JP2012021884A - 光学式センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の検出精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式センサを提供すること。
【解決手段】光学式センサ1を次のように構成する。すなわち、光を検出する光検出器102と、前記光検出器102が埋め込まれ、少なくとも３層から成る基板104と、を光学式センサ1に具備させる。ここで、前記基板104は、少なくともカバー層104aとスペーサ層104bとベース層104cとを有し、且つ、前記光検出器102に対する電気的導通部である配線１０８Ｗが設けられている。
【選択図】図１
【解決手段】光学式センサ1を次のように構成する。すなわち、光を検出する光検出器102と、前記光検出器102が埋め込まれ、少なくとも３層から成る基板104と、を光学式センサ1に具備させる。ここで、前記基板104は、少なくともカバー層104aとスペーサ層104bとベース層104cとを有し、且つ、前記光検出器102に対する電気的導通部である配線１０８Ｗが設けられている。
【選択図】図１
Description
本発明は、光学式センサに関する。
一般的な光学式センサは、例えば特許文献１に開示されているような構成を採っている。図１０は、特許文献１に開示されている光学式エンコーダの断面構造を示す側面断面図である。同図に示すように、セラミックパッケージ６０１の内部底面には、Ａｇペースト６０２を介して、光機能素子としての光検出機能素子である光検出器（ＰＤ）６１０が集積されたＩＣチップ６０３が実装されている。
このＩＣチップ６０３上には、電極ランド６０４が形成されている。この電極ランド６０４は、Ａｇペースト６０２を用いて面発光レーザ（ＳＥＬ）６０５の下部の電気的接続が確保されている。
前記面発光レーザ（ＳＥＬ）６０５の上部電極６０６と、ＩＣチップ６０３上に形成された電極パッド６０７とは、Ａｕワイヤー６０８により電気的接続が確保されている。また、セラミックパッケージ６０１に形成された電極６０９と、ＩＣチップ６０３の電極パッド６０７とは、Ａｕワイヤー６０８により電気的接続が確保されている。これにより、ＩＣチップ６０３とセラミックパッケージ６０１とが電気的に導通している。さらに、セラミックパッケージ６０１の上面には、樹脂接着剤６１１を介してガラス部材６１２が接着されている。
前記面発光レーザ（ＳＥＬ）６０５の上部電極６０６と、ＩＣチップ６０３上に形成された電極パッド６０７とは、Ａｕワイヤー６０８により電気的接続が確保されている。また、セラミックパッケージ６０１に形成された電極６０９と、ＩＣチップ６０３の電極パッド６０７とは、Ａｕワイヤー６０８により電気的接続が確保されている。これにより、ＩＣチップ６０３とセラミックパッケージ６０１とが電気的に導通している。さらに、セラミックパッケージ６０１の上面には、樹脂接着剤６１１を介してガラス部材６１２が接着されている。
なお、符号６２２が付されているのは検出対象物であり、符号６２０及び符号６２１が付されているのは、レーザビームである。
上述のように構成することで、光検出器６１０が集積されたＩＣチップ６０３をセラミックパッケージ６０１の内部に搭載し、Ａｕワイヤー６０８でＩＣチップ６０３とセラミックパッケージ６０１との間に電気的な導通をとり、且つ、Ａｕワイヤー６０８による接続やＩＣチップ６０３等の保護の為にガラス部材６１２で蓋をした光学式エンコーダが提供される。
上述のように構成することで、光検出器６１０が集積されたＩＣチップ６０３をセラミックパッケージ６０１の内部に搭載し、Ａｕワイヤー６０８でＩＣチップ６０３とセラミックパッケージ６０１との間に電気的な導通をとり、且つ、Ａｕワイヤー６０８による接続やＩＣチップ６０３等の保護の為にガラス部材６１２で蓋をした光学式エンコーダが提供される。
ところで、上述したような従来の光学式センサは、その構造に起因して、或る程度の厚みを有する。つまり、薄型化が非常に困難である。
具体的には、例えば下記の構成が当該光学式センサの厚みを増す要因となっている。
・セラミックパッケージ６０１中にＩＣチップ６０３を配設し、セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３とをＡｕワイヤー６０８で電気的に接続する為に、セラミックパッケージ６０１における高さ方向の空間を確保する必要がある。
・前記Ａｕワイヤー６０８に力が加わらないようにする為に、セラミックパッケージ６０１の高さ方向の空間を確保する必要がある。
・強度を考慮して、所定の厚みのあるガラス部材６１２を配設する構成が、当該光学式センサの厚みを増す要因となっている。
・セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３とをＡｕワイヤー６０８で電気的に接続する為に、セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３との間隔も或る程度確保する必要がある（その為の面積を要する）。
具体的には、例えば下記の構成が当該光学式センサの厚みを増す要因となっている。
