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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Head-Up-Display-Vorrichtung für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND
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In einer herkömmlichen Head-Up-Display(HUD)-Vorrichtung für ein Fahrzeug wird eine lichtemittierte Abbildung wie beispielsweise eine Fahrzeuginformation, welche durch eine Display-Einheit angezeigt wird, auf ein Projektionsziel wie beispielsweise eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert, so dass die angezeigte Abbildung als eine virtuelle Abbildung angezeigt werden kann. Die
JP-2011-207431 A (
US 2011/0241596 A1 ) offenbart ein Beispiel solch einer HUD-Vorrichtung, in welcher eine Display-Abbildung, welche durch eine Display-Einheit vorgesehen ist, durch einen Reflexionsspiegel, wie beispielsweise einen konkaven Spiegel, reflektiert wird und auf ein Projektionsziel projiziert wird. Durch ein Verwenden des Reflexionsspiegels kann die HUD-Vorrichtung in einem begrenzten Raum in einem Fahrzeug angebracht werden.
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In dieser HUD-Vorrichtung wird ein Schrittmotor verwendet, um den Reflexionsspiegel in Antwort auf ein Antriebssignal, welches einem Anpassungsbefehl bzw. Verstellbefehl von einer externen Seite entspricht, zu drehen, so dass eine Displayposition einer virtuellen Abbildung angepasst bzw. verstellt werden kann. Gemäß dieser Konfiguration wird es einem Passagier (Fahrzeugführer) in einem Fahrzeug ermöglicht, eine Position einer virtuellen Abbildung von Fahrzeuginformationen auf eine Position, welche leicht sichtbar ist, durch ein Eingeben eines Positionsanpassungsbefehls an die HUD-Vorrichtung anzupassen.
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Zusätzlich wird in der HUD-Vorrichtung der Schrittmotor fortgesetzt durch das Antriebssignal angetrieben, bis er elektrische stabilisiert ist, wenn die Eingabe des Anpassungsbefehls gestoppt wird. Wenn das Antriebssignal bei einem Punkt gestoppt wird, welcher nicht an dem elektrischen Stabilisierungspunkt ist, tendiert der Schrittmotor dazu, in Antwort auf einen Stoß einer externen Kraft oder Vibration, aus einer Phase herauszuschreiten. Das Antriebssignal wird fortgesetzt für eine Weile angelegt, um dieses Problem des aus der Phase Gelangens zu lösen.
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In der HUD-Vorrichtung wird angenommen, dass mehrere elektrische Stabilisierungspunkte, an welchen der Schrittmotor elektrisch durch ein Haltemoment stabilisiert wird, welches erzeugt wird, wenn Leistung zugeführt wird, und mehrere mechanische Stabilisierungspunkte, an welchen der Schrittmotor mechanisch durch ein Haltemoment bzw. Rastmoment stabilisiert wird, welches vorgesehen ist, wenn keine Leistung zugeführt wird, miteinander übereinstimmen. Unter dieser Annahme wird der Schrittmotor durch ein fortgesetztes Anlegen des Antriebssignals stabilisiert, bis der elektrische Stabilisierungspunkt erreicht ist, auch wenn das Antriebssignal nach dem elektrischen Stabilisierungspunkt gestoppt wird. In diesem Fall wird angenommen, dass der Schrittmotor durch das Rastmoment, welches an dem elektrischen Stabilisierungspunkt erzeugt wird, stabilisiert wird.
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In tatsächlichen Produkten jedoch sind die elektrischen Stabilisierungspunkte und die mechanischen Stabilisierungspunkte unterschiedlich in der Phase aufgrund einer Herstellungstoleranz und dergleichen. Als ein Ergebnis stoppt, in einem Fall, in dem das Antriebssignal fortgeführt an dem elektrischen Stabilisierungspunkt angelegt wird und danach gestoppt wird, der Schrittmotor vorübergehend und beginnt dann eine Drehung in Richtung des mechanischen Stabilisierungspunkts. Dies verursacht, dass die Displayposition der virtuellen Abbildung sich wieder bewegt, nachdem sie einmal gestoppt war. Passagiere in dem Fahrzeug werden demnach eine Unbehaglichkeit und sogar eine Unzuverlässigkeit der Fahrzeuginformationen verspüren, welche als die virtuelle Abbildung angezeigt werden.
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KURZFASSUNG
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Head-Up-Display-Vorrichtung für ein Fahrzeug vorzusehen, welche eine Zuverlässigkeit einer virtuellen Abbildungsanzeige bzw. eines virtuellen Abbildungs-Displays von Fahrzeuginformationen erhöht.
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Gemäß einem Aspekt weist eine Head-Up-Display-Vorrichtung für ein Fahrzeug eine Display-Einheit, ein optisches System, einen Schrittmotor und ein Steuersystem auf. Die Display-Einheit zeigt eine lichtemittierte Abbildung von Fahrzeuginformationen an. Das optische System weist einen Reflexionsspiegel auf, welcher drehbar vorgesehen ist, um die lichtemittierte Abbildung zu reflektieren und um eine reflektierte Abbildung in Richtung eines Projektionsziels zu projizieren, so dass eine virtuelle Abbildung der lichtemittierten Abbildung angezeigt wird. Der Schrittmotor treibt, wenn er durch ein Antriebssignal mit Leistung versorgt wird, den Reflexionsspiegel an, so dass er sich zum Anpassen bzw. Verstellen einer Displayposition der virtuellen Abbildung dreht. Der Schrittmotor hat mehrere elektrische Stabilisierungspunkte, bei welchen ein Motorbetrieb elektrisch durch ein Haltemoment stabilisiert wird, welches erzeugt wird, wenn Leistung zugeführt wird, und mehrere mechanische Stabilisierungspunkte, bei welchen der Motorbetrieb durch ein Rastmoment bzw. Haltemoment stabilisiert wird, welches erzeugt wird, wenn keine Leistung zugeführt wird. Das Steuersystem steuert das Antriebssignal für den Schrittmotor in Antwort auf einen Anpassungsbefehl, welcher von einer externen Seite zugeführt wird.
