KR20020068064A

KR20020068064A - 각도 또는 위치 검출 장치 및 방법, 서보 장치와 서보방법 및 모터

Info

Publication number: KR20020068064A
Application number: KR1020027008719A
Authority: KR
Inventors: 야마시따노리유끼
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2002-08-24
Also published as: US20030088382A1; US6756759B2; JP2002139349A; EP1333251A1; WO2002039067A1; US20040210415A1

Abstract

목표각 레지스터에 유지되는 현재의 목표각과, 레지스터에 유지되는 하나 전의 목표각과의 감산이 감산기에서 수행되어, 하나 전의 목표각으로부터 현재의 목표각으로 이동한 길이(양)와 방향이 생성된다. 생성된 길이와 방향으로부터 모델 가속도 발생 회로에서 모델 가속도 데이터가 생성된다. 현재 속도 검출 카운터로부터의 카운터치와, 모델 속도 발생 회로로부터의 속도 데이터열로부터의 속도 오차 데이터가 생성된다. 현재 위치 검출 카운터로부터의 카운터치와, 모델 위치 발생 회로로부터의 위치 데이터열로부터 위치 오차 데이터가 생성된다. 모델 가속도 데이터와, 속도 오차 데이터와, 위치 오차 데이터가 가산기에서 가산되고, 그 가산 결과가 드라이버로 공급된다. 드라이버에서는 팬 모터를 구동시키는 전류가 출력된다.

Description

각도 또는 위치 검출 장치 및 방법, 서보 장치와 서보 방법 및 모터{ANGLE OR POSITION DETERMINING DEVICE AND METHOD, SERVO DEVICE AND SERVO METHOD, AND MOTOR}

종래, 질량이 있는 물체를 최단시간에 일정한 거리만큼 이동시키기 위해서는 최대 가속으로 목표 위치의 절반까지 이동시킨 후, 동일한 가속도로 동일한 시간만큼 감속하는 방법이 이용되고 있었다. 또한, 질량이 있는 물체를 회전시켜서 이동시키는 경우에도 동일한 방법이 이용되고 있었다. 이때에는 질량을 이너셔로, 거리를 각도로, 속도를 각속도로, 가속도를 각가속도로, 목표 위치를 목표 각도로 바꾸어 말하면 된다.

그러나, 이 방법은 부하의 변동이나 여러 가지 파라미터의 영향을 강하게 받아 목표 위치 또는 목표각에서 속도 "0"으로 정지시키는 것이 극히 곤란하였다.

또한, 회전각 1도에서 정현파 및 여현파가 1파장 출력되는 MR 센서를 통한 각도 검출에서는 1/4도의 스텝밖에 검출할 수 없다는 문제점이 있었다.

그리고, 모터는 마그넷이 회전하는 타입이 일반적이다.

그러나, 마그넷이 회전하는 타입의 모터 구조에서 자기 회로를 강하게 하려면 모터 회전부 자체의 질량(이너셔)이 무거워진다. 이로 인해, 토크가 커져도 고속으로 물체를 이동시킬 수 없다는 문제가 있었다.

본 방법은 질량이 있는 물체를 최단시간에 목표 위치 또는 목표각으로 이동시킬 수 있는 각도 또는 위치 검출 장치 및 방법, 서보 장치와 서보 방법 및 모터에 관한 것이다.

제1도는 본 발명이 적용되는 시스템의 블록도이고,

제2도의 (a) 내지 제2도의 (g)는 본 발명이 적용되는 시스템의 타이밍 차트의 일예이고,

제3도는 본 발명에 적용되는 미러 블록의 일예이고,

제4도는 본 발명에 적용되는 미러 서보 회로도의 일예이고,

제5도의 (a) 내지 제5도의 (c)는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제6도는 본 발명의 노멀 모드를 설명하기 위한 플로어 차트이고,

제7도는 본 발명의 퀵 모드를 설명하기 위한 플로어 차트이고,

제8도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제9도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제10도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제11도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제12도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제13도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제14도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제15도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제16도는 본 발명을 설명하기 위한 약선도이고,

제17도는 본 발명에 적용되는 이상시의 복구를 위한 블록도이고,

제18도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제19도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제20도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제21도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제22도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제23도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제24도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제25도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제26도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제27도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제28도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제29도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제30도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제31도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제32도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제33도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제34도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제35도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제36도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제37도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제38도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제39도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제40도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제41도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제42도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제43도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제44도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제45도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제46도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제47도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제48도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제49도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제50도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제51도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제52도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제53도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제54도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제55도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제56도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

도57도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제58도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제59도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제60도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제61도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제62도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제63도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제64도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제65도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제66도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제67도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제68도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제69도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제70도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제71도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제72도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제73도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제74도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제75도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제76도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제77도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제78도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제79도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제80도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제81도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제82도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제83도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제84도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제85도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제86도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제87도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제88도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제89도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제90도는 본 발명의 모터를 구성하는 부품의 외관도이고,

제91도는 본 발명의 모터를 설명하기 위한 분해 사시도이고,

제92도는 본 발명의 모터를 설명하기 위한 개략도이고,

제93도의 (a) 내지 제93도의 (b)는 본 발명의 모터를 설명하기 위한 개략도이고,

제94도는 본 발명의 모터를 설명하기 위한 특성도이고,

제95도는 본 발명의 모터를 설명하기 위한 단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 질량이 있는 물체를 최단시간에 목표 위치 또는 목표각에 도달시킬 수 있는 각도 또는 위치 검출 장치 및 방법, 서보 장치와 서보 방법 및 모터를 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터와, 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구와, 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하는 센서와, 현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하고 있는 카운터와, 카운터의 출력에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하는 메모리와, 제1 및 제3 정현파를 승산하는 제1 승산기와, 제2 및 제4 정현파를 승산하는 제2 승산기와, 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산하는 감산기와, 감산기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 연산 증폭 수단을 구비하되, 연산 증폭 수단의 출력에 따라 카운터의 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하고 증감 이후의 위치를 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 장치이다.

또한 본 발명은, 코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터에 의해 회전 운동 또는 왕복운동하고, 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1및 제2 정현파를 출력하고, 현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하며, 유지된 현재의 각도 또는 현재의 위치에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하고, 제1 및 제3 정현파를 제1 승산기로 승산하며, 제2 및 제4 정현파를 제2 승산기로 승산하고, 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산기로 감산하며, 감산기로부터 출력되는 신호를 연산 증폭 수단으로 증폭하고, 연산 증폭 수단의 출력에 따라 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하며, 증감 이후의 위치를 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 방법이다.

또한 본 발명은, 코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터와, 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구와, 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하는 센서와, 현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하고 있는 카운터와, 카운터의 출력에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하는 메모리와, 제1 및 제3 정현파를 승산하는 제1 승산기와, 제2 및 제4 정현파를 승산하는 제2 승산기와, 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산하는 감산기와, 감산기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 연산 증폭 수단과, 가속 및 감속으로 구성된 가감속 펄스를 생성하는 모델 가속도 커브 발생 수단과, 가감속 펄스를 적분하여 얻어지는 속도 데이터열을 생성하는 모델 속도 커브 발생 수단과, 속도 데이터열을 적분하여 얻어지는 위치 데이터열을 생성하는 모델 위치 커브 발생 수단과, 연산 증폭 수단의 출력에 따라 카운터의 현재의 각도 또는 현재의 위치가 증감되고 증감 이후의 위치가 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력되면 출력된 현재의 각도 또는 현재의 위치와 위치 데이터열로부터 위치 오차를 추출하는 위치 오차 추출 수단과, 현재의 각도 또는 현재의 속도를 미분하여 얻어지는 현재의 속도 데이터와 속도 데이터열로부터 속도 오차를 추출하는 속도 오차 추출 수단과, 위치 오차와 속도 오차를 가산하고 증폭하여 액추에이터를 구동시키는 드라이버로 귀환시키는 피드백 루프 수단을 구비하되, 가속중 또는 감속중에도 위치 및 속도가 미리 설정된 위치 커브 및 속도 커브에서 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 장치이다.

또한 본 발명은, 코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터에 의해 회전운동 또는 왕복운동하고, 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하고, 현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하며, 유지된 현재의 각도 또는 현재의 위치에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하고, 제1 및 제3 정현파를 제1 승산기로 승산하며, 제2 및 제4 정현파를 제2 승산기로 승산하고, 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산기로 감산하며, 감산기로부터 출력되는 신호를 연산 증폭 수단으로 증폭하고, 가속 및 감속으로 구성된 가감속 펄스를 생성하며, 가감속 펄스를 적분하여 얻어지는 속도 데이터열을 생성하고, 속도 데이터열을 적분하여 얻어지는 위치 데이터열을 생성하며, 연산 증폭 수단의 출력에 따라 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하고, 증감 이후의 위치가 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력되며, 현재의 각도 또는 현재의 위치와 위치 데이터열로부터 위치 오차를 추출하고, 현재의 각도 또는 현재의 속도를 미분하여 얻어지는 현재의 속도 데이터와 속도 데이터열로부터 속도 오차를 추출하며,위치 오차와 속도 오차를 가산하고 증폭하여 액추에이터를 구동시키는 드라이버로 귀환시키는 피드백 루프를 구성하며, 가속중 또는 감속중에도 위치 및 속도가 미리 설정된 위치 커브 및 속도 커브에서 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 방법이다.

또한 본 발명은, 자성체로 이루어진 제1 및 제2 링이 동심원상에 고정되고 제1 및 제2 링의 극간에 서로 반대 방향인 2n쌍의 마그넷이 설치되는 자기 회로와, 1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상인 회전자로 구성되며, 2n쌍의 마그넷이 설치된 극간에 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터다.

또한 본 발명은, 마그넷으로 이루어진 제1 링의 주면이 착자(着磁)되고 마그넷으로 이루어진 제2 링의 주면이 제1 링과 반대 극성으로 착자되며 제1 및 제2 링의 착자 부분이 대향되도록 고정된 자기 회로와, 1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상의 회전자로 구성되며, 고정된 제1 및 제2 링의 극간에 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터이다.

또한 본 발명은, 마그넷으로 이루어진 제1 링의 주면이 착자되고 제1 링과 자성체로 이루어진 제2 링이 동심원상에 고정된 자기 회로와, 1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상의 회전자로 구성되며, 고정된 제1 및 제2 링의 극간에 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터이다.

