DE10132167A1

DE10132167A1 - Optischer Codierer und Verfahren zur Herstellung seines Sensorkopfes

Info

Publication number: DE10132167A1
Application number: DE10132167A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Aoki; Toru Yaku; Tetsuro Kiriyama
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2002022493A; US6621068B2; JP3589621B2; GB2368906A; US20020008195A1; GB2368906B; DE10132167B4; GB0116044D0

Abstract

Ein optischer Codierer ist durch eine Skala 1 vom Reflexionstyp und einen Sensorkopf 4 aufgebaut. Der Sensorkopf 4 weist eine Beleuchtungslichtquelle 2 und eine Sensorplatte 3 auf. Die Sensorplatte 3 weist ein transparentes Substrat 30 auf, auf denen Licht aufnehmende Bereiche 5 zum Ausgeben von Vernetzungssignalen, die voneinander verschiedene Phasen aufweisen, und Gittermaßstäbe 6 zum Modulieren des Beleuchtungslichts für die Skala so ausgebildet sind, dass sie abwechselnd angeordnet sind. Die Gittermaßstäbe 6 werden unter Verwenudng desselben Materialfilms wie die Metallelektrode der Licht aufnehmenden Bereiche 5 ausgebildet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft einen optischen Codierer, sie be trifft insbesondere den Aufbau und das Verfahren zur Herstel lung eines Sensorkopfes eines optischen Codierers vom Refle xions-Typ.

Stand der Technik

Ein optischer Codierer mit 3-Gitter-System weist ein 1. opti sches Gitter (d. h. einen seitlichen Gittermaßstab für eine Lichtquelle) zum Modulieren des Beleuchtungslichtes einer Lichtquelle, ein 2, optisches Gitter, das ein Skalengitter an einer Skala bildet, ein 3. optisches Gitter (d. h. einen Licht aufnehmenden seitlichen Gittermaßstab) und eine Licht aufneh mende Einrichtung zum Aufnehmen des vom 3. optischen Gitter her übertragenen Lichts, um Verschiebungssignale auszugeben, die verschiedene Phasen zueinander haben. Bei einem solchen System ist es auch bekannt, dass die Licht aufnehmende Ein richtung und das 3. optische Gitter in einer Anordnung von Licht aufnehmenden Einrichtungen in einem Stück ausgebildet sind.

Wenn bei diesen optischen Codierern die Skala als eine Skala vom Reflexionstyp ausgebildet ist, sind ein Lichtquellenteil und ein Licht aufnehmender Teil auf einer Seite der Skala als Sensorkopf angeordnet. In diesem Fall können der seitliche Gittermaßstab für die Lichtquelle und die Anordnung von Licht aufnehmenden Einrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat in einem Stück ausgebildet sein und es ist im Hinblick auf die Leichtigkeit der Miniaturisierung oder Herstellung wünschens wert. Bei einem solchen optischen Codierer vom Reflexionstyp hat der Anmelder einen Codierer vorgeschlagen, bei dem Git termaßstäbe und Anordnungen von Licht aufnehmenden Einrich tungen in gegenseitig überlappendem Zustand angeordnet sind, und es wird ein Verfahren der rechten Beleuchtung mit Licht (right light-irradiation) als Aufbau verwendet, der insbeson dere für eine Miniaturisierung vorteilhaft ist (japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 9-51998). Mit diesem Verfahren kann der optische Codierer mit miniaturisierter Skala erhal ten werden und kann der Luftspalt klein gemacht werden, wo durch der Einfluss einer Welligkeit verringert werden kann.

Wenn, jedoch eine Anordnung von Licht aufnehmenden Elementen und ein Gittermaßstab mit dem Gebiet, mit dem es sich gegen seitig überlappt, in einer Sensorplatte ausgebildet sind, dann wird der Aufbau der Sensorplatte kompliziert. Darüber hinaus wird ein Herstellungsprozess ebenfalls kompliziert, wenn man sich den Herstellungsprozess einer Anordnung von Licht aufnehmenden Einrichtungen und den Prozess zur Bildung des Gittermaßstabs vorstellt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung soll einen kleinen und hoch effi zienten optischen Codierer und das Herstellungsverfahren für den Sensorkopf eines solchen optischen Codierers bereitstel len.

Ein optischer Codierer der vorliegenden Erfindung weist eine Skala, auf der ein Skalengitter vom Reflexionstyp mit einem Zwischenraum in der Messachsenrichtung ausgebildet ist, und einen Sensorkopf zum Abfühlen der Skala auf, wobei der Sen sorkopf so angeordnet ist, dass er entlang der Messachse re lativ beweglich ist. Der Sensorkopf beinhaltet ein transpa rentes Substrat; eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Berei chen, die auf dem transparenten Substrat in einem Abstand an geordnet sind, dass sie entsprechend Versetzungssignale mit unterschiedlicher Phase ausgeben, wobei jeder der Licht auf nehmenden Bereiche eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Ele menten aufweist, die in der Messachsenrichtung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben; und Gittermaßstäbe, die zwischen den Licht aufnehmenden Be reichen auf dem transparenten Substrat angeordnet sind, um das Skalenbeleuchtungslicht zu modulieren.

