CN102790508A - 电机模块、投影装置及电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机模块，用于投影装置以控制投影装置的光通量。电机模块包括电机、位置指标、光传感器以及控制器。电机具有转动单元。位置指标环绕贴附转动单元的周围，且位置指标具有第一记号以及多个第二记号。光传感器提供光束，并感测对应第一记号的光束而产生第一脉冲信号，以及感测对应第二记号的光束而产生第二脉冲信号。控制器电连接光传感器与电机，并接收第二脉冲信号以依据第二脉冲信号的脉冲个数调整电机的转动。

Description

电机模块、投影装置及电机控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示装置及其内部元件与内部元件的控制方法，且特别涉及一种投影装置及其电机模块与电机控制方法。

背景技术

步进电机(stepping motor)因结构简单、成本低，而为业界广泛所使用。另一方面，近年来随着投影机技术的高度发展，光圈与步进电机结合而逐渐应用在投影机上来调整其光源的光通量。详细来说，与步进电机连接的光圈会随着电机的转动而旋转，以达到控制光通量的效果。不过，现有技术所采用的电机通常为开回路设计，故若步进电机发生失步，则无法实时修正，而造成系统不稳定。

在现有技术中，几种与电机相关的装置亦被提出。举例来说，中国台湾专利号I226146揭露一种电机感测系统，其通过感测磁通密度变化来调整电机的位置。另外，美国专利号6755554亦揭露一种电机感测系统，其利用传感器检测滤光片在颜色切换时的位置，用以对电机进行位置补偿。除此之外，中国专利公告号2254403Y则是揭露一种打印机的定位光栅，以补偿打印机的打印头的位移误差。

发明内容

本发明提供一种电机模块，用以校正电机的失步。

本发明提供一种投影装置，其通过使用上述电机模块来校正电机的失步，故具有良好的可靠度。

本发明提供一种电机控制方法，用以校正电机的失步。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的实施例提出一种电机模块，用于投影装置以控制投影装置的光通量。电机模块包括电机、位置指标、光传感器以及控制器。电机具有转动单元。位置指标环绕贴附转动单元的周围，且位置指标具有一个第一记号以及多个第二记号。光传感器提供光束，并感测对应第一记号的光束而产生第一脉冲信号，以及感测对应第二记号的光束而产生第二脉冲信号。控制器电连接光传感器与电机，并接收第二脉冲信号以依据第二脉冲信号的脉冲个数调整电机的转动。

本发明实施例还提出一种投影装置，包括照明模块、上述电机模块、光通量调节器以及投影镜头。照明模块用以提供照明光束。电机模块位于照明光束的传递路径上。光通量调节器连接转动单元。成像模块位于照明光束通过光通量调节器的传递路径上，并适于将照明光束转换为影像光束。投影镜头位于影像光束的传递路径上。

本发明实施例还提出一种电机控制方法，用于电机模块。电机模块包括电机与位置指标，其中位置指标具有第一记号与多个第二记号。电机控制方法包括以下步骤。提供光束至位置指标。感测对应第一记号的光束而产生第一脉冲信号，以及感测对应第二记号的光束而产生第二脉冲信号。最后，依据第二脉冲信号的脉冲个数调整电机的转动。

基于上述，本发明实施例可达到下列优点或功效的至少其一。在本发明实施例中，由于电机的转动单元上贴附具有多个第二记号的位置指标，且第二脉冲信号对应第二记号所产生，故控制器能依据第二脉冲信号的脉冲个数得知电机实际的转动步数，从而达到校正电机失步的功效。

