JPH06131744A - 回転制御方法および装置 - Google Patents

回転制御方法および装置

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JPH06131744A
JPH06131744A JP5021721A JP2172193A JPH06131744A JP H06131744 A JPH06131744 A JP H06131744A JP 5021721 A JP5021721 A JP 5021721A JP 2172193 A JP2172193 A JP 2172193A JP H06131744 A JPH06131744 A JP H06131744A
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rotation
knob
control device
shaft
winding portions
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JP5021721A
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David N Larkins
デビッド・エヌ・ラーキンス
Glenn T Yoshida
グレン・ティー・ヨシダ
Thomas L Helmers
トーマス・エル・ヘルマーズ
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Ampex Systems Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転操作つまみに簡略構成で低コストの触覚
フィードバック機能を備える。 【構成】 ビデオテープレコーダ装置で操作つまみの回
転に関して操作者に触覚フィードバックを与えるため、
シャフトを備えたモータ手段の直角位相関係にある第１
および第２の巻線の各々を第１および第２の部分に分割
し、上記操作つまみが上記モータ手段の上記シャフトを
回転するように結合し、上記操作つまみの回転での上記
第１および第２の巻線部分の所定のものからの信号を解
読して上記操作つまみの運動パラメータに関する情報を
与えるようにし、上記ビデオテープレコーダを制御する
処理装置の制御下で、上記第１および第２の巻線部分の
他方のものに電力を供給して上記操作つまみの回転方向
と逆方向のトルクを上記モータ手段に与えるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオテープレコーダ
装置に関し、より詳細にはビデオテープレコーダ装置に
用いるようにした、触覚フィードバックを備えたステッ
ピングモータの回転操作つまみに関する。
【０００２】
【従来の技術】業務用のビデオテープレコーダおよび編
集装置は種々の手動的操作の回転式および直線移動式の
操作装置並びに押しボタン式の操作装置を含んでいる。
ビデオテープレコーダ装置においては、シャトル、ジョ
グまたは可変再生速度のようなある機能あるいは動作モ
ードは操作者による手動操作で行なわれ、その際に多数
の機能を行なうため単一のつまみが使用され、各機能は
そのつまみが異なった組の機械的特性を有することを必
要とする。
【０００３】このような回転式操作装置の使用の際に、
それが操作の形式を表しかつ操作が行なわれている「感
触」を有することが好ましい。特に、操作者による手動
回転時に、所定の角度偏位にわたって、あるいは予め設
定された角度位置まで、所定の回転速度であるいは加速
された回転時に、理想的には触覚を利用することによ
り、操作者は運動の程度および制限の触覚フィードバッ
クを受けることが好ましい。
【０００４】本出願人に係わる米国特許第４、５６０、
９８３号に示された装置においては、つまみがシャフ
ト、タコメータおよび粒子ブレーキに結合され、制御装
置はタコメータから情報を受けて粒子ブレーキの動作を
制御し、それにより触覚フィードバックを操作者に与え
る。
【０００５】米国特許第４、８５９、９２２号に開示さ
れた他の装置は回転軸と同軸に位置決めされたトロイダ
ルコイルを有する操作つまみを含み、ブレーキがそのコ
