JP6931983B2

JP6931983B2 - ビークルシミュレータに仮想ヘッドアップディスプレイを設けるためのシステム及び方法

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Publication number: JP6931983B2
Application number: JP2016182823A
Authority: JP
Inventors: チャールズ・エフ・ベル; デヴィッド・エム・ラセク; ニコラス・アール・フレドリック; スティーヴン・エム・ラアブ
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: US10937332B2; JP2017078849A; CN106932902A; CN106932902B; EP3159871B1; US20170110023A1; EP3159871A1

Description

本開示は、一般に仮想ヘッドアップディスプレイ（VHUD）に関し、特に、ビークルシミュレータ、とりわけフライトシミュレータのためのVHUDに関する。

航空機を操作するために訓練演習が行なわれる場合がある。これらの訓練演習は、航空機の操作に関する様々な方法及び方策をパイロットに教え込むことを含めて、航空機を操作する方法をパイロットに教示するために使用される。例えば、パイロットは、様々な事象及び状態に対する反応及び技能を向上させるために航空機内で訓練する場合がある。

フライトシミュレータを使用するなど、地上にある訓練機器を使用して多くの量の訓練が行なわれる場合がある。典型的なフライトシミュレータは、航空機を飛行させる経験をコピーする或いはシミュレートするシステムであり、実際の飛行経験を真似るように意図される。フライトシミュレータは、室内での制御及び表示から、アクチュエータに装着されるコックピットのフルサイズの複製物にまで及ぶ場合があり、アクチュエータは、パイロットによりとられる措置に応じてコックピットを動かす。これらのシミュレータは、様々な航空機システムを操作して異なる事象に反応するようにパイロット及び／又は他の乗組員に教示するための能力を与える。

フライトシミュレータを含む一部のビークルシミュレータには広角視準窓外視覚システムが設けられる。これらの従来のビークルシミュレータでは、ヘッドアップディスプレイ（HUD）操作又は能力を与えるために、広角視準視覚システムを受け入れるべく実際のHUDシステムがシミュレータに組み込まれる。実際のHUDをビークルシミュレータに組み込むにはHUD投影機装着ハードウェアが必要であり、このHUD投影機装着ハードウェアは、パイロットの基準視点で生じる視覚システムの光学的なオフセットに対応するべくヨー回転、ロール回転、及び、ピッチ回転を用いて視覚システムに対するHUD照準の正確な幾何学的位置合わせを行なうように特に設計される。HUD電子機器では、HUD画像を視覚画像と一致させるべく更なる歪み補正も受け入れられなければならない。この従来の構成は、システム全体に対して複雑さ及びコストを付加するとともに、2つの視覚システム間の本質的に異なる視差エラーをもたらす。

したがって、幅広い視野のシミュレータ視覚システムなどの従来のシミュレータ視覚システムでは、HUDを設けるときに、複雑な装着アセンブリ及び実際のHUDデバイスが必要とされる。また、実際のHUDをシミュレータに組み込む際には、幾何学的な一致及び相関する視差エラーを与えることができない。

1つの実施形態では、視覚システム光学素子を含む視覚投影機と、視覚投影機の視覚システム光学素子内に装着される仮想ヘッドアップディスプレイ（VHUD）投影機と、視覚投影機及びVHUD投影機により生成される画像を投影するように構成される投影スクリーンとを含むビークルシミュレータが提供される。また、ビークルシミュレータは、ビークルシミュレータ内に装着されるVHUDアイ基準フレームも含み、VHUDアイ基準フレームは、それを通して投影画像を見ることができるようにするべく構成される。

他の実施形態では、内部に人を受け入れるように構成されるキャビンであって、キャビンが少なくとも1つの窓を含む、キャビンと、キャビンの少なくとも1つの窓を通して人が見ることができるシミュレータにより生成される視覚画像及び仮想ヘッドアップディスプレイ（VHUD）を投影するように構成される視覚光学素子システムとを含むビークルシミュレータシステムが提供される。

他の実施形態では、シミュレータ用のシミュレーション画像を生成するための方法が提供される。方法は、視覚投影機の視覚システム光学素子内にVHUD投影機を装着するステップと、1つ以上のVHUDアイ基準フレームをシミュレータ内に装着するステップと、VHUD投影機及び視覚投影機を使用して画像を生成するステップとを含む。また、方法は、1つ以上のVHUDアイ基準フレームを通して見るための画像を表示するステップも含む。

一実施形態に係るビークルシミュレータシステムを示す図である。一実施形態に係る画像生成システムのブロック図である。一実施形態に係る仮想ヘッドアップディスプレイアイ基準システムの例示である。一実施形態に係る投影システムを示す図である。一実施形態に係るフライトシミュレータシステムを示す図である。一実施形態に係るシミュレータのキャビンシェルの一部を示す図である。一実施形態に係るシミュレータにおけるシミュレーション画像を生成するための方法のブロック図である。航空機の製造及び保守点検方法のブロック図である。航空機の概略斜視図である。

特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読むときに更に良く理解され得る。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す限りにおいて、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間、ソフトウェア要素間、又は、ハードウェア実装とソフトウェア実装との間の分割を示さない。したがって、例えば、機能ブロックのうちの1つ以上は、ハードウェアの単一の部品に或いはハードウェアの複数の部品に実装されてもよい。同様に、ソフトウェアプログラムは、スタンドアロンプログラムであってもよく、オペレーティングシステム内にサブルーチンとして組み込まれるなどしてもよい。様々な実施形態が図面に示される構成及び手段に限定されないことが理解されるべきである。

