KR101453193B1

KR101453193B1 - 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101453193B1
Application number: KR1020130011904A
Authority: KR
Inventors: 다츠야 사사키; 히데유키 나카네
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-10-22
Also published as: US20130201540A1; CN103241176A; JP5464222B2; DE102013100838A1; CN103241176B; US9036234B2; KR20130091678A; JP2013161054A

Abstract

본 발명에 따른 HUD 장치(1)는 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치를 조정하는 반사 거울(32)을 회전시키는 스테퍼 모터(40)를 포함한다. 스테퍼 모터(40)는 전기 안정화 지점(θe) 및 기계 안정화 지점(θm)을 갖는다. 제어 시스템(70)은 조정 지시에 따라 스테퍼 모터(40)를 위한 구동 신호를 제어한다. 다른 위상의 폴 치형부(451, 452)보다 큰 자기 인력을 전력 공급되지 않을 때의 회전자(41)에 제공하는 특정된 위상의 폴 치형부(441, 442)가 안정화 폴 치형부로서 설정된다. 제어 시스템(70)은 조정 지시가 정지된 후에도 전기 안정화 지점(θet)에 도달될 때까지 구동 신호를 계속하여 가한다. 타깃 안정화 지점(θet)은 홀딩 토크가 특정된 위상의 안정화 폴 치형부(441, 442)에 의해 제공되는 전기 안정화 지점(θe)으로 설정된다.

Description

차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY DEVICE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

차량을 위한 종래의 헤드-업 디스플레이(HUD: head-up display) 장치에서, 표시된 이미지가 가상 이미지로서 표시될 수 있도록, 디스플레이 유닛에 의해 표시되는 차량 정보 등의 발광 이미지(light-emitted image)가 차량의 윈드실드(windshield) 등의 투영 타깃(projection target) 상으로 투영된다. 제JP 2011-207431A호(제US 2011/0241596 A1호)는 디스플레이 유닛에 의해 제공되는 디스플레이 이미지가 오목 거울 등의 반사 거울(reflection mirror)에 의해 반사되어 투영 타깃 상으로 투영되는 이러한 HUD 장치의 하나의 예를 개시하고 있다. 반사 거울을 사용함으로써, HUD 장치는 차량 내의 제한된 공간 내에 장착될 수 있다.

이러한 HUD 장치에서, 가상 이미지의 디스플레이 위치가 조정될 수 있도록, 스테퍼 모터(stepper motor)가 외부측으로부터의 조정 지시에 대응하는 구동 신호(drive signal)에 따라 반사 거울을 회전시키는 데 사용된다. 이러한 구성에 따르면, 차량 내의 승객(운전자)이 HUD 장치에 위치 조정 지시를 입력함으로써 더 용이하게 관찰 가능한 위치로 차량 정보의 가상 이미지의 위치를 조정하는 것이 가능해진다.

추가로, HUD 장치에서, 스테퍼 모터는 조정 지시의 입력이 정지될 때에 스테퍼 모터가 전기적으로 안정화될 때까지 구동 신호에 의해 계속하여 구동된다. 구동 신호가 전기적인 안정화 지점에 있지 않은 지점에서 정지되면, 스테퍼 모터는 외부 힘 또는 진동의 영향에 따라 탈조(out of phase)되기 쉽다. 구동 신호는 이러한 탈조 문제점을 피하기 위해 잠시 동안 계속하여 가해진다.

HUD 장치에서, 스테퍼 모터가 전력 공급될 때에 발생되는 홀딩 토크(holding torque)에 의해 전기적으로 안정화되는 복수개의 전기 안정화 지점 그리고 스테퍼 모터가 전력 공급되지 않을 때에 제공되는 디텐트 토크(detent torque)에 의해 기계적으로 안정화되는 복수개의 기계 안정화 지점이 서로 일치되는 것으로 가정된다. 이러한 가정 하에서, 스테퍼 모터는 구동 신호가 전기 안정화 지점 후에 정지될 때에도 전기 안정화 지점에 도달될 때까지 구동 신호를 계속하여 가함으로써 안정화된다. 이러한 경우에, 스테퍼 모터는 전기 안정화 지점에서 발생되는 디텐트 토크에 의해 안정화되는 것으로 가정된다.

그러나, 실제의 제품에서, 전기 안정화 지점 및 기계 안정화 지점은 제조 공차 등으로 인해 위상 면에서 상이하다. 결과적으로, 구동 신호가 전기 안정화 지점에서 계속하여 가해지고 그 후에 정지되는 경우에, 스테퍼 모터는 일시적으로 정지되고, 그 다음에 기계 안정화 지점을 향해 회전을 시작한다. 이것은 가상 이미지의 디스플레이 위치가 일단 정지된 후에 재차 이동되게 한다. 이와 같이, 차량 내의 승객은 불안감 그리고 심지어 가상 이미지로서 표시되는 차량 정보의 신뢰성 저하를 느낄 것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 차량 정보의 가상 이미지 표시의 신뢰성을 상승시키는 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

하나의 태양에 따르면, 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치는 디스플레이 유닛, 광학 시스템, 스테퍼 모터 및 제어 시스템을 포함한다. 디스플레이 유닛은 차량 정보의 발광 이미지를 표시한다. 광학 시스템은 발광 이미지의 가상 이미지가 표시되도록 발광 이미지를 반사하여 투영 타깃을 향해 반사된 이미지를 투영하도록 회전 가능하게 제공되는 반사 거울을 포함한다. 스테퍼 모터는 구동 신호에 의해 전력 공급될 때에 가상 이미지의 디스플레이 위치를 조정하기 위해 반사 거울을 회전 구동시킨다. 스테퍼 모터는 모터 동작이 전력 공급될 때에 발생되는 홀딩 토크에 의해 전기적으로 안정화되는 복수개의 전기 안정화 지점 그리고 모터 동작이 전력 공급되지 않을 때에 발생되는 디텐트 토크에 의해 안정화되는 복수개의 기계 안정화 지점을 갖는다. 제어 시스템은 외부측으로부터 입력되는 조정 지시에 따라 스테퍼 모터를 위한 구동 신호를 제어한다.

