JP2002022493A - 光電式エンコーダ及びそのセンサヘッドの製造方法 - Google Patents
光電式エンコーダ及びそのセンサヘッドの製造方法Info
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- 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
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- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
-
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 小型で高性能の光電式エンコーダを提供し、
及びその様な光電エンコーダのセンサヘッドの製造方法
を提供する。 【解決手段】 光電式エンコーダは、反射型のスケール
１とセンサヘッド４により構成される。センサヘッド４
は照射光源２とセンサ基板３とから構成される。センサ
基板３は、透明基板３０上に、各相の変位信号を出力す
るための受光素子群５と、スケールへの照射光を変調す
るインデックス格子６を交互に配列して構成され、イン
デックス格子６は、受光素子群５の金属電極又は金属配
線と同じ材料膜により形成される。
及びその様な光電エンコーダのセンサヘッドの製造方法
を提供する。 【解決手段】 光電式エンコーダは、反射型のスケール
１とセンサヘッド４により構成される。センサヘッド４
は照射光源２とセンサ基板３とから構成される。センサ
基板３は、透明基板３０上に、各相の変位信号を出力す
るための受光素子群５と、スケールへの照射光を変調す
るインデックス格子６を交互に配列して構成され、イン
デックス格子６は、受光素子群５の金属電極又は金属配
線と同じ材料膜により形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光電式エンコー
ダに係り、特に反射型の光電式エンコーダにおけるセン
サヘッドの構造及び製造方法に関する。
ダに係り、特に反射型の光電式エンコーダにおけるセン
サヘッドの構造及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３格子システムの光電式エンコーダは、
光源側にスケール照射光を変調する第１の光学格子（光
源側インデックス格子）、スケール上にはスケール格子
を構成する第２の光学格子、受光側にはスケールからの
光の異なる位相成分を変位信号として出力するための第
３の光学格子（受光側インデックス格子）を備えて構成
される。受光側に、インデックス格子を兼ねて所定ピッ
チの受光素子アレイを用いる方式も用いられている。
光源側にスケール照射光を変調する第１の光学格子（光
源側インデックス格子）、スケール上にはスケール格子
を構成する第２の光学格子、受光側にはスケールからの
光の異なる位相成分を変位信号として出力するための第
３の光学格子（受光側インデックス格子）を備えて構成
される。受光側に、インデックス格子を兼ねて所定ピッ
チの受光素子アレイを用いる方式も用いられている。
【０００３】これらの光電式エンコーダにおいて、スケ
ールを反射型として、光源部と受光部をスケールの一方
側にセンサヘッドとしてまとめると、光源側インデック
ス格子と受光素子アレイを共通の基板に形成することが
でき、小型化や製造の容易さの点で好ましい。この様な
反射型の光電式エンコーダにおいて、特に小型化に有利
な構造として、出願人は先に、受光素子アレイとインデ
ックス格子を互いにオーバーラップさせた状態に配列形
成して垂直光入射方式としたエンコーダを提案している
（特願平９−５１９９８号）。この方式により、微細ス
ケールの光電式エンコーダが得られ、またエアギャップ
を小さくしてうねりの影響を低減することができる。
ールを反射型として、光源部と受光部をスケールの一方
側にセンサヘッドとしてまとめると、光源側インデック
ス格子と受光素子アレイを共通の基板に形成することが
でき、小型化や製造の容易さの点で好ましい。この様な
反射型の光電式エンコーダにおいて、特に小型化に有利
な構造として、出願人は先に、受光素子アレイとインデ
ックス格子を互いにオーバーラップさせた状態に配列形
成して垂直光入射方式としたエンコーダを提案している
（特願平９−５１９９８号）。この方式により、微細ス
ケールの光電式エンコーダが得られ、またエアギャップ
を小さくしてうねりの影響を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一つのセンサ
基板に受光素子アレイとインデックス格子とを互いに重
なる領域をもって形成すると、センサ基板の構造は複雑
になる。また、受光素子アレイの製造工程と、これとは
独立したインデックス格子の形成工程を用いるとする
と、製造工程も複雑になる。
基板に受光素子アレイとインデックス格子とを互いに重
なる領域をもって形成すると、センサ基板の構造は複雑
になる。また、受光素子アレイの製造工程と、これとは
独立したインデックス格子の形成工程を用いるとする
と、製造工程も複雑になる。
【０００５】この発明は、上述した先願の思想を発展さ
せた、小型で高性能の光電式エンコーダを提供するこ
と、及びその様な光電式エンコーダのセンサヘッドの製
造方法を提供することを目的としている。
せた、小型で高性能の光電式エンコーダを提供するこ
と、及びその様な光電式エンコーダのセンサヘッドの製
造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、測定軸に沿
って反射型のスケール格子が形成されたスケールと、こ
のスケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に対
向配置されて前記スケール格子を読み取るセンサヘッド
とを有する光電式エンコーダにおいて、前記センサヘッ
