(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体の搭乗員に装着される頭部装着型表示装置と、
その搭乗員により操作される入力装置と、
海上の救難目標の位置を演算するのに必要な変数の検出装置と、
その頭部装着型表示装置、入力装置および検出装置に接続される情報処理装置とを備え、
その頭部装着型表示装置は、画像表示光を出射する表示器と、その画像表示光の光路を変更すると共に前方からの光を透過するコンバイナとを有し、
そのコンバイナを介して視認される照準画像と救難目標とが対応した時、その入力装置を搭乗員が操作することで、その情報処理装置により検出装置の検出結果に基づいて救難目標の位置が演算される救難目標位置指示装置において、
その情報処理装置により検出装置の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域が演算され、
その情報処理装置から表示器に送られる画像信号により、その救難目標位置の誤差領域を指示するための誤差領域画像が、そのコンバイナを介して視認されるように形成される救難目標位置指示装置。
【請求項２】
前記検出装置は救難目標位置を演算するのに必要な変数として、飛行体の緯度と経度に対応する位置、飛行体の飛行高度、飛行体の姿勢および飛行体に対する頭部装着型表示装置の姿勢を検出する請求項１に記載の救難目標位置指示装置。
【請求項３】
その入力装置を複数回操作することで、各操作毎に救難目標の仮位置が演算可能とされ、その複数の仮位置の平均値として救難目標の位置が演算される請求項１または２に記載の救難目標位置指示装置。
【請求項４】
前記誤差領域の演算により誤差領域画像を形成した後に前記入力装置を再操作することにより、前記情報処理装置によって再度誤差領域が演算されると共に先に演算された誤差領域と後に演算された誤差領域との重合領域が演算され、その情報処理装置から前記表示器に送られる画像信号により、その重合領域を指示するための重合誤差領域画像が、前記コンバイナを介して視認されるように形成される請求項１〜３の中の何れかに記載の救難目標位置指示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難破船や遭難者等の救難目標の位置を、航空機やヘリコプタ等の飛行体の搭乗員が装着する頭部装着型表示装置を利用して指示する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行体による救難活動において、発見した救難目標を見失うことがないように用いられている救難目標位置指示装置は、飛行体の搭乗員に装着される頭部装着型表示装置と、その搭乗員により操作される入力装置と、その飛行体の緯度、経度に対応する位置、飛行高度、飛行体の姿勢および飛行体に対する頭部装着型表示装置の姿勢を検出する検出装置と、その頭部装着型表示装置、入力装置および検出装置に接続される情報処理装置とを備えている。
【０００３】
その頭部装着型表示装置は、画像表示光を出射する表示器と、その画像表示光の光路を変更すると共に前方からの光を透過するコンバイナを有する。そのコンバイナを介して視認される照準画像と救難目標とが対応した時、その入力装置を搭乗員が操作することで、その情報処理装置により検出装置の検出結果に基づいて救難目標の位置が演算される。その情報処理装置から表示器に送られる画像信号により、その救難目標の位置をピンポイントで指示するための目標シンボル画像がコンバイナを介して視認されるように形成される。これにより、その飛行体および搭乗員の頭部が変位しても、救難目標の位置を目標シンボル画像により指示できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記検出装置による検出結果には誤差が含まれるため、上記目標シンボル画像により救難目標の位置をピンポイントで完全に指示するのは困難である。そのため救難目標を見失う恐れがある。このような場合に目標シンボル画像の近傍を闇雲に捜索すると、かえって救難目標をロストしかねない。
【０００５】
