專利名稱：旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和具有該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的光色散系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在用于驅(qū)動(dòng)光色散元件的機(jī)構(gòu)中使用的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及具有該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的光譜儀(spectrometer )。
背景技術(shù)：
在諸如紫外可見光分光光度計(jì)或原子吸收分光光度計(jì)等的分光光度計(jì)(spectrophotometer)中，使用了波長(zhǎng)色散光譜儀(單色器)以產(chǎn)生具有預(yù)定波長(zhǎng)的單色光。具有一般結(jié)構(gòu)的光譜儀包括:諸如衍射光柵或棱鏡等的色散元件，以及用于改變色散元件相對(duì)于入射光的角度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過適當(dāng)?shù)亟?jīng)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來旋轉(zhuǎn)色散元件，可以由固定在預(yù)定位置的出射縫來提取具有期望波長(zhǎng)的單色光。這種單色光的波長(zhǎng)分辨力(wavelength-resolving power)取決于縫的寬度以及色散元件的角度的精度。為達(dá)到高水平的波長(zhǎng)分辨力，需要旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠以微小的步長(zhǎng)來精確地旋轉(zhuǎn)色散元件(專利文獻(xiàn)I)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示例包括:正弦桿驅(qū)動(dòng)、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(cum drive)、直軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等。所有這些機(jī)構(gòu)都利用了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在使用色散系統(tǒng)的情況下，通常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)?(I)色散系統(tǒng)不需要極高速的旋轉(zhuǎn)，(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能使旋轉(zhuǎn)軸容易地定位，以及其它原因。
背景技術(shù)：
文件專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP-A2004-16312
發(fā)明內(nèi)容
_7] 本發(fā)明要解決的問題與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)步長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量是根據(jù)色散系統(tǒng)所要求的波長(zhǎng)分辨力和波長(zhǎng)移動(dòng)速度之間的折衷來確定的。也就是說，當(dāng)需要高的波長(zhǎng)移動(dòng)速度時(shí)，將每一步長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量設(shè)置為較大的值；當(dāng)需要聞的波長(zhǎng)分辨力時(shí)，將每一步長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量設(shè)置為較小的值。通過以這種方式改變每一步長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量，可以在波長(zhǎng)分辨力和波長(zhǎng)移動(dòng)速度這兩方面之一改善系統(tǒng)特性。然而，由于上述兩個(gè)條件之間存在折衷的關(guān)系，因此不可能同時(shí)改善這兩個(gè)特性。用于滿足改善這兩個(gè)特性的需要的常用技術(shù)是:在減少每一步長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量的同時(shí)，增加每個(gè)單位時(shí)間的步長(zhǎng)的數(shù)量(即，增加脈沖頻率)。然而，將脈沖頻率設(shè)置得過高會(huì)導(dǎo)致對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制不足，由此最終造成失步(step-out)，從而無法正常旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。因此，通過增加脈沖頻率來對(duì)波長(zhǎng)分辨力和波長(zhǎng)移動(dòng)速度這兩者都進(jìn)行改善的程度是有限的。本發(fā)明要解決的問題是提供一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)既具有高波長(zhǎng)移動(dòng)速度又具有高波長(zhǎng)分辨力的色散元件的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
