(57)【要約】  ヘッドアップディスプレイ用の電気的に減光可能なコンバイナの光学技術を提供するための方法とシステムが開示されている。一実施形態では、減光可能なヘッドアップディスプレイは、オペレータにヘッドアップディスプレイ情報を提供するように構成された表示部分を含む。加えて、表示部分には、第１の透過率レベルから第２の透過率レベルへと表示部分の透過率を変更するように構成された減光可能部分が連結される。
2010521347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減光可能なヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）であって、
オペレータ（１２０）にヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）情報を提供する表示部分（４０８）、及び
第１の透過率レベルから第２の透過率レベルへと表示部分（４０８）の透過率を変更する、表示部分（４０８）に連結された減光可能部分（４０６）
を備えたヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項２】
減光可能部分（４０６）が複数の減光可能セグメントを含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項３】
複数の減光可能セグメントが独立の可変透過率を有する、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項４】
表示部分（４０８）が、ヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）情報を提供する複数の表示セグメントを含み、複数の表示セグメントが複数の減光可能なセグメントに対応する、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項５】
減光可能部分（４０６）と通信するコンバイナ制御システム（１２６／３０８）をさらに含み、この制御システムが、
オペレータ（１２０）の手動制御入力、及び
光センサ（１２２）の光センサ（１２２）入力
を含む一又は複数の入力を受け取る、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項６】
ヘルメットに装着されるヘッドアップディスプレイ（６００）、
可動バイザー（６０４）のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）、及び
可動プラットフォームに固定可能に搭載されるヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）
のうちの一つに構成された、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項７】
表示部分（４０８）がプロジェクタ（１１８）から投影される表示を受け取る、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項８】
表示部分（４０８）が、オペレータ（１２０）に情報を提供するための液晶ディスプレイを含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）。
【請求項９】
減光可能なヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）を提供するためのシステムであって、
オペレータ（１２０）にヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）情報を提供する減光可能なコンバイナ（１１６）であって、ほぼ透明なレベルから透明度を低下させたレベルに調節可能な減光可能コンバイナ（１１６）、
減光可能コンバイナ（１１６）を取り囲む環境の光強度を検出する光センサー（１２２）、及び
光センサ（１２２）から光センサ（１２２）信号を受け取って、減光可能コンバイナ（１１６）に、減光可能コンバイナ（１１６）の透過率を調節するための制御信号を転送するコンバイナ制御システム（１２６／３０８）
を備えるシステム。
【請求項１０】
オペレータ（１２０）入力を受け取る手動コンバイナ（１１６）制御入力をさらに備え、前記コンバイナ制御システム（１２６／３０８）が手動コンバイナ（１１６）制御入力からオペレータ（１２０）入力を受け取り、前記減光可能コンバイナ（１１６）の透過率を調節するための制御信号が、オペレータ（１２０）入力と光センサ（１２２）信号の少なくとも一方に基づいている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
オペレータ（１２０）によって目視されるコンバイナ（１１６）を備えたヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）の画像を生成する画像処理装置、及び
光センサ（１２２）から入力を受け取り、減光可能コンバイナ（１１６）のヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）を調節するための信号を画像処理装置に転送する画像処理制御システム（３１０）
をさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
