[go: up one dir, main page]

JP2017181473A - Position transducer - Google Patents

Position transducer Download PDF

Info

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
Application number
JP2016073494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
佐藤 英明
Hideaki Sato
英明 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Watch Co Ltd
Citizen Chiba Precision Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
Citizen Chiba Precision Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co Ltd, Citizen Chiba Precision Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
Priority to JP2016073494A priority Critical patent/JP2017181473A/en
Publication of JP2017181473A publication Critical patent/JP2017181473A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position transducer that can achieve a stable output even when a temperature varies.SOLUTION: A position transducer includes: a rotary member that has a protrusion face protruding around a rotary shaft of a rotation limit motor at a part in a circumferential direction of the rotary shaft of the rotation limit motor, and is attached to the rotary shaft to rotate together with the rotary shaft; a diffusion light source that is arranged so as to oppose the protrusion face; and a detector that is composed of two pairs of photodiode arrays, in which each photodiode array is composed of first and second photodiodes that are monolithically formed on the same chip, and the protrusion face is irradiated with light from the diffusion light source, and thereby on the first and second photodiodes, an image is formed that moves in the circumferential direction, and each photodiode array outputs a first signal corresponding to a light reception area by the first photodiode and a second signal corresponding to a light reception area by the second photodiode; and a signal processing circuit that compensates for a temperature change component of the first signal using the second signal.SELECTED DRAWING: Figure 9

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, Patent Document 1 discloses a so-called transmission-type optical position detection device (position converter) that detects a rotation angle of a rotating element. The position detection device of Patent Document 1 includes a single light source that provides a uniform and wide-angle optical field in the major axis direction of a rotating element, and a plurality of sectors that are aligned around the major axis and receive light from the light source. An optical sensor and a light blocking member connected to the rotating element and rotating around the major axis to periodically block a portion of the light illuminating the optical sensor. There is no obstacle in the space between the light source and the light sensor except for the light blocking member, and the light from the light source directly irradiates the light sensor portion that is not blocked by the light blocking member. The linear output from the light sensor is used to measure the angular position of the rotating element.

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。   Patent Document 2 discloses a so-called reflection-type optical position converter that detects the rotation angle of a rotation limiting motor. The position converter of Patent Document 2 is attached to a rotation shaft of a rotation limiting motor, and is disposed so as to face a reflector having a plurality of reflection surfaces protruding radially from the rotation shaft and a central portion of the reflection surface of the reflector. The same number of diffused light sources as the number of reflective surfaces, and behind the reflectors as viewed from the diffused light sources, are placed on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the reflectors at a distance from the reflectors. It has a diffused light absorbing member that absorbs irradiation light from a diffused light source that did not hit, and a plurality of detectors that are mounted on the same circuit board as the diffused light source and detect an image reflected by the reflector. The diffused light source and the plurality of detectors are respectively arranged in accordance with the angle formed by the plurality of reflecting surfaces.

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。   Patent Document 3 discloses a light-receiving photodiode having an open light-receiving surface, a compensation photodiode manufactured on the same semiconductor chip as the light-receiving photodiode and having a light-receiving surface covered with a metal vapor-deposited film, and a light-receiving photodiode. An optical receiver circuit having an amplifier that amplifies the output signal of the compensation photodiode and an operational amplifier that amplifies the difference between the amplified signals and effectively reducing the dark current of the photodiode to zero is disclosed.

特表2002−512364号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-512364 特許第5595550号公報Japanese Patent No. 5595550 特開昭59−28389号公報JP 59-28389

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.

