JP3855461B2

JP3855461B2 - Head up display

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Publication number: JP3855461B2
Application number: JP14757598A
Authority: JP
Inventors: 章仁竹家; 孝夫宮崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JPH11337862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲーム機に使用したり、自動車などに搭載するのに適したヘッドアップディスプレイの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、船、航空機あるいはゲーム機などの運転者、操縦者にナビゲーションその他の情報を提供するための装置として、ヘッドアップディスプレイがある。ヘッドアップディスプレイは、観察者の前方に配置されるコンバイナ（半透明凹面鏡）と、画像表示光を出射する画像表示装置とを備え、コンバイナにより画像表示光の光路を変更することでコンバイナの前方に観察対象の虚像を形成する。また、コンバイナを透過する光により、コンバイナの前方の景色を視認することが出来る。即ち、観察者は前方の景色に重ねて前記情報を視認することが出来る装置である。
【０００３】
図２２は例えば特開平１０−４８５６４号公報に示された従来のヘッドアップディスプレイを示す断面図である。図において、１はオペレータ（の瞳）、２は半透明の凹面鏡であるコンバイナ、３は説明のため示す虚像、４は平面ミラー（画像反転ミラーとも言う）、５は例えば液晶表示器などの画像表示装置、６は画像表示装置５の画像表示光、７は前記の各装置全体を覆うハウジングである。コンバイナ２により画像表示光６の光路を変更することで、コンバイナ２の前方（図の左方）に観察対象となる画像表示装置５の画像（図示しない）の虚像３を形成する。オペレータ１はコンバイナ２を通して前方の状況（図示しない）を見ることが出来る。ここで示したコンバイナ２の代りに特開平１０−４８５６３号公報に示される如く、半透明の平面鏡とレンズを用いるものもあるが、ここで示す凹面鏡を用いたコンバイナ２を使用する方がレンズが不要であるなどの理由で、一般に構造が単純で安価となるので、この方が主流となりつつある。
【０００４】
ところが、図２２に示されるように、コンバイナ２は凹面で、かつ、視線に対して傾けて配置され、又、画像表示装置５は画像表示光６に対してほぼ垂直に配置されている。この場合、図２３に示す画像表示装置５の原画像１００は、図２４に示す虚像３のように縦方向は長くなり、横方向は短くなり縦長に歪んだ虚像３として表示されてしまう。この現象の発生原理を以下に説明する。図２２においてミラー４は平面鏡なので、理解を助けるためミラー４を除外して、図２５に示すようにヘッドアップディスプレイをコンバイナ２と画像表示装置５のみの構成で考える。
【０００５】
図２５において、まず、画像表示装置５の画像１００の虚像３の縦方向の長さの変化について考える。コンバイナ２の上下方向の反射点Ａ、Ｂでの反射状態について、図２６、図２７を用いて説明する。図２６（ａ）は、コンバイナ２がオペレータ１の方向を向いている（即ち、傾斜していない）ときの反射点Ａ、Ｂでの画像表示光６の反射状態を示していて、図２６（ｂ）は、コンバイナ２が点Ｏを中心としてθ度回転して傾斜して設置されているときの反射点Ａ’、Ｂ’での画像表示光６の反射状態を示している。（ｂ）図が実際の使用状態の図である。Ｅはオペレータ１の瞳位置、６ａは反射点Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’へ入射する画像表示光、６ｂは反射点Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’で反射された画像表示光、８は反射点における反射面の法線、αはオペレータ１から反射点ＡとＢを見る見込み角、α’はオペレータ１から反射点Ａ’とＢ’を見る見込み角、βは反射点ＡとＢに入射する画像表示光６ａのなす角度、β’は反射点Ａ’とＢ’に入射する画像表示光６ａのなす角度である。図２７（ａ）は、コンバイナ２の回転前の反射点Ａと回転後の反射点Ａ’での反射状態を拡大して示し、図２７（ｂ）は、コンバイナ２の回転前の反射点Ｂと回転後の反射点Ｂ’での反射状態を拡大して示している。図２８は、反射点Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’それぞれに入射する画像表示光６ａを示している。
【０００６】
図２７（ａ）を用いて、反射点Ａ、Ａ’における反射状態について考える。コンバイナ２がθ度回転すると、反射点における反射面の法線８もθ度回転する。また、コンバイナ２が回転することで、反射点Ａは少し下方（図に向って下方）の反射点Ａ’に移動するため、オペレータ１に入射する画像表示光６ｂはε度傾く。すなわち、反射の法則より、反射点Ａ’に入射する画像表示光６ａは反射点Ａに入射する画像表示光６ａに対して（２θ＋ε）度回転していることがわかる。
【０００７】
同様にして、図２７（ｂ）を用いて、反射点Ｂ、Ｂ’における反射状態について考える。コンバイナ２がθ度回転すると、反射点における反射面の法線８もθ度回転する。また、コンバイナ２が回転することで、反射点Ｂは少し上方の反射点Ｂ’に移動するため、オペレータ１に入射する画像表示光６ｂはδ度傾く。すなわち、反射の法則より、反射点Ｂ’に入射する画像表示光６ａは反射点Ｂに入射する画像表示光６ａに対して（２θ−δ）度回転していることがわかる。
【０００８】
コンバイナ２がθ度回転することで、反射点Ａ’に入射する画像表示光６ａは（２θ＋ε）度回転し、反射点Ｂ’に入射する画像表示光６ａは（２θ−δ）度回転するので、図２８に示すように、βとβ’の間には（β＋２θ＋ε）＝（β’＋２θ−δ）の関係が成り立つ。この式から、β’＝β＋（ε＋δ）と求められる。すなわち、コンバイナ２がθ度回転すると、画像表示光６ａのなす角度βは（ε＋δ）度増加する。
【０００９】
以上のことをまとめると、コンバイナ２がθ度回転することで、オペレータ１から反射点ＡとＢへの見込み角αは（ε＋δ）度減少するが、反射点Ａ、Ｂへ入射する画像表示光６ａのなす角度βは（ε＋δ）度増加する。これは見かけ上、コンバイナ２の縦方向の曲率が増加し、拡大率が増加する事を示している。すなわち、コンバイナ２が回転することで、画像表示装置５の画像１００の虚像３は原画像１００に比して縦方向に長くなることがわかる。この説明では、コンバイナ２を回転したが、コンバイナ２を固定してオペレータ１の瞳が上下方向に移動しても同様の現象が起きることは言うまでもない。
【００１０】
次に、画像表示装置５の画像１００の虚像３の横方向の長さの変化について考える。図２５で示したコンバイナ２の左右方向の反射点Ｃ、Ｄでの反射状態について説明する。
【００１１】
図２９（ａ）はコンバイナ２がオペレータ１の方向を向いているときの反射点Ｃ、Ｄでの画像表示光６の反射状態を示していて、図２９（ｂ）は、オペレータの瞳１の位置Ｅが直線ＣＤを軸としてＥ’へ回転したときの、反射点Ｃ、Ｄでの画像表示光６の反射状態を示している。γはオペレータ１から反射点ＣとＤへの見込み角、δ、δ’は、反射点ＣとＤに入射する画像表示光６ａのなす角度である。
【００１２】
オペレータ１の瞳位置ＥがＥ’へ移動すると、オペレータ１からの反射点ＣとＤへの見込み角γは変化しないが、反射点Ｃ、Ｄへ入射する画像表示光６ａのなす角度はδ→δ’と減少する。これは見かけ上、コンバイナ２の横方向の曲率が減少し、拡大率が減少する事を示している。すなわち、オペレータ１の瞳位置が移動することで、画像表示装置５の画像の虚像３は横方向に短くなることがわかる。この説明では、オペレータ１の瞳位置を移動したが、オペレータ１の瞳位置を固定してコンバイナ２を回転しても同様の現象が起きることは言うまでもない。
【００１３】
このように、凹面のコンバイナ２を傾けて設置し、これを介して画像表示装置５を見ると、コンバイナ２の縦横方向の拡大率が異なることから、画像表示光６に対してほぼ垂直に配置された画像表示装置５の虚像３には歪みが生じてしまう。
【００１４】
