JP2006078376A - Optical displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサヘッドと、このセンサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサに関する。 The present invention relates to an optical displacement sensor including a sensor head and a substrate on which the sensor head is mounted.
精密機構の変位量を検出する光学式変位センサが従来より使用されている。特開平9−126815号公報にはこのような光学式変位センサの一例が開示されており、図10は、その構成の概略を示している。 Conventionally, an optical displacement sensor for detecting a displacement amount of a precision mechanism has been used. Japanese Patent Laid-Open No. 9-126815 discloses an example of such an optical displacement sensor, and FIG. 10 schematically shows the configuration thereof.
図10(A)、(B)において、まず、パッケージ200を発光素子パッケージとして用いた場合を考える。この場合には、LEDや半導体レーザ等からなる発光素子203の実装面は、パッケージ本体201の突き当て面201aと略平行に配置され、発光素子203からの光束は投光レンズ202により投光されて図示せぬスケールディスクを照射する。
10A and 10B, first, a case where the
次に、パッケージ200を受光素子パッケージとして用いた場合を考える。この場合には、フォトダイオード等の受光素子203の実装面は、パッケージ本体201の突き当て面201aと略平行に配置され、受光素子203は受光レンズ202により集光された光束を受光する。
Next, consider a case where the
パッケージ200のベース基板207との突き当て面201aは半田付き用リード204より突出している。したがって、パッケージ200をベース基板207に実装するときに、この突出した突き当て面201aは、ベース基板207に設けた信号ライン用の銅箔パターン205とダミー用の銅箔パターン206とに確実に当接することになる。これにより、パッケージ200をベース基板207上に実装するにあたって垂直方向のバラツキが少なくなり、しかも双方に傾くことが無い。さらに、発光素子(受光素子)203は、ベース基板207に対して所定位置に配置される。
光学式変位センサは、ケーブル配置や固定位置がユーザによって様々であり、ユーザに対応したセンサヘッドのパッケージ形状や固定部材を設計する必要がある。また、使われ方によって小さなパッケージの封止では不十分で二重封止が必要な場合もある。 The optical displacement sensor has various cable arrangements and fixing positions depending on the user, and it is necessary to design a package shape and a fixing member of the sensor head corresponding to the user. Also, depending on how it is used, sealing a small package may be insufficient and double sealing may be necessary.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、センサヘッドの形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変更することによって、様々な用途に使用可能な光学式変位センサを提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and the object of the present invention is to use the sensor head in a variety of applications by changing the electric wiring pattern of the substrate by making the shape of the sensor head common. An optical displacement sensor is provided.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも1つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。 To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an optical system including at least one sensor head on which at least one of a light source and a photodetector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted. In the displacement sensor, the sensor head has a plurality of electrical connection terminals, the substrate has at least one recess for mounting the sensor head, and the electrical connection terminals of the sensor head are provided on a bottom surface of the recess. And a plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via the wiring pattern of the substrate.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記センサヘッドの底面及び側面は、前記凹部を有する基板により取り囲まれているとともに、前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the bottom surface and the side surface of the sensor head are surrounded by the substrate having the concave portion, and the upper surface of the sensor head emits light from the light source. Alternatively, it is covered with a cover member having a translucent portion so that the light received by the photodetector can be incident.
また、本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記センサヘッドは、前記カバー部材と、前記凹部を有する基板とにより、気密封止されている。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the sensor head is hermetically sealed by the cover member and the substrate having the recess.
また、本発明の第4の態様は、光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも1つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical displacement sensor including at least one sensor head on which at least one of a light source and a photodetector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted. The head has a plurality of electrical connection terminals, and the substrate is arranged around the sensor head so that light from the light source can be emitted from the sensor head or light received by the photodetector can be incident on the substrate. The formed surrounding members are laminated or integrally formed, and the plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via the wiring pattern of the substrate.
また、本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記センサヘッドの底面及び側面は、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材により取り囲まれていると共に、前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the bottom surface and the side surface of the sensor head are surrounded by the substrate and a surrounding member laminated or integrally formed on the substrate, and the sensor head. Is covered with a cover member having a translucent portion so that the light from the light source can be emitted or the light received by the photodetector can be incident.
また、本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記センサヘッドは、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材とにより気密封止されている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the sensor head is hermetically sealed by the substrate and a surrounding member laminated or integrally formed on the substrate.
また、本発明の第7の態様は、第1乃至第6の態様のいずれか1つにおいて、前記基板は、複数の同種または異種のセンサヘッドを搭載可能に構成されている。 According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the substrate is configured to be capable of mounting a plurality of same or different types of sensor heads.
また、本発明の第8の態様は、第7の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で1次元の変位量を検出するセンサであり、第2のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で前記第1のセンサヘッドと垂直な方向の1次元の変位量を検出するセンサである。 An eighth aspect of the present invention is the sensor according to the seventh aspect, wherein the first sensor head of the plurality of sensor heads detects a one-dimensional displacement amount in a plane substantially parallel to the substrate. The second sensor head is a sensor that detects a one-dimensional displacement amount in a direction perpendicular to the first sensor head in a plane substantially parallel to the substrate.
また、本発明の第9の態様は、第7の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第1のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、前記第2のセンサヘッドは前記変位量に対する基準位置を検出するセンサである。 Further, a ninth aspect of the present invention is the scale according to the seventh aspect, wherein the first sensor head of the plurality of sensor heads is disposed substantially parallel to the substrate and facing the first sensor head. And the second sensor head is a sensor for detecting a reference position with respect to the displacement amount.
また、本発明の第10の態様は、第7の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第1のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、第2のセンサヘッドは前記基板に略垂直な方向の変位を検出するセンサである。 A tenth aspect of the present invention is the scale according to the seventh aspect, wherein the first sensor head of the plurality of sensor heads is disposed substantially parallel to the substrate and facing the first sensor head. The second sensor head is a sensor that detects displacement in a direction substantially perpendicular to the substrate.