스테퍼 모터는 폴 치형부(pole teeth)가 사이에서 모터 회전 방향으로 위치 면에서 이동되는 복수개의 위상의 고정자 그리고 폴 치형부에 대해 발생되는 자기 인력에 대응하는 위치로 회전되는 회전자를 갖는다. 복수개의 위상 중 특정된 위상의 폴 치형부는 안정화 폴 치형부로서 설정되고, 전력 공급되지 않을 때에 발생되는 그 자기 인력은 복수개의 위상 중 또 다른 위상보다 큰 디텐트 토크를 제공한다. 제어 시스템은 전력 공급될 때에 홀딩 토크를 제공하는 자기 인력이 안정화 폴 치형부와 회전자 사이에서 발생되는 전기 안정화 지점으로 설정되는 타깃 안정화 지점에 스테퍼 모터의 전기 각도가 도달될 때까지 조정 지시가 정지된 후에도 구동 신호를 계속하여 가하도록 구성된다.

본 발명의 위의 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 수행되는 다음의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
도1은 하나의 실시예에 따른 차량을 위한 헤드-업 디스플레이(HUD) 장치의 개략도이다.
도2는 도1에 도시된 HUD 장치에 의해 표시되는 가상 이미지의 개략도이다.
도3은 도1에 도시된 스테퍼 모터 및 감속 기어의 단면도이다.
도4는 도1에 도시된 스테퍼 모터와 이를 위한 제어 시스템 사이의 전기 연결의 블록도이다.
도5는 회전자의 회전 방향으로 평면 내에 전개되는 도3에 도시된 고정자의 개략도이다.
도6은 도1에 도시된 스테퍼 모터에 가해지는 구동 신호의 특성도이다.
도7은 도1에 도시된 스테퍼 모터의 특성 및 동작의 개략도이다.
도8은 도1에 도시된 스테퍼 모터의 특성의 개략도이다.
도9는 도4에 도시된 제어 시스템의 디스플레이 제어 회로에 의해 실행되는 구동 신호 제어 처리의 흐름도이다.
도10a 및 도10b는 도1에 도시된 스테퍼 모터에 가해지는 구동 신호의 특성도이다.

(구성)

우선, 도1을 참조하면, 차량을 위한 헤드-업 디스플레이(HUD) 장치(1)는 하우징(10), 디스플레이 유닛(20), 광학 시스템(30), 스테퍼 모터(40), 감속 기어 기구(50), 조정 스위치(60) 및 제어 시스템(70)을 포함한다.

하우징(10)은 중공 형상으로 형성되고, HUD 장치(1)의 다른 장치(20, 30, 40, 50) 등을 수용하고, 차량의 계기 패널(2) 내에 장착된다. 하우징(10)은 상하 방향으로 투영 타깃으로서 차량의 운전석의 전방측에 고정되는 윈드실드(4)와 대면하는 위치에서 반투명 광 투영 창(14)을 갖는다.

디스플레이 유닛(20)은 투과-조명 형태의 액정 패널(LCD)이고, 이미지를 표시하는 스크린(22)을 갖는다. 디스플레이 유닛(20)은 (도시되지 않은) 내장 백라이트(backlight)에 의해 스크린(22)을 조사함으로써 스크린(22)의 디스플레이 이미지의 광을 방출한다. 디스플레이 유닛(20)에 의해 표시되는 광 이미지는 차량 구동 또는 차량 상태와 관련된 차량 정보를 제공하기 위한 것이다. 광 이미지는 예컨대 차량 주행 방향 등(예컨대, 도2)의 내비게이션 정보를 제공한다. 디스플레이 유닛(20)의 디스플레이 이미지는 차량 속도, 잔여 연료량, 냉매 온도 등을 포함하는 물리량 데이터 그리고 내비게이션 정보 이외의 교통 상태, 안전 상태 등을 포함하는 차량 외부 상태 정보일 수 있다.

광학 시스템(30)은 반사 거울(32)을 포함하는 다수개의 광학 부품(다른 부품은 도1에 도시되지 않음)을 포함하고, 투영 창(14)으로 디스플레이 유닛(20)의 디스플레이 이미지를 투영한다. 반사 거울(32)은 오목 형상으로 만곡되는 매끄러운 반사 표면(34)을 갖는 오목 거울로 형성된다. 반사 거울(32)은 디스플레이 유닛(20)으로부터 반사 표면(34)으로 광학 이미지로서 직접적으로 또는 간접적으로 입사되는 투영 창(14)측 디스플레이 이미지를 향해 확대 및 반사한다. 반사 거울(32)의 반사 이미지는 투영 창(14)을 통해 윈드실드(4)에 투영되고, 윈드실드(4)의 전방측에서 이미지-형성된다. 결과적으로, 디스플레이 유닛(20)의 디스플레이 이미지에 의해 나타내는 차량 정보는 도2에 예시적으로 도시된 가상 이미지(36)로서 차량 내의 운전석측에서 표시된다.

