(57)【要約】【課題】透明基板による迷光を防止して、信号のＳ／Ｎ比を向上させることにより、測定精度を向上する。【解決手段】透明基板２０に配設された受光素子４０の近傍から入射され、スケール１０によって反射された反射光Ｂを、前記受光素子４０で受光するようにされた反射型エンコーダにおいて、前記入射光Ａが、透明基板２０で反射されて受光素子４０に入射しないようにするための反射防止膜２２、光吸収体２４、矩形溝２６、Ｖ溝３２、円形溝３４、遮光膜５２、遮光物５４を設ける。【選択図】　　　図３
2004045367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板に配設された受光素子の近傍から入射され、スケールによって反射された光を、前記受光素子で受光するようにされた反射型エンコーダにおいて、
前記入射光が、透明基板で反射されて受光素子に入射しないようにしたことを特徴とする反射型エンコーダの迷光防止方法。
【請求項２】
透明基板に配設された受光素子の近傍から入射され、スケールによって反射された光を、前記受光素子で受光するようにされた反射型エンコーダにおいて、
前記入射光が、透明基板で反射されて受光素子に入射しないようにするための迷光防止手段を備えたことを特徴とする反射型エンコーダ。
【請求項３】
前記迷光防止手段が、前記透明基板のスケール側面の少なくとも入射光通過部と反射光通過部の境界に形成された反射防止膜であることを特徴とする請求項２に記載の反射型エンコーダ。
【請求項４】
前記迷光防止手段が、前記透明基板のスケール側面の入射光通過部と反射光通過部の境界に配設された光吸収体であることを特徴とする請求項２に記載の反射型エンコーダ。
【請求項５】
前記光吸収体が黒色樹脂又は遮光塗料であることを特徴とする請求項４に記載の反射型エンコーダ。
【請求項６】
前記迷光防止手段が、前記透明基板のスケール側面の入射光通過部と反射光通過部の境界に形成された溝であることを特徴とする請求項２に記載の反射型エンコーダ。
【請求項７】
前記溝の断面形状が、矩形、Ｖ字状、又は、半円形であることを特徴とする請求項６に記載の反射型エンコーダ。
【請求項８】
前記溝が、前記透明基板のスケール側面に付加された透明樹脂により形成されたものであることを特徴とする請求項６又は７に記載の反射型エンコーダ。
【請求項９】
前記迷光防止手段が、前記透明基板と受光素子の間に充填された透明アンダーフィル材の周辺に配設された遮光膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の反射型エンコーダ。
【請求項１０】
前記遮光防止手段が、受光素子の横に配設された遮光物であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の反射型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型エンコーダの迷光防止方法に係り、特に、透明基板に配設された受光素子の近傍から入射され、スケールによって反射された光を、前記受光素子で受光するようにされた反射型エンコーダに用いるのに好適な、透明基板で反射されて受光素子に入射する迷光を防止するための反射型エンコーダの迷光防止方法、及び、これを用いた反射型エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に例示する如く、ガラス等の透明基板２０上に配設された受光素子４０の近傍から入射され、反射型のスケール１０によって反射された光を、前記受光素子４０で受光するようにされた反射型エンコーダが知られている。
【０００３】
このような反射型エンコーダにおいて、受光素子４０の背面から入射光Ａを入射し、スケール１０に形成された、相対移動する目盛で反射した入射光Ｂを受けるようにすると、入射光Ａが透明基板２０のスケール側面２１で内部反射した場合、スケール１０の目盛の情報を持たずに迷光Ｃとなり、信号のＳ／Ｎ比が低下するという問題点を有していた。
【０００４】
又、反射型光電式エンコーダにおいて、図２に示す如く、透明基板２０上に受光素子４０をフリップチップで実装したデバイスが使用されることがある。このような構成の場合、光源８からの光は第１格子１９だけでなく受光素子４０をも照射することになるので、図３のようにフリップチップ実装の隙間から光が受光部４１へ漏れてしまい、受光部面で生じる干渉縞のコントラストを低下させてしまう。コントラストが劣化した光を受光部４１が検出すると、エンコーダ検出効率（ｐｐ／ＤＣ）が悪化する。図において、３８は（ハンダ）バンプ、５０はアンダーフィル材（樹脂）である。
【０００５】
一方、受光部４１で検出された光電流は、図４のような回路で増幅される。図４の例では、受光部のフォトダイオードから９０°位相差の４つの信号が出力され、１８０°位相差同士で図５に示す如く差動処理されて外部に出力されている。受光部４１においてＤＣ成分を含む干渉縞を検出したとしても最終的には差動処理されるので、ＤＣ成分はキャンセルされ、各相信号はアナログ基準電圧Ｖｒｅｆを変化中心にして外部に出力される。
【０００６】
現実的には、スケール反射面の反射率変動や、電装回路の各部分で生じるＤＣオフセット電圧の温度や電源電圧による変動などにより、差動段に入力するＤＣ成分は図６に示す如く変動する。そして、各相のＤＣ成分は（微少なレベルで見て）同じように変動することは有り得ないが、ｐｐ成分が大きい場合には差動ゲインは小さくて済むので、微少な変動の影響は外部に現れない。
