(57)【要約】【課題】航空交通管制に係るディスプレイ空間に表示される航空機相互の位置関係を直感的に正確に把握可能な空中位置提示装置を提供する。【解決手段】空中画像形成装置５０は３次元空間に航空機位置５７ａおよび１個あるいは複数の高度表示マーク５７ｂで構成される複数の輝点５７を生起する。表示スクリーン１２上に表示される航空機水平位置２４と空中画像形成装置５０により３次元空間に形成される航空機位置５７ａの位置は連動して制御される。高度表示マーク５７ｂは所定の高度毎に航空機水平位置２４と航空機位置５７ａとの間の直線上に形成される。したがって、３次元空間に形成された航空機位置５７ａおよび高度表示マーク５７ｂと、表示スクリーン１２に表示された航空機水平位置２４より航空機の位置を正確に把握できる。【選択図】          図２
2010122919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視域のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を集光させ焦点で気体をプラズマ化し３次元空間の予定の位置に輝点を生起させる輝点生起用光学系と、前記３次元空間の下面、側面あるいは上面の２次元画像を表示する表示手段を有することを特徴とする空中位置提示装置。
【請求項２】
前記３次元空間が航空交通管制に係るディスプレイ空間であり、航空機の位置が前記輝点で示されることを特徴とする請求項１記載の空中位置提示装置。
【請求項３】
前記表示手段は前記２次元画像の表示平面に対する前記輝点からの垂直線と前記２次元画像の表示平面の交点に前記輝点の投影像を表示することを特徴とする請求項１または２項記載の空中位置提示装置。
【請求項４】
前記輝点と前記投影像との間に単一または複数個の補助輝点を生起させることを特徴とする請求項１または２項記載の空中位置提示装置。
【請求項５】
可視域レーザ光を出射する可視域レーザ光源を備え、前記可視域レーザ光を前記２次元画像の表示平面に平行する扇状平面光束に変換する変換手段を備え、前記２次元画像の表示平面と前記扇状平面光束の間隔を変更する変更手段を備えたことを特徴とする請求項１または２項記載の空中位置提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を使用して立体可視像を空中に描く技術に関し、特に空中に描かれた画像の位置を明確に表示する空中位置提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から立体表示技術に関しては多くの研究が行われ実用化されている。例えば、右眼用と左眼用の画像を別々に表示させて相互の視差情報により立体視させるもの、ホログラフィ技術を用いてある光源から光を３次元物体に照射した際に発生するはずの波面を再現することによってこの３次元物体を認識せしめるもの、可動スクリーンなどに映像を投射してこのスクリーンを動かすことで投射像が動くように視認されるもの等がある。
【０００３】
一方、上記の立体表示技術による立体表示装置とは別に、高出力レーザ光を集光させて空気中に微小な高温領域を生起させ、該高温領域の空気をプラズマ化して発光させることによって空中の描画予定位置に輝点を発生させ画像を形成する空中画像形成装置が提供されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図５は空中画像形成装置５０の概要図である。空中画像形成装置５０は、図５に示すとおり、不可視光例えば赤外域の高出力のレーザ光５２を出射するレーザ光源５１と、入射するレーザ光５２を集光し移動方向ｂの方向に移動可能に保持されたレンズ５４と、レンズ５４を透過したレーザ光５２をミラー５６に向けて反射するミラー５５と、ミラー５５で反射されたレーザ光５２を反射するミラー５６で構成される。ミラー５５は軸５８を中心として回転方向ｃの方向に回転可能に保持され、ミラー５６は軸５９を中心として回転方向ｄの方向に回転可能に保持されている。したがって、ミラー５６で反射されるレーザ光５２の方向はミラー５５、５６の回転角を制御することにより任意の方向に設定できる。
【０００５】
レーザ光５２はレンズ５４により集光され焦点で空気中に微小な高温領域を生起させ該高温領域の空気をプラズマ化して発光させ輝点５７が生成される。レーザ光源５１から輝点５７までの光路長はレンズ５４の位置により確定する。軸Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元空間において、ミラー５５の回転方向ｃの回転は前記焦点の軸Ｘ方向の移動に対応し、ミラー５６の回転方向ｄの回転は前記焦点の軸Ｙ方向の移動に対応し、レンズ５４の移動方向ｂの移動は前記焦点の軸Ｚ方向の移動に対応する。図示しない制御手段によりレンズ５４の位置とミラー５５、５６の回転角が制御され画像形成予定位置に輝点５７が生起される。シャッタ５３は輝点５７を生起させない場合に回転方向ａの方向に回転してレーザ光５２の光路に挿入される。
