特許 7102625 位置変換器、および位置変換器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-08

(45)【発行日】2022-07-19

(54)【発明の名称】位置変換器、および位置変換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20220711BHJP

   H02K 11/22 20160101ALI20220711BHJP

【ＦＩ】

G01D5/347 110T

H02K11/22

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021549337

(86)(22)【出願日】2021-03-09

(86)【国際出願番号】 JP2021009309

(87)【国際公開番号】W WO2021182471

(87)【国際公開日】2021-09-16

【審査請求日】2021-08-20

(73)【特許権者】

【識別番号】507216098

【氏名又は名称】シチズン千葉精密株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】尾形 一成

(72)【発明者】

【氏名】木村 奨吾

(72)【発明者】

【氏名】船津 香里

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１０２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７１５７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５２３５１８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第７６８８４３２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００６－１３５３０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２６－５／３４７

Ｈ０２Ｋ １１／２２

Ｇ０１Ｂ ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
所定の円周上に配置された２対のフォトダイオードを有し、前記光源から出射された光を受光して、各対を構成する２つのフォトダイオードによる前記光の受光面積に応じて変化する信号を出力する検出器と、を有する位置変換器であって、
前記フォトダイオードのそれぞれが互いに別々のチップ上に形成され、
前記２対のフォトダイオードが所定の領域の全周を取り囲み全体として円環形状になるように複数の前記チップが基板上に配置され、
前記複数のチップは、それぞれ５角形、又は、それぞれ６角形である、
ことを特徴とする位置変換器。

【請求項9】

光源と、
所定の円周上に配置された少なくとも１対のフォトダイオードを有し、前記光源から出射された光を受光して、各対を構成する２つのフォトダイオードによる前記光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、
前記フォトダイオードのそれぞれが互いに別々のチップ上に形成され、
各対のフォトダイオードが所定の領域の全周を取り囲み全体として円環形状になるように複数の前記チップが基板上に配置されている位置変換器の製造方法であって、
部分円環状の複数のフォトダイオードを共通のウェハ上に格子状かつ隣同士で１８０度逆向きに配列するように形成する工程と、
前記ウェハを縦、横および斜めに切断して複数のチップを形成する工程と、
前記複数のフォトダイオードが全体として円環形状になるように前記複数のチップを基板上に配置する工程と、
を含むことを特徴とする、位置変換器の製造方法。

【請求項12】

前記複数のチップは、それぞれ６角形であり、前記複数のチップを形成する工程において、前記ウェハを縦、横および斜めに切断して６角形の前記複数のチップを形成する、請求項１０に記載の位置変換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置変換器、および位置変換器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。この位置変換器システムでは、複数の検出器区域は単一のモノリシック検出器で形成され、照明源は検出器上の不活性区域内に取り付けられている。

【0003】

特許文献２～５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、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する位置変換器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２００９－５４２１７８号公報

【文献】特開２０１４－１０２２４４号公報

【文献】特開２０１７－１８１４７３号公報

【文献】特開２０１７－１８１４７４号公報

【文献】特開２０１７－１８１４７５号公報

【発明の概要】

【0005】

特許文献２～５に記載の位置変換器では、検出器を構成するフォトダイオードは回路基板上の拡散光源の全周を取り囲んでおらず、拡散光源を挟んで向かい合う２つの弧の部分ではフォトダイオードが途切れている（後述する図４の領域６ｃを参照）。反射器は基準位置を中心とする限られた角度範囲内で正方向および逆方向に回転するが、フォトダイオードが途切れている部分では反射器からの反射光を受光できないため、反射器の（したがって位置変換器の）動作角度範囲はフォトダイオードの配置区間の長さに応じて制限される。

【0006】

特許文献１の位置変換器システムでは、複数の検出器区域が照明源の全周を取り囲んでいるが、検出器全体が１枚のウェハで構成されているため、回路基板上ではなく検出器上に照明源を実装する必要がある。このため、回路基板上に照明源を実装した場合と比べて照明源からの光が直接検出器に入射し易くなるので、出力のＳＮ比が低くなる。この位置変換器システムにおいて照明源の実装領域を確保するための開口部を検出器のウェハの中心に形成することは、加工コストの上昇を招くため現実的ではない。

