JPH07159199A - 高精度回転型速度センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】個々にスリットピッチ角度の精度を確保しなく
ても、速度検出精度を向上させることができる高精度回
転型速度センサーを提供する。 【構成】回転ローラー２１に中心回転軸２２を介してス
リット板２３が同軸状に取り付けられ、スリット板２３
に周方向に所定間隔を隔てて複数のスリット２４が形成
されている。コ字形の光センサーブロック２５に、それ
ぞれ発光部２６ａ，２７ａと受光部２６ｂ，２７ｂの組
からなる前段光センサー２６と後段光センサー２７との
２組の光センサーが、スリット板２３の回転軌跡方向に
隔てて配置され取り付けられている。２組の光センサー
２６，２７によるスリット２４の検出時間間隔を計測し
て回転ローラー２１の回転周速度ｖを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばロータリエンコ
ーダなどの高精度に速度や回転数を検出する回転型速度
センサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０の（ａ）は従来の回転型速度セン
サーの側面図を示し、（ｂ）はその正面図を示す。図１
１は検出回路部の構成を示すブロック図である。

【０００３】図１０において、１は速度を検出されるべ
き物体（図示せず）に接触して回転される回転ローラ
ー、２は回転ローラー１から同軸状に突出された中心回
転軸、３は中心回転軸２の先端に同軸状に固定されたス
リット板、４はスリット板３に放射状に複数形成された
扇形のスリット、５はフォトインタラプタ型の光センサ
ーブロック、６と７は光センサーブロック５において同
一光軸上にあるように対向配置された光センサー発光部
と光センサー受光部である。

【０００４】図１１において、８は光センサー受光部７
に接続されたカウンタ、９は光センサー受光部７とカウ
ンタ８に接続された時間計測回路、１０は時間計測回路
９に接続された速度演算回路である。

【０００５】図１２は光センサー受光部７が出力するパ
ルスの波形図である。光センサー発光部６から出射され
た光は、スリット板３の回転に伴ってスリット板３によ
って遮られたり、スリット４を通過したりする。これに
より、光センサー受光部７にはパルス状に光が入射し、
パルス状の電気信号を出力する。そのパルスはカウンタ
８と時間計測回路９とに入力される。カウンタ８はｎ進
カウンタに構成され、パルスをｎ個入力するたびに自己
リセットがかかるようになっている。リセットの次のパ
ルスでセットされカウントを開始するようになってい
る。カウンタ８および時間計測回路９は、１つのパルス
によってセットされると、カウンタ８からのリセット信
号が入力されるまでは、再セットされることなく、カウ
ント動作，時間計測動作を継続するようになっている。

【０００６】スリット４のピッチ角度をθｓとする。カ
ウンタ８がｎをカウントする間にスリット板３が回転す
る角度は、θｓ×ｎである。その間の時間をｔ、スリッ
ト板３ひいては回転ローラー１の回転角速度をωとする
と、 ω＝（θｓ×ｎ）／ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） である。回転ローラー１の半径をｒ、その回転周速度を
ｖとすると、 ｖ＝ｒ×ω＝（ｒ×θｓ×ｎ）／ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） である。この回転周速度ｖは、回転ローラー１に接触し
ている物体の移動速度に等しい。すなわち、カウンタ８
がｎをカウントする間に時間計測回路９によって時間ｔ
を計測することにより、回転ローラー１の回転周速度ｖ
ひいては移動物体の速度を求めることができるのであ
る。

【０００７】回転周速度ｖの検出精度については、ｎの
値が小さいほど、スリット４のピッチ角度θｓの大きさ
が強く影響し、高い精度を得るためには、ピッチ角度θ
ｓを小さくする必要がある。これは、スリット板３に形
成するスリット４の数を多くすることに相当する。この
場合に、スリット４の形成をより厳密に行う必要があ
る。また、ｎの値を大きくするほど、回転周速度ｖの検
出精度が高くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の回転型速度センサーにおいては、スリット板３におけ
る複数のスリット４の加工精度や偏心の状態がスリット
ピッチ角度θｓに直接に影響を及ぼし、回転速度の検出
精度を低下させる原因となる。検出精度を高くするため
には、複数あるスリット４のそれぞれについてスリット
ピッチ角度θｓの精度を上げなければならず、これはか
なりむずかしいことである。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、個々にスリットピッチ角度の精度を
確保しなくても、速度検出精度を向上させることができ
る高精度回転型速度センサーを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高精度回転
型速度センサーは、複数のスリットが周方向所定間隔で
形成されて回転するスリット板と、発光部と受光部とか
らなり両者間に前記スリット板の回転軌跡がある光セン
サーとを備えた回転型速度センサーであって、前記発光
部と受光部からなる光センサーを前記スリット板回転軌
跡方向に隔てて２組用い、これら２組の光センサーによ
るスリット検出時間間隔を計測することにより速度検出
を行うように構成したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】スリットが前段光センサーを通過する時刻をＴ
_ab、後段光センサーを通過する時刻をＴ_aeとし、２つの
光センサーの間の中心角をθｃとすると、回転角速度ω
は、 ω＝θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３） となり、回転周速度ｖは、 ｖ＝ｒ×ω＝ｒ×θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） となる。

