JP2728919B2 - ヘルメット搭載型表示装置及びその表示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、航空機用表示装置に関し、特に、パイロ
ット用のヘッドアップ表示装置及びその表示方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に、航空機の操縦室内には多くの計器類が設けら
れており、パイロットは、通常の飛行中においても多く
の計器類を監視する必要がある。そのためにパイロット
は、しばしば視線を前方方向から下方にずらし、計器類
に表示されたフライト情報を見なければならない。これ
らのフライト情報としては、例えばトルク、航空機の飛
行姿勢及び機首方位等があり、その他の情報とともに計
器盤上に整然と配置されている。パイロットは、これら
の情報を飛行中に繰り返し監視する必要がある。特に、
種々の中間地点に基づいて、すなわち飛行計画に従って
正確に記録された飛行計画ベンチマークに基づいて所定
の飛行経路上を飛行しなければならず、この任務はパイ
ロットにとって非常にわずらわしいものである。つま
り、パイロットは操縦室の種々の計器類及び地図を調べ
て、地図上に示された位置、さらには、窓ガラス越しに
見える前方の景色と現在位置を比較しなければならな
い。そこで、このようなパイロットの任務を鑑みて、パ
イロットの負担を幾分でも軽減するためにフライトディ
レクタが開発された。しかしながら、特に、ナップ−オ
フ−ザ−アース方法での飛行（地表面の地形形状に沿っ
た飛行方法）においては、パイロットは飛行経路内での
予期せぬ事故を恐れて、操縦室内の計器類に注意を払う
余裕はない。

そこで、飛行中のパイロットの視界内に計器パネル上
に表示されるものと同様な飛行情報を図式記号的に映し
出すことによって、パイロットの計器類を見下ろす煩わ
しさを多少なりとも軽減するために電気光学式装置が開
発された。一般的に、このパイロットの視界内に表示す
る映像は、パイロットがその個々の映像に視点を合わせ
る必要がないように光学上の無限遠に情報を映し出して
パイロットの目に焦点を合わせる構成となっている。し
たがって、パイロットは前方の景色を眺めながら無限遠
に映し出された映像情報を見ることができる。なお、こ
の映像情報は電気的に作り出されたものであり、パイロ
ットは操縦室内の計器類を頻繁に見る必要もなく、機体
前方に見える景色とその映し出された映像情報とを同時
に理解することができる。しかしながら、パイロットが
飛行計画を地図上で確認する時間は、いまだに多くの時
間を必要としている。

初期に開発されたヘッドアップ表示装置は、計器盤に
光学装置を設けるとともに、ブラウン管（CRT）から構
成されていた。このCRTの画像は、組み合わせミラーを
介してパイロットの前方視界に映し出される構成となっ
ている。また、CRTと組み合わせミラー間にコリメータ
等を設けて照準を合わせることにより、映像があたかも
無限遠に存在するかのように映し出される。このよう
に、初期のヘッドアップ表示装置は、パイロットにとっ
て非常に便利なものであったが、この装置にも幾つかの
問題点があった。まず第１には、投映された映像情報が
航空機の長手方向の軸線に対して安定しないことであ
る。第２には、CRTが比較的大きいために、空きスペー
スの少ない計器盤内に設置するのが難しいことである。
第３には、パイロットのごく限られた視界領域にしか投
映できないことである。

次に、CRT及び光学装置をパイロットのヘルメットに
搭載したヘッドアップ表示装置が開発された。この装置
に関しては、例え、モストロム（Mostrom）に付与され
た米国特許第3,923,370号に開示されたもの等がある
（明細書４頁、58行目から５頁、42行目参照）。この装
置はヘルメットという大きさが限られた部分に設置しな
ければならないために、必然的に小型化が要求されると
ともに、パイロットにとって安全な電圧で作動させなけ
ればならないために、所望する明るさが得られず解像度
が低く輪郭がぼやける等の欠点があった。さらに、この
装置は大きさに対して発熱量が比較的に多く、ヘルメッ
トに搭載したために全体としての重量も大きくなりパイ
ロットに負担を与える等疲労の原因にもなっていた。こ
の種のヘッドアップ表示装置は、パイロットの目に対し
て光線を向け映像情報を投映するという方法を採用して
おり、さまざまな光学系を用いて種々の試みがなされ
た。この種の例としては、例えば、前記した米国特許第
3,923,370号（明細書５頁、１から42行目参照）及びビ
ゼノア（Vizenor）に付与された米国特許第28,847号
（明細書４頁、52から５頁、３行目参照）に開示された
装置等がある。

さらに、能率性を重視して設計されたヘルメット搭載
型ヘッドアップ表示装置が提案された。この装置は、CR
Tをヘルメットに設けず、操縦室内の余分な空間内に設
置して、これに光りファイバを接続し、パイロットに映
像情報を提供する構成としたものであった。この装置に
関しては、例えば、ラルッサ（LaRussa）に付与された
米国特許第4,439,755号（明細書３頁、１から５行目参
照）等に開示されたものがある。特に、この明細書の１
頁、14から15行目には、“コンピュータ処理により性能
を向上させた地形に関するデータベース”が記載されて
おり、また、２頁、20から31行目には、目標物を捕らえ
るヘルメット監視装置に関して開示されている。さらに
は、出願日:1987年７月30日、出願人：スミス（Smit
h）、譲渡人：ユナイテッド テクノロジーズ コーポ
レーションの現在係属中の出願番号第079,553号“ヘッ
ドアップ表示装置用CRTの設置方法及びその表示装置”
に開示されている。上述した従来のヘッドアップ表示装
置は、コンピュータからの情報を種々の記号映像として
映し出すためにCRT等を備えた構成の映像装置となって
いる。この映像装置は、一種類または多種類の光学系を
介してパイロットの頭部とフロントガラス間、またはヘ
ルメット上に設置した装置に対して、パイロットの目に
照準を合わせて前方視界内に記号映像を反射させるよう
に光線を投映し、パイロットの視野内に所望する情報を
映し出す構成となっている。

また、パイロットは表示装置の種々の操作モードを選
択して飛行中の各操縦行程、例えば、着陸、ミサイル等
の発射及び航法において必要とするグラフィック、記号
及び文字記号のみを表示することができる。現在、この
種の表示装置はいまだ開発段階であり、表示記号等に関
して工業的に標準化がなされていない。

表示装置は、一般的に、飛行速度、迎え角、垂直速
度、機首方向、飛行距離、水平儀、フライトディレクタ
（水平儀及びその瞬間の飛行姿勢とともに、所定の飛行
計画に対するコース補正を示す）、縦ゆれ（セパレート
ピッチラダー等によって検知される）及びセパレートロ
ールアングル指示等を表示する構成となっている。これ
らに関しては、例えば、ロルストン（Rolston）に付与
された米国特許第4,305,057号に開示されたヘッドアッ
プ表示装置がある。このヘッドアップ表示装置は航空機
があたかもジンバル内や表面に機首方向及び縦ゆれ角度
を記した透明な球体の中心にいるかのように、パイロッ
トに対して航空機の縦軸方向の前景を映し出すことがで
きる。特に、軍用航空機においては、ミサイル等の発射
方向を正確に補正して接近する標的を破壊するために空
対地用とした表示装置を使用することもできる。パイロ
ットは視界内における標的までの航路上のウェイポイン
トを地図上で確認することができ、またナビゲーション
装置はパイロットが手動入力した座標を有する構成とな
っている。したがって、パイロットは表示装置上のマー
クを実際のウェイポイントに対して手動で合わせ、航空
機の位置をウェイポイントに対してさらに正確に固定す
ることにより標的に標準を合わせることができる。種々
の空対地方式に関しては、計算されたリード角（このリ
ード角を計算することにより最適な発射位置に航空機の
位置を決定することができる）及び飛しょう経路方式
（ミサイル等の軌跡［パイロットも、ミサイルの軌道が
標的に向かうように航空機を巧みに操ってリード角を得
ることができる］を計算するために航空機の速度及び弾
道学の原理を考慮する）等を必要とすることが従来より
知られている。

ヘッドアップ型以外の表示装置においても、新方式の
表示記号を使用することによりパイロットの精神的な負
担を大きく緩和することができる。この方法に関して
は、ラバリング（Lovering）に付与された米国特許第4,
368,517号“航空機着陸表示装置”に開示されているも
のがある。このラバリングの装置は操縦室内に固定する
構成となっており、精密な遠近画法を利用して滑走路を
映し出し、視界が悪い情況においてもパイロットが滑走
路に対する自分の位置を確認できるとともに、操縦状態
を調整してその結果を確認することができる。この表示
装置は装置のフレームに対して水平位置に固定された水
平基準線記号を表示する構成となっている。この水平基
準線記号の下には、航空機から見える実際の滑走路を描
写するように遠近法を用いて滑走路記号が表示されてい
る。これら２つの記号は滑走路記号下の航空機記号と組
み合わせて前方の景色を映し出し、パイロットが航空機
の姿勢及び進入状態を確認することができる。ラバリン
グ特許に開示された表示装置は、パイロットがあたかも
航空機から離れた場所で見ているかのように滑走路、水
平線及び航空機の景色を写しだすことができる。すなわ
ち、このラバリングの表示装置は操縦室内で外側に見え
る指示情報を再現することを試みている。

“コンタクト”飛行とは、パイロットがキャノピーの
外側に実際に見ることができる地上の物体、雲、空、水
平線等を飛行情報として利用しながら操縦する方法をい
う。このコンタクト飛行は、通常視界不良時に行う“計
器”飛行とはまったく異なるものであり、人によっては
異なる意味に理解しているようであるが、“コンタクト
−アナログ”を“コンタクト”飛行の模擬的なものとし
て、視覚的アナログ情報を提供するという意味で一般的
には使用されている。したがって、ラバリングの空港滑
走路表示装置を“コンタクト−アナログ”型と呼んでい
る。

この“コンタクト−アナログ”型には、“アウトサイ
ド−イン（外から中）”と“インサイド−アウト（中か
ら外）”の基本的な２つの種類がある。例えば、“アウ
トサイド−イン”型のコンタクト−アナログ垂直ジャイ
ロ指示器は、計器盤上の円形の文字盤に水平位置をエッ
チングし、これに対して静止する水平線を備えるととも
に円の中間部に小さな線を引いて航空器の断面を記号的
に表示し、これが文字盤の中心の可動軸上で水平儀に対
して傾き機体の横揺れ状態を示すようになっている。ま
た、水平線に対して記号が上下して縦ゆれを表示するよ
うになっている。ラバリングの空港滑走路表示装置は、
この型に属すると思われる。また、“アウトサイド−イ
ン”型の表示装置を使用することにより、パイロットは
自分の制御動作とそれによる結果との関係をよく理解す
ることができる。パイロットは、例えば、キャノピーの
後部上方の外側に設けた椅子から航空機を見るているか
のごとく観察することができる。すなわち、外の景色が
操縦室内で見ることができる。なお、この椅子の姿勢は
地上に対して固定されたものとなっている。

