(57)【要約】  【課題】従来の速度制御装置では、ステージ３の速度検出において、装置部品が多く複雑な構成となり、装置のメンテナンス等に多大な時間を要していた。  【解決手段】直線移動が可能なステージ３と、発光素子から出力された光が一定の開口部を有する受光素子に入射するよう配置した光学センサ５と、前記ステージ３に固定され、ステージ３の移動とともに、前記発光素子と受光素子との間を通過して前記受光素子への光を遮蔽又は透過する１つ以上の窓部８を有したシャッター６と、移動中における前記受光素子の受光信号に基づいて前記ステージ３の速度を算出する速度算出回路９とを含む。【選択図】図１
2006010674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線移動又は回転移動が可能な移動体と、
前記移動体に固定され、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する窓部を持ったシャッターと、
発光素子から出力された光が受光素子に入射するよう配置された受発光手段とを備え、
前記シャッターは、前記移動体の移動とともに前記発光素子と受光素子との間を通過して、前記受光素子への光を遮蔽又は透過させるものであり、
前記受光素子は、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する開口部を有し、
前記受光素子の受光量を信号に変換し、その信号を計測することで前記移動体の速度を算出する速度算出手段を備えることを特徴とする移動体の速度検出装置。
【請求項２】
前記速度算出手段は、受光素子の受光量に相当する信号を時間微分する微分部を有し、この微分部によって微分された微分信号の値に基づいて前記移動体の速度を算出することを特徴とする請求項１記載の移動体の速度検出装置。
【請求項３】
前記シャッターの窓部の長さ及び前記受光素子の開口部の長さは、前記移動体の移動方向に直角な方向に沿って一定であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の移動体の速度検出装置。
【請求項４】
前記受光素子へ入射する光は平行光であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の移動体の速度検出装置。
【請求項５】
前記シャッターの窓部の内面エッジは、前記受光素子へ入射する光と略平行に形成されていることを特徴とする請求項４記載の移動体の速度検出装置。
【請求項６】
前記シャッターは、光の受光を行う窓部と、受光素子に対する光の遮蔽を行う遮蔽部とが前記移動体の移動方向に沿って交互に形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の移動体の速度検出装置。
【請求項７】
前記窓部の移動体の移動方向に沿った長さが前記遮蔽部の移動体の移動方向に沿った長さと略同じとしたことを特徴とする請求項６記載の移動体の速度検出装置。
【請求項８】
前記受発光手段の数は１つであり、
前記速度算出手段は、前記微分部によって微分された微分信号の値を絶対値化する絶対値化部をさらに備え、この絶対値化部によって正負に反転しない連続した速度比例信号を得ることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の移動体の速度検出装置。
【請求項９】
前記受発光手段を２つ以上有し、かつ、前記シャッターの窓部が２つ以上形成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の移動体の速度検出装置。
【請求項１０】
前記受発光手段の一つを、受光信号が連続した一定の周期で検出されるように配置し、前記受発光手段の他を、該信号よりも所定の位相ずらして検出されるように配置したことを特徴とする請求項９記載の移動体の速度検出装置。
【請求項１１】
前記受発光手段の数は２つ、かつ、前記移動体の移動方向に沿って、互いに位相が１８０°異なる位置に配置され、
前記速度算出手段は、２つの受光素子の受光量に相当する信号を時間微分する２つの微分部を有し、
前記２つの微分部によって微分された各微分信号の値を、時間に応じて選択するスイッチング回路を有することを特徴とする請求項１０記載の移動体の速度検出装置。
【請求項１２】
前記受発光手段の数はｎ（ｎは３以上の整数）、かつ、前記移動体の移動方向に沿って、互いに位相が３６０°／ｎ異なる位置に配置され、
前記速度算出手段は、ｎ個の受光素子の受光量に相当する信号を時間微分するｎ個の微分部と、各受光素子からの受光量と速度が比例する範囲を判定する比較部とを有し、
前記比較部での比較結果に応じて、前記ｎ個の微分部によって微分された各微分信号の値の中から、受光素子からの受光量と速度が比例する範囲にある速度信号を時間に応じて選択するスイッチング回路を有することを特徴とする請求項１０記載の移動体の速度検出装置。
【請求項１３】
前記受発光手段の数はｎ（ｎは２以上の整数）、かつ、前記移動体の移動方向に沿って、互いに位相が３６０°／２ｎ異なる位置に配置され、
前記速度算出手段は、ｎ個の受光素子の受光量に相当する信号を時間微分するｎ個の微分部と、前記ｎ個の微分部によって微分された微分信号の値を反転する信号反転部と、各受光素子からの受光量と速度が比例する範囲を判定する比較部とを有し、
前記比較部での比較結果に応じて、前記ｎ個の微分部によって微分された各微分信号の値の中から、受光素子からの受光量と速度が比例する範囲にある速度信号を時間に応じて選択するスイッチング回路を有することを特徴とする請求項１０記載の移動体の速度検出装置。
【請求項１４】
直線移動又は回転移動が可能な移動体と、
前記移動体に固定され、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する窓部を持ったシャッターと、
発光素子から出力された光が受光素子に入射するよう配置された受発光手段とを備え、
前記受光素子は、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する開口部を有し、
前記シャッターは、前記移動体の移動とともに前記発光素子と受光素子との間を通過して、前記受光素子への光を遮蔽又は透過させるものであり、
前記受光素子の受光量を信号に変換し、その信号を計測することで前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、前記移動体を駆動するモータとを有し、
前記速度算出手段により算出されたシャッター移動に伴う連続した速度情報を前記モータ用制御部に出力することで前記移動体の速度を制御する移動体の速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ上を動く移動体の速度を検出する分野におけるものであり、特に超音波モータを用いて移動体の速度を、光学素子を利用して検出する速度検出装置及びこの速度検出装置を用いた速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体の位置や速度を検出する手段として、ステージ上に反射ミラーを設け、光源から出力された光の反射角度からステージ位置を算出する等の手段を用いた移動体の位置、速度検出装置がある。特許文献１にはその一例が示されており、移動体の移動方向と平行にレーザー光を出力できるように位置固定された光源から、レーザー光を出力して、移動体に設けられた反射ミラーに反射させる。これを光源と反射ミラーの間に設置されたハーフミラーにより透過あるいは再反射させ、これを受光素子に入射させて透過光あるいは反射光の光量を測定し、その光量により移動体の位置や速度を算出する。
