JP2011093456A

JP2011093456A - 救難目標位置指示装置及びそれに光学特性を記憶させる光学特性記憶方法

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Publication number: JP2011093456A
Application number: JP2009250330A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Toriyama; 陽介鳥山; Tsunehisa Ohashi; 恒久大橋; Kazuo Tawada; 一穂多和田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP5233958B2

Abstract

【課題】搭乗体に対する救難目標の位置を正確に演算することができる救難目標位置指示装置の提供。
【解決手段】頭部装着型表示装置１０と、入力装置２０と、ヘッドモーショントラッカ装置３０と、外部に存在する救難目標と照準画像とが対応したときに入力操作された入力装置２０からの入力信号と、搭乗体９０に対する頭部装着型表示装置１０の位置及び角度とに基づいて、搭乗体９０に対する救難目標の位置を演算する制御部５０とを備える救難目標位置指示装置１であって、窓９１の材質、形状及び配置位置を示す窓９１の光学特性を記憶する記憶部５２を有し、制御部５０は、入力信号２０と、搭乗体９０に対する頭部装着型表示装置１０の位置及び角度と、窓の光学特性とに基づいて、搭乗体９０に対する救難目標の位置を演算することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、難破船や遭難者等の救難目標の位置を、航空機やヘリコプタ等の飛行体等の搭乗員が装着する頭部装着型表示装置を利用して指示する救難目標位置指示装置及びそれに光学特性を記憶させる光学特性記憶方法に関する。

救難活動において、上空から難破船（救難目標）を探すために航空機（飛行体）が用いられている。航空機は、前面と側面とに曲面形状のガラス製の見張窓を有するとともに、鉄製の壁を有する。これにより、航空機の外部と航空機の内部とが分かれており、パイロットが航空機の内部の座席に着席することになる。そして、航空機の外部からの光は、見張窓を透過して航空機の内部に導かれることで、パイロットは、航空機の外部に存在する実在物を視認することができるようになっている。
このような航空機において、航空機の外部で発見した難破船を見失うことがないようにするため、救難目標位置指示装置が設置されており、救難目標位置指示装置によって、パイロットが装着する頭部装着型表示装置付ヘルメットのバイザー（光学素子）により表示される照準画像と、バイザーを通して視認される難破船とが対応したときにロックすることにより、ロックされた救難目標の位置を演算することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
なお、図３は、照準画像の一例を示す図である。十字形状の照準画像Ｒが表示されているとともに、難破船Ｎが視認されている。

ここで、従来の救難目標位置指示装置の一例について説明する。図８は、従来の救難目標位置指示装置の概略構成の一例を示す図である。また、図２（ａ）は、頭部装着型表示装置付ヘルメットの一例を示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図である。
救難目標位置指示装置１０１は、パイロットＰの頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、パイロットＰの手によって入力操作される押しボタン２１を有する入力装置２０と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を演算するヘッドモーショントラッカ（ＨＭＴ）装置３０と、飛行体情報を演算する検出装置４０と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と入力装置２０とＨＭＴ装置３０と検出装置４０とを制御する制御部１５０とを備える。

救難目標位置指示装置１０１が設置される航空機９０は、前面と側面とに曲面形状のガラス製の見張窓９１を有するとともに、後面に鉄製の壁９２を有する。そして、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算するために、航空機９０には、ＸＹＺ座標系が予め設定されている。このようなＸＹＺ座標系は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができ、救難活動を行う前に設定者等によって制御部１５０に予め記憶されることになる。
検出装置４０は、航空機９０の緯度及び経度を検出するＧＰＳ用受信機４１と、航空機９０の高度を検出する高度計４２と、航空機９０の姿勢として航空機９０の機首の方向を検出する方向センサ４３と、航空機９０の姿勢として航空機６０の左右の傾きであるバンク角を検出する角度センサ４４とで構成される。そして、ＧＰＳ用受信機４１と高度計４２と方向センサ４３と角度センサ４４とは、航空機９０に取り付けられ、制御部１５０に信号を出力することになる。

