KR102360458B1 - 인코더 - Google Patents
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Abstract
인코더는 패키지 기판(30), 및 기판의 실장면(30a)을 덮는 광 투과성 수지(33)를 가지는 투수광 모듈 패키지(3)를 구비한다. 광 투과성 수지(33)는 실장면(30a) 중 발광 소자(31)가 마련되어 있는 영역을 덮는 제1 부위(33a)와, 실장면(30a) 중 수광 소자(32) 및 수광 소자(32)와 기판을 접속시키는 본딩 와이어(35)가 마련되어 있는 영역을 덮는 제2 부위(33b)를 가진다. 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 광 투과성 수지(33)의 두께가, 제1 부위(33a)보다도 제2 부위(33b)의 적어도 일부에 있어서 얇거나, 또는 실장면(30a)에 평행하고 또한 발광 소자(31)와 수광 소자(32)가 늘어서 있는 방향에 수직인 방향에 있어서의 광 투과성 수지(33)의 길이가, 제1 부위(33a)보다도 제2 부위(33b)의 적어도 일부에 있어서 짧다.
Description
본 발명은 측정 대상물의 회전 각도를 검출하는 인코더에 관한 것이다.
광학식의 로터리 인코더는, 스케일로부터 입사된 광신호에 기초하여 스케일의 회전 각도를 산출하는 인코더이다. 스케일에 광을 조사하는 발광 소자와 스케일로부터의 광을 받는 수광 소자는, 광 투과성 수지로 덮힘으로써, 외부 환경으로부터 보호된다. 또, 수광 소자와 기판을 접속시키는 본딩 와이어는, 수광 소자와 함께 광 투과성 수지에 의해서 보호된다. 통상, 광 투과성 수지와 본딩 와이어의 재료는 열팽창률이 상이하기 때문에, 본딩 와이어는 온도 변화에 기인하여 광 투과성 수지가 팽창 혹은 수축하는 것에 의한 응력을 받는 경우가 있다. 본딩 와이어는 반복해서 응력을 받음으로써 파단(破斷)되는 경우가 있다.
특허 문헌 1에는, 베이스 기판에 마련된 발광 소자를 덮는 광 투과성 수지를 가지고, 베이스 기재에는, 발광 소자에 접속된 본딩 와이어가 통과하는 관통공이 마련되어 있는 발광 장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1의 기술에 의하면, 본딩 와이어의 주변에 있어서의 광 투과성 수지의 양을 적게 함으로써, 온도 변화에 의해서 본딩 와이어가 받는 스트레스를 저감시킨다.
인코더에는, 회전 각도의 고정밀한 산출을 위해서 수광 소자의 수가 늘어날수록, 본딩 와이어의 수가 많아진다. 수광 소자에 접속되는 본딩 와이어에 대해서 상기 특허 문헌 1의 기술이 적용되었을 경우, 수광 소자가 실장되는 기판은, 본딩 와이어의 수가 많을수록 관통공의 수도 많아진다. 관통공의 수가 많아질수록 광 투과성 수지에 의한 패키지의 사이즈가 커지는 것으로부터, 인코더는 소형화가 곤란해진다. 또, 관통공의 수가 많아질수록, 인코더는 제조시의 가공이 번잡하게 된다. 이 때문에, 상기 특허 문헌 1의 기술에 의하면, 소형이고 또한 용이하게 가공 가능한 구성에 의해서 본딩 와이어의 파단을 저감시키는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 수광 소자와 기판을 접속시키는 본딩 와이어의 파단을, 소형이고 또한 용이하게 가공 가능한 구성에 의해서 방지하는 것을 가능하게 하는 인코더를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 인코더는, 광학 패턴을 가지는 스케일과, 스케일에 광을 조사하는 발광 소자와 스케일로부터의 광이 입사되는 수광면을 가지는 수광 소자가 실장된 기판, 및 기판 중 발광 소자와 수광 소자가 실장되어 있는 실장면을 덮는 광 투과성 수지를 가지는 모듈 패키지를 구비한다. 광 투과성 수지는 실장면 중 발광 소자가 마련되어 있는 영역을 덮는 제1 부위와, 실장면 중 수광 소자 및 수광 소자와 기판을 접속시키는 본딩 와이어가 마련되어 있는 영역을 덮는 제2 부위를 가진다. 모듈 패키지에는, 제1 부위와 제2 부위의 사이에서 광을 차폐하는 차광부가 마련되어 있다. 제2 부위 중 본딩 와이어를 덮는 부분에서는, 실장면에 수직인 방향인 제1 방향에 있어서의 두께가, 제1 방향에 있어서의 제1 부위의 두께보다도 얇고 또한 제2 부위 중 본딩 와이어를 덮는 부분 이외에는, 제1 방향에 있어서 제1 부위의 두께와 같은 두께의 부분이 포함되어 있다.
