JP2017181473A - Position transducer - Google Patents
Position transducer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017181473A JP2017181473A JP2016073494A JP2016073494A JP2017181473A JP 2017181473 A JP2017181473 A JP 2017181473A JP 2016073494 A JP2016073494 A JP 2016073494A JP 2016073494 A JP2016073494 A JP 2016073494A JP 2017181473 A JP2017181473 A JP 2017181473A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodiode
- photodiodes
- light
- position converter
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Description
本発明は、位置変換器に関する。 The present invention relates to a position transducer.
レーザ光を走査するためのミラーなどの光学部品を駆動する回転制限されたモータに搭載される位置変換器が知られている。 There is known a position converter mounted on a rotation-restricted motor that drives an optical component such as a mirror for scanning laser light.
例えば、特許文献1には、回転要素の回転角度を検出する、いわゆる透過型の光学式位置検出装置(位置変換器)が開示されている。特許文献1の位置検出装置は、回転要素の長軸方向に均等で広角な光界を提供する1体の光源と、長軸周囲に整合されており、光源からの光を受領する複数の扇形光センサーと、回転要素に接続されており、光センサーを照射する光の一部を周期的にブロックするために長軸周囲を回転する光ブロック部材とを含む。光源と光センサーとの間の空間には光ブロック部材を除いて障害物が存在せず、光源からの光は光ブロック部材がブロックしていない光センサー部分を直接的に照射する。光センサーからの線形出力は回転要素の角位置の測定に利用される。
For example,
特許文献2には、回転制限モータの回転角度を検出する、いわゆる反射型の光学式位置変換器が開示されている。特許文献2の位置変換器は、回転制限モータの回転軸に取り付けられ、回転軸から放射状に突出する複数の反射面を有する反射器と、反射器の反射面の中央部分に対向して配置される、反射面の個数と同数の拡散光源と、拡散光源から見て反射器の背後に、反射器から距離を持って反射器を取り囲むように回転制限モータの固定側に設置され、反射面に当たらなかった拡散光源からの照射光を吸収する拡散光吸収部材と、拡散光源と同一の回路基板上に実装され、反射器により反射された像を検出する複数の検出器とを有する。拡散光源と複数の検出器は、複数の反射面がなす角度に合わせてそれぞれ配置されている。
特許文献3には、受光面が開放されている受光用ホトダイオードと、受光用ホトダイオードと同一半導体チップ上に作製されかつ受光面が金属蒸着膜によつて被覆された補償用ホトダイオードと、受光用ホトダイオード、補償用ホトダイオードの出力信号を増幅する増幅器と、増幅された信号の差を増幅する演算増幅器とを有し、ホトダイオードの暗電流を実効的に0にした光受信回路が開示されている。
位置変換器では、動作中の各部材の発熱などに起因して温度変化が発生すると、検出器のピーク感度波長や、拡散光源の発光量、発光波長および発光分布、光ブロック部材または反射器の形状、検出器と反射器との間の距離、反射器の反射率、拡散光吸収部材の光吸収率などが変化する。温度によるこれらの特性変化は、位置変換器の出力変化であるドリフトを招くため、回転角度の検出精度を低下させることになる。位置変換器の検出精度を高めるためには、検出器の出力信号に対する信号処理を工夫するなどして、温度変化によるドリフトの発生を抑える必要がある。 In the position converter, when a temperature change occurs due to heat generation of each member during operation, the peak sensitivity wavelength of the detector, the light emission amount of the diffuse light source, the light emission wavelength and the light emission distribution, the light blocking member or the reflector The shape, the distance between the detector and the reflector, the reflectance of the reflector, the light absorptivity of the diffused light absorbing member, and the like change. These characteristic changes due to temperature cause a drift, which is an output change of the position converter, and therefore the accuracy of detecting the rotation angle is lowered. In order to increase the detection accuracy of the position transducer, it is necessary to devise signal processing for the output signal of the detector to suppress the occurrence of drift due to temperature changes.
そこで、本発明は、温度が変化しても安定した出力が得られる位置変換器を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position converter that can obtain a stable output even when the temperature changes.
回転制限モータの回転軸の円周方向の一部で回転軸の周りに突出する突出面を有し、回転軸に取り付けられて回転軸とともに回転する回転部材と、突出面に対向して配置された拡散光源と、2対のフォトダイオードアレイで構成される検出器であって、同一のチップ上にモノリシックに形成された第1および第2のフォトダイオードで各フォトダイオードアレイが構成され、突出面に拡散光源からの光が照射されることにより第1および第2のフォトダイオードの上に円周方向に移動する像が形成され、第1のフォトダイオードでの受光面積に応じた第1の信号および第2のフォトダイオードでの受光面積に応じた第2の信号を各フォトダイオードアレイが出力する検出器と、1対のフォトダイオードアレイが出力する2つの第1の信号の温度変化成分を1対のフォトダイオードアレイが出力する2つの第2の信号を用いて補償する信号処理回路とを有することを特徴とする位置変換器が提供される。 A rotation member that has a protruding surface that protrudes around the rotation shaft at a part of the rotation shaft of the rotation limiting motor, and that is mounted on the rotation shaft and rotates together with the rotation shaft, and is disposed to face the protruding surface. A detector comprising a diffused light source and two pairs of photodiode arrays, each photodiode array comprising a first and a second photodiode monolithically formed on the same chip, and a projecting surface By irradiating light from the diffusion light source, an image moving in the circumferential direction is formed on the first and second photodiodes, and the first signal corresponding to the light receiving area of the first photodiode is formed. And a detector that outputs each of the second signals corresponding to the light receiving area of the second photodiode array, and the temperatures of the two first signals output by the pair of photodiode arrays. Position transducer, characterized in that a signal processing circuit for compensating the change component by using two second signal output by the pair of photodiode array is provided.
上記の位置変換器では、信号処理回路は、1対のフォトダイオードアレイが出力する第2の信号同士の差信号を生成する第1の減算器と、第1のフォトダイオードに対する第2のフォトダイオードの面積比に逆比例する増幅率で差信号を増幅する増幅器と、1対のフォトダイオードアレイが出力する第1の信号同士の和信号から増幅器の出力信号を減算する第2の減算器とを有することが好ましい。 In the position converter, the signal processing circuit includes a first subtracter that generates a difference signal between the second signals output from the pair of photodiode arrays, and a second photodiode for the first photodiode. An amplifier that amplifies the difference signal with an amplification factor that is inversely proportional to the area ratio of the first and second subtracters that subtract the output signal of the amplifier from the sum signal of the first signals output by the pair of photodiode arrays. It is preferable to have.