画像処理制御システム（３１０）が、画像入力を受け取るように構成された手動画像処理制御入力を受け取り、且つ当該手動画像処理制御入力から画像入力を受け取って、画像処理装置に、当該画像処理装置を調節するための画像入力を送信する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
コンバイナ制御システム（３０８）が画像制御システム（３１０）と通信しており、コンバイナ制御システム（３０８）は、コンバイナ（１１６）の透過率を調節するとき画像処理制御システム（３１０）に信号を送り、画像制御システム（３１０）は、信号を処理してコンバイナ（１１６）の透過率を調節し、よってオペレータ（１２０）によるヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）情報の視認性を向上させる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
コンバイナ（１１６）が複数の減光可能なコンバイナ（１１６）部分にセグメント化されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
減光可能ヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）が、航空機（１０２／８００）及び乗用車の少なくとも一方のために構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
ヘッドアップディスプレイ（１０６／４００）が、減光可能コンバイナ（１１６）の透過率を、ほぼ透明な状態まで増大させるように構成されたフェイルセーフ設定を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
減光可能コンバイナ（１１６）がエレクトロクロミック技術及びフォトクロミック技術の一方を利用して減光可能コンバイナ（１１６）の透過率を調節する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してヘッドアップディスプレイに関し、具体的には光の透過率を変更することができるヘッドアップディスプレイを提供するための方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、ほぼ透明な表示表面であり、ユーザはＨＵＤを通して、視点を改めて定めることなく外部環境を含めてＨＵＤの表面に提示された情報を見ることができる。航空機及び自動車は、一般に、固定ＨＵＤと呼ばれる種類のＨＵＤを使用する。このＨＵＤは、航空機又は車両の方向に関する情報を示すものである。別の種類のＨＵＤとしては可動ＨＵＤがあり、これはヘルメットやヘッドマウント式バイザーに搭載されることが多い。可動ＨＵＤは、類似の要素を表示することができるが、人の頭部又は身体の移動を感知することによって画像の位置を修正するので、画像は外界に対して安定性を維持する。
軍及び民間のコックピット又は飛行デッキには、既に何十年もヘッドアップディスプレイが使用されている。ＨＵＤは、自動車を含む他の多くの用途にも浸透している。航空業界では、特定のパイロットの作業（例えばターゲティング）を除き、ＨＵＤは通常、パイロットの注意を航空機の外側に向けたままで、パイロットに、航空機の姿勢、対気速度、高度、飛行経路、及びその他情報などの飛行計器情報を提供するために使用される。典型的な装置においては、ＨＵＤプロジェクタは、光を透過する「コンバイナ」に画像を投影する。パイロット又はオペレータが透明なコンバイナを通して外界を眺めると、コンバイナとプロジェクタの光学的品質が協働することにより、表示される画像の焦点が、パイロットがコンバイナを通して見たときの遠距離視野（例えば、航空機の十分に外側の焦点）に合い、よってパイロットは、改めて視点を合わせなくとも、情報と外界を同時に見ることができる。オペレータにとって、画像は外界上に投影されているように見える。航空機には通常、パイロットの正面に、ヘッドダウンで計器飛行をする間に使用される主計基盤も設置されている。
【０００３】
既存のＨＵＤには内在的な限界があるために、監督機関は通常、重要なパラメータの認識を維持して航空機を制御するための航空機のディスプレイの唯一の情報源としてＨＵＤを許可しない。既存のＨＵＤの一つの欠点は、太陽が地平線の近くにあって、パイロットの視点からＨＵＤの中又は近くに見えるような、明るい条件下ではＨＵＤ上のデータを読むことが難しいことである。加えて、パイロットが、明るく太陽に照らされた雲の中又は近くを飛行するとき、ＨＵＤ上に提示されたデータを読むことが難しいか、又は不可能である場合がある。このような理由により、ＨＵＤは、姿勢、高度、対気速度、又は進行方向といった重要な飛行パラメータのための、航空機の唯一のディスプレイとしては認可されない。
従って、ヘッドアップディスプレイを提供する装置及びシステムの改良が求められている。
【発明の概要】
【０００４】
ヘッドアップディスプレイを提供するための方法とシステムの実施形態を開示する。本発明による方法とシステムの実施形態は、ヘッドアップディスプレイの操作及び信頼性を有利に改善し、よってユーザが情報を受け取るためにＨＵＤを利用する機会が増大する。
一実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイは、オペレータにヘッドアップディスプレイ情報を提供するように構成された表示部分を含む。これに加えて、表示部分には、第１の透過率レベルから第２の透過率レベルへと表示部分の透過率を変更するように構成された減光可能部分が連結される。
