JPH0538124A - Linear dc motor and image scanner using same motor - Google Patents

Linear dc motor and image scanner using same motor

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JPH0538124A
JPH0538124A JP3182814A JP18281491A JPH0538124A JP H0538124 A JPH0538124 A JP H0538124A JP 3182814 A JP3182814 A JP 3182814A JP 18281491 A JP18281491 A JP 18281491A JP H0538124 A JPH0538124 A JP H0538124A
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JP
Japan
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sensor
mover
motor
linear
displacement sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3182814A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Ando
俊幸 安藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Priority to US07/861,022 priority patent/US5289088A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain the moving position of a movable element with high resolution by making the constitution of an apparatus into a low-cost and simple one, which can be further made longer. CONSTITUTION:In a linear DC motor which is provided with a field magnet alternately having the N-and S-poles of magnetic poles in the longitudinal direction and an armature having one or more driving armature coil groups facing this field magnet and in which one of these field magnet and armature is a movable element 1 and the other is a stator 2, a displacement sensor 14 is attached to the movable element 1 and a sensor target 15 formed into an irregular shape changing periodically in the direction of movement on the locus facing this displacement sensor 14 and also changing continuously without any point of inflection within a period is provided at the stator 2. Then, the position of the movable element 1 is calculated by an operating means on the basis of the irregular period of this sensor target 15 detected by the displacement sensor 14 and the distance between the displacement sensor 14 and sensor target 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リニア直流モータ及び
このモータを用いたイメージスキャナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear DC motor and an image scanner using this motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、光学ヘッドやイメージスキャナ
などをリニアに移動させる駆動源としては、リニア直流
モータが用いられる。即ち、回転モータを用い伝達系で
直線運動に変換することも可能であるが、このような駆
動系によると、伝達系によるガタやバックラッシュ等に
より送りの高精度化に限界があるからである。
2. Description of the Related Art Generally, a linear DC motor is used as a drive source for linearly moving an optical head or an image scanner. That is, it is possible to use a rotary motor to convert the motion into a linear motion, but such a drive system limits the accuracy of the feed due to backlash, backlash, and the like caused by the power transfer system. .

【0003】ここに、高精度な移動及び停止を目的とし
て光学的リニアエンコーダを付設したリニア直流モータ
が特開昭59−122357号公報に示されている。こ
れは、光波長発生素子からの光を可動子側に設けた傾設
反射面で反射させ、光波長受信素子で受信することによ
り可動子の位置と推進速度とを簡単に検出するようにし
たものである。これによれば、位置及び推進速度検知が
容易に行えるので、高精度な移動又は停止が可能とな
り、同時に、可動子とともに光波長発生素子、光波長受
信素子を移動させなくてよいため、電源コード等が邪魔
にならない、というメリットがある。
A linear DC motor provided with an optical linear encoder for the purpose of highly accurate movement and stop is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 122322/1984. This is because the light from the light wavelength generating element is reflected by the tilted reflecting surface provided on the mover side and is received by the light wavelength receiving element so that the position and the propulsion speed of the mover can be easily detected. It is a thing. According to this, since the position and the propulsion speed can be easily detected, it can be moved or stopped with high accuracy, and at the same time, it is not necessary to move the optical wavelength generating element and the optical wavelength receiving element together with the mover. There is a merit that such things do not get in the way.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来方式によると、光波長発生素子、傾設反射面、光波
長受信素子等の高価な光学部品を用いる必要があり、か
つ、これらの部品の高精度な組付け調整も要し、取扱い
が面倒なものである。
However, according to such a conventional method, it is necessary to use expensive optical parts such as an optical wavelength generating element, a tilted reflecting surface, an optical wavelength receiving element, and these parts. It is also troublesome to handle because it requires highly accurate assembly adjustment.

【0005】特に、イメージスキャナを考えた場合に
は、部分的な読取りを行う際には、読取り部の任意位置
でのスタート・ストップが必要となる。このために、従
来のリニア直流モータをイメージスキャナ走行系駆動源
として用いると、このモータが高価な位置センサを用い
たものであり、イメージスキャナとしても高価になる。
かといって、安価に構築すると、スキャナ位置、従っ
て、読取り位置を高分解能で測定できないため、部分的
な読取りを行う際には読取り位置精度の悪いものとなっ
てしまう。また、イメージスキャナとしては一般に所定
の走査長が必要であり、そのためのリニア直流モータと
しても長尺化対応が必要となる。
Particularly in the case of an image scanner, when performing partial reading, it is necessary to start and stop the reading unit at an arbitrary position. For this reason, when a conventional linear DC motor is used as a drive source for an image scanner traveling system, this motor uses an expensive position sensor, which makes the image scanner expensive.
However, if it is constructed at low cost, the scanner position, and hence the reading position, cannot be measured with high resolution, so that the reading position accuracy will be poor when performing partial reading. Further, an image scanner generally requires a predetermined scanning length, and a linear DC motor for that purpose also needs to be elongated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】N極,S極の磁極を長手
方向に交互に有する界磁マグネットと、この界磁マグネ
ットに対向する1つ以上の駆動用電機子コイル群を有す
る電機子とを設け、これらの界磁マグネットと電機子と
の一方を可動子とし他方を固定子としたリニア直流モー
タにおいて、請求項1記載の発明では、可動子に変位セ
ンサを取付け、この変位センサに対向する軌跡上に移動
方向に周期的でその周期内で変曲点なく連続的に変化す
る凹凸形状に形成したセンサターゲットを固定子に設
け、前記変位センサにより検出されるこのセンサターゲ
ットの凹凸周期と変位センサ・センサターゲット間距離
とに基づき前記可動子の位置を算出する演算手段を設け
た。
A field magnet having N and S magnetic poles alternately arranged in the longitudinal direction, and an armature having one or more driving armature coil groups facing the field magnet. In a linear DC motor having one of the field magnet and the armature as a mover and the other as a stator, in the invention according to claim 1, a displacement sensor is attached to the mover and faces the displacement sensor. A sensor target formed in a concave and convex shape that is periodic in the movement direction on the locus and continuously changes within the cycle without an inflection point is provided on the stator, and the concave and convex cycle of the sensor target detected by the displacement sensor and Arithmetic means is provided for calculating the position of the mover based on the distance between the displacement sensor and the sensor target.

