JPH01267460A - 光タコメータ - Google Patents

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】 本発明は光学系に使用するためのタコメータに間する。

従来の光タコメータはフィラメント電球や発光ダイオー
ドのような広帯域のインコヒレント光源を用いているの
で、解像度が比較的低い。

通信やコンパクトディスク技術で通常用いられている半
導体レーザは一定出力パワーを維持する　　　　“ため
に駆動回路によって用いられるパワーモニタ信号を発生
するためのｒＰＩＮ」フォトダイオードを具備したレー
ザダイオードを有Ｃている。

本発明によれば、このフォトダイオード機能は、回転要
素の回転速度をモニタしかつ必要に応じてそれを制御し
得るタコメータ信号を与えるために利用される。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
。

第１図は安価で容易に人手可能な部品を用いた極めて簡
単な光タコメータを概略的に示している。

レーザ光源１からの光がコンパクトディスクプレーヤー
で用いられている種類のものであることが好都合な簡単
なレンズ２で集光されかつ集束される。その光は半径方
向のく放射状の）反射ストリップのパターンを設けられ
たエンコーダ・ディスク３上に集束される（第２図参照
）。反射された光は再びレンズ２によって集光されモし
てレーザ光源を通して前述のようにレーザ空洞に組込ま
れたｒＰＩＮＪフォトダイード上に集束される。

ｒＰＩＮＪダイオードから得られた電気信号はレーザ・
ダイオード出力のパワー変動による低い周波数成分と変
調された背面反射光から生した高い周波数成分とを有す
る。これらの信号はハイパス・フィルタとローパスΦフ
ィルタを用いて分離され（第３図参照）、そしてローパ
ス・フィルタから得られたパワーモニタ信号がレーザ・
ダイオードに対する駆動に影響をおよぼすために従来の
態様で用いられる。このようなシステムはシャープＬＴ
Ｏ２２レーザ・ダイオードおよびフォトダイオード構造
、成形されたコンパクトディスク・レンズ、ｌ　Ｒ３Ｃ
Ｏ２ドライバー・チップ、および高速演算増幅器を用い
て実施される（第４図参照）。ドライバー・チップの出
力に接続されたコンデンサはローパス・フィルタとして
作用する。前記演算増幅器はＬＴＯ２２構造のフォトダ
イオードに接続されており、ハイパス・フィルタ作用お
よび信号増幅を与えるために従来のフィードバック・フ
ォーマットで用いられる。

上述した機構は従来の光学的フィードバックな構成する
ものではなく、この現象を回避することが所望される場
合にはレーザはそれのしきい値から十分に離れたところ
で動作する必要がある。光学的フィードバックを利用す
ることにより、本質的にはレーザ空洞を延長するために
レンズ２とミラー（エンコーダ・ディスク３の反射スト
リップよりなる）の配列を用いることにより他の機構が
得られる。この場合には、反射信号が相当に増幅され、
かつレーザの出力パワー自体は強く変調される。しかし
、このようにして得られたタコメータ信号はノイズを受
けやすくかつ振動に感応しゃすい傾面があり、従ってこ
の技術の利用性を制限することになる。（信号モニタリ
ングのために光学的フィードバックを用いることはオプ
ティックス・コミュニケーションズの１９７６年４月版
、第１８巻、第１号、第９５−９７ページにワイ・ミツ
ハシ他によって記述されている。〉 レーザ・ダイオードと光検知器は効果的に一致している
から、このスシテムはビーム分割器を必要としない。フ
ォトダイオードとレーザはエンコーダ・ディスクにおけ
る反射点において結合する。

従って、このシステムはレンズでのビネット（ｖｉｇｎ
ｅｔｔｉｎｇ）を除きエンコーダ型ディスクの角度的ミ
スアラインメントの影響を実質的に受けない。

ディスクが平坦でない場合、および／またはそれが取り
付けられた軸が軸線方向のランアウト（ｒｕｎｏｕｔ）
を受けやすい場合には、そのディスクは焦点から変位さ
れ得る。この光学系の焦点深度を超えなければ、それは
許容されつる。コンパクト・ディスク型焦点制御を含ま
せることは不当に複雑であると考えられるし、かつ光学
的解像度の低下という犠牲をはらっても、十分な焦点深
度が存在するようにすることが好ましい。光テープレコ
ーダのような高い解像度が必要とされるほとんどの用途
においては、軸の軸線方向のランアウトおよびエンコー
ダ・ディスクは、いかなる場合にも、すてに十分な許容
限度を与えられているであろう。

本発明の構成では、２つディスクを心合させたり正確に
離間させたりする必要がないので、従来の光タコメータ
よりもアラインメント手順がはるかに簡単になる。エン
コーダ・ディスクが回転軸線に対して適当に直交関係に
あれば、唯一の重要なアラインメントは焦点である。こ
れは、レンズまたはレーザ・グイオートを動かすことに
よって調節されうるが、軸の回転時に出力信号強度を観
察することによって調節されてもよい。焦点深度の大き
い低解像度システムでは、この設定でさえ必要でない場
合がありうる。

従来の光タコメータに対する他の利点は、光部品がエン
コーダ・ディスクの一側にあることである。光テープレ
コーダでは、これにより、テープが巻付けられるトラム
（第５図参照）の基部にエンコーダ・ディスクを接着す
ることができる。

