(57)【要約】【課題】受光素子の保護を図りながらも、エンコーダに適用した場合に良好な検出精度を得ることができるエンコーダ用受光モジュール、及びそのような受光モジュールを備えるエンコーダを提供する。【解決手段】受光モジュール６は、底壁部１６及び側壁部１７を有する支持体１１と、受光面２１ａが一方側Ｓを向くように底壁部１６上に配置され、一方側Ｓから見た場合に側壁部１７によって包囲された受光素子１２と、複数の光ファイバの一端面により構成された入力面１３ａ、及び、複数の光ファイバの他端面により構成された出力面１３ｂを有し、出力面１３ｂが受光面２１ａと向かい合うように受光素子１２上に配置されたファイバオプティックプレート１３と、を備える。側壁部１７における一方側Ｓの端面１７ｂは、受光面２１ａよりも一方側Ｓに位置しており、入力面１３ａは、端面１７ｂよりも一方側Ｓに位置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁部、及び、前記底壁部の一方側において前記底壁部上に配置された側壁部を有する支持体と、
受光面を有し、前記受光面が前記一方側を向くように前記底壁部上に配置され、前記一方側から見た場合に前記側壁部によって包囲された受光素子と、
複数の光ファイバの一端面により構成された入力面、及び、前記複数の光ファイバの他端面により構成された出力面を有し、前記出力面が前記受光面と向かい合うように前記受光素子上に配置されたファイバオプティックプレートと、を備え、
前記側壁部における前記一方側の端面は、前記受光面よりも前記一方側に位置しており、前記入力面は、前記端面よりも前記一方側に位置している、エンコーダ用受光モジュール。
【請求項２】
前記側壁部の内側において、前記底壁部に設けられた配線、及び、前記受光素子に設けられた端子に接続されたワイヤと、
前記側壁部の内側において前記底壁部上に配置され、前記配線、前記端子及び前記ワイヤを覆う樹脂部材と、を更に備え、
前記端面は、前記ワイヤよりも前記一方側に位置しており、前記入力面は、前記樹脂部材よりも前記一方側に位置している、請求項１に記載のエンコーダ用受光モジュール。
【請求項３】
前記ファイバオプティックプレートは、前記樹脂部材によって前記受光素子に対して固定されている、請求項２に記載のエンコーダ用受光モジュール。
【請求項４】
光通過パターンを有し、前記受光面と前記出力面との間に配置された遮光層を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンコーダ用受光モジュール。
【請求項５】
光通過パターンを有する回転板と、
前記回転板に対して一方側に配置された光源と、
前記回転板に対して他方側に配置された請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンコーダ用受光モジュールと、を備えるエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ用受光モジュール及びエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通過パターンを有する回転板と、回転板に対して一方側に配置された光源と、回転板に対して他方側に配置された受光素子と、を備えるエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３７３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなエンコーダでは、例えば物理的な接触から受光素子を保護するために、底壁部及び側壁部を有する支持体に受光素子を配置することが考えられる。より具体的には、一方側から見た場合に側壁部によって包囲されるように、底壁部上に受光素子を配置することが考えられる。しかしながら、受光面が一方側を向くように底壁部に受光素子を配置したとしても、回転板に側壁部が接触する直前までしか、受光面を光通過パターンに近づけることができない。光通過パターンを有する固定板が回転板と共に設けられている場合にも、回転板又は固定板に側壁部が接触する直前までしか、受光面を光通過パターンに近づけることができない。受光面を光通過パターンに近づけることができないと、光の拡散等によってエンコーダの検出精度が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、受光素子の保護を図りながらも、エンコーダに適用した場合に良好な検出精度を得ることができるエンコーダ用受光モジュール、及びそのような受光モジュールを備えるエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンコーダ用受光モジュールは、底壁部、及び、底壁部の一方側において底壁部上に配置された側壁部を有する支持体と、受光面を有し、受光面が一方側を向くように底壁部上に配置され、一方側から見た場合に側壁部によって包囲された受光素子と、複数の光ファイバの一端面により構成された入力面、及び、複数の光ファイバの他端面により構成された出力面を有し、出力面が受光面と向かい合うように受光素子上に配置されたファイバオプティックプレートと、を備え、側壁部における一方側の端面は、受光面よりも一方側に位置しており、入力面は、端面よりも一方側に位置している。
