JP3383323B2 - 航空機用仮想映像表示システム - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は航空機表示システムに係
り、さらに詳細には、外界の仮想映像に基づいた映像表
示を、対応する重ね合わされたコクピット構造外郭線と
一緒に、夜間などの無視界飛行状態中の運行及び／また
は悪天候飛行運行の特にヘリコプタである航空機のヘル
メット取付表示サブシステムに与える仮想映像表示シス
テムに関する。 【０００２】 【従来の技術】現在計画中及び／または開発段階にある
（ヘリコプタを含む）将来の航空機は、エアフレーム、
パワープラント、フライト制御装置、航空電子装置、航
行装置、武器などの多数の相互に関連付けられた複雑な
サブシステムから成る複雑なシステムになっている。そ
のようなサブシステムは、非常に多量の状態データを発
生する。その多くは、航空機の安全及び／または効率的
運行及び／または操縦の目的で、パイロットによって頻
繁に監視される必要がある。これら将来世代の航空機で
はパイロットの仕事負荷のかなりの部分が、発生される
状態データを参照して、飛行運転中に航空機サブシステ
ムの状態を監視することに向けられる。 【０００３】さらに、将来世代の航空機の飛行要求は、
ＮＯＥ、悪天候、及び／または夜間飛行など高度なパイ
ロット仕事負荷飛行運転が大きな割合を占める。そのよ
うな高度なパイロット仕事負荷飛行運転は、空間での航
空機方向及び／または位置を外界に関して連続的に把握
することをパイロットに要求すると共に、航空機サブシ
ステムの状態を連続監視することに加え、航空機に関し
て外界の興味ある目的の状況把握をパイロットに要求す
る。 【０００４】種々の航空機サブシステムの状態を監視す
るタスクは、外界の空間及び状況の連続的把握を維持す
るタスクと競合する。航空機サブシステムの状態を監視
するため、パイロットは彼の注意をコクピット外側の外
界の観察から基準発生状態データにそらさせなければな
らない。そのような逸脱は、外界の空間及び／または状
況把握の変化度合に損失をもたらし、それは、特に高度
なパイロット仕事負荷飛行運転中、最適な飛行状態より
も劣らせてしまう。 【０００５】現在の航空機設計方法論は、航空機に関す
る外界の連続的空間及び状況把握を維持することについ
ての機能タスクと、航空機状態情報を監視することにつ
いての機能タスク間の相関関係を最適化することに努力
を払っている。そのような設計方法論は、パイロットに
よって実行されようとしている連続的空間及び状況把握
機能と干渉しないような方法で、生きた航空機状態情報
をパイロットに対してアクセス可能とさせるシステムや
方法を求めている。さらに、そのような飛行状態情報
は、種々の機能タスク間のいかなる分断をも防止するよ
う、パイロットの空間方向及び視角と一致する方法で与
えられる必要がある。そのような分断は、基準の可変フ
レームを維持するため大きなパイロット仕事負荷及び／
またはパイロットのまごつきをもたらす。 【０００６】電子光学系は、状態監視機能と空間及び状
況把握機能の両方を同時に実行するのを容易化するた
め、航空機状態情報をパイロットに与えるよう開発され
てきた。これらのシステムは、種々の航空機サブシステ
ムによって発生される航空機状態情報像に対応する記号
化及びデジタル状態情報像を発生すると共に、パイロッ
トの視界中にそのような記号化状態情報像を重ね合わせ
る。それらの像は、代表的には、記号化像がパイロット
の視覚系に関して光学的無限位置にあるよう現されるよ
うに、コリメートされた光線によって、パイロットの視
界内に導かれる。 【０００７】したがって、パイロットは、コクピット外
側の外界を無限位置に見ると同時に、無限位置で記号化
されたデジタル像を見る。２組の像の重ね合わせ、すな
わち、電子的に発生された記号化及びデジタル状態情報
像は、外界に関して航空機の空間方向、航空機の状態の
把握と、航空機に関する外界の状況把握を、パイロット
に同時に維持させる。 【０００８】記号化像を発生するためにコリメートされ
た光線を用いる模範的な従来の電子光学系は、ヘッドア
ップ表示（ＨＶＤ）サブシステム及びヘルメット取付表
示（ＨＭＤ）サブシステムを含んでいる。ＨＶＤ及びＨ
ＭＤサブシステムの代表例が、米国特許第４，４４６，
４８０号、４，４３９，７７５号、４，４３９，１５７
号、４，３０５，０５７号、４，２６９，４７６号及び
３，９２３，３７０号に開示されている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】そのような電子光学系
は、有視界及び無視界飛行状態中航空機に関する外界の
連続空間及び状況把握を維持する機能タスクと、航空機
状態情報を監視する機能タスク間の相互関係を最適化す
ることに、大きく寄与した。しかし、航空機に関する外
界の空間及び状況把握の機能タスクと干渉する問題が特
定された。 【００１０】有視界飛行状態中、パイロットは、彼に航
空機に関する外界の連続空間及び状況把握を安全かつ効
率的に維持させる認識機構を使用する。さらに詳細に
は、パイロットは、意識的にあるいは無意識に、航空機
に関する外界のパイロットの視覚観察を方向付ける基準
フレームとして、航空機のおおい構造を利用する。この
認識機構は、航空機の操縦席おおい構造が外界の空間及
び状況把握を維持するための効率的基準を与える限り、
有視界飛行状態中にパイロットをまごつかせることをな
くしている。有用な類例は、外界の連続空間及び状況把
握、すなわち道路、他の交通、歩行者などと自動車の関
係を維持するため、自分の自動車のフードや前部バンパ
を利用する自動車運転手がある。 【００１１】夜間及び／または悪天候飛行運転などの無
視界飛行状態中、パイロットは、一般に、前の段落で述
べた認識機構に頼ることができない。パイロットが、操
縦席おおい構造及び／または外界を目で感知できないよ
うな無視界飛行状態は何度もあり、外界の空間及び状況
把握の維持を容易化するため、操縦席おおい構造及び外
界間の基準関係を実現できない。さらに、非常にしばし
ば、無視界飛行状態において航空機を操縦しているパイ
ロットは、航空機操縦の目的で、前述の電子光学系によ
ってパイロットの視界中に結合される外界の仮想映像を
利用する。 【００１２】そのような仮想映像は、弱光テレビジョン
システム、赤外線映像化システムなどの種々の検知シス
テムによって発生され得る。そのような仮想映像発生シ
ステムの共通の特性は、外界のそのような発生された仮
想映像の基準フレームが全体的に操縦席おおい構造から
分離しているということにある。例えば、仮想映像発生
システムは、典型的には、航空機の計画飛行行路の仮想
映像を発生するように、航空機のノーズ部または前方腹
部に配置される。特に、航空機が直進及び水平飛行以外
の飛行手立てを行っている場合、そのような仮想映像
は、飛行運行中前述の認識機構の使用を支援する、航空
機の操縦席おおい構造に容易に相互に関連付けできな
い。 【００１３】その結果、無視界飛行状態で航空機を操縦
するために仮想映像を利用しているパイロットは、直進
及び水平飛行以外の飛行手立てを行っているとき、簡単
にまごついてしまうことになる。そのようなまごつき
は、特にＮＯＥ飛行運転などの高度なパイロット仕事負
荷飛行状態において、航空機の安全操縦に悪影響を与え
る。外界の仮想映像を用いている飛行運転中に航空機に
関する外界の連続空間及び状況把握を維持するため、有
視界飛行状態中にパイロットが利用する認識機構をパイ
ロットに利用させる航空機の基準を、無視界飛行状態中
に仮想映像を利用しているパイロットに提供する必要が
ある。 【００１４】本発明の主な目的は、ヘルメット取付表示
サブシステムを介して、重ね合わされたコクピット構造
外郭線と一緒に外界の仮想映像に基づいた映像表示をパ
イロットに提供する仮想映像表示システムを提供するこ
とにある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は、夜間な
どの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中、特
にヘリコプタなどの航空機を操縦するために使用するた
めの本発明に係る仮想映像表示（ＶＩＤ）システムによ
って達成される。本発明のＶＩＤシステムは、主処理、
インタフェース及び制御手段、仮想映像化サブシステ
ム、航空機操縦席おおい構造の二値化マップ、映像表示
サブシステム、及び所定の航空機座標系に関する映像表
示サブシステムの姿勢及び位置を検知するための手段を
有する。 【００１６】本発明に係るＶＩＤシステムは、夜間など
の無視界飛行状況把握及び／または悪天候飛行運転中の
ヘリコプタでの使用に特に有用である。ヘリコプタは、
所定の操縦席おおい構造を有するコクピットと、可動仮
想映像化サブシステムを有する。 【００１７】仮想映像化サブシステムは、無視界飛行状
況把握すなわちパイロットの視覚系が、例えば夜間及び
／または悪天候飛行運転などのように、ヘリコプタの安
全及び／または効率的運行を保証するのに充分な明瞭さ
をもって外界を把握することができない状態中に外界の
連続的仮想映像を与えるように動作する。夜間飛行運転
中の外界の仮想映像を発生させるためには、前方監視赤
外線（ＦＬＩＲ）映像化サブシステムが、夜間飛行運転
中の外界の連続する高精細仮想映像を発生するために利
用され得る。 【００１８】弱光テレビジョンシステム、レーダシステ
ム、あるいは外界の高精細仮想映像を発生することので
きるような他のセンサ、などの映像化システムが、本発
明に係るＶＩＤシステムの仮想映像化サブシステムとし
て利用され得る。仮想映像化サブシステムは、ＦＬＩＲ
のサブシステムのＦＯＶをヘリコプタのパイロットの視
覚系の光軸と一致させるように整列させるよう仮想映像
化サブシステムのＦＯＶがヘリコプタに関して移動可能
なように、映像表示サブシステムに従属させられる。 【００１９】ＶＩＤシステムの映像表示サブシステム
は、（仮想映像化サブシステムによって捉えられた仮想
映像から導かれる）外界の映像を、パイロットの視覚系
の光軸に関して、すなわちパイロットの視覚内で、中心
に位置付けるよう動作する。映像表示サブシステムは、
ヘルメット及びバイザ型スクリーンを含むヘルメット取
付表示（ＨＭＤ）サブシステムである。ＨＭＤサブシス
テムは、仮想映像化サブシステムによって与えられる仮
想映像から導かれるコリメートされた映像表示を、無視
界飛行状況把握中外界の現実的な高精細画表現を与える
ように、パイロットの視覚系に投射するよう同時に動作
する。 【００２０】ＨＭＤサブシステムのヘルメットに関連し
て、ヘリコプタのコクピット内のＨＭＤサブシステムの
空間位置及び角度方向を決めるよう動作する検知手段が
ある。ヘルメット検知手段によって発生される位置／方
向信号は、そのような信号を処理するために動作する主
処理、インタフェース、及び制御手段に結合され、コク
ピットに関係してＨＭＤサブシステムの位置及び角度方
向（視角）を特定する。 【００２１】「設計視点」として示される仮想基準点
は、ヘリコプタのコクピット内に定められる。その設計
視点は、操縦席おおい構造の構成上の構造に基づいてヘ
リコプタのパイロットに与えられる可視度（外界の良好
な視界）を定める設計パラメータである。 【００２２】設計視点は、本発明に係るＶＩＤシステム
の座標系の原点を確定する。主処理、インタフェース、
及び制御手段によって、ＨＭＤサブシステムの空間位置
及び視角の特定及び描写を容易にするため、極座標系
が、ＨＭＤサブシステムの空間位置及び視角を定め、操
縦席おおい構造の二値化マップを発生するために使用さ
れる。 【００２３】ＨＭＤサブシステムの空間位置及び視角の
特定は、極座標系を用いることによって簡単化される。
一般的規則として、一度パイロットがコクピット座席に
適切に位置付けされると、典型的な飛行運転中にパイロ
ットによって自然に行われる（ＨＭＤサブシステム移動
に直接応答する）ヘッド運動の多くは、垂直軸回りのヘ
