(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバイナを有するヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬可能なシミュレータであって、
制御装置と、
前記制御装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する画像表示装置とを備え、
前記画像として、そのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象を仮想的に表す第１画像と、そのコンバイナにより光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象を仮想的に表す第２画像とを重畳した画像が、前記画像表示装置により表示され、
そのシミュレータにおける使用者の頭部位置を検出する手段と、
そのコンバイナに対する頭部の相対位置の変化と第２視認対象の視認可能部分の変化との関係に対応するように定められた、そのシミュレータにおける使用者の頭部位置の変化と第２画像の変化との関係を記憶する手段とを備え、
前記制御装置によって前記画像信号を変化させることで、その検出した使用者の頭部位置の変化時に、その記憶した関係に従って第２画像が変化するように前記画像表示装置が制御されるシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバイナを有するヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬可能なシミュレータに関し、例えばフライトシミュレータやドライビングシミュレータ等に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイ１０１を示し、中空のハウジング１０２、このハウジング１０２に取り付けられるハーフミラー等により構成されるコンバイナ１０３、そのハウジング１０２に内蔵される表示器１０４およびミラー１０５を有する。その表示器１０４から出射される画像表示光Ｌは、ミラー１０５により反射され、ハウジング１０２に形成された開口を介してコンバイナ１０３に至り、そのコンバイナ１０３により光路変更されてパイロットＰの目に入る。これによりパイロットＰは、その画像表示光Ｌにより表示されるシンボルと、そのコンバイナ１０３を透過する光が目に入ることで視認される外界とを重畳して視認することができる。
【０００３】
図３の（１）は、その画像表示光Ｌにより表示されるシンボルＳの一例を示すもので、飛行速度Ｓ１、飛行高度Ｓ２、飛行方位Ｓ３、水平方向に対する傾きを示す機体シンボルＳ４からなる。図３の（２）は、そのコンバイナ１０３を透過する光が目に入ることで視認される外界Ｖの一例を示す。図３の（３）は、パイロットにより視認される重畳されたシンボルＳと外界Ｖとを示す。
【０００４】
上記のような航空機の飛行訓練用のフライトシミュレータにおいては、ヘッドアップディスプレイ１０１の表示機能を模擬するため、コンバイナ１０３を透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象、上記図示例では外界Ｖ、を仮想的に表す第１画像と、コンバイナ１０３により光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象、上記図示例ではシンボルＳ、を仮想的に表す第２画像とを、重畳して表示可能な画像表示装置を備えている。
【０００５】
図４は、従来のフライトシミュレータにおける画像表示装置１１０を示し、図３の（３）に示す重畳されたシンボルＳと外界Ｖとを表す画像に対応する画像信号を映像生成装置１１１により生成し、その画像信号に対応する画像表示光をプロジェクタ１１２からスクリーン１１３に出射し、そのスクリーン１１３に投影された画像をフライトシミュレータの使用者Ｕが視認する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すような実際のヘッドアップディスプレイ１０１においては、コンバイナ１０３に対するパイロットＰの頭部の相対位置が図中破線で示すアイモーションボックスＥと呼ばれる範囲にあれば、パイロットＰはシンボルＳの全体を視認することができるが、コンバイナ１０３に対するパイロットＰの頭部の相対位置がアイモーションボックスＥから外れると、パイロットＰはシンボルＳの全体を視認することができなくなる。例えば、図２においてパイロットＰの頭部の相対位置がアイモーションボックスＥ内のＰ１位置であれば、図３の（１）に示すように画像表示光Ｌにより表示されるシンボルＳの全体を視認でき、使用者は図３の（３）に示す重畳されたシンボルＳ全体と外界Ｖとを視認することになる。しかし、図２において頭部がアイモーションボックスＥから部分的に外れた位置Ｐ２であれば、画像表示光Ｌにより表示されるシンボルＳは図５の（１）に示すように一部のみを視認でき、パイロットＰは図５の（２）に示すようにシンボルＳの一部のみと外界Ｖとを視認することになる。また、図２において頭部がアイモーションボックスＥから完全に外れた位置Ｐ３であれば、画像表示光Ｌにより表示されるシンボルＳは図５の（３）に示すように視認できず、パイロットＰは図３の（２）に示すように外界Ｖのみを視認することになる。
【０００７】
しかし、従来のフライトシミュレータは、図３の（３）に示す重畳されたシンボルＳと外界Ｖとを表す画像をスクリーン１１３に投影している。そのため、フライトシミュレータの使用者Ｕの頭部の位置が実際の航空機のアイモーションボックスＥに対応する領域Ｅ′から外れる位置に変位しても、シンボルＳ全体と外界Ｖとが視認される。すなわち、上記従来のフライトシミュレータにはアイモーションボックスが存在しないため、アイモーションボックスが存在するヘッドアップディスプレイ１０１の表示機能を模擬することができなかった。
