JP4649400B2 - オーディオビジュアル通信向上方法及びシステム - Google Patents

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本開示技術は、概してオーディオビジュアル・システム関し、特に、環境に従って通信を強化する方法及びシステムに関する。
戦闘機のパイロットは、任務に従事している間、同時に異なる業務を実行することで占められる。それは、例えば、操縦、航空機の飛行、ターゲットを狙い、撃ち、そして地上管制あるいは他のパイロットとの通信等である。
これらの作業を遂行する間にパイロットの負担を和らげ、パイロットの遂行レベルを増加させるための様々なシステム及び装置が開示されている。かかるシステムは、パイロットのヘルメットに組み込まれたり、パイロットに近接して設置されるのが一般的である。
スピッツァーによる米国特許第６３８４９８２号（発明の名称「眼鏡又他のヘッド・ボーン・フレーム用小型画像表示システム」）では、周囲の像を背景にして画像を表示する装置が示されている。
その装置は、画像源、メインレンズ、第１レンズ、第２レンズ及び挿入部分を備えている。前記メインレンズは、眼鏡の規範的なレンズである。前記挿入部分の第１部分は、第１屈折率を有し、その第２部分は、第２屈折率を有する。第１屈折率は、第２屈折率よりも大きい。前記挿入部分は、前記メインレンズの中に設置される。該メインレンズの屈折率は、第１屈折率に等しい。前記第１レンズは、前記画像源と前記メインレンズとの間に配置される。前記第１レンズ及び前記画像源は、第１軸に沿ってメインレンズのトップに配置される。前記第２レンズは、前記第１軸と垂直な第２軸に沿って、前記挿入部分とユーザの目との間に配置される。
前記画像源から放射される光線は、前記第１レンズ及び前記メインレンズを通過し、前記第１部分に突き当たる。前記第１屈折率及び前記第２屈折率の相対的な値は、前記光線が、前記挿入部分から全体的に内部で前記第２レンズへ反射され、ユーザの目に向かう、というようなものである。前記周囲の像から放射される他の光線は、前記挿入部分及び前記第２レンズを通過し、ユーザの目に届く。
前記装置は、更にヘッド・バンド、１又は２つのイヤー・キャップに取り付けられたトランスデューサ及びマイクロホンを備えることができる。前記マイクロホンには、異なるノイズを消去する処理（アレンジメント）が含まれる。
ケリーによる米国特許第５８６１９９４号（発明の名称「モジュラー式双眼鏡の電子画像システム」）では、眺めた風景に画像を重ねるポータブル双眼電子画像システムが示されている。該システムは、ユーザにステレオ音響を提供し、ビデオ記録並びに電子装置への入出力を可能にするものである。
前記ポータブル双眼電子画像システムは、コア・システムのハウジング、ディスプレイ・モジュール、デジタルカメラ・モジュール並びにバッテリー及びビデオ・カセット・レコーダ・モジュールを備える。前記コア・システムは、双眼ビューイング・サブシステム、ステレオスピーカー、電子システム制御サブシステム、入力／出力インターフェース、３つのモジュール・ポート及び入力キーパッドを備える。前記ディスプレイ・モジュールは、ディスプレイ・サブシステムを含んでいる。前記バッテリー及びビデオ・カセット・レコーダ・モジュールは、記録装置及び再生装置並びにバッテリーを備える。
前記双眼ビューイング・サブシステムは、映写レンズ、折り畳みミラー、結合収斂フレスネル（フレネル）レンズ、反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィス及び眼レンズを備えている。前記電子システム制御サブシステムは、前記ステレオスピーカー、前記入力／出力インターフェース、前記入力キーパッド及び前記３つのモジュール・ポートに接続している。前記ディスプレイ・モジュール、デジタルカメラ・モジュール並びに前記バッテリー及びビデオ・カセット・レコーダー・モジュールは、前記ポータブル双眼電子画像システムに接続している。
前記折り畳みミラーは、前記眼レンズの側面に配置される。前記反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィスは、前記折り畳みミラー及び眼レンズの前方に配置される。前記結合収斂フレネルレンズは、一方の側の前記反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィスと、他方の側の前記折り畳みミラー及び眼レンズとの間に配置される。前記映写レンズは、前記折り畳みミラーと前記ディスプレイ・サブシステムとの間に配置される。
前記ディスプレイ・サブシステムは、前記映写レンズを介して前記折り畳みミラーに画像を投影する。そして、該折り畳みミラーは、前記結合収斂フレネルレンズ及び前記反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィスに向かって画像を反射する。前記反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィスは、前記画像を反射し、前記結合収斂フレネルレンズは前記画像を眼レンズに収束させる。また、その風景画像は、前記反射型ストライプ・プリズム・ビーム・スプリッティング・サーフィスを通過し、前記結合収斂フレネルレンズを通って眼レンズに到達する。
スピッツアーにより公開された米国特許６３４９００１号（アイグラス・インターフェース・システム）には、ユーザが眺めた風景画像をキャプチャーし、ユーザにオーディオ通信を提供するアイグラスが示されている。
前記アイグラスは、第１テンプル、第２テンプル、第１レンズ、第２レンズ。カメラ・アセンブリ、ビーム・スプリッター・コーティング、ミラー・コーティング、第３レンズ、オーディオ入力サブシステム、オーディオ出力サブシステム、インターコネクション・サブシステム及び電源サブシステムを含んでいる。
前記第１テンプル及び第２テンプルは、それぞれ第１レンズ及び第２レンズに接続している。第１レンズ及び第２レンズは、ユーザの目の前に配置される。カメラ・アセンブリは、第１テンプルに接続している。カメラ・アセンブリは、ユーザの見つめている方向に照準を合わせる。ビーム・スプリッター・コーティング及びミラー・コーティングは、第１レンズ内に組み込まれる。第３レンズは、カメラ・アセンブリ及びミラー・コーティングとの間に配置される。
ビーム・スプリッター・コーティングは、風景画像それぞれの光線の部分、ミラー・コーティングの部分及びユーザの目の他の部分を反射する。ミラー・コーティングは、カメラ・アセンブリへ前記風景画像それぞれの光線を反射する。
リー等による米国特許第６４５６４３８号（発明の名称「可変浸水口径食ディスプレイ」）では、選択した方法で現実世界のイメージを背景にして、ユーザに対して生成画像を表示するヘッドマウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）が示されている。
前記ＨＭＤは、コンバイナ、可変伝達素子、ディスプレイ光学システム及びコントロール・モジュールを含んでいる。前記コンバイナは、ユーザの目と前記可変伝達素子との間に配置されている。前記コントロール・モジュールは、前記可変伝達素子に接続している。前記コンバイナは、前記ディスプレイ光学システムによって生成された光学データの焦点をユーザの目に合わせる。現実世界のイメージは、前記可変伝達素子及び前記コンバイナを通過して、ユーザの目に届く。前記ＨＭＤは、ユーザの視線方向と一致させるために、生成画像と共に前記現実世界のイメージを登録するアイ・トラッキング装置を含んでいる。
ラリソン等による米国特許第６１６０６６６号（発明の名称「パーソナル画像表示システム」）では、環境光を背景にしてユーザ用にビデオ画像を表示し、音を出力するＨＭＤが示されている。
前記ＨＭＤは、右スピーカー、左スピーカー、右テンプル・ピース、左テンプル・ピース、ストラップ、前部ブレース、光学素子及びトラッキング装置を含んでいる。前記光学素子は、画像ジェネレーター、フィールド修正装置、折り畳みミラー及びコンバイナを含んでいる。前記右スピーカー及び左スピーカーは、それぞれ右テンプル・ピース及び左テンプル・ピースに取り付けられている。右テンプル・ピース、左テンプル・ピース、ストラップ及び前部ブレースは、一緒にして取り付けられている。
前記光学素子は、前部ブレースに取り付けられている。前記トラッキング装置は、前記右テンプル・ピース又は左テンプル・ピースの何れかに取り付けられている。折り畳みミラーは、前記画像ジェネレーターから受け取った画像の少なくとも一部分を前記コンバイナに向かって反射する。前記コンバイナは、前記折り畳みミラーから受け取った少なくとも画像の一部分をユーザの目に向けて反射する。
前記コンバイナが、少なくとも一部透過的である場合には、ユーザに周囲の状況及び生成画像の光景を同時に提供するために、前記画像と環境からの光とを合成する。前記トラッキング装置は、ユーザの頭の位置、姿勢、場所及び動作のそれぞれの情報を集める。該情報は、ユーザの目に対する生成画像を制御するために使用される。
マクガイア，ジュニアによる米国特許第５４２２６５３号（発明の名称「受動的バーチャル・リアリティ」）では、カメラマンの目の位置に従って、表示されるオブジェクト空間の一部を制御するシステムが示されている。
この特許では、「受動的ビューアー」という語は、下記の能動的知覚オブザーバの頭の軸又は視軸と同様に、頭の軸又は視軸は、身体に追従する、ということを意味する。「受動的ビューアー」という語は、１つの身体の活動又は影響（そこに映し出された画像の情報量に作用する制御信号を供給するために監視されている）を表現するために使われる。
前記システムは、光源、ビデオ・カメラ、アイ・ポジション・モニタ、第１の制御機器及びトランスミッタを含んでいる。受動的ビューアーのヘルメットは、レシーバー、第２の制御機器、画像源、光透過型液晶ディスプレイ、プリズム、第１の反射ミラー、第２の反射ミラー、三層”サンドイッチ”及び複数の音源を含んでいる。
三層”サンドイッチ”は、光バルブ、可変倍率レンズ及びリズリー・プリズムを含んでいる。アイ・ポジション・モニタは、撮影技師の目の上へ赤外線の不可視光（検出のために反射される）を導くオキュロメーターである。前記第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、受動的ビューアーの右目及び左目の前にそれぞれ配置される。
前記アイ・ポジション・ミラーは、撮影技師（即ち、受動的ビューアー）の目の位置を監視し、前記第１の制御機器に制御信号を供給する。第１の制御機器は、ビデオ・カメラで高精度に撮像されたオブジェクト空間の一部を制御する。ビデオ・カメラは、第１の制御機器に画像情報を提供し、第１の制御機器は、前記画像情報を前記トランスミッタ及び前記レシーバーを介して前記第２の制御機器に伝達する。
前記第２の制御機器は、能動的ビューアーの目の視軸に従って、低い精度のコンポーネントに係るオブジェクト空間の高精度コンポーネントの位置を変化させるために前記画像源を制御する。受動的ビューアーの目は、画像源によって生成された画像を観察する
この方式では、前記システムは、撮像されたオブジェクト空間に係る高い精度のコンポーネントの位置の変化に従って、注視を変化させる受動的ビューアーを含んでいる。
前記光透過型液晶ディスプレイは、プリズムに画像を提供し、該プリズムは、三層”サンドイッチ”を介して、強度を５０％低減させた画像を前記第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーに伝達する。第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、前記強度を低減した画像を受動的ビューアーの右目及び左目にそれぞれ反射する。音源は、前記受動的ビューアーにオールラウンドな音の効果を提供する。
ロンザーニ等による米国特許第６４２１０３１号（発明の名称「カメラ・ディスプレイ・システム」）では、ユーザのためにオーディオビジュアル通信を提供するヘッドマウント・ディスプレイ・システムが示されている。
前記システムは、ヘッドマウント・ディスプレイ、折り畳みキーボード、ヘッドマウント・コンピュータ、入力装置及び通信モジュールを含んでいる。前記ヘッドマウント・ディスプレイは、光学アセンブリ、コネクタ及びスピーカー・アセンブリを含んでいる。前記ヘッドマウント・ディスプレイは、前記コネクタを介して、リモート・ビデオ・ソース及び電源に接続している。前記入力装置は、アイ・トラッカーである。前記通信モジュールは、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）及びワイヤレス・トランスデューサを含んでいる。
ヘッドマウント・コンピュータは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ビデオボード・モジュール、ディスク・ドライブ・モジュール、少なくとも１つの拡張モジュール及びバッテリー・モジュールを含んでいる。前記ヘッドマウント・コンピュータは、通信モジュール及び分散データ・ネットワークを介して、中央オペレーション・コンピュータと通信する。前記ワイヤレス・トランスデューサは、オーディオ、ビデオ及びデータ信号を送受信する。前記光学アセンブリは、ユーザの目にビデオ画像を提供する。
トラバース等による米国特許第５６８２１７２号（発明の名称「着用者にビデオ及びオーディオ信号を与えるヘッドセット」）では、ユーザにオーディオビジュアル情報を提供するヘッドセットが示されている。
前記ヘッドセットは、固定シェル、バイザー、スピーカー、補償器、選択的に膨らませる浮き袋及び襟首ストラップを含んでいる。前記固定シェルは、サポートビーム及び一組の固定アームを含んでいる。前記バイザーは、ユーザの目に画像を与えるビジュアル・ディスプレイを含んでいる。前記補償器は、オープンセル・フォーム・ベースを含んでいる。前記固定アームは、前記スピーカーを内蔵している。前記スピーカーは、前記補償器と協調する。前記一組の固定アームは、前記サポートビームから延び、前記バイザーは、該サポートビームの中心に取り付けられている。前記襟首ストラップは、前記固定アーム間に拡がっている。前記選択的に膨らませる浮き袋は、前記固定シェルの内部に配置されている。
本開示技術は、環境に応じたユーザ通信を増強する新規な方法及びシステムを提供することを目的とする。
本開示技術に係るオーディオビジュアル通信向上システムは、ユーザの目の視線を決定する視線決定システムと、該視線決定システムに接続する画像表示システムと、を備え、該画像表示システムは、前記決定したユーザ視線に従って、目のための補充画像を表示し、該補充画像及び風景画像の特性を制御する、ことを特徴とする。
本開示技術は、ユーザの視線（ＬＯＳ）を決定し、補助画像を表示し、決定したＬＯＳに従って、前記補助画像及び風景画像の特性を制御するシステムを提供することによって、従来技術の不利な点を克服した。また、前記システムは、前記決定したＬＯＳに従って、ユーザのために多次元サウンドを生成し、ユーザからの音声命令を受け取り、風景のビデオ画像をキャプチャーする。また、前記システムは、種々のネットワークを介して、様々なコンピュータ（ユーザによって持ち運ばれたもの又は遠隔配置されているものの何れか）と通信できる。
以下、「ユーザ」とは、例えば、パイロットや他の乗組員等のエアクラフトで飛行中の人、宇宙船に居留している人、地上の乗り物内の人、船舶内の人、表面を歩いている人、スキューバダイバー等を示す。
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、図１Ａは、本開示技術の一実施形態に従った構成及び動作に係るオーディオビジュアル通信向上システム１００を示す概略図である。図１Ｂは、ヘッドマウント装置と併合したシステム１００に類似するシステム１６０の概略図である。
システム１００は、ＬＯＳ決定システム１０２、画像表示システム１０４、多次元オーディオ・システム１０６、音声指示システム１０８、バックアップ測位システム１１０、プロセッサ１１２、指向性カメラ１１４、オーディオ通信ノイズ低減システム１１６、ネットワーク１１８、通信インターフェース１２０、個人エリア・ネットワーク１２２、複数個のウェアラブル・コンピュータ１２４及び１２６、ローカル・オンボード・コンピュータ１２８、リモート・オンボード・コンピュータ１３０、地上コンピュータ１３２及び衛星コンピュータ１３４を含んでいる。
ＬＯＳ決定システム１０２は、ヘッド・トラッキング・システム１３６及びアイ・トラッカー１３８を含んでいる。画像表示システム１０４は、ディスプレイ・ユニット１４０及びアクティブ・バイザー１４２を含んでいる。
ヘッド・トラッキング・システム１３６は、大域座標系（例えば、エアクラフトの座標系）で、ヘッドマウント装置１６０の位置及び方向を決定するシステムである。アイ・トラッカー１３８は、ヘッドマウント装置１６０に係るユーザ（図示せず）の１つ以上の目１６２のＬＯＳを決定する。アイ・トラッカー１３８と共にヘッド・トラッキング・システム１３６は、 大域座標系に係る目１６２のＬＯＳを決定する。
ディスプレイ・ユニット１４０は、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ、レーザー、蛍光灯部材、白色光部材、フラット・パネル・ディスプレイ、赤外線カメラ（近赤外線、遠赤外線スチール画像カメラ又はビデオカメラの何れか）、可視光ビデオカメラ、スターライト・スコープ−ＳＬＳ（即ち、検出したオブジェクトの光量を増幅する装置）等であり得る。
ディスプレイ・ユニット１４０は、目１６２用の１以上の補充画像（例えば、スピードや海抜といった、車両の機能状態、車両の動的パラメータ等）を表示する。ディスプレイ・ユニット１４０は、例えば、目１６２に関連する光量や位置等の前記補充画像の特性を目１６２のＬＯＳに従って変更する。アクティブ・バイザー１４２は、ヘッドマウント装置１６０と併合し、目１６２によって検出されたオブジェクト１６４（例えば、風景）の光量を変更するバイザーである。
多次元オーディオ・システム１０６は、ユーザの頭の位置及び方向に対する音源の位置に従って、ユーザ用の音を生成するオーディオ・システムである。音声指示システム１０８は、ユーザのスピーチによって発生する音波の形状散逸を決めるコニカル・ボリュームの内部に実質的に配置されている指向性マイクロホンを含んでいる。
このように、前記指向性マイクロホンの出力の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、無指向性マイクロホンと比べると改善されている。
バックアップ測位システム１１０は、ヘッド・トラッキング・システム１３６の故障時にヘッド・トラッキング・システム１３６に取って代わることのできる位置及び方向決定システムである。バックアップ測位システム１１０は、三角測量によって、オブジェクトの位置及び方向を決定する、光学的、アコースティック的、電磁的なシステムである。指向性カメラ１１４は、現在の目１６２のＬＯＳに従って、ＬＯＳが変化するカメラである。このため、指向性カメラ１１４は、現在の目１６２のＬＯＳに従って、カメラ１１４のＬＯＳを連続的に再調整するために１以上の移動機構（例えば、電子部品、機械部品又はそれらの組み合わせで構成される）を含んでいる。指向性カメラ１１４は、ビデオカメラ又はスチール画像カメラの何れかである。
さらに、指向性カメラ１１４は、指向性カメラ１１４によって生成されるオブジェクト１６４（目１６２のＬＯＳにちょうど沿って位置している）の一部の分解能が、当該ＬＯＳに沿って位置していないが目１６２によって正常に検出されるオブジェクト１６４の他の部分の分解能より大きくなるように構成されている。
本システムに組み込まれ得る追加モジュール（例えば、発火系、ロボット用エレメント等）と同様に、各画像表示システム１０４、多次元オーディオ・システム１０６、音声指示システム１０８及びオーディオ通信ノイズ低減システムが、ヘッドマウント装置１６０の位置及び方向だけでなく目１６２のＬＯＳ従って動作する、ということを意味している。
従って、システム１００は、実質的に正確な方法でユーザのオーディオビジュアル通信を可能にする。
オーディオ通信ノイズ低減システム１１６は、ユーザの音声をレシーバーに伝達する間、ユーザが位置する場所の環境雑音を低減する。また、オーディオ通信ノイズ低減システム１１６は、ユーザの近くの環境雑音がユーザに聞こえないように、所望する音（例えば、地上管制からの受信音声等）を生成する。また、オーディオ通信ノイズ低減システム１１６は、ユーザ近くの環境雑音を相殺し、ユーザに聞こえないようにすることができる。
各ウェアラブル・コンピュータ１２４及び１２６は、ユーザ身に付けているコンピュータである。ローカル・オンボード・コンピュータ１２８は、例えば、ユーザが乗っているエアクラフト、地上車等の乗り物（図示せず）に搭載されるコンピュータである。
リモート・オンボード・コンピュータ１３０は、他の乗り物（図示せず）に搭載されるコンピュータである。地上コンピュータ１３２は、実質的にユーザに対して固定のコンピュータである。衛星コンピュータ１３４は、宇宙船、宇宙ステーション、人工衛星等に搭載されるコンピュータである。
ネットワーク１１８は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、イントラネット等である。
ヘッドマウント装置１６０は、ヘルメット、ヘッドホン、ヘッドバンド、フェイスマスク（即ち、ゴーグル、ガスマスク等）等である。
ヘッド・トラッキング・システム１３６、アイ・トラッカー１３８、ディスプレイ・ユニット１４０、多次元オーディオ・システム１０６、音声指示システム１０８、バックアップ測位システム１１０、プロセッサ１１２及びオーディオ通信ノイズ低減システム１１６は、ヘッドマウント装置１６０に取り付けられている。
アクティブ・バイザー１４２は、ヘッドマウント装置１６０の一部である。指向性カメラ１１４は、ヘッドマウント装置１６０又はユーザが乗っている乗り物の何れかに取り付けることができる。通信インターフェース １２０は、ヘッドマウント装置１６０又はユーザが乗っている乗り物の何れかに取り付けることができる。
プロセッサ１１２は、ＬＯＳ決定システム１０２、画像表示システム１０４、多次元オーディオシステム１０６、音声指示システム１０８、バックアップ測位システム１１０、指向性カメラ１１４、オーディオ通信ノイズ低減システム１１６及び通信インターフェース１２０に接続している。
個人エリア・ネットワーク１２２は、通信インターフェース１２０及びウェアラブル・コンピュータ１２４及び１２６に接続している。ネットワーク１１８は、ローカル・オンボード・コンピュータ１２８、リモート・オンボード・コンピュータ１３０、地上コンピュータ１３２、衛星コンピュータ１３４及び通信インターフェース１２０に接続している。プロセッサ１１２に接続する代わりに、指向性カメラ１１４は、ＬＯＳ決定システム１０２に接続され得る。プロセッサ１１２との接続に加えて、指向性カメラ１１４は、ＬＯＳ決定システム１０２とも接続できる。
プロセッサ１１２との接続の代わりに、画像表示システム１０４は、ＬＯＳ決定システム１０２に接続できる。プロセッサ１１２との接続に加えて、画像表示システム１０４は、ＬＯＳ決定システム１０２とも接続できる。プロセッサ１１２との接続の代わりに、多次元オーディオ・システム１０６は、ＬＯＳ決定システム１０２に接続できる。プロセッサ１１２との接続に加えて、多次元オーディオ・システム１０６は、ＬＯＳ決定システム１０２とも接続できる。プロセッサ１１２との接続の代わりに、音声指示システム１０８は、ＬＯＳ決定システム１０２に接続できる。プロセッサ１１２との接続に加えて、音声指示システム１０８は、ＬＯＳ決定システム１０２とも接続できる。
システム１００は、ユーザが現在見つめているオブジェクトに関して、ＬＯＳ決定システム１０２から受信したＬＯＳ情報のそれぞれの特定言語音を生成できる。例えば、ユーザが、ある建物（即ち、風景画像において）を見つめている時、ＬＯＳ決定システム１０２は、目１６２のＬＯＳを決定し、その間、ユーザは、音声指示システム１０８に対して、マイクロホン（図示せず）を用いて口頭で、その建物に係る情報の要求を問い合わせる（即ち、ユーザは音声指示システム１０８に対する口頭メッセージの入力を行う。）。
ユーザの前記入力に応じて、システム１００は、例えば、スピーカーを介してその特定の建物の住所をユーザに提供する。その代わりに又は加えて、画像表示システム１０４は、その建物の位置に対するヘッドマウント装置１６０のバイザー上に補充画像を表示する。
画像表示システム１０４は、アイ・トラッカー１３８から受信した現在のＬＯＳに従って、現在の目１６２のＬＯＳ上にあるバイザー上のある位置に補充画像を表示できる。この場合、そのＬＯＳを変えている間に、目１６２は、補充画像を見ることができる。
その他、画像表示システム１０４は、建物を見ることのできるバイザー上のある位置に補充画像を表示できる（たとえ、ユーザの目１６２が、その方向で見つめていないとしても）。この場合、画像表示システム１０４は、その建物について、ヘッド・トラッキング・システム１３６から受信したデータとヘッドマウント装置１６０の位置及び方向に従って補充画像を大域座標系（例えば、乗り物の座標系）で表示する。
また、補充画像は、ユーザがその建物の方へ自分の頭を移動させる時にはいつでもバイザー上に表示される。また、ユーザは、そのオブジェクトを見つめている間に、オブジェクトの関連情報をシステム１００のメモリ（図示せず）に格納（即ち、記録）できる。例えば、ユーザが建物を見つめている際、ＬＯＳ決定システム１０２は、目１６２のＬＯＳを決定する。そして、搭載カメラが、オブジェクト（即ち、見つめている建物）の画像を取得する間に、ユーザは、その取得した画像に関する、例えば、住所、階数、建物のタイプ等、その建物のそれぞれの言語情報のメモリへの格納（即ち、記録）をシステム１００に指示できる。
さらに、ユーザは、目１６２のＬＯＳに関係しない言語の無指向性命令（例えば、シートのイジェクト、燃料の船外排出、着陸装置の格納等）を与えるためにシステム１００を使用することができる
ヘッド・トラッキング・システム１３６及びアイ・トラッカー１３８の一方又は両方は、プロセッサ１１２に接続され得る。
