JP4607187B2 - 視界システム - Google Patents

Description

本発明は、暗視装置を励起するために合成的に生成された画像を表示するための、請求項１の上位概念で定義された分野の視界システムに関し、とりわけ、暗視野条件下での走行機および飛行機の操縦の訓練、ならびに偵察解析活動および観察活動の訓練を行うための練習シミュレータにおいて、暗視装置のシミュレーションのために合成的に生成された画像を表示するための視界システムに関する。暗視装置とは、大抵は車両に定置装備される熱感知式撮像カメラと、残光増幅器を有し人によって携帯される暗視メガネおよび双眼鏡の双方を指す。

従来技術
夜間飛行の訓練のために暗視装置を備えた公知のフライトシミュレータ（ＵＳ５３８０２０４）では、画像生成器が合成画像のビデオ信号を生成し、このビデオ信号は、複数のスクリーンから成るディスプレイシステムに表示される。有利には陰極線管のスクリーン（ＣＲＴディスプレイ）を使用するが、テレビプロジェクタのプロジェクションスクリーンを使用することもできる。このような種々のスクリーンを航空学校生は、可視スペクトル領域および近赤外線スペクトル領域にある９２０ｎｍまでの感光度領域を有する暗視メガネを通して観察することができる。前記画像生成器によって単色画像が生成され、ＣＲＴディスプレイに表示される。ＣＲＴディスプレイまたは暗視メガネには、画像明度を減衰するためのニュートラルフィルタが前置されており、これによって、ＣＲＴディスプレイのダイナミック領域が下方に、すなわちより小さい明度にシフトされる。

実際の暗視メガネを励起するための公知の視界システム（ＵＳ６１９６８４５Ｂ１）では付加的なプロジェクションチャネルによって、高分解能かつより明るい暗視画像すなわち「プロジェクションパッチ」が、その時点で実際の目線方向でスクリーンに投影される。ここでは、「プロジェクションパッチ」のコントラストを近赤外線ビデオ信号によって偽造することにより、暗視メガネに典型的な近赤外線画像を提供し、これによって暗視メガネのスペクトル特性をシミュレートする。付加的なプロジェクションチャネルは、スクリーン上にいわゆるＯＴＷ（out of the window）画像と、肉眼による直接的な視界のための生の画像（Gruenbild）とが投影され、ＯＴＷ画像も画像生成器によって生成され、別のプロジェクションチャネルを介して供給されることを前提とする。

本発明の詳細な説明
本発明の基礎となる課題は、暗視装置で使用される次のような視界システムを提供することである。すなわち、プロジェクションスクリーン上に付加的な投影像が存在するか否か、たとえばＯＴＷ投影像が存在するか否か、またはＯＴＷ投影像および生の投影像が存在するか否かに依存しない、暗視装置による視界が実現される視界システムを提供することである。

前記課題は、請求項１の構成によって解決される。

本発明による視界システムの利点は、選択的に、もっぱら暗視装置を励起するための単独機器として使用することも、増設装置として、肉眼で見える暗視野シーンをいわゆるＯＴＷ画像でシミュレートする際に付加的に使用することも可能であることだ。本発明による視界システムの技術上の手間は、暗視野特性を有する公知の視界システムと比較して非常に小さい。というのも、暗視野に付加的なＯＴＷ画像や生の画像を生成してプロジェクションスクリーン上に投影しなくてもよいからである。増設装置として使用する際には、暗視装置に対して生成された赤外線画像は、ＯＴＷ画像と同一のプロジェクションスクリーン上に同じサイズで投影することができる。というのも、この画像は肉眼では見えず、暗視装置によってのみ見ることができるからである。このことにより、いわゆるプロジェクションパッチを視点に即して投影するための技術的に面倒な「ヘッドトラッカ」を省略することができる。このようなヘッドトラッカは、冒頭に挙げた公知の視界システムでは不可欠であった。その時点のＯＴＷ画像は、視点に関連づけされて生成され、暗視装置のための投影像もまた同じ視点に関連づけされるので、観察者は頭を動かすことによって、プロジェクションスクリーンのすべての領域を暗視装置によって観察することができる。その際には、生成される画像を変更する必要はない。