Gemäß dieser Erfindung besteht der Sensorkopf eines optischen Codierers aus einer Sensorplatte mit einem transparenten Sub strat, auf dem Licht aufnehmende Bereiche und Gittermaßstäbe abwechselnd angeordnet sind. Jeder der Licht aufnehmenden Be reiche beinhaltet eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Ele menten. Da die Gebiete der Gittermaßstäbe und der Licht auf nehmenden Bereiche miteinander nicht überlappt sind, ist die ser Sensoraufbau einfach. Daher kann ein kleiner Codierer vom Reflexionstyp erhalten werden. Da ferner die Gittermaßstäbe unter Verwendung des gleichen Materials wenigstens einer Me tallelektrode, die für ein Licht aufnehmende Einrichtung ver wendet wird, und Metallverdrahtung ausgebildet sein kann, wird der Herstellungsprozess für den Sensorkopf ebenfalls leicht.

Bei dieser Erfindung weisen die Licht aufnehmenden Einrich tungen in jedem der Licht aufnehmenden Bereiche eine gemein same transparente Elektrode auf, die auf einer Vorderseite des transparenten Substrates ausgebildet ist, wobei die Rück seite der Skala gegenüberliegt. Auf der gemeinsamen transpa renten Elektrode sind Halbleiterschichten so ausgebildet, dass sie in einem solchen Zustand angeordnet sind, dass jede der Halbleiterschichten ein lichtempfindliches Gebiet bein haltet. Auf den jeweiligen Halbleiterschichten sind Metall elektroden ausgebildet und ist ebenfalls eine Ausgangssignal leitung ausgebildet, die eine gemeinsame Verbindung der Me tallelektroden bildet.

In diesem Fall können die Halbleiterschichten der Licht auf nehmenden Einrichtungen in jedem Licht aufnehmenden Bereich voneinander getrennt sein oder können in solch einem Aufbau aus einem Stück ausgebildet sein, dass sie dazwischen Verbin dungsabschnitte dazwischen aufweisen. Besonders im letzteren Fall kann die Ausgangssignalleitung an den Verbindungsab schnitten mit geringem Widerstand in Kontakt gebracht werden.

Wenn bei dieser Erfindung die Licht aufnehmenden Bereiche in einer Richtung senkrecht zur Messachse angeordnet sind, kön nen darüber hinaus die Licht aufnehmenden Bereiche in der Messachsenrichtung um ein ganzzahliges Vielfaches der Zwi schenraums des Skalengitters phasenverschoben sein. Dadurch kann der Einfluss der Veränderung der Beleuchtungsstärke der Breitenrichtung der Skala verringert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Her stellung des Sensorkopfes die folgenden Vorgänge auf: (a) Ausbilden einer transparenten Elektrode auf einem transparen ten Substrat, (b) Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der transparenten Elektrode, wobei die Halbleiterschicht ein lichtempfindliches Gebiet darin beinhaltet, (c) Ausbilden ei nes Metallfilms auf der Halbleiterschicht und (d) Gestalten des laminierten Films des Metallfilms und der Halbleiter schicht, um Licht aufnehmende Bereiche auszubilden, die in einem Abstand angeordnet sind, um entsprechend Versetzungs signale mit unterschiedlicher Phase auszugeben, wobei jeder der Licht aufnehmenden Bereiche eine Vielzahl von Licht auf nehmenden Einrichtungen aufweist, die in der Messachsenrich tung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben, und um gleichzeitig Gittermaßstäbe auszu bilden, die zwischen den Licht aufnehmenden Bereichen ange ordnet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Sensorkopfes die folgenden Vorgänge auf: (a) Ausbilden einer transparenten Elektrode auf einem trans parenten Substrat, (b) Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der transparenten Elektrode, wobei die Halbleiterschicht ein lichtempfindliches Gebiet darin beinhaltet, (c) Ausbilden ei nes ersten Metallfilms auf der Halbleiterschicht, (d) Gestal ten des laminierten Films des ersten Metallfilms und der Halbleiterschicht, um Licht aufnehmende Bereiche auszubilden, die auf dem Halbleitersubstrat in einem Abstand angeordnet sind, um entsprechend Versetzungssignale mit unterschiedli cher Phase auszugeben, wobei jeder der Licht aufnehmenden Be reiche eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Einrichtungen aufweist, die in der Messachsenrichtung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben, (e) Aus bilden einer Isolierschicht, um die Licht aufnehmenden Berei che abzudecken, (f) Ausbilden eines zweiten Metallfilms auf dem Isolierfilm und (g) Gestalten des zweiten Metallfilms, um Gittermaßstäbe auszubilden, die zwischen den Licht aufnehmen den Bereichen angeordnet sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die einen optischen Codierer gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;

