JP6322440B2

JP6322440B2 - 色制御方法

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Publication number: JP6322440B2
Application number: JP2014036357A
Authority: JP
Inventors: 佐竹　周二; 周二佐竹
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: WO2014136819A1; DE112014001132T5; US9659521B2; CN105009191A; US20150379941A1; JP2014197176A; DE112014001132B4

Description

本発明は、色制御方法に関し、詳しくは、複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置における色制御方法に関する。

従来、複数色かつ複数個の発光素子としてＲＧＢ各色のＬＥＤを備えたカラー表示装置が利用されており、ＬＥＤの発光における色味を補正する色味補正装置及び方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された色味補正装置は、ＬＥＤを点灯制御するＣＰＵと、ＲＧＢの各ＬＥＤに流す電流値の情報をテーブルとして記憶するＲＯＭと、複数のテーブルから選択した１つのテーブル値を記憶するＲＡＭと、を備え、最適な１つのテーブルを選択することで発光させるＬＥＤの色味を補正するように構成されている。

また、ＬＥＤの明るさを制御する方法としては、電流制御やＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御が知られている。ＰＷＭ制御においては、ＬＥＤに印加するパルス波のデューティ（DUTY）比を変化させることで明るさを変更するものであり、各色ＬＥＤの明るさを変化させて表示色を徐々に変更（例えば、フェードインやフェードアウト）する場合には、デューティ比と変更時間との関係をパラメータとしてＰＷＭ制御が実施される。このパラメータとしては、予めＲＯＭ等に記憶させておいたテーブルが用いられることが一般的であり、テーブルによって定義された時間当たりのデューティ比の変化率に基づいて、ＬＥＤの明るさ（表示色）が変更されるようになっている。

特開２００２−１００４８５号公報

しかしながら、従来のように、予めテーブルに記憶させたデューティ比と変更時間との関係を用いた色味補正方法では、変更前の任意の表示色から変更後の他の表示色に変更する際に、各色ごとのデューティ比の変化率が異なることに起因して、変更中の表示色に別系統の色が現れて不自然な表示となってしまうことがある。このような不自然な色変更を抑制するために、表示色の変更パターンごとにデューティ比の変化率を定義し、各パターンのパラメータをテーブルに記憶しておくことも考えられるものの、その場合にはパラメータ数が膨大になり、パラメータ設定の手間が増大したり、大容量のＲＯＭが必要になったり、パラメータ選択のための制御が複雑になったりなど、さらなる不都合が発生することとなる。

本発明は、上記した点に鑑み、膨大なパラメータを用いることなく多様な表示色変更を円滑に行うことができる色制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載された本発明の色制御方法は、複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置における色制御方法であって、各発光素子のデューティ比を変更することにより表示色を徐々に変更する際に、色変更前におけるデューティ比（変更前デューティ比Ｄｓ）と、色変更後におけるデューティ比（変更後デューティ比Ｄｆ）と、に基づき、変更途中におけるデューティ比（変更中デューティ比Ｄｎ）を式（１）に基づく演算により算出し、式（１）において、Ａは制御定数であり、Ｔｄは色変更開始から終了までの色変更時間であり、Ｔｎは算出する前記変更中デューティ比Ｄｎに対応した色変更開始からの経過時間であることを特徴とする。

請求項２に記載された色制御方法は、複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置における色制御方法であって、各発光素子のデューティ比を変更することにより表示色を徐々に変更する際に、色変更前におけるデューティ比（変更前デューティ比Ｄｓ）と、色変更後におけるデューティ比（変更後デューティ比Ｄｆ）と、に基づき、変更途中におけるデューティ比（変更中デューティ比Ｄｎ）を式（２）に基づく演算により算出し、式（２）において、Ａは制御定数であり、Ｔｄは色変更開始から終了までの色変更時間であり、Ｔｎは算出する前記変更中デューティ比Ｄｎに対応した色変更開始からの経過時間であることを特徴とする。