코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터가 회전 운동 또는 왕복 운동하는 각도 또는 위치를 검출하는 센서(2상 MR 센서)가 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파(Vc 신호 및 Vs 신호)를 출력한다. 제4도의 메모리(cosROM)(66)는 현재의 각도 또는 현재의 위치에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파(Vsr 신호 및 Vcr 신호)를 출력한다. 승산된 제1 및 제3 정현파에서 승산된 제2 및 제4 정현파를 감산하고, 그 감산한 결과를 연산 증폭 수단(제로 크로스 컴퍼레이터)을 통해 증폭시켜 액추에이터를 구동시킨다. 원하는 각도 또는 위치로 액추에이터를 이동시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 각 도면에 걸쳐 동일한 기능을 갖는 것에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명의 중복을 피한다. 제1도는 본 발명이 적용되는 시스템의 일 실시 형태의 전체적인 구성을 도시한 것이다. 피사체의 상이 미러 블록(1)을 통해 카메라 블록(2)에 공급된다. 카메라 블록(2)에서는 포커스, 줌, 셔터 속도, 아이리스 등의 제어가 수행된다. 본 실시예에서는 10배의 줌 렌즈가 부착된 카메라 블록(2)이 사용된다. 또한, 카메라 블록(2)은 PC(퍼스널 컴퓨터)(3)와 접속된다.

PC(3)에는 적어도 카메라 블록(2)으로부터의 화상 신호를 수신하기 위한 확장 보드(4)와 수신된 화상 신호를 저장하기 위한 HDD(5)가 설치되며, 촬영을 위한 여러가지 설정 등을 제어하기 위한 어플리케이션 소프트웨어(AP)(6)가 인스톨되어 있다. 확장 보드(4)는 화상 신호를 전송할 수 있으면 되는데, 예를 들면 IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 1394 또는 USB(Universal Serieal Bus)를 사용하여도 된다. 본 실시 형태에서는 IEEE 1394에준거한 확장 보드(4)를 사용하고 카메라 블록(2)과 PC(3)의 사이를 IEEE 1394용 케이블로 접속하여, 예를 들면 200Mbps로 화상 신호를 전송한다. 또한, PC(3)에는 모니터(7), 키보드(K/B)(8), 마우스(9)가 접속된다.

미러 블록(1)은 미러 서보 회로(11) 및 제어 회로(12)에 의해 제어된다. 미러 블록(1)은 후술되는 것처럼 세로 방향으로 ±15도 방향을 돌리는 액티브 미러를 가로 방향으로 ±120도 회전시킬 수 있는 구조를 갖는다. 이 미러 블록(1)에 있어서, 미러를 세로 방향으로 ±15도 돌리면 광축은 ±30도 틀어진다. 미러 서보 회로(11)는 카메라 블록(2)으로부터 전송된 신호와 제어 회로(12)로부터의 신호에 따라 미러 블록(1)을 제어한다. 또한, 미러 블록(1)의 제어에 맞추어 촬영 타이밍용 트리거 신호가 미러 서보 회로(11)로부터 카메라 블록(2)으로 공급된다. 또한, 이들의 전원은 전원부(13)로부터 카메라 블록(2)으로 공급된다.

어플리케이션 소프트웨어(6)를 기동시키면 카메라 블록(2)으로부터 수신된 화상 신호의 재생시 빨리 보내기, 빨리 되감기, 일시 정지, 천천히 보내기, 천천히 되감기, 스텝 보내기, 스텝 되감기 등의 조작을 수행할 수 있다.

본 실시 형태에서는 PC에 접속된 입력기기로 마우스가 설치되어 있는데, 실제로는 포인팅 디바이스라면 어떠한 것이든 상관없다. 예를 들면, 터치 패털, 조이 스틱, 트랙 볼과 같은 것이면 된다.

본 실시 형태에서는 가동 범위가 ±120도로 넓기 때문에 ±120도 부근에서 기계적으로 동작을 제한하기 위하여 메카 스토퍼를 설치하고 있는데, ±130도에서도 올바르게 동작시키기 위하여 ±256도의 다이내믹 렌지를 준비하고 있다. 세로방향의 정면의 설정은, 상술한 것처럼 가로 방향의 설정과 동일한 방법으로 가능하다.

본 실시 형태를 사용하여, 예를 들면 복수 장의 멀티 화면을 촬영, 합성, 표시할 때의 신호의 흐름과 동작의 일예를 설명한다. 통상적인 스피드로 광축 방향을 변화시키는 노멀 모드와 고속에서 광축 방향을 변화시키는 퀵 모드를 선택할 수 있는데, 본 실시 형태에서는 퀵 모드를 선택하고 있다. 최초로 촬영될 광축 방향의 데이터가 제2도의 (a)에 나타낸 탕이밍으로 PC(3)로부터 카메라 블록(2)을 통해 미러 서보 회로(11)로 전송된다. 미러 서보 회로(11)는 전송된 데이터에 따라 미러 블록(1)의 미러를 원하는 방향으로 구동시킨다[제2도의 (b)]. 미러가 완전히 정지하면 제2도의 (c)에 도시된 것처럼 미러 서보 회로(11)로부터 카메라 블록(2)으로 트리거 펄스가 전송된다.

카메라 블록(2)은 제2도의 (d)에 도시된 것처럼 피사체의 상이 10msec의 기간동안 CCD 촬상 소자에 노광된다. 이와 같이 한 장의 화상이 촬상되면 카메라 블록(2)의 내부 프레임 동기 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(VD)[제2도의 (d)]에 따라 카메라 블록(2)으로부터 PC(3)로 화상 신호가 전송된다[제2도의 (f)]. 여기서, 노광 기간과 수직 동기 신호(VD)와의 간격은 불특정하다. PC(3)가 카메라 블록(2)으로부터 전송되는 화상 신호의 전송이 완료된 시점에서 화상이 전송된 것을 검출하면 제2도의 (g)에 도시된 것처럼 어플리케이션 소프트웨어(6)를 통해 즉시 화상 처리를 실시하여 소정의 위치의 표시한다. 또한, 카메라 블록(2)으로부터 PC(3)로 화상 신호의 전송이 종료되면 다음 광축 방향의 데이터가 PC(3)로부터 카메라블록(2)으로 전송된다.

이와 같이 카메라 블록(2)은 15장/초의 속도로 촬영할 수 있다. 또한, 일예에서는 1수직 동기 신호의 기간내에 카메라 블록(2)으로부터 PC(3)로 촬영된 화상 신호가 전송된다.

여기서, 미러 블록(1)의 일예를 제3도를 참조하여 설명한다. 제3도는 광축 가변 소자의 구조를 도시한 단면도이다. 또한, 제3도에는 렌즈군 및 CCD 촬상 소자로 이루어진 카메라 블록(2')이 도시되어 있다. 미러 블록(1)은 카메라 블록(2')의 앞에 설치되며, 피사체의 상은 미러 블록(1)의 미러(22) 및 카메라 블록(2')의 렌즈군을 통해 카메라 블록(2')의 CCD 촬상 소자에 입사된다. 또한, 제3도에서 A-A'는 렌즈군의 광축을 도시한 것이다.

도면부호 22는 피사체의 상을 반사하여 CCD 촬상 소자로 유도하는 평면형 미러를 나타낸 것이다. 이 미러(22)의 크기는 세로 방향으로 ±15도 돌렸을 때, 수평화각(水平畵角) 4.6[deg pp]에서 10[deg pp]까지 원하는 범위의 화상을 비출 수 있는 것으로, 또한 정면을 향했을 때에는 수평화각 20[deg pp]이 되어도 원하는 범위의 화상을 촬영할 수 있는 것으로 한다. 이 미러(22)는 일예로 40cm의 거리에서 A4 사이즈를 완전히 비출 수 있는 크기로 한다.

미러(22)는 지지판(23)에 부착되어 있으며, 지지판(23)은 축부(24)를 중심으로 도면중 a의 화살표와 같이 ±15도 정도 회전하도록 구성되어 있다. 즉, 축부(24)는 카메라 블록(2')의 광축 A-A'에 직교하도록 배치되고, 미러(22)는 카메라 블록(2')의 광축 A-A'에 45도 정도의 각도를 이루는 방향에 대하여 ±15도 정도회전하는 것이 가능하도록 설치되어 있다. 이 축부(24)는 프레임(25)에 의해 지지되고, 프레임(25)은 팬 모터의 회전자(26)의 외주면측에 부착되어 있다.

또한, 도면부호 30은 자기 회로를 구성하는 단면이 コ형인 연철로 이루어진 요크이다. 요크(30)의 내주측에 대향되도록 2개의 마그넷(27, 28)이 설치되어 폐자로(閉磁路)를 형성하고 있는데, 마그넷(27, 28)간의 갭(29)에는 강한 자계가 발생하고 있다. 이 요크(30) 및 마그넷(27, 28)으로 이루어진 자기 회로가 프레임(25)과 마찬가지로 팬 모터의 회전자(26)의 외주면측에 부착되어 있다.

아울러, 도면부호 31은 거의 반원형으로 형성된 코일이다. 코일(31)은 지지판(23)으로부터 연설된 지지편(32)에 의해 지지되어 있다. 코일(31)의 부착 상태를 도시하는데, 코일(31)은 그 직선부가 갭(29)에 위치하도록 지지편(32)에 의해 지지된다. 따라서, 코일(31)에 전류가 흐르면 코일(31)에 발생되는 자계와 마그넷(27, 28)의 자계와의 관계에 의해 갭(29)간을 축부(24)를 중심으로 코일(31) 및 지지판(32)을 회동시키는 토크가 발생한다. 즉, 요크(30) 및 마그넷(27, 28)으로 이루어진 자기 회로와, 코일(31)과, 지지편(32)에 의해 자기식 액추에이터가 구성된다. 또한, 코일(31)의 중심은 후술되는 회전자(26)가 회전할 때의 관성 모멘트를 줄이기 위하여 제3도에 도시된 것처럼 카메라 블록(2')의 광축 A-A'에 대하여 5도 내지 10도 어긋나도록 배치되어 있다.

한편, 도면부호 42는 팬 모터의 축부인데, 예를 들면 카메라 블록(2')의 광축 A-A'와 일치하도록 설치되어 있다. 축부(42)는 스테이터(35)에 설치된 2개의 볼 베어링인 축받이에 의해 지지되어 회전 자재로 되어 있으며, 이 축부(42)와 회전자(26)는 연결되어 있다. 회전자(26)의 내주면측에는 마그넷(33)이 배치되어 있으며, 마그넷(33)과 대향되는 위치에는 스테이터(35)에 고정된 팬 모터의 코일 및 자극(34)이 배치되어 있다. 따라서, 코일 및 자극(34)의 코일에 전류가 흐르면 축부(42)를 중심으로 토크가 발생하여 도면중 b의 화살표와 같이 카메라 블록(2')의 광축 A-A'를 중심으로 ±120도 회전하도록 구성되어 있다.

또한, 도면부호 36은 돔형의 커버로, 팬 모터의 스테이터(35)를 고정한다. 커버(36)에 투명 커버(21)가 연설되는데, 이 투명 커버(21)는 카메라 블록(2')측과 결합되어 있다.