【0007】請求項2記載の発明では、ターゲット面積
に応じて出力が変化するセンサを可動子に取付け、この
センサに対向する軌跡上に移動方向に周期的でその周期
内で増加変化又は減少変化を示す面積変化パターンに形
成したセンサターゲットを固定子に設け、前記センサに
より検出されるこのセンサターゲットのパターン周期と
センサターゲット面積とに基づき前記可動子の位置を算
出する演算手段を設けた。
According to the second aspect of the present invention, a sensor whose output changes according to the target area is attached to the mover, and is periodically changed in the moving direction on a locus facing the sensor and increases or decreases within the period. The sensor target formed in the area change pattern indicating the above is provided on the stator, and the calculating means for calculating the position of the mover is provided based on the pattern period of the sensor target detected by the sensor and the sensor target area.

【0008】請求項3記載の発明では、このようなリニ
ア直流モータをイメージスキャナに用い、読取り光学系
部材を搭載して副走査する可動子とした。
According to the third aspect of the present invention, such a linear DC motor is used in an image scanner, and a moving element for sub-scanning is provided by mounting a reading optical system member.

【0009】[0009]

【作用】請求項1記載の発明によれば、可動子に取付け
た変位センサと、この変位センサの移動軌跡上に位置さ
せて固定子側に設けられて周期的な凹凸形状であって、
その周期内で変曲点なく連続的に変化する形状としたセ
ンサターゲットとの組合せで、凹凸周期と変位センサ・
センサターゲット間距離とを測定して可動子の位置を算
出するので、安価・簡単な構成にして高感度・高分解能
な位置検出が可能で、可動子の高精度な位置制御が可能
となる。特に、センサターゲットは長尺でもよく、制約
の少ないものとなる。
According to the first aspect of the present invention, the displacement sensor attached to the mover and the periodical concave and convex shape provided on the stator side while being positioned on the movement locus of the displacement sensor,
In combination with a sensor target that has a shape that continuously changes within that cycle without an inflection point, the uneven cycle and displacement sensor
Since the position of the mover is calculated by measuring the distance between the sensor targets, the position of the mover can be detected with high sensitivity and high resolution with an inexpensive and simple structure, and the position control of the mover can be performed with high accuracy. In particular, the sensor target may have a long length, and there are few restrictions.

【0010】請求項2記載の発明による場合も同様であ
り、可動子に取付けられてターゲット面積により出力の
変化するセンサと、このセンサの移動軌跡上に位置させ
て固定子側に設けられて面積が周期的に変化するパター
ンであって、周期内で増加変化又は減少変化のみを示す
パターンのセンサターゲットとの組合せで、パターン周
期とセンサターゲット面積とを測定して可動子の位置を
算出することにより、安価・簡単な構成にして高感度・
高分解能な位置検出が可能で、可動子の高精度な位置制
御が可能となる。特に、センサターゲットは長尺でもよ
く、制約の少ないものとなる。
The same is true in the case of the invention according to claim 2, in which the sensor mounted on the mover and whose output changes according to the target area, and the sensor provided on the stator side while being located on the movement locus of this sensor Is a pattern that cyclically changes, and in combination with a sensor target of a pattern that shows only an increase change or a decrease change within the cycle, the pattern cycle and the sensor target area are measured to calculate the position of the mover. The low cost, simple structure and high sensitivity
The position can be detected with high resolution and the position of the mover can be controlled with high accuracy. In particular, the sensor target may have a long length, and there are few restrictions.

【0011】請求項3記載の発明では、このようなリニ
ア直流モータをイメージスキャナにおける副走査駆動源
とすることにより、高精度な位置制御ができ、安価にし
て高精度な部分読取りが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, by using such a linear DC motor as the sub-scanning drive source in the image scanner, it is possible to perform highly accurate position control, and it is possible to make inexpensive and highly accurate partial reading. .

【0012】[0012]

【実施例】本発明の第一の実施例を図1ないし図8に基
づいて説明する。まず、本実施例のリニア直流モータ
は、電機子を可動子とし界磁マグネットを固定子2とす
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the linear DC motor of this embodiment uses an armature as a mover and a field magnet as the stator 2.

