JP2010002324A

JP2010002324A - Optical encoder

Info

Publication number: JP2010002324A
Application number: JP2008161928A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kuroda; 吉己黒田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical encoder having a bottom face part of a box-shaped housing 130 of which thickness is surely reduced. <P>SOLUTION: This optical encoder is constituted by a sensor head 30 and a scale 20 displaceable to the sensor head 30. The sensor head 30 includes a light source 40, a light detector 50, a parallel-plate like light transmission material 60 having a conductive wiring pattern 62, and a height regulation member 70 having a conductive wiring pattern 72. The light source 40 and the light detector 50 are electrically connected with the conductive wiring pattern 62 and are fixed to the light transmission material 60. In the height regulation member 70, the conductive wiring pattern 72 is electrically connected to the conductive wiring pattern 62 and the light source 40 and the light detector 50 are exposed and fixed to a face of the light transmission material 60 on which the light source 40 and the light detector 50 are fixed. The height regulation member 70 has a flat attachment face 74 to which the sensor head 30 is to be attached. A distance from the attachment face 74 to the light transmission material 60 is constant. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検出体の位置等を検出する光学式エンコーダに関する。 The present invention relates to an optical encoder that detects the position and the like of an object to be detected.

光学式エンコーダでは、格子パターンを有するスケールがセンサヘッドと相対移動することにより、センサヘッドから変位信号が得られる。ここで、変位信号とは、スケールとセンサヘッド間の相対移動に応じて周期的に変化する位相が９０度ずれた２相のアナログ信号か、このアナログ信号を信号処理回路で変換したデジタル信号のことである。良好な変位信号を得るためにはセンサヘッドとスケールの位置関係を精度よく配置しなければならない。光学式エンコーダの分解能が高くなるほど、より高い配置精度が要求される。 In the optical encoder, a displacement signal is obtained from the sensor head by moving the scale having the lattice pattern relative to the sensor head. Here, the displacement signal is a two-phase analog signal whose phase that changes periodically according to the relative movement between the scale and the sensor head is shifted by 90 degrees, or a digital signal obtained by converting the analog signal by a signal processing circuit. That is. In order to obtain a good displacement signal, the positional relationship between the sensor head and the scale must be accurately arranged. The higher the resolution of the optical encoder, the higher the placement accuracy is required.

ここで、光源と、光源から出射した光を透過または反射する格子パターンを有するスケールと、スケールを透過したかスケールで反射された光を受光する光検出器から構成される小型の光学式エンコーダの代表例として、特許第３９６３８８５号明細書に開示された反射型光学式エンコーダを図１５に示す。この光学式エンコーダは、図１５に示すように、移動検出対象物に固定される反射型のスケール１１０と、スケール１１０の移動を検出するためのセンサヘッド１２０とで構成されている。センサヘッド１２０は、スケール１１０に照射される光ビームを射出する光源１２１と、スケール１１０によって反射され変調された光ビームを検出する光検出器１２３と、光源１２１と光検出器１２３を内包するパッケージとを有している。パッケージは、外側底面が平らな箱状の筐体１３０と、光を透過する部位を有する蓋部材１２９とからなる。光源１２１は筐体１３０の内側の空間内に固定されている。光検出器１２３は半導体基板１２５に形成されており、半導体基板１２５は内面に固定されている。 Here, a small optical encoder composed of a light source, a scale having a lattice pattern that transmits or reflects light emitted from the light source, and a photodetector that receives light transmitted through the scale or reflected by the scale. As a representative example, a reflective optical encoder disclosed in Japanese Patent No. 396385 is shown in FIG. As shown in FIG. 15, the optical encoder includes a reflective scale 110 fixed to a movement detection target and a sensor head 120 for detecting the movement of the scale 110. The sensor head 120 includes a light source 121 that emits a light beam irradiated on the scale 110, a light detector 123 that detects a light beam reflected and modulated by the scale 110, and a package that includes the light source 121 and the light detector 123. And have. The package includes a box-shaped casing 130 having a flat outer bottom surface and a lid member 129 having a portion that transmits light. The light source 121 is fixed in the space inside the housing 130. The photodetector 123 is formed on the semiconductor substrate 125, and the semiconductor substrate 125 is fixed to the inner surface.

この光学式エンコーダはタルボットイメージを利用している。タルボットイメージ回折理論によれば、光源として光出射口が点構造からなる点光源を用い、光源の光出射面からスケールの格子が形成された面までの距離をＺ１、スケールの格子が形成された面から光検出器の光検出面までの距離をＺ２とし、スケールの格子ピッチをｐ、点光源の波長をλ、ｎを整数とすると、Ｚ１とＺ２がおおよそ次の（１）式を満たす関係にあるときに、スケールの格子パターンと相似の明暗が光検出器の光検出面上に生成される。 This optical encoder uses a Talbot image. According to Talbot Image Diffraction Theory, a point light source with a light exit having a point structure is used as a light source, the distance from the light exit surface of the light source to the surface on which the scale lattice is formed is Z1, and the scale lattice is formed. When the distance from the surface to the light detection surface of the photodetector is Z2, the lattice pitch of the scale is p, the wavelength of the point light source is λ, and n is an integer, Z1 and Z2 approximately satisfy the following equation (1) , Light and darkness similar to the lattice pattern of the scale is generated on the light detection surface of the photodetector.

