DE10159855A1

DE10159855A1 - Optischer Codierer

Info

Publication number: DE10159855A1
Application number: DE10159855A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Ito; Kazuhiro Hane
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US6610975B2; US20020074487A1

Abstract

Bei einem optischen Linearcodierer gelangt Licht von einer LED (2) durch ein bewegliches Gitter (31), das in einer beweglichen Halbleiterplatte (3) ausgebildet ist, und das Licht wird von einem reflektierenden Gitter (41) einer reflektierenden Gitterplatte (4) reflektiert. Ein Bild des reflektierenden Gitters wird von Fotodioden (32) erfasst, die in der Form eines Gitters auf der beweglichen Halbleiterplatte (3) ausgebildet sind. Das bewegliche Gitter (31) und die Fotodioden (32) sind auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet, wobei die Fotodioden (32) in Form eines Gitters mit Linseneffekt ausgebildet sind. Folglich ist keine Optik erforderlich, was die Fertigung eines kompakten Kleinbaucodierers ermöglicht. Ein von einer Gruppe von Fotodioden auf dem Halbleitersubstrat erhaltenes Differenzsignal für ein A-Phasen-Signal und ein zu diesem Signal inverses Signal werden als A-Phasen-Signal erzeugt, und ein Differenzsignal aus einem B-Phasen-Signal und einem zu diesem Signal inversen Signal wird als B-Phasen-Signal erzeugt, so dass man ein Codiererausgangssignal mit kleinem Fehler erhalten kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen optischen Codierer, der sich als Kleinbauelement kompakt ausbilden lässt und die Stellung etc. eines sich bewegenden Körpers mit hoher Genauigkeit feststellen kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Detektorvorrichtung zum Erfassen der Drehbewegung oder einer translatorischen Bewegung eines sich bewegenden Körpers wird normalerweise als Drehcodierer oder Linearcodierer bezeichnet. In den meisten Fällen wird von einem Aufbau Gebrauch gemacht, bei dem eine sich bewegende Gitterplatte und eine ortsfeste oder statische Gitterplatte zwischen einer Lichtquelle und Fotodetektoren angeordnet sind. Das Ausmaß der Bewegung eines sich bewegenden Körpers, mit welchem die sich bewegende Gitterplatte zu einer Bewegungseinheit gekoppelt ist, wird basierend auf Änderungen der Lichtmenge einer Lichtquelle erfasst, die durch das sich bewegende und durch das ortsfeste Gitter gelangt, die durch diese Gitterplatten gebildet werden.
Das Auflösungsvermögen eines optischen Codierers mit dem obigen Aufbau bestimmt sich durch den Abstand der Gitter, so dass der Abstand der Gitter niemals reduziert werden sollte, damit man einen Codierer mit hohem Auflösungsvermögen erhält. Um allerdings den Abstand der Gitter zu verringern, muss die Lücke zwischen der sich bewegenden Gitterplatte und der ortsfesten Gitterplatte verkleinert werden, um einen Abfall des Rauschabstands (S/N- Verhältnisses) durch Lichtverlust zu vermeiden. Außerdem verringert sich der Rauschabstand auch dann, wenn eine Verkleinerung nicht erfolgt, nämlich dann, wenn es zu einer Schwankung der Lücke zwischen den Gitterplatten auf Grund des sich bewegenden Gitters kommt.
Da es Beschränkungen dafür gibt, wie schmal die Lücke zwischen den Gitterplatten gemacht werden kann, und auch für das Ausmaß gibt, bis zu dem Schwankungen in der Lücke unterdrückt werden können, besteht ein wirksamer Weg zum Vermeiden des Abfalls des Rauschabstands durch Lichtverlust und Schwankungen des Zwischenabstands in einem parallelen Lichtstrahlbündel. Ein divergierendes Lichtstrahlbündel lässt sich in ein paralleles Lichtstrahlbündel mit Hilfe einer Linsenoptik umwandeln, so z. B. mit einer Kollimatorlinse, und es sind optische Codierer bekannt, die von einem solchen optischen System Gebrauch machen. Allerdings ist die am meisten verwendete Lichtquelle für einen optischen Codierer eine Leuchtdiode (LED), und da LEDs keine Punktlichtquellen darstellen, ist es schwierig, ein hoch qualitatives paralleles Lichtstrahlbündel zu erzeugen. Als weiteres Problem kommt hinzu, dass das Hinzufügen einer Linsenoptik zu einer entsprechenden Zunahme der Abmessungen einer optischen Codiervorrichtung führt.
Andererseits gibt es ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines optischen Codierers mit hohem Auflösungsvermögen, der die Beugungseigenschaft von Licht ausnutzt. Bei einem Codierer, der von diesem Verfahren Gebrauch macht, wird Licht von einer Punktlichtquelle erzeugt, beispielsweise einem Halbleiterlaser, und dieses Licht wird unter Verwendung von Linsen in ein paralleles Lichtstrahlbündel umgewandelt. Diese Art von Codierer erfasst die Bewegung eines sich bewegenden Körpers an Hand der Änderungen der Lichtmenge, die von Fotodetektoren auf Grund der Beugung und der Interferenz empfangen werden, die dann auftreten, wenn das parallele Lichtstrahlbündel durch ein Gitter mit extrem feinem Gitterlinienabstand läuft. Wird von diesem Verfahren Gebrauch gemacht, so können die Gitterabstände feiner gemacht werden als in einem Codierer mit dem oben beschriebenen Aufbau, und die Verteilung von Licht durch Interferenz kommt einer Sinuswelle nahe, so dass das elektrische Signal präzise unterteilt werden kann. Allerdings müssen sowohl die Gitter als auch die Vorrichtung mit hoher Präzision gefertigt werden, was die Geräte teuer macht. Ein weiteres Problem ist die geringe Zuverlässigkeit des als Lichtquelle verwendeten Halbleiterlasers.
Ein weiteres Beispiel für einen optischen Codierer wurde von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift H06-118088 vorgeschlagen. Dieser optische Codierer ist ein räumlicher Filtercodierer, bei dem ein Bild eines sich bewegenden Gitters durch eine Linse geht und auf ein Feld von Fotodetektoren abgebildet wird, das in einem Gitter angeordnet ist. Bei diesem Verfahren werden Hochfrequenzkomponenten des durch die Gitterbewegung erzeugten Signals durch den Filtereffekt beseitigt, so dass ein Signal erhalten werden kann, welches einer Sinuswelle nahe kommt. Durch Verwendung eines Signalteils lässt sich ein hohes Auflösungsvermögen erzielen. Wenn allerdings der Gitterabstand verringert wird, bereitet es Schwierigkeiten, den Bildkontrast auf den den Fotodetektoren zu erhöhen. Da außerdem eine Linsenoptik verwendet wird, gibt es das weitere Problem einer Zunahme der Abmessungen des Geräts.
"Analysis of Grating Imaging and its Application to Displacement Metrology" SPIE Vol. 136, 1^st European Congress on Optics Applied to Metrology (1977), Seiten 325-332 beschreibt eine Dreifachgitter-Theorie und deren Anwendung auf die Entfernungsmessung, und wie in dem genannten Artikel dargestellt ist, sind eine Index-Gitterplatte und eine reflektierende Gitterplatte einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Lichtquelle und Fotodetektoren hinter der Indexgitterplatte angeordnet sind. Licht aus der Lichtquelle scheint auf die Indexgitterplatte, und das Licht durchsetzt ein Indexgitter in der Indexgitterplatte und wird von einem reflektierenden Gitter auf der reflektierenden Gitterplatte zurück reflektiert, um durch das Indexgitter innerhalb der Indexgitterplatte auf die Fotodetektoren zurückzufallen, demzufolge die Bewegung des reflektierenden Gitters erfasst werden kann.
Bei dem obigen Aufbau kann der Abstand zwischen der Indexgitterplatte und der reflektierenden Gitterplatte groß sein, ohne den Kontrast abträglich zu beeinflussen, wobei Schwankungen des Abstands zwischen den Gittern ebenfalls nur geringen Einfluss auf den Kontrast haben.
Unter Verwendung der Dreifachgittertheorie ist es also bei Verwendung eines reflektierenden Gitters möglich, einen optischen Codierer mit hohem Auflösungsvermögen zu schaffen, der unbeeinflusst ist durch die Breite des Abstands zwischen dem statischen Gitter und dem sich bewegenden Gitter sowie durch Schwankungen dieses Abstands.
Allerdings bleiben noch folgende Probleme zu lösen, wenn von diesem Verfahren bei einem optischen Codierer Gebrauch gemacht wird.