Fig. 1B zeigt eine Anordnung der Sätze der Licht aufnehmenden Bereiche und Gittermaßstäbe in der Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Sensorplatte in der Ausfüh rungsform;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht an A-A' von Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Fig. 3 entsprechende Schnittansicht in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 ist eine Draufsicht der Sensorplatte in einer weite ren Ausführungsform;

Fig. 6A ist eine Draufsicht der Sensorplatte in einer weite ren Ausführungsform;

Fig. 6B zeigt eine Anordnung der Sätze der Licht aufnehmenden Bereiche und Gittermaßstäbe in der Ausführungsform;

Fig. 7A ist eine Zerlegungs-Perspektivansicht, die einen op tischen Codierer einer weiteren Ausführungsform zeigt;

Fig. 7B zeigt eine Anordnung der Sätze der Licht aufnehmenden Bereiche und Gittermaßstäbe in der Ausführungsform; und

Fig. 8 ist eine vergrößerte Draufsicht der Sensorplatte der Ausführungsform;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Er findung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1A zeigt einen optischen Codierer vom Reflexionstyp ei ner Ausführungsform dieser Erfindung. Der Codierer weist eine Skala 1 vom Reflexionstyp und einen Sensorkopf 4 auf, der der Skala 1 gegenüberliegt. Die Skala 1 weist ein Substrat 10 und ein Skalengitter 11 vom Reflexionstyp auf, das darauf mit ei nem Zwischenraum λ in einer Richtung einer Messachse x ausge bildet ist. Der Sensorkopf 4 weist eine Beleuchtungslicht quelle 2 und eine Sensorplatte 3 auf und ist so an der Skala 1 angeordnet, dass er in Richtung der Messachse x relativ be weglich ist.

Die Sensorplatte 3 weist ein transparentes Substrat 30, das aus Glas und dergleichen ausgebildet ist, Licht aufnehmende Bereiche 5 (5a, 5b, 5ab, 5bb), die auf dem Substrat 30 ausge bildet sind, und Gittermaßstäbe 6 auf, die zur Modulierung des Beleuchtungslichts zwischen den Licht aufnehmenden Berei chen 5 ausgebildet sind. Mit anderen Worten: die Licht auf nehmenden Bereiche 5 und die Gittermaßstäbe 6 sind in Rich tung der Messachse x der Skala 1 abwechselnd angeordnet. Die Beleuchtungslichtquelle 2 beleuchtet die Gittermaßstäbe 6 senkrecht, die auf der Sensorplatte 3 verteilt angeordnet sind. Die Licht aufnehmenden Bereiche 5 sind so angeordnet, dass sie Versetzungssignale mit 4 Phasen (d. h. A-, B-, AB- und BB-Phase) ausgeben, die in der Reihenfolge um 90° phasen verschoben sind. Jeder der Licht aufnehmenden Bereiche 5 ist so aufgebaut, dass er eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Einrichtungen (d. h. in diesem Beispiel Photodioden) PD bein haltet.

Bei einer praktischen Sensorplatte 3, wie in Fig. 1B gezeigt, sind vier Licht aufnehmende Bereiche 5, die entsprechend Ver setzungssignale mit unterschiedlicher Phase ausgeben, als ein Satz vereinigt und eine Vielzahl von Sätzen, SET1, SET2, . . . in der Messachsenrichtung angeordnet. Die Ausgangssignallei tungen mit der gleichen Phase in den jeweiligen Sätzen sind gemeinsam angeschlossen. Daher können die Signalstärke und S/N verbessert werden.

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Sensorplatte 3 und Fig. 3 ist die Schnittansicht an A-A'. Transparente Elektroden 31, wie ITO, SnO2, ZnO, usw., die die p-seitige gemeinsame Elektrode jedes Licht aufnehmenden Bereichs 5 bilden, sind auf dem transparenten Substrat 30 ausgebildet. Auf diese transparen ten Elektrode 31 sind eine Halbleiterschicht 32 vom p-Typ, eine Halbleiterschicht 33 vom i-Typ und eine Halbleiter schicht 34 vom n-Typ laminiert, um eine Photodiode PD zu bil den, in welcher das lichtempfindliche Gebiet des p-i-n- Übergangs ausgebildet wurde. Eine Metallelektrode 35 ist auf der Schicht 34 vom n-Typ jeder Photodiode PD ausgebildet. Die Metallverdrahtung 37, die als Ausgangssignalleitung dient, ist so ausgebildet, dass sie gemeinsam die Metallelektrode 35 der Photodioden PD in jedem Licht aufnehmenden Bereich 5 an schließt.

