JP2019181583A - ロボット、プリンターおよび光信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることのできるロボット、プリンターおよび光信号伝送装置を提供すること。【解決手段】ロボットは、光信号の伝送を行う光信号伝送装置を備える。また、前記光信号伝送装置は、光を出射する発光素子と、光を受けて信号を出力する受光素子と、前記受光素子から出力された前記信号を増幅する増幅回路と、を有し、前記発光素子と前記受光素子との間に前記増幅回路が配置されている。また、前記受光素子と前記増幅回路との距離は、前記発光素子と前記増幅回路との距離よりも小さい。【選択図】図５

Description

本発明は、ロボット、プリンターおよび光信号伝送装置に関するものである。

例えば、電気信号と光信号とを切り替え可能な光信号伝送装置として、特許文献１に記載の光通信モジュールが知られている。特許文献１の光通信モジュールは、レーザーダイオードと、フォトダイオードと、フォトダイオードからの電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、を備える。

特開２０１３−２１５４３号公報

しかしながら、このような構成の特許文献１の光通信モジュールでは、レーザーダイオードおよびフォトダイオードの後方にトランスインピーダンスアンプが配置されているため、装置の小型化を図ることが困難である。

本発明のロボットは、光信号の伝送を行う光信号伝送装置を備え、
前記光信号伝送装置は、
光を出射する発光素子と、
光を受けて信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された前記信号を増幅する増幅回路と、を有し、
前記発光素子と前記受光素子との間に前記増幅回路が配置されていることを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 ロボットが備える光信号伝送装置の配置を示す図である。 光信号伝送装置を示す側面図である。 光信号伝送装置が備える第１基板の上面図である。 光信号伝送装置が備えるパッケージの上面図である。 図５中のＡ−Ａ線断面図である。 光信号伝送装置が備える光電変換部の断面図である。 光信号伝送装置が備える光電変換部の断面図である。 光信号伝送装置が備える第１基板の上面図である。 光信号伝送装置が備える第２基板の下面図である。 光信号伝送装置と電子部品との接続状態を示すブロック図である。 光信号伝送装置の変形例を示す断面図である。 光信号伝送装置の変形例を示す断面図である。 光信号伝送装置の変形例を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る光信号伝送装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。 図１６に示すプリンターが有する制御装置を示すブロック図である。

以下、本発明のロボット、プリンターおよび光信号伝送装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るロボットおよび光信号伝送装置について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、ロボットが備える光信号伝送装置の配置を示す図である。図３は、光信号伝送装置を示す側面図である。図４は、光信号伝送装置が備える第１基板の上面図である。図５は、光信号伝送装置が備えるパッケージの上面図である。図６は、図５中のＡ−Ａ線断面図である。図７および図８は、それぞれ、光信号伝送装置が備える光電変換部の断面図である。図９は、光信号伝送装置が備える第１基板の上面図である。図１０は、光信号伝送装置が備える第２基板の下面図である。図１１は、光信号伝送装置と電子部品との接続状態を示すブロック図である。図１２および図１３は、それぞれ、光信号伝送装置の変形例を示す断面図である。図１４は、光信号伝送装置の変形例を示す側面図である。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向（第１方向）」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向（第２方向）」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向のプラス側を「上側」とも言い、マイナス側を「下側」とも言う。また、Ｙ軸方向プラス側を「先端側」とも言い、マイナス側を「基端側」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示すロボット１は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ただし、ロボット１の用途としては、これに限定されない。ロボット１は、垂直多関節ロボットである。ロボット１は、基台１１と、ロボットアーム１２と、を有する。また、ロボットアーム１２は、第１アーム１２１、第２アーム１２２、第３アーム１２３、第４アーム１２４、第５アーム１２５および第６アーム１２６と、を有する。

基台１１は、床、壁または天井等に対して固定されている。第１アーム１２１は、基台１１に対して第１回動軸Ｏ１まわりに回動可能である。第２アーム１２２は、第１アーム１２１に対して第１回動軸Ｏ１に直交する第２回動軸Ｏ２まわりに回動可能である。第３アーム１２３は、第２アーム１２２に対して第２回動軸Ｏ２に平行な第３回動軸Ｏ３まわりに回動可能である。第４アーム１２４は、第３アーム１２３に対して第３回動軸Ｏ３と直交する第４回動軸Ｏ４まわりに回動可能である。第５アーム１２５は、第４アーム１２４に対して第４回動軸Ｏ４と直交する第５回動軸Ｏ５まわりに回動可能である。第６アーム１２６は、第５アーム１２５に対して第５回動軸Ｏ５と直交する第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能である。

なお、第１回動軸Ｏ１〜第６回動軸Ｏ６について、「直交」とは、２つの軸のなす角度が９０°から±５°の範囲内でずれている場合も含み、また、「平行」とは、２つの軸の一方が他方に対して±５°の範囲内で傾斜している場合も含む。

また、ロボット１では、第６アーム１２６の先端部に、例えば、精密機器、部品等を把持するロボットハンド１９（図１では図示せず）等のエンドエフェクターを着脱可能に取り付けることができる。また、ロボット１は、ロボット１の各部の作動を制御するパーソナルコンピューター等のロボット制御装置１８を有する。また、ロボット１は、基台１１および第１アーム１２１〜第６アーム１２６の各連結部に配置された駆動装置１３を有する。各駆動装置１３は、例えば、アームの駆動源となるモーター、モーターの駆動を制御するコントローラー、減速機、エンコーダー等を有する。

