(57)【要約】【課題】透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる。【解決手段】  発光素子チップ４３および受光素子チップ４４を、発光素子形成面および受光素子形成面を基板４２に対向させてフリップチップ実装する。基板４２は、全体を不透明に構成すると共に、出射光用の第１光透過部４２aと入射光用の第２光透過部４２bとを有する。基板４２のチップ４３,４４が実装されていない裏面側に、反射型移動体４７を配置する。また、基板４２のチップ４３,４４が実装されている表面側に、透過型移動体４９を配置する。こうして、発光素子チップ４３からの斜め成分光の反射型移動体４７による反射光を、受光素子チップ４４で受光する一方、発光素子チップ４３からの横成分光の透過型移動体４９の透過光を、受光素子チップ４４で受光することによって、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
発光素子が形成されると共に、上記発光素子の形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装された発光素子チップと、
受光素子が形成されると共に、上記受光素子の形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装された受光素子チップと、
光反射格子が一定の間隔で複数配列されると共に、上記光反射格子の配列方向に移動する反射型移動体と、
光透過格子が一定の間隔で複数配列されると共に、上記光透過格子の配列方向に移動する透過型移動体と
を備え、
上記反射型移動体は、上記基板における上記発光素子チップおよび上記受光素子チップが実装されていない裏面側に、移動方向が上記基板の上記裏面と略平行になるように配置されており、
上記透過型移動体は、上記基板における上記発光素子チップおよび上記受光素子チップが実装されている表面側に、移動方向が上記発光素子チップから出射されて上記基板の上記表面に沿って上記受光素子チップに向かう光と交差するように配置されており、
上記受光素子チップには、上記反射型移動体の上記光反射格子からの反射光を受光する反射光受光部と上記透過型移動体の上記光透過格子からの透過光を受光する透過光受光部とが設けられており、上記反射光受光部および上記透過光受光部は夫々複数の上記受光素子で構成されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記基板は、遮光部と光透過部とを有しており、
上記光透過部は、上記発光素子チップから出射されて上記反射型移動体の上記光反射格子で反射された後に上記受光素子チップに入射する光の光路が通過する位置のみに設けられている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光素子チップの上記反射光受光部および上記透過光受光部には上記複数の受光素子が互いに隣接して配列されており、上記受光素子の形成面における各受光素子の境界部には、上記基板側に突出して側方からの上記受光素子への光の入射を遮断する光分離部が形成されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の光学式エンコーダにおいて、
上記基板における上記発光素子チップと上記受光素子チップとの間には、上記透過型移動体の周縁部が挿通される空間が設けられている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光素子チップの上記反射光受光部および上記透過光受光部には上記複数の受光素子が互いに隣接して配列されており、
上記反射光受光部および上記透過光受光部の夫々には、上記複数の受光素子の配列方向に延在すると共に、上記反射型移動体における上記光反射格子の配列ピッチの長さ、あるいは、上記透過型移動体における上記光透過格子の配列ピッチの長さを有して、略一定光量の定常光をモニタリングするモニタ用受光素子が設けられており、
上記反射光受光部および上記透過光受光部の夫々に関して、上記各受光素子からの出力信号の値から上記モニタ用受光素子からの出力信号の値を減ずる減算器を備えている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一つに記載の光学式エンコーダにおいて、
上記発光素子チップは可視光発光素子および非可視光発光素子を有している
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項６に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光素子チップは、上記可視光発光素子から出射された可視光を受光する可視光受光部と、上記非可視光発光素子から出射された非可視光を受光する非可視光受光部とを有している
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項７に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記非可視光受光部の受光素子は深いＰＮ接合で構成される一方、上記可視光受光部の受光素子は浅いＰＮ接合で構成されており、
上記非可視光発光素子から上記反射型移動体に向けて出射された非可視光の上記反射型移動体による反射光を、上記受光素子チップの上記非可視光受光部で受光する一方、上記可視光発光素子から上記透過光受光部に向けて出射された可視光の上記透過光受光部からの透過光を、上記受光素子チップの上記可視光受光部で受光する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
一方向に移動する第１移動部と、
上記一方向とは異なる他方向に移動する第２移動部と、
請求項１から請求項８の何れか一つに記載の光学式エンコーダと
を備え、
上記光学式エンコーダの上記反射型移動体を、上記第１移動部に取り付ける一方、上記光学式エンコーダの上記透過型移動体を、上記第２移動部に取り付けた
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光部からの光を移動体に照射し、上記移動体を透過した光あるいは上記移動体で反射された光を受光部によって検知して上記移動体の位置,移動速度および移動方向等を検出する光学式エンコーダ、および、それを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光部からの光を移動体に照射し、上記移動体を透過した光あるいは上記移動体で反射された光を受光部によって検知する光学式エンコーダとして、ＵＳ ６,９９８,６０１ Ｂ２(特許文献１)に開示された「光学式エンコーダ」がある。図１２は、上記特許文献１に開示された透過型光学式エンコーダであり、Ｕ字型のハウジング１に、空間２を介して互いに対向する発光部３と光検出部４とを設け、発光部３からレンズ５を介して出射された平行光６を、空間２を通過するコードホイール/コードストリップ７に照射し、コードホイール/コードストリップ７を通過した平行光６を光検出部４で検出し、電気信号に変換する。
【０００３】
また、図１３は、上記特許文献１に開示された反射型光学式エンコーダであり、リードフレーム１１上に間隔をあけて発光部１２と光検出部１３とを設け、発光部１２から光学要素１４の第１ドーム状表面１５を介して出射された平行光１６を、リードフレーム１１の一側を通過するコードホイール/コードストリップ１７に照射し、コードホイール/コードストリップ１７で反射した平行光を光学要素１４の第２ドーム状表面１８を介して光検出部１３に集光し、光検出部１３で検出して電気信号に変換する。
【０００４】
また、上記光学式エンコーダとして、特開２０００‐３２１０９６号公報(特許文献２)に開示された「光電式エンコーダ」がある。図１４は、上記特許文献２に開示された反射型の光電式エンコーダの断面図である。図１４に示す従来の反射型の光電式エンコーダにおいて、光源２１からの光は光源側インデックス格子２２によって変調されて反射型スケール２３に入射され、反射型スケール２３のスケール格子２４で反射された光は受光側インデックス格子２５によって変調されて受光素子チップ２７に入射され、受光素子チップ２７の受光素子で正弦波状変位信号に変換される。その場合、光源側インデックス格子２２および受光側インデックス格子２５は一枚の透明基板２６上に形成されており、受光素子チップ２７は上述の透明基板２６上にフリップチップ方式によって搭載されている。
【０００５】
