JP3180459B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄道車両の運転
室に装着されるヘッドアップディスプレイ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば鉄道車両にあっては、運転手が前
方を目視したまま車両速度等の情報を確認できるよう
に、運転室のフロントガラスをハーフミラー状に処理し
たコンバイナにより構成し、運転室内に所望の画像情報
を表示する表示装置を設け、そのコンバイナ上で反射す
る画像表示光と、そのコンバイナを透過する外光とが運
転手の目に入るようにしたヘッドアップディスプレイ装
置が装着されている。

【０００３】上記のようなヘッドアップディスプレイ装
置においては、外光が明るくなれば表示輝度も明るくな
り、外光が暗くなれば表示輝度も暗くなるように外光の
明度に応じ表示光の輝度を制御し、表示が暗すぎて見え
なくなったり明るすぎて眩しくなるのを防止している。
しかし、鉄道車両のように陸橋の下や建物の陰の部分を
通過するため外光の明度が頻繁に変化する場合、外光の
明度変化にそのまま追従して表示光の輝度が変化すると
表示がちらついて見にくくなる。そこで、外光の明度変
化が一定以下の範囲は不感帯域とされて表示光の輝度が
変化しないようにされ、頻繁な表示光の輝度変化が防止
されている。また、人間の視覚が明度変化に適応するに
は一定の時間を要することから、外光の明度変化に対す
る表示光の輝度変化に一定の時間遅れを持たせることも
行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば鉄道車両がトン
ネル内を走行する場合や夜間走行をする場合、一定間隔
で照明が設けられているため、外光の明度は照明の有無
により頻繁に変化し、しかも照明による明度変化量は大
きなものである。そのため、従来のように不感帯域を設
定しても表示光がちらつき、また、不感帯域を大きくす
ると表示が暗すぎて見えなくなったり明るすぎて眩しく
なるという問題がある。

【０００５】また、人間の視覚の明度変化に対する適応
は、明度変化が大きくなるほど速くなり小さくなるほど
遅くなり、また、外光が明るくなる場合は外光が暗くな
る場合よりも速くなる。そのため、従来のように外光の
明度変化に対する表示光の輝度変化の遅れが一定である
と、表示光の輝度変化が人間の視覚の明度変化に対応せ
ず、表示が必要以上に暗すぎたり明るすぎたりして不快
感を感じたり、必要な場合に表示が暗すぎて見えなくな
るという問題がある。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ことのできるヘッドアップディスプレイ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、コンバイナ上で反射する表示光の輝度を、そのコ
ンバイナを透過する外光の明度に応じ制御するヘッドア
ップディスプレイ装置において、外光の明度を時系列に
検知する手段と、外光の明度の変化を時系列に演算する
手段と、外光の明度と表示光の輝度設定値との偏差を時
系列に演算する手段と、外光の明度変化の大きさ及び外
光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大きさに対す
る表示光の輝度設定値変化量の大きさの関係を記憶する
手段と、その関係に応じて表示光の輝度を時系列に制御
する手段とを備える点にある。

【０００８】

【作用】本発明の構成によれば、外光の明度変化の大き
さ及び外光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大き
さに応じ、表示光の輝度設定値変化量を時系列に変化さ
せることができる。その外光の明度変化の大きさ及び外
光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大きさに対す
る表示光の輝度設定値変化量の大きさの関係は任意に設
定できるので、人間の視覚の明度に対する適応特性に応
じて表示光の輝度を制御できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１０】図１は鉄道車両に装着されるヘッドアップ
ディスプレイ装置１を示し、鉄道車両のフロントガラス
を構成するコンバイナ２と、車両速度等の画像情報を表
示する液晶ディスプレイ３と、この液晶ディスプレイ３
の制御装置４と、この制御装置４から送り出される映像
信号の増幅用アンプ５と、その液晶ディスプレイ３のバ
ックライト６と、その液晶ディスプレイ３により表示さ
れる画像をコンバイナ２に投影するためのレンズ７、８
およびミラー９を備えている。そのコンバイナ２上で反
射した画像表示光と、そのコンバイナ２を透過する外光
とが運転手の目１０に入る。

