JPH0334593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高精度の光学式回転検出装置に関す
る。

従来例の構成とその問題点 従来VTR等のテープ走行速度及びテープ走行
方向検出機構として、第１図に示すような光学式
回転検出装置が提案されている。第１図に示す回
転検出装置の構成を第２図に示す回路図を用いて
簡単に説明する。回転軸１に取り付けられたロー
タリーエンコーダ２はｎ個のスリツト２ａを有す
る。またロータリーエンコーダ２のスリツト２ａ
を検出するフオトインターラプタ３及び４が固定
して取り付けてあり、ロータリーエンコーダ２が
回転する事によりフオトインターラプタ３及び４
からは90゜位相の異なる２信号が出力されるよう
にフオトインターラプタ３及び４は位置調整され
ている。フオトインターラプタ３から出力された
信号は、パルス波変換回路５によつてパルス波形
に変換された後、Ｄ−フリツプフロツプ（以下Ｄ
−FFと略す）６のＤ入力の入力信号となる。ま
たフオトインターラプタ４から出力された信号
は、パルス波変換回路７によつてパルス波形に変
換された後、Ｄ−FF６のClock入力（以下Ｃ入
力と略す）の入力信号及び回転速度検出信号８と
なる。Ｄ−FF６のＤ入力とＣ入力のパルス波は
位相が90゜異なつており、Ｄ−FF６のＱ出力を回
転方向検出信号９として用いる。

第３図に、ロータリーエンコーダ２の回転方向
の違いによる回転方向検出信号９の電圧の変化の
様子を示す。まず時計方向（以下CWと略す）に
ロータリーエンコーダ２が回転している場合をａ
に示す。Ｄ−FF６はＣ入力のパルス波の立下り
でＤ入力電圧を読み込み、その電圧をＱ出力に出
力する。Ｃ入力はＤ入力よりも90゜位相の遅れた
パルス波が入力されるので、Ｃ入力のパルス波の
立下りではＤ入力電圧はローレベルとなり、Ｑ出
力はローレベルとなる。また反時計方向（以下
CCWと略す）にロータリーエンコーダ２が回転
している場合をｂに示す。この場合ａとは逆に、
Ｃ入力はＤ入力よりも90゜位相の進んだパルス波
が入力されるので、Ｃ入力のパルス波の立下りで
はＤ入力電圧はハイレベルとなり、Ｑ出力はハイ
レベルとなる。よつて回転方向検出信号９の電圧
によつて、ロータリーエンコーダ２の回転方向を
検出する事が可能となる。

しかし本方式によつて回転方向を検出するため
には、Ｄ−FF６のＤ入力信号及びＣ入力信号を
90゜位相の異なる信号とする必要があるため、２
つのフオトインターラプタ３及び４の位置調整精
度が問題となり、ロータリーエンコーダ２のスリ
ツト２ａの数が多くなるにつれ、あるいはロータ
リーエンコーダ２の回転速度が増すにつれ、２つ
のフオトインターラプタ３及び４の位置調整は非
常に困難となる。

発明の目的 本発明は斯かる欠点を解消し、位置調整の必要
なしに90゜位相の異なる２信号を出力する高精度
の光学式回転検出装置の提供を目的としている。

発明の構成 上記目的を達成するために本発明は、ｎ個のス
リツトを有するロータリーエンコーダを回転軸に
取り付け、該ロータリーエンコーダの一方の面に
対向する位置に光源を配置すると共に、前記ロー
タリーエンコーダの他方の面に対向する位置に平
面光電変換素子を配し、前記光源は前記ロータリ
ーエンコーダの円周上の複数個の異なる位置に配
され、前記平面光電変換素子を、その幅が前記ロ
ータリーエンコーダのスリツトピツチの略1/4で
ある第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子
が同一基板上の前記光源に対向する位置に配され
る事によつて構成され、複数個の前記第１の光電
変換素子の任意の２つの素子の中心間は前記ロー
タリーエンコーダのスリツトピツチの整数倍であ
り、同様に複数個の光電変換素子の任意の２つの
素子の中心間は前記ロータリーエンコーダのスリ
ツトピツチの整数倍であり、前記第１の光電変換
素子と第２の光電変換素子は隣接して構成され、
前記ロータリーエンコーダが回転する事により、
前記第１の光電変換素子と第２の光電変換素子か
らはそれぞれ90゜位相の異なる信号を出力するよ
うに構成したものである。