반사 거울(32)은 하우징(10) 내에 회전 가능하게 지지되는 회전 샤프트(38)를 갖는다. 회전 샤프트(38)가 회전 구동될 때에, 반사 거울(32)은 도2에 예시된 것과 같이 윈드실드(4)에 대해 상하 방향으로 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치를 이동시킨다. 가상 이미지(36)의 디스플레이는 광학 시스템(30) 및 윈드실드(4)의 광학 특성에 대응하여 도2에서 실선에 의해 도시된 하한 디스플레이 위치(Dl)와 도2에서 점선에 의해 도시된 상한 디스플레이 위치(Du) 사이에 구현된다.

도3에 도시된 것과 같이, 스테퍼 모터(40)는 클로-폴(claw-pole) 영구 자석 형태이고, 자기 케이싱(46), 회전자(41) 및 고정자(44, 45)를 갖는다. 자기 케이싱(46)은 자기 재료로 그리고 중공 형상으로 형성된다. 회전자(41)는 모터 샤프트(42) 그리고 모터 샤프트(42)의 외주연면에 부착되는 회전자 자석(43)으로 형성된다. 모터 샤프트(42)는 자기 케이싱(46)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 회전자 자석(43)은 영구 자석이고, 회전자(41)의 원주 방향(회전 방향)으로 교대로 자극(N, S)을 제공하도록 배열된다.

고정자(44, 45)는 2개의 위상에 대해 제공되고, 회전자(41)에 대한 반경 방향 외부측 부분에서 자기 케이싱(46)에 견고하게 고정된다. 도3 및 도4에 도시된 것과 같이, 하나의 위상(A-위상)을 위한 고정자(44)는 자기 요크(441, 442) 및 코일(443)을 갖고, 다른 위상(B-위상)을 위한 고정자(45)는 자기 요크(451, 452) 및 코일(453)을 갖는다. 자기 요크(441, 442, 451, 452)는 환형 형상으로 자기 재료로 형성되고, 전개 방식으로 도5에 도시된 것과 같이 각각 복수개의 네일-형상의 폴 치형부(클로 폴)(441a, 442a, 451a, 452a)를 갖는다. A-위상을 위한 자기 요크(441, 442)의 폴 치형부(441a, 442a)는 회전자(41)의 원주 또는 회전 방향으로 교대로 배열되도록 끼워진다. 마찬가지로, B-위상을 위한 자기 요크(451, 452)의 폴 치형부(451a, 452a)는 회전자(41)의 원주 또는 회전 방향으로 교대로 배열되도록 끼워진다. 자기 요크(441, 442, 451, 452)는 폴 치형부(441a, 451a, 442a, 452a)가 회전자(41)의 회전 방향으로 이러한 순서로 서로 1/2 피치만큼 이동되도록 배열된다.

도3에 도시된 것과 같이, 위상 코일(443)은 A-위상을 위한 자기 요크(441, 442)와 동축으로 배열되고, 위상 코일(453)은 B-위상을 위한 자기 요크(451, 452)와 동축으로 배열된다. 위상 코일(443 및 453)은 축 방향으로 위치 면에서 서로로부터 이동된다. 위에서 설명된 것과 같이 구성된 스테퍼 모터(40)에서, A-위상의 위상 코일(443) 그리고 B-위상의 위상 코일(453)이 각각 구동 신호에 의해 전력 공급됨으로써 에너지 공급될 때에, 회전자 자석(43) 및 모터(42)가 회전된다.

감속 기어 기구(50)는 자기 케이싱(46) 내에서 직렬로 결합되는 복수개의 기어(52 내지 59)를 갖는다. 제1 단의 기어(52)는 모터 샤프트(42) 상에 제공되고, 최종 단의 기어(59)는 반사 거울(32)의 회전 샤프트(38) 상에 제공된다. 이와 같이, 모터 샤프트(42)의 회전 운동은 기어(52 내지 59) 사이의 기어비에 따라 감속되고, 반사 거울(32)이 회전 구동되도록 회전 샤프트(38)로 전달된다. 스테퍼 모터(40)가 통상의 회전 방향으로 회전될 때에, 반사 거울(32)은 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 예컨대 상향으로 이동되도록 통상의 회전 방향으로 회전 구동된다. 스테퍼 모터(40)가 반대의 회전 방향으로 회전될 때에, 반사 거울(32)은 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 예컨대 하향으로 이동되도록 반대의 회전 방향으로 회전 구동된다.

도1 및 도4에 도시된 조정 스위치(60)는 차량 내의 운전석 상의 승객에 의해 동작 가능하도록 제공된다. 조정 스위치(60)는 승객이 각각 상향으로 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치를 이동시키는 상향 조정 지시 그리고 하향으로 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치를 이동시키는 하향 조정 지시를 선택적으로 입력할 수 있도록 예컨대 2개의 압박-방식의 조작 부재(62, 63)를 갖는다. 이와 같이, 조정 스위치(60)는 상이한 지시 신호들, 즉 상향 조정을 지시하는 하나의 지시 신호 그리고 하향 조정을 지시하는 다른 지시 신호를 출력하도록 구성된다.

