JP2003508808A - 可変集中ビネット・ディスプレイ - Google Patents

可変集中ビネット・ディスプレイ

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Abstract

(57)【要約】 実世界の視界とユーザの目との間に置かれた可変透過エレメント（１４）及び、ユーザの視野内の実世界の視界上に重ねて表示される情報画像を生成するための生成表示光学システムを含む透明ディスプレイである。可変透過エレメントは、該エレメントを通してユーザの視野に透過する光の明度を動的に変化するように制御できる。可変透過エレメントは、該エレメントを介してのユーザの視野への光の明度の選択的な可変の透過を許すために空間的にアドレスできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 分野 本発明は、一般的には、ヘッド装着式ディスプレイを含む（但しこれに限られ
ない）等角的に整合させたディスプレイ・システム（conformally registered d
isplay system）に関し、詳細には、等角整合ディスプレイ・システムのための
シースルー（see-through）ディスプレイに関するものである。
【０００２】 背景 現行のヘッド装置式ディスプレイ（ＨＭＤ）においては、２つのビューをこの
システムのユーザに対し提示する。この２つのビューは、代表的には、リアルワ
ールド（実世界）のアウトサイド・ビューと、そして生成したビューである表示
した情報ビューとである。その生成したビューは、シースルーＨＭＤ内のユーザ
の視線においてその一方を他方の上にオーバーレイすることができる。
【０００３】 ヘッド装置式ディスプレイ（ＨＭＤ）は、多数の状況において極めて有用であ
り、それには、フライト・オペレーション、フィールド・オペレーション等のよ
うな軍事用途が含まれる。また、商用のフライト・オペレーションは、軍事オペ
レーションと殆ど同じ方法でＨＭＤシステムを利用することができる。ＨＭＤシ
ステムの他の利用には、メンテナンス・オペレーションが含まれる。例えば、Ｈ
ＭＤは、作業の区域または回路の概略図（schematic）を、その作業の区域また
は回路にオーバーレイするのに使用することもできる。また、指示（指令）のリ
ストをユーザの視野内に置くことによって、作業員がメンテナンスを実行すべき
リアルワールドの対象物を見ている間にその指示リストを見ることができるよう
にすることもできる。これら用途は、様々あってしかも変遷するものであり、し
たがってこれらは、ＨＭＤの利用のほんのいくつかであるに過ぎない。
【０００４】 このシースルーＨＭＤ設計の実用性は、これが単眼、双眼あるいはバイオキュ
ラ（biocular）の形式であるかどうかにかかわらず、これが、電子光学的ディス
プレイによって、ビューアに向けた情報に加えてアウトサイド・ワールドの視界
の同時のビューイングを可能にすることにある。これについては多くの用途があ
り、例えば、電子的に生成した目標レチクルを照準規正式武器システム制御のた
めにアウトサイド・シーンに等角的に整列して結合することである。このような
シースルーＨＭＤシステムはまた、コンピュータ支援状況認知システム（ＳＡＳ
）のための視覚情報伝達チャンネルとしても提案されている。これらＳＡＳの基
本的な考え方は、個々のチーム作業員（軍事応用では兵士）に対し、作業員のジ
ョブ・プランを実行するのに必要なタイムリーでしかもタスクのコンテキスト上
適当な情報を、作業プラン／ミッションの進行状況として利用可能な全てのネッ
トワーク化データ・リソースをポーリングし、分析し融合させる自律的なＳＷエ
ージェントを介して提供することである。このＳＡＳコンピュータ濃縮データは
、次にいくつかのチャンネル（例えば、視覚、聴覚、触覚）を介してチーム内の
適当な個人に伝達する。ＳＡＳの目的は、ミッション／プランの目標に対する可
能な最良の共同チーム成果のため、利用可能なデータ・リソースを最適に利用す
ることである。
【０００５】 ＨＭＤシステムは、代表的には、ソフトウェアおよびサポートするハードウェ
アだけでなく、ビーム・スプリッタを結合器と組み合わせて使用することにより
、２つの重畳したビューを生成する。ビーム・スプリッタは、規定された固定の
分割比を有している。ビーム・スプリッタは、ディスプレイに向かう光の強度を
ある固定の比率で分割する。代表的なビーム・スプリッタの比率は、リアルワー
ルド・ビューからの５０パーセントの光強度と、表示した情報ビューからの５０
パーセントの強度の固定の比率である。この結果、それらビューは、互いにオー
バーレイしそして重畳する。したがって、各ビューは、ユーザの視野内にあるこ
とになる。表示情報の光強度に対するリアルワールドの比率を変更することは、
ビーム・スプリッタを、異なった比率のビーム・スプリッタに変更することを要
する。
【０００６】 タスクの中には、直接のビューと表示した情報との両方を介して利用可能な情
報により、より良好に支援されるものがある（例えば、異常状況に対処しようと
している石油精製作業員チーム、あるいは戦闘ミッションにおける兵士チーム）
。しかし、妥協的な５０／５０分割は、明らかに、果たすべき作業／タスクのサ
イクルの全てのフェーズに対し最適なものではない。プラン実行のある種のフェ
ーズの間においては、表示情報チャンネルは、ユーザにとって望ましい注意の的
となる。プラン実行の他のフェーズの間においては、直接ビューは、望ましい注
意の的となる。
【０００７】 固定比率のビーム・スプリッタの使用に関しては、その固定比率が何であれ、
