JPS63217222A - 光電式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、光学式変位検出装置に係り、特に、相対変
位する光学格子及び光電素子を備えた光電式リニアエン
コーダと称される光電式変位検出装置の改良に関する。

【従来の技術】

光透過性材料からなる長尺の第１部材に形成された主光
学格子と、第１部材と相対移動可能に配置された光透過
性部材からなる第２部材に、前記主光学格子と平行に、
且つ、これに隣接して形成された従光学格子と、前記第
２部材の外側から第１部材方向に、両光学格子に検出光
を照射する発光器と、前記両光学格子を間にして、前記
発光器に対向して配置され、両光学格子を通過した検出
光を受光して、前記両光学格子の相対移動に基づく重な
り合いの繰返しによる受光量の変化を電気信号に変換し
て出力する受光器と、この受光器からの電気信号を処理
して、前記受光量の変化の数に基づき、前記主光学格子
と従光学格子との相対移動距離を算出する電子回路と、
を有してなる光電式変位検出装置がある。 このような光電式変位検出装置は、当然のことながら、
小型化、軽量化が要請されている。 このような要請に対応するものとして、本出願人は、特
公昭６０−３２１２５、同６０−３２１２６及び同６０
−１４２８７に開示されるように、光電型エンコーダの
スケール及び光電型エンコーダを提案している。 これらは、インデックススケールを通過した光がメイン
スケールにおいて反射されるようにされたいわゆる反射
型の光電式変位検出装置である。 従って、主光学格子及び従光学格子の両者を光が透過す
るようにしたいわゆる透過型の光電式変位検出装置にい
ては、未だその小型化及び一体化が不充分であるという
問題点がある。 これに対して出願人は、上記問題点に鑑みて特願昭６１
−５６５３４及び６１−５６５３５により、小型軽量化
を図った透過型の光電式変位検出装置を提案した。 これらの透過型の光電式変位検出装置において、光学格
子を照明するための発光器は、第１１図及び第１２図に
示されるように、ガラス基板１上にクローム蒸着と金め
つきに、よる配線パターン２を形成した後、発光ダイオ
ード３をグイボンディング即ち金−シリコン箔等を挟持
して融着することにより該配線パターン２上の所要箇所
に取付け、更に、ワイヤボンディングによってワイヤ４
を介して、発光ダイオード３を前記配線パターン２の他
の箇所に接続し、更に、前記発光ダイオード３を囲むリ
ング状部材５をガラス基板１に接着し、このリング状部
材５にレンズ部材６を取付けて完成される。 ここで、前記レンズ部材６の、発光ダイオード３と反対
側の端面は凸球面状とされ、ここにアル−ミニラムを蒸
着することによって、発光ダイオード３側に凹となる凹
球面反射鏡７が形成されている。

【発明が解決しようとする問題点】

上記のような発光器は、小型にもかかわらず効率良く平
行光線に近い照明光を得ることができるが、製造工程が
複雑であり、且つ、製造コストが高くなるという問題点
がある。

【発明の目的】

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって
、小型軽量化及び低コスト化を図った透過型の光電式変
位検出装置を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明は、光透過性材料からなる長尺の第１部材に形
成された主光学格子と、第１部材と相対移動可能に配置
された光透過性部材からなる第２部材に、前記主光学格
子と平行に、且つ、これに隣接して形成された従光学格
子と、前記主光学格子及び従光学格子に検出光を照射す
る発光器と、前記両光学格子を間にして、前記発光器に
対向して配置され、両光学格子を通過した検出光を受光
して、前記両光学格子の相対移動に基づく重なり合いの
経返しによる受光量の変化を電気信号に変換して出力す
る受光器と、この受光器からの電気信号を処理して、前
記受光量の変化の数に基づき、前記主光学格子と従光学
格子との相対移動距Ｕ＝算出する電子回路と、を有して
なる光電式変位検出装置において、前記発光器を、電源
供給ラインとしてのリードフレームと、このリードフレ
ームに電気的に接続して固着された発光素子と、この発
光素子及び前記リードフレームの一部を鋳込んで形成さ
れた透明樹脂からなる樹脂モールドと、前記発光素子に
対して前記第１部材と反対側に配置され、前記発光素子
に向かって凹となり、該発光素子から拡散する光を平行
にして前記第１及び第２部材方向に反射する凹面反射鏡
と、を備えて構成することにより上記目的を達成するも
のである。 又、この発明は、前記樹脂モールドの、前記発光素子と
対向する端部を略凸球面状とし、前記凹面反射鏡を前記
凸球面の裏面に形成することにより上記目的を達成する
ものである。 又、この発明は、前記凹面反射鏡を、前記樹脂モールド
に接合されたレンズ部材の凸球面の裏側に形成すること
により上記目的を達成するものである。 更に、この発明は、前記樹脂モールドの前記凹面反射鏡
と反対側の端面を略凸球面とすることにより上記目的を
達成するものである。