Erstens: Bei einem Codierer mit dem oben beschriebenen Aufbau muss man die Lichtquelle und die Fotodetektoren hinter dem Indexgitter anordnen, was den Aufbau verkompliziert und zu einem schwachen Wirkungsgrad bei der Lichterfassung führt. Außerdem muss man zum Verwenden eines solchen Geräts als Codierer mindestens zwei Fotodetektoren einsetzen und Signale gewinnen, die eine Phasendifferenz von einer Viertel Wellenlänge besitzen, um die Richtung zu erkennen, in der sich der sich bewegende Körper bewegt. Tatsächlich ist es aber äußerst schwierig, einen Aufbau zu gestalten, bei dem eine Lichtquelle und mindestens zwei Fotodetektoren hinter dem Indexgitter angeordnet sind und Signale mit einer Phasendifferenz von einer Viertel Wellenlänge durch die Fotodetektoren gebildet werden.
Da außerdem die Kosten eines Codierers mit dem obigen Aufbau direkt in Verbindung stehen mit der Größe der Fotodetektoren, besteht der Wunsch, diese Komponenten extrem klein zu machen. Um den Wirkungsgrad, mit dem das emittierte Licht von den Fotodetektoren empfangen wird, zu steigern, ist es außerdem erwünscht, die Fotodetektoren so nahe wie möglich an der Lichtquelle anzuordnen.
Im Hinblick auf das oben Gesagte lässt sich durch Einstellen des Emissionspunkts einer LED, die üblicherweise als Lichtquelle eingesetzt wird, an einer solchen Stelle, die sich nahe an einem lichtdurchlässigen Gitter befindet, und durch Vergrößern des Divergenzwinkels der LED eine Zunahme der Fläche der Fotodetektoren erreichen, die reflektiertes Licht empfängt. Auf Grund der Abmessungen der Linse für die LED und wegen anderer Faktoren gibt es aber keinen realistischen Weg zum Erhöhen des Streuwinkels der LED. Werden die Fotodetektoren nahe an der Lichtquelle angeordnet, ohne dass man den Streuungswinkel der LED erhöht, so führt dies zu dem unerwünschten Ergebnis einer starken Abnahme der effektiven Lichtempfangsfläche der Fotodetektoren für reflektiertes Licht.
Angesichts der oben angegebenen Probleme ist es ein Ziel der Erfindung, basierend auf der Dreifachgittertheorie, bei der ein reflektierendes Gitter verwendet wird, einen kompakten optischen Codierer in Kleinbauweise anzugeben, der sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung (angesteuerte Stellung) eines sich bewegenden Körpers detektieren kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Um das genannte Ziel zu erreichen, besteht die vorliegende Erfindung in einem optischen Codierer mit einer Lichtquelle, einem reflektierenden Gitter einer vorbestimmten Form und eines vorbestimmten Gitterabstands, einem lichtdurchlässigen Gitter einer vorbestimmten Form und mit einem vorbestimmten Gitterabstand, um Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit einem vorbestimmten Mittenabstand, welche ein reflektiertes Bild empfangen, welches von Licht aus der Lichtquelle erzeugt wird, das durch das lichtdurchlässige Gitter gelangt und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit einer Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters erfasst, basierend auf Detektorsignalen, die von den Fotodetektoren erzeugt werden, wobei der optische Codierer beinhaltet:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist; und ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter mit Schlitzen zum Durchlassen von Licht ist, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder ein Gitter mit Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
eine erste Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, und
wobei ein von den Fotodetektoren in der ersten Zone erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 90° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches von den Fotodetektoren in der zweiten Zone erhalten wird.
Außerdem können in dem Halbleitersubstrat eine dritte Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, und eine vierte Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, ausgebildet sein. In diesem Fall können die Fotodetektoren so angeordnet sein, dass ein von den Fotodetektoren in der dritten Zone erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches von den Fotodetektoren in der ersten Zone erhalten wird, während ein von den Fotodetektoren in der vierten Zone erhaltenes Signale eine Phasendifferenz von 180° gegenüber einem von den Fotodetektoren in der zweiten Zone erhaltenen Detektorsignal aufweist.
Mit dem angegebenen Aufbau wird von den Fotodetektoren in der ersten Zone ein A-Phasen-Signal gewonnen, von den Fotodetektoren in der zweiten Zone wird ein B-Phasen-Signal gewonnen, von den Fotodetektoren in der dritten Zone wird ein inverses A-Phasen-Signal gewonnen, und von den Fotodetektoren in der vierten Zone wird ein inverses B-Phasen-Signal erhalten. Auf der Grundlage dieser Signale lassen sich Codierersignale mit geringem Fehler erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einem optischen Codierer mit einer Lichtquelle, einem reflektierenden Gitter einer vorbestimmten Form und einem vorbestimmten Gitterabstand, einem lichtdurchlässigen Gitter einer vorbestimmten Form und einem fixen Gitterabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und einem vorbestimmten Mittenabstand, die ein reflektiertes Bild empfangen, welches gebildet wird durch Licht von der Lichtquelle, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gelaufen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer mindestens eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden und des lichtdurchlässigen Gitters erfasst auf Grund von Detektorsignalen, die von den Fotodetektoren gebildet werden, wobei der optische Codierer beinhaltet:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist; und ein Halbleitersubstrat, in dem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren so ausgebildet sind, dass Teile des lichtdurchlässigen Gitters und der Fotodetektoren sich an alternierenden Stellen befinden,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht ist, die in dem Halbleitersubstrat gebildet sind, der aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und
wobei ein von der ersten Gruppe von Fotodetektoren der in dem Halbleitersubstrat gebildeten Fotodetektoren erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 90° bezüglich eines Detektorsignals hat, das von einer zweiten Gruppe von Fotodetektoren der in dem Halbleitersubstrat gebildeten Fotodetektoren erhalten wird.
In dem Halbleitersubstrat sind eine erste Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend in festen Intervallen angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtemittierenden Gitters alternierend in den gleichen festen Intervallen wie in der ersten Zone angeordnet sein können, ausgebildet. In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Fotodetektoren derart angeordnet sind, dass ein von Fotodetektoren in der ersten Gruppe von Fotodetektoren, die in der ersten Zone angeordnet sind, erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches von Fotodetektoren erhalten wird, die zu der ersten Gruppe von Fotodetektoren gehören und in der zweiten Zone angeordnet sind, während ein von Fotodetektoren in der zweiten Gruppe von Fotodetektoren, die sich in der ersten Zone befinden, erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches von Fotodetektoren erhalten wird, die zu der zweiten Gruppe von Fotodetektoren gehören und sich in der zweiten Zone befinden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Codierer mit einer Lichtquelle, einem reflektierenden Gitter einer vorbestimmten Form und mit einem festen Gitterabstand, einem lichtdurchlässigen Gitter einer vorbestimmten Form und mit einem festen Gitterabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und vorbestimmtem Mittenabstand, welche ein reflektiertes Bild empfangen, gebildet durch Licht von der Lichtquelle, das durch das lichtdurchlässige Gitter gelaufen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer mindestens eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters auf der Grundlage von Detektorsignalen erfasst, die von den Fotodetektoren gebildet werden, wobei der optische Codierer beinhaltet:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter gebildet ist; und ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht ist, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