【0013】可動子1は可動バックヨーク3とこの可動
バックヨーク3に取付けられたコイル基板4と、前記可
動バックヨーク3の両側4隅に固定された軸5と、各軸
5に回転自在に取付けられたローラ6と、前記コイル基
板4に固定されつつ基板長手方向に沿って連続的に配設
されたコイル7による電機子コイル群と、位置検出用の
ホール素子8とにより構成されている。
The mover 1 includes a movable back yoke 3, a coil substrate 4 attached to the movable back yoke 3, shafts 5 fixed to the four corners on both sides of the movable back yoke 3, and rotatable shafts 5. It is composed of a mounted roller 6, an armature coil group including coils 7 fixed to the coil substrate 4 and continuously arranged along the substrate longitudinal direction, and a Hall element 8 for position detection. .

【0014】また、固定子2は前記ローラ6の転動をガ
イドする段差又は溝状のレール部9を有する長尺状のベ
ース板10と、このベース板10上に固定された固定バ
ックヨーク11と、この固定バックヨーク11上に設け
られてN極、S極のように交互に着磁させた磁極12に
よる永久磁石とにより構成されている。
The stator 2 has a long base plate 10 having stepped or grooved rail portions 9 for guiding the rolling of the roller 6, and a fixed back yoke 11 fixed on the base plate 10. And a permanent magnet having magnetic poles 12 which are provided on the fixed back yoke 11 and are alternately magnetized such as N pole and S pole.

【0015】このような基本構成において、磁極12と
コイル7との間には常に一定のギャップが介在し、ま
た、コイル7及びホール素子8は、コイル基板4に取付
けられたコネクタ13を介して後述する制御装置に接続
されている。
In such a basic structure, a constant gap is always present between the magnetic pole 12 and the coil 7, and the coil 7 and the Hall element 8 are connected via the connector 13 attached to the coil substrate 4. It is connected to a control device described later.

【0016】しかして、本実施例では、前記可動子1の
一部に変位センサ14が側方に突出させた状態で取付け
られている。この変位センサ14は非接触型のもの、例
えばうず電流式変位計が用いられているが、この他、
光、音又は磁気などを利用したものでもよい。前記ベー
ス板10にはこのような変位センサ14の移動軌跡に沿
わせてセンサターゲット15が設けられている。このセ
ンサターゲット15は前記変位センサ14に対向する対
向面15aに可動子1の移動方向に沿って鋸歯状の周期
的な凹凸パターンを形成したものである。従って、この
対向面15aは周期内では変位センサ14との間の距離
が周期的かつ直線的に減少する(又は、増加する)パタ
ーン形状であり、変曲点を持たないものとされている。
このようなセンサターゲット15の対向面15aの凹凸
パターンは鋸歯状に限らず、要は、変位センサ14との
間の距離が周期的に増減変化する凹凸パターンであっ
て、周期内で変曲点を持たない形状であれば直線的でな
くてもよい。変位センサ14の検出出力も前記コネクタ
13を介して後述する制御装置に入力され、フィードバ
ック制御用信号として用いられる。
In this embodiment, however, the displacement sensor 14 is attached to a part of the mover 1 in a state of protruding laterally. The displacement sensor 14 is a non-contact type, for example, an eddy current type displacement sensor is used.
It may be one that utilizes light, sound or magnetism. A sensor target 15 is provided on the base plate 10 along the movement locus of the displacement sensor 14. The sensor target 15 has a sawtooth-like periodic concavo-convex pattern formed on the facing surface 15a facing the displacement sensor 14 along the moving direction of the mover 1. Therefore, the facing surface 15a has a pattern shape in which the distance to the displacement sensor 14 periodically and linearly decreases (or increases) within a cycle, and does not have an inflection point.
The concavo-convex pattern on the facing surface 15a of the sensor target 15 is not limited to the sawtooth shape, and the point is that the concavo-convex pattern in which the distance to the displacement sensor 14 changes periodically increases and decreases. It does not have to be linear as long as it has no shape. The detection output of the displacement sensor 14 is also input to the control device described later via the connector 13 and used as a feedback control signal.

【0017】次に、制御装置の構成を図3により説明す
る。基本的には、マイクロプロセッサ16、RAM17
及びROM18よりなるマイクロコンピュータ19によ
り制御されるもので、このようなマイクロコンピュータ
19にはバス20を介して指令発生装置21が接続され
ている。この指令発生装置21は前記可動子1の状態を
指令する位置指令信号、速度指令信号等の状態指令信号
を発生するものである。また、前記ホール素子8の出力
信号及びプログラム制御されているマイクロコンピュー
タ19からの出力信号に応じてモータドライブ装置22
に信号を出力させる一般的な3相用モータ駆動IC23
が設けられている。このような駆動制御により、可動子
1は指令発生装置21により指令された速度で移動す
る。この時の変位センサ14の出力は、波形整形回路2
4、検出用インターフェース装置25を介してマイクロ
コンピュータ19に取込まれる。また、前記波形整形回
路24の出力はその出力パルス数を計数するカウンタ2
6に入力され、そのカウント値もマイクロコンピュータ
19に取込まれる。さらに、変位センサ14の出力は、
A/D変換回路27を介してデジタル値に変換されてマ
イクロコンピュータ19に取込まれる。これらのマイク
ロコンピュータ19、カウンタ26、A/D変換回路2
7が演算手段を構成する。
Next, the structure of the control device will be described with reference to FIG. Basically, the microprocessor 16 and the RAM 17
It is controlled by a microcomputer 19 including a ROM 18 and a ROM 18. A command generation device 21 is connected to such a microcomputer 19 via a bus 20. The command generator 21 generates status command signals such as a position command signal and a speed command signal that command the status of the mover 1. In addition, the motor drive device 22 is responsive to the output signal of the hall element 8 and the output signal from the microcomputer 19 which is program-controlled.
General three-phase motor drive IC 23 for outputting signals to
Is provided. By such drive control, the mover 1 moves at the speed commanded by the command generator 21. The output of the displacement sensor 14 at this time is the waveform shaping circuit 2
4, taken into the microcomputer 19 via the detection interface device 25. The output of the waveform shaping circuit 24 is a counter 2 for counting the number of output pulses.
6 and the count value is also taken into the microcomputer 19. Furthermore, the output of the displacement sensor 14 is
It is converted into a digital value through the A / D conversion circuit 27 and taken into the microcomputer 19. These microcomputer 19, counter 26, A / D conversion circuit 2
7 constitutes a calculation means.