제어 시스템(70)은 디스플레이 제어 회로(72) 및 복수개의 스위칭 소자(74)를 포함하고, 하우징(10) 내부측 또는 외부측에 제공된다. 디스플레이 제어 회로(72)는 주요 부품으로서 마이크로컴퓨터를 포함하는 전자 회로이고, 디스플레이 유닛(20) 및 조정 스위치(60)에 전기적으로 연결된다. 도4에 도시된 것과 같이, 각각의 스위칭 소자(74)는 트랜지스터이고, 그의 콜렉터는 위상 코일(443 또는 453)에 전기적으로 연결된다. 각각의 스위칭 소자(74)의 이미터 및 베이스는 (도시되지 않은) 접지 단자 및 디스플레이 제어 회로(72)에 전기적으로 연결된다. 스위칭 소자(74)는 디스플레이 제어 회로(72)로부터 입력되는 베이스 신호에 따라 A-위상의 위상 코일(443) 그리고 B-위상의 위상 코일(453)에 가해지는 구동 신호의 진폭을 변동시킨다. 이와 같이, 디스플레이 제어 회로(72)에 의해 스위칭 소자(74)를 위한 베이스 신호를 제어함으로써, 위상 코일(443 또는 453)에 가해지는 구동 신호가 제어된다.

위에서 설명된 것과 같이 구성된 제어 시스템(70)에서, 디스플레이 제어 회로(72)는 디스플레이 유닛(20)의 이미지 디스플레이를 제어한다. 디스플레이 제어 회로(72)는 추가로 조정 스위치(60)로부터 입력되는 지시 신호에 따라 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호를 제어한다. 구체적으로, 디스플레이 제어 회로(72)는 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 상향으로 이동되도록 조작 부재(62)에 의해 발생되는 상향 조정 지시에 따라 통상의 회전 방향으로 반사 거울(32)을 구동시키는 전기 각도에 대해 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호의 전기 각도를 제어한다. 나아가, 디스플레이 제어 회로(72)는 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 하향으로 이동되도록 조작 부재(63)에 의해 발생되는 하향 조정 지시에 따라 반대의 회전 방향으로 반사 거울(32)을 구동시키는 전기 각도에 대해 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호의 전기 각도를 제어한다.

위에서 설명된 것과 같이 구성된 HUD 장치(1)에 따르면, 스테퍼 모터(40)로 전력을 공급하기 위해 A-위상 및 B-위상의 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호의 전압 진폭은 2개의 상이한 위상으로 회전자(44, 45)를 에너지 공급하기 위해 각각의 전기 각도에 대응하여 변동되도록 제어된다. 위상 코일(443, 453)을 위한 구동 신호는 전력이 공급될 때에 모터 샤프트(42)를 유지하는 홀딩 토크가 발생되는 모든 전기 안정화 지점(각도)(θe)에서 최대 진폭(Vmax, -Vmax) 또는 최소 진폭(0)이도록 제어된다. 도6에 예시된 것과 같이, 전기 안정화 지점은 이상적으로 90˚의 모든 고정 각도 간격에서 나타난다. 그러나, 폴 치형부(441a, 442a, 451a, 452a)는 그 사이에서 형상, 위치 등 면에서 공차를 갖는다. 결과적으로, 전기 안정화 지점들 사이의 실제 간격은 도7에 예시된 것과 같이 90˚보다 길어지거나 짧아진다.

구동 신호가 위상 코일(443, 453)에 가해지지 않을 때에, 즉 에너지 비공급 시간 내에, 모터 샤프트(42)를 유지하는 디텐트 토크가 발생되는 복수개의 기계 안정화 지점(θm)이 나타난다. 기계 안정화 지점(θm)은 이상적으로 전기 안정화 지점(θe)과 동일하다. 그러나, 도7에 개략적으로 예시된 것과 같이, 실제의 모터 제품에서, 기계 안정화 지점(θm)은 회전자(41)의 회전 방향으로 위상 면에서 전기 안정화 지점(θe)으로부터 이탈되는 지점에서 나타나기 쉽다. 이러한 이탈은 모터가 에너지 공급 위상에서의 전기 안정화 지점(θe)에서의 폴 치형부[도7의 예에서의 폴 치형부(441a, 442a)]에 의해 그리고 회전 방향으로의 에너지 공급 위상에서의 폴 치형부에 인접한 폴 치형부[도7의 예에서의 폴 치형부(451a, 452a)]에 의해 에너지 공급되지 않을 때에 회전자 자석(43)에 대해 발생되는 자기 인력 면에서의 차이로부터 기인한다.