eine erste Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der Teile des lichtdurchlässigen Gitters in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, und
ein Detektorsignal, erhalten von einer ersten Gruppe von Fotodetektoren, die sich an ungeradzahligen Stellen in der ersten Zone befinden, mit einer Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals, das erhalten wird aus einer zweiten Gruppe von Fotodetektoren, die sich an geradzahligen Stellen in der ersten Zone befinden.
Dabei ist es bevorzugt, dass für eine dritte Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, welche in dem Halbleitersubstrat auszubilden sind, ein Detektorsignal aus einer dritten Gruppe von Fotodetektoren, die sich an ungeradzahligen Stellen der dritten Zone befinden, erhalten wird, das eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches erhalten wird von einer vierten Gruppe von Fotodetektoren, die sich an geradzahligen Stellen in der dritten Zone befinden, wobei das Detektorsignal aus der ersten Gruppe von Fotodetektoren eine Phasendifferenz von 90° bezüglich eines Detektorsignals hat, das von der dritten Gruppe von Fotodetektoren erhalten wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Codierer mit einer Lichtquelle, einem reflektierenden Gitter einer vorbestimmten Form und mit einem festen Gitterabstand, einem lichtdurchlässigen Gitter einer vorbestimmten Form und mit einem festen Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit einem vorbestimmten Mittenabstand, welche ein reflektiertes Bild empfangen, gebildet durch Licht von der Lichtquelle, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gelangt ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest die Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen ermittelt, wozu der optische Codierer beinhaltet:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter gebildet ist; und ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren gebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht ist, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
eine erste Zone, in welcher die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und eine dritte Zone, in der Teile des lichtdurchlässigen Gitters in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, und
wobei Detektorsignale, die von benachbarten Fotodetektoren in der ersten Zone und der zweiten Zone erhalten werden, eine Phasendifferenz von 270° aufweisen.
Dabei wird bevorzugt, dass der optische Codierer gemäß der Erfindung eine Signalverarbeitungsschaltung zum Erzeugen von Differenzsignalen, aus den eine Phasendifferenz von 180° aufweisenden Detektorsignalen erzeugt. Hierdurch können Codierersignale mit geringem Fehler auf Grund der Diffrerenzsignale erzeugt werden.
Gleichzeitig wird bevorzugt, dass der optische Codierer gemäß der Erfindung als Lichtquelle mindestens eine planare LED enthält.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der optische Codierer mindestens eine erste planare LED und eine zweite planare LED als Lichtquelle enthält, wobei die erste planare LED der ersten Zone und die zweite planare LED der zweiten Zone zugewandt ist.
Werden als Lichtquelle planare LEDs verwendet, so lässt sich für die Fotodetektoren eine breite effektive Lichtempfangsfläche auch dann erreichen, wenn der Abstand zwischen den planaren Dioden und dem reflektierenden Gitter gering ist. Da außerdem die planaren LEDs durch Bonden der LEDs an einer Rückseite des sich bewegenden Gitters befestigt sind, lässt sich eine Zunahme der Menge des von den Fotodetektoren empfangenen Lichts erreichen. Im Ergebnis lässt sich der Rauschabstand erhöhen, und man kann einen extrem dünnen optischen Codierer herstellen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein optischer Codierer mit einer Lichtquelle, einem reflektierenden Gitter vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Gitterabstand, einem lichtdurchlässigen Gitter vorbestimmter Form und mit einem festen Gitterabstand, und mit Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit einem vorbestimmten Mittenabstand, die ein reflektiertes Bild empfangen, welches gebildet wird durch Licht aus der Lichtquelle, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gelaufen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden und des lichtdurchlässigen Gitters erfasst, basierend auf Detektorsignalen, die von den Fotodetektoren erzeugt werden, wobei der optische Codierer beinhaltet:
mindestens eine planare LED als Lichtquelle; eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter gebildet ist; und ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter ist aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, oder aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat.
Dabei wird bevorzugt, dass der optische Codierer ein Trägersubstrat zum Haltern mindestens einer planaren Diode enthält, wobei zumindest eine Ausnehmung in dem Trägersubstrat gebildet ist und die mindestens eine planare LED in der mindestens einen Ausnehmung befestigt ist. Ferner ist es möglich, dass die mindestens eine planare LED sich aus mehr als einer planaren LED zusammensetzt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(c) den Aufbau eines optischen Linearcodierers gemäß der Erfindung;
Fig. 2(a) und 2(b) eine vereinfachte Querschnittansicht einer Fotodiode bzw. eines Teils eines lichtdurchlässigen Gitters, die in der in Fig. 1 gezeigten, sich bewegenden Halbleiterplatte ausgebildet sind;
Fig. 3 eine Querschnittansicht eines weiteren Beispiels einer sich bewegenden Halbleiterplatte;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine sich bewegende Halbleiterplatte mit einer integrierten Lichtquelle, die als optischer Codierer gemäß der Erfindung dient;
Fig. 5 eine Querschnittansicht der sich bewegenden Halbleiterplatte nach Fig. 4 entlang der Linie VII-VII;
Fig. 6 die Lagebeziehung zwischen den in der sich bewegenden Halbleiterplatte nach Fig. 4 ausgebildeten Fotodetektoren;
Fig. 7 eine Draufsicht auf die in Fig. 4 gezeigte planare LED;
Fig. 8(a) bis 8(d) drei beispielhafte Ausgestaltungen von Zonen, die sich aus einem lichtdurchlässigen Gitter und Fotodioden zusammensetzen;
Fig. 9(a) bis 9(c) eine beispielhafte Anordnung des lichtdurchlässigen Gitters und von Fotodioden, die in der Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet sind, wobei Fig. 9(a) eine Draufsicht, Fig. 9(b) eine Querschnittansicht und Fig. 9(c) eine weitere Querschnittansicht, in denen gewisse Teile vergrößert dargestellt sind;
Fig. 10 eine Darstellung einer beispielhaften Anordnung der in Fig. 9(a) dargestellten Fotodioden;
Fig. 11(a) und 11(b) eine Veranschaulichung der Probleme bei der in Fig. 9(a) dargestellten beispielhaften Anordnung von Fotodioden;
Fig. 12 eine Darstellung einer beispielhaften Anordnung der Fotodioden, die die Probleme löst, welche bei der beispielhaften Anordnung von Fotodioden gemäß Fig. 9(a) auftreten;
Fig. 13 ein Verfahren zum Verbessern des Rauschabstands der Fotodetektoren; und
Fig. 14 die lichtdurchlässigen Teile der Fotodetektoren, die durch Nassätzen ausgebildet werden. Erläuterung der Symbole 1 optischer Linearcodierer
2 LED
3 bewegliche Halbleiterplatte
10 bewegliche Halbleiterplatteneinheit mit integraler Lichtquelle
11 LED-Schutzplatte
12 bewegliche Halbleiterplatte
13 Ausnehmung
14, 15 planare LEDs
16 Ausnehmung
17, 18 bewegliche lichtdurchlässige Gitter
19, 20 Fotodioden
21 erste Zone
22 zweite Zone
31 bewegliches lichtdurchlässiges Gitter
32 Fotodioden
33 Halbleitersubstrat
34 Halbleiter-Substratteil
35 Bor dotierte Schicht
36 Elektrodenschicht
37 gemeinsame Elektrodenschicht
38 Siliciumoxid (Isolierschicht)
4 reflektierende Gitterplatte
41 reflektierendes Gitter
5 Steuerschaltung
51 Signalverarbeitungseinheit
52 Recheneinheit
53 Anzeigeeinheit
54 Lampentreibereinheit
310, 410 Halbleitersubstrat
320, 350, 420 lichtdurchlässige Gitter
330, 350 aufgetrennte Fotodioden
441, 442, 451, 452, 471, 472, 481, 482 Fotodioden
340, 370 Zone, in der lichtdurchlässige Gitter und Fotodioden alternierend angeordnet sind
