CN115190963B - 位置转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明扩大位置转换器的动作角度范围并提高SN比。本发明的位置转换器具有:光源;以及检测器,其具有配置在规定圆周上的至少1对光电二极管(PD),接收从光源出射的光,并输出根据构成各对的2个PD对光的受光面积而变化的信号;各PD形成在互不相同的芯片上,以各对PD环绕规定区域的全周且在整体上呈圆环形状的方式将多个芯片配置在基板上。

Description

位置转换器
技术领域
本发明涉及位置转换器。
背景技术
对扫描激光用的反射镜等光学零件进行驱动的、作了旋转限制的马达中搭载的位置转换器为人所知。例如,专利文献1中揭示了一种有限旋转马达用的位置转换器系统,其包含:照明源,其向与有限旋转马达的转子一起旋转的照明反射器进行照明;以及多个检测器区,它们邻接于照明源,接收来自照明反射器的调制反射照明。在该位置转换器系统中,多个检测器区由单个单片检测器形成,照明源安装在检测器上的惰性区内。
专利文献2~5中揭示了一种位置转换器,其具有:反射器,其安装在有限旋转马达的转轴上,具有从转轴呈放射状突出的多个反射面;漫射光源,其以与多个反射面相向的方式贴装在电路基板上;漫射光吸收构件,其从漫射光源观察而在反射器的背后以与反射器存在距离而环绕反射器的方式设置在有限旋转马达的固定侧,对未照到反射面的来自漫射光源的照射光进行吸收;以及检测器,其具有贴装在电路基板上的以转轴正上方的位置为中心的圆周上的多对光电二极管,接收旋转的多个反射面所形成的反射光的像,并输出根据构成各对的2个光电二极管对像的受光面积而变化的信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特表2009-542178号公报
专利文献2:日本专利特开2014-102244号公报
专利文献3:日本专利特开2017-181473号公报
专利文献4:日本专利特开2017-181474号公报
专利文献5:日本专利特开2017-181475号公报
发明内容
在专利文献2~5记载的位置转换器中,构成检测器的光电二极管未环绕电路基板上的漫射光源的全周,在隔着漫射光源相向的2个弧部分出现了光电二极管的中断(参考后文叙述的图4的区域6c)。反射器在以基准位置为中心的受限的角度范围内朝正方向及反方向旋转,但在光电二极管出现了中断的部分无法接收来自反射器的反射光,所以反射器的(因而位置转换器的)动作角度范围根据光电二极管的配置区间的长度而受到限制。
在专利文献1的位置转换器系统中,多个检测器区环绕照明源的全周,但整个检测器是由1块晶圆构成,所以需在检测器上而不是电路基板上贴装照明源。因此,与在电路基板上贴装照明源的情况相比,来自照明源的光容易直接入射至检测器,所以输出的SN比低。在该位置转换器系统中,在检测器的晶圆的中心形成用于确保照明源的贴装区域的开口部将导致加工成本的上升,所以并不现实。
因此,本发明的目的在于扩大位置转换器的动作角度范围并提高SN比。
本发明提供一种位置转换器,其特征在于,具有:光源;以及检测器,其具有配置在规定圆周上的至少1对光电二极管,接收从光源出射的光,并输出根据构成各对的2个光电二极管对光的受光面积而变化的信号,光电二极管各自形成在互不相同的芯片上,以各对光电二极管环绕规定区域的全周且在整体上呈圆环形状的方式将多个芯片配置在基板上。
优选将光电二极管的个数设为n,光电二极管及芯片在基板上分别配置成360度/n的旋转对称。优选至少1对光电二极管为2对光电二极管。优选多个芯片分别为多边形。优选多个芯片分别为五边形,进而优选以整体上呈四边形的外形的方式进行配置。优选多个芯片分别为六边形,进而优选以整体上呈八边形的外形的方式进行配置。
本发明提供一种位置转换器的制造方法,所述位置转换器具有:光源;以及检测器,其具有配置在规定圆周上的至少1对光电二极管,接收从光源出射的光,并输出根据构成各对的2个光电二极管对光的受光面积而变化的信号,光电二极管各自形成在互不相同的芯片上,以各对光电二极管环绕规定区域的全周且在整体上呈圆环形状的方式将多个芯片配置在基板上,该位置转换器的制造方法的特征在于,包含以下工序:将部分圆环状的多个光电二极管呈格子状而且是以相邻彼此180度反向排列的方式形成于共通的晶圆上;纵向、横向以及倾斜地切割晶圆来形成多个芯片;以及,以多个光电二极管在整体上呈圆环形状的方式将多个芯片配置在基板上。