解決問題的方法意在解決上述問題的本發(fā)明為:一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于產(chǎn)生與外部輸入的驅(qū)動(dòng)脈沖同步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源，其具有作為定子的多個(gè)繞組；更新信息設(shè)置器，針對(duì)每次輸入的驅(qū)動(dòng)脈沖，設(shè)置與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源的針對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的旋轉(zhuǎn)改變量相對(duì)應(yīng)的更新信息，并在任意時(shí)刻改變所述更新信息；位置信息更新器，保存與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的位置信息，并基于所述更新信息設(shè)置器所設(shè)置的更新信息來更新所述位置信息；繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器，基于所述位置信息更新器更新后的位置信息來確定各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)；以及驅(qū)動(dòng)控制器，控制經(jīng)過各繞組的電流，從而實(shí)現(xiàn)所述繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器所確定的所述各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源優(yōu)選為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為兩種。根據(jù)一種方式，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至繞組或磁極所在的各個(gè)穩(wěn)定位置。至于另一種方式，旋轉(zhuǎn)軸以比穩(wěn)定位置的間隔要小的角度單位旋轉(zhuǎn)。前一種方式稱為全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。后一種方式具有一些變型，諸如微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)、半步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)和四分之一步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。在使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的情況下，無論采用上述哪種驅(qū)動(dòng)方式，在驅(qū)動(dòng)操作期間每一步長(zhǎng)(一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖)的旋轉(zhuǎn)的改變量自始至終保持恒定。作為對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征為，可以針對(duì)各步長(zhǎng)來改變每一步長(zhǎng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)改變量。通過以上功能，可使以下驅(qū)動(dòng)成為可能。例如，考慮使用將全步長(zhǎng)進(jìn)行N分割的微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的情況。(在以下說明中，將穩(wěn)定位置稱為“全步長(zhǎng)位置”，并且將相鄰的全步長(zhǎng)位置之間的、以微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)模式工作的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠停止的位置稱為“微步長(zhǎng)位置”)。根據(jù)傳統(tǒng)方式，旋轉(zhuǎn)軸以全步長(zhǎng)位置的間隔的1/N作為角度單位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，可以在最小為1(其與全步長(zhǎng)位置的間隔的1/N相對(duì)應(yīng))最大為N(其與全步長(zhǎng)位置的間隔相對(duì)應(yīng))的范圍內(nèi)設(shè)置每一步長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)改變量的絕對(duì)值，其基本單位等于全步長(zhǎng)位置的間隔的1/N。如果將改變量設(shè)置為1，旋轉(zhuǎn)軸以最小間距(Pitch)來進(jìn)行每一步長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)。如果將改變量設(shè)置為2，則上述旋轉(zhuǎn)速度加倍。將改變量設(shè)置為N會(huì)產(chǎn)生全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，從而使旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)將改變量設(shè)置為I時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度的N倍。因而，在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，通過合適地設(shè)置改變量，可以單獨(dú)地改變各步長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)速度。此外，可以通過一個(gè)步長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)全步長(zhǎng)位置間隔中的從一個(gè)微步長(zhǎng)位置到另一個(gè)微步長(zhǎng)位置的移動(dòng)。在上述示例中，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)位置的分辨力等于全步長(zhǎng)位置的間隔的1/N。旋轉(zhuǎn)速度的改變?nèi)Q于改變量的設(shè)置；通過全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)最大速度。