図２に示すように、ロボット１は、その内部に配置された複数の光信号伝送装置２を有する。複数の光信号伝送装置２は、基台１１内に配置された光信号伝送装置２Ａ’、２Ｂ’、２Ｃ’、２Ｄ’、２Ｅ’、２Ｆ’、２Ｇ’と、第１アーム１２１内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ａ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ａ”と、第２アーム１２２内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｂ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｂ”と、第３アーム１２３内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｃ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｃ”と、第４アーム１２４内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｄ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｄ”と、第５アーム１２５内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｅ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｅ”と、第６アーム１２６内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｆ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｆ”と、ロボットハンド１９内に配置され、光配線１４を介して光信号伝送装置２Ｇ’と光学的に接続された光信号伝送装置２Ｇ”と、を含む。なお、「光学的に接続されている」とは「光通信が可能な状態に接続されている」と言うこともできる。

なお、ロボット１は、少なくとも１つの光信号伝送装置２を有していればよく、例えば、光信号伝送装置２Ａ’、２Ａ”、２Ｂ’、２Ｂ”、２Ｃ’、２Ｃ”、２Ｄ’、２Ｄ”、２Ｅ’、２Ｅ”、２Ｆ’、２Ｆ”、２Ｇ’、２Ｇ”（以下、説明の便宜上「光信号伝送装置２Ａ’〜２Ｇ”」とも言う）の一部を省略してもよい。また、光信号伝送装置２Ａ’〜２Ｇ”は、ロボット１の内部ではなく、ロボット１の外部に露出した状態で配置されていてもよい。光信号伝送装置２Ａ’〜２Ｇ”は、互いに同じ構成であるため、以下では、これらを光信号伝送装置２としてまとめて説明する。

光信号伝送装置２は、光信号を送受信する機能を有する。図３に示すように、光信号伝送装置２は、第１基板２１と、第２基板２２と、第１基板２１に配置された光電変換部２３と、第２基板２２に配置された回路素子２７および端子部２８と、第１基板２１と第２基板２２とを接続する基板接続部２９と、を有する。

図４に示すように、第１基板２１は、硬質な基部２１１と、基部２１１に配置された複数の配線２１２と、を有する。基部２１１としては、特に限定されず、例えば、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板等の各種リジッドプリント配線基板を用いることができる。

図３および図４に示すように、光電変換部２３は、第１基板２１の上面に配置されている。光電変換部２３は、光学素子２４と、光導波路２５と、コネクター２６と、を有する。光学素子２４は、電気信号から変換された第１光信号ＬＳ１を生成する機能と、第２光信号ＬＳ２を受光して電気信号に変換する機能と、を有する。図５に示すように、光学素子２４は、パッケージ２４１と、パッケージ２４１に収納された発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９と、を有する。そして、発光素子２４７から出射される光によって第１光信号ＬＳ１を生成し、受光素子２４８によって第２光信号ＬＳ２を受光する。

図６に示すように、パッケージ２４１は、上面側に開放する凹部２４２ａを有するベース２４２と、ベース２４２の上面に接合され、凹部２４２ａの開口を塞ぐ光透過部としての板状のリッド２４３と、を有する。また、凹部２４２ａは、ベース２４２の上面に開口部を有する第１凹部２４２ａ’と、第１凹部２４２ａ’の底面に開口部を有する第２凹部２４２ａ”と、を有する。すなわち、第１凹部２４２ａ’の底面に対して第２凹部２４２ａ”の底面の方が、Ｚ軸方向のマイナス側に配置されていて、ベース２４２の上面からの距離が大きい。そして、凹部２４２ａの開口がリッド２４３で塞がれることにより、パッケージ２４１の内側に気密な内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が封止された状態で収納される。

なお、内部空間Ｓの雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、窒素雰囲気とすることが好ましい。これにより、内部空間Ｓ内での光の損失が抑えられ、内部空間Ｓ内での第１光信号ＬＳ１や第２光信号ＬＳ２の強度の低下を抑制することができる。

ベース２４２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックス等の各種セラミックスを用いることができる。これにより、十分な強度を有するベース２４２が得られる。また、例えば、パッケージ２４１の外部の熱を遮断する効果が高まり、内部空間Ｓ内の昇温を抑制することができる。そのため、例えば、温度上昇に伴う発光素子２４７の駆動効率の低下が抑制され、所定強度の第１光信号ＬＳ１を安定して出射することができる。

また、第１凹部２４２ａ’の底面に複数の内部端子２４４が設けられ、第２凹部２４２ａ”の底面には、グランド電位となるＧＮＤ電極２４６が設けられ、ベース２４２の下面には複数の外部端子２４５が設けられている。複数の内部端子２４４およびＧＮＤ電極２４６は、それぞれ、ベース２４２に形成された図示しない内部配線を介して対応する外部端子２４５と電気的に接続されている。また、内部端子２４４は、ボンディングワイヤーＢＷ１を介して発光素子２４７および増幅回路２４９と電気的に接続されている。