为让本发明上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例的投影装置的示意图。

图2为图1的电机模块的示意图。

图3为本发明实施例的电机控制方法的流程图。

图4为图3的电机控制方法的详细流程图。

【主要元件符号说明】

100：投影装置

110：照明模块

120：电机模块

122：电机

122a：转动单元

124：位置指标

126：光传感器

128：控制器

129：电机驱动器

130：光通量调节器

140：成像模块

142：色轮

144：光均匀化元件

146：光阀

150：投影镜头

L1：照明光束

L2：影像光束

L3：光束

P1、P1’、P2：传递路径

M1：第一记号

M2：第二记号

d1：长度

d2～d3：宽度

d4：间距

d5：距离

W1：宽度

S1：第一脉冲信号

S2：第二脉冲信号

SP1、SP2：脉冲

S_ctl：信号

S_cmp：补偿信号

S_dr：驱动信号

OP：开槽

S110～S140、S132～S138：步骤

具体实施方式

有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明而非用来限制本发明。

图1为本发明实施例的投影装置的示意图。参照图1，投影装置100包括照明模块110、电机模块120、光通量调节器130、成像模块140以及投影镜头150。照明模块110适于提供照明光束L1。电机模块120位于照明光束L1的传递路径P1上，且位于照明光束L1通过光通量调节器130后的传递路径P1’上。电机模块120包括电机122、位置指标124、光传感器126以及控制器128。除此之外，本实施例的电机模块120还包括电机驱动器129。电机122具有转动单元122a，且光通量调节器130与转动单元122a连接。另外，成像模块140位于照明光束L1通过光通量调节器130的传递路径P1’上，并用于将照明光束L1转换为影像光束L2。投影镜头150位于影像光束L2的传递路径P2上，并将影像光束L2投影至屏幕(未图示)。

图2为图1的电机模块的示意图。同时参照图1与图2，电机模块120的位置指标124环绕贴附于电机122的转动单元122a的周围，且位置指标124具有第一记号M1以及多个第二记号M2。详细来说，位置指标124环绕于转动单元122a的圆周上。其中位置指标124的长度d1例如为40.83毫米(mm)，且位置指标124的宽度W1例如为8毫米。另一方面，第一记号M1的宽度d2例如大于第二记号M2的宽度d3。举例来说，第一记号M1的宽度d2例如为5.13毫米。另外，第二记号M2彼此等间距，亦即相邻第二记号M2的间距d4为固定值。另外，第二记号M2的个数例如为84个，且每一第二记号M2到下一个相邻第二记号M2的距离d5例如为0.425毫米。应注意的是，第二记号M2的个数、长度d1、宽度d2～d3、宽度W1、间距d4、距离d5可随设计者自行调整，本发明并不限于此。除此之外，在本实施例中，电机122例如为步进电机，转动单元122a例如为电机122的转子(rotor)。另外，位置指标124例如为时序记号(timing mark)，且位置指标124的材质例如消银龙(mist silver polyester film)等合成纸(syntheticpaper)，而第一记号M1与第二记号M2的材质例如油墨。

在本实施例中，光传感器126用以提供光束L3并感测被第一记号M1反射的光束L3以产生第一脉冲信号S1，以及感测被第二记号M2反射的光束L3以产生第二脉冲信号S2。控制器128电连接光传感器126与电机122，并接收第二脉冲信号S2以依据第二脉冲信号S2的脉冲个数调整电机122的转动。

相对来说，当第一记号M1与第二记号M2材质为油墨时，则可利用未接收到反射光束，以判断需产生第一脉冲信号S1以及第二脉冲信号S2的状态。

此外，第一记号M1与第二记号M2材质为反射材质时，当光束L3在第一期间照射到第一记号M1时，光传感器126会感测到被第一记号M1反射的光束L3并产生对应的第一脉冲信号S1，其中第一脉冲信号S1例如包括一个脉冲SP1。另一方面，当光束L3在第二期间照射到第二记号M2时，光传感器126会感测到被第二记号M2反射的光束L3并产生对应的第二脉冲信号S2，其中第二脉冲信号S2包括至少一个脉冲SP2。举例而言，当转动单元124在第二期间进行转动时，而使光束L3连续照射到两个第二记号M2时，光传感器126会连续两次感测到被第二记号M2所反射的光束L3，从而对应产生两个脉冲SP2。如此一来，控制器128便能通过计算第二脉冲信号S2中脉冲SP2的个数以获得电机实际所转动的步数。换句话说，在本实施例中，第一脉冲信号S1对应第一记号M1而产生，其中控制器128例如可依据第一脉冲信号S1对电机122作初始定位。而第二脉冲信号S2对应第二记号M2而产生，其中每一第二记号M2对应产生一个脉冲SP2，以使控制器128能判断电机122实际的转动步数。

