JP2973580B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機または自動車等
の乗物の操縦者が前方外界の景色を見ながら操縦する際
に、その操縦者が見ている前方の外界の情景に種々の情
報（たとえば、速度情報、ブレーキ情報、時刻情報等）
を重ねて表示するヘッドアップディスプレイに関する。
このようなヘッドアップディスプレイを用いれば、操縦
者は一々外界から視線をそらせて計器類を見る必要がな
くなるので、外界から視線をそらせている間に生じる不
慮の事故を防ぐことができる。

【０００２】

【従来の技術】前記従来のヘッドアップディスプレイ
は、普通、操縦者の視野前方にハーフミラーまたはホロ
グラム素子等のコンバイナを配置し、そのコンバイナは
外界の景色から出射した光線を操縦者の方向に透過させ
るとともに操縦室内側から前記コンバイナに入射した情
報表示光を操縦者の方向に反射または回折させるように
構成されている。そして、前記情報表示光をコンバイナ
に入射させる情報投光装置は、ＣＲＴ、プラズマディス
プレイまたは発光ダイオードディスプレイ等の光学的情
報表示手段とこの光学的情報表示手段から出射した光を
前記コンバイナに入射させる光学部材とを備えている。
そして、前記光学部材は、普通レンズ系および反射鏡等
から構成されており、前記情報表示光を操縦者が正面の
視野の中に視認できるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のヘッドア
ップディスプレイでは、表示される光学的情報の輝度を
一定として鉄道車両等に適用した場合、トンネル内走行
時や夜間走行時と昼間の地上走行時とでは車両の外界の
明るさが大きく異なるため、比較的明るい場所で見やす
い表示輝度であっても比較的暗い場所では明るすぎて前
方の外界を見る妨げになったり、また、暗い場所で問題
のない表示輝度とすると明るい場所では光学的情報がほ
んど視認できなくなってしまうという問題点が生じる。

【０００４】そこで、従来、操縦者が前記ヘッドアップ
ディスプレイの光学的情報を視認する視野の背景の輝度
（すなわち、背景輝度）を検出するセンサを設け、外界
の明るさに応じて表示輝度を可変としたものとして、従
来、図８，９に示すような表示輝度制御手段が用いられ
ている。

【０００５】図８に示したものは、操縦者によって手動
で設定できる輝度設定手段ＶRを設け、これにより設定
される手動設定輝度信号Ｖmによる手動輝度制御と、背
景輝度信号Ｖaによる自動輝度制御をスイッチＳwにより
切り替えるようにしている。そして、自動輝度制御では
適切な表示輝度が得られない場合に、操縦者がスイッチ
Ｓwを切り替えて手動輝度制御とし、輝度設定手段ＶRを
調節することにより、表示輝度信号Ｖoを設定するよう
にしている。

【０００６】図９に示したものは、スイッチＳwにより
背景輝度信号Ｖaと一定電圧Ｅとを切り替え、更に輝度
設定手段ＶRにより操縦者の好きな表示輝度信号Ｖoを設
定するものである。

【０００７】前記図８，９に示した従来例では、スイッ
チＳwによる自動輝度制御と手動輝度制御との切り替え
時に、適切な表示輝度を得られないことがある。すなわ
ち、図８の手動設定輝度信号Ｖmまたは図９の一定電圧
Ｅが背景輝度信号Ｖaに比べて高い場合に、自動輝度制
御から手動輝度制御に切り替えた際、表示輝度が高くな
り過ぎて（表示が明るくなり過ぎて）外界が見づらくな
ってしまう。また、図８の手動設定輝度信号Ｖmに比べ
て背景輝度信号Ｖaが高い場合に、自動輝度制御から手
動輝度制御に切り替えた際、必要な表示輝度が得られな
くなって（表示が暗くなりすぎて）光学的表示情報が見
えにくくなる。

【０００８】すなわち、前述のように、ヘッドアップデ
ィスプレイの使用中に自動輝度制御と手動輝度制御とを
切り替える方式では、切替時に表示輝度が急激に変化し
て表示情報が見ずらくなってしまうという問題点があっ
た。、