イルと磁気的に結合されかつつまみと機械的に結合さ
れ、そのブレーキは所定の角度偏位まで効果的である。
回転方向、零あるいは中立位置からの回転即ち角度偏位
およびつまみに結合したシャフトの移動は感知あるいは
走査され、つまみ運動信号が発生されて、電子的処理装
置に与えられる。
【０００６】ビデオテープレコーダ装置で触覚を得る従
来方法は磁気粒子ブレーキと結合した光学的エンコーダ
を用い、２部構成のものであった。このエンコーダの出
力は方向情報に解読され、粒子ブレーキはディテントあ
るいはフィードバック情報をつまみにより走査者に与え
るために使用される。このような装置は部品および組立
てに極めて高価のものとなる。
【０００７】上述した従来装置はつまみのコストを引き
上げる特殊な構造を必要とする。更に、動作的にもまた
構造的にも複雑になる傾向にある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、上述した問題点を解決し、操作つまみによる
回転を行なうように結合されたステッピングモータを用
いた、触覚フィードバックを有する新規で改良した回転
操作装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、直角位相状態の第１および第２の固定子巻線を有す
るステッピングモータの回転子のシャフトに結合した回
転つまみを設け、各巻線のための第１および第２の巻線
部分を与えるように接地された中央タップを各巻線が備
えるようにすることによって解決される。１対の第１の
巻線部分はステッピングモータからマイクロプロセッサ
にいずれかの方向のつまみの回転時にパルス制御装置を
介してパルス入力を与えるために使用され、このマイク
ロプロセッサは指令信号をブレーキ制御装置に与え、こ
のブレーキ制御装置はアナログ直流制御電圧源を含んで
いる。この電圧源は対の第２の巻線部分と回路関係をな
している。マイクロプロセッサの指令で、他の対の巻線
部分の付勢により力即ちトルクが回転子に与えられ、こ
の力はつまみの回転方向と逆の方向であり、モータに与
えられる電力に比例する。マクロプロセッサの制御下
で、その力が制動を与えるように即ちつまみの所定の１
つあるいはそれ以上の角度偏位位置で機械的ディテント
力を疑似するために瞬時的に与えられる。
【００１０】
【実施例】図１においては、双方向的回転制御装置１０
のブロック図が示されている。回転制御装置１０はシャ
フト１６を介して回転つまみ１４に機械的に結合したス
テッピングモータ１２を含んでいる。ステッピングモー
タ１２は市販のステッピングモータであってもよく、そ
の詳細は本発明の理解にとっては不必要である。制御用
のマイクロプロセッサ２０は通信路１７を介してパルス
制御装置２２と双方向的に通信を行ない、かつ通信路１
８を介してブレーキ制御装置２４に出力を与える。両装
置２２、２４はそれぞれステッピングモータ巻線２６、
２８に接続されている。それぞれの巻線即ちコイルは一
般的に同一であり、２つの巻線２６、２８はステッピン
グモータ１２内で直角位相状態で構成され、それらの電
気的位相関係は９０度になっている。巻線２６には接地
された中央タップライン２７が設けられ、巻線２６の外
側ライン３０、３２は上述した制御装置に接続されてい
る。同様に、巻線２８は接地された中央タップライン３
４を備えており、その外側ライン３６、３８も制御装置
に接続されている。制御された中央タップにより、各巻
線２６、２８はそれぞれ第１および第２の巻線半部２６
ａ、ｂおよび２８ａ、ｂに分割される。
【００１１】後に説明するように、巻線２６、２８の１
組の巻線部分２６ａ、２８ａはブレーキ制御装置２４か
ら制動を与える直流電圧の形の信号を受ける。パルス制
御装置２２は操作つまみ１４によるシャフト１６の回転
時に巻線パルスを識別してカウントし、速度、方向およ
び角位置による第２の組の巻線部分２６ｂ、２８ｂから
のパルスをフォーマット即ち解読してマイクロプロセッ
サ２０が使用できるようにする。換言すれば、各巻線２
６、２８の１つの半部は制動のために使用され、他の半
部は回転の現在の状態、回転角並びに操作つまみ１４の
回転速度、回転角速度についてのマイクロプロセッサへ
の入力を行なわせるように信号即ちパルスのために用い
