JP2000321018A - 光学式変位検出装置 - Google Patents
光学式変位検出装置Info
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
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- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 15
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- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
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- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサヘッドの一層の小型化と薄型化を可能
とした光学式変位検出装置を提供する。 【解決手段】 反射型スケール１とセンサヘッド２とを
有する光学式エンコーダにおいて、センサヘッド２は、
リードフレーム２１と、このリードフレーム２１に発光
面を上向きにして搭載された、スケール１に光照射する
ためのＬＥＤチップ２２と、リードフレーム２１に受光
面を下向きにして搭載された、スケール１からの反射光
を受光する受光素子チップ２３と、リードフレーム２１
に搭載されたＬＥＤチップ２２及び受光素子チップ２３
を内部に封入するようにモールド成型してなる透明樹脂
２４とを備え、透明樹脂２４はＬＥＤチップ２２の直上
から受光素子チップ２３側にずれた位置に凸型球面２５
が形成されて、この凸型球面２５に反射膜２６が形成さ
れている。
とした光学式変位検出装置を提供する。 【解決手段】 反射型スケール１とセンサヘッド２とを
有する光学式エンコーダにおいて、センサヘッド２は、
リードフレーム２１と、このリードフレーム２１に発光
面を上向きにして搭載された、スケール１に光照射する
ためのＬＥＤチップ２２と、リードフレーム２１に受光
面を下向きにして搭載された、スケール１からの反射光
を受光する受光素子チップ２３と、リードフレーム２１
に搭載されたＬＥＤチップ２２及び受光素子チップ２３
を内部に封入するようにモールド成型してなる透明樹脂
２４とを備え、透明樹脂２４はＬＥＤチップ２２の直上
から受光素子チップ２３側にずれた位置に凸型球面２５
が形成されて、この凸型球面２５に反射膜２６が形成さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学式変位検出
装置に係り、特に反射型スケールと、発光及び受光素子
を搭載したセンサヘッドとを組み立てて構成される小型
の変位検出装置に関する。
装置に係り、特に反射型スケールと、発光及び受光素子
を搭載したセンサヘッドとを組み立てて構成される小型
の変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式エンコーダには、スケール格子で
の反射光を検出する反射型エンコーダと、スケール格子
の透過光を検出する透過型エンコーダとがある。これら
のうち、反射型エンコーダは、スケールの一方側のみに
光源部と受光部を含むセンサヘッドを構成できるため、
透過型に比べると小型化や薄型化に有利である。しかし
現状では、反射型エンコーダのセンサヘッドは、受光素
子を搭載した基板や、ＬＥＤ等の発光素子、更にこれら
の素子が接続されるべき配線基板等を適当なフレームを
用いて組み立てる複雑な構造となっている。
の反射光を検出する反射型エンコーダと、スケール格子
の透過光を検出する透過型エンコーダとがある。これら
のうち、反射型エンコーダは、スケールの一方側のみに
光源部と受光部を含むセンサヘッドを構成できるため、
透過型に比べると小型化や薄型化に有利である。しかし
現状では、反射型エンコーダのセンサヘッドは、受光素
子を搭載した基板や、ＬＥＤ等の発光素子、更にこれら
の素子が接続されるべき配線基板等を適当なフレームを
用いて組み立てる複雑な構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の反射型
エンコーダは、例えば小さいＸ−Ｙテーブルに組み込め
るような小型且つ薄型のものを作るには構造が複雑であ
り、組立工数も係り、製造の自動化や量産化も図り難い
といった問題があった。これに対して本発明者は、先に
