【発明の詳細な説明】
昼／夜ヘッドアップ表示装置（ＨＵＤ）
発明の背景 発明の分野（技術分野）
本発明は視覚表示装置に関し、特に、飛行情報又は兵器情報の表示をパイロッ
トに対し投射するヘッドアップ表示装置装置及び方法に関する。背景技術
航空機の飛行が始まって以来、パイロットの目を飛行経路にとどめておくのに
加えて、飛行表示情報をパイロットに与え続けるための研究が絶えず行われてき
た。当初は、それら２つの条件は全く相反していた。近年になると、頭部装着型
ディスプレイや、パイロットの視線上にある物体に重ね合わされるディスプレイ
が急増している。
表示システムの多くは、パイロットによるヘッドアップ観察のために、ヘルメ
ットに装着されるか、もしくはスクリーン又は類似する装置に鏡映される陰極線
管（ＣＲＴ）構成を使用する。他の周知の装置は、ＣＲＴ画像を類似の観察装置
へ搬送するために光ファイバケーブルを使用することを教示している。ところが
、ＣＲＴ装置は重量や大きさなどの点で多くの欠点を有する。さらに、ＣＲＴシ
ステムは非常に高価である。これらの従来のシステムのいくつかを以下に説明す
る。
Ｖｉｚｅｎｏｒの米国特許第Ｒｅ．２８，８４７号は発光源に言及しているが
、ＣＲＴ装置である輝度レベルの低いテレビジョン（ＴＶ）システム以外の発光
源については説明していない。開示されている装置は画像をヘルメットに又はヘ
ルメットに装着された装置に重ね合わせる。表示を生成する手段の開示はない。
Ｋｉｎｄｅｒの米国特許第３，９４５，７１６号はＣＲＴ表示装置と、画像を
ホログラフィックレンズへ伝送する光ファイバケーブルとを教示している。装置
はパイロットの頭部の上方の回動アームに装着される。
Ｗｉｔｈｒｉｎｇｔｏｎの米国特許第３，９４０，２０４号は、ホログラフィ
ックレンズと関連して別のＣＲＴシステムを説明している。
Ｇａｕｔｈｉｅｒ他の米国特許第４，２６９，４７６号は、ＣＲＴと、球面ミ
ラーとを利用するヘルメット装着型表示システムを開示している。
Ｒｙｍｅｓの米国特許第３，８３３，３００号は、ＣＲＴと、光ファイバ束、
２つの放物線の形態をとるバイザとを使用する発射体の照準システムを説明して
いる。
従来のいくつかの装置では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動して、二次元表
示を生成する。Ｕｐｔｏｎ他の米国特許第４，３１１，９９９号の下で開発され
た表示システムは、二次元表示を生成するために、振動する光ファイバ繊維のク
ランプされた片持ちアレイを使用する。光ファイバ繊維のアレイは破損しやすく
、画質及び分解能の点で限界がある。
Ｄｕｆｆｙの米国特許第３，９５８，２３５号は、光ファイバケーブルの代わ
りにリードを使用する以外はＵｐｔｏｎ他に類似するシステムを開示している。
Ｐｒｉｖａｔｅ ＥｙｅTMが開発した装置は、表示を生成するために平坦な振
動ミラーを使用する。表示画像は透視性てはなく、画像発生器はユーザの視野を
さえぎる。
発明の概要
本発明によれば、回転するミラーと協働して動作される複数の光源によって画
像を生成するラスタ型表示装置及び方法を開示する。画像を表示する好ましい装
置は複数の光源と、光源からの光を受光し且つその光を反射する回転ミラーと、
光源を同期動作させる記号発生器と、回転ミラーの回転状態を監視し、記号発生
器の制御部に回転状態を報告するフィードバック構造と、回転ミラーからの反射
光を１つの面へ投射する構造とを具備する。
好ましい複数の光源は発光ダイオードから構成される。
好ましい回転ミラーは多角形から構成される。別の多角形回転ミラーは複数の
屈曲面から成る。また、回転ミラーは複数の面を持つ球から構成されていても良
い。
好ましいフィードバック構造は発光器と、光検出器とを具備する。別のフィー
ドバック構造は、回転ミラーを回転させるモータからの電磁フィードバックから
成る。
好ましい記号発生器は、回転ミラーの回転速度を制御する構造から構成される
。
反射光を投射する好ましい構造はコリメートレンズから構成される。
好ましい面は、反射光を表示すると共に、周囲光を通過させる面から構成され
る。好ましい面はコンバイナ素子から構成される。
画像を表示する好ましい方法は、複数の光源を設ける過程と、光源からの光を
受光し且つその光を反射するミラーを設ける過程と、ミラーを回転させる過程と
、記号発生器から光源を同期動作させる過程と、回転するミラーの回転状態を監
視し、記号発生器の制御部に回転状態を報告する過程と、回転するミラーからの
反射光を１つの面へ投射する過程とから成る。
複数の光源を設ける好ましい過程は、複数の発光ダイオードを設けることから
成る。
ミラーを設ける好ましい過程は、多角形を設けることから成る。あるいは、ミ
ラーを設ける過程は複数の屈曲面を設けることから成る。ミラーを設ける過程は
、複数の面を持つ球を設けることであっても良い。
回転するミラーの回転状態を監視し、記号発生器の制御部に回転状態を報告す
る好ましい過程は、発光器と、光検出器とを設けることから成る。あるいは、回
転するミラーの回転状態を監視し、記号発生器の制御部に回転状態を報告する過
程は、ミラーを回転させるモータからの電磁信号を測定することから成る。
好ましい方法は、記号発生器により回転するミラーの回転速度を制御する過程
をさらに含む。
反射光を投射する好ましい過程は、レンズを介して光をコリメートすることか
ら成る。反射光を投射する過程は、反射光を１つの面に表示し且つ周囲光を通過
させることをさらに含む。表示するための好ましい面は、コンバイナ素子から構
成される。
また、観察者の視野の中にコンバイナ素子を装着するための構造と、直線アレ
イを成す複数の光源と、光源からの光を受光し且つその光を所定の反射角で反射
する回転ミラーと、光源を同期動作させる記号発生器と、回転ミラーの回転状態
を監視し、記号発生器の制御部に回転状態を報告するフィードバック構造と、回
転ミラーからの反射光をコリメートレンズを介してコンバイナ素子へ投射する構
造とを具備する画像を表示する装置も開示されている。
コンバイナ素子を装着するための好ましい構造は、コンバイナ素子をヘルメッ
トに装着することから成る。コンバイナ素子を装着するための構造は、コンバイ
ナ素子を夜光ゴーグルに装着することから成る。
周囲光を通過させつつ、反射光を増加させるために被覆されるガラス面から成
り、ヘルメットに装着されるコンバイナ素子と、直線アレイを成す１２８個の発
光ダイオードと、発光ダイオードからの光を受光し且つその光を所定の反射角で
反射する回転多角形ミラーと、発光ダイオードを選択されたパターンで同期動作
させる記号発生器と、発光器及び光検出器から成り、回転多角形ミラーの回転状
態を監視し、記号発生器の制御部に回転状態を報告するフィードバック構造と、
回転多角形ミラーからの反射光をコンバイナ素子に投射するコリメートレンズと
を具備する画像を表示する装置が開示されている。
本発明の第１の目的は、背景シーンと組合わせて視線の中に視覚表示画像を形
成することである。
本発明の第１の利点は、ＣＲＴを利用するシステムより著しく軽量であること
である。
本発明の別の利点は、ＬＥＤを利用する他のシステムの場合のような破損しや
すい振動光ファイバケーブルをもたないことである。
本発明のさらに別の利点は、ＣＲＴを利用するシステムより著しく安価である
ことである。
本発明のその他の目的、利点及び新規な特徴、並びにその他の適用範囲は、添
付の図面と関連させた以下の詳細な説明の中で一部は明らかになり、また、以下
の説明を検討することによっても当業者には明白になるであろうし、あるいは、
本発明の実施によって習得できるであろう。本発明の目的及び利点は、添付の請
求の範囲の中で特定して指摘されている手段及び組合わせによって実現、達成で
きるであろう。
図面の簡単な説明
本明細書の中に取り入れられ且つその一部を形成する添付の図面は本発明のい
くつかの実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに有用であ
る。図面は単に本発明の好ましい一実施形態を例示するためのものであり、本発
明を限定すると解釈されるべきてはない。図面中：
図１は、本発明の好ましい装置及び方法を概略的に示す。
図２は、好ましいフィードバック装置を示す。
図３は、好ましい「透視性」ガラス面を示す。
図４は、本発明により生成される典型的な表示を示す。
図５は、回転ミラーの別の実施形態の斜視図である。
図６は、回転ミラーの別の代替実施形態である。
図７は、航空士のヘルメットに装着された発明を示す。
好ましい実施形態の説明
本発明のヘッドアップ表示装置装置及び方法は、航行データ画像又は兵器デー
タ画像などの情報をパイロットの直接視野の中に見る能力をパイロットに与える
複数のハードウェアコンポーネントを含む。さらに、装置は、「透視性」方式で
あるので、パイロットは背景シーンに表示画像を加えて見ることができる。
好ましい表示装置はユーザの頭部、ヘルメット又はパイロットの視野の中にあ
る他の構造に装着される。好ましい装置及び方法を図１に示す。図１の破線は光
路を指示している。表示画像は発光ダイオード（ＬＥＤ）の直線アレイ１０など
の可視光源のアレイによって形成される。好ましいＬＥＤアレイ１０は基板に直
線状に装着される。好ましい実施形態では、ＬＥＤアレイ１０として１２８個の