・セラミックパッケージ６０１中にＩＣチップ６０３を配設し、セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３とをＡｕワイヤー６０８で電気的に接続する為に、セラミックパッケージ６０１における高さ方向の空間を確保する必要がある。
・前記Ａｕワイヤー６０８に力が加わらないようにする為に、セラミックパッケージ６０１の高さ方向の空間を確保する必要がある。
・強度を考慮して、所定の厚みのあるガラス部材６１２を配設する構成が、当該光学式センサの厚みを増す要因となっている。
・セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３とをＡｕワイヤー６０８で電気的に接続する為に、セラミックパッケージ６０１とＩＣチップ６０３との間隔も或る程度確保する必要がある（その為の面積を要する）。
従って、従来の光学式センサは、ＩＣチップ６０３の大きさに比べると大型な装置となってしまう。そして、その大きさの為に、従来の光学式センサは、所定の大きさの配設空間を確保し難い場所で利用することが困難である。
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、所望の検出精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式センサを提供することを目的とする。
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、所望の検出精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式センサを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による光学式センサは、
光を検出する光検出器と、
前記光検出器が埋め込まれ、少なくとも３層から成る基板と、
を具備し、
前記基板は、
少なくともカバー層とスペーサ層とベース層とを有し、且つ、前記光検出器に対する電気的導通部が設けられている
ことを特徴とする。
光を検出する光検出器と、
前記光検出器が埋め込まれ、少なくとも３層から成る基板と、
を具備し、
前記基板は、
少なくともカバー層とスペーサ層とベース層とを有し、且つ、前記光検出器に対する電気的導通部が設けられている
ことを特徴とする。
本発明によれば、所望の検出精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式センサを提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る光学式センサについて、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る光学式センサについて説明する。図１は、本第１実施形態に係る光学式センサの上面図である。なお、図１に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
図２は、本第１実施形態に係る光学式センサを図１における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図２に示す側面断面図では、本第１実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る光学式センサについて説明する。図１は、本第１実施形態に係る光学式センサの上面図である。なお、図１に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
図２は、本第１実施形態に係る光学式センサを図１における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図２に示す側面断面図では、本第１実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
光学式センサ１は、チップ１０１と、光検出器１０２と、チップ上面側端子１０３ｕと、チップ下面側端子１０３ｄと、基板１０４と、カバー層側端子１０５ｕと、ベース層側端子１０５ｄと、接着剤１０６と、導通材１０７と、配線１０８Ｗと、カバー層側外部端子１０９ｕと、ベース層側外部端子１０９ｄと、樹脂材１１０と、を具備する。
前記チップ１０１は、光学式センサの主要部品たる光検出器１０２が搭載された半導体基板であり、例えば樹脂系或いはガラス系等の材料から成る。
また、前記チップ１０１には、光検出器１０２と後述するチップ上面側端子１０３ｕとの間で入出力される全ての信号／一部の信号に対して所定の変換処理等を施す信号処理回路（不図示）、及び、光検出器１０２や信号処理回路（不図示）等を静電気等から電気的に保護する為の保護素子（不図示）が、必要に応じて搭載されている。
また、前記チップ１０１には、光検出器１０２と後述するチップ上面側端子１０３ｕとの間で入出力される全ての信号／一部の信号に対して所定の変換処理等を施す信号処理回路（不図示）、及び、光検出器１０２や信号処理回路（不図示）等を静電気等から電気的に保護する為の保護素子（不図示）が、必要に応じて搭載されている。
ここで、前記チップ１０１の下面（後述するチップ下面側端子１０３ｄを含む）は、例えばＡｇペーストや金属のプリフォーム（例えばＡｕやＳｎ等をベースとした金属ろう材）等から成る電気的導通性を有する接着剤１０６によって基板１０４（のベース層１０４ｃ）に対して接着されている。つまり、当該チップ１０１は、基板１０４に搭載されている。