ドは、透明基板と、この透明基板上に形成され、位相の
異なる複数の変位信号を出力するための各相毎に複数本
の受光素子を含んで所定間隔をおいて配列された複数の
受光素子群と、前記透明基板の前記複数の受光素子群の
間に形成されたスケール照射光を変調するためのインデ
ックス格子とを有することを特徴とする。
って反射型のスケール格子が形成されたスケールと、こ
のスケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に対
向配置されて前記スケール格子を読み取るセンサヘッド
とを有する光電式エンコーダにおいて、前記センサヘッ
ドは、透明基板と、この透明基板上に形成され、位相の
異なる複数の変位信号を出力するための各相毎に複数本
の受光素子を含んで所定間隔をおいて配列された複数の
受光素子群と、前記透明基板の前記複数の受光素子群の
間に形成されたスケール照射光を変調するためのインデ
ックス格子とを有することを特徴とする。
【０００７】この発明によると、光電式エンコーダのセ
ンサヘッドは、透明基板に受光素子群とインデックス格
子とが交互に配列された状態に形成されたセンサ基板を
用いて構成される。このセンサ基板構造は、受光素子群
とインデックス格子の領域が重ならないから、構造が簡
単である。従って、小型の反射型エンコーダを得ること
ができる。しかも受光素子群に用いられる金属電極、金
属配線の少なくとも一方と同じ材料を用いてインデック
ス格子を形成することができるから、センサヘッドの製
造工程も簡単になる。
ンサヘッドは、透明基板に受光素子群とインデックス格
子とが交互に配列された状態に形成されたセンサ基板を
用いて構成される。このセンサ基板構造は、受光素子群
とインデックス格子の領域が重ならないから、構造が簡
単である。従って、小型の反射型エンコーダを得ること
ができる。しかも受光素子群に用いられる金属電極、金
属配線の少なくとも一方と同じ材料を用いてインデック
ス格子を形成することができるから、センサヘッドの製
造工程も簡単になる。
【０００８】この発明において、各受光素子群は例え
ば、透明基板のスケールと対向しない側の表面に形成さ
れた透明電極と、この透明電極上に形成された、光電変
換領域を含む半導体層と、この半導体層上に形成された
金属電極と、各相毎に複数本の受光素子の金属電極を共
通接続する出力信号線となる金属配線とを備えて構成さ
れる。
ば、透明基板のスケールと対向しない側の表面に形成さ
れた透明電極と、この透明電極上に形成された、光電変
換領域を含む半導体層と、この半導体層上に形成された
金属電極と、各相毎に複数本の受光素子の金属電極を共
通接続する出力信号線となる金属配線とを備えて構成さ
れる。
【０００９】このとき、各受光素子群における複数本の
受光素子の半導体層は互いに分離されていてもよいし、
或いは複数本の受光素子の半導体層が連続する連結部を
有する構造としてもよい。特に後者の場合、出力信号線
を連結部にコンタクトさせることにより、低抵抗のコン
タクトが可能になる。
受光素子の半導体層は互いに分離されていてもよいし、
或いは複数本の受光素子の半導体層が連続する連結部を
有する構造としてもよい。特に後者の場合、出力信号線
を連結部にコンタクトさせることにより、低抵抗のコン
タクトが可能になる。
【００１０】またこの発明において、複数の受光素子群
とインデックス格子は、測定軸方向に交互に配列されて
もよいし、測定軸と直交する方向に交互に配列されるよ
うにしてもよい。更に、複数の受光素子群とインデック
ス格子の測定軸方向の配列位相を、測定軸と直交する方
向に、スケール格子のピッチの整数倍でステップ的にシ
フトさせることもできる。これにより、スケール幅方向
の照射強度のばらつきの影響を低減することができる。
とインデックス格子は、測定軸方向に交互に配列されて
もよいし、測定軸と直交する方向に交互に配列されるよ
うにしてもよい。更に、複数の受光素子群とインデック
ス格子の測定軸方向の配列位相を、測定軸と直交する方
向に、スケール格子のピッチの整数倍でステップ的にシ
フトさせることもできる。これにより、スケール幅方向
の照射強度のばらつきの影響を低減することができる。
【００１１】この発明はまた、測定軸に沿って反射型の
スケール格子が形成されたスケールと、このスケールに
対して前記測定軸方向に相対移動可能に対向配置されて
前記スケール格子を読み取るセンサヘッドとを有する光
電式エンコーダにおける、前記センサヘッドの製造方法
であって、透明基板に透明電極を形成する工程と、前記
透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成する工
程と、前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、前
記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングして、
それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる位相
の複数の受光素子群を形成すると同時に、各受光素子群
の間に前記金属電極膜によるインデックス格子を形成す
る工程と、前記受光素子群とインデックス格子が形成さ
れた基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶
縁膜上に前記各受光素子群毎に複数の受光素子を共通接
続する出力信号線となる金属配線を形成する工程とを有
することを特徴とする。
スケール格子が形成されたスケールと、このスケールに
対して前記測定軸方向に相対移動可能に対向配置されて
前記スケール格子を読み取るセンサヘッドとを有する光
電式エンコーダにおける、前記センサヘッドの製造方法
であって、透明基板に透明電極を形成する工程と、前記
透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成する工
