JP6995900B2 - 反射低減用に設計された電子表示器 - Google Patents

Description

本発明は、電子表示器に関し、より具体的には、周辺からの水平反射の低減化を実現するような表示器に関する。

近年、クリティカルアプリケーションにおいて広域表示器（ＬＡＤ）を導入する必要性が高まっている。ＬＡＤの最も求められている用途の１つは、航空機の操縦室内である。飛行情報、運航情報、及びセンサー並びに作戦情報を表示する必要性も高く、かつ根強いものがある。従来、このような操縦室用の旧来の解決策は、幾つかの多機能表示器（ＭＦＤ）の使用であった。複数の表示器の設置の結果、表示された画像の配置及び形成は非常に硬直的なものとなっていた。表示の寸法が付与されると、それ故、情報フォーマットも付与される。この方法は、更なる画像の追加を阻む傾向がある。一方、広域表示器の導入に伴い、特定の要求に従った表示領域の動的な配置を実現するが、こうした要求は、飛行段階によって変わってくる。

航空機の操縦室内に、これまでより大型の表示器を設置すると、当該表示器によって出射される光を増加させ、航空機のキャノピーからの反射も加わる。夜間時、このような反射は、航空機キャノピー外の暗くなった光景の視界を混乱させるため望ましくない。操縦室の表示器と、設計上の操縦士の目の位置と、アイモーションボックスは、表示器が可視されうるビューイングコーンを画定している。このビューイングコーンに関して表示器から出射される光は、当該ビューイングコーンに関して表示器から到来する光の可視化が可能とならないように測定記録されているか、或いは厳格に低減されている点に注目することが重要である。

図１は、現在利用可能な技術による、このようなＬＡＤ１４を含む操縦室１０を図示する。同図に見られるように、ＬＡＤ１４から到来する光線１４Ａ－１４Ｃは、キャノピー１２によって、操縦室１０に着座している操縦士２２の両目に対しては望ましくない反射となり、この望ましくない光による混乱を招きかねない。キャノピー１２独自の形状により、１６Ａ及び１６ＢなどＬＡＤ１２から到来する反射も見難くなりうる故、操縦士又はナビゲータ２４が操縦士２２と縦列で着座している場合には、この問題はより深刻となる。

図２Ａ及び２Ｂは、従来技術による前記の反射対策を提示する既知の解決策の１つを図示する。これら表示装置２０において、光は、所定のビューイングエンベロープ４０上の表示器からの導光素子によって導かれる。通常、図２Ｂに示されるようなビューイングコーンは、観察者（例えば、操縦士）の想定しうる目の位置を画定するアイモーションボックスから、表示器２０の最悪の場合の可視化角度φ１、φ２によって画定される。このビューイングコーンは、当該表示領域の全ての単一の点に適用されるため、表示器２０から出射される光は、図２Ｂに示されるようなアイモーションボックス３０に必要な最小値よりもずっと大型のコーン４０を洗い出している。前記解決策は、表示極限領域との間の差分が相対的に小さい極小領域の表示に限って満足することが証明できる。

図３Ａは、従来技術による反射問題への別の解決策を図示する。エッジ形状の光ファイバー、例えば、３１０，３０２，３０３の束から成りうる導光媒体３００は、ビューイングコーンＡ，Ｂ，及びＣ（３０４，３０５、及び３０６）内への導光に使用される。同図に見られるように、左側の表示器から到来する光（又はバックライト）は、右側の観察者に対しコーン内に導かれる。しかし、通過する光の開口角度に限界がある光ファイバーの使用、並びに導光媒体３００の最小幅により、表示器がＬＡＤの場合、所定のアイモーションボックスにおいてコーンＡ，Ｂ、及びＣを得るのは不可能であろう。

従って、キャノピー内に配置された複数のＬＡＤが、表示面の各点で異なった可視化角度で光を出射し、実際の可視化角度上に導光することが有利となろう。

本発明の一態様は、表示器で発生し、また当該表示器周辺のキャノピーによって反射された反射を低減するシステムを提供する。本システムは、電子表示器と、所定の寸法を有するアイモーションボックス内に複数のビューイングコーンを、アイモーションボックス平面に更なるビューイングコーンが重なるように導くべく構成された導光媒体と、を含む。

本発明の実施態様のよりよく理解し、また同発明が如何に有効に実施されるかの示唆については、例示によって、添付図面を参照されたい。図中、全体を通じて同様の符号は、対応する部材又は部分を示す

先行技術による一態様を図示する広域表示器の例示的な環境を示す斜視図である。 先行技術による複数の態様を図示するブロック図である。 先行技術による複数の態様を図示するブロック図である。 先行技術による一態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による一態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による複数の態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による複数の態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による更にもう１つの態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による更にもう１つの態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による複数の態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による複数の態様を図示するブロック図である。 本発明の実施態様による更にもう１つの態様を図示するブロック図である。