“インサイド−アウト”型のコンタクト−アナログ垂
直ジャイロ指示器は、計器盤に対して水平に静止する航
空機記号を示すとともに、文字盤上で水平線が傾いて縦
ゆれを示す構成となっている。ロルストンの航空機姿勢
基準表示装置は、一般的なこの種の装置に属すると思わ
れる。“インサイド−アウト”型表示装置は、“アウト
サイド−イン”型の装置とは異なって水平方向に対する
機体の方向を精度良く示すことができるために広く普及
している。この“インサイド−アウト”型垂直ジャイロ
指示器は、パイロットがキャノピーの外側で実際の水平
線に対する機体の傾きを見るのとまったく同様な方法
で、固定された機体記号の傾きを水平儀に見ることがで
きる。ロルストンは、さらに表面に機首方向及び縦ゆれ
角度記号をエッチングした透明な球体の中心の３つの軸
を有するジンバルのプラットフォーム上に機体を支持し
たかのような感覚をパイロットに与えるという構想を採
用した。この球体は航空機とともに平行移動するが、地
表面に対して安定した姿勢を保つようになっている。

特に、ヘリコプタのパイロット等のために近年開発さ
れた装置としては、米国軍発行のTM−55−1520−238−1
0の４−19から４−24頁に記載されているものがある。
この装置はヘルメットに表示装置を取り付けた構成とな
っており、エンジントルク、飛行速度、上昇速度及び水
平線指示器等の操縦及び飛行状態を示す記号からの飛行
情報をヘリコプタのパイロットに対して常に確実に示す
ことができる。姿勢指示器と同様にこれらの表示はパイ
ロットの前方に投映され、パイロットが下方の計器類を
見なくとも済むようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、“アウトサイド−イン”及び“イン
サイド−アウト”型の装置は、双方ともに有用なもので
あるが、各々がパイロットに対して特有な架空の視点を
設定しているために、パイロットは所定の認識機能を有
する表示装置を理解するためにはその視点を憶測しなけ
ればならないという欠点がある。パイロットはこの架空
の視点に自分の視点があると想像することにより認識機
能を向上させることができる。しかしながら、パイロッ
トがその表示装置に映し出された架空の位置にいると想
像することにより、現実の位置における飛行状態の認識
ができなくなる危険性がある。これは、この架空の位置
が必ずしも飛行状態を認識する上で最適な位置ではない
からである。したがって、パイロットは現実の飛行状態
と表示装置による飛行状態との間に矛盾を感じることに
なる。

例えば、“インサイド−アウト”型の垂直ジャイロ指
示器に関して説明すれば、パイロットは機体の断面記号
の長手方向の軸に対して自分の視覚上の軸を一致させ、
機体の姿勢と体の姿勢とを観念的に見極めなければなら
ない。同様に、ロルストンの球体上にエッチングされた
記号においては、パイロットは正面を向き機体の一点に
くぎ付けされたかのように姿勢を正さなければならな
い。このことは、機体の長手方向の軸線上に情報を投映
することが原因となっている。また、このことについて
は、上述したヘリコプターパイロット用ヘッドアップ表
示装置についても言えることであるが、前方を見ている
状態から振り向いた後に姿勢指示器を使用すると、方向
を見失う場合がある。すなわち、これらの表示装置に関
しては、記号を知覚するのは航空機ではなくパイロット
であるという事実を無視しているために、この“インサ
イト−アウト”型の“コンタクト−アナログ”技術の模
擬的な表示効果は逆に欠点になっている。

同様に、ラバリングの“アウトサイド−イン”型表示
装置は、例えば、米国特許第4,368,517号の第2b図のポ
ジション８に示されているように、仮想の視点から見え
る水平線は機体の横揺れに関係なく安定しているわけで
あるが、機体記号が示す横揺れを仮想の視点において経
験しているとパイロットは想像しなければならない。し
たがって、航空機が例えば急下降してパイロットに対し
て“G"が加わった場合等、特に、パイロットは仮想の視
点における記号映像と現実の飛行状態との間に混乱を生
じてしまう。

この発明の本質を鑑みて以下に詳述するよに、上述し
た従来技術の“コンタクト−アナログ”の発想に関する
問題点が明らかになる。このことは、この発明に関して
重要な問題であり、例えば、航空機（アウトサイド−イ
ン）または前方視界（インサイド−アウト）の一方向ま
たは他方向から表示される映像をパイロットが混乱する
ことなく正確に認識できるようにすることである。

言い換えると、従来の“コンタクト−アナログ”表示
装置は、航空機または地上を基準としているために、パ
イロットは、自分の姿勢状態が変化しても常に視点に対
して固定されている表示は仮想視点におけるものであ
り、現在の自分の姿勢状態から見られるものではないこ
とを理解しなければならない。したがって、この発明は
コンタクト−アナログ情報に関して、パイロットが表示
された情報を自分の飛行姿勢状態にかかわらず正確に認
識できるようにするものである。

したがって、この発明は、飛行中の航空機内のパイロ
ットに対して所望する飛行情報を記号映像として表示
し、パイロットの姿勢状態にかかわらずこの記号映像を
正確に認識することができるヘルメット搭載型表示装置
及びその表示方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、地上に
対する航空機の位置呼び姿勢を検知し、これらを表す航
空機位置信号及び航空機姿勢信号を準備する。さらに、
この飛行中の航空機に対するパイロットのヘルメットの
姿勢を検知して、この姿勢を表すヘルメット姿勢信号を
準備する。なお、好適には複数の信号とすることができ
るが、ここでは説明を簡単にするために単一の信号とし
て記載する。したがって、“ヘルメット姿勢信号”は、
例えば、ヘルメットの縦揺れ、横揺れ及び偏揺れ等の複
数のヘルメット姿勢信号、または高度、緯度及び経度等
の複数の位置信号等を含むことができる。また、これら
の位置及び姿勢に関する情報を単一の信号に含ませるこ
ともできる。

なお、ヘルメットの位置は航空機と同様と見なすこと
ができるため、ヘルメットの位置を検出しない構成とす
ることも可能である。したがって、航空機位置信号をヘ
ルメット位置信号の代わりに使用するこができ、これを
ヘルメット位置信号と呼ぶことができる。また、航空機
の位置基準点がヘルメットと著しく異なる場合には、こ
の違いを考慮して航空機位置信号を補正するようにして
もよい。

航空機の姿勢信号及びヘルメットの姿勢信号に応答し
て、地上に対するヘルメットの姿勢を求め、ヘルメット
姿勢信号を変換して地上に対するヘルメット姿勢信号と
する。そこで、航空機の姿勢すなわちヘルメットの位置
信号及び変換したヘルメット姿勢信号に応答して、ヘル
メットを装着したパイロットの所定の視界内に見える少
なくとも１以上の地表面上の所定の地点に相当する記号
映像をパイロットに対して表示する。この場合、この記
号映像は、航空機に対するヘルメットの姿勢及び地上に
対する航空機の姿勢にかかわらず、実際の地表面上の位
置と一致するようにパイロットに対して表示する。すな
わち、パイロットは、自分の視界内に投映された記号映
像を実際の地上面に重畳させて見ることができる。した
がって、この発明に係る表示装置は航空機を主体として
飛行情報を提供するものではなく、あくまでもパイロッ
トを基準にして所望する情報を提供するものである。

また、この発明によれば、地上の所望する地点の位置
を示す複数の地表面位置信号を記憶手段に記憶するとと
もに、航空機の位置あるいはヘルメットの位置信号に応
答して、この記憶手段からこれらの必要な信号を検索す
ることもできる。さらに、航空機またはヘルメットの位
置信号及び検索した地表面上の位置信号値から航空機ま
たはヘルメットの位置に対して地表面上の実際の位置に
相当する位置を決定し、このヘルメットの位置を基準と
して補正した地上位置信号を設定する。次に、この補正
された地表面位置信号及び変換されたヘルメット姿勢信
号に応答して、地表面位置信号がパイロットの視界内に
見える実際の地表面上の地点に相当するか否かを確認す
る。もし、相当する場合には、この地表面上の所望する
地点に相当する記号映像を、実施の地表面上の位置に対
して一致するようにパイロットに対して表示する。

記憶された複数の地表面位置信号は、目標とする地表
面上の所望する地点を示すものであり、例えば、所定の
飛行計画における地表面のウェイポイントの位置を示す
一連のウェイポイント位置信号とすることもできる。こ
の場合には、所定の飛行計画における現時点の、すなわ
ち接近しつつあるウェイポイント位置を示す現ウェイポ
イント位置信号を検索して、現在のウェイポイントに対
する航空機またはヘルメットの位置を決定して現ウェイ
ポイント位置信号をパイロットを基準とした信号に変換
する。次に、現ウェイポイントの位置がパイロットの視
界内に存在するか否かを確認する。もし、存在する場合
には、パイロットの視界内の表面上の実施のウェイポイ
ント位置に相当する位置にそのウェイポイントを示す記
号映像を表示する。

一方、パイロットの視界内に所定の（現時点におけ
る）ウェイポイントがいまだ存在しない場合には、ウェ
イポイントの記号映像が見える位置にパイロットを振り
向かせまたは機体を旋回させるために別の記号映像を表
示することもできる。

さらに、現ウェイポイントに加えて、航空機の位置信
号に応答して次のウェイポイントを示す次ウェイポイン
ト位置信号を記憶手段から検索することもできる。この
場合も、次のウェイポイントに対する航空機またはヘル
メットの位置を決定し、ヘルメットを基準とした次ウェ
イポイントの位置信号に変換する。また、ヘルメットの
位置を決定した後に、次ウェイポイントの位置がパイロ
ットの視界内に存在するか否かを確認する。もし、存在
する場合には、実際のウェイポイントの位置に相当する
ところに次ウェイポイントを示す記号映像を表示する。

特に、パイロットは飛行中予期できぬ出来事に遭遇す
る可能性が多いために、この飛行経路地図をレイアウト
することができる場合のナップ−オブ−ゼ−アース飛行
においては、地表面上の実際の飛行行程を示す飛行経路
映像よりは実際のウェイポイントを示す記号映像をパイ
ロットに対して提供する方が有利である。通常、比較的
に遠方にあるウェイポイントを幾つか設けることによ
り、パイロットは所定の飛行行程に沿って自由に操縦す
ることができるようになる。

このようにウェイポイントを表示することにより、パ
イロットは機首方位及びステアリング（操舵方向）指令
合図等と共に飛行計画情報（ナビゲーション情報）を得
ることができる。この表示方法は、実際のパイロットの
前方視界に重複させて接近するウェイポイントの位置を
表示しているために、このウェイポイントの位置を容易
に理解することができる。したがって、パイロットに対
して最適な表示方法が提供される。

