JP6111940B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」という）に関する。

従来、投射器から投射されて反射鏡により反射された表示光像を、虚像として表示する車両用ＨＵＤ装置が、知られている。このように反射鏡を利用することによれば、車両においてＨＵＤ装置が占有する設置スペースを小さくすることが、可能となる。

このような車両用ＨＵＤ装置の一種として特許文献１には、反射鏡の光学位置を調整するためにステッピングモータから回転を出力させ、さらに当該回転を減速ギア機構により減速させて反射鏡へと伝達するものが、開示されている。具体的に特許文献１の車両用ＨＵＤ装置では、ステッピングモータにより反射鏡の光学位置を調整する範囲として、車両ユーザによる虚像の視認を許容する表示範囲と、車両ユーザによる虚像の視認を規制するリセット範囲とが、互いに連続して設定されている。ここでリセット範囲では、減速ギア機構に設けられたストッパ機構の働きにより、表示範囲とは反対側端にて反射鏡の回転が止められるようになっている。

特開２０１１−２０９６１７号公報

さて、一般に車両用ＨＵＤ装置では、ステッピングモータから反射鏡に至る回転伝達経路において、回転要素の位置が車両振動等の外乱により、ずれることが懸念される。

そこで、本発明者は、特許文献１の如き車両用ＨＵＤ装置において帰零方向の回転をステッピングモータから出力させることで、リセット範囲のうち表示範囲とは反対側端の零位置を検出することを、鋭意研究してきた。こうした零位置の検出によれば、当該検出後に、帰零方向とは反対側へ向かう離零方向の回転をステッピングモータから出力させることで、表示範囲のうち零位置を基準とした初期位置へと正確に、反射鏡の光学位置を調整できる。さらに初期位置の調整後にも、車両ユーザからの指令に応じた回転をステッピングモータから出力させることで、表示範囲のうち零位置を基準とした指令位置へと正確に、反射鏡の光学位置を調整できる。

しかし、零位置を検出して初期位置を調整するには、リセット範囲において回転方向を切り替えてから、反射鏡の光学位置を表示範囲まで変化させる必要がある。そのため、初期位置が決まるまでの所要時間が長くなり、車両ユーザに不快感を与えるおそれがあった。また、零位置の検出は、反射鏡の光学位置をストッパ機構により止めながら行うことになるため、ステッピングモータが脱調するのに伴って減速ギア機構の構成ギア同士が暴れて、異音が発生することによっても、車両ユーザに不快感を与えるおそれがあった。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両用ＨＵＤ装置の利用における快適性を向上させることにある。

そこで、第一の発明は、表示光像（６）を投射する投射器（２０）と、投射器から投射された表示光像を反射する反射鏡（３２）を、回転可能に有し、当該反射鏡により反射された表示光像を、虚像として表示させる光学系（３０）と、反射鏡の光学位置（Ｐｏ）を調整するための回転を出力するステッピングモータ（４０）と、複数のギア（５２〜５９）からなり、ステッピングモータから出力されて反射鏡へ伝達される回転を、減速する減速ギア機構（５０）と、ステッピングモータの回転を制御する制御系（７０）とを、備え、光学位置を調整する範囲として、車両ユーザ（５）による虚像の視認を許容する表示範囲（ΔＰｏｄ）と、車両ユーザによる虚像の視認を規制するリセット範囲（ΔＰｏｌ）とが、互いに連続して設定される車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、リセット範囲のうち表示範囲とは反対側端の零位置（Ｐｏｚ）において、光学位置を止めるストッパ機構（５３０）を、さらに備え、制御系は、帰零方向（Ｄｘ）の回転をステッピングモータから出力させることにより、零位置を検出する零検出手段（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）と、零位置の検出後、帰零方向とは反対側へ向かう離零方向（Ｄｙ）の回転をステッピングモータから出力させることにより、表示範囲のうち零位置を基準とした初期位置（Ｐｏｉ）に光学位置を調整する初期調整手段（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、初期位置の調整後、車両ユーザからの指令に応じた回転をステッピングモータから出力させることにより、表示範囲のうち零位置を基準とした指令位置（Ｐｏｏ）に光学位置を調整するユーザ調整手段（Ｓ１０７〜Ｓ１１０）とを、有し、零検出手段は、ステッピングモータの回転速度をユーザ調整手段よりも高く設定すると共に、ステッピングモータの出力トルクをユーザ調整手段よりも小さく設定し、初期調整手段は、ステッピングモータの回転速度をユーザ調整手段よりも高く設定することを特徴とする。

この発明によると、零位置を検出して初期位置を調整する際には、指令位置の調整時よりもステッピングモータの回転速度が高くなるので、初期位置が決まるまでの所要時間を短縮できる。それと共に、反射鏡の光学位置をストッパ機構により止めながら、零位置を検出する際には、指令位置の調整時よりもステッピングモータの出力トルクが小さくなる。故に、ステッピングモータから反射鏡へ小さな出力トルクが伝達されることになる回転伝達経路では、ステッピングモータが脱調するのに伴って減速ギア機構の噛合ギア同士が暴れても、その暴れを小さくして異音を低減できる。こうした時間短縮作用並びに異音低減作用によれば、車両ユーザに不快感を与えることを回避して、車両用ＨＵＤ装置の利用における快適性を向上可能となる。