なお、チップ１０１の下面の電位を検出する必要性が無い場合には、接着剤１０６に導電性は不要である。
前記チップ上面側端子１０３ｕは、光検出器１０２の信号を出力するための端子であり、チップ１０１の上面に設けられている。図１に示す例では、６個のチップ上面側端子１０３ｕがチップ１０１の上面に設けられているが、チップ上面側端子１０３ｕは少なくとも１つ以上設けられていればよく、個数は任意である。
前記チップ上面側端子１０３ｕは、光検出器１０２の信号を出力するための端子であり、チップ１０１の上面に設けられている。図１に示す例では、６個のチップ上面側端子１０３ｕがチップ１０１の上面に設けられているが、チップ上面側端子１０３ｕは少なくとも１つ以上設けられていればよく、個数は任意である。
前記チップ下面側端子１０３ｄは、チップ１０１の下面側の電位を検出する電極である。なお、チップ１０１の下面側の電位を検出する必要が無い場合には、チップ下面側端子１０３ｄに導電性は不要である。この場合、単純に当該光学式センサ１の形状を保持する為のダミー端子としてチップ下面側端子１０３ｄを設けてもよい。
前記基板１０４は、フレキシブルな材質（例えばポリイミド等）で構成されたフィルム状の基板であり、カバー層１０４ａとスペーサ層１０４ｂとベース層１０４ｃとの３層から成る。
詳細には、基板１０４は、例えば略５０μｍ程度の厚さを有するフィルム状のフレキシブル基板であり、後述の構成により当該基板１０４中にチップ１０１が封止され、光学式センサとして機能する。
詳細には、基板１０４は、例えば略５０μｍ程度の厚さを有するフィルム状のフレキシブル基板であり、後述の構成により当該基板１０４中にチップ１０１が封止され、光学式センサとして機能する。
従って、光学式センサ１を、例えば３００μｍ〜４００μｍ程度の厚さに構成することが可能である。従来の光学式センサは、通常、底部だけで０．５ｍｍ程度の厚さを有することを鑑みると、本第１実施形態に係る光学式センサにより実現された薄型化が格別であることが理解できる。なお、光検出器１０２が搭載されているチップ１０１は、厚いものでは例えば８００μｍ程度の厚みを有することを鑑みると、本第１実施形態に係る光学式センサ１により実現された薄型化が格別であることが理解できる。
なお、基板１０４の厚みは、例えば電気的接続、絶縁、及び遮光性等の光学式センサに必要な最低限の機能を保持するのに要する最低限の厚みであればよい。すなわち、基板１０４は、当該基板１０４自身では当該光学式センサ１の硬さを決定しない曲げ性を有するように構成されている。
前記カバー層１０４ａには、各チップ上面側端子１０３ｕとの電気的導通をとる為のカバー層側端子１０５ｕと、当該基板１０４と外部との電気的導通をとる為のカバー層側外部端子１０９ｕと、が設けられている。さらに、カバー層１０４ａには、カバー層側端子１０５ｕとカバー層側外部端子１０９ｕとの間をそれぞれ電気的に接続する為の電気的導通部である配線１０８Ｗが設けられている。
ここで、前記カバー層１０４ａは、図１及び図２に示すように光検出器１０２の上部を覆わない形状／大きさに構成されている。これにより、光検出器１０２に光が入射することが可能となる。
なお、カバー層１０４ａのうち光検出器１０２の上部に対応する領域を、検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料で構成すれば、カバー層１０４ａによってチップ１０１の上面全体を覆ってもよい。さらに、同領域を光透過樹脂や、光学フィルタ効果を有する材料によって覆う構造としても、当該光学式センサ１内への粉塵等の侵入防止効果を得ることができる。
なお、カバー層１０４ａのうち光検出器１０２の上部に対応する領域を、検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料で構成すれば、カバー層１０４ａによってチップ１０１の上面全体を覆ってもよい。さらに、同領域を光透過樹脂や、光学フィルタ効果を有する材料によって覆う構造としても、当該光学式センサ１内への粉塵等の侵入防止効果を得ることができる。
前記ベース層１０４ｃには、チップ１０１のチップ下面側端子１０３ｄに対して接着剤１０６を介して電気的に接続されたベース層側端子１０５ｄと、チップ１０１のチップ上面側端子１０３ｕに対して配線１０８Ｗによって電気的に接続されたベース層側外部端子１０９ｄと、が設けられている。
前記カバー層側端子１０５ｕは、カバー層１０４ａに設けられた電極であり、チップ１０１との対向面のうち各チップ上面側端子１０３ｕに対応する位置に設けられている。このカバー層側端子１０５ｕによって、導通材１０７（詳細は後述する）を介してチップ上面側端子１０３ｕの電位が基板１０４に伝達される。
前記ベース層側端子１０５ｄは、ベース層１０４ｃに設けられた電極であり、チップ１０１との対向面のうちチップ各下面側端子１０３ｄに対応する位置に設けられている。このベース層側端子１０５ｄによって、接着剤１０６を介してチップ１０１下面の電位が基板１０４に伝達する。
なお、チップ１０１下面の電位を検出する必要性が無い場合には、チップ下面側端子１０３ｄ、接着剤１０６、及びベース層側端子１０５ｄに導電性は不要である。この場合、ベース層側端子１０５ｄは、チップ１０１の位置合わせの為にのみ利用される。