【０００９】また、ヘッドアップディスプレイの使用者
すなわち操縦者が見易いと感じる表示輝度は、個人差に
よって異なるので、各操縦者に対して一様な表示輝度制
御を行うと、ある操縦者にとって見やすい表示であって
も他の操縦者にとっては見難い場合が生じる。すなわ
ち、発明者の研究によれば、背景が暗い場合に操縦者が
見易いと感じる表示輝度は、操縦者の視力によって大き
な差が存在する（一般に視力の低い者程高輝度の表示を
好み、これは背景が暗くなる程顕著になる）。一方、背
景が明るい場合にも、個人差によって見易いと感じる表
示輝度にバラツキがあるが、このバラツキは、視力によ
るのではなく、操縦者の好みによると考えられる。

【００１０】本発明は、前述の問題点に鑑み、背景輝度
が暗い場合でも明るい場合でも、ヘッドアップディスプ
レイの情報表示光を、各操縦者が常に自分の見易いと感
じる表示輝度に設定できるようにすることを課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本出願の発明を説明するが、本発明の
要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするた
め、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記し
ている。なお、本発明を後述の実施例の符号と対応させ
て説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであ
り、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。前
記課題を解決するために、本発明のヘッドアップディス
プレイ（Ｈ）は、情報が表示される表示面を有する光学
的情報表示手段（Ｄ）および前記表示面から出射した情
報表示光（Ｌ）を所定の方向に投光する光学部材（Ａ）
を備えた情報投光装置（Ｋ）と、前方の情景から出射し
た光（Ｊ）を後方の視認位置に向けて透過させるととも
に前記情報投光装置（Ｋ）から投光された情報表示光
（Ｌ）を前記視認位置に向かわせるコンバイナ（Ｃ）
と、前記操縦者（Ｐ）によって視認される情報表示光
（Ｌ）の背景輝度を検出する背景輝度検出手段（１７）
と、前記検出された背景輝度に応じて、前記操縦者
（Ｐ）によって視認される情報表示光（Ｌ）の輝度を調
節する表示輝度調節手段（Ｕ）と、を備えたヘッドアッ
プディスプレイにおいて、前記表示輝度調節手段（Ｕ）
は、背景輝度が明るい背景高輝度領域における所定の表
示輝度設定用背景輝度に対する表示輝度および背景輝度
が暗い背景低輝度領域における所定の表示輝度設定用背
景輝度に対する表示輝度をそれぞれ手動設定する手動輝
度設定手段（１８）と、前記背景輝度検出手段が検出し
た背景輝度が前記所定の表示輝度設定用背景輝度以外の
背景輝度である場合に、前記所定の表示輝度設定用背景
輝度に対して手動設定された前記各表示輝度から、前記
所定の表示輝度設定用背景輝度以外の背景輝度に対する
表示輝度を算出する表示輝度算出手段と、を備え、前記
算出した表示輝度に応じて、前記操縦者（Ｐ）によって
視認される情報表示光の輝度を調節するように構成され
たことを特徴とする。

【００１２】前記「表示輝度算出手段」の算出式として
は種々のものを採用することができるが、例えば、座標
軸の横軸に背景輝度、縦軸に表示輝度をとって、その座
標軸上に前記背景高輝度領域および背景低輝度領域の各
所定の表示輝度設定用背景輝度に対してそれぞれ手動設
定した前記各表示輝度をプロットする。そして、それら
のプロット点を結ぶ直線を表す式を前記算出式として採
用することができる。また、前記所定の表示輝度設定用
背景輝度を３箇所以上選択し、それらに対して手動設定
した各表示輝度を前記座標軸上にプロットし、それらの
プロット点を結ぶ折れ線を表す式または各プロット点を
なめらかに結ぶ曲線（スプライン曲線）を表す式を前記
算出式として採用することができる。