본 발명에 따른 인코더는, 수광 소자와 기판을 접속시키는 본딩 와이어의 파단을, 소형이고 또한 용이하게 가공 가능한 구성에 의해서 방지할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 인코더의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 각도 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부로 입력되는 신호의 신호 파형예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부에 있어서의 보정 후의 신호 파형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 신호 파형의 신호로부터 개략(coarse) 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 참조에 의해 설명된 개략 절대 회전 각도로부터 고정밀 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 각도 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부로 입력되는 신호의 신호 파형예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부에 있어서의 보정 후의 신호 파형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 신호 파형의 신호로부터 개략(coarse) 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 참조에 의해 설명된 개략 절대 회전 각도로부터 고정밀 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 인코더를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 덧붙여, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다. 이하에 나타내는 도면에 있어서는, 각 요소의 축척이 현실과 상이한 경우가 있고, 각 도면 사이에 있어서도 마찬가지이다. 또, 이하에 나타내는 도면에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 단면에 의해 나타내는 요소에 해칭을 부여하지 않는 경우가 있다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 인코더의 구성을 나타내는 도면이다. 인코더(1)는 측정 대상물인 회전체의 회전 각도를 검출한다. 인코더(1)는 스케일로부터 입사된 광신호에 기초하여 스케일의 회전 각도를 산출하는 광학식의 로터리 인코더이며, 절대 회전 각도를 검출하는 앱솔루트 인코더이다.
인코더(1)는 광학 패턴(20)을 가지는 스케일인 광학식 스케일(2)과, 투광 기능과 수광 기능을 가지는 모듈 패키지인 투수(投受)광 모듈 패키지(3)와, 인코더(1)를 제어하는 제어부(4)를 가진다. 광학식 스케일(2)은 모터와 같은 회전 장치가 구비하는 회전 샤프트(5)에 연결되어 있다. 광학식 스케일(2)은 회전 샤프트(5)와 함께 회전한다. 도 1에서는, 회전 장치의 도시를 생략하고 있다.
광학식 스케일(2)에는 원 형상의 판재가 사용된다. 광학 패턴(20)은 광학식 스케일(2)의 원 형상 중 외주(外周)부인 환상의 영역에 마련되어 있다. 광학 패턴(20)은 원 형상의 외주를 따른 방향에 있어서 교호로 배치된 반사부(21)와 비반사부(22)를 가진다. 반사부(21)는 후술하는 발광 소자로부터 입사된 광을 투수광 모듈 패키지(3)를 향해서 반사하는 부분이다. 비반사부(22)는 발광 소자로부터 입사된 광을 흡수 혹은 산란하는 부분이다.
복수의 반사부(21)와 복수의 비반사부(22)의 각각은, 외주를 따른 방향에 있어서 다양한 폭을 가지고 있다. 회전하고 있는 광학 패턴(20)으로 발광 소자가 광을 조사하면, 광학 패턴(20)에서는, 반사부(21)의 폭에 따른 시간으로의 반사와 비반사부(22)의 폭에 따른 시간으로의 비반사가 반복된다. 후술하는 수광 소자는 반사부(21)에서 반사된 광을 검출한다. 수광 소자에 있어서 검출되는 광의 강도는, 반사부(21)와 비반사부(22)의 배열 패턴에 따라서 변조된다.
반사부(21)와 비반사부(22)의 배열 패턴은, 광학식 스케일(2)의 회전 각도를 특징지우도록 설정되어 있다. 이와 같이, 광학식 스케일(2)은 회전 각도에 고유한 광학 패턴(20)을 가지고 있다. 광학 패턴(20)에는, 예를 들면, M계열과 같은 유사 랜덤 부호 패턴이 사용된다.
광학식 스케일(2)을 구성하는 판재에는, 예를 들면, 스텐레스 등의 금속 기재가 사용된다. 비반사부(22)는 금속 기재의 표면으로의 도금 처리에 의해서 형성된다. 반사부(21)는 금속 기재의 표면에 경면(鏡面) 처리를 실시함으로써 형성된다. 반사부(21)는 경면 처리 이외의 수법에 의해서 형성되어도 된다. 비반사부(22)는 도금 처리 이외의 수법에 의해서 형성되어도 된다.
투수광 모듈 패키지(3)는 광학식 스케일(2)을 향하여 광을 출사한다. 또, 투수광 모듈 패키지(3)는 광학식 스케일(2)에서 반사된 광을 검출한다. 투수광 모듈 패키지(3)는 검출된 광에 대응하는 신호를 제어부(4)로 출력한다. 제어부(4)는 광학식 스케일(2)의 절대 회전 각도를 연산하는 각도 연산부(41)와, 투수광 모듈 패키지(3)에 있어서의 발광량을 조정하는 발광량 조정부(42)를 가진다.
각도 연산부(41)는 투수광 모듈 패키지(3)가 가지는 수광 소자로부터 출력되는 신호에 기초하여, 광학식 스케일(2)의 절대 회전 각도를 연산한다. 각도 연산부(41)가 구하는 절대 회전 각도는, 회전 샤프트(5)의 회전 위치에 대응하고 있다. 이와 같이, 각도 연산부(41)는 코드화된 광학 패턴(20)에 대응하는 신호에 기초하여, 회전 샤프트(5)의 회전 위치를 구한다. 각도 연산부(41)는 절대 회전 각도의 연산 결과로서 회전 샤프트(5)의 회전 위치를 나타내는 데이터인 위치 데이터(43)를 외부 장치로 출력한다. 발광량 조정부(42)는 수광 소자로부터 출력되는 신호에 기초하여, 발광 소자에 의한 발광량을 조정한다. 덧붙여, 발광 소자와 수광 소자에 대해서는 후술한다.
이와 같이, 인코더(1)는 수광 소자에 입사된 광에 대응하는 신호로부터 절대 회전 각도를 각도 연산부(41)에 의해서 연산한다. 덧붙여, 제어부(4)는 절대 회전 각도에 기초하여, 측정 대상물의 회전 제어를 행해도 된다. 인코더(1)는 수광 소자로부터 출력되는 펄스 신호를 적산할 필요가 없기 때문에, 전원 투입시에 광학식 스케일(2)을 원점으로 복귀시키는 동작이 불필요하다. 따라서, 인코더(1)는 전원 투입시에 있어서의 신속한 기동이 가능하다.