ヘッド・トラッキング・システム１３６及びアイ・トラッカー１３８の一方又は両方がプロセッサ１１２と接続する代わりに、ヘッド・トラッキング・システム１３６が、アイ・トラッカー１３８に接続され得る。ヘッド・トラッキング・システム１３６及びアイ・トラッカー１３８の一方又は両方がプロセッサ１１２と接続することに加えて、ヘッド・トラッキング・システム１３６が、アイ・トラッカー１３８に接続することもできる。
プロセッサ１１２は、ＬＯＳ決定システム１０２、画像表示システム１０４、多次元オーディオ・システム１０６、音声指示システム１０８、バックアップ測位システム１１０、指向性カメラ１１４及びオーディオ通信ノイズ低減システム１１６の動作を通信インターフェース１２０からの受信信号に従って管理する。
このほかにも、プロセッサ１１２は、通信インターフェース１２０と接続せず、該通信インターフェース１２０からの信号によらずに、ＬＯＳ決定システム１０２、画像表示システム１０４、多次元オーディオ・システム１０６、音声指示システム１０８、バックアップ測位システム１１０、指向性カメラ１１４及びオーディオ通信ノイズ低減システム１１６の動作を管理する。
アクティブ・バイザー１４２は、目１６２のＬＯＳ、プロセッサ１１２からの受信信号等に従って、通過する光の伝達率を変化させる。例えば、前記システムは、プロセッサに接続し、周辺の光量を検出する光検出器（図示せず）を含めることができる。アクティブ・バイザーは、その検出された周辺光の光量に従って、光の伝達率を変化させる。そのほかにも、アクティブ・バイザーは、マニュアル・コントローラ（図示せず）からの受信信号に従って、光の伝達率を変化させる。
続いて、多次元オーディオ・システム１０６の説明を行う。以下、「位置（ポジション）」とは、三次元の座標系におけるオブジェクトの場所、方向又は場所及び方向の何れかを示す。以下、「エアクラフト」とは、飛行機、ヘリコプター、水陸両用飛行機、気球、グライダー、無人機、宇宙船等を示す。
本開示技術は、例えば、地上車、船舶、エアクラフト・シミュレータ、地上車シミュレータ、船舶シミュレータ、バーチャル・リアリティ・システム、コンピュータゲーム、ホーム・シアター・システム、固定ユニット（例えば、管制塔など）、ポータブル・ウェアラブル・ユニット等のエアクラフト以外の装置と同様にエアクラフトに適用可能である。
例えば、本開示技術は、近くを飛行中の他のエアクラフト、走行中の車及び地上管制に関して、三次元オーディオ表示を飛行機の乗組員に提供することができる。同様に、本開示技術は、空中あるいは地上のエアクラフト、空港近くの様々な乗り物及び人々等に関して、三次元オーディオ表示を管制塔の航空管制官に提供することができる。
簡単な例を挙げると、飛行機の左翼上に位置するエアクラフトのコンポーネントに関連する警戒が、エアクラフトの左側に対応する空間位置にインビューされる。これは、要求した位置を乗組員に直ちに認識させ、集中させ得る。
他の例を挙げると、複数のエアクラフトが編隊飛行し、無線交信をしている時に、本開示技術に係るシステムは、受信側エアクラフトに対応する送信側エアクラフトの位置に基づいて、各オーディオ信号伝送のために受信した位置を結合させる。例えば、送信側エアクラフトが、受信側エアクラフトの右側上に位置する時、本システムは、受信側エアクラフトの乗組員に該乗組員の頭の位置及び方向にかかわりなく、あたかもエアクラフトの右側から来ているように音の伝達を提供する。
従って、乗組員が、エアクラフトの前方を見ている場合、本システムは、ヘルメットの右側で聞こえる音をもたらす。一方、乗組員が、エアクラフトの後方を見ている場合、本システムは、ヘルメットの左側で聞こえる音をもたらす。そのような空間的結合は、オーディオ信号を空間的位置の特性にインビューすることによって実行され、そのインビューされた空間的位置と現実の空間的位置又は好ましい空間的位置とを関連付けている。
現実の空間的位置は、受信側乗組員に対応する音源の位置に合致する。例えば、送信側エアクラフトが、受信側エアクラフトの右上を飛行している時、本開示技術に係るシステムは、受信側エアクラフトの乗組員の耳にその音を再生している間、送信側エアクラフトの現実の位置（即ち、右上）に送信側エアクラフトの乗組員の音をインビューする。好ましい空間的位置は、音源の優れた分離音の供給又は特定の音源を強調することで、ほぼ決められる。
例えば、エンジン・ファイア表示（シグナルＳ１）、広がった着陸装置表示（シグナルＳ２）、フラップ故障表示（シグナルＳ３）等の異なる警報が、エアクラフトの右翼で同時に発生すると、本開示技術に係るシステムは、これらの警告シグナルの各々の異なる空間的位置にインビューする。
右側の球面方向（ｊ，ｑ）が（０，０）で設計されていると、本開示技術に係るシステムは、シグナルＳ１、Ｓ２及びＳ３に対して、それぞれ方向（０，３０°）、（０，−３０°）及び（３０°，０）にインビューする。この場合、乗組員は、これらの警告信号を簡単に識別することができる。
本開示技術は、乗組員の視線情報を使用することで、三次元空間のある特定位置に音を局部集中させる。人間の心は、左耳と右耳の間のオーディオ信号の相対的遅延及び周波数特性に基づいて、三次元のオーディオ位置でパフォームする。人工的にかかる遅延及び周波数特性を導入することで、空間的位置特性を持っているモノラル信号が、バイノーラル信号に変えられる。
空間オーディオ源の位置と各耳とを結び付ける遅延及び周波数特性は、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）モデルによって説明される。図示される本技術は、個人個人のＨＲＴＦモデルを構築し、様々な頭のサイズや形状を考慮することで精緻化され得る。両耳調による音源の空間的位置を検出する人間の能力は、様々な頭の方向で音を検出できるようにし、局部的効果を増加させる頭の移動によって増大する。
コックピット環境において、乗組員は、頭の方向を固定させずに、むしろ実行されるタスクに従って頭の方向を変化させる。本開示技術は、現在の源の位置と乗組員の頭の方向の両方に基づいた好適なＨＲＴＦモデルを決定することで、現在の乗組員の頭の方向を勘案している。乗組員の頭の方向は、ユーザ・ポジション・システムによって検出される。
ユーザ・ポジション・システムは、ユーザの位置（例えば、視線、耳の方向等）を検出するユニットを含んでいる。さらに、ユーザに関連するボリューム（例えば、車両、船舶、エアクラフト等）の位置を検出するための例えば、ＧＰＳユニット、レーダー等のユニットも含むことができる。ユーザ・ポジション・システムは、ユーザのヘッドマウント（例えば、ヘッドマウント装置に接続する、ヘルメット、ヘッドセット、ゴーグル、眼鏡等）又はユーザからのリモート（例えば、ユーザを監視する１以上カメラ、ソナー・システム等）であり得る。
前記ボリュームの位置を検出するユニットは、前記ボリュームに接続され（例えば、ＧＰＳユニット、オンボード・レーダー・ユニット等）るか、又は、前記ボリュームの外部に設置され得る（例えば、エアクラフトとの無線リンクを備えた地上ＩＦＦレーダー・ユニット等）。そのようなボリューム位置検出ユニットは、ユーザ位置検出ユニットに統合され得る。
ユーザ位置システムは、電磁的検出システム、光学的検出システム、ソナー・システム等の形式であり得る。
図２は、本開示技術の他の実施形態に従った構成及び動作を示すシステム１１００の概略図である。システム１１００は、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２、ラジオ１１０４、信号インターフェース１１０６（例えば、信号マルチプレクサ等）、多重チャンネル・アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）１１０８、ソース位置システム１１１０、エアクラフト位置システム１１１４、ＨＲＴＦメモリ１１１６、ヘルメット位置システム１１１２、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８、デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）１１２０、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４を含んでいる。
オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２は、複数の警報状態それぞれのオーディオ信号データ及び位置データを含んでいる。信号インターフェース１１０６は、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２、ラジオ１１０４、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８及び多重チャンネルＡＤＣ１１０８と接続している。また、多重チャンネルＡＤＣ１１０８は、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８にも接続している。また、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、ソース位置システム１１１０、ヘルメット位置システム１１１２、エアクラフト位置システム１１１４、ソース・ロケーション（ＨＲＴＦ）メモリ１１１６及びＤＡＣ１１２０にも接続している。また、ＤＡＣ１１２０は、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４にも接続している。
ラジオ１１０４は、アナログ又はデジタル形式の何れかの無線を受信し、信号インターフェース１１０６にその無線の音声（オーディオ）部分を供給する。信号インターフェース１１０６は、例えば、エアクラフト・コンポーネント、オンボード・レーダー・システム、ＩＦＦシステム等の警告指示源（図示せず）からアナログ又はデジタルの何れかの形式で警告指示を受信する。信号インターフェース１１０６は、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２から警告指示それぞれのデジタル形式の音声データ及び空間的位置データを受信する。信号インターフェース１１０６によって受信された信号が、デジタル形式である場合、信号インターフェース１１０６は、これらのデジタル信号をデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。信号インターフェース１１０６によって受信された信号に、アナログ形式のものとデジタル形式のものとが含まれる場合、信号インターフェース１１０６は、デジタル信号をデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給し、アナログ信号を多重チャンネルＡＤＣ１１０８に提供する。
多重チャンネルＡＤＣ１１０８は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換し、異なるデジタル信号を多重化し、これらの多重化信号をデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。ソース位置システム１１１０は、ラジオ・ソース・ロケーションのそれぞれのデータをデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。ヘルメット位置システム１１１２は、乗組員のヘッメットの位置のそれぞれのデータをデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。エアクラフト位置システム１１１４は、現在のエアクラフトの位置のそれぞれのデータをデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、ラジオ・ソース・ロケーション、乗組員のヘルメットの位置及び現在のエアクラフトの配置のそれぞれのデータに基づくバーチャル・ソース・ロケーションを選択する。
次に、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、選択したバーチャル・ソース・ロケーションに基づいて、ＨＲＴＦメモリ１１１６から好適なＨＲＴＦモデルを検索する。デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、左チャンネル・デジタル信号及び右チャンネル・デジタル信号を生成するために、検索したＨＲＴＦモデルを使用してデジタル・オーディオ信号にフィルタをかける。デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、フィルタをかけたデジタル・オーディオ信号をＤＡＣ１１２０に供給する。
ＤＡＣ１１２０は、左チャンネル・オーディオ信号及び右チャンネル・オーディオ信号を生成するために、左チャンネル・デジタル信号及び右チャンネル・デジタル信号をアナログ形式に変換し、それぞれ、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４にそれぞれのオーディオ信号を供給する。
左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４は、それぞれ、左チャンネル・オーディオ信号及び右チャンネル・オーディオ信号を再生する。警報又は危険の存在を検出すると、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２は、関連するオーディオ警告を多重チャンネルＡＤＣ１１０８に信号インターフェース１１０６を介して供給する。多重チャンネルＡＤＣ１１０８は、アナログ・オーディオ信号をデジタル形式に変換し、そのデジタル信号をデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。ヘルメット位置システム１１１２は、乗組員のヘルメットの位置のそれぞれのデータをデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に提供する。エアクラフト位置システム１１１４は、現在のエアクラフトの位置のそれぞれのデータをデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に供給する。エアクラフト位置システム１１１４は、エアクラフトに接続している。
デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、危険の存在、警報あるいは警戒空間位置、乗組員のヘルメットの位置及び現在のエアクラフトの配置のそれぞれのデータに基づくバーチャル・ソース・ロケーションを選択する。
それから、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、上述したように、選択したバーチャル・ソース・ロケーションに基づいて、ＨＲＴＦメモリ１１１６から好適なＨＲＴＦモデルを検索する。
ヘルメット位置システム１１１２は、位置システム又は方向システムに取って代わることができる。例えば、送信側エアクラフトからのオーディオ信号を受信した時、ヘルメットの方向及び送信側エアクラフトに対する受信側エアクラフトの位置は、受信側エアクラフトのコックピット内のヘルメットの位置よりさらに重要である。この場合、受信側エアクラフトに対する送信側エアクラフトの位置は、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）、レーダー・システム等によって決定され得る。
ラジオ１１０４は、エアクラフトとの通信で一般的に使用される電波受信器であり、様々な周波数及び変調方式を使用する複数のラジオを含み得る。また、危険な存在の識別及び警告の生成は、例えば、ＩＦＦ（味方か敵かの識別）システム、地上警告システム等のシステム１１００から分離した当該技術分野で周知のコンポーネントによって実行される。また、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４は、通常、乗組員のヘルメットに組み込まれたヘッドホンであるが、当該技術分野で周知の他のどのタイプの音声再生機（例えば、サラウンド・サウンド・スピーカー・システム、骨伝導タイプのヘッドホン等）であってもよい。
本開示技術の他の実施形態によれば、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２は、
デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８による処理前に、オーディオ信号をデジタル形式に変換する必要がないように、デジタル形式でオーディオ警告を記憶する。かかる実施形態において、オーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２は、直接的にデジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に接続している。
また、本開示技術のさらなる実施形態によれば、ラジオ１１０４は、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８による処理前に、オーディオ信号をデジタル形式に変換する必要がないように、デジタル形式のラジオであり得る。それ故、ラジオ１１０４は、直接、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８に接続する。
本開示技術の他の実施形態によれば、ヘルメット位置システム１１１２は、乗組員のヘルメット（図示せず）から分離した乗組員視線システム（図示せず）と取替可能である。それ故、乗組員は、ヘルメットを着用せずに本開示技術の利点を利用し得る。例えば、民間航空機の乗組員は、通常、ヘルメットを着用しない。かかる例では、乗組員視線システムは、視線情報を提供するためのそのような方法において、例えば、乗組員ヘッドホンを介して乗組員の頭に取り付けられ得る。
図３は、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る乗組員のヘルメット１２００を示す概略図である。
乗組員のヘルメット１２００は、ヘルメット本体１２０２、ヘルメット視線システム１２０４、左チャンネル音声再生機１２０６Ｌ、右チャンネル音声再生機（図示せず）及びデータ／オーディオ・コネクション１２０８を含んでいる。ヘルメット視線システム１２０４、左チャンネル音声再生機１２０６Ｌ、右チャンネル音声再生機及びデータ／オーディオ・コネクション１２０８は、ヘルメット本体１２０２に搭載されている。データ／オーディオ・コネクション１２０８は、ヘルメット視線システム１２０４、左チャンネル音声再生機１２０６Ｌ及び右チャンネル音声再生機に接続している。ヘルメット視線システム１２０４、左チャンネル音声再生機１２０６Ｌ及び右チャンネル音声再生機は、ヘルメット位置システム１１１２、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４（図２参照）にそれぞれ類似している。ヘルメット視線システム１２０４、左チャンネル音声再生機１２０６Ｌ及び右チャンネル音声再生機は、データ／オーディオ・コネクション１２０８を介して三次元サウンド画像システム・エレメント（図２のシステム１１００のエレメントに相当）の後ろと接続している。
図４は、好適な仮想音源の配置例が示されたエアクラフト１３００の概略図である。エアクラフト１３００において、左翼仮想源配置１３０２、右翼仮想源配置１３０４、テール仮想源配置１３０６、底部仮想源配置１３０８及びコックピット仮想源配置１３１０が示されている。
一般に、受信ポイントに対する送信ポイントの位置及び方向のいかなる組み合わせも、デカルト座標、球座標等を使用して、エアクラフト周囲の送信ポイント用に決定され得る。左翼エレメントに係るアラート（例えば、左エンジン、左燃料タンク及び左側の危険検出）は、乗組員に伝達される前に、左翼仮想源配置１３０２にインビューされる。
さらなる例では、エアクラフトの後部に係るアラート（例えば、ラダー制御アラート、後部の危険検出及びアフターバーナーに関するアラート等）は、乗組員に伝達される前に、テール仮想音源配置１３０６にインビューされる。
この図示される仮想源配置は、単に本開示技術の本質を説明するために提供される仮想源配置の可能性の例であるに過ぎず、他の仮想源配置も、必要に応じ提供され得る。
図５は、異なるエアクラフトの乗組員間でオーディオ信号を通信するためにラジオリンクを使うエアクラフト・フォーメーション１４００の概略図である。
エアクラフト・フォーメーション１４００は、先頭エアクラフト１４０６、右側エアクラフト１４０８及び左側エアクラフト１４１０を含んでいる。エアクラフト・フォーメーション１４００におけるエアクラフトは、第１のラジオリンク１４０２及び第２のラジオリンク１４０４を介して通信する。先頭エアクラフト１４０６及び右側エアクラフト１４０８は、第１のラジオリンクを介して通信する。先頭エアクラフト１４０６及び左側エアクラフト１４１０は、第２のラジオリンクを１４０４を介して通信する。
本開示技術によれば、先頭エアクラフト１４０６が、第１のラジオリンク１４０２を介して、右側エアクラフト１４０８からの無線を受信すると、その受信した無線は、先頭エアクラフト１４０６の乗組員にプレイバックされる前に右側後方の仮想源配置にインビューされる。
他の例では、左側エアクラフト１４１０が、第２のラジオリンク１４０４を介して先頭エアクラフト１４０６からの無線を受信すると、その受信した無線は、左側エアクラフト１４１０の乗組員にプレイバックされる前に右側前方の仮想源配置にインビューされる。
この図示される仮想構成は、単に本開示技術の本質を説明するために提供されるフォーメーション及びラジオリンクの可能性の例であるに過ぎず、異なる仮想源配置に対応する他のフォーメーション及びラジオリンクも、必要に応じ使用され得る。
図６は、視線測定結果に基づいて、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る３Ｄオーディオ画像処理方法を示す概略図である。
手続き１５００では、警告指示が受信される。前記警告指示は、例えば、不良コンポーネントやミサイル接近等、イベントのそれぞれに存在する。図２を参照すると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、例えば、燃料計、着陸装置位置インジケータ、煤煙濃度計等のエアクラフト・コンポーネント（図示せず）から警告指示を受信する。また、前記警告指示は、例えば、ＩＦＦシステム、燃料圧監視システム、構造的完全性監視システム、レーダー・システム等のオンボード検出システムからも受信される。例えば、地上施設では、本開示技術に係るアラーム・システムは、移動する人それぞれの警告指示を護衛者（ガード）に提供する。この場合、前記アラーム・システムは、護衛者の位置に対する、移動する人（例えば、泥棒等）の位置のそれぞれのアラート信号（例えば、サイレント・アラーム等）を提供する。従って、護衛者は、そのアラート信号からその人物を探すべき場所を判断できる。
手続き１５０２では、受信した警告指示のそれぞれの保存されているオーディオ信号及び警告位置が検索される。各警告指示のために、それぞれのオーディオ信号及び空間的位置は、メモリ・ユニットに保存される。例えば、右翼上での故障フラップ警告信号は、エアクラフトの右上部位置での２００ｍｓｅｃ間隔で５００ｍｓｅｃ持続する５ｋＨｚのビープ信号に関連する。図２及び図４を参照すると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、エアクラフト１３００の左翼内のロー燃料タンクのそれぞれのオーディオ信号を検索する。
また、自動追尾ミサイルに関する警告が、オンボード・レーダー・システムから受信されると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、自動追尾ミサイルのアラートのそれぞれのオーディオ信号をオーディオ・オブジェクト・メモリ１１０２から検索する。前記システムは、ユーザに当該ミサイルの発射場所の概念を提供するために、オーディオ信号と、好適なＨＲＴＦを選択する時のようにオンボード・レーダー・システムによって提供されるミサイル位置と、の間を関連付ける。
手続き１５０４では、通信オーディオ信号が受信される。通信オーディオ信号は、一般に音声（例えば、通信ネットワーク内の他人の音声等）に関連する。図２を参照すると、ラジオ１１０４は、通信オーディオ信号を受信する。通信オーディオ信号は、同一のエアクラフト内の他の乗組員、同時に飛行している他のエアクラフト、受信側エアクラフトに対して実質的に固定なソース、例えば、船舶、航空管制官、地上車等から受信され得る。通信オーディオ信号源は、例えば、地上部隊の通信ラジオ（エアリアル・サポート）、ＵＨＦ無線システム、ＶＨＦ無線システム、衛星通信システム等であり得る。
手続き１５０６では、通信オーディオ信号源位置が検出される。この検出位置は、大域座標系での話している人間の位置を決定する。図２を参照すると、同じエアクラフトの乗組員からの通信オーディオ信号を受信した場合、ソース位置システム１１１０は、送信側乗組員のヘルメット位置を検出する。他のエアクラフト又は受信側エアクラフトに対して実質的に固定なソースからの通信オーディオ信号を受信すると、ソース位置システム１１１０は、送信側エアクラフト又は実質的に固定なソースの位置を検出する。ソース位置システム１１１０は、ＧＰＳシステム、レーダー・システム、ＩＦＦシステム等を使って、又は送信側ソースからの位置情報を受信することで、送信側エアクラフト又は実質的に固定なソースの位置を検出する。
手続き１５０８では、聴取位置が検出される。この検出位置は、リスナー（即ち、乗組員）の耳の位置を決定する。図３を参照すると、ヘルメット視線システム１２０４は、ヘルメット１２００の位置を検出し、ヘルメット１２００を着用しているユーザの耳の位置を決定する。警告指示が、受信されると（手続き１５００）、ヘルメット視線システム１２０４は、ヘルメット１２００の位置及び方向（即ち、受信側乗組員の視線）を検出する。同じエアクラフトの他の乗組員からの通信オーディオ信号を受信すると（手続き１５０４）、ヘルメット視線システム１２０４は、ヘルメット１２００の位置及び方向を検出する。例えば、乗組員が、飛行中にエアクラフトを検査する時、ヘルメット視線システムは、乗組員の位置及び方向をいかなる瞬間でも検出する。他のエアクラフト又は実質的に固定なソースからの通信オーディオ信号を受信すれば（手続き１５０４）、ヘルメット視線システム１２０４は、受信側エアクラフトの座標系に関連する受信側乗組員のヘルメット１２００の方向のみを十分に検出できる。
