(57)【要約】【課題】様々な用途に使用可能な光学式変位センサを提供すること。【解決手段】光源１４と光検出器１３の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッド２と、センサヘッド２を実装する基板１とにより構成される光学式変位センサにおいて、センサヘッド２は複数の電気接続端子５４を有し、基板１は、センサヘッド２を取り付けるための少なくとも１つの段差５１を有し、段差５１の底面にはセンサヘッド２の電気接続端子５４と電気接続する配線パターン３０が形成されており、センサヘッド２の複数の電気接続端子５４は、基板１の配線パターン３０を経由して、外部回路と接続可能に構成されている。【選択図】        図１
2006078376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項２】
前記センサヘッドの底面及び側面は、前記凹部を有する基板により取り囲まれているとともに、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の光学式変位センサ。
【請求項３】
前記センサヘッドは、前記カバー部材と、前記凹部を有する基板とにより、気密封止されていることを特徴とする請求項２記載の光学式変位センサ。
【請求項４】
光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項５】
前記センサヘッドの底面及び側面は、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材により取り囲まれていると共に、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする請求項４記載の光学式変位センサ。
【請求項６】
前記センサヘッドは、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材とにより気密封止されていることを特徴とする請求項５記載の光学式変位センサ。
【請求項７】
前記基板は、複数の同種または異種のセンサヘッドを搭載可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【請求項８】
前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で１次元の変位量を検出するセンサであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で前記第１のセンサヘッドと垂直な方向の１次元の変位量を検出するセンサであることを特徴とする請求項７記載の光学式変位センサ。
【請求項９】
前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、前記第２のセンサヘッドは前記変位量に対する基準位置を検出するセンサであることを特徴とする請求項７記載の光学式変位センサ。
【請求項１０】
前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略垂直な方向の変位を検出するセンサであることを特徴とする請求項７記載の光学式変位センサ。
【請求項１１】
前記第２のセンサヘッドは、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離を検出可能な変位センサであり、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離に対応したアナログ信号、または前記距離が規定範囲内にあるか規定範囲外にあるかを示す信号を出力する機能を備えていることを特徴とする請求項１０記載の光学式変位センサ。
【請求項１２】
少なくとも１つの光検出器が配置されたセンサヘッドと少なくとも１つの光源ヘッドと前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項１３】
前記基板を固定する固定部材をさらに有し、前記固定部材には、固定位置を調整可能な形状をもつ複数のねじ穴が設けられ、一部のねじ穴は、スケールの移動方向に垂直な方向に広げられた形状をもち、かつ他の一部のねじ穴は、固定点を中心に微小回転が可能な形状をもつことを特徴とする請求項１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ
【請求項１４】
前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子および／またはケーブルと連結されていることを特徴とする請求項１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【請求項１５】
前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されていることを特徴とする請求項１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【請求項１６】
前記センサヘッドの少なくとも一部の電気接続端子は、前記電気配線パターンを経由して、外部のリード線またはフレキ配線と電気接続され、前記電気接続された表面は、絶縁性の樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【請求項１７】
前記センサヘッドと前記電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続、またはカバーによる押さえつけ等で接続されていることを特徴とする請求項１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【請求項１８】
前記カバー部材は、前記基板に略平行な平面部を有する板状のガラス、石英、あるいはプラスチック材であることを特徴とする請求項２または５記載の光学式変位センサ。
【請求項１９】
前記カバー部材は、前記センサヘッドを覆うように形成された透光性の樹脂材料であることを特徴とする請求項２または５記載の光学式変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサヘッドと、このセンサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密機構の変位量を検出する光学式変位センサが従来より使用されている。特開平９−１２６８１５号公報にはこのような光学式変位センサの一例が開示されており、図１０は、その構成の概略を示している。