【０００５】
別の実施形態では、減光可能なヘッドアップディスプレイを提供するシステムは、オペレータにヘッドアップディスプレイ情報を提供するように構成された減光可能なコンバイナであって、ほぼ透明なレベルから透明度を落としたレベルに調節可能な減光可能コンバイナと、減光可能コンバイナの周囲環境の光強度を検出するように構成された光センサと、光センサから光センサ信号を受信し、減光可能コンバイナの透過率を調節するための制御信号を減光可能コンバイナに送信するように構成されたコンバイナ制御モジュールとを含む。
本発明の特徴、機能、及び利点は、本明細書に示す様々な実施形態において独立して達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
以下に、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【図１】本発明の一実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイを含むコックピット部分を有する航空機の概略部分側面図である。
【図２】図１の、減光可能ヘッドアップディスプレイを含む航空機のコックピット部分の上面部分断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイの模式図である。
【図４】本発明の別の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイの模式図である。
【図５】本発明の一実施形態による、セグメント化された減光可能ヘッドアップディスプレイの模式図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるヘッドマウント式減光可能ヘッドアップディスプレイの等角図である。
【図７】本発明の実施形態による減光可能ヘッドアップディスプレイを提供するシステムのフロー図である。
【図８】本発明のまた別の実施形態による減光可能ヘッドアップディスプレイを有する航空機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここには、ヘッドアップディスプレイ用の電気的に減光可能なコンバイナの光学技術を提供するための方法とシステムが開示される。本発明の特定の実施形態の詳細の多くは、そのような実施形態の完全な理解を可能にするべく、後述の説明及び図１〜８に示される。しかしながら、当業者であれば、本開示内容には他の実施形態を追加することができ、また後述の説明に記載される詳細の一部を除外しても実施できることが分かるであろう。
本発明による方法及びシステムの実施形態は、従来技術を凌駕する有意な利点を提供することができる。例えば、外部からオペレータの目に過度の光が到達する状況において、本発明の実施形態は、バイザー、サンシールド、及びサングラスの必要を低減又は置換し、目を細める必要を無くすか又は軽減し、視力を失わせる危険を低減する。光強度が急激に増大する状況において、本発明の実施形態は、最大光強度を低減し、その結果、パイロットなどのオペレータが感じる外部光強度の急激な変化の望ましくない影響を防止又は緩和することにより、オペレータに対する望ましくない影響を防止又は緩和することができる。本明細書を通して、「減光可能」という表現は、透明度が可変のオブジェクトにより光透過率が可変であるなど、光透過率可変と交換可能である。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１０６を含むコックピット部分１０４を有する航空機１０２の概略部分側面図である。図１の環境１００に示されるように、太陽１０８からの光は複数の経路でコックピット部分１０４に直接入射しうる。直接部１１０は、太陽１０８からコックピット部分１０４に直接差し込み、一方間接部１１２は雲１１４又はその他反射オブジェクトに反射してコックピット部分１０４に入る。
一実施形態では、ＨＵＤ１０６は、コンバイナ１１６及びプロジェクタ１１８を含む。プロジェクタ１１８は、乗り物情報などの画像をコンバイナ１１６上に投影する。別の実施形態では、ＨＵＤ１０６は、プロジェクタ１１８無しでコンバイナ１１６上に画像を表示することができる。例えば、コンバイナ１１６は、内蔵式表示モジュールを有することができる。システムのスイッチが入っているとき、オペレータ１２０は、内蔵式表示モジュール又はプロジェクタ１１８により、画像、グラフィックス、及びその他の情報を見ることができる。コンバイナが少なくとも部分的に透明であるとき、オペレータ１２０は、コンバイナ１１６により、機外の環境などの画像を見ることができる。
【０００９】
コンバイナ１１６は通常、オペレータ１２０が外部の活動をモニタリングするためにコンバイナ１１６を通して見ることを可能にする光学ガラス又はプラスチックデバイスである。オペレータ１２０は、コンバイナ１１６を通して見ることにより、機外に焦点が合わされた、乗り物情報などのＨＵＤ画像を見る。例えば、コンバイナ１１６は、オペレータ（例えばパイロット）１２０が、高度、対気速度、及び地平線の方向といった飛行制御情報を見ることを可能にする情報を表示しながら、オペレータ１２０がコンバイナ１１６を通して航空機１０２の外側を見ることを可能にする。従って、オペレータ１２０は、ＨＵＤ１０６によって提示される飛行制御情報と、航空機１０２の外側で行われる外部活動の間で、目の焦点を改めて合わせる必要なく注意を切換えることができる。