【００１２】この場合、θｃは、前段光センサーと後段
光センサーとの間の中心角つまりは両光センサーの距離
だけで決まり、スリット板におけるスリット形成でのス
リットピッチ角度の精度は問われない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る高精度回転型速度センサ
ーの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】〔第１実施例〕図１の（ａ）は第１実施例
の高精度回転型速度センサーの側面図を示し、（ｂ）は
その正面図を示す。図２は光センサーブロックを横寝か
せして示した斜視図である。図３は検出回路部の構成を
示すブロック図である。

【００１５】図１において、２１は速度を検出されるべ
き物体（図示せず）に接触して回転される回転ローラ
ー、２２は回転ローラー２１から同軸状に突出された中
心回転軸、２３は中心回転軸２２の先端に同軸状に固定
されたスリット板、２４はスリット板２３において周方
向に所定間隔を隔てる状態で放射状に複数形成された扇
形のスリット、２５はフォトインタラプタ型のコ字形を
した光センサーブロック、２６は光センサーブロック２
５に取り付けられた前段光センサー、２７は同じく光セ
ンサーブロック２５に取り付けられた後段光センサーで
ある。前段光センサー２６と後段光センサー２７とは、
スリット板２３の回転軌跡Ａの方向に所定の中心角θｃ
を隔てて配置されている。

【００１６】図２に示すように、前段光センサー２６
は、同一光軸上にあるように対向配置された発光部２６
ａと受光部２６ｂとからなり、後段光センサー２７も、
同様に、同一光軸上にあるように対向配置された発光部
２７ａと受光部２７ｂとからなっている。前段光センサ
ー２６の受光部２６ｂと発光部２６ａ、および、後段光
センサー２７の受光部２７ｂと発光部２７ａは、それぞ
れ両者を結ぶ光軸がスリット板２３のスリット２４群が
通過する回転軌跡Ａに臨んでいる。発光部２６ａ，２７
ａから出射された光は、スリット板２３の回転に伴って
スリット板２３によって遮られたり、スリット２４を通
過したりし、これによって各受光部２６ｂ，２７ｂには
パルス状に光が入射し、パルス状の電気信号を出力する
ようになっている。

【００１７】前段光センサー２６の受光部２６ｂと発光
部２６ａと後段光センサー２７の受光部２７ｂと発光部
２７ａとのすべてを一体型の光センサーブロック２５に
取り付けるようにしてあるので、その取り付け作業が容
易であるとともに、取り付けの精度が高く、前段光セン
サー２６と後段光センサー２７との回転軌跡Ａに沿った
距離の高精度な管理が容易となっている。

【００１８】検出回路部の構成を示す図３において、２
９は両受光部２６ｂ，２７ｂに接続された時間計測回
路、３０は時間計測回路２９に接続された速度演算回路
である。前段光センサー２６の受光部２６ｂは時間計測
回路２９に対してセット信号を出力し、後段光センサー
２７の受光部２７ｂは時間計測回路２９に対してリセッ
ト信号を出力するようになっている。時間計測回路２９
は、セットされてからリセットされるまではセット入力
を受け付けないようになっており、セットからリセット
までの時間を測定し、出力するようになっている。ま
た、時間計測中は計時出力を出力し続けるようになって
いる。

【００１９】速度演算回路３０は、前出の式（３），
（４）、すなわち、 ω＝θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３） ｖ＝ｒ×ω＝ｒ×θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） に基づいて、回転ローラー２１の回転周速度ｖを演算す
るものである。ここで、θｃは前段光センサー２６と後
段光センサー２７との間の中心角、Ｔ_abはスリット２４
が前段光センサー２６を通過する時刻、Ｔ_aeはスリット
２４が後段光センサー２７を通過する時刻、ｒは回転ロ
ーラー２１の半径、ωは回転ローラー２１およびスリッ
ト板２３の回転角速度である。