このようなベース２４２は、図示しないが、導電性接着剤、はんだ、金属ろう材等からなる接合部材を介して第１基板２１の上面に固定されていると共に、各外部端子２４５が接合部材を介して所定の配線２１２と電気的に接続されている。

発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９は、それぞれ、第２凹部２４２ａ”の底面（ＧＮＤ電極２４６上）に配置されている。発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９は、それぞれ、Ａｇペースト、Ａｕペースト等の導電性接合部材（図示せず）を介して第２凹部２４２ａ”の底面に接合されており、導電性接合部材を介してＧＮＤ電極２４６と電気的に接続されている。

発光素子２４７は、その上面に発光面２４７ａを有し、Ｚ軸方向のプラス側に向けて光を出射する。発光素子２４７としては、光を出射することができれば、特に限定されず、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ等を用いることができる。また、受光素子２４８は、光電変換素子とも言われ、その上面に受光面２４８ａを有する。受光素子２４８としては、受光した光に応じた電流信号を出力することができれば、特に限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。また、増幅回路２４９は、例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、受光素子２４８が出力する電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力する。

発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。また、増幅回路２４９を間に挟んで、発光素子２４７および受光素子２４８が配置されている。具体的には、増幅回路２４９のＸ軸方向の一方側（プラス側）に発光素子２４７が配置され、Ｘ軸方向の他方側（マイナス側）に受光素子２４８が配置されている。このように、発光素子２４７と受光素子２４８との間に増幅回路２４９を配置することにより、発光素子２４７と受光素子２４８とを内部空間Ｓ内でなるべく離間させることができる。そのため、例えば、発光素子２４７から出射された光を受光素子２４８が受光することを低減することができ、より精度よく第２光信号ＬＳ２を受光することができる。さらには、発光素子２４７と受光素子２４８とを内部空間Ｓ内でなるべく離間させることにより生じたこれらの間のスペースに増幅回路２４９を配置することにより、内部空間Ｓ内のスペースを有効活用することができる。そのため、パッケージ２４１の小型化を図ることができる。以上より、発光素子２４７と受光素子２４８との間に増幅回路２４９を配置することにより、光学素子２４の光学特性が低下することを抑制しつつ、光学素子２４の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が、その中心同士がＸ軸方向に沿って直線状に並んでいるが、これに限定されず、例えば、発光素子２４７と受光素子２４８、発光素子２４７と増幅回路２４９、受光素子２４８と増幅回路２４９のいずれかが、Ｙ軸方向またはＺ軸方向にずれていてもよい。

また、増幅回路２４９と受光素子２４８とは、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して電気的に接続されている。ここで、増幅回路２４９は、発光素子２４７よりも受光素子２４８側に偏って配置されている。すなわち、増幅回路２４９と受光素子２４８との離間距離Ｄ１は、増幅回路２４９と発光素子２４７の離間距離Ｄ２よりも小さい。このように、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満足することにより、例えば、Ｄ１＝Ｄ２の場合と比べて、増幅回路２４９と受光素子２４８とをより接近させて配置することができ、これらを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ２をより短くすることができる。そのため、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して受光素子２４８から出力される電流信号にノイズが混入し難く、より精度よく、受光素子２４８から出力される電流信号を電圧信号に変換することができる。ただし、Ｄ１、Ｄ２の関係は、特に限定されず、Ｄ１≧Ｄ２であってもよい。

ここで、ベース２４２に設けられた複数の内部端子２４４の説明に戻ると、図５に示すように、複数の内部端子２４４は、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が配置された領域Ｑを間に挟むようにして、領域ＱのＹ軸方向の両側に配置されている。具体的には、領域ＱのＹ軸方向のプラス側にはＸ軸方向に沿って３つの内部端子２４４が配置されており、領域ＱのＹ軸方向のマイナス側にもＸ軸方向に沿って３つの内部端子２４４が配置されている。このように、Ｘ軸方向を長手方向とする領域Ｑに対して、そのＹ軸方向の両側に複数の内部端子２４４を配置することにより、他の配置と比べて、パッケージ２４１をＸ軸方向とＹ軸方向とにバランスよく広げることができるため、パッケージ２４１の小型化を図ることができる。また、他の配置と比べて、各内部端子２４４を発光素子２４７および増幅回路２４９になるべく近づけて配置することができるため、ボンディングワイヤーＢＷ１をより短くすることができ、ボンディングワイヤーＢＷ１を介してノイズが混入し難くなる。

なお、パッケージ２４１の平面視形状としては、特に限定されないが、本実施形態では、略正方形である。また、パッケージ２４１のサイズとしては、特に限定されないが、例えば、Ｘ軸方向の長さ×Ｙ軸方向の長さを３．０ｍｍ×３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ×１０．０ｍｍ程度とすることができる。これにより、発光素子２４７と受光素子２４８とを十分に離間させて配置することができると共に、十分に小型化されたパッケージ２４１が得られる。