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Der Schrittmotor hat Statoren einer Mehrzahl von Phasen, zwischen welchen Pol-Zähne in einer Position in einer Motordrehrichtung verschoben sind, und einen Rotor, welcher zu einer Position in Übereinstimmung mit einer magnetischen Anziehungskraft, welche relativ zu den Pol-Zähnen erzeugt wird, gedreht wird. Die Pol-Zähne einer bestimmten Phase der mehreren Phasen sind als Stabilisations-Pol-Zähne gesetzt bzw. gewählt, deren magnetische Anziehungskraft, welche erzeugt wird, wenn sie nicht mit Leistung versorgt werden, das Haltemoment bzw. Rastmoment vorsieht, welches größer ist als dasjenige einer anderen Phase der mehreren Phasen. Das Steuersystem ist konfiguriert, um ein Anlegen des Antriebssignals fortzuführen, auch nachdem der Anpassungsbefehl gestoppt ist, bis ein elektrischer Winkel des Schrittmotors einen Ziel-Stabilisierungspunkt erreicht, welcher auf den elektrischen Stabilisierungspunkt gesetzt ist, an dem die magnetische Anziehungskraft zum Vorsehen des Rastmoments bei einer Leistungsversorgung zwischen den Stabilisierungs-Pol-Zähnen und dem Rotor erzeugt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gefertigt ist, werden. In den Zeichnungen sind:
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1 eine schematische Ansicht einer Head-Up-Display(HUD)-Vorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform;
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2 eine schematische Ansicht einer virtuellen Abbildung, welche durch die HUD-Vorrichtung, welche in 1 gezeigt ist, angezeigt wird;
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3 eine Schnittansicht eines Schrittmotors, welcher in 1 gezeigt ist, und eines Untersetzungsgetriebes;
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4 ein Blockschaltbild einer elektrischen Verbindung zwischen dem Schrittmotor, welcher in 1 gezeigt ist, und einem Steuersystem davon;
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5 eine schematische Ansicht eines Stators, welcher in 3 gezeigt ist, welcher in der Ebene in einer Rotationsrichtung eines Rotors expandiert ist;
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6 ein charakteristisches Diagramm eines Antriebssignals, welches an den Schrittmotor, welcher in 1 gezeigt ist, angelegt wird;
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7 ein schematisches Diagramm einer Charakteristik und eines Betriebs des Schrittmotors, welcher in 1 gezeigt ist;
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8 ein schematisches Diagramm einer Charakteristik des Schrittmotors, welcher in 1 gezeigt ist;
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9 ein Flussdiagramm einer Antriebssignal-Steuerungsverarbeitung, welche durch eine Display-Steuerschaltung des Steuersystems, welches in 4 gezeigt ist, ausgeführt wird;
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10A und 10B charakteristische Diagramme von Antriebssignalen, welche an den Schrittmotor, welcher in 1 gezeigt ist, angelegt werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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(Konfiguration)
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Bezug nehmend zuerst auf 1 weist eine Head-Up-Display(HUD)-Vorrichtung 1 für ein Fahrzeug ein Gehäuse 10, eine Display-Einheit 20, ein optisches System 30, einen Schrittmotor 40, einen Untersetzungsgetriebemechanismus 50, einen Anpassungs- bzw. Verstellschalter 60 und ein Steuersystem 70 auf.
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Das Gehäuse 10 ist in einer hohlen Form gebildet, welche die anderen Vorrichtungen 20, 30, 40, 50 und dergleichen der HUD-Vorrichtung 1 aufnimmt, und in einer Instrumententafel 2 eines Fahrzeugs angebracht. Das Gehäuse 10 hat ein durchscheinendes bzw. lichtdurchlässiges Lichtprojektionsfenster 14 an einer Position gegenüber einer Windschutzscheibe 4, welche an einer Vorderseite eines Fahrzeugführersitzes des Fahrzeuges als ein Projektionsziel in einer Oben-Unten-Richtung befestigt ist.
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Die Display-Einheit 20 ist ein Flüssigkristall-Paneel (LCD = Liquid Crystal Panel) vom Trans-Illuminations-Typ und hat einen Schirm bzw. Bildschirm 22 zum Anzeigen einer Abbildung. Die Display-Einheit 20 emittiert Licht einer Display-Abbildung eines Bildschirms 22 durch ein Beleuchten des Bildschirms 22 durch eine eingebaute Hintergrundbeleuchtung (nicht gezeigt). Die Lichtabbildung, welche durch die Display-Einheit 20 angezeigt wird, ist zum Bereitstellen von Fahrzeuginformationen bezogen auf eine Fahrzeugbewegung oder Fahrzeugzustände. Die Lichtabbildung sieht beispielsweise Navigationsinformationen wie beispielsweise eine Fahrzeugfortbewegungsrichtung oder dergleichen vor (beispielsweise 2). Die Display-Abbildung der Display-Einheit 20 können physikalische Mengendaten sein, welche eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine verbleibende Kraftstoffmenge, eine Kühlmittel-Temperatur oder dergleichen aufweisen, und fahrzeugexterne Zustandsinformationen, welche eine Verkehrsbedingung bzw. einen Verkehrszustand, einen Sicherheitszustand oder dergleichen anders als die Navigationsinformationen aufweisen.