アレイを使用するが、ＬＥＤの数並びに構成はこれとは異なるものであっても良
い。
ミラー１２はＬＥＤアレイ１０に隣接して装着されており、モータ１４又は当
該技術では良く知られている他の装置により駆動される。好ましいミラー１２は
、各々の面が同じ角度を成す多角形である。ミラー面からの光の反射角４６が絶
えず変化するように回転している回転ミラー１２上にＬＥＤからの光が投射され
る。画素の二次元アレイが生成されるように、個々のＬＥＤはミラーの回転に関
して同期してストローブされる。画素の二次元アレイは、その後、コリメートレ
ンズ２４を介してコリメートされ、ガラス面２６に反射されて、所望の画像を形
成する。
ミラーの回転とＬＥＤのストローブは、ビデオ画像を生成するコンピュータ又
は他の周知の記号発生器から成る表示発生器２２により制御される。回転するミ
ラー１２とストローブされるＬＥＤの同期を実行するのは、発光器／検出器など
のフィードバック機構１６である。ミラーの回転とＬＥＤのストローブは、ビデ
オ画像を生成する記号発生器コンピュータ２２により制御される。ＬＥＤの光は
ユーザの目５２へと反射される。反射面２６は光を通過又は迂回させることがで
きるので、見るときに、背景シーンに重ね合わされた反射画像を越えて見通すこ
とができる。表示光はレンズ２４を介してコリメートされて、無限遠から来る像
を形成する。
表示品質は、多角形ミラー１２をＬＥＤのストロービングと協働して回転させ
るモータの毎分回転数（ＲＰＭ）により制御される。好ましいＲＰＭはおよそ６
００ＲＰＭであり、好ましいストローブはおよそ８０Ｈｚである。
ミラー１２の回転と個々のＬＥＤのストロービングを協調させるために、ミラ
ー１２の回転をフィードバック装置１６によって監視し、制御する。図２に示す
ような好ましいフィードバック装置は、ミラー１２に対し絶えずビームを発射す
るフィードバックＬＥＤ発光器１８である。光はミラー１２から反射されて、ト
ランジスタ検出器などの光検出装置２０に入射する。ミラー１２が回転するにつ
れて、光の反射の角度によって、トランジスタ検出器２０からパルス信号が発生
し、記号発生器２２へフィードバックされる。記号発生器２２はパルス検出器信
号を計数し、ＬＥＤアレイ１０の情報をミラー１２の回転と同期させる。
機械式カウンタ又はモータからの電磁フィードバックのような、別のフィード
バック装置１６も同様にして利用できるであろう。
ＬＥＤアレイ１０の個々のＬＥＤは、フィードバック装置１６からのフィード
バック信号を受け入れるように変形した、当該技術では良く知られている記号発
生器２２によって、同期してストローブされる。個々のＬＥＤからのストローブ
光はミラー１２から反射されて、コリメートレンズ２４によりコリメートされ、
ガラス面２６などから反射される。図３に示すような好ましいガラス面２６は、
選択的反射光学被覆膜５４で被覆されたコンバイナ素子５６である。そのような
被覆膜の使用は当該技術では良く知られている。周囲光を通過させつつ、表示光
の反射を増すために、好ましい被覆材料５４はＬＥＤの帯域幅の光を反射する。
この実施形態においては、ユーザは表示符号と背景シーンの組合わせを見ること
ができる。
ミラー１２について別の実施形態を利用することもできる。図５に示すように
ミラー１２の１つおきの面の角度をモータの駆動軸角度に関して変化させること
により、表示サイズを大きくてきる。すなわち、ストローブされたＬＥＤ１０か
らの反射光は屈曲した面から出て、より大きな表示を生成するであろう。表示サ
イズは面の角度に比例する。図６に示すように、ミラー１２のさらに別の実施形
態は、一定の数のＬＥＤに対して表示パターンを増加させるために所定の角度の
複数の面を有する球面から成る。これらの代替実施形態では、ＬＥＤアレイ１０
を構成する個々のＬＥＤの数を少なくすることができる。さらに、カラー表示の
ために、いくつかの面での反射に備えて異なる色のＬＥＤを配置できる。
図４は、好ましい実施形態により生成された典型的な表示記号２８をパイロッ
トの側から見たところを示す。
図７は、航空士のヘルメット３２に装着される表示装置３０の好ましい装着位
置を示す。表示コンバイナ素子は、表示記号がユーザの視野３４の中心に来るよ
うに位置決めされている。個人の好みに合わせて位置決めできるように、表示装
置３０は調整機構３６によって固着される。調整機構３６は、アタッチメントア
ーム３８に装着されるボール４０とソケット４２であっても良い。アライメント
が得られるまでボール４０をソケット４２の中で回動させ、アライメントされた
時点で止めねじなどで固着する。最終調整を可能にするため、アタッチメントア
ーム３８は可撓性であっても良い。
反射された記号を夜光影像システム（図示せず）の対物レンズへ導くことによ
り、夜光影像システムに表示装置３０を装着することもできる。
特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化された構成要
素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者に提供する
ために、ここでは本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、本発明は説明
し且つ図示した特定の実施形態には限定されず、特定の点で異なる機器や装置に
よって本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手続きの双方に関して、
本発明それ自体の範囲から逸脱せずに様々な変形を実行できることを理解すべき
である。本発明の変形及び変更は当業者には自明であろうし、添付の請求の範囲
においてはそのような変形及び等価物の全てを包含する。先に引用した全ての参
考文献，出願，特許及び刊行物と、対応する出願の全開示内容は、参考として本
明細書中に取り入れられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION day / night BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the heads-up display (HUD) INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a visual display device, in particular, projects to pilot an indication of the flight information or weapon information The present invention relates to a head-up display device and method. BACKGROUND ART Since the beginning of aircraft flight, in addition to keeping the pilot's eyes on the flight path, there has been continuous research to keep pilots informed of flight indications. Initially, the two conditions were completely contrary. In recent years, the number of head-mounted displays and displays superimposed on objects that are in the line of sight of the pilot are increasing rapidly. Many display systems use a cathode ray tube (CRT) configuration that is worn on a helmet or mirrored on a screen or similar device for head-up observation by a pilot. Other known devices teach the use of fiber optic cables to transport CRT images to similar viewing devices. However, CRT devices have many disadvantages in weight, size, and the like. Further, CRT systems are very expensive. Some of these conventional systems are described below. Vizenor, U.S. Pat. No. Re. No. 28,847 refers to a light-emitting source, but does not describe a light-emitting source other than a low-brightness television (TV) system that is a CRT device. The disclosed device superimposes the image on the helmet or on a device mounted on the helmet. There