【特許文献１】特開平９−１２６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、光源から出力される光を反射させ、その反射光の光量を測定することにより移動体の動きをとらえる構造であるために、反射ミラー等の装置部品が多く複雑な構造となり、装置のメンテナンス等に時間を要するばかりか、レーザー光源の温度制御に周辺機器を要する等、装置自体が高コスト化してしまうという問題がある。
【０００４】
また、光を反射させて受光素子に入射させるために、反射角度の調整が不可欠かつ困難であり、装置を構成する部品の精度バラツキまで考慮すると、正確な移動体の位置、速度が把握できるような装置の調整が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の移動体の速度検出装置は、前記の課題を解決するためになされたものであり、直線移動又は回転移動が可能な移動体と、前記移動体に固定され、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する窓部を持ったシャッターと、発光素子から出力された光が受光素子に入射するよう配置された受発光手段とを備え、前記シャッターは、前記移動体の移動とともに前記発光素子と受光素子との間を通過して、前記受光素子への光を遮蔽又は透過させるものであり、前記受光素子は、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する開口部を有し、前記受光素子の受光量を信号に変換し、その信号を計測することで前記移動体の速度を算出する速度算出手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、前記受光素子は、移動体の移動方向に沿って所定の長さを有する開口部を有し、この開口部と、移動するシャッターの窓部との重なりに応じた光量信号を感知することができるので、この信号に基づいて前記移動体の速度を算出することができる。したがって、従来のように複雑な測定機構を設けることなく簡単な構造によって移動体の移動速度を測定することができるため、装置のメンテナンスが容易となるばかりか、移動体を含む装置全体の低コスト化を図ることが可能となる。また、光源からの光を反射させることなく、受光素子まで直線的に入射させるために、反射角度の調整や、入射する光量のバラツキ等が少なく、より高精度の測定を実施することができる。
【０００７】
前記速度算出手段は、受光素子の受光量に相当する信号を時間微分する微分部を有し、この微分部によって微分された微分信号の値に基づいて前記移動体の速度を算出することが好ましい。この微分処理によって、前記受光素子の開口部と、移動するシャッターの窓部との重なりの変化をとらえることができ、その変化に基づいて、移動体の速度を算出することができる。
【０００８】
前記シャッターの窓部の長さ及び前記受光素子の開口部の長さは、前記移動体の移動方向に直角な方向に沿って一定であることとすれば、前記受光素子の開口部と、移動するシャッターの窓部との重なりの具合を、面積でなく、移動体の移動方向に沿った長さに換算することができるので望ましい。
前記受光素子へ入射する光は平行光であれば、前記受光素子の開口部と、移動するシャッターの窓部との重なりを正確にとらえることができるので、正確な速度測定のためには望ましい。
【０００９】
前記シャッターの窓部の内面エッジは、前記受光素子へ入射する光と略平行に形成されていれば、移動するシャッターの窓部との重なりをさらに正確にとらえることができるので、より正確な速度測定のためには望ましい。
前記シャッターは、光の受光を行う窓部と、受光素子に対する光の遮蔽を行う遮蔽部とが前記移動体の移動方向に沿って交互に形成されたものであれば、移動体の移動に伴って複数回の測定ができ、より正確な速度測定ができる。
【００１０】
前記窓部の移動体の移動方向に沿った長さが前記遮蔽部の移動体の移動方向に沿った長さと略同じとすれば、窓部と遮蔽部とは、規則的に交互に現れることになり、複数の受発光手段を設ける場合に、連続した速度比例信号を得ることが容易にできる。
前記受発光手段の数は１つである場合と、２つ以上である場合とがあり、いずれも本発明の適用が可能である。
【００１１】
受発光手段が１つである場合は、正負に反転しない連続した速度比例信号を得るために、前記微分部によって微分された微分信号の値を絶対値化する絶対値化部をさらに備えることが好ましい。
受発光手段が２つ以上ある場合は、１つの受発光手段を、受光信号が連続した一定の周期で検出されるように配置し、他の受発光手段を、該信号よりも所定の位相ずらして検出されるように配置するとよい。
【００１２】
例えば、受発光手段を２つ配置する場合、互いに位相が１８０°異なる位置に配置するとよい。受発光手段を３つ配置する場合、互いに位相が１２０°異なる位置に配置するとよい。一般に、受発光手段をｎ個配置する場合、互いに位相が３６０°／ｎ異なる位置に配置するとよい。これらの構成によれば、移動体の速度の絶対値と方向が検出できる。特に、受発光手段を３つ以上配置すれば、受光量と移動体の速度が比例する領域の信号のみを使うことができるので、検出精度を向上させることができる。
【００１３】
また、受発光手段を２つ配置する場合、互いに位相が９０°異なる位置に配置してもよい。一般に、受発光手段をｎ個配置する場合、互いに位相が３６０°／２ｎ異なる位置に配置してもよい。この配置であれば、信号反転部を持たせることにより、受発光手段の数を半減させることができる。
これらの受発光手段の数と位相の具体的な例は、後に本発明の実施の形態において、詳しく説明する。
【００１４】
また、本発明の移動体の速度制御装置は、前記移動体を駆動するモータを有し、事前に設定された速度情報を基準に、前記速度算出装置により算出されたシャッター移動に伴う連続した速度情報を制御するために前記モータを制御するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の速度制御装置の一例を示す平面図である。
本発明の速度制御装置１は、ベース盤１２上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材２を備え、これらのガイド部材２によって移動体としてのステージ３を直線的に案内するようになっている。前記移動体の移動方向を"Ｐ"、それに直角な方向を"Ｑ"で表している。
【００１６】
ステージ３の一方側（図１の下方側）の側面には、ステージ３の移動方向Ｐに対して平行に、平面状の壁を持った駆動力伝達部材４が立設されている。この駆動力伝達部材４と対向する位置には、例えば超音波モータ２０からなる駆動源が設置されている。超音波モータ２０は、駆動力伝達部材４の当接面に対して垂直に接触して、その楕円運動で駆動力伝達部材４を移動方向Ｐに送り出すための摩擦部材２３を備えている。
【００１７】
なお、前記駆動源としては、従来から用いられている電磁モータ等も適用可能である。しかし、前記超音波モータ２０は他の駆動源に比べて精密な送りと位置決めができるとともに、小型である。したがって、速度制御装置１をコンパクトに設計することが可能で、しかも保守性に優れるという利点があり、この点から超音波モータ２０を駆動源とするのが好ましい。
