JP2009115801A - 光学エンコーダの走査ユニット及びこの走査ユニットを有するエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】
光学エンコーダの場合、検出装置（６）が、邪魔な電磁場に対して保護されている。
【解決手段】
カバープレート（１５）の導電性の透明な層（１６）が、この保護のために使用される。このカバープレート（１５）は、本体（２０）の凹部（２１）を覆う。検出装置（６）を有する透明キャリヤ（５）が、本体（２０）内に収容されている。検出装置（６）は、透明キャリヤ（５）の下面に配置されていて、他方でこの透明キャリヤ（５）は、この透明キャリヤ（５）の上面によってカバープレート（１５）に固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学エンコーダの走査ユニット及びこの走査ユニットによって光学走査可能なスケールを有する光学エンコーダに関する。

このような走査ユニット及びエンコーダは、直線スケールを有するリニア式測定装置として構成されるか又は板状若しくはドラム状のスケールを有する回転式測定装置として構成される。これらの走査ユニット及びエンコーダは、特に加工すべき加工品に対する工具の相対移動を測定する工作機械で、ロボットで、座標測定機で及び半導体産業でも益々使用されている。

エンコーダは、多くの用途で電場、特に邪魔な交番電場に曝されている。これらの電場は、走査ユニットの導電性の要素に作用し、邪魔な電気信号を誘起し、この電気信号から誤差を含む位置検出を引き起こす。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第44 02 554号明細書中には、検出装置を透明な導電性遮蔽体によって邪魔な電磁場に対して保護することが提唱されている。この場合、この遮蔽体は、接地電位に接続されている。

実際には、この構造の場合の遮蔽部分の製造及び接地電位との電気接触が困難であることが分かっている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第44 02 554号明細書

本発明の課題は、コンパクトで確実に遮蔽された走査ユニット又はエンコーダを提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する走査ユニット及び請求項１５に記載の特徴を有する光学エンコーダによって解決される。

本発明の利点は、コンパクトで確実に遮蔽される走査ユニット又はエンコーダが実現可能である点にある。

本発明の好適な構成は、従属請求項に記載されている。

本発明を、１つの実施の形態によって詳しく説明する。

図１及び２は、光学エンコーダの１つの実施の形態を示す。この場合、このエンコーダは、リニアスケール１及びこのスケール１に対して測定方向Ｘに移動可能な走査ユニット２を有する長さ測定装置である。スケール１は、照射中に走査可能な、つまり反射する測定目盛３を有する。この測定目盛３は、走査ユニット２によって走査される。このため走査ユニット２は、光源４を有する。この光源４の光が、スケール１上に当たり、このスケール１の測定目盛３によって位置に応じて変調され、検出装置６に向かって反射される。

検出装置６は、透明キャリヤ５に、つまりスケール１に面していない表面９上に配置されている。透明キャリヤ５は、電気絶縁性の透明な材料、特に対向して平行に延在しかつ互いに対向している表面９，１０を有する平行平面のガラス板から成る。これらの表面のうちの一方の表面１０が、スケール１に対向して面している。この表面１０は、以下では第１表面１０と呼ばれる。これに対して第２表面９は、スケール１に面していない。検出装置６が、この第２表面９上に配置されている。配線パターン１１が、コーティングによって第２表面９上に形成されていることによって、検出装置６が、チップ・オン・ガラス技術の公知の方法で機械的にかつ電気的に接触される。検出装置の接触面（ボンドパッド）が、いわゆるバンプを介してフリップ・チップ技術によってかつフェイスダウンに配線パターン１１に接触されている。検出装置６と透明キャリヤ５との間の空間が、アンダーフィラーで充填されている。このアンダーフィラーは、構造の機械的な安定化に寄与する。

透明キャリヤ５は、走査格子７を有する。この走査格子７は、公知の方法で相前後して交互して配置された不透明な領域と透明な領域とから構成される。走査格子７は、多数の部分ビーム束を生成するために使用される。これらの部分ビーム束は、スケール１の測定目盛３と相互作用し、位置に応じて互いに移相している走査信号を生成する検出装置６上に当たる。この示された例では、走査格子７は、透明キャリヤ５の第１表面１０上に配置されている。この走査格子７は、独立したコーディングとして別のコーティングとして構成された配線パターン１１に関係なく製造され得るので、この３次元配置は、製造時に利点がある。図示しなかった方法では、この走査格子が、公知の方法で感光面上に形成されるか、又は、検出装置６の感光領域自体が、走査格子として構成されていることによって、この走査格子は、検出装置６の構成要素でもよい。

