(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学パターンを有するスケールと、
前記スケールに光を照射する発光素子と前記スケールからの光が入射する受光面を有する受光素子とが実装された基板、ならびに前記基板のうち前記発光素子と前記受光素子とが実装されている実装面を覆う光透過性樹脂を有するモジュールパッケージと、を備え、
前記光透過性樹脂は、前記実装面のうち前記発光素子が設けられている領域を覆う第１の部位と、前記実装面のうち前記受光素子ならびに前記受光素子と前記基板とを接続するボンディングワイヤが設けられている領域を覆う第２の部位と、を有し、
前記モジュールパッケージには、前記第１の部位と前記第２の部位との間にて光を遮蔽する遮光部が設けられており、
前記第２の部位のうち前記ボンディングワイヤを覆う部分では、前記実装面に垂直な方向である第１の方向における厚さが、前記第１の方向における前記第１の部位の厚さよりも薄く、かつ、前記第２の部位のうち前記ボンディングワイヤを覆う部分以外には、前記第１の方向において前記第１の部位の厚さと同じ厚さの部分が含まれていることを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記第２の部位のうち前記受光面を覆う部分では、前記第１の方向における厚さが、前記第１の方向における前記第１の部位の厚さと同じであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記第２の部位のうち、前記第１の方向における厚さが前記第１の方向における前記第１の部位の厚さよりも薄い部分と、前記第２の部位のうち前記第１の方向における厚さが前記第１の方向における前記第１の部位の厚さと同じである部分との間に勾配が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
光学パターンを有するスケールと、
前記スケールに光を照射する発光素子と前記スケールからの光が入射する受光面を有する受光素子とが実装された基板、ならびに前記基板のうち前記発光素子と前記受光素子とが実装されている実装面を覆う光透過性樹脂を有するモジュールパッケージと、を備え、
前記光透過性樹脂は、前記実装面のうち前記発光素子が設けられている領域を覆う第１の部位と、前記実装面のうち前記受光素子ならびに前記受光素子と前記基板とを接続するボンディングワイヤが設けられている領域を覆う第２の部位と、を有し、
前記モジュールパッケージには、前記第１の部位と前記第２の部位との間にて光を遮蔽する遮光部が設けられており、
前記第２の部位の少なくとも一部では、前記発光素子と前記受光素子とが並べられている方向に垂直かつ前記実装面に平行な第２の方向における長さが、前記第２の方向における前記第１の部位の長さよりも短いことを特徴とするエンコーダ。
【請求項５】
前記基板は、ガラスエポキシ樹脂からなる基板であって、
前記光透過性樹脂と前記遮光部とは、エポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の回転角度を検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式のロータリーエンコーダは、スケールから入射した光信号に基づいてスケールの回転角度を算出するエンコーダである。スケールに光を照射する発光素子とスケールからの光を受ける受光素子とは、光透過性樹脂で覆われることによって、外部環境から保護される。また、受光素子と基板とを接続するボンディングワイヤは、受光素子とともに光透過性樹脂によって保護される。通常、光透過性樹脂とボンディングワイヤの材料とでは熱膨張率が異なるため、ボンディングワイヤは、温度変化に起因して光透過性樹脂が膨張あるいは収縮することによる応力を受けることがある。ボンディングワイヤは、繰り返し応力を受けることによって破断することがある。【０００３】
特許文献１には、ベース基板に設けられた発光素子を覆う光透過性樹脂を有し、ベース基材には、発光素子に接続されたボンディングワイヤが通される貫通孔が設けられている発光装置が開示されている。特許文献１の技術によると、ボンディングワイヤの周辺における光透過性樹脂の量を少なくさせることによって、温度変化によってボンディングワイヤが受けるストレスを低減させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９４６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンコーダには、回転角度の高精度な算出のために受光素子の数が増やされるほど、ボンディングワイヤの数が多くなる。受光素子に接続されるボンディングワイヤについて上記特許文献１の技術が適用された場合、受光素子が実装される基板は、ボンディングワイヤの数が多いほど貫通孔の数も多くなる。貫通孔の数が多くなるほど光透過性樹脂によるパッケージのサイズが大きくなることから、エンコーダは小型化が困難となる。