JPH0339924A - ヘルメットに取着のデイスプレイ装置 - 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】 ［産業上の利用分野で 本発明はヘルメットに取着のディスプレイに関し、かつ
より詳細には２つの交換可能な光学アイピースを有する
ヘルメツ；・に取着のディスプレイに関する。

［従来の技術］ 最新の高性能航空機および回転翼航空機におけるヘルメ
ットに取着のディスプレイ（１−ＩＭＤ）の使用は良く
知られている。これらの航空機の増大する複雑さは多数
の供給源からの飛行データを目視で判断するようなパイ
ロットの工１担を増加させることとなっている。ｔｌ　
Ｍ　Ｏは目標捕捉および火器投射のごどきパイロットの
仕：リエに不可欠な情報の表示をパイロットの前方視界
に供給することに上りこの負担をＦ４減するのに役立つ
。ｔ（Ｍ　Ｄはパイロットがヘッドアップモード、すな
わち、外部風景を注視しかつ計器盤をしばしば見下ろさ
ないモードにおいて航空機を操縦するのにより多くの時
間を費やさせる。

ＨＭＤによって表示される情報は代表的には操縦および
火器攻撃目標に関する符号からなる。この符号情報は搭
載された飛行コンピュータによって陰極線管（ＣＲＴ）
に供給される。ＣＲＴ画像は次いで、代表的にはパイロ
ットの目の前方に配置された部分反射／部分透過の光学
要素を含んでいる一連の光学要素を介して投射−される
。時折ｒ結合子ｊとして言及される部分透過を通してみ
ると、パイロットは外部の１実際の世界」の風（４のこ
のパイロットの視界に投射されるＣ　Ｉｔ　’ｌ’画像
の虚像で与えられる。

パイロットが飛行している周囲光条件に依佇して、異な
る条イノ１：がｒ（Ｍ　Ｉ）の光学的設計に式かれる。

。 比較的高い輝度の昼１１；１の光（夜ｊ：１１の光Ｉこ
比較されろような）に関して、結合子はパイロットが外
部の風景ならびに投射さｔ、た符号情報を見るので、己
い透過性（透明）を持たねばならない。結果として、デ
ィスプレイ（表示）源は投射された符号のト分なコント
ラストを生ずるように高い輝度（例えば、ストロークモ
ードで書かれたＣ　Ｒ’１”　’）を持たｌコぽならな
い。夜ｆｉ訂条件に関して、ｊ裸眼コによる飛行が危険
または不可能であるとき、夜間視覚補助器具が要求され
る。現在の技術において、パイロットはナイトビジョン
ゴークル（ＮＶＧ）において使用される画像増強装置を
利用する。ＨＭ、Ｄの利点は夜間目視機能がｉ（Ｍ、　
Ｉ）光学系により迷戚占れることである。かかる使用に
関して、外部風景は、例えば前方注視赤外線装置の画像
増強テレビジョンに上って関知されることができる。こ
れらの装置の出力は電子的に処理されかつラスタモード
ＣＲ１’のごとき画像投射源に供給される。処刑はまた
外部風景の関知された画像への符号データの付加を含ん
でいる。結果として生じるＣｒｔ・１画像がＨＭ　Ｄ投
射光学背水を通してバイＤットの前方視界に投射される
。

ラスタモードＣＲＴ画像は代表的には昼間の状態に関し
てストロークで書かれ？−＝　ＣＲＴによって発生され
る目視符号情報より輝度において非常に低い（代表的な
ストロークで書かれた輝度は代表的なラスタモードの輝
度より１００倍明るくなることができる。かくして、日
中の使用に設計されへＴ（Ｍ　Ｄ　ｉ、＝使用される非
常に透過性の、部分的にのみ反射する結合子はＣＲ，Ｔ
から目へ光を転送−４るのに必然的１、−不十分である
（幾つかの代表的な結Ｃ子の設計に関Ｌ７て、ＣＲＴか
らＥ］への明るさの転送は１０％以下にすることができ
る。）。結果として、従来技術のｉ（Ｍ　Ｄ設計におい
て普通に使用される高い透過「］視視光系は夜間飛行条
件に最適ではない。夜間目視可能性に対する他のアブロ
ーヂはＨＭ　Ｉ）光学系に直接結合される画像増強装置
のヘルメット上への直接の相込みをしたらす。

このような装置はフルニエ専によって同じ口に提出され
た（代ＰＩ！人書類番号第１−１１９３６Ｇｃ）ｒヘル
メットに取着のディスプレイにおける夜間視見の直接組
込み一！と題された同一譲受人のアメリカ会衆間の同時
係属特許出願に開示されかつ要求されている。そこで、
画像増強器によって供給される輝度レベルは代表的なＣ
ＲＴラスク輝度の１％またはそ把以下であり、そして高
い透過性の目視光学系から目に等かされる輝度は、航空
機を操縦するのには非常に少なく、通常の視覚に不適切
であるかも知れない。

「発明が解決しようとする課題］ ■＝Ｉ　Ｍ　＋）の従来技術は単一の結合子のみを使用
するＪａｌ折力を何するリレー装置を使用することによ
り輝度転送の問題を解決しようとしている（例えば、ハ
ネウェルによるＩＩＩＡＤＳＳ　Ｉ−Ｉ　Ｍ　Ｄ　）。

しかしながら、これらのＨＭ　Ｄは他の問題、例えば、
リレーレンズの直径がおおきくなりかつアイレリーフリ
４゛なイつち、観！′ｆ、１１の目から最も狭いＩ−Ｉ
　Ｍ　Ｄ先生要素への距離）が短くなるということを導
く。これらの寸法は人間の頭により）Ｔ　Ｍ　Ｄに付す
される幾Ｍ学に会うｊ′うにＨＭＤを設計しようとする
とき望ましくない。

２つの完全に異なる光学系が日中および夜間双方の目視
の条件に合うように使用されること力ｆできるがこれは
高価でかつ航空機に積み込むのが困難であるかなり余分
むハードウェアを要求する。