【０００６】
例えば１／１０００秒程度の周期で複数の輝点５７を異なった位置に生起させ、空中に立体画像を形成できる。
【０００７】
一方、航空交通管制において、航空管制官は、空中を飛行する航空機相互の位置関係を把握しながらそれぞれの航空機に的確な指示を与えて互いに接近しないようにすることで円滑な航空交通を実現し航空事故の発生を防止しているが、従来技術によれば、２次元画面に表示された航空機の位置情報と、付随的に数値表示される航空機の高度情報などを手掛かりにして航空機相互の空間的位置関係をその都度思考により組み立てて把握する必要がある。これは航空管制官に大きな心的負担を与え疲労を生じる恐れがあるが、上述の空中画像形成装置５０を航空交通管制に応用した場合、複数の航空機の画像を３次元空間に表示でき、航空管制官の負荷を軽減できるものと期待できる。
【特許文献１】特開２００３−２３３３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の空中画像形成装置５０は、複数の航空機の画像を３次元空間に立体的に表示できるが、これらの画像は空中に浮いており、航空交通管制で重要な航空機相互の位置関係を正確に把握することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、不可視域のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を集光させ焦点で気体をプラズマ化し３次元空間の予定の位置に輝点を生起させる輝点生起用光学系と、前記３次元空間の下面、側面あるいは上面の２次元画像を表示する表示手段を有することを特徴とする空中位置提示装置である。例えば、前記３次元空間が航空交通管制に係るディスプレイ空間であり、航空機の位置が前記輝点で示されるものである。
【００１０】
しかも、前記表示手段は前記２次元画像の表示平面に対する前記輝点からの垂直線と前記２次元画像の表示平面の交点に前記輝点の投影像を表示し、前記輝点と前記投影像との間に単一または複数個の補助輝点を生起させる。
【００１１】
しかも、可視域レーザ光を出射する可視域レーザ光源を備え、前記可視域レーザ光を前記２次元画像の表示平面に平行する扇状平面光束に変換する変換手段を備え、前記２次元画像の表示平面と前記扇状平面光束の間隔を変更する変更手段を備えている。したがって、３次元空間に浮いた輝点の位置を正確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、航空交通管制に係るディスプレイ空間に表示される複数の航空機の相互位置関係を正確に把握することができ、航空管制官の心的負担と疲労を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
例えば１／１０００秒程度の周期で複数の輝点を立体画像形成の予定位置に順次生起させる。観察者は残像により空中に立体画像を視認できる。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例による空中位置提示装置の概略構成図である。図２は、本発明の実施例による空中位置提示装置の動作の概略を示す図である。図３は、本発明の実施例による空中位置提示装置の変形例を示す図である。図４は、航空機位置５７ａを表示する画像の一例を示す図である。
【００１５】
本発明の実施例による空中位置提示装置は、図１に示すとおり、制御装置１３により制御され３次元空間の予定の位置に輝点５７を生起させる単一あるいは複数の空中画像形成装置５０と、制御装置１３により制御され単一あるいは複数の表示スクリーン１２に連続してつなぎ目のない３次元空間の下面の２次元画像を投射表示する裏面投射式の単一または複数の映像投射装置１１と、空中画像形成装置５０で発生する赤外域の高出力レーザの反射・散乱光を遮断し観察者Ｍを保護する遮蔽板１４で構成される。空中画像形成装置５０は天井近傍に配設されるがその構成の詳細は背景技術にて図５を参照して説明したとおりである。観察者Ｍは制御装置１３により制御される３次元空間の立体画像と連動して制御される表示スクリーン１２上の画像を同時に観察できる。
【００１６】
本発明の実施例による空中位置提示装置は、図２に示すとおり、３次元空間および表示スクリーン１２上に画像を形成する。図２において、制御装置１３の指令を受け映像投射装置１１は表示スクリーン１２に３次元空間の下面の地形を示す等高線２１と、滑走路２２と、滑走路２２へ着陸するための進路の水平位置を示す航空機進路２３と、航空機水平位置２４と、当該航空機の便名と高度などを表わす航空機数値情報２５などの画像を表示する。空中画像形成装置５０は制御装置１３の指令を受け３次元空間に航空機位置５７ａおよび１個あるいは複数の高度表示マーク５７ｂで構成される複数の輝点５７を生起する。
【００１７】