さらに、このウェイポイントを検索する方法は、第１
のウェイポイント位置信号を検索し、この位置信号を現
在のウェイポイントを通過するまで現ウェイポイント位
置信号として認識することをさらに発展させたものと考
えることができる。また、この第１ウェイポイント信号
を検索すると同時に、次のウェイポイントを示す第２の
ウェイポイント位置信号を検索し、これを現在のウェイ
ポイントを通過した後に所定の飛行計画内の次ウェイポ
イントとして認識させることができる。現在、航空機は
現ウェイポイントに対する所定の第１所定距離内を飛行
しているか否かを判断した後に、２つの判断をすること
ができる。まず、航空機またはパイロットのヘルメット
の位置から現在接近するウェイポイントまでの距離が増
加しているが否かの第１の判断を行う。ここで、この距
離が増加している状態にある場合には、この航空機また
はヘルメットの位置から次の（第２）ウェイポイントま
での距離が減少しているか否かの第２の判断を行う。こ
こで、この第２ウェイポイントまでの距離が減少してい
る場合には、この第２ウェイポイントを現時点における
現ウェイポイントとして設定し、第３のウェイポイント
位置信号を検索して新たな次ウェイポイントとして設定
する。これら第１及び第２の判断が共に満足されず、さ
らに、この両判断を満足しない状態で現在のウェイポイ
ントまでの第２の所定距離内（第１の所定距離よりも大
きい）にある場合には、現在のウェイポイントを自動的
に次のウェイポイントに変更する。そして、航空機が目
的地に到達するまで同様のことを繰り返す。

さらに、航空機に対するヘルメットの位置をさらに検
知して、ヘルメット位置信号を設けることもできる。こ
のヘルメットの位置に関する情報を利用して、実際の地
表面上に正確に一致するように記号映像を表示し、航空
機内にあるヘルメットを基準とした記号映像を表示する
ようにする。したがって、３つの回転上の自由度に加え
て、この航空機内の操縦室に対するパイロットの頭部の
自由度から少なくとも１つの自由度を考慮することがで
き、パイロットが実際に見ている前方の景色に対してさ
らに正確なコンタクト−アナログ映像が提供される。

また、パイロットに対してステアリング合図映像を表
示して所定の飛行計画に従った航空機の機首方位を示
し、現時点におけるまたは次のウェイポイントを指示す
ることができる。このステアリング合図記号は不等記号
の形状をして水平に移動し、パイロットが現在の飛行行
程上を飛行し続けるかまたはこの所定の飛行行程に復帰
させるための水平線にまたはコンパス方位記号付近に表
示されるものである。また、このステアリング合図記号
は、例えば、３次元方向を示すようにすることができ、
操縦方向がパイロットの視界内の垂直中心線に対してプ
ラスまたはマイナス方向の所定の角度範囲内（例えば、
19゜）にある場合には第2A図に示すように上方を示し、
この角度範囲外にある場合にはパイロットに対して右ま
たは左に旋回するように指示して、所定の飛行行程に復
帰するように合図する。

さらに、このステアリング合図記号は、現在の非飛行
行程に復帰するように、または次の飛行行程が近付いて
きており現在のウェイポイントに対して非常に接近して
いる場合には、次の飛行行程へスムーズに旋回できるよ
うにパイロットを誘導する。また、このステアリング合
図記号に関連させて航空機記号を設け、水平線またはコ
ンパス方位信号に対して航空機の機首方位を示すことも
できる。

上記したようにこの発明は、さらに、航空機に対する
ヘルメットの姿勢及び地上に対する航空機の姿勢に関係
なく、コンパス方位記号の記号映像をパイロットの視点
に対して固定して表示するようにパイロットの視界内に
地表面上の水平線に重ねて表示することができる。これ
は、パイロットが振り向いた場合等のその瞬間的な視界
内にコンパスの一部を表示することができる。

さらにこの発明は、上記したようにパイロットの視点
に対して地表面上の水平線を示すヘルメットコンパス方
位記号を固定して表示する代わりに、航空機に対するヘ
ルメットの姿勢及び地上に対する航空機の姿勢に関係な
く、パイロットに対して水平方向を示すようにヘルメッ
トコンパス方位記号を表示することができる。この方法
は他の表示記号と混乱しないように水平線を特に簡単な
記号で示すことを必要とする軍用航空機等において有用
なものである。この場合には、このコンパス方位記号を
パイロットの視界の上部に固定させて表示することが可
能であり、地表面に対する航空機の位置または航空機内
の操縦室に対するパイロットの頭部位置にかかわらず、
パイロット（頭部）の動きに応じて動くようにすること
ができる。

さらにこの発明によれば、表示する水平線を表す記号
映像を簡単な線映像とすることができる。

［実 施 例］ 以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例を説明す
る。

第１図は、航空機12を操縦しているパイロット10を示
している。このパイロット10は、航空機に対するヘルメ
ットの位置及び姿勢、地表面に対する航空機の位置及び
姿勢を気にすることなく、地表面18の水平線16のを表す
記号映像14を見ながら操縦することができる。なお、図
中においてこの水平線の記号映像14は実線で示しており
パイロットの視野内において見ることができる。パイロ
ットの右肩上から航空機内操縦室20の後部に延びる点線
22は、パイロットが右方向に振り向いた時にその点線の
位置に実線で示す記号映像14を見ることができることを
示したものである。一方、この線の他端側は視界の左手
方向に同様に示される。この点線26も同様にパイロット
10が地上の町並み24を見ようと左手方向を振り向いた時
に、水平線16を示す実線として彼の視界内に映るように
なっている。

したがって、線14、22及び26はパイロットの頭部を中
心とした円を形成しており、パイロットはこれを地表面
の水平線として見ることができる。この円の点線で示さ
れた部分は実際にそこに映し出されるものではなく、パ
イロットの視界内に入った時以外は存在しないものであ
る。すなわち、点線22はパイロットが振り向いた時にそ
こに水平線を示す実線として見ることができることを示
したものであり、想像線26は航空機が図面の右手上方を
向いているとした場合に機体の左前面に水平線16として
見ることができるものである。したがって、線14、22及
び26はパイロットの頭部の位置及び姿勢、航空機の地表
面に対する位置及び姿勢とは関係なく、実際の水平線16
と一致するようになっている。

上述した従来技術において示したように、パイロット
が多くの時間を費やす任務の一つに、多くのウェイポイ
ントまたは飛行行程の最終旋回地点を示す飛行基準等を
有する所定の飛行計画にしたがった領空飛行がある。第
１図においては、右上方の旗ざお記号28で示したものが
ウェイポイントである。このウェイポイント28はパイロ
ットが飛行計画にしたがって現在接近しつつある地点を
示している。このウェイポイント28は第１図において水
平線と直交するように示されているが、図示する飛行状
態ではパイロットの視界内に見えるものではなく、パイ
ロットが左前方に振り向いた時に彼の視界内に投映され
るものである。また、ウェイポイント28の基部30はパイ
ロットから見て地表面に位置しており、実際のウェイポ
イントとして見ることができるものである。航空機がウ
ェイポイントに接近してその付近を通過する時には航空
機とウェイポイントの基部30間に引いた線と、航空機と
水平線間に引いた線とがなす角度が90゜になるまで、そ
の基部30は水平線の下方に見えるようになっている。ま
た、航空機がそのウェイポイントに接近すると旗ざお記
号28は長くなり大きく見えるようになる。このことは、
旗ざお記号28の水平線の上方に見える長さを一定にした
場合に、水平線の下方に見える部分が長く延びたように
感じることを意味する。すなわち、航空機の飛行高度が
変化した場合には記号の大きさも変化することになる。
したがって、航空機が比較的低空を飛行している場合に
は、水平線の下方部分は当初から比較的長く見えるが、
同じ位置の比較的上空を飛行している場合には、当初は
短く見えるが近付くにつれて速い速度でかなりの程度ま
で大きく見えるよになる。旗ざお記号28の上部には旗記
号32が設けられている。この記号には数字が表示されて
おり、例えばウェイポイント番号またはウェイポイント
までの距離等のいずれかを示している。さらに、前方に
示すもう一方のウェイポイント34は現在のウェイポイン
ト28、30、32の次のウェイポイントを示しており、現時
点においてはウェイポイント32より小さく見え、旗ざお
部分は全部水平線上に突出している。

これらのウェイポイント記号の外にも、地上に関する
必要な記号を必要な数だけ表示することができる。例え
ば、標的情報や緯度、経度及び地図座標等を示す格子上
の記号を投映することもできる。したがって、この発明
に係る表示方法により上述したウェイポイントまたは水
平線の映像記号と同様に、地表面に関する必要な情報を
種々の映像記号として表示することができる。この実施
例においては、前記した以外の記号に関する詳細は省略
するが、このことはこの発明の範囲をこの実施例に限定
するものではない。

次に、上記以外の幾つかの映像記号に関して簡単に説
明する。

水平線記号14及びウェイポイント記号32、34以外に取
り得る記号としては、第１図においてパイロットの前方
視界内に表示されている地表面上の方位点記号等が考え
られる。図示したパイロットは幾分上方を向き、飛行方
向である北側に表示された逆向きの番号17及び18を見て
いる。この番号はパイロットに約60゜の水平視界を与え
る約140゜から200゜（図示、反転した数記号14から20）
にわたる実線で示している。この範囲外に示された記号
は図示している状態においては実際には表示されてはい
ないが、ここでは説明のためにコンパス方位記号を中抜
きの数字で示している。この場合にも上述した水平線記
号14等と同様に、パイロットが現在目視している方角か
ら多少視線をずらした時に彼の前方視界内に見えてくる
ものであり、パイロットの頭部を中心として円形に表示
されている。この記号は水平線記号14と異なりパイロッ
トの頭部の動きに伴って傾くようになっている。したが
って、パイロットは無限遠に設けた円周上にこれらの記
号が存在するかのようにみることができる。また、この
円周はパイロットの目の中心を通る垂直な面に対して直
角な平面上に位置している。この記号の表示方法は戦闘
機等にとって非常に有効なものであり、戦闘中において
パイロットの視界を妨げがちな多種類の映像記号から水
平線記号を明確に区別することができる。しかしなが
ら、パイロットの頭部の動きに関係なく水平線記号14と
同様に固定して表示することも可能である。

また、上述したコンタクト−アナログ記号以外の地表
面に関連のない記号についても映像記号として表示する
ことができる。例えば、パイロットが前方を向いている
時には、常に機体の長手方向の軸線に沿って前方に表示
されるピッチラダ及び横揺れ指示器を見ることができ
る。これらの映像はパイロットが前方を向いている場合
に限り表示するようにすることができる。また、パイロ
ットがいずれの方向を向いている場合でも、彼の頭部位
置に対して常に同じ位置に静止するように設定すること
もできる。

次に、パイロットが機体の左前方（北方向）を向いて
いる時に見えるウェイポイント32、34に関して、第2A図
に基づいてさらに詳細に説明する。

第１図においては、２つのウェイポイントのみが一度
に表示されるように図示されているが、特務飛行の各飛
行工程においては、実際には次々と通過する一連のウェ
イポイントに映し出される地上の多くの基準地点が不連
続に存在する。現時点の飛行位置におけるウェイポイン
トを通過すると、そのウェイポイントはパイロットの視
界から消え去り次のウェイポイントが表示される。

