JPH078624B2

JPH078624B2 - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH078624B2
Application number: JP1225680A
Authority: JP
Inventors: 英文斎藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH0390439A

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的（１）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
いる前方の外界の場景に種々の情報（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。

（２）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。

（３）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としては、表示
される光学的情報の輝度を一定としたものや、外界の明
るさの検出信号に応じて可変としたものがあった。この
ようなヘッドアップディスプレイを鉄道車両等に適用し
た場合、前記輝度を一定としたものでは、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ることがあるという問題点があっ
た。また、暗い場所で問題のない輝度とすると明るい場
所では光学的情報がほとんど視認できなくなってしまう
という問題点があった。

また、従来、輝度を可変としたものがあるにはあった
が、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、背景視認輝
度）が1cd/m²程度の夜間またはトンネル内の走行時から
前記背景視認輝度が1000cd/m²程度の昼間の地上走行時
までの広い背景視認輝度範囲に渡ってヘッドアップディ
スプレイの輝度を適切に制御するようにしたものは知ら
れていない。

これは、前述のように背景視認輝度が広範囲に渡って変
化した場合、背景視認輝度の値に対して表示視認輝度
（操縦者によって視認されるヘッドアップディスプレイ
の情報表示光の輝度）をどのような値に制御すれば、操
縦者が楽にまたは容易に情報表示光を視認できるかが分
かっていなかったからと考えられる。

そこで、本発明者等は、背景視認輝度の広範囲に渡る種
々の値に対して複数の操縦者の視認し易い表示視認輝度
の値がどのような範囲に有るかを調査した。

そして、第５図に示すように、対数目盛りの横軸に背景
視認輝度Ｅをとり、対数目盛りの縦軸に（表示視認輝度
B/背景視認輝度Ｅ）として定義される輝度倍率B/Eをと
って、その座標平面上に前記調査結果のデータをプロッ
トした。その結果、前記データは第５図に破線で示す直
線L₀に沿って分布することが分かった。この直線L₀は、
背景視認輝度が1Ft-L（Footlambert）すなわち3.43（cd
/m²）以上の直線部分L₀₁と1Ft-Lすなわち3.43（cd/m²）
以下の直線部分L₀₂とを有している。そして、前記直線L
₀上の点Q₁〜Q₆の座標は第１表（次頁参照）のとおりで
ある。

また、第５図において横軸Ｅおよび縦軸B/Eの代わりに
それぞれ横軸Ｘ｛＝（log E）＋２｝および縦軸Ｙ｛＝
（log B/E）＋１｝を用いた場合、前記直線部分L₀₁は傾
きが−0.333であり、前記直線部分L₀₂は傾きが−0.602
である。

前記調査の結果得られたデータは前記直線L₀の上下にば
らついて分布しており、視認し易い表示視認輝度の値に
は各個人毎にバラツキが有り、一般に視力の弱い操縦者
程表示の輝度倍率の値が大きい傾向があることが分かっ
た。

また、車両前部に配置された前照燈を点灯してトンネル
内または夜間の地上を走行する際の平均的背景視認輝度
1cd/m²と昼間の地上を走行する際の平均的背景視認輝度
10³cd/m²との間の広範囲な背景視認輝度の変化に対して
複数の操縦者が情報表示光を楽に（または容易に）視認
できる前記輝度倍率の値は次の（ａ）に記載された範囲
にあることが分かった。

（ａ）背景視認輝度が（１〜1000）cd/m²のとき、対数
目盛りの横軸に背景視認輝度をとり、対数目盛りの縦軸
に輝度倍数（すなわち、表示視認輝度／背景視認輝度）
をとり、横軸が1cd/m²で縦軸が７の点をP₁、横軸が1cd/
m²で縦軸が30の点をP₂、横軸が1000cd/m²で縦軸が１の
点をP₃、横軸が1000cd/m²で縦軸が５の点をP₄とし、前
記点P₁と点P₃とを結ぶ直線をL₁、前記点P₂と点P₄とを結
ぶ直線をL₂とした場合、前記輝度倍率の値は直線L₁と直
線L₂との間にある。

