JPS61194421A - デイスプレイ像供給用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ディスプレイの技術分野に係り、更に詳細に
は集光反射鏡が組込まれたヘッドアップディスプレイの
技術分野に係る。

背景技術 屈折型及び反射型のヘッドアップディスプレイはよく知
られている。成る場合に於けるこれらの機能は、航空機
のパイロットが機外の景色を観察すべ（コックビットの
外部を観察し続けている場合に、パイロットが注意を逸
らすことなくパイロットへ虚像を光学的に供給すること
である。

パイロットは自分の目の焦点を無限遠に調整した状態に
て周囲及び水平線を走査する際に、キャノピ−風防の外
の世界を像コンバイナーを経て見る。

コンバイナーは平行光線にされたディスプレイ像をパイ
ロン１〜へ向けて導（部分反躬装謂である。

同じく無限遠に焦点調整されたこの虚像はパイロットに
目の焦点調整を行わせる必要もなく機外の景色に重ね合
わされる。

像は静止焦点板と、例えばレーダにより検知された目標
物に対し航空機の砲弾を導（ための移動目標物表示器と
を含んでいる。

かかる用途に有効な像を与えるためには、高１爽の角度
忠実度が必要とされる。かかる高［σの忠実度を達成す
るためには、像の収差が］ンバイナーシステムの光学的
ＥＱ　ｉｔ　ｔこ於（ｉ↑意深（制御されどｒ番〕れば
ならない。

更に明瞭に焦点調整されｌ適正に向ｔＪられた像をパイ
ロワ１−の両眼へ同時に供給することが必要である。パ
イに１ツ１〜は光学的に無限遠の距１１１１１にある単
一の光源より来るものとして両方の像を同時に認識しな
（プればならイｔい１．さもなくば視覚的不快感や混乱
が生じる。

従来及び現在のヘットアップディスプレイに於ては、一
般に瞬間視野（ＩＦＯＶ）、ｆｕｌｌらディスプレイ上
の像についてパイロットの１１方の口により境界が郭定
される角ｔ１が実質的に大きい。ディスプレイは実際に
は更に大きい視野を右しているが、完全なディスプレイ
像を見るためにはパイ１」ットの目の位置が変化されイ
７りれば４ｆらイｊい。従つＣ本発明の目的は瞬間視野
を大きく覆ることである。何故イＴらば、このことによ
りパイロワ１〜は任意の瞬間に於てＪ、り広範囲のディ
スプレイ像を見ることができ、またパイロワ１〜がディ
スプレイ像全体を見るために必要４１頭の移動ｍが小さ
くなるからである。

ヘッドアップディスプレイの瞬間視野はパイロン１への
目に最も近接した集光要素の光学的有効用法にＪ、り制
限される。更にかかる集光要素に連続づる任意の要素は
、第一の集光要素に十分な集光力が存在する限り、第一
の要素と同一の人きざ又はこれより小さいものであって
にい。Ｆ１１１戦闘機の収容制限に適合するよう構成さ
れた従来の屈折型ヘッドアップディスプレイに於ては、
部分反則型コンバイナーは内部の光線屈曲反射鏡と同様
平坦である。パイロワ１〜の目に最す近接した集光要素
は］ンバイナーよりもパイ［１ツｌ〜より頗れた位置に
ｇ９　ｃ−ｊられた第一のレンズである。更にこのレン
ズの有効径は光線屈曲要件及び他の収容制限、特に光線
屈曲反射鏡の両側に設【プられた互いに隣接覆るレンズ
要素の間に於て相亙干渉が生じないようにする必要性に
より制限される。これらの因子に起因して瞬１７１１視
野が比較的小さくａす、このことは現代の戦闘機の］ツ
クピッ１〜に組込まれている従来の屈折型ヘッドアップ
ディスプレイの欠点の代表的＜Ｔもので・ある。

従来の反射型ヘットアップディスプレイに於ては、ディ
スプレイ而がＣＲＴの側部に設（）られた窓を経て光学
システムにより観察される非常に特殊なＣＲＴ　（陰極
線管）が必要である。このため磁気的シールディングが
不可能であり、また漂遊視野がディスプレイ上に見られ
る像を改悪１′ることを閉止するためには、一般に複雑
な自動６出し回路が必要とされる。更に従来のシステム
は視野全体に亙り効果的に補正することができない収差
を特徴とする一つのみの光学要素又は］コンバイナしか
有していない。