さらに本発明は、前記光源を少なくとも１個の
点光源で構成し、平面光電変換素子を、その幅が
前記ロータリーエンコーダのスリツトピツチの略
１／４である第１の光電変換素子、第２の光電変換
素子、第３の光電変換素子及び第４の光電変換素
子に構成することによつても所期の目的を達成で
きるものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第４図において、１０は点光源、１１は回転
軸、１２はスリツト１２ａをｎ個有するロータリ
ーエンコーダで、回転軸１１に取り付けられてい
る。１３は第１の光電変換素子１３ａ及び第２の
光電変換素子１３ｂから構成される平面光電変換
素子で、一般にセレン太陽電池（以下Se太陽電
池と称す）又はアモルフアスシリコン太陽電池
（以下ａ−Si太陽電池と称す）から構成されてお
り、点光源１０及び平面光電光電変換素子１３
は、点光源１０と第１の光電変換素子１３ａ及び
第２の光電変換素子１３ｂが対向する位置に、固
定されている。第５図は平面光電変換素子１３の
平面図を示す。第１の光電変換素子１３ａ及び第
２の光電変換素子１３ｂの幅はロータリーエンコ
ーダ１２のスリツトピツチの略1/4である。

第１の光電変換素子１３ａ及び第２の光電変換
素子１３ｂの等価回路が第６図に示した回路にな
るように平面光電変換素子１３を構成した場合、
第７図に示した回路によつて回転方向検出信号１
４及び回転速度検出信号１５を得る事ができる。
第７図を説明すると、１６，１７はオペアンプ１
８，１９を用いて構成した電流電圧変換回路で、
この電流電圧変換回路１６及び１７の出力信号は
それぞれパルス波変換回路２０及び２１によつて
パルス波に変換されたのち、Ｄ−FF２２のＤ入
力及びＣ入力に入力される。第４図に示すよう
に、点光源１０から出た光１０ａはロータリーエ
ンコーダ１２のスリツト１２ａを通じて平面光電
変換素子１３に投射されるが、ロータリーエンコ
ーダ１２は回転軸１１と共に回転する為、平面光
電変換素子１３に投射される光１０ａは、ロータ
リーエンコーダ１２の回転方向によつて第８図ａ
〜ｄ及び第１０図ａ〜ｄのように変化する。第８
図及び第１０図における矢印２３はロータリーエ
ンコーダ１２の回転方向を示す。第８図ａ〜ｄの
ように平面光電変換素子１３に投射される光１０
ａが変化する場合、第７図の回路図中のＤ−FF
２２のＤ入力、Ｃ入力、Ｑ出力の波形は第９図に
示したようになり、Ｑ出力電圧はローレベルとな
る。また第１０図の矢印２３で示したように、第
８図の場合とは逆にロータリーエンコーダ１２が
回転し、第１０図ａ〜ｄのように平面光電変換素
子１３に投射される光１０ａが変化する場合、第
７図に示した回路図中のＤ−FF２２のＤ入力、
Ｃ入力、Ｑ出力の波形は第１１図に示したように
なり、Ｑ出力電圧はハイレベルとなる。よつて回
転方向検出信号１４の電圧によつて、ロータリー
エンコーダ１２の回転方向を検出する事が可能と
なる。

本発明に基づいて構成される別の実施例を第１
２図に示す。第１２図において、２４，２５，２
６は点光源、２７は回転軸、２８はスリツト２８
ａをｎ個有するロータリーエンコーダで、回転軸
２７に取り付けられている。２９は第１の光電変
換素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び第２の光電変
換素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃから構成される平
面光電変換素子である。点光源２４は第１の光電
変換素子３０ａ及び第２の光電変換素子３１ａに
対向した位置に固定されている。同様に点光源２
５は第１の光電変換素子３０ｂ及び第２の光電変
換素子３１ｂに対向した位置に固定され、また点
光源２６は第１の光電変換素子３０ｃ及び第２の
光電変換素子３１ｃに対向した位置に固定されて
いる。第１の光電変換素子３０ａ，３０ｂ，３０
ｃはそれぞれ幅がロータリーエンコーダ２８のス
リツトピツチの略1/4で、間隔がロータリーエン
コーダ２８のスリツトピツチの整数倍であり、同
様に第２の光電変換素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
はそれぞれ幅がロータリーエンコーダ２８のスリ
ツトピツチの略1/4で、間隔がロータリーエンコ
ーダ２８のスリツトピツチの整数倍である。第１
３図に平面光電変換素子２９の平面図を示す。