（１／Ｚ１）＋（１／Ｚ２）＝λ／（ｎｐ^２） …（１）
ここでＺ１＝Ｚ２＝Ｚとすると（２）式となる。 (1 / Z1) + (1 / Z2) = λ / (np ² ) (1)
Here, when Z1 = Z2 = Z, equation (2) is obtained.

Ｚ＝２ｎｐ^２／λ …（２）
従って、図１５に示したような、センサヘッド１２０内において光源１２１の光出射面（蓋部材に形成した光源スリット１２７）と光検出器１２３の光検出面を揃えた光学式エンコーダでは、上記（２）式を満たすようにセンサヘッド１２０とスケール１１０の格子が形成された面間の配置を調整する必要がある。図１５の光学式エンコーダでは、スケール１１０とセンサヘッド１２０の位置関係を精密に調整可能なように箱状の筐体１３０の底面を平らな当て付け面とすることにより小型でありながら良好なエンコーダ信号を得ることができるようにしている。
特許第３９６３８８５号明細書 ^{Z = 2np 2 / λ ... (} 2)
Therefore, in the optical encoder in which the light emission surface of the light source 121 (the light source slit 127 formed in the lid member) and the light detection surface of the photodetector 123 are aligned in the sensor head 120 as shown in FIG. It is necessary to adjust the arrangement between the surfaces on which the grids of the sensor head 120 and the scale 110 are formed so as to satisfy the expression (2). In the optical encoder shown in FIG. 15, the bottom of the box-shaped housing 130 is a flat abutting surface so that the positional relationship between the scale 110 and the sensor head 120 can be adjusted precisely, so that the encoder is small but good. The signal can be obtained.
Japanese Patent No. 3963885

図１５に示した光学式エンコーダでは、光源１２１と光検出器１２３が形成された半導体基板１２５とが、箱状の筐体１３０と蓋部材１２９とからなるパッケージ内に内包されている。このため、光源１２１から出射された光がスケール１１０に向かう方向をヘッドの厚み方向としたときに、センサヘッド１２０の厚みは、箱状の筐体１３０の底面部の厚みと、光源１２１または半導体基板１２５のどちらか厚い方の厚みと、蓋部材１２９の厚みの少なくとも三つの部材の厚みの足し合わせとなる。現在、光学式エンコーダを必要とする各種装置の小型化に伴い、光学式エンコーダのより一層の小型化が望まれるが、図１５に示した光学式エンコーダでは、センサヘッド１２０の厚みが少なくとも三つの部材の厚みの足し合わせとなるので、薄型化には限界がある。 In the optical encoder illustrated in FIG. 15, a light source 121 and a semiconductor substrate 125 on which a photodetector 123 is formed are included in a package including a box-shaped housing 130 and a lid member 129. For this reason, when the direction in which the light emitted from the light source 121 is directed to the scale 110 is the thickness direction of the head, the thickness of the sensor head 120 is equal to the thickness of the bottom surface of the box-shaped housing 130 and the light source 121 or semiconductor. This is the sum of the thickness of at least three members of the thickness of the substrate 125 and the thickness of the lid member 129. At present, along with miniaturization of various devices that require an optical encoder, further miniaturization of the optical encoder is desired. In the optical encoder shown in FIG. 15, the thickness of the sensor head 120 is at least three. Since the thickness of the members is added, there is a limit to reducing the thickness.

本発明の目的は、薄型の光学式エンコーダを提供することである。 An object of the present invention is to provide a thin optical encoder.

本発明による光学式エンコーダは、センサヘッドと、前記センサヘッドに対して変位し得るスケールとから構成されている。前記センサヘッドは、少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの光検出器と、第一の導電配線パターンを有する平行平板状の光透過材と、第二の導電配線パターンを有する高さ規定部材とを有している。前記光源と前記光検出器は、前記第一の導電配線パターンに電気的に接続されて前記光透過材に固定されている。前記高さ規定部材は、前記第二の導電配線パターンが前記第一の導電配線パターンに電気的に接続されて、前記光源と前記光検出器とが固定された前記光透過材の面に前記光源と前記光検出器とを露出させて固定されている。前記高さ規定部材はさらに、前記センサヘッドを取り付けるための平坦な当て付け面を有し、前記当て付け面から前記光透過材までの距離が均一である。 The optical encoder according to the present invention includes a sensor head and a scale that can be displaced with respect to the sensor head. The sensor head includes at least one light source, at least one photodetector, a parallel plate-shaped light transmitting material having a first conductive wiring pattern, and a height defining member having a second conductive wiring pattern. Have. The light source and the photodetector are electrically connected to the first conductive wiring pattern and fixed to the light transmitting material. The height defining member has the second conductive wiring pattern electrically connected to the first conductive wiring pattern, and the light transmitting material is fixed to the surface of the light transmitting material to which the light source and the photodetector are fixed. The light source and the photodetector are exposed and fixed. The height defining member further has a flat abutting surface for mounting the sensor head, and the distance from the abutting surface to the light transmitting material is uniform.

本発明によれば、薄型の光学式エンコーダが提供される。 According to the present invention, a thin optical encoder is provided.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態による光学式エンコーダを図１と図２に示す。図１と図２に示す光学式エンコーダは反射型光学式エンコーダである。 <First embodiment>
1 and 2 show an optical encoder according to a first embodiment of the present invention. The optical encoder shown in FIGS. 1 and 2 is a reflective optical encoder.

図１と図２に示すように、光学式エンコーダ１０は、センサヘッド３０と、センサヘッド３０に対して変位し得るスケール２０とから構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the optical encoder 10 includes a sensor head 30 and a scale 20 that can be displaced with respect to the sensor head 30.