【００１８】
ステージ３の他方側（図１の上方側）には、ステージ３に固定ネジ７等の固定手段によってシャッター６が取り付けられている。またベース盤１２上に受光素子、発光素子から構成される光学センサ５が備えられている。光学センサ５の出力は、速度算出回路９に接続されている。これらのシャッター６、光学センサ５、速度算出回路９は、「速度検出装置」として機能する。
【００１９】
そして、この速度算出回路９からの速度比例信号をもとに、指令信号を生成する制御部１０が備えられている。制御部１０は、指令信号を駆動部１１へ出力し、超音波モータ２０を駆動させることで、ステージ３をガイド部材２に沿って移動させるように、ＰＤ制御装置等のサーボ制御部を構成している。
図２は、前記速度検出装置の拡大斜視図であり、図３（ａ）は、発光素子５ａ、受光素子５ｂとシャッター６との位置関係を示す断面図である。
【００２０】
光学センサ５の発光素子５ａと受光素子５ｂとは、互いに対向して設置され、発光素子５ａからの光が受光素子５ｂに入射できるように構成されている。発光素子５ａ、受光素子５ｂは例えば図示のような「コ」の字形の支柱５ｃに取り付けられ、その位置精度を確保できるようになっている。
前記発光素子５ａと受光素子５ｂとしては市販のものを用いればよく、発光素子５ａには例えば赤外線ＬＥＤ等を、受光素子５ｂには例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等を用いる。
【００２１】
前記受光素子５ｂは、所定長さの開口部１４を備えている。この開口部１４を通して、光が検出され、その光量に比例した信号が出力される。開口部１４の形状は円形、三角形等のような形状であっても良いが、略四角形に形成するのがより好適である。
受光素子５ｂの開口部１４のステージ３の移動方向Ｐにおける長さをＬ３とする（図３（ａ）参照）。四角形に形成する場合、移動体の移動方向Ｐに沿った長さＬ３は、前記移動体の移動方向Ｐに直角な方向Ｑに沿って一定であることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記受光素子５ｂへ入射する光は平行光であることが好適である。光が平行光でないと、受光素子５ｂの開口部１４の面積全体で光を受光することができず、受光素子５ｂの開口部１４を通して受光されなかった光の分だけ、光量が減少しステージ３の正確な速度を検出することができなくなる。このため、発光素子５ａは、単一のＬＥＤに、その波長に合わせて平行光に変換するために角度を調整されたレンズを組み合わせたものを用いることが望ましい。これにより、光源の発する光を平行光とすることができる。なお、レンズがＬＥＤの内部に組み込まれている場合もあり、そのときは、レンズを外付けする必要はない。
【００２３】
前記支柱５ｃの材質としては、セラミックス、金属、樹脂等、発光素子５ａと受光素子５ｂとを取り付けられればどのような材質を用いても良いが、コスト面から考慮すれば金属からなる支柱５ｃを用いるのが良い。
また、前記シャッター６は、図２及び図３（ａ）に示すようにステージ３の移動方向Ｐに沿って所定間隔に設けられた複数の窓部８と、それ以外の遮蔽部１３とからなる。
【００２４】
前記窓部８は、ステージ３の移動方向Ｐに対して直角な端辺を有している。これらの端辺を、図２に"Ｔ"で示す。前記窓部８の移動体の移動方向Ｐに沿った長さは、この対向する一対の端辺Ｔ同士の距離Ｌ１で表される。この距離Ｌ１は、窓部８の移動方向Ｐに対して直角な方向Ｑに沿って一定であることが望ましい。また、遮蔽部１３のステージ３の移動方向Ｐにおける長さをＬ２とする。長さＬ２は、隣り合う窓部８の、一番近い端辺Ｔ同士の距離となる。
【００２５】
前記Ｌ１とＬ２とは、略同じとするのがより好適である。このようにした場合、窓部８と遮蔽部１３とで、一定周期の繰り返し構造を実現することができる。そして、一周期を３６０°とする「位相」という概念を持ち込むことが可能となる。
前記シャッター６は、前記窓部８の厚み方向の内周部Ｊにおいて発光素子５ａからの光が反射しないために、内周部Ｊ′に傾斜を付けて遮光部を薄くするとよい（図３(b)参照）。内周部Ｊ′に傾斜を付けるのは、発光素子５ａからの光が内周部Ｊ′で反射して受光素子５ｂに入るのを防ぐためである。または、内周部Ｊを、光を反射しにくい色調とするのが良い。例えば黒色や灰色等の着色剤を表面に薄く塗布したり、予め着色された材料を用いてシャッター６を形成する等、様々な方法を用いて色調を付与することができる。
【００２６】
また、発光素子５ａからの光が平行光である場合は、前記シャッター６は、前記窓部８の厚み方向の内周面Ｊが前記光の方向と略平行に形成されるのが好適である（図３(a)参照）。窓部８の厚み方向の内周面Ｊが光の方向と略平行でないと、シャッター６の窓部８を通過して受光素子５ｂの開口部１４へ入射する光量に、窓部８ごとにバラツキが生じてしまい、より正確なステージ３の速度を算出することができなくなるからである。
【００２７】
このシャッター６が、光学センサ５の発光素子５ａ、受光素子５ｂの間を、ステージ３の移動に合わせて移動・通過し、発光素子５ａから受光素子５ｂへ照射された光を、窓部８を通して受光させたり、遮蔽部１３により遮蔽したりする。
この移動により、受光素子５ｂの開口部１４へ入射する光量が時間的に変化し、受光素子５ｂから、開口部１４へ入射する光量に比例して出力される信号が変動する。なお、前記信号は、受光素子から出力される電圧、電流、抵抗値に換算され、受光量によってこれらの値は変動する。
【００２８】
速度算出回路９により、この信号を増幅して計測することで、シャッター６の速度を算出することが可能となる。シャッター６はステージ３に固定されているため、前記速度を求めれば、これがステージ３の速度と同じになる。このように、従来と比較して複雑な測定機構を設けることなく簡単な構成によりステージ３の速度を算出できるようになる。
なお、前記シャッター６は複数の窓部８を形成しているが、ステージ３の移動距離が例えば数ｍｍなどと極端に短い場合には、窓部８は１つ形成すれば良く、シャッター６の窓部８の数は、ステージ３の移動距離によって様々な設置数とできる。
【００２９】
次に、前記速度検出装置が行う速度測定方法について詳細を説明する。
発光素子５ａより発せられた光は、シャッター６の遮蔽部１３に遮られた分を除き、窓部８を通して受光素子５ｂに入る。この場合、受光素子５ｂの光量は、受光素子５ｂの開口部１４と窓部８の重複部分の面積に比例する。そしてステージ３が移動するに伴いシャッター６が動き、遮蔽移動、受光移動を行うため、開口部１４と窓部８の重複部分の面積が変化することになり、受光素子５ｂの光量もこれに応じて変化する。この光量の単位時間当たりの変化はステージ３の速度に相当し、これによりステージ３の速度を判明できることになる。当然更にこれを微分すれば、ステージ３の加速度をも求めることが可能となる。
【００３０】
図４は、速度算出回路９の回路ブロック図であり、図５は速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