また、飛行体の機体振動等により搭乗員の頭部が揺れた場合、頭部装着型表示装置も同時に揺れる。そのため、照準画像を救難目標に完全に対応させるのは困難で誤差が生じる。特に、救難目標と飛行体との距離が大きい場合、頭部の上下の揺れによる頭部装着型表示装置の飛行体に対する角度変化があると、その角度変化が微小であっても救難目標位置の指示誤差は大きくなる。そのため、救難目標の指示精度が低下する。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる救難目標位置指示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の救難目標位置指示装置は、飛行体の搭乗員に装着される頭部装着型表示装置と、その搭乗員により操作される入力装置と、海上の救難目標の位置を演算するのに必要な変数の検出装置と、その頭部装着型表示装置、入力装置および検出装置に接続される情報処理装置とを備える。その頭部装着型表示装置は、画像表示光を出射する表示器と、その画像表示光の光路を変更すると共に前方からの光を透過するコンバイナとを有する。そのコンバイナを介して視認される照準画像と救難目標とが対応した時、その入力装置を搭乗員が操作することで、その情報処理装置により検出装置の検出結果に基づいて救難目標の位置が演算される。その情報処理装置により検出装置の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域が演算される。その情報処理装置から表示器に送られる画像信号により、その救難目標位置の誤差領域を指示するための誤差領域画像が、そのコンバイナを介して視認されるように形成される。前記検出装置は救難目標位置を演算するのに必要な変数として、飛行体の緯度と経度に対応する位置、飛行体の飛行高度、飛行体の姿勢および飛行体に対する頭部装着型表示装置の姿勢を検出するのが好ましい。
本発明の構成によれば、救難目標位置を演算するのに必要な変数の検出誤差があっても、その検出誤差に対応する誤差領域画像をコンバイナを介して視認できるように形成することで、救難目標が確実に存在する領域を指示できる。
【０００８】
その入力装置を複数回操作することで、各操作毎に救難目標の仮位置が演算可能とされ、その複数の仮位置の平均値として救難目標の位置が演算されるのが好ましい。これにより、入力操作時における照準画像と救難目標とのずれを低減し、救難目標の指示精度を向上できる。特に、救難目標の位置を演算するために飛行体に対する頭部装着型表示装置の姿勢を検出する場合、照準画像と救難目標とを完全に対応させるのが飛行体の機体振動等により搭乗員の頭部が揺れるために困難であっても、救難目標の指示精度を向上できるので効果的である。
【０００９】
前記誤差領域の演算により誤差領域画像を形成した後に前記入力装置を再操作することにより、前記情報処理装置によって再度誤差領域が演算されると共に先に演算された誤差領域と後に演算された誤差領域との重合領域が演算され、その情報処理装置から前記表示器に送られる画像信号により、その重合領域を指示するための重合誤差領域画像が、前記コンバイナを介して視認されるように形成されるのが好ましい。
これにより、救難目標位置の誤差領域に対応する誤差領域画像の形成後に、救難目標に対する飛行体の位置が変化した場合において、入力装置を再度操作して救難目標位置の誤差領域を演算し、両誤差領域の重合領域に対応する重合誤差領域画像を形成することで、救難目標が確実に存在する領域を絞り込んで指示できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示す救難目標位置指示装置１は、航空機やヘリコプター等の飛行体２の搭乗員３に装着される頭部装着型表示装置４と、入力装置５と、検出装置６と、情報処理装置７とを備える。その搭乗員３は、飛行体２の側面の見張窓８から救難目標を探索する。
【００１１】
その頭部装着型表示装置４は、頭部への装着部を構成する例えばヘルメット１１と、そのヘルメット１１により保持される表示器１２と、そのヘルメット１１に搭乗員３の前方に位置するように保持されるバイザー兼用のコンバイナ１３とを備える。なお、その頭部への装着部はヘルメットに限定されず、例えば頭部に嵌め合わされるバンド状のものでもよい。その表示器１２は、例えばフラットパネルディスプレイやＣＲＴ等により構成され、情報処理装置７から送られる画像信号に対応する表示光を出射する。そのコンバイナ１３は、その表示器１２から出射される表示光を光路変更して搭乗員３の目に導く。これにより、搭乗員３の前方に画像が形成される。このコンバイナ１３としては、例えば、ハーフミラーやホログラム素子を用いることができる。ハーフミラーを用いる場合は反射により表示光の光路を変更し、ホログラム素子を用いる場合は回折により表示光の光路を変更する。そのコンバイナ１３は前方からの光を透過するので、その画像とコンバイナ１３の前方に実際に存在するものの双方を搭乗員３は視認できる。
