JP6684631B2 - Position converter - Google Patents

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本発明は、位置変換器に関する。   The present invention relates to position converters.

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。例えば、特許文献1には、回転制限モータの回転子とともに回転する照明反射器に照明を向ける照明源と、照明源に隣接し照明反射器からの変調反射照明を受ける複数の検出器区域とを含む回転制限モータ用の位置変換器システムが開示されている。   A position converter mounted on a rotation-limited motor that drives an optical component such as a mirror for scanning laser light is known. For example, in US Pat. No. 6,037,049, an illumination source is provided that directs illumination to an illumination reflector that rotates with the rotor of a rotation limited motor, and a plurality of detector areas adjacent to the illumination source that receive modulated reflected illumination from the illumination reflector. A position transducer system for a limited rotation motor including is disclosed.

特許文献2には、光学式ロータリーエンコーダの光学系の構造が開示されている。エンコーダは回転軸の回転中心線上近傍に設けられた光源と、回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられ、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部からなる光学パターンを有するロータリースケールと、ロータリースケールと間隔を開けて配置され、光源からの光を回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射体と、透光部を透過した光を受光する受光素子とを備えている。特許文献2の光学式ロータリーエンコーダは、反射器からの明暗光を検出器で検出し、後段回路にて符号化し、位置情報を得る変換器である。   Patent Document 2 discloses a structure of an optical system of an optical rotary encoder. The encoder has a light source provided near the rotation center line of the rotation shaft, and an optical pattern that is attached to the rotation shaft so as to be rotatable around the rotation center line and that includes a light-transmitting portion and a light-shielding portion that are alternately formed in the circumferential direction. The rotary scale has a space between the rotary scale and the rotary scale and reflects the light from the light source into a parallel light flux whose width does not change substantially in a cross section including the rotation center line. The light source includes a reflector that irradiates the light portion so that the light transmitted through the light transmitting portion is directed to the periphery of the light source, and a light receiving element that receives the light transmitted through the light transmitting portion. The optical rotary encoder of Patent Document 2 is a converter that obtains position information by detecting bright and dark light from a reflector with a detector and encoding it in a subsequent circuit.

特許文献3は、特許文献2と同様、エンコーダに関するものであり、反射性の円筒形表面を利用した光学系が開示されている。このエンコーダでは、ドラムに対向して、フォトディテクタと光源を備えたモジュールが配置されている。ドラムの円周方向の表面にはストライプ状の非反射領域が等間隔で設けられている。光源の光はドラムに照射され、その反射光がフォトディテクタで検出される。特許文献3には、ドラムの表面にストライプ状に配置された非反射領域とその間の反射領域に対して光を照射し、反射された光より非反射領域の回転位置を検出するエンコーダ特有の光学系および検出方式が開示されている。   Patent Document 3 relates to an encoder as in Patent Document 2, and discloses an optical system using a reflective cylindrical surface. In this encoder, a module including a photodetector and a light source is arranged facing the drum. Stripe-shaped non-reflective regions are provided at equal intervals on the circumferential surface of the drum. The light from the light source is applied to the drum, and the reflected light is detected by the photodetector. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-242242 discloses an encoder-specific optical system that irradiates light on a non-reflective region arranged in a stripe shape on a surface of a drum and a reflective region between them and detects a rotational position of the non-reflective region from the reflected light. Systems and detection schemes are disclosed.

特許文献4には、回転位置を検出するロータリーモータの構造が開示されている。このロータリーモータでは、その回転位置を検出するため、ロータ軸に90度の角度幅のバタフライ形状の拡散面が取り付けられている。その拡散面は、中央部付近に円板形の不透明面を有している(特許文献4 図1B参照)。拡散面に対向してレンズが配置され、その後方に据え置き検出器が設置されている。光源として、レンズの両側に4個のLEDが配置されている。4個のLEDから出射した光は、回転する拡散面で反射し、反射光はレンズによって集光されて据え置き検出器で受光される。特許文献4のロータリーモータでは、LEDと検出器は同じ面ではなく異なる空間に配置され、4個のLED光源からそれぞれ反射面に向けて光が照射される。   Patent Document 4 discloses a structure of a rotary motor that detects a rotational position. In this rotary motor, in order to detect its rotational position, a butterfly-shaped diffusion surface having an angle width of 90 degrees is attached to the rotor shaft. The diffusion surface has a disk-shaped opaque surface near the center (see FIG. 1B of Patent Document 4). A lens is arranged facing the diffusion surface, and a stationary detector is installed behind it. As a light source, four LEDs are arranged on both sides of the lens. The light emitted from the four LEDs is reflected by the rotating diffusing surface, and the reflected light is collected by the lens and received by the stationary detector. In the rotary motor of Patent Document 4, the LED and the detector are arranged not in the same surface but in different spaces, and light is emitted from each of the four LED light sources toward the reflecting surface.

特許文献5には、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し、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た位置変換器が開示されている。   In Patent Document 5, a reflector attached to a rotation shaft of a rotation limiting motor and having a plurality of reflecting surfaces radially protruding from the rotation shaft, and a reflector arranged to face a central portion of the reflecting surface of the reflector. It was installed on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the reflector at a distance from the reflector, behind the reflector when viewed from the diffused light source, and as many diffused light sources as there were surfaces, and did not hit the reflective surface. A diffused light absorbing member that absorbs the light emitted from the diffused light source, and a plurality of detectors that are mounted on the same circuit board as the diffused light source and that detect the image reflected by the reflector are provided. As for the detector of (1), a position converter which is arranged according to an angle formed by a plurality of reflecting surfaces is disclosed.

特表2009−542178号公報Japanese Patent Publication No. 2009-542178 特開2004−340929号公報JP, 2004-340929, A 特開2005−164588号公報JP, 2005-164588, A 英国特許出願公開第2264781号明細書British Patent Application Publication No. 2264781 特許第5595550号公報Patent No. 5595550

位置変換器の検出器の出力信号は、本来、検出に必要な回転角度(機械角)の範囲内で、回転制限モータの回転角度に応じて直線的に変化すべきである。しかしながら、実際には、出力信号の波形の一部に歪みが現れるため、検出に用いられる回転角度の範囲を広げようとすると、この歪みが検出精度に悪影響を及ぼす。   Originally, the output signal of the detector of the position converter should change linearly within the range of the rotation angle (mechanical angle) required for detection in accordance with the rotation angle of the rotation limiting motor. However, in reality, distortion appears in a part of the waveform of the output signal. Therefore, if the range of the rotation angle used for detection is widened, this distortion adversely affects the detection accuracy.

そこで、本発明は、位置変換器の回転制限モータの回転角度に対して検出器の出力信号の直線性が保たれる角度範囲を広げることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to widen the angle range in which the linearity of the output signal of the detector is maintained with respect to the rotation angle of the rotation limiting motor of the position converter.

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、複数の反射面に対向して回路基板上に実装された拡散光源と、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、回路基板上における回転軸の直上の位置を中心とする円周上に実装された複数対のフォトダイオードを有し、回転する複数の反射面による反射光の像を受光して、各対を構成する2つのフォトダイオードによる像の受光面積に応じて変化する信号を出力する検出器とを有し、複数対のフォトダイオードのそれぞれは、その対を構成する2つのフォトダイオードのチップが回路基板の面内で互いに傾いており、2つのフォトダイオードが円周上で同じ角度の隙間を空けて配置されていることを特徴とする位置変換器が提供される。   A reflector mounted on the rotation axis of the rotation limiting motor and having a plurality of reflecting surfaces radially protruding from the rotation axis, a diffuse light source mounted on the circuit board facing the plurality of reflecting surfaces, and viewed from the diffuse light source. And a diffused light absorbing member that is installed behind the reflector on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the reflector at a distance from the reflector and absorbs the light emitted from the diffused light source that did not hit the reflecting surface. , Having a plurality of pairs of photodiodes mounted on the circumference centered on a position directly above the rotation axis on the circuit board, receiving images of light reflected by a plurality of rotating reflecting surfaces, and And a detector that outputs a signal that changes according to the light-receiving area of the image formed by the two photodiodes that make up each of the photodiodes. Are inclined to one another in the plane of the plate, the position transducer, characterized in that two photodiodes are arranged with a gap of the same angle on the circumference is provided.

