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JPH11101660A - 光学式変位検出装置 - Google Patents

光学式変位検出装置

Info

Publication number
JPH11101660A
JPH11101660A JP9262295A JP26229597A JPH11101660A JP H11101660 A JPH11101660 A JP H11101660A JP 9262295 A JP9262295 A JP 9262295A JP 26229597 A JP26229597 A JP 26229597A JP H11101660 A JPH11101660 A JP H11101660A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scale
light
resin molding
molding block
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9262295A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiro Komi
利洋 小見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP9262295A priority Critical patent/JPH11101660A/ja
Priority to DE19843155A priority patent/DE19843155B4/de
Priority to US09/158,102 priority patent/US5995229A/en
Publication of JPH11101660A publication Critical patent/JPH11101660A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で小型化，薄型化が容易であり、
製造の自動化や量産化が容易な反射型の光学式変位検出
装置を提供する。 【解決手段】 反射型スケールと、このスケールと相対
移動可能に配置されて、スケールに光照射し反射光を受
光して変位信号を出力する読み出しヘッド１とを有する
光学式変位検出装置において、読み出しヘッド１は、ス
ケールに対向する面に開口する素子埋め込み用孔１５が
形成され、且つ外周面に必要な配線１２が形成された樹
脂成形ブロック１０を用いて構成される。樹脂成形ブロ
ック１０の素子埋め込み孔１５には、スケールに光照射
するための発光素子２０が装着され、スケールに対向す
る面には、スケールからの反射光を受光する受光ＩＣチ
ップ３２が搭載された素子基板３０が取り付けられる。
発光素子２０及び素子基板３０につながる樹脂成形ブロ
ック１０上の配線１２は、ＦＰＣ基板４０により外部回
路に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学式変位検出
装置に係り、特に反射型スケールと、発光及び受光素子
を搭載した読み出しヘッドとを組み立てて構成される小
型の変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式エンコーダには、スケール格子で
の反射光を検出する反射型エンコーダと、スケール格子
の透過光を検出する透過型エンコーダとがある。これら
のうち、反射型エンコーダは、スケールの一方側のみ
に、光源部と受光部を含む読み出しヘッドを構成できる
ため、透過型に比べると小型化や薄型化に有利である。
しかし、現状では、反射型エンコーダの読み出しヘッド
は、受光素子を搭載した基板や、ＬＥＤ等の発光素子、
更にこれらの素子が接続されるべき配線基板等を適当な
フレームを用いて組み立てる複雑な構造を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って従来の反射型エ
ンコーダは、例えば小さいＸーＹテーブルに組み込める
ような小型且つ薄型のものを作るには構造が複雑であ
り、組立工数もかかり、製造の自動化や量産化もはかり
難いといった問題があった。
【０００４】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、構造が簡単で小型化，薄型化が容易であり、製
造の自動化や量産化が容易な反射型の光学式変位検出装
置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、反射型スケ
ールと、このスケールと相対移動可能に配置されて、ス
ケールに光照射し反射光を受光して変位信号を出力する
読み出しヘッドとを有する光学式変位検出装置におい
て、前記読み出しヘッドは、前記スケールに対向する面
に開口する素子埋め込み用孔が形成され、且つ外周面に
必要な配線が形成された樹脂成形ブロックと、この樹脂
成形ブロックの前記素子埋め込み孔に前記開口を光照射
窓として装着されて樹脂成形ブロック上の配線に接続さ
れた、前記スケールに光照射するための発光素子と、前
記樹脂成形ブロックの前記スケールに対向する面に装着
されて前記樹脂成形ブロック上の配線に接続された、前
記スケールからの反射光を受光する受光素子が搭載され