本発明が実際に如何に実施されうるかについては、以下の詳細な説明とともに図面により、当業者に明らかとなる。

ここで特に図面について詳細に参照すると、上記詳述事項は、例示によるものであって、本発明の好適な実施態様の例示的な記述目的に限定され、本発明の原理及び概念的な態様を最も有効かつ即座に理解するものと思われる事柄を付与するために提示されると強調される。これに関し、本発明の基本的な理解に必要とされる以上のより詳細に本発明の構造上の細部を示すことを意図したものではなく、本発明の幾つかの形態が如何に実用化されるかについては、当該図面に沿った説明から当業者に明らかとなる。

本発明の少なくとも１つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載され、又は図面に図示される構成部材の構造及び構成の詳細に、その用途が限定されるものではないと理解されたい。本発明は、他の実施態様にも適用可能であり、或いは多様な方法で実現又は実施されるものである。また、本明細書で用いられる言い回し及び文言は、説明目的のものであって、限定と見なすものではないと理解されたい。

図３Ｂは、本発明の実施態様による一態様を図示するブロック図である。光導光媒体を有する表示器３１０は、その前方にあるアイモーションボックス７０において導かれるビューイングコーンＡ’、 Ｂ’、及びＣ’における光を、当該コーンが、その底部で重なるように出射するように構成される。この表示光出射角度は、表示面に渡って変わりうる。このため、当該表示面上の全ての点は、アイモーションボックス７０と整合する所定の角度まで光を出射する。恐らく、個々のビューイングコーン外で光が最小化されると、表示器の光は全て、操縦士の両目に向かって照らされ、最小限の光がキャノピーに当る。

本発明の幾つかの実施態様によれば、表示器の空間的に可変の照明コーンは、その表面に対してアイモーションボックス７０に整合するように付与される。この概念の多様な実施例が使用されうると理解される。幾つかの非限定の例としては、導光箔、或いはバックライト導光型照明の使用を含む。

図４Ａ及び４Ｂは、本発明の複数の実施態様による複数の態様を図示するブロック図である。表示器１１０Ａの導光媒体の配列は、その各々所定の角度で傾斜した複数のマイクロルーバー１２０の一次元配列（通常、細長い表面であるが、必ずしも矩形状ではないもの）であって、当表示器から到来する光が、それぞれ所定の角度以外の何れの角度でも当該マイクロルーバーによって遮断されるようなものとして実施されてもよい。可視化角度の変更は、上記ルーバーが、表示器の表面に沿った可視化角度の変更において構成される場合に実現されうる。このマイクロルーバー１２０の配列は、バックライト１１０及びＬＣＤセル１３０Ａの間に配置されてもよい。アイモーションボックス７０は、参考のため示される。

前記マイクロルーバーの寸法、位置、及び方向、並びに異なった可視化角度の正確な設計は、表示面全体に渡って実現されうる。これらマイクロルーバーは、非常に小型であって、その箔の全体厚は、数１０ミリ規模であると理解すべきである。

２つの異なった（又はそれ以上の箔）の重なりは、異なった軸で１つの箔を他の箔の上に光出射を位置決めさせた上で、光出射の制御が幾つかの軸（例えば、垂直及び水平）において成しうるように、光出射を制御するのに望ましいといえる。

導光を行うための別の方法は、前記マイクロルーバーや他の幾つかの導光技法同様、同様の方式で配列された特殊マイクロプリズムでも実現されうる。

全体的なビューイングコーンは、水平及び垂直ビューイングコーンの両者で満足される必要がある。繰返しになるが、これは、１つ以上の導光箔の層を使用して実現されうる。繰返しになるが、一例として、２つの異なったルーバー箔、１回の垂直方向での導光、並びに１回の水平方向での導光で、所要の全体的なビューイングコーン導光を実現する。

有利には、十分に最適化された、持続的な可変可視化角度の解決策の適用は、均一断面での導光に代用させてもよい。この場合、表示面は、２つ以上の部分に分割される一方、各部分では、それぞれ異なった導光が実施される。

前記のマイクロルーバー例において、ルーバー箔は、選択された領域内で位置決めされてもよいため、各部の導光が変更される。幾つかの実施態様において、導光箔の使用は、可変の空間輝度を有するバックライトによって更に補償されてもよい。