is no disclosure of a means for generating a display. U.S. Pat. No. 3,945,716 to Kinder teaches a CRT display and a fiber optic cable for transmitting images to a holographic lens. The device is mounted on a pivot arm above the pilot's head. U.S. Pat. No. 3,940,204 to Withrington describes another CRT system in connection with a holographic lens. U.S. Pat. No. 4,269,476 to Gautier et al. Discloses a helmet-mounted display system utilizing a CRT and a spherical mirror. Rymes U.S. Pat. No. 3,833,300 describes a projectile aiming system that uses a CRT and a fiber optic bundle, a visor in the form of two parabolas. Some conventional devices drive light emitting diodes (LEDs) to create a two-dimensional display. The display system developed under Upton et al. U.S. Pat. No. 4,311,999 uses a clamped cantilevered array of oscillating fiber optic fibers to generate a two-dimensional display. Arrays of fiber optic fibers are fragile and have limitations in image quality and resolution. Duffy U.S. Pat. No. 3,958,235 discloses a system similar to Upton et al. Except that leads are used instead of fiber optic cables. The device developed by Private Eye ™ uses a flat oscillating mirror to generate the display. The displayed image is not transparent and the image generator blocks the user's field of view. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a raster display device and method for generating an image with a plurality of light sources operated in cooperation with a rotating mirror is disclosed. A preferred device for displaying images is a plurality of light sources, a rotating mirror that receives light from the light source and reflects the light, a symbol generator that synchronizes the light sources, and monitors the rotating state of the rotating mirror to generate a symbol. A feedback structure for reporting the rotation state to the control unit of the container, and a structure for projecting the reflected light from the rotating mirror onto one surface. Preferred light sources are comprised of light emitting diodes. Preferred rotating mirrors are comprised of polygons. Another polygonal rotating mirror consists of multiple curved surfaces. Further, the rotating mirror may be constituted by a sphere having a plurality of surfaces. A preferred feedback structure comprises a light emitter and a light detector. Another feedback structure consists of electromagnetic feedback from a motor that rotates a rotating mirror. A preferred symbol generator comprises a structure for controlling the rotational speed of the rotating mirror. A preferred structure for projecting the reflected light comprises a collimating lens. Preferred surfaces are those that display reflected light and allow ambient light to pass through. The preferred surface comprises a combiner element. A preferred method of displaying an image includes providing a plurality of light sources, providing a mirror for receiving light from the light source and reflecting the light, rotating the mirror, and synchronizing the light source from the symbol generator. The process comprises the steps of: monitoring the rotating state of the rotating mirror; reporting the rotating state to the control unit of the symbol generator; and projecting the reflected light from the rotating mirror onto one surface. A preferred process for providing a plurality of light sources comprises providing a plurality of light emitting diodes. A preferred process for providing a mirror comprises providing a polygon. Alternatively, the step of providing the mirror comprises providing a plurality of curved surfaces. The step of providing the mirror may be to provide a sphere having a plurality of surfaces. A preferred process for monitoring the rotation status of the rotating mirror and reporting the rotation status to the control of the symbol generator comprises providing a light emitter and a photodetector. Alternatively, monitoring the rotation status of the rotating mirror and reporting the rotation status to the control of the symbol generator comprises measuring electromagnetic signals