JP2007333667A - Optical encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学式スリットを用いた変位センサを備えた光学式エンコーダに関するものである。 The present invention relates to an optical encoder provided with a displacement sensor using an optical slit.
従来、工作機械のステージや3次元計測定器などにおいて、直線方向の変位量を検出するために、光学式や磁気式など、いわゆるエンコーダが利用されている。また、サーボモータなどにおいても、回転角を検出するために光学式や磁気式などのいわゆるエンコーダが利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, so-called encoders such as an optical type and a magnetic type are used to detect a displacement amount in a linear direction in a machine tool stage, a three-dimensional measuring instrument, and the like. Also in a servo motor or the like, so-called encoders such as an optical type and a magnetic type are used to detect a rotation angle.
エンコーダは一般的に、ステージ等、変位を検出しようとする部材に固定されたスケールと、このスケールの変位を検出するためのセンサヘッドとによって構成されている。センサヘッドは、光学式の場合にはスケールにより変調された光ビームを検出することでスケールの移動を検出している。また、磁気式の場合にはスケールに形成された磁気情報を検出することでスケールの移動を検出している。 The encoder is generally composed of a scale such as a stage fixed to a member whose displacement is to be detected, and a sensor head for detecting the displacement of the scale. In the case of the optical type, the sensor head detects the movement of the scale by detecting the light beam modulated by the scale. In the case of a magnetic system, the movement of the scale is detected by detecting magnetic information formed on the scale.
代表的な従来例について、図17を参照しながら説明する。この従来例によるエンコーダについては、例えば、特許文献1に記載されている。
A typical conventional example will be described with reference to FIG. The encoder according to this conventional example is described in
図17は、この従来例の基本構成を示している。可干渉光源71から出射された光はスリット75によって絞られる。スリット75の開口部76を通過した光は、スケール72を経由して光検出器73上に投影される。
FIG. 17 shows the basic configuration of this conventional example. The light emitted from the
スリット75とスケール72との距離をz1、スケール72と光検出器73との距離をz2、スケール72のピッチをp1、光源から出射される光ビームの波長をλ、nを整数とすると、式(1)の関係が成立するときに、光検出器73上に明暗パターンが形成される。
The distance between the
1/z1+1/z2=λ/(n×p12) … (1)
従って、光検出器73上に、受光部74をこの明暗パターンを検出可能な周期で配列しておけば、スケール72の変位を検出することが可能である。
1 / z1 + 1 / z2 = λ / (n × p1 2 ) (1)
Therefore, if the
次に、他の従来例について説明する。図18、19は、光源80から出射される光ビームの出射方向にスリット開口85aを有する光源スリットと光源80とを一体に、封止樹脂81により封入した光源スリット付光源の例を示している。
Next, another conventional example will be described. 18 and 19 show an example of a light source with a light source slit in which a light source slit having a slit opening 85a in the emission direction of a light beam emitted from the
第2の従来例である光源スリット付光源については、例えば特許文献2に記載されている。光源スリットは光源80への電力供給用配線も兼ねており、金属板により形成されている。光源スリットは光源80とともに封止樹脂81内に封入されており、小型のスリット付光源を可能にしている。
A light source with a light source slit, which is a second conventional example, is described in
しかしながら、従来技術には以下に示すような問題点が存在する。第2の従来例では、光源スリット85と光源80とを封止樹脂81に封入して光源スリット付光源を形成している。スリット開口(孔)85aの形成された金属板は、封止樹脂81に対し、その弾性率が大きい。また、封止樹脂81と金属板の線膨張係数は、互いに異なる。そのため、製造時や使用時の温度の変化などから封止樹脂81に破損が生じたり、クラックが発生したりという問題点が存在した。
However, the conventional techniques have the following problems. In the second conventional example, a
すなわち、封止樹脂の熱キュア時の収縮により、光源スリット75と封止樹脂81との界面に応力が集中して発生する製造時のクラックや、使用環境の温度変化により同じ界面に発生する応力による使用時のクラックの問題があった。
That is, due to shrinkage of the sealing resin during thermal curing, stress is generated at the interface between the
このように、封止樹脂81に破損またはクラックが生じた場合、光源80の信頼性が低下していた。また、光源からの光の光路に影響を及ぼすことによるエンコーダ性能の低下の原因となっていた。
As described above, when the
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光源と光源スリットとを樹脂封止したときに、封止樹脂の機械的変化、例えばクラックや破損を低減し、高い信頼性の光学式エンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and when the light source and the light source slit are resin-sealed, mechanical changes of the sealing resin, for example, cracks and breakage are reduced, and a highly reliable optical type An object is to provide an encoder.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光源と、光源から出射された光の所定部分を透過する光源スリットと、光源スリットを透過した光を反射または透過する周期パターンが形成されたスケールと、スケールを経由した光を受光する光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、光源と光検出器と光源スリットとは封止樹脂に封入されており、光源スリットの基材は、弾性部材よりなることを特徴とする光学式エンコーダを提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a light source, a light source slit that transmits a predetermined portion of light emitted from the light source, and light that has passed through the light source slit is reflected or transmitted. An optical encoder having a scale on which a periodic pattern is formed and a photodetector that receives light passing through the scale, and the light source, the photodetector, and the light source slit are sealed in a sealing resin, An optical encoder characterized in that the base material of the light source slit is made of an elastic member can be provided.