440, 450 Zone, in der Fotodioden in festen Intervallen angeordnet sind
430 Zone, in der ein lichtdurchlässiges Gitter in festen Intervallen alternierend angeordnet ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein optischer Linearcodierer als Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 1(a) bis 1(c) sind vereinfachte Darstellungen eines optischen Linearcodierers der vorliegenden Ausführungsform. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt ist, setzt sich ein optischer Linearcodierer 1 gemäß dieser Ausführungsform grundsätzlich zusammen aus einer LED 2, die als Lichtquelle fungiert, einer beweglichen Halbleiterplatte 3, an der ein bewegliches Gitter und Fotodetektoren ausgebildet sind, einer ortsfesten oder statischen Gitterplatte 4, die reflektierend ist, und einer Steuerschaltung 5. Wie weiter unten in dieser Beschreibung erläutert wird, hat ein lichtdurchlässiges Gitter 31 die Form vertikaler Streifen mit einer festen Breite und einem festen Mittenabstand, wobei in der planaren Richtung der beweglichen Halbleiterplatte 3 Fotodioden 32 alternierend ausgebildet sind, welche als Fotodetektor fungieren (die in Fig. 1(c) als schraffierte Teile dargestellt sind). In der gleichen Weise ist ein reflektierendes Gitter 41 in Form vertikaler Streifen fester Breite und festen Mittenabstands in planarer Richtung einer Oberfläche 4a auf einer Lichtempfangsseite der statischen Gitterplatte 4 angeordnet.
Die Steuerschaltung 5 enthält eine Signalverarbeitungseinheit 51, die aus durch die Fotodioden 32 ausgegebenen Detektorsignalen ein A-Phasen-Signal und ein B-Phasen-Signal bildet, die eine Phasendifferenz von einer Viertel Wellenlänge besitzen, eine Recheneinheit 52, die Bewegungsinformation berechnet, so z. B. die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung der beweglichen Halbleiterplatte 3, basierend auf dem A-Phasen-Signal und dem B-Phasen-Signal, eine Anzeigeeinheit 53, die ein Rechenergebnis anzeigt, und eine Lampentreibereinheit 54, die eine Regelung beim Treiben der LED 2 vornimmt.
Es sollte ersichtlich sein, dass die Recheneinheit 52, die Anzeigeeinheit 53 und die Lampentreibereinheit 54 außerhalb der Steuerschaltung 5 angeordnet und als periphere Schaltung angeschlossen sein können.
Fig. 2(a) und 2(b) sind Querschnittansichten der beweglichen Halbleiterplatte 3 und zeigen einen Teil, wo ein lichtdurchlässiger Schlitz gebildet ist, bzw. einen Teil, wo eine Fotodiode ausgebildet ist. Die bewegliche Halbleiterplatte 3ist aus einem Halbleitersubstrat 33 gebildet, z. B. b einem Siliciumsubstrat. Wie aus Fig. 2(b) ersichtlich ist ist ein lichtdurchlässiges Gitter 31 in Form vertikaler Streifen mit fester Breite und einem festen Mittenabstand auf dem Halbleitersubstrat 33 durch einen Ätzprozess ausgebildet.
Wie aus Fig. 2(a) ersichtlich ist, sind in den Bereichen des Halbleitersubstrats, die zwischen dem lichtdurchlässigen Gitter 31 auf dem Halbleitersubstrat 33 verbleiben, Fotodioden 32 als pn-Übergänge gebildet, welche sich aus den stehen gebliebenen Halbleitersubstrat-Teilen 34 und einer mit Bor dotierten Schicht 35 zusammensetzen, wobei Letztere gebildet wird durch Dotieren der Oberfläche dieser verbliebenen Halbleitersubstrat-Bereiche 34 mit Bor. Allerdings sollte ersichtlich sein, dass die Fotodioden 32 auch nach einem anderen Verfahren auf dem Halbleitersubstrat 33 ausgebildet werden können.
Eine aus Aluminium gebildete Elektrodenschicht 36 ist an die mit Bor dotierte Schicht 35 jeder Fotodiode 32 angeschlossen, während eine gemeinsam benutzte Elektrodenschicht 37, ebenfalls aus Aluminium bestehend, an das Halbleitersubstrat 33 angeschlossen ist. Man sieht, dass diese Elektroden auch aus einem anderen leitenden Material als Aluminium bestehen können.
Die Elektrodenschicht 36 und das Halbleitersubstrat 33 sind voneinander durch eine Isolierschicht 38 isoliert, die aus einer Siliciumoxidschicht besteht. Die freiliegende Oberfläche des Halbleitersubstrats 33 ist außerdem mit einer Siliciumoxidschicht bedeckt, um das Halbleitersubstrat 33 haltbarer zu machen. Auf diese Weise ist auch die Oberfläche der mir Bor dotierten Schicht 35 durch eine Siliciumoxidschicht bedeckt.
In einem optischen Linearcodierer 1 dieser Ausführungsform mit dem oben erläuterten Aufbau ist die bewegliche Halbleiterplatte 3 einstückig mit einem Körper ausgebildet, dessen Bewegung gemessen werden soll (in den Zeichnungen nicht dargestellt). Wenn die bewegliche Halbleiterplatte 3 sich rechtwinklig zu einer optischen Achse L in einer Richtung bewegt, in der die Schlitze und die Fotodioden angeordnet sind, fällt das von der LED 2 emittierte Licht auf die Rückseite der beweglichen Halbleiterplatte 3 und tritt durch das lichtdurchlässige Gitter 31, das in der beweglichen Halbleiterplatte 3 ausgebildet ist, um in Form von Schlitzen des Gitters auf die ortsfeste Gitterplatte 4 aufzutreffen.
Da ein Licht reflektierendes Gitter 41 in Form von Streifen mit fester Breite und festem Mittenabstand auf der statischen Gitterplatte 4 ausgebildet ist, wird nur dasjenige Licht, das auf das Licht reflektierende Gitter 41 von dem auf die statische Gitterplatte 4 auftreffenden Licht auftrifft, reflektiert. Auf der beweglichen Halbleiterplatte 3 wird ein Bild dieses Licht reflektierenden Gitters 41 erzeugt, wobei auf der Platte 3 das Licht von den Fotodioden 32 erfasst wird, die ebenfalls in der Form von Streifen mit fester Breite und festem Mittenabstand ausgebildet sind.
Auf diese Weise fungieren das lichtdurchlässige Gitter 31 und die Fotodioden 32, die als vertikale Streifen auf der beweglichen Halbleiterplatte 3 ausgebildet sind, wie zwei Gitterplatten. Basierend auf der Dreifachgittertheorie, gemäß der ein reflektierendes Gitter verwendet wird, wird die Lichtmenge, die der Relativbewegung des Licht reflektierenden Gitters 41 und der sich bewegenden Gitter (31 und 32) entspricht, in den Fotodioden 32 unter Erzeugung einer Sinuswelle umgewandelt. Im Ergebnis lässt sich ein impulsförmiges Signal entsprechend der Relativgeschwindigkeit der Bewegung auf der Grundlage des optischen Stroms erhalten, der durch die Fotodioden 32 erzeugt wird, wobei es möglich ist, die relative Bewegungsgeschwindigkeit auf der Grundlage der Impulsrate dieses impulsförmigen Signals zu errechnen.
Außerdem ist es gemäß Fig. 1(a) möglich, basierend auf dem Gesamtausgangssignal der ungeradzahligen Fotodioden ein A-Phasen-Signal und ein B-Phasen-Signal zu erzeugen, wobei die Phase letzteren Signals um eine Viertel Wellenlänge verschoben ist, basierend auf dem Gesamtausgangssignal der geradzahligen Fotodioden. Basierend auf diesen beiden Signalen verschiedener Phase lässt sich die Richtung ermitteln, in der sich die Gitter zueinander bewegen.
Wie oben ausgeführt, werden bei dem optischen Linearcodierer 1 dieser Ausführungsform bewegliche Gitter und Fotodetektoren mit Hilfe von Halbleiter- Fertigungsmethoden erzeugt, so dass man Gitter mit feinster Schrittweite fertigen kann. Dies ermöglicht die Fertigung eines Codierers mit hohem Auflösungsvermögen.
Da Fotodetektoren in Form vertikaler Streifen mit festem Mittenabstand wie ein Gitter arbeiten, das außerdem einen Linseneffekt hat, besteht keinerlei Notwendigkeit zur Verwendung eines optischen Linsensystems. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung kleiner gebaut werden kann.
Gemäß der Dreifachgittertheorie haben die Breite des Abstands zwischen dem reflektierenden Gitter und dem beweglichen Gitter und die Schwankung dieses Abstands keinen abträglichen Einfluss auf das Auflösungsvermögen der Vorrichtung. Folglich ist es möglich, die Einstellung zu vereinfachen, die erfolgt, um sicherzustellen, dass die diese Teile bildenden Elemente mit exakter Genauigkeit angebracht sind. Es gibt auch weniger Beschränkungen bezüglich der Orte, an denen die Teile angeordnet werden können.
Ein weiterer Vorteil ist der, dass, weil der Abstand zwischen dem reflektierenden und dem beweglichen Gitter vergrößert werden kann, beispielsweise das reflektierende Gitter mit einem Schutzgehäuse ausgestattet werden kann, damit die Vorrichtung haltbarer gemacht wird.