上記の位置変換器では、隙間の角度は、4度よりも大きくかつ40度よりも小さいことが好ましい。
上記の位置変換器では、拡散光源は複数のLEDダイで構成され、複数のLEDダイのそれぞれは、回路基板上における隙間の内側に配置されていることが好ましい。
In the above position converter, the angle of the gap is preferably larger than 4 degrees and smaller than 40 degrees.
In the above position converter, the diffused light source is preferably composed of a plurality of LED dies, and each of the plurality of LED dies is preferably arranged inside the gap on the circuit board.

上記の位置変換器によれば、本構成を有しない場合と比べて、回転制限モータの回転角度に対して検出器の出力信号の直線性が保たれる角度範囲が広がる。   According to the above position converter, the angular range in which the linearity of the output signal of the detector is maintained with respect to the rotation angle of the rotation limiting motor is widened as compared with the case where this configuration is not provided.

位置変換器100の縦断面図である。3 is a vertical cross-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。FIG. 1B is a vertical cross-sectional view of the position converter 100 viewed from the side of 90 degrees 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 partially cut away and showed position converter 100. 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 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 shape 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 photodiodes A1, A2, B1, B2 and butterfly-shaped images 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。6 is a graph showing the relationship between the position converter output Vo and the rotation angle. 位置変換器30のLEDダイの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the LED die of the position converter 30. 位置変換器100,200,30におけるLEDダイから検出器までの光学距離の長さを比較するための図である。FIG. 6 is a diagram for comparing the length of the optical distance from the LED die to the detector in the position converters 100, 200, 30. 位置変換器40,50,60のLEDダイの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the LED die of the position converter 40,50,60. 位置変換器70のLEDダイと検出器11aの配置を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning of the LED die of the position converter 70, and the detector 11a. 検出器のフォトダイオード間における隙間Gの大きさの範囲を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the range of the magnitude | size of the clearance gap G between the photodiodes of a detector. 位置変換器100,70における電流電圧変換部21a,21bの出力電圧Va,Vbの波形を示した図である。It is the figure which showed the waveform of output voltage Va, Vb of the current voltage conversion part 21a, 21b in the position converters 100, 70. 位置変換器100,70における検出角度の誤差を示したグラフである。It is a graph which showed the error of the detection angle in position converters 100 and 70. 位置変換器90のLEDダイと検出器11cの配置を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning of the LED die of the position converter 90, and the detector 11c.

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 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 vertical cross-sectional view of the position converter 100. 1B is a vertical cross-sectional view of the position converter 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 showing the position converter 100 with a part thereof cut 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-shaped reflector 7, a detector 11 and the like. The position converter 100 detects the light emitted from the LED die 4 and reflected by the butterfly-shaped reflector 7 by the detector 11 to detect the rotation angle of the rotation limiting motor 1. 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 an end of a rotor 10, and the rotating shaft 2 is supported by a bearing 8. A reflector mounting portion 2 a projects from the tip of the rotary shaft 2. The butterfly reflector 7 is attached to the reflector attachment portion 2a. The butterfly-shaped reflector 7 is driven by the rotation limiting motor 1 to rotate together with the rotating shaft 2.

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 arranged above the rotation limiting motor 1 at a distance from the butterfly reflector 7. As shown in FIG. 1D, the diffused light absorber 3 includes a disc-shaped portion 3c, a trapezoidal portion 3a formed near the center of the disc-shaped portion 3c, and a penetrating hole formed in the center of the trapezoidal 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 do not rotate depending on the rotation limiting motor 1. A diffused light absorbing member 3d (see FIG. 2) that absorbs light from the LED die 4 is arranged on the surface of the diffused light absorber 3 on the fixed side and the case 5 which are spaced from the reflecting surface of the butterfly-shaped reflector 7. Has been done. That is, the internal space formed by the diffused light absorber 3 and the case 5 is surrounded by the diffused light absorber 3d. The diffused light absorber 3 and the case 5 absorb the light emitted from the LED die 4 and not hitting the butterfly-shaped 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 fine structure such as unevenness having a pitch and a height that match the wavelength of light on the surface thereof. The diffused light absorbing member 3d traps and absorbs the incident light L on its surface by repeatedly reflecting it by 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 placed on and attached to 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 arranged on the printed circuit board 6 so as to face the butterfly-shaped 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 FIGS. 1A and 1B, the light emitted from the LED die 4 is indicated by an arrow. In the position converter 100, as the LED die 4, for example, aluminum gallium arsenide (AlGaAs) having a peak wavelength of 870 nm is used.

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 board 6 by soldering or the like. In FIG. 1C, the 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. A female (or male) connector (not shown) to which a connection terminal of a signal processing circuit or the like is connected is electrically coupled to the connector 9.

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、中央から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 reflector 7. The butterfly-shaped reflector 7 has a mounting hole 7a at the center for mounting it on the reflector mounting portion 2a of the rotating shaft 2 by fitting, and has a butterfly-shaped flat reflecting surface 7b protruding from the center. The butterfly-shaped reflector 7 has a reflecting surface 7b that is a reflecting area, but does not have a non-reflecting area. The light emitted from the LED die 4 and hitting the reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7 is reflected by the reflecting surface 7b toward the detector 11. On the other hand, of the light emitted from the LED die 4, the light passing through the area other than the reflecting surface 7b and passing through to the back surface side of the butterfly reflector 7 is absorbed by the diffused light absorbing member 3d.

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-shaped 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-shaped reflector 7 may be further improved by vapor-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で構成され、これらのフォトダイオード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。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 is composed of four photodiode dies, and these photodiodes A1, A2, B1 and B2 are arranged around the LED die 4 on the lower surface of the printed board 6. Each photodiode is composed of a silicon wafer having a sensitivity wavelength of 800 to 900 nm. The LED die 4 and the photodiodes A1, A2, B1 and B2 are directly mounted on the printed 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、1対のフォトダイオードA1,B1は互いに近接して実装され、他の1対のフォトダイオード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 so that the photodiodes A1 and A2 face each other and the photodiodes B1 and B2 also face each other with the LED die 4 arranged at the center point of the printed circuit board 6 interposed therebetween. There is. Further, the pair of photodiodes A1 and B1 are mounted close to each other, and the other pair of photodiodes B2 and A2 are also mounted close to each other. Further, on the printed circuit board 6, the photodiodes A1 and A2 are connected in parallel, and the 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、各対を構成する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 as the rotation limiting motor 1 rotates. The detector 11 receives the image of the light reflected by the plurality of rotating reflecting surfaces 7b and outputs a signal that changes according to the ratio of the light receiving area of the image between the two photodiodes forming each pair. Specifically, the photodiodes A1 and A2 and the photodiodes B1 and B2 receive the image and output the photocurrents Ia and Ib corresponding to the areas of the respective light receiving regions. The photocurrents Ia and Ib are current-voltage converted by the signal processing circuit 13 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 includes a signal processing circuit 13 for converting a photocurrent generated by the photodiodes A1, A2, B1, B2 according to the rotation angle of the rotation limiting motor 1 into a voltage signal. 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. Further, the photocurrent Ib which is the output of the photodiodes B1 and B2 is input to the current-voltage converter 21b. The output voltage Va of the current-voltage converter 21a and the output voltage Vb of the current-voltage converter 21b are input to the subtractor 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)
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 has an AGC circuit 28a for performing temperature compensation and linearity compensation for a temperature change that cannot be compensated 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 guided to the AGC circuit 28a and added by the adder 23. The 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. As a result, the current If is supplied to the LED 20 via 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, B2 and the butterfly-shaped images 12a, 12b, 12c. The images radiated from the butterfly-shaped reflector 7 onto the photodiodes A1, A2, B1, B2 are the rotations of the rotation limiting motor 1 as shown in images 12a, 12b, 12c in FIGS. 6 (a) to 6 (c). Move according to the 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 region of the photodiodes A1 and A2 will be referred to as Sa, and the light receiving region of the photodiodes A1 and A2 will be referred to as “Sa region”. Similarly, the area of the light receiving region of the photodiodes B1 and B2 is Sb, and the light receiving region of the photodiodes B1 and B2 is called "Sb region". FIGS. 6A to 6C respectively show a case where the Sa region is larger than the Sb region, a case where the Sa region and the Sb region have 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 the images 12a, 12b, and 12c, the rotation angles are 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 positive rotation angle. Further, in the case of FIG. 6B, 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 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. The position transducer output increases in proportion to the rotation angle, as shown in FIG.

