JPS6032125B2 - 光電型エンコ−ダ - 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ンコーダ
の改良に関する。

従来の光電型ェンコーダは、光源からしンズを通して一
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
机まならずまた途中において複雑な回折光が混じり、さ
らに格子の基村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。

上記従釆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
型の紐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に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、不透明膜スリットを
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、前記半導体基体および半導体層を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、これらの光電型ヱ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
であるとともに長く製造できないため、経済的、技述的
に困難な問題を有している。

これは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
、光路を短か〈して光損失を減少させ、また反射型のも
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
型ェソコーダを提供するを目的とする。

この発明は、光学格子を備えた第１および第２のスケー
ル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において、前記第１のスケ
ールは基材に細帯状の光反射部と非反射部が交互に整列
配置され、前記第２のスケールは、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紬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
過スリットとして形成され、かつ、前記第１および第２
のスケールは、前記光反射部と受光部が対面して配置さ
れるとともに、光源からの光線が前記第２のスケールの
光透過スリットを通して前記第１のスケールの反射部に
照射されるように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実施例を示
す平面図、第２図は第１図のローロ線に沿う拡大断面図
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、光を電気信号に変更するＰＮ半
導体３と、光透過性かつ導電性材料例えば１い０３，Ｓ
ｎ０２，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を紐帯状に一定ピッチで配設して第２のスケール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、第１のスケ
ールたる、反射型メインスケールＭに対して、その反射
部６に受光部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２の信号導出材層４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１の信号導出材層２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
となったインデックスセンサーの機能をなすようされて
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葵着装債内に
装着し、５×１０‐６のｒｒの真空度の環境で、１５０
〜２００ｏｏに加熱し、タングステンボードからＣｒを
蒸着させ、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Ｃｒ膜を形成したガラス基板をプラ
ズマチヤンバ−に入れて３００００に加熱し、ＳｊＨ４
１０％を含むＡｒガスを日２ガスにより１針轡こ希釈し
たガスを前記プラズマチャンバ−に導入し、０．１〜２
幻ｒｒの圧力下で高周波グロー放電により、Ｎ型非晶質
シリコン（Ｎ−ａ−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の上に積層し、これによって約１山の厚さのＰＮ
半導体層３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は途中で前訂
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
バツタ蒸着法等の他の方法によってもよい。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１
５０００に加熱し、アルミナつばに入れたｌｎ２０３を
電子ビーム蒸着法により約１０００Ａの厚さのｌｎ２０
３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山の厚さに
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１３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を露出させる。

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１０１こ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導くシリコンワニスを
塗布乾燥して完成させる。

なお、前記実施例において、光源８からの光線はしンズ
９を介してスケールＳに垂直に入射するようにされてい
るが、これは、スケールＳを通してメインスケールＭに
光線が照射されるものであれば、光源は懐斜して設けて
もよい。

この場合は、スケールの厚さ方向のサイズを小さくでき
るという利点がある。

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
しそ前記受光部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−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
でヱ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誤差も解消されるという効果を
有する。本発明は上記のように構成したので、スケール
と受光素子を一体にでき、従ってェンコーダを薄型にす
ることが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４・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した
ので、受光素子を小さくでき、従って製造が容易である
という効果を有する。

【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０線にそう拡大断面
図、第３図は同実施例にかかる光電型ェンコーダの要部
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、３・・・Ｐ
Ｎ半導体層、４・・・第２の信号導出材層、５…受光部
、６…反射部、８・・・光源、１１・・・Ｎ型非晶質シ
リコン膜、１２・・・Ｐ型非晶質シリコン膜、１１３…
光透過スリット部。 弟′図 弟２図 朱３函 あ４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学格子を備えた第１および第２のスケールを相対
   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において、前記第１のスケールは基
   材に細帯状の光反射部と非反射部が交互に整列配置され
   、前記第２のスケールは、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
   記光透過性基材を通過してくる光に対して、前記受光部
   を光遮断スリツトとするともに該受光部間を光透過スリ
   ツトとして形成され、かつ、前記第１および第２のスケ
   ールは、前記光反射部と受光部が対面して配置されると
   ともに、光源からの光線が前記第２のスケールの光透過
   スリツトを通して前記第１のスケールの反射部に照射さ
   れることを特徴とする光電型エンコーダ。 ２ 前記第２のスケールが第１のスケールに対して移動
   され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。