本発明は、前述の問題点および調査の結果を鑑みてなさ
れたもので、背景視認輝度が広範囲に変化しても常に操
縦者はヘッドアップディスプレイの情報表示光を容易に
視認することができるようにすることを課題とする。

B.発明の構成（１）課題を解決するための手段前記課題を解決するために、本発明のヘッドアップディ
スプレイは、表示信号出力手段から出力される表示信号
に応じた情報が前記表示信号の強度に応じた輝度で表示
される表示面を有する光学的情報表示手段と前記表示面
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
材とを備えた情報投光装置と、操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の場景を
操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方か
ら後方に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操縦者が視認できる方向に反射ま
たは回折するコンバイナとを備え、前記情報表示光を所
定の表示視認輝度で前記操縦者に視認させるようにした
乗物用のヘッドアップディスプレイにおいて、前記操縦者によって視認される情報表示光の背景の視認
輝度を検出する背景視認輝度検出手段を設け、この背景
視認輝度検出手段の検出する背景視認輝度に応じて前記
表示視認輝度を下記（ａ）のように調整することを特徴
とする。

（ａ）背景視認輝度が（１〜1000）cd/m²のとき、対数
目盛りの横軸に背景視認輝度をとり、対数目盛りの縦軸
に（表示視認輝度／背景視認輝度）として定義される輝
度倍率をとり、横軸が1cd/m²で縦軸が７の点をP₁、横軸
が1cd/m²で縦軸が30の点をP₂、横軸が1000cd/m²で縦軸
が１の点をP₃、横軸が1000cd/m²で縦軸が５の点をP₄と
し、前記点P₁と点P₃とを結ぶ直線をL₁、前記点P₂と点P₄
とを結ぶ直線をL₂とした場合、前記輝度倍率の値が直線
L₁と直線L₂との間にある。

（２）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
は、背景視認輝度が（１〜1000）cd/m²のとき、前記輝
度倍率の値が前記直線L₁と直線L₂との間の値にあるの
で、背景視認輝度がその範囲で変化しても常に操縦者は
ヘッドアップディスプレイの情報表示光を容易に視認す
ることができる。

（３）実施例以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図において、電車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Ｍ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
前方には電車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。

前記運転室２の計器盤４には光学部材Ａおよび光学的情
報表示手段としてのCRT（Cathode Ray Tube、陰極線
管）表示管Ｄが配設されている。このCRT表示管Ｄの表
示面は例えば512×512ドットのピクセルに分割されてお
り、各々のピクセルの輝度をコントロールすることによ
り必要な情報（たとえば、後述の第３図に示す情報）が
表示される。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CRT表示管
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。そして、前記レンズ
系A₁の光透過率T_A1、ミラーA₂の光反射率R_A2、凸レンズ
A₃の光透過率T_A3、フロントガラスＣの光透過率T_Cおよ
び反射率R_Cの値は第２表のとおりである。

なお、前記CRT表示管Ｄの代わりに、液晶ディスプレ
イ、プラズマディスプレイまたは発光ダイオードディス
プレイ等のフラット光学的情報表示手段を採用すること
も可能である。

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Ｍに向けて反射させるように配置されており、また外
部の場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Ｍ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CRT表示管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および後述の
表示信号出力手段Ｕ等からヘッドアップディスプレイＨ
（第３図参照）が構成されている。

第２図はヘッドアップディスプレイＨの表示信号出力手
段Ｕの説明図である。

前記表示信号出力手段Ｕは、表示情報出力手段U₁と、こ
の表示情報出力手段U₁からの入力信号に基づいて表示信
号を出力する表示信号出力回路U₂と、この表示信号出力
回路U₂の出力する表示信号の強度を調整してCRT表示管
Ｄでの表示輝度を調整する輝度調整回路U₃とから構成さ
れている。

