JPH09140177A - 低コストの位相同期モータ制御方法及び構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力タイミング信号にモータの回転を位相同
期させる低コストの位相同期モータ制御方法及び構造を
提供する。 【解決手段】 タイマ回路（５０２、５０６）によりタ
イミング信号の周期、及び前記タイミング信号と前記モ
ータのロータの回転位相との間の相対位相を測定し、周
波数コマンド発生器（５２０）により前記に基づいてモ
ータ速度コマンドを発生させ、前記モータを駆動してい
るモータ・ドライバ回路の出力位相を制御する。その際
に、小さな周波数同期誤差を前記タイミング信号と前記
ロータの回転位相との間で所定の位相関係を保持するた
めに用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、モータの位相同期
制御方法及び構造の分野に関し、特にカラー・ホイール
を入力信号に位相同期させて駆動するモータの位相同期
方法及び構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスプレイ・システムは、典型的に
は、例えば陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）のように、ある型式の空間光変調器を含み、
変調された光画像を形成させる。多くのアプリケーショ
ンにおいて通常の陰極線管（ＣＲＴ）に基づくディスプ
レイ・システムに取って代わる能力を有した新たな１形
式のディスプレイ・システムとして、テキサス・インス
ツルメントのディジタル・マイクロミラー・デバイス
（ＤＭＤ）に基づいたものがある。このＤＭＤは、回路
の表面に極く小さな多数のミラーを有する集積回路であ
る。典型的なＤＭＤは、一つの密閉パッケージに直径が
約１７μｍの百万個を超えるミラーを有し、前記密閉パ
ッケージはこれらミラーを覆う透明なカバーを有する。
ヒンジ軸回りで電気的に±１０°各ミラーを回転させる
ために、ＤＭＤ内のアドレス回路が用いられている。ミ
ラーの回転位置は、そのミラー面により入射光を偏向さ
せる方向を決定する。

【０００３】典型的なＤＭＤに基づくディスプレイ・シ
ステムにおいて、映写ランプはＤＭＤ面に収束される光
束を発生させる。入射される光束は、全般的にＤＭＤ面
に対する垂線から２０°をなす経路（パス）を介してＤ
ＭＤ面に当たる。第１の「オン」位置に回転されたミラ
ーは、ＤＭＤ面に垂直なパスを介して入射光を反射す
る。その逆の「オフ」方向に回転されたミラーは、ＤＭ
Ｄ面に対する垂直から４０°、かつ入射された光束から
６０°をなすパスを介して光を反射する。

【０００４】ＤＭＤ面に対して垂直なパスを介してＤＭ
Ｄにより反射された光を捉えるために映写レンズが用い
られる。映写レンズはこの光を視野スクリーン上に収束
させる。各ミラーは、「オン」位置に回転された各ミラ
ーについて、視野スクリーン上に対応する輝点が存在す
るように視野スクリーンの一部と１対１の関係を有す
る。これらの輝点は全体として視者に理解できる一画像
を形成する。

【０００５】現実的な画像には、現実的な生命感のある
シェーディング及び輪郭を表すために多くの強度レベル
を必要とする。しかし、最近のＤＭＤの各バージョン
は、ミラーに入射された全ての光を視野スクリーンへ反
射させるオン位置か、又は入射される光を視野スクリー
ンに全く反射させないオフ位置かで動作するように設計
されているに過ぎない。従って、多強度レベルを有する
画像を作成するために時間に基づく積分方法が用いられ
る。典型的なビデオ信号は一連のビデオ・フレーム、又
は各複数の画像として送信され、各フレームは与えられ
た時点で完全な画像を表している。各サブフレームは、
個別的には、所望の画像の単一強度バージョンであっ
て、画像全体を正確に表しているわけではない。しか
し、人間の目は瞬時的な一連の画像を積分するので、人
間の目にとって、多強度レベルを有した一つの画像に見
える一連のサブフレームを作成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】多重ビームのカラー光
はフル・カラーの画像を発生させるために用いられる。
例えば、一つが赤色光の光源、一つが緑色光の光源、一
つが青色光の光源の３つの独立画像ディスプレイ・シス
テムの出力を組み合わせてフル・カラーの画像を作成す
ることができる。代わって、単一のディスプレイ・シス
テムはフル・カラーの画像を発生するために３つの光源
を逐次的に用いてもよい。繰り返すが、人間の目の積分
特性は、カラー・シリアル・ディスプレイ・システムの
３つのモノクロ画像を単一のフル・カラーの画像に混合
することに依存している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、モータ
を入力タイミング信号に位相同期させる低コストの方法
が得られるモータ制御システムが提供される。本発明の
一実施例によれば、タイマ回路がタイミング信号の周
期、及びタイミング信号とモータ・ロータとの間の相対
位相を測定する。周波数コマンド発生器が前記タイミン
グ信号の周期及び前記モータ・ロータに比較された前記
タイミング信号の相対位相に基づくモータ速度コマンド
を出力する。前記モータ速度コマンドはモータ駆動回路
が入力タイミング信号と同期して前記モータ・ロータの
速度を駆動するように、前記モータ駆動回路の出力を制
御する。前記モータ速度コマンドは、更にモータ駆動回
路にロータ速度を漸次変更させ、これによって前記入力
タイミング信号と前記モータ・ロータとの間の相対位相
を調整する。前記周波数コマンド発生器はロータ信号と
前記タイミング信号との間の位相関係を変更するために
小さな周波数同期誤差を導入する。