【0018】ここに、例えば、図4中の(a)に示す変位
センサ14出力は、波形整形回路24により波形整形さ
れて同図中の(b)に示すように矩形波となる。即ち、こ
の波形整形回路24は正弦波入力を矩形波出力に変換す
る機能を持つ。
Here, for example, the output of the displacement sensor 14 shown in FIG. 4 (a) is shaped into a rectangular wave by the waveform shaping circuit 24 as shown in FIG. 4 (b). That is, the waveform shaping circuit 24 has a function of converting a sine wave input into a rectangular wave output.

【0019】次に、可動子1の速度検出方法、即ち、検
出用インターフェース装置25の機能について説明す
る。この検出用インターフェース装置25は波形整形回
路24により矩形波に整形された変位センサ14出力を
マイクロプロセッサ16の割込み端子に出力するもの
で、基準クロックCLKをカウントするカウンタを備え
ている。
Next, a method of detecting the speed of the mover 1, that is, the function of the detecting interface device 25 will be described. The detection interface device 25 outputs the output of the displacement sensor 14 shaped into a rectangular wave by the waveform shaping circuit 24 to the interrupt terminal of the microprocessor 16 and includes a counter for counting the reference clock CLK.

【0020】今、図5において波形整形回路24の出力
OBのエッジE1が到達する直前の状態から説明する。
検出用インターフェース装置25内蔵のカウンタは出力
OBのTn-1 のパルス周期を、基準クロックCLKを基
に与えられたカウント数(例えば、0FFFFH)から
デクリメントカウントする。エッジE1 がマイクロプロ
セッサ16の割込みに到達すると、図6に示す割込みル
ーチンが実行される。すると、カウンタのデクリメント
カウント値は検出用インターフェース回路25内蔵のス
トレージレジスタにラッチされる(カウンタのラッ
チ)。ついで、ラッチされたデクリメントカウント値を
RAM17に格納する。そして、Tn のパルス周期をカ
ウントするためのカウント初期値(0FFFFH)を与
え、再度、デクリメントカウントを開始し、割込み処理
を終了する。再度、エッジE2 が割込みに到達すると、
上述した処理を同様に繰返す。
Now, the state immediately before the edge E 1 of the output OB of the waveform shaping circuit 24 in FIG. 5 is reached will be described.
The counter built in the detection interface device 25 decrements the pulse cycle of T n-1 of the output OB from the count number (for example, 0FFFFH) given based on the reference clock CLK. When the edge E 1 reaches the interrupt of the microprocessor 16, the interrupt routine shown in FIG. 6 is executed. Then, the decrement count value of the counter is latched in the storage register built in the detection interface circuit 25 (latch of the counter). Then, the latched decrement count value is stored in the RAM 17. Then, a count initial value (0FFFFH) for counting the pulse cycle of T n is given, the decrement count is started again, and the interrupt processing is ended. Once again, when edge E 2 reaches the interrupt,
The above process is repeated in the same manner.

【0021】この時、可動子1の移動速度vは(1)式に
より求められる。ただし、TCLK :CLK周期、NE
単位長さ当たりの波形整形回路24の出力パルス数、
n:CLKカウント数(=OFFFFH−デクリメント
カウント数)である。
At this time, the moving speed v of the mover 1 is obtained by the equation (1). However, T CLK : CLK cycle, N E :
The number of output pulses of the waveform shaping circuit 24 per unit length,
n: CLK count number (= OFFFFH-decrement count number).

【0022】[0022]

【数1】 v=(1/NE )・{1/(TCLK ・n)} …………………(1) このように求められた可動子1の速度情報は、フィード
バック制御に用いられる。例えば、一般によく用いられ
る比例制御を用いて速度制御に適用した例を考える。前
述したように、可動子1の移動速度はデジタル値として
求められ、マイクロコンピュータ19に取込まれる。こ
こに、比例制御では、一般に、リニア直流モータへの制
御電圧は、(2)式で表される。
## EQU1 ## v = (1 / N E ). {1 / (T CLK.n )} (1) The speed information of the mover 1 thus obtained is used for feedback control. Used. For example, consider an example in which proportional control, which is commonly used, is applied to speed control. As described above, the moving speed of the mover 1 is calculated as a digital value and is taken into the microcomputer 19. Here, in proportional control, generally, the control voltage to the linear DC motor is expressed by the equation (2).

