JP2001066154A - エンコーダ用パッケージ、ヒートシンク、ステムおよびエンコーダ用パッケージの製造方法 - Google Patents

エンコーダ用パッケージ、ヒートシンク、ステムおよびエンコーダ用パッケージの製造方法

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JP2001066154A JP23921199A JP23921199A JP2001066154A JP 2001066154 A JP2001066154 A JP 2001066154A JP 23921199 A JP23921199 A JP 23921199A JP 23921199 A JP23921199 A JP 23921199A JP 2001066154 A JP2001066154 A JP 2001066154A
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Fumikazu Ohira
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Yoshio Itaya
義夫 板屋
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Shinichi Meguro
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Osamu Oguchi
脩 大口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】周囲環境の影響を受けにくく、しかも、外部ス
ケールとの相対的な位置決めが容易な高信頼性の集積化
エンコーダのパッケージを提供すること。 【解決手段】エンコーダチップ１が、ヒートシンク２に
設けられた第１の基準線あるいは基準面４に対し規定の
精度で、ヒートシンク２上に位置決め固定され、ヒート
シンク２はステム３と一体化され、エンコーダチップ１
ならびにステム３の一部がエンコーダチップ１の光ビー
ムの出射側にガラス板５を取り付けたキャップ６の中に
入れられ、キャップ６とステム３との間が封着され、キ
ャップ６の外に露出したステム３の一部分には第１の基
準線あるいは基準面４に対して所定の位置関係にある第
２の基準線あるいは基準面７が設けられていることを特
徴とするエンコーダ用パッケージを構成することによっ
て課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、モータ、アクチ
ュエータ、ステージ等の移動体に内蔵して、回転角、移
動量、速度、加速度などを検出する代表的な計測装置で
あるエンコーダのパッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明者らがすでに開発し、特開平０８
−２６１７９３において開示したエンコーダにおいて
は、半導体レーザと光導波路とフォトダイオードとが同
一基板上に一体化構成されているために、それまでのエ
ンコーダと比べて飛躍的に小型になるという著しい特徴
があった。
【０００３】図４は、上記エンコーダ（以下、このよう
な、半導体レーザと光導波路とフォトダイオードとが同
一基板上に一体化構成されているエンコーダをエンコー
ダチップと呼ぶ）の構造とその動作原理を示す。半導体
レーザからの光ビームをポリイミド導波路を通して、エ
ンコーダチップと相対運動をするスケールに当て、それ
からの戻りビームをエンコーダチップ中央部近くに位置
するフォトダイオードで受けて、その光強度の変化か
ら、スケールとエンコーダチップとの相対位置関係を知
ることができる。なお、図４において、エンコーダチッ
プの右端近くにマウントされているフォトダイオード
は、半導体レーザからの光の一部を受光し、その光電流
を、半導体レーザの光出力安定化のために、フィードバ
ックするためのものである。
【０００４】図５は、上記のエンコーダチップを実装す
る方法を説明する図である。エンコーダチップ１はヒー
トシンク２にマウントされ、その入出力端子は、上記の
相対位置関係を知るための信号処理やエンコーダチップ
への電流供給などを行うＩＣチップ１１のピンに、ワイ
ヤ９、リードピン８を介しして接続される。
【０００５】エンコーダチップが超小型であっても、パ
ッケージや回路との接続において、所要スペースや重量
が従来のものと変わらなければ、エンコーダ本体の小
型、軽量という価値が大幅に減少する。また、エンコー
ダは外部のスケールとの相対移動量や回転角を測定する
ものであるから、外部スケールとの相対的な位置決めが
必要であった。その位置決めの基準はエンコーダチップ
に存在し、外部スケールとの相対的な位置決めは、エン
コーダチップに存在する位置決めの基準を顕微鏡で見る
ことによって行われてきた。
【０００６】また、図５に示した実装方法を用いた場合
に、エンコーダチップを露出して使用しなければならな
い場合、光ビームの出射端面に結露や塵の付着が発生
し、使用環境に制約をきたした。
【０００７】エンコーダチップを構成する素子を周囲環
境による汚染物から保護するためにはパッケージが必要
となる。ところが、このようなパッケージを用いると、
エンコーダチップに存在する位置決めのための基準をパ
ッケージの外側から顕微鏡で見ることが困難になり、ま
た、それができたとしても、パッケージ材料が光路を変
えて位置決め精度を低下させるので、外部スケールとの
相対的な位置決めを従来の方法、すなわち顕微鏡を用い