进一步而言，在本实施例中，控制器128可依据信号S_ctl决定电机122的第一转动步数与第一转动方向。其中电机122的转动会使光束L3随时间变化而照射到记号指标124的不同位置，从而使光传感器126产生对应的第一脉冲信号S1或第二脉冲信号S2。接着，控制器128通过计算第二脉冲信号S2的脉冲SP2个数，便能获得电机122的实际步数。继之，控制器128会比较电机122的实际步数与第一转动步数并产生补偿信号S_cmp，以调整电机122的第二转动步数。举例来说，假设第一转动步数为10步，而光传感器126所产生的脉冲SP2个数仅为8个，则代表电机122发生失步，亦即转动单元124转动的实际步数小于电机122原本预设的第一转动步数，其例如少转2步。因此，控制器128会依据比较结果产生补偿信号S_cmp，以调整电机122在下一期间的第二转动步数。举例来说，假设控制器128依据信号S_ctl所决定的第二转动步数为2步且电机122也是被设定沿第一转动方向转动时，则控制器128在接收到下一期间的第二脉冲信号S2后，会增加电机122沿第一转动方向转动的第二转动步数，其例如是将电机122沿第一转动方向转动的第二转动步数调整为4(2+2＝4)步。另一方面，假设控制器128依据信号S_ctl所决定的第二转动步数为3步且电机122被设定沿相反于第一转动方向的第二转动方向转动时，则控制器128在接收到下一期间的第二脉冲信号S2后，会减少电机122沿第二转动方向转动的第二转动步数，例如是将电机122沿第二转动方向转动的第二转动步数调整为1(3-2＝1)步。应注意的是，上述脉冲SP2的个数与电机122的实际步数并非限定为一比一的关系，在其它实施例中，一个脉冲SP2亦可代表两个或其它个数的实际步数。换句话说，脉冲SP2或第二记号M2的个数与电机122的实际步数可依所需精确度有所调整，本发明并不受限于此。

类似地，假设第一转动步数为10步，而光传感器126所产生的脉冲SP2个数却为12个，则代表电机122发生失步，亦即转动单元124转动的实际步数大于电机122原本预设的第一转动步数，其例如多转2步。因此，控制器128会依据比较结果产生补偿信号S_cmp，以调整电机122在下一期间的第二转动步数。举例来说，假设控制器128依据信号S_ctl所决定的第二转动步数为3步且电机122也是被设定沿第一转动方向转动时，则控制器128在接收到下一期间的第二脉冲信号S2后，会减少电机122沿第一转动方向转动的第二转动步数，其例如是将电机122沿第一转动方向转动的第二转动步数调整为1(3-2＝1)步。另一方面，假设控制器128依据信号S_ctl所决定的第二转动步数为2步且电机122被设定沿相反于第一转动方向的第二转动方向转动时，则控制器128在接收到下一期间的第二脉冲信号S2后，会增加电机122沿第二转动方向转动的第二转动步数，其例如是将电机122沿第二转动方向转动的第二转动步数调整为4(2+2＝4)步。应注意的是，上述脉冲SP2的个数与电机122的实际步数并非限于为一比一的关系，在其它实施例中，一个脉冲SP2亦可代表两个或其它个数的实际步数。换句话说，脉冲SP2或第二记号M2的个数与电机122的实际步数可依所需精确度有所调整，本发明并不受限于此。

