JPH0461081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、着用者が見ることができる像を発生
させうる頭部着用型表示装置、特に着用者の目に
見える外景と重ね合わせるように、一部が反射し
うるまびさしと共に作動するヘルメツト取付型表
示装置に関する。

〔従来の技術〕

ヘルメツト取付型表示装置は、教育訓練、機械
制御もしくは娯楽のような多くの分野で有効であ
る。

近年、このような装置は、車両の運転手や兵器
の操作員に情報を伝達しなければならない軍事面
で、特に有効であることがわかつてきた。またこ
のような装置は、軍用機のパイロツトにとつて、
飛行機の操縦、レーダー表示、地図、兵器の照準
等のための有益もしくは必要な情報を得るのにも
役立つ。

着用者の視軸面に重ねられる像は、ヘルメツト
トに取付けることができるブラウン管（CRT）
その他各種の光源から得られる。

従来の装置では、光フアイバー式表示装置、像
拡大装置付きのフラツトスクリーン液晶装置、及
び適宜の光学リレー装置と共に作動する投光器等
を利用して、着用者に像を提供していた。

像を表示するためのヘルメツト取付型装置は公
知である。スタントン（Stanton）に付与された
米国特許第3059519号明細書には、複数の反射鏡
を有する光学装置によつて、CRTを制御るする
ようにしたヘルメツト取付型表示装置が開示され
ている。像は、複数の反射鏡によつて、観察者の
通常の視軸よりわずかに上方に位置させられる。

別の実施例として、放物面鏡と部分反射鏡を備
えるものや、パイロツトの視界が、ヘルメツトと
反射鏡によつて完全に遮断されることのないよう
に、全反射鏡を半反射鏡に置き換えたものもあ
る。

ビゼノー（Vizenor）に付与された米国特許第
3787109号明細書には、発生装置からの観察者の
目に像を送る際の主光学素子として、内面の一部
が反射機能を有するようにコーテイングした放物
面のまびさしを備えるヘルメツトが開示されてい
る。これによれば、目の近くに、コンバイナース
クリーンもしくはビームスプリツターを設ける必
要がなくなる。

まびさしを利用したもつと複雑な光路が、モス
トロム（Mostrom）に付与された米国特許第
3923370号明細書に開示されている。この米国特
許では、まびさしの内面の特定の部分が、部分的
にもしくは全面的に、反射機能を有するようにコ
ーテイングされている。ヘルメツトの上部に設け
られた光学像発生装置が、まびさしの上部にある
第１反射面に像を投影する。像は、ヘルメツトの
前面に設けられた平面鏡に送られ、そこから、観
察者の通常の視軸よりわずかに上にある第２反射
面に送られる。従つて、すべての反射素子は、ヘ
ルメツト着用者には、ほとんど見えない。

類似の光学装置が、タスク（Task）等に付与
された米国特許第4465347号明細書に開示されて
いる。しかし、この装置で観測される像は、まび
さし内面に像を投影する伸縮自在の光学装置から
得られる。像は、ヘルメツトに設けられた平面鏡
に当たり、ついで、再びまびさしに当つた後、観
察者の目に向けられて、外景の一部のようにな
る。

もつと複雑なヘルメツト取付型表示装置が、ボ
サーマン（Bosserman）に付与された米国特許
第4361384号明細書に開示されている。この装置
は、薄膜鏡板表示装置と、ウエーハダイオードの
輝度増倍管とよりなつている。像は、複数の半透
明光学素子によつて、平らな鏡板表示装置から、
観察者の目に向けられる。また像は、複数の半透
明光学素子を備える輝度増倍管によつても、目に
向けられ、かつ外景からの像の上に重ねられる。
従つて、観察者は、まびさしと鏡板表示装置の像
の両方によつて、外景を見ることができる。反射
機能を発揮させるためには、まびさしは、ホログ
ラム的、円環状、非球面もしくは球形であつても
よい。

円環状の結合体が、ボサーマン（Bosserman）
等に付与された米国特許第4026641号明細書に開
示されている。円環状反射鏡は、まびさしの一部
というより、ヘルメツトに取付けたもののように
見える。

やや直線的なヘルメツト取付型装置が、スイフ
ト（Swift）に付与された米国特許第4153913号
明細書に開示されている。これは、CRTと半透
明のコンバイナースクリーンとを使用している。
この米国特許では、コンバイナープレートにゴー
グルまたはめがねを取付けることを示唆してい
る。