【作用】

この発明において、発光器は、発光素子を電源供給ライ
ンとしてのリードフレームに予めボンディングした後、
透明樹脂によってモールドしているので、［造工程が大
幅に簡略化され、製造コストが低減される。 特に、ガラス基板に化学処理して配線パターンを形成す
る必要がないので、高価な設備が不要となっている。 更に、樹脂モールドによってリードフレーム、発光素子
及びワイヤが一体的にモールドされているので、一体化
による小型化及び振動等に対する安定性、ごみ、埃等に
対する耐久性を向上させることができる。

【実施例］ 以下本発明の実施列を図面を参照して説明する。 この実施例は、ガラス等の光透過性材料からなる長尺の
第１部材１０に形成された主光学格子１２と、第１部材
１０と相対移動可能に配置されたガラス等の光透過性部
材からなる第２部材１４に、前記主光学格子１２と平行
に、且つ、これに隣接して形成された従光学格子１６と
、前記第１部材１０の外側から第２部材１４方向に両光
主格子１２．１６に検出光を照射する発光器１８と、前
記両光主格子１２．１６を間にして、前記発光器１８に
対向して配置され、両光主格子１２．１６を通過した検
出光を受光して、前記両光主格子１２．１６の相対移動
に基づく重なり合いの繰返しによる受光量の変化を電気
信号に変換して出力する受光器２０と、この受光器２０
からの電気信号を処理して、前記受光量の変化の数に基
づき、前記主光学格子１２と従光学格子１６との相対移
動距離を算出する電子回路２２と、を有してなる光電式
変位検出装置において、前記発光器１８は、電源供給ラ
インとしてのリードフレーム２４と、このリードフレー
ム２４に電気的に接続して固着された発光素子２６と、
この発光素子２６及び該発光素子２６周辺の前記リード
フレーム２４の一部を鋳込んで形成された透明樹脂から
なる樹脂モールド２８と、前記発光素子２６に対して前
記第１部材１０と反対側に配置され、前記発光素子２６
に向かって凹となり、該発光素子２６から拡散する光を
平行にして前記第１部材１０及び第２部材１４方向に反
射する凹面反射鏡３０と、を備えたものである。 前記樹脂モールド２８は円板状に形成され、リードフレ
ーム２４に対して発光素子２６と同じ側の端面には円形
の凹部２８Ａが形成されている。 この凹部２８Ａには、レンズ部材３２が嵌め込み接着さ
れている０図の符号２８Ｂはリードフレーム２４を補強
するための突起部を示す。 前記レンズ部材３２は、円柱状のガラスからなり、その
円筒外周面はすりガラス状とされている。 このレンズ部材３２は前記発光素子２６と反対側の端部
が凸球面状とされ、前記凹面反射鏡３０はこの凸球面に
アルミ前着して形成された反射膜によって、その裏側に
形成されている。 前記第１部材１０には、前記主光学格子１２と平行に、
且つ第１部材１０の長手方向の適宜間隔にランダムパタ
ーンからなる原点検出用光学格子１２Ａが適宜間隔に設
けられている。 これら主光学格子１２及び原点検出用光学格子１２Ａは
第１部材１０における第２部材１４と対向する一方の面
に形成されている。 又、第２部材１４における従光学格子１６は、前記主光
学格子１２及び原点検出用光学格子１２Ａに対面する側
に形成されている。 前記従光学格子１６は、図に示されるように、９０°ず
つ位相をずらしてブロック型に配置された４個の参照格
子１６Ａ〜１６Ｄ及びこれらの４個の参照格子１６Ａ〜
１６Ｄの上方に配置された原点検出用参照格子１６Ｅと
から構成されている。 前記参照格子１６Ａ〜１６Ｄは、前記主光学格子１２と
、又、原点検出用参照格子１６Ｅは前記原点検出用光学
格子１２Ａとそれぞれ対面するように配置されている。 前記受光器２０における前記光電変換素子３４Ａ〜３４
Ｅは、前記主光学格子１２及び従光学格子１６を間に前
記発光器１８と対向し、且つ、前記従光学格子１６にお
ける参照格子１６Ａ〜１６Ｄ及び原点検出用参照格子１
６Ｅに対応する位置に設けられている。 前記光電変換素子３４Ａ〜３４Ｅは、リードフレーム３