手続き１５１０では、エアクラフト位置が検出される。検出位置は、大域座標系におけるエアクラフトの位置を決定する。図２を参照すると、当該エアクラフト外部のソース（例えば、他のエアクラフト又は実質的に固定なソース）から通信オーディオ信号を受信すると、エアクラフト位置システム１１１４は、送信側エアクラフト又は実質的に固定なソースの位置に対する受信側エアクラフトの位置を検出する。エアクラフト位置システム１１１４は、ＧＰＳシステム、慣性航法システム、レーダー・システム等を使って、前記位置を検出する。また、前記位置情報は、前記外部ソースからも受信し得る。
手続き１５１２では、ＨＲＴＦが選択される。該ＨＲＴＦは、リスナーの耳及び送信源の関連する位置に対応して選択される。図２を参照すると、警告指示が受信されると（手続き１５００）、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、検索した警告位置（手続き１５０２）及び検出した受信側乗組員の視線（手続き１５０８）に従って、ＨＲＴＦモデルを選択する。同じエアクラフトの送信側乗組員からの通信オーディオ信号を受信すると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、検出した送信側乗組員のヘルメット位置（手続き１５０６）及び検出した受信側乗組員の視線（位置及び方向）（手続き１５０８）に従って、ＨＲＴＦモデルを選択する。他のエアクラフト又は実質的に固定なソースから通信オーディオ信号を受信すると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、手続き１５０６で検出された位置、手続き１５０８で検出された視線及び手続き１５１０で検出された受信側エアクラフトの位置に従って、ＨＲＴＦモデルを選択する。
手続き１５１４では、選択されたＨＲＴＦは、前記オーディオ信号に適用され、その結果、複数のオーディオ信号を生成する。これらのオーディオ信号の各々は、三次元空間の異なる位置のそれぞれである。図２を参照すると、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、手続き１５１２で選択されたＨＲＴＦモデルを受信した警告指示（手続き１５００）、あるいは受信した通信オーディオ信号（手続き１５０４）に適用する。さらに、デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、左チャンネル・オーディオ信号及び右チャンネル・オーディオ信号（即ち、ステレオ音響信号）を生成する。デジタル・シグナル・プロセッサ１１１８は、左チャンネル・オーディオ信号及び右チャンネル・オーディオ信号をそれぞれ、ＤＡＣ１１２０を介して、左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４に供給する。左チャンネル音声再生機１１２２及び右チャンネル音声再生機１１２４は、左チャンネル・オーディオ信号及び右チャンネル・オーディオ信号に従って、それぞれ左チャンネル・サウンド及び右チャンネル・サウンドを生成する（手続き１５１６）。左及び右チャンネル・オーディオ信号は、異なる周波数を有する複数のエレメントを含んでいる。これらのエレメントは、一般に、オリジナルのオーディオ信号をフィルタするために使用されるＨＲＴＦモデルに従った位相及び振幅の点で異なる（即ち、各周波数に対するＨＲＴＦのいくつかの構成）。
さらに、デジタル・シグナル・プロセッサは、４つの音声再生機のための４つのチャンネルの４つのオーディオ信号（４チャンネル・サウンド）、５つの音声再生機のための５つのチャンネルの５つのオーディオ信号（サラウンド・サウンド）又はいかなる数の音声再生機のためのそれに相当する数のオーディオ信号を生成できる。このように、再生音は多次元であり得る（即ち、２次元あるいは３次元の何れか）。
本開示技術のさらなる実施形態において、再生したオーディオ信号のボリュームは、受信信号に距離の特性を示すようにするために変更される。例えば、エアクラフトからの異なる距離に位置する、検出された２つの危険は、各危険の距離それぞれについて、異なるボリュームを使って乗組員にアナウンスされる。
本開示技術の他の実施形態では、音源の位置及び方向を感知するユーザの能力を高めるために、システムは、位置及び方向の各所定セット用に所定のエコーマスクを利用する。
さらに、本開示技術の他の実施形態では、放送の発信者に基づいて（即ち、スピーカーの識別、あるいはラジオリンクの機能）受信した放送のための仮想源配置が選択される。
従って、乗組員は、インビューされた仮想源配置に基づいて、スピーカーあるいはラジオリンクを識別し得る。乗組員が、２つのスピーカーを簡単に識別するのを可能にするために、例えば、司令官からの送信は、乗組員の真後ろの仮想源配置にインビューされ得るが、管制塔からの送信は、乗組員の真上の仮想源配置にインビューされ得る。
他の例では、地上支援チャンネルを介して受信した無線は、乗組員の真下の空間的位置にインビューされ得るが、専用通信チャンネルを介して受信した戦術通信は、乗組員の右側の仮想源配置にインビューされ得る。
上記の配置及びソースは、単に本開示技術の本質を説明するために提供される配置及びソースの可能性の例であるに過ぎず、他の仮想源配置及び通信源も、必要に応じ使用され得る。
本開示技術のさらなる実施形態（図６で説明される方法）では、各乗組員に特有のＨＲＴＦモデルを構築する予備手続きを更に含んでいる。従って、乗組員へのオーディオ・プレイバックをフィルタするために使用されるＨＲＴＦモデルは、乗組員がシステムに導入するメモリ装置からロードされる（例えば、個人のヘルメットに結合できるメモリ装置等）。そのようなＨＲＴＦモデルは、通常、予め構築され、要求時に使用される。
本開示技術のさらなる実施形態では、サラウンド・サウンド・スピーカーは、乗組員へのオーディオ信号再生のために使用される。各空間モデルは、エアクラフト内の個々のスピーカー及びそれらそれぞれの位置及び方向の特徴に一致する。従って、空間モデルは、スピーカーの数に対応する複数のオーディオ・チャンネルを決定する。しかしながら、オーディオ・チャンネルの数は、スピーカーの数より少ないかもしれない。
一般的に、これらのスピーカーは、固定配置であるので、空間モデルは、乗組員のＬＯＳ情報に従って選択されることはなく、スピーカーによって、決められそして囲まれたボリュームに係るソース位置及び方向に基づいてのみ選択される。
かかる実施形態では、何れの乗組員のためのＬＯＳ情報も要求することなしに、オーディオ信号は、エアクラフトの全ての乗組員に聞かれる。
続いて、オーディオ通信ノイズ低減システム１１６について説明する。以下、「音響電気トランスデューサ」とは、音響信号を電気信号に変換する装置をいう（例えば、マイクロホン等）。以下、「電気音響トランスデューサー」とは、電気信号を音響信号に変換する装置をいう（例えば、スピーカー等）。
音響電気トランスデューサは、電気力学、静電気学、圧電気現象、磁気歪、光ファイバー、カーボン粒子の刺激等の原則に基づいて動作させることができる。電気音響トランスデューサは、電気力学、磁気、圧電気現象、磁気歪、水力学等の原則に基づいて動作させることができる。
ここで、「電気（エレクトリック）」には、有線若しくは他の通信チャンネル又は無線で送信され得る、例えば、電気的、光学的、ラジオ等の全ての電磁信号が含まれるものとする。以下、「クワイエット・ゾーン」とは、環境雑音に対して約１８０°位相が異なった音（逆位相又はπラジアン異なった位相）が、環境雑音を相殺し、その結果、環境雑音が聞こえなくなる、鼓膜、耳あるいは外耳近くの領域をいう。以下、「耳の近く」の位置とは、近接し、前記クワイエット・ゾーンを示すものとする。以下、「音ノイズ」とは、実質的に、制限された周波数帯域あるいは範囲内に限定されたノイズ（例えば、ヘルコプターのローターによって生成されるノイズ等）をいう。
次に、図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃを参照する。図７Ａは、本開示技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る、ノイズ・フリー・サウンド信号生成システム２１００を示す概略図である。図７Ｂは、図７Ａのシステムのオーディオ・コントローラの詳細を示す図である。図７Ｃは、ヘッドマウント装置２１５０と併合した図７Ａのシステムの概略図である。
図７Ａを参照すると、システム２１００は、音響電気トランスデューサ２１０２及び２１０４並びにオーディオ・コントローラ２１０６を含んでいる。オーディオ・コントローラ２１０６は、音響電気トランスデューサ２１０２及び２１０４に接続している。オーディオ・コントローラ２１０６は、適応フィルタリング方法に従って、２つの入力信号を同じサンプリングレートで同時にサンプリングし、これら２つの入力信号の伝達関数を決定するデジタル・プロセッサである。オーディオ・コントローラ２１０６は、入力信号の１つに伝達関数を適応し、他の入力信号からその結果を差し引く。オーディオ・コントローラ２１０６は、その減算結果のそれぞれについて、出力信号を生成する。
音響電気トランスデューサ２１０２は、アコースティック・サウンドを検出する。このアコースティック・サウンドは、人間の声、機械による音声等であり得る。アコースティック・サウンドが、人（図示せず）の声の場合、音響電気トランスデューサ２１０２は、当該人の口（図示せず）の近傍に配置される。音響電気トランスデューサ２１０２は、人を取り巻く環境に存在するノイズ（即ち、望まれない音）のみならず所望の音（即ち、声）も検出する。
ノイズは、例えば、他人及び他の装置によって、例えば、エンジン、タービン、モーター、及び機械装置、ハイドロリックあるいはニューマチック装置（例えば、チュービング、アクチュエータ等）、電気機械装置（例えば、電気モータ等）、スピーカーを囲むラウドスピーカー、武器の発射、例えば、風、雨、波浪、雷等の環境要因や動物等によって生み出される。
音響電気トランスデューサ２１０４及び音響電気トランスデューサ２１０２は、吸音物質（図示せず）を音響電気トランスデューサ２１０２と２１０４との間に配置するか、又は、音響電気トランスデューサ２１０２と２１０４との間の単なる距離により、異なる音を検出する。このようにして、音響電気トランスデューサ２１０４は、ノイズを検出し、実質的に所望音を検出せず、一方、音響電気トランスデューサ２１０２は、所望の音及びノイズを検出する。
オーディオ・コントローラ２１０６は、音響電気トランスデューサ２１０２及び２１０４から、それぞれ信号２１０８及び２１１０を受信する。信号２１０８及び２１１０のそれぞれは、アナログ形式である。アナログ信号をデジタル信号に変換する、アナログ・デジタル・コンバータ（図示せず）及び以下のＡＤＣは、音響電気トランスデューサ２１０２及びオーディオ・コントローラ２１０６に接続している。他のＡＤＣ（図示せず）は、音響電気トランスデューサ２１０４及びオーディオ・コントローラ２１０６に接続している。このようにして、オーディオ・コントローラ２１０６は、デジタル形式の信号２１０８及び２１１０を受信する。信号２１０８は、所望の音及びノイズそれぞれの情報を含む。信号２１１０は、ノイズそれぞれの情報を含む。
オーディオ・コントローラ２１０６は、信号２１１０に対し、ＳＰＬコンバータ（図示せず）を使って、強度低減した新規の音圧レベル（ＳＰＬ）を決定する。ＳＰＬコンバータは、ハード・ワイヤードのルックアップ・テーブル、ソフトウェアのルックアップ・テーブル、ハード・ワイヤードの伝達関数、ソフトウェアの伝達関数、適応フィルタ等の形式となり得る。オーディオ・コントローラ２１０６は、信号２１１０に対応する信号２１０８のＳＰＬから新規決定ＳＰＬを差し引く。音響電気トランスデューサ２１０２によって検出されたノイズは、音響電気トランスデューサ２１０４によって検出されたノイズと異なる。即ち、それは、通常、強度が低減され、位相が遅れている（音響電気トランスデューサ２１０２と２１０４との間の防音材又は防音距離のため）。このようにして、新規決定ＳＰＬは、信号２１１０のＳＰＬの低減され、遅れたファンクションに対応する。
オーディオ・コントローラ２１０６は、上記減算操作の結果それぞれの信号２１１２を生成する。従って、信号２１１２は、実質的にノイズの除かれた所望の音それぞれの情報を含んでいる。ＳＰＬコンバータの形式及びパラメータは、ある物理的なパラメータ、例えば、人の聴覚特性、発声能力特性、装着されたヘッドセットの音吸収特性、ヘッドセットの大きさ、音響電気トランスデューサ２１０２と音響電気トランスデューサ２１０４との間の相対距離、音響電気トランスデューサ２１０２及び音響電気トランスデューサ２１０４を囲む環境の音響効果、音響電気トランスデューサ２１０２と音響電気トランスデューサ２１０４との間に配置される吸音材の音響効果等に従って決定される。
図７Ｂを参照すると、システム２１００は、音響電気トランスデューサ２１０２及び２１０４、オーディオ・コントローラ２１０６並びにアナログ・デジタル・コンバータ２１１４及び２１１６を含んでいる。オーディオ・コントローラ２１０６は、適応フィルタ２１１８及び加算素子２１２０を含んでいる。ＡＤＣ２１１４は、音響電気トランスデューサ２１０２及び加算素子２１２０に接続している。ＡＤＣ２１１６は、音響電気トランスデューサ２１０４及び適応フィルタ２１１８に接続している。その他、ＡＤＣ２１１４は、音響電気トランスデューサ２１０２又はオーディオ・コントローラ２１０６の何れかと一体化している。同様に、ＡＤＣ２１１６は、音響電気トランスデューサ２１０４又はオーディオ・コントローラ２１０６と一体化し得る。
音響電気トランスデューサ２１０２は、アナログ信号２１２２を生成し、該アナログ信号２１２２をＡＤＣ２１１４に送る。ＡＤＣ２１１４は、アナログ信号２１２２をデジタル信号２１２４に変換し、該デジタル信号２１２４を加算素子２１２０に送る。そして、適応フィルタ２１１８は、信号２１２８に従って、信号１２３０を生成する。信号２１３０は、低減されたＳＰＬ（即ち、音響電気トランスデューサ２１０２近傍の環境雑音のＳＰＬ）で音響電気トランスデューサ２１０４によって検出された環境雑音のそれぞれである。加算素子２１２０は、信号２１２４から信号２１３０を差し引くことで信号２１１２を生成する。また、信号２１１２は、さらなる処理又は送信のためにインターフェース（図示せず）に供給される。
音響電気トランスデューサ２１０４は、アナログ信号２１２６を生成し、該アナログ信号２１２６をＡＤＣ２１１６に送信する。ＡＤＣ２１１６は、アナログ信号２１２６をデジタル信号２１２８に変換し、該デジタル信号２１２８を適応フィルタ２１１８に送る。加算素子２１２０からの信号２１１２は、フィードバック・ループ２１３２において、適応フィルタ２１１８にフィードバックされる。信号２１１２が、いくらかの残留ノイズを含んでいる場合、適応フィルタ２１１８は、この残留ノイズを検出し、それに応じて信号２１３０を調整する。加算素子２１２０は、信号２１２４からこの残留ノイズを差し引く。
図７Ｃを参照すると、音響電気トランスデューサ２１０２は、ヘッドマウント装置２１５０に組み込まれる。オーディオ・コントローラ２１０６は、音響電気トランスデューサ２１０２及び２１０４に接続している。ヘッドマウント装置２１５０は、ヘルメット、ヘッドセット等の形式である。音響電気トランスデューサ２１０２は、ユーザ（図示せず）の口（図示せず）に位置する。音響電気トランスデューサ２１０４は、ヘッドマウント装置２１５０の外側に位置し、又は外部から取り付けられるが、音響的に絶縁しているか、あるいはユーザの口から遠隔にある。ヘッドマウント装置２１５０は、例えば、ヘッド・アップ・ディスプレイ、バイザー、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、ミラー等の視覚装置（図示せず）を含み得る。加えて、ヘッドマウント２１５０は、１以上の電気音響トランスデューサを含み得る。
ヘッドマウント装置２１５０が、ヘルメット形式である場合、それは、ヘッドマウント装置２１５０は、例えば、ミネラルウール、ファイバーグラス等の吸音材を含み得る。この場合、音響電気トランスデューサ２１０２は、ユーザの声を検出する一方で、バックグラウンドノイズも検出する（但し、低減ＳＰＬで）。ヘッドマウント装置２１５０が、ヘッドセット形式である場合には、ユーザの口からの音響電気トランスデューサ２１０４の物理的距離のため、音響電気トランスデューサ２１０４は、環境雑音を検出し、ユーザの声を実質的に検出しない。
しかしながら、音響電気トランスデューサ２１０２は、ユーザの声及び環境雑音を検出する。周囲空気が、効果的に、音響上絶縁できると、ユーザの口と音響電気トランスデューサ２１０４は絶縁する。
ヘッドマウント装置２１５０が、パイロット（図示せず）が直用するヘルメットである場合、環境雑音は、エアクラフトのエンジン（即ち、パワー・プラント）、すぐ近くを飛行中の他のエアクラフトのエンジン、エアクラフト乗組員の声、雷の音、ウインドシールドにぶつかる氷の音、武器の発射音等によって生成されるノイズであり得る。音響電気トランスデューサ２１０２は、ヘッドマウント装置２１５０の内部で、パイロットの口の近くに取り付けられ、音響電気トランスデューサ２１０４は、ヘッドマウント装置２１５０の外部に取り付けられる。ヘッドマウント装置２１５０は、吸音材を含み、さらに音響電気トランスデューサ２１０４は、音響電気トランスデューサ２１０２よりもパイロットの口から離れている。従って、音響電気トランスデューサ２１０４は、ほとんどの環境雑音を検出し、実質的にパイロットの声を検出しない。
しかしながら、ヘッドマウント装置２１５０の吸音材が、音の部分のみを吸収するので、音響電気トランスデューサ２１０２は、低減ＳＰＬでの環境雑音に加えて、パイロットの声を検出する。このようにして、信号２１０８は、パイロットの声及び弱めた環境雑音レベルのそれぞれの情報を含む。一方、信号２１１０は、音響電気トランスデューサ２１０２による検出よりも高いＳＰＬでの環境雑音のそれぞれの情報を含む。環境雑音の減衰レベルは、周波数に依存し得る。ＳＰＬコンバータのパラメータは、選択した周波数レンジでの、ＳＰＬ値に対応する音に応じて及び予想される環境雑音の周波数レンジでの信号２１０８及び２１１０のＳＰＬ値を計測することで、経験的に決定され得る。これらの計測は、システム２１００が使用されるエアクラフト内の同じ位置でのパイロットの声なしに実行される。これらの計測は、フライト前に”プレ・キャリブレーション”として、又は出発時刻でのスピーチ・ポーズ中に実行され得る。
加えて、オーディオ・コントローラ２１０６は、フライトの開始毎にシステム２１００を校正する。その他、ＳＰＬコンバータのパラメータは、選択した周波数レンジでの環境雑音のＳＰＬ値の予測減衰を計算することで、解析的に決定され得る。さらに、音響電気トランスデューサ２１０２によって検出された環境雑音の減衰したＳＰＬ値は、音響電気トランスデューサ２１０２と２１０４間の物理的距離にも依存する。音響電気トランスデューサ２１０２と２１０４間の物理的距離及び与えられた音の速さの値によって、信号２１０８及び２１１０は、位相不一致となる環境雑音波形のそれぞれの情報を含み得る。信号２１０８から環境雑音波形の正しい部分を差し引くために、オーディオ・コントローラ２１０６は、それぞれのルックアップ・テーブル、伝達関数等を参照することで、この位相シフトを考慮にいれる。
本開示技術の他の観点では、ノイズ低減システムは、ユーザの耳の近くにノイズ・フリー・サウンドを生成するため、アクティブ・ノイズ低減（ＡＮＲ）コントローラを使用する。ＡＮＲコントローラは、外部の音響電気トランスデューサによる環境雑音の検出から算出される環境雑音の逆位相信号を生成する。
次に、図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃを参照する。図８Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るノイズ消去システム２１７０を示す概略図である。図８Ｂは、図８ＡのシステムのＡＮＲコントローラのアナログＡＮＲコントローラの詳細を示す図である。図８Ｃは、ヘッドマウント装置２２１４と併合した図８Ａのシステムの概略図である。
図８Ａを参照すると、システム２１７０は、ＡＮＲコントローラ２１７２、基準音響電気トランスデューサ２１７４、エラー音響電気トランスデューサ２１７６及び電気音響トランスデューサ２１７８を含んでいる。ＡＮＲコントローラ２１７２は、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０、アナログＡＮＲコントローラ２１８２及びプライマリー加算素子２１８４を含んでいる。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、低減ＳＰＬで入力信号に対する逆位相信号を生成する装置である。アナログＡＮＲコントローラ２１８２は、同一ＳＰＬで入力信号に対する逆位相信号を生成する装置である。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、基準音響電気トランスデューサ２１７４、エラー音響電気トランスデューサ２１７６及びプライマリー加算素子２１８４に接続している。アナログＡＮＲコントローラ２１８２は、エラー音響電気トランスデューサ２１７６及びプライマリー加算素子２１８４に接続している。プライマリー加算素子２１８４は、電気音響トランスデューサ２１７８に接続している。
電気音響トランスデューサ２１７８及びエラー音響電気トランスデューサ２１７６は、ユーザ（図示せず）の耳２１８６の近くに配置される。基準音響電気トランスデューサ２１７４は、実質的に耳２１８６から離されて配置される。その他、吸音材（図示せず）が、一方の側では電気音響トランスデューサ２１７８とエラー音響電気トランスデューサ２１７６との間に配置され、他方の側では、電気音響トランスデューサ２１７８と基準音響電気トランスデューサ２１７４との間に配置される。何れにしても、基準音響電気トランスデューサ２１７４は、環境雑音を検出し、実質的に電気音響トランスデューサ２１７８によって生成される音は検出しない。同様に、エラー音響電気トランスデューサ２１７６は、電気音響トランスデューサ２１７８によって放出される音及び耳２１８６近辺の環境雑音を検出する。
次に、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０、プライマリー加算素子２１８４、電気音響トランスデューサ２１７８及びエラー音響電気トランスデューサ２１７６によって形成されるループＬ１の説明を行う。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、連続的に、基準音響電気トランスデューサ２１７４からの信号２１８８、音源（図示せず）からの環境雑音及び所望音のそれぞれの信号２１９２をサンプリングする。音源からの所望音は、人間の声、機械音、機械の音声、音響信号、アコースティック・サウンド（例えば、ラウド・スピーカー等）等であり得る。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、オーディオ・コントローラ２１０６（図７Ｃ参照）に関して上述したようにＳＰＬコンバータを使用して信号２１８８に対する低減ＳＰＬを決定する。信号２１８８に対する低減ＳＰＬは、耳２１８６近辺での環境雑音のＳＰＬと一致する。
デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、低減ＳＰＬでの信号２１８８に対する逆位相信号（図示せず）を生成し、低減ＳＰＬでのかかる逆位相信号を信号２１９２に加える。その結果、信号２１９４が生成される。電気音響トランスデューサ２１７８は、信号２１９４に従った音を生成する。電気音響トランスデューサ２１７８によって放出される、耳２１８６のクワイエット・ゾーンでの環境雑音の逆位相音が、実質的に耳２１８６のクワイエット・ゾーンでの環境雑音と相殺されるように、エラー音響電気トランスデューサ２１７６は、耳２１８６の十分近くに配置される。エラー音響電気トランスデューサ２１７６は、電気音響トランスデューサ２１７８によって放出された音を検出するために、電気音響トランスデューサ２１７８の十分近くに配置される。
デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、電気音響トランスデューサ２１７８によって放出される音（所望音及び耳２１８６近くの環境雑音の逆位相を含む）及び耳２１８６近くの環境雑音それぞれの信号２１９０をエラー音響電気トランスデューサ２１７６から受信する。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、耳２１８６近くの環境雑音の逆位相それぞれの信号２１９４の一部を信号２１８８、２１９０及び２１９２を処理することによって、修正する。また、信号２１８８及び２１９０は、アナログ形式なので、２つのアナログ・デジタル・コンバータ（図示せず）が、信号２１８８及び２１９０をデジタル形式に変換するために使用される。その他としては、これらのアナログ・デジタル・コンバータは、基準音響電気トンラスデューサ２１７４及びエラー音響電気トランスデューサ２１７６とそれぞれ一体化しているか、又は、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０と一体化している。信号２１９２は、デジタル又はアナログの何れかである得る。信号２１９２がアナログ形式ならば、他のＡＤＣ（図示せず）が、信号２１９２をデジタル形式に変換する。以下ＤＡＣとして参照されるデジタル・アナログ・コンバータ（図示せず）は、信号２１９４をデジタル形式からアナログ形式に変換する。その他として、このＤＡＣは、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０あるいはプライマリー加算素子２１８４の何れかと一体化している。