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α、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βと表すと、フォトダイオードの光電流Ia,Ibは、
Ia=Kr・Sa・α+Ke・(S−Sa)・β ・・・(2)
Ib=Kr・Sb・α+Ke・(S−Sb)・β ・・・(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, Sb, the reflectance of the reflector is α, and the conversion coefficient of the photocurrent with respect to illuminance from the diffuse light absorber is Ke. , S is the total area of the photodiode, S-Sa and S-Sb are the light receiving areas of reflection from the diffused light absorber, and β is the reflectance of the diffused light absorber, and the photocurrents Ia and Ib of the photodiode are ,
Ia = Kr · Sa · α + Ke · (S−Sa) · β (2)
Ib = Kr · Sb · α + Ke · (S−Sb) · β (3)
Becomes By substituting these into the equation (1), the output Vo that is 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、αに対するβ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。   If the optical distance for diffused light to reach the detector through the reflector and the optical distance for diffused light to reach the detector through the diffuser light absorber are substantially the same, then β for α If the ratio is not decreased, good contrast cannot be obtained and the S / N ratio deteriorates. Since it is necessary to increase the forward current of the LED in order to increase the signal as the position converter, the junction temperature of the LED light source rises, which 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αに対するβ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β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 of the equation (1) becomes zero, so that the output change of the position converter due to temperature does not occur. However, as shown in FIGS. 6A and 6C, in the case of Sa ≠ Sb, the ratio of β to α changes depending on the temperature. Therefore, when the temperature changes, the drift, which is the change in the output of the position converter, changes. Occur. Due to this drift, as shown in FIG. 7, the slope of the proportional relationship between the position converter output Vo and the rotation angle changes. This drift is called "gain drift". A highly accurate position converter requires that the gain drift be as small as possible. Also, by keeping the above Ke or β small, it becomes possible to approximate equation (1) to the ideal. That is, it is possible to reduce the gain drift.

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 is attenuated in inverse proportion to the square of the optical distance, in the position converter 100, by appropriately setting 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. This improves the S / N ratio as compared with the case where the reflective area and the non-reflective area are provided on the same plane of the reflector. Further, 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 of the absorptance of the diffused light absorber 3 due to the temperature rise are reduced, and the stability of the output with respect to the 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。   Further, in the position converter 100, the reflection area and the non-reflection area are composed of the butterfly-shaped reflector 7 and the diffused light absorber 3 installed on the fixed side with a distance from the reflector. As a result, even if the reflective or non-reflective particles adhere to the reflector, the image irradiated on the detector is less likely to be adversely affected. Further, in the position converter 100, since the reflective area and the non-reflective area are separate members, it becomes easy to form the high reflective film and the high light absorbing film respectively. Furthermore, since the butterfly-shaped reflector 7 has no non-reflection area, it has a low inertia, which is advantageous for the high-speed response of the rotation limiting motor 1.

図8は、位置変換器30のLEDダイの配置を示す図である。位置変換器30は、拡散光源であるLEDダイの個数および実装位置のみが図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30の構成は、位置変換器100のものと同じである。図8では、位置変換器30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ダイとフォトダイオードの位置関係を示している。また、図8では、回転する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、符号7の破線で重ねて示している。   FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the LED dies of the position converter 30. The position converter 30 is different from the position converter 100 shown in FIGS. 1A to 1D only in the number and mounting position of LED dies that are diffuse light sources. The configuration of the position converter 30 is otherwise the same as that of the position converter 100. FIG. 8 shows the positional relationship between the LED die and the photodiode on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D for the position converter 30. Further, in FIG. 8, the shape of the image formed by irradiating the printed substrate 6 with the reflected light from the rotating butterfly-shaped reflector 7 is also shown by the broken line 7 in a superposed manner.

位置変換器30の検出器11は、位置変換器100のものと同じであり、プリント基板6上における回転軸2(図1Cなどを参照)の直上の点Oを中心とする円周C上に実装された複数対のフォトダイオードA1,A2,B1,B2を有する。フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、点Oを中心とする円の径方向に幅を持っており、図8では、図をわかりやすくするために、円周Cとして、その径方向における各フォトダイオードの真ん中を通る円を示している。図8からわかるように、フォトダイオードA1,A2,B1,B2は、それぞれ、円周Cに沿って延びる円弧状の2つの端部と、円周Cの径方向に延びる直線状の2つの端部とを有する。   The detector 11 of the position converter 30 is the same as that of the position converter 100, and is located on a circle C centered on a point O immediately above the rotary shaft 2 (see FIG. 1C etc.) on the printed circuit board 6. It has a plurality of pairs of photodiodes A1, A2, B1, B2 mounted. The photodiodes A1, A2, B1, and B2 have a width in the radial direction of a circle centered on the point O, and in FIG. A circle passing through the center of the photodiode is shown. As can be seen from FIG. 8, each of the photodiodes A1, A2, B1, and B2 has two arc-shaped ends extending along the circumference C and two straight ends extending in the radial direction of the circumference C. And a department.

また、位置変換器30は、バタフライ形状反射器7に対向して回路基板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は、1対のフォトダイオードA1,B1がそれぞれ円周上で占める弧の長さによって定まる扇形領域D1の内側であり、かつ回転軸2の直上における回転軸2に対応する径の中心領域C1の外側に配置されている。LEDダイ4bは、他の1対のフォトダイオードA2,B2がそれぞれ円周上で占める弧の長さによって定まる扇形領域D2の内側であり、かつ中心領域C1の外側に配置されている。フォトダイオードの受光面上にLEDダイを重ねて配置することはできないため、より正確には、扇形領域D1は、フォトダイオードA1,B1の点Oに近い側の円弧状の端部と点Oによって定まる領域である。同様に、扇形領域D2は、フォトダイオードA2,B2の点Oに近い側の円弧状の端部と点Oによって定まる領域である。   Further, the position converter 30 has two LED dies 4a and 4b mounted on the lower surface of the circuit board 6 by chip-on-board so as to face the butterfly-shaped reflector 7. The LED die 4a is inside the fan-shaped region D1 determined by the length of the arc occupied by the pair of photodiodes A1 and B1 on the circumference, and the center of the diameter corresponding to the rotary shaft 2 immediately above the rotary shaft 2. It is arranged outside the region C1. The LED die 4b is arranged inside the fan-shaped area D2 defined by the length of the arc occupied by the other pair of photodiodes A2 and B2 on the circumference and outside the central area C1. Since it is not possible to arrange the LED dies on the light receiving surface of the photodiode in a stacked manner, more accurately, the fan-shaped region D1 is defined by the arcuate end and the point O on the side closer to the point O of the photodiodes A1 and B1. This is a fixed area. Similarly, the fan-shaped region D2 is a region defined by the arc-shaped ends of the photodiodes A2 and B2 on the side closer to the point O and the point O.

位置変換器30では、LEDダイ4aと1対のフォトダイオードA1,B1とが対応し、LEDダイ4bと他の1対のフォトダイオードA2,B2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A1,A2,B1,B2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A1,B1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A2,B2により受光される。   In the position converter 30, the LED dies 4a and the pair of photodiodes A1 and B1 correspond to each other, and the LED die 4b and the other pair of photodiodes A2 and B2 correspond to each other. Photodiodes A1, A2, B1 and B2 are arranged. Therefore, the light emitted from the LED die 4a is reflected by the one reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7, and the reflected light is mainly received by the photodiodes A1 and B1. Light emitted from the LED die 4b is reflected by the other reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7, and the reflected light is mainly received by the photodiodes A2 and B2.

位置変換器30の信号処理回路は、LED20が直列に2個接続されることを除けば、図5に示した信号処理回路13と同様である。   The signal processing circuit of the position converter 30 is the same as the signal processing circuit 13 shown in FIG. 5 except that two LEDs 20 are connected in series.