아울러, 회전자(26)가 연결되는 팬 모터의 축부(42)의 반대측에는 컵형의 연설(延設)부가 설치되어 있으며, 연설부의 단부에는 환형 자기 스트라이프(37)가 형성되어 있는 동시에 컵형 연설부의 소정 위치에는 차광판(41)이 부착되어 있다. 한편, 스테이터(35)의 환형 자기 스트라이프(37)에 대응되는 소정 위치에는 자기 센서, 예를들면 2상 MR(Magneto Resistance) 센서(38)가 설치되어 있는데, 2상 MR 센서(38)로부터 1회전에 360파의 2개의 정현파가 90도의 위상차로 얻어진다. 이 2상 MR 센서(38)의 출력 신호를 이용하면 회전자(26)를 0.25도 단위로 임의의 각도로 제어할 수 있다. 또한, 스테이터(35)의 차광판(41)에 대응하는 소정 위치에는 포토인터랩터(39)가 지지편(40)을 통해 부착되어 있는데, 이 포토인터랩터(39)를 통해 미러(22)의 가로 방향의 각도가 검출된다.

또한, 상술된 환형 자기 스트라이프(37), 차광판(41), 2상 MR 센서(38), 포토인터랩터(39)와 동일한 것이 후술되는 것처럼 지지판(23) 및 프레임(25)의 사이에도 부착된다. 이 지지판(23) 및 프레임(25)의 사이에 부착되는 2상 MR 센서, 포토인터랩터 등에 의해 미러(22)의 세로 방향의 각도가 검출된다.

이와 같이 구성된 광축 가변 소자의 액추에이터를 2상 MR 센서 및 포토인터랩터의 출력 신호에 의거하여 미러 서보를 통해 구동시키면 미러(22)가 예를 들면 수직 방향으로 회전하여 소정 방향으로 유지된다. 아울러, 2상 MR 센서(38) 및 포토인터랩터(39)의 출력 신호에 의거하여 모터 제어 회로를 통해 팬 모터를 구동시키면 미러(22) 및 프레임(25)이 예를 들면 수평 방향으로 회전하여 소정 방향으로 유지된다.

본 발명의 일 실시 형태인 미러 서보 회로(11)의 블록도를 제4도에 도시하였다. 본 실시 형태에서는 설명을 용이하게 하기 위하여 수평 방향의 서보계에 대해서만 설명한다. 2상 MR 센서(38)로부터 출력되는 신호는 DC 앰프(51)(52)로 공급된다. 상술된 것처럼 2상 MR 센서(38)로부터 출력되는 신호는 1파장이 각도의 1도에 상당하므로, 그 신호를 θ[deg]라 하면 Vc=cosθ의 신호가 DC 앰프(51)로부터 D/A 변환기(57a)로 출력되는 동시에 DC 앰프(53)를 통해 카운터(55)로 출력된다. 마찬가지로, 2상 MR 센서(38)로부터 공급되는 신호를 θ[deg]라 하면 Vs=sinθ의 신호가 DC 앰프(52)로부터 D/A 변환기(57b)로 출력되는 동시에 DC 앰프(54)를 통해 카운터(55)로 출력된다.

업 다운 카운터(65)로부터 출력되는 17비트 신호의 하위 8비트가 cos ROM(66)으로 공급된다. 이 하위 8비트는 1도 미만의 소수로 1/256도의 분해능을 갖는다. cos ROM(66)으로부터 출력되는 Vsr 신호는 D/A 변환기(57a)로 공급되고,Vcr 신호는 D/A 변환기(57b)로 공급된다.

D/A 변환기(57a)는 승산형 D/A 변환기로, 예를 들면 디지털치(Vsr)와 아날로그치(Vc)와의 곱을 아날로그 신호로 출력한다. D/A 변환기(57b)도 마찬가지로 승산형 D/A 변환기로, 예를 들면 디지털치(Vcr)와 아날로그치(Vs)와의 곱을 아날로그 신호로 출력한다. D/A 변환기(57a)(57b)에는 단자(92)로부터 CS2 신호, 단자(93)로부터 SEL 신호, 단자(94)로부터 WRZ 신호가 공급된다. CS2 신호에 따라 D/A 변환기(57a)(57b)는 액티브해진다. SEL 신호는 D/A 변환기(57a)(57b)중 어느 하나를 선택하기 위한 신호이며, WRZ 신호는 선택된 D/A 변환기(57a)(57b)에 공급되는 신호를 라이트하기 위한 것이다. 즉, D/A 변환기(57a)가 CS2 신호에 의해 액티브해지고 SEL 신호에 의해 선택되며 또한 WRZ 신호에 의해 DC 앰프(51)로부터의 Vc 신호 및 cos ROM(66)으로부터의 Vsr 신호가 D/A 변환기(57a)에 라이트될 때에 Vc 신호와 Vsr 신호를 승산한 값이 D/A 변환기(57a)로부터 출력된다.

감산기(58)에서는 D/A 변환기(57a)(57b)의 각각으로부터 출력되는 값의 차가 얻어진다.

Ve = Vc ·Vsr - Vs ·Vcr

= cosθsinx - sinθcosx

= sin(θ- x)

여기서, θ- x가 작을 때

Ve ≒ θ- x

가 된다. 이 Ve 신호는 목표 위상과 현재 위상의 차로서 감산기(58)로부터스위치 회로(60)를 통해 진상 필터(61)로 공급되는 동시에 제로 크로스 컴퍼레이터(59)의 비반전 입력 단자로 공급된다. 제로 크로스 컴퍼레이터(59)의 반전 입력 단자는 접지되어 있다. 제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터 출력되는 CMY 신호는 게이트(69)로 공급된다.

이 제로 크로스 컴퍼레이터(59)는 단순한 OP 앰프로, 현재의 각도를 최소 단위가 1/256도인 디지털치로 출력하기 위한 것이다. 노멀 모드에서 퀵 모드로 전환되면 스위치 회로(60)가 OFF되는 동시에 게이트(68)에서 게이트(69)로 전환되기 위하여 스위치 회로(70)가 절환된다. 스위치 회로(70)는 노멀 모드일 때에 게이트(68)로부터의 출력을 선택하고, 퀵 모드일 때에 게이트(69)로부터의 출력을 선택하도록 제어된다. 감산기(58)로부터 출력되는 Ve 신호는 서보 루프에 의해 0V 부근에서 동작하고 있었으나, 이번에는 이 제로 크로스 컴퍼레이터(59)의 쓰레쉬 홀드(Threshold) 전압, 즉 0V 부근에서 동작하게 된다.

스위치 회로(60)는 단자(95)로부터 공급되는 U20 신호 및 단자(69)로부터 공급되는 U21 신호에 의해 노멀 모드인 경우에는 온되고, 퀵 모드인 경우에는 오프되도록 제어된다. 미러 블록(1)의 동작 안정도를 결정하는 진상 필터(61)는 공급된 Ve 신호에 대한 필터 처리를 실시하여 가산기(62)로 공급한다. 가산기(62)는 진상 필터(61)로부터의 Ve 신호와 가산기(91)로부터의 신호를 가산하여 드라이버(63)로 공급한다.

드라이버(63)는 공급된 신호에 따라 팬 모터로 전류를 공급하고, 미러(22)를 원하는 위치로 구동시키는 신호를 상 전환 회로(56) 및 드라이버(64)로 공급한다.드라이버(64)는 드라이버(63)로부터 출력되는 신호와 역상인 신호를 출력한다. 드라이버(64)의 출력은 상 전환 회로(56)로 공급된다. 드라이버(63)로부터의 출력을 정상(正相)이라고 한다면 드라이버(64)로부터의 출력은 역상(逆相)이 된다.

여기서, 팬 모터의 코일은 그 코일의 양단을 역상으로 구동시키는 BTL(Balanced Transformerless) 방식이다. 따라서, 본 실시 형태에서는 팬 모터를 구동시키기 위하여 2개의 드라이버(63)(64)가 설치된다. 또한, 이 팬 모터는 2상 모터이기 때문에, 회전자의 위치가 15도마다 2개의 코일을 4종류 순차 전환하도록 제어할 필요가 있다. 따라서, 상 전환이 필요하다. DC 앰프(51)(52)로부터의 출력이 공급되는 카운터(55)는 2상 MR 센서(38)의 출력의 천이 상황을 감시하여 1/4도의 분해능으로 회전자의 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 1/4도가 60개 될 때마다 코일을 전환하기 위한 신호가 이 카운터(55)로부터 상 전환 회로(56)로 공급된다. 이와 같이 15도 마다 4종류를 전환시키면 60도에서 한 바퀴가 된다.

이와 같이 팬 모터의 코일에 전류가 공급되면 미러(22)가 회전한다. 미러(22)가 회전하면 2상 MR 센서(38)로부터 얻어지는 θ의 값이 변화하여 Ve = 0의 부근에서 서보가 제동되어 미러(22)는 Ve = 0이 되는 위치에서 유지된다. 이때, 서보 루프의 DC 게인이 충분히 높다면 Ve = 0, 즉 θ = x의 점에 미러(22)는 안정된다.

여기서, Vx 신호를 1만큼 증가시키면 목표 위상(x)은 360/256 = 1.4도 증가하고 Ve 신호에 sin(1.4도)이 발생하고, 이것이 증폭되어 드라이브되므로 θ도 동일한 만큼 증가하여 다시 Ve = 0 부근에서 안정된다. 이때, 미러(22)는 1/256도기울게 된다.

단자(98)로부터 공급되는 CK15K는 업 다운 카운터(65)의 업/다운을 카운트하기 위한 속도 표준인 클럭 펄스로, 약 14kHz이다. 이 CK15K는 게이트(68)로 공급된다. 게이트(68)는 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 공급되는 LT/GT 신호에 따라 UP/DN 신호를 스위치 회로(70)를 통해 업 다운 카운터(65)로 공급한다. 스위치 회로(70)는 노멀 모드인 경우에 게이트(68)로부터의 출력을 선택하고, 퀵 모드인 경우에 게이트(69)로부터의 출력을 선택하도록 제어된다.

업 다운 카운터(65)는 현재의 미러의 가로 방향 각도를 유지하고 있는 현재각 레지스터로, 17비트의 데이터를 이용하여 현재의 가로 방향 각도를 유지하고 있다. 17비트의 상위 9비트는 0 내지 511도를 나타내고, 중심은 256도이며, 하위 8비트는 1도 미만의 소수로 1/256도의 분해능을 갖는다. 업 다운 카운터(65)는 17비트의 데이터를 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로 공급하고, 17비트의 하위 8비트를 Vx 신호로서 cos ROM(66)으로 공급한다.