在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置針對(duì)各步長(zhǎng)的改變量，從而使與旋轉(zhuǎn)位置分辨力的改善相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)速度的降低最小化。發(fā)明的效果在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，可以在使與旋轉(zhuǎn)位置分辨力的改善相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)速度的降低最小化的同時(shí)，改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的分辨力。將所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用至用于驅(qū)動(dòng)色散元件的機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了具有高波長(zhǎng)移動(dòng)速度和高波長(zhǎng)分辨力這兩者的 波長(zhǎng)色散光譜儀。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖2是示出在本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用至用于驅(qū)動(dòng)色散元件的機(jī)構(gòu)的情況下的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量操作時(shí)序的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I包括:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11(以下稱作“電動(dòng)機(jī)11”)，其用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源；更新信息設(shè)置器12，針對(duì)每次從外部輸入的脈沖信號(hào)(驅(qū)動(dòng)信號(hào))，設(shè)置與在輸入信號(hào)表示的驅(qū)動(dòng)時(shí)刻電動(dòng)機(jī)11應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的改變量相對(duì)應(yīng)的更新信息；位置信息更新器13，用于保存用于指定電動(dòng)機(jī)11旋轉(zhuǎn)位置的位置信息，以及用于基于來自更新信息設(shè)置器12的更新信息來更新所述位置信息；繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14，基于從位置信息更新器13所提供的已更新的位置信息來確定經(jīng)過電動(dòng)機(jī)11的繞組的電流量或電流比；以及驅(qū)動(dòng)控制器15，基于來自繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14的控制信號(hào)來控制電流，從而實(shí)現(xiàn)由繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14所確定的各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)。如上所述，更新信息設(shè)置器12可以設(shè)置針對(duì)各步長(zhǎng)的更新信息。參考將位置信息與更新信息相關(guān)聯(lián)的先前創(chuàng)建的表，可以針對(duì)每一步長(zhǎng)設(shè)置更新信息，或可以根據(jù)一定的規(guī)則來設(shè)置更新信息。也可以進(jìn)行預(yù)定的計(jì)算以設(shè)置針對(duì)各步長(zhǎng)的上述信息。響應(yīng)于脈沖信號(hào)的輸入，將更新信息設(shè)置器12所設(shè)置的更新信息發(fā)送至位置信息更新器13。位置信息更新器13保存有與電動(dòng)機(jī)11的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置(當(dāng)前位置)相對(duì)應(yīng)的信息。在接收到更新信息的情況下，位置信息更新器13根據(jù)該信息確定下一個(gè)旋轉(zhuǎn)位置(新位置)，并將包括了更新信息的位置信息發(fā)送至繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14。與此同時(shí)，當(dāng)前位置更新為新位置。以下說明本實(shí)施例中所用的位置信息和更新信息的具體示例。在本實(shí)施例中，還假設(shè)了電動(dòng)機(jī)11是具有五個(gè)繞組的五相電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，由繞組所組成的磁極的數(shù)量是10。還假設(shè)了電動(dòng)機(jī)11以全步長(zhǎng)分割數(shù)為20的微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。至于電動(dòng)機(jī)11的位置信息，將微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)所產(chǎn)生的電角度形式的最小旋轉(zhuǎn)量用作基本單位。也就是說，在本實(shí)施例中，由于使用了五相電動(dòng)機(jī)，因此，電角度的每完整的一轉(zhuǎn)(Turn)中存在十個(gè)磁極。將相鄰磁極之間的空間分割為20個(gè)區(qū)段。因此，電動(dòng)機(jī)11的電角度的每完整的一轉(zhuǎn)中的位置信息由從O到199的整數(shù)來表示。假設(shè)將所述(以20為間隔的)十個(gè)磁極從整數(shù)O的位置(O號(hào)位置)開始放置，并在旋轉(zhuǎn)的正方向上從O號(hào)位置開始分別將這十個(gè)磁極編號(hào)為“磁極O”、‘磁極9”。用土 f ±20的整數(shù)值所代表的改變量來表不更新信息，其中，正值代表在預(yù)定方向上的旋轉(zhuǎn)，而負(fù)值代表在相反方向上的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，可以以其它形式來表示更新信息。