平面光電変換素子２９の等価回路が第１４図に
示す回路になるように平面光電変換素子２９を構
成した場合、第１５図に示した回路によつて回転
方向検出信号３２及び回転速度検出信号３３を得
る事ができる。第１５図を説明すると、第１の光
電変換素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃからは同相の
信号が出力され、該出力信号はオペアンプ３４を
用いて構成した電流電圧変換回路３５に入力さ
れ、交流電圧信号に変換された後、パルス変換回
路３６によつてパルス波に変換され、Ｄ−FF３
７のＤ入力に入力される。同様に、第２の光電変
換素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃからは同相の信号
が出力され、該出力信号はオペアンプ３８を用い
て構成した電流電圧変換回路３９に入力され、交
流電圧信号に変換された後パルス変換回路４０に
よつてパルス波に変換され、Ｄ−FF３７のＣ入
力に入力されるとともに回転速度検出信号３３と
なる。第１２図に示すように、点光源２４，２
５，２６から出た光２４ａ，２５ａ，２６ａはそ
れぞれロータリーエンコーダ２８のスリツト２８
ａを通して対向する第１及び第２の光電変換素子
３０ａ，３１ａ，３０ｂ，３１ｂ，３０ｃ，３１
ｃに投射されるが、ロータリーエンコーダ２８は
回転軸２７と共に回転する為、平面光電変換素子
２９に投射される光２４ａ，２５ａ，２６ａはロ
ータリーエンコーダ２８の回転方向によつて第１
６図ａ−ｄ及び第１８図ａ−ｄのように変化す
る。第１６図及び第１８図における矢印４１はロ
ータリーエンコーダ２８の回転方向を示す。第１
６図の矢印４１で示す方向にロータリーエンコー
ダ２８が回転する場合、第１５図の回路図中のＤ
−FF３７のＤ入力、Ｃ入力、Ｑ出力の波形は第
１７図に示したようになり、Ｑ出力電圧はローレ
ベルとなる。また第１８図の矢印４１で示す方向
にロータリーエンコーダ２８が回転する場合、第
１５図の回路図中のＤ−FF３７のＤ入力、Ｃ入
力、Ｑ出力の波形は第１９図に示したようにな
り、Ｑ出力電圧はハイレベルとなる。よつて回転
方向検出信号３２の電圧によつてロータリーエン
コーダ２８の回転方向を検出する事が可能とな
る。

この第２の実施例は第１の実施例で説明した一
点検出型の回転検出装置と比べて、光電変換素子
からより高出力の信号が得られる事と同時に、全
周積分型に近い形の検出を行なうために、ロータ
リーエンコーダを回転軸に取り付ける際の偏心、
傾きの精度が、第１の実施例の場合よりも許容で
きると同時に、高精度な回転速度検出を行う事が
可能である。

本発明のさらに別の実施例を第２０図に示す。
第２０図において、４２は点光源、４３は回転
軸、４４はスリツト４４ａをｎ個有するロータリ
ーエンコーダで、回転軸４３に取り付けられてい
る。４５は平面光電変換素子で、第１、第２、第
３及び第４の光電変換素子４６ａ，４６ｂ，４７
ａ，４７ｂで構成されている。点光源４２は該第
１〜第４の光電変換素子４６ａ，４６ｂ，４７
ａ，４７ｂに対向した位置に固定されている。第
１、第２、第３及び第４の光電変換素子４６ａ，
４６ｂ，４７ａ，４７ｂはそれぞれ幅がロータリ
ーエンコーダ４４のスリツトピツチの略1/4で、
第１の光電変換素子４６ａ、第３の光電変換素子
４７ａ第２の光電変換素子４６ｂ、第４の光電変
換素子４７ｂの順に、ロータリーエンコーダ４４
の１スリツトピツチ内に配置されている。第２１
図に平面光電変換素子４５の平面図を示す。