ッド回転（左右ヘッド回転運動）、横軸回りのヘッド回
転（上下ヘッド運動）、あるいはそれらの組み合わせか
らなる。前述のヘッド運動は、ＨＭＤサブシステムの空
間視角、すなわち、極座標系よって記述され得るところ
の、（極座標系の動径ベクトルによって決められる）パ
イロットの視覚系の光軸の指向角を定める。 【００２４】並進運動は、そのような運動が比較的真直
ぐな幾何関係に基づいた計算を含む限り、主処理、イン
タフェース、及び制御手段の処理能力を用いて、収容さ
れかつ特定される。 【００２５】ＨＭＤサブシステムの初期空間位置及び視
角は、設計視点及びパイロット視覚系の光軸によってき
められる。そのＨＭＤサブシステムの初期空間位置は、
設計視点すなわち極座標系の原点として決められる。Ｈ
ＭＤサブシステムの初期空間視角は、パイロット視覚系
の光軸が、設計視点を通過し、かつコクピット操縦席お
おい構造の前部の中間を通過する長手方向軸と同軸であ
るように定められる。ヘルメット取付検知手段は、前述
のＨＭＤサブシステムの初期空間位置及び視角に初期化
される。ＨＭＤサブシステムの次の運動は、ヘルメット
取付検知手段によって検知され、主処理、インタフェー
ス、及び制御手段の処理能力を用いて、極座標によって
定められ、説明される。 【００２６】操縦席おおい構造は、多数の防風ポスト、
側部ポスト、コクピットレールを含む。 【００２７】操縦席おおい構造の防風ポスト、側部ポス
ト、コクピットレールは、それぞれ組み合わさって、パ
イロットが外界の視覚観察に利用できる操縦席おおい構
造の視認部を形成する。操縦席おおい構造の防風ポス
ト、側部ポスト及びコクピットレール部材は、有視界飛
行運行中パイロットが外界の視覚観察を行うのを妨げ
る。そのような場合、パイロットは、意識的にあるいは
無意識に、パイロット及び外界間に位置されている各ポ
スト及びレール部材などの構造部材に対して、外界の視
覚観察を基準化する。上述の操縦席おおい構造の構造部
材は、有視界飛行運行中ヘリコプタに関して外界の空間
及び状況認識をパイロットに保持させ続ける認識機構の
一体化素子である。 【００２８】したがって、本発明に係るＶＩＤシステム
は、パイロットが、ヘリコプタに関する外界の空間及び
状況認識を保つために、無視界飛行運行中、有視界飛行
運行中に動作するものと同一の認識機構に頼り、それを
利用するように、（ＦＬＩＲサブシステム及びＨＭＤサ
ブシステムを介して）無視界飛行運行中にパイロットに
与えられる現実的な高精細画表現を形成する仮想映像中
に、操縦席おおい構造のこれらの構造部材を、含ませ
る。 【００２９】二値化マップは、操縦席おおい構造の防風
ポスト、側部ポスト及びコクピットレールに対応する相
互に関連する一連の構造外郭線である。防風ポスト、側
部ポスト及びコクピットレールに対応する構造外郭線
は、極座標系を用いて形成され、二値化マップに蓄積さ
れる。 【００３０】このマップは、それを主処理、インタフェ
ース、及び制御手段内のメモリ構造内に容易に記憶させ
得るように、二値化形式で作られる。対応する映像上に
次に重ね合わせるために、主処理、インタフェース、及
び制御手段による二値化マップの関連する構造外郭線の
再構築中に、主処理、インタフェース、及び制御手段
は、再構築された構造外郭線が連続構造として与えられ
るように、各構造外郭線を形成する隣り合うデジタル点
間に挿入するように動作する。 【００３１】ＶＩＤシステムの主処理、インタフェー
ス、及び制御（ＰＰＩＣ）手段は、中央処理ユニット、
記憶装置、入出力ポート、及び制御、アドレス、データ
バスを含んでいる汎用電子計算機である。 【００３２】電子計算機の構成は、例えば、２つ以上の
制御、アドレス、データバスを有する分割処理型のもの
である。１本のバスが、入出力タスク及び通信機能を受
け持つ。他の分離されたバスは、像処理、決定機能、及
びマップ線再構築と映像形態への変換に用いられる。単
一バスよりも多くのバスを採用する構成に対して、各バ
スは代表的には、それらと関連するモトローラ８０２８
６型プロセッサなどのプロセッサを有する。ＰＰＩＣ手
段は、幾何学的構成体間１．２５ミクロンの非常に高速
の集積回路（ＶＨＳＩＣ）の形態で作られている。その
ようなＰＰＩＣ手段は、１３メガバイトを超える内部メ
モリ、及び毎秒１９００万命令及び毎秒３億以上の演算
を実行する能力を有する。 【００３３】ＰＰＩＣ手段は、ＶＩＤシステムから構成
される種々のサブシステム間に電子的インタフェースを
与えるように動作する。 【００３４】ＰＰＩＣ手段は、制御信号を与え、仮想映
像化サブシステムの空間方向をＨＭＤサブシステムの視
角と同期させ、すなわち、仮想映像化サブシステムのＦ
ＯＶをパイロットの視覚系の光軸に対応して整列させる
よう動作する。これらの制御信号は、ヘルメット取付検
知手段によって与えられる位置／方向信号に基づいて中
央処理ユニットによって導かれる。 【００３５】ＰＰＩＣ手段は、さらに、本発明に係るＶ
ＩＤシステムによって要求される必要な処理能力を与え
るよう動作する。この処理能力は、仮想映像化サブシス
テムによって発生され、かつ対応する仮想映像を発生す
るため、対応する信号をＨＭＤサブシステムに与えるこ
とと、入力される仮想映像信号を処理することと、を含
んでいる。ＰＰＩＣ手段は、また、ヘルメット取付検知
手段によって与えられる位置／方向信号に基づいて、Ｈ
ＭＤサブシステムの空間方向及び視角を定めるよう動作
する。 【００３６】ＰＰＩＣ手段は、さらに、中央処理ユニッ
トによってＨＭＤサブシステムの決定された空間方向及
び視角をヘリコプタの操縦席おおい構造に相関させるよ
う動作する。ＨＭＤサブシステムの相関付けられた空間
方向及び視角に基づいて、中央処理ユニットは、二値化
マップを用いて操縦席おおい構造の関連部分の構造外郭
線を再構築し、仮想映像化サブシステムによって発生さ
れる仮想映像と同期される構造外郭線を与える。中央処
理ユニットは、同期された構造外郭線をＨＭＤサブシス
テムによって発生される映像と両立し得るビデオフォー
マットに変換するために使用される。 【００３７】ＰＰＩＣ手段は、さらに、所定の方法で、
同期された構造外郭線を対応する映像上に結合させるよ
う動作する。さらに詳細には、同期された構造外郭線
は、その構造外郭線が下側にある映像の対応する部分を
妨げるように、対応する映像上に重ね合わされる。しか
し、構造外郭線の構造（厚み）によって、映像の妨げが
最小化される。 【００３８】この結合された映像は、外界の画素表現を
与える。この画素表現は、ＨＭＤサブシステムによって
パイロットによって監視され、上述の認識機構に基づい
て、ヘリコプタに関する外界の空間及び状況把握を維持
するためにパイロットによって使用される。 【００３９】この結合された映像表示は、仮想映像化サ
ブシステムのＦＯＶ内にある外界の要素を与える。外界
の映像の構造外郭線を相関付けることによって、パイロ
ットは、ヘリコプタに関する外界の空間及び情況認識を
得ることができる。 【００４０】 【作用】本発明に係るＶＩＤシステムは、外界の連続仮
想映像を与えるよう動作し、これらの外界の仮想映像に
基づいて連続の映像表示を発生すると共に、夜間などの
無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中に、その
航空機を操縦するために、そのような映像を映像表示サ
ブシステムを介してパイロットに伝えるものである。そ
のＶＩＤシステムは、さらに、パイロットがヘリコプタ
操縦席おおい構造に関して方向付けられた認識映像表示
を与えられるように、操縦席おおい構造の二値化マップ
の構造外郭線の同期部分をその映像に重ね合わせるよう
に動作し、それによってパイロットに、対応する航空機
操縦席おおい構造に関して外界を表わす映像表示を参照
させる。 【００４１】 【実施例】以下図面を参照しながら説明する。図中、同
類の符号は、対応するまたは類似の要素を示す。図１
は、夜間などの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行
運行中、特にヘリコプタなどの航空機を操縦するために
使用するための本発明に係る仮想映像表示（ＶＩＤ）シ
ステム１０の概略図である。本発明に係るＶＩＤシステ
ム１０は、主処理、インタフェース及び制御手段１０
０、仮想映像化サブシステム２０、航空機操縦席おおい
構造６０の二値化マップ８０、映像表示サブシステム４
０、及び所定の航空機座標系に関する映像表示サブシス
テム４０の姿勢及び位置を検知するための手段５０を有
する。 【００４２】本発明に係るＶＩＤシステム１０は、外界
の連続仮想映像を与えるよう動作し、これらの外界の仮
想映像に基づいて連続の映像表示を発生すると共に、夜
間などの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中
に、その航空機を操縦するために、そのような映像を映
像表示サブシステム４０を介してパイロットに伝えるも
のである。そのＶＩＤシステム１０は、さらに、パイロ
ットがヘリコプタ操縦席おおい構造６０に関して方向付
けられた認識映像表示を与えられるように、操縦席おお
い構造６０の二値化マップ８０の同期部分をその映像に
重ね合わせるように動作し、それによってパイロット
に、対応する航空機操縦席おおい構造６０に関して外界
を表わす映像表示を参照させる。 【００４３】上述の如く、パイロットは、意識的にまた
は潜在的に、有視界運行中航空機操縦席おおい構造の対
応する部分に関して彼の視覚系によって感受された外界
の視覚像を参照する。この認識機構は、パイロットに、
航空機に関して外界の空間及び状況の把握を保たせ続け
させる。したがって、ＶＩＤシステム１０は、有視界飛
行状態中に動作する認識機構が、航空機に関して外界の
空間及び状況の把握を保持するために、無視界飛行状況
把握中にパイロットによって利用され得るように、有視
界飛行状況把握中の外界のパイロット視界に機能的に及
び構造的に均等であるところの無視界飛行状況把握中の
外界のコクピット基準視界をパイロットに与えるように
動作する。このＶＩＤシステム１０は、無視界飛行状況
把握中、特に、対応する航空機操縦席おおい構造６０が
視覚系を使用しているパイロットによって感知され得な
い飛行状況把握中、パイロットが、方向感覚を喪失しな
いようにする。 【００４４】本発明に係るＶＩＤシステム１０は、夜間
などの無視界飛行状況把握及び／または悪天候飛行運転
中のヘリコプタでの使用に特に有用である。１つのその
ようなヘリコプタＨの代表例が図２に示されている。そ
れは、ＲＡＨ−６６コマンチ軽ヘリコプタを示してい
る。そのＲＡＨ−６６ヘリコプタＨは、以下に詳述する
如く、所定の操縦席おおい構造６０を有するコクピット
ＣＰと、ジンバルを備える仮想映像化サブシステム２０
を収容する透明なノーズ部ＮＳを有する。本発明に係る
ＶＩＤシステム１０は、ＲＡＨ−６６ヘリコプタの構成
及び構造を用いて以下に説明されるが、無視界飛行運転
の他の型のヘリコプタ及び／または航空機においても使
用され得るものである。 【００４５】仮想映像化サブシステム２０は、無視界飛
行状況把握すなわちパイロットの視覚系が、例えば夜間
及び／または悪天候飛行運転などのように、ヘリコプタ
Ｈの安全及び／または効率的運行を保証するのに充分な
明瞭さをもって外界を把握することができない状態中に
外界の連続的仮想映像を与えるように動作する。ここで
使用される仮想映像の用語は、例えば、木や建物が木や
建物として認識され得るなど、人間の視覚系統によって
認められる場合と同じ外界に、構成的細さにおいて対応
する外界の現実的な高精細画表現を定めている。 【００４６】本発明に係るＶＩＤシステム１０で使用さ
れる型の仮想映像化サブシステム２０の動作特性及び能
力は、いわゆる当業者に良く知られている。例えば、夜
間飛行運転中の外界の仮想映像を発生させるためには、
前方監視赤外線（ＦＬＩＲ）映像化サブシステム２０
が、現在の技術に基づいて、夜間飛行運転中の外界の連