本明細書中で使用される用語「システム」、「サブシステム」、「ユニット」、又は、「モジュール」は、1つ以上の機能を果たすように動作するハードウェア及び／又はソフトウェアシステムの任意の組み合わせを含んでもよい。例えば、システム、ユニット、又は、モジュールは、コンピュータメモリなどの有形の持続性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶される命令に基づいて動作を実行するコンピュータプロセッサ、コントローラ、又は、他の論理ベースのデバイスを含んでもよい。或いは、システム、サブシステム、ユニット、又は、モジュールはハードワイヤードデバイスを含んでもよく、ハードワイヤードデバイスは、該デバイスのハードワイヤード論理に基づいて動作を実行する。添付の図に示されるシステム、サブシステム、モジュール、又は、ユニットは、ソフトウェア命令又はハードワイヤード命令、動作を実行するようにハードウェアに指示するソフトウェア、又は、これらの組み合わせに基づいて動作するハードウェアを表わしてもよい。

本明細書中で使用されるように、単数形で列挙されて単語「1つの」で始まる要素又はステップは、前記要素又はステップの複数形を排除しないように理解されるべきである。ただし、そのような排除が明確に述べられる場合を除く。また、「1つの実施形態」への言及は、挙げられた特徴も組み入れる更なる実施形態の存在を排除するように解釈されるべく意図されない。更に、反対のことが明確に述べられない限り、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性を有さない更なるそのような要素を含んでもよい。

様々な実施形態は、フライトシミュレータなどのビークルシミュレータにおける仮想HUDをもたらすためのシステム及び方法を提供する。幾つかの実施形態では、実際のHUDの属性及び光学的限界を忠実に再現するのに十分な忠実度を伴って広角視準窓外視覚システムを備えるビークルシミュレータに仮想HUDを組み込むことができる。例えば、様々な実施形態において、コンバイナ（眼に最も近いHUD要素）アセンブリは、視差及び単眼境界手がかりをオペレータに与える。また、グラフィックスコンピュータにより駆動される小型の高分解能投影機が、画像形成面を視覚システム上へ投影し、それにより、視準画像をオペレータに与える。画像は、幾つかの実施形態ではソフトウェア歪み補正アプリケーションを使用して視覚システムに適合される。

図1に示されるように、ビークルシミュレータシステム100（ビークルシミュレータ100とも称される）が航空機シミュレータとして構成されてもよい。ビークルシミュレータ100は、投影機中心線104上に設けられる視覚システム光学素子102を含み、この視覚システム光学素子102は投影スクリーン106にシミュレータ画像（例えば、窓外風景画像）を投影する。様々実施形態では、投影スクリーンが逆投影スクリーンである。キャビンシェル108が設けられ、このキャビンシェルは、航空機の実際の部分又は模造品であってもよい。図1において分かるように、視覚システム光学素子102によってシミュレータ画像が投影される投影スクリーン106へ向けてパイロット視点110が方向付けられる。本明細書中で更に詳しく論じられるように、HUD画像及び視覚画像を含む画像が、球面状の背面投影スクリーンへ投影された後、キャビンシェル108内の個人が見える球面状の視準ミラーへ投影されてもよい。

図示の実施形態では、仮想ヘッドアップディスプレイ（VHUD）投影機112が視覚システム光学素子102の内側に装着される。例えば、幾つかの実施形態において、VHUD投影機112は、視覚システム光学素子102と組み合わせて装着されるLED高分解能民生用投影機である。また、本明細書中で更に詳しく説明されるような歪み補正を行なうために事前歪み補正サブシステム114がVHUD投影機112と結合される。

1つの実施形態において、ビークルシミュレータ100は、事前歪み補正サブシステム114を使用するPCベースの事前歪み補正と、VHUD投影機112としてのLED高分解能民生用投影とを含み、これらは、コックピットをまたがる視準視覚システムへのVHUD投影の統合をもたらす。1つ以上の実施形態を実施することにより、VHUD投影機112により生成されるVHUD画像と視覚投影機116により生成される視覚画像とを融合させ、それにより、視差エラー相関（例えば、発散、収束、又は、傾斜度視差エラーの相関）を可能にするために、既存の視覚システム視準光学素子（図1では視覚システム光学素子102として示される）が使用される。また、例えば（事前歪み補正サブシステム114の）PCグラフィックス生成器における事前歪みは、VHUD画像を視覚画像に適合させる視覚システム基準試験パターンに対するHUD画像の正確な幾何学的位置合わせを可能にする。そのため、様々な実施形態において、VHUD投影機112は、視覚システム光学素子102内に装着されるとともに、位置合わせ方法を使用して視覚システム基準に合わせられ、それにより、典型的な航空機設備の許容誤差範囲内のHUD画像幾何学的精度を与える。したがって、様々な実施形態では、シミュレートHUD能力が、ビークルシミュレータ100に組み込まれ、特にフライトシミュレータ視準視覚ディスプレイシステムに組み込まれる。