Obwohl vorzugsweise amorphes Silicium für die Halbleiter schichten 32, 33 und 34 verwendet wird, können auch andere Halbleiterschichten, wie ZnSe und CdSe verwendet werden. Dar über hinaus kann die Photodiode neben der pin- Übergangsstruktur mit einer pn-Übergangsstruktur ausgebildet sein.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden auf dem transparenten Substrat 30 in der Region der Gittermaßstäbe 6 die gleichen Photodio denstrukturen wie in der Region des Licht aufnehmenden Be reichs 5 ausgebildet. Diese Photodioden sind jedoch Elementen attrappen. Die Metallelektroden 35 der Photodioden dieser Attrappen sind so gestaltet, dass sie als nicht übertragende Abschnitte der Gittermaßstäbe 6 dienen.

Die Gittermaßstäbe 6 sind in ihrer Verteilung in der Form an geordnet, dass sie jeweils zwischen Licht aufnehmenden Berei che 5 eingefügt sind. Ein Gitterzwischenraum der Gittermaß stäbe 6 ist der gleiche wie der Skalengitterzwischenraum λ (oder allgemeiner ein ganzzahliges Vielfaches von λ). Der An ordnungszwischenraum P1 der zwischen den Licht aufnehmenden Bereichen 3 angeordneten Gittermaßstäbe 6 wird als P1 = nλ gen nommen (n ist eine positive ganze Zahl). Da vier in jedem der Licht aufnehmenden Bereiche 6 beinhaltete Photodioden PD dazu dienen, das gleiche Phasenverschiebungssignal auszugeben, wird darüber hinaus der Anordnungszwischenraum auf λ (oder allgemeiner ein ganzzahliges Vielfaches von λ) gesetzt. Der Anordnungszwischenraum P2 der Licht aufnehmenden Bereiche 5 wird als P2 = (m+1/4)λ genommen (m ist eine positive ganze Zahl). Als Folge werden Versetzungssignale mit vier Phasen (A-, B-, AB- und BB-Phase) ausgegeben.

Um Versetzungssignale mit vier Phasen auszugeben, wird im allgemeinen der Anordnungszwischenraum P2 der Licht aufneh menden Bereiche 5 wird als P2 = (m+1/M)λ gesetzt (m ist eine positive ganze Zahl und M ist eine ungerade Zahl). Wenn zum Beispiel M = 3, werden Versetzungssignale mit A-, BB-, AB- und B-Phase ausgegeben, die in der Reihenfolge um 270° phasenver schoben sind.

Um Versetzungssignale mit drei Phasen auszugeben wird der An ordnungszwischenraum P2 der Licht aufnehmenden Bereiche 5 wird als P2 = m+1/3)λ gesetzt (m ist eine positive ganze Zahl).

Wie oben beschrieben sind die Licht aufnehmenden Bereiche 5 und die Gittermaßstäbe 6 auf der Sensorplatte 3 abwechselnd in dem Zustand angeordnet, in dem sich die jeweiligen Regio nen nicht überlappen. Aus diesem Grund kann der Materialfilm der Metallelektrode 35, der für die Licht aufnehmenden Ein richtungen verwendet wird, für die Gittermaßstäbe 6 verwendet werden, wie er ist.

Wenn der Herstellungsvorgang für die Sensorplatte 3 konkret erläutert wird, ist es wie folgt. Zuerst wird auf der gesam ten Oberfläche des transparenten Substrats 30 die transparen te Elektrode 31 ausgebildet und nach einem Lithographievor gang ein Auswahlätzen ausgeführt, und dieses lässt nur die Regionen der Licht aufnehmenden Bereiche 5 zurück. Danach werden die Halbleiterschichten 32, 33 und 34 vom p-Typ, i-Typ und n-Typ abgeschieden und darauf wird ferner die Metall elektrode 35 abgeschieden. Nach einem Lithographievorgang wird ein Auswahlätzen dieser laminierten Filme durchgeführt, wodurch Photodioden PD ausgebildet werden. Zu diesem Zeit punkt werden die Gittermaßstäbe aus dem gleichen Metallmate rialfilm gebildet wie die Metallelektrode 35 der Photodioden PD.

Dann wird auf der gesamten Substratoberfläche ein Isolie rungsfilm 36 abgeschieden. Wenn nötig, wird zu diesem Zeit punkt ein Glättungsvorgang durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) durchgeführt. Und der Isolierungsfilm 36 wird se lektiv geätzt, um Kontaktlöcher auszubilden, dann wird die Metallverdrahtung 37, die als Ausgangssignalleitung dient, gebildet. Die Metallverdrahtung 37 wird ferner mit einem Schutzfilm (Passivierungsfilm) 38, wie einem PSG-Film, usw., bedeckt. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist die Öffnung, zu der eine Kontaktfläche für die Verdrahtung freigelegt ist, im Schutzfilm 38 ausgebildet.

