JPS58153173A - 光学式回転検出装置 - 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】 本発明は小型で高精度な光学式回転検出装置に関する。

従来モータ等の回転体の回転速度検出機構として、磁気
式または光学式の回転検出装置が提案されてきた。レコ
ードプレーヤー用ホノモータアルいはテープレコーダ用
キャプスタンモータ等においては位相同期制御を含む高
精度速度制御が必要なため、回転検出装置として用いら
れる周波数発電機（以下Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｇｅｎｅ
ｒａｔｏｒの略でＦＧと称す）において具備すべき条件
としては、■　ＦＧ自身が回転むら信号を発生しないと
と■　外来雑音、誘導に強いこと ＠　モータ回転に悪影響を与えないこと■　出力電圧が
高いこと ［相］　構造が簡単で小型であること などがあげられ、これらの条件を満たすために第１図に
示したような全周積分型磁気式ＦＧが提案された。第１
図のＦＨの構成を簡単に説明すると、内周を歯型に切っ
た固定子１とこの固定子１の内側に外周を歯型に切った
回転子２を設け、固定子１の歯１ａと回転子２の歯２ａ
は同数で互いに向きあうよう構成され、さらに固定子１
から回転子２に至るヨーク（第１図では固定子１と一体
化されている）の途中に磁石の断片３が置かれ、さらに
ヨークの一部に巻線４が巻かれている。これらの固定子
１と回転子２は鉄などの軟磁性体材料で構成されており
、回転子２が回転する場合を考えると固定子１の歯１ａ
と回転子２の歯２ａが向き合った時はこの磁気回路の磁
気抵抗が小さくなり、磁石から出る磁束が流れやすぐな
る。また歯と谷が向き合った時は逆に磁気抵抗が大きく
なり、磁束が流れにくくなる。その結果流れる磁束の量
が交互に変わり、巻線４０両端に交流電圧が得られるよ
うになっている。このＦＧは検出が全周積分型になって
いるため、例えば第２図に示したような一点検出型の磁
気式ＦＧに比して精度が良い、ここで第２図の一点検出
型のＦＧの構成を簡単に説明すると、５は歯車で、６は
マグネット、７は検出用磁気ヘッドである。歯車６が回
転軸に取り付けられ、回転軸が回転すると歯車６の山と
谷が検出用磁気へラド７の前面を交互に横切るため、こ
の部分の磁気回路の磁気抵抗が変化し、マグネット６か
らの磁束が変化するため検出へラド７には交流信号が得
られる。しかしながら本方式は歯車５の偏心、歯車５の
傾き、歯車５の加工精度が直接検出誤差となるため、前
述したように第１図に示した全周積分型に比して高精度
を得ることが非常に困難である。一方全周積分型磁気弐
ＦＧの欠点としては高周波を得ようとする場合形状が大
きくなることである。すなわち歯形を製造する場合モジ
ュールの関係から歯数２が決まると必然的に、 Ｄ＝（Ｚ＋２）Ｍ Ｄ；歯車の直径　　　２；歯数 Ｍ＝モジュール となり、歯車の直径りが決定され、それ以上小さくする
ことが困難である。またモジュールを小さくすると歯型
が小さくなり磁気抵抗の変化が小さくなって高出力が得
られない。したがってこれらの関係から歯車の形状を小
さくするには限界がある。またこの全周積分型磁気式Ｆ
Ｇを最近の高密度記録ビデオテープレコーダの直接駆動
型のキャプスタンモータの回転速度検出として使用する
場合、モータの回転数がｅｏｒｐｍ　以下の超低速のた
め高出力が得られず、Ｓ／Ｎが劣化し、検出誤差の原因
となる。また磁気式の場合モータ自身の発生する磁束を
誘導してノイズの原因となり、これも検出誤差となって
回転むらを誘発する原因となる。さらに磁気式の欠点と
して第１図に示したような全周積分型ＦＧの場合相対す
る歯車の磁気吸引力によってモータに微少な振動を与え
ることである。