コンバイナ１１６は通常、少なくとも一つの透過率可変部分を含む。コンバイナ１１６の減光可能性（又は透過率可変性）は、任意の適切な方法により提供することができる。例えば、別の実施形態では、コンバイナ１１６は、エレクトロクロミック技術、ゲルタイプ技術（例えばＧｅｎｔｅｘ（登録商標））、薄膜技術（例えばＳｔ．Ｇｏｂｉａｎ（登録商標）又はＳｕｌｌｙ（登録商標））、フォトクロミック技術、又は光透過率レベルを可変に制御できるその他任意の適切な技術を含むことができる。具体的には、別の実施形態において、コンバイナ１１６は、２００２年６月２５日出願の米国特許出願公開第２００２／０１９６５１８号（表題「Electrochromic Organic Polymer Syntheses and Devices Utilizing Electrochromic Polymers」）、並びに、２００４年１０月２７日に出願された同出願人による同時継続出願、即ち米国特許出願公開第２００５／０２００９３４号（表題「Dimming Control System for an Array of Electrochromic Devices」）、同第２００５／０２００９３３号（表題「Low Vapor Pressure Solvent for Electrochromic Devices」、及び同第２００５／０２００９３７号（表題「Multi-Color Electrochromic Apparatus and Methods」に概ね開示されたそれらのエレクトロクロミックデバイス、材料、及びシステムのいずれかを含むことができる。これらの特許文献は、ここで参照することにより本明細書に包含される。このように、コンバイナ１１６は減光可能な又は可変制御可能な透過率を有する。
【００１０】
コンバイナ１１６の透過率が可変制御可能であることにより、オペレータ１２０が環境の明るさ又は太陽の位置に関係なくＨＵＤ１０６の表示を見ることができると同時に、ＨＵＤ１０６の透過性能が維持される。さらに、減光可能なコンバイナ１１６は、薄い色の付いた可動のプラスチックシールドの代わりとなるサンシールドとして機能する。
図１に示すように、ＨＵＤは、プロジェクタ１１８又はその他の表示源を介してコンバイナ１１６の透過率又はコンバイナ１１６の表示特性を調節するためのオペレータ制御機器１２４も含んでいる。他の実施形態では、ＨＵＤ１０６は光センサ１２２を含むことができる。光センサ１２２は、コックピット部分１０４の外部の光強度を検出し、この情報を、コンバイナ１１６に接続する動作可能に結合されたコンバイナ制御装置１２６に転送することができる。制御装置１２６は、光センサ１２２による光強度の検出に関する情報を受信すると、コンバイナ１１６の透過率を調節することができる。さらに、オペレータ制御機器１２４により、オペレータ１２０は、自分の好みに合わせてコンバイナ１１６の透過率を手動で制御することができる。同様に、プロジェクタ制御装置１２８は、光センサ１２２及びオペレータ制御機器１２４からの入力を受信して、プロジェクタ１１８を介してコンバイナ１１６上に投影される画像の表示特性（例えば輝度）を調節することができる。さらなる実施形態では、制御デバイス１２６、１２８は、手動制御機器と自動制御機器の両方を組み合わせて使用することができる。
【００１１】
図２は、環境２００の上面部分断面図であり、減光可能ＨＵ１０６を有する図１の航空機１０２のコックピット部分１０４を示している。この実施形態では、コックピット部分１０４は、フロント（又はメイン）ウィンドウ２０２及び一組のサイドウィンドウ２０４を含む。第１のパイロット（又は機長）２０６は、コックピット部分１０４の第１の側に位置し、第２のパイロット（又は副操縦士）２０８は、コックピット部分１０４の第２の側に位置する。第１のパイロット２０６は、第１のパイロット２０６とフロントウィンドウ２０２の間に位置する第１のコンバイナ２１０を有することができる。第２のパイロット２０８は、第２のパイロット２０８とフロントウィンドウ２０２の間に位置する第２のコンバイナ２１２を有することができる。コックピット部分１０４は、太陽１０８の直射光又は反射した太陽光１１０のようなコックピット部分１０６の外側からの光強度を検出する光センサ１２２ａ、１２２ｂを含む。一実施形態では、各々がそれぞれ対応するコンバイナ２１０、２１２の光を検出する二つの光センサ１２２ａ、１２２ｂを利用することができる。他の実施形態では、光センサ１２２のような中央に位置する一の光センサが、コンバイナ２１０、２１２などの、全てのコンバイナの光を検出することができる。
一部の実施形態では、コンバイナ２１０、２１２は電気的に減光可能な部分を含む。例えば、光がコンバイナ２１０、２１２を通過するとき、電気的に減光可能な部分は光透過率を低下させ、よって光の強度を弱める。従って、パイロット２０６、２０８は、一般的に計器に基づく航行又は制御を行う際に頼るヘッドダウンディスプレイに依存するのではなく、強い太陽光を受ける条件下において、コンバイナ２１０、２１２を利用することができる。
【００１２】