ヘラー（Heller）等に付与された米国特許第
4081209号明細書では、まびさしの一部と球形で
半透明のコンバイナー面と、複雑な光学装置が使
用されている、像は、プリズムにより、光源から
コンバイナー面へ向けられ、コンバイナー面は、
像を観察者の目へ送り返す。種々の光線の光路の
長さが異なるために生ずる像のひずみは、像源に
対して屈折境界面を傾斜させることによつて補正
される。

従来のヘルメツトのまびさしの大部分は、回転
面であり、通常は放物面であるため、まびさしは
かなり大きくなつた。このような設計は、まびさ
しの成形上の見地から必要であつた。

放物面状まびさしの変形例が、ヘツジズ
（Hedges）に付与された米国特許第3870405号明
細書に記載されている。これは、内面及び外面
が、回転放物面体の共通焦点部となつたまびさし
を備えている。

従来の放物面状まびさしは、厚さが、ほぼ一定
であるため、内面及び外面で反射した像の焦点
は、相異し、その結果、「ゴースト」像が発生し
た。ヘツジズ（Hedges）の改良によつて、両方
の像は、照準方向に角度差を有しないようにな
り、その結果、像は、見えにくくならないように
して、外景に重ねられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来装置、及び市販のヘルメツト取付
型表示装置における問題点は、大型になり過ぎる
ということである。作業を遂行する際には、通
常、緊張を強いられ、かつ時間的余裕のない状態
で複雑な作業を行なう人間が、表示装置付きのヘ
ルメツトを着用するので、ヘルメツトは、できる
だけ小型軽量で、かつすぐれた光学性能を発揮す
るものでなければならない。特に、大きいヘルメ
ツトでは、着用者がすぐに疲れるので、効果が低
下する。また、像が不鮮明であると、計算に誤り
を起こさせ、かつ正確な判断及び反応を妨げてし
まう。

例えば、前述のモストロム（Mostrom）の装
置について言うと、これは、ヘルメツト取付型平
面鏡と、光学像を観察者の目に投影するための１
組のまびさし取付型放物面鏡とを備えている。し
かし、この放物面鏡は、光学的に対称となるよう
に、まびさしの上部に取付けられているので、ヘ
ルメツト−まびさし結合体は、かなり大きくな
る。従つて、この光学表示装置を収容するには、
相当に大きなものとなつてしまう。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、大きさ及び重さの問題を解決する
ために、ヘルメツトの前部で、着用者の目の位置
より上に、かつ２つの放物面鏡のほぼ中間に設け
た単一のヘルメツト取付型平面鏡を、放物面鏡が
対称的に折り返えされて、表示するべき像を回転
させるようにした折り返し反射鏡と置き換えるこ
とにより、ヘルメツトとまびさしを小さくし、光
学的性能を向上させ、かつヘルメツト着用者の肉
体的負担を軽くしうるようになつている。

本発明のヘルメツト取付型表示装置によれば、
上記した従来技術の問題点は、解決される。

本発明の表示装置は、ヘルメツトに取付けるこ
とができ、かつヘルメツトの内部に向かつて湾曲
する少なくとも１つの半反射の凹面を有するまび
さし装置を備えている。ヘルメツトを着用する
と、まびさし装置は、着用者の目の前方視軸をさ
えぎる位置へ来るか、またはその位置へ移動させ
ることができる。

まびさし装置の半反射の凹面が、回転軸を有す
る放物面の一部であるということも特徴の一つで
ある。着用者の目の位置より上に設けた投光器に
より、光学データが半反射面に向けられて、着用
者の目に送られ、そのため着用者は、前方視軸に
中心がくるように予め定めた視野内の光学データ
の虚像を受ける。投光器は、ヘルメツトに取付け
るようになつている。

放物面鏡装置は、投光器からまびさし装置の半
反射面までの光路内に設けられている。放物面鏡
装置の形状、寸法及び位置は、投光器からの光線
を反射し、かつ折り返し視反射鏡装置に到達させ
うるように定められている。

本発明の折り返し反射装置には、放物面鏡装置
からの光線をまびさし装置の半反射面に反射させ
るために、任意の数の折り返し反射鏡を設けるこ
とができる。しかし、実施例では、簡略化のため
に、第１及び第２折り返し反射鏡しか備えていな
い。