例如，在存在有順時(shí)針(CW)脈沖和逆時(shí)針(CCW)脈沖這兩種輸入的情況下，可以僅使用正值來設(shè)置更新信息，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向來在兩種脈沖輸入中選擇一種輸入。另一可行的方法是，除脈沖輸入之外提供用于指定旋轉(zhuǎn)方向的信號(hào)。在將正負(fù)值二者或其中之一用作更新信息的任何情況下，可以通過從O至19的值來指定改變量的絕對(duì)值，其中O被認(rèn)為是用于進(jìn)行全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的命令(S卩，實(shí)際改變量的絕對(duì)值為20)。作為另一個(gè)示例，更新信息可以包括與實(shí)際更新位置有關(guān)的信息，以及與響應(yīng)于脈沖輸入而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)的方向有關(guān)的信息。基于包括了從位置信息更新器13所接收的更新位置的位置信息，繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14確定經(jīng)過電動(dòng)機(jī)11的繞組的各繞組電流。例如，可以通過參考先前定義的表、基于表信息的插值、全部計(jì)算、或與先前狀態(tài)的差別的計(jì)算來確定繞組電流。在確定了經(jīng)過電動(dòng)機(jī)11的繞組的各繞組電流之后，繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14將相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)控制器15?；谶@些控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制器15實(shí)際上使電流通過電動(dòng)機(jī)11的繞組以控制電動(dòng)機(jī)11的旋轉(zhuǎn)。到目前為止所描述的系統(tǒng)可以由諸如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)等的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。還可以使用中央處理單元(CPU)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)將所述系統(tǒng)創(chuàng)建為軟件程序的形式。同樣也可以使用邏輯電路和軟件程序這兩者。以下參考圖2來說明本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的操作，在所舉的示例中，將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I應(yīng)用至用于驅(qū)動(dòng)色散元件的機(jī)構(gòu)。在下述說明中，假設(shè)位置信息O與500nm相對(duì)應(yīng),并且與全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)步長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量為2nm。電動(dòng)機(jī)11的磁極數(shù)量、全步長(zhǎng)位置和微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的分割數(shù)量與之前所述相同。驅(qū)動(dòng)示例I考慮將波長(zhǎng)從516nm移動(dòng)至504nm的情況，這與將電動(dòng)機(jī)11的位置信息從160改變至40的操作相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，如果將針對(duì)各脈沖信號(hào)的更新信息設(shè)置為-20，則在每個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻位置信息將會(huì)減少20(由圖2中的一個(gè)箭頭來表示)。該驅(qū)動(dòng)模式是所謂的全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，并且由六個(gè)脈沖來完成波長(zhǎng)移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)示例2考慮以2nm的掃描間隔來掃描516nnT504nm的波長(zhǎng)范圍的情況。除了電動(dòng)機(jī)11在波長(zhǎng)每移動(dòng)2nm時(shí)暫停以執(zhí)行檢測(cè)器信號(hào)的測(cè)量操作之外，本情況中旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的操作基本與驅(qū)動(dòng)示例I中的操作相同。也就是說，將更新信息設(shè)置為-20，并且在輸入一個(gè)脈沖信號(hào)的情況下，波長(zhǎng)移動(dòng)2nm，在此之后執(zhí)行檢測(cè)器信號(hào)的測(cè)量操作。在完成測(cè)量之后，再一次輸入一個(gè)脈沖信號(hào)以將波長(zhǎng)移動(dòng)至進(jìn)行下一測(cè)量的位置。在測(cè)量波長(zhǎng)的預(yù)定范圍內(nèi)持續(xù)進(jìn)行這種處理。應(yīng)該注意的是，在圖2中，用于表示測(cè)量時(shí)序的箭頭以陰影模式示出，以將其區(qū)分于用于表示驅(qū)動(dòng)時(shí)序的箭頭。驅(qū)動(dòng)示例3考慮以4nm的掃描間隔來掃描與驅(qū)動(dòng)示例2相同的測(cè)量波長(zhǎng)范圍(從516nm至504nm)的情況。在這種情況下，如果將更新信息設(shè)置為_40以使得每一個(gè)脈沖的波長(zhǎng)移動(dòng)為4nm,貝U會(huì)出現(xiàn)問題。原因如下:當(dāng)將更新信息設(shè)置為-40時(shí),初始移動(dòng)是從磁極8 (位置信息=160)移動(dòng)至磁極6 (位置信息=120)而繞過了磁極7 (位置信息=140)。