従属請求項に、本発明を有利に発展および構成することによって実現される本発明の視界システムの好適な実施形態が記載されている。

本発明の有利な実施形態では、暗視装置に、レーザ光源の光波長に適合された狭帯域の干渉フィルタが前置されている。伝送波長がレーザ光源の光波長に整合された干渉フィルタの狭帯域性は、該レーザ光源の安定性に適合されており、このような狭帯域の干渉フィルタによって、投影された像は暗視装置を通じて、たとえば散乱光および外部光等の周辺の影響、または肉眼で見えるＯＴＷ投影像等の周辺の影響から分離し、妨害されることなく暗視装置の良好な励起によって見ることができる。外部光を遮蔽することにより、暗視装置を励起するために投影された像と、夜間シーンをシミュレートする可視のＯＴＷ画像とを同一のスクリーンで表示することができ、その際には、ＯＴＷ画像の明度またはシミュレーション空間の明るさを操作する必要はない。このことにより、この視界システムのユーザに対して２つの異なる画像が同時に提供され、一方は暗視装置を通して見る画像として提供され、もう一方は肉眼で見えるＯＴＷ画像として提供される。このことは有利である。その理由は実際の作動では、暗視装置を通して見ることも、暗視装置から逸れて下方向および側方に、飛行機コックピットまたは操縦場所の窓の向こうを見ることも、またコックピットインスツルメントパネルを見ることもできるからである（周辺視界）。特定のアプリケーション事例では、ユーザに対して暗視装置により、肉眼で見えるＯＴＷ画像とは内容的に完全にずれている画像を提供することもできる。暗視野訓練を行うために、シミュレーション空間を暗くしなくてもよい。というのも、外部の影響および散乱光の影響が干渉フィルタによって抑圧され、投影されるＯＴＷ画像が、暗視装置を通じて見える画像の一部分を妨害することもないからである。

本発明の有利な実施形態では、プロジェクタのレーザ光源はレーザダイオードである。レーザダイオードは、直接的かつ簡単に出力変調できる。さらに、レーザダイオードを使用することにより、プロジェクタの重量および体積を小さくし、かつ原価を低くすることができる。

図面の簡単な説明
本発明を、図面に示された実施例に基づいて、以下で詳細に説明する。

図面
図１ 暗視メガネ（ＮＶＧ：Night Vision Goggles）を励起するために合成的に生成された画像を表示するための視界システムのブロック回路図である。
図２ 図１に示された視界システムにおける暗視メガネのスペクトル感度を示すグラフである。
図３ 図１に示された視界システムが、さらなる付加的なＮＶＧチャネルによって拡張されたものを示すブロック回路図である。

本発明の実施例
図１にブロック回路図で概略的に示された視界システムは有利には、日中飛行および夜間飛行において操縦士を訓練するためのフライトシミュレータにおいて使用される。しかしこの同じ構成を、暗視条件が生じる別の練習シミュレータでも使用することもでき、たとえば陸上車両用のシミュレータまたは戦術構成および偵察解析用のシミュレータにおいて使用することもできる。フライトシミュレータでは、操縦士は模擬された飛行機またはヘリコプターのコックピットに座り、コックピットにある少なくとも１つの窓を通して、コックピットの外側に配置された少なくとも１つのプロジェクションスクリーンを見る。このプロジェクションスクリーン上には、飛行移動に同期された周辺シナリオの画像が連続的に投影され、この画像は実際には、少なくとも１つのコックピット窓を通して見る視界（ＯＴＷ：out of the window）に相応する。

したがって、この視界システムは公知のように、少なくとも１つのプロジェクションスクリーン１１と、該プロジェクションスクリーン１１に所属する少なくとも１つのプロジェクタ１２と、合成された可視のカラー画像の画像信号を生成するための画像生成器１３と、データベース１４とを有し、該データベース１４には、土地モデル、オブジェクトモデルおよびテクスチャが格納されており、飛行機および視界システムの制御をコーディネートするための制御データが設けられている。画像生成器１３はデータベース１４にアクセスし、日中視野または暗視野での選択された肉眼によるシナリオの画像信号、いわゆるＯＴＷ（out of the window）視界の画像信号を生成する。画像信号またはビデオ信号はプロジェクタ１２に供給され、該プロジェクタ１２によってプロジェクションスクリーン１１上で可視化される。