PC(3)로부터 공급되는 목표 각도는, 예를 들면 RS-232C를 통해 단자(99)로부터 시리얼/패러랠 변환 회로(71)에 공급된다. 시리얼/패너랠 변환 회로(71)에서는 시리얼로 공급된 목표 각도가 패러랠로 변환된다. 본 실시예에서는 시리얼로 공급된 목표 각도가 17비트의 데이터로 변환된다. 변환된 17비트의 데이터는 시리얼/패러랠 변환 회로(71)로부터 목표각 레지스터(72)로 공급된다. 목표각 레지스터(72)에 공급된 17비트의 데이터가 유지된다. 유지된 17비트의 데이터는 목표각 레지스터(72)로부터 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로 공급된다.

매그니튜드 컴퍼레이터(67)는 업 다운 카운터(65)로부터 공급되는 17비트의 데이터(x)와 목표각 레지스터(72)로부터 공급되는 17비트의 데이터(R)를 비교한다. 그리고, 데이터(X) 〈 데이터(R)인 경우에 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 게이트(68)로 하이 레벨의 LT 신호가 공급된다. 또한, 데이터(X) 〈 데이터(R)인 경우에 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 게이트(68)로 하이 레벨의 GT 신호가 공급된다.

매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 하이 레벨의 LT 신호가 공급되면 게이트(68)는 약 14kHz의 UP 신호를 업 다운 카운터(65)로 공급한다. 업 다운 카운터(65)는 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 출력되는 GT 신호 및 LT 신호가 로우 레벨이 될 때까지, 약 14kHz의 속도로 현재각 레지스터를 업 카운트한다. 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터의 GT 신호 및 LT 신호가 모두 로우 레벨이 되면, 즉 GT 신호 = LT 신호가 되면 업 다운 카운터(65)의 카운트 동작이 정지된다.

이때, 업 다운 카운터(65)의 17비트의 하위 8비트는 0 내지 255 또는 255 내지 0의 사이를 몇 번이나 반복하지만, 서보가 강고하게 잠긴 상태로 천이하기 때문에 오차가 발생하는 일은 없다. 그리고, 1펄스에서 1/256도 기울어지므로 이동 속도는

v = 1/256 ×f[도/초]

로 얻어지며, f = 14kHz의 경우에 v = 56[도/초]가 된다.

목표각 레지스터(72)는 유지하고 있던 17비트의 데이터를 레지스터(74)로 공급한다. 감산기(75)는 목표각 레지스터(72)로부터 공급되는 현재의 목표각과 레지스터(74)로부터 공급되는 하나 전의 목표각을 감산한다. 그 감산 결과는 절대치화 회로(76) 및 SIGN 회로(77)로 공급된다. 레지스터(74), 감산기(75)와 절대치화 회로(76) 및 SIGN 회로(77)를 통해 각도 데이터의 변화분 검출 회로를 구성한다.

절대치화 회로(76)는 공급된 감산 결과에 대한 절대치를 실시한다. 절대치가 실시된 값은 루트 ROM(78)으로 공급된다. 루트 ROM(78)는 점프각의 절대치로부터 가감속 펄스의 길이를 구한다. 본 실시 형태에서 이용되는 최대 가감 속도에서의 이동각은 가속 시간의 2승에 비례하므로, 이동각으로부터 가속 시간을 구하는 함수는 평방근이 된다. 실제로는 최대 가감속에 달할 때까지 7클럭 정도의 시간이 소요되기 때문에 엄밀한 평방근은 아니다. 루트 ROM(78)에서 구해진 길이의 값은 모델 가속도 발생 회로(79)로 공급된다.

SIGN 회로(77)는 공급된 감산 결과로부터 현재의 목표각이 하나 전의 목표각으로부터 어느 방향으로 변경되었는지 검출한다. 검출된 방향은 모델 가속도 발생 회로(79)로 공급된다.

모델 가속도 발생 회로(79)에는 미리 모델 가속도 커브가 설정되어 있다. 또한, 모델 가속도 발생 회로(79)에서는 4kHz의 샘플링 블록이 이용되고 있다. 점프 방향에 따라 제5도의 (a)에 도시된 것처럼 가감속 펄스를 발생한다. 발생되는 가감속 펄스는 모델 속도 발생 회로(80) 및 D/A 변환기(82)로 공급된다. 또한, 그 값은 4비트의 2의 보수(補數)로서 0 →7 →0 →-7 →0 또는 0 →-7 →0 →7 →0으로 변화된다. D/A 변환기(82)는 공급된 가감속 펄스를 아날로그로 변환한다. 변환된 아날로그치는 가산기(91)로 공급된다. 또한, 제5도의 (a), 제5도의 (a) 및제5도의 (c)의 가로축은 시간축을 나타낸다.

모델 속도 발생 회로(80)에는 미리 모델 속도 커브가 설정되어 있다. 또한, 모델 속도 발생 회로(80)에서는 가감속 펄스를 4kHz의 샘플링 블록에서 축차 가산(적분에 상당함)하여 속도 데이터열을 생성한다. 생성된 속도 데이터열은 모델 위치 발생 회로(81) 및 감산기(86)로 공급된다. 또한, 그 값은 제5도의 (a)에 도시된 것처럼 12비트의 2의 보수로서 "0"에서 증가 또는 감소한 이후 "0"으로 복귀한다.

모델 위치 발생 회로(81)에는 미리 모델 위치 커브가 설정되어 있다. 또한, 모델 위치 발생 회로(81)에서는 속도 데이터열을 축차 가산(적분에 상당함)하여 위치 데이터열을 생성한다. 그 위치 데이터열은 가산기(85)로 공급된다. 또한, 그 값은 제5도의 (c)에 도시된 것처럼 17비트의 2의 보수로서 "0"에서 증가 또는 감소하여 목적 위치에 도달한다.

게이트(69)는 제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터의 CMY 신호에 따라 단자(97)로부터 공급되는 900kHz의 클럭 펄스를 스위치 회로(70)를 통해 업 다운 카운터(65), 현재 속도 검출 카운터(83) 및 현재 위치 검출 카운터(84)로 공급한다. 일예로, 제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터 하이 레벨의 CMY 신호가 게이트(69)로 공급되면 900kHz의 DN 신호가 스위치 회로(70)를 통해 업 다운 카운터(65)로 공급된다. 업 다운 카운터(65)는 제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터 출력되는 CMY 신호가 "0"이 될 때까지 90kHz의 속도로 현재각 레지스터를 다운 카운트한다.

현재 속도 검출 카운터(83)는 게이트(69)로부터 공급되는 UP 신호 또는 DN 신호의 입력에 따라 카운터의 값을 증감한다. 또한, 카운터의 값은 4kHz의 샘플링 클럭 주기로 "0"으로 리셋된다. 리셋 직전의 값은 다음의 샘플링 클럭 주기까지 유지된다. 따라서, 검출이 1/2 클럭 지연된다. 현재 속도 검출 카운터(83)의 출력은 감산기(86)로 공급되는 12비트의 2의 보수이다.

감산기(86)는 현재 속도 검출 카운터(83)에서 공급되는 카운터의 값으로부터 모델 속도 발생 회로(80)에서 공급되는 속도 데이터열을 감산한다. 그 감산 결과는 리미터(89)로 공급된다. 리미터(89)에서는 공급된 감산 결과가 소정치 이하로 억제된다. 그리고, D/A 변환기(90)에서 아날로그화된 신호가 속도 오차 데이터로서 가산기(91)로 공급된다.

현재 위치 검출 카운터(84)는 게이트(69)로부터 공급되는 UP 신호 또는 DN 신호의 입력에 따라 카운터의 값을 증감한다. 이 현재 위치 검출 카운터(84)는 퀵 모드 개시시에 "0"에서 시작하는 업 다운 카운터이다. 현재 위치 검출 카운터(84)의 출력은 감산기(85)로 공급되는 16비트의 2의 보수이다.

감산기(85)는 현재 위치 검출 카운터(84)로부터 공급되는 카운터의 값에서 모델 위치 발생 회로(81)로부터 공급되는 위치 데이터열을 감산한다. 그 감산 결과는 리미터(87)로 공급된다. 리미터(87)에서는 공급된 감산 결과가 소정치 이하로 억제된다. 그리고, D/A 변환기(88)에서 아날로그화된 신호가 위치 오차 데이터로서 가산기(91)로 공급된다.

가산기(91)는 가속도 데이터, 속도 오차 데이터와 위치 오차 데이터를 가산하여 가산기(62)로 공급한다. 그 결과, 업 다운 카운터(65)는 서보 루프가 OFF 된 이후에도 현재각을 유지하도록 동작된다.

이 동작의 일예를 설명한다. 팬 모터가 정지하고 제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터 출력되는 CMY 신호가 로우 레벨이면 업 다운 카운터(65)로 900kHz의 신호(UP)가 공급되고 그 값이 증가된다. 이로 인해, Ve 신호는 증가하고 CMY 신호는 하이 레벨이 된다. CMY 신호가 하이 레벨이 되면 업 다운 카운터(65)로 900kHz의 DN 신호가 공급되고 그 값이 감소된다. 이로 인해, Ve 신호는 감소하고 CMY 신호는 로우 레벨이 된다. 따라서, 업 다운 카운터(65)의 값은 소정의 좁은 범위내에서 증감을 반복한다. 이 좁은 범위는 실측에 의하면 10정도이며, 10/256도 정도의 오차를 갖는다.

여기서, 팬 모터를 수동으로 회전시키면 2상 MR 센서(38)의 위상이 진행되고, 그에 따라 CMY 신호가 업 다운 카운터(65)의 값을 진행시킨다. 결과적으로, 업 다운 카운터(65)의 값은 모터의 회전각을 1/25도 정도의 오차로 나타낸다.

본 실시 형태에서는 게이트(69)의 동작을 위해 900kHz의 클럭 주파수가 사용된다. 이 클럭 주파수가 최고 속도와 검출 오차에 깊게 관계되므로 설명한다. 가속도 a로 t초간 가속했을 경우의 속도(v)와 이동 거리(x)는 식(1) 및 식(2)로 나타내어진다.

v = a ·t…(1)

x = a ·t ·t/2…(2)

소요 시간을 T라고 하면 t = T/2의 경우에 속도가 최대가 되는데, 이를 vm이라 하면,

vm = a ·T/2…(3)

가 된다. 이 때의 이동 거리는 최종 이동 거리 X-2에 달하므로,

x = a ·T ·T/8 = X/2…(4)

가 된다.

여기서 가속도 -a로 T/2초간 감속하면 속도는 0이 되고 이동 거리 X는 다음 식으로 나타내어진다.

X = a ·T ·T/4…(5)

또한, 가속도 a = 20000[도/초/초]에서 소요 시간 T = 0.25[초]라면 식(3) 및 식(5)로부터

vm = 2500[도/초]

X = 312[도]

가 된다.