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源と、光源から出射した光の所定の部分を透過する第一の格子と、第一の格子を通過した光を反射する周期パターンが形成された第二の格子と、第二の格子により反射または回折された光により光検出器上に投影される周期的な明暗パターンを検出する、第三の格子の機能を有する光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、第一の格子は基材が弾性部材である光源スリットであり、光検出器は明暗パターンの所定の位相部分を検出可能な受光素子アレイを有し、光源と第一の格子と光検出器とは一体に封止樹脂に封入されていることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the first light source, the first grating that transmits a predetermined portion of the light emitted from the light source, and the periodic pattern that reflects the light that has passed through the first grating are formed. An optical device having a second grating and a photodetector having the function of a third grating for detecting a periodic light-dark pattern projected on the photodetector by light reflected or diffracted by the second grating The first grating is a light source slit whose base material is an elastic member, and the photodetector has a light receiving element array capable of detecting a predetermined phase portion of a light-dark pattern, and the light source and the first It is desirable that the grating and the photodetector are integrally sealed in a sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、弾性部材は、封止樹脂の内部に機械的変化を生じさせないような特性を有していることが望ましい。 Moreover, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the elastic member has a characteristic that does not cause a mechanical change inside the sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材の弾性率は、封止樹脂の弾性率と略等しいか、小さいことを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the elastic modulus of the base material of the light source slit is substantially equal to or smaller than the elastic modulus of the sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットは、光源から出射された光を透過する基材の表面に、光源から出射された光を遮光する部材によりスリットパターンが形成されていることを特徴とすることが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, the light source slit has a slit pattern formed on the surface of the base material that transmits light emitted from the light source by a member that blocks light emitted from the light source. It is desirable to have a feature.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの、光源から出射された光を遮光する部材は、金属薄膜であることを特徴とすることが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the member of the light source slit that blocks light emitted from the light source is a metal thin film.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットは、光源から出射された光を遮光する基材に、光源から出射された光を透過する孔部が形成されてなることを特徴とすることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, the light source slit is characterized in that a hole that transmits light emitted from the light source is formed in a base material that blocks light emitted from the light source. Is desirable.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットは光源に取り付けられており、光源と光源スリットは一体として封止樹脂に封入されていることを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the light source slit is attached to the light source, and the light source and the light source slit are integrally sealed in the sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材は、光検出器上に貼り付けられ、かつ光源上に張り出すように取り付けられていることを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the base material of the light source slit is attached on the photodetector and attached so as to protrude on the light source.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材は、光源と光検出器との双方に接するように、橋型に取り付けられていることを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the base material of the light source slit is attached in a bridge shape so as to be in contact with both the light source and the photodetector.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材は、樹脂材料であることを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the base material of the light source slit is a resin material.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットのスリットパターンが形成された面は、光源と対向していることを特徴とすることが望ましい。 According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the surface of the light source slit on which the slit pattern is formed is opposite to the light source.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材の屈折率は、封止樹脂の屈折率と略等しいことを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the refractive index of the base material of the light source slit is substantially equal to the refractive index of the sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材は、光源から出射された光が封止樹脂の界面で反射し、光検出器に向かう光の光路上に遮光部を有していることを特徴とすることが望ましい。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, the light source slit base material has a light shielding part on the optical path of the light reflected from the interface of the sealing resin, and the light emitted from the light source is reflected at the interface of the sealing resin. It is desirable to be characterized.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材の線膨張係数は、封止樹脂の線膨張係数と略等しいことを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the linear expansion coefficient of the base material of the light source slit is substantially equal to the linear expansion coefficient of the sealing resin.