また、本発明の第11の態様は、第10の態様において、前記第2のセンサヘッドは、前記第2のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離を検出可能な変位センサであり、前記第2のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離に対応したアナログ信号、または前記距離が規定範囲内にあるか規定範囲外にあるかを示す信号を出力する機能を備えている。 An eleventh aspect of the present invention is the displacement sensor according to the tenth aspect, wherein the second sensor head is capable of detecting a distance perpendicular to the second sensor head and the substrate of the scale, A function of outputting an analog signal corresponding to a distance perpendicular to the second sensor head and the substrate of the scale, or a signal indicating whether the distance is within a specified range or out of a specified range;
また、本発明の第12の態様は、少なくとも1つの光検出器が配置されたセンサヘッドと少なくとも1つの光源ヘッドと前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an optical displacement sensor comprising a sensor head on which at least one photodetector is disposed, at least one light source head, the sensor head, and a substrate on which the light source head is mounted. The sensor head has a plurality of electrical connection terminals, the substrate has at least one recess for mounting the sensor head and the light source head, and the bottom surface of the recess has the sensor head and the A wiring pattern that is electrically connected to an electrical connection terminal of the light source head is formed, and at least some of the electrical connection terminals of the light source head and the sensor head are connected to an external circuit via the wiring pattern of the substrate. It is configured to be connectable.
また、本発明の第13の態様は、第1、第4あるいは第12の態様において、前記基板を固定する固定部材をさらに有し、前記固定部材には、固定位置を調整可能な形状をもつ複数のねじ穴が設けられ、一部のねじ穴は、スケールの移動方向に垂直な方向に広げられた形状をもち、かつ他の一部のねじ穴は、固定点を中心に微小回転が可能な形状をもつ。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the first, fourth or twelfth aspect further includes a fixing member for fixing the substrate, and the fixing member has a shape capable of adjusting a fixing position. Multiple screw holes are provided, some of which have a shape that is expanded in the direction perpendicular to the direction of scale movement, and some of the other screw holes can be rotated around a fixed point. Have a good shape.
また、本発明の第14の態様は、第1、第4あるいは第12の態様において、前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子および/またはケーブルと連結されている。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first, fourth or twelfth aspect, one terminal of the electric wiring pattern of the substrate is connected to an electric terminal and / or a cable.
また、本発明の第15の態様は、第1、第4あるいは第12の態様において、前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されている。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the first, fourth, or twelfth aspect, one terminal of the electric wiring pattern of the substrate is connected to a flexible wiring.
また、本発明の第16の態様は、第1、第4あるいは第12の態様において、前記センサヘッドの少なくとも一部の電気接続端子は、前記電気配線パターンを経由して、外部のリード線またはフレキ配線と電気接続され、前記電気接続された表面は、絶縁性の樹脂で覆われている。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the first, fourth, or twelfth aspect, at least part of the electrical connection terminals of the sensor head are connected to an external lead wire or the like via the electrical wiring pattern. Electrically connected to the flexible wiring, and the electrically connected surface is covered with an insulating resin.
また、本発明の第17の態様は、第1、第4あるいは第12の態様において、前記センサヘッドと前記電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続、またはカバーによる押さえつけ等で接続されている。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the first, fourth, or twelfth aspect, the connection between the sensor head and the electrical wiring pattern is performed by soldering, reflow, flip chip connection, pressing with a cover, or the like. It is connected.
また、本発明の第18の態様は、第2または第5の態様において、前記カバー部材は、前記基板に略平行な平面部を有する板状のガラス、石英、あるいはプラスチック材である。 According to an eighteenth aspect of the present invention, in the second or fifth aspect, the cover member is a plate-like glass, quartz, or plastic material having a flat portion substantially parallel to the substrate.
また、本発明の第19の態様は、第2または第5の態様において、前記カバー部材は前記センサヘッドを覆うように形成された透光性の樹脂材料である。 According to a nineteenth aspect of the present invention, in the second or fifth aspect, the cover member is a translucent resin material formed so as to cover the sensor head.
本発明によれば、様々な用途に使用可能な光学式変位センサが提供可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical displacement sensor which can be used for various uses can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施の形態の光学式変位センサは、センサヘッド2と、光電子素子5とを基板(以下、単に基板と称する)1に取り付けることにより構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a state before mounting of the optical displacement sensor according to the first embodiment of the present invention. The optical displacement sensor of this embodiment is configured by attaching a
センサヘッド2は、基板40上に、光源14と、変位量検出用の光検出器13と、原点位置検出用の光検出器15と、図示せぬ光源ドライブ回路および信号処理用のIC回路とを集積し、基板40の表面をガラス板16でガラス封止パッケージしたものである。また、光電子素子5は、光源、光検出器、抵抗、コンデンサ、信号処理回路、表示素子、およびそれらの部品を集積化した回路である。
The
また、基板1の一部には、センサヘッド2を取り付けるための段差(凹部)51と、光電子素子5を取り付けるための段差(凹部)52が設けられている。これら段差51、52部分にそれぞれセンサヘッド2と光電子素子5と取り付けられる。
Further, a step (concave portion) 51 for attaching the
基板1の各段差51、52の側面および底面には電気配線パターン30が設けられている。センサヘッド2及び光電子素子5は、この電気配線パターン30と、センサヘッド2の電気接続端子54及び光電子素子5の電気接続端子とを目視にて一致させながら実装される。