【０００３】
図１０（Ａ）、（Ｂ）において、まず、パッケージ２００を発光素子パッケージとして用いた場合を考える。この場合には、ＬＥＤや半導体レーザ等からなる発光素子２０３の実装面は、パッケージ本体２０１の突き当て面２０１ａと略平行に配置され、発光素子２０３からの光束は投光レンズ２０２により投光されて図示せぬスケールディスクを照射する。
【０００４】
次に、パッケージ２００を受光素子パッケージとして用いた場合を考える。この場合には、フォトダイオード等の受光素子２０３の実装面は、パッケージ本体２０１の突き当て面２０１ａと略平行に配置され、受光素子２０３は受光レンズ２０２により集光された光束を受光する。
【０００５】
パッケージ２００のベース基板２０７との突き当て面２０１ａは半田付き用リード２０４より突出している。したがって、パッケージ２００をベース基板２０７に実装するときに、この突出した突き当て面２０１ａは、ベース基板２０７に設けた信号ライン用の銅箔パターン２０５とダミー用の銅箔パターン２０６とに確実に当接することになる。これにより、パッケージ２００をベース基板２０７上に実装するにあたって垂直方向のバラツキが少なくなり、しかも双方に傾くことが無い。さらに、発光素子（受光素子）２０３は、ベース基板２０７に対して所定位置に配置される。
【特許文献１】特開平９−１２６８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光学式変位センサは、ケーブル配置や固定位置がユーザによって様々であり、ユーザに対応したセンサヘッドのパッケージ形状や固定部材を設計する必要がある。また、使われ方によって小さなパッケージの封止では不十分で二重封止が必要な場合もある。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、センサヘッドの形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変更することによって、様々な用途に使用可能な光学式変位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。
【０００９】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記センサヘッドの底面及び側面は、前記凹部を有する基板により取り囲まれているとともに、前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われている。
【００１０】
また、本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記センサヘッドは、前記カバー部材と、前記凹部を有する基板とにより、気密封止されている。
【００１１】
また、本発明の第４の態様は、光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。
【００１２】
また、本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記センサヘッドの底面及び側面は、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材により取り囲まれていると共に、前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われている。
【００１３】
また、本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記センサヘッドは、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材とにより気密封止されている。
【００１４】
また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６の態様のいずれか１つにおいて、前記基板は、複数の同種または異種のセンサヘッドを搭載可能に構成されている。
【００１５】
また、本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で１次元の変位量を検出するセンサであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で前記第１のセンサヘッドと垂直な方向の１次元の変位量を検出するセンサである。
【００１６】
また、本発明の第９の態様は、第７の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、前記第２のセンサヘッドは前記変位量に対する基準位置を検出するセンサである。
【００１７】
また、本発明の第１０の態様は、第７の態様において、前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略垂直な方向の変位を検出するセンサである。
【００１８】
また、本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記第２のセンサヘッドは、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離を検出可能な変位センサであり、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離に対応したアナログ信号、または前記距離が規定範囲内にあるか規定範囲外にあるかを示す信号を出力する機能を備えている。
【００１９】
また、本発明の第１２の態様は、少なくとも１つの光検出器が配置されたセンサヘッドと少なくとも１つの光源ヘッドと前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されている。
【００２０】
また、本発明の第１３の態様は、第１、第４あるいは第１２の態様において、前記基板を固定する固定部材をさらに有し、前記固定部材には、固定位置を調整可能な形状をもつ複数のねじ穴が設けられ、一部のねじ穴は、スケールの移動方向に垂直な方向に広げられた形状をもち、かつ他の一部のねじ穴は、固定点を中心に微小回転が可能な形状をもつ。