程と、前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、前
記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングして、
それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる位相
の複数の受光素子群を形成すると同時に、各受光素子群
の間に前記金属電極膜によるインデックス格子を形成す
る工程と、前記受光素子群とインデックス格子が形成さ
れた基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶
縁膜上に前記各受光素子群毎に複数の受光素子を共通接
続する出力信号線となる金属配線を形成する工程とを有
することを特徴とする。
【００１２】この発明は更に、測定軸に沿って反射型の
スケール格子が形成されたスケールと、このスケールに
対して前記測定軸方向に相対移動可能に対向配置されて
前記スケール格子を読み取るセンサヘッドとを有する光
電式エンコーダにおける、前記センサヘッドの製造方法
であって、透明基板に透明電極を形成する工程と、前記
透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成する工
程と、前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、前
記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングして、
それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる位相
の複数の受光素子群を形成する工程と、前記受光素子群
が形成された基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前
記層間絶縁膜上に金属配線膜を形成し、この金属配線膜
をパターニングして前記各受光素子群毎に複数の受光素
子を共通接続する出力信号線と同時に各受光素子群の間
にインデックス格子を形成する工程とを有することを特
徴とする。
スケール格子が形成されたスケールと、このスケールに
対して前記測定軸方向に相対移動可能に対向配置されて
前記スケール格子を読み取るセンサヘッドとを有する光
電式エンコーダにおける、前記センサヘッドの製造方法
であって、透明基板に透明電極を形成する工程と、前記
透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成する工
程と、前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、前
記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングして、
それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる位相
の複数の受光素子群を形成する工程と、前記受光素子群
が形成された基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前
記層間絶縁膜上に金属配線膜を形成し、この金属配線膜
をパターニングして前記各受光素子群毎に複数の受光素
子を共通接続する出力信号線と同時に各受光素子群の間
にインデックス格子を形成する工程とを有することを特
徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。図１Ａは、この発明の実施の
形態による反射型の光電式エンコーダを示す。エンコー
ダは、反射型のスケール１と、これに対向配置されるセ
ンサヘッド４とから構成される。スケール１は、基板１
０に測定軸ｘに沿ってピッチλで反射型のスケール格子
１１が形成されている。センサヘッド４は、照射光源２
とセンサ基板３とから構成され、測定軸ｘ方向に相対移
動可能となっている。
の実施の形態を説明する。図１Ａは、この発明の実施の
形態による反射型の光電式エンコーダを示す。エンコー
ダは、反射型のスケール１と、これに対向配置されるセ
ンサヘッド４とから構成される。スケール１は、基板１
０に測定軸ｘに沿ってピッチλで反射型のスケール格子
１１が形成されている。センサヘッド４は、照射光源２
とセンサ基板３とから構成され、測定軸ｘ方向に相対移
動可能となっている。
【００１４】センサ基板３は、ガラス基板等の透明基板
３０と、この透明基板３０のスケール１と対向する面と
は反対側の面に形成された複数の受光素子群５（５ａ，
５ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）と、各受光素子群５の間に形成
された、照射光を変調するためのインデックス格子６と
を有する。受光素子群５とインデックス格子６とは、こ
の例ではスケール１の測定軸ｘ方向に交互に配置されて
いる。照射光源２は、この様にセンサ基板３上に分散的
に配置されたインデックス格子６に対して略垂直に入射
する照射光を出すものとする。複数の受光素子群５は、
９０°ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相の変位信
号を出力するものであり、各受光素子群５はそれぞれ同
相の複数本の受光素子（この例ではフォトダイオード）
ＰＤを含んで構成されている。
３０と、この透明基板３０のスケール１と対向する面と
は反対側の面に形成された複数の受光素子群５（５ａ，
５ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）と、各受光素子群５の間に形成
された、照射光を変調するためのインデックス格子６と
を有する。受光素子群５とインデックス格子６とは、こ
の例ではスケール１の測定軸ｘ方向に交互に配置されて
いる。照射光源２は、この様にセンサ基板３上に分散的
に配置されたインデックス格子６に対して略垂直に入射
する照射光を出すものとする。複数の受光素子群５は、