また、第二の発明において零検出手段は、ステッピングモータへ印加する駆動信号の電気角を、光学位置の調整範囲全域（ΔＰａ）に相当する分、変化させる。

この発明によると、零位置を検出する際、ステッピングモータへ印加する駆動信号の電気角変化量は、反射鏡の光学位置の調整範囲全域に相当する分となる。これによれば、反射鏡がいずれの光学位置にあっても、零位置への到達を確実にして、当該零位置を正確に検出できるので、当該零位置に基づく初期位置及び指令位置の調整も正確なものとなし得る。故に、初期位置乃至は指令位置の調整が不正確となって車両ユーザに不快感を与える事態、即ち快適性の低下を招く事態を、回避可能となる。また特に、零位置からのずれが検出開始時より小さい場合には、反射鏡の光学位置がストッパ機構により早期に止められる一方、ステッピングモータの電気角が変化し続けることで、脱調は繰り返されながら零位置が検出され得る。このとき、小さな出力トルクが設定される車両用ＨＵＤ装置によれば、ステッピングモータの脱調毎に異音を低減できるので、快適性の向上に貢献可能となる。

一実施形態による車両用ＨＵＤ装置の概略的構成を示す構成図である。 図１の車両用ＨＵＤ装置による虚像の表示状態を示す模式図である。 図１に示す反射鏡の光学位置について説明するための模式図である。 図１のステッピングモータ及び減速ギア機構を示す拡大断面図である。 図１のステッピングモータ及び減速ギア機構を示す拡大斜視図である。 図１のステッピングモータへ印加される駆動信号について説明するための特性図である。 図４における減速ギア機構のストッパギア部を示す平面図である。 図６に示す駆動信号の電気角制御について説明するための特性図である。 図６に示す駆動信号の電気角制御について説明するための特性図である。 図６に示す駆動信号の電気角制御について説明するための特性図である。 図１の表示制御回路が実行する制御フローを示すフローチャートである。 図１１の変形例を示すフローチャートである。 図３の変形例を示す模式図である。 図３の変形例を示す模式図である。 図３の変形例を示す模式図である。 図１１の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態として車両に搭載される車両用ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、ハウジング１０、投射器２０、光学系３０、ステッピングモータ４０、減速ギア機構５０、指令スイッチ６０及び制御系７０を備えている。

中空状のハウジング１０は、車両のインストルメントパネル２に設置され、車両用ＨＵＤ装置１の他の要素２０，３０，４０，５０等を収容している。ハウジング１０は、車両の運転席前方に固定されたウインドシールド４と上下方向にて対向する箇所に、透光性の出射窓１４を有している。

投射器２０は、本実施形態では透過照明式の液晶パネル又は有機ＥＬパネルであり、表示画面２２を有している。投射器２０は、内蔵のバックライト（図示しない）により表示画面２２が透過照明されることで、当該画面２２に表示される光像６を投射する。ここで、投射器２０の表示光像６は、車両運転乃至は車両状態に関連した車両関連情報、例えば図２に示す如き車速情報及びナビゲーション情報等を、報知する画像である。勿論、投射器２０の表示光像６としては、燃料残量情報、冷却水温度情報等の物理量情報や、交通状況情報、安全状況情報等の車外状況情報を、報知する画像であってもよい。

図１に示すように光学系３０は、反射鏡３２を含む複数の光学部材（反射鏡３２以外は図示していない）から、構成されている。反射鏡３２は、本実施形態では凹面鏡であり、滑らかな曲面状に凹んだ反射面３４を有している。反射鏡３２は、投射器２０から反射面３４へ直接的乃至は間接的に入射される表示光像６を拡大して、出射窓１４側へと反射する。反射鏡３２により反射された表示光像６は、出射窓１４を通じてウインドシールド４に投影されることで、車両の当該シールド４の前方に結像される。その結果、投射器２０の表示光像６により指示される車両関連情報は、車両内にて運転席上の車両ユーザ５により視認される虚像として、図２の如く表示される。

図１に示すように反射鏡３２は、ハウジング１０により回転可能に支持された回転軸３８を、有している。回転軸３８の回転により反射鏡３２の光学位置Ｐｏが当該軸３８まわりに調整されることで、図２の如く表示光像６の虚像位置Ｐｖが車両の上下方向に移動する。ここで、図２に実線で示す虚像位置Ｐｖは、車両ユーザ５により表示光像６の視認が可能となる下方の限界位置Ｐｖｌである。また一方、図２に破線で示す虚像位置Ｐｖは、車両ユーザ５により表示光像６の視認が可能となる上方の限界位置Ｐｖｕである。そこで反射鏡３２には、限界位置Ｐｖｌ，Ｐｖｕ間に対応する光学位置Ｐｏの調整範囲として、図３に示す表示範囲ΔＰｏｄが設定されることで、当該範囲ΔＰｏｄ内では、車両ユーザ５による表示光像６の視認が許容されている。

それと共に反射鏡３２には、表示範囲ΔＰｏｄを挟む光学位置Ｐｏの調整範囲として、図３に示すリセット範囲ΔＰｏｌ，ΔＰｏｕが設定されることで、それら各範囲ΔＰｏｌ，ΔＰｏｕ内では、車両ユーザ５による表示光像６の視認が規制されている。具体的にロアリセット範囲ΔＰｏｌは、表示範囲ΔＰｏｄの両端のうち下方限界位置Ｐｖｌに対応する一端と、連続している。かかるロアリセット範囲ΔＰｏｌの両端のうち表示範囲ΔＰｏｄと反対側端には、零位置Ｐｏｚが設定されている。また一方でアッパリセット範囲ΔＰｏｕは、表示範囲ΔＰｏｄの両端のうち上方限界位置Ｐｖｕに対応する他端と、連続している。かかるアッパリセット範囲ΔＰｏｕの両端のうち表示範囲ΔＰｏｄとは反対側端には、リターン位置Ｐｏｒが設定されている。以上の構成により、光学位置Ｐｏの調整範囲全域ΔＰａは、零位置Ｐｏｚからリターン位置Ｐｏｒに跨る範囲（即ち、ΔＰｏｌ＋ΔＰｏｄ＋ΔＰｏｕ）に一致している。

