エンコーダ エンコーダ

エンコーダ

工作機械をはじめとする産業用ロボットの関節部には、正確な動作を制御するために多くのモータが使用されています。そのモータの回転角度を正確に検出するために、光学式エンコーダが広く利用されています。浜松ホトニクスでは、光学式エンコーダに適したSiフォトダイオード、フォトIC、イメージセンサ、LEDなどを製造しており、カスタム対応にもお応えしています。

光学式ロータリーエンコーダとは

 

光学式ロータリーエンコーダには、「透過型」と「反射型」の2つのタイプがあります。透過型は、細かいスリットの刻まれたコードホイールを発光素子と受光素子で挟み、光の透過・遮断によるオン/オフ信号から回転角度を検出します。反射型は、コードホイールに対し同一平面に発光素子と受光素子を配置し、光の反射・非反射から回転角度を検出します。 


高精度なエンコーダを構成するために、発光素子には均一に照射できる性能が要求されます。また、受光素子には複雑なスリットパターンに対応した受光チップの配置・高速応答性が求められます。

浜松ホトニクスでは、透過型・反射型のいずれのエンコーダの要望にも対応した発光・受光素子を提供することが可能です。

エンコーダ用フォトダイオード

 

浜松ホトニクスのエンコーダ用フォトダイオードの特長

1. 独自の半導体プロセス

独自の半導体プロセス技術により、エンコーダ用の受光素子に適した高感度・低ノイズ・高信頼性のフォトダイオードを製造しています。
これまでに多くの産業用フォトダイオードを製造してきた実績があります。

2. 用途に合わせた最適感度設計

可視光から近赤外光まで、使用する光源の波長に対して高い感度をもったフォトダイオードの製造が可能です。
光学式エンコーダに用いられるLEDに対して最適な感度設計をすることで、より高いS/Nが期待できます。

3. 豊富なパッケージ/実装技術

車載用、産業用、民生用など、多くの用途へさまざまなパッケージの製品を供給しています。
光学式エンコーダ向けにLEDとフォトダイオードを組み合わせた実装や、フォトダイオードの小型化など、さまざまなパッケージ/実装方法を提案しています。

パッケージのラインアップ

■ COBパッケージ

  • 動作温度: -40 ~ +100 ℃
  • 保存温度: -40 ~ +100 ℃
  • 梱包方法: 1000個 / リール

■ チップキャリアパッケージ

  • 動作温度: -40 ~ +100 ℃
  • 保存温度: -40 ~ +100 ℃
  • 梱包方法: 100個 / トレイ、または 1000個 / リール

エンコーダ用フォトIC

 

カスタム対応

浜松ホト二クスでは、お客様エンコーダの仕様に合わせたフォトICのカスタム対応が可能です。
以下に反射型エンコーダ用フォトICにおける、当社の取り組みおよびカスタム例を示します。

 

  1. フォトダイオードと周辺回路をモノリシックで構成 ⇒ お客様側での部品点数削減や実装スペースの削減に貢献
  2. I2Cによる多機能化 ⇒ 電子ボリュームなどの多機能化が可能
  3. LEDおよびLEDドライバ内蔵 ⇒ チップ中央にLEDを配置した受発光フォトICが可能
  4. トリミングによる基準値 (電流、電圧)のバラツキ補正

 

事例①:フォトダイオードとLEDを一体化したフォトIC例 (モノリシック化)

お客様側でフォトダイオードと周辺回路をディスクリートに構成していたものを、当社にてフォトIC化した例です。
 

■ ブロック図

■ 製品イメージ

■ LED実装のイメージ (断面図)

事例②: 計装アンプ例 (1/fノイズ、熱雑音配慮)

1/fノイズ、熱雑音を配慮した回路構成によりノイズ低減を実現しました。

Siフォトダイオード・フォトICへの特殊加工例 (カスタム対応)

 

貫通穴形成 (MEMS加工)

MEMS技術を応用し、Siフォトダイオードチップ上に貫通穴を形成することができます。これにより、反射型エンコーダなどに利用される電流狭窄型LEDチップをSiフォトダイオードチップの穴の内部に実装することが可能です。また、Siフォトダイオードチップの厚みを調整し、穴の内部に実装したLEDの発光部の高さと、Siフォトダイオードの受光部の高さを揃えることも可能です。

■ 貫通穴の例

■ LEDをSiフォトダイオードの貫通穴中に実装した例

FOPの実装

当社製のFOP (Fiber Optic Plate)をSiフォトダイオードの受光面上に実装することが可能です。FOPとSiフォトダイオードを組み合わせることにより、FOPの厚さの分だけ通常の受光面より高い位置にレンズの焦点を合わせることができるため、スリット板などの部品を受光面の近くに実装しやすくなります。また、低いNAのFOPを用い、受光感度の指向性を調整することも可能です。
関連特許: JP 6383460 B

■ FOPの例

■ FOPの指向特性

■ FOP付Siフォトダイオードの例

低反射率遮光膜

Siフォトダイオードの表面に遮光膜を特殊加工することにより、メタル配線などの受光部以外の反射率を低減させることが可能です。これにより、S/N比の向上が期待できます。

■ 反射率-波長 (参考値)

光学式エンコーダに使われることの多い近赤外光の反射率を大幅に低減します。

■ 遮光膜付Siフォトダイオードの例

イメージセンサのリニアエンコーダへの応用

 

リニアエンコーダのアブソリュートトラック読み取りには、長方形画素、高ラインレート、グローバルシャッタ機能をもつCMOS リニアイメージセンサが適しています。

さまざまな製品フォーマット

エンコーダに求められる分解能や応答速度に合った、さまざまな画素数および画素サイズのイメージセンサを用意しています。画素数は、64 chから4096 chまで対応しています。
画素サイズ、画素数、パッケージのカスタム対応も可能です。ご要望の場合は、当社営業までお問い合せください。

  • 長方形画素 (7 × 200 µm)
  • ラインレート
     1024 ch全画素読み出し: 34 kHz
     260 ch部分読み出し: 100 kHz

  •  グローバルシャッタ
  • 12-bit デジタル出力

エンコーダ用LED

 

浜松ホトニクスのエンコーダ用LEDの特長

1. 独自の半導体プロセス

独自の半導体プロセス技術により、エンコーダ用の発光素子に適した高光出力・高信頼性のLEDを製造しています。

2. 豊富な製品ラインアップ

車載・産業・民生用など、多彩な用途に向けたさまざまなタイプのLEDを製造・提供しています。 光学式エンコーダ向けとしては、高精度のエンコーダの構成に適した、集光・発散が少なく、均一な平行光を照射することが可能な平行光LEDを用意しています。

結晶構造の改良による信頼性の向上: 電流狭窄型LED (点光源LED)

電流狭窄型LEDチップの結晶構造の改良により、従来の同LEDより高い信頼性を実現しました。社内でのチップ設計により、お客様の要求に合った発光径を設計することも可能です。
※当社のLEDは、パッケージ品を前提としています。ベアチップ品をご要望の場合は、当社営業までお問い合わせください。

■ 電流狭窄型LEDチップの設計例 (単位: μm)

■ 電流狭窄型LEDチップの例

【製品例】

パッケージのラインアップ

■ 高信頼性・高平行度メタルパッケージ

  • 動作温度: -30 ~ +105 ℃
  • 保存温度: -40 ~ +105 ℃
  • 梱包方法: 100個 / 袋

■ 小型・狭指向性COBパッケージ

  • 動作温度: -30 ~ +85 ℃
  • 保存温度: -40 ~ +100 ℃
  • 梱包方法: 2000個 / リール

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