【0007】

そこで、本発明は、位置変換器の動作角度範囲を広げ、かつＳＮ比を向上させることを目的とする。

【0008】

光源と、所定の円周上に配置された少なくとも１対のフォトダイオードを有し、光源から出射された光を受光して、各対を構成する２つのフォトダイオードによる光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、フォトダイオードのそれぞれが互いに別々のチップ上に形成され、各対のフォトダイオードが所定の領域の全周を取り囲み全体として円環形状になるように複数のチップが基板上に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。

【0009】

フォトダイオードの個数をｎとして、フォトダイオードおよびチップは基板上でそれぞれ３６０度／ｎの回転対称に配置されていることが好ましい。少なくとも１対のフォトダイオードは、２対のフォトダイオードであることが好ましい。複数のチップは、それぞれ多角形であることが好ましい。複数のチップは、それぞれ５角形であることが好ましく、さらに、全体として４角形の外形になるように配置されていることが好ましい。複数のチップは、それぞれ６角形であることが好ましく、さらに、全体として８角形の外形になるように配置されていることが好ましい。

【0010】

光源と、所定の円周上に配置された少なくとも１対のフォトダイオードを有し、光源から出射された光を受光して、各対を構成する２つのフォトダイオードによる光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、フォトダイオードのそれぞれが互いに別々のチップ上に形成され、各対のフォトダイオードが所定の領域の全周を取り囲み全体として円環形状になるように複数のチップが基板上に配置されている位置変換器の製造方法であって、部分円環状の複数のフォトダイオードを共通のウェハ上に格子状かつ隣同士で１８０度逆向きに配列するように形成する工程と、ウェハを縦、横および斜めに切断して複数のチップを形成する工程と、複数のフォトダイオードが全体として円環形状になるように複数のチップを基板上に配置する工程と、を含むことを特徴とする位置変換器の製造方法が提供される。

【0011】

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、動作角度範囲が広がり、かつＳＮ比が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】位置変換器１００の縦断面図である。

【図1B】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】位置変換器１００を一部破断して示した斜視図である。

【図2】拡散光吸収部材３ｄの表面の拡大図である。

【図3】実施形態の位置変換器１００におけるプリント基板６の平面図である。

【図4】比較例の位置変換器２００におけるプリント基板６の平面図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）は、位置変換器１００，２００の検出器１１，１１´および反射器７，７´の平面図である。

【図6】位置変換器１００の信号処理回路１３の回路図である。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、検出器１１，１１´の製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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を一部破断して示した斜視図である。なお、図１Ｃでは、軸受け８などは、図示されていない。

【0015】

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、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、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。

【0016】

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、反射器７が取り付けられる。反射器７は、回転制限モータ１の駆動により、基準位置を中心とする限られた角度範囲内で正方向および逆方向に回転軸２とともに回転する。

【0017】

回転制限モータ１の上部には、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１Ｃ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。

【0018】

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。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、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。

【0019】

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。

【0020】

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。位置変換器１００は２個のＬＥＤダイ４ａ，４ｂを有し、これらをまとめてＬＥＤダイ４と記載する。ただし、ＬＥＤダイ４の個数は１個でも３個以上でもよい。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り、反射器７に対向してプリント基板６上に実装される。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。

【0021】

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９ａ（図３参照）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固定され、検出器１１やＬＥＤダイ４の端子に電気的に接続されている。検出器１１の端子は、後述するチップ１１１～１１４（図３参照）の角部上に形成されており、ワイヤを介してプリント基板６上のランドに電気的に接続されている。また、ＬＥＤダイ４の端子も、ワイヤを介してプリント基板６上のランドに電気的に接続されている。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。

【0022】

図３は、実施形態の位置変換器１００におけるプリント基板６の平面図である。図４は、比較例の位置変換器２００におけるプリント基板６の平面図である。図５（ａ）～図５（ｃ）は、位置変換器１００，２００の検出器１１，１１´および反射器７，７´の平面図である。図５（ａ）～図５（ｃ）では、上側に位置変換器１００の検出器１１および反射器７を示し、下側に位置変換器２００の検出器１１´および反射器７´を示す。位置変換器２００は、反射器７が反射器７´に、検出器１１が検出器１１´にそれぞれ置き換えられている点のみが位置変換器１００とは異なり、その他の点では位置変換器１００と同一の構成を有する。