頭部装着型表示装置付ヘルメット１０は、パイロットＰの頭部に装着されるヘルメット１１と、パイロットＰの眼の前方に配置されるバイザー（光学素子）１２と、パイロットＰの左上方に配置される左眼用表示器１３Ｌと、パイロットＰの右上方に配置される右眼用表示器１３Ｒとを有する。
ヘルメット１１は、パイロットＰの頭部を覆うととともに、顔面が開放される略半球形状である。
バイザー１２は、所定の曲面形状であり、ハーフミラーやホログラム素子等により構成される。そして、バイザー１２は、上下方向にスライド可能な状態でヘルメット１１に支持されており、バイザー１２を下げるとパイロットＰの左眼及び右眼の前方に配置されるようになっている。

左眼用表示器１３Ｌは、照準画像Ｒを示す左眼用画像表示光を出射するとともに、右眼用表示器１３Ｒは、照準画像Ｒを示す右眼用画像表示光を出射する。
これにより、左眼用表示器１３Ｌから出射される左眼用画像表示光は、バイザー１２の反射面で反射されることにより、パイロットＰの左眼に導かれるとともに、右眼用表示器１３Ｒから出射される右眼用画像表示光は、バイザー１２の反射面で反射されることにより、パイロットＰの右眼に導かれる。その結果、パイロットＰは、観察対象の虚像（照準画像）Ｒを立体的にバイザー１２の所定の位置に視認できるとともに、バイザー１２を透過する光により実在物も視認できるようになっている。

また、パイロットＰの頭部は、航空機９０の内部で様々な位置や角度に変化するので、ＨＭＴ装置３０によって、航空機９０に設定されたＸＹＺ座標系に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を演算するために、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０には、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系が予め設定されている。なお、角度（ＲＬ）は、ロール方向（Ｘ軸回りの回転）の角度であり、角度（ＥＬ）は、エレベーション方向（Ｙ軸回りの回転）の角度であり、角度（ＡＺ）は、アジマス方向（Ｚ軸回りの回転）の角度である。このようなＸ’Ｙ’Ｚ’座標系は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができ、救難活動を行う前に設定者等によって制御部１５０に予め記憶されることになる。

ＨＭＴ装置３０は、例えば、ヘルメット１１の上部に取り付けられた磁気センサ３１と、航空機９０の天井に取り付けられた磁気ソース３２とで構成される。磁気ソース３１は、交流磁界を発生させるものであり、空間の各点には、それぞれの位置に固有の磁気変化（大きさ及び方向を有する磁気）が生じることになる。磁気センサ３１は、３軸のピックアップコイルを有しており、磁気センサ３１が存在する位置固有の磁気の大きさ及び方向を検出する。そして、磁気センサ３１は、制御部１５０に信号を出力することになる。
また、制御部１５０は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０において、照準画像Ｒは、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系のどの位置に表示されるかがわかるようになっており、ＸＹＺ座標系に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を算出することができれば、ＸＹＺ座標系において照準画像Ｒがどの位置を指し示しているかがわかるようになっている。

制御部１５０は、ＣＰＵ１５１とメモリ１５２とを備える。また、ＣＰＵ１５１が処理する機能をブロック化して説明すると、ＨＭＴ装置３０から頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を取得する頭部情報取得部５１ａと、検出装置４０から飛行体情報を取得する飛行体情報取得部５１ｂと、難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する演算部１５１ｃと、難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を表示する表示制御部５１ｄとを有する。
また、メモリ１５２には、制御部１５０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、ＸＹＺ座標系を記憶するＸＹＺ系記憶領域５２ａと、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系を記憶するＸ’Ｙ’Ｚ’座標系記憶領域５２ｂとを有する。

演算部１５１ｃは、押しボタン２１からの入力信号と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と、飛行体情報とに基づいて、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する制御を行う。
具体的には、パイロットＰは、外部に存在する難破船Ｎを発見すると、照準画像Ｒと難破船Ｎとを対応させる。そして照準画像Ｒと難破船Ｎとが対応（ロック）したときに、パイロットＰは、押しボタン２１を入力操作する。これにより、演算部１５１ｃは、押しボタン２１が入力操作されたときの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と、押しボタン２１が入力操作されたときの飛行体情報とに基づいて、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する。その結果、演算部１５１ｃは、航空機９０が移動しつづけていても、難破船Ｎが一度ロックされれば、航空機９０に対して難破船Ｎがどの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）に存在するかがわかるようになっており、パイロットＰに難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を指し示すようになっている。