領域ＱのＹ軸方向のプラス側に配置されている３つの内部端子２４４と領域ＱのＹ軸方向のマイナス側に配置されている３つの内部端子２４４とは、領域Ｑに対して対称的に配置されている。これにより、次の効果を発揮することができる。なお、以下では、領域ＱのＹ軸方向のプラス側に配置されている３つの内部端子２４４をＸ軸方向プラス側から順に、２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃとも言い、領域ＱのＹ軸方向のマイナス側に配置されている３つの内部端子２４４をＸ軸方向プラス側から順に、２４４ｄ、２４４ｅ、２４４ｆとも言う。

例えば、本実施形態の増幅回路２４９には、少なくとも、電源電圧が印加されるＶＤＤ端子２４９ａと、受信信号強度レベルを検出するためのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）端子２４９ｂと、非反転電圧出力端子２４９ｃと、反転電圧出力端子２４９ｄと、が設けられている。そして、ＶＤＤ端子２４９ａと内部端子２４４ｃ、ＲＳＳＩ端子２４９ｂと内部端子２４４ｆ、非反転電圧出力端子２４９ｃと内部端子２４４ｂ、反転電圧出力端子２４９ｄと内部端子２４４ｅがそれぞれボンディングワイヤーＢＷ１を介して接続されている。本実施形態では、非反転電圧出力端子２４９ｃに接続された内部端子２４４ｂと反転電圧出力端子２４９ｄに接続された内部端子２４４ｅとが領域Ｑに対して対称的に配置されているため、非反転電圧出力端子２４９ｃと内部端子２４４ｂとを接続するボンディングワイヤーＢＷ１と、反転電圧出力端子２４９ｄと内部端子２４４ｅとを接続するボンディングワイヤーＢＷ１と、がほぼ同じ長さとなる。そのため、非反転電圧出力端子２４９ｃからの出力信号と反転電圧出力端子２４９ｄからの出力信号とをさらにオペアンプで増幅することにより、第２光信号ＬＳ２に基づいた精度の良い電気信号を生成することができる。

なお、増幅回路２４９と電気的に接続されていない２つの内部端子２４４ａ、２４４ｄのうち、内部端子２４４ｄは、ボンディングワイヤーＢＷ１を介して発光素子２４７と電気的に接続されている。したがって、内部端子２４４を介して発光素子２４７に駆動信号が印加される。一方、内部端子２４４ａは、図示しない内部配線を介してＧＮＤ電極２４６に接続されており、本実施形態では用いられていない。

なお、本実施形態では、複数の内部端子２４４は、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が配置された領域Ｑを間に挟むようにして、領域ＱのＹ軸方向の両側に配置されているが、これに限定されず、領域ＱのＸ軸方向の両側に配置されていてもよい。

図６に示すように、リッド２４３は、板状をなし、ベース２４２の凹部２４２ａの開口を塞ぐようにして、ベース２４２の上面に接合されている。なお、リッド２４３とベース２４２との接合方法としては、特に限定されず、例えば、低融点ガラスを介して接合することができる。

リッド２４３の構成材料としては、第１光信号ＬＳ１および第２光信号ＬＳ２を透過することができれば、特に限定されず、例えば、各種ガラス材料、各種樹脂材料を用いることができる。ただし、リッド２４３の構成材料としては、各種ガラス材料であることが好ましい。リッド２４３をガラス材料で構成することにより、実質的に無色透明で、優れた光透過特性を有するリッド２４３が簡単に得られる。ガラス材料としては、特に限定されず、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等が挙げられる。なお、リッド２４３の上面や下面には、光の反射を低減するための反射防止膜が成膜されていてもよい。

光導波路２５は、光学素子２４と光学的に接続されている。図４に示すように、光導波路２５は、Ｙ軸方向に延在する帯状をなし、帯状の基端部がリッド２４３上に位置している。そして、光導波路２５は、その基端部において、図示しない接着剤を介してリッド２４３の上面に接合されている。

また、光導波路２５は、第１光信号ＬＳ１を伝搬するための第１光伝送路２５１と、第２光信号ＬＳ２を伝搬するための第２光伝送路２５２と、第１光伝送路２５１および第２光伝送路２５２を覆う基部２５３と、を有する。このような光導波路２５は、ポリマーで形成された、ポリマー光導波路（有機光導波路）である。これにより、光導波路２５を比較的簡単に形成することができると共に、光を効率的に伝搬することができる。なお、ポリマー光導波路とは、高分子材料を用いて形成される光導波路を意味し、高分子光導波路、プラスチック光導波路と呼ばれることもあり、主にガラスを用いて形成される無機光導波路と区別されるものである。ただし、光導波路２５としては、無機光導波路、すなわちポリマー導波路以外の光導波路を用いてもよい。

第１光伝送路２５１は、実質的に無色透明であり、基部２５３よりも高い屈折率を有している。そのため、第１光伝送路２５１に入射した第１光信号ＬＳ１は、全反射しながら第１光伝送路２５１に閉じこめられた状態で伝搬する。同様に、第２光伝送路２５２も、実質的に無色透明であり、基部２５３よりも高い屈折率を有している。そのため、第２光伝送路２５２に入射した第２光信号ＬＳ２は、全反射しながら第２光伝送路２５２に閉じこめられた状態で伝搬する。

