JPH0429571A

JPH0429571A - 回転検出器付きモータ

Info

Publication number: JPH0429571A
Application number: JP2132889A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takamiya; 誠高宮; Hidejiro Kadowaki; 門脇　秀次郎; Yasuhiko Ishida; 泰彦石田; Hiroshi Sugiyama; 浩杉山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-01-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回転子（ロータ）および固定子（ステータ）
を有するモータにおいて、ロータとステータの相対回転
を検出する回転検出器を備えたものに関する。

（従来の技術）近年、進行性振動波によって駆動する振動波回転型モー
タ（振動波モータ）が、低速回転、無騒音、消費電力小
といった特長を生かし、工業製品において、各方面で広
く採用されている。

第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は振動波モータの従来例
の概略図を示す。

同図で１は振動体を示し、真ちゅうなとの弾性体にて構
成されている。２は圧電又は電歪素子（例えばＰＺＴ　
（チタン酸ジルコン鉛））で振動体】と接合されている
。この電歪素子は例えは第４図（ｃ）に示すように分極
処理かなされ円環あるいは円環状に配列した個々の圧電
又は電歪素子である。圧電又は電歪素子は２群に分かれ
ており、−群２−ａの素子に対しもう一群の素子２ｂは
与えるべき振動波の波長λの局たけすれたピッチではい
てされる。又、各群内ても素子は波長λの％のピッチで
相隣り合うものの極性か逆になるように配置されている
。図中の＋、−の符合は分極処理の符合で＋とあるもの
は電極側か的、弾性体側か十的になっていて、−とある
ものはこれらの逆になる。第４図（ｂ）の３及び４は各
群に対応した電極膜であり、圧電又は電歪素子２に電圧
か印加てぎるようになっている。５は共振状態を検知す
る電極である。６は１〜５の固定子（ステータ）に加圧
接触している回転子（ロータ）である。

このような構成の振動波回転型モータで一群の素子の電
極３にＶ。ｓｉｎωｔの交流電圧を印加し、もう一方の
群の素子の電極４にＶ。ＣＯＳωｔの交流電圧を印加す
ると、各群内の素子は相隣り合うものとうし９０°位相
かずれて伸縮運動をする。なおこれらの素子は弾性体１
に接合されており、各素子の伸縮はステータ全体の曲げ
振動に変換され、円環の表面に屈曲波か生ずることにな
る。その結果、ステータに接触しているロータ６か回転
運動を起こすことになる。

なお、一般のモータては、ロータに一足間隔て磁性体を
設け、磁気抵抗素子により、磁性体通過数をカウントし
回転検出を行う方式か採用されている。

（発明が解決しようとする課題）振動波モータの様に比較的低速回転のモータではイナー
シャかｉＪｚさいために、高分解能の回転検出を行わな
ければ一定回転速度に高精度制御することかてきす、前
記方式では分解能か充分ではない本発明の目的は、モータの回転を高分解・高精度に検出
てきる回転検出器を提供するものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では、ロータの回転
状態を検出する回転検出器が、光源と、前記光源からの
光の波長λの変化に応してロータ回転面への入射角θか
変化し、ｓｉｎθ／λをほぼ一定として、前記ロータ回
転面に前記光源からの光を入射させる光学系と、前記ロ
ータの回転状態に応してドツプラーシフトした前記ロー
タからの光を検出する検出器を備えることを特徴とする
。

〔実施例〕

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施例の説明図
である。

第１図（ａ）、（ｂ）において、７はロータ６の上面に
施した散乱面、９は波長λの半導体レザ、１０はコリメ
ータレンズ、１１は格子ピッチｄの透過型回折格子、１
２ａ、１２ｂはミラー１３は集光レンズ、１４は光検出
器である。

半導体レーザ９を出射した光束はコリメータレンズ１０
によってほぼ平行な光束となって透過型回折格子１１に
垂直に入射される。入射された光束は＋１次、−１次の
回折光にヒームスブリットされ、出射角θ。は、次式て
表わされる。

θ、＝ｓｉｎ−’（λ／ｄ）　　　　−（１）＋１次、
−１次の回折光はそれぞれ、平行に配置されたミラー１
２ａ、１２ｂにより折り返され、ロータ６の上面に施し
た散乱面７て２光束か重なる様にＩ枦射される。そして
、散乱面７からのドツプラーシフトした散乱光を集光レ
ンズ１３を介して光検出器１４によりドツプラー信号を
得る。ここて、散乱面７への２光束の入射角は、それぞ
れθ。どなるため、検出部での回転接線方向の速度を■
とするとで表わされる。このとき（１）式よりｄｓｉｎθ。＝λ
であることから、（２）式は、Ｆ　＝　２　ｖ　／　ｄ
　　　　　　　　　　　・・・（３）となる。