また、貫通孔の数が多くなるほど、エンコーダは、製造時の加工が煩雑になる。このため、上記特許文献１の技術によると、小型かつ容易に加工可能な構成によってボンディングワイヤの破断を低減することが困難である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、受光素子と基板とを接続するボンディングワイヤの破断を、小型かつ容易に加工可能な構成によって防ぐことを可能とする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、本発明にかかるエンコーダは、光学パターンを有するスケールと、スケールに光を照射する発光素子とスケールからの光が入射する受光面を有する受光素子とが実装された基板、ならびに基板のうち発光素子と受光素子とが実装されている実装面を覆う光透過性樹脂を有するモジュールパッケージと、を備える。光透過性樹脂は、実装面のうち発光素子が設けられている領域を覆う第１の部位と、実装面のうち受光素子ならびに受光素子と基板とを接続するボンディングワイヤが設けられている領域を覆う第２の部位と、を有する。モジュールパッケージには、第１の部位と第２の部位との間にて光を遮蔽する遮光部が設けられている。第２の部位のうちボンディングワイヤを覆う部分では、実装面に垂直な方向である第１の方向における厚さが、第１の方向における第１の部位の厚さよりも薄く、かつ、第２の部位のうちボンディングワイヤを覆う部分以外には、第１の方向において第１の部位の厚さと同じ厚さの部分が含まれている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるエンコーダは、受光素子と基板とを接続するボンディングワイヤの破断を、小型かつ容易に加工可能な構成によって防ぐ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にかかるエンコーダの構成を示す図
【図２】図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの斜視図
【図３】図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの断面図
【図４】図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図
【図５】図１に示すエンコーダが有する角度演算部の構成を示すブロック図
【図６】図５に示す角度演算部が有する光量分布補正部へ入力される信号の信号波形例を示す図
【図７】図５に示す角度演算部が有する光量分布補正部における補正後の信号波形例を示す図
【図８】図７に示す信号波形の信号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９】図８の参照により説明された粗い絶対回転角度から高精度な絶対回転角度を算出する方法を説明するための図
【図１０】本発明の実施の形態２にかかるエンコーダが有するモジュールパッケージの断面図
【図１１】図１０に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図
【図１２】本発明の実施の形態３にかかるエンコーダが有するモジュールパッケージの斜視図
【図１３】図１２に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図
【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エンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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。以下に示す図面においては、各要素の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、以下に示す図面では、図面を見易くするために、断面により示す要素にハッチングを付さない場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるエンコーダの構成を示す図である。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。エンコーダ１は、スケールから入射した光信号に基づいてスケールの回転角度を算出する光学式のロータリーエンコーダであって、絶対回転角度を検出するアブソリュートエンコーダである。
【００１２】
エンコーダ１は、光学パターン２０を有するスケールである光学式スケール２と、投光機能と受光機能とを有するモジュールパッケージである投受光モジュールパッケージ３と、エンコーダ１を制御する制御部４とを有する。光学式スケール２は、モーターといった回転装置が備える回転シャフト５に連結されている。光学式スケール２は、回転シャフト５とともに回転する。図１では、回転装置の図示を省略している。
【００１３】