位置変換器100の縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view of the position converter 100. FIG. 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。It is the longitudinal cross-sectional view of the position converter 100 seen from 90 degree side with respect to FIG. 1A. 位置変換器100の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of the position converter 100. FIG. 位置変換器100を一部破断して示した斜視図である。It is the perspective view which showed the position converter 100 partially broken. 拡散光吸収部材3dの表面の拡大図である。It is an enlarged view of the surface of the diffused light absorption member 3d. バタフライ形状反射器7の上面図である。It is a top view of the butterfly-shaped reflector 7. プリント基板6上の検出器11の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the detector 11 on the printed circuit board 6. FIG. 位置変換器100の信号処理回路13の回路図である。3 is a circuit diagram of a signal processing circuit 13 of the position converter 100. FIG. 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。It is a figure which shows the positional relationship of photodiode A1, A2, B1, B2 and butterfly-shaped image 12a, 12b, 12c. 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。It is the graph which showed the relationship between the position converter output Vo and a rotation angle. 位置変換器200の縦断面図である。3 is a longitudinal sectional view of the position converter 200. FIG. 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。It is a longitudinal cross-sectional view of the position converter 200 when the butterfly-shaped reflector 7 of FIG. 8A rotates 90 degrees. 位置変換器200の検出器11aの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the detector 11a of the position converter 200. FIG. 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。It is typical sectional drawing for demonstrating the structure of a photodiode array. 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。3 is a circuit diagram showing a main part of a signal processing circuit 13 of the position converter 100. FIG. 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。3 is a circuit diagram showing a main part of a signal processing circuit 14 of the position converter 200. FIG. 位置変換器300の縦断面図である。4 is a longitudinal sectional view of the position converter 300. FIG. 位置変換器300の検出器11bの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the detector 11b of the position converter 300. FIG.

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 position transducer 100. FIG. 1B is a longitudinal sectional view of the position transducer 100 as viewed from the side of 90 degrees with respect to FIG. 1A. FIG. 1C is an exploded perspective view of the position converter 100. FIG. 1D is a perspective view of the position converter 100 with a part thereof broken away.

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 position converter 100 includes a rotation limiting motor 1, a diffused light absorber 3, an LED die 4, a case 5, a printed circuit board 6, a butterfly reflector 7, a detector 11, and the like. The position converter 100 is a reflective optical position converter that detects the rotation angle of the rotation limiting motor 1 by detecting the light emitted from the LED die 4 and reflected by the butterfly reflector 7 with the detector 11. It is.

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 rotation limiting motor 1 has a rotating shaft 2 at the end of the rotor 10, and the rotating shaft 2 is supported by a bearing 8. A reflector mounting portion 2 a protrudes from the tip of the rotating shaft 2. A butterfly reflector 7 is attached to the reflector attachment portion 2a. The butterfly reflector 7 is an example of a rotating member, and rotates together with the rotating shaft 2 by driving the rotation limiting motor 1.

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 light absorber 3 is disposed at an upper portion of the rotation limiting motor 1 with a distance from the butterfly reflector 7. As shown in FIG. 1D, the diffused light absorber 3 includes a disc-shaped portion 3c, a trapezoid-shaped portion 3a formed near the center of the disc-shaped portion 3c, and a through-hole formed in the center of the trapezoid-shaped portion 3a. And a hole 3b. The diffused light absorber 3 is attached to the upper end of the rotation limiting motor 1 so that the rotating shaft 2 passes through the through hole 3b. The diffused light absorber 3 is incorporated in a cylindrical case 5.

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 light absorber 3 and the case 5 are fixed members that are not rotated by the rotation limiting motor 1. A diffused light absorbing member 3 d (see FIG. 2) that absorbs light from the LED die 4 is disposed on the surface of the fixed-side diffused light absorber 3 and the case 5 that is spaced from the reflecting surface of the butterfly reflector 7. Has been. That is, the internal space formed by the diffused light absorber 3 and the case 5 is surrounded by the diffused light absorbing member 3d. The diffused light absorber 3 and the case 5 absorb the light emitted from the LED die 4 and not hitting the butterfly reflector 7 by the diffused light absorbing member 3d.

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 light absorbing member 3d. The diffused light absorbing member 3d is a black member that has been subjected to a surface treatment, and has a three-dimensional and complicated microstructure such as irregularities having a pitch and a height that match the wavelength of light on its surface. The diffused light absorption member 3d confines and absorbs the light by repeatedly reflecting the incident light L on the surface with this fine structure (stray light effect). The surface treatment is performed by a method such as vapor deposition, plating, inorganic baking coating, or electrostatic flocking.

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 case 5. As shown in FIG. 1A, the LED die 4 is mounted on the lower surface of the printed circuit board 6 at a position corresponding to the center of the rotating shaft 2. The LED die 4 is disposed on the printed circuit board 6 so as to face the butterfly reflector 7. The LED die 4 is a diffusion light source that emits light from one point and emits the emitted light with a predetermined spread. In FIG. 1A and FIG. 1B, the light irradiated from LED die 4 is shown by the arrow. In the position converter 100, for example, aluminum gallium arsenide (AlGaAs) having a peak wavelength of 870 nm is used as the LED die 4.

