JPS6014287B2 - 光電型エンコ−ダのスケ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、２つの光学格子を相対移動させて得た光の
明暗から物理量を検知するようにした光電型ェソコーダ
のスケールの改良に関する。

従来の光電型ェンコーダは、光源からしンズを適して一
方の光学格子に光線を照射し、この光学格子を通過した
光線が他方の光学格子を通過して反対側に配置されたレ
ンズを介して受光器に至るようにされている。従って、
光源からの光は、２つの光学格子を通過しなければなら
ずまた途中において複雑な回折光が混じり、さらに格子
の基材たるガラス表面での反射、屈折、さらにはガラス
内部での吸収により減衰し、その結果受光器によって得
られる信号はノイズを含みかつ、微弱とならざるを得な
かった。

さらに光源、レンズ、受光器を配置するために、必然的
にェンコーダが大型とならざるを得なかつた。また２つ
の光学格子の間に斜めに光線を入射させるようにした反
射型の光電型ェンコーダがあるが、これも回折、散乱、
反射等による光の損失が大きいとともに、光源および受
光器の取付を斜めにしなければならないために構造が複
雑であり、また小型化が十分でなかった。

上記従来の問題点を解消するために、本出願人によって
、一方の光学格子に、半導体基体にこれと相反する導電
型の細帯状の半導体層を一定ピッチに配設し、これに他
方の光学格子を透過した光線を照射するようにし、前記
半導体基体と半導体層から出力を得るようにしたものが
提案されている。

この提案は、受光側のレンズを省略したこと、光源から
の光線が一方の光学格子のみを通過するようにされたこ
と、第２の光学格子と受光器の間隔が零になったことに
おいて、小型化および効率が向上されている。

また前記提案に対して、前記半導体基体および半導体層
からなるスリット状の受光素子による出力の高周波特性
の改善策として、スリットの抵抗を解消もしくは減少さ
せるために、受光素子の全面を透明導電体材料で覆って
出力をまとめるようにしたものが提案されている。

また連続平面状の半導体層の上に、不透明膿スリットを
設け、これによって、高周波特性を改善するとともに製
造を容易にしたものも提案されている。

さらに、前記半導体層および半導体層をＭＯＳ半導体と
し、前記不透明膜スリットをＭＯＳ半導体における金属
部により構成したものも提案されている。

しかしながら、これらの光電型ェンコーダのスケールは
小型化が十分でなく、また例えば、ＭＯＳ半導体を利用
したスケールの場合、材料となるシリコン結晶体が高価
であるとともに長い製品を製造できないため、経済的、
技術的に困難な問題を有している。

これは、特にメインスケールに適用する場合に困難を伴
なう。また、一般に反射型のェンコーダは透過型のェン
コーダより小型であるが、反射型の場合、反射スケール
に照射するための光線は傾斜光として入射させなければ
ならず、このため回折、散乱、反射等による光の損失が
大きく、また発光部と受光部の取付が斜めになり、構造
が複雑となるという欠点がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、さらに小型化および部品点数を減少させるとともに
、反射型のものにおいても光源を傾斜して取り付ける必
要のない光電型ェンコーダのスケールを提供するを目的
とする。

この目的は、２つの光学格子を相対移動させて得た光の
明暗から物理量を検知するようにした光電型ェンコーダ
のスケールにおいて、光透過性基材上に、光遮断性かつ
導電性材料からなる第１の信号導出材層と光を電気信号
に変換するＰＮ半導体層と、光透過性かつ導電性材料か
らなる第２の信号導出材層と、とこの順で積層形成した
受光部を級帯状に一定ピッチで配設してなり、前記光透
過性基材方向からの光に対して、前記受光部を光遮断ス
リットとするとともに該受光部間を光透過スリットとし
て光学格子を形成することによって前記目的を達成する
ものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明にかかる光電型ェンコーダのスケールの
実施例を示す平面図、第２図は第１図のロー０線に沿う
拡大断面図である。

この実施例は、例えばガラスよりなる光透過性基材１上
に、光遮断性かつ導電性材料、例えば金属膜からなる第
１の信号導出材層２と、光を電気信号に変換するＰＮ半
導体層３と、光透過性かつ導電性材料例えばＩＱ０３、
ＳＮ０２、Ｓｉまたはこれらの混合物からなる透明膜の
第２の信号導出材層４と、をこの順で積層形成した受光
部５を細帯状に一定ピッチで配設してスケールＳを形成
したものである。