９０°ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相の変位信
号を出力するものであり、各受光素子群５はそれぞれ同
相の複数本の受光素子（この例ではフォトダイオード）
ＰＤを含んで構成されている。
【００１５】なお実際のセンサ基板３では、複数の受光
素子群５とインデックス格子６は、図１Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
素子群５とインデックス格子６は、図１Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
【００１６】図２は、センサ基板３の平面図であり、図
３はそのＡ−Ａ’断面図である。透明基板３０には、各
受光素子群５のｐ側共通電極となるＩＴＯ，ＳｎＯ２，
ＺｎＯ等の透明電極３２が形成される。この透明電極３
２上に、ｐ型半導体層３２，ｉ型半導体層３３，ｎ型半
導体層３４が積層されて、ｐｉｎ接合の光電変換領域が
形成されたフォトダイオードＰＤが形成されている。各
フォトダイオードＰＤのｎ型層３４には金属電極３５が
形成されている。各受光素子群５の中の複数本のフォト
ダイオードＰＤの金属電極３５を共通接続するように、
出力信号線となる金属配線３７が形成されている。
３はそのＡ−Ａ’断面図である。透明基板３０には、各
受光素子群５のｐ側共通電極となるＩＴＯ，ＳｎＯ２，
ＺｎＯ等の透明電極３２が形成される。この透明電極３
２上に、ｐ型半導体層３２，ｉ型半導体層３３，ｎ型半
導体層３４が積層されて、ｐｉｎ接合の光電変換領域が
形成されたフォトダイオードＰＤが形成されている。各
フォトダイオードＰＤのｎ型層３４には金属電極３５が
形成されている。各受光素子群５の中の複数本のフォト
ダイオードＰＤの金属電極３５を共通接続するように、
出力信号線となる金属配線３７が形成されている。
【００１７】半導体層３２，３３，３４には好ましくは
アモルファスシリコンを用いるが、ＺｎＳｅ，ＣｄＳｅ
等の他の半導体層を用いることもできる。また、フォト
ダイオードは、ｐｉｎ接合構造の他、ｐｎ接合構造であ
ってもよい。
アモルファスシリコンを用いるが、ＺｎＳｅ，ＣｄＳｅ
等の他の半導体層を用いることもできる。また、フォト
ダイオードは、ｐｉｎ接合構造の他、ｐｎ接合構造であ
ってもよい。
【００１８】透明基板３０のインデックス格子６の領域
には、図３に示すように受光素子群５の領域と同様のフ
ォトダイオード構造が作られている。これらのフォトダ
イオードはダミー素子である。これらのダミーのフォト
ダイオードの金属電極３５が、インデックス格子６の不
透過部としてパターニングされている。
には、図３に示すように受光素子群５の領域と同様のフ
ォトダイオード構造が作られている。これらのフォトダ
イオードはダミー素子である。これらのダミーのフォト
ダイオードの金属電極３５が、インデックス格子６の不
透過部としてパターニングされている。
【００１９】インデックス格子６は、受光素子群５に挟
まれる形で分散的に形成される。インデックス格子６の
格子ピッチは、スケール１のスケール格子ピッチλと同
じ（或いはより一般的にはλの整数倍）とし、受光素子
群５を間に挟んで分散されるインデックス格子６の配列
ピッチＰ１は、Ｐ１＝ｎλ（ｎは正の整数）とする。ま
た受光素子群５に含まれる複数本（図２及び図３の例
は、４本）のフォトダイオードＰＤは同相であるから、
ピッチがλ（或いはより一般的にはλの整数倍）とす
る。受光素子群５の配列ピッチＰ２は、Ｐ２＝（ｍ＋１
／４）λ（ｍは正の整数）としている。これにより、各
受光素子群５から、９０°ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，Ａ
Ｂ，ＢＢ相の変位信号が得られることになる。
まれる形で分散的に形成される。インデックス格子６の
格子ピッチは、スケール１のスケール格子ピッチλと同
じ（或いはより一般的にはλの整数倍）とし、受光素子
群５を間に挟んで分散されるインデックス格子６の配列
ピッチＰ１は、Ｐ１＝ｎλ（ｎは正の整数）とする。ま
た受光素子群５に含まれる複数本（図２及び図３の例
は、４本）のフォトダイオードＰＤは同相であるから、
ピッチがλ（或いはより一般的にはλの整数倍）とす
る。受光素子群５の配列ピッチＰ２は、Ｐ２＝（ｍ＋１
／４）λ（ｍは正の整数）としている。これにより、各
受光素子群５から、９０°ずつ位相がずれたＡ，Ｂ，Ａ
Ｂ，ＢＢ相の変位信号が得られることになる。
【００２０】なお、受光素子群５の配列ピッチＰ２は、
４相出力を得るためには、より一般的には、Ｐ２＝（ｍ
＋Ｍ／４）λ（ｍは正の整数，Ｍは奇数）とすればよ
い。例えば、Ｍ＝３とすれば、受光素子群５から２７０
°ずつ位相がずれたＡ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相の順で変位信
号が得られる。また、１２０°ずつ位相がずれた３相出
力を得るためには、受光素子群５の配列ピッチＰ２は、
Ｐ２＝（ｍ＋１／３）λ（ｍは正の整数）とすればよ
い。
４相出力を得るためには、より一般的には、Ｐ２＝（ｍ
＋Ｍ／４）λ（ｍは正の整数，Ｍは奇数）とすればよ
い。例えば、Ｍ＝３とすれば、受光素子群５から２７０
°ずつ位相がずれたＡ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相の順で変位信
号が得られる。また、１２０°ずつ位相がずれた３相出
力を得るためには、受光素子群５の配列ピッチＰ２は、
Ｐ２＝（ｍ＋１／３）λ（ｍは正の整数）とすればよ
い。
【００２１】この様にこの実施の形態では、センサ基板
３には、受光素子群５とインデックス格子６とが領域が
重ならない状態で交互に配列される。このため、上述の
ように受光素子群５に用いられる金属電極３５の材料膜
をそのままインデックス格子６に利用することができ
る。
３には、受光素子群５とインデックス格子６とが領域が
重ならない状態で交互に配列される。このため、上述の