また、本発明の好ましい態様によれば、光源スリットの基材のビッカース硬さは、封止樹脂のビッカース硬さと略等しいか、小さいことを特徴とすることが望ましい。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the Vickers hardness of the base material of the light source slit is substantially equal to or smaller than the Vickers hardness of the sealing resin.
本発明によれば、光源と光源スリットとを樹脂封止したときに、封止樹脂の機械的変化、例えばクラックや破損を低減し、高い信頼性の光学式エンコーダを提供できるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a light source and a light source slit are resin-sealed, there exists an effect that the mechanical change of sealing resin, for example, a crack and breakage, can be reduced and a highly reliable optical encoder can be provided.
以下に、本発明に係る光学式エンコーダの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an optical encoder according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施例1に係る反射型光学式エンコーダ11の斜視図である。本発明の実施例1の形態について、図1から図4を参照しながら説明する。エンコーダヘッド1は、光源32と光検出器5とを有している。また、スケール2には周期的な光学的パターンである周期パターン22が形成されている。
FIG. 1 is a perspective view of a reflective
はじめに、本実施例の構成について説明する。本実施例におけるエンコーダヘッド1は、図2に示すように、基板100上に、所定の波長の光を出射する光源32と光検出器5とが取り付けられている。光源32上にはさらに、透明樹脂部材44で構成され、その一面に光源スリットパターン42が形成された光源スリット4が搭載されている。透明樹脂部材44は、基材に対応する。
First, the configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the
この透明樹脂基材44は、本実施例では、PETフィルムを用いている。そして、これら光源32と光検出器5と光源スリット4とは、封止樹脂102で覆うようにパッケージングされている。光源32への通電や、光検出器5からの信号出力配線は、図示しない電気配線により、基板100を経由して外部と接続可能な構成である。
The transparent
次に、本実施例の動作について説明する。光源32から出射した光は光源32上に配置された光源スリット4を通過してスケール2上に形成された周期パターン22に向かって照射される。スケール2の周期パターン22に照射された光は、ここで反射されて光検出器5上に形成された受光素子群52に照射される。
Next, the operation of this embodiment will be described. The light emitted from the
ここで、図2に示すように、光源スリット4と周期パターン22との間の距離をz1、周期パターン22と光検出器5との間の距離をz2とする。また、光源32から出射される光の波長をλ、スケール2上の周期パターン22のピッチ(周期)をp1、nを自然数とし、式(1)の関係が成立するように配置する。これにより、光検出器5の受光面上には、スケール2上の周期パターン22と相似な明暗パターンが投影される。
1/z1+1/z2=λ/(n×p12) … (1)
Here, as shown in FIG. 2, the distance between the light source slit 4 and the
1 / z1 + 1 / z2 = λ / (n × p1 2 ) (1)
ここで、光源スリット4上には周期的に光透過部と遮光部が形成された光源スリットパターン42が形成されている。このピッチPslitは、次式(2)により算出される。
Pslit=(z1+z2)×p1/z2 … (2)
Here, on the light source slit 4, a light source slit
Pslit = (z1 + z2) × p1 / z2 (2)
さらに、光検出器5上に投影される、スケール2と相似な明暗パターンのピッチp2は、次式(3)により算出される。
p2=(z1+z2)×p1/z1 … (3)
Furthermore, the pitch p2 of the light / dark pattern similar to the
p2 = (z1 + z2) × p1 / z1 (3)
このとき、スケール2と相似な明暗パターンは、スケール2の移動にしたがって光検出器5上を移動する。したがって、この明暗パターンの動きを光検出器5上に形成された受光素子群52により検出することで、スケール2の移動を検出することが可能となる。
At this time, a light and dark pattern similar to the
本実施例によるエンコーダヘッド1の製造方法について述べる。図1、図2に示すように、はじめに基板100上に、光源32と光検出器5とを取り付ける。本実施例における光源32は、図4に示すように、基板36上に半導体ベアチップよりなる半導体光源34が取り付けられ、これを第2の封止樹脂104により封止した構造となっている。また、光検出器5は半導体基板により構成されている。
A method for manufacturing the
次に、光源32の上面に光源スリット4を取り付ける。最後に熱硬化性の樹脂である封止樹脂102で全体を覆い、加熱キュアして硬化させる。一般に熱硬化樹脂はバインダを有しているため、これが揮発する等の理由により、加熱キュアの段階で大きく収縮する。収縮の度合いは封止樹脂によって異なるが、一般に数十%程度収縮する。
Next, the light source slit 4 is attached to the upper surface of the