根据上述位置转换器,与不具有本构成的情况相比,动作角度范围扩大,而且SN比提高。
附图说明
图1A为位置转换器100的纵向截面图。
图1B为相对于图1A而言从90度侧方观察的位置转换器100的纵向截面图。
图1C为将位置转换器100局部破断来加以展示的立体图。
图2为漫射光吸收构件3d的表面的放大图。
图3为实施方式的位置转换器100中的印刷基板6的俯视图。
图4为比较例的位置转换器200中的印刷基板6的俯视图。
图5的(a)~(c)为位置转换器100、200的检测器11、11'及反射器7、7'的俯视图。
图6为位置转换器100的信号处理电路13的电路图。
图7的(a)及(b)为用于说明检测器11、11'的制造方法的图。
具体实施方式
下面,参考附图,对位置转换器进行详细说明。但应当理解,本发明并不限定于附图或者以下记载的实施方式。
图1A为位置转换器100的纵向截面图。图1B为相对于图1A而言从90度侧方观察的位置转换器100的纵向截面图。图1C为将位置转换器100局部破断来加以展示的立体图。再者,图1C中未图示轴承8等。
位置转换器100由有限旋转马达1、漫射光吸收体3、LED晶片4、罩壳5、印刷基板6、反射器7、检测器11等构成。位置转换器100是利用检测器11来检测从LED晶片4出射并经反射器7反射后的光、由此检测有限旋转马达1的旋转角度的反射型光学式位置转换器。
有限旋转马达1在转子10的端部具有转轴2,转轴2由轴承8支承。在转轴2的顶端部突出有反射器安装部2a。反射器7安装在反射器安装部2a上。反射器7通过有限旋转马达1的驱动而在以基准位置为中心的受限的角度范围内朝正方向及反方向与转轴2一起旋转。
在有限旋转马达1的上部以与反射器7存在距离的方式配置有漫射光吸收体3。如图1C所示,漫射光吸收体3具有圆板形状部3c、形成于圆板形状部3c的中央附近的梯形形状部3a、以及形成于梯形形状部3a的中央的通孔3b。漫射光吸收体3以转轴2插通于通孔3b的方式安装在有限旋转马达1的上端。漫射光吸收体3装在圆筒形的罩壳5内。
漫射光吸收体3和罩壳5是不会因有限旋转马达1而旋转的固定侧的构件。在与反射器7的反射面存在距离的固定侧的漫射光吸收体3和罩壳5的表面配置有对来自LED晶片4的光进行吸收的漫射光吸收构件3d(参考图2)。即,由漫射光吸收体3和罩壳5形成的内部的空间被漫射光吸收构件3d环绕。漫射光吸收体3和罩壳5借助漫射光吸收构件3d来吸收从LED晶片4出射且未照到反射器7的光。
图2为漫射光吸收构件3d的表面的放大图。漫射光吸收构件3d是实施了表面处理的黑色构件,在其表面具有凹凸等立体而复杂的微细结构,所述凹凸具有与光的波长相匹配的间距及高度。漫射光吸收构件3d借助该微细结构使去往其表面的入射光L反复反射,由此将该光封闭、吸收(杂散光效应)。通过蒸镀、电镀、无机系烤涂或者静电植绒等方法来进行表面处理。
在罩壳5上盖装有印刷基板6(电路基板的一例)。如图1A所示,在印刷基板6的下表面,LED晶片4贴装在与转轴2的中心相对应的位置。位置转换器100具有2个LED晶片4a、4b,将它们统一记作LED晶片4。但LED晶片4的个数也可为1个,也可为3个以上。LED晶片4是从一点出射光、并将出射的光以具有规定范围的方式放出的漫射光源,以与反射器7相向的方式贴装在印刷基板6上。图1A及图1B中,从LED晶片4照射的光以箭头表示。在位置转换器100中,例如使用峰值波长为870nm的铝镓砷(AlGaAs)作为LED晶片4。
印刷基板6上安装有具有10个引脚的端子的连接器9。连接器9的各引脚9a(参考图3)通过软焊等固定在印刷基板6上形成的图案(未图示)的各焊盘上,与检测器11和LED晶片4的端子电连接。检测器11的端子形成于后文叙述的芯片111~114(参考图3)的角部上,经由电线与印刷基板6上的焊盘电连接。此外,LED晶片4的端子也经由电线与印刷基板6上的焊盘电连接。连接有信号处理电路的连接端子等的母(或公)连接器(未图示)与连接器9电耦合。