도3 및 도8에 도시된 것과 같이, A-위상의 고정자(44)는 좁은 공기 간극(444)과 결합되는 자기 요크(441) 및 자기 요크(442)로 형성된다. 자기 요크(441)는 자기 케이싱(46)의 원통형 부분(46a)과 일체로 자기 재료로 형성되고, 폴 치형부(441a)를 갖는다. 자기 요크(442)는 폴 치형부(442a)를 갖는다. 반면에, B-위상의 고정자(45)는 좁은 공기 간극(454)과 결합되는 자기 요크(451), 자기 요크(452) 그리고 자기 케이싱(46)의 원통형 부분(46a)으로 형성된다. 자기 요크(451)는 폴 치형부(451a)를 갖는다. 자기 요크(452)는 폴 치형부(452a)를 갖는다. 도8에 도시된 것과 같은 A-위상과 B-위상 사이의 구성 면에서의 이러한 차이로써, 공기 간극(454)은 B-위상의 고정자(45)에서 원통형 부분(46a)과 요크(451, 452) 사이에 제공되지만, 단지 1개의 공기 간극(444)이 A-위상의 고정자(44)에서 원통형 부분(46a)과 요크(442) 사이에 제공된다. 이와 같이, 각각의 위상 코일(443, 453)이 전력 공급(에너지 공급)되지 않을 때에 회전자 자석(43)이 형성되는 자기 회로(MC: magnetic circuit)(도8)가 통과하는 공기 간극(444, 445)의 개수는 고정자(44, 45) 사이에서 상이하다. 결과적으로, 회전자 자석(43)과 고정자(44) 사이 그리고 회전자 자석(43)과 고정자(45) 사이의 자기 인력은 상이하다. 디텐트 토크를 제공하기 위해 에너지 비공급 시에 회전자 자석(43)에 대해 발생되는 A-위상 고정자(44)의 폴 치형부(441a, 442a)의 자기 인력은 B-위상 고정자(45)의 폴 치형부(451a, 452a)보다 크다. 이러한 이유로, A-위상 고정자(44)의 폴 치형부(441a, 442a)는 안정화 폴 치형부(441a, 442a)로서 정의된다. 도8은 간략화 및 용이한 이해를 위해 2개의 상이한 상태 즉 A-위상의 폴 치형부(441a, 442a)가 통상적으로 회전자 자석(43)의 자극(N, S)과 대면하는 하나의 상태 그리고 B-위상의 폴 치형부(451a, 452a)가 통상적으로 회전자 자석(43)의 자극(N, S)과 대면하는 다른 상태를 도시하고 있다는 것이 주목되어야 한다.

전기 안정화 지점(θe) 및 기계 안정화 지점(θm)을 갖는 스테퍼 모터(40)에 대해, 디스플레이 제어 회로(72)는 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 조정되도록 조정 스위치(60)로부터 입력되는 지시 신호에 따라 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호를 제어한다. 그러므로, 디스플레이 제어 회로(72)는 도9의 흐름도에 도시된 것과 같이 컴퓨터 프로그램을 기초로 하여 구동 신호 제어 처리를 수행하도록 구성된다. 도9에 도시된 구동 신호 제어 처리는 차량의 엔진 스위치가 각각 온 및 오프될 때에 시작 및 종료된다.

구동 신호 제어 처리 내의 S101에서, 상향 또는 하향 조정 지시를 나타내는 지시 신호가 조정 스위치(60)로부터 입력되는 지가 점검된다. 지시 신호가 입력되지 않으면(S101: 아니오), S101이 반복되고, 구동 신호는 어느 위상 코일(443, 453)에도 가해지지 않는다. 어느 한쪽의 지시의 지시 신호가 가해지면(S101: 예), S102가 실행된다.

상향 조정 지시 또는 하향 조정 지시에 후속되는 S102에서, 입력된 조정 지시에 대응하는 조작 부재(62 또는 63)가 조정 스위치(60)로부터 입력되는 지시 신호를 기초로 하여 임계 시간(Tth)을 초과하여 계속하여 조작되는 지가 점검된다. 임계 시간(Tth)은 승객이 조정 스위치(60)에 대한 조작의 시작으로부터 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치 면에서의 실제 변화까지의 긴 시간 때문에 지루하거나 불안하게 느끼지 않도록 예컨대 약 0.5초 또는 다른 시간으로 설정된다.

조작 부재(62 또는 63)의 조작을 나타내는 지시 신호가 길고 임계 시간(Tth)을 초과하여 계속되면(S102: 예), 상향 조정 또는 하향 조정의 지시가 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치의 계속 조정을 나타내는 것으로 결정된다. 이러한 경우에, S103이 S102에 후속하여 실행된다. S103에서, 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호는 스테퍼 모터(40)가 마이크로-스텝 회전을 수행하게 구동되도록 도10b에 도시된 것과 같이 제어된다. 즉, 구동 신호는 현재의 전기 각도로부터 마이크로-스텝 구동에 대해 스텝 각도(Δθe)만큼 상이한 다음의 전기 각도로 상향 또는 하향 방향으로의 설정 시간(Ts) 동안 계속적으로 변화된다. 마이크로-스텝 구동에서의 스텝 각도(Δθe)는 인접한 전기 안정성 각도(θe) 사이의 90˚의 간격보다 훨씬 작은 예컨대 18˚이도록 설정된다. 스텝 각도(Δθe)는 90/N로서 결정될 수 있고, 이 때에 N은 2보다 큰 정수이다.

S103에 후속되는 S104에서, 조작 부재(62 또는 63)에 의한 조정 지시의 입력이 정지되는 지가 조정 스위치(60)로부터 입력되는 지시 신호를 기초로 하여 점검된다. 조작 부재(62 또는 63)가 여전히 계속적으로 조작되면(S104: 아니오), S103이 반복된다. S104의 각각의 실행에서, 1개의 스텝 각도(Δθe)의 마이크로-스텝 구동이 시간(Ts) 동안 수행된다. 이와 같이, 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 계속적으로 조정된다. 조작 부재(62 또는 63)에 의한 조정 지시가 정지되면(S104: 예), S105가 실행된다. S105에서, 현재의 전기 각도가 전기 안정화 지점(θet)에 있는 지가 점검된다. 이러한 타깃 안정화 지점(θet)은 도6에 도시된 특정한 전기 안정화 지점(θes) 중으로부터 설정된다. 특정한 전기 안정화 지점(θes)은 구동 신호가 각각의 위상 코일(443, 453)에 가해질 때에 홀딩 토크를 제공하는 자기 인력이 안정화 폴 치형부(441a, 442a)와 회전자 자석(43) 사이에 제공되는 전기 안정화 지점(θe)(도7)이다. 예컨대, 특정한 전기 안정화 지점(θes)은 전기 안정성 지점(θe)의 0 지점(0˚) 그리고 0 지점으로부터 모든 180˚ 간격에 있는 다른 전기 각도이다. 이러한 이유로, S105에서, 타깃 안정화 지점(θet)은 바로 앞의 단계 S103에서 수행된 전기 각도 변화의 방향으로 현재의 전기 각도에 가장 가까운 전기 안정성 지점(θes)으로 설정된다.

