JP2016038253A - Optical sensor and optical encoder unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光部と受光部とを備える光センサ、及び、この光センサを用いた光学式エンコーダユニットに関する。 The present invention relates to an optical sensor including a light emitting unit and a light receiving unit, and an optical encoder unit using the optical sensor.
一般に、光学式エンコーダは、光を発する発光部と、発光部が発した光を検出する受光部と、偏光板等を有するロータ部とを備えて構成される。この種の光学式エンコーダでは、発光部と受光部の位置関係が重要であり、特に、透過式のエンコーダの場合は、偏光板を介して、発光部と受光部を該偏光板の軸方向に対向させて配置する必要がある。このため、光センサとして成立させるためには、発光部と受光部を所定の位置に位置決めする必要があった。この課題を解決するために、従来、光を検出する受光素子(受光部)と、この受光素子を搭載する第1回路基板と、この第1回路基板から予め定められた間隔をおいて配備される第2回路基板と、受光素子に光を照射する発光素子(発光部)と、この発光素子と第1回路基板と第2回路基板とを1つの構造体で保持するホルダとを備える光学式エンコーダが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In general, an optical encoder includes a light emitting unit that emits light, a light receiving unit that detects light emitted from the light emitting unit, and a rotor unit that includes a polarizing plate and the like. In this type of optical encoder, the positional relationship between the light emitting unit and the light receiving unit is important. In particular, in the case of a transmission type encoder, the light emitting unit and the light receiving unit are arranged in the axial direction of the polarizing plate via the polarizing plate. It is necessary to arrange them facing each other. For this reason, in order to establish as an optical sensor, it is necessary to position the light emitting part and the light receiving part at predetermined positions. In order to solve this problem, a light receiving element (light receiving unit) for detecting light, a first circuit board on which the light receiving element is mounted, and a predetermined interval from the first circuit board are conventionally provided. Optical circuit comprising a second circuit board, a light emitting element (light emitting part) for irradiating light to the light receiving element, and a holder for holding the light emitting element, the first circuit board and the second circuit board in one structure. An encoder has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、発光素子と受光素子を有する第1回路基板とが別部品となり、組み立てにおいて発光素子から発せられる光の照射範囲と受光素子による受光範囲との関係を決定するための位置決めを行わなければならないという問題がある。さらに、特許文献1に記載の技術では、発光素子と第1回路基板と第2回路基板の位置決めを、別部品であるホルダを用いて行っているため、部品点数が増加して、装置構成が煩雑になる問題がある。
However, in the technique described in
本発明は、簡単な構成で、発光部と受光部との位置決めがより容易な光センサ及び光学式エンコーダユニットを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical sensor and an optical encoder unit that can be easily positioned with a light emitting unit and a light receiving unit with a simple configuration.
上記の目的を達成するための本発明の光センサは、光を発する発光部と、発光部から発せられた光を検出する受光部と、発光部が設けられる第1部分と受光部が設けられる第2部分とが一体に形成され、かつ可撓性を有する基板とを備え、第1部分と第2部分とが平行になるように基板を折り曲げ、発光部と受光部とを対向させて配置した。 In order to achieve the above object, an optical sensor of the present invention includes a light emitting unit that emits light, a light receiving unit that detects light emitted from the light emitting unit, a first portion provided with the light emitting unit, and a light receiving unit. The second portion is integrally formed and has a flexible substrate, the substrate is bent so that the first portion and the second portion are parallel, and the light emitting portion and the light receiving portion are arranged to face each other. did.
この構成によれば、発光部が設けられる第1部分と受光部が設けられる第2部分とが平行になるように基板を折り曲げるといった簡単な作業により、発光部と受光部との位置決めを容易に行うことができる。また、発光部及び受光部が同一の基板に設けられるため、光センサの構成を簡素化することができる。さらに、第1部分と第2部分とが平行になるように基板を折り曲げ、発光部と受光部とを対向させることにより、発光部の発光領域内に受光部を収めるための位置調整ならびに発光部及び受光部を基板に設ける際の位置角度に関する設計をより容易に行うことかできる。 According to this configuration, the light emitting unit and the light receiving unit can be easily positioned by a simple operation such as bending the substrate so that the first part provided with the light emitting unit and the second part provided with the light receiving unit are parallel to each other. It can be carried out. In addition, since the light emitting unit and the light receiving unit are provided on the same substrate, the configuration of the optical sensor can be simplified. Further, the substrate is bent so that the first portion and the second portion are parallel, and the light emitting portion and the light receiving portion are opposed to each other, thereby adjusting the position for accommodating the light receiving portion in the light emitting region of the light emitting portion and the light emitting portion. In addition, it is possible to more easily design the position angle when the light receiving unit is provided on the substrate.
この構成において、発光部及び受光部は、それぞれベアチップを有し、ベアチップが基板上にフリップチップ実装されても良い。この構成によれば、発光部及び受光部をパッケージ部品で構成するものに比べて、基板や光センサの小型化を実現できる。また、ベアチップが基板上にフリップチップ実装されるため、例えば、フェースアップタイプのベアチップで必要であったワイヤボンディングや樹脂による封止が不要となり、光センサの構成が簡素化される。さらに、ワイヤや封止用の樹脂がなくなるため、発光部と受光部との距離を保ちつつ、第1部分と第2部分との距離を小さくすることができ、基板や光センサの小型化を実現できる。 In this configuration, each of the light emitting unit and the light receiving unit may have a bare chip, and the bare chip may be flip-chip mounted on the substrate. According to this configuration, it is possible to reduce the size of the substrate and the optical sensor as compared with the case where the light emitting unit and the light receiving unit are configured by package parts. Further, since the bare chip is flip-chip mounted on the substrate, for example, wire bonding and resin sealing required for the face-up type bare chip are not required, and the configuration of the optical sensor is simplified. Furthermore, since there is no wire or sealing resin, the distance between the first part and the second part can be reduced while keeping the distance between the light emitting part and the light receiving part, and the substrate and the optical sensor can be downsized. realizable.
また、基板は、第1部分と第2部分とを接続する接続部を有し、接続部は、発光部又は受光部に接続される配線を有する構成としても良い。この構成によれば、発光部又は受光部に接続される配線と接続部とを一体化することができ、接続部及び当該配線を有する基板をよりコンパクトにすることができる。 Further, the substrate may have a connection portion that connects the first portion and the second portion, and the connection portion may have a wiring that is connected to the light emitting portion or the light receiving portion. According to this configuration, the wiring connected to the light emitting part or the light receiving part and the connecting part can be integrated, and the connecting part and the substrate having the wiring can be made more compact.
また、基板は、第1部分と接続部との境目及び第2部分と接続部との境目で折り曲げられる構成としても良い。この構成によれば、基板の折り曲げ箇所を明確にできるため、基板の折り曲げによる発光部と受光部との位置決めを容易に行うことができる。 In addition, the substrate may be configured to be bent at the boundary between the first portion and the connection portion and at the boundary between the second portion and the connection portion. According to this configuration, since the bent portion of the substrate can be clarified, the light emitting portion and the light receiving portion can be easily positioned by bending the substrate.