また、昼間から夜間に繊維するとき〜・方のＨＭ　Ｉ）
から他方のＩ（Ｍ　Ｄへの切換えについて幾つかの心配
を生起する。例えば、パイロットが昼間に始動しかつ夕
暮れを介して夜間に飛行する任務にあるとき、パイロッ
トは日中のＨＭ　Ｉ）全体を夜間ＨＭＤ全体に置き換え
ねばならない。こ、の切換えは臨界の時間において発生
ずるかも知れずかつ航空機を着陸させて切換えを達成す
るようにパイロットに要求するｊ；うに面倒であるかも
知れない。

本発明の目的は、昼間および夜間の両方に共通のヘルメ
ットに取着の画像投射光学要素および１対の交換可能な
アイピースからなる装置、昼間の光条件に最適化された
第１アイビ・−スお上び夜間の光条件に最適化された第
２アイピースからなり、前記昼間のアイピースが高い透
過伝送を有しかっ外部の昼間の風景に投射された高い輝
度ストロークで書かれたデータを最初に目視するように
なされ、前記夜間のアイピースが不透過でかつ画像源か
ら目への光の有効な透過を供給し、１商記夜間のアイピ
ースが、例えばナイトビジョン（夜間視覚）ゴーグルに
使用される画像増強器によって供給されるような非常に
低い輝度画像を目視するのに使用され、それにより周囲
光条件に依存してアイピース間の交換が簡単であるヘル
メットに取着のディスプレイ装置を提供することにある
。

本発明の他の目的は非点収差、および色および球面収差
の制御のためにアイピースおよび共通のリレー光学系を
有することおよびヘルメットに取着のディスプレイ装置
全体の重屈および大きさを減じることを含んでいる。

［課題を解決するための手段］ １−、＋２課題は、本発明によれば、同視画像を発生ず
るための画像源、光軸に沿って配置されかつ人間に着装
されるヘルメットに取り付けられる光学要素の配置２か
らなり、前記配置が昼間および夜間の両方の使用に共通
である光学要素からなる第１部分をイｆし、６ｒｉ記配
置がまた第１が昼間の光の条件に最適化された光学要素
からなりかつ￥Ｓ２が夜間の使用に最適化された光学要
素からなる１対の交換可能なアイピース部分を有し、前
記対の各々が、ヘルメットに取着されるとき、画像を人
間の前方視界に呈するように光学要素の第１部分に続い
て光軸に沿って配置される人間の前方視界に画像を表示
する装置によって達成される。

［作用２ ＨＭ　Ｄ　（ヘルメットに取着のディスプレイ）はヘル
メット、画像源、リレー光学手段、アイピース手段から
なり、該アイピース手段がリレー光学手段に解放可能に
係合しかつ係合されたとき、焦点面から画像を受像して
、該画像を人間の前方視界に示すように動作する。　本
発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は添付図
面に例示されたような、その最良の実施例の詳細な説明
に鑑みてより明らかとなる。

こ実施例２ 第１図は従来技術に認められる代表的なヘルメットに取
着のディスプレイ（ＨＭＤ）１０を着装しながら最新の
高性能航空機を操縦する飛行士を示す斜視図である。Ｍ
ＩＤＩＯにおいて、飛行情報はパイロットの前方照準線
に沿って配置される部分的に透過の光学アイピース（接
眼レンズ）１１．１２によって目視される。飛行情報は
画像をアイピース１１．１２に中継する一連の光学要素
（図示せず）に１またはそれ以上のＣＲＴ（図示せず）
の画像面において供給される。ＣＲＴおよび投射光学系
はすべてヘルメットに取着されることができるか、また
は表示（ディスプレイ）要素の幾つかの部分がコックピ
ットに配置されることができる。

第１図に示した）ＩＭＤはただ昼間の光条件に関してで
ある。低輝度の夜間条件に関して、パイロットは彼が最
高の能力で航空機を操縦することができるように外部の
風景の増強された画像を要求する。この場合に、パイロ
ットは昼間のｒ−Ｉ　Ｍ　Ｄ全体を除去しかつそれを夜
間光条件のために設計されたＨ　Ｍ　Ｄ全体と己き換え
ることを要求される。

この切換えは飛行中に行なわれるとき、不便でかつ危険
である。かくして、本発明によれば、減じられた精の必
要なＨＭＤ要素切換えにより昼間むよび夜間の両方の使
用に許容するヘルメットに取着の投射光学系を有するこ
とが設けられる。

第２図は本発明による１（ＭＤ２０の好適な実施例の斜
視図を示す。ＨＭＤ２０はカリフォルニアのジエンテッ
クス社によって提供されるモデルＩ−ＩＧＵ５５のごと
き、公知の型式の飛行士のヘルメット２１の外面？こ取
着する。ヘルメットは顔面区域に近接して外面に開口を
備えている。Ｔ−ｒ　Ｍ　Ｄは、各自に対して１つの、
対応する対の同一光学要素配置２４．２５とともに２つ
のＣＲＴ画像源２２゜２３からなる。各ＣＲＴは操縦符
号情報の画像を発生する。光学要素配置を第３図の断面
図に関連してかつ光学リレーを第４および５図に関連し
て以下に詳細に説明する。各配置２４．２４は、−部分
、アルミニウム中に封入されかつＥｌ中および夜間両方
のＨＭ　Ｄ形状において使用される光学°叉累（目視で
きず）を有する「リレー光学系」部分２４ａ、２５ａ　
　からなる。各配置はまた昼間の光条件に最適化された
光学要素を有する昼間用アイピース部分２４ｂ、２５ｂ
、および夜間光条件に最適化された光学要素を有する夜
間用アイピース（図示せｆ）２４ｃ、２５ｃからなる。

昼間用アイピース２４ｂ、２５ｂは第１の交換可能な両
眼用ゴーグル構体２８ａに取り付け、そして夜間用アイ
ピース２４Ｃ１２５ｃは第２の交換可能な両眼用ゴーグ
ル構体２８ｂ（図示せず）に取り付ける。理解されるべ
ことは、ゴーグル構体２８ａ、２８ｂは同一構造であで
あるということであり、差異は第４および５図お上び表
１．Ｈに関連して後で詳述されるようにアイピース部分
からなる光学要素にある。第２図はヘルメツ１−２１か
ら分離されたゴーグル構体２８ａを備えた１１　Ｍ　Ｉ
）を示す。