光学式スケール２には、円形状の板材が使用される。光学パターン２０は、光学式スケール２の円形状のうちの外周部である環状の領域に設けられている。光学パターン２０は、円形状の外周に沿う方向において交互に配置された反射部２１と非反射部２２とを有する。反射部２１は、後述する発光素子から入射した光を投受光モジュールパッケージ３へ向けて反射する部分である。非反射部２２は、発光素子から入射した光を吸収あるいは散乱する部分である。
【００１４】
複数の反射部２１と複数の非反射部２２との各々は、外周に沿う方向において種々の幅を有している。回転している光学パターン２０へ発光素子が光を照射すると、光学パターン２０では、反射部２１の幅に応じた時間での反射と非反射部２２の幅に応じた時間での非反射とが繰り返される。後述する受光素子は、反射部２１で反射した光を検出する。受光素子において検出される光の強度は、反射部２１と非反射部２２との配列パターンに従って変調される。
【００１５】
反射部２１と非反射部２２との配列パターンは、光学式スケール２の回転角度を特徴づけるように設定されている。このように、光学式スケール２は、回転角度に固有の光学パターン２０を有している。光学パターン２０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。
【００１６】
光学式スケール２を構成する板材には、例えば、ステンレス等の金属基材が使用される。非反射部２２は、金属基材の表面へのメッキ処理によって形成される。反射部２１は、金属基材の表面に鏡面仕上げを施すことによって形成される。反射部２１は、鏡面仕上げ以外の手法によって形成されても良い。非反射部２２は、メッキ処理以外の手法によって形成されても良い。
【００１７】
投受光モジュールパッケージ３は、光学式スケール２へ向けて光を出射する。また、投受光モジュールパッケージ３は、光学式スケール２で反射した光を検出する。投受光モジュールパッケージ３は、検出された光に対応する信号を制御部４へ出力する。制御部４は、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と、投受光モジュールパッケージ３における発光量を調整する発光量調整部４２とを有する。
【００１８】
角度演算部４１は、投受光モジュールパッケージ３が有する受光素子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が求める絶対回転角度は、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２０に対応する信号に基づいて、回転シャフト５の回転位置を求める。角度演算部４１は、絶対回転角度の演算結果であって回転シャフト５の回転位置を表すデータである位置データ４３を外部装置へ出力する。発光量調整部４２は、受光素子から出力される信号に基づいて、発光素子による発光量を調整する。なお、発光素子と受光素子とについては後述する。
【００１９】
このように、エンコーダ１は、受光素子に入射した光に対応する信号から絶対回転角度を角度演算部４１によって演算する。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。エンコーダ１は、受光素子から出力されるパルス信号を積算する必要がないため、電源投入時に光学式スケール２を原点へ復帰させる動作が不要である。よって、エンコーダ１は、電源投入時における迅速な立ち上がりが可能である。
【００２０】
図２は、図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの斜視図である。図３は、図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの断面図である。図４は、図１に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図である。投受光モジュールパッケージ３は、光学式スケール２に光を照射する発光素子３１と、光学式スケール２からの光を検出する受光素子３２と、発光素子３１および受光素子３２が実装された基板であるパッケージ基板３０とを有する。
【００２１】
発光素子３１と受光素子３２とは、パッケージ基板３０の実装面３０ａに実装されている。実装面３０ａは、矩形をなしている。投受光モジュールパッケージ３は、実装面３０ａが光学式スケール２へ向けられた状態とされて、光学パターン２０に対向して配置される。
【００２２】
エンコーダ１は、パッケージ基板３０が接続されたエンコーダ基板を有する。図２および図３では、エンコーダ基板の図示を省略している。エンコーダ基板では、投受光モジュールパッケージ３よりも後段側における種々の処理が実行される。制御部４は、エンコーダ基板に配置されている。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する。角度演算部４１と発光量調整部４２とは、制御部４が有する機能部である。
【００２３】