図４，５に示すようにステッピングモータ４０は、本実施形態ではクローポール構造の永久磁石型モータである。ステッピングモータ４０は、ケーシング４６、回転子４１及び固定子４４，４５を有している。中空状のケーシング４６は、ハウジング１０（図１参照）により保持され、ステッピングモータ４０の他の要素４１，４４，４５を収容している。回転子４１は、モータ軸４２の外周部にマグネットロータ４３を組み付けてなる。モータ軸４２は、ケーシング４６により回転可能に支持されている。本実施形態のモータ軸４２は、図５に示す帰零方向Ｄｘと離零方向Ｄｙとに、回転する。図４に示すように、マグネットロータ４３は、相反する磁極をそれぞれ複数ずつ、永久磁石により形成している。

二相の固定子４４，４５は、回転子４１の外周側にてケーシング４６により保持されている。Ａ相の固定子４４は、磁性ヨーク４４１，４４２及びコイル４４３を有し、またＢ相の固定子４５は、磁性ヨーク４５１，４５２及びコイル４５３を有している。Ａ相において磁性ヨーク４４１，４４２と同軸上に配置されるコイル４４３と、Ｂ相において磁性ヨーク４５１，４５２と同軸上に配置されるコイル４５３とは、軸方向に互いにずれている。以上の構成によりステッピングモータ４０は、Ａ，Ｂ各相のコイル４４３，４５３が駆動信号の印加を受けて励磁することで、マグネットロータ４３と共にモータ軸４２を回転させる。

ここで、Ａ相のコイル４４３へ印加される駆動信号は、図６に太実線グラフで示す如く電気角に応じて電圧振幅Ｖを交番させる余弦関数に、従うものとされる。また一方、Ｂ相のコイル４５３へ印加される駆動信号は、図６に細実線グラフで示す如く電気角に応じて電圧振幅Ｖを交番させる正弦関数に、従うものとされる。こうした駆動信号の印加によりステッピングモータ４０においては、実質９０度の電気角毎に電気安定点θｓが現出する。尚、以下の説明では、Ａ，Ｂ各相のコイル４４３，４５３へ印加する駆動信号を、単に「駆動信号」という。

図４に示すように減速ギア機構５０は、ケーシング４６内にて複数のギア５２〜５９を直列に噛合させてなる。具体的に初段ギア５２は、モータ軸４２に形成されている。第一アイドラギア５３と第一ピニオンギア５４とは、ケーシング４６により一体回転可能に支持されている。第一アイドラギア５３は、初段ギア５２に噛合することで、モータ軸４２の回転を減速して第一ピニオンギア５４に伝達する。第二アイドラギア５５と第二ピニオンギア５６とは、ケーシング４６により一体回転可能に支持されている。第二アイドラギア５５は、第一ピニオンギア５４に噛合することで、当該ギア５４の回転をさらに減速して第二ピニオンギア５６に伝達する。第三アイドラギア５７と第三ピニオンギア５８とは、ケーシング４６により一体回転可能に支持されている。第三アイドラギア５７は、第二ピニオンギア５６に噛合することで、当該ギア５６の回転をさらに減速して第三ピニオンギア５８に伝達する。最終段ギア５９は、回転軸３８（図４，５参照）に形成されて第三ピニオンギア５８と噛合することで、当該ギア５８の回転をさらに減速して反射鏡３２に伝達する。

こうした回転伝達経路をなす減速ギア機構５０は、モータ軸４２から出力される帰零方向Ｄｘの回転を、反射鏡３２まで減速伝達することで、当該鏡３２の光学位置Ｐｏを図３の零位置Ｐｏｚ側へと変化させる。また一方で減速ギア機構５０は、帰零方向Ｄｘとは反対側へ向かってモータ軸４２から出力される離零方向Ｄｙの回転を、反射鏡３２まで減速伝達することで、当該鏡３２の光学位置Ｐｏを図３のリターン位置Ｐｏｒ側へと変化させる。

ここで、ギア５２〜５９のうち本実施形態の第一アイドラギア５３には、図７に示すように、部分ギア状のストッパギア部５３０が設けられている。具体的にストッパギア部５３０は、第一アイドラギア５３のうち回転方向の３６０度未満の領域に形成されており、当該領域内に限って複数の歯５３２が連なっている。こうした構成により、帰零方向Ｄｘの回転がモータ軸４２から出力されるのに応じて、ストッパギア部５３０の一端の歯５３２ｘが初段ギア５２と噛合するときには、反射鏡３２の光学位置Ｐｏが零位置Ｐｏｚにおいて止められる。また一方、離零方向Ｄｙの回転がモータ軸４２から出力されるのに応じて、ストッパギア部５３０の他端の歯５３２ｙが初段ギア５２と噛合するときには、反射鏡３２の光学位置Ｐｏがリターン位置Ｐｏｒにおいて止められる。以上より、ストッパギア部５３０が「ストッパ機構」として機能する本実施形態では、図３の如く零位置Ｐｏｚからリターン位置Ｐｏｒに跨る調整範囲全域ΔＰａにて、光学位置Ｐｏの調整が可能となっている。

