JPS59221668A - 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】 産業上の利用分野 本発明は光学式回転検出装置、特に高精度な回転速度検
出が可能な全周積分型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 従来モーフ等の回転体の回転速度検出機構として、磁気
式又は光学式の回転検出装置が提案されている。レコー
ドプレーヤー用ホノセータある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為、この回転検出装置（以下同意語
の周波数発電機　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｇｅ１ｎｅｌｒ
！ＬｔＯｒ　　の略でＦＧと称す）の具備すべき条件と
しては、 ■　ＦＣ自身が回転むら信号を発生しない事■　外来雑
音、誘導に強い事 ■　モータ回転に悪影響を与えない事 ■　出力電圧が高い事 ■　構造が簡単で、小型である事 などがあげられ、これらの条件を満たす為に、第１図に
示すような全周対向型磁気式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２！Ｌ
は同数で互いに向き合うよう構成され、更に固定子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、更にヨー
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２２Ｌ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くなる
。又歯と谷が向きあ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４の両端に交流電圧が得られるように
なっている。このＦＣ，は検出が全周積分型になってい
る為、例えば第２図に示すような一点検出型の磁気式Ｆ
Ｇに比して精度が良い。ここで第２図の一点検出型のＦ
Ｈの構成を簡単に説明すると、５は歯車で、６は磁石、
７（ｌ″ｉ′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５の山と谷が
検出用磁気ヘッド７の前面を交互に横切る為、この部分
の磁気回路の磁気抵抗が変化し、磁石６からの磁束が変
化して検出ヘッド７には交流信号が得られる。しかしな
がら本方式は歯車６の偏心、歯車６の傾き。

歯車６の加工精度が直接検出誤差となる為、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事
が非常に困難である。一方、全周積分型磁気式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
４丁である。すなわち歯型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　Ｚ：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事が困難で
ある。又モジュー）Ｖ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。

従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。又この全周積分型磁気ＦＧ′ｆ：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ギヤブスタ
ンモータの回転速度検出用として使用する場合、モータ
の回転数が６０　ｒｐｍ以下の超低速の為高出力を得ら
れず、Ｓ　／　Ｎ　（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏ１ｓｅ
　Ｒａｔｉ。

の略で以下Ｓ／Ｎと称す）が劣化し、検出誤差の原因と
なる。又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。

更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ＦＣ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月Ｔである。

斯かる欠点を解消するため、小型で高出力、高Ｓ／Ｎが
得られる全周積分型光学式ＦＧが特頓昭５７−３０９６
８号等で提案され、従来の全周積分型磁気式ＦＯに比し
て形状で約ｙ２〜１Ａに小型化され、回転体の停Ｗ状態
から高速回転状頭重で高精度に回転速度検出が可能にな
った。これら提案された全周積分型光学式ＦＣにおいて
は光源として、小型・薄型化ために発光ダイオードを複
数個配列したものｔ使用しているが、発光ダイオードの
場合散乱光であるため、隣接するトラックからの光の漏
れ込みにより、得られる信号のコントラスト（信号レベ
ル／直流レベル比）が低下するという欠点があり、これ
全改善するため、ロータリエンコーダのスリット幅ＷＳ
　とこのスリットに対応する受光側の光電変換素子の幅
Ｗｐ　の比をＷｓ≦Ｗｐ　　とする事により改善してい
く。これを第３図〜第４図を用いて更に詳しく説明する
。第３図は全周積分型光学式ＦＧの基本構成図で８は平
面光源、９Ｖｉ例えばモータの回転軸と一体の回転軸、
１ｏはスリット１０ａをｎ個有するロータリエンコーダ
で、回転軸９に取り付けられている。