ある種の問題が存在する。ＨＭＤシステムが使用される状況は、短時間の内に劇
的にしかも急速に変化することがある。現行のＨＭＤシステムを使用中に再構成
することは実際的ではない。状況における使用が開始したときのビーム・スプリ
ッタ比率は、あらゆる実際的な目的に対しても、その特定の使用が終了するとき
のビーム・スプリッタ比率となっている。
【０００８】 しかし、変化する状況は、ビーム・スプリッタ比率またはリアルワールドの表
示情報に対する光強度の変化を必要としたりあるいはそのような変化によって対
処したりすることができる場合がある。例えば、ある種の状況においては、視覚
的な表示全体をアウトサイドのリアルワールドあるいは表示情報ビューのいずれ
かのみによって提供することが望ましい。概略図を調べている作業員の場合には
、アウトサイドのワールドの背景は概略図の一部またはいくつかの部分と干渉し
、これによって読み難くしたりあるいは読めなくしたりする。この状況では、ア
ウトサイドのワールド・ビューを排除しそして表示ビューのみを伝達するように
することが望ましくなる。別の場合では、ユーザの注意点は、アウトサイドのワ
ールドに完全に向けられることが必要となる場合がある。例えば、リアルワール
ドの視野は、ある種の対象または事件を求めて捜さなければならないとき、表示
情報は、そのリアルワールド・ビューと干渉したりあるいはリアルワールド・ビ
ューを何らかの方法で不明瞭にすることがある。
【０００９】 さらにまた、リアルワールドの外部ビューは、シースルー・ビューであってし
かもシーイン（see in）ビューでもある。また、ＨＭＤおよびＳＡＳは、幅広い
様々な周囲光条件において使用される。周囲光が明るいと、より多くの光強度を
ＨＭＤのリアルワールド部分に入れる。非常に明るい光においては、従来のＨＭ
ＤおよびＳＡＳシステムは、光がビュー中へ入るのを拒絶できるようにはしない
。このため、表示情報を見ることすらできるようにするためにも、この表示情報
の強度を増大させなければならない。シースルーの周囲光がユーザが見るディス
プレイ上に入射するため、表示イメージに対するディスプレイ電子回路は、一層
強く駆動することによって、ユーザが見られそうな表示情報ビューを生成しなけ
ればならない。表示情報ビューの強度の必要とされる増加は、表示情報コンポー
ネントに対するストレスを追加することになる。より強くディスプレイ電子回路
を駆動しなければならなくなると、より多くの電力を使用することになり、それ
らコンポーネントはより早く消耗することになる。
【００１０】 本技術と共に使用される他のディスプレイには、等角的に整列したディスプレ
イが含まれる。等角整列式ディスプレイは、ヘッドに装着する必要はない。この
等角整列式ディスプレイは、ユーザの視野内に置いたフラットパネル・ディスプ
レイによって生成することもできる。さらに、航空機のコックピット・キャノピ
ー全体をディスプレイとして使用することもできる。
【００１１】 発明の概要 本発明は、従来技術の上記問題を克服することであり、これは、リアルワール
ド・ビューと表示情報ビューとの間で可変の光強度比率をもつ等角整列式ディス
プレイ・システムを提供することにより行う。本発明の１実施形態による等角整
列式ディスプレイ・システムは、ユーザの光学トレイン内に配置した透過性が可
変のエレメント（要素）を備えている。この透過性可変エレメントは、リアルワ
ールド・ビューからユーザへ通過させる光強度の、等角整列式ディスプレイ・シ
ステムからユーザへ通過させる光強度の比率を調節する能力がある。
【００１２】 別の実施形態では、透過性可変エレメントを物理的にアドレス指定することに
より、光強度をユーザの視野内において空間的に制御できるようにする。この実
施形態では、ユーザの視覚的表示の各区域内における光強度は、その表示の他の
区域の光強度とは別個に制御することができる。これにより、表示情報に関連す
るＳＡＳ、等角整列式ディスプレイまたはＨＭＤのユーザまたはコントローラは
、ユーザの注目点を、その視野の特定の区域に集中させたり、あるいは等角整列
式ディスプレイの１つの空間的領域が単に表示情報ビューを提示するようにする
一方で、別の空間的領域が組み合わせのビューまたは単にリアルワールドのビュ
ーを提示するように同時に構成することもできる。透過光強度のこの空間的な区
別は、アドレス指定可能な透過性エレメントの空間的分解能の限界まで、任意の
複雑な組み合わせで使用することができる。
【００１３】 さらに別の実施形態では、本発明の等角整列式ディスプレイは、聴覚ドメイン
・システムを組み合わせることもでき、この聴覚ドメイン・システムは、望まし
くない音をマスクするために能動のあるいは受動のノイズ・サプレッションを使
用する同じく透過性可変技術を使用する。さらに、望ましいまたは必要な音は、
さらに強調することもできる。上述の本発明のアドレス指定可能なウィンドウ処
理特徴によって提供される方向性キュー処理（directional cueing）は、追加の
聴覚チャンネルによって補強することもできる。ここで、３次元の聴覚キューは
、表示した方向性ウィンドウと調和させてユーザに提示することにより、その方
向性情報内容を補強するようにする。能動または受動のノイズ・サプレッション
、並びに信号エンハンスメント抽出技術（signal enhancement extraction tech
niques）を使用することにより、３次元キュー処理チャンネルも補強することが
できる。
【００１４】 本発明の方法の実施形態は、リアルワールドの表示情報に対する光強度の比率
