(57)【要約】  【課題】瞬時回転速度の時間分解能の向上と瞬時回転速度の高精度化が可能となる回転パルス信号を出力することのできる回転パルス発生器と、それを用いた回転速度解析装置を提供する。【解決手段】回転パルス発生器１０は、回転体１１に設けられ、反射率の異なる高反射部１５と低反射部１６とが回転体１１の回転方向に対して交互に形成された反射テープ１２と、反射テープ１２に光を照射するとともに、その反射光を検出する光電センサ１３と、を備える。反射テープ１２は、高反射部１５と低反射部１６との間で反射率が徐々に変化するように構成される。【選択図】図１
2011174800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に設けられ、反射率の異なる高反射部と低反射部とが前記回転体の回転方向に対して交互に形成された反射部と、
前記反射部に照射された光の反射光を検出するセンサと、
を備えた回転パルス発生器において、
前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部との間で、反射率が前記回転方向に徐々に変化することを特徴とする回転パルス発生器。
【請求項２】
前記反射部は前記回転体の外周面または内周面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転パルス発生器。
【請求項３】
前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部が長手方向に交互に形成された反射テープを、前記回転体の外周面または内周面に装着することによって構成されることを特徴とする請求項２に記載の回転パルス発生器。
【請求項４】
前記反射部は前記回転体の側面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転パルス発生器。
【請求項５】
前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部が放射状に形成され、且つ、一定の角度間隔で交互に形成された円状の反射シートを、その中心と前記回転体の回転中心が一致するように前記回転体の側面に装着することによって構成されることを特徴とする請求項４に記載の回転パルス発生器。
【請求項６】
前記高反射部が白色、前記低反射部が黒色であり、前記高反射部と前記低反射部との間は灰色であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の回転パルス発生器。
【請求項７】
前記高反射部と前記低反射部との間は、前記高反射部に近づくに連れて白色に近い灰色になり、前記低反射部に近づくに連れて黒色に近い灰色になることを特徴とする請求項６に記載の回転パルス発生器。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の回転パルス発生器と、
前記回転パルス発生器から出力された回転パルス信号に基づいて前記回転体の回転速度に関する解析を行う解析手段と、
を備えたことを特徴とする回転速度解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転速度を検出するための回転パルス発生器および回転速度解析装置に関し、さらに詳細には、従来よりも高分解能で高精度に回転体の瞬時回転速度を求めることができる光学式回転パルス発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械システムには、モータやエンジンなどの回転する機構を持つものがほとんどである。回転体の回転速度変動は、振動や騒音の発生原因となるため、それをいかに精度よく測定し、低減する方策を見つけることが重要である。
【０００３】
回転体の回転速度を検出する手段として最も一般的なものは、図１３に示すように、回転軸に歯車２を取り付け、歯車２の歯の近傍に電磁センサ４を固定して、歯車２の歯が電磁センサ４の感知領域を通過することにより電気信号の回転パルス信号を発生させる電磁式回転パルス発生器である（非特許文献１参照）。しかしながら、電磁センサ４は、電磁ノイズの影響を受けやすい欠点がある。また、回転数が遅くなると回転パルス信号レベルが低下し、さらにノイズの影響を受けやすくなるという欠点を有する。
【０００４】
上記の欠点を解決するものとして、光学式回転パルス発生器（以下、単に回転パルス発生器ともいう）がある（特許文献１参照）。光学式回転パルス発生器の一般的な構成としては、たとえば図１４（ａ）に示す反射テープ８が回転体の外周面に貼り付けられ、その反射テープ８に対して光電センサから光が照射され、その反射光が光電センサで検出される。反射テープ８の表面には、模様として白６と黒７とが交互に、且つ、その境界が明確に形成されている。したがって、光電センサで反射光を検出すると、白６と黒７の反射率の差によって、矩形波が出力される。