また、接続部は、第1部分及び第2部分に比して、第1部分と第2部分との間での接続部の延設方向に直交する方向であって前記基板の板面に沿う方向の幅が小さい構成としても良い。この構成によれば、接続部を挟んだ第1部分と第2部分とを含む基板の幅を一様にした場合に比して基板の面積をより小さくすることができる。このため、基板をより軽量化することができる。 Further, the connecting portion is in a direction perpendicular to the extending direction of the connecting portion between the first portion and the second portion, as compared with the first portion and the second portion, and is along the plate surface of the substrate. It is good also as a structure with a small width | variety of a direction. According to this configuration, the area of the substrate can be made smaller than when the width of the substrate including the first portion and the second portion sandwiching the connection portion is made uniform. For this reason, a board | substrate can be reduced more.
また、第1部分又は第2部分の一方は、接続部により中空に支持され、かつ、一方は、他方よりも小さい構成として良い。この構成によれば、接続部により基板単独で第1部分又は第2部分の一方を中空で支持して発光部と受光部との間の被検出領域を設けることができる。また、当該一方が他方よりも小さいことで、当該一方の重量をより軽くすることができる。このため、接続部に求められる強度等の要件をより易しい要件にすることができることに加えて、基板全体の重心を土台である他方側により近づけることができる。よって、接続部による支持をより容易に実現することができる。 Further, one of the first part and the second part may be supported hollowly by the connection portion, and one may be configured to be smaller than the other. According to this configuration, the detection region between the light emitting unit and the light receiving unit can be provided by supporting one of the first part and the second part in a hollow state by the connecting part alone with the connection part. Moreover, the weight of the said one can be made lighter because the said one is smaller than the other. For this reason, in addition to making it possible to make requirements such as strength required for the connection portion easier, the center of gravity of the entire substrate can be brought closer to the other side which is the base. Therefore, the support by the connection portion can be realized more easily.
また、基板は、発光部及び受光部に接続される配線を含むハーネス部を備えても良い。この構成によれば、ハーネス部を備える基板に発光部及び受光部を含む光センサの構成に接続される配線を纏めて設けることができる。すなわち、ハーネス部を備えることで、配線が必要な部品(回路等)から個別に配線を引き出す必要がない。このため、基板と配線とを別個に取り扱う必要がなくなり、より容易に光センサを取り扱うことができる。 Moreover, the board | substrate may be provided with the harness part containing the wiring connected to a light emission part and a light-receiving part. According to this structure, the wiring connected to the structure of the optical sensor containing a light emission part and a light-receiving part can be collectively provided in the board | substrate provided with a harness part. That is, by providing the harness portion, it is not necessary to individually draw out wiring from components (circuits or the like) that require wiring. For this reason, it is not necessary to handle the substrate and the wiring separately, and the optical sensor can be handled more easily.
また、本発明の光学式エンコーダユニットは、光センサと、発光部と受光部との間に介在され、偏光方向が回転により変化する光学スケールとを備えたことを特徴とする。この構成によれば、発光部と受光部との位置決めを容易に行うことができるため、装置構成を簡素化した光学式エンコーダユニットを実現できる。 The optical encoder unit according to the present invention includes an optical sensor and an optical scale that is interposed between the light emitting unit and the light receiving unit and whose polarization direction changes by rotation. According to this configuration, since the light emitting unit and the light receiving unit can be easily positioned, an optical encoder unit with a simplified device configuration can be realized.
本発明によれば、発光部が設けられる第1部分と受光部が設けられる第2部分とが平行になるように基板を折り曲げるといった簡単な作業により、発光部と受光部との位置決めを容易に行うことができる。また、発光部及び受光部が同一の基板に設けられるため、光センサ及び光学式エンコーダユニットの構成を簡素化することができる。 According to the present invention, the light emitting unit and the light receiving unit can be easily positioned by a simple operation such as bending the substrate so that the first part provided with the light emitting unit and the second part provided with the light receiving unit are parallel to each other. It can be carried out. Further, since the light emitting unit and the light receiving unit are provided on the same substrate, the configuration of the optical sensor and the optical encoder unit can be simplified.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
図1は、本実施形態に係る光学式エンコーダユニット31の構成図である。図2は、光学式エンコーダユニット31の外観斜視図である。図1は、図2の断面模式図である。図3は、発光部41、光学スケール11及び受光部35の配置の一例を説明する説明図である。図4は、本実施形態に係る光学式エンコーダ2のブロック図である。図5は、光学スケール11のパターンの一例を示す説明図である。光学式エンコーダユニット31は、モータ等の回転機械に連結されたシャフト12を有するロータ10と、ステータ20と、信号パターンを読み取り可能な光センサ40とを有している。
FIG. 1 is a configuration diagram of an
ロータ10は、図1に示すように、回転軸となるシャフト12と、このシャフト12の端部に取り付けられる光学スケール11とを備える。光学スケール11は、円板形状又は多角形形状を呈し、例えば、シリコン、ガラス、高分子材料などで形成されている。光学スケール11は円輪状もしくは中空であってもよい。図5に示す光学スケール11は、信号トラックT1を一方の板面に有している。光学スケール11は、傾斜していても傾斜角度が小さい場合には偏光分離の機能に影響がない。すなわち、光学スケール11は、回転中心Zr(図1)と直交する平面に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
As shown in FIG. 1, the
ステータ20は、シャフト12を支持する軸受26a,26bと、シャフト12と、シャフト12の端部に取り付けられた光学スケール11と、光センサ40とを囲む、遮光性の部材でできている。このため、ステータ20の内部では、外来の光ノイズを抑制できる。ステータ20は、図2に示すように、ボディ21と、シャシ22と、カバー23とを備えている。ボディ21は、軸受26a,26bを介してシャフト12を回転可能に支持する。ボディ21の内周が軸受26a,26bの外輪に固定されており、シャフト12の外周が軸受26a,26bの内輪に固定されている。シャフト12がモータ等回転機械からの回転により回転すると、シャフト12に連動して光学スケール11が回転中心Zrを軸中心として回転する。光センサ40は、詳細は後述するが、シャシ22に固定されてボディ21内に収容されており、ロータ10が回転すると、光学スケール11の信号トラックT1(図5)が光センサ40に対して相対的に移動する。続いて、光センサ40について説明する。