光源４を有する透明キャリヤ５及び検出装置６は、概略的にしか示されていない。可能な具体的な構成は、例えば定期刊行物の論文 F&M 104, 1996, 10,第752〜756頁中に記されている。

透明キャリヤ５に固定された検出装置６を有するこの透明キャリヤ５が、本体２０の凹部２１内に配置されている。本体２０のこの凹部２１は、透明なカバープレート１５によって覆われている。本体２０自体が、導電性の材料から成るか又は導電性の材料でコーティングされていて、検出装置６を５方向から電磁場に対して保護すると同時に、この本体２０は導電性である。この本体２０又はこの本体２０の導電性のコーティングは、特に容易に基準電位０Ｖに接地可能である。この接地は、走査ユニット２を機械部品に取り付ける時にこの機械部品の位置が測定されなければならないこの機械部品に簡単に接触することによって実施される。依然として開いている側面、つまり透明キャリヤ５を凹部２１内に嵌め込むためのアクセス開口部を遮蔽するため、カバープレート１５が、スクリーン１６を有する。このスクリーン１６は、透明キャリヤ５の第１表面１０に面している表面上に配置されている。カバープレート１５は、好ましくは同様に平面平行なガラス板である。

ケースに入れられたエンコーダ内の走査ユニット２が使用される場合は、本体２０は、走査車である。この走査車は、ガイド要素（平軸受，ローラ，玉軸受）によってスケール１に沿って測定方向Ｘに長手移動する。

スクリーン１６は、カバープレート１５のコーティングであり、透明な導電性の物質から、特にＩＴＯとも呼ばれるインジウム錫酸化物から成る。このコーティングは、広範囲に被覆されていて、凹部２１の全開口部を遮蔽する。この代わりにこの遮蔽部分は、導電性の格子構造でもよい。この遮蔽部分が、測定目盛３に関係して位置に応じた変調を引き起こさずかつ走査ビーム路の少なくとも一部に対して透過であるように、この導電性の格子構造が構成されている。

カバープレート１５は、例えば全体的に若しくは部分的に被覆された透明な接着層８の形態で又は薄いオイル膜の形態の粘着フィルムとして作用する特に平坦で薄い透明な層を介して透明キャリヤ５の第１表面１０上に固定されている。カバープレート１５の少なくとも一部が、透明キャリヤ５から横方向に突出している。この場合、スクリーン１６は、この突出している領域１５．１まで延在している。その結果、このスクリーン１６は、この領域１５．１で簡単にかつ場所を節約して本体２０、すなわち基準電位０Ｖに電気接触するために使用され得る。隙間が、支持部２６とカバープレート１５の突出している領域１５．１との間に提供されることによって、この電気的でかつ低抵抗に構成された接触が、特に簡単な方法で実現される。比較的広い導電性の接着剤２３が、この隙間の中に注入されている。したがって凹部２１の側面が、接着剤２３の中間配線の下でカバープレート１５用の支持部２６を形成する（図２中に詳細を示す）。導電性の接着剤２３をカバープレート１５と本体２０との間に良好に注入するため、図２中で明白な少なくとも１つのポケット２２が、本体２０に設けられている。このポケット２２は、接着剤２３の貯蔵部として使用される。その結果、この接着剤２３は、毛細管作用によってカバープレート１５と本体２０の支持部２６との間の隙間に流入できる。

透明キャリヤ５とカバープレート１５とから構成されたポケットは、本体２０の凹部２１内で整合されて位置決めされている。透明キャリヤ５の側面が、本体２０のストッパ２４と協働する。透明キャリヤ５だけが、本体２０に対して多数の横ストッパ２４によって整合され、この場合、カバープレート１５の全周囲が、カバープレート１５の側面に対向している本体２０の凹部２１の内周面に対して間隔をあけて配置されていることが好ましい。したがって、透明キャリヤ５を本体２０に対して位置決めする時の過度な調整が回避される。

本体２０に対する透明キャリヤ５の位置を確保するため、この透明キャリヤ５の縁部が、接着剤２５によって本体２０に固定されている。この接着剤２５は、本体２０の切通部２７を通じて注入される。

検出装置６に加えて、この検出装置６によって供給された電気走査信号を評価するさらに別の電気構成要素が、透明キャリヤ５上に存在する。これらの構成要素及び検出装置６が、１つの光チップ（ＡＳＩＣ）内で共通に構成されていることが特に好ましい。このとき、概念である検出装置は、部品であるＡＳＩＣに相当する。