請求項３に記載された色制御方法は、請求項１又は２に記載の色制御方法において、前記制御定数Ａは、前記発光素子の明るさ変化が一定となるように選択した任意の値に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、色変更開始から終了までの色変更時間Ｔｄにおいて、変更前デューティ比Ｄｓから変更後デューティ比Ｄｆまでデューティ比を変更する際の変更中デューティ比Ｄｎを、式（１）又は式（２）に基づいて演算により算出することで、不自然な色が現れることを抑制しつつ、滑らかな色変更を行うことができる。また、式（１）又は式（２）を用いた演算によって変更中デューティ比Ｄｎを算出することから、変更前デューティ比Ｄｓと変更後デューティ比Ｄｆとの組み合わせごとにパラメータを設定しておく必要がなく、そのようなパラメータをテーブルとして記憶しておく必要もないので、単純かつ簡易な構成の制御手段や記憶手段を用いて色制御を実施することができる。

本発明の一実施形態に係る色制御方法を示すグラフである。本発明の実施例１に係る明るさ変化を示すグラフである。比較例１に係る明るさ変化を示すグラフである。比較例２に係る明るさ変化を示すグラフである。実施例１及び比較例２のデューティ比の変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の色制御方法は、複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置の表示制御に利用され、カラー表示装置としては、自動車の計器板に用いられるデジタル表示部が例示できる。デジタル表示部は、例えば、燃料計、警告灯、インジケータ、オドメータ、トリップメータなどの各種情報を表示するものであって、発光素子としての複数のＬＥＤが配列された表示パネルと、各ＬＥＤに印加する点灯信号を制御するＬＥＤドライバと、ＬＥＤドライバを駆動制御する制御手段としてのマイクロコンピュータと、を有して構成されている。複数のＬＥＤは、ＲＧＢ３色のＬＥＤからなり、各色ＬＥＤの明るさを個々に変更することで、表示パネルにはカラーの表示画像が表示されるようになっている。

マイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリを有し、ＲＯＭ上に予め記憶されているプログラムをＣＰＵが実行し、ＬＥＤドライバを駆動することにより表示パネルに表示される画像や明るさを変更する。ＲＯＭに記憶されたプログラムには、後述する式（１），（２）が含まれており、また、これらの式中で用いられる制御定数Ａや、表示色に対応した各色ごとのデューティ比などもＲＯＭに記憶されている。ＬＥＤドライバは、マイクロコンピュータの駆動信号を受信し、この信号に基づいて個々のＬＥＤに対して適宜なデューティ比の点灯信号（パルス波）を印加する。即ち、マイクロコンピュータは、ＬＥＤごとに印加するパルス波のデューティ比を変更することで各ＬＥＤの明るさを変化させ、このＰＷＭ制御によって表示パネルに適宜な色や明るさを有した表示画像を表示させるようになっている。

次に、各ＬＥＤの明るさを制御する色制御方法について、図１、２に基づいて説明する。本実施形態では、各ＬＥＤのデューティ比を変更することにより表示色を徐々に変更する際に、色変更前におけるデューティ比（変更前デューティ比Ｄｓ）と、色変更後におけるデューティ比（変更後デューティ比Ｄｆ）と、に基づき、所定長さの時間中に徐々に変更していくデューティ比（変更中デューティ比Ｄｎ）をＣＰＵが演算することにより算出し、算出した変更中デューティ比Ｄｎに基づいてマイクロコンピュータが各ＬＥＤの明るさを制御する。なお、以下では、ＲＧＢ各色のＬＥＤを徐々に明るくしていくフェードイン処理と、ＲＧＢ各色のＬＥＤを徐々に暗くしていくフェードアウト処理と、について説明するが、本発明の色制御方法は、時間をかけてＬＥＤの明るさ（デューティ比）を変更する場合であれば、フェードイン又はフェードアウトに関わらず適用することができる。