【０００７】
このエンコーダ用受光モジュールでは、側壁部における一方側の端面が、受光素子の受光面よりも一方側に位置している。これにより、例えば物理的な接触から受光素子を確実に保護することができる。また、ファイバオプティックプレートが、出力面が受光面と向かい合うように受光素子上に配置されている。これにより、入力面に入射した光を受光面に確実に導光することができる。そして、ファイバオプティックプレートの入力面が、側壁部における一方側の端面よりも一方側に位置している。これにより、入力面をエンコーダの光通過パターンに近づけることができる。その結果、光通過パターンを通過した光が拡散して受光面に入射するのを抑制することができる。よって、このエンコーダ用受光モジュールによれば、受光素子の保護を図りながらも、エンコーダに適用した場合に良好な検出精度を得ることができる。
【０００８】
本発明のエンコーダ用受光モジュールは、側壁部の内側において、底壁部に設けられた配線、及び、受光素子に設けられた端子に接続されたワイヤと、側壁部の内側において底壁部上に配置され、配線、端子及びワイヤを覆う樹脂部材と、を更に備え、端面は、ワイヤよりも一方側に位置しており、入力面は、樹脂部材よりも一方側に位置していてもよい。これによれば、配線、端子及びワイヤが樹脂部材によって覆われているため、エンコーダの使用時に飛散する油等から、配線、端子及びワイヤを保護することができる。また、側壁部の端面がワイヤよりも一方側に位置しているため、ワイヤに外力が作用するのを抑制することができる。更に、樹脂部材に邪魔されることなく、入力面をエンコーダの光通過パターンに近づけることができる。
【０００９】
本発明のエンコーダ用受光モジュールでは、ファイバオプティックプレートは、樹脂部材によって受光素子に対して固定されていてもよい。これによれば、ファイバオプティックプレートを受光素子に対して固定するための構成を省略することができ、構成を簡易化することができる。
【００１０】
本発明のエンコーダ用受光モジュールは、光通過パターンを有し、受光面と出力面との間に配置された遮光層を更に備えていてもよい。これによれば、エンコーダの回転板が有する光通過パターンを通過した光を、受光面に適切に入射させることができる。また、遮光層の光通過パターンと受光面とが近いため、遮光層の光通過パターンと受光面との間の位置精度を向上させることができる。また、遮光層の光通過パターンと受光面とが出力面を介して入力面に転像されるため、遮光層の光通過パターンと受光面とを回転板の光通過パターンに光学的に近づけることができる。その結果、エンコーダに適用した場合の検出精度が一層良好なものとなる。
【００１１】
本発明のエンコーダは、光通過パターンを有する回転板と、回転板に対して一方側に配置された光源と、回転板に対して他方側に配置された上記エンコーダ用受光モジュールと、を備える。このエンコーダによれば、上述したとおり、受光素子の保護を図りながらも、良好な検出精度を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、受光素子の保護を図りながらも、エンコーダに適用した場合に良好な検出精度を得ることができるエンコーダ用受光モジュール、及びそのような受光モジュールを備えるエンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るエンコーダの斜視図である。
【図２】図１に示される受光モジュールの平面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿っての断面図である。
【図４】変形例に係る受光モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１に示されるように、エンコーダ１は、回転軸２と、回転板３と、固定板４と、光源５と、受光モジュール６と、処理部７と、を備えている。回転軸２は、軸線Ａを中心線として回転する。エンコーダ１は、いわゆるアブソリュート型のロータリーエンコーダであり、回転軸２に連結された測定対象物の絶対角度を検出するための装置である。
【００１６】