スケール２０は、センサヘッド３０に対して直線的に変位可能であり、スケール２０の移動方向に一定のピッチで光学的特性が変化する反射格子パターンを有している。反射格子パターンは、例えば、クロムやアルミなどから作られている。 The scale 20 is linearly displaceable with respect to the sensor head 30 and has a reflection grating pattern whose optical characteristics change at a constant pitch in the moving direction of the scale 20. The reflection grating pattern is made of, for example, chrome or aluminum.

センサヘッド３０は、一つの光源４０と、一つの光検出器５０と、導電配線パターン６２を有する平行平板状の光透過材６０と、導電配線パターン７２を有する高さ規定部材７０とを有している。光源４０は、例えば、光出射口が点構造からなるＬＥＤや、半導体レーザなどで構成されている。光検出器５０は、例えば、ＰＤアレイ５２を有する半導体集積回路（ＩＣ）から構成されている。光透過材６０は、例えば、ガラスやプラスチックなどから構成されている。導電配線パターン６２は、例えば、クロムや金属導電性酸化物（例えば一般的なＩＴＯ）などから作られている。 The sensor head 30 includes one light source 40, one photodetector 50, a parallel plate-shaped light transmitting material 60 having a conductive wiring pattern 62, and a height defining member 70 having a conductive wiring pattern 72. ing. The light source 40 is composed of, for example, an LED having a light exit opening having a point structure, a semiconductor laser, or the like. The photodetector 50 is configured by a semiconductor integrated circuit (IC) having a PD array 52, for example. The light transmitting material 60 is made of, for example, glass or plastic. The conductive wiring pattern 62 is made of, for example, chromium, metal conductive oxide (for example, general ITO), or the like.

光源４０と光検出器５０は、導電配線パターン６２に電気的に接続されて光透過材６０に固定されている。例えば、光源４０と光検出器５０は、一般的にチップオングラス（ＣＯＧ）といわれる構成で、金などの導電材６４を介して導電配線パターン６２に電気的に接続されている。光源４０は小型化を考慮すると半導体チップで構成されると好ましい。その場合、光源４０の両面から電気的な接続配線をとる必要がある。このため、光透過材６０と光源４０との接合面と反対側の光源４０の面と光透過材６０の導電配線パターン６２とが金やアルミニウムなどの導電ワイヤ４２によって電気的に接続されている。 The light source 40 and the photodetector 50 are electrically connected to the conductive wiring pattern 62 and fixed to the light transmitting material 60. For example, the light source 40 and the photodetector 50 are generally called chip-on-glass (COG), and are electrically connected to the conductive wiring pattern 62 via a conductive material 64 such as gold. The light source 40 is preferably composed of a semiconductor chip in consideration of miniaturization. In that case, it is necessary to take electrical connection wiring from both surfaces of the light source 40. For this reason, the surface of the light source 40 opposite to the joint surface between the light transmitting material 60 and the light source 40 and the conductive wiring pattern 62 of the light transmitting material 60 are electrically connected by a conductive wire 42 such as gold or aluminum. .

高さ規定部材７０は、導電配線パターン７２が導電配線パターン６２に電気的に接続され、かつ、光源４０と光検出器５０とが固定された光透過材６０の面に光源４０と光検出器５０とを露出させて固定されている。高さ規定部材７０は、例えば、枠状の部材で構成されており、光源４０と光検出器５０を取り囲むように配置されている。高さ規定部材７０の基材は、例えば、ガラスエポキシ材料である。導電配線パターン７２は、例えば、金などから作られている。高さ規定部材７０の導電配線パターン７２は、導電材６４を介して光透過材６０の導電配線パターン６２に電気的に接続されている。高さ規定部材７０の内側の空間にはエポキシやシリコンなどの樹脂８０が配されており、光源４０と光検出器５０は樹脂８０で覆われている。高さ規定部材７０はさらに、センサヘッド３０を取り付けるための平坦な当て付け面７４を有している。当て付け面７４から光透過材６０までの距離が均一である。つまり高さ規定部材７０は一定の厚みを有している。 The height defining member 70 includes the light source 40 and the photodetector on the surface of the light transmitting material 60 to which the conductive wiring pattern 72 is electrically connected to the conductive wiring pattern 62 and the light source 40 and the photodetector 50 are fixed. 50 is exposed and fixed. The height defining member 70 is constituted by, for example, a frame-like member, and is disposed so as to surround the light source 40 and the photodetector 50. The base material of the height defining member 70 is, for example, a glass epoxy material. The conductive wiring pattern 72 is made of, for example, gold. The conductive wiring pattern 72 of the height defining member 70 is electrically connected to the conductive wiring pattern 62 of the light transmitting material 60 via the conductive material 64. A resin 80 such as epoxy or silicon is disposed in the space inside the height regulating member 70, and the light source 40 and the photodetector 50 are covered with the resin 80. The height defining member 70 further has a flat abutting surface 74 for mounting the sensor head 30. The distance from the abutting surface 74 to the light transmitting material 60 is uniform. That is, the height defining member 70 has a certain thickness.

スケール２０に対向する光透過材６０の面は、格子パターンが形成されたスケール２０の面に対して平行である。 The surface of the light transmissive material 60 facing the scale 20 is parallel to the surface of the scale 20 on which the lattice pattern is formed.

センサヘッド３０は、光源４０から出射されスケール２０で反射された光を光検出器５０で検出してスケール２０の変位を反映した変位信号を出力する。 The sensor head 30 detects the light emitted from the light source 40 and reflected by the scale 20 with the photodetector 50 and outputs a displacement signal reflecting the displacement of the scale 20.