本実施例の特徴について説明する。エンコーダヘッド1はさまざまな用途に使用される。また、使用される環境も用途に応じてさまざまである。例えば、工作機械に取り付けられた場合、夏は40〜50°C程度の環境温度で使用されることもある。一方、冬には零下に近い温度で使用されることもある。このような環境にさらされた場合、封止樹脂102は固有の線膨張係数に応じて伸縮する。
The features of this embodiment will be described. The
一般に、封止樹脂の線膨張係数は半導体基板やガラス板などと比べて一桁程度大きな値となっている。このため、このような温度差が発生すると封止樹脂に歪みが発生し、場合によっては機械的変化、例えばクラック等が発生する。この傾向は、比較的薄く作成でき、一面が基板100に接している光検出器5や光源32の周囲より、比較的高い位置に配置される光源スリット4の周囲で特に大きくなる。本実施例では、光源32の光源スリット4と接する面も図4に示す通り封止樹脂102となっているため、光源スリット4は、封止樹脂中に浮いているような構造となっている。
In general, the linear expansion coefficient of the sealing resin is about one digit larger than that of a semiconductor substrate or a glass plate. For this reason, when such a temperature difference occurs, distortion occurs in the sealing resin, and in some cases, mechanical changes such as cracks occur. This tendency can be made relatively thin, and is particularly great around the light source slit 4 arranged at a relatively higher position than around the
もし、この光源スリット4がガラス等、線膨張係数が封止樹脂とは大きく異なる部材により構成されていたとすると、伸縮量の大きな樹脂中にあまり伸縮しないガラス板が浮いているような構造となる。そのため、伸縮により発生した応力により、図3に示すようなクラックが封止樹脂102に発生することがある。
If the light source slit 4 is made of a member such as glass that has a linear expansion coefficient that is significantly different from that of the sealing resin, a structure in which a glass plate that does not expand and contract in a resin having a large expansion / contraction amount floats. . Therefore, a crack as shown in FIG. 3 may occur in the sealing
本実施例では、光源スリット4も封止樹脂102と線膨張係数が近い樹脂材を用い、その表面に金属薄膜で光源スリットパターン42が形成される構成である。そのため、環境温度が変化した場合でも伸縮による応力が発生しない。伸縮が一体的に行われるので、クラック等の発生を最小限に抑えることが可能となっている。
In the present embodiment, the light source slit 4 is also made of a resin material having a linear expansion coefficient close to that of the sealing
ここで、光源スリット4の表面に光源スリットパターン42を形成するための材料の線膨張係数は、封止樹脂102等と必ずしも等しく形成されてはいない。しかし、光源スリットパターン42は、十分に薄く形成されており、また、スリット等開口部を有している。このため、本実施例では、クラックに至るような強い歪みを発生することはない。
Here, the linear expansion coefficient of the material for forming the light source slit
さらに、本実施例では、封止樹脂102と光源スリット4の透明樹脂部材44とはその弾性率が略等しくなるように選択されている。したがって、製造の加熱キュア時の収縮による応力が発生した場合でも、封止樹脂102と光源スリット4の透明樹脂部材44とは応力に対する変形の割合も略等しくなる。このため、応力が局所的に集中することはなく、製造時のクラックの発生も軽減することが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the sealing
なお、製造時において、封止樹脂102材料は所定の粘性を有する液状であり、加熱キュアにより硬化する。また、一般に封止樹脂材料は、100°C以上の高温状態においてはやわらかくなる。すなわち、弾性率が非常に小さくなる。
At the time of manufacture, the sealing
ここで言う弾性率とは、応力とひずみの間の比例乗数であり、数値が小さいもののほうがやわらかいことを意味している。引っ張り力や圧縮力に対する変形の場合にはヤング率、せん断力に対する変形の場合には剛性率、静水圧に対する変形の場合には体積弾性率として定義されている。 The elastic modulus mentioned here is a proportional multiplier between stress and strain, and means that a smaller numerical value is softer. It is defined as Young's modulus in the case of deformation against tensile force or compressive force, rigidity modulus in the case of deformation against shearing force, and bulk modulus in the case of deformation against hydrostatic pressure.