図１に示す指令スイッチ６０は、例えば車両のステアリングハンドル等に設置され、運転席上の車両ユーザ５により操作可能となっている。指令スイッチ６０は、例えばプッシュ式等の二種類の操作部材６２，６３を、有している。具体的にダウン操作部材６２は、表示光像６の虚像位置Ｐｖを下方に移動させるためのダウン調整指令を、車両ユーザ５の操作に応じて受ける。また一方でアップ操作部材６３は、表示光像６の虚像位置Ｐｖを上方に移動させるためのアップ調整指令を、車両ユーザ５の操作に応じて受ける。こうした構成の指令スイッチ６０は、ダウン操作部材６２の操作により入力されるダウン調整指令の指令信号と、アップ操作部材６３の操作により入力されるアップ調整指令の指令信号とを、それぞれ区別して出力する。

制御系７０は、ハウジング１０の内部乃至は外部に、表示制御回路７２を有している。表示制御回路７２は、本実施形態ではマイクロコンピュータを主体に構成された電気回路であり、メモリ７３を内蔵している。表示制御回路７２は、投射器２０、指令スイッチ６０及びコイル４４３，４５３と電気接続されている。表示制御回路７２は、投射器２０からの表示光像６の投射を制御すると共に、指令スイッチ６０から出力される指令信号に応じてステッピングモータ４０の回転を制御する。具体的に、ダウン調整指令の指令信号に応じて表示制御回路７２は、駆動信号の電気角を帰零方向Ｄｘに制御して、反射鏡３２の光学位置Ｐｏを零位置Ｐｏｚ側へと変化させることで、表示光像６の虚像位置Ｐｖを下方に移動させる。また一方、アップ調整指令の指令信号に応じて表示制御回路７２は、駆動信号の電気角を離零方向Ｄｙに制御して、光学位置Ｐｏをリターン位置Ｐｏｒ側へと変化させることで、表示光像６の虚像位置Ｐｖを上方に移動させる。

ここで、表示制御回路７２による駆動信号の電気角制御は、マイクロステップ駆動とパルス幅変調とを組み合わせて行われる。本実施形態のマイクロステップ駆動では、図８〜１０に示すように駆動信号の電気角を、電気安定点θｓの間隔よりも小さな角度ステップΔθにて可変制御する際、一角度ステップΔθ分の変化を生じさせる時間を、制御周期ΔＴとして調整する。その結果、図８の基準制御周期ΔＴｂに対して、図９，１０の補正制御周期ΔＴｃは、例えば半値等に短縮される。また、本実施形態のパルス幅変調では、図８〜１０に示すように各角度ステップΔθ毎に必要な電圧振幅Ｖの変化を与えるように、駆動信号のオンデューティ比Ｒを可変制御する際、当該比Ｒを調整する。その結果、図８，９の基準電圧振幅Ｖｂ及びそれを与える基準オンデューティ比Ｒｂに対して、図１０の補正電圧振幅Ｖｃ及びそれを与える補正オンデューティ比Ｒｃは、各角度ステップΔθ毎に例えば半値等に減少する。尚、図８〜１０では、各角度ステップΔθ毎の電圧振幅Ｖのうち最大振幅に関してのみ、符号Ｖｂ，Ｖｃを付して且つデューティ比Ｒｂ，Ｒｃと関連付けて図示し、最大振幅以外の振幅については、符号Ｖｂ，Ｖｃ及び関連付けの図示を省略している。

こうした電気角制御を行う表示制御回路７２は、図１に示すように、車両のエンジンスイッチ７とも電気接続されている。そこで、表示制御回路７２は、エンジンスイッチ７のオンに応じた光学位置Ｐｏの調整として、ロアリセット範囲ΔＰｏｌにおける零位置Ｐｏｚの検出後、図３に例示の如き初期位置Ｐｏｉを、当該検出位置Ｐｏｚに基づき表示範囲ΔＰｏｄに設定する。また、表示制御回路７２は、ダウン調整指令又はアップ調整指令に応じた光学位置Ｐｏの調整として、図３に例示の如き指令位置Ｐｏｏを、零位置Ｐｏｚに基づき表示範囲ΔＰｏｄに設定する。さらにまた、表示制御回路７２は、エンジンスイッチ７のオフに応じた光学位置Ｐｏの調整として、図３に例示の如き待機位置Ｐｏｗを、零位置Ｐｏｚに基づきロアリセット範囲ΔＰｏｌに設定する。尚、以下では、零位置Ｐｏｚを検出するモードを「零検出モード」、初期位置Ｐｏｉを調整するモードを「初期調整モード」、指令位置Ｐｏｏを調整するモードを「ユーザ調整モード」、待機位置Ｐｏｗを調整するモードを「待機調整モード」という。

以下、表示制御回路７２がコンピュータプログラムに従って実行する駆動信号の制御フローにつき、図１１を参照しつつ詳細に説明する。尚、本制御フローは、エンジンスイッチ７がオンされるのに応じて開始され、当該開始後の実行中は、表示制御回路７２による表示光像６の投射制御が随時行われるようになっている。