The
図6は、光センサ40の一例を示す斜視図である。図7は、基板50を折り曲げる前の状態を示す光センサ40の平面図である。図8は、光センサ40の部分拡大図である。図9は、ステータ20のボディ21の一例を示す斜視図である。図10は、ステータ20のシャシ22の一例を示す斜視図である。図11は、回路実装前の基板の一例を示す平面図である。図12は、被検出領域に光学スケール11を設けるためのステータ20の組み立ての一例を示す図である。光センサ40は、光を発生させる発光部41と、被検出領域を挟んで発光部41により発生した光を検出する受光部35と、発光部41及び受光部35が設けられる基板50とを備える。なお、被検出領域とは、発光部41と受光部35との間の領域である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the
基板50は、図6及び図7に示すように、半円弧状の第1部分51と、円板状の第2部分52とを含む一つの基板である。本実施形態では、発光部41は第1部分51に設けられ、受光部35は第2部分52に設けられている。基板50は、例えばフレキシブルプリント基板(Flexible printed circuits:FPC)からなり、発光部41及び受光部35を含む各種の回路(例えば図6に示す回路60〜62等)が実装されている。より具体的には、FPCは、例えばポリイミド膜又はフォトソルダーレジスト膜からなる絶縁体をベースフィルムとして、ベースフィルム上に接着層及び導体層を形成し、導体層のうち端子部(はんだ付け部を含む)を除く部分を絶縁体で被覆した可撓性を有する配線基板である。導体層は、銅等の電気伝導体からなり、導体層のパターンにより各種の回路等の部品に接続される信号線及び電力線が設けられる。本発明に採用可能なフレキシブル基板の具体的構成は、これに限られるものでなく適宜変更可能である。回路60〜62は、例えば後述する図19に示すプリアンプAMP、差動演算回路DS、フィルター回路NR、逓倍回路AP等を構成する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
基板50は、第1部分51と第2部分52とを接続する接続部53を有する。具体的には、図6及び図7に示すように、接続部53は、第1部分51と第2部分52との間で、第1部分51の円弧の外周部と第2部分52の円弧の外周部とを接続するよう設けられている。接続部53は、発光部41(又は受光部35)に接続される配線(図示略)を有する。本実施形態では、接続部53は、発光部41に接続される信号線、電力線及びGND線(接地線)を具備する。具体的には、接続部53の配線は、例えばFPCに実装された信号線、電力線及びGND線として設けられている。このため、これら信号線、電力線及びGND線を受光部35と共通化することもできる。なお、本実施形態の接続部53には回路が設けられていないが、接続部53に回路等の部品を設けることもできる。
The
図6及び図7に示すように、本実施形態の接続部53は、第1部分51及び第2部分52に比して、第1部分51と第2部分52との間での接続部53の延設方向に直交する方向であって基板50の板面に沿う方向の幅が小さい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the connecting
基板50は、発光部41及び受光部35に接続される配線を含むハーネス部54を備える。具体的には、図6及び図7に示すように、ハーネス部54は、第1部分51から接続部53の反対側に延出されるよう設けられている。ハーネス部54は、発光部41、受光部35及び基板50に設けられた各種の回路に接続される信号線及び電力線を具備する。具体的には、ハーネス部54の配線は、例えばFPCに実装された信号線及び電力線として設けられている。本実施形態では、発光部41の配線は、第1部分51、接続部53及びハーネス部54に設けられている。また、受光部35の配線は、第2部分52及びハーネス部54に設けられている。このような構成とすることで、基板50に対して新たにハーネス部を接続する必要がなくなるため、接続信頼性の向上が見込まれる。また、第1部分51と第2部分52とを別体(別基板)とした場合、それぞれの基板からハーネス部を引き出す必要があったが、本構成の場合、第1部分51からすべての配線を接続できるため、組込み性の向上を図ることができる。
The
また、ハーネス部54は、例えば図1に示すように、コネクタCNTと接続されている。コネクタCNTは、光学式エンコーダユニット31と他の装置(例えば演算装置3)とを接続するインターフェースである。光学式エンコーダユニット31は、コネクタCNTを介して演算装置3と接続されている。すなわち、ハーネス部54は、基板50に設けられた各種の回路と他の装置(例えば演算装置3)とを接続する配線として機能する。なお、ハーネス部54に回路等の部品を設けてもよい。
Moreover, the
基板50は、第1部分51と第2部分52とが平行になるよう設けられる。具体的には、基板50は、図1及び図6に示すように、発光部41と受光部35とが対向する形状(コの字状)に折り曲げられる。本実施形態では、基板50は、所定位置として、第1部分51と接続部53との境目55a及び第2部分52と接続部53との境目55bで折り曲げられる。すなわち、本実施形態の基板50は、接続部53に対して第1部分51及び第2部分52が直角になるよう折り曲げられ、かつ、第1部分51と第2部分52とが対向する位置に存する。発光部41及び受光部35は、基板50を境目55a,55bで直角に折り曲げた際に、第1部分51と第2部分52を貫通する法線(図示略)上に対向した位置になるように、予め第1部分51,第2部分52に設けられている。このため、所定の折り曲げ箇所である境目55a,55bを折り曲げるだけで、発光部41と受光部35を所定の位置に配置することができる。なお、本構成において、平行は、第1部分51と第2部分52とが完全に平行である状態のみならず、発光部41から発せられた光を受光部35が十分に検出できる程度の傾きを含むものとする。
The
第1部分51において発光部41が設けられる側の面と、第2部分52において受光部35が設けられる側の面とは、基板50における同一の面である。発光部41が設けられる側の面と受光部35が設けられる側の面とが対向するよう設けられることで、発光部41と受光部35との位置関係は、図3等に示すように、発光部41により発せられた光が受光部35により検出可能な位置関係になる。また、対向する発光部41と受光部35の間の領域が被検出領域になる。
The surface on the side where the
第1部分51又は第2部分52の一方は、接続部53により中空に支持され、一方は、他方よりも小さい。具体的には、図6に示すように、発光部41が設けられた第1部分51は、接続部53により中空に支持されている。また、図6及び図7に示すように、第1部分51は、第2部分52よりも小さい。より具体的には、本実施形態における円弧状の第1部分51の径は、円状の第2部分52の径と略同一である。ただし、第1部分51は半円弧状であり、半円状のFPCの内周側に半円状の切欠部51aが設けられている。このため、基板50に占める第1部分51の面積は、第2部分52の面積よりも小さい。
One of the
本実施形態では、図8に示すように、発光部41は発光素子ベアチップ63を備え、受光部35は、受光素子ベアチップ65を備えて構成される。一般に、ベアチップは、パッケージ部品よりも小型であるため、発光部41及び受光部35にベアチップを採用することで、基板50や光センサ40の小型化を実現できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
ベアチップを基板に実装する方法として、チップ表面電極にワイヤボンディングして、基板と接続する技術がある。しかし、本構成の光センサ40は、基板50の第1部分51と第2部分52とが平行になるように折り曲げ、第1部分51に設けた発光部41と第2部分52に設けた受光部35とを対向させている。さらに、発光部41と受光部35との間の被検出領域に光学スケール11が介在する構造となっている。このため、ワイヤボンディングによりベアチップを実装する方法を採用した場合、ワイヤは、数十(μm)と非常に細く、外力に弱いため、ワイヤが露出すると、光センサ40の組み付け時における光学スケール11との干渉によって、ワイヤの断線等が懸念される。また、ワイヤ部分を封止樹脂により保護する場合にも、封止する対象が光学素子であるため、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65に覆いかぶさるように樹脂で封止することは難しいという問題がある。
As a method for mounting the bare chip on the substrate, there is a technique of wire bonding to the chip surface electrode and connecting to the substrate. However, the
このため、本構成では、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65は、それぞれ基板50への配置面63a,65aに、はんだで形成されたバンプ64,66を備える。一方、基板50には、第1部分51及び第2部分52の各配置対象面51b、52bにおける目標配置位置に、それぞれランド部67,68が設けられている。発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65を基板50に実装する場合には、基板50は、図7に示すように、折り曲げがなされる前に行われる。すなわち、基板50における同一側の面である各配置対象面51b、52bと、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65の各配置面63a,65aとを対向させて、該配置対象面51b、52bに発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65をそれぞれ配置する。この場合、配置対象面51b、52bに設けられたランド部67,68(図8)の位置に、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のバンプ64,66の位置を合致させる。この状態で、基板50、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65をリフロー炉に投入して加熱することにより、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のバンプ64,66が配置対象面51b、52bに設けられたランド部67,68に溶着されることで、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のはんだ付け実装(フリップチップ実装)がなされる。これによれば、フェースアップタイプのベアチップで必要であったワイヤボンディングや樹脂による封止が不要となり、光センサ40の構成が簡素化される。さらに、ワイヤや封止用の樹脂がなくなるため、発光素子ベアチップ63と受光素子ベアチップ65との間(被検出領域)の距離を保ちつつ、第1部分51及び第2部分52の各配置対象面51b,52b間の距離を小さくすることができ、基板50や光センサ40の小型化を実現できる。また、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65が基板50に実装されるため、この基板50の第1部分51及び第2部分52が平行になるように、上記した境目55a,55bで折り曲げることで、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65の位置決めを簡単に行うことができる。