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Das optische System 30 weist eine Anzahl von optischen Teilen einschließlich eines Reflexionsspiegels 32 (andere Teile sind in 1 nicht gezeigt) auf und projiziert die Display-Abbildung der Display-Einheit 20 auf das Projektionsfenster 14. Der Reflexionsspiegel 32 ist aus einem konkaven Spiegel gebildet, welcher eine ebene Reflexionsoberfläche 34 hat, welche in einer konkaven Form gekrümmt ist. Der Reflexionsspiegel 32 expandiert und reflektiert die Display-Abbildung in Richtung der Seite des Projektionsfensters 14, welche direkt oder indirekt als eine optische Abbildung von der Anzeigeeinheit 20 auf die Reflexionsoberfläche 34 einfällt. Die Reflexionsabbildung des Reflexionsspiegels 32 wird durch das Projektionsfenster 14 auf die Windschutzscheibe 4 projiziert und wird an einer vorderen Seite der Windschutzscheibe 4 als Abbildung gebildet. Als ein Ergebnis werden die Fahrzeuginformationen, welche durch die Display-Abbildung der Display-Einheit 20 angegeben werden, auf der Seite eines Fahrzeugführersitzes in dem Fahrzeug als eine virtuelle Abbildung 36, welche beispielhaft in 2 gezeigt ist, angezeigt.
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Der Reflexionsspiegel 32 hat eine Drehwelle 38, welche drehbar in dem Gehäuse 10 abgestützt ist. Wenn die Drehwelle 38 zum Drehen angetrieben wird, bewegt der Reflexionsspiegel 32 eine Displayposition der virtuellen Abbildung 36 in der Oben-Unten-Richtung relativ zu der Windschutzscheibe 4, wie in 2 beispielhaft dargestellt ist. Das Display bzw. die Anzeige der virtuellen Abbildung 36 wird zwischen einer unteren Grenz-Displayposition D1, welche durch durchgezogene Linien in 2 gezeigt ist, und einer oberen Grenz-Displayposition Du, welche durch gepunktete Linien in 2 gezeigt ist, in Übereinstimmung mit optischen Charakteristiken des optischen Systems 30 und der Windschutzscheibe 4 realisiert.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist der Schrittmotor 40 ein Klauenpol-Permanentmagnet-Typ und hat ein magnetisches Gehäuse 46, einen Rotor 41 und Statoren 44, 45. Das magnetische Gehäuse 46 ist aus einem magnetischen Material gebildet und in einer hohlen Form. Der Rotor 41 ist aus einer Motorwelle 42 und Rotormagneten 43, welche an der äußeren Umfangsoberfläche der Motorwelle 42 angebracht sind, gebildet. Die Motorwelle 42 ist durch das Magnetgehäuse 46 drehbar abgestützt. Die Rotormagnete 43 sind Permanentmagnete und sind angeordnet, um magnetische Pole N und S alternierend in einer Umfangsrichtung (Drehrichtung) des Rotors 41 vorzusehen.
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Die Statoren 44 und 45 sind für zwei Phasen vorgesehen und fest an dem magnetischen Gehäuse 46 am radial äußeren Teil relativ zu dem Rotor 41 befestigt. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, hat der Stator 44 für eine Phase (A-Phase) magnetische Joche 441, 442 und eine Spule 443, und der Stator 45 für die andere Phase (B-Phase) hat magnetische Joche 451, 452 und eine Spule 453. Die magnetischen Joche 441, 442, 451, 452 sind aus einem magnetischen Material in einer ringförmigen Form gebildet und haben jeweils eine Mehrzahl von nagelförmigen Pol-Zähnen (Klauen-Polen) 441a, 442a, 451, 452a, wie in 5 in der expandierten Art und Weise gezeigt ist. Die Pol-Zähne 441a, 442a der magnetischen Joche 441, 442 für die A-Phase sind verschachtelt, so dass sie alternierend in der Umfangs- oder Drehrichtung des Rotors 41 angeordnet sind. Ähnlich sind die Pol-Zähne 451a, 452a der magnetischen Joche 451, 452 für die B-Phase verschachtelt, so dass sie alternierend in der Umfangs- oder Drehrichtung des Rotors 41 angeordnet sind. Die magnetischen Joche 441, 442, 451, 452 sind derart angeordnet, dass die Pol-Zähne 441a, 451a, 442a, 452a um 1/2 Abstandsmaß (Pitch) voneinander in dieser Reihenfolge in der Drehrichtung des Rotors 41 verschoben sind.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist die Phasenspule 443 koaxial mit den magnetischen Jochen 441, 442 für die A-Phase angeordnet, und die Phasenspule 453 ist koaxial mit den magnetischen Jochen 451, 452 für die B-Phase angeordnet. Die Spule 443 und die Phasenspule 453 sind voneinander in der Position in der axialen Richtung verschoben. In dem Schrittmotor 40, welcher wie obenstehend beschrieben konfiguriert ist, werden, wenn die Phasenspule 443 der A-Phase und die Phasenspule 453 der B-Phase durch ein Antreiben durch Antriebssignale jeweils mit Energie versorgt werden, die Rotormagnete 43 und die Motorwelle 42 gedreht Der Untersetzungsgetriebemechanismus 50 hat eine Mehrzahl von Zahnrädern 52 bis 59, welche in Serie in dem magnetischen Gehäuse 46 miteinander in Eingriff stehen. Das Zahnrad 52 der ersten Stufe ist auf bzw. an der Motorwelle 42 vorgesehen, und das Zahnrad 59 der letzten Stufe ist auf bzw. an der Drehwelle 38 des Reflexionsspiegels 32 vorgesehen. Demnach wird die Drehbewegung der Motorwelle 42 in Übereinstimmung mit Übersetzungsverhältnissen unter den Zahnrädern 52 bis 59 verringert und auf die Drehwelle 38 übertragen, so dass der Reflexionsspiegel 32 angetrieben wird, so dass er sich dreht. Wenn sich der Schrittmotor 40 in die normale Drehrichtung dreht, wird der Reflexionsspiegel 32 angetrieben, so dass er sich in der normalen Drehrichtung dreht, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 beispielsweise nach oben geschoben wird. Wenn sich der Schrittmotor 40 in der umgekehrten Drehrichtung dreht, wird der Reflexionsspiegel 32 angetrieben, so dass er sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 beispielsweise nach unten verschoben wird.