モのため極端な回旋状のＣＲＴ発光体面が必要であり、
これにより複Ｈな電子ビームの焦点調整及び位置決め電
子装置を組込むことが必要とされる。そのためＣＲＴが
非常に高価になり、また保守が回軸どなり、また信頼性
が悪くなる。従って５一 本発明の目的は、かかるＣＲＴを従来の型式のものと置
き換えることである。

発明の概要 本発明によれば、ヘッドアップディスプレイは湾曲した
内部反射面により与えられる集光力を有づ−る集光型コ
ンバイナーを使用する。コンバイナーの外部湾曲面は更
に像の収差を屈折式に補正し、また位置のずれを生じる
ことなく光学的無限遠に焦点調整することを可能にする
像の補償を行う。

また本発明のヘッドアップディスプレイは従来のへラド
アップディスプレイには存在しない第二の集光型内部反
射式反射鏡を使用し、該反射鏡はヘッドアップディスプ
レイシステムに通常のＣＲＴを組込むことを可能にする
。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するだめの最良の形態 第１図は第一及び第二の背面反射集光要素１７及び１８
を含む本発明による光学的構成を示している。これらの
要素はマンジャンミラーであるこどがりｒましく、航空
機２１のノーズ部２０内のＣＲＴ’　１９のアイスプレ
イ像をパイ１］ツトの［１２４へ向４，１で導くのに有
効である。パイ［１ツト又は観察名は要素１７を軽で観
察し、要素１７にＪ：り反射されたＣ　Ｆ＜　Ｔ像を観
察づるａＣｌで−「のディスプレイ像を含むこの構成は
兵器を含む武器シス７ムを導くための砲弾制御システム
の一部として好ましく使用される。

要素１７は屈折にＪ、り像の収差を部分的に補ｉ［づる
凹状の外側部分３１を含む縁二ｌンバイナーとして使用
されでいる。要素１７の内部部分反射湾曲面３３　Ｇ、
Ｉ　Ｃｒｉ’　Ｔ　像の光線を集光しぞの方向を変化さ
せる。要素１７の凸状の外面３／ＩにＪ、る屈折により
、絢へ空機２１のパイ［１ツ１へにＪ、すＩＰｉｌｌ侍
に観察される機外の損色（図示Ｕす゛）よりの光線のり
ｒＪ＋　ｔ、からざるずれが補償される。

要−りるに、パイ１−１ツ１〜が直接観察し関心を持−
）でいる実際の像、即ち機外の像と実質的に同一の光学
的距離にてディスプレイの像を虚ｔＫ＋とじて観察しく
９るにう、第一の要素１７は飛行中にパ・イ１］ットに
Ｊ二りＷ察される遠方の像を第二の要素１８Ｊζり伝達
されるディスプレイ像と結合環る。

］コンバイナの第一の要素１７は「１１１戦闘機の従来
より既存の△、ラドアップディスプレイのコンバイナー
と同様ｌあるが、パイロットにＪ：り近接して配置され
ている。第一の要素１７はその位置どの組合せに於て、
同一の空ＩＪＩに収容されるｌｎｌ折型ヘッドアップデ
ィスプレイにより得られる視野を通かに越えて瞬間視野
を増大させるに実質的に十分な集光力を有している。こ
の集光力は、ノーズ部２０に於て利用可１１ヒな収容容
積にＪ：り制限される第二の要素１ε３の刈払によって
のみ瞬間視野が制限されるよ°う選定される。

第二の要素１８は像の方向を逆転ざｌるだ）−Ｊでなく
、更に集光及び収差の補正を行う。この反射鏡の存在に
より、ＣＲＴ１９の表面板が反ＯＡ鏡１７及び１８を含
む二つの要素の相合ぜの焦点面に配置された状態にてＣ
ＲＴ１９を航空機のノーズ部２０内に配置することがで
きる。ＣＲＴ　１９　Ｊ：り光射された光は二つの要素
１７及び１８にＪ：り平行光線にされてパイ［二１ット
の目２４へ向（〕で導かれる。ＣＲ’Ｔ−の而は光学シ
ステムの他の部分に効果的に適合するＪ、う僅かに凸状
をなしている。

