(57)【要約】  アブソリュートエンコーダが、光学パターンを有する光学式スケールと、光学式スケールに光を照射する発光素子（３１）および光学式スケールからの反射光を受光する受光素子（３２）を光透過性樹脂（３３Ａ）で覆ったモジュールパッケージ（３００Ｂ）と、受光素子（３２）が反射光に応じて出力する信号に基づいて、光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、を備え、モジュールパッケージ（３００Ｂ）には、光透過性樹脂（３３Ａ）の光学式スケールに対向する面で露出し且つ発光素子（３１）の発光面（３１０）の中心と、受光素子（３２）の受光面（３２０）の中心との中間位置を通る遮光性樹脂（３４Ｂ）が配置されている。
2019162998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンを有する光学式スケールと、
前記光学式スケールに光を照射する発光素子および前記光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、
前記受光素子が前記反射光に応じて出力する信号に基づいて、前記光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、
を備え、
前記モジュールパッケージには、
前記光透過性樹脂の前記光学式スケールに対向する面で露出し且つ前記発光素子の発光面の中心と、前記受光素子の受光面の中心との中間位置を通る遮光部が配置されている、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記モジュールパッケージは、前記発光素子および前記受光素子が実装されるパッケージ基板をさらに有し、
前記遮光部は、前記パッケージ基板が掘り込まれた領域および前記光透過性樹脂が掘り込まれた領域に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記パッケージ基板は、ガラエポ基板であり、
前記光透過性樹脂および前記遮光部は、エポキシ系樹脂である、
ことを特徴とする請求項２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
光学パターンを有する光学式スケールと、
前記光学式スケールに光を照射する発光素子および前記光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、
前記受光素子が前記反射光に応じて出力する信号に基づいて、前記光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、
を備え、
前記モジュールパッケージは、
前記受光素子の前記発光素子側の端部に照射される光線の角度をθ１とし、前記受光素子の受光面から前記光透過性樹脂の上面までの距離をＬ３とし、前記受光素子の前記発光素子側の端部から前記受光面の前記発光素子側とは反対側の端部までの距離をＬ４とした場合に、２×tanθ１×Ｌ３＞Ｌ４が成り立つように形成されている、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
光学パターンを有する光学式スケールと、
前記光学式スケールに光を照射する発光素子および前記光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、
前記受光素子が前記反射光に応じて出力する信号に基づいて、前記光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、
を備え、
前記光透過性樹脂は、前記光学式スケールに対向する面である上面が、前記受光素子の受光面に対して傾斜している、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の絶対回転角度を検出するアブソリュートエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の絶対回転角度を検出するロータリーエンコーダの１つに、アブソリュートエンコーダがある。アブソリュートエンコーダは、光学式スケール上の光学パターンで反射されて受光素子に入射した光信号に基づいて、光学式スケールの絶対回転角度を算出するエンコーダである。このアブソリュートエンコーダでは、絶対回転角度の演算に用いる光線以外の不要な光線が受光素子に入射すると、絶対回転角度の検出精度が低下してしまうので、不要な光線を除去することが望まれる。【０００３】
特許文献１の光学式エンコーダは、光源と、光検出器と、光源スリットとがパッケージに封入されており、光源スリットの一端に遮光部が形成されている。この構成により、特許文献１の光学式エンコーダは、遮光部で不要な光線の進行を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３３６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術である特許文献１では、パッケージと光学式スケールとの間の多重反射に起因する角度検出精度の低下を抑制できない。パッケージと光学式スケールとの間の多重反射は、光源から出射した光線が、光学式スケールで反射された後、パッケージの表面で反射され、さらに光学式スケールで反射される現象である。この多重反射した光が光検出器に入射することで検出精度が低下する。多重反射による光線は、光学式スケールの回転に応じて光線量および光線のパターンが変わるので、演算装置によって除去することが困難である。このため、特許文献１では、測定対象物の絶対回転角度を精度良く検出することができないという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定対象物の絶対回転角度を精度良く検出することができるアブソリュートエンコーダを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンを有する光学式スケールと、光学式スケールに光を照射する発光素子および光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、受光素子が反射光に応じて出力する信号に基づいて、光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、を備えている。また、本発明のアブソリュートエンコーダは、モジュールパッケージに、光透過性樹脂の光学式スケールに対向する面で露出し且つ発光素子の発光面の中心と、受光素子の受光面の中心との中間位置を通る遮光部が配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるアブソリュートエンコーダは、測定対象物の絶対回転角度を精度良く検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダの構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかるモジュールパッケージの構成を示す断面図
【図３】実施の形態１にかかるモジュールパッケージの構成を示す上面図
【図４】実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダが備える角度演算部の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダの角度演算部が受光素子から受付ける信号の波形例を示す図
【図６】図５に示した波形が均一な分布に補正されたものを示す図
【図７】図６に示した波形から粗い絶対回転角度を算出する方法を説明するための図
【図８】図７で説明した粗い絶対回転角度から細かい絶対回転角度を算出する方法を説明するための図
【図９】比較例のモジュールパッケージが発生させる迷光の例を説明するための図
【図１０】実施の形態１にかかるモジュールパッケージ内での光線の進路を説明するための図
【図１１】実施の形態１にかかるモジュールパッケージが受光素子への多重反射光の入射を防止する様子を説明するための図
【図１２】実施の形態１にかかるモジュールパッケージの受光素子で検出される信号の波形例を示す図
【図１３】比較例のモジュールパッケージの受光素子で検出される信号の波形例を示す図
【図１４】実施の形態１にかかるモジュールパッケージが備える遮光性樹脂の配置位置を説明するための図
