JP2000275527A

JP2000275527A - 像検出装置

Info

Publication number: JP2000275527A
Application number: JP11080023A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Matsuo; 祐一郎松尾
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-06
Also published as: DE10014636A1; US6281657B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズに強くトルク変動に対するモータの回転
数の変動を低減する。【解決手段】光を透過する複数の微小なピンホールと、
光を遮断する遮光部とを有する回転自在なピンホールデ
ィスク１と、このディスク1の回転状態を検出する光検
出素子３と、ピンホールを透過する試料の共焦点像を撮
像するＣＣＤカメラ４と、ディスク１に取り付けられ、
該ディスク１を所定の回転数で回転させるブラシレスＤ
Ｃモータ２と、回転抑制状態非抑制状態との２値を有す
るパルス状のブレーキ信号ｄを生成し、該ブレーキ信号
ｄのパルス幅を変化させてＤＣモータ２に出力すること
によりディスク１の回転状態とＣＣＤカメラ４の撮像タ
イミングを同期させるＦＰＧＡ７から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の微小構造や
三次元構造の形状を観察・測定するのに用いられる像検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、像検出装置の一つである共焦点顕
微鏡として、多数のピンホールを等ピッチで螺旋状に形
成したディスクを用いた例えばNipkoWディスク型の共焦
点顕微鏡が良く知られている。このような共焦点顕微鏡
は、Nipkowディスクをモータにより回転させて試料を光
スキャンすることで試料の共焦点像を得るようにしたも
のである。従って、試料の共焦点像をＣＣＤカメラ等を
用いて撮像する場合、ディスクによるスキャン周期とＣ
ＣＤカメラの撮像周期との同期が取れていないとスキャ
ンむらが出て撮像画面に明暗の縞が発生することがあ
る。

【０００３】このような問題を解決する手段として、例
えば特開平９−２９７２６７号公報に示されるようなＣ
ＣＤカメラの映像信号を用いてディスクの回転数をＣＣ
Ｄカメラの撮像周期に同期させる同期方法が提案されて
いる。

【０００４】このような装置には、比較的安価で扱いが
容易なブラシレスＤＣモータが用いられることがほとん
どである。通常、このようなブラシレスＤＣモータの速
度制御を行う場合、モータドライバに入力するモータ駆
動信号の振幅を制御してモータのステータコイルに流れ
る電流を変化させる。駆動信号の振幅が大きければステ
ータコイルに流れる電流が増大するためにモータの速度
は上昇し、駆動信号の振幅が小さければモータのステー
タコイルに流れる電流は減少するのでモータの速度は下
降する。

【０００５】このようにモータの速度制御を行う際に、
モータのステータコイルに流れる電流を制御することに
関する発明として、例えば特開平７−２５０４９２号公
報に示されるようなモータ制御装置がある。

【０００６】図１１はその概略構成を示すもので、ブラ
シレスＤＣモータ１１１(以後モータ１１１とする)は、
デルタ結線されたステータコイル１１２ａ〜１１２ｃを
有し、ローター１１３に4つの磁極を形成している。ま
た、モータ１１１のステータコイル１１２ａ〜１１２ｃ
のそれぞれの配置位置に対応してホール素子１１４ａ〜
１１４ｃを内蔵している。ホール素子１１４ａ〜１１４
ｃからはローター１１３の磁極通過に対応して１８０°
毎に反転するホール信号Ｅ１〜Ｅ３が出力される。３つ
のホール信号Ｅ１〜Ｅ３の間には６０°の位相差が生ず
る。