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Der Anpassungs- bzw. Verstellschalter 60, welcher in 1 und 4 gezeigt ist, ist vorgesehen, um durch den Passagier auf dem Fahrzeugführersitz in dem Fahrzeug betreibbar zu sein. Der Anpassungsschalter 60 hat beispielsweise zwei Handhabungselemente 62 und 63 vom Drück-Typ, so dass der Passagier jeweils wahlweise einen nach oben gerichteten Anpassungsbefehl zum Bewegen der Displayposition der virtuellen Abbildung 36 nach oben und einen nach unten gerichteten Anpassungsbefehl zum Bewegen der Displayposition der virtuellen Abbildung 36 nach unten eingeben kann. Der Anpassungsschalter 60 ist demnach konfiguriert, so dass er verschiedene Befehlssignale ausgibt, eines zum Befehlen der nach oben gerichteten Anpassung bzw. Verstellung und das andere zum Befehlen der nach unten gerichteten Anpassung bzw. Verstellung.
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Das Steuersystem 70 weist eine Display-Steuerschaltung 72 und mehrere Schaltelemente 74 auf und ist innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen. Die Display-Steuerschaltung 72 ist eine elektronische Schaltung, welche einen Mikrocomputer als einen Hauptteil aufweist und elektrisch mit der Display-Einheit 20 und dem Anpassungsschalter 60 verbunden ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist jedes Schaltelement 74 ein Transistor, dessen Kollektor elektrisch mit der Phasenspule 443 oder 453 verbunden ist. Der Emitter und die Basis jedes Schaltelements 74 sind elektrisch mit einem Masseanschluss (nicht gezeigt) und der Display-Steuerschaltung 72 verbunden. Das Schaltelement 74 variiert die Amplitude des Antriebssignals, welches an die Phasenspule 443 der A-Phase oder die Phasenspule 453 der B-Phase angelegt wird, in Antwort auf Basissignale, welche von der Display-Steuerschaltung 72 zugeführt werden. Demnach wird durch ein Steuern des Basissignals für das Schaltelement 74 durch die Display-Steuerschaltung 72 das Antriebssignal, welches an die Phasenspule 443 oder 453 angelegt wird, gesteuert.
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In dem Steuersystem 70, welches wie obenstehend beschrieben konfiguriert ist, steuert die Display-Steuerschaltung 72 das Abbildungsdisplay der Display-Einheit 20. Die Display-Steuerschaltung 72 steuert weiterhin die Antriebssignale, welche an die Phasenspulen 443 und 453 angelegt werden, in Antwort auf die Befehlssignale, welche von dem Anpassungsschalter 60 zugeführt werden. Insbesondere steuert die Display-Steuerschaltung 72 elektrische Winkel der Antriebssignale, welche an die Phasenspulen 443 und 453 angelegt werden, auf elektrische Winkel zum Antreiben des Reflexionsspiegels 32 in der normalen Drehrichtung in Antwort auf den Nach-Oben-Anpassungsbefehl, welcher durch das Betriebselement 62 erzeugt wird, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 nach oben bewegt wird. Weiterhin steuert die Display-Steuerschaltung 72 elektrische Winkel der Antriebssignale, welche an die Phasenspulen 443 und 453 angelegt werden, auf elektrische Winkel zum Antreiben des Reflexionsspiegels 32 in der umgekehrten Drehrichtung in Antwort auf den Nach-Unten-Anpassungsbefehl, welcher durch das Betriebselement 63 erzeugt wird, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 nach unten bewegt wird.
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Gemäß der HUD-Vorrichtung 1, welche wie obenstehend beschrieben konfiguriert ist, werden die Spannungsamplituden der Antriebssignale, welche an die Phasenspulen 443 und 453 der A-Phase und der B-Phase angelegt werden, um elektrische Leistung für den Schrittmotor 40 zur Verfügung zu stellen, gesteuert, so dass sie jeweils entsprechend zu den elektrischen Winkeln zur Energieversorgung der Rotoren 44 und 45 in zwei unterschiedlichen Phasen variieren. Die Antriebssignale für die Phasenspulen 443 und 453 werden gesteuert, so dass sie eine maximale Amplitude (Vmax, –Vmax) oder eine minimale Amplitude (0) an jedem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe sind, bei welchem ein Haltemoment zum Halten der Motorwelle 42 erzeugt wird, wenn Leistung zur Verfügung gestellt wird. Wie in 6 beispielhaft dargestellt, tritt der elektrische Stabilisierungspunkt idealerweise bei jedem festen Winkelintervall von 90 Grad auf. Die Pol-Zähne 441a, 442a, 451a und 452a haben jedoch tolerierbare Unterschiede in der Form, Position und dergleichen untereinander. Als ein Ergebnis wird der tatsächliche Abstand bzw. Intervall zwischen den elektrischen Stabilisierungspunkten länger oder kürzer als 90 Grad, wie in 7 beispielhaft veranschaulicht ist.
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Wenn kein Antriebssignal an die Phasenspulen 443 und 453 angelegt ist, d. h., in der Nicht-Energieversorgungsperiode bzw. -Zeitdauer, treten mehrere mechanische Stabilisierungspunkte Θm auf, an welchen ein Rastmoment zum Halten der Motorwelle 42 erzeugt wird. Der mechanische Stabilisierungspunkt Θm ist idealerweise identisch mit dem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe. Wie jedoch schematisch in 7 beispielhaft veranschaulicht ist, ist es in tatsächlichen Motorprodukten wahrscheinlich, dass der mechanische Stabilisierungspunkt Θm an einem Punkt auftritt, welcher von dem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe in Phase in der Drehrichtung des Rotors 41 abweicht. Diese Abweichung resultiert aus einer Differenz in magnetischen Anziehungskräften, welche relativ zu den Rotormagneten 43 erzeugt werden, wenn dem Motor in der Energieversorgungsphase durch die Pol-Zähne (Pol-Zähne 441a und 442a in dem Beispiel der 7) an dem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe und durch die Pol-Zähne (Pol-Zähne 451a und 452a in dem Beispiel der 7) benachbart zu den Pol-Zähnen in der Energieversorgungsphase in der Drehrichtung keine Energie zugeführt wird.