また磁気式の斯かる欠点を解消するために第３図に示す
ような光学式一点検出型ＦＧが提案された。第３図の光
学式一点検出型ＦＧの構成を簡単に説明すると、発光素
子８から出た光８ａは回転軸９に取り付けられたロータ
リーエンコーダ１゜の複数のスリッ）　１０　ａを通過
して光電変換素子１１に投射される。このロータリーエ
ンコーダ１ｏは回転軸９とともに回転するため、第４図
（ａ）に示すように光電変換素子１１に発光素子８から
出る光８ａが照射される場合と、同図伽）に示すよウニ
ロータリーエンコーダ１ｏによって光が遮断される場合
が交互に発生する。したがって光電変換素子１１からは
交流信号が出力される。しかしながら本方式によって得
られる交流信号には直流成分が含まれるため該交流信号
を増幅した場合直流成分も増幅されてしまい効率よく高
出力の信号が得られない。またロータリーエンコーダ１
ｏの回転軸９への取り付は時の偏心や傾き、またスリッ
）　１０　ａの精度が直接検出誤差となるという欠点が
ある。

本発明は斯かる欠点を解消し、小型で高出力・高Ｓ／Ｎ
が得られる全周積分型光学式ＦＧを提供するものである
。本発明の一実施例を第５図に示す。第６図において１
２は平面光源、１３は例えばモータの回転軸と一体の回
転軸、１４はスリ。

ト１４ａをｎ個有するロータリーエンコーダで、回転軸
１３に取り付けられている。１５は外周から見てｎ個の
凸部を有する第１の光電変換素子１５ａと中心から見て
ｎ個の凸部を有する第２の光電変換素子１５ｂが同一基
板上に構成された平面状の光電変換素子で、一般にセレ
ン太陽電池（以下ｓｅ太陽電池と称す）またはアモルフ
ァ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、この光電変換素子１５は固定的
に取り付けられている。第６図は本発明に基いて構成さ
れる光電変換素子１６を光が照射される方向から見たと
ころを示している。第６図において平面光源１２から出
た光１２ａはロータリーエンコーダ１４のスリット１４
ａを通過して光電変換素子１６に投射されるが、ロータ
リーエンコーダ１４は回転軸１３とともに回転するため
、第７図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）
に示すように第１の光電変換素子１５ａおよび第２の光
電変換素子１６ｂに照射される光量が変化する。この光
電変換素子１６の一例として等価回路が第８図に示すよ
うなものとし、第１の光電変換素子１５ａから得られる
交流信号をＩａ　、第２の光電変換素子１６ｂから得ら
れる交流信号をＩｂとすると、Ｉａ　、　Ｉｌ）はそれ
ぞれ第９図の（、）　、　（ｂ）に示すようにそれぞれ
位相が１８００異なる信号となる。第１０図に示した回
路を用いてム、　ＩｂＯ差をとった交流信号ｖＯを得る
とすると、ｖＯは第９図の（Ｃ）に示したものとなる。

第１０図の回路を簡単に説明すると、オペアンプ１６．
１７を用いた電流電圧変換回路１８゜１９によってＩａ
に応じたＸａと同相の交流電圧Ｖａとよりに応じたＩｌ
）と同相の交流信号ｖｂが得られる。該交流電圧ｖ、　
、　Ｖｂはオペアンプ２０を用いた差動増幅回路２１に
入力され、その出力には（Ｖａ−Ｗｂ　）に比例した交
流信号ｖＯが得られる。

回転軸１３の回転速度をＭ〔回転／Ｓ〕とすれば、Ｐ＝
ｎ拳Ｍ（Ｈｚ） ｎ：ロータリーエンコーダのスリット数で決定される周
波数Ｐの回転検出信号ｖＯが得られる。

以上のような構成により全周積分型光学式ＦＧが実現で
きる。全周積分型であるためロータリーエンコーダ１４
の回転軸１３への取り付は時の偏心、傾き、またスリッ
トの幅精度についても一点検出型光学弐ＦＧに比して許
容が大きいため、モータ等の高精度な回転検出が可能と
なる。また光学式であるためモータの超低速回転時でも
高出力・高ｉＳ／Ｎが得られ、また磁気式ＦＧに見られ
るような回転子と固定子の磁気吸引力による振動もない
ものである。さらに回転検出信号を１８００位相の異な
る２信号を用いて作るため、零Ｖを中心として、すなわ
ち直流成分を削除した形の交流信号の回転検出信号が得
られ、また２つの異なる光！変換素子の出力信号に同一
のノイズ信号が加わっていても２信号の差をとることに
よってこのノイズ信号は打ち消され、単相の光電変換素
子の出力信号を用いる場合に比して高出力・高Ｓ／Ｎが
得られる。そして本方式の大きな長所として、形状の小
型化が可能になることである。すなわち全周積分型磁気
式では歯車の機械加工上で形状の限界があったものが、
全周積分型光学式では磁気式に比して約半分の大きさに
することが可能である（磁気式、光学式で同一周波数が
得られるＦＧを考えた場合）。