【0023】

図５（ａ）～図５（ｃ）に示すように、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、中央から放射状に突出するバタフライ形状の平坦な２枚の反射面７ｂ，７ｃを有する。反射器７は、反射領域である反射面７ｂ，７ｃ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、反射器７の反射面７ｂ，７ｃに当たった光は、反射面７ｂ，７ｃで検出器１１に向けて反射される。ＬＥＤダイ４から見て反射器７の背後には拡散光吸収体３が配置されているので、ＬＥＤダイ４から出射された光のうち、反射面７ｂ，７ｃ以外の領域を通過して反射器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。

【0024】

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，７ｃ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、反射器７の反射率をさらに向上させてもよい。

【0025】

検出器１１は、図３に示す４つのフォトダイオードダイ１１１～１１４で構成される。フォトダイオードダイ１１１～１１４は、感度波長が８００～９００ｎｍのシリコンウェハにより構成され、それぞれ部分円環状の感光領域Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を有する。以下では、これらのフォトダイオードダイおよび感光領域のことを、それぞれ「チップ１１１～１１４」および「フォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２」という。チップ１１１～１１４はいずれも６角形であり、フォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２はそれぞれ中心角が約９０度の部分円環の形状である。フォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２は、プリント基板６の下面における回転軸２の直上の位置を中心とする円周上に配置されている。ＬＥＤダイ４とチップ１１１～１１４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）。

【0026】

チップ１１１～１１４は、中央に配置された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。隣り合うフォトダイオードＡ１，Ｂ１を１対とし、フォトダイオードＡ２，Ｂ２を他の１対として、検出器１１は２対のフォトダイオードを有する。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。

【0027】

図４に示すように、位置変換器２００の検出器１１´は４枚のチップ１１１´～１１４´で構成され、部分円環状の４つのフォトダイオードＡ１´，Ｂ１´，Ａ２´，Ｂ２´を有する。検出器１１´は、チップおよびフォトダイオードの形状および配置のみが位置変換器１００の検出器１１とは異なる。チップ１１１´～１１４´はいずれも長方形であり、フォトダイオードＡ１´，Ｂ１´，Ａ２´，Ｂ２´はそれぞれ中心角が約６０度の部分円環の形状である。検出器１１´では、チップ１１１´，１１２´（１対のフォトダイオードＡ１´，Ｂ１´）が１辺で互いに接触し、チップ１１３´，１１４´（他の１対のフォトダイオードＡ２´，Ｂ２´）も１辺で互いに接触している。チップ１１１´，１１２´とチップ１１３´，１１４´の間には間隔が空いており、その部分のプリント基板６上にＬＥＤダイ４（４ａ，４ｂ）が実装されている。

【0028】

検出器１１´のフォトダイオードもＬＥＤダイ４を中心とする円周上に配置されているが、プリント基板６上のＬＥＤダイ４の全周を取り囲んでおらず、ＬＥＤダイ４を挟んで向かい合う図４における左右の２つの領域６ｃではフォトダイオードが途切れている。各フォトダイオードを中心角が約９０度の部分円環の形状にすると、それらを同一円周上に配置するためには４枚のチップ１１１´～１１４´を互いに接触させなければならず、そうするとプリント基板６上にＬＥＤダイ４を配置することができなくなる。

【0029】

図３に示すように、位置変換器１００の検出器１１では、チップ１１１～１１４はそれぞれ隣り合う他のチップと１辺で互いに隣接しており、形状が６角形であることで、検出器１１の中心にＬＥＤダイ４の実装領域６ａ（プリント基板６の面が露出する領域）が形成される。チップ１１１～１１４のうち１辺で互いに隣接するチップ同士の間には、多少の隙間が空いており、この隙間は、例えば０．５ｍｍ以下であるが、これには限定されない。この隙間が小さいほどフォトダイオードの領域を広げることができるが、チップの外形寸法にバラつきがある場合には、少なくともそのバラつきを許容するだけの隙間を空けるのが好ましい。ただし、チップ１１１～１１４はそれぞれ隣り合う他のチップと１辺で互いに接触していてもよい。この場合には、チップ同士が電気的にショートすることを防止するために、必要に応じて、チップ同士の接触面に絶縁処理を施すことが好ましい。検出器１１では、検出器１１´の領域６ｃのようにフォトダイオードが途切れる区間はなく、４つのフォトダイオードは全体としてＬＥＤダイ４の実装領域６ａの全周を取り囲む円環形状である。ただし、対を構成しないフォトダイオードＡ１とＢ２の間およびフォトダイオードＢ１とＡ２の間には、多少の隙間が空いていてもよい。対を構成しないフォトダイオードＡ１とＢ２の間の隙間およびフォトダイオードＢ１とＡ２の間の隙間が小さいほど動作角度範囲は広がり、対を構成するフォトダイオードＡ１とＢ１の間の隙間およびフォトダイオードＢ２とＡ２の間の隙間が小さいほどＳＮ比は向上する。