８における同一のチップｒ６！！部３８Ｇ上に取付けら
れ、該リードフレーム３８の５個のインナリード部３８
Ａ〜３８Ｅとの間にワイヤボンディングされたリードｔ
ａ５８Ａ〜５８Ｈにより電気的に接続された後、該リー
ドフレーム３８の一部と共に、透明樹脂からなる樹脂モ
ールド３９によって一体的に鋳込んで固定されている。 前記受光器２０は、前記樹脂モールド３９側の端面にお
いて、前記第２部材１４の、前記従光学格子１６と反対
側の端面に接着固定されている。 前記電子回路２２は、第３図に示されるように、入力回
路４０．４１、分割回路４２、可逆選別口Ｂ４４、加減
算制御回路４６及び計数表示回路４８を備えている。 前記入力回路４０は、第４図に示されるように、前記４
個の光電変換素子３４Ａ〜３４Ｄから得られたＯ”、−
１８０°、９０”　、−２７０°の信号Ｓｔ、Ｓ２、ｓ
ｔｏ、Ｓ２−が入力される差動アンプ５０．５２と、位
相反転回路５４を備え、最終的に０°、９０°及び１８
０＠の３つの信号を得て、これらを分割回路４２に出力
するようにされている。 即ち、差動増幅方式により、同相分を除去し、位相変動
による影響を軽減させ、ＳＮ比の良い信号を得るもので
ある。 分割回路４２は、入力された３つの信号から、必要な位
相差の信号を得るものである。 分割回路４２からの信号は、前記可逆選別回路４４、加
減算制御回路４６及び計数表示回路４８を経てデジタル
量として表示されるようになっている。 又、前記入力回路４１は、光電変換素子３４Ｅからの原
点検出信号Ｓｏを得て、これを前記加減算制御回路４６
に出力するものである。 過減算制御回路４６は、入力回路４１からの原点検出信
号の入力時を基準として、可逆選別回路４４からの信号
を加算あるいは減算して、計数表示回路４８に出力する
ものである。 次に、第５図及び第６図を参照して、上記発光器１８を
製造する過程について説明する。 まず、第６図（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、予め所
要形状に形成されたリードフレーム２４の、チップ搭載
部２４Ｇに前記発光素子２６をダイボンディングによっ
て装着する。ここで、リードフレーム２４としては、例
えば、厚さ０．２５ｕの鉄−ニッケル鋼等を使用する。 次に、この発光素子２６とリードフレーム２４のインナ
リード２４Ｈとの間にリード線２６Ａをワイヤボンディ
ングする。 この状態で、第６図（Ｃ）に示されるように、透明樹脂
によって、これら発光素子２６、リード線２６Ａ及びリ
ードフレーム２４の一部を鋳込んで円板状の樹脂モール
ド２８を形成する。 このとき、樹脂モールド２８には円形の凹部２８Ａが同
時に形成される。 次に、第２図（Ｄ）に示されるように、予めアルミ蒸着
によって凹面反射鏡３０が形成されたレンズ部材３２を
凹部２８Ａに嵌合し、且つ接着する。 最後に、第５図に示されるように、リードフレーム２４
の不要部分を切断して、樹脂モールド２８から突出する
端子２４Ａ、２４Ｂを形成し、発光器１８が完成する。 次に、前記受光器２０の製造過程を説明する。 まず、第７図（Ａ）に示されるように、５個の光電変換
素子３４Ａ〜３４Ｅを取付けるべき箇所を形成したリー
ドフレーム３８を形成する。このリードフレーム３８も
、例えば、厚さ０．２５ｎの鉄−ニッケル鋼等を使用す
る。 このリードフレーム３８の１個のチップ搭載部３８Ｇに
、光電変換素子３４Ａ〜３４Ｅを、第７図（Ｂ）に示さ
れるようにダイボンディングによって装着する。 次に、リード線５８Ａ〜５８Ｅを光電変換素子３４Ａ〜
３４Ｅと、これに対応するリードフレーム３８のインナ
リード部３８Ａ〜３８Ｅとの間にワイヤボンディングし
て接続する。 次に、第７図（Ｃ）に示されるように、前記光電変換素
子３４Ａ〜３４Ｅ、リード線５８Ａ〜５８Ｅ及びリード
フレーム３８の一部を、透明！５１脂によって鋳込み、
