着型表示装置４により表示される。

【００２０】操縦士３は、その頭部装着型表示装置４に
より表示される外界の撮影画像を視認しながらヘリコプ
タ１を操縦できる。これにより、例えば撮像装置２を構
成するカメラ２ａとして赤外線カメラを用いることで、
夜間や気象悪化時等の肉眼では十分に外界が認識できな
い条件下においても、映像化された外界を視認しつつ救
助活動等のために低高度飛行を行うことができる。そし
て、ズーミングによりズームレンズ２ｂを望遠レンズと
することで、撮像装置２による被写体の撮像画角を小さ
くして外界における特定の注目箇所を拡大表示でき、ズ
ーミングによりズームレンズ２ｂを広角レンズとするこ
とで、撮像装置２による被写体の撮像画角を大きくして
外界における広範囲の箇所を状況認識のために縮小表示
できる。

【００２１】図４の（１）は撮像画角が表示画角よりも
小さい時に頭部装着型表示装置４により表示される撮影
画像Ａ１、図４の（２）は撮像画角と表示画角とが一致
する時に頭部装着型表示装置４により表示される撮影画
像Ａ２、図４の（３）は撮像画角が表示画角よりも大き
い時に頭部装着型表示装置４により表示される撮影画像
Ａ３の一例を示す。なお、図４の（１）〜（３）に示す
画像の外縁枠は、頭部装着型表示装置４の全表示領域の
外縁を表すものであり、実際の画像において枠として表
示されるものではない。また、図４の（１）〜（３）で
は高度等の各種情報の画像は省略している。

【００２２】図４の（１）においては、すなわち撮像画
角が表示画角よりも小さい時は、表示された撮影画像Ａ
１を撮像画角と表示画角とが等しくなるまで縮小したと
した場合に、その表示された撮影画像Ａ１が全表示領域
の中で占める領域を示す画像が、上記シンボル画像Ｓ１
として表示される。図４の（４）は、そのシンボル画像
Ｓ１のみを取り出して示す。換言すれば、そのシンボル
画像Ｓ１は、実角表示であればシンボル画像Ｓ１で囲ま
れる領域Ｓａに納まる部分を拡大して画面いっぱいに表
示していることを意味する。そのシンボル画像Ｓ１で囲
まれる領域Ｓａは、ズーミングにより表示される撮影画
像が拡大される程に小さくなり、その領域Ｓａの大きさ
が制御装置５によりズーム倍率から演算されることにな
る。これにより、その撮影画像Ａ１が実角表示されてい
ると誤認することはなく、且つ、実角表示した場合の画
像Ａ２との対応関係も容易に把握できる。

【００２３】図４の（３）においては、すなわち撮像画
角が表示画角よりも大きい時は、表示された撮影画像Ａ
３を撮像画角と表示画角とが等しくなるまで拡大したと
した場合に、その表示された撮影画像Ａ３の中で全表示
領域において表示可能な領域を示す画像が、上記シンボ
ル画像Ｓ２として表示される。図４の（５）は、そのシ
ンボル画像Ｓ２のみを取り出して示す。換言すれば、そ
のシンボル画像Ｓ２は、実角表示であればシンボル画像
Ｓ２で囲まれる領域Ｓｂが画面いっぱいに表示されるこ
とを意味する。そのシンボル画像Ｓ２で囲まれる領域Ｓ
ｂは、ズーミングにより表示される撮影画像が縮小され
る程に小さくなり、その領域Ｓｂの大きさが制御装置５
によりズーム倍率から演算されることになる。これによ
り、その撮影画像Ａ３が実角表示されていると誤認する
ことはなく、且つ、実角表示した場合の画像Ａ２との対
応関係も容易に把握できる。

【００２４】図４の（２）においては、撮像画角と表示
画角とが等しいのでシンボル画像は表示されず、操縦士
３は実角表示がなされていることを認識できる。

【００２５】上記構成によれば、操縦士３は撮像装置２
による外界の撮像画角と頭部装着型表示装置４による画
像の表示画角との差を、その差に応じたシンボル画像Ｓ
１、Ｓ２により認識できる。これにより、頭部装着型表
示装置４による画像の表示倍率を変更しても、操縦士３
が撮像装置２により撮影される外界を誤認識するのを防
止でき、視認性の向上を図ることができ、上記のように
ヘリコプタ１に本発明システムを搭載することで、気象
条件の悪化時でも飛行不能となることがなく、救助活動
が遅れて人命が失われるといった事例の防止に寄与で
き、極めて顕著な効果を奏するものである。

