JPS6047916A - 回転数検出装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は電、動機のような回転体の軸に直結した回転板
を備え、回転板の一方に配置さ″れた光が回転板の光透
過部を通って入射する、例えば太陽電池を用いた光検出
部に発生ずる光起電力により回転体の回転角度、回転位
置、回転数などを検出する回転数検出装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

この種の回転数検出装置は従来第１図ｔａ）　、　（ｂ
）に示す溝底を持ち回転数を検出すべき電動機４の軸５
はエンコーダ３に連結され、１動機の回転がエンコフダ
３に伝えられる。エンコーダ３には第１図（ｂ）に示す
ように光を通過させるための穴６が等間隔に設けられて
いる。従って光源としての発光ダイオード１と検出素子
としてのフォトダイオード２をエンコーダ３を挾んで対
向させることにより、エンコーダ３の回転によって生ず
るフォトダイオード２の光起電力から、第２図に示すよ
うな抵抗２１．演算増幅器２２からなる測定回路を用い
てその出力−子２３に第３図（、）に示すような検出装
ｄの出力３１を得る。この出力をシュミット回路等を介
して第３図（ｂ）に示すパルス３２を得、このパルスを
計数することによりて回転数、角を検出することができ
る。

この場合は次のように計測する。今エンコーダの一周当
りの穴６がＮｏ個あるとする。回転が開始した時点より
３２のパルスをカウントすることによりＮ　＜ａのパル
スをカウントした場合Ｎ／Ｎｏ＝ｍ＋（Ｎ−ｍＮｏ　）
／Ｎ。

ここでｍは整数ｒ　Ｎ　ｍＮｏ　＜Ｎ。

となるようにｍをめることができる。ｍはモー位相のず
れを示すことになる。このとき位相測定を大きくする必
要がある。しかし受光素子の感度は１００．ｉｌ！Ｘ下
で約１０μｈ／ｃｒＩの出力であって、この出力の処理
を容易に低価格で行なうＫはある程度のピーク出力例え
ば１μ人を得る必要がある。１μＡの出力を得るには３
　ｍｍ　Ｘ　３　Ｍηｔの穴６が必要となるが、直径約
４Ｑ　ｍｍのエンコーダ３の場合穴の数は１５個程度と
なり角度検出精度は２４°程度となってしまう。

−刃軸５がエンコーダ３の中心からずれて取り伺けられ
た場合第３図の出力３１　Ｋ脈動が生じ、出力のピーク
がエンコーダ１回転を同期として変動する。このことが
シュミットトリガ回路を用いて矩形波３２を作ったとき
に波形精度を落とす原因となり検出精度に悪影響を及ぼ
す。エンコーダ３は金属薄板に化学的エツチングを施し
て作成するが、モータの回転時に起る機械的な力に充分
耐えるエンコーダとするには、かなり厚い板を使用する
必要がある。従って穴６の形状精度が悪くなってしまう
。このことは波形３１．ひいては３２の形が変化して検
出精度が低下する。

この問題を解決するため第４図に示す回転数検出装置が
提案されている。光源として複数の発）′ｔ。

ダイオードｌを用い、水平方間に出た光を鏡８によって
下方に向けて反射させエンコーダ３を照らすようにする
。この場合エンコーダ３に均一な光が当たるように発光
ダイオード１の数を増やしたり、反射後光を拡散板９を
通して照射したりする。

光検出センサーは第４図（Ｃ）に示すように第４図（ｂ
）に示したエンコーダ３の穴６と同じパターンで検出素
子としての受光素子加を形成し、それらを電極５により
並列接続したものである。受光素子加の断面構造を第５
図に示す。