次にセンサヘッド３０の製造方法を図３〜図８を参照しながら説明する。 Next, a method for manufacturing the sensor head 30 will be described with reference to FIGS.

まず、ガラスやプラスチックなどの光透過材６０にクロムやＩＴＯなどからなる導電材を蒸着やスパッタなどの製法で薄膜状に成膜し、その後にフォトリソ法などで導電配線パターン６２を形成する（図３）。 First, a conductive material made of chromium, ITO or the like is formed into a thin film by a method such as vapor deposition or sputtering on a light transmitting material 60 such as glass or plastic, and then a conductive wiring pattern 62 is formed by a photolithography method or the like (see FIG. 3).

次に、金などの導電配線パターン７２を有するガラスエポキシなどの材料で構成された高さ規定部材７０を、金などの導電材６４を介して導電配線パターン６２と導電配線パターン７２とが電気的に接続されるように、接着材（図示なし）で光透過材６０に固定する（図４，図５）。 Next, the height defining member 70 made of a material such as glass epoxy having a conductive wiring pattern 72 such as gold is electrically connected to the conductive wiring pattern 62 and the conductive wiring pattern 72 via a conductive material 64 such as gold. It fixes to the light transmissive material 60 with an adhesive (not shown) so that it may be connected to (FIG. 4, FIG. 5).

続いて、半導体チップ状のＬＥＤまたは半導体レーザなどの光源４０と、ＰＤアレイ５２を有するＩＣからなる半導体チップ状の光検出器５０とを、金などの導電材６４を介して導電配線パターン６２に電気的に接続しながら固定する（図６，図７）。 Subsequently, a light source 40 such as a semiconductor chip LED or a semiconductor laser and a semiconductor chip photodetector 50 made of an IC having a PD array 52 are connected to a conductive wiring pattern 62 via a conductive material 64 such as gold. It fixes, connecting electrically (FIG. 6, FIG. 7).

その後、光透過材６０と光源４０との接合面と反対側の光源４０の面と光透過材６０の導電配線パターン６２とを金などの金属の導電ワイヤ４２でワイヤボンディングした後、光源４０と光検出器５０を覆うようにエポキシやシリコンなどの樹脂８０を高さ規定部材７０の内側の空間に充てんして（図８）、センサヘッド３０が完成する。 Thereafter, the surface of the light source 40 opposite to the joint surface between the light transmissive material 60 and the light source 40 and the conductive wiring pattern 62 of the light transmissive material 60 are wire-bonded with a metal conductive wire 42 such as gold, and then the light source 40 and A resin 80 such as epoxy or silicon is filled in the space inside the height defining member 70 so as to cover the photodetector 50 (FIG. 8), and the sensor head 30 is completed.

以上はセンサヘッド３０を単体で製作する場合について説明したが、本構造のセンサヘッドでは安価に製造する方法として、集合基板の光透過材６０と集合基板の高さ規定部材７０を用いた多数個取り法で製作する方法も可能である。また、光源４０と光検出器５０を光透過材６０に電気的に接続させて固定した後に高さ規定部材７０を電気的に接続させて固定する方法も可能である。 The above description has been given of the case where the sensor head 30 is manufactured as a single unit. However, as a method of manufacturing the sensor head of this structure at low cost, a large number of sensors using the light transmitting material 60 of the collective substrate and the height defining member 70 of the collective substrate are used. It is also possible to manufacture by the removal method. Further, after the light source 40 and the light detector 50 are electrically connected and fixed to the light transmitting material 60, the height defining member 70 may be electrically connected and fixed.

次に以上のように作製したセンサヘッド３０と、格子パターンを有するスケール２０の取り付けについて説明する。タルボットイメージを利用した方式において、本実施形態のようにセンサヘッド３０内において光源４０の光出射面と光検出器５０の光検出面を揃えた構成では、スケール２０に形成された格子パターンの面と光透過材６０のスケール側の面とを平行に配置し、光源４０の光出射面および光検出器５０の光検出面とスケール２０の格子が形成された面との間隔を（２）式を満たすように調整する必要がある。従って、図９に示したように、センサヘッド３０を取り付ける取り付け基板９０とスケール２０の格子パターン面との間隔を一定間隔のＴとしたときに（２）式を満たすようなＺを確保するためには、高さ規定部材７０が一定の厚みｔを有するとともに、取り付け基板９０に当て付けるための当て付け面７４を底面に有している必要がある。本実施形態のセンサヘッド３０では、高さ規定部材７０が均一な厚みｔを有しており、取り付け基板９０に当て付けられる当て付け面７４が平坦なので、所望のＺを確保しながらセンサヘッド３０を取り付け基板９０に取り付けることが容易である。 Next, attachment of the sensor head 30 produced as described above and the scale 20 having a lattice pattern will be described. In the system using the Talbot image, in the configuration in which the light emitting surface of the light source 40 and the light detecting surface of the photodetector 50 are aligned in the sensor head 30 as in the present embodiment, the surface of the lattice pattern formed on the scale 20 And the surface of the light transmitting material 60 on the scale side are arranged in parallel, and the distance between the light emission surface of the light source 40 and the light detection surface of the photodetector 50 and the surface on which the grating of the scale 20 is formed is expressed by the following equation (2). It is necessary to adjust to satisfy. Therefore, as shown in FIG. 9, in order to secure Z that satisfies the expression (2) when the interval between the mounting substrate 90 to which the sensor head 30 is attached and the lattice pattern surface of the scale 20 is T, which is a constant interval. In other words, the height defining member 70 needs to have a constant thickness t and a contact surface 74 for contact with the mounting substrate 90 on the bottom surface. In the sensor head 30 of the present embodiment, the height defining member 70 has a uniform thickness t, and the abutting surface 74 to be abutted against the mounting substrate 90 is flat, so that the sensor head 30 is secured while ensuring a desired Z. Can be easily attached to the attachment substrate 90.

