JPS614363A

JPS614363A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPS614363A
Application number: JP59125615A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yoshida; 修一吉田; Takeshi Shimamoto; 嶋本　健; Shingi Yokobori; 横堀　進義; Yoshihiro Yokoyama; 嘉広横山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1986-01-10

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、コンピュータの入力端末を始めとして、超高
速ファクシミリ、電子ファイリングシステム、インテリ
ジェントコピー機等の情報処理機器の画做入カシステム
に用いられる画像入力装置に関する。

従来例の構成とその問題点原稿を機械的に走査する画像入力装置は、円筒走査方弐
七平面走査方式に分けられる。円筒走査方式では原稿を
１枚ずつ円筒に巻き打水主走査を円筒の回転で、副走査
を走査ヘッドと円筒との円筒軸方向の相対移動で行なう
ものである。しかし、この方式では、シート状の原稿に
限られ、また、遠心力による原稿の剥離などの問題が生
ずる。平面走査による装置は、原稿を平面状のまま移動
させて副走査する方式で、主走査を光点掃引で行なう方
法や直線状に配列した光学ファイバを用いる方法などが
あるが、これらはいずれも、機構的に複雑で大きなスペ
ースを占めるという欠点を有する。

平面走査方式に類するものに固体走査方式がある。これ
は対象物上に配列される固体撮像素子によって画像の入
力を行なうもので、主走査を撮像素子の電子的な切換で
行ない、副走査を撮像素子列を含んだ撮像部上原稿との
相対的な移動で行なうもので、機構的に簡素でスペース
も少なく、また、原稿もシート状に限らず、書籍のよう
な綴じた原稿も対象にできる。

しかし、従来の固体走査方式の画像入力装置では、ロー
クリ形のステップモータやロータリ形のサーボモータを
用い、ギア、ローラ、プーリ、ワイヤなど伝達部材を介
して撮像部を直線状に移動させるような駆動機構を採用
するのか最も一般的であった。

ところが、このような駆動機構を用いた場合、得られる
性能には以下に述べるようなある一定の限界と言うべき
ものがあって、それを超えようとした場合には技術的に
もコスト的にも急激に困難な状況に直面せさぜる゛を得
なかった。

その第１は位置精度や直線性、再現性に係る物理的な精
度の問題である。例えばギアには常に一定のバックラッ
シュ、不感帯が存在し、ブーりにはスリップが存在する
。またワイヤは長ければ長い稈その伸縮が精度に悪い影
響を与える。ロークリ形のステップモータはクローズト
ループ制御では無いので（いわゆるオーブンループ制御
）ギアの偏芯は直線性に微妙な影響を与え、また高速化
を目指すと過渡的状態で税調を′０ぎ起し易いという致
命的な問題点もはらんでいる。

一方、ロータリ形のサーボモータを使用する場合は作用
点（制御対象）にリニアポテンショメータを使用しクロ
ーズトループ制御を実現することが多いので伝達系に起
因する精度劣化要因は緩和されるが、今度はリニアポテ
ンショメータに起因する精度劣化が発生する。現在広く
用いられているリニア形ポテンショメータは巻線形や導
電性プラスチック形の抵抗体上摺動刷子によるものであ
って、抵抗体の非直線性、刷子のヒステリシス、バック
ラッシュ、抵抗体の摩耗が精度を大きく支配している。

その第２は耐久性とか寿命と言う信頼性の問題である。

上述−シた伝達系では摩擦抵抗を仲介とした力の伝達部
材を含んでいたり、ワイヤを屈曲させるためにローラの
ような回転部材を多用しているために、必然的に摩耗か
各部で進行し劣化が起ってゆくのは避けられない。また
特にワイヤの劣化、断線事故のＮ率も高い。

一方、ロータリ形のサーボモータはその多くがブラシ付
ＤＣモータから出来ているため、その寿命にはやはり一
定の限界を考えておかなくてはならない。また前記のよ
うなポテンショメータの抵抗体の摩耗は信頼性を低下さ
せる要因のひとつになっている。