【０００５】
光学式回転パルス発生器の別の形態としては、図１４（ｂ）に示す反射円板シート９が回転体の側面に装着され、その反射円板シート９に光電センサから光を照射され、その反射光が光電センサで検出される。この場合、反射円板シート９は、白６と黒７が放射方向に、且つ、一定の角度間隔で交互に形成されており、白６と黒７の境界は明確に形成されている。この場合にも、光電センサで反射光を検出すると、白６と黒７の反射率の明確な違いによって矩形波が出力される。
【０００６】
上記の如く構成された光学式回転パルス発生器は、電磁センサのように電磁ノイズの影響を受けることがなく、さらに回転速度が低下しても出力レベルが低下しないので、電磁ノイズの強い環境下でも良好な測定結果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７０７８８号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中島  隆、杉崎  誠、鈴木  英男、解析的信号法による回転体の瞬時回転速度・位相の計測方法−回転検出器モデルを用いた解析精度の検討−、自技会学術講演会前刷集Ｎｏ．２０−０９、Ｐ．１〜６、２００９年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来装置の場合、出力信号が矩形波であり、０あるいは１の値しか得られない。換言すると、従来装置の場合、０から１または１から０に変化するときだけしか、回転速度に関する情報が得られない。このため、従来装置では、回転速度が変動すると、高次成分の情報が失われ、瞬時回転速度の時間分解能が低くなり、高精度に瞬時回転速度を求めることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、瞬時回転速度の時間分解能の向上と瞬時回転速度の高精度化が可能となる回転パルス信号を出力することのできる回転パルス発生器を提供することを目的とする。また、その信号によって瞬時回転速度の時間分解能の向上と瞬時回転速度の高精度化を達成できる回転速度解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は前記課題を解決するため、回転体に設けられ、反射率の異なる高反射部と低反射部とが前記回転体の回転方向に対して交互に形成された反射部と、前記反射部に照射された光の反射光を検出するセンサと、を備えた回転パルス発生器において、前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部との間で反射率が徐々に変化することを特徴とする回転パルス発生器を提供する。
【００１２】
請求項２に係る発明は請求項１に係る発明において、前記反射部は前記回転体の外周面または内周面に設けられることを特徴とする。請求項３に係る発明は請求項２に係る発明において、前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部が長手方向に交互に形成された反射テープを、前記回転体の外周面または内周面に装着することによって構成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は請求項１に係る発明において、前記反射部は前記回転体の側面（回転軸に直交する面）に設けられることを特徴とする。請求項５に係る発明は請求項４に係る発明において、前記反射部は、前記高反射部と前記低反射部が放射状に形成され、且つ、一定の角度間隔で交互に形成された円状の反射シートを、その中心と前記回転体の回転中心が一致するように前記回転体の側面に装着することによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は請求項１〜５に係る発明において、前記高反射部が白色、前記低反射部が黒色であり、前記高反射部と前記低反射部との間は灰色であることを特徴とする。請求項７に係る発明は請求項６に係る発明において、前記高反射部と前記低反射部との間は、前記高反射部に近づくに連れて白色に近い灰色になり、前記低反射部に近づくに連れて黒色に近い灰色になることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７に記載の回転パルス発生器と、前記回転パルス発生器から出力された回転パルス信号に基づいて前記回転体の回転速度に関する解析を行う解析手段と、を備えたことを特徴とする回転速度解析装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、高反射部と低反射部との間で反射率が徐々に変化するので、この反射部からの反射光をセンサで検出すると、センサからは正弦波に近い出力が得られる。