【００２１】
また、本発明の第１４の態様は、第１、第４あるいは第１２の態様において、前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子および／またはケーブルと連結されている。
【００２２】
また、本発明の第１５の態様は、第１、第４あるいは第１２の態様において、前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されている。
【００２３】
また、本発明の第１６の態様は、第１、第４あるいは第１２の態様において、前記センサヘッドの少なくとも一部の電気接続端子は、前記電気配線パターンを経由して、外部のリード線またはフレキ配線と電気接続され、前記電気接続された表面は、絶縁性の樹脂で覆われている。
【００２４】
また、本発明の第１７の態様は、第１、第４あるいは第１２の態様において、前記センサヘッドと前記電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続、またはカバーによる押さえつけ等で接続されている。
【００２５】
また、本発明の第１８の態様は、第２または第５の態様において、前記カバー部材は、前記基板に略平行な平面部を有する板状のガラス、石英、あるいはプラスチック材である。
【００２６】
また、本発明の第１９の態様は、第２または第５の態様において、前記カバー部材は前記センサヘッドを覆うように形成された透光性の樹脂材料である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、様々な用途に使用可能な光学式変位センサが提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施の形態の光学式変位センサは、センサヘッド２と、光電子素子５とを基板（以下、単に基板と称する）１に取り付けることにより構成される。
【００３０】
センサヘッド２は、基板４０上に、光源１４と、変位量検出用の光検出器１３と、原点位置検出用の光検出器１５と、図示せぬ光源ドライブ回路および信号処理用のＩＣ回路とを集積し、基板４０の表面をガラス板１６でガラス封止パッケージしたものである。また、光電子素子５は、光源、光検出器、抵抗、コンデンサ、信号処理回路、表示素子、およびそれらの部品を集積化した回路である。
【００３１】
また、基板１の一部には、センサヘッド２を取り付けるための段差（凹部）５１と、光電子素子５を取り付けるための段差（凹部）５２が設けられている。これら段差５１、５２部分にそれぞれセンサヘッド２と光電子素子５と取り付けられる。
【００３２】
基板１の各段差５１、５２の側面および底面には電気配線パターン３０が設けられている。センサヘッド２及び光電子素子５は、この電気配線パターン３０と、センサヘッド２の電気接続端子５４及び光電子素子５の電気接続端子とを目視にて一致させながら実装される。
【００３３】
図２は、図１に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、ガラス板１６で封止されたセンサヘッド２の表面は、光透過板２２を基板１の表面で蓋状に被せ、周囲を樹脂２０で封止することにより、二重に封止される。光電子素子５についても同様に樹脂２１により封止される。さらに、基板１にはねじ穴２４、２６が設けられており、このねじ穴２４、２６を介してねじ止めすることにより基板１が固定される。
【００３４】
さらに、ここでは図示しないが、光透過板２２の上方には移動部材に取り付けられたスケールが配置されているものとする。このスケールには、概して所定周期で反射率が互いに異なる、変位量（相対移動量）を検出するためのパターンと、基準位置を検出するための例えば集光パターンとの、２つのパターンが互いに平行に並列に設けられている。
【００３５】
光源１４から出射された光ビームは、センサヘッド２のガラス板１６を通り、さらにガラス板２２を通過した後、スケールの表面に照射される。センサヘッド２とスケールとの間の距離を所定間隔に保って移動させると、スケールで反射された光ビームにより、センサヘッド２上の光検出器１３上には、スケール上の明暗パターンと同様のパターンが投影される。
【００３６】
光検出器１３は、投影される明暗パターンの周期幅の１／４ずつの光検出素子をアレー状に配置して構成される。この光検出器を構成するアレー素子を３つおきに接続させることにより同位相の光信号が検出され、それぞれの信号をＡ相、Ｂ相、―Ａ相、−Ｂ相とする４つの位相の異なる信号が得られる。更に互いにＡ相と−Ａ相の信号およびＢ相と−Ｂ相の信号の差をとり、信号雑音を除去する。このようにして得られた２つの信号は、互いに位相が９０°異なるが、これを位相分割すればスケール周期よりも更に高分解能で変位量を検出できる。
【００３７】
一方、基準位置からの変位量を検出するためには基準位置の検出が必要となる。このため、前記したようにスケールには基準位置パターンが設けられている。基準位置パターンは、基準位置に光源１４からの光ビームが照射されると集光されて、焦点位置で信号強度がピークとなるパターンである。
【００３８】
基準位置検出用の光検出器１５では、その受光面の幅が移動方向に対して狭く形成されており、前記集光のピークの位置で信号を検出できるように配置されている。
【００３９】
なお、光学式変位センサは、スケール上のそれぞれのパターンからの周期パターンや集光パターンをセンサヘッド２上のそれぞれの光検出器１３、１５で高精度に検出する為に、スケールの移動方向に対しては比較的ラフな取り付けで良いが、移動方向に垂直な方向に対しては、スケール上の２つのパターンに対して精度良く取り付ける必要がある。
【００４０】
また光源１４や光検出器１３，１５は半導体結晶で形成されている。表面の電極配線や半導体表面は、ゴミの付着や湿度に対して表面酸化や特性劣化を防止する為に、保護膜や封止部材で保護されている。更にセンサヘッド２を二重封止することにより、高湿度条件下でもセンサヘッド２の安定した動作が期待できる。
【００４１】
