JPH11337862A

JPH11337862A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH11337862A
Application number: JP10147575A
Authority: JP
Inventors: Akihito Takeya; 章仁竹家; Takao Miyazaki; 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: 1999-12-10
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JP3855461B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンバイナと画像反転ミラーと画像表示装置
を備え，コンバイナは半透明の凹面鏡で形成され，オペ
レータの前方にコンバイナが配置されたヘッドアップデ
ィスプレイにおいて，コンバイナにより光路を変更する
ことでコンバイナの前方に画像表示装置の画像が虚像と
して拡大表示される．コンバイナが原理的にオペレータ
にも画像表示装置にも正対していないので、画像の縦横
比が正しく表示されず、縦横比率の一方は拡大され、一
方は縮小され歪んで見えてしまう。【解決手段】虚像３の縦横比が正しく表示されるよう
に、画像表示装置５０をはじめから傾斜させて配置し、
一方が見かけ上縮小されるようにしておく。この縮小さ
れた方の辺がコンバイナ２によって拡大され、丁度もと
の画像の比率で見えるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１０−４
８５６３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４３５
ｍｍ、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，−５０．０２
０）、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４．５１
９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、半透明の凹面鏡からなるコンバイ
ナをオペレータの視線上に、前記視線と交差する軸の回
りに回転させて前記視線に対して傾斜して設置し、前記
視線から離れた位置に設けた画像反転ミラーを介して画
像表示装置の画像を前記視線上に拡大虚像として形成す
るように構成し、もって、前記オペレータは前記虚像と
この虚像の向う側の情景とを重ねて視認できるようにし
たヘッドアップディスプレイにおいて、前記画像表示装
置は、前記視線と交差する軸に平行な軸であって、前記
画像反転ミラーで反射して前記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、傾斜して設置したも
のである。傾斜して設置された画像表示装置は、見かけ
上圧縮されて見えるので、傾斜して設置されたコンバイ
ナによって引き延ばされると、相殺されて画像の歪みを
軽減することが出来る。

【００２０】また、画像表示装置を回転傾斜させる角度
は、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選定
したものである。これにより画像の見かけの歪みをほぼ
なくすことができる。

【００２１】また、この発明によるヘッドアップディス
プレイは、半透明の凹面鏡からなるコンバイナをオペレ
ータの視線上に、前記視線と交差する軸の回りに回転さ
せて前記視線に対して傾斜して設置し、前記視線から離
れた位置に設けた画像反転ミラーを介して画像表示装置
の画像を前記視線上に拡大虚像として形成するように構
成し、もって、前記オペレータは前記虚像とこの虚像の
向う側の情景とを重ねて視認できるようにしたヘッドア
ップディスプレイにおいて、前記画像表示装置は、前記
画像反転ミラーで反射して前記画像表示装置に至る視線
に対して垂直に設置され、かつ、画像の上下寸法又は左
右寸法を変更して表示する画像変換装置を有し、これを
用いて前記寸法の少なくとも一方の寸法を変更して表示
したものである。変更された画像の寸法は傾斜設置され
たコンバイナによって元の寸法に引き延ばされて見える
ので、見かけ上画像の歪みをほぼなくすことが出来る。

【００２２】また、画像表示装置を傾斜させて取付ける
ほか、画像表示装置に表示される画像の上下寸法又は左
右寸法を変更して表示する画像変換装置を有し、これを
用いて前記寸法の少なくとも一方の寸法を変更して表示
するものである。画像表示装置の傾斜角度と画像の寸法
調節の両方で画像の歪み程度を調整できるので調整が容
易となる。

【００２３】また、画像反転ミラーに代えて画像の左右
を反転表示する反転表示装置を有するものである。反転
表示装置は画像反転ミラーよりも構成が簡単なので全体
として構成を単純化することが出来る。

【００２４】また、画像変換装置は外部信号によって画
像の上下又は左右の寸法が調整できる物であるととも
に、オペレータの瞳の上下又は左右位置を検知するセン
サーを備えて、このセンサーの出力信号によって前記画
像変換装置を制御するものである。

【００２５】また、画像表示装置の傾斜角度を外部信号
によって調整できる角度調整装置を備えるとともに、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を
備えて、このセンサーの出力信号によって前記角度調整
装置を制御するものである。

【００２６】また、オペレータの瞳の位置を検知するセ
ンサーは、画像入力装置と、この画像入力装置の出力す
る画像を処理する処理装置を有するものである。

【００２７】また、センサーの画像入力装置は赤外線画
像入力装置を用いたものである。

【００２８】また、コンバイナと画像反転ミラーはとも
にヒンジを備え、このヒンジによって折畳まれるように
したものである。

【００２９】また、移動体の運転席のフロントガラスを
そのままコンバイナとして用いた物である。

【００３０】また、ヘッドアップディスプレイの仰角、
左右首振り角を外部信号によって調整できる角度調整装
置を備えるとともに、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を備えて、このセンサーの出力信
号によって前記角度調整装置を制御するものである。