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Wie in 3 und 8 gezeigt ist, ist der Stator 44 der A-Phase aus dem magnetischen Joch 441 und dem magnetischen Joch 442 gebildet, welche mit schmalen Luftspalten 444 kombiniert sind. Das magnetische Joch 441 ist aus einem magnetischen Material integral mit dem zylindrischen Teil 46a des magnetischen Gehäuses 46 gebildet und hat die Pol-Zähne 441a. Das magnetische Joch 442 hat die Pol-Zähne 442a. Andererseits ist der Stator 45 der B-Phase aus dem magnetischen Joch 451, dem magnetischen Joch 452 und dem zylindrischen Teil 46a des magnetischen Gehäuses 46 gebildet, welche mit schmalen Luftspalten 454 kombiniert sind. Das magnetische Joch 451 hat die Pol-Zähne 451a. Das magnetische Joch 452 hat die Pol-Zähne 452a. Mit diesem Unterschied in der Konfiguration zwischen der A-Phase und der B-Phase, wie in 8 gezeigt ist, sind die Luftspalte 454 zwischen dem zylindrischen Teil 46a und den Jochen 451, 452 in dem Stator 45 der B-Phase vorgesehen, es ist aber nur ein Luftspalt 444 zwischen dem zylindrischen Teil 46a und dem Joch 442 in dem Stator 44 der A-Phase vorgesehen. Demnach unterscheidet sich die Anzahl von Luftspalten 444 und 445, durch welche Magnetkreise MC (8), welche mit dem Rotormagnet 43 gebildet werden, hindurchtreten, wenn jede Phasenspule 443, 453 nicht mit Leistung versorgt wird (nicht mit Energie versorgt wird), zwischen den Statoren 44 und 45. Als ein Ergebnis unterscheiden sich die magnetischen Anziehungskräfte zwischen dem Rotormagnet 43 und dem Stator 44 und zwischen dem Rotormagnet 43 und dem Stator 45. Die magnetische Anziehungskraft der Pol-Zähne 441a, 442a des A-Phasen-Stators 44, welche relativ zu dem Rotormagnet 43 zu der Zeit der Nichtenergieversorgung erzeugt wird, um das Rastmoment vorzusehen, ist größer als diejenige der Pol-Zähne 451a, 452a des B-Phasen-Stators 45. Aus diesem Grund sind die Pol-Zähne 441a, 442a des A-Phasen-Stators 44 als Stabilisations-Pol-Zähne 441a, 442a definiert. Es ist angemerkt, dass 8 zur Vereinfachung und zum einfachen Verständnis zwei unterschiedliche Zustände zeigt, in einem von denen normalerweise die Pol-Zähne 441a und 442a der A-Phase den Magnetpolen N, S des Rotormagneten 43 gegenüberliegen, und in dem anderen von denen normalerweise die Pol-Zähne 451a und 452a der B-Phase den Magnetpolen N, S des Rotormagneten 43 gegenüberliegen.
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Für den Schrittmotor 40, welcher den elektrischen Stabilisierungspunkt Θe und den mechanischen Stabilisierungspunkt Θm hat, steuert die Display-Steuerschaltung 72 die Antriebssignale, welche an die Phasenspulen 443 und 453 angelegt werden, in Antwort auf das Befehlssignal, welches von dem Anpassungsschalter 60 zugeführt wird, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 angepasst wird. Die Display-Steuerschaltung 72 ist demnach konfiguriert, um eine Antriebssignal-Steuerverarbeitung basierend auf einem Computerprogramm durchzuführen, wie in einem Flussdiagramm der 9 gezeigt ist. Die Antriebssignal-Steuerverarbeitung, welche in 9 gezeigt ist, wird gestartet und beendet, wenn ein Maschinenschalter des Fahrzeugs jeweils an- und ausgeschaltet wird.
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Bei S101 wird in der Antriebssignal-Steuerverarbeitung überprüft, ob das Befehlssignal, welches den Nach-Oben- oder Nach-Unten-Anpassungsbefehl angibt, von dem Anpassungsschalter 60 zugeführt wird. Wenn kein Befehlssignal zugeführt wird (S101: NEIN), wird S101 wiederholt und es wird kein Antriebssignal an eine der Phasenspulen 443 und 453 angelegt. Wenn das Befehlssignal eines Befehls angelegt ist (S101: JA), wird S102 ausgeführt.
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Bei S102 wird folgend auf den Nach-Oben-Anpassungsbefehl oder den Nach-Unten-Anpassungsbefehl überprüft, ob das Handhabungselement 62 oder 63 entsprechend dem zugeführten Anpassungsbefehl kontinuierlich für mehr als eine Grenzwert-Zeitdauer Tth betätigt wird, basierend auf dem Befehlssignal, welches von dem Anpassungsschalter 60 zugeführt wird. Die Grenzwert-Zeitdauer Tth ist auf beispielsweise ungefähr 0,5 Sekunden oder andere Zeitdauern gesetzt, so dass sich der Passagier nicht gelangweilt oder unkomfortabel aufgrund einer langen Zeitdauer von dem Start der Manipulation bzw. Handhabung an dem Anpassungsschalter 60 bis zu der tatsächlichen Änderung in der Displayposition der virtuellen Abbildung 36 fühlen wird.
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Wenn das Befehlssignal, welches den Betrieb des Handhabungselements 62 oder 63 angibt, lang ist, und länger als die Grenzwert-Zeitdauer Tth fortgeführt wird (S102: JA), wird bestimmt, dass der Befehl der Nach-Oben-Anpassung oder der Nach-Unten-Anpassung eine kontinuierliche Anpassung der Anzeigeposition der virtuellen Abbildung 36 anzeigt. In diesem Fall wird S103 folgend auf S102 ausgeführt. Bei S103 wird das Antriebssignal, welches an die Phasenspule 443, 453 angelegt wird, wie in 10A gezeigt gesteuert, so dass der Schrittmotor 40 angetrieben wird, um eine Mikro-Schritt-Drehung durchzuführen. Das heißt, dass das Antriebssignal, fortdauernd für eine vorbestimmte Zeitdauer Ts in der Nach-Oben- oder der Nach-Unten-Richtung von dem gegenwärtigen elektrischen Winkel zu dem nächsten elektrischen Winkel geändert wird, welcher für einen Mikro-Schrittantrieb um einen Schrittwinkel ΔΘe unterschiedlich ist. Der Schrittwinkel ΔΘe bei dem Mikro-Schrittantrieb ist vorbestimmt, so dass er beispielsweise 18 Grad ist, was bei Weitem weniger ist als das Intervall von 90 Grad zwischen den benachbarten elektrischen Stabilitätswinkeln Θe. Der Schrittwinkel ΔΘe kann bestimmt werden als 90/N, wobei N eine ganze Zahl größer als 2 ist.