られる。
【００１２】図２、図３はブレーキ制御装置２４、パル
ス制御装置２２の詳細をそれぞれ示す図である。マイク
ロプロセッサ２０はブレーキ制御装置２４への第１の組
のライン４０、４１、４２を有し、これらは通信路１８
を構成する。出力ライン４７および入力ライン５０（８
ビットライン）はマイクロプロセッサ２０およびパルス
制御装置２２間の双方向通信路１７を構成する。
【００１３】制御用マイクロプロセッサからの３つのラ
イン４０、４１、４２はそれぞれ「ディテント・オ
ン」、「ブレーキ・オン」、「両ディテントおよびブレ
ーキ・オフ」の信号をブレーキ制御装置２４に与える。
各ライン４０−４２はそれぞれ一般的に同一の電流制限
抵抗５２、５４、５６を介して制御トランジスタ５８、
６０、６２のベースに接続されており、各トランジスタ
はコモンエミッタ構成（エミッタが接地される）の一般
的に同一のＮＰＮトランジスタである。後に説明するよ
うに、制御トランジスタ５８−６２は直流電圧源制御器
７０と巻線２６、２８の２つの巻線半部２６ａ、２８ａ
との間の回路内にある。マイクロプロセッサ２０からの
リード４０−４２での入力の特質により、直流電力が操
作つまみ１４に関する操作者による作用に応じる制御さ
れた電圧レベルで、制御された期間の間および制御され
た電圧パターンで電圧源制御器７０から供給される。
【００１４】電圧源７０はライン７１に接続したＶＩＮ
入力７１を含み、これは正の直流電圧源７２（約２４Ｖ
のＶ＋）に接続すると共に、ブロッキング即ち平滑コン
デンサ７３を介して接地されている。ライン７５に接続
した出力ＶＯＵＴはトランジスタ５８、６０、６２のコ
レクタと回路関係にあり、ＰＮＰブロッキング即ち巻線
絶縁トランジスタ８０のエミッタと共に制御された正の
バイアスを与え、そのバイアスはライン７５からバイア
ス抵抗７６、電流制限抵抗７８を介してトランジスタ７
６２のコレクタに与えられる。ブロッキング即ち巻線絶
縁トランジスタ８０のコレクタはダイオード８２、８４
を介して１組の巻線半部２６ａ、２８ａに接続される。
これらダイオード８２、８４は各々巻線２６、２８のラ
イン３２、３８に接続される。
【００１５】電圧源７０はライン８６に接続した電圧制
御即ち調節入力ＡＤＪを含んでおり、このライン８６は
各々バイアス抵抗８８、９０を介して両トランジスタ５
８および６０のコレクタに接続されている。即ち、電圧
源７０のＡＤＪ入力は各々ディテントおよびブレーキ制
御トランジスタ５８、６０のコレクタ対エミッタ路と回
路関係にある。ライン８６は電圧源７０の出力ライン７
５に抵抗９２を介して接続されている。即ち、ライン８
６は、一方ではディテント制御トランジスタ５８の抵抗
８８、９２からなる分圧器、他方ではブレーキ制御トラ
ンジスタ６０の抵抗９２、９０からなる分圧器の中点に
よって決定される電位にある。
【００１６】制御および感知の目的のため、抵抗９０の
値と抵抗８８の値は任意の所望の出力電圧あるいは比を
与えるために変えられることができる。この理由は、制
御トランジスタ６０がブレーキ制御トランジスタであ
り、このため出力の制御を行なう上でより高い電力出力
パルスを出力することが所望されるためである。他方、
トランジスタ５８はディテント制御トランジスタであ
り、予め決定された角度位置（これらの値および指令は
マイクロプロセッサの制御下にある）でつまみ１２のデ
ィテント決めの力あるいは作用を疑似するために所定の
より少ない持続時間の間欠制御を与える。
【００１７】ブロッキング即ち絶縁トランジスタ８０に
関し、そのベース対エミッタ路に結合されたゲートトラ
ンジスタ６２が導通していない際にブレーキ制御トラン
ジスタ６０およびディテント制御トランジスタ５８に従
って制御が行なわれる。エミッタ対ベース電圧バイアス
は抵抗７６と電圧源７０の出力電圧ＶＯＵＴの値によっ
て設定される。ブロッキング即ち巻線絶縁トランジスタ
８０のベース対コレクタバイアスは抵抗７８によって制
限されるゲートトランジスタ６２のコレクタ対接地エミ
ッタ路によって設定される。従って、抵抗７６、７８は
分圧器を構成し、これらの接続点はトランジスタ８０の
バイアス電圧を与える。抵抗７６の値は抵抗７８の値よ
りも約６倍ほど大きく（１０，０００Ω対１，５６０