この表示方法は現在接近しつつあるウェイポイントと
次に向かうウェイポイントの双方を旗ざおの航行指示記
号で図式的に表示する構成となっている。図中、比較的
大きく示した長方形の旗32はプログラムされた飛行計画
に沿って現在接近している（または現時点の）ウェイポ
イントを示している。水平線記号26からの垂直高さ28a
は一定であるが、下方に延びる28bは航空機がウェイポ
イントに対して接近するにつれて、実質上、地表面に固
定されているかのように長く見えるようになる。しかし
ながら、上述したようにこの28bの長さの変化は飛行高
度によって変動する。また、この旗は各ウェイポイント
を識別する識別記号、またはウェイポイントまでの距離
を表示できるデジタル表示記号38を有している。さら
に、この旗はパイロットの頭部または機体が傾むいた場
合でも、パイロットの視界内に見える水平線に対して常
に直角に表示される。また、旗ざおの底部に示した黒円
30は、パイロットから見て、実際のウェイポイントの地
上位置の地表面に取り付けられているかのように見え
る。したがって、現在航空機が接近する旗は、実際の地
表面における地理上の特定の位置に打ち込まれているか
のように感じられる。

旗32より小さく見える旗34は、飛行計画において次に
到達するウェイポイントの位置を示している。この旗34
は旗32と異なり、そのさお部40は水平線記号26の下側に
対して延びてはおらず、水平線に対しては常に直角に位
置するようになっている。なお、この旗34には記号等を
表示しないようにすることが好ましい。

パイロットが一定の方向を向いている場合には、この
旗記号32、34は機体の横方向の動き、すなわち偏揺れに
比例して水平（左右に）移動する。このことは、パイロ
ットに対して常に地表面上の安定した映像を提供するた
めの必要なことである。同様に、旗記号32、34及び水平
線記号26は機体の縦揺れに対して垂直に比例移動する。
さらに、ウェイポイント及び水平線記号は機体の横揺れ
（ローリング）に比例してに回動する。

機体の姿勢が地表面に対して一定に維持されている場
合には、水平線記号及び旗記号（ウェイポイント）32、
34の双方は、パイロットの頭部の横揺れ、偏揺れ及び縦
揺れに対応して水平方向及び垂直方向へ各々が回転、移
動する。また、操縦室に対するパイロットの頭部の平行
移動等の姿勢を考慮することもできる。なお、操縦室内
でのパイロットの姿勢は常に変化しているものであり機
体姿勢も変動するものである。したがって、この発明に
よれば、パイロットのそばに見られる“コンタクト−ア
ナログ”（ここで開示している意味での）用の映像に関
して、これらの双方の姿勢変動を考慮している。

航空機が現時点のウェイポイントをいつ通過するかを
計算して、ウェイポイント（通過したウェイポイント、
現在のウェイポイント及び次のウェイポイント）が新た
に設定される。基本的に、この方法は航空機が現時点に
おけるウェイポイントの第１所定距離内にいるのか、ま
たは現在現時点のウェイポイントに対して接近しつつあ
るのか、あるいはまた、次のウェイポイントに対して向
かっているのかを周期的に決定することである。さら
に、現時点のウェイポイントの第１所定距離より長い第
２所定距離内に航空機が存在しているかを判定する。な
お、上述したウェイポイントへの接近テスト（現時点の
ウェイポイントの第１距離内で実行された）の肯定的な
結果に関係なく、現時点のウェイポイントに対する航空
機の位置が第２選択距離より接近している場合には、次
のウェイポイントが現時点におけるウェイポイントとに
変更するようにすることもできる。

また、第１図の方位記号付近に示した記号42bとは異
なる、ステアリング合図記号（操縦方向の指示記号）42
cを第2A図に示す。この記号は、例えば、ウェイポイン
トと関連して、あるいは第１図に示すように方位記号と
関連させて表示することができる。このステアリング記
号はパイロットの視野内に見える時には現時点のウェイ
ポイントに向かう方向を指示するものであり、視界内に
存在しない場合には航空機を誘導してこのステアリング
記号が視界内に入るように指示する別の指示記号を設け
ることができる。また、機首方向記号42dを表示して機
体の現在の機首方位を指示してもよい。この機首方向記
号42は、水平線記号の付近にこれと関連させてステアリ
ング記号と共に表示することも可能であり、また、この
双方の記号を第１図に示した方位記号に関連させてその
付近に表示することもできる。第１図においては、機首
方向が右上方を向いているために、このステアリング記
号42dは表示されていない。図示する場合には、記号42b
の右側近傍の方位記号付近に表示され、パイロットは機
体の縦軸上の前方に常に見ることができる。

上述したように、ウェイポイントの旗記号32、34は現
在のウェイポンイト及び次に向かうウェイポイントの実
際の位置を示すために設けられるものであり、これらの
旗記号は航空機からの方位角方向の遠方に水平線記号と
ともに実際の景色に対して表示されるものである。この
航空機からの旗記号までの距離はその飛行高度の影響を
受けるものではあるが、航空機のウェイポイントへの接
近に伴ってウェイポイントの旗ざお記号が長く延びるこ
とにより表示される。

同様に、ステアリング合図記号42cはパイロットがウ
ェイポイントに到達できるように誘導するために設けら
れるものであり、飛行経路が所定の飛行行程（現時点の
ウンェイポイントと次のウェイポイントとを結ぶ直線で
示される）からはずれた場合に、パイロットはこのステ
アリング合図記号に基づいて機体を旋回させ（直接ウェ
イポイントに向かうものでない）、正規のコースに復帰
することができる。第2A図においては、水平線記号26の
近傍にこのステアリング記号42cを示したが、第１図に
示したステアリング記号42bと同様に方位記号付近に表
示することもできる。

次に、第2C図について説明する。

図示した点42aは現時点の現ウェイポイントの地表上
の位置に相当し、点42は前のウェイポイントを示してい
る。一方、点44は航空機の現在位置に相当する。角度Ａ
は、現時点における飛行工程46と、現在の飛行位置と現
ウェイポイントを結ぶ線48とにより形成される角度であ
り、角度Ｂは、飛行行程46と、点44からステアリング記
号の示す方向へ延ばし飛行行程46と交わる線50とその飛
行行程46により形成される角度である。

この角度ＢはTanAを定数倍したarctanと同等に設定す
る（Ｂ＝arctan btanA,bは定数）。この定数ｂは自由に
設定できるが1.5から３の間に設定することが最も好ま
しい。航空機の位置が変わるとＡ及びＢ値も当然同様に
変化する。この値を計算することにより、現在の飛行位
置から実際の飛行行程へスムーズに導くことができる。

すなわち、現ウェイポイントに対して線48及び線50に
より形成される角度（この角度は180゜−［（180゜−
Ｂ）＋Ａ］で求めることができる）分ずらした方向にス
テアリング合図記号を表示するようにして機体の旋回を
誘導することができる。

また、この方法により新たな飛行行程に接近した場合
にもスムーズに旋回することが可能となる。例えば、第
2D図に幾つかの典型的な飛行行程を示す。これらの飛行
経路は図示する種々の位置からパイロットがステアリン
グ記号に従って90゜旋回して飛行することができる経路
である。円54の半径はあらかじめ設定されたものであ
り、航空機が円付近に到達するとステアリング記号が表
示され、パイロットはそれに従って機体を旋回させ、次
のウェイポイントへ向かうことができる。通常、ウェイ
ポイントによる映像情報をパイロットに提供するため
に、現在のウェイポイントを通過後直ちに次のウェイポ
イントの映像を表示するものではない。しかしながら、
直ちに表示するように設定することも当然可能である。
（円を規定するためのその半径は無制限に設定すること
もできるが、ウェイポイント映像効果により現在のウェ
イポイントの同一性が変化した辞、すなわち次のウェイ
ポイント映像が表示された時点での上述した第１所定距
離と同等と設定してもよい。）ウェイポイントの映像表
示の変化は予想することも可能であるが、パイロットは
ステアリング記号を確認し、それに従って旋回して新た
なコースを飛行することもできる。

第2D図には飛行計画においてウェイポイント56の前に
位置するウェイポイント60が示されている。航空機が点
60と点56により規定される所定の飛行経路62上の点61か
ら飛行し、円54に到達したことが検知されると、現在の
ウェイポイントを表示した状態でステアリング記号が変
化し、次のウェイポイントに向かうための方向が指示さ
れる。そこで、パイロットはこれに従い最適な旋回飛行
を開始し、次の飛行行程64に向かうことができる。した
がって、上記した計算方法によりパイロットはステアリ
ング記号42に従って太線で示した飛行経路66及び曲線に
沿ってスムーズに次の飛行行程64に向かうことができ
る。また、上記した旋回経路の外に点68及び点70から経
路72及び74に沿って旋回して飛行行程64に向かうことが
できる。この場合においても、円54に到達すると、次の
ウェイポイントの映像情報が表示される前に、ステアリ
ング記号による旋回の誘導に従ってコースを変えること
もできる。

第８図は長方形形状の座標系を示す。なお、ここに示
す座標系は一実施例であり多の座標系を使用することも
できる。

図において、複数の平行線104は緯度を示しており、
これに交差する複数の平行線は緯度を示している。ま
た、座標面102は地表面の地形を示し、点103は座標面上
の原点（０^＊）点を示している。なお、航空機はこの座
標面上を飛行しているものとする。図示した点線は地表
面の実際の緯度及び経度であり、例えば、点108等を基
準として簡易的な座標基準系を形成することができる。
図示するように、点108は地表面上またはそのすぐ上空
の位置（例えば、ビル等の建造物）を示しおり、座標系
の経度及び緯度によって規定することができる。また、
点108の海抜を利用して緯度及び経度とともに３次元の
直角座標を設定し、地表面が平坦な面であるとした場合
には３次元のカルデシアン座標系を基準座標系とするこ
ともできる。なお、この座標系は後述する“地表面座標
系”すなわち“ECS"である。

さらに、第８図上部には第２基準座標系を示す。この
座標系は、“ax"、“ay"及び“az"の３つの直角座標か
ら構成され、その原点（０）110を航空機内に設定して
いる。この３軸により航空機座標系、すなわち“ACS"が
形成される。このACS座標系は点を規定する座標基準系
を設定することができる。また、図示するようにこのAC
S座標系は３次元座標系であり、原点（０）110を航空機
内のいずれの位置に設定することもできる。なお、“a
z"軸を機体の縦軸（機体の前方をプラスとする）とし、
“ax"軸を機体の右方向に延びるように“az"軸に対して
直角に設定する（この右方向をプラスとする）。したが
って、この“ax"及び“az"軸により形成される面は、航
空機に対する水平線となる。また、“ay"軸は、“ax"軸
及び“az"軸に対して機体の下方に直角に延びている
（この下方をプラスをする）。