実装面３０ａには、エンコーダ基板に接続される端子が設けられている。端子は、実装面３０ａが有する矩形における四辺の全てに設けられている。各端子は、端面スルーホールまたは裏面電極等である。実装面３０ａの四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。
【００２４】
パッケージ基板３０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、ガラスエポキシ基板で構成される。この場合、パッケージ基板３０も、ガラスエポキシ基板で構成されることが望ましい。
【００２５】
発光素子３１は、光を出射する発光面３１ａを有する素子である。発光素子３１は、例えば、近赤外光を出射する点光源ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）である。発光素子３１は、発光面３１ａが実装面３０ａに平行になるように、パッケージ基板３０に接合されている。
【００２６】
受光素子３２は、光を受ける受光面３２ａを有する素子である。受光素子３２は、例えば、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であって、一方向へ配列された画素の集合を有する。受光素子３２は、受光面３２ａが実装面３０ａに平行になるように、パッケージ基板３０に接合されている。
【００２７】
受光素子３２は、受光面３２ａへ入射する光の強度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３２ａにて受けた光をアナログの電圧信号へ変換する。受光素子３２は、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）変換器によってデジタルの電圧信号に変換する。これにより、受光素子３２は、受光面３２ａへ入射する光の強度に応じた信号を生成する。受光素子３２は、生成された信号を制御部４へ出力する。図２から図４では、Ａ／Ｄ変換器の図示を省略している。受光素子３２が出力する信号は、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。
【００２８】
投受光モジュールパッケージ３は、実装面３０ａを覆う光透過性樹脂３３を有する。光透過性樹脂３３は、発光素子３１と受光素子３２とを封止する。光透過性樹脂３３は、実装面３０ａのうち発光素子３１が設けられている領域を覆う第１の部位３３ａと、実装面３０ａのうち受光素子３２とボンディングワイヤ３５とが設けられている領域を覆う第２の部位３３ｂとを有する。ボンディングワイヤ３５は、受光素子３２とパッケージ基板３０とを接続する。図２では、光透過性樹脂３３によって覆われている構成要素である発光素子３１と受光素子３２とボンディングワイヤ３５とを、破線によって示している。また、図４では、光透過性樹脂３３によって覆われている構成要素である発光素子３１と受光素子３２とボンディングワイヤ３５とを、実線によって示している。光透過性樹脂３３とパッケージ基板３０とで線膨張係数を合わせるために、光透過性樹脂３３には、例えばエポキシ系樹脂が使用される。第２の部位３３ｂのうち光学式スケール２側へ向けられる面とボンディングワイヤ３５との間隔は、第２の部位３３ｂのうち光学式スケール２側へ向けられる面と受光面３２ａとの間隔よりも短い。また、ボンディングワイヤ３５は、実装面３０ａのうち発光素子３１と受光素子３２との間の部分以外の部分に設けられている。これにより、投受光モジュールパッケージ３は、発光素子３１から受光素子３２へ入射する光がボンディングワイヤ３５によって妨げられることを抑制できる。
【００２９】
投受光モジュールパッケージ３は、遮光部である遮光性樹脂３４を有する。遮光性樹脂３４は、入射した光を吸収または散乱することによって、入射した光の透過を抑制する。遮光性樹脂３４は、投受光モジュールパッケージ３内を伝搬する不要な光である迷光を抑制するための要素である。遮光性樹脂３４は、第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとの間に設けられている。光透過性樹脂３３は、遮光性樹脂３４によって、第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとに分断されている。遮光性樹脂３４には、光透過性樹脂３３と同様にエポキシ系樹脂が使用される。
【００３０】
発光素子３１から出射した光のうちの一部は、第１の部位３３ａの界面でのフレネル反射等によって、投受光モジュールパッケージ３から出射されずに第１の部位３３ａに留まる。このように、第１の部位３３ａに光が留まることによって、投受光モジュールパッケージ３内に迷光が生じる。受光素子３２へ迷光が入射することによって、受光素子３２から出力される信号には、光学式スケール２から受光素子３２へ入射した光に応じた成分と、迷光に応じた成分とが混在することになる。受光素子３２へ迷光が入射することによって、エンコーダ１は、正確な回転角度を算出することが困難となる。
