JP5081983B2 - 電気光学式緊急視認装置 - Google Patents

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発明の詳細な説明

関連出願
本出願は，２００７年１２月２１日出願の仮出願第６１／００８，５９０号と２００８年１月１７日出願の仮出願第６１／００６，５０４号の利益を主張するものであり，これらの仮出願を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。

本発明は，一般に，火災や他の原因で発生した煙及び／又は微粒子がオペレータの周りに充満した後でも，オペレータが計器や他の視覚的データ源との視覚的接触を維持できる装置に関する。特に，本発明は，風防ガラスの外側及び計器盤，関連するチェックリスト，アプローチプレート，キーボード，サーキットブレーカー，ヒューズ，制御盤等を鮮明に視認できるようにし，煙及び／又は粒状物質が操縦室領域に充満した後でも，航空機を誘導して安全に着陸させるための重要な情報を操縦士に提供するシステムに関する。

航空機を非誘導ミサイルにしてしまう連続的で濃い，視界を遮る煙が操縦室に充満すると，乗客及び乗員にとって悲劇的で致死的な結果となることはよく知られている。連続的で不透明な煙により操縦士の視界が遮られた場合ほど，安全ではない状態が早く作られてしまうことはない。また，操縦室に煙が充満することが最も多い。航空操縦士組合（Air Line Pilots Association）によると，航空会社は，操縦室内の煙が原因の計画されていない即ち緊急の着陸を，平均で１日に１回行っている。

操縦室に当てはまることは，次のような如何なるオペレータの持ち場でも等しく当てはまる。即ち，オペレータの持ち場に煙が侵入してきた時にオペレータが計器盤を見ることができるか否かという点が，重大な事態にあるプロセスの安全操作又は規則に沿った停止に依存するような，原子力発電所，潜水艦及び類似のオペレータの持ち場等である。

本発明は，米国特許第４，８３２，２８７号，米国特許第５，３１８，２５０号，米国特許第５，２０２，７９６号，米国特許第５，９４７，４１５号及び米国特許第６，０８２，６７３に関連している。

従来技術による緊急視覚確保システムは，膨張可能な筐体を使用しており，この筐体の両端に透視パネルが設けられている。筐体が操縦士の顔面マスクと風防ガラス又は計器盤との間に距離を設け，操縦室に煙が充満した場合に，操縦士が視覚的情報にアクセスできるようにして，航空機の操縦を助ける。

本発明は，煙による緊急時にオペレータが視覚的に情報にアクセスできる緊急視認装置であって，気密性材料から製作されると共に離間した前面及び後面パネルを備えた筐体を有し，前面パネルが透明であると共に，計器盤への取り付けのための固定具を備えた緊急視認装置を提供する。第１の撮像装置が作動可能に後面パネルに取り付けられている。第１の撮像装置は，透明な前面パネルを通して計器盤を視認できるように向きが決められている。第１の視認装置が第１の撮像装置と作動可能に連結されており，煙による緊急時に，第１の撮像装置の撮像範囲に入る(encompassed)計器盤を視認できるようにオペレータの眼の前に配置される。

本発明は，更に，操縦室外の物体を視認するために航空機の操縦室の風防ガラスに作動可能に取り付けられる第２の撮像装置と，第２の撮像装置の撮像範囲に入る物体を視認するための第２の画像視認装置とを提供し，第２の画像視認装置は，第２の撮像装置の撮像範囲に入る物体をオペレータが視認できるようにオペレータの眼に装着される。

更に，本発明においては，第１及び第２の撮像装置は，第１及び第２の対物レンズをそれぞれ備えている。第１及び第２の画像視認装置は，対応する光ファイバにより対応する第１及び第２の対物レンズにそれぞれ接続された第１及び第２の視認レンズをそれぞれ備えている。視認レンズはオペレータの眼の前に配置される。

また，本発明においては，第１及び第２の撮像装置は，第１及び第２のカメラをそれぞれ備えている。第１及び第２の画像視認装置は，有線又は無線接続による第１及び第２のカメラとそれぞれ作動可能に連結された第１及び第２の表示装置を備えている。表示装置はオペレータの眼の前に配置される。