樹脂モールド５９を形成する。 次いで、リードフレーム３８の不要部分を切落とし、樹
脂モールド５９から突出する端子３８Ａ〜３８Ｇを形成
して、受光器２０を完成させる。 この完成した受光器２０の前面に、第７図（Ｄ）に示さ
れるように第２部材１４を接着し、一体とする。 前記端子３９Ａ〜３９Ｇは、前記電子回路２２に接続さ
せる。 この実施例においては、前記従来の光電式変位検出装置
における発光器と比較して、発光器１８の製造工程を大
幅に簡略化させることができると共に、発光器１８、端
子２４Ａ、２４Ｂ及びリード線２６Ａをより安定して一
体的にチップ化することができる。 更に、凹面反射鏡３０を形成したレンズ部材３２をより
安定して保持することができる。 又、リードフレーム２４を用い、これに直接発光素子２
６を装着しているので、配線パターンを形成するための
高価な化学処理設備が不要となり、製造コストを大幅に
低減させることができる。。 更には、レンズ部材３２を別体として製作して、これを
最後の工程で樹脂モールド２８に接合しているために、
レンズ部材３２の形状精度を向上させることができる。 この実施例においては、前記従来の光電式変位検出装置
における受光器と比較して、受光器２０の製造工程を大
幅に簡略させることができる。 又、リードフレーム３８を用い、これに直接光電変換素
子３４Ａ〜３４Ｅを装着しているので、配線パターンを
形成するための高価な化学処理設備が不要となり、製造
コストを大幅に低減させることができる。 又、受光器２０は、第２部材１４と一体的に接着されて
いるので、より小型化及び安定性の向上を図ることがで
きる。 次に、第８図に示される本発明の第２実施例につき説明
する。 この実施例は、前記発光器１８における樹脂モールド２
８の第１部材１０に対向する側の端面を凸球面２８Ｃと
したものである。このようにすると、発光素子２６から
拡散し、凹面反射鏡３０で反射された照明光は、該凸球
面２８Ｃで更に屈折される。 従って、発光素子２６から拡散する照明光をより確実に
平行光線、即ち主光学格子１２及び従光学格子１６に対
して直交するようにすることができる。 他の構成は、前記第１実施例と同一であるので同一部分
には同一の符号を付することにより説明を省略する。 上記実施例において、発光器１８は発光素子２６、リー
ドフレーム２４の一部及びリード線２６Ａを内蔵する樹
脂モールド２８に、凹面反射鏡３０を備えたレンズ部材
３２を接着させたものであるが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、例えば第９図に示されるように、樹脂
モールド２８の一部にレンズ部材を形成するようにして
もよい。 この場合、レンズ部材は透明樹脂からなり、発光素子２
６等を鋳込む際に同時に連続一体内に形成される。 この実施例の場合は、凹面反射鏡３０をＶＩ４Ｉ４−ル
ドの端部に形成するなめに、その形状精度が、ガラスに
より形成した場合よりも若干低下するが、製造コスト及
び製作工程を低減させることができる。 又、上記実施例において、発光器１８は第１部材１０を
間にして第２部材１４と対向して配置されているが、本
発明はこれに限定されるものでなく、発光器１８はその
照明光を、第１部材１０及び第２部材１４上の主光学格
子１２及び従光学格子１６を一方向から照射できるもの
であればよい。 従って、例えば第１０図に示されるように、発光器１８
と第１部材１０との間に第２部材１４が配置されるよう
にしてもよい。 ここで、第２部材１４は固定であり、且つ第１部材１０
がその長手方向に往復動することから、第２部材１４に
発光器１８を一体的に取付ける。 この場合、発光器１８と第２部材１４は１つのチップと
されることになる。 上記実施例において、発光素子２６と、コリメータレン
ズであるレンズ部材３２、凹面反射鏡３０が１つのチッ
プとして形成されている。 又、受光器２０も同様に一体的にチップ化されている。 従って、これら発光器１８及び受光器２０側それぞれに