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Bei S104 wird, folgend auf S103, basierend auf dem Befehlssignal, welches von dem Anpassungsschalter 60 zugeführt wird, geprüft, ob die Eingabe des Anpassungsbefehls durch das Handhabungselement 62 oder 63 gestoppt ist. Wenn das Handhabungselement 62 oder 63 noch fortdauernd betätigt wird (S104: NEIN), wird S103 wiederholt. Bei jeder Ausführung von S104 wird ein Mikro-Schrittantrieb des Schrittwinkels ΔΘe für die Zeitdauer Ts durchgeführt. Demnach wird die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 kontinuierlich angepasst. Wenn der Anpassungsbefehl durch das Handhabungselement 62 oder 63 gestoppt wird (S104: JA), wird S105 ausgeführt. Bei S105 wird überprüft, ob der gegenwärtige elektrische Winkel an einem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist. Dieser Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist aus den bestimmten elektrischen Stabilisierungspunkten Θes, welche in 6 gezeigt sind, gewählt. Der bestimmte elektrische Stabilisierungspunkt Θes ist der elektrische Stabilisierungspunkt Θe (7), an welchem die magnetische Anziehungskraft, welche das Haltemoment vorsieht zwischen dem Stabilisierungs-Pol-Zähnen 441a, 442a und dem Rotormagnet 43 vorgesehen ist, wenn die Antriebssignale an jede Phasenspule 443, 453 angelegt sind. Beispielsweise ist der spezifische elektrische Stabilisierungspunkt Θes der Nullpunkt (0 Grad) des elektrischen Stabilitätspunkts Θe und andere elektrische Winkel, welche bei jedem 180 Grad Intervall von dem Nullpunkt sind. Aus diesem Grund wird bei S105 der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet auf den elektrischen Stabilitätspunkt Θes gesetzt, welcher am nächsten zu dem gegenwärtigen elektrischen Winkel in der Richtung von einer elektrischen Winkeländerung, welche beim unmittelbar vorangehenden Schritt S103 getätigt wurde, ist.
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Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel noch nicht dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet gleich ist (S105: NEIN), wird S106 in der ähnlichen Art und Weise wie bei S103 ausgeführt. Das heißt, der Mikro-Schrittantrieb wird durchgeführt, so dass der elektrische Winkel um einen Schrittwinkel ΔΘe pro Zeitdauer Ts geändert wird. Nachfolgend wird S107 ausgeführt, um zu überprüfen, ob der gegenwärtige elektrische Winkel dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet gleich ist. Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel noch nicht gleich zu dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist (S107: NEIN), wird S106 wiederholt, um den Mikro-Schrittantrieb mit dem Schrittwinkel ΔΘe pro Zeitdauer Ts durchzuführen. Demnach wird, wenn der Mikro-Schrittantrieb wie angezeigt als ein mit Energie versorgter oder angetriebener Drehmodus MS, welcher in 10A gezeigt ist, durchgeführt wird, die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 kontinuierlich angepasst. Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet gleich ist (S107: JA), wird S108 ausgeführt. Bei S108 werden die Antriebssignale für die Phasenspulen 443 und 453 gestoppt.
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Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel an einem Punkt ist, welcher um einen Schrittwinkel ΔΘe vor dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist (d. h. bei einer Winkelposition Θb in 10A), ist, wenn S105 ausgeführt wird, das Zeitintervall von S106 des Mikro-Schrittantriebs bis S108 durch S107 im Wesentlichen gleich zu der vorbestimmten Zeitdauer Ts. D. h., dass, nachdem der elektrische Winkel einen Punkt erreicht, welcher um einen Schrittwinkel ΔΘe vor dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist, das Antriebssignal für eine weitere Zeitdauer Ts fortgesetzt angelegt wird und dann bei dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet gestoppt wird. Durch dieses Stoppen des Anlegens des Antriebssignals dreht sich der Rotor 41 des Schrittmotors 40 durch die Trägheit in dem Trägheitsdrehmodus in Richtung des mechanischen Stabilisierungspunkts Θm, welcher von dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet der Anlegestopp-Zeit am nächsten zu den Stabilisierungs-Pol-Zähnen 441a, 442a ist, wie in 7 gezeigt ist. Der Rotor 41 stoppt demnach bei oder in der Nähe des mechanischen Stabilisierungspunkts Θm.
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Wenn das Befehlssignal, welches die Betätigung des Handhabungselements 62 oder 63 anzeigt, für weniger als die Grenzwert-Zeitdauer Tth fortgesetzt wird (S102: NEIN), wird bestimmt, dass der Befehl der Nach-Oben-Anpassung oder der Nach-Unten-Anpassung eine Feinanpassung der Displayposition der virtuellen Abbildung 36 angibt. In diesem Fall wird S109 folgend auf S102 ausgeführt. Bei S109 wird das Antriebssignal, welches an die Phasenspule 443, 453 angelegt wird, wie in 10B gezeigt ist, gesteuert, so dass der Schrittmotor 40 angetrieben wird, um eine Vollschrittdrehung durchzuführen. Das heißt, das Antriebssignal wird um 90 Grad geändert, welches ein Vollschritt-Winkel eines Vollschritts in der nach oben oder der nach unten gerichteten Richtung, von dem gegenwärtigen elektrischen Winkel, d. h. dem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe zu dem nächsten elektrischen Stabilisierungspunkt Θe ist. Als ein Ergebnis wird der Reflexionsspiegel 32 angetrieben, so dass er sich in Übereinstimmung mit einer Änderung in dem elektrischen Winkel des Schrittmotors 40 dreht, so dass die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 in Übereinstimmung mit einer Kurzzeit-Betätigung des Handhabungselements 62 oder 63 fein angepasst bzw. abgestimmt wird.