特開２０００−２２５９９８号公報

しかしながら、救難目標位置指示装置１０１では、航空機９０が移動しつづけていても、難破船Ｎが一度ロックされれば、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）がわかるようになっているはずが、パイロットＰは、指し示された位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を視認しても、難破船Ｎが存在しないことがあった。つまり、救難目標位置指示装置１０１では、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を正確に演算することができていないことがあった。

本件発明者らは、上記課題を解決するために、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を正確に演算することができる方法について検討を行った。パイロットＰは、見張窓９１を通して、難破船Ｎと照準画像Ｒとを対応させているが、図９に示すように、見張窓９１で光学歪が発生していることがわかった。このように見張窓９１で光学歪が発生した状態で難破船Ｎと照準画像Ｒとを対応させると、演算部１５１ｃは、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を誤って演算することになる。
また、見張窓９１で発生する光学歪は、図１０に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）が同じであっても、角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）が異なれば、全く異なる。さらに、見張窓９１で発生する光学歪は、図１１に示すように、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）が同じであっても、位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）が異なれば、全く異なることもあるし、図１２に示すように、同じとなることもある。
そこで、見張窓９１の光学特性を考慮することにより、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算することを見出した。

すなわち、本発明の救難目標位置指示装置は、外部と内部とを分ける窓を有し、外部からの光が窓を透過して内部に導かれる搭乗体に搭乗員が搭乗し、前記搭乗員の眼の前方に配置される光学素子と、照準画像を示す画像表示光を出射する表示器とを有し、前記表示器から出射された画像表示光が、前記光学素子を介して搭乗員の眼に導かれることにより、前記搭乗員の前方に照準画像を形成するとともに、前記搭乗員の眼の前方からの光が、前記光学素子を透過して搭乗員の眼に導かれる頭部装着型表示装置と、前記搭乗員の手によって入力操作される入力装置と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度を演算するヘッドモーショントラッカ装置と、外部に存在する救難目標と照準画像とが対応したときに入力操作された入力装置からの入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算する制御部とを備える救難目標位置指示装置であって、前記窓の材質、形状及び配置位置を示す窓の光学特性を記憶する記憶部を有し、前記制御部は、前記入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度と、前記窓の光学特性とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算するようにしている。
ここで、「光学素子」としては、顔正面を覆うように配置されるものが挙げられ、例えば、バイザー、コンバイナ、メガネ等が挙げられる。

本発明の頭部装着型表示装置によれば、窓の光学特性を考慮しているので、搭乗体に対する救難目標の位置を正確に演算することができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記窓の光学特性は、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の各位置及び各角度によって、外部に存在する救難目標が窓を介してどの位置に見えるかを示す光学歪データを含むようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記搭乗体は、曲面形状の窓を有する飛行体であり、前記飛行体の緯度、経度、高度及び姿勢を示す飛行体情報を演算する検出装置を備え、前記制御部は、前記入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度と、前記窓の光学特性と、前記飛行体情報とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算するようにしてもよい。

そして、本発明の光学特性記憶方法は、上述したような救難目標位置指示装置に、前記窓の光学特性を記憶させる光学特性記憶方法であって、前記窓の材質、形状及び配置位置を窓データとして設定する窓データ設定ステップと、前記搭乗体の内部に複数の測定点及び測定方向を測定データとして設定する測定データ設定ステップと、前記窓データと測定データとに基づいて、近似多項式を用いて、前記搭乗体の内部の各位置及び各角度によって、外部に存在する救難目標が窓を介してどの位置に見えるかを示す光学歪データを作成する光学歪データ作成ステップとを含むようにしている。
さらに、上記の発明において、前記窓データ設定ステップは、３次元デジタイザを用いて窓の形状を設定するようにしてもよい。