도 2는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다. 도 3은 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다. 도 4는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다. 투수광 모듈 패키지(3)는 광학식 스케일(2)에 광을 조사하는 발광 소자(31)와, 광학식 스케일(2)로부터의 광을 검출하는 수광 소자(32)와, 발광 소자(31) 및 수광 소자(32)가 실장된 기판인 패키지 기판(30)을 가진다.
발광 소자(31)와 수광 소자(32)는, 패키지 기판(30)의 실장면(30a)에 실장되어 있다. 실장면(30a)은 직사각형을 이루고 있다. 투수광 모듈 패키지(3)는 실장면(30a)이 광학식 스케일(2)을 향해진 상태로 되고, 광학 패턴(20)에 대향해서 배치된다.
인코더(1)는 패키지 기판(30)이 접속된 인코더 기판을 가진다. 도 2 및 도 3에서는, 인코더 기판의 도시를 생략하고 있다. 인코더 기판에서는, 투수광 모듈 패키지(3)보다도 후단측에 있어서의 다양한 처리가 실행된다. 제어부(4)는 인코더 기판에 배치되어 있다. 구체적으로는, 인코더 기판은 제어부(4)의 처리를 실행하는 처리 회로를 가진다. 각도 연산부(41)와 발광량 조정부(42)는, 제어부(4)가 가지는 기능부이다.
실장면(30a)에는, 인코더 기판에 접속되는 단자가 마련되어 있다. 단자는 실장면(30a)이 가지는 직사각형에 있어서의 네 변 모두에 마련되어 있다. 각 단자는 단면 스루홀 또는 이면(裏面) 전극 등이다. 실장면(30a)의 네 변 모두에 단자가 마련됨으로써, 발광 소자(31) 및 수광 소자(32)의 실장 정밀도가 향상된다.
패키지 기판(30)은 인코더 기판과 같은 기판으로 구성되는 것이 바람직하다. 인코더 기판은, 예를 들면, 유리 에폭시 기판으로 구성된다. 이 경우, 패키지 기판(30)도 유리 에폭시 기판으로 구성되는 것이 바람직하다.
발광 소자(31)는 광을 출사하는 발광면(31a)을 가지는 소자이다. 발광 소자(31)는, 예를 들면, 근적외광을 출사하는 점광원 LED(Light Emitting Diode)이다. 발광 소자(31)는 발광면(31a)이 실장면(30a)에 평행하게 되도록, 패키지 기판(30)에 접합되어 있다.
수광 소자(32)는 광을 받는 수광면(32a)을 가지는 소자이다. 수광 소자(32)는, 예를 들면, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 같은 촬상 디바이스로서, 일방향으로 배열된 화소의 집합을 가진다. 수광 소자(32)는 수광면(32a)이 실장면(30a)에 평행하게 되도록, 패키지 기판(30)에 접합되어 있다.
수광 소자(32)는 수광면(32a)으로 입사되는 광의 강도에 따른 신호를 출력한다. 구체적으로는, 수광 소자(32)는 수광면(32a)에서 받은 광을 아날로그의 전압 신호로 변환한다. 수광 소자(32)는, 또한 아날로그의 전압 신호를, 수광 소자(32)에 내장된 A/D(Analog-to-Digital) 변환기에 의해서 디지털의 전압 신호로 변환한다. 이것에 의해, 수광 소자(32)는 수광면(32a)으로 입사되는 광의 강도에 따른 신호를 생성한다. 수광 소자(32)는 생성된 신호를 제어부(4)로 출력한다. 도 2 내지 도 4에서는, A/D 변환기의 도시를 생략하고 있다. 수광 소자(32)가 출력하는 신호는, 광학식 스케일(2)에서 반사되어 수광 소자(32)가 수광한 광에 대응하는 신호이다. 따라서, 제어부(4)가 수신하는 신호는, 광학식 스케일(2)의 회전 위치에 대응하고 있다.
투수광 모듈 패키지(3)는 실장면(30a)을 덮는 광 투과성 수지(33)를 가진다. 광 투과성 수지(33)는 발광 소자(31)와 수광 소자(32)를 실링한다. 광 투과성 수지(33)는 실장면(30a) 중 발광 소자(31)가 마련되어 있는 영역을 덮는 제1 부위(33a)와, 실장면(30a) 중 수광 소자(32)와 본딩 와이어(35)가 마련되어 있는 영역을 덮는 제2 부위(33b)를 가진다. 본딩 와이어(35)는 수광 소자(32)와 패키지 기판(30)을 접속시킨다. 도 2에서는, 광 투과성 수지(33)에 의해서 덮여 있는 구성요소인 발광 소자(31)와 수광 소자(32)와 본딩 와이어(35)를, 파선에 의해서 나타내고 있다. 또, 도 4에서는, 광 투과성 수지(33)에 의해서 덮여 있는 구성요소인 발광 소자(31)와, 수광 소자(32)와 본딩 와이어(35)를, 실선에 의해서 나타내고 있다. 광 투과성 수지(33)와 패키지 기판(30)에서 선팽창 계수를 맞추기 위해서, 광 투과성 수지(33)에는, 예를 들면 에폭시계 수지가 사용된다. 제2 부위(33b) 중 광학식 스케일(2) 측으로 향해지는 면과 본딩 와이어(35)의 간격은, 제2 부위(33b) 중 광학식 스케일(2) 측으로 향해지는 면과 수광면(32a)의 간격보다도 짧다. 또, 본딩 와이어(35)는 실장면(30a) 중 발광 소자(31)와 수광 소자(32) 사이의 부분 이외의 부분에 마련되어 있다. 이것에 의해, 투수광 모듈 패키지(3)는 발광 소자(31)로부터 수광 소자(32)로 입사되는 광이 본딩 와이어(35)에 의해서 방해되는 것을 억제할 수 있다.