因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)11的繞組改變?yōu)榕c位置信息=120相對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，不能對(duì)電動(dòng)機(jī)11的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制，由此其可能會(huì)造成電動(dòng)機(jī)11的失步。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常是通過開環(huán)控制進(jìn)行操作，因此無法檢測(cè)出失步的出現(xiàn)，從而可能出現(xiàn)所謂的波長(zhǎng)差異。即，可能會(huì)出現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)部所控制的波長(zhǎng)與色散元件所實(shí)際選擇的波長(zhǎng)不同的情況。
為了防止這種波長(zhǎng)差異，需要在電動(dòng)機(jī)11旋轉(zhuǎn)時(shí)，在每一個(gè)磁極處對(duì)電動(dòng)機(jī)11進(jìn)行定位。為此，在本示例中，將與各脈沖相對(duì)應(yīng)的更新信息設(shè)置為-20。這等同于將針對(duì)每一個(gè)脈沖的波長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)置為2nm。然后，執(zhí)行516nm的初始波長(zhǎng)的測(cè)量操作，在此之后，輸入兩個(gè)脈沖信號(hào)以形成4nm的波長(zhǎng)移動(dòng)。在此處理中，電動(dòng)機(jī)11從磁極8旋轉(zhuǎn)至磁極7，然后旋轉(zhuǎn)至磁極6，而不會(huì)繞過任何磁極。因此，不會(huì)出現(xiàn)上述的波長(zhǎng)差異。在完成針對(duì)512nm的測(cè)量操作之后，再次輸入兩個(gè)脈沖信號(hào)以將波長(zhǎng)移動(dòng)到進(jìn)行下一次測(cè)量的位置。在測(cè)量波長(zhǎng)的預(yù)定范圍內(nèi)持續(xù)進(jìn)行這種測(cè)量操作。驅(qū)動(dòng)示例4考慮將波長(zhǎng)從515nm移動(dòng)至503nm的情況。在本示例中，初始波長(zhǎng)515nm位于磁極7和磁極8這兩者中間，因此無法通過全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行選擇。這很明顯，因?yàn)樵诒厩闆r下，全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的波長(zhǎng)分辨力為2nm。在選擇結(jié)束波長(zhǎng)503nm時(shí)還會(huì)出現(xiàn)同樣的問題。為了通過傳統(tǒng)技術(shù)來解決這個(gè)問題，需要采用半步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)或執(zhí)行減少了每一步長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)量的全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。在所述的任一情況下，脈沖數(shù)量大致會(huì)加倍。由此，為了在傳統(tǒng)方式中達(dá)到相同的波長(zhǎng)移動(dòng)速度，需要將脈沖頻率加倍。然而，如果打算將原始脈沖頻率用于高速旋轉(zhuǎn)，則加倍脈沖頻率會(huì)使繞組電流無法跟上增加后的改變率，因此旋轉(zhuǎn)會(huì)出錯(cuò)。在使用本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的情況下，將位置信息設(shè)置為150的值以選擇初始波長(zhǎng)。然后，繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器14確定與所述位置信息相對(duì)應(yīng)的接線的勵(lì)磁狀態(tài)，并將控制信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)控制器15。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)11將其軸旋轉(zhuǎn)至相對(duì)應(yīng)的位置。在響應(yīng)于脈沖信號(hào)對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行移動(dòng)的后續(xù)操作中，需要將波長(zhǎng)初始地移動(dòng)至磁極7 (位置信息為140)所在的514nm，以防止出現(xiàn)上述的波長(zhǎng)差異問題。由此，針對(duì)初始脈沖信號(hào)，更新信息設(shè)置器12將更新信息設(shè)置為-10。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)11的軸旋轉(zhuǎn)至磁極7的位置，在此之后，可以使用全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)來旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)11而不會(huì)導(dǎo)致任何問題。針對(duì)隨后的五個(gè)脈沖信號(hào)，更新信息設(shè)置器12將更新信息設(shè)置為-20。結(jié)果，通過最快驅(qū)動(dòng)(全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng))將波長(zhǎng)移動(dòng)至磁極2 (位置信息為40)所在的波長(zhǎng)504nm。針對(duì)最后一個(gè)脈沖信號(hào)，將更新信息設(shè)置為-10，在此之后，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)以將波長(zhǎng)移動(dòng)至503nm。由此完成了波長(zhǎng)移動(dòng)。