る方法で行うことはほとんど不可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の同一基板上に集
積化した小型エンコーダは、パッケージされていないた
め、周囲環境（湿度その他の汚染物）からの素子の保
護、信頼性の観点から、寿命が短いという課題を有して
いた。また、この課題を解決するために、エンコーダを
パッケージしてしまうと、上記のように、顕微鏡を用い
て外部スケールとの相対的な位置決めを行うことがほと
んど不可能となる。
【０００９】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたもので、周囲環境の影響を受けにくく、しか
も、外部スケールとの相対的な位置決めが容易な高信頼
性の集積化したエンコーダのパッケージを提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、半導体レーザ、光導波路、フォトダイ
オードを同一基板上に一体化構成されたエンコーダチッ
プのパッケージにおいて、ヒートシンクとステムとを一
体化し、所定の相互位置関係にある第１の基準線あるい
は基準面と第２の基準線あるいは基準面とを、それぞれ
ヒートシンクとステムとに設け、エンコーダチップを前
記第１の基準線あるいは基準面に合わせてヒートシンク
に固定し、前記エンコーダと前記ヒートシンクとをレー
ザ光出射窓を有するキャップの中に入れ、前記第２の基
準線あるいは基準面はキャップの外に出ているようにし
て、キャップとステムとの間を封着してパッケージとす
る。
【００１１】このような構成のパッケージにおいては、
キャップ内にパッケージされたエンコーダチップがキャ
ップ外部に露出した第２の基準線あるいは基準面と所定
の位置関係にあるから、このパッケージを実装する場合
に、パッケージ内部のエンコーダチップが外部スケール
に対して所定の位置関係にあるようにするには、第２の
基準線あるいは基準面と外部スケールとの相対的な位置
決めを行えばよく、従来法におけるような、エンコーダ
チップの顕微鏡による目視は不要となる。
【００１２】さらに、本発明においては、エンコーダチ
ップからの信号を増幅、演算するＩＣチップをパッケー
ジ内に組み込むことが可能である。キャップ内部のステ
ムあるいはヒートシンクにＩＣチップが固定され、エン
コーダチップとＩＣチップ、ならびにＩＣチップと、ス
テムに絶縁固定されたリ一ドピンとがワイヤで電気的に
接続される。
【００１３】さらに、上記レーザ光出射窓として、シリ
ンドリカルレンズ（円筒面レンズ）、フレネルレンズな
どの光を集光する手段が形成された板を用いることがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）図１は、この発明に
関わるの第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【００１６】エンコーダチップ１が固定（マウント）さ
れるヒートシンク２とステム３とは一体形成されてい
る。
【００１７】ヒートシンク２には位置決めのための第１
の基準線あるいは基準面４が存在する。この場合に、第
１の基準線は、図中、太い線分で表されている。また、
第１の基準面としては、エンコーダチップ１が固定され
るヒートシンク２の面を使うことができる。その第１の
基準線あるいは基準面４に対し規定の精度でエンコーダ
チップ１がマウントされる。たとえば、図１に示したよ
うに、エンコーダチップ１の光ビーム出射側の稜線を第
１の基準線に合わせてエンコーダチップ１をヒートシン
ク２に固定することによって、稜線に平行な方向を除い
て、高精度の位置決めをすることができる。稜線に平行
な方向についても位置決めを行う場合には、その方向と
交わる基準線あるいは基準面をヒートシンク２に設け
て、それにエンコーダチップ１の所定の部位を合わせれ
ばよい。
【００１８】さらに、ステム３に絶縁固定されたリード
ピン８とエンコーダチップ１を構成する半導体レーザ、
フォトダイオードの電極がそれぞれワイヤ９で電気的に
接続される。エンコーダチップ１、ヒートシンク２、な
らびにステム３の一部がエンコーダチップ１の光ビーム
の出射側にガラス板５を取り付けたキャップ６の中に入
れられ、キャップ６とステム３との間が封着されて、パ
ッケージが完成する。
【００１９】キャップ６の外に露出したステム３の一部
には第１の基準線あるいは基準面４に対して所定の位置
関係にある第２の基準線あるいは基準面７が設けられて
いる。図中、符号７を付した直線が第２の基準線であ
り、それらの直線を共有する面が第２の基準面となる。
【００２０】エンコーダチップ１は第１の基準線あるい
は基準面４に対し規定の精度でマウントされ、その第１
の基準線あるいは基準面４は第２の基準線あるいは基準
面７と一定の位置関係にあるから、結局、この第２の基
準線あるいは基準面７はエンコーダチップ１と一定の位
置関係にあり、この一定位置関係によって、この第２の
基準線あるいは基準面７を、エンコーダチップ１と測定
対象物体に取り付けた外部スケール（たとえば回折格
子）との位置決めに用いることができる。
【００２１】（第２の実施の形態）次に、この発明の他
の実施の形態を説明する。
【００２２】図２は第２の実施の形態の構成を示す斜視
図である。
【００２３】なお、以下に述べる実施の形態において、
上述した第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の参