上記の位置変換器は、拡散光源から見て回転部材の背後に、回転部材から距離を持って回転部材を取り囲むように回転制限モータの固定側に設置され、突出面に当たらなかった拡散光源からの照射光を吸収する拡散光吸収部材をさらに有し、回転部材は、突出面として反射面を有する反射器であり、検出器は、反射器に対して拡散光源と同じ側に、反射面に対向して配置されていることが好ましい。 The position converter is installed behind the rotating member as viewed from the diffused light source, on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the rotating member at a distance from the rotating member, and from the diffused light source that does not hit the protruding surface The rotating member is a reflector having a reflecting surface as a projecting surface, and the detector is disposed on the reflecting surface on the same side as the diffusing light source. It is preferable that they are arranged to face each other.
上記の位置変換器によれば、温度が変化しても安定した出力が得られる。 According to the position converter, a stable output can be obtained even if the temperature changes.
以下、図面を参照して、位置変換器について詳細に説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。 Hereinafter, the position converter will be described in detail with reference to the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.
図1Aは、位置変換器100の縦断面図である。図1Bは、図1Aに対して90度側方から見た位置変換器100の縦断面図である。図1Cは、位置変換器100の分解斜視図である。図1Dは、位置変換器100を一部破断して示した斜視図である。
FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the
位置変換器100は、回転制限モータ1、拡散光吸収体3、LEDダイ4、ケース5、プリント基板6、バタフライ形状反射器7、検出器11などから構成される。位置変換器100は、LEDダイ4から出射され、バタフライ形状反射器7により反射された光を検出器11で検出することにより、回転制限モータ1の回転角度を検出する反射型光学式位置変換器である。
The
回転制限モータ1は、ロータ10の端部に回転軸2を有し、回転軸2は軸受け8により支持されている。回転軸2の先端部には反射器取付部2aが突出している。反射器取付部2aには、バタフライ形状反射器7が取り付けられる。バタフライ形状反射器7は、回転部材の一例であり、回転制限モータ1の駆動により、回転軸2とともに回転する。
The
回転制限モータ1の上部には、バタフライ形状反射器7から距離を持って拡散光吸収体3が配置されている。図1Dに示すように、拡散光吸収体3は、円板形状部3cと、円板形状部3cの中央付近に形成された台形形状部3aと、台形形状部3aの中央に形成された貫通孔3bとを有する。拡散光吸収体3は、回転軸2が貫通孔3bを挿通するように、回転制限モータ1の上端に取り付けられている。拡散光吸収体3は、円筒形のケース5に組み込まれている。
A diffused
拡散光吸収体3とケース5は、回転制限モータ1によっては回転しない固定側の部材である。バタフライ形状反射器7の反射面から距離を持った固定側の拡散光吸収体3とケース5の表面には、LEDダイ4からの光を吸収する拡散光吸収部材3d(図2参照)が配置されている。すなわち、拡散光吸収体3とケース5で形成される内部の空間は、拡散光吸収部材3dで取り囲まれている。拡散光吸収体3とケース5は、LEDダイ4から出射され、バタフライ形状反射器7に当たらなかった光を、拡散光吸収部材3dにより吸収する。
The diffused
図2は、拡散光吸収部材3dの表面の拡大図である。拡散光吸収部材3dは、表面処理が施された黒色の部材であり、その表面に、光の波長に合うピッチおよび高さをもった凹凸などの、立体的で複雑な微細構造を有する。拡散光吸収部材3dは、その表面への入射光Lをこの微細構造にて繰り返し反射させることにより、その光を閉じ込めて吸収する(迷光効果)。表面処理は、蒸着、めっき、無機系焼付塗装、または静電植毛などの方法により行われる。
FIG. 2 is an enlarged view of the surface of the diffused
ケース5の上には、プリント基板6(回路基板の一例)が被せて取り付けられている。LEDダイ4は、図1Aに示すように、プリント基板6の下面で、回転軸2の中心に対応する位置に実装されている。LEDダイ4は、バタフライ形状反射器7に対向して、プリント基板6上に配置される。LEDダイ4は、一点から光が出射し、出射した光が所定の広がりをもって放出される拡散光源である。図1Aおよび図1Bでは、LEDダイ4から照射される光を矢印で示している。位置変換器100では、LEDダイ4として、例えば、ピーク波長が870nmであるアルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)が使用される。
A printed circuit board 6 (an example of a circuit board) is attached on the
プリント基板6には、10ピンの端子を有するコネクタ9が取り付けられている。コネクタ9の各ピンは、プリント基板6に形成されているパターン(図示されていない)の各ランドに、半田付けなどによって電気的に接続されている。図1Cでは5個のピン9aが見えており、残りのピンはコネクタの裏側に配置されており見えていない。各ピンは、検出器11やLEDダイ4の端子に繋がるパターンに接続されている。コネクタ9には、信号処理回路の接続端子などが接続されている雌(または雄)のコネクタ(図示されていない)が電気結合される。
A
図3は、バタフライ形状反射器7の上面図である。バタフライ形状反射器7は、嵌合により回転軸2の反射器取付部2aに取り付けるための取付孔7aを中央に有し、その中央部分の円周方向の一部で回転軸2の周りに突出するバタフライ形状の平坦な反射面7bを有する。バタフライ形状反射器7は、反射領域である反射面7bを有するが、非反射領域を有していない。LEDダイ4から出射され、バタフライ形状反射器7の反射面7bに当たった光は、反射面7bで検出器11に向けて反射される。一方、LEDダイ4から出射された光のうち、反射面7b以外の領域を通過してバタフライ形状反射器7の裏面側へ通り抜けた光は、拡散光吸収部材3dで吸収される。
FIG. 3 is a top view of the butterfly-shaped
バタフライ形状反射器7は、冷間圧延などによる鏡面仕上げ加工された金属板をエッチングやワイヤカットなどでバタフライ形状に加工して作製される。反射面7bにアルミ、銀、金などを蒸着して金属コーティングを施すことにより、バタフライ形状反射器7の反射率をさらに向上させてもよい。
The
図4は、プリント基板6上の検出器11の配置を示す図である。検出器11は、4つのフォトダイオードダイA1,A2,B1,B2で構成され、バタフライ形状反射器7に対してLEDダイ4と同じ側に、反射面7bに対向して配置されている。フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、プリント基板6の下面で、LEDダイ4の周囲に配置されている。それぞれのフォトダイオードは、感度波長が800〜900nmのシリコンウェハにより構成される。フォトダイオードA1,A2,B1,B2の分光感度波長は、LEDダイ4のピーク波長と同じであることが好ましい。LEDダイ4とフォトダイオードA1,A2,B1,B2は、パッケージングされることなく、プリント基板6に直接実装されている(チップオンボード)。
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the
フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、プリント基板6の中央点に配置されたLEDダイ4を挟んで、フォトダイオードA1,A2が互いに向かい合い、フォトダイオードB1,B2も互いに向かい合うように実装されている。さらに、フォトダイオードA1,B1は互いに近接して実装され、フォトダイオードB2,A2も互いに近接して実装されている。また、プリント基板6上では、フォトダイオードA1,A2が並列に接続され、フォトダイオードB1,B2が並列に接続されている。
The photodiodes A1, A2, B1, and B2 are mounted such that the photodiodes A1 and A2 face each other and the photodiodes B1 and B2 face each other with the LED die 4 arranged at the center point of the printed