本発明の救難目標位置指示装置の概略構成の一例を示す図である。頭部装着型表示装置付ヘルメットの一例を示す図である。照準画像の一例を示す図である。光学特性記憶方法の一例を説明するためのフローチャートである。航空機の内部に設定された複数の測定点の一例を説明するための図である。航空機の内部に設定された複数の測定方向の一例を説明するための図である。頭部装着型表示装置の位置及び角度と同じように歪量を受けるシミュレーション点を見つけ出すことを説明するための図である。従来の救難目標位置指示装置の概略構成の一例を示す図である。見張窓で発生する光学歪を説明するための図である。見張窓で発生する光学歪を説明するための図である。見張窓で発生する光学歪を説明するための図である。見張窓で発生する光学歪を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の救難目標位置指示装置の概略構成の一例を示す図である。なお、救難目標位置指示装置１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
救難目標位置指示装置１は、パイロットＰの頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、パイロットＰの手によって入力操作される押しボタン２１等を有する入力装置２０と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を演算するヘッドモーショントラッカ（ＨＭＴ）装置３０と、飛行体情報を演算する検出装置４０と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と入力装置２０とＨＭＴ装置３０と検出装置４０とを制御する制御部５０とを備える。

制御部５０は、ＣＰＵ５１とメモリ５２とを備える。また、ＣＰＵ５１が処理する機能をブロック化して説明すると、ＨＭＴ装置３０から頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を取得する頭部情報取得部５１ａと、検出装置４０から飛行体情報を取得する飛行体情報取得部５１ｂと、難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する演算部５１ｃと、難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を表示する表示制御部５１ｄと、見張窓９１の光学特性を設定して記憶させる設定部５１ｅとを有する。
また、メモリ５２には、制御部５０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、ＸＹＺ座標系を記憶するＸＹＺ系記憶領域５２ａと、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系を記憶するＸ’Ｙ’Ｚ’座標系記憶領域５２ｂと、見張窓９１の光学特性を記憶する光学特性記憶領域５２ｃとを有する。

設定部５１ｅは、見張窓９１の光学特性を光学特性記憶領域５２ｃに記憶させる制御を行う。見張窓９１の光学特性は、救難活動を行う前に設定者等が入力装置２０を用いながら設定することによって、光学特性記憶領域５２ｃに記憶されることになる。
ここで、見張窓９１の光学特性を記憶させる光学特性記憶方法の一例について説明する。図４は、光学特性記憶方法の一例を説明するためのフローチャートである。
光学特性記憶方法は、＜１＞窓データ設定ステップ（ステップＳ１０１）と、＜２＞測定データ設定ステップ（ステップＳ１０２）と、＜３＞光学歪データ作成ステップ（ステップＳ１０３）とを含む。

＜１＞窓データ設定ステップ
設定者は、見張窓９１の屈折率（材質）を窓データとして設定部５１ｅに設定する。例えば、設定者は入力装置２０を用いて「屈折率１．３」と入力する。また、設定者は、見張窓９１の形状を窓データとして設定部５１ｄに設定する。例えば、設定者は３次元デジタイザを用いて見張窓９１の形状（曲面形状や厚さや表面状態等）を計測し、その後、入力装置２０を用いて「見張窓９１の形状」を入力する。さらに、設定者は、ＸＹＺ座標系における見張窓９１の配置位置を窓データとして設定部５１ｄに設定する。例えば、設定者は入力装置２０を用いて「見張窓９１の配置位置（Ｘ_ｇ，Ｙ_ｇ，Ｚ_ｇ）」を入力する。

＜２＞測定データ設定ステップ
航空機９０の内部に複数の測定点及び測定方向を測定データとして設定部５１ｅに設定する。図５は、航空機９０の内部に設定された複数の測定点の一例を説明するための図であり、図６は、航空機９０の内部に設定された複数の測定方向の一例を説明するための図である。
例えば、複数の測定点は、ＸＹＺ座標系において原点（０，０，０）を中心として、Ｘ方向に所定の間隔（例えば、１０ｃｍ）をあけて５点をとり、Ｙ方向に所定の間隔（例えば、１０ｃｍ）をあけて５点をとるように、原点（０，０，０）を中心とした５×５である合計２５点を設定する。
さらに、各測定点において、Ｚ方向を基準として、エレベーション方向（ＥＬ）に所定の間隔（例えば、３０°）をあけて５つの角度をとり、アジマス方向（ＡＺ）に所定の間隔（例えば、３０°）をあけて５つの角度をとるように、合計９つの角度を設定する。