【図１５】比較例のモジュールパッケージが発生させる迷光の第３例を説明するための図
【図１６】実施の形態１にかかるモジュールパッケージが備える構成要素の寸法関係を説明するための図
【図１７】実施の形態２にかかるモジュールパッケージの第１の構成例を示す図
【図１８】実施の形態２にかかるモジュールパッケージの第２の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダの構成を示す図である。アブソリュートエンコーダ１は、測定対象物である回転体の回転角度を検出する装置であり、光学式スケール２と、モジュールパッケージ３００と、制御部４とを備えている。アブソリュートエンコーダ１が検出する回転角度は、絶対回転角度である。なお、図１では、光学式スケール２に対向する側の面であるモジュールパッケージ３００の上面を下側に図示し、モジュールパッケージ３００の底面を上側に図示している。
【００１２】
光学式スケール２は、モーター等の回転装置が備える回転シャフト５に連結されており、回転シャフト５の回転に応じて回転する。光学式スケール２は、円板状の部材を用いて構成されている。光学式スケール２は、円板状の部材の上面に、明暗のうちの「明」を示すライン状のパターンである反射部２０１と、「暗」を示すライン状のパターンである非反射部２０２とが、交互に配置された光学パターン２００を備えている。
【００１３】
反射部２０１は、後述する発光素子３１からの光線を反射する部分であり、非反射部２０２は、発光素子３１からの光線を吸収または散乱する部分である。反射部２０１は、円板状の部材の中心部から外周部に向かう方向に複数本が配置されている。また、非反射部２０２は、円板状の部材の中心部から外周部に向かう方向に複数本が配置されている。換言すると、複数本の反射部２０１および複数本の非反射部２０２は、ライン状の一端が光学パターン２００の中心を向き、他端が光学パターン２００の外側方向に向くよう配置されている。
【００１４】
非反射部２０２は、反射部２０１の間に配置されており、反射部２０１は、非反射部２０２の間に配置されている。光学式スケール２では、円板状の部材の外周部の環状領域内で、反射部２０１および非反射部２０２が放射線状に並ぶよう反射部２０１と非反射部２０２とが交互に配置されている。反射部２０１および非反射部２０２は、種々の寸法幅を有している。換言すると、反射部２０１は、種々の間隔で並べられ、非反射部２０２は、種々の間隔で並べられている。
【００１５】
光学パターン２００は、反射部２０１および非反射部２０２が種々の間隔で配置されたパターンであるので、回転している光学パターン２００に光線が照射されると、光線の反射と非反射とが反射部２０１および非反射部２０２の配置間隔に応じて繰り返される。これにより、反射部２０１および非反射部２０２は、後述する受光素子３２上に投影される光強度分布を変調するように機能する。
【００１６】
光学式スケール２には、反射部２０１および非反射部２０２で構成される光学パターン２００を有するトラックが１本だけ設けられる。反射部２０１および非反射部２０２は、光学式スケール２の回転角度を特徴づける間隔で配置される。このように、光学式スケール２は、回転角度固有の光学パターン２００を有している。反射部２０１および非反射部２０２の配置パターンには、例えば、Ｍ系列といった疑似ランダム符号パターンが使用される。
【００１７】
光学式スケール２は、例えば、ステンレス等の金属基材から形成される。光学パターン２００が形成される際には、金属基材の表面にメッキ技術等によって非反射部２０２が形成され、金属基材部が鏡面仕上げされることによって反射部２０１が形成される。なお、反射部２０１および非反射部２０２が形成できる方法であれば、何れの方法によって光学パターン２００が形成されてもよい。
【００１８】
モジュールパッケージ３００は、投光機能である発光素子３１および受光機能である受光素子３２を備えた投受光モジュールである。モジュールパッケージ３００は、光学パターン２００の上側に、光学パターン２００に対向するよう配置される。モジュールパッケージ３００は、発光素子３１から出射された光のうち、光学パターン２００で反射されて受光素子３２に入射してくる光を検出し、検出した光に対応する信号を制御部４へ出力する。
【００１９】
制御部４は、受光素子３２よりも後段側で受光素子３２に接続されている。制御部４は、角度演算部４１と、発光量調整部４２とを備えている。角度演算部４１は、モジュールパッケージ３００が備える受光素子３２から出力される信号に基づいて、光学式スケール２の絶対回転角度を演算する。角度演算部４１が算出する絶対回転角度は、回転シャフト５の回転位置に対応している。このように、角度演算部４１は、コード化された光学パターン２００に対応する信号に基づいて、回転シャフト５の回転位置を演算する。角度演算部４１は、回転シャフト５の位置データを示す絶対回転角度を位置データとして外部装置に出力する。発光量調整部４２は、受光素子３２から出力される信号に基づいて、発光素子３１が出射する光の発光量を調整する。
【００２０】
このように、アブソリュートエンコーダ１は、角度演算部４１が、受光素子３２に入射した光線に対応する信号から絶対回転角度を演算する。なお、制御部４は、絶対回転角度に基づいて、測定対象物の回転制御を行ってもよい。アブソリュートエンコーダ１は、受光素子３２から出力されるパルス信号の積算をする必要がないので、電源投入時に原点への復帰動作が不要であり、迅速に立ち上げることが可能である。
【００２１】
図２は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージの構成を示す断面図である。また、図３は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージの構成を示す上面図である。図２および図３では、モジュールパッケージ３００の一例であるモジュールパッケージ３００Ａの構成を図示している。
【００２２】
なお、図２では、光学パターン２００に対向する面であるモジュールパッケージ３００Ａの上面を下側に図示し、モジュールパッケージ３００Ａの底面を上側に図示している。また、後述する図９から図１１、図１５から図１８でも、モジュールパッケージの上面を下側に図示し、モジュールパッケージの底面を上側に図示している。また、図２では、パッケージ基板３０Ａおよび光透過性樹脂３３Ａのハッチングを省略している。また、後述する図９から図１１、図１５から図１８でも、パッケージ基板および光透過性樹脂のハッチングを省略している。また、図３は、モジュールパッケージ３００Ａの上面図であるが、図２の断面図との対応を明確にするためハッチングを付してある。
【００２３】
モジュールパッケージ３００Ａは、パッケージ基板３０Ａと、発光素子３１と、受光素子３２と、光透過性樹脂３３Ａと、遮光部である遮光性樹脂３４Ａとを有している。なお、以下の説明では、説明の便宜上、パッケージ基板３０Ａの上面および底面が配置される方向を水平方向といい、パッケージ基板３０Ａの上面および底面に垂直な方向を鉛直方向という場合がある。
【００２４】
パッケージ基板３０Ａは、発光素子３１および受光素子３２が実装される基板であり、図示しないエンコーダ基板に接続されている。エンコーダ基板は、モジュールパッケージ３００Ａよりも後段側で種々の処理を実行する基板であり、制御部４が配置されている。具体的には、エンコーダ基板は、制御部４の処理を実行する処理回路を有している。なお、パッケージ基板３０Ａの上面は、矩形状であり、この４辺の全てに端子が設けられている。そして、各端子が、エンコーダ基板に接続されている。パッケージ基板３０Ａに設けられる端子には、端面スルーホールまたは裏面電極等が適用される。パッケージ基板３０Ａの４辺の全てに端子が設けられることにより、発光素子３１および受光素子３２の実装精度が向上する。
【００２５】
パッケージ基板３０Ａは、矩形状の上面を有しており、矩形状の上面に発光素子３１および受光素子３２が配置されている。パッケージ基板３０Ａは、エンコーダ基板と同様の基板で構成されることが望ましい。エンコーダ基板は、例えば、ガラエポ基板で構成されている。この場合、パッケージ基板３０Ａもガラエポ基板で構成されることが望ましい。
【００２６】
発光素子３１は、光を出射する素子であり、光学式スケール２に光を照射する。発光素子３１には、例えば近赤外の点光源ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）が適用される。発光素子３１は、その上面に発光面３１０が配置されており、発光面３１０から光を出射する。発光素子３１は、発光面３１０が水平方向となるよう、パッケージ基板３０Ａに接合されている。