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 connector 9 having a 10-pin terminal is attached to the printed circuit board 6. Each pin of the connector 9 is electrically connected to each land of a pattern (not shown) formed on the printed circuit board 6 by soldering or the like. In FIG. 1C, five pins 9a are visible, and the remaining pins are located behind the connector and are not visible. Each pin is connected to a pattern connected to the terminals of the detector 11 and the LED die 4. The connector 9 is electrically coupled to a female (or male) connector (not shown) to which a connection terminal of a signal processing circuit or the like is connected.

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 reflector 7. The butterfly reflector 7 has a mounting hole 7a for fitting to the reflector mounting portion 2a of the rotary shaft 2 by fitting, and projects around the rotary shaft 2 at a part of the central portion in the circumferential direction. Butterfly-shaped flat reflective surface 7b. The butterfly reflector 7 has a reflective surface 7b that is a reflective region, but does not have a non-reflective region. The light emitted from the LED die 4 and hitting the reflection surface 7b of the butterfly reflector 7 is reflected toward the detector 11 by the reflection surface 7b. On the other hand, of the light emitted from the LED die 4, the light passing through the region other than the reflection surface 7 b and passing through the back surface side of the butterfly reflector 7 is absorbed by the diffused light absorbing member 3 d.

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 butterfly reflector 7 is manufactured by processing a mirror-finished metal plate by cold rolling or the like into a butterfly shape by etching or wire cutting. The reflectance of the butterfly reflector 7 may be further improved by depositing aluminum, silver, gold or the like on the reflecting surface 7b and applying a metal coating.

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 detectors 11 on the printed circuit board 6. The detector 11 includes four photodiode dies A1, A2, B1, and B2, and is disposed on the same side as the LED die 4 with respect to the butterfly-shaped reflector 7 so as to face the reflecting surface 7b. The photodiodes A1, A2, B1, and B2 are disposed around the LED die 4 on the lower surface of the printed circuit board 6. Each photodiode is composed of a silicon wafer having a sensitivity wavelength of 800 to 900 nm. The spectral sensitivity wavelengths of the photodiodes A1, A2, B1, and B2 are preferably the same as the peak wavelength of the LED die 4. The LED die 4 and the photodiodes A1, A2, B1, and B2 are directly mounted on the printed circuit board 6 without being packaged (chip-on-board).

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 circuit board 6 interposed therebetween. Yes. Furthermore, the photodiodes A1 and B1 are mounted close to each other, and the photodiodes B2 and A2 are mounted close to each other. On the printed circuit board 6, photodiodes A1 and A2 are connected in parallel, and photodiodes B1 and B2 are connected in parallel.

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 reflector 7 moves with the rotation of the rotation limiting motor 1. The detector 11 receives the image of the reflected light from the plurality of rotating reflecting surfaces 7b and outputs a signal that changes in accordance with the ratio of the light receiving area of the image between the two photodiodes. Specifically, the photodiodes A1 and A2 and the photodiodes B1 and B2 receive the images and output photocurrents Ia and Ib corresponding to the areas of the respective light receiving regions. The photocurrents Ia and Ib are converted into currents and voltages by the signal processing circuit 13 to be described below to become voltages Va and Vb, respectively. This voltage difference Va−Vb becomes the output of the position converter 100.

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 signal processing circuit 13 of the position converter 100. Although not shown in FIGS. 1A to 1D, the position converter 100 is a signal processing circuit 13 that converts photocurrents from the photodiodes A 1, A 2, B 1, and B 2 according to the rotation angle of the rotation limiting motor 1 into voltage signals. Have

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 subtracter 22 and subjected to subtraction processing. The position converter output Vo processed by the signal processing circuit 13 is:
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 signal processing circuit 13 includes an AGC circuit 28a that performs temperature compensation and linearity compensation with respect to a temperature change that cannot be compensated for by the optical system in order to obtain a highly accurate position conversion output. The output voltage Va of the current-voltage converter 21a and the output voltage Vb of the current-voltage converter 21b are led to the AGC circuit 28a and added by the adder 23. This added output is compared with the reference voltage Vref by the comparator 24. The output of the comparator 24 is integrated by the integrating circuit 25 and amplified by the current amplifier 26a. Thereby, the current If is supplied to the LED 20 through the resistor 27.

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 reflector 7 are rotated by the rotation limiting motor 1 as shown in images 12a, 12b, and 12c in FIGS. 6 (a) to 6 (c). Move by angle.