Ω）、その結果、ゲートトランジスタ６２が導通してい
る状態（「両ディテントおよびブレーキ・オフ」信号状
態を表す）で、トランジスタ８０のベースは接地電位と
なり、トランジスタ８０には僅かの電流しか流れず、回
転つまみ１４には少量の抵抗力しか与えられず、このた
めステッピングモータ１２からパルスが発生される前の
初期回転時にはつまみ１４には初期の小さな抵抗力しか
与えられない。ブロッキングトランジスタ８０はステッ
ピングモータ１２の特性に関連する。もし両巻線が短絡
したら、ステッピングモータ１２、従って操作つまみ１
４の回転にとって極めて大きな抵抗となる。このトラン
ジスタ８０は回路が短絡巻線状態にならないようにす
る。本発明によれば、つまみ１４によりステッピングモ
ータ１２を操作者入力制御装置として用いて、ブレーキ
制御装置２４が電力を巻線部分２６ａ、２８ａに制御さ
れた状態でかつスイッチ可能に与えることができるよう
にする。
【００１８】マイクロプロセッサ２０への入力として、
他の巻線部分２６ｂ、２８ｂは第１および第２の比較器
９０、９２にパルス信号を与え、それら比較器の出力は
パルスカウンタ／デコーダ９５に第１および第２の入力
として与えられ、パルスカウンタ／デコーダ９５はステ
ッピングモータ１２のシャフト１６の回転に応じてマイ
クロプロセッサ２０にライン５０を介して８ビット出力
を与える。巻線部分２６ｂ、２８ｂが直角位相関係にな
っている状態で、方向情報、角速度情報、角度偏位情
報、角加速度情報が得られる。カウンタ／デコーダ９５
は直角位相デコーダであり、ディジタルフィルタ、直角
位相デコーダおよびカウンタと２つの位相差入力チャン
ネルからの並列出力との組合せを含んでいる。
【００１９】比較器９０、９２は、カウンタ／デコーダ
９５での相対カウントへの変換のため巻線部分２６ｂ、
２８ｂからのパルス化入力信号（各々が互いに９０度の
位相差になっている）を与えるための第１および第２の
パルス制御チャンネルの部分を形成する。比較器９０、
９２の回路構成および動作は一般的に同一であって、比
較器９０はその非反転入力でライン３６、直列抵抗９
６、９８を介して入力を受ける。比較器９０の反転入力
は接地される。２つの抵抗９６、９８の接続点は２つの
直列接続したダイオード１００、１０２のアノード対カ
ソード接続点に接続され、これらダイオードはクリッパ
を構成し、同様な値の正負バイアス電圧（±５Ｖ）間で
逆バイアスとされている。これらバイアス電圧は比較器
９０のバイアスのための電圧値と同一である。これは大
きな電圧スパイクがモータから比較器９０に入らないよ
うにする。大きな値のフィードバック抵抗１０４が比較
器９０の出力とその非反転入力間に接続されている。こ
の出力は抵抗１０６、ライン１０８を介してカウンタ／
デコーダ９５の１つのチャンネル入力ＣＨＢに与えられ
る。クランピングダイオード１１０のアノードは接地さ
れ、そのカソードはライン１０８に接続され、カウンタ
／デコーダ９５へのＴＴＬ入力を与える。
【００２０】同様に、比較器９２はその非反転入力でラ
イン３０、直列抵抗１１０、１１２を介して入力を受け
る。比較器９２の反転入力は接地される。２つの抵抗１
１０、１１２の接続点は２つの直列接続したダイオード
１１４、１１６のアノード対カソード接続点に接続さ
れ、これらダイオードは第２のクリッパを構成し、同様
な値の正負バイアス電圧（±５Ｖ）間で逆バイアスとさ
れている。これらバイアス電圧は比較器９２のバイアス
のための電圧値と同一である。これは大きな電圧スパイ
クがモータから比較器９２に入らないようにする。大き
な値のフィードバック抵抗１１８が比較器９２の出力と
その非反転入力間に接続されている。この出力は抵抗１
２０、ライン１２２を介してカウンタ／デコーダ９５の
第２のチャンネル入力ＣＨＡに与えられる。クランピン
グダイオード１２４のアノードは接地され、そのカソー
ドはライン１２２に接続され、カウンタ／デコーダ９５
へのＴＴＬ入力を与える。
【００２１】カウンタ／デコーダ９５はライン４７を介
してマイクロプロセッサ２０から高周波クロック信号を
受けると共に、ライン１２２、１０８を介して２つのチ
ャンネル入力ＣＨＡ、ＣＨＢを各々受ける。これらチャ
ンネル入力は各々巻線半部２６ｂ、２８ｂからの位相シ