【０００８】本発明及びその効果をより完全に理解する
ために、ここで以下の説明を添付する図面と関連させて
行う。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に示す３つの単一カラー画像
を発生する効果的な方法は、光路に付加されたカラー・
ホイール１０２を有する単一ディスプレイ・システムを
用いるものである。図１において光源１０４からの光
は、カラー・ホイール１０２を介して、空間光変調器１
０６上に収束される。空間光変調器１０６は光を変調し
て画像を搬送する光ビームを形成させ、これを視野面１
０８に映写される。コントローラ１１０は空間光変調器
１０６に画像データを書き込み、かつ空間光変調器１０
６の動作をカラー・ホイール１０２の回転と同期させ
る。

【００１０】図２に示すカラー・ホイール１０２は、典
型的には、異なる３カラーの光フィルタを取り付けた透
明ディスクである。３つの光フィルタは、好ましくは、
カラー・ホイールを介する光が単色である時間量を最大
化するようにカラー・ホイール１０２上で隣接してい
る。カラー・ホイール１０２が光路内で回ると、カラー
・ホイールを介する光は、第１のカラーから次のカラー
に変化する。カラー・ホイールの速度が画像フレームを
供給する速度に等しいときは、各フィルタが各フレーム
において光路を介して回転し、かつ各画像フレームがい
くつかのモノクロ画像からなる。「パルス幅変調された
ディスプレイ・システムに用いるＤＭＤアーキテクチャ
及びタイミング（ＤＭＤ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
Ａｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｉｎ Ａ Ｐ
ｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｄｉｓｐ
ｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題して１９９４年１月１１
日に発行された米国特許第５，３３９，１１６号に説明
されているように、各モノクロ画像フレームは多重ビッ
ト・プレーンからなり、人間の目が認識する画像にフル
・レンジのカラー及び強度を備えるようにしている。

【００１１】図２に示すカラー・ホイール１０２には、
赤フィルタ２０２、緑フィルタ２０４及び青フィルタ２
０６が含まれ、それぞれカラー・ホイールの表面の１／
３を占めている。赤フィルタ２０２は２つのセグメント
からなり、一方緑フィルタ２０４及び青フィルタ２０６
は単一のセグメントからなる。カラー・ホイールの回転
はビデオ・フレームと同期しているので、ビデオ・デー
タの各フレームは、光ビームが青フィルタ２０６の中央
を通過している際に、開始して終了する期間で表示され
る。他の多くのカラー・フィルタの組み合わせも可能で
ある。例えば、カラー・ホイール１０２は６セグメント
により、又は他の任意数のセグメントにより製作されて
もよい。これに加えて、４セグメントのカラー・ホイー
ルは、図２に示す２つの赤セグメントの代わりに、２つ
の青セグメント又は２つの緑セグメントを有するもので
もよい。

【００１２】図３に、３つのカラーを表示する期間を示
した簡単化された時間ラインが示されている。図３に示
すビット・シーケンスは、説明を目的とするだけのもの
であって、最適のビット・シーケンスを表すものではな
い。人工物をなくすために、典型的にはいくつかの長い
画像ビットに関する表示期間を非連続の多数の表示期間
に分割する。これに加えて、水平スプリット・リセット
ＤＭＤシステムでは、独立した空間光変調器の複数の部
分が固有の順序により画像ビットを表示する。

【００１３】空間光変調器と、カラー・ホイールを回す
ために用いるモータとの動作を同期させるために周波数
同期ループ回路が用いられてもよい。周波数同期システ
ムでは、モータの速度が各画像フレームの開始を示す垂
直同期信号ＶＳＹＮＣ、即ち入力ビデオ信号の構成要素
に同期される。与えられたフィルタが光路に入って、新
しい表示フレームが開始することを知らせる点にカラー
・ホイールが達成するまで、画像フレーム・バッファが
１画像フレームを記憶する。典型的には、位置センサが
信号ＩＮＤＥＸを出力して、新しい表示フレームの開始
を示す。ディスプレイ・システムは、信号ＩＮＤＥＸを
受け取ると、フレーム・メモリから画像データを読み出
して、これを空間光変調器に書き込む。

【００１４】周波数同期制御回路は、設計が簡単である
という利点を有するが、空間光変調器に入力する前に画
像処理回路の出力をバッファ処理するために、付加的な
フレーム・メモリを必要とし、これがディスプレイのコ
ストを高くする。更に、制御システムは補正されないい
くらかの誤差があるので、周波数同期ループ回路はある
周波数誤差を有することになり、従ってバッファ／フレ
ーム・メモリが過度に又は不十分に記憶することを意味
する。この誤差はディスプレイ・システムがあるフレー
ムのデータを飛ばし、また映写された画像に目に見える
一時的な人工物を発生させる恐れがある。