特定のアプリケーション分野では、暗視装置による夜間飛行の訓練が必要とされる。この暗視装置は、ここでの特定の例では暗視メガネ（ＮＶＧ：Night Vision Goggles）である。暗視メガネ１５はたとえばヘリコプター操縦士のヘルメットに固定され、該暗視メガネ１５を通して見ることも、該暗視メガネ１５から逸れて側方および下方向に肉眼で周辺視界を見ることもでき、操縦士は肉眼で、少なくとも１つのプロジェクションスクリーン１１上に夜間シナリオとして表示された可視の画像の一部を識別し、コックピット計器を読み取ることもできる。

本来の夜間メガネ１５を、スクリーン上に投影された画像によって励起し、操縦士に対して、暗視メガネ１５を通じて識別可能な画像の一部の現実に忠実なシミュレート画像２０を提供するためには、この視界システムは付加的に、肉眼では見ることができず暗視メガネ１５によってのみ見ることができる画像を投影するためのレーザプロジェクタ１６を有する。この画像もプロジェクションスクリーン１１に投影され、スクリーン上に投影された可視の夜間シーン画像に重ねられる。このようなプロジェクションチャネルを、以下ではＮＶＧチャネルと称する。

観察のために暗視メガネ１５を通じて投影される画像、いわゆるＮＶＧ画像は少なくとも、暗視メガネ１５によって検出される画像の一部分のサイズで投影されるだけでなく、夜間シーンの可視画像と等しいサイズでも投影されるので、操縦士は頭を動かすことにより、連続的に部分ごとに、画像全体を観察できる。

レーザプロジェクタ１６は、レーザビームを生成するレーザ光源を有し、これは、暗視メガネ１５のスペクトル感度の不可視スペクトル領域にある光波長λを有する。

図２に例として、軍事的使用で通常使用される暗視メガネのスペクトル感度の特性経過のグラフが示されている。図２から分かるように、暗視メガネのスペクトル感度はここでは約６２５ｎｍ〜約９００ｎｍの間にある。すなわち、可視の赤色領域から不可視の赤外線領域までに達する。ここではレーザ光源の光波長λは、λ＝８１０ｎｍ〜λ＝８３０ｎｍの間の領域になるように選択される。このような領域は肉眼ではもはや見えず、有利には、この領域に暗視メガネ１５の最大感度が存在する。

視界システムのここに図示された実施例では、レーザプロジェクタ１６に独立した画像生成器１７が所属する。この画像生成器１７は、可視画像のための画像生成器１３と同様に、データベース１４にアクセスする。データベース１４内には、画像生成のためのデータの他に、たとえば材料特性および反射特性等の、暗視メガネに固有のデータも格納されている。画像生成器１７はさらに、変換ユニット１８にもアクセスする。この変換ユニット１８には、使用される暗視メガネ種類の固有の表示特性、視界システムのパラメータおよび特別な作用に関するパラメータが格納されている。変換ユニット１８は択一的に、画像生成器１７に組み込むこともできる。このことは、図３に記号で示されている。画像生成器１７は画像信号を生成し、この画像信号は場合によっては、変換ユニット１８から取り出されたデータによって変調されて、赤外線領域にある光波長λを有するレーザ光源の光に重畳される。レーザプロジェクタ１６のレーザ光源は、有利にはレーザダイオードを有する。レーザダイオードは、画像信号によって簡単に出力変調できる。レーザダイオードとして有利には、ＧａＳレーザダイオードが使用される。暗視装置によって観察するためにプロジェクタから前記プロジェクションスクリーンに投影される画像は、該暗視装置でシミュレートされる画像の部分より格段に大きい面積とすることができる。