이 최고속도 2500[도/초]를 넘는 슬루 레이트(Slew rate)가 필요하다. 1/256도 스텝으로 보내어 이 슬루 레이트를 실현하려면, 보내는 주파수 F[Hz]는,

vm = F/256

로부터

F = 256 ·vm…(6)

= 640[kHz]

가 되며, 그 이상의 높은 주파수로 보내면 된다는 것을 알 수 있다. 이 때,최고속도의 기울기에 의해 증감의 기울기 쪽이 클 필요가 있다.

제로 크로스 컴퍼레이터(59)로부터 출력되어 업 다운 카운터(65), cos ROM(66), D/A 변환기(57a)(57b), 감산기(58)를 통과하여 한바퀴 도는 시간 지연을 td = 4μsec라 하는 경우, 그 사이에 들어가는 클럭수(N)를 구하면 불감대의 폭(xn)을 알 수 있다.

N = td ·F…(7)

= (4E - 6) × (900E3) = 3.6(%)

xn = N/256…(8)

= 3.6/256 = 1/70[도]

의 오차를 갖는다.

여기서, 노멀 모드에서 광축의 방향을 바꿀 때의 처리의 일예를 제6도의 플로어 차트를 참조하여 설명한다. 노멀 모드가 선택되면, 먼저 스텝S1에서 스위치 회로(60)가 온되는 동시에 게이트(68)의 출력을 선택하도록 스위치 회로(70)가 제어된다. 스텝S2에서는 목표각 레지스터(72)에 유지되어 있는 목표각과 업 다운 카운터(65)에서 카운트되는 현재각(카운터의 값)이 매그니튜드 컴퍼레이터(67)에서 비교되며 GT 신호 또는 LT 신호가 업 다운 카운터(65)로 공급된다. 업 다운 카운터(65)는 공급되는 GT 신호 = LT 신호가 될 때까지 현재각(카운터의 값)을 증감한다.

스텝S3에서는, 업 다운 카운터(65)의 하위 8비트가 아날로그화된 값과, 2상 MR 센서(38)로부터의 위상과 D/A 변환기(57a)(57b)에서 승산된 이후 감산기(58)에서 감산되어 비교된다. 스텝S4에서는 감산기(58)의 감산 결과가 Ve 신호로서 진상 필터(61)를 통해 드라이버(63)(64)로 공급된다. 드라이버(63)(64)는 팬 모터를 구동시키는 전류를 출력한다.

퀵 모드에서 광축의 방향을 바꿀 때의 처리의 일예를 제7도의 플로어 차트를 참조하여 설명한다. 퀵 모드가 선택되면, 먼저 스텝S11에서는 스위치 회로(60)가 오프되는 동시에 게이트(69)의 출력을 선택하도록 스위치 회로(70)가 제어된다. 스텝S12에서는 목표각 레지스터(72)에 유지되어 있는 현재의 목표각과 레지스터(74)에 유지되어 있는 하나 전의 목표각과의 감산이 감산기(75)에 의해 수행된다. 하나 전의 목표각으로부터 현재의 목표각으로 이동한 길이(양)와 방향이 감산 결과로부터 생성된다. 스텝S13에서는 생성된 길이와 방향으로부터 모델 가속도 발생 회로(79)에 의해 가감속 펄스가 생성된다.

스텝S14에서는 현재 속도 검출 카운터(83)로부터의 현재 속도(카운터의 값)와 모델 속도 발생 회로(80)로부터의 속도 데이터열로부터 속도 오차 데이터가 생성된다. 스텝S15에서는 현재 위치 검출 카운터(84)로부터의 현재 위치(카운터의 값)와 모델 위치 발생 회로(81)로부터의 위치 데이터열로부터 위치 오차 데이터가 생성된다. 스텝S16에서는 가감속 펄스와 속도 오차 데이터와 위치 오차 데이터가 가산기(91)에서 가산된다. 스텝S17에서는 가산기(91)의 가산 결과가 드라이버(63)(64)로 공급된다. 드라이버(63)(64)는 팬 모터를 구동시키는 전류를 출력한다.

이와 같이 퀵 모드는 노멀 모드와는 달리 설정된 모델 커브와 측정된 실 커브와의 오차를 추출하고 그 오차를 부귀환시킴으로써, 가속중에도 감속중에도 위치와 속도가 미리 설정된 커브로부터 벗어나지 않도록 제어한다.

여기서, 제8도를 참조하여 노멀 모드와 퀵 모드를 설명한다. 제8도는 이동각과 소요 시간의 관계를 나타낸 것이다. 또한, 제8도의 ( )안은 본 실시 형태에서는 240도밖에 돌릴 수 없기 때문에 추정(계산치)으로 나타내고 있다. 제8도에 도시된 것처럼 노멀 모드 경우의 이동 속도는 시간에 비례하여 56도/초가 된다. 이에 비해, 퀵 모드 경우의 이동 속도는 거의 시간의 2승에 비례하여 5000도/초가 된다. 퀵 모드 경우의 소요 시간은 가감속에 걸리는 시간뿐이다. 또한, 실제로는 서보가 안정화될 때까지의 시간이 필요하다.

퀵 모드 동작의 일예를 제9도를 참조하여 설명한다. 제9도에 도시된 것처럼, 임의의 시각의 위치와 속도를 직전의 값으로부터 산출하여 피드백 제어할 수 있도록 되어있다. 제9도의 위로부터 위치(x)와, 속도(v)와, 가속도(a)가 도시되어 있다. 여기서, 시간 t = 0에서 t = 10까지는 가속도 a = 2로 가속하고, t = 10에서 t = 20까지는 가속도 a = -2로 감속하는 일예를 나타내고 있다. 이와 같이, 시간 t = 20에서 위치 x = 0에서 위치 x = 20까지에 달하고 속도는 v = 0이 된다.

또한, 제10도의 그래프에 도시된 것처럼 시간 t = 0에서 t = 256까지의 전역에서 a3를 제어하면서 가감속한다. 제10도의 그래프에는 16배된 모델 가속도 a, 16배된 가속도 a3, 150배된 위치 에러 dx, 1/8배된 모델 속도 v2, 1/8배된 실제의 속도 v3, 1/1024배된 모델 위치 x2, 1/1024배된 실제의 위치 x3, 750배된 속도 에러 dx가 표시되어 있다. 이와 같이, 모델 가속도 발생 회로(79)에 미리 설정된 모델 가속도 커브는 모델 가속도 a로 그려지고, 모델 속도 발생 회로(80)에 미리 설정된 모델 속도 커브는 모델 속도 v2로 그려지고, 모델 위치 발생 회로(81)에 미리 설정된 모델 위치 커브는 모델 위치 x2로 그려진다.

제10도에서는 진동과 소음 대책을 미연에 방지하기 위하여 모델 가속도(a)의 변화를 완만하게 하였다. 모델 가속도(a)는 0에서 7가지 하나씩 증가하며 7을 100구간 계속한 이후에 -7까지 하나씩 감소하고 -7을 100구간 계속한 이후에 0까지 하나씩 증가하고 종료한다.

모델 속도(v2)는

v2[t] = v2[t - 1] + a[t]

로부터 얻어진다. 모델 위치(x2)는

x2[t] = x2[t - 1] + (v2[t - 1] + v2[t])/2

로부터 얻어진다.

속도 에러(dv)는 모델 속도(vs)에서 실제 속도(v3)을 감산한 것이다. 위치 에러(dx)는 모델 위치(x2)에서 실제의 위치(x3)를 감산한 것이다. 속도차 출력(dav)과 위치차 출력(dax)은 속도 에러(dv)와 위치 에러(dx)에 계수 kv 및 kx를 각각 곱한 것이다.

실제의 가속도(a3)는 모델 가속도(a)에 계수(ka)를 곱한 것과 1클럭 전의 속도차 출력(dav)[t - 1]과 위치차 출력(dax)[t - 1]을 가한 것으로부터 얻어지며, 이를 팬 모터의 코일에 부여한다.

제10도에 도시된 것처럼, 시간 t = 225에서 위치 x = 83846에 도달하고 속도v = 0가 된다. 제10도에 도시된 그래프는 [ka : kv : kx] = [0.9 : 1.5 : 1.0]인 경우, 즉 a3 = 0.9 × a + 1.5 ×dv + 1.0 × dx인 경우이다. 모델 가속도(a)의 계수(ka)를 "1"로 하지 않고 "0.9"로 한 이유는, 올바른 가속 전류보다 10% 약한 전류로 가감속했을 때에, 실제의 가속 전류에 가하는 부족한 전류를 속도 에러(dv)와 위치 에러(dx)로부터 만들어, 실제의 가속 전류에 가하고 있는 상태를 보기 위하여 의도적으로 "0.9"로 하고 있다. 그 결과, 위치 에러(dx)는 모델 가속도(a)의 약 1/10이 되는 것을 알 수 있다.

또한, 가속도가 급변화는 부분에서는 속도 에러가 가속 전류에 가산되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 위치 에러는 가속도 데이터의 2회 적분을 통해 획득되지만, 속도 에러는 가속도 데이터의 1회 적분을 통해 획득되기 때문이다. 이러한 이유로 인해 속도 에러를 귀환시키는 것이 중요하다.

제10도에 도시된 그래프에서는 속도 에러(dv)와 위치 에러(dx)가 크게 표시되어 있지만, 상술된 것처럼 실제로는 매우 작은 값으로, 모델 가속도(a)와 실제 가속도(a3), 모델 속도(v2)와 실제 속도(v3), 모델 위치(x2)와 실제 위치(x3)는 거의 일치한다.

또한, 제10도 내지 제16도에 도시된 그래프의 가로축은 시간(t)을 나타내며, 세로축은 위치(X)를 나타낸다.

본 실시 형태에서는 가속 또는 감속을 지속하는 시간(여기서는 100클럭)이 점프각과 대응하므로, 이 값을 2에서 128까지 지정하도록 하였다. 가속 또는 감속을 유지하는 시간을 2클럭으로 하였을 때의 그래프를 제11도에 도시하였다.

가속 또는 감속을 유지하는 시간을 100클럭으로 하고 계수를 [ka : kv : kx] = [0.9 : 1.5 : 0.7]로 하였을 경우의 그래프를 제12도에 도시하였다. 제12도로부터 위치 에러의 게인이 낮은 만큼 속도 에러가 크게 발생하는 것을 알 수 있다.