また、第１光伝送路２５１は、Ｙ軸方向に沿って延在し、その先端面２５１ａが光導波路２５の先端面２５ａに露出している。また、図７に示すように、平面視で、第１光伝送路２５１は、発光素子２４７の発光面２４７ａと重なる部分を有し、当該重なる部分には発光素子２４７から出射された光（第１光信号ＬＳ１）を反射して第１光伝送路２５１に導く第１反射部２５４が形成されている。

また、第２光伝送路２５２は、第１光伝送路２５１とＸ軸方向に並び、Ｙ軸方向に沿って延在している。また、図８に示すように、第２光伝送路２５２は、その先端面２５２ａが光導波路２５の先端面２５ａに露出している。また、平面視で、第２光伝送路２５２は、受光素子２４８の受光面２４８ａと重なる部分を有し、当該重なる部分には第２光伝送路２５２を伝搬する光（第２光信号ＬＳ２）を受光素子２４８の受光面２４８ａに向けて反射する第２反射部２５５が設けられている。

第１光伝送路２５１、第２光伝送路２５２および基部２５３の構成材料としては、前述したように、第１、第２光伝送路２５１、２５２の屈折率が、基部２５３の屈折率よりも大きければ、特に限定されず、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ＰＥＴやＰＢＴのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料を用いることができ、少なくとも２つの異なる材料を組み合わせた複合材料を用いてもよい。

また、第１、第２反射部２５４、２５５の構成としては、光を反射することができれば、特に限定されない。図７および図８に示すように、本実施形態では、第１、第２光伝送路２５１、２５２に達する切り欠き２５９を形成し、切り欠き２５９により生じた傾斜面を第１、第２反射部２５４、２５５として用いている。切り欠き２５９は、例えば、基部２５３と同じ材料、アルミニウム等の金属材料で埋められていてもよい。

コネクター２６は、光伝送路としての光配線１４が接続される部分である。図９に示すように、コネクター２６は、光導波路２５の先端部を覆うように設けられている。また、コネクター２６の先端面２６ａからは光導波路２５の先端面２５ａが露出しており、本実施形態では、先端面２６ａ、２５ａ同士がほぼ面一となっている。また、コネクター２６は、Ｘ軸方向の両端部に位置し、先端面２６ａに開口する穴２６９を有する。この穴２６９は、後述するように、光配線１４との接続をガイドするために用いられる。

光配線１４は、第１光配線１４１と、第２光配線１４２と、コネクター１４３と、を有する。第１光配線１４１および第２光配線１４２としては、例えば、光ファイバーを用いることができる。また、コネクター１４３には一対のピン１４４が設けられ、これらピン１４４をコネクター２６の穴２６９に挿入することにより、コネクター１４３とコネクター２６との位置合わせができるようになっている。そして、コネクター１４３の基端面１４３ａとコネクター２６の先端面２６ａとを接触させた状態で、コネクター１４３、２６同士を図示しないクリップで固定することにより、これらの接続状態を維持することができる。なお、コネクター１４３、２６同士の固定方法としては、特に限定されない。

また、コネクター１４３、２６同士が接続された状態では、第１光配線１４１の基端面１４１ａと第１光伝送路２５１の先端面２５１ａとが対向し、第２光配線１４２の基端面１４２ａと第２光伝送路２５２の先端面２５２ａとが対向している。これにより、第１光配線１４１と第１光伝送路２５１とが光接続され、第２光配線１４２と第２光伝送路２５２とが光接続される。

なお、このようなコネクター２６としては、例えば、ＭＴコネクターを用いることができる。ただし、コネクター２６の構成としては、光配線１４と光接続することができれば、特に限定されない。

図１０に示すように、第２基板２２は、硬質な基部２２１と、基部２２１に配置された配線２２２と、を有する。また、第２基板２２は、第１基板２１とＺ軸方向に重なって（対向して）配置されている。このような第２基板２２としては、特に限定されず、前述した第１基板２１と同様に、例えば、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板等の各種リジッドプリント配線基板を用いることができる。

回路素子２７は、第２基板２２の下面に設けられており、配線２２２と電気的に接続されている。回路素子２７は、光学素子２４のための電気信号処理や制御を実行することができる。このような回路素子２７には、例えば、発光素子２４７への電流をスイッチングするＬＤＤ回路、信号レベルを変換するレベル変換回路等が含まれている。なお、本実施形態では、第２基板２２の下面にチップ化された回路素子２７が設けられた構成となっているが、第２基板２２の下面に各種回路要素を配置することにより回路素子２７が構成されていてもよい。

基板接続部２９は、第１基板２１と第２基板２２とを接続して固定すると共に、第１基板２１上の光学素子２４と第２基板２２上の回路素子２７とを電気的に接続する機能を有する。このような基板接続部２９は、図３に示すように、第１基板２１の上面に固定され、第２基板２２側へ突出して設けられた第１基板接続片２９１と、第２基板２２の下面に固定され、第１基板２１側へ突出して設けられた第２基板接続片２９２と、を有する。また、第１基板接続片２９１は、雌型のコネクターであり、図４に示すように、複数の配線２１２と電気的に接続された複数の端子２９１ａを有する。一方、第２基板接続片２９２は、第１基板接続片２９１と係合可能な雄型のコネクターであり、図１０に示すように、複数の配線２２２と電気的に接続された複数の端子２９２ａを有する。