【０００７】モータ制御部１１５はデジタルシグナルプ
ロセッサにより構成されている。モータ制御部１１５に
は起動後の定常状態でモータ１１１を正弦波振幅制御す
るための正弦波振幅制御部１１６が設けられる。正弦波
振幅制御部１１６は外部回路として設けているタイミン
グ発生回路１１７との連携により、モータ１１１に設け
ているホール素子１１４ａ〜１１４ｃの信号に基づき、
モータ１１１を規定速度に維持するための正弦波信号の
振幅値を制御する。１１８ａ〜１１８ｃはＤＡコンバー
タで、モータ制御部１１５の正弦波振幅制御部１１６に
よって出力される６０°の位相差を持つ三相の正弦波振
幅データをアナログ信号に変換するものである。１１９
ａ〜１１９ｃは分離回路であり、ＤＡコンバータ１１８
ａ〜１１８ｃからのアナログ信号に変換された正弦波信
号Ｅ１６〜Ｅ１８のそれぞれを駆動信号に分離する。駆
動信号とは、後述する駆動回路１２０に設けている駆動
極性の異なる一対のスイッチング素子を駆動するための
信号をいう。駆動回路１２０はブラシレスＤＣモータ１
１１のステータコイル１１２ａ〜１１２ｃに対応してＰ
チャネルＦＥＴとＮチャネルＦＥＴの直列回路を３回路
備えている。切り替え回路１２１には６つのアナログス
イッチ１２１ａ〜１２１ｆが設けられている。切り替え
回路１２１の切り替え端子ａ側には分離回路１１９ａ〜
１１９ｃの出力が接続され、切り替え端子ｂ側には起動
制御部１２２の出力が接続される。切り替え回路１２１
はモータ起動時にあってはモータ制御部１１５により端
子ｂ側に切り替えられ、起動制御部１２２からの駆動信
号を駆動回路１２０に供給する。

【０００８】起動制御部１２２による起動制御が完了し
て規定速度に達したことを示すスピードロック信号が起
動制御部１２２から得られると、モータ制御部１１５は
切り替え回路１２１を端子ａ側に切り替え、分離回路１
１９ａ〜１１９ｃの駆動信号を駆動回路１２０に供給す
る。

【０００９】起動制御部１２２には方形波パルス振幅制
御部１２３が設けられている。方形波パルス振幅制御部
１２３はモータ１１１に設けている３つのホール素子１
１４ａ〜１１４ｃからのホール信号Ｅ１〜Ｅ３に基づ
き、方形波パルスの振幅を制御して規定回転を得るパル
ス振幅制御（ＰＡＭ）を行う。そして３つのホール信号
Ｅ１〜Ｅ３から検出される実回転と予め定めた基準クロ
ックによる基準回転との位相差を０とするように、方形
波パルス信号の振幅ゲインを制御する。

【００１０】モータ制御部１１５に設けた正弦波振幅制
御部１１６は、自分自身では制御ゲインを作り出してお
らず、起動制御部１２２から出力されるホール素子１１
４ａ〜１１４ｃに対応した振幅ゲインが制御されている
駆動信号Ｅ１１をＡＤコンバータ１２４で取り込み、こ
れを正弦波振幅制御部１１６によるモータ１１１の制御
ゲインとみなして正弦波振幅値を決めている。

【００１１】以上の様な構成によってブラシレスＤＣモ
ータの速度をステータコイルに流れる電流をアナログ的
に変化させることで、目標の速度で回転するようにして
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
の速度制御をステータコイルに流れる電流を変化させる
ことで実現しようとすると、回路系には必ずアナログ回
路を必要とする。たとえ規定の速度と現状の速度との偏
差検出などに高速なデジタルシグナルプロセッサを用い
デジタルデータとして駆動信号を作成したとしても、最
終的にはアナログ的にステータコイルの電流を変化させ
るのであるからＤ／Ａコンバータの様なアナログ回路が
必要となってくる。通常モータの駆動回路は、ブラシレ
スＤＣモータ本体やさまざまな素子から発生する強いノ
イズの影響を受け、アナログ信号にはこれらのノイズが
重畳され乱れた波形になりやすい。この乱れたアナログ
信号でブラシレスＤＣモータのステータコイルに流れる
電流を制御すると、所定の電流値通りに電流を流すこと
が出来ずブラシレスＤＣモータの回転は不安定になる。

【００１３】また、ブラシレスＤＣモータのステータコ
イルに流れる電流を減少させてゆくとブラシレスＤＣモ
ータの回転を低下させることは出来るが、回転トルクも
低下してゆくため、トルク変動に対するブラシレスＤＣ
モータの回転数の変動か大きくなるという問題が発生す
る。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ノイズに強くトルク変動に対するモータの回転数の
変動を低減する像検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
像検出装置は、透光パターンを有する回転体と、この回
転体の回転状態を出力する回転検出手段と、前記回転体
の開口部を透過する像を撮像する撮像手段と、前記回転
体に取り付けられ、該回転体を所定の回転数で回転させ
るモータと、少なくとも回転抑制状態と非抑制状態との
２値を有し、前記モータの駆動を制御するパルス状のブ
レーキ信号のパルス幅を変化させて前記モータに出力す
ることにより、前記回転体の回転状態と前記撮像手段の
撮像開始タイミングとを同期させるモータ制御部とを具
備してなることを特徴とする。