この回路に基づき、信号の流れを説明する。受光素子５ｂの光検出信号は、増幅部３１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部３２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。もちろん、ノイズが少ない場合は、ローパスフィルタを省略しても良い。この信号を"Ｖａ"と表記する。信号Ｖａは、その後、微分部３３により、微分演算が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ"と表記する。さらに、絶対値化部３４により信号の負の部分が正に反転させられる。
【００３１】
以上の速度算出回路９の機能は、図５に示したように演算増幅素子によって実現してもよいが、マイクロコンピュータでソフトウェア演算をすることにより実現してもよいことはもちろんである。
この速度算出回路９の出力信号Ｖｃを制御部１０へ送る。そして制御部１０から、駆動部１１へ、ステージ３の速度変化に応じた指令信号を出力することで、ステージ３の制御を実施している。
【００３２】
次に、図６（ａ）に、受光素子５ｂより検出された信号Ｖａの波形をプロットしたグラフを示す。図中縦軸は受光素子５ｂにより検出される電圧値、横軸は時間を表している。
受光素子５ｂはその開口部１４に光が入射していない状態では、出力電圧は０であり、図６（ａ）ではＡの位置で表される。すなわち、発光素子５ａからの光は、前記シャッター６の遮蔽部１３に完全に遮られた状態である。そしてステージ３が移動開始するとシャッター６が移動し、遮蔽部１３に完全に遮られていた発光素子５ａからの光は、窓部８を通して受光素子５ｂに入射しはじめ、図６（ａ）のＢの位置では、受光素子５ｂの開口部１４の長さＬ１と窓部８の長さＬ２とが半分重複した状態となる。このとき、受光素子５ｂからは、開口部１４の面積全体に光を受けた場合の出力電圧値（例えば１０Ｖ）半分の出力電圧値（５Ｖ）を示す。また、図６（ａ）のＣの位置では、シャッター６の窓部８と受光素子５ｂの開口部１４とが一致し、開口部１４全体に光が入射されている状態となり、受光素子５ｂからは最大出力の電圧値（１０Ｖ）が検出される。以降、シャッター６は遮蔽移動に入り、窓部８から受光素子５ｂへ入射する光量は減少していく。
【００３３】
図６（ｂ）に、前記電圧波形を微分部３３により微分した微分信号Ｖｂの時間的変化をプロットしたグラフを示す。また図６（ｃ）には、絶対値化部３４によりその微分信号を絶対値信号Ｖｃに変換してプロットしたグラフを示す。
この絶対値信号Ｖｃが「速度比例信号」に相当する。なお、速度比例信号の値と、ステージ３の実際の速度との関係は、ステージ３をいろいろな既知の速度で動かして、速度比例信号の値を求めてプロットし、この関係を最小自乗法などで統計的に処理することにより、求めることができる。また、概略値でよい場合は、開口部１４の長さＬ１と電圧Ｖｃの関係から計算により求めることも可能である。
【００３４】
前記微分信号Ｖｂは正負の値をとるので、微分信号Ｖｂに基づいてステージ３の速度を求めることはできない。そこで、その微分信号の絶対値をとり、正負に反転しない連続した速度比例信号を得ることとした。この絶対値信号Ｖｃの値を計ることにより、ステージ３の速度を知ることができる。なお、絶対値信号Ｖｃの値がゼロにまで低下する部分Ｚが存在している。これは、微分信号Ｖｂの値が正から負、負から正に変化する（ゼロクロスという）部分に対応している。この部分Ｚの存在時間が長いと、ステージ３の速度の検出誤差が多くなるが、この部分Ｚの存在時間は、全体時間に対して無視できるほど短いので、ステージ３の速度の検出誤差要因にはならないと考えている。
【００３５】
以上のように、絶対値信号Ｖｃの値に基づき、ステージ３の速度を検出することができる。
なお、後述の実施例では、光学センサ５の数を複数にすることにより、この部分Ｚの存在をなくすようにしている。
ここで、前記駆動部を構成する超音波モータ２０の構造を説明する。図１に一例を示すように、超音波モータ２０は、圧電セラミック板２１の一方の主面に４分割された電極膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有し、対角に位置する電極膜２２ａと電極膜２２ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜２２ｂと電極膜２２ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜（不図示）を形成している。前記圧電セラミック板２１の端面に、セラミックスやガラスからなる摩擦部材２３を設けている。圧電セラミックス板２１はケース２６にバネ２４により固定されている。駆動力伝達部材４と垂直方向に設置されたバネ２５により、摩擦部材２３を介して駆動力伝達部材４に押圧している。
【００３６】
前記一方の主面に形成された電極膜（不図示）をアースするとともに、他方の主面に形成された電極膜２２ａと電極膜２２ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加することにより、圧電セラミック板２１に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合成によって摩擦部材２３を楕円運動させるようになっている。
前記超音波モータ２０の摩擦部材２３としては、セラミックスやガラス等を用いるが、アルミナ等の一般的なセラミックスを用いれば良好な駆動特性を示す。特にアルミナとチタンカーバイドの複合材料を用いれば、従来用いられてきたアルミナ等の摩擦部材２３と比較して、良好な駆動特性を示し、更にはステージ３に設置された駆動力伝達部材４もセラミックス材料とすればより良好な駆動特性が得られる。
【００３７】
以上、本発明の速度検出装置について説明を行ったが、上述したのは一対の発光素子５ａ、受光素子５ｂからなる光学センサ５を取り付けた場合である。ステージ３の移動距離が長くなる場合には、２つ以上のセンサを用いた方が、ステージ３の速度を検出するためには好ましい。
以下２つ以上のセンサを用いた本発明の速度検出装置及び速度制御装置について説明する。
【００３８】
図７に、光学センサ５１，５２が設置された本発明の速度制御装置の概略図を示す。光学センサ５１，５２の配置と、速度算出手回路９の構成を除く各部については、既に上述した１つの光学センサ５が設置された場合と同様であり説明を省略する。
センサを２つ設ける場合には、図８に示すように、受光素子５１ｂを含む光学センサ５１の設置位置に対して、受光素子５２ｂから検出される電圧値が９０度位相をずらした状態で検出される位置にもう一つの光学センサ５２を設置する。このようにすれば、１つの光学センサ５１のみを設置した速度検出装置では、シャッター６の窓部８と受光素子５ｂの開口部１４が完全に一致する位置と、受光素子５ｂの開口部１４が遮蔽部１３により完全に遮蔽される位置で、速度比例信号が０となる場合があったが、これを他の光学センサ５２を用いて、補うことができる。すなわち、１つの光学センサ５１に基づき得られる速度比例信号が０となる時刻に、他の光学センサ５２から得られる速度比例信号が０とならないので、これらの２種類の信号を選択することが可能となり、より緻密な制御を実施することができる。
【００３９】
図９は、速度算出回路９の回路ブロック図であり、図１０は速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