第二の要素１８の集光力は、ＣＲＴ　１９がノーズ部２
０内にて遠方へ移動されるのＣは＜ｒ　＜　、要素１７
と１８どの間の光線の外の領域に存在するよう選定され
、これによりシステムが＝］ンパク１〜に設甜される。

一児第二の要素１８として発散型の要素が適しているに
うに思われる。何故ならば、発散型の要素によれば焦点
面１９′が第二の要素１８より更に引離され、またぞの
収差が第一の要素１７の収差とは逆意味を有しているか
らである。しかしこの理由づ【プは誤りである。かかる
方法は、力Ｌグレン望遠鏡の場合と同様、システム全体
の焦点距離を増大させ、同一の全体視野を維持するため
には大型のＣＲＴ１９を必要とする。この問題を回避づ
べくシステムの規模を小さくすると、第一の要素１７の
直径が小さくなり、従って瞬間視野が小さくなる。瞬間
視野を部分的に回復すべく第一の要素の直径が増大され
ると、焦点距離に対づる直径の比が大ぎくなること及び
カセグレン望遠鏡の如くシステムの角度の拡大に起因し
て像のＡファキシス収差が大きくなり、ｊ、た殆どの視
野全体に亙り性１１ｈがｒ［容し輔い性能どむる。

第二の要素１８として平面鏡が使用される場合にも所要
の像の逆転が行われるが、その場合にはシステムを航空
機２１のノーズ部２０内に収容することができず、また
第一の要１１７と第二の要素１８との間の光線より完全
に外れた位置に全焦点面を適宜に位置決めすることがで
きない。更に第二の要素１８が平面鏡である場合には、
所要の収差の補正を行うことができず、従って性能が低
下し、或いは回旋状のＣＲＴ発光体面が必要である。

従って平坦ｌｅＫ第二の要素１８を使用Ｊるためには、
少なくとも一つの追加の要素（図示せず）又は恐らくは
幾つかの要素を導入して、収差の補正を行い、またＣＲ
Ｔの表面板１９′の位置に第一一第二の光線１８’の外
部に焦点面を再調整する必要がある。このことにより重
用が増大され、光学的効率が低下され、重要な容積を更
に占有η゛ることになる。

従って本発明に於ては集光型の第二の要素１８が使用さ
れる。このことにより第一の要素１７の集光ノ〕を弱め
ることができる。何故ならば、第一の要素１７及び第二
の要素１８は両者ともシステム全体の集光力を増大させ
ることに寄与するからである。またこのことにより単一
のマンジャンミラーを使用して得られる収差の調整より
・ｂ良好な収差の調整を行うことができ、更にかかる収
差の補正は非球面により、またＣＲＴの軸線に対し一方
又は両方の要素１７及び１８の光軸を傾斜（及び／又は
心ずれ）させることにＪζり改善される。

また後者の効果は第一の要素１７と第二の要素１８との
間に介装された傾斜面及び平行面（図示せず）、好まし
くは模状体ににり少くとも部分的に達成される。またか
かる構成要素は異物がヘッドアップディスプレイの内部
に侵入することを閉止するカバーとして作用する。全視
野に亙り最適の焦点を維持するためには、ＣＲＴの表面
板１９′は更に単純な球面状に湾曲されな（Ｊればなら
ない。

上述しまた第２図に示されている如く、ヘッドアップデ
ィスプレイの瞬間視野は一般にパイロットの１２４に最
も近接した光学的集光要素２７の光学的有効寸法（破線
の光学的要素２７として図示されている）によってのみ
制限される。更にこの第一の要素２７に続く任意の要素
は十分な集光力がこの第一の要素２７に存在する限り、
第一の要素と同一の大きさ又はこれより小さいものであ
ってよい。一般にパイロットの目２／４と光学システム
内の任意の軸線方向位置との間の全ての部分の焦点距離
は、第一の要素２７を越える要素が第一の要素３７より
も大きくはないにうにするためには、その位置どパイロ
ットの目２／Ｉとの間の実際の軸線方向距離よりも小さ
くな（プればならない。