具体的な例を数値的に示すため図３０にコンバイナ２の中心とミラー４の中心とを結ぶ線がＸ軸との間になす角θが丁度３０度となるように配置した例を示す。図に於いて、オペレータ（の瞳）１の座標を（ｘ，ｚ）＝（０，０）、コンバイナ２の半径を４３５ｍｍ、中心の座標を（ｘ，ｚ）＝（８００，０）、とすると、前記θが３０度となる配置としてミラー４の中心の座標は（ｘ，ｚ）＝（７１３．３６３，−５０．０２０）、画像表示装置５の画面サイズを１．５×１．５インチの正方形、画像表示装置５の画面中心の座標を（ｘ，ｚ）＝（８１３．４０３，−５０．０２０）とする。画像表示装置５を画像表示光６に対して垂直に設置すると、オペレータ１から見た虚像３の見込み角は、垂直方向（ｘ−ｚ平面内）では４．７５７度、水平方向（ｘ軸を通るｘ−ｚ平面と垂直な平面内）では４．５１９度となり、画像表示装置５の画像は縦長になってしまう。オペレータの瞳の位置は、オペレータが交代してその身長（座高）が変れば、あるいは同じオペレータでも、体を上下左右に移動させれば、様々に移動するから、上記画像の歪みの程度はたえず変化する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のヘッドアップディスプレイの内、視線に対して斜めに配置した半透明の凹面鏡からなるコンバイナを用いたものでは、画像の縦横比が原画と異なって、歪んで見えるという問題があった。
【００１６】
また、オペレータが瞳の位置を上下左右に移動させることによって、前記歪みの程度が異なって見えるという問題があった。
【００１７】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、その画像の虚像３の縦横比が原画像のとおりに正しく表示されるヘッドアップディスプレイを得ることを目的とする。
【００１８】
また、オペレータの瞳の位置が変っても、像のゆがみが生じないヘッドアップディスプレイを得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明によるヘッドアップディスプレイは、オペレータの視線上に、前記視線と交差する軸の回りに回転させて視線に対して傾斜して設置した半透明の凹面鏡からなるコンバイナと、画像表示装置と、視線から離れた位置に設けられ、画像表示装置の画像を視線上に拡大した虚像として形成する画像反転ミラーと、視線と交差する軸に平行な軸であって、画像反転ミラーで反射して画像表示装置に至る視線と交差する軸の回りに回転させて画像表示装置を傾斜させる傾斜角度を外部信号によって調整できる角度調整装置と、オペレータの瞳の上下又は左右位置を検知するセンサーとを備え、このセンサーの出力信号によって角度調整装置を制御し、虚像の見かけの縦横寸法比が画像表示装置に表示されている画像の縦横寸法比とほぼ同一となるように前記画像表示装置を回転傾斜させる角度を調整するものである。
【００２０】
また、オペレータの視線上に、視線と交差する軸の回りに回転させて視線に対して傾斜して設置した半透明の凹面鏡からなるコンバイナと、画像表示装置と、視線から離れた位置に設けられ、画像表示装置の画像を視線上に拡大した虚像として形成する画像反転ミラーと、視線と交差する軸に平行な軸であって、画像反転ミラーで反射して画像表示装置に至る視線と交差する軸の回りに回転させて画像表示装置を傾斜させて設置する角度設定部と、本体の仰角、左右首振り角を外部信号によって調整できる本体角度調整装置、オペレータの瞳の上下又は左右位置を検知するセンサーとを備え、このセンサーの出力信号によって本体角度調整装置を制御し、虚像の見かけの縦横寸法比が画像表示装置に表示されている画像の縦横寸法比とほぼ同一となるようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明は、画像表示装置５に表示される原画像を、以下に説明する何とおりかの方法で、見かけ上、所定の方向に圧縮して表示することにより、コンバイナによって歪められたとき、本来の縦横比の画像として認識されるようにしようとするものである。なお、以下の図に於いて従来の説明図と同符号のものは同一又は相当部分を示し、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１のヘッドアップディスプレイのミラー配置を示し、１はオペレータ（の瞳）、２は半透明で凹面のコンバイナ、３は説明のために図示する虚像、４は画像反転ミラー（以下ミラーという）、５０はこの発明により画像表示光６に対して斜めに配置された画像表示装置、６は画像表示装置５から出る画像表示光である。このヘッドアップディスプレイは、オペレータ１の前方に配置されるコンバイナ２と、画像表示光６を出射する画像表示装置５０と、コンバイナ２と画像表示装置５０の間の光路に沿って配置される平面ミラー４とを備え、コンバイナ２により画像表示光６の光路を変更することで、そのコンバイナ２の前方に観察対象となる画像表示装置５０の画像１００の虚像３を形成する。
【００２３】
図１のヘッドアップディスプレイの各部分の配置具体例を図２により説明する。図２は従来の図３０により説明した配置のものに本発明を適用した例を示すものである。図２で５０は傾斜して配置した画像表示装置であって、この画像表示装置５０の中心をとおりコンバイナ２の回転軸に平行な軸の回りにθ度回転（傾斜）させて配置したものである。傾斜角θを大きくすればするほど縦方向の見かけ寸法を圧縮できることはいうまでもない。
【００２４】
オペレータ（の瞳）１の座標を（ｘ，ｚ）＝（０，０）
コンバイナ２の半径を４３５ｍｍ、中心の座標を（ｘ，ｚ）＝（８００，０）、ミラー４の中心の座標を（ｘ，ｚ）＝（７１３．３６３，−５０．０２０）、画像表示装置５０の画像サイズを１．５×１．５インチ、中心の座標を（ｘ，ｚ）＝（８１３．４０３，−５０．０２０）とする。画像表示装置５を画像表示光６に対して３４．５４５度傾けて設置すると（θ＝３４．５４５度）、オペレータ１から見た虚像３の見込み角は、垂直方向、水平方向ともに４．５１９度となり、画像表示装置５の原画像１００と同じ縦横比の画像として見ることができる。
【００２５】
以上の説明において、コンバイナ２は例えば自動車や船などの移動体の運転席のフロントガラスをそのまま利用することが出来る。この場合、オペレータ（運転者）はフロントガラスの向うの情景に重ねてナビゲーション情報や機関のデータなどを見ることが出来る。
【００２６】
実施の形態２．図３は、本発明の実施の形態２のヘッドアップディスプレイを示し、１はオペレータ（の瞳）、２は凹面のコンバイナ、３は虚像、４はミラー、５は光軸６に対して垂直に配置した画像表示装置、６は画像表示光、９は画像変換装置で画像の縦寸法を調整できるものである。画像表示装置５は入力画像を画像変換装置９により図４に示すように縦方向に圧縮して表示される。画像表示装置５は、画像表示光６に対してほぼ垂直に配置されているので、傾斜して配置されたコンバイナ２により縦方向に引き延ばされた虚像３として表示され、結果として、虚像３をもとの画像１００と同じ縦横比で表示することができる。
【００２７】
実施の形態３．実施の形態１の場合、画像表示装置５０として例えば液晶表示装置を用いると、傾斜させるにつれて見かけの画面の明るさが低下するので、傾斜させうる角度には限界がある。また、実施の形態２の場合、画像の寸法を圧縮すれば画面の解像度が低下し画質が低下するので、画面を圧縮できる寸法には限界がある。そこで、上記の限界を超えて更に大幅に調整が可能となる方法を次に示す。図５は、本発明の実施の形態３のヘッドアップディスプレイを示し、実施の形態１の発明と、実施の形態２の発明の両方を同時に実施したものである。１はオペレータ（の瞳）、２は凹面のコンバイナ、３は虚像、４はミラー、５０は傾斜して配置した画像表示装置、６は画像表示光、９は画像の寸法を調整して表示する画像変換装置である。画像表示装置５０を画面中心を通る水平な軸で回転して設置し、かつ、入力画像を画像変換装置９により図４に示すように縦方向に圧縮するので、虚像３を入力画像と同じ縦横比で表示されるように調整することが極めて容易に行うことができる。
【００２８】