１１はロークリエンコーダのスリット１ｏａと同ピツチ
の光遮蔽部材１１ａｉ有する光電変換素子で、一般にセ
レン太陽電池（以下Ｓｅ太陽電池と称す）、単結晶シリ
コン太陽電池又はアモルファヌシリコン太陽電池（以下
＆　−Ｓ　ｉ太陽電池と称す）から構成されており、こ
の光電変換素子１１は固定的に取り付けられている。第
３図において］ｉ面光源号から出た光８１Ｌはロータリ
エンコーダ１０のスリット１０ａｉ通じて光電変換素子
１１に投射されるが、ロータリエンコーダ１０ｉｄ回転
軸９と共に回転するため、第４図ａに示すように光電変
換素子１１に平面光源からの光が全周に投射される場合
と同図すに示すように投射されない場合が交互に発生す
る。

したがって光電変換素子１１には交流信号が得られる。

今回転軸９の回転速度ｖＭ（回転／Ｓ）とすれば Ｐ＝ｎ−Ｍ（Ｈｚ） ｎ：ロータリエンコーダのスリット数 で決定される周波数Ｐが得られる。

以上のような構成により、全周積分型光学式ＦＣ。

が実現でき、これにより全周積分型であるため、ロータ
リエンコーダ１ｏの回転軸９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ＦＧに
比して許容できるためモータ等の高精度な回転検出が可
能となり、又光学式でらるためモータの超低速回転時で
も高出力、高Ｓ／Ｎが得られ、更に磁気式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
ものが実現できる。本方式において前述した如く光電変
換素子１１より得られる信号のコントラス１−全改善す
るため、ロークリエンコーダ１ｏのスリット１０ａの幅
Ｗｓ　とこのスリットに対応する受光側の光電変換素子
の幅Ｗｐの比（５ＷＳ≦Ｗｐとなるよう構成しているが
これを第５図を用いて更に詳しく説明すると、第５図の
ａはスリット幅Ｗｓ　と光電変換素子の幅Ｗｐの関係が
Ｗｓ　＝　Ｗｐの場合の発光ダイオード等で構成される
平面光源８からの光８＆の光電変換素子１１への分布状
態を示したものである。

第６図すはスリット幅ＷＳ　と光電変換素子の輻Ｗｐの
関係がＷ　Ｓ　＞　Ｗ　ｐ　の場合の光電変換素子１１
上における光量分布状態を示したものである。

第５図Ｃはスリット幅Ｗｓ　と光電変換素子の幅Ｗｐの
関係がＷ　ｓ　（Ｗ　ｐ　　の場合の光電変換素子１１
上における光量分布状ｆ１Ｍ’ｒ示したものである。

第６図ａ〜Ｃかられがるように光電変換素子１１におけ
る光量分布はＷ　ｓ　（Ｗ　ｐ　になる条件にした方が
分布領域が狭くなり、光電変換素子１１がら得られる信
号のコントラストは改善される事がゎかる。これを第６
図を用いて更に詳しく説明する。

第６図のａ〜Ｃは平面光源８が平行光線ではない散乱光
を用いた場合で、一般に発光ダイオード等で構成される
場合の例である。第６図のｄ−ｆは平面光源８が理想的
平行光線である場合の例である。平面光源８が平行光線
の場合、回転軸９に取り付けられたロータリエンコーダ
１０が回転すると光電変換素子１１に光８ａが照射され
る状態〔第６図ｄの状態〕と照射されない状態〔第６図
ｅの状態〕が交互に発生するが照射される場合は第６図
ｄに示したごとく、ロータリエンコーダ１゜のスリット
幅Ｗｓで規定される幅で均一に光電変換素子１１に照射
されるが、第６図ｅに示した照射されない場合は平行光
線であるため光電変換素子１１には全く光８ａは照η・
１式れない。したがって光電変換素子１１から得られる
出力は第６図ｆに示したようにコントラスｌ−の良い信
号が得られる。一般に光電変換素子１１の光起電流ｉｐ
は光量に比例するため、第６図ｄに示したごとく光電変
換素子１１上の１ケのスリブｌ−１０ａよす照射される
光量Ｐｔ、とした場合、全周積分型光学式ＦＧＫおいテ
ハロータリエンコーダ１０のスリブ）　Ｉ　Ｑ　ａの総
数ｎより照射される光量の総和となるため、光電変換素
子１１より得られる光起電流は総光量ΣｎＰＬｎ　に比
例する。第６図ｆにおい１１＝１ て光電変換素子１１に光８ａが照射される状態と照射さ
れない状態が間欠的に微小時間内に繰シかえされる場合
は出力として矩形波に近い波形が得られるが通常連続的
に繰りかえされる場合には破線で示したように三角波形
状となり、光電変換素子１１の応答速度により正弦波に
近い波形となる場合もある。しかしながら一般に平面形
状で平行光線を発生する光源全実現する事は困難である
。