このように、本実施例のように構成することで、環境温度等が変化した場合でも応力によるクラックの発生を最小限に抑えることが可能となる。また、製造時のクラックの発生についても十分小さくすることが可能となる。 In this way, by configuring as in the present embodiment, it is possible to minimize the occurrence of cracks due to stress even when the environmental temperature or the like changes. In addition, the occurrence of cracks during manufacturing can be sufficiently reduced.
さらに、本実施例では、光源スリット4の透明樹脂部材44と封止樹脂102の屈折率も略等しく選択することが可能である。この構成にすると、光源32からスケール2に向かう光路と、スケール2から光検出器5に向かう光路の光学特性が略等しくなるため、エンコーダ特性をより安定にすることが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the refractive indexes of the
また、好ましくは、光源スリットの基材である透明樹脂部材44は、光学式エンコーダの使用環境において、その弾性率が封止樹脂102と略等しいか、または小さいことが望ましい。例えば、周囲環境温度が50°Cにおいて、光学式エンコーダを使用する場合、50°Cにおける両部材の弾性率が略等しくなるような材料を選択する。これにより、使用環境において、封止樹脂102の内部にクラックなどを生じることを防止できる。
Preferably, the
次に、本発明の実施例2の形態について、図5、図6を参照しながら説明する。図5は、実施例2の形態の反射型光学式エンコーダ12の斜視図を示す。図6は、エンコーダヘッド1の断面図をそれぞれ示している。実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Next, the form of Example 2 of this invention is demonstrated, referring FIG. 5, FIG. FIG. 5 is a perspective view of the reflective
基本的な構成は、実施例1の形態と同様に構成されており、基本的な動作についても実施例1の形態と同様である。本発明の実施例2の形態は、光源スリット4が、光源32ではなく光検出器5上に取り付けられ、隣接する光源32上に達する長さを有する構成となっている点で実施例1の形態とは異なる。
The basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. The configuration of the second embodiment of the present invention is that the light source slit 4 is mounted not on the
本発明の実施例2の形態では、図5、図6に示すように、基板100上に光検出器5と光源32が取り付けられている。さらに、光源スリット4が光検出器5に取り付けられている。光源スリット4は、封止樹脂102とその弾性率が略等しい樹脂材料による透明樹脂部材44で構成される。
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, the
透明樹脂部材44の表面には、金属膜等による光源スリットパターン42が光源32と対向する面側に形成されている。光源スリットパターン42は光源32から出射した光がスケール2の周期パターン22に向かう光路上に配置されており、それ以外の領域には周期パターン22は設けられていない。
On the surface of the
このように構成することで、実施例1の形態の特徴をそのまま備え、さらに、光源スリットパターン42からスケール2の周期パターン22までの距離z1と、スケールパターン22から光検出器5の受光面までの距離z2を容易に等しくすることが可能となる。
By configuring in this way, the features of the
すなわち、上述した式(2)、式(3)において、z1=z2とすることが容易に可能となる。このようにすることで、式(2)、式(3)はそれぞれ、以下のように書き表すことができる。 That is, in the above-described formulas (2) and (3), z1 = z2 can be easily set. By doing in this way, Formula (2) and Formula (3) can be expressed as follows, respectively.
Pslit=2×p1 … (2’)
p2=2×p1 … (3’)
Pslit = 2 × p1 (2 ′)
p2 = 2 × p1 (3 ′)
このように、式(2)、式(3)から、z1、z2を除去することが可能となる。言い換えると、光源スリットパターン42の理想的なピッチPslitと、光検出器5上に形成される明暗パターンのピッチp2は、エンコーダヘッド1とスケール2との位置関係にかかわらず一定となる。そのため、エンコーダ信号がより安定になる。
Thus, z1 and z2 can be removed from the equations (2) and (3). In other words, the ideal pitch Pslit of the light source slit
従来の方法では、このような構成で光源スリット4の基材にガラスなどを用いた場合、図7に示すようなクラックが発生することがあった。しかしながら、本実施例では、実施例1と同様、光源スリット4の透明樹脂部材44に、弾性率が封止樹脂102と略等しい樹脂部材を用いているため、クラックの発生を抑えることが可能となる。
In the conventional method, when glass or the like is used for the base material of the light source slit 4 in such a configuration, a crack as shown in FIG. 7 may occur. However, in the present embodiment, as in the first embodiment, the
上記のように構成することで、実施例1の特徴を有し、さらに安定なエンコーダ信号を実現可能とすることができる。 By configuring as described above, it is possible to realize the characteristic of the first embodiment and a more stable encoder signal.