た素子基板とを備えたことを特徴とする。この発明はま
た、反射型スケールと、このスケールと相対移動可能に
配置されて、スケールに光照射し反射光を受光して変位
信号を出力する読み出しヘッドとを有する光学式変位検
出装置において、前記読み出しヘッドは、前記スケール
に対向する面に凹面ミラーが形成され、且つ外周面に必
要な配線が形成された樹脂成形ブロックと、この樹脂成
形ブロックの前記スケールに対向する面に装着されて、
前記凹面ミラーに対向する位置に発光素子が搭載される
と共に、この発光素子から照射されて前記凹面ミラーで
反射され前記スケールに照射されて反射された光を受光
する受光素子が搭載され、更にこれらの素子を前記樹脂
成形ブロック上の配線に接続する配線が形成された素子
基板とを備えたことを特徴とする。
【０００６】近年、樹脂成形ブロックの全体に導体膜を
メッキし、ブロックの上下面及び側面を含む面の導体膜
をパターニングして三次元的に配線を集積形成する技術
が確立されている。この様なモジュールは例えば、ＭＩ
Ｄ（Molded InterconnectionDevice）と称される。この
発明においは、反射型の光学式エンコーダを構成する読
み出しヘッドをＭＩＤモジュールとして構成すること、
即ち外周面に配線が形成された樹脂成形ブロックに必要
な素子や素子基板を搭載してモジュール化したことを特
徴としている。
【０００７】具体的には例えば、樹脂成形ブロックには
予め、スケールに対向する面に開口を持つ孔を設けてお
き、この孔には発光素子を埋め込む。また樹脂成形ブロ
ックのスケールに対向する面には受光素子を搭載した素
子基板を取り付ける。これにより小型にモジュール化し
た読み出しヘッドが得られる。或いは、樹脂成形ブロッ
クのスケールに対向する面に予め凹面ミラーを形成して
おき、この凹面ミラーに対向する発光素子とスケールか
らの反射光を受光する受光素子を共に搭載した素子基板
を樹脂成形ブロックに取り付けることによっても、同様
にモジュール化された読み出しヘッドが得られる。更に
必要に応じて、読み出しヘッドを構成する樹脂成形ブロ
ックの所定面には、発光素子や受光素子基板につながる
配線を外部回路に接続するフレキシブルプリント基板
（ＦＰＣ）等を用いた接続部材が接合される。
【０００８】この発明によると、三次元的に配線が形成
された樹脂成形ブロックを用いて読み出しヘッドをモジ
ュール化することにより、複雑な組立機構を要せず、読
み出しヘッドを小型且つ薄型に構成することができる。
そして、薄型のモジュールであるから、ＸーＹテーブル
等の小さい隙間や機構内部にも容易に組み込むことがで
きる。また配線を三次元的に集積した樹脂成形ブロック
は量産することができ、またこのブロックに対する素子
や素子基板の取付も簡単に自動化できるから、全体とし
て読み出しヘッドの量産性が高いものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例によ
る反射型エンコーダの読み出しヘッド１の平面図（ａ）
とそのＡ−Ａ′断面図（ｂ）、及び左右側面図（ｃ）
（ｄ）を示している。読み出しヘッド１は、図２に示す
ように、反射型スケール２に対して相対移動可能に対向
配置される。
【００１０】読み出しヘッド１は、図１に示すように、
略直方体に射出成形された樹脂成形ブロック１０を用い
てモジュール化されている。樹脂成形体ブロック１０
は、その上下面及び側面を含む外周面に銅等の導体膜が
全面メッキされ、この導体膜をパターニングすることに
より、必要な配線１２が形成されたものである。樹脂成
形ブロック１０の上面の一方の端には、傾斜面１３が設
けられ、且つこの傾斜面１３からスケール２に対向する
下面に向かって斜め方向に貫通する素子埋め込み用孔１
５が設けられていて、この孔１５に、スケールに対向す
る開口１４を光照射窓としてＬＥＤ等の発光素子２０が
埋め込まれる。孔１５は射出成形時に同時に形成された
ものであるが、成形後に加工するようにしても良い。発
光素子２０の端子２１は、ブロック１０の上面に形成さ
れている配線１２に接続される。
【００１１】樹脂成形ブロック１０の下面、即ちスケー
ル２に対向する面には、予め凹面１６が加工されてお
り、この凹面１６に、素子基板３０が装着されている。
素子基板３０は、ガラス基板３１を用いて形成されて、
この上に図２に示すように、フォトダイオードアレイ等
の受光素子アレイ３３及び電流−電圧変換回路等の必要
な回路（図示せず）を形成した受光ＩＣチップ３２がフ
ェースダウンボンディング（即ち、フリップチップ実
装）されている。この実施例の場合、ガラス基板３１に
はまた、発光素子２０からの光を変調してスケール２に
照射するための光源側インデックス格子３４が形成され
ており、更に図には示さないが、受光素子アレイ３３の
電源端子に設けられるノイズカット用のチップコンデン
サ等も搭載される。
【００１２】受光ＩＣチップ３２の端子は、図３に示す
ように、ガラス基板３１上に形成された配線３５に接続
され、この配線３５は素子基板３０を樹脂成形ブロック
１０に接合したときに樹脂成形ブロック１０上の配線に
接続され、図１（ｃ）に示すように側面の配線１２を介
して上面にまで導かれている。樹脂成形ブロック１０の
上面には、樹脂成形ブロック１０に形成されて発光素子
２０及び素子基板３０につながる配線１２を外部回路に