樹脂ブロックを用いて小型のセンサヘッドを実現する手
法を提案している（特開平１１−１０１６６０号）。
エンコーダは、例えば小さいＸ−Ｙテーブルに組み込め
るような小型且つ薄型のものを作るには構造が複雑であ
り、組立工数も係り、製造の自動化や量産化も図り難い
といった問題があった。これに対して本発明者は、先に
樹脂ブロックを用いて小型のセンサヘッドを実現する手
法を提案している（特開平１１−１０１６６０号）。
【０００４】この発明は、先願の手法を更に進めて、セ
ンサヘッドの一層の小型化と薄型化を可能とした光学式
変位検出装置を提供することを目的としている。
ンサヘッドの一層の小型化と薄型化を可能とした光学式
変位検出装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、反射型スケ
ールと、この反射型スケールと相対移動可能に配置され
て反射型スケールに光照射し反射光を受光して変位信号
を出力するセンサヘッドとを有する光学式変位検出装置
において、前記センサヘッドは、リードフレームと、こ
のリードフレームに発光面を上向きにして搭載された、
前記反射型スケールに光照射するためのＬＥＤチップ
と、前記リードフレームに受光面を下向きにして搭載さ
れた、前記反射型スケールからの反射光を受光する受光
素子チップと、前記リードフレームに搭載されたＬＥＤ
チップ及び受光素子チップを内部に封入するようにモー
ルド成型してなる透明樹脂とを備え、且つ前記透明樹脂
の前記ＬＥＤチップの上部に、光軸が前記ＬＥＤチップ
位置より前記受光素子チップ側にずれた凸型球面が形成
されて、この凸型球面に反射膜が形成されていることを
特徴とする。
ールと、この反射型スケールと相対移動可能に配置され
て反射型スケールに光照射し反射光を受光して変位信号
を出力するセンサヘッドとを有する光学式変位検出装置
において、前記センサヘッドは、リードフレームと、こ
のリードフレームに発光面を上向きにして搭載された、
前記反射型スケールに光照射するためのＬＥＤチップ
と、前記リードフレームに受光面を下向きにして搭載さ
れた、前記反射型スケールからの反射光を受光する受光
素子チップと、前記リードフレームに搭載されたＬＥＤ
チップ及び受光素子チップを内部に封入するようにモー
ルド成型してなる透明樹脂とを備え、且つ前記透明樹脂
の前記ＬＥＤチップの上部に、光軸が前記ＬＥＤチップ
位置より前記受光素子チップ側にずれた凸型球面が形成
されて、この凸型球面に反射膜が形成されていることを
特徴とする。
【０００６】この発明によると、受光素子チップとＬＥ
Ｄチップをリードフレームに搭載した状態で透明樹脂で
モールドして一体化してセンサヘッドを構成している。
これにより、センサヘッドは極めて小型で且つ薄型とす
ることができる。また発光素子及び受光素子への電源供
給を一箇所に集結できるため、配線スペースの縮小が可
能である。受光素子チップとＬＥＤチップは、それらの
受光面と発光面が反対側を向いてリードフレームに搭載
され、透明樹脂の面にはＬＥＤチップ直上から受光素子
チップ側にずれた位置に凸型球面を形成して、ＬＥＤチ
ップからの主要な光成分を斜め方向に反射させてスケー
ルに効率的に入射させるようにしている。これにより、
高感度のセンサヘッドが得られる。
Ｄチップをリードフレームに搭載した状態で透明樹脂で
モールドして一体化してセンサヘッドを構成している。
これにより、センサヘッドは極めて小型で且つ薄型とす
ることができる。また発光素子及び受光素子への電源供
給を一箇所に集結できるため、配線スペースの縮小が可
能である。受光素子チップとＬＥＤチップは、それらの
受光面と発光面が反対側を向いてリードフレームに搭載
され、透明樹脂の面にはＬＥＤチップ直上から受光素子
チップ側にずれた位置に凸型球面を形成して、ＬＥＤチ
ップからの主要な光成分を斜め方向に反射させてスケー
ルに効率的に入射させるようにしている。これにより、
高感度のセンサヘッドが得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１（ａ）は、この発明の実施の
形態による光学式エンコーダの構成を示す断面図であ
り、同図（ｂ）はそのセンサヘッドの裏面（スケール側
の面）からみた構成を示している。図示のように光学式
エンコーダは、反射型スケール１と、これに対向して相
対移動可能に配置されたセンサヘッド２により構成され
ている。センサヘッド２は、リードフレーム２１にＬＥ
Ｄチップ２２と受光素子チップ２３を搭載し、これらを