制御フローのＳ１０１では、零検出モードとして、モータ軸４２を帰零方向Ｄｘへ回転させる。このとき、図１０に示すように本実施形態では、補正制御周期ΔＴｃにてステップさせるマイクロステップ駆動と、補正オンデューティ比Ｒｃでのパルス幅変調とにより、駆動信号の電気角を制御する。即ち、基準制御周期ΔＴｂよりも短縮された制御周期ΔＴｃと、基準オンデューティ比Ｒｂよりも減少して補正電圧振幅Ｖｃを与えるオンデューティ比Ｒｃとを、採用する。これにより、後に詳述するユーザ調整モードでの基準値と比較して、ステッピングモータ４０の回転速度は高くなると共に、ステッピングモータ４０の出力トルクは小さくなる。

こうしたＳ１０１に続くＳ１０２では、零検出モード開始からの電気角変化量が、光学位置Ｐｏの調整範囲全域ΔＰａに相当する分と一致したか否かを、判定する。その結果として不一致判定が下される間は、Ｓ１０１に戻ることで、モータ軸４２の回転が帰零方向Ｄｘへ向かって継続される。これに対して一致判定が下されると、零位置Ｐｏｚは検出されたとして、モータ軸４２の回転を止めてからＳ１０３に移行する。

Ｓ１０３では、直近のＳ１０１により制御された電気角を、検出された零位置Ｐｏｚに対応する零点θｚとして、メモリ７３に記憶する。以上、Ｓ１０１〜Ｓ１０３の実行により零検出モードは完了する。尚、Ｓ１０１〜Ｓ１０３の実行による零検出モード中は、表示光像６の虚像表示が消えるようになっている。

このようして零検出モードが終了した直後のＳ１０４では、初期調整モードとして、モータ軸４２を離零方向Ｄｙへ回転させる。このとき、図９に示すように本実施形態では、補正制御周期ΔＴｃにてステップさせるマイクロステップ駆動と、基準オンデューティ比Ｒｂでのパルス幅変調とにより、駆動信号の電気角を制御する。即ち、基準制御周期ΔＴｂよりも短縮された制御周期ΔＴｃと、基準電圧振幅Ｖｂを与えるオンデューティ比Ｒｂとを、採用する。これにより、後に詳述するユーザ調整モードでの基準値と比較して、ステッピングモータ４０の出力トルクは等しくなるが、ステッピングモータ４０の回転速度は高くなる。

こうしたＳ１０４に続くＳ１０５では、初期調整モード開始からの電気角変化量が、零位置Ｐｏｚから初期位置Ｐｏｉまでに相当する分と一致したか否かを、判定する。その結果として不一致判定が下される間は、Ｓ１０４に戻ることで、モータ軸４２の回転が離零方向Ｄｙへ向かって継続される。これに対して一致判定が下されると、メモリ７３に記憶の零点θｚに対応した零位置Ｐｏｚに基づき、光学位置Ｐｏが初期位置Ｐｏｉまで調整されたとして、モータ軸４２の回転を止めてからＳ１０６に移行する。

Ｓ１０６では、直近のＳ１０４により制御された電気角を、調整された初期位置Ｐｏｉに対応する初期点θｉとして、メモリ７３に記憶する。したがって、直近のＳ１０５の判定にて調整目標とされる初期位置Ｐｏｉは、前回の制御フローの実行時にメモリ７３に記憶された初期点θｉの対応位置となる。以上、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の実行により初期調整モードは完了する。尚、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の実行による初期調整モード中は、表示光像６の虚像表示が消え、当該モードが終了すると、表示光像６の虚像表示が開始されるようになっている。

こうして初期調整モードが終了した直後のＳ１０７では、ユーザ調整モードとして、エンジンスイッチ７のオンオフを判定する。その結果、オン判定が下された場合には、Ｓ１０８へ移行する。

Ｓ１０８では、ダウン調整指令又はアップ調整指令が入力されるのを待つ。その結果、ダウン調整指令が入力されると、Ｓ１０９では、当該指令に応じた帰零方向Ｄｘへモータ軸４２を回転させる。また一方、アップ調整指令が入力されると、Ｓ１０９では、当該指令に応じた離零方向Ｄｙへモータ軸４２を回転させる。これらいずれの場合でも、図８に示すように本実施形態では、基準制御周期ΔＴｂにてステップさせるマイクロステップ駆動と、基準オンデューティ比Ｒｂでのパルス幅変調とにより、駆動信号の電気角を制御する。即ち、補正制御周期ΔＴｃよりも延長された基準制御周期ΔＴｂと、補正オンデューティ比Ｒｃよりも増大したオンデューティ比Ｒｂとを、採用する。これにより、ステッピングモータ４０の回転速度は、零検出モード及び初期調整モードよりも低い基準時となると共に、ステッピングモータ４０の出力トルクは、零検出モードよりも大きく且つ初期調整モードと等しい基準値となる。

こうしたＳ１０９に続くＳ１１０では、先の初期調整モード開始からの電気角変化量が、零位置Ｐｏｚから指令位置Ｐｏｏに相当する分と一致したか否かを、判定する。ここで指令位置Ｐｏｏは、一回のダウン調整指令又は一回のアップ調整指令に応じて調整すべき目標の光学位置Ｐｏとして、対応する電気角がメモリ７３に予め記憶されている。かかる指令位置Ｐｏｏを目標として不一致判定が下される間は、Ｓ１０９に戻ることで、モータ軸４２の回転が指令に応じた方向へ向かって継続される。これに対して一致判定が下されると、メモリ７３に記憶の零点θｚに対応した零位置Ｐｏｚに基づき、光学位置Ｐｏが指令位置Ｐｏｏまで調整されたとして、モータ軸４２の回転を止めてからＳ１０７に戻る。