【００１３】

【作用】前述の特徴を備えた本発明のヘッドアップディ
スプレイ（Ｈ）を使用する操縦者（Ｐ）は、前記表示輝
度調節手段（Ｕ）の手動輝度設定手段（１８）により、
背景輝度が明るい背景高輝度領域における所定の表示輝
度設定用背景輝度に対する表示輝度および背景輝度が暗
い背景低輝度領域における所定の表示輝度設定用背景輝
度に対する表示輝度をそれぞれ自分の好みに応じて手動
設定することができる。そして、前記表示輝度算出手段
は、前記操縦者（Ｐ）により所定の表示輝度設定用背景
輝度に対して手動設定された前記各表示輝度から、前記
所定の表示輝度設定用背景輝度以外の背景輝度に対する
表示輝度を所定の算出式を用いて算出する。そして、前
記操縦者（Ｐ）によって視認される情報表示光（Ｌ）の
輝度は、前記算出した表示輝度に応じて調節される。

【００１４】

【実施例】以下、図面により本発明の第１実施例を説明
する。図１，２において、鉄道車両１の前端部には運転
室２が設置されている。この運転室２には、操縦者Ｐ用
の座席３の前方に計器盤４が配設されている。また、前
記運転室２の前方には鉄道車両１の車体下部５と天井６
との間にコンバイナとしてのフロントガラスＣが配設さ
れている。このフロントガラスＣは図１に示すように前
方に行くに従って下方に傾斜するように配置されてい
る。

【００１５】前記運転室２の計器盤４には、ヘッドアッ
プディスプレイＨの情報情報投光装置Ｋが配設されてい
る。情報投光装置Ｋは、ケーシング１０を有している。
このケーシング１０内には図３，４に示すように、光学
部材Ａおよび光学的情報表示手段Ｄが配設されている。
この光学的情報表示手段Ｄは、偏光を出射する透過型の
液晶表示パネル（偏光透過型表示パネル）Ｄ1と、その
背面に配設された光源Ｄ2とから構成されている。そし
て、前記液晶表示パネルＤ1は、液晶駆動回路１１によ
って駆動され、その表示面に必要な情報（たとえば、速
度情報またはブレーキ圧情報等）が表示される。また、
前記光源Ｄ2は、反射鏡１２と、これに支持されたメタ
ルハライドランプ１３とから構成されている。

【００１６】前記光学部材Ａは、レンズ系Ａ1、ミラー
Ａ2 および凸レンズＡ3 等から構成されており、前記光
学的情報表示手段Ｄから出射した情報表示光Ｌを前記フ
ロントガラスＣに入射させるように配置されている。前
記光学部材Ａと光学的情報表示手段Ｄとの間には偏光板
Ｅが配設されており、偏光板Ｅは、その外周の９０度よ
りやや大きい中心角を見込む部分にギヤ１４が設けられ
ている。そして、前記ケーシング１０には、１８０度よ
りやや大きい中心角を見込む外周部に前記ギヤ１４が回
動できるような溝（図示せず）が形成されており、前記
ギヤ１４は前記偏光板Ｅとともに９０度よりやや大きい
角度の範囲内で回動可能となっている。

【００１７】前記ケーシング１０外面上部にはステッピ
ングモータＳが配設されており、ステッピングモータＳ
の出力軸に固定されたピニオン１５は前記ギヤ１４と噛
み合っている。そして、前記ステッピングモータＳが回
転して前記偏光板１４が０〜９０度の範囲で回動する
と、前記液晶表示パネルＤ1を透過する情報表示光Ｌの
偏光方向と偏光板Ｅの偏光方向とのづれ、すなわち位相
のづれは０〜９０度の間で変化する。このとき情報表示
光Ｌの輝度が調節されるようになっている。

【００１８】前記ステッピングモータＳはモータ駆動回
路１６によって作動するように構成されており、モータ
駆動回路１６は、マイコンＭによって制御される。外界
情景光Ｊの光量すなわち背景輝度は光量センサ（背景輝
度検出手段）１７によって検出され、光量センサ１７に
よって検出された背景輝度信号は前記マイコンＭに入力
されている。マイコンＭは、中央処理装置ＣＰＵ、メモ
リＭe、インターフェースＩ／Ｆ等から構成されてい
る。