【００１６】望ましくは、撮像手段は共焦点の像を撮像
する。

【００１７】本発明の望ましい形態としては、モータ制
御部は、所定の周波数のブレーキ信号を生成し、かつ該
ブレーキ信号を構成する各パルスを異なるパルス幅に変
化させる。さらに望ましくは、モータ制御部は、ブレー
キ信号のパルス幅を所定値に固定する部分と、パルス幅
を所定値から可変する部分とを選択する手段を有する。

【００１８】この結果、請求項１又は２に記載の発明に
よれば、モータの速度制御にアナログ系を用いてないの
でノイズによるモータの回転むらを抑制でき、かつ、ト
ルク変動によるモータの回転数の変動を抑制することが
出来る。

【００１９】この結果、請求項３記載の発明によれば、
請求項１記載の発明に加えてデューティーを変化させる
部分と固定する部分を選択できるため、極めて微妙にモ
ータの速度制御を行うことができる。また、回路構成が
極めて簡単なため、安価に回路を構成できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２１】（第１実施形態）図１は本発明が適用され
る共焦点顕微鏡の要部である像検出装置の構成を示す図
である。

【００２２】図１に示すように、ピンホールディスク１
はブラシレスＤＣモータ２の回転軸に取り付けられてい
る。

【００２３】ピンホールディスク１の詳細な構成を図２
に示す。図２に示すように、ディスク１はNipkowディス
クであり、内周部に多数のピンホール１ａを有すると共
に、これらピンホール１ａの配列がディスク内周部から
外周部に向かって螺旋状に伸びるように形成されてい
る。また、ピンホールディスク１の外周部には遮光部１
ｂと透過部１ｃが形成されている。なお、このようなピ
ンホールディスク１のピンホール１ａ、遮光部１ｂ及び
透過部１ｃはガラス材からなるディスク基板上にクロム
を蒸着させることにより形成される。

【００２４】図１に示すように、ピンホールディスク１
の外側には光検出素子３が設けられている。この光検出
素子３は、ピンホールディスク１の外周部の遮光部１ｂ
と透過部１ｃを検出するためのもので、その側面図を図
３に示す。図３に示すように光検出素子３はコの字型の
形状をしており、ピンホールディスク１の外周部を挟み
込むように配置されている。ピンホールディスク１が回
転してその外周部の遮光部１ｂと透過部１ｃが交互に通
過して行く毎にパルス状の回転検出信号ａがＦＰＧＡ７
に出力されるようになっている。

【００２５】ＤＣモータ２は３相４極のモータで、駆動
信号Ｕ，Ｖ，Ｗの三相信号により回転駆動される。ま
た、内部には不図示のローターの回転状態を検出するた
めのホールＩＣが１２０°の間隔で組み込まれており、
１２０°の位相差を持つＨａ，Ｈｂ，Ｈｃのホール信号
をＦＰＧＡ７に出力する。

【００２６】ＮＴＳＣのＣＣＤカメラ４はごく一般的に
用いられているもので、映像信号ｂをモニタ５及びビデ
オシンクセパレータ６に出力する。ビデオシンクセパレ
ータ６はＣＣＤカメラ４からの映像信号ｂを受けるとＯ
ＤＤ／ＥＶＥＮフィールドを識別するためのＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮ識別信号ｃをＦＰＧＡ７に出力する。本実施形態
では、ＯＤＤフィールド期間ではＨレベルを、ＥＶＥＮ
フィールド期問ではＬレベルの信号ｃを出力するように
設定されている。ビデオシンクセパレータ６は数百円程
度で簡単に入手できるごく一般的なものが用いられる。
また、ＣＣＤカメラ４で撮像された共焦点画像はモニタ
５に表示される。

【００２７】次に、ＦＰＧＡ７の詳細な構成を図４に示
す。ＦＰＧＡ７は速度検出部７１，司令部７２，位相偏
差検出部７３，ブレーキ信号制御部７４，チャタリング
除去部７５及び出力制御部７６で構成されている。速度
検出部７１は光検出素子３からの検出信号ａに基づいて
カウント値ｇを司令部７２に出力する。

【００２８】司令部７２は映像信号のフレーム周波数と
カウント値ｇを比較する。カウント値ｇがフレーム周波
数と一致すると、司令部７２はディスク１の回転周期が
目標値に到達したと認識し、ブレーキ信号制御部７４に
信号ｋを出力する。この信号ｋは速度検出部７１及び位
相偏差検出部７３からの情報に基づいて、ブレーキ解除
状態とブレーキ制御状態を切り替えるようにブレーキ信
号制御部７４に命令する信号である。また、司令部７２
は位相偏差検出部７３に対してＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｃと光検出素子３からの検出信号ａの立ち上がりエッ
ジの位相関係を検出させるためのイネーブル信号ｉを出
力する。