図2は、図1に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すA−A断面図である。図2に示すように、ガラス板16で封止されたセンサヘッド2の表面は、光透過板22を基板1の表面で蓋状に被せ、周囲を樹脂20で封止することにより、二重に封止される。光電子素子5についても同様に樹脂21により封止される。さらに、基板1にはねじ穴24、26が設けられており、このねじ穴24、26を介してねじ止めすることにより基板1が固定される。
2 is a cross-sectional view taken along line AA showing the state after mounting the optical displacement sensor shown in FIG. As shown in FIG. 2, the surface of the
さらに、ここでは図示しないが、光透過板22の上方には移動部材に取り付けられたスケールが配置されているものとする。このスケールには、概して所定周期で反射率が互いに異なる、変位量(相対移動量)を検出するためのパターンと、基準位置を検出するための例えば集光パターンとの、2つのパターンが互いに平行に並列に設けられている。
Further, although not shown here, it is assumed that a scale attached to the moving member is disposed above the
光源14から出射された光ビームは、センサヘッド2のガラス板16を通り、さらにガラス板22を通過した後、スケールの表面に照射される。センサヘッド2とスケールとの間の距離を所定間隔に保って移動させると、スケールで反射された光ビームにより、センサヘッド2上の光検出器13上には、スケール上の明暗パターンと同様のパターンが投影される。
The light beam emitted from the
光検出器13は、投影される明暗パターンの周期幅の1/4ずつの光検出素子をアレー状に配置して構成される。この光検出器を構成するアレー素子を3つおきに接続させることにより同位相の光信号が検出され、それぞれの信号をA相、B相、―A相、−B相とする4つの位相の異なる信号が得られる。更に互いにA相と−A相の信号およびB相と−B相の信号の差をとり、信号雑音を除去する。このようにして得られた2つの信号は、互いに位相が90°異なるが、これを位相分割すればスケール周期よりも更に高分解能で変位量を検出できる。
The
一方、基準位置からの変位量を検出するためには基準位置の検出が必要となる。このため、前記したようにスケールには基準位置パターンが設けられている。基準位置パターンは、基準位置に光源14からの光ビームが照射されると集光されて、焦点位置で信号強度がピークとなるパターンである。
On the other hand, in order to detect the amount of displacement from the reference position, it is necessary to detect the reference position. Therefore, as described above, the reference position pattern is provided on the scale. The reference position pattern is a pattern in which when the light beam from the
基準位置検出用の光検出器15では、その受光面の幅が移動方向に対して狭く形成されており、前記集光のピークの位置で信号を検出できるように配置されている。
In the
なお、光学式変位センサは、スケール上のそれぞれのパターンからの周期パターンや集光パターンをセンサヘッド2上のそれぞれの光検出器13、15で高精度に検出する為に、スケールの移動方向に対しては比較的ラフな取り付けで良いが、移動方向に垂直な方向に対しては、スケール上の2つのパターンに対して精度良く取り付ける必要がある。
The optical displacement sensor detects the periodic pattern and the light collection pattern from each pattern on the scale with high accuracy by the
また光源14や光検出器13,15は半導体結晶で形成されている。表面の電極配線や半導体表面は、ゴミの付着や湿度に対して表面酸化や特性劣化を防止する為に、保護膜や封止部材で保護されている。更にセンサヘッド2を二重封止することにより、高湿度条件下でもセンサヘッド2の安定した動作が期待できる。
The
上記した第1実施形態によれば、光学式変位センサのセンサヘッドの形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変更するようにしたので、様々な用途に使用可能な光学式変位センサが提供される。 According to the first embodiment described above, since the shape of the sensor head of the optical displacement sensor is made common and the electric wiring pattern of the substrate is changed, an optical displacement sensor that can be used for various purposes is provided. The
(第2実施の形態)
図3は、本発明の第2実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。なお、第1実施の形態に説明されている点は説明を省略する。第2実施の形態では、基板1の所定部分に凹状の段差を加工する代わりに、センサヘッド2における光源14の光出射、あるいは、光検出器13、15への光の入射が可能なように、センサヘッド2の周囲を取り囲むことが可能な開口部25−1をもつ取り囲み部材25を積層または一体に形成したことを特徴とする。この取り囲み部材25は、基板1の表面に形成された目あわせマーカー34,35を基に接続され、これによってセンサヘッド2を取り付けるための段差形状が形成される。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing a state before mounting of the optical displacement sensor according to the second embodiment of the present invention. Note that the description of the points described in the first embodiment is omitted. In the second embodiment, instead of processing a concave step in a predetermined portion of the
取り囲み部材25の厚さは、センサヘッド2の厚さに略等しくし、スケールとセンサヘッド2との間のギャップをできるだけ広くして、センサヘッド2をスムーズに移動できるようにしている。また、センサヘッド2は、目視により電気接続端子54と電気配線パターン30とを一致させて半田実装され、この部分の周囲を取り囲むように取り囲み部材25が実装される。
The thickness of the surrounding
さらにセンサヘッド2の表面は、取り囲み部材25の開口部25−1を塞ぐように光透過板22により封止される。このように二重封止することで、高湿度の条件下でも動作の信頼性を確保できる。
Further, the surface of the
なお、取り囲み部材25は、センサヘッド2の周囲を取り囲む形状としたが、一部切り欠き部を設けてこの部分にケーブル等を配置し、外部に信号を引き出すことも可能である。このような切り欠き部を設けた場合には、センサヘッド2を含む電気接続部分を樹脂等でケーブルの一部を含めて、外気と遮断して気密を保つことで、二重封止と同等の効果を持たせる。
The surrounding
(第3実施の形態)
図4は、本発明の第3実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。図5は、図4に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すB−B断面図である。センサヘッド2および光電子素子5は、表面に電気配線パターンが設けられた基板1に表面実装される。この電気配線パターンの接続部分とケーブル7の各電気端子6の接続部分とは絶縁樹脂23で覆われている。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a perspective view showing a state before mounting of the optical displacement sensor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB showing a state after mounting the optical displacement sensor shown in FIG. The
さらに基板1の4隅には固定用のねじ穴8a、8b、9a、9bが設けられ、この基板1は蓋状のカバー10で覆われる。この蓋状のカバー10は、センサヘッド2表面の傷やごみの付着による光源14の実効出力の低下や光検出器13,15のセンシングへの悪影響を防ぐために設けられる。蓋状のカバー10には開口部11が設けられている。この開口部11を介してセンサヘッド2から出射される光ビームをスケールに先導したり、スケールから反射された光ビームをセンサヘッド2内に設けられた光検出器13,15へと導くことができる。
Further, fixing
更に、基板1は固定部材100に設けられたねじ穴101a、101b、102a、102bを用いて固定される。ここでは、ねじ穴101aを固定し、スケールの移動方向と垂直方向に微小調整およびねじ穴101aを中心とする回転微小調整のためにそれぞれねじ穴102a、および101b、102bの穴を大きくしている。ねじ穴102aは、スケールの移動方向に垂直な方向に広げられている。
Further, the
光検出器13、15のそれぞれに対応したスケールから反射した光ビームを互いに正確に検出し、原点位置から変位量を高精度に検出するために、スケールの移動方向(矢印方向)に対して、垂直方向には光学式変位センサヘッドを精度よく実装する必要があり、この実装のスケール移動方向に垂直方向の微小調整のために、上述したねじ穴の形状にして対応している。
In order to accurately detect the light beams reflected from the scales corresponding to the
(第4実施の形態)
図6は、本発明の第4実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施形態は第2実施の形態に基づいているので共通する部分の説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing a state before mounting of the optical displacement sensor according to the fourth embodiment of the present invention. Since this embodiment is based on 2nd Embodiment, description of a common part is abbreviate | omitted.