接続するためのＦＰＣ基板４０が接続されている。ＦＰ
Ｃ基板４０の代わって、適当なコネクタ部材を用いるこ
ともできる。
【００１３】図３は、素子基板３０と反射型スケール２
との関係を拡大斜視図で示している。反射型スケール２
は、ガラス等の透明基板５１に、光反射膜によるスケー
ル格子５２を長手方向に配列形成して構成されている。
発光素子２０からの光は、素子基板３０上のインデック
ス３４で変調されてスケール２に照射され、スケール２
の格子５２で変調された反射光が素子基板３０に搭載さ
れた受光素子アレイ３３により受光されるようになって
いる。
【００１４】以上のようにこの実施例では、読み出しヘ
ッド１は、樹脂成形ブロック１０を用いて、これに発光
素子２０及び受光素子基板３０を搭載してモジュール化
されている。樹脂成形ブロック１０には予め必要な配線
が三次元的に集積形成されているから、組立は簡単で自
動化も容易である。しかもモジュール化により小型でか
つ薄型の読み出しヘッド１が得られる。具体的に読み出
しヘッド１の大きさは、厚みＺを１０mm以下、スケール
長手方向の幅Ｘを１０〜１５mm、スケール長手方向と直
交する方向の幅Ｙを１０mm程度といった超小型にするこ
とができる。
【００１５】図４は、この発明の別の実施例による読み
出しヘッド１の構造を、図１（ｂ）に対応させて示す断
面図である。先の実施例と対応する部分には、先の実施
例と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例で
は、ＦＰＣ基板４０が接合される部分を別体に作られた
樹脂成形ブロック１０ａとして、これを樹脂成形ブロッ
ク１０の側面に貼り付けるようにしている。この場合、
樹脂成形ブロック１０の側面１９はもう一つの樹脂成形
ブロック１０ａで覆われ、従って側面１９に予め形成さ
れた配線１２が最終的に露出することがなくなり、側面
１９の配線が保護される。なお以上の説明は、ＭＩＤの
一回成形法で行ったが、更に重ねて成形を行う二回成形
法を用いれば、露出配線部を完全に被覆した形態の樹脂
成形ブロックとすることも可能である。
【００１６】図５は、この発明の更に別の実施例による
読み出しヘッド１の構造を示す斜視図であり、図６
（ａ）（ｂ）はそれぞれ平面図と背面図、図６（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。この実施例でも先の実
施例と対応する部分には先の実施例と同一符号を付して
ある。この実施例の読み出しヘッド１は、一つの樹脂成
形ブロック１０に二つの発光素子２０ａ，２０ｂを搭載
している。一方の発光素子２０ａは通常の変位検出用で
あり、もう一方の発光素子２０ｂは原点検出用として設
けられている。通常光学式エンコーダのスケールには、
図３に示すスケール格子５２の他に、このスケール格子
５２の外側に所定間隔で原点検出用パターンを形成し
て、原点検出機能を付加する。しかし光学式エンコーダ
を小型化すると、一つの発光素子の光をスケール格子と
同時に原点検出用パターンにも照射してこれを検出する
ようにすることが難しくなる。
【００１７】この点を解決するためにこの実施例では、
通常の変位検出用発光素子２０ａとは別に、原点検出用
の発光素子２０ｂを併設している。これに対応して、素
子基板３０にも、通常の変位検出用のＩＣチップ３２ａ
と、原点検出用のＩＣチップ３２ｂを併設して搭載して
いる。その他は、先の実施例と基本的に同様である。
【００１８】図７は、この発明の更に別の実施例による
読み出しヘッド１の断面構造を示している。この実施例
では、発光素子２０を、樹脂成形ブロック１０側ではな
く、受光ＩＣチップ３２と共に素子基板３０側に配置し
ている。樹脂成形ブロック１０には従って素子埋め込み
用孔を設けることなく、スケール２に対向する面側の発
光素子２０に対向する部分に凹面７１を形成し、この面
に反射膜７２を形成して、発光素子２０からの光を反射
してスケール２に導く凹面ミラーを構成している。凹面
ミラーからの光は、素子基板３０の例えば下面に形成さ
れたインデックス格子３４により回折されて、これがス
ケール２に照射される。
【００１９】この実施例によると、読み出しヘッド１は
先の実施例に比べて更に薄型化が可能であり、例えば数
mm程度まで薄くすることができる。また、反射ミラーを
構成する反射膜７２としては、射出成形樹脂ブロック１
０にメッキされる配線用導体膜をそのまま利用するよう
にすれば、格別に製造工程を複雑にすることはない。
【００２０】図８（ａ）（ｂ）は、この発明の実施例に
よる光学式エンコーダをＸ−Ｙテーブルに組み込んだ実
施例の斜視図とＹ方向から見た正面図である。図示のよ
うに、基台８１に対してガイド８２と送りネジ８３を備
えてＹテーブル８４が取り付けられ、この上に更に基台
８５にガイド８６と送りネジ８７を備えてＸテーブル８
８が設けられる。図８（ｂ）は、光学式エンコーダの読
み出しヘッド１の取付状態（破線は他の取付可能位置を
示す）を示している。前述のように読み出しヘッド１は
薄型に構成されるから、図示のように、基台８１とＹテ
ーブル８４の間、或いは基台８５とＸテーブル８８の適
当な隙間を利用して、例えば基台側に読み出しヘッド１
を搭載し、テーブル側にスケールを形成して、エンコー
ダ内蔵とすることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、三