图3为实施方式的位置转换器100中的印刷基板6的俯视图。图4为比较例的位置转换器200中的印刷基板6的俯视图。图5的(a)~图5的(c)为位置转换器100、200的检测器11、11'及反射器7、7'的俯视图。图5的(a)~图5的(c)中,在上侧展示位置转换器100的检测器11及反射器7,在下侧展示位置转换器200的检测器11'及反射器7'。位置转换器200与位置转换器100的不同点仅在于,反射器7被替换成反射器7',检测器11被替换成检测器11',其他方面具有与位置转换器100相同的构成。
如图5的(a)~图5的(c)所示,反射器7在中央具有通过嵌合而安装至转轴2的反射器安装部2a用的安装孔7a,并且具有从中央呈放射状突出的蝴蝶形状的平坦的2块反射面7b、7c。反射器7具有作为反射区域的反射面7b、7c,但不具有非反射区域。从LED晶片4出射而照到反射器7的反射面7b、7c上的光被反射面7b、7c朝检测器11反射。从LED晶片4观察,在反射器7的背后配置有漫射光吸收体3,所以,从LED晶片4出射的光当中通过反射面7b、7c以外的区域而穿过到了反射器7的背面侧的光被漫射光吸收构件3d吸收。
反射器7是通过蚀刻或线切割等将经过了冷轧等镜面精加工后的金属板加工成蝴蝶形状来制作而成。也可在反射面7b、7c上蒸镀铝、银、金等而实施金属涂覆,由此进一步提高反射器7的反射率。
检测器11由图3所示的4个光电二极管晶片111~114构成。光电二极管晶片111~114由灵敏度波长为800~900nm的硅晶圆构成,分别具有部分圆环状的感光区域A1、B1、A2、B2。以下,将这些光电二极管晶片及感光区域分别称为“芯片111~114”及“光电二极管A1、B1、A2、B2”。芯片111~114均为六边形,光电二极管A1、B1、A2、B2分别为中心角约90度的部分圆环的形状。光电二极管A1、B1、A2、B2配置在印刷基板6的下表面上的以转轴2正上方的位置为中心的圆周上。LED晶片4和芯片111~114未作封装而直接贴装在印刷基板6上(板上芯片)。
芯片111~114以隔着配置在中央的LED晶片4而光电二极管A1、A2相互面对且光电二极管B1、B2也相互面对的方式进行贴装。将相邻的光电二极管A1、B1作为1对,将光电二极管A2、B2作为另1对,检测器11具有2对光电二极管。在印刷基板6上,光电二极管A1、A2并联在一起,光电二极管B1、B2并联在一起。
如图4所示,位置转换器200的检测器11'由4块芯片111'~114'构成,具有部分圆环状的4个光电二极管A1'、B1'、A2'、B2'。检测器11'仅芯片及光电二极管的形状及配置不同于位置转换器100的检测器11。芯片111'~114'均为长方形,光电二极管A1'、B1'、A2'、B2'分别为中心角约60度的部分圆环的形状。在检测器11'中,芯片111'、112'(1对光电二极管A1'、B1')在1边相互接触,芯片113'、114'(另1对光电二极管A2'、B2')也在1边相互接触。芯片111'、112'与芯片113'、114'之间空出有间隔,LED晶片4(4a、4b)贴装于该部分的印刷基板6上。
检测器11'的光电二极管也配置在以LED晶片4为中心的圆周上,但未环绕印刷基板6上的LED晶片4的全周,在隔着LED晶片4相向的图4中的左右2个区域6c内出现了光电二极管的中断。若将各光电二极管设为中心角约90度的部分圆环的形状,则不得不使4块芯片111'~114'相互接触以将各光电二极管配置在同一圆周上,如此一来,将无法在印刷基板6上配置LED晶片4。
如图3所示,在位置转换器100的检测器11中,芯片111~114分别与相邻的另一芯片在1边相互邻接,且形状为六边形,由此,在检测器11的中心形成LED晶片4的贴装区域6a(印刷基板6的面露出的区域)。在芯片111~114当中于1边相互邻接的芯片彼此之间空出有些许间隙,该间隙例如为0.5mm以下,但并不限定于此。该间隙越小,便越能扩大光电二极管的区域,但在芯片的外形尺寸存在偏差的情况下,优选至少空出容许该偏差的程度的间隙。其中,芯片111~114也可各自与相邻的另一芯片在1边相互接触。在该情况下,为了防止芯片彼此出现电短路,优选视需要对芯片彼此的接触面实施绝缘处理。在检测器11中,没有像检测器11'的区域6c那样出现光电二极管的中断的区间,4个光电二极管在整体上为环绕LED晶片4的贴装区域6a的全周的圆环形状。其中,不成对的光电二极管A1与B2之间以及光电二极管B1与A2之间也可空出些许间隙。不成对的光电二极管A1与B2之间的间隙以及光电二极管B1与A2之间的间隙越小,动作角度范围便越是扩大,成对的光电二极管A1与B1之间的间隙以及光电二极管B2与A2之间的间隙越小,SN比便越是提高。