を調節することによって、その比率を動的に変化する状況に適合させることを備
えている。これは、透過性可変ウィンドウの透過率を変化させることにより行う
。さらに、本方法は、透過性可変ウィンドウを空間的にアドレス指定することに
よって、リアルワールド・ビューからユーザの視野へと通過する光強度を選択的
に変化させることを備える。本方法は、さらに、聴覚ドメイン制御を備えること
ができ、この制御は、受動または能動のノイズ・サプレッションを使用すること
によって望ましくない音をマスクする。これは、高品質の３次元聴覚キュー処理
を追加することにより、本発明のアドレス指定可能なウィンドウ処理特徴におけ
る方向性内容の暗示を補強する。
【００１５】 以上のように実現される可変分割比率は、調節可能な集中（immersion）を可
能にする。例えば、完全な集中は、チーム・メンバが主として彼らのＳＡＳを使
用して共通の表示画像を介して通信するような共同のプランのようなある種のタ
スクに対し適している。ここで、アウトサイド・ワールドの侵入は、障害となり
、また注意を散漫にさせるものとなる。しかし、リアルタイムのオペレーション
・モードにおける時では、作業員は、注意の的について全く逆のバランスをとら
せるものを必要とする。
【００１６】 透過性可変エレメントが提供する別の動作上の利点は、高い周囲光レベルに対
する表示情報のコントラスト比率性能の維持にある（すなわち、自動の「サング
ラス」機能）。
【００１７】 本発明は、ヘッドアップ・ディスプレイ、ヘッド・マウント型ディスプレイ、
フラットパネル・ディスプレイ、ギラツキ防止(glareshield)ディスプレイ等の
、ドライバ、ナビゲータ、又はパイロット等のユーザが、特に（コンバット）戦
闘等の瞬時に変化する状況において、表示された情報チャネルで、より鮮明なコ
ントラストの実環境（リアル・ワールド、実世界）を把握する必要がある場合の
ディスプレイに対して、等しく適用可能である。
【００１８】 現在の設計では、外界と表示された情報チャネルとの間で、５０対５０又は固
定の分割率となっている。５０対５０ではない分割率であっても、固定であって
ダイナミックに変更することができない。ハードウエアは、異なる手法で情報を
描くことができる。表示システムが、変更可能トランスミッション・エレメント
に対応付けられているため、変更が空間的に可能であるだけでなく、例えば、タ
ーゲットがパイロットが見ることができる外界可視フィールド中の物体である場
合に、輝度変更をすることも可能であり、これにより、パイロットがターゲット
に対して、注目度を増大させることができる。多数のターゲット中の特定のター
ゲットが、可視的に選択され分離されることがあり、これにより、適切なターゲ
ットを標的とする可能性が向上する。このような変更は、当業者の研究課題及び
スキルに含まれており、かつ、本発明の技術的範囲であると考えられる。
【００１９】 実施形態の説明 以下の実施例の詳細な説明において、本発明を実現できる特定の実施例を示し
た添付図面を参照して言及する。他の実施例が使用可能であり、また、本発明の
技術的範囲から逸脱しないで、構成の変更が可能であることが明らかであろう。
【００２０】 図１は、本発明の一実施例に係る等角的に整合されたディスプレイ１０を示し
ている。ディスプレイ１０は、一実施例においては、コンバイナ１２、変更可能
トランスミッション（透過）・エレメント１４、及び表示光学システム１６から
なるＨＭＤ１０である。コンバイナ１２は、ユーザ１８の可視フィールドに配置
される。コンバイナ１２は、表示光学システムによって生成された光学データを
、ユーザ１８の目２０に焦点を合わせる。表示光学システム１６は、この分野で
既知のように、表示駆動装置の使用によって、生成された表示情報を表示する。
表示光学システム１６は、等写的に配置されたディスプレイ又は状況アウェアネ
ス(situation awareness)システム（ＳＡＳ）において使用するために、表示情
報の光学トレイン(train)を生成することが可能なシステムであれば、任意のも
のを採用可能である。表示光学システムはまた、コンバイナを備えることができ
、よって、該表示光学システムは、光学トレインとコンバイナを含むことになる
。
【００２１】 実環境（実世界）すなわち外界のイメージもまた、ユーザ１８の可視フィール
ド中にある。実環境のイメージは、変更可能トランスミッション・エレメント１
４及びコンバイナ１２を介して、ユーザ１８の目２０に到着する。このようにし
て、実環境及び表示情報の可視画像の両方が、ユーザ１８の可視フィールドに現
れる。
【００２２】 図１においては、変更可能トランスミッション・エレメントが、コンバイナ１
２の直ぐ外側に示されているが、該エレメント１４を光学トレインの他の位置に
配置することにより、ＨＭＤ１０等のＨＭＤシステムの全体の大きさ及び重量を
低減することに有効である。このような変更も、当業者の技術的範囲内である。
【００２３】 変更可能トランスミッション（可変透過）・エレメント１４は、ユーザ１８の
目２０に届く光の強度を変更するよう調整可能である。図１に示すように、実環
境の情報２２は、変更可能トランスミッション・エレメント１４を通過して、光
強度２４として出現する。変更可能トランスミッション・エレメント１４は、コ
ントロール・モジュール２６に接続され、該モジュールは、エレメント１４を介
して通過する実環境の情報の光強度を制御する。コントロール・モジュール２６
は、手動操作可能であるか、若しくは、表示光学システム１６と一体化又は非一