実施の形態４．図６は、本発明の実施の形態４のヘッドアップディスプレイを示し、１はオペレータ（の瞳）、２は凹面のコンバイナ、３は虚像、５０は傾斜配置した画像表示装置、６は画像表示光、１０は画像反転装置である。このヘッドアップディスプレイは、オペレータ１の前方に配置されるコンバイナ２と、画像表示光６を出射する画像表示装置５とを備え、そのコンバイナ２により画像表示光６の光路を変更することで、そのコンバイナ２の前方に観察対象となる画像表示装置５０の画像の虚像３を形成する。傾斜配置した画像表示装置５０の画像はコンバイナ２による一回反射のみでオペレータ１に観測されるので、左右が反転した像になってしまうが、画像反転装置１０により入力画像を図７に示すようにあらかじめ反転表示しておくことで、反転していない画像として見ることが出来る。そして、傾斜配置した画像表示装置５０は画面中心を通る水平な軸で回転して設置されているので、虚像３を入力画像と同じ縦横比で表示することができる。
【００２９】
実施の形態５．図８は、本発明の実施の形態５のヘッドアップディスプレイを示し、１はオペレータ（の瞳）、２は凹面のコンバイナ、３は虚像、５は光軸に対して垂直に配置した画像表示装置、６は画像表示光、１０は画像反転装置である。このヘッドアップディスプレイは、オペレータ１の前方に配置されるコンバイナ２と、画像表示光６を出射する画像表示装置５とを備え、そのコンバイナ２により画像表示光６の光路を変更することで、そのコンバイナ２の前方に観察対象となる画像表示装置５の画像の虚像３を形成する。画像表示装置５の画像はコンバイナ２による一回反射のみでオペレータ１に観測されるので、左右反転像になってしまうが、画像反転装置１０により入力画像を図７に示すように反転することで、反転していない画像として表示される。そして、画像表示装置５は画像表示光６に対してほぼ垂直に配置されているので、入力画像は、縦方向に引き延ばされた虚像３として表示されてしまうが、入力画像を画像変換装置９により図９に示すように縦方向に圧縮するので、虚像３を入力画像と同じ縦横比で表示することができる。
【００３０】
実施の形態６．図１０は、この発明の実施の形態６のヘッドアップディスプレイを示し、１はオペレータ（の瞳）、２は凹面のコンバイナ、３は虚像、５は画像表示装置、６は画像表示光、１０は画像反転装置である。このヘッドアップディスプレイは、オペレータ１の前方に配置されるコンバイナ２と、画像表示光６を出射する画像表示装置５とを備え、そのコンバイナ２により画像表示光６の光路を変更することで、そのコンバイナ２の前方に観察対象となる画像表示装置５の画像の虚像３を形成する。そして、画像表示装置５の画像はコンバイナ２による一回反射のみでオペレータ１に観測されるので、左右反転像になってしまうが、画像反転装置１０により図３に示す入力画像を図９に示すように反転することで、反転していない画像として表示される。画像表示装置５０を画面中心を通る水平な軸で回転して設置し、かつ、図３に示す入力画像を画像変換装置９により図９に示すように縦方向に圧縮するので、虚像３を図３に示す入力画像と同じ縦横比で見ることができる。実施の形態３で説明したように、画像表示装置の傾斜角、画面の圧縮寸法には、それぞれ限界があるが、図１０の方法により画面の傾斜角も画面の解像度の低下もそれほどでない範囲で必要な画面寸法を得ることが可能となる。
【００３１】
実施の形態７．図１１は、実施の形態７のヘッドアップディスプレイを示し、１１は画像表示装置５の回転駆動装置である。回転駆動装置１１を操作し画像表示装置５を回転させることで、虚像３の縦横比を調整することができる。なお、図１１では回転駆動装置１１は１つの軸の回りにのみ回転できるように図示しているが、画像表示装置５を２軸回りに傾斜させることが出来るジンバル上に設置して２軸駆動させてもよい。
【００３２】
実施の形態８．図１２は、実施の形態８のヘッドアップディスプレイを示し、１２は画像入力装置、１３は画像処理装置である。画像入力装置１２によりオペレータ１を撮影し、その画像（図１３に示す）が画像処理装置１３に入力される。図１３において、１４はオペレータ１の背後にあるシートである。図１３に示す入力された画像と、オペレータ１がいない状態で画像入力装置１４により撮影された図１４に示す画像との差分をとり、図１５のようにオペレータ１のみを抽出する。この図１５に示す画像に２値化処理を行うことで、図１６のようにオペレータの頭部のみを抽出する。日本人の頭部における目の位置の平均は、図１７に示すように、（頭の最上部から瞳の高さ）：（瞳の高さから頭の最下部）＝５１：４９なので、この値を用いて画像内でのオペレータ１の瞳の位置を求める。画像処理装置１３は、求められたオペレータ１の瞳の高さから虚像３の縦横比が正しく見えるように、回転駆動装置１１に対して画像表示装置５を回転する指令を出力する。このように、オペレータ１の瞳の高さが変化しても、常に縦横比が正しく表示された虚像３を見ることができる。この技術はそのまま瞳の位置の左右の移動にも対応させることが出来ることは明らかである。
【００３３】
実施の形態９．図１８は、実施の形態９のヘッドアップディスプレイを示し、１５は赤外線画像入力装置である。赤外線画像入力装置１５によりオペレータ１を撮影し、その図１９に示す画像が画像処理装置１３に入力される。図１９に示す入力された画像に２値化処理を行うことで、図２０のようにオペレータの頭部のみを抽出する。日本人の頭部における目の位置の平均は、図１７に示したように、（頭の最上部から瞳の高さ）：（瞳の高さから頭の最下部）＝５１：４９なので、この値を用いて画像内でのオペレータ１の瞳の位置を求める。画像処理装置１３は、求められたオペレータ１の瞳の高さから虚像３の縦横比が正しく見えるように、回転駆動装置１１に対して画像表示装置５を回転する指令を出力する。このように、オペレータ１の瞳の高さが変化しても、常に縦横比が正しく表示された虚像３を見ることができる。勿論、瞳の位置の左右の移動にも対応させることが出来る。なお、ここでは画像表示装置５を駆動するとして説明したが、ヘッドアップディスプレイ全体を駆動して、常にオペレータに正対させておくようにしても良い。この場合、ヘッドアップディスプレイは仰角、左右首振りの調整が可能な駆動装置上に設置することが必要である。
【００３４】
実施の形態１０．図２１は、実施の形態１０のヘッドアップディスプレイを示し、１６はヒンジである。図２１（ａ）は使用時のヘッドアップディスプレイであり、コンバイナ２のヒンジ１６、及びミラー４のヒンジ１６、及びケース７の折畳み式の側面板１７を折り畳むことで、図２１（ｂ）に示すように、ヘッドアップディスプレイをコンパクトな形状に折畳むことが可能である。コンバイナ２を折り畳むことで、運搬・収納などが容易になる。
【００３５】
以上のように、この発明によれば、移動体のオペレータによって観察される画像表示装置の画像を虚像として拡大表示するヘッドアップディスプレイにおいて、半透明の凹面鏡からなる斜めに配設されたコンバイナと画像反転ミラーと画像表示装置とハウジングとを備え、画像表示装置を傾斜させて配置することにより虚像の縦横比を原画と同等になるように調整したので、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００３６】
また、この発明によれば、画像変換装置により画像表示装置の画像の縦又は横方向寸法を調整し、虚像の縦横比を調整したので、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００３７】
また、この発明によれば、画像表示装置を傾斜させることと、画像変換装置により画像表示装置の画像の寸法をある方向で調整することで、虚像の縦横比を調整したので、画像表示装置を傾けることによる画面の明るさの低減、画像を圧縮することによる解像度の低下を軽減し、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００３８】
また、この発明によれば、平面ミラーを省いているので装置が簡素化される。あらかじめ画面の左右を反転させた上、画像表示装置を傾斜させて虚像の縦横比を調整したので、画面の左右が反転して見えることもなく、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００３９】
また、この発明によれば、平面ミラーを省いているので装置が簡素化される。これによって画面の左右が反転して見えるので、あらかじめ画面の左右を反転させた上、画像変換装置により画像表示装置の画像をある方向で調整し、虚像の縦横比を調整したので、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４０】