【００３１】
遮光性樹脂３４は、第１の部位３３ａから第２の部位３３ｂへ向けて進行する光を遮蔽することによって、受光素子３２への迷光の進行を抑制する。遮光性樹脂３４は、第１の部位３３ａの界面にて反射した光のほか、発光素子３１から当該界面での反射を経ずに入射した光、あるいはパッケージ基板３０と光学式スケール２との間で多重反射された光を遮蔽する。
【００３２】
遮光性樹脂３４は、板状に形成されている。実装面３０ａに垂直な方向における遮光性樹脂３４の一方の端である第１端は、実装面３０ａに接触している。第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとは、遮光性樹脂３４によって、実装面３０ａ上において分断されている。実装面３０ａに垂直な方向における遮光性樹脂３４の他方の端である第２端は、実装面３０ａに垂直な方向における位置が、第１の部位３３ａのうち実装面３０ａ側とは逆側の面と同じ位置とされている。このため、投受光モジュールパッケージ３のうち光学式スケール２と対向する面には、遮光性樹脂３４の第２端が露出している。
【００３３】
遮光性樹脂３４は、発光素子３１から光学式スケール２での反射を経て受光素子３２へ進行する光を遮らない位置に配置されている。遮光性樹脂３４は、遮光性樹脂３４のうち第１の部位３３ａ側の面と遮光性樹脂３４のうち第２の部位３３ｂ側の面とが実装面３０ａに垂直になるように配置されている。
【００３４】
ガラスエポキシ基板は、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。パッケージ基板３０にガラスエポキシ基板が使用される場合、発光素子３１から出射された光の一部は、直接または第１の部位３３ａ内で反射してからパッケージ基板３０を伝搬して、受光素子３２に到達することがある。このように、受光素子３２には、パッケージ基板３０を伝搬した迷光が入射する可能性がある。パッケージ基板３０への光の入射を抑制するために、パッケージ基板３０には、黒色ガラスエポキシ基板が使用されても良い。または、パッケージ基板３０の表面には、パッケージ基板３０への光の入射あるいはパッケージ基板３０の内部における光の伝搬を抑制するための遮光層が形成されても良い。遮光層には、金属膜、黒色レジスト、あるいは金属膜と黒色レジストとの組み合わせが使用される。これにより、投受光モジュールパッケージ３は、受光素子３２への迷光の入射を防ぐことができる。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、受光素子３２への迷光の入射を防ぐために、他の材料を用いた方法が適用されてもよい。
【００３５】
ここで、投受光モジュールパッケージ３が有する構成要素の配置について、互いに垂直な３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定義する。Ｚ軸方向は、実装面３０ａに垂直な方向である第１の方向である。Ｘ軸方向は、遮光性樹脂３４を挟んで第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとが並べられている方向である。Ｙ軸方向は、第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとが並べられている方向に垂直かつ第１の方向に垂直な方向である第２の方向である。Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、実装面３０ａに平行な方向である。Ｚ軸方向を示す矢印の向きは、実装面３０ａが向けられている向きであるものとする。
【００３６】
Ｚ軸方向における第２の部位３３ｂの長さＬ２は、Ｚ軸方向における第１の部位３３ａの長さＬ１よりも短い。言い換えると、実装面３０ａに垂直な方向における第２の部位３３ｂの厚みは、実装面３０ａに垂直な方向における第１の部位３３ａの厚みよりも薄い。長さＬ１よりも長さＬ２を短くしたことによる効果については後述する。
【００３７】
エンコーダ１は、光学パターン２０で反射した光を検出して、光学式スケール２の回転角度を求める。エンコーダ１は、光学パターン２０で反射した光を検出する構成に代えて、光学パターン２０を透過した光を検出する構成を備えていても良い。
【００３８】
次に、角度演算部４１の構成について説明する。図５は、図１に示すエンコーダが有す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４４と、エッジ検出部４５と、粗検出部４６と、高精度検出部４７と、回転角度検出部４８とを有する。受光素子３２は、受光面３２ａへ入射する光の強度に応じた信号を光量分布補正部４４へ出力する。
【００３９】
図６は、図５に示す角度演算部が有する光量分布補正部へ入力される信号の信号波形例を示す図である。図６に示すグラフの縦軸は信号強度を表し、横軸は画素の位置を表す。信号波形のうちのピークであるレベル「１」の信号１１は、コード化された光学パターン２０のうちの反射部２１に対応している。信号波形のうちのボトムであるレベル「０」の信号１２は、コード化された光学パターン２０のうちの非反射部２２に対応している。