【0023】[0023]

【数2】 V=R(Fr/KF)+K(Rv−v) ……………(2) ここに、V:制御電圧、R:コイル抵抗、K:比例ゲイ
ン、v:可動子速度、KF :推力定数、Fr:摩擦力で
ある。
## EQU2 ## V = R (Fr / K F ) + K (Rv-v) (2) where V: control voltage, R: coil resistance, K: proportional gain, v: mover speed. , K F : Thrust constant, Fr: Friction force.

【0024】(2)式において、R,Fr,KF はモータ
特有の数値であり、K,K′,K″は制御系の設計値で
あるので、全て既知の定数である。また、Rvは設定値
であり、vは前述のように求められるので、予め(2)式
及び前述した定数をマイクロコンピュータ19内のRO
M18にプログラム若しくは一覧表として入力しておく
ことで、同式を計算することで、制御に必要な電圧Vを
簡単に求めることができる。また、実際に得られた制御
電圧Vはマイクロコンピュータ19内でパルス変調さ
れ、3相用モータ駆動IC23に出力され、いわゆるP
WM制御が実行される。
In the equation (2), R, Fr, and K F are numerical values peculiar to the motor, and K, K ′, and K ″ are design values of the control system, and are all known constants. Is a set value, and v is obtained as described above. Therefore, the equation (2) and the above-mentioned constant are set in advance in the RO in the microcomputer 19.
The voltage V necessary for control can be easily obtained by calculating the same equation by inputting it as a program or a list in M18. The control voltage V actually obtained is pulse-modulated in the microcomputer 19 and output to the three-phase motor drive IC 23.
WM control is executed.

【0025】一方、可動子1の位置測定について説明す
る。前述したように、波形整形回路24の出力信号はカ
ウンタ26に接続されており、カウンタ26ではゼロク
リアされた位置からの出力信号についてのカウント数C
nを随時マイクロコンピュータ19に送出している。こ
の時、波形整形回路24の出力信号の1パルスで可動子
1が進む距離αは設計時に予め明らかになっているの
で、この距離αをマイクロコンピュータ19内のROM
18に予め格納しておき、Cn×αをマイクロコンピュ
ータ19内で計算することにより、可動子1の、変位セ
ンサ14に対向する部分の周期的な凹凸毎の位置(凹凸
周期)を求めることができる。
On the other hand, the position measurement of the mover 1 will be described. As described above, the output signal of the waveform shaping circuit 24 is connected to the counter 26, and in the counter 26, the count number C of the output signal from the zero-cleared position is obtained.
n is sent to the microcomputer 19 as needed. At this time, the distance α traveled by the mover 1 with one pulse of the output signal of the waveform shaping circuit 24 is known in advance at the time of designing. Therefore, this distance α is stored in the ROM in the microcomputer 19.
By storing in advance in C18 and calculating Cn × α in the microcomputer 19, it is possible to obtain the position (concavo-convex period) of each periodical concavo-convex in the portion of the mover 1 facing the displacement sensor 14. it can.

【0026】また、対向面15aについて、周期的な凹
凸の1周期内では、図1(a)より明らかなように、変位
センサ14に対向する対向面15aが直線状の斜面とな
っており、凹凸の1周期内の可動子1の進行方向の位置
と変位センサ14・対向面15a間距離とは図7に示す
ように比例関係にある。そこで、変位センサ14により
対向面15aまでの距離を測定し、その初期値x0 を引
いた後、定数係数K′による線形変換を用いて、可動子
1の周期的な凹凸の1周期内の位置を求めることができ
る。
As to the facing surface 15a, the facing surface 15a facing the displacement sensor 14 is a linear slant surface within one cycle of the periodic unevenness, as is clear from FIG. 1 (a). The position in the traveling direction of the mover 1 within one cycle of the unevenness and the distance between the displacement sensor 14 and the facing surface 15a have a proportional relationship as shown in FIG. Therefore, after measuring the distance to the facing surface 15a by the displacement sensor 14 and subtracting the initial value x 0 thereof, the linear transformation by the constant coefficient K ′ is used to determine the distance within one cycle of the periodic unevenness of the mover 1. The position can be calculated.

【0027】ここで、係数K′は図7に示したグラフの
傾きの逆数、即ち、(a−a0)/(b−x0) で表す
ことができる。このような線形変換係数K′及び変位セ
ンサ14・対向面15a間距離の初期値x0 は、設計時
に明らかになっているので、定数として扱える。そこ
で、係数K′及び初期値x0 を予めマイクロコンピュー
タ19内に入力しておくことで、この線形変換はマイク
ロコンピュータ19内で容易に実行できる。
Here, the coefficient K'can be expressed by the reciprocal of the slope of the graph shown in FIG. 7, that is, (a-a 0 ) / (b-x 0 ). The linear conversion coefficient K ′ and the initial value x 0 of the distance between the displacement sensor 14 and the facing surface 15a are known at the time of design and can be treated as constants. Therefore, by inputting the coefficient K ′ and the initial value x 0 in the microcomputer 19 in advance, this linear conversion can be easily executed in the microcomputer 19.