これは、半導体レーザ９の波長λか例えは温度によって
変化したとしても、ドツプラー信号Ｆには影響を与えず
、安定した信号か得られ、これより角速度か検出される
ことを意味する。

また、検出部て１格子ピツチｄたけ変位すると、２回の
明暗変化を受ける。これは（３）式を時間積分してＮを
パルス数、Ｌを変位量とするときＮ　＝　２　Ｌ／ｄ　　　　　　　　　　　　　　・・
・　（４）が成立することより理解される。これより角
度か検出される。

いま回折格子１１の格子ピッチｄをπ／４３２岬７．３
μｍとし、検出位置の直径を５０ｍｍとすると、１格子
ピツチｄの変位は、角度１分変位に相当する。１格子ピ
ツチｄの変位に対し、２回の明暗信号が得られることか
ら、分解能は３０秒つまり１回転に４３２００個の信号
か得られる。

そして、この１３号を振動波モータの駆動回路にフィー
ドバックして、高精度な角速度制御あるいは角度制御を
可能にしている。

第２図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施例を示すも
ので、８は第１図で示した実施例におけるロータ６の上
面の散乱面７を格子総本数を２１６００本とする回折格
子に置き換えたもので、他の部材は第１図と同一である
、回折格子８は回折格子１１と同一のピッチで同一の温
度膨張係数を備えるものであり、同一の材質か好ましい
。第２図実施例では第１図実施例て示したドツプラー信
号Ｆか正弦波として得られ、ドツプラ信号ＦのＳ／Ｈが
良好となり、高精度な角速度制御又は角度制御を可能に
する。なお、ロータ６か低速状態でもロータ６に回折格
子を配設した本実施例によれば、ドツプラー信号がきれ
いな正弦波信号として得られるため角速度又は角度か正
確に検出され好ましい制御を行なうことができる。

又、第２図（ｂ）に示すように、集光レンズ１３、光検
出器１４とコリメータレンズ１０、半導体レーザ９の配
置を逆にしても、第２図（ａ）の場合と同等の信号が得
られ、同等の効果を得る。なお、第２図（ｂ）において
回折格子１１の位置に散乱面を設け、集光レンズ１３、
光検出器１４を散乱面の下方に設けて検出しても良い。

次に第３図（ａ）、（ｂ）に検出系の異なる実施例を示
す。なお、第１図と同一の記号は同一の部材を示す。

第３図（ａ）、（ｂ）において、１５は位相を進ませる
図波長板、１６は位相を遅らせる図波長板、１７はビー
ムスプリッタ、１８ａ、１８ｂは偏光板で、偏光方位か
互いに４５°傾いている。

同図において、回折格子８で反射した光は、干渉光とな
って、直線偏光となり、ビームスプリッタ１７て透過光
束と反射光束に２分割され、偏光板１８ａ、１８ｂを介
して光検出器１４ａ、１４ｂに入射する。偏光板１８ａ
、１８ｂは互いに偏光方位が４５°ずれているので、回
折格子８の変位に伴って、受光素子１４ａ、１４ｂから
は、位相か９０°すれた正弦波信号か出力され、ロータ
６の回転方向の判別も可能となる。

なお、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のミラ１２ａ、１２
ｂの替わりに回折格子１９ａ、１９ｂを用いた検出系を
示す。

回折格子１９ａ、１９ｂは回折格子１１の格子ピッチｄ
の％の格子ピッチを有し、回折格子１１に平行に配置さ
れる。

回折格子１９ａ、１９ｂからの光としては光学系の中心
方向の一次回折光か使用され、回折格子１９ａ及び１９
ｂの入射角と回折角か等しくなる。回折格子１９ａ、１
９ｂとしては回折光エネルギーの大部分が特定（この場
合光学系の中心方向の一次回折）の次数に集中するよう
な例えばブレーズド回折格子が望ましい。

以上、各実施例において、ロータ６の上面に散ハ孔面又は回折格子を施してもよい。

なお、上述した実施例では振動波モータについて述べた
が、本発明はこのモータに限定されるものではない。

又、上述の実施例においては、回折格子１１は±１次の
回折光を出射する様にしである力釈±ｎ次光（ｎは自然
数）を用いてもよく、また、次数の異なる例えば０次光
とｎ次光の２光束を用いてもよい。また、２光束のうち
一光束をロータ６に照射し、そのロータ６からの光とロ
ータ６に照射されないもう一つの光束とを干渉させてト
ラフラー信号を得る参照光法を用いても、ｓｉｎθ／λ
か一定の検出系を実現しつる。