在本示例中，脈沖的總數(shù)為七，比較起波長(zhǎng)移動(dòng)量同樣為12nm的驅(qū)動(dòng)示例I來說僅增加了一個(gè)脈沖。因而，可以在波長(zhǎng)移動(dòng)速度僅少量降低的前提下來實(shí)現(xiàn)具有更高波長(zhǎng)分辨力的波長(zhǎng)移動(dòng)。波長(zhǎng)要移動(dòng)的范圍越寬，則波長(zhǎng)移動(dòng)速度的減少程度越可以忽略。驅(qū)動(dòng)示例5以Inm的掃描間隔來掃描與驅(qū)動(dòng)示例4相同的測(cè)量波長(zhǎng)范圍(即，從515nm至503nm)的操作如下所示:首先，將位置信息設(shè)置為150的值。由于掃描間隔為lnm，因此將更新信息設(shè)置為-10。然后，針對(duì)每次輸入的一個(gè)脈沖信號(hào)執(zhí)行測(cè)量，直至位置信息減至30。所述驅(qū)動(dòng)模式等同于半步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)示例6考慮以5nm的掃描間隔來掃描從520nm至500nm的波長(zhǎng)范圍的情況。首先，將位置信息設(shè)置為O。(在沒有歸一化的情況下，該值對(duì)應(yīng)于200，這是由于位置信息是以電角度的形式給出的)。針對(duì)前兩個(gè)脈沖信號(hào)，更新信息設(shè)置器12將更新信息設(shè)置為-20，并且針對(duì)下一個(gè)脈沖信號(hào)將更新信息設(shè)置為-10。結(jié)果，波長(zhǎng)移動(dòng)至與150的位置信息相對(duì)應(yīng)的515nm。在此位置處，獲取了檢測(cè)器信號(hào)。為了移動(dòng)至510nm的下一個(gè)波長(zhǎng)(位置信息=100)，將第一脈沖信號(hào)的更新信息設(shè)置為-10，然后將下兩個(gè)脈沖信號(hào)的更新信息設(shè)置為-20。結(jié)果，系統(tǒng)在不繞過任何磁極的情況下達(dá)到期望波長(zhǎng)510nm。在此波長(zhǎng)處執(zhí)行測(cè)量操作。繼續(xù)進(jìn)行該操作直至系統(tǒng)達(dá)到500nm波長(zhǎng)所在的位置信息=0。到目前為止所述的驅(qū)動(dòng)過程可以總結(jié)如下:當(dāng)所期望的波長(zhǎng)沒有位于任何全步長(zhǎng)位置時(shí)，將期望波長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)位置設(shè)置為微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)中所用的微步長(zhǎng)位置，并且在執(zhí)行包括了測(cè)量操作的波長(zhǎng)移動(dòng)操作的情況下，初始地將旋轉(zhuǎn)位置移動(dòng)至全步長(zhǎng)位置，在此之后，執(zhí)行最快驅(qū)動(dòng)(全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng))以達(dá)到緊挨著期望波長(zhǎng)之前的全步長(zhǎng)位置。最終地，將旋轉(zhuǎn)位置設(shè)置為與期望波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的微步長(zhǎng)位置。前面所述的驅(qū)動(dòng)示例意圖簡(jiǎn)單地說明本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的驅(qū)動(dòng)步長(zhǎng)。如果，考慮到實(shí)際用途，使電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸直接對(duì)衍射光柵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則波長(zhǎng)位置和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)步長(zhǎng)之間將會(huì)是正弦波或余弦波形式的關(guān)系，由此測(cè)量的結(jié)束位置將總是基本位于微步長(zhǎng)位置處。當(dāng)然，前面所述的根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗淖兒托薷?。例如，在前面所述的?shí)施例中，最快驅(qū)動(dòng)(全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng))用于全步長(zhǎng)位置之間的移動(dòng)。然而，當(dāng)然可以主要地使用半步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)、四分之一驅(qū)動(dòng)或其它模式的微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，用以減少電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)操作期間的振蕩，或用以抑制電動(dòng)機(jī)在停止階段的晃動(dòng)，而并非優(yōu)先考慮操作的速度。即使在這種情況下，也需要在每個(gè)穩(wěn)定位置處暫時(shí)停止電動(dòng)機(jī)。在位置信息更新器13中使用的至少應(yīng)包括了電角度信息的位置信息還可以額外地包括其它類型的信息，諸如與電動(dòng)機(jī)軸(可以是輸入軸或輸出軸，或者是這兩者)的位置有關(guān)的信息以及與色散元件位置有關(guān)的信息。附圖標(biāo)記說明I 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11步進(jìn)電動(dòng)機(jī)12更新信息設(shè)置器13位置信息更新器14繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器15驅(qū)動(dòng)控制器