次に、本発明の実施例3の形態について、図8を参照しながら説明する。図8は、実施例3の形態による反射型光学式エンコーダ13の断面図を示している。なお、実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Next, the form of Example 3 of this invention is demonstrated, referring FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the reflective
本実施例においては、基本的な構成は、実施例1の形態と同様に構成されており、基本的な動作についても実施例1の形態と同様である。本発明の実施例3では、光源スリット4が、光源32ではなく光検出器5と光源32との双方に接している点で実施例1の形態とは異なっている。
In this embodiment, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the light source slit 4 is in contact with both the
基板100上には、光検出器5と光源32とが直接取り付けられている。そして、光検出器5と光源32の高さは略等しく設定され、光源スリット4は、光検出器5と光源32の両方に接し、橋を架けるように取り付けられている。なお、光源スリット4の光源スリットパターン42は光源32と対向する面に形成されている。
On the
このように構成することで、光検出器5上に形成された受光素子群52の高さと光源スリット4に形成された光源スリットパターン42の面の高さを略等しくできる。これにより、距離z1、z2を同じにし、実施例2と同様の効果が得られる。さらに、光源スリット4の両端を保持する構成になるため、光源スリット4のたわみ等による高さのずれの影響も小さくなり、さらに強度的にも安定となる。
With this configuration, the height of the light
上記のように構成することで、実施例1の形態の特徴を有し、さらに、実施例2の形態と比べて、より精度と強度において安定なエンコーダ信号を実現可能とすることが可能となる。 By configuring as described above, it is possible to realize an encoder signal that has the characteristics of the form of the first embodiment and that is more stable and more accurate and stronger than the form of the second embodiment. .
次に、本発明の実施例4の形態について、図9、図10を参照しながら説明する。図9は、本発明の実施例4の形態による反射型光学式エンコーダ14の断面構成を示している。図10は、実施例4の光源スリット4の斜視構成を示している。
Next, the form of Example 4 of this invention is demonstrated, referring FIG. 9, FIG. FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of the reflective
なお、実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例においては、基本的な構成は、実施例1の形態と同様に構成されており、基本的な動作についても実施例1の形態と同様である。本発明の実施例4は、光源スリット4が、遮光性を有する樹脂部材46に貫通孔48を設けて構成されている点で実施例1の形態とは異なる。
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as Example 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In this embodiment, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. The fourth embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the light source slit 4 is configured by providing a through
本実施例においては、遮光性樹脂46に貫通孔48を設けて構成された光源スリット4が、光源32の上面に取り付けられている。遮光性樹脂46は、その弾性率が封止樹脂102と略等しいか、または小さい(やわらかい)部材が選択されている。
In the present embodiment, the light source slit 4 configured by providing the through
この構成による光源スリット4では、実施例1の形態のような金属薄膜によるパターニングが不要となる。したがって、樹脂材料だけで光源スリット4を形成することが可能となる。この結果、環境変化や、製造時に発生する内部応力の大きさがより小さくなる。 In the light source slit 4 having this configuration, patterning with a metal thin film as in the first embodiment is not required. Therefore, it is possible to form the light source slit 4 with only the resin material. As a result, the environmental change and the magnitude of internal stress generated during manufacturing are further reduced.
上記のように構成することで、環境温度等が変化した場合でも応力によるクラック等の発生を最小限に抑えることが可能となる。さらに、製造時のクラックの発生についても実施例1の形態と比較して、さらに小さくすることが可能となる。 By configuring as described above, it is possible to minimize the occurrence of cracks due to stress even when the environmental temperature or the like changes. Furthermore, the occurrence of cracks during manufacturing can be further reduced as compared with the form of the first embodiment.