本実施形態では、高さ規定部材７０が枠状の部材で構成されており、光源４０と光検出器５０とを露出させるように光透過材６０の面に固定されているので、箱状の筐体１３０と蓋部材１２９とからなるパッケージ内に光源１２１と光検出器１２３とが内包された図１５の光学式エンコーダと比較して、少なくとも箱状の筐体１３０の底面部の厚み分が確実に薄型化された光学式エンコーダ１０が得られる。さらに半導体チップ状の光源と光検出器を用いることによりセンサヘッドの薄型化をさらに図ることができる。 In the present embodiment, the height defining member 70 is composed of a frame-like member, and is fixed to the surface of the light transmitting material 60 so as to expose the light source 40 and the photodetector 50, so that the box-shaped member Compared with the optical encoder of FIG. 15 in which the light source 121 and the photodetector 123 are included in a package composed of the housing 130 and the lid member 129, at least the thickness of the bottom portion of the box-shaped housing 130 is the same. The optical encoder 10 that is reliably reduced in thickness is obtained. Further, by using a semiconductor chip light source and a photodetector, the sensor head can be further reduced in thickness.

図９に示すように、高さ規定部材７０の厚み（ｔ）は、半導体チップ状の光源４０の厚み（ｔｌ）に導電ワイヤ４２の突出し（ｔｗ）をプラスした厚み（ｔｌ＋ｔｗ）か、半導体チップ状の光検出器５０の厚み（ｔｄ）のいずれか大きい方よりも多少大きくしておくだけでよい。一般的には半導体チップ状の光源４０と光検出器５０の厚みは０．３ｍｍより薄くでき、導電ワイヤ４２の突出しは０．２ｍｍ程度なので、高さ規定部材７０のｔは０．５ｍｍ以下が可能である。また光透過材６０の厚みは一般的には０．３ｍｍ以下にできるので、センサヘッド３０の厚みは０．８ｍｍ以下の薄型化が可能となる。 As shown in FIG. 9, the thickness (t) of the height defining member 70 is the thickness (tl + tw) obtained by adding the protrusion (tw) of the conductive wire 42 to the thickness (tl) of the light source 40 in the form of a semiconductor chip, or the semiconductor chip. It is only necessary to make it slightly larger than the larger one of the thicknesses (td) of the optical detector 50. In general, the thickness of the semiconductor chip-like light source 40 and the photodetector 50 can be made thinner than 0.3 mm, and the protrusion of the conductive wire 42 is about 0.2 mm. Therefore, t of the height defining member 70 is 0.5 mm or less. Is possible. Moreover, since the thickness of the light transmission material 60 can be generally 0.3 mm or less, the thickness of the sensor head 30 can be reduced to 0.8 mm or less.

また、高さ規定部材７０は、取り付け基板９０に当て付けられる当て付け面７４を有し、当て付け面７４から光透過材６０までの距離が均一であることにより、光源４０の光出射面および光検出器５０の光検出面とスケール２０の格子パターン面との間隔を所望の間隔（Ｚ）に保持できるので、本実施形態のセンサヘッド３０は高分解能な光学式エンコーダ１０を得ることが可能である。 Further, the height defining member 70 has an abutting surface 74 that is abutted against the mounting substrate 90, and the distance from the abutting surface 74 to the light transmitting material 60 is uniform, so that the light emitting surface of the light source 40 and Since the distance between the light detection surface of the photodetector 50 and the lattice pattern surface of the scale 20 can be maintained at a desired distance (Z), the sensor head 30 of this embodiment can obtain the optical encoder 10 with high resolution. It is.

なお、本実施形態の各構成は、当然、各種の変形や変更が施されてもよい。 Of course, various modifications and changes may be made to each configuration of the present embodiment.

光源４０と光検出器５０の個数はそれぞれ一つに限らず多数であってもよい。スケール２０の格子パターンも１種類に限らず多種類であってもよい。 The number of the light sources 40 and the photodetectors 50 is not limited to one and may be many. The grid pattern of the scale 20 is not limited to one type and may be various types.

光検出器５０は、ＰＤアレイ５２のみならず他にアナログ信号をデジタル信号に変換する回路や、内挿分割回路、光源４０のドライバーなどを搭載していてもよい。 The photodetector 50 may include not only the PD array 52 but also a circuit for converting an analog signal into a digital signal, an interpolation / division circuit, a driver for the light source 40, and the like.

導電配線パターン７２は枠状の高さ規定部材７０の外側に形成されているが、図１０と図１１に示すように、枠状の高さ規定部材７０の内側に形成されていてもよい。導電配線パターン７２を高さ規定部材７０の内側に形成することにより、導電異物による電気的ショートなどの発生が防止できる。 The conductive wiring pattern 72 is formed outside the frame-shaped height defining member 70, but may be formed inside the frame-shaped height defining member 70 as shown in FIGS. 10 and 11. By forming the conductive wiring pattern 72 on the inner side of the height defining member 70, it is possible to prevent the occurrence of an electrical short circuit due to conductive foreign matter.