フトされたパルス流である。カウンタ／デコーダ９５は
マイクロプロセッサ２０にライン５０を介して８ビット
出力を与える。
【００２２】動作にあって、操作つまみ１４がその中立
あるいは零位置にある状態で、カウンタ／デコーダ９５
の出力はプリセットレベル即ち零レベルにある。つまみ
１４が回転せしめられ、即ちステッピングモータ１２の
ロータが回転せしめられると、ステッピングモータ１２
の巻線部分２６ｂ、２８ｂから出力パルス流が異なった
位相でライン３０、３６に生じる。これらパルス流は同
一であるが、順方向回転を指示する第１の方向に位相が
ずれている。パルス周波数はつまみの回転速度によって
決定される。これらパルス流は比較器９０、９２に与え
られ、そこで、入力電圧レベルが過大であれば、クリッ
ピングダイオードの組１００、１０２および１１４、１
１６により必要な動作レベルまでクリップされる。
【００２３】位相シフトされたパルス流はライン１０
８、１２２を介してカウンタ／デコーダ９５の２つの入
力チャンネルＣＨＢ、ＣＨＡに各々直列的に入力され
る。カウンタ／デコーダ９５はＲＦ入力パルス流のデジ
タルろ波を行ない、位相情報を解読し、パルスカウント
を行なって、マイクロプロセッサ２０への通信路即ちラ
イン５０に並列出力を与える。ライン５０の８ビット出
力はつまみ１４の運動パラメータ、即ち回転前の最後の
位置に関連したつまみ１４の速度、加速度、方向および
角度位置に関連するマイクロプロセッサ２０への２進カ
ウント情報を含む。カウンタ／デコーダ９５はリセット
入力ＲＳＴを含み、その機能はカウンタ／デコーダ９５
内のカウンタを零にリセットするようにマイクロプロセ
ッサ２０から指令を受けることにある。好ましくは、こ
れは、操作つまみ１４の回転の各増進の完了後に行なわ
れ、カウンタ／デコーダ９５はつまみ１４の回転のその
後の引き続く増進に対して基準点として最後の位置情報
を記憶する。カウンタ／デコーダの他の入力は選択（Ｓ
ＥＬ）および出力可能化（ＯＥ）入力であり、これらは
図示されていない。これら２つの入力はマイクロプロセ
ッサ２０から指令を受け、入力を許可し、出力を可能化
する。
【００２４】この情報は、マイクロプロセッサ２０によ
って受けられ、これは例えばソフトウェアとしてあるい
はメモリ内に操作つまみ１４のディテント位置に対応す
るプリセット角度位置に関連した情報を含んでいる。こ
の情報に応じて、マイクロプロセッサ２０は「ディテン
ト・オン」、「ブレーキ・オン」、「両ディテントおよ
びブレーキ・オフ」制御トランジスタ５８、６０、６２
に各々ライン４０−４２を介して２進指令を出力する。
所望の即ち記憶されているプリセット角度位置を表すよ
うにカウンタ／デコーダ９５からのカウント（および位
相）の対応に応じて、指令がライン４０に発生されてデ
ィテントトランジスタ５８に与えられ、その際に電圧源
７０はステッピングモータ１２の巻線半部２６ａ、２８
ａに静的直流電圧を与え、供給される電力量は回転方向
と逆方向の瞬間トルクあるいは力であるディテントを疑
似するように少量である持続時間のものである。
【００２５】指令制限に達したときに所望されると、マ
イクロプロセッサ２０はブレーキ制御トランジスタ６０
に２進出力指令をライン４１を介して発生し、その際に
電圧源７０はステッピングモータ１２の巻線半部２６
ａ、２８ａに大きな量の電力を与える。操作つまみ１４
のより急速の移動に対しては、マイクロプロセッサ２０
はライン４０、４１に同時の指令を与え、それにより電
圧源７０に指令して巻線半部２６ａ、２８ａにより大き
な量の電力を与えるようにして、操作つまみ１４の運動
速度に対抗してかつ回転の最大の程度に達する角度位置
までのつまみ１４の回転に応じてステッピングモータ１
２により大きなトルクが与えられる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
操作つまみ１４により、低価格の市販のステッピングモ
ータ１２がマイクロプロセッサ２０に対する入力として
使用でき、つまみ１４の運動方向と逆のトルクを発生さ
せて操作者に触覚を与えることができ、その際に制動ト
ルク持続時間はディテント、回転持続時間の間の中間の
連続した制動力あるいは急速な加速度に対抗しまたは回