続する高精細仮想映像を発生するための好適な手段であ
る。ＦＬＩＲ映像化サブシステム２０は、ＦＬＩＲセン
サの視界（ＦＯＶ）内の外界の種々の要素によって放出
される熱放射の差を検知し、次に処理（以下の主処理、
インタフェース、及び制御手段１００を参照）される検
知された熱放射差を表わす信号を発生し、そのＦＬＩＲ
映像化サブシステム２０のＦＯＶ内の外界の連続する高
精細仮想映像を与える。そのＦＬＩＲ映像化サブシステ
ム２０は、飛行条件、飛行任務要求などの要因によっ
て、黒白コントラストまたはその逆のコントラストなど
として温冷の熱的差分像を発生するように選択的に動作
する。 【００４７】外界の高精細仮想映像を発生することので
きるような弱光テレビジョンシステム、レーダシステ
ム、あるいは他のセンサなどの映像化システムが、本発
明に係るＶＩＤシステム１０の仮想映像化サブシステム
２０として利用され得る。以下に詳細に説明される如
く、仮想映像化サブシステム２０は、そのサブシステム
２０のＦＯＶがヘリコプタＨの透明なノーズ構造ＮＳ内
に可動的にジンバルされ、そのサブシステム２０のＦＯ
ＶをヘリコプタＨのパイロットの視覚系の光軸と一致さ
せるように整列させるよう、映像表示サブシステム４０
に従属させられる。 【００４８】ＶＩＤシステム１０の映像表示サブシステ
ム４０は、（仮想映像化サブシステム２０によって捉え
られた仮想映像から導かれる）外界の映像を、パイロッ
トの視覚系の光軸に関して、すなわちパイロットの視覚
内で、中心に位置付けるよう動作する。次に図３を参照
する。好適な映像表示サブシステム４０は、ヘルメット
４２及びバイザ型スクリーン４４を含むヘルメット取付
表示（ＨＭＤ）サブシステムである。スクリーン４４
は、部分反射するスクリーン材料を用いることによって
光列の反射部分として作製される。その結果、スクリー
ン４４は、コリメートされた映像をパイロットの視覚系
に収束させて投射するよう動作する。付随的に、スクリ
ーン４４は、外界からの可視光放射に対して部分的に透
明であるように作られる。したがって、スクリーン４４
は、有視界飛行状況把握中パイロットの視覚系によって
外界（及び操縦席おおい構造６０）の認識を容易にさせ
ると共に、仮想映像化サブシステム２０によって与えら
れる仮想映像から導かれるコリメートされた映像表示
を、無視界飛行状況把握中外界の現実的な高精細画表現
を与えるパイロットの視覚系に投射するよう同時に動作
する。パイロットによって認識される映像は、映像のコ
リメーションによって無限遠に位置されるよう表わされ
る。 【００４９】バイザ型スクリーン４４は、ヘルメット４
２に対して取り外し可能に取り付けられる。したがっ
て、スクリーン４４は、必要なら、有視界飛行運転に対
しては取り外し可能である。スクリーン４４は、（パイ
ロットの目間の中間点から彼の頭から外方向へ突出る直
線として定義されるパイロットの視覚系の光軸に関し
て、それぞれ、垂直方向及び横方向に）パイロットに対
して外界の３０°×６０°のパノラマ視界を与えるよう
に、所定の曲線構造に作られる。 【００５０】ＨＭＤサブシステム４０は、両眼で見るよ
うになっており、トーマスエレクトロニクス、ヒューズ
エアクラフト、あるいはＡＴ＆Ｔベル研究所によって製
造されている二重小型陰極線管（ＣＲＴ）４６を有す
る。それは、主処理、インタフェース、及び制御手段１
００からの像信号を受信すると共に、それから高精細映
像を発生するように動作する。１インチ径ＣＲＴ４６
は、１２００映像線、すなわち１２００×１２００画素
マトリクスを与える。各ＣＲＴ４６と関連して、それら
ＣＲＴ４６と高精細映像用スクリーン４４との間に光学
インタフェースを与えるコリメートしている光列４８が
ある。光列４８は、映像をパイロットの視覚系によって
認識するためのスクリーン４４上に投影するため、ＣＲ
Ｔ４６によって発生された映像を拡大し、かつコリメー
トするよう働く。ＨＭＤサブシステム４０は、パイロッ
トがスクリーン４４を介して外界の単一のパノラマ的高
精細映像画表現を感知するように、重ね合っている映像
を発生するよう動作する。本発明のＶＩＤシステム１０
で使用するＨＭＤサブシステム４０は、当業者に一般的
に知られたものである。ＨＭＤサブシステムの代表例
は、米国再発行特許第Ｒｅ２８，８４７号に説明されて
いる。 【００５１】ＨＭＤサブシステム４０のヘルメット４２
に関連して、ヘリコプタＨのコクピットＣＰ内のＨＭＤ
サブシステム４０の空間位置及び角度方向を決めるよう
動作する検知手段５０がある。図３に例示される如く、
ヘルメット取付検知手段５０は、ヘルメット４２と一緒
に取り付けられたセンサ５２と、ヘルメット４２に隣接
してコクピットＣＫ内に取り付けられた電磁放射器５４
を備えている。センサ５２は、電磁放射器５４によって
放射される一定の界強度をもつ電磁放射に応答して、妨
害された電磁放射の電磁界強度及び位相に基づいて、コ
クピットＣＫ内のＨＭＤサブシステムの位置及び角度方
向に対応する位置／方向信号を発生する。これらの位置
／方向信号は、そのような信号を処理するために動作す
る主処理、インタフェース、及び制御手段１００に結合
され、コクピットＣＫに関係してＨＭＤサブシステム４
０の位置及び角度方向（視角）を特定する。本発明に係
るＶＩＤシステム１０で使用されるヘルメット取付検知
手段５０は、一般に当業者に知られている。そのような
検知手段は、典型的には、米国特許第４，０１７，８５
８号及び同第３，９８３，４７４号に開示されている如
く、３軸においてヘルメット４２の角度方向を表わす信
号を与える３軸ポルヘムス（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ）系によ
って表わされる。 【００５２】「設計視点」として示される仮想基準点９
０は、図２に表わされている如くヘリコプタＨのコクピ
ットＣＫ内に定められる（設計視点９０は、操縦席おお
い構造６０を構成するいかなる構成素子すなわち装置を
も一致しないという意味において想像上のもの）。その
設計視点９０は、操縦席おおい構造６０の構成上の構造
に基づいてヘリコプタＨのパイロットに与えられる可視
度（外界の良好な視界）を定める設計パラメータであ
る。例としては、単一／直列接続コクピット構造を有す
る軍用ヘリコプタに対しては、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８５０
Ｂに、操縦席おおい構造の可視度要求が示唆されてい
る。 【００５３】飛行運転に対して、パイロットは、自分自
身をコクピット座席ＣＳ（図２参照）に位置付け、彼の
視覚系の光軸の方向が、図３に示された設計視点９０と
一致するように、そのコクピット座席ＣＳを調節する。
この整列操作を容易に行うため、ＲＡＨ−６６ヘリコプ
タＨは、（コクピットの中間面と一致する）コクピット
ダッシュボードに取り付けられ、かつ作動される時、コ
リメートされた光が設計視点９０を通過して放射される
ように位置付けられた照準規正焦点装置を含んでいる。
パイロットがコクピットＣＰ内で適切に位置付けられる
時のみ、すなわち、パイロットの視覚系の光軸の原点が
設計視点９０と一致する時のみ、このコリメートされた
光がパイロットの視覚系に感知され得る。 【００５４】設計視点９０は、本発明に係るＶＩＤシス
テム１０の座標系の原点（０，０，０）を確定する。主
処理、インタフェース、及び制御手段１００によって、
ＨＭＤサブシステム４０の空間位置及び視角の特定及び
描写を容易にするため、図４、図５の平面図に例示され
る如く、ヘリコプタＨの対応するコクピット構造上をお
おう極座標系（γ，θ，β，α）が、ＨＭＤサブシステ
ム４０の空間位置及び視角を定め、以下に詳細に説明さ
れる如く、操縦席おおい構造６０の二値化マップ８０を
発生するために使用される。また、ヘリコプタで使用さ
れる３軸座標系の説明のため、すなわち、長手方向軸Ｘ
−Ｘ，横軸Ｙ−Ｙ，及び垂直軸Ｚ−Ｚが図４、図５に示
されている。以下に詳述される如く、極座標系は、次の
変換式によって操縦席おおい構造６０の任意の点（ｘ，
ｙ，ｚ）を決めるために使用される。 【００５５】 【数１】 【００５６】 【数２】 【００５７】 【数３】 【００５８】 【数４】 【００５９】ＨＭＤサブシステム４０の空間位置及び視
角の特定は、極座標系を用いることによって簡単化され
る。一般的規則として、上述の如く、一度パイロットが
コクピット座席ＣＳに適切に位置付けされると、典型的
な飛行運転中にパイロットによって自然に行われる（Ｈ
ＭＤサブシステム４０移動に直接応答する）ヘッド運動
の多くは、垂直軸Ｚ−Ｚ回りのヘッド回転（左右ヘッド
回転運動）、横軸Ｙ−Ｙ回りのヘッド回転（上下ヘッド
運動）、あるいはそれらの組み合わせからなる。前述の
ヘッド運動は、ＨＭＤサブシステム４０の空間視角、す
なわち、極座標系の角度θ、角度α、あるいはそれらの
組み合わせによって記述され得るところの、（極座標系
の動径ベクトルによって決められる）パイロットの視覚
系の光軸の指向角を定める。 【００６０】通常の飛行運転中に、長手方向軸、横軸、
及びまたは垂直軸に沿ったパイロットの頭の相対的並進
運動はほとんどないことが経験的に知られている。した
がって、実際的には、ＨＭＤサブシステム４０は、極座
標系の原点と一致する一定の空間位置を有するものとし
て定められる。たとえ、ＨＭＤサブシステム４０が並進
運動を受けるとしても、そのような運動は、そのような
運動が比較的真直ぐな幾何関係に基づいた計算を含む限
り、主処理、インタフェース、及び制御手段１００を処
理能力を用いて、収容されかつ特定される。 【００６１】ＨＭＤサブシステム４０の初期空間位置及
び視角は、設計視点９０及びパイロット視覚系の光軸に
よってきめられる。そのＨＭＤサブシステム４０の初期
空間位置は、設計視点９０すなわち極座標系の原点とし
て決められる。ＨＭＤサブシステム４０の初期視角は、
パイロット視覚系の光軸が設計視点９０を通過し、かつ
コクピットＣＰ操縦席おおい構造の前部の中間を通過す
る長手方向軸Ｘ−Ｘと同軸であるように定められる。ヘ
ルメット取付検知手段５０は、前述のＨＭＤサブシステ
ム４０の初期空間位置と視角に初期化される。ＨＭＤサ
ブシステム４０の次の運動は、ヘルメット取付検知手段
５０によって検知され、主処理、インタフェース、及び
制御手段１００の処理能力を用いて、方向角θ，α（必
要ならば、動径ベクトルγ及び方向角β）によって定め
られ、説明される。 【００６２】図６は、図２に表わされたヘリコプタＨの
操縦席おおい構造６０の直線プロットである。その直線
プロットは、設計視点９０及び上述の極座標系に基づい
て導かれた。横座標は、方向角θを表わし、縦座標は方
向角αを表わしている。操縦席おおい構造６０は、左右
防風ポスト６１Ｌ，６１Ｒ，横方向ポスト６２，左右前
方側部ポスト６３Ｌ，６３Ｒ，左右後方側部ポスト６４
Ｌ，６４Ｒ，左右二次側部ポスト６５Ｌ，６５Ｒ，前方
コクピットレール６６，左右一次コクピットレール６７
Ｌ，６７Ｒ，左右二次コクピットレール６８Ｌ，６８
Ｒ，及び左右三次コクピットレール６９Ｌ，６９Ｒを含
む。 【００６３】操縦席おおい構造６０から成る前述の構造
部材は、それぞれ組み合わさって、外界の視覚観察に利
用できる操縦席おおい構造６０の視認部を形成する。図
６に示される如く、これらは、前方操縦席おおい７０、
左右一次側部操縦席おおい７２Ｌ，７２Ｒ，左右二次側
部操縦席おおい７４Ｌ，７４Ｒ，及び左右三次側部操縦
席おおい７６Ｌ，７６Ｒとして形成される。上述の種々
の操縦席おおいは、外界からの可視光放射がそれらを通
してパイロットの視覚系に伝えられるような光学的に透
明な材料から作られる。操縦席おおい部材は、これらの
部材がパイロットの視覚系に対して効果的に透明である
限り、本発明に係るＶＩＤシステム１０に関係しない。
また、それは、有視界飛行運行中パイロットによる外界
の視覚観察の基準点として機能しない。したがって、そ
れは、ヘリコプタＨに関して外界の空間的な及び状況認
識を保持するためのパイロットの認識機構の部分ではな