【０００７】
しかし、エンコーダ検出効率（ｐｐ／ＤＣ）が小さくなってしまうと、差動処理のときにキャンセルさせなければならないＤＣ成分が大きくなってしまう。それは、ｐｐ成分が相対的に小さくなってしまうことになり、そのために差動段の差動ゲインを大きくしなければならなくなる。
【０００８】
そのような状態のときにＤＣ成分が変動すると、各相間の微少な変動差を大きな差動ゲインが増幅してしまい、出力信号の基準電圧がＶｒｅｆ電圧からずれてしまう。
【０００９】
通常、高分解能を得るために出力信号を内挿しているが、その場合は出力信号がＶｒｅｆ電圧を基準にして動いていることを前提として処理している。従って、その基準が変動してしまうことは、内挿精度を悪化させてしまい、その結果高精度な検出ができなくなっていた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、前記迷光を防止して、Ｓ／Ｎ比を向上し、高精度化を図ることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板に配設された受光素子の近傍から入射され、スケールによって反射された光を、前記受光素子で受光するようにされた反射型エンコーダにおいて、前記入射光が、透明基板で反射されて受光素子に入射しないようにして、前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、透明基板に配設された受光素子の近傍から入射され、スケールによって反射された光を、前記受光素子で受光するようにされた反射型エンコーダにおいて、前記入射光が、透明基板で反射されて受光素子に入射しないようにするための迷光防止手段を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記迷光防止手段を、前記透明基板のスケール側面の少なくとも入射光通過部と反射光通過部の境界に形成された反射防止膜としたものである。
【００１４】
あるいは、前記迷光防止手段を、前記透明基板のスケール側面の入射光通過部と反射光通過部の境界に配設された黒色樹脂又は遮光塗料等の光吸収体としたものである。
【００１５】
あるいは、前記迷光防止手段を、前記透明基板のスケール側面の入射光通過部と反射光通過部の境界に形成された溝としたものである。
【００１６】
又、前記溝の断面形状を、矩形、Ｖ字状、又は、半円形としたものである。
【００１７】
又、前記溝を、前記透明基板のスケール側面に付加された透明樹脂により形成したものである。
【００１８】
又、前記迷光防止手段を、前記透明基板と受光素子の間に充填された透明アンダーフィル材の周辺に配設された、例えば黒色樹脂又は遮光塗料でなる遮光膜としたものである。
【００１９】
あるいは、前記遮光防止手段を、受光素子の横に配設された遮光物としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
本発明の第１実施形態は、図１に示したと同様の反射型エンコーダにおいて、図７に示す如く、使用する光源の波長に対して十分透明に作用する材質でできた透明基板２０のスケール側面２１全体に反射防止膜２２を形成したものである。
【００２２】
前記反射防止膜２２としては、例えばレンズ等にＡＲ（反射防止）コートとして用いられている多層膜コートを用いることができる。この多層膜コートは、使用する入射光Ａの入射角度や波長、基板２０の屈折率に応じて最適なものを選択すれば、透過光量を確保したまま、迷光となるスケール側面２１からの内部反射光のみをカットできるので、入射光Ａを有効にスケール１０の目盛に照射できる。
【００２３】
なお、反射防止膜２２は、後出第２実施形態の光吸収体２４のように、入射光通過部と反射光通過部の境界のみに形成しても良い。
【００２４】
反射防止膜の場合、入射角度・波長・屈折率に対して効果が変化（減少）するため、設計・組立は難しくなる。又、形成に真空を必要とするため、形成工程も複雑となる。
【００２５】
このような問題点を解決した本発明の第２実施形態を図８に示す。本実施形態は、前記透明基板２０のスケール側面２１の入射光通過部と反射光通過部の境界に光吸収体２４を配設したものである。
【００２６】
前記光吸収体２４としては、例えばスクリーン印刷又は塗布によりエポキシ樹脂等の黒色樹脂を付着させたり、あるいは、墨等の遮光塗料（例えば黒色塗料）を塗布することができる。
【００２７】
該光吸収体２４を付ける位置や長さは、例えば入射光Ａを光線追跡することによって、適切な値に決定することができる。
【００２８】
黒色樹脂や遮光塗料は、透過光もカットしてしまうため、全く無いものに比べ、スケール１０の目盛に入る全入射光は小さくなるが、入射光Ａの入射角度や波長に対して反射防止効果が変化しないため、光源の組立が容易となる。又、反射防止膜のように形成に真空を必要としないため、スクリーン印刷等の簡便な方法で、容易に形成できる。
【００２９】
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、前記光吸収体２４と同様の位置に矩形溝２６を設けることによって、透明基板２０内面での反射光が迷光とならないようにしたものである。
【００３０】