本実施形態は、センサヘッド2を取り付ける際に、ケーブルの引き出し位置が90度回転した位置になっている仕様であっても、センサヘッド2は第2実施の形態と同様に基板1上に実装可能である。すなわち、ケーブル等の外部への引き出し配線位置が90度異なる場合には、基板1上の電気配線パターン30Aを90度回転した位置に対応する電気配線パターン30Bに変更することによりケーブル配置が可能となる。これは、基板1を多層構造で、センサヘッド2との電気接続の位置を変更しなくとも、外部に引き出す電気配線パターンを互いに90度回転した電気配線パターンに変更することにより、ケーブル端子の接続を可能としている。このようにセンサヘッドの実装位置を変更せずに、電気配線パターンを変えることにより、様々なユーザに対応できる光学式変位センサを提供できる。
In this embodiment, when the
(第5実施の形態)
図7は、本発明の第5実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施形態は第2実施の形態に基づいているので共通する部分の説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing a state before mounting of the optical displacement sensor according to the fifth embodiment of the present invention. Since this embodiment is based on 2nd Embodiment, description of a common part is abbreviate | omitted.
本実施形態は、センサヘッド2を取り付ける際に、検出する移動物体の方向が異なる場合を考慮した実施形態である。ここでは、図7に示すように、基板1の段差51部分をセンサヘッド2の各辺の寸法および接続端子位置と共通にしておく必要がある。
The present embodiment is an embodiment that considers a case where the direction of the moving object to be detected is different when the
基板1の段差51の底部の電気配線パターンを多層構造で形成し、90°位置を回転させても、各々の端子は当該回転前の各端子位置に接続されるようになっており、外部接続用の電気配線パターン30を変更せずに使用できる。すなわち、複数のセンサヘッドを互いに90度異なる方向に実装するような仕様であっても対応可能である。このように、センサヘッド2の形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変えることにより、様々なユーザに対応できる光学式変位センサを提供できる。
Even if the electrical wiring pattern at the bottom of the
(第6実施の形態)
図8は、本発明の第6実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。本実施形態は第5実施の形態に基づくものであるが、第5実施の形態に説明されている内容についての説明は省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a diagram for explaining an optical displacement sensor according to the sixth embodiment of the present invention. This embodiment is based on the fifth embodiment, but the description of the contents described in the fifth embodiment is omitted.
図8は、複数のセンサヘッド2、2’を互いに90度異なるX,Y方向に取り付けたようすを示している。センサヘッド2、2’それぞれに対応する光電子素子5,5’も同様に実装配置される。各センサヘッド2、2’及び光電子素子5,5’間の相互接続は、基板1上の配線パターンを変更することで対応できる。
FIG. 8 shows a state in which the plurality of sensor heads 2 and 2 ′ are attached in the X and Y directions different from each other by 90 degrees. The
この実施形態では、スケールの所定周期のパターンがX、Y軸2つの方向に設けられている場合のセンサヘッド2、2’の構成を示している。スケールのパターンを2つの方向に対応させる一例として、X,Y両方向に一定間隔で互いに一方の方向に所定周期のパターンが形成された2次元パターンがあげられる。 In this embodiment, the configuration of the sensor heads 2 and 2 ′ in the case where a pattern having a predetermined cycle of the scale is provided in two directions of the X and Y axes is shown. As an example of making the scale pattern correspond to two directions, there is a two-dimensional pattern in which patterns of a predetermined period are formed in one direction at regular intervals in both the X and Y directions.
このX、Yそれぞれの方向の移動量を検出するためには、光検出器の光検出素子アレーの配列方向が移動方向に一致していることが必要である。このために本実施形態では、図8に示すように、光検出器の配列が互いに90°異なるようにセンサヘッドが配置される。この構成は、第5実施の形態における手法を利用して、センサヘッドを共通でかつ互いに90回転させて実装することで実現できる。 In order to detect the amount of movement in each of the X and Y directions, it is necessary that the arrangement direction of the light detection element array of the photodetector coincides with the movement direction. For this purpose, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the sensor heads are arranged so that the arrangement of the photodetectors is 90 ° different from each other. This configuration can be realized by using the method in the fifth embodiment and mounting the sensor heads by rotating them 90 times in common.
この実施形態では、位置変位情報を1つの基板上に共通のセンサヘッドで対応するため、多機能が実現でき、結果として低コストな光学式変位センサを供給できる。 In this embodiment, since the position displacement information is handled by a common sensor head on one substrate, multiple functions can be realized, and as a result, a low-cost optical displacement sensor can be supplied.
なお、本実施の形態では、X,Y2軸対応の例を示したが、光学式変位センサと信号処理回路、数値表示回路、警告制御回路、警告表示回路、さらに他の磁気式や容量式、電磁誘導式等多様なセンサの組み合わせ等応用が可能である。 In this embodiment, an example corresponding to the X and Y axes is shown, but an optical displacement sensor and a signal processing circuit, a numerical display circuit, a warning control circuit, a warning display circuit, and other magnetic and capacitive types, Various applications such as electromagnetic induction can be applied.
(第7実施の形態)
図9は、本発明の第7実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。本実施形態は第5実施の形態に基づくものであるが、第5実施の形態に説明されている内容についての説明は省略する。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a diagram for explaining an optical displacement sensor according to a seventh embodiment of the present invention. This embodiment is based on the fifth embodiment, but the description of the contents described in the fifth embodiment is omitted.