光を通すスケールも、本発明の走査ユニットによって走査可能である。この場合、光源が、透明キャリヤ上ではなくて、スケールの他方の側面上に存在する。

スケール１と透明キャリヤ５との間の走査隙間内のカバープレート１５の３次元配置には、この走査隙間が、所定の物質で充填されていて、埃及び液体のような媒体によって不確定にほとんど影響を受け得ないというさらなる利点がある。それ故に、スケール１と透明キャリヤ５との間の距離が、カバープレート１５で充填されるものの、位置測定のためのスケール１と走査ユニット２との間の測定方向Ｘの自由な相対移動が妨害されないように、カバープレート１５の厚さが選択される。

光学エンコーダの縦断面図である。 図１の走査ユニットの本体の一部の投影図である。

符号の説明

１ スケール
２ 走査ユニット
３ 反射測定目盛
４ 光源
５ 透明キャリヤ
６ 検出装置
７ 走査格子
８ 接着層
９ 第２表面
１０ 第１表面
１１ 配線パターン
１５ カバープレート
１５．１ 突出している領域
１６ スクリーン
２０ 本体
２１ 凹部
２２ ポケット
２３ 導電性の接着剤
２４ 横ストッパ
２５ 接着剤
２６ 支持部
２７ 切通部

Claims (15)

1. 走査ユニットに対して測定方向（Ｘ）に相対移動可能なスケール（１）が、この走査ユニットによって光学式に走査可能であるこの走査ユニットにおいて、
   前記走査ユニットは、
   −検出装置（６）を備え、；
   −第１表面（１０）及び第２表面（９）を有する透明キャリヤ（５）を備え、この場合、前記検出装置（６）が、第２表面（９）に接して配置されていて；
   −透明なカバープレート（１５）を備え、このカバープレート（１５）は、前記透明キャリヤ（５）の前記第１表面（１０）上に固定されていて、このカバープレート（１５）は、前記検出装置（６）を電磁場に対して遮蔽するスクリーン（１６）を有する走査ユニット。
2. 前記スクリーンは、導電性の物質から成る透明な層（１６）であることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
3. 前記導電性の物質は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を有することを特徴とする請求項２に記載の走査ユニット。
4. 前記透明キャリヤ（５）は、走査格子（７）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査ユニット。
5. 前記走査格子（７）は、前記透明キャリヤ（５）の前記第１表面（１０）上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の走査ユニット。
6. 前記透明キャリヤ（５）の前記第２表面（９）は、コーティングを有し、このコーティングは、配線パターン（１１）を形成し、前記検出装置（６）が、フリップチップ技術でこの配線パターン（１１）に接触されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の走査ユニット。
7. 前記検出装置（６）を有する前記透明キャリヤ（５）は、本体（２０）の凹部（２１）内に配置されていて、この凹部（２１）は、前記カバープレート（１５）によって覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の走査ユニット。
8. 前記本体（２０）は導電性であり、前記スクリーン（１６）は、この本体（２０）に導電性に接合されていることを特徴とする請求項７に記載の走査ユニット。
9. 前記透明なカバープレート（１５）は、前記透明キャリヤ（５）から横方向に突出している領域（１５．１）を有する請求項８に記載の走査ユニット。
10. 前記スクリーン（１６）は、前記透明なカバープレート（１５）上に配置されていて、このカバープレート（１５）は、前記透明キャリヤ（５）の前記第１表面（１０）に面していることを特徴とする請求項９に記載の走査ユニット。
11. 前記スクリーン（１６）は、前記カバープレート（１５）の突出している領域（１５．１）で前記本体（２０）に電気接触されていることを特徴とする請求項１０に記載の走査ユニット。
12. 前記カバープレート（１５）の前記スクリーン（１６）は、導電性の接着剤（２３）によって前記本体（２０）に電気接触されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の走査ユニット。
13. 前記透明キャリヤ（５）の側面が、前記本体（２０）のストッパ（２４）と協働することによって、前記透明キャリヤ（５）と前記カバープレート（１５）とから構成されたポケットが、前記本体（２０）の前記凹部（２１）内で位置決めされていることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の走査ユニット。
14. 前記の位置決めされた状態では、前記カバープレート（１５）の全周囲が、前記カバープレート（１５）の側面に対向している前記本体（２０）の前記凹部（２１）の内周面に対して間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の走査ユニット。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のスケール（１）とこのスケール（１）に対して測定方向（Ｘ）に相対移動可能な走査ユニット（２）とを有する光学エンコーダにおいて、透明キャリヤ（５）の第１表面（１０）が、前記スケール（１）に面していて、前記透明キャリヤ（５）の第２表面（９）が、前記スケール（１）に面していない光学エンコーダ。

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