このように正弦波に近い出力が得られることによって、高反射部と低反射部との間においても回転速度に関する情報が得られる。したがって、本発明によれば、瞬時回転速度及び位相の時間分解能を上げるとともに、高精度に瞬時回転速度及び位相を求めることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、反射部が回転体の外周面または内周面に設けられるので、その外周面または内周面から回転に関する情報が得られる。請求項３に係る発明によれば、反射テープを回転体の外周面または内周面に装着することによって、反射部が回転体の外周面または内周面に形成される。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、反射部が回転体の側面に設けられるので、その側面から回転に関する情報が得られる。請求項５に係る発明によれば、反射シートを回転体の側面に装着することによって、反射部が回転体の側面に形成される。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、高反射部と低反射部が、反射率の差の大きい白黒模様によって形成されるので、反射率の差をセンサで確実に識別することができる。請求項７に係る発明によれば、高反射部に近づくに連れて黒色に近い灰色とし、前記低反射部に近づくに連れて白色に近い灰色としたので、略正弦波の信号を確実に出力することができる。
【００２０】
請求項８に係る発明によれば、請求項１〜７に記載の回転パルス発生器から出力された回転パルス信号に基づいて解析を行うので、瞬時回転速度及び位相の時間分解能を上げるとともに、高精度に瞬時回転速度及び位相を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第1の実施形態の回転パルス発生器の構成を示す模式図
【図２】反射テープの正面図
【図３】反射テープの反射率を説明する説明図
【図４】信号処理装置における制御フロー図
【図５】第２の実施形態の回転パルス発生器の構成を示す模式図
【図６】反射円板シートの正面図
【図７】本実施の形態と従来装置における出力信号を示す図
【図８】図７の結果から求めた周波数スペクトルを示す図
【図９】変動角度が０．０１の場合の周波数スペクトルを示す図
【図１０】図８の周波数スペクトルから求めた回転周波数を示す図
【図１１】図９の周波数スペクトルから求めた回転周波数を示す図
【図１２】図９の周波数スペクトルから求めた位相を示す図
【図１３】従来の電磁式回転パルス発生器の構成を示す模式図
【図１４】従来の光学式回転パルス発生器の要部を説明する説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施例について説明する。
【００２３】
図１は第1の実施形態の回転速度解析装置１０の構成を示す模式図である。同図に示すように、回転パルス発生器１０は、回転体１１の回転に応じた信号（すなわち略正弦波の回転パルス信号）を出力する装置であり、回転体１１の外周面に装着される反射テープ１２と、その反射テープ１２からの反射光を受光する光電センサ１３を備える。
【００２４】
図２は反射テープ１２の正面図である。同図に示すように、反射テープ１２は、白黒模様をプリントしたテープであり、白色から成る高反射部１５と、黒色から成る低反射部１６とを備える。高反射部１５と低反射部１６はそれぞれ、長手方向と直交する方向に直線状に形成されている。また、高反射部１５と低反射部１６は、長手方向に一定の間隔で交互に形成されている。なお、本発明において高反射部１５とは、反射テープ１２の反射部分（後述の検査光が当たる部分）のうち反射率が最も大きい部分であり、本実施の形態では（面積のない）直線状に形成されている。すなわち、本実施の形態では、反射率の最も高い部分が直線状であり、そのすぐ両側で後述の如く反射率が少しずつ低下している。同様に、低反射部１６とは、反射テープ１２の反射部分のうち反射率が最も小さい部分であり、本実施の形態では（面積のない）直線状に形成されている。ただし、高反射部１５、低反射部１６を所定の幅を持って形成するようにしてもよい。
【００２５】
高反射部１５と低反射部１６との間は、白から黒へ、または黒から白へと色が連続的に変化しており、反射率が徐々に変化するように構成されている。ここで、「反射率が徐々に変化する」とは、高反射部１５と低反射部１６との明確な境界線が認識できないことを意味する。