この回路に基づき、信号の流れを説明する。受光素子５１ｂの光検出信号は、増幅部４１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部４２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ1"と表記する。信号Ｖａ1は、その後、微分部４３を通ることにより時間微分が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ1"と表記する。さらに、微分出力反転部４６により信号波形が正負反転させられる。微分出力反転部４６の出力信号を"Ｖｃ1"と表記する。前記信号Ｖａ1は、比較部４４によってしきい値７．５Ｖと比較され、比較部４５によってしきい値２．５Ｖと比較される。
【００４０】
ここで、２つのしきい値の意味を説明する。受光素子５ｂにより検出される電圧値はフルスケールが１０Ｖである。７．５Ｖは上四半分の値であり、２．５Ｖは下四半分の値である。この上四半分の値と下四半分の値との間の領域の部分においては、受光量と速度とが比例する範囲にあるとみなすことができる。したがって、信号Ｖａ1と信号Ｖａ2とを切り替えて使用するために、２つのしきい値を設定しているのである。
【００４１】
一方、受光素子５２ｂの光検出信号は、増幅部６１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部６２を通る。この信号を"Ｖａ2"と表記する。信号Ｖａ2は、その後、微分部６３により、微分演算が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ2"と表記する。さらに、微分出力反転部６６により信号波形が正負反転させられる。微分出力反転部４６の出力信号を"Ｖｃ2"と表記する。比較部６４は、前記信号Ｖａ1をしきい値２．５Ｖ及びしきい値７．５Ｖと比較し、前記信号Ｖａ2をしきい値５Ｖと比較する。比較部６５は、前記信号Ｖａ1をしきい値２．５Ｖ及びしきい値７．５Ｖと比較し、前記信号Ｖａ2をしきい値５Ｖと比較する。
【００４２】
さらに、前記微分出力反転部４６の出力信号Ｖｃ1、微分部４３の微分信号Ｖｂ1、微分出力反転部６６の出力信号Ｖｃ2、微分部６３の微分信号Ｖｂ2のいずれかを選択して出力するスイッチング回路６０を備えている。
図１１（ａ）に受光素子５１ｂ、５２ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2をプロットしたグラフを示す。電圧波形Ｖａ1は、電圧波形Ｖａ2よりも位相が９０°だけ遅れた状態で変化していることがわかる。
【００４３】
図１１のＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの位置は、それぞれしきい値２．５Ｖ、７．５Ｖでの信号切換点を示している。
この電圧波形Ｖａ1を微分することにより、図１１（ｂ）の微分信号Ｖｂ1を得る。電圧波形Ｖａ2を微分することにより、図１１（ｃ）の微分信号Ｖｂ2を得る。
ここで、比較部４４，４５，６４，６５の動作を説明する。
【００４４】
比較部４４は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値７．５Ｖを超えている期間、つまり信号切換点ＥからＦまでの期間に、微分出力反転部６６の出力信号Ｖｃ2、つまり、微分部６３の微分信号Ｖｂ2の反転信号が出力されるように、スイッチング回路６０のスイッチを操作する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、信号切換点ＥからＦまでの期間に、速度比例信号が現れる。
【００４５】
比較部４５は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値２．５Ｖを下回っている期間、つまり信号切換点ＧからＨまでの期間に、微分部６３の微分信号Ｖｂ2が出力されるように、スイッチング回路６０のスイッチを操作する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、信号切換点ＧからＨまでの期間に、速度比例信号が現れる。
比較部６４は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値２．５Ｖと７．５Ｖの間にあり、かつ受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2がしきい値５Ｖ未満の期間、例えば信号切換点ＦからＧまでの期間に、微分出力反転部４６の出力信号Ｖｃ1、つまり、微分部４３の微分信号Ｖｂ1の反転信号が出力されるように、スイッチング回路６０のスイッチを操作する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、信号切換点ＦからＧまでの期間に、速度比例信号が現れる。
【００４６】
比較部６５は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値２．５Ｖと７．５Ｖの間にあり、かつ受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2がしきい値５Ｖ以上の期間、例えば信号切換点ＤからＥまでの期間に、微分部４３の微分信号Ｖｂ1が出力されるように、スイッチング回路６０のスイッチを操作する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、信号切換点ＤからＥまでの期間に、速度比例信号が現れる。
【００４７】
以上の動作によって、微分部４３の微分信号Ｖｂ1がゼロをクロスする期間を除いたその値が安定している期間だけ微分信号Ｖｂ1又はその反転信号Ｖｃ1を取り出すことができ、微分部６３の微分信号Ｖｂ2がゼロをクロスする期間を除いたその値が安定している期間だけ微分信号Ｖｂ2又はその反転信号Ｖｃ2を取り出すことができる。
そして、制御部１０へ送られる速度比例信号を連続したものとすることができ、より緻密に駆動部１１を制御することが可能となる。さらに、微分出力反転部を持つことにより、受発光素子の数が半減するという効果もある。
【００４８】
なお、以上の例では、光学センサの数を２つとしたが、これより多くの光学センサを配置してもよい。一般に光学センサをｎ個配置する場合は、各光学センサを３６０°／２ｎごとに配置する。そして速度算出回路のブロック数も光学センサの数に応じた数とする。
次に、図１２に示すように、受光素子５１ｂを含む光学センサ５１の設置位置に対して、もう一つの受光素子５２ｂから出される電圧値が１８０°位相をずらした状態で検出される位置にもう一つの光学センサ５２を設置する例を説明する。
【００４９】
図１３は、速度算出回路９の回路ブロック図であり、図１４は速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
この回路に基づき、信号の流れを説明する。受光素子５１ｂの光検出信号は、増幅部７１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部７２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ1"と表記する。信号Ｖａ1は、その後、微分部７３により、微分処理が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ1"と表記する。前記信号Ｖｂ1は、比較部７４によってしきい値０Ｖと比較され、正負が確認される。