樹脂８０は透明樹脂や黒樹脂など用途に応じた材料が使用されてよい。また樹脂８０は、例えば、熱伝導性が高い樹脂や熱伝導性が高い材料を添加した樹脂で構成されていてもよい。これにより、光源４０や光検出器５０が発する熱が良好に拡散され、光源４０や光検出器５０の熱による破損や特性変化が抑制されるため、安定したエンコーダ信号が得られる。 The resin 80 may be made of a material according to the application such as a transparent resin or a black resin. Further, the resin 80 may be made of, for example, a resin having a high thermal conductivity or a resin to which a material having a high thermal conductivity is added. As a result, the heat generated by the light source 40 and the photodetector 50 is diffused satisfactorily, and damage and characteristic changes due to the heat of the light source 40 and the photodetector 50 are suppressed, so that a stable encoder signal can be obtained.

光透過材６０に形成される導電配線パターン６２は遮光性のあるクロムやアルミなどで構成され、導電配線としての機能に加えて、エンコーダ信号成分に不要な光を遮光する遮光パターンの機能が持たされてもよい。 The conductive wiring pattern 62 formed on the light transmitting material 60 is made of light-shielding chromium, aluminum, or the like, and has a function of a light-shielding pattern that shields unnecessary light from the encoder signal component in addition to the function as a conductive wiring. May be.

光透過材６０を一般的なＰＥＴのようなフィルム材とすることにより光透過材６０の厚みは０．１ｍｍより薄くすることが可能である。 By making the light transmitting material 60 into a film material such as general PET, the thickness of the light transmitting material 60 can be made thinner than 0.1 mm.

高さ規定部材７０は耐熱性のあるセラミックでもよい。高さ規定部材７０は閉じた枠状の部材で構成されているが、一辺が開いた枠状の部材で構成されてもよく、また分離した二つ以上の部材で構成されてもよい。 The height defining member 70 may be a heat resistant ceramic. The height defining member 70 is configured by a closed frame-shaped member, but may be configured by a frame-shaped member having one open side, or may be configured by two or more separated members.

＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを図１２に示す。図１２に示すセンサヘッドは、図１や図２に示したセンサヘッドに代えて使用可能である。 <Second embodiment>
The sensor head of the optical encoder according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The sensor head shown in FIG. 12 can be used in place of the sensor head shown in FIG. 1 or FIG.

本実施形態のセンサヘッドでは、図１２に示すように、光透過材６０と光源４０との接合面と反対側の光源４０の面と光透過材６０の導電配線パターン６２とが導電性フィルム４４によって電気的に接続されている。導電性フィルム４４は、例えば、アルムニウムやクロムや金などの金属薄膜または一般的な金属導電性酸化物であるＩＴＯ薄膜などを有するプラスチック材などで構成されてよいが、導電性を有するフィルムであればよく、これに限るものではない。導電性フィルム４４を除いたセンサヘッドの構造、作製方法、センサヘッド３０とスケール２０の取り付けについては、前述した第一実施形態と同様なので説明を省略する。導電性フィルム４４の厚みは０．１ｍｍ程度が可能なので、可撓性を有しており、従って導電ワイヤ４２のような突き出し構造にはならず、導電ワイヤ４２を使用した第一実施形態よりもさらに薄型化された高分解能な光学式エンコーダを得ることが可能となる。 In the sensor head of this embodiment, as shown in FIG. 12, the surface of the light source 40 opposite to the joint surface between the light transmissive material 60 and the light source 40 and the conductive wiring pattern 62 of the light transmissive material 60 are electrically conductive film 44. Are electrically connected. The conductive film 44 may be made of, for example, a plastic material having a metal thin film such as aluminum, chromium, or gold or an ITO thin film that is a general metal conductive oxide. What is necessary is not limited to this. Since the structure of the sensor head excluding the conductive film 44, the manufacturing method, and the attachment of the sensor head 30 and the scale 20 are the same as those in the first embodiment described above, the description thereof is omitted. Since the thickness of the conductive film 44 can be about 0.1 mm, the conductive film 44 has flexibility, and therefore does not have a protruding structure like the conductive wire 42, and is more than the first embodiment using the conductive wire 42. Furthermore, it is possible to obtain a thin and high-resolution optical encoder.

本実施形態の各構成は、第一実施形態と同様な各種の変形や変更が施されてもよい。 Each configuration of the present embodiment may be subjected to various modifications and changes similar to those of the first embodiment.

＜第三実施形態＞
本発明の第三実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを図１３に示す。図１３に示すセンサヘッドは、図１や図２に示したセンサヘッドに代えて使用可能である。 <Third embodiment>
FIG. 13 shows a sensor head of an optical encoder according to the third embodiment of the present invention. The sensor head shown in FIG. 13 can be used in place of the sensor head shown in FIG. 1 or FIG.