在检测器11中,光电二极管的个数为4个,光电二极管A1、B1、A2、B2及芯片111~114在印刷基板6上分别配置成360度/4(=90度)的旋转对称。芯片111~114为相互迭合的六边形,检测器11在整体上具有大致正八边形的外形。但只要光电二极管在整体上配置成圆环形状,各芯片的形状及大小也可不完全相同,检测器11的外形也可不为正多边形。
通过各芯片的形状为六边形,在将罩壳5盖到印刷基板6上时,各芯片的外周侧的部分不会成为妨碍,所以能使位置转换器100小型化。通过检测器11的外形为八边形,不易产生印刷基板6上的死角,所以容易进行印刷基板6上的零件的布局。不同于图示的例子,也可将图3所示的检测器11的外周侧的4个三角形区域6b也作为各芯片的一部分而将各芯片设为相互迭合的五边形、将检测器11的外形设为正方形或长方形。或者,也可将各芯片的形状设为以图3所示的贴装区域6a侧的边L为上底的梯形(即四边形)。虽然各芯片的形状也可为四边形~六边形以外的多边形,但从在使芯片小型化的同时确保用于形成芯片的端子的广阔区域的观点来看,各芯片的形状优选为五边形或六边形,尤其是从使芯片小型化的观点来看,各芯片的形状优选为六边形。
从LED晶片4出射并经反射器7反射而照射到光电二极管A1、B1、A2、B2的蝴蝶形状的像随着有限旋转马达1的旋转而移动。检测器11接收旋转的反射面7b、7c所形成的反射光的像,并输出根据构成各对的2个光电二极管之间的像的受光面积的比例而变化的信号。具体而言,光电二极管A1、A2和光电二极管B1、B2接收该像,并输出与各自的受光面积相应的光电流Ia、Ib。光电流Ia、Ib由后文叙述的图6的信号处理电路13进行电流电压转换而分别变为电压Va、Vb。该电压差Va-Vb成为位置转换器100的输出。
例如,在图5的(a)时,光电二极管A1、A2的受光面积与光电二极管B1、B2的受光面积相等,所以位置转换器100的输出电压Va-Vb=0。此时,反射器7处于基准位置,其旋转角度为0度。在图5的(b)及图5的(c)时,光电二极管B1、B2的受光面积比光电二极管A1、A2的受光面积大,所以位置转换器100的输出电压Va-Vb<0。在反射器7朝与图5的(b)及图5的(c)的情况相反的方向旋转时,位置转换器100的输出电压Va-Vb>0。这些对于位置转换器200而言也是一样的。
如图5的(a)~图5的(c)所示,位置转换器200的反射器7'具有与反射器7上相同的安装孔7a'及反射面7b'、7c'。由于检测器11的各光电二极管的弧长比检测器11'上的大,所以反射器7的反射面7b、7c比反射器7'的反射面7b'、7c'宽。位置转换器要进行动作,反射器的反射面须同时重叠于成对的光电二极管A1和B1两方以及光电二极管A2和B2两方。然而,若反射面同时重叠于不成对的光电二极管B1和A2两方以及光电二极管A1和B2两方,则得不到正确的输出。因此,反射面7b、7c的宽度设定成即便在反射器7旋转到了动作角度范围的极限时各反射面也不会重叠于不成对的2个光电二极管。
图5的(a)~图5的(c)中的反射器7、7'的旋转角度各自相等,若将这些图中的顺时针方向设为正方向,则图5的(c)中的旋转角度比图5的(b)中的旋转角度大。在位置转换器200的情况下,图5的(c)中,各反射面7b'、7c'不重叠于成对的2个光电二极管,此外,旋转方向侧的反射面7b'、7c'的端部也各自不重叠于光电二极管B1'、B2',所以反射器7'不可旋转到图5的(c)所示的角度,图5的(b)所示的角度为反射器7'的动作角度范围的上限。相对于此,在位置转换器100的情况下,即便在图5的(c)所示的角度下,反射面7b、7c也堪堪重叠于成对的光电二极管A1和B1两方以及光电二极管A2和B2两方,此外,旋转方向侧的反射面7b、7c的端部也各自堪堪重叠于光电二极管B1、B2,所以,该角度为反射器7的动作角度范围的上限。因而,位置转换器100的动作角度范围比位置转换器200大。
在位置转换器100中,使六边形的芯片111~114相互接触而将光电二极管A1、B1、A2、B2在整体上设为圆环形状,由此,能在印刷基板6上确保LED晶片4的贴装区域的同时扩大动作角度范围。