図１に概略的に示されたように、暗視メガネ１５には、レーザプロジェクタ１６のレーザ光源の光波長λに適合された狭帯域の干渉フィルタ１９が前置される。有利には、干渉フィルタ１９の伝送波長はレーザ光源の光波長λに等しく選択され、干渉フィルタ１９の帯域幅は、レーザ光源の選択された光波長λの安定性に適合される。たとえばレーザ光源の光波長λが、λ＝８１０ｎｍ〜λ＝８３０の間の領域内で選択される場合、干渉フィルタ１９の帯域幅は、約１０〜３０ｎｍで固定される。この干渉フィルタ１９によって、暗視メガネ１５において妨害および外部光の影響が抑圧されるので、暗視メガネ１５においてはＯＴＷ視界が抑圧され、暗視メガネ１５によって昼光時に暗視条件下での飛行訓練を行うこともできるようになり、シミュレーション空間を暗くする必要はなくなる。暗視メガネ１５と両立しうる特別な計器照明およびコックピット照明を設ける必要性はなくなる。

もちろん、暗視装置に対する赤外線画像の投影を単独装置として作動すること、すなわちＯＴＷ視界の付加的な投影なしで作動することもできる。この場合、画像生成器１３およびプロジェクタ１２は省略される。

図１に示された視界システムにおいて、レーザプロジェクタ１６用の画像生成器１７を省略することもできる。この場合、レーザプロジェクタ１６に対する画像信号は、ＯＴＷ画像用に夜間シーンを生成する画像生成器１３から導き出される。この画像信号はレーザプロジェクタ１６に供給される前に、伝送ユニット１８に格納されたパラメータに基づいて変調される。

図３にブロック回路図で示された視界システムが、図１に示されたブロック回路図と異なる点は、第２のＮＶＧチャネルのみである。したがって、同一の構成部分には同一の参照記号を付与した。この視界システムは、操縦士および副操縦士がプロジェクションスクリーン１１上の画像の同一の部分を、異なる視角でみるという事実を考慮する。それゆえ副操縦士に対しては、画像生成器２１（変換ユニット１８が組み込まれている）と、画像投影用の別のレーザプロジェクタ２２とから成る付加的なＮＶＧチャネルが設けられる。画像生成器２１およびレーザプロジェクタ２２は、操縦士に対する画像生成器１７およびレーザプロジェクタ１６と同一に構成されている。画像生成器２１もデータベース１４にアクセスし、画像生成器１７と同じ画像シーンを生成する。しかしこの画像シーンは、副操縦士の視点に基づいており、画像生成器１７によって生成された画像のように操縦士の視点には基づいていない。両レーザプロジェクタ１６および２２の偏光方向は直交しているので、レーザプロジェクタ２２によって投影されるＮＶＧ画像は、レーザプロジェクタ１６によって投影されるＮＶＧ画像に対して９０°回転されている。副操縦士は、干渉フィルタ１９が前置されている、パイロットと同じ暗視メガネ１５を有する。両暗視メガネ１５にはそれぞれ、偏光フィルタ２３ないしは２４が前置されている。両偏光フィルタ２３，２４の偏光方向は相互に９０°回転されており、偏光フィルタ２３の偏光方向はレーザプロジェクタ１６の偏光方向と一致し、偏光フィルタ２４の偏光方向はレーザプロジェクタ２２の偏光方向に一致する。これら２つの偏光フィルタ２３，２４によって、操縦士が該操縦士の暗視メガネ１５によって、レーザプロジェクタ１６から投影された該操縦士の視点に基づくＮＶＧ画像のみを、画像の一部分ごとにプロジェクションスクリーン１１全体にわたって見ることができ、かつ副操縦士が該副操縦士の暗視メガネ１５を通して、レーザプロジェクタ２２から投影された該副操縦士の視点に基づくＮＶＧ画像のみを、画像の一部分ごとにプロジェクションスクリーン１１全体にわたって見られることが保証される。副操縦士に対して該副操縦士の暗視メガネ１５によって提供される、該副操縦士の視点に基づくＮＶＧ画像の一部分の現実に忠実なシミュレーション画像は、図３では２０´によって示されている。