図9は、光源ヘッド14’とセンサヘッド2を互いに別々に取り付けたようすを示している。光源ヘッド14’を動作させると、発生する熱により基板40上の光源ヘッド14’周辺の温度が上昇する。温度が上昇すると、センサヘッド2に配置された光検出器13,15の光電気変換効率が低下すると共に熱雑音が増加する。また、スケールには、相対位置検出と基準位置検出の2つのパターンが配置されていることが一般的であり、それぞれの回折干渉パターンや集光パターンを検出する最適な位置が存在する。
FIG. 9 shows that the
本実施形態では、光源ヘッド14’とセンサヘッド2を任意の位置に配置できるので、電気配線パターン及び基板を変更するのみで最適な配置が行える。これによって、センサ設計の自由度が広がり、多機能化やさまざまなユーザ仕様に対応できる光学式変位センサを提供できる。
In the present embodiment, since the light source head 14 'and the
この実施の形態では、1つの光源ヘッドと1つのセンサヘッドの例を示したが、複数光源で、複数のセンサヘッドおよび信号処理、表示回路等の組み合わせによる多機能化も可能である。 In this embodiment, an example of one light source head and one sensor head is shown. However, a plurality of functions can be realized by combining a plurality of sensor heads, signal processing, a display circuit, and the like with a plurality of light sources.
本発明の実施の形態では、光源は、端面発光半導体レーザ、面発光レーザ、発光素子(LED)、スパールミネッセントダイオード(SLD)等の光半導体素子はもちろんのこと、一般的な光学式変位センサに用いられる光源についても適用できるものである。また、外部の電気配線に接続されるケーブルについての実施の形態を示しているが同軸ケーブルやフレキ配線、電気/光変換する光ケーブル配線も含まれるものとする。 In the embodiment of the present invention, the light source is a general optical displacement as well as an optical semiconductor element such as an edge emitting semiconductor laser, a surface emitting laser, a light emitting element (LED), and a super luminescent diode (SLD). The present invention can also be applied to a light source used for a sensor. Further, although an embodiment of a cable connected to an external electric wiring is shown, a coaxial cable, a flexible wiring, and an optical cable wiring for electrical / optical conversion are also included.
(付記)
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明を抽出することができる。
(Appendix)
Inventions having the following configurations can be extracted from the specific embodiments described above.
1.光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも1つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
1. In an optical displacement sensor including at least one sensor head in which at least one of a light source and a light detector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
The substrate has at least one recess for mounting the sensor head, and a wiring pattern that is electrically connected to an electrical connection terminal of the sensor head is formed on the bottom surface of the recess.
A plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1、5の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the first and fifth embodiments.
(作用、効果)
この構成により、予め用意された多様なセンサヘッドを活用して、電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等の基板の設計を変更するだけで多様な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、この変位センサを取り付ける装置において、センサ取り付けに関する設計自由度(配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅等)が大きくなると共に、大きな変更(例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離にあわせた設計変更)を行わないで、多様な機能のセンサを利用できる。
(Function, effect)
With this configuration, using various sensor heads prepared in advance, displacement sensors with various performances and functions can be obtained simply by changing the board design such as the layout of electrical wiring, depth of recesses, planar shape, and layout. Develop efficiently at low cost and in a short period of time. In addition, for the device for mounting the displacement sensor, the degree of freedom in designing the sensor mounting (such as the direction of wiring drawing, the range of selection of functions and performance, etc.) is increased, and a significant change (for example, the sensor board and the displacement detection target) Sensors with various functions can be used without changing the design according to the distance to the object.
2.前記センサヘッドの底面及び側面は、前記凹部を有する基板により取り囲まれているとともに、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする1記載の光学式変位センサ。
2. The bottom surface and side surface of the sensor head are surrounded by the substrate having the recess,
The upper surface of the sensor head is covered with a cover member having a translucent portion so that light emission from the light source or incidence of light received by the photodetector is possible. Optical displacement sensor.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
カバー部材(カバー10)により、センサヘッド2上面が覆われているので、障害物等が衝突したときの破壊等を防げる。また、センサヘッドの表面にごみ・ほこりが直接付着したり、傷がついたりすることによる光源の実効出力の低下、あるいは、光検出器センシングへの悪影響を防ぐことができる。
(Function, effect)
Since the upper surface of the
3.前記センサヘッドは、前記カバー部材と、前記凹部を有する基板とにより、気密封止されていることを特徴とする2記載の光学式変位センサ。 3. 3. The optical displacement sensor according to 2, wherein the sensor head is hermetically sealed by the cover member and the substrate having the recess.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1,2,4、5の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the first, second, fourth and fifth embodiments.
(作用、効果)
カバー部材(カバー10)により、センサヘッドの封止と合わせて2重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
(Function, effect)
When the cover member (cover 10) is double-sealed together with the sensor head, the airtight reliability and durability of various sensor heads prepared in advance are insufficient for the sensor head alone In addition, the airtight reliability and durability of the entire sensor can be dramatically improved.
4.光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも1つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
4). In an optical displacement sensor including at least one sensor head in which at least one of a light source and a light detector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
A surrounding member formed around the sensor head is laminated or integrally formed on the substrate so that light from the light source in the sensor head can be emitted or light received by the photodetector can be incident. And
A plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第2、4の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the second and fourth embodiments.
(作用、効果)
この構成により、予め用意された多様なセンサヘッドを活用して、基板の設計(電気配線のレイアウト等)や取り囲み部材の配置や形状を変更するだけで多様な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度(配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅)が大きくなると共に、大きな設計変更(例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離に合わせた設計変更)を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
(Function, effect)
With this configuration, using various sensor heads prepared in advance, low-cost displacement sensors with various performance and functions can be obtained simply by changing the board design (such as electrical wiring layout) and the arrangement and shape of surrounding members. And it can be developed efficiently in a short period of time. In addition, for a user who installs a displacement sensor, the degree of freedom in designing (mounting direction of wiring, the range of selection of functions and performance) is increased and a large design change (for example, a sensor board and a displacement detection object) Therefore, sensors with various functions can be used without changing the design according to the distance to the sensor.