【００２０】前段光センサー２６と後段光センサー２７
との間の中心角θｃは、両光センサー２６，２７の回転
軌跡Ａ方向における距離だけで決まり、スリット板２３
におけるスリット２４の形成の際のスリットピッチ角度
（θｓ）の精度は問われない。

【００２１】次に、動作を説明する。

【００２２】図４は説明の都合上、複数のスリット２４
の各々にスリット記号を付したものである。図５は動作
説明に供する波形図である。前段光センサー２６の受光
部２６ｂが出力する信号がＳ₁ 、後段光センサー２７の
受光部２７ｂが出力する信号がＳ₂ 、時間計測回路２９
が速度演算回路３０に出力する信号がＳ₃ である。

【００２３】スリット２４（Ａ０）が前段光センサー２
６を通過する時刻がＴ_abであり、このとき受光部２６ｂ
から出力される信号Ｓ₁ によって時間計測回路２９がセ
ットされる。同じスリット２４（Ａ０）が後段光センサ
ー２７を通過する時刻がＴ_aeであり、このとき受光部２
７ｂから出力される信号Ｓ₂ によって時間計測回路２９
がリセットされる。時間計測回路２９は、セットからリ
セットまでの時間である（Ｔ_ae−Ｔ_ab）を算出し、それ
を信号Ｓ₃ のかたちで速度演算回路３０に送る。速度演
算回路３０は、式（４）に基づいて、速度ｖの演算を行
う。このときのθｃは、回路上設定されており、θｃの
精度がそのまま測定精度となる。

【００２４】図６は高精度回転型速度センサーが適用さ
れる機器の一例としてオーディオ記録再生装置の要部を
示したものである。図６の（ａ）は平面図、（ｂ）は側
面図である。

【００２５】図６において、３１はカセット本体（コン
パクトカセット）、３２は供給リール台、３３は巻取り
リール台、３４は記録再生を行うカセットテープ、３５
はメインシャーシ３６に取り付けられたテープ走行用モ
ーター、３７はカセットテープ３４に対してオーディオ
信号を記録再生する磁気ヘッドである。メインシャーシ
３６に軸受３８を介して高精度回転型速度センサーの中
心回転軸２２が軸支され、その中心回転軸２２の軸端に
取り付けられた回転ローラー２１がカセットテープ３４
に当接されるようになっている。また、中心回転軸２２
の反対側にスリット２４が取り付けられ、メインシャー
シ３６に光センサーブロック２５が取り付けられてい
る。検出回路部を含む制御回路３９がモーター３５を制
御し、カセットテープ３４の走行速度を一定になるよう
に制御している。

【００２６】〔第２実施例〕上記第１実施例において
は、速度を高精度に測定する前提として、２つの光セン
サー２６，２７の中心角θｃを高精度にする必要があっ
た。この中心角θｃに少しの誤差があっても補正できる
ようにするのが第２実施例である。

【００２７】回路上で、式（４） ｖ＝ｒ×ω＝ｒ×θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） に従って速度を演算するとき、回路上で係数ｋを任意に
設定できるようにしておく。そして、 θｃ＝ｋ×θｃ′ ………………………………………………………（５） とおき、回転周速度ｖを、 ｖ＝ｒ×ω＝ｒ×ｋ×θｃ′／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥（６） のように定義する。

【００２８】この場合に、任意の既知の速度ｖまたは角
速度ωで回転ローラー２１を回転させ、時刻Ｔ_ab，Ｔ_ae
を測定することにより、半径ｒと中心角θｃ′とは分か
っているので、係数ｋの値を求めることができる。

【００２９】このようにして求めた係数ｋの値を速度演
算回路３０に設定することにより、中心角θｃ′の寸法
精度が悪くても、係数ｋを掛けることにより補正して、
高精度に回転周速度ｖを算出することができるようにな
る。

【００３０】上記のように、第２実施例によれば、両光
センサー間の距離の精度をシビアに管理しなくても、高
精度な速度検出が可能になる。したがって、部品精度や
組立精度によらずに、高精度の速度検出が低コストで実
現できる。

【００３１】この手法を、カセットテープ３４の速度調
整の応用例で説明する。前もってコンパクトカセットの
規格テープ速度４．７６ｃｍ／ｓｅｃで、周波数３ｋＨ
ｚの信号が記録された試験用のカセットテープ３４を磁
気ヘッド３７によって再生する。このとき、再生信号の
周波数が３ｋＨｚとなるように巻取りリール台３３を回
転させてカセットテープ３４を巻き取れば、テープ走行
速度は４．７６ｃｍ／ｓｅｃとなっているはずである。
そこで、速度演算回路３０の係数ｋを調整して、モータ
ー３５を制御して、高精度回転型速度センサーで検出し
たカセットテープ３４の走行速度が４．７６ｃｍ／ｓｅ
ｃになるようにすればよい。これにより、テープ走行速
度を所定値に高精度に合わせることができる。