【００５０】
一方、受光素子５２ｂの光検出信号は、増幅部８１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部８２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ2"と表記する。信号Ｖａ2は、その後、微分部８３により、微分演算が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ2"と表記する。比較部８４は、前記信号Ｖｂ2をしきい値０Ｖと比較し、その正負を確認する。
【００５１】
さらに、微分部７３の微分信号Ｖｂ1、微分部８３の微分信号Ｖｂ2のいずれかを選択するスイッチング回路８０を備えている。
図１５（ａ）に受光素子５１ｂ、５２ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2をプロットしたグラフを示す。電圧波形Ｖａ1は、電圧波形Ｖａ2よりも位相が１８０°だけ遅れた状態（つまり反転した状態）で変化している。
【００５２】
この電圧波形Ｖａ1を微分することにより、微分信号Ｖｂ1を得、電圧波形Ｖａ2を微分することにより、微分信号Ｖｂ2を得る。
ここで、比較部７４，８４の動作を説明する。
比較部７４は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1の微分信号Ｖｂ1が正の期間に、スイッチング回路６０から、微分信号Ｖｂ1が出力されるように、スイッチを操作する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、信号切換点ＡからＢまでの期間に、速度比例信号が現れる。
【００５３】
比較部８４は、受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2の微分信号Ｖｂ2が正の期間に、スイッチング回路６０から、微分信号Ｖｂ2が出力されるように、スイッチを操作する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、信号切換点ＢからＣまでの期間に、速度比例信号が現れる。
以上の動作によって、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1の傾きが正の期間だけ微分信号Ｖｂ1を取り出すことができ、受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2の傾きが正の期間だけ微分信号Ｖｂ2を取り出すことができる。したがって、図６（ｂ）のように、微分信号Ｖｂの傾きが正から負になる過渡的な期間、負から正になる過渡的な期間の信号を取り出すことはないので、速度比例信号は、それだけ安定したものとなる。また、速度の絶対値だけでなく、速度の符号（移動体の移動方向）の検出も可能になる。
【００５４】
この安定した速度比例信号を制御部１０へ送ることができ、より緻密に駆動部１１を制御することが可能となる。
次に、図１６に示すように、受光素子５１ｂを含む光学センサ５１の設置位置に対して、１２０度位相をずらした位置にもう一つの光学センサ５２を設置し、さらに１２０度位相をずらした位置にもう一つの光学センサ５３を設置する例を説明する。
【００５５】
図１７は、速度算出回路９の回路ブロック図であり、図１８は速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
この回路に基づき、信号の流れを説明する。受光素子５１ｂの光検出信号は、増幅部９１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部９２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ1"と表記する。信号Ｖａ1は、その後、微分部９３により、微分演算が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ1"と表記する。さらに、比較部９４によって前記信号Ｖａ1は、しきい値１０／６Ｖ，５０／６Ｖと比較され、前記信号Ｖａ2はしきい値５Ｖと比較される。しきい値１０／６Ｖ，５０／６Ｖは、信号のフルスケールを１０Ｖとし、それを６等分した場合に上から２番目、及び下から２番目の値である（上から１番目の値は１０Ｖ、下から１番目の値は０Ｖである）。しきい値５Ｖは中央の値である。
【００５６】
一方、受光素子５２ｂの光検出信号は、増幅部１０１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部１０２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ2"と表記する。信号Ｖａ2は、その後、微分部１０３により、微分される。この微分後の信号を"Ｖｂ2"と表記する。比較部１０４は、前記信号Ｖａ2をしきい値１０／６Ｖ及びしきい値５０／６Ｖと比較し、前記信号Ｖａ3をしきい値５Ｖと比較する。
【００５７】
さらに、受光素子５３ｂの光検出信号は、増幅部１１１により所定の倍率で増幅され、ローパスフィルタ部１１２を通ることにより、信号波形のノイズなど細かな変化分が除去される。この信号を"Ｖａ3"と表記する。信号Ｖａ3は、その後、微分部１１３により、微分演算が行われる。この微分後の信号を"Ｖｂ3"と表記する。比較部１１４は、前記信号Ｖａ3をしきい値１０／６Ｖ及びしきい値５０／６Ｖと比較し、前記信号Ｖａ1をしきい値５Ｖと比較する。
【００５８】
そして、前記微分部９３の微分信号Ｖｂ1、微分部１０６の微分信号Ｖｂ2、微分部１１３の微分信号Ｖｂ3のいずれかを選択するスイッチング回路６０を備えている。
図１９（ａ）に、ステージ３が一方向に移動する場合の受光素子５１ｂ、５２ｂ，５３ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3をプロットしたグラフを示す。電圧波形Ｖａ2は、電圧波形Ｖａ1よりも位相が１２０°だけ遅れ、電圧波形Ｖａ3は、電圧波形Ｖａ2よりも位相が１２０°だけ遅れた状態で変化している。
【００５９】
図１９（ｂ）は、ステージ３が逆方向に移動する場合の受光素子５１ｂ、５２ｂ，５３ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3をプロットしたグラフを示す。電圧波形Ｖａ2は、電圧波形Ｖａ1よりも位相が１２０°だけ進み、電圧波形Ｖａ3は、電圧波形Ｖａ2よりも位相が１２０°だけ進んだ状態で変化している。
ここで、比較部９４，１０４，１１４の動作を説明する。
【００６０】
まず図１９（ａ）の、ステージ３が一方向に移動する場合、比較部９４は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ2が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＡからＢまでの期間に、微分部９３の微分信号Ｖｂ1が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
比較部１０４は、受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ3が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＣからＤまでの期間に、微分部１０３の微分信号Ｖｂ2が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