前記導通材１０７は、例えばＡｕやＳｎ等をベースとした金属ボール或いは縦方向（光学式センサ１の厚み方向）にのみ電気的導通性を有する構造の樹脂材／ゴム系等の導通材である。この導通材１０７は、前記チップ上面側端子１０３ｕと前記カバー層側端子１０５ｕとを電気的に導通するように接合している。
前記導通材１０７は、例えばＡｕやＳｎ等をベースとした金属ボール或いは縦方向（光学式センサ１の厚み方向）にのみ電気的導通性を有する構造の樹脂材／ゴム系等の導通材である。この導通材１０７は、前記チップ上面側端子１０３ｕと前記カバー層側端子１０５ｕとを電気的に導通するように接合している。
つまり、光検出器１０２により生成された電気信号は、チップ１０１から導通材１０７を介して基板１０４へ伝達される。
前記カバー層側外部端子１０９ｕは、当該光学式センサ１の外部との電気的導通をとる為の電極であり、フレキシブルな材料で構成されている。このカバー層側外部端子１０９ｕは、カバー層１０４ａに設けられた電気的導通部である配線１０８Ｗによって、チップ上面側端子１０３ｕに対して電気的に接続されている。
前記カバー層側外部端子１０９ｕは、当該光学式センサ１の外部との電気的導通をとる為の電極であり、フレキシブルな材料で構成されている。このカバー層側外部端子１０９ｕは、カバー層１０４ａに設けられた電気的導通部である配線１０８Ｗによって、チップ上面側端子１０３ｕに対して電気的に接続されている。
図１に示す例では、４個のカバー層側外部端子１０９ｕが設けられているが、カバー層側外部端子１０９ｕは少なくとも１つ以上設けられていればよく、個数は任意である。
前記ベース層側外部端子１０９ｄは、基板１０４の下面側（ベース１０４ｃ側）からもチップ１０１の電位をとるように構成する場合に設ける電極である。このベース層側外部端子１０９ｄもフレキシブルな材料で構成されており、カバー層１０４ａ、スペーサ層１０４ｂ、及びベース層１０４ｃに亘って設けられている電気的導通部である配線１０８Ｗによって、チップ上面側端子１０３ｕに対して電気的に接続されている。なお、このベース層側外部端子１０９ｄは必須の構成要件ではなく、必要に応じて設ければよい。
前記ベース層側外部端子１０９ｄは、基板１０４の下面側（ベース１０４ｃ側）からもチップ１０１の電位をとるように構成する場合に設ける電極である。このベース層側外部端子１０９ｄもフレキシブルな材料で構成されており、カバー層１０４ａ、スペーサ層１０４ｂ、及びベース層１０４ｃに亘って設けられている電気的導通部である配線１０８Ｗによって、チップ上面側端子１０３ｕに対して電気的に接続されている。なお、このベース層側外部端子１０９ｄは必須の構成要件ではなく、必要に応じて設ければよい。
前記樹脂材１１０は、前記カバー層１０４ａと前記チップ１０１との間に充填され、それらを貼り合わせている電気的導通性の無い樹脂材、または導通材１０７で導通している端子同士の電気的導通をとる異方性導電膜（ＡＣＦ）等である。この樹脂材１１０は、導通材１０７によるチップ上面側端子１０３ｕとカバー層側端子１０５ｕとの接合の強度向上や、当該光学式センサ１自体の構成強度向上、構成形状保持、及び導通材１０７の補助、またはその機能の代替として必要に応じて設けられる。
以上説明したように、本第１実施形態によれば、所望の検出精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式センサを提供することができる。具体的には、例えば次のような効果を奏する光学式センサが提供される。
・基板１０４を略５０μｍ程度の厚さで構成でき、チップ１０１と基板１０４との接合構造についても略５０μｍ程度の厚さで構成できる。従って、実質的には、光検出器１０２が搭載されたチップ１０１の厚さと略同程度の厚さの光学式センサが実現する。具体的には、チップ１０１の厚さが例えば略２５０μｍ程度であれば、光学式センサ１全体の厚さを例えば略４５０μｍ程度で構成可能である。
・基板１０４は上述したようにフィルム状のフレキシブル基板であるので、チップ１０１が存在する部位以外の部位については曲げることが可能である。これにより、当該光学式センサ１の取り付けに関して自由度を持たせることができる。
・基板１０４を略５０μｍ程度の厚さで構成でき、チップ１０１と基板１０４との接合構造についても略５０μｍ程度の厚さで構成できる。従って、実質的には、光検出器１０２が搭載されたチップ１０１の厚さと略同程度の厚さの光学式センサが実現する。具体的には、チップ１０１の厚さが例えば略２５０μｍ程度であれば、光学式センサ１全体の厚さを例えば略４５０μｍ程度で構成可能である。
・基板１０４は上述したようにフィルム状のフレキシブル基板であるので、チップ１０１が存在する部位以外の部位については曲げることが可能である。これにより、当該光学式センサ１の取り付けに関して自由度を持たせることができる。
なお、上述したようにカバー側外部端子１０９ｕ及びベース層側外部端子１０９ｄはフレキシブルな材質で構成されているので、当該光学式センサ１を例えばフレキコネクタ等へ固定する場合には、基板１０４の一部に所定の硬さを有する基板を貼り付けたり、置き換えたりして構成しても良い。