第１の太陽束のグラフ２１４及び第２の太陽束のグラフ２１６が提示されて、光がコンバイナ２１０、２１２を通過する前と後の光強度がさらに示されている。第１の太陽束のグラフ２１４は、ライン２１８により、光がコンバイナ２１０、２１２に届く前の、太陽から受け取られる光の量を表わしている。第２の太陽束のグラフ２１６は、ライン２２０により、光がコンバイナ２１０、２１２を通過した後の、太陽から受け取られる光の量を表わしている。例えば、太陽束のグラフ２１４、２１６では、横軸が時間（ｔ）を表わし、縦軸が太陽束（ｆ）を表わす。図示のように、コンバイナ２１０、２１２による透過率のフィルタリングにより、第２のグラフ２１６では太陽束が減少している。従って、直接太陽光を受ける条件又は明るい外部環境条件では、パイロット２０６、２０８は、コンバイナの透過率を下げることによりコンバイナを通過する太陽束を低減することができるので、コンバイナ２１０、２１２を利用することができる。
【００１３】
図３は、本発明の別の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイ３００の模式図である。コンバイナ１１６は、フロントウィンドウ２０２とオペレータの頭３０２の間に組み込まれている。コンバイナ１１６は、電気的に減光可能な層を含む。コンバイナ１１６は、プロジェクタ１１８から画像を受け取って、オペレータ３０２に情報を提供することができる。別の構成では、コンバイナ１１６は、内蔵式の表示モジュールを含むことができる。ヘッドアップディスプレイ３００は、光センサ１２２とオペレータ入力デバイス３０４、３０６を含むこともできる。
図３に示すように、光センサ１２２は、直接光１１０などの光の強度を測定することができる。次いで、コンバイナ制御システム３０８は、光センサ１２２から情報を受け取る。コンバイナ制御システム３０８は、オペレータ減光入力デバイス３０４を介してオペレータから好ましい透過率レベルを受け取ることもできる。コンバイナ制御システム３０８は、光センサ１２２及びオペレータ減光入力デバイス３０４からの光強度測定値に基づく所望の透過率レベルに従って、コンバイナ１１６の一又は複数のコンバイナ部分の透過率レベルを自動的に維持又は調節することができる。特定の一実施形態では、コンバイナ制御システム３０８は、電源（図示しない）から、コンバイナ１１６の一又は複数の透過率可変制御可能な部分へ供給される電圧値を変更することにより、コンバイナ１１６の透過率を調節可能に制御する。別の変形例では、コンバイナ制御システム３０８は、減光ユーザ入力デバイス３０４からのユーザ入力を消去することができる。
【００１４】
他の実施形態では、ヘッドアップディスプレイ３００は、上述のようなオペレータプロジェクタ入力デバイス３０６と、ＨＵＤプロジェクタ画像制御システム３１０とを含むことができる。画像制御システム３１０は、投影の輝度、コントラスト、又はその他の投影属性を調節して、結果として得られるコンバイナ１１６上の表示を改善することができる。例えば、コンバイナ１１６が輝度条件のために透過率を低下させるとき、プロジェクタ入力デバイス３０６を調節することにより、プロジェクタ１１８によってコンバイナ１１６上に提示される画像のコントラストを調節することが望ましい。他の実施形態では、画像制御システム３１０は、光センサ１２２と動作可能に接続することができる。光センサは、光強度の変化を検出し、光強度の変化を画像制御システム３１０に通信することができ、それにより画像制御システム３１０はコンバイナ１１６上の表示を調節することができる。また別の実施形態では、画像制御システム３１０はオペレータ減光入力デバイス３０４と動作可能に接続することができ、従って画像制御システム３１０は、オペレータ減光入力デバイス３０４を用いたオペレータ３０２の入力によるコンバイナの減光に応じて投影属性を調節することができる。
ヘッドアップディスプレイ３００のまた別の構成においては、画像制御システム３１０はコンバイナ制御システム３０８と通信することができる。コンバイナ制御システム３０８は、コンバイナ制御システム３０８がコンバイナ１１６の透過率を変更するときに画像制御システム３１０に対して信号を送ることができ、これにより、画像制御システム１１０はコンバイナ１１６上の画像の投影を調節することができる。画像制御システム３１０がコンバイナ制御システム３０８に信号を送ることもでき、例えばコンバイナ１１６の画像表示設定への変更を通信することができる。上述のように、プロジェクタ以外の手段によって、例えば、やはり画像制御システム３１０と通信して、真上に位置するプロジェクタ１１８を含む、ヘッドアップディスプレイ３００に従って動作することができる内蔵式表示モジュールによって、画像をコンバイナ上に提示することができる。一部の実施形態では、コンバイナ制御システム３０８及び画像制御システム３１０を組み合わせて単一の制御システムとすることができる。
【００１５】
図４は、本発明の別の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイ４００の模式図である。コンバイナ１１６は、視点４０２（例えばオペレータの視野からのビュー）と太陽１０８などの光源の間に組み込まれる。太陽１０８からの光４０４はコンバイナ１１６を横切る。コンバイナ１１６は、減光可能な部分４０６と、表示部分４０８とを含む。結果として得られる光４１０は、コンバイナ１１６を通過した後で視点４０２に到達する。減光可能部分４０６の働きの結果として得られるコンバイナ１１６の透過率設定に応じて、光４０４は太陽束２１４を含むことができ、結果として得られる光４１０は太陽束２１６を含むことができる。