【００２７】
受光素子３２は、光を受光する素子であり、光学式スケール２からの反射光を受光する。受光素子３２には、例えば１次元に配列した画素の集合で構成された、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサまたはＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサといった撮像デバイスが適用される。受光素子３２は、その上面に受光面３２０が配置されており、受光面３２０で光を受光する。受光素子３２は、受光面３２０が水平方向となるよう、パッケージ基板３０Ａに接合されている。
【００２８】
受光素子３２は、光学式スケール２からの反射光に応じた信号を出力する。具体的には、受光素子３２は、受光面３２０で受光した光をアナログの電圧信号に変換し、さらにアナログの電圧信号を受光素子３２に内蔵されたＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器でデジタルの信号に変換し、後段の制御部４へ出力する。なお、ここでは、Ａ／Ｄ変換器の図示を省略している。Ａ／Ｄ変換器が、制御部４に出力する信号は、光学式スケール２で反射されて受光素子３２が受光した光に対応する信号である。したがって、制御部４が受信する信号は、光学式スケール２の回転位置に対応している。
【００２９】
光透過性樹脂３３Ａは、パッケージ基板３０Ａの上面を覆うよう形成されている。したがって、光透過性樹脂３３Ａの底面および上面は、矩形状をなしている。光透過性樹脂３３Ａは、発光素子３１および受光素子３２を保護するために、パッケージ基板３０Ａ上の発光素子３１および受光素子３２を覆っている。光透過性樹脂３３Ａは、パッケージ基板３０Ａと線膨張係数を合わせるために、例えばエポキシ系樹脂で構成されている。
【００３０】
遮光性樹脂３４Ａは、不要な光線である迷光の進行を抑制するための部材であり、光透過性樹脂３３Ａと同様にエポキシ系樹脂などで構成されている。不要な光線である迷光は、受光素子３２に入射させたくない光である。不要な光線の例は、光透過性樹脂３３Ａと外部との界面でフレネル反射された光である。遮光性樹脂３４Ａは、発光素子３１から出射された光のうち、受光素子３２に入射させたくない光を吸収または散乱する。遮光性樹脂３４Ａが、吸収または散乱する光は、発光素子３１から出射された光と、発光素子３１から出射されて光透過性樹脂３３Ａ内で反射された光と、発光素子３１から出射されてパッケージ基板３０Ａと光学式スケール２との間で多重反射された光とである。
【００３１】
遮光性樹脂３４Ａは、板状の形状を有しており、板状のおもて面および裏面が鉛直方向となるよう、発光素子３１と受光素子３２との間に配置されている。具体的には、発光素子３１が配置されている領域と、受光素子３２が配置されている領域とを分断するよう、遮光性樹脂３４Ａは配置されている。すなわち、図２および図３に示すように、発光素子３１が配置されている光透過性樹脂３３Ａの左側の領域４２０と、受光素子３２が配置されている光透過性樹脂３３Ａの右側の領域４２１とが分断されるよう、遮光性樹脂３４Ａが配置される。この場合において、発光素子３１側の光透過性樹脂３３Ａと、受光素子３２側の光透過性樹脂３３Ａとが繋がらないよう、パッケージ基板３０Ａ上に遮光性樹脂３４Ａを形成しておく。図２では、遮光性樹脂３４Ａの水平方向の第１の面が、光透過性樹脂３３Ａの上面と同じ面内であり、かつ遮光性樹脂３４Ａの水平方向の第２の面が光透過性樹脂３３Ａの底面と同じ面内である場合を示している。遮光性樹脂３４Ａの水平方向の第１の面が、光透過性樹脂３３Ａの上面と同じ面内であるので、モジュールパッケージ３００Ａの上面では、遮光性樹脂３４Ａが露出している。換言すると、遮光性樹脂３４Ａは、光透過性樹脂３３Ａの光学式スケール２に対向する面で光透過性樹脂３３Ａから露出している。
【００３２】
なお、発光素子３１が光学パターン２００に出射した光線のうち受光素子３２に入射させたい光線までも遮光しないよう、遮光性樹脂３４Ａを配置しておく。すなわち、受光素子３２に入射させたい光線の経路が、遮光性樹脂３４Ａを通らないよう、遮光性樹脂３４Ａを配置しておく。モジュールパッケージ３００Ａでは、板状の遮光性樹脂３４Ａのおもて面および裏面が、パッケージ基板３０Ａの上面に垂直となるよう、遮光性樹脂３４Ａを配置しておく。
【００３３】
ところで、ガラエポ基板は近赤外線等の光の一部を透過させることが知られている。このため、パッケージ基板３０Ａにガラエポ基板が適用される場合、発光素子３１から出射された光線が、直接、または光透過性樹脂３３Ａ内で反射されて、パッケージ基板３０Ａに伝わり、受光素子３２に不要な光線として到達する可能性がある。このような場合があるので、パッケージ基板３０Ａには、黒色ガラエポ基板が適用されてもよい。また、ガラエポ基板内に光線が入射しないよう、またはガラエポ基板内で光線が伝播しないよう、ガラエポ基板の表面に金属膜、黒色レジスト、またはこれらの組み合わせを適用することが、不要な光線の到達を防止するうえで効果的である。なお、これらの材料を用いた方法と同様の効果が得られる方法であれば、他の材料を用いた方法が適用されてもよい。
【００３４】
ここで、角度演算部４１の構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダが備える角度演算部の構成を示すブロック図である。角度演算部４１は、光量分布補正部４１１と、エッジ検出部４１２と、粗検出部４１３と、高精度検出部４１４と、回転角度検出部４１５とを備えている。
【００３５】
受光素子３２から出力された信号は、光量分布補正部４１１に送られる。これにより、光量分布補正部４１１は、受光素子３２からの信号を受付ける。受光素子３２が光量分布補正部４１１に入力する信号の波形は、例えば、横軸を画素の位置、縦軸を信号強度とする図５に示すような波形である。
【００３６】
図５は、実施の形態１にかかるアブソリュートエンコーダの角度演算部が受光素子から受付ける信号の波形例を示す図である。図５に示すグラフの横軸は画素であり、縦軸は信号強度である。なお、後述する図６から図８、図１２および図１３に示すグラフも、図５のグラフと同様に横軸が画素であり、縦軸が信号強度である。
【００３７】
図５におけるレベル１の信号１４は、光学式スケール２の反射部２０１でのパターンに対応し、レベル０の信号１５は、光学式スケール２の非反射部２０２でのパターンに対応している。
【００３８】
発光素子３１自体の光量分布、および受光素子３２の各画素のゲインばらつき等の影響によって、レベル１の信号１４およびレベル０の信号１５は、画素毎に信号強度が不均一となる。そこで、光量分布補正部４１１は、信号強度の極大値が不均一な分布を、信号強度の極大値が均一な分布に補正する。ここでの光量分布補正部４１１は、図５に示す信号強度を、図６に示す信号強度に補正する。
【００３９】
図６は、図５に示した波形が均一な分布に補正されたものを示す図である。図６に示すように、光量分布補正部４１１は、画素毎の信号強度の極大値が均一となるよう、レベル１の信号１４およびレベル０の信号１５を補正する。換言すると、光量分布補正部４１１は、レベル１の信号１４が各画素で同じになり、且つレベル０の信号１５が各画素で同じになるよう信号の波形を補正する。図６では、補正後の波形を補正後波形１６として図示している。
【００４０】
なお、光量分布補正部４１１による補正方法は、光量分布を均一にする方法であれば、その方法は何れの方法であってもよい。光量分布補正部４１１は、補正後波形１６をエッジ検出部４１２に送る。
【００４１】
エッジ検出部４１２は、補正後波形１６に基づいて、予め設定しておいた閾値レベル１７に信号強度が一致する画素値をエッジ毎に算出する。エッジ検出部４１２は、算出した画素値をエッジ画素値として粗検出部４１３に送る。
【００４２】
粗検出部４１３は、エッジ画素値に基づいて、光学式スケール２の光学パターン２００のうち、受光素子３２上に投影されるビットパターンをデコードし、粗い絶対回転角度を算出する。ここで、図７を用いて粗い絶対回転角度の算出方法について説明する。
【００４３】