また、基板１０４の幅及び長さは、チップ１０１の幅及び長さに応じて適宜設定すれば良い。また、光学式センサ１の大きさ（幅方向／長さ方向）を余裕もって設計できる場合には、当該余裕空間に、チップ１０１の周囲全体或いは一部にスペーサ層を設けても良い。
さらには、基板１０４は、上述した例ではベース層１０４ｃとスペーサ層１０４ｂとカバー層１０４ａとの３層より成る構成であるが、４層以上に構成しても勿論よい。また、それぞれの層を構成する部材は互いに異なっていても良い。
また、全ての層（本例ではベース層１０４ｃとスペーサ層１０４ｂとカバー層１０４ａと）が構成された状態の基板１０４に対して、チップ１０１等の他の部材を組み込んで構成してもよいし、一部の層（例えばベース層１０４ｃとスペーサ層１０４ｂと）が構成された状態の基板１０４に対してチップ１０１等の他の部材を組み込んで構成し、その後にカバー層１０４ａを形成して最終的な構成とする等しても良い。つまり、光学式センサ１の組立工程は任意である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第１実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第１実施形態に係る光学式センサとの主な相違点の一つは、光学式センサを構成する基板におけるカバー層の構成である。
また、全ての層（本例ではベース層１０４ｃとスペーサ層１０４ｂとカバー層１０４ａと）が構成された状態の基板１０４に対して、チップ１０１等の他の部材を組み込んで構成してもよいし、一部の層（例えばベース層１０４ｃとスペーサ層１０４ｂと）が構成された状態の基板１０４に対してチップ１０１等の他の部材を組み込んで構成し、その後にカバー層１０４ａを形成して最終的な構成とする等しても良い。つまり、光学式センサ１の組立工程は任意である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第１実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第１実施形態に係る光学式センサとの主な相違点の一つは、光学式センサを構成する基板におけるカバー層の構成である。
図３は、本第２実施形態に係る光学式センサの上面図である。なお、図３に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
図４は、本第２実施形態に係る光学式センサを図３における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図４に示す側面断面図では、本第２実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
図４は、本第２実施形態に係る光学式センサを図３における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図４に示す側面断面図では、本第２実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
本第２実施形態に係る光学式センサ１を構成する基板２０４は、第１実施形態に係る光学式センサ１と同様に、カバー層２０４ａとスペーサ層２０４ｂとベース層２０４ｃとの３層から成る。ここで、第１実施形態に係る光学式センサ１との相違点であるカバー層２０４ａは、次のように構成されている。
すなわち、カバー層２０４ａは、チップ１０１上面全体を覆うように構成され、且つ、図３に示すように光検出器１０２の上部に対応する部位には開口領域２２０ａが形成されている。この開口領域２２０ａにより、光検出器１０２に光が入射することが可能となる。
上述の構成を採ることで、図３及び図４に示すように、チップ１０１全体をカバー層２０４ａとスペーサ層２０４ｂとベース層２０４ｃとで取り囲むように封止することができる。
ところで、本第２実施形態に係る光学式センサ１においては、チップ１０１とスペーサ層２０４ｂとの間に生じた隙間には樹脂材２３５が充填されている。このような構成とすることにより、更なる信頼性の向上が実現する。
ところで、本第２実施形態に係る光学式センサ１においては、チップ１０１とスペーサ層２０４ｂとの間に生じた隙間には樹脂材２３５が充填されている。このような構成とすることにより、更なる信頼性の向上が実現する。
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る光学式センサと同様の効果を奏する上に、防塵効果を高めた光学式センサを提供することができる。
ところで、開口領域２２０ａを物理的な開口構造として設けるのではなく、カバー層２０４ａのうち少なくとも光検出器１０２の上部に対応する部位を、光検出器１０２による検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料（例えば樹脂やガラス等）で形成することにより、実質的な開口部位として光学的に開口領域２２０ａを設けてもよい。このように構成することで、更に防塵効果を高めることができる。
ところで、開口領域２２０ａを物理的な開口構造として設けるのではなく、カバー層２０４ａのうち少なくとも光検出器１０２の上部に対応する部位を、光検出器１０２による検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料（例えば樹脂やガラス等）で形成することにより、実質的な開口部位として光学的に開口領域２２０ａを設けてもよい。このように構成することで、更に防塵効果を高めることができる。