体化されているコンピュータ・プログラム又は電気的制御システムの使用によっ
て、制御可能である。
【００２４】 変更可能トランスミッション・エレメント１４は、該エレメントを通過する光
の強度を変化可能であれば任意の構造とすることができる。例えば、変更可能ト
ランスミッション・エレメント１４は、該エレメントを通過する光の強度を任意
の方法で調整することができる。例えば、エレメント１４は、エレメント１４を
通過する光の強度を変更するために、偏光の相対的オリエンテーションを変化さ
せる偏光プリズム装置を用いることができる。同様に、エレメント１４として、
コレステリック液晶を用いることができ、これにより、電子光学的に投光度を調
整することができる。これらのスキームは、エレメント１４を通過する光の強度
を、ダイナミックにかつ変更可能に調整することができるが、各スキームは、偏
光プリズムの使用によって投光度ロスが５０％生じる。変更可能トランスミッシ
ョン・エレメント１４を、フラット・パネル・ウインドウ又は当分野において既
知の他の伝達構造によって実現することもできる。
【００２５】 偏光プリズムによるロス・ペナルティを排除した他の電子光学的アプローチを
採用することが好ましい。このようなアプローチには、エレクトロクロミック及
び電界整列可能浮遊粒子シャッタが含まれる。エレクトロクロミック・オプショ
ンには、液体セル及び薄膜の両方のソリッド・ステート電解質のデバイスが含ま
れる。これら両者とも、薄膜電極において反転可能な化学反応を生じさせるため
に、電流を使用する。なお、薄膜電極の酸化還元状態は、それらの光学的な投光
度を決定する。このようなエレクトロクロミックのデバイスは、ピクセル・サブ
電極又は任意の投光度制御機構を使用することにより、空間的にアドレスを指定
することができる。
【００２６】 他の実施例において、他のディスプレイは、ＥＯスペクトルにわたって均一で
はない変更可能トランスミッション・エレメントを使用する。このようなディス
プレイは、色特性によって投光度を変化させるために、減法型のエレメントを使
用する。例えば、このような実施例においては、総ての周囲環境の赤光等の通過
を阻止する。さらに別の実施例においては、スペクトルによって投光度を異なら
せることができるエレメントを使用する。
【００２７】 図２は、上述した変更可能トランスミッション・エレメント１４の代表例を示
している。該エレメント１４を介して通過する光の強度を変更することによって
、ユーザ２０の可視フィールドに影響を及ぼし、実環境の画像と表示された情報
の画像とが、一方に対して他方が強調された状態で現れ、また、エレメント１４
の投光度を制御することによって変更可能である。図３は、例えば、変更可能ト
ランスミッション・エレメント１４によって、実環境からユーザへの光を完全に
阻止し、かつ、ユーザの可視フィールドがスキーマティック２８とディスプレイ
光学システムによって生成された１組の指令３０との上に合焦された場合の、ユ
ーザの代表的な可視フィールドを示している。ユーザがスキーマティック２８及
び指令３０の観察を終了すると、変更可能トランスミッション・エレメント１４
は、伝達する光の強度を増大させ、これにより、ユーザの可視フィールドに実際
の電気回路３２の実環境の画像が現れる。ディスプレイ光学システムは、スキー
マティック２８及び指令３０のコンバイナ１２への伝達を同時に行うことができ
、そして、回路３０の可視フィールド全体をユーザが観察することができる。
【００２８】 ユーザの視野は、本発明により厳密に且つ幅広く制御されて、実際の世界と表
示された情報との間での調節可能なイマージョン（侵入）を提供するようにされ
る。例えば、図２は、本発明により呈示可能な視野効果および表示のタイプの代
表例を示す。ディスプレイ（表示）３０および３２は、図１に最適に示されるよ
うにユーザの視野に呈示される。ディスプレイ３０は、回路の概略図３４、およ
び回路３６のテストまたは保守の指令を示すものとして、呈示されている。概略
３４および指令（INSTRUCTION）３６は、図２において影で示される可変透過エ
レメント１４を通過する実世界ビュー（view）の光強度を制御することにより、
ユーザの視野に配置される。見られるイメージは、可変透過エレメント上に表示
されず、表示光学系１６、コンバイナ１２、および可変透過エレメント１４によ
ってユーザの視野に配置されることを理解すべきである。
【００２９】 ディスプレイ３０は、実世界ビューからの光強度の全てまたは実質的に全てが
可変透過エレメント１４を通過するのをブロックすることにより、生成される。
これにより、ユーザは、外の光または実世界ビューからの妨害（干渉）なしに、
回路概略図３４および指令３６を見ることが可能となる。ユーザが概略図３４お
よび指令３６を十分に学習または復習したときに、制御モジュール２６は、可変
透過エレメント１４を通過する光強度を調節して、実世界ビューからの光強度が
エレメント１４を通過するようにする。同時に、表示光学系１６は、表示される
情報、即ち、概略図３４および指令３６の透過を低減し、更には除去する。それ
により、ユーザは、視野内の実世界ビューの実際の回路３８を見る。このように
して、実世界のビューと表示される情報のビューとを、実世界ビューと表示情報
ビューとの間での可変の強度割合で、重ねることができる。実世界ビューと表示
情報ビューとの何れかを、可変透過エレメント１４または表示光学系１６のそれ
ぞれにより、完全に除去することができる。
【００３０】 本発明の別の実施形態において、可変透過エレメント４０は、図３に最適に示