このような空間的に採用されたビューイングコーンを実現するための別の方法は、２つの素子、有効絞り媒体と、撮像用導光素子から成る構造体である。

図４Ｂは、本発明の複数の実施態様による別の態様を図示するブロック図である。ここでは、光学チャネル素子１２０Ａの配列は、２次元のマイクロルーバー配列となる。配列１２０Ａは、並列マイクロルーバーの第１セットと、当該第１セットに垂直な並列マイクロルーバーの第２セットと、を含む。アイモーションボックス１３０Ａ上に２次元で表示器から到来する光を導く効果を実現するため、当該マイクロルーバーのうち、それぞれ１つのマイクロルーバーは、当該表示器から到来する光が、当該マイクロルーバーによって、そのぞれぞれの所定角度以外の何れの角度でも阻止されるように、所定角度で傾斜しているため、絞り媒体として機能する。

図５は、本発明の複数の実施態様による更に別の態様を図示するブロック図である。光学構成５００は、光路を示すために離間された素子を図示する。この光学配置５００は、アイモーションボックス７０に全て面する撮像光学素子５３０（導光媒体）及びＬＣＤセル５４０に結合される絞り媒体５２０に結合されるバックライト媒体５１０を含んでもよい。

動作中、絞り媒体５２０は、バックライト５１０から並列（絞られた）光まで光線を導き屈曲させる。撮像光学素子５３０は、並列（絞られた）光を受光し、それをレンズと同様の方式でユーザ（操縦士）に向かって「集光」する。この絞り素子は、絞られた（並列）光線を効果的に生成する媒体であれば如何なるものでもよい。マイクロレンズ配列又はプレートなど如何なるものであっても、バックライト出射構造体からレンズの距離に等しい焦点距離を有するレンズと同様に機能する構造体であれば、この「集光」を実現しうる。また、これは、小さい数値の開口を有する光ファイバープレートや、鋭い切断角度を有する垂直なルーバー箔を重ねたものなど、バックライトに入射する光の出口角度を制限する標準的な構造体で発生させてもよい。実際、この絞りは、アイモーションボックスから可視化により表示器全体の可視化を実現するように、幾分の分散を許容すべく設計される。

図６は、本発明の複数の実施態様による更に別の態様を図示するブロック図である。ここでは、観察者の選択に応じ、かつ航空機の方位、照明状態、観察者の嗜好又はプロフィールなど、経時変化しうる所定のパラメータに基づいて、観察者の平面が調整又は経時変化されうる動的な実施態様が示唆されている。この目標を達成するため、このシステムは、光学チャネル素子６２０を動的に変化させるための手段６１０Ａ及び６１０Ｂであって、これらを通じて導かれる光が第２の観察者平面上で検出されるようにした手段を更に含む。この手段は、元の観察者平面の調整したもの、又は元のアイモーションボックスにより完全に非重畳化したものであってもよい。この動的な実施態様の１つの例示的な非限定の実施は、マイクロルーバーなどの形態での光学チャネル素子によるもの、並びに電子機械式のドライバー６１０Ａ及び６１０Ｂの形態で光チャネル素子を動的に偏光する手段の使用によるものである。

図７Ａ及び７Ｂは、導光媒体を実装する本発明の複数の実施態様による態様を図示する図である。例えば、導光技術において周知の方法は、ルーバー箔７００Ａ及び７００Ｂの使用である。この箔は、一定の角度を通じてのみ光が通過するのを許容する不透過の微小構造体を含んでもよい。この図では、光は、ルーバー表面１２０の角度Фのみを経て通過する。このルーパーの寸法で可視化角度を画定する。通常のルーパー箔は、広く利用可能であって、均一である。このため、出射される光は、表示面全体に渡って可視化角度に導かれるに過ぎない。

図８は、本発明の複数の実施態様による更に別の態様を図示する光学図である。上記で説明されるように、撮像用光学素子８３０は、一般的に、その表面から特定の距離及び角度まで光を集光する特殊な微小構造の素子を含んでもよい。この素子は、その最も単純な形態では、フレネルレンズであって、バックライト表面８１０及び絞り媒体８２０上で中心化されたもの、或いは、水平方向又は垂直方向或いはその両方向でオフセットしたものであってもよい。より最新の用途において、上記素子は、楕円形、双曲線、放物線など、他の形状を有し、１つ以上の集光区域を生成してもよい。また、他の撮像光学素子は、ホログラフィー箔など、同様の特徴を実現するように使用されてもよい。ＬＣＤセルは、撮像用光学素子８３０及びアイモーションボックス７０の間に配置される。

有利には、電子表示器の面積は、アイモーションボックスの面積よりも少なくとも１０倍の大きさとなる。電子表示器及び観察者平面の間で高い面積率を保つことにより、反射の低減が可能とされる。前記観察者平面を、観察者の両目のみで画定される領域に制限するように、より高い比率が設計されてもよい（より小さい観察者平面は、実用的とはいえない）。本発明は、通常寸法のＬＣＤ用に実用化されているが、その利点は、ＬＡＤ，特に、航空機の操縦室など、特に高反射の環境において非常に明白である。本発明が利点となりうる寸法率は、例えば、１対１０以上であり（これは、アイモーションボックスの領域及びＬＣＤの間の比率を表す）。