LEDダイ4から出射されバタフライ形状反射器7により反射されたバタフライ形状の像は、回転制限モータ1の回転とともに移動する。検出器11は、回転する複数の反射面7bによる反射光の像を受光して、2つのフォトダイオードの間における像の受光面積の割合に応じて変化する信号を出力する。具体的には、フォトダイオードA1,A2とフォトダイオードB1,B2は、その像を受光して、それぞれの受光領域の面積に応じた光電流Ia,Ibを出力する。光電流Ia,Ibは、次に説明する信号処理回路13により電流電圧変換されて、それぞれ電圧Va,Vbとなる。この電圧差Va−Vbが位置変換器100の出力となる。
The butterfly-shaped image emitted from the LED die 4 and reflected by the butterfly-shaped
図5は、位置変換器100の信号処理回路13の回路図である。図1A〜図1Dには示していないが、位置変換器100は、回転制限モータ1の回転角度に応じたフォトダイオードA1,A2,B1,B2よる光電流を電圧信号に変換する信号処理回路13を有する。
FIG. 5 is a circuit diagram of the
フォトダイオードA1,A2の出力である光電流Iaは、電流電圧変換部21aに入力される。また、フォトダイオードB1,B2の出力である光電流Ibは、電流電圧変換部21bに入力される。電流電圧変換部21aの出力電圧Vaと電流電圧変換部21bの出力電圧Vbは、減算器22に入力され、減算処理がなされる。信号処理回路13で処理された位置変換器出力Voは、
Vo=(Ia−Ib)Vref/(Ia+Ib) ・・・(1)
となる。Vrefは参照電圧である。
The photocurrent Ia that is the output of the photodiodes A1 and A2 is input to the current-voltage converter 21a. The photocurrent Ib that is the output of the photodiodes B1 and B2 is input to the current-voltage conversion unit 21b. The output voltage Va of the current-voltage conversion unit 21a and the output voltage Vb of the current-voltage conversion unit 21b are input to the
Vo = (Ia−Ib) Vref / (Ia + Ib) (1)
It becomes. Vref is a reference voltage.
また、信号処理回路13は、高精度な位置変換出力を得るために、光学系で補償しきれない温度変化に対する温度補償および直線性補償を行うAGC回路28aを有する。電流電圧変換部21aの出力電圧Vaと電流電圧変換部21bの出力電圧Vbは、AGC回路28aに導かれ、加算器23で加算される。この加算出力は、比較器24により参照電圧Vrefと比較される。比較器24の出力は、積分回路25で積分処理され、電流アンプ26aによって増幅される。これにより、抵抗器27を介してLED20に電流Ifが供給される。
Further, the
図6(a)〜図6(c)は、フォトダイオードA1,A2,B1,B2とバタフライ形状の像12a,12b,12cの位置関係を示す図である。バタフライ形状反射器7からフォトダイオードA1,A2,B1,B2に照射された像は、図6(a)〜図6(c)の像12a,12b,12cのように、回転制限モータ1の回転角度により移動する。
FIGS. 6A to 6C are diagrams showing the positional relationship between the photodiodes A1, A2, B1, and B2 and the butterfly-shaped images 12a, 12b, and 12c. Images irradiated to the photodiodes A1, A2, B1, and B2 from the butterfly-shaped
以下では、フォトダイオードA1,A2の受光領域の面積をSaとして、フォトダイオードA1,A2の受光領域のことを「Sa領域」という。同様に、フォトダイオードB1,B2の受光領域の面積をSbとして、フォトダイオードB1,B2の受光領域のことを「Sb領域」という。図6(a)〜図6(c)は、それぞれ、Sa領域がSb領域よりも大きい場合、Sa領域とSb領域が同じ大きさの場合、Sa領域がSb領域よりも小さい場合を示す。 Hereinafter, the area of the light receiving regions of the photodiodes A1 and A2 is referred to as Sa, and the light receiving regions of the photodiodes A1 and A2 are referred to as “Sa regions”. Similarly, the area of the light receiving regions of the photodiodes B1 and B2 is Sb, and the light receiving regions of the photodiodes B1 and B2 are referred to as “Sb regions”. FIGS. 6A to 6C show a case where the Sa region is larger than the Sb region, a case where the Sa region and the Sb region are the same size, and a case where the Sa region is smaller than the Sb region.
例えば、バタフライ形状の像が像12a,12b,12cであるときに、それぞれ回転角度が正、0、負であるとする。すると、図6(a)の場合は面積差がSa−Sb>0であるから、回転角度が正であることに対応して、位置変換器100の出力電圧はVa−Vb>0になる。また、図6(b)の場合は面積差がSa−Sb=0であるから、回転角度が0であることに対応して、位置変換器100の出力電圧はVa−Vb=0になる。図6(c)の場合は面積差がSa−Sb<0であるから、回転角度が負であることに対応して、位置変換器100の出力電圧はVa−Vb<0になる。
For example, when the butterfly-shaped images are images 12a, 12b, and 12c, the rotation angles are assumed to be positive, 0, and negative, respectively. Then, in the case of FIG. 6A, since the area difference is Sa−Sb> 0, the output voltage of the
図7は、位置変換器出力Voと回転角度の関係を示したグラフである。位置変換器出力は、図7に示すように、回転角度に比例して増大する。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the position converter output Vo and the rotation angle. As shown in FIG. 7, the position transducer output increases in proportion to the rotation angle.
一般に、反射器からの照度に対する光電流の変換係数をKr、反射器からの受光面積をSa,Sb、反射器の反射率をαr、拡散光吸収体からの照度に対する光電流の変換係数をKe、フォトダイオードの総面積をS、拡散光吸収体からの反射の受光面積をS−Sa,S−Sb、拡散光吸収体の反射率をβrと表すと、フォトダイオードの光電流Ia,Ibは、
Ia=Kr・Sa・αr+Ke・(S−Sa)・βr ・・・(2)
Ib=Kr・Sb・αr+Ke・(S−Sb)・βr ・・・(3)
となる。これらを(1)式に代入することで、実際に近い出力Voが計算される。
In general, the conversion coefficient of photocurrent with respect to the illuminance from the reflector is Kr, the light receiving area from the reflector is Sa and Sb, the reflectance of the reflector is αr, and the conversion coefficient of the photocurrent with respect to the illuminance from the diffused light absorber is Ke. When the total area of the photodiode is represented by S, the light receiving area of reflection from the diffused light absorber is represented by S-Sa and S-Sb, and the reflectance of the diffused light absorber is represented by βr, the photocurrents Ia and Ib of the photodiode are ,
Ia = Kr · Sa · αr + Ke · (S−Sa) · βr (2)
Ib = Kr · Sb · αr + Ke · (S−Sb) · βr (3)
It becomes. By substituting these into equation (1), an output Vo close to the actual value is calculated.