また、上記光学式エンコーダとして、特開平１１‐２２３５３２号公報(特許文献３)に開示された「エンコーダ」がある。図１５は、上記特許文献３に開示された透過型のエンコーダの断面図である。図１５に示す従来の透過型のエンコーダにおいて、光源３１からの光は透過型のスケール３２に入射され、スケール３２の光学格子３３を通過した光は受光集積化デバイス３４に搭載された受光ＩＣチップ３５によって変調して受光される。その場合、受光ＩＣチップ３５はインデックススケールとなるフォトダイオードアレイ３６を有しており、ガラス基板３７上にフリップチップ実装方式によって搭載されている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の光学式エンコーダには、以下のような問題がある。
【０００７】
上記特許文献１から特許文献３までに開示されているように、従来より光学式エンコーダとしては、透過型および反射型の２種類の光学式エンコーダが使用されている。透過型の光学式エンコーダは、外乱光の影響を防ぐことができ、優れたＳＮ特性を有する。その反面、発光部と受光部とを、上記移動体に対して反対側に設ける必要があり、構成体積を必要とするため、設置が困難な場合がある。一方、反射型の光学式エンコーダは、外乱光の影響が無視できない反面、発光部と受光部とを上記移動体に対して同じ側に併置できるため、小型化が可能となる。
【０００８】
上記光学式エンコーダは、複写機やインクジェットプリンタに複数使われている。そして、用途や場所に合わせて上記特性に応じて透過型や反射型を使い分ける必要があり、透過型と反射型とを併用できるエンコーダが望まれている。
【０００９】
透過型と反射型とを併用できるエンコーダは、上記特許文献１から特許文献３までに開示されているような透過型および反射型の２種類の光学式エンコーダを組み合わせれば構成することが可能である。しかしながら、単に、従来の透過型の光学式エンコーダと反射型の光学式エンコーダとを組み合わせただけでは、上記移動体の一側方に発光部と反射光受光部とを配置する一方、上記移動体の他側方に透過光受光部を配置することになり、構成体積がさらに大きくなり、設置可能な箇所がさらに限られてしまうという問題がある。
【００１０】
さらに、外乱光の構成成分や使い方等によって、可視光と非可視光とを使い分け可能なエンコーダであることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１から特許文献３までに開示された光学式エンコーダでは、可視光と非可視光とを使い分けることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ ６,９９８,６０１ Ｂ２
【特許文献２】特開２０００‐３２１０９６号公報
【特許文献３】特開平１１‐２２３５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の第１の課題は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる簡素で且つ高精度な光学式エンコーダを提供することにある。
【００１３】
また、第２の課題は、可視光と非可視光とを使い分けることができる光学式エンコーダを提供することにある。
【００１４】
また、第３の課題は、上記光学式エンコーダを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明の光学式エンコーダは、
基板と、
発光素子が形成されると共に、上記発光素子の形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装された発光素子チップと、
受光素子が形成されると共に、上記受光素子の形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装された受光素子チップと、
光反射格子が一定の間隔で複数配列されると共に、上記光反射格子の配列方向に移動する反射型移動体と、
光透過格子が一定の間隔で複数配列されると共に、上記光透過格子の配列方向に移動する透過型移動体と
を備え、
上記反射型移動体は、上記基板における上記発光素子チップおよび上記受光素子チップが実装されていない裏面側に、移動方向が上記基板の上記裏面と略平行になるように配置されており、
上記透過型移動体は、上記基板における上記発光素子チップおよび上記受光素子チップが実装されている表面側に、移動方向が上記発光素子チップから出射されて上記基板の上記表面に沿って上記受光素子チップに向かう光と交差するように配置されており、
上記受光素子チップには、上記反射型移動体の上記光反射格子からの反射光を受光する反射光受光部と上記透過型移動体の上記光透過格子からの透過光を受光する透過光受光部とが設けられており、上記反射光受光部および上記透過光受光部は夫々複数の上記受光素子で構成されている
ことを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、基板にフリップチップ実装された発光素子チップから上記基板を介して反射型移動体に向けて斜めに出射された斜め成分光は、上記反射型移動体の光反射格子で反射されて基板にフリップチップ実装された受光素子チップに入射され、反射光受光部で受光される。さらに、発光素子チップから上記基板を介さずに透過型移動体に向けて横に出射された横成分光は、上記透過型移動体の光透過格子を透過して受光素子チップに入射され、透過光受光部で受光される。
【００１７】
したがって、この発明の光学式エンコーダは、透過型エンコーダと反射型エンコーダとして機能することができる。すなわち、この発明の光学式エンコーダは、用途に応じて、上記透過型エンコーダおよび上記反射型エンコーダとして同時に機能させたり、何れか一方として機能させたり、使い分けが可能になる。そのため、用途に応じて上記透過型エンコーダと上記反射型エンコーダとを取り換える必要が無くなる。
【００１８】
その場合、本光学式エンコーダの本体は、上記発光素子チップの発光素子の形成面(発光素子形成面)を上記基板に対向させてフリップチップ実装させる一方、上記受光素子チップの受光素子の形成面(受光素子形成面)を上記基板に対向させてフリップチップ実装させた、非常に簡素な構成を有している。したがって、構成体積の増加とそれに伴う設置箇所の限定とを抑制することができる。
【００１９】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記基板は、遮光部と光透過部とを有しており、
上記光透過部は、上記発光素子チップから出射されて上記反射型移動体の上記光反射格子で反射された後に上記受光素子チップに入射する光の光路が通過する位置のみに設けられている。
【００２０】
この実施の形態によれば、上記基板は、遮光部中に、出射光用の光透過部と入射光用の光透過部とが設けられている。さらに、上記発光素子チップの発光素子形成面と上記基板との間および上記受光素子チップの受光素子形成面と上記基板との間の隙間が小さくなっている。そのため、上記基板を通して出射される出射光の出射角、および、上記基板を通して入射される入射光の入射角は、上記基板の存在によって限定される。したがって、上記発光素子チップから出射されて上記反射型移動体の上記光反射格子で反射された後に上記受光素子チップに入射する光路が限定され、不要な反射光成分や外乱光が上記発光素子チップの各受光部に入射されるのを防止して、優れたＳＮ特性を得ることができる。
【００２１】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記受光素子チップの上記反射光受光部および上記透過光受光部には上記複数の受光素子が互いに隣接して配列されており、上記受光素子の形成面における各受光素子の境界部には、上記基板側に突出して側方からの上記受光素子への光の入射を遮断する光分離部が形成されている。
【００２２】
この実施の形態によれば、上記受光素子チップの上記受光素子形成面における各受光素子の境界部には光分離部が形成されている。したがって、上記光分離部を上記基板に形成する場合よりも、側方から上記受光素子への入射光を効果的に遮光することができ、ＳＮ特性の低下を防止できる。
【００２３】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記基板における上記発光素子チップと上記受光素子チップとの間には、上記透過型移動体の周縁部が挿通される空間が設けられている。
【００２４】
この実施の形態によれば、上記透過型移動体の周縁部を上記基板における上記発光素子チップと上記受光素子チップとの間に設けられた空間に挿通させることによって、上記透過型移動体を、上記発光素子チップから出射された上記横成分光が上記光透過格子を通過できる最適な位置に設置することができる。したがって、上記透過型移動体の周縁が上記基板の面に接触して上記透過型移動体の動作が妨げられるのを防止できる。さらに、上記発光素子チップから上記受光素子チップへ向かう光が上記透過型移動体の光透過格子を充分に通過できず、受光素子からの受光信号のＳＮ特性が低下するのを防止できる。