透明樹脂２４によりモールド成型して作られている。
の実施例を説明する。図１（ａ）は、この発明の実施の
形態による光学式エンコーダの構成を示す断面図であ
り、同図（ｂ）はそのセンサヘッドの裏面（スケール側
の面）からみた構成を示している。図示のように光学式
エンコーダは、反射型スケール１と、これに対向して相
対移動可能に配置されたセンサヘッド２により構成され
ている。センサヘッド２は、リードフレーム２１にＬＥ
Ｄチップ２２と受光素子チップ２３を搭載し、これらを
透明樹脂２４によりモールド成型して作られている。
【０００８】ＬＥＤチップ２２は、リードフレーム２１
の上面（スケール１に対向する面と反対側の面）に発光
面を上向きにして搭載され、受光素子チップ２３はリー
ドフレーム２１の下面に受光面を下向きにして搭載され
ている。受光素子チップ２３とＬＥＤチップ２２の電源
端子及び信号端子は、ボンディングワイヤ３４によりリ
ードフレーム２１のリード端子２１１に接続されてい
る。
の上面（スケール１に対向する面と反対側の面）に発光
面を上向きにして搭載され、受光素子チップ２３はリー
ドフレーム２１の下面に受光面を下向きにして搭載され
ている。受光素子チップ２３とＬＥＤチップ２２の電源
端子及び信号端子は、ボンディングワイヤ３４によりリ
ードフレーム２１のリード端子２１１に接続されてい
る。
【０００９】透明樹脂２４のＬＥＤチップ２２上部に
は、凸型球面２５が形成されている。この凸型球面２５
は、ＬＥＤチップ２５の位置よりも受光素子チップ側に
少しずれた位置に形成されている。即ち、凸型球面２５
の光軸Ｃに対して、ＬＥＤチップ２２を距離ｄだけ変位
させている。凸型球面２５の面には、Ａｌ又はＡｇ等の
反射膜２６が形成されている。これにより、ＬＥＤチッ
プ２２からの光は、凸型球面２５で反射されて、反射型
スケール１を斜め方向から照射する光となる。
は、凸型球面２５が形成されている。この凸型球面２５
は、ＬＥＤチップ２５の位置よりも受光素子チップ側に
少しずれた位置に形成されている。即ち、凸型球面２５
の光軸Ｃに対して、ＬＥＤチップ２２を距離ｄだけ変位
させている。凸型球面２５の面には、Ａｌ又はＡｇ等の
反射膜２６が形成されている。これにより、ＬＥＤチッ
プ２２からの光は、凸型球面２５で反射されて、反射型
スケール１を斜め方向から照射する光となる。
【００１０】受光素子チップ２３の受光面には、インデ
ックス格子３１が形成され、また原点検出パターン３２
が形成されている。但し、受光素子チップ２３が、イン
デックス格子を兼ねた受光アレイにより構成される場合
には、インデックス格子３１は要らない。
ックス格子３１が形成され、また原点検出パターン３２
が形成されている。但し、受光素子チップ２３が、イン
デックス格子を兼ねた受光アレイにより構成される場合
には、インデックス格子３１は要らない。
【００１１】この実施の形態の場合、センサヘッド２の
スケール方向両端部には、透明樹脂２４と一体にモール
ドされた取り付け金具３３が設けられている。なお、セ
ンサヘッド２の透明樹脂２４には、前述のように凸型球
面２５に反射膜２６を形成するが、それ以外の面には例
えばエポキシ塗料等による遮光膜を形成する。
スケール方向両端部には、透明樹脂２４と一体にモール
ドされた取り付け金具３３が設けられている。なお、セ
ンサヘッド２の透明樹脂２４には、前述のように凸型球
面２５に反射膜２６を形成するが、それ以外の面には例
えばエポキシ塗料等による遮光膜を形成する。
【００１２】具体的にこの実施の形態の場合、凸型球面
２５は、曲率半径Ｒ＝６ｍｍの球面、又は、ｙ2＝１２
ｘで表される放物面としている。また、ＬＥＤチップ２
４の位置は、凸型球面２５の光軸Ｃ上のＲ／２の位置か
らｄ＝１．５ｍｍ程度変位した位置に設定している。こ
れにより、ＬＥＤチップ２２から放射されて凸型球面２
５で反射された光を斜め方向のほぼ平行光としてスケー
ル１に照射することができる。また、センサヘッド２の
大きさは、図１に示したように、スケール長手方向が金
具３３を含めて約２１ｍｍ、幅が約１２ｍｍ、高さはス
ケール１との間のエアギャップ１．６ｍｍを含めて約７
ｍｍとなる。
２５は、曲率半径Ｒ＝６ｍｍの球面、又は、ｙ2＝１２
ｘで表される放物面としている。また、ＬＥＤチップ２
４の位置は、凸型球面２５の光軸Ｃ上のＲ／２の位置か
らｄ＝１．５ｍｍ程度変位した位置に設定している。こ
れにより、ＬＥＤチップ２２から放射されて凸型球面２
５で反射された光を斜め方向のほぼ平行光としてスケー