また、この発明によれば、平面ミラーを省いているので装置が簡素化される。これによって画面の左右が反転して見えるので、あらかじめ画面の左右を反転させた上、画像表示装置を傾斜させることと、画像変換装置により画像表示装置の画像をある方向で圧縮することで虚像の縦横比を調整したので、画像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４１】
また、この発明によれば、画像表示装置を傾斜させる角度調整装置を備えたので、角度調整装置を操作することで、虚像の縦横比を調整できる。虚像の縦横比を調整することで、画像の歪をほとんど除去できるので、視認性向上に効果がある。
【００４２】
また、この発明によれば、移動体のオペレータの瞳の位置を検知するセンサーを備えたので、オペレータが移動しても、その位置をセンサーで検知し、そのオペレータの位置に合わせて画像表示装置（あるいはヘッドアップディスプレイ全体）の傾斜角あるいは画像の縦横比を調整することで、移動したオペレータから見た虚像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４３】
また、この発明によれば、移動体のオペレータの瞳の位置を検知するセンサーとして画像入力装置および画像処理装置を備え、画像処理装置でオペレータを撮像し、その撮像画像を画像処理装置で処理することにより、オペレータの位置を検知するので、オペレータが移動しても、その位置をセンサーで検知し、そのオペレータの位置に合わせて画像表示装置の傾斜角と画像の縦横比を調整することで、移動したオペレータから見た虚像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４４】
また、この発明によれば、移動体のオペレータの瞳の位置を検知するセンサーとして赤外線画像入力装置および画像処理装置を備え、赤外線画像入力装置でオペレータを撮像し、その撮像画像を画像処理装置で処理することにより、オペレータの位置を検知するので、オペレータが移動しても、その位置をセンサーで検知し、そのオペレータの位置に合わせて画像表示装置の傾斜角と画像の縦横比を調整することで、移動したオペレータから見た虚像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４５】
また、この発明によれば、コンバイナと画像反転ミラーにヒンジを備え、且つ、ハウジングの壁面も折畳めるようにして、これらを折り畳むことでコンパクトな形状にすることができ、ヘッドアップディスプレイの運搬が容易になり、収納にも場所をとらない等の効果がある。
【００４６】
また、移動体の運転席のフロントガラスをコンバイナとして用いているのでヘッドアップディスプレイの構成を簡素にすることが出来る。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、オペレータの視線上に、前記視線と交差する軸の回りに回転させて視線に対して傾斜して設置した半透明の凹面鏡からなるコンバイナと、画像表示装置と、視線から離れた位置に設けられ、画像表示装置の画像を視線上に拡大した虚像として形成する画像反転ミラーと、視線と交差する軸に平行な軸であって、画像反転ミラーで反射して画像表示装置に至る視線と交差する軸の回りに回転させて画像表示装置を傾斜させる傾斜角度を外部信号によって調整できる角度調整装置と、移動体のオペレータの瞳の上下又は左右位置を検知するセンサーとを備え、このセンサーの出力信号によって角度調整装置を制御し、虚像の見かけの縦横寸法比が画像表示装置に表示されている画像の縦横寸法比とほぼ同一となるように前記画像表示装置を回転傾斜させる角度を調整するので、オペレータが移動しても、その位置をセンサーで検知し、そのオペレータの位置に合わせて画像表示装置の傾斜角を調整することで、移動したオペレータから見た虚像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【００４８】
この発明によれば、オペレータの視線上に、視線と交差する軸の回りに回転させて視線に対して傾斜して設置した半透明の凹面鏡からなるコンバイナと、画像表示装置と、視線から離れた位置に設けられ、画像表示装置の画像を視線上に拡大した虚像として形成する画像反転ミラーと、視線と交差する軸に平行な軸であって、画像反転ミラーで反射して画像表示装置に至る視線と交差する軸の回りに回転させて画像表示装置を傾斜させて設置する角度設定部と、本体の仰角、左右首振り角を外部信号によって調整できる本体角度調整装置、オペレータの瞳の上下又は左右位置を検知するセンサーとを備え、このセンサーの出力信号によって本体角度調整装置を制御し、虚像の見かけの縦横寸法比が画像表示装置に表示されている画像の縦横寸法比とほぼ同一となるようにしたので、オペレータが移動しても、その位置をセンサーで検知し、そのオペレータの位置に合わせてヘッドアップディスプレイ全体の傾斜角を調整することで、移動したオペレータから見た虚像をほとんど歪ませることなく表示でき、視認性向上に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図２】図１のものの動作を説明する断面構成図である。
【図３】実施の形態２のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図４】図３の画像表示装置で表示された画像である。
【図５】実施の形態３のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図６】実施の形態４のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図７】図６の画像表示装置５で表示された左右反転画像である。
【図８】実施の形態５のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図９】図８のヘッドアップディスプレイの画像表示装置で表示された画像である。
【図１０】実施の形態６のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図１１】実施の形態７のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図１２】実施の形態８のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図１３】図１２のヘッドアップディスプレイの画像入力装置で撮影された画像である。
【図１４】図１３の画像処理を説明する図である。
【図１５】図１３の画像処理を説明する図である。
【図１６】図１３の画像処理を説明する図である。
【図１７】図１３の画像処理を説明する図である。
【図１８】実施の形態９のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図１９】図１８のヘッドアップディスプレイの赤外線画像入力装置で撮影された画像である。
【図２０】図１８の画像処理を説明する図である。
【図２１】実施の形態１０のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図２２】従来のヘッドアップディスプレイを示す断面構成図である。
【図２３】画像表示装置に表示された画像を説明する図である。
【図２４】コンバイナの前方に形成された虚像を説明する図である。
【図２５】図２２のヘッドアップディスプレイの問題点を説明する図である。
【図２６】図２５の動作説明図である。
【図２７】図２５の動作説明図である。
【図２８】図２５の動作説明図である。
【図２９】図２５の動作説明図である。
【図３０】図２の具体的数値例を説明する図である。
【符号の説明】
１オペレータ（の瞳）、２コンバイナ、３虚像、４画像反転ミラー、５画像表示装置、６，６ａ，６ｂ画像表示光、７ハウジング、９画像変換装置、１０画像反転装置、１１回転駆動装置、１２画像入力装置、１３画像処理装置、１５赤外線画像入力装置、１６ヒンジ、１００原画像。 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an improvement of a head-up display suitable for use in a game machine or mounted on an automobile or the like.