＜３＞光学歪データ作成ステップ
＜１＞窓データ設定ステップで設置された窓データと、＜２＞測定データ設定ステップで設置された測定データとに基づいて、下記に示す近似多項式を用いて、航空機９０の内部の各位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び各角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）によって、外部に存在する難破船Ｎが見張窓９１を介してどの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）に見えるかを示す光学歪データを作成する。

ここで、近似多項式の一例として、３次式で補正を行った場合について説明する。
まず、位置（Ｘ，Ｙ，０）を固定し、各ＡＺでのＥＬ歪量ΔＥＬの近似多項式（６−１）を求める。
ΔＥＬ＝Ａ×ＥＬ^３＋Ｂ×ＥＬ^２＋Ｃ×ＥＬ＋Ｄ・・・（６−１）
なお、（６−１）の係数Ａ〜Ｄは、下記式（６−２）〜（６−５）で表される。
Ａ＝Ａ_１×ＡＺ^３＋Ａ_２×ＡＺ^２＋Ａ_３×ＡＺ＋Ａ_４・・・（６−２）
Ｂ＝Ｂ_１×ＡＺ^３＋Ｂ_２×ＡＺ^２＋Ｂ_３×ＡＺ＋Ｂ_４・・・（６−３）
Ｃ＝Ｃ_１×ＡＺ^３＋Ｃ_２×ＡＺ^２＋Ｃ_３×ＡＺ＋Ｃ_４・・・（６−４）
Ｄ＝Ｄ_１×ＡＺ^３＋Ｄ_２×ＡＺ^２＋Ｄ_３×ＡＺ＋Ｄ_４・・・（６−５）
また、（６−２）〜（６−５）の係数Ａ_１〜Ａ_４，Ｂ_１〜Ｂ_４，Ｃ_１〜Ｃ_４，Ｄ_１〜Ｄ_４も、同様にＸの３次式で表し、そのＸの３次式の係数も、同様にＹの３次式で表すことになる。
そして、最終的に近似多項式(６−１)を(６−６)に示すようなＸ，Ｙ，Ｚ，ＡＺ，ＥＬの３次式とする。
ΔEL＝（((H₁×Y³＋H₂×Y²＋H₃×Y＋H₄)×X³＋(H₅×Y³＋H₆×Y²＋H₇×Y＋H₈)×X²＋
(H₉×Y³＋H₁₀×Y²＋H₁₁×Y＋H₁₂)×X＋(H₁₃×Y³＋H₁₄×Y²＋H₁₅×Y＋H₁₆))×AZ³＋
((H₁₇×Y³＋H₁₈×Y²＋H₁₉×Y＋H₂₀)×X³＋(H₂₁×Y³＋H₂₂×Y²＋H₂₃×Y＋H₂₄)×X²＋
(H₂₅×Y³＋H₂₆×Y²＋H₂₇×Y＋H₂₈)×X＋(H₂₉×Y³＋H₃₀×Y²＋H₃₁×Y＋H₃₂))×AZ²＋
((H₃₃×Y³＋H₃₄×Y²＋H₃₅×Y＋H₃₆)×X³＋(H₃₇×Y³＋H₃₈×Y²＋H₃₉×Y＋H₄₀)×X²＋
(H₄₁×Y³＋H₄₂×Y²＋H₄₃×Y＋H₄₄)×X＋(H₄₅×Y³＋H₄₆×Y²＋H₄₇×Y＋H₄₈))×AZ＋
((H₄₉×Y³＋H₅₀×Y²＋H₅₁×Y＋H₅₂)×X³＋(H₅₃×Y³＋H₅₄×Y²＋H₅₅×Y＋H₅₆)×X²＋
(H₅₇×Y³＋H₅₈×Y²＋H₅₉×Y＋H₆₀)×X＋(H₆₁×Y³＋H₆₂×Y²＋H₆₃×Y＋H₆₄)))×EL³＋
(((H₆₅×Y³＋H₆₆×Y²＋H₆₇×Y＋H₆₈)×X³＋(H₆₉×Y³＋H₇₀×Y²＋H₇₁×Y＋H₇₂)×X²＋
(H₇₃×Y³＋H₇₄×Y²＋H₇₅×Y＋H₇₆)×X＋(H₇₇×Y³＋H₇₈×Y²＋H₇₉×Y＋H₈₀))×AZ³＋
((H₈₁×Y³＋H₈₂×Y²＋H₈₃×Y＋H₈₄)×X³＋(H₈₅×Y³＋H₈₆×Y²＋H₈₇×Y＋H₈₈)×X²＋