【００１５】付加的なフレーム・メモリは、着信するビ
デオ信号に対する位相同期カラー・ホイールにより省略
されてもよい。カラー・ホイールが入力ビデオ信号に位
相同期されると、垂直同期信号ＶＳＹＮＣと信号ＩＮＤ
ＥＸとの間には所定の関係が存在する。位相同期ディス
プレイ・システムは、前のフレームの画像データを第２
のフレーム・メモリから読み出す間に、画像処理回路に
フレーム・メモリに１フレームのデータを書き込むのを
可能にしている。

【００１６】位相同期カラー・ホイール駆動回路にはい
くつかの問題がある。第１に、着信するビデオ信号に対
してカラー・ホイールを位相同期させるために必要とす
る回路は、着信するビデオ信号に対してカラー・ホイー
ルを単純に周波数同期させるために必要とする回路より
も高価かつ複雑である。第２に、テレビジョン・システ
ムが受信するチャネルを変更するとき、又は入力信号を
一時的に喪失したときに起きるように、ディスプレイ・
システムを入力信号間で切り換えると、コントローラが
位相同期を喪失してしまい、新しい垂直同期信号ＶＳＹ
ＮＣに位相同期する必要がある。画像ディスプレイ・シ
ステムのユーザは、カラー・ホイールを新しい垂直同期
信号ＶＳＹＮＣに再同期させる際に、長い期間を待つつ
もりはない。新しい垂直同期信号ＶＳＹＮＣに速やかに
位相同期するためには、カラー・ホイールを駆動するモ
ータは、カラー・ホイールの速度を変化させるに十分な
出力トルクを備える必要がある。カラー・ホイール・モ
ータのコストは出力トルクに従って上昇するので、カラ
ー・ホイール・モータの出力トルクは、モータのコスト
を最小化するように慎重にバランスを取る必要があり、
なおかつ許容し得るパフォーマンスが得られる必要があ
る。

【００１７】同様の問題は、異なるフレーム速度を有す
る複数ソースからのビデオ・シーケンスを表示できるデ
ィスプレイ・システムを設計する際にも発生する。例え
ば、ヨーロッパのテレビジョンは、典型的には、５０フ
レーム／秒で放送し、一方北米のテレビジョン・システ
ムは６０フレーム／秒速度でビデオ信号を放送する。コ
ンピュータ・システムが発生するビデオ画像は、７２フ
レーム／秒でしばしば表示される。異なるフレーム速度
間で速やかに変化させるために必要とするカラー・ホイ
ール速度での急激な変化のために、カラー・ホイール・
モータのコストは、１フレーム速度以上で画像を表示す
ることが可能なシステムにおいて増加する傾向にある。

【００１８】一つの解決方法は、周波数同期ループが入
力信号と出力信号との間で任意の位相関係を有する位相
同期ループということの実現に基づいている。その実現
は、カラー・ホイールの速度を急速に変化させなくと
も、コントローラを付加してカラー・ホイールを任意の
位置から所望の位置に駆動させる周波数誤差信号を導入
することにより、簡単かつコスト効果のある周波数同期
モータ・コントローラを使用してカラー・ホイール・モ
ータを駆動するのを可能にする。

【００１９】第１の実施例 前述したように、単一の変調器逐次カラー・ディスプレ
イ・システムに用いる位相同期モータ・コントローラの
第１の実施例が図４に示されている。図４では、101.6
ｍｍ〜152.4 ｍｍカラー・ホイールを回すためにナイデ
ック（Ｎｉｄｅｃ）モデル３２Ｓ８７５４０１０のよう
に、３相ＤＣモータ４０２が用いられる。

【００２０】アレグロ（Ａｌｌｅｇｒｏ）Ａ８９０２Ｃ
ＬＢＡのような、３相ブラシレスＤＣモータ・コントロ
ーラ／ドライバ４０４は、一定の周波数で３相ＤＣモー
タ４０２を駆動するために用いられる。この実施例で
は、モータ・コントローラ／ドライバ４０４が３相ＤＣ
モータ４０２の１回転の所望周期を表す１４ビットの周
期ワードを受け取る。この周期ワードは１４ビットの内
部カウンタにロードされ、これを１６入力クロック・サ
イクル毎に減少させる。この内部カウンタは、カウント
が０になるまで、活性のままとなる基準波形を発生す
る。基準波形の長さは、所望の速度で３相ＤＣモータ４
０２の１回転に必要とする時間を表す。