図７は、図６に示した波形から粗い絶対回転角度を算出する方法を説明するための図である。図７では、補正後波形１６に対応するビット列を、ビット列１８で示している。粗検出部４１３は、エッジ画素値が示すエッジの位置に基づいて、補正後波形１６を図７に示すように「１」または「０」のビット列１８に変換する。さらに、粗検出部４１３は、制御部４が備える図示しないメモリ内に予め保存されているルックアップテーブル１９を参照し、ビット列１８に一致するコードから粗い絶対回転角度１００を求める。ルックアップテーブル１９は、光学パターン２００に対応するビット列を格納するテーブルである。粗検出部４１３は、粗い絶対回転角度１００を高精度検出部４１４に送る。
【００４４】
高精度検出部４１４は、粗い絶対回転角度１００に基づいて、受光素子３２上に投影されるパターンの位相ずれ量を高精度に演算する。粗検出部４１３が求めた粗い絶対回転角度１００は、光学式スケール２のビット単位の絶対回転角度１００となる。このため、高精度検出部４１４は、基準となる画素である基準画素から最も近いエッジ画素の位置までの位相ずれ量を検出することで、細かい絶対回転角度を算出する。
【００４５】
図８は、図７で説明した粗い絶対回転角度から細かい絶対回転角度を算出する方法を説明するための図である。高精度検出部４１４は、図８に示すように、基準画素２１から、基準画素２１に最も近いエッジ画素の位置であるエッジ画素位置２２までの位相ずれ量２０を検出する。基準画素２１は、細かい絶対回転角度を算出する際に基準とする画素であり、何れの画素であってもよい。位相ずれ量２０は、基準画素２１の位置とエッジ画素位置２２との差に対応している。高精度検出部４１４は、粗い絶対回転角度１００および位相ずれ量２０を回転角度検出部４１５に送る。
【００４６】
回転角度検出部４１５は、位相ずれ量２０に基づいて、光学式スケール２の１ビット単位よりも細かい絶対回転角度を算出する。具体的には、回転角度検出部４１５は、粗検出部４１３が算出した粗い絶対回転角度１００と、高精度検出部４１４が算出した位相ずれ量２０とを足しあわせることによって、細かい絶対回転角度を算出する。回転角度検出部４１５は、算出した細かい絶対回転角度を位置データとして外部装置に出力する。
【００４７】
このように、アブソリュートエンコーダ１は、発光素子３１から出射した光線のうち、光学式スケール２の光学パターン２００で反射した光線を受光素子３２で受光し、受光した光の光量分布パターンから絶対回転角度を検出する。このとき、不要な光線である迷光が受光素子３２に入射すると、受光素子３２が受光する光線の信号品質が低下し、エッジ検出部４１２が検出するエッジ画素位置２２に誤差が重畳する。このため、絶対回転角度に誤差が重畳してしまうので、高精度に絶対回転角度を検出するためには不要な光線である迷光を抑制する必要がある。この迷光は、不要な光線であり、絶対回転角度の検出精度を悪化させる原因となる。
【００４８】
ここで、絶対回転角度の検出精度を悪化させる迷光経路について説明する。ここでは、迷光経路のうち比較例のモジュールパッケージ内で多重反射した光線の経路について説明する。
【００４９】
図９は、比較例のモジュールパッケージが発生させる迷光の例を説明するための図である。ここでは、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘ内で発生する迷光について説明する。図９では、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘの断面図を示している。
【００５０】
比較例のモジュールパッケージ３００Ｘは、パッケージ基板３０Ａと同様のパッケージ基板３０Ｘと、発光素子３１と同様の発光素子３１Ｘと、受光素子３２と同様の受光素子３２Ｘと、光透過性樹脂３３Ａと同様の光透過性樹脂３３Ｘとを有している。また、発光素子３１Ｘが発光面３１０と同様の発光面３１０Ｘを有し、受光素子３２Ｘが受光面３２０と同様の受光面３２０Ｘを有している。また、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘは、遮光性樹脂３４Ａを備えていない。
【００５１】
図９では、発光素子３１Ｘから出射した光線が、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘ内で反射をして受光素子３２Ｘに入射する光線の例を示している。発光素子３１Ｘは、等方拡散光源であるので、光線は全方位に出射される。これにより、発光素子３１Ｘから出射された光線は、種々の方向に進んでいく。このため、遮光性樹脂３４Ａが無い場合、図９に示すように、モジュールパッケージ３００Ｘ内では、光透過性樹脂３３Ｘの界面でフレネル反射を繰り返した後に、受光素子３２Ｘに入射する光線が存在する。すなわち、光透過性樹脂３３Ｘ内では、光透過性樹脂３３Ｘの上面および側面で光線がフレネル反射され、フレネル反射された光線の一部が、受光面３２０Ｘに入射する。これにより、受光面３２０Ｘには、所望する光以外の迷光が入射し、絶対回転角度の検出精度を悪化させる。
【００５２】
そこで、実施の形態１では、図２に示したようにモジュールパッケージ３００Ａにおいて、発光素子３１が配置される領域４２０と受光素子３２が配置される領域４２１が分割されるように、遮光性樹脂３４Ａが設置される。
【００５３】
このように、モジュールパッケージ３００Ａ内に遮光性樹脂３４Ａが配置されているので、発光素子３１から出射された光が、発光素子３１側である左側の領域４２０から受光素子３２側である右側の領域４２１に進入することを防止できる。したがって、光透過性樹脂３３Ａで反射された光線の一部である迷光が受光面３２０に入射することを防止できる。
【００５４】
図１０は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージ内での光線の進路を説明するための図である。なお、図１０では、モジュールパッケージ３００の一例であるモジュールパッケージ３００Ｂの断面図を示している。モジュールパッケージ３００Ｂは、パッケージ基板３０Ｂと、発光素子３１と、受光素子３２と、光透過性樹脂３３Ａと、遮光部である遮光性樹脂３４Ｂとを有している。パッケージ基板３０Ｂには溝が設けられており、遮光性樹脂３４Ｂの一部が挿入されている。遮光性樹脂３４Ｂは、遮光性樹脂３４Ａと同様の部材で形成されている。
【００５５】
モジュールパッケージ３００Ｂでは、発光素子３１から出射された光線は、種々の方向に進んでいく。この場合において、光透過性樹脂３３Ａ内では、遮光性樹脂３４Ｂの配置されている領域よりも左側の領域４０１で、光透過性樹脂３３Ａの上面および側面で光線が反射される。遮光性樹脂３４Ｂの配置されている領域よりも左側の領域４０１は、光透過性樹脂３３Ａ内のうち、発光素子３１が配置されている領域である。
【００５６】
また、遮光性樹脂３４Ｂに照射された光線は、遮光性樹脂３４Ｂで吸収または散乱される。換言すると、発光素子３１から出射された光線は、遮光性樹脂３４Ｂで遮られる。これにより、光透過性樹脂３３Ａ内のうち、遮光性樹脂３４Ｂの配置されている領域よりも右側の領域４０２には、迷光が侵入しない。遮光性樹脂３４Ｂの配置されている領域よりも右側の領域４０２は、光透過性樹脂３３Ａ内のうち、受光素子３２が配置されている領域である。
【００５７】
このように、モジュールパッケージ３００Ｂ内に遮光性樹脂３４Ｂが配置されているので、発光素子３１から出射された光が、左側の領域４０１から右側の領域４０２に進入することを防止できる。したがって、光透過性樹脂３３Ａで反射された光線の一部である迷光が受光面３２０に入射することを防止できる。
【００５８】
モジュールパッケージ３００Ｂでは、遮光性樹脂３４Ｂと、パッケージ基板３０Ｂとの間に隙間が生じないよう、遮光性樹脂３４Ｂがパッケージ基板３０Ｂに入り込むよう構成されることが望ましい。なお、遮光性樹脂３４Ｂとパッケージ基板３０Ｂとの間には、若干の隙間が生じてもよく、この場合であっても、不要な光線を抑制する効果はほとんど変らない。
【００５９】
モジュールパッケージ３００Ｂが製造される際には、例えば、パッケージ基板３０Ｂに発光素子３１および受光素子３２が実装され、光透過性樹脂３３Ａでパッケージ基板３０Ｂの上面側がモールドされる。この後、光透過性樹脂３３Ａおよびパッケージ基板３０Ｂへの切削等によって発光素子３１と受光素子３２との間に溝が形成される。具体的には、光透過性樹脂３３Ａのうち発光素子３１と受光素子３２との間の領域にダイシング等によって鉛直方向に溝が掘り込まれる。そして、この溝がパッケージ基板３０Ｂ内の途中まで鉛直方向にさらに掘り込まれる。光透過性樹脂３３Ａに溝が形成された後に、この溝に遮光性樹脂３４Ｂが埋め込まれることによって、モジュールパッケージ３００Ｂ内に遮光性樹脂３４Ｂを成型することができる。このように、遮光性樹脂３４Ｂは、パッケージ基板３０Ｂが掘り込まれた領域および光透過性樹脂３３Ａが掘り込まれた領域に配置されている。なお、モジュールパッケージ３００Ｂは、光透過性樹脂３３Ａおよび遮光性樹脂３４Ｂを有していれば、製造方法は限定されない。
