JPS60125517A - 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 本発明は小型で高精度な光学式回転検出装置に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 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とと■　出力電圧が
高いこと ■　構造が簡単で小型であること などがあけられ、これらの条件を満たすために第１図に
示しだような全周積分型磁気式ＦＧが提案されだ。舘１
図のＦＧのｍ成を簡単に贈明すると、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くな
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４の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ヘッド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５の偏心、歯車６の傾き、歯車５の加工精度が直接
検出誤差となるだめ、前述したように第１図に示しだ全
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Ｚが決ま
ると必然的に、 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
が小さくなシ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６Ｏｒｐｍ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ＦＧｔ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゜の複数のスリブ）１０＆を通過し
て光電変換素子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（ｂ）に示
すよウニロータリーエンコーダ１０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１
１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１００回転軸９への取り付は時の偏心や傾き、ま
だスリン）　１０　ａの精度が直接検出誤差となるとい
う欠点がある。

発明の目的 本発明は斯かる欠点を解消し、小型で高出力・高Ｓ／Ｎ
が得られ更には周波数特性の良い全周積分型光学式回転
検出装置を提供するものである０発明の構成 本発明は回転軸に取り付けられたｎ個のスリットを有す
るロータリエンコーダと、このロータリエンコーダの面
上に対向する一端に前記全スリットに光が照射するよう
光源を配するとともに、他の端に光電変換素子を配して
なり、且つ光電変換素子は前記ロータリエンコーダのス
リットに対応する複数の光電変換素子小片群を有すると
共に、該光電変換素子小片群をｍ個単位（ｍは１以上の
整数）に分割し、この分割した小片群を導電性部材で連
結し、この導電性部材を電極の一端とし、このｍ個の電
極を一点で接続し、この一点に接続した点よシ出力を検
出せしめ、電極用導電性部材のインピーダンスの影響を
減少し、周波数特性が良く且つ小型で高精度な回転検出
が可能な構成にしている〇 実施例の説明 本発明の詳細な説明するまえに本発明の理解を促進する
意味から全周積分型あるいは略全周積分型の光学式回転
検出装置の概要金弟５図を用いて説明する。第５図にお
いて１２はモータ等の回転体の回転軸で１、この回転軸
１２に全周に渡ってｎ個のスリットを有するロータリー
エンコーダ１３が固定されている。１４はロータリーエ
ンコーダ１３のｎ個にスリットに光を照射する平面光源
であり、１６はｎ個のスリットを通過した光を電気信号
に変換するための平面光電変換素子である。

以上の要素から構成される光学式回転検出装置はロータ
リエンコーダ１３の全スリットに光を照射し受光素子は
スリットに対応した位置に光電変換素子小片を配置した
平面光電変換素子１５を用いた全周積分型検出方式であ
るため、前述した全周積分型磁気式ＦＧと同様高精度な
回転検出が可能であり、更には光学式であるため、磁気
式において欠点であった歯車の加工限界で高周波が得ら
れないといったこともなく、１回転当りの周波数も（ロ
ータリエンコーダ１３のスリットピッチを細かくする事
が可能なため）高く取る事ができ、高分解能な回転検出
が停止状態から高速回転まで可能となった。このような
全周積分型光学式回転検出装置において周波数特性が良
く、更にはＳ／Ｎの良い回転検出信号を得る事が可能な
本発明の実施例を以下に説明する。

全周積分型光学式回転検出装置において、平面光電変換
素子として先に提案されているのはアモルファスシリコ
ン光電変換素子（以下ａ−８ｔ光電変換素子と称す）で
ある０ａ−ｓｉ　光電変換素子が使用される理由は （１）大面積の光電変換素子が安価に提供できる事 （２）微細加工が可能で、同一基板上に多数の独立した
素子を形成でき、又これらの素子の結合および分離が容
易に行える事 （３）高感度である事 （４）応答性が速い事 （５）使用温度範囲が広い事 （６）素子のバラツキが小さい事 等であり、 第６図（−）に示したよう々パターンでａ−８ｔ　光電
変換素子を用いた平面光電変換素子１５が構成されてお
り平面光電変換素子１６上の光電変換素子小片１６ａ、
１５ｂはロータリエンコーダ１３のスリン）１３ａのピ
ッチと同じピッチで設けられている。

したがって回転軸１２に取り付けられたロータリーエン
コーダ１３が回転軸１２と共に回転するとａ−８ｔ光電
変換素子からなる平面光電変換素子１５の端子１５　ａ
’　、　１ｓ　ｂ’からは各々逆相の信号１５ａｓ、１
５ｂｓが得られる。これを更に詳しく説明すると、ａ　
−８ｔ　光電変換素子１６の断面構造は第６図すのよう
になっておシ、基板１５ｃの上にａ−８ｉがｎ（１６ｄ
）−ｉ（１５ｅ）−Ｐ（１５１）の順で形成されており
更にその上にはインジウムチンオキサイド（以下ＩＴＯ
と略す）と呼ばれる透明電極１６２が形成されており、
第６図（−）に示したパターンは透明電極ＩＴ０１５！
ｉ’をエツチングしてつくられている。ａ　−８ｔ’光
電変換素子は透明電極ＩＴＯ上に光が入射した時光起電
流を発生するため、ロータリエンコーダ１３が回転する
と光電変換素子小片１５ａ、１５ｂに交互に光が入射す
るため１５ａｓ、１５ｂｓのように互いに逆相の信号が
得られる。