さらに図８Ｂを参照すると、アナログＡＮＲコントローラ２１８２は、デジタル・ポーション２２２８、アナログ・ポーション２２３０及び第２の加算素子２２３２を含んでいる。第２の加算素子２２３２は、デジタル・ポーション２２２８、アナログ・ポーション２２３０及びプライマリー加算素子２１８４に接続している。プライマリー加算素子２１８４は、電気音響トランスデューサ２１７８に接続している。アナログ・ポーション２２３０は、エラー音響電気トランスデューサ２１７６に接続している。アナログ・ポーション２２３０、プライマリー加算素子２１８４、第２の加算素子２２３２、電気音響トランスデューサ２１７８及びエラー音響電気トランスデューサ２１７６は、システム２１７０におけるフィードバック・ループＬ２を形成している。
続いて、フィードバック・ループＬ２の説明を行う。アナログ・ポーション２２３０は、エラー音響電気トランスデューサ２１７６から信号２１９０を受信し、信号２２３４を生成し、そして、該信号２２３４を第２の加算素子２２３２に伝達する。信号２２３４は、信号２１９０に対して、約１８０度位相が異なっている。アナログ・ポーション２２３０の動作及び電気音響トランスデューサ２１７８とアナログ・ポーション２２３０との間のゲイン・ロスにより、信号２２３４は、減衰する。
デジタル・ポーション２２２８は、減衰している信号２１９２から信号２２３６を生成し、該信号２２３６を第２の加算素子２２３２に伝達する。第２の加算素子２２３２は、信号２２３４と信号２２３６を加算することで信号２１９８を生成する。信号２２３４の所望音の部分は、信号２２３６に対して約１８０度位相が異なっているので、信号２２３４の所望音の部分及び信号２２３６は、実質的に第２の加算素子２２３２で相殺する。従って、信号２１９８は、実質的に耳２１８６近くの環境雑音の逆位相それぞれであるに過ぎない。プライマリー加算素子２１８４は、信号２１９４及び２１９８を加算することで信号２２００生成する
電気音響トランスデューサ２１７８は、信号２１９４（所望音、耳２１８６近くの環境雑音に対する逆位相及び信号２１９０に従った修正を含む）と信号２１９８（耳２１８６近くの環境雑音に対するその他の逆位相を含む）を加算したそれぞれの音を放出する。ＡＮＲコントロ−ラは、基準音響電気トランスデューサ、エラー音響電気トランスデューサ及び電気音響トランスデューサに接続する唯一のデジタルＡＮＲコントローラを含み得る。従って、デジタルＡＮＲコントローラは、電気音響トランスデューサに伝達する信号をデジタルＡＮＲコントローラが、エラー音響電気トランスデューサから受信するエラー信号に従って修正する。この場合、デジタルＡＮＲコントローラは、主として音ノイズを低減する。
図８Ａを参照すると、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、アナログＡＮＲコントローラ２１８２よりも遅いレートで動作する。しかし、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０は、音ノイズや実質的に高周波数でのノイズ用の逆位相信号を生成するのに実質的により効果的である。他方、アナログＡＮＲコントローラ２１８２は、実質的に低い周波数にもかかわらず、実質的に広い周波数帯域におけるノイズ用の逆位相信号を生成するのにより効果的である。
従って、ＡＮＲコントローラ２１７２のデジタルＡＮＲコントローラ２１８０及びアナログＡＮＲコントローラ２１８２が結合することで、システム２１７０は、低若しくは高周波数はもちろん、狭い（即ち音ノイズ）若しくは広い周波数帯域の両方で、存在するノイズ内の所望音を生成することが可能となる。デジタルＡＮＲコントローラ２１８０及びアナログコントローラ２１８２は、同一ノイズを減衰する。従って、信号２２００内の減衰されたノイズは、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０及びアナログＡＮＲコントローラ２１８２によって実行された減衰の加算と実質的に等しい。
図８Ｃを参照すると、システム２１７０は、ＡＮＲコントローラ２２０２、基準音響電気トランスデューサ２２０４及び２２３８、エラー音響電気トランスデューサ２２０６及び２２０８並びに電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２を含んでいる。ＡＮＲコントローラ２２０２は、ＡＮＲコントローラ２１７２（図８Ａ参照）に類似している。エラー音響電気トランスデューサ２２０６及び２２０８は、エラー音響電気トランスデューサ２１７６に類似している。電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２は、電気音響トランスデューサ２１７８に類似している。エラー音響電気トランスデューサ２２０６及び２２０８並びに電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２は、ヘッドマウント装置２２１４に接続している。
基準音響電気トランスデューサ２２０４及び２２３８は、ヘッドマウント装置２２１４の外部に配置されているか、又は外面に実装されているが、音響的に絶縁されているか、又はエラー音響電気トランスデューサ２２０６及び２２０８並びに電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２と離れている。ヘッドマウント装置２２１４は、図７Ｃに関連して上述したようにヘッドマウント装置２１５０に類似している。エラー音響電気トランスデューサ２２０６、電気音響トランスデューサ２２１０及び基準音響電気トランスデューサ２２３８は、ユーザ（図示せず）の右耳（図示せず）の近傍に配置される。エラー音響電気トランスデューサ２２０８、電気音響トランスデューサ２２１２及び基準音響電気トランスデューサ２２０４は、ユーザの左耳（図示せず）の近傍に配置される。エラー音響電気トランスデューサ２２０６は、電気音響トランスデューサ２２１０によって放出される音、低減ＳＰＬでの環境雑音を検出し、電気音響トランスデューサ２２１２によって放出される音は実質的に検出しない。
エラー音響電気トランスデューサ２２０８は、電気音響トランスデューサ２２１２によって放出される音、低減ＳＰＬでの環境雑音を検出し、電気音響トランスデューサ２２１０によって放出される音は実質的に検出しない。基準音響電気トランスデューサ２２０４及び２２３８は、環境雑音を検出し、電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２によって放出される音は実質的に検出しない。ＡＮＲコントローラ２２０２は、基準音響電気トランスデューサ２２０４及び２２３８、エラー音響電気トランスデューサ２２０６及び２２０８並びに電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２に接続している。ＡＮＲコントローラ２２０２は、基準音響電気トランスデューサ２２０４から信号２２１６を、基準音響電気トランスデューサ２２３８から信号２２４０を、エラー音響電気トランスデューサ２２０６から信号２２１８を、エラー音響電気トランスデューサ２２０８から信号２２２０を、そして、音源（図示せず）からの信号２２２２を受信する。
信号２２１６及び２２３８は、信号２１８８（図８Ａ参照）に類似している。信号２２１８及び２２２０は、信号２１９０に類似している。信号２２２４及び２２２６は、信号２２００に類似し、信号２２２２は、信号２１９２に類似している。信号２２２は、単一チャンネル音信号（例えば、モノラル）又は多重チャンネル音信号（例えば、立体音響、４チャンネル、サラウンド・サウンド等）の何れかとなり得る。ＡＮＲコントローラ２２０２は、電気音響トランスデューサ２２１０用の信号２２２４及び電気音響トランスデューサ２２１２用の信号２２２６を生成する。ＡＮＲコントローラ２２０２は、ＡＮＲコントローラ２１７２（図８Ａ参照）が、信号２２００を生成するために信号２１８８、２１９２及びエラー音響電気トランスデューサ２１７６から受信した信号を処理する方式と同様にして、信号２２１６、２２３８、２２１８、２２２０及び２２２２を処理することで信号２２２４及び２２２６を生成する。電気音響トランスデューサ２２１０及び２２１２は、信号２２２２及び低減ＳＰＬでの環境雑音の逆位相それぞれの音を含む音を生成する
環境雑音の逆位相は、実質的にそれぞれの耳のクワイエット・ゾーンでの現実の環境雑音を相殺するので、ユーザには、ほとんど信号２２２２に対応する音が聞こえ、実質的に環境雑音は聞こえない。信号２２２２が、単一チャンネル音信号である場合、信号２２２４及び２２２６の各々は、信号２２２２及び低減ＳＰＬでの環境雑音の逆位相に従って生成される。従って、ユーザは、モノラル音声を聞くことができる。信号２２２２が、ステレオ方式である場合、信号２２２４及び２２２６は、例えば、それぞれ信号２２２２の右及び左チャンネルに従って、及び低減ＳＰＬでの環境雑音の逆位相に従って生成される。従って、ユーザは、環境雑音を聞かずに、ステレオ方式の信号２２２２に対応する音を聞くことができる。
代わりに、２つ以上の電気音響トランスデューサ及びそれぞれの音響電気トランスデューサが、ＡＮＲコントローラに接続し得る。この場合、信号２２２２が多重チャンネルならば、ユーザは、環境雑音を聞かずに、多次元方式の信号２２２２に対応する音を聞くことができる。
図８Ａを参照すると、電気音響トランスデューサが、プライマリー加算素子に接続し、音響電気トランスデューサが、デジタルＡＮＲコントローラに接続している。デジタルＡＮＲコントローラは、所望音信号、ノイズ信号及びそれぞれの音響電気トランスデューサから受信したエラー信号を処理することで、電気音響トランスデューサの各々に対して信号を生成する。
また、図８Ｂを参照すると、電気音響トランスデューサが、プライマリー加算素子に接続し、音響電気トランスデューサが、アナログＡＮＲコントローラのアナログ・ポーションに接続している。所望音信号によれば、デジタル・ポーションは、リアルタイムで電気音響トランスデューサが生成する所望音のＳＰＬを予測し、これらの予測した所望音信号を生成する。デジタル・ポーションは、各電気音響トランスデューサそれぞれの前記予測した所望音信号を第２の加算素子に伝達する。アナログ・ポーションは、音響電気トランスデューサから受信した各信号それぞれの逆位相信号を生成し、これらの逆位相信号を第２の加算素子に伝達する。第２の加算素子は、アナログ・ポーションから受信した各逆位相信号とデジタル・ポーションから受信した各信号を加算することで、各電気音響トランスデューサそれぞれの信号を生成する。プイライマリー加算素子は、デジタルＡＮＲコントローラから受信した各信号と第２の加算素子から受信した各信号を加算することで、各電気音響トランスデューサに対する信号を生成する。
代わりに、図８Ａのノイズ消去システムは、所望音それぞれの信号を受信せず、ユーザの耳から離れて配置される基準音響電気トランスデューサが検出したノイズに従って、逆位相ノイズ音を生成するだけである。この場合、ノイズ消去システムは、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０に類似するデジタルＡＮＲコントローラ、基準音響電気トランスデューサ及び電気音響トランスデューサを含んでいる。デジタルＡＮＲコントローラは、基準音響電気トランスデューサ及び電気音響トランスデューサに接続している。基準音響電気トランスデューサは、ユーザの耳から離れた雑音環境内に配置され、電気音響トランスデューサは、ユーザの耳近くに配置される。加えて、ノイズ消去システムは、デジタルＡＮＲコントローラに接続するエラー音響電気トランスデューサを含んでいる。
エラー音響電気トランスデューサは、ユーザの耳近くに配置され、電気音響トランスデューサによって放出された各音のエラー信号をデジタルＡＮＲコントローラに伝達する。 デジタルＡＮＲコントローラは、エラー信号及び基準ノイズ信号を処理し、電気音響トランスデューサに伝達する逆位相信号を修正する。加えて、前記ノイズ消去システムは、アナログＡＮＲコントローラ２１８２に類似するアナログＡＮＲコントローラ及び加算素子を含んでいる。アナログＡＮＲコントローラは、エラー音響電気トランスデューサ及び加算素子に接続し、該加算素子は、デジタルＡＮＲコントローラ及び電気音響トランスデューサに接続している。
アナログＡＮＲコントローラは、エラー信号に対して約１８０度位相が異なる逆位相ノイズ信号を生成する。加算素子は、デジタルＡＮＲコントローラ及びアナログＡＮＲコントローラによって生成された逆位相ノイズ信号を加算することで、電気音響トランスデューサ用の信号を生成する。代わりに、エラー音響電気トランスデューサは、デジタル・アクティブ・ノイズ低減コントローラに接続せず、アナログ・アクティブ・ノイズ低減コントローラのみに接続し得る。この場合、アナログ・アクティブ・ノイズ低減コントローラは、デジタル・アクティブ・ノイズ低減コントローラが電気音響トランスデューサに伝達する逆位相ノイズ信号を修正するだけである。
本開示技術の他の側面によれば、ノイズ低減システムは、ユーザの耳近くでノイズ・フリー・サウンドを生成し、ユーザの声に対応するノイズ・フリー信号を生成する。前記システムは、ノイズ基準信号に従って、ノイズ消去音又はノイズ消去信号を生成する。
続いて、図９Ａ及び図９Ｂを参照する。図９Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るノイズ低減システム２２５０を示す概略図である。図９Ｂは、ヘッドマウント装置２３０４と併合した図９Ａのシステムの概略図である。
図９Ａを参照すると、システム２２５０は、ノイズ・コントローラ２２５２、基準音響電気トランスデューサ２２５４、エラー音響電気トランスデューサ２２５６、ボイス音響電気トランスデューサ２２５８及び電気音響トランスデューサ２２６０を含んでいる。ノイズ・コントローラ２２５２は、ＡＮＲコントローラ２２６２及びオーディオ・コントローラ２２６４を含んでいる。ＡＮＲコントローラ２２６２は、ＡＮＲコントローラ２１７２（図８Ａ参照）に類似し、オーディオ・コントローラ２２６４は、オーディオ・コントローラ２１０６（図７Ａ参照）に類似している。ＡＮＲコントローラ２２６２は、基準音響電気トランスデューサ２２５４、エラー音響電気トランスデューサ２２５６及び電気音響トランスデューサ２２６０に接続している。オーディオ・コントローラ２２６４は、基準音響電気トランスデューサ２２５４及びボイス音響電気トランスデューサ２２５８に接続している。
電気音響トランスデューサ２２６０及びエラー音響電気トランスデューサ２２５６は、ユーザ（図示せず）の耳２２６６近くに配置され、ボイス音響電気トランスデューサ２２５８は、ユーザの口２２６８近辺に配置される。吸音材（図示せず）が、一方の側では、電気音響トランスデューサ２２６０、エラー音響電気トランスデューサ２２５６及びボイス音響電気トランスデューサ２２５８の間に配置され、他方の側では、電気音響トランスデューサ２２６０と基準音響電気トランスデューサ２２５４との間に配置され得る。かかる吸音材は、電気音響トランスデューサ２２６０及びエラー音響電気トランスデューサ２２５６を取り囲む耳覆い（イヤマフ）等であり得る。加えて、吸音材は、音響的に、電気音響トランスデューサ２２６０、エラー音響電気トランスデューサ２２５６及び耳２２６６とボイス音響電気トランスデューサ２２５８及び口２２６８とを絶縁する。従って、エラー音響電気トランスデューサ２２５６は、ユーザの声を検出せず、ボイス音響電気トランスデューサ２２５８は、電気音響トランスデューサ２２６０が放出する音を検出しない。従って、基準音響電気トランスデューサ２２５４は、環境雑音を検出し、実質的にユーザの声又は電気音響トランスデューサ２２６０が放出する音を検出しない。
基準音響電気トランスデューサ２２５４は、検出した環境雑音それぞれの信号２２７４をＡＮＲコントローラ２２６２及びオーディオ・コントローラ２２６４に伝達する。エラー音響電気トランスデューサ２２５６は、電気音響トランスデューサ２２６０が放出する音及び低減ＳＰＬでの環境雑音を検出し、各信号２２７６をＡＮＲコントローラ２２６２に伝達する。ボイス音響電気トランスデューサ２２５８は、口２２６８からのユーザ音声及び低減ＳＰＬでの環境雑音を検出し、各信号２２７８をオーディオ・コントローラ２２６４に伝達する。システム２２５０は、ヒアリング部とスピーキング部とに分割され得る。ヒアリング部は、ＡＮＲコントローラ２２６２、基準音響電気トランスデューサ２２５４、エラー音響電気トランスデューサ２２５６及び電気音響トランスデューサ２２６０で構成される。
スピーキング部は、オーディオ・コントローラ２２６４、基準音響電気トランスデューサ２２５４及びボイス音響電気トランスデューサ２２５８で構成される。基準音響電気トランスデューサ２２５４は、ヒアリング部及びスピーキング部と共通する。システム２２５０のヒアリング部は、図８Ａに関して上述したシステム２１７０に類似している。ＡＮＲコントローラ２２６２は、低減ＳＰＬでの信号２２７４（即ち、耳２２６６のクワイエット・ゾーンでの環境雑音）に対する逆位相を決定する。ＡＮＲコントローラ２２６２は、音源（図示せず）からの信号２２７０及び低減ＳＰＬでの信号２２７４の逆位相に従って、所望音それぞれの信号２２８０を生成する。電気音響トランスデューサ２２６０は、信号２２８０に従った音を生成する。従って、ユーザには、所望音が聞こえ、実質的に環境雑音が聞こえない。ＡＮＲコントローラ２２６２は、信号２２７６に従って信号２２８０を修正する。代わりに、アクティブ・ノイズ低減コントローラは、所望音それぞれの信号を受信しない。
この場合、アクティブ・ノイズ消去コントローラは、ノイズ低減信号を電気音響トランスデューサに伝達し、別の電気音響トランスデューサが、所望音それぞれの信号に従って所望音を生成する。さらには、所望音は、電気音響トランスデューサ以外の音源（例えば、他人の声、機械の音声、機械音等）から耳に到達する。その他、音響電気トランスデューサは、ノイズ低減システムから取り除くことも可能である。この場合、アクティブ・ノイズ消去コントローラは、フィードバックのような如何なるエラー信号も必要とせず、基準ノイズ信号のみに従って、ノイズ低減信号を生成する。システム２２５０のスピーキング部は、図７Ａに関して上述したシステム２１００に類似している。
図９Ｂを参照すると、システム２２５０は、ノイズ・コントローラ２２９０、基準音響電気トランスデューサ２２９２、エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び２２９６、ボイス音響電気トランスデューサ２２９８並びに電気音響トランスデューサ２３００及び２３０２を含んでいる。ノイズ低減システム２２９０は、ノイズ低減システム２２５２（図９Ａ参照）に類似している。ノイズ・コントローラ２２９０は、基準音響電気トランスデューサ２２９２、エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び２２９６、ボイス音響電気トランスデューサ２２９８並びに電気音響トランスデューサ２３００及び２３０３に接続している。エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び２２９６、ボイス音響電気トランスデューサ２２９８並びに電気音響トランスデューサ２３００及び２３０３は、ヘッドマウント装置２３０４内に配置されている。
基準音響電気トランスデューサ２２９２は、ヘッドマウント装置２３０４の外部に配置されるか、又は、外面に実装されているが、音響的に絶縁されているか、又は、ユーザの口、エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び２２９６並びに電気音響トランスデューサ２３００及び２３０２と離れている。エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び電気音響トランスデューサ２３００は、ユーザ（図示せず）の右耳（図示せず）付近に配置される。エラー音響電気トランスデューサ２２９６及び電気音響トランスデューサ２３０２は、ユーザの左耳（図示せず）付近に配置される。ボイス音響電気トランスデューサ２２９８は、ユーザの口（図示せず）付近に配置される。ノイズ・コントローラ２２９０は、基準音響電気トランスデューサ２２９２から、環境雑音それぞれの信号２３０６及び音源（図示せず）から、所望音それぞれの信号２３０８を受信する。ノイズ・コントローラ２２９０は、ボイス音響電気トランスデューサ２２９８から、ユーザの声及び低減ＳＰＬでの環境雑音それぞれの信号２３１０を受信する。
ノイズ・コントローラ２２９０、基準音響電気トランスデューサ２２９２、エラー音響電気トランスデューサ２２９４及び２２９６並びに電気音響トランスデューサ２３００及び２３０２は、図９Ａで説明したように、システム２２５０におけるヒアリング部を形成する。電気音響トランスデューサ２３００及び２３０２は、信号２３０８によって伝達される所望音並びに信号２３０６に対する逆位相及び低減ＳＰＬでの他の音を含む音を生成する。従って、ユーザには、所望音が聞こえ、実質的に環境雑音は聞こえない。ノイズ・コントローラ２２９０、基準音響電気トランスデューサ２２９２及びボイス音響電気トランスデューサ２２９８は、図８Ａで説明したように、システム２２５０におけるスピーキング部を形成する。従って、ノイズ・コントローラ２２９０は、信号２３０６及び２３１０に従って、ユーザの声のノイズ・フリー信号２３１２を生成する。
その他、システム２２５０は、基準音響電気トランスデューサ２２９２に類似し、ノイズ・コントローラ２２９０に接続する２つの基準音響電気トランスデューサを含み得る。これらの基準音響電気トランスデューサの各々は、基準音響電気トランスデューサ２２０４及び２２３８に関して説明した方式（図８Ｃ参照）と類似の方式で、ヘッドマウント装置２３０４の外部に配置される。
本開示技術の他の側面によれば、アクティブ・ノイズ低減システムは、基準ノイズ信号を受信するデジタル・フィードフォワード部及び耳のクワイエット・ゾーンでシステムによって生成された音それぞれの信号を受信するデジタル／アナログ・フィードバック部を含んでいる。フィードフォワード部は、所望音それぞれの信号を生成し、所望音信号及びフィードバック部からのフィードバックに従ったバックグラウンド・ノイズの逆位相を生成する。
次に、図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃを参照する。図１０Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るデジタル・ノイズ低減システム２３２０を示す概略図である。図１０Ｂは、図１０Ａのシステムのフィードフォワード部を示す概略図である。図１０Ｃは、図１０Ａのシステムのフィードバック部を示す概略図である。図１０Ａのシステム２３２０は、デジタルＡＮＲコントローラ２１８０（図８Ａ参照）のようなデジタルＡＮＲコントローラを詳細に示したものである。
図１０Ａを参照すると、システム２３２０は、基準音響トランスデューサ２３２２、エラー音響電気トランスデューサ２３２４、電気音響トランスデューサ２３２６、プラント・レスポンス予測（ＥＰＲ）素子２３２８及び２３３０、フィードフォワード素子２３３２、フィードバック素子２３３４並びに加算素子２３３６、２３３８及び２３４０を含んでいる。フィードフォワード素子２３３２、フィードバック素子２３３４、ＥＰＲ素子２３２８及び２３３０並びに加算素子２３３６、２３３８及び２３４０は、共にデジタルＡＮＲコントローラ２１８０（図８Ａ参照）と同等である。フィードフォワード素子２３３２は、ＥＰＲ素子２３４２、適応フィルタ２３４４及び最小自乗（ＬＭＳ）素子２３４６を含んでいる。フィードバック素子２３３４は、適応フィルタ２３４８、ＬＭＳ素子２３５０及びＥＰＲ素子２３５２を含んでいる。
ＥＰＲ素子は、予め決められた情報に従って２つの音信号の比率を予測し、該比率をＥＰＲ素子への入力信号に適用し、結果として出力信号を生成する素子である。これら２つの音信号の１つは、例えば、電気音響トランスデューサによって生成されるべき所望音それぞれになる得る。一方、他の音信号は、電気音響トランスデューサが、現実に生成する音それぞれである。ＬＭＳ素子は、ＬＭＳ適応フィルタリング方法に従って、適応フィルタの応答を更新する素子である。ＬＭＳ素子及びＥＰＲ素子の組み合わせは、よく知られたフィルタ−Ｘ−ＬＭＳ（ＦＸＬＭＳ）素子と同等である。
電気音響トランスデューサ２３２６及びエラー音響電気トランスデューサ２３２４は、ユーザ（図示せず）の耳２３５４近くに配置される。吸音材（図示せず）は、一方の側では、電気音響トランスデューサ２３２６とエラー音響電気トランスデューサ２３２４との間に配置され、他方の側では、電気音響トランスデューサ２３２６と基準音響電気トランスデューサ２３２２との間に配置される。従って、基準音響電気トランスデューサ２３２２は、環境雑音を検出し、電気音響トランスデューサ２３２６が放出する音を検出しない。エラー音響電気トランスデューサ２３２４は、電気音響トランスデューサ２３２６が放出する音及び低減ＳＰＬでの環境雑音を検出する。適応フィルタ２３４４及び２３４８の各々は、原則として、図７Ｂに関して説明した適応フィルタ２１１８に類似している。
図１０Ｂを参照すると、システム２３２０のデジタル・フィードフォワード部は、基準音響電気トランスデューサ２３２２、エラー音響電気トランスデューサ２３２４、電気音響トランスデューサ２３２６、フィードフォワード素子２３３２、加算素子２３３６及び２３４０並びにＥＰＲ素子２３３０を含んでいる。加算素子２３３６は、フィードフォワード素子２３３２、電気音響トランスデューサ２３２６及びＥＰＲ素子２３３０に接続している。加算素子２３４０は、フィードフォワード素子２３３２、エラー音響電気トランスデューサ２３２４及びＥＰＲ素子２３３０に接続している。基準音響電気トランスデューサ２３２２は、フィードフォワード素子２３３２に接続している。基準音響電気トランスデューサ２３２２は、環境雑音を検出し、フィードフォワード素子２３３２に各信号２３５６を伝達する。
フィードフォワード素子２３３２は、耳２３５４のクワイエット・ゾーンでの環境雑音の低減ＳＰＬを決定する。ＳＰＬの低減は、一般的には、信号２３５６の周波数に敏感に反応する。フィードフォワード素子２３３２は、低減ＳＰＬでの環境雑音信号２３５６に対して逆位相となる信号２３５８を決定し、該信号２３５８を加算素子２３３６に伝達する。加算素子２３３６は、信号２３６０に信号２３５８を加え、その加算結果それぞれの信号２３６２を生成する。信号２３６０は、音源（図示せず）からの所望音それぞれである。従って、信号２３６２は、所望音信号及び低減ＳＰＬでの環境雑音の逆位相を含んでいる。加算素子２３３６は、信号２３６２を電気音響トランスデューサ２３２６に伝達する。電気音響トランスデューサ２３２６は、信号２３６２に従って、ノイズ消去音に加えて所望音を生成する。