その第３の問題は騒音の問題である。上述のように従来
の方式はロータリ形のモータの回転力を数多くの伝達部
材を介して制御対象に伝えこれを直線状に駆動するため
可動部材か多く、各部でかなり大きな騒音を発生する。

特にワイヤの共振音、ローラの回転音が比較的大きい。

そのため機器の品位が著しくそこなわれることが多い。

以上の様な駆動機構上の限られた精度及び信頼性の為に
、従来画像読取りの際の分解能等の性能に一定の限界か
あった。

発明の目的本発明は、前記従来の問題点を除去するために、より簡
単な“機構で、高精度かつ高信頼性を有し、かつ占有体
積の小さいブラシレスリニアサーボモータを駆動機構と
して採用し、より高速かつ高性能の画像入力装置を提供
することを目的としたものである。

発明の構成本発明の画像入力装置は、ブラシレスリニアサーボモー
タと、画像情報を読取る固体撮像素子を含めて構成され
、固体撮像素子をブラシレスリニアサーボモータの可動
子に搭載して、直接走査を行なうことを基本としたもの
である。

実施例の説明以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の画像入力装置の具体的な構成例を示し
たものである。同図において、ブラシレスリニアサーボ
モータ１は、角棒状の固定子２．可動子３９位置検出セ
ンサブロック４を含めて構成され、固定子２は原稿面及
び原稿副走査方向と平行になるように筐体５に固定され
ている。撮像ユニット６は、光源７．導光系８．固体撮
像素子及び信号処理回路−を含む充電変換ユニット９か
ら構成され、原稿面と平行かっニット６を側面から見た
図である。可動子３は、可動子枠１０に取付けられ、可
動子枠１０には固定子２と可動子３との間の僅かな空隙
を一定に維持し、かつ可動子３を滑らかに案内するロー
ラの如き案内手段１１が取付けられている。

次に撮像ユニット６の基本的な機能について第２図を参
照しつつ説明する。光源７から出た光ｒよ、原稿載置用
の透明なガラス板１２を通して原稿面１３で反射され、
導光系８を経て固体撮像素子９ａに入って電気信号に変
換され、さらに信号処理回路９ｂを経て出力される。

第３図は本発明で使用しうるブラシレスリニアサーボモ
ータの構成例の主要部を詳しく説明するための斜視図で
ある。

同図において、固定子２の長手方向（可動子移動方向）
に一定のピッチで磁性体よりなる多数の歯状の凹凸（こ
れを以後磁極歯と称する）１４を有している。可動子３
は、可動子移動方向き直角の面方向に着磁された永久磁
石１５と、これを両側から挾むように積層された２個の
継鉄１６Ａ、１６Ｂと、これらの継鉄１６Ａ、１６Ｂに
巻装された３相３個のコイル１７ａ、　ｌ　７ｂ、　１
７ｃと、継鉄１６Ａの固定子対向面にきざまれた３群の
磁極歯群１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、同様に継鉄１６Ｂ
にきざまれだ３群の磁極歯群１９ａ、　　１９ｂ、　　
ｌ　９ｃ（但し、１９ｂ、１９ｃは第３図では、かくれ
て見えない）と、無接点位置検出センサブロック４を含
めて構成されている。

本実施例では固定子２にきざまれだ磁極歯は一定のピッ
チでその長手方向に多数個設けられているのに対し、可
動子側の継鉄１６Ａ、１．６Ｂにきざまれだ磁極歯は尋
れぞれ３群で合計６群あり、その同一群内の磁極歯ピッ
チは固定子ピッチと等しいか、異なる群間ではすべて位
相が異るようにきざまれでいる。

即ち、継鉄１６Ａにきざまれた磁極歯群１８ａ、１８ｂ
、１８ｃは、互いに１２０°ずっ位相が異る。また同じ
ように継鉄１６Ｂにきざまれた磁極歯群１９ａ、１９ｂ
、１９ｃもまた互いに　１２０°すつ位相か異る。そし
て更に継鉄１６Ａと１６Ｂ間ではそれぞれ互いに１８０
°位相が異っている。即ち、１８ａと１９ａ、１８ｂと
１９ｂ、１８ｃと１９ｃはそれぞれ１８０°位相差をも
った磁極歯となっている。コイル１７ａ、１７ｂ。