【００３１】

【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。

【００３２】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。

【００３３】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３
０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。

【００３４】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，−５０．０２
０）とする。画像表示装置５を画像表示光６に対して３
４．５４５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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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５
０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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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１
１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。

【００４２】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。

【００４３】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１
３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。

【００４４】実施の形態１０．図２１は、実施の形態１
０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。

【００４５】

【発明の効果】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【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のが像処理を説明する図である。

【図１７】図１３のが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のが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、１
５赤外線画像入力装置、１６ヒンジ、
１００原画像、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半透明の凹面鏡からなるコンバイナをオ
ペレータの視線上に、前記視線と交差する軸の回りに回
転させて前記視線に対して傾斜して設置し、前記視線か
ら離れた位置に設けた画像反転ミラーを介して画像表示
装置の画像を前記視線上に拡大した虚像として形成する
ように構成し、もって、前記オペレータは前記虚像とこ
の虚像の向う側の情景とを重ねて視認できるようにし、前記視線と交差する軸に平行な軸であって、前記画像反
転ミラーで反射して前記画像表示装置に至る視線と交差
する軸の回りに、前記画像表示装置を回転させ、傾斜さ
せて設置したことを特徴とするヘッドアップディスプレ
イ。
【請求項２】請求項１に記載の画像表示装置を回転傾
斜させる角度は、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
るようにしたことを特徴とするヘッドアップディスプレ
イ。
【請求項３】半透明の凹面鏡からなるコンバイナをオ
ペレータの視線上に、前記視線と交差する軸の回りに回
転させて前記視線に対して傾斜して設置し、前記視線か
ら離れた位置に設けた画像反転ミラーを介して画像表示
装置の画像を前記視線上に拡大した虚像として形成する
ように構成し、もって、前記オペレータは前記虚像とこ
の虚像の向う側の情景とを重ねて視認できるようにした
ヘッドアップディスプレイにおいて、前記画像表示装置は、前記画像反転ミラーで反射して前
記画像表示装置に至る視線に対して垂直に設置され、か
つ、画像の上下寸法又は左右寸法を変更して表示する画
像変換装置を用いて前記寸法の少なくとも一方の寸法を
変更して表示したことを特徴とするヘッドアップディス
プレイ。
【請求項４】請求項１に記載のヘッドアップディスプ
レイであって、画像表示装置に表示される画像の上下寸
法又は左右寸法を変更して表示する画像変換装置を用い
て前記寸法の少なくとも一方の寸法を変更して表示する
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】請求項１又は３に記載のヘッドアップデ
ィスプレイであって、画像反転ミラーに代えて画像の左
右を反転表示する反転表示装置を有することを特徴とす
るヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】請求項３に記載のヘッドアップディスプ
レイの画像変換装置は外部信号によって画像の上下又は
左右の寸法が調整できる物であるとともに、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を備えて、
このセンサーの出力信号によって前記画像変換装置の上
記寸法を調整、制御することを特徴とするヘッドアップ
ディスプレイ。
【請求項７】請求項２に記載のヘッドアップディスプ
レイであって、画像表示装置の傾斜角度を外部信号によ
って調整できる角度調整装置を備えるとともに、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を備え
て、このセンサーの出力信号によって前記角度調整装置
を制御することを特徴とするヘッドアップディスプレ
イ。
【請求項８】請求項６又は７に記載のオペレータの瞳
の位置を検知するセンサーは、画像入力装置と、この画
像入力装置の出力する画像を処理する処理装置を有する
ものであることを特徴とするヘッドアップディスプレ
イ。
【請求項９】請求項８に記載のセンサーの画像入力装
置は赤外線画像入力装置であることを特徴とするヘッド
アップディスプレイ。
【請求項１０】請求項１に記載のコンバイナと画像反
転ミラーはともにヒンジを備え、このヒンジによって折
畳まれることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】コンバイナは移動体の運転席のフロン
トガラスであることを特徴とする請求項１に記載のヘッ
ドアップディスプレイ。
【請求項１２】請求項２に記載のヘッドアップディス
プレイであって、ヘッドアップディスプレイの仰角、左
右首振り角を外部信号によって調整できる角度調整装置
を備えるとともに、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を備えて、このセンサーの出力信号
によって前記角度調整装置を制御することを特徴とする
ヘッドアップディスプレイ。