耳２３５４のクワイエット・ゾーンでの環境雑音の逆位相が、当該クワイエット・ゾーンでの環境雑音を相殺するので、ユーザには、所望音が聞こえ、実質的に環境雑音が聞こえない。エラー音響電気トランスデューサ２３２４は、電気音響トランスデューサ２３２６によって放出される音を検出し、該検出音それぞれの信号２３６４を加算素子２３４０に伝達する。ＥＰＲ素子２３３０は、信号２３６０を受信し、耳２３５４のクワイエット・ゾーンで電気音響トランスデューサ２３２６によって放出された所望音の予測である信号２３６６を決定し、該信号２３６６を加算素子２３４０に伝達する。加算素子２３４０は、信号２３６６と２３６４を比較することで（例えば、信号２３６４から信号２３６６を差し引くことで）、エラー信号２３６８を生成し、該エラー信号２３６８をフィードフォワード素子２３３２及びフィードバック素子２３３４に伝達する。
エラー信号２３６８は、音源から受信したような所望音と耳２３５４のクワイエット・ゾーンで放出されたノイズ低減所望音との差を示す。フィードフォワード素子２３３２は、エラー信号２３６８に従って信号２３５８を修正し、該信号２３５８を加算素子２３３６に伝達する。
図１０Ｃを参照すると、システム２３２０のフィードバック部は、電気音響トランスデューサ２３２６、エラー音響電気トランスデューサ２３２４、フィードバック素子２３３４、ＥＰＲ素子２３２８及び２３３０並びに加算素子２３３６、２３３８及び２３４０を含んでいる。加算素子２３３６は、フィードバック素子２３３４、ＥＰＲ素子２３２８及び２３３０並びに電気音響トランスデューサ２３２６に接続している。加算素子２３３８は、フィードバック素子２３３４、ＥＰＲ素子２３２８及び加算素子２３４０に接続している。加算素子２３４０は、フィードバック素子２３３４、ＥＰＲ素子２３３０、加算素子２３３８及びエラー音響電気トランスデューサ２３２４に接続している。加算素子２３３６は、フィードフォワード素子２３３２から受信する信号２３５８を音源から受信する信号２３６０に加算することで信号２３６２を生成する。従って、図１０Ｂに関して上述したように、信号２３６２は、所望音信号及び低減ＳＰＬでの環境雑音の逆位相を含んでいる。
加算素子２３３６は、信号２３６２を電気音響トランスデューサ２３２６及びＥＰＲ素子２３２８に伝達する。電気音響トランスデューサ２３２６は、信号２３６２に従って、ノイズ消去音と共に所望音を生成する。耳２３５４のクワイエット・ゾーンでの環境雑音の逆位相が、当該クワイエット・ゾーンでの環境雑音を相殺するので、ユーザには、所望音が聞こえ、実質的に環境雑音が聞こえない。エラー音響電気トランスデューサ２３２４は、電気音響トランスデューサ２３２６によって放出される音を検出し、該検出音それぞれの信号２３６４を加算素子２３４０に伝達する。ＥＰＲ素子２３３０は、信号２３６０を受信し、耳２３５４のクワイエット・ゾーンで放出された所望音の予測である信号２３６６を決定し、該信号２３６６を加算素子２３４０に伝達する。加算素子２３４０は、信号２３６６と２３６４を比較することで（例えば、信号２３６４から信号２３６６を差し引くことで）、エラー信号２３６８を生成し、該エラー信号２３６８をフィードバック素子２３３４、加算素子２３３８及びフィードフォワード素子２３３２に伝達する。
エラー信号２３６８は、音源から受信したような所望音と耳２３５４のクワイエット・ゾーンで放出されたノイズ低減所望音との差を示す。ＥＰＲ素子２３２８は、電気音響トランスデューサ２３２６によって放出され、エラー音響電気トランスデューサ２３２４によって検出されたような音の予測である信号２３７０を生成する。ＥＰＲ素子２３２８は、信号２３６２に従って信号２３７０を生成する。加算素子２３３８は、信号２３６６と２３６４を比較することで（例えば、信号２３６８から信号２３７０を差し引くことで）、エラー信号２３７２を生成し、該エラー信号２３７２をフィードバック素子２３３４に伝達する。フィードバック素子２３３４は、エラー信号２３６８及び２３７２を処理することで、エラー信号２３７４を生成し、該エラー信号２３７４を加算素子２３３６に伝達する。
加算素子２３３６は、エラー信号２３７４を信号２３５８（環境雑音消去信号用）及び信号２３６０（音源信号用）に加えることで信号２３６２を生成する。ノイズ低減システムは、複数の電気音響トランスデューサ及び各電気音響トランスデューサに対応する音響電気トランスデューサを含み得る。この場合、前記システムは、複数チャンネルで所望音を受信し、ユーザは、複合的な次元で所望音を聞くことができる。また、システム２３２０は、電気音響トランスデューサ（例えば、電気音響トランスデューサ２３２６）によって放出される音によって影響されない、音響電気トランスデューサ（例えば、基準音響電気トランスデューサ２３２２）から受信した信号に従い逆位相ノイズ信号を生成する。そして、当該電気音響トランスデューサによって放出される音それぞれの信号（例えば、信号２３６４）に従って、この逆位相ノイズ信号を適合させる。
システム２３２０のフィードフォワード部及びフィードバック部の動作は、類似している。この２つの部の相違は、フィードフォワード部への入力が、電気音響トランスデューサによって放出された音を全く含まない環境雑音である一方、フィードバック部への入力が、実際に電気音響トランスデューサによって放出された音である、ということである。
次に、図１１Ａを参照する。図１１Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る図７Ａのシステムの操作方法を示す概略図である。手続き２４００では、アコースティック・サウンド及びノイズを検出することで、ノイズ・ベアリング・サウンド信号が生成される。図７Ａを参照すると、音響電気トランスデューサ２１０２は、アコースティック・サウンド及びノイズを検出し、検出したアコースティック・サウンド及びノイズそれぞれの信号２１０８をオーディオ・コントローラ２１０６に伝達する。
手続き２４０２では、ノイズを検出することで基準ノイズ信号が生成される。図７Ａを参照すると、音響電気トランスデューサ２１０４は、ノイズを検出し、該ノイズそれぞれの信号２１１０をオーディオ・コントローラ２１０６に伝達する。
手続き２４０４では、基準ノイズ信号に従って、補正信号が決定される。図７Ａを参照すると、オーディオ・コントローラ２１０６は、信号２１１０に対する低減ＳＰＬを決定する。
手続き２４０６では、補正信号及びノイズ・ベアリング・サウンド信号に従って、ノイズ・フリー信号が生成される。図７Ａを参照すると、オーディオ・コントローラ２１０６は、信号２１０８から、低減ＳＰＬでの信号２１１０を差し引くことで信号２１１２を生成する。
次に、図１１Ｂを参照する。図１１Ｂは、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係るノイズ消去システムの操作方法を示す概略図である。このノイズ消去システムでは、環境雑音を検出するために基準音響電気トランスデューサが使用されている。該基準音響電気トランスデューサは、ユーザの耳から離されて配置される。この基準音響電気トランスデューサによる環境雑音を検出する手続きは、図１１Ａ及び１１Ｂに係る方法の両方で共通している。また、図１１Ａ及び１１Ｂに係る方法は、以下、図１２に関して説明する単一方法に一本化できる。
図１１Ｂを参照すると、手続き２４０２に類似する手続き２４０８では、ノイズを検出することで基準ノイズ信号が生成される。基準音響電気トランスデューサは、環境雑音を検出することで基準ノイズ信号を生成する。
手続き２４１０では、基準ノイズ信号を処理することでノイズ消去信号が決定される。ＡＮＲコントローラ２１７２（図８Ａ参照）に類似するＡＮＲコントローラは、基準ノイス信号を処理することで、ノイズ消去信号を決定する。ＡＮＲコントローラは、ユーザの耳近くの環境雑音のＳＰＬに対応する基準ノイズ信号用の低減ＳＰＬを決定する。また、ＡＮＲコントローラは、基準ノイズ信号に対して約１８０度位相が異なるノイズ消去信号を決定する。電気音響トランスデューサ２１７８（図８Ａ参照）に類似する電気音響トランスデューサが、決定したノイズ消去信号に従って、ノイズ消去音を生成する（手続き２４１２）。
次に、図１２を参照する。図１２は、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る図９Ａのシステムの操作方法を示す概略図である。手続き２４２０では、音声及びノイズを検出することでノイズ音声信号が生成される。図９Ａを参照すると、ボイス音響電気トランスデューサ２２５８は、低減ＳＰＬでの環境雑音に加え、口２２６８からのユーザの声を検出し、信号２２７８をオーディオ・コントローラ２２６４に伝達する。
手続き２４２２では、ノイズを検出することで基準ノイズ信号が生成される。図９Ａを参照すると、基準音響電気トランスデューサ２２５４が、環境雑音を検出し、信号２２７４をオーディオ・コントローラ２２６４に伝達する。
手続き２４２４では、基準ノイズ信号に従って、補正信号が決定される。図９Ａを参照すると、オーディオ・コントローラ２２６４は、信号２２７４用の低減ＳＰＬを決定する。
手続き２４２６では、補正信号及びノイズ音声信号に従って、ノイズ・フリー音声信号が生成される。図９Ａを参照すると、オーディオ・コントローラ２２６４は、信号２２７８から、低減ＳＰＬでの信号２２７４を差し引くことで信号２２７２を生成する。
手続き２４２８では、オーディオ信号が受信される。図９Ａを参照すると、ＡＮＲコントローラ２２６２は、音源から信号２２７０を受信する。
手続き２４３０では、耳近辺での音を検出することでエラー信号が生成される。図９Ａを参照すると、エラー音響電気トランスデューサ２２５６が、耳２２６６近くの音を検出し、該検出音それぞれの信号２２７６をＡＮＲコントローラ２２６２に伝達する。
手続き２４３２では、基準ノイズ信号、オーディオ信号及びエラー信号に従って、オーディオ及びノイズ消去信号が決定される。図９Ａを参照すると、ＡＮＲコントローラ２２６２は、信号２２７０、２２７４及び２２７６を処理することで、信号２２８０を決定する。
手続き２４３２では、決定したオーディオ及びノイズ消去信号に従って、オーディオ及びノイズ消去音が生成される。図９Ａを参照すると、電気音響トランスデューサ２２６０が、信号２２８０に従った音を生成する。
以下、アイ・トラッカー１３８の説明を行う。図１３は、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステム３１００の正面概略図である。該システム３１００は、ユーザの目３１２０に画像を表示し、さらに目３１２０を追跡する。瞳３１３４は、目３１２０内部にある。システム３１００（例えば、後述する図１８のアイ・トラッカー３５３４）は、カメラ・モジュール３１０２、画像プロセッサ３１３２、ビーム・スプリッタ３１０４、光源３１０６、３１０８及び３１１０、表示モジュール３１１２並びにコリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４を含み、これらは、ヘルメット３１１６上に全て搭載されている。
ビーム・スプリッタ３１０４は、入射光の一部を伝達し、他の部分を反射する。例えば、ビーム・スプリッタ３１０４は、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）であり得る。光源３１０６、３１０８及び３１１０は、非可視光を放射する。例えば、光源３１０６、３１０８及び３１１０の各々は、赤外線（ＩＲ）又は近赤外線（ＮＩＲ）を放射し得る。光源３１０６、３１０８及び３１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＮＩＲフィルタ付き広帯域光源等であり得る。表示モジュール３１１２は、ユーザによって見られる画像を生成する（例えば、表示モジュール３１１２は、ブラウン管（ＣＲＴ）、後部光源の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含み得る）。
光源３１１０及び表示モジュール３１１２は、コリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４に接続する。カメラ・モジュール３１０２は、ビーム・スプリッタ３１０４を介して通過する画像を受信する。カメラ・モジュール３１０２は、画像を検出するためにＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージ・センサを含んでいる、画像プロセッサ３１３２は、カメラ・モジュール３１０２、表示モジュール３１１２並びに光源３１０６、３１０８及び３１１０に接続する。本例では、画像プロセッサ３１３２は、ヘルメット３１１６上に取り付けられる。前記プロセッサは、一般的にはヘルメット上にあるが、ヘルメットの外又は部分的にヘルメット上に取り付けられていてもよい（例えば、前記プロセッサが、チップ・セットで構成されている場合等）。
画像プロセッサ３１３２は、カメラ３１０２から画像データを受信し、これらの画像データに従って目３１２０の視線を決定する。また、画像プロセッサ３１３２は、画像を記録し、外部ソース（例えば、ユーザ・インターフェース、周辺光検出器等）と通信し、表示モジュール３１１２並びに光源３１０６、３１０８及び３１１０を制御する。本例では、光源３１０６、３１０８及び３１１０は、実質的に同一の所定波長レンジ内で光を放射する。また、カメラ・モジュール３１０２は、光源３１０６、３１０８及び３１１０のような同一波長レンジ内の光を許可し、該レンジ外の光を除去するフィルタ（図示せず）を含んでいる。しかし、前記光源は、一般的には、異なる波長レンジを有する光を放射し、前記カメラは、様々なスペクトル検出を行う。
一般的に前記カメラが、光源３１０６、３１０８及び３１１０がもたらす光の反射を検出するのに必要な要件は、カメラ・モジュール３１０２の検出レンジと実質的なオーバーラップを有する光源３１０６、３１０８及び３１１０の発光スペクトルを結合させることである。光源３１０６は、非可視照射光線３１２２をビーム・スプリッタ３１０４に向けて放つ。ビーム・スプリッタ３１０４は、部分的に光線３１２２を目３１２０に向けて反射し、結果として目３１２０に光を当てることになる。照射光線３１２２は、カメラ・モジュール３１０２の光軸と同心となる。照射光線３１２２の一部は、目３１２０の瞳３１３４から、光線３１２４のように、カメラ・モジュール３１０２のイメージ・センサへ反射される。従って、瞳３１３４は、カメラ・モジュール３１０２によって検出された画像内の明るい点（ブライト・スポット）として現れる。これにより、画像プロセッサ３１３２は、瞳３１３４の中央部を決定する。
本開示技術の他の実施形態によれば、画像プロセッサ３１３２は、ヘッメット上あるいは、ヘルメットの外にあり得る周辺光検出器（図示せず）にも接続する。ある条件の下では、カメラ・モジュール３１０２は、ブライト・スポットとして瞳３１３４を検出し得ない。例えば、システム３１００での周辺光は、高い強度レベルで到達する。瞳３１３４を見ることは、瞳とその周囲の不透明組織（即ち、虹彩）との間の最小限のコントラスト・レベルを必要とするため、周辺光の強度増大に応じて、光線３１２２の強度レベルも増大しなければならない。しかしながら、光線３１２２の強度は、安全閾値によって制限され得る。ブライト・スポットとして瞳３１３４を見るために必要とされる光線３１２２の強度が、安全閾値を超えている場合、周辺光検出器は、画像プロセッサ３１３２に信号を送ることができる。
画像プロセッサは、光源３１０６、３１０８及び３１１０に対して、目への照射を指示する。例えば、光源３１０６は、光線３１２２の強度を大きく低減させ得る。従って、瞳３１３４は、カメラ・モジュール３１０２によって検出された画像内に現れる。画像プロセッサ３１３２は、別の基準に従って瞳３１３４を検出する。例えば、”明るい瞳”を検出する基準は、特定の明るさの閾値を超えている画像部分を選択し得る。一方、”暗い瞳”を検出する基準は、”暗さ”閾値に足りない画像部分を選択し得る。光源３１１０は、非可視照射光線３１２８をコリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４に向けて放つ。
表示モジュール３１１２は、可視画像を伝達する光線３１３０をコリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４に向けて放つ。コリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４は、光線３１２８及び３１３０を平行にし、該平行にした光線をユーザの目３１２０に導く。画像プロセッサ３１３２は、光線３１２８の角膜反射３１３８（即ち、角膜反射３１３８は、目３１２０の角膜からの光線３１２８の反射である。）を検出する。光線３１２８は、平行にされるので、光源３１１０の位置に対する角膜上の角膜反射３１８８の位置は、目３１２０の動きに対して不変である。本例では、角膜反射３１３８は、瞳３１３４のエリア外に位置している。しかしながら、角膜反射３１３８は、一般に、瞳３１３４のエリアに部分的又は完全に重なり得る。また、角膜反射３１３８の位置は、目３１２０の凝視にも依存する。
光源３１０８は、非可視照射光線３１２６をユーザの目３１２０及び瞼３１３６に向けて放つ。光線３１２８の一部（図示せず）は、カメラ・モジュール３１０２に向けて反射される。従って、カメラ・モジュール３１０２は、ユーザの目３１２０及び瞼３１３６の画像を検出する。光源３１０８は、単色光（即ち、強度、偏向、波長等）で顔の特定エリア（例えば、目及び瞼）に対する投光照明を生成するために構成され得る。例えば、ディフューザが、均一強度の照射を発生させるために使用され得る。
本開示技術のさらなる実施形態によれば、画像プロセッサ３１３２は、瞳３１３４及び角膜反射３１３８との間の相対位置に従ってユーザの視線を決定する。例えば、画像プロセッサ３１３２は、目の画像から瞳３１３４の中央の位置及び角膜反射３１３８の中央の位置を抽出する。従って、画像プロセッサは、瞳の中央及び角膜反射の中央との間の相対位置を算出することができる。画像プロセッサは、ユーザの視線を決定するため、この結果を予め決められたモデル・トランスフォーメーションを使用して変更する。モデル・トランスフォーメーションは、目の生理学上の知識に基づき、さらにユーザに関して予め取得されたデータに従って決定される。瞼３１３６の位置は、視線の計算精度を高めるために使用される。例えば、瞼の角はどれも、ユーザの顔に対して、通常、静止している。従って、瞳及び角膜反射に加えて、瞼３１３６の角は、さらなる基準点として使用され得る。
その他、瞼３１３６の位置は、ユーザの視線を算出するために使用され得る。他の基準点（即ち、瞳３１３４又は角膜反射３１３８）の１つの場合は、使用できない。例えば、特定条件の下では、角膜反射３１３８は、使用されない。従って、画像プロセッサは、瞳３１３４の中央及び瞼３１３６の角との間の相対位置従って、視線を決定する。画像プロセッサは、動的に視線を算出し得る。従って、画像プロセッサ３１３２は、最初に視線を算出し、目のその後のいかなる動きも視線の変化に結び付ける。
本公開技術の他の実施形態によれば、画像プロセッサ３１３２は、瞼３１３６又は瞳３１３４の何れか一方の位置及び動きに従って、ユーザの生理状態を決定する。例えば、瞼３１３６の位置及び瞳３１３４の動きは、ユーザの疲労状態を表すことができ、意識消失（ＬＯＣ）等を確認する。例えば、画像プロセッサは、高いＧロード（Ｇ−ＬＯＣ）の下で、このようにして意識消失を確認することができる。この生理状態には、例えば、疲労、意識消失、斜視、乱視、目の損傷、目眩等があい得る。特定の生理学的状態が、検出されると、画像プロセッサ３１３２は、それに対する反応を示すことができる。
例えば、画像プロセッサは、ユーザが眠っていることを検出すると、画像プロセッサは、アラーム・システムに対して、警報音の出力、軽い電気ショックの発生、司令部への注意警告等を指示することができる。システム３１００は、さらに半透明のバイザー又はコンバイナ（図示せず）を含んでいる。目３１２０とシステム３１００の素子との間を光線が進む軌道は、概略的に示されているに過ぎない。光線３１２２、３１２４、３１２６、３１２８及び３１３０は、実際には、目３１２０又はカメラ・モジュール３１０２に到達する前に、バイザーから反射される。
次に、図１４を参照する。図１４は、システム３１００（図１３参照）の側面概略図である。バイザー３１４０は、コリメータ３１１４と目３１２０との間を通過する光線（即ち、図１３の光線３１２８及び３１３０）だけでなく、目３１２０とカメラ３１０２との間を通過する光線（即ち、図１３の光線３１２４）も反射する。表示モジュール３１１２及び光源３１１０の両方は、コリメータ３１１４を介して、バイザー／コンバイナ３１４０に光を伝達する。従って、システム３１００は、目３１２０のＬＯＳを決定し、目３１２０用の画像を表示する。一方、表示モジュール３１１２及び光源３１１０は、実質的に同じ光路を利用する。本例では、バイザー３１４０の表面は、球状である。しかしながら、バイザー３１４０の表面は、例えば、球状、非球面状、平面状等、様々な形状を有し得る。また、球面状のバイザーは、そこから反射された光線の軌道に影響を与えることなく、いくつかの回転角度を自由に有し得る。バイザー３１４０は、少なくとも部分的に可視光を伝達する。その結果、そこを通過するシーンをユーザは見ることができる。
バイザー３１４０は、さらに、照射光線３１２２、３１２６及び３１２８のような実質的に同一波長を有する光を除去し得る。例えば、バイザーは、これらの波長を有する光を吸収するピグメントを含み得る。従って、バイザー３１４０は、これらの波長を有する光が、通過し、バイザーとユーザの顔との間の空間に進入することを防止する。これは、実質的に、周辺光（例えば、太陽光）３１５０によって引き起こされるシステム３１００への干渉を取り除く。バイザ３１４０は、内被３１４２でコーティングされている。内被３１４２は、バイザー３１４０の内側全体を覆い得る。
例えば、内被３１４２は、光線３１２２、３１２６及び３１２８並びに表示モジュール３１１２の波長域でのピーク反射反応を有する干渉ミラー・コーティングであり得る。従って、内被３１４２は、これらの波長を有する光が、バイザーの内部（即ち、バイザーとユーザの顔との間の空間）からバイザーの外側へ進行することを防止する。従って、バイザーとユーザの顔との間の空間は、事実上、これらの波長では光学的に絶縁されている。実質的に、光源３１０６、３１０８及び３１１０から発生する照射光線と同じ波長を有する全ての光は、カメラ・モジュール３１０２によって検出される。
従って、信号（即ち、光源の１つで引き起こされる光）対ノイズ（即ち、周辺光３１５０）比は、カメラ・モジュール３１０２によって受信された画像を解析するのに十分である。デブリーフィング・カメラは、システム３１００と一体化し得る。かかるカメラは、飛行中でのヘルメットの位置及び方向に関するデータを提供できる。カメラ・モジュール３１０２からのデータと共に取得されたこれらのデータは、ユーザによって見られる景色に関する眼識を提供し得る。同様に、システムは、エアクラフトに係る位置及び方向センサ（例えば、図１８に示される乗り物位置及び方向トラッカー３５３８）のみならず、ヘルメット３１１６上に搭載された位置及び方向センサとも一体化され得る。
本開示技術の他の実施形態によれば、ビューアーに対して表示される画像が、検出した視線に従って制御される。
次に、図１５Ａ及び１５Ｂを参照する。図１５Ａは、本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第１の風景３２００を示す概略図である。図１５Ｂは、本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第２の風景３２３０を示す概略図である。図１５Ａ及び１５Ｂに示される例では、ユーザは、エアクラフトを操縦している（例えば、ユーザは、航空機の乗組員である）。しかしながら、本公開技術は、システムとインターフェースをとるユーザの能力を伸ばすために様々なアプリケーション、例えば、戦車、潜水艦、様々なタイプのシミュレータ、組立ライン、身体障害者のための装置等、に適応され得る。
図１５Ａを参照すると、風景３２００は、ターゲット３２０６を含んでいる。図１５Ａに示す例では、ターゲット３２０６は戦車である。ターゲット・マーキング３２０４は、風景３２００に重ねられる。ターゲット・マーキング３２０４は、ビューアーの視線３２０２の周囲に表示される。視線３２０２は、説明の必要上、示しているのであってはユーザに対して表示されない。
視線は、角膜に対して垂直に瞳から伸び、かかる仮想線は、各目の視野の中央に正確に位置される単一ポイントである。本例では、ユーザは、ターゲット３２０６に狙いをつけて、武器（例えば、図１８に示される武器３５３２）を当該ターゲットに導く。ターゲットを狙うために、ユーザは簡単にターゲットを見つめる。それにより、ターゲットの方向に視線をセットする。ターゲット周囲に表示されるターゲット・マーキング３２０４は、狙いが十分正確かどうかをユーザに決定させる手助けとなる。
狙いが十分正確な場合、ユーザは、ターゲットを狙撃することができる（例えば、手動ボタンを押したり、音声指令を与えたりすることによって）。ユーザが狙っている実際のターゲット位置を決定するため、本公開技術は、座標階層を実装する。従って、本公開技術は、ヘルメットの視線座標内で（即ち、ヘルメットの位置及び方向）瞳の視線座標をカスケード表示する（即ち、アイ・トラッキング）。また、エアクラフト位置が記憶される（例えば、レーダと結合したグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）及び方向（ジャイロスコープ）等）。本公開技術は、ユーザに、ユーザの視野内のいかなるポイントも含み得る狙いの領域を提供する。 また、ユーザの狙いのスピード及び安定は、実質的にユーザの目の生理的限界によってのみ制限される。
エアクラフトは、例えば、様々な方向での高重力（Ｇ）、バイブレイション、プレッシャー等の極限状態（例えば、戦闘中）の影響を受けやすい。人間の目は、前庭動眼反射によって、実質的に自然に自己安定化される。目をコンスタントにトラッキングし、視線を決定することによって、飛行機が、かかる極限状態にさらされているときであっても、本公開技術は、ユーザに狙いの安定性を提供する。従って、本公開技術は、頭のバイブレイションを補うために、目の自然な自己安定を使用する。