されるように、複数の電極４２を用いて空間的にアドレスされ得る。各電極４２
は、エレメント４０の表面４４の特定的にアドレスされたエリアを、エレメント
４０を通過する実世界風景の光強度の量で変化させることを可能にする。このよ
うにして、特定の外部ビューを高い強度で透過させ、他の外部ビューを低い光強
度で透過させることができる。この構成により、制御モジュール３６は、エレメ
ント４０のアドレシングに従って透過エレメント３４を通過する外部ビューの光
強度を制御することが可能とされる。エレメント４０の空間的アドレシングを可
能とする特徴により、ユーザの注意を視野の特定のエリアに空間的に集中させる
ことができる。エレメント４０のアドレシングにより、全フィールドよりも小さ
い増分量で、実世界ビューからユーザの視野へと通過する光強度の調節が可能と
なる。
【００３１】 例えば、図４は、アドレス可能な可変透過エレメント４０のユーザの代表的な
視野４８および５０の一組のビューである。ビュー４８において、アドレス可能
な可変透過エレメント４０は、光強度が実世界からユーザの視野へ通過すること
を可能とするようにアドレスされ、ユーザが実世界のもの（オブジェクト）を見
ることを可能としている。ビュー４８において、ユーザは、トラック５２および
５４、戦車５６、および背景の森６０を見る。視野が、フィールド４８のように
、視界に多くの異なるオブジェクトを有するような特定の状況において、特定の
オブジェクトへの又は視野のエリアへのユーザの焦点を分離することが望ましい
。エレメント４０のアドレス可能であるという特徴により、そのような焦点合わ
せが可能となる。
【００３２】 ビュー５０において、例えば、ユーザの焦点をトラック５４に合わせるという
決定がなされたものとする。エレメント４０の空間アドレシング能力により、エ
レメント４０を通過する実世界からの光強度を制御することを可能とし、それに
より、空間エリア６４における光強度をブロックし、空間エリア６２における実
世界の光強度を透過して、ユーザの視野においてトラック５４を分離する。更に
、光学系１６のような表示光学系が使用されて、標的となるトラック５４上に電
子的に生成した標的用網線６６を配置する。特定的な標的指令は、空間エリア６
８に表示される。
【００３３】 可変透過エレメント１４およびアドレス可能な可変透過エレメント４０は、図
１に示すシステム１０のようなＨＭＤシステムにおいて実現される。表示光学系
１６に対して任意の数の光学的設計を、可変透過エレメント１４および４０とと
もに用いることができる。図５は、光学的設計の代表的な例、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇを示し、これらの各々は、システム１０のようなシステムにおいて使
用することができる。全ての設計において、エレメント１４またはエレメント４
０のような可変透過エレメントが、ユーザの目と、実世界ビュー・フィールドと
の間に配置される。エレメント１４または４０の配置については、上述している
。
【００３４】 可変透過エレメント４０のアドレス可能であるという特徴は、ヘッド・トラッ
クト・コンフォーマリー・レジスタード・システム（head tracked conformally
registered system、頭部を追跡する等角的な登録のシステム）に使用する場合
には、特に価値がある。このようなシステムでは、ビューーアー（観察者）の注
視する位置が追跡されて、彼の表示チャネル情報が実世界ビューとともに幾何学
的に登録される。従って、そのようなシステムでは、ＳＡＳは、タスク（職務）
に関連する情報を０％透過の背景上に表示し、他方、実世界の視界の他の部分の
１００％透過のビューを可能とする。言い換えると、特定の応用に適切なように
、実世界イメージは、生成されたイメージに登録されて、頭部／目追跡デバイス
を介してユーザの目が注視する方向と一致させられる。
【００３５】 例えば、保守作業者は、作業空間および彼らの手の動きを見るのとほとんど同
時に、基準資料を見る必要がある。同様に、可動ハイライティング・ウインドウ
またはボックスは、ＳＡＳにより識別された任意の関心を引くアイテムへの注意
を集中させられる。その結果として、アイコンをフラッシュさせたり、色を可変
としたりするような別の手法によるよりも、混乱が少なく、直観的に理解できる
注意を向けさせる伝達手段が生まれる。
【００３６】 図６は、本発明を実現する方法７０のフローチャートである。方法７０は、ブ
ロック７２において、ヘッド・マウント表示システムに可変透過エレメントを提
供すること、およびブロック７４において、実世界の光強度と生成された表示の
光強度との比率を変化させることを含む。ブロック７４においての、生成された
表示の光強度に対しての実世界の光強度の比率を変化させることは、更に、図７
に最適に示すように、ブロック７６において、可変透過エレメントを空間的にア
ドレスすること、ブロック７８において、生成された表示の光強度に対しての実
世界の光強度の比率を選択的に変化させること、および、ブロック８０において
、表示された光強度オブジェクトを選択的にユーザの視野に重ねることを含む。
方法７０はまた、オプションとして、上述のように、ユーザの目が注視した方向
と一致するように、生成されたイメージに実世界イメージを登録することを含む
ことができる。これは、図７にオプションのブロック７３として示している。
【００３７】 図８に示す更なる方法の実施形態８２では、ヘッド・マウント・ディスプレイ
における光強度を変化させる方法８２は、ブロック８４において、ユーザの視野