この要件が適合されな【プれば、システムの瞬間視野は
パイロン１への目２４に於て第一の要素の遮られていな
い寸法により境界が郭定される角庶よりも更に小さくな
る。

第３図はＦ１１１戦闘機の収容制限に適合１−るよう構
成された従来の屈折型ヘッドアップディスプレイシステ
ムを示している。このシステムの集光要素の屈折特性に
よれば、部分反射型のコンバイナー１７は内部の光線屈
曲反射鏡１７′と同様平坦である。かくしてパイロット
の目２７Ｉに最ム近接した集光要素は第一のレンズ２７
であり、該レンズは］ンバイナーｊ；りもパイロットよ
り遠い位置に設（）られている。更にレンズ２７の有効
径は光線屈曲要件及び他の収容制限、特に光線屈曲反射
鏡１７′の両側に設けられた互いに隣接するレンズ要素
の間に於て相互干渉がないＪ：うに覆る必要性により制
限される。これらの因子に起因して瞬間視野が約１０度
の比較的小さい値になる。

このことは非常に大ぎい収容容積が得られない戦闘機の
コックビットに４込まれる従来の屈折型ヘッドアップデ
ィスプレイの欠点の代表的なものである。

第１図に示されでいる如き本発明の一つの実施例による
光学システムは、通常のＣＲＴｌ９との組合せに於て第
一の要素１７及び第二の要素１８としてマンジャンミラ
ーを使用することを含んでいる。ＣＲＴｌ　９は光学要
素に対し例えば４．５度傾斜され、球面状の表面板を有
している。かかるデザインは、オフアキシスの非点収差
及び非対称収差を最小限に抑えるべく透明のカバー又は
心ずれされ傾斜されたマンジャンミラーを含むよう最適
化され得る。

更にかかる構成は上述の実施例によれば１２゜５度の単
眼の瞬間視野を与える。更にパイロットの目を３．６分
変位させるだけで１８度の全視野を得ることができる。

光学面の一つ、好ましくは凹状のマンジャンミラーの面
の一方を非球面とすることによりオフアキシス収差を更
に低減することができる。

パイロットが自分の目の変位を更に大きくすることによ
り全視野が更に増大される（例えば４゜５インチ（Ｉｌ
ｌ）の変位により２０度の視野を達成することができる
）。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳−１４＝ 細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可
能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本弁明ににるヘッドアップディスプレイシテス
ムを示す断固的側面図である。 第２図は第１図に示されたヘッドアップディスプレイシ
ステムの瞬間視野の原ｉｌｌ！を示す断固ぐある。 第３図は平坦な］ンバイナー要素を石する屈折型ディス
プレイシステムを示す断固である。 １７・・・第一の要素、１８・・・第二の要素、１９・
・・ＣＲＴ、２０・・・ノーズ部、２１・・・航空機、
２４・・・パイロン１〜の目、２７・・・集光要素（第
一の要素）。 ３３・・・部分反射湾曲面、３４・・・外面（方式）（
自　光） 手続補正書 昭和６１年２月２８日 １、事イ′１の表示　昭和６１年特許願第０２２８０５
号２、発明の名称 ディスプレイ像供給用光学装置 ３、補正をづる者 事件どの関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国：］ネヂカツ１へ州、ハート
フォード、フィナンシャル・プラザ　１ 名　称　　コーナイテッド・チクノロシーズ・］−ボレ
イション４、代理人 居　所　　〒１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
茅場町長岡Ｌ’ル３ｒ４１ｆｆｉ話５５１−／１１７１
優先権証明書及び訳文 ６、補正の内容　別紙の通り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 観察者の方向に配置されたディスプレイの像を観察者の
   目へ供給する光学装置であって、前記ディスプレイ像を
   反射させる第一及び第二の集光手段を含む光学装置にし
   て、前記第二の集光手段は前記ディスプレイと前記第二
   の集光手段との間の間隔を低減するに有効な背面反射装
   置を有しており、前記第一の集光手段は観察者により観
   察される像を前記ディスプレイ像と結合するに有効であ
   り、観察者へ供給されるディスプレイ像は前記第二の集
   光手段により像の第二の方向転換、一層の集光、一層の
   収差の補正が行われるよう構成された光学装置。