更に，本発明は，表示すべき飛行データを受信するために，航空機のアビオニクスシステムに作動可能に接続されたコンピュータを提供する。表示に適したコンピュータからのデータを処理するために画像処理装置が設けられている。第１及び第２の撮像装置は，第１及び第２のカメラをそれぞれ備えている。表示装置が第１及び第２のカメラとコンピュータとに作動可能に結合されており，表示装置は，コンピュータと第１及び第２のカメラからのデータを表示するためにオペレータの眼の前に作動可能に設置される。

煙による緊急時に操縦士が風防ガラスを通して外を見ることが出来ると共に航空機の計器盤を見ることが出来る緊急視認装置の斜視図。 図１の装置に使用される折り畳み可能な筐体の後方斜視図であり，計器盤を視認することができるように拡張され展開された形態で示す。 図２の折り畳み可能な筐体の前方斜視図。 図２の折り畳み可能な筐体の後方斜視図であり，格納のための収縮された形態で示す。 航空機の操縦室の後方斜視図であり，本発明が操縦士により使用されている状態を示す。 ハードワイヤードのカメラを使用した本発明の他の実施形態の斜視図。 無線カメラと無線伝送を使用した本発明の他の実施形態の斜視図。 図５と同様の図であるが，操縦士が筐体を計器盤の異なる位置に移動させる状態を示す。 風防ガラス及び筐体を通して見られる像の概略図。 操縦士が装着している仮想現実ゴーグルに供給される飛行情報を提供するために航空機のアビオニクスシステムを使用した，本発明の他の実施形態の機能ブロック図。

発明の詳細な説明
図１を参照すると，緊急視認装置２は，光ファイバ６に接続された対物レンズ４と，光ファイバ６の他端に接続された視認レンズ８とを有する。レンズ４は，航空機の操縦室の風防ガラスに取り付けるための吸引カップ１０内に取り付けられている。また，装置２は，透明な前面パネル１４と後面パネル１６を備えた拡張可能な箱又は筐体１２を有する。筐体１２は気密性材料から製作されている。ベルクロ（VELCRO）の小片等の取付け具１８が，操縦室の計器盤への取り付けのために筐体１２の前面の外縁に沿って設けられている。対物レンズ２０が筐体１２の後面パネル１６に固定されている。光ファイバ２２がレンズ２０を視認レンズ２４に接続している。取付け具２８を備えた支持アーム２６を使用してレンズ８及び２４が操縦士の眼の前に支持されている。取付け具２８は，支持アーム２６を操縦士の酸素ヘルメットに固定するために使用される。

図２，図３及び図４を参照すると，筐体１２は，コイルばね３４により支持された可撓性の側壁３０を有する。この側壁３０は，前面及び後面パネル１４，１６を取り囲み，密封した内部空間を提供する。ばね３４は，図４に示すように，非使用時に筐体１２をコンパクトな形態に圧縮して小さくすることを可能にする。ばね３４は，筐体１２を図２及び図３に示す拡張状態にするように付勢される。筐体１２が拡張可能になると，操縦室の空気がフィルタ３６を通して引き込まれるので，筐体１２の内部空間が清浄な空気で満たされる。フィルタ３６は，空気中の煙や粒状物質を除去し，筐体１２に清浄な空気を提供するように設計されている。筐体１２は，必要に応じて操縦士が筐体１２を計器盤の異なる部分に簡便に移動できるようにするハンドルストラップ３７を有する（図５及び図８参照）。取付けパッチ１８は，筐体１２を計器盤に固定するために使用される。透明な前面パネル１４は，計器盤の前面の凹凸に順応できるように可撓性材料で製作されている。