【００２９】位相偏差検出部７３は、ビデオシンクセパ
レータ６からのＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃと光検出素
子３からの検出信号ａとの位相関係とずれ量に基づいて
加減速指示信号ｊとずれ量を示すカウント値ｌを出力す
る。加減速指示信号ｊは加速と減速の指示を与える２値
の信号であり、Ｌレベルで減速を指示し、Ｈレベルで加
速を指示する。

【００３０】ブレーキ信号制御部７４は、ブレーキ信号
を出力するモードに切り替える命令を伝える信号ｋを受
けると、加減速指示信号ｊ及びカウント値ｌに基づいて
所望のブレーキ信号ｄを生成してモータドライバ９に出
力する。

【００３１】チャタリング除去部７５は図１に示す方向
切り替えスイッチ１０を介して入力されたｄｉｒ信号を
方向信号ｆとしてモータドライバ９に送出する。方向切
り替えスイッチ１０はブラシレスＤＣモータ２の回転方
向を決定するスイッチである。方向切り替えスイッチ１
０とＦＰＧＡ７の間にはプルアップ用の抵抗Ｒが接続さ
れている。このプルアップ抵抗Ｒは不図示の電源に電圧
Ｖで接続されている。

【００３２】チャタリング除去部７５は不図示のフリッ
プフロップや論理ゲートなどで構成されており、方向切
り替えスイッチ１０で方向切り替えを行った時に発生す
るチャタリング（ＨレベルとＬレベルが短い周期で繰り
返してしまう現象）をデジタル的に防止するものであ
る。

【００３３】出力制御部７６はモータドライバ９のホー
ル信号と駆動信号の位相関係と、ブラシレスＤＣモータ
２が出力するホール信号と駆動信号の位相関係を合わせ
るもので、モータ２からのホール信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ
を出力制御部７６を経由して信号Ｈａ’，Ｈｂ’，Ｈ
ｃ’としてモータドライバ９に出力する。

【００３４】なお、このＦＰＧＡ７はＣＬＫ８のクロッ
ク信号ｅに基づいて動作する。ＣＬＫ８はＦＰＧＡ７を
動作させるためのクロックで、本実施形態では３．２７
６８ＭＨｚのものを使用している。

【００３５】モータドライバ９は３相ブラシレスＤＣモ
ータ用のものであり、出力制御部７６から出力される信
号Ｈａ’，Ｈｂ’，Ｈｃ’を入力する端子を有し、信号
Ｈａ’，Ｈｂ’，Ｈｃ’の位相関係からモータ２の不図
示のステータコイルに適切な位相の駆動信号Ｕ，Ｖ，Ｗ
を出力する。

【００３６】このモータドライバ９の電源端子には、本
実施の形態で使用するモータ２の定格電圧１２Ｖが不図
示のＤＣ-ＤＣコンバータを通して供給されている。更
にモータドライバ９にはモータの回転方向を指示する方
向信号ｆやブレーキ信号ｄを入力する端子を有してい
る。モータドライバ９はＦＰＧＡ７からＬレベルのブレ
ーキ信号ｄを受けると、Ｌレベルの間ブラシレスＤＣモ
ータ２の駆動信号Ｕ，Ｖ，ＷをＬレベルに保持しつづ
け、ブラシレスＤＣモータ２の回転を低下させる。

【００３７】次に、このようにして構成された実施形態
の動作を説明する。

【００３８】システムに電源が投入されると、ＣＬＫ８
は３．２７６８ＭＨｚで発振を始めてＦＰＧＡ７にクロ
ック信号ｅを供給する。ＣＣＤカメラ４はピンホールデ
ィスク１のピンホール部を通して得られた不図示の試料
像の撮像を開始するとともに映像信号ｂをモニタ５及び
ビデオシンクセパレータ６に出力する。ビデオシンクセ
パレータ６はＣＣＤカメラ４から映像信号ｂが送られて
くるとＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃを出力する。