本開示技術の他の実施形態によれば、アイ・トラッキング・システムは、ビューアーの視線に従ったロジカル・ディプレイ・エレメントを登録する。従って、ユーザは、目を使用するディスプレイ・エレメントを選択することができる。
図１５Ｂを参照すると、ディスプレイ・エレメントＡ（符号３２３４）及びＢ（符号３２３６）は、風景３２３０に重ねられる。各ディスプレイ・エレメント３２３４及び３２３６は、ユーザが選択することができるアクション（例えば、ミサイルの選択、シートのイジェクト、遭難信号の送信）を表す。アイ・トラッキング・システムは、ビューアーの視野と共に最初にロジカル・ディスプレイ・エレメントを登録する。従って、システムは、ユーザが、特定のロジカル・ディスプレイ・エレメントを見つめると、これを検出する。従って、ユーザは、当該エレメントを見つめ、選択を確認することで、ロジカル・ディスプレイ・エレメントを選択できる。本例では、ユーザは、オプションＡを選択している。選択は、例えば、マニュアル確認、ロジカル・ディスプレイ・エレメントをわずかな時間見つめること、音声指示を与えること等、様々な確認メカニズムで確認され得る。
本開示技術の他の実施形態によれば、ユーザは、表示領域外のターゲットを選択できる。
次に、図１５Ｃを参照する。図１５Ｃは、本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第３の風景３２６０を示す概略図である。風景３２６０は、ターゲット３２６６を含んでいる。図１５Ｃに示される例では、ターゲット３２６６は敵機である。符号３２６４で示されるシステムの表示領域は、システムがユーザに対して画像を表示できるエリアを表す。
表示領域３２６４は、主として、人間の目の視野より小さい。表示領域３２６４は、説明のために示されているのであって、実際には風景３２６０上に現れない。ターゲット３２６６は、表示領域３２６４の外に位置されているので、システムは、ターゲット３２６６の周囲にターゲット・マーキング（例えば、図１５Ａのターゲット・マーキング３２０４に類似する）を表示しない。システム３１００のユーザは、ターゲットに向かって視野３２６２を導くことで（即ち、ターゲットを見ることで）、ターゲット３２６６をロックオンできる。
次に、図１６を参照する。図１６は、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る、ユーザの目に向かって画像を投影している間、該目をトラッキングする方法を示す図である。手続き３３００では、瞳照射光線が、反射面に向かって放射される。かかる瞳照射光線は、照射する瞳及び該瞳の回りの組織に、前記瞳と組織との間のコントラストを強調する方法で導かれる。瞳照射光線は、間接的に反射面に到達し得る。従って、光線は、始めに少なくとも１つの光学素子に向かって放射され、次に、該光学素子は、光線を反射面に向かって導く。図１３及び１４を参照すると、光源３１０６は、光線３１２２をビーム・スプリッタ３１０４に向かって放射し、そこからバイザー３１４０の内被３１４２に向かう。
手続き３３０２では、瞼照射光線が、反射面に向かって放射される。かかる瞼照射光線は、照射する瞳及び瞼の全体に、前記瞼の位置をトラッキング可能にする方法で導かれる。図１３及び１４を参照すると、光源３１０８は、光線３１２６をバイザー３１４０の内被３１４２に向かって放射する。
手続き３３０４では、角膜照射光線が、反射面に向かって放射される。かかる角膜照射光線は、照射する目の角膜に導かれるので、反射光の可視ポイントが、目の角膜上に現れる。図１３及び１４を参照すると、光源３１１０は、コリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４を介してバイザー３１４０の内被３１４２に向かうように光線３１２８を放射する。
手続き３３０６では、ディスプレイ光線が反射面に向かって放射される。前記ディスプレイ光線は、ユーザに見られる画像を伝達する。図１３及び１４を参照すると、光源３１１２は、コリメーティング・オプティカル・アセンブリ３１１４を介してバイザー３１４０の内被３１４２に向かうように光線３１３０を放射する。
手続き３３０８では、照射光線及びディスプレイ光線は、ユーザの目に向かって反射され、それにより、目を照射し、ユーザに対して表示画像を表示する。図１３及び１４を参照すると、バイザー３１４０の内被３１４２は、光線３１２２、３１２６、３１２８及び３１３０を目３１２０に向かって反射する。
手続き３３１０では、目から受信した光が、画像検出器に向かって反射され、その結果、目の画像を検出する。図１３及び１４を参照すると、バイザー３１４０の内被３１４２は、光線３１２２、３１２６及び３１３０の一部（図示せず）をビーム・スプリッタ３１０４を介してカメラ・モジュール３１０２に向かって反射する。
手続き３３１２では、目の画像が解析され、その結果、ユーザの生理的状態が決定する。図１３を参照すると、画像プロセッサ３１３２が、目３１２０の画像を解析し、瞼の位置及び動きに従って、ユーザの疲労状態を決定する。
手続き３３１４では、目の画像が解析され、その結果、ユーザの視線が決定する。図１３及び１４を参照すると、画像プロセッサ３１３２は、カメラ・モジュール３１０２から受信した目３１２０の画像を解析し、瞳３１３４、角膜反射３１３８の関連位置並びに瞼３１３６の構造及び位置に従って、ユーザの視線を決定する。
手続き３３１６では、ディスプレイ光線が、ユーザの視線に従って制御される。図１５Ａを参照すると、ディスプレイ光源ビームが、ターゲット・マーキング３２０４を含む画像を投影する。ターゲット・マーキング３２０４は、ビューアーの視線３２０２の位置に従って、制御される。他のシステムでは、ユーザの視線に従って制御され得る。例えば、イジェクション・メカニズム、発射メカニズム、オペレーション・モード等が、視線に従って制御され得る。
手続き３３１８では、少なくとも１つの照射光源が、検出した周辺光に従って制御される。図１３及び１４で示される例では、周辺光検出器（図示せず）は、周辺光３１５０の強度レベルを検出し、それに応じて画像プロセッサに信号を供給する。強度レベルが、特定の閾値を超えている場合、画像プロセッサは、光源３１０６に実質的に照射光線３１２２の強度を低減させるよう（完全に取り除くよう）指示する。手続き３３１８は、手続き３３００、３３０２及び３３０４の前に実行される。
本開示技術の他の実施形態によれば、装置は、ユーザに装着されず（例えば、ヘルメットに搭載されずに）、ユーザの前方に実装される。かかるシステムでは、ビューアーの視線は、様々な頭位置に対応して追跡される。頭を追跡するモジュールは、物理的に頭と一体化され得る（例えば、ヘルメットに装着される等）し、又は、ユーザ近辺で、視覚的に、リモート位置から頭位置を追跡する
次に、図１７Ａ及び１７Ｂを参照する。図１７Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステム３５００の側面概略図である。図１７Ｂは、図１７Ａのシステムの正面概略図である。図１７Ａ及び１７Ｂに示される例では、ユーザは、車両を運転している（例えば、前記ユーザは、車の運転者である。）。本公開技術の本実施形態は、あらゆるタイプの車両（例えば、バス、トラック、モーターサイクル、自転車等）、船舶（例えば、ボート又は潜水艦）若しくはエアクラフト（例えば、航空機、ヘリコプター、宇宙船等）又は固定施設内で適用し得る。
バイク、
図１７Ａを参照すると、システム３５００は、アイ・トラッカー・モジュール３５０６、ドライブ・モジュール３５１０及びビデオ処理ユニット３５０８を含んでいる。アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、ドライブ・モジュール３５１０及びビデオ処理ユニット３５０８に接続し、車両３５０４上に実装されている。車両３５０４は、運転者３５０２によって運転される。アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、図１３のシステム３１００に類似したカメラ・モジュール、ビーム・スプリッタ、光源、表示モジュール及びコリメーティング・オプティカル・アセンブリ（全て図示せず）を含むコンポーネントを構成する。これらのユニットの機能性は、システム３１００に係る対応ユニットに類似する。通常、アイー・トラッカー・モジュール３５０６は、照射光線及び表示光線を運転者３５０２の目に向かって放射し、その結果、目を照射し、運転者３５０２に対して画像を表示する。前記表示画像は、様々な特徴又は道路若しくは走行過程に関する指示を含み、確認メカニズムを動かすことで運転者３５０２のエレメント選択を可能にし得る。運転者３５０２の頭位置は、制限エリアに制約されないので、目の位置は、車両３５０４内の可能な限り広い範囲に存在し得る。
本開示技術のある側面によれば、ドライブ・モジュール３５１０は、アイ・トラッカー・モジュール３５０６を目の一般的位置に向かうよう導く。この導きは、ヘッドマウントＭＰＳ又はオフユーザ・カメラに従って決定され得る。
本開示技術の他の側面によれば、運転者の頭が移動できる全てのエリアをカバーする
複数のアイ・トラッカー・モジュール３５０６が存在する。
さらに、いつでも操作のために選択されるアイ・トラッカー・モジュール３５０６を決定するユニットも存在する。
本開示技術のさらなる側面によれば、ビデオ処理ユニット３５０８は、高解像検出器（例えば、ＣＭＯＳ撮像装置）を含んでいる。かかる高解像検出器は、大きな視野をカバーするワイド・アングル・オプティックスに接続する。
本開示技術のこれらの側面は、相互排他的でない。例えば、高解像検出器は、精度を高めるため、ドライブ・モジュール３５１０と共に使用され得る。ビデオ処理ユニット３５０８は、アイ・トラッカー・モジュール３５０６から運転者３５０２の目の画像を受信する。ビデオ処理ユニット３５０８は、前記目の画像を解析し、頭位置に対応する運転者３５０２の視線を決定する。ビデオ処理ユニット３５０８は、前記視線に従って、運転者３５０２に対して表示される画像を制御する。また、ビデオ処理ユニット３５０８は、運転者３５０２の生理的状態を決定するために目の画像を解析する。特定の生理学的状態が検出されると、システム３１００に関して説明したように、ビデオ処理ユニット３５０８は、それに対する応答を指示する。
本開示技術の他の側面によれば、運転者３５０２は、車両３５０４の外のオブジェクト（即ち、風景画像）を見つめ、システム３５００に当該オブジェクトに関する情報を問い合わせることができる。運転者３５０２は、システム３５００にマイクロホン（図示せず）を使用して問い合わせることができる。アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、運転者３５０２のＬＯＳに従って、車両３５０４のフロントガラス上に当該対象それぞれの画像を表示する。この場合、アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、運転者３５０２の現在のＬＯＳに対応するフロントガラス上の位置に画像を表示する（即ち、フロントガラス上の画像位置は、運転者３５０２の見つめる方向に従って変化する。）。その他、アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、車両３５０４に対する運転者３５０２の頭の位置に従って画像を表示する。この場合、アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、運転者３５０２の現在の頭の位置に対応するフロントガラス上のある位置に画像を表示する（即ち、フロントガラス上の画像位置は、運転者３５０２の頭の位置に従って変化する。）。
次に、図１７Ｂを参照する。図１７Ｂは、システム３５００（図１７Ａ）の正面概略図である。アイ・トラッカー・モジュール３５０６は、車両３５０４内の都合の良い位置にユーザに面するように実装される。また、光線は、レンズ表面（例えば、バイザー等）に反射されず、本開示技術の先の実施形態においては、むしろ光線と運転者３５０２の目との直接路となる。
次に、図１８を参照する。図１８は、ターゲットに向かって武器３５３２を導く、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステム３５３０の概略図である。システム３５３０は、アイ・トラッカー３５３４、ヘッド位置トラッカー３５３６、乗り物位置及び方向トラッカー３５３８、オーディオ・アセンブリ３５４０及びプロセッサ３５４２を含んでいる。武器３５３２は、アイ・トラッカー３５３４、ヘッド位置トラッカー３５３６、乗り物位置及び方向トラッカー３５３８及びオーディオ・アセンブリ３５４０は、プロセッサ３５４２に接続している。武器３５３２は、例えば、電気式アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、圧電アクチュエータ等の移動メカニズム（図示せず）を含んでいる。プロセッサ３５４２は、移動メカニズムを使って、アイ・トラッカー３５３４、ヘッド位置トラッカー３５３６並びに乗り物位置及び方向トラッカー３５３８から受信したデータに従って、武器３５３２をターゲットに向けて狙いをつける。プロセッサ３５４２は、オーディオ・アセンブリ３５４０に、予め決められた状態又は武器３５３２のオペレーション・モードを指示するユーザ（図示せず）に対して、音響信号を鳴らすように指示する。
プロセッサ３５４２は、追加システム（図示せず）にも接続され得る。該追加システムは、例えば、物質解析（例えば、ターゲットが金属製である場合等）、形状解析（例えば、正しい位置に置かれた画像処理の形状に基づく）、活動分析（例えば、ターゲットから発せられる送信を検出する）等の特性の計測及び検出に基づいてターゲットの正体を確認する。
以下、アクティブ・バイザー１４２の説明を行う。可変偏光子の２色性レベルは、その時点での可変偏光子の偏光レベルを決定づける。２色性レベルは、可変偏光子の特定方向毎に定義される。例えば、Ａｘ及びＡｙは、可変偏光子に進入する光線の電磁波それぞれのＸ及びＹ成分の振幅であると仮定すると、Ａ'ｘ及びＡ'ｙは、可変偏光子を抜け出る光線の電磁波の各成分のマグニチュードである。その時、２色レベルＤｘの計測は、Ｘ軸に対して次式のようにして与えられる。
Ｄｘ＝（Ｔｘ−Ｔｙ）／（Ｔｘ＋Ｔｙ） 式（１）
Ｔｙ＝Ａ'ｙ／Ａｙ 式（２）
Ｔｘ＝Ａ'ｘ／Ａｘ 式（３）
Ｔｘ＞Ｔｙ≧０. 式（４）
Ｄｙ＝（Ｔｙ−Ｔｘ）／（Ｔｘ＋Ｔｙ） 式（５）
Ｔｙ＞Ｔｘ≧０. 式（６）
以下の説明において、例えば、輝度、電界、電圧、２色性、偏光レベル、方向、配向角等の様々なパラメータの相対値及び絶対値は、おおよそであって正確なものではない。”光移相器”は、他の直線偏光成分又は基準光線に係る入射光線の少なくとも１つの直線偏光成分の位相を遅らせるか又は進ませるかの何れかを行う光学素子である。如何なる単色光線も、電磁場が直交方向で振動する２つの直線偏光成分の組み合わせとして表せ得る。位相の変化は、ゼロ（０）と２πラジアン間のあらゆる整数の倍数値で可能である。位相差板と呼ばれる、あるタイプの光移相器は、他の入射光線の直線偏光成分に対して、ある入射光線の直線偏光成分をわずかな波長（例えば、λ／８、λ／４、３λ／８、λ／ｎ等）遅らせる。
λ／４位相差板は、かかる位相差板の一例であり、４分の１波長板としても知られている。λ／４位相差板は、他の入射光線の直線偏光成分に対して、特定波長λを有するある入射光線の直線偏光成分を波長λ／４の４分の１遅らせる。結果として、入射光線の直線偏光は、λ／４位相差板の軸に対して４５度、直線的に偏光され、円偏光されて抜け出す。同様に、円偏光された入射光線は、λ／４位相差板の軸に対して４５度直線偏光されて、λ／４位相差板を抜け出す。本開示技術は、多色光だけでなく単色光にも適用できる。位相差板は、通常、特定の波長λを対象としている。
しかしながら、位相差板は、λに近い波長に対しても略同一効果を与える。例えば、装置が太陽光を対象とするならば、５５０ｎｍ波長（即ち、太陽光スペクトルの略平均波長）を対象とする位相差板が、使用され得る。以下、”可変偏光子”は、加える電界を変化させることで、偏光レベルが、ゼロ（０）と予め決められた偏光レベルとの間で変化し得る光学素子を示すものとする。かかる可変偏光子は、光学作用物質及び異方性光吸収粒子の組み合わせである光影響物質を含む。以下の記載において、”光影響物質”は、異方性光吸収粒子が、並べられる方向（即ち、ディレクター）に依存する偏光レベルを入射光に適用する物質を示す。光学作用物質は、入射光の偏光方向又は成分に影響を及ぼし、実質的に入射光の強度に影響がない物質の１つである。
かかる光学作用物質は、例えば、液晶、液晶高分子、複屈折結晶、複屈折高分子、複屈折プラスティック等であり得る。異方性光吸収粒子は、例えば、２色性色素分子、２色性微結晶、多色性色素材料等であり得る。各２色性又は多色性色素は、大きな異方性吸光度を有する直鎖分子、ロッド状分子で構成され、異方性吸光度は、入射光及び入射光の偏光方向に対応するロッド状分子の方向に依存する。異方性光吸収粒子は、常に、前記方向（即ち、光学作用物質の分子方向）に沿って並べられる。好ましくは、液晶（即ち、ホスト）は、液晶相で色素を混合することで、２色性又は多色性色素（即ち、ゲスト）と一体となる。以下、これを”ゲスト−ホスト液晶（ＧＨＬＣ）相”と呼ぶ。 以下の記載では、ゲスト分子及びホスト分子は、ロッド状と見なす。
これらの色素分子が、ネマチック液層相で混合されると、色素分子は、液晶相のディレクターに沿って並べられる。その結果、色素分子は、切替可能な吸光度、切替可能な偏光及び切替可能な反射率若しくは透過率を示す。可変偏光子は、連続的に電力を供給されるデバイス又は断続的に電力を供給されるデバイスの何れかであり得る。電力を装置に連続供給する場合、ロッド状分子（即ち、色素分子）の方向は、予め決定された各値で電界に連続供給するので、予め決められた方向で示される。従って、電力を連続供給される装置は、予め決められた偏光レベルにセットされる。例えば、電界が加えられる場合、ロッド状分子は、可変偏光子の境界面に対して垂直に均一に並べられる（即ち、可変偏光子は、ホメオトロピック状態になる。）。
これに対して、電界が加えられない場合、ロッド状分子は、可変偏光子の境界面に沿って均一に並べられる（即ち、可変偏光子は、平面状態になる。）。従って、異なる電界を可変偏光子の光影響物質に加えることで、前記可変偏光子は、入射光に対して異なる偏光レベルを加える。ホメオトロピック配向レイヤは、ロッド状分子を可変偏光子の境界面に対して垂直方向に並べる。一方、平面配向レイヤは、ロッド状分子を可変偏光子の境界面に沿った方向に並べる。電力を装置に断続供給する場合、可変偏光子は、予め決められたパルス波形を有する電界パルスを瞬時に加えることで、ホメオトロピック、平面又は少なくとも１つの安定した中間状態にセットされ得る。マルチ安定液晶セルは、少なくとも２つの安定状態を有し、各安定状態は、予め決められた液晶構造を有する。
各構造は、予め決められた基底エネルギーを有する（即ち、エネルギー・ウエル）。従って、各予め決められたエネルギー・バリアを超える、予め決められた活性化エネルギーを電界に加えることで、マルチ安定セルは、ある構造から他の構造へ伝達する。マルチ安定セルは、混合された平面及びホメオトロピック面配向手続き（プロシージャ）を与えることで、製造され得る。各安定状態は、ロッド状分子の予め決められた束縛の強さに対応する（即ち、各安定状態でのロッド状分子は、予め決められた強度でセルの境界面に固定されている。）。光影響物質の構造が、ホメオトロピック状態である場合、入射光は、如何なる方法によっても影響を及ぼさずにそこを通過する。光影響物質の構造が、平面状態である場合、光の成分だけが、ロッド状分子の方向に直線的に偏光され、通過する。
”制御可能な光移相器”は、複数の位相ずれ状態（位相ずれなし状態（即ち、光に位相シフトを与えない）も含み得る）で操作できる装置である。制御可能な光移相器は、複数の安定状態（即ち、電界の適用又はその他のエネルギーなしで維持されている状態）を有するマルチ安定光移相器の方式であり得る。さらに、マルチ安定光移相器は、異なる電界を与えることで、複数の不安定状態で維持され得る。例えば、制御可能な光移相器は、ＴＮ液晶、双安定ポリマー安定化液晶、双安定面安定化液晶等の選択された厚さを有する双安定（即ち、２つの安定状態を有する）の方式であり得る。以下、これを”双安定光移相器”と呼ぶ。
双安定光移相器の構造は、予め決められた波形を有する電界を瞬時に加えることで、ねじられていない（又は均一の）状態とねじれ状態との間を切り替えることができる。双安定光移相器のタイプ（例えば、λ／４位相差板、λ／２位相差板等）は、その厚さに依存する。その他、制御可能な光移相器は、切替可能な光移相器の方式であり得る。以下、図４を参照して説明する。例えば、ＴＮ液晶の構造が、ねじられていない状態である場合、双安定光移相器は、λ／２位相差板として作動する。ＴＮ液晶の構造が、ねじれ状態である場合、双安定光移相器は、いかなる影響も受けずに、入射光を通過させる。ＴＮ液晶は、短時間、電界パルスを加えることで、ねじられていない状態からねじれ状態を切り替え、電界パルスをゆっくりと減少させるか、又は段階的に減少させることで、ねじれ状態からねじられていない状態に切り替え得る。
光影響物質の位相分布は、２つのクラスに分割される。クラス１（又は分散相）は、例えば、ＧＨＬＣ液滴又はＧＨＬＣミクロドメインのようなランダム分散及びランダム配向マイクロフェーズで構成される液相であり、ポリマーマトリクスに組まれている。クラス２（又は均一相）は、均一ＧＨＬＣ相で構成される他の液相であり、液晶材料並びにネマチック相、ＴＮ、ＳＴＮ、コレステリック、スメクチック相、他の相及びそれらの組み合わせ若しくは混合から引き出され得る。クラス１及びクラス２のＧＨＬＣ相の各分配は、混合物又は化合物の何れかの方式であり得る。混合物の場合、２色性色素分子（即ち、ゲスト分子）は、低い濃度（約１〜３％）で液晶（即ち、ホスト分子）と混合される。化合物の場合、異方性光吸収粒子及び光影響物質分子は、例えば、共有結合、ファン・デル・ワールス結合、水素結合、静電結合、イオン結合等で化学結合される。
本公開技術で使用されるクラス１の光影響物質の様々なタイプには、ゲスト−ホスト高分子分散液晶（ＧＨ−ＰＤＬＣ）、２色性高分子分散液晶及び、例えば、高分子安定コレステリック・テクスチャ（ＰＳＣＴ）液晶及びネマチック・カーブ・配向高分子（ＮＣＡＰ）液晶等のそれらのサブクラスが含まれ得る。クラス１のＧＨＬＣ構造は、通常、周囲の相に係る液晶相の異方性インデックス屈折のため、固有の光散乱を示す。従って、クラス１のＧＨＬＣでは、固有の光散乱が、特にバイザータイプへの適用のために、除去され、又はごくわずかなレベルまで低減されなけれなならない。これは、ＧＨＬＣ相を周囲の高分子相に近接している平均の液晶インデックスを有する小さな誘電異方性に基づいて、非常に小さな複屈折の液晶材料に適用することで達成され得る。
かかるケースでは、普通のインデックスと異常なインデックスとの間での異方性インデックス屈折は、実質的に小さい（例えば、０．１より小さい）ので、光散乱は、非常に低減される。また、光散乱の低減は、相互作用光の波長よりかなり短い微液滴又はミクロドメインのサイズを定義することによって達成され得る。システムは、顕著にアブソープション変調され、所望ＡＤＭ及びＶＴＯ特性に至る。クラス１のＧＨ−ＰＤＬＣのミクロ相の構造又はクラス１のＧＨ−ＰＤＬＣの液滴分布は、例えば、楕円状、剪断形状、細長形状等、異方性形状を有する球形以外であるのが好ましい。この方法では、所望の方向性で、液滴内での液晶相を示すことが可能であり、
以下に記載されるように、可変偏光子の単一又はマルチ・レイヤのコントラストを増大するために、本開示技術のコンテキストで使用され得る。
クラス２の構造は、ホモジニアス・ネマチック相（Heilmeier）、コレステリック相（White-Taylor）、マルチ安定相等を組み込んだゲスト−ホスト（ＧＨ）２色性液晶であり得る。クラス２の可変偏光子では、２色性色素ゲストは、ホモジニアス液晶相ホストと混合される。これらの種類の物質を使用する媒体（メディア）は、通常、少しの光散乱もない、アブソープション変調された画像のプロパティを有する。常閉ＧＨＬＣは、例えば、ポジティブな誘電異方性ＴＮ・ＧＨＬＣセル内で適当な双極子モーメントの２色性色素を混合することで形成され得る。このセルは、常閉タイプの可変偏光子を実現する電界のない場合でのねじれた平面テクスチャ内の液晶相を有する。このセルは、ホメオトロピック相に対する電界の適用によって、切り替えられ得る。その結果、オープン状態をもたらす。
類似の方法で、ネガティブな誘電異方性のＧＨＬＣセル内の適当な２色性色素の混合は、常開タイプの可変偏光子をもたらすであろう。しかしながら、このタイプのセルは、通常、弱いコントラストをもたらし、その結果、前記電界の下で得られる液晶相が、純粋な平面テクスチャでない、という事実のため、いくつかのアプリケーションにとっては、非実用的である。そして、結果として、ごくわずかな偏光をもたらす。常開可変偏光子は、コレステリック液晶少量をネマチックＧＨＬＣ混合物に加えることで構成され、混合ホメオトロピック及び平面配向プロセスを適用する。この面配向プロセスは、電界が液晶に加えられる時にロット状分子が実質的に同一方向に並ぶようにする（即ち、ゲスト−ホスト・ディレクターが、電界を加える時、うまく決められる。）。このようにして、常閉（開）ＶＴＯと共に、特に二重セル構造での重要なコントラストが得られる。
次に、図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ及び１９Ｄを参照する。図１９Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタ４４１０の透視図である。図１９Ｂは、図１９Ａの可変トランスミッタの側面図である。図１９Ｃは、他の動作モードにおける図１９Ａの可変トランスミッタの透視図である。図１９Ｄは、図１９Ｃの可変トランスミッタの側面図である。可変トラスミッタ４４１０は、可変偏光子４４１２及び４４１４を含んでいる。各可変偏光子４４１２及び４４１４は、図１Ａを参照して説明した可変偏光子１０２と類似する。各可変偏光子４４１２及び４４１４は、常開可変偏光子である。可変偏光子４４１２及び４４１４は、図１９Ｃで後述するように、クロス偏光方式でお互いに対して位置している（即ち、偏光モードである場合、１つの偏光は、他の偏光に対して垂直となる。）。可変偏光子４４１２及び４４１４の偏光方向の相違は、任意の値であり得るが、最大のダイナミック・レンジを提供するためにπ／２ラジアンであるのが好ましい。