【００１１】そのコンバイナ２上で反射する表示光の輝
度は、バックライト用電源１５の電力をトライアック制
御回路１６により制御してバックライト６の明るさを変
化させることで制御する。その表示光の輝度を外光の明
度に応じ制御するため、外光の明度を検知するＣｄＳ２
０と、トライアック制御回路１６を制御する制御装置２
１が設けられている。そのＣｄＳ２０は制御電源とオペ
アンプ２２に接続されている。その制御装置２１は、中
央処理装置２３と、そのオペアンプ２２に接続されるＡ
Ｄ変換器２４と、そのトライアック制御回路１６に接続
される出力ポート２５と、記憶装置２６と、Ｉ／Ｏポー
ト２７とを備え、これらは互いにデータバスを介し接続
され、また、そのＩ／Ｏポート２７にデータバスを介し
接続されるファジィ演算専用チップ２８を備える。

【００１２】上記構成のヘッドアップディスプレイ装置
は、記憶装置２６に記憶された制御プログラムに従いコ
ンバイナ２上で反射する表示光の輝度を制御する。以
下、その制御手順を説明する。

【００１３】まず、ＣｄＳ２０により時系列に検知され
た外光の明度信号がオペアンプ２２により増幅され、Ａ
Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換されて中央処理
装置２３に読み込まれ、この外光の明度に基づき外光の
明度変化が時系列に演算される。また、出力ポート２５
からトライアック制御回路１６に出力される表示光の輝
度設定値が中央処理装置２３にフィードバックされて時
系列に読み込まれ、外光の明度と表示光の輝度設定値と
の偏差が時系列に演算される。いま、ある時点での外光
の明度をＡｎ、外光の明度変化をΔＡｎ（ΔＡｎ＝Ａｎ
−Ａｎ_-1）、輝度設定値をＢｎとして、その演算された
明度変化ΔＡｎと偏差（Ａｎ−Ｂｎ）とがファジィ演算
専用チップ２８に取り込まれる。このファジィ演算専用
チップ２８は、その明度変化ΔＡｎと偏差（Ａｎ−Ｂ
ｎ）とに基づき、表示光の輝度設定値変化量を時系列に
演算する。その演算された輝度設定値変化量は中央処理
装置２３に取り込まれ、ある時点での輝度設定値変化量
をＵｎとして、次の時点での輝度設定値Ｂｎ+1を演算式
Ｂｎ＋Ｕｎにより時系列に演算する。この演算された輝
度設定値に基づきトライアック制御回路１６が制御され
ることでバックライト６の明るさが変化する。

【００１４】そのファジィ演算専用チップ２８は、図２
に示すような、外光の明度変化ΔＡの大きさ及び外光の
明度と表示光の輝度設定値との偏差（Ａ−Ｂ）の大きさ
に対する表示光の輝度設定値変化量Ｕの大きさの関係に
基づき、表示光の輝度設定値変化量Ｕを演算する。その
明度変化ΔＡの大きさ及び偏差（Ａ−Ｂ）の大きさに対
する輝度設定値変化量Ｕの大きさの関係は前記記憶装置
２６に記憶されている。その明度変化ΔＡの大きさ及び
偏差（Ａ−Ｂ）の大きさはメンバーシップ関数により定
められている。明度変化ΔＡの大きさ及び偏差（Ａ−
Ｂ）の大きさについての各メンバーシップ関数は、例え
ば図３に示すように−６〜＋６までの数値を離散化する
ことで定義される。なお、図２、図３においては、外光
が明るくなる場合の明度変化ΔＡを正、暗くなる場合の
明度変化ΔＡを負、表示光の輝度が外光に対し相対的に
暗くなる場合の外光の明度と表示光の輝度設定値との偏
差（Ａ−Ｂ）を正、表示光の輝度が外光に対し相対的に
明るくなる場合の外光の明度と表示光の輝度設定値との
偏差（Ａ−Ｂ）を負、表示光の輝度を明るくする場合の
輝度設定値変化量Ｕを正、表示光の輝度を暗くする場合
の輝度設定値変化量Ｕを負とし、正で大きい場合をＰ
Ｂ、正で中程度の場合をＰＭ、正で小さい場合をＰＳ、
負で大きい場合をＮＢ、負で中程度の場合をＮＭ、負で
小さい場合をＮＳ、変化がない場合をＺＯにより表して
いる。