ように受光素子群５に用いられる金属電極３５の材料膜
をそのままインデックス格子６に利用することができ
る。
【００２２】センサ基板３の製造工程を具体的に説明す
れば、次のようになる。透明基板３０にまず、透明電極
３１を全面に形成し、これをリソグラフィ工程を経て選
択エッチングして受光素子群５の領域のみに残す。次い
で、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層３２，３３，３４を順
次堆積し、更にこの上に金属電極３５を堆積する。これ
らの積層膜をリソグラフィ工程を経て順次選択エッチン
グして、フォトダイオードＰＤを形成する。このときフ
ォトダイオードＰＤの金属電極３５と同じ金属材料膜に
よって、インデックス格子６を形成する。
れば、次のようになる。透明基板３０にまず、透明電極
３１を全面に形成し、これをリソグラフィ工程を経て選
択エッチングして受光素子群５の領域のみに残す。次い
で、ｐ型、ｉ型、ｎ型の半導体層３２，３３，３４を順
次堆積し、更にこの上に金属電極３５を堆積する。これ
らの積層膜をリソグラフィ工程を経て順次選択エッチン
グして、フォトダイオードＰＤを形成する。このときフ
ォトダイオードＰＤの金属電極３５と同じ金属材料膜に
よって、インデックス格子６を形成する。
【００２３】この後、基板全面を層間絶縁膜３６で覆
う。このとき必要に応じて、ＣＭＰによる平坦化処理を
行う。そして、層間絶縁膜３６にコンタクト孔を開け、
出力信号線となる金属配線３７を形成する。金属配線３
７の上は更にＰＳＧ膜等による保護膜（パシベーション
膜）３８で覆う。保護膜３８には、図示しないが配線パ
ッドを露出させる開口を形成する。
う。このとき必要に応じて、ＣＭＰによる平坦化処理を
行う。そして、層間絶縁膜３６にコンタクト孔を開け、
出力信号線となる金属配線３７を形成する。金属配線３
７の上は更にＰＳＧ膜等による保護膜（パシベーション
膜）３８で覆う。保護膜３８には、図示しないが配線パ
ッドを露出させる開口を形成する。
【００２４】この製造工程では、マスク工程は次の５工
程で済む。 （１）透明電極３１のパターニング （２）半導体層３３−３４と金属電極３５の積層膜パタ
ーニング （３）層間絶縁膜３６のコンタクト孔形成 （４）金属配線３７のパターニング （５）保護膜３８の配線パッド開口 ちなみに、インデックス格子を受光素子群とは独立に形
成しようとすると、マスク工程は７工程必要となる。
程で済む。 （１）透明電極３１のパターニング （２）半導体層３３−３４と金属電極３５の積層膜パタ
ーニング （３）層間絶縁膜３６のコンタクト孔形成 （４）金属配線３７のパターニング （５）保護膜３８の配線パッド開口 ちなみに、インデックス格子を受光素子群とは独立に形
成しようとすると、マスク工程は７工程必要となる。
【００２５】以上のようにこの実施の形態によると、セ
ンサ基板の受光素子群とインデックス格子とを、金属膜
を共通に利用して、互いにオーバーラップしないように
交互に配列している。これにより、センサ基板の構造は
簡単になり、小型の反射型エンコーダが得られる。また
製造工程はマスク工程数が少なく、簡単である。
ンサ基板の受光素子群とインデックス格子とを、金属膜
を共通に利用して、互いにオーバーラップしないように
交互に配列している。これにより、センサ基板の構造は
簡単になり、小型の反射型エンコーダが得られる。また
製造工程はマスク工程数が少なく、簡単である。
【００２６】図４は、別の実施の形態によるセンサ基板
３の図３に対応する断面を示している。この構造では、
インデックス格子６の領域で半導体層が完全に除去さ
れ、ダミーのフォトダイオードがない。インデックス格
子６は、金属配線３７と同じ材料膜のパターニングによ
って形成している。この場合も、製造工程は先の実施の
形態と同様であり、マスク工程は５工程で済む。
３の図３に対応する断面を示している。この構造では、
インデックス格子６の領域で半導体層が完全に除去さ
れ、ダミーのフォトダイオードがない。インデックス格
子６は、金属配線３７と同じ材料膜のパターニングによ
って形成している。この場合も、製造工程は先の実施の
形態と同様であり、マスク工程は５工程で済む。
【００２７】図３の構造と図４の構造の組み合わせも可
能である。即ち図３に示すように、インデックス格子６
の領域にダミー素子であるフォトダイオードを形成する
と同時に、図４に示すように金属配線３７を用いてイン
デックス格子６を形成する。この場合、ダミー素子の金
属電極２５とその上の金属配線３７の重なりによりイン
デックス格子が決定されることになる。
能である。即ち図３に示すように、インデックス格子６
の領域にダミー素子であるフォトダイオードを形成する
と同時に、図４に示すように金属配線３７を用いてイン
デックス格子６を形成する。この場合、ダミー素子の金
属電極２５とその上の金属配線３７の重なりによりイン
デックス格子が決定されることになる。
【００２８】図５は、他の実施の形態によるセンサ基板
３についての、図２に対応する平面図である。このセン
サ基板３においては、各受光素子群５における複数本の
フォトダイオードＰＤが、連結部５１で半導体層及び上
部電極が連続するようにパターニングされている。この
様な連結部５１を設けて、この連結部５１を金属配線３
７のコンタクト部として利用することにより、複数本の
フォトダイオードＰＤに対する低抵抗の配線接続が可能
になる。
３についての、図２に対応する平面図である。このセン
サ基板３においては、各受光素子群５における複数本の
フォトダイオードＰＤが、連結部５１で半導体層及び上
部電極が連続するようにパターニングされている。この
様な連結部５１を設けて、この連結部５１を金属配線３
７のコンタクト部として利用することにより、複数本の
フォトダイオードＰＤに対する低抵抗の配線接続が可能
になる。
【００２９】図６Ａは、更に他の実施の形態によるセン
サ基板３の平面図を、図２及び図５に対応させて示して