様々な実施形態では、本明細書中で更に詳しく説明されるようにVHUDアイ基準フレーム118がキャビンシェル108内に位置される。VHUDアイ基準フレーム118は、現実的なHUDコンバイナシミュレーションを操作（例えばパイロット）に対して与える双眼から単眼への移行手がかりと近／遠視差とをもたらす。フライトシミュレータ用途において様々な実施形態が記載されるが、1つ以上の実施形態が望み通りに或いは必要に応じて他のビークルシミュレータで実施されてもよいことが認識されるべきである。したがって、様々な実施形態では、実際のHUDシステムの代わりに低コスト投影機を使用して与えられてもよいHUDシミュレータがビークルシミュレータのHUDに取って代わる。HUDシミュレータは、シミュレータのHUDを複製する。

ビークルシミュレータ100は、例えば航空機を飛行させて操作するように航空機搭乗員に教え込むために使用されるフライトシミュレーションシステムと併せて用いられてもよい。フライトシミュレーションシステムは、一般に、投影スクリーン106と対向するシミュレーションパイロットを含み、該パイロットは、シミュレーションシステム中に観察ボリューム内で或いは視線内で自分の頭を移動させてもよい。したがって、例えば、パイロットは、一般に実際の航空機を飛行させるパイロットにより見られ得る屋外環境をシミュレートする「窓外」シナリオを見ることができる。このコンピュータ生成シナリオは、視覚投影機116により生成される視覚画像及びVHUD投影機112により生成されるHUD視覚情報の一部として、地形、景観、人文的特性、例えば建物、ビークル、及び、パイロットのシミュレート位置付近で飛行する他のシミュレート航空機を含んでもよい。

キャビンシェル108内で、パイロットには、スロットル、フライトスティック、並びに、関連する制御器及び表示器、様々なナビゲーション、場面情報を表示する多くのヘッドダウンコックピットディスプレイなどのコックピット構成要素の配列を含む従来のコックピット又はシミュレートコックピットが与えられてもよい。しかしながら、認識すべきように、様々な実施形態では、キャビンシェル108が実際のHUDを含まない。代わりに、HUDにより従来のシミュレータ環境で表示される情報がVHUD投影機112により生成される。パイロットは、投影スクリーン106と対向する所定の観察ボリューム内に位置されてもよく、観察ボリュームは、本明細書中で更に詳しく論じられるようにVHUDアイ基準フレームを通じて観察されてもよい。

ここで、図2に関連して（図1を更に参照して）、フライトシミュレータ100の画像生成システム200について説明する。様々な図において同様の数字が同様の構成要素を表わすことに留意すべきである。画像生成システム200は、風景画像生成器202と、VHUD画像生成器204と、データベース206と、シミュレーションコントローラ208として示されるディスプレイシステムコントローラと、視覚ディスプレイシステム210とを含む。なお、視覚ディスプレイシステム210は、表示のための風景画像及びVHUD画像を投影スクリーン106上に視準するためのコリメータ212を有する視覚システム光学素子102（図1に示される）を含む。

視覚ディスプレイシステム210は、データベース206からデータを受ける風景画像生成器202及びVHUD画像生成器204に結合される。データは、オペレータの航空機のシミュレート位置に基づいて処理されてもよく、また、ディスプレイ画像の一部を表わすビデオ画像が、生成されて、キャビンシェル108（図1に示される）から観察することによりパイロットに与えられ得る。認識すべきように、風景画像生成器202及びVHUD画像生成器204はそれぞれ、投影スクリーン106上に表示するための風景画像及びVHUD画像を生成する。

様々な実施形態において、データベース206は、投影スクリーン106上に表示される画像を生み出すために風景画像生成器202及びVHUD画像生成器204によって使用されてもよい多次元構造データベースを含む。1つの実施形態において、通信リンクにわたるシミュレーションセッションの開始中にデータベース206のコンテンツがメモリ214（図2に示される構成要素のうちの1つ以上の一部を形成してもよい）へダウンロードされる。他の実施形態では、風景画像生成器202及びVHUD画像生成器204によりアクセスできてもよい中央コンピュータシステム（図示せず）内にデータベース206内のデータのコピーが与えられて保持されてもよい。更なる他の実施形態では、データベース206内のデータ（又はその一部）が中央コンピュータシステムからのシミュレーションセッション中に更新されてもよい。

画像生成システム200は、フライトシミュレーションの全体的な制御を行なうシミュレーションコントローラ208を含む。シミュレーションコントローラ208は、例えば、画像生成器202及びVHUD画像生成器204が画像を生成して投影スクリーン106が画像を表示するために必要なデータ及び情報を記憶するデータベース206へのアドレスを規定する観察位置を与えるなどして、風景画像又はVHUD画像が表示される場所を割り当てる。図2に示される様々な構成要素間の通信は、例えばイーサネット(登録商標)型通信バスなどの広帯域通信リンクを介して、或いは、幾つかの実施形態では無線通信リンクを介してもたらされてもよい。

1つの実施形態において、コリメータ212は、球面状の視準表面鏡などの視準ミラーを含む。コリメータ212は、投影スクリーンがその上に画像を投影するときに仮想画像を形成できる。投影スクリーン106はコリメータ212の有効焦点距離の倍数で位置されてもよく、それにより、そのような配置からの仮想画像は、事実上無限遠の距離から来るように見え、その結果、窓外風景が正確にシミュレートされる。

風景画像生成器202及びVHUD画像生成器204はビデオ画像を拡大してもよく、それにより、オペレータは、頭部の動きの度合いに伴って画像を見ることができる。幾つかの実施形態において、画像源は、コリメータ212を通じて或いはコリメータ212から外れて観察される際に画像表面のエッジを見ることなく何らかの横方向（右／左又は上下）の動きを可能にするために、光軸上で見るために必要とされるそれよりも大きくされてもよい。