【００６０】
ところで、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘが適用された場合、モジュールパッケージ３００Ｘと光学パターン２００との間で多重反射された光線が受光素子３２Ｘに入射する場合がある。一方、モジュールパッケージ３００Ｂでは、モジュールパッケージ３００Ｂと光学パターン２００との間で多重反射された光線が受光素子３２に入射することはない。
【００６１】
図１１は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージが受光素子への多重反射光の入射を防止する様子を説明するための図である。ここでは、モジュールパッケージ３００Ｂと光学式スケール２との間の光線経路について説明する。図１１では、モジュールパッケージ３００Ｂの断面図を示している。
【００６２】
発光素子３１から出射した光線の一部は、光学式スケール２が備える光学パターン２００の反射部２０１で反射し、その後、モジュールパッケージ３００Ｂの光透過性樹脂３３Ａの表面に送られる。そして、光透過性樹脂３３Ａの表面に送られてきた光線は、遮光性樹脂３４Ｂで吸収または散乱される。これにより、モジュールパッケージ３００Ｂでは、光透過性樹脂３３Ａの表面に送られてきた光線が再び光学パターン２００の反射部２０１に進むことはない。
【００６３】
比較例のモジュールパッケージ３００Ｘの場合、すなわち、遮光性樹脂３４Ｂがない場合、発光素子３１Ｘから出射した光線の一部は、光学式スケール２が備える光学パターン２００の反射部２０１で反射し、その後、モジュールパッケージ３００Ｘの光透過性樹脂３３Ｘの表面で反射する。さらに、光透過性樹脂３３Ｘの表面で反射した光線は、光学パターン２００の反射部２０１で反射して受光素子３２Ｘに入射する。このように、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘと光学式スケール２との間の多重反射によって不要な光線の経路が発生する場合がある。
【００６４】
図１１において実線で示す光線の経路は、絶対回転角度の検出に必要な正規の光線経路９０１であり、破線で示す光線の経路は、不要な光線の光線経路９０２である。モジュールパッケージ３００Ｂの場合、光線経路９０１の光線は、光学式スケール２の位置Ｐ５２で反射された後、受光素子３２に入射する。一方、図９に示した比較例のモジュールパッケージ３００Ｘの場合、光線経路９０２の光線は、光学式スケール２の位置Ｐ５１で反射された後、光透過性樹脂３３Ｘで反射され、さらに光学式スケール２の位置Ｐ５３で反射されて、受光素子３２Ｘに入射する。この場合において、正規の光線経路９０１を進む光線が光学式スケール２で反射される位置Ｐ５２と、光線経路９０２を進む不要な光線が光学式スケール２で反射される位置Ｐ５１，Ｐ５３とは、光学式スケール２のラジアル方向の位置が異なる。そして、位置Ｐ５２で反射された光線に対応する波形が理想的な波形であるのに対して、位置Ｐ５１，Ｐ５３で反射された光線に対応する波形は、理想的な波形からずれを生じている。これは、ラジアル位置の異なる２点である位置Ｐ５１，Ｐ５３を通過したパターンが受光素子３２Ｘに入射するためであり、この結果、光学式スケール２上での位置に依存した不要な光線が発生する。このため、受光素子３２Ｘが、位置Ｐ５１，Ｐ５３で反射された光線を受光すると、受光素子３２Ｘが検出する信号の波形が、理想的な波形に対して歪んだ波形となる。
【００６５】
ここで、正規の光線経路９０１の光線のみを受光した場合の信号の波形と、正規の光線経路９０１の光線および非正規の光線経路９０２の光線の両方を受光した場合の信号の波形と、の比較について説明する。
【００６６】
正規の光線経路９０１の光線のみを受光した場合の信号の波形は、実施の形態１のモジュールパッケージ３００Ａまたはモジュールパッケージ３００Ｂの受光素子３２で検出される光線の信号である。一方、正規の光線経路９０１の光線および非正規の光線経路９０２の光線の両方を受光した場合の信号の波形は、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘの受光素子３２Ｘで検出される光線の信号である。
【００６７】
図１２は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージの受光素子で検出される信号の波形例を示す図である。図１３は、比較例のモジュールパッケージの受光素子で検出される信号の波形例を示す図である。
【００６８】
図１２に示す信号の波形は、モジュールパッケージ３００Ａまたはモジュールパッケージ３００Ｂの受光素子３２が、正規の光線経路９０１の光線のみを受光した場合の波形７１である。また、図１３に示す信号の波形は、モジュールパッケージ３００Ｘの受光素子３２Ｘが、正規の光線経路９０１および非正規の光線経路９０２の両方の光線を受光した場合の波形７２である。図１２に示す波形７１が、正規の光線経路９０１の光線に基づく理想的な波形であるのに対して、図１３に示す波形７２は、図１２に示す波形７１が、歪んだものである。このように、正規の光線経路９０１の光線に対して光線経路９０２の不要な光線が重畳すると、図１２に示す波形７１が、図１３に示す波形７２のように歪んだ波形となる。
【００６９】
光線経路９０２の不要な光線に対応する信号は、光学パターン２００上での反射位置に応じて変化する。すなわち、光学パターン２００は、位置毎に種々のパターンが配置されたものなので、光線経路９０２の不要な光線に対応する信号は、光学パターン２００への光線の照射位置毎に種々の信号を発生させる。このように、光学パターン２００で反射された不要な光線は、光学パターン２００の回転位置毎に種々の影響を受ける。一方、光透過性樹脂３３Ａ内で反射された不要な光線は、光学パターン２００とは関係なく常に一定量である。したがって、光学パターン２００で反射された不要な光線は、光透過性樹脂３３Ａ内で反射された不要な光線よりも補正が困難である。
【００７０】
このように、光学パターン２００で反射された不要な光線は、絶対回転角度に対応する反射の位置毎に、影響を変化させてしまうので、アブソリュートエンコーダ１を出荷する際の補正だけでは、不要な光線による影響を除去することができない。
【００７１】
モジュールパッケージ３００Ｂの場合、不要な光線の光線経路９０２は、発光素子３１の発光面３１０と、受光素子３２の受光面３２０との中間位置を通る。そこで、モジュールパッケージ３００Ｂの遮光性樹脂３４Ｂを発光面３１０と受光面３２０との中間位置に配置しておく。これにより、光線経路９０２の光線が、光学式スケール２で反射された後、光透過性樹脂３３Ａの上面で露出している遮光性樹脂３４Ｂに照射され、遮光性樹脂３４Ｂで吸収または散乱する。これにより、光線経路９０２の光線は、パッケージ基板３０Ｂの上面で反射されることが無いので、光線経路９０２の光線が光学式スケール２に照射されることがない。したがって、光線経路９０２の光線が光学式スケール２で反射されることが無いので、光線経路９０２の光線が受光面３２０に照射されることがない。なお、モジュールパッケージ３００Ａの遮光性樹脂３４Ａを発光面３１０と受光面３２０との中間位置に配置しておいてもよい。
【００７２】
ここで、遮光性樹脂３４Ａ，３４Ｂの配置位置を具体的に説明する。図１４は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージが備える遮光性樹脂の配置位置を説明するための図である。モジュールパッケージ３００Ａを上面から見た場合の遮光性樹脂３４Ａの配置位置と、モジュールパッケージ３００Ｂを上面から見た場合の遮光性樹脂３４Ｂの配置位置とは同様である。したがって、ここでは、モジュールパッケージ３００Ｂにおける遮光性樹脂３４Ｂの配置位置について説明する。
【００７３】