【００２１】モータ・コントローラ／ドライバ４０４
は、更に３相ＤＣモータ４０２の１回転に必要な実際の
周期の時間を表すＴＡＣＨ信号も発生する。この実施例
では、コントローラが３相ＤＣモータ４０２のＥＭＦゼ
ロ・クロス復帰を検知することによりＴＡＣＨ信号を発
生し、かつ２４（３相×８極）により割算する。しか
し、他の実施例では、外部位置インジケータを用いても
よい。この実施例では、ＴＡＣＨ信号の状態がモータの
各回転により変化している。

【００２２】３相ＤＣモータ４０２の交互の回転におい
て、モータ・コントローラ／ドライバ４０４はＴＡＣＨ
信号の周期を基準信号の周期と比較する。信号が最初に
終了するのに従って、モータ・コントローラ／ドライバ
４０４の内部のチャージ・ポンプは３相ＤＣモータ４０
２に供給される電流を制御するために上下に積分をし、
これによってモータ・コントローラ／ドライバ４０４が
３相ＤＣモータ４０２の速度を変化させることができ
る。

【００２３】マイクロコントローラ４０６は、モータ・
コントローラ／ドライバ４０４に書き込まれた１４ビッ
トの周期ワードを変更することにより、この回路を簡単
な周波数同期ループ・コントローラから高価でない位相
同期ループ制御回路に変換する。マイクロコントローラ
４０６はカラー・ホイールが特定の点に回転するとスト
ローブを発生させるカラー・ホイールの位置信号ＩＮＤ
ＥＸを監視する。例えば、位置信号ＩＮＤＥＸは、赤フ
ィルタと青フィルタとの間の境界が光路を横切るとスト
ローブを発生させる。マイクロコントローラ４０６は、
垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期と、垂直同期信号ＶＳＹ
ＮＣと位置信号ＩＮＤＥＸとの間の関係を測定すること
により、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに対するカラー・ホイ
ールの位相を判断する。

【００２４】マイクロコントローラ４０６は、モータ・
コントローラ／ドライバ４０４に書き込む周期ワードを
一時的に増減させることにより、カラー・ホイールの位
相を変化させる。周期ワードにおける僅かな変化は、モ
ータ・コントローラ／ドライバ４０４に非常に小さな量
だけ３相ＤＣモータ４０２の速度を増減させる。垂直同
期信号ＶＳＹＮＣと位置信号ＩＮＤＥＸとの間の位相を
測定することにより判断される実際のカラー・ホイール
位置が所望のカラー・ホイール位置より遅れているので
あれば、カラー・ホイールが垂直同期信号ＶＳＹＮＣと
正しい位相関係に進めるまで、モータの速度をやや増加
させる。

【００２５】米国におけるテレビジョン放送は約６０Ｈ
ｚのフィールド速度を有する。従って、カラー・ホイー
ルは公称３６００ｒｐｍで回転、即ち１６．６７ｍｓ毎
に１回転を完結しなければならない。モータ・コントロ
ーラ／ドライバ４０４をクロック駆動するために１０Ｍ
Ｈｚクロックが用いられるときは、１４ビットの周期カ
ウンタを６２５ｋＨｚの速度で減少させ、かつ周期ワー
ドが３，５９９．８８ｒｐｍのモータ速度に等しい公称
１０，４１７となる。

【００２６】以上で述べたように、カラー・ホイール・
モータの速度プロファイルを制限することが重要であ
る。これはカラー・ホイールを回転させるために必要と
されるモータのコストを低減させるばかりでなく、モー
タ・コントローラ／ドライバ４０４がモータの速度を変
化させようとする際に発生するオーバーシュート及びア
ンダーシュートも低減させる。第１の実施例では、カラ
ー・ホイール周期の位相ループ調整範囲が±５１．２μ
ｓに制限されている。狭い範囲のホイール速度（±０．
１８ｒｐｓ）は、３相ＤＣモータ４０２に対するトルク
負荷を軽減すると共に、最悪の場合の１８０°の位相誤
差を５秒以内で補正可能にさせる。前述した３６００ｒ
ｐｍの公称モータ速度のときは、マイクロコントローラ
４０６はモータ速度を最大３６１１ｒｐｍに増加させ
る、又はモータ速度を最小３５８９ｒｐｍに減少させる
と共に、速度プロファイルを維持することができる。こ
れらの最小速度及び最大速度はマイクロコントローラ４
０６を±３２だけ周期ワードを変化させることを必要と
する。