투수광 모듈 패키지(3)는 차광부인 차광성 수지(34)를 가진다. 차광성 수지(34)는 입사된 광을 흡수 또는 산란시킴으로써, 입사된 광의 투과를 억제한다. 차광성 수지(34)는 투수광 모듈 패키지(3) 내를 전파하는 불필요한 광인 미광을 억제하기 위한 요소이다. 차광성 수지(34)는 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)의 사이에 마련되어 있다. 광 투과성 수지(33)는 차광성 수지(34)에 의해서, 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)로 분단되어 있다. 차광성 수지(34)에는, 광 투과성 수지(33)와 마찬가지로 에폭시계 수지가 사용된다.
발광 소자(31)로부터 출사된 광 중 일부는, 제1 부위(33a)의 계면에서의 프레넬 반사 등에 의해서, 투수광 모듈 패키지(3)로부터 출사되지 않고 제1 부위(33a)에 머문다. 이와 같이, 제1 부위(33a)에 광이 머묾으로써, 투수광 모듈 패키지(3) 내에 미광이 생긴다. 수광 소자(32)로 미광이 입사됨으로써, 수광 소자(32)로부터 출력되는 신호에는, 광학식 스케일(2)로부터 수광 소자(32)로 입사된 광에 따른 성분과, 미광에 따른 성분이 혼재하게 된다. 수광 소자(32)로 미광이 입사됨으로써, 인코더(1)는 정확한 회전 각도를 산출하는 것이 곤란해진다.
차광성 수지(34)는 제1 부위(33a)로부터 제2 부위(33b)로 향하여 진행하는 광을 차폐함으로써, 수광 소자(32)로의 미광의 진행을 억제한다. 차광성 수지(34)는 제1 부위(33a)의 계면에서 반사된 광 외, 발광 소자(31)로부터 해당 계면에서의 반사를 거치지 않고 입사된 광, 혹은 패키지 기판(30)과 광학식 스케일(2)의 사이에서 다중 반사된 광을 차폐한다.
차광성 수지(34)는 판 모양으로 형성되어 있다. 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 차광성 수지(34)의 일방의 단인 제1 단은, 실장면(30a)에 접촉되어 있다. 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)는, 차광성 수지(34)에 의해서, 실장면(30a) 상에 있어서 분단되어 있다. 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 차광성 수지(34)의 타방의 단인 제2 단은, 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 위치가, 제1 부위(33a) 중 실장면(30a) 측과는 반대 측의 면과 같은 위치로 되어 있다. 이 때문에, 투수광 모듈 패키지(3) 중 광학식 스케일(2)과 대향하는 면에는, 차광성 수지(34)의 제2 단이 노출되어 있다.
차광성 수지(34)는 발광 소자(31)로부터 광학식 스케일(2)에서의 반사를 거쳐 수광 소자(32)로 진행하는 광을 차단하지 않는 위치에 배치되어 있다. 차광성 수지(34)는 차광성 수지(34) 중 제1 부위(33a) 측의 면과 차광성 수지(34) 중 제2 부위(33b) 측의 면이 실장면(30a)에 수직이 되도록 배치되어 있다.
유리 에폭시 기판은 근적외선 등의 광의 일부를 투과시키는 것이 알려져 있다. 패키지 기판(30)에 유리 에폭시 기판이 사용되는 경우, 발광 소자(31)로부터 출사된 광의 일부는, 직접 또는 제1 부위(33a) 내에서 반사되고 나서 패키지 기판(30)을 전파하여, 수광 소자(32)에 도달하는 경우가 있다. 이와 같이, 수광 소자(32)에는 패키지 기판(30)을 전파한 미광이 입사될 가능성이 있다. 패키지 기판(30)으로의 광의 입사를 억제하기 위해서, 패키지 기판(30)에는, 흑색 유리 에폭시 기판이 사용되어도 된다. 또는, 패키지 기판(30)의 표면에는, 패키지 기판(30)으로의 광의 입사 혹은 패키지 기판(30)의 내부에 있어서의 광의 전파를 억제하기 위한 차광층이 형성되어도 된다. 차광층에는 금속막, 흑색 레지스터, 혹은 금속막과 흑색 레지스터의 조합이 사용된다. 이것에 의해, 투수광 모듈 패키지(3)는 수광 소자(32)로의 미광의 입사를 방지할 수 있다. 덧붙여, 이들 재료를 이용한 방법과 같은 효과가 얻어지는 방법이면, 수광 소자(32)로의 미광의 입사를 방지하기 위해서, 다른 재료를 이용한 방법이 적용되어도 된다.
여기서, 투수광 모듈 패키지(3)가 가지는 구성요소의 배치에 대해서, 서로 수직인 3축인 X축, Y축 및 Z축을 정의한다. Z축 방향은 실장면(30a)에 수직인 방향인 제1 방향이다. X축 방향은 차광성 수지(34)를 사이에 두고 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)가 늘어서 있는 방향이다. Y축 방향은 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)가 늘어서 있는 방향에 수직이고 또한 제1 방향에 수직인 방향인 제2 방향이다. X축 방향과 Y축 방향은, 실장면(30a)에 평행한 방향이다. Z축 방향을 나타내는 화살표의 방향은, 실장면(30a)이 향해져 있는 방향인 것으로 한다.