ゴーグル構体は係合スライド２９．３０により各リレー
光学部分２４ａ、２５ｂと−・致させろ。公知の型式の
第１の玉戻り止め３Ｉはゴーグル構体をｆ（Ｍ　Ｄの前
方で取付はブロック３２に保持する。

ヨミ戻り止め３Ｉおよび係合スライド２９．３０はパイ
ロットがゴーグル構体をヘルメットから迅速に除去する
ことを許容する。前方取付はブロック３２はこていネジ
取付けまたは第２玉戻り止め３３を使用してヘルメット
の前方に取着する。第１０ツド３４は２つのリレー光学
部分をともに接続する。ロッド３４はヘルメットの頂部
でフック３５に係合する。第２玉戻り止め３３およびロ
ッド／フック３４／３５はパイロットがＨＭ　Ｄ　２０
全体をヘルメット２１から迅速に取り外すのを許容する
。

第２０ツド３６は前方取付はブロック３２を貫通しかつ
２つのリレー光学系部分に接続する。第１および第２０
ツド３４，３６はリレー光学系部分が水平に摺動するの
を許容し、それによりパイロットが彼の目の個々の間隔
に対してたいして２つのリレー光学系部分を一直線に整
列するのを許容する。この目の間隔は隙孔間間隔（ＩＰ
Ｉ））とて一般に言及される。第２０ツド３６は一端で
パイロットの頭の大きさのＦＬい範囲に適する、５８．
９ムいし７３．３開の範囲にわたってｒＰＤ調整を容易
にするようなノブ（図示せず）を存している。

ＩＰＩ）調整を許容するために、アイピースの光学要素
はゴーグル構体２８の分節された部分３９ａ、３９ｂに
取り付けられる。分節された部分３９ａ２３９ｂは保持
ネジ４０が緩められるとき相対的に摺動する。かくして
、ｒＰＤを調整するために、パイロットは保持ネジ４０
を緩めかつＩＰＤが彼の個々の目の間隔に対して正しく
なるまで第２０ツド３６上でノブを調整する。次いでパ
イロットは保持ネジを再び締め付ける。

第３図は光学要素配置２４．２５のいずれか一方を示す
断面図である。ＣＲＴ２２は該ＣＲＴの一部である平凹
ファイバ オプティックス面板４Ｎ二に飛行情報の目視画像を呈す
る。ＣＲＴは代表的には、カリフォルニア州カールスパ
ッドのヒユーズ・エアクラフト・カンパニーの工業製品
部門によって製造されたモデルＨ−＋　３８０の１イン
ヂ直径の小型ＣＲＴである。ＣＲＴ駆動エレクトロニク
ス（図示せず）は良く知られておりかつ航空機のコック
ビットに配置ｔ’：＋：さｒｏる。駆動エレクトロニク
スはストローク（高褌度）モードおよびラスクモードの
いずれかでＣＲＴを作動刷ることができる。ＣＲＴ画像
情報は搭載された飛行コンピュータによって駆動エレク
１−ロニクスに示される。駆動エレクトニクスは被覆さ
れた電気ケーブル４２によって０ｒ（Ｔに接続する。Ｃ
ＲＴ２２は該ＣＲＴに接着剤によって固定されたフラン
ジ４３およびリレー光学系上でネジトと結合するナツト
構体４４によってリレー光学系部分２４ａに取着する。

この取着点は割り線４６によって示されるように、リレ
ー光学系の入射開口に配置される。

光軸５０に沿って進むと、１対のガラス光学レンズ５３
．５４がＣＲＴ面板４Ｉの後ろに位置決めされる。第１
レンズ５３は機絨加工された座５５と位置決めされる。

第２レンズ５４は第１レンズに対して載置する。第１管
状スペーザ５６が第２レンズに続き、それに第３レンズ
５８、第２管状スペーサ５９、および第２対のＬｚンズ
６１，６２に続く。第１および第２レンズ対の各々から
ムる２つのレンズは通常互いに続いて位置決めされかつ
色収差を減じるように異なる型のガラスまたはプラスチ
ック材料から作られる。

割りｔｌＡ６３はリレー光学部分の物理的破断を示す。

割り線６３の左方のセグメント（分節）は割り線の右方
のセグメントに圧力嵌めされるかまたは接着剤により固
定される。レンズ保持ナツト６４はレンズ５３．５４．
５　Ｂ、６１．６２およびスペーサ５６．５９を所定位
置に保持するようにハウジング内部に位置決めされる。

背面６５に取着されるのは光軸５０をリレー光学系に下
方に向ける（折り畳む）ように使用される折り畳みミラ
ーである。該ミラー６６は低応力の取付けを提供するよ
うに当該技術において公知の通常の光学要素取付は技術
を使用して取着される。

第６レンズ６９は第２レンズ保持ナツト７０によって位
置決めされる。リレー光学系は物理的に割り線７２にお
いて終端する。割り線７２の下には昼間用アイピース２
４ｂがある。割り線はまたリレー光学系部分の中間画像
（，１，Ｉ点曲７２ａのおよびアイピースの入力開口７
２１３の配置を示すものと見むされることができる。割
り線７２の下に配置されるのは保持ナツト７５ｂにより
機械加工された座７５ａに対して位置決めされた第１ア
イピースレンズ７４である。また、アイピース内には結
合子７６およびビームスプリッタ７７がある。該ビーム
スプリッタ７７はクリップ７８ａ、７８ｂにより所定の
位置に保持される。光軸は観察者の目において焦点？９
において終端するように示めされる（すなわち、本発明
のＩ−Ｉ　Ｍ　Ｄを着装している観察者により）。理解
されることは、夜間用アイピース２５ｃからなる光学要
素が同じ型の機械加工されたざおよびほじナットニョリ
アイビース内部に４；Ｌ　ｔＲ決めされるということで
ある。