from a motor that rotates the mirror. The preferred method further comprises controlling the rotation speed of the rotating mirror by the symbol generator. The preferred process of projecting the reflected light consists of collimating the light through a lens. The step of projecting the reflected light further includes displaying the reflected light on one surface and passing ambient light. A preferred surface for display comprises a combiner element. Also, a structure for mounting the combiner element in the field of view of the observer, a plurality of light sources forming a linear array, a rotating mirror that receives light from the light source and reflects the light at a predetermined reflection angle, A symbol generator that operates the light source synchronously, a feedback structure that monitors the rotation status of the rotating mirror and reports the rotation status to the control unit of the symbol generator, and the reflected light from the rotating mirror to the combiner element via a collimating lens A device for displaying an image having a structure for projecting is also disclosed. A preferred structure for mounting the combiner element consists of mounting the combiner element on a helmet. The structure for mounting the combiner element consists of mounting the combiner element on luminous goggles. It consists of a glass surface that is coated to increase reflected light while passing ambient light, and is a combiner element mounted on a helmet, 128 light emitting diodes in a linear array, and receives light from the light emitting diodes. And a rotating polygon mirror for reflecting the light at a predetermined reflection angle, a symbol generator for synchronously operating the light emitting diodes in a selected pattern, a light emitting device and a photodetector, and a rotating state of the rotating polygon mirror. An apparatus for displaying an image is disclosed which includes a feedback structure for monitoring and reporting a rotation state to a control unit of a symbol generator, and a collimating lens for projecting reflected light from a rotating polygon mirror onto a combiner element. A first object of the present invention is to form a visual display image in a line of sight in combination with a background scene. A first advantage of the present invention is that it is significantly lighter than systems utilizing CRTs. Another advantage of the present invention is that it does not have a fragile vibrating fiber optic cable as in other systems utilizing LEDs. Yet another advantage of the present invention is that it is significantly less expensive than systems utilizing CRTs. Other objects, advantages and novel features of the invention, and other areas of applicability, will in part be apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, and will be considered in the following description. This will also become apparent to those skilled in the art, or may be learned by practicing the present invention. The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the instruments and combinations particularly pointed out in the appended claims. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate several embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. is there. The drawings are merely for purposes of illustrating a preferred embodiment of the present invention and should not be construed as limiting the invention. In the drawings: FIG. 1 schematically shows a preferred apparatus and method of the present invention. FIG. 2 shows a preferred feedback device. FIG. 3 shows a preferred "transparent" glass surface. FIG. 4 shows a typical display generated by the present invention. FIG. 5 is a perspective view of another embodiment of the rotating mirror. FIG. 6 is another alternative embodiment of a rotating mirror. FIG. 7 shows the invention mounted on an aviator helmet. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The head-up display device and method of the present invention includes a plurality of hardware components that provide the pilot with the ability to view information such as navigational data images or weapons data images in the pilot's direct view. In addition, the device is "transparent", so that the pilot can see the display image in addition to the background scene. The preferred display is mounted on the user's head, helmet or other structure within the pilot's field of view. A preferred apparatus and method is shown in FIG. The broken line in FIG. 1 indicates the optical path. The displayed image is formed by an array of visible light sources, such as a linear array 10 of light emitting diodes (LEDs). The preferred LED array 10 is mounted linearly on a substrate. In the preferred embodiment, 128 arrays are used as the LED array 10, but the number and configuration of the LEDs may be different. The mirror 12 is mounted adjacent to the LED array 10 and is driven by a motor 14 or other device well known in the art. The preferred mirror 12 is a polygon with each surface forming the same angle. Light from the LED is projected onto the rotating mirror 12 which is rotating such that the reflection angle 46 of the light from the mirror surface is constantly changing. The individual LEDs are strobed synchronously with respect to the rotation of the mirror so that a two-dimensional array of pixels is created. The two-dimensional array of pixels is then collimated via collimating lens 24 and reflected off glass surface 26 to form the desired image. The rotation of the mirror and the strobe of the LEDs are controlled by a display generator 22 consisting of a computer or other well-known symbol generator that produces a video image. It is a feedback mechanism 16 such as a light emitter / detector that performs the synchronization of the rotating mirror 12 and the strobed LED. Mirror rotation and LED strobes are controlled by a symbol generator computer 22 that produces a video image. The light of the LED is reflected back to the user's eye 52. The reflective surface 26 allows light to pass or bypass, so that when viewed, it is possible to see beyond the reflected image superimposed on the background scene. The display light is collimated via a lens 24 to form an image coming from infinity. The display quality is controlled by the number of revolutions per minute (RPM) of a motor that rotates the polygon mirror 12 in cooperation with the strobing of the LEDs. The preferred RPM is around 600 RPM and the preferred strobe is around 80 Hz. In order to coordinate the rotation of the mirror 12 with the strobing of the individual LEDs, the rotation of the mirror 12 is monitored and controlled by a feedback device 16. The preferred feedback device as shown in FIG. 2 is a feedback LED emitter 18 that constantly emits a beam to the mirror 12. The light is reflected from the mirror 12 and enters a light detecting device 20 such as a transistor detector. As the mirror 12 rotates, a pulse signal is generated from the transistor detector 20 and fed back to the symbol generator 22 depending on the angle of reflection of the light. The symbol generator 22 counts the pulse detector signals and synchronizes the information in the LED array 10 with the rotation of the mirror 12. Other feedback devices 16, such as electromagnetic feedback from a mechanical counter or motor, could be used as well. The individual LEDs of the LED array 10 are synchronously strobed by a symbol generator 22, well known in the art, modified to accept a feedback signal from the feedback device 16. The strobe light from each LED is reflected from the mirror 12, collimated by the collimating lens 24, and reflected from the glass surface 26 and the like. The preferred glass surface 26 as shown in FIG. 3 is a combiner element 56 coated with a selective reflective optical coating 54. The use of such coatings is well known in the art. In order to increase the reflection of the display light while passing ambient light, the preferred coating material 54 reflects light in the bandwidth of the LED. In this embodiment, the user can see the combination of the display code and the background scene. Other embodiments for the mirror 12 can be used. As shown