Z축 방향에 있어서의 제2 부위(33b)의 길이 L2는, Z축 방향에 있어서의 제1 부위(33a)의 길이 L1보다도 짧다. 바꾸어 말하면, 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 제2 부위(33b)의 두께는, 실장면(30a)에 수직인 방향에 있어서의 제1 부위(33a)의 두께보다도 얇다. 길이 L1보다도 길이 L2를 짧게 한 것에 의한 효과에 대해서는 후술한다.
인코더(1)는 광학 패턴(20)에서 반사된 광을 검출하고, 광학식 스케일(2)의 회전 각도를 구한다. 인코더(1)는 광학 패턴(20)에서 반사된 광을 검출하는 구성을 대신하여, 광학 패턴(20)을 투과한 광을 검출하는 구성을 구비하고 있어도 된다.
다음에, 각도 연산부(41)의 구성에 대해 설명한다. 도 5는 도 1에 나타내는 인코더가 가지는 각도 연산부의 구성을 나타내는 블록도이다. 각도 연산부(41)는 광량 분포 보정부(44)와, 엣지 검출부(45)와, 개략 검출부(46)와, 고정밀도 검출부(47)와, 회전 각도 검출부(48)를 가진다. 수광 소자(32)는 수광면(32a)으로 입사되는 광의 강도에 따른 신호를 광량 분포 보정부(44)로 출력한다.
도 6은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부로 입력되는 신호의 신호 파형예를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 그래프의 세로축은 신호 강도를 나타내고, 가로축은 화소의 위치를 나타낸다. 신호 파형 중 피크인 레벨 「1」의 신호(11)는, 코드화된 광학 패턴(20) 중 반사부(21)에 대응하고 있다. 신호 파형 중 보텀인 레벨 「0」의 신호(12)는, 코드화된 광학 패턴(20) 중 비반사부(22)에 대응하고 있다.
발광 소자(31)의 광량 분포, 및 수광 소자(32)가 가지는 화소마다에 있어서의 게인의 편차 등에 기인하여, 신호(11)의 신호 강도에는 화소마다 차가 생긴다. 신호(12)의 신호 강도에도, 신호(11)의 신호 강도와 마찬가지로, 화소마다 차가 생긴다. 광량 분포 보정부(44)는 신호(11)끼리에 있어서의 신호 강도를 균일하게 하는 보정과, 신호(12)끼리에 있어서의 신호 강도를 균일하게 하는 보정을 행한다. 광량 분포 보정부(44)는 입력된 신호를 보정함으로써, 신호(11)끼리에 있어서의 신호 강도가 균일하고 신호(12)끼리에 있어서의 신호 강도가 균일하게 된 신호를 얻는다.
도 7은 도 5에 나타내는 각도 연산부가 가지는 광량 분포 보정부에 있어서의 보정 후의 신호 파형예를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 그래프의 세로축은 신호 강도를 나타내고, 가로축은 화소의 위치를 나타낸다. 보정 후의 신호 파형(13)에서는, 피크에 있어서의 신호 강도가 균일하게 되어 있고, 또한 보텀에 있어서의 신호 강도가 균일하게 되어 있다. 덧붙여, 광량 분포 보정부(44)에 의한 보정 방법은, 광량 분포 등에 기인하는 신호 강도의 편차를 억제 가능한 방법이면 좋고, 임의의 방법으로 할 수 있다. 광량 분포 보정부(44)는 보정 후의 신호를 엣지 검출부(45)로 출력한다.
엣지 검출부(45)는 광량 분포 보정부(44)에 의한 보정 후의 신호에 기초하여, 미리 설정된 임계값 레벨(14)과 신호 강도가 일치하는 화소를 나타내는 값인 화소값을, 엣지마다 산출한다. 엣지는 광학 패턴(20)에 있어서의 반사부(21)와 비반사부(22)의 경계이다. 엣지 검출부(45)는 산출된 화소값인 엣지 화소값을 개략 검출부(46)로 출력한다. 엣지 화소값은 엣지의 위치를 나타낸다.
개략 검출부(46)는 입력된 엣지 화소값에 기초하여, 광학 패턴(20) 중 수광 소자(32) 상에 투영되는 비트 패턴을 디코딩한다. 개략 검출부(46)는 비트 패턴을 디코딩함으로써, 개략 절대 회전 각도(49)를 산출한다.
도 8은 도 7에 나타내는 신호 파형의 신호로부터 개략 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 나타내는 비트열(15)은, 신호 파형(13)의 신호에 대응하는 비트열이다. 개략 검출부(46)는 엣지 화소값에 의해서 나타내지는 엣지의 위치에 따라서, 신호 파형(13)의 신호를, 「0」 및 「1」의 각 부호의 배열인 비트열(15)로 변환한다.
룩업 테이블(16)은 광학식 스케일(2)의 절대 회전 각도와 비트열을 서로 대응지어 저장한다. 룩업 테이블(16)은 제어부(4)가 가지는 메모리 내에 미리 저장되어 있다. 도 1 내지 도 5에서는, 메모리의 도시를 생략하고 있다. 개략 검출부(46)는 비트열(15)과 같은 비트열에 대응하는 절대 회전 각도를 룩업 테이블(16)로부터 읽어냄으로써, 개략 절대 회전 각도(49)를 구한다. 개략 검출부(46)는 개략 절대 회전 각도(49)를 고정밀도 검출부(47)로 출력한다.