若像专利文献1的位置转换器系统那样将多个光电二极管形成于1块晶圆上,则LED晶片也须贴装在相同的晶圆上,所以来自LED晶片的光容易直接入射至光电二极管而导致输出的SN比低,同时容易流通暗电流而出现每一个体的特性的偏差。在该情况下,在检测器的晶圆的中心形成开口部以便能在印刷基板上贴装LED晶片这一做法在技术上比较困难,即便能够实现,加工成本也高。
在位置转换器100中,光电二极管A1、B1、A2、B2分别形成于不同芯片111~114上。通过如此分割光电二极管的芯片,如上所述,得以在印刷基板6上确保LED晶片4的贴装区域,由此,(若以图1A、1B的下侧为上,则)相对于各芯片的上表面的LED晶片4的贴装位置降低各芯片的厚度程度。因而,与将多个光电二极管形成于1块晶圆上的情况相比,来自LED晶片的光不易直接入射至光电二极管,所以SN比提高。
图6为位置转换器100的信号处理电路13的电路图。虽然图1A~图1C中没有展示,但位置转换器100具有将与有限旋转马达1的旋转角度相应的光电二极管A1、B1、A2、B2所产生的光电流转换为电压信号的信号处理电路13。
光电二极管A1、A2的输出即光电流Ia输入至电流电压转换部21a。此外,光电二极管B1、B2的输出即光电流Ib输入至电流电压转换部21b。电流电压转换部21a的输出电压Va和电流电压转换部21b的输出电压Vb输入至减法器22,进行减法处理。经信号处理电路13处理后的位置转换器输出Vo变为:
Vo=(Ia-Ib)Vref/(Ia+Ib)。
Vref为参考电压。
此外,信号处理电路13具有AGC电路28a,所述AGC电路28a进行针对光学系统中补偿不完的温度变化的温度补偿及线性补偿,以获得高精度的位置转换输出。电流电压转换部21a的输出电压Va和电流电压转换部21b的输出电压Vb被引导至AGC电路28a,在加法器23中相加。该加法输出通过比较器24与参考电压Vref进行比较。比较器24的输出在积分电路25中进行积分处理,并由电流放大器26a放大。由此,经由电阻器27对LED 20(LED晶片4)供给电流If。
图7的(a)及图7的(b)分别为用于说明检测器11、11'的制造方法的图。要制造位置转换器100的检测器11,首先像图7的(a)所示那样例如在1块硅晶圆上呈格子状而且是以相邻彼此180度反向排列的方式形成部分圆环状的多个光电二极管PD。该部分圆环是中心角约90度的圆环,图7的(a)中,中心处于部分圆环右上的光电二极管与中心处于部分圆环左下的光电二极管在纵向及横向这两个方向上在硅晶圆上交替配置。要形成部分圆环状的感光区域,例如在硅晶圆的表面通过铝蒸镀等而设置扇形形状的凸起,将检测器所不需要的部分遮光。
接着,沿图7的(a)所示的直线L1~L3而纵向、横向以及倾斜地切割硅晶圆(进行划片),形成五边形的多个芯片110。尤其是通过沿着直线L3的倾斜的切割,得以形成将各芯片贴装于印刷基板6上时面向LED晶片4的贴装区域6a的边L(参考图3)。在检测器11使用五边形的芯片的情况下,切割为沿着直线L1~L3的3次即可,而在使用六边形的芯片的情况下,还要沿着图7的(a)所示的直线L4倾斜地切割硅晶圆。继而,以部分圆环状的多个光电二极管PD在整体上呈圆环形状的方式将分离后的多个芯片110贴装在印刷基板6上。由此,图3所示的检测器11完成。
要制造位置转换器200的检测器11'用的芯片110',如图7的(b)所示,在1块硅晶圆上呈格子状而且是以全部排列成相同朝向的方式形成部分圆环状的多个光电二极管PD',并沿直线L1、L2纵横切割晶圆即可。若为该排列,则晶圆的浪费达到最小限度,但若是在制造检测器11用的芯片110时也使光电二极管PD像图7的(b)那样全部排列成相同朝向,则须对每一芯片进行倾斜的切割以形成面向贴装区域6a的各芯片的边L。只要像图7的(a)所示那样在硅晶圆上使多个光电二极管以相邻彼此180度反向排列,便能通过沿着直线L3的1次切割来形成多个芯片的边L,所以,形成相同个数的芯片所需的切割次数比图7的(b)的排列的情况下少。