幾つかの実施形態において、コリメータ212は、光軸がシミュレーションパイロットの方へ向けられた状態で投影スクリーン106の表面と平行に装着される。したがって、生成されて表示される画像の一部は、パイロット12が自分の頭部を移動させる或いは回転させる際の連続的な映像に対応するべく、コリメータ212を通じてパイロットにより見られる活性表示領域の部分の外側に表示されてもよい。オペレータの予期される頭部動作に対応するべく及び／又は見かけ上の仮想画像位置を無限遠又は無限遠付近に与えるべくコリメータ212の焦点距離がシミュレータの特定のサイズ、投影スクリーン106のサイズに関して最適化されてもよいことに留意すべきである。

投影スクリーン106上に表示される画像は、本明細書中に記載されるような幾つかの実施形態では球面状の視準表面鏡であるコリメータ212を介してパイロットにより見られてもよい。幾つかの実施形態における投影スクリーン106は、コリメータ212を介してパイロットにより見られる表示画像により眼がやや一点に集まる（又は平行になる）必要があるようにコリメータ212から距離を隔てて配置されて位置され、それにより、パイロットは、遠くに合焦される或いは視準される仮想画像を認識できる。したがって、画像は、パイロットと投影スクリーン106との間の距離よりも大きい場合がある距離をパイロットから隔てるように認識され得る。

幾つかの実施形態において、コリメータ212による表示画像の視準は、従来の物理的なミラー（例えば球面状の視準表面鏡など）及びビームスプリッターコリメータによってもたらされてもよい。ミラー及びビームスプリッター視準光学素子において、投影スクリーン106は、球面状の視準ミラーの曲率半径の半分に位置される。この実施形態において、ディスプレイの位置は、部分的に反射して部分的に透過するミラー（一般にビームスプリッターと称される）を使用することによってパイロットの視界の外側へ光学的に折り曲げられる。1つの実施形態では、投影スクリーン106が球面状を成し、その結果、パイロットの位置が中心光軸から離れるように移動される際に画像歪みの量が減少され或いは最小限に抑えられる。したがって、キャビンシェル108内のパイロットは、キャビンシェル108の筐体の内側から視準ミラー（コリメータ212として具現化されてもよい）上の画像を見てもよい。

ここで、図3を参照すると、VHUDアイ基準フレームシステム300の1つの実施形態がキャビンシェル（図1に示される）内に設けられてもよく、このVHUDアイ基準フレームシステム300は、一対のVHUDアイ基準フレーム302（そのそれぞれ又は両方が図1に示されるVHUDアイ基準フレーム118として具現化されてもよい）を含む。本明細書中に記載されるように、VHUDアイ基準フレーム302は、投影スクリーン106（図1に示される）上に表示される風景画像及びVHUD画像を見るパイロットに対して近／遠視差と双眼から単眼への移行手がかりとを与える。図示の実施形態において、VHUDアイ基準フレーム302は、キャビンシェル108の左座席及び右座席にいるパイロットが使用するための左座席VHUDアイ基準フレーム302及び右座席VHUDアイ基準フレーム302にそれぞれ対応する。例えば、VHUDアイ基準フレーム302は、キャビンシェル108内に移動可能に装着（例えば、延在アームに回動可能に装着）されて、キャビンシェル108内の対応する左座席及び右座席に座るパイロットの眼の高さ付近に位置合わせされてもよい。例えば、1つの実施形態において、VHUDアイ基準フレーム302は、キャビンシェル108の床から約42インチ及び46インチ離れてキャビンシェル108内に装着されてもよい。しかしながら、例えばキャビンシェル108の形態等に基づいてVHUDアイ基準フレーム302が異なる位置に装着されてもよいことが認識されるべきである。

VHUDアイ基準フレーム302は、パイロットの所定の視点の前方に位置されるように寸法付けられて形成される。例えば、1つの実施形態において、VHUDアイ基準フレーム302は、パイロットの視点の前方8〜9インチ付近に位置されるように構成される。しかしながら、VHUDアイ基準フレーム302は、例えば異なる表示要件に基づいて視点から異なる距離を隔てて位置されてもよい。また、VHUDアイ基準フレーム302は、パイロットの前方の所定の距離範囲内に位置されるように調整可能で且つ移動可能であってもよい。

VHUDアイ基準フレーム302は、開口306が貫通されて成るフレーム本体304を含む。フレーム本体304は、VHUDアイ基準フレーム302の移動及び積み込み可能にするプラスチック又は金属／合金材料（例えばワイヤフレーム）などの任意の適した材料から形成されてもよい。また、フレーム本体304のサイズ及び形状は、開口306（空きスペースを画定する）のサイズ及び形状を望み通りに或いは必要に応じて変更できるように変えられてもよい。図示の実施形態において、開口306は、約10〜12インチの長軸長さと約5〜サイズインチの短軸長さとを有する略長方形の形状を成す。