さらに、第３の基準座標系を説明する。この座標系
は、“px"、“py"、“pz"軸からなり操縦室内のパイロ
ットを原点（０′）112とした“パイロット座標系”、
すなわち“PCS"座標系である。この座標系も上述した
“ACS"と同様に、各軸が相互に直角に設定されており、
第９図に示すように、前方を見ているパイロットに対し
て規定された座標である。したがって、この３軸により
パイロットの視界内にある点を規定する座標基準系を設
定することができる。

次に、第９図について説明する。パイロットはヘルメ
ット搭載型表示装置118を有するヘルメット118を装着
し、このヘルメットに設けられたスクリーンを介して前
方の景色を見ている。なお、116はパイロットの頭部を
示している。上述した“pz"座標はパイロットの視線上
に、“px"座標はパイロットの視線に対して右方向に、
“py"はパイロットに対して下方方向に設定されてい
る。この発明は、パイロットのヘルメットに搭載された
表示装置118に対して水平線及びウェイポイントを正確
に位置付けるために、それぞれが別個の原点103、110、
112（０^＊,0,0′）を有し、相互に座標間の平行移動ま
たは回転移動することが可能な上述した３つの座標系に
関連するものとして、地表面102、航空機100及びパイロ
ット用ヘルメット118を利用するものである。

分析幾何学においてはすでに公知な事実であるが、こ
の座標系の移動に関して説明すると、各々が異なる原点
を有した２つの座標系を相互に平行移動、すなわち座標
移動させることにより座標系を互いに一致させることが
できるというものである。

たとえば、地表面座標系（ECS）の原点103（０^＊）
は、航空機座標系（ACS）に対してa₁、a₂及びa₃の座標
を有しおり、次の関係が規定される。

Ｘ＝Ｘ^＊＋a₁ Ｙ＝Ｙ^＊＋a₂ Ｚ＝Ｚ^＊＋a₃ 上記した関係式において、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標は、航空機
座標系における空間点108（Ｐ）の座標を示しており、
Ｘ^＊、Ｙ^＊、Ｚ^＊座標は、地表面座標系におけるその空
間点Ｐの座標を示している。

同様に、座標系の回転移動に関して説明すると、２つ
の座標系が同じ原点を（０^＊＝０）を有して座標軸が一
致していない場合に、コサイン方向またはオイラー角を
利用して回転させることにより座標系を一致させること
ができる。

コサイン方向への回転とは、１つの座標系の各座標軸
が他の座標系の各座標軸に対してなす角度を０にするこ
とである。次に、これら２つの座標系の各座標軸どうし
の角度のコサインをa_ikとし（ここで、ｉ及びｋは１か
ら３までの数字とする）、この第１の添え字（ｉ）は
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を表し、第２の添え字（ｋ）はＸ^＊、
Ｙ^＊、Ｚ^＊座標系を表すものとする。つまり、添え字
“1"はＸ軸またはＸ^＊軸、添え字“2"はＹ軸またはＹ^＊
軸、添え字“3"はＺ軸またはＺ^＊軸とすると、次の関係
式が規定される。

a₁₁＝COS（X,X^＊） a₁₂＝COS（X,Y^＊） a₁₃＝COS（X,Z^＊） a₂₁＝COS（Y,X^＊） a₂₂＝COS（Y,Y^＊） a₂₃＝COS（Y,Z^＊） a₃₁＝COS（Z,X^＊） a₃₂＝COS（Z,Y^＊） a₃₃＝COS（Z,Z^＊） ここで、角度は上記した軸により形成される面内の角
度である。

また、任意の点における座標は、次に示す式によって
表示することができる。

Ｘ＝a₁₁X^＊＋a₁₂Y^＊＋a₁₃Z^＊ Ｙ＝a₂₁X^＊＋a₂₂Y^＊＋a₂₃Z^＊ Ｚ＝a₃₁X^＊＋a₃₂Y^＊＋a₃₃Z^＊ a_ikは“コサイン方向”と呼ばれるものであり、オイ
ラー角またはオイラーの定理によっても同様な結果を得
ることができる。このオイラー角及び定理に関しては幾
何学においては公知のことであるために詳細は省略す
る。（著者:G.A.Korn＆T.M.Korn、「科学者及び技術者
のための数学ハンドブック、Mathematical Handbook fo
r Scientists and Engineers」及び1968年版マグローヒ
ルMcGraw−Hillのセクション3.1−12の長方形カーテサ
イン座標系の平行移動及び回転の説明を参照）。座標系
の平行移動に関して他にも一般的に公知な方法がある
が、ここでは詳細を省略する。

また、上述した平行移動及び回転移動の双方を行い、
航空機座標系及び地表面座標系を一致させることも当然
可能である。この場合に、前記した２つの座標移動方法
を組み合わせると次の変換式が導き出される。

Ｘ＝a₁＋a₁₁X^＊＋a₁₂Y^＊＋a₁₃Z^＊ Ｙ＝a₂＋a₂₁X^＊＋a₂₂Y^＊＋a₂₃Z^＊ Ｚ＝a₃＋a₃₁X^＊＋a₃₂Y^＊＋a₃₃Z^＊ 上記した座標間の変換式は、座標系の一定の空間内に
おける移動（平行移動、回転またはその組み合わせ）に
よって点の座標を変換させることができる変換式として
公知のものである。また、それらを固定座標系による空
間移動の解析とみることもできる。

これらの関係式は、航空機の機体を基準として映像情
報を表示する場合等の単純な構成のヘッドアップ表示装
置に適用することができる。この関係式は、例えば、上
述したロルストン及びラバリングのヘッドアップ表示装
置の表示方法に使用されている。しかしながら、この発
明に係るヘッドアップ表示装置においては、パイロット
の頭部を基準とするために座標系の平行移動及び回転移
動をさらに行う必要がある。例えば、０′点をパイロッ
トのヘルメット座標系の原点112とし、地表面座標から
航空機座標へ移動させた点を、さらにヘルメット座標
（上記したパイロット座標、PCS）へ平行移動させ、航
空機の原点を距離b₁、b₂、b₃移動させてヘルメットの原
点とし、０′中心座標系（ヘルメット）を０中心座標系
（航空機）に対して回転させて９つのコサイン方向bik
（上記したaikコサイン方向を規定した場合と同様の方
法で規定する）を規定すると、ヘルメットの点座標は次
の式で表わされる。

Ｘ′＝b₁＋b₁₁X＋b₁₂Y＋b₁₃Z Ｙ′＝b₂＋b₂₁X＋b₂₂Y＋b₂₃Z Ｚ′＝b₃＋b₃₁X＋b₃₂Y＋b₃₃Z この式によりこの発明に係るコンタクト−アナログ記
号映像を作り出すことができる。したがって、ホログラ
ム表示装置、CRT、液晶、エレクトロルミネセンス表示
（Electroluminescent）、あるいはその他の平面表示技
術等を利用して所望する記号映像を（表示座標系に）投
映することができる。なお、これらの表示方法を選択す
ることはこの発明の主題ではないが、上記した種々の表
示方法のいずれを選択するかで、所望する種類の映像と
して目標空間内に点記号映像を表示するための数学的操
作方法は少なからず影響を受けることになる。

例えば、CRTをヘルメットに搭載したヘッドアップ表
示装置の場合には（映像がコリメータ系に発せされて、
パイロットの目に対して平行な光線として投映される場
合）、パイロットは、第10図に示すような透明な投映ス
クリーン130（窓）を介して航空機の前方の景色を見る
ことができるとともに、パイロットのヘルメット座標系
に表示された地表面上の所望する地点は、目標空間の３
次元方向を投映スクリーン130の平面（２次元）に移し
た座標（表示座標系）を有することになる。すなわち、
座標数が減少することになる（ただし、必ずしも曲面へ
投映する必要はなく、この座標数の減少は必須のもので
はない）。このことは、日常経験できる、物体（３次
元）を移動させることにより広がった陰から縮小した陰
になるという点を除いて影絵（２次元）のようなものと
見なすことができる。

例えば、スクリーン面内のXs、Ys軸がヘルメット座標
系の各Ｘ′、Ｙ′軸と平行であり、スクリーン座標系の
原点131がスクリーン130の中心に位置していると見なす
ことができる。このヘルメットのＺ′軸はその原点にお
いてスクリーンと直交し、パイロットの目、すなわち視
点112aは第９図に示すヘルメット座標系の原点112と一
致する点において、スクリーン後方の距離Ｄの地点で
Ｚ′軸上に位置することになる。

次に、ヘルメット座標Xh′、Yh′、Zh′による点108a
に関して説明する。なお、この座標は上述した座標移動
を利用して地表面座標から得られたものである。第10図
はヘルメット座標のＸ′−Ｚ′面上でのこの点108aの成
分を示したものである。相似三角形の法則により、Xsが
スクリーン座標内の点108aのＸ成分を示すとすれば、 Xs/D＝Xh′/Zh′ ここでXsを求めると Xs＝Ｄ（Xh′/Zh′）となり、 同様に、ヘルメットのＹ′−Ｚ′面においては、 Ys＝Ｄ（Yh′/Zh′）となる。

ここで、Ysはスクリーン座標内の点108aのＹ成分であ
る。上述した座標変換に関しても、他の方法により投映
することができ、またこれらの変換を行なう他の方法も
ある。次に、この場合における３次元空間から２次元平
面への変換を説明する。しかしながら、この発明はこれ
らの変換、投映方法等に限定されるものではない。

上述した方法と異なる点は、スクリーンの縁付近の点
までのＤ値を変え、スクリーン座標内の２点間の直線距
離とパイロットの目の位置におけるその点に対する角度
との関係を一定あるいは約一定に維持することである。
このことは、スクリーンの両縁に対するパイロットの視
点における角度が大きい場合に望ましいものである。

また、コンピュータグラフィックに関する技術分野に
おいては一般的なものであるが、スクリーンの上方の左
角に原点を設定した座標系内にスクリーン座標を表わす
こともできる。このことは、上述したスクリーン座標系
をこのスクリーン角に原点を規定した座標系へ座標移動
することにより、簡単に行うことができる。

次に、第2B図について説明する。この図は信号処理手
段200を示している。この処理手段は中央演算処理装置
（CPU）202、ランダムアクセスメモリ（RAM）204、読み
取り専用メモリ（ROM）206、一対の入出力ポート（I/
O）208、210及び制御・アドレス・データバス212から構
成されており、航空機の姿勢及び位置センサ手段216
（姿勢装置及び検知装置から構成することができる）か
らライン214を介して出力される航空機の姿勢検知信号
及び位置検知信号、ヘルメット姿勢及び位置センサ手段
220（複数の検知装置から構成することができる）から
ライン218を介して出力されるヘルメットの姿勢検知信
号及び位置検知信号、地表面位置信号及びその他のデー
タが入力される地表面位置信号手段224からライン222を
介して出力される地表面位置信号及びその他のデータ、
さらに、映像センサ手段228からライン226を介して出力
される制御信号を伴う映像信号に応答する。次に、この
信号処理手段200はライン226を介して映像センサ手段22
8へ制御信号を出力するとともに、ライン230を介して映
像信号をヘルメット搭載型表示装置232へ出力する。