晶圆的切割次数越少,制造成本便越低廉,所以,通过图7的(a)所示的排列,能够抑制检测器11的制造成本。晶圆的切割方法不限于使用刀片的划片,也可为使用激光的划片。晶圆的切割线不限于直线,也可为曲线,因而,检测器11的各芯片也可不是多边形。但在芯片不是多边形的情况下,制造成本会升高,所以,从抑制制造成本的观点来看,芯片优选为多边形。
本发明不限于图示的例子,例如也可将反射器的反射面设为半圆形的1块、以2个光电二极管来构成检测器。但是,若如此构成,则在反射面偏心时修正起不到作用,此外,为了在被2个光电二极管环绕的区域内确保LED晶片的贴装区域,各芯片的形状会变得复杂,所以优选像位置转换器100那样反射面为2块而且光电二极管为4个。
LED晶片和二极管也可不贴装在印刷基板上而是固定在未形成线路图案的基板上。光源不限定于LED,也可为其他发光装置。光源不限定于漫射光源,也可为出射实质上不扩散的平行光的平行光源。
本发明不限定于利用反射器来反射从光源出射的光的一部分并利用光电二极管来接收该反射光的光反射型位置转换器,也可为利用遮断器(光吸收构件)来遮断从光源出射的光的一部分并利用光电二极管来接收该透射光的光透射型位置转换器。例如,在将光反射型位置转换器100构成为光透射型位置转换器的情况下,将反射器7替换为遮断器,芯片111~114贴装在不同于印刷基板6的另一印刷基板上,该另一印刷基板以隔着遮断器与印刷基板6相向的方式配置在转轴2的周围。并且,在该另一印刷基板上形成供转轴2贯通的开口部,以光电二极管A1、B1、A2、B2环绕形成有该开口部的区域的全周且在整体上呈圆环形状的方式将芯片111~114贴装在该另一印刷基板上。
关于位置转换器的动作角度范围,根据本申请的申请人所进行的验证的结果,在图4所示的比较例的位置转换器200中,动作角度范围最大为±20°左右,相对于此,在图3所示的实施方式的位置转换器100中,动作角度范围最大为±40°左右,所以确认到,根据本发明,动作角度范围有了极为明显的扩大。此外,关于通常以“100×(|Δθ1|+|Δθ2|)/θ”(Δθ1:正转方向的角度误差,Δθ2:反转方向的角度误差,θ:动作角度范围)这一数式表示的有限旋转马达的非线性(角度误差的比例),根据申请人所进行的验证的结果,在使用图4所示的比较例的位置转换器200的有限旋转马达中,动作角度为±20°时的非线性为1.1%左右,相对于此,在使用图3所示的实施方式的位置转换器100的有限旋转马达中,动作角度为±20°时的非线性为0.1%左右,所以确认到,根据本发明,有限旋转马达的非线性有了极为明显的降低(线性有了极为明显的提高)。即,根据本发明,与比较例那样的现有位置转换器相比,获得极为优异的效果。

Claims (4)

1.一种位置转换器,其具有:
光源;以及
检测器,其具有配置在规定圆周上的2对光电二极管,接收从所述光源出射的光,并输出根据构成各对的2个光电二极管对所述光的受光面积而变化的信号,该位置转换器的特征在于,
所述光电二极管各自形成在互不相同的芯片上,
以所述2对光电二极管环绕规定区域的全周且在整体上呈圆环形状的方式将多个所述芯片配置在基板上,
所述多个芯片分别为五边形或者分别为六边形,
在所述多个芯片当中于1边相互邻接的芯片彼此之间,设置有0.5mm以下的间隙或者未设置有间隙。
2.根据权利要求1所述的位置转换器,其特征在于,
将所述光电二极管的个数设为n,所述光电二极管及所述芯片在所述基板上分别配置成360度/n的旋转对称。
3.根据权利要求1所述的位置转换器,其特征在于,
在所述多个芯片分别为五边形的情况下,所述多个芯片以整体上呈四边形的外形的方式进行配置。
4.根据权利要求1所述的位置转换器,其特征在于,
在所述多个芯片分别为六边形的情况下,所述多个芯片以整体上呈八边形的外形的方式进行配置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6218803B1 (en) * 1999-06-04 2001-04-17 Genetic Microsystems, Inc. Position sensing with variable capacitance transducers
CN1297526A (zh) * 1998-04-17 2001-05-30 剑桥技术公司 确定可回转元件角度位置的轴向发光二极管检测器
CN101636638A (zh) * 2006-06-19 2010-01-27 杰斯集团公司 使用反射照明光的光学位置传感系统和方法