현재의 전기 각도가 아직 타깃 안정화 지점(θet)과 동일하지 않으면(S105: 아니오), S106이 S103에서와 유사한 방식으로 실행된다. 즉, 마이크로-스텝 구동은 전기 각도가 시간(Ts)당 1개의 스텝 각도(Δθe)만큼 변화되도록 수행된다. 후속적으로, 현재의 전기 각도가 전기 안정화 지점(θet)과 동일한 지를 점검하도록, S107이 실행된다. 현재의 전기 각도가 아직 전기 안정화 지점(θet)과 동일하지 않으면(S107: 아니오), S106이 시간(Ts)당 스텝 각도(Δθe)의 마이크로-스텝 구동을 수행하도록 반복된다. 이와 같이, 마이크로-스텝 구동이 도10a에 도시된 에너지 공급 또는 전력 공급 회전 모드(MS)로서 나타낸 것과 같이 수행됨에 따라, 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 계속적으로 조정된다. 현재의 전기 각도가 전기 안정화 지점(θet)과 동일하면(S107: 예), S108이 실행된다. S108에서, 위상 코일(443, 453)을 위한 구동 신호가 정지된다.

현재의 전기 각도가 1개의 스텝 각도(Δθe)만큼 전기 안정화 지점(θet) 전에 있는 지점[즉, 도10a에서의 각도 위치(θb)]에 있으면, S105가 실행될 때에, S107을 통한 S106의 마이크로-스텝 구동으로부터 S108까지의 시간 간격은 설정 시간(Ts)과 실질적으로 동일하다. 즉, 전기 각도가 1개의 스텝 각도(Δθe)만큼 전기 안정화 지점(θet) 전에 있는 지점에 도달된 후에, 구동 신호는 1회 이상의 시간(Ts) 동안 계속하여 가해지고, 그 다음에 전기 안정화 지점(θet)에서 정지된다. 이와 같이, 구동 신호의 인가를 정지시킴으로써, 스테퍼 모터(40)의 회전자(41)가 도7에 도시된 것과 같이 입력 정지 시간의 전기 안정화 지점(θet)으로부터 안정화 폴 치형부(441a, 442a)에 가장 가까운 기계 안정화 지점(θm)을 향해 관성 회전 모드에서 관성에 의해 회전된다. 이와 같이, 회전자(41)는 기계 안정화 지점(θm)에서 또는 그에 가까운 지점에서 정지된다.

조작 부재(62 또는 63)의 조작을 나타내는 지시 신호가 임계 시간(Tth) 미만 동안 계속되면(S102: 아니오), 상향 조정 또는 하향 조정의 지시가 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치의 미세 조정을 나타내는 것으로 결정된다. 이러한 경우에, S109가 S102에 후속하여 실행된다. S109에서, 위상 코일(443, 453)에 가해지는 구동 신호는 스테퍼 모터(40)가 풀 스텝 회전을 수행하게 구동되도록 도10a에 도시된 것과 같이 제어된다. 즉, 구동 신호는 현재의 전기 각도 즉 전기 안정화 지점(θe)으로부터 다음의 전기 안정화 지점(θe)으로 상향 또는 하향 방향으로의 1개의 풀 스텝의 풀 스텝 각도인 90˚만큼 변화된다. 결과적으로, 반사 거울(32)은 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치가 조작 부재(62 또는 63)의 단시간 조작에 따라 미세하게 조정되도록 스테퍼 모터(40)의 전기 각도 면에서의 변화에 대응하여 회전 구동된다.

도9에 도시된 것과 같이, S109에 후속되는 S110에서, 현재의 전기 각도가 타깃 안정화 지점(θet)에 도달되는 지가 점검된다. 타깃 안정화 지점(θet)은 홀딩 토크에 자기 인력을 제공하는 복수개의 전기 안정성 지점(θes) 중에서 바로 앞의 S109에 의해 수행된 전기 각도 변화의 방향으로 현재의 전기 각도에 가장 가까운 전기 안정화 지점(θes) 중 하나로 설정된다. 이것은 S105와 유사하다.

현재의 전기 각도가 타깃 안정성 지점(θet)에 도달되지 못하면(S110: 아니오), S109가 화살표(MS)에 의해 표시된 것과 같이 위상 코일(443, 453)에 구동 신호를 가함으로써 90˚의 풀 스텝 구동을 수행하도록 실행된다. 현재의 전기 각도가 타깃 안정화 지점(θet)에 도달되면, S108이 코일(443, 453)로의 구동 신호의 인가를 정지시키도록 실행된다. 현재의 전기 각도가 타깃 안정성 각도(θet)에 도달된 것으로 S105에서 결정되면, S108이 또한 코일(443, 453)로의 구동 신호의 인가를 정지시키도록 실행된다. 이와 같이, 구동 신호의 인가가 S110 및 S105를 따라 정지될 때에, 스테퍼 모터(40)의 회전자(41)는 안정성 폴 치형부(441a, 442a)에 가장 가까운 기계 안정성 지점(θm)을 향해 관성 회전을 수행하고, 기계 안정성 지점(θm)에서 또는 그에 가까운 지점에서 정지된다. 도9에 도시된 것과 같이, 구동 신호의 인가를 정지시키는 S108 후에, 구동 제어 처리는 엔진 스위치가 오프될 때까지 S101로부터 반복된다.