【００４０】
発光素子３１の光量分布、ならびに受光素子３２が有する画素ごとにおけるゲインのばらつき等に起因して、信号１１の信号強度には画素ごとに差が生じる。信号１２の信号強度にも、信号１１の信号強度と同様に、画素ごとに差が生じる。光量分布補正部４４は、信号１１同士における信号強度を均一にする補正と、信号１２同士における信号強度を均一にする補正とを行う。光量分布補正部４４は、入力された信号を補正することによって、信号１１同士における信号強度が均一かつ信号１２同士における信号強度が均一とされた信号を得る。
【００４１】
図７は、図５に示す角度演算部が有する光量分布補正部における補正後の信号波形例を示す図である。図７に示すグラフの縦軸は信号強度を表し、横軸は画素の位置を表す。補正後の信号波形１３では、ピークにおける信号強度が均一にされており、かつボトムにおける信号強度が均一にされている。なお、光量分布補正部４４による補正方法は、光量分布等に起因する信号強度のばらつきを抑制可能な方法であれば良く、任意の方法とすることができる。光量分布補正部４４は、補正後の信号をエッジ検出部４５へ出力する。
【００４２】
エッジ検出部４５は、光量分布補正部４４による補正後の信号に基づいて、あらかじめ設定された閾値レベル１４に信号強度が一致する画素を示す値である画素値を、エッジごとに算出する。エッジは、光学パターン２０における反射部２１と非反射部２２との境界である。エッジ検出部４５は、算出された画素値であるエッジ画素値を粗検出部４６へ出力する。エッジ画素値は、エッジの位置を表す。
【００４３】
粗検出部４６は、入力されたエッジ画素値に基づいて、光学パターン２０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する。粗検出部４６は、ビットパターンをデコードすることによって、粗い絶対回転角度４９を算出する。
【００４４】
図８は、図７に示す信号波形の信号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８に示すビット列１５は、信号波形１３の信号に対応するビット列である。粗検出部４６は、エッジ画素値によって表されるエッジの位置にしたがって、信号波形１３の信号を、「０」および「１」の各符号の配列であるビット列１５へ変換する。
【００４５】
ルックアップテーブル１６は、光学式スケール２の絶対回転角度とビット列とを互いに対応付けて保存する。ルックアップテーブル１６は、制御部４が有するメモリ内にあらかじめ保存されている。図１から図５では、メモリの図示を省略している。粗検出部４６は、ビット列１５と同じビット列に対応する絶対回転角度をルックアップテーブル１６から読み出すことによって、粗い絶対回転角度４９を求める。粗検出部４６は、粗い絶対回転角度４９を高精度検出部４７へ出力する。
【００４６】
高精度検出部４７は、粗い絶対回転角度４９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４６が求めた粗い絶対回転角度４９は、光学式スケール２のビット単位の絶対回転角度である。高精度検出部４７は、粗い絶対回転角度４９と高精度な絶対回転角度とのずれを表す位相ずれ量を検出する。
【００４７】
図９は、図８の参照により説明された粗い絶対回転角度から高精度な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４７は、図９に示すように、基準画素１８の位置から、基準画素１８に最も近いエッジ画素の位置であるエッジ画素位置１９までの位相ずれ量１７を検出する。基準画素１８は、高精度な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１７は、基準画素１８の位置とエッジ画素位置１９との差に対応している。高精度検出部４７は、粗い絶対回転角度４９と位相ずれ量１７とを回転角度検出部４８へ出力する。
【００４８】
回転角度検出部４８は、位相ずれ量１７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単位についての高精度な絶対回転角度を算出する。具体的には、回転角度検出部４８は、粗検出部４６によって算出された粗い絶対回転角度４９に、高精度検出部４７によって算出された位相ずれ量１７を加算することによって、高精度な絶対回転角度を算出する。回転角度検出部４８は、高精度な絶対回転角度の算出結果である位置データ４３を外部装置へ出力する。
【００４９】