上記した第１実施形態によれば、光学式変位センサのセンサヘッドの形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変更するようにしたので、様々な用途に使用可能な光学式変位センサが提供される。
【００４２】
（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。なお、第１実施の形態に説明されている点は説明を省略する。第２実施の形態では、基板１の所定部分に凹状の段差を加工する代わりに、センサヘッド２における光源１４の光出射、あるいは、光検出器１３、１５への光の入射が可能なように、センサヘッド２の周囲を取り囲むことが可能な開口部２５−１をもつ取り囲み部材２５を積層または一体に形成したことを特徴とする。この取り囲み部材２５は、基板１の表面に形成された目あわせマーカー３４，３５を基に接続され、これによってセンサヘッド２を取り付けるための段差形状が形成される。
【００４３】
取り囲み部材２５の厚さは、センサヘッド２の厚さに略等しくし、スケールとセンサヘッド２との間のギャップをできるだけ広くして、センサヘッド２をスムーズに移動できるようにしている。また、センサヘッド２は、目視により電気接続端子５４と電気配線パターン３０とを一致させて半田実装され、この部分の周囲を取り囲むように取り囲み部材２５が実装される。
【００４４】
さらにセンサヘッド２の表面は、取り囲み部材２５の開口部２５−１を塞ぐように光透過板２２により封止される。このように二重封止することで、高湿度の条件下でも動作の信頼性を確保できる。
【００４５】
なお、取り囲み部材２５は、センサヘッド２の周囲を取り囲む形状としたが、一部切り欠き部を設けてこの部分にケーブル等を配置し、外部に信号を引き出すことも可能である。このような切り欠き部を設けた場合には、センサヘッド２を含む電気接続部分を樹脂等でケーブルの一部を含めて、外気と遮断して気密を保つことで、二重封止と同等の効果を持たせる。
【００４６】
（第３実施の形態）
図４は、本発明の第３実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。図５は、図４に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すＢ−Ｂ断面図である。センサヘッド２および光電子素子５は、表面に電気配線パターンが設けられた基板１に表面実装される。この電気配線パターンの接続部分とケーブル７の各電気端子６の接続部分とは絶縁樹脂２３で覆われている。
【００４７】
さらに基板１の４隅には固定用のねじ穴８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが設けられ、この基板１は蓋状のカバー１０で覆われる。この蓋状のカバー１０は、センサヘッド２表面の傷やごみの付着による光源１４の実効出力の低下や光検出器１３，１５のセンシングへの悪影響を防ぐために設けられる。蓋状のカバー１０には開口部１１が設けられている。この開口部１１を介してセンサヘッド２から出射される光ビームをスケールに先導したり、スケールから反射された光ビームをセンサヘッド２内に設けられた光検出器１３，１５へと導くことができる。
【００４８】
更に、基板１は固定部材１００に設けられたねじ穴１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを用いて固定される。ここでは、ねじ穴１０１ａを固定し、スケールの移動方向と垂直方向に微小調整およびねじ穴１０１ａを中心とする回転微小調整のためにそれぞれねじ穴１０２ａ、および１０１ｂ、１０２ｂの穴を大きくしている。ねじ穴１０２ａは、スケールの移動方向に垂直な方向に広げられている。
【００４９】
光検出器１３、１５のそれぞれに対応したスケールから反射した光ビームを互いに正確に検出し、原点位置から変位量を高精度に検出するために、スケールの移動方向（矢印方向）に対して、垂直方向には光学式変位センサヘッドを精度よく実装する必要があり、この実装のスケール移動方向に垂直方向の微小調整のために、上述したねじ穴の形状にして対応している。
【００５０】
（第４実施の形態）
図６は、本発明の第４実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施形態は第２実施の形態に基づいているので共通する部分の説明は省略する。
【００５１】
本実施形態は、センサヘッド２を取り付ける際に、ケーブルの引き出し位置が９０度回転した位置になっている仕様であっても、センサヘッド２は第２実施の形態と同様に基板１上に実装可能である。すなわち、ケーブル等の外部への引き出し配線位置が９０度異なる場合には、基板１上の電気配線パターン３０Ａを９０度回転した位置に対応する電気配線パターン３０Ｂに変更することによりケーブル配置が可能となる。これは、基板１を多層構造で、センサヘッド２との電気接続の位置を変更しなくとも、外部に引き出す電気配線パターンを互いに９０度回転した電気配線パターンに変更することにより、ケーブル端子の接続を可能としている。このようにセンサヘッドの実装位置を変更せずに、電気配線パターンを変えることにより、様々なユーザに対応できる光学式変位センサを提供できる。
【００５２】
（第５実施の形態）
図７は、本発明の第５実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。本実施形態は第２実施の形態に基づいているので共通する部分の説明は省略する。
【００５３】
本実施形態は、センサヘッド２を取り付ける際に、検出する移動物体の方向が異なる場合を考慮した実施形態である。ここでは、図７に示すように、基板１の段差５１部分をセンサヘッド２の各辺の寸法および接続端子位置と共通にしておく必要がある。
【００５４】
基板１の段差５１の底部の電気配線パターンを多層構造で形成し、９０°位置を回転させても、各々の端子は当該回転前の各端子位置に接続されるようになっており、外部接続用の電気配線パターン３０を変更せずに使用できる。すなわち、複数のセンサヘッドを互いに９０度異なる方向に実装するような仕様であっても対応可能である。このように、センサヘッド２の形状を共通にし、基板の電気配線パターンを変えることにより、様々なユーザに対応できる光学式変位センサを提供できる。
【００５５】
（第６実施の形態）