[0002]
[Prior art]
  There is a head-up display as a device for providing navigation and other information to drivers and operators of automobiles, ships, airplanes, and game machines. The head-up display includes a combiner (semi-transparent concave mirror) disposed in front of the observer and an image display device that emits image display light. By changing the optical path of the image display light by the combiner, the head-up display is arranged in front of the combiner. Form a virtual image of the observation target. MaThe scenery in front of the combiner can be visually recognized by the light passing through the combiner. That is, the observer can visually recognize the information superimposed on the scenery in front.
[0003]
  FIG. 22 is a cross-sectional view showing a conventional head-up display disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-48564. In the figure, 1 is an operator (pupil), 2 is a combiner that is a semitransparent concave mirror, 3 is a virtual image shown for explanation, 4 is a plane mirror (also referred to as an image inverting mirror), and 5 is an image of a liquid crystal display, for example. A display device, 6 is an image display light of the image display device 5, and 7 is a housing that covers the entire devices. By changing the optical path of the image display light 6 by the combiner 2, a virtual image 3 of an image (not shown) of the image display device 5 to be observed is formed in front of the combiner 2 (left side in the figure). The operator 1 can see the front situation (not shown) through the combiner 2. As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 10-48563, instead of the combiner 2 shown here, there are some which use a semitransparent plane mirror and a lens, but the lens using the combiner 2 using the concave mirror shown here is more suitable. This is becoming mainstream because the structure is generally simple and inexpensive because it is unnecessary.
[0004]
  However, as shown in FIG. 22, the combiner 2 is concave and arranged to be inclined with respect to the line of sight, and the image display device 5 is arranged substantially perpendicular to the image display light 6. In this case, the original image 100 of the image display device 5 shown in FIG. 23 is displayed as a virtual image 3 that is longer in the vertical direction and shorter in the horizontal direction and distorted in the vertical direction as the virtual image 3 shown in FIG. The generation principle of this phenomenon will be described below. In FIG. 22, since the mirror 4 is a plane mirror, the head-up display is considered to have only the combiner 2 and the image display device 5 as shown in FIG.
[0005]
  In FIG. 25, first, a change in length in the vertical direction of the virtual image 3 of the image 100 of the image display device 5 will be considered. The reflection state at the reflection points A and B in the vertical direction of the combiner 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 26A shows the reflection state of the image display light 6 at the reflection points A and B when the combiner 2 is facing the direction of the operator 1 (that is, not inclined). b) shows the reflection state of the image display light 6 at the reflection points A ′ and B ′ when the combiner 2 is installed inclined by θ degrees around the point O. (B) A figure is a figure of an actual use condition. E is the pupil position of the operator 1, 6a is the image display light incident on the reflection points A, B, A ′, and B ′, 6b is the image display light reflected at the reflection points A, B, A ′, and B ′, 8 Is the normal angle of the reflection surface at the reflection point, α is the expected angle from which the operator 1 sees the reflection points A and B, α ′ is the expected angle from which the operator 1 sees the reflection points A ′ and B ′, and β is the reflection points A and B. The angle formed by the image display light 6a incident on the light beam, β ′, is the angle formed by the image display light 6a incident on the reflection points A ′ and B ′. FIG. 27A shows the reflection state at the reflection point A before the rotation of the combiner 2 and the reflection point A ′ after the rotation, and FIG. 27B shows the reflection point B before the rotation of the combiner 2. And an enlarged reflection state at the reflection point B ′ after rotation. FIG. 28 shows the image display light 6a incident on each of the reflection points A, A ′, B, and B ′.
[0006]
  A reflection state at reflection points A and A ′ will be considered with reference to FIG. When the combiner 2 rotates θ degrees, the normal 8 of the reflecting surface at the reflection point also rotates θ degrees. Further, as the combiner 2 rotates, the reflection point A moves to a reflection point A 'slightly below (downward in the drawing), so that the image display light 6b incident on the operator 1 is inclined by ε degrees. That is, it can be seen from the law of reflection that the image display light 6 a incident on the reflection point A ′ is rotated by (2θ + ε) degrees with respect to the image display light 6 a incident on the reflection point A.
[0007]
  Similarly, the reflection state at the reflection points B and B ′ will be considered with reference to FIG. When the combiner 2 rotates θ degrees, the normal 8 of the reflecting surface at the reflection point also rotates θ degrees. Further, since the combiner 2 rotates, the reflection point B moves to the reflection point B 'slightly above, so that the image display light 6b incident on the operator 1 is inclined by δ degrees. That is, it can be seen from the law of reflection that the image display light 6 a incident on the reflection point B ′ is rotated by (2θ−δ) degrees with respect to the image display light 6 a incident on the reflection point B.
[0008]
  As the combiner 2 rotates by θ degrees, the image display light 6a incident on the reflection point A ′ rotates by (2θ + ε) degrees, and the image display light 6a incident on the reflection point B ′ rotates by (2θ−δ) degrees. As shown in FIG. 28, a relationship of (β + 2θ + ε) = (β ′ + 2θ−δ) is established between β and β ′. From this equation, β ′ = β + (ε + δ) is obtained. That is, when the combiner 2 rotates by θ degrees, the angle β formed by the image display light 6a increases by (ε + δ) degrees.
[0009]
  In summary, when the combiner 2 rotates by θ degrees, the expected angle α from the operator 1 to the reflection points A and B decreases by (ε + δ) degrees, but the image display light incident on the reflection points A and B The angle β formed by 6a increases by (ε + δ) degrees. This apparently indicates that the longitudinal curvature of the combiner 2 increases and the enlargement ratio increases. That is, it can be seen that the virtual image 3 of the image 100 of the image display device 5 becomes longer in the vertical direction than the original image 100 by rotating the combiner 2. In this description, the combiner 2 is rotated, but it goes without saying that the same phenomenon occurs even when the combiner 2 is fixed and the pupil of the operator 1 moves in the vertical direction.
[0010]
  Next, a change in the horizontal length of the virtual image 3 of the image 100 of the image display device 5 will be considered. The reflection state at the reflection points C and D in the left-right direction of the combiner 2 shown in FIG. 25 will be described.
[0011]
  FIG. 29A shows the reflection state of the image display light 6 at the reflection points C and D when the combiner 2 faces the direction of the operator 1, and FIG. The reflection state of the image display light 6 at the reflection points C and D when the position E rotates to E ′ about the straight line CD is shown. γ is a prospective angle from the operator 1 to the reflection points C and D, and δ and δ ′ are angles formed by the image display light 6a incident on the reflection points C and D.
[0012]
  When the pupil position E of the operator 1 moves to E ′, the expected angle γ from the operator 1 to the reflection points C and D does not change, but the angle formed by the image display light 6a incident on the reflection points C and D is δ → It decreases with δ ′. This apparently indicates that the horizontal curvature of the combiner 2 decreases and the enlargement ratio decreases. That is, it can be seen that the virtual image 3 of the image of the image display device 5 is shortened in the horizontal direction by moving the pupil position of the operator 1. In this explanation, the pupil position of the operator 1 is moved. However, it goes without saying that the same phenomenon occurs even if the combiner 2 is rotated while the pupil position of the operator 1 is fixed.
[0013]
  As described above, when the concave combiner 2 is installed at an angle and the image display device 5 is viewed through the concave combiner 2, the vertical and horizontal enlargement ratios of the combiner 2 are different. The virtual image 3 of the displayed image display device 5 is distorted.