【００２６】
たとえば反射テープ１２をベタ塗り印刷した場合、高反射部１５と低反射部１６の間は白と黒の中間色（灰色）であり、且つ、高反射部１５に近づくほど徐々に白色に近い灰色に変化させ、低反射部１６に近づくほど徐々に黒色に近い灰色に変化させる。または、高反射部１５に近づくほど黒色を薄く（淡く）し、低反射部１６に近づくほど黒色の濃度を濃くする。ドット印刷の場合は、高反射部１５に近づくほどドットの密度を徐々に小さくし、低反射部１６に近づくほどドットの密度を徐々に大きくする。このように構成することによって、高反射部１５と低反射部１６との間で反射率が徐々に変化するようになり、高反射部１５に近づくほど反射率が大きくなり、低反射部１６に近づくほど反射率が小さくなる。
【００２７】
図３は反射テープ１２における長手方向（すなわち回転方向）の位置と反射率との関係を説明する説明図である。図３（ａ）は図２に示した反射テープ１２の一部を拡大した図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応する位置での反射率を示している。図３（ｂ）において、αは高反射部１５の位置、βは低反射部１６の位置を示している。図３（ｂ）に示すように、反射率は、α（高反射部１５）の位置で最大値となり、β（低反射部１６）の位置で最小値となる正弦波状に周期的に変化している。このように反射率を正弦波状に変化させることによって、後述の検査光の幅を小さくした場合であっても確実に略正弦波の回転パルス信号を出力することができる。なお、反射率の変化は、上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な態様が可能である。たとえば高反射部１５から低反射部１６へ常に一定の割合で反射率を低下させるとともに、低反射部１６から高反射部１５へ常に一定の割合で反射率を増加させるようにしてもよい。
【００２８】
なお、本実施の形態では、高反射部１５と低反射部１６の間で色が連続的に変化するように構成したが、これに限定するものではなく、色が段階的に変化するように（すなわち、色の濃淡が異なる複数の層を順番に並べて配置するように）してもよい。この場合にも高反射部１５と低反射部１６との間で反射率が徐々に変化するので、後述の光電センサ１３によって略正弦波が出力される。
【００２９】
また、上述した実施形態は、高反射部１５を白色とし、低反射部１６を黒色としたが、これに限定するものではなく、他色（カラー表示）であってもよい。カラー表示の場合、白黒以外の１色を用いるとともにその濃淡を変化させることによって、高反射部１５、低反射部１６、その中間部分を形成する方法が考えられる。また、白黒以外の２色を用いるとともに、検査光に対する反射率が高い色を高反射部１５、反射率が低い色を低反射部１６にし、高反射部１５と低反射部１６の間を２色の中間色として徐々に変化させる方法が考えられる。
【００３０】
さらに、上述した実施形態は、色の変化によって反射率を変化させるようにしたが、これに限定するものではなく、表面加工等によって反射率を変化させるようにしてもよい。たとえば、高反射部１５を鏡面加工にしたり、低反射部１６、２６を梨地仕上げのような微小凹凸加工をしたりしてもよい。いずれの場合にも高反射部１５と低反射部１６との間で反射率が徐々に変化し、その結果として、光電センサ１３の出力信号が略正弦波になるように構成されていればよい。
【００３１】
上記の如く構成された反射テープ１２は、長手方向の長さが回転体１１の外周長と同じ長さで形成される。そして、回転体１１を一周するようにして隙間なく、回転体１１の外周面に装着される。反射テープ１２の回転体１１への装着方法は特に限定するものではないが、たとえば反射テープ１２の裏面に粘着層を設け、この粘着層によって回転体１１に装着される。この他、接着剤やねじなど、公知の他の手段によって装着するようにしてもよい。なお、反射テープ１２の長さと回転体１１の外周長との間に誤差が生じた場合には、その誤差を後述の信号処理装置１４で吸収することが好ましい。具体的には、反射テープ１２の長さと回転体１１との外周長とに誤差が生じると、その位置に基づいて出力信号に規則的な変動が生じるので、この規則的な変動を検出し、その部分のデータを補正または削除するとよい。また、上述した実施形態は、反射テープ１２を回転体１１の外周面に装着したが、これに限定するものではなく、たとえば回転体１１が筒状部分を有する場合はその筒状部分の内周面に反射テープ１２を装着してもよい。
【００３２】
図１に示すように光電センサ１３は、回転体１１の外周面（ただし、反射テープ１２を内周面に装着した場合はその内周面）に近接し、且つ、反射テープ１２に接触しないように配置される。また、光電センサ１３は、反射テープ１２に検査光を照射するとともに、その検査光が反射した反射光を受光し、光量を検出するように構成される。なお、検査光の出射装置と反射光の受光装置とを別々に設けてもよい。