由上述可知，通过对应第二记号M2所产生的第二脉冲信号S2，控制器128能够得知电机122实际运行的步数，用以调整电机122在下一期间的转动步数，故当电机122发生失步时，控制器128能实时补偿电机122的步数，从而提升系统的可靠度。除此之外，本实施例的电机模块120可包括电机驱动器129。电机驱动器129与控制器128电连接，并接收补偿信号S_cmp并依据补偿信号S_cmp驱动电机122，其中电机驱动器129例如是利用驱动信号S_dr来驱动电机122。在本实施例中，电机驱动器129虽是配置于控制器128之外，然而在其它实施例中，电机驱动器129亦可配置于控制器128之内，亦即驱动电机122的功能亦由控制器128来执行。

图3为本发明实施例的电机控制方法的流程图，其中电机控制方法适用于图2的电机模块120。同时参照图2与图3，在步骤S110，提供第一光束至位置指标。其中步骤S110的第一光束例如为图2的光传感器126所提供的光束L3，且位置指标例如图2的为位置指标124。

继之，在步骤S120中，感测被第一记号反射的光束以产生第一脉冲信号，以及感测被第二记号反射的光束以产生第二脉冲信号。其中步骤S120的第一记号与第二记号例如分别为图2中的第一记号M1与第二记号M2，且第一脉冲信号与第二脉冲信号例如分别为图2的光传感器126所产生的第一脉冲信号S1与第二脉冲信号S2。最后，在步骤S130中，依据第二脉冲信号的脉冲个数调整电机的转动。其中步骤S130的第二脉冲信号的脉冲例如为图2的脉冲SP2，且电机例如为图2的电机122。除此之外，在本实施例中，在执行步骤S110前，还可执行步骤S140，亦即依据第一信号决定电机的第一转动步数与第一转动方向。其中步骤S140的第一信号例如为图2的信号S_ctl。

图4为图3的电机控制方法的详细流程图。如图3所示，步骤S130还包括步骤S132～S138。亦即，计算第二脉冲信号的脉冲个数，以获得电机的实际步数(步骤S132)。接着，比较实际步数与第一转动步数(步骤S134)，以及判断实际步数是否等于第一转动步数(步骤S136)。其中当实际步数等于第一转动步数时，回到步骤S140，而当实际步数不等于第一转动步数时，则计算实际步数与第一转动步数的差值(步骤S138)。最后，再回到步骤S140，依据上述差值与第一信号决定电机下一期间的第二转动步数，故第二转动步数是根据差值所产生的补偿信号与第一信号所决定的。上述步骤S132～S138例如是由图2的控制器128来执行。

由上述可知，当电机发生失步时，本实施例所提供的电机控制方法能实时补偿电机的步数，故当此方法或应用此方法的电机模块120应用于图1的投影装置100时，能够提升增加系统的可靠度。

继续参照图1，本实施例投影装置100除了包括上述电机模块120外，还包括光通量调节器130、成像模块140以及投影镜头150。其中成像模块140包括色轮142、光均匀化元件144以及光阀144。色轮142位于光通量调节器130与投影镜头150之间。色轮142适于旋转以使照明光束L1在通过色轮142的不同的位置后能产生不同颜色的光束。光均匀化元件144位于色轮142与投影镜头150之间，其中光均匀化元件144例如为光积分柱(light integrator)。光阀146位于光均匀化元件144与投影镜头150之间，并将通过光均匀化元件144的照明光束L1转换为影像光束L2。其中光阀146例如为数字微镜元件(digital micromirror devices，DMD)。