For this reason, in this configuration, the light emitting element
図9及び図10に示すように、ボディ21は、基板50が設けられたシャシ22をボディ21に取り付けるための開口部21aを有する。シャシ22は、基板50の第2部分52のうち、受光部35が設けられた側の反対側の面(裏面)の少なくとも一部分と当接して基板50を支持する。具体的には、基板50の裏面には、光学式エンコーダユニット31を構成する部品としての集積回路(例えばQFNパッケージのIC)が設けられている。シャシ22は、裏面の集積回路を外側から覆うとともに基板50の裏面の外周部と当接して基板50を支持する。コの字状に折り曲げられた基板50の接続部53は、シャシ22に支持された第2部分52から立設するように位置する。このように、本実施形態では、基板50は、シャシ22に固定されている。カバー23は、ステータ20の円筒状の外周面の一部を形成する部材である。カバー23は、ボディ21の開口部21a側、すなわち、シャシ22からハーネス部54が延出される切欠部21bの反対側に設けられる。ボディ21とシャシ22とが組み付けられた状態で、さらにカバー23が開口部21aを覆うように組み付けられることで、ボディ21、シャシ22及びカバー23は円筒状のステータ20を形成し、ステータ20の内部を外部の光ノイズから遮光する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
光学式エンコーダユニット31において、上述したロータ10のシャフト12が回転すると、図3に示すように、光学スケール11が、例えばR方向に受光部35に対して相対的に移動する。これにより、光学スケール11の信号トラックT1が受光部35に対して相対的に移動する。光学スケール11は、面内における偏光子の偏光方向Pmが所定の方向を向いており、かつ偏光方向Pmが回転により変化する。受光部35は、発光部41の光源光71が光学スケール11に透過して入射する入射光(透過光)73を受光して、図5に示す光学スケール11の信号トラックT1を読み取ることができる。
In the
光学式エンコーダ2は、上述した光学式エンコーダユニット31と、演算装置3と、を備えており、図4に示すように、光学式エンコーダユニット31と、演算装置3とが接続されている。演算装置3は、例えばモータ等の回転機械の制御部5と接続されている。
The
光学式エンコーダ2は、光学スケール11に光源光71が透過して入射する入射光73を受光部35で検出する。演算装置3は、受光部35の検出信号から光学式エンコーダユニット31のロータ10と受光部35との相対位置を演算し、相対位置の情報を制御信号として、モータ等の回転機械の制御部5へ出力する。
In the
演算装置3は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)等のコンピュータであり、入力インターフェース4aと、出力インターフェース4bと、CPU(Central Processing Unit)4cと、ROM(Read Only Memory)4dと、RAM(Random Access Memory)4eと、内部記憶装置4fと、を含んでいる。入力インターフェース4a、出力インターフェース4b、CPU4c、ROM4d、RAM4e及び内部記憶装置4fは、内部バスで接続されている。なお、演算装置3は、専用の処理回路で構成してもよい。
The arithmetic device 3 is a computer such as a personal computer (PC), for example, and includes an
入力インターフェース4aは、光学式エンコーダユニット31の受光部35からの入力信号を受け取り、CPU4cに出力する。出力インターフェース4bは、CPU4cから制御信号を受け取り、制御部5に出力する。
The
ROM4dには、BIOS(Basic Input Output System)等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置4fは、例えばHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。CPU4cは、RAM4eをワークエリアとして使用しながらROM4dや内部記憶装置4fに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
A program such as BIOS (Basic Input Output System) is stored in the ROM 4d. The internal storage device 4f is, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, or the like, and stores an operating system program and application programs. The CPU 4c implements various functions by executing programs stored in the ROM 4d and the internal storage device 4f while using the
内部記憶装置4fには、光学スケール11による偏光方向Pmと受光部35の出力とを対応付けたデータベースが記憶されている。または、内部記憶装置4fには、後述する距離Dの値と、光学スケール11の位置情報とを対応付けたデータベースが記憶されている。
The internal storage device 4f stores a database in which the polarization direction Pm of the
図5に示す信号トラックT1は、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線(ワイヤー)gの配列が図1に示す光学スケール11に形成されている。光学スケール11は、信号トラックT1として、隣り合う金属細線gを平行に直線的に配置している。このため、光学スケール11は、光源光71が照射される位置によらず同じ偏光軸となり、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている。
In the signal track T1 shown in FIG. 5, an array of fine metal wires (wires) g called a wire grid pattern is formed on the
また、ワイヤーグリッドパターンとよばれる金属細線gを有する光学スケール11は、光誘起の偏光板に比較して、耐熱性を高めることができる。また、光学スケール11は、局所的にも、交差するような部分のないラインパターンとなっているため、高精度で誤差の少ない光学スケール11とすることができる。また、光学スケール11は、一括した露光またはナノインプリント技術により安定して製造することもできるため、高精度で誤差の少ない光学スケール11とすることができる。なお、光学スケール11は、光誘起の偏光板としてもよい。
In addition, the
複数の金属細線gは、交差せず配置されている。隣り合う金属細線gの間は、光源光71の全部又は一部が透過可能な透過領域dである。金属細線gの幅及び隣り合う金属細線gの間隔、つまり金属細線gの幅及び透過領域dの幅は、発光部41の光源光71の波長より十分小さくする場合、光学スケール11は、光源光71の入射光73を偏光分離することができる。このため、光学スケール11は、面内における偏光方向Pmが一様な偏光子を有している。光学スケール11は、回転する周方向において、受光部35へ入射する入射光73の偏光軸が光学スケール11の回転に応じて変化する。本実施形態において、偏光軸の変化は、光学スケール11の1回転に対して2回の増減を繰り返すことになる。
The plurality of fine metal wires g are arranged without intersecting. Between adjacent metal fine wires g is a transmission region d through which all or part of the light source light 71 can be transmitted. When the width of the fine metal wire g and the interval between the adjacent fine metal wires g, that is, the width of the fine metal wire g and the width of the transmission region d are sufficiently smaller than the wavelength of the light source light 71 of the
光学スケール11は、偏光方向の異なるセグメントを細かくする必要がない。そして、光学スケール11は、一様な偏光方向Pmを有しているため、偏光方向Pmの異なる領域の境界がなく、この境界による入射光73の偏光状態の乱れを抑制できる。本実施形態の光学式エンコーダ2は、誤検出またはノイズを生じさせる可能性を低減することができる。
The
図13は、受光部35の一例を説明するための説明図である。図14は、受光部35の第1受光部PD1の一例を説明するための説明図である。図15は、本実施形態に係る受光部35の第3受光部PD3の一例を説明するための説明図である。図3及び図13に示すように、受光部35は、ユニット基材30の表面30b上に、偏光層PP1を有する第1受光部PD1と、偏光層PP2を有する第2受光部PD2と、偏光層PP3を有する第3受光部PD3と、偏光層PP4を有する第4受光部PD4とを含む。これら第1受光部PD1〜第4受光部PD4は、上記した受光素子ベアチップ65(図8参照)を備えて構成される。この場合、受光素子ベアチップ65を基板50の第2部分52に実装する際に、第1受光部PD1〜第4受光部PD4の偏光方向がそれぞれ異なるように、あらかじめ位置決めされて実装されている。図13に示すように、平面視で第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4は、ユニット基材30の表面30bの配置中心S0から等距離に配置されている。
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining an example of the