図9(a)〜図9(c)は、位置変換器100,200,30におけるLEDダイから検出器までの光学距離の長さを比較するための図である。図9(a)は、図1Aに示した位置変換器100の縦断面の一部を示す。図9(b)は、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2つのLEDダイ4a,4bを有し、それ以外の構成は位置変換器100のものと同じである位置変換器200の縦断面の一部を示す。また、図9(c)は、図8に示した位置変換器30の縦断面の一部を示す。位置変換器100のLEDダイ4と位置変換器200のLEDダイ4a,4bは、回転軸2の直上における回転軸2に対応する径の中心領域C1の内側に配置されている。一方、位置変換器30のLEDダイ4a,4bは、上記の通り、中心領域C1の外側に配置されている。   9A to 9C are diagrams for comparing the lengths of the optical distances from the LED dies to the detectors in the position converters 100, 200, and 30. FIG. 9A shows a part of a vertical cross section of the position converter 100 shown in FIG. 1A. FIG. 9B has two LED dies 4a and 4b at the position corresponding to the center of the rotary shaft 2 on the lower surface of the printed circuit board 6, and the other configurations are the same as those of the position converter 100. A part of the vertical cross section of the converter 200 is shown. Further, FIG. 9C shows a part of a vertical cross section of the position converter 30 shown in FIG. The LED die 4 of the position converter 100 and the LED dies 4a and 4b of the position converter 200 are arranged inside the central region C1 having a diameter corresponding to the rotary shaft 2 just above the rotary shaft 2. On the other hand, the LED dies 4a and 4b of the position converter 30 are arranged outside the central region C1 as described above.

図9(a)〜図9(c)では、LEDダイ4またはLEDダイ4a,4bから照射され、バタフライ形状反射器7で反射して検出器11に到達する光の光路L1〜L3を矢印で示している。検出器11の実装位置は、位置変換器100,200,30のいずれも同じである。一方、LEDダイの実装位置は、位置変換器100では中心領域C1の中心にあるが、位置変換器200,30では、この順に中心領域C1の中心から遠ざかり、検出器11の実装位置に近付く。このため、図9(a)〜図9(c)を比較するとわかるように、位置変換器100の光路L1よりも位置変換器200の光路L2の方が短く、位置変換器30の光路L3の方がさらに短い。したがって、位置変換器30では、位置変換器100,200と比べて、LEDダイ4a,4bからバタフライ形状反射器7を経て検出器11に至るまでの光学距離が短いため、検出器11での受光量が増加し、それによってS/N比が向上する。   9A to 9C, the optical paths L1 to L3 of light emitted from the LED die 4 or the LED dies 4a and 4b, reflected by the butterfly-shaped reflector 7 and reaching the detector 11 are indicated by arrows. Shows. The mounting position of the detector 11 is the same in all of the position converters 100, 200, 30. On the other hand, the mounting position of the LED die is located at the center of the center region C1 in the position converter 100, but in the position converters 200 and 30, the mounting position of the LED die moves away from the center of the center region C1 in this order and approaches the mounting position of the detector 11. Therefore, as can be seen by comparing FIGS. 9A to 9C, the optical path L2 of the position converter 200 is shorter than the optical path L1 of the position converter 100, and the optical path L3 of the position converter 30 is shorter. Is even shorter. Therefore, in the position converter 30, the optical distance from the LED dies 4a, 4b to the detector 11 via the butterfly-shaped reflector 7 is shorter than that of the position converters 100, 200. The amount increases, which improves the S / N ratio.

また、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30では、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30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30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。   Further, by using two LED dies as the diffused light source, the intensity of the emitted light is averaged, and the variations due to individual differences of the LEDs are averaged. Therefore, the position converter 30 has a more stable output than the position converter 100. Further, in the position converter 30, even when the forward current of the LED is made lower than that in the position converter 100, the same output as that obtained when there is one LED die is obtained. Therefore, in the position converter 30, it becomes possible to reduce the forward current of the LED while maintaining a good S / N ratio. Furthermore, 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 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10(a)〜図10(c)は、それぞれ、位置変換器40,50,60のLEDダイの配置を示す図である。位置変換器40,50は、LEDダイの個数および実装位置のみが図1A〜図1Dに示した位置変換器100とは異なる。位置変換器60は、LEDダイの個数および実装位置ならびにフォトダイオードの形状のみが図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40,50,60の構成は、位置変換器100のものと同じである。図10(a)〜図10(c)では、位置変換器40,50,60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ダイとフォトダイオードの位置関係を示している。また、図10(a)〜図10(c)では、回転する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、符号7の破線で重ねて示している。   FIGS. 10A to 10C are views showing the arrangement of the LED dies of the position converters 40, 50 and 60, respectively. The position converters 40 and 50 differ from the position converter 100 shown in FIGS. 1A to 1D only in the number of LED dies and the mounting position. The position converter 60 is different from the position converter 100 shown in FIGS. 1A to 1D only in the number and mounting position of LED dies and the shape of the photodiode. The configuration of the position converters 40, 50, 60 is otherwise the same as that of the position converter 100. 10A to 10C show positional relationships between the LED die and the photodiode on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D for the position converters 40, 50, and 60. In addition, in FIGS. 10A to 10C, the shapes of the images formed by irradiating the printed board 6 with the reflected light from the rotating butterfly-shaped reflector 7 are also overlapped by the broken line 7 Shows.

図10(a)に示す位置変換器40は、位置変換器30と同様に扇形領域D1,D2の内側かつ中心領域C1の外側に実装されたLEDダイ4a,4bに加えて、中心領域C1の中央に実装されたLEDダイ4cを有する。LEDダイ4cは、バタフライ形状反射器7の複数の反射面7bに対向してプリント基板6の中心領域C1上に実装された中央拡散光源の一例である。位置変換器40では、プリント基板6の下面上で、3つのLEDダイ4a,4b,4cが1直線上に配置されている。位置変換器40のように、扇形領域D1,D2の内側かつ中心領域C1の外側にLEDダイがあれば、中心領域C1上に別のLEDダイが実装されていてもよい。また、位置変換器40のように、LEDダイ(拡散光源)の個数は、バタフライ形状反射器7の反射面7bの枚数と同数でなくてもよい。   The position converter 40 shown in FIG. 10A includes the LED dies 4a and 4b mounted inside the fan-shaped regions D1 and D2 and outside the center region C1 as well as the position converter 30. It has an LED die 4c mounted in the center. The LED die 4c is an example of a central diffused light source mounted on the central region C1 of the printed circuit board 6 so as to face the plurality of reflecting surfaces 7b of the butterfly-shaped reflector 7. In the position converter 40, the three LED dies 4a, 4b, 4c are arranged on a straight line on the lower surface of the printed circuit board 6. If the LED die is inside the fan-shaped regions D1 and D2 and outside the central region C1 like the position converter 40, another LED die may be mounted on the central region C1. Further, like the position converter 40, the number of LED dies (diffuse light sources) does not have to be the same as the number of reflecting surfaces 7 b of the butterfly-shaped reflector 7.

図10(b)に示す位置変換器50は、検出器11のフォトダイオードA1,A2,B1,B2の個数と同じ4つのLEDダイ4d,4e,4f,4gを有する。LEDダイ4d,4eは、扇形領域D1の内側かつ中心領域C1の外側に実装されており、LEDダイ4f,4gは、扇形領域D2の内側かつ中心領域C1の外側に実装されている。位置変換器50では、4つのLEDダイ4d,4e,4f,4gは、4つのフォトダイオードA1,B1,A2,B2にそれぞれ対応するように、4角形状に配置されている。位置変換器50のように、扇形領域D1と扇形領域D2のそれぞれに、複数のLEDダイを実装してもよい。   The position converter 50 shown in FIG. 10B has four LED dies 4d, 4e, 4f and 4g, which are the same in number as the photodiodes A1, A2, B1 and B2 of the detector 11. The LED dies 4d and 4e are mounted inside the fan-shaped region D1 and outside the center region C1, and the LED dies 4f and 4g are mounted inside the fan-shaped region D2 and outside the center region C1. In the position converter 50, the four LED dies 4d, 4e, 4f, 4g are arranged in a rectangular shape so as to correspond to the four photodiodes A1, B1, A2, B2, respectively. Like the position converter 50, a plurality of LED dies may be mounted in each of the fan-shaped region D1 and the fan-shaped region D2.