第４図は光学要素配置２４．２５の好適な実施例の光線
図形 を示ず。リレー光学系部分要素は割り線７２の」ニガに
あり、一方昼間用アイビース要素は割り線の下にある。

また、各要素の表面および要素間間隔は第４図に列挙さ
れる。

表 ■ 表■は光学要素の処方データを列挙する。左から右へ順
に列挙されるのは（１）表面数、（２）ａｓニおいて曲
率半径、（３）屈＋ｌｂの型式（ＣＶ＝凹面：ＣＸ・・
凸面）、（４）ａｓにおける次の表面または厚さに対す
る距離、（５）表面と次の表面との間の材料の型式であ
る。光学要素の型式および曲率半径は一部分非点収差お
よび球面収差を制御するように選ばれる。

かくして、第４図および表Ｉを参照すると、ＣＲＴによ
って発生される画像は４０ｍｍの曲率半径を有する平凹
（ＣＶ）ファイバーオプティクス面板４！の外面８４上
に示される。面板はほぼリレー光学系部分の入射Ｂ　４
６　ａに配置される。光線はその場合に空気を通って第
１ガラスレンズ５３の表面８５へ６１．８６３２の距離
を走行する。表Ｉに列挙されたすべての距離は各要素の
中心から測定される。８Ｊ■レンズの第１表面８５は凸
形形状および３５．４８８　ｒａｒｅの曲率半径を有す
る。また、レンズは３．０　ｍｍの厚さでありかっ門ガ
ラスから作られる。

残りの光学要素の物理的特性および空間的配置は同じ方
法において第４図および表１から決定される。

留意されるべきことは、表面が折り骨みミラーの表面で
あり、その表面はアルミニウム化された反射被覆からな
る。また、表面１００は最初に部５分的に反射する表面
＋００から費用面１０１に反射され、次いで部分的に反
射する表面から目に同かって戻り反射される、表面１０
０および＋０２によって画成されるビームスプリッタを
１Ｔ通する光によって取られる通路により表１において
２度列挙される。最初に列挙したものは表面１０１にた
いする３４．８４１１３５３　ｍｍの光線走行距離を示
し、方第２に列挙したものはビームスプリッタの３１１
１ｆｆｉのσさを示ず。また、表面＋０３は光線の出口
瞳を示す。該出口瞳は直径約８旧である。　リレー光学
系は中間画像焦点面７２ａに近接して光路中の点におい
て焦点合わせされたＣＲ７画像を発生ずるように設計さ
れる。焦点合わせされた画像は（’、　ＲＴ面板４１に
おいて画像の０．５ないし４の拡大範囲を有する。焦点
面７２ａで焦点合わせされた画像は面板から光路５０に
沿って１００ないし４００Ｉｌｌｌ１１（すなわち、リ
レー光学系の焦点長さ）の距離にある。

具間用アイピースは実質上観察者の前方視界において、
焦点面において焦点合わせ゛された画像の虚像を作り出
す。この虚像は観察者のめの焦点に現れる画像を結果ε
して生じるＩメートルから無限大の観察者のめのからの
距離に焦点合わ０゛される。か＜ｊ７て、観察者は外部
地形の観察者の視！！！）に重ゲＬされるＣ　Ｉｔ　Ｔ
によって発生された画像を見るために彼の目を再び焦点
合わせ１．ない。その虚像は１０度の目における最小対
辺をぞテする観察者の視界の１部分を２ｊめる。アイピ
ースの焦点距離は約１００ｍｆｆ１であり、面板から目
への２００ないし４００ｍｍの全体光路長さを結果とし
て生じる。

ＣＲＴ面板は小形ＣＲＴの能動画像区域である１９ｍｍ
の直径で示される。レンズ径はリレー光学系におＩする
保持を許容するように余裕を持つ光線を含むように選ば
れる。リレー光学系部分からなるレンズはすべてガラス
、すなわち、Ｆ４または溶融シリカ（ＳＩＯ，）である
。アイピース要素はすべ”ζアクリルプラスデックであ
る。プラスチック要素はＲｆｉｔかつ安全のために選ば
れた。しかなから、理解さ刺るべきこと【よ、アイピー
スレンズは本発明の範囲から逸脱することなｊ７にガラ
スにすることがで、きる。

折りイ１みミラー以外のすべての要素は公知の非反射被
息を（ｆしている。加えて、結合子７６の表面１０１お
よびビームスプリッタ７７の表面１００上の被覆は４０
０ないし７００ｒ＋ｍの波長範囲において可視光に関し
て２０むいし６０％（好適に４０％）の反射性について
調節される。ビームスプリッタおよび結合子の結果とし
て生じる部分透過性は観察者が昼間用アイピースを超え
て配置された外部風景を見ることを許容する。昼間用ア
イピースは部分透過／部分反射の光学要素の使用により
カタディオプトリックであると呼ばれることができる。

第４図における各光学要素は公知の技術を使用して表１
の処方データから構成されることができる。

第５図は夜間用アイピース２４ｃからなる光学要素の光
線図形を示す。表■１は対応する処方データを列挙する
。リレー光学系光学要素Ｃよ第４図のものと同じである
ので、表面８４むいし９６に関して表１１における見出
しくよ表１におけるものと同じである。１３Ｊ意すべき
は、要素１１４ｉ１の表面■１４は光線を全体的に反射
しかつ祝間用アイピースを超えて配置された外部風景の
光線の透過をトｒＩ止するアルミニウム化された反射面
であるということである。かくして、観察者の前方視界
に投射された画像は２０度の最小対辺をイアする観察者
の視界において角度を占める。