【００１５】その明度変化ΔＡの大きさ及び偏差（Ａ−
Ｂ）の大きさに対する輝度設定値変化量Ｕの大きさの関
係は、人間の視覚の明度に対する適応特性に基づき定め
られている。すなわち、その外光の明度変化ΔＡが大き
くＰＢまたはＮＢであって、且つ、外光の明度と表示光
の輝度設定値との偏差（Ａ−Ｂ）が大きくＰＢまたはＮ
Ｂである場合は、外光の明るさが大きく変化すると共に
外光に対する表示光の相対輝度が急激に変化している状
態である。この場合、外光の変化の方向（明るくなる方
向または暗くなる方向）と表示光の輝度設定値の変化の
方向とが一致していれば（一方がＰＢで他方がＮＢであ
れば）、表示光の輝度変化方向と輝度変化量は人間の視
覚の明度に対する適応特性に対応している。よって、表
示光の輝度設定値変化量Ｕは変化させる必要はなくＺＯ
とされている。また、外光の変化の方向と表示光の輝度
設定値の変化の方向とが一致していなければ（共にＰＢ
または共にＮＢであれば）、表示光の輝度変化方向と輝
度変化量は人間の視覚の明度に対する適応特性に対応し
ていないので、その変化の方向が一致するように表示光
の輝度設定値変化量Ｕを変化させている。この場合、外
光が明るくなっている場合（ΔＡ＝ＰＢ）は輝度設定値
変化量ＵをＰＢとすることで表示光の輝度を急激に逆転
して明るくし、外光が暗くなっている場合（ΔＡ＝Ｎ
Ｂ）は輝度設定値変化量ＵをＮＭとすることで表示光の
輝度を中程度の速さで逆点して暗くする。すなわち、外
光が明るくなっている場合は外光が暗くなっている場合
よりも輝度設定値変化量Ｕの絶対値は大きくされ、人間
の視覚が暗くなる場合よりも明るくなる場合に速く適応
することに対応させている。

【００１６】また、その外光の明度変化ΔＡが小さくＰ
ＳまたはＮＳであって、且つ、外光の明度と表示光の輝
度設定値との偏差（Ａ−Ｂ）が小さくＰＳまたはＮＳで
ある場合は、外光の明るさの変化は小さく、外光に対す
る表示光の相対輝度が徐々に変化している状態である。
この場合、外光の変化の方向と表示光の輝度設定値の変
化の方向とが一致していれば（一方がＰＳで他方がＮＳ
であれば）、表示光の輝度変化方向と輝度変化量は人間
の視覚の明度に対する適応特性に対応している。よっ
て、表示光の輝度設定値変化量Ｕは変化させる必要はな
いのでＺＯとされている。また、外光の変化の方向と表
示光の輝度設定値の変化の方向とが一致していなければ
（共にＰＳまたは共にＮＳであれば）、表示光の輝度変
化方向と輝度変化量は人間の視覚の明度に対する適応特
性に対応していないので、その変化の方向が一致するよ
うに表示光の輝度設定値変化量Ｕを変化させている。こ
の場合、輝度設定値変化量ＵはＰＳまたはＮＳとされ、
外光の明度変化ΔＡが大きく、且つ、外光の明度と表示
光の輝度設定値との偏差（Ａ−Ｂ）が大きい場合にＰＢ
またはＮＭとされたのに比べ、その絶対値が小さくされ
る。これにより、人間の視覚は明度変化が大きい場合は
小さい場合よりも速く適応することに対応できる。