図１９Ａ及び１９Ｂを参照すると、可変偏光子４４１２を横断する電界がない場合、ロッド状分子４４１６の方向は、Ｚ軸に対して平行となる（即ち、可変偏光子４４１２の平面に対して垂直となる。）。同様に、可変偏光子４４１４を横断する電界がない場合、ロッド状分子４４１８の方向は、Ｚ軸に対して平行となる（即ち、可変偏光子４４１４の平面に対して垂直となる。）。このようにして、可変偏光子４４１２及び４４１４の各々を横断する電界がない場合、各可変偏光子は、入射光を、それへの効果がないように及びその輝度に影響を与えずに、伝達する。可変偏光子４４１２及び４４１４は、輝度Ｌ１の値に左右されずに、輝度Ｌ１を有するオブジェクト４４２２の光線４４２０を伝達し、オブザーバ（図示せず）は、表示平面４４２６上のオブジェクト４４２２の画像４４２４を見る。
図１９Ｃ及び１９Ｄを参照すると、可変偏光子４４１２を横断する電界がある場合、ロッド状分子４４１６は、Ｙ軸に沿って並ぶ傾向にあり、可変偏光子４４１２は、線状偏光子として動作し、入射光の輝度を低下させる。同様に、可変偏光子４４１４を横断する電界がある場合、ロッド状分子４４１８は、Ｘ軸に沿って並ぶ傾向にあり、可変偏光子４４１４は、線状偏光子として動作し、入射光の輝度を低下させる。可変偏光子４４１２は、Ｙ軸に沿って直線状に光線４４２０を偏光し、結果として、可変偏光子４４１２から輝度Ｌ１より低い輝度Ｌ２の光線４４２８が出現する。光線４４２８の偏光方向は、矢印４４３０によって示されている。可変偏光子４４１４は、Ｘ軸に沿って直線状に光線４４２８を偏光し、結果として、可変偏光子４４１４から輝度Ｌ２より低い輝度Ｌ３の光線４４３２が出現する。オブザーバは、表示平面４４２６上のオブジェクト４４２２の画像４４３４を見る。該画像４４３４の輝度Ｌ３は、オブジェクト４４２２の輝度Ｌ１よりも低い。
可変トランスミッタ４４１０は、１組の導電層（図示せず）及び１組の絶縁層（図示せず）を含み得る。各々の導電層は、例えば、導電性高分子、インジウム−錫酸化物で覆われたガラス、錫酸化物、金属（例えば、金や銀等）等の薄く、透明な導電体でできている。各々の絶縁層は、例えば、ポリマー（高分子化合物）、無機二酸化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の薄く、透明な絶縁体でできている。導電層の１つのペアは、可変偏光子４４１２を横断する電界を加え、導電層の他のペアは、可変偏光子４４１４を横断する電界を加える。導電層の各々のペアは、各可変偏光子に対して異なる電界を加えることができる。例えば、可変トランスミッタ４４１０は、保護層、導電層、絶縁層、可変偏光子等の一連の層を含み得る。その他、導電層の１つのペアは、可変偏光子４４１２及び４４１４を横断する電界を同時に加える。例えば、可変トランスミッタ４４１０は、保護層、導電層、絶縁層、可変偏光子、ＬＣ分離層、他の可変偏光子等の一連の層を含み得る。ＬＣ分離層は、例えば、ナイロン等の透明なポリマーでできていて、２つの隣接する可変偏光子を分離し、これら２つの可変偏光子のＬＣ層の混合を防止する。
従って、コントローラ（図示せず）は、導電層に接続し、光電セル（図示せず）は、前記コントローラに接続する。さらに、可変偏光子４４１０は、例えば、眼鏡、ヘッメット・バイザー、溶接バイザー、潜望鏡、望遠鏡、顕微鏡、双眼鏡、地上の乗り物の窓、エアクラフトの窓、宇宙船の窓、海上の乗り物の窓、グレイジング（grazing）、温室の窓等の様々な光学素子で使用され得る。各々の可変偏光子が、双安定ＴＮ・ＧＨＬＣセルの形である場合、停電中に予め決められた波形での電界が、可変偏光子に加えられる。それにより、可変トランスミッタは、最大強度で光を伝達できる。ユーザは、可変偏光子４４１２及び４４１４の偏光レベルを設定でき、それにより、画像４４２４のコントラスト・レベル及びブライトネスを設定する。
次に、図２０を参照する。図２０は、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタ４４９０を示す概略図である。可変トランスミッタ４４９０は、ヘルメット・バイザー、溶接バイザー等であり得る。可変トランスミッタ４４９０は、複数の伝達領域４４９２、４４９４及び４４９６を含んでいる。各々の領域４４９２、４４９４及び４４９６は、図１９Ａで説明した可変トランスミッタ４１０と類似する。従って、領域４４９２、４４９４及び４４９６に接続するコントローラ（図示せず）は、各領域において異なる輝度の入射光を伝達するために、加える電界を制御でき、それ故、領域４４９２、４４９４及び４４９６の各々を横断する電界を制御できる。かかるコントローラは、ユーザによって操作されるようにするために、カメラ、光センサ等にも接続し得る。
図２０に示される例では、領域４４９２は、高い透過率となるように設定され、それ故、透明性の高いように見える。 領域４４９４及び４４９６は、低い透過率となるように設定され、それ故、領域４４９４及び４４９６は、領域４４９２よりかすんで見える。前方の可変偏光子の各領域４４９２、４４９４及び４４９６に類似する複数の領域に分割された前方の可変偏光子及び後方の可変偏光子の各々は、後方の可変偏光子の他の領域に空間的に対応する。コントローラは、後方の可変偏光子の各領域のように、前方の可変偏光子の１つの領域を同一偏光レベルに設定する。従って、コントローラは、可変トランスミッタが、選択された輝度で選択された領域を通る光を伝達できるようにする。次に、図２１を参照する。図２１は、本公開技術のその他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタ４５７０を示す概略図である。
可変トランスミッタ４５７０は、可変偏光子４５７２、４５７４及び双安定光移相器４５７６を含んでいる。可変偏光子４５７２及び４５７４は、上述の可変偏光子４４１２及び４４１４（図１９Ａ参照）にそれぞれ類似している。各々の可変偏光子４５７２及び４５７４は、常閉可変偏光子である。従って、電界が、可変偏光子４５７２及び４５７４に加えられる場合、可変偏光子４５７２及び４５７４のロッド状分子４５７８及び４５８０は、それぞれ、Ｚ軸に沿って並べられる。電界が、可変偏光子４５７２及び４５７４に加えられない場合、ロッド状分子４５７８は、Ｙ軸に沿って並べられ、ロッド状分子４５８０は、Ｘ軸に沿って並べられる。移相器４５７６は、双安定光移相器であり、透明光学素子又は２分の１波長板の何れかとして動作できる。
可変偏光子４５７２及び４５７４は、図１９Ｃに関して上述したように、クロス偏光方式でお互いに対して位置している（即ち、偏光モードである場合、１つの偏光は、他の偏光に対して垂直となる。）。双安定光移相器４５７６は、可変偏光子４５７２と４５７４との間に配置される。可変トランスミッタ４５７０の通常動作中、双安定光移相器４５７６は、透明光学素子として動作する。双安定光移相器４５７６は、可変トランスミッタ４５７０がオンになると、予め決められた形状のパルスを双安定光移相器４５７６に加えることで、透明状態に設定され得る。この動作モードでは、各々の可変偏光子４５７２及び４５７４は、各値の電界を加えることで、異なる偏光レベルに設定され得る。
停電で、可変偏光子４５７２及び４５７４が、閉モードに切り替えられると、予め決められたパルス形の電界が、双安定光移相器４５７６に加えられるので、双安定光移相器４５７６は、２分の１波長板として動作する。双安定光移相器４５７６は、ロッド状分子４５７８及びロッド状分子４５８０に対して４５度の光軸方向を有する入射光の成分を遅らせる。双安定光移相器４５７６は、可変偏光子４５７２から受信した光の偏光角を回転し、この偏光した光を可変偏光子４５７４に伝達する。可変偏光子４５７４に突き当たる光の偏光角は、ロッド状分子４５８０の方向にマッチするので、当該光は、強度が低下することなく、可変偏光子４５７４を通過する。
従って、停電中、可変トランスミッタ４５７０は、可変偏光子４５７２の前方に位置するオブジェクト４５８２から到着した（非偏光）光の約５０％を伝達する。
次に、図２２を参照する。図２２は、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る可変反射率での光伝達方法を示す図である。手続き４６００では、入射面での電界が制御され、第１の偏光レベルを選択する。図１９Ａ及び１９Ｃで示される例では、可変偏光子４４１６は、図１９Ａで示されるホメオトロピック状態（即ち、ゼロ偏光レベル）又は図１９Ｃで示される平面状態（即ち、ゼロ以外の偏光レベル）の何れかに設定される。手続き４６０２では、中央面での電界が制御され、位相シフトを選択する。図２１に示される例では、双安定光移相器４５７６は、透明光学素子（即ち、ゼロ位相シフトを加えること）又は２分の１波長板（即ち、πラジアンの位相シフトを加えること）の何れかとして動作できる。
手続き４６０４では、出射面での電界が制御され、出射面の第２の偏光レベルを選択する。図１９Ａ及び１９Ｃで示される例では、可変偏光子４４１８は、図１９Ａで示されるホメオトロピック状態又は図１９Ｃで示される平面状態に設定される。手続き４６０６では、選択した第１の偏光レベルによって光が偏光される。図１９Ａで示される例では、可変偏光子４４１６は、光線４４２０を伝達する（即ち、ゼロレベル偏光を与える）。図１９Ｃで示される例では、可変偏光子４４１６は、光線４４２０をＹ軸の方向に偏光する（即ち、ゼロ以外のレベルの偏光を与える）
手続き４６０８では、２つの光の直線偏光成分間の各位相が選択された位相シフトによって、シフトされる。図２１で示される例では、双安定光移相器４５７６は、透明光学素子（即ち、ゼロ位相シフトを加える）又は２分の１波長板（即ち、πラジアンで光の直線成分の１つの位相をシフトする）の何れかとして動作する。手続き４６１０では、選択した第２の偏光レベルで偏光される。図１９Ａに示される例では、可変偏光子４４１８は、光線４４２０を伝達する（即ち、ゼロレベル偏光を与える）。図１９Ｃに示される例では、可変偏光子４４１８は、Ｘ軸の方向に光線４４２８を偏光する（即ち、ゼロ以外のレベルの偏光を与える）。
前記方法は、必ずしも手続き４６０２及び４６０８を適用しない。例えば、可変トランスミッタ４４１０（図１９Ａ）は、一連の手続き４６００、４６０４、４６０６及び４６１０を適用することで動作し得る。また、続き４６００、４６０２及び４６０４は、任意の順序又は同時に実行され得る。
本開示技術の他の側面によれば、可変偏光子は、液晶を取り囲む２つの保護層、ホメオトロピック面配向層及び絶縁層を含んでいる。前記保護層の１つは、互いにかみ合った一組の電極で覆われている。前記一組の電極を横断する電界がない場合、ホメオトロピック面配向層は、液晶のロッド状分子が、保護層の表面に対して垂直に並べられるようにする。可変偏光子は、入射光に対して偏光を加えない。一組の電極を横断する電界がある場合、電極間に発生する電界は、ロッド状分子が、発生電界に対して並べられるようにする。可変偏光子は、入射光に対して偏光を加える。
次に図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ及び２３Ｇを参照する。図２３Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光子４６３０の拡大図である。図２３Ｂは、保護層の一組の電極を横断する電界が生じない時の図２３Ａの可変偏光子の保護層の１つのＩ視（正面図）を示す概略図である。図２３Ｃは、図２３Ａの可変偏光子の保護層の一組の電極を横断する電界が生じない時の組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光子のII視（平面図）を示す概略図である。図２３Ｄは、保護層の一組の電極を横断する電界が生じている時の図２３Ａの可変偏光子の保護層の１つのＩ視（正面図）を示す概略図である。図２３Ｅは、図２３Ｄの一組の電極の断面IIIを示す概略図である。図２３Ｆは、正誘電異方性のＬＣマテリアル及び正光学異方性ゲスト・マテリアルを有し、図２３Ａの可変偏光子の保護層の一組の電極を横断する電界が生じている時の組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光子のII視（平面図）を示す概略図である。図２３Ｇは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る、組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光子に類似した可変偏光子４６６０のII視（平面図）を示す概略図である。
図２３Ａを参照すると、可変偏光子４６３０は、保護層４６３２及び４６３４、配向層４６３６並びに光影響物質（例えば、ＧＨＬＣ）を含んでいる。各々の保護層４６３２及び４６３４は、上述した保護層３０２（図５参照）に類似している。配向層４６３６は、例えば、二酸化ケイ素等の無機誘電体又は例えば、ポリビニル・アルコール、ポリイミド、光重合体等の有機誘電体でできている。これらのタイプの配向層の分子（図示せず）は、サイド・ブランチ（グラフト重合体のように）を有する。密集の結果（立体障害）として、それは、分子層の平面外に移動し、その結果、与えられたホメオトロピック効果が、この平面から配向層４６３６に飛び出る。光重合自己配向層は、配向層の分子を重合することで、構築され得る。その結果、ホメオトロピック又は平面配向層の何れかを形成する。
図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ及び２３Ｇで示される例では、配向層４６４６は、ホメオトロピック配向層である。液晶は、上述したように、クラス１（分散的）又はクラス２（均一的）の何れかであり、各クラスは、混合物又は化合物形式の何れかであり得る。配向層４６３６に面する保護層４６３２の表面４６４０は、図１９Ｃに関して上述したような導電層に類似する導電性材及び透明材で覆われている。表面４６４０は、フォトリングラフィによって、一組の電極４６４２及び４６４４の形にエッチングされている。電極４６４２及び４６４４は、複数の突起４６４６及び４６４８を有し、該突起４６４６及び４６４８は、それぞれ混ざっている。
電極４６４２及び４６４４は、電源（図示せず）に接続し、該電源の出力は、コントローラ（図示せず）によって制御される。電極４６４２は、電源の一方の極に接続し、電極４６４４は、電源の他方の極に接続する。本方法における電極４６４２及び４６４４の配置を、以下、”面内配置”と呼ぶ。配向層４６３６は、保護層４６３２と４６３４との間に配置される。電極４６４２及び４６４４は、保護層４６３２の表面４６４０上に配置され、電極４６４２及び４６４４は、保護層４６３２と配向層４６３６との間に配置される。保護層４６３２及び４６３４並びに配向層４６３６のアセンブリ後、可変偏光素子４６３０のエッジ（図示せず）は、接着剤でふさがれ、保護層４６３２及び４６３４と配向層４６３６との間の隙間は、液晶又は適切なスペーサ材で満たされる。
図２３Ｂ及び２３Ｃを参照すると、電極４６４２及び４６４４を横断する電界が生じていない（即ち、電源が供給されていない状態）。配向層４６３６の存在のため、液晶のロッド状分子４６５０は、Ｚ軸に沿って並べられる（即ち、表面４６４０及び可変偏光子４６３０の表面（図示せず）に対して垂直）。従って、電極４６４２及び４６４４を横断する電界がない場合、可変偏光子４６３０は、入射光を、それに影響を与えずに伝達する（即ち、可変偏光子４６３０は常開タイプである。）。この場合、異方性光吸収粒子（即ち、色素分子）は、光学作用物質（即ち、液晶分子）の分子方向に沿って整列し、少しも入射に影響を与えない。配向層４６３６が、ホメオトロピック配向層である場合、ホスト分子の誘電異方性は、正（ポジティブ）であり、ゲスト分子の光学異方性は正となり、可変偏光子４６３０は、常開（Ｎ．Ｏ．）である（即ち、可変偏光子４６３０は、電極４６４２及び４６４４を横断する電界が生じていない場合に、入射光を伝達する。）。
従って、ホメオトロピック配向及び正−正ＧＨマテリアル・コンビネーションと併せて、面内電極配置を使用することは、Ｎ．Ｏ．（クリア）タイプの新しいセル・ドライビング・バリアントを与える。図２３Ｄを参照すると、コントローラは、電極４６４２及び４６４４を横断する電圧Ｖ１を加える電源の動作を制御する（即ち、電源が供給されている場合）。図２３Ｅを参照すると、電界が、各一組の隣接突起４６４６及び４６４８によって、−Ｘの方向に生成されている。図２３Ｆを参照すると、正誘電異方性を有するロッド状分子４６５０が、生成電界に沿って並べられている（即ち、Ｘ軸に沿って、且つ、表面４６４０並びに保護層４６３２及び４６３４の表面に平行に）。従って、電極４６４２及び４６４４を横断する電界がある場合、可変偏光子４６３０は、加えた電界の値に対応するレベルで入射光に偏光を加える。
可変偏光子４６３０は、実質的にフラットであるのみならず、正曲率半径（即ち、凸面となる）、負曲率半径（即ち、凹面となる）、又は、正及び負曲率半径（即ち、任意の曲面）の何れかを有し得る。可変偏光子４６３０は、ガス環境のみならず、液体環境でも使用され得る。可変偏光子４６３０は、リジッドのみならずフレキシブルであり得る。可変偏光子４６３０の液晶は、マルチ安定ＧＨＬＣであり得る。例えば、液晶は、双安定（即ち、２つの安定状態を有する）ＴＮ液晶、双安定ポリマー安定化液晶、双安定面安定化液晶等の方式であり得る。この場合、電極４６４２及び４６４４を横断する所定の電気パルスの適用が、ロッド状分子４６５０をＺ軸又はＺ軸の何れかに沿って並べるようにしている。一組の可変偏光子４６３０は、可変トランスミッタ４４１０（図１９Ａ参照）に類似する可変トランスミッタとして使用され得る。
この場合、異なる電圧が、２つの可変偏光子の電極を横断するように加えられ得る。それにより、可変トランスミッタを通過する入射光の強度制御が可能となる。また、これらの可変偏光子の各々は、常開タイプであるので、これらの可変偏光子を使用する可変トランスミッタは、フェイルセーフタイプの可変反射物又は可変トランスミッタである（即ち、停電時において、可変トランスミッタは、入射光をその強度に影響を与えずに伝達する。）。また、その電極が面内配置で配列される、可変偏光子のホスト分子（即ち、ロッド状分子）の誘電異方性は、正又は負の何れかとなり得る。同様に、ゲスト分子（即ち、２色性又は多色性色素分子）の光学異方性は、正又は負の何れかとなり得る。
ホスト分子及びゲスト分子の異なる組み合わせから可変偏光子が構築されることによって、可変偏光子は、表１に要約したように、以下の方法で動作することができる。以下、表１に要約したような平行面の動作モードについて、図２４Ａを参照して説明する。
表１は、２つの電極構造及び４つのＧＨ異方性の組み合わせに対するホメオトロピック配列されるセル用ＧＨ−ＬＣセル・パラメータを示す。
Figure 0004649400
ＬＣ−ｐ及びＬＣ−ｎの組み合わせは、それぞれ、液晶の正又は負の誘電異方性と呼ばれる。それに対して、Ｇ−ｐ及びＧ−ｎの組み合わせは、それぞれ、ゲスト色素分子の正又は負の光学異方性と呼ばれる。ディレクターは、図２３Ａ及び以下で説明される図２４Ａで示される座標の軸に対応している。図２３Ｇを参照すると、可変偏光子４６６０は、保護層４６６２及び４６６４並びに配向層４６６６を含んでいる。配向層４６６６は、ホメオトロピック配向層であり、保護層４６６２と４６６４との間に配置される。可変偏光子４６６０のホスト分子は、負の誘電異方性を有し、ゲスト分子は、正の光学異方性を有する。
電極４６４２（図２３Ｄ）及び４６４４に類似する一組の電極を横断する電界がある場合、可変偏光子４６６０のロッド状分子４６６８が、Ｙ方向に沿って配列される（上記表１の面内電極構造及びＬＣ−ｎ＋Ｇ−ｐ ＧＨマテリアルを参照）。ロッド状分子４６６８は、電極４６４２及び４６４４に類似する一組の電極に沿って整列するので、可変偏光子４６６０が偏光する偏光画像（図示せず）のコントラストは、可変偏光子４６３０のコントラストよりも強くなる。上述した図２３Ｆ及び２３Ｇで示される両構成は、簡単な均一ホメオトロピック配向、電気的な統一を表し、生産において、再現性が高い。
可変偏光子４６３０は、可変偏光子４４１２及び４４１４の代わりに、可変トランスミッタ４４１０（図１９Ａ参照）と一体化し得る。
次に、図２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄを参照する。図２４Ａは、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光子４６７０の拡大図である。図２４Ｂは、図２４Ａの可変偏光子の保護層の互いにかみ合っている電極及び平電極を横断する電界が生じてない場合の図２４Ａの可変偏光子の断面IVを示す概略図である。図２４Ｃは、面内モードで動作する場合における図２４Ａの可変偏光子の断面IVを示す概略図である。図２４Ｄは、平行面モードで動作する場合における図２４Ａの可変偏光子の断面IVを示す概略図である。
図２４Ａを参照すると、可変偏光子４６７０は、保護層４６７２及び４６７４、絶縁層４６７６及び４６７８、配向層４６８０並びに光影響物質（図示せず）を含んでいる。各々の保護層４６７２及び４６７４は、画像を曲げることなく、光の大部分を透過する、例えば、ガラス、ポリマー、プラスティック等の透明材でできている。各々の絶縁層４６７６及び４６７８は、図１９Ｃで説明した絶縁層に類似する。配向層４６８０は、上述の配向層４６３６（図２３Ａ）に類似している。図２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄで示される例では、配向層４６８０は、ホメオトロピック配向層である。図２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄで示される例では、ＬＣホスト分子は、正の誘電異方性を有し、ゲスト分子は、正の光学異方性を有する。
光影響物質は、クラス１（分散的）又はクラス２（均一的）の何れかであり、各クラスは、上述したように、混合物又は化合物形式の何れかであり得る。保護層４６７２は、表面４６８６上の一組の互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４で覆われている。互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４は、上述したような、電極４６４２及び４６４４（図２３Ａ）の構造と類似した方法で構築される。互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４は、それぞれ、複数の突起４６８８及び４６９０を含んでいる。保護層４６７４は、表面４６９４上の平電極４６９２で覆われている。平電極４６９２は、例えば、図１９Ｃで説明した導電層のような導電材及び透明材でできている。絶縁層４６７６は、保護層４６７４と配向層４６８０との間に配置される。配向層４６８０は、絶縁層４６７６と絶縁層４６７８との間に配置される。絶縁層４６７８は、配向層４６８０と保護層４６７２との間に配置される。互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４は、保護層４６７２の表面４６８６上に配置され、保護層４６７２と絶縁層４６７８との間に配置される。平電極４６９２は、保護層４６７４の表面４６９４上に配置され、保護層４６７４と絶縁層４６７６との間に配置される。
互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４並びに平電極４６９２は、電源（図示せず）に接続し、該電源の出力は、コントローラ（図示せず）によって制御される。電源の両極と互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４並びに平電極４６９２との間に接続する前記コントローラは、面内モード（図２３Ａに関連して説明したような）又は平行面モード（図１９Ｃに関連して説明したような）の何れかでの可変偏光子４６７０の動作を可能にする。また、前記コントローラは、電源の出力電力も制御し、それにより、可変偏光子４６７０によって、様々な偏光レベル及び吸光度が入射光に加えられるようになっている。
図２４Ｂを参照すると、互いにかみ合った電極４６８２及４６８４並びに平電極４６９２を横断する電界が生じてない。配向層４６８０が存在するため、光影響物質のロッド状分子４６９６は、Ｚ軸（即ち、表面４６８６及び４６９４と垂直）に沿って配列される。従って、互いにかみ合った電極４６８２及４６８４並びに平電極４６９２を横断する電界が生じてない場合、可変偏光子４６７０は、入射光を、それに影響を与えずに伝達する（即ち、可変偏光子４６７０は常開タイプである。）。図２４Ｃを参照すると、コントローラは、互いにかみ合った電極４６８２の突起４６８８を電源の一方の極に繋ぎ、互いにかみ合った電極４６８４の突起４６９０を電源の他方の極に繋ぐ。これにより、突起４６８８及び４６９０を横断する電圧Ｖ２を加える。この場合、可変偏光子４６７０は、図２３Ａで説明したように、面内モードで動作する。突起４６８８と４６９０との間で発生する電界により、ロッド状分子４６９６は、Ｘ軸に沿って配列する（上記表１における面内電極構造及びＬＣ−ｐ＋Ｇ−ｐ ＧＨマテリアル）。
従って、可変偏光子４６７０は、偏光レベルを入射光に加え、閉状態に切り替える。図２４Ｄを参照すると、コントローラは、互いにかみ合った電極４６８２及び４６８４と電源の一方の極を繋ぎ、平電極４６９２と電源の他方の極を繋ぐ。電源は、一方では、互いにかみ合った電極４６８２と４６８４との間に、他方では、平電極４６９２に電圧Ｖ３を与える。この場合、可変偏光子４６７０は、平行面モードで動作する。互いにかみ合った電極４６８２と４６８４との間に発生する一方の電界と、平電極４６９２に発生する他方の電解により、ロッド状分子４６９６は、Ｚ軸に沿って配列する（上記表１における平行面電極構造及びＬＣ−ｐ＋Ｇ−ｐ ＧＨマテリアル）。従って、可変偏光子４６７０は、開状態に戻る。