[0014]
  In order to numerically show a specific example, FIG. 30 shows an example in which the angle θ formed between the line connecting the center of the combiner 2 and the center of the mirror 4 and the X axis is exactly 30 degrees. In the figure, the coordinates of the operator (pupil) 1 are (x, z) = (0, 0), the radius of the combiner 2 is 435 mm, and the coordinates of the center are (x, z) = (800, 0). Then, in the arrangement where θ is 30 degrees, the coordinates of the center of the mirror 4 are (x, z) = (713.363, −50.020), and the screen size of the image display device 5 is 1.5 × 1.5. The coordinates of the square of the inch and the screen center of the image display device 5 are (x, z) = (813.403, −50.020). When the image display device 5 is installed perpendicular to the image display light 6, the prospective angle of the virtual image 3 viewed from the operator 1 is 4.757 degrees in the vertical direction (in the xz plane), and the horizontal direction (the x axis is In a plane perpendicular to the passing xz plane), the angle is 4.519 degrees, and the image of the image display device 5 becomes vertically long. The position of the operator's pupil moves variously when the operator changes and the height (sitting height) changes, or even the same operator moves the body up and down, left and right, so the degree of distortion of the image is not constant. Change.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
  As described above, a conventional head-up display using a combiner made of a semi-transparent concave mirror disposed obliquely to the line of sight has a problem that the aspect ratio of the image is different from the original image and looks distorted. there were.
[0016]
  Further, there is a problem that the degree of distortion looks different when the operator moves the pupil position up, down, left, or right.
[0017]
  The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a head-up display in which the aspect ratio of the virtual image 3 of the image is correctly displayed as in the original image.
[0018]
  Another object of the present invention is to obtain a head-up display in which image distortion does not occur even if the position of the operator's pupil changes.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  A head-up display according to the present invention includes a combiner comprising a semitransparent concave mirror that is installed on an operator's line of sight and rotated around an axis intersecting the line of sight, and inclined with respect to the line of sight, an image display device, and a line of sight An image reversing mirror that is provided at a position away from the image forming device and forms an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight, and an axis parallel to the axis that intersects the line of sight. An angle adjustment device that can be adjusted by an external signal to rotate the image display device by rotating around an axis that intersects the line of sight reaching the device, and a sensor that detects the vertical or horizontal position of the operator's pupil. The angle adjustment device is controlled by the output signal of the sensor, and the apparent aspect ratio of the virtual image is almost the same as the aspect ratio of the image displayed on the image display device. Is to adjust the angle of rotating tilting the image display device so that.
[0020]
  Further, on the operator's line of sight, a combiner consisting of a semi-transparent concave mirror installed around the axis intersecting the line of sight and tilted with respect to the line of sight, an image display device, and a position away from the line of sight An image reversing mirror that forms an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight, and an axis parallel to the axis that intersects the line of sight, intersecting the line of sight reflected by the image reversing mirror and reaching the image display device An angle setting unit that rotates around the axis and tilts the image display device, a main body angle adjustment device that can adjust the elevation angle and left / right swing angle of the main body with external signals, and detects the vertical or horizontal position of the operator's pupil And the body angle adjustment device is controlled by the output signal of the sensor, and the apparent aspect ratio of the virtual image is substantially the same as the aspect ratio of the image displayed on the image display device. In which was made to be.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. When the original image displayed on the image display device 5 is distorted by the combiner by being compressed in a predetermined direction and displayed by some method described below, It is intended to be recognized as an image with an aspect ratio of. In the following drawings, the same reference numerals as those in the conventional explanatory diagrams indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof will be omitted.
[0022]
  Embodiment 1 FIG. FIG. 1 shows the mirror arrangement of the head-up display according to the first embodiment of the present invention, where 1 is an operator (pupil), 2 is a translucent concave concave combiner, 3 is a virtual image shown for explanation, and 4 is An image inverting mirror (hereinafter referred to as a mirror) 50 is an image display device disposed obliquely with respect to the image display light 6 according to the present invention, and 6 is an image display light emitted from the image display device 5. The head-up display includes a combiner 2 disposed in front of the operator 1, an image display device 50 that emits image display light 6, and a plane mirror disposed along an optical path between the combiner 2 and the image display device 50. 4 and changing the optical path of the image display light 6 by the combiner 2, the virtual image 3 of the image 100 of the image display device 50 to be observed is formed in front of the combiner 2.
[0023]
  A specific example of the arrangement of each part of the head-up display of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to the arrangement described with reference to FIG. In FIG. 2, reference numeral 50 denotes an image display device arranged at an inclination, which is arranged by rotating (inclining) θ degrees around an axis parallel to the rotation axis of the combiner 2 through the center of the image display device 50. is there. It goes without saying that the apparent dimension in the vertical direction can be compressed as the inclination angle θ is increased.
[0024]
  The coordinates of the operator (its pupil) 1 are (x, z) = (0, 0)
The radius of the combiner 2 is 435 mm, the coordinates of the center are (x, z) = (800, 0), the coordinates of the center of the mirror 4 are (x, z) = (713.363, −50.020), and the image display device The image size of 50 is 1.5 × 1.5 inches, and the coordinates of the center are (x, z) = (813.403, −50.020). When the image display device 5 is installed at an angle of 34.545 degrees with respect to the image display light 6 (θ = 34.545 degrees), the prospective angle of the virtual image 3 viewed from the operator 1 is 4.519 in both the vertical and horizontal directions. It can be viewed as an image having the same aspect ratio as the original image 100 of the image display device 5.
[0025]
  In the above description, the combiner 2 can use the windshield of the driver's seat of a moving body such as an automobile or a ship as it is. In this case, the operator (driver) can view navigation information, engine data, and the like on the scene facing the windshield.
[0026]
  Embodiment 2. FIG. FIG. 3 shows a head-up display according to Embodiment 2 of the present invention, where 1 is an operator (pupil), 2 is a concave combiner, 3 is a virtual image, 4 is a mirror, and 5 is perpendicular to the optical axis 6. The arranged image display device, 6 is an image display light, and 9 is an image conversion device that can adjust the vertical dimension of the image. The image display device 5 displays the input image compressed by the image conversion device 9 in the vertical direction as shown in FIG. Since the image display device 5 is disposed substantially perpendicular to the image display light 6, the image display device 5 is displayed as a virtual image 3 extended in the vertical direction by the combiner 2 disposed at an inclination, and as a result, the virtual image 3. Can be displayed with the same aspect ratio as the original image 100.
[0027]
  Embodiment 3 FIG. In the case of the first embodiment, when a liquid crystal display device is used as the image display device 50, for example, the apparent screen brightness decreases as the image is tilted. In the case of the second embodiment, if the image size is compressed, the screen resolution is lowered and the image quality is lowered. Therefore, there is a limit to the size that can compress the screen. Therefore, a method that enables further significant adjustment beyond the above limit will be described below. FIG. 5 shows a head-up display according to the third embodiment of the present invention, in which both the first embodiment and the second embodiment are implemented at the same time. 1 is an operator (pupil), 2 is a concave combiner, 3 is a virtual image, 4 is a mirror, 50 is an inclined image display device, 6 is an image display light, and 9 is an image whose size is adjusted and displayed. An image conversion apparatus. The image display device 50 is installed by being rotated around a horizontal axis passing through the center of the screen, and the input image is compressed in the vertical direction by the image conversion device 9 as shown in FIG. It can be very easily adjusted to be displayed in a ratio.