ル１に照射することができる。また、センサヘッド２の
大きさは、図１に示したように、スケール長手方向が金
具３３を含めて約２１ｍｍ、幅が約１２ｍｍ、高さはス
ケール１との間のエアギャップ１．６ｍｍを含めて約７
ｍｍとなる。
【００１３】図２は、このＬＥＤチップ２２によるスケ
ール照射の様子をシミュレーションにより求めた結果で
ある。これにより、光軸Ｃを含んで一定の幅Ｘの範囲で
スケール１をほぼ均等に照射できることが分かる。図３
は、スケール１面上での照度分布をシミュレーションに
より求めた結果である。図３のｘ１−ｙ１平面は、図１
（ｂ）の示すセンサヘッド２のｘ−ｙ面と平行なスケー
ル１上の面である。図では、照度のドット分布と、ｘ
１，ｙ１軸上の照度分布Ａ，Ｂを示している。図から明
らかなように、ｘ１軸方向の幅Ｘ、ｙ１軸方向の幅Ｙの
範囲でほぼスケール１面が均等に照射されることが分か
る。なお、図３の曲線ａ，ｂは、累積照度を示してい
る。
ール照射の様子をシミュレーションにより求めた結果で
ある。これにより、光軸Ｃを含んで一定の幅Ｘの範囲で
スケール１をほぼ均等に照射できることが分かる。図３
は、スケール１面上での照度分布をシミュレーションに
より求めた結果である。図３のｘ１−ｙ１平面は、図１
（ｂ）の示すセンサヘッド２のｘ−ｙ面と平行なスケー
ル１上の面である。図では、照度のドット分布と、ｘ
１，ｙ１軸上の照度分布Ａ，Ｂを示している。図から明
らかなように、ｘ１軸方向の幅Ｘ、ｙ１軸方向の幅Ｙの
範囲でほぼスケール１面が均等に照射されることが分か
る。なお、図３の曲線ａ，ｂは、累積照度を示してい
る。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、Ｌ
ＥＤチップと受光素子チップを透明樹脂にモールドし
て、極めて小型且つ薄型のセンサヘッドが得られる。ベ
アチップをモールドするため、煩雑な組立工程は要ら
ず、製造工程の自動化、量産化も容易である。また、Ｌ
ＥＤチップや受光素子チップの位置関係や光軸等は、リ
ードフレームの設計やモールド型の設計で決まり、その
後の調整は要らないから、信頼性にも優れている。
ＥＤチップと受光素子チップを透明樹脂にモールドし
て、極めて小型且つ薄型のセンサヘッドが得られる。ベ
アチップをモールドするため、煩雑な組立工程は要ら
ず、製造工程の自動化、量産化も容易である。また、Ｌ
ＥＤチップや受光素子チップの位置関係や光軸等は、リ
ードフレームの設計やモールド型の設計で決まり、その
後の調整は要らないから、信頼性にも優れている。
【図１】 この発明の実施の形態による光学式エンコー
ダの構成を示す図である。
ダの構成を示す図である。
【図２】 同実施の形態のセンサヘッドによる光照射の
様子を示す図である。
様子を示す図である。
【図３】 同実施の形態のセンサヘッドによるスケール
照射の照度分布を示す図である。
照射の照度分布を示す図である。
１…反射型スケール、２…センサヘッド、２１…リード
フレーム、２２…ＬＥＤチップ、２３…受光素子チッ
プ、２４…透明樹脂、２５…凸型球面、２６…反射膜、
３１…インデックス格子、３２…原点検出パターン、３
３…取り付け金具、３４…ボンディングワイヤ。
フレーム、２２…ＬＥＤチップ、２３…受光素子チッ
プ、２４…透明樹脂、２５…凸型球面、２６…反射膜、
３１…インデックス格子、３２…原点検出パターン、３
３…取り付け金具、３４…ボンディングワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA09 BB27 DD02 DD19 FF16 FF17 FF18 GG07 HH03 JJ18 LL19 PP22 2F103 BA00 CA01 CA03 DA01 DA12 DA13 EA15 EA17 EB06 EB12 EB27 EB32 EB36 EB37 EC11 GA11 GA16
Claims (1)
- 【請求項１】 反射型スケールと、この反射型スケール
と相対移動可能に配置されて反射型スケールに光照射し
反射光を受光して変位信号を出力するセンサヘッドとを
有する光学式変位検出装置において、 前記センサヘッドは、 リードフレームと、このリードフレームに発光面を上向
きにして搭載された、前記反射型スケールに光照射する
ためのＬＥＤチップと、前記リードフレームに受光面を
下向きにして搭載された、前記反射型スケールからの反
射光を受光する受光素子チップと、前記リードフレーム
に搭載されたＬＥＤチップ及び受光素子チップを内部に
封入するようにモールド成型してなる透明樹脂とを備