【００１７】外光の明度変化ΔＡが大きくＰＢまたはＮ
Ｂであって、且つ、外光の明度と表示光の輝度設定値と
の偏差（Ａ−Ｂ）が小さくＰＳまたはＮＳである場合
は、外光の明るさが大きく変化すると共に外光に対する
表示光の相対輝度が徐々に変化している状態である。こ
の場合、外光の変化の方向と表示光の輝度設定値の変化
の方向とが一致していれば（一方がＰＢで他方がＮＳま
たは一方がＮＢで他方がＰＳであれば）、表示光の輝度
変化方向は人間の視覚の明度に対する適応特性に対応し
ているが、輝度変化量は対応していない。よって、表示
光の輝度設定値変化量ＵをＰＳまたはＮＳとし、表示光
の輝度変化を速くしている。また、外光の変化の方向と
表示光の輝度設定値の変化の方向とが一致していなけれ
ば（一方がＰＢで他方がＰＳまたは一方がＮＢで他方が
ＮＳであれば）、表示光の輝度変化方向と輝度変化量は
人間の視覚の明度に対する適応特性に対応していないの
で、その変化の方向が一致するように表示光の輝度設定
値変化量ＵをＰＭまたはＮＭとし、表示光の輝度変化方
向を逆転させている。この場合、表示光の輝度変化は急
激ではないので、明るくする場合であっても中程度の速
さで輝度変化方向を逆転させている。

【００１８】また、外光の明度変化ΔＡが小さくＰＳま
たはＮＳであって、且つ、外光の明度と表示光の輝度設
定値との偏差（Ａ−Ｂ）が大きくＰＢまたはＮＢである
場合は、外光の明るさの変化は小さく、外光に対する表
示光の相対輝度が急激に変化している状態である。この
場合、外光の変化の方向と表示光の輝度設定値の変化の
方向とが一致していれば（一方がＰＳで他方がＮＢまた
は一方がＮＳで他方がＰＢであれば）、表示光の輝度変
化方向は人間の視覚の明度に対する適応特性に対応して
いるが、輝度変化量は対応していない。すなわち、外光
が僅かに明るくなる程度にも拘らず表示光の輝度が急激
に明るくなっているか、もしくは外光が僅かに暗くなる
程度にも拘らず表示光の輝度が急激に暗くなっている。
よって、この場合は輝度設定値変化量ＵがＮＳまたはＰ
Ｓとされ、表示光の輝度変化を遅くしている。また、外
光の変化の方向と表示光の輝度設定値の変化の方向とが
一致していなければ（一方がＰＳで他方がＰＢまたは一
方がＮＳで他方がＮＢであれば）、表示光の輝度変化方
向と輝度変化量は人間の視覚の明度に対する適応特性に
対応していないので、その変化の方向が一致するように
表示光の輝度設定値変化量ＵをＰＭまたはＮＭとし、表
示光の輝度変化方向を逆転させている。この場合、外光
の明るさの変化は小さいので、明るくする場合であって
も中程度の速さで輝度変化方向を逆転している。

【００１９】また、外光の明度変化ΔＡの大きさと外光
の明度と表示光の輝度設定値との偏差（Ａ−Ｂ）の大き
さが、ＰＭ、ＮＭ、ＺＯの場合は、表示光の輝度設定値
変化量Ｕは上記各場合の中間の大きさとされる。