以上、Ｓ１０７にてエンジンスイッチ７のオン判定が下される間は、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の実行によりユーザ調整モードが継続され、Ｓ１０７にてエンジンスイッチ７のオフ判定が下されると、当該モードが完了する。尚、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の実行によるユーザ調整モード中は、表示光像６の虚像表示が継続されるようになっている。

さて、Ｓ１０７にてエンジンスイッチ７のオフ判定が下された場合には、待機調整モードのＳ１１１へと移行することで、モータ軸４２を帰零方向Ｄｘへ回転させる。このとき本実施形態では、駆動信号の電気角をＳ１０９と同様に制御する。

こうしたＳ１１１に続くＳ１１２では、先の初期調整モード開始からの電気角変化量が、零位置Ｐｏｚから待機位置Ｐｏｗまでに相当する分と一致したか否かを、判定する。ここで待機位置Ｐｏｗは、待機調整モードにより調整すべき目標の光学位置Ｐｏとして、対応する電気角がメモリ７３に予め記憶されている。かかる待機位置Ｐｏｗを目標として不一致判定が下される間は、Ｓ１１１に戻ることで、モータ軸４２の回転が帰零方向Ｄｘへ向かって継続される。これに対して一致判定が下されると、メモリ７３に記憶の零点θｚに対応した零位置Ｐｏｚに基づき、光学位置Ｐｏが待機位置Ｐｏｗまで調整されたとして、モータ軸４２の回転を止めてから、待機調整モードと共に本制御フローを終了させる。尚、Ｓ１１１〜Ｓ１１２の実行による待機調整モード中は、表示光像６の虚像表示が消えるようになっている。
（作用効果）
以上説明した車両用ＨＵＤ装置１の作用効果を、以下に説明する。

車両用ＨＵＤ装置１によると、零位置Ｐｏｚを検出して初期位置Ｐｏｉを調整する際には、指令位置Ｐｏｏの調整時よりもステッピングモータ４０の回転速度が高くなるので、初期位置Ｐｏｉが決まるまでの所要時間を短縮できる。それと共に、反射鏡３２の光学位置Ｐｏをストッパギア部５３０により止めながら零位置Ｐｏｚを検出する際には、指令位置Ｐｏｏの調整時よりもステッピングモータ４０の出力トルクが小さくなる。故に、ステッピングモータ４０から反射鏡３２へ小さな出力トルクが伝達されることになる回転伝達経路では、ステッピングモータ４０が脱調するのに伴って減速ギア機構５０の噛合ギア５２〜５９同士が暴れても、その暴れを小さくして異音を低減できる。こうした時間短縮作用並びに異音低減作用によれば、車両ユーザ５に不快感を与えることを回避して、車両用ＨＵＤ装置１の利用における快適性を向上可能となる。

また、車両用ＨＵＤ装置１によると、零位置Ｐｏｚを検出する際にステッピングモータ４０へ印加される駆動信号の電気角変化量は、反射鏡３２の光学位置Ｐｏの調整範囲全域ΔＰａに相当する分となる。これによれば、反射鏡３２がいずれの光学位置Ｐｏにあっても、零位置Ｐｏｚへの到達を確実にして、当該零位置Ｐｏｚを正確に検出できるので、当該零位置Ｐｏｚに基づく初期位置Ｐｏｉおよび指令位置Ｐｏｏの調整も正確なものとなし得る。故に、初期位置Ｐｏｉ乃至は指令位置Ｐｏｏの調整が不正確となって車両ユーザ５に不快感を与える事態、即ち快適性の低下を招く事態を回避可能となる。また特に、零位置Ｐｏｚからのずれが検出開始時より小さい場合には、反射鏡３２の光学位置Ｐｏがストッパギア部５３０により早期に止められる一方、ステッピングモータ４０の電気角が変化し続けることで、脱調は繰り返されながら零位置Ｐｏｚが検出され得る。このとき、小さな出力トルクが設定される車両用ＨＵＤ装置１によれば、ステッピングモータ４０の脱調毎に異音を低減できるので、快適性の向上に貢献可能となる。

さらに、車両用ＨＵＤ装置１において零位置Ｐｏｚを検出する際、電気安定点θｓの間隔よりも小角度ステップΔθの電気角に可変制御される駆動信号は、ステッピングモータ４０へ流れる実効電流の急変を各角度ステップΔθ毎に抑制できる。これによれば、ステッピングモータ４０の出力トルクが急変するのも抑制できるので、ストッパギア部５３０が反射鏡３２を止めるときの衝撃、又はステッピングモータ４０が脱調するときの衝撃を、緩和し得る。故に、そうした衝撃に起因する異音を低減できるので、快適性の向上に貢献可能となる。

またさらに、車両用ＨＵＤ装置１によると、零位置Ｐｏｚを検出して初期位置Ｐｏｉを調整する際には、電気角可変制御用の制御周期ΔＴを指令位置Ｐｏｏの調整時よりも短縮させた駆動信号が、ステッピングモータ４０へ印加される。かかる制御周期ΔＴの短縮によれば、ステッピングモータ４０の回転速度を正確に高めることができるので、初期位置Ｐｏｉが決まるまでの所要時間を確実に短縮して、快適性の向上に貢献可能となる。