図８は、本発明の第６実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。本実施形態は第５実施の形態に基づくものであるが、第５実施の形態に説明されている内容についての説明は省略する。
【００５６】
図８は、複数のセンサヘッド２、２’を互いに９０度異なるＸ，Ｙ方向に取り付けたようすを示している。センサヘッド２、２’それぞれに対応する光電子素子５，５’も同様に実装配置される。各センサヘッド２、２’及び光電子素子５，５’間の相互接続は、基板１上の配線パターンを変更することで対応できる。
【００５７】
この実施形態では、スケールの所定周期のパターンがＸ、Ｙ軸２つの方向に設けられている場合のセンサヘッド２、２’の構成を示している。スケールのパターンを２つの方向に対応させる一例として、Ｘ，Ｙ両方向に一定間隔で互いに一方の方向に所定周期のパターンが形成された２次元パターンがあげられる。
【００５８】
このＸ、Ｙそれぞれの方向の移動量を検出するためには、光検出器の光検出素子アレーの配列方向が移動方向に一致していることが必要である。このために本実施形態では、図８に示すように、光検出器の配列が互いに９０°異なるようにセンサヘッドが配置される。この構成は、第５実施の形態における手法を利用して、センサヘッドを共通でかつ互いに９０回転させて実装することで実現できる。
【００５９】
この実施形態では、位置変位情報を１つの基板上に共通のセンサヘッドで対応するため、多機能が実現でき、結果として低コストな光学式変位センサを供給できる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、Ｘ，Ｙ２軸対応の例を示したが、光学式変位センサと信号処理回路、数値表示回路、警告制御回路、警告表示回路、さらに他の磁気式や容量式、電磁誘導式等多様なセンサの組み合わせ等応用が可能である。
【００６１】
（第７実施の形態）
図９は、本発明の第７実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。本実施形態は第５実施の形態に基づくものであるが、第５実施の形態に説明されている内容についての説明は省略する。
【００６２】
図９は、光源ヘッド１４’とセンサヘッド２を互いに別々に取り付けたようすを示している。光源ヘッド１４’を動作させると、発生する熱により基板４０上の光源ヘッド１４’周辺の温度が上昇する。温度が上昇すると、センサヘッド２に配置された光検出器１３，１５の光電気変換効率が低下すると共に熱雑音が増加する。また、スケールには、相対位置検出と基準位置検出の２つのパターンが配置されていることが一般的であり、それぞれの回折干渉パターンや集光パターンを検出する最適な位置が存在する。
【００６３】
本実施形態では、光源ヘッド１４’とセンサヘッド２を任意の位置に配置できるので、電気配線パターン及び基板を変更するのみで最適な配置が行える。これによって、センサ設計の自由度が広がり、多機能化やさまざまなユーザ仕様に対応できる光学式変位センサを提供できる。
【００６４】
この実施の形態では、１つの光源ヘッドと１つのセンサヘッドの例を示したが、複数光源で、複数のセンサヘッドおよび信号処理、表示回路等の組み合わせによる多機能化も可能である。
【００６５】
本発明の実施の形態では、光源は、端面発光半導体レーザ、面発光レーザ、発光素子（ＬＥＤ）、スパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の光半導体素子はもちろんのこと、一般的な光学式変位センサに用いられる光源についても適用できるものである。また、外部の電気配線に接続されるケーブルについての実施の形態を示しているが同軸ケーブルやフレキ配線、電気／光変換する光ケーブル配線も含まれるものとする。
【００６６】
（付記）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００６７】
１．光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【００６８】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１、５の実施の形態が対応する。
【００６９】
（作用、効果）
この構成により、予め用意された多様なセンサヘッドを活用して、電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等の基板の設計を変更するだけで多様な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、この変位センサを取り付ける装置において、センサ取り付けに関する設計自由度（配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅等）が大きくなると共に、大きな変更（例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離にあわせた設計変更）を行わないで、多様な機能のセンサを利用できる。
【００７０】
２．前記センサヘッドの底面及び側面は、前記凹部を有する基板により取り囲まれているとともに、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする１記載の光学式変位センサ。
【００７１】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３の実施の形態が対応する。
【００７２】
（作用、効果）
カバー部材（カバー１０）により、センサヘッド２上面が覆われているので、障害物等が衝突したときの破壊等を防げる。また、センサヘッドの表面にごみ・ほこりが直接付着したり、傷がついたりすることによる光源の実効出力の低下、あるいは、光検出器センシングへの悪影響を防ぐことができる。
【００７３】
３．前記センサヘッドは、前記カバー部材と、前記凹部を有する基板とにより、気密封止されていることを特徴とする２記載の光学式変位センサ。
【００７４】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１，２，４、５の実施の形態が対応する。
【００７５】
（作用、効果）