センサ手段216は航空機の姿勢及び位置パラメータを
検知するように構成されており、これらのパラメータは
種々の信号形式で表わすことができる。例えば、航空機
の飛行姿勢を地表面に対して自由度３で検知し、異なる
３つの信号を用いて各信号が各々の自由度で飛行姿勢を
表すことができる。さらに、３次元座標系内の航空機の
飛行位置を３つのグループ信号で表示することもでき
る。一方、航空機の飛行姿勢は航空機の方位に関しての
み表示してもよい。言い換えれば、航空機の機首方位信
号を機首方位ベクトルを基準とした縦揺れ信号及び横揺
れ信号と共に設けることができる。なお、これらに関す
る特殊な方法はこの発明の目的とするところではない。

航空機の位置及び姿勢を検知するセンサ手段216とし
ては、慣性基準システム等が適している。また、この飛
行位置及び飛行姿勢をそれぞれ単独で検知する装置等を
組み合わせて、所望する機能を持たせるようにすること
もできる。この組み合わせとしては、飛行姿勢基準シス
テム、LORAN型システム、VOR型システム、飛行姿勢基準
機首方位システム及びレーダ機首方位システム等から選
択することができる。

航空機の姿勢信号及び位置信号が信号処理手段200に
入力されると、上記した座標移動方法またはその他これ
らに類する方法により、地表面座標内の点が航空機座標
に座標移動されることになる。

ヘルメットセンサ手段220は単体の装置または幾つか
の装置を組み合わせて構成することができ、操縦室ある
いはその他適する場所を基準として、これに対するヘル
メットの姿勢及び位置を検知するとともに、その姿勢及
び位置を示す信号を出力する。このセンサ手段220とし
ては、航空機に対するヘルメットの姿勢をあらかじめ規
定することができる、ヘルメットの回転方向を３次元空
間座標により示す座標信号送出する３次元ポルヘムス
（Polhemus）システム等が適している。なお、このシス
テムの詳細に関しては、クイパース（Kuipers）に付与
されポルヘムス ナビゲーション サイエンス株式会社
（Polhumus Navigation Sciences,Inc.）に譲渡された
米国特許第3,983,474号及び第4,017,858号に開示されて
いる。

操縦室内でのヘルメットの位置は、室内の幾つかの点
に対して固定していると見なすことができる。また、好
ましくは通常の操縦姿勢におけパイロットの頭部位置に
相当する点に対して固定位置にあると見なすことができ
るために、ヘルメットセンサ手段220は操縦室内のヘル
メットの位置を検知する必要はない。ただし、ヘルメッ
トの位置検知装置を設けた場合には、さらに投映される
映像精度を改善することができる。

地表面位置信号及びその他のデータを記録する記録手
段としての地表面位置信号手段224は、キーボード及び
種々の地表面位置及びその他のデータを記録する表示装
置等から構成することができる。また、この装置はI/O
ポート210への信号ライン240上の他の信号から、信号ラ
イン222を介して他のデータを送出する中継地点として
機能させることもできる。

映像センサ手段228は低視程映像検知装置から構成さ
れており、例えば、熱画像直視装置（FLIR）や視程が低
い場合に対応できる装置等を利用することができる。こ
の装置としては、例えば、制御信号に従って映像捕捉用
の標準及び追跡信号等を得ることが可能なカメラ等が適
している。この制御信号としては信号処理手段200に入
力されるフィードバック制御信号などがある。さらに、
映像信号及び制御信号は映像センサ手段228からライン2
26を介して信号処理手段200へ入力され、信号ライン230
を介してヘルメット搭載型表示装置232を制御して映像
を表示させる。

したがって、この発明によれば、映像記号はパイロッ
トがヘルメット上の表示装置を介して見ることができる
高視程での高輝度の景色、または映像センサ手段228に
よる前方景色の映像上に重畳して投映することができ
る。これらのいずれの場合においても、上記したコンタ
クト−アナログ技術を適用することができる。

ヘルメット搭載型表示装置に関しては、従来技術にお
いて記載したような表示装置を使用することができる。

したがって、第2B図の信号処理手段200は一般的に普
及しているコンピュータ等の計算装置を使用することが
できる。例えば、これに限定されるものではないが、RA
M204は分割処理構成用のデュアル−ポートRAM（RPR）等
の共用記憶域とすることもできる。この構成は図中には
１つだけを示したが、２つの制御・アドレス・データバ
ス212を有するようにしてもよい。この場合、１つのバ
スを入出力用及び通信用とするとともに、航空機用姿勢
位置センサ手段216、ヘルメット用姿勢位置センサ手段2
20及び記録手段としての地表面位置信号手段224から出
力される信号に応答するようにし、もう一方のバスをラ
イン226及びライン230等に入力される映像信号を処理す
るようにすることができる。これらのバスには、例え
ば、モトローラ（Motorola）80286等の処理装置等を設
けることができる。また、この各バスが、MIL−STD−15
53型直列データリンクを介して航空機用姿勢位置センサ
手段216、ヘルメット用姿勢位置センサ手段220及び地表
面位置手段224と通信する場合には、遠隔端末インタフ
ェース（RTI）が必要となる。同様に、このバスの各々
はDPRを介して共用記録域インタフェースを設ける必要
がある。

しかしながら、上述したような構成で信号処理を行う
場合には、映像処理によりコンピュータの負担が増大す
るために、さらにもう１つの、すなわち第３のバスを映
像処理バスに設ける必要がある。例えば、１つのバスを
座標移動用に使用し、他のバスを映像の処理演算に使用
する。これら第２及び第３の映像処理バスは、ピンポン
（ping−pong）型メモリ等のメモリを共用することもで
きる。また、この第３のバスは映像センサ手段228から
の信号に応答するようにすることもできる。なお、上述
したようにこの映像センサ手段228をFLIRから構成して
もよい。図形表示生成領域に適用した通信構成は、W.W.
Gaerthner Research,Inc.製のINRAD II リアル タ
イム グラフィックス システムである。このシステム
はシングルバスまたはデュアルバスと異なり、直列コン
ピュータを構成するのに適しており、ファームウェアま
たはハードウェアにおいて多くのグラフィック機能を有
している。

次に、第３図から第７図のフローチャートについて説
明する。このフローチャートは、第2B図に示す信号処理
手段200に関するものである。

最初に、第３図を説明すると、ステップ300でスター
トした後、ステップ302に移行する。このステップ302に
おいては、第２図に示すライン222上の複数の地表面位
置信号が（例えば、RAM204内に）記憶される。これらの
信号はウェイポイント等の地表面上の点位置を示し、ま
た、記録装置内で簡便な方法により整理される。これら
記録された地表面位置信号は現在パイロットの視界内に
あると判断された信号のみが識別され、検索される。

また、地表面上の所望する地点を図式的に表示する複
数の記号映像信号が記憶される。この記号映像が単に線
である場合には、この線の両端の２点のみを記憶すれば
よい。あるいは、記号映像を記憶せずに、選択した映像
表示に関する計算方法に従って“飛行中”と表示するこ
ともできる。また、これらの記号映像を、第１図及び第
2A図に示すような映像記号または航空機に関する種々の
パラメータを非コンタクト−アナログ型で示す記号とす
ることができる。

次に、ステップ304においては、第2B図の航空機用姿
勢位置検知手段216が、地表面に対する航空機の姿勢及
び位置を検知するとともに、検知したこれら姿勢及び位
置を示す信号をライン214を介して信号処理手段200に出
力する。次に、第４図に示すサブルーチンが実行され
る。ここでは、第２図のRAM204の一部を構成する記憶バ
ッファ内に地表面位置信号を記憶するために、これらの
信号が所望する信号であるかを判断する。このサブルー
チンの詳細に関しては後述する。次に、ステップ306に
移行する。

ステップ306においては、記憶バッファ内に記憶され
た地表面位置信号が処理される。これは、航空機の位置
信号に応答して行うことができる。しかしながら、第４
図に示すように、地表面位置信号は記憶バッファ内に記
憶され、ステップ306において航空機の飛行位置信号に
関係なくこの記憶バッファからそれらの信号を簡単に検
索することがもきる。次に、ステップ308に移行する。

ステップ308においては、ヘルメット用姿勢位置検知
手段220が航空機に対するパイロットのヘルメットの姿
勢及びその位置を検知し、ライン218を介してそれらを
示す信号を信号処理手段200に出力する。なお、上述し
たように、ヘルメットの位置を固定として、ヘルメット
の姿勢のみを検知することもできる。次にステップ310
に移行する。

ステップ310においては、地表面に対するヘルメット
の姿勢及び位置が航空機の姿勢信号と位置信号及びヘル
メットの姿勢信号と位置信号に応答して、ヘルメットの
姿勢及び位置を地表面に対して決定し、この地表面を基
準として変換したヘルメット位置変換信号及びヘルメッ
ト姿勢変換信号を出力する。次に、ステップ312に移行
する。

ステップ312においては、変換された地表面に対する
ヘルメットの姿勢変換信号及び位置変換信号に応答し
て、検索した地表面位置信号から所望する地点を表示す
る１つを選択し、この地点がパイロットの視界内に存在
するか否かを判断する。“No"の場合には、後述する第
７図に示すサブルーチンに移行する。“Yes"の場合に
は、ステップ314に移行する。

ステップ314においては、パイロットから見て地表面
上の実際上の位置と一致するよに、地表面上の所望する
地点に対応する１以上の記号映像が表示される。これら
の記号映像は、変換されたヘルメットの位置変換信号と
姿勢変換信号及び１以上の検索された地表面位置信号及
びこれに相当する記号映像信号に応答して設けられる。
これは、第10図において、上述した縮小射影写像を利用
して行うことができる。次に、ステップ316に移行す
る。

ステップ316においては、映像の繰り返し速さ（例え
ば、ラスター走査とした場合）に依存してステップ300
に再び戻り、この第３図に基づいて上記した一連のプロ
グラムが実行されることになる。このプログラムは、約
1/60または1/30秒内で実行される。

次に、第４図に基づいてサブルーチンに関して説明す
る。

このサブルーチンは上述したように第３図のステップ
304の後に実行するものである。ステップ320でスタート
してステップ318に移行する。

ステップ318においては、飛行計画上のウェイポイン
トを表示するか否かを判断する。“No"の場合にはステ
ップ322に移行して、地表面位置信号は所定のものであ
るか否かを判断するとともに、その信号を記憶バッファ
に記憶する。次に、ステップ324において、第３図に示
したステップ306に復帰する。

一方ステップ318において、“Yes"の場合、すなわち
ウェイポイントを表示する場合には、ステップ326に移
行する。このステップ326においては、識別レジスタが
現時点で表示するウェイポイントが所定の飛行経路上の
正しいウェイポイントであるか否かを確認する。次に、
ステップ328に移行する。