【００１２】
その入力装置５は、例えば押し釦スイッチにより構成され、その搭乗員３により操作されることで、情報処理装置７に入力信号を出力する。
【００１３】
その検出装置６は、救難目標位置を演算するのに必要な変数を検出するもので、その変数として飛行体２の緯度と経度に対応する位置を検出するＧＰＳ用受信機２１、飛行体２の飛行高度Ｈを検出する高度計２２、飛行体２の姿勢として機首の向きを検出する方向センサ２３と左右の傾きであるバンク角を検出する角度センサ２４、および飛行体２に対する頭部装着型表示装置４の姿勢として搭乗員３の視線の向きが飛行体２の左右方向を向いている状態からの頭部の傾き角を検出するヘッドモーショントラッカ２５とから構成されている。そのヘッドモーショントラッカ２５は、ヘルメット１１に取り付けられるセンサ２５ａと、機体側に取り付けられるソース２５ｂとを有し、そのセンサ２５ａでソース２５ｂの信号を検知することで、飛行体２に対する搭乗員３の視線の向きに対応した信号を出力する。
【００１４】
その情報処理装置７はコンピュータにより構成され、その入力装置５、表示器１２、ＧＰＳ用受信機２１、高度計２２、方向センサ２３、角度センサ２４、ヘッドモーショントラッカ２５に接続され、さらに、レーダースコープ３１と航法表示装置３２に接続されている。
【００１５】
その情報処理装置７は表示器１２に、例えば図２の（１）に示すような照準画像４１を表示するための画像信号を送る。搭乗員３は、頭部装着型表示装置４の表示視野４２内においてコンバイナ１３を介して視認される照準画像４１と、そのコンバイナ１３を介して視認される海上等の捜索範囲を視認する。
【００１６】
そのコンバイナ１３を介して視認される照準画像４１と救難目標とが対応した時、上記入力装置５を搭乗員３が操作することで、情報処理装置７により検出装置６の検出結果に基づいて救難目標の位置が演算される。すなわち、その入力装置５を搭乗員３が複数回操作することで、各操作毎に救難目標の仮位置が演算され、その複数の仮位置の平均値として救難目標の位置が演算される。これにより、照準画像４１と救難目標との誤差を低減できる。
【００１７】
例えば、図３に示すように、照準画像４１と救難目標４３とを完全に対応させるのは、飛行体２の機体振動等により搭乗員３の頭部が揺れるために困難である。そのため、入力装置５を搭乗員３が操作した時、照準画像４１は救難目標４３からずれた仮の救難目標位置に対応する。よって、入力装置５の複数回の操作により、複数の仮の救難目標位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の位置ベクトルの平均値として救難目標４３の位置が演算される。これにより、入力操作時における照準画像４１と救難目標４３とのずれを低減し、救難目標位置の指示精度を向上できる。その仮の救難目標位置の数は多い程に指示精度を向上できるが、その数は特に限定されない。また、その仮の救難目標位置の数は設定変更可能であってもよい。
【００１８】
その情報処理装置７は、その検出装置６の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域を演算する。図４〜図６を参照して、検出装置６を構成する方向センサ２３、角度センサ２４、ヘッドモーショントラッカ２５、高度計２２、ＧＰＳ用受信機２１の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域の演算方法の一例を説明する。
【００１９】