このような構成によれば、第１基板接続片２９１と第２基板接続片２９２とを接続することにより、第１基板２１と第２基板２２とを固定することができる。また、第１基板接続片２９１と第２基板接続片２９２とを接続すれば、端子２９１ａ、２９２ａ同士が接触するため、配線２１２、２２２を電気的に接続することもできる。これにより、光学素子２４と回路素子２７とが電気的に接続される。

なお、基板接続部２９の構成としては、光学素子２４と回路素子２７とを電気的に接続することができれば、特に限定されない。

端子部２８は、光信号伝送装置２を他の電子部品と電気的に接続する機能を有する。図１０に示すように、端子部２８は、第２基板２２の基端部に設けられている。また、端子部２８は、第２基板２２の下面に設けられている。また、端子部２８は、配線２２２を介して回路素子２７と電気的に接続された複数の端子２８１を有するコネクターで構成されている。このような構成によれば、比較的簡単に、光信号伝送装置２と電子部品とを電気的に接続することができる。

ここで、端子２８１を介して光信号伝送装置２と電気的に接続される前記電子部品としては、特に限定されず、例えば、図１１に示すように、駆動装置１３が挙げられる。この場合、ロボット制御装置１８から駆動装置１３のコントローラーへ送信する信号（コントロール信号）を第２光信号ＬＳ２として送信し、エンコーダーからロボット制御装置１８へ送信する出力信号を第１光信号ＬＳ１として送信することができる。これにより、ロボット制御装置１８と駆動装置１３との間の通信速度を高めることができる。

端子２８１を介して光信号伝送装置２と電気的に接続される前記電子部品としては、上述した駆動装置１３の他にも、例えば、ロボット１の所定箇所に設けられた各種センサーが挙げられる。また、センサーとしては、例えば、カメラ、力覚センサー、温度センサー、圧力センサー等が挙げられる。この場合、ロボット制御装置１８からセンサーへ送信する信号（コントロール信号）を第２光信号ＬＳ２として送信し、センサーからロボット制御装置１８へ送信する出力信号を第１光信号ＬＳ１として送信することができる。これにより、ロボット制御装置１８とセンサーとの間の通信速度を高めることができる。

以上、ロボット１について説明した。このようなロボット１は、光信号の伝送を行う光信号伝送装置２を備える。また、光信号伝送装置２は、光を出射する発光素子２４７と、光を受けて信号を出力する受光素子２４８と、受光素子２４８から出力された信号（電流信号）を増幅する増幅回路２４９と、を有する。そして、発光素子２４７と受光素子２４８との間に増幅回路２４９が配置されている。このように、発光素子２４７と受光素子２４８との間に増幅回路２４９を配置することにより、発光素子２４７から出射された光を受光素子２４８が受光しないようにこれらを十分に離間して配置した結果生じたこれらの間のスペースを増幅回路２４９の配置スペースとして有効利用することができ、光信号伝送装置２の小型化を図ることができる。

また、前述したように、受光素子２４８と増幅回路２４９との離間距離Ｄ１（距離）は、発光素子２４７と増幅回路２４９との離間距離Ｄ２（距離）よりも小さい。このように、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満足することにより、例えば、Ｄ１＝Ｄ２の場合と比べて、増幅回路２４９と受光素子２４８とをより接近させて配置することができ、これらを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ２をより短くすることができる。そのため、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して受光素子２４８から出力される電流信号にノイズが混入し難く、より精度よく、受光素子２４８から出力される電流信号を電圧信号に変換することができる。

また、前述したように、発光素子２４７から出射された光（第１光信号ＬＳ１）を伝送する第１光伝送路２５１と、受光素子２４８に向けて光（第２光信号ＬＳ２）を伝送する第２光伝送路２５２と、を有する。これにより、第１光信号ＬＳ１の送信と、第２光信号ＬＳ２の受信と、を行うことができ、双方向通信が可能となる。

また、前述したように、第１光伝送路２５１および第２光伝送路２５２は、それぞれ、ポリマー光導波路である。これにより、光導波路２５を比較的簡単に形成することができると共に、光を効率的に伝搬することができる。

また、前述したように、光信号伝送装置２は、内部空間Ｓを有するパッケージ２４１を備え、内部空間Ｓに発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が収納されている。これにより、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９を衝撃等から保護することができる。

また、前述したように、内部空間Ｓは、窒素雰囲気で封止されている。これにより、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９を埃、水分等から効果的に保護することができる。特に、内部空間Ｓを減圧状態とすることにより、内部空間Ｓ内での第１光信号ＬＳ１や第２光信号ＬＳ２の強度の低下を抑制することができる。

また、前述したように、パッケージ２４１は、凹部２４２ａを有し、凹部２４２ａの底面に発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が配置されているベース２４２と、凹部２４２ａの開口を塞ぐようにベース２４２に接合されているリッド２４３と、を有する。そして、ベース２４２は、セラミックスで構成されている。これにより、十分な強度を有するベース２４２が得られる。また、例えば、パッケージ２４１外部の熱を遮断する効果が高まり、内部空間Ｓ内の昇温を抑制することができる。そのため、例えば、温度上昇に伴う発光素子２４７の駆動効率の低下が抑制され、所定強度の第１光信号ＬＳ１を安定して出射することができる。