表　　■ 同 （ｚｍ） ４０．００００００ ３５．４８８０００ ２＋、７７００００ ３３．９９１０００ ８５　、８　？、　５０００ ２０１．９ｇ５０００ ２４．６ｊ、７０００ １７５．００００００ ５４．９４１０００ ３０．０４４０００ 足山杉式　　　　Ｂさ／距鮭　　ｐｌｌ（ｍｍ） ＣＶ　　６１．８６３２００ ＣＸ　　　３．００００００ ＣＶ　　　１．７９２３００ ＣＸ　　　６．００００００ ＣＸ　　２１．９０５６０Ｑ ＣＶ　　　５．５０００００ ＣＸ　　　５．２０９２００ ＣＸ　　　４．５０００００ ＣＸ　　　１．４３３００Ｑ ＣＭ　　　３．００００００ 空気 ４ 空気 ＳＩＯ２ 空気 ＳＩＯ２ 空気 ＳＩＯ２ 空気 ４ ９４　３８４．８５５ＱＯＱ　　ＣＸ　　３４．２９４
ＱＱＱ空気９５　　　　　　　−　１９．００００００
空気９６　２２１．８０３０００　　ＣＶ　　　５．０
００００Ｏ５Ｉ０２９７　７４．６７３０００　　ＣＸ
　　９３．００００００空気１１２　１８６３．４５７
２０１　　　ＣＸ　　　　７．０ＯＯＯＱ０　７クリル
１１３　３９．５１５０００　　ＣＸ　　２１．０００
００Ｇ空気１１４　　　　　　　−　２０．５００００
０空気１１５　　　　　　　　　　　　　　　−　　　
　４．０ＱＯＯＯＯ３’グリル１１６　８３．４７８０
００　　ＣＸ　　０．５０００００空気１１７　　　３
９．５１５０００　　　ＣＸ　　　　４．５０００００
　７クリル１１ｇ　　　　　　　　−２５，０００００
０空気０３ 第６図は割り１ａ１２３によって分離された、リレー光
学系部分ＩＪＯａおよび昼間ようアイピース１２０ｂの
選択的な実施例の光線図形を示す。

表ＩＩＩは対応する処方データを列挙する。第７図は選
択的な実施例の夜間用アイピース１２０ｃを示ず。表■
は対応する処方データを示す。選択的な実施例は完全に
通常のプラスチック光学素子から構成される。

留意されるべきことは、 選択的な実 施例が第４および５図の好適な実施例より長い光路長さ
を有するということである。

これはＣＲＴ ２２．２３およびリレー光学要素の１部分かヘルメット
の外面への最良の底金のためにヘルメットｌの背面に取
り付けられることを要求する。

表 ■ ｎ　　　　　　半径 Ｎｏ、　　　　（ｏｈｍ） ８４　　　４０．００００００ １３Ｑ　　　１４９．８８００００ １３１　　　５３．６６００００ １３２　　１１０．４４９０００ １３３　　５７．２７９０００ １３４　　　　　− １３５　３１６．７１３０Ｑ０ １３６　３２６．７９３０００ １３７　１６３．７２５０００ １３８　　４２．６９２０００ １３９　　４２．６９２０００ １４０　１３５．１５８０００ １４１　　　　− １４２　　６５．５９６０００ １４３　　５５．１３９０００ １４４　　　　− １１１Ｂ式　　　　厚さ７１Ｍ （ｓ＋＊） ＣＭ　　　４２．３６０ＯＯＯ ＣＸ　　　３．００００００ ＣＶ　　　Ｌ８　４１８４ＱＯ ＣＸ　　　７００００００ ＣＸ　　　２１．００００００ −　　４３．００００００ ＣＸ　　　４　００００００ ＣＸ　　　６９　００００００ ＣＸ　　　７００００００ ｃｘ　　　ｏ、ｏｏｏｏｏ。

ＣＶ　　　２．００００００ ＣＸ　　１３Ｑ、０ＯＯＱＯＯ −７６，００００００ ＣＶ　　　４．２０００００ ＣＸ　　　６４．０ＱＯＯＯＯ −２５３０００００ 空気 Ｃリカ 空気 ７クリル 空気 空気 １クリル 空気 アクリル 空気 Ｃリカ 空気 空気 アクリル 空気 空気 １４５１３５．１５８０００　　ＣＶ　　２６．５００
０００空気＋４４　　　　　　　　　　　　　　　　−
　　　　３．００００００　７グリル１４６　　　　　
　　−　４７００００００空気０３ 昼間用光学要素の好適な実施例は３６％の透過輝度伝送
、およびＣＲＴ（６０％ビームスプリッタ透過、６０％
結合子透過）からの約６％の輝度転送を有する３０ない
し３５度の単眼視界においてデータ表示を供給する。夜
間用光学要素は結合子透過なしで約４０度の単眼視界を
供給する。■］ＭＤは左右の視界の１００％の重なりを
有するアイピースを使用する両眼目視のために設計され
る。

また、光学系は１６ないし２５ｍｍの範囲の能動画像直
径を有するＣＲＴ画像源を収容するように設計され、投
射光学レンズは１５ないし５５ｎｓの範囲の有効焦点長
さ−を有する。

光学設計の技術に熟練した者によって認められることは
、操縦に適する品質の画像を発生するＨＭＤ光学系を開
発し一方ここに開示された昼間および夜間用のアイピー
スのような種々の光学特ｒｋをａする交換ｒ＋Ｊ能なア
イピースを組み込むような顕苔な設計課題があるという
ことである。特定の形状の光学系（すなわち、辰間用ア
イピースまたは夜間用アイピースとともに普通のリレー
光学系）を考慮すると、昼間および夜間用光学系は実質
」−異むる有効焦点長さを有し、かつペツツヴアル表面
が実質上異なる。すなわち、昼間および夜間用光学系は
理論的に言えば実質上異なる曲率の画像人力表面ＣＣＲ
Ｔ面板）を有する。また、種々の収差の同時制御は困難
な課題である。

開示されるように、ＣＲＴは画像源として使用される。

しかしながら、たの画像源が使用される゛ことができる
。ＣＲＴは大きさ、重さ、コスト、解像度、および輝度
の考慮のため選ばれた。また、図示されるように、ＣＲ
Ｔはヘルメットに取り付けられる。しかしながら、画像
源はヘルメットから取り外されることができかつ本発明
の範囲から逸脱しない。この場合に、画像はそこで可撓
性のファイバーオプティックスケーブルによってヘルメ
ットに取着された投射光学系Ｉこ表示される。

図示のごとく、昼間および夜間用アイピースはプラスチ
ック光学素子から構成される。プラスチック（よ重さお
よび安全のために選ばれた。しかしながら、これらの要
素は適ｒ（な軽！ｎガラスから作られることができる。