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 position converter 100 becomes Va−Vb> 0 corresponding to the rotation angle being positive. In the case of FIG. 6B, since the area difference is Sa−Sb = 0, the output voltage of the position converter 100 is Va−Vb = 0 corresponding to the rotation angle being 0. In the case of FIG. 6C, since the area difference is Sa−Sb <0, the output voltage of the position converter 100 becomes Va−Vb <0 corresponding to the negative rotation angle.

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 position converter 100, the diffused light absorber can be obtained by appropriately taking the distance from the butterfly-shaped reflector 7 to the fixed-side diffused light absorber 3. The conversion coefficient Ke of the photocurrent with respect to the illuminance from 3 is reduced. Thereby, the S / N ratio is improved as compared with the case where the reflective region and the non-reflective region are provided on the same plane of the reflector. Moreover, the influence of the change of the emission wavelength with respect to the temperature of the LED die 4 and the influence of the change in the absorptance of the diffused light absorber 3 due to the temperature rise are reduced, and the stability of the output with respect to temperature is improved.

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 position converter 100, the reflective region and the non-reflective region are configured by the butterfly-shaped reflector 7 and the diffused light absorber 3 installed on the fixed side at a distance from the reflector. As a result, even if reflective or non-reflective particles are attached to the reflector, the image irradiated on the detector is hardly adversely affected. Further, in the position converter 100, since the reflective region and the non-reflective region are separate members, it is easy to use a high reflection film and a high light absorption film, respectively. Furthermore, since the butterfly-shaped reflector 7 does not have a non-reflective region, the butterfly-shaped reflector 7 has low inertia, which is advantageous for high-speed response of the rotation limiting motor 1.

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 position converter 200. 8B is a longitudinal sectional view of the position converter 200 when the butterfly-shaped reflector 7 of FIG. 8A is rotated 90 degrees. The position converter 200 differs from the position converter 100 shown in FIGS. 1A to 1D only in the configuration of the LED die and the detector. In other respects, the configuration of the position converter 200 is the same as that of the position converter 100. Hereinafter, the position converter 200 will be described with respect to differences from the position converter 100, and description of points that are common to the position converter 100 will be omitted.

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 position converter 200 has two LED dies 4a and 4b mounted on the lower surface of the printed circuit board 6 by chip-on-board. The LED dies 4 a and 4 b are disposed on the lower surface of the printed circuit board 6 so as to face the butterfly reflector 7 at a position corresponding to the center of the rotary shaft 2. The LED dies 4 a and 4 b are both the same diffused light source and irradiate light toward the butterfly reflector 7. In FIG. 8A and FIG. 8B, the light irradiated from LED die 4a, 4b is shown by the arrow.

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 position converter 200 is more stable than the position converter 100. Further, in the position converter 200, even if the forward current of the LED is made lower than that of the position converter 100, the same output as that obtained when the number of LED dies is one can be obtained. For this reason, in the position converter 200, it becomes possible to reduce the forward current of the LED while maintaining a good S / N ratio. Further, if the forward current of the LED is reduced, the influence of the junction temperature of the LED is reduced, and the stability of the output with respect to the temperature is further improved. By reducing the forward current of the LED, there is also an effect that power saving and long life of the LED can be achieved.

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 detectors 11 a of the position converter 200. FIG. 9 shows the positional relationship between the LED die and the detector on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D for the position converter 200. In FIG. 9, the shape of the image formed by irradiating the reflected light from the butterfly-shaped reflector 7 onto the printed circuit board 6 is also shown by being overlaid with broken lines.

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 detector 11a of the position converter 200 includes four photodiode arrays 15 to 18, and is disposed on the same side as the LED dies 4a and 4b with respect to the butterfly-shaped reflector 7 so as to face the reflecting surface 7b. Yes. The photodiode arrays 15 to 18 are mounted on the lower surface of the printed circuit board 6 by chip-on-board. The photodiode arrays 15 and 16 are close to each other, and the photodiode arrays 17 and 18 are also close to each other, but the LED dies 4a and 4b are sandwiched between the photodiode arrays 15 and 16 and the photodiode arrays 17 and 18. Away.