【0028】このようにして、周期的な凹凸の1周期内
における可動子1の位置及び周期的な凹凸毎の位置も求
められるので、これらの位置情報を加算する処理をマイ
クロコンピュータ19内で随時行うことにより、常に可
動子1の絶対位置を高分解能で求めることができる。
In this way, the position of the movable element 1 within one cycle of the periodic unevenness and the position of each periodic unevenness are also obtained, so that the processing for adding the positional information is performed in the microcomputer 19 at any time. By doing so, the absolute position of the mover 1 can always be obtained with high resolution.

【0029】なお、本実施例では対向面15aが直線斜
面になっている場合について説明したが、周期的な凹凸
の1周期内で変曲点を持たないパターン形状であれば、
可動子1の位置と変位センサ14・対向面15a間距離
との関係を多項式等で近似することにより、同様にし
て、可動子1の絶対位置を求めることができる。
In this embodiment, the case where the facing surface 15a is a straight slope has been described. However, if the pattern shape does not have an inflection point within one cycle of periodic unevenness,
By approximating the relationship between the position of the mover 1 and the distance between the displacement sensor 14 and the facing surface 15a by a polynomial or the like, the absolute position of the mover 1 can be similarly obtained.

【0030】ところで、このようなリニア直流モータは
図8に示すように、例えばイメージスキャナ28の読取
り光学系部材の副走査用駆動源として用いられる。図8
に示すイメージスキャナ28はコンタクトガラス29上
に載置された原稿30を蛍光灯、ハロゲンランプ等の露
光ランプ31及び反射板32によりスリット露光しなが
ら、その反射光をセルフォックレンズ等の結像素子33
により読取り素子34に結像させて読取るようにしたも
のであり、これらの読取り光学系部材31〜34が読取
りユニット35として前記可動子1上に固定搭載されて
原稿30面を副走査するように構成されている。固定子
2はイメージスキャナ28のハウジング36に固定され
ている。
By the way, such a linear DC motor is used, for example, as a sub-scanning drive source of a reading optical system member of the image scanner 28, as shown in FIG. Figure 8
The image scanner 28 shown in FIG. 1 slit-exposes a document 30 placed on a contact glass 29 with an exposure lamp 31 such as a fluorescent lamp or a halogen lamp and a reflecting plate 32, and reflects the reflected light into an imaging element such as a SELFOC lens. 33
The reading optical system members 31 to 34 are fixedly mounted as the reading unit 35 on the movable element 1 so as to perform sub-scanning on the surface of the document 30. It is configured. The stator 2 is fixed to the housing 36 of the image scanner 28.

【0031】このような構成において、読取りユニット
35はリニア直流モータ(可動子1)により副走査され
ながら、自己走査により原稿30の画像を主走査方向に
読取り、全体として原稿画像を2次元に読取る。ここ
に、読取りユニット35は副走査方向の駆動にダイレク
トドライブの前述したリニア直流モータを用いているの
で、安価にして伝達系のガタやバックラッシュにより生
ずる速度変動のない駆動制御が可能となり、高精度な読
取りができる。また、部分読取りを行うために、読取り
ユニット35を所望の位置からスタートさせ、所望の位
置でストップさせるといった位置制御も高精度で可能と
なる。
In such a structure, the reading unit 35 reads the image of the original 30 in the main scanning direction by self-scanning while being sub-scanned by the linear DC motor (movable element 1), and reads the original image two-dimensionally as a whole. . Here, since the reading unit 35 uses the above-described linear DC motor of the direct drive for driving in the sub-scanning direction, the driving control can be performed at a low cost without speed fluctuations caused by rattling or backlash of the transmission system, and thus the driving speed is high. Can read accurately. Further, position control such that the reading unit 35 is started at a desired position and stopped at a desired position in order to perform partial reading can be performed with high accuracy.

【0032】つづいて、本発明の第二の実施例を図9な
いし図13により説明する。本実施例では、まず、変位
センサ14に代えて、ターゲット面積に応じて出力が変
化するセンサ(プローブ)37が可動子1に取付けられ
ている。このセンサ37の移動軌跡上に対向させてベー
ス板10にはセンサターゲット38が設けられている。
このセンサターゲット38は図10中に斜線を施して示
す部分がセンサ37感知部となるもので、図示のように
可動子1の移動方向に面積が周期的に変化し、かつ、そ
の面積変化が1周期内では減少変化(又は、増加変化)
のみを示すような三角形状のパターンとして形成されて
いる。もっとも、センサターゲット38のパターン形状
は三角形状に限らず、要は、周期内では増加変化又は減
少変化の何れかの特性を持って周期的に面積の変化する
形状であればよい。このようにセンサ37とセンサター
ゲット38との組合せは、例えば、光を当ててその反射
光のレベルをディテクタで測定することにより可能であ
る。よって、例えばセンサ37は光源とディテクタとに
より構成したものとすればよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, first, instead of the displacement sensor 14, a sensor (probe) 37 whose output changes according to the target area is attached to the mover 1. A sensor target 38 is provided on the base plate 10 so as to face the movement trajectory of the sensor 37.
In this sensor target 38, the shaded portion in FIG. 10 serves as the sensor 37 sensing portion. As shown in the figure, the area periodically changes in the moving direction of the mover 1, and the area change is Decrease change (or increase change) within one cycle
It is formed as a triangular pattern that indicates only. However, the pattern shape of the sensor target 38 is not limited to the triangular shape, and the point is that the sensor target 38 only needs to have a shape in which the area changes periodically with a characteristic of an increase change or a decrease change within the cycle. In this way, the combination of the sensor 37 and the sensor target 38 is possible, for example, by shining light and measuring the level of the reflected light with a detector. Therefore, for example, the sensor 37 may be composed of a light source and a detector.