【００２５】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記受光素子チップの上記反射光受光部および上記透過光受光部には上記複数の受光素子が互いに隣接して配列されており、
上記反射光受光部および上記透過光受光部の夫々には、上記複数の受光素子の配列方向に延在すると共に、上記反射型移動体における上記光反射格子の配列ピッチの長さ、あるいは、上記透過型移動体における上記光透過格子の配列ピッチの長さを有して、略一定光量の定常光をモニタリングするモニタ用受光素子が設けられており、
上記反射光受光部および上記透過光受光部の夫々に関して、上記各受光素子からの出力信号の値から上記モニタ用受光素子からの出力信号の値を減ずる減算器を備えている。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記受光素子チップの上記反射光受光部および上記透過光受光部の夫々に定常光用のモニタ用受光素子を設け、減算器によって、上記反射光受光部および上記透過光受光部における上記各受光素子からの出力信号の値から上記モニタ用受光素子からの出力信号の値を減ずるようにしている。
【００２７】
したがって、上記減算器から出力される出力信号には、上記反射型移動体および上記透過型移動体を介さない上記定常光による直流成分は含まれていない。そのために、不要な直流の光電流によって受光回路が飽和することを防止でき、上記受光回路によって上記反射型移動体および上記透過型移動体の位置情報を正確に得ることができる。
【００２８】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記発光素子チップは可視光発光素子および非可視光発光素子を有している。
【００２９】
この実施の形態によれば、上記発光素子チップに可視光発光素子と非可視光発光素子とを設けているので、上記反射型移動体の上記光反射格子からの反射光と上記透過型移動体の上記光透過格子からの透過光とを効果的に分離することができ、上記反射型移動体および上記透過型移動体の移動情報の検出精度をより高めることができる。その場合に、上記反射型移動体および上記透過型移動体に対する光照射を、可視光と非可視光とを併用したり、可視光と非可視光とに切り換えたりして、行うことも可能になる。
【００３０】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記受光素子チップは、上記可視光発光素子から出射された可視光を受光する可視光受光部と、上記非可視光発光素子から出射された非可視光を受光する非可視光受光部とを有している。
【００３１】
この実施の形態によれば、上記受光素子チップに可視光受光部と非可視光受光部とを設けたので、上記反射型移動体の上記光反射格子からの反射光と上記透過型移動体の上記光透過格子からの透過光とをさらに効果的に分離して受光することができる。したがって、上記受光素子チップからの出力電流のＳＮ特性を向上させることができる。
【００３２】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記非可視光受光部の受光素子は深いＰＮ接合で構成される一方、上記可視光受光部の受光素子は浅いＰＮ接合で構成されており、
上記非可視光発光素子から上記反射型移動体に向けて出射された非可視光の上記反射型移動体による反射光を、上記受光素子チップの上記非可視光受光部で受光する一方、上記可視光発光素子から上記透過光受光部に向けて出射された可視光の上記透過光受光部からの透過光を、上記受光素子チップの上記可視光受光部で受光する。
【００３３】
この実施の形態によれば、上記非可視光受光部を深いＰＮ接合でなる受光素子で構成する一方、上記可視光受光部を浅いＰＮ接合でなる受光素子で構成している。したがって、上記受光素子チップの深い位置まで到達する上記反射型移動体による反射光を、深いＰＮ接合でなる上記非可視光受光部で効果的に検出する一方、上記受光素子チップの浅い位置にしか到達できない上記透過型移動体の透過光を、浅いＰＮ接合でなる上記可視光受光部で効果的に検出することができ、上記反射型移動体による反射光と上記透過型移動体の透過光とをより分離して受光することができる。
【００３４】
その結果、上記反射光受光部としての非可視光受光部に上記透過型移動体からの透過光が入射してノイズ成分となる一方、上記透過光受光部としての可視光受光部に上記反射型移動体からの反射光が入射してノイズ成分となることを防止でき、上記非可視光受光部および上記可視光受光部からの出力電流のＳＮ特性を向上させることができる。
【００３５】
また、この発明の電子機器は、
一方向に移動する第１移動部と、
上記一方向とは異なる他方向に移動する第２移動部と、
この発明の光学式エンコーダと
を備え、
上記光学式エンコーダの上記反射型移動体を、上記第１移動部に取り付ける一方、上記光学式エンコーダの上記透過型移動体を、上記第２移動部に取り付けた
ことを特徴としている。
【００３６】
上記構成によれば、上記光学式エンコーダの上記反射型移動体を、上記第１移動部に取り付ける一方、上記光学式エンコーダの上記透過型移動体を、上記一方向とは異なる他方向に移動する上記第２移動部に取り付けているので、上記第１移動部の移動情報と上記第２移動部の移動情報とを一つの光学式エンコーダで検出することができる。
【００３７】
さらに、上記第１移動部の移動特性と上記第２移動部の移動特性に応じて、上記反射型移動体と上記透過型移動体とを選択的に取り付けることができ、上記光学式エンコーダの取り付け性が向上する。
【００３８】
その際に、上記光学式エンコーダの本体は、上記発光素子チップの発光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させる一方、上記受光素子チップの受光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させた、非常に簡素な構成を有している。したがって、構成堆積を小さくして、上記光学式エンコーダの取り付け性をさらに向上できる。
【発明の効果】
【００３９】
以上より明らかなように、この発明の光学式エンコーダは、基板にフリップチップ実装された発光素子チップから上記基板を介して反射型移動体に向けて斜めに出射された斜め成分光を、上記反射型移動体の光反射格子で反射させて基板にフリップチップ実装された受光素子チップに入射させ、反射光受光部で受光するようにしている。さらに、発光素子チップから上記基板を介さずに透過型移動体に向けて横に出射された横成分光を、上記透過型移動体の光透過格子を透過して受光素子チップに入射させ、透過光受光部で受光するようにしている。
【００４０】
したがって、この発明の光学式エンコーダによれば、透過型エンコーダと反射型エンコーダとして機能することができ、用途に応じて、上記透過型エンコーダおよび上記反射型エンコーダとして同時に機能させたり、何れか一方として機能させたり、使い分けが可能になる。そのため、用途に応じて上記透過型エンコーダと上記反射型エンコーダとを取り換える必要が無くなる。
【００４１】
その場合、本光学式エンコーダの本体は、上記発光素子チップの発光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させる一方、上記受光素子チップの受光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させた、非常に簡素な構成を有している。したがって、構成体積の増加とそれに伴う設置箇所の限定とを抑制することができる。
【００４２】
また、この発明の電子機器は、上記光学式エンコーダの上記反射型移動体を第１移動部に取り付ける一方、上記光学式エンコーダの上記透過型移動体を、上記第１移動部とは異なる方向に移動する第２移動部に取り付けているので、上記第１移動部の移動情報と上記第２移動部の移動情報とを一つの光学式エンコーダで検出することができる。さらに、上記第１移動部の移動特性と上記第２移動部の移動特性に応じて、上記反射型移動体と上記透過型移動体とを選択的に取り付けることができ、上記光学式エンコーダの取り付け性が向上する。
【００４３】
その際に、上記光学式エンコーダの本体は、上記発光素子チップの発光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させる一方、上記受光素子チップの受光素子形成面を上記基板に対向させてフリップチップ実装させた、非常に簡素な構成を有している。したがって、構成堆積を小さくして、上記光学式エンコーダの取り付け性をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の光学式エンコーダの概念図である。
【図２】光分離部の説明図である。
【図３】反射型エンコーダおよび透過型エンコーダの一方として機能する場合における直流成分の説明図である。