図示の実施形態におけるフレーム本体304は、制御ユニット310に接続されて制御ユニット310から延伸する支持アーム308に結合される。認識すべきように、制御ユニット310は、キャビンシェル108に対して、例えば航空機フレームに対して直接的に或いは（可動部材を介して）間接的に装着される。制御ユニット310は、投影スクリーン106上に表示される画像のための設定などの異なる表示設定を調整できるようにする制御をもたらす。図示の実施形態では、表示画像の輝度の制御を可能にするために（パイロットと対向する）制御ユニット310の前面上にノブとして輝度制御器312が設けられる。例えば、輝度制御器312は、画像が表示される明るさを調整するために制御信号を画像生成システム200（図2に示される）へ与えるポテンショメータ又はエンコーダであってもよい。輝度制御器312は、シミュレーションコントローラ208（図2に示される）におけるソフトウェア輝度乗算器を制御するように動作してもよい。輝度制御器312は、VHUD投影機112及び視覚投影機116（いずれも図1に示される）と直接的に或いは間接的に通信してもよい。

また、VHUDアイ基準フレーム302は、格納位置での（例えば、パイロットの視界から外れる上方又は側方へ移動される）動作を可能にするためにロックピン314も含む。VHUDアイ基準フレーム302が格納位置にあるときには、格納スイッチ316が作動される。したがって、図示の実施形態では、VHUDアイ基準フレーム302が格納（保管）位置にあるときに、格納スイッチ316がロック位置にあり、そのため、格納されたVHUDアイ基準フレーム302を配備位置へ解放するために強力な戻り止めが必要とされる。

認識すべきように、VHUDアイ基準フレーム302はコンバイナとして動作し、また、フレーム本体304は、ガラスのシミュレーションである開口306を画定する単なるフレームである。しかしながら、開口306内には何も存在しない。したがって、VHUDアイ基準フレーム302は、光学素子のための最終的な視準要素であるホログラフィック光学素子（例えば、図1に示される視覚システム光学素子102）を規定する。認識すべきように、VHUDアイ基準フレーム302は、キャビンシェル108内に光学素子を必要としないシステムを可能にする。

VHUDアイ基準フレーム302は、ビークルシミュレータ100を用いて現実的なシミュレート画像を見ることができるようにするために画像生成システム200と組み合わせて動作する。風景画像及びVHUD画像を表示できるようにする投影システム400の1つの実施形態が図4に示される。図示のように、この実施形態では、VHUD投影機112が視覚投影機116の上方に隣接して装着される。例えば、投影機装着台402がタレット壁404から延伸してもよく、この場合、VHUD投影機112が投影機装着台402に装着されると、VHUD投影機112が視覚投影機116のレンズ406よりも上方に位置されるようになっている。視覚投影機116に対するVHUD投影機112の位置が例えば視覚投影機116のレンズよりも下側に位置されるように変えられてもよいことに留意すべきである。様々な実施形態において、VHUD投影機112は、VHUD投影機112が該視覚投影機116の錐台410よりも僅かに上側となるように装着される。

投影機装着台402が調整可能であることに留意すべきである。例えば、幾つかの実施形態における投影機装着台402は、以下のような回転、すなわち、±10°の調整を伴う−15°（垂直）のピッチ、±5°の調整を伴う0°のヨー、及び、±5°の調整を伴う−0°のロールをもたらす。

動作時、視覚投影機116は、「世界外」視野を画定するために風景画像を生成する主キャビン視覚投影機である。例えば、視覚投影機116は、幾つかの実施形態では垂直（上／下）に20°及び垂直に（左／右）に180〜220°の風景画像を画定する、コックピットをまたがる風景を形成するべく融合される3個〜5個のチャネルを有する投影機などの任意の適したシミュレータ投影機であってもよい。

VHUD投影機112は、LED型投影機、例えばLG Electronicsから入手できるLG PF−1500投影機であってもよい。しかしながら、異なるサイズ及び形態を成すLED投影機などの異なるタイプの投影機が使用されてもよいことが認識されるべきである。

動作時、視覚投影機116及びVHUD投影機112は、逆投影スクリーン408（例えば、球面状の背面投影スクリーン）上に表示されるべき画像を生成する。1つの実施形態において、視覚投影機116は、例えば＋12°及び−19°のより小さい範囲を有するVHUD投影機112の錐台412と共に垂直に±20°広がる画像を表示する錐台410を有する。様々な実施形態において、例えば（図1に示される事前歪み補正サブシステム114の）PCグラフィックス生成器における事前歪みは、VHUD画像を視覚画像に適合させる視覚システム基準試験パターンに対するHUD画像の正確な幾何学的位置合わせを可能にする。例えば、視覚投影機116は、VHUD投影機112の試験パターンに対して位置合わせされ得る5°クロスハッチパターン基準スライドを表示してもよい。そのため、様々な試験パターンが同じ基準に対して位置合わせされてもよい。

したがって、実際のHUDデバイスの使用を伴うことなく視覚（風景／窓外）画像及びHUD画像の両方を表示するために図5に示されるようなフライトシミュレータシステム500が設けられてもよい。図5において分かるように、図示の実施形態では、現実的なシミュレート画像をパイロットの視点504から与えるために画像が逆投影スクリーン408から球面状の視準表面鏡502へ投影される。例えば、図6に示されるように、キャビンシェル108内には、複数の窓（例えば航空機コックピット窓602）を含む窓構造体600がある。VHUDアイ基準フレーム302は、該VHUDアイ基準フレーム302の開口306を通じて見るときに活性HUD領域604が画定されるようにパイロットの視点504の前方に位置される。図示の実施形態において、VHUDアイ基準フレーム302は、パイロットの視点504に対するVHUDアイ基準フレーム302の適切な位置決めを可能にするべく窓構造体600に対するVHUDアイ基準フレーム302の移動を可能にする蝶着構造体又は枢着構造体606として示される装着構造体によってキャビンシェル108に装着される。