いる。この実施の形態においては、複数の受光素子群５
とインデックス格子６の測定軸ｘ方向の配列位相を、測
定軸ｘと直交する方向に、スケール格子１１のピッチλ
で（より一般的にはλの整数倍で）ステップ的にシフト
させている。換言すれば、図５に示した受光素子群５と
インデックス格子６の配列を１ユニットとして、測定軸
ｘと直交する方向に複数ユニットを、それらのユニット
の間が順次測定軸ｘ方向にλだけ位相がずれた状態で配
置したものということができる。
サ基板３の平面図を、図２及び図５に対応させて示して
いる。この実施の形態においては、複数の受光素子群５
とインデックス格子６の測定軸ｘ方向の配列位相を、測
定軸ｘと直交する方向に、スケール格子１１のピッチλ
で（より一般的にはλの整数倍で）ステップ的にシフト
させている。換言すれば、図５に示した受光素子群５と
インデックス格子６の配列を１ユニットとして、測定軸
ｘと直交する方向に複数ユニットを、それらのユニット
の間が順次測定軸ｘ方向にλだけ位相がずれた状態で配
置したものということができる。
【００３０】即ち、図６Ａの場合、受光素子群５ａ，５
ｂ，…が、それぞれ３分割された受光素子群（５ａ１〜
５ａ３），（５ｂ１〜５ｂ３），…として、同様にイン
デックス格子６が３個のインデックス格子（６１〜６
３）として、測定軸ｘと直交する方向に配置されてい
る。この場合、３つのユニットは、同相であり、従って
受光素子群６の金属配線３７は、それらの３つのユニッ
トに共通に測定軸ｘに対して傾斜して配設される。
ｂ，…が、それぞれ３分割された受光素子群（５ａ１〜
５ａ３），（５ｂ１〜５ｂ３），…として、同様にイン
デックス格子６が３個のインデックス格子（６１〜６
３）として、測定軸ｘと直交する方向に配置されてい
る。この場合、３つのユニットは、同相であり、従って
受光素子群６の金属配線３７は、それらの３つのユニッ
トに共通に測定軸ｘに対して傾斜して配設される。
【００３１】この実施の形態の場合も、実際の受光素子
群５とインデックス格子６の配列は、図６Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
群５とインデックス格子６の配列は、図６Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
【００３２】この実施の形態のセンサ基板３の製造工程
は、先の実施の形態と同様であり、受光素子群５の上部
電極金属又は配線金属を用いてインデックス格子６を形
成する。この様なレイアウトを用いると、光源の照射光
強度が測定軸ｘと直交する方向にばらつきがある場合に
も、そのばらつきの影響を低減することができる。
は、先の実施の形態と同様であり、受光素子群５の上部
電極金属又は配線金属を用いてインデックス格子６を形
成する。この様なレイアウトを用いると、光源の照射光
強度が測定軸ｘと直交する方向にばらつきがある場合に
も、そのばらつきの影響を低減することができる。
【００３３】図７Ａは更に別の実施の形態による光電式
エンコーダを図１Ａに対応させて示している。スケール
１は図１の実施の形態と同じである。センサヘッドのセ
ンサ基板３は、この実施の形態の場合には、複数の受光
素子群５とインデックス格子６とが、測定軸ｘと直交す
る方向に交互に配列されている。図８は、そのセンサ基
板３の平面図を拡大して示している。
エンコーダを図１Ａに対応させて示している。スケール
１は図１の実施の形態と同じである。センサヘッドのセ
ンサ基板３は、この実施の形態の場合には、複数の受光
素子群５とインデックス格子６とが、測定軸ｘと直交す
る方向に交互に配列されている。図８は、そのセンサ基
板３の平面図を拡大して示している。
【００３４】各受光素子群５は、先の各実施の形態と同
様に複数本のフォトダイオードＰＤを含む。図８の例で
は、連続して形成される複数本のフォトダイオードＰＤ
を１ユニットとして、測定軸方向に複数ユニットの受光
素子群が配列されるようにしている。しかし、測定軸ｘ
方向に並ぶフォトダイオードＰＤは全て同相であるか
ら、ユニットを構成することなく、図２の例のように個
々に分離されたフォトダイオードＰＤの配列としてもよ
い。
様に複数本のフォトダイオードＰＤを含む。図８の例で
は、連続して形成される複数本のフォトダイオードＰＤ
を１ユニットとして、測定軸方向に複数ユニットの受光
素子群が配列されるようにしている。しかし、測定軸ｘ
方向に並ぶフォトダイオードＰＤは全て同相であるか
ら、ユニットを構成することなく、図２の例のように個
々に分離されたフォトダイオードＰＤの配列としてもよ
い。
【００３５】測定軸ｘ方向に並ぶフォトダイオードＰＤ
は、その上部金属電極が金属配線３７により共通接続さ
れる。測定軸ｘと直交する方向に配列された受光素子群
５（５ａ，５ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）の間は、図８に示し
たように位相がλ／４ずつずれている。或いはこの位相
ずれは、３λ／４とすることができる。各受光素子群５
の間に配置されたインデックス格子６は全て同じ位相を
持つ。これにより各受光素子群５から、Ａ，Ｂ，ＡＢ，
ＢＢ相の出力変位信号が得られる。
は、その上部金属電極が金属配線３７により共通接続さ
れる。測定軸ｘと直交する方向に配列された受光素子群
５（５ａ，５ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）の間は、図８に示し
たように位相がλ／４ずつずれている。或いはこの位相
ずれは、３λ／４とすることができる。各受光素子群５
の間に配置されたインデックス格子６は全て同じ位相を
持つ。これにより各受光素子群５から、Ａ，Ｂ，ＡＢ，
ＢＢ相の出力変位信号が得られる。
【００３６】この実施の形態の場合も、実際の受光素子
群５とインデックス格子６の配列は、図７Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