材料の選択は本発明の実施に重大ではない。また、アイ
ピースは露出させられかつ交換可能なゴーグル構体にお
いて摺動セグメント上にともに収容されている。しかし
ながら、各アイピースは適宜な交換可能な構造において
対応するリレー光学系部分に個々に取り付けられること
ができる。２つのハウジング部分間の接続（２本の取付
はロッドの形において）を保持することにより、ＩＰＤ
！Ｆｌ整を備えた所望の両眼ユニットが達成されるここ
ができる。しかしながら、ノ〜ウジング部分間の接続を
除去することにより、単眼用ＨＭ　Ｄが装ｆｊ１２−４
のみをヘルメット２１”に取り付けることにより得られ
ることができる。結果として生じる単眼用！−Ｉ　Ｍ　
Ｄ装置は本発明の箱間内にある。

第３図に示したリレー光学系部分を封入する材料はアル
ミニウムである。しかしながら、低重モｊ１で−ｒ［シ
ている構造的完全を提供する鋳造されたプラスチックま
たは他の材料が利用されることもできる。材料それ自体
の選択は本発明の一部を形成しない。

本発明はその最良の実施例に関連り、て説示されたけれ
ども、当該技術に熟練した者に理解されるべきことは、
その形状および詳細における前記および他の種々の変化
、省略および追加が本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなしそれにになされることがてきるということで
ある。

［発明の効果〕 観察者の目に近接して設けられた開口を備えた外面を有
する、前記観察者に着装されるヘルメット；変化する輝
度の画像を供給するために前記ヘルメット外面に装置さ
れる画像源：その入射瞳において前記画像を受像しかつ
１１ａ記画像を１ｊｒｊ記外面開口に近接して配置され
た中間画像焦点面へ光路に沿って案内するために複数の
光学要素からなりかつＩｌｑ記ヘルメット外面に配置さ
れるリレー光学手段であって、前記焦点面に近接した画
像（よ前記入射滝で焦点合わせした画像の形であり、前
記焦点面に近接した前記ｊｔ、１点合わせした画像はボ
１記入射瞳での画像の拡大画像であり、前記リレー光学
手段はアイピースに係合するようになされているもの；
その入力開口で前記画像を受像しかつ前記観察者の前方
視界に前記焦点面に近接した前記光路上で焦点合わせさ
れたような画像を表示するためにＩまたはそれ以上の光
学要素からなるアイピース手段であって、該アイピース
手段は前記リレー光学手段に解放可能に係合するように
なされており、前記アイピース手段は、係合されたとき
、前記焦点面からの画像を受像しかつ観察者の前方視界
に画像を表示するものからなるようにしたので、アイピ
ース手段が昼間用および夜間用アイピースの形でリレー
−光学手段に交換可能に取り付けられることができるヘ
ルメットに取着のディスプレイ装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