【００２７】マイクロコントローラの動作 図５はマイクロコントローラ４０６の動作のブロック図
である。ブロック５０２及び５０４は垂直同期信号ＶＳ
ＹＮＣ及び位置信号ＩＮＤＥＸの周期を測定する。ブロ
ック５０６は垂直同期信号ＶＳＹＮＣ及び位置信号ＩＮ
ＤＥＸの相対的なタイミングを測定して垂直同期信号Ｖ
ＳＹＮＣと位置信号ＩＮＤＥＸとの間の進み又は遅れの
量を判断する。ブロック５０８及び５１０により、垂直
同期信号ＶＳＹＮＣの周期がスケーリングされ、かつろ
波されて所望のモータ速度が判断される。所望のモータ
速度を表すブロック５１０の出力は、ブロック５１２に
入力され、これを用いて垂直同期信号ＶＳＹＮＣと位置
信号ＩＮＤＥＸとの間の所望の位相オフセットを判断す
る。この位相オフセットを測定した位相差から引算して
位相誤差を発生させる。ブロック５１８は位相誤差を処
理して位相誤差コマンドを得る。ブロック５４１は、ブ
ロック５０２、５０４及び５１２からの情報、並びに垂
直同期信号ＶＳＹＮＣ及び位置信号ＩＮＤＥＸを受け取
って、いくつかのステータス・ビットの状態を判断す
る。ブロック５１６から出力されるステータス・ビット
には、垂直同期信号ＶＳＹＮＣ及び位置信号ＩＮＤＥＸ
のステータスを表す複数ビットと、カラー・ホイールが
許容範囲の速度で回転していることを表すビットと、シ
ステムの現在の周波数同期及び位相同期ステータスを表
す数ビットとが含まれている。

【００２８】前述のように、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの
周期は、スケーリングされ、かつろ波されて所望のモー
タ速度が判断される。スケールファクタ１は垂直同期信
号ＶＳＹＮＣが４９Ｈｚと６２．９Ｈｚとの間の周波数
を有するときに用いられる。この単位スケールファクタ
は、モータ速度がビデオ・フレーム速度に等しいという
ことに帰結する。フレーム速度が６２．９Ｈｚ以上に増
加すると、モータ制御回路は、以下で説明するスポーク
（ｓｐｏｋｅ）同期モードに切り換わり、スケールファ
クタ１．２を用いる。フレーム速度が６２．６以下に低
下すると、モータ制御回路はスポーク同期モードから切
り換えられ、スケールファクタ１に戻る。

【００２９】ブロック５１０からスケーリングされ、か
つろ波された垂直同期信号ＶＳＹＮＣ期間と、ブロック
５１８からの位相誤差コマンド信号とは加算器５２６に
より加算されて１４ビット基準周期ワードを発生させ、
これがブロック５２０からモータ・コントローラ／ドラ
イバ４０４に出力される。ブロック５２８はカラー表示
モード用の位置信号ＩＮＤＥＸ、又は白黒表示モード用
のＴＡＣＨ信号を用いて、ディスプレイ・エレクトロニ
ックスに対するシーケンス・スタート・コマンドを発生
する。

【００３０】スポーク同期モード カラー・ホイールが速く回転すれば、それだけ多くの電
力を３相ＤＣモータ４０２が必要とし、各フィルタが光
路に存在する期間が短縮される。各フィルタのための期
間が短縮されると、変調器を各ビット・プレーンにより
ロードし、またリセットするのがより困難になる。高い
フレーム速度は、スプリット・リセット方法（ｓｐｌｉ
ｔ−ｒｅｓｅｔ ｍｅｔｈｏｄ）を用いても、表示され
るビット・プレーン数を減少させること、又はミラーが
一時的にオフにされてミラーの下にあるアドレシング回
路をロードできるようにするブランキング期間を使用す
ることが必要となり得る。ブランキング期間はディスプ
レイ・システムの光学的な効率を低下させてディスプレ
イの輝度低下に帰結する。

【００３１】ＴＩ−２００９１に説明されているスポー
ク同期モードは、モータが動作しなければならない速度
範囲を制限するために用いられ、これによってディスプ
レイ・システムの効率を増加させる。スポーク同期モー
ドでは、カラー・ホイールが垂直同期信号ＶＳＹＮＣ毎
に、即ちフレーム期間毎に３００°回転されるだけであ
る。これは、各フレーム期間で垂直同期信号ＶＳＹＮＣ
とカラー・ホイールとの間の関係を６０°変化させるこ
とに帰結する。カラー・ホイールは各フレーム期間で完
全な１回転をするわけではないので、与えられたカラー
・フィルタが光路にある時間の比率は、各カラーについ
て等しくなっておらず、かつ表示された画像のカラー・
バランスが逆に作用する。しかし、数フレーム期間にわ
たって、３つの各カラーは等しく作用し、見る者は各フ
レームのカラー・バランスが正しくないことには気付か
ない。

【００３２】ＴＩ−２０６５７により詳細に説明されて
いるＶＳＹＮＣフィルタは、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの
測定期間を平滑化するように作用する。フィルタは、１
次応答及び２次応答の両者に関連して、入力ソースのフ
レーム速度の変化により発生する入力ＶＳＹＮＣ期間で
の大きな変化に対して平滑化したＶＳＹＮＣ期間が速や
かに応答できるようにすると共に、入力ソースの変化が
ＶＳＹＮＣ位相に変化を発生させるときに発生し得るＶ
ＳＹＮＣ期間におけるスプリアス・ジャンプに対してモ
ータの応答を最小化させる。入力信号の変化に対して急
速に応答するように設計された通常の２次フィルタは、
はるかに大きなオーバーシュートを発生する。