고정밀도 검출부(47)는 개략 절대 회전 각도(49)에 기초하여, 수광 소자(32) 상에 투영되는 패턴의 위상 시프트량을 고정밀도로 연산한다. 개략 검출부(46)가 구한 개략 절대 회전 각도(49)는, 광학식 스케일(2)의 비트 단위의 절대 회전 각도이다. 고정밀도 검출부(47)는 개략 절대 회전 각도(49)와 고정밀 절대 회전 각도의 어긋남을 나타내는 위상 시프트량을 검출한다.
도 9는 도 8의 참조에 의해 설명된 개략 절대 회전 각도로부터 고정밀 절대 회전 각도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 고정밀도 검출부(47)는 도 9에 나타내는 것처럼, 기준 화소(18)의 위치로부터, 기준 화소(18)에 가장 가까운 엣지 화소의 위치인 엣지 화소 위치(19)까지의 위상 시프트량(17)을 검출한다. 기준 화소(18)는 고정밀 절대 회전 각도를 산출할 때 기준으로 하는 화소로서, 어느 화소여도 된다. 위상 시프트량(17)은 기준 화소(18)의 위치와 엣지 화소 위치(19)의 차에 대응하고 있다. 고정밀도 검출부(47)는 개략 절대 회전 각도(49)와 위상 시프트량(17)을 회전 각도 검출부(48)로 출력한다.
회전 각도 검출부(48)는 위상 시프트량(17)에 기초하여, 광학식 스케일(2)의 1비트 단위보다도 미세한 단위에 대한 고정밀 절대 회전 각도를 산출한다. 구체적으로는, 회전 각도 검출부(48)는 개략 검출부(46)에 의해서 산출된 개략 절대 회전 각도(49)에, 고정밀도 검출부(47)에 의해서 산출된 위상 시프트량(17)을 가산함으로써, 고정밀 절대 회전 각도를 산출한다. 회전 각도 검출부(48)는 고정밀 절대 회전 각도의 산출 결과인 위치 데이터(43)를 외부 장치로 출력한다.
다음에, 투수광 모듈 패키지(3)에 있어서 제1 부위(33a)의 길이 L1보다도 제2 부위(33b)의 길이 L2를 짧게 한 것에 의한 효과에 대해 설명한다. 본딩 와이어(35)는 광 투과성 수지(33)로 실링되어 있음으로써 보호되고 있다. 통상, 광 투과성 수지(33)와 본딩 와이어(35)의 재료에서는 열팽창률이 상이하기 때문에, 본딩 와이어(35)는 온도 변화에 기인하여 광 투과성 수지(33)가 팽창 혹은 수축하는 것에 의한 응력을 받는 경우가 있다. 본딩 와이어(35)가 반복하여 응력을 받음으로써 파단됐을 경우, 투수광 모듈 패키지(3)는 수광 소자(32)로부터 각도 연산부(41)로 신호를 송출할 수 없게 됨으로써, 회전 각도를 산출할 수 없게 된다.
실시 형태 1에서는, Z축 방향에 있어서의 제2 부위(33b)의 두께는, Z축 방향에 있어서의 제1 부위(33a)의 두께보다도 얇다. 제2 부위(33b)의 두께가 제1 부위(33a)의 두께보다도 얇게 되어 있음으로써, 제2 부위(33b)의 두께가 제1 부위(33a)의 두께와 같은 경우와 비교해서, 제2 부위(33b)에 있어서의 광 투과성 수지(33)의 양이 적게 되어 있다. 제2 부위(33b)에서는, 광 투과성 수지(33)의 양이 적게 됨으로써, 온도 변화가 있었을 때에 있어서의 팽창량과 수축량이 적게 된다. 팽창량과 수축량이 적게 됨으로써, 광 투과성 수지(33)가 팽창 혹은 수축함으로써 본딩 와이어(35)가 받는 응력이 작아진다. 이것에 의해, 투수광 모듈 패키지(3)는 본딩 와이어(35)의 파단을 저감시킬 수 있다.
제2 부위(33b)의 두께와 마창가지로 제1 부위(33a)의 두께가 얇게 된 경우, 제1 부위(33a)에서는, 발광 소자(31)로부터 광 투과성 수지(33)의 계면에서의 반사를 거쳐 발광 소자(31) 혹은 발광 소자(31)에 접속된 배선 패턴에서 반사되는 광이 증가함으로써, 미광이 증가한다. 투수광 모듈 패키지(3)는 제1 부위(33a)에 대해서는, 미광을 억제 가능하게 하는 두께가 유지되어 있다.
투수광 모듈 패키지(3)의 제조에서는, 패키지 기판(30)에 관통공을 마련하여 관통공에 본딩 와이어(35)가 관통되는 경우와 비교해서, 본딩 와이어(35)의 수와 같은 수의 관통공을 마련하는 가공이 불필요해진다. 이 때문에, 투수광 모듈 패키지(3)는 제조시의 가공이 번잡하게 된다고 하는 문제를 회피할 수 있다. 또, 관통공이 불필요해짐으로써, 투수광 모듈 패키지(3)는 대형화와 같은 문제도 회피할 수 있다.