笛１図は従来の代表的なヘルメットに取着のディスプレ
イ装置を着装している高ＰＬ能航空機のパイロットを示
す斜視図、 第２閾は本発明によるヘルメットに取着のディスプレイ
装置　（ＨＭ　Ｄ　）をしめず斜視図、第３図はＨＭ　
Ｄ装置の１部分を示す断面図、第４図は光学要素の好適
な実施例の光線図形を示す説明図、 第５図は光学要素の好適な実施例の第２光ｍ図形を示す
説明図、 第６図は光学要素の選択的な実施例の光線図形を示す説
明図、 第７図は光学要素の選択的な実施例の第２光線図形を示
す説明図である。 図中、符号２０はヘルメットに取着のディスプレイ（１
−ＩＭＤ）、２１はヘルメット、２２．２３は画像源、
２４．２５は光学要素配置、２４ａ、２５ａ。 １２ａはリレー光学系、２４ｂ、２５ｂ、１２０ｂは昼
間用アイピース、２４ｃ、２５ｃ、１２０ｃは夜間用ア
イピース、２８ａ、２８ｂは両眼用ゴーグル構体、５３
．５４，５８．６１．６２はレンズ、７２ａは画像焦点
面、７２１）は入力開口、７６は結合子、７７はビーム
スプリッタである。 外１名 図面の浄＠（内容に変更なし） −Ｃμム１− 手糸売γｉ菊正書 （方式） ％式％ 発明の名称 ヘルメットに取着のディスプレイ装置 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ユナイテッド　チクノロシーズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）観察者の目に近接して設けられた開口を備えた外
   面を有する、前記観察者に着装されるヘルメット； 変化する輝度の画像を供給するために前記ヘルメット外
   面に配置される画像源； その入射瞳において前記画像を受像しかつ前記画像を前
   記外面開口に近接して配置された中間画像焦点面へ光路
   に沿って案内するために複数の光学要素からなりかつ前
   記ヘルメット外面に配置されるリレー光学手段であつて
   、前記焦点面に近接した画像は前記入射瞳で焦点合わせ
   した画像の形であり、前記焦点面に近接した前記焦点合
   わせした画像は前記入射瞳での画像の拡大画像であり、
   前記リレー光学手段はアイピースに係合するようになさ
   れているもの； その入力開口で前記画像を受像しかつ前記観察者の前方
   視界に前記焦点面に近接した前記光路上で焦点合わせさ
   れたような画像を表示するために１またはそれ以上の光
   学要素からなるアイピース手段であつて、該アイピース
   手段は前記リレー光学手段に解放可能に係合するように
   なされており、前記アイピース手段は、係合されたとき
   、前記焦点面からの画像を受像しかつ観察者の前方視界
   に画像を表示するものからなることを特徴とするヘルメ
   ットに取着のディスプレイ装置。 （２）前記アイピース手段の前記１またはそれ以上の光
   学要素はカタデイオプトリツクであることを特徴とする
   請求項１に記載のヘルメットに取着のディスプレイ装置
   。 （３）前記カタデイオプトリツク光学要素はビームスプ
   リッタ要素および結合子要素を含み、前記ビームスプリ
   ッタ要素と前記結合子要素は各々部分透過および部分反
   射の光学特性を有し、前記ビームスプリッタ要素は観察
   者に最も近い該観察者の前方視界に配置されて前記入力
   開口での画像を前記観察者の前方視界に投射し、前記結
   合子は同時に、前記観察者の前方視界に、前記結合子を
   超えて前記観察者の前方視界に配置された風景画像を透
   過しかつ前記ビームスプリッタによつて投射された画像
   を前記観察者の前方視界に反射するように配置されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載のヘルメットに取着のデ
   ィスプレイ装置。 （４）前記観察者から最も離れた前記ビームスプリッタ
   要素の表面は２０ないし６０％の範囲において光学反射
   性を有する部分反射、部分透過の光学被覆で被覆される
   ことを特徴とする請求項３に記載のヘルメットに取着の
   ディスプレイ装置。 （５）前記観察者に最も近い前記結合子の表面に２０な
   いし６０％の範囲において光学反射性を有する部分反射
   、部分透過の光学被覆で被覆されることを特徴とする請
   求項３に記載のヘルメットに取着のディスプレイ装置。 （６）前記ビームスプリッタようそおよび前記結合子要
   素は各々軽量プラスチック材料から構成されることを特
   徴とする請求項３に記載のヘルメットに取着のデイスプ
   レイ装置。（７）前記アイピース手段は前記入力開口で
   焦点合わせした画像を前記観察者の前方視界に反射する
   ように前記観察者の前方視界に配置された光学反射要素
   を含み、該反射要素は前記観察者の前方視界に前記反射
   要素を超えて配置された外部風景を表す光信号に対して
   不透過であることを特徴とする請求項１に記載のヘルメ
   ットに取着のディスプレイ装置。（８）前記リレー光学
   手段の光学要素は互いに近接して配置された異なる材料
   組成からなる複数のレンズを含み、それにより各レンズ
   はこれらのケンズによつて案内される画像の色収差を減
   じることを特徴とする請求項１に記載のヘルメットに取
   着のディスプレイ装置。 （９）前記リレー光学手段の光学要素は前記中間画像焦
   点面の方向に前記光路に沿って画像を反射すべく配置さ
   れたミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載のヘ
   ルメットに取着のディスプレイ装置。 （１０）前記入射瞳から前記焦点面への光路の長さは１
   ００ないし４００ｍｍの範囲にあることを特徴とする請
   求項１に記載のヘルメットに取着のディスプレイ装置。 （１１）前記リレー光学手段の光学要素は軽量のガラス
   材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の
   ヘルメットに取着のディスプレイ装置。 （１２）前記リレー光学手段の光学要素は軽量プラスチ
   ック材料から構成されることを特徴とする請求項１に記
   載のヘルメットに取着のディスプレイ装置。 （１３）観察者の目に近接して開口を有する、光学要素
   の取着を許容すべくなされたヘルメット手段： 画像を供給するために、前記ヘルメット手段に取着され
   るべくなされた画像源手段であつて、該画像源の平均な
   明るさが輝度値の実質的な範囲にわたつて変化し得るも
   のと； 観察者の前方視界において１メートルから無限大の焦点
   で前記画像源手段の虚像を表すために、前記ヘルメット
   手段に取着されるべくなされた光学手段であつて、前記
   光学手段はリレーセグメント光学手段および２つの別々
   の交換可能な光学アイピースセグメント手段からなり、
   前記各アイピース手段は光学要素の配置からなり、前記
   リレー光学手段は前記各アイピース手段との使用に共通
   の光学要素の配置からなり、前記各アイピース手段が前
   記リレー光学手段に解放可能に係合すべくなされている
   ものとからなることを特徴とするディスプレイ装置に使
   用の頭部への取着装置。 （１４）前記リレー光学手段は前記画像源手段から４０
   ０ｍｍまでの距離で前記画像源手段の中間実像を形成す
   るための手段からなり、前記中間実像は０．５から４．
   ０の倍率を有することを特徴とする請求項１３に記載の
   ディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （１５）前記各アイピース手段は前記観察者の前方視界
   に１メートルから無限大の焦点において前記中間実像の
   虚像を表すための手段からなることを特徴とする請求項
   １４に記載のディスプレイ装置に使用の頭部への取着装
   置。 （１６）前記アイピース手段の両方からなる光学要素の
   前記配置とともにリレーセグメント光学要素の前記配置
   の光路長さは最大４００ｍｍでの範囲であることを特徴
   とする請求項１５に記載のディスプレイ装置に使用の頭
   部への取着装置。 （１７）前記アイピース手段の対応する光学要素からな
   る光学要素の前記配置の第１の配置はカタデイオプトリ
   ツクであり、前記カタデイオプトリツクアイピースは前
   記虚像を外部風景の観察者の視界に重ねるために部分反
   射、部分透過の光学要素からなり、前記虚像は観察者の
   目で１０度の最小対辺を有する観察者の視界の１部分を
   占め、それにより前記カタデイオプトリツクアイピース