US7688432B1 (en) * 2007-01-23 2010-03-30 Benner Jr William R Rotary position detector and associated methods
CN104718433A (zh) * 2012-10-26 2015-06-17 西铁城千叶精密株式会社 位置转换器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235180A (en) 1992-03-05 1993-08-10 General Scanning, Inc. Rotary motor having an angular position transducer and galvanometer scanning system employing such motor
DE10084933B3 (de) * 1999-08-25 2012-01-19 Hamamatsu Photonics K.K. Optischer Empfänger sowie zugehörige Haltevorrichtung und zugehöriges Verfahren zum Anordnen
DE60009171T2 (de) * 2000-06-15 2004-10-14 Scanlab Ag Ein positionsdetektor für eine abtastvorrichtung
JP3904585B2 (ja) * 2004-10-07 2007-04-11 昭和電工株式会社 半導体素子の製造方法
WO2006038713A1 (en) 2004-10-07 2006-04-13 Showa Denko K.K. Production method for semiconductor device
JP5812246B2 (ja) * 2010-08-30 2015-11-11 キヤノン株式会社 ロータリエンコーダの製造方法
JP2013003099A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Sharp Corp 光学式エンコーダおよびそれを備えた電子機器
US10539433B2 (en) * 2015-08-17 2020-01-21 Pangolin Laser Systems, Inc. Light detector employing trapezoidal chips and associated methods
JP2017181474A (ja) 2016-03-31 2017-10-05 シチズン時計株式会社 位置変換器
JP6684631B2 (ja) * 2016-03-31 2020-04-22 シチズン時計株式会社 位置変換器
JP2017181473A (ja) 2016-03-31 2017-10-05 シチズン時計株式会社 位置変換器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1297526A (zh) * 1998-04-17 2001-05-30 剑桥技术公司 确定可回转元件角度位置的轴向发光二极管检测器
US6218803B1 (en) * 1999-06-04 2001-04-17 Genetic Microsystems, Inc. Position sensing with variable capacitance transducers
CN101636638A (zh) * 2006-06-19 2010-01-27 杰斯集团公司 使用反射照明光的光学位置传感系统和方法
US7688432B1 (en) * 2007-01-23 2010-03-30 Benner Jr William R Rotary position detector and associated methods
CN104718433A (zh) * 2012-10-26 2015-06-17 西铁城千叶精密株式会社 位置转换器

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