本実施形態では、図１３に示すように、光透過材６０と光源４０との接合面と反対側の光源４０の面と、光透過材６０と光検出器５０との接合面と反対側の光検出器５０の面とが導電性フィルム４４によって電気的に接続されており、グランド電位が光検出器５０から光源４０に供給される。導電性フィルム４４は、例えば、アルムニウムやクロムや金などの金属薄膜または一般的な金属導電性酸化物であるＩＴＯ薄膜などを有するプラスチック材などで構成されてよいが、導電性を有するフィルムであればよく、これに限るものではない。導電性フィルム４４を除いたセンサヘッドの構造、作製方法、センサヘッド３０とスケール２０の取り付けについては、前述した第一実施形態と同様なので説明を省略する。導電性フィルム４４の厚みは０．１ｍｍ程度が可能なので、可撓性を有しており、従って導電ワイヤ４２のような突き出し構造にはならず、導電ワイヤ４２を使用した第一実施形態よりもさらに薄型化された高分解能な光学式エンコーダを得ることが可能となる。さらに、導電性フィルム４４が曲げられることなくほぼ平面状態で保持されるので、環境変化による断線などが発生しづらく信頼性が高い高分解能な光学式エンコーダを得ることが可能となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the surface of the light source 40 opposite to the joint surface between the light transmissive material 60 and the light source 40, and the side opposite to the joint surface between the light transmissive material 60 and the photodetector 50. The surface of the photodetector 50 is electrically connected by the conductive film 44, and a ground potential is supplied from the photodetector 50 to the light source 40. The conductive film 44 may be made of, for example, a plastic material having a metal thin film such as aluminum, chromium, or gold or an ITO thin film that is a general metal conductive oxide. What is necessary is not limited to this. Since the structure of the sensor head excluding the conductive film 44, the manufacturing method, and the attachment of the sensor head 30 and the scale 20 are the same as those in the first embodiment described above, the description thereof is omitted. Since the thickness of the conductive film 44 can be about 0.1 mm, the conductive film 44 has flexibility, and therefore does not have a protruding structure like the conductive wire 42, and is more than the first embodiment using the conductive wire 42. Furthermore, it is possible to obtain a thin and high-resolution optical encoder. Furthermore, since the conductive film 44 is held in a substantially flat state without being bent, it is possible to obtain a highly reliable optical encoder that is less likely to cause disconnection due to environmental changes and has high reliability.

＜第四実施形態＞
本発明の第四実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを図１４に示す。図１４に示すセンサヘッドは、図１や図２に示したセンサヘッドに代えて使用可能である。 <Fourth embodiment>
FIG. 14 shows a sensor head of an optical encoder according to the fourth embodiment of the present invention. The sensor head shown in FIG. 14 can be used in place of the sensor head shown in FIG. 1 or FIG.

本実施形態では、光透過材６０が光源４０に対向する領域に格子パターン６６を有している。格子パターン６６は、例えば、導電配線パターン６２と同じ材料で作られている。格子パターン６６は、クロムやアルミニウムなどの遮光性と導電性とを有する金属で構成すると、導電配線パターン６２と兼用可能である。格子パターン６６は、黒樹脂などで構成されてもかまわない。回折理論によると、光源４０上の格子パターン６６のピッチをＰｓｌｉｔとし、格子パターン６６面からスケールの格子が形成された面までの距離をＺ１、スケールの格子が形成された面から光検出器５０のＰＤアレイ５２面までの距離をＺ２とし、スケールの格子ピッチをｐとすると、（３）式を満たす関係にあるときに、スケールの格子パターンと相似の明暗であるタルボットイメージがＰＤアレイ５２上に生成される。 In the present embodiment, the light transmissive material 60 has a lattice pattern 66 in a region facing the light source 40. The lattice pattern 66 is made of the same material as that of the conductive wiring pattern 62, for example. The grid pattern 66 can be used as the conductive wiring pattern 62 if it is made of a light-shielding and conductive metal such as chromium or aluminum. The lattice pattern 66 may be made of black resin or the like. According to the diffraction theory, the pitch of the grating pattern 66 on the light source 40 is Pslit, the distance from the grating pattern 66 surface to the surface on which the scale grating is formed is Z1, and the light detector 50 from the surface on which the scale grating is formed. When the distance to the surface of the PD array 52 is Z2 and the lattice pitch of the scale is p, a Talbot image that is similar to the lattice pattern of the scale is displayed on the PD array 52 when there is a relationship satisfying the expression (3). Is generated.

Ｐｓｌｉｔ＝ｐ×（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ２ …（３）
ここでＺ１＝Ｚ２＝Ｚとすると（４）式となる。 Pslit = p × (Z1 + Z2) / Z2 (3)
Here, when Z1 = Z2 = Z, equation (4) is obtained.

Ｐｓｌｉｔ＝２ｐ …（４）
従って、スケール２０に形成された格子パターン面と光透過材６０のスケール側の面とを平行に配置し、（４）を満たす格子パターン６６のピッチで、（２）式を満たすように、光源４０の光出射面および光検出器５０の光検出面とスケール２０の格子が形成された面との間隔を調整することにより良好なエンコーダ信号を得ることができる。 Pslit = 2p (4)
Accordingly, the lattice pattern surface formed on the scale 20 and the surface of the light transmitting material 60 on the scale side are arranged in parallel, and the light source is set so as to satisfy the expression (2) with the pitch of the lattice pattern 66 satisfying (4). A good encoder signal can be obtained by adjusting the distances between the light emitting surface 40 and the light detecting surface of the photodetector 50 and the surface on which the grating of the scale 20 is formed.

これ以外のセンサヘッドの構造、作製方法、センサヘッド３０とスケール２０の取り付けについては、前述した第一実施形態と同様なので説明を省略する。 Other sensor head structures, manufacturing methods, and attachment of the sensor head 30 and the scale 20 are the same as those in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.