拡散光が反射器を介して検出器に到達するまでの光学距離と、拡散光が拡散光吸収体を介して検出器に到達するまでの光学距離が実質的に同じである場合、αrに対するβrの比率を小さくしないと良好なコントラストが得られず、S/N比が悪化してしまう。位置変換器としての信号を大きくするためには、LEDの順電流を大きくする必要があるため、LED光源のジャンクション温度が上昇し、LED光源の温度変化に影響を与えてしまう。 When the optical distance until the diffused light reaches the detector via the reflector and the optical distance until the diffused light reaches the detector via the diffused light absorber are substantially the same, βr relative to αr If the ratio is not reduced, good contrast cannot be obtained, and the S / N ratio deteriorates. In order to increase the signal as the position converter, it is necessary to increase the forward current of the LED, so that the junction temperature of the LED light source rises and affects the temperature change of the LED light source.
図6(b)に示すようにSa=Sbの場合は、(1)式の分子項はゼロとなるので、温度による位置変換器の出力変化は発生しない。しかしながら、図6(a)および図6(c)に示すようにSa≠Sbの場合は、温度によりαrに対するβrの比率が変化するため、温度変化時に、位置変換器の出力変化であるドリフトが発生する。このドリフトにより、図7に示すように、位置変換器出力Voと回転角度の比例関係の傾きが変化する。このドリフトのことを、「ゲインドリフト」という。高精度な位置変換器では、ゲインドリフトができるだけ小さいことが要求される。また、上記のKeまたはβrを小さく保つことにより、(1)式を理想に近づけることが可能となる。つまり、ゲインドリフトを低下させることが可能となる。 As shown in FIG. 6B, when Sa = Sb, the numerator term in the equation (1) is zero, so that the output of the position converter does not change with temperature. However, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (c), when Sa ≠ Sb, the ratio of βr to αr changes depending on the temperature. Occur. Due to this drift, as shown in FIG. 7, the gradient of the proportional relationship between the position transducer output Vo and the rotation angle changes. This drift is called “gain drift”. A highly accurate position transducer is required to have as little gain drift as possible. Further, by keeping the above Ke or βr small, the expression (1) can be made closer to the ideal. That is, gain drift can be reduced.
反射光は光学距離の2乗に反比例して減衰するため、位置変換器100では、バタフライ形状反射器7から固定側の拡散光吸収体3までの距離を適切にとることで、拡散光吸収体3からの照度に対する光電流の変換係数Keを低下させている。これにより、反射領域と非反射領域を反射器の同一平面上に設けた場合と比べてS/N比が向上する。また、LEDダイ4の温度に対する発光波長の変化の影響と、温度上昇による拡散光吸収体3の吸収率変化の影響が低減され、温度に対する出力の安定性が向上する。
Since the reflected light attenuates in inverse proportion to the square of the optical distance, in the
また、位置変換器100では、反射領域と非反射領域が、バタフライ形状反射器7と、その反射器から距離を持って固定側に設置された拡散光吸収体3とで構成される。これにより、反射器に反射性または非反射性の微粒子が付着したとしても、検出器に照射される像に悪影響が及びにくくなる。また、位置変換器100では、反射領域と非反射領域が別部材であるから、それぞれを高反射膜、高光吸収膜とすることが容易になる。さらに、バタフライ形状反射器7は、非反射領域の部分がないため、低イナーシャとなり、回転制限モータ1の高速応答性に有利になる。
In the
図8Aは、位置変換器200の縦断面図である。また、図8Bは、図8Aのバタフライ形状反射器7が90度回転したときの位置変換器200の縦断面図である。位置変換器200は、LEDダイおよび検出器の構成のみが図1A〜図1Dに示した位置変換器100とは異なる。それ以外の点では、位置変換器200の構成は、位置変換器100のものと同じである。以下では、位置変換器200について、位置変換器100と異なる点を説明し、位置変換器100と共通する点については説明を省略する。
FIG. 8A is a longitudinal sectional view of the
位置変換器200は、プリント基板6の下面上にチップオンボードで実装された2つのLEDダイ4a,4bを有する。LEDダイ4a,4bは、プリント基板6の下面上で回転軸2の中心に対応する位置に、バタフライ形状反射器7に対向して配置されている。LEDダイ4a,4bは、ともに同じ拡散光源であり、バタフライ形状反射器7に向けて光を照射する。図8Aおよび図8Bでは、LEDダイ4a,4bから照射される光を矢印で示している。
The
拡散光源としてLEDダイを2個使用することにより、出射光の強度が平均化され、LEDの個体差によるバラツキが平均化される。このため、位置変換器200は、位置変換器100よりも出力がさらに安定する。また、位置変換器200では、位置変換器100と比べてLEDの順電流を低くしても、LEDダイが1個のときと同じ出力が得られる。このため、位置変換器200では、S/N比を良好に維持したまま、LEDの順電流を低下させることが可能になる。さらに、LEDの順電流を低下させれば、LEDのジャンクション温度の影響が小さくなり、温度に対する出力の安定性がより向上する。LEDの順電流を低下させることで、省電力化およびLEDの長寿命化が図れるという効果もある。
By using two LED dies as the diffused light source, the intensity of the emitted light is averaged, and variations due to individual differences of the LEDs are averaged. For this reason, the output of the
図9は、位置変換器200の検出器11aの配置を示す図である。図9では、位置変換器200について、図1A〜図1Dに示したプリント基板6上におけるLEDダイと検出器の位置関係を示している。また、図9では、バタフライ形状反射器7からの反射光がプリント基板6上に照射して形成された像の形状も、破線で重ねて示している。
FIG. 9 is a diagram showing the arrangement of the
位置変換器200の検出器11aは、4つのフォトダイオードアレイ15〜18で構成され、バタフライ形状反射器7に対してLEDダイ4a,4bと同じ側に、反射面7bに対向して配置されている。フォトダイオードアレイ15〜18は、プリント基板6の下面上にチップオンボードで実装されている。フォトダイオードアレイ15,16は互いに近接し、フォトダイオードアレイ17,18も互いに近接しているが、フォトダイオードアレイ15,16とフォトダイオードアレイ17,18との間は、LEDダイ4a,4bを挟んで離れている。