前記矩形溝２６の大きさ（幅・深さ）は、透明基板２０の厚みや受光素子４０の配置、入射光Ａの入射角度等により最適な値とすることができる。しかしながら、大きすぎると、スケール１０の目盛に当る入射光量が減少することと、目盛からの反射光の散乱により迷光が増加するため、最小限の大きさにする。
【００３１】
図９に示した矩形溝２６の場合は、図１０に示す如く、溝２６の底面２７で入射光が反射するため、入射光と受光素子の位置関係及び溝の深さにより、迷光が発生する可能性があるが、例えば遮光塗料２８を溝２６内に充填することによって、これを防ぐこともできる。
【００３２】
前記矩形溝２６は、例えばダイシングソーやその他のカッターで透明基板２０を直接切削したり、あるいは、例えばドライエッチング等の異方性エッチングを行なったり、更には図１１に示す如く、透明基板２０の下面に透明樹脂３０を付加成形することにより形成することができる。
【００３３】
前記溝としては、図９及び図１０に示したような矩形溝２６の他、図１２に示す第４実施形態のように、断面がＶ字形状のＶ溝３２、あるいは、図１３に示す第５実施形態のように、断面が略半円形の円形溝３４を用いることができる。
【００３４】
図１２に示したＶ溝３２の場合、溝の角度を適当にとることで、迷光分となる光を完全に除去することが可能となる。更に、このＶ溝３２の入射光側面に反射膜３３を形成して、鏡面状のミラーとしてもよい。
【００３５】
このＶ溝３２は、カッターやドライエッチング等の異方性エッチングにより形成することができる。
【００３６】
又、図１３に示した円形溝３４の場合、矩形溝２６及びＶ溝３２の中間的な形となり、迷光の多くを除去できる。
【００３７】
この円形溝３４は、ウェット又はドライで等方性エッチングを行なうことにより、容易に形成することができる。
【００３８】
なお、前記実施形態においては、いずれも、透明基板２０と受光素子４０が密着配置されていたが、図１４（斜視図）及び図１５（断面図）に示す第６実施形態のように、受光素子４０の受光面４２と透明基板２０の間にハンダバンプ３８等による隙間がある場合は、そこに透明アンダーフィル材５０を充填し、周辺に例えば黒色樹脂又は遮光塗料でなる遮光膜５２を配設することにより迷光進入を阻止することもできる。
【００３９】
或いは、図１６（斜視図）及び図１７（断面図）に示す第７実施形態のように、受光素子４０の横に、例えば棒状の遮光物５４を配設することもできる。
【００４０】
なお、遮光物５４の断面形状は円形に限定されず、三角形や四角形等、他の形状であっても良い。
【００４１】
本発明は、反射型スケールを有する反射型エンコーダ一般に適用することができる。透明基板２０の材質もガラスに限定されず、例えば赤外光を使用する場合には、シリコン基板を用いることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、透明基板で反射されて受光素子に入射する迷光を防止して、信号のＳ／Ｎ比を向上させ、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の反射型エンコーダの一例の問題点を説明するための断面図
【図２】同じく他の例の構成を示す断面図
【図３】同じく問題点を説明するための断面図
【図４】同じく増幅回路を示す回路図
【図５】同じく信号処理方法を示すタイムチャート
【図６】同じくリサージュ信号中心の変動を示す図
【図７】本発明に係る反射型エンコーダの第１実施形態の構成を示す断面図
【図８】同じく第２実施形態の構成を示す断面図
【図９】同じく第３実施形態の構成を示す断面図
【図１０】第３実施形態の要部を示す拡大断面図
【図１１】第３実施形態の製造方法を説明するための拡大断面図
【図１２】本発明の第４実施形態の要部を示す拡大断面図
【図１３】同じく第５実施形態の要部を示す拡大断面図
【図１４】同じく第６実施形態の構成を示す斜視図
【図１５】同じく断面図
【図１６】同じく第７実施形態の構成を示す斜視図
【図１７】同じく断面図
【符号の説明】
８…光源
１０…反射型スケール
１９…第１格子
２０…透明基板
２２…反射防止膜
２４…光吸収体
２６…矩形溝
２８…遮光塗料
３０…透明樹脂
３２…Ｖ溝
３３…反射膜
３４…円形溝
４０…受光素子
４１…受光部
５０…透明アンダーフィル材
５２…遮光膜
５４…遮光物
Ａ…入射光
Ｂ…反射光
Ｃ…迷光
【図１】
2004045367.tif 000003
【図２】
2004045367.tif 000004
【図３】
2004045367.tif 000005
【図４】
2004045367.tif 000006
【図５】
2004045367.tif 000007
【図６】
2004045367.tif 000008
【図７】
2004045367.tif 000009
【図８】
2004045367.tif 000010
【図９】
2004045367.tif 000011
【図１０】
2004045367.tif 000012
【図１１】
2004045367.tif 000013
【図１２】
2004045367.tif 000014
【図１３】
2004045367.tif 000015
【図１４】
2004045367.tif 000016
【図１５】
2004045367.tif 000017
【図１６】
2004045367.tif 000018
【図１７】
2004045367.tif 000019