加えて、車両用ＨＵＤ装置１によると、反射鏡３２の光学位置Ｐｏをストッパギア部５３０で止めながら零位置Ｐｏｚを検出する際には、パルス幅変調用のオンデューティ比Ｒを指令位置Ｐｏｏの調整時よりも減少させた駆動信号が、ステッピングモータ４０へ印加される。かかるオンデューティ比Ｒの減少によれば、ステッピングモータ４０の出力トルクを正確に小さくできるので、当該モータ４０の脱調に伴う異音を確実に低減して、快適性の向上に貢献可能となる。

また加えて、車両用ＨＵＤ装置１によると、車両のエンジンスイッチ７のオフに応じて反射鏡３２の光学位置Ｐｏは、検出された零位置Ｐｏｚを基準とすることで、待機位置Ｐｏｗに正確に調整され得る。ここで待機位置Ｐｏｗは、表示光像６の視認を規制するロアリセット範囲ΔＰｏｌにあるので、車両のエンジン停止中は、反射鏡３２により反射された外光が車両ユーザ５の眼に入射して当該ユーザ５が不快に感じる事態を、抑制できる。さらに、エンジンスイッチ７のオンに応じた零位置Ｐｏｚの検出では、ロアリセット範囲ΔＰｏｌ内の待機位置Ｐｏｗから、同範囲ΔＰｏｌ内の零位置Ｐｏｚへ向かって、反射鏡３２が回転することになる。故に零位置Ｐｏｚの検出中は、反射鏡３２により反射された外光が車両ユーザ５の眼に入射することのみならず、当該入射位置の変化に起因して車両ユーザ５の不快感を増大させる事態を、抑制できる。以上によれば、車両用ＨＵＤ装置の利用における快適性を向上可能となる。

尚、ここまでの説明から明らかなように車両用ＨＵＤ装置１では、Ｓ１０１〜Ｓ１０３の零検出モードを実行する表示制御回路７２が「零検出手段」に相当する。また、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の初期調整モードを実行する表示制御回路７２が「初期調整手段」に相当する。さらに、Ｓ１０７〜Ｓ１１０のユーザ調整モードを実行する表示制御回路７２が「ユーザ調整手段」に相当する。またさらに、Ｓ１１１〜Ｓ１１２の待機調整モードを実行する表示制御回路７２が「待機調整手段」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例１としては、図１２に示すように初期調整モードのＳ１０４にて、補正電圧振幅Ｖｃを与える補正オンデューティ比Ｒｃ、即ち基準電圧振幅Ｖｂを与える基準オンデューティ比Ｒｂよりも減少させたオンデューティ比Ｒｃを、採用してもよい。この場合には、零検出モードのＳ１０１と同様にユーザ調整モードの基準値と比較すると、ステッピングモータ４０の出力トルクが小さくなる。

変形例２としては、図１３に示すように、零位置Ｐｏｚとリターン位置Ｐｏｒとを入れ替えてもよい。即ち、アッパリセット範囲ΔＰｏｕのうち表示範囲ΔＰｏｄとは反対側端に零位置Ｐｏｚを設定すると共に、ロアリセット範囲ΔＰｏｌのうち表示範囲ΔＰｏｄとは反対側端にリターン位置Ｐｏｒを設定してもよい。

変形例３としては、図１３，１４に示すように、待機位置Ｐｏｗをアッパリセット範囲ΔＰｏｕ内に設定してもよい。尚、図１３は、変形例２に従って零位置Ｐｏｚとリターン位置Ｐｏｒとを入れ替えた上での変形例３を、示している。また一方で図１４は、零位置Ｐｏｚとリターン位置Ｐｏｒとを上記実施形態のままにした変形例３を、示している。

変形例４としては、図１５に示すように、待機位置Ｐｏｗを表示範囲ΔＰｏｄ内に設定してもよい。この場合、図１６に示すように待機調整モードを実施しないで、エンジンスイッチ７のオフ時における指令位置Ｐｏｏを待機位置Ｐｏｗに設定するよう、Ｓ１１３を実行してもよい。

変形例５としては、アッパリセット範囲ΔＰｏｕ及びロアリセット範囲ΔＰｏｌのうち一方を、設定しなくてもよい。但し、ロアリセット範囲ΔＰｏｌを設定しない場合、変形例２に準じて、アッパリセット範囲ΔＰｏｕのうち表示範囲ΔＰｏｄとは反対側端に零位置Ｐｏｚを設定する。また、ロアリセット範囲ΔＰｏｌを設定しない場合、変形例３に準じて、アッパリセット範囲ΔＰｏｕ内に待機位置Ｐｏｗを設定してもよいし、あるいは変形例４に準じて、表示範囲ΔＰｏｄ内に待機位置Ｐｏｗを設定してもよい。

変形例６としては、零検出モードのＳ１０２において、当該モード開始からの電気角変量が、光学位置Ｐｏの調整範囲全域ΔＰａに相当する角度よりも小さい状態にあっても、零位置Ｐｏｚは検出されたと判断することも可能である。例えば、コイル４４３，４５３に生じる誘導電圧を測定すること等により、光学位置Ｐｏが零位置Ｐｏｚに到達したことを確認することで、当該位置Ｐｏｚの検出を行なってもよい。

変形例７としては、零検出モードのＳ１０１、初期調整モードのＳ１０４、ユーザ調整モードのＳ１０９及び待機調整モードのＳ１１１のうち少なくとも一つにおいて、電気安定点θｓの間隔毎に電気角をステップさせるフルステップ駆動を、採用してもよい。この場合、電気安定点θｓの間隔を上記実施形態の角度ステップΔθに読み替えて、駆動信号の電気角を可変制御する。