【0033】このような構成であっても、制御系として
は、変位センサ14をセンサ37に置換えて、図3に示
した場合と同様に構成すればよい。この場合、センサ3
7からの出力信号は図11(a)に示すような三角鋸歯状
のものとなり、波形整形回路24により波形整形されて
同図(b)に示すような矩形波出力となる。よって、後は
前記実施例と同様に可動子1の移動速度、絶対位置の検
出及びそれらの制御が可能となる。
Even with such a configuration, the control system may be configured in the same manner as shown in FIG. 3 by replacing the displacement sensor 14 with the sensor 37. In this case, sensor 3
The output signal from 7 has a triangular saw-tooth shape as shown in FIG. 11A, and the waveform is shaped by the waveform shaping circuit 24 into a rectangular wave output as shown in FIG. Therefore, after that, it becomes possible to detect the moving speed and the absolute position of the mover 1 and to control them, as in the above embodiment.

【0034】より詳細には、波形整形回路24の出力パ
ルス数をカウンタ26により計数し、その計数値に、1
パルスで可動子1の進む距離を掛けることにより、セン
サ37に対向する部分の面積の周期変化毎の位置が求め
られる。ついで、センサ37に対向する部分の面積変化
の1周期内における可動子1の位置に対するセンサ37
対向部分の面積は、図12に示すように比例関係にあ
る。よって、前記実施例の場合と同様に、傾きの逆数
(c−c0)/(d−S0)及び1周期内における面積の
初期値S0 を用いることにより、センサ37に対向する
部分の面積変化の1周期内における可動子1の位置を求
めることができる。後は、前記実施例と同様に、これら
の位置情報を加算することにより、可動子1の絶対位置
を高分解能で求めることができる。
More specifically, the number of output pulses of the waveform shaping circuit 24 is counted by the counter 26, and the count value is set to 1
By multiplying the distance traveled by the mover 1 with a pulse, the position for each periodic change in the area of the portion facing the sensor 37 can be obtained. Then, the sensor 37 with respect to the position of the mover 1 within one cycle of the area change of the portion facing the sensor 37.
The areas of the facing portions are in a proportional relationship as shown in FIG. Therefore, as in the case of the above embodiment, the reciprocal of the slope
By using (c−c 0 ) / (d−S 0 ) and the initial value S 0 of the area within one cycle, the position of the mover 1 within one cycle of the area change of the portion facing the sensor 37 is obtained. be able to. After that, as in the above-described embodiment, the absolute position of the mover 1 can be obtained with high resolution by adding these pieces of position information.

【0035】本実施例にあっても、図8の場合と同様
に、図13に示すように、イメージスキャナ28に同様
に適用できる。
Also in this embodiment, as in the case of FIG. 8, it can be applied to the image scanner 28 as shown in FIG.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明は、上述したように構成したの
で、請求項1記載の発明によれば、可動子に取付けた変
位センサと、この変位センサの移動軌跡上に位置させて
固定子側に設けられて周期的かつ周期内で変曲点なく連
続的に変化する凹凸形状としたセンサターゲットとの組
合せで、凹凸周期と変位センサ・センサターゲット間距
離とを測定して可動子の位置を算出することにより、ま
た、請求項2記載の発明によれば、可動子に取付けられ
てターゲット面積により出力の変化するセンサと、この
センサの移動軌跡上に位置させて固定子側に設けられて
面積が周期的かつ周期内で増加変化又は減少変化を示す
ように変化するパターンのセンサターゲットとの組合せ
で、パターン周期とセンサターゲット面積とを測定して
可動子の位置を算出することにより、安価・簡単な構成
にして長尺化が可能で高精度のリニアエンコーダの機能
を確保することができ、よって、可動子の高精度な位置
制御を行うことができるものである。
Since the present invention is configured as described above, according to the invention of claim 1, the displacement sensor attached to the mover and the stator side by being positioned on the movement locus of the displacement sensor. In combination with the sensor target that is provided on the base and has a concavo-convex shape that changes cyclically and continuously within the cycle without an inflection point, measures the concavo-convex cycle and the distance between the displacement sensor and sensor target to determine the position of the mover. According to the invention as set forth in claim 2, the sensor is attached to the mover and the output of which changes depending on the target area, and the sensor is provided on the stator side while being positioned on the movement locus of the sensor. The position of the mover is calculated by measuring the pattern period and the sensor target area in combination with the sensor target whose pattern is periodic and changes so as to show an increasing change or a decreasing change within the period. The Rukoto, low price, and it is possible to secure the function of the precision of the linear encoder can be elongated into a simple construction, thus, it is capable of performing highly accurate position control of the movable element.