Bewegliche Halbleiterplatteneinheit mit integrierter Lichtquelle

Im Folgenden wird ein Beispiel einer beweglichen Halbleiterplatteneinheit mit integrierter Lichtquelle beschrieben, die als optischer Linearcodierer 1 gemäß obiger Beschreibung verwendet werden kann.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer beweglichen Halbleiterplatteneinheit mit integrierter Lichtquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 6 zeigt die Lagebeziehung der Fotodetektoren, die auf dieser beweglichen Halbleiterplatte gebildet sind, während Fig. 7 eine Draufsicht ist, die eine als Lichtquelle verwendete planare LED zeigt.
Wie aus diesen Zeichnungen ersichtlich ist, ist die bewegliche Halbleiterplatteneinheit mit integrierter Lichtquelle 10 dieser Ausführungsform mit einer LED-Schutzplatte 11 ausgestattet, bestehend aus einem Siliciumsubstrat, und auf der Oberfläche dieser LED-Schutzplatte 11 ist eine bewegliche Halbleiterplatte 12 angebracht. In die Oberfläche der LED-Schutzplatte 11 ist eine Ausnehmung 13 vorbestimmter Tiefe ausgebildet, in der zwei planare LEDs 14 und 15 angebracht sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist, bestehen diese planaren LEDs 14 und 15 aus einer GaAlAs-Lichtemissionsschicht, die auf einem AuZn- Substrat gebildet ist.
Die bewegliche Halbleiterplatte 12 ist ebenfalls auf einem Siliciumsubstrat ausgebildet und besitzt eine große Ausnehmung 16 auf ihrer Rückseite, angepasst an die Ausnehmung 13, die in der LED-Schutzplatte 11 ausgebildet ist. Eine erste Zone 21 und eine zweite Zone 22, in denen lichtdurchlässige Gitter 17 und 18 sowie Fotodioden 19 und 20 an alternierenden Stellen ausgebildet sind, sind in dem dünnen Plättchen ausgebildet, welches den Basisteil dieser Ausnehmung 16 bildet. Die planaren LEDs 14 und 15 sind an der LED- Schutzplatte 11 so angeordnet, dass sie dieser ersten Zone 21 und der zweiten Zone 22 zugewandt sind.
Die Fotodioden 19 in der ersten Zone 21 sind aufgetrennte Fotodioden, wobei eine Seite eine erste Teilfotodiode 19A zum Erhalten eines A-Phasen-Detektorsignals und die andere Seite eine zweite Teilfotodiode 19B zum Erhalten eines B-Phasen-Detektorsignals ist. In der gleichen Weise sind die Fotodioden 20 in der zweiten Zone 22 getrennte Fotodioden, wobei die jeweiligen Seiten die ersten bzw. die zweiten Teilfotodioden 20A und 20B bilden.
Die Teilfotodioden 19A und 19B der ersten Zone 21 und die Teilfotodioden 20A und 20B der zweiten Zone 22 sind an Stellen angeordnet, die um einen halben Mittenabstand gegeneinander verschoben sind. Im Ergebnis erzeugen die Teilfotodioden 20A und 20B der zweiten Zone 22 ein inverses A-Phasen- Signal bzw. ein inverses B-Phasen-Signal. Fig. 6 zeigt die Lagebeziehung zwischen den aufgetrennten Fotodioden.
Als Nächstes werden auf der beweglichen Halbleiterplatte 12 gebildet: eine Elektrodenverdrahtungsschicht 23, die an jede der Teilfotodioden 19A, die ein A-Phasen-Signal erzeugen, angeschlossen ist, eine Elektrodenverdrahtungsschicht 24, die an jede der Teilfotodioden 19B angeschlossen ist, die ein B-Phasen-Signal erzeugen, eine Elektrodenverdrahtungsschicht 25, die an jeder der Teilfotodioden 20A angeschlossen ist, die ein inverses A-Phasen- Signal erzeugen, und eine Elektrodenverdrahtungsschicht 26, die an jede der Teilfotodioden 20B angeschlossen ist, die ein inverses B-Phasen-Signal erzeugen.
Wie außerdem in Fig. 5 gezeigt ist, ist über ein aus Silicium gebildetes Distanzstück auf der Rückseite der LED-Schutzplatte 11 ein IC-Chip 28 gehaltert. Schaltungen wie z. B. eine Treiberschaltung für die planaren LEDs und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten der Detektorsignale von den Fotodetektoren, sind in dieses IC-Chip 28 integriert.

Beispielhafte Ausgestaltungen der Fotodetektoren und des lichtdurchlässigen Gitters