[0028]
  Embodiment 4 FIG. FIG. 6 shows a head-up display according to Embodiment 4 of the present invention, where 1 is an operator (its pupil), 2 is a concave combiner, 3 is a virtual image, 50 is an image display device arranged in an inclined manner, and 6 is an image display light. Reference numeral 10 denotes an image inverting device. The head-up display includes a combiner 2 disposed in front of the operator 1 and an image display device 5 that emits image display light 6. By changing the optical path of the image display light 6 by the combiner 2, A virtual image 3 of the image of the image display device 50 to be observed is formed in front of the combiner 2. The image of the tilted image display device 50 is observed by the operator 1 by only one reflection by the combiner 2, so that the left and right images are reversed, but the input image is shown by the image reversing device 10 as shown in FIG. By highlighting in advance, the image can be viewed as not flipped. Since the tilted image display device 50 is rotated and installed on a horizontal axis passing through the center of the screen, the virtual image 3 can be displayed with the same aspect ratio as the input image.
[0029]
  Embodiment 5 FIG. FIG. 8 shows a head-up display according to a fifth embodiment of the present invention, where 1 is an operator (its pupil), 2 is a concave combiner, 3 is a virtual image, and 5 is an image display device arranged perpendicular to the optical axis. , 6 is an image display light, and 10 is an image inverting device. The head-up display includes a combiner 2 disposed in front of the operator 1 and an image display device 5 that emits image display light 6. By changing the optical path of the image display light 6 by the combiner 2, A virtual image 3 of the image of the image display device 5 to be observed is formed in front of the combiner 2. Since the image of the image display device 5 is observed by the operator 1 by only one reflection by the combiner 2, it becomes a left-right reversed image, but the image reversing device 10 reverses the input image as shown in FIG. , Displayed as an uninverted image. Since the image display device 5 is arranged substantially perpendicular to the image display light 6, the input image is displayed as the virtual image 3 extended in the vertical direction. 9, the virtual image 3 can be displayed with the same aspect ratio as that of the input image.
[0030]
  Embodiment 6 FIG. FIG. 10 shows a head-up display according to Embodiment 6 of the present invention. 1 is an operator (pupil), 2 is a concave combiner, 3 is a virtual image, 5 is an image display device, 6 is image display light, 10 is An image inverting device. The head-up display includes a combiner 2 disposed in front of the operator 1 and an image display device 5 that emits image display light 6. By changing the optical path of the image display light 6 by the combiner 2, A virtual image 3 of the image of the image display device 5 to be observed is formed in front of the combiner 2. Then, the image of the image display device 5 is observed by the operator 1 by only one reflection by the combiner 2, so that it becomes a horizontally reversed image. The input image shown in FIG. 3 by the image inverting device 10 is shown in FIG. By inverting like this, it is displayed as an image that is not inverted. The image display device 50 is rotated and installed on a horizontal axis passing through the center of the screen, and the input image shown in FIG. 3 is compressed in the vertical direction by the image conversion device 9 as shown in FIG. 3 can be viewed with the same aspect ratio as the input image shown in FIG. As described in the third embodiment, the tilt angle of the image display device and the compression size of the screen are limited, but the screen tilt angle and the resolution of the screen are not reduced so much by the method of FIG. It becomes possible to obtain a necessary screen size.
[0031]
  Embodiment 7 FIG. FIG. 11 shows a head-up display according to the seventh embodiment, and 11 is a rotation driving device of the image display device 5. The aspect ratio of the virtual image 3 can be adjusted by operating the rotation driving device 11 and rotating the image display device 5. In FIG. 11, the rotation driving device 11 is illustrated so as to be able to rotate only around one axis. However, the image display device 5 is installed on a gimbal that can be tilted around two axes and is driven in two axes. You may let them.
[0032]
  Embodiment 8 FIG. FIG. 12 shows a head-up display according to the eighth embodiment, 12 is an image input device, and 13 is an image processing device. The operator 1 is photographed by the image input device 12, and the image (shown in FIG. 13) is input to the image processing device 13. In FIG. 13, reference numeral 14 denotes a sheet behind the operator 1. The difference between the input image shown in FIG. 13 and the image shown in FIG. 14 taken by the image input device 14 in the absence of the operator 1 is taken, and only the operator 1 is extracted as shown in FIG. By performing binarization processing on the image shown in FIG. 15, only the operator's head is extracted as shown in FIG. As shown in FIG. 17, the average position of the eyes in the Japanese head is (Height from the top of the head to the height of the pupil): (Height of the pupil to the bottom of the head) = 51: 49. The position of the pupil of the operator 1 in the image is obtained using the value. The image processing device 13 outputs a command to rotate the image display device 5 to the rotation driving device 11 so that the aspect ratio of the virtual image 3 can be correctly seen from the obtained pupil height of the operator 1. Thus, even if the pupil height of the operator 1 changes, the virtual image 3 in which the aspect ratio is always correctly displayed can be seen. It is obvious that this technique can also cope with left and right movement of the pupil position as it is.
[0033]
  Embodiment 9 FIG. FIG. 18 shows a head-up display according to the ninth embodiment, and 15 is an infrared image input device. The operator 1 is photographed by the infrared image input device 15, and the image shown in FIG. 19 is input to the image processing device 13. By performing binarization processing on the input image shown in FIG. 19, only the head of the operator is extracted as shown in FIG. As shown in FIG. 17, the average position of the eyes in the Japanese head is (the top of the head to the height of the pupil): (the height of the pupil to the bottom of the head) = 51: 49, Using this value, the position of the pupil of the operator 1 in the image is obtained. The image processing device 13 outputs a command to rotate the image display device 5 to the rotation driving device 11 so that the aspect ratio of the virtual image 3 can be correctly seen from the obtained pupil height of the operator 1. Thus, even if the pupil height of the operator 1 changes, the virtual image 3 in which the aspect ratio is always correctly displayed can be seen. Of course, it is possible to cope with the left and right movement of the pupil position. Although the image display device 5 has been described as being driven here, the entire head-up display may be driven to always face the operator. In this case, it is necessary to install the head-up display on a drive device that can adjust the elevation angle and the left / right swing.
[0034]
  Embodiment 10 FIG. FIG. 21 shows the head-up display of the tenth embodiment, and 16 is a hinge. FIG. 21A shows a head-up display in use, which is shown in FIG. 21B by folding the hinge 16 of the combiner 2, the hinge 16 of the mirror 4, and the foldable side plate 17 of the case 7. As described above, the head-up display can be folded into a compact shape. Folding the combiner 2 facilitates transportation and storage.
[0035]
  Less thanAs described above, according to the present invention, in the head-up display that enlarges and displays the image of the image display device observed by the operator of the moving body as a virtual image, the combiner and the image that are arranged obliquely and are made of a semitransparent concave mirror Since it is equipped with a reversing mirror, an image display device, and a housing, the image display device is tilted and adjusted so that the aspect ratio of the virtual image is the same as the original image. It is effective in improving the performance.
[0036]
  In addition, according to the present invention, the vertical or horizontal dimension of the image of the image display device is adjusted by the image conversion device, and the aspect ratio of the virtual image is adjusted, so that the image can be displayed with almost no distortion and the visibility is improved. effective.
[0037]
  According to the present invention, the aspect ratio of the virtual image is adjusted by tilting the image display device and adjusting the image size of the image display device in a certain direction by the image conversion device. Reduction of screen brightness by tilting and reduction of resolution by compressing the image can be reduced, and the image can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0038]
  Further, according to the present invention, since the plane mirror is omitted, the apparatus is simplified. Since the left and right sides of the screen are inverted in advance and the image display device is tilted to adjust the aspect ratio of the virtual image, the left and right sides of the screen do not appear to be flipped, and the image can be displayed with almost no distortion and visibility. It is effective for improvement.
[0039]
  Further, according to the present invention, since the plane mirror is omitted, the apparatus is simplified. As a result, the left and right sides of the screen appear to be reversed, so the left and right sides of the screen are reversed in advance, the image on the image display device is adjusted in a certain direction by the image conversion device, and the aspect ratio of the virtual image is adjusted. It can be displayed without distortion and is effective in improving visibility.