(H₈₉×Y³＋H₉₀×Y²＋H₉₁×Y＋H₉₂)×X＋(H₉₃×Y³＋H₉₄×Y²＋H₉₅×Y＋H₉₆))×AZ²＋
((H₉₇×Y³＋H₉₈×Y²＋H₉₉×Y＋H₁₀₀)×X³＋(H₁₀₁×Y³＋H₁₀₂×Y²＋H₁₀₃×Y＋H₁₀₄)×X²＋
(H₁₀₅×Y³＋H₁₀₆×Y²＋H₁₀₇×Y＋H₁₀₈)×X＋(H₁₀₉×Y³＋H₁₁₀×Y²＋H₁₁₁×Y＋H₁₁₂))×AZ＋
((H₁₁₃×Y³＋H₁₁₄×Y²＋H₁₁₅×Y＋H₁₁₆)×X³＋(H₁₁₇×Y³＋H₁₁₈×Y²＋H₁₁₉×Y＋H₁₂₀)×X²＋
(H₁₂₁×Y³＋H₁₂₂×Y²＋H₁₂₃×Y＋H₁₂₄)×X＋(H₁₂₅×Y³＋H₁₂₆×Y²＋H₁₂₇×Y＋H₁₂₈)))×EL²＋
(((H₁₂₉×Y³＋H₁₃₀×Y²＋H₁₃₁×Y＋H₁₃₂)×X³＋(H₁₃₃×Y³＋H₁₃₄×Y²＋H₁₃₅×Y＋H₁₃₆)×X²＋
(H₁₃₇×Y³＋H₁₃₈×Y²＋H₁₃₉×Y＋H₁₄₀)×X＋(H₁₄₁×Y³＋H₁₄₂×Y²＋H₁₄₃×Y＋H₁₄₄))×AZ³＋
((H₁₄₅×Y³＋H₁₄₆×Y²＋H₁₄₇×Y＋H₁₄₈)×X³＋(H₁₄₉×Y³＋H₁₅₀×Y²＋H₁₅₁×Y＋H₁₅₂)×X²＋
(H₁₅₃×Y³＋H₁₅₄×Y²＋H₁₅₅×Y＋H₁₅₆)×X＋(H₁₅₇×Y³＋H₁₅₈×Y²＋H₁₅₉×Y＋H₁₆₀))×AZ²＋
((H₁₆₁×Y³＋H₁₆₂×Y²＋H₁₆₃×Y＋H₁₆₄)×X³＋(H₁₆₅×Y³＋H₁₆₆×Y²＋H₁₆₇×Y＋H₁₆₈)×X²＋
(H₁₆₉×Y³＋H₁₇₀×Y²＋H₁₇₁×Y＋H₁₇₂)×X＋(H₁₇₃×Y³＋H₁₇₄×Y²＋H₁₇₅×Y＋H₁₇₆))×AZ＋
((H₁₇₇×Y³＋H₁₇₈×Y²＋H₁₇₉×Y＋H₁₈₀)×X³＋(H₁₈₁×Y³＋H₁₈₂×Y²＋H₁₈₃×Y＋H₁₈₄)×X²＋
(H₁₈₅×Y³＋H₁₈₆×Y²＋H₁₈₇×Y＋H₁₈₈)×X＋(H₁₈₉×Y³＋H₁₉₀×Y²＋H₁₉₁×Y＋H₁₉₂)))×EL＋
(((H₁₉₃×Y³＋H₁₉₄×Y²＋H₁₉₅×Y＋H₁₉₆)×X³＋(H₁₉₇×Y³＋H₁₉₈×Y²＋H₁₉₉×Y＋H₂₀₀)×X²＋
(H₂₀₁×Y³＋H₂₀₂×Y²＋H₂₀₃×Y＋H₂₀₄)×X＋(H₂₀₅×Y³＋H₂₀₆×Y²＋H₂₀₇×Y＋H₂₀₈))×AZ³＋
((H₂₀₉×Y³＋H₂₁₀×Y²＋H₂₁₁×Y＋H₂₁₂)×X³＋(H₂₁₃×Y³＋H₂₁₄×Y²＋H₂₁₅×Y＋H₂₁₆)×X²＋
(H₂₁₇×Y³＋H₂₁₈×Y²＋H₂₁₉×Y＋H₂₂₀)×X＋(H₂₂₁×Y³＋H₂₂₂×Y²＋H₂₂₃×Y＋H₂₂₄))×AZ²＋
((H₂₂₅×Y³＋H₂₂₆×Y²＋H₂₂₇×Y＋H₂₂₈)×X³＋(H₂₂₉×Y³＋H₂₃₀×Y²＋H₂₃₁×Y＋H₂₃₂)×X²＋
(H₂₃₃×Y³＋H₂₃₄×Y²＋H₂₃₅×Y＋H₂₃₆)×X＋(H₂₃₇×Y³＋H₂₃₈×Y²＋H₂₃₉×Y＋H₂₄₀))×AZ＋
((H₂₄₁×Y³＋H₂₄₂×Y²＋H₂₄₃×Y＋H₂₄₄)×X³＋(H₂₄₅×Y³＋H₂₄₆×Y²＋H₂₄₇×Y＋H₂₄₈)×X²＋
(H₂₄₉×Y³＋H₂₄₉×Y²＋H₂₅₀×Y＋H₂₅₁)×X＋(H₂₅₂×Y³＋H₂₅₃×Y²＋H₂₅₄×Y＋H₂₅₅)))
・・・（６−６）
なお、H₁〜H₂₅₅は定数とする。