１７ｃはいずれも継鉄１６Ａと１６Ｂにまたがって巻装
されている。この３相３個のコイルに順次電流を付勢す
れば可動子を固定子の上でその長手方向に移動させるこ
とができる。

特に前記無接点位置検出センサブロック４からの位置情
報に従って電子的にコイルを順次付勢すれば、円滑かつ
連続的に移動させることができる。

さて、第３図に示すリニアサーボモータでは３相３個の
コイルであるので、上記無接点位置検出センサブロック
４に含まれるセンサ素子は、３対必要で、各々は固定子
磁極歯の凹凸を直接検出するように、そのピッチＬに関
して夫々１２０゜位相が異なるように位置決めされてい
る。

第４図は上記無接点位置センサブロック４のセンサ出力
波形の一例である。３相３個のセンサ（受光素子）の出
力は、それぞれ１２０°ずつずれた波形となっている。

なお後述する理由により、それぞれの波形は可能な限り
止弦波に近似したものでなければならない。

次に本発明の画像入力装置における電気回路部について
説明する。

第５図は前記実施例の画像入力装置における電気回路部
のブロック図であり、モータの制御に関しては３相モー
タを位置制御する構成となっている。図中、５０は前述
のブラシレスリニアサーボモータの機構部であり、５１
は固定子、５３は可動子、５７は無接点位置検出センサ
ブロックである。５８はローラベアリング、６０ａ、　
６０ｂ、　６０ｃは３相３個のコイルを示す。６１ａ、
　６　ｌｂ、　６１ｃは上記無接点位置検出センサブロ
ック５７の３相の位置信号をそれぞれ増幅する位置信号
増幅器である。この位置信号増幅器の出力は固定子の磁
極歯ピッチＬを周期とするそれぞれ１２０°ずつずれた
（Ｌ／３ずつずれた）正弦波出力であって、電子整流子
の位置信号となる。６２は３相モ一タ駆動回路であり、
上記位置信号増幅器６１ａ、　６　ｌｂ、　６１ｃの出
力の位置信号に応じて順次３相モータコイルを付勢する
。その電流の大きさはモータ指令電圧入力６３に比例す
る。無接点電子整流子は以上に説明したセンサと電子回
路で構成される。

さて、前記位置信号増幅器の位置信号の出力は上記電子
整流子の役割のほかにポテンショメータとしての役割が
あり兼用化されている。第５図に示すブロック図の残り
の部分の主たるものはこのポテンショメータに係わるも
のである。このポテンショメータは機械的なものと異っ
て電子的なものである。以下これについて説明する。６
４ａ、６４ｂ、６４ｃはいずれも変調回路であって位置
信号増幅器６１ａ、６１ｂ、６１Ｃの３つの正弦波出力
で高い周波数のキャリア信号６５ａ。

！　　　　　　　　　　　６５ｂ、６５ｃをそれぞれ変
調する一種の乗算器である。但し、この３つのキャリア
信号の位相はそれぞれ１２０°ずっずれている。６６は
加算回路で前記３つの変調回路６４ａ。

６４ｂ、６４ｃの変調出力を加え合わせる。６７はロー
パスフィルタであり、加算回路６６で加え合わされた変
調出力の高調波成分を除去し、基本波成分のみを取る役
目をもっている。６８は波形整形回路で上記基本波を矩
形波化するものである。

いま位置信号増幅器６１ａ、　６　ｌｂ、　６１ｃの３
つの正弦波出力をＫｌ（Ｘ）、　ｒ＜２（ｘ）、　Ｋ３
（Ｘ）七して以下のように表現できるとする。

Ｋ、（ｘ）−ｋｓｉｎ　　［２ｘｘ／’Ｌ］Ｋ２（Ｘ）
＝ｋｓｉｎ　　［２ｒｔｘ／　Ｌ　−２π／　３　］Ｋ
３（ｘ）−ｋｓｉｎ　　［２ｚｒｘ／Ｌ−４π／’３］
但し、Ｘは可動子の変位量、Ｌは固定子の磁極歯ピッチ
、Ｋは振幅の半幅値である。