フェードイン処理としては、先ず、色変更前と変更後の表示色の差に基づき、各ＬＥＤについて、変更前デューティ比Ｄｓと、これよりも明るい変更後デューティ比Ｄｆと、変更開始から終了までの変更に要する時間である色変更時間Ｔｄと、が設定され、ＲＡＭに記憶される。さらに、当該フェードイン処理に応じて予め設定された制御定数ＡがＲＯＭから読み出されてＲＡＭに記憶される。次に、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された次式（１）を含んだプログラムを読み出し、式（１）の演算を実行し、色変更開始からの時間である経過時間Ｔｎにおける変更中デューティ比Ｄｎを逐次算出する。ここで、経過時間Ｔｎとしては、例えば、色変更開始から所定間隔（ＰＷＭ周期の倍数時間、例えば、ＰＷＭ周波数が１００Ｈｚの場合には、１０ｍｓｅｃや２０ｍｓｅｃ等）ごとの時間に設定されており、ＣＰＵは、各経過時間Ｔｎにおける変更中デューティ比ＤｎをＬＥＤドライバに出力する。このように逐次変更される変更中デューティ比Ｄｎを受信したＬＥＤドライバは、そのデューティ比のパルス波をＬＥＤに印加し、これによりＬＥＤが徐々に明るくなるように駆動制御される。

以上のフェードイン処理において、制御定数Ａは、２０〜５０の範囲から選択した任意の値に設定されており、この制御定数Ａは、ＲＧＢ各色のＬＥＤごとに同一の値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されてもよい。また、個々の表示パネルによってキャリブレーションを行って制御定数Ａを調整してもよい。以上のように式（１）に基づいて算出した経過時間Ｔｎにおける変更中デューティ比Ｄｎは、図１に示すように、右（Ｘ軸プラス方向）上がりかつ下（Ｙ軸マイナス方向）に凸なグラフとなり、時間経過に伴ってデューティ比の変化率（増大率）が徐々に大きくなるようなＰＷＭ制御が実行される。

次に、フェードアウト処理としては、各ＬＥＤについて、変更前デューティ比Ｄｓと、これよりも暗い変更後デューティ比Ｄｆと、色変更時間Ｔｄと、が設定され、ＲＡＭに記憶される。さらに、当該フェードアウト処理に応じて予め設定された制御定数ＡがＲＯＭから読み出されてＲＡＭに記憶される。次に、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された次式（２）を含んだプログラムを読み出し、式（２）の演算を実行し、経過時間Ｔｎにおける変更中デューティ比Ｄｎを逐次算出するとともに、各経過時間Ｔｎにおける変更中デューティ比ＤｎをＬＥＤドライバに出力する。このように逐次変更される変更中デューティ比Ｄｎを受信したＬＥＤドライバは、そのデューティ比のパルス波をＬＥＤに印加し、これによりＬＥＤが徐々に暗くなるように駆動制御される。

以上のフェードアウト処理において、制御定数Ａは、光源の明るさ変化が一定となるように、光源の特性に基づいて設定される定数であって、本実施形態のように光源としてＬＥＤが用いられる場合には、例えば４０前後の値や、光源の特性に応じて２０〜５０の範囲から選択した任意の値に設定されており、この制御定数Ａは、フェードイン処理と同一の値に設定されていてもよいし、異なる値に設定されてもよい。また、フェードイン処理の場合と同様に、ＲＧＢ各色のＬＥＤごとに設定されてもよいし、表示パネルごとにキャリブレーションを行って調整されてもよい。以上のように式（２）に基づいたフェードアウト処理においては、変更中デューティ比Ｄｎが経過時間Ｔｎとともに減少しかつその変化率（減少率）が徐々に大きくなるようなＰＷＭ制御が実行される。

本発明の実施例及び比較例について、以下説明する。ＲＧＢ各色のＬＥＤを徐々に明るくしていくフェードイン処理を例示し、表示パネルに緑色系の表示色が点灯された初期状態（変更前の状態）から、各ＬＥＤを徐々に明るくしていき変更後に白色が表示されるまで明るさを変更する場合について説明する。