in FIG. 5, the display size is increased by changing the angle of every other surface of the mirror 12 with respect to the drive shaft angle of the motor. That is, the reflected light from the strobed LED 10 will emerge from the curved surface, producing a larger display. The display size is proportional to the angle of the surface. As shown in FIG. 6, yet another embodiment of the mirror 12 comprises a spherical surface having a plurality of surfaces at predetermined angles to increase the display pattern for a fixed number of LEDs. In these alternative embodiments, the number of individual LEDs that make up the LED array 10 can be reduced. Further, for color display, LEDs of different colors can be arranged for reflection on several surfaces. FIG. 4 illustrates a typical display symbol 28 generated according to the preferred embodiment, as viewed from the pilot's side. FIG. 7 shows a preferred mounting position of the display device 30 mounted on the helmet 32 of the airman. The display combiner element is positioned such that the display symbol is centered on the user's field of view 34. The display device 30 is fixed by an adjustment mechanism 36 so that the display device 30 can be positioned according to personal preference. The adjusting mechanism 36 may be a ball 40 and a socket 42 mounted on the attachment arm 38. The ball 40 is rotated in the socket 42 until alignment is obtained, and is fixed with a set screw or the like at the time of alignment. Attachment arm 38 may be flexible to allow for final adjustment. The display 30 can also be mounted on a night light imaging system by directing the reflected symbols to the objective of a night light imaging system (not shown). In order to comply with patent law and to apply novel principles and to provide those of ordinary skill in the art with the information required to configure and use such specialized components as appropriate, The invention has been described in considerable detail. However, the invention is not limited to the specific embodiments described and illustrated, but rather can be practiced with different equipment and devices in certain respects, and as regards both equipment details and operating procedures, the invention itself may be It should be understood that various modifications can be made without departing from the scope of. Variations and modifications of the present invention will be obvious to those skilled in the art, and the appended claims encompass all such modifications and equivalents. The entire disclosures of all references, applications, patents, and publications cited above and the corresponding application are incorporated herein by reference.
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９６年８月１６日
【補正内容】
補正明細書（Ａ）
ァイバケーブルの代わりにリードを使用する以外はＵｐｔｏｎ他に類似するシス
テムを開示している。
Ｐｒｉｖａｔｅ ＥｙｅTMが開発した装置は、表示を生成するために平坦な振
動ミラーを使用する。表示画像は透視性ではなく、画像発生器はユーザの視野を
さえぎる。
欧州特許出願番号第０，３４７８５７号は、レーザーと、回転多角形ミラーと
を使用する表示装置を開示する。他の様々な光変調ダイミング手段が二次元画像
を形成する。
「Ａ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｉｍｐｌｅｍ
ｅｎｔ」と題された論文（１９９１年６月、Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｄｅｖｉｃｅｓａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓに掲載）は、ＬＥＤの直線ア
レイと、運動するミラーとを採用する小型表示装置を開示している。この表示装
置は観察者の頭部に配置でき、画像はその視野の中に現れる。
発明の概要
本発明によれば、回転するミラーと協働して動作される複数の光源によって画
像を生成するラスタ型表示装置及び方法を開示する。画像を表示する装置は複数
の光源と、光源からの光を受光し且つその光を反射する回転ミラーと、光源を同
期動作させる記号発生器と、回転ミラーの回転状態を監視し、記号発生器の制御
部に回転状態を報告するフィードバック構造と、回転ミラーからの反射光を１つ
の面へ投射する構造とを具備する。
本発明の第１の目的は、背景シーンと組合わせて視線の中に視覚表示画像を形
成することである。
本発明の第１の利点は、ＣＲＴを利用するシステムより著しく軽量であること
である。
本発明の別の利点は、ＬＥＤを利用する他のシステムの場合のような破損しや
すい振動光ファイバケーブルをもたないことである。
本発明のさらに別の利点は、ＣＲＴを利用するシステムより著しく安価である
ことである。
本発明のその他の目的、利点及び新規な特徴、並びにその他の適用範囲は、添
付の図面と関連させた以下の詳細な説明の中で一部は明らかになり、また、以下
の説明を検討することによっても当業者には明白になるであろうし、あるいは、
本発明の実施によって習得できるであろう。本発明の目的及び利点は、添付の請
求の範囲の中で特定して指摘されている手段及び組合わせによって実現、達成で
きるであろう。
補正明細書（Ｂ）
ミラー１２について別の実施形態を利用することもできる。図５に示すように
ミラー１２の１つおきの面の角度をモータの駆動軸角度に関して変化させること
により、表示サイズを大きくできる。すなわち、ストローブされたＬＥＤ１０か
らの反射光は屈曲した面から出て、より大きな表示を生成するであろう。表示サ
イズは面の角度に比例する。図６に示すように、ミラー１２のさらに別の実施形
態は、一定の数のＬＥＤに対して表示パターンを増加させるために所定の角度の
複数の面を有する球面から成る。これらの代替実施形態では、ＬＥＤアレイ１０