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 position converter 200, the LED dies 4a and 4b and the photodiode arrays 15 to 18 are arranged so that the LED die 4a and the photodiode arrays 15 and 16 correspond, and the LED die 4b and the photodiode arrays 17 and 18 correspond. Is arranged. For this reason, the emitted light from the LED die 4a is reflected by one reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7, and the reflected light is received mainly by the photodiode arrays 15 and 16. The light emitted from the LED die 4 b is reflected by the other reflecting surface 7 b of the butterfly reflector 7, and the reflected light is received mainly by the photodiode arrays 17 and 18.

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 photodiode arrays 15 to 18 includes two photodiodes monolithically formed on the same chip. Specifically, the photodiode array 15 is photodiodes A1 and A3, the photodiode array 16 is photodiodes B1 and B3, the photodiode array 17 is photodiodes A2 and A4, and the photodiode array 18 is photodiode B2, Each is configured with B4. The photodiodes A1, A2, B1, and B2 are examples of the first photodiode, and are provided for detecting the rotation angle of the rotation limiting motor 1. The photodiodes A3, A4, B3, and B4 are examples of the second photodiode, and are provided to compensate for the temperature change component of the output signal from the detector 11a.

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 circuit board 6, the photodiodes A1, A2, B1, and B2 are arranged on the same circumference with the center O at a position immediately above the rotating shaft 2 (see FIG. 1C and the like). A4, B3, and B4 are arranged on the same circumference outside. The photodiodes A1 and A3 and the photodiodes A2 and A4 face each other across the center O, and the photodiodes B1 and B3 and the photodiodes B2 and B4 also face each other across the center O.

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 photodiode array 15 includes a p-type contact layer 102, a light absorption layer 103, an electric field control layer 104, an electron transit layer 105, and an n-type contact layer 106 on a substrate 101 as shown in FIG. One laminated structure that is sequentially laminated is formed by patterning as shown in FIG. 10B by a known etching technique. That is, the photodiodes A1 and A3 of the photodiode array 15 are integrated (monolithically) formed on the same substrate (chip), and the p layer and the n layer are derived from a common semiconductor layer. Have the same characteristics. The same applies to the photodiodes B1 and B3, the photodiodes A2 and A4, and the photodiodes B2 and B4 of the photodiode arrays 16 to 18.

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 circuit board 6, photodiodes A1 and A2, photodiodes A3 and A4, photodiodes B1 and B2, and photodiodes B3 and B4 are connected in parallel.

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 surface 7b of the butterfly reflector 7 to form a butterfly-shaped image on the photodiode arrays 15 to 18, and this image is the rotation limiting motor 1. It moves in the circumferential direction with the rotation of. The detector 11a receives an image of the reflected light from the reflecting surface 7b, and outputs a signal that changes in accordance with the ratio of the light receiving area between the two photodiode arrays. Specifically, the photodiode arrays 15 and 16 output photocurrents Ia1, Ia3, Ib1, and Ib3 corresponding to the light receiving areas of the photodiodes A1, A3, B1, and B3. The photodiode arrays 17 and 18 output photocurrents Ia2, Ia4, Ib2, and Ib4 according to the light receiving areas of the photodiodes A2, A4, B2, and B4. The photocurrents Ia1, Ia2, Ib1, and Ib2 are examples of the first signal, and the photocurrents Ia3, Ia4, Ib3, and Ib4 are examples of the second signal.

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 signal processing circuit 13 of the position converter 100. FIG. 11 shows a portion other than the AGC circuit 28a in the signal processing circuit 13 shown in FIG. The signal processing circuit 13 includes current-voltage conversion units 21a and 21b, and the photocurrent generated by the photodiode is converted into a voltage and output. In FIG. 11, for the sake of simplicity, the current-voltage conversion unit 21a , 21b are omitted and shown as a signal processing circuit for current. Also, the LED 20 and the resistor 27 are not shown in FIG.

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、

Figure 2017181473
となる。ただし、IaはフォトダイオードA1,A2による光電流の和であり、IbはフォトダイオードB1,B2による光電流の和である。また、Irefは参照電流である。 Let α be the temperature coefficient of the photodiodes A1 and A2, and β be the temperature coefficient of the photodiodes B1 and B2. The temperature coefficient α is a coefficient representing the change amount of the photocurrent of the photodiode A2 with respect to the photocurrent of the photodiode A1 when the temperature changes. Similarly, the temperature coefficient β is a coefficient representing the change amount of the photocurrent of the photodiode B2 with respect to the photocurrent of the photodiode B1 when the temperature changes. In consideration of the characteristic change due to temperature, when the equation (1) is rewritten into the equation for current, the output signal Iout of the position converter 100 is
Figure 2017181473
It becomes. However, Ia is the sum of photocurrents from the photodiodes A1 and A2, and Ib is the sum of photocurrents from the photodiodes B1 and B2. Iref is a reference current.