初期条件としては、赤（Ｒ）のＬＥＤの変更前デューティ比Ｄｓが３２．３％、緑（Ｇ）のＬＥＤの変更前デューティ比Ｄｓが５７．１％、青（Ｂ）のＬＥＤの変更前デューティ比Ｄｓが５．８％であり、変更後の各色ＬＥＤの変更後デューティ比Ｄｆが１００％である。また、色変更時間Ｔｄを７００ｍｓｅｃ（０．７秒）に設定し、経過時間Ｔｎの間隔を５０ｍｓｅｃ（０．０５秒）に設定した。

実施例（実施例１）では、フェードイン処理であることから前記式（１）を用い、制御定数Ａを４０（Ａ＝４０）に設定し、経過時間Ｔｎにおける各色（ＲＧＢ）ＬＥＤの変更中デューティ比Ｄｎを算出した結果を、以下の表１に示す。また、表１のデューティ比に基づいて制御した際の各色ＬＥＤの明るさの変化を図２のグラフに示す。

次に、比較例（比較例１、２）では、先ず、時間当たりのデューティ比の変化率として、以下の表２に示すテーブルを基準とし、このデューティ比の変化率に基づき、各色ＬＥＤの変更中デューティ比Ｄｎを算出する。このテーブルでは、１０００ｍｓｅｃ（１秒）の間にデューティ比を０％から１００％まで変更する変化率が定義されている。

比較例１では、表２に定義したデューティ比の変化率に基づき、各色（ＲＧＢ）のＬＥＤのデューティ比を表３に示すように変更し、このようにデューティ比を変更させた結果として、各色ＬＥＤの明るさの変化を図３のグラフに示す。

この比較例１では、変更前（時間が０）のデューティ比が最も小さい５．８％である青（Ｂ）のＬＥＤにおいて、表１に基づき、デューティ比が１００％に達するまでに７００ｍｓｅｃ必要であることから、色変更時間を７００ｍｓｅｃとした。変更前（時間が０）のデューティ比が３２．３％である赤（Ｒ）のＬＥＤにおいて、３００ｍｓｅｃでデューティ比が１００％に達することから、以降７００ｍｓｅｃまでのデューティ比も１００％となる。変更前（時間が０）のデューティ比が５７．１％である緑（Ｇ）のＬＥＤにおいて、１５０ｍｓｅｃでデューティ比が１００％に達することから、以降７００ｍｓｅｃまでのデューティ比も１００％となる。

以上の比較例１のように、表２に示すテーブルを基準としてデューティ比を変更し、表示色の明るさを変化させた場合には、変更途中における各色ＬＥＤの明るさ比率が変化することから、変更前の色と異なる色相の色が表示されてしまうこととなる。従って、フェードイン途中に別系統の色が現れる中間色異常が発生する可能性があり、利用者に違和感を与えてしまうことがある。

比較例２では、表２に定義したデューティ比を一次近似補間した値に基づき、各色（ＲＧＢ）のＬＥＤのデューティ比を表４に示すように変更し、このようにデューティ比を変更させた結果として、各色ＬＥＤの明るさの変化を図４のグラフに示す。ここで、一次近似補間としては、色変更時間（７００ｍｓｅｃ）に対応したデータ数（１５点）と、表２に定義されたデューティ比のデータ数（例えば、赤（Ｒ）のＬＥＤでは、３２．３％から１００％までの７点）と、を比較し、定義されたデューティ比のデータ数が少ない場合に、各デューティ比の間に一次近似によって値を補間し、この補間をデューティ比が１００％になるまで繰り返す手法である。