투수광 모듈 패키지(3)는 제1 부위(33a)의 두께보다도 제2 부위(33b)의 두께가 얇아지도록 광 투과성 수지(33)가 형성됨으로써, 본딩 와이어(35)의 파단을 저감 가능하게 하는 구성으로 된다. 투수광 모듈 패키지(3)는 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b)에서 광 투과성 수지(33)의 두께를 상이하게 하는 것만으로, 본딩 와이어(35)의 파단을 저감 가능하게 하는 구성을 용이하게 얻을 수 있다. 이상에 의해, 인코더(1)는 소형이고 또한 용이하게 가공 가능한 구성에 의해서 본딩 와이어(35)의 파단을 저감시킬 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
실시 형태 2.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 단면도이다. 도 11은 도 10에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다. 실시 형태 2에서는, 제2 부위(33b)의 일부에 있어서, Z축 방향에 있어서의 길이 L2가 Z축 방향에 있어서의 제1 부위(33a)의 길이 L1보다도 짧다. 실시 형태 2에서는, 상기의 실시 형태 1과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고, 실시 형태 1과는 상이한 구성에 대해 주로 설명한다. 도 11에서는, 광 투과성 수지(33)에 의해서 덮여 있는 구성요소인 발광 소자(31)와 수광 소자(32)와 본딩 와이어(35)를, 실선에 의해서 나타내고 있다.
제2 부위(33b) 중, 길이 L2의 부분(33c)은, 수광면(32a)이 마련되어 있는 부분(33d) 이외의 부분이고, 또한 수광면(32a)보다도 제1 부위(33a) 측의 부분(33e) 이외의 부분이다. 부분(33d)과 부분(33e)에 있어서, Z축 방향에 있어서의 길이는, 길이 L1이다. 부분(33c)과 부분(33d)의 사이에는, 오목형 곡면(36)이 형성되어 있다. 즉, 부분(33c)과 부분(33d)의 사이에 구배가 마련되어 있다. 부분(33c)과 부분(33d) 사이의 면은, 실장면(30a)에 대해서 기울기를 가지는 경사면이어도 된다. 부분(33c)과 부분(33d)의 사이에 구배가 마련되어 있음으로써, 발광 소자(31)로부터 조사되어 구배에 입사된 광은, 수광 소자(32)로 입사되는 경우는 없다. 따라서, 투수광 모듈 패키지(3)는 미광을 억제할 수 있다.
수광면(32a)으로 입사된 광 중 수광면(32a)에서 반사된 광, 및 수광면(32a)의 주위에서 반사된 광은, 제2 부위(33b)의 계면에서의 프레넬 반사에 의해서, 수광면(32a)을 향하는 미광이 되는 경우가 있다. 수광면(32a)이 마련되어 있는 부분(33d)이 얇아질수록, 제2 부위(33b)의 계면에서 반사되는 광이 증가함으로써, 미광이 증가한다. 실시 형태 2에서는, 부분(33d)에 대해서는, Z축 방향에 있어서의 두께가 제1 부위(33a)의 두께와 같은 것에 의해서, 투수광 모듈 패키지(3)는 수광면(32a)을 향하는 미광을 억제할 수 있다.
실시 형태 2에 의하면, 제2 부위(33b)의 일부인 부분(33c)의 두께가 제1 부위(33a)의 두께보다도 얇게 되어 있다. 투수광 모듈 패키지(3)는 제2 부위(33b)에 있어서의 광 투과성 수지(33)의 양이 적게 됨으로써, 본딩 와이어(35)의 파단을 방지할 수 있다. 또, 투수광 모듈 패키지(3)는 수광면(32a)이 마련되어 있는 부분(33d)의 두께는 얇게 되어 있지 않음으로써, 수광면(32a)으로 향하는 미광을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 인코더(1)는 정확한 회전 각도를 산출할 수 있다.
실시 형태 3.
도 12는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 인코더가 가지는 모듈 패키지의 사시도이다. 도 13은 도 12에 나타내는 인코더가 가지는 모듈 패키지의 상면도이다. 실시 형태 3에서는, 제2 부위(33b)의 일부에 있어서, Y축 방향에 있어서의 길이 L4가 Y축 방향에 있어서의 제1 부위(33a)의 길이 L3보다도 짧다. 실시 형태 3에서는, 상기의 실시 형태 1 및 2와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고, 실시 형태 1 및 2와는 상이한 구성에 대해 주로 설명한다. 도 12 및 도 13에서는, 패키지 기판(30)의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 13에서는, 광 투과성 수지(33)에 의해서 덮여 있는 구성요소인 발광 소자(31)와 수광 소자(32)와 본딩 와이어(35)를, 실선에 의해서 나타내고 있다.
제2 부위(33b)의 일부에 있어서의 길이 L4가 제1 부위(33a)에 있어서의 길이 L3보다도 짧은 것에 의해서, 제2 부위(33b)의 전체에 있어서의 길이가 제1 부위(33a)와 같은 길이 L3인 경우와 비교해서, 제2 부위(33b)에 있어서의 광 투과성 수지(33)의 양이 적게 되어 있다. 투수광 모듈 패키지(3)는 본딩 와이어(35)가 Y축 방향에 있어서 받는 응력을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 투수광 모듈 패키지(3)는 본딩 와이어(35)의 파단을 저감시킬 수 있다.