The
位置変換器200では、LEDダイ4aとフォトダイオードアレイ15,16とが対応し、LEDダイ4bとフォトダイオードアレイ17,18とが対応するように、LEDダイ4a,4bおよびフォトダイオードアレイ15〜18が配置されている。このため、LEDダイ4aからの出射光は、バタフライ形状反射器7の一方の反射面7bで反射し、その反射光は、主にフォトダイオードアレイ15,16により受光される。また、LEDダイ4bからの出射光は、バタフライ形状反射器7の他方の反射面7bで反射し、その反射光は、主にフォトダイオードアレイ17,18により受光される。
In the
フォトダイオードアレイ15〜18のそれぞれは、同一のチップ上にモノリシックに形成された2つのフォトダイオードで構成される。具体的には、フォトダイオードアレイ15はフォトダイオードA1,A3で、フォトダイオードアレイ16はフォトダイオードB1,B3で、フォトダイオードアレイ17はフォトダイオードA2,A4で、フォトダイオードアレイ18はフォトダイオードB2,B4で、それぞれ構成される。フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、第1のフォトダイオードの一例であり、回転制限モータ1の回転角度を検出するために設けられている。フォトダイオードA3,A4,B3,B4は、第2のフォトダイオードの一例であり、検出器11aからの出力信号の温度変化成分を補償するために設けられている。
Each of the
プリント基板6の下面上で、フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、回転軸2(図1Cなどを参照)の直上の位置を中心Oとする同一円周上に配置され、フォトダイオードA3,A4,B3,B4は、その外側の同一円周上に配置されている。フォトダイオードA1,A3とフォトダイオードA2,A4は、中心Oを挟んで互いに向かい合い、フォトダイオードB1,B3とフォトダイオードB2,B4も、中心Oを挟んで互いに向かい合っている。
On the lower surface of the printed
図10(a)および図10(b)は、フォトダイオードアレイの構造を説明するための模式的な断面図である。例えば、フォトダイオードアレイ15は、図10(a)に示すような、基板101の上にp型コンタクト層102、光吸収層103、電界制御層104、電子走行層105およびn型コンタクト層106が順に積層された1つの積層構造体を、公知のエッチング技術により図10(b)に示すようにパターニングして形成される。すなわち、フォトダイオードアレイ15のフォトダイオードA1,A3は、同一の基板(チップ)上に集積して(モノリシックに)形成されたものであり、p層およびn層が共通の半導体層に由来するため、同一の特性を有する。このことは、フォトダイオードアレイ16〜18のフォトダイオードB1,B3、フォトダイオードA2,A4およびフォトダイオードB2,B4についても同様である。
FIG. 10A and FIG. 10B are schematic cross-sectional views for explaining the structure of the photodiode array. For example, the
フォトダイオードA1,A2,B1,B2はそれぞれ同じ受光面積を有し、フォトダイオードA3,A4,B3,B4もそれぞれ同じ受光面積を有する。ただし、フォトダイオードA1,A2,B1,B2の受光面積の方が、フォトダイオードA3,A4,B3,B4の受光面積よりも大きい。また、プリント基板6上では、フォトダイオードA1,A2、フォトダイオードA3,A4、フォトダイオードB1,B2およびフォトダイオードB3,B4がそれぞれ並列に接続されている。
The photodiodes A1, A2, B1, and B2 have the same light receiving area, and the photodiodes A3, A4, B3, and B4 also have the same light receiving area. However, the light receiving areas of the photodiodes A1, A2, B1, and B2 are larger than the light receiving areas of the photodiodes A3, A4, B3, and B4. On the printed
LEDダイ4a,4bから光が照射され、バタフライ形状反射器7の反射面7bで反射することで、フォトダイオードアレイ15〜18の上にバタフライ形状の像が形成され、この像は回転制限モータ1の回転とともに円周方向に移動する。検出器11aは、反射面7bによる反射光の像を受光して、2つのフォトダイオードアレイの間における受光面積の割合に応じて変化する信号を出力する。具体的には、フォトダイオードアレイ15,16は、フォトダイオードA1,A3,B1,B3の受光面積に応じた光電流Ia1,Ia3,Ib1,Ib3を出力する。また、フォトダイオードアレイ17,18は、フォトダイオードA2,A4,B2,B4の受光面積に応じた光電流Ia2,Ia4,Ib2,Ib4を出力する。光電流Ia1,Ia2,Ib1,Ib2は第1の信号の一例であり、光電流Ia3,Ia4,Ib3,Ib4は第2の信号の一例である。
Light is irradiated from the LED dies 4a and 4b and reflected by the reflecting
図11は、位置変換器100の信号処理回路13の要部を示す回路図である。図11では、図5に示した信号処理回路13のうちで、AGC回路28a以外の部分を示している。また、信号処理回路13は電流電圧変換部21a,21bを有し、フォトダイオードで生成された光電流は電圧に変換されて出力されるが、図11では、簡単のため、電流電圧変換部21a,21bの記載を省略し、電流についての信号処理回路として示している。また、LED20と抵抗器27も、説明に必要ないため、図11では省略している。
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a main part of the
フォトダイオードA1,A2の温度係数をα、フォトダイオードB1,B2の温度係数をβとおく。温度係数αは、温度変化時の、フォトダイオードA1の光電流に対するフォトダイオードA2の光電流の変化量を表す係数である。同様に、温度係数βは、温度変化時の、フォトダイオードB1の光電流に対するフォトダイオードB2の光電流の変化量を表す係数である。温度による特性変化を考慮して、(1)式を電流についての式に書き直すと、位置変換器100の出力信号Ioutは、
温度係数α,βが等しければ、(4)式における温度変化成分であるαとβの項は分母分子で打ち消し合う。しかしながら、実際には、フォトダイオードA1,A2とフォトダイオードB1,B2では温度特性が異なるため、αとβは同じではなく、(4)式における温度変化成分が残るため、温度変化時にゲインドリフトが発生する。そこで、位置変換器200の信号処理回路では、フォトダイオードA3,A4,B3,B4の出力信号を用いて、フォトダイオードA1,A2,B1,B2の出力信号の温度変化成分を補償する。
If the temperature coefficients α and β are equal, the terms α and β, which are temperature change components in the equation (4), cancel out with the denominator numerator. However, in practice, the temperature characteristics of the photodiodes A1 and A2 and the photodiodes B1 and B2 are different. Therefore, α and β are not the same, and the temperature change component in the equation (4) remains. Occur. Therefore, the signal processing circuit of the