【００１９】前記マイコンＭには、手動輝度設定手段１
８が接続されている。この表示輝度設定手段１８は、背
景輝度が明るい背景高輝度領域、背景輝度が暗い背景低
輝度領域、および背景中輝度領域における所定の表示輝
度設定用背景輝度に対する表示輝度をそれぞれ手動で設
定するためのものである。前記所定の表示輝度設定用背
景輝度としては、図５に示すように、背景高輝度領域に
おいては３０００（カンデラ／平方メート）、背景低輝
度領域においては０.３（カンデラ／平方メートル）、
背景中輝度領域においては３０（カンデラ／平方メート
ル）が採用されている。

【００２０】そして前記図５から分かるように、前記背
景高輝度領域において採用された表示輝度設定用背景輝
度の値３０００（カンデラ／平方メートル）ルに対して
は、前記手動輝度設定手段１８によって、６０００〜２
００００（カンデラ／平方メートル）の範囲で表示輝度
を設定できるようになっている。また、前記背景低輝度
領域において採用された表示輝度設定用背景輝度の値
０.３（カンデラ／平方メートル）ルに対しては、前記
手動輝度設定手段１８によって、３〜３０（カンデラ／
平方メートル）の範囲で表示輝度を設定できるようにな
っている。また、前記背景中輝度領域において採用され
た表示輝度設定用背景輝度の値３０（カンデラ／平方メ
ートル）ルに対しては、前記手動輝度設定手段１８によ
って、３０〜３００（カンデラ／平方メートル）の範囲
で表示輝度を設定できるようになっている。

【００２１】前記手動輝度設定手段１８の出力する前記
各設定表示輝度信号は前記マイコンＭに入力されてい
る。マイコンＭは、前記手動輝度設定手段１８から入力
される前記各設定表示輝度信号に応じて前記図５に示す
折れ線の式を定める。そして前記マイコンＭは、前記光
センサ１７から入力される背景輝度信号に応じて前記折
れ線の式から表示輝度を算出する。すなわち、マイコン
Ｍは表示輝度算出手段としての機能を有している。そし
てマイコンＭは、算出された表示輝度に応じて前記ステ
ッピングモータＳの制御信号を前記モータ駆動回路１６
に出力している。

【００２２】前記算出された表示輝度に応じてマイコン
Ｍから出力される前記ステッピングモータＳの制御信号
は、算出された表示輝度が高い程、前記情報表示光Ｌの
偏光方向と偏光板Ｅの偏光方向とのづれ、すなわち位相
のづれが小さくなるようにステッピングモータＳを駆動
する。また、前記制御信号は、算出された表示輝度が低
い程、前記情報表示光Ｌの偏光方向と偏光板Ｅの偏光方
向とのづれが小さくなるようにステッピングモータＳを
駆動する。前記符号１４〜１８、およびＭで示された構
成要素から表示輝度調節手段Ｕが構成されている。

【００２３】前記フロントガラスＣは前記光学部材Ａか
ら入射した情報表示光Ｌの一部を透過させるとともに残
部を前記操縦者Ｐに向けて反射させるように配置されて
いる。また、フロントガラスＣは外部の情景等から入射
した外部光Ｊの一部を反射するとともに残部を前記操縦
者Ｐに向けて透過させるように配置されている。すなわ
ち、この実施例のフロントガラスＣはそれ自体がコンバ
イナとしての機能を備えている。なお、コンバイナは、
フロントガラスとは別体に構成することも可能である。
前記光学部材Ａおよび光学的情報表示手段Ｄから情報投
光装置Ｋが構成されており、また、前記コンバイナとし
て機能するフロントガラスＣ、前記情報投光装置Ｋ、表
示輝度調節手段Ｕ等からヘッドアップディスプレイＨ
（図１，３参照）が構成されている。