群５とインデックス格子６の配列は、図７Ｂに示すよう
に、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢ相を１セットとして、複数セッ
ト配列され、各セットの同相出力信号線は共通接続され
る。これにより、信号強度の保証とＳ／Ｎ向上が図られ
る。
【００３７】この実施の形態のセンサ基板も先の実施の
形態と同様の工程で製造することができ、受光素子群５
の上部電極金属又は配線金属を用いてインデックス格子
６を形成する。従ってこの実施の形態によっても、先の
実施の形態と同様に簡単な工程で小型の反射型エンコー
ダを作ることができる。
形態と同様の工程で製造することができ、受光素子群５
の上部電極金属又は配線金属を用いてインデックス格子
６を形成する。従ってこの実施の形態によっても、先の
実施の形態と同様に簡単な工程で小型の反射型エンコー
ダを作ることができる。
【００３８】なおこの発明の光電式エンコーダにおい
て、照射光源は、センサ基板の複数箇所に分散配置され
たインデックス格子をほぼ均等に垂直照射できるもので
あればよい。
て、照射光源は、センサ基板の複数箇所に分散配置され
たインデックス格子をほぼ均等に垂直照射できるもので
あればよい。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
電式エンコーダのセンサヘッドは、透明基板に受光素子
群とインデックス格子とが交互に配列された状態に形成
されたセンサ基板を用いて構成される。このセンサ基板
構造は、受光素子群とインデックス格子の領域が重なら
ないから、構造が簡単である。従って、小型の反射型エ
ンコーダを得ることができる。しかも受光素子群に用い
られる金属電極又は金属配線と同じ材料を用いてインデ
ックス格子を形成することができるから、センサヘッド
の製造工程も簡単になる。
電式エンコーダのセンサヘッドは、透明基板に受光素子
群とインデックス格子とが交互に配列された状態に形成
されたセンサ基板を用いて構成される。このセンサ基板
構造は、受光素子群とインデックス格子の領域が重なら
ないから、構造が簡単である。従って、小型の反射型エ
ンコーダを得ることができる。しかも受光素子群に用い
られる金属電極又は金属配線と同じ材料を用いてインデ
ックス格子を形成することができるから、センサヘッド
の製造工程も簡単になる。
【図１Ａ】 この発明の実施の形態による光電式エンコ
ーダの構成を示す分解斜視図である。
ーダの構成を示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】 同実施の形態の受光素子群とインデックス
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
【図２】 同実施の形態のセンサ基板の平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】 別の実施の形態によるセンサ基板の図３に対
応する断面図である。
応する断面図である。
【図５】 別の実施の形態によるセンサ基板の平面図で
ある。
ある。
【図６Ａ】 別の実施の形態によるセンサ基板の平面図
である。
である。
【図６Ｂ】 同実施の形態の受光素子群とインデックス
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
【図７Ａ】 別の実施の形態による光電式エンコーダを
示す分解斜視図である。
示す分解斜視図である。
【図７Ｂ】 同実施の形態の受光素子群とインデックス
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
格子の複数セットの配置構成を示す図である。
【図８】 同実施の形態のセンサ基板の拡大平面図であ
る。
る。
１…スケール、２…照射光源、３…センサ基板、４…セ
ンサヘッド、５（５ａ，４ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）…受光
素子群、６…インデックス格子、３０…透明基板、３１
…透明電極、３２…ｐ型半導体層、３３…ｉ型半導体
層、３４…ｎ型半導体層、３５…金属電極、３６…層間
絶縁膜、３７…金属配線、３８…保護膜、ＰＤ…フォト
ダイオード。
ンサヘッド、５（５ａ，４ｂ，５ａｂ，５ｂｂ）…受光
素子群、６…インデックス格子、３０…透明基板、３１
…透明電極、３２…ｐ型半導体層、３３…ｉ型半導体
層、３４…ｎ型半導体層、３５…金属電極、３６…層間
絶縁膜、３７…金属配線、３８…保護膜、ＰＤ…フォト
ダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐山 哲郎 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA07 BB02 BB29 FF18 GG01 HH05 JJ03 JJ05 JJ18 JJ26 MM03 2F103 BA31 BA42 DA02 DA12 EA02 EA15 EA17 EA18 EA19 EA20 EB01 EB12 EB15 EB16 EB32 EB37 FA12 5F088 AA01 AA03 EA02 FA05 FA09 FA11 FA20 GA02 HA09 HA20
Claims (11)
- 【請求項１】 測定軸に沿って反射型のスケール格子が
形成されたスケールと、このスケールに対して前記測定
軸方向に相対移動可能に対向配置されて前記スケール格
子を読み取るセンサヘッドとを有する光電式エンコーダ
において、前記センサヘッドは、 透明基板と、 この透明基板上に形成され、位相の異なる複数の変位信
号を出力するための各相毎に複数本の受光素子を含んで
所定間隔をおいて配列された複数の受光素子群と、 前記透明基板の前記複数の受光素子群の間に形成された
スケール照射光を変調するためのインデックス格子とを
有することを特徴とする光電式エンコーダ。 - 【請求項２】 前記各受光素子群は、 前記透明基板の前記スケールと対向しない側の表面に形