図５を参照すると，航空機の操縦室における煙による緊急時に装置２が使用され，航空機の運転や着陸のための必須な視覚的情報（例えば，風防ガラスの外側の明瞭な視界，計器盤，関連するチェックリスト，アプローチプレート，キーボード，サーキットブレーカー，ヒューズ，制御盤等）に操縦士がアクセスできるようにする。風防ガラスの外側の物体を見るべくレンズ４を位置決めするために，吸引カップ１０が風防ガラス３９に取り付けられる。レンズ４は，十分な外部視界を操縦士に提供するのに十分な広さの視野を有する。支持アーム２６は，操縦士の眼の片方，例えば，図示のように右眼の前に接近してレンズ８，２４を位置決めするために，ヘルメットに取り付けられる。筐体１２がその格納体から取り出されると，ばね３２が筐体１２を拡張させる。操縦室の空気がフィルタ３６を通して引き込まれ，筐体１２の内部を清浄な空気で満たす。筐体１２は，計器盤の所望の部分上に当接させて位置決めされ，これにより，前面パネル１４と計器盤の前面との間の煙が押し出される。従って，レンズ２０には，筐体１２の内部を通して計器盤の明瞭な像が提供される。取付け具１８が計器盤上の対応する取付け具に取り付けられ，これにより筐体１２が計器盤により支持される。レンズ２０は，筐体１２の幅と高さを実質的に含む視野を有する。各レンズ４，２０により捕らえられた画像は，対応する光ファイバ６，２２を介して，操縦士による視認のために，対応する視認レンズ８，２４に伝送される。

図６を参照すると，緊急視認装置３８の別の実施形態が開示されている。カメラ４０が吸引カップ４２に取り付けられている。カメラ４０により捕らえられた画像は電線４４を介してＬＣＤ表示装置４６に送られる。拡張可能な筐体１２にもレンズ２０に替えてカメラ４８が設けられている。前面パネル１４を通してカメラ４８により捕らえられた画像は，電線５０を介してＬＣＤ表示装置５２に伝送される。両表示装置４６，５２は，操縦士の酸素ヘルメットへの取り付けのための取付けパッチ５６を備えた支持アーム５４により支持されている。ＬＣＤ表示装置４６，５２を組み合わせて，分割画面を備えた１個の表示装置にしてもよいことを理解しなければならない。この場合，分割画面の上側の画面はカメラ４０と関連付けられ，下側の画面はカメラ４８と関連付けられる。

使用に際しては，装置３８は装置２と同様に使用される。即ち，航空機の操縦室における煙による緊急時に装置３８が使用され，航空機の運転や着陸のための必須な視覚的情報に操縦士がアクセスできるようにする。吸引カップ４２が操縦室の風防ガラス３９に取り付けられる。支持アーム５４は，操縦士の眼の片方の前に表示装置４６，５２を接近して位置決めするために，操縦士のヘルメットに取り付けられる。筐体１２がその格納体から取り出されると，ばね３２が筐体１２を拡張させる。計器，ダイヤル，表示装置を見えなくする煙を押し出すために，筐体１２の前面パネル１４が計器盤の前面に押し付けられる。それぞれのカメラ４０，４８により捕らえられた画像は，対応する電線４４，５０を介して，操縦士による視認のために，対応する表示装置４６，５２に伝送される。

図７を参照すると，緊急視認装置５８の別の実施形態は，吸引カップ４２に取り付けられたカメラ４０を有する。カメラ４０は，支持アーム６８に取り付けた受信器６６に画像を送信するための無線送信器６４を有する。受信器６６は，カメラ４０により生成された画像を表示するためのＬＣＤ表示装置４６に作動可能に接続されている。カメラ４８にも，受信器６６に画像を送信するための送信器７０が設けられており，受信器６６は，その画像を表示するためのＬＣＤ表示装置５２に作動可能に接続されている。支持アーム６８は，操縦士の酸素ヘルメットに取り付けるための取付け具７２を有する。装置５８の動作は，カメラ４０，４８により生成された画像が，表示装置４６，５２上での視認のために受信器６６に無線で送信されることを除き，装置３８と同様である。標準的な無線送信方法は当技術分野で周知である。

支持アーム２６，５４又は６８は，レンズ８，２４又は表示装置４６，５２を操縦士の右眼の前に位置決めするために支持する一方法である。他の方法，例えば，メガネのフレームを使用する等の方法を使用してもよいことを理解しなければならない。視認レンズ又は表示装置は，煙により画像が見えなくなることを最小限にするためにヘルメットのバイザに十分接近して位置決めするか，操縦士のヘルメットの内部に位置決めしてもよいことを理解しなければならない。