発光部41は、例えば発光ダイオード、半導体レーザ光源である。図3に示すように、発光部41から照射される光源光71は、上述した光学スケール11を透過して、入射光73として、偏光層PP1、偏光層PP2、偏光層PP3及び偏光層PP4を透過し、第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4に入射する。
The
図3に示すように、第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4のそれぞれから配置中心S0までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるCPU4cの演算負荷を軽減することができる。 As shown in FIG. 3, it is preferable that the distances from the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 to the arrangement center S0 are equal. With this structure, it is possible to reduce the calculation load on the CPU 4c which is the calculation means.
また、第1受光部PD1が配置中心S0を介して第3受光部PD3と点対称の位置に配置され、第2受光部PD2が配置中心S0を介して第4受光部PD4と点対称の位置に配置されている。第1受光部PD1が配置中心S0を介して第3受光部PD3と距離W離して配置されており、第2受光部PD2が配置中心S0を介して第4受光部PD4と距離W離して配置されている。なお、第1受光部PD1、第3受光部PD3、第2受光部PD2及び第4受光部PD4が有する幅wがあり、距離Wは、幅2wより小さくならない制約がある。本実施形態では、第1受光部PD1、配置中心S0及び第3受光部PD3を通過するユニット基材30の表面30b上の仮想軸をx軸とし、第2受光部PD2、配置中心S0及び第4受光部PD4を通過するユニット基材30の表面30b上の仮想軸をy軸とする。図13において、x軸はy軸とユニット基材30の表面30b上で直交している。図3に示すように、発光部41の出射面と、配置中心S0との距離をDとする。x軸とy軸とによるxy平面は、発光部41の出射面と配置中心S0とを結ぶz軸と直交している。
Further, the first light receiving part PD1 is arranged at a point-symmetrical position with respect to the third light receiving part PD3 via the arrangement center S0, and the second light receiving part PD2 is point-symmetrical with the fourth light receiving part PD4 via the arrangement center S0. Is arranged. The first light receiving unit PD1 is arranged at a distance W from the third light receiving unit PD3 via the arrangement center S0, and the second light receiving unit PD2 is arranged at a distance W from the fourth light receiving unit PD4 through the arrangement center S0. Has been. Note that there is a width w that the first light receiving part PD1, the third light receiving part PD3, the second light receiving part PD2, and the fourth light receiving part PD4 have, and there is a restriction that the distance W is not smaller than the width 2w. In the present embodiment, the virtual axis on the
図3に示すように、z軸方向から平面視でみると、第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4のそれぞれが発光部41の周囲に配置されている。第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4のそれぞれから配置中心S0までの距離を等しくすることが好ましい。この構造により、演算手段であるCPU4cの演算負荷を軽減することができる。
As shown in FIG. 3, each of the first light receiving unit PD1, the second light receiving unit PD2, the third light receiving unit PD3, and the fourth light receiving unit PD4 is arranged around the
図14に示すように、第1受光部PD1は、シリコン基板34と、受光半導体37と、第1偏光層39aとを含む。また、図15に示すように、第3受光部PD3は、シリコン基板34と、受光半導体37と、第2偏光層39bとを含む。例えば、シリコン基板34はn型半導体であり、受光半導体37はp型半導体であり、シリコン基板34と受光半導体37とによりPN接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。第1偏光層39a及び第2偏光層39bは、光誘起の偏光層、または金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第1偏光層39aは、図3に示す光学スケール11に光源光71から入射する入射光73を第1の偏光方向に分離し、第2偏光層39bは、上記入射光73を第2の偏光方向に分離する。これら第1の分離光の偏光軸と、第2の分離光の偏光軸とは、相対的に90°異なることが好ましい。この構成により、演算装置3のCPU4cは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
As shown in FIG. 14, the first light receiving portion PD1 includes a
同様に、図14及び図15を用いて説明すると、第2受光部PD2は、シリコン基板34と、受光半導体37と、第1偏光層39aとを含む。また、図15に示すように、第4受光部PD4は、シリコン基板34と、受光半導体37と、第2偏光層39bとを含む。例えば、シリコン基板34はn型半導体であり、受光半導体37はp型半導体であり、シリコン基板34と受光半導体37とによりPN接合で形成されたフォトダイオードを構成することができる。第1偏光層39a及び第2偏光層39bは、光誘起の偏光層、または金属細線を平行に配列したワイヤーグリッドパターン等で形成することができる。第1偏光層39aは、図3に示す光学スケール11に光源光71から入射する入射光73を第1の偏光方向に分離し、第2偏光層39bは、上記入射光73を第2の偏光方向に分離する。これら第1の分離光の偏光軸と、第2の分離光の偏光軸とは、相対的に90°異なることが好ましい。この構成により、演算装置3のCPU4cは、偏光角度の演算を容易とすることができる。
Similarly, with reference to FIGS. 14 and 15, the second light receiving portion PD2 includes a
第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4は、入射光73をそれぞれ異なる偏光方向に分離する偏光層PP1、PP2、PP3及びPP4を介して受光する。このため、偏光層PP1が分離する偏光軸と、偏光層PP2が分離する偏光軸とは、相対的に45°異なることが好ましい。偏光層PP2が分離する偏光軸と、偏光層PP3が分離する偏光軸とは、相対的に45°異なることが好ましい。偏光層PP3が分離する偏光軸と、偏光層PP4が分離する偏光軸とは、相対的に45°異なることが好ましい。偏光層PP4が分離する偏光軸と、偏光層PP1が分離する偏光軸とは、相対的に45°異なることが好ましい。この構成により、演算装置3のCPU4cは、偏光角度の演算を容易とすることができる。 The first light receiving unit PD1, the second light receiving unit PD2, the third light receiving unit PD3, and the fourth light receiving unit PD4 receive the incident light 73 through the polarization layers PP1, PP2, PP3, and PP4 that separate the different polarization directions, respectively. . For this reason, it is preferable that the polarization axis separated by the polarizing layer PP1 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP2 are relatively different by 45 °. It is preferable that the polarization axis separated by the polarizing layer PP2 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP3 are relatively different by 45 °. It is preferable that the polarization axis separated by the polarizing layer PP3 and the polarization axis separated by the polarizing layer PP4 are relatively different by 45 °. It is preferable that the polarization axis separated by the polarization layer PP4 and the polarization axis separated by the polarization layer PP1 are relatively different by 45 °. With this configuration, the CPU 4c of the arithmetic device 3 can easily calculate the polarization angle.