したがって、通常は散乱光である発光ダイオード等を用
いて平面光源を構成している。次に散乱光を用いた場合
の例を説明すると第６図ａは光電変換素子１１に光が照
射される状態を示したものであるが平行光線の場合と違
い、光電変換素子１１上での光量分布はかなりの拡がり
を持つ事がわかる。第６図すは光電変換素子１１上に光
８ａが照則されない状態を示したものであるが散乱光で
あるためスリット１０ａより照射される光量Ｐｃが存在
する事がわかる。したがって散乱光における光電変換素
子１１よりの出力は第６図に示したように本来光８ａが
照射されない状態において、スリット１０ａより照射さ
れる光量Ｐｃの総和Σ　Ｐａｎに比例して発生する光起
電流分だけ直ｎ＝１ 流バイアスが印加された状態になり、本来光８ａ信号レ
ベルが低くなるためコントラストは悪くなる。

以上述べたように光電変換素子１１上における光量分布
状態が狭い程、すなわちスリット幅ＷＳ＜光電変換素子
の幅Ｗｐなる条件とした方が望ましい。しかしながらコ
ントラストはＷＳ（Ｗｐなる条件を満たすだけでははな
はだ不満足であることがわかってきた。すなわちロータ
リエンコーダ１゜と光電変換素子１１の距１１１１１を
大きくすると光電、　　変換素子１１上における光量分
布状態は拡がり、同１１より得られる信号のコントラス
トは低下するが明らかになってきた。（第５図ａ、ｂ、
Ｏ参照）したがって前述の距１ｍｌ、ｌをできるだけ小
さくする事が望ましいがロークリエンコーダ１０の面振
れ、光電変換素子の平坦度全考慮すると距離ｅを小さく
するには限界がある。

発明の目的 本発明は斯かる欠点全解消し、高Ｓ／Ｎ　、高コントラ
ストで且つ回転検出誤差が少なく小５　’ｔｌ’に精度
な光学式回転検出装置の提供を第１の目的とし、量産性
に優れ且つ低価格の光学式回転検出装置の提供を第２の
目的とする。

発明の構成 本発明はｎ個のスリットを有するロータリエンコーダを
回転軸に取り付け、このローグリエンコーダの面上に対
向する一端に、全スリットに光が照射するよう光源を配
すると共に、このロータリエンコーダの面上に対向する
他の端には前記ｎ個のスリットに対応した複数の光電変
換素子群を有する平面光電変換手段を配してなる光学式
回転検出装置であって、ロークリエンコーダのスリット
幅Ｗｓ　とロータリエンコーダの板厚Ｔの関係げＷ≦Ｔ
ｉる構成とし、平面発光源として散乱光を用いた場合に
１、平面光電変換手段より得られる検出信号のコントラ
スト改善を計るものである。

実施例の説明 本発明に基〈実施例を第７図を用いて説明する。

基本構成は第３図に示したものであるが本発明において
は更にロークリエンコーダ１０の板厚Ｔとスリット１０
ａの幅ＷＳ　の関係をＷＳ≦Ｔなる（精成にしている。

この理由６Ｗｓ）Ｔの場合を示す第７図ｈ　、Ｗｓ＝Ｔ
の場合を示す第７図ｂ　、Ｗｓ（Ｔの場合を示す第７図
Ｃを用いて説明すると、光電変換素子１１上の分量分布
はＷｓ（Ｔになるにしたがって拡がりが少なく、よって
光電変換素子１１より得られる回転検出信号のコントラ
スト（信号レベ）ｖ７直流レベル比）はＷｓ（Ｔになる
にしたがってよくなる事がわかる。