前記表示情報出力手段U₁は、ドアの開閉状態を検出する
ドア開閉センサ７、速度情報を出力する速度計８、ブレ
ーキの圧力情報を出力するブレーキ圧センサ９、スケジ
ュールメモリ10、および現在時刻を出力する時計11等を
有している。前記スケジュールメモリ10は、到達する駅
名（すなわち、停車または通過駅名の前部）およびそれ
らの駅への到達予定時刻を記憶しており、それらの情報
を出力する。

前記表示信号出力回路U₂は、前記表示情報出力手段U₁か
らの入力信号に基づいて表示データを出力する表示情報
制御部12と、前記表示データが書き込まれる表示メモリ
13とを備えている。表示メモリ13に書き込まれた前記表
示データは、CRTコントローラ14により発生される前記C
RT表示管Ｄの走査に同期した読出しアドレス信号により
読出される。表示メモリ13から読出された表示データ
は、並直変換器15によりシリアルデータに変換されて表
示信号15aとして出力される。前記符号12〜15によって
前記表示信号出力回路U₂が構成されている。

前記表示信号出力回路U₂の出力する表示信号15aは、前
記輝度調整回路U₃の駆動増幅器16を介して前記CRT表示
管Ｄのカソードに供給されるように構成されている。

前記輝度調整回路U₃は、背景視認輝度（すなわち操縦者
Ｍによって視認される前記コンバイナＣ前方の輝度）を
検出する背景視認輝度検出手段としての背景視認輝度セ
ンサＳからの入力信号に応じた輝度調整信号17aを出力
する増幅器17と、前記駆動増幅器16とから構成されてい
る。前記駆動増幅器16は電圧制御可変増幅回路で構成さ
れており、前記輝度調整信号17aの電圧値により増幅率
が制御される。そして、前記輝度調整信号17aの電圧値
に応じてCRT表示管Ｄのカソード電位が変化し、輝度が
制御されるようになっている。

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。

第２図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Ｍの眼に至る。これにより操縦者Ｍは
外界の場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CRT表示管Ｄから出射した情報表示
光Ｌは光学部材Ａを通過してフロントガラス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Ｍの眼に至る。これにより
操縦者Ｍは情報表示光Ｌを視認することができる。

第３図は表示情報の一例の説明図である。

第３図において、破線で示された部分が前記操縦者が前
方を見ているときの視野Ｆを示しており、その視野Ｆ内
には前方の線路が見えている。

そして、電車１のドアが閉じているか開いているかとい
う情報は視野範囲Ｆの左方下部の位置に「戸閉」または
「戸開」と表示される。また、右方下部の位置にブレー
キ用空気圧力が「00kg/cm²」と表示される。

また、電車１の速度情報は、目盛り付き直線ｌに沿って
配置された時速を表すkm単位の数値列ｎと指針ｐとによ
り表示されている。

また、視野Ｆの右側上部において、円形状に配置された
曲線状のバーグラフの点灯部分（黒く塗り潰した部分）
が現在時刻から次の到達駅の到達予定時刻までの残り時
間の秒単位の値を表示している。また、前記残り時間の
分単位の値は前記曲線状のバーグラフの前記円形内部に
数字で表示されている。前記秒単位の残り時間を示すバ
ーグラフの１メモリは１秒である。したがって、第３図
では次の到達駅までの残り時間が２分17秒であることを
示している。

また、この曲線状のバーグラフの下方に表示された文字
が次の到達駅名とその駅の停車または通過の区別を表示
している。そして、第３図では次の到達駅に停車するこ
とを示している。

また、第３図の表示情報は、前記次の到達駅名の下側の
文字が次の到達駅への到達予定時刻を表示している。

なお、この第３図の表示のように、次の到達駅（すなわ
ち、次の停車駅および次の通過駅を含めた全部の駅）の
全てを表示する代わりに次の到達駅の中で停車駅のみを
表示するようにすることも可能である。