上述のように、減光可能部分４０６は、エレクトロクロミック技術、ゲルタイプ技術（例えばＧｅｎｔａｘ（登録商標））、薄膜技術（例えばＳｔ．Ｇｏｂｉａｎ（登録商標）又はＳｕｌｌｙ（登録商標））、又は可変に制御可能な光透過率レベルを提供するその他適切な技術によるものとすることができる。他の実施形態では、減光可能部分４０６は、フォトクロミックなものにすることができ、よって減光可能部分が紫外線（ＵＶ）の放射に曝されると化学反応が起こる。他の実施形態では、二以上の上記減光可能部分を組み合わせてコンバイナ１１６を通過する光の透過率を低下させることが好ましい。
【００１６】
表示部分４０８は、プロジェクタ又は内蔵式表示モジュールからの画像を表示するように構成されている。例えば、一実施形態では、表示部分４０８は、コンバイナ１１６に統合された内蔵式表示モジュールディスプレイとすることができる。内蔵式表示モジュールは、オペレータ４０２が目視するヘッドアップ表示画像を生成するために、表示部分内に追加層又は部分を必要とする場合がある。
ＨＵＤ４００は、第１の光センサ４１２及び第２の光センサ４１４を含むことができる。第１の光センサ４１２は、コンバイナ１１６と太陽１０８の間か、又はコンバイナ１１６の近く、例えばコンバイナ１１６の上又は下に配置することができる。従って、第１の光センサ４１２は、光４０４がコンバイナ１１６を通過する前の光強度を検出する。第２の光センサ４１４は、コンバイナ１１６とオペレータ４０２の間に配置される。従って、第２の光センサ４１４は、コンバイナ１１６を通過した後の光（つまり、結果として得られる光４１０）の光強度を検出する。一部の実施形態では、ＨＵＤは光センサ４１２、４１４の一方のみを含むことができる。
【００１７】
第１の光センサ４１２は、外部の輝度とコンバイナ１１６の減光の度合いの間に固定された関係を提供することができる。例えば、第１の光センサ４１２による検出の結果光強度が低いとき、第１の光センサ４１２を較正することにより、コンバイナ１１６の透過率を調節してほぼ透明にすることができる。第１光センサ４１２の検出の結果光強度が高い場合、第１の光センサ４１２はコンバイナ１１６の透過率を制限してオペレータ４０２により目視される光強度を落とすことができる。
第２の光センサ４１４は、クローズドループコントロールシステムを提供することができ、このシステムは、コンバイナ１１６を通過した後の結果光４１０から第２の光センサ４１４が検出する光強度に基づいてコンバイナ１１６の減光を調節する。例えば、第２の光センサ４１４は、光強度を周期的に感知することにより、コンバイナ１１６の透過率を較正し、次いで測定された光強度に従って透過率を調節することができる。従って、コンバイナ１１６の透過率を連続的に調節することにより、第２の光センサ４１４は、コンバイナ１１６を通して比較的一定の光強度レベルを受け取ることができる。
【００１８】
減光可能なＨＵＤ４００のさらなる実施形態では、第２の光センサ４１４は内部光強度測定値を測定し、図３に示すようなコンバイナ制御システム３０８が、所望の透過レベルによる内部光強度測定値が所定の閾値（又は希望最低閾値）を下回らない限り、コンバイナ１１６の一又は複数のコンバイナ部分の透過レベルを、自動的に適切な透過レベルに維持する。所望の透過レベルにより光強度の測定値が特定の閾値を下回る結果となるときは、コンバイナ制御システム３０８が、コンバイナ１１６の一又は複数のコンバイナ部分の透過レベルを、光強度測定値が特定の閾値以上となる任意のレベルに調節する（例えば、増大させる）。コンバイナ制御システム３０８は、第２の光センサ４１４によって提供される光強度測定値を周期的に又は継続的に評価して、この光強度測定値が特定の閾値を下回るとき、コンバイナ１１６の透過レベルを周期的又は継続的に調節することができる。
別の実施形態では、コンバイナ制御システム３０８はさらに、第２の所定の閾値、例えば、最大限可能な（望ましい最大の）光強度測定値に基づいて、コンバイナ１１６の透過率を調節することができる。具体的には、第２の光センサ４１４は、望ましい最大閾値を超える（例えば構造内部の）光強度を測定することができる。コンバイナ制御システム３０８は、測定された光強度が希望最大閾値を超えたと判断すると、コンバイナ１１６の、一又は複数のコンバイナ部分の透過率を自動的に調節して（例えば低下させて）、測定された光強度を低下させることができる。特定の一実施形態では、航空機のコックピットのような乗り物は、ヘッドアップディスプレイ４００を採用し、それを使用することにより強度の大きい光又はレーザからパイロット（又はその他乗り物のオペレータ）を保護することができる。
【００１９】
また別の実施形態では、ヘッドアップディスプレイ４００は、フェイルセーフ機構を備えることができる。この実施形態では、ヘッドアップディスプレイ４００のいずれかのコンポーネントに問題がある場合、フェイルセーフ機構（例えば、コンバイナ制御システム３０８のコンポーネント）は、自動的にコンバイナ１１６の透過率レベルを所定の許容可能なレベルに初期化することができる。例えば航空機のコックピットにおける、一部の実施形態では、所定の許容可能なレベルは、オペレータ３０２に対し、正常な、減衰されていない視認性レベルを提供する比較的高い透過率レベルとすることができる。しかしながら、別の実施形態では、フェイルセーフ機構により、正常な減衰されていない視認性レベルと比べて透過率が低くなりうる。さらなる実施形態では、減光可能なコンバイナ１１６は、オペレータ３０２の正面に可動に組み込まれている。例えば、コンバイナ１１６は、減光可能なコンバイナが適切に作動しない場合、フロントウィンドウ２０２を通るオペレータの視線から外れることができ、従ってオペレータにはフロントウィンドウ２０２を通して遮るものの無い視界が提供される。
【００２０】