덧붙여, 실시 형태 3에서는, 제2 부위(33b)의 전체에 대해서, Y축 방향에 있어서의 길이가 길이 L4로 되어 있어도 된다. 이 경우도, 투수광 모듈 패키지(3)는 본딩 와이어(35)의 파단을 저감시킬 수 있다. 투수광 모듈 패키지(3)는 제1 부위(33a)와 제2 부위(33b) 중 적어도 일부에서 광 투과성 수지(33)의 길이를 상이하게 하는 것만으로, 본딩 와이어(35)의 파단을 저감 가능하게 하는 구성을 용이하게 얻을 수 있다. 이것에 의해, 인코더(1)는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 소형이고 또한 용이하게 가공 가능한 구성에 의해서 본딩 와이어(35)의 파단을 저감시킬 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1: 인코더 2: 광학식 스케일
3: 투수광 모듈 패키지 4: 제어부
5: 회전 샤프트 11, 12: 신호
13: 신호 파형 14: 임계값 레벨
15: 비트열 16: 룩업 테이블
17: 위상 시프트량 18: 기준 화소
19: 엣지 화소 위치 20: 광학 패턴
21: 반사부 22: 비반사부
30: 패키지 기판 30a: 실장면
31: 발광 소자 31a: 발광면
32: 수광 소자 32a: 수광면
33: 광 투과성 수지 33a: 제1 부위
33b: 제2 부위 33c, 33d, 33e: 부분
34: 차광성 수지 35: 본딩 와이어
36: 곡면 41: 각도 연산부
42: 발광량 조정부 43: 위치 데이터
44: 광량 분포 보정부 45: 엣지 검출부
46: 개략 검출부 47: 고정밀도 검출부
48: 회전 각도 검출부 49: 개략 절대 회전 각도
L1, L2, L3, L4: 길이
3: 투수광 모듈 패키지 4: 제어부
5: 회전 샤프트 11, 12: 신호
13: 신호 파형 14: 임계값 레벨
15: 비트열 16: 룩업 테이블
17: 위상 시프트량 18: 기준 화소
19: 엣지 화소 위치 20: 광학 패턴
21: 반사부 22: 비반사부
30: 패키지 기판 30a: 실장면
31: 발광 소자 31a: 발광면
32: 수광 소자 32a: 수광면
33: 광 투과성 수지 33a: 제1 부위
33b: 제2 부위 33c, 33d, 33e: 부분
34: 차광성 수지 35: 본딩 와이어
36: 곡면 41: 각도 연산부
42: 발광량 조정부 43: 위치 데이터
44: 광량 분포 보정부 45: 엣지 검출부
46: 개략 검출부 47: 고정밀도 검출부
48: 회전 각도 검출부 49: 개략 절대 회전 각도
L1, L2, L3, L4: 길이
Claims (5)
- 광학 패턴을 가지는 스케일과,
상기 스케일에 광을 조사하는 발광 소자와 상기 스케일로부터의 광이 입사되는 수광면을 가지는 수광 소자가 실장된 기판, 및 상기 기판 중 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가 실장되어 있는 실장면을 덮는 광 투과성 수지를 가지는 모듈 패키지를 구비하고,
상기 광 투과성 수지는 상기 실장면 중 상기 발광 소자가 마련되어 있는 영역을 덮는 제1 부위와, 상기 실장면 중 상기 수광 소자 및 상기 수광 소자와 상기 기판을 접속시키는 본딩 와이어가 마련되어 있는 영역을 덮는 제2 부위를 가지고,
상기 모듈 패키지에는, 상기 제1 부위와 상기 제2 부위의 사이에서 광을 차폐하는 차광부가 마련되어 있고,
상기 제2 부위 중 상기 본딩 와이어를 덮는 부분에서는, 상기 실장면에 수직인 방향인 제1 방향에 있어서의 두께가, 상기 제1 방향에 있어서의 상기 제1 부위의 두께보다도 얇고 또한 상기 제2 부위 중 상기 본딩 와이어를 덮는 부분 이외에는, 상기 제1 방향에 있어서 상기 제1 부위의 두께와 같은 두께의 부분이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 인코더. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 부위 중 상기 수광면을 덮는 부분에서는, 상기 제1 방향에 있어서의 두께가, 상기 제1 방향에 있어서의 상기 제1 부위의 두께와 같은 것을 특징으로 하는 인코더. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 부위 중, 상기 제1 방향에 있어서의 두께가 상기 제1 방향에 있어서의 상기 제1 부위의 두께보다도 얇은 부분과, 상기 제2 부위 중 상기 제1 방향에 있어서의 두께가 상기 제1 방향에 있어서의 상기 제1 부위의 두께와 같은 부분의 사이에 구배가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 인코더. - 광학 패턴을 가지는 스케일과,
상기 스케일에 광을 조사하는 발광 소자와 상기 스케일로부터의 광이 입사되는 수광면을 가지는 수광 소자가 실장된 기판, 및 상기 기판 중 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가 실장되어 있는 실장면을 덮는 광 투과성 수지를 가지는 모듈 패키지를 구비하고,
상기 광 투과성 수지는 상기 실장면 중 상기 발광 소자가 마련되어 있는 영역을 덮는 제1 부위와, 상기 실장면 중 상기 수광 소자 및 상기 수광 소자와 상기 기판을 접속시키는 본딩 와이어가 마련되어 있는 영역을 덮는 제2 부위를 가지고,
상기 모듈 패키지에는, 상기 제1 부위와 상기 제2 부위의 사이에서 광을 차폐하는 차광부가 마련되어 있고,
상기 제2 부위의 적어도 일부에서는, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가 늘어서 있는 방향에 수직이고 또한 상기 실장면에 평행한 제2 방향에 있어서의 길이가, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 제1 부위의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 인코더. - 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리 에폭시 수지로 이루어지는 기판으로서,
상기 광 투과성 수지와 상기 차광부는, 에폭시계 수지인 것을 특징으로 하는 인코더.
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