なお、開口領域２２０ａを物理的な開口構造として設ける場合には、カバー層２０４ａを構成する材料は、光検出器１０２が検出する波長の光を必要な割合だけ透過させることができない材料であってもよい。つまり、材料選択の幅が広がる。
ところで、本第２実施形態に係る光学式センサ１を次のように変形することで、当該光学式センサ１にエンコーダ機能を具備させることができる。
《変形例》
図５は、第２実施形態の一変形例に係る光学式センサ１のカバー層２０４ａの構成を示す上面図である。なお、図５に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
同図に示すように、本変形例では、カバー層２０４ａは、チップ１０１上面全体を覆うように構成され、且つ、図３に示すように光検出器１０２の上部に対応する部位にはスリット構造２２０ｂが形成されている。
ところで、本第２実施形態に係る光学式センサ１を次のように変形することで、当該光学式センサ１にエンコーダ機能を具備させることができる。
《変形例》
図５は、第２実施形態の一変形例に係る光学式センサ１のカバー層２０４ａの構成を示す上面図である。なお、図５に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
同図に示すように、本変形例では、カバー層２０４ａは、チップ１０１上面全体を覆うように構成され、且つ、図３に示すように光検出器１０２の上部に対応する部位にはスリット構造２２０ｂが形成されている。
以上説明したように、本変形例によれば、第２実施形態に係る光学式センサと同様の効果を奏する上に、当該光学式センサ１の厚み及び幅を変更することなく、エンコーダ機能を付加させた光学式センサを提供することができる。
なお、スリット構造２２０ｂを物理的なスリット構造として設けるのではなく、光検出器１０２による検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料（例えば樹脂やガラス等）、あるいは光を遮光させる材料（メタル材、カーボン入り樹脂等）を利用することにより実質的にスリットとして機能するように光学的にスリット構造２２０ｂを設けてもよい。このように構成することで、更に防塵効果を高めることができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第２実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第２実施形態に係る光学式センサとの主な相違点の一つは、当該光学式センサの外部との電気的導通をとる為の外部端子の配設構造である。
なお、スリット構造２２０ｂを物理的なスリット構造として設けるのではなく、光検出器１０２による検出対象の波長の光を必要な割合だけ透過させる材料（例えば樹脂やガラス等）、あるいは光を遮光させる材料（メタル材、カーボン入り樹脂等）を利用することにより実質的にスリットとして機能するように光学的にスリット構造２２０ｂを設けてもよい。このように構成することで、更に防塵効果を高めることができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第２実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第２実施形態に係る光学式センサとの主な相違点の一つは、当該光学式センサの外部との電気的導通をとる為の外部端子の配設構造である。
図６は、本第３実施形態に係る光学式センサの上面図である。なお、図６に示す上面図においては、上面側から当該光学式センサを観た場合に不可視となる構成要素については破線で示している。また、図面の煩雑化を防ぐ為に、一部の構成要素については図示を省略している。
図７は、本第３実施形態に係る光学式センサを図６における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図７に示す側面断面図では、本第３実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
図７は、本第３実施形態に係る光学式センサを図６における矢印Ｙで示す方向から観た側面断面図である。なお、説明の便宜上、図７に示す側面断面図では、本第３実施形態に係る光学式センサの主要な構成要素を仮想的に可視化して示している（換言すれば、特定の断面についての側面断面図ではない）。
図６及び図７に示すように、本第３実施形態に係る光学式センサ１では、当該光学式センサ１の外部との電気的導通をとる為の外部端子３０９が、基板３０４のベース層３０４ｃのうち、チップ１０１の搭載領域に対応する部位に配設されている。つまり、外部端子３０９の配設の為だけの部位を基板３０４に別途設けず、ベース層３０４ｃにおける未使用部位を利用する。
各々の外部端子３０９には、例えばＡｕやＳｎ等から成るボール部材３１１が接着等により設けられている。各外部端子３０９は、それぞれボール部材３１１を介して外部との電気的導通をとる。外部端子３０９とボール部材３１１とは略同程度の大きさに構成されている。
ここで、各々の外部端子３０９は、それぞれ配線３０８Ｗを介して、対応するカバー層側端子１０５ｕに対して電気的に接続されている。