図16、図17及び図18は、本実施形態に係る光学スケール11による偏光成分の分離を説明するための説明図である。図16のように、光学スケール11の信号トラックT1により偏光方向Pmに偏光された入射光が入射する。図16において、センシング範囲には、異物D1及び異物D2がある。入射光の偏光方向Pmは、上述した第1の偏光方向の成分の光強度PI(−)と、第2の偏光方向の成分の光強度PI(+)と、で表現することができる。上述したように、第1の偏光方向と、第2の偏光方向とは、90°異なる方向であることが好ましく、基準方向に対して例えば+45°成分と−45°成分のようになっている。図16、図17及び図18において、ワイヤーグリッドの軸方向は、紙面に対して平行に示されているが、紙面に対して同一の角度で傾斜していても傾斜角度が小さい場合には偏光分離の機能に影響がない。すなわち、光学スケール11は、回転軸に対して傾斜していても、偏光分離素子として機能する。
16, FIG. 17 and FIG. 18 are explanatory diagrams for explaining the separation of polarization components by the
第1受光部PD1は、図17に示すように、入射光を第1の偏光方向に分離する第1偏光層39aを介して検知するため、第1の偏光方向の成分の光強度PI(−)を検知する。第3受光部PD3は、図18に示すように、入射光を第2の偏光方向に分離する第2偏光層39bを介して検知するため、第2の偏光方向の成分の光強度PI(+)を検知する。同様に、第2受光部PD2は、図17に示すように、入射光を第1の偏光方向に分離する第1偏光層39aを介して検知するため、第1の偏光方向の成分の光強度PI(−)を検知する。第4受光部PD4は、図18に示すように、入射光を第2の偏光方向に分離する第2偏光層39bを介して検知するため、第2の偏光方向の成分の光強度PI(+)を検知する。
As shown in FIG. 17, the first light receiving unit PD1 detects incident light through the first
図19は、本実施形態に係る光学式エンコーダ2の機能ブロック図である。図20は、本実施形態に係る光学スケール11の回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化を説明するための説明図である。図19に示すように、発光部41は、基準信号に基づいた発光を行い、光学スケール11に光源光71を照射する。透過光である入射光73は、受光部35に受光される。差動演算回路DSは、受光部35から出力されてプリアンプAMPにより増幅された検出信号を用いた差動演算処理を行う。受光部35の出力の大きさに応じてプリアンプAMPは省略可能である。
FIG. 19 is a functional block diagram of the
差動演算回路DSは、受光部35の検出信号である、第1の偏光方向の成分(第1分離光)の光強度PI(−)と、第2の偏光方向の成分(第2分離光)の光強度PI(+)とを取得する。この光強度PI(−)と、光強度PI(+)とに対応する、第1受光部PD1、第2受光部PD2、第3受光部PD3及び第4受光部PD4のそれぞれの出力は、例えば、図19のように、光学スケール11の回転に応じて、位相がずれた光強度I1、I2、I3及びI4である。
The differential arithmetic circuit DS detects the light intensity PI (−) of the first polarization direction component (first separated light) and the second polarization direction component (second separated light), which are detection signals of the light receiving unit 35. ) Of the light intensity PI (+). The respective outputs of the first light receiving part PD1, the second light receiving part PD2, the third light receiving part PD3, and the fourth light receiving part PD4 corresponding to the light intensity PI (−) and the light intensity PI (+) are, for example, As shown in FIG. 19, the light intensities I1, I2, I3, and I4 are out of phase according to the rotation of the
差動演算回路DSは、式(1)及び式(2)に従って、第1の偏光方向の成分の光強度PI(−)及び第2の偏光方向の成分の光強度PI(+)から、光学スケール11の回転に依存した差動信号Vc及びVsを演算する。
Vc=(I1−I3)/(I1+I3)…(1)
Vs=(I2−I4)/(I2+I4)…(2)
The differential arithmetic circuit DS calculates the optical intensity from the light intensity PI (−) of the component in the first polarization direction and the light intensity PI (+) of the component in the second polarization direction according to the expressions (1) and (2). The differential signals Vc and Vs depending on the rotation of the
Vc = (I1-I3) / (I1 + I3) (1)
Vs = (I2-I4) / (I2 + I4) (2)
このように、差動演算回路DSは、光強度I1及び光強度I3に基づいて、光強度の和[I1+I3]と、光強度の差[I1−I3]を演算し、光強度の差[I1−I3]を光強度の和[I1+I3]で除した差動信号Vcを演算する。また、差動演算回路DSは、光強度I2及び光強度I4に基づいて、光強度の和[I2+I4]と、光強度の差[I2−I4]を演算し、光強度の差[I2−I4]を光強度の和[I2+I4]で除した差動信号Vsを演算する。式(1)及び式(2)により演算した差動信号Vc及びVsには、光源光71の光強度の影響を受けるパラメータが含まれておらず、光学式エンコーダユニット31の出力は、受光部35と光学スケール11との距離、発光部41の光強度のばらつき等の影響を低減することができる。差動信号Vc及びVsは、光学スケール11の回転角度となる光学スケール11の偏光軸の回転角度(以下、偏光角という)βの関数となる。ただし、発光部41に設けられた光源の光量を一定に制御するオートパワーコントロール(APC)を備えている場合は、上述の除算は不要である。
In this way, the differential operation circuit DS calculates the light intensity sum [I1 + I3] and the light intensity difference [I1-I3] based on the light intensity I1 and the light intensity I3, and the light intensity difference [I1 -I3] is divided by the sum of light intensities [I1 + I3] to calculate a differential signal Vc. Further, the differential operation circuit DS calculates the light intensity sum [I2 + I4] and the light intensity difference [I2-I4] based on the light intensity I2 and the light intensity I4, and the light intensity difference [I2-I4]. ] Is calculated by dividing the light intensity by the sum [I2 + I4] of the light intensity. The differential signals Vc and Vs calculated by the equations (1) and (2) do not include a parameter affected by the light intensity of the light source light 71, and the output of the