カバー部材（カバー１０）により、センサヘッドの封止と合わせて２重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【００７６】
４．光源と光検出器の少なくとも一方が配置された少なくとも１つのセンサヘッドと、前記センサヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは複数の電気接続端子を有し、
前記基板には、前記センサヘッドにおける前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように、前記センサヘッドの周囲に形成された取り囲み部材が積層または一体形成されており、
前記センサヘッドの複数の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【００７７】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第２、４の実施の形態が対応する。
【００７８】
（作用、効果）
この構成により、予め用意された多様なセンサヘッドを活用して、基板の設計（電気配線のレイアウト等）や取り囲み部材の配置や形状を変更するだけで多様な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度（配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅）が大きくなると共に、大きな設計変更（例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離に合わせた設計変更）を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
【００７９】
５．前記センサヘッドの底面及び側面は、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材により取り囲まれていると共に、
前記センサヘッドの上面は、前記光源の光出射、あるいは、前記光検出器が受光する光の入射が可能なように透光部を有するカバー部材で覆われていることを特徴とする４記載の光学式変位センサ。
【００８０】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３の実施の形態が対応する。
【００８１】
（作用、効果）
カバー部材（カバー１０）により、センサヘッド２上面が覆われているので、障害物等が衝突したときの破壊等を防げる。また、センサヘッドの表面にごみ・ほこりが直接付着したり、傷がついたりすることによる光源の実効出力の低下、あるいは、光検出器センシングへの悪影響を防ぐことができる。
【００８２】
６．前記センサヘッドは、前記基板と前記基板に積層または一体形成された取り囲み部材とにより気密封止されていることを特徴とする５記載の光学式変位センサ。
【００８３】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１，２，４、５の実施の形態が対応する。
【００８４】
（作用、効果）
カバー部材（カバー１０）により、センサヘッドの封止と合わせて２重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【００８５】
７．前記基板は、複数の同種または異種のセンサヘッドを搭載可能に構成されていることを特徴とする１乃至６のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【００８６】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第６、７の実施の形態が対応する。
【００８７】
（作用、効果）
予め用意された多様なセンサヘッドを複数組み合わせて１つの基板に搭載することにより、基板の設計（電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等）を変更するだけで多様かつ高機能な性能、機能の変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサを取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度（配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅）が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。ここで、この光学式変位センサの主要機能は移動量または位置の検出機能であるため、第１のセンサヘッドは変位を検出可能なセンサヘッドであるが、第２のセンサヘッドとしては、その検出値を補正したり、センシング状態を監視するための温度センサ、磁気センサ、光量センサ等も異種センサヘッドも含まれる。
【００８８】
８．前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で１次元の変位量を検出するセンサであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略平行な面内で前記第１のセンサヘッドと垂直な方向の１次元の変位量を検出するセンサであることを特徴とする７記載の光学式変位センサ。
【００８９】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第６の実施の形態が対応する。
【００９０】
（作用、効果）
予め用意された多様な１次元センサヘッドを検出の向きを変えて１つの基板に搭載することにより、基板の設計（電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等）を変更するだけで２次元の移動量を検出できる変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度（配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅）が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
【００９１】