ステンレス鋼等の導電性基板７の上にアモルファスシリ
コン層のｐ形層２１を約５００Ａｓ　ノンドープ層２２
を約０．５μＩｎ、ｒｌ形層おを約１００Ａグロー放電
により形成する。その上に透明電極２４をＩＴＯ（Ｉｎ
２Ｏ３＋　５ｎ０２５　ｗｔ％）を用い真空蒸着などで
形成後、フォトエツチング技術を用いて第４図（ｃｌ＆
て示すパターンを形成する。エンコーダ３の穴６は第４
図（ｂｌに示すようにセンサーと同一パターンであるか
ら、エンコーダ３とセンサー２０のパターンが一致した
時すべてのパターンの光検出器において光電流が発生す
る。両パターンがずれると光が検出センサー加に照射し
なくなる。従ってエンコーダが１パタ一ン回転していく
毎に１周期のセンサー出力が得られる。このことは第１
図で示した方式のものと同じである。しかし第４図の方
式によればＣべての光センサーは同時に発光ダイオード
の光を受けるので、光出力はすべてのセンサーの出力を
合計したものとなる。従って各々の穴６の形が小さくな
っても、全体で例えばｏ、１ｄ以上を保持していれば、
穴の数が増えても光出力が減少することはない。４０朋
のエンコーダで５０μｍｘ１．５朋の穴を８００ケあけ
たエンコーダを用いた場合ビーク寛流値が６μ人得るこ
とができる。この方式をとることにより光出力を大きく
とることができる。

しかしこの場合端子２６から得られる光出力は第１図に
示す装置により得られる第３図に示した波形と同じであ
る。用いられる発光素子１は安定度が悪く、光量が経時
、温度で太き（変化することが知られており、そのため
出力波形３１　、３２を変化させ、検出精度を低下させ
る原因となる。出力信号３１の、例えばピークの最下点
３３が暗時の信号に相当し、ピークの最上点３４が光に
よって最も強く照射された状態に相当する。従って発光
素子１の不安定性によりピーク３４が上下に変動するこ
とになる。シュミット回路のスレッショールド電圧は発
光素子の特性に拘らず一定圧決められているので、発光
強度が変動するたびに矩形波３２の位相がずれることに
なり、角度検出上誤差を生じてしまう。

〔発明の目的〕

本発明は上述の欠点を除去し、安定性のある高精度の回
転数検出装置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、回転数検出装置が複数の光透過部を設けた、
軸のまわりに回転可１杷な回転板と、該回転板に千行く
対向し、その対向する側に２組のそれぞれ光起電力素子
からなる複数の光検出部を逆並列接続して設けた光検出
板と、前記回転板の反光検出板側に配置された光源とを
備えており、前記両組の一つに属して隣接する光検出部
はそれぞれ前記軸を中心軸とする想定円筒と光検出板と
が交ってな１円を両組共通の等しい中心角をなして半径
方図に横切り、隣接する前記光透過部は各組の光検出部
に対する前記想定円筒と回転板とが交ってなす円を前記
中心角と等しいかまたはその整数倍の中心角をなして横
切り、前記光源は一つの組の光検出部のうち二つ以上に
対応する光透過部を同時に照射でき、光透過部の同時透
過数と各組の光検出部の全数の少なくとも一方が全周に
わたって存在し、光透過部および光検出部は回転板の回
転時に各組の光検出部が変互忙光によって照射されるよ
うに配置されていることにより上記の目的を達成する。

〔発明の実施例〕

２Ａ６図−＝祠は本発明の一冥施例における光検出セン
サーを示し、基板上の二つの同心円の円周上に等しい中
心角をなして光検出素子群６１　、６２が配列されてお
り、それぞれ図示しないが逆並列接続されている。第７
図はその一部分６０を拡大して図式的に示し、ステンレ
ス鋼などの導電性基板７の上にポリイミド絶縁膜７１を
１μｍ程度塗布し、所定の形状にフォトエツチング技術
の現像工程までを使用して行う。次に高融点金属、例え
ばＴＩ、Ｍｏ。

Ｗ等を０．１μｍの厚さに真空蒸着してフォトエツチン
グ技術で金属電極７２を形成する。次いでグロー放電分
解によりアモルファスシリコン（以下ａ−８Ｉと記す）
層７３　、７４を生成する。この場合配線に要する部分
７５はマスクで覆ってａ　−Ｓ　ｉが付着しないように
する。ａ　−Ｓ　ｉ層７３　、７４は第５図と同様にｐ
　−１−ｎ構造を有する。ａ−８ｉ層７３はポリイミド
層７１の大部分を覆い、ａ−８１層７４はその一部分を
覆う。

金属電極７２の端部はａ−３ｔ層７３　、７４の中間ま
で延びている。その上に透明電極ＩＴＯ７６，７７を第
７図（ａ）に示すパターンで形成する。この時内側の検
出素子群６１は透明電極７７により金属電極７２と電気
的に接続され、外側の検出素子群６２は透明電極７６１
Ｃよりステンレス鋼基板７と゛電気的に接続されている
。