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 position converter 200 compensates for the temperature change component of the output signals of the photodiodes A1, A2, B1, and B2 using the output signals of the photodiodes A3, A4, B3, and B4.

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 signal processing circuit 14 of the position converter 200. Also in the signal processing circuit 14, the photocurrent generated by each photodiode is converted into a voltage and output. However, in FIG. 12, for simplicity, the description of the current-voltage conversion unit is omitted, and the signal processing circuit for the current As shown. The signal processing circuit 14 also has the same LED 20 as the signal processing circuit 13 of FIG. 5 (however, the position converter 200 has two LEDs corresponding to the LED dies 4a and 4b), a resistor 27A, and an AGC circuit 28a. However, since it is not necessary for the description, it is omitted in FIG.

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 signal processing circuit 14 includes a temperature compensation circuit 30 including a subtractor 31, an amplifier 32, a subtracter 33, a subtracter 34, an amplifier 35, and a subtracter 36. The temperature compensation circuit 30 generates temperature change components of two photocurrents Ia1, Ia2 (or Ib1, Ib2) for each of the pair of photodiode arrays 15, 17 and the other pair of photodiode arrays 16, 18. Compensation is performed using the other two photocurrents Ia3 and Ia4 (or Ib3 and Ib4). For example, for the photodiode arrays 15 and 17, the signal processing circuit 14 subtracts the temperature change component included in the photocurrents Ia3 and Ia4 from the combined signal of the photocurrents Ia1 and Ia2, thereby changing the temperature change included in the combined signal. Compensate the component. The same applies to the photodiode arrays 16 and 18.

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 subtractor 31 is an example of a first subtracter, and generates a difference signal between the photocurrent Ia3 output from the photodiodes A3 and A4 of the photodiode arrays 15 and 17 and the photocurrent (1 + α) Ia4. However, the coefficient α is a temperature coefficient representing the amount of change in the photocurrent of the photodiode A4 with respect to the photocurrent of the photodiode A3 when the temperature changes. Since the light receiving areas of the photodiodes A3 and A4 are the same, the generated photocurrents are also equal, and Ia3 = Ia4. Therefore, the difference signal generated by the subtractor 31 is (1 + α) Ia4−Ia3 = αIa4.

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 amplifier 32 amplifies the output signal αIa4 of the subtractor 31 with an amplification factor that is inversely proportional to the area ratio of the photodiodes A3 and A4 to the photodiodes A1 and A2. Assuming that the light receiving areas of the photodiodes A3 and A4 are 1 / K of the light receiving areas of the photodiodes A1 and A2, the amplifier 32 amplifies the output signal of the subtractor 31 by K times. As a result, the level of the temperature compensation photocurrent Ia4 is adjusted to the level of the angle detection photocurrent Ia2, so that the output signal of the amplifier 32 is KαIa4 = αIa2. Since the photodiodes A1 and A3 and the photodiodes A2 and A4 have the same temperature characteristics, the temperature coefficient representing the amount of change in the photocurrent of the photodiode A2 with respect to the photocurrent of the photodiode A1 when the temperature changes is also as described above. The same value α.

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 subtractor 33 is an example of a second subtracter, and the output signal of the amplifier 32 is obtained from the sum signal of the photocurrent Ia1 and the photocurrent (1 + α) Ia2 output from the photodiodes A1 and A2 of the photodiode arrays 15 and 17. Subtract αIa2. The difference signal generated by the subtractor 33 is Ia1 + (1 + α) Ia2−αIa2 = Ia1 + Ia2. This is set as Ia (Ia1 + Ia2 = Ia).

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 subtractor 34 is an example of a first subtracter, and generates a difference signal between the photocurrent Ib3 output from the photodiodes B3 and B4 of the photodiode arrays 16 and 18 and the photocurrent (1 + β) Ib4. However, the coefficient β is a temperature coefficient representing the amount of change in the photocurrent of the photodiode B4 with respect to the photocurrent of the photodiode B3 when the temperature changes. Since the light receiving areas of the photodiodes B3 and B4 are the same, the generated photocurrents are also equal, and Ib3 = Ib4. Therefore, the difference signal generated by the subtractor 34 is (1 + β) Ib4−Ib3 = βIb4.