次に本発明によるＷｓ≦Ｔなる条件のロークリエンコー
ダ１０の製造方法について説明する。

一般Ｆロータリエンコーダ１０は基板としてガラス又は
ステンレス板を使用するがガラスを使用した場合円形に
加工する事が困難で且高価格となるため、通常ステンレ
ス板をエツチング加工する。

エツチング加工の場合スリット幅Ｗｓは板厚Ｔの１．６
倍が加工限界である。したがって本発明のＷｓ≦Ｔなる
条件のロータリエンコーダ１０’（（製造するためには
エツチング加工したＷ　ｓ　）Ｔなるロータリエンコー
ダ１０に無電解メッキを施し１Ｗｓ≦Ｔなる条件にする
事ができる。これを第８図を用いて更に詳しく説明する
とエツチング加工したロークリエンコーダ１０はＷ　ｓ
　）　Ｔであるから、これをメッキ液の中に入れてニッ
ケル等の金属１２を無電解にしてメッキすると第８図に
示したようにＷＳＭ≦ＴＭなる条件を満たす事ができる
。この方式は板厚Ｔがメッキ厚さ分だけ厚くなるがこの
メッキ厚さ分、予め薄いステンレス板をエツチング加工
すれば所望する浮石にする事は可能である。

又別の方法として電気鋳造（以下略して電鋳）によりＷ
ｓ≦Ｔ　なるロータリエンコーダ１０を製造する事も可
能である。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば平面光源として散乱光
を使用した場合にも光電変換素子の出力トシテコントラ
ストのよい信号が得られ、更にはロータリエンコーダと
光電変換素子との距離も太きくする事が可能なため、ロ
ータリエンコーダの面振れ、光電変換素子の平担塵が多
少悪くても前述の距離を大きくする事により両者の接触
する事もさけられるため、組立が容易で且つ各部品の精
度が悪くても高精度な回転検出をする事が可能である０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の全周積分型磁気式ＦＧの概Ｉ８全示す一
部切欠斜視図、第２図は従来の一点検出型磁気式ＦＣの
概略を示す一部切欠斜視図、第３図は本発明の前段階と
して考えられた全周積分型光学式Ｆ０の概略構成を示す
分解斜視図、第４図ａｂは第３図しこ示した全周積分型
光学式ＦＧの動作説明図、第６図ｚ、ｂ、ｃは第３図に
示し一声全周積分型光学弐ＦＧの動作説明補助図、第６
図ａ。 ｂ＋ｃＩｒｉ第３図に示した全周積分型光学式ＦＣの平
面光源として散乱光を用いた場合の動作説明図、同図、
ｔｌ　、　ｅ　、　ｆは第３図に示した全周積分型光学
学式回転検出装置の同作説明図、第８図は本発明に使用
されるロークリエンコーダの一実施例の断面図である。 １゛°°・・・固定子、２・・・−・・回転子、３，６
・・・・・・磁石、４・・・・・・巻線、５・・・・・
・歯車、７・・・・・・検出ヘッド、８・・・・・・平
面光源、８ａ゛・°・・・８から出力される光、９・川
・・回ＱｔｌｌＬ　１ｏ・川・・ロータリエンコーダ、
　１０１Ｌ・・・・・・スリット、１１・・・・・・光
電変換素子、１１ａ・・・・・・光遮蔽部材、１２・・
・・・・金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ個のスリットを有するロータリエンコーダを回
   転軸に取り付け、そのロータリーエンコーダの一方の面
   に対向して前記ｎ個の全スリットに光が照射するよう光
   源を配すると共に、前記ロータリエンコーダの他方の面
   に対向して前記ｎ個のスリットに対応した複数の光電変
   換素子群を有する平面光電変換手段を配してなる光学式
   回転検出装置において、前記ロータリエンコーダのスリ
   ット幅Ｗとロータリエンコーダの板厚Ｔの関係はＷ≦Ｔ
   なる事″ｆ：％徴とする光学式％式％