い。 【００６４】反対に、操縦席おおい構造６０の構造ポス
ト及びレール部材は、有視界飛行運行中パイロットが外
界の視覚観察を行うのを妨げる。そのような場合、パイ
ロットは、意識的にあるいは無意識に、パイロットと外
界の間に位置されている各ポスト及びレール部材に対し
て、外界の視覚観察を基準化する。上述の操縦席おおい
構造６０の構造ポスト及びレール部材は、有視界飛行運
行中ヘリコプタＨに関して外界の空間及び状況認識をパ
イロットに保持させ続ける認識機構の一体化素子であ
る。 【００６５】したがって、本発明に係るＶＩＤシステム
１０は、操縦席おおい構造６０のこれらの素子を、パイ
ロットが、ヘリコプタＨに関する外界の空間及び状況認
識を保つために、無視界飛行運行中、有視界飛行運行中
に動作するものと同一の認識機構に頼り、それを利用す
るように、（ＦＬＩＲサブシステム２０及びＨＭＤサブ
システム４０を介して）無視界飛行運行中にパイロット
に与えられる現実的な高精細画表現を形成する仮想映像
中に、含ませる。 【００６６】図７は、図６に示された操縦席おおい構造
６０に対応する一定の縮尺率の線形二値化マップ８０で
ある。二値化マップ８０は、上述の如く、操縦席おおい
構造６０の構造ポスト及びレールに対応する相互に関連
する一連の構造外郭線である。構造外郭線８１Ｌ，８１
Ｒは、それぞれ左右防風ポスト６１Ｌ，６１Ｒに対応
し、構造外郭線８２は、横方向ポスト６２に対応し、構
造外郭線８３Ｌ，８３Ｒは、それぞれ左右前方側部ポス
ト６３Ｌ，６３Ｒに対応し、構造外郭線８４Ｌ，８４Ｒ
は、それぞれ左右後方側部ポスト６４Ｌ，６４Ｒに対応
し、構造外郭線８５Ｌ，８５Ｒは、それぞれ左右二次側
部ポスト６５Ｌ，６５Ｒに対応し、構造外郭線８６は、
前方コクピットレール６６に対応し、構造外郭線８７
Ｌ，８７Ｒは、それぞれ左右一次コクピットレール６７
Ｌ，６７Ｒに対応し、構造外郭線８８Ｌ，８８Ｒは、そ
れぞれ左右二次コクピットレール６８Ｌ，６８Ｒに対応
し、そして構造外郭線８９Ｌ，８９Ｒは左右三次コクピ
ットレール６９Ｌ，６９Ｒに対応している。 【００６７】二値化マップ８０は、上述の極座標系を用
いて形成され、操縦席おおい構造６０からなるポスト及
びレールのそれぞれに対応している（極座標系によって
定められかつ特定されるデジタル点に基づいて）二値化
構造外郭線シーケンスを定める。そのマップ８０は、そ
れを主処理、インタフェース、及び制御手段１００内の
メモリ構造内に容易に記憶させ得るように、二値化形式
で作られる。対応する映像上に次に重ね合わせるため
に、主処理、インタフェース、及び制御手段１００によ
って二値化マップ８０の関連する構造外郭線の再構築中
に、主処理、インタフェース、及び制御手段１００は、
再構築された構造外郭線が連続構造として与えられるよ
うに、各構造外郭線を形成する隣り合うデジタル点間に
挿入するように動作する。主処理、インタフェース、及
び制御手段１００は、さらに、必要に応じて、構造外郭
線の厚さを変えるように動作する。 【００６８】ＶＩＤシステム１０の主処理、インタフェ
ース、及び制御手段１００（ＰＰＩＣ手段）は、図８に
さらに詳細に示されている。例示されたＰＰＩＣ手段１
００は、中央処理ユニット１０２、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）１０３、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０４、入出力ポート１０６，１０８，１１０，１１
２、及び制御、アドレス、データバス１１４を含んでい
る。ＰＰＩＣ手段１００は、特に示されているものとは
異なる形態を取り得る汎用電子計算機として一般化され
た形態で表わされている。 【００６９】電子計算機の構成は、２つ以上の制御、ア
ドレス、データバスを有する分割処理型のものである。
１本のバスが、入出力タスク及び通信機能を受け持つ。
他の分離されたバスは、像処理、決定機能、及びマップ
線再構築と映像形態への変換に用いられる。単一バスよ
りも多くのバスを採用する構成に対して、各バスは代表
的には、それらと関連するモトローラ８０２８６型プロ
セッサなどのプロセッサを有する。ＰＰＩＣ手段１００
は、幾何学的構成体間１．２５ミクロンの非常に高速の
集積回路（ＶＨＳＩＣ）の形態で作られている。そのよ
うなＰＰＩＣ手段１００は、１３メガバイトを超える内
部メモリ、及び毎秒１９００万命令及び毎秒３億以上の
演算を実行する能力を有する。 【００７０】ＰＰＩＣ手段１００は、上述の如く、それ
ぞれ信号線１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を
介して、ＶＩＤシステム１０から構成される種々のサブ
システム間に電子的インタフェースを与える。ＨＭＤサ
ブシステム４０とヘルメット取付検知手段５０間の相互
作用結合は、符号１３０によって特定されている。 【００７１】ＰＰＩＣ手段１００は、信号線１１６を介
して制御信号を与え、仮想映像化サブシステム２０の空
間方向をＨＭＤサブシステム４０の視角と同期させ、す
なわち、仮想映像化サブシステム２０のＦＯＶをパイロ
ットの視覚系の光軸に対応して整列させるよう動作す
る。これらの制御信号は、信号線１２２を介してヘルメ
ット取付検知手段５０によって与えられる位置／方向信
号に基づいて中央処理ユニット１０２によって導かれ
る。 【００７２】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、本発明の
ＶＩＤシステム１０によって要求される必要な処理能力
を与えるよう動作する。この処理能力は、仮想映像に対
応する映像を発生するように、信号線１２０を介して、
対応する信号をＨＭＤサブシステム４０に与えるため
に、仮想映像化サブシステム２０によって発生されると
ともに信号線１８８を介して入力される仮想映像信号を
処理することを含んでいる。ＰＰＩＣ手段１００は、ま
た、信号線１２２を介してヘルメット取付ット検知手段
５０によって与えられる位置／方向信号に基づいて、Ｈ
ＭＤサブシステム４０の空間方向及び視角を定めるよう
動作する。 【００７３】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、中央処理
ユニット１０２によってＨＭＤサブシステム４０の決定
された空間方向及び視角をヘリコプタＨの操縦席おおい
構造６０に相関させるよう動作する。ＨＭＤサブシステ
ム４０の相関付けられた空間方向及び視角に基づいて、
中央処理ユニット１０２は、二値化マップ８０を用いて
操縦席おおい構造６０の関連部分の構造外郭線を再構築
し、仮想映像化サブシステム２０によって発生される仮
想映像と同期される構造外郭線を与える。中央処理ユニ
ット１０２は、同期された構造外郭線をＨＭＤサブシス
テムによって発生される映像と両立し得るビデオフォー
マットに変換するために使用される。 【００７４】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、信号線１
２０を介して所定の方法で、同期された構造外郭線を対
応する映像上に結合させるよう動作する。さらに詳細に
は、同期された構造外郭線は、その構造外郭線が下側に
ある映像の対応する部分を妨げるように、対応する映像
上に重ね合わされる。しかし、構造外郭線の構造（厚
み）によって、映像の妨げが最小化される。 【００７５】図９は、本発明に係るＶＩＤシステム１０
によって発生される瞬時結合映像の画素表現である。こ
の画素表現は、ＨＭＤサブシステム４０によってパイロ
ットによって監視され、上述の認識機構に基づいて、ヘ
リコプタＨに関する外界の空間及び状況把握を維持する
ためにパイロットによって使用される。図９の画素表現
は、仮想映像化サブシステム２０によって与えられる仮
想映像から導かれたＨＭＤサブシステム４０によって発
生される映像に重ね合わされる、ヘリコプタＨの左右防
風ポスト６１Ｌ，６１Ｒに対応する構造外郭線８１Ｌ，
８１Ｒを表わしている。ビデオ映像は、仮想映像化サブ
システム２０のＦＯＶ内にある飛行中のヘリコプタＨ
ｅ、木々Ｔ、及び建物Ｂなどの外界の要素を表示する。
図９に表わされた他の記号は、本発明に関係のない航空
機状態情報を表わしている。参照文字ＡＨＬによって特
定される記号は、外界の水平線に対応している人口の水
平線である。 【００７６】図９に関して、構造外郭線８１Ｌ，８１Ｒ
は、表示された画素表現がヘリコプタＨの前方操縦席お
おい構造７０を介して見られようとしていることを、パ
イロットに知らせる。構造外郭線８１Ｌ，８１Ｒを人口
水平線ＡＨＬを相関付けることにより、ヘリコプタＨが
左に浅く傾けられて飛行されようとしていることがパイ
ロットに知らされる。この情報は、上述の認識機構を用
いて、ヘリコプタＨと外界間の関係の空間把握をパイロ
ットに与える。 【００７７】構造外郭線８１Ｌ，８１ＲをヘリコプタＨ
ｅの画素表示と相関付けることによって、ヘリコプタＨ
ｅがパイロットのコースと交差する飛行路にあること
が、パイロットに知らせられる。ヘリコプタＨ近くの木
々Ｔ及び建物Ｂは、前方飛行に対してハザードをパイロ
ットに与える。この情報は、認識機構を用いて、ヘリコ
プタＨと外界間の状況把握をパイロットに与える。 【００７８】 【発明の効果】本発明によれば、夜間でも安全に飛行す
るための表示システムが与えられる。
り、さらに詳細には、外界の仮想映像に基づいた映像表
示を、対応する重ね合わされたコクピット構造外郭線と
一緒に、夜間などの無視界飛行状態中の運行及び／また
は悪天候飛行運行の特にヘリコプタである航空機のヘル
メット取付表示サブシステムに与える仮想映像表示シス
テムに関する。 【０００２】 【従来の技術】現在計画中及び／または開発段階にある
（ヘリコプタを含む）将来の航空機は、エアフレーム、
パワープラント、フライト制御装置、航空電子装置、航
行装置、武器などの多数の相互に関連付けられた複雑な
サブシステムから成る複雑なシステムになっている。そ
のようなサブシステムは、非常に多量の状態データを発
生する。その多くは、航空機の安全及び／または効率的
運行及び／または操縦の目的で、パイロットによって頻
繁に監視される必要がある。これら将来世代の航空機で
はパイロットの仕事負荷のかなりの部分が、発生される
状態データを参照して、飛行運転中に航空機サブシステ
ムの状態を監視することに向けられる。 【０００３】さらに、将来世代の航空機の飛行要求は、
ＮＯＥ、悪天候、及び／または夜間飛行など高度なパイ
ロット仕事負荷飛行運転が大きな割合を占める。そのよ
うな高度なパイロット仕事負荷飛行運転は、空間での航
空機方向及び／または位置を外界に関して連続的に把握
することをパイロットに要求すると共に、航空機サブシ
ステムの状態を連続監視することに加え、航空機に関し
て外界の興味ある目的の状況把握をパイロットに要求す
る。 【０００４】種々の航空機サブシステムの状態を監視す
るタスクは、外界の空間及び状況の連続的把握を維持す
るタスクと競合する。航空機サブシステムの状態を監視
するため、パイロットは彼の注意をコクピット外側の外
界の観察から基準発生状態データにそらさせなければな
らない。そのような逸脱は、外界の空間及び／または状
況把握の変化度合に損失をもたらし、それは、特に高度
なパイロット仕事負荷飛行運転中、最適な飛行状態より
も劣らせてしまう。 【０００５】現在の航空機設計方法論は、航空機に関す
る外界の連続的空間及び状況把握を維持することについ
ての機能タスクと、航空機状態情報を監視することにつ
いての機能タスク間の相関関係を最適化することに努力
を払っている。そのような設計方法論は、パイロットに
よって実行されようとしている連続的空間及び状況把握
機能と干渉しないような方法で、生きた航空機状態情報
をパイロットに対してアクセス可能とさせるシステムや
方法を求めている。さらに、そのような飛行状態情報
は、種々の機能タスク間のいかなる分断をも防止するよ
う、パイロットの空間方向及び視角と一致する方法で与