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 amplifier 35 amplifies the output signal βIb4 of the subtractor 34 with an amplification factor that is inversely proportional to the area ratio of the photodiodes B3 and B4 to the photodiodes B1 and B2. If the light receiving areas of the photodiodes A3 and A4 are 1 / K of the light receiving areas of the photodiodes A1 and A2, the light receiving areas of the photodiodes B3 and B4 are also 1 / K of the light receiving areas of the photodiodes B1 and B2. The amplifier 35 amplifies the output signal of the subtractor 34 K times. As a result, the level of the temperature compensation photocurrent Ib4 is adjusted to the level of the angle detection photocurrent Ib2, so that the output signal of the amplifier 35 becomes KβIb4 = βIb2. Since the photodiodes B1 and B3 and the photodiodes B2 and B4 have the same temperature characteristics, the temperature coefficient representing the amount of change in the photocurrent of the photodiode B2 with respect to the photocurrent of the photodiode B1 when the temperature changes is also as described above. The same value β.

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 subtractor 36 is an example of a second subtracter, and the output signal of the amplifier 35 is obtained from the sum signal of the photocurrent Ib1 and the photocurrent (1 + β) Ib2 output from the photodiodes B1 and B2 of the photodiode arrays 16 and 18. βIb2 is subtracted. The difference signal generated by the subtracter 36 is Ib1 + (1 + β) Ib2−βIb2 = Ib1 + Ib2. This is set as Ib (Ib1 + Ib2 = Ib).

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 signal processing circuit 13. That is, the output signal Ia of the subtracter 33 and the output signal Ib of the subtractor 36 are input to the subtractor 22, and the difference signal Ia−Ib becomes the output Iout of the position converter 200. Further, the output signal Ia of the subtractor 33 and the output signal Ib of the subtractor 36 are added by the adder 23, and the sum signal Ia + Ib is compared with the reference current Iref by the comparator 24. Although not shown in FIG. 12, the output of the comparator 24 is integrated by the integrating circuit 25 of FIG. 5, and further amplified by the current amplifier 26a to obtain the current If supplied to the LED 20.

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 detector 11a of the position converter 200 includes the four photodiode arrays 15 to 18 each composed of two photodiodes formed from a common semiconductor layer on the same chip. The signal processing circuit 14 uses the photocurrents of the photodiodes A3, A4, B3, and B4 to compensate for the temperature change components (terms including the temperature coefficients α and β) of the photocurrents of the photodiodes A1, A2, B1, and B2. To do. Since the photodiodes A1, A3, photodiodes A2, A4, photodiodes B1, B3 and photodiodes B2, B4 have the same temperature characteristics, the temperature change components are extracted from the photocurrents Ia3, Ia4 and the photocurrents Ib3, Ib4, respectively. By subtracting it, the temperature change components of the photocurrents Ia1 and Ia2 and the photocurrents Ib1 and Ib2 are canceled out. Therefore, in the position converter 200, the occurrence of gain drift due to a temperature change is suppressed, and a stable output can be obtained even if the temperature changes.

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 photodiode arrays 15 to 18 are as shown in FIGS. 10A and 10B, respectively. It must be formed from a common semiconductor layer on the same chip. If the photodiodes A1 and A3 formed on different chips are used, the temperature characteristics are different from each other, so that the signal processing of the signal processing circuit 14 cannot cancel the temperature change component. The same applies to the photodiodes B1 and B3, the photodiodes A2 and A4, and the photodiodes B2 and B4.

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 position converter 200 has two LED dies 4a and 4b, but instead of providing a plurality of LED dies, for example, a rectangular LED chip is used, and the central portion thereof is covered with a light-shielding component. One light source may be used. Moreover, you may use LED with a big chip area as a diffused light source. The material of the optical element may be changed and light in the visible light region may be used. Moreover, in order to efficiently direct the diffused light of the LED die toward the butterfly reflector, a hemispherical lens may be provided using a highly thixotropic transparent resin or glass.

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 detector 11a and the signal processing circuit 14 of the position converter 200 can be applied not only to the reflection type optical position converter but also to the transmission type optical position converter. Therefore, in the following, an example in which the above signal processing is applied to a transmissive optical position transducer will be described.