【００３９】この映像信号ｂとＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｃの関係を図５に示す。図５に示すように、映像信号
ｂはＥＶＥＮフィールドとＯＤＤフィールドが交互に表
れる。ＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃは映像信号ｂのＯＤ
Ｄフィールドの始まり、詳細にはＥＶＥＮフィールド直
後の垂直帰線期間の中間付近でＨレベルとなり、映像信
号ｂのＥＶＥＮフィールドの始まり、詳細にはＯＤＤフ
ィールド直後の垂直帰線期間の中間付近でＬレベルとな
る。

【００４０】ＦＰＧＡ７はＤＣモータ２からのホール信
号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃを出力制御部７６を経由してＨ
ａ’，Ｈｂ’，Ｈｃ’としてモータドライバ９に出力す
る。次にＦＰＧＡ７はモータの回転方向を命令するｄｉ
ｒ信号をチャタリング除去部７５を通して方向信号ｆと
してモータドライバ９に送出する。さらにＦＰＧＡ７は
司令部７２による信号ｋを介してブレーキ信号制御部７
４にブレーキ信号ｄをＨレベルにするように指示してブ
レーキ解除状態にする。この結果、モータ２は定格加速
すなわちフルパワーで加速して行く。

【００４１】モータ２が回転するとディスク１の遮光部
１ｂと透過部１ｃが光検出素子３を通過して行く。ディ
スク１の遮光部１ｂが光検出素子３を通過するとＬレベ
ルの信号ａが出力され、透過部１ｃが光検出素子３を通
過するとＨレベルの信号ａが出力される。

【００４２】次に、光検出素子３からの回転検出信号ａ
と速度検出部７１の動作を図６を用いて説明する。図６
において、Ａ〜Ｄで区切られた時間はそれぞれディスク
１が１回転する時間を、Ａ１〜Ｄ１で区切られた区間は
透過部１ｃからの信号を、Ａ２〜Ｄ２で区切られた区間
は遮光部１ｂからの信号を示す。

【００４３】ディスク１が回転を始めるとＦＰＧＡ７の
速度検出部７１は内蔵する不図示のカウンタにより、光
検出素子３から検出信号ａの周期、つまり検出信号ａの
立ち上がりエッジ（ａ−１）でカウントをスタートす
る。そして、次の立ち上がりエッジ（ａ−２）でそのカ
ウント値ｇを送出すると共に、カウンタをリセットし、
さらにカウンタを再スタート(リスタート)する。このカ
ウンタはＣＬＫ８から出力されるクロック信号ｅの１周
期分の分解能を持っている。本実施形態ではＣＬＫ８の
発振周波数は３．２７６８ＭＨｚであるから、本実施形
態のカウンタは約３０５ｎｓの時間分解能で動作してい
ることになる。

【００４４】速度検出部７１から送出されるカウント値
ｇが映像信号ｂのフレーム周波数と一致すると、司令部
７２はディスクの回転周期が目標値に到達したと認識す
る。具体的には、映像信号のフレーム周波数は２９．９
７Ｈｚであり、またカウンタの動作周期が約３０５ｎｓ
であることから、速度検出部の不図示のカウンタはディ
スク１の回転周期(周波数)が２９．９７Ｈｚになると１
０９３３６をカウントすることになる。つまり、司令部
７２は速度検出部７１のカウント値ｇが１０９３３６に
なるとブレーキ信号制御部７４に、位相偏差検出部７３
からの情報に基づいたブレーキ信号を出力するモードに
切り替えるように信号ｋにて指示する。

【００４５】さらに、位相偏差検出部７３に対してＯＤ
Ｄ／ＥＶＥＮ識別信号ｃと光検出素子３からの回転検出
信号ａの立ち上がりエッジの位相関係を検出させるため
のイネーブル信号ｉを出力する。

【００４６】イネーブル信号ｉを受けた位相偏差検出部
７３の動作について説明する。

【００４７】ビデオシンクセパレータ６からＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮ識別信号ｃを受けると、位相偏差検出部７３はＯ
ＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち下がりエッジでカウン
トを開始し次のＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち下が
りでリスタートする不図示のカウンタを動作させる。次
に、位相偏差検出部７３はＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃ
の立ち上がりエッジと光検出素子３から出力される回転
検出信号ａの立ち上がりエッジにおける、前述の不図示
のカウンタのカウント値を不図示のメモリＡ，Ｂにスト
アする。そして、メモリＡ，Ｂにストアされている両者
のエッジのカウント値から、立ち上がりエッジの位相関
係とそのずれ量を計算してブレーキ信号制御部７４に加
減速指示信号ｊとずれ量を示すカウント値ｌを送出す
る。