図10(c)に示す位置変換器60は、位置変換器100の検出器11に代えて、4つのフォトダイオードA1’,A2’,B1’,B2’で構成される検出器11’を有する。今まで説明してきたフォトダイオードA1,A2,B1,B2は矩形のチップの上に形成されたものであるが、フォトダイオードA1’,A2’,B1’,B2’は、図10(c)に示すように、それぞれ、中心領域C1に面する側の一部が切り欠かれたチップの上に形成されている。   The position converter 60 shown in FIG. 10C has a detector 11 ′ composed of four photodiodes A1 ′, A2 ′, B1 ′, B2 ′ instead of the detector 11 of the position converter 100. . Although the photodiodes A1, A2, B1 and B2 described so far are formed on a rectangular chip, the photodiodes A1 ′, A2 ′, B1 ′ and B2 ′ are shown in FIG. As shown, each is formed on a chip in which a part of the side facing the central region C1 is cut out.

また、位置変換器60は、フォトダイオードA1’,B1’のチップの切欠き部E1内に実装されたLEDダイ4aと、フォトダイオードA2’,B2’のチップの切欠き部E2内に実装されたLEDダイ4bとを有する。位置変換器60のLEDダイ4a,4bは、プリント基板6の下面上において、扇形領域D1,D2の内側であり、かつバタフライ形状反射器7のうちで反射面7bを除く中心部分の直上の領域である中心領域C2の外側に配置されている。中心領域C2は、中心領域C1と同じく点Oを中心とする円形領域であり、中心領域C1よりも面積が大きい。位置変換器60のように、各フォトダイオードのチップを切り欠いて、LEDダイを位置変換器30〜50よりもさらにフォトダイオードに近付けてもよい。   Further, the position converter 60 is mounted in the LED die 4a mounted in the chip notch E1 of the photodiodes A1 'and B1' and in the chip notch E2 of the photodiodes A2 'and B2'. LED die 4b. The LED dies 4a and 4b of the position converter 60 are inside the fan-shaped regions D1 and D2 on the lower surface of the printed circuit board 6 and are regions directly above the central portion of the butterfly-shaped reflector 7 except the reflecting surface 7b. Is located outside the central region C2. The central region C2 is a circular region centered on the point O, like the central region C1, and has a larger area than the central region C1. Like the position converter 60, the chip of each photodiode may be cut away to bring the LED die closer to the photodiode than the position converters 30-50.

位置変換器40,50では、回転制限モータ1の回転軸2に対向する中心領域C1と検出器11との間に、複数のLEDダイが配置されている。これにより、LEDダイが中心領域C1の内側のみに配置される場合よりも、LEDダイの配置位置が検出器に近くなる。したがって、位置変換器40,50でも、位置変換器30と同様に、検出器11での受光量が増加し、S/N比が向上する。また、位置変換器40,50でも、複数のLEDダイを用いることで出射光の強度が平均化される。特に位置変換器50では、LEDダイ4d,4e,4f,4gがフォトダイオードA1,B1,A2,B2に対応して4角形状に配置されているので、各LEDダイと各フォトダイオードとの間の距離が均一になり、この平均化の効果が強くなる。また、位置変換器40,50でも、位置変換器30と同様に、LEDの電流が削減されるので、温度に対する出力の安定性も向上する。   In the position converters 40 and 50, a plurality of LED dies are arranged between the central region C1 facing the rotation shaft 2 of the rotation limiting motor 1 and the detector 11. As a result, the arrangement position of the LED die is closer to the detector than when the LED die is arranged only inside the central region C1. Therefore, also in the position converters 40 and 50, similarly to the position converter 30, the amount of light received by the detector 11 increases and the S / N ratio improves. Also, in the position converters 40 and 50, the intensity of emitted light is averaged by using a plurality of LED dies. Particularly in the position converter 50, since the LED dies 4d, 4e, 4f, 4g are arranged in a square shape corresponding to the photodiodes A1, B1, A2, B2, the LED dies are arranged between each LED die and each photodiode. The distance becomes uniform and the effect of this averaging becomes stronger. Further, also in the position converters 40 and 50, as in the position converter 30, since the LED current is reduced, the stability of the output with respect to temperature is also improved.

また、位置変換器60では、バタフライ形状反射器7の反射面7b以外の中央部分に対向する中心領域C2と検出器11’との間に、複数のLEDダイが配置されている。したがって、位置変換器60では、位置変換器30〜50と比べて、LEDダイ4a,4bから検出器11’に至るまでの光学距離が短いため、検出器11’での受光量がさらに増加し、S/N比が向上する。また、位置変換器60では、位置変換器30〜50と比べて、LEDダイ間の距離が長いため、各対のフォトダイオードは近接して配置された一方のLEDダイからの光を主に受光するため、各フォトダイオードでの受光量がより均一化される。   Further, in the position converter 60, a plurality of LED dies are arranged between the detector 11 'and the central region C2 facing the central portion other than the reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7. Therefore, in the position converter 60, the optical distance from the LED dies 4a and 4b to the detector 11 ′ is shorter than that in the position converters 30 to 50, and the amount of light received by the detector 11 ′ is further increased. , S / N ratio is improved. Further, in the position converter 60, the distance between the LED dies is longer than that in the position converters 30 to 50, so that the photodiodes of each pair mainly receive light from one of the LED dies arranged close to each other. Therefore, the amount of light received by each photodiode is made more uniform.

なお、図10(b)および図10(c)に示す位置変換器50,60でも、追加で、中心領域C1の中央にLEDダイを配置してもよい。また、位置変換器60でも、位置変換器50のように、切欠き部E1,E2内に、フォトダイオードA1’,A2’,B1’,B2’にそれぞれ対応するように計4つのLEDダイを配置してもよい。   In the position converters 50 and 60 shown in FIGS. 10B and 10C, the LED die may be additionally arranged in the center of the central region C1. In the position converter 60 as well, like the position converter 50, a total of four LED dies are provided in the notches E1 and E2 so as to correspond to the photodiodes A1 ′, A2 ′, B1 ′, and B2 ′, respectively. You may arrange.

図11は、位置変換器70のLEDダイと検出器11aの配置を示す図である。位置変換器70は、LEDダイの個数および検出器の形状のみが図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70の構成は、位置変換器100のものと同じである。図11では、位置変換器70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ダイとフォトダイオードの位置関係を示している。また、図11では、回転する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、符号7の破線で重ねて示している。   FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of the LED die of the position converter 70 and the detector 11a. The position converter 70 differs from the position converter 100 shown in FIGS. 1A-1D only in the number of LED dies and the shape of the detector. Otherwise, the configuration of the position converter 70 is the same as that of the position converter 100. FIG. 11 shows the positional relationship of the position converter 70 between the LED die and the photodiode on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D. Further, in FIG. 11, the shape of an image formed by irradiating the printed board 6 with the reflected light from the rotating butterfly-shaped reflector 7 is also shown by the broken line 7 in a superposed manner.

位置変換器70は、プリント基板6の下面上における、回転制限モータ1の回転軸2に対向する中心領域C1の内側に実装された2つのLEDダイ4a,4bを有する。   The position converter 70 has two LED dies 4a and 4b mounted on the lower surface of the printed circuit board 6 inside a central region C1 facing the rotation axis 2 of the rotation limiting motor 1.

また、位置変換器70は、4つのフォトダイオードA1,A2,B1,B2で構成される検出器11aを有する。フォトダイオードA1,A2,B1,B2は位置変換器100のものと同じであるが、位置変換器70の検出器11aでは、フォトダイオードA1,A2,B1,B2の配置が位置変換器100の検出器11とは異なる。図11に示すように、検出器11aでは、1対のフォトダイオードA1,B1の矩形のチップがプリント基板6の面内で互いに傾いており、他の1対のフォトダイオードA2,B2の矩形のチップも、プリント基板6の面内で互いに傾いている。また、フォトダイオードA1,B1およびフォトダイオードA2,B2は、プリント基板6上における回転軸2(図1Cなどを参照)の直上の点Oを中心とする円周C上で、同じ角度の隙間Gを空けて配置されている。   The position converter 70 also has a detector 11a including four photodiodes A1, A2, B1, and B2. The photodiodes A1, A2, B1 and B2 are the same as those of the position converter 100, but in the detector 11a of the position converter 70, the arrangement of the photodiodes A1, A2, B1 and B2 is detected by the position converter 100. Different from the container 11. As shown in FIG. 11, in the detector 11a, the rectangular chips of the pair of photodiodes A1 and B1 are inclined to each other in the plane of the printed circuit board 6, and the rectangular chips of the other pair of photodiodes A2 and B2 are arranged. The chips are also inclined to each other in the plane of the printed circuit board 6. Further, the photodiodes A1 and B1 and the photodiodes A2 and B2 have a gap G of the same angle on a circle C centered on a point O immediately above the rotation axis 2 (see FIG. 1C etc.) on the printed circuit board 6. It is arranged with a space.