図12は、位置変換器200の信号処理回路14の要部を示す回路図である。信号処理回路14でも、各フォトダイオードで生成された光電流は電圧に変換されて出力されるが、図12では、簡単のため、電流電圧変換部の記載を省略し、電流についての信号処理回路として示している。また、信号処理回路14も、図5の信号処理回路13と同じLED20(ただし、位置変換器200ではLEDダイ4a,4bに対応して2個になる)、抵抗器27AおよびAGC回路28aを有するが、説明に必要ないため、図12では省略している。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a main part of the
図12に示すように、信号処理回路14は、減算器31、増幅器32、減算器33、減算器34、増幅器35および減算器36で構成される温度補償回路30を有する。温度補償回路30は、1対のフォトダイオードアレイ15,17と他の1対のフォトダイオードアレイ16,18のそれぞれについて、2つの光電流Ia1,Ia2(またはIb1,Ib2)の温度変化成分を、他の2つの光電流Ia3,Ia4(またはIb3,Ib4)を用いて補償する。例えば、フォトダイオードアレイ15,17について、信号処理回路14は、光電流Ia1,Ia2の合成信号から光電流Ia3,Ia4に含まれる温度変化成分を減算することにより、その合成信号に含まれる温度変化成分を補償する。フォトダイオードアレイ16,18についても同様である。
As shown in FIG. 12, the
減算器31は、第1の減算器の一例であり、フォトダイオードアレイ15,17のフォトダイオードA3,A4が出力する光電流Ia3と光電流(1+α)Ia4との差信号を生成する。ただし、係数αは、温度変化時の、フォトダイオードA3の光電流に対するフォトダイオードA4の光電流の変化量を表す温度係数である。フォトダイオードA3,A4の受光面積は同じであるため、生成される光電流も等しく、Ia3=Ia4である。よって、減算器31が生成する差信号は、(1+α)Ia4−Ia3=αIa4となる。
The
増幅器32は、フォトダイオードA1,A2に対するフォトダイオードA3,A4の面積比に逆比例する増幅率で、減算器31の出力信号αIa4を増幅する。フォトダイオードA3,A4の受光面積がフォトダイオードA1,A2の受光面積の1/Kであるとすると、増幅器32は、減算器31の出力信号をK倍に増幅する。これにより、温度補償用の光電流Ia4のレベルが角度検出用の光電流Ia2のレベルに合わせられるため、増幅器32の出力信号は、KαIa4=αIa2となる。なお、フォトダイオードA1,A3とフォトダイオードA2,A4はそれぞれ同じ温度特性を有するため、温度変化時のフォトダイオードA1の光電流に対するフォトダイオードA2の光電流の変化量を表す温度係数も、上記と同じ値αである。
The
減算器33は、第2の減算器の一例であり、フォトダイオードアレイ15,17のフォトダイオードA1,A2が出力する光電流Ia1および光電流(1+α)Ia2の和信号から、増幅器32の出力信号αIa2を減算する。減算器33が生成する差信号は、Ia1+(1+α)Ia2−αIa2=Ia1+Ia2となる。これをIaとおく(Ia1+Ia2=Ia)。
The
減算器34は、第1の減算器の一例であり、フォトダイオードアレイ16,18のフォトダイオードB3,B4が出力する光電流Ib3と光電流(1+β)Ib4との差信号を生成する。ただし、係数βは、温度変化時の、フォトダイオードB3の光電流に対するフォトダイオードB4の光電流の変化量を表す温度係数である。フォトダイオードB3,B4の受光面積は同じであるため、生成される光電流も等しく、Ib3=Ib4である。よって、減算器34が生成する差信号は、(1+β)Ib4−Ib3=βIb4となる。
The
増幅器35は、フォトダイオードB1,B2に対するフォトダイオードB3,B4の面積比に逆比例する増幅率で、減算器34の出力信号βIb4を増幅する。フォトダイオードA3,A4の受光面積がフォトダイオードA1,A2の受光面積の1/Kであるとすると、フォトダイオードB3,B4の受光面積もフォトダイオードB1,B2の受光面積の1/Kであるため、増幅器35は、減算器34の出力信号をK倍に増幅する。これにより、温度補償用の光電流Ib4のレベルが角度検出用の光電流Ib2のレベルに合わせられるため、増幅器35の出力信号は、KβIb4=βIb2となる。なお、フォトダイオードB1,B3とフォトダイオードB2,B4はそれぞれ同じ温度特性を有するため、温度変化時のフォトダイオードB1の光電流に対するフォトダイオードB2の光電流の変化量を表す温度係数も、上記と同じ値βである。
The
減算器36は、第2の減算器の一例であり、フォトダイオードアレイ16,18のフォトダイオードB1,B2が出力する光電流Ib1および光電流(1+β)Ib2の和信号から、増幅器35の出力信号βIb2を減算する。減算器36が生成する差信号は、Ib1+(1+β)Ib2−βIb2=Ib1+Ib2となる。これをIbとおく(Ib1+Ib2=Ib)。
The
この後の信号処理は、信号処理回路13と同様である。すなわち、減算器33の出力信号Iaと減算器36の出力信号Ibは、減算器22に入力され、差信号Ia−Ibが位置変換器200の出力Ioutとなる。また、減算器33の出力信号Iaと減算器36の出力信号Ibは、加算器23で加算され、和信号Ia+Ibが比較器24により参照電流Irefと比較される。図12には示していないが、比較器24の出力が図5の積分回路25で積分処理され、さらに電流アンプ26aによって増幅されて、LED20に供給される電流Ifが得られる。
The subsequent signal processing is the same as that of the
以上説明したように、位置変換器200の検出器11aは、同一チップ上の共通の半導体層から形成された2つのフォトダイオードでそれぞれが構成される4つのフォトダイオードアレイ15〜18を有する。信号処理回路14は、フォトダイオードA3,A4,B3,B4の光電流を用いて、フォトダイオードA1,A2,B1,B2の光電流の温度変化成分(温度係数α,βを含む項)を補償する。フォトダイオードA1,A3、フォトダイオードA2,A4、フォトダイオードB1,B3およびフォトダイオードB2,B4はそれぞれ同じ温度特性を有するため、光電流Ia3,Ia4および光電流Ib3,Ib4からそれぞれ温度変化成分を抽出し、それを減算することで、光電流Ia1,Ia2および光電流Ib1,Ib2の温度変化成分が打ち消される。したがって、位置変換器200では、温度変化によるゲインドリフトの発生が抑えられ、温度が変化しても安定した出力が得られる。
As described above, the
フォトダイオードアレイ15〜18のフォトダイオードA1,A3、フォトダイオードB1,B3、フォトダイオードA2,A4およびフォトダイオードB2,B4は、それぞれ、図10(a)および図10(b)に示したように、同一チップ上の共通の半導体層から形成されている必要がある。フォトダイオードA1,A3として別々のチップ上に形成されたものを用いると、温度特性が互いに異なるため、信号処理回路14の信号処理では温度変化成分を打ち消せなくなる。このことは、フォトダイオードB1,B3、フォトダイオードA2,A4およびフォトダイオードB2,B4についても同様である。
The photodiodes A1 and A3, photodiodes B1 and B3, photodiodes A2 and A4, and photodiodes B2 and B4 of the
なお、位置変換器200は2つのLEDダイ4a,4bを有するが、複数個のLEDダイを設ける代わりに、例えば、長方形状のLEDチップを使用し、その中央部を遮光性部品で覆って2つの光源としてもよい。また、拡散光源として、チップ面積の大きいLEDを使用してもよい。光学素子の材質を変更し、可視光領域の光を使用してもよい。また、LEDダイの拡散光を効率よくバタフライ形状反射器に向けるために、チクソ性の高い透明樹脂やガラスなどを用いて、半球状のレンズを設けてもよい。
The
LEDダイは、プリント基板に直接実装し、LEDダイの拡散光が直接フォトダイオードに照射されないようにすることが好ましい。しかしながら、LEDダイとフォトダイオードを必ずしも同一平面上に配置しなくてもよい。 The LED die is preferably mounted directly on the printed circuit board so that the diffused light of the LED die is not directly applied to the photodiode. However, the LED die and the photodiode are not necessarily arranged on the same plane.