なお、図１４は、モジュールパッケージ３００Ｂの上面図であるが、図１０の断面図との対応を明確にするためハッチングを付してある。図１４に示すように、モジュールパッケージ３００Ｂでは、遮光性樹脂３４Ｂが発光面３１０の中心と受光面３２０の中心との中間位置を通るよう配置されている。具体的には、遮光性樹脂３４Ｂの中心から発光面３１０の中心までの距離と、遮光性樹脂３４Ｂの中心から受光面３２０の中心までの距離と、が同じになるよう、遮光性樹脂３４Ｂが配置される。
【００７４】
なお、ここでは、発光面３１０と受光面３２０との中間位置に、遮光性樹脂３４Ｂの中心がくるように構成される場合について説明したが、発光面３１０と受光面３２０との中間位置に、遮光性樹脂３４Ｂが存在していればよい。したがって、遮光性樹脂３４Ｂの中心は発光面３１０と受光面３２０との中間位置からずれていてもよい。
【００７５】
比較例のモジュールパッケージ３００Ｘが適用された場合、光学パターン２００で反射された光線が、受光素子３２Ｘと光透過性樹脂３３Ｘとの間で多重反射されて受光素子３２Ｘに入射する場合がある。
【００７６】
図１５は、比較例のモジュールパッケージが発生させる迷光の第３例を説明するための図である。ここでは、光学パターン２００で反射された光線が、受光素子３２Ｘと光透過性樹脂３３Ｘとの間で多重反射する場合について説明する。図１５では、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘの断面図を示している。
【００７７】
図１５に示すように、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘが適用された場合、発光素子３１Ｘから出射した光線は、光学式スケール２で反射し、その後、受光素子３２Ｘに照射される。受光素子３２Ｘに照射される光線の一部は、受光面３２０Ｘの周辺または受光面３２０Ｘ自体で反射される。受光面３２０Ｘ自体で光線が反射されるのは、受光面３２０Ｘが、反射性材料を用いて構成されているからである。
【００７８】
受光面３２０Ｘの周辺または受光面３２０Ｘ自体で反射された光線は、光透過性樹脂３３Ｘの表面でフレネル反射によって反射され、再び受光素子３２Ｘに向かう。正規の光線経路９０１を進む光線が光学式スケール２で反射される位置Ｐ５２と、非正規な光線経路９０３を進む不要な光線が光学式スケール２で反射される位置Ｐ５４とは、光学式スケール２が備える光学パターン２００のラジアル方向にずれている。すなわち位置Ｐ５４は、位置Ｐ５２から回転シャフト５のラジアル方向にずれている。
【００７９】
このため、受光素子３２Ｘに到達するまでの光路長が、光線経路９０１と光線経路９０３とで異なる。したがって、受光素子３２Ｘに到達したときの光学式スケール２のビットパターンの拡大率が光線経路９０１と光線経路９０３とで異なる。したがって、受光素子３２Ｘが光線経路９０１の光線と、光線経路９０３の光線との両方を受光すると、受光素子３２Ｘで受光した光量分布に歪みが発生する。換言すると、受光素子３２Ｘが光線経路９０３の光線を受光することによって、受光素子３２Ｘが光線経路９０１の光線だけを受光した場合の光量分布に対して歪みが発生する。このため、受光素子３２Ｘが光線経路９０３の光線を受光すると、絶対回転角度の検出精度に誤差が生じる。
【００８０】
モジュールパッケージ３００Ｘと光学式スケール２との相対的な距離が遠いほど、受光素子３２Ｘに入射する光線の角度が垂直に近くなるので、不要な光線が受光素子３２Ｘに入射しやすくなる。したがって、モジュールパッケージ３００Ｘと光学式スケール２とが離れているほど、受光素子３２Ｘと光透過性樹脂３３Ｘとの間の多重反射が発生しやすくなる。
【００８１】
実施の形態１では、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂが備える構成要素の寸法関係を調整しておくことによって、光線経路９０３の不要な光線が受光素子３２に入射することを抑制する。なお、モジュールパッケージ３００Ａが備える構成要素の寸法関係と、モジュールパッケージ３００Ｂが備える構成要素の寸法関係とは同様である。したがって、ここでは、モジュールパッケージ３００Ｂが備える構成要素の寸法関係について説明する。
【００８２】
図１６は、実施の形態１にかかるモジュールパッケージが備える構成要素の寸法関係を説明するための図である。モジュールパッケージ３００Ｂと光学式スケール２とが、許容される最大距離だけ遠ざかった位置に配置される場合を考える。モジュールパッケージ３００Ｂの上面から光学式スケール２までの距離を距離Ｌ１とし、発光面３１０の中心から受光素子３２の発光素子３１側の端面までの距離を距離Ｌ２とする。この場合、距離Ｌ１および距離Ｌ２によって、受光素子３２の発光素子３１側の端面に入射する光線の角度θ１が決まる。この場合において、光透過性樹脂３３Ａの屈折率ｎ１と、光透過性樹脂３３Ａと光学式スケール２との間の空気の屈折率ｎｘと、がスネルの法則に適用されたうえで角度θ１が算出される。スネルの法則によると、空気側から光透過性樹脂３３Ａへ入射する光線の角度を角度θｘとした場合、ｎ１×sinθ１＝ｎｘ×sinθｘとなる。また、光透過性樹脂３３Ａから空気側への光線の出射点と、空気側から光透過性樹脂３３Ａへの光線の入射点との間の距離を距離Ｌ０とすると、tanθｘ＝Ｌ０／（２×Ｌ１）である。このように、角度θ１は、角度θｘを用いて算出され、角度θｘは、距離Ｌ１，Ｌ０を用いて算出される。受光素子３２の上面と同じ面内の受光面３２０から光透過性樹脂３３Ａの上面までの距離を距離Ｌ３とすると、距離Ｌ０は、距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から算出される。したがって、角度θ１は、距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて算出される。
【００８３】
また、受光素子３２の発光素子３１側の端部から受光面３２０の発光素子３１側とは逆側の端部までの距離を距離Ｌ４とする。なお、受光素子３２の発光素子３１側の端部は、鉛直方向に延びる側端面であり、受光面３２０の発光素子３１側とは逆側の端部は、受光面３２０を有した部材の鉛直方向に延びる側端面である。
【００８４】
受光素子３２の発光素子３１側の端部に光線経路９０３で最初に入射した位置と、２度目に入射した位置との距離をＬｘとすると、Ｌｘ＝２×tanθ１×Ｌ３となる。
【００８５】
ここで、Ｌｘ＞Ｌ４となれば、受光素子３２の発光素子３１側の端部に光線経路９０３で最初に入射した光は、２度目の入射は受光面３２０から外れる。また、受光素子３２の発光素子３１側の端部よりも右側に入射した光の２度目の入射も受光面３２０から外れる。
【００８６】
そのため、
２×tanθ1×Ｌ３＞Ｌ４・・・（１）
の関係が成立すれば、受光素子３２と光透過性樹脂３３Ａとの間で多重反射した光が受光面３２０に入射することを防ぐことができる。なお、上述したように、角度θ１は、距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて算出できるので、上述の（１）の関係は、
（Ｌ２／Ｌ１）×Ｌ３＞Ｌ４・・・（２）
に書き換えることができる。
【００８７】
モジュールパッケージ３００Ｂは、式（１）を満たすように構成されることで、不要な光線が受光素子３２に入射することを抑制することができる。なお、距離Ｌ１は、モジュールパッケージ３００Ｂの上面から光学パターン２００までの距離であってもよい。
【００８８】
ここで、制御部４のハードウェア構成について説明する。制御部４は、制御回路、すなわちプロセッサおよびメモリにより実現することができる。プロセッサは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などである。メモリは、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）またはＲＯＭ（Read  Only  Memory）などである。
【００８９】
制御部４は、プロセッサが、メモリで記憶されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。このプログラムは、制御部４の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリは、プロセッサが各種処理を実行する際の一時メモリとしても使用される。
【００９０】
また、制御部４を専用のハードウェアで実現してもよい。また、制御部４の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【００９１】