【００４８】この位相偏差検出部７３の動作における検
出信号ａとＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの関係を図７に
示す。図７（ａ）に示す場合、ＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｃの立ち上がりエッジ（ｔ−２）に対して回転検出信
号ａの立ち上がりエッジ（ｔ−３）が左側つまり位相が
進んでいる。

【００４９】ここで、位相偏差検出部７３はＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮ識別信号ｃの立ち下がりエッジ（ｔ−１）から不
図示のカウンタをスタートさせる。そして回転検出信号
ａの立ち上がりエッジ（ｔ―３）を検知するとその時の
カウント値を不図示のメモリＢにストアする。

【００５０】次にＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち上
がりエッジ（ｔ−２）を検知するとその時のカウント値
をメモリＡにストアする。両者のメモリにカウント値の
ストアが終了すると、（メモリＡ−メモリＢ）の演算を
行い両エッジのずれ量を求めデータ１としてブレーキ信
号制御部７４に送出する。合わせて加減速指示信号ｊを
ＬレベルにしてブラシレスＤＣモータ２の回転を減速す
るようにブレーキ信号制御部７４に指示する。

【００５１】図７（ｂ）では、ｔ−３よりもｔ−２のタ
イミングが早く、ＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの方が回
転検出信号ａよりも位相が進んでいるので、同様のシー
ケンスにより今度は（メモリＢ−メモリＡ）の演算によ
って両エッジのずれ量を求めデータ１としてブレーキ信
号制御部７４に送出する。合わせて加減速指示信号ｊを
ＨレベルにしてブラシレスＤＣモータ２の回転を加速す
るようにブレーキ信号制御部７４に指示する。

【００５２】次に、ブレーキ信号制御部７４より出力さ
れるブレーキ信号ｄについて説明する。

【００５３】図８（ａ）に示すようにブレーキ信号ｄは
約２０ｋＨｚの周波数で出力される。このブレーキ信号
ｄは周波数が高ければステータコイルヘの励磁のＯＮ，
ＯＦＦによって発生する振動を低減させることは出来る
が、あまり周波数を高くしてしまうとモータドライバ９
内部のＦＥＴが追従しなくなりモータ２の速度制御が不
可能になる。そこで、本実施形態ではＦＥＴが正常に動
作できる上限に近い周波数である約２０ｋＨｚを選択す
る。

【００５４】図８（ａ）では、Ｌレベルの部分ではモー
タドライバ９によってモータ２にはブレーキがかかり、
Ｈレベルの部分ではモータドライバ９によってモータ２
のブレーキは解除され加速状態となる。図８（ａ）に示
すようにデューティーが５０％になっている時、モータ
２は映像信号のフレーム周波数である２９．９７Ｈｚに
近い周波数で回転するような特性を持っている。図８
（ｂ）の様なブレーキ信号が出力されている場合、周波
数は同じ２０ｋＨｚでもＬレベルになっている時間、つ
まりモータ２にブレーキがかかっている時間が長いため
モータ２は減速を始める。図８（ｃ）では、図８（ｂ）
よりも更にブレーキがかかっている時間が長いためモー
タ２は更に減速をする。図９（ｄ）においては、図８
（ｂ）とは対照的に、モータ２にブレーキがかかってい
るＬレベルの時間が図８（ａ）に対して短いため、モー
タ２はフレーム周波数２９．９７Ｈｚよりも速い周期で
回転するべく加速していく。図９（ｅ）においては、図
９（ｄ）よりも更にＬレベルの時間、つまりモータ２に
ブレーキがかかっている時間が短くなるため更に回転周
期が速くなっていく。

【００５５】本実施形態で用いたモータ２はブレーキ信
号ｄをＨレベルに保持し続けた場合、つまりノンブレー
キでは約３６００ｒｐｍ（６０．００Ｈｚ）で回転する
特性を持っている。

【００５６】以上のブレーキ信号ｄとモータ２の関係に
基づいて、ブレーキ信号制御部７４とモータ２の動作に
ついて説明する。

【００５７】図７（ａ）の状態では、回転検出信号ａの
立ち上がりエッジ（ｔ−３）がＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信
号ｃの立ち上がりエッジ（ｔ―２）より位相が進んでい
る。位相偏差検出部７３は加減速指示信号ｊをＬレベル
にしてモータ２の回転周期を遅くするように指示し、か
つ両エッジのずれ量を信号ｌとして出力する。