第１折り返し反射鏡は、放物面鏡装置からの光
線を受けて、それを第２折り返し反射鏡へ向ける
ことが可能な形状、寸法及び位置となつている。
第２折り返し反射鏡は、第１折り返し反射鏡から
の光線をまびさし装置の半反射面へ向けうる形
状、寸法及び位置となつている。

〔実施例〕

本発明の構造及び操作上の新規な特徴は、後述
する説明で更に明確となると思う。添付図面は、
本発明の装置の好適実施例を示し、各図中の同一
符号は、類似の部分を示している。

本発明の実施例をよく理解しうるように、まず
従来技術の典型的な方法及び装置の概略について
述べる。

第１図は、前出のモストロムに付与された米国
特許の第３図に示すような典型的なヘルメツト取
付型表示装置を示す。

このヘルメツト１０は、透明なまびさし１２を
備えている。

ブラウン管（CRT）１４、及びそれに関連す
るシユミツト系１６が、適宜の手段により、ヘル
メツト１０の左側に取付けられている。視野レン
ズ１８が、像をCRT１４から第１反射鏡２０へ
送るために取付けられている。

CRT１４及びそれに関連するシユミツト系１
６によつて送られた像の光路は、第１反射鏡２０
で反射され、映写レンズ装置２４を経て、中心光
線２２として、第２反射鏡２６に到達する。投影
された像は、第２反射鏡２６によつて反射され、
まびさし１２の放物面状内面の反射面２８に達
し、ついで、ヘルメツト１０の前面に設けた平面
鏡３０に到達する。

反射面２８は、光軸３２を有する放物面の一部
である。その光軸は、平面鏡３０の真下を通り、
かつ平面鏡３０の平面と直交している。平面鏡３
０の中心は、まびさし１２の放物面の焦点より上
になるように調節される。

平面鏡３０に当たる光は、反射して、まびさし
１２の表面にある第２反射面３４に到達する。第
２反射面３４は、部分反射を行なう。反射鏡面２
８，３４は、正方形としてあるが、その形状は重
要ではない。矩形等とすることもある。

この従来装置では、平面鏡３０と反射面２８
を、観察者の視軸より上としてあり、観察者には
見えないようにしておくのが望ましい。この装置
は、放物面の光軸３２に関して対称にはなつてい
ない。反射面３４は、観察者の目３６よりわずか
上方に設けられている。

しかし、最近の実験によると、反射面３４を、
観察者の視軸内に設けるのが望ましい場合もある
ことが確認された。航空機や軍用車両の操縦席の
ように空間が制限されている場合には、このよう
なヘルメツト取付型表示装置が、きわめて有用で
ある。しかし、試験の結果、前述の従来のヘルメ
ツト及びまびさしは、着用者にとつては、快適で
かつ便利であるが、あまりにも容積及び重量が大
きすぎることがわかつた。

第２図及び第３図は、それぞれ、本発明の一実
施例としての改良されたヘルメツト取付型表示装
置、及びヘルメツトのまびさしの側面図及び正面
図を示す。

ヘルメツト３８は、湾曲したまびさし４０を備
えている。CRT４２及びそれに関連するシユミ
ツト系４４は、ヘルメツト３８の上部４６に取付
けられている。第１放物面鏡４８は、まびさし４
０と一体でもよいし、また、まびさし４０に取付
けてもよい。

実施例においては、第１放物面鏡４８は、
CRT４２及びそれに関連するシユミツト系４４
から投影された像を、全面的もしくは部分的に反
射するようにコーテイングしたまびさし４０の局
部放物面としてある。というのは、第１放物面鏡
４８は、ヘルメツト３８の着用者には見えないか
らである。

１対の「折り返し」反射鏡５０，５２が、第１
放物面鏡４８に隣接して設けられている。これ
は、CRT４２及びそれに関連するシユミツト系
４４からの像を、まびさし４０の放物面セグメン
ト５４へ再び向ける。この放物面セグメント５４
は、反射機能を有するようにコーテイングされて
いる。

放物面セグメント５４は、CRT４２及びそれ
に関連するシユミツト系４４からの像を、ヘルメ
ツト３８の着用者の目５６へ向けるのに適した形
状、曲率、寸法を有し、かつ適切な位置に設けら
れている。