【００３３】
回転体１１を回転させながら光電センサ１３で検出を行うと、光電センサ１３からは、反射テープ１２の白黒模様に応じた出力が得られる。光電センサ１３は、信号処理装置１４に接続されており、光電センサ１３で得られた回転パルス信号が信号処理装置１４に出力される。
【００３４】
信号処理装置１４は、光電センサ１３の出力信号に対して、各種の信号処理を行う装置であり、回転体１１の回転速度（回転変動も含む）に関する解析を行う機能を備えている。ここで、解析機能の付いた信号処理装置１４と、上記の回転パルス発生器１０とを合わせて回転速度解析装置という。回転速度の解析は、たとえば、ヒルベルト変換法または解析的変換法を用いることによって、回転パルス信号から位相や瞬時回転数（瞬時回転速度）を求める。図４は、その場合の制御フローを示している。
【００３５】
同図に示すように、まず、信号処理装置１４は回転パルス信号（すなわち光電センサ１３の実測値データ）を取得する（ステップＳ１）。ただし、検証試験等を行う場合には、検出器モデルを用いて発生させた回転パルス信号を取得してもよい。次いで、取得した信号のデータ長Ｎｄａｔａを超えるＮ＝２Ｍ（Ｍ：整数）を見出し、不足分のデータは０を与えて高速フーリエ変換によって、信号を周波数領域のスペクトルに変換する（ステップＳ２）。
【００３６】
次に、解析的信号を得るために、ｆ１を含むＦＬ〜ＦＨの帯域の正の周波数成分のみを残し、その他の部分を０とする（ステップＳ３）。続いて逆フーリエ変換により時間軸信号に変換する（ステップＳ４）。これにより、正の周波数成分を有する複素スペクトルの逆フーリエ変換が複素信号になる。
【００３７】
次に各サンプリング時刻（ｎΔｔ）における位相φ（ｎΔｔ）を複素信号の実部ｘreと虚部ｘimから下式により求める。
【００３８】
【数１】
2011174800.tif 000003
これにより、時間対位相特性が求まり、求めた時間対位相特性から回転変動成分を抽出する（ステップＳ５）。
【００３９】
次に必要に応じて、瞬時回転周波数を求める。まず、位相の増分Δφ（ｎΔｔ）を次式により求める。次式では前後２点の値を使用して求めている。
【００４０】
【数２】
2011174800.tif 000004
次に、位相と周波数の関係は前者の時間微分を２πで割って得られることを利用し、式（２）で得られる位相の増分から瞬時回転周波数を求める。
【００４１】
【数３】
2011174800.tif 000005
以上のような制御フローを行うことによって、回転変動成分が抽出され、必要に応じて瞬時回転周波数や位相が求められる。
【００４２】
なお、信号処理装置１４の構成や制御フロー等は、上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な態様が可能である。たとえば、信号処理装置の構成として、所定時間の時間窓によって回転パルス信号の信号波を切り出す信号切り出し手段と、切り出した信号波を解析して瞬時位相を算出し、瞬時位相の時間変化から瞬時角速度を算出する角速度算出手段と、信号波の山または谷のピーク時刻を算出するピーク時刻算出手段と、ピーク時刻に基づいて瞬時位相を補正して補正瞬時位相を算出する位相補正手段と、を備えるように構成してもよい。このような装置構成の場合、まず、ピーク時刻算出手段によって回転パルス信号の山または谷のピーク時刻を求める。その際、最小二乗法等を適用することによって回転パルス信号を補正するとよい。次に、信号切り出し手段によって回転パルス信号の切り出しを行う。その際、ハニング窓などの時間窓により信号波３〜５周期程度で行う。次に、角速度算出手段によって瞬時位相と瞬時角速度を算出する。すなわち、切り出した回転パルス信号に対して離散フーリエ変換を施して周波数スペクトルを求めた後、正の一次の周波数成分を抽出し、これ以外の範囲の成分を零として逆離散フーリエ変換を施す。これにより瞬時位相が求められる。次に瞬時角速度を求めるため、周期ΔＴあたりの位相変化Δφを求める。位相変化Δφは、複素時間軸信号の（Ｎ／２−１）番目の瞬時位相φ（Ｎ／２−１）と、（Ｎ／２＋１）番目の瞬時位相φ（Ｎ／２＋１）とを用いることによって、次式：Δφ＝｛φ（Ｎ／２＋１）−φ（Ｎ／２−１）｝／２により求まる。そして、高反射部１５の数（または低反射部１６の数）をＮｔとして、瞬時角周波数ωを、次式：ω＝Δφ／（ＮｔΔＴ）から算出する。さらに回転体の瞬時回転数ｆを、ｆ＝Δφ／（２πＮｔΔＴ）から算出する。これにより、サンプリング点ごとの瞬時角周波数ωと瞬時回転数ｆを算出することができる。このような処理を、サンプリングデータを１つずつずらして、または、数点ずつずらして、繰り返し行う。次に位相補正手段によってバイアス誤差を修正する。位相補正手段は、まず、瞬時角速度ωを積分することによって積算瞬時位相ρを算出し、その積算瞬時位相ρがｎ周期ごとにｎπとなるような直線を求める。そして、その直線と、瞬時位相φのｎ周期ごとの直線（傾き）との差によって、瞬時位相φを補正する。これにより、補正された補正瞬時位相を求めることができる。信号処理装置１４を上記の如く構成することによって、瞬時回転速度の時間分解能を高めることができるとともに、リアルタイムでの解析が可能となる。