暗視メガネ１５の励起をコックピット照明および／または計器照明に対しても改善するために、コックピット内に複数の赤外線発光ダイオード２５が分布して配置されている。これらの赤外線発光ダイオード２５の放出光は、暗視メガネ１５を通してのみ見ることができる。赤外線発光ダイオード２５として、たとえば砒化ガリウム（ＧａＳ）発光ダイオードが使用される。

暗視メガネ（ＮＶＧ：Night Vision Goggles）を励起するために合成的に生成された画像を表示するための視界システムのブロック回路図である。 図１に示された視界システムにおける暗視メガネのスペクトル感度を示すグラフである。 図１に示された視界システムが、さらなる付加的なＮＶＧチャネルによって拡張されたものを示すブロック回路図である。

Claims (10)

1. 暗視装置を励起するために合成的に生成された画像を表示するための視界システムであって、
   暗視条件下の走行機の操縦、飛行機の操縦、偵察解析活動および観察活動の訓練のための練習用シミュレータにおいて該画像を表示するためのものであり、
   合成的な画像の画像信号を生成するための少なくとも１つの画像生成器（１７）と、
   該画像信号が供給され、該画像を少なくとも１つのプロジェクションスクリーン（１１）に投影するための少なくとも１つのプロジェクタ（１６）と、
   投影された該画像を観察するための暗視装置（１５）とを有し、
   該少なくとも１つのプロジェクタ（１６）は、レーザ投影ビームを生成するレーザ光源を有し、
   該レーザ光源は、不可視のスペクトル領域にあり該暗視装置（１５）のスペクトル感度内にある光波長（λ）を有するレーザ光を送出し、
   該レーザ光に該画像信号が重畳される形式のものにおいて、
   該暗視装置（１５）に、該レーザ光源の安定的な光波長（λ）に適合された狭帯域の干渉フィルタ（１９）が前置されており、
   該干渉フィルタ（１９）の伝送波長（λ）は該レーザ光源の光波長（λ）に等しく、
   該干渉フィルタ（１９）の帯域幅は１０ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする、視界システム。
2. 前記暗視装置（１５）によって観察するために前記プロジェクタ（１６）から前記プロジェクションスクリーン（１１）に投影される画像は、該暗視装置（１５）でシミュレートされる画像の部分より大きい面積である、請求項１記載の視界システム。
3. 前記レーザ光源の光波長（λ）は赤外線領域内にあり、前記暗視装置（１５）の最大感度の領域にある、請求項１または２記載の視界システム。
4. 前記レーザ光源の光波長（λ）は８１０ｎｍ〜８３０ｎｍの間の領域にある、請求項３記載の視界システム。
5. 前記レーザ光源はレーザダイオードである、請求項１から４までのいずれか１項記載の視界システム。
6. 前記レーザ光源は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）レーザダイオードである、請求項１から５までのいずれか１項記載の視界システム。
7. 前記暗視装置（１５）に偏光フィルタ（２３）が前置されており、
   前記プロジェクタ（１６）は、該偏光フィルタ（２３）の偏光方向に一致する偏光方向を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の視界システム。
8. 第１の前記プロジェクタ（１６）に対して直行する偏光方向を有する第２のプロジェクタ（２２）が設けられており、
   該第２のプロジェクタ（２２）は、該第１のプロジェクタ（１６）から投影された画像からずれた画像をプロジェクションスクリーンに投影し、
   偏光フィルタ（２４）が前置された第２の暗視装置（１５）が設けられており、
   該偏光フィルタ（２４）の偏光方向は、該第１のプロジェクタ（１６）に前置された偏光フィルタ（２３）に対して９０°回転されている、請求項７記載の視界システム。
9. 前記プロジェクタ（１６，２２）から投影された両画像は同一の夜間シーンを表示し、
   該夜間シーンは、それぞれの画像で異なる視点に基づいて生成される、請求項８記載の視界システム。
10. 前記暗視装置（１５）によって連続的に検出可能な空間領域内で、前記プロジェクションスクリーン（１１）の前方に赤外線発光ダイオード（２５）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の視界システム。

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