変形例８としては、零検出モード、初期調整モード及び待機調整モードのうち少なくとも一つのモードにおいて、表示光像６の虚像表示を行なってもよい。

変形例９としては、駆動信号の制御フローを、エンジンスイッチ７のオンに応じて開始するのに加えて又は代えて、車両ユーザ５からの指令に応じて開始してもよい。

変形例１０としては、反射鏡３２の光学位置Ｐｏを零位置Ｐｏｚにて止めることが可能な「ストッパ機構」であれば、減速ギア機構５０に設けるストッパギア部５３０以外の構造を、採用してもよい。例えば、反射鏡３２を直接係止する構造の「ストッパ機構」を、光学系３０に設けてもよいのである。

変形例１１としては、表示光像６となるレーザ光を微小電気機械システムにより投射するレーザスキャナ、あるいは表示光像６となる可視光又はレーザ光をデジタルミラーデバイスにより投射する映像表示システム等を、投射器２０に採用してもよい。

変形例１２としては、上記実施形態の如く車両のウインドシールド４以外、例えば車両用ＨＵＤ装置１に専用に設けられるコンバイナ等に、表示光像６を投影してもよい。

１ 車両用ＨＵＤ装置、５ 車両ユーザ、６ 表示光像、７ エンジンスイッチ、２０ 投射器、３０ 光学系、３２ 反射鏡、４０ ステッピングモータ、４２ モータ軸、５０ 減速ギア機構、５２〜５９ ギア、６０ 指令スイッチ、７０ 制御系、７２ 表示制御回路、５３０ ストッパギア部、Ｄｘ 帰零方向、Ｄｙ 離零方向、Ｐｏ 光学位置、Ｐｏｉ 初期位置、Ｐｏｏ 指令位置、Ｐｏｗ 待機位置、Ｐｏｚ 零位置、Ｐｖ 虚像位置、Ｖ 電圧振幅、ΔＰｏｄ 表示範囲、ΔＰｏｌ ロアリセット範囲、ΔＰｏｕ アッパリセット範囲、ΔＴ 制御周期、Δθ 角度ステップ、θｓ 電気安定点

Claims (6)

1. 表示光像（６）を投射する投射器（２０）と、
   前記投射器から投射された前記表示光像を反射する反射鏡（３２）を、回転可能に有し、当該反射鏡により反射された前記表示光像を、虚像として表示させる光学系（３０）と、
   前記反射鏡の光学位置（Ｐｏ）を調整するための回転を出力するステッピングモータ（４０）と、
   複数のギア（５２〜５９）からなり、前記ステッピングモータから出力されて前記反射鏡へ伝達される回転を、減速する減速ギア機構（５０）と、
   前記ステッピングモータの回転を制御する制御系（７０）とを、備え、
   前記光学位置を調整する範囲として、車両ユーザ（５）による前記虚像の視認を許容する表示範囲（ΔＰｏｄ）と、前記車両ユーザによる前記虚像の視認を規制するリセット範囲（ΔＰｏｌ）とが、互いに連続して設定される車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記リセット範囲のうち前記表示範囲とは反対側端の零位置（Ｐｏｚ）において、前記光学位置を止めるストッパ機構（５３０）を、さらに備え、
   前記制御系は、
   帰零方向（Ｄｘ）の回転を前記ステッピングモータから出力させることにより、前記零位置を検出する零検出手段（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）と、
   前記零位置の検出後、前記帰零方向とは反対側へ向かう離零方向（Ｄｙ）の回転を前記ステッピングモータから出力させることにより、前記表示範囲のうち前記零位置を基準とした初期位置（Ｐｏｉ）に前記光学位置を調整する初期調整手段（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、
   前記初期位置の調整後、前記車両ユーザからの指令に応じた回転を前記ステッピングモータから出力させることにより、前記表示範囲のうち前記零位置を基準とした指令位置（Ｐｏｏ）に前記光学位置を調整するユーザ調整手段（Ｓ１０７〜Ｓ１１０）とを、有し、
   前記零検出手段は、前記ステッピングモータの回転速度を前記ユーザ調整手段よりも高く設定すると共に、前記ステッピングモータの出力トルクを前記ユーザ調整手段よりも小さく設定し、
   前記初期調整手段は、前記ステッピングモータの回転速度を前記ユーザ調整手段よりも高く設定することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記零検出手段は、前記ステッピングモータへ印加する駆動信号の電気角を、前記光学位置の調整範囲全域（ΔＰａ）に相当する分、変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記零検出手段は、前記ステッピングモータへ印加する駆動信号の電気角を、前記ステッピングモータにおける電気安定点（θｓ）の間隔よりも小さな角度ステップ（Δθ）にて、可変制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記零検出手段及び前記初期調整手段は、前記ステッピングモータへ印加する駆動信号の電気角を可変制御するための制御周期（ΔＴ）を、前記ユーザ調整手段よりも短縮させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記零検出手段は、前記ステッピングモータへ印加する駆動信号をパルス幅変調するためのオンデューティ比（Ｒ）を、前記ユーザ調整手段よりも減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記制御系は、
   前記車両のエンジンスイッチ（７）のオフに応じて、前記帰零方向の回転を前記ステッピングモータから出力させることにより、前記リセット範囲のうち前記零位置を基準とした待機位置（Ｐｏｗ）に前記光学位置を調整する待機調整手段（Ｓ１１１〜Ｓ１１２）を、さらに有し、
   前記零検出手段は、前記エンジンスイッチのオンに応じて、前記零位置を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

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