したがって、様々な実施形態は、様々な実施形態ではVHUD投影機112であるHUD投影機が視覚投影機116の投影機中心線上で視覚システム光学素子102内に装着される、ビークルシミュレータシステムを提供する。視覚システム光学素子102内でのVHUD投影機112の位置決めは、視覚画像及びHUD画像の幾何学的な一致をもたらすとともに、VHUD構成と視覚システム形態との位置合わせを可能にする。また、事前歪み補正サブシステム114として具現化されてもよい非線形位置合わせシステムを使用して事前歪み補正が行なわれてもよい。したがって、視覚画像及びHUD画像が視準されて共形であり、この場合、画像は、視覚投影機の中心線の下方に投影される。左／右補正が本明細書中に記載されるように行なわれてもよいことに留意すべきである。

VHUDアイ基準フレーム302は、従来のコンバイナが必要とされないように視準光学素子の最終段階を規定する。VHUDアイ基準フレーム302は、視覚画像及びHUD画像を見るパイロット（又は他の個人）による適切な合焦を可能にする。例えば、VHUDアイ基準フレーム302は、2メートルを超える焦点手がかりと、30フィートを超える発散手がかりとを与えてもよい。

様々な実施形態を実施することにより、HUD画像及び視覚画像を同時に視準するために窓から外れて視準される（窓外）視覚システムが使用される。画像を事前に歪ませることにより、画像が共形にされる。また、VHUDアイ基準フレーム302は、例えば現実的な「リアルタイムの」パイロット及び副操縦士訓練シナリオを生み出すことができるように、パイロットの視界をモーションボックス内で維持するための良好な手がかりをもたらす。

ビークルシミュレータ用のシミュレーション画像を生成するための方法700が図7に示されるように提供されてもよい。方法700は、702において、視覚システム光学素子内にVHUD投影機を装着することを含む。例えば、VHUD投影機は、本明細書中に記載されるように視覚投影機の錐台よりも上側に装着されてもよい。また、方法700は、704において、1つ以上のVHUDアイ基準フレームをシミュレータ内に装着することも含む。例えば、VHUDアイ基準フレーム302は、パイロットの視点の前方に位置されるように航空機キャビンシェル内に装着されてもよい。

方法700は、VHUD投影機により生成されるVHUD画像を事前に歪ませることを更に含む。例えば、VHUD画像は、視覚画像（例えば窓外画像）と共形になるように事前に歪まされる。その後、708においてVHUD画像及び視覚画像が生成され、また、710において、VHUDアイ基準フレーム302を通じて見るためにVHUD画像及び視覚画像が表示される。すなわち、VHUDアイ基準フレーム302は、画像を見るためのモーションボックス内でパイロットの視界を維持するための視覚的手がかりを与える。

様々な実施形態は、異なるコンピュータシステムに関連して実施されてもよい。したがって、特定のコンピュータ環境又は動作環境が本明細書中に記載される場合があるが、コンピュータ環境又は動作環境は、様々な異なるコンピュータ環境又は動作環境で実際され、実行され、及び／又は、適用されてもよい動作又はプロセスを示すように意図される。

本明細書中に記載される方法の動作を説明する開示及び図面の図は、動作が実行されるべき順序を必然的に決定するように解釈されるべきでない。むしろ、1つの例示的な順序が示されるが、適切な場合には動作の順序が変更されてもよいことが理解されるべきである。したがって、特定の動作が異なる順序で或いは同時に実行されてもよい。また、開示の幾つかの態様では、本明細書中に記載される動作の全てを実行する必要があるとは限らない。

本開示の実施例は、図8に示される航空機の製造及び保守点検方法800及び図9に示される航空機900との関連で説明されてもよい。生産前の間にわたって、例示的な方法800は、航空機900の仕様及び設計802と、材料調達804とを含んでもよい。生産中、構成要素及び部分組立品の製造806と航空機900のシステム統合808とが行なわれる。その後、航空機900は、就航812するために認証及び搬送810を経由してもよい。取引先による就航の間、航空機900は、定期的な整備及び保守点検814（変更、再構成、改修などを含んでもよい）の予定が組まれる。

例示的な方法800のプロセスのそれぞれは、システム統合者、第三者、及び／又は、オペレータ（例えば、取引先）によって実行され或いは行なわれてもよい。この説明の目的のため、システム統合者は、制限なく、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含んでもよく、第三者は、制限なく、任意の数のベンダー、下請業者、及び、サプライヤーを含んでもよく、また、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事企業、保守点検機関などであってもよい。

図9に示されるように、例示的な方法800によって生産される航空機900は、複数の高レベルシステム904及び内部906を有する機体902を含んでもよい。高レベルシステム904の例は、推進システム908、電気システム910、油圧システム912、及び、環境システム914のうちの1つ以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙の例が示されるが、本原理は、例えば自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。

図示され或いは本明細書中に記載される装置及び方法は、製造及び保守点検方法800の任意の1つ以上の段階中に使用されてもよい。例えば、構成要素及び部分組立品の製造806に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機900が就航中の間に生産される構成要素又は部分組立品と同様の態様で作られ或いは製造されてもよい。また、装置、方法、又は、これらの組み合わせの1つ以上の態様は、例えば航空機900の組み立てを実質的に促進させる或いは航空機900のコストを低減することによって生産状態806，808中に利用されてもよい。同様に、例えば、制限なく、装置又は方法の実現或いはこれらの組み合わせの1つ以上の態様が利用されてもよく、その間に、航空機900が就航中、例えば整備及び保守点検814中であってもよい。