えられる必要がある。そのような分断は、基準の可変フ
レームを維持するため大きなパイロット仕事負荷及び／
またはパイロットのまごつきをもたらす。 【０００６】電子光学系は、状態監視機能と空間及び状
況把握機能の両方を同時に実行するのを容易化するた
め、航空機状態情報をパイロットに与えるよう開発され
てきた。これらのシステムは、種々の航空機サブシステ
ムによって発生される航空機状態情報像に対応する記号
化及びデジタル状態情報像を発生すると共に、パイロッ
トの視界中にそのような記号化状態情報像を重ね合わせ
る。それらの像は、代表的には、記号化像がパイロット
の視覚系に関して光学的無限位置にあるよう現されるよ
うに、コリメートされた光線によって、パイロットの視
界内に導かれる。 【０００７】したがって、パイロットは、コクピット外
側の外界を無限位置に見ると同時に、無限位置で記号化
されたデジタル像を見る。２組の像の重ね合わせ、すな
わち、電子的に発生された記号化及びデジタル状態情報
像は、外界に関して航空機の空間方向、航空機の状態の
把握と、航空機に関する外界の状況把握を、パイロット
に同時に維持させる。 【０００８】記号化像を発生するためにコリメートされ
た光線を用いる模範的な従来の電子光学系は、ヘッドア
ップ表示（ＨＶＤ）サブシステム及びヘルメット取付表
示（ＨＭＤ）サブシステムを含んでいる。ＨＶＤ及びＨ
ＭＤサブシステムの代表例が、米国特許第４，４４６，
４８０号、４，４３９，７７５号、４，４３９，１５７
号、４，３０５，０５７号、４，２６９，４７６号及び
３，９２３，３７０号に開示されている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】そのような電子光学系
は、有視界及び無視界飛行状態中航空機に関する外界の
連続空間及び状況把握を維持する機能タスクと、航空機
状態情報を監視する機能タスク間の相互関係を最適化す
ることに、大きく寄与した。しかし、航空機に関する外
界の空間及び状況把握の機能タスクと干渉する問題が特
定された。 【００１０】有視界飛行状態中、パイロットは、彼に航
空機に関する外界の連続空間及び状況把握を安全かつ効
率的に維持させる認識機構を使用する。さらに詳細に
は、パイロットは、意識的にあるいは無意識に、航空機
に関する外界のパイロットの視覚観察を方向付ける基準
フレームとして、航空機のおおい構造を利用する。この
認識機構は、航空機の操縦席おおい構造が外界の空間及
び状況把握を維持するための効率的基準を与える限り、
有視界飛行状態中にパイロットをまごつかせることをな
くしている。有用な類例は、外界の連続空間及び状況把
握、すなわち道路、他の交通、歩行者などと自動車の関
係を維持するため、自分の自動車のフードや前部バンパ
を利用する自動車運転手がある。 【００１１】夜間及び／または悪天候飛行運転などの無
視界飛行状態中、パイロットは、一般に、前の段落で述
べた認識機構に頼ることができない。パイロットが、操
縦席おおい構造及び／または外界を目で感知できないよ
うな無視界飛行状態は何度もあり、外界の空間及び状況
把握の維持を容易化するため、操縦席おおい構造及び外
界間の基準関係を実現できない。さらに、非常にしばし
ば、無視界飛行状態において航空機を操縦しているパイ
ロットは、航空機操縦の目的で、前述の電子光学系によ
ってパイロットの視界中に結合される外界の仮想映像を
利用する。 【００１２】そのような仮想映像は、弱光テレビジョン
システム、赤外線映像化システムなどの種々の検知シス
テムによって発生され得る。そのような仮想映像発生シ
ステムの共通の特性は、外界のそのような発生された仮
想映像の基準フレームが全体的に操縦席おおい構造から
分離しているということにある。例えば、仮想映像発生
システムは、典型的には、航空機の計画飛行行路の仮想
映像を発生するように、航空機のノーズ部または前方腹
部に配置される。特に、航空機が直進及び水平飛行以外
の飛行手立てを行っている場合、そのような仮想映像
は、飛行運行中前述の認識機構の使用を支援する、航空
機の操縦席おおい構造に容易に相互に関連付けできな
い。 【００１３】その結果、無視界飛行状態で航空機を操縦
するために仮想映像を利用しているパイロットは、直進
及び水平飛行以外の飛行手立てを行っているとき、簡単
にまごついてしまうことになる。そのようなまごつき
は、特にＮＯＥ飛行運転などの高度なパイロット仕事負
荷飛行状態において、航空機の安全操縦に悪影響を与え
る。外界の仮想映像を用いている飛行運転中に航空機に
関する外界の連続空間及び状況把握を維持するため、有
視界飛行状態中にパイロットが利用する認識機構をパイ
ロットに利用させる航空機の基準を、無視界飛行状態中
に仮想映像を利用しているパイロットに提供する必要が
ある。 【００１４】本発明の主な目的は、ヘルメット取付表示
サブシステムを介して、重ね合わされたコクピット構造
外郭線と一緒に外界の仮想映像に基づいた映像表示をパ
イロットに提供する仮想映像表示システムを提供するこ
とにある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は、夜間な
どの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中、特
にヘリコプタなどの航空機を操縦するために使用するた
めの本発明に係る仮想映像表示（ＶＩＤ）システムによ
って達成される。本発明のＶＩＤシステムは、主処理、
インタフェース及び制御手段、仮想映像化サブシステ
ム、航空機操縦席おおい構造の二値化マップ、映像表示
サブシステム、及び所定の航空機座標系に関する映像表
示サブシステムの姿勢及び位置を検知するための手段を
有する。 【００１６】本発明に係るＶＩＤシステムは、夜間など
の無視界飛行状況把握及び／または悪天候飛行運転中の
ヘリコプタでの使用に特に有用である。ヘリコプタは、
所定の操縦席おおい構造を有するコクピットと、可動仮
想映像化サブシステムを有する。 【００１７】仮想映像化サブシステムは、無視界飛行状
況把握すなわちパイロットの視覚系が、例えば夜間及び
／または悪天候飛行運転などのように、ヘリコプタの安
全及び／または効率的運行を保証するのに充分な明瞭さ
をもって外界を把握することができない状態中に外界の
連続的仮想映像を与えるように動作する。夜間飛行運転
中の外界の仮想映像を発生させるためには、前方監視赤
外線（ＦＬＩＲ）映像化サブシステムが、夜間飛行運転
中の外界の連続する高精細仮想映像を発生するために利
用され得る。 【００１８】弱光テレビジョンシステム、レーダシステ
ム、あるいは外界の高精細仮想映像を発生することので
きるような他のセンサ、などの映像化システムが、本発
明に係るＶＩＤシステムの仮想映像化サブシステムとし
て利用され得る。仮想映像化サブシステムは、ＦＬＩＲ
のサブシステムのＦＯＶをヘリコプタのパイロットの視
覚系の光軸と一致させるように整列させるよう仮想映像
化サブシステムのＦＯＶがヘリコプタに関して移動可能
なように、映像表示サブシステムに従属させられる。 【００１９】ＶＩＤシステムの映像表示サブシステム
は、（仮想映像化サブシステムによって捉えられた仮想
映像から導かれる）外界の映像を、パイロットの視覚系
の光軸に関して、すなわちパイロットの視覚内で、中心
に位置付けるよう動作する。映像表示サブシステムは、
ヘルメット及びバイザ型スクリーンを含むヘルメット取
付表示（ＨＭＤ）サブシステムである。ＨＭＤサブシス
テムは、仮想映像化サブシステムによって与えられる仮
想映像から導かれるコリメートされた映像表示を、無視
界飛行状況把握中外界の現実的な高精細画表現を与える
ように、パイロットの視覚系に投射するよう同時に動作
する。 【００２０】ＨＭＤサブシステムのヘルメットに関連し
て、ヘリコプタのコクピット内のＨＭＤサブシステムの
空間位置及び角度方向を決めるよう動作する検知手段が
ある。ヘルメット検知手段によって発生される位置／方
向信号は、そのような信号を処理するために動作する主
処理、インタフェース、及び制御手段に結合され、コク
ピットに関係してＨＭＤサブシステムの位置及び角度方
向（視角）を特定する。 【００２１】「設計視点」として示される仮想基準点
は、ヘリコプタのコクピット内に定められる。その設計
視点は、操縦席おおい構造の構成上の構造に基づいてヘ
リコプタのパイロットに与えられる可視度（外界の良好
な視界）を定める設計パラメータである。 【００２２】設計視点は、本発明に係るＶＩＤシステム
の座標系の原点を確定する。主処理、インタフェース、
及び制御手段によって、ＨＭＤサブシステムの空間位置
及び視角の特定及び描写を容易にするため、極座標系
が、ＨＭＤサブシステムの空間位置及び視角を定め、操
縦席おおい構造の二値化マップを発生するために使用さ
れる。 【００２３】ＨＭＤサブシステムの空間位置及び視角の
特定は、極座標系を用いることによって簡単化される。
一般的規則として、一度パイロットがコクピット座席に
適切に位置付けされると、典型的な飛行運転中にパイロ
ットによって自然に行われる（ＨＭＤサブシステム移動
に直接応答する）ヘッド運動の多くは、垂直軸回りのヘ
ッド回転（左右ヘッド回転運動）、横軸回りのヘッド回
転（上下ヘッド運動）、あるいはそれらの組み合わせか
らなる。前述のヘッド運動は、ＨＭＤサブシステムの空
間視角、すなわち、極座標系よって記述され得るところ
の、（極座標系の動径ベクトルによって決められる）パ
イロットの視覚系の光軸の指向角を定める。 【００２４】並進運動は、そのような運動が比較的真直
ぐな幾何関係に基づいた計算を含む限り、主処理、イン
タフェース、及び制御手段の処理能力を用いて、収容さ
れかつ特定される。 【００２５】ＨＭＤサブシステムの初期空間位置及び視
角は、設計視点及びパイロット視覚系の光軸によってき
められる。そのＨＭＤサブシステムの初期空間位置は、
設計視点すなわち極座標系の原点として決められる。Ｈ
ＭＤサブシステムの初期空間視角は、パイロット視覚系
の光軸が、設計視点を通過し、かつコクピット操縦席お
おい構造の前部の中間を通過する長手方向軸と同軸であ
るように定められる。ヘルメット取付検知手段は、前述
のＨＭＤサブシステムの初期空間位置及び視角に初期化
される。ＨＭＤサブシステムの次の運動は、ヘルメット
取付検知手段によって検知され、主処理、インタフェー
ス、及び制御手段の処理能力を用いて、極座標によって
定められ、説明される。 【００２６】操縦席おおい構造は、多数の防風ポスト、
側部ポスト、コクピットレールを含む。 【００２７】操縦席おおい構造の防風ポスト、側部ポス
ト、コクピットレールは、それぞれ組み合わさって、パ
イロットが外界の視覚観察に利用できる操縦席おおい構
造の視認部を形成する。操縦席おおい構造の防風ポス
ト、側部ポスト及びコクピットレール部材は、有視界飛
行運行中パイロットが外界の視覚観察を行うのを妨げ
る。そのような場合、パイロットは、意識的にあるいは
無意識に、パイロット及び外界間に位置されている各ポ
スト及びレール部材などの構造部材に対して、外界の視
覚観察を基準化する。上述の操縦席おおい構造の構造部
材は、有視界飛行運行中ヘリコプタに関して外界の空間
及び状況認識をパイロットに保持させ続ける認識機構の
一体化素子である。 【００２８】したがって、本発明に係るＶＩＤシステム
は、パイロットが、ヘリコプタに関する外界の空間及び
状況認識を保つために、無視界飛行運行中、有視界飛行
運行中に動作するものと同一の認識機構に頼り、それを
利用するように、（ＦＬＩＲサブシステム及びＨＭＤサ
ブシステムを介して）無視界飛行運行中にパイロットに
与えられる現実的な高精細画表現を形成する仮想映像中
に、操縦席おおい構造のこれらの構造部材を、含ませ
る。 【００２９】二値化マップは、操縦席おおい構造の防風
ポスト、側部ポスト及びコクピットレールに対応する相
互に関連する一連の構造外郭線である。防風ポスト、側
部ポスト及びコクピットレールに対応する構造外郭線