【0037】また、請求項3記載の発明では、このよう
なリニア直流モータをイメージスキャナにおける副走査
駆動源として位置制御させるようにしたので、安価にし
て、部分読取りに際しても高精度な読取りを行わせるこ
とができるものである。
Further, according to the third aspect of the invention, since such a linear DC motor is position-controlled as a sub-scanning drive source in the image scanner, it is inexpensive and highly accurate reading is performed even in partial reading. It can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例を示すもので、(a)は正
面図、(b)は側面図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which (a) is a front view and (b) is a side view.

【図2】平面図である。FIG. 2 is a plan view.

【図3】制御系を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system.

【図4】信号波形を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing signal waveforms.

【図5】信号波形を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing signal waveforms.

【図6】フローチャートである。FIG. 6 is a flowchart.

【図7】可動子位置と距離との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between mover position and distance.

【図8】イメージスキャナへの適用例を示すもので、
(a)は正面図、(b)は側面図である。
FIG. 8 shows an application example to an image scanner,
(a) is a front view and (b) is a side view.

【図9】本発明の第二の実施例を示すもので、(a)は正
面図、(b)は側面図である。
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention, (a) is a front view and (b) is a side view.

【図10】平面図である。FIG. 10 is a plan view.

【図11】信号波形を示すタイミングチャートである。FIG. 11 is a timing chart showing signal waveforms.

【図12】可動子位置と面積変化との関係を示すグラフ
である。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between mover position and area change.

【図13】イメージスキャナへの適用例を示すもので、
(a)は正面図、(b)は側面図である。
FIG. 13 shows an application example to an image scanner,
(a) is a front view and (b) is a side view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 可動子=電機子 2 固定子=界磁マグネット 14 変位センサ 15,38 センサターゲット 19,26,27 演算手段 28 イメージスキャナ 37 センサ 1 mover = armature 2 Stator = field magnet 14 Displacement sensor 15,38 sensor target 19, 26, 27 computing means 28 Image Scanner 37 sensors

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N極,S極の磁極を長手方向に交互に有
する界磁マグネットと、この界磁マグネットに対向する
1つ以上の駆動用電機子コイル群を有する電機子とを設
け、これらの界磁マグネットと電機子との一方を可動子
とし他方を固定子としたリニア直流モータにおいて、前
記可動子に変位センサを取付け、この変位センサに対向
する軌跡上に移動方向に周期的でその周期内で変曲点な
く連続的に変化する凹凸形状に形成したセンサターゲッ
トを前記固定子に設け、前記変位センサにより検出され
るこのセンサターゲットの凹凸周期と変位センサ・セン
サターゲット間距離とに基づき前記可動子の位置を算出
する演算手段を設けたことを特徴とするリニア直流モー
タ。
1. A field magnet having N-pole and S-pole magnetic poles alternately arranged in the longitudinal direction, and an armature having one or more drive armature coil groups facing the field magnet. In a linear DC motor having one of a field magnet and an armature as a mover and the other as a stator, a displacement sensor is attached to the mover, and the displacement sensor is periodically arranged on a locus facing the displacement sensor in a moving direction. Based on the unevenness cycle of the sensor target detected by the displacement sensor and the distance between the displacement sensor and the sensor target, the sensor target formed in the unevenness shape that continuously changes without an inflection point in the cycle is provided on the stator. A linear DC motor, comprising a calculation means for calculating the position of the mover.
【請求項2】 N極,S極の磁極を長手方向に交互に有
する界磁マグネットと、この界磁マグネットに対向する
1つ以上の駆動用電機子コイル群を有する電機子とを設
け、これらの界磁マグネットと電機子との一方を可動子
とし他方を固定子としたリニア直流モータにおいて、タ
ーゲット面積に応じて出力が変化するセンサを前記可動
子に取付け、このセンサに対向する軌跡上に移動方向に
周期的でその周期内で増加変化又は減少変化を示す面積
変化パターンに形成したセンサターゲットを前記固定子
に設け、前記センサにより検出されるこのセンサターゲ
ットのパターン周期とセンサターゲット面積とに基づき
前記可動子の位置を算出する演算手段を設けたことを特
徴とするリニア直流モータ。
2. A field magnet having N and S magnetic poles alternately arranged in the longitudinal direction, and an armature having one or more driving armature coil groups facing the field magnet. In a linear DC motor with one of the field magnet and armature as a mover and the other as a stator, a sensor whose output changes according to the target area is attached to the mover, and a sensor is installed on the path facing the sensor. Provided on the stator is a sensor target formed in an area change pattern that is periodic in the movement direction and shows an increase change or a decrease change within the period, and the pattern period and the sensor target area of this sensor target detected by the sensor A linear DC motor, characterized in that arithmetic means for calculating the position of the mover is provided based on the linear DC motor.
【請求項3】 読取り光学系部材を搭載して副走査する
可動子としたことを特徴とする請求項1又は2記載のリ
ニア直流モータを用いたイメージスキャナ。
3. An image scanner using a linear DC motor according to claim 1 or 2, wherein a movable element for carrying out sub scanning is mounted with a reading optical system member.
JP3182814A 1991-04-03 1991-07-24 Linear dc motor and image scanner using same motor Pending JPH0538124A (en)

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US07/861,022 US5289088A (en) 1991-04-03 1992-03-31 DC linear motor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7375509B2 (en) 2005-03-02 2008-05-20 Stoneridge Control Devices, Inc. System and method for position sensing using inflection point position sensing of a sensor output

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