様々な構成要素、特徴、及び、機能性を含む装置及び方法の異なる例及び態様が本明細書中に開示される。本明細書中に開示される装置及び方法の様々な例及び態様が、本明細書中に開示される装置及び方法の任意の他の例及び態様の任意の構成要素、特徴、及び、機能性を任意の組み合わせで含んでもよく、また、そのような可能性の全てが本開示の思想及び範囲内に入るように意図されることが理解されるべきである。

様々な実施形態がハードウェア、ソフトウェア、又は、これらの組み合わせで実施されてもよいことに留意すべきである。様々な実施形態及び／又は構成要素、例えばモジュール、或いは、モジュール内の構成要素及びコントローラが、1つ以上のコンピュータ又はプロセッサ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）の一部として実施されてもよい。コンピュータ又はプロセッサ又はFPGAは、例えばインターネットにアクセスするために、コンピュータデバイス、入力ディスプレイ、ディスプレイユニット、及び、インタフェースを含んでもよい。コンピュータ又はプロセッサがマイクロプロセッサを含んでもよい。マイクロプロセッサが通信バスに接続されてもよい。コンピュータ又はプロセッサ又はFPGAがメモリを含んでもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ（RAM）及びリードオンリーメモリ（ROM）を含んでもよい。コンピュータ又はプロセッサ又はFPGAは、ハードディスクドライブ又は取り外し可能な記憶デバイス、例えば光ディスクドライブ等であってもよい記憶デバイスを更に含んでもよい。また、記憶デバイスは、コンピュータプログラム又は他の命令をコンピュータ又はプロセッサに取り込むための他の同様の手段であってもよい。

本明細書中で使用される用語「システム」、「サブシステム」、「回路」、「構成要素」、又は、「モジュール」は、1つ以上の機能を果たすように動作するハードウェア及び／又はソフトウェアシステムを含んでもよい。例えば、モジュール、回路、構成要素、又は、システムは、コンピュータメモリなどの有形の持続性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶される命令に基づいて動作を実行するコンピュータプロセッサ、コントローラ、又は、他の論理ベースのデバイスを含んでもよい。或いは、モジュール、回路、構成要素、又は、システムはハードワイヤードデバイスを含んでもよく、ハードワイヤードデバイスは、該デバイスのハードワイヤード論理に基づいて動作を実行する。添付の図に示されるモジュール又は回路又は構成要素は、ソフトウェア命令又はハードワイヤード命令、動作を実行するようにハードウェアに指示するソフトウェア、又は、これらの組み合わせに基づいて動作するハードウェアを表わしてもよい。

本明細書中の実施形態のブロック図は、「回路」又は「モジュール」と見なされる様々なブロックを例示する。回路又はモジュールが本明細書中に記載される動作を実行する関連する命令（例えば、コンピュータハードドライブ、ROM、RAMなどの有形の持続性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されるソフトウェア）を伴うハードウェアとして実装されてもよいことが理解されるべきである。ハードウェアは、本明細書中に記載される機能を果たすためのハードアイヤード状態機械回路を含んでもよい。随意的に、ハードウェアは、例えばマイクロプロセッサ、プロセッサ、コントローラ等の1つ以上の論理ベースのデバイスを含む及び／又は該デバイスに接続される電子回路を含んでもよい。随意的に、モジュールは、1つ以上のFPGA、特定用途向け集積回路（ASIC）、又は、マイクロプロセッサなどの処理回路を表わしてもよい。様々な実施形態における回路モジュールは、本明細書中に記載される機能を果たすために1つ以上のアルゴリズムを実行するように構成されてもよい。1つ以上のアルゴリズムは、フローチャート又は方法で明確に特定されるか否かを問わず、本明細書中に開示される実施形態の態様を含んでもよい。

本明細書中で使用される用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は、置き換え可能であるとともに、RAMメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、及び、不揮発性RAM（NVRAM）メモリを含むコンピュータによる実行のためのメモリに記憶される任意のコンピュータプログラムを含む。先のメモリタイプは、単に典型的であるにすぎず、したがって、コンピュータプログラムの記憶のために使用できるメモリのタイプに関して限定していない。

本明細書中で使用されるように、単数形で列挙されて単語「1つの（a）」又は「1つの（an）」で始まる要素又はステップは、前記要素又はステップの複数形を排除しないように理解されるべきである。ただし、そのような排除が明確に述べられる場合を除く。また、「1つの実施形態」への言及は、挙げられた特徴も組み入れる更なる実施形態の存在を排除するように解釈されるべく意図されない。更に、反対のことが明確に述べられない限り、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性を有さない更なるそのような要素を含んでもよい。

先の説明が例示的であって限定しようとするものではないことが理解されるべきである。例えば、前述の実施形態（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。加えて、特定の状況又は材料を様々な実施形態の教示内容に対してそれらの範囲から逸脱することなく適合させるべく多くの変更がなされてもよい。本明細書中に記載される材料の寸法及びタイプは様々な実施形態のパラメータを規定しようとするものであるが、実施形態は、決して限定するものではなく、典型的な実施形態である。多くの他の実施形態は、先の説明を検討すると当業者に明らかである。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲を基準にして、そのような特許請求の範囲と均等な全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む」及び「この場合（in which）」は、それぞれの用語「備える」及び／又は「この場合（wherein）」の平易な英語相当語句として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、用語「第1の」、「第2の」、及び、「第3の」等は、単に標識として使用されるにすぎず、それらの対象物に対して数値要件を課そうとするものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式で書かれておらず、35 U．S．C．§112のパラグラフ（f）に基づいて解釈されるように意図されない。ただし、そのような特許請求の範囲の限定が「〜のための手段」なる語句を明確に使用してその後に更なる構造を欠く機能の記述が続く場合を除く。