成された透明電極と、 この透明電極上に形成された、光電変換領域を含む半導
体層と、 この半導体層上に形成された金属電極と、 各相毎に複数本の受光素子の金属電極を共通接続する出
力信号線となる金属配線とを有することを特徴とする請
求項１記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項３】 前記各受光素子群における複数本の受光
素子の半導体層は互いに分離されていることを特徴とす
る請求項２記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項４】 前記各受光素子群は、複数本の受光素子
の半導体層が連続する連結部を有することを特徴とする
請求項２記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項５】 前記インデックス格子は、前記受光素子
群の金属電極及び金属配線の少なくとも一方と同じ材料
膜をパターニングして作られていることを特徴とする請
求項２記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項６】 前記複数の受光素子群とインデックス格
子は、前記測定軸方向に交互に配列されていることを特
徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項７】 前記複数の受光素子群とインデックス格
子は、前記測定軸と直交する方向に交互に配列されてい
ることを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。 - 【請求項８】 前記複数の受光素子群とインデックス格
子の前記測定軸方向の配列位相を、前記測定軸と直交す
る方向に、前記スケール格子のピッチの整数倍でステッ
プ的にシフトさせていることを特徴とする請求項７記載
の光電式エンコーダ。 - 【請求項９】 前記複数の受光素子群とインデックス格
子は、複数位相分を１セットとして複数セット配列さ
れ、各セットの同相の出力信号線が共通接続されている
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の光
電式エンコーダ。 - 【請求項１０】 測定軸に沿って反射型のスケール格子
が形成されたスケールと、このスケールに対して前記測
定軸方向に相対移動可能に対向配置されて前記スケール
格子を読み取るセンサヘッドとを有する光電式エンコー
ダにおける、前記センサヘッドの製造方法であって、 透明基板に透明電極を形成する工程と、 前記透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成す
る工程と、 前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、 前記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングし
て、それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる
位相の複数の受光素子群を形成すると同時に、各受光素
子群の間に前記金属電極膜によるインデックス格子を形
成する工程と、 前記受光素子群とインデックス格子が形成された基板上
に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜上に前記各受光素子群毎に複数本の受光
素子を共通接続する出力信号線となる金属配線を形成す
る工程とを有することを特徴とするセンサヘッドの製造
方法。 - 【請求項１１】 測定軸に沿って反射型のスケール格子
が形成されたスケールと、このスケールに対して前記測
定軸方向に相対移動可能に対向配置されて前記スケール
格子を読み取るセンサヘッドとを有する光電式エンコー
ダにおける、前記センサヘッドの製造方法であって、 透明基板に透明電極を形成する工程と、 前記透明電極上に光電変換領域を含む半導体層を形成す
る工程と、 前記半導体層に金属電極膜を形成する工程と、 前記金属電極膜と半導体層の積層膜をパターニングし
て、それぞれ同相の複数本ずつの受光素子を含む異なる
位相の複数の受光素子群を形成する工程と、 前記受光素子群が形成された基板上に層間絶縁膜を形成
する工程と、 前記層間絶縁膜上に金属配線膜を形成し、この金属配線
膜をパターニングして前記各受光素子群毎に複数の受光
素子を共通接続する出力信号線と同時に各受光素子群の
間にインデックス格子を形成する工程とを有することを
特徴とするセンサヘッドの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000200477A JP3589621B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 光電式エンコーダ及びそのセンサヘッドの製造方法 |
| US09/891,404 US6621068B2 (en) | 2000-07-03 | 2001-06-27 | Optical encoder and method of fabricating its sensor head |
| GB0116044A GB2368906B (en) | 2000-07-03 | 2001-06-29 | Optical encoder and method of fabricating its sensor head |
| DE10132167.8A DE10132167B4 (de) | 2000-07-03 | 2001-07-03 | Optischer Codierer und Verfahren zur Herstellung seines Sensorkopfes |
Applications Claiming Priority (1)
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