【００３２】〔第３実施例〕上記した第１実施例の場合
において、スリット２４のピッチ角度θｓが、両光セン
サー２６，２７の間隔によって制限を受け、ある程度以
上に狭くすることができない。そうであれば、時間測定
が間欠的なものとなって（図５参照）検出精度の向上に
も限界が生じる。この不都合を解消しようとするのが第
３実施例である。

【００３３】図７は第３実施例に係る高精度回転型速度
センサーの検出回路部の構成を示すブロック図である。
図７において、４１は前段光センサー２６および後段光
センサー２７の両受光部２６ｂ，２７ｂに接続された第
１のカウンタ、４２はＡＮＤゲート４５を介して前段光
センサー２６の受光部２６ｂに接続されるとともに後段
光センサー２７の受光部２７ｂに接続された第２のカウ
ンタ、４３は受光部２６ｂおよび第１のカウンタ４１に
接続された第１の時間計測回路、４４はＡＮＤゲート４
５の出力および第２のカウンタ４２に接続された第２の
時間計測回路、４５はその２入力が前段光センサー２６
の受光部２６ｂと第１の時間計測回路４３とに接続され
たＡＮＤゲート、４６は第１の時間計測回路４３および
第２の時間計測回路４４に接続された速度演算回路であ
る。

【００３４】前段光センサー２６の受光部２６ｂは、第
１のカウンタ４１および第１の時間計測回路４３に対し
てセット信号を直接に出力し、第２のカウンタ４２およ
び第２の時間計測回路４４に対してはセット信号をＡＮ
Ｄゲート４５を介して出力するようになっている。第１
および第２のカウンタ４１，４２ならびに第１および第
２の時間計測回路４３，４４は、一旦セットされるとリ
セットされるまではセット入力を受け付けないようにな
っている。各時間計測回路４３，４４は、セットからリ
セットまでの時間を測定して出力するとともに、時間計
測中は計時出力を出力し続けるようになっている。

【００３５】速度演算回路４６は、前出の式（４）また
は式（６）、すなわち、 ｖ＝ｒ×θｃ／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） ｖ＝ｒ×ｋ×θｃ′／（Ｔ_ae−Ｔ_ab） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６） に基づいて、回転ローラー２１の回転周速度ｖを演算す
るものである。

【００３６】次に、動作を説明する。

【００３７】図８は説明の都合上、複数のスリット２４
の各々にスリット記号を付したものである。図４（第１
実施例）の場合よりも、スリットピッチ角度θｓが狭く
なっている。図９は動作説明に供する波形図である。前
段光センサー２６の受光部２６ｂが出力する信号が
Ｓ₁₁、後段光センサー２７の受光部２７ｂが出力する信
号がＳ₁₂、第２のカウンタ４２が出力する信号がＳ₁₃、
第１のカウンタ４１が出力する信号がＳ₁₄（順序が逆に
なっている点に注意）、第１の時間計測回路４３が出力
する信号がＳ₁₅、第２の時間計測回路４４が出力する信
号がＳ₁₆である。

【００３８】スリット２４（Ａ２）が前段光センサー２
６を通過する時刻がＴ_abであり、このとき受光部２６ｂ
から出力される信号Ｓ₁₁によって第１のカウンタ４１お
よび第１の時間計測回路４３がセットされ、時間計測状
態に入る。第１のカウンタ４１および第１の時間計測回
路４３は、一旦セットされるとリセットされるまで次の
セットを受け付けない。このとき、まだ、第１の時間計
測回路４３からＡＮＤゲート４５につながるラインが
“Ｈ”レベルとはなっていないため、第２のカウンタ４
２および第２の時間計測回路４４はセットされない。

【００３９】第１のカウンタ４１は、後段光センサー２
７の受光部２７ｂから出力される信号Ｓ₁₂を（Ｂ３），
（Ａ２）と２つカウントした時点で、信号Ｓ₁₄を立ち上
げる。この時刻がＴ_aeである。これにより、第１のカウ
ンタ４１および第１の時間計測回路４３はリセットされ
る。第１の時間計測回路４３は、セットからリセットま
での時間である（Ｔ_ae−Ｔ_ab）を算出し、それを信号Ｓ
₁₅のかたちで速度演算回路４６に送る。速度演算回路４
６は、式（４）または式（６）に基づいて、速度ｖの演
算を行う。