このシステムの応答速度、従って一時的な解像度は理論
的にはｒ　ＰＩＮＪダイオードの特性によってのみ制限
される。従って、シャープＬＴＯ２２レーザおよびフォ
トダイオード対は３００ＭＨ２以上の周波数に対処する
ことができる。これにより、９０００ｒｐｍで回転して
いる軸の場合には、原理的にアークの１秒より良好なデ
ィジタル解像度を許容する。

実際には、このシステムには高周波増幅器によって下限
が設定される。

このシステムの光解像度は主としてエンコーダ・ディス
クのサイズおよびディスク表面のスポット・サイズによ
って決定される。角度間隔が一定の場合には、直径の大
きいディスクば直径の小さいディスクよりも大きいライ
ン幅を有することが明らかである。１０．０００本のラ
インを有する直径７０ｍｍのディスクでは、周辺におけ
るライン間隔は約２０μｍである。

ディスクの表面におけるスポット・サイズは画像品質と
、レンズの画像空間開口数（ｉｍａｇｅ　ｓｐａｃｅｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）によって決定さ
れる。８００ｎｍレーサ・ダイオードの場合には、理論
的限界は０．５μｍである。一般に、エンコーダ・ライ
ン幅に類似したスポット・サイズが最も有効である。

スポット・サイズの選択は出力信号の変調に対して大き
な影響を及ぼす。スポット・サイズがエンコーダ・ライ
ン幅よりも大きい場合には、その影響は信号の減衰とし
て現れる。スポット・サイズがライン幅よりもはるかに
小さい場合には、ライン幅に整合したスポットの正弦波
出力に対し、方形波出力が発生される。正弦波は方形波
よりも位置にかんする情報量が多い。

出力信号には方向情報も加えられうる。例えは、単純な
「オン」、「オフ」ストリップの代りに、エンコーダ・
ディスクには「のこぎり歯」状反射率分布を用いてもよ
い。しかし、このうような情報はシステムが直流のまわ
りでは良く動作しないのであまり利用価値はない。

小さいスポットではなくて大きいスポットを用いると、
反射のために用いられる表面積が大きいために、焦点深
度が大きく、そして塵埃や擦傷に対しである程度の免疫
性を有しているというような他の利点が得られる。エン
コーダ・ディスク上のラインのエツジ鮮明度に対しても
同様のノイズ免疫性が該当する。

エンコーダ・ディスクに関して軸線方向にスポット・サ
イズを拡大することによって、解像度の損失を伴うこと
なしに、同じノイズ免疫性が実現されつる（第６図参＠
）、これは、アナモ−フィック・オプティックス（ａｎ
ａｍｏｒｐｈｉｃ　ｏｐｔｉｃｓ）により、または多数
のレーザ・ダイオードの固有の楕円形出力分布を利用す
ることによって実現されうる。

本発明は安価で容易に利用可能なコンパクトディスク技
術部品を単純なエンコーダ・ディスクとともに用いて高
速、高解像度ディジタル光タコメータを提供する。この
システムは高いノイズ免疫性、および適応可能な信号変
調のような他の利点を有する。装置の７ラインメントは
比較的簡単で、軸の回転時に信号強度を最大にするよう
に行なわれうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１つの実施例による光タコメータの慨
略図、第２図はエンコーダ・ディスク上のパターン化を
概略的に示す図、第３図はタコメータ信号を発生するた
めにレーザとフォトダイオード検知器との組合せを利用
するようになされた回路を概略的に示す図、第４図は第
３図に概略的に示された回路の実施例を示す図、第５図
はヘリカル走査型光テープレコーダ・システムに特に適
した本発明の実施例を示す図、第６図は一エンコーダに
おける楕円形スポットを用いた場合を示す図、第７図は
レーザ・ダイオードからの楕円形ビーム出力を示す図で
ある。 図面において、ｌはレーザ光源、２はレンズ、３はエン
コーダ・ディスクをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に一緒に配置されるように取り付けられたレ
   ーザ、ダイオード光源およびフォトダイオード検知器と
   、前記光源から放出された放射線を、タコメータによっ
   て動作速度を表示すべき装置により前記光源および検知
   器に関して回転可能な反射率が可変の目盛上に照射させ
   るとともに、前記目盛から反射されかつその目盛の可変
   反射率によって変調された放射線を前記フォトダイオー
   ド検知器に向って照射させるためのレンズ手段と、前記
   検知器によって発生された電気的出力信号から、前記変
   調を示す特徴を有する信号成分を選択するための回路手
   段よりなる光タコメータ。 ２、前記装置の回転速度をモニタしかつ必要に応じてそ
   れを制御するために前記選択された信号成分を利用する
   ための手段をさらに具備している請求項１のタコメータ
   。 ３、前記回路手段が前記検知器に接続された演算増幅器
   を具備し、その増幅器にハイパス・フィルタ作用を生じ
   させるように構成されたフィードバック接続を有する請
   求項１または２のタコメータ。 ４、前記装置がテープ記録および／または再生装置の回
   転ドラムよりなり、かつ前記目盛が前記ドラム上に形成
   されている請求項１〜３のうちの１つに記載されたタコ
   メータ。 ５、前記目盛が実質的に平坦な支持面の環状領域に配置
   された放射状の反射性ストリップのパターンよりなる請
   求項１〜４のうちの１つに記載されたタコメータ。