この比較例２では、一次近似補間を繰り返して表２に定義されたデューティ比の間の値を算出することから、図５に一点鎖線で示すように、色変更時間に対して早めの段階でデューティ比が１００％に近づくような補間誤差が生じることがある。このような補間誤差が生じると、色変更の滑らかさが損なわれてしまうこととなる。これに対して、本発明の実施例１では、式（１）による演算を用いて変更中デューティ比Ｄｎを算出することで、図５に実線で示すように、デューティ比の変更途中に誤差が生じることがなく、滑らかにデューティ比を変更することができ、その結果得られる各色ＬＥＤの明るさ変化が図２に示すように直線的になって、利用者から見た際の自然なフェードイン処理を実現することができる。

なお、本実施例では、フェードイン処理について、前記式（１）を用いて変更中デューティ比Ｄｎを算出する場合を説明したが、フェードアウト処理の場合においても、前記式（２）を用いて変更中デューティ比Ｄｎを算出すれば、前記比較例１のような中間色異常が発生したり、前記比較例２のような補間誤差が生じたりすることがなく、滑らかにデューティ比を変更することができ、その結果得られる各色ＬＥＤの明るさ変化が直線的になって、利用者から見た際の自然なフェードアウト処理を実現することができる。

次に、ＲＧＢ各色のＬＥＤを消灯した状態から徐々に明るくしていき、別系統の色が現れないようにしつつ表示パネルに所定の表示色が点灯されるようなフェードイン処理を行うために必要なデータ量Ｄｓｉｚｅについて説明する。

まず、色変更時間Ｔｄを１０００ｍｓｅｃ（１秒）に設定するとともに、経過時間Ｔｎの間隔を５０ｍｓｅｃ（０．０５秒）に設定し、２１ステップでフェードイン処理を行うものとする。

実施例２では、フェードイン処理であることから前記式（１）を用い、制御定数Ａを４０（Ａ＝４０）に設定してデューティ比Ｄｎを算出し、このデューティ比Ｄｎを基準デューティＤｎｓとする。さらに、各ステップにおいて同一の表示色となるように、基準デューティＤｎｓにＲＧＢそれぞれに対応した所定の定数ＢＲ、ＢＧ、ＢＢ（本実施例の表示色においては順に０．３１６２、０．６３４３、及び、０．６８１３）を乗ずることで、各ステップにおける各色のデューティ比Ｄｎを算出する。これらの結果を表５に示す。

このような実施例２のフェードイン処理を行うために必要な情報は、各ステップにおける基準デューティＤｎｓ、及び、定数ＢＲ、ＢＧ、ＢＢである。１ステップあたりの１つのデューティ比Ｄｎ、又は、１つの定数ＢＲ、ＢＧ、ＢＢは２Ｂｙｔｅのデータ量に相当し、２１ステップの基準デューティＤｎｓのデータ量は４２Ｂｙｔｅとなる。また、Ｎ種類の表示色でフェードイン処理を行うものとすると、各表示色において３つの定数ＢＲ、ＢＧ、ＢＢがそれぞれ２Ｂｙｔｅに相当することから、定数ＢＲ、ＢＧ、ＢＢのデータ量は６Ｎとなる。したがって、実施例２のフェードイン処理を行うために必要なデータ量Ｄｓｉｚｅは、６Ｎ＋４２となる。

一方、比較例３では、実施例２と略同様に別系統の色が現れないようにフェードイン処理するために、表６に示すようなＲＧＢ各色のデューティ比Ｄｎを用いてＬＥＤを点灯させる。

比較例３では、１つの表示色でフェードイン処理を行うために表６に示す全てのデューティ比Ｄｎの情報が必要となる。即ち、２１ステップそれぞれにおいてＲＧＢ３色のデューティ比Ｄｎが必要となることから、６３種類のデューティ比Ｄｎが必要となり、このデータ量は１２６Ｂｙｔｅとなる。Ｎ種類の表示色でフェードイン処理するためにさらにＮを乗じ、比較例３のフェードイン処理を行うために必要なデータ量Ｄｓｉｚｅは、１２６Ｎとなる。