【００４０】次に、スリット２４（Ｂ２）が前段光セン
サー２６を通過する時刻がＴ_bbであり、このとき、第１
の時間計測回路４３からＡＮＤゲート４５につながるラ
インがすでに“Ｈ”レベルとなっているので、受光部２
６ｂから出力される信号Ｓ₁₁によって第２のカウンタ４
２および第２の時間計測回路４４がセットされ、時間計
測状態に入る。第１のカウンタ４１および第１の時間計
測回路４３はすでにセットされているので、そのときの
セットを受け付けない。

【００４１】第２のカウンタ４２は、後段光センサー２
７の受光部２７ｂから出力される信号Ｓ₁₂を（Ａ２），
（Ｂ２）と２つカウントした時点で、信号Ｓ₁₃を立ち上
げる。この時刻がＴ_beである。これにより、第２のカウ
ンタ４２および第２の時間計測回路４４はリセットされ
る。第２の時間計測回路４４は、セットからリセットま
での時間である（Ｔ_be−Ｔ_bb）を算出し、それを信号Ｓ
₁₆のかたちで速度演算回路４６に送る。速度演算回路４
６は、式（４）または式（６）に基づいて、速度ｖの演
算を行う。

【００４２】以上のように、カウンタも時間計測回路も
第１および第２のカウンタ４１，４２、第１および第２
の時間計測回路４３，４４と２つずつ設けることによ
り、前段光センサー２６と後段光センサー２７との間に
スリット２４が１つ入ってもそれをカウントし時間計測
することができる。すなわち、時分割してセンサー出力
を取り込み、速度演算するようにしている。

【００４３】したがって、スリットピッチ角度θｓを同
じとすると、両光センサー２６，２７間の間隔を大きく
とることができて光センサーとして大きなものの採用を
許容し、スペース的にも余裕ができるので製作が容易と
なる。逆に、両光センサー２６，２７間の間隔を同じと
すると、スリットピッチ角度θｓを狭くして、検出精度
を上げることができる。

【００４４】このように、第３実施例によれば、両光セ
ンサー間の距離を大きくしたり、あるいは、ピッチ角度
θｓを小さくでき、精密な加工が必要でなくなった。し
たがって、部品精度や組立精度によらずに、高精度の速
度検出が低コストで実現できる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来例
のように個々にスリットピッチ角度の精度を確保しなく
ても（部品精度や組立精度によることなく）、２つある
光センサーの距離を所定値に定めるだけで、速度検出の
精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る高精度回転型速度セ
ンサーの側面図と正面図である。

【図２】第１実施例における光センサーブロックを横寝
かせして示した状態の斜視図である。

【図３】第１実施例における検出回路部の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】第１実施例の動作説明の都合上、複数のスリッ
トの各々にスリット記号を付して示した正面図である。

【図５】第１実施例の動作説明に供する波形図である。

【図６】高精度回転型速度センサーの適用例としてのオ
ーディオ記録再生装置の要部を示す平面図と側面図であ
る。

【図７】本発明に係る第３実施例の高精度回転型速度セ
ンサーにおける検出回路部の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】第３実施例の動作説明の都合上、複数のスリッ
トの各々にスリット記号を付して示した正面図である。

【図９】第３実施例の動作説明に供する波形図である。

【図１０】従来例の回転型速度センサーの側面図と正面
図である。

【図１１】従来例の回転型速度センサーの検出回路部の
構成を示すブロック図である。

【図１２】従来例における光センサー受光部が出力する
パルスの波形図である。

【符号の説明】

２１……回転ローラー ２２……中心回転軸 ２３……スリット板 ２４……スリット ２５……光センサーブロック ２６……前段光センサー ２６ａ…発光部 ２６ｂ…受光部 ２７……後段光センサー ２７ａ…発光部 ２７ｂ…受光部 ２９……時間計測回路 ３０……速度演算回路 ４１……第１のカウンタ ４２……第２のカウンタ ４３……第１の時間計測回路 ４４……第２の時間計測回路 ４５……ＡＮＤゲート ４６……速度演算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のスリットが周方向所定間隔で形成
   されて回転するスリット板と、発光部と受光部とからな
   り両者間に前記スリット板の回転軌跡がある光センサー
   とを備えた回転型速度センサーであって、前記発光部と
   受光部からなる光センサーを前記スリット板回転軌跡方
   向に隔てて２組用い、これら２組の光センサーによるス
   リット検出時間間隔を計測することにより速度検出を行
   うように構成したことを特徴とする高精度回転型速度セ
   ンサー。