JPS62103576A - 光学的回転検出装置 - 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。

従来の技術 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、この回転検出装置（以下同意語
の周波数発電機：　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｇｅｎｅｒａ
ｔｏｒ　　の略でＦＧと称す）の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４図に
示すような全周対向型磁気式ＦＧが提案された。第４図
のＦＧ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４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
小さくなシ、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
わシ、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ため、例えば
第５図に示すような一点検出型の磁気式ＦＣに比して精
度が良い。ここで第５図の一点検出型のＦＧの構成全簡
単に説明すると、５は歯車で、６は磁石、７は検出用磁
気−＼ラドである。歯車６が回転軸にｉｂ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、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
５の偏芯、歯車５の傾き４ｍ車５の加工精度が直接誤差
となるため、前述したように第４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ＦＣ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事である。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Ｚが決まると必然的
にＤ＝（Ｚ＋２）Ｍ Ｄ＝両歯車直径　　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。

発明が解決しようとする問題点 従ってこ扛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キャプスタンモー
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６　Ｏｒｐｍ　　以下の超低速のため高出力を得ら
れず、ＳｉＮ　（Ｓｉｇｎａｌｔｏ　Ｎｏ１ｓｅ　ｒａ
ｔｉｏ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４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小な振動を与え
る事である。斯かる欠点を解消するため、／」１型で高
出力、高Ｓ／Ｎが得られる全周積分型光学式ＦＧが特願
昭５７−３０９６８号等で提案され、従来の全周積分型
磁気式ＦＧに比して形状で約Ａ〜稀に小型化され、回転
体の停止状態から高速回転状態まで高精度に回転速度検
出が可能になった。

こ九ら提案された全周積分型光学式ＦＧにおいては光源
として、小型・薄型化のために発光ダイオードを複数個
配列したものを使用しているが発光ダイオ−ドの場合散
乱光であるため、隣接するスリットからの光の漏れ込み
によシ、得ら汎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った。

問題点を解決するための手段 本発明は斯かる検出信号のコントラストの改善を計るた
めに回転軸に取り付けられ周方向に渡ってｎ個のスリッ
トｌ有する複数の回転板と、この対向する一端に光源、
反対側の端に光電変換素子を配し、前記複数の回転板を
積層して構成し、複数の回転板の積層厚ｔと積層し北回
転板のスリット幅Ｗがｔ　＞　Ｗなる条件になるよう構
成している。

更にコントラストの改善を計る別の手段として、厚みの
異なる第１及び第２の回転板を積層し、第１の回転板の
厚みｔｌと第２の回転板の厚みｔｌは１、　＜　１２で
かつ第１の回転板を光源側に配置するよう構成している
。

更に又別のコントラスト改善手段として、回転板は厚み
ｔｌ及びｔｌ及びｔ３でかつ周方向に渡ってｎ個のスリ
ットを有する第１及び第２及び第３の回転板を積層して
構成され、第１の回転板の厚みｔｌと第２の回転板の厚
みｔｌと第３の回転板の厚み１Ｓの関係はｔ１≦ｔ５　
（ｔｌでかつ第１と第３の回転板の間に第２の回転板を
積層している。

作用 以上述べた積層型回転板を用い、積層厚ｔと積層した回
転板のスリット幅Ｗの関係をｔ　）　ｗなる条件に構成
することによシ、光源よシ積層型回転板のスリットを通
して光電変換素子に照射される光量のうち漏れ込み光量
が減少するため検出信号のコントラストが太幅に向上す
る。