図11に示した例では、隙間Gの角度は14度である。この角度は、1対を構成する一方のフォトダイオードの端部(例えば、フォトダイオードA1の図11における右側端部)と他方のフォトダイオードの端部(例えば、フォトダイオードB1の図11における左側端部)とがなす角の大きさである。なお、図11に示した例では、バタフライ形状反射器7における1枚の反射面7bの開き角は60度であり、各フォトダイオードの対向する2つの端部がなす角度は50度である。   In the example shown in FIG. 11, the angle of the gap G is 14 degrees. This angle is defined by the end of one photodiode (for example, the right end of the photodiode A1 in FIG. 11) and the end of the other photodiode (for example, the left end of the photodiode B1 in FIG. 11) forming a pair. Part) is the size of the angle formed by. In the example shown in FIG. 11, the opening angle of one reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7 is 60 degrees, and the angle formed by two opposing ends of each photodiode is 50 degrees.

位置変換器70の信号処理回路は、LED20が直列に2個接続されることを除けば、図5に示した信号処理回路13と同様である。   The signal processing circuit of the position converter 70 is the same as the signal processing circuit 13 shown in FIG. 5 except that two LEDs 20 are connected in series.

図12(a)および図12(b)は、検出器のフォトダイオード間における隙間Gの大きさの範囲を説明するための図である。これらの図では、図1A〜図1Dに示したプリント基板6上におけるLEDダイとフォトダイオードの位置関係を示しており、バタフライ形状反射器7からの反射光による像の形状も符号7で重ねて示している。図12(a)は位置変換器100についての図であり、図12(b)は、実用的な観点で隙間Gを最大限広げた位置変換器80についての図である。位置変換器80は、隙間Gの角の大きさのみが図11に示した位置変換器70とは異なり、それ以外の点では、位置変換器80の構成は、位置変換器70のものと同じである。   12A and 12B are views for explaining the range of the size of the gap G between the photodiodes of the detector. In these drawings, the positional relationship between the LED die and the photodiode on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D is shown, and the shape of the image by the reflected light from the butterfly-shaped reflector 7 is also superposed with reference numeral 7. Shows. 12A is a diagram of the position converter 100, and FIG. 12B is a diagram of the position converter 80 in which the gap G is maximized from a practical viewpoint. The position converter 80 is different from the position converter 70 shown in FIG. 11 only in the size of the corners of the gap G, and in other respects, the position converter 80 has the same configuration as that of the position converter 70. Is.

図12(a)に示す位置変換器100の検出器11では、位置変換器70の検出器11aとは異なり、フォトダイオードA1,B1の矩形のチップは互いに傾いておらず、他の1対のフォトダイオードA2,B2の矩形のチップも傾いていない。検出器11では、1対を構成する一方のフォトダイオードの端部と他方のフォトダイオードの端部とがなす角の大きさは、4度である。したがって、隙間Gの角度は4度よりも大きいことが必要である。   In the detector 11 of the position converter 100 shown in FIG. 12A, unlike the detector 11a of the position converter 70, the rectangular chips of the photodiodes A1 and B1 are not inclined with respect to each other, and the other pair of The rectangular chips of the photodiodes A2 and B2 are also not tilted. In the detector 11, the size of the angle formed by the end of one photodiode and the end of the other photodiode forming a pair is 4 degrees. Therefore, it is necessary that the angle of the gap G is larger than 4 degrees.

図12(b)に示す位置変換器80は、4つのフォトダイオードA1,A2,B1,B2で構成される検出器11bを有する。位置変換器80の検出器11bでは、1対のフォトダイオードA1,B1の矩形のチップがプリント基板6の面内で互いに傾いており、他の1対のフォトダイオードA2,B2の矩形のチップも、プリント基板6の面内で互いに傾いている。検出器11bでは、隙間Gの角度は40度である。また、位置変換器80では、バタフライ形状反射器7における1枚の反射面7bの開き角は86度であり、各フォトダイオードの対向する2つの端部がなす角度は50度である。   The position converter 80 shown in FIG. 12B has a detector 11b composed of four photodiodes A1, A2, B1 and B2. In the detector 11b of the position converter 80, the rectangular chips of the pair of photodiodes A1 and B1 are inclined with respect to each other within the plane of the printed circuit board 6, and the rectangular chips of the other pair of photodiodes A2 and B2 are also included. , Are inclined to each other in the plane of the printed circuit board 6. In the detector 11b, the angle of the gap G is 40 degrees. Further, in the position converter 80, the opening angle of one reflecting surface 7b of the butterfly-shaped reflector 7 is 86 degrees, and the angle formed by the two opposing ends of each photodiode is 50 degrees.

位置変換器として機能するためには、バタフライ形状反射器7が回転したときに、反射面7bでの反射光の像ができることによって、1対を構成する2つのフォトダイオードの間で受光面積の差が生じる必要がある。このため、隙間Gの角度の上限は、反射面7bの開き角の大きさに依存する。位置変換器80では、位置変換器100と比べて反射面7bの開き角を広げているが、反射面7bの開き角を拡大できる範囲には限度がある。隙間Gの角度を40度以上にすると、バタフライ形状反射器7が回転したときに、1対を構成する2つのフォトダイオードの間で受光面積の差が生じにくくなる。また、隙間Gの角度を40度以上にすると、各フォトダイオードのチップの傾きが大きくなって、フォトダイオードA1,B2の間およびフォトダイオードB1,A2の間でチップ同士が接触するおそれもある。したがって、実用的には、隙間Gの角度は40度よりも小さいことが好ましい。   In order to function as a position converter, when the butterfly-shaped reflector 7 rotates, an image of the reflected light on the reflecting surface 7b is formed, so that the difference in the light receiving area between the two photodiodes forming a pair. Needs to occur. Therefore, the upper limit of the angle of the gap G depends on the size of the opening angle of the reflecting surface 7b. In the position converter 80, the opening angle of the reflecting surface 7b is widened as compared with the position converter 100, but there is a limit to the range in which the opening angle of the reflecting surface 7b can be expanded. When the angle of the gap G is set to 40 degrees or more, when the butterfly-shaped reflector 7 rotates, a difference in light receiving area between two photodiodes forming a pair is less likely to occur. Further, if the angle of the gap G is set to 40 degrees or more, the inclination of the chips of the respective photodiodes becomes large, and there is a risk that the chips will contact each other between the photodiodes A1 and B2 and between the photodiodes B1 and A2. Therefore, practically, the angle of the gap G is preferably smaller than 40 degrees.

図13は、位置変換器100,70における電流電圧変換部21a,21bの出力電圧Va,Vbの波形を示した図である。横軸は時間tを表し、縦軸は電圧Vを表す。曲線a,bは、それぞれ、位置変換器100におけるフォトダイオードA1,A2の出力電圧VaおよびフォトダイオードB1,B2の出力電圧Vbの波形である。曲線a’,b’は、それぞれ、図11に示した位置変換器70におけるフォトダイオードA1,A2の出力電圧VaおよびフォトダイオードB1,B2の出力電圧Vbの波形である。すなわち、曲線a,bは、各対のフォトダイオードの間に実質的に隙間Gが形成されていない位置変換器の電圧の波形であり、曲線a’,b’は、各対のフォトダイオードの間に隙間Gが形成されている位置変換器の電圧の波形である。回転制限モータ1の回転角度に応じて電圧値が変化するので、図13では、回転角度と波形との対応関係も示している。   FIG. 13 is a diagram showing waveforms of output voltages Va and Vb of the current-voltage converters 21a and 21b in the position converters 100 and 70. The horizontal axis represents the time t, and the vertical axis represents the voltage V. Curves a and b are waveforms of the output voltage Va of the photodiodes A1 and A2 and the output voltage Vb of the photodiodes B1 and B2 in the position converter 100, respectively. Curves a'and b'are the waveforms of the output voltage Va of the photodiodes A1 and A2 and the output voltage Vb of the photodiodes B1 and B2 in the position converter 70 shown in FIG. 11, respectively. That is, the curves a and b are the voltage waveforms of the position converter in which the gap G is not substantially formed between the photodiodes of each pair, and the curves a ′ and b ′ are the waveforms of the photodiodes of each pair. It is a waveform of the voltage of the position converter in which a gap G is formed. Since the voltage value changes according to the rotation angle of the rotation limiting motor 1, FIG. 13 also shows the correspondence relationship between the rotation angle and the waveform.