【００３３】図６にフィルタのブロック図を示す。図６
に示すように、フィルタから出力される平滑化したＶＳ
ＹＮＣ期間信号は、入力ＶＳＹＮＣ期間から引算されて
ＶＳＹＮＣ誤差が検出される。誤差信号発生ブロック６
０２はＶＳＹＮＣ誤差に基づいて２つの誤差信号を作成
する。１次ループに用いる第１の誤差信号は、（ＶＳＹ
ＮＣ誤差／１６）＋１である。第１の誤差信号は±８Ｌ
ＳＢの範囲に限定される。２次ループに用いる第２の誤
差信号は、±１ＬＳＢの範囲に限定されたＶＳＹＮＣ誤
差である。

【００３４】第２の誤差信号はアキュムレータ６０４に
より各ＶＳＹＮＣ期間について積分される。アキュムレ
ータ・コントローラ６０６はアキュムレータ６０４の範
囲を＋１２７ＬＳＢと−１２８ＬＳＢとの間に限定す
る。更に、アキュムレータ・コントローラ６０６は、モ
ータ・コントローラ／ドライバ４０４の符号と第２の誤
差信号とが一致しなければ、アキュムレータ６０４をク
リアする。

【００３５】アキュムレータ６０４からの積分した２次
誤差信号は、４により割算され、かつ第１の誤差信号及
び平滑化されたＶＳＹＮＣ期間の前の値に加算されて新
しい平滑化されたＶＳＹＮＣ期間値を作成する。図７に
ＶＳＹＮＣフィルタ動作の詳細なフローチャートを示
す。

【００３６】位相誤差の発生 位置信号ＩＮＤＥＸと垂直同期信号ＶＳＹＮＣとの間の
時間的な関係は、カラー・ホイールの位相オフセットを
判断するため、及び位相誤差信号を発生するために用い
られる。図２のカラー・ホイールを用いる一実施例で
は、モータが青フィルタの中点を回転する際に垂直同期
信号ＶＳＹＮＣを受け取り、光路を介してカラー・ホイ
ールの赤青境界で位置信号ＩＮＤＥＸを発生する。この
実施例は３００°の位置信号ＩＮＤＥＸに対して所望の
位相オフセットされた垂直同期信号ＶＳＹＮＣに帰結す
る。勿論、位置信号ＩＮＤＥＸと、垂直同期信号ＶＳＹ
ＮＣと、カラー・ホイールとの間の関係は任意的であ
る。

【００３７】位相誤差信号は実際の垂直同期信号ＶＳＹ
ＮＣ〜位置信号ＩＮＤＥＸの位相遅延と所望のオフセッ
トとの間の差を表す。マイクロコントローラ４０６は、
位置信号ＩＮＤＥＸの到達時間から垂直同期信号ＶＳＹ
ＮＣ到達時間を引算することにより実際の位相遅延を計
算する。次いで、マイクロコントローラ４０６は実際の
位相遅延の値から所望の位相オフセットを引算して、位
相誤差値を残す。

【００３８】スポーク同期モードでは、所望の位相オフ
セットがビデオ・データの各フレームに関して異なる。
スポーク同期モードでは、カラー・ホイールがビデオ・
データの各フレームにおいて３００°回転するだけであ
る。従って、所望の位相オフセットは、各フレームを変
化させなければならない。スポーク同期モードでは、位
相オフセット・ワードは３００°、２４０°、１８０
°、１２０°、６０°、０°のシーケンスにより連続す
る。

【００３９】位相コマンド 図５のブロック５１８に示すように、マイクロコントロ
ーラ４０６は、位相誤差を計算した後に、位相誤差を位
相コマンドに変換し、この位相コマンドをＶＳＹＮＣ周
期ワードに加算し、モータ・コントローラ／ドライバ４
０４に出力する。位相コマンドのマグニチュードは、位
相誤差に従属して変化し、位相トラッキングの不安定性
及びオーバーシュートを避けるように選択される。典型
的な位相コマンド機能８０２のグラフを図８に示す。図
８において、位相コマンド機能８０２はそれぞれ位相誤
差を０方向に駆動しようとする一連のステップとして示
されている。位相誤差が非常に小さいときは、位相コマ
ンドは０となる。位相誤差が増加するに従って、位相コ
マンドが増加して位相誤差を０に速やかに減少させる。
図８では、位相コマンド機能は線形であり、ステップ・
サイズが各ステップで倍加する。他の多くの機能は、位
相誤差を単に係数設定すること、又は位相誤差を係数設
定し、かつ位相コマンドのマグニチュードを制限するこ
とを含む位相コマンドを発生させるために用いれてもよ
い。

【００４０】シーケンス符号 カラー・ホイールの速度が変化するに従って、各回転中
に画像を表示するために利用可能な時間量も変化する。
カラー・ホイールの速度は、入力ビデオ信号がフレーム
速度を変化させれば変化する。更に、典型的には、ビデ
オ・ソースを変化させると、システムがカラー・ホイー
ルの位相を新しいビデオ信号に同期させようとするの
で、カラー・ホイールの速度を変化させる。ディスプレ
イ・システムがスポーク同期モードにあるときは、コン
トローラは初期位相誤差を最小化するように新しい位相
オフセットにステップして、位相同期処理を促進させ
る。