【００２４】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用について説明する。図１中左側に在る外界からフ
ロントガラスＣに向って進んで来た外部光線Ｊは、一部
はフロントガラスＣで外界に反射し、残部はそのままフ
ロントガラスＣを透過して直進し、操縦者Ｐの眼に至
る。これにより操縦者Ｐは外界の情景をそのまま視認す
ることができる。一方、前記情報投光装置Ｋの光学的情
報表示手段Ｄから出射した情報表示光Ｌは偏光となって
おり、この偏光は図６から分かるように、前記偏光板Ｅ
を透過するときに偏光板Ｅの回転位置に応じて透過光量
が調節される。この偏光板Ｅおよび前記光学部材Ａを通
過した情報表示光Ｌは、フロントガラスＣに入射する。
そして、フロントガラスＣに入射した情報表示光Ｌは、
一部はフロントガラスＣを透過して外界に出射される
が、残部は反射して操縦者Ｐの眼に至る。これにより操
縦者Ｐは情報表示光Ｌを視認することができる。そし
て、前記光学的情報表示手段Ｄに表示される情報の輝度
すなわち情報表示光Ｌの輝度は前記偏光板Ｅの回動位置
によって制御される。

【００２５】次に図７により、前記偏光板Ｅの回動位置
の制御方法を説明する。図７において、前記偏光板Ｅの
回動位置の制御は前記マイコンＭのメモリＭeに記憶さ
れているプログラム（偏光板回動位置制御フロー実行プ
ログラム）によって実行される。前記プログラムにより
偏光板回動位置制御フローがスタートすると、ステップ
Ｓ1において、前記手動輝度設定手段１８によって設定
された表示輝度手動設定値を読み込む。次にステップＳ
2において、表示輝度算出式を決定する。この表示輝度
算出式は、図５に示す折れ線の方程式である。

【００２６】次にステップＳ3において前記光センサ１
７で検出された背景輝度を読み込む。次にステップＳ4
において、前記表示輝度算出式および前記背景輝度から
表示輝度を算出する次にステップＳ5において、前記ス
テッピングモータＳの回動位置、すなわち偏光板Ｅの回
動位置を検出する。次にステップＳ6において、偏光板
Ｅの回動位置は正しいかどうか、すなわち、偏光板Ｅが
前記算出された表示輝度に対応した回動位置に有るかど
うか判断する。イエス（Ｙ）の場合は前記ステップＳ1
に戻り、ノー（Ｎ）の場合は次のステップＳ7に移る。

【００２７】ステップＳ7において、ステッピングモー
タＳを前記算出された表示輝度に対応する回動位置に駆
動する。すなわち、前記検出されたステッピングモータ
Ｓの回動位置（偏光板Ｅの回動位置）に対応する表示輝
度に比べて、前記光量センサ１４によって検出される外
界情景光Ｊの光量が多いとき（前記算出された表示輝度
が大きいとき）には前記偏光方向の位相のずれ（液晶表
示パネルＤ1の透過光の偏光方向と偏光板Ｅの偏光方
向）が小さくなるように、ステッピングモータＳ駆動さ
れる。このとき、前記情報表示光Ｌの輝度は高くなる。
また、前記偏光板Ｅは、前記光量センサ１４によって検
出される外界情景光Ｊの光量が少ないときには前記偏光
方向の位相のずれが大きくなるように、ステッピングモ
ータＳにより駆動される。このとき、前記情報表示光Ｌ
の輝度は低くなる。

【００２８】次にステップＳ8において、偏光板回動位
置制御フローが終了したかどうか判断する。ノー（Ｎ）
の場合は前記ステップＳ1に戻る。イエス（Ｙ）の場合
は終了する。

【００２９】前述の特徴を備えた本発明のヘッドアップ
ディスプレイの実施例は、偏光を出射する偏光透過型表
示パネルとそれと平行に配設されるとともに回動可能に
支持された偏光板とを備えているので、偏光透過型表示
パネルから出射する偏光の振動方向と偏光板を透過する
光の振動方向とを同じ向きにしたときには高輝度の表示
となり、偏光透過型表示パネルから出射する偏光の振動
方向と偏光板を透過する光の振動方向とを９０度ずらし
たときには低輝度の表示となる。そして、偏光板を回動
させるだけで表示輝度が変化するので、表示輝度の調節
を高速で行うことができる。