実施列 以下本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明する
。第１図は全周積分型光学式ＦＧの基本構成図で８は光
源、９は例えばモータの回転軸と一体の回転軸、１０は
スリン）１０ａｉｎ個有する回転板で回転軸９に取り付
けられている。１１は回転板１ｏのスリット１０ａと同
ピツチの間隔でスリットピッチの略Ａの幅を有する光電
変換素子小片を略全周に渡って配置し、これらの小片を
導電性部材にて接続した光電変換素子で、一般にセレン
太陽電池（以下Ｓｓ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スシリコン太陽電池（以下ａ−
３ｉ太陽電池と称す）から構成されておシ、この光電変
換素子１１は固定的に取り付けられている。第１図にお
いて光源８から出た光８ａは回転板１０のスリット１０
＆ｉ通じて光電変換素子１１に投射されるが回転板１０
は回転軸９と共に回転するため、第２図（ｂ）に示すよ
うに光電変換素子１１に光源８からの光８ａが略全周に
投射される場合と同図（ａ）に示すように投射されない
場合が交互に発生する。従って光電変換素子１１には交
流信号が得られる。今回転軸９の回転速度’ｔＭ（回転
／Ｓ〕とすればＰ＝ｎ−Ｍ（田〕 ｎ：回転板のスリット数 で決定される周波数Ｐが得らｎる。

以上のような構成によシ、全周積分型ＦＧが実現できる
。これによシ全周積分型であるため、回転板１Ｑの回転
軸９への取り付は時の偏心、傾き。

またスリット幅精度バラツキ等の機械的誤差についても
一点検出型ＦＧに比して平均化されるため、モータ等の
高精度な回転検出が可能となシ、又光学式であるためモ
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。このような構成の光学式回転検出装置にお
いて光電変換素子１１から得られる信号のコントラスト
を改善するために回転板を積層した実施列の動作を第３
図を用いて説明する。

第３図の亀は回転板を積層しない場合のレリである。一
般に回転板１０は基板としてガラス又はステンレス基板
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
困難でかつ高価格となるため通常ステンレス基板をエツ
チング加工する。エツチング加工の場合スリット幅Ｗは
板厚ｔの１．６倍が加工限界である。したがって本発明
の回転板の板厚ｔとスリット幅Ｗの関係ｔ　）　ｗなる
条件を満念さないため、光源８からの光８ａが回転板１
゜のスリン）１０ａｉ通して光電変換素子１１に入射す
る光量は角度θ０で決定される範囲であるため、漏れ込
み光量が大きくなり、光電変換素子１１から得られる信
号のコントラストは悪くなる。第３図〔りに示した光源
８が理想的平行光線発生源であれば光８ａ′（破線で示
す）は光電変換素子１１に入射しない之め（すなわち漏
れ込み光量が零であるため）同素子１１から得ら牡る信
号はコントラストの良い信号が得られるが理想的平行光
線発生源を実現することは複雑な光学系が必要でかつ非
常に高価となる。

これを改善する手段として本発明ではエツチング加工し
た回転板を積層し、積層厚ｔ（！：積層スリット幅Ｗの
関係がｔ　）　ｗなる条件を実現している。

これを第３図（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。第３図
（ｂ）は（２Ｌ）で用いた回転板１０と同一のものを２
枚積層したａ］である。第３図（ａ）の回転板１ｏの板
厚ｔとスリット幅Ｗの関係はエツチングの加工限界より
、ｙｓｌ、５ｔ　　となるが同一の回転板１ｏを２枚積
層した場合積層厚Ｔ＝２ｔとなるため、積層したスリッ
ト幅Ｗと積層厚Ｔの関係はＴ）ｗとなシ、光電変換素子
１１に入射する光量も角度θ１で決定される範囲であシ
、第３図（ａ）に示した角度θ０と比較すると６０〉θ
１であるため漏れ込み光量も大幅に削減され、これに伴
い光電変換素子１１から得らｇる信号のコントラストも
大幅に改善される。

更に別の実施列を第３図（Ｃ）を用いて説明すると第３
図（Ｃ）は板厚の異なる回転板１ｏと１１を２枚積層し
た例である。

回転板１０の板厚はｔ２　、回転板１１の板厚はｔｌで
ｔＩ　＋　１２の関係はｔ２　＞　ｔ、である。この時
回転板１１のスリット幅Ｗ１は Ｗｌ　＃　１．５　ｔｌ　　となるが ｔ２）ｔｌであるため ｖ　２　〉Ｗ　１　　　　となる。