Fig. 8(a) bis 8(d) zeigen weitere beispielhafte Ausgestaltungen des lichtdurchlässigen Gitters und der Fotodetektoren, die als vertikale Streifen auf der beweglichen Halbleiterplatte 12 gebildet sind. In jedem Fall sind das lichtdurchlässige Gitter und Fotodetektoren an alternierenden Stellen angeordnet.
Bei dem in Fig. 8(a) dargestellten Beispiel sind auf dem Halbleitersubstrat 3A vier Zonen 301 bis 304 vorgesehen, in denen ein lichtdurchlässiges Gitter in der Form vertikaler Streifen und Fotodioden in der Form vertikaler Streifen alternierend, d. h. abwechselnd ausgebildet sind. Bei diesem Beispiel wird ein A- Phasen-Signal von der Gruppe von Fotodioden in der Zone 301 erhalten, und ein B-Phasen-Signal wird von einer Gruppe Fotodioden erhalten, die sich in der Zone 302 befinden, so dass die Phase des Detektorsignals um 90° gegenüber dem Detektorsignal verschoben ist, welches von der Gruppe Fotodioden in der Zone 301 erhalten wird.
Die Gruppe von Fotodioden in der Zone 303, die sich unterhalb der Zone 301 befindet, ist derart angeordnet, dass die Phase des Detektorsignals, welches von diesen Fotodetektoren erzeugt wird, um 180° gegenüber dem Detektorsignal verschoben ist, das von der Gruppe von Fotodioden in der Zone 301 erhalten wird. Demzufolge wird von der Gruppe von Fotodioden in der Zone 303 ein inverses A-Phasen-Signal erhalten. In der gleichen Weise ist die Gruppe von Fotodioden in der Zone 304 auf der Seite der Zone 303 so positioniert, dass ein inverses B-Phasen-Signal erhalten wird.
Bei dem in Fig. 8(b) dargestellten Beispiel sind vier parallele rechtwinklige Zonen 401 bis 404 auf einem Halbleitersubstrat 3B in einer Richtung ausgebildet, die rechtwinklig zu der Richtung verläuft, in der sich das Halbleitersubstrat 3B bewegt. In der oberen Zone 401 sind ein lichtdurchlässiges Gitter in Form vertikaler Streifen mit festem Mittenabstand und Fotodioden in Form vertikaler Streifen parallel zur Bewegungsrichtung des Halbleitersubstrats 3B ausgebildet. Die Zone 402 befindet sich in einer solchen Lage der Zone 401, dass die Phase des von den Fotodioden erzeugten Detektorsignals um 90° verschoben ist gegenüber dem Signal, das von den Fotodioden in der Zone 401 erzeugt wird. Die unterhalb der Zone 402 befindliche Zone 403 liegt so bezüglich der Zone 401, dass die Phase des von den Fotodioden erzeugten Detektorsignals um 180° verschoben ist gegenüber dem Signal, das von den Fotodioden in der Zone 401 erzeugt wird. Außerdem ist die Zone 404 bezüglich der Zone 402 so angeordnet dass die Phase des von den Fotodioden erzeugten Detektorisgnals um 180° verschoben ist gegenüber dem Signal, das von den Fotodioden in der Zone 402 erzeugt wird.
Wenn als Ergebnis von den Fotodioden in der Zone 401 ein A-Phasen-Signal erhalten wird, wird z. B. ein B-Phasen-Signal von den Fotodioden in der Zone 402 erhalten, es wird ein inverses A-Phasen-Signal von den Fotodioden in der Zone 403 erhalten, und von den Fotodioden in der Zone 404 wird ein inverses B-Phasen-Signal erhalten.
Bei dem in den Fig. 8(c) und 8(d) dargestellten Beispiel sind mehrere Zonen in gleichmäßigen Abständen auf einem Halbleitersubstrat 3C parallel zur Bewegungsrichtung (der horizontalen Richtung) des Substrats angeordnet. In der Zeichnung sind drei Zonen 501 bis 503 dargestellt. In jeder Zone sind ein lichtdurchlässiges Gitter 31C (dargestellt durch eine diagonale Schraffierung in Fig. 8(d)) in Form vertikaler Streifen und Fotodioden 32C in Form vertikaler Streifen zwischen Öffnungen in dem lichtdurchlässigen Gitter 31C ausgebildet.
Wenn der Abstand zwischen den Zonen 501 und 502 sowie zwischen den Zonen 502 und 503 angenommenerweise eine Schrittweite ausmacht, so beträgt die Breite jeder Zone eine halbe Schrittweite, wobei innerhalb dieser Breite vier Fotodioden 32C gebildet sind, wie in Fig. 8(d) gezeigt ist. Jede Fotodiode 32C nimmt ein Sechzehntel einer Schrittweite ein, und der Abstand zwischen einander benachbarten Fotodioden beträgt ein Achtel einer Schrittweite. Lücken mit einem Zweiunddreißigstel einer Schrittweite verbleiben zwischen den äußersten Fotodioden und den Rändern der Zone, obschon diese Lücken nicht auf eine Zweiunddreißigstel Schrittweite beschränkt sind. Außerdem sind die Verhältnisse der Breiten des lichtdurchlässigen Gitters und der lichtdurchlässigen Teile zu den Breiten der Fotodioden nicht auf 1 : 1 beschränkt.
Wenn von dieser Ausgestaltung Gebrauch gemacht wird, kann als ein Beispiel ein A-Phasen-Signal von den Fotodioden auf der am weitesten links befindlichen Seite jeder Zone erhalten werden, ein B-Phasen-Signal kann von den Fotodioden auf der rechten Seite jeder Zone erhalten werden, ein inverses A- Phasen-Signal kann von den den rechten Fotodioden benachbarten Fotodioden jeder Zone erhalten werden, und ein inverses B-Phasen-Signal kann von den am weitesten rechts liegenden Fotodioden in jeder Zone gewonnen werden.
Fig. 9(a) bis 9(c) und Fig. 10 zeigen beispielhafte Ausgestaltungen mit Zonen, in denen Fotodioden in festen Intervallen angeordnet sind, und Zonen, in denen die Schlitze in einem lichtdurchlässigen Gitter separat auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildet sind.
Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, ist eine Zone 430, in der ein lichtdurchlässiges Gitter 420 mit in festen Intervallen ausgebildeten Schlitzen parallel zur Bewegungsrichtung des Halbleitersubstrats gebildet ist, in der Mitte einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 410 ausgebildet. Zonen 440 und 450, in denen Fotodioden in festen Intervallen angeordnet sind, sind auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 410 auf beiden Seiten dieses lichtdurchlässigen Gitters 420 in symmetrischer Weise ausgebildet.
Die Fotodioden 441 an ungeradzahlig nummerierten Stellen in der Zone 440 und die Fotodioden 442 an geradzahlig nummerierten Stellen in der Zone 440 sind in solchen Intervallen angeordnet, dass es eine Phasendifferenz von 81° gibt zwischen den Detektorsignalen, die von diesen beiden Sätzen von Fotodioden erzeugt werden. Die Fotodioden 451 an ungeradzahligen Stellen in der Zone 450 und die Fotodioden 452 an geradzahligen Stellen in der Zone 450 sind in gleichen Intervallen angeordnet, demzufolge es auch eine Phasendifferenz von 180° zwischen den von diesen Sätzen von Fotodioden erzeugten Detektorsignalen gibt. Die Fotodioden 441 in der Zone 440 und die Fotodioden 451 in der Zone 450 sind um eine Viertel Schrittweite relativ zueinander verschoben. Dies bedeutet, dass, wenn ein A-Phasen-Signal von den Fotodioden 441 in der Zone 440 erhalten wird, von den Fotodioden 442 in derselben Zone 440 ein inverses A-Phasen-Signal erhalten wird. Außerdem wird ein B-Phasen- Signal von den Fotodioden 451 in der Zone 450 und wird ein inverses B-Phasen-Signal von den Fotodioden 452 erhalten. Eine beispielhafte Anordnung dieser Fotodioden ist in Fig. 10 gezeigt.
Es sei angemerkt, dass auch bei diesem Beispiel eine Elektrodenverdrahtungsschicht 461, die an jede der Fotodioden 441 angeschlossen ist, die ein A- Phasen-Signal erzeugen, eine Elektrodenverdrahtungsschicht 462, die an jede der Fotodioden 451 angeschlossen ist, die ein inverses A-Phasen-Signal erzeugen, eine Elektrodenverdrahtungsschicht 463, die an jede der Fotodioden 442 angeschlossen ist, die ein B-Phasen-Signal erzeugen, und eine Elektrodenverdrahtungsschicht 464, die an jeder der Fotodioden 452 angeschlossen ist, die ein inverses B-Phasen-Signal erzeugen, auf der Oberfläche des Halbleitersignals 410 ausgebildet sind.
Wie außerdem in Fig. 9C gezeigt ist, kann ein Halbleitersubstrat 490, in welchem eine Ausnehmung 491 ausgeformt ist, an der Rückseite des Halbleitersubstrats 410 angebracht werden. Eine Lichtquelle 492, beispielsweise ein planarer Laser oder eine planare LED, kann auf der Bodenfläche dieser Ausnehmung 491 angeordnet werden. Mit einem solchen Aufbau kann ein kompakter Detektormechanismus mit integriert ausgebildeter Lichtquelle erhalten werden.
Wenn das Halbleitersubstrat 410 nach Fig. 9(a) bis 9(c) verwendet wird, muss man die Lage des Halbleitersubstrats 410 gegenüber der ortsfesten Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist, präzise einhalten. In anderen Worten: Wie in Fig. 11(a) gezeigt ist, gelangen, wenn das Halbleitersubstrat 410 relativ zu der ortsfesten Gitterplatte 4A in die durch Pfeile A und B in der Zeichnung angedeuteten Richtungen geneigt angebracht wird, das lichtdurchlässige Gitter 420 und die Fotodioden 441, 442, 451 und 452 sämtlich in eine Schräglage gegenüber dem ortsfesten Gitter 4b der statischen Gitterplatte 4A. Der geneigte Zustand dieser Komponenten in Richtung A ist in Fig. 11(b) dargestellt.
Durch Versuche haben die Erfinder des Anmeldungsgegenstands herausgefunden, dass, wenn es eine winzige Abweichung von nur etwa 0,15° gibt, in den Detektorsignalen, die von den Fotodetektoren erhalten werden, eine Phasenverschiebung von etwa 45° nachgewiesen wird. Wenn diese Komponenten in der Pfeilrichtung B geneigt sind, repräsentiert eine Änderung des Neigungswinkels von etwa 0,5° in einer Differenz des Ausgangssignals zwischen dem A- Phasen-Signal und dem B-Phasen-Signal von etwa 0,2 V (etwa 20% des 1 V betragenden Grundwerts des Ausgangssignals). Nachdem also das Halbleitersubstrat 410 gegenüber der ortsfesten Gitterplatte 4A positioniert ist, muss man die aktuellen Detektorsignale messen und die Signalpegel einjustieren.
Um Schwankungen der Fotodetektor-Ausgangssignale durch Stellungsfehler des Halbleitersubstrats 410 gegenüber der ortsfesten Gitterplatte zu vermeiden, wird vorzugsweise von folgender Struktur Gebrauch gemacht:
In der gleichen Weise wie in Fig. 9 wird in der Mitte einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 410 eine Zone 430 ausgebildet, in der ein lichtdurchlässiges Gitter 420 mit Schlitzen parallel zur Bewegungsrichtung des Halbleitersubstrats mit festen Intervallen ausgebildet. Zonen 440 und 450, in welchen Fotodioden mit festen Intervallen angeordnet sind, werden auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 410 auf beiden Seiten dieses lichtdurchlässigen Gitters 420 in symmetrischer Weise ausgebildet. Allerdings sind in den Zonen 440 und 450 Fotodioden angeordnet, die Detektorsignale mit folgenden Phaseneigenschaften ausgeben:
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, sind Fotodioden 471, 482, 472 und 481 mit Dreiviertel von einer Schrittweite angeordnet, so dass es zwischen den von benachbarten Fotodioden ausgegebenen Detektorsignalen eine Phasendifferenz von 270° gibt. Im Ergebnis werden die Fotodioden 471 und die Fotodioden 472 mit anderthalb Schrittweiten voneinander angeordnet, so dass dann, wenn das von einem Satz Fotodioden erhaltene Detektorsignal ein A-Phasen-Signal ist, das von dem anderen Satz erhaltene Detektorsignal ein inverses A-Phasen-Signal ist. Außerdem wird ein B-Phasen-Signal mit einer Phasendifferenz von 90° gegenüber dem A-Phasen-Signal, welches von den Fotodioden 471 gewonnen wird, von den Fotodioden 481 erhalten. Dies bedeutet, dass ein inverses B- Phasen-Signal von den übrigen Fotodioden 482 erhalten wird. Es sei angemerkt, dass dieselbe Anordnung von Fotodetektoren in der anderen Zone, nämlich der Zone 450 verwendet wird.
Werden Fotodetektoren mit gleicher Schrittweite in den Zonen 440 und 450 angeordnet die oberhalb bzw. unterhalb der Zone 430 liegen, in der das lichtdurchlässige Gitter 420 gebildet ist, so dass ein A-Phasen-Signal, ein inverses A-Phasen-Signal, ein B-Phasen-Signal und ein inverses B-Phasen-Signal erhalten werden, so lässt sich bestätigen, dass Schwankungen in der Phase und den Spannungen der Detektorsignale auf Grund von Positionierfehlern der statischen Gitterplatte und des Halbleitersubstrats unterdrückt werden können. Dies bedeutet, dass bei Verwendung dieses Aufbaus ein Detektieren mit hoher Genauigkeit stattfinden kann. Da außerdem die Fotodetektoren bei dieser Ausgestaltung weit voneinander beabstandet sind, erhält man den zusätzlichen Vorteil, dass es einfacher ist, die Fotodetektoren voneinander zu isolieren.