【図４】受光回路の回路図である。
【図５】図４における各受光素子からの出力電流とアンプからの出力信号との波形を示す図である。
【図６】従来の反射型エンコーダの概略構成図である。
【図７】図１とは異なる光学式エンコーダの概念図である。
【図８】図１および図７とは異なる光学式エンコーダの概念図である。
【図９】図８における受光素子チップの構造を模式的に示す図である。
【図１０】図１に示す光学式エンコーダをインクジェットプリンタに用いた場合の構成図である。
【図１１】従来のインクジェットプリンタにおけるエンコーダの説明図である。
【図１２】従来の透過型光学式エンコーダの構成図である。
【図１３】従来の反射型光学式エンコーダの構成図である。
【図１４】図１３とは異なる従来の反射型の光電式エンコーダの断面図である。
【図１５】図１２とは異なる従来の透過型のエンコーダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４６】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式エンコーダの概念図である。但し、図１(a)は部分断面図であり、図１(b)は平面図である。
【００４７】
本実施の形態における光学式エンコーダ４１は、基板４２上に、発光部４３および受光部４４を搭載した本体と、この本体によって移動情報が検出される移動体４７,４９とで構成されている。
【００４８】
上記発光部４３は、発光ダイオードチップで構成されており、ｎ型半導体基板に拡散等によってｐ型不純物を導入してＰＮ接合で成る発光素子を形成した後、チップ状にダイシングして形成されている。以下、発光部４３を発光素子チップ４３と言う。そして、発光素子チップ４３におけるｐ型不純物層側(つまり、上記発光素子の形成側)の四隅には、基板４２上に形成されたパッド電極(図示せず)に電気的に接続するためのバンプ電極４５が設けられている。
【００４９】
上記受光部４４は、フォトダイオードチップで構成されており、ｐ型半導体基板に拡散等によってｎ型不純物を導入してＮＰ接合で成る受光素子を形成した後、チップ状にダイシングして形成されている。以下、受光部４４を受光素子チップ４４と言う。そして、受光素子チップ４４におけるｎ型不純物層側(つまり、上記受光素子の形成側)の四隅には、基板４２上に形成されたパッド電極(図示せず)に電気的に接続するためのバンプ電極４６が設けられている。尚、５６は反射光受光部であり、５７は透過光受光部である。
【００５０】
上記構成を有する発光素子チップ４３および受光素子チップ４４は、所謂フリップチップ実装方式によって基板４２上に搭載されている。すなわち、発光素子チップ４３のバンプ電極４５が基板４２上の対応する上記パッド電極に圧着接続されることによって基板４２上にフリップチップ実装されている。同様に、受光素子チップ４４は、バンプ電極４６が基板４２上の対応する上記パッド電極に圧着接続されることによって基板４２上にフリップチップ実装されている。
【００５１】
上述したように、本実施の形態においては、上記発光素子チップ４３を、その発光素子形成面を基板４２に対向させてフリップチップ実装している。また、受光素子チップ４４を、その受光素子形成面を基板４２に対向させてフリップチップ実装している。したがって、発光素子チップ４３の発光素子形成面と基板４２との隙間、および、受光素子チップ４４の受光素子形成面と基板４２との隙間が小さくなる。
【００５２】
さらに、上記発光素子チップ４３の発光点から横方向に出射されて基板４２における発光素子チップ４３の実装面に沿って進む光を、基板４２を通さずに受光素子チップ４４に入射させることができ、発光素子チップ４３の出射光の横方向成分を取り込むことが可能である。
【００５３】
そのため、本実施の形態においては、上記構成を有する光学式エンコーダ４１の本体に対して、上記移動体４７,４９を以下のように配置する。
【００５４】
すなわち、上記基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されていない裏面側に、ストライプ状の光反射格子４８が所定の間隔で複数形成されると共に、光反射格子４８の配列方向に移動する帯状の反射型移動体４７を、その移動方向が基板４２と略平行になるように配置する。さらに、基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されている表面側であって、発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間には、円板状に形成され、その周囲に光透過格子５０が放射状に所定の間隔で複数形成されると共に、光透過格子５０の配列方向に回転移動する透過型移動体４９を、その移動方向が発光素子チップ４３から出射されて基板４２の上記実装面に沿って受光素子チップ４４へ直接向かう光の光路に略直交するように、且つ上記光路が光透過格子５０を通過するように配置している。
【００５５】
但し、図１(a)においては、理解しやすくするため、透過型移動体４９を、発光素子チップ４３から受光素子チップ４４への光路に対して斜めに記載している。以下、図３(b),図７(a)および図８においても同様である。
【００５６】
そして、上記基板４２には、発光素子チップ４３から出射され、反射型移動体４７の光反射格子４８で反射され(以下、単に「反射型移動体４７で反射され」と言う)て、受光素子チップ４４に入射する光の透過位置に、発光素子チップ４３側の第１光透過部４２aと受光素子チップ４４側の第２光透過部４２bとの２つの光透過部を設けている。そして、基板４２における第１光透過部４２aおよび第２光透過部４２b以外の領域は不透明に構成されている。このような基板４２は、金属板等の不透明な基板に２つの光透過部用の穴を形成する方法や、ガラス等の透明基板上に２つの光透過部を残して不透明膜を形成する方法等によって、作成することができる。
【００５７】
尚、図１(b)においては、煩雑になるのを避けるため、基板４２に対して不透明であることを表すために描くべきハッチングを省略している。また、反射型移動体４７も省略している。そして、理解しやすくするため、基板４２を透過して発光素子チップ４３,受光素子チップ４４および透過型移動体４９が見えるように描いている。以下、図７(b)においても同様である。
【００５８】
上記光学式エンコーダ４１を上述のように構成することによって、発光素子チップ４３から斜め方向に出射されて基板４２の第１光透過部４２aを通過した光(以下、「斜め成分光」とも言う)の反射型移動体４７による反射光を、受光素子チップ４４によって基板４２の第２光透過部４２bを通して受光することができる。それと同時に、発光素子チップ４３から出射されて基板４２の上記表面に沿って進む光(以下、「横成分光」とも言う)の透過型移動体４９の光透過格子５０を透過した(以下、単に「透過型移動体４９を透過した」と言う)透過光を、受光素子チップ４４によって基板４２を介さずに受光することができる。
【００５９】
したがって、本実施の形態の光学式エンコーダ４１は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができるのである。
【００６０】
その場合、上述したように、上記基板４２は、全体が不透明に構成され、発光素子チップ４３から出射されて反射型移動体４７に向かう光の透過位置に第１光透過部４２aが設けられ、反射型移動体４７で反射されて受光素子チップ４４に向かう光の透過位置に第２光透過部４２bが設けられている。さらに、発光素子チップ４３の発光素子形成面と基板４２との間の隙間および受光素子チップ４４の受光素子形成面と基板４２との間の隙間が小さくなっている。そのために、基板４２を介して出射される発光素子チップ４３からの出射光の出射角、および、基板４２を介して入射される受光素子チップ４４への入射光の入射角は、基板４２の存在によって限定される。その結果、図１(a)に示す反射型移動体４７に対する反射光路とは異なる光路による反射光成分や外乱光が発光素子チップ４３の各受光部５６,５７に入射されることを防止して、優れたＳＮ特性を有する反射型エンコーダとして機能することができる。
【００６１】
図６は、従来の反射型エンコーダの概略構成図である。図６に示すように、従来は、表面に拡散等でＰＮ接合を形成してなる発光チップ５１および受光チップ５２を、ＰＮ接合が形成されていない裏面をダイボンド等によって基板５３上に設置し、パッド電極(図示せず)をワイヤ５４によって基板５３上の配線(図示せず)に接着している。そのために、従来の反射型エンコーダにおいては、発光チップ５１の発光素子形成面と反射型の移動体５５との間および受光チップ５２の受光素子形成面と反射型の移動体５５との間には何もなく、図６において点線の矢印で示すように、種々の異なる光路での反射光成分や外乱光が受光チップ５２の受光素子形成面に入射されることになり、ＳＮ特性の低下を招いている。