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Wie in 9 gezeigt ist, wird bei S110, folgend auf S109 überprüft, ob der gegenwärtige elektrische Winkel, welcher erreicht ist, der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet ist. Der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet wird auf einen der elektrischen Stabilisierungspunkte Θes gesetzt, welcher unter den mehreren elektrischen Stabilitätspunkten Θes, welche die magnetischen Anziehungskräfte für das Haltemoment vorsehen, am nächsten zu dem gegenwärtigen elektrischen Winkel in der Richtung der elektrischen Winkeländerung ist, welche durch den unmittelbar vorangehenden S109 getätigt wurde. Dies ist ähnlich zu S105.
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Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel den Ziel-Stabilitätspunkt Θet nicht erreicht (S110: NEIN), wird S109 ausgeführt, um den Vollschritt-Antrieb von 90 Grad durch ein Anlegen des Antriebssignals an die Phasenspulen 443 und 453 durchzuführen, wie durch den Pfeil MS angezeigt ist. Wenn der gegenwärtige elektrische Winkel den Ziel-Stabilisierungspunkt Θet erreicht, wird S108 ausgeführt, um das Anlegen des Antriebssignals an 443 und 453 zu stoppen. Wenn bei S105 bestimmt wird, dass der gegenwärtige elektrische Winkel den Ziel-Stabilisierungspunkt Θet erreicht hat, wird S108 auch ausgeführt, um das Anlegen des Antriebssignals an die Spulen 443 und 453 zu stoppen. Demnach tätigt, wenn das Anlegen des Antriebssignals folgend auf S110 und S105 gestoppt ist, der Rotor 41 des Schrittmotors 40 die Trägheitsdrehung in Richtung des Stabilitätspunkts Θm, welcher am nächsten zu den Pol-Zähnen 441a und 442a ist, und stoppt bei oder in der Nähe des mechanischen Stabilitätspunkts Θm. Wie in 9 gezeigt ist, wird nach S108 zum Stoppen des Anlegens des Antriebssignals die Antriebssignal-Steuerverarbeitung von S101 wiederholt, bis der maschinelle Schalter ausgeschaltet wird.
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(Betrieb)
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In der HUD-Vorrichtung 1 fährt, wenn die Eingabe des Anpassungsbefehls, welcher durch eine langzeitige oder kurzzeitige Drück-Handhabung erzeugt wird, gestoppt ist, das Steuersystem 70 fort, das Antriebssignal an den Schrittmotor 40 anzulegen, bis der elektrische Winkel den Ziel-Stabilisierungspunkt Θet unter den elektrischen Stabilisierungspunkten Θe erreicht, bei welchem der Motorbetrieb elektrisch durch das Haltemoment stabilisiert wird. Der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet wird basierend auf den Stabilitäts-Pol-Zähnen 441a und 442a der A-Phase gesetzt, deren magnetische Anziehungskraft, die relativ zu dem Rotormagnet 43 des Rotors 41 vorgesehen ist, um das Rastmoment vorzusehen, wenn keine Leistung zugeführt wird, wird, größer ist als diejenige der Pol-Zähne der B-Phase. Das heißt, der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet wird auf einen der elektrischen Stabilisierungspunkte Θes gesetzt, bei welchen die magnetische Anziehungskraft zum Vorsehen des Haltemoments zwischen den Stabilisierungs-Pol-Zähnen 441a, 442a und dem Rotormagnet 43 erzeugt wird, wenn sie mit Energie versorgt werden. Als ein Ergebnis wird die Phasendifferenz zwischen dem mechanischen Stabilisierungspunkt Θm, bei welchem das Rastmoment durch die große magnetische Anziehungskraft der Stabilisierungs-Pol-Zähne 441a und 442a vorgesehen ist, wenn sie nicht mit Energie versorgt werden, relativ zu dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet verringert, bei welchem das Haltemoment durch die Stabilisierungs-Pol-Zähne 441a und 442a vorgesehen ist, wenn sie mit Energie versorgt werden. Auch wenn die forgesetzte Anwendung des Antriebssignals gestoppt wird, nachdem der Ziel-Stabilisierungspunkt Θet erreicht ist, ist ein Trägheitsdrehbetrag ΔΘm (gezeigt in 7) des Rotors 41 in Richtung des mechanischen Stabilisierungspunkts Θm, welcher unmittelbar den Stabilisierungs-Pol-Zähnen 441a und 442a vorangeht, verringert, so dass er klein ist. Hinsichtlich der Displayposition der virtuellen Abbildung 36, welche durch ein Antreiben des Reflexionsspiegels 32, so dass er durch den Schrittmotor 40 gedreht wird, angepasst wird, ist der Betrag der Abweichung von der Position, welche dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet entspricht, minimiert. Demnach wird die Zuverlässigkeit des Displays der virtuellen Abbildung der Fahrzeuginformationen verbessert.
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In der HUD-Vorrichtung 1 stoppt, wenn die Eingabe des Anpassungsbefehls, welcher durch eine langzeitige oder eine kurzzeitig drückende Handhabung gestoppt wird, das Steuersystem 70 ein Anlegen des Antriebssignals an den Schrittmotor 40 zu der Zeit, zu der der elektrische Winkel den Ziel-Stabilisierungspunkt Θet erreicht und der Rotor 41 sich durch die Trägheit dreht. Demnach kann der Rotor 41 kontinuierlich in Richtung der Seite des mechanischen Stabilisierungspunkts Θm gedreht werden ohne ein Stoppen bei dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet. Der Trägheitsdrehbetrag ΔΘm zwischen dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θe und dem mechanischen Stabilisierungspunkt Θm kann verringert werden, so dass er gemäß der oben beschriebenen Konfiguration und Betrieb gering ist. Die Displayposition der virtuellen Abbildung 36 kann kontinuierlich durch ein Kreuzen der Position, welche dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet entspricht, angepasst werden. Weiterhin kann die Drehbetrag von solch einer entsprechenden Position verringert werden. Die Fahrzeuginformationen können demnach virtuell mit einer hohen Zuverlässigkeit angezeigt werden.