【0030】

検出器１１では、フォトダイオードの個数は４個であり、フォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２およびチップ１１１～１１４は、プリント基板６上でそれぞれ３６０度／４（＝９０度）の回転対称に配置されている。チップ１１１～１１４は互いに合同な６角形であり、検出器１１は全体として概ね正八角形の外形を有する。ただし、フォトダイオードが全体として円環形状に配置されていれば、各チップの形状および大きさは完全同一でなくてもよく、検出器１１の外形も正多角形でなくてもよい。

【0031】

各チップの形状が６角形であることで、プリント基板６にケース５を被せるときに各チップの外周側の部分が邪魔にならないため、位置変換器１００を小型化できる。検出器１１の外形が八角形であることで、プリント基板６上のデッドスペースが生じ難くなるため、プリント基板６上の部品のレイアウトがし易くなる。図示した例とは異なり、図３に示す検出器１１の外周側における４つの３角形領域６ｂも各チップの一部分として、各チップを互いに合同な５角形にし、検出器１１の外形を正方形または長方形にしてもよい。あるいは、各チップの形状を、図３に示した実装領域６ａ側の辺Ｌを上底とする台形（すなわち４角形）にしてもよい。各チップの形状は４～６角形以外の多角形であってもよいが、チップを小型化しつつ、チップの端子を形成するための広い領域を確保する観点からすれば、各チップの形状は５角形または６角形であることが好ましく、特にチップを小型化する観点からすれば、各チップの形状は６角形であることが好ましい。

【0032】

ＬＥＤダイ４から出射され反射器７で反射されてフォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に照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、回転する反射面７ｂ，７ｃ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、それぞれの受光面積に応じた光電流Ｉａ，Ｉｂを出力する。光電流Ｉａ，Ｉｂは、後述する図６の信号処理回路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。

【0033】

例えば、図５（ａ）のときには、フォトダイオードＡ１，Ａ２の受光面積とフォトダイオードＢ１，Ｂ２の受光面積が等しいため、位置変換器１００の出力電圧はＶａ－Ｖｂ＝０になる。このとき、反射器７は基準位置にあり、その回転角度は０度であるとする。図５（ｂ）および図５（ｃ）のときには、フォトダイオードＡ１，Ａ２の受光面積よりもフォトダイオードＢ１，Ｂ２の受光面積が大きいため、位置変換器１００の出力電圧はＶａ－Ｖｂ＜０になる。反射器７が図５（ｂ）および図５（ｃ）の場合とは逆方向に回転したときには、位置変換器１００の出力電圧はＶａ－Ｖｂ＞０になる。これらは位置変換器２００についても同様である。

【0034】

位置変換器２００の反射器７´は、図５（ａ）～図５（ｃ）に示すように、反射器７のものと同様の取付孔７ａ´および反射面７ｂ´，７ｃ´を有する。反射器７の反射面７ｂ，７ｃは、検出器１１の各フォトダイオードの弧長が検出器１１´のものよりも大きいので、反射器７´の反射面７ｂ´，７ｃ´よりも幅広である。位置変換器が動作するためには、反射器の反射面は対を構成するフォトダイオードＡ１とＢ１の両方およびフォトダイオードＡ２とＢ２の両方に同時に重なる必要がある。しかしながら、反射面が対を構成しないフォトダイオードＢ１とＡ２の両方およびフォトダイオードＡ１とＢ２の両方に同時に重なると、正しい出力が得られない。このため、反射面７ｂ，７ｃの幅は、反射器７が動作角度範囲の限界まで回転したときでも各反射面が対を構成しない２つのフォトダイオードに重ならないように設定される。