【００４１】各画像フレームが同一長となるように空間
光変調器が駆動される場合に、カラー・ホイールの回転
が速過ぎるときは、次のカラー・ホイール・フレーム期
間に入り込むのを避けるために、短いフレーム・ディス
プレイ長を選択する必要がある。カラー・ホイールの回
転が速過ぎる際の問題を避けるために十分に短いフレー
ム・ディスプレイ期間を選択すると、空間光変調器がカ
ラー・ホイール期間の最後の部分で動作しないので、カ
ラー・ホイールが適正な速度で回転しているときのディ
スプレイ・システムの効率を低下させる。これに加え
て、一定のフレーム・ディスプレイ長が短過ぎると、空
間光変調器は、カラー・ホイールが前のカラー・フィル
タを用いてまだ光をろ波している間に、カラー・プレー
ンを表示し始める恐れがある。

【００４２】ディスプレイ・システムの効率を最大化さ
せると共に、カラーの人工物を避けるために、アキュム
レータ・コントローラ６０６はカラー・ホイール期間に
基づくシーケンス符号を発生させ、このシーケンス符号
をディスプレイ・システムにより用いてフレーム・ディ
スプレイ期間の長さを制御させる。図５に示すように、
ブロック５２２は測定したインデックス期間を用いてシ
ーケンス符号を発生し、これをブロック５２４から出力
する。第１の実施例では、４３×６ビット符号を用いて
実際のカラー・ホイール速度により判断されるフレーム
表示期間の長さを通信する。

【００４３】カラー・ホイール周波数にかなりの誤差が
あるときは、シーケンス符号を用いてビット表示期間を
変更させる。例えば、ディスプレイ・システムを６０Ｈ
ｚフレーム速度信号から７２フレーム速度信号へ変化さ
せるときは、システムがスポーク同期モードに入って、
カラー・ホイールが新しい信号に対して速過ぎる回転に
なる。カラー・ホイールが速過ぎる回転をしているため
に、各カラーに対する画像データ・ビット期間は、カラ
ー・ホイールが３００°回転する前にビデオ・フレーム
を終了するために短くされなければならない。フレーム
の表示期間はビット期間を短くすることにより、いくつ
かのビットのみを表示することにより、又はその両者に
より、短くされてもよい。第１の実施例では、４３×６
ビットのシーケンス符号がカラー・ホイールをディスプ
レイ・システムの残りと協調させるために用いられる。

【００４４】カラー・ホイール・モータ・コントローラ
に関して本発明を説明したが、本発明の新しい特徴は、
ビデオ読み出し／書き込みヘッド用のモータ・コントロ
ーラのような他の分野に用いられてもよい。更に、集積
回路のモータ・コントローラ及びマイクロコントローラ
を有する第１の実施例を参照して本発明を説明したが、
モータ・コントローラは離散的な論理ゲート又はアナロ
グ回路を含む複数の回路の他の多くの組み合わせを用い
て実施されてもよい。

【００４５】従って、この点に対して位相ロック・モー
タ制御回路及び方法に対する特定の実施例を開示した
が、このような特定の参照は、特許請求の範囲に記載さ
れていることを除き、本発明の範囲についての限定とみ
なされることを意図するものではない。更に、ある特定
の実施例に関連して本発明を説明したが、当該技術分野
に習熟する者に更なる変形を示唆し得ることは理解され
るべきであって、本発明の請求の範囲に含まれるものと
して、このような全ての変形を含むことを意図してい
る。

【００４６】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。

【００４７】（１） タイミング信号にモータを緩やか
に位相同期させるモータ制御システムにおいて、タイミ
ング信号を受け取り、前記タイミング信号の期間を測定
し、かつ前記測定した前記タイミング信号の期間を表す
周波数信号を出力する第１のタイマ回路と、前記タイミ
ング信号及びモータからのインデックス信号を受け取る
第２のタイマ回路であって、前記インデックス信号がモ
ータ・ロータが所定の点に到達した時を表し、前記タイ
ミング信号と前記インデックス信号との間の相対遅延を
測定すると共に前記相対遅延を表している位相誤差信号
を出力する前記第２のタイマ回路と、前記周波数信号及
び前記位相誤差信号を受け取り、周波数コマンド信号を
出力する周波数コマンド発生器であって、前記周波数コ
マンド信号が前記周波数信号により判断された周波数成
分、及び前記位相誤差信号により判断された位相成分か
らなる前記周波数コマンド発生器と、前記周波数コマン
ドを受け取り、前記周波数コマンドにより判断された速
度で前記モータを駆動するモータ駆動回路とを含み、前
記周波数成分により前記モータを駆動する基準速度を判
断し、かつ前記位相成分により前記基準速度に相対する
オフセットを判断して前記タイミング信号に対する前記
モータ・ロータの位相を調整するモータ制御システム。 （２） タイミング信号にモータ・ロータを位相同期さ
せる方法において、前記タイミング信号の周期を測定す
るステップと、前記タイミング信号に相対するモータ・
ロータの位相を測定するステップと、モータ速度信号を
発生するステップであって、前記モータ速度信号が前記
測定した前記タイミング信号の周期、及び前記測定した
位相に基づく誤差信号によるオフセットに基づくステッ
プと、前記モータ速度信号により判断された速度でモー
タを駆動するステップとを含み、前記モータの前記速度
は前記測定した前記タイミング信号の周期と、前記誤差
信号によるオフセットとにより厳密に制御され、前記誤
差信号のオフセットは前記タイミング信号に相対して前
記モータの前記位相を緩慢に調整する前記方法。