一方キャリア信号６５ａ、　６５ｂ、　６５ｃをＣ１（
ｔ）、　Ｃ２（ｔ）。

Ｃ３（ｔ）　七し以下のように表現てきるとする。

Ｃ＋（ｔ）−ｓｉｎ（２ｘｆｃｔ）Ｃ２（ｔ）＝ｓｉｎ＜　２　ｘｆｃｔ　−２ｙｔ／　３
　）Ｃ３（ｔ）−ｓｉｎ（２πｆｃｔ−４ｙｔ／″３）
（但し、ｆｃはキャリア周波数）変調回路６４ａ、６４ｂ、６４ｃで変調後、加算回路６
６で加え合わせた結果をＳ（ｔ、ｘ）とすればＳ（ｔ、
　ｘ）＝に＋（Ｘ）’Ｃ＋（ｔ）＋に２（Ｘ）’Ｃ２（
ｔ）＋に３（Ｘ）・Ｃ３（ｔ）　　−ｋ（ｓｉｎ　（２
ｚｘ／Ｌ＞・５ｉｎ（２πｆｃｔ）＋ｓｉｎ　　（２π
ｘ／Ｌ−２π／　３　）・５ｉｎ（２＋ｒｆｃｔ−２π
／３）＋ｓｉｎ　（２ｉｘ／Ｌ−４＋ｒ／３）・５ｉｎ
（２πｆｃｔ−４π／３）ｌ　　−３／２　・ｋｃｏｓ
　（２πｆｃｔ−２πＸ／Ｌ）となる。これはＰｃの周
波数をもつキャリアに２πｘ／Ｌ、！：いう位相項か含
まれていることを意味している。言い換えればＳ（ｔ、
　ｘ）では位置情報Ｘが位相情報上いう形に変換されて
いる。従ってＳ（ｔ、ｘ）の位相情報を復調すればモー
タの可動子５３の位置を認識することかできる。。

なお上１２ｓ（ｔ、’ｘ）から、可動子の位置を正確に
認識するための条件は位置信号に、（Ｘ）、　Ｋ２（Ｘ
）、　Ｋ３（Ｘ）の波形が位置Ｘに関して歪の少ない正
弦波様であることである。もし歪が大きいとうねりの多
い直線性の悪いポテンショメータが出来あがってしまう
。

さて変調後加算された信号Ｓ（ｔ、　ｘ）はそのままて
は利用できないので、これを復調して位置情報のみを分
離して取り出す必要がある。本発明の実施例では分周器
を含むＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）
回路を用いてＳ（ｔ、ｘ）を逓倍して基準周波数と比較
することにより分解能の高い位置情報を取り出すきいう
復調方法を用いている。ＰＬＬ回路は、位相比較器６９
と、この出力の低域を濾波するローパスフィルタ７０と
、この出力によって制御されるＶＣＯ（電圧制御発振器
：Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　０ｓｃｉｌ
ａｔｏｒ）　７１　（！ｌ：、この周波数（ｆｖとする
）を１／Ｍ（Ｍは整数）に分周する分周器７２とから構
成される。なお位相比較器６９の入力は前記Ｓ（ｔ、　
ｘ）を波形整形回路６８によって矩形波化させたものと
、ＶＣＯ７１出力を分周したもの（分周器７２の出力）
である。このように構成する七ｖＣ○７１の出力は前記
Ｓ（ｔ、　Ｘ）をＭ逓倍したものになり、その周波数位
相情報はＭ倍となり、Ｍ（２πｆｃｔ　−２ｘｙ、／　
Ｌ　）−２π・Ｍｆｃｔ　−２７［ＭＸ／　Ｌとなる。