図19に示すように、差動信号Vc及びVsは、フィルター回路NRに入力され、ノイズ除去される。次に、逓倍回路APでは、差動信号Vc及びVsから図21に示すリサージュパターンを演算し、初期位置から回転したロータ10の回転角度の絶対角度を特定することができる。差動信号Vc及びVsは、λ/4位相がずれた差動信号であるので、差動信号Vcのコサインカーブを横軸へ、差動信号Vsのサインカーブを縦軸にとったリサージュパターンを演算し、回転角度に応じて、リサージュ角が定まることになる。例えば、図21に示すリサージュパターンは、ロータ10が1回転すると2周する。演算装置3は、光学スケール11の回転位置が0°以上180°未満の範囲にあるか、180°以上360°未満の範囲にあるかを記憶する機能を有する。これにより、光学式エンコーダ2は、ロータ10の絶対位置が演算できるアブソリュートエンコーダとすることができる。
As shown in FIG. 19, the differential signals Vc and Vs are input to the filter circuit NR and noise is removed. Next, the multiplication circuit AP can calculate the Lissajous pattern shown in FIG. 21 from the differential signals Vc and Vs, and can specify the absolute angle of the rotation angle of the
次に、光学式エンコーダユニット31の製造方法について説明する。まず、発光部41が設けられる第1部分51と、受光部35が設けられる第2部分52とが一体である基板50を有する光センサ40を形成する。具体的には、例えば図11に示すように、半円弧状の第1部分51と、円状の第2部分52と、第1部分51と第2部分52とを接続する接続部53と、第1部分51から接続部53の反対側に延出されたハーネス部54とを有するFPCを形成する。この工程で、後の工程で基板50に実装される各種の回路に接続される信号線及び電力線等の配線が当該FPCに形成される。
Next, a method for manufacturing the
次に、基板50に光センサ40を構成する各種の回路を設ける。具体的には、図7に示すように、基板50の第1部分51に発光部41を設け、基板50の第2部分52に受光部35を設ける。本実施形態では、発光部41及び受光部35は、それぞれ発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65を備えて構成され、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65は、図7に示すように、折り曲げがなされる前に実装される。具体的には、基板50における同一側の面である各配置対象面51b、52bに設けられたランド部の位置に、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のバンプの位置を合致させて、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65を各配置対象面51b、52bに配置する。そして、この状態で、基板50、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65をリフロー炉に投入して加熱することにより、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のバンプが配置対象面51b、52bに設けられたランド部に溶着されることで、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65のはんだ付け実装(フリップチップ実装)がなされる。また、本実施形態では、第2部分52には、4つの受光素子ベアチップ65が、例えば、二行二列の碁盤目状に実装される。この場合、これら受光素子ベアチップ65が備える偏光層の偏光方向が、例えば45°ずつ異なるように配置することが好ましい。この他、前の工程で設けられた配線に応じて、センサを構成する各種の部品をこの工程で設ける。
Next, various circuits constituting the
次に、発光部41と受光部35とを対向させるように基板50を折り曲げる。具体的には、例えば図6に示すように、第1部分51と第2部分52とが平行になるようにコの字状に折り曲げられる。これにより、予め実装された発光部41(発光素子ベアチップ63)と受光部35(受光素子ベアチップ65)とが、位置決めされた状態で対向して配置される。
Next, the
次に、ステータ20の円柱状の外周面のうち光学スケール11が設けられた位置において、光学スケール11の板面に沿った方向に基板50を挿入可能な開口部を設け、当該開口部に基板50が進入することで被検出領域に光学スケール11が設けられるようにする。この場合、基板50は、開口部に対してハーネス部54側から挿入されることで進入する。また、光学スケール11のうちロータ10が延出している側に半円弧状の第1部分51が進入し、光学スケール11のうちロータ10が延出していない側に円状の第2部分52が進入する。より具体的には、図12に示すように、第2部分52が固定されたシャシ22と、ロータ10が回転可能に設けられたボディ21とを、第1部分51及び第2部分52並びに光学スケール11が略平行となり、かつ、光学スケール11が第1部分51と第2部分52との間の被検出領域に位置する位置関係とする。すなわち、第1部分51及び第2部分52並びに光学スケール11が所定の平面に沿う位置関係とする。この位置関係で、ボディ21の開口部21aからシャシ22が入り込むよう、所定の平面に沿ってボディ21とシャシ22とを近接、当接させてボディ21とシャシ22とを組み立てる。これにより、被検出領域に光学スケール11が設けられる。ハーネス部54は、ボディ21の開口部21aと反対側に設けられた切欠部21bから延出する。その後、ボディ21の開口部21aを覆うようにカバー23を取り付ける。なお、図12では、受光部35等の一部の回路の図示を省略しているが、実際には既に受光部35を含む各種の回路が実装済みである。なお、シャシ22とカバー23とは一体であってもよい。
Next, an opening through which the
以上説明したように、本実施形態によれば、光を発する発光部41と、発光部41から発せられた光を検出する受光部35と、発光部41が設けられる第1部分51と受光部35が設けられる第2部分52とが一体に形成され、かつ可撓性を有する基板50とを備え、第1部分51と第2部分52とが平行になるように基板50を折り曲げ、発光部41と受光部35とを対向させて配置したため、第1部分51と第2部分52とが平行になるように基板50を折り曲げるといった簡単な作業により、発光部41と受光部35との位置決めを容易に行うことができる。また、発光部41及び受光部35が同一の基板50に設けられるため、光センサ40の構成を簡素化することができる。さらに、第1部分51と第2部分52とが平行になるように基板50を境目55a、55bで折り曲げ、発光部41と受光部35とを対向させることにより、発光部41の発光領域内に受光部35を収めるための位置調整ならびに発光部41及び受光部35を基板50に設ける際の位置角度に関する設計をより容易に行うことかできる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、発光部41は、発光素子ベアチップ63を有し、受光部35は、受光素子ベアチップ65を有し、これらベアチップが基板50上にフリップチップ実装されているため、発光部41及び受光部35をパッケージ部品で構成するものに比べて、基板50や光センサ40の小型化を実現できる。また、発光素子ベアチップ63及び受光素子ベアチップ65が基板50上にフリップチップ実装されるため、例えば、フェースアップタイプのベアチップで必要であったワイヤボンディングや樹脂による封止が不要となり、光センサ40の構成が簡素化される。