したがって板厚の薄い回転板１１を光源８側に配置しそ
の下に板厚の厚い回転板１０を積層して構成すると、第
３図（０）に示したようになシ、光電変換素子１１に入
射する光量は角度θ２　で決定さｎる。第３図（（’）
は回転板１１の板厚１．と　回転板１ｏの板厚ｔ２が　
ｔ、ｗ％ｔ２の場合の列を示しているがこの場合第３図
（ｂ）とほぼ同様となり第３図（ＩＬ）と比較すると漏
れ込み光量は大幅に削減され、そｎによって光電変換素
子１１よシ得ら扛る信号のコントラストは大幅に改善さ
ｎる。

本発明の更に別の実施列を第３図（ｄ）　ｉ用いて説明
する。第３図（ｄ）は板厚の異なる回転板１０゜１１　
、ｊ２を積層したもので各々の板厚はｔ２．ｔｌ。

ｔ５でかつｔ１≦ｔ３＜ｔ２なる関係にしておシ、回転
板１０（！−回転板１１と１３の間にはさみ込むように
積層している。これによシ光電変換素子１１に入射する
光量は角度θ３で決定される。　ここで第３図（ａ）〜
（（１）の実施列の入射角はθ。〉θ１≧θ２〉θ３　
となシ 第３図（ｄ）に示した構成が最も漏れ込み光量が少なく
、したがって光電変換素子１１から得られる信号のコン
トラストも最も良い。

しかし回転板金３牧積層する場合、２枚積層と比較して
工数も若干増加し、回転板１枚分の価格も高くなるので
、実用上２枚積層で問題ないが更に高精度な信号が必要
な場合３枚積層すれば問題ない。

又特願昭６８−９７１１４号明細書で全周積分型光学式
ＦＣの検出信号のコントラスト改善策として回転板に無
電解メッキを施し、板厚Ｔとスリット幅Ｗの関係をＴ≧
Ｗにする提案がなされているがこの方式の欠点としてメ
ッキによυ、回転板が変形するという欠点がある。した
がって本発明の積層方式は斯かる欠点も解決したもので
ある。

発明の効果 以上述べたように本発明により全周積分型光学式ＦＣに
おいて、簡単な構成でコントラストが良く、更には機械
的誤差を平均化した高精度な回転検出信号を得る事が出
来るため小型高性能ブラシレスモータや産業用ロボット
の回転センサへの応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の全周積分型光学式Ｆ
Ｇの概略構成図、第２図は第１図に示した全周積分型光
学式ＦＣの動作説明図、第３図は本発明に基づく全周積
分型光学式ＦＧの動作説明図、第４図は従来の全周積分
型磁気式ＦＧの概略構成図、第５図は従来の一点検出型
磁気弐ＦＧの概略図である。 ８・・・・・・光源、９・・・・・・回転軸、１ｏ・・
・・・・回転板、１０ａ・・・・・スリット、１１・・
・・・・光電変換素子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＠２図 山　　　　　　（ｂ＞ 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転板に取り付けられ周方向に渡ってｎ個のスリ
   ットを有する回転板と、前記回転板と対向する端に光源
   、反対側の端に光電変換素子を有し、前記回転板は複数
   の回転板を積層して構成され、複数の回転板の積層厚ｔ
   と積層した回転板のスリット幅ｗがｔ＞ｗなることを特
   徴とする光学的回転検出装置。
2. （２）回転板は厚みｔ＿１及びｔ＿２でかつ周方向に渡
   ってｎ個のスリットを有する第１及び第２の回転板を積
   層して構成され、第１の回転板の厚みｔ＿１と第２の回
   転板の厚みｔ＿２はｔ＿１＜ｔ＿２でかつ第１の回転板
   を光源側に配置することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学的回転検出装置。
3. （３）回転板は厚みｔ＿１及びｔ＿２及びｔ＿３でかつ
   周方向に渡ってｎ個のスリットを有する第１及び第２及
   び第３の回転板を積層して構成され、第１の回転板の厚
   みｔ＿１と第２の回転板の厚みｔ＿２と第３の回転板の
   厚みｔ＿３の関係はｔ＿１≦ｔ＿３＜ｔ＿２でかつ第１
   と第３の回転板の間に第２の回転板を積層したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学的回転検出装
   置。