ここでｆｏ−Ｍ−ｆｃであるような基準周波数を発生さ
せる基準周波数発生回路７３を設け、この基準周波数ｆ
ｏ七上記ＶＣＯ７１の逓倍出力とを比較すればその位相
情報（２πＭｘ／Ｌ＞のみを分離することができる。こ
の比較２分離には位相比較、器７４、ローパスフィルタ
７５、波形整形回路７６を用いる。分離された位相情報
（２πＭｘ／Ｌ）はＸに関して周期的であり、２πＭｘ
／Ｌ−２ｎπ（ｎは整数）と表わすことかできる。ロー
パスフィルタ７５、波形整形回路７６の働きで矩形波パ
ルス化される位相情報はＸ＝ｎ・（Ｌ／Ｍ）であり、■
パルスあたりの可動子５３換算変位量はＬ／Ｍとなる。

以上のこ七から明らかのように可動子５３の変位はステ
ップ状に認識されその最小きざみＬ／Ｍが分解能になる
。これは固定子の磁極歯のピッチＬを等間隔にＭ分の１
に内挿（インターボレイジョン）したことを意味してい
る。

従って分解能をあげ滑らかな位置情報を得るためにはＬ
を小さく、Ｍを大きくすれば良い。７７はパルス分離回
路である。波形動形回路７６の出力のパルスは極性か無
いためこれをそのまま位置カウンタで数えても方向が判
別できない。そのため、可動子５３の移動方向にもとづ
いてｕｐ　ｃｏｕｎｔ　ｐｕｌｓｅ。

ｄｏｗｎ　ｃｏｕｎｔ　ｐｕｌｓｅに分離する。７８は
このｕｐ　ｃｏｕｎｔ　ｐｕｌｓｅ。

ｄｏｗｎ　ｃｏｕｎｔ　ｐｕｌｓｅをインクリメント的
にカウントし可動子５３の現在位置をリアルタイムで表
示する位置カウンタである。７９は位置カウンタ７８の
原点・初期リセット入力である。　なお、８０は３相の
分周器であり、基準周波数発生面−路７３の基準周波数
ｆ・を１／Ｍに分周し・互いに１２０°ずつずれた３相
のキャリア信号６５ａ、６５ｂ、６５ｃ（周波数ｆ＆ｃ
）を作るものである。

以上の構成によって可動子５３の位置は位置カウンタ７
８にディジタル的に示されることになる。従って位置カ
ウンタ７８の出力がポテンショメータの出力となる。可
動子５３の位置制御は、位置指令入力８１と、位置カウ
ンタ７８の出力の差を増幅する誤差増幅回路８２を用い
て、その出力をモータ指令入力６３として３相モ一タ駆
動回路６２に与えてやることによって実現される。

なお本実施例では、制御方式きして位置制御を採用した
場合について示したが、これに限らす、例えば速度制御
でもかまわない。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明の画像入力装置
はブラシレスリニアサーボモータを駆動泥上して採用し
たことにより、次のような数々のすぐれた効果か得られ
る。

（１）撮像素子を含む撮像ユニットを直接的にリニア駆
動するので、ロークリ形のモータと伝達部材を用いる従
来例では得られなかった位置精度、再現性を確保できる
。また、騒音も足載させることができる。

（２）ブラシレスリニアサーボモータは、非接触式の位
置センサを内蔵し、これを用いて電子整流子及び電子的
なポテンショメータを構成し、如何なる接触子をも排除
しているのて、耐久性、信頼性が高く、また従来のポテ
ンショメータで発生する刷子のヒスチリシス、バックラ
ッシュなどかない。

（３）内蔵されたポテンショメータは、そのセンサは電
子整流子のセンサと共用であり、そのエンコーダのスケ
ール（物差）は長手方向に歯状の凸凹（磁極歯）をもつ
固定子であり、共用化されているので、独立したリニア
ポテンショメータか不要になり、コスト的に有利である
吉ともに小型化、軽量化か可能となる。

（４）固定子はその長手方向に一定のピッチで磁性体よ
りなる多数の磁極歯を有する簡単な構造であり、永久磁
石など他の磁気回路部材を含まないため軽量化が可能。

（５）従来例に比べ伝達部材、可動部材の部品点数が非
常に少なくなり、組立工数か大巾に削減できる。

（６）閉ループ制御か可能なサーボモータであるので、
従来ロータリ形のステップモータで開ループ制御を行な
ったとと、高速走行時に税調をひき起し易いということ
かないため、高速化か可能。