９．前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、前記第２のセンサヘッドは前記変位量に対する基準位置を検出するセンサであることを特徴とする７記載の光学式変位センサ。
【００９２】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第６の実施の形態が対応する。
【００９３】
（作用、効果）
予め用意された光学式エンコーダヘッドと基準位置検出センサを１つの基板に搭載することにより、基板の設計（電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等）を変更するだけで基準位置検出機能を付加したエンコーダを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。基準位置検出センサはユーザの使用環境やコスト等のニーズに応じて、多様なセンサ（例えば、光学式、磁気式、容量式、電磁誘導式等のセンサ）を選ぶことが可能となる。また、ユーザにとっては、変位センサの取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度が大きくなると共に、大きな設計変更（例えばセンサ基板と変位検出対象物との距離に合わせた設計変更）を行わないで、多様な機能のエンコーダを利用することができる。
【００９４】
１０．前記複数のセンサヘッドのうち、第１のセンサヘッドは前記基板に略平行かつ第１のセンサヘッドに対向して配置されたスケールと組み合わされて機能する光学式エンコーダヘッドであり、第２のセンサヘッドは前記基板に略垂直な方向の変位を検出するセンサであることを特徴とする７記載の光学式変位センサ。
【００９５】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第６の実施の形態が対応する。
【００９６】
（作用、効果）
光学式エンコーダヘッドと基板に垂直な方向の距離を検出するセンサを組み合わせて１つの基板に搭載することにより、基板の設計（電気配線のレイアウトや凹部の深さ、平面形状、配置等）を変更するだけで多次元の検出が可能な変位センサを低コストかつ短期間で効率よく開発できる。また、ユーザにとっては、変位センサを取付ける装置において、センサ取付に関する設計自由度（配線の引き出し方向、機能や性能の選択の幅）が大きくなると共に、大きな設計変更を行わないで、多様な機能のセンサを利用することができる。
【００９７】
１１．前記第２のセンサヘッドは、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離を検出可能な変位センサであり、前記第２のセンサヘッドと前記スケールの前記基板に垂直な距離に対応したアナログ信号、または前記距離が規定範囲内にあるか規定範囲外にあるかを示す信号を出力する機能を備えていることを特徴とする１０記載の光学式変位センサ。
【００９８】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第６の実施の形態が対応する。
【００９９】
（作用、効果）
第１センサである光学式エンコーダヘッドと、基板に垂直な方向の距離を検出する第２のセンサとを組み合わせて１つの基板に搭載し、さらに、第２のセンサはエンコーダのヘッドとスケールの距離を検出可能にしているため、エンコーダとスケールの距離が規定範囲にあるか否かを検出できる。あるいは、エンコーダとスケールの距離に応じた光源の駆動強度や光検出の感度、あるいは、位置ずれ量の補正が可能となる。
【０１００】
１２．少なくとも１つの光検出器が配置されたセンサヘッドと少なくとも１つの光源ヘッドと前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを実装する基板とにより構成される光学式変位センサにおいて、
前記センサヘッドは、複数の電気接続端子を有し、
前記基板は、前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部の底面には前記センサヘッドおよび前記光源ヘッドの電気接続端子と電気接続する配線パターンが形成されており、
前記光源ヘッドおよび前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記基板の配線パターンを経由して、外部回路と接続可能に構成されていることを特徴とする光学式変位センサ。
【０１０１】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第７の実施の形態が対応する。
【０１０２】
（作用、効果）
図９に示すように、少なくとも１つの光源ヘッド１４’と少なくとも１つの光検出器１３が配置されたセンサヘッド２と前記センサヘッド２および前記光源ヘッド１４’
を実装する基板１とにより構成される光学式変位センサである。前記センサヘッド２は、複数の電気接続端子を有しており、基板１は、センサヘッド２および光源ヘッドを取り付けるための少なくとも１つの凹部と、この凹部底面に前記センサヘッドおよび光源ヘッドの端子と電気接続する配線パターンを有している。光源をセンサヘッド内に実装する場合に比べ、形状や配置に制限されずに基板上に実装でき、設計の自由度が広がる。また光源と光検出器とを別々に離して実装することにより、光源が発生する熱の分布による光検出器の感度の影響を緩和できる。
【０１０３】
１３．前記基板を固定する固定部材に設けられたねじ穴は、固定位置を調整可能な形状であり、前記調整手段は、前記固定部に設けられた穴の形状がスケールの移動方向に垂直な方向に広げられ、かつ固定点を中心に他の穴は微小回転が可能な形状であることを特徴とする１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【０１０４】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３の実施の形態が対応する。
【０１０５】
（作用、効果）
スケールとセンサヘッド２との相対移動方向に対して、垂直方向は変位検出信号の形状および信号強度に影響を与える為、精度良く固定部材１００に固定する必要がある。このため、固定部材１００に設けられたねじ穴１０２ａの形状がスケールの移動方向に垂直な方向に広げられ、またねじ穴１０１ａを中心に他の穴１０１ｂ、１０２ｂは微小回転が可能な形状にすることにより、スケールの移動方向に垂直な方向および微小回転の位置調整を行っている。