【００４８】（３） モータ制御システムは入力タイミ
ング信号に対してモータを位相同期させる低コストの方
法を提供する。タイマ回路５０２、５０６はタイミング
信号の周期、及び前記タイミング信号とモータ・ロータ
との間の相対位相を測定する。周波数コマンド発生器５
２０は前記タイミング信号と、前記モータ・ロータに比
較された前記タイミング信号の相対位相に基づいてモー
タ速度コマンドを出力する。前記モータ速度コマンド
は、前記タイミング信号と同期する前記モータ・ロータ
速度を駆動するモータ・ドライバ回路の出力を制御す
る。前記モータ・ロータ速度は漸次変更されて前記入力
タイミング信号と前記モータ・ロータとの間の相対位相
を調整させる。その結果、小さな周波数同期誤差は前記
タイミング信号と前記モータ・ロータとの間に所定の位
相関係を保持するために用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】映写ディスプレイ・システムの概要図。

【図２】図１における映写ディスプレイ・システムの一
実施例のカラー・ホイールを示す図。

【図３】図２のカラー・ホイールが各カラーを発生する
期間を示すタイムラインの図。

【図４】図１に示す映写ディスプレイ・システムにおけ
るモータ制御回路の一実施例のブロック図。

【図５】図４に示すモータ制御回路におけるマイクロコ
ントローラの一実施例のブロック図。

【図６】図５に示すフィルタの一実施例のブロック図。

【図７】図６に示すＶＳＹＮＣフィルタの一実施例の動
作を説明するフローチャート。

【図８】前記位相誤差を補正するために入力位相誤差
と、モータ・ドライバにより用いられる出力位相コマン
ドとの間の関係を示す位相コマンド機能をプロットした
図。

【符号の説明】

４０２ モータ ４０４ ドライバ ４０６ マイクロコントローラ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１１月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

フロントページの続き (72)発明者 ハロルド イー．ベリス，ザ セカンド アメリカ合衆国テキサス州ガーランド，グ ランド オーク ドライブ 2914

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タイミング信号にモータを緩やかに位相
   同期させるモータ制御システムにおいて、 タイミング信号を受け取り、前記タイミング信号の期間
   を測定し、かつ前記測定した前記タイミング信号の期間
   を表す周波数信号を出力する第１のタイマ回路と、 前記タイミング信号及びモータからのインデックス信号
   を受け取る第２のタイマ回路であって、前記インデック
   ス信号はモータ・ロータが所定の点に到達した時を表
   し、前記タイミング信号と前記インデックス信号との間
   の相対遅延を測定すると共に前記相対遅延を表す位相誤
   差信号を出力する前記第２のタイマ回路と、 前記周波数信号及び前記位相誤差信号を受け取り、周波
   数コマンド信号を出力する周波数コマンド発生器であっ
   て、前記周波数コマンド信号は前記周波数信号により決
   定される周波数成分及び前記位相誤差信号により決定さ
   れる位相成分を含む、前記周波数コマンド発生器と、 前記周波数コマンドを受け取り、前記周波数コマンドに
   より決定される速度で前記モータを駆動するモータ駆動
   回路と、を含み、前記周波数成分により前記モータを駆
   動する基準速度を決定し、かつ前記位相成分により前記
   基準速度に相対するオフセットを決定して前記タイミン
   グ信号に対する前記モータ・ロータの位相を調整する、
   前記モータ制御システム。
2. 【請求項２】 タイミング信号にモータ・ロータを位相
   同期させる方法において、 前記タイミング信号の周期を測定するステップと、 前記タイミング信号に相対するモータ・ロータの位相を
   測定するステップと、 モータ速度信号を発生するステップであって、前記モー
   タ速度信号は前記測定したタイミング信号の周期及び測
   定した位相に基づく誤差信号によるオフセットに基づ
   く、前記ステップと、 前記モータ速度信号により決定された速度でモータを駆
   動するステップとを含み、前記モータの速度は前記測定
   したタイミング信号の周期と前記誤差信号によるオフセ
   ットとにより厳密に制御され、前記誤差信号のオフセッ
   トは前記タイミング信号に相対して前記モータの位相を
   緩慢に調整する、前記方法。