계수를 [ka : kv : kx] = [0.9 : 0.8 : 1.0]으로 하였을 경우의 그래프를 제13도에 도시하였다. 제13도로부터 속도 에러의 게인이 상당히 낮기 때문에 진동이 발생하는 것을 알 수 있다. 계수를 [ka : kv : kx] = [0.9 : 1.3 : 1.0]으로 하였을 경우의 그래프를 제14도에 도시하였다. 제14도로부터 속도 에러의 게인이 조금 낮기 때문에 오버 슛이 발생하는 것을 알 수 있다.

계수를 [ka : kv : kx] = [0.9 : 1.7 : 1.0]로 하였을 경우의 그래프를 제15도에 도시하였다. 제15도로부터 속도 에러의 게인이 높기 때문에 진동이 발생하는 것을 알 수 있다. 계수를 [ka : kv : kx] = [0.9 : 1.5 : 1.3]으로 하였을 경우의 그래프를 제16도에 나타내었다. 제16도로부터 위치 에러의 게인이 조금 높기 때문에 오버 슛이 발생하는 것을 알 수 있다.

여기서, 노멀 모드와 퀵 모드 사이를 천이할 때의 오차의 누적에 대하여 설명한다. 처음에는 서보가 잠겨있기 때문에 팬 모터가 정지되어 있다. 이때, 최종 목표각 R = 0도, 목표각 x = 0도, 현재각 θ - x = 0도이기 때문에 전압 Vz = 0V로 되어 있다. 그리고, 스위치 회로(60)는 오프된다. 업 다운 카운터(65)에 공급되는 UP/DN 신호가 매그니튜드 컴퍼레이터(67)의 출력으로부터 제로 크로스 컴퍼레이터(59)의 출력(CMY 신호)으로 전환된다.

제로 크로스 컴퍼레이터(59)에서는 오프 셋의 영향이 조금 발생한다. 예를들면, 오프 셋 전압(Vos) = 10mV의 오프 셋이 발생한다. 이 오프 셋 전압(Vos)으로 인해 CMY 신호가 로우 레벨이 되면 업 다운 카운터(65)에는 900kHz의 DN 신호가 계속하여 공급된다. 그 결과, 목표각(x)이 감소하고 Vz 전압이 상승하여 오프 셋 전압(Vos)을 넘는다.

Vz 전압이 오프 셋 전압(Vos)을 넘으면 CMY 신호는 하이 레벨이 된다. CMY 신호가 하이 레벨이 되면 업 다운 카운터(65)에는 900kHz의 신호(UP)가 계속하여 공급된다. 그 결과, 목표각(x)이 증가하고 Vz전압이 하강하여 오프 셋 전압(Vos)을 밑돈다. 이와 같이, Vz 전압은 오프 셋 전압(Vos)의 부근을 작은 폭으로 계속 상하한다.

여기서 가속 감속후, 스위치 회로(60)를 온시키면 노멀 모드의 서보 루프를 형성한다. Vz 전압은 기본적으로 0V 부근에서 동작하므로, 스위치 회로(60)를 전환하여도 원활하게 천이된다. 따라서, 노멀 모드와 퀵 모드 사이를 천이하는 경우에 누적되는 오차는 없다.

이상시에 원래의 방향으로 복구하는 일예를 제17도를 참조하여 설명한다. 상술된 미러 블록(1)의 락 점은 1도의 간격으로 무수하게 존재하지만, 1도 이내에는 존재하지 않는다. 따라서, 업 다운 카운터(65)에서 유지하고 있는 각도와 업 다운 카운터(103)에서 유지하고 있는 각도를 비교하여 그 차가 0.5도 미만이면 OK로 판정되고 0.5도를 넘으면 NG로 판정되며, 그 정부(正負)에 따라 업 다운 카운터(65)의 제8비트에 UP₈또는 DN₈펄스를 공급한다.

일예로, 목표각 레지스터(72)에 100 + 100/256[deg]가 유지되어 있는 것으로 한다. 안정 상태에서는 업 다운 카운터(65)의 각도도 100 + 100/256[deg]로 되어 있다. 따라서, 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 게이트(68)로 출력되는 GT 신호 및 LT 신호는 로우 레벨이다. 이때, 업 다운 카운터(103)의 각도는 100 + 1/4[deg] 부근이 된다. 이 값은 하위 6비트가 없기 때문에 ±1/4도의 불확정을 포함한다. 윈도우 컴퍼레이터(104)는 ±0.5도의 범위가 불감대이다. 따라서, 안정 상태에서 윈도우 컴퍼레이터(104)로부터 게이트(105)로 출력되는 GT2 신호 및 LT2 신호는 로우 레벨이다.

여기서, 외력 등에 의해 팬 모터가 3도 어긋난 점에서 락된 경우를 생각한다. 목표각 레지스터(72)가 유지하고 있는 각도 및 업 다운 카운터(65)가 유지하고 있는 각도는 변화하지 않으며, 업 다운 카운터(103)의 각도는 103 + 1/4 ± 1/4[deg]가 된다. 따라서, 윈도우 컴퍼레이터(104)으로부터 하이 레벨의 GT2 신호가 게이트(105)로 공급된다. 게이트(105)는 업 다운 카운터(65)에 대하여 현재 유지하고 있는 각도에 256을 가하도록 UP₈펄스를 공급한다. 업 다운 카운터(65)에 UP₈펄스가 공급되면 101 + 100/256[deg]가 된다. 그러나, 윈도우 컴퍼레이터(104)로부터 게이트(105)로 공급되는 GT2 신호는 아직 하이 레벨을 유지하고 있으며, GT2 신호가 로우 레벨이 될 때까지 게이트(105)로부터 업 다운 카운터(65)로 UP₈펄스가 공급된다.

본 실시예에서는 업 다운 카운터(65)에 UP₈펄스가 3회 공급되면 103 +100/256[deg]가 되어 GT2 신호는 로우 레벨이 된다. 따라서, 윈도우 컴퍼레이터(104)는 정상으로 되돌아오나, 목표각 레지스터(72)의 각도와 업 다운 카운터(65)의 각도를 비교하는 매그니튜드 컴퍼레이터(67)는 3도의 차를 인식한다. 따라서, 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 게이트(68)로 공급되는 GT 신호는 하이 레벨이 되며 업 다운 카운터(65)로 UP신호가 공급된다. 이와같이 업 다운 카운터(65)의 각도가 증가하면 1펄스에 의해 1/256도씩 모터가 회전하고 1/4도마다 업 다운 카운터(103)가 유지하고 있는 각도는 증가된다. 목표각 레지스터(72)가 유지하고 있는 각도와 업 다운 카운터(65)가 유지하고 있는 각도가 동등해지면 매그니튜드 컴퍼레이터(67)로부터 게이트(68)로 공급되는 GT 신호는 로우 레벨이 되어 팬 모터는 정지한다. 그리고, 모두가 원래의 상태가 된다.

다음에는 상술된 팬 모터로 이용되는 모터를 설명한다. 본 실시 형태에는 소비 전력에 대한 기동 토크가 큰 모터가 적용된다. 아울러, 모터 자체의 질량이 크면 기동 토크가 커도 고속화로 연결되지 않기 때문에 회전자 자체의 질량이 작은 것이 선택된다.

본 실시 형태에 적용되는 모터를 구성하는 부품을 설명한다. 제18도에 도시된 내부 링(116)은 높이 16mm, 내경 33mm, 외경 41mm의 정18각형인 연철로 이루어진 요크로, 이 내부 링(116)의 외측에 마그넷이 설치된다. 제19도는 축받이(115)이다. 제20도는 내부 링(116)과 축받이(115)를 복수개의 비스로 고정한 것이다. 이 때, 비스로 고정된 내부 링(116)과 축받이(115)에 후술되는 제91도에 도시된 알루미로 이루어진 회전자(112)와 축(111)을 비스로 고정한 것을 삽입하고, 축(111)을 돌리면서 편심과 축(111)의 기울기를 충분히 작게 한다. 그 이후, 내부 링(116)과 축받이(115)를 접착제로 고정한다. 제21도는 모터 프레임(118)의 저면으로, 높이 8mm의 스페이서가 4개 설치되어 있다. 제22도는 모터 프레임(118)의 상면으로, 내부 링(116)에 대응하는 외부 링(117)이 고정되어 있다. 이 외부 링(117)은 높이 16mm, 내경 약 59mm의 정18각형, 외경 67mm의 연철로 이루어진 요크로, 이 외부 링(117)의 내측에 마그넷이 설치된다. 제23도는 외부 링(117)에 프레임(118)이 고정된 측면이다. 제24도는 축받이(115), 내부 링(116)과 외부 링(117) 및 프레임(118)을 조합한 것이다.

제25도, 제26도 및 제27도는 외측용 마그넷(131)을 외부 링(117)에 설치한 것이다. 외측용 마그넷(131)은, 예를 들면 두께 2.5mm, 폭 5mm, 높이 10mm의 네오듐으로 구성되어 있으며 두께 방향으로 자착되어 있다. 또한, 외부 링(117)에 설치된 이웃하는 마그넷은 N극 및 S극이 교번하도록 배열된다. 제28도의 내측용 마그넷(132)은, 예를 들면 두께 2.7mm, 폭 5mm, 높이 10mm의 네오듐으로 구성되어 있으며 두께 방향으로 자착되어 있다. 제29도는 내경 47mm, 외경 54mm, 높이 50mm로 이루어진 스페이서 지그(151)이다. 이 스페이서 지그(151)는 제30도에 도시된 마그넷(131)이 설치되는 외부 링(117)에 삽입된다. 제31도는 외부 링(117)에 스페이서 지그(151)가 삽입된 것이다. 제32도에 도시된 것처럼, 외부 링(117)에 삽입된 스페이서 지그(151)에 마그넷(132)이 설치된 내부 링(116) 및 축받이(115)가 삽입된다. 이때, 위상을 맞추어 내부 링(116)을 삽입한다. 위상이 맞으면 제33도에 도시된 것처럼 외부 링(117)과 내부 링(116)을 고정하는 구멍이 일치된다. 제34도에 자기 회로의 갭을 도시하였다. 제35도에는 회전부에 전원을 공급하는 2쌍의 12핀 플렉시블 기판(152)과 커넥터가 설치된 커넥터 기판(153) 및 플렉시블 기판 누름판(154)이 도시되어 있다.