【0035】

図５（ａ）～図５（ｃ）での反射器７，７´の回転角度はそれぞれ互いに等しく、これらの図における時計回りを正方向とすると、図５（ｃ）での回転角度は図５（ｂ）での回転角度よりも大きい。位置変換器２００の場合には、図５（ｃ）では各反射面７ｂ´，７ｃ´が対を構成する２つのフォトダイオードに重ならず、また、回転方向側における反射面７ｂ´，７ｃ´の端部もそれぞれフォトダイオードＢ１´，Ｂ２´に重ならないので、反射器７´は図５（ｃ）に示す角度まで回転することはできず、図５（ｂ）に示す角度が反射器７´の動作角度範囲の上限になる。これに対し、位置変換器１００の場合には、図５（ｃ）に示す角度でも反射面７ｂ，７ｃが対を構成するフォトダイオードＡ１とＢ１の両方およびフォトダイオードＡ２とＢ２の両方にぎりぎり重なっており、また、回転方向側における反射面７ｂ，７ｃの端部もそれぞれフォトダイオードＢ１，Ｂ２にぎりぎり重なっているので、この角度が反射器７の動作角度範囲の上限になる。したがって、位置変換器２００よりも位置変換器１００の方が動作角度範囲が広い。

【0036】

位置変換器１００では、６角形のチップ１１１～１１４を互いに接触させてフォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を全体として円環形状にすることで、プリント基板６上にＬＥＤダイ４の実装領域を確保しつつ、動作角度範囲を広げることができる。

【0037】

特許文献１の位置変換器システムのように複数のフォトダイオードを１枚のウェハ上に形成すると、ＬＥＤダイも同じウェハ上に実装する必要があるので、ＬＥＤダイからの光が直接フォトダイオードに入射して出力のＳＮ比が低くなるとともに、暗電流が流れて個体ごとの特性のバラつきが出やすくなる。この場合、プリント基板上にＬＥＤダイを実装できるように検出器のウェハの中心に開口部を形成することは技術的に難しく、実現できたとしても加工コストが高くなる。

【0038】

位置変換器１００では、フォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２はそれぞれ別々のチップ１１１～１１４上に形成されている。このようにフォトダイオードのチップを分割することで、上記の通りプリント基板６上にＬＥＤダイ４の実装領域が確保され、それにより、（図１Ａ，１Ｂの下側を上とすると）各チップの厚さ分だけ各チップの上面に対するＬＥＤダイ４の実装位置が低くなる。したがって、複数のフォトダイオードを１枚のウェハ上に形成した場合と比べてＬＥＤダイからの光が直接フォトダイオードに入射し難くなるので、ＳＮ比が向上する。

【0039】

図６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１Ｃ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，Ｂ１，Ａ２，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。

【0040】

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）
となる。Ｖｒｅｆは参照電圧である。

【0041】

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（ＬＥＤダイ４）に電流Ｉｆが供給される。

【0042】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ検出器１１，１１´の製造方法を説明するための図である。位置変換器１００の検出器１１を製造するには、まず、図７（ａ）に示す通り、例えば１枚のシリコンウェハ上に部分円環状の複数のフォトダイオードＰＤを格子状かつ隣同士で１８０度逆向きに配列するように形成する。この部分円環は中心角が約９０度のものであり、図７（ａ）において部分円環の右上に中心があるフォトダイオードと部分円環の左下に中心があるフォトダイオードとが、縦方向および横方向の両方についてシリコンウェハ上で交互に配置されるようにする。部分円環状の感光領域を形成するには、例えば、シリコンウェハの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分が遮光されるようにする。

【0043】

次に、図７（ａ）に示す直線Ｌ１～Ｌ３に沿ってシリコンウェハを縦、横および斜めに切断（ダイシング）して、５角形の複数のチップ１１０を形成する。特に、直線Ｌ３に沿った斜めの切断により、各チップをプリント基板６上に実装したときにＬＥＤダイ４の実装領域６ａに面する辺Ｌ（図３参照）が形成される。検出器１１に５角形のチップを使用する場合には切断は直線Ｌ１～Ｌ３に沿った３回でよいが、６角形のチップを使用する場合には、図７（ａ）に示す直線Ｌ４に沿ってシリコンウェハをさらに斜めに切断する。そして、部分円環状の複数のフォトダイオードＰＤが全体として円環形状になるように、個片化された複数のチップ１１０をプリント基板６上に実装する。これにより、図３に示す検出器１１が完成する。