【００６２】
これに対し、本実施の形態においては、上記発光素子チップ４３を、その発光素子形成側の面を基板４２に対向させてフリップチップ実装している。さらに、受光素子チップ４４を、その受光素子形成側の面を基板４２に対向させてフリップチップ実装している。そして、基板４２には、発光素子チップ４３からの出射光用の第１光透過部４２aと受光素子チップ４４への入射光用の第２光透過部４２bとが設けられている。したがって、基板４２を介して放出される発光素子チップ４３からの出射光の出射角、および、基板４２を介して入射される受光素子チップ４４への入射光の入射角は、基板４２の存在によって限定されることになり、基板４２により外乱成分を遮断でき、優れたＳＮ特性を呈することができるのである。
【００６３】
また、インクジェットプリンタにおいては、主に、印字を行うインクヘッドの動作部用と印字される紙の動作部用との２つの光学式エンコーダが用いられている。本実施の形態によれば、光学式エンコーダ４１は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる。したがって、インクジェットプリンタにおいて本実施の形態の光学式エンコーダ４１を用いれば、１つの光学式エンコーダ４１でインクヘッドの動作部と紙の動作部とを制御可能となり、大いに有益である。
【００６４】
ところで、光学式エンコーダにおいては、図１(b)に示すように、上記受光素子チップ４４の反射光受光部５６および透過光受光部５７には、互いに電気的に分離されたｎ型不純物層を複数列形成し、個々のＮＰ接合で成る受光素子を複数設けている。そして、検出処理部(図示せず)によって、複数の受光素子における受光量の大小を検出して対応する移動体４７,４９の移動方向や移動速度を検知するようにしている。そのために、各受光素子間の光学的な分離が、上記検出処理部による移動方向や移動速度の検知性能を大きく左右することになる。
【００６５】
そこで、例えば、上記特許文献２に開示された反射型の光電式エンコーダでは、透明基板２６上における受光素子チップ２７の位置に受光側インデックス格子２５を形成し、この受光側インデックス格子２５によって受光素子チップ２７上に形成された複数の受光素子の光学的な分離を行っている。ところが、この方法では、受光側インデックス格子２５の受光素子チップ２７への密着が難しく、設置ずれ等によって受光素子の分解能の低下が生じやすいという問題がある。
【００６６】
このような問題に対処するため、本実施の形態においては、上記基板４２に凹凸や分離部を設けるのではなく、図２に示すように、受光素子チップ４４における例えば反射光受光部５６においては、ｎ型不純物層の形成面に例えばメタルをバンプ電極４６と同等の高さに塗布し、エッチング等によって各受光素子５６a〜５６dの境界部にバンプ電極４６と同程度の厚みの光分離部５８を形成している。こうすることによって、上記光分離部を基板４２に形成する場合よりも、側方からの入射光を効果的に遮光することができ、側方からの入射光によるＳＮ特性の低下を防止することができるのである。
【００６７】
上述したように、本実施の形態の光学式エンコーダ４１は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる。ところが、常時透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能するとは限らず、図３(a)に示すように、反射型移動体４７に対して基板４２の第１光透過部４２aを通過する上記斜め成分光を照射するだけの場合、または、図３(b)に示すように、透過型移動体４９に対して基板４２を通過しない上記横成分光を照射するだけの場合がある。
【００６８】
このように、上記反射型エンコーダおよび透過型エンコーダの何れか一方のみとして機能させる場合には、対応する受光部５６,５７からの出力電流の直流成分が増えることになる。例えば反射型エンコーダのみとして機能させる場合には、図３(a)に示すように、透過型移動体４９を通過しない上記横成分光を含む反射型移動体４７を介しない光は、反射光受光部５６からの出力電流の直流成分となる。また、透過型エンコーダのみとして機能させる場合には、図３(b)に示すように、透過型移動体４９を介しない光は、透過光受光部５７からの出力電流の直流成分となる。このように、各受光部５６,５７からの出力電流の直流成分が増えた場合は、上記検出処理部の前段を構成する受光回路が飽和してしまい、移動体４７,４９の移動方向や移動速度を正確に検出できなくなる可能性がある。
【００６９】
そこで、本実施の形態においては、上記受光素子チップ４４に移動体４７,４９を介しない略一定光量の定常光をモニタリングするモニタ用受光素子を設け、上記受光回路において受光素子５６の出力電流値から上記モニタ用受光素子の出力電流値を差し引くことによって、直流成分をキャンセルするようにしている。
【００７０】
図４は、上記受光回路の回路図である。ここで、本受光回路として反射型エンコーダ用の受光回路を一例に挙げて説明するが、透過型エンコーダ用の受光回路の場合も同様である。本受光回路は、受光素子チップ４４と、反射光受光部５６と、反射光受光部５６の各受光素子５６a〜５６dからの光電流を比較増幅するアンプ５９,６０と、モニタ用受光素子６１と、減算器６２〜６５とで、概略構成されている。また、図５は、図４における受光素子５６a〜５６dからの出力電流とアンプ５９,６０からの出力信号との理想的な波形を示す。
【００７１】
上述したように、上記受光素子５６a〜５６dは、受光素子チップ４４上に、互いに電気的に分離された状態で隣接して配列されている。ここで、受光素子５６a〜５６dの配列ピッチ(各受光素子５６a〜５６dの幅)は、反射型移動体４７における光反射格子４８の配列ピッチの１/４となっている。そして、反射型移動体４７が光反射格子４８の配列方向に移動すると、図５(a)に示すように、受光素子５６a〜５６dから光電流が出力される。そのうち、１８０度の位相差を有している光電流Ａ＋(受光素子５６a)と光電流Ａ−(受光素子５６c)とが対となってアンプ５９に入力され、アンプ５９で各入力信号のレベルが比較されて増幅される。また、光電流Ｂ＋(受光素子５６b)と光電流Ｂ−(受光素子５６d)とが対となってアンプ６０に入力され、アンプ６０で各入力信号のレベルが比較されて増幅される。その結果、図５(b)にＡチャネルとＢチャネルとで示すように、９０度の位相差を有する２つのディジタル矩形波が得られる。
【００７２】
こうして、上記アンプ５９あるいはアンプ６０から出力されるディジタル矩形波の数を上記検出処理部の後段を構成する検出回路でカウントすることによって、反射型移動体４７の移動量および移動速度が検出される。さらに、アンプ５９およびアンプ６０から出力される２種類の信号を用いて、上記検出回路によって、反射型移動体４７の移動方向が検出される。
【００７３】
その場合、上述したように、上記反射型移動体４７を介しない光が各受光素子５６a〜５６dに入力されて、各受光素子５６a〜５６dからの出力電流に直流成分が含まれてアンプ５９,６０が飽和した場合には、アンプ５９,６０からは図５(b)に示すような９０度の位相差を有する２つのディジタル矩形波が正確に得られなくなってしまう。
【００７４】
そこで、本実施の形態においては、図４に示すように、上記反射光受光部５６に、上記受光素子５６a〜５６dと同じ導電型の不純物層で成ると共に、受光素子５６a〜５６dの配列方向に延在するモニタ用受光素子６１を設ける。ここで、モニタ用受光素子６１の受光素子５６a〜５６dの配列方向への長さは、反射型移動体４７の移動に基づく交流成分を排除して純粋に直流成分のみを検出できるように、反射型移動体４７における光反射格子４８の配列ピッチ(例えば、受光素子５６aからの光電流の１周期)の長さに設定する必要がある。
【００７５】
さらに、上記受光素子５６aからアンプ５９への配線に減算器６２を介設し、受光素子５６cからアンプ５９への配線に減算器６３を介設し、受光素子５６bからアンプ６０への配線に減算器６４を介設し、受光素子５６dからアンプ６０への配線に減算器６５を介設している。そして、反射光受光部５６への入射光に基づいてモニタ用受光素子６１によって検出された直流の光電流が各減算器６２〜６５に供給され、各減算器６２〜６５によって対応する受光素子５６a〜５６dからの光電流からモニタ用受光素子６１からの直流成分が減算され、この直流成分が減じられた正弦波の光電流が対応するアンプ５９,６０に供給される。したがって、透過型移動体４９を通過しない上記横成分光を含む反射型エンコーダ用受光素子５６への入射光に基づく不要な直流の光電流によってアンプ５９,６０が飽和することを防止でき、アンプ５９,６０からは９０度の位相差を有する２つのディジタル矩形波を正確に得ることができるのである。