Für die folgenden fünf Vorgänge bei diesem Herstellungsvor gang können Maskierungsvorgänge (d. h. Lithographievorgänge) durchgeführt werden.

1. Gestalten der transparenten Elektrode 31
2. Gestalten des laminierten Films der Halbleiterschichten 33-34 und der Metallelektrode 35
3. Bilden des Kontaktlochs im Isolierungsfilm 36
4. Gestalten der Metallverdrahtung 37
5. Die Kontaktflächenöffnung für die Verdrahtung im Schutz film 38

Wenn übrigens ein Gittermaßstab unabhängig von den Licht auf nehmenden Bereichen gebildet werden soll, werden für die Mas kierungsvorgänge sieben Vorgänge erforderlich.

Wie oben erwähnt, sind gemäß der Ausführungsform die Licht aufnehmenden Bereiche und Gittermaßstäbe der Sensorplatte vielleicht nicht gegenseitig überlappt, wobei sie den Metall film gemeinsam verwenden. Daher wird die Struktur der Sensor platte einfach und ein kleiner Codierer vom Reflexionstyp er halten. Darüber hinaus weist der Herstellungsvorgang wenige Maskierungsvorgänge auf und ist einfach.

Fig. 4 zeigt einen Fig. 3 entsprechenden Schnitt der Sensor platte 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bei diesem Aufbau ist die Halbleiterschicht in der Region der Gittermaß stäbe 6 vollständig entfernt und es gibt keine Photodioden attrappe. Die Gittermaßstäbe 6 werden ausgebildet, indem der gleiche Materialfilm wie für die Metallverdrahtung 37 gestal tet wird. Auch in diesem Fall ist der Herstellungsvorgang der gleiche wie in der Form der vorherigen Ausführungsform und kann ein Maskierungsvorgang mit fünf Vorgängen bewerkstelligt werden.

Die Kombination der Strukturen von Fig. 3 und Fig. 4 ist eben falls möglich. Das heißt: wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Gittermaßstäbe 6 unter Verwendung der Metallverdrahtung 37 ausgebildet, außerdem bildet sie in der Region der Gitter maßstäbe 6 die Photodiodenattrappe, wie in Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall wird der Gittermaßstab durch die Metallelektrode 25 der Elementattrappe und die Überlappung der Metallverdrah tung 37 auf ihr bestimmt.

Fig. 5 zeigt eine Fig. 2 entsprechende Draufsicht der Sensor platte 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bei dieser Sensorplatte 3 sind die Photodioden PD in jedem Licht aufneh menden Bereich 5 als ein Körper gestaltet, so dass die Halb leiterschichten und Elektroden sich im Verbindungsabschnitt 51 fortsetzen können.

Der Verbindungsabschnitt 51 dient als Kontakt für die Metall verdrahtung 37. Als Folge kann die Metallverdrahtung 37, die mit den mehreren Photodioden PD verbunden ist, mit geringem Kontaktwiderstand hergestellt werden.

Ferner zeigt Fig. 6A eine Fig. 2 und 5 entsprechende Drauf sicht der Sensorplatte 3 gemäß einer weiteren Ausführungs form. In dieser Ausführungsformen sind drei Einheiten, UNIT1, UNIT2 und UNIT3, in einer Richtung senkrecht zur Messachse x in einem solchen Zustand angeordnet, dass jede Einheit zwei oder mehr Licht aufnehmende Bereiche 5 und Gittermaßstäbe 6 aufweist, die in Richtung der Messachse x abwechselnd ange ordnet sind. In diesem Beispiel sind diese Einheiten UNIT1-UNIT3 in Messachsenrichtung in der Reihenfolge um λ (allgemein ein ganzzahliges Vielfaches von λ) phasenverscho ben.

Mit anderen Worten: in Fig. 6A ist jeder der Licht aufnehmen den Bereiche 5a, 5b, . . . in der oben beschriebenen Ausfüh rungsform in drei Licht aufnehmende Bereiche (5a1,5a2, 5a3),(5b1, 5b2, 5b3) . . . unterteilt und ist jeder der Gittermaßstäbe 6 ähnlich in drei Gittermaßstäbe (61, 62, 63) unterteilt und sind dann die unterteilten Abschnitte in der Richtung angeordnet, die die Messachse x schräg schneidet. Da die drei Einheiten UNIT1-UNIT3 die gleiche Phase-haben soll ten, ist die Metallverdrahtung 37 der Licht aufnehmenden Be reiche 5 so gestaltet, dass sie zur Messachse x schräg steht und die drei Einheiten UNIT1-UNIT3 gemeinsam anschließt.