Verbesserung des Rauschabstands

Bei jedem der oben beschriebenen Beispiele lässt sich ein A-Phasen-Signal mit geringem Fehler dadurch erzeugen, dass man ein Differenzsignal für das A-Phasen-Signal und das erhaltene inverse A-Phasen-Signal bildet. In der gleichen Weise lässt sich ein B-Phasen-Signal mit geringem Fehler dadurch erzeugen, dass man ein Differenzsignal für das B-Phasen-Signal und das gewonnene inverse B-Phasen-Signal bildet. Durch Verwendung dieser Differenzsignale lässt sich der Rauschabstand des optischen Codierers verbessern.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Verbessern des Rauschabstands beschrieben. Da Licht auf die in oben beschriebener Weise ausgebildeten Fotodioden auf der beweglichen Halbleiterplatte von der Rückseite der Platte her scheint, besteht die Gefahr einer Erhöhung des Dunkelstroms und einer Verringerung des Rauschabstands. Um dieses Problem zu vermeiden, lässt sich der Rauschabstand verbessern. Erreicht werden kann dies folgendermaßen:
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Fig. 13 und findet Anwendung bei dem Beispiel des Halbleitersubstrats 3 gemäß Fig. 1 und 2. Eine reflektierende Schicht (ein Schutzfilm) aus einem Material wie z. B. Aluminium oder Gold wird durch Aufdampfen auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 3 gebildet (d. h. auf der Lichtquellenseite). Dabei ist es wirksamer, wenn der reflektierende Film auch auf den Seitenflächen der Fotodioden 32 gebildet wird. In Fig. 13 sind die Zonen, in denen ein reflektierender Film gebildet werden kann, durch punktierte Linien dargestellt.

Herstellung des lichtdurchlässigen Gitters

Als Nächstes kann durch Trockenätzen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ein lichtdurchlässiges Gitter in dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Wird von dem Trockenätzen Gebrauch gemacht, so lässt sich die Oberfläche des Substrats vertikal ätzen. Alternativ kann von Nassätzen Gebrauch gemacht werden, das ein Billig-Fertigungsverfahren darstellt. In letzterem Fall führt die Kristallorientierung zu einem anisotropen Ätzen, demzufolge Schlitze, deren Seitenflächen bezüglich der Oberfläche des Halbleitersubstrats geneigt sind, entstehen, wie in Fig. 14 dargestellt ist.
Auch in diesem Fall können, wenn ein reflektierender Film durch Aufdampfen oder dergleichen auf den Rückseiten (der Lichtquellenseite) der für die Fotodiode verbliebenen Teile, d. h. der durch gestrichelte Linien in Fig. 14 dargestellten Teile, gebildet wird, die Dunkelströme der Fotodioden verringert werden, wodurch der Rauschabstand verbessert wird.

Weitere Ausführungsformen

Es sei angemerkt, dass zwar bei den obigen Beispielen das lichtdurchlässige bewegliche Gitter des Halbleitersubstrats aus Schlitzen gebildet wird, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, um Licht durchzulassen, das als eine Alternative dazu jedoch auch eine Dünnschicht durch Ätzen des Halbleitersubstrats gebildet werden kann, wobei die Dünnschicht ausreichend durchlässig ist und die geätzten Teile das bewegliche Gitter bilden.
Außerdem kann gemäß Fig. 3 mit Ätzen an Teilen der Rückseite des Halbleitersubstrats 33A gearbeitet werden, dort, wo die Fotodioden 32A gebildet werden, um Dünnfilmbereiche auszubilden, die genügend Licht durchlassen können. In diesem Fall werden die geätzten Dünnfilm- oder Dünnschichtbereiche als bewegliches Gitter 31A verwendet.
Während die Platte, in der das Licht reflektierende Gitter 41 ausgebildet ist, als ortsfestes Gitter bei den obigen Beispielen hergenommen wird, besteht auch die Möglichkeit, einen Aufbau zu verwenden, bei dem die Platte mit dem Licht reflektierenden Gitter 51 die sich bewegende Platte ist, während die bewegliche Halbleiterplatte 3 ortsfest verbleibt.
Außerdem: Während als Lichtquelle bei den obigen Beispielen LEDs verwendet werden, kann auch jede andere Art von Lichtquelle verwendet werden, so z. B. eine Laserlichtquelle.
Während sich die obigen Beispiele auf einen Linearcodierer beziehen, kann die Erfindung auch bei einem Drehcodierer angewendet werden. In diesem Fall können die lichtdurchlässigen Teile und die Fotodiodenteile in vorbestimmten Winkeln in Umfangsrichtung ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben wurde, besitzt der erfindungsgemäße optische Codierer einen Aufbau, der ein reflektierendes Gitter um ein bewegliches Gitter basierend auf der Dreifachgittertheorie verwendet. Ein Abbild des reflektierenden Gitters, aus dem Information über die Relativbewegung der Gitter gezogen werden kann, wird auf Fotodetektoren erzeugt, wobei das bewegliche Gitter und Fotodetektoren auf ein und demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Codierer besteht also keine Notwendigkeit, Fotodetektoren separat auf der Rückseite des beweglichen Gitters anzuordnen, es ist lediglich notwendig, eine Lichtquelle dort anzuordnen. Da die Fotodetektoren in der Form eines Gitters auf dem Halbleitersubstrat als Linse wirken, kann man einen räumlichen Filtercodierer ohne Verwendung einer Optik erstellen. Dies bedeutet, dass man eine kompakte, klein bauende Vorrichtung herstellen kann.
Da das bewegliche Gitter in einem Halbleitersubstrat gebildet ist, besteht der Vorteil, dass man ein Gitter mit feinster Schrittweite präzise mit Hilfe von Halbleiterfertigungsmethoden herstellen kann.
Da von der Dreifachgittertheorie Gebrauch gemacht wird, ist der Kontrast des Detektorsignals unbeeinflusst durch die Breite des Abstands zwischen dem reflektierenden Gitter und dem beweglichen Gitter sowie durch Schwankungen dieses Abstands. Dies erleichtert den Fertigungsprozess, der die Komponenten platziert, wobei das reflektierende Gitter und das bewegliche Gitter ausgebildet werden, wobei ein weiterer Vorteil darin besteht, dass die Restriktionen bezüglich der Platzierung dieser Komponenten gelockert werden.
Ein optischer Codierer gemäß der Erfindung besitzt einen Aufbau, bei dem ein reflektierendes Gitter und ein bewegliches Gitter gemäß der Dreifachgittertheorie eingesetzt werden, wobei ein Bild des reflektierenden Gitters, aus welchem Information über die Relativbewegung der Gitter nachgewiesen werden kann, auf den Fotodetektoren erzeugt wird und das bewegliche Gitter sowie Fotodetektoren auf ein und demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Außerdem dient eine planare LED als Lichtquelle, und der Codierer besitzt einen Stapelaufbau, bei dem diese planare LED integriert auf einer Rückseite des beweglichen Gitters gebildet ist.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Codierers entfällt die Notwendigkeit, Fotodetektoren auf der Rückseite des beweglichen Gitters als separate Komponenten anzuordnen, und es besteht keine Notwendigkeit, eine Lichtquelle als separates Bauteil vorzusehen. Da die Fotodetektoren, die in der Form eines Gitters auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, selbst als Linse fungieren, kann man einen Raumfiltercodierer ohne Verwendung eines tatsächlichen optischen Systems herstellen. Dies bedeutet, dass man ein kompaktes Kleinbauteil herstellen kann.
Da das bewegliche Gitter in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, besteht der Vorteil, dass man ein Gitter mit feinster Schrittweite präzise mit Hilfe von Halbleiterfertigungsmethoden herstellen kann.
Da von der Dreifachgittertheorie Gebrauch gemacht wird, bleibt der Kontrast des Detektorsignals unbeeinflusst von der Breite des Abstands zwischen dem reflektierenden Gitter und dem beweglichen Gitter sowie von Fluktuationen dieser Lücke. Dies erleichtert das Fertigungsverfahren, mit dem die Komponenten, in welchem das reflektierende und das bewegliche Gitter ausgebildet sind, positioniert werden, wobei ein weiterer Vorteil darin besteht, dass die Anforderungen an die Platzierung dieser Komponenten gelockert werden können.
Da außerdem eine planare LED als Lichtquelle verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit, die optische Achse auszurichten, wie es der Fall bei Verwendung einer Pumplichtquelle ist. Auch wenn die Lichtquelle nahe bei dem beweglichen Gitter liegt, lassen sich Probleme wie eine Verringerung der effektiven Lichtaufnahmefläche der Fotodetektoren vermeiden, wodurch garantiert wird, dass genügend Licht empfangen wird. Dies bedeutet, dass ein in hohem Maße präzises Detektieren erwartet werden darf.