前述の表示を行う際、前記表示視認輝度を適切な値に制
御する必要があるが、この実施例では前記輝度倍率B/E
が前記第５図の破線で示した直線L₀上に在るように制御
される。すなわち、第４図に示すように、車両前方の外
部光Ｊの輝度をE₁とし、その外部光Ｊがフロントガラス
Ｃを透過してその後方の背景視認輝度センサによって検
出される背景視認輝度をＥとし、また、CRT表示管Ｄの
表示面に表示される光学的情報の表示輝度をB₁、前記表
示面から出射して前記レンズ系A₁を透過した後の情報表
示光Ｌ情報表示光Ｌの輝度をB₂、前記ミラーA₂反射後の
情報表示光Ｌの輝度をB₃、前記凸レンズA₃透過後の情報
表示光Ｌの輝度をB₄、前記フロントガラスＣ反射後の情
報表示光Ｌの輝度すなわち表示視認輝度をＢとした場合
に、B/Eの値すなわち輝度倍率が前記第５図の直線L₀上
に在るように前記表示輝度B₁が制御される。この制御方
法について、以下詳細に説明する。

第４図より、 B₁×T_A1×R_A2×T_A3×T_C＝Ｂ ……（１）である。この（１）式に前記第２表の値を代入すると、 0.25×B₁＝Ｂ ∴B₁＝４×Ｂ ……（２）ところで、前記第５図に示すように、Ｘ＝（log E）＋２ ……（３）Ｙ＝（log B/E）＋１ ……（４）であり、前記直線L₀₁は２≦Ｘ≦５の範囲では次式
（５）で表され、また、直線L₀₂は０≦Ｘ≦２の範囲で
は次式（６）で表される。

Ｙ＝−0.333X＋2.666 ……（５）Ｙ＝−0.602X＋3.204 ……（６）前記（３），（４），（６）式および（３），（４），
（５）式より、次式（７）および（８）が得られる。な
お、次式（７），（８）において、背景視認輝度Ｅの値
として単位（Ft-L）の値を用いた場合には、表示視認輝
度Ｂの値も（Ft-L）であり、背景視認輝度Ｅの値として
単位（cd/m²）の値を用いた場合には、表示視認輝度Ｂ
の値も（cd/m²）である。

０≦Ｘ≦２すなわち10^-2（Ft-L）≦Ｅ≦１（Ft-L）のと
き、すなわち、3.43×10^-2（cd/m²）≦Ｅ≦3.43（cd/
m²）とき、Ｂ＝10E^0.667 ……（７）２≦Ｘ≦５すなわち１（Ft-L）≦Ｅ≦10³（Ft-L）のと
き、すなわち、3.43（cd/m²）≦Ｅ≦3.43×10³（cd/
m²）のとき、Ｂ＝10E^0.398 ……（８）前記（７），（８）式および前記（２）式より、次式
（９），（10）が得られる。

3.43×10^-2（cd/m²）≦Ｅ≦3.43（cd/m²）のとき、 B₁＝４×10E^0.667（cd/m²） ……（９） 3.43（cd/m²）≦Ｅ≦3.43×10³（cd/m²）のとき、 B₁＝４×10E^0.398（cd/m²） ……（10）前記（９），（10）式で定まる表示輝度B₁でCRT表示管
Ｄに情報を表示すれば、3.43×10^-2（cd/m²）≦Ｅ≦3.4
3×10³（cd/m²）のときに、前記輝度倍率B/Eは第５図の
直線L₀上に在ることになる。

そして、Ｅ≦3.43×10^-2（cd/m²）のとき（すなわち非
常に暗いとき）は前記（９）式においてＥ＝3.43×10^-2
を代入して得られるB₁の値（一定値）を用い、Ｅ≧3.43
×10³（cd/m²）のとき（すなわち非常に明るいとき）は
前記（10）式においてＥ＝3.43×10³を代入して得られ
るB₁の値（一定値）を用いる。