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 position converter 300. FIG. 14 is a diagram illustrating the arrangement of the detectors 11 b of the position converter 300. FIG. 14 shows a cross section of the position transducer 300 along the line XIV-XIV in FIG. The position converter 300 is a transmissive optical position converter having the same basic configuration as the position detection device of Patent Document 1, and includes a rotation limiting motor 1, an LED light source 40, a case 5, a butterfly-shaped light shield 7 ′, and a detector. 11b and the like. The position converter 300 detects the rotation angle of the rotation limiting motor 1 by detecting the light emitted from the LED light source 40 and reaching the detector 11b without being blocked by the butterfly-shaped light shield 7 '.

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 position converter 300, instead of the LED dies 4a and 4b, the butterfly reflector 7 and the detector 11a of the position converter 200, the point having the LED light source 40, the butterfly light shield 7 'and the detector 11b is converted. Different from the vessel 200. The position converter 300 is different from the position converter 200 in that it does not have the diffused light absorber 3. In other respects, the configuration of the position converter 300 is the same as that of the position converter 200, and therefore, the points common to the position converter 200 are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. To do.

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 device 7 ′ is an example of a rotating member. Like the butterfly-shaped reflector 7 shown in FIG. And has two projecting surfaces 7 b ′ that are attached to the rotating shaft 2 and rotate together with the rotating shaft 2. In FIG. 14, the shape of the butterfly-shaped light shield 7 ′ is also overlapped with a broken line. Since the butterfly-shaped light shield 7 'partially shields the light emitted from the LED light source 40, unlike the butterfly-shaped reflector 7, it does not have a reflecting surface and is formed by, for example, resin molding. The

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 LED light source 40 is an example of a diffused light source, and is disposed in the center of the upper end of the case 5 so as to face the protruding surface 7b 'of the butterfly-shaped light shield 7'. The LED light source 40 is composed of an LED die 4c and a resin-made hemispherical curved window 41 covering the LED die 4c, and full-angle toward the butterfly-shaped light shield 7 'and the detector 11b below the case 5. Irradiate light with uniform intensity.

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 detector 11a of the position converter 200, the detector 11b is arranged on the opposite side to the LED light source 40 with respect to the butterfly-shaped light shield 7 ′, but the same four photodiode arrays as the detector 11a. It consists of 15-18. Light is emitted from the LED light source 40 and is shielded by the projecting surface 7b ′ of the butterfly-shaped light shield 7 ′, so that a butterfly-shaped image (shadow) is formed on the photodiode arrays 15-18. As the rotation limiting motor 1 rotates, it moves in the circumferential direction. The detector 11b outputs a signal that changes in accordance with the ratio of the light receiving area between the photodiode arrays 15 and 16 and between the photodiode arrays 17 and 18.

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 position converter 300 is the same as the signal processing circuit 14 of the position converter 200 shown in FIG. Similarly to the signal processing circuit 14, the signal processing circuit of the position converter 300 uses the photocurrents of the photodiodes A3, A4, B3, and B4, and the temperature change component of the photocurrents of the photodiodes A1, A2, B1, and B2. To compensate. Therefore, the position converter 300 can also suppress the occurrence of gain drift due to a temperature change, and a stable output can be obtained even if the temperature changes.

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 SYMBOLS 1 Rotation limiting motor 2 Rotating shaft 3 Diffuse light absorber 4, 4a, 4b, 4c LED die 5 Case 6 Printed circuit board 7 Butterfly-shaped reflector 8 Bearing 9 Connector 10 Rotor 11, 11a, 11b Detector 12a, 12b, 12c Image 13, 14 Signal processing circuit 15, 16, 17, 18 Photodiode array 31, 33, 34, 36 Subtractor 32, 35 Amplifier 100, 200, 300 Position converter A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3 , B4 Photodiode

Claims (3)

回転制限モータの回転軸の円周方向の一部で前記回転軸の周りに突出する突出面を有し、前記回転軸に取り付けられて前記回転軸とともに回転する回転部材と、
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:
前記信号処理回路は、
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:
前記拡散光源から見て前記回転部材の背後に、前記回転部材から距離を持って前記回転部材を取り囲むように前記回転制限モータの固定側に設置され、前記突出面に当たらなかった前記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、
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.
JP2016073494A 2016-03-31 2016-03-31 Position transducer Pending JP2017181473A (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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