【図面の簡単な説明】

第１図は本説明の画像入力装置の一実施例を示した斜視
図、第２図は第１図の主要部の側断面図、第３図は本発
明の画像入力装置で使用し得るブラシレスリニアサーボ
モータの一例の主要部め斜視図、第４図は無接点位置セ
ンサブロックの出力波形図、第５図は本実施例の電気回
路部のブロック図である。１・・・・・・ブラシレスリニアサーボモータ、２，５
１・・・・・・固定子、３．５３・・・・・・可動子、
４，５７・・・・・・無接点位置センサブロック、６・
・・・・・撮像ユニット、７・・・・・・光源、訃・・
・・・光導系、９・・・・・・光電変換ユニット、９ａ
、８４・・・・・・固体撮像素子、９ｂ・・・・・・信
号処理回路、１４・・・・・・固定子磁極歯、１８ａ、
！８ｂ、１８ｃ、　ｌ　９ａ、　＜１９ｂ、　１９ｃ）
・・・・・・可動子磁極歯、７７・・・・・・パルス分
離回路、７８・・・・・・位置カウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原稿面に平行に、かつ原稿主走査方向に沿って配
置された撮像素子列と、光源と、該光源による原稿から
の反射光を前記撮像素子列上に集光する光学系とを含む
撮像ユニットを具備し、原稿面に平行に、かつ原稿主走
査方向と直交する原稿副走査方向に沿って筐体に固定さ
れた固定子と、前記撮像ユニットを搭載して直接直線的
に固定子に沿って閉ループで位置もしくは速度を制御し
つつ移動可能であって、かつ電気的接点をもたない可動
子と、その可動子の移動に伴って無接点で位置信号を発
生する位置信号発生手段とを含むブラシレスリニアサー
ボモータを具備することを特徴とする画像入力装置。
（２）ブラシレスリニアサーボモータは、長手方向に一
定のピッチで多数の歯状の凹凸よりなる磁極歯をその表
面に具備する磁性体からなる固定子と、該固定子と対向
しこれに沿って長手方向に移動可能であって、かつ永久
磁石と、該永久磁石を両側から積層する継鉄と、該継鉄
の固定子対向面にきざまれた磁極歯群と、該継鉄に巻装
された複数価のコイルと、固定子との空隙を一定に維持
し固定子に沿って滑らかに移動可能ならしめる案内手段
とから構成される可動子と、該可動子に取り付けられ前
記固定子の磁極歯の凹凸を検出しこれを電気信号に変換
し互いに位相の異る略正弦波の位置信号を出力する複数
個の非接触センサと、該位置信号に従って前記複数個の
コイルを順番に付勢するような電子整流子手段と、上記
位置信号によって変調されるキャリア信号の位相情報を
復調することによって電子的に前記可動子の位置を認識
する電子ポテンショメータ手段と、該電子ポテンショメ
ータ手段の出力と位置指令入力との差分を取り出し、こ
の出力の大きさに比例する電流を前記複数個のコイルに
与え可動子を駆動するモータ駆動回路とを備えてなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の画像入
力装置。
（３）電子ポテンショメータ手段は基準周波数発生回路
と、該出力を１／Ｍ（Ｍは整数）に分周し互いに位相の
異る複数のキャリア信号を作る分周回路と、該複数のキ
ャリア信号を前記位置信号によって変調させる複数の変
調回路と、該変調回路の出力を加算する加算回路と、該
加算回路の加算出力の基本周波数成分をＭ倍に逓倍する
ＰＬＬ回路（Ｐｈａｓｅ　ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ回路）
と、該ＰＬＬ回路中の電圧制御発振回路の逓倍出力と前
記基準周波数発生回路の基準周波数出力との位相を比較
する位相比較器と、この出力の低周波成分を濾波するロ
ーパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力を整形し
て矩形波パルスを作る波形整形回路と、該矩形波パルス
をカウントし前期可動子の位置をディジタル的に検知す
る位置カウンタとを含んで構成されることを特徴とする
特許請求の範囲第（２）項記載の画像入力装置。