照番号を付して説明を省略する。本実施の形態において
も、第１の実施の形態と同じ方法によって、エンコーダ
チップ１をヒートシンク２にマウントするので、第１の
実施の形態と同様に、第２の基準線あるいは基準面７
は、エンコーダチップ１と測定対象物体に取り付けた外
部スケール（たとえば回折格子）との位置決めに用いる
ことができる。
【００２４】図２に示したように、エンコーダチップ１
とリードピン８との間に、信号を増幅するＩＣチップ１
１をヒートシンク２上にマウントした形でキャップ６内
に収納することが可能であり、その場合、エンコーダチ
ップ１とＩＣチップ１１、ＩＣチップ１１とリードピン
８間は、ワイヤ９で電気的に接続される。これにより、
ＩＣチップを含めたエンコーダシステム全体の容積を著
しく小さくすることができ、しかも、エンコーダチップ
１とＩＣチップ１１とが近接しているので、ノイズの少
ない高精度な計測が可能になる。
【００２５】（第３の実施の形態）図３は第３の実施の
形態の構成を示す斜視図である。
【００２６】なお、以下に述べる実施の形態において、
上述した第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の参
照番号を付して説明を省略する。本実施の形態において
も、第１の実施の形態と同じ方法によって、エンコーダ
チップ１をヒートシンク２にマウントするので、第１の
実施の形態と同様に、第２の基準線あるいは基準面７
は、エンコーダチップ１と測定対象物体に取り付けた外
部スケール（たとえば回折格子）との位置決めに用いる
ことができる。
【００２７】本実施の形態においては、ガラス板５を除
いて、素子の構成は第１の実施の形態と同じである。こ
のガラス板５の代わりに、シリンドリカルレンズあるい
はフレネルレンズが形成された板１０を用いる。このよ
うな板は、例えば、アクリル樹脂を圧縮成形で成形する
ことにより得ることができる。このシリンドリカルレン
ズあるいはフレネルレンズが形成された板１０は、エン
コーダチップ１内の光導波路から出射した光を垂直方向
に関して集光する作用をもち、出射光をコリメート（平
行光化）し、あるいは集光するために用いることができ
る。そのため、光検出効率が向上し、レーザの光出力を
下げることが可能となり、消費電力も少なくなる。
【００２８】本実施の形態の形態においては、シリンド
リカルレンズあるいはフレネルレンズが形成された板１
０とエンコーダチップ１とが所定の相互位置関係にある
ようにしなければならない。この位置決めを容易に行う
方法としては、ヒートシンク２の端面（図３において左
側の垂直端面）が第１の基準線あるいは基準面４と所定
の位置関係にあるようにし、パッケージ製作時に、その
端面を第３の基準面とし、その面をシリンドリカルレン
ズあるいはフレネルレンズが形成された板１０に接触さ
せて位置決めを行う方法が有効である。この場合に、前
記端面（第３の基準面）をシリンドリカルレンズあるい
はフレネルレンズが形成された板１０に、キャップ６の
内側から接触させて、前記キャップと前記ステムとの間
を封着すればよい。
【００２９】上記第１ないし第３の実施の形態において
は、ヒートシンク２とステム３とが一体形成されていた
が、両者を別々に形成した後に一体化してもよい。一体
化の手段としては半田付け、銀ろう付け、ねじ留めなど
を用いることができる。これによって、ヒートシンク、
ステムそれぞれの形成工程が簡単になり、しかも、別々
の材料を用いることもできる。この場合に、基準線ある
いは基準面の形成は一体化工程前に行ってもよいし、一
体化工程後に行ってもよい。ただし、基準面の形成を一
体化工程前に行う場合には、一体化工程において位置決
めが必要になるが、この場合にも本発明に係る位置決め
方法を有効活用することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るエ
ンコーダ用パッケージにおいては、エンコーダと外部ス
ケールとの間の位置決めが容易であり、しかも、エンコ
ーダチップを外部雰囲気から遮断することができるた
め、エンコーダの長寿命化を達成することができる。ま
た、ガラス板の代わりにシリンドリカルレンズシートあ
るいはフレネルレンズシートを実装することにより、縦
方向に拡がった光ビームを平行化したり、集光したりす
ることができるから、感度を向上させることができる。
さらにエンコーダチップの信号を増幅、演算するするＩ
Ｃチップをエンコーダチップに近接して配置することに
より、エンコーダシステム全体の小型化とノイズの少な
い高精度な計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるエンコーダ用パッケージの第１
の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係わるエンコーダ用パッケージの第２
の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係わるエンコーダ用パッケージの第３
の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】従来の半導体レーザ、光導波路、フォトダイオ
ードを同一基板上に一体化構成したエンコーダチップと
その動作原理を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体レーザ、光導波路、フォトダイオ
ードを同一基板上に一体化構成したエンコーダチップを