在本实施例中，光通量调节器130例如为动态光圈板(dynamic apertureplate)，且光通量调节器130连接转动单元124。光通量调节器130随着电机122的转动而旋转，如图1所示，由于光通量调节器130上有宽窄不均的开槽OP，故通过调整电机122的转动，便能改变照明光束L1通过光通量调节器130的光通量。详细来说，当宽度较宽的开槽OP旋转至色轮142的前方时，会有较多的照明光束L1通过光通量调节器130；当宽度较窄的开槽OP旋转至色轮142的前方时，则会有较少的照明光束L1通过光通量调节器130。另一方面，当位于色轮142前方对应光通量调节器130的不具有开槽OP的位置时，光通量调节器130会阻挡照明光束L1的通过。换句话说，在本实施例中，电机模块120主要是用来控制光通量调节器130的旋转位置，进而控制照明光束L1通过光通量调节器130的光通量。接着，通过光通量调节器130照明光束L1会依次通过色轮142与光均匀化元件144，并传递至光阀146。光阀146再将照明光束L1转换为影像光束L2，并将影像光束L2传递至投影镜头150。最后，投影镜头150便能将影像光束投影至屏幕(未图示)以达到显示效果。

综上所述，本发明实施例包括以下优点或功效的至少其中之一。由于电机的转动单元上环绕贴附具有多个第二记号的位置指标，且第二脉冲信号对应第二记号来产生，所以通过计算第二脉冲信号的脉冲个数能够得知电机实际的转动步数。如此一来，当电机发生失步时，便能够实时调整电机的转动步数，进而能提升电机模块与应用此电机模块的投影装置的可靠度。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。说明书中提及的第一记号、第二记号以及第一脉冲信号、第二脉冲信号....仅用以表示元件的名称，并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (27)

1.一种电机模块，用于投影装置以控制所述投影装置的光通量，所述电机模块包括：

电机，具有转动单元；

位置指标，环绕贴附于所述转动单元的周围，且所述位置指标具有一个第一记号以及多个第二记号；

光传感器，用以提供光束，并感测对应所述第一记号的光束而产生第一脉冲信号，以及感测对应这些第二记号的光束而产生第二脉冲信号；以及

控制器，电连接所述光传感器与所述电机，并接收所述第二脉冲信号且依据所述第二脉冲信号的脉冲个数调整所述电机的转动。

2.如权利要求1所述的电机模块，其中所述控制器依据所述第一脉冲信号对所述电机进行初始定位。

3.如权利要求1所述的电机模块，其中所述控制器依据第一信号决定所述电机的第一转动步数与第一转动方向。

4.如权利要求3所述的电机模块，其中所述控制器计算所述第二脉冲信号的脉冲个数，以获得所述电机的实际步数，并比较所述实际步数与所述第一转动步数以产生补偿信号，以调整所述电机的第二转动步数。

5.如权利要求4所述的电机模块，其中所述控制器依据所述第一信号及所述补偿信号决定所述第二转动步数。

6.如权利要求4所述的电机模块，其中当所述实际步数小于所述第一转动步数时，所述控制器增加所述电机沿所述第一转动方向转动的所述第二转动步数，或减少所述电机沿第二转动方向转动的所述第二转动步数，其中所述第一转动方向与所述第二转动方向相反。

7.如权利要求6所述的电机模块，其中当所述实际步数大于所述第一前进步数时，所述控制器减少所述电机沿所述第一转动方向的所述第二转动步数，或增加所述电机沿所述第二转动方向转动的所述第二转动步数。