したがって、任意の自然数Ｎについて実施例２の方が比較例３よりも必要なデータ量Ｄｓｉｚｅが小さくなるとともに、表示色の種類が多くなるほど必要なデータ量Ｄｓｉｚｅの差が大きくなる。

実施例２及び比較例３では、フェードイン処理に必要なデータ量Ｄｓｉｚｅについて説明したが、フェードアウト処理に必要なデータ量についても実施例２及び比較例３に示した値と略同一となる。

以上のような本実施形態によれば、色変更開始から終了までの色変更時間Ｔｄにおいて、変更前デューティ比Ｄｓから変更後デューティ比Ｄｆまでデューティ比を変更する際に、フェードイン処理では式（１）に基づき、フェードアウト処理では式（２）に基づき、演算により変更中デューティ比Ｄｎを算出することで、不自然な色が現れることを抑制しつつ、滑らかな色変更を行うことができる。また、式（１）又は式（２）を用いた演算によって変更中デューティ比Ｄｎを算出することから、変更前デューティ比Ｄｓと変更後デューティ比Ｄｆとの組み合わせごとにパラメータを設定しておく必要がなく、そのようなパラメータをテーブルとして記憶しておく必要もないので、必要なデータ量Ｄｓｉｚｅを小さくすることができ、単純かつ簡易な構成の制御手段や記憶手段を用いて色制御を実施することができる。

なお、前記実施形態では、各色ＬＥＤの変更中デューティ比Ｄｎを算出する式（１），（２）において、制御定数Ａを４０に設定したが、各色ＬＥＤごとに異なる制御定数Ａを用いてもよい。また、個々のＬＥＤごとに明るさのばらつきがある場合には、ＬＥＤごとに補正パラメータを設定し、式（１），（２）中に補正パラメータを加えてもよいし、制御定数Ａに補正パラメータを加えてもよい。また、前記実施形態では、ＲＧＢの各色ＬＥＤを用いたカラー表示パネルの色制御について説明したが、ＬＥＤの色としてはＲＧＢの３色に限らず、任意の色及び色数のものが利用可能である。さらに、発光素子としてはＬＥＤ（発光ダイオード）に限らず、半導体レーザーなどを含めた任意の素子が利用可能である。

Ａ制御定数
Ｄｆ変更後デューティ比
Ｄｎ変更中デューティ比
Ｄｓ変更前デューティ比
Ｔｄ色変更時間
Ｔｎ経過時間

Claims

複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置における色制御方法であって、
各発光素子のデューティ比を変更することにより表示色を徐々に変更する際に、色変更前におけるデューティ比（変更前デューティ比Ｄｓ）と、色変更後におけるデューティ比（変更後デューティ比Ｄｆ）と、に基づき、変更途中におけるデューティ比（変更中デューティ比Ｄｎ）を式（１）に基づく演算により算出し、

式（１）において、Ａは制御定数であり、Ｔｄは色変更開始から終了までの色変更時間であり、Ｔｎは算出する前記変更中デューティ比Ｄｎに対応した色変更開始からの経過時間であることを特徴とする色制御方法。
複数色かつ複数個の発光素子を備えたカラー表示装置における色制御方法であって、
各発光素子のデューティ比を変更することにより表示色を徐々に変更する際に、色変更前におけるデューティ比（変更前デューティ比Ｄｓ）と、色変更後におけるデューティ比（変更後デューティ比Ｄｆ）と、に基づき、変更途中におけるデューティ比（変更中デューティ比Ｄｎ）を式（２）に基づく演算により算出し、

式（２）において、Ａは制御定数であり、Ｔｄは色変更開始から終了までの色変更時間であり、Ｔｎは算出する前記変更中デューティ比Ｄｎに対応した色変更開始からの経過時間であることを特徴とする色制御方法。
前記制御定数Ａは、前記発光素子の明るさ変化が一定となるように選択した任意の値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の色制御方法。