は、極座標系を用いて形成され、二値化マップに蓄積さ
れる。 【００３０】このマップは、それを主処理、インタフェ
ース、及び制御手段内のメモリ構造内に容易に記憶させ
得るように、二値化形式で作られる。対応する映像上に
次に重ね合わせるために、主処理、インタフェース、及
び制御手段による二値化マップの関連する構造外郭線の
再構築中に、主処理、インタフェース、及び制御手段
は、再構築された構造外郭線が連続構造として与えられ
るように、各構造外郭線を形成する隣り合うデジタル点
間に挿入するように動作する。 【００３１】ＶＩＤシステムの主処理、インタフェー
ス、及び制御（ＰＰＩＣ）手段は、中央処理ユニット、
記憶装置、入出力ポート、及び制御、アドレス、データ
バスを含んでいる汎用電子計算機である。 【００３２】電子計算機の構成は、例えば、２つ以上の
制御、アドレス、データバスを有する分割処理型のもの
である。１本のバスが、入出力タスク及び通信機能を受
け持つ。他の分離されたバスは、像処理、決定機能、及
びマップ線再構築と映像形態への変換に用いられる。単
一バスよりも多くのバスを採用する構成に対して、各バ
スは代表的には、それらと関連するモトローラ８０２８
６型プロセッサなどのプロセッサを有する。ＰＰＩＣ手
段は、幾何学的構成体間１．２５ミクロンの非常に高速
の集積回路（ＶＨＳＩＣ）の形態で作られている。その
ようなＰＰＩＣ手段は、１３メガバイトを超える内部メ
モリ、及び毎秒１９００万命令及び毎秒３億以上の演算
を実行する能力を有する。 【００３３】ＰＰＩＣ手段は、ＶＩＤシステムから構成
される種々のサブシステム間に電子的インタフェースを
与えるように動作する。 【００３４】ＰＰＩＣ手段は、制御信号を与え、仮想映
像化サブシステムの空間方向をＨＭＤサブシステムの視
角と同期させ、すなわち、仮想映像化サブシステムのＦ
ＯＶをパイロットの視覚系の光軸に対応して整列させる
よう動作する。これらの制御信号は、ヘルメット取付検
知手段によって与えられる位置／方向信号に基づいて中
央処理ユニットによって導かれる。 【００３５】ＰＰＩＣ手段は、さらに、本発明に係るＶ
ＩＤシステムによって要求される必要な処理能力を与え
るよう動作する。この処理能力は、仮想映像化サブシス
テムによって発生され、かつ対応する仮想映像を発生す
るため、対応する信号をＨＭＤサブシステムに与えるこ
とと、入力される仮想映像信号を処理することと、を含
んでいる。ＰＰＩＣ手段は、また、ヘルメット取付検知
手段によって与えられる位置／方向信号に基づいて、Ｈ
ＭＤサブシステムの空間方向及び視角を定めるよう動作
する。 【００３６】ＰＰＩＣ手段は、さらに、中央処理ユニッ
トによってＨＭＤサブシステムの決定された空間方向及
び視角をヘリコプタの操縦席おおい構造に相関させるよ
う動作する。ＨＭＤサブシステムの相関付けられた空間
方向及び視角に基づいて、中央処理ユニットは、二値化
マップを用いて操縦席おおい構造の関連部分の構造外郭
線を再構築し、仮想映像化サブシステムによって発生さ
れる仮想映像と同期される構造外郭線を与える。中央処
理ユニットは、同期された構造外郭線をＨＭＤサブシス
テムによって発生される映像と両立し得るビデオフォー
マットに変換するために使用される。 【００３７】ＰＰＩＣ手段は、さらに、所定の方法で、
同期された構造外郭線を対応する映像上に結合させるよ
う動作する。さらに詳細には、同期された構造外郭線
は、その構造外郭線が下側にある映像の対応する部分を
妨げるように、対応する映像上に重ね合わされる。しか
し、構造外郭線の構造（厚み）によって、映像の妨げが
最小化される。 【００３８】この結合された映像は、外界の画素表現を
与える。この画素表現は、ＨＭＤサブシステムによって
パイロットによって監視され、上述の認識機構に基づい
て、ヘリコプタに関する外界の空間及び状況把握を維持
するためにパイロットによって使用される。 【００３９】この結合された映像表示は、仮想映像化サ
ブシステムのＦＯＶ内にある外界の要素を与える。外界
の映像の構造外郭線を相関付けることによって、パイロ
ットは、ヘリコプタに関する外界の空間及び情況認識を
得ることができる。 【００４０】 【作用】本発明に係るＶＩＤシステムは、外界の連続仮
想映像を与えるよう動作し、これらの外界の仮想映像に
基づいて連続の映像表示を発生すると共に、夜間などの
無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中に、その
航空機を操縦するために、そのような映像を映像表示サ
ブシステムを介してパイロットに伝えるものである。そ
のＶＩＤシステムは、さらに、パイロットがヘリコプタ
操縦席おおい構造に関して方向付けられた認識映像表示
を与えられるように、操縦席おおい構造の二値化マップ
の構造外郭線の同期部分をその映像に重ね合わせるよう
に動作し、それによってパイロットに、対応する航空機
操縦席おおい構造に関して外界を表わす映像表示を参照
させる。 【００４１】 【実施例】以下図面を参照しながら説明する。図中、同
類の符号は、対応するまたは類似の要素を示す。図１
は、夜間などの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行
運行中、特にヘリコプタなどの航空機を操縦するために
使用するための本発明に係る仮想映像表示（ＶＩＤ）シ
ステム１０の概略図である。本発明に係るＶＩＤシステ
ム１０は、主処理、インタフェース及び制御手段１０
０、仮想映像化サブシステム２０、航空機操縦席おおい
構造６０の二値化マップ８０、映像表示サブシステム４
０、及び所定の航空機座標系に関する映像表示サブシス
テム４０の姿勢及び位置を検知するための手段５０を有
する。 【００４２】本発明に係るＶＩＤシステム１０は、外界
の連続仮想映像を与えるよう動作し、これらの外界の仮
想映像に基づいて連続の映像表示を発生すると共に、夜
間などの無視界飛行状態及び／または悪天候飛行運行中
に、その航空機を操縦するために、そのような映像を映
像表示サブシステム４０を介してパイロットに伝えるも
のである。そのＶＩＤシステム１０は、さらに、パイロ
ットがヘリコプタ操縦席おおい構造６０に関して方向付
けられた認識映像表示を与えられるように、操縦席おお
い構造６０の二値化マップ８０の同期部分をその映像に
重ね合わせるように動作し、それによってパイロット
に、対応する航空機操縦席おおい構造６０に関して外界
を表わす映像表示を参照させる。 【００４３】上述の如く、パイロットは、意識的にまた
は潜在的に、有視界運行中航空機操縦席おおい構造の対
応する部分に関して彼の視覚系によって感受された外界
の視覚像を参照する。この認識機構は、パイロットに、
航空機に関して外界の空間及び状況の把握を保たせ続け
させる。したがって、ＶＩＤシステム１０は、有視界飛
行状態中に動作する認識機構が、航空機に関して外界の
空間及び状況の把握を保持するために、無視界飛行状況
把握中にパイロットによって利用され得るように、有視
界飛行状況把握中の外界のパイロット視界に機能的に及
び構造的に均等であるところの無視界飛行状況把握中の
外界のコクピット基準視界をパイロットに与えるように
動作する。このＶＩＤシステム１０は、無視界飛行状況
把握中、特に、対応する航空機操縦席おおい構造６０が
視覚系を使用しているパイロットによって感知され得な
い飛行状況把握中、パイロットが、方向感覚を喪失しな
いようにする。 【００４４】本発明に係るＶＩＤシステム１０は、夜間
などの無視界飛行状況把握及び／または悪天候飛行運転
中のヘリコプタでの使用に特に有用である。１つのその
ようなヘリコプタＨの代表例が図２に示されている。そ
れは、ＲＡＨ−６６コマンチ軽ヘリコプタを示してい
る。そのＲＡＨ−６６ヘリコプタＨは、以下に詳述する
如く、所定の操縦席おおい構造６０を有するコクピット
ＣＰと、ジンバルを備える仮想映像化サブシステム２０
を収容する透明なノーズ部ＮＳを有する。本発明に係る
ＶＩＤシステム１０は、ＲＡＨ−６６ヘリコプタの構成
及び構造を用いて以下に説明されるが、無視界飛行運転
の他の型のヘリコプタ及び／または航空機においても使
用され得るものである。 【００４５】仮想映像化サブシステム２０は、無視界飛
行状況把握すなわちパイロットの視覚系が、例えば夜間
及び／または悪天候飛行運転などのように、ヘリコプタ
Ｈの安全及び／または効率的運行を保証するのに充分な
明瞭さをもって外界を把握することができない状態中に
外界の連続的仮想映像を与えるように動作する。ここで
使用される仮想映像の用語は、例えば、木や建物が木や
建物として認識され得るなど、人間の視覚系統によって
認められる場合と同じ外界に、構成的細さにおいて対応
する外界の現実的な高精細画表現を定めている。 【００４６】本発明に係るＶＩＤシステム１０で使用さ
れる型の仮想映像化サブシステム２０の動作特性及び能
力は、いわゆる当業者に良く知られている。例えば、夜
間飛行運転中の外界の仮想映像を発生させるためには、
前方監視赤外線（ＦＬＩＲ）映像化サブシステム２０
が、現在の技術に基づいて、夜間飛行運転中の外界の連
続する高精細仮想映像を発生するための好適な手段であ
る。ＦＬＩＲ映像化サブシステム２０は、ＦＬＩＲセン
サの視界（ＦＯＶ）内の外界の種々の要素によって放出
される熱放射の差を検知し、次に処理（以下の主処理、
インタフェース、及び制御手段１００を参照）される検
知された熱放射差を表わす信号を発生し、そのＦＬＩＲ
映像化サブシステム２０のＦＯＶ内の外界の連続する高
精細仮想映像を与える。そのＦＬＩＲ映像化サブシステ
ム２０は、飛行条件、飛行任務要求などの要因によっ
て、黒白コントラストまたはその逆のコントラストなど
として温冷の熱的差分像を発生するように選択的に動作
する。 【００４７】外界の高精細仮想映像を発生することので
きるような弱光テレビジョンシステム、レーダシステ
ム、あるいは他のセンサなどの映像化システムが、本発
明に係るＶＩＤシステム１０の仮想映像化サブシステム
２０として利用され得る。以下に詳細に説明される如
く、仮想映像化サブシステム２０は、そのサブシステム
２０のＦＯＶがヘリコプタＨの透明なノーズ構造ＮＳ内
に可動的にジンバルされ、そのサブシステム２０のＦＯ
ＶをヘリコプタＨのパイロットの視覚系の光軸と一致さ
せるように整列させるよう、映像表示サブシステム４０
に従属させられる。 【００４８】ＶＩＤシステム１０の映像表示サブシステ
ム４０は、（仮想映像化サブシステム２０によって捉え
られた仮想映像から導かれる）外界の映像を、パイロッ
トの視覚系の光軸に関して、すなわちパイロットの視覚
内で、中心に位置付けるよう動作する。次に図３を参照
する。好適な映像表示サブシステム４０は、ヘルメット
４２及びバイザ型スクリーン４４を含むヘルメット取付
表示（ＨＭＤ）サブシステムである。スクリーン４４
は、部分反射するスクリーン材料を用いることによって
光列の反射部分として作製される。その結果、スクリー
ン４４は、コリメートされた映像をパイロットの視覚系
に収束させて投射するよう動作する。付随的に、スクリ
ーン４４は、外界からの可視光放射に対して部分的に透
明であるように作られる。したがって、スクリーン４４
は、有視界飛行状況把握中パイロットの視覚系によって
外界（及び操縦席おおい構造６０）の認識を容易にさせ
ると共に、仮想映像化サブシステム２０によって与えら
れる仮想映像から導かれるコリメートされた映像表示
を、無視界飛行状況把握中外界の現実的な高精細画表現
を与えるパイロットの視覚系に投射するよう同時に動作
する。パイロットによって認識される映像は、映像のコ
リメーションによって無限遠に位置されるよう表わされ
る。 【００４９】バイザ型スクリーン４４は、ヘルメット４
２に対して取り外し可能に取り付けられる。したがっ
て、スクリーン４４は、必要なら、有視界飛行運転に対
しては取り外し可能である。スクリーン４４は、（パイ
ロットの目間の中間点から彼の頭から外方向へ突出る直
線として定義されるパイロットの視覚系の光軸に関し