【００４３】
図５は第２の実施形態の回転パルス発生器２０の構成を示す模式図である。同図に示す第２の実施形態の回転パルス発生器２０は、第1の実施形態と比較して、反射テープ１２の代わりに反射円板シート２２が設けられている。反射円板シート２２は円形に形成されており、その中心が回転体１１の回転中心と一致するようにして回転体１１の側面に装着される。なお、反射円板シート２２の中心と回転体１１の回転中心との位置に誤差が生じた場合には、その誤差を信号処理装置１４で吸収することが好ましい。具体的には、誤差が生じると、回転速度に応じた周期で規則的な変動が生じるので、この規則的な変動を検出し、その変動に応じた補正を行うとよい。
【００４４】
図６は、反射円板シート２２の正面図を示している。同図に示すように、反射円板シート２２は、白色から成る高反射部２５と、黒色から成る低反射部２６がそれぞれ、放射状に（すなわち径方向に）形成されている。また、高反射部２５と低反射部２６は、一定の角度間隔で交互に形成されている。高反射部２５と低反射部２６との間は、第１の実施形態と同様に、白から黒へ、または黒から白へと色が連続的に変化するように（すなわち、反射率が徐々に変化するように）構成されている。
【００４５】
第２の実施形態における光電センサ１３は、回転体１１の側面に近接し、且つ、反射円板テープ２２に接触しないように配設され、反射円板シート２２に向けて検査光を照射するように構成される。光電センサ１３の径方向の位置は、特に限定するものではないが、回転体１１のできるだけ外周に近い部分に配置するとよい。なお、光電センサ１３の構成や、光電センサ１３に接続される信号処理装置１４の構成は、第１の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００４６】
次に上記の如く構成された第１の実施形態と第２の実施形態（以下まとめて本実施の形態という）の作用について、従来装置と比較して説明する。なお、従来装置としては、回転体１１の外周面に図１４（ａ）の反射テープ８を装着した装置、または回転体１１の側面に図１４（ｂ）の反射円板シート９を装着した装置を使用した。
【００４７】
図７は、本実施の形態における出力信号（実線）と従来装置における出力信号（点線）を示している。この出力信号は、回転角度に対する縞模様の位置に基づき、モデルを用いて回転パルス信号を作成したものである。その際、サンプリング周波数は５１．２ｋＨｚ、回転数は３０ｒｐｓ、縞の数は１２８本とした。回転体１１は、回転数３０ｒｐｓの１０倍の周波数で±０．１度の角度変動を有するものとした。ただし、後述するように角度変動０．０１度の場合についても調べた。
【００４８】
図７から分かるように、従来装置の場合には、矩形パルスが出力されている。これは、白黒の縞模様が明確な境界を有する形で形成されているためである。これに対して、本実施の形態では、正弦波に近い連続的な波形が出力されている。以下、それぞれの出力信号から得られる情報（周波数スペクトル）について図８および図９に基づいて説明する。
【００４９】
図８および図９は、出力信号から周波数スペクトルを求めた結果を示している。具体的には、１秒の観測波形を離散フーリエ変換（以下、ＦＦＴ）して周波数スペクトルを求めた結果を示している。その際、実際のサンプリング点数は５１２００であるが、それに０のデータを加えて６５５３６点としてＦＦＴを行った。図８は変動角度０．１度の場合であり、図９は変動角度０．０１度の場合である。なお、図８、図９において、従来装置のスペクトルのピーク部分は、本実施の形態のスペクトルのピーク部分に重なっている。
【００５０】
これらの図から分かるように、本実施の形態と従来装置とでは大きな差異が生じた。具体的に説明すると、従来装置の場合は、側帯波の周波数以外にも多くのスペクトルが現われ、側帯波の成分がそれらに埋もれた。特に角度変動の大きさが０．０１度になると、それが顕著に現れた。これに対して、本実施の形態では、側帯波の周波数以外のスペクトルの発生が少なく、側帯波が明瞭に現れた。なお、本実施の形態において、最大のスペクトルは３８４０Ｈｚ（回転数３０×縞の数１２８）に存在し、側帯波は、３８４０Ｈｚを中心に±ｎ×３００Ｈｚ（ｎは整数）のところに現れた。また、本実施の形態では、３００Ｈｚに１０次の高調波の周波数が現れた。