図５は、本発明の一実施形態による、セグメント化された減光可能ヘッドアップディスプレイ５００の模式図である。一部の実施形態では、コンバイナ１１６は、一又は複数のセグメントを含み、よってコンバイナ１１６の異なるセグメントを通過する光に様々な透過率レベルを提供することができる。例えば、コンバイナ１１６を、垂直方向５０２に、水平方向５０４に、又は垂直及び水平方向に、複数のセグメントに分割することができる。
一部の実施形態では、コンバイナは、外側セグメント化パラメータ５０６及び内側セグメント化パラメータ５０８によりセグメント化することができる。コンバイナ１１６の特定の領域、例えばサブセグメント５１０ａ−５１０ｄを含む外側セグメント５１０からの光強度を低下させるようにセグメント化パラメータ５０６、５０８を配置すると同時に、中間セグメント５１２又は内側セグメント５１４の透過率を高く維持することが有利でありうる。さらに、セグメント５１０、５１２、５１４の各々を、ほぼ水平に、垂直に、又は水平且つ垂直に小分割することにより、対応するサブセグメント５１０ａ−５１０ｄ、５１２ａ−５１２ｄ、５１４ａ−５１４ｄをそれぞれ形成することができる。コンバイナ１１６のセグメント化で利用するセグメント化パラメータの数は、もっと多くても少なくてもよい。例えば、セグメント５１０、５１２、５１４のようなセグメントは、任意の数のサブセグメントを含むことができる。加えて、セグメント化パラメータの構成は、楕円形セグメント、三角形セグメント、円形セグメント又はその他のセグメント形態又は形状を含む、任意の数のパターンに構成することができる。
【００２１】
各セグメントは、コンバイナ１１６を通過する光の透過率を調整することができる。例えば、外側セグメント５１０は、中間セグメント５１２を通過した光と内側セグメント５１０を通過した光の透過率が異なるように、コンバイナ１１６を通過する光に異なる透過率を与えることができる。さらに、例えばコンバイナ制御システム３０８（図３）や、一又は複数の数のオペレータ入力デバイス３０６により、各セグメントを自動的に制御することができる。
【００２２】
図６は、本発明の別の実施形態によるヘッドマウント式減光可能ヘッドアップディスプレイ６００の等角図である。一部の実施形態では、コンバイナ６０２は、例えばヘルメット６０６を有するように構成されたバイザー６０４の形態で、装着可能である。例えば、ヘルメット６０６は、顎紐６０８及び保護クッション６１０を含む飛行士用ヘルメットとすることができる。他の実施形態では、ＨＵＤ６００は、ヘルメット６０６無しの、一対の眼鏡又は装着可能なバイザーに構成することができる。ＨＵＤ６００は、オペレータに情報を表示する内蔵式表示モジュールを含むことができる。コンバイナ６０２は、コンバイナ１１６の、少なくとも一つの透過率が可変な部分を含むことができる。さらに小さなサブセグメントで透過率部分をセグメント化してもよい。コンバイナ６０２は、コンバイナ制御システム３０８（図３）又は一又は複数のオペレータ入力デバイス３０６により、自動制御可能である。
【００２３】
図７は、本発明の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイを提供するためのシステム（又は方法）７００のフローチャートである。この実施形態では、システム７００は、ブロック７０２の初期条件の状態から開始する。決定ブロック７０４において、システム７００は、コンバイナを通して見える光強度を増大又は低下させるためにコンバイナの透過率を調節するかどうかを決定する。決定ブロック７０４において、システム７００がコンバイナの透過率の調節を選択した場合、ブロック７０６において、システムはオペレータ入力デバイス３０４から一又は複数のユーザ入力を受信する。ブロック７０８では、コンバイナ制御システム３０８は、光センサ１２２から一又は複数のセンサ入力を受信する。ブロック７１０では、システム７００は、ブロック７０６、７０８、又はそれらの両方からの情報を利用してコンバイナの透過率を調節する。ブロック７０４でシステム７００がコンバイナの透過率の調節を選択しない場合、システムは決定ブロック７１２に進む。
決定ブロック７１２では、システム７００は、コンバイナの透過率を漸進的に調節するかを決定する。例えば、決定ブロック７１２では、システム７００は、較正アルゴリズムを実行して、コンバイナの透過率の微調整を行うことができる。決定ブロック７１４において、システム７００が漸進的調節を選択した場合、システムは、光強度が大き過ぎるかどうかを決定する。光強度が大き過ぎる場合、ブロック７１６において、システム７００は、コンバイナが最小許容レベルに達していなければ、コンバイナ１１６の透過率を漸進的に低下させ、次いでシステムはブロック７１２に戻る。或いは、光のレベルが大き過ぎなければ（ブロック７１４）、光レベルは低過ぎるとみなされ、コンバイナ１１６が最大レベルに達していなければコンバイナ１１６の透過率は漸進的に増大され、次いでシステムは決定ブロック７１２に戻る。
【００２４】