この書かれた説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む様々な実施形態を開示するとともに、任意のデバイス又はシステムを形成して使用すること、及び、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が様々な実施形態を実施できるようにする。様々な実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらの実施例が特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、或いは、それらの実施例が特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。

106 投影スクリーン
108 キャビンシェル
112 VHUD投影機
114 事前歪み補正
116 視覚投影機
202 風景画像生成器
204 VHUD画像生成器
206 データベース
208 シミュレーションコントローラ
210 視覚ディスプレイシステム
212 コリメータ
214 メモリ
402 VHUD投影機装着台
404 タレット壁

Claims

ビークルシミュレータシステムにおいて、
視覚システム光学素子を含む視覚投影機と、
前記視覚投影機の前記視覚システム光学素子内に装着される仮想ヘッドアップディスプレイ（ＶＨＵＤ）投影機と、
前記視覚投影機及び前記ＶＨＵＤ投影機により生成される画像を投影するように構成される投影スクリーンと、
ビークルシミュレータ内に装着されるＶＨＵＤアイ基準フレームであって、前記ＶＨＵＤアイ基準フレームがそれを通して投影画像を見ることができるようにするべく構成される、ＶＨＵＤアイ基準フレームと、
を備えるビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤ投影機は、前記視覚投影機の錐台よりも上側に装着されるとともに、前記ＶＨＵＤ投影機を装着するためのＶＨＵＤ投影機装着台を更に備え、前記ＶＨＵＤ投影機装着台は、装着された前記ＶＨＵＤ投影機の移動可能な調整を可能にするように構成される請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤアイ基準フレームは、前記投影画像を見るための開口が貫通されて成るフレーム本体を備え、前記開口が前記フレーム本体内の空きスペースである請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤアイ基準フレームは、前記投影画像を見るための空きスペースを内側に有するワイヤフレームを備える請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
キャビンシェルを更に備え、前記ＶＨＵＤアイ基準フレームが前記キャビンシェルに対して移動可能に装着される請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤ投影機により生成される前記画像を事前に歪ませるように構成される事前歪み補正サブシステムを更に備える請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤ投影機は、前記視覚投影機の錐台内に少なくとも部分的に投影されるＨＵＤ画像を生成するように位置合わせされる請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
前記視覚投影機がコックピットをまたがる窓外画像を生成するように構成され、前記ＶＨＵＤ投影機がＨＵＤ画像を生成するように構成される請求項１に記載のビークルシミュレータシステム。
内部に人を受け入れるように構成されるキャビンであって、前記キャビンが少なくとも１つの窓を含む、キャビンと、
前記キャビンの前記少なくとも１つの窓を通して前記人が見ることができるシミュレータにより生成される視覚画像及び仮想ヘッドアップディスプレイ（ＶＨＵＤ）を投影するように構成される視覚光学素子システムと、
を備え、
前記キャビン内に装着されるＶＨＵＤアイ基準フレームを更に備え、前記ＶＨＵＤアイ基準フレームは、その内側の空きスペースを通して投影画像及びＶＨＵＤを見ることができるようにするべく構成されるビークルシミュレータシステム。
前記ＶＨＵＤアイ基準フレームは、前記ＶＨＵＤアイ基準フレームが格納位置と配備位置との間
で移動できるように前記キャビンに移動可能に装着される請求項９に記載のビークルシミュレータシステム。
前記視覚画像を生成するように構成されるとともに前記視覚光学素子システムを有する視覚投影機であって、前記視覚画像が窓外画像である、視覚投影機と、前記視覚投影機の前記視覚光学素子システム内に装着されるとともにＶＨＵＤ画像を生成するように構成されるＶＨＵＤ投影機とを更に備える請求項９に記載のビークルシミュレータシステム。
前記窓外画像及び前記ＶＨＵＤ画像を投影するための球面状の背面投影スクリーンと、前記キャビンから見るための投影画像を表示する球面状の視準表面鏡とを更に備える請求項１１に記載のビークルシミュレータシステム。
シミュレータ用のシミュレーション画像を生成するための方法であって、
視覚投影機の視覚システム光学素子内にＶＨＵＤ投影機を装着するステップと、
１つ以上のＶＨＵＤアイ基準フレームをシミュレータ内に装着するステップと、
前記ＶＨＵＤ投影機及び前記視覚投影機を使用して画像を生成するステップと、
前記１つ以上のＶＨＵＤアイ基準フレームを通して見るための画像を表示するステップと、
を備える方法。
前記視覚投影機の錐台よりも上側に前記ＶＨＵＤ投影機を装着するステップを更に備える請求項１３に記載の方法。
前記ＶＨＵＤ投影機により生成される前記画像を事前に歪ませるステップを更に備える請求項１３に記載の方法。
前記シミュレータが航空機キャビンシェルを備え、１つ以上のＶＨＵＤアイ基準フレームを装着する前記ステップは、前記航空機キャビンシェル内に前記１つ以上のＶＨＵＤアイ基準フレームを移動可能に装着するステップを備える請求項１３に記載の方法。