さらに、ワイヤや封止用の樹脂がなくなるため、発光部41と受光部35との保ちつつ、第1部分51と第2部分52との距離を小さくすることができ、基板50や光センサ40の小型化を実現できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、基板50は、第1部分51と第2部分52とを接続する接続部53を有し、接続部53は、発光部41又は受光部35に接続される配線を有するため、発光部41又は受光部35に接続される配線と接続部53とを一体化することができ、接続部53及び当該配線を有する基板50をよりコンパクトにすることができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、基板50は、第1部分51と接続部53との境目55a及び第2部分52と接続部53との境目55bで折り曲げられるため、基板50の折り曲げ箇所を明確にできるため、基板50の折り曲げによる発光部41と受光部35との位置決めを容易に行うことができる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、接続部53は、第1部分51及び第2部分52に比して接続部53の幅が小さいことで、接続部53を挟んだ第1部分51と第2部分52とを含む基板の幅を一様にした場合に比して基板の面積をより小さくすることができる。このため、基板をより軽量化することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、第1部分51が接続部53により中空に支持され、第1部分51が第2部分52よりも小さいことで、接続部53により基板単独で第1部分51を中空で支持して発光部41と受光部35との間の被検出領域を設けることができる。また、第1部分51が第2部分52よりも小さいことで、第1部分51の重量をより軽くすることができる。このため、接続部53に求められる強度等の要件をより易しい要件にすることができることに加えて、基板全体の重心を土台である第2部分52側により近づけることができる。よって、接続部53による支持をより容易に実現することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、基板50が発光部41と受光部35とが対向する形状(例えばコの字状)に折り曲げられることで、ステータ20内の平面(例えばシャシ22の平面部等)に基板50の一部(例えば第2部分52等)を沿わせることができる等、センサを筐体内に設ける場合の取り扱いがより容易になる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、基板50がフレキシブル基板であることで、第1部分51及び第2部分52が同一平面に存する状態で発光部41及び受光部35を含む部品を基板50に実装した後に発光部41と受光部35との間に被検出領域を設けるために基板50を加工するという一連の作業をより容易に行うことができる。
Further, according to the present embodiment, since the
また、本実施形態によれば、基板が発光部41及び受光部35に接続される配線を含むハーネス部54を備えることで、基板に発光部41及び受光部35を含む光学式エンコーダユニット31の構成に接続される配線を纏めて設けることができる。すなわち、ハーネス部54を備えることで、配線が必要な部品(回路等)から個別に配線を引き出す必要がない。このため、基板と配線とを別個に取り扱う必要がなくなり、より容易にセンサを取り扱うことができる。
Further, according to the present embodiment, the substrate includes the
また、本実施形態によれば、上記した光センサ40と、発光部41と受光部35との間に介在され、偏光方向が回転により変化する光学スケール11とを備えるため、発光部41と受光部35との位置決めを容易に行うことができ、装置構成を簡素化した光学式エンコーダユニット31を実現できる。
In addition, according to the present embodiment, since the
なお、第1部分51と第2部分52の位置関係は逆でもよい。すなわち、シャシ22側に発光部41及び第1部分51があり、被検出領域を挟んで接続部53により中空で支持されている側に受光部35及び第2部分52があってもよい。
The positional relationship between the
また、第1部分51と第2部分52とが平行でなくてもよい。第1部分51と第2部分52との関係は、発光部41と受光部35との間に被検出領域を設けることができ、第1部分51に設けられた発光部41により発生した検出対象を第2部分52に設けられた受光部35により検出することができる関係であればよく、第1部分51及び第2部分52の詳細な配置については適宜変更可能である。
Moreover, the
接続部53は、配線を具備していなくてもよい。この場合、接続部53は、例えば第1部分51又は第2部分52のいずれか一方を中空に支持する。また、当該一方が他方よりも小さいことは必須でない。第1部分51と第2部分52は同じ大きさであってもよいし、接続部53により支持される側が大きくてもよい。また、ステータ20等が接続部53及び本実施形態における第1部分51の少なくとも一方を支持するための支持部を有していてもよい。また、係る支持部に接続部53及び本実施形態における第1部分51の少なくとも一方を固定するための構成(例えば接着剤やテープ、突起等の係止部等)を設けてもよい。
The
基板50の折り曲げ位置は、第1部分51と接続部53との境目55a及び第2部分52と接続部53との境目55bに限らない。例えば、第1部分51と第2部分52との間に折り目を含む接続部53を別途設けてもよい。また、基板50はフレキシブル基板に限らない。本発明における基板は、発光部41と受光部35との間に被検出領域を設けることができ、第1部分51に設けられた発光部41により発生した検出対象を第2部分52に設けられた受光部35により検出することができ、かつ、第1部分51と第2部分52とが一体である基板であればよい。例えば、加熱等の処理により処理部分を折り曲げ可能な素材で構成された基板を採用し、第1部分と第2部分との間の部分(例えば接続部等)に当該処理を加えて折り曲げて第1部分と第2部分とを対向させるようにしてもよい。また、リジッドフレキシブル基板のように、変形しにくい部分と変形しやすい部分の両方を有する基板を採用してもよい。この場合、変形しにくい部分を第1部分と第2部分に用いると共に変形しやすい部分を第1部分と第2部分との間の部分(例えば接続部等)に用いることで、第1部分と第2部分とを対向させることができる。
The bending position of the
ハーネス部54は、適宜省略してもよい。また、ハーネス部として機能する延出部は、二つ以上であっても構わない。
The
2 光学式エンコーダ
10 ロータ
11 光学スケール
12 シャフト
20 ステータ
21 ボディ
22 シャシ
23 カバー
31 光学式エンコーダユニット
35 受光部
40 光センサ
41 発光部
50 基板
51 第1部分
52 第2部分
53 接続部
54 ハーネス部
55a、55b 境目(所定位置)
63 発光素子ベアチップ
64、66 バンプ
65 受光素子ベアチップ
DESCRIPTION OF
63 Light emitting element
Claims (8)
前記発光部から発せられた光を検出する受光部と、
前記発光部が設けられる第1部分と前記受光部が設けられる第2部分とが一体に形成され、かつ可撓性を有する基板と、を備え、
前記第1部分と前記第2部分とが平行になるように前記基板を折り曲げ、前記発光部と前記受光部とを対向させて配置したことを特徴とする光センサ。 A light emitting unit that emits light;
A light receiving portion for detecting light emitted from the light emitting portion;
A first portion where the light emitting portion is provided and a second portion where the light receiving portion is provided, and a flexible substrate;
An optical sensor, wherein the substrate is bent so that the first portion and the second portion are parallel, and the light emitting portion and the light receiving portion are arranged to face each other.
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