8.如权利要求4所述的电机模块，还包括电机驱动器，电连接所述控制器，所述电机驱动器接收所述补偿信号并依据所述补偿信号驱动所述电机。

9.如权利要求1所述的电机模块，其中所述第一记号的宽度大于这些第二记号的宽度。

10.如权利要求1所述的电机模块，其中这些第二记号彼此等间距。

11.一种投影装置，包括：

照明模块，用以提供照明光束；

电机模块，位于所述照明光束的传递路径上，所述电机模块包括：

电机，具有转动单元；

位置指标，环绕于所述转动单元的周围，且所述位置指标具有一个第一记号以及多个第二记号；

光传感器，提供光束，并感测对应所述第一记号的光束而产生第一脉冲信号，以及感测对应这些第二记号的光束而产生第二脉冲信号；以及

控制器，电连接所述光传感器与所述电机，并接收这些第二脉冲且依据所述第二脉冲信号的脉冲个数调整所述电机的转动；

光通量调节器，连接所述转动单元，用以调整所述照明光束的光通量；

成像模块，位于所述照明光束通过所述光通量调节器的传递路径上，并用以将所述照明光束转换为影像光束；以及

投影镜头，位于所述影像光束的传递路径上。

12.如权利要求11所述的投影装置，其中所述控制器依据所述第一脉冲对所述电机进行初始定位。

13.如权利要求11所述的投影装置，其中所述控制器依据第一信号决定所述电机的第一转动步数与第一转动方向。

14.如权利要求13所述的投影装置，其中所述控制器计算这些第二脉冲信号的脉冲个数，以获得所述电机的实际步数，并比较所述实际步数与所述第一转动步数以产生补偿信号，以调整所述电机的第二转动步数。

15.如权利要求14所述的投影装置，其中控制器依据所述第一信号以及所述补偿信号决定所述第二转动步数。

16.如权利要求14所述的投影装置，其中当所述实际步数小于所述第一转动步数时，所述控制器增加所述电机沿所述第一转动方向转动的所述第二转动步数，或减少所述电机沿第二转动方向转动的所述第二转动步数，其中所述第一转动方向与所述第二转动方向相反。

17.如权利要求16所述的投影装置，其中当所述实际步数大于所述第一转动步数时，所述控制器减少所述电机沿所述第一转动方向的所述第二转动步数，或增加所述电机沿所述第二转动方向转动的所述第二转动步数。

18.如权利要求14所述的投影装置，还包括电机驱动器，电连接所述控制器，所述电机驱动器接收所述补偿信号并依据所述补偿信号驱动所述电机。

19.如权利要求11所述的投影装置，其中所述成像系统包括：

色轮，位于所述光通量调节器与所述投影镜头之间；

光均匀化元件，位于所述色轮与所述投影镜头之间；以及

光阀，位于所述光均匀化元件与所述投影镜头之间，并将通过所述光均匀化元件的所述照明光束转换为所述影像光束。

20.一种电机控制方法，用以操作电机模块，所述电机模块包括电机与位置指标，其中所述位置指标具有第一记号与多个第二记号，所述电机控制方法包括：

提供光束至所述位置指标；

感测对应所述第一记号的光束以产生第一脉冲信号，以及感测对应所述些第二记号的光束以产生第二脉冲信号；

依据所述第二脉冲信号的脉冲个数调整所述电机的转动。

21.如权利要求20所述的电机控制方法，还包括依据所述第一脉冲信号对所述电机进行初始定位。

22.如权利要求20所述的电机控制方法，还包括依据第一信号决定所述电机的第一转动步数与第一转动方向。

23.如权利要求22所述的电机控制方法，还包括计算这些第二脉冲信号的脉冲个数，以获得所述电机的实际步数，并比较所述实际步数与所述第一转动步数以产生补偿信号，以调整所述电机的第二转动步数。

24.如权利要求23所述的电机控制方法，还包括依据所述第一信号以及补偿信号决定所述第二转动步数。

25.如权利要求23所述的电机控制方法，其中当所述实际步数小于所述第一转动步数时，增加所述电机沿所述第一转动方向转动的所述第二转动步数，或减少所述电机沿第二转动方向转动的所述第二转动步数，其中所述第一转动方向与所述第二转动方向相反。

26.如权利要求25所述的电机控制方法，其中当所述实际步数大于所述第一转动步数时，减少所述电机沿所述第一转动方向的所述第二转动步数，或增加所述电机沿所述第二转动方向转动的所述第二转动步数。

27.如权利要求23所述的电机控制方法，还包括接收所述补偿信号并依据所述补偿信号驱动所述电机。

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