【００６１】
さらに比較部１１４は、受光素子５３ｂの検出信号Ｖａ3がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ1が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＥからＦまでの期間に、微分部１１３の微分信号Ｖｂ3が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
なお、前記の各しきい値は、受光量と速度とが比例する範囲を抽出するために設定する値であり、前記数値に限定されるものではない。
【００６２】
これにより、図１９（ｃ）に示すように、連続した速度比例信号Ｖが現れる。
図１９（ｂ）の、ステージ３が他方向に移動する場合、比較部９４は、受光素子５１ｂの検出信号Ｖａ1がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ2が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＧからＨまでの期間に、微分部９３の微分信号Ｖｂ1が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
【００６３】
比較部１０４は、受光素子５２ｂの検出信号Ｖａ2がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ3が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＫからＬまでの期間に、微分部１０３の微分信号Ｖｂ2が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
さらに比較部１１４は、受光素子５３ｂの検出信号Ｖａ3がしきい値１０／６Ｖとしきい値５０／６Ｖとの間にあり、かつ電圧波形Ｖａ1が５Ｖ未満の期間、つまり信号切換点ＩからＪまでの期間に、微分部１１３の微分信号Ｖｂ3が出力されるように、スイッチング回路１００のスイッチを操作する。
【００６４】
これにより、図１９（ｃ）に示すように、連続した速度比例信号−Ｖが現れる。
以上の動作によって、図１９（ｃ）のように、微分部９３，１０３，１１３の微分信号Ｖｂ1，Ｖｂ2，Ｖｂ3がゼロをクロスする期間を除いたその値が安定している期間だけ速度比例信号Ｖまたは−Ｖを取り出すことができる。
これにより、制御部１０へ送られる速度比例信号を連続したものとすることができ、より緻密に駆動部１１を制御することが可能となる。また、速度比例信号Ｖまたは−Ｖの符号を検出することにより、ステージ３の移動方向がわかるという利点もある。
【００６５】
以上の例では、光学センサの数を３つとしたが、これより多くの光学センサを配置してもよい。一般に、光学センサをｎ個配置する場合は、各光学センサを３６０°／ｎごとに配置する。そして速度算出回路のブロック数も光学センサの数に応じた数とする。
次に、図２０に、本発明の一例として、上述した駆動源として超音波モータ２０を用いた場合の速度制御装置のブロック線図を示す。
【００６６】
制御部１０は、フィードバック制御部１３０、目標値発生部１３１からなる。ステージ３への要求位置は、予め設定されたステージ３の移動プロファイルが格納されている目標値発生部１３１より、時間の関数として与えられ、フィードバック制御部１３０へ送られる。それとともに、ステージ３の現在速度は、上述した速度検出回路９にて検出され、速度算出回路９にて検出された速度を速度比例信号としてフィードバック制御部１３０へ送るようになっている。
【００６７】
このフィードバック制御部１３０では、目標値発生部１３１からの要求速度比例信号１２１と速度算出回路９からの実際の速度比例信号１２３の２つの信号から速度偏差を計算し、所定のパラメータを用いたＰＩＤ演算処理を実行することで、ステージ３の移動速度を決定する指令信号１２２を出力するようになっている。
そして、指令信号１２２が最終の指令信号として駆動部１１へ送られ、指令電圧として超音波モータ２０へ出力するようになっている。
【００６８】
このような制御系とすれば、ステージ３が定速状態から再加速したり、減速するような複雑な動きをする場合であっても制御系の安定性が高く、要求された移動プロファイルをより忠実に実行させることができる。
このように、本発明の速度検出装置及び速度制御装置を用いれば、従来と比較して、構成部品も少なく安価で、装置のメンテナンスが容易であり、ステージ３の位置精度もこれまでと同等以上の性能が発揮できる。さらにこの速度制御装置をステージ等の移動を伴う装置全般に取り付けることにより装置の低コスト化が実現可能である。
【００６９】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。
例えば、以上の速度算出回路９の機能は、演算増幅素子によって実現してもよいが、マイクロコンピュータでソフトウェア演算をすることにより実現してもよいことはもちろんである。
【００７０】
また、ステージの直線移動速度を検出する場合を説明してきたが、ステージが回転移動する場合もその回転速度を検出することができる。
図２１は、支軸Ｏを中心にして回転運動する回転ステージ３′を示す部分的な斜視図である。回転ステージ３′の外周には円板状のシャッター６′が取り付けられており、シャッター６′には、その円周上に、複数の窓部８′と、それ以外の遮蔽部１３′とが設けられている。窓部８′を規定する角度をθ1、遮蔽部１３′を規定する角度をθ2とする。シャッター６′の上下に発光素子と、開口部を有する受光素子とが設置されている。このようなステージ３′が回転移動する構成では、前記距離Ｌ１，Ｌ２を、角度θ1、θ2と読み替えて、前記速度検出処理を適用することができる。これにより、簡単な構成でステージ３′の回転速度を検出することができ、ステージ３′の回転速度制御を行うことができる。
【００７１】
また、前記受光素子５ｂの開口部１４と、前記シャッター６の窓部８との、移動体の移動方向Ｐに直角な方向Ｑに沿った長さは、必ずしも一致していなくてもよい。図２２（ａ）は、開口部１４と窓部８の方向Ｑに沿った長さが一致している例を示し、図２２（ｂ）は、開口部１４と窓部８の方向Ｑに沿った長さが一致していない例を示している。いずれであっても、受光素子５ｂの感度を上回る光量の光が受光できればよい。
【００７２】
また、本明細書では、光学センサを複数設ける場合には、１つの光学センサの設置位置に対して、他方の光学センサの設置位置を、位相差で規定している。この一定位相差を実現する距離は、複数存在することに注意すべきである。例えば図２３に、１つの受光素子の開口部１４ａと、それと９０°位相差のある受光素子の開口部１４ｂとの位置関係を示しているが、９０°位相差のある開口部の位置は、同図の１４ｂ′で示したように、他にも存在する。一般には、３６０°の整数倍の位相差をもって複数存在する。
【実施例】
【００７３】
以下本発明の実施例を示す。
図１に示す本発明の一例である速度制御装置を駆動させる試験を実施した。