を構成する個々のＬＥＤの数を少なくすることができる。さらに、カラー表示の
ために、いくつかの面での反射に備えて異なる色のＬＥＤを配置できる。
図４は、好ましい実施形態により生成された典型的な表示記号２８をパイロッ
トの側から見たところを示す。
図７は、航空士のヘルメット３２に装着される表示装置３０の好ましい装着位
置を示す。表示コンバイナ素子は、表示記号がユーザの視野３４の中心に来るよ
うに位置決めされている。個人の好みに合わせて位置決めできるように、表示装
置３０は調整機構３６によって固着される。調整機構３６は、アタッチメントア
ーム３８に装着されるボール４０とソケット４２であっても良い。アライメント
が得られるまでボール４０をソケット４２の中で回動させ、アライメントされた
時点で止めねじなどで固着する。最終調整を可能にするため、アタッチメントア
ーム３８は可撓性であっても良い。
反射された記号を夜光影像システム（図示せず）の対物レンズへ導くことによ
り、夜光影像システムに表示装置３０を装着することもできる。補正請求の範囲
１．ヘルメット（３２）を身につけている乗物のパイロットに対し画像を表示
する装置において、
複数の光源（１０）；
前記光源（１０）からの光を受光し且つその光を反射する回転ミラー手段（
１２）；
遠隔情報源から画像情報を受信し、前記光源を同期動作させる記号発生器手
段（２２）；
前記回転ミラー手段の回転状態を監視し、前記回転状態を前記記号発生器手
段の制御部に報告するフィードバック手段（１６）；及び
前記回転ミラー手段からの前記反射光を投射する手段（２４）を具備したパ
イロットへのヘルメット（３２）に装着される画像生成装置と、
パイロットの視野の中にあり、パイロットが乗物の外側を観察できるようにし
つつ、前記反射光をパイロットに対し表示する反射面（２６）と
を具備する装置。
２．前記複数の光源（１０）は発光ダイオードから構成されている請求項１記
載の発明。
３．前記回転ミラー手段（１２）は多角形である請求項１記載の発明。
４．前記回転ミラー手段（１２）は複数の屈曲した面を有する請求項１記載の
発明。
５．前記回転ミラー手段（１２）は複数の面を持つ球である請求項１記載の発
明。
６．前記フィードバック手段（１６）は発光器（１８）と、光検出器（２０）
手段とを具備する請求項１記載の発明。
７．前記フィードバック手段（１６）は、前記回転ミラー手段（１２）を回転
させるモータからの電磁フィードバック手段から構成されている請求項１記載の
発明。
８．前記符号発生器手段（２２）は、前記回転ミラー手段の回転速度を制御す
る手段から構成されている請求項１記載の発明。
９．前記反射光（２４）を投射する前記手段はコリメートレンズから構成され
ている請求項１記載の発明。
１０．前記反射面（２６）は、前記反射光を表示し且つ周囲光を通過させる面
である請求項１記載の発明。
１１．前記反射面（２６）はコンバイナ素子から構成されている請求項１１記
載の発明。
１２．前記コンバイナ素子を装着する手段は、前記コンバイナ素子を夜光ゴー
グルに装着することから成る請求項１記載の発明。[Procedural amendment] Patent Law Article 184-8 [Submission date] August 16, 1996 [Amendment] Amendment (A) A system similar to Upton et al. Except that leads are used instead of fiber cables. Has been disclosed. The device developed by Private Eye ™ uses a flat oscillating mirror to generate the display. The displayed image is not transparent and the image generator blocks the user's field of view. European Patent Application No. 0,347,857 discloses a display device using a laser and a rotating polygon mirror. Various other light modulation dimming means form a two-dimensional image. A paper entitled "A Miniature Virtual Display Implement" (published in Optoelectronics Devices and Technologies, June 1991) discloses a miniature display device employing a linear array of LEDs and a moving mirror. This display can be placed on the observer's head and the image appears in its field of view. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a raster display device and method for generating an image with a plurality of light sources operated in cooperation with a rotating mirror is disclosed. A device for displaying an image includes a plurality of light sources, a rotating mirror that receives light from the light source and reflects the light, a symbol generator that synchronously operates the light sources, and monitors a rotation state of the rotating mirror, and a symbol generator. And a structure for projecting the reflected light from the rotating mirror to one surface. A first object of the present invention is to form a visual display image in a line of sight in combination with a background scene. A first advantage of the present invention is that it is significantly lighter than systems utilizing CRTs. Another advantage of the present invention is that it does not have a fragile vibrating fiber optic cable as in other systems utilizing LEDs. Yet another advantage of the present invention is that it is significantly less expensive than systems utilizing CRTs. Other objects, advantages and novel features of the invention, and other areas of applicability, will in part be apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, and will be considered in the following description. This will also become apparent to those skilled in the art, or may be learned by practicing the present invention. The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the instruments and combinations particularly pointed out in the appended claims. Amendment (B) Another embodiment for the mirror 12 can be used. As shown in FIG. 5, the display size can be increased by changing the angle of every other surface of the mirror 12 with respect to the drive shaft angle of the motor. That is, the reflected light from the