転制限に近づくことを指示するより大きなトルクを与え
るように制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による双方向回転制御装置のブロック図
である。
【図２】図１の詳細な回路図である。
【図３】図１の別な詳細回路図である。
【符号の説明】
１２ ステッピングモータ １４ 操作つまみ ２０ 制御用マイクロプロセッサ ２２ パルス制御装置 ２４ ブレーキ制御装置 ２６ 巻線 ２８ 巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレン・ティー・ヨシダ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、クパ ティノ、シャノン コート 21463 (72)発明者 トーマス・エル・ヘルマーズ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ジョセ、リンウッド テラス 2056

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオテープレコーダ装置で操作つまみ
    の回転に関して操作者に触覚フィードバックを与える回
    転制御方法において、シャフトを備えたモータ手段の直
    角位相関係にある第１および第２の巻線の各々を第１お
    よび第２の部分に分割し、上記操作つまみが上記モータ
    手段の上記シャフトを回転するように結合し、上記操作
    つまみの回転での上記第１および第２の巻線部分の所定
    のものからの信号を解読して上記操作つまみの運動パラ
    メータに関する情報を与えるようにし、上記ビデオテー
    プレコーダを制御する処理装置の制御下で、上記第１お
    よび第２の巻線部分の他方のものに電力を供給して上記
    操作つまみの回転方向と逆方向のトルクを上記モータ手
    段に与えるようにしたことを特徴とする回転制御方法。
  2. 【請求項２】 シャフト並びに第１および第２の巻線を
    有し、これら巻線の各々は第１および第２の部分を有す
    るようなモータ手段と、上記シャフトと共に回転するよ
    うにした手動的に回転可能な部材と、処理手段と、上記
    第１および第２の巻線部分の所定のものに結合し、上記
    部材の回転に応じて、上記部材の運動パラメータを表す
    信号を上記モータ手段から上記処理手段に与える手段
    と、上記処理手段および上記巻線部分の他方のものに結
    合し、上記処理手段からの指令を受けて上記巻線部分の
    上記他方のものを付勢し、上記部材の回転力の方向と逆
    方向の力を上記シャフトに与える出力手段とを備えたこ
    とを特徴とする回転制御装置。
  3. 【請求項３】 上記モータ手段はステッピングモータで
    あることを特徴とする請求項１の回転制御装置。
  4. 【請求項４】 上記運動パラメータは運動速度、方向お
    よび角回転の少なくとも１つを含んだことを特徴とする
    請求項１の回転制御装置。
  5. 【請求項５】 上記モータ手段はステッピングモータで
    あり、上記巻線は直角位相状態にあることを特徴とする
    請求項３の回転制御装置。
  6. 【請求項６】 上記部材は上記モータ手段のシャフトに
    結合した操作つまみであることを特徴とする請求項１の
    回転制御装置。
  7. 【請求項７】 上記第１および第２の巻線部分の上記所
    定のものに結合した上記手段は上記モータ手段からの上
    記信号を受ける比較手段を含んだことを特徴とする請求
    項４の回転制御装置。
  8. 【請求項８】 上記比較手段は上記第１および第２の巻
    線部分の各々に対する比較器を含んでおり、上記第１お
    よび第２の巻線部分の上記所定のものに結合した上記手
    段は上記両比較器の出力を受け上記モータ手段からの上
    記信号の位相差に基づいて回転方向に関する情報を与え
    る解読手段を含んだことを特徴とする請求項５の回転制
    御装置。
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