次に、本発明の実施例5の形態について、図11を参照しながら説明する。図11は本発明の実施例5の形態による反射型光学式エンコーダ15の断面図である。なお、実施例1と同一の部分には、同一の符号を付し重複する説明は省略する。
Next, the form of Example 5 of this invention is demonstrated, referring FIG. FIG. 11 is a sectional view of a reflective
本実施例においては、基本的な構成は、実施例1の形態と同様に構成されており、基本的な動作についても実施例1の形態と同様である。実施例5の形態は、実施例1の形態の変形例であり、光源スリット4が光源32に取り付けられている点は、実施例1の形態と同様である。
In this embodiment, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. The form of Example 5 is a modification of the form of Example 1, and the point that the light source slit 4 is attached to the
本実施例では、光源スリット4の透明樹脂基材44の光検出器5に面する一端には、遮光部43が形成されている点で実施例1の形態とは異なる。
This embodiment is different from the
本実施例において、遮光部43は、光源スリット4の透明樹脂基材44と略同じ程度の線膨張係数と略同じ程度の弾性率を有する部材が採用されている。また、遮光部43は光源スリット4の光源スリットパターン42と同じような金属薄膜とすることも可能である。
In the present embodiment, the light-shielding
本発明の実施例1の形態では、図11に矢印で示す光線Lのように光源32から出射された光の一部は、空気との界面45で反射する。このため、光線Lは、エンコーダヘッド1から外部に出力されずに、直接光検出器5に入射してしまうような光路(パス)を経る。
In the form of the first embodiment of the present invention, a part of the light emitted from the
このような光線Lは、スケール2の情報を含まない光であり、エンコーダの信号成分の比率を相対的に低下させる。また、光線Lは、ノイズ光となるなど、エンコーダとしての性能を低下させてしまう。
Such a light beam L is light that does not include information on the
封止樹脂の界面で反射する光の光路上に遮光部を形成することで、光源32から出射した光線Lは、図11に示す矢印の方向に進行するが、遮光部43に遮られる。このため、破線で示されるようなパスに進行することはなくなる。
By forming the light shielding part on the optical path of the light reflected at the interface of the sealing resin, the light beam L emitted from the
したがって、エンコーダヘッド1内部で反射され、光検出器5の受光部群52に直接入射する成分を除去することが可能となる。このように構成することで、実施例1の形態の特徴をそのまま有し、さらに、エンコーダヘッド1の内部反射による信号レベルの低下のないエンコーダを実現することが可能となる。
Therefore, it is possible to remove a component that is reflected inside the
(変形例)
また、本発明の実施例5の形態の変形例を図12から図16に示す。図12、13に示す例は、遮光部43の代わりに、光源スリット4の光源スリットパターン42を形成する金属薄膜の一部を開口のないマスクパターンとする構成である。
(Modification)
Moreover, the modification of the form of Example 5 of this invention is shown in FIGS. 12-16. In the example shown in FIGS. 12 and 13, instead of the
光源32から出射され、内部反射していた光線Lは、マスクパターンに遮られ光検出器5の受光部群52に入射することはない。基本的な効果は実施例5の形態と変わらないが、本変形例の方が容易に製造できるため、コスト的に有利である。
The light beam L emitted from the
図14は実施例5の別の変形例を示している。光源スリット4は、遮光部43を有し、図に示すように実施例3の形態と同様に、光源32と光検出器5との双方に接して構成されている。本実施例によれば、実施例3の形態の特徴を維持しつつ、かつ、エンコーダヘッドの内部反射の影響を除去したエンコーダヘッド1を実現することが可能となる。
FIG. 14 shows another modification of the fifth embodiment. The light source slit 4 has a light-shielding
図15、16は、図14で示した実施例の変形例である。光源スリット4が光源32と光検出器5との両方に接する構成のまま、光源スリット4の光源スリットパターン42を形成している金属薄膜により遮光部43を形成している点が異なっている。
15 and 16 are modifications of the embodiment shown in FIG. The difference is that the light-shielding
このように構成することで、本発明の実施例3の形態の特徴を維持しつつ、エンコーダの内部反射の影響を除去したエンコーダヘッド1を容易に作成することが可能となる。
With this configuration, it is possible to easily create the
なお、これまで述べてきた実施例において、光源32は図4に示したような、樹脂封止されたLED光源を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、VCSELなどの半導体レーザ光源やSLD、電流狭窄型のLEDなどを用いることも可能である。また、樹脂封止されたものだけでなく、キャンパッケージ品や、ベアチップのものなど、さまざまな実装形態のものについて、利用することが可能である。
In the embodiment described so far, the
さらに、実装形態については、基板100上に光源32、光検出器5、光源スリット4とを配置して封止樹脂102により封止した例について示したが、これに限定されるものではなく、リードフレームを用いたモールドパッケージなど、封止樹脂を用いる実装形態であれば、本発明の効果を享受することが可能である。
Furthermore, as for the mounting form, the
また、本実施例においては、部材の硬さについて弾性率を例に説明したが、封止樹脂と光源スリット部材が同程度の硬さであることが確認出来る方法であれば、例えばビッカース硬度など、いかなる方法による硬さの指標でも用いることが可能である。 In the present embodiment, the elastic modulus is described as an example of the hardness of the member. However, if the method can confirm that the sealing resin and the light source slit member have the same degree of hardness, for example, Vickers hardness, etc. Any method of hardness can be used.