【０１０６】
１４．前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子および／またはケーブルと連結されていることを特徴とする１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【０１０７】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３実施の形態が対応する。
【０１０８】
（作用、効果）
前記基板１の電気配線パターンの一方の端子は、電気端子６、およびケーブル７と連結され、電源や表示素子、可動制御回路等に接続され、変位センサ制御システムが構成される。
【０１０９】
１５．前記基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されていることを特徴とする１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【０１１０】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１実施の形態が対応する。
【０１１１】
（作用、効果）
光学式変位センサを限られたスペースに挿入する為には，配線の引き回しスペースを低減できるフレキ配線が用いられる。この用途に対応させる為に、基板の電気配線パターンの一方の端子は、フレキ配線と連結されている。
【０１１２】
１６．前記センサヘッドの複数の少なくとも一部の電気接続端子は、前記電気配線パターンを経由して、外部のリード線またはフレキ配線と電気接続され、前記電気接続された表面は、絶縁性の樹脂で覆われていることを特徴とする１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【０１１３】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３の実施の形態が対応する。
【０１１４】
（作用、効果）
電気配線パターン端子とリード線またはフレキ配線との接続において、接続表面を絶縁性の樹脂で覆うことにより、高温高湿度の条件下でも接続部分の腐食や配線抵抗値の上昇に伴う接触不良を防ぐことができ、光学式変位センサの動作の安定性を確保できることが期待できる。
【０１１５】
１７．前記センサヘッドと前記電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続、またはカバーによる押さえつけ等で接続されていることを特徴とする１、４、１２のいずれか１つに記載の光学式変位センサ。
【０１１６】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１実施の形態が対応する。
【０１１７】
（作用、効果）
センサヘッドと電気配線パターンとの接続は、半田、リフロー、フリップチップ接続等により実装位置を表面で確認しながら、表面実装ができるため実装が容易である。
【０１１８】
また、センサヘッド部分の脱着可能を目的として、カバー等によりセンサヘッドと基板上の電極パターンとを表面観察で位置確認しながら、押さえつけ接続も可能である。
【０１１９】
１８．前記カバー部材は、前記基板に略平行な平面部を有する板状のガラス、石英、あるいはプラスチック材であることを特徴とする２または５記載の光学式変位センサ。
【０１２０】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第１，２，５の実施の形態が対応する。
【０１２１】
（作用効果）
カバー部材（カバー１０）により、センサヘッドの封止と合わせて２重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【０１２２】
１９．カバー部材は前記センサヘッドを覆うように形成された透光性の樹脂材料であることを特徴とする２または５記載の光学式変位センサ。
【０１２３】
（対応する発明の実施の形態）
この発明に関する実施の形態は、少なくとも第３の実施の形態が対応する。
【０１２４】
（作用、効果）
センサヘッド２を覆うように形成された透光性の樹脂材料（絶縁樹脂２３）により、センサヘッドの封止と合わせて２重封止していることになり、予め用意された多様なセンサヘッドの気密信頼性や耐久性がセンサヘッド単体では不足する場合に、センサ全体としての気密信頼性や耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す光学式変位センサの実装後の状態を示すＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第４実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第５実施の形態に係わる光学式変位センサの実装前の状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の第６実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。
【図９】本発明の第７実施の形態に係わる光学式変位センサについて説明するための図である。
【図１０】従来技術に係る光学式変位センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１…基板
２…センサヘッド
５…光電子素子
１３…光検出器
１４…光源
１５…光検出器
１６…ガラス板
２２…光透過板
３０…電気配線パターン
５１…段差
５２…段差
５４…電気接続端子
【図１】
2006078376.tif 000003
【図２】
2006078376.tif 000004
【図３】
2006078376.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006078376.tif 000009
【図８】
2006078376.tif 000010
【図９】
2006078376.tif 000011
【図１０】
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