回転板３は、回転軸２に固定されており、回転軸２と共に回転する。回転板３は、例えば、円板状に形成され、軸線Ａと直交するように中心部において回転軸２に取り付けられている。回転板３は、グレイコード等の所定パターンを表す光通過パターン３ａを有している。光通過パターン３ａは、回転板３を貫通する複数のスリットによって構成されている。これらのスリット内は、空隙となっていてもよいし、スリット内に透明なガラス部が配置されていてもよい。
【００１７】
固定板４は、回転板３と向かい合う位置で固定されている。固定板４は、例えば、矩形板状に形成され、回転板３と平行に配置されている。固定板４は、光源５と回転板３の光通過パターン３ａとを結ぶ直線上に位置するように形成された光通過パターン４ａを有している。光通過パターン４ａは、固定板４を貫通する複数のスリットによって構成されている。本実施形態では、５つのスリットが回転板３の半径方向に沿って並設されている。これらのスリット内は、空隙となっていてもよいし、スリット内に透明なガラス部が配置されていてもよい。
【００１８】
光源５は、例えばＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）等の発光素子である。光源５は、固定板４に対して回転板３とは反対側の位置で固定されており、回転板３に向けて光を出射する。受光モジュール６は、回転板３及び固定板４に対して光源５とは反対側の位置で固定されている。受光モジュール６は、複数の受光面２１ａを有しており（図２及び図３）、各受光面２１ａに入射した光を検出する。
【００１９】
エンコーダ１では、光源５と受光モジュール６の受光面２１ａとを結ぶ直線上において回転板３の光通過パターン３ａと固定板４の光通過パターン４ａとが重なると、光源５からの光が回転板３及び固定板４を通過して受光面２１ａに入射する。一方、光通過パターン３ａと光通過パターン４ａとが重ならない場合、光源５からの光は、回転板３により遮られて受光面２１ａに入射しない。処理部７は、例えば信号処理回路であり、各受光面２１ａにおける光検出結果を符号化し、回転軸２の回転角の絶対値を表すグレイコードＧ０，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４を出力する。
【００２０】
続いて、受光モジュール６の構成について更に説明する。図２及び図３に示されるように、受光モジュール６は、支持体１１と、受光素子１２と、ファイバオプティックプレート（以下、「ＦＯＰ」ともいう）１３と、ワイヤ１４と、樹脂部材１５と、を備えている。
【００２１】
支持体１１は、一面が開口した略直方体状の箱体であり、矩形板状の底壁部１６と、底壁部１６の一方側Ｓにおいて底壁部１６上に配置された側壁部１７と、を有している。側壁部１７は、底壁部１６の外縁に沿って設けられ、一方側Ｓから見た場合に矩形環状をなしている。支持体１１は、例えば、共にガラスエポキシ樹脂からなる底壁部１６と側壁部１７とを積層することによって形成されている。
【００２２】
底壁部１６には、受光モジュール６から外部に信号を出力するための複数の配線１８が設けられている。配線１８は、底壁部１６における一方側Ｓの主面１６ａ、主面１６ａとは反対側の主面１６ｂ、及び、主面１６ａ，１６ｂに連なる側面１６ｃに露出している。
【００２３】
受光素子１２は、矩形板状の受光チップであり、複数の受光部２１を有している。受光部２１は、例えば、フォトダイオード又はフォトダイオードアレイ等であり、受光素子１２の一方面１２ａ側に受光面２１ａを有している。受光素子１２は、受光面２１ａが一方側Ｓを向くように、底壁部１６上に配置（固定）されている。受光素子１２は、一方側Ｓから見た場合に、側壁部１７によって包囲されている。受光素子１２の一方面１２ａには、受光部２１からの信号を出力するための複数の端子１９が設けられている。一方面１２ａにおいては、中央側の領域に各受光面２１ａが配置され、当該領域よりも外側に各端子１９が配置されている。
【００２４】
ＦＯＰ１３は、複数（多数）の光ファイバが束ねられて構成された光学デバイスである。例えば、ＦＯＰ１３には、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径の光ファイバが数千万本含まれている。ＦＯＰ１３は、例えば、直方体状をなしており、互いに対向する入力面１３ａ及び出力面１３ｂを有している。入力面１３ａは、複数の光ファイバの一端面により構成され、出力面１３ｂは、それら複数の光ファイバの他端面により構成されている。ＦＯＰ１３は、出力面１３ｂが受光部２１の受光面２１ａと向かい合うように、受光素子１２上に配置されている。より詳細には、出力面１３ｂは、一方面１２ａにおける受光面２１ａが配置された中央側の領域と向かい合っている。
【００２５】
ＦＯＰ１３では、入力面１３ａに入射した光は、光ファイバ内を伝搬し、出力面１３ｂから出力される。より詳細には、入力面１３ａにおける或る位置に入射した光は、出力面１３ｂにおける当該位置に対応した位置から出射する。したがって、ＦＯＰ１３を受光素子１２上に配置することにより、入力面１３ａに入射した光を拡散することなく、受光面２１ａに確実に導光することができる。