すなわち第８図に示す等価回路のよう忙内側素子群６１
の電極である基板７と外側素子ｎ６２の一極である透明
電極７６が接続され、逆並列接続された構造となる。

内側群６１の検出素子の有効面積は、透明電極７７と基
板７がａ−８ｔ層７４のみを介して対向している部分忙
相当し、それはｙ　Ｘ　ｚで表わされる。２は透明電極
７７の平均的な幅である。外側群６２の検出素子の有効
面積については、透明電極７６と金属電極７１がａ−８
ｉｌ藷７３のみを介して対向している部分に相当し、そ
れはｙ′×ｚ′で表わされる。２′は同様に透明電極の
平均的な幅である。この二つの検出素子群６１　、６２
は同心円状圧構成されているので２′〉２となっている
。また内側素子の中心線間の平均距離Ｘは外側素子の中
心線間の平均距離Ｘ′より小さい。エンコーダ３の穴６
は第７図（ｃ）に示すように長さＵで中心線間距離は内
側でＸ、外側でＸ′、幅は内側で２．外側で２′となる
よう台形状に形成する。−＞　ｙ　＋　ｙ’である。し
かし穴６を内側部と外１１０部を同心円状に二つに分け
てもよい。このよう蹟することによりエンコーダ３が回
転して穴６と外側検出素子群６２のパターンと一致した
とき出力おは第９図の曲線９１の値を示す。直線９０は
基準電位で、第８図の等価回路の場合は大地電位である
。

穴６が内側検出束子群６１と一致すると出力茄は第９図
の曲線９２の値を示す。もしｙ　Ｘ　ｚ＝：ｙ’　ＸＺ
’　。

すなわち両群６１　、６２の検出素子の面積が等しけれ
ば、出力’Ｊｌ　、　９２は基準電位９０の上下に絶対
値が同じで正負逆の電位を示すことになる。しかし両者
の有効面積が異っても、絶対値が異るだけで、出力９１
　、９２が正負の関係となることには変りない。

今、発光素子の不安定性により入射光強度が変化した場
合、出力９１　、９２の振幅は変化するが、この信号が
基準電位９０を切る点は変わることがない。

従って第８図の出力端子幻からの信号をスレショールド
電圧が大地電位のシュミット回路を通ずことにより矩形
波の位相がずれることがない。

この結果本発明によれば、光源の発光素子の経時変化に
伴う誤差を防ぐことができる。また検出素子の特性が変
動した場合とか、誤差によって特性が変化した場合にお
いても本発明は有効である。

第６図、第７図のセンサー、エンコーダを作成し、第８
図の回路を用いて光源の発光ダイオードの電流を１／２
としたところ、光量が約半分となるがその場合において
も位相のずれはほとんどなかった。−刃用２図の回路に
おいては、スレシジールド電位如何では矩形波の出力波
形が得られない場合があった。

第１０図（ａ）〜（ｄ）に本発明の第二の実施例を示す
。

ステンレスＭ基板等の伝導性基板７上にポリイミ１’　
７１のパターン８１を約１μｍの厚さで形成する。これ
は基板全面にポリイミド膜形成後フォトエツチング工程
を用いてつくることができる。＠１０図（ａ）にパター
ン８２で示されるように、高融点金属による電極７２を
形成する。この金属電極７２は基板７と電気的に接触す
ることはない。ｐｉｎ　ａ−８ｉ　１命７３はパターン
８３で形成される。この状態ではポリイミド；摸７１は
一部が金属電極７２により、他はａ−８ｉ層７３により
覆われている。この上にＩＴＯ等による透明電極７６が
パターン８４で形成される。こうして検出素子が形成さ
れるが、この検出素子は１４つありた二つが対の形とな
っている。第１Ｏ図（、）のＣ−Ｃ′線断面図である第
１０図（ｄ）に示す一方の検出素子６３のｐｊｌ側の極
（電極）が基板７となりＣいるがこれはＢ　−ｎ’線断
面図であるｉｌＯ図（ｃ）に示す他方の検出素子６４の
ｎ層側の極（−極）と透明電極７６により接続されてお
り、一方累子６３の一極は素子６４の電極の金属電極７
２に透明電極７ωにより接続されている。こうして隣り
合う二つの素子は第８図られ、この穴を通して素子６３
　、６４に交互に光を照射する。それ以外の点では第一
の実施例と同じである。