演算部５１ｃは、押しボタン２１からの入力信号と、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と、飛行体情報と、光学歪データとに基づいて、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する制御を行う。
具体的には、パイロットＰは、外部に存在する難破船Ｎを発見すると、照準画像Ｒと難破船Ｎとを対応させる。そして照準画像Ｒと難破船Ｎとが対応（ロック）したときに、パイロットＰは、押しボタン２１を入力操作する。これにより、演算部５１ｃは、押しボタン２１が入力操作されたときの頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と、押しボタン２１が入力操作されたときの飛行体情報と、光学歪データとに基づいて、航空機９０に対する難破船の位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する。

ところで、光学歪データは、航空機９０の内部のＸＹ面での各位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，０）及び各角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）によって、外部に存在する難破船Ｎが見張窓９１を介してどの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）に見えるかを示すものである。そして、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）は、航空機９０の内部のＸＹ面上に存在するとは限らないので、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と同じように歪量を受けるＸＹ面での位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，０）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）であるシミュレーション点を見つけ出すことになる。

図７は、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）と同じように歪量を受けるシミュレーション点を見つけ出すことを説明するための図である。
頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）及び角度（ＡＺ_１，ＥＬ_１，ＲＬ_１）と同じように歪量を受けるシミュレーション点は、位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）から角度（ＲＬ_１，ＥＬ_１，ＡＺ_１）に向かうようにしてＸＹ面と交差する点、すなわち、位置（Ｘ_１＋Ｚ_１ｔａｎＡＺ_１，Ｙ_１＋Ｚ_１ｔａｎＥＬ_１，０）であり、かつ、角度（ＡＺ_１，ＥＬ_１，ＲＬ_１）は同一である角度（ＡＺ_１，ＥＬ_１，ＲＬ_１）となる。
これにより、演算部５１ｃは、押しボタン２１が入力操作されたときの飛行体情報と、位置（Ｘ_１＋Ｚ_１ｔａｎＡＺ_１，Ｙ_１＋Ｚ_１ｔａｎＥＬ_１，０）及び角度（ＡＺ_１，ＥＬ_１，ＲＬ_１）のときの光学歪データとに基づいて、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を演算する。