【００５１】
次にそれぞれの周波数スペクトルから得られる回転周波数波形について図１０および図１１に基づいて説明する。
【００５２】
図１０、図１１はそれぞれ、図８、図９の周波数スペクトルを用いて時間対瞬時回転数を求めた結果を示している。具体的には、図８、図９における２つの線で囲む範囲（３８４０Ｈｚの０．８倍から１．２倍）の正の周波数成分のみを使用し、それ以外の範囲の成分をゼロとして、逆離散フーリエ変換（以下、ＩＦＦＴと記載する）を行い、複素時間波形から時間対位相特性を求め、さらに位相の変化量から時間対瞬時回転数を求めた結果を示している。なお、図１０は変動角度０．１度の場合であり、図１１は変動角度０．０１度の場合である。
【００５３】
図１０から分かるように、従来装置の場合は波形が歪んでおり、１０次の周波数で回転変動する成分が正しく求められていない。これに対して、本実施の形態の場合は、１０次の高調波が正弦波的に変化して正しく求められている。特に図１１の場合に両者の差が顕著になり、本実施の形態の効果が明瞭に現れている。なお、平均回転数については両者ともに数桁の精度で正しく求められており問題ない。
【００５４】
図１２は、図９の周波数スペクトルを用いて時間対位相を求めた結果を示している。具体的には図８の縦の２つの線で囲む範囲の正の周波数成分のみを使用し、それ以外の範囲の成分をゼロとして、ＩＦＦＴを行い、複素時間波形から時間対位相特性を求め、１０次高調波成分の変動角度が０．０１度の場合、時間を横軸にして縦軸に位相の変動量を示したものである。
【００５５】
図１２から分かるように、従来装置の場合は、小さい位相変動量を求めることができない。これに対して、本実施の形態の場合は、１０次の位相変動量の振幅０．０１度が誤差１％未満で正しく求められている。
【００５６】
以上述べたように、本実施の形態によれば、反射テープ１２または反射円板シート２２は高反射部１５、２５と低反射部１６、２６との間で反射率が徐々に変化しているので、瞬時回転数（瞬時回転速度）と位相の変動量について、測定精度と時間分解能を大幅に向上させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態は、高反射部１５、２５と低反射部１６、２６を回転体１１に設けるため、回転体１１と別部材である反射テープ１２や反射円形シート２２を用いたが、これに限定するものではなく、回転体１１に直接、高反射部１５、２５と低反射部１６、２６を形成してもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態は、高反射部１５、２５と低反射部１６、２６との間で反射率を徐々に変化させるようにしたが、正弦波に近い出力信号が得られるのであれば、他の態様も可能である。たとえば、高反射部１５、２５と低反射部１６、２６を同じ幅で非連続的に変化させる（すなわち、境界が明確になるように形成する）とともに、光電センサ１３の検知幅を、高反射部１５、２５の幅や低反射部１６、２６の幅よりも大きく（すなわち１００％以上に）設定する。その際、特に限定するものではないが、１１０〜１９０％が好ましく、特に１５０％程度が好ましい。これにより、正弦波に近い出力信号が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  回転パルス発生器
１１  回転体
１２  反射テープ
１３  光電センサ
１４  信号処理装置
１５  高反射部
１６  低反射部
２０  回転パルス発生器
２２  反射円板シート
２５  高反射部
２６  低反射部
【図１】
2011174800.tif 000006
【図２】
2011174800.tif 000007
【図３】
2011174800.tif 000008
【図４】
2011174800.tif 000009
【図５】
2011174800.tif 000010
【図６】
2011174800.tif 000011
【図７】
2011174800.tif 000012
【図８】
2011174800.tif 000013
【図９】
2011174800.tif 000014
【図１０】
2011174800.tif 000015
【図１１】
2011174800.tif 000016
【図１２】
2011174800.tif 000017
【図１３】
2011174800.tif 000018
【図１４】
2011174800.tif 000019