反射器は、金型などで例えばバタフライ形状に製作した樹脂にメッキなどを施して反射面を設けたものを使用してもよい。また、中央部に孔を設けた反射器を、回転制限モータの回転軸に嵌合だけでなく圧入で固定してもよい。反射器を回転軸に嵌合で取り付けることによって、回転軸との調芯作業が不要となり、製造コストが削減される。 As the reflector, for example, a resin that is made into a butterfly shape with a metal mold or the like and is provided with a reflecting surface by plating or the like may be used. Further, a reflector having a hole in the center may be fixed by press fitting as well as fitting to the rotation shaft of the rotation limiting motor. By attaching the reflector to the rotating shaft by fitting, alignment work with the rotating shaft is unnecessary, and the manufacturing cost is reduced.
拡散光吸収部材には、黒色つや消しを施したアルミ材を利用してもよい。また、黒ニッケルメッキなどの非反射コーティング剤や黒色樹脂などを利用してもよい。可視光領域の光を使用する場合には、拡散光吸収部材として、陽極酸化被膜(黒色つや消しアルマイト)を利用してもよい。 For the diffused light absorbing member, an aluminum material with black matte may be used. Further, a non-reflective coating agent such as black nickel plating or a black resin may be used. When light in the visible light region is used, an anodized film (black matte alumite) may be used as the diffused light absorbing member.
バタフライ形状反射器の反射面から拡散光吸収体までの距離は、実用的には0.2mm〜5mm程度とするのが好ましい。なお、反射器以外から検出器に届く光が十分減衰する距離に回転制限モータの固定側の部材がある場合には、固定側の部材に拡散光吸収部材を配置しなくてもよい。ケースの内面が検出器から十分に離れている場合には、ケースの内面を拡散光吸収部材で覆わなくてもよい。 Practically, the distance from the reflecting surface of the butterfly reflector to the diffused light absorber is preferably about 0.2 mm to 5 mm. In addition, when there is a member on the fixed side of the rotation limiting motor at a distance at which light reaching the detector from other than the reflector is sufficiently attenuated, the diffused light absorbing member may not be disposed on the member on the fixed side. When the inner surface of the case is sufficiently away from the detector, the inner surface of the case may not be covered with the diffused light absorbing member.
なお、位置変換器200の検出器11aと信号処理回路14は、反射型の光学式位置変換器に限らず、透過型の光学式位置変換器にも適用可能である。そこで、以下では、上記の信号処理を透過型の光学式位置変換器に適用した場合の例を説明する。
The
図13は、位置変換器300の縦断面図である。図14は、位置変換器300の検出器11bの配置を示す図である。図14は、図13のXIV−XIV線に沿った位置変換器300の断面を示している。位置変換器300は、特許文献1の位置検出装置と同じ基本構成を有する透過型光学式位置変換器であり、回転制限モータ1、LED光源40、ケース5、バタフライ形状遮光器7’、検出器11bなどから構成される。位置変換器300は、LED光源40から出射され、バタフライ形状遮光器7’により遮光されずに検出器11bに到達した光を検出することにより、回転制限モータ1の回転角度を検出する。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the
位置変換器300は、位置変換器200のLEDダイ4a,4b、バタフライ形状反射器7、検出器11aに代えて、LED光源40、バタフライ形状遮光器7’および検出器11bを有する点が位置変換器200とは異なる。また、位置変換器300は、拡散光吸収体3を有していない点が位置変換器200とは異なる。それ以外の点では、位置変換器300の構成は位置変換器200のものと同じであるから、位置変換器200と共通する点については、上記と同一の符号を使用し、重複する説明を省略する。
In the
バタフライ形状遮光器7’は、回転部材の一例であり、図3に示したバタフライ形状反射器7と同様に、回転制限モータ1の回転軸2の円周方向の一部で回転軸2の周りに突出する2つの突出面7b’を有し、回転軸2に取り付けられて回転軸2とともに回転する。図14では、バタフライ形状遮光器7’の形状も破線で重ねて示している。バタフライ形状遮光器7’は、LED光源40から出射された光を部分的に遮光するものであるから、バタフライ形状反射器7とは異なり反射面を有しておらず、例えば樹脂成型により形成される。
The butterfly-shaped light-shielding
LED光源40は、拡散光源の一例であり、ケース5の上端の中央に、バタフライ形状遮光器7’の突出面7b’に対向して配置されている。LED光源40は、LEDダイ4cと、LEDダイ4cを覆う樹脂製の半球状の湾曲窓41とで構成され、ケース5内の下方のバタフライ形状遮光器7’および検出器11bに向けて、全角均等強度で光を照射する。
The
検出器11bは、位置変換器200の検出器11aとは異なり、バタフライ形状遮光器7’に対してLED光源40とは反対側に配置されているが、検出器11aと同じ4つのフォトダイオードアレイ15〜18で構成される。LED光源40から光が照射され、バタフライ形状遮光器7’の突出面7b’で遮光されることで、フォトダイオードアレイ15〜18の上にバタフライ形状の像(影)が形成され、この像は回転制限モータ1の回転とともに円周方向に移動する。検出器11bは、フォトダイオードアレイ15,16の間およびフォトダイオードアレイ17,18の間における受光面積の割合に応じて変化する信号を出力する。
Unlike the
図示しないが、位置変換器300の信号処理回路は、図12に示した位置変換器200の信号処理回路14と同じである。位置変換器300の信号処理回路も、信号処理回路14と同様に、フォトダイオードA3,A4,B3,B4の光電流を用いて、フォトダイオードA1,A2,B1,B2の光電流の温度変化成分を補償する。したがって、位置変換器300でも、温度変化によるゲインドリフトの発生が抑えられ、温度が変化しても安定した出力が得られる。
Although not shown, the signal processing circuit of the
1 回転制限モータ
2 回転軸
3 拡散光吸収体
4,4a,4b,4c LEDダイ
5 ケース
6 プリント基板
7 バタフライ形状反射器
8 軸受け
9 コネクタ
10 ロータ
11,11a,11b 検出器
12a,12b,12c 像
13,14 信号処理回路
15,16,17,18 フォトダイオードアレイ
31,33,34,36 減算器
32,35 増幅器
100,200,300 位置変換器
A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 フォトダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記突出面に対向して配置された拡散光源と、
2対のフォトダイオードアレイで構成される検出器であって、同一のチップ上にモノリシックに形成された第1および第2のフォトダイオードで各フォトダイオードアレイが構成され、前記突出面に前記拡散光源からの光が照射されることにより前記第1および第2のフォトダイオードの上に前記円周方向に移動する像が形成され、前記第1のフォトダイオードでの受光面積に応じた第1の信号および前記第2のフォトダイオードでの受光面積に応じた第2の信号を各フォトダイオードアレイが出力する検出器と、
1対のフォトダイオードアレイが出力する2つの前記第1の信号の温度変化成分を前記1対のフォトダイオードアレイが出力する2つの前記第2の信号を用いて補償する信号処理回路と、
を有することを特徴とする位置変換器。 A rotating member that has a protruding surface that protrudes around the rotating shaft at a part of the circumferential direction of the rotating shaft of the rotation limiting motor, and is attached to the rotating shaft and rotates with the rotating shaft;
A diffused light source disposed opposite the protruding surface;
A detector comprising two pairs of photodiode arrays, each photodiode array comprising a first and second photodiodes monolithically formed on the same chip, and the diffused light source on the protruding surface When the light from the first photodiode is irradiated, an image moving in the circumferential direction is formed on the first and second photodiodes, and a first signal corresponding to the light receiving area of the first photodiode is formed. And a detector from which each photodiode array outputs a second signal corresponding to the light receiving area of the second photodiode,