【００２６】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、ＣＲＴディスプレイ１２に限らず、液晶に代表さ
れるような他の画像表示素子を用いてもよい。また、シ
ンボル画像は上記実施形態に限定されず、撮像画角と表
示画角との差に対応するものであればよく、上記実施形
態のシンボル画像に代えて、あるいは一緒に、「ＺＯＯ
Ｍ ＩＮ」や「ＺＯＯＭ ＯＵＴ」の文言、表示倍率を
示す数字等をシンボル画像として表示してもよい。ま
た、頭部装着型表示装置の形態も特に限定されず、例え
ば画像表示光をバイザに代えてハーフミラーやホログラ
ム素子により構成されるコンバイナにより装着者の目に
導いてもよいし、没入型と呼ばれる装着者が直接表示光
学系を覗き込む形態であってもよい。また、ズーム倍率
は連続的に変更可能であってもよいし、離散的な数字し
か取れないようなものでもよい。また、頭部装着型表示
装置によって撮影画像を表示する時の実角表示との違い
を装着者に簡便かつ的確に知らしめる上では、撮像画角
と表示画角とが相違すれば本発明を適用できるので、撮
像装置がズーム機能を備えておらず、被写体に対する撮
影画像の表示倍率が固定であってもよい。さらに、本発
明は航空機以外のあらゆる移動体の操縦支援や、移動体
以外の一般的な監視用途などの広い範囲において、撮影
画像を頭部装着型表示装置によって表示倍率を変更可能
に表示するシステムに適用できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、撮像装置の被写体の撮
像画角と頭部装着型表示装置による撮影画像の表示画角
とが相違する場合でも、その被写体が頭部装着型表示装
置の装着者により誤認されるのを防止でき、頭部装着型
表示装置を有効活用して視認性を向上できる頭部装着型
表示システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の斜視
図

【図２】本発明の実施形態の頭部装着型表示システムの
使用例を示す図

【図３】本発明の実施形態の頭部装着型表示システムの
構成説明図

【図４】（１）〜（３）は、本発明の実施形態の頭部装
着型表示装置による撮影画像の表示例を示す図、（４）
は拡大表示時のシンボル画像を示す図、（５）は縮小表
示時のシンボル画像を示す図

【図５】従来の頭部装着型表示システムの構成説明図

【符号の説明】

２ 撮像装置 ２ｂ ズームレンズ ４ 頭部装着型表示装置 ５ 制御装置 Ｓ１、Ｓ２ シンボル画像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像装置による撮影画像を頭部装着型表示
   装置により表示する頭部装着型表示システムにおいて、
   その撮像装置による被写体の撮像画角と、その頭部装着
   型表示装置による撮影画像の表示画角との画角差に応じ
   たシンボル画像に対応する画像信号を、前記頭部装着型
   表示装置に出力する手段を備え、前記頭部装着型表示装
   置により、そのシンボル画像と前記撮影画像とを重畳し
   て表示することを特徴とする頭部装着型表示システム。
2. 【請求項２】前記撮像画角はズーミングにより変更可能
   とされ、その撮像画角に対応する値に基づき前記シンボ
   ル画像に対応する画像信号が出力される請求項１に記載
   の頭部装着型表示システム。
3. 【請求項３】その撮像画角が表示画角よりも小さい時
   は、表示された撮影画像を撮像画角と表示画角とが等し
   くなるまで縮小したとした場合に、その表示された撮影
   画像が全表示領域の中で占める領域を示す画像が、その
   シンボル画像として表示され、その撮像画角が表示画角
   よりも大きい時は、表示された撮影画像を撮像画角と表
   示画角とが等しくなるまで拡大したとした場合に、その
   表示された撮影画像の中で全表示領域において表示可能
   な領域を示す画像が、そのシンボル画像として表示され
   る請求項２に記載の頭部装着型表示システム。