本実験において、速度制御装置を構成するステージ３は、３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍの板状体をしたもので、純度９９．５％のアルミナセラミックスにより形成した。また、駆動力伝達部材４は、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３００ｍｍの柱状体をしたもので、アルミナセラミックスとチタンカーバイドの複合材料を用いて形成した。なお、ステージ１３及び駆動力伝達部材４の総荷重を測定したところ、１０ｋｇであった。
【００７４】
また、ステージ３を案内する一対のガイド部材２として、長さが３００ｍｍのクロスロ−ラガイドを用いるとともに、ステージ３の駆動源をなす超音波モータ２０として、イスラエル・ナノモーション社製の超音波モータ（形式ＳＰ−８）を用いた。そして、その摩擦部材２３には、駆動力伝達部材４と同様にアルミナとチタンカーバイドの複合材料を使用した。
【００７５】
さらに、本発明の速度検出装置としては、発光素子にＬＥＤを、受光素子にフォトダイオードを用い、これを金属製の支柱に発光素子からの光が受光素子の開口部に入射可能なように固定し、ベース盤１２上にネジ止めすることで光学センサ５を構成した。また、長さ７０ｍｍ、幅１５ｍｍの金属製のシャッター６に光学センサ５の受発光素子間を通過し、受光移動、遮蔽移動が可能なように、シャッター６の幅方向５ｍｍの位置に、幅５ｍｍ、長さ１ｍｍの窓部８を１ｍｍの等間隔に設け（遮蔽部長さ１ｍｍ）、これをステージ３に受発光素子間を通過する位置に移動方向と平行にネジ止めにより固定し、速度検出装置を構成した。
【００７６】
しかる後、前記のような速度検出装置を搭載させた本発明の速度制御装置を駆動させ、その駆動精度を確認した。
なお、速度制御装置の制御は図２０に示すブロック線図に基づいて実施した。
以上のような装置構成、制御方法により、本発明の速度制御装置を駆動させたところ、目標値とした速度情報に対し、±１％以内の速度誤差でステージ移動が可能であって、従来技術に掲げた特許文献１の速度センサを使用した場合と同等の速度誤差にてステージを速度制御できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の速度検出装置を備えた速度制御装置を示す平面図である。
【図２】前記速度検出装置の拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は、発光素子５ａ、受光素子５ｂとシャッター６との位置関係を示す断面図である。（ｂ）は、内周部Ｊの他の形状を示す断面図である。
【図４】速度算出回路９の回路ブロック図である。
【図５】速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
【図６】（ａ）に、受光素子５ｂより検出された信号Ｖａの波形をプロットしたグラフを示す。（ｂ）は、前記電圧波形を微分した微分信号Ｖｂの時間的変化をプロットしたグラフを示す。（ｃ）は、その微分信号を絶対値信号Ｖｃに変換してプロットしたグラフを示す。
【図７】９０度位相をずらした位置に２つの光学センサ５１，５２が設置された本発明の速度制御装置の概略平面図である。
【図８】光学センサ５１の設置位置に対して、９０度位相をずらした位置にもう一つの光学センサ５２を設置した状態を示す断面図である。
【図９】速度算出回路９の回路ブロック図である。
【図１０】速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
【図１１】（ａ）は受光素子５１ｂ、５２ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2をプロットしたグラフである。（ｂ）は電圧波形Ｖａ1を微分した微分信号Ｖｂ1のグラフである。（ｃ）は、電圧波形Ｖａ2を微分した微分信号Ｖｂ2のグラフである。（ｄ）は連続して現れる速度比例信号Ｖを示すグラフである。
【図１２】光学センサを１８０°位相をずらした状態で２つ設けた場合の、光学センサ５１，５２とシャッター６との位置関係を示す断面図である。
【図１３】速度算出回路９の回路ブロック図である。
【図１４】速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
【図１５】（ａ）は受光素子５１ｂ、５２ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2をプロットしたグラフである。（ｂ）は連続して現れる速度比例信号Ｖ，−Ｖを示すグラフである。
【図１６】光学センサを３つ設けた場合の、光学センサ５１，５２，５３とシャッター６との位置関係を示す断面図である。
【図１７】受発光素子が３対ある場合の速度算出回路９の回路ブロック図である。
【図１８】速度算出回路９を演算増幅素子により実現した具体的な回路図である。
【図１９】（ａ）は、ステージ３が一方向に移動する場合の受光素子５１ｂ、５２ｂ，５３ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3をプロットしたグラフである。（ｂ）は、ステージ３が逆方向に移動する場合の受光素子５１ｂ、５２ｂ，５３ｂの検出信号の電圧波形Ｖａ1，Ｖａ2，Ｖａ3をプロットしたグラフである。（ｃ）は連続して現れる速度比例信号Ｖ，−Ｖを示すグラフである。
【図２０】本発明の速度制御装置のブロック線図である。
【図２１】支軸Ｏを中心にして回転運動する回転ステージ３′を示す部分的な斜視図である。
【図２２】開口部１４と窓部８の方向Ｑに沿った長さの関係を示す平面図である。
【図２３】１つの受光素子の開口部１４ａと、それと９０°位相差のある受光素子の開口部１４ｂとの位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１：速度制御装置
２：ガイド部材
３：ステージ
４：駆動力伝達部材
５：光学センサ
５ａ  発光素子
５ｂ  受光素子
６：シャッター
７：固定ネジ
８：窓部
９：速度算出回路
１０：制御部
１１：駆動部
１２：ベース盤
１３：遮蔽部
１４：開口部
２０：超音波モータ
２１：圧電セラミック板
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ：電極膜
２３：摩擦部材
２４、２５：バネ
２６：ケース
３０：フィードバック制御部
３１：目標値発生部
３１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１  増幅部
３２，４２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２  ローパスフィルタ
３３，４３，６３，７３，８３，９３，１０３，１１３  微分部
４４，４５，６４，６５，７４，７５，８４，９４，１０４，１１４  比較部
３４  絶対値化部
４６，６６  微分出力反転部
５１，５２，５３  光学センサ
５１ａ，５２ａ，５３ａ  発光素子
５１ｂ，５１ｂ，５３ｂ  受光素子
６０，８０，１００  スイッチング回路
１１１：要求速度比例信号
１１２：指令信号
１１３：速度比例信号
１３０  フィードバック制御部
１３１  目標値発生部
【図１】
2006010674.tif 000003
【図２】
2006010674.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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