図４は、方向センサ２３、角度センサ２４およびヘッドモーショントラッカ２５の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域を示す。すなわち、救難目標４３を視認する搭乗員３の視線と垂線とがなす角をθ、飛行体２から平均海面に降ろした垂線の足から救難目標４３までの奥行き方向における距離をＬ、鉛直面における方向センサ２３、角度センサ２４およびヘッドモーショントラッカ２５による角度検出誤差を±ΔθEL、水平面における方向センサ２３、角度センサ２４およびヘッドモーショントラッカ２５による方位角の検出誤差を±ΔθAZとする。この場合、救難目標位置の奥行き方向における検出誤差±ΔＬELは、鉛直面における角度検出誤差±ΔθELと救難目標４３から飛行体２までの距離との積により近似的に求められる。また、その奥行き方向に直交する水平方向における救難目標位置の検出誤差±ΔＷAZは、方位角の検出誤差±ΔθAZと上記距離Ｌとの積により近似的に求められる。よって、その救難目標位置の誤差領域は、演算された救難目標位置を囲む略台形になる。その台形領域の高さｈは２ΔＬEL、上底ａは２×ΔθAZ（Ｌ−ΔＬEL）、下底ｂは２×ΔθAZ（Ｌ＋ΔＬEL）として近似的に求められる。飛行体２の高度が小さく、飛行体と救難目標４３との距離が大きい場合、その誤差領域は奥行き方向の大きな細長い台形領域になる。
【００２０】
図５は、高度計２２の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域を示す。すなわち、高度をＨ、高度計２２の検出誤差を±ΔＨとする。この場合、救難目標位置の上記奥行き方向における誤差は±ΔＨｔａｎθにより求められる。
【００２１】
図６は、ＧＰＳ用受信機２１の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域を示す。すなわち、ＧＰＳ用受信機２１の検出誤差の半径をΔＰとすると、救難目標位置の誤差の半径もΔＰとなるので、上記奥行き方向における誤差は±ΔＰにより求められる。
【００２２】
よって、検出装置６の検出誤差に対応する救難目標位置の誤差領域は、図４において求められる台形領域を、高さにおいては高度計２２の検出誤差とＧＰＳ用受信機２１の検出誤差だけ拡大し、上底と下底においてはＧＰＳ用受信機２１の検出誤差だけ拡大した台形領域として求められる。
【００２３】
その情報処理装置７は、演算された救難目標４３の位置と、その救難目標位置の誤差領域の演算結果に基づき画像信号を表示器１２に送る。その画像信号により表示器１２が表示光を出射することで、図２の（２）、図７の（１）において台形画像で示すように、救難目標位置の誤差領域を指示するための誤差領域画像５０がコンバイナ１３を介して視認されるように形成される。また、その救難目標位置を示す目標シンボル画像５１が円形画像として併せて視認されるように形成される。なお、照準画像４１は誤差領域画像の形成直後は一時的に表示されなくなり、情報処理装置７において入力装置５からの信号入力が可能になった時点で再表示される。
【００２４】
飛行体２の高度が小さく、飛行体２と救難目標４３との距離が大きい場合、救難目標位置の誤差領域は実際には奥行き方向の大きな細長い台形領域で近似されるが、搭乗員３には誤差領域の奥行き方向は実際よりも小さく見えるので、その誤差領域画像５０は奥行き方向の小さな台形として視認される。また、その誤差領域画像５０の表示後に飛行体２および搭乗員３の頭部が変位した場合、搭乗員３にとっての誤差領域の見え方は変化するため、その飛行体２および搭乗員３の頭部の変位に応じて誤差領域画像５０は変化する。例えば図８において、飛行体２がＳ点に位置する時に救難目標４３が発見されて誤差領域６０が演算された場合、そのＳ点では奥行き方向の小さな台形状の誤差領域画像５０が形成されるが、その後に飛行体２が図８において矢印で示すように進行してＴ点に至ったような場合、図２の（３）に示すような四辺形状の誤差領域画像５０が形成される。
【００２５】
上記のように誤差領域を演算して誤差領域画像５０を形成した後に、入力装置５を再度操作することにより、上記と同様にして情報処理装置７により再度誤差領域を演算することが可能とされている。その情報処理装置７は、先に演算された誤差領域と後に演算された誤差領域との重合領域を演算し、その重合領域に基づき表示器１２に画像信号を送る。その画像信号により表示器１２が表示光を出射することで、その重合領域を指示するための重合誤差領域画像が、上記コンバイナ１３を介して視認されるように形成される。
【００２６】