【００５８】信号ｊ及び信号ｌの情報を受けたブレーキ
信号制御部７４は、図８（ｃ）に示すようなブレーキＯ
Ｎ時間の長いブレーキ信号ｄを出力してモータ２を減速
させる。これにより、回転検出信号ａの立ち上がりエッ
ジ（ｔ−３）がＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち上が
りエッジ（ｔ−２）に近づき始める。位相偏差検出部７
３はディスク１が一回転する毎に上記の処理を行う。

【００５９】回転検出信号ａの立ち上がりエッジ（ｔ−
３）がＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち上がりエッジ
（ｔ−２）に近づいて行くに従って、ブレーキ信号制御
部７４からは図８（ｂ）のようにＬレベルで、つまり図
８（ｃ）よりもブレーキＯＮ期間を徐々に短くしてモー
タ２の減速度合いを少なくする。このようにして回転検
出信号ａとＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別信号ｃの両者の立ち上
がりエッジが一致するようにする。

【００６０】上記の処理中に減速しすぎて回転検出信号
ａの立ち上がりエッジ（ｔ−３）がＯＤＤ／ＥＶＥＮ識
別信号ｃの立ち上がりエッジ（ｔ−２）よりも位相が遅
れてしまった場合や、上記制御を開始する時に既に図７
（ｂ）のように回転検出信号ａがＯＤＤ／ＥＶＥＮ識別
信号ｃより位相が遅れていた場合は、図９（ｅ）や
（ｄ）のように前述とは逆にモータ２を加速するような
処理をして回転検出信号ａの立ち上がりエッジとＯＤＤ
／ＥＶＥＮ識別信号ｃの立ち上がりエッジの位相を合わ
せる。

【００６１】さらに、一旦回転検出信号ａとＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮ識別信号ｃ両者の立ち上がりエッジ（ｔ−２とｔ
−３）が揃った後、両者のエッジの位相関係が僅かにず
れて非常に僅かな速度制御をする場合は、図９（ｆ）に
示すようにデューティーを５０％で固定しておき、デュ
ーティーを可変できる部分を間引いて配置し速度制御を
行う。これにより、一部のブレーキＯＮ時間のみ速度を
変化させるため、すべてのブレーキＯＮ時間を一律に変
化させる場合に比較して極めて微妙なモータ２の速度制
御が可能となる。また、図９（ｆ）のように一部のデュ
ーティーを５０％で固定しなくても、すべてのデューテ
ィーを可変の部分にして制御してもよい。

【００６２】このように、本実施形態ではブレーキ信号
のパルス幅を可変する方式によりディスク１の回転速度
を制御する方式を用いることにより、モータ２の回転速
度を変動させるアナログ系の回路が不要である。また、
モータ２の駆動電流を変化させずにＯＮ／ＯＦＦ制御の
みでモータ２を制御するため、トルク変動によるモータ
２の回転速度の変動も低減することが出来る。さらに、
本実施形態のように速度制御をＦＰＧＡ１つで行えるた
め、回路構成が極めて簡単でなおかつ安価に作製でき
る。

【００６３】なお、本実施形態ではピンホールディスク
の一例として、内周部に一様に螺旋状のピンホール１ａ
が形成されているディスクを用いて説明したが、これに
限定されるものではない。ＣＣＤカメラの撮像周期とデ
ィスクの回転が速度だけでなくディスク上の位置まで同
期しているので、図１０に示すようなピンホールディス
ク１０１を用いることもできる。このピンホールディス
ク１０１はピンホール部１０１ａと開口部１０１ｂとが
互いに対向する位置に形成されている。さらにディスク
１０１には、ピンホール部１０１ａと開口部１０１ｂと
の間に遮光部１０１ｃ，１０１ｄが形成されている。ピ
ンホール部１０１ａは複数のピンホールがディスク内周
部から外周部に向かって螺旋状に伸びるように配列する
ように形成されている。ディスク１０１が回転しピンホ
ール部１０１ａの部分で不図示の試料をスキャンする
と、一様に照明光が試料を照射できるようにピンホール
は配置されている。

【００６４】また、ディスク１０１の外周部には、透過
部１０１ｅ及び遮光部１０１ｆが形成されており、ディ
スク１の場合と同様に回転状態を光検出素子が検出でき
るようになっている。