【００７６】
尚、図４においては、上記反射型エンコーダ用の受光回路の場合について説明しているが、透過型エンコーダ用の受光回路の場合には、図４における反射光受光部５６を透過型エンコーダ用受光素子５７(図１参照)に、反射型移動体４７を透過型移動体４９に置き換えればよい。
【００７７】
その結果、本光学式エンコーダ４１を上記反射型エンコーダおよび透過型エンコーダの何れか一方のみとして機能させる場合に、反射型移動体４７あるいは透過型移動体４９を介しない受光素子チップ４４への入射光に基づく不要な直流電流を除去することができ、アンプ５９,６０からの出力信号のＳＮ特性を向上させることができ、より広範囲の光学条件での使用が可能となるのである。
【００７８】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記発光素子チップ４３を、発光素子形成面を基板４２に対向させてフリップチップ実装する一方、受光素子チップ４４を、受光素子形成面を基板４２に対向させてフリップチップ実装している。また、基板４２は、全体を不透明に構成すると共に、発光素子チップ４３からの出射光用の第１光透過部４２aと受光素子チップ４４への入射光用の第２光透過部４２bとを設けている。そして、基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されていない裏面側に、反射型移動体４７を、その移動方向が基板４２と略平行になるように配置している。
【００７９】
また、上記発光素子チップ４３の発光点から横方向に出射されて基板４２における発光素子チップ４３の実装面に沿って進む上記横成分光を、基板４２を通さずに受光素子チップ４４に直接入射させることができる。そして、基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されている表面側であって、発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間に、透過型移動体４９を、その移動方向が上記横成分光と交差する方向であって、上記横成分光が光透過格子５０を通過可能なように配置している。
【００８０】
したがって、発光素子チップ４３から出射されて基板４２の第１光透過部４２aを通過した斜め成分光の反射型移動体４７による反射光を、基板４２の第２光透過部４２bを通して受光素子チップ４４で受光することができる。さらに、発光素子チップ４３から出射されて基板４２の上記表面に沿って進む横成分光の透過型移動体４９の透過光を、受光素子チップ４４で基板４２を介さずに受光することができる。すなわち、本実施の形態の光学式エンコーダ４１は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる。
【００８１】
その際に、上記発光素子チップ４３の発光素子形成面と基板４２との間および受光素子チップ４４の受光素子形成面と基板４２との間の隙間が小さくなっている。さらに、基板４２は、全体が不透明に構成され、出射光用の第１光透過部４２aと入射光用の第２光透過部４２bとが設けられている。そのために、基板４２を介して出射される出射光の出射角、および、基板４２を介して入射される入射光の入射角は、基板４２の存在によって限定される。したがって、不要な反射光成分や外乱光が発光素子チップ４３の各受光部５６,５７に入射されるのを防止して、優れたＳＮ特性を得ることができる。
【００８２】
また、上記受光素子チップ４４の両受光部５６,５７において、ｎ型不純物層の形成面における各受光素子の境界部に、バンプ電極４６と同程度の厚みの光分離部５８を金属等で形成している。したがって、上記光分離部を基板４２に形成する場合よりも、各受光素子に対する側方からの入射光を効果的に遮光することができ、側方からの入射光によるＳＮ特性の低下を防止できる。
【００８３】
また、上記受光素子チップ４４の両受光部５６,５７に、受光部５６,５７を構成する複数の受光素子の配列方向に延在して、移動体４７,４９における光格子４８,５０の配列ピッチの長さを有するモニタ用受光素子６１を設け、上記各受光素子からの光電流よりモニタ用受光素子６１からの定常光量を表す光電流を減じて、対応するアンプ５９,６０に供給するようにしている。したがって、移動体４７,４９を通過しない定常光に基づく不要な直流の光電流によってアンプ５９,６０が飽和することを防止でき、アンプ５９,６０からディジタル矩形波を正確に得ることができる。
【００８４】
尚、実施の形態においては、上記透過型移動体４９として、回転駆動される円板状の移動体を用いているが、反射型移動体４７のように直線駆動される帯状の移動体を用いても差し支えない。同様に、反射型移動体４７として、透過型移動体４９のように回転駆動される円板状の移動体を用いても差し支えない。このことは、以下の実施の形態でも同様である。
【００８５】
・第２実施の形態
図７は、本実施の形態の光学式エンコーダの概念図である。但し、図７(a)は部分断面図であり、図７(b)は平面図である。尚、図７においては、図１に示す第１実施の形態と同じ部材には第１実施の形態と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００８６】
上記第１実施の形態においては、光学式エンコーダ４１を透過型エンコーダとして機能させるために、発光素子チップ４３から出射されて基板４２の下面に沿って進む上記横成分光を受光素子チップ４４に取り込むようにしている。
【００８７】
その場合、上記発光素子チップ４３の発光点と基板４２との隙間は、バンプ電極４５の高さに上記ｐ型不純物層の深さを加えた分の高さに略等しく、非常に狭い。そのため、発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間に配置される透過型移動体４９は、発光素子チップ４３から受光素子チップ４４に向かって基板４２の下面に沿って進む光が、移動体４９の光透過格子５０を通過可能なように、円盤状の透過型移動体４９を、その周縁が基板４２の下面の極近傍に位置するように配置させる必要がある。
【００８８】
しかしながら、上述のような透過型移動体４９の配置では、移動体４９の周縁が基板４２の下面に接触して透過型移動体４９の動作を妨げたり、移動体４９の周縁が基板４２の下面から離間し過ぎて発光素子チップ４３から受光素子チップ４４への光が移動体４９の光透過格子５０を充分に通過できず、受光素子からの受光信号のＳＮ特性が低下したりする可能性がある。
【００８９】
そこで、本実施の形態における光学式エンコーダ７１では、基板７２における発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間に、透過型移動体４９の周縁が挿通される貫通穴７３を設けるのである。こうすることによって、移動体４９の周縁が基板７２の下面に接触して透過型移動体４９の動作が妨げられることを防止できる。
【００９０】
さらに、上記基板７２に設けられた貫通穴７３内に透過型移動体４９の周縁を挿通させることによって、透過型移動体４９の位置を第１実施の形態の場合よりも図７(a)の上側に移動させることができる。その結果、発光素子チップ４３から受光素子チップ４４への光が、透過型移動体４９の光透過格子５０を充分に通過できる位置に透過型移動体４９を設置でき、発光素子５６による受光信号のＳＮ特性が低下するのを防止できるのである。
【００９１】
尚、上記貫通穴７３を設ける変わりに、基板７２を切り離して、発光素子チップ４３と受光素子チップ４４とを異なる基板上に搭載し、透過型移動体４９を上記異なる基板の間に配置しても構わない。要は、基板７２における発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間に、透過型移動体４９の周縁が挿通される空間を設ければよいのである。
【００９２】
以上のごとく、本実施の形態によれば、光学式エンコーダ７１をより確実に透過型エンコーダとして機能させることができ、より効果的に透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能を発揮させることができるのである。
【００９３】
・第３実施の形態
上記第１実施の形態の光学式エンコーダ４１および上記第２実施の形態の光学式エンコーダ７１は、透過型エンコーダおよび反射型エンコーダとして機能することができる。その場合、反射型移動体４７で反射される光と透過型移動体４９を透過する光とは、同一の発光素子チップ４３から出射されて同一の受光素子チップ４４で受光される。そのため、受光素子チップ４４の反射光受光部５６に透過型移動体４９からの透過光が入射して、ノイズ成分となる。同様に、受光素子チップ４４の透過光受光部５７に反射型移動体４７からの反射光が入射して、ノイズ成分となる。したがって、上記ノイズ成分の大きさによっては、受光素子チップ４４からの出力電流のＳＮ特性が悪くなる恐れがある。