In diesem Fall sind, wie in Fig. 6B gezeigt, vier Licht auf nehmende Bereiche 5, die Signale mit den vier Phasen A, B, AB und BB ausgeben sollen, in einem Satz eingeschlossen und ist eine Vielzahl von Sätzen SET1, SET2, . . . in der Messachsenrich tung angeordnet. Die Ausgangssignalleitungen mit der gleichen Phase in den Sätzen sind gemeinsam angeschlossen. Im Falle eines Systems mit drei Phasen sind drei Licht aufnehmende Be reiche 5, die für drei Phasen um (m+1/3) phasenverschoben sind, in einem Satz eingeschlossen und ist eine Vielzahl von Sätzen in der Messachsenrichtung angeordnet. Dadurch können die Signalstärke und die Verbesserung in S/N erreicht werden.

Der Herstellungsvorgang für die Sensorplatte 3 dieser Ausfüh rungsform ist der gleiche wie für die oben beschriebene Aus führungsform. Das heißt: die Gittermaßstäbe 6 werden unter Verwendung des Elektrodenmetalls oder des Verdrahtungsmetalls der Licht aufnehmenden Bereiche 5 ausgebildet. Wenn die Stär ke des Beleuchtungslichtes in der Richtung senkrecht zur Messachse x veränderlich ist, kann durch Verwendung einer solchen Gestaltung der Einfluss der Veränderung verringert werden.

Fig. 7A, die Fig. 1A entspricht, zeigt einen weiteren opti schen Codierer. Die Skala 1 ist die gleiche wie bei der Aus führungsform von Fig. 1A und 1B. Bei dieser Sensorplatte 3 sind die Licht aufnehmenden Bereiche 5 und die Gittermaßstäbe 6 in einer Richtung senkrecht zur Messachse x abwechselnd an geordnet. Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der Sen sorplatte 3.

Jeder Licht aufnehmende Bereich 5 enthält mehrere Photodioden PD wie bei der vorherigen Ausführungsform. Im Beispiel von Fig. 8 sind mehrere Einheiten UNIT1, UNIT2, der Licht aufneh menden Bereiche in Richtung der Messachse x angeordnet, indem zwei oder mehr durchgehend ausgebildete Photodioden PD zu ei ner Einheit gemacht werden. Die in einer Reihe in Richtung der Messachse x befindlichen Photodioden PD sollten jedoch das Versetzungssignal mit der gleichen Phase ausgeben. Daher können die Photodioden PD wie bei dem Beispiel von Fig. 2 ge trennt werden, ohne dass eine Einheit gebildet wird.

Was die in einer Reihe in Richtung der Messachse x befindli che Photodiode PD betrifft, sind die oberen Metallelektroden durch die Metallverdrahtung 37 gemeinsam angeschlossen. Zwi schen den Licht aufnehmenden Bereichen 5 (5a, 5b, 5ab, 5bb), die in der Richtung angeordnet sind, die die Messachse x senkrecht schneidet, wie in Fig. 8 gezeigt, sind die Phasen in der Messachse x in der Reihenfolge um λ/4 verschoben. Die se Phasenverschiebung kann auf 3 λ/4 oder allgemein auf λ(m+M/4) gesetzt werden (m ist eine positive ganze Zahl und M ist eine ungerade Zahl). Die jeweils zwischen den Licht auf nehmenden Bereichen 5 angeordneten Gittermaßstäbe 6 haben insgesamt die gleiche Phase. Als Folge können von jedem Licht aufnehmenden Bereich Versetzungssignale mit A-, B-, AB- und BB-Phase ausgegeben werden.

In dieser Ausführungsform, sind, wie in Fig. 7B gezeigt, die Licht aufnehmenden Bereiche 5 und die Gittermaßstäbe 6 so an geordnet, dass sie zwei oder mehr Sätze aufweisen, wobei ein Teil für vier Phasen A-, B-, AB- und BB- als ein Satz verwen det wird, und sind die Ausgangssignalleitungen mit der glei chen Phase jedes Satzes gemeinsam angeschlossen. Im Falle ei nes Systems mit drei Phasen sind drei Licht aufnehmende Be reiche 5, die um (m+1/3) phasenverschoben sind, in einem Satz eingeschlossen und ist eine Vielzahl von Sätzen in Messach senrichtung angeordnet. Dadurch kann die Signalintensität und die Verbesserung beim S/N erreicht werden.