【０００８】
そこで、フライトシミュレータにおいて画像表示装置１１０とは別に、シミュレータ用に表示焦点距離の短い専用ヘッドアップディスプレイを設け、画像表示装置１１０により外界Ｖの画像を表示し、そのシミュレータ用ヘッドアップディスプレイによりシンボルＳを表示することが考えられる。これにより、アイモーションボックスを設けてヘッドアップディスプレイ１０１の表示機能を模擬することが可能になる。
【０００９】
しかし、専用のヘッドアップディスプレイを設けるとシミュレータが高価、複雑になる。また、模擬対象のヘッドアップディスプレイにおけるアイモーションボックスのサイズや、ヘッドアップディスプレイによるシンボルの表示位置は、模擬対象が相違すると通常は変化する。そのような模擬対象の相違に応じてシミュレータ用ヘッドアップディスプレイのアイモーションボックスのサイズやシンボルの表示位置を変化させるのは、光学系の交換等が必要になることから非常に困難である。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決することのできるシミュレータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンバイナを有するヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬可能なシミュレータであって、制御装置と、前記制御装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する画像表示装置とを備え、前記画像として、そのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象を仮想的に表す第１画像と、そのコンバイナにより光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象を仮想的に表す第２画像とを重畳した画像が、前記画像表示装置により表示され、そのシミュレータにおける使用者の頭部位置を検出する手段と、そのコンバイナに対する頭部の相対位置の変化と第２視認対象の視認可能部分の変化との関係に対応するように定められた、そのシミュレータにおける使用者の頭部位置の変化と第２画像の変化との関係を記憶する手段とを備え、前記制御装置によって前記画像信号を変化させることで、その検出した使用者の頭部位置の変化時に、その記憶した関係に従って第２画像が変化するように前記画像表示装置が制御されることを特徴とする。
本発明の構成によれば、ヘッドアップディスプレイのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象を仮想的に表す第１画像と、コンバイナにより光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象を仮想的に表す第２画像とを、画像表示装置により重畳して表示する。この際、検出した使用者の頭部位置の変化に応じて、そのコンバイナに対する頭部の相対位置の変化と第２視認対象の視認可能部分の変化との関係に対応するように、その第２画像を変化させることができる。すなわち、シミュレータの使用者の頭部の位置が実際のヘッドアップディスプレイではアイモーションボックスから完全に外れる位置に変位した場合は、第２視認対象の全部が視認されない状態を模擬するために第２画像を非表示とできる。また、シミュレータの使用者の頭部の位置が実際のヘッドアップディスプレイではアイモーションボックスから部分的に外れる位置に変位した場合は、第２視認対象の一部が視認されない状態を模擬するために第２画像の一部を非表示とすることができる。その模擬対象のヘッドアップディスプレイにおけるアイモーションボックスのサイズやシンボルの表示位置の相違に応じて、上記記憶される関係を定めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に示すフライトシミュレータにおける表示システム１は、図２に示すようなコンバイナ１０３を有するヘッドアップディスプレイ１０１の表示機能を模擬可能なものであって、単一の画像表示装置２と、頭部位置検出装置３と、制御装置４とを備えている。その画像表示装置２は、制御装置４から送られる画像信号に対応する画像表示光Ｌ′をスクリーン１０に向かい出射するプロジェクタ１１を有し、フライトシミュレータ１の使用者Ｕにスクリーン１０に結像された画像を視認させる。その画像として、そのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象、本実施形態では上記図３の（２）に示す外界Ｖ、を仮想的に表す第１画像と、そのコンバイナにより光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象、本実施形態では上記図３の（１）に示すシンボルＳ、を仮想的に表す第２画像とを、重畳して表示可能である。
【００１３】
その頭部位置検出装置３は、フライトシミュレータ１における使用者Ｕの頭部の位置を検出するもので、公知のものを用いることができ、例えば、磁気式、機械式、超音波式、加速度センサ式、光学式等、任意の方式で位置検出するものを用いることができる。
【００１４】
その制御装置４は、そのコンバイナに対する頭部の相対位置の変化と第２視認対象の視認可能部分の変化との関係に対応するように予め定められた、フライトシミュレータ１における使用者Ｕの頭部位置の変化と第２画像の変化との関係を記憶する。その制御装置４は、その頭部位置検出装置３により検出した使用者Ｕの頭部位置の変化時に、その記憶した関係に従って第２画像が変化するように画像表示装置１に送る画像信号を変化させることで画像表示装置１を制御する。
【００１５】