前記スケールＳは第３図に示されるように、反射型メイ
ンスケールＭに対して、その反射部６光受光部５が対面
するように配置され、反射型メインスケールＭに向かっ
て、スケールＳの背面からしンズ７を介して光源８から
の光線が入射するようにされている。

メインスケールＭの各反射部６の間は、光透過部もしく
は光吸収部からなる非反射部とされている。即ち、前記
受光部５の第１の信号導出材層２が光源８からの光線を
遮断する作用をなし、これによって受光部５は光遮断ス
リットとなり、また各受光部５間は光透過スリットの作
用をなし、光源８からの光線が光透過性基材１を通して
反射型メインスケールＭに照射され得るようになってい
る。

また反射型メインスケールＭの反射部６によって反射さ
れた光線は、受光部５の第２の信号導出材層４を通って
ＰＮ半導体層３に至り、ここで半導体の電気的出力に変
換される。

ＰＮ半導体層３における電気出力は、出力端子９および
１０から外部に取り出される。すなわち、前記スケール
Ｓはインデックススケールと、受光素子とが一体となっ
たィンデックセンサーの機能をなすようにされている。

次に上記スケールＳの製造方法を説明する。

まず光透過性基材１たるガラス基板を、真空蒸着装暦内
に装着し、５×１０‐年ｏｒｒの真空度の環境で、１５
０〜２０ぴ０に加熱し、タングステンボードからＣｒを
蒸発させ、ガラス基板上にＣｒを蒸着させて２０００〜
３０００Ａの厚さの第１の信号導出材層２たるＣｒ膜を
形成する。次に前記Ｃ頚莫を形成したガラス基板をプラ
ズマチャンバーに入れて３００℃に加熱し、ＳｉＨ４１
０％を含むＡｒガスを比ガスにより１ぴ鞠こ希釈したガ
スを前記プラズマチャンバーに導入し、０．１〜２ｂｒ
ｒの圧力下で高周波グロー放電により、Ｎ型非品質シリ
コン（Ｎ−ａ一Ｓｉ）膜１１、およびＰ型非晶質シリコ
ン（Ｐ−ａ−Ｓｉ）膜１２を、前記第１の信号導出材層
２の上に糠層し、これによって約１ムの厚さのＰＮ半導
体層を形成する。前記Ｎ型非晶質シリコン膜１１は析出
初期に徴量のＰＨ３を反応ガス中に混入することにより
、また、Ｐ型非晶質シリコン膜１２は途中で前記ＰＨ３
をＢ２日６に切換えることによりそれぞれ析出させる。
ここで、ＰＮ半導体層３の形成は、熱分解法、スバッタ
蒸着法等の他の方法によってもよい。また半導体層形成
のときに、最初にＰＨ３を入れてＮ型層を作り、次に不
純物を含まないｉ層（ィントリンシック層）を作り、さ
らにＢ２日６を入れてＰ層を作り、Ｐ−ｉ−Ｎ構造を形
成してＰ−ｉ間に出釆る接合により光電力を得るように
してもよい。この場合は感度が向上する。次に、ＰＮ半
導体層３を形成した基材１を真空蒸着槽内に入れ、１５
０ｏｏに加熱し、アルミナつばに入れたｌｎ２０３を電
子ビーム叢着法により約１０００Ａの厚さのｌｎ２０３
膜を蒸着させ、これによって前記ＰＮ半導体層３の上に
第２の信号導出材層４を形成する。

次にスピン塗装法によりホトレジストを約２舷の厚さ‘
こ塗布し、乾燥させる。

さらにマスクにより出力端子部９を遮光した後、紫外線
で露光して現像し、出力端子部９のホトレジストを除去
する。次いで、ケミカルエッチングあるいはプラズマエ
ッチング等の方法により、出力端子９部分の第２の信号
導出材層４およびＰＮ半導体層３を除去し、第１の信号
導出材層２を露出させる。