への呈示のために表示イメージを生成すること、ブロック８６において、ユーザ
の視野において実世界ビューを表示イメージに重ねること、ブロック８８におい
て、可変透過ウインドウの透過率を変えて実世界ビューの光強度を変化させるこ
と、およびブロック９０において、ユーザの視野における実世界光強度に対する
表示イメージ強度の比率を動的に制御することを含む。方法８２はまた、オプシ
ョンとして、上述のように、ユーザの目が注視した方向と一致するように、生成
されたイメージに実世界イメージを登録することを含むことができる。これは、
図８にオプションのブロック８７として示している。
【００３８】 本発明の方法および装置の別の応用は、伝達の別のモードである。例えば、聴
覚的領域において、動的ノイズ抑制技術を用いて、望ましくない環境音を完全に
マスクすることができる。しかし、多くの領域において、外部の聴覚的な合図は
、大きな重要性および意味を持ち得る。例えば、軍事的領域において、足元の枝
を折る音は戦闘員と高い関連性があり、チームメイトの武器の発射の音は殆ど無
関係である。勿論のこと、これは場合により異なる。特に、ＳＡＳが、聴覚チャ
ネルを介して情報を搬送することを試みるときには（例えば、機械化された強敵
の場所）、入力をマスクする環境音は、注意をそらすものであり、また、不都合
なものである。同様に、洗練した応用においては、モータまたはポンプのノイズ
が、幾つかの状況においては高い関連性を有し、それは、他の状況ではボード・
オペレータ又はフィールド・チーム・メンバからの無線電送であるからである。
可変透過聴覚エレメントは、ユーザの注意の集中（焦点）の動的制御を可能とす
る。そのようなエレメント１００を図１に示す。可変透過聴覚エレメント１００
は、制御モジュール２６へ接続され、制御される。また、エレメント１００は、
それ自体の制御モジュールを有してもよい。
【００３９】 更に、視野領域に関して説明したように、アドレス可能な聴覚エレメントは、
制御の柔軟性のレベルを高くする。例えば、前方のセクタからの音を完全に通過
させつつ（又は増幅して通過させつつ）、特定のセクタ（例えば、ユニット・モ
ルタル又は精製コンプレッサを含む）からの音をマスクする能力は、上述の空間
的にアドレス可能な可変透過エレメント４０の、空間的に注意を集中させる能力
を提供する。
【００４０】 別の実施形態において、エレメント１００のような可変透過聴覚エレメントが
、ＨＭＤ又は等角的登録ディスプレイとは別に用いられる。この実施形態におい
て、エレメント１００のような可変透過聴覚エレメントは、上述のようなそれ自
体の制御モジュールを備える。可変透過聴覚エレメントは、聴覚信号をユーザの
耳へ選択的に通過させる。制御モジュールは、可変透過聴覚エレメントへ動作可
能に接続され、可変透過聴覚エレメントを通過する音を制御する。
【００４１】 本発明の実施形態は、ヘッド・マウント・ディスプレイに関して説明した。等
角的的に登録されるディスプレイ（conformally registered display）を全ての
実施形態に使用できることは、理解すべきである。上記で定義した等角的登録デ
ィスプレイは、ウインドシールドまたはキャノピーの視界全体のような表示を含
む。等角的登録ディスプレイにおいて、しばしば３空間と呼ばれる実世界ビュー
におけるポイント（点）およびユーザの目の位置が与えられると、３空間におけ
る点を結ぶベクトル上にあるピクセル又は画素、およびユーザの目を判断するこ
とができる。等角的登録ディスプレイの何れのシステムも、本発明の多種の実施
形態で使用することができ、それらのような等角的登録ディスプレイは本発明の
範囲内にある。
【００４２】 等角的登録ディスプレイにおけるビューは、飛行機又は車両にある。例えば、
飛行機のパノラマ的コックピット・ディスプレイは、ディスプレイとして用いら
れる。ヘッドアップ・ディスプレイ（heads-up display）は、ウインドシールド
またはキャノピーの一部分に装備され、また、グレア・シールド（ぎらつきシー
ルド）その他に装備され得る。
【００４３】 図１に示す装置１０および１００、および図５に示す多種の表示光学系列は、
限定するものではないが、ヘルメット取付型ディスプレイ、ヘッド・マウント・
ディスプレイ、等角的登録ディスプレイ、平面パネル・ディスプレイ、グレアシ
ールド取付ディスプレイその他を含む任意の数のシースルー・ディスプレイに含
まれることができ、また、配置されることができる。エレメントは、 バイザー（visor）、飛行機キャノピー又は車両ウインドシールドのビューの全
体、および他の等角的登録ディスプレイにおいて組み合わせることができる。こ
のようなディスプレイは、本発明の範囲から離れずに、単眼用器具、バイオキュ
ラ、および双眼鏡の形態で実施できる。
【００４４】 一実施形態における方法７０および８２は、図９に示されるようなパーソナル
・コンピュータ１１０でこの方法を行うように書かれたコンピュータ・プログラ
ムで構成できる。コンピュータ・プログラムは、メイン・メモリから出て中央処
理装置１１２で実行されることができ、また、コンピュータ・プログラムは、取
り外し可能な媒体に格納されている場合には、永久記憶装置からディスク・ドラ
イブ１１４を介して、また、パーソナル・コンピュータの外に格納されている場
合にはネットワーク・コネクタ又はモデム接続を介して、また、読み出せて使用
出来る他の形式のコンピュータ又は機械読み取り可能な媒体を介して、メイン・
メモリへ転送され得る。コンピュータ・プログラムは、方法７０および８２を行
うための複数のモジュール又はオブジェクトを備える。コードを書くために用い