図１０を参照すると，カメラ４０，４８を飛行情報と統合すると共に，得られた画像を，煙による緊急時に操縦士が装着するゴーグル８２内に組み込まれた表示画面上に表示するシステム８０が開示されている。ゴーグル８２は，仮想現実ゴーグルとして開示されているが，他のタイプの表示装置，例えば単眼鏡に支持された表示装置を使用してもよい。カメラ４０は，飛行環境の視覚情報を提供するために風防ガラスを通して焦点が合わせられる。カメラ４８は，重要な操縦室の計器を見るために拡張可能な筐体１２を通して焦点が合わせられる。

旧式の航空機やより新しい航空機にも適応できるよう，コンピュータ８３が，ＡＲＩＮＣ４２９，ＡＲＩＮＣ６２９等のバスインターフェース８４，８６を介して航空機のアビオニクスシステムと作動可能に接続されている。バスインターフェースの選択は特定のバスプロトコルに基づいて行われ，従って，必ずしもＡＲＩＮＣ４２９，ＡＲＩＮＣ６２９に限定されるものではないことを理解されたい。コンピュータ８３は，慣性基準システム，飛行管理システム，及びその他の飛行誘導システム等の航空機のシステムから表示すべきデータを受信する。ＡＲＩＮＣバスに接続すると，アビオニクスからの選択された情報を画像化システムが表示でき有利である。その様な情報には，機首方位，高度，ＧＰＳ及び関連の地形並びにパワープラント情報がある。ＡＲＩＮＣバス上の如何なる情報も表示できる。

カメラ４０，４８からの画像が画像処理装置８８に送られ，この画像処理装置８８は，ＡＲＩＮＣバスにより提供された情報を組み合わせ，合成画像を提供する。この合成画像が，仮想現実ゴーグル８２の画面上に表示される。単一の押しボタンスイッチ９２が設けられており，このスイッチを押すことにより，操縦士は異なる画像構成，例えばカメラ４０，４８だけにより提供されるビュー，アビオニクスシステムだけにより提供されるビュー，又はカメラとアビオニクスシステムの間の組み合わせを選択できる。温度センサ９４は操縦室内の温度情報を提供する。電池パック９６と電力変換器９８はシステム８０が必要とする電力を提供する。

システム８０は，該システム８０を収容する筐体からゴーグル８２が取り出された時に引っ張られる引き綱により作動されてもよい。バックアップとして，並びに，システムをテストするために手動スイッチも設けてもよい。

アビオニクスシステムは，空港の周囲や飛行径路に沿った地形等のＧＰＳ地形情報も提供できるため，システム８０は，カメラ４０により提供される情報がアビオニクスシステムによっても提供されるか，或いはＡＲＩＮＣバスから得られる情報がカメラ４８によっても提供される，極めて冗長なシステムであり，有利である。

本発明を航空機の操縦室の環境において説明したが，本発明は，潜水艦の制御ステーション，原子力発電所の制御室，又はオペレータと制御盤との間の視認性を阻害する煙が部屋内に充満した場合でもオペレータが運転を継続する必要性がある任意のその他の環境等，他の状況にも同様に適用できることを理解しなければならない。例えば，図５では，計器盤又は制御盤が，潜水艦，原子力発電所，又はその他の重要なエリア内の制御室内のオペレータステーションに配置されるであろう。この場合，オペレータステーションに煙が侵入した場合に，運転を継続するために，オペレータは計器盤又は制御盤に視覚的にアクセスできなければならない。従って，操縦室について記載した本発明は，外部を見るためのレンズ又はカメラなしでも，同様に適用できる。

対物レンズ４，２０及びカメラ４０，４８は撮像装置の例である。視認レンズ８，２４及び表示装置４６，５２は，画像視認装置の例である。

本発明を好適な設計を有するものとして記載したが，全体として発明の原理に従って更なる変形，用途及び／又は適合化が可能であり，その様な本開示からの逸脱は，本発明の分野において公知であるか慣用的に行われている範囲に入るものである限り，また記載した必須の特徴に適用できるものである限り，本発明の範囲に入ることが理解されよう。