決定ブロック７１２においてシステム７００が漸進的調節を選択しない場合、システムは、コンバイナの表示を調節するかを決定する。例えば、ブロック７１０でシステムがコンバイナ１１６の透過率を調節するとき、プロジェクタ１１８によって生成されるコンバイナ表示の視認が困難でありうる。従って、オペレータが表示される情報を容易に視認できるように、コンバイナの表示のコントラスト、輝度、又はその他の表示特性を調節することが好ましい。ブロック７２０でシステム７００がコンバイナ１１６の表示特性の調節を選択する場合、ブロック７２２で、システムはオペレータ入力デバイス３０６から一又は複数のユーザ入力を受け取る。ブロック７２４では、画像制御システム３１０が、光センサ１２２から一又は複数のセンサ入力を受け取る。ブロック７２６では、システム７００は、ブロック７２２、７２４、又はそれら両方からの情報を利用して、コンバイナ１１６の表示特性を調節する。決定ブロック７２０でシステム７００がコンバイナの表示特性の調節を選択しない場合、システムは決定７０４から反復することができる。
システム７００は概してコンバイナ１１６に言及しているが、システム７００の実施形態は、コンバイナのセグメント又はサブセグメントに適用することができる。例えば、図５に関し、システム７００は、ブロック７１０において、セグメント５１０、５１２、５１４を別々に調節することができるか、又はそれらをまとめて調節し、所望のレベルの透過率を達成することができる。
【００２５】
一般に、ここに記載された機能のいずれも、ソフトウェア、ファームウェア（例えば、固定論理回路）、ハードウェア、手動プロセシング、又はこれら実施形態の何らかの組み合わせを使用して実施することができる。ソフトウェアを用いる実施形態の場合、ここに記載されたモジュール、機能性、又は論理は、プロセッサ（例えば、いずれかのマイクロプロセッサ、コントローラなど）上で実行されると特定のタスクを実行するプログラムコードに相当する。プログラムコードは、一又は複数のコンピュータで読み取り可能な記憶装置に保存することができる。さらに、ここに記載された特徴及び態様は、プラットフォームに依存せず、よって種々のプロセッサを有する様々な商業的演算プラットフォーム上で本技術を実施することができる。
本発明の技術による方法とシステムは、コンピュータで実行可能な命令の通常の文脈でも記載できることも注目に値する。一般に、コンピュータで実行可能な命令は、特定の機能を実行するか、又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、プロシージャ、モジュール、機能などを含むことができる。本方法は、通信ネットワークによってリンクされた遠隔処理装置によって機能が実行される分散コンピューティング環境においても実行できる。分散コンピューティング環境では、コンピュータで実行可能な命令は、メモリ記憶装置を含む、ローカル及びリモートコンピュータ記憶媒体に置くことができる。
【００２６】
図８は、本発明のまた別の実施形態による減光可能なヘッドアップディスプレイを有する航空機８００の側面図である。減光可能なヘッドアップディスプレイの実施形態は、コックピット、客室、及び自動車、航空機、海上船舶、又は宇宙船のような可動プラットフォームのその他オペレータ制御設定を含む様々な環境及び設定、或いはバイザーコンバイナのような装着可能な減光可能ヘッドアップディスプレイへの応用を含むその他の適切なシステムに使用可能であることが分かる。例えば、航空機８００は、本発明の一実施形態による一又は複数の減光可能なヘッドアップディスプレイを有することができる。
この実施形態では、航空機８００は、翼アセンブリ８０４、尾翼アセンブリ８０６、及び着陸アセンブリ８０８を含む胴体８０２を含む。航空機８００はさらに、一又は複数の推進装置８１０、制御システム８１２（図示されていない）、及び航空機８００の適切な操作を可能にするその他多数のシステム及びサブシステムを含む。本発明による減光可能なＨＵＤの実施形態は、航空機８００において、コックピットに組み込まれる減光可能ＨＵＤ８１４、及び航空機８００のその他任意の適切なエリアに利用できることが分かる。一般に、本発明の実施形態によるコックピットに組み込まれる減光可能ＨＵＤ８１４を除き、航空機８００の様々なコンポーネント及びサブシステムは既知の構造であるので、説明を簡潔にするために、ここでは詳細に説明しない。
【００２７】
図８に示す航空機８００は、例えば、イリノイ州シカゴの本出願人によって市販されている７３７、７４７、７５７、７６７、７７７、及び７８７モデルを含む民間旅客機の概略図であるが、ここに開示した本発明の装置及び方法は、実質的に他のあらゆる種類の航空機のアセンブリに使用することができる。具体的には、本開示内容の教示を他の旅客機、戦闘機、貨物機、回転翼機、及び他のあらゆる種類の有人又は無人航空機の製造及びアセンブリに適用することができ、これには例えば、Enzo Angelucciによる「The Illustrated Encyclopedia of Military Aircraft」（Book Sales Publishers, 2001年9月）、及び「Jane's All the World's Aircraft」（Jane's Information Group of Coulsdon、英国サリー州)に記載されたものが含まれ、これらの文献をここで参照したことにより本明細書に包含する。
本発明による好適な種々の実施形態を示し、説明したが、上述のように、本発明の理念及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。従って、本発明の範囲は、これら好ましい種々の実施形態の開示内容によって制限されない。そうではなく、本発明の開示内容は、請求の範囲によって決定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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