   は昼間の輝度条件に最適化されることを特徴とする請求
   項１６に記載のディスプレイ装置に使用の頭部分への取
   着装置。 （１８）前記カタデイオプトリツクアイピースは観察者
   の目の前方に配置された部分透過、部分反射の平面ビー
   ムスプリッタ、および観察者の照準線に沿って前記平面
   ビームスプリッタの前方に配置されただい２の部分透過
   、部分反射の屈曲結合子光学要素からなることを特徴と
   する請求項１７に記載のディスプレイ装置に使用の頭部
   への取着装置。 （１９）観察者の目に最も近い前記結合子は４００ない
   し７００ｎｍの波長範囲において可視光の２０ないし６
   ０％の範囲の反射性を有する部分反射、部分透過の光学
   被覆で被覆されることを特徴とする請求項１８に記載の
   ディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （２０）観察者の目から最も離れた前記平面ビームスプ
   リッタの表面は４００ないし７００ｎｍの波長範囲にお
   いて可視光の２０ないし６０％の範囲の反射性を有する
   部分反射、部分透過の光学被覆で被覆されることを特徴
   とする請求項１９に記載のディスプレイ装置に使用の頭
   部への取着装置。 （２１）前記平面ビームスプリッタおよび前記結合子の
   各々の第２表面は４００ないし７００ｎｍの波長範囲に
   おいて可視光の２０ないし６０％ｋの範囲の非反射光学
   被覆で被覆され、それにより前記非反射被覆は４００な
   いし７００ｎｍの波長範囲において可視光の擬似反射を
   減じることを特徴とする請求項２０に記載のディスプレ
   イ装置に使用の頭部への取着装置。 （２２）前記結合子は溶融シリカのごとき軽量ガラス材
   料からなることを特徴とする請求項１８に記載のディス
   プレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （２３）前記平面ビームスプリッタは溶融シリカのごと
   き軽量ガラス材料からなることを特徴とする請求項１８
   に記載のディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （２４）前記結合子はポリカーボネートまたはアクリル
   のごとき光学プラスチック材料からなることを特徴とす
   る請求項１８に記載のディスプレイ装置に使用の頭部へ
   の取着装置。 （２５）前記平面ビームスプリッタはポリカーボネート
   またはアクリルのごとき光学プラスチック材料からなる
   ことを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイ装置
   に使用の頭部への取着装置。 （２６）前記カタデイオプトリツクアイピース光学要素
   とともに前記リレー光学手段の光学要素の有効焦点距離
   は１５ないし５５ｍｍの範囲であることを特徴とする請
   求項１７に記載のディスプレイ装置に使用の頭部への取
   着装置。 （２７）前記アイピース手段の対応する光学要素からな
   る光学要素の前記配置の第２の配置は屈折力を有し、前
   記屈折力を有するアイピース手段は観察者の照準線にお
   いて該観察者の目の前方に配置された全体的に反射する
   平面ミラーおよび前記観察者の目と前記平面ミラーとの
   間に配置された少なくとも１つのレンズからなり、前記
   平面ミラーと前記レンズは前記中間実像を観察者の視界
   に呈するように配置され、前記中間実像は観察者の目で
   ２０度の最小対辺を有する観察者の視界の１部分を占め
   、それにより前記屈折力を有するアイピースが夜間の輝
   度条件に最適化されることを特徴とする請求項１６に記
   載のディスプレイ装置に使用の頭部分への取着装置。 （２８）前記屈折力を有するアイピース光学要素ととも
   に前記リレー光学手段の光学要素の有効焦点長さは１５
   ないし５５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項２
   ７に記載のディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置
   。 （２９）前記画像源は１６ないし２５ｍｍの範囲の能動
   画像直径を有する小型陰極線管からなることを特徴とす
   る請求項１３に記載のディスプレイ装置に使用の頭部へ
   の取着装置。 （３０）前記リレー光学手段からなる前記光学要素は可
   視光の色収差を制御するように異なる光学材料から構成
   されることを特徴とする請求項１３に記載のディスプレ
   イ装置に使用の頭部への取着装置。 （３１）前記異なる光学材料は溶融シリカガラスおよび
   Ｆ４ガラスを含むことを特徴とする請求項３０に記載の
   ディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （３２）前記異なる光学ざりょうはアクリルおよびポリ
   カーボネートを含むことを特徴とする請求項３０に記載
   のディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （３３）前記リレー光学手段からなる前記光学要素は前
   記リレー光学手段を前記ヘルメットの輪郭に適合させる
   ように配置されることを特徴とする請求項１３に記載の
   ディスプレイ装置に使用の頭部への取着装置。 （３４）前記リレー光学手段からなる前記光学要素はモ
   シユラー構体に取り付けられ、該モジユラー構体は前記
   ヘルメット手段の外面に取着されることを特徴とする請
   求項１３に記載のディスプレイ装置に使用の頭部への取
   着装置。 （３５）前記各アイピース手段からなる前記光学要素は
   ゴーグル構体に取り付けられ、該ゴーグル構体は前記リ
   レー光学手段に解放可能に係合するように配置されるこ
   とを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイ装置に
   使用の頭部への取着装置。 （３６）前記画像源は出力画像源を含み、前記リレー光
   学手段の光学要素は複数のレンズおよび平面折り畳みミ
   ラーを含み、前記カタデイオプトリツクアイピースの光
   学要素は少なくとも１つの視野レンズを含み、前記出力
   画像面とともに前記カタデイオプトリツクアイピースの
   光学要素および前記リレー光学手段の光学要素は以下の
   光学的処方特性および要素間間隔、すなわち、 ▲数式、化学式、表等があります▼ を有することを特徴とする請求項１８に記載のデレイ装
   置に使用の頭部への取着装置。 （３７）前記画像源は出力画像源を含み、前記リ光学手
   段の光学要素は複数のレンズおよび平面折り畳みミラー
   を含み、前記屈折力を有するアイピースの光学要素は少
   なくとも１つの接眼レンズを含み、前記出力画像面とと
   もに前記屈折力を有するアイピースの光学要素および前
   記リレー光学手段の光学要素は以下の光学的処方特性お
   よび要素間間隔、すなわち、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ を有することを特徴とする請求項２７に記載のディスプ
   レイ装置に使用の頭部への取着装置。 （３８）前記画像源は出力画像源を含み、前記リレー光
   学手段の光学要素は複数のレンズおよび平面折り畳みミ
   ラーを含み、前記カタデイオプトリツクアイピースの光
   学要素は少なくとも１つの視野レンズを含み、前記出力
   画像面とともに前記カタデイオプトリツクアイピースの
   光学要素および前記リレー光学手段の光学要素は以下の
   光学的処方特性および要素間間隔、すなわち、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 有することを特徴とする請求項１８に記載のディスプレ
   イ装置に使用の頭部への取着装置。 （３９）前記画像源は出力画像源を含み、前記リレー光
   学手段の光学要素は複数のレンズおよび平面折り畳みミ
   ラーを含み、前記カタデイオプトリツクアイピースの光
   学要素は少なくとも１つの視野レンズを含み、前記出力
   画像面とともに前記カタデイオプトリツクアイピースの
   光学要素および前記リレー光学手段の光学要素は以下の
   光学的処方特性および要素間間隔、すなわち、 ▲数式、化学式、表等があります▼ を有することを特徴とする請求項２７に記載のディスプ
   レイ装置に使用の頭部への取着装置。