Die Sensorplatte dieser Ausführungsform kann auch mit dem gleichen Vorgang wie die vorherige Ausführungsform herge stellt werden und die Gittermaßstäbe 6 werden unter Verwen dung des Metalls der oberen Elektrode oder des Verdrahtungs metalls der Licht aufnehmenden Bereiche 5 ausgebildet. Daher kann gemäß dieser Ausführungsform sowie der vorherigen Aus führungsform aus einem leichten Vorgang ein kleiner Codierer vom Reflexionstyp hergestellt werden.

Was für eine Beleuchtungslichtquelle notwendig ist, ist, dass sie fähig ist, die senkrechte und im wesentliche ausgegliche ne Beleuchtung des Gittermaßstabs durchzuführen, der an zwei oder mehr Stellen im optischen Codierer dieser Erfindung ver teilt ist.

Gemäß dieser Erfindung besteht ein Sensorkopf eines optischen Codierers aus einer Sensorplatte, die in einem oben beschrie benen Zustand ausgebildet ist, in dem die Licht aufnehmenden Bereiche und die Gittermaßstäbe abwechselnd angeordnet sind. Da sich die Regionen für die Gittermaßstäbe nicht mit den Licht aufnehmenden Bereichen überlappen, ist diese Sensor plattenstruktur einfach. Daher kann ein kleiner Codierer vom Reflexionstyp erhalten werden. Und da die Gittermaßstäbe un ter Verwendung des gleichen Materials wie die für die Licht aufnehmenden Bereiche verwendete Metallelektrode oder Metall verdrahtung ausgebildet werden können, wird der Herstellungs vorgang für einen Sensorkopf ebenfalls einfach.

Claims

1. Optischer Codierer, der eine Skala, auf der ein Skalen gitter vom Reflexionstyp mit einem Zwischenraum in Mess achsenrichtung ausgebildet ist, und einen Sensorkopf zum Abfühlen der Skala umfasst, wobei der Sensorkopf so an geordnet ist, dass er entlang der Messachse relativ be weglich ist, bei dem der Sensorkopf umfasst:
ein transparentes Substrat;
eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Bereichen, die auf dem transparenten Substrat in einem Abstand angeordnet sind, um entsprechend Versetzungssignale mit unter schiedlicher Phase auszugeben, wobei jeder der Licht aufnehmenden Bereiche eine Vielzahl von Licht aufnehmen den Einrichtungen aufweist, die in Messachsenrichtung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben; und
Gittermaßstäbe, die zwischen den Licht aufnehmenden Be reichen auf dem transparenten Substrat angeordnet sind, um das Beleuchtungslicht für die Skala zu modulieren.

2. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Licht aufnehmenden Einrichtungen in jedem der Licht aufnehmen den Bereiche umfassen:
eine gemeinsame transparente Elektrode, die auf einer Vorderseite des transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die Rückseite der Skala gegenüberliegt;
Halbleiterschichten, die auf der gemeinsamen transparen ten Elektrode ausgebildet und angeordnet sind, wobei je de der Halbleiterschichten ein lichtempfindliches Gebiet beinhaltet;
auf den jeweiligen Halbleiterschichten ausgebildete Me tallelektroden; und
eine Ausgangssignalleitung, die für die Metallelektroden einen gemeinsamen Anschluss herstellt.

3. Optischer Codierer nach Anspruch 2, bei dem die Halblei terschichten in jedem der Licht aufnehmenden Bereiche voneinander getrennt sind.

4. Optischer Codierer nach Anspruch 2, bei dem die Halblei terschichten in jedem der Licht aufnehmenden Bereiche mit Verbindungsteilen in einem Stück ausgebildet sind.

5. Optischer Codierer nach Anspruch 2, bei dem die Gitter maßstäbe (index scales) durch Gestaslten desselben Mate rialfilms ausgebildet werden, der entweder als Metall elektrode der Licht aufnehmenden Bereiche oder als Aus gangssignalleitung dient.

6. Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Licht aufnehmenden Einrichtungen in Messachsenrichtung so an geordnet sind, dass die Gittermaßstäbe dazwischen einge schoben sind.

7. Optischer Codierer nach Anspruch 6, bei dem die Licht aufnehmenden Bereiche mit einem Zwischenraum von (m+M/4)λ angeordnet sind (worin λ: Zwischenraum des Ska lengitters, m: eine positive ganze Zahl, und M: ungerade Zahl).

8. Optischer Codierer nach Anspruch 6, bei dem die Licht aufnehmenden Bereiche mit einem Zwischenraum von (m+1/3)λ angeordnet sind (worin λ: Zwischenraum des Ska lengitters und m: eine positive ganze Zahl).

9. Optischer Codierer nach Anspruch 6, bei dem eine Viel zahl von Sätzen der Licht aufnehmenden Bereiche in Mess achsenrichtung angeordnet sind, wobei jeder Satz eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Bereichen aufweist, die entsprechend Versetzungssignale mit unterschiedlicher Phase ausgeben, wobei die Ausgangssignalleitungen mit der gleichen Phase in den jeweiligen Sätzen gemeinsam angeschlossen sind.