同様にして、受光部５の間の光透過スリットＩ３部分以
外の部分をホトレジストで覆い、該光透過スリット１３
に該当する第１、２の信号導出材層２，４およびＰＮ半
導体層３をプラズマエッチング等により除去し、光透過
性基材１を琢出させる。

ここで光透過スリット１３の幅は、受光部５の光透過性
基材１の表面からの高さの２倍以上とするのが明暗を検
知するのに都合がよい。

次に第１の信号導出材層２および第２の信号導出材層４
から出力電流を取り出すための導線を前記出力端子９お
よび１０に導電性接着材により取り付け、最後にＰＮ半
導体層を保護するために全体に薄くシリコンワニスを塗
布乾燥して完成させる。

次に本発明の他の実施例を第４図を参照して説明する。

ここで前記第１実施例と同一または同様の部分には同一
の符号を付することにより説明を省略する。この実施例
は、前記スケールＳにおいて、前記光透過性基材１を介
して前記受光部５の反対側に光源１４、およびこの光源
１４からの光が前記光透過性基材１を通って反対側に照
射されるように反射する反射鏡１５を設けたものである
。

前記反射鏡１５は、光透過性基材１の光源１４側に一体
的に設けられた略半球状の透明樹脂１６の外側に蒸着金
属膜等の光反射膜を設けることにより形成されたもので
ある。

前記透明樹脂１６は前記光透過性基材１と同一の屈折率
の透光性材料よりなり、光源１４の周囲に充填され、こ
れにより光源１４からの光が光透過性基材１に達する間
の光路における屈折率が改善されるようになっている。

この実施例は、光源１４をインデックススケールＳ自体
に取り付け、かつ透明樹脂１６によって一体的にモール
ドされているので、単に２つのスケールを配設するのみ
でェンコーダを構成できるという効果がある。また光源
とインデックススケールＳが一体的であるので振動によ
る故障あるいは謀畠葦が解消されるという利点を有する
。本発明は上記のように構成したので、スケールと受光
素子を一体とすることができ、従ってェンコーダを薄型
にできるとともに部品点数を減少できるという効果を有
する。また受光素子の背面から投光できるので、反射型
スケールにおいて、インデックススケールとメインスケ
ールを平行かつ接近でき、従って光の回折、散乱等によ
る光の損失を小さくできるという効果を有する。さらに
インデックススケールと受光素子を一体にすることによ
り、受光素子をメインスケールに設けた場合に比較して
小さくでき、製造が容易、かつ低コストとなる効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる光電型ェンコーダのスケールを
示す平面図、第２図は第１図のローロ線に沿う拡大断面
図、第３図は同実施例にかかる光電型ェンコーダの菱部
を示す略示側面図、第４図は同本発明の第２実施例を示
す略示側面図である。 Ｓ……スケール、Ｍ……メインスケール、１…・・・光
透過性基材、２…・・・第１の信号導出材層、３・・・
・・・ＰＮ半導体層、４…・・・第２の信号導出材層、
５・・・・・・受光部、１１・・・・・・Ｎ型非晶質シ
リコン膜、１２・・・・・・Ｐ型非晶質シリコン膜、１
３・・・・・・光透過スリット部。 兼′函 舟２図 多３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの光学格子を相対移動させて得た光の明暗から
   物理量を検知するようにした光電型エンコーダのスケー
   ルにおいて、光透過性基材上に、光遮断性かつ導電性材
   料からなる第１の信号導出材層と、光を電気信号に変換
   するＰＮ半導体層と、光透過性かつ導電性材料からなる
   第２の信号導出材層と、をこの順で積層形成した受光部
   を細帯状に一定ピツチで配設してなり、前記光透過性基
   材方向からの光に対して、前記受光部を光遮断スリツト
   とするとともに該受光部間を光透過スリツトとして光学
   格子を形成したことを特徴とする光電型エンコーダのス
   ケール。 ２ 前記受光部の光透過性基材表面からの高さを前記光
   透過スリツトの幅の２分の１以下としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光電型エンコーダのスケ
   ール。 ３ 前記ＰＮ半導体層は非晶質半導体からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の光電
   型エンコーダのスケール。 ４ 前記半導体層がＰ−ｉ−Ｎ構造からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光電型エンコーダの
   スケール。