(동작)

HUD 장치(1)에서, 길거나 짧은 압박 조작에 의해 생성되는 조정 지시의 입력이 정지될 때에, 제어 시스템(70)은 모터 동작이 홀딩 토크에 의해 전기적으로 안정화되는 전기 안정화 지점(θe) 중의 타깃 안정화 지점(θet)에 전기 각도가 도달될 때까지 스테퍼 모터(40)에 구동 신호를 계속하여 가한다. 타깃 안정화 지점(θet)은 A-위상의 안정화 폴 치형부(441a, 442a)를 기초로 하여 설정되고, 전력 공급되지 않을 때에 디텐트 토크를 제공하기 위해 회전자(41)의 회전자 자석(43)에 대해 제공되는 그 자기 인력은 B-위상의 폴 치형부보다 크다. 즉, 타깃 안정화 지점(θet)은 홀딩 토크를 제공하는 자기 인력이 전력 공급될 때에 안정화 폴 치형부(441a, 442a)와 회전자 자석(43) 사이에서 발생되는 전기 안정화 지점(θes) 중 하나로 설정된다. 결과적으로, 디텐트 토크가 전력 공급되지 않을 때에 안정화 폴 치형부(441a, 442a)의 큰 자기 인력에 의해 제공되는 기계 안정화 지점(θm)과 홀딩 토크가 전력 공급될 때에 안정화 폴 치형부(441a, 442a)에 의해 제공되는 타깃 안정화 지점(θet) 사이의 위상차가 감소된다. 타깃 안정화 지점(θet)에 도달된 후에 구동 신호의 계속된 인가가 정지되더라도, 안정화 폴 치형부(441a, 442a) 바로 전에 있는 기계 안정화 지점(θm)을 향한 회전자(41)의 (도7에 도시된) 관성 회전량(Δθm)이 작도록 감소된다. 스테퍼 모터(40)에 의해 회전되도록 반사 거울(32)을 구동시킴으로써 조정되는 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치와 관련하여, 타깃 안정화 지점(θet)에 대응하는 위치로부터의 이탈량이 최소화된다. 이와 같이, 차량 정보의 가상 이미지의 디스플레이의 신뢰성이 개선된다.

HUD 장치(1)에서, 길거나 짧은 압박 조작에 의해 생성되는 조정 지시의 입력이 정지될 때에, 제어 시스템(70)은 전기 각도가 타깃 안정화 지점(θet)에 도달될 때에 스테퍼 모터(40)에 구동 신호를 가하는 것을 정지시키고, 회전자(41)는 관성에 의해 회전된다. 이와 같이, 회전자(41)는 타깃 안정화 지점(θet)에서 정지되지 않으면서 기계 안정화 지점(θm)측을 향해 계속적으로 회전될 수 있다. 타깃 안정화 지점(θe)과 기계 안정화 지점(θm) 사이의 관성 회전량(Δθm)은 위에서-설명된 구성 및 동작에 따라 작도록 감소될 수 있다. 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치는 타깃 안정화 지점(θet)에 대응하는 위치를 넘어 계속적으로 조정될 수 있다. 나아가, 이러한 대응 위치로부터의 회전량이 감소될 수 있다. 이와 같이, 차량 정보가 실질적으로 높은 신뢰성으로써 표시될 수 있다.

HUD 장치(1)에서, 고정자(44, 45)는 각각 자기 부품(441, 442, 46) 및 자기 부품(451, 452, 46) 그리고 공기 간극(444, 445)과 자기 회로 예컨대 에너지 비공급 시의 경우에서의 자기 회로(MC)를 형성한다. 이들 자기 회로로써, 고정자(44, 45)는 각각 회전자 자석(43)과 폴 치형부(441a, 442a) 및 폴 치형부(451a, 452a) 사이에 자기 인력을 제공한다. 공기 간극(444, 445)의 개수가 고정자(44, 45) 사이에서 상이하므로, 각각의 자기 회로의 자기 저항이 또한 상이하다. 그러므로, 회전자 자석(43)과 폴 치형부(441a, 442a) 사이에서 그리고 회전자 자석(43)과 폴 치형부(451a, 452a) 사이에서 발생되는 자기 인력은 상이하다. 결과적으로, 전력 공급되지 않을 때에 디텐트 토크를 제공하기 위해 회전자 자석(43)에 대해 발생되는 더 큰 자기 인력이 B-위상의 안정화 폴 치형부(451a, 452a)보다 A-위상의 안정화 폴 치형부(441a, 442a)에 의해 발생되는 것이 보증된다. 타깃 안정화 지점(θet)과 기계 안정화 지점(θm) 상의 안정화 폴 치형부(441a, 442a)에 의해 제공되는 작은 위상차에 의해, 타깃 안정화 지점(θet)에 대응하는 위치로부터의 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치 면에서의 변화량이 확실하게 감소될 수 있다. 이와 같이, 차량 정보가 실질적으로 높은 신뢰성으로써 표시될 수 있다.