また、前述したように、発光素子２４７と受光素子２４８とが並ぶ方向をＸ軸方向（第１方向）とし、平面視で、Ｘ軸方向に交差する方向をＹ軸方向（第２方向）としたとき、パッケージ２４１は、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が配置されている領域Ｑに対してＹ軸方向の両側に配置されている複数の内部端子２４４（端子）を有する。複数の内部端子２４４をこのように配置することにより、各内部端子２４４を発光素子２４７および増幅回路２４９になるべく近づけて配置することができる。そのため、内部端子２４４と発光素子２４７とを接続するボンディングワイヤーＢＷ１や内部端子２４４と増幅回路２４９とを接続するボンディングワイヤーＢＷ１をより短くすることができ、ボンディングワイヤーＢＷ１を介してノイズが混入し難くなる。

なお、光信号伝送装置２の構成は、本実施形態の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、内部空間Ｓが封止されているが、これに限定されず、内部空間Ｓは、パッケージ２４１の外部と連通していてもよい。また、本実施形態では、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９がパッケージ２４１に収納されているが、これに限定されず、例えば、図１２に示すように、パッケージ２４１が省略され、発光素子２４７、受光素子２４８および増幅回路２４９が第１基板２１に配置されていてもよい。この場合、光導波路２５は、スペーサーを兼ねた支持部材２０を介して第１基板２１に固定すればよい。

また、例えば、図１３に示すように、第２凹部２４２ａ”の底面にストリップラインＳＬを形成し、このストリップラインＳＬと発光素子２４７および増幅回路２４９とをボンディングワイヤーＢＷ１を介して電気的に接続してもよい。このような構成によれば、ストリップラインＳＬを発光素子２４７および増幅回路２４９のなるべく近くまで形成することができるため、本実施形態と比べてボンディングワイヤーＢＷ１を短くすることができる。また、ストリップラインＳＬを利用すれば、元々のベース２４２の形状や大きさを変えることなく済むため、製造コストの増加を抑えることもできる。

また、例えば、図１４に示すように、本実施形態の光信号伝送装置２から第２基板２２および基板接続部２９を省略し、第１基板２１に回路素子２７および端子部２８を配置してもよい。この際、回路素子２７は、パッケージ２４１の基端側（Ｙ軸方向のマイナス側）に配置することが好ましい。言い換えると、回路素子２７は、パッケージ２４１に対して光導波路２５の延在方向とは反対側に配置することが好ましい。これにより、回路素子２７の熱が光導波路２５に伝わり難くなり、光導波路２５が熱ダメージを受け難くなる。

＜第２実施形態＞
図１５は、本発明の第２実施形態に係る光信号伝送装置の断面図である。

本実施形態に係る光信号伝送装置は、光導波路２５に替えて光配線３を用いたこと以外は、前述した第１実施形態の光信号伝送装置と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の光信号伝送装置に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１５では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１５に示すように、本実施形態の光信号伝送装置２では、パッケージ２４１のリッド２４３に光配線３の一端が接続されている。例えば、リッド２４３と光配線３との接続は、接着剤を介して行ってもよいし、パッケージ２４１に接続可能なコネクター等を介して行ってもよい。

光配線３は、第１光伝送路３１と、第２光伝送路３２と、を有する。そして、第１光伝送路３１の基端面３１１は、発光素子２４７の発光面２４７ａと対向しており、発光素子２４７から出射された第１光信号ＬＳ１が基端面３１１から第１光伝送路３１内に導かれる。また、第２光伝送路３２の基端面３２１は、受光素子２４８の受光面２４８ａと対向しており、第２光伝送路３２を伝搬し基端面３２１から出射された第２光信号ＬＳ２を受光素子２４８が受光する。このような第１光伝送路３１および第２光伝送路３２は、それぞれ、光ファイバーである。このように、第１、第２光伝送路３１、３２を光ファイバーとすることにより、第１、第２光伝送路３１、３２の構成が簡単なものとなると共に、効率的に第１、第２光信号ＬＳ１、ＬＳ２を伝送することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るプリンターについて説明する。

図１６は、本発明の第３実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。図１７は、図１６に示すプリンターが有する制御装置を示すブロック図である。

図１６に示すプリンター３０００は、筐体３０１０と、筐体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０および給紙機構３０３０と、を有するプリンター本体３１００と、プリンター本体３１００の駆動を制御する制御装置３２００と、を備えている。筐体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。

印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。また、ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。

往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有している。また、給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動するモーター３０３３と、を有している。

このようなプリンター本体３１００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。

制御装置３２００は、パーソナルコンピューター等であり、プリンター本体３１００の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、パーソナルコンピューター等のホストコンピューターＨＣから入力された印刷データに基づいて実行される。

また、プリンター３０００は、図１７に示すように、制御装置３２００と電気的に接続された光信号伝送装置２を有し、この光信号伝送装置２を介してホストコンピューターＨＣと通信するようになっている。