次に、投受光モジュールパッケージ３において第１の部位３３ａの長さＬ１よりも第２の部位３３ｂの長さＬ２を短くしたことによる効果について説明する。ボンディングワイヤ３５は、光透過性樹脂３３で封止されていることによって保護されている。通常、光透過性樹脂３３とボンディングワイヤ３５の材料とでは熱膨張率が異なるため、ボンディングワイヤ３５は、温度変化に起因して光透過性樹脂３３が膨張あるいは収縮することによる応力を受けることがある。ボンディングワイヤ３５が繰り返し応力を受けることによって破断した場合、投受光モジュールパッケージ３は、受光素子３２から角度演算部４１へ信号を送り出すことができなくなることによって、回転角度を算出することができなくなる。
【００５０】
実施の形態１では、Ｚ軸方向における第２の部位３３ｂの厚さは、Ｚ軸方向における第１の部位３３ａの厚さよりも薄い。第２の部位３３ｂの厚さが第１の部位３３ａの厚さよりも薄くされていることによって、第２の部位３３ｂの厚さが第１の部位３３ａの厚さと同じである場合と比べて、第２の部位３３ｂにおける光透過性樹脂３３の量が少なくされている。第２の部位３３ｂでは、光透過性樹脂３３の量が少なくされたことによって、温度変化があったときにおける膨張量と収縮量とが少なくなる。膨張量と収縮量とが少なくなることで、光透過性樹脂３３が膨張あるいは収縮することによってボンディングワイヤ３５が受ける応力が小さくなる。これにより、投受光モジュールパッケージ３は、ボンディングワイヤ３５の破断を低減することができる。
【００５１】
第２の部位３３ｂの厚さと同様に第１の部位３３ａの厚さが薄くされた場合、第１の部位３３ａでは、発光素子３１から光透過性樹脂３３の界面での反射を経て発光素子３１あるいは発光素子３１に接続された配線パターンで反射する光が増加することによって、迷光が増加する。投受光モジュールパッケージ３は、第１の部位３３ａについては、迷光を抑制可能とする厚さが維持されている。
【００５２】
投受光モジュールパッケージ３の製造では、パッケージ基板３０に貫通孔を設けて貫通孔にボンディングワイヤ３５が通される場合と比べて、ボンディングワイヤ３５の数と同じ数の貫通孔を設ける加工が不要となる。このため、投受光モジュールパッケージ３は、製造時の加工が煩雑になるという問題を回避できる。また、貫通孔が不要となることによって、投受光モジュールパッケージ３は、大型化という問題も回避できる。
【００５３】
投受光モジュールパッケージ３は、第１の部位３３ａの厚さよりも第２の部位３３ｂの厚さが薄くなるように光透過性樹脂３３が形成されることによって、ボンディングワイヤ３５の破断を低減可能とする構成とされる。投受光モジュールパッケージ３は、第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂとで光透過性樹脂３３の厚さを異ならせるだけで、ボンディングワイヤ３５の破断を低減可能とする構成を容易に得ることができる。以上により、エンコーダ１は、小型かつ容易に加工可能な構成によってボンディングワイヤ３５の破断を低減することができるという効果を奏する。
【００５４】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかるエンコーダが有するモジュールパッケージの断面図である。図１１は、図１０に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図である。実施の形態２では、第２の部位３３ｂの一部において、Ｚ軸方向における長さＬ２がＺ軸方向における第１の部位３３ａの長さＬ１よりも短い。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。図１１では、光透過性樹脂３３によって覆われている構成要素である発光素子３１と受光素子３２とボンディングワイヤ３５とを、実線によって示している。
【００５５】
第２の部位３３ｂのうち、長さＬ２の部分３３ｃは、受光面３２ａが設けられている部分３３ｄ以外の部分であって、かつ受光面３２ａよりも第１の部位３３ａ側の部分３３ｅ以外の部分である。部分３３ｄと部分３３ｅとにおいて、Ｚ軸方向における長さは、長さＬ１である。部分３３ｃと部分３３ｄとの間には、凹形の曲面３６が形成されている。すなわち、部分３３ｃと部分３３ｄとの間に勾配が設けられている。部分３３ｃと部分３３ｄとの間の面は、実装面３０ａに対して傾きを有する斜面であっても良い。部分３３ｃと部分３３ｄとの間に勾配が設けられていることで、発光素子３１から照射されて勾配に入射した光は、受光素子３２へ入射することがない。したがって、投受光モジュールパッケージ３は、迷光を抑制することができる。
【００５６】
受光面３２ａへ入射した光のうち受光面３２ａで反射した光、ならびに受光面３２ａの周囲で反射した光は、第２の部位３３ｂの界面でのフレネル反射によって、受光面３２ａへ向かう迷光となることがある。受光面３２ａが設けられている部分３３ｄが薄くなるほど、第２の部位３３ｂの界面で反射する光が増加することによって、迷光が増加する。実施の形態２では、部分３３ｄについては、Ｚ軸方向における厚さが第１の部位３３ａの厚さと同じであることによって、投受光モジュールパッケージ３は、受光面３２ａへ向かう迷光を抑制することができる。
【００５７】