前述のようにして表示輝度B₁を制御すると、背景視認輝
度Ｅが１（cd/m²）≦Ｅ≦10³（cd/m²）の範囲におい
て、輝度倍率B/Eの値は、前記第５図の直線L₀上にあ
り、結局前記直線L₁と直線L²との間の値にある。

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、前記背景視認輝度Ｅが3.43×10^-2（cd/m²）≦
Ｅ≦3.43×10³（cd/m²）の範囲で前記輝度倍率を変化さ
せて調整する代わりに、夜間またはトンネル内の平均的
輝度である１（cd/m²）と昼間の平均的輝度10³（cd/
m²）との間、すなわち、１（cd/m²）≦Ｅ≦10³（cd/
m²）の範囲でのみ輝度倍率を調整して、それ以外のＥの
範囲では一定値に保持するように構成することも可能で
ある。また、表示視認輝度Ｂの調整は、前記表示信号出
力手段Ｕの出力する表示信号の強度を調節して行う代わ
りに、情報表示光Ｌの光路の途中に液晶パネル等の光透
過量調節部材を配置して、その光透過量調節部材によっ
て行うことも可能である。さらに、表示情報として現在
時刻を表示することも可能であり，また、本発明は電車
以外の各種乗物に適用することが可能である。

C.発明の効果前述の本発明のヘッドアップディスプレイは、背景視認
輝度が（１〜1000）cd/m²のとき、前記輝度倍率の前記
直線L₁と直線L₂との間の値にあるので、背景視認輝度が
広範囲に変化しても常に操縦者はヘッドアップディスプ
レイの情報表示光を容易に視認することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヘッドアップディスプレイの一実施例
が電車に設置された状態を示す図、第２図は同実施例の
表示信号出力手段の詳細説明図、第３図は表示情報の一
例の説明図、第４図は光学部材を透過または反射すると
きに光の強度が変化して操縦者による視認輝度が変化す
るときを説明するための図、第５図は背景視認輝度の変
化に対して表示情報を容易に視認できる輝度倍率の範囲
の説明図、である。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（CRT）、Ｈ……ヘッ
ドアップディスプレイ、Ｋ……情報投光装置、Ｌ……情
報表示光、Ｍ……操縦者、Ｓ……背景視認輝度検出手段
（背景視認輝度センサ）、Ｕ……表示信号出力手段、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示信号出力手段から出力される表示信号
に応じた情報が前記表示信号の強度に応じた輝度で表示
される表示面を有する光学的情報表示手段と前記表示面
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
材とを備えた情報投光装置と、操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の場景を
操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方か
ら後方に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操縦者が視認できる方向に反射ま
たは回折するコンバイナとを備え、前記情報表示光を所
定の表示視認輝度で前記操縦者に視認させるようにした
乗物用のヘッドアップディスプレイにおいて、前記操縦者によって視認される情報表示光の背景の視認
輝度を検出する背景視認輝度検出手段を設け、この背景
視認輝度検出手段の検出する背景視認輝度に応じて前記
表示視認輝度を下記（ａ）のように調整することを特徴
とする乗物用ヘッドアップディスプレイ。（ａ）背景視認輝度が（１〜1000）cd/m²のとき、対数
目盛りの横軸に背景視認輝度をとり、対数目盛りの縦軸
に（表示視認輝度／背景視認輝度）として定義される輝
度倍率をとり、横軸が1cd/m²で縦軸が７の点をP₁、横軸
が1cd/m²で縦軸が30の点をP₂、横軸が1000cd/m²で縦軸
が１の点をP₃、横軸が1000cd/m²で縦軸が５の点をP₄と
し、前記点P₁と点P₃とを結ぶ直線をL₁、前記点P₂と点P₄
とを結ぶ直線をL₂とした場合、前記輝度倍率の値が直線
L₁と直線L₂との間にある。