【００３０】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設
計変更を行うことが可能である。例えば、前記実施例に
おいて、輝度設定をより細かく行うために手動輝度設定
手段１８により多くの設定レバーを設けることができ
る。その場合、背景輝度に対する輝度変化のパターンを
操縦者の好みに合わせることができる。また、本発明は
ＣＲＴディスプレイまたはＬＥＤ表示器等を用いたヘッ
ドアップディスプレイに適用することも可能である。さ
らに、前記実施例において偏光板を配置する位置は、光
源から表示を視認する者までの間の光路の任意の位置に
配置することが可能である。そして、表示輝度の調節は
偏光板の回転位置によって行う代わりに、光源自体の明
るさをを調節することによって行うことも可能である。
たとえば、ＬＥＤ表示器を用いた場合には、点滅のデュ
ーティ比を変えることによって輝度調節を行うことがで
きる。そしてまた、本発明は鉄道車両以外の他の乗物用
のヘッドアップディスプレイにも適用することが可能で
ある。

【００３１】

【発明の効果】前述の特徴を備えた本発明のヘッドアッ
プディスプレイは、背景輝度が明るい背景高輝度領域に
おける所定の表示輝度設定用背景輝度に対する表示輝度
および背景輝度が低い（暗い）背景低輝度領域における
所定の表示輝度設定用背景輝度に対する表示輝度をそれ
ぞれ、操縦者の好みに応じて手動設定することができ
る。したがって、ヘッドアップディスプレイを使用する
操縦者は、ヘッドアップディスプレイの情報表示光を、
背景輝度が広範囲に変化しても、常に自分の見易いと感
じる表示輝度で視認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のヘッドアップディスプレイの一実施
例が鉄道車両に設置された状態を示す図である。

【図２】 同実施例の部分平面図である。

【図３】 同実施例の要部の側断面図である。

【図４】 同実施例の拡大斜視図である。

【図５】 同実施例における背景輝度に対する表示輝度
の説明図である。

【図６】 輝度調整部分の作用説明図である。

【図７】 偏光板回動位置制御フローの作用説明図であ
る。

【図８】 従来の表示輝度調整手段の説明図である。

【図９】 従来の表示輝度調整手段の説明図である。

【符号の説明】

Ａ…光学部材、Ｃ…コンバイナ（フロントガラス）、Ｄ
…光学的情報表示手段、Ｄ1…偏光透過型表示パネル、
Ｄ2…光源、Ｅ…偏光板、Ｈ…ヘッドアップディスプレ
イ、Ｊ…外部情景光、Ｋ…情報投光装置、Ｌ…情報表示
光、Ｐ…操縦者、Ｕ…表示輝度調節手段、１７…背景輝
度検出手段、１８…手動輝度設定手段、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報が表示される表示面を有する光学的
   情報表示手段および前記表示面から出射した情報表示光
   を所定の方向に投光する光学部材を備えた情報投光装置
   と、 前方の情景から出射した光を後方の視認位置に向けて透
   過させるとともに前記情報投光装置から投光された情報
   表示光を前記視認位置に向かわせるコンバイナと、 前記操縦者によって視認される情報表示光の背景輝度を
   検出する背景輝度検出手段と、 前記検出された背景輝度に応じて、前記操縦者によって
   視認される情報表示光の輝度を調節する表示輝度調節手
   段と、を備えたヘッドアップディスプレイにおいて、 前記表示輝度調節手段は、背景輝度が明るい背景高輝度
   領域における所定の表示輝度設定用背景輝度に対する表
   示輝度および背景輝度が暗い背景低輝度領域における所
   定の表示輝度設定用背景輝度に対する表示輝度をそれぞ
   れ手動設定する手動輝度設定手段と、前記背景輝度検出手段が検出した背景輝度が前記所定の
   表示輝度設定用背景輝度以外の背景輝度である場合に 、
   前記所定の表示輝度設定用背景輝度に対して手動設定さ
   れた前記各表示輝度から、前記所定の表示輝度設定用背
   景輝度以外の背景輝度に対する表示輝度を算出する表示
   輝度算出手段と、を備え、 前記算出した表示輝度に応じて、前記操縦者によって視
   認される情報表示光の輝度を調節するように構成された
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。