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于產(chǎn)生與外部輸入的驅(qū)動(dòng)脈沖同步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括: 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源，具有作為定子的多個(gè)繞組； 更新信息設(shè)置器，針對(duì)每次輸入的驅(qū)動(dòng)脈沖，設(shè)置與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源的針對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的旋轉(zhuǎn)改變量相對(duì)應(yīng)的更新信息，并在任意時(shí)刻改變所述更新信息； 位置信息更新器，保存與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的位置信息，并基于所述更新信息設(shè)置器所設(shè)置的更新信息來更新所述位置信息； 繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器，基于所述位置信息更新器更新后的位置信息來確定各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)；以及 驅(qū)動(dòng)控制器，控制經(jīng)過各繞組的電流，從而實(shí)現(xiàn)所述繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器所確定的所述各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，具有第一驅(qū)動(dòng)模式和第二驅(qū)動(dòng)模式，其中，在所述第一驅(qū)動(dòng)模式下，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以與預(yù)定穩(wěn)定位置相對(duì)應(yīng)的角度單位產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及在所述第二驅(qū)動(dòng)模式下，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以比所述穩(wěn)定位置的間隔小的角度單位產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，在將所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)至期望位置的情況下，如果所述期望位置不位于任何穩(wěn)定位置處，則所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在所述第一驅(qū)動(dòng)模式下旋轉(zhuǎn)至在所述旋轉(zhuǎn)方向上緊挨在所述期望位置之前的穩(wěn)定位置，然后通過隨后的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖以所述第二驅(qū)動(dòng)模式將所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)位置調(diào)整至所述期望位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)模式為全步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)，并且所述第二驅(qū)動(dòng)模式為微步長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)。
6.一種光色散系統(tǒng)，其包括由根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所驅(qū)動(dòng)的光色散元件。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和具有該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的光色散系統(tǒng)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)可用于驅(qū)動(dòng)具有高波長(zhǎng)移動(dòng)速度和高波長(zhǎng)分辨力的光色散元件，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(11)，用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源；更新信息設(shè)置器(12)，針對(duì)每次從外部輸入的脈沖信號(hào)，設(shè)置與在輸入信號(hào)表示的驅(qū)動(dòng)時(shí)刻電動(dòng)機(jī)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的改變量對(duì)應(yīng)的更新信息；位置信息更新器(13)，保存用于指定電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的位置信息，以及基于來自更新信息設(shè)置器的更新信息更新位置信息；繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器(14)，基于位置信息更新器提供的已更新的位置信息確定經(jīng)過電動(dòng)機(jī)繞組的電流量或電流比；以及驅(qū)動(dòng)控制器(15)，基于來自繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器的控制信號(hào)控制電流，從而實(shí)現(xiàn)由繞組勵(lì)磁狀態(tài)確定器確定的各繞組的勵(lì)磁狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01J3/06GK103207014SQ201310011928
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者橫田佳澄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所