位置変換器100の出力電圧の波形には、図13内の破線の丸印で囲んだところに歪みが見られる。ただし、位置変換器100で実際に使用される回転角度(機械角)の範囲は、図13に示した約30度分だけである。波形歪みはこの範囲外で生じており、図示した30度の範囲内では、回転角度に対して電圧の出力波形が直線的に変化している。したがって、30度の回転角度では、波形歪みの影響を受けずに位置変換器100を使用することができる。   In the waveform of the output voltage of the position converter 100, distortion is seen in the area surrounded by the broken circle in FIG. However, the range of the rotation angle (mechanical angle) actually used in the position converter 100 is only about 30 degrees shown in FIG. The waveform distortion occurs outside this range, and the output waveform of the voltage changes linearly with the rotation angle within the illustrated range of 30 degrees. Therefore, at the rotation angle of 30 degrees, the position converter 100 can be used without being affected by the waveform distortion.

位置変換器70の出力電圧の波形にも、図13内の破線の丸印で囲んだところに歪みが見られる。しかしながら、位置変換器70の場合には、各対のフォトダイオードの間に隙間Gを設けたことにより、位置変換器100の場合よりも、出力電圧Vaの波形に対する出力電圧Vbの波形の位相が遅れている。このため、位置変換器70では、図13に示したように、30度よりもΔθ(約10度)だけ広い30度+Δθの範囲内で、回転角度に対して電圧の出力波形が直線的に変化している。言い換えると、位置変換器70では、位置変換器100と比べて、1対を構成する2つのフォトダイオードの出力波形の直線部分が重なる領域が広がっている。   Also in the waveform of the output voltage of the position converter 70, distortion is seen in the portion surrounded by the broken circle in FIG. However, in the case of the position converter 70, since the gap G is provided between each pair of photodiodes, the phase of the waveform of the output voltage Vb with respect to the waveform of the output voltage Va is greater than that of the position converter 100. Running late. Therefore, in the position converter 70, as shown in FIG. 13, the output waveform of the voltage is linear with respect to the rotation angle within the range of 30 ° + Δθ, which is wider than 30 ° by Δθ (about 10 °). Is changing. In other words, in the position converter 70, as compared with the position converter 100, the region where the linear portions of the output waveforms of the two photodiodes forming a pair overlap is widened.

したがって、位置変換器70では、回転制限モータ1の回転角度の範囲を位置変換器100と比べて広くしても、波形上で歪んでいる部分がその角度範囲に対応する波形部分に入らなくなる。このため、位置変換器70は、位置変換器100よりもΔθだけ広い30度+Δθの回転角度で、波形歪みの影響を受けずに使用可能である。   Therefore, in the position converter 70, even if the range of the rotation angle of the rotation limiting motor 1 is made wider than that of the position converter 100, the distorted portion on the waveform does not fall within the waveform portion corresponding to the angle range. Therefore, the position converter 70 can be used at a rotation angle of 30 degrees + Δθ, which is wider than the position converter 100 by Δθ, without being affected by the waveform distortion.

図14(a)および図14(b)は、それぞれ、位置変換器100,70における検出角度の誤差を示したグラフである。各グラフの横軸は回転制限モータ1の回転角度θ(機械角)を表し、縦軸は、実際の回転角度と位置変換器100,70により検出された角度との間の誤差E(%)を表す。回転角度は、−15度から+15度までの30度分の範囲を示している。   14 (a) and 14 (b) are graphs showing the errors in the detected angles in the position converters 100 and 70, respectively. The horizontal axis of each graph represents the rotation angle θ (mechanical angle) of the rotation limiting motor 1, and the vertical axis represents the error E (%) between the actual rotation angle and the angle detected by the position converters 100 and 70. Represents The rotation angle indicates a range of 30 degrees from −15 degrees to +15 degrees.

図14(a)に示した位置変換器100(各対のフォトダイオードの間に実質的に隙間Gが形成されていない位置変換器)の場合には、誤差Eの幅は0.381%である。一方、図14(b)に示した位置変換器70(各対のフォトダイオードの間に14度の隙間Gが形成されている位置変換器)の場合には、誤差Eの幅は0.035%である。誤差Eの幅が0.1%以内であれば、実用上は、回転角度に対して電圧の出力波形が直線的に変化していると言える。したがって、各対のフォトダイオードの間に隙間Gを形成することにより、回転制限モータの回転角度に対して検出器の出力信号の直線性が保たれる角度範囲が広がることがわかる。   In the case of the position converter 100 shown in FIG. 14A (the position converter in which the gap G is not substantially formed between the photodiodes of each pair), the width of the error E is 0.381%. is there. On the other hand, in the case of the position converter 70 shown in FIG. 14B (position converter in which the gap G of 14 degrees is formed between each pair of photodiodes), the width of the error E is 0.035. %. If the width of the error E is within 0.1%, it can be said that the output waveform of the voltage linearly changes with the rotation angle in practical use. Therefore, it is understood that by forming the gap G between the photodiodes of each pair, the angular range in which the linearity of the output signal of the detector is maintained with respect to the rotation angle of the rotation limiting motor is widened.

図15は、位置変換器90のLEDダイと検出器11cの配置を示す図である。位置変換器90は、LEDダイの実装位置および隙間Gの角の大きさのみが図11に示した位置変換器70とは異なり、それ以外の点では、位置変換器90の構成は、位置変換器70のものと同じである。図15では、位置変換器90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ダイとフォトダイオードの位置関係を示しており、バタフライ形状反射器7からの反射光による像の形状も符号7で重ねて示している。   FIG. 15 is a diagram showing the arrangement of the LED die of the position converter 90 and the detector 11c. The position converter 90 is different from the position converter 70 shown in FIG. 11 only in the mounting position of the LED die and the size of the corner of the gap G. In other respects, the position converter 90 has the same structure as the position converter 90. It is the same as that of the container 70. FIG. 15 shows the positional relationship between the LED die and the photodiode on the printed circuit board 6 shown in FIGS. 1A to 1D for the position converter 90, and also the shape of the image formed by the reflected light from the butterfly-shaped reflector 7. Reference numeral 7 is shown in an overlapping manner.

位置変換器90は、4つのフォトダイオードA1,A2,B1,B2で構成される検出器11cを有する。検出器11cでは、1対のフォトダイオードA1,B1の矩形のチップがプリント基板6の面内で互いに傾いており、他の1対のフォトダイオードA2,B2の矩形のチップも、プリント基板6の面内で互いに傾いている。検出器11cでは、隙間Gの角度は30度である。また、位置変換器90は、プリント基板6の下面上において、1対を構成するフォトダイオードA1,B1の隙間Gの内側に実装されたLEDダイ4aと、他の1対を構成するフォトダイオードA2,B2の隙間Gの内側に実装されたLEDダイ4bとを有する。隙間GにLEDダイを配置する場合には、隙間Gの角の大きさは、図11に示した位置変換器70の14度よりも大きい30度程度が最適である。   The position converter 90 has a detector 11c including four photodiodes A1, A2, B1 and B2. In the detector 11c, the rectangular chips of the pair of photodiodes A1 and B1 are inclined to each other in the plane of the printed circuit board 6, and the rectangular chips of the other pair of photodiodes A2 and B2 are also arranged on the printed circuit board 6. They are inclined to each other in the plane. In the detector 11c, the angle of the gap G is 30 degrees. The position converter 90 includes the LED die 4a mounted on the lower surface of the printed circuit board 6 inside the gap G between the photodiodes A1 and B1 forming one pair, and the photodiode A2 forming another pair. , B2 and the LED die 4b mounted inside the gap G. When the LED die is arranged in the gap G, the angle of the gap G is optimally about 30 degrees, which is larger than 14 degrees of the position converter 70 shown in FIG.