るコンピュータ・プログラミング言語のタイプは、手続きコード・タイプ言語か
らオブジェクト指向言語にいたる多種のものであり得る。プログラマの希望に依
存して、フィールドまたはオブジェクトは、説明したモジュール又は方法ステッ
プに対して１対１の対応を有する必要はない。更に、方法および装置は、当業者
には知られるように、ソフトウエア、ハードウエア、ファームウエアの組み合わ
せを備えてもよい。
【００４５】 上述の説明は例示であり、制限を意図していないことを理解すべきである。当
業者であれば、上述の説明を読み、理解することで、他の多くの実施形態が明ら
かになろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して判定すべきで
あり、特許請求の範囲に含まれる等価物の全範囲を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の外観図である。
【図２】 図１に示した実施例によって見られる代表的な可視フィールドの図である。
【図３】 本発明の他の実施例の外観図である。
【図４】 図３に示した実施例により見られる代表的な可視フィールドの図である。
【図５】 本発明の実施例とともに使用される光学的トレインの代表的サンプルの図であ
る。
【図６】 本発明の方法の実施例のフローチャートである。
【図７】 本発明の方法の他の実施例のフローチャートである。
【図８】 本発明の方法の他の実施例のフローチャートである。
【図９】 本発明の実施例を適用することができるタイプのコンピュータ・システムのブ
ロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H087 KA23 TA01 TA02 TA04 TA05 2H088 EA10 GA03 HA20 HA21 HA24 JA04

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実世界の視界上に重ねられた表示情報視界を生成するための
    表示光学システムと、コンバイナと、実世界の視界とユーザの目との間に置かれ
    た可変透過要素とからなる、等角的に整合された表示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、フラットパネル・ウインドウである、表示装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、前記コンバイナの外部に配置されている、表示装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、更
    に、前記可変透過要素を通る光の明度を制御するために、前記可変透過要素に機
    能的に接続された制御モジュールを有する、表示装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、エレクトロクロミック・ウインドウである、表示装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、分極の相対方向が可変の、一対のクロス分極パネルである、
    表示装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、コレステリック液晶ウインドウである、表示装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、前
    記可変透過要素が、サスペンドされた微小シャッターと整列可能な電界を有する
    ウインドウである、表示装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、更
    に、前記可変透過要素上に配置された複数の離間した透過率制御エフェクタを有
    し、該透過率制御エフェクタの各々が、可変透過要素の部分を空間的にアドレス
    する、表示装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、
    該等角的に整合された表示装置が、ヘッド・マウント・ディスプレイである、表
    示装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、
    該等角的に整合された表示装置が、透明ディスプレイである、表示装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、
    前記可変透過要素が、スペクトルを弁別可能である、表示装置。
  13. 【請求項１３】 実世界の視界とユーザの目との間に置かれた可変透過要素
    と、ユーザの視野内の実世界の視界上に重ねて表示される情報画像を生成するた
    めの表示光学システムとを含む、等角的に整合された表示装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、前記可変透過要素が、エレクトロクロミック・ウインドウである、表示装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、前記可変透過要素が、分極の相対方向が可変の、一対のクロス分極パネルであ
    る、表示装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、前記可変透過要素が、コレステリック液晶ウインドウである、表示装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、前記可変透過要素が、サスペンドされた微小シャッターと整列可能な電界を有