ステップ328においては、ステップ326の確認がなされ
た後、現在と次のウェイポイントの地表面位置信号を記
憶装置から検索する。

次に、ステップ330においては、航空機の位置信号及
び現在のウェイポイントの地表面位置信号に応答して、
航空機が現在のウェイポイントの第１所定距離内にいる
か否かを判断する。この第１所定距離とは第６図の円33
1により規定される距離（半径）であり、現在の飛行行
程331bの最後、すなわち次の飛行行程331cの始まりであ
るウェイポイント331aを中心としたものである。“No"
の場合には、ステップ332に移行する。

ステップ332においては、航空機と現在のウェイトポ
イント間の距離が第２所定距離331d以下であるか否かを
判断する。なお、この第２所定距離は、第１所定距離よ
りも大きく設定されている。この判断も航空機の位置信
号及び現在のウェイポイントの地表面位置信号に応答し
て行われる。ここで、このウェイポイント331aまでの距
離が第２所定距離以下、すなわち“Yes"と判断された場
合には、ステップ334に移行する。

ステップ334においては、航空機から現在のウェイポ
イントまでの距離が増加しているか否か。さらに、航空
機から次のウェイポイントまでの距離が減少しているか
否かを判断する。ここで、“Yes"の場合には、ステップ
336に移行する。

ステップ336においては、識別レジスタにより現在の
ウェイポイントが消され、次のウェイポイントが設定さ
れる。ステップ330での判断が、航空機が現在のウェイ
ポイントの第１所定距離内を飛行しているとされた場合
には、ステップ330から直接このステップに移行する。

次に、ステップ338においては、次のウェイポイント
が新たな現在のウェイポイントとして、また、このウェ
イポイントの地表面位置信号が記憶バッファに記憶され
る。

次に、ステップ340において、第５図に示すサブルー
チンが実行される。なお、ステップ332での判断が、航
空機から現在のウェイポイントまでの距離が第２所定距
離331d以下と判断され、またはステップ334での判断
が、航空機から現在のウェイポイントまでの距離が増加
しておらず、さらに、次のウェイポイントまでの距離が
減少していないとされた場合には、直接このこのステッ
プ340が実行される。

次に、第５図に示すサブルーチンを実行する。このサ
ブルーチンは、ステアリング記号に関係するものであ
り、以下に詳細に説明する。このサブルーチンが実行さ
れた後はステップ324に移行し、次に第３図のステップ3
06へ復帰して、所望する映像がパイロットに対して表示
される。

以下に、第５図のサブルーチンを説明する。

ステップ350でスタートして、ステップ351に移行す
る。

このステップ351においては、現在の航空機の位置か
ら現在のウェイポイントまでの距離を測定する。

次に、ステップ352においては、このウェイポイント
までの距離が所定距離より大きいか、すなわち、次の飛
行行程に関するステアリング記号をパイロットに対して
与えるべきか否かを判断する。上述したように、このス
テアリング記号とは、航空機の旋回をスムーズに誘導す
るための合図であり、航空機が現在のウェイポイントに
到達する直前に、パイロットに対してこの合図を与えて
次の飛行行程へと導くものである。ここで、航空機が現
在のウェイポイントの所定距離内にあると判断された場
合には、ステップ356に移行する。

ステップ356においては、次の飛行行程と現在の飛行
位置から次のウェイポイントまでの直線により形成され
る角度（Ａ）を測定する。なお、ステップ352におい
て、現在のウェイポイントに対して十分に接近しておら
ず、旋回を開始できないと判断された場合には、ステッ
プ358において、現在の飛行行程と航空機から現在のウ
ェイポイントまでの直線により形成される角度（Ａ）を
測定する。このいずれの場合においても、現在の飛行行
程46と、現在の飛行位置44と航空機を旋回させてスムー
ズに飛行計画に戻らせるための現時点でのステアリング
記号（合図）の所望する位置との間を結ぶ直線に形成さ
れる角度（Ｂ）を決定するために、Ｋ TAN（Ａ）のア
ークタンジェントを計算する。ここで、Ｋは変数であ
る。この計算はステップ360で行われる。

次に、ステップ362において、この角度（Ｂ）をＫ T
AN（Ａ）とする。

次に、ステップ364においては、このステアリング記
号角度（Ｂ）が記憶バッファ内に記憶される。

次に、ステップ365において、第４図のステップ340へ
復帰する。そして、ステップ324に移行し、第３図の最
初のステップ306へ復帰する。

第３図のステップ312において、表示する所望する地
点がパイロットの視界内に存在しないと判断された場合
には、、第７図に示すサブルーチンが実行される。次
に、このサブルーチンについて説明する。

ステップ380でスタートした後、ステップ378に移行す
る。

このステップ378においては、選択された所望する地
点がパイロットに対して右側にあるか左側にあるかを判
断する。左側にある場合には、ステップ384において、
左方向を示す矢印382（第１図参照）がパイロットに対
して表示する。右側にある場合には、ステップ386にお
いて、パイロットに対して右方向を示す矢印が表示され
る。次に、このいずれの場合においても、ステップ388
を通して第３図にステップ316へ復帰する。なお、第１
図に示す矢印382は現在のウェイポイントが左方向に表
示されていること示し、パイロットに対して左旋回を指
示するものである。この矢印は、上述したステアリング
記号と関連させて使用することができる。なお、このス
テアリング記号は（パイロットが左に振り向いた時に見
ることができる）、第１図に示す不等記号形状をした記
号42bであり、航空機を現在の飛行行程に止どまらせる
かまたは復帰させるためにパイロットを誘導する機首方
向方位記号の真下を水平に動く。また、記号42bは３次
元空間のいずれの方向を示すこともでき、パイロットの
視界内の垂直の中心線のプラスまたはマイナス側のある
所定の角度内にある場合には、第2A図（実線）及び第１
図（点線）に示すように上方を示す。また、この角度外
にある場合には、記号42bは回転して左または右のいず
れかの方向をし、パイロットに対してこの記号が所定の
角度内にくるように旋回を指示する。

上述した実施例は、この発明の好適な一実施例にすぎ
ず、この発明の真の精神および範囲内存在する変形例は
すべて特許請求の範囲に含まれるものである。例えば、
上記実施例においては地表面座標系と記載したが、これ
は海上を含むことは当然のことである。

［発明の効果］ この発明の特有の効果としては、従来のコンタクトク
ト−アナログ表示方法と異なり、表示映像の視点を地表
面及び航空機等を基準とせずパイロット自身に設定する
ことにより、パイロットがどのような姿勢状態にあって
も表示映像から正確に情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、飛行中の航空機の操縦室内で、映像記号を見
ているパイロットを示す説明図である。 第2A図は、ステアリング記号及びウェイポイント記号の
説明図である。 第2B図は、信号処理手段を説明するブロック図である。 第2C図は、航空機の現在の飛行工程と飛行位置との角度
関係を説明する説明図である。 第2D図は、表示されたステアリング記号に従って航空機
が取り得る幾つかの飛行経路を示す説明図である。 第３図から第５図及び第７図は、第2B図に示す信号処理
手段が行う信号処理のフローチャート図である。 第６図は、現時点のウェイポイントが次のウェイポイン
トに代わった時に、飛行計画の一部を決定するための現
在のウェイポイントを中心とする２つの円を示す図であ
る。 第８図は、地表面、航空機及びパイロットに関係する３
つの座標系を説明する説明図である。 第９図は、第８図に示した座標系を有するヘルメット搭
載型表示装置を身につけたパイロットを示す図である。 第10図は、パイロットの３次元座標系内の所望するポイ
ントを２次元座標系に座標移動させる方法を説明する説
明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード フィリップス ハーパー アメリカ合衆国，コネチカット，ハンチ ントン，ナバジョー ループ 325 (72)発明者 トーマス イー．ライト アメリカ合衆国，コネチカット，プロス ペクト，プッティング グリーン レイ ン 36 (72)発明者 ローレン スチレス アメリカ合衆国，コネチカット，ロック スバリー，オールド ロックスバリー ロード 12 (72)発明者 ロバート クレイグ カス アメリカ合衆国，ニューヨーク，ニュー ヨーク，イースト サーティサード ス トリート 139 (72)発明者 ジェイムス ジョゼフ リカリ アメリカ合衆国，コネチカット，ウエス トポート，スタージェス ハイウェイ 1334 (56)参考文献 特開 昭62−155498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−12800（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−64612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−165685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−44984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−251399（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−500729（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−13805（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−21135（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4368517（ＵＳ，Ａ) 米国特許4439755（ＵＳ，Ａ)