10. Optischer Codierer nach Anspruch 6, bei dem eine Viel zahl von Einheiten, wobei jede Einheit aus einer Anord nung der Licht aufnehmenden Bereiche in Messachsenrich tung besteht, in einer Richtung senkrecht zur Messachse angeordnet sind, wobei die Einheiten in Messachsenrich tung in der Reihenfolge um ein ganzzahliges Vielfaches des Skalengitterzwischenraums verschoben sind.

11. Optischer Codierer nach Anspruch 6, bei dem die Licht aufnehmenden Einrichtungen in einer Richtung senkrecht zur Messachsenrichtung so angeordnet sind, dass die Git termaßstäbe dazwischen eingeschoben sind.

12. Optischer Codierer nach Anspruch 11, bei dem die Licht aufnehmenden Bereiche in Messachsenrichtung in der Rei henfolge um (m+M/4)λ phasenverschoben sind (worin λ: Zwischenraum des Skalengitters, m: eine positive ganze Zahl und M: eine ungerade Zahl).

13. Optischer Codierer nach Anspruch 11, bei dem die Licht aufnehmenden Bereiche in Messachsenrichtung in der Rei henfolge um (m+1/3)λ phasenverschoben sind (worin λ: Zwischenraum des Skalengitters und m: eine positive gan ze Zahl).

14. Optischer Codierer nach Anspruch 11, bei dem eine Viel zahl von Sätzen der Licht aufnehmenden Bereiche in einer Richtung senkrecht zur Messachsenrichtung angeordnet sind, wobei jeder Satz eine Vielzahl von Licht aufneh menden Bereichen aufweist, die entsprechend Versetzungs signale mit unterschiedlicher Phase ausgeben, wobei die Ausgangssignalleitungen der gleichen Phase in den jewei ligen Sätzen gemeinsam angeschlossen sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfes eines opti schen Codierers, der eine Skala, auf der ein Skalengit ter vom Reflexionstyp mit einem Zwischenraum in einer Messachsenrichtung ausgebildet ist, und einen Sensorkopf zum Abfühlen der Skala aufweist, wobei der Sensorkopf so angeordnet ist, dass er entlang der Messachse relativ beweglich ist, welches die Schritte umfasst:
Ausbilden einer transparenten Elektrode auf einem trans parenten Substrat;
Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der transparenten Elektrode, wobei die Halbleiterschicht darin ein licht empfindliches Gebiet beinhaltet;
Ausbilden eines Metallfilms auf der Halbleiterschicht und
Gestalten des laminierten Films des Metallfilms und der Halbleiterschicht, um Licht aufnehmende Bereiche auszu bilden, die so in einem Abstand angeordnet sind, dass sie entsprechend Versetzungssignale mit unterschiedli cher Phase ausgeben, wobei jeder der Licht aufnehmenden Bereiche eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Elementen aufweist, die in der Messachsenrichtung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben; und um gleichzeitig Gittermaßstäbe auszubilden, die zwi schen den Licht aufnehmenden Bereichen angeordnet sind.

16. Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfes eines opti schen Codierers, der eine Skala, auf der ein Skalengit ter vom Reflexionstyp mit einem Zwischenraum in einer Messachsenrichtung ausgebildet ist, und einen Sensorkopf zum Abfühlen der Skala aufweist, wobei der Sensorkopf so angeordnet ist, dass er entlang der Messachse relativ beweglich ist, welches die Schritt umfasst:
Ausbilden einer transparenten Elektrode auf einem trans parenten Substrat;
Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der transparenten Elektrode, wobei die Halbleiterschicht darin ein licht empfindliches Gebiet beinhaltet;
Ausbilden eines ersten Metallfilms auf der Halbleiter schicht;
Gestalten des laminierten Films des ersten Metallfilms und der Halbleiterschicht, um Licht aufnehmende Bereiche auszubilden, die auf dem transparenten Substrat in einem Abstand angeordnet sind, um entsprechend Versetzungssig nale mit unterschiedlicher Phase auszugeben, wobei jeder der Licht aufnehmenden Bereiche eine Vielzahl von Licht aufnehmenden Einrichtungen aufweist, die in Messachsen richtung angeordnet sind, um ein Versetzungssignal mit gleicher Phase auszugeben;
Ausbilden einer Isolierungsschicht, um die Licht aufneh menden Bereiche abzudecken;
Ausbilden eines zweiten Metallfilms auf dem Isolierungs film; und
Gestalten des zweiten Metallfilms, um Gittermaßstäbe zu bilden, die zwischen den Licht aufnehmenden Bereichen angeordnet sind.