【００９４】
図８は、本実施の形態の光学式エンコーダの概念図である。図８に示す光学式エンコーダ７５は、上述のような恐れに対処するための光学式エンコーダである。尚、図８においては、図１に示す第１実施の形態と同じ部材には第１実施の形態と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００９５】
本実施の形態における光学式エンコーダ７５の本体は、基板７６上に、２つの発光部７７,７８と受光部７９とを、上記第１実施の形態の場合と同様にフリップチップ実装して構成されている。
【００９６】
上記発光部７７は、発光ダイオードチップで構成されており、ｎ型半導体基板に拡散等によってｐ型不純物を導入して、ＰＮ接合で成ると共に波長の長い非可視光を発光する発光素子を形成した後、チップ状にダイシングして形成されている。以下、発光部７７を、非可視光発光素子チップ７７と言う。
【００９７】
上記発光部７８は、発光ダイオードチップで構成されており、ｎ型半導体基板に拡散等によってｐ型不純物を導入して、ＰＮ接合で成ると共に波長の短い可視光を発光する発光素子を形成した後、チップ状にダイシングして形成されている。以下、発光部７８を、可視光発光素子チップ７８と言う。
【００９８】
上記受光部７９は、フォトダイオードチップで構成されており、非可視光発光素子チップ７７からの非可視光と可視光発光素子チップ７８からの可視光とを分離して受光するために、深いＰＮ接合と浅いＰＮ接合とを有している。以下、受光部７９を、受光素子チップ７９と言う。
【００９９】
図９は、上記受光素子チップ７９の構造を模式的に示している。ここで、図９(a)は平面図である。また、図９(b)は、図９(a)のＡ‐Ａ'矢視断面図である。また、図９(c)は、図９(a)のＢ‐Ｂ'矢視断面図である。図９において、受光素子チップ７９は、ｐ型半導体基板に拡散等によってｎ型不純物を導入して深いＰＮ接合を複数形成し、可視光検出用の受光素子となるべき箇所のｎ型不純物層に拡散等によってｐ型不純物を導入して浅いＰＮ接合を形成した後、チップ状にダイシングして形成されている。
【０１００】
図９に示すように、一つの受光素子チップ７９であっても深いＰＮ接合と浅いＰＮ接合とでなる２種類の受光素子を形成することによって、深いＰＮ接合でなる受光部８０で波長の長い非可視光を検出することができ、浅いＰＮ接合でなる受光部８１で波長の短い可視光を検出することができる。以下、受光部８０を非可視光受光部８０と言う。また、受光部８１を可視光受光部８１と言う。
【０１０１】
一方において、上記発光素子チップ７７,７８から出射されて基板７６を通過した上記斜め成分光における反射型移動体４７による反射光は、受光素子チップ７９に対して斜めに入射して深い位置まで到達する。また、発光素子チップ７７,７８から出射されて基板７６の下面に沿って進む上記横成分光における透過型移動体４９の透過光は、受光素子チップ７９に対して横方向に入射して浅い位置にしか到達できない。
【０１０２】
そこで、本実施の形態においては、図８に示すように、上記非可視光発光素子チップ７７を、出射された上記斜め成分光が反射型移動体４７で照射し、反射型移動体４７からの反射光が受光素子チップ７９の非可視光受光部８０に入射するように配置する。また、可視光発光素子チップ７８は、出射された上記横成分光が透過型移動体４９を照射し、透過型移動体４９からの透過光が受光素子チップ７９の可視光受光部８１に入射されるように配置する。つまり、非可視光受光部８０を上記反射光受光部として機能させる一方、可視光受光部８１を上記透過光受光部として機能させるのである。
【０１０３】
そして、上記基板７６には、上記第１実施の形態の場合と同様に、上記非可視光発光素子チップ７７から出射され、反射型移動体４７で反射されて非可視光受光部８０に入射する光の透過位置に、非可視光発光素子チップ７７側の第１光透過部７６aと非可視光受光部８０側の第２光透過部７６bとの２つの光透過部を設けている。尚、このような基板７６は、金属板等の不透明な基板に２つの光透過部用の穴を形成する方法や、ガラス等の透明基板上に２つの光透過部を残して不透明膜を形成する方法等によって、作成することができる。
【０１０４】
尚、図９においては、上記受光素子チップ７９の構造を分かり易くするために模式的に示している。実際の受光素子チップ７９においては、深いＰＮ接合でなる非可視光受光部８０のｎ型不純物層は、図４の場合と同様に、その幅が反射型移動体４７における光反射格子４８の配列ピッチの１/４であって、反射型移動体４７の移動方向に隣接して配列された４個の受光素子に分割されている。同様に、浅いＰＮ接合でなる可視光受光部８１のｐ型不純物層は、その幅が透過型移動体４９における光透過格子５０の配列ピッチの１/４であって、透過型移動体４９の移動方向に隣接して配列された４個の受光素子に分割されている。さらに、非可視光受光部８０と可視光受光部８１との配列方向は、図８の配列方向とは異なる。
【０１０５】
こうすることによって、上記非可視光発光素子チップ７７から出射されて基板７６の第１光透過部７６aを通過した波長の長い非可視光の反射型移動体４７による反射光は、受光素子チップ７９の深いＰＮ接合でなる非可視光受光部８０まで到達し、非可視光受光部８０によって効率良く検出される。これに対し、可視光発光素子チップ７８から出射された波長の短い可視光の透過型移動体４９の透過光は、受光素子チップ７９の浅いＰＮ接合でなる可視光受光部８１にしか到達できず、可視光受光部８１によって効率良く且つ非可視光受光部８０による検出電流とは分離されて検出される。
【０１０６】
その場合、上記非可視光発光素子チップ７７から出射された上記横成分光が、透過型移動体４９を透過して受光素子チップ７９の可視光受光部８１に入射すると、上記横成分光が外乱光となる。同様に、可視光発光素子チップ７８から出射された上記斜め成分光が、反射型移動体４７で反射されて受光素子チップ７９の非可視光受光部８０に入射すると、上記斜め成分光が外乱光となる。そこで、上記各外乱光が発生しないように、非可視光発光素子チップ７７,可視光発光素子チップ７８,反射型移動体４７および透過型移動体４９の配置を設定する必要がある。
【０１０７】
また、上記各外乱光が発生しないように、非可視光発光素子チップ７７,可視光発光素子チップ７８,反射型移動体４７および透過型移動体４９の配置を設定しても、非可視光発光素子チップ７７から出射された上記斜め成分光が、反射型移動体４７で反射されて受光素子チップ７９の可視光受光部８１に入射する場合がある。その場合、可視光受光部８１を成す浅いＰＮ接合におけるｎ型不純物層の周囲にはｐ型半導体基板が存在し、このｎ型不純物層とｐ型半導体基板とで深いＰＮ接合を構成している。そのために、可視光受光部８１に入射した非可視光発光素子チップ７７からの上記斜め成分光が、可視光受光部８１の周囲の深いＰＮ接合によって光電変換されて、可視光受光部８１から出力される光電流のＳＮ特性を低下させる。
【０１０８】
そこで、上記受光回路を、可視光受光部８１の周囲の深いＰＮ接合による光電流を検出し、この検出値を可視光受光部８１による光電流の値から減ずるように構成することによって、可視光受光部８１から出力される光電流のＳＮ特性を向上させることができる。
【０１０９】
以上のごとく、本実施の形態の光学式エンコーダ７５においては、基板７６上に、非可視光を発光する非可視光発光素子チップ７７と、可視光を発光する可視光発光素子チップ７８と、深いＰＮ接合でなる非可視光受光部８０および浅いＰＮ接合でなる可視光受光部８１を有する受光素子チップ７９とを、フリップチップ実装して構成している。そして、受光素子チップ７９の非可視光受光部８０によって、非可視光発光素子チップ７７から出射された上記斜め成分光の反射型移動体４７での反射光を受光して光電流を出力する。また、受光素子チップ７９の可視光受光部８１によって、可視光発光素子チップ７８から出射された上記横成分光の透過型移動体４９での透過光を受光して光電流を出力するようにしている。
【０１１０】
このように、上記受光素子チップ７９に、深いＰＮ接合でなる非可視光受光部８０と浅いＰＮ接合でなる可視光受光部８１とを設けることにより、受光素子チップ７９の深い位置まで到達する反射型移動体４７の反射光を、深いＰＮ接合でなる非可視光受光部８０で効果的に検出する一方、受光素子チップ７９の浅い位置にしか到達できない透過型移動体４９の透過光を、浅いＰＮ接合でなる可視光受光部８１で効果的に検出することができ、反射型移動体４７の反射光と透過型移動体４９の透過光とを分離して受光することができる。
【０１１１】