【0044】

位置変換器２００の検出器１１´用のチップ１１０´を製造するには、図７（ｂ）に示す通り、１枚のシリコンウェハ上に部分円環状の複数のフォトダイオードＰＤ´を格子状かつすべて同じ向きに配列するように形成し、直線Ｌ１，Ｌ２に沿ってウェハを縦横に切断すればよい。この配列であればウェハの無駄は最小限になるが、検出器１１用のチップ１１０を製造するときにもフォトダイオードＰＤを図７（ｂ）のようにすべて同じ向きに配列させると、実装領域６ａに面する各チップの辺Ｌを形成するためには、チップごとに斜めの切断をする必要がある。図７（ａ）に示すようにシリコンウェハ上において複数のフォトダイオードを隣同士で１８０度逆向きに配列させれば、直線Ｌ３に沿った１回の切断で複数のチップの辺Ｌを形成できるので、同じ個数のチップを形成するために必要な切断回数が図７（ｂ）の配列の場合よりも少なくなる。

【0045】

ウェハの切断回数が少ないほど製造コストは安くなるため、図７（ａ）に示す配列により検出器１１の製造コストを抑えることができる。ウェハの切断方法はブレードによるダイシングに限らず、レーザによるダイシングでもよい。ウェハの切断線は直線に限らず曲線でもよく、したがって検出器１１の各チップは多角形でなくてもよい。ただし、チップが多角形でない場合には製造コストが高くなるため、製造コストを抑える観点からすれば、チップは多角形であることが好ましい。

【0046】

本発明は、図示した例に限らず、例えば、反射器の反射面を半円形の１枚とし、検出器を２個のフォトダイオードで構成してもよい。ただし、このように構成すると、反射面が偏心したときに補正が利かなくなり、また、２個のフォトダイオードで取り囲まれた領域内にＬＥＤダイの実装領域を確保するために各チップの形状が複雑になるので、位置変換器１００のように反射面は２枚、かつフォトダイオードは４個であることが好ましい。

【0047】

ＬＥＤダイとダイオードはプリント基板上に実装されるのではなく、配線パターンが形成されていない基板上に固定されていてもよい。光源は、ＬＥＤには限定されず、その他の発光装置であってもよい。光源は、拡散光源には限定されず、実質的に拡散しない平行光を出射する平行光源であってもよい。

【0048】

本発明は、光源から出射された光の一部を反射器で反射してその反射光をフォトダイオードで受光する光反射型の位置変換器には限定されず、光源から出射された光の一部を遮断器（光吸収部材）で遮断してその透過光をフォトダイオードで受光する光透過型の位置変換器であってもよい。例えば、光反射型の位置変換器１００を光透過型の位置変換器として構成する場合には、反射器７が遮断器に置き換えられ、チップ１１１～１１４がプリント基板６とは別のプリント基板上に実装され、その別のプリント基板が遮断器を挟んでプリント基板６と対向するように回転軸２の周囲に配置される。そして、その別のプリント基板には回転軸２が貫通する開口部が形成され、その開口部が形成された領域の全周をフォトダイオードＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２が取り囲み全体として円環形状になるようにチップ１１１～１１４がその別のプリント基板上に実装される。

【0049】

位置変換器の動作角度範囲について、本願の出願人が行った検証の結果によれば、図４に示す比較例の位置変換器２００では、動作角度範囲が最大で±２０°程度であったのに対し、図３に示す実施形態の位置変換器１００では、動作角度範囲が最大で±４０°程度であったことから、本発明によれば、動作角度範囲が極めて顕著に広がることが確認された。また、一般的に「１００×（｜Δθ₁｜＋｜Δθ₂｜）／θ」（Δθ₁：順回転方向の角度誤差、Δθ₂：逆回転方向の角度誤差、θ：動作角度範囲）の数式で表される回転制限モータの非直線性（角度誤差の割合）について、出願人が行った検証の結果によれば、図４に示す比較例の位置変換器２００を用いた回転制限モータでは、動作角度が±２０°の時の非直線性が１．１％程度であったのに対し、図３に示す実施形態の位置変換器１００を用いた回転制限モータでは、動作角度が±２０°の時の非直線性が０．１％程度であったことから、本発明によれば、回転制限モータの非直線性が極めて顕著に低下する（直線性が極めて顕著に向上する）ことが確認された。すなわち、本発明によれば、比較例のような従来の位置変換器と比較して、極めて優れた効果が得られる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】