位置変換器90では、位置変換器70と比べて、LEDダイ4a,4bの配置位置がフォトダイオードA1,A2,B1,B2に近くなる。したがって、位置変換器90でも、位置変換器70と同様に回転制限モータの回転角度に対して検出器の出力信号の直線性が保たれる角度範囲が広がる効果に加えて、位置変換器30〜60と同様に、検出器11cでの受光量が増加しS/N比が向上する効果もある。   In the position converter 90, the arrangement positions of the LED dies 4a and 4b are closer to the photodiodes A1, A2, B1 and B2 than in the position converter 70. Therefore, in the position converter 90 as well as the position converter 70, in addition to the effect of widening the angular range in which the linearity of the output signal of the detector is maintained with respect to the rotation angle of the rotation limiting motor, the position converters 30 to 30 Similar to 60, the amount of light received by the detector 11c is increased and the S / N ratio is also improved.

なお、位置変換器70では、中心領域C1の内側に2つのLEDダイ4a,4bが実装されているが、各対のフォトダイオードの間に隙間Gを形成する位置変換器では、LEDダイの個数は1個でもよく、3個以上でもよい。また、各対のフォトダイオードの間に隙間Gを形成する位置変換器でも、図8、図10(a)および図10(b)に示したように、複数のLEDダイを、扇形領域D1,D2の内側かつ中心領域C1の外側に配置してもよい。あるいは、図10(c)に示したように、フォトダイオードのチップを切り欠いて、複数のLEDダイを、その切欠き部内に配置してもよい。   In the position converter 70, the two LED dies 4a and 4b are mounted inside the central region C1, but in the position converter in which the gap G is formed between each pair of photodiodes, the number of LED dies is May be 1 or 3 or more. Also in the position converter that forms the gap G between each pair of photodiodes, as shown in FIGS. 8, 10A, and 10B, a plurality of LED dies are connected to the fan-shaped region D1. It may be arranged inside D2 and outside the central region C1. Alternatively, as shown in FIG. 10C, the photodiode chip may be cut out, and a plurality of LED dies may be arranged in the cutout.

なお、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。   Instead of providing a plurality of LED dies, for example, a rectangular LED chip may be used and its central portion may be covered with a light-shielding component to form two light sources. Alternatively, an LED having a large chip area may be used as the diffused light source. Light in the visible light region may be used by changing the material of the optical element. Further, in order to efficiently direct the diffused light of the LED die to the butterfly-shaped reflector, a hemispherical lens may be provided using a transparent resin or glass having high thixotropy.

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 do not necessarily have to be coplanar.

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 formed in a butterfly shape with a metal mold or the like may be plated to provide a reflection surface. Further, the 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 fitting the reflector onto the rotary shaft by fitting, the alignment work with the rotary shaft becomes 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。   A black matte aluminum material may be used for the diffused light absorbing member. Alternatively, a non-reflective coating agent such as black nickel plating or a black resin may be used. When using light in the visible light region, an anodic oxide coating (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、広い程改善効果は高いが、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。   As the distance from the reflecting surface of the butterfly-shaped reflector to the diffused light absorber is wider, the improvement effect is higher, but in practice it is preferably about 0.2 mm to 5 mm. If the fixed-side member of the rotation limiting motor is located at a distance where the light reaching the detector from other than the reflector is sufficiently attenuated, the diffused light absorbing member may not be arranged on the fixed-side member. When the inner surface of the case is sufficiently separated from the detector, the inner surface of the case does not have to be covered with the diffused light absorbing member.

フォトダイオードダイは、表面にアルミ蒸着などで扇形形状のヌケを設けて、検出器として不要な部位を遮光することが好ましい。また、4つのフォトダイオードには、特性のバラツキを低減させるために、それぞれを1枚のウェハ内の互いに近傍した場所から取り出したものを使用することが好ましい。また、フォトダイオードの分光感度波長は、上記のLEDのピーク波長と同じであることが好ましい。   The photodiode die is preferably provided with fan-shaped blanks on the surface by vapor deposition of aluminum or the like so as to shield unnecessary portions of the detector from light. Further, in order to reduce variations in characteristics, it is preferable to use the four photodiodes taken out from locations close to each other in one wafer. Further, the spectral sensitivity wavelength of the photodiode is preferably the same as the peak wavelength of the above LED.

4つのフォトダイオードの実装精度を向上させる目的で、例えばフォトダイオードA1,B1が1対になったフォトダイオードアレイを製作してもよい。また、そのフォトダイオードアレイには、後段の信号処理回路を共通化するために、P層基板を利用してもよい。さらに、フォトダイオードA1,B1およびフォトダイオードA2,B2の2対となったフォトダイオードアレイを、LEDダイが実装される領域をくり抜き加工して使用してもよい。また、モノリシックで形成されたフォトダイオードアレイを使用し、それぞれに対応したLEDを配置してもよい。   For the purpose of improving the mounting accuracy of the four photodiodes, for example, a photodiode array in which the photodiodes A1 and B1 are paired may be manufactured. In addition, a P-layer substrate may be used for the photodiode array in order to share the signal processing circuit in the subsequent stage. Further, two pairs of photodiode arrays, that is, the photodiodes A1 and B1 and the photodiodes A2 and B2, may be used by hollowing out the region where the LED die is mounted. Alternatively, a photodiode array formed monolithically may be used, and LEDs corresponding to each may be arranged.

1 回転制限モータ
2 回転軸
3 拡散光吸収体
4,4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g 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
11,11’,11a,11b,11c 検出器
12a,12b,12c 像
13 信号処理回路
30,40,50,60,70,80,90,100,200 位置変換器
A1,A2,A1’,A2’,B1,B2,B1’,B2’ フォトダイオード
C1,C2 中心領域
D1,D2 扇形領域
E1,E2 切欠き部
G 隙間
1 Rotation Limiting Motor 2 Rotation Shaft 3 Diffused Light Absorber 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g LED Die 5 Case 6 Printed Circuit Board 7 Butterfly Shape Reflector 8 Bearing 9 Connector 10 Rotor 11, 11 ', 11a, 11b, 11c Detector 12a, 12b, 12c Image 13 Signal processing circuit 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200 Position converter A1, A2, A1 ', A2', B1, B2 , B1 ′, B2 ′ Photodiode C1, C2 Central region D1, D2 Fan-shaped region E1, E2 Notched part G Gap

Claims (3)

回転制限モータの回転軸に取り付けられ、前記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、
前記複数の反射面に対向して回路基板上に実装された拡散光源と、
前記拡散光源から見て前記反射器の背後に、前記反射器から距離を持って前記反射器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、前記反射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と、
前記回路基板上における前記回転軸の直上の位置を中心とする円周上に実装された複数対のフォトダイオードを有し、回転する前記複数の反射面による反射光の像を受光して、各対を構成する2つのフォトダイオードによる前記像の受光面積に応じて変化する信号を出力する検出器と、を有し、
前記複数対のフォトダイオードのそれぞれは、当該対を構成する2つのフォトダイオードのチップが前記回路基板の面内で互いに傾いており、前記2つのフォトダイオードが前記円周上で同じ角度の隙間を空けて配置されている、
ことを特徴とする位置変換器。
A reflector having a plurality of reflecting surfaces attached to the rotation shaft of the rotation limiting motor and radially protruding from the rotation shaft;
A diffused light source mounted on the circuit board so as to face the plurality of reflection surfaces,
Behind the reflector when viewed from the diffused light source, installed on the fixed side of the rotation limiting motor so as to surround the reflector with a distance from the reflector, from the diffused light source that did not hit the reflective surface A diffused light absorbing member that absorbs the irradiation light of
It has a plurality of pairs of photodiodes mounted on a circumference centered on a position directly above the rotation axis on the circuit board, receives an image of light reflected by the plurality of rotating reflecting surfaces, and A detector that outputs a signal that changes according to the light receiving area of the image by the two photodiodes forming a pair,
In each of the plurality of pairs of photodiodes, the chips of the two photodiodes forming the pair are inclined to each other in the plane of the circuit board, and the two photodiodes form a gap of the same angle on the circumference. It is laid out,
A position converter characterized by the above.
前記隙間の角度は、4度よりも大きくかつ40度よりも小さい、請求項1に記載の位置変換器。   The position converter according to claim 1, wherein the angle of the gap is larger than 4 degrees and smaller than 40 degrees. 前記拡散光源は複数のLEDダイで構成され、前記複数のLEDダイのそれぞれは、前記回路基板上における前記隙間の内側に配置されている、請求項1または2に記載の位置変換器。   The position converter according to claim 1 or 2, wherein the diffused light source is composed of a plurality of LED dies, and each of the plurality of LED dies is arranged inside the gap on the circuit board.
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