したがって、上記受光素子チップ７９における上記反射光受光部としての非可視光受光部８０に、透過型移動体４９からの透過光が入射してノイズ成分となることを防止することができ、非可視光受光部８０からの出力電流のＳＮ特性をよくすることができる。同様に、受光素子チップ７９における上記透過光受光部としての可視光受光部８１に、反射型移動体４７からの反射光が入射してノイズ成分となることを防止することができ、可視光受光部８１からの出力電流のＳＮ特性を向上させることができる。
【０１１２】
さらに、上記反射型移動体４７に上記斜め成分光を照射する発光素子チップを、波長の長い非可視光を発光する非可視光発光素子チップ７７とする一方、透過型移動体４９に上記横成分光を照射する発光素子チップを、波長の短い可視光を発光する可視光発光素子チップ７８としている。したがって、受光素子チップ７９によって、反射型移動体４７の反射光と透過型移動体４９の透過光とをさらに効果的に分離して受光することができ、受光素子チップ７９からの出力電流のＳＮ特性をさらに向上させることができる。
【０１１３】
尚、本実施の形態においては、上記非可視光発光素子チップ７７と可視光発光素子チップ７８との夫々を個別の発光素子チップで構成している。しかしながら、この発明はそれに限定されるものではなく、非可視光発光素子と可視光発光素子とを一つの発光素子チップに作り込んでも何ら差し支えない。
【０１１４】
また、本実施の形態においては、上記非可視光発光素子チップ７７と可視光発光素子チップ７８とを、反射型移動体４７の反射光と透過型移動体４９の透過光との分離に用いているが必ずしもその必要はなく、可視光の外乱光が予測される場合に、非可視光発光素子チップ７７のみを駆動して、受光素子チップ７９からの出力電流のＳＮ特性の向上を図ることもできる。
【０１１５】
・第４実施の形態
図１０は、上記第１実施の形態における光学式エンコーダ４１を、上記電子機器の一例としてのインクジェットプリンタに用いた場合の構成図である。
【０１１６】
従来のインクジェットプリンタは、図１１に示すように、印字ヘッド８８の位置・動作検出を行うための反射型あるいは透過型のキャリッジ制御用エンコーダ８９と、紙送り動作の検出を行うための透過型の紙送り制御用エンコーダ９０との２つエンコーダを用いている。そのために、従来のインクジェットプリンタにおいては、紙送り用の回転軸９１の端部と紙の印字面との２箇所に、エンコーダ設置用の領域を確保する必要がある。特に、キャリッジ制御用エンコーダ８９は印字ヘッド８８と共に移動するため、円筒状の紙の印字面には紙の全幅に亘って空間を確保する必要がある。
【０１１７】
これに対して、本実施の形態におけるインクジェットプリンタでは、図１０に示すように、円筒状に巻き上げられた紙８５を回転させて送り出す上記特許請求の範囲における上記第２移動部である回転軸８６の一端部に、上記第１実施の形態における光学式エンコーダ４１の円板状を成す透過型移動体４９を取り付けている。また、円筒状の紙８５の印字面に沿って回転軸８６の延在方向に移動する上記特許請求の範囲における上記第１移動部である印字ヘッド８７に、光学式エンコーダ４１の帯状を成す反射型移動体４７を取り付けている。そして、反射型移動体４７を紙８５の印字面に沿って回転軸８６と同方向に延在させて、透過型移動体４９の周縁の近傍を通過するように配設している。
【０１１８】
この状態で、上記透過型移動体４９の周縁における反射型移動体４７の通過位置に、基板４２上に発光素子チップ４３と受光素子チップ４４とがフリップチップ実装されて成る光学式エンコーダ４１の本体を設置している。その場合、反射型移動体４７は、基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されていない方の裏面側に配置される。また、透過型移動体４９は、基板４２における発光素子チップ４３および受光素子チップ４４が実装されている方の表面側であって、発光素子チップ４３と受光素子チップ４４との間に、発光素子チップ４３から受光素子チップ４４へ直接向かう光路が光透過格子５０を通過するように配置される。
【０１１９】
尚、図１０においては、回転軸８６に光学式エンコーダ４１の透過型移動体４９を取り付ける一方、印字ヘッド８７に光学式エンコーダ４１の反射型移動体４７を取り付けて、光学式エンコーダ４１の本体を透過型移動体４９と反射型移動体４７との交差位置の近傍に配置している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、印字ヘッド８７自体に光学式エンコーダ４１の上記本体を取り付けることも可能である。すなわち、インクジェットプリンタは、印字の際には紙送りを行う必要はなく、紙送りの際には印字を行う必要はない。そこで、印字ヘッド８７自体に光学式エンコーダ４１の上記本体を取り付けると共に、反射型移動体４７を回転軸８６の延在方向に配置して取り付け固定している。そして、印字の際には、上記本体は透過型移動体４９の位置から離れて印字ヘッド８７と共に回転軸８６の延在方向に移動して、印字ヘッド８７の位置を検出する。これに対して、紙送りの際には、上記本体は透過型移動体４９の位置で停止して、回転軸８６の回転量を検出するのである。
【０１２０】
以上のごとく、インクジェットプリンタを構成することによって、受光素子チップ４４による反射型移動体４７の移動量や移動方向の検出結果に基づいて、印字ヘッド８７の位置や動作を制御することができる。さらに、受光素子チップ４４による透過型移動体４９の移動量や移動方向の検出結果に基づいて、紙の送り出し量や印字動作を制御することができる。
【０１２１】
その場合、上記キャリッジ制御用エンコーダと上記紙送り制御用エンコーダとを、一つの光学式エンコーダ４１で構成することができ、確保すべきエンコーダ設置用の領域を小さくすることができる。
【０１２２】
尚、本実施の形態においては、上記第１実施の形態における光学式エンコーダ４１を、上記電子機器の一例としてのインクジェットプリンタに適用した場合について説明している。しかしながら、この発明は、インクジェットプリンタに限定されるものではなく、複写機等の他の電子機器に適用しても差し支えない。要は、２つの移動部の位置や動作を同期して制御する必要がある電子機器や、用途や場所に応じて透過型エンコーダと反射型エンコーダとを使い分ける必要がある電子機器であれば、適用することが可能である。
【０１２３】
さらに、上記第１実施の形態における光学式エンコーダ４１のみならず、上記第２,第３実施の形態における光学式エンコーダ７１,７５を適用できることは言うまでもない。
【０１２４】
上記各実施の形態においては、上記発光素子チップ４３,７７,７８を、ｎ型半導体基板にｐ型不純物を導入して発光素子を形成している。また、受光素子チップ４４,７９を、ｐ型半導体基板にｎ型不純物を導入して受光素子を形成している。しかしながら、発光素子チップ４３,７７,７８および受光素子チップ４４,７９における半導体基板や導入不純物の導電性は、上記導電性に限定されるものではない。
【０１２５】
また、上記各実施の形態においては、上記受光素子チップ４４における反射光受光部５６および透過光受光部５７を構成する受光素子の数を４個にしているが、必ずしも４個である必要はない。要は、反射光受光部５６および透過光受光部５７を構成する各受光素子から、移動体４７の移動に伴って出力される光電流の波形が、正弦波になればよいのである。
【符号の説明】
【０１２６】
４１,７１,７５…光学式エンコーダ
４２,７２,７６…基板
４３…発光素子チップ(発光部)
４４,７９…受光素子チップ(受光部)
４５,４６…バンプ電極
４７…反射型移動体
４８…光反射格子
４９…透過型移動体
５０…光透過格子
５６…反射光受光部
５６a〜５６d…受光素子
５７…透過光受光部
５８…光分離部
５９,６０…アンプ
６１…モニタ用受光素子
６２〜６５…減算器
７３…貫通穴
７７…非可視光発光素子チップ
７８…可視光発光素子チップ
８０…非可視光受光部
８１…可視光受光部
８５…紙
８６…回転軸
８７…印字ヘッド
【図１】
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【図２】
2013003099.tif 000004
【図３】
2013003099.tif 000005
【図４】
2013003099.tif 000006
【図５】
2013003099.tif 000007
【図６】
2013003099.tif 000008
【図７】
2013003099.tif 000009
【図８】
2013003099.tif 000010
【図９】
2013003099.tif 000011
【図１０】
2013003099.tif 000012
【図１１】
2013003099.tif 000013
【図１２】
2013003099.tif 000014
【図１３】
2013003099.tif 000015
【図１４】
2013003099.tif 000016
【図１５】
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