【００２０】図４は外光の明度Ａが急激に大きく変化し
た場合における制御特性を示し、図４の（１）は外光の
明度Ａおよび表示光の輝度設定値Ｂの時間変化を示し、
図４の（２）は外光の明度変化ΔＡおよび外光の明度Ａ
と表示光の輝度設定値Ｂとの偏差（Ａ−Ｂ）の時間変化
を示し、図４の（３）は表示光の輝度設定値変化量Ｕの
時間変化を示す。この場合、明度Ａの変化に対する表示
光の輝度設定値Ｂの応答は速いので、表示が暗すぎて見
えなくなったり明るすぎて眩しくなることはない。

【００２１】図５は外光の明度Ａが頻繁に変化した場合
における制御特性を示し、図５の（１）は外光の明度Ａ
および表示光の輝度設定値Ｂの時間変化を示し、図５の
（２）は外光の明度変化ΔＡおよび外光の明度Ａと表示
光の輝度設定値Ｂとの偏差（Ａ−Ｂ）の時間変化を示
し、図５の（３）は表示光の輝度設定値変化量Ｕの時間
変化を示す。この場合、明度Ａの変化が頻繁であっても
表示光の輝度設定値Ｂの変化は徐々になされるので、ち
らつきが生じるのを防止できる。

【００２２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば上記実施例では鉄道車両用のヘッド
アップディスプレイ装置に本発明を適用したが、コンバ
イナにおいて反射される表示光とコンバイナを透過する
外光の明度に応じて表示光の明度を制御するヘッドアッ
プディスプレイ装置であれば本発明を適用することがで
きる。また、外光の明度変化の大きさ及び外光の明度と
表示光の輝度設定値との偏差の大きさに対する表示光の
輝度設定値変化量の大きさの関係は上記実施例に限定さ
れるものではなく、任意に定めることができる。また外
光の明度を検知するのに例えばフォトトランジスタを用
いてもよい。また、ファジィ演算専用チップ２８を設け
ず中央処理装置２３により輝度設定値変化量の演算を行
ってもよく、あるいは、液晶ディスプレイ３の制御装置
４により輝度設定値変化量の演算を行ってもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明のヘッドアップディスプレイ装置
によれば、外光の明度変化に対し表示光の輝度を人間の
視覚の明度に対する適応特性に対応して制御できるの
で、表示が暗すぎて見えなくなったり明るすぎて眩しく
なるのを防止でき、また、表示がちらついて見にくくな
るのも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のヘッドアップディスプレイ装
置の構成説明図

【図２】本発明の実施例における外光の明度変化の大き
さ及び外光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大き
さに対する表示光の輝度設定値変化量の大きさの関係を
示す図

【図３】本発明の実施例における外光の明度変化の大き
さ及び外光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大き
さの各メンバーシップ関数を示す図

【図４】外光の明度が急激に大きく変化した場合におけ
る本発明の実施例のヘッドアップディスプレイ装置によ
る制御特性を示す図

【図５】外光の明度が頻繁に変化した場合における本発
明の実施例のヘッドアップディスプレイ装置による制御
特性を示す図

【符号の説明】

２ コンバイナ ２０ ＣｄＳ ２３ 中央処理装置 ２８ ファジィ演算専用チップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−227340（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−35293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−224383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1632（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−47690（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−110485（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−57730（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 5/00 B60K 35/00 B61D 37/00 G09G 3/20 G09F 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンバイナ上で反射する表示光の輝度
   を、そのコンバイナを透過する外光の明度に応じ制御す
   るヘッドアップディスプレイ装置において、外光の明度
   を時系列に検知する手段と、外光の明度の変化を時系列
   に演算する手段と、外光の明度と表示光の輝度設定値と
   の偏差を時系列に演算する手段と、外光の明度変化の大
   きさ及び外光の明度と表示光の輝度設定値との偏差の大
   きさに対する表示光の輝度設定値変化量の大きさの関係
   を記憶する手段と、その関係に応じて表示光の輝度を時
   系列に制御する手段とを備えることを特徴とするヘッド
   アップディスプレイ装置。