上記の説明において、一実施態様は、本発明の一例又は実施態様である。「１つの実施態様」「一実施態様」又は「幾つかの実施態様」などの言い回しは全て、必ずしも同一の実施態様を指すものとは限らない。

本発明の多様な特徴は、単一の実施態様の文脈で説明されてもよいが、これら特徴は、別途或いはいずれかの適切な組み合わせで付与されてもよい。逆に、本発明は、明瞭性のため、別々の実施態様の文脈で明細書において説明されてもよいが、単一の実施態様で実施されてもよい。

「幾つかの実施態様」、「一実施態様」、「１つの実施態様」、或いは「他の実施態様」なる各種表記を本明細書で参照することは、本実施態様に関連して説明される特定の特徴、構造、或いは特性が、少なくとも幾つかの実施態様に含まれることを意味するが、必ずしも本発明の実施態様全てとは限らない。

ここで用いられる表記及び文言は、限定と解釈されるべきものではなく、説明目的に限られるものと理解されたい。

本発明の教示の原則及び用途は、添付の説明、図面、及び例を参照してよりよく理解されうる。

ここに記載される詳細事項は、本発明の用途への限定と解釈するものではないと理解されたい。

更にまた、本発明は、多様な方法で実行又は実用化されうること、並びに本発明は、上記説明で概説されたもの以外の実施態様でも実施可能であると理解されたい。

「含む」、「備える」、「から成る」などの文言、並びにその文法上の変型は、１つ以上の構成部材、特徴、手順、或いはその整数又は集団の追加を排除するものではないこと、並びにこれら文言は、構成部材、特徴、手順、或いは整数を特定するものと解釈されると理解されたい。

本明細書又は請求項が、「更なる」部材を指している場合、その引用は、その更なる部材が複数あることを排除しないものとする。

本明細書又は請求項が、「１つの」部材を指す場合、その引用は、その部材が１つしかないと解釈されるものではない。

本明細書に構成部材、特徴、構造、或いは特性について「含まれてもよい」「含まれることもありうる」「含まれうる」或いは「含まれうるであろう」なる記述がある場合、その特定の構成部材、特徴、構造、或いは特性が含まれる必要はないと理解されたい。

請求項及び本明細書に提示される説明、例、方法、及び材料は、限定として解釈されるものではなく、説明目的に過ぎないものと解釈される。

本明細書において使用される科学技術用語の意味は、特に指定のない限り、本発明が属する分野の当業者によって共通に理解されるものとする。

本発明は、本明細書に記載されるものと等価的又は同様の方向及び物質により実験又は実用において実施されてもよい。本発明は、限られた数の実施態様に関して説明されているが、これら実施態様は、発明の範囲の限定と解釈されるものではなく、好適な実施態様の幾つかを例示したものと解釈される。また、他の考えうる変型、改変、及び適用も発明の範囲内となる。

Claims (5)

1. バックライトと絞り媒体とフレネルレンズと液晶表示（ＬＣＤ）セルとを備える電子表示器を備え、
   前記絞り媒体は、前記バックライトからの距離に等しい焦点距離を有するマイクロレンズ配列を備え、前記絞り媒体は、前記電子表示器に面する観察者のアイモーションボックスの寸法に合うように前記バックライトの出口角度を制限することにより、前記バックライトから絞られた光錐に来る光を導き、
   前記絞り媒体は、前記アイモーションボックスからの可視化により前記表示器全体からの光の可視化を可能にするように、前記絞られた光錐の分散を可能にするように設計され、
   前記フレネルレンズは、前記絞り媒体と前記ＬＣＤセルとの間に配置され、前記フレネルレンズの表面から特定の距離及び角度に前記絞られた光錐の焦点を合わせるように設計され、その領域により前記アイモーションボックスの平面が規定され、前記絞られた光錐が前記アイモーションボックスにより規定された領域から外れないことを保証し、
   前記フレネルレンズの中心は前記電子表示器の中心に対してオフセットしており、
   前記電子表示器は、広域表示器（ＬＡＤ）である、システム。
2. 前記アイモーションボックスの前記所定寸法は、動的に制御可能とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記アイモーションボックスの所定寸法は所定のパラメータに基づきリアルタイムで制御され、
   前記所定のパラメータは、観察者の嗜好と外部の照明条件と航空機の方位の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記電子表示器は、液晶表示器（ＬＣＤ）である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記電子表示器の面積は、前記アイモーションボックスの面積よりも少なくとも１０倍大きい、請求項１に記載のシステム。
   

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