5.前記センサヘッドの底面及び側面は、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材により取り囲まれていると共に、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする4記載の光学式変位センサ。
5. The bottom surface and side surface of the sensor head are surrounded by the substrate and a surrounding member laminated or integrally formed with the substrate,
5. The upper surface of the sensor head is covered with a cover member having a translucent part so that light emission of the light source or incidence of light received by the photodetector is possible. Optical displacement sensor.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
カバー部材(カバー10)により、センサヘッド2上面が覆われているので、障害物等が衝突したときの破壊等を防げる。また、センサヘッドの表面にごみ・ほこりが直接付着したり、傷がついたりすることによる光源の実効出力の低下、あるいは、光検出器センシングへの悪影響を防ぐことができる。
(Function, effect)
Since the upper surface of the
6.前記センサヘッドは、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材とにより気密封止されていることを特徴とする5記載の光学式変位センサ。
6). 6. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1,2,4、5の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the first, second, fourth and fifth embodiments.
(作用、効果)
カバー部材(カバー10)により、センサヘッドの封止と合わせて2重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
(Function, effect)
When the cover member (cover 10) is double-sealed together with the sensor head, the airtight reliability and durability of various sensor heads prepared in advance are insufficient for the sensor head alone In addition, the airtight reliability and durability of the entire sensor can be dramatically improved.
7.前記基板は、複数の同種または異種のセンサヘッドを搭載可能に構成されていることを特徴とする1乃至6のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 7). The optical displacement sensor according to any one of 1 to 6, wherein the substrate is configured to be capable of mounting a plurality of same or different types of sensor heads.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第6、7の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
Embodiments relating to the present invention correspond to at least the sixth and seventh embodiments.
(作用、効果)
予め用意された多様なセンサヘッドを複数組み合わせて1つの基板に搭載することにより、基板の設計(電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等)を変更するだけで多様かつ高機能な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサを取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度(配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅)が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。ここで、この光学式変位センサの主要機能は移動量または位置の検出機能であるため、第1のセンサヘッドは変位を検出可能なセンサヘッドであるが、第2のセンサヘッドとしては、その検出値を補正したり、センシング状態を監視するための温度センサ、磁気センサ、光量センサ等も異種センサヘッドも含まれる。
(Function, effect)
By combining multiple sensor heads prepared in advance and mounting them on a single board, various and high-performance functions can be achieved simply by changing the board design (electrical wiring layout, recess depth, planar shape, layout, etc.) It is possible to efficiently develop a displacement sensor with high performance and function at low cost and in a short period of time. In addition, for a device for mounting a displacement sensor, the degree of freedom in designing the sensor mounting (wiring pull-out direction, width of selection of functions and performance) is increased, and various functions can be performed without major design changes. Sensors can be used. Here, since the main function of this optical displacement sensor is a function of detecting the amount of movement or position, the first sensor head is a sensor head capable of detecting displacement. A temperature sensor, a magnetic sensor, a light amount sensor, and the like for correcting a value and monitoring a sensing state, and a heterogeneous sensor head are also included.
8.前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で1次元の変位量を検出するセンサであり、第2のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で前記第1のセンサヘッドと垂直な方向の1次元の変位量を検出するセンサであることを特徴とする7記載の光学式変位センサ。
8). Of the plurality of sensor heads, the first sensor head is a sensor that detects a one-dimensional displacement amount in a plane substantially parallel to the substrate, and the second sensor head is in a plane substantially parallel to the substrate. 8. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第6の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the sixth embodiment.
(作用、効果)
予め用意された多様な1次元センサヘッドを検出の向きを変えて1つの基板に搭載することにより、基板の設計(電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等)を変更するだけで2次元の移動量を検出できる変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度(配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅)が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
(Function, effect)
By mounting various one-dimensional sensor heads prepared in advance on a single board with different detection directions, the design of the board (such as the layout of electrical wiring, depth of recesses, planar shape, and layout) can be changed. Thus, a displacement sensor capable of detecting a two-dimensional movement amount can be efficiently developed at a low cost and in a short period of time. In addition, for the device to which the displacement sensor is mounted, the degree of freedom in designing the sensor mounting (wiring pull-out direction, selection range of functions and performance) is increased, and various functions can be performed without making major design changes. Sensors can be used.
9.前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第1のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、前記第2のセンサヘッドは前記変位量に対する基準位置を検出するセンサであることを特徴とする7記載の光学式変位センサ。
9. Of the plurality of sensor heads, the first sensor head is an optical encoder head that functions in combination with a scale disposed substantially parallel to the substrate and facing the first sensor head. 8. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第6の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the sixth embodiment.
(作用、効果)
予め用意された光学式エンコーダヘッドと基準位置検出センサを1つの基板に搭載することにより、基板の設計(電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等)を変更するだけで基準位置検出機能を付加したエンコーダを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。基準位置検出センサはユーザの使用環境やコスト等のニーズに応じて、多様なセンサ(例えば、光学式、磁気式、容量式、電磁誘導式等のセンサ)を選ぶことが可能となる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度が大きくなると共に、大きな設計変更(例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離に合わせた設計変更)を行わないで、多様な機能のエンコーダを利用することができる。
(Function, effect)
By mounting a pre-prepared optical encoder head and a reference position detection sensor on one board, simply changing the board design (electrical wiring layout, recess depth, planar shape, layout, etc.) Encoders with detection functions can be developed efficiently at low cost and in a short period of time. As the reference position detection sensor, various sensors (for example, optical type, magnetic type, capacitive type, electromagnetic induction type, etc.) can be selected according to the user's usage environment, cost, and other needs. In addition, for a user, in a device for mounting a displacement sensor, the degree of freedom in designing the sensor mounting is increased, and a large design change (for example, a design change according to the distance between the sensor substrate and the displacement detection object) is not performed. Encoders with various functions can be used.
10.前記複数のセンサヘッドのうち、第1のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第1のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、第2のセンサヘッドは前記基板に略垂直な方向の変位を検出するセンサであることを特徴とする7記載の光学式変位センサ。
10. Of the plurality of sensor heads, the first sensor head is an optical encoder head that functions in combination with a scale disposed substantially parallel to the substrate and facing the first sensor head, and the second sensor head. 8. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第6の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the sixth embodiment.