また、太陽電池の周波数特性もＳｅで数ＫＨｚ。

ａ−８ｔで数十ＫＨｚ得られることが確認されており、
ビデオテープレコーダやテープレコーダ等のモータの回
転速度検出に十分使用可能である。

第１１図に本発明の他の実施例の光電変換素子２２を示
す。平面状の光電変換素子２２は同一形状のｎ個の光電
変換素子２２ａおよび同一形状のｎ個の光電変換素子２
２ｂを円周に沿って交圧に配置して構成されている。ｎ
個の光電変換素子２２ａの電極２３は電気的に短絡され
ているとともにｎ個の光電変換素子２２ｂの電極２４も
電気的に短絡されており、第６図に示した平面状の光電
変換素子１５と同様ロータリーエンコーダが回転するこ
とにより光電変換素子２２からはそれぞれ逆位相の２信
号を出力する。光電変換素子として一般に用いられるＳ
ｓ太陽電池およびａ−８ｉ太陽電池は面積が小さい程周
波数特性が良くなるので、この構造にすれば第６図に示
した光電変換素子１６よりも周波数特性の良い光電変換
素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は全周積分型磁気式周波数発電機を示す断面斜視
図、第２図は一点検出型磁気式周波数発電機の要部上面
図、第３図は光学式一点検出型周波数発電機の概略構成
斜視図、第４図（ａ）、←）は同動作説明図、第６図は
本発明の一実施例を示す概略構成斜視図、第６図は同光
電変換素子の上面図、第７図（ａ）　、　（麹、　（Ｃ
り　、　（ｄ）は同動作説明図、第８図は光電変換素子
の等価回路図、第９図（、）　、　（ｂ）　、　（（り
は同動作説明用信号波形図、第１０図は同信号処理回路
図、第１１図は本発明の他の実施例の光電変換素子の上
面図である。 １・・・・・・固定子、１ａ・・・・・・固定子歯、２
・川・・回転子、２ａ・・・・・・回転子歯、３，６・
・・・・・マグネット、４・・・・・・巻線、５・・・
・・・歯車、７・川・・検出用磁気ヘッド、８・・・・
・・発光素子、９．１３・・団・回転軸、１ｏ。 １４・・・・・・ロータリーエンコーダ、１０　ａ　＊
　１４　ａ・・・・・・スリット、１１，１５．２２・
・・・・・光電変換素子、１２・・・・・・平面光源、
１６．１７．２０・旧・・オペアンプ、１８．１９・・
・・・・電流電圧変換回路、２１・・・・・・差動増幅
回路、２３．２４・・団・電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第３図 第４図 作Ｉｆ 小５図。 第６図 第７図 第　８Ｐ２１ 第　９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ｎ個のスリットを有するロータリーエンコーダを
   回転軸に取り付け、このロータリーエンコーダに対向す
   る一方側に前記ｎ個の全スリットに光が照射するよう光
   源を配するとともに、他方側に平面状の光電変換素子を
   配し、前記光電変換素子は円周に沿って半径方向に凹凸
   を有する分離帯によって分離された第１の光電変換素子
   と第２の光電変換素子とによって構成され、前記ロータ
   リーエンコーダが回転することにより前記２つの光電変
   換素子からそれぞれ逆位相の信号を出力することを特徴
   とする光学式回転検出装置。 し）光電変換素子がロータリーエンコーダの１ピツチ中
   に第１の光電変換素子と第２の光電変換素子を有し、こ
   の２種類の光電変換素子が円周に沿って前記ロータリー
   エンコーダのスリットと同ピツチでそれぞれ交互にｎ個
   同−基板上に配置され、ロータリーエンコーダが回転す
   ることにより前記２種類の光電変換素子からそれぞれ逆
   位相の信号を出力することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光学式回転検出装置。 （３）２種類の光電変換素子から出力されるそれぞれ逆
   位相の２信号の差の出力を回転検出信号として用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の光学式回転検出装置。