え、且つ前記透明樹脂の前記ＬＥＤチップの上部に、光
軸が前記ＬＥＤチップ位置より前記受光素子チップ側に
ずれた凸型球面が形成されて、この凸型球面に反射膜が
形成されていることを特徴とする光学式変位検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11131999A JP2000321018A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 光学式変位検出装置 |
| US09/549,616 US6410911B1 (en) | 1999-05-12 | 2000-04-14 | Optical displacement detecting apparatus |
| GB0010090A GB2349948B (en) | 1999-05-12 | 2000-04-25 | Optical displacement detecting apparatus |
| DE10022676A DE10022676A1 (de) | 1999-05-12 | 2000-05-10 | Optische Verschiebungsdetektoreinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11131999A JP2000321018A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 光学式変位検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000321018A true JP2000321018A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=15071199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11131999A Pending JP2000321018A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 光学式変位検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6410911B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000321018A (ja) |
| DE (1) | DE10022676A1 (ja) |
| GB (1) | GB2349948B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7420157B2 (en) | 2004-03-30 | 2008-09-02 | Olympus Corporation | Optical encoder having wiring substrate light source, and/or photodetector covered by light transmitting material and its manufacturing method |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7279674B2 (en) * | 2000-08-17 | 2007-10-09 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | Optical encoder module |
| JP2002228491A (ja) * | 2001-02-05 | 2002-08-14 | Mitsutoyo Corp | 光学式エンコーダ用発光光源装置 |
| DE102004004634B4 (de) * | 2003-01-31 | 2014-01-09 | Mitsubishi Denki K.K. | Photoelektrische Codiereinrichtung |
| US7302181B2 (en) * | 2003-02-25 | 2007-11-27 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Single lens multiple light source device |
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