Claims

1. Optischer Codierer, umfassend eine Lichtquelle, ein reflektierendes Gitter vorbestimmter Form mit festem Mittenabstand, ein lichtdurchlässiges Gitter vorbestimmter Form und mit festem Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Mittenabstand, die ein reflektiertes Licht empfangen, das von Licht seitens der Lichtquelle erzeugt wird, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gegangen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen erfasst,
wobei der optische Codierer aufweist:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist;
ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter gebildet wird durch Schlitze zum Durchlassen von Licht, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder durch Dünnschichtteile zum Durchlassen von Licht, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
eine erste Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, jeweils in dem Halbleitersubstrat ausgebildet, und
wobei ein von den Fotodetektoren in der ersten Zone erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 90° bezüglich eines Detektorsignals hat, das von den Fotodetektoren in der zweiten Zone erhalten wird.

2. Optischer Codierer nach Anspruch 1,
bei dem eine dritte Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, und eine vierte Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters alternierend angeordnet sind, ebenfalls in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
ein von den Fotodetektoren in der dritten Zone erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals hat, das von den Fotodetektoren in der ersten Zone erhalten wird, und
ein von den Fotodetektoren in der vierten Zone erhaltenes Detektorsignal eine Phasendifferenz von 180° gegenüber einem Detektorsignal hat, das von den Fotodetektoren in der zweiten Zone erhalten wird.

3. Optischer Codierer, umfassend eine Lichtquelle, ein reflektierendes Gitter vorbestimmter Form mit festem Mittenabstand, ein lichtdurchlässiges Gitter vorbestimmter Form und mit festem Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Mittenabstand, die ein reflektiertes Licht empfangen, das von Licht seitens der Lichtquelle erzeugt wird, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gegangen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen erfasst,
wobei der optische Codierer aufweist:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist; und
ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind, wobei sich Teile des lichtdurchlässigen Gitters und der Fotodetektoren an alternierenden Stellen befinden,
das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder ein Gitter aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, ist, und
ein Detektorsignal, welches von einer ersten Gruppe Fotodetektoren der in dem Halbleitersubstrat gebildeten Fotodetektoren erhalten wird, eine Phasendifferenz von 90° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, welches von einer zweiten Gruppe von Fotodetektoren der in dem Halbleitersubstrat gebildeten Fotodetektoren erhalten wird.

4. Optischer Codierer nach Anspruch 3,
bei dem eine erste Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters abwechselnd in festen Intervallen angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren und Teile des lichtdurchlässigen Gitters abwechselnd in dem gleichen festen Intervall wie in der ersten Zone angeordnet sind, innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet sind,
ein Detektorsignal, das von Fotodetektkoren erhalten wird, die sich in der ersten Gruppe von Fotodetektoren befinden und in der ersten Zone angeordnet sind, eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, das von Fotodetektoren erhalten wird, die sich in der ersten Gruppe von Fotodetektoren befinden und in der zweiten Zone angeordnet sind, und
ein Detektorsignal, das von Fotodetektoren der zweiten Gruppe von Fotodetektoren, die in der ersten Zone angeordnet sind, erhalten wird, eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, das von Fotodetektoren in der zweiten Gruppe von Fotodetektoren erhalten wird, die sich in der zweiten Zone befinden.

5. Optischer Codierer, umfassend eine Lichtquelle, ein reflektierendes Gitter vorbestimmter Form mit festem Mittenabstand, ein lichtdurchlässiges Gitter vorbestimmter Form und mit festem Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Mittenabstand, die ein reflektiertes Licht empfangen, das von Licht seitens der Lichtquelle erzeugt wird, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gegangen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen erfasst,
wobei der optische Codierer aufweist:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist;
ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, oder ein Gitter aus Dünnfilmteilen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, ist,
eine erste Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und eine zweite Zone, in der Teile des lichtdurchlässigen Gitters in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und
ein Detektorsignal, das von einer ersten Gruppe Fotodetektoren, die sich an ungeradzahligen Stellen in der ersten Zone befinden, erhalten wird, eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, das von einer zweiten Gruppe von Fotodetektoren erhalten wird, die sich an geradzahligen Stellen innerhalb der ersten Zone befinden.

6. Optischer Codierer nach Anspruch 5,
bei dem eine dritte Zone, in der Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, die in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist,
ein Detektorsignal, das von einer dritten Gruppe von Fotodetektoren an ungeradzahligen Stellen innerhalb der dritten Zone erhalten wird, eine Phasendifferenz von 180° bezüglich eines Detektorsignals aufweist, das von einer vierten Gruppe von Detektoren erhalten wird, die sich an geradzahligen Stellen innerhalb der dritten Zone befinden, und
das von einer ersten Gruppe von Fotodetektoren erhaltene Detektorsignal eine Phasendifferenz von 90° zu einem Detektorsignal aufweist, das von der dritten Gruppe von Fotodetektoren erhalten wird.

7. Optischer Codierer, umfassend eine Lichtquelle, ein reflektierendes Gitter vorbestimmter Form mit festem Mittenabstand, ein lichtdurchlässiges Gitter vorbestimmter Form und mit festem Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Mittenabstand, die ein reflektiertes Licht empfangen, das von Licht seitens der Lichtquelle erzeugt wird, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gegangen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen erfasst,
wobei der optische Codierer aufweist:
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist;
ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter gebildet wird durch Schlitze zum Durchlassen von Licht, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, oder durch Dünnschichtteile zum Durchlassen von Licht, welche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind,
eine erste Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, eine zweite Zone, in der die Fotodetektoren in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, und eine dritte Zone, in der Teile des lichtdurchlässigen Gitters in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, und
Detektorsignale, die von benachbarten Fotodetektoren in der ersten und in der zweiten Zone erhalten werden, eine Phasendifferenz von 270° aufweisen.

8. Optischer Codierer nach einem der Ansprüche 2, 4, 6 und 7, weiterhin umfassend eine Signalverarbeitungsschaltung zum Erzeugen eines Differenzsignals aus den Detektorsignalen, die eine Phasendifferenz von 180° aufweisen.

9. Optischer Codierer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend mindestens eine planare Leuchdiode (LED) als Lichtquelle.

10. Optischer Codierer nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 7, weiterhin umfassend mindestens eine erste planare LED und eine zweite planare LED als Lichtquelle, wobei die erste planare LED der ersten Zone und die zweite planare LED der zweiten Zone gegenüber liegt.

11. Optischer Codierer, umfassend eine Lichtquelle, ein reflektierendes Gitter vorbestimmter Form mit festem Mittenabstand, ein lichtdurchlässiges Gitter vorbestimmter Form und mit festem Mittenabstand, und Fotodetektoren mit Lichtempfangsflächen vorbestimmter Form und mit vorbestimmtem Mittenabstand, die ein reflektiertes Licht empfangen, das von Licht seitens der Lichtquelle erzeugt wird, welches durch das lichtdurchlässige Gitter gegangen ist und von dem reflektierenden Gitter reflektiert wurde, wobei der optische Codierer zumindest eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des reflektierenden Gitters und des lichtdurchlässigen Gitters basierend auf von den Fotodetektoren erzeugten Detektorsignalen erfasst,
wobei der optische Codierer aufweist:
mindestens eine planare LED als Lichtquelle;
eine reflektierende Gitterplatte, in der das reflektierende Gitter ausgebildet ist;
ein Halbleitersubstrat, in welchem das lichtdurchlässige Gitter und die Fotodetektoren ausgebildet sind,
wobei das lichtdurchlässige Gitter ein Gitter aus Schlitzen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, oder ein Gitter aus Dünnschichtteilen zum Durchlassen von Licht, ausgebildet in dem Halbleitersubstrat, ist.

12. Optischer Codierer nach Anspruch 11,
weiterhin umfassend ein Trägersubstrat zum Aufnehmen der mindestens einen planaren LED,
wobei mindestens eine Ausnehmung in dem Trägersubstrat gebildet ist, in der die mindestens eine planare LED befestigt ist, wobei das Halbleitersubstrat an einer Oberfläche des Trägersubstrats befestigt ist.

13. Optischer Codierer nach einem der Ansprüche 11 und 12, bei dem mindestens eine planare LED aus mehreren planaren LEDs zusammengesetzt ist.