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】航空機内のパイロットに対して所定の映像
   を表示するヘルメット搭載型表示装置であって、 地表面座標系内の所望する地点の位置座標を示す地表面
   位置信号を発する手段と、 前記地表面座標系に対する航空機の位置及び姿勢に応じ
   て該位置及び姿勢を示す航空機位置信号及び航空機姿勢
   信号を発する第１のセンサ手段と、 航空機に対するヘルメットの姿勢に応じて該姿勢状態を
   示すヘルメット姿勢信号を発する第２のセンサ手段と、 前記地表面位置信号に応答して該地表面位置信号が示す
   地理的位置に従い該地表面位置信号を記憶入力し、前記
   航空機位置信号、前記航空機姿勢信号及び前記ヘルメッ
   ト姿勢信号に応答して前記記憶入力された地表面位置信
   号からヘルメットを装着したパイロットの所定の地理的
   視野内に存在する地点に相当する前記地表面座標系内の
   位置座標を示す信号を検索し、前記航空機位置信号、前
   記航空機姿勢信号、及び前記ヘルメット姿勢信号に応答
   して前記検索した信号を地表面座標系から航空機座標系
   に、該航空機座標系からヘルメット座標系に変換すると
   ともに該変換した地表面位置信号を発する信号処理手段
   と、 前記変換された地表面位置信号に応答してパイロットが
   実際に見ることができる地表面上の地点に一致するよう
   に該地点に対応する所定の記号映像をパイロットに対し
   て表示する表示手段とからなることを特徴とするヘルメ
   ット搭載型表示装置。
2. 【請求項２】航空機内のパイロットに対して所定の映像
   を表示するヘレメット搭載型表示装置であって、 地表面座標系に対する航空機の位置及び姿勢に応じて該
   位置及び姿勢を示す航空機位置信号及び航空機姿勢信号
   を発する第１のセンサ手段と、航空機に対するヘルメッ
   トの姿勢に応じて該姿勢状態を示すヘルメット姿勢信号
   を発する第２のセンサ手段と、 前記地表面座標系内における所望する地点の位置座標を
   示す複数の地表面位置信号の入力に応じて該信号を記憶
   し、前記航空機位置信号、前記航空機姿勢信号及び前記
   ヘルメット姿勢信号に応答して前記記憶入力された地表
   面位置信号からヘルメットを装着したパイロットの所定
   の地理的視野内に存在する地点に相当する前記地表面座
   標系内の位置座標を示す信号を検索し、前記航空機位置
   信号、前記航空機姿勢信号、及び前記ヘルメット姿勢信
   号に応答して前記検索した信号を地表面座標系からヘル
   メット表示座標系に変換する信号処理手段と、 前記検索された地表面位置信号に応答してパイロットが
   実際に見ることができる地表面上の地点に一致するよう
   に該地点に対応する所定の記号映像をパイロットに対し
   て表示する手段とからなることを特徴とするヘルメット
   搭載型表示装置。
3. 【請求項３】航空機に対するヘルメットの位置に応じて
   該ヘルメットの位置を示すヘルメット位置信号を発し、
   前記信号処理手段は該ヘルメット位置信号に応答して前
   記記憶された地表面位置信号を検索するとともに座標変
   換することを特徴とする請求項第２項のヘルメット搭載
   型表示装置。
4. 【請求項４】航空機内のパイロットに対し、ヘルメット
   を介して記号映像を表示する表示方法であって、 地表面に対する航空機の位置及び姿勢を検知するととも
   に該位置及び姿勢を示す航空機位置信号及び航空機姿勢
   信号を発する工程と、 航空機に対するヘルメットの姿勢を検知するとともに該
   姿勢を示すヘルメット姿勢信号を発する工程と、 前記航空機位置信号、前記航空機姿勢信号及び前記ヘル
   メット姿勢信号に応答して、地表面に対するヘルメット
   の位置及びヘルメットの姿勢を決定するとともに、該ヘ
   ルメットの位置及びヘルメットの姿勢を示すヘルメット
   位置信号及びヘルメット姿勢変換信号を発する工程と、 前記ヘルメット位置信号及び前記ヘルメット姿勢変換信
   号に応答して、パイロットの視界内の地表面上の所望す
   る地点に相当する所定の記号映像を準備し、航空機に対
   するヘルメットの姿勢及び地表面に対するヘルメットの
   位置及び姿勢にかかわらず、パイロットの視界内におけ
   る前記所望する地点と一致するように前記記号映像をパ
   リロットに対して表示する表示工程とを含むことを特徴
   とする表示方法。
5. 【請求項５】地表面上の前記所望する地点の位置を示す
   複数の地表面位置信号を記憶するとともに該地表面位置
   信号に関連する複数の記号映像信号を記憶手段に記憶す
   る記憶工程と、 前記航空機位置信号に応答して少なくとも１以上の地表
   面位置信号を前記記憶手段から検索する検索工程と、 前記ヘルメット位置信号、前記ヘルメット姿勢変換信号
   及び前記検索した地表面位置信号に応答して前記地表面
   上の所望する地点のヘルメットに対するヘルメット地表
   面位置座標を決定するとともに該ヘルメット地表面位置
   座標を示す地表面位置座標信号を発する工程とからな
   り、 前記記号映像を表示する表示工程は、さらに、前記ヘル
   メット地表面位置座標信号及び前記ヘルメット姿勢変換
   信号に応答して前記ヘルメット地表面位置座標が示す地
   表面上の地点がパイロットの視界内に存在するか否かを
   判断する判断工程と、 前記ヘルメット地表面位置座標が示す地表面上の地点が
   パイロットの視界内に存在する場合に、前記記憶手段よ
   り検索した前記地表面位置信号に対応する記号映像信号
   を検索する検索工程と、 前記ヘルメット地表面位置座標位置及び検索された前記
   記号映像信号に応答して実際の地表面上に一致して見る
   ことができるように、パイロットに対して前記所望する
   地表面地点に対応する記号映像を表示する表示工程とを
   含むことを特徴とする請求項第４項記載の表示方法。
6. 【請求項６】前記記憶された複数の地表面位置信号は所
   定の飛行経路内のウエイポイントの位置を示す一連のウ
   エイポイント位置信号であり、前記地表面位置信号を検
   索する検索工程は所定の飛行経路内の現時点における現
   ウエイポイントの位置を示す現ウエイポイント位置信号
   を検索し、前記ヘルメット地表面位置座標を決定する工
   程はヘルメットに対する前記現ウエイポイントの現ウエ
   イポイント位置座標を決定するとともに該現ウエイポイ
   ント位置座標を示すヘルメット・ウェイポイント位置信
   号を発し、ヘルメット地表面位置座標が示す地表面上の
   地点がパイロットの視界内に存在するか否かを判断する
   工程は現ウエイポイントがパイロットの視界内に存在す
   るか否かを判断し、視界内に存在する場合に、前記記号
   映像を表示する表示工程は地表面上の現ウエイポイント
   の実際の位置に対して該ウエイポイントを示す現ウェイ
   ポイント記号映像が一致して見えるように表示すること
   を特徴とする請求項第５項記載の表示方法。
7. 【請求項７】パイロットの視界内に現ウエイポイントが
   存在しない場合には、さらに、パイロットの視界内に前
   記現ウエイポイント記号映像が入るようにパイロットの
   頭部または航空機を回動させる方向を示す記号映像を表
   示する工程を含むことを特徴とする請求項第５項記載の
   表示方法。
8. 【請求項８】前記航空機位置信号に応答して飛行計画に
   おいて現ウエイポイントの次に続く次ウエイポイントを
   示す次ウエイポイント位置信号を前記記録手段より検索
   する検索工程と、 前記ヘルメット位置信号及び前記次ウエイポイント位置
   信号に応答して、前記次ウエイポイントに対する前記ヘ
   ルメットの位置を決定するとともに該ヘルメットの位置
   を示すヘルメット第１位置信号を発する工程と、 前記ヘルメット第１位置信号及び前記ヘルメット姿勢変
   換信号に応答して次ウエイポイントがパイロットの視界
   内に存在するか否かを判断し、存在する場合にはパイロ
   ットが次ウエイポイントの実際の地表面上の位置に一致
   するように該次ウエイポイントを示す記号映像を表示す
   る表示工程とを含むことを特徴とする請求項第６項記載
   の表示方法。
9. 【請求項９】前記検索工程は、さらに、記憶された一連
   のウエイポイントから最初に検索した第１ウェイポイン
   ト位置信号を現ウェイポイント位置信号とする工程と、 前記現ウエイポイント位置信号の次に記憶された第２ウ
   エイポイント位置信号を検索するとともに該第２ウエイ
   ポイント位置信号を前記所定の飛行経路において次のウ
   エイポイントの位置を示す次ウエイポイント位置信号と
   する工程と、 前記ヘルメット位置信号及び前記現ウエイポイント位置
   信号に応答してヘルメットから現ウエイポイントまでの
   距離が第１所定距離より小さいか否かを判断し、第１所
   定距離より小さい場合には前記第２ウエイポイント位置
   信号を現ウエイポイントを示す信号とする工程と、第１
   所定距離以上である場合には前記ヘルメット位置信号及
   び前記次ウエイポイント位置信号に応答してヘルメット
   から現ウエイポイントまでの距離が前記第１所定距離よ
   り大きい第２所定距離より小さいか否かを判断し、小さ
   い場合には、現時点の航空機の位置から現ウエイポイン
   トまでの距離が増加しているかを判断する第１判断を行
   うとともに、現時点の航空機の位置から次ウエイポイン
   トまでの距離が減少しているかを判断する第２判断を行
   い、該第１判断及び第２判断が共に満足された場合に
   は、前記第２ウエイポイント位置信号を現ウエイポイン
   トを示す信号とする工程とを含むことを特徴とする請求
   項第６項記載の表示方法。
10. 【請求項１０】前記地表面位置信号を検索する工程は、
    前記現ウエイポイント位置信号の直前に記憶された前ウ
    エイポイント位置信号及び前記現ウエイポイント位置信
    号の直後に記憶された次ウエイポイント位置信号を検索
    し、 前記航空機位置信号、前記前ウエイポイント位置信号、
    及び前記現ウエイポイント位置信号に応答して現在の航
    空機の位置と現ウエイポイントの位置との間に規定され
    る直線と、前記前ウエイポイントから現ウエイポイント
    までの現飛行行程とにより形成される第１角度を測定す
    るとともに、該第１角度の大きさを示す第１角度信号を
    発する工程と、 前記第１角度信号に応答して、第１角度のタンジェント
    の定数（Ｋ）倍のアークタンジェントを第２角度と設定
    し、該第２角度の大きさを示す第２角度信号を発する工
    程とを含み、 前記記憶した記号映像を表示する表示工程は、さらに、
    前記現ウェイポイントの前記記号映像を基準として、前
    記現航空機位置から前記現ウエイポイント位置までに規
    定される直線と前記現航空機位置から前記現飛行行程に
    交わる直線とにより形成される｛180゜−［（180゜−第
    ２角度）＋第１角度］｝の関係により規定される角度方
    向に操舵方向を示す記号映像を表示する行程とを含むこ
    とを特徴とする請求項第６項記載の表示方法。
11. 【請求項１１】航空機に対するヘルメットの位置を検知
    するとともに該ヘルメットの位置を示すように設定した
    ヘルメット位置信号を発する工程を含み、前記記号映像
    を表示する表示工程は、該ヘルメット位置信号に応答し
    て航空機内におけるヘルメットの動きに従いパイロット
    の視界内の地表面上の地点に一致して見ることができる
    ように前記所望する地表面上の地点に対応する記号映像
    を表示することを特徴とする請求項第７項記載の表示方
    法。
12. 【請求項１２】パイロットに対して表示された前記記号
    映像は、地表面上の水平線に重畳されたコンパス方位記
    号であり、航空機に対するヘルメットの位置及び地表面
    に対する航空機の姿勢にかかわらず前記コンパス方位記
    号はパイロットの視点において固定して見えるように表
    示するとともに、パイロットの視界内において包位を指
    示することを特徴とする請求項第４項記載の表示方法。
13. 【請求項１３】前記ヘルメット位置信号及び前記ヘルメ
    ット姿勢変換信号に応答して、航空機に対するヘルメッ
    トの姿勢及び地表面に対する航空機に姿勢にかかわらず
    パイロットの視界内において水平方向を示すコンパス方
    位記号映像を表示することを特徴とする請求項第４項記
    載の表示装置。
14. 【請求項１４】前記表示した記号映像は地表面の水平線
    を示す線映像であることを特徴とする請求項第４項記載
    の表示装置。
15. 【請求項１５】飛行中の航空機内のパイロットに対して
    記号映像を表示するヘルメット搭載型表示装置の表示方
    法であって、 地表面座標系内の所望する地点の位置座標を示す複数の
    地表面位置信号を記憶する工程と、 前記地表面座標系に対する航空機の位置及び姿勢を検知
    するとともに該位置及び姿勢を示す航空機位置信号及び
    航空機姿勢信号を発する工程と、 航空機に対するヘルメットの姿勢を検知するとともに該
    姿勢を示すヘルメット姿勢信号を発する工程と、 前記航空機位置信号及び前記航空機姿勢信号に応答し
    て、ヘルメットを装着したパイロットの視界内に存在す
    る地点に相当する前記地表面座標系内の位置座標を示す
    前記記憶された地表面位置信号を検索する工程と、 前記検索した地表面位置信号に応答して、前記パイロッ
    トの視界内に存在する所望する地点と一致して見ること
    ができるようにパイロットに対して該地点に対応する記
    号映像を表示することを特徴とするヘルメット搭載型表
    示装置の表示方法。