【００２６】
ワイヤ１４は、側壁部１７の内側において配線１８と端子１９とを互いに電気的に接続するボンディングワイヤである。ワイヤ１４の一端は、配線１８における主面１６ａ側の露出部分に結合されており、他端は、端子１９に結合されている。ワイヤ１４の中間部は、一方側Ｓに向かって凸となるように湾曲している。
【００２７】
樹脂部材１５は、側壁部１７の内側において底壁部１６上に配置されている。樹脂部材１５は、配線１８における主面１６ａ側の露出部分、端子１９及びワイヤ１４を覆っており、底壁部１６の主面１６ａ、側壁部１７の内面１７ａ、受光素子１２の一方面１２ａ及び側面１２ｂ、並びにＦＯＰ１３の側面１３ｃに結合している。樹脂部材１５は、一方側Ｓから見た場合に、ＦＯＰ１３を包囲する矩形環状をなしている。
【００２８】
また、樹脂部材１５は、受光素子１２の一方面１２ａとＦＯＰ１３の出力面１３ｂとの間に入り込んでおり（介在しており）、ＦＯＰ１３を受光素子１２に対して固定している。樹脂部材１５は、例えば、シリコーン樹脂などの透明樹脂をポッティングすることによって形成される。このポッティングの際には、底壁部１６の主面１６ａ上に注入された硬化前の樹脂材料が、側壁部１７の内面１７ａによって堰き止められる。
【００２９】
ここで、図３を参照しつつ、底壁部１６の主面１６ａに沿った方向から見た場合の各部の位置関係について説明する。側壁部１７における一方側Ｓの端面１７ｂは、受光素子１２の受光面２１ａ（一方面１２ａ）よりも一方側Ｓに位置しており、入力面１３ａは、端面１７ｂよりも一方側Ｓに位置している。また、端面１７ｂは、ワイヤ１４よりも一方側Ｓに位置しており、入力面１３ａは、樹脂部材１５よりも一方側Ｓに位置している。なお、本実施形態では、端面１７ｂ、受光面２１ａ及び入力面１３ａは、互いに平行になっている。
【００３０】
以上のように構成された受光モジュール６は、ＦＯＰ１３の入力面１３ａが回転板３の光通過パターン３ａと向かい合い且つ近接する位置で固定されている。上述したように、光源５と受光面２１ａとを結ぶ直線上において回転板３の光通過パターン３ａと固定板４の光通過パターン４ａとが重なると、光源５からの光が回転板３及び固定板４を通過する。回転板３及び固定板４を通過した光は、入力面１３ａに入射し、ＦＯＰ１３によって導光されて受光面２１ａに入射する。これにより、各受光面２１ａにおいて光が検出される。
【００３１】
以上説明したように、受光モジュール６では、側壁部１７の端面１７ｂが、受光素子１２の受光面２１ａよりも一方側Ｓに位置している。これにより、例えば物理的な接触から受光素子１２を確実に保護することができる。また、ＦＯＰ１３が、出力面１３ｂが受光面２１ａと向かい合うように受光素子１２上に配置されている。これにより、入力面１３ａに入射した光を受光面２１ａに確実に導光することができる。そして、ＦＯＰ１３の入力面１３ａが、側壁部１７の端面１７ｂよりも一方側Ｓに位置している。これにより、入力面１３ａをエンコーダ１の光通過パターン３ａに近づけることができる。その結果、光通過パターン３ａを通過した光が拡散して受光面２１ａに入射するのを抑制することができる。よって、受光モジュール６によれば、受光素子１２の保護を図りながらも、エンコーダ１に適用した場合に良好な検出精度を得ることができる。
【００３２】
また、上述した従来のエンコーダのように、受光素子１２の受光面２１ａを光通過パターン３ａに近づけることができない場合において、光通過パターン３ａを通過した光が拡散して受光面２１ａに入射するのを抑制するための手段としては、平行度が高い光を出射する光源５を用いることが考えられる。これに対し、受光モジュール６では、入力面１３ａを光通過パターン３ａに近づけることによって、光通過パターン３ａを通過した光が拡散して受光面２１ａに入射するのを抑制することができるため、必ずしも平行度が高い光を出射する光源５を用いる必要がない。そのため、光源５の選択の自由度を高めることができる。
【００３３】
また、受光モジュール６は、配線１８及び端子１９に接続されたワイヤと、配線１８、端子１９及びワイヤ１４を覆う樹脂部材１５と、を更に備えている。そして、側壁部１７の端面１７ｂがワイヤ１４よりも一方側Ｓに位置しており、入力面１３ａが樹脂部材１５よりも一方側Ｓに位置している。これにより、配線１８、端子１９及びワイヤ１４が樹脂部材１５によって覆われているため、エンコーダ１の使用時に飛散する油等から、配線１８、端子１９及びワイヤ１４を保護することができる。また、側壁部１７の端面１７ｂがワイヤ１４よりも一方側Ｓに位置しているため、ワイヤ１４に外力が作用するのを抑制することができる。更に、樹脂部材１５に邪魔されることなく、入力面１３ａをエンコーダ１の光通過パターン３ａに近づけることができる。