表示スクリーン１２上に表示される航空機水平位置２４と空中画像形成装置５０により３次元空間に形成される航空機位置５７ａの位置はともに制御装置１３により連動して制御される。制御装置１３は、高度表示マーク５７ｂを所定の高度毎に航空機水平位置２４と航空機位置５７ａとの間の直線上に形成し、航空機数値情報２５で表示する高度表示と連動制御する。航空機位置５７ａの形状は、例えば図４（１）に示す複数の輝点５７の集合体で形成することにより図４（２）で示すように航空機の進行方向を提示可能である。
【００１８】
本発明の実施例による空中位置提示装置は以上の構成であるから、３次元空間に形成された航空機位置５７ａおよび高度表示マーク５７ｂと、表示スクリーン１２に表示された航空機水平位置２４より航空機の位置を正確に把握できる。したがって、本発明により、航空交通管制に係る３次元ディスプレイ空間に表示される複数の航空機の相互位置関係を直感的に正確に把握することができ、航空管制官の心的負担と疲労を軽減できる。
【００１９】
図３は、図１、２に示す実施例に、より容易に航空機の位置を正確に把握できる手段を追加した空中位置提示装置の概要を示す図である。当該空中位置提示装置に追加される手段は、図３に示すとおり、図示しない可視域レーザ光源から出射される可視域レーザ光３１と、可視域レーザ光３１を水平方向に折り曲げるミラー３２と、可視域レーザ光３１を表示スクリーン１２に平行する扇状平面光束３４に変換するロッドレンズ３３で構成される。ミラー３２とロッドレンズ３３は一体で上下移動可能に支持され、表示スクリーン１２と扇状平面光束３４の間隔（高度）は観察者Ｍの指示する高度値を受信した制御装置１３により前記高度値に設定される。扇状平面光束３４は例えば３次元空間に薄いスモークを存在させることにより視認され、航空機の高度を容易に把握可能となる。なお、図３において図２と同じ符号で示す部品は図２と同じものなので説明は省略する。
【００２０】
図３に示す実施例では、１個の扇状平面光束３４が表示されているが、ミラー３２とロッドレンズ３３を高速で上下移動させ所定の複数の高度を通過する時だけ可視域レーザ光３１を出射させることにより複数の高度に対応して複数の扇状平面光束３４が視認されるようにしてもよい。この場合、各高度に対応して可視域レーザ光３１の波長を変化させ扇状平面光束３４の色を変化させるのが望ましい。
【００２１】
図に示す実施例では、レンズ５４を光軸方向に移動させてレーザ光源５１から焦点までの光路長を変化させて輝点５７の位置を制御しているが、レンズ５４の代わりに流体レンズを配設し印加電圧を変化させて焦点距離を変え輝点５７の位置を制御する構成でも本発明は適用可能である。レーザ光源５１は赤外域のレーザ光５２を出射する光源で構成されているが、紫外域のレーザ光を出射する光源でもよい。また、３次空間の下面の画像表示手段は映像投射装置１１と表示スクリーン１２で構成されているが、代わりに例えば液晶パネルまたはＣＲＴで置き換えてもよい。また、本実施例は航空交通管制に係る３次元ディスプレイ空間を構成するものであるが、本発明は広告・展示あるいは娯楽等において効果的な３次元ディスプレイ空間を構成できる可能性を有する。上述のように本発明は図示例に限定されるものではなく種々の変形例を包含する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、レーザ光を使用して立体可視像を空中に描く技術に関し、特に空中に描かれた画像の位置を明確に表示する空中位置提示装置に利用の可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例による空中位置提示装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例による空中位置提示装置の動作の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施例による空中位置提示装置の変形例を示す図である。
【図４】航空機位置を表示する画像の一例を示す図である。
【図５】空中画像形成装置の概要図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１  映像投射装置
１２  表示スクリーン
１３  制御装置
１４  遮蔽板
２１  等高線
２２  滑走路
２３  航空機進路
２４  航空機水平位置
２５  航空機数値情報
３１  可視域レーザ光
３２  ミラー
３３  ロッドレンズ
３４  扇状平面光束
５０  空中画像形成装置
５１  レーザ光源
５２  レーザ光
５３  シャッタ
５４  レンズ
５５  ミラー
５６  ミラー
５７  輝点
５７ａ  航空機位置
５７ｂ  高度表示マーク
５８  軸
５９  軸
ａ  回転方向
ｂ  移動方向
ｃ  回転方向
ｄ  回転方向
Ｍ  観察者
Ｘ  軸
Ｙ  軸
Ｚ  軸
【図１】
2010122919.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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