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第２実施形態に係る光学式センサと同様の効果を奏する上に、小面積（チップ１０１の面積と略同程度の面積）化を実現した光学式センサを提供することができる。つまり、薄型化と小面積化とを共に実現した光学式センサを提供することができる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第２実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第４実施形態に係る光学式センサは、エンコーダ仕様に構成された光学式センサである。
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第２実施形態に係る光学式センサと同様の効果を奏する上に、小面積（チップ１０１の面積と略同程度の面積）化を実現した光学式センサを提供することができる。つまり、薄型化と小面積化とを共に実現した光学式センサを提供することができる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る光学式センサについて説明する。説明の重複を避ける為に、第２実施形態に係る光学式センサとの相違点について説明する。第４実施形態に係る光学式センサは、エンコーダ仕様に構成された光学式センサである。
図８は、本第４実施形態に係る光学式センサの側面断面図（第２実施形態に係る光学式センサにおける図４に示す側面断面図に対応）である。
図８に示すように、本第４実施形態に係る光学式センサ１は、光源部４００と、変位を検出する為の所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール４４０と、機能部５００と、を更に具備する。
図８に示すように、本第４実施形態に係る光学式センサ１は、光源部４００と、変位を検出する為の所定周期のパターンが形成されたエンコーダスケール４４０と、機能部５００と、を更に具備する。
前記光源部４００は、基板４０４中に配設された光源４３０（例えばＬＥＤやＳＥＬ等）と、光源４３０の上面に設けられた上面電極４３３ｕと、光源４３０の下面に設けられた下面電極４３３ｄと、カバー層４０４ａに設けられた光源用端子４３５と、光源４３０の上面電極４３３ｕとカバー層４０４ａの光源用端子４３５とを電気的に接合する導通材４３２と、光源４３０の下面電極４３３ｄとベース層４０４ｃとを電気的に接合する導電性のペースト４３１と、を有する。
前記光源４３０は、その投光面が光検出器１０２の受光面と同一平面になるように、基板４０４中に配設されている光源である。図８に示す例では、光源４３０は、当該光源４３０の上面に設けられた上面電極４３３ｕ及び下面に設けられた下面電極４３３ｄによって、発光／発振の為の電気的導通をとるタイプの光源である。
なお、光源４３０を、上面電極４３３ｕのみで発光／発振の為の電気的導通をとるタイプの光源として構成してもよいし、下面電極４３３ｄのみで発光／発振の為の電気的導通をとるタイプの光源として構成してもよい。
前記導通材４３２は、例えばＡｕやＳｎ等から成る金属ボール或いは縦方向のみに電気的導通を行うことのできる構造の樹脂材／ゴム系等から成る部材である。
前記導通材４３２は、例えばＡｕやＳｎ等から成る金属ボール或いは縦方向のみに電気的導通を行うことのできる構造の樹脂材／ゴム系等から成る部材である。
上述の構成により、光源４３０が発光／発振した光は、エンコーダスケール４４０の周期的パターンに対して照射され、エンコーダスケール４４０により反射され、該反射光が光検出器１０２によって受光される。
前記光源４３０上に格子が必要な場合には、例えば第２実施形態に係る光学式センサ１のカバー層２０４ａのスリット２２０ｂのように、カバー層４０４ａにスリットを形成すればよい。つまり、上述した第２実施形態を、前記カバー層４０４ａに適用すればよい。
前記光源４３０上に格子が必要な場合には、例えば第２実施形態に係る光学式センサ１のカバー層２０４ａのスリット２２０ｂのように、カバー層４０４ａにスリットを形成すればよい。つまり、上述した第２実施形態を、前記カバー層４０４ａに適用すればよい。
上述の構成を採る本第４実施形態に係る光学式センサは、例えば周期性（略正弦波状信号や略三角波状信号等）のアナログ信号を出力するエンコーダ、或いは、前記アナログ信号に対して２値化処理や分解能を向上させる逓倍処理等を施し、変位量をデジタルカウンタで計数可能な信号として出力するエンコーダとして機能する。
そして、これらの信号処理に係る機能は、チップ１０１に搭載してもよいし、図８に示すように一部の機能（例えば逓倍処理機能等）を独立した部品である機能部５００に担わせ、該機能部５００を当該基板４０４中に配設する構成としてもよい。
前記機能部５００は、基板４０４中に配設された機能部品４５０と、機能部品４５０の上面に設けられた上面電極４５３ｕと、カバー層４０４ａに設けられた機能部品用端子４５５と、機能部品４５０の上面電極４５３ｕとカバー層４０４ａの機能部品用端子４５５とを電気的に接合する導通材４５７と、機能部品４５０の下面とベース層４０４ｃとを接合するペースト４５１と、を有する。