[0040]
  Further, according to the present invention, since the plane mirror is omitted, the apparatus is simplified. As a result, the left and right sides of the screen appear to be reversed, so that the left and right sides of the screen are reversed in advance, the image display device is tilted, and the image on the image display device is compressed in a certain direction by the image conversion device. Since the aspect ratio is adjusted, the image can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0041]
  In addition, according to the present invention, since the angle adjusting device for tilting the image display device is provided, the aspect ratio of the virtual image can be adjusted by operating the angle adjusting device. By adjusting the aspect ratio of the virtual image, the distortion of the image can be almost eliminated, which is effective in improving the visibility.
[0042]
  In addition, according to the present invention, since the sensor for detecting the position of the pupil of the operator of the moving body is provided, even if the operator moves, the position is detected by the sensor, and the image display device is adapted to the position of the operator. By adjusting the tilt angle of the (or the entire head-up display) or the aspect ratio of the image, the virtual image viewed from the moved operator can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0043]
  Further, according to the present invention, the image input device and the image processing device are provided as sensors for detecting the position of the pupil of the moving body operator, the operator is imaged by the image processing device, and the captured image is processed by the image processing device. By detecting the position of the operator, even if the operator moves, the position is detected by the sensor, and the inclination angle of the image display device and the aspect ratio of the image are adjusted according to the position of the operator. A virtual image viewed from the moved operator can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0044]
  Further, according to the present invention, the infrared image input device and the image processing device are provided as sensors for detecting the position of the pupil of the operator of the moving body, the operator is imaged by the infrared image input device, and the captured image is captured by the image processing device. Since the operator's position is detected by processing, even if the operator moves, the position is detected by a sensor, and the tilt angle of the image display device and the aspect ratio of the image are adjusted according to the operator's position. Thus, the virtual image viewed from the moved operator can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0045]
  Further, according to the present invention, the combiner and the image reversing mirror are provided with hinges, and the wall surface of the housing can be folded, and these can be folded into a compact shape so that the head-up display can be transported. It becomes easy, and there are effects such as saving space.
[0046]
  Moreover, since the windshield of the driver's seat of the moving body is used as a combiner, the configuration of the head-up display can be simplified.
[0047]
【The invention's effect】
  According to the present invention, on the operator's line of sight, a combiner comprising a translucent concave mirror that is rotated around an axis intersecting the line of sight and inclined with respect to the line of sight, the image display device, and the line of sight And an image reversing mirror that forms an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight and an axis parallel to the axis that intersects the line of sight, and is reflected by the image reversing mirror to the image display device An angle adjustment device capable of adjusting an inclination angle for inclining the image display device by rotating around an axis intersecting the line of sight to reach with an external signal, and a sensor for detecting the vertical or horizontal position of the pupil of the moving body operator, The angle adjustment device is controlled by the output signal of the sensor, and the image is adjusted so that the apparent aspect ratio of the virtual image is substantially the same as the aspect ratio of the image displayed on the image display device. Since the angle for rotating and tilting the display device is adjusted, even if the operator moves, the position is detected by a sensor, and the tilt angle of the image display device is adjusted according to the position of the operator. The seen virtual image can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[0048]
  According to the present invention, on the operator's line of sight, a combiner comprising a translucent concave mirror that is rotated around an axis intersecting the line of sight and inclined with respect to the line of sight, the image display device, and the line of sight An image reversing mirror provided at a position and forming an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight, and an axis parallel to the axis intersecting the line of sight, and reflected by the image reversing mirror to reach the image display device An angle setting unit that is rotated around an axis that intersects the line of sight and tilts the image display device, a main body angle adjustment device that can adjust the elevation angle of the main body and the left and right swing angles by an external signal, the upper or lower of the operator's pupil A sensor that detects the left and right positions, and controls the body angle adjustment device according to the output signal of this sensor, and the apparent aspect ratio of the virtual image is displayed in the image display device. Since the ratio is almost the same, even if the operator moves, the position is detected by the sensor, and the tilt angle of the entire head-up display is adjusted according to the position of the operator. The seen virtual image can be displayed with almost no distortion, which is effective in improving visibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional configuration diagram for explaining the operation of the apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a second embodiment.
4 is an image displayed by the image display device of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram showing a head-up display according to a third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a fourth embodiment.
7 is a horizontally reversed image displayed on the image display device 5 of FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a fifth embodiment.
9 is an image displayed by the image display device of the head-up display of FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram showing a head-up display according to a sixth embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a seventh embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to an eighth embodiment.
13 is an image photographed by the image input device of the head-up display of FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating the image processing of FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating the image processing of FIG.
FIG. 16 is the same as FIG.PictureIt is a figure explaining an image process.
FIG. 17 is a diagram of FIG.PictureIt is a figure explaining an image process.
FIG. 18 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a ninth embodiment.
FIG. 19 is an image taken by the infrared image input device of the head-up display of FIG.
20 is the same as FIG.PictureIt is a figure explaining an image process.
FIG. 21 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a head-up display according to a tenth embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional configuration diagram showing a conventional head-up display.
FIG. 23 is a diagram illustrating an image displayed on the image display device.
FIG. 24 is a diagram illustrating a virtual image formed in front of the combiner.
FIG. 25 is a diagram for explaining a problem of the head-up display of FIG.
26 is an operation explanatory diagram of FIG. 25. FIG.
27 is an operation explanatory diagram of FIG. 25. FIG.
28 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 25. FIG.
29 is an operation explanatory diagram of FIG. 25. FIG.
30 is a diagram for explaining a specific numerical example in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 operator (pupil), 2 combiner, 3 virtual image, 4 image inversion mirror, 5 image display device, 6,6a,6b Image display light, 7 housing, 9 image conversion device, 10 image inversion device, 11 rotation drive device, 12 image input device, 13 image processing device, 15 infrared image input device, 16 hinge, 100 original image.

Claims

On the operator's line of sight, a combiner consisting of a semi-transparent concave mirror that is rotated around an axis intersecting the line of sight and inclined with respect to the line of sight,
An image display device;
An image reversing mirror that is provided at a position away from the line of sight and forms an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight;
An angle that is parallel to an axis that intersects the line of sight, is rotated by an axis that intersects the line of sight reflected by the image inverting mirror and reaches the image display device, and tilts the image display device. An angle adjustment device that can be adjusted by a signal;
A sensor that detects the vertical or horizontal position of the operator's pupil,
The angle adjustment device is controlled by the output signal of the sensor, and the image display device is rotated so that the apparent aspect ratio of the virtual image is substantially the same as the aspect ratio of the image displayed on the image display device. A head-up display characterized by adjusting an inclination angle.

On the operator's line of sight, a combiner consisting of a semi-transparent concave mirror that is rotated around an axis intersecting the line of sight and inclined with respect to the line of sight,
An image display device;
An image reversing mirror that is provided at a position away from the line of sight and forms an image of the image display device as a virtual image enlarged on the line of sight;
An angle that is parallel to an axis that intersects with the line of sight, and that is rotated by an axis that is reflected by the image inverting mirror and intersects with the line of sight that reaches the image display device to tilt the image display device. A setting section;
Body angle adjustment device that can adjust the elevation angle and left / right swing angle of the body by external signals,
A sensor that detects the vertical or horizontal position of the operator's pupil,
The main body angle adjusting device is controlled by the output signal of the sensor, and the apparent aspect ratio of the virtual image is made substantially the same as the aspect ratio of the image displayed on the image display device. Head up display.