例えば図８において、飛行体２がＳ点に位置する時に救難目標４３が発見されて誤差領域６０が演算された場合、そのＳ点では奥行き方向の小さな台形状の誤差領域画像５０が表示される。その後に飛行体２が救難目標４３を中心として９０度周回して図８においてＵ点に至った時点では、図２の（４）に示すように、誤差領域画像５０は奥行き方向に直交する方向の大きな四辺形画像になる。この時点で入力装置５を再度操作することにより、情報処理装置７は図において２点鎖線で示すような誤差領域６１を演算する。しかる後に、情報処理装置７は先に演算された誤差領域６０と後に演算された誤差領域６１との重合領域６２（図８におけるハッチング領域）を演算し、その重合領域６２の演算結果に基づき表示器１２に画像信号を送る。その画像信号により表示器１２が表示光を出射することで、図２の（５）に示すようにその重合領域を指示するための重合誤差領域画像５０′が、上記コンバイナ１３を介して視認されるように形成される。
【００２７】
例えば上記Ｓ点において、飛行体の高度を８００ｆｔ、飛行体から救難目標までの奥行き方向距離を１８５３ｍ、角度検出誤差を１°、高度の検出誤差を３％、ＧＰＳ用受信機による検出誤差を半径１００ｍとした場合、救難目標の誤差領域は奥行き方向において約７００ｍ、奥行き方向に直交する方向において約２００ｍとなる。上記Ｕ点における各検出値と検出誤差をＳ点における値と同様とした場合、その重合誤差領域は約２００ｍ×２００ｍに絞り込まれる。すなわち、救難目標が確実に存在する領域を絞り込んで視認させることができる。なお、情報処理装置７の演算結果はレーダースコープ３１と航法表示装置３２に救難目標位置の情報を表示できるように出力され、飛行体２の他の搭乗員にも情報を提供できる。
【００２８】
図７の（２）に示すように目標シンボル画像５１のみにより救難目標位置をピンポイントに指示した場合、救難目標位置を演算するのに必要な変数の検出誤差があると、救難目標４３の存在領域を特定できない。これに対して上記構成によれば、救難目標位置を演算するのに必要な変数の検出誤差があっても、その検出誤差に対応する誤差領域画像５０を表示することで、救難目標４３が確実に存在する領域を特定できる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、仮の救難目標位置を求めることなく一回の入力装置の操作により救難目標位置を演算してもよい。また、検出装置の検出誤差に対する誤差領域の演算方法も特に限定されない。また、ヘッドモーショントラッカに代えて、頭部装着型表示装置側にのみ取り付けられることで搭乗員の頭部の向きに対応した信号を出力できるジャイロコンパンスを利用したセンサを用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、救難目標をロストすることなく確実に指示できる救難目標位置指示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置の構成説明図
【図２】（１）〜（５）は本発明の実施形態の救難目標位置指示装置による表示画像を示す図
【図３】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置における照準画像と救難目標との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置により演算される誤差領域の説明図
【図５】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置により演算される誤差領域の説明図
【図６】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置により演算される誤差領域の説明図
【図７】（１）は本発明の実施形態の救難目標位置指示装置による表示画像を示す図、（２）は従来の救難目標位置指示装置による表示画像を示す図
【図８】本発明の実施形態の救難目標位置指示装置により演算される誤差領域の説明図
【符号の説明】
２  飛行体
３  搭乗員
４  頭部装着型表示装置
５  入力装置
６  検出装置
７  情報処理装置
１２  表示器
１３  コンバイナ
４１  照準画像
４３  救難目標
５０  誤差領域画像
５０′  重合誤差領域画像
６０、６１  誤差領域
６２  重合領域
【図１】
0004174624.tif 000002
【図２】
0004174624.tif 000003
【図３】
0004174624.tif 000004
【図４】
0004174624.tif 000005
【図５】
0004174624.tif 000006
【図６】
0004174624.tif 000007
【図７】
0004174624.tif 000008
【図８】
0004174624.tif 000009