(作用、効果)
光学式エンコーダヘッドと基板に垂直な方向の距離を検出するセンサを組み合わせて1つの基板に搭載することにより、基板の設計(電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等)を変更するだけで多次元の検出が可能な変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサを取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度(配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅)が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
(Function, effect)
Changing the board design (electrical wiring layout, depth of recesses, planar shape, layout, etc.) by combining the optical encoder head and a sensor that detects the distance in the direction perpendicular to the board on one board Therefore, a displacement sensor capable of multi-dimensional detection can be efficiently developed at low cost and in a short period of time. In addition, for a device for mounting a displacement sensor, the degree of freedom in designing the sensor mounting (wiring pull-out direction, width of selection of functions and performance) is increased, and various functions can be performed without major design changes. Sensors can be used.
11.前記第2のセンサヘッドは、前記第2のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離を検出可能な変位センサであり、前記第2のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離に対応したアナログ信号、または前記距離が規定範囲内にあるか規定範囲外にあるかを示す信号を出力する機能を備えていることを特徴とする10記載の光学式変位センサ。
11. The second sensor head is a displacement sensor capable of detecting a distance perpendicular to the second sensor head and the substrate of the scale, and is at a distance perpendicular to the second sensor head and the substrate of the scale. 11. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第6の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the sixth embodiment.
(作用、効果)
第1センサである光学式エンコーダヘッドと、基板に垂直な方向の距離を検出する第2のセンサとを組み合わせて1つの基板に搭載し、さらに、第2のセンサはエンコーダのヘッドとスケールの距離を検出可能にしているため、エンコーダとスケールの距離が規定範囲にあるか否かを検出できる。あるいは、エンコーダとスケールの距離に応じた光源の駆動強度や光検出の感度、あるいは、位置ずれ量の補正が可能となる。
(Function, effect)
An optical encoder head that is a first sensor and a second sensor that detects a distance in a direction perpendicular to the substrate are combined and mounted on one substrate, and the second sensor is a distance between the encoder head and the scale. Therefore, it is possible to detect whether or not the distance between the encoder and the scale is within a specified range. Alternatively, it is possible to correct the driving intensity of the light source, the sensitivity of light detection, or the amount of positional deviation according to the distance between the encoder and the scale.
12.少なくとも1つの光検出器が配置されたセンサヘッドと少なくとも1つの光源ヘッドと前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
12 In an optical displacement sensor comprising a sensor head on which at least one photodetector is disposed, at least one light source head, the sensor head, and a substrate on which the light source head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
The substrate has at least one recess for mounting the sensor head and the light source head, and a wiring pattern is formed on the bottom surface of the recess to electrically connect with the electrical connection terminals of the sensor head and the light source head. And
An optical displacement sensor, wherein at least some of the plurality of electrical connection terminals of the light source head and the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第7の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the seventh embodiment.
(作用、効果)
図9に示すように、少なくとも1つの光源ヘッド14’と少なくとも1つの光検出器13が配置されたセンサヘッド2と前記センサヘッド2および前記光源ヘッド14’
を実装する基板1とにより構成される光学式変位センサである。前記センサヘッド2は、複数の電気接続端子を有しており、基板1は、センサヘッド2および光源ヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部と、この凹部底面に前記センサヘッドおよび光源ヘッドの端子と電気接続する配線パターンを有している。光源をセンサヘッド内に実装する場合に比べ、形状や配置に制限されずに基板上に実装でき、設計の自由度が広がる。また光源と光検出器とを別々に離して実装することにより、光源が発生する熱の分布による光検出器の感度の影響を緩和できる。
(Function, effect)
As shown in FIG. 9, the
It is an optical displacement sensor comprised with the board |
13.前記基板を固定する固定部材に設けられたねじ穴は、固定位置を調整可能な形状であり、前記調整手段は、前記固定部に設けられた穴の形状がスケールの移動方向に垂直な方向に広げられ、かつ固定点を中心に他の穴は微小回転が可能な形状であることを特徴とする1、4、12のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 13. The screw hole provided in the fixing member for fixing the substrate has a shape capable of adjusting the fixing position, and the adjusting means is configured so that the shape of the hole provided in the fixing portion is perpendicular to the moving direction of the scale. 13. The optical displacement sensor according to any one of 1, 4, and 12, wherein the other hole has a shape that is widened and is capable of minute rotation around a fixed point.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
スケールとセンサヘッド2との相対移動方向に対して、垂直方向は変位検出信号の形状および信号強度に影響を与える為、精度良く固定部材100に固定する必要がある。このため、固定部材100に設けられたねじ穴102aの形状がスケールの移動方向に垂直な方向に広げられ、またねじ穴101aを中心に他の穴101b、102bは微小回転が可能な形状にすることにより、スケールの移動方向に垂直な方向および微小回転の位置調整を行っている。
(Function, effect)
Since the vertical direction affects the shape and signal intensity of the displacement detection signal with respect to the relative movement direction of the scale and the
14.前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子および/またはケーブルと連結されていることを特徴とする1、4、12のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 14 The optical displacement sensor according to any one of 1, 4, and 12, wherein one terminal of the electric wiring pattern of the substrate is connected to an electric terminal and / or a cable.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
前記基板1の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子6、およびケーブル7と連結され、電源や表示素子、可動制御回路等に接続され、変位センサ制御システムが構成される。
(Function, effect)
One terminal of the electric wiring pattern of the
15.前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されていることを特徴とする1、4、12のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 15. The optical displacement sensor according to any one of 1, 4, and 12, wherein one terminal of the electric wiring pattern of the substrate is connected to a flexible wiring.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
At least the first embodiment corresponds to the embodiment relating to the present invention.
(作用、効果)
光学式変位センサを限られたスペースに挿入する為には,配線の引き回しスペースを低減できるフレキ配線が用いられる。この用途に対応させる為に、基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されている。
(Function, effect)
In order to insert the optical displacement sensor in a limited space, flexible wiring that can reduce the wiring routing space is used. In order to correspond to this application, one terminal of the electric wiring pattern of the substrate is connected to the flexible wiring.