本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内に置いて種々多くの変形や修整が可能であり、上に説明した実施例はその一例に過ぎない。 The present invention can be variously modified and modified without departing from the scope of the invention, and the embodiment described above is only an example.
以上のように、本発明にかかる光学式エンコーダは、光源と光源スリットとを樹脂封止した場合に有用である。 As described above, the optical encoder according to the present invention is useful when the light source and the light source slit are sealed with resin.
1 エンコーダヘッド
2、72 スケール
4、75 光源スリット
5、73 光検出器
11、12、13、14、15 反射型光学式エンコーダ
22 周期パターン
32、80 光源
34 半導体光源
36、100 基板
42 光源スリットパターン
43 遮光部
44 透明樹脂基材
45 界面
46 遮光性を有する樹脂部材
48 貫通孔
52 受光素子
71 可干渉光源
74 受光部
76 開口部
81、102、104 封止樹脂
85a スリット開口
85 光源スリット
100 基板
DESCRIPTION OF
81, 102, 104
Claims (16)
前記光源から出射された光の所定部分を透過する光源スリットと、
前記光源スリットを透過した光を反射または透過する周期パターンが形成されたスケールと、
前記スケールを経由した光を受光する光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、
前記光源と前記光検出器と前記光源スリットとは封止樹脂に封入されており、
前記光源スリットの基材は、弾性部材よりなることを特徴とする光学式エンコーダ。 A light source;
A light source slit that transmits a predetermined portion of the light emitted from the light source;
A scale on which a periodic pattern that reflects or transmits light transmitted through the light source slit is formed;
A light detector that receives light via the scale, and an optical encoder comprising:
The light source, the photodetector and the light source slit are sealed in a sealing resin,
The optical encoder is characterized in that a base material of the light source slit is made of an elastic member.
前記光源から出射した光の所定の部分を透過する第一の格子と、
前記第一の格子を通過した光を反射する周期パターンが形成された第二の格子と、
前記第二の格子により反射または回折された光により光検出器上に投影される周期的な明暗パターンを検出する、第三の格子の機能を有する光検出器と、を有する光学式エンコーダであって、
前記第一の格子は基材が弾性部材である光源スリットであり、
前記光検出器は明暗パターンの所定の位相部分を検出可能な受光素子アレイを有し、
前記光源と前記第一の格子と前記光検出器とは一体に封止樹脂に封入されていることを特徴とする光学式エンコーダ。 A light source;
A first grating that transmits a predetermined portion of light emitted from the light source;
A second grating formed with a periodic pattern that reflects light that has passed through the first grating;
And a photodetector having a third grating function for detecting a periodic bright and dark pattern projected on the photodetector by light reflected or diffracted by the second grating. And
The first lattice is a light source slit whose base material is an elastic member,
The photodetector has a light receiving element array capable of detecting a predetermined phase portion of a light and dark pattern,
The optical encoder, wherein the light source, the first grating, and the photodetector are integrally sealed in a sealing resin.
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JP2006168488A JP2007333667A (en) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Optical encoder |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009236854A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Olympus Corp | Optical encoder |
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JP2015090303A (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 株式会社安川電機 | Encoder, motor with encoder, and servo system |
KR20190102172A (en) | 2018-02-20 | 2019-09-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Absolute encoder |
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