Claims (24)

1. ａ）気密性材料により製作されると共に，離間した前面パネル及び後面パネルを備え，前記前面パネルが透明であり，前記前面パネルが計器盤への取り付けのための取付け具を備えた筐体と，
   ｂ）前記後面パネルに作動可能に取り付けられ，透明な前記前面パネルを通して計器盤を視認できるように向きが決められた第１の撮像装置と，
   ｃ）前記第１の撮像装置と作動可能に連結され，煙による緊急時に前記第１の撮像装置の撮像範囲に入る計器盤の視認を可能とするためにオペレータの眼の前に配置される第１の視認装置と
   を含む，煙による緊急時に情報に対する視覚的なアクセスをオペレータに提供するための緊急視認装置。
2. ａ）前記第１の撮像装置は第１の対物レンズを備え，
   ｂ）前記第１の視認装置は第１の視認レンズを備え，
   ｃ）前記第１の対物レンズから前記第１の視認レンズへ光を伝送するために，第１の光ファイバの一端が前記第１の対物レンズと作動可能に連結され，反対側の端が前記第１の視認レンズと作動可能に連結されている請求項１記載の緊急視認装置。
3. ａ）前記筐体は拡張された形態とコンパクトな格納形態とを有し，
   ｂ）フィルタが前記筐体に作動可能に設置され，前記筐体がその拡張形態に拡張された時に，周囲の大気を濾過すると共に，前記筐体の内部を清浄な空気で満たす請求項１記載の緊急視認装置。
4. 前記筐体は可撓性の支持体を備え，前記支持体は前記筐体をその拡張形態に拡張するように付勢されると共に，前記筐体がコンパクトな格納形態に折り畳み可能である請求項３記載の緊急視認装置。
5. 前記可撓性の支持体は，前記筐体の側壁に作動可能に取り付けられたコイルばねである請求項４記載の緊急視認装置。
6. 前記筐体は，前記筐体がその拡張形態に拡張された時に，周囲の大気が前記筐体を満たせるように前記フィルタと作動可能に連結された入口を備える請求項３記載の緊急視認装置。
7. 前記筐体は，前記計器盤の選択された部分に移動可能である請求項１記載の緊急視認装置。
8. ａ）オペレータのヘルメットに取り付け可能なアームを備えた支持構造体を更に含み，
   ｂ）前記第１の視認レンズは前記アームにより支持される請求項２記載の緊急視認装置。
9. ａ）前記第１の撮像装置は第１のカメラを備え，
   ｂ）前記第１の視認装置は，前記第１のカメラと作動可能に連結された第１の表示装置を備える請求項１記載の緊急視認装置。
10. 前記第１のカメラは，無線により前記第１の表示装置に接続される請求項９記載の緊急視認装置。
11. 前記第１のカメラから前記第１の表示装置に映像信号を伝送するために，第１の電線の一端が前記第１のカメラと作動可能に連結されており，反対側の端が前記第１の表示装置と作動可能に連結される請求項９記載の緊急視認装置。
12. ａ）航空機の操縦室の外側の物体を視認するために操縦室の風防ガラスに作動可能に取り付けられる第２の撮像装置と，
    ｂ）前記第２の撮像装置と作動可能に連結されると共に，前記第２の撮像装置の撮像範囲に入る物体をオペレータが視認できるように前記オペレータの眼に装着される前記第２の視認装置と
    を更に含む請求項１記載の緊急視認装置。
13. ａ）前記第２の撮像装置は，前記操縦室の外側の物体を視認できるように向きが決められた第２の対物レンズを備え，
    ｂ）前記第２の視認装置は，前記第２の対物レンズの視野に入る物体を視認するための第２の視認レンズ備え，
    ｃ）前記第２の対物レンズから前記第２の視認レンズに光を伝送するために，第２の光ファイバの一端が前記第２の対物レンズと作動可能に連結され，反対側の端が前記第２の視認レンズと作動可能に連結される請求項１２記載の装置。
14. ａ）オペレータのヘルメットに取り付け可能なアームを備えた支持構造体を更に含み，