HUD 장치(1)에서, 타깃 안정화 지점(θet)으로서 설정되는 특정한 전기 안정화 지점(θes) 사이의 간격은 임의의 인접한 2개의 전기 안정화 지점(θe) 사이의 간격보다 2배 크다. 모터 샤프트(42)의 회전 방향으로의 해상력은 제JP 2011-207431A호에 개시된 종래의 장치의 해상력의 1/2이도록 감소된다. 그러나, 감속 기어 기구(50)의 기어(52 내지 59)의 기어비를 배증함으로써 종래의 장치와 대체로 동일하도록 가상 이미지(36)의 디스플레이 위치의 변화 속도 및 해상력을 설정하는 것이 가능하다.

(다른 실시예)

위에서 설명된 HUD 장치(1)는 위에서-설명된 실시예에 제한되지 않고, 많은 다른 실시예로 실시될 수 있다.

예컨대, S102 내지 S107이 생략될 수 있고, 구동 신호 제어 처리는 마이크로-스텝 구동 없이 수행될 수 있다. S102, S109 및 S110이 생략될 수 있고, 구동 신호 제어 처리는 풀 스텝 구동 없이 수행될 수 있다. 구동 신호 제어 처리는 S103이 짧은 압박 조작에 의해 S102에 후속하여 실행되고 S109가 긴 압박 조작에 의해 S102에 후속하여 실행되도록 변형될 수 있다. S108에서, 구동 신호의 인가에 의한 전력 공급 상태는 구동 신호의 인가를 정지시키기 전에 설정 시간 동안 유지될 수 있다. 스테퍼 모터(40)는 모터가 홀딩 토크에 의해 결정되는 전기 안정화 지점(θe)과 디텐트 토크에 의해 결정되는 기계 안정화 지점(θm) 사이에서 위상 면에서 차이를 갖기만 하면 영구 자석 이외의 형태 예컨대 가변 자기 저항 형태(variable reluctance type) 등의 모터일 수 있다. 상이한 위상의 고정자들 사이에서의 자기 인력 면에서의 차이는 위에서-설명된 실시예에서 예시된 것과 같이 공기 간극의 개수를 차별화하는 대신에 고정자 내의 자기 부품의 형상을 차별화함으로써 발생될 수 있다. 추가로, 디스플레이 유닛(20)은 액정 패널 이외의 것일 수 있다. 예컨대, 이것은 전계 발광(EL: electroluminescence) 패널 또는 지시자 등에 의해 발광 이미지를 제공하는 유닛일 수 있다. 반사 거울의 반사 이미지가 투영되는 투영 타깃은 윈드실드에 제한되지 않는다. 이것은 HUD 장치 내에 전적으로 제공되는 컴바이너(combiner) 등일 수 있다.

Claims

차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치(1)이며,
차량 정보의 발광 이미지를 표시하는 디스플레이 유닛(20)과;
발광 이미지의 가상 이미지가 표시되도록 발광 이미지를 반사하여 투영 타깃(4)을 향해 반사된 이미지를 투영하도록 회전 가능하게 제공되는 반사 거울(32)을 포함하는 광학 시스템(30)과;
구동 신호에 의해 전력 공급될 때에 가상 이미지의 디스플레이 위치를 조정하기 위해 반사 거울(32)을 회전 구동시키는 스테퍼 모터(40)로서, 스테퍼 모터(40)는 모터 동작이 전력 공급될 때에 발생되는 홀딩 토크에 의해 전기적으로 안정화되는 복수개의 전기 안정화 지점 그리고 모터 동작이 전력 공급되지 않을 때에 발생되는 디텐트 토크에 의해 안정화되는 복수개의 기계 안정화 지점을 갖는, 스테퍼 모터(40)와;
외부측(60)으로부터 입력되는 조정 지시에 따라 스테퍼 모터(40)를 위한 구동 신호를 제어하는 제어 시스템(70)
을 포함하고,
스테퍼 모터(40)는 폴 치형부(441a, 442a, 451a, 452a)가 사이에서 모터 회전 방향으로 위치 면에서 이동되는 복수개의 위상의 고정자(44, 45) 그리고 폴 치형부(441a, 442a, 451a, 452a)에 대해 발생되는 자기 인력에 대응하는 위치로 회전되는 회전자(41)를 갖고,
복수개의 위상 중 특정된 위상의 폴 치형부(441a, 442a, 451a, 452a)는 안정화 폴 치형부(441a, 442a)로서 설정되고, 전력 공급되지 않을 때에 발생되는 그 자기 인력은 복수개의 위상 중 또 다른 위상보다 큰 디텐트 토크를 제공하고,
제어 시스템(70)은 전력 공급될 때에 홀딩 토크를 제공하는 자기 인력이 안정화 폴 치형부(441a, 442a)와 회전자(41) 사이에서 발생되는 전기 안정화 지점(θes)으로 설정되는 타깃 안정화 지점(θet)에 스테퍼 모터(40)의 전기 각도가 도달될 때까지 조정 지시가 정지된 후에도 구동 신호를 계속하여 가하도록 구성되는,
차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치(1).
제1항에 있어서, 제어 시스템(70)은 스테퍼 모터(40)의 전기 각도가 타깃 안정화 지점(θet)에 도달될 때에 구동 신호의 인가를 정지시키도록 구성되는, 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 위상의 고정자(44, 45)는 공기 간극과 결합되는 복수개의 자기 부품(46, 46a, 441, 442, 451, 452)으로 형성되고, 그 개수는 복수개의 위상의 자기 회로들 사이에서 상이하고, 그에 의해 폴 치형부와 회전자 사이의 자기 인력을 제공하는, 차량을 위한 헤드-업 디스플레이 장치(1).