なお、図１０および図１６で説明した、遮光性樹脂３４Ｂは、発光面３１０の中心と受光面３２０の中心との中間位置に配置される場合に限らず、他の領域に配置されてもよい。
【００９２】
このように、実施の形態１のモジュールパッケージ３００Ａでは、パッケージ基板３０Ａに実装した発光素子３１および受光素子３２の全体を光透過性樹脂３３Ａで覆い、発光素子３１と受光素子３２との間に遮光性樹脂３４Ａを設けている。同様に、モジュールパッケージ３００Ｂでは、パッケージ基板３０Ｂに実装した発光素子３１および受光素子３２の全体を光透過性樹脂３３Ａで覆い、発光素子３１と受光素子３２との間に遮光性樹脂３４Ｂを設けている。したがって、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂは、発光素子３１から直接受光素子３２に入射する不要な光線を遮光性樹脂３４Ａ，３４Ｂによって除去することができるので、高精度に絶対回転角度を検出することが可能となる。
【００９３】
また、モジュールパッケージ３００Ａでは、発光素子３１の発光面３１０の中心と、受光素子３２の受光面３２０の中心との中間位置に、遮光性樹脂３４Ａが設けられているので、光透過性樹脂３３Ａと光学式スケール２との間の多重反射による不要な光線を抑制することができる。同様に、モジュールパッケージ３００Ｂでは、発光素子３１の発光面３１０の中心と、受光素子３２の受光面３２０の中心との中間位置に、遮光性樹脂３４Ｂが設けられているので、光透過性樹脂３３Ａと光学式スケール２との間の多重反射による不要な光線を抑制することができる。したがって、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂは、高精度に絶対回転角度を検出することが可能となる。
【００９４】
また、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂが、上述した式（１）を満たすように構成されているので、不要な光線が受光素子３２に入射することを抑制することができる。したがって、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂは、高精度に絶対回転角度を検出することが可能となる。
【００９５】
また、パッケージ基板３０Ａ，３０Ｂが、ガラエポ基板で構成され、光透過性樹脂３３Ａおよび遮光性樹脂３４Ａ，３４Ｂが共にエポキシ系樹脂で構成されているので、温度変化時のクラックなどを抑制することができる。これにより、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂの信頼性を高めることが可能となる。
【００９６】
このように実施の形態１によれば、モジュールパッケージ３００Ａ，３００Ｂが、発光素子３１が備える発光面３１０の中心と、受光素子３２が備える受光面３２０の中心と、の中間位置に遮光性樹脂３４Ａ，３４Ｂを有するので、測定対象物の絶対回転角度を精度良く検出することが可能となる。
【００９７】
実施の形態２．
つぎに、図１７および図１８を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、光透過性樹脂の上面を受光素子３２の受光面３２０に対して傾斜させることによって、光透過性樹脂で反射された光線が受光素子３２の受光面３２０に入射することを抑制する。
【００９８】
図１７は、実施の形態２にかかるモジュールパッケージの第１の構成例を示す図である。図１７の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のモジュールパッケージ３００Ａまたは図１０に示す実施の形態１のモジュールパッケージ３００Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００９９】
実施の形態２のモジュールパッケージ３００Ｃは、パッケージ基板３０Ｂと、発光素子３１と、受光素子３２と、光透過性樹脂３３Ｃと、遮光部である遮光性樹脂３４Ｃとを有している。このように、モジュールパッケージ３００Ｃは、光透過性樹脂３３Ａの代わりに光透過性樹脂３３Ｃを備えている。
【０１００】
遮光性樹脂３４Ｃは、遮光性樹脂３４Ａ，３４Ｂと比較して、鉛直方向の長さが短いが、その他の構成は同じである。光透過性樹脂３３Ｃは、光透過性樹脂３３Ａと同様の部材を用いて形成されており、光透過性樹脂３３Ａとは形状が異なる。光透過性樹脂３３Ｃは、光透過性樹脂３３Ａと同様に、パッケージ基板３０Ｂ上の発光素子３１および受光素子３２の全体を覆っている。
【０１０１】
光透過性樹脂３３Ｃは、遮光性樹脂３４Ｃの配置されている領域よりも左側の領域４０３と、遮光性樹脂３４Ｃの配置されている領域よりも右側の領域４０４とを有している。領域４０３における光透過性樹脂３３Ｃの上面が上面１５０であり、領域４０４における光透過性樹脂３３Ｃの上面が上面１５１である。
【０１０２】
遮光性樹脂３４Ｃの水平方向の第１の面は、領域４０３における光透過性樹脂３３Ｃの上面１５０と同じ面内である。また、遮光性樹脂３４Ｃの水平方向の第２の面は、パッケージ基板３０Ｂの内部でパッケージ基板３０Ｂに接している。
【０１０３】
実施の形態１では、光透過性樹脂３３Ａの光学式スケール２側の面である上面がフラットな形状である場合について説明したが、実施の形態２では、光透過性樹脂３３Ｃの上面１５１に勾配が設けられている。モジュールパッケージ３００Ｃでは、光透過性樹脂３３Ｃの上面のうち、受光素子３２側の上面１５１が、受光素子３２の上面と同一面内の受光面３２０に対して平行でなく傾いている。具体的には、領域４０４の光透過性樹脂３３Ｃは、遮光性樹脂３４Ｃ側の端部から遮光性樹脂３４Ｃとは反対側の端部に向かって層の厚さが少しずつ厚くなっている。領域４０４の光透過性樹脂３３Ｃは、遮光性樹脂３４Ｃ側の端部での厚さが、領域４０３の光透過性樹脂３３Ｃの厚さと同じである。モジュールパッケージ３００Ｃでは、上面１５０と上面１５１とのなす角度が、角度θ２である。換言すると、上面１５１の勾配角度は、角度θ２である。
【０１０４】
このように、実施の形態２のアブソリュートエンコーダ１は、実施の形態１のアブソリュートエンコーダ１と、基本的な構成は同じであるが、光透過性樹脂３３Ｃの領域４０４における形状が、光透過性樹脂３３Ａの領域４０２における形状と異なっている。
【０１０５】
図１５に示したように、比較例のモジュールパッケージ３００Ｘでは、光学式スケール２からの不要な光線が受光素子３２Ｘに入射する。この場合において、不要な光線の光線経路９０３と、正規の光線経路９０１とは、受光素子３２Ｘへの入射角度が略同じである。具体的には、不要な光線が光透過性樹脂３３Ｘの上面でフレネル反射されて受光素子３２Ｘへ入射する角度と、正規な光線が受光素子３２Ｘへ入射する角度とが略同じである。そこで、実施の形態２では、光線が入射してくるとともに不要な光線を反射させる上面１５１を、水平方向から傾けている。このように、上面１５１は、不要な光線が広い反射角度で反射されるよう勾配が設けられている。
【０１０６】
このような構成により、モジュールパッケージ３００Ｃでは、受光素子３２で反射した光線が、光透過性樹脂３３Ｃの上面１５１でフレネル反射するが、上面１５１の勾配角度である角度θ２分だけ反射光線の角度が傾く。このため、受光素子３２および上面１５１で反射された不要な光線が受光素子３２の受光面３２０に入射しにくくなる。勾配角度である角度θ２が大きいほど、受光素子３２と光透過性樹脂３３Ｃとの間の多重反射による不要な光線は、受光面３２０に入射しにくくなる。したがって、角度θ２が大きいほど、領域４０３における光透過性樹脂３３Ｃを薄くできる。このように、モジュールパッケージ３００Ｃは、実施の形態１の光透過性樹脂３３Ａと比較して、光透過性樹脂３３Ｃの厚さを薄くすることができる。
【０１０７】
なお、モジュールパッケージ３００Ｃは、パッケージ基板３０Ｂの代わりに、パッケージ基板３０Ａを備えていてもよい。換言すると、モジュールパッケージ３００Ａに光透過性樹脂３３Ｃが適用されてもよい。この場合、モジュールパッケージ３００Ａが、光透過性樹脂３３Ａの代わりに光透過性樹脂３３Ｃを備え、遮光性樹脂３４Ａの代わりに遮光性樹脂３４Ｃを備える。
【０１０８】