    ｂ）前記第１の撮像装置は第１の対物レンズを備え，
    ｃ）前記第１の視認装置は第１の視認レンズを備え，
    ｄ）前記第１の対物レンズから前記第１の視認レンズへ光を伝送するために，第１の光ファイバの一端が前記第１の対物レンズと作動可能に連結され，反対側の端が前記第１の視認レンズと作動可能に連結されており，
    ｅ）前記第１及び第２の視認レンズは前記アームにより支持される請求項１３記載の装置。
15. ａ）風防ガラスに取り付けるための吸引カップを更に含み，
    ｂ）前記第２の対物レンズが前記吸引カップにより支持される請求項１３記載の装置。
16. ａ）前記第２の撮像装置は第２のカメラを備え，
    ｂ）前記第２の視認装置は，前記第２のカメラにより生成された画像を表示するために前記第２カメラと作動可能に連結された第２の表示装置を備え，
    ｃ）前記第２表示装置は，オペレータの眼の前に作動可能に配置される請求項１２記載の緊急視認装置。
17. ａ）風防ガラスに取り付けるための吸引カップを更に含み，
    ｂ）前記第２のカメラが前記吸引カップにより支持される請求項１６記載の装置。
18. 前記第２のカメラは，無線により前記第２の表示装置に接続される請求項１６記載の装置。
19. 前記第２のカメラから前記第２の表示装置に映像信号を伝送するために，第２の電線の一端が前記第２のカメラと作動可能に連結されており，反対側の端が前記第２の表示装置と作動可能に連結される請求項１６記載の装置。
20. ａ）前記オペレータのヘルメットに取り付け可能なアームを備えた支持構造体を更に含み，
    ｂ）前記第１の撮像装置は第１のカメラを備え，
    ｃ）前記第１の視認装置は，前記第１のカメラと作動可能に連結された第１の表示装置を備え，
    ｄ）前記第１及び第２の表示装置は前記アームにより支持される請求項１６記載の装置。
21. ａ）表示すべき飛行データを受信するために航空機のアビオニクスシステムに作動可能に接続されたコンピュータと，
    ｂ）表示に適した前記コンピュータからのデータを処理する画像処理装置と，
    ｃ）航空機の操縦室の外側の物体を視認するために前記操縦室の風防ガラスに作動可能に取り付けられた第２のカメラとを更に含み，
    ｄ）前記第１の表示装置は前記第２のカメラと前記コンピュータとに作動可能に連結されており，前記第１の表示装置は，前記コンピュータと前記第１及び第２のカメラからのデータを表示するためにオペレータの眼の前に作動可能に配置される請求項９記載の装置。
22. 前記第１の表示装置は仮想現実ゴーグルである請求項２１記載の緊急視認装置。
23. ａ）航空機の操縦室の外側の物体を視認できるように向きが決められた第２の対物レンズと，
    ｂ）前記第２の対物レンズの視野に入る物体を視認するための第２の視認レンズと，
    ｃ）前記第２の対物レンズから前記第２の視認レンズに光を伝送するために，一端が前記第２の対物レンズと作動可能に連結され，反対側の端が前記第２の視認レンズと作動可能に連結された第２の光ファイバとを更に有し，
    ｄ）前記第２の視認レンズは，前記第２の対物レンズの視野に入る物体をオペレータが視認できるように前記オペレータの眼に作動可能に装着される請求項２記載の緊急視認装置。
24. ａ）航空機の操縦室の外側の物体を視認するために前記操縦室の風防ガラスと作動可能に取り付けられる第２のカメラと，
    ｂ）前記第２のカメラにより生成された画像を表示するために前記第２のカメラと作動可能に連結された第２の表示装置とを更に含み，前記第２の表示装置は，前記第２のカメラの画像をオペレータが視認できるように前記オペレータの眼に装着される請求項９記載の緊急視認装置。

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