前記機能部５００は、基板４０４中に配設された機能部品４５０と、機能部品４５０の上面に設けられた上面電極４５３ｕと、カバー層４０４ａに設けられた機能部品用端子４５５と、機能部品４５０の上面電極４５３ｕとカバー層４０４ａの機能部品用端子４５５とを電気的に接合する導通材４５７と、機能部品４５０の下面とベース層４０４ｃとを接合するペースト４５１と、を有する。
なお、機能部５００の個数は任意であり、所望数の機能部５００を設けてよい。機能部５００に担わせる機能としては、例えば原点位置検出機能や絶対位置検出機能等を挙げることができる。また、機能部５００の配設位置は、チップ１０１や光源４３０から離間した位置であっても或いは近接した位置であっても構わない。
以上説明したように、本第４実施形態によれば、所望の精度を保持しつつ薄型化を実現した光学式エンコーダを提供することができる。すなわち、光学式エンコーダの主要部品であるチップ１０１や光源４３０の厚み（例えば略２５０μｍ程度）に応じた非常に薄い光学式エンコーダを提供することができる。
《変形例》
ところで、図８に示す例では、光源４３０の厚みとチップ１０１の厚みとが略同一に構成されており、これにより光源４３０の投光面と光検出器１０２の受光面とが同一平面を為している。
《変形例》
ところで、図８に示す例では、光源４３０の厚みとチップ１０１の厚みとが略同一に構成されており、これにより光源４３０の投光面と光検出器１０２の受光面とが同一平面を為している。
しかしながら、光源４３０の厚みとチップ１０１の厚みとが互いに異なる場合であっても、例えば図９に示すように、ベース層４０４ｃに段差部５１０を設けることで、光源４３０の投光面と光検出器１０２の受光面とが同一平面を為すように調整することができる。
以上、第１実施形態乃至第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
１０１…チップ、 １０２…光検出器、 １０３ｕ…チップ上面側端子、 １０３ｄ…チップ下面側端子、 １０４…基板、 １０４ａ…カバー層、 １０４ｂ…スペーサ層、 １０４ｃ…ベース層、 １０５…面発光レーザ、 １０５ｕ…カバー層側端子、 １０５ｄ…ベース層側端子、 １０６…接着剤、 １０７…導通材、 １０８Ｗ…配線、 １０９ｕ…カバー層側外部端子、 １０９ｄ…ベース層側外部端子、 １０９ｕ…カバー側外部端子、 １１０…樹脂材、 ２０１…チップ、 ２０２…光検出器、 ２０４…基板、 ２０４ａ…カバー層、 ２０４ｂ…スペーサ層、 ２０４ｃ…ベース層、 ２２０ａ…開口領域、 ２２０ｂ…スリット、 ２３５…樹脂材、 ３０４…基板、 ３０４ｃ…ベース層、 ３０８ｗ…配線、 ３０９…外部端子、 ３１１…ボール部材、 ４００…光源部、 ４０１…チップ、 ４０２…光検出器、 ４０４…基板、 ４０４ａ…カバー層、 ４０４ｃ…ベース層、 ４３０…光源、 ４３１…ペースト、 ４３２…導通材、 ４３３ｕ…上面電極、 ４３３ｄ…下面電極、 ４３５…光源用端子、 ４４０…エンコーダスケール、 ４５０…機能部品、 ４５１…ペースト、 ４５３ｕ…上面電極、 ４５５…機能部品用端子、 ４５７…導通材、 ５００…機能部、 ５１０…段差部。
Claims (10)
- 光を検出する光検出器と、
前記光検出器が埋め込まれ、少なくとも３層から成る基板と、
を具備し、
前記基板は、
少なくともカバー層とスペーサ層とベース層とを有し、且つ、前記光検出器に対する電気的導通部が設けられている
ことを特徴とする光学式センサ。 - 前記基板は、曲げ性を有する材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。 - 前記カバー層は、光線を透過或いは通過させる光透過／通過部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。 - 前記光透過／通過部は、前記光検出器との対向部位に設けられた開口形状の領域である
ことを特徴とする請求項３に記載の光学式センサ。 - 前記光透過／通過部は、前記光検出器との対向部位に設けられたスリット形状の領域である
ことを特徴とする請求項３に記載の光学式センサ。 - 前記基板には、前記基板の外部に向かって光を照射する光源が埋め込まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。 - 前記光源によって照射されるエンコーダスケールと、
前記エンコーダスケールと前記光検出器との相対変位を検出し、９０度位相差の２相の略正弦波状アナログ信号をする信号生成部と、
を含み、
前記光検出器と前記光源とは、前記光検出器の受光面と前記光源の投光面とが平行を為すように、前記基板中に埋め込まれている
ことを特徴とする請求項６に記載の光学式センサ。 - 前記信号生成部は、前記基板中に埋め込まれた機能性部品である
ことを特徴とする請求項７に記載の光学式センサ。 - 前記光源と前記光検出器とは、略同じ厚みを有するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の光学センサ。 - 前記ベース層の厚みは、前記光検出器の受光面と前記光源の投光面とが平行を為すように設定されている
ことを特徴とする請求項７に記載の光学式センサ。
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