ついての各要素間の相対位置の調整をしたりすることな
く、容易に取替えることができると共に、頻繁な使用に
よっても、これら各要素間に相対移動変位が生じること
がない。 又、受光器及び発光器側における一体化により、装置の
小型化を国ることができる。 更には、発光器及び受光器のそれぞれの側で１チツプ化
されているので、これらの各要素間にごみや埃が入込ん
だりすることがない。 【発明の効果】 本発明は、上記のように構成したので、発光器の製造工
程及び製造コストを大幅に低減させるとことができると
共に、信頼性をより向上させることができるという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電式変位検出装置の実施例を示
す分解斜視図、第２図は同実施例の組立て状態を示す断
面図、第３図は同実施例における電子回路を示すブロッ
ク図、第４図は同電子回路の一部を示すブロック図、第
５図は同実施例における発光器を示す斜視図、第６図（
Ａ）〜（Ｃ）は同実施例における発光器の製造工程を示
す平面図、第６図（Ｄ）は同発光器の製造工程を示す側
面図、第７図（Ａ）〜（Ｃ）は同実施例における受光器
の製造過程を示す平面図、第７図（Ｄ）は同側面図、第
８図〜第１０図は本発明の第２〜第４実施例を示す断面
図、第１１図は本出願人による先行特許出願に係る光電
式変位検出装置における発光器の一部を示す平面図、第
１２図は第１１図のｘ■−ｘ■線相当部分の断面図であ
る。 １０・・・第１部材、 １２・・・主光学格子、 １４・・・第２部材、 １６・・・従光学格子、 １８・・・発光器、 ２０・・・受光器、 ２２・・・電子回路、 ２４・・・リードフレーム、 ２６・・・発光素子、 ２８・・・樹脂モールド、 ２８Ａ・・・凹部、 ２８Ｃ・・・凸球面、 ３０・・・凹面反射鏡、 ３２・・・レンズ部材、 ３４Ａ〜３４Ｅ・・・光電変換素子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光透過性材料からなる長尺の第１部材に形成され
   た主光学格子と、第１部材と相対移動可能に配置された
   光透過性部材からなる第２部材に、前記主光学格子と平
   行に、且つ、これに隣接して形成された従光学格子と、
   前記主光学格子及び従光学格子に検出光を照射する発光
   器と、前記両光学格子を間にして、前記発光器に対向し
   て配置され、両光学格子を通過した検出光を受光して、
   前記両光学格子の相対移動に基づく重なり合いの繰返し
   による受光量の変化を電気信号に変換して出力する受光
   器と、この受光器からの電気信号を処理して、前記受光
   量の変化の数に基づき、前記主光学格子と従光学格子と
   の相対移動距離を算出する電子回路と、を有してなる光
   電式変位検出装置において、前記発光器は、電源供給ラ
   インとしてのリードフレームと、このリードフレームに
   電気的に接続して固着された発光素子と、この発光素子
   及び前記リードフレームの一部を鋳込んで形成された透
   明樹脂からなる樹脂モールドと、前記発光素子に対して
   前記第１部材と反対側に配置され、前記発光素子に向か
   つて凹となり、該発光素子から拡散する光を平行にして
   前記第１及び第２部材方向に反射する凹面反射鏡と、を
   備えてなる光電式変位検出装置。
2. （２）前記樹脂モールドは、前記発光素子と対向する端
   部が略凸球面状とされ、前記凹面反射鏡は前記凸球面の
   裏面に形成された特許請求の範囲第１項記載の光電式変
   位検出装置。
3. （３）前記凹面反射鏡は、前記樹脂モールドに接合され
   たレンズ部材の凸球面の裏側に形成された特許請求の範
   囲第１項記載の光電式変位検出装置。
4. （４）前記樹脂モールドの前記凹面反射鏡と反対側の端
   面は略凸球面とされた特許請求の範囲第１項、第２項又
   は第３項記載の光電式変位検出装置。