第一の実施例、第二の実施例と共通していえることは、
透明電極を形成する場合各検出本子パターン間にａ−８
ｉ膜が連続して形成されているために透明電極パターニ
ングの際のマスクずれ等による不良発生率が極めて低い
ことである。また、多少マスクずれ等により各センサー
の有効面積に差が出きても実用上問題がないことである
。

上記の実施例では１両群Ｖｃ属する光検出部としての検
出素子を円周方向に交互に配置し１両群に交互に光出力
を生じるようにしたものであるが、両群に属する素子を
半径方向に並べて配置（−１光を透過する穴を両群に対
して別個に形成ししかも円周方向には一方の群に対する
隣接透過部の中間に他方の群に対する透過部が位置する
よ５ＶＣして、両群の検出素子に交互に光が照射される
ようにしてもよい。

両群に属する検出部は必ずしも全円周に形成しなくても
局部的に形成されてもよい。逆に検出部は全円周に形成
し、両群に対する透過部を円周上の一部分のみに形成し
てもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば同一基板上に２組の光起電力素子からな
る光検出部列を配置し、しかも各素子の逆並列接続を基
板上に構成すること罠より、発光素子の経時変化、温度
変動による発光効率の不安定さに影響されない高精度の
回転数検出装置を実現することができる。さらに基板を
光起電力素子の一方の電極として利用することにより構
造を節単にすることができ、（Ｉｔ頼性の亮い装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転数検出装置の原理図で＋ａ＋は正面
図、ｆｂｌは平面図、第２図はその出力電圧１１１１４
定回路図、第３図１ａｌは第１図の装置の出力電圧波形
図、＋ｂ＋はこれを処理したパルス波形図、第４図は別
の回転数検出装置の原理図でｆａｔは縦断面図、ｔｂｌ
はエンコーダの平面図、（Ｃ１は検出板の平面図、第５
図はその検出部の断面図、第６図は本発明の一実施例の
検出板の平面図、第７図ｉａｌはその検出板例の出力電
圧測定回路図、第９図はその出力電圧波形図、第１０図
は別の実施例な示し、（ａ）は検出部の平面図、（ｂ）
はそのＡ　−Ａ’線断面図、＋ｃ＋はＢ−Ｂ’綜断面図
、（ｄ）はＣ−Ｃ’線断面図である。 １・・・発光素子、３・・・回転板（エンコーダ）、６
・・・穴、６１．６２・・・検出素子群、　７・・・光
検出板。 ７１−・・絶ａｍ、７２−＝金ＨＡ　１ｕ　Ｊｉｉ、７
３，７４−　ａ　−Ｓｉ層、口］−２ 才１　閏 才２閉 才３（２） 才４圀 ７７ オ２１１図 Ｚ 寸Ｊ図 ＋１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の光透過部を設けた、軸のまわりに回転可能な
   回転板と、該回転板に平行に対向し、その対向する側に
   ２組のそれぞれ光起電力素子からなる複数の光検出部を
   逆並列接続して設けた光検出板と、前記回転板の反光検
   出板側に配置された光源とを備えており、前記両組の一
   つに属して隣接する光検出部はそれぞれ前記軸を中心軸
   とする想定円筒と光検出板とが交ってなす円を両組共通
   の等しい中心角をなして半径方向に横切り、隣接する前
   記光透過部は各組の光検出部に対する前記想定円筒と回
   転板とが交ってなす円を前記中心角と等しいかまたはそ
   の整数倍の中心角をなして横切り、前記光源は一つの組
   の光検出部のうちの二つ以上に対応する光透過部を同時
   に照射でき、光透過部の同時透過数と各組の光検出部の
   全数の少なくとも一方が全周にわたって存在し、光透過
   部および光検出部は回転板の回転時に各組の光検出部が
   交互に光によって照射されるように配置されたことを特
   徴とする回転数検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、光起電
   力素子が薄膜シリコン太陽電池であることを特徴とする
   回転数検出装置。