다음에는 이 팬 모터의 코일을 생성하는 일예를 설명한다. 제36도에 도시된 외경 120mm의 보빈(155)에 절삭이 가해진 종이를 한겹으로 말고, 제37도에 도시된 것처럼 고무줄로 고정한다. 그리고, 제38도에 도시된 것처럼 종이가 감긴 보빈(155)에 φ0.23의 권선을 69회 감아 코일(140)을 생성한다. 제39도, 제40도 및 제41도에 도시된 것처럼, 보빈(155)으로부터 조심스럽게 코일(140)을 분리하고 복수 부분을 선재로 묶는다. 제42도에 도시된 것처럼 20도 간격의 방사형 라인이 그려진 용지에 선재로 묶인 코일(140)을 진원도를 유지하면서 재치한다. 그리고, 제43도, 제44도 및 제45도에 도시된 것처럼 방사형 라인상에서 코일(140)을 묶는다. 이 때, 코일(140) 감기의 시작과 끝은 하나의 매듭으로부터 도출되도록 한다. 이 코일(140)은 제46도에 도시된 것처럼 2개 제작한다. 제작된 2개의 코일(140)은 제47도 및 제48도 도시된 것처럼 매듭이 직선부의 중앙이 되도록 구부린다. 그리고, 제49도, 제50도, 제51도 및 제52도에 도시된 것처럼 구부리는 각도를 서서히 심화시킨다. 이 때, 직선 부분이 평행해지도록 한다. 제53도에 도시된 것처럼, 2파형 코일(140)을 제작한다.

제54도에 도시된 것처럼, 147mm × 20mm의 방안지(方眼紙)에 36등분한 눈금을, 외경 46.6mm의 원통형 지그에 감는다. OHP 시트를 20mm폭으로 자르고 눈금 위에 3장 감는다. 제55도에 도시된 것처럼, 2파형 코일(140)을 10도 어긋나게 2겹을겹친다. 내측 코일(141)이 A상이며 외측 코일(142)이 B상이다. 여기서, 36군데의 매듭을 제거한다. 이 때, 코일(141)(142)의 피복이 상하지 않게 한다. 제56도에 도시된 2.2 × 2.0 × 600mm의 POM으로 이루어진 각봉(角棒)(160)으로부터 길이 7mm의 각재 9개와, 길이 5mm의 각재 27개를 잘라 합계 36개의 각재(161)를 준비한다.

제58도, 제59도 및 제60도에 도시된 것처럼, 코일(141)(142)의 극간에 36개의 각재(162)를 끼운다. 즉, 각재(161)를 사이에 두고 이웃하는 코일(141)(142)의 간격이 2.0mm가 되도록 한다. 아울러, 성형하면서 실 등으로 단단하게 감는다. 그리고, 접착제로 실이 없는 부분을 굳힌다. 접착제가 굳은 후, 실이 있는 부분도 접착제로 굳힌다. 충분히 굳기 전에 실을 조심스럽게 제거하고, 더욱 접착제를 흘려보낸다. 그리고, 충분히 굳기 전에 원통의 지그로부터 코일(141)(142)을 분리시킨다. 이 때, OHP 시트 1장이 코일(141)(142)에 붙어온다. 이 OHP 시트도 충분히 굳기 전에 코일(141)(142)로부터 분리시킨다. 이와 같이 완성된 코일(141)(142)을 제61도에 도시된 것처럼 같이 알루미로 이루어진 회전자(112)에 덮어 접착제 등으로 고정한다.

제62도에 도시된 것처럼, 회전자(112)에 고정된 코일내의 내부 링(116)이 원활하게 회전하도록 내부 링(116)에 회전자(112)를 삽입한다. 제63도에 도시된 것처럼, 회전자(112)에 고정된 코일(141)(142)의 하부가 내부 링(116)의 저면보다 1.5mm가량 높도록 위치시킨다. 내부 링(116)에 설치된 마그넷(132)과 회전자(112)에 고정된 코일(141)(142)의 사이의 갭을 제64도에 도시하였다.

제65도는 플렉시블 기판과 접속되는 커넥터가 설치된 회전측에 배치되는 기판(113)이다. 이 기판(113)은 축(111)에 압입되는 놋쇠부에 비스로 고정된다. 제66도에 도시된 것처럼, 180도 대향하여 세로 블록용과 코일용의 2개의 기판(113a)(113b)이 설치되어 있다. 제67도에 도시된 것처럼, 코일(141)(142)의 인출선을 알루미로 이루어진 회전자(112)를 따라 접착제로 고정한다. 제68도에 도시된 것처럼 기판(113a)이 설치되며, 도시되지 않았지만 코일(141)의 제1 인출선은 기판(113a)의 커넥터 1, 2, 3에 접속되고, 코일(141)의 제2 인출선은 기판(113a)의 커넥터의4, 5, 6에 접속된다. 그리고, 코일(142)의 제1 인출선은 기판(113b)의 커넥터 7, 8, 9에 접속되고, 코일(142)의 제2 인출선은 기판(113b)의 커넥터 10, 11, 12에 접속된다. 종이 등으로 스페이서(162)를 만들고, 제68도에 도시된 것처럼 마그넷(131)(132)의 위상을 맞추어 외부 링(117)에 내부 링(116)을 삽입한다. 상술된 것처럼, 위상이 맞으면 외부 링(117)과 내부 링(116)의 구멍이 일치된다. 또한, 제70도에 도시된 것처럼 회전자(112)가 원활하게 회전한다. 제71도, 제72도 및 제73도에 도시된 것처럼 2개의 플렉시블 기판을 커넥터에 접속한다. 회전자(112)의 2개의 비스를 느슨하게 하여 2개의 침형 스프링을 각각 고정한다.

제74도는 회전자(112)에서 분리된 자기 링(121)이다. 제75도는 자기 링(121)을 고정하는 알루미로 이루어진 원판(122)이다. 제76도는 알루미로 이루어진 원판(122)에 자기 링(121)을 접착제로 고정한 것이다. 제77도는 알루미로 이루어진 원판(122)에 자기 링(121)을 접착제로 고정한 것의 이면측이다. 제78도에 2상 MR 센서(38)의 외관을 도시하였다. 제79도에는 2상 MR 센서(38)와 2상 MR 센서용 기판을 도시하였다. 제80도에는 프레임(118)의 이면측에 설치되는 2상 MR 센서(38)가 설치된 기판과 정면을 검출하는 포토 인터랩터가 고정되는 L형 금구(金具)를 도시한 것이다.

제81도에 도시된 축(111)의 하측의 놋쇠 링(119)에 두께 4mm의 알루미로 이루어진 슬리브(120)(제82도)를 통해 자기 링(121)이 접착된 알루미로 이루어진 원판(122)(제83도)을 겹치고, 두께 0.25mm의 폴리카보네이트 시트(123)(제84도)를 겹치고, 두께 0.25mm의 폴리카보네이트 시트로 만들어진 180도 차광판(123)(제85도)을 겹치고, 두께 0.5mm의 폴리카보네이트 시트(125)(제86도)를 겹쳐 비스로 고정한다.

제87도는 두께 1.4mm의 L형 금구(163)이다. 제88도는 포토 인터랩터(39)가 설치된 기판(164)과 그 기판(164)을 L형 금구(163)에 설치할 때의 폴리카보네이트 시트(165)이다. 제89도는 L형 금구(163)에 포토 인터랩터(39)가 설치된 기판(164)을 비스로 고정한 상태를 나타낸 것이다. 이들이 고정된 상태를 제90도에 도시하였다.

다음에는 제91도에 도시된 이 모터의 분해 사시도를 참조하여 설명한다. 축(111)이 회전자(112)에 삽입되고 4군데가 비스로 고정된다. 또한, 회전측의 플렉시블 기판의 커넥터(113)는 회전자(112)에 2군데 비스로 고정된다. 이 커넥터(113)는 대향하는 위치에도 설치된다. 축받이(115)와 내부 링(116)을 고정한 것이 평 와셔(114)를 통해 축(111)에 삽입된다. 내부 링(116)에 대향하는 외부 링(117)은 프레임(118)에 비스로 고정된다. 내부 링(116)과 외부 링(117)에는제92도에 도시된 것처럼 마그넷(131)(132)이 각각 18개씩 설치되어 접착되어 있다. 놋쇠 링(119)은 축(111)에 삽입되어 비스로 고정된다. 두께 4mm의 슬리브(120) 2개와, 자기 링(121)이 장착된 알루미로 이루어진 원판(122)과, 폴리카보네이트 시트(123)와, 폴리카보네이트 시트로 이루어진 차광판(124)과, 폴리카보네이트 시트(125)를 놋쇠 링(119)에 2개의 비스로 고정한다. 또한, 자기 링(121)과 소정의 관계를 이루도록 2상 MR 자기 센서(38)가 설치되고, 차광판(124)과 소정의 관계를 이루도록 포토 인터랩터(39)가 설치된다.

제92도에 도시된 것처럼 마그넷(131)(132)의 사이에 자계가 발생하므로, 그 사이에 설치된 직사각형 파상의 코일의 직선 부분에 동일한 방향인 원주 방향의 힘이 발생한다. 따라서, 반경을 크게 하고 극수를 늘리면 강한 토크를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 코일이 회전하는 구조이므로, 고정측의 자기 회로를 증강하여도 회전부의 질량은 작다. 또한, 제92도에서는 설명을 용이하게 하기 위하여 코일(141)의 A상만을 도시하고 있다.

A상의 코일(141)이 마그넷(131)(132)에 의해 발생되는 자계에서 벗어나려고 하면 B상의 코일(142)이 자계내로 들어온다. 이 타이밍으로 상 전환을 수행하면 연속적으로 회전시킬 수 있다. 또한, 이 모터에는 철심이 없으므로 포화 상태가 되지 않는다.

코일(141, 142) 및 마그넷(131, 132)의 단면도를 제93도에 도시하였다. 제93도의 (a)에 도시된 코일(141)(142)의 단면의 형상보다 제93도의 (a)에 도시된 코일(141)(142)의 단면의 형상쪽이 토크 편차를 적게할 수 있다. 또한,코일(141)(142)의 인출선의 인출 방법으로는 슬립 링 등이 있는데, 본 실시 형태에서는 240도의 범위밖에 회전시키지 않으므로, 상기된 것처럼 플렉시블 기판을 사용하였다.

본 실시 형태의 모터의 기동 토크의 특성을 제94도를 참조하여 설명한다. 본 실시 형태의 모터의 기동 토크의 특성을 특성 a로 나타내었다. 일반적인 VHS 드럼에 사용되는 모터의 기동 토크를 특성 b로 나타내었다. 일반적인 VHS 드럼에 사용되는 모터의 기동 토크의 이상적인 특성을 특성 c로 나타내었다. 또한, 본 실시 형태의 모터의 임피던스는 약 12.7Ω이고, VHS 드럼에 사용되는 모터의 임피던스는 약 22Ω이다.

소비 전력이 약 7.1W인 동일 전력으로 비교하면, 특성 a는 점 a1으로 나타낸 9.5V의 750mA일 때의 기동 토크가 1350[gfcm]이 되고, 특성 b는 점 b1으로 나타낸 12.5V의 570mA일 때의 기동 토크가 180[gfcm]이 된다. 이와 같이, 동일 전력으로 비교하면 약 7.5배에 상당하는 기동 토크를 발생시킬 수 있다.