本実施形態では、第一実施形態と同様な薄型化が可能であるとともに、光源４０は光出射口が点構造である必要がないので、光源４０の選択自由度が広がり安価な光源の使用が可能となる。従って安価で高分解能な光学式エンコーダを得ることができる。 In the present embodiment, it is possible to reduce the thickness as in the first embodiment, and the light source 40 does not have to have a point structure at the light emission port. Therefore, the light source 40 can be freely selected and an inexpensive light source can be used. It becomes possible. Therefore, an inexpensive and high-resolution optical encoder can be obtained.

本実施形態の各構成は、上記第一実施形態と同様な各種の変形や変更が施されてもよい。 Each configuration of the present embodiment may be subjected to various modifications and changes similar to those of the first embodiment.

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.

本発明の第一実施形態による光学式エンコーダの斜視図である。1 is a perspective view of an optical encoder according to a first embodiment of the present invention. 図１に示した光学式エンコーダの断面図である。It is sectional drawing of the optical encoder shown in FIG. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の最初の工程を示している。The first step of the manufacturing method of the sensor head shown in FIG. 1 is shown. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の図３に続く工程を示した斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a process following FIG. 3 in the method for manufacturing the sensor head illustrated in FIG. 1. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の図３に続く工程を示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a process following the process of FIG. 3 in the method for manufacturing the sensor head illustrated in FIG. 1. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の図４と図５に続く工程を示した斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a process following FIGS. 4 and 5 in the method for manufacturing the sensor head shown in FIG. 1. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の図４と図５に続く工程を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a process following FIG. 4 and FIG. 5 of the method for manufacturing the sensor head shown in FIG. 1. 図１に示したセンサヘッドの製造方法の図６と図７に続く最後の工程を示している。FIG. 8 shows the last step following FIGS. 6 and 7 in the method for manufacturing the sensor head shown in FIG. 1. 図１に示した光学式エンコーダの断面図であり、高さ規定部材の厚みｔと光源の厚みｔｌと導電ワイヤの突出しｔｗと光検出器の厚みｔｄとを示している。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical encoder shown in FIG. 1, showing a thickness t of a height defining member, a thickness tl of a light source, a protruding tw of a conductive wire, and a thickness td of a photodetector. 本発明の第一実施形態の変形例による光学式エンコーダの斜視図である。It is a perspective view of the optical encoder by the modification of 1st embodiment of this invention. 図１０に示した光学式エンコーダの断面図である。It is sectional drawing of the optical encoder shown in FIG. 本発明の第二実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを示している。3 shows a sensor head of an optical encoder according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第三実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを示している。5 shows a sensor head of an optical encoder according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第四実施形態による光学式エンコーダのセンサヘッドを示している。10 shows a sensor head of an optical encoder according to a fourth embodiment of the present invention. 特許第３９６３８８５号明細書に開示された光学式エンコーダを示している。The optical encoder disclosed in Japanese Patent No. 3963858 is shown.

Explanation of symbols

１０…光学式エンコーダ、２０…スケール、３０…センサヘッド、４０…光源、４２…導電ワイヤ、４４…導電性フィルム、５０…光検出器、５２…ＰＤアレイ、６０…光透過材、６２…導電配線パターン、６４…導電材、６６…格子パターン、７０…高さ規定部材、７２…導電配線パターン、７４…付け面、８０…樹脂、９０…取り付け基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical encoder, 20 ... Scale, 30 ... Sensor head, 40 ... Light source, 42 ... Conductive wire, 44 ... Conductive film, 50 ... Photo detector, 52 ... PD array, 60 ... Light transmitting material, 62 ... Conductive Wiring pattern, 64 ... conductive material, 66 ... lattice pattern, 70 ... height regulating member, 72 ... conductive wiring pattern, 74 ... attaching surface, 80 ... resin, 90 ... mounting substrate.

Claims

A sensor head;
An optical encoder composed of a scale that can be displaced with respect to the sensor head;
The sensor head is
At least one light source;
At least one photodetector;
A parallel plate-shaped light transmitting material having a first conductive wiring pattern;
A height defining member having a second conductive wiring pattern;
The light source and the photodetector are electrically connected to the first conductive wiring pattern and fixed to the light transmitting material,
The height defining member has the second conductive wiring pattern electrically connected to the first conductive wiring pattern, and the surface of the light transmitting material to which the light source and the photodetector are fixed. A light source and the photodetector are exposed and fixed, and the height defining member further has a flat abutting surface for attaching the sensor head, from the abutting surface to the light transmitting material. An optical encoder with a uniform distance.

The optical encoder according to claim 1, wherein the height defining member is a frame-shaped member.

The optical encoder according to claim 1, wherein the light source and the photodetector are covered with resin.

The surface of the light source opposite to the joint surface between the light transmissive material and the light source is electrically connected to the first conductive wiring pattern of the light transmissive material by a conductive film. The optical encoder according to 1.

The surface of the light source opposite to the joint surface between the light transmissive material and the light source and the surface of the photodetector opposite to the joint surface between the light transmissive material and the photodetector are formed by a conductive film. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical encoder is electrically connected.

The optical encoder according to claim 1, wherein the light transmitting material has a lattice pattern in a region facing the light source.

The optical encoder according to claim 6, wherein the lattice pattern is made of the same material as the first conductive wiring pattern.

The optical encoder according to claim 3, wherein the resin has thermal conductivity.

The optical encoder according to claim 1, wherein a base material of the height defining member is a glass epoxy material.

The scale has a lattice pattern in which optical characteristics periodically change at a constant pitch in the moving direction of the scale, and the surface of the light transmitting material facing the scale has the lattice pattern formed thereon. 10. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical encoder is parallel to a scale surface.