しかしながらこのように第６図（−）に示したような比
較的大面積になるとａ　−８ｉ　光電変換素子のｐ−１
−ｎ接合の接合容量と透明電極ＩＴＯのインピーダンス
により応答速度が決まるだめ（周波数特性が決まるため
）例えば第５図のような構成の全周積分型光学式回転検
出装置において回転軸１２の回転速度が上がると平面光
電変換素子１６から得られる出力レベルが低下する現象
が発生する。

これをａ−８ｔ　光電変換素子の等価回路を示した第７
図を用いて更に詳しく説明すると同図においてＲは電極
のインピーダンス、Ｃｊ　は接合容量。

ｉｄはダイオード電流、　ｉｏは光起電流、ＲＬは負荷
抵抗である。したがって出力端Ａ、Ｂを短絡した状態で
短絡電流を取り出す電流−電圧変換回路（例えば第８図
に示した演算増幅器２０を用いた回路Ｖ。ｕｔ−１ｓｃ
　（短絡電流）×抵抗２１でめられる。）を用いるなら
ばａ−８ｔ光電変換素したがって周波数特性を改善する
にはＲ，Ｃｊｉ小さくすればよい事になる。

例えば第６図（−）に示されたパターンは出力端１５　
ａ’　、　１５　ｂ’が１ケ所であるため、破線０部付
近で発生した光起電流は透明電極ＩＴＯ１ｓｔのインピ
ーダンスが大きくなり周波数特性を限定する主原因にな
っている。

したがって本発明では第９図に示したように出力端１５
ａ’　、　１ｔｓ　ｂ’と反対方向で透明電極ＩＴＯ１
５２を分離している。すなわち光電変換素子小片１ｅｓ
ａ、１５ｂがロータリーエンコーダ１３のスリット数ｎ
又は略ｎに近い個数配置されているがこれを２分割し、
２つの小片群（第９図では左。

右２分割）に分は出力端は１ケ所に接続して出力光起電
流ケ取り出す事により前述の周波数決定要因である電極
のインピーダンスＲを約半分に出来るため周波数特性も
約２倍改善される。又電極の長さが短かくなるため耐ノ
イズ特性（特に誘導ノイズ）が改善されるため得られる
信号のＳ／Ｎが良くなる。又本発明の別の実施例として
、光電変換素子小片群１６ａ、１ｓｂをｎ分割し、出力
端を１ケ所に集中すれば更に周波数特性は改善され、る
。

又電極のインピーダンスを下げるには例えばＡ１等を蒸
着すればよいがその分コストアップにつながり得策とは
言い難い。

発明の効果 本発明によれば特にコスト高にならずに全周積分型光学
式回転検出装置の周波数特性が改善出来、且又、誘導ノ
イズにも強くなり高Ｓ／Ｎの出力信号が得られるため、
例えばＶＴＲのキャプスタンモータ等停止から超低速さ
らに高速と幅広い回転速度が要求されるモータにも応用
出来る。又全周積分あるいは略全周積分型であるだめ回
転検出は高精度に実現出来、更にはａ　−８ｔ　光電変
換素子を受光素子として使用しているため、例えば単結
晶Ｓｔ　使用品に比して大幅な低廉化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の全周積分型磁気式周波数発電機の断面斜
視図、第２図は従来の一点検出型磁気式周波数発電機の
平面図、第３図は従来の光学式一点検出型周波数発電機
の原理図、第４図は第３図の発電機の補助説明図、第６
図は本発明の一実施例における光学式回転検出装置の基
本構成図、第６図ａ、ｂ、ｃは同装置説明のだめの補助
説明図、第７図、第８図は同装置説明のだめの回路図、
第９図は本発明に基づく全周積分型光学回転検出装置の
平面光電変換素子の原理図である。 １・・・・・・固定子、２・・・・・・回転子、３，６
・・・・・・マグネット、４・・・・・・巻線、５・・
・・・・歯車、７・・・・・・検出ヘッド、８・・・・
・・発光素子、９，１２・・・・・・回転軸、１０゜１
３・・・・・・ロータリエンコーダ、１１・・・・・・
光電変換素子、１４・・・・・・平面光源、１５・・・
・・・平面光電変換素子、２ｏ・・・・・・演算増幅器
、２１・・・・・・抵抗。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ＪＲ
ＩＩ！１ ２ 第２簡 第４ｇ！＋

Claims (2)

【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、このロータリエンコーダに対向する一
   方側に前記全スリットに光が照射するよう光源を配する
   とともに他方側に光電変換素子を配してなり、この光電
   変換素子は前記ロータリエンコーダのスリットに対応す
   る複数の光電変換素子小片群を有すると共に、この光電
   変換素子小片群をｍ個単位（ｍは１以上の整数）に分割
   し、この分割した小片群を導電性部材で連結し、この導
   電性部材を電極の一端とすることを特徴とする光学式回
   転検出装置。
2. （２）ｍ個単位に分割した光電変換素子小片群の電極の
   一端を一点で接続し、この一点に接続した点よシ出力を
   検出せしめ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０