実装する方法を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１…エンコーダチップ、２…ヒートシンク、３…ステ
ム、４…第１の基準線あるいは基準面、５…ガラス板、
６…キャップ、７…第２の基準線あるいは基準面、８…
リードピン、９…ワイヤ、１０…シリンドリカルレンズ
あるいはフレネルレンズが形成された板、１１…ＩＣチ
ップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 廉士 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 大平 文和 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 板屋 義夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 神 好人 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 目黒 眞一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 大口 脩 東京都渋谷区桜丘町20番１号 エヌ・テ ィ・ティ エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 福田 光男 東京都渋谷区桜丘町20番１号 エヌ・テ ィ・ティ エレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F103 CA01 CA04 DA12 EA15 EB02 EB12 EB36 EB37 EC02 EC07 GA01 5F089 BA01 BB02 BC11 BC22 BC30 CA10 CA20 EA10 FA06 FA10 GA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体レーザと光導波路とフォトダイオー
    ドとが同一基板上に構成されたエンコーダチップのパッ
    ケージであって、前記エンコーダチップはヒートシンク
    に固定され、前記ヒートシンクはステムと一体化され、
    前記エンコーダチップと前記ヒートシンクとはレーザ光
    出射窓を有するキャップの中に入れられ、前記ヒートシ
    ンクには前記エンコーダチップ位置決めのための第１の
    基準線あるいは基準面があり、前記キャップの外部にあ
    る前記ステムの一部分には前記第１の基準線あるいは基
    準面に対して予め定められた相対位置関係にある第２の
    基準線あるいは基準面があることを特徴とするエンコー
    ダ用パッケージ。
  2. 【請求項２】請求項１記載のエンコーダ用パッケージに
    おいて、前記キャップ内部に、前記エンコーダチップか
    らの信号を増幅、演算するＩＣチップが固定され、前記
    エンコーダチップと前記ＩＣチップとの間、ならびに前
    記ＩＣチップと前記ステムに絶縁固定されたリードピン
    との間が、それぞれワイヤで電気的に接続されているこ
    とを特徴とするエンコーダ用パッケージ。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載のエンコーダ用パッ
    ケージにおいて、前記レーザ光出射窓にレーザ光を集光
    する機能を有するシリンドリカルレンズあるいはフレネ
    ルレンズが形成されていることを特徴とするエンコーダ
    用パッケージ。
  4. 【請求項４】半導体レーザと光導波路とフォトダイオー
    ドとが同一基板上に構成されたエンコーダチップを固定
    するヒートシンクであって、前記エンコーダチップ位置
    決めのための基準線あるいは基準面を有することを特徴
    とするヒートシンク。
  5. 【請求項５】半導体レーザと光導波路とフォトダイオー
    ドとが同一基板上に構成されたエンコーダチップを固定
    したヒートシンクと一体化されるステムであって、前記
    ステムを所定の位置に固定するための基準線あるいは基
    準面を有することを特徴とするステム。
  6. 【請求項６】請求項１、２または３記載のエンコーダ用
    パッケージを製造する方法であって、前記エンコーダチ
    ップを前記第１の基準線あるいは基準面に対し規定の位
    置精度で前記ヒートシンクに固定する工程を有すること
    を特徴とするエンコーダ用パッケージの製造方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載のエンコーダ用パッケージの
    製造方法において、前記エンコーダチップを前記ヒート
    シンクに固定する工程の後に、前記ヒートシンク先端に
    設けられた第３の基準面を前記レーザ光出射窓の内面に
    接触させて前記エンコーダチップと前記レーザ光出射窓
    との間の位置決めを行い、前記キャップと前記ステムと
    の間を封着する工程を有することを特徴とするエンコー
    ダ用パッケージの製造方法。
  8. 【請求項８】請求項６または７記載のエンコーダ用パッ
    ケージの製造方法において、前記ヒートシンクと前記ス
    テムとを別々に形成した後に両者を一体化する工程を有
    することを特徴とするエンコーダ用パッケージの製造方
    法。
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