面内モードでの動作において電気出力を切ることで（即ち、図２４Ｂ）、閉状態から開状態に切り替えるスイッチは、平行面モードでの動作において電気出力のスイッチを入れること（即ち、２４Ｄ）より、大幅に時間がかかる。このスイッチング時間は、電界の大きさ、パルス波形、熱分子運動並びに可変偏光子４６７０の材料及びパラメータに依存する。スイッチング時間の管理は、平面配向（以下の表２参照）だけでなく、ホメオトロピック配向（表１参照）を有する可変偏光子でのホスト分子及びゲスト分子それぞれの誘電異方性及び光学異方性の他の組み合わせに適用する。可変偏光子４６７０における面内モード及び平行面モードでの動作の組み合わせは、よりフレキシブルな動作及び異なった照明レベル間のより迅速なスイッチングを可能にする。
さらに、可変偏光子４６７０における面内モード及び平行面モードでの動作の組み合わせは、改善されたコントラストを有する画像を提供し、より効率の良い空間分子異方性の制御を可能にする。加えて、面内及び平行面配置を同時に使用するマルチドライブ・スキームが、表１及び２から導き出される。表２は、平面配向及び２つの異なる電極配置と併せて、ＧＨマテリアル異方性の様々な組み合わせの可能性を要約している（即ち、面内配置及び平行面配置）。
表２は、２つの電極構造及び４つのＧＨ異方性の組み合わせに対する
平面配列されるセル用ＧＨ−ＬＣセル・パラメータを示す。
Figure 0004649400
ＬＣ−ｐ及びＬＣ−ｎの組み合わせは、それぞれ、液晶の正又は負の誘電異方性と呼ばれる。それに対して、Ｇ−ｐ及びＧ−ｎの組み合わせは、それぞれ、ゲスト色素分子の正又は負の光学異方性と呼ばれる。ディレクターは、図２３Ａ及び２４Ａで示される座標の軸に対応している。
次に、図２５を参照する。図２５は、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光子の保護層４７２０を示す概略図である。保護層４７２０は、複数のセクション４７２２、４７２４及び４７２６に分割されている。一組の電極４７２８及び４７３０は、セクション４７２２にエッチングされている。一組の電極４７３２及び４７３４は、セクション４７２４にエッチングされている。一組の電極４７３６及び４７３８は、セクション４７２６にエッチングされている。電圧Ｖ４は、電極４７２８及び４７３０に加えられる。電圧Ｖ４は、電極４７２８及び４７３０に加えられる。電圧Ｖ６は、電極４７３６及び４７３８に加えられる。
保護層４７２０が、可変偏光子４６３０（図２３Ａ）に類似する可変偏光子（図示せず）に組み込まれている場合、電圧Ｖ４、Ｖ５及びＶ６は、個別に制御され得れ、可変偏光子の各セクション（例えば、セクション４７２２、４７２４及び４７２６）が、異なる偏光レベルを入射光に加える。保護層４７２０に類似する保護層は、可変偏光子４６７０に類似する可変偏光子に組み込まれ得る。保護層４６７４に類似する保護層は、平電極４６９２に類似する複数の分かれた平電極を含んでいる。コントローラは、一方では、電極４７２８及び４７３０に類似する一組の電極に対して電気出力のスイッチを切り替え、他方では、各平電極に対して電気出力のスイッチを切り替える。従って、可変偏光子により、セクション４７２２に類似する各セクションで、入射光に偏光レベルを加えることが可能になる。
この場合もまた、可変偏光子は、面内モード又は平行面モードの何れかで動作し得る。次に、図２６を参照する。図２６は、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る図１Ａのヘッド・トラッキング・システムを示す概略図である。ヘッド・トラッキング・システム１３６は、位置及び方向プロセッサ５１８２、トランスミッタ・インターフェース５１８４、複数のルックアップ・テーブル・ユニット５１８６１、５１８６２及び５１８６３、複数のデジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）５１８８１、５１８８２及び５１８８３、アンプリファイア５１９０、トランスミッタ５１９２、複数のセンサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎ（即ち、位置及び方向検出器）、複数のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）５１９６１、５１９６２、５１９６３及び５１９６Ｎ並びにセンサ・インターフェース５１９８を含んでいる。
トランスミッタ・インターフェース５１８４は、位置及び方向プロセッサ５１８２並びにルックアップ・テーブル・ユニット５１８６１、５１８６２及び５１８６３に接続している。ＤＡＣユニット５１８８１、５１８８２及び５１８８３は、ルックアップ・テーブル・ユニット５１８６１、５１８６２及び５１８６３のそれぞれ１つとアンプリファイア５１９０に接続している。また、アンプリファイア５１９０は、トランスミッタ５１９２にも接続している。また、トランスミッタ５１９２は、ＴＸで示されている。また、センサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎは、それぞれ、ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３及びＲＸＮで示されている。アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）５１９６１、５１９６２、５１９６３及び５１９６Ｎは、それぞれ、センサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎ並びにセンサ・インターフェース５１９８に接続している。また、センサ・インターフェース５１９８は、位置及び方向プロセッサ５１８２にも接続している。
各々のルックアップ・テーブル・ユニット５１８６１、５１８６２及び５１８６３は、周期的な連続数を生成し、それを順番に各アナログ信号に変換する各ＤＡＣユニット５１８８１、５１８８２及び５１８８３に提供する。各々のアナログ信号は、異なる空間軸のそれぞれである。本例では、ルックアップ・テーブル５１８６１及びＤＡＣユニット５１８８１は、Ｘ軸に対する信号を生成し、ルックアップ・テーブル５１８６２及びＤＡＣユニット５１８８２は、Ｙ軸に対する信号を生成し、ルックアップ・テーブル５１８６３及びＤＡＣユニット５１８８３は、Ｚ軸に対する信号を生成する。ＤＡＣユニット５１８８１、５１８８２及び５１８８３は、各アナログ信号をアンプリファイア５１９０に提供し、該アンプリファイア５１９０は、増幅し、該増幅信号をトランスミッタ５１９２に提供する。
トランスミッタ５１９２は、センサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎによって検出され得る複数軸の電磁場を提供する。各々のセンサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎは、電磁場を検出し、各電気アナログ信号を生成し、該信号をそれらに接続する各ＡＤＣユニット５１９６１、５１９６２、５１９６３及び５１９６Ｎに提供する。各々のＡＤＣユニット５１９６１、５１９６２、５１９６３及び５１９６Ｎは、そこへ送り込まれるアナログ信号をデジタル化し、それを連続数（シーケンス番号）に変換し、該連続数を、それを順番に位置及び方向プロセッサ５１８２に提供するセンサ・インターフェース５１９８に提供する。位置及び方向プロセッサ５１８２は、受信した連続数を解析し、各センサ５１９４１、５１９４２、５１９４３及び５１９４Ｎの位置及び方向を決定する。また、位置及び方向プロセッサ５１８２は、ひずみイベントを決定し、それに応じて、ルックアップ・テーブル５１８６１、５１８６２及び５１８６３を更新する。
本公開技術が、上記の詳細に示し、説明した事項に限定されないということは、当業者によって十分に理解されるであろう。本公開技術の範囲は、特許請求の範囲によってのみ決められる。
本公開技術の一実施形態に従った構成及び動作に係るオーディオビジュアル通信の改良システムを示す概略図である。 ヘッドマウント装置と併合した図１Ａのシステムに類似するシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に係るシステムの構成及び動作を示すシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る乗組員のヘルメットを示す概略図である。 好適な仮想音源の配置例が示されたエアクラフトの概略図である。 異なるエアクラフトの乗組員間でオーディオ信号を通信するためにラジオリンクを使うエアクラフト・フォーメーションの概略図である。 視線測定結果に基づいて、本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る３Ｄオーディオ画像処理方法を示す概略図である。 本開示技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るノイズ・フリー・サウンド信号生成システムを示す概略図である。 図７Ａのシステムのオーディオ・コントローラの詳細を示す図である。 ヘッドマウント装置と併合した図７Ａのシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るノイズ低減システムを示す概略図である。 図８ＡのシステムのＡＮＲコントローラのアナログＡＮＲコントローラの詳細を示す図である。 ヘッドマウント装置と併合した図８Ａのシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るノイズ低減システムを示す概略図である。 ヘッドマウント装置と併合した図９Ａのシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るデジタルノイズ低減システムを示す概略図である。 図１０Ａのシステムのフィードフォワード部を示す概略図である。 図１０Ａのシステムのフィードバック部を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る図７Ａのシステムの操作方法を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った動作に係るノイズ消去システムの操作方法を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る図９Ａのシステムの操作方法を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステムの正面概略図である。 図１３のシステムの側面概略図である 本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第１の風景を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第２の風景を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態において、ユーザが見ている第３の風景を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る、ユーザの目に画像を投影している間、該目をトラッキングする方法を示す図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステムの側面概略図である。 図１７Ａのシステムの正面概略図である。 ターゲットに向かって武器を導く、本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係るシステムの概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタの透視図である。 図１９Ａの可変トランスミッタの側面図である。 他の動作モードにおける図１９Ａの可変トランスミッタの透視図である 図１９Ｃの可変トランスミッタの側面図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタを示す概略図である。 本公開技術のその他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変トランスミッタを示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った動作に係る可変反射率での光伝達方法を示す図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光器の拡大図である。 保護層の一組の電極を越えて電界が生じない時の図２３Ａの可変偏光器の保護層の１つのＩ視（正面図）を示す概略図である。 図２３Ａの可変偏光器の保護層の一組の電極を越えて電界が生じない時の組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光器のII視（平面図）を示す概略図である。 保護層の一組の電極を越えて電界が生じている時の図２３Ａの可変偏光器の保護層の１つのＩ視（正面図）を示す概略図である。 図２３Ｄの一組の電極の断面IIIを示す概略図である。 組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光器のII視（平面図）を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る、組み立てフォームにおける図２３Ａの可変偏光器に類似した可変偏光器のII視（平面図）を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光器の拡大図である。 図２４Ａの可変偏光器の保護層の互いにかみ合っている電極及び平電極を越えて電界が生じない時の図２４Ａの可変偏光器の断面IVを示す概略図である。 面内モードで操作する場合における図２４Ａの可変偏光器の断面IVを示す概略図である。 平行面モードで操作する場合における図２４Ａの可変偏光器の断面IVを示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る可変偏光器の保護層を示す概略図である。 本公開技術の他の実施形態に従った構成及び動作に係る図１Ａのヘッド・トラッキング・システムを示す概略図である。

Claims (21)

  1. ユーザの少なくとも片方の目のユーザ視線を決定する視線決定システムと、
    該視線決定システムと接続する画像表示システムと、
    前記視線決定システムと接続する多次元オーディオ・システムと、を備え、
    前記視線決定システムは、グローバル座標系に対して前記ユーザの頭の位置及び方向と、前記ユーザの前記頭に対して前記少なくとも片方の目のユーザ視線とを決定し、
    前記画像表示システムは、前記決定したユーザ視線に従って、前記ユーザ用の少なくとも１つの補充画像を表示し、該少なくとも１つの補充画像の少なくとも１つの特性を制御し、前記補充画像は、前記グローバル座標系の少なくとも一つの対象に関する情報を有し、
    前記多次元オーディオ・システムは、前記ユーザの頭の位置及び方向に対する前記少なくとも１つの対象の位置に従って、前記ユーザに聴かせるための多次元サウンドを生成し、前記多次元サウンドは、前記対象に関連する、
    ことを特徴とするオーディオビジュアル通信向上システム。
  2. 前記決定したユーザ視線に従ってユーザの音声を処理する音声指示システムを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  3. マイクロホンが、ユーザからの風景画像それぞれの問い合わせ、ユーザが現在見つめている前記風景画像それぞれの問い合わせを受信する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  4. 前記マイクロホンは、指向性があり、ユーザのスピーチによって発生する音波の形状散逸を決めるコニカル・ボリュームの内部に配置されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  5. ラウドスピーカーが、前記問い合わせに従って、前記風景画像それぞれの言語音及び前記決定したユーザ視線に関連するユーザ用の言語音を生成する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  6. 前記画像表示システムは、前記問い合わせに従って、前記決定したユーザ視線に関連する前記風景画像それぞれの少なくとも１つの補充画像を、現在のユーザ視線及び前記風景画像上のヘッドマウント装置のバイザー上のある位置に表示する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  7. 前記画像表示システムは、前記問い合わせに従って、前記風景画像並びにユーザの頭の位置及び方向、ヘッド・トラッキング・システムによって決められた位置及び方向に関連するそれぞれの前記少なくとも１つの補充画像を、実質的に前記位置及び方向並びに前記風景画像に足並みを揃えているヘッドマウント装置のバイザー上のある位置に表示する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  8. 前記画像表示システムは、前記問い合わせに従って、前記風景画像及び前記決定したユーザ視線に関連するそれぞれの前記少なくとも１つの補充画像を、現在のユーザ視線及び風景画像上の車両のフロントガラス上のある位置に表示する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  9. 前記画像表示システムは、前記問い合わせに従って、前記風景画像及び前記視線決定システムによって決められたユーザの頭の位置及び方向に関連するそれぞれの少なくとも１つの補充画像を、実質的に前記位置及び方向並びに前記風景画像に足並みを揃えている車両のフロントガラス上のある位置に表示する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  10. ユーザが、前記風景画像を見つめている間、メモリが、マイクロホンを介してユーザによってもたらされる、前記風景画像及び前記決定したユーザ視線に関連するそれぞれの言語情報を記録する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  11. 前記視線決定システムを有する指向性カメラと、
    該指向性カメラを有する少なくとも１つの移動機構と、を更に備え、
    該少なくとも１つの移動機構は、前記決定したユーザ視線に従って、前記指向性カメラを移動させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  12. 前記視線決定システムは、アイ・トラッカーを含み、
    該アイ・トラッカーは、ユーザのヘッドマウント装置に接続し、第１の座標内で前記ユーザ視線を決定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  13. 前記視線決定システムは、ヘッド・トラッキング・システムを含み、
    該ヘッド・トラッキング・システムは、前記アイ・トラッカー及び前記ヘッドマウント装置に接続し、第２の座標内でユーザの位置及び方向を決定し、
    前記アイ・トラッカーは、前記位置及び方向に従って、前記第２の座標内で前記ユーザ視線を決定する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  14. バックアップ測位システムと、
    前記バックアップ測位システム、前記視線決定システム及び前記画像表示システムに接続するプロセッサと、を更に備え、
    前記バックアップ測位システムは、前記第２の座標内で前記位置及び方向を決定し、
    前記プロセッサは、前記視線決定システム及び前記画像表示システムの動作を制御する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  15. バックアップ測位システムと、
    該バックアップ測位システム、前記視線決定システム及び前記画像表示システムに接続するプロセッサと、を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  16. アコースティック・サウンドの実質的なノイズ・フリー信号を生成し、所望音及びノイズに関連する逆位相内に存在する逆位相ノイズ音を含んでいる少なくとも１つの音を生成し、
    前記アコースティック・サウンド及びノイズを検出することで、ノイズ・ベアリング・サウンド信号を生成する音響電気トランスデューサと、
    ノイズ環境において、前記ノイズを検出することで、基準ノイズ信号を生成する基準音響電気トランスデューサと、
    該基準音響電気トランスデューサと前記音響電気トランスデューサに接続するオーディオ・コントローラと、を備え、
    該オーディオ・コントローラは、前記基準ノイズ信号及び前記ノイズ・ベアリング・サウンド信号に従って、前記実質的なノイズ・フリー信号を生成する、構成からなるオーディオ通信ノイズ低減システムを更に備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  17. 前記オーディオ通信ノイズ低減システム、前記視線決定システム及び前記画像表示システムは、プロセッサを介して共に接続し、さらに、ヘッドマウント装置にも接続している、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  18. 前記プロセッサに接続する通信インターフェースと、
    該通信インターフェースに接続するネットワークと、
    該ネットワークに接続する少なくとも１つの固定コンピュータと、を備え、
    前記プロセッサが、前記通信インターフェースからの受信信号に従って、前記視線決定システム及び前記画像表示システムの動作を制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  19. 前記少なくとも１つの固定コンピュータが、ローカル・オンボード・コンピュータ、リモート・オンボード・コンピュータ、地上コンピュータ及び衛星コンピュータからなるリストから選択される、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  20. 前記少なくとも１つの特性が、前記決定したユーザ視線に対する前記少なくとも１つの補充画像の場所、前記少なくとも１つの補充画像の光度及び前記風景画像の光度からなるリストから選択される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオーディオビジュアル通信向上システム。
  21. グローバル座標系に対してユーザの頭の位置及び方向と、前記ユーザの前記頭に対して前記少なくとも片方の目のユーザ視線とを決定する工程を備えてユーザ視線を決定することによって、ユーザの少なくとも片方の目のユーザ視線を決定し、
    前記グローバル座標系の少なくとも一つの対象に関する情報を有する、前記ユーザ用の少なくとも１つの補充画像を表示し、
    前記決定したユーザ視線に従って、前記少なくとも１つの補充画像の少なくとも１つの特性を制御し、
    前記ユーザの頭の位置及び方向に対する前記少なくとも１つの対象の位置に従って、前記ユーザに聴かせるための前記対象に関連する多次元サウンドを生成する、
    手続きからなるオーディオビジュアル通信向上方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5630538B2 (ja) * 2013-07-01 2014-11-26 ソニー株式会社 ノイズキャンセリングシステム
JP5956479B2 (ja) * 2014-01-29 2016-07-27 株式会社東芝 表示装置及び視線推定装置
US9606355B2 (en) 2014-09-29 2017-03-28 Honeywell International Inc. Apparatus and method for suppressing double images on a combiner head-up display
ES2969540T3 (es) * 2017-12-21 2024-05-21 Bae Systems Plc Oculometría para pantalla llevada en la cabeza

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384982B1 (en) * 1996-10-08 2002-05-07 The Microoptical Corporation Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames
JP2002157607A (ja) * 2000-11-17 2002-05-31 Canon Inc 画像生成システム、画像生成方法および記憶媒体
JP2003106840A (ja) * 2001-10-01 2003-04-09 Sony Corp 回転角検出装置、音声再生装置および頭部装着型ディスプレイ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3160108B2 (ja) * 1993-02-23 2001-04-23 三菱電機株式会社 運転支援システム
JP3884815B2 (ja) * 1997-03-03 2007-02-21 本田技研工業株式会社 車両用情報表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384982B1 (en) * 1996-10-08 2002-05-07 The Microoptical Corporation Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames
JP2002157607A (ja) * 2000-11-17 2002-05-31 Canon Inc 画像生成システム、画像生成方法および記憶媒体
JP2003106840A (ja) * 2001-10-01 2003-04-09 Sony Corp 回転角検出装置、音声再生装置および頭部装着型ディスプレイ装置

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