放物面鏡４８及び折り返し反射鏡５０，５２の
配置は、次のいくつかの目的を達成するのに最適
なようにしてある。

その第１は、頭部の輪郭形に従わせることによ
つて、CRT４２からまびさし４０の放物面セグ
メント５４までの光路を有するヘルメツト１０の
体積を最小とする位置を選ぶ。

第２は、シユミツト系４４の重心が低くなるよ
うな位置を選ぶ。CRT４２から放物面セグメン
ト５４までの光路は、ヘルメツト着用者の側頭
部、及び後頭部への経路である。軍用機のよう
に、強力なＧがかかる場合、シユミツト系４４に
とつては、重心が後方にあるのが望ましい。

第３は、CRTによつて発生した像を選ぶ光線
を平行にする位置を選ぶ。放物面鏡４８へ入る平
行な光線が、折り返し反射鏡からの平行な光線と
なる。

1986年10月27日に米国で出願され、本発明の譲
受人に譲渡された米国特許願第06／923285号明細
書の教示に従つて、所望の部分が、部分的に反射
機能を有するようにコーテイングした放物面状の
まびさし４０を製造するには、公知技術の使用が
可能である。まびさしの反射を必要とする部分の
みが、放物面状となつており、残りの部分は、任
意の形状、もしくは曲率をもつて、製造すればよ
い。

通常、まびさし直視部分は、放物面状であり、
ヘルメツト着用者の視野の中心か、もしくは中心
からはずれた位置に設けなければならない。

しかし、本発明では、光学的補正を行なうため
に、放物面以外の非球面形状を有する実施例をも
含んでいる。例えば、一つの可能性としては、厳
密に限定された波長における放物面の全体的な効
果に匹敵する効果を出すホログラム付きの球形の
まびさしが考えられる。

別の可能性としては、非球面度の大きいまびさ
し面が考えられる。というのは、例えば視野が広
い場合、前述の好適実施例の対称的な放物面は、
性能の点で不十分であり、かつ視軸からの角距離
が長いと、更に複雑な表面が要求されるからであ
る。

前述の好適実施例では、光学像発生装置として
CRTを備えているが、本発明では、光学像発生
装置として、フアイバー像発生器、液晶表示装
置、エレクトロルミネセンス、スキヤナー付きダ
イオードレーザー等を使用することもできる。