16.前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記電気配線パターンを経由して、外部のリード線またはフレキ配線と電気接続され、前記電気接続された表面は、絶縁性の樹脂で覆われていることを特徴とする1、4、12のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 16. At least some of the plurality of electrical connection terminals of the sensor head are electrically connected to an external lead wire or flexible wiring via the electrical wiring pattern, and the electrically connected surface is covered with an insulating resin. 13. The optical displacement sensor according to any one of 1, 4, and 12, wherein
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
電気配線パターン端子とリード線またはフレキ配線との接続において、接続表面を絶縁性の樹脂で覆うことにより、高温高湿度の条件下でも接続部分の腐食や配線抵抗値の上昇に伴う接触不良を防ぐことができ、光学式変位センサの動作の安定性を確保できることが期待できる。
(Function, effect)
When connecting electrical wiring pattern terminals to lead wires or flexible wiring, the connection surface is covered with an insulating resin to prevent contact failure due to corrosion of the connection area or increase in wiring resistance even under high temperature and high humidity conditions. It can be expected that the stability of the operation of the optical displacement sensor can be ensured.
17.前記センサヘッドと前記電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続、またはカバーによる押さえつけ等で接続されていることを特徴とする1、4、12のいずれか1つに記載の光学式変位センサ。 17. The optical sensor according to any one of 1, 4, and 12, wherein the sensor head and the electrical wiring pattern are connected by soldering, reflow, flip chip connection, pressing by a cover, or the like. Displacement sensor.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
At least the first embodiment corresponds to the embodiment relating to the present invention.
(作用、効果)
センサヘッドと電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続等により実装位置を表面で確認しながら、表面実装ができるため実装が容易である。
(Function, effect)
Connection between the sensor head and the electric wiring pattern is easy because it can be surface-mounted while confirming the mounting position on the surface by soldering, reflow, flip-chip connection or the like.
また、センサヘッド部分の脱着可能を目的として、カバー等によりセンサヘッドと基板上の電極パターンとを表面観察で位置確認しながら、押さえつけ接続も可能である。 Further, for the purpose of detachable sensor head portion, pressing connection is possible while confirming the position of the sensor head and the electrode pattern on the substrate by surface observation with a cover or the like.
18.前記カバー部材は、前記基板に略平行な平面部を有する板状のガラス、石英、あるいはプラスチック材であることを特徴とする2または5記載の光学式変位センサ。
18. 6. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第1,2,5の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
At least the first, second, and fifth embodiments correspond to the embodiments relating to the present invention.
(作用効果)
カバー部材(カバー10)により、センサヘッドの封止と合わせて2重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
(Function and effect)
When the cover member (cover 10) is double-sealed together with the sensor head, the airtight reliability and durability of various sensor heads prepared in advance are insufficient for the sensor head alone In addition, the airtight reliability and durability of the entire sensor can be dramatically improved.
19.カバー部材は前記センサヘッドを覆うように形成された透光性の樹脂材料であることを特徴とする2または5記載の光学式変位センサ。
19. 6. The optical displacement sensor according to
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第3の実施の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to at least the third embodiment.
(作用、効果)
センサヘッド2を覆うように形成された透光性の樹脂材料(絶縁樹脂23)により、センサヘッドの封止と合わせて2重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
(Function, effect)
The
1…基板
2…センサヘッド
5…光電子素子
13…光検出器
14…光源
15…光検出器
16…ガラス板
22…光透過板
30…電気配線パターン
51…段差
52…段差
54…電気接続端子
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。 In an optical displacement sensor including at least one sensor head in which at least one of a light source and a light detector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
The substrate has at least one recess for mounting the sensor head, and a wiring pattern that is electrically connected to an electrical connection terminal of the sensor head is formed on the bottom surface of the recess.
A plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする請求項1記載の光学式変位センサ。 The bottom surface and side surface of the sensor head are surrounded by the substrate having the recess,
2. The upper surface of the sensor head is covered with a cover member having a translucent portion so that light from the light source can be emitted or light received by the photodetector can be incident thereon. The optical displacement sensor described.
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。 In an optical displacement sensor including at least one sensor head in which at least one of a light source and a light detector is disposed, and a substrate on which the sensor head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
A surrounding member formed around the sensor head is laminated or integrally formed on the substrate so that light from the light source in the sensor head can be emitted or light received by the photodetector can be incident. And
A plurality of electrical connection terminals of the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする請求項4記載の光学式変位センサ。 The bottom surface and side surface of the sensor head are surrounded by the substrate and a surrounding member laminated or integrally formed with the substrate,
5. The upper surface of the sensor head is covered with a cover member having a translucent portion so that light from the light source can be emitted or light received by the photodetector can be incident thereon. The optical displacement sensor described.
前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも1つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。 In an optical displacement sensor comprising a sensor head on which at least one photodetector is disposed, at least one light source head, the sensor head, and a substrate on which the light source head is mounted.
The sensor head has a plurality of electrical connection terminals,
The substrate has at least one recess for attaching the sensor head and the light source head, and a wiring pattern is formed on the bottom surface of the recess to electrically connect with the electrical connection terminals of the sensor head and the light source head. And
An optical displacement sensor, wherein at least some of the plurality of electrical connection terminals of the light source head and the sensor head are configured to be connectable to an external circuit via a wiring pattern of the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004263691A JP2006078376A (en) | 2004-09-10 | 2004-09-10 | Optical displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004263691A JP2006078376A (en) | 2004-09-10 | 2004-09-10 | Optical displacement sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006078376A true JP2006078376A (en) | 2006-03-23 |
Family
ID=36157963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004263691A Withdrawn JP2006078376A (en) | 2004-09-10 | 2004-09-10 | Optical displacement sensor |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2006078376A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009085816A (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-23 | Olympus Corp | Optical encoder and method of mounting the optical encoder |
JP2010266335A (en) * | 2009-05-14 | 2010-11-25 | Nikon Corp | Light receiving/emitting sensor, encoder and method for manufacturing light receiving/emitting sensor |
JP2013130394A (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Yaskawa Electric Corp | Encoder and servo motor |
JP2017106726A (en) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | キヤノンプレシジョン株式会社 | Optical encoder |
-
2004
- 2004-09-10 JP JP2004263691A patent/JP2006078376A/en not_active Withdrawn
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