平面光電変換素子４５の等価回路が第２２図に
示す回路になるように平面光電変換素子４５を構
成した場合、第２３図に示した回路によつて回転
方向検出信号４８及び回転速度検出信号４９を得
る事ができる。第２３図を説明すると、５０，５
１，５２，５３はそれぞれオペアンプ５４，５
５，５６，５７を用いた電流電圧変換回路で、ロ
ータリーエンコーダ４４が回転する事によつて電
流電圧変換回路５０と５１からは互いに逆相な交
流信号Va，Vbが出力され、該２信号はオペアン
プ５８を用いた差動増幅回路５９に入力され、差
動増幅回路５９の出力VeにはRf／Rs（Vb−Va）な る交流電圧が得られる。同様に電流電圧変換回路
５２と５３からは互いに逆相の交流信号Vc，Vd
が出力され、該２信号はオペアンプ６０を用いた
差動増幅回路６１に入力され、差動増幅回路６１
の出力VfにはRf／Rs（Vd−Vc）なる交流電圧が得 られる。差動増幅回路５９の出力Veはパルス波
変換回路６２によつてパルス波に変換され、Ｄ−
FF６３のＤ入力に入力される。同様に差動増幅
回路６１の出力Vfはパルス波変換回路６４によ
つてパルス波に変換され、Ｄ−FF６３のＣ入力
に入力されるとともに、回転速度検出信号４９と
なる。第２０図に示すように、点光源４２から出
た光４２ａはロータリーエンコーダ４４のスリツ
ト４４ａを通して対向する第１から第４の光電変
換素子４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂに投射さ
れるが、ロータリーエンコーダ４４は回転軸４３
と共に回転する為平面光電変換素子４５に投射さ
れる光４２ａはロータリーエンコーダ４４の回転
方向によつて第２４図ａ〜ｄ及び第２６図ａ〜ｄ
のように変化する。第２４図及び第２６図におけ
る矢印６５はロータリーエンコーダ４４の回転方
向を示す。第２４図の矢印６５で示す方向にロー
タリーエンコーダ４４が回転する場合、第２３図
中のVa，Vb，Vc，Vd，Ve，Vf及びＤ−FF６
３のＤ入力、Ｃ入力、Ｑ出力は第２５図に示すよ
うな波形となり、Ｑ出力はローレベルとなる。ま
た第２６図の矢印６５で示す方向にロータリーエ
ンコーダ４４が回転する場合、第２３図中のVa，
Vb，Vc，Vd，Ve，Vf及びＤ−FF６３のＤ入
力、Ｃ入力、Ｑ出力は第２７図に示すような波形
となり、Ｑ出力はハイレベルとなる。よつて回転
方向検出信号４８の電圧によつてロータリーエン
コーダ４４の回転方向を検出する事が可能とな
る。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、ロータリーエ
ンコーダの回転方向及び回転速度を検出する光学
式回転検出装置が実現できる。また出力信号の位
相差は平面光電変換素子を構成する光電変換素子
の配置によつてあらかじめ決められているので、
従来のようにフオトインターラプタを２個使つて
出力信号の位相差を調整するといつた必要が全く
ないという効果がある。さらに、検出素子が円周
上の複数の位置に形成され、複数の検出素子から
の検出信号が積分され、回転板の取り付け不良あ
るいはスリツトの幅むらなどの機械的精度不良が
積分されるため、回転速度検出信号の検出精度が
加工や組み立ての影響を受けにくいという効果が
ある。また第２０図に示した構成で、第２３図に
示した回路を用いた場合、パルス波変換回路に入
力される交流信号は高Ｓ／Ｎ、高出力の信号を得
る事ができ、高精度の回転方向検出信号及び回転
速度検出信号を得る事が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の光学式回転検出装置の概略構
成図、第２図は第１図に示した光学式回転検出装
置を用いて回転方向及び回転速度検出信号を作成
する回路の一例を示すブロツク図、第３図は第２
図の回路を説明するための図、第４図は本発明の
一実施例に基いて構成される光学式回転検出装置
の概略構成図、第５図は第４図に示した光学式回
転検出装置を構成する平面光電変換素子の平面
図、第６図〜第１１図は第４図に示した光学式回
転検出装置の動作を説明するための図、第１２図
は本発明の別の実施例に基いて構成される光学式
回転検出装置の概略構成図、第１３図は第１２図
に示した光学式回転検出装置を構成する平面光電