以上のように、プリンター３０００は、光信号の伝送を行う光信号伝送装置２を有している。また、光信号伝送装置２は、光を出射する発光素子２４７と、光を受けて信号を出力する受光素子２４８と、受光素子２４８から出力された信号（電流信号）を増幅する増幅回路２４９と、を有する。そして、発光素子２４７と受光素子２４８との間に増幅回路が配置されている。このように、プリンター３０００は、光信号伝送装置２を有するため、前述した第１実施形態で述べた光信号伝送装置２の効果を発揮することができる。そのため、光信号伝送装置２の安定した駆動が可能となると共に、プリンター３０００の小型化を図ることができる。

以上、本発明のロボット、プリンターおよび光信号伝送装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、ロボット１が６軸ロボットである構成について説明したが、ロボット１としては、特に限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラロボット等であってもよい。

１…ロボット、１１…基台、１２…ロボットアーム、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１２３…第３アーム、１２４…第４アーム、１２５…第５アーム、１２６…第６アーム、１３…駆動装置、１４…光配線、１４１…第１光配線、１４１ａ…基端面、１４２…第２光配線、１４２ａ…基端面、１４３…コネクター、１４３ａ…基端面、１４４…ピン、１８…ロボット制御装置、１９…ロボットハンド、２、２Ａ’〜２Ｇ’、２Ａ”〜２Ｇ”…光信号伝送装置、２０…支持部材、２１…第１基板、２１１…基部、２１２…配線、２２…第２基板、２２１…基部、２２２…配線、２３…光電変換部、２４…光学素子、２４１…パッケージ、２４２…ベース、２４２ａ…凹部、２４２ａ’…第１凹部、２４２ａ”…第２凹部、２４３…リッド、２４４、２４４ａ〜２４４ｆ…内部端子、２４５…外部端子、２４６…ＧＮＤ電極、２４７…発光素子、２４７ａ…発光面、２４８…受光素子、２４８ａ…受光面、２４９…増幅回路、２４９ａ…ＶＤＤ端子、２４９ｂ…ＲＳＳＩ端子、２４９ｃ…非反転電圧出力端子、２４９ｄ…反転電圧出力端子、２５…光導波路、２５ａ…先端面、２５１…第１光伝送路、２５１ａ…先端面、２５２…第２光伝送路、２５２ａ…先端面、２５３…基部、２５４…第１反射部、２５５…第２反射部、２５９…切り欠き、２６…コネクター、２６ａ…先端面、２６９…穴、２７…回路素子、２８…端子部、２８１…端子、２９…基板接続部、２９１…第１基板接続片、２９１ａ…端子、２９２…第２基板接続片、２９２ａ…端子、３…光配線、３１…第１光伝送路、３１１…基端面、３２…第２光伝送路、３２１…基端面、３０００…プリンター、３０１０…筐体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０３３…モーター、３１００…プリンター本体、３２００…制御装置、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディングワイヤー、Ｄ１、Ｄ２…離間距離、ＨＣ…ホストコンピューター、ＬＳ１…第１光信号、ＬＳ２…第２光信号、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸、Ｐ…記録用紙、Ｑ…領域、Ｓ…内部空間、ＳＬ…ストリップライン

Claims (11)

1. 光信号の伝送を行う光信号伝送装置を備え、
   前記光信号伝送装置は、
   光を出射する発光素子と、
   光を受けて信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力された前記信号を増幅する増幅回路と、を有し、
   前記発光素子と前記受光素子との間に前記増幅回路が配置されていることを特徴とするロボット。
2. 前記受光素子と前記増幅回路との距離は、前記発光素子と前記増幅回路との距離よりも小さい請求項１に記載のロボット。
3. 前記発光素子から出射された光を伝送する第１光伝送路と、
   前記受光素子に向けて光を伝送する第２光伝送路と、を有する請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記第１光伝送路および前記第２光伝送路は、それぞれ、ポリマー光導波路である請求項３に記載のロボット。
5. 前記第１光伝送路および前記第２光伝送路は、それぞれ、光ファイバーである請求項３に記載のロボット。
6. 内部空間を有するパッケージを備え、
   前記内部空間に前記発光素子、前記受光素子および前記増幅回路が収納されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記内部空間は、封止されている請求項６に記載のロボット。
8. 前記パッケージは、
   凹部を有し、前記凹部の底面に前記発光素子、前記受光素子および前記増幅回路が配置されているベースと、
   前記凹部の開口を塞ぐように前記ベースに接合されているリッドと、を有し、
   前記ベースは、セラミックスで構成されている請求項６または７に記載のロボット。
9. 前記発光素子と前記受光素子とが並ぶ方向を第１方向とし、
   前記第１方向に交差する方向を第２方向としたとき、
   前記パッケージは、
   前記発光素子、前記受光素子および前記増幅回路が配置されている領域に対して前記第２方向の両側に配置されている複数の端子を有する請求項６ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 光信号の伝送を行う光信号伝送装置を備え、
    前記光信号伝送装置は、
    光を出射する発光素子と、
    光を受けて信号を出力する受光素子と、
    前記受光素子から出力された前記信号を増幅する増幅回路と、を有し、
    前記発光素子と前記受光素子との間に前記増幅回路が配置されていることを特徴とするプリンター。
11. 光を出射する発光素子と、
    光を受けて信号を出力する受光素子と、
    前記受光素子から出力された前記信号を増幅する増幅回路と、を有し、
    前記発光素子と前記受光素子との間に前記増幅回路が配置されていることを特徴とする光信号伝送装置。

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