A signal processing circuit for compensating for a temperature change component of the two first signals output from the pair of photodiode arrays using the two second signals output from the pair of photodiode arrays;
A position converter characterized by comprising:
1対のフォトダイオードアレイが出力する前記第2の信号同士の差信号を生成する第1の減算器と、
前記第1のフォトダイオードに対する前記第2のフォトダイオードの面積比に逆比例する増幅率で前記差信号を増幅する増幅器と、
前記1対のフォトダイオードアレイが出力する前記第1の信号同士の和信号から前記増幅器の出力信号を減算する第2の減算器と、
を有する、請求項1に記載の位置変換器。 The signal processing circuit includes:
A first subtractor for generating a difference signal between the second signals output by a pair of photodiode arrays;
An amplifier that amplifies the difference signal at an amplification factor that is inversely proportional to the area ratio of the second photodiode to the first photodiode;
A second subtracter for subtracting the output signal of the amplifier from the sum signal of the first signals output by the pair of photodiode arrays;
The position transducer according to claim 1, comprising:
前記回転部材は、前記突出面として反射面を有する反射器であり、
前記検出器は、前記反射器に対して前記拡散光源と同じ側に、前記反射面に対向して配置されている、請求項1または2に記載の位置変換器。 From the diffused light source that is installed behind the rotating member as viewed from the diffused light source, on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the rotating member at a distance from the rotating member, and does not hit the protruding surface Further having a diffused light absorbing member that absorbs the irradiation light of
The rotating member is a reflector having a reflecting surface as the protruding surface,
3. The position converter according to claim 1, wherein the detector is disposed on the same side as the diffused light source with respect to the reflector so as to face the reflecting surface. 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073494A JP2017181473A (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Position transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073494A JP2017181473A (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Position transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017181473A true JP2017181473A (en) | 2017-10-05 |
Family
ID=60005403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016073494A Pending JP2017181473A (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Position transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017181473A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021182471A1 (en) | 2020-03-12 | 2021-09-16 | シチズン千葉精密株式会社 | Position transducer and method for manufacturing position transducer |
-
2016
- 2016-03-31 JP JP2016073494A patent/JP2017181473A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021182471A1 (en) | 2020-03-12 | 2021-09-16 | シチズン千葉精密株式会社 | Position transducer and method for manufacturing position transducer |
US11733069B2 (en) | 2020-03-12 | 2023-08-22 | Citizen Chiba Precision Co., Ltd. | Position transducer and method for manufacturing the same comprising a pair of photodiodes surround the entirety of a predetermined region and have an annular shape |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5595550B2 (en) | Position converter | |
WO2018008215A1 (en) | Infrared ray detector and radiation thermometer | |
JPH06265370A (en) | Optical rotation-angle detection apparatus | |
JP2017181473A (en) | Position transducer | |
FR2726080A1 (en) | OPTOELECTRONIC SENSOR FOR MEASURING THE INTENSITY AND DIRECTION OF THE IMPACT OF A LIGHT BEAM | |
US7737403B2 (en) | Detector arrangement for electromagnetic radiation and method for measuring electromagnetic radiation | |
JP2017181474A (en) | Position transducer | |
JP2009162508A (en) | Actinometer | |
US11959802B2 (en) | Spectrometer device and method for producing a spectrometer device | |
JP6684631B2 (en) | Position converter | |
JP4024644B2 (en) | Reflective encoder | |
JP2012154780A (en) | Spectroscope | |
US4888491A (en) | Device for measuring angular deviation of flat plate | |
US12326364B2 (en) | Detector for spectroscopy | |
US7026605B2 (en) | Angle detection device for rotational body | |
JP2020016547A (en) | Light detection element and lidar device | |
CN109946676A (en) | Twelve Quadrant Laser Detectors | |
JPS5952973B2 (en) | Temperature compensation circuit for photodetection circuit using semiconductor | |
WO2020022313A1 (en) | Photodetection element and lidar device | |
JP2551277B2 (en) | Optical rotation angle detector | |
KR101469238B1 (en) | Infrared ray apparatus and gas measurement optical system including the same | |
Santourian et al. | Further development of an LED-based radiation source for goniometric spectral radiance factor measurements | |
RU2317523C2 (en) | Angular shift optical detector | |
JPS58140619A (en) | Cold contact compensating circuit for thermopile | |
WO2025008088A1 (en) | Optical cra detector unit, multispectral sensor system, and camera system |