実施の形態２によると、第２の部位３３ｂの一部である部分３３ｃの厚さが第１の部位３３ａの厚さよりも薄くされている。投受光モジュールパッケージ３は、第２の部位３３ｂにおける光透過性樹脂３３の量が少なくされたことによって、ボンディングワイヤ３５の破断を防ぐことができる。また、投受光モジュールパッケージ３は、受光面３２ａが設けられている部分３３ｄの厚さは薄くされていないことによって、受光面３２ａへ向かう迷光を抑制することができる。これにより、エンコーダ１は、正確な回転角度を算出することができる。
【００５８】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかるエンコーダが有するモジュールパッケージの斜視図である。図１３は、図１２に示すエンコーダが有するモジュールパッケージの上面図である。実施の形態３では、第２の部位３３ｂの一部において、Ｙ軸方向における長さＬ４がＹ軸方向における第１の部位３３ａの長さＬ３よりも短い。実施の形態３では、上記の実施の形態１および２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１および２とは異なる構成について主に説明する。図１２および図１３では、パッケージ基板３０の図示を省略している。また、図１３では、光透過性樹脂３３によって覆われている構成要素である発光素子３１と受光素子３２とボンディングワイヤ３５とを、実線によって示している。
【００５９】
第２の部位３３ｂの一部における長さＬ４が第１の部位３３ａにおける長さＬ３よりも短いことによって、第２の部位３３ｂの全体における長さが第１の部位３３ａと同じ長さＬ３である場合と比べて、第２の部位３３ｂにおける光透過性樹脂３３の量が少なくされている。投受光モジュールパッケージ３は、ボンディングワイヤ３５がＹ軸方向において受ける応力を小さくすることができる。これにより、投受光モジュールパッケージ３は、ボンディングワイヤ３５の破断を低減することができる。
【００６０】
なお、実施の形態３では、第２の部位３３ｂの全体について、Ｙ軸方向における長さが長さＬ４とされていても良い。この場合も、投受光モジュールパッケージ３は、ボンディングワイヤ３５の破断を低減することができる。投受光モジュールパッケージ３は、第１の部位３３ａと第２の部位３３ｂの少なくとも一部とで光透過性樹脂３３の長さを異ならせるだけで、ボンディングワイヤ３５の破断を低減可能とする構成を容易に得ることができる。これにより、エンコーダ１は、実施の形態１の場合と同様に、小型かつ容易に加工可能な構成によってボンディングワイヤ３５の破断を低減することができるという効果を奏する。
【００６１】
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】
【００６２】
１  エンコーダ、２  光学式スケール、３  投受光モジュールパッケージ、４  制御部、５  回転シャフト、１１，１２  信号、１３  信号波形、１４  閾値レベル、１５  ビット列、１６  ルックアップテーブル、１７  位相ずれ量、１８  基準画素、１９  エッジ画素位置、２０  光学パターン、２１  反射部、２２  非反射部、３０  パッケージ基板、３０ａ  実装面、３１  発光素子、３１ａ  発光面、３２  受光素子、３２ａ  受光面、３３  光透過性樹脂、３３ａ  第１の部位、３３ｂ  第２の部位、３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ  部分、３４  遮光性樹脂、３５  ボンディングワイヤ、３６  曲面、４１  角度演算部、４２  発光量調整部、４３  位置データ、４４  光量分布補正部、４５  エッジ検出部、４６  粗検出部、４７  高精度検出部、４８  回転角度検出部、４９  粗い絶対回転角度、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  長さ。
【要約】
エンコーダは、パッケージ基板（３０）、ならびに基板の実装面（３０ａ）を覆う光透過性樹脂（３３）を有する投受光モジュールパッケージ（３）を備える。光透過性樹脂（３３）は、実装面（３０ａ）のうち発光素子（３１）が設けられている領域を覆う第１の部位（３３ａ）と、実装面（３０ａ）のうち受光素子（３２）ならびに受光素子（３２）と基板とを接続するボンディングワイヤ（３５）が設けられている領域を覆う第２の部位（３３ｂ）と、を有する。実装面（３０ａ）に垂直な方向における光透過性樹脂（３３）の厚さが、第１の部位（３３ａ）よりも第２の部位（３３ｂ）の少なくとも一部において薄いか、または、実装面（３０ａ）に平行かつ発光素子（３１）と受光素子（３２）とが並べられている方向に垂直な方向における光透過性樹脂（３３）の長さが、第１の部位（３３ａ）よりも第２の部位（３３ｂ）の少なくとも一部において短い。【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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