    するウインドウである、表示装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、更に、前記可変透過要素を空間的にアドレスする、複数の離間した透過率制御
    エフェクタを有する、表示装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、更に、前記複数の透過率制御エフェクタの各々が、前記可変透過要素の一意的
    部分を空間的にアドレスする、表示装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、該等角的に整合された表示装置が、ヘッド・マウント・ディスプレイである、
    表示装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１３に記載の等角的に整合された表示装置であって
    、該等角的に整合された表示装置が、透明ディスプレイである、表示装置。
  22. 【請求項２２】 表示情報画像を有する等角的に整合された表示システム内
    に可変透過要素を設ける段階と、該システムのユーザの視野に入る実世界の光の
    明度と前記表示情報画像の明度との割合を変化させる段階とからなる、方法。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の方法であって、前記割合を変化させる
    段階が、更に、前記可変透過要素を空間的にアドレスする段階と、実世界の視界
    の明度と表示情報画像の明度との割合を変化させるために、前記可変透過要素を
    通る実世界の明度の透過を選択的に変化させる段階とからなる、方法。
  24. 【請求項２４】 等角的に整合された表示システムのユーザの視野に入る実
    世界の光の明度と表示情報画像の明度との割合を変化させる段階からなる、方法
    をコンピュータに実行させるための機械可読の命令を含む、機械可読媒体。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の機械可読媒体であって、前記機械可読
    媒体が、更に、実世界の視界の明度と表示情報画像の明度との割合を変化させる
    ために、前記等角的に整合された表示システムの可変透過要素を通る実世界の明
    度の透過を選択的に変化させる段階をコンピュータに実行させるための機械可読
    の命令を含む、機械可読媒体。
  26. 【請求項２６】 請求項１に記載の等角的に整合された表示装置であって、
    更に、前記ユーザの耳に対して聴覚信号を選択的に通過させる、可変聴覚透過要
    素を有する、装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２２に記載の方法であって、更に、前記ユーザの耳
    に対してフィルタされた環境音を与える段階を含む、方法。
  28. 【請求項２８】 ユーザの視野に表示画像を生成する段階と、前記ユーザの
    視野に実世界の視界と前記表示画像とを重ね合わせる段階と、前記ユーザの視野
    内の実世界の視界の明度を変化させる段階と、前記ユーザの視野内の前記実世界
    の視界の明度と前記表示画像の明度との割合を動的に制御する段階とからなる、
    等角的に整合された表示を操作する方法。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の方法であって、前記実世界の視界の明
    度を変化させる段階が、前記実世界の視界を可変透過要素に通過させることから
    なる、方法。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の方法であって、前記実世界の視界を可
    変透過要素に通過させることが、更に、前記実世界の視界をスペクトルを弁別可
    能である可変透過要素に通過させることからなる、方法。
  31. 【請求項３１】 請求項２７に記載の方法であって、前記変化が、前記実世
    界の視界の明度を空間的に変化する段階も含む、方法。
  32. 【請求項３２】 ユーザの耳に対して聴覚信号を選択的に通過させる、可変
    聴覚透過要素と、前記可変聴覚透過要素を通る音を制御するために、前記可変聴
    覚透過要素に機能的に接続された制御モジュールとからなる、聴覚システム。
  33. 【請求項３３】 生成された視界を表示する、透過率可変のディスプレイと
    、実世界の視界と前記生成された視界とを空間的に整合させる追跡モジュールと
    、前記ディスプレイを通る光の明度を制御するために、前記ディスプレイに機能
    的に接続された制御モジュールとからなる、等角的に整合された表示システム。
  34. 【請求項３４】 請求項３３に記載の等角的に整合された表示システムであ
    って、前記追跡モジュールが頭部追跡モジュールである、システム。
  35. 【請求項３５】 請求項３３に記載の等角的に整合された表示システムであ
    って、前記追跡モジュールが視線追跡モジュールである、システム。
JP2001520541A 1999-08-12 2000-08-11 可変集中ビネット・ディスプレイ Withdrawn JP2003508808A (ja)

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