次元的に配線が形成された樹脂成形ブロックを用いて読
み出しヘッドをモジュール化することにより、複雑な組
立機構を要せず、読み出しヘッドを小型且つ薄型に構成
することができ、組立の自動化も容易で反射型の光学式
エンコーダの量産性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例による読み出しヘッドの
構造を示す図である。
【図２】 同実施例の一部を拡大して示す断面図であ
る。
【図３】 同実施例の読み出しヘッド要部とスケールの
関係を示す斜視図である。
【図４】 この発明の他の実施例による読み出しヘッド
の断面構造を示す図である。
【図５】 この発明の更に別の実施例の読み出しヘッド
を示す斜視図である。
【図６】 同実施例の読み出しヘッドの平面，背面及び
断面図である。
【図７】 この発明の更に別の実施例の読み出しヘッド
を示す断面図である。
【図８】 この発明による光学式エンコーダをＸ−Ｙテ
ーブルに組み込んだ実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…読み出しヘッド、２…反射型スケール、１０…樹脂
成形ブロック、１２…配線、１４…開口、１５…埋め込
み用孔、２０…発光素子、３０…素子基板、３１…ガラ
ス基板、３２…受光ＩＣチップ、３３…受光素子アレ
イ、３４…インデックス。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反射型スケールと、このスケールと相対
    移動可能に配置されて、スケールに光照射し反射光を受
    光して変位信号を出力する読み出しヘッドとを有する光
    学式変位検出装置において、前記読み出しヘッドは、 前記スケールに対向する面に開口する素子埋め込み用孔
    が形成され、且つ外周面に必要な配線が形成された樹脂
    成形ブロックと、 この樹脂成形ブロックの前記素子埋め込み孔に前記開口
    を光照射窓として装着されて樹脂成形ブロック上の配線
    に接続された、前記スケールに光照射するための発光素
    子と、 前記樹脂成形ブロックの前記スケールに対向する面に装
    着されて前記樹脂成形ブロック上の配線に接続された、
    前記スケールからの反射光を受光する受光素子が搭載さ
    れた素子基板とを備えたことを特徴とする光学式変位検
    出装置。
  2. 【請求項２】 前記素子基板はガラス基板であり、この
    ガラス基板に前記受光素子が搭載されると共に、前記発
    光素子からの光を変調するインデックス格子が形成され
    ていることを特徴とする請求項１記載の光学式変位検出
    装置。
  3. 【請求項３】 前記樹脂成形ブロックの所定面に、前記
    発光素子及び素子基板につながる配線を外部回路に接続
    するための接続部材が接合されていることを特徴とする
    請求項１記載の光学式変位検出装置。
  4. 【請求項４】 反射型スケールと、このスケールと相対
    移動可能に配置されて、スケールに光照射し反射光を受
    光して変位信号を出力する読み出しヘッドとを有する光
    学式変位検出装置において、前記読み出しヘッドは、 前記スケールに対向する面に凹面ミラーが形成され、且
    つ外周面に必要な配線が形成された樹脂成形ブロック
    と、 この樹脂成形ブロックの前記スケールに対向する面に装
    着されて、前記凹面ミラーに対向する位置に発光素子が
    搭載されると共に、この発光素子から照射されて前記凹
    面ミラーで反射され前記スケールに照射されて反射され
    た光を受光する受光素子が搭載されると共に、更にこれ
    らの素子を前記樹脂成形ブロック上の配線に接続する配
    線が形成された素子基板とを備えたことを特徴とする光
    学式変位検出装置。
JP9262295A 1997-09-26 1997-09-26 光学式変位検出装置 Pending JPH11101660A (ja)

Priority Applications (3)

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JP9262295A JPH11101660A (ja) 1997-09-26 1997-09-26 光学式変位検出装置
DE19843155A DE19843155B4 (de) 1997-09-26 1998-09-21 Optische Verschiebungsmeßeinrichtung
US09/158,102 US5995229A (en) 1997-09-26 1998-09-22 Optical displacement measuring apparatus

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JP9262295A JPH11101660A (ja) 1997-09-26 1997-09-26 光学式変位検出装置

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DE (1) DE19843155B4 (ja)

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