【００３４】
また、受光モジュール６では、ＦＯＰ１３が、樹脂部材１５によって受光素子１２に対して固定されている。これにより、ＦＯＰ１３を受光素子１２に対して固定するための構成を省略することができ、構成を簡易化することができる。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
【００３６】
また、上記実施形態のエンコーダ１では、固定板４が省略されてもよい。この場合、受光モジュール６は、ＦＯＰ１３の入力面１３ａが回転板３の光通過パターン３ａと向かい合うように配置される。固定板４が省略される場合、受光モジュール６は、図４に示される変形例のように構成されてもよい。この変形例では、受光モジュール６は、受光素子１２の受光面２１ａとＦＯＰ１３の出力面１３ｂとの間に配置された遮光層２３を更に備えている。遮光層２３は、受光面２１ａ上に設けられている。より詳細には、遮光層２３は、受光素子１２の一方面１２ａにおいて出力面１３ｂと向かい合う領域に設けられている。遮光層２３は、固定板４の光通過パターン４ａと対応する位置に形成された光通過パターンを有し、当該光通過パターン以外の部分において光源５からの光を遮断する。この光通過パターンは、例えば、遮光層２３の一部をパターニングにより除去することによって形成されている。
【００３７】
このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、受光素子１２の保護を図りながらも、良好な検出精度を得ることができる。また、回転板３が有する光通過パターン３ａを通過した光を、受光面２１ａに適切に入射させることができる。また、遮光層２３の光通過パターンと受光面２１ａとが近いため、遮光層２３の光通過パターンと受光面２１ａとの間の位置精度を向上させることができる。また、遮光層２３の光通過パターンと受光面２１ａとが出力面１３ｂを介して入力面１３ａに転像されるため、遮光層２３の光通過パターンと受光面２１ａとを回転板３の光通過パターンに光学的に近づけることができる。その結果、エンコーダ１に適用した場合の検出精度が一層良好なものとなる。なお、上記変形例では、遮光層２３は、ＦＯＰ１３の出力面１３ｂ上に設けられてもよい。また、遮光層２３は、ＦＯＰ１３の入力面１３ａ上に設けられてもよい。ＦＯＰ１３では、入力面１３ａにおける或る位置に入射した光は、光ファイバ内を伝搬し、出力面１３ｂにおける当該位置に対応した位置から出射する。したがって、入力面１３ａ上の遮光層２３を通過した光は、入力面１３ａにおける或る位置に入射して出力面１３ｂにおける当該位置に対応した位置から出射され、受光素子１２の受光面２１ａに入射するため、受光面２１ａ上に遮光層２３を形成した場合と実質的に同等の効果が得られる。
【００３８】
また、上記実施形態のエンコーダ１では、光源５、固定板４、回転板３及び受光モジュール６がこの順に配置されていたが、光源５、回転板３、固定板４、受光モジュール６の順に配置されてもよい。この場合、受光モジュール６は、ＦＯＰ１３の入力面１３ａが固定板４の光通過パターン４ａと向かい合うように配置される。このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、光通過パターン４ａを通過した光が拡散して受光面２１ａに入射するのを抑制することができ、受光素子１２の保護を図りながらも、良好な検出精度を得ることができる。
【００３９】
また、ワイヤ１４が省略されてもよく、例えば、配線１８が底壁部１６の主面１６ａにおいて受光素子１２の裏面と対向する位置に設けられると共に、端子１９が受光素子１２の裏面側に設けられ、受光素子１２の裏面側において配線１８と端子１９とが接続されてもよい。この場合、樹脂部材１５は省略されてもよい。また、ＦＯＰ１３は、樹脂部材１５ではなく接着剤等によって受光素子１２に対して固定されてもよい。また、本発明のエンコーダは、インクリメント型のエンコーダに適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…エンコーダ、３…回転板、５…光源、６…受光モジュール、１１…支持体、１２…受光素子、１３…ファイバオプティックプレート、１３ａ…入力面、１３ｂ…出力面、１４…ワイヤ、１５…樹脂部材、１６…底壁部、１７…側壁部、１８…配線、１９…端子、２１ａ…受光面、２３…遮光層。
【図１】
2018205020.tif 000003
【図２】
2018205020.tif 000004
【図３】
2018205020.tif 000005
【図４】
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