【００６５】このディスク１０１を用いて本実施形態に
おける速度制御を行えば、ＣＣＤカメラから得られるフ
レーム画像のＥＶＥＮフィールドにはピンホール部１０
１ａの部分、つまり共焦点画像が、ＯＤＤフィールドに
は開口部１０１ｂの部分、つまり明視野画像が撮像され
る。そしてこのフレーム画像のＯＤＤ／ＥＶＥＮフィー
ルドをそれぞれ分離して表示するような画像処理をすれ
ば共焦点画像と明視野画像をモニタなどに同時表示する
ことができる。

【００６６】このように、ディスク１の構成に限定され
ず、ディスク１０１等、他の構成のディスクにも本発明
を適用できる。従って、ピンホールがランダムに配置さ
れているディスクを用いた場合や、ラインパターンが形
成されているディスクを用いた場合であっても同様の効
果を奏する。さらに、ディスク１は平面上の構成をとる
必要はなく、円筒状のディスクであってその円筒側面に
ピンホール等が多数形成されているものであってもよ
い。

【００６７】また、本実施形態では共焦点顕微鏡に適用
する場合を示したが、これに限定されることはなく、回
転体の回転と同期を取って像を撮像する構成を有する装
置であれば本発明を適用可能である。従って、例えば遠
心顕微鏡にも本発明を適用可能である。また、ブレーキ
信号ｄは非抑制状態と回転抑制状態の２値からなる信号
で説明したが、３値以上の信号であっても本発明を適用
可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１又は２に記
載の発明によれば、ブレーキ信号のパルス幅を可変する
方式を用いるため回路にアナログ系を必要としないため
ノイズに強く、またモータ駆動電流を変化させることが
無いためモータのトルク変動の影響を受けること無く映
像信号とディスクの回転速度を同期させることができる
ようなモータの速度制御をすることが出来る。

【００６９】また、請求項３に記載の発明によれば、ブ
レーキ信号のパルス幅を可変する部分とパルス幅を固定
する部分を選択して出力することで極めて微妙にモータ
の速度制御をすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る共焦点顕微鏡の要
部であるモータ制御装置の全体構成を示す図。

【図２】同実施形態に係るピンホールディスクの構成を
示す図。

【図３】同実施形態に係る光検出素子とピンホールディ
スク１の位置関係を示す横断面図。

【図４】同実施形態に係るＦＰＧＡの詳細な構成を示す
図。

【図５】同実施形態に係る映像信号ｂとＯＤＤ／ＥＶＥ
Ｎ識別信号の関係を示す図。

【図６】同実施形態に係る速度検出部の動作を説明する
ための図。

【図７】同実施形態に係る検出信号ａとＯＤＤ／ＥＶＥ
Ｎ識別信号ｃの関係を示す図。

【図８】同実施形態に係るブレーキ信号ｄを示す図。

【図９】同実施形態に係るブレーキ信号ｄを示す図。

【図１０】同実施形態の変形例を示す図。

【図１１】従来の共焦点顕微鏡のモータ制御装置の構成
を示す図。

【符号の説明】

１，１０１…ピンホールディスク１ａ…ピンホール１ｂ…遮光部１ｃ…透過部２…ブラシレスＤＣモータ３…光検出素子４…ＣＣＤカメラ５…モニタ６…ビデオシンクセパレータ７…ＦＰＧＡ８…ＣＬＫ９…モータドライバ１０…方向切り替えスイッチ７１…速度検出部７２…司令部７３…位相偏差検出部７４…ブレーキ信号制御部７５…チャタリング除去部７６…出力制御部１０１ａ…ピンホール部１０１ｂ…開口部１０１ｃ，１０１ｄ…遮光部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光パターンを有する回転体と、この回転体の回転状態を出力する回転検出手段と、前記回転体の開口部を透過する像を撮像する撮像手段
と、前記回転体に取り付けられ、該回転体を所定の回転数で
回転させるモータと、少なくとも回転抑制状態と非抑制状態との２値を有し、
前記モータの駆動を制御するパルス状のブレーキ信号の
パルス幅を変化させて前記モータに出力することによ
り、前記回転体の回転状態と前記撮像手段の撮像開始タ
イミングとを同期させるモータ制御部とを具備してなる
ことを特徴とする像検出装置。
【請求項２】前記回転体の開口部を透過する像は、共
焦点の像であることを特徴とする請求項１に記載の像検
出装置。
【請求項３】前記モータ制御部は、所定の周波数のパ
ルス信号を生成し、かつ該パルス信号のパルス幅を所定
値に固定する部分と、パルス幅を該所定値から可変する
部分とを選択する手段を有することを特徴とする請求項
１又は２に記載の像検出装置。