上記実施形態によれば、ヘッドアップディスプレイのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される第１視認対象を仮想的に表す第１画像と、コンバイナにより光路変更される画像表示光が目に入ることで視認される第２視認対象を仮想的に表す第２画像とを、画像表示装置１により重畳して表示する。この際、頭部位置検出装置３により検出した使用者Ｕの頭部位置の変化に応じて、コンバイナ１０２に対する頭部の相対位置の変化と第２視認対象の視認可能部分の変化との関係に対応するように、その第２画像を変化させることができる。すなわち、シミュレータの使用者Ｕの頭部の位置が実際のヘッドアップディスプレイのアイモーションボックスＥに対応する領域Ｅ′内の位置Ｕ１にある場合は、第２画像の全体を表示し、本実施形態では図３の（３）に示すようにシンボルＳ全体と外界Ｖとを表す画像をスクリーン１０に表示する。シミュレータの使用者Ｕの頭部の位置が実際のアイモーションボックスＥに対応する領域Ｅ′から部分的に外れる位置Ｕ２にある場合は、第２視認対象の一部が視認されない状態を模擬するために第２画像の一部を非表示とし、図５の（２）に示すようにシンボルＳの一部のみと外界Ｖとを表す画像をスクリーン１０に表示する。シミュレータの使用者Ｕの頭部の位置が実際のアイモーションボックスＥに対応する領域Ｅ′から完全に外れる位置Ｕ３である場合は、第２視認対象の全部が視認されない状態を模擬するために第２画像を非表示とし、図３の（２）に示すようにシンボルＳは視認されずに外界Ｖのみが視認される画像をスクリーン１０に表示する。これにより、シミュレータ用の専用ヘッドアップディスプレイを用いることなく、アイモーションボックスＥが存在するヘッドアップディスプレイ１０１の表示機能を模擬できる。しかも、その模擬対象のヘッドアップディスプレイ１０１におけるアイモーションボックスＥのサイズやシンボルの表示位置の相違に応じて、上記記憶される関係を定めればよいため、模擬対象の相違に容易に対応できる。
【００１６】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではフライトシミュレータに本発明を適用したが、コンバイナを有するヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬するシミュレータであれば本発明を適用できる。例えば、自動車のドライバーにヘッドアップディスプレイにより車速やナビゲーション情報等を表示する機能を模擬するドライビングシミュレータ、博物館等において展示物の説明情報等をヘッドアップディスプレイにより観察者に表示する機能を模擬するシミュレータにも本発明を適用できる。頭部位置検出装置により使用者の頭頂部の位置を検出する場合、首の傾きによって検出された頭部位置と目の位置がずれるため、頭部の傾斜角情報を検出可能な頭部位置検出装置を用い、検出された頭部位置と目の位置との偏差を補正してもよい。そのような頭部位置検出装置としては、頭頂部にバンド等を介して取り付けられるセンサと、シミュレータ側に取り付けられるソースとを有し、そのセンサでソースの信号を検知することで、使用者の視線の向きに対応した信号を出力する公知のヘッドモーショントラッカを用いることができる。また、左右一方の目がアイモーションボックス範囲内にあり、他方の目がアイモーションボックス範囲外にある状態を模擬するため、使用者に液晶シャッタ付眼鏡を装着させ、アイモーションボックス範囲内の目にのみ画像を表示可能にしてもよい。また、画像表示装置として頭部装着型表示装置を用い、左右の目に相異なる画像を表示して表示画像の立体視を実現可能とし、さらに頭部の傾斜角情報を検出可能な頭部位置検出装置を用い、左右眼それぞれの位置を頭部の位置、傾斜角情報、眼間距離を用いて幾何的に計算し、その結果に基づいて、左右眼それぞれに視認される第２画像を変化させることで、ヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、シミュレータ用の専用ヘッドアップディスプレイを用いることなく、アイモーションボックスが存在するヘッドアップディスプレイの表示機能を模擬でき、しかも模擬対象の相違に容易に対応できるシミュレータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のシミュレータにおける表示システムの構成説明図
【図２】航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイを示す図
【図３】（１）は航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイにより表示されるシンボルの一例を示す図、（２）は航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイのコンバイナを透過する光が目に入ることで視認される外界の一例を示す図、（３）はヘッドアップディスプレイにより表示されるシンボルと外界の重畳された状態の一例を示す図
【図４】従来のフライトシミュレータにおける表示システムの構成説明図
【図５】（１）は航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイにより表示されるシンボルの一部のみが視認される状態を示す図、（２）は航空機に搭載されるヘッドアップディスプレイにより表示されるシンボルの一部のみと外界とが重畳された状態の一例を示す図、（３）はそのシンボルが視認されない状態を示す図
【符号の説明】
１  フライトシミュレータ
２  画像表示装置
３  頭部位置検出装置
４  制御装置
１０１  ヘッドアップディスプレイ
１０３  コンバイナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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