전압이 12.5V인 동일 전압으로 비교하면, 특성 a는 980mA에서 1780[gfcm]의 기동 토크를 발생하고, 특성 b는 점 b1로 나타내는 570mA에서 180[gfcm]의 기동 토크를 발생한다. 이와 같이, 동일 전압으로 비교하면 약 9.8배에 상당하는 기동 토크를 발생할 수 있다.

또한, 특성 a의 최대 드라이브 파워는 14V, 1.1A, 15.4W에서 1990[gfcm]의 최대 토크를 얻을 수 있다.

본 실시 형태에서 사용되는 모터와 동등한 자기 회로를 갖는 모터의 다른 예를 제95도를 참조하여 설명한다. 내부 링(151) 및 외부 링(152)이, 예를 들면 페라이트 코어로 제95도에 도시된 형상으로 제작된다. 제작된 내부 링(151) 및 외부 링(152)의 주면이 N극 또는 S극으로 착자된다. 이와 같이, 착자된 내부 링(151) 및 외부 링(152)으로 이루어진 모터는 상술된 18개의 마그넷이 각각 고정된 내부 링 및 외부 링으로 이루어진 모터와 동등한 자기 회로를 구성할 수 있다.

또한, 내부 링 및 외부 링의 일측을 페라이트 코어로 제작하고, 타측을 연철제로 제작하여도 된다. 이와 같이, 일측을 페라이트 코어로 제작하고 타측을 연철제로 제작한 내부 링 및 외부 링으로 이루어진 모터는 상기된 18개의 마그넷이 각각 배치된 내부 링 및 외부 링으로 이루어진 모터와 동등한 자기 회로를 구성할 수 있다.

본 실시 형태에서는 외측용 마그넷(131) 및 내측용 마그넷(132)이, 일예로 네오듐으로 구성되어 있는데, 네오듐에 한정하는 것은 아니며 마그넷을 구성할 수 있는 것이면 어떠한 재료라도 사용할 수 있다.

본 실시 형태에서 모터는 팬 모터로서 이용되며 목표각에 고속으로 이동할 수 있도록 구성되어 있는데, 직선 방향으로 이동시키면 직선 방향의 이동도 고속으로 이루어진다. 즉, 이 모터의 사용은 회전계에 한정되는 것은 아니다.

본 실시 형태에서 팬 모터로 사용되는 모터는 2상의 모터를 사용하고 있는데, 3상 모터를 사용하여도 문제되지 않는다. 이때, 2상인 모터의 경우에 2개의 코일이 (180/18)도 = 10도 어긋나게 설치되지만, 3상인 모터를 사용하는 경우에는 3개의 코일이 (120/18)도 = 약 6.7도 어긋나게 설치된다.

본 발명에 따르면 간단한 구성으로 수 십분의 1도의 정밀도로 위치를 검출할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 가장 단시간에 일정한 거리를 이동시킬 수 있는 최대 가감속법을 채용하고 설정된 모델 커브와 측정된 실 커브의 오차를 추출하여 그 오차를 부귀환시킴에 따라 가속중에도 감속중에도 위치와 속도가 미리 설정된 커브에서 벗어나지 않도록 제어할 수 있으므로, 부하 변동 등의 영향을 잘 받지 않는 서보계를 구성할 수 있다.

또한, 본 설명에 따르면 동일한 소비 전력으로 VHS 드럼에 이용되는 모터의 10배를 넘는 기동 토크를 출력할 수 있다. 그리고, 회전자 자체의 질량이 작으므로, 고속 이동을 유리하게 할 수 있다.

Claims

코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터와,

회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구와,

상기 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하는 센서와,

현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하고 있는 카운터와,

상기 카운터의 출력에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하는 메모리와,

상기 제1 및 제3 정현파를 승산하는 제1 승산기와,

상기 제2 및 제4 정현파를 승산하는 제2 승산기와,

상기 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산하는 감산기와,

상기 감산기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 연산 증폭 수단을 구비하며,

상기 연산 증폭 수단의 출력에 따라 상기 카운터의 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하고 증감 이후의 위치를 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 장치.
제1항에 있어서, 적어도 광축의 방향을 수직 방향으로 변화시킬 수 있는 광축 가변 소자를 상기 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구에 더 구비한 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 장치.
코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터에 의해 회전 운동 또는 왕복운동하고,

상기 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하고,

현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하며,

유지된 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하고,

상기 제1 및 제3 정현파를 제1 승산기로 승산하며,

상기 제2 및 제4 정현파를 제2 승산기로 승산하고,

상기 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산기로 감산하며,

상기 감산기로부터 출력되는 신호를 연산 증폭 수단으로 증폭하고,

상기 연산 증폭 수단의 출력에 따라 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하며, 증감 이후의 위치를 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 방법.
제5항에 있어서, 또한, 적어도 광축의 방향을 수직 방향으로 변화시킬 수 있는 광축 가변 소자를 상기 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구에 구비한 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 방법.
제5항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 방법.
제6항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 각도 또는 위치 검출 방법.
코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터와,

회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구와,

상기 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하는 센서와,

현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하고 있는 카운터와,

상기 카운터의 출력에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하는 메모리와,

상기 제1 및 제3 정현파를 승산하는 제1 승산기와,

상기 제2 및 제4 정현파를 승산하는 제2 승산기와,

상기 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산하는 감산기와,

상기 감산기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 연산 증폭 수단과,

가속 및 감속으로 구성된 가감속 펄스를 생성하는 모델 가속도 커브 발생 수단과,

상기 가감속 펄스를 적분하여 얻어지는 속도 데이터열을 생성하는 모델 속도 커브 발생 수단과,

상기 속도 데이터열을 적분하여 얻어지는 위치 데이터열을 생성하는 모델 위치 커브 발생 수단과,

상기 연산 증폭 수단의 출력에 따라 상기 카운터의 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치가 증감되고 증감 이후의 위치가 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력되며,

상기 출력된 현재의 각도 또는 현재의 위치와 상기 위치 데이터열로부터 위치 오차를 추출하는 위치 오차 추출 수단과,

상기 현재의 각도 또는 현재의 속도를 미분하여 얻어지는 현재의 속도 데이터와 상기 속도 데이터열로부터 속도 오차를 추출하는 속도 오차 추출 수단과,

상기 위치 오차와 상기 속도 오차를 가산하고 증폭하여 액추에이터를 구동시키는 드라이버로 귀환시키는 피드백 루프 수단을 구비하며,

가속중 또는 감속중에도 위치 및 속도가 미리 설정된 위치 커브 및 속도 커브에서 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 장치.
제9항에 있어서, 적어도 광축의 방향을 수직 방향으로 변화시킬 수 있는 광축 가변 소자를 상기 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구에 더 구비한 것을 특징으로 하는 서보 장치.
제9항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 서보 장치.
제10항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 서보 장치.
코일과 마그넷으로 구성된 액추에이터에 의해 회전운동 또는 왕복운동하고,

상기 액추에이터의 각도 또는 위치를 검출하며 서로 90도 어긋난 제1 및 제2 정현파를 출력하고,

현재의 각도 또는 현재의 위치를 유지하며,

유지된 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치에 따라 서로 90도 어긋난 제3 및 제4 정현파를 출력하고,

상기 제1 및 제3 정현파를 제1 승산기로 승산하며,

상기 제2 및 제4 정현파를 제2 승산기로 승산하고,

상기 제1 및 제2 승산기로부터 출력되는 신호를 감산기로 감산하며,

상기 감산기로부터 출력되는 신호를 연산 증폭 수단으로 증폭하고,

가속 및 감속으로 구성된 가감속 펄스를 생성하며,

상기 가감속 펄스를 적분하여 얻어지는 속도 데이터열을 생성하고,

상기 속도 데이터열을 적분하여 얻어지는 위치 데이터열을 생성하며,

상기 연산 증폭 수단의 출력에 따라 상기 현재의 각도 또는 현재의 위치를 증감하고, 증감 이후의 위치가 현재의 각도 또는 현재의 위치로서 출력되며,

상기 현재의 각도 또는 현재의 위치와 위치 데이터열로부터 위치 오차를 추출하고,

상기 현재의 각도 또는 현재의 속도를 미분하여 얻어지는 현재의 속도 데이터와 상기 속도 데이터열로부터 속도 오차를 추출하며,

상기 위치 오차와 상기 속도 오차를 가산하고 증폭하여 상기 액추에이터를 구동시키는 드라이버로 귀환시키는 피드백 루프를 구성하며,

가속중 또는 감속중에도 위치 및 속도가 미리 설정된 위치 커브 및 속도 커브에서 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서보 방법.
제13항에 있어서, 또한, 적어도 광축의 방향을 수직 방향으로 변화시킬 수 있는 광축 가변 소자를 상기 회전 운동 또는 왕복 운동하는 기구에 구비한 것을 특징으로 하는 서보 방법.
제13항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 서보 방법.
제14항에 있어서, 상기 연산 증폭 수단은 제로 크로스 콤퍼레이터인 것을 특징으로 하는 서보 방법.
자성체로 이루어진 제1 및 제2 링이 동심원상에 고정되고 제1 및 제2 링의 극간에 서로 반대 방향인 2n쌍의 마그넷이 설치되는 자기 회로와,

1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상인 회전자로 구성되며,

상기 2n쌍의 마그넷이 설치된 극간에 상기 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터.
제17항에 있어서, 나선형으로 배치된 플렉시블 기판을 통해 상기 2개 또는 3개의 코일에 신호를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 모터.
마그넷으로 이루어진 제1 링의 주면이 착자(着磁)되고 마그넷으로 이루어진 제2 링의 주면이 상기 제1 링과 반대 극성으로 착자되며 상기 제1 및 제2 링의 착자 부분이 대향되도록 고정된 자기 회로와,

1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상의 회전자로 구성되며,

고정된 상기 제1 및 제2 링의 극간에 상기 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는것을 특징으로 하는 모터.
제19항에 있어서, 나선형으로 배치된 플렉시블 기판을 통해 상기 2개 또는 3개의 코일에 신호를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 모터.
마그넷으로 이루어진 제1 링의 주면이 착자되고 상기 제1 링과 자성체로 이루어진 제2 링이 동심원상에 고정된 자기 회로와,

1주연에 2n 개인 톱니형 직사각 형상의 2개 또는 3개의 코일이 서로 (180/n)도 또는 (120/n)도로 어긋나게 접착된 2상 또는 3상의 회전자로 구성되며,

고정된 상기 제1 및 제2 링의 극간에 상기 2개 또는 3개의 코일이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터.
제21항에 있어서, 나선형으로 배치된 플렉시블 기판을 통해 상기 2개 또는 3개의 코일에 신호를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 모터.