変換素子の平面図、第１４図〜第１９図は第１２
図に示した光学式回転検出装置の動作を説明する
ための図、第２０図は本発明の更に別の実施例に
基いて構成される光学式回転検出装置の概略構成
図、第２１図は第２０図に示した光学式回転検出
装置を構成する平面光電変換素子の平面図、第２
２図〜第２７図は第２０図に示した光学式回転検
出装置の動作を説明するための図である。 １１，２７，４３…回転軸、１２，２８，４４
…ロータリーエンコーダ、１２ａ，２８ａ，４４
ａ…スリツト、１０，２４，２５，２６，４２…
点光源、１３，２９，４５…平面光電変換素子、
１３ａ，１３ｂ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，
４７ｂ…光電変換素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｎ個のスリツトを有するロータリーエンコー
   ダを回転軸に取り付け、該ロータリーエンコーダ
   の一方の面に対向する位置に光源を配すると共
   に、前記ロータリーエンコーダの他方の面に対向
   する位置に平面光電変換素子を配し、前記光源は
   前記ロータリーエンコーダの円周上の複数個の異
   なる位置に配され、前記平面光電変換素子を、そ
   の幅が前記ロータリーエンコーダのスリツトピツ
   チの略1/4である第１の光電変換素子及び第２の
   光電変換素子が同一基板上の前記光源に対向する
   位置に配される事によつて構成され、複数個の前
   記第１の光電変換素子の任意の２つの素子の中心
   間は前記ロータリーエンコーダのスリツトピツチ
   の整数倍であり、同様に複数個の光電変換素子の
   任意の２つの素子の中心間は前記ロータリーエン
   コーダのスリツトピツチの整数倍であり、前記第
   １の光電変換素子と第２の光電変換素子は隣接し
   て構成され、前記ロータリーエンコーダが回転す
   る事により、前記第１の光電変換素子と第２の光
   電変換素子からはそれぞれ90゜位相の異なる信号
   を出力する事を特徴とする光学式回転検出装置。 ２ ｎ個のスリツトを有するロータリーエンコー
   ダを回転軸に取り付け、該ロータリーエンコーダ
   の一方の面に対向する位置に光源を配すると共
   に、前記ロータリーエンコーダの他方の面に対向
   する位置に平面光電変換素子を配し、前記光源を
   少なくとも１個の点光源で構成し、前記平面光電
   変換素子を、その幅が前記ロータリーエンコーダ
   のスリツトピツチの略1/4である第１の光電変換
   素子、第２の光電変換素子、第３の光電変換素子
   及び第４の光電変換素子が円周方向に順に同一基
   板上の前記点光源に対向する位置に隣接して配さ
   れる事によつて構成し、前記第１の光電変換素
   子、第２の光電変換素子、第３の光電変換素子及
   び第４の光電変換素子がそれぞれ複数個ある場
   合、任意の２つの第１の光電変換素子の中心間、
   任意の２つの第２の光電変換素子の中心間、任意
   の２つの第３の光電変換素子の中心間及び任意の
   ２つの第４の光電変換素子の中心間は、前記ロー
   タリーエンコーダのスリツトピツチの整数倍であ
   るように構成されており、前記ロータリーエンコ
   ーダが回転方向することにより、前記第１の光電
   変換素子、第２の光電変換素子、第３の光電変換
   素子及び第４の光電変換素子からはそれぞれ90゜
   位相の異なる信号を出力される事を特徴とする光
   学式回転検出装置。 ３ 第１の光電変換素子から出力される第１の回
   転検出信号と第３の光電変換素子から出力される
   第３の回転検出信号を入力とする第１の差動増幅
   手段と、第２の光電変換素子から出力される第２
   の回転検出信号と第４の光電変換素子から出力さ
   れる第４の回転検出信号を入力とする第２の差動
   増幅手段を有して成る特許請求の範囲第２項記載
   の光学式回転検出装置。 ４ 平面光電変換素子は、アモルフアスシリコン
   太陽電池で構成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項および第２項記載の光学式回転検出
   装置。