その結果、演算部５１ｃは、航空機９０が移動しつづけていても、難破船Ｎが一度ロックされれば、航空機９０に対して難破船Ｎがどの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）に存在するかがわかるようになっており、パイロットＰに難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を指し示すようになっている。
以上のように、救難目標位置指示装置１によれば、見張窓９１の光学特性を考慮しているので、航空機９０に対する難破船Ｎの位置（Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｎ，Ｚ_Ｎ）を正確に演算することができる。

（他の実施形態）
上述した救難目標位置指示装置１では、航空機９０に設定されたＸＹＺ座標系に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置（Ｘ_ｈ，Ｙ_ｈ，Ｚ_ｈ）及び角度（ＡＺ_ｈ，ＥＬ_ｈ，ＲＬ_ｈ）を、磁気方式のＨＭＴ装置２０で算出する構成としたが、光学方式のＨＭＴ装置で算出する構成としてもよい。

本発明の救難目標位置指示装置は、例えば、航空機やヘリコプタのような飛行体等のパイロットが使用するのに適する。

１，１０１救難目標位置指示装置
１０頭部装着型表示装置付ヘルメット（頭部装着型表示装置）
１２バイザー（光学素子）
１３表示器
２０入力装置
３０ヘッドモーショントラッカ装置
５０，１５０制御部
５２，１５２記憶部
９０飛行体（搭乗体）
９１見張窓

Claims

外部と内部とを分ける窓を有し、外部からの光が窓を透過して内部に導かれる搭乗体に搭乗員が搭乗し、
前記搭乗員の眼の前方に配置される光学素子と、照準画像を示す画像表示光を出射する表示器とを有し、前記表示器から出射された画像表示光が、前記光学素子を介して搭乗員の眼に導かれることにより、前記搭乗員の前方に照準画像を形成するとともに、前記搭乗員の眼の前方からの光が、前記光学素子を透過して搭乗員の眼に導かれる頭部装着型表示装置と、
前記搭乗員の手によって入力操作される入力装置と、
前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度を演算するヘッドモーショントラッカ装置と、
外部に存在する救難目標と照準画像とが対応したときに入力操作された入力装置からの入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算する制御部とを備える救難目標位置指示装置であって、
前記窓の材質、形状及び配置位置を示す窓の光学特性を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度と、前記窓の光学特性とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算することを特徴とする救難目標位置指示装置。
前記窓の光学特性は、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の各位置及び各角度によって、外部に存在する救難目標が窓を介してどの位置に見えるかを示す光学歪データを含むことを特徴とする請求項１に記載の救難目標位置指示装置。
前記搭乗体は、曲面形状の窓を有する飛行体であり、
前記飛行体の緯度、経度、高度及び姿勢を示す飛行体情報を演算する検出装置を備え、
前記制御部は、前記入力信号と、前記搭乗体に対する頭部装着型表示装置の位置及び角度と、前記窓の光学特性と、前記飛行体情報とに基づいて、前記搭乗体に対する救難目標の位置を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の救難目標位置指示装置。
請求項２に記載の救難目標位置指示装置に、前記窓の光学特性を記憶させる光学特性記憶方法であって、
前記窓の材質、形状及び配置位置を窓データとして設定する窓データ設定ステップと、
前記搭乗体の内部に複数の測定点及び測定方向を測定データとして設定する測定データ設定ステップと、
前記窓データと測定データとに基づいて、近似多項式を用いて、前記搭乗体の内部の各位置及び各角度によって、外部に存在する救難目標が窓を介してどの位置に見えるかを示す光学歪データを作成する光学歪データ作成ステップとを含むことを特徴とする光学特性記憶方法。
前記窓データ設定ステップは、３次元デジタイザを用いて窓の形状を設定することを特徴とする請求項４に記載の光学特性記憶方法。