また、図１７では、上面１５１に勾配を設ける場合について説明したが、上面１５０にも上面１５１と同様の勾配を設けてもよい。図１８は、実施の形態２にかかるモジュールパッケージの第２の構成例を示す図である。図１８の各構成要素のうち図１７に示すモジュールパッケージ３００Ｃと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
【０１０９】
モジュールパッケージ３００Ｄは、パッケージ基板３０Ｂと、発光素子３１と、受光素子３２と、光透過性樹脂３３Ｄと、遮光部である遮光性樹脂３４Ｃとを有している。このように、モジュールパッケージ３００Ｄは、光透過性樹脂３３Ｃの代わりに光透過性樹脂３３Ｄを備えている。
【０１１０】
光透過性樹脂３３Ｄは、光透過性樹脂３３Ｃと同様の部材を用いて形成されており、光透過性樹脂３３Ｃとは形状が異なる。光透過性樹脂３３Ｄは、光透過性樹脂３３Ｃと同様に、パッケージ基板３０Ｂ上の発光素子３１および受光素子３２の全体を覆っている。
【０１１１】
光透過性樹脂３３Ｄは、遮光性樹脂３４Ｃの配置されている領域よりも左側の領域４０５と、遮光性樹脂３４Ｃの配置されている領域よりも右側の領域４０６とを有している。領域４０５における光透過性樹脂３３Ｄの上面が上面１５２であり、領域４０６における光透過性樹脂３３Ｄの上面が上面１５３である。領域４０６は、領域４０４と同様の領域であり、上面１５３は、上面１５１と同様の面である。
【０１１２】
モジュールパッケージ３００Ｄは、光透過性樹脂３３Ｄの上面１５２が、受光素子３２の上面と同一面内の受光面３２０に対して平行でなく傾いている。具体的には、領域４０５の光透過性樹脂３３Ｄは、遮光性樹脂３４Ｃ側の端部から遮光性樹脂３４Ｃ側とは反対側の端部に向かって層の厚さが少しずつ薄くなっている。
【０１１３】
光透過性樹脂３３Ｄは、領域４０５の遮光性樹脂３４Ｃ側の端部での厚さが、領域４０６の遮光性樹脂３４Ｃ側の端部での厚さと同じである。そして、モジュールパッケージ３００Ｄでは、光透過性樹脂３３Ｄの底面と上面１５２とのなす角度が角度θ２であり、光透過性樹脂３３Ｄの底面と上面１５３とのなす角度が角度θ２である。換言すると、上面１５２，１５３の勾配角度は、角度θ２である。
【０１１４】
このように実施の形態２では、光透過性樹脂３３Ｃ，３３Ｄの受光素子３２側の上面１５１，１５３に勾配を設けたので、光線が、受光素子３２で反射した後に光透過性樹脂３３Ｃ，３３Ｄの上面１５１，１５３でフレネル反射する際に、勾配角度である角度θ２分だけ傾いて反射する。このため、多重反射された不要な光線が受光面３２０に入射しにくくなる。この結果、モジュールパッケージ３００Ｃ，３００Ｄは、高精度に絶対回転角度を検出することが可能となる。また、光透過性樹脂３３Ｃ，３３Ｄの厚さを薄くできるので、モジュールパッケージ３００Ｃ，３００Ｄを作製する際の材料費を削減することが可能となり、低コストで絶対回転角度の検出を実現することが可能となる。
【０１１５】
なお、モジュールパッケージ３００Ｄは、パッケージ基板３０Ｂの代わりに、パッケージ基板３０Ａを備えていてもよい。換言すると、モジュールパッケージ３００Ａに光透過性樹脂３３Ｄが適用されてもよい。この場合、モジュールパッケージ３００Ａが、光透過性樹脂３３Ａの代わりに光透過性樹脂３３Ｄを備え、遮光性樹脂３４Ａの代わりに遮光性樹脂３４Ｃを備える。
【０１１６】
また、図１７および図１８で説明した、遮光性樹脂３４Ｃは、発光面３１０の中心と受光面３２０の中心との中間位置に配置される場合に限らず、他の領域に配置されてもよい。
【０１１７】
このように実施の形態２によれば、光透過性樹脂３３Ｃ，３３Ｄの上面１５１，１５３が傾斜しているので、光透過性樹脂３３Ｃ，３３Ｄの上面１５１，１５３で反射された不要な光線が受光面３２０に入射しにくくなる。したがって、測定対象物の絶対回転角度を精度良く検出することが可能となる。
【０１１８】
なお、実施の形態１，２では、アブソリュートエンコーダ１が、回転角度を検出するロータリーエンコーダである場合について説明したが、アブソリュートエンコーダ１は、直線的な移動量を検出するリニアエンコーダにも適用可能である。
【０１１９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  アブソリュートエンコーダ、２  光学式スケール、４  制御部、５  回転シャフト、１９  ルックアップテーブル、３０Ａ，３０Ｂ  パッケージ基板、３１，３１Ｘ  発光素子、３２，３２Ｘ  受光素子、３３Ａ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｘ  光透過性樹脂、３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ  遮光性樹脂、４１  角度演算部、４２  発光量調整部、１５０〜１５３  上面、２００  光学パターン、２０１  反射部、２０２  非反射部、３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｘ  モジュールパッケージ、３１０，３１０Ｘ  発光面、３２０，３２０Ｘ  受光面、４１１  光量分布補正部、４１２  エッジ検出部、４１３  粗検出部、４１４  高精度検出部、４１５  回転角度検出部、９０１〜９０３  光線経路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月1日(2018.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンを有する光学式スケールと、
前記光学式スケールに光を照射する発光素子および前記光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、
前記受光素子が前記反射光に応じて出力する信号に基づいて、前記光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、
を備え、
前記モジュールパッケージは、
前記受光素子の前記発光素子側の端部に照射される光線の角度をθ１とし、前記受光素子の受光面から前記光透過性樹脂の上面までの距離をＬ３とし、前記受光素子の前記発光素子側の端部から前記受光面の前記発光素子側とは反対側の端部までの距離をＬ４とした場合に、２×tanθ１×Ｌ３＞Ｌ４が成り立つように形成されている、
ことを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記モジュールパッケージには、
前記光透過性樹脂の前記光学式スケールに対向する面で露出し且つ前記発光素子の発光面の中心と、前記受光素子の受光面の中心との中間位置を通る遮光部が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記光透過性樹脂は、前記光学式スケールに対向する面である上面が、前記受光素子の受光面に対して傾斜している、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記モジュールパッケージは、前記発光素子および前記受光素子が実装されるパッケージ基板をさらに有し、
前記遮光部は、前記パッケージ基板が掘り込まれた領域および前記光透過性樹脂が掘り込まれた領域に配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記パッケージ基板は、ガラエポ基板であり、
前記光透過性樹脂および前記遮光部は、エポキシ系樹脂である、
ことを特徴とする請求項４に記載のアブソリュートエンコーダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のアブソリュートエンコーダは、光学パターンを有する光学式スケールと、光学式スケールに光を照射する発光素子および光学式スケールからの反射光を受光する受光素子を光透過性樹脂で覆ったモジュールパッケージと、受光素子が反射光に応じて出力する信号に基づいて、光学式スケールの絶対回転角度を演算する制御部と、を備えている。また、本発明のアブソリュートエンコーダは、モジュールパッケージが、受光素子の発光素子側の端部に照射される光線の角度をθ１とし、受光素子の受光面から光透過性樹脂の上面までの距離をＬ３とし、受光素子の発光素子側の端部から受光面の発光素子側とは反対側の端部までの距離をＬ４とした場合に、２×tanθ１×Ｌ３＞Ｌ４が成り立つように形成されている。
【国際調査報告】
2019162998.tif 000021
2019162998.tif 000022
2019162998.tif 000023
2019162998.tif 000024