像は、前述のものと類似の反射鏡もしくは
CRTによつて、ヘルメツト着用者の両眼に到達
する。

本発明は、その特許請求の範囲内で、関係技術
に基いて、種々の変形変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の典型的なヘルメツト取付型表
示装置の正面図である。第２図は、本発明による
ヘルメツト型取付型表示装置の側面図である。第
３図は、第２図のヘルメツト取付型表示装置の正
面図である。 １０……ヘルメツト、１２……まびさし、１４
……ブラウン管、１６……シユミツト系、１８…
…視野レンズ、２０……第１反射鏡、２２……中
心光線、２４……映写レンズ装置、２６……第２
反射装置、２８……反射面、３０……平面鏡、３
２……光軸、３４……第２反射面、３６……目、
３８……ヘルメツト、４０……まびさし、４２…
…CRT、４４……シユミツト系、４６……上部、
４８……第１放物面鏡、５０，５２……「折り返
し」反射鏡、５４……放物面セグメント、５６…
…目。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヘルメツトに取付けうるようになつており、
   ヘルメツトの内部に向かつて湾曲した少なくとも
   １つの半反射の凹面を有し、ヘルメツトを着用す
   ると、着用者の目の前方視軸をさえぎるか、もし
   くはそのような位置に移動させることができ、半
   反射の凹面が回転軸を有する放物面の一部である
   まびさし装置と、 着用者の目の位置より上に設けられ、着用者の
   前方視軸に中心がくるように予め定めた視野内の
   光学データの虚像が着用者に見えるように、光学
   データを反射させるべく、前記半反射面に向け、
   それによつて着用者の目に到達させ、かつヘルメ
   ツトに取付けるようになつている投光器と、 前記投光器から前記まびさしの半反射面までの
   光路内に設けられ、前記投光器からの光線を反射
   するような形状、寸法及び位置を有する放物面鏡
   装置と、 第１及び第２「折り返し」反射鏡を有し、前記
   第１折り返し反射鏡は、前記放物面鏡装置からの
   光線を受け、その光線を前記第２折り返し反射鏡
   へ向けることができる形状、寸法及び位置を有
   し、前記第２折り返し反射鏡は、前記第１折り返
   し反射鏡からの光線を前記まびさしの半反射面へ
   向けることができる形状、寸法及び位置を有する
   折り返し反射鏡装置 とよりなることを特徴とするヘルメツト取付型表
   示装置。 ２ 放物面鏡装置が、まびさし装置に取付けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の表示装
   置。 ３ 放物面鏡装置が、まびさし装置と一体ものと
   して形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の表示装置。 ４ 放物面鏡装置が、反射率の向上したまびさし
   装置の局部放物面であることを特徴とする請求項
   １記載の表示装置。 ５ 第１及び第２折り返し反射鏡が、ヘルメツト
   に取付けられていることを特徴とする請求項１記
   載の表示装置。 ６ 光学データの虚像と着用者の視軸の直接像
   が、まびさし装置の半反射湾曲面によつて、ヘル
   メツト着用者の目に入るようになつていることを
   特徴とする請求項１記載の表示装置。 ７ ヘルメツトに取付けるようになつており、か
   つヘルメツト着用者の通常の視軸内に位置する放
   物面状まびさしセグメントを有するまびさし装置
   と、 ヘルメツトに取付けるようになつている光学表
   示発生装置と、 前記光学表示発生装置から前記放物面状まびさ
   しセグメントまでの光路内に設けられている放物
   面鏡装置と、 第１及び第２折り返し反射鏡を有し、前記第１
   折り返し反射鏡は、前記放物面鏡からの像を受け
   て、その像を前記第２折り返し反射鏡へ向けるよ
   うに配置され、前記第２折り返し反射鏡は、前記
   第１折り返し反射鏡から受けた像を、前記放物面
   状まびさしセグメントへ向けるように配置されて
   いる折り返し反射鏡装置とを備え、 それによつて、像の透過に悪影響を及ぼすこと
   なく、まびさしの寸法及び曲率を最小にすること
   ができるようになつていることを特徴とするヘル
   メツト取付型表示装置。 ８ 放物面鏡装置が、まびさし装置に取付けられ
   ていることを特徴とする請求項７記載の表示装
   置。 ９ 放物面鏡装置が、まびさし装置と一体ものと
   して形成されていることを特徴とする請求項７記
   載の表示装置。 １０ 放物面鏡装置が、反射率の向上したまびさ
   し装置の局部放物面であることを特徴とする請求
   項７記載の表示装置。 １１ 第１及び第２折り返し反射鏡が、ヘルメツ
   トに取付けられていることを特徴とする請求項７
   記載の表示装置。 １２ 光学表示発生装置からの像の虚像とヘルメ
   ツト着用者の視軸の直接像が、放物面状まびさし
   セグメントによつて、ヘルメツト着用者の目に入
   るようになつていることを特徴とする請求項７記
   載の表示装置。 １３ ヘルメツトに取付けうるようになつてお
   り、かつヘルメツト着用者の視軸に位置するまび
   さし目視セグメントを有するまびさし装置と、 ヘルメツトに取付けるようになつている光学表
   示発生装置と、 前記光学表示発生装置から前記まびさし目視セ
   グメントまでの光路内に設けられている放物面鏡
   装置と、 前記放物面鏡装置からの像を受け、その像を前
   記まびさし目視セグメントへ向けるための、少な
   くとも１つの折り返し反射鏡を有する折り返し反
   射装置とを備え、 それによつて、像の透過に悪影響を及ぼすこと
   なく、まびさしの寸法及び曲率を最小にしうるよ
   うになつていることを特徴とするヘルメツト取付
   型表示装置。 １４ 光学表示発生装置が、CRTでることを特
   徴とする請求項１３記載の表示装置。 １５ 光学表示発生装置が、液晶表示装置である
   ことを特徴とする請求項１３記載の表示装置。 １６ まびさし目視セグメントが、放物面状であ
   ることを特徴とする請求項１３記載の表示装置。 １７ まびさし目視セグメントが、狭い範囲に限
   定された波長において、放物面状のまびさし目視
   セグメントに全体的効果をもたらすための同調ホ
   ログラフイツクフイルター装置を備えていること
   を特徴とする請求項１３記載の表示装置。