又、上述した実施例においては回折格子として透過型の
ものを示したが、反射型の回折格子を用い、例えは半導
体レーザのような光源をロータ側に近づけた配置とする
、更にはロータ側にミラーを設は該ミラーで反射される
紙面垂直方向に該光源を設けた配置としても良い。これ
らの配置によれは、例えは半導体レーザを検出系の余空
間に設定し、検出系のコンパクト化を図ることかできる
。

（発明の効果）以上、本発明によれは、光源か例えは半導体レーザのよ
うに波長変動するものであっても回転検出信号か安定し
、又光源の波長−足止のための温度コントロールを行な
う必要かない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施例を説明
する図、第２図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施例を説明
する図、第３図（ａ）、（ｂ）は、検出系の異なる実施例の図、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、振動波モータの説明
図、図中、１・・・振動体、２・・・圧電又は電歪素子、３
．４．５・・・電極、６・・・ロータ、７・・・散乱面
、８・・・回折格子、９・・・半導体レーザ、】０・・
・コリメータレンズ、１１．１９ａ１１９ｂ・・・回折
格子、１２ａ、１２ｂ・・・ミラー、１３・・・集光レ
ンズ、１４．１４ａ、１４ｂ・・・光検出器、１５．１
６・・・図波長板、１７・・・ビームスプリッタ、１８
ａ、１８ｂ・・・偏光板である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロータの回転状態を検出する回転検出器付きモー
タにおいて、前記回転検出器は、光源と、該光源からの
光の波長λの変化に応じて前記ロータの回転面への入射
角θが変化し、ｓｉｎθ／λを略一定として前記ロータ
回転面に前記光源からの光を入射させる光学系と、前記
ロータの回転状態に応じてドツプラーシフトした前記ロ
ータからの光を検出する光検出器を有することを特徴と
する回転検出器付きモータ。
（２）前記ロータの回転面に回転方向に沿った回折格子
が配設される請求項１記載の回転検出器付きモータ。
（３）前記ロータ回転面は散乱面である請求項１記載の
回転検出器付きモータ。
（４）ロータの回転状態を検出する回転検出器付きモー
タにおいて、前記ロータの回転面に回転方向に沿った回
折格子が配設され、前記回転検出器は、光源と、該光源
からの光の波長λの変化に応して前記ロータの回転面か
らの回折角θが変化し、ｓｉｎθ／λを略一定として所
定面に入射させる光学系と、前記ロータの回転状態に応
してドツプラーシフトした前記所定面からの光を検出す
る光検出器を有することを特徴とする回転検出器付きモ
ータ。
（５）前記所定面に回折格子が配設される請求項４記載
の回転検出器付きモータ。
（６）前記所定面は散乱面である請求項４記載の回転検
出器付きモータ。
（７）前記光学系は前記光源からの光を回折させる回折
格子と、該回折格子からの回折角と略同一の入射角で前
記ロータの回転面に入射させる光伝達手段を備える請求
項１乃至３記載の回転検出器付きモータ。
（８）前記光伝達手段は前記回折格子から回折される±
ｎ次光（ｎは自然数）を前記回折角と各々同一の入射角
で前記ロータの回転面に入射させる請求項７記載の回転
検出器付きモータ。
（９）前記光源が、半導体レーザーである請求項１乃至
８記載の回転検出器付きモータ。
（１０）前記ロータは、電気−機械エネルギー変換素子
に交流電圧を印加することによって、振動体に加圧接触
した部材を相対回転させるようにした振動波モータのロ
ータである請求項１乃至９記載の回転検出器付きモータ
。
（１１）前記光検出器の出力に基づいて前記ロータの角
速度情報を検出する請求項１乃至１０記載の回転検出器
付きモータ。
（１２）前記光検出器の出力に基づいて前記ロータの角
度情報を検出する請求項１乃至１０記載の回転検出器付
きモータ。
（１３）前記光検出器の出力に基づいて前記ロータの角
速度情報及び角度情報を検出する請求項１乃至１０記載
の回転検出器付きモータ。
（１４）前記光検出器は前記ロータの回転方向を検出す
るために２箇設けられる請求項１乃至１３記載の回転検
出器付きモータ。
（１５）前記角速度情報又は角度情報に基づいて前記ロ
ータを所定の回転状態に制御する制御系を有する請求項
１１乃至１４記載の回転検出器付きモータ。
（１６）前記２つの回折格子は同一のピッチで且つ同一
の温度膨張係数を有する請求項５又は７記載の回転検出
器付きモータ。