て、それぞれ、垂直方向及び横方向に）パイロットに対
して外界の３０°×６０°のパノラマ視界を与えるよう
に、所定の曲線構造に作られる。 【００５０】ＨＭＤサブシステム４０は、両眼で見るよ
うになっており、トーマスエレクトロニクス、ヒューズ
エアクラフト、あるいはＡＴ＆Ｔベル研究所によって製
造されている二重小型陰極線管（ＣＲＴ）４６を有す
る。それは、主処理、インタフェース、及び制御手段１
００からの像信号を受信すると共に、それから高精細映
像を発生するように動作する。１インチ径ＣＲＴ４６
は、１２００映像線、すなわち１２００×１２００画素
マトリクスを与える。各ＣＲＴ４６と関連して、それら
ＣＲＴ４６と高精細映像用スクリーン４４との間に光学
インタフェースを与えるコリメートしている光列４８が
ある。光列４８は、映像をパイロットの視覚系によって
認識するためのスクリーン４４上に投影するため、ＣＲ
Ｔ４６によって発生された映像を拡大し、かつコリメー
トするよう働く。ＨＭＤサブシステム４０は、パイロッ
トがスクリーン４４を介して外界の単一のパノラマ的高
精細映像画表現を感知するように、重ね合っている映像
を発生するよう動作する。本発明のＶＩＤシステム１０
で使用するＨＭＤサブシステム４０は、当業者に一般的
に知られたものである。ＨＭＤサブシステムの代表例
は、米国再発行特許第Ｒｅ２８，８４７号に説明されて
いる。 【００５１】ＨＭＤサブシステム４０のヘルメット４２
に関連して、ヘリコプタＨのコクピットＣＰ内のＨＭＤ
サブシステム４０の空間位置及び角度方向を決めるよう
動作する検知手段５０がある。図３に例示される如く、
ヘルメット取付検知手段５０は、ヘルメット４２と一緒
に取り付けられたセンサ５２と、ヘルメット４２に隣接
してコクピットＣＫ内に取り付けられた電磁放射器５４
を備えている。センサ５２は、電磁放射器５４によって
放射される一定の界強度をもつ電磁放射に応答して、妨
害された電磁放射の電磁界強度及び位相に基づいて、コ
クピットＣＫ内のＨＭＤサブシステムの位置及び角度方
向に対応する位置／方向信号を発生する。これらの位置
／方向信号は、そのような信号を処理するために動作す
る主処理、インタフェース、及び制御手段１００に結合
され、コクピットＣＫに関係してＨＭＤサブシステム４
０の位置及び角度方向（視角）を特定する。本発明に係
るＶＩＤシステム１０で使用されるヘルメット取付検知
手段５０は、一般に当業者に知られている。そのような
検知手段は、典型的には、米国特許第４，０１７，８５
８号及び同第３，９８３，４７４号に開示されている如
く、３軸においてヘルメット４２の角度方向を表わす信
号を与える３軸ポルヘムス（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ）系によ
って表わされる。 【００５２】「設計視点」として示される仮想基準点９
０は、図２に表わされている如くヘリコプタＨのコクピ
ットＣＫ内に定められる（設計視点９０は、操縦席おお
い構造６０を構成するいかなる構成素子すなわち装置を
も一致しないという意味において想像上のもの）。その
設計視点９０は、操縦席おおい構造６０の構成上の構造
に基づいてヘリコプタＨのパイロットに与えられる可視
度（外界の良好な視界）を定める設計パラメータであ
る。例としては、単一／直列接続コクピット構造を有す
る軍用ヘリコプタに対しては、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８５０
Ｂに、操縦席おおい構造の可視度要求が示唆されてい
る。 【００５３】飛行運転に対して、パイロットは、自分自
身をコクピット座席ＣＳ（図２参照）に位置付け、彼の
視覚系の光軸の方向が、図３に示された設計視点９０と
一致するように、そのコクピット座席ＣＳを調節する。
この整列操作を容易に行うため、ＲＡＨ−６６ヘリコプ
タＨは、（コクピットの中間面と一致する）コクピット
ダッシュボードに取り付けられ、かつ作動される時、コ
リメートされた光が設計視点９０を通過して放射される
ように位置付けられた照準規正焦点装置を含んでいる。
パイロットがコクピットＣＰ内で適切に位置付けられる
時のみ、すなわち、パイロットの視覚系の光軸の原点が
設計視点９０と一致する時のみ、このコリメートされた
光がパイロットの視覚系に感知され得る。 【００５４】設計視点９０は、本発明に係るＶＩＤシス
テム１０の座標系の原点（０，０，０）を確定する。主
処理、インタフェース、及び制御手段１００によって、
ＨＭＤサブシステム４０の空間位置及び視角の特定及び
描写を容易にするため、図４、図５の平面図に例示され
る如く、ヘリコプタＨの対応するコクピット構造上をお
おう極座標系（γ，θ，β，α）が、ＨＭＤサブシステ
ム４０の空間位置及び視角を定め、以下に詳細に説明さ
れる如く、操縦席おおい構造６０の二値化マップ８０を
発生するために使用される。また、ヘリコプタで使用さ
れる３軸座標系の説明のため、すなわち、長手方向軸Ｘ
−Ｘ，横軸Ｙ−Ｙ，及び垂直軸Ｚ−Ｚが図４、図５に示
されている。以下に詳述される如く、極座標系は、次の
変換式によって操縦席おおい構造６０の任意の点（ｘ，
ｙ，ｚ）を決めるために使用される。 【００５５】 【数１】 【００５６】 【数２】 【００５７】 【数３】 【００５８】 【数４】 【００５９】ＨＭＤサブシステム４０の空間位置及び視
角の特定は、極座標系を用いることによって簡単化され
る。一般的規則として、上述の如く、一度パイロットが
コクピット座席ＣＳに適切に位置付けされると、典型的
な飛行運転中にパイロットによって自然に行われる（Ｈ
ＭＤサブシステム４０移動に直接応答する）ヘッド運動
の多くは、垂直軸Ｚ−Ｚ回りのヘッド回転（左右ヘッド
回転運動）、横軸Ｙ−Ｙ回りのヘッド回転（上下ヘッド
運動）、あるいはそれらの組み合わせからなる。前述の
ヘッド運動は、ＨＭＤサブシステム４０の空間視角、す
なわち、極座標系の角度θ、角度α、あるいはそれらの
組み合わせによって記述され得るところの、（極座標系
の動径ベクトルによって決められる）パイロットの視覚
系の光軸の指向角を定める。 【００６０】通常の飛行運転中に、長手方向軸、横軸、
及びまたは垂直軸に沿ったパイロットの頭の相対的並進
運動はほとんどないことが経験的に知られている。した
がって、実際的には、ＨＭＤサブシステム４０は、極座
標系の原点と一致する一定の空間位置を有するものとし
て定められる。たとえ、ＨＭＤサブシステム４０が並進
運動を受けるとしても、そのような運動は、そのような
運動が比較的真直ぐな幾何関係に基づいた計算を含む限
り、主処理、インタフェース、及び制御手段１００を処
理能力を用いて、収容されかつ特定される。 【００６１】ＨＭＤサブシステム４０の初期空間位置及
び視角は、設計視点９０及びパイロット視覚系の光軸に
よってきめられる。そのＨＭＤサブシステム４０の初期
空間位置は、設計視点９０すなわち極座標系の原点とし
て決められる。ＨＭＤサブシステム４０の初期視角は、
パイロット視覚系の光軸が設計視点９０を通過し、かつ
コクピットＣＰ操縦席おおい構造の前部の中間を通過す
る長手方向軸Ｘ−Ｘと同軸であるように定められる。ヘ
ルメット取付検知手段５０は、前述のＨＭＤサブシステ
ム４０の初期空間位置と視角に初期化される。ＨＭＤサ
ブシステム４０の次の運動は、ヘルメット取付検知手段
５０によって検知され、主処理、インタフェース、及び
制御手段１００の処理能力を用いて、方向角θ，α（必
要ならば、動径ベクトルγ及び方向角β）によって定め
られ、説明される。 【００６２】図６は、図２に表わされたヘリコプタＨの
操縦席おおい構造６０の直線プロットである。その直線
プロットは、設計視点９０及び上述の極座標系に基づい
て導かれた。横座標は、方向角θを表わし、縦座標は方
向角αを表わしている。操縦席おおい構造６０は、左右
防風ポスト６１Ｌ，６１Ｒ，横方向ポスト６２，左右前
方側部ポスト６３Ｌ，６３Ｒ，左右後方側部ポスト６４
Ｌ，６４Ｒ，左右二次側部ポスト６５Ｌ，６５Ｒ，前方
コクピットレール６６，左右一次コクピットレール６７
Ｌ，６７Ｒ，左右二次コクピットレール６８Ｌ，６８
Ｒ，及び左右三次コクピットレール６９Ｌ，６９Ｒを含
む。 【００６３】操縦席おおい構造６０から成る前述の構造
部材は、それぞれ組み合わさって、外界の視覚観察に利
用できる操縦席おおい構造６０の視認部を形成する。図
６に示される如く、これらは、前方操縦席おおい７０、
左右一次側部操縦席おおい７２Ｌ，７２Ｒ，左右二次側
部操縦席おおい７４Ｌ，７４Ｒ，及び左右三次側部操縦
席おおい７６Ｌ，７６Ｒとして形成される。上述の種々
の操縦席おおいは、外界からの可視光放射がそれらを通
してパイロットの視覚系に伝えられるような光学的に透
明な材料から作られる。操縦席おおい部材は、これらの
部材がパイロットの視覚系に対して効果的に透明である
限り、本発明に係るＶＩＤシステム１０に関係しない。
また、それは、有視界飛行運行中パイロットによる外界
の視覚観察の基準点として機能しない。したがって、そ
れは、ヘリコプタＨに関して外界の空間的な及び状況認
識を保持するためのパイロットの認識機構の部分ではな
い。 【００６４】反対に、操縦席おおい構造６０の構造ポス
ト及びレール部材は、有視界飛行運行中パイロットが外
界の視覚観察を行うのを妨げる。そのような場合、パイ
ロットは、意識的にあるいは無意識に、パイロットと外
界の間に位置されている各ポスト及びレール部材に対し
て、外界の視覚観察を基準化する。上述の操縦席おおい
構造６０の構造ポスト及びレール部材は、有視界飛行運
行中ヘリコプタＨに関して外界の空間及び状況認識をパ
イロットに保持させ続ける認識機構の一体化素子であ
る。 【００６５】したがって、本発明に係るＶＩＤシステム
１０は、操縦席おおい構造６０のこれらの素子を、パイ
ロットが、ヘリコプタＨに関する外界の空間及び状況認
識を保つために、無視界飛行運行中、有視界飛行運行中
に動作するものと同一の認識機構に頼り、それを利用す
るように、（ＦＬＩＲサブシステム２０及びＨＭＤサブ
システム４０を介して）無視界飛行運行中にパイロット
に与えられる現実的な高精細画表現を形成する仮想映像
中に、含ませる。 【００６６】図７は、図６に示された操縦席おおい構造
６０に対応する一定の縮尺率の線形二値化マップ８０で
ある。二値化マップ８０は、上述の如く、操縦席おおい
構造６０の構造ポスト及びレールに対応する相互に関連
する一連の構造外郭線である。構造外郭線８１Ｌ，８１
Ｒは、それぞれ左右防風ポスト６１Ｌ，６１Ｒに対応
し、構造外郭線８２は、横方向ポスト６２に対応し、構
造外郭線８３Ｌ，８３Ｒは、それぞれ左右前方側部ポス
ト６３Ｌ，６３Ｒに対応し、構造外郭線８４Ｌ，８４Ｒ
は、それぞれ左右後方側部ポスト６４Ｌ，６４Ｒに対応
し、構造外郭線８５Ｌ，８５Ｒは、それぞれ左右二次側
部ポスト６５Ｌ，６５Ｒに対応し、構造外郭線８６は、
前方コクピットレール６６に対応し、構造外郭線８７
Ｌ，８７Ｒは、それぞれ左右一次コクピットレール６７
Ｌ，６７Ｒに対応し、構造外郭線８８Ｌ，８８Ｒは、そ
れぞれ左右二次コクピットレール６８Ｌ，６８Ｒに対応
し、そして構造外郭線８９Ｌ，８９Ｒは左右三次コクピ
ットレール６９Ｌ，６９Ｒに対応している。 【００６７】二値化マップ８０は、上述の極座標系を用
いて形成され、操縦席おおい構造６０からなるポスト及
びレールのそれぞれに対応している（極座標系によって
定められかつ特定されるデジタル点に基づいて）二値化
構造外郭線シーケンスを定める。そのマップ８０は、そ
れを主処理、インタフェース、及び制御手段１００内の
メモリ構造内に容易に記憶させ得るように、二値化形式
で作られる。対応する映像上に次に重ね合わせるため
に、主処理、インタフェース、及び制御手段１００によ
って二値化マップ８０の関連する構造外郭線の再構築中
に、主処理、インタフェース、及び制御手段１００は、
再構築された構造外郭線が連続構造として与えられるよ
うに、各構造外郭線を形成する隣り合うデジタル点間に
挿入するように動作する。主処理、インタフェース、及