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In der HUD-Vorrichtung 1 bilden die Statoren 44 und 45 die Magnetkreise, beispielsweise die Magnetkreise MC im Fall einer Zeit der Nichtenergieversorgungszeit, mit jeweils den magnetischen Teilen 441, 442, 46 und den magnetischen Teilen 451, 452, 46 und den Luftspalten 444 und 445. Mit diesen Magnetkreisen sehen die Statoren 44 und 45 die magnetischen Anziehungskräfte jeweils zwischen dem Rotormagnet 43 und den Pol-Zähnen 441a, 442a und den Pol-Zähnen 451a, 452a vor. Da sich die Anzahl von Luftspalten 444 und 445 zwischen den Statoren 44 und 45 ändert, unterscheiden sich auch die magnetischen Widerstände der jeweiligen Magnetkreise. Demnach unterscheiden sich die magnetischen Anziehungskräfte, welche zwischen dem Rotormagnet 43 und den Pol-Zähnen 441a, 442a und zwischen dem Rotormagnet 43 und den Pol-Zähnen 441a, 442a erzeugt werden. Als ein Ergebnis ist sichergestellt, dass die größere magnetische Anziehungskraft, welche relativ zu dem Rotormagnet 43 erzeugt wird, um das Rastmoment vorzusehen, wenn keine Energieversorgung erfolgt, durch die Stabilisierungs-Pol-Zähne 441a, 442a der A-Phase erzeugt wird als durch die Stabilisations-Pol-Zähne 441a, 442a der B-Phase. Durch die kleine Phasendifferenz, welche durch die Stabilisierungs-Pol-Zähne 441a und 442a zwischen den Ziel-Stabilisierungspunkten Θet und dem mechanischen Stabilisierungspunkt Θm vorgesehen ist, kann der Änderungsbetrag in der Displayposition der virtuellen Abbildung 36 von der Position, welche dem Ziel-Stabilisierungspunkt Θet entspricht sicher verwendet werden. Die Fahrzeuginformationen können demnach virtuell und mit hoher Zuverlässigkeit angezeigt werden.
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In der HUD-Vorrichtung
1 ist der Abstand zwischen den bestimmten elektrischen Stabilisierungspunkten Θes, welche als die Ziel-Stabilisierungspunkte Θet gesetzt werden, zweimal so groß wie diejenigen zwischen irgendwelchen benachbarten zweien der elektrischen Stabilisierungspunkte Θe. Die Auflösungskraft in der Drehrichtung der Motorwelle
42 ist verringert, so dass sie eine Hälfte der Auflösungskraft der herkömmlichen Vorrichtung ist, welche in der
JP 2011-207431 A offenbart ist. Es ist jedoch möglich, die Änderungsgeschwindigkeit und die Auflösungskraft der Displayposition der virtuellen Abbildung
36 zu wählen, so dass sie im Allgemeinen gleich zu derjenigen der herkömmlichen Vorrichtung ist, durch ein Verdoppeln des Übersetzungsverhältnisses der Zahnräder
52–
59 des Untersetzungsgetriebemechanismus
50.
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(Andere Ausführungsform)
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Die HUD-Vorrichtung 1 ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie kann in vielen anderen Ausführungsformen implementiert werden.
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Beispielsweise können S102 bis S107 ausgelassen werden und die Antriebssignal-Steuerverarbeitung kann ohne Mikrosteg-Antrieb durchgeführt werden. S102, S109 und S110 können ausgelassen werden und die Antriebssignal-Steuerverarbeitung kann ohne den Vollschritt-Antrieb durchgeführt werden. Die Antriebssignal-Steuerverarbeitung kann abgewandelt werden derart, dass S103 folgend auf S102 durch die kurzzeitige drückende Handhabung ausgeführt wird und S109 folgend auf S102 durch die langzeitig drückende Handhabung bzw. Betätigung ausgeführt wird. Bei S108 kann der angetriebene Zustand durch das Anlegen des Antriebssignals für eine vorbestimmte Zeitdauer vor dem Stoppen des Anlegens des Antriebssignals aufrechterhalten bleiben. Der Schrittmotor 40 kann ein anderer als der Permanentmagnettyp sein, beispielsweise ein Motor eines variablen Reluktanztyps oder dergleichen, solange der Motor eine Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Stabilisierungspunkt Θe, welcher durch das Haltemoment bestimmt ist, und dem mechanischen Stabilisierungspunkt Θm, welcher durch das Rastmoment bestimmt ist, hat. Der Unterschied bzw. die Differenz in den magnetischen Anziehungskräften zwischen den Statoren von unterschiedlichen Phasen kann durch ein Differenzieren von Formen von magnetischen Teilen in den Statoren anstelle des Differenzierens der Anzahl von Luftspalten, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, erreicht werden. Zusätzlich kann die Display-Einheit 20 anders das Flüssigkristall-Paneel sein. Beispielsweise kann es ein EL(Electro Luminescence)-Paneel oder eine Einheit sein, welche eine Lichtemissions-Abbildung durch Anzeigen oder dergleichen vorsieht. Das Projektionsziel, auf welches die Reflexionsabbildung des Reflexionsspiegels projiziert wird, ist nicht auf die Windschutzscheibe beschränkt. Es kann ein Combiner oder dergleichen sein, welcher exklusiv in der HUD-Vorrichtung vorgesehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-207431 A [0002, 0048]
- US 2011/0241596 A1 [0002]