strobed LED 10 will emerge from the curved surface, producing a larger display. The display size is proportional to the angle of the surface. As shown in FIG. 6, yet another embodiment of the mirror 12 comprises a spherical surface having a plurality of surfaces at predetermined angles to increase the display pattern for a fixed number of LEDs. In these alternative embodiments, the number of individual LEDs that make up the LED array 10 can be reduced. Further, for color display, LEDs of different colors can be arranged for reflection on several surfaces. FIG. 4 illustrates a typical display symbol 28 generated according to the preferred embodiment, as viewed from the pilot's side. FIG. 7 shows a preferred mounting position of the display device 30 mounted on the helmet 32 of the airman. The display combiner element is positioned such that the display symbol is centered on the user's field of view 34. The display device 30 is fixed by an adjustment mechanism 36 so that the display device 30 can be positioned according to personal preference. The adjusting mechanism 36 may be a ball 40 and a socket 42 mounted on the attachment arm 38. The ball 40 is rotated in the socket 42 until alignment is obtained, and is fixed with a set screw or the like at the time of alignment. Attachment arm 38 may be flexible to allow for final adjustment. The display 30 can also be mounted on a night light imaging system by directing the reflected symbols to the objective of a night light imaging system (not shown). Amended Claims 1. An apparatus for displaying images to a pilot of a vehicle wearing a helmet (32), comprising: a plurality of light sources (10); rotating mirror means (12) for receiving light from the light sources (10) and reflecting the light. Symbol generator means (22) for receiving image information from a remote information source and synchronizing the light source; monitoring a rotation state of the rotating mirror means; and transmitting the rotation state to a control unit of the symbol generator means. An image generator mounted on a helmet to a pilot (32), comprising feedback means (16) for reporting; and means (24) for projecting the reflected light from the rotating mirror means; A reflective surface (26) for displaying the reflected light to the pilot while allowing the pilot to observe the outside of the vehicle. 2. The invention according to claim 1, wherein said plurality of light sources (10) comprise light emitting diodes. 3. 2. The invention according to claim 1, wherein said rotating mirror means (12) is polygonal. 4. 2. The invention according to claim 1, wherein said rotating mirror means (12) has a plurality of curved surfaces. 5. 2. The invention according to claim 1, wherein said rotating mirror means (12) is a sphere having a plurality of surfaces. 6. 2. The invention according to claim 1, wherein said feedback means (16) comprises a light emitter (18) and a light detector (20) means. 7. The invention according to claim 1, wherein said feedback means (16) comprises electromagnetic feedback means from a motor for rotating said rotating mirror means (12). 8. 2. The invention according to claim 1, wherein said code generator means comprises means for controlling a rotation speed of said rotating mirror means. 9. 2. The invention according to claim 1, wherein said means for projecting said reflected light comprises a collimating lens. 10. The invention according to claim 1, wherein the reflection surface (26) is a surface that displays the reflected light and allows ambient light to pass. 11. The invention according to claim 11, wherein said reflecting surface (26) comprises a combiner element. 12. 2. The invention of claim 1, wherein said means for mounting said combiner element comprises mounting said combiner element on luminescent goggles.
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フロントページの続き
(72)発明者 レニッグ，ロナルド・エス
アメリカ合衆国 87048 ニューメキシコ
州・コラレス・ピーオーボックス2715・
（番地なし)────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Renig, Ronald S.
United States 87048 New Mexico
State, Corrales P.O.Box 2715
(No address)