び制御手段１００は、さらに、必要に応じて、構造外郭
線の厚さを変えるように動作する。 【００６８】ＶＩＤシステム１０の主処理、インタフェ
ース、及び制御手段１００（ＰＰＩＣ手段）は、図８に
さらに詳細に示されている。例示されたＰＰＩＣ手段１
００は、中央処理ユニット１０２、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）１０３、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０４、入出力ポート１０６，１０８，１１０，１１
２、及び制御、アドレス、データバス１１４を含んでい
る。ＰＰＩＣ手段１００は、特に示されているものとは
異なる形態を取り得る汎用電子計算機として一般化され
た形態で表わされている。 【００６９】電子計算機の構成は、２つ以上の制御、ア
ドレス、データバスを有する分割処理型のものである。
１本のバスが、入出力タスク及び通信機能を受け持つ。
他の分離されたバスは、像処理、決定機能、及びマップ
線再構築と映像形態への変換に用いられる。単一バスよ
りも多くのバスを採用する構成に対して、各バスは代表
的には、それらと関連するモトローラ８０２８６型プロ
セッサなどのプロセッサを有する。ＰＰＩＣ手段１００
は、幾何学的構成体間１．２５ミクロンの非常に高速の
集積回路（ＶＨＳＩＣ）の形態で作られている。そのよ
うなＰＰＩＣ手段１００は、１３メガバイトを超える内
部メモリ、及び毎秒１９００万命令及び毎秒３億以上の
演算を実行する能力を有する。 【００７０】ＰＰＩＣ手段１００は、上述の如く、それ
ぞれ信号線１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を
介して、ＶＩＤシステム１０から構成される種々のサブ
システム間に電子的インタフェースを与える。ＨＭＤサ
ブシステム４０とヘルメット取付検知手段５０間の相互
作用結合は、符号１３０によって特定されている。 【００７１】ＰＰＩＣ手段１００は、信号線１１６を介
して制御信号を与え、仮想映像化サブシステム２０の空
間方向をＨＭＤサブシステム４０の視角と同期させ、す
なわち、仮想映像化サブシステム２０のＦＯＶをパイロ
ットの視覚系の光軸に対応して整列させるよう動作す
る。これらの制御信号は、信号線１２２を介してヘルメ
ット取付検知手段５０によって与えられる位置／方向信
号に基づいて中央処理ユニット１０２によって導かれ
る。 【００７２】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、本発明の
ＶＩＤシステム１０によって要求される必要な処理能力
を与えるよう動作する。この処理能力は、仮想映像に対
応する映像を発生するように、信号線１２０を介して、
対応する信号をＨＭＤサブシステム４０に与えるため
に、仮想映像化サブシステム２０によって発生されると
ともに信号線１８８を介して入力される仮想映像信号を
処理することを含んでいる。ＰＰＩＣ手段１００は、ま
た、信号線１２２を介してヘルメット取付ット検知手段
５０によって与えられる位置／方向信号に基づいて、Ｈ
ＭＤサブシステム４０の空間方向及び視角を定めるよう
動作する。 【００７３】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、中央処理
ユニット１０２によってＨＭＤサブシステム４０の決定
された空間方向及び視角をヘリコプタＨの操縦席おおい
構造６０に相関させるよう動作する。ＨＭＤサブシステ
ム４０の相関付けられた空間方向及び視角に基づいて、
中央処理ユニット１０２は、二値化マップ８０を用いて
操縦席おおい構造６０の関連部分の構造外郭線を再構築
し、仮想映像化サブシステム２０によって発生される仮
想映像と同期される構造外郭線を与える。中央処理ユニ
ット１０２は、同期された構造外郭線をＨＭＤサブシス
テムによって発生される映像と両立し得るビデオフォー
マットに変換するために使用される。 【００７４】ＰＰＩＣ手段１００は、さらに、信号線１
２０を介して所定の方法で、同期された構造外郭線を対
応する映像上に結合させるよう動作する。さらに詳細に
は、同期された構造外郭線は、その構造外郭線が下側に
ある映像の対応する部分を妨げるように、対応する映像
上に重ね合わされる。しかし、構造外郭線の構造（厚
み）によって、映像の妨げが最小化される。 【００７５】図９は、本発明に係るＶＩＤシステム１０
によって発生される瞬時結合映像の画素表現である。こ
の画素表現は、ＨＭＤサブシステム４０によってパイロ
ットによって監視され、上述の認識機構に基づいて、ヘ
リコプタＨに関する外界の空間及び状況把握を維持する
ためにパイロットによって使用される。図９の画素表現
は、仮想映像化サブシステム２０によって与えられる仮
想映像から導かれたＨＭＤサブシステム４０によって発
生される映像に重ね合わされる、ヘリコプタＨの左右防
風ポスト６１Ｌ，６１Ｒに対応する構造外郭線８１Ｌ，
８１Ｒを表わしている。ビデオ映像は、仮想映像化サブ
システム２０のＦＯＶ内にある飛行中のヘリコプタＨ
ｅ、木々Ｔ、及び建物Ｂなどの外界の要素を表示する。
図９に表わされた他の記号は、本発明に関係のない航空
機状態情報を表わしている。参照文字ＡＨＬによって特
定される記号は、外界の水平線に対応している人口の水
平線である。 【００７６】図９に関して、構造外郭線８１Ｌ，８１Ｒ
は、表示された画素表現がヘリコプタＨの前方操縦席お
おい構造７０を介して見られようとしていることを、パ
イロットに知らせる。構造外郭線８１Ｌ，８１Ｒを人口
水平線ＡＨＬを相関付けることにより、ヘリコプタＨが
左に浅く傾けられて飛行されようとしていることがパイ
ロットに知らされる。この情報は、上述の認識機構を用
いて、ヘリコプタＨと外界間の関係の空間把握をパイロ
ットに与える。 【００７７】構造外郭線８１Ｌ，８１ＲをヘリコプタＨ
ｅの画素表示と相関付けることによって、ヘリコプタＨ
ｅがパイロットのコースと交差する飛行路にあること
が、パイロットに知らせられる。ヘリコプタＨ近くの木
々Ｔ及び建物Ｂは、前方飛行に対してハザードをパイロ
ットに与える。この情報は、認識機構を用いて、ヘリコ
プタＨと外界間の状況把握をパイロットに与える。 【００７８】 【発明の効果】本発明によれば、夜間でも安全に飛行す
るための表示システムが与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構造外郭線を含んでいる仮想映像
表示システムの概略図である。 【図２】本発明に係る仮想映像表示システムが使用され
るヘリコプタの平面図である。 【図３】本発明に係る仮想映像表示システムにおいて使
用するヘルメット取付表示サブシステムの平面図であ
る。 【図４】本発明に係る仮想映像表示システムに対する基
準系としての極座標系を表わしている。 【図５】本発明に係る仮想映像表示システムに対する基
準系としての極座標系を表わしている。 【図６】図２のヘリコプタの操縦席おおい構造の直線プ
ロットである。 【図７】図６の操縦席おおい構造に対応する光学的不透
明体構造外郭線を表わしている二値化マップを示す直線
プロットである。 【図８】図１の仮想映像表示システムの主処理装置、イ
ンタフェース、及び制御手段の概略図である。 【図９】外界の仮想映像の映像表示上に重ね合わされた
光学的不透明体構造外郭線の平面図である。 【符号の説明】 １０…ＶＩＤシステム ２０…仮想映像化サブシステム ５０…姿勢及び位置検知手段 ６０…操縦席おおい構造 ８０…二値化マップ １００…制御手段
表示システムの概略図である。 【図２】本発明に係る仮想映像表示システムが使用され
るヘリコプタの平面図である。 【図３】本発明に係る仮想映像表示システムにおいて使
用するヘルメット取付表示サブシステムの平面図であ
る。 【図４】本発明に係る仮想映像表示システムに対する基
準系としての極座標系を表わしている。 【図５】本発明に係る仮想映像表示システムに対する基
準系としての極座標系を表わしている。 【図６】図２のヘリコプタの操縦席おおい構造の直線プ
ロットである。 【図７】図６の操縦席おおい構造に対応する光学的不透
明体構造外郭線を表わしている二値化マップを示す直線
プロットである。 【図８】図１の仮想映像表示システムの主処理装置、イ
ンタフェース、及び制御手段の概略図である。 【図９】外界の仮想映像の映像表示上に重ね合わされた
光学的不透明体構造外郭線の平面図である。 【符号の説明】 １０…ＶＩＤシステム ２０…仮想映像化サブシステム ５０…姿勢及び位置検知手段 ６０…操縦席おおい構造 ８０…二値化マップ １００…制御手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ローレン スタイルズ，ジュニア
アメリカ合衆国，コネチカット，ロック
スベリー，オールド ロックスベリー
ロード 12
(72)発明者 ハワード フィリップ ハーパー
アメリカ合衆国，コネチカット，ハンテ
ィントン，ナヴァジョ ループ 325
(72)発明者 ロバート クレイグ カス
アメリカ合衆国，コネチカット，ウエス
ト レディング，ブルーベリー ヒル
ロード 12
(56)参考文献 特開 平２−145914（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開330147（ＥＰ，Ａ
１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B64D 45/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定構造の操縦席おおい構造を有する航
空機内でパイロットによって使用される仮想映像表示シ
ステムであって、該表示システムは、 外界の仮想映像を発生するための仮想映像化手段と、 上記外界の仮想映像に基づいて、パイロットによって見
られる映像を発生・表示するための映像表示手段と、 上記映像表示手段と相互作用するように配置され、上記
映像表示手段の空間位置及び視角に対応する位置信号を
発生するための検知手段と、 操縦席おおい構造の所定構造に対応する一連の構造外郭
線であって幅を最小化した構造外郭線を蓄積するための
マップ手段と、 上記検知手段によって発生された上記位置信号に基づい
て、上記映像表示手段の空間位置及び視角を決定するた
めの電子計算機処理手段とを備え、 上記電子計算機処理手段は、さらに上記マップ手段の上
記蓄積された構造外郭線から操縦席おおい構造の部分の
構造外郭線を再構築するよう動作し、上記再構築された
構造外郭線部分は、上記映像表示手段の上記決定された
空間位置及び視角に基づくとともにこれらに同期し、 上記電子計算機処理手段は、さらに上記再構築された構
造外郭線部分を上記表示された映像上に重ね合わせ、外
界の高精細画表示をパイロットに与えるように動作し、
上記重ね合わされかつ再構築された構造外郭線部分は、
上記表示された映像の対応する部分を妨げることによっ
て、パイロットが上記妨げられて表示された映像を見る
際に基準フレームとなることを特徴とする表示システ
ム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US68940591A | 1991-04-22 | 1991-04-22 | |
| US689,405 | 1991-04-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10004292A Expired - Fee Related JP3383323B2 (ja) | 1991-04-22 | 1992-04-21 | 航空機用仮想映像表示システム |
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| CA (1) | CA2060406C (ja) |
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