JP2002022497A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JP2002022497A
JP2002022497A JP2000209000A JP2000209000A JP2002022497A JP 2002022497 A JP2002022497 A JP 2002022497A JP 2000209000 A JP2000209000 A JP 2000209000A JP 2000209000 A JP2000209000 A JP 2000209000A JP 2002022497 A JP2002022497 A JP 2002022497A
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JP
Japan
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light
semiconductor layer
type semiconductor
light receiving
light beam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000209000A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Hane
潤 羽根
Takeshi Ito
毅 伊藤
Eiji Yamamoto
英二 山本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder of a constitution in which offset and distortion in waveforms hardly occur in encoder signals and which is capable of drawing out the best of its performance. SOLUTION: The optical encoder of one mode comprises a light source to emit a light beam, a scale which is displaced in such a way as to relatively traverse the light beam and in which an optical pattern of a predetermined period is formed in an region to be irradiated with the light beam, and a light receiving array to receive the light beam via the scale. The light receiving array laminates a first conduction semiconductor layer, a second conduction semiconductor layer, and a first conduction semiconductor layer in this order from the side of a substrate to the side of a light receiving surface A reverse- bias voltage is impressed on the first conduction semiconductor layer on the side of the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光学式エンコーダに
係り、特に、装置の可動部分の移動量検出に用いられる
光学式エンコーダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder, and more particularly, to an optical encoder used for detecting a moving amount of a movable portion of a device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光学式エンコーダには、半導体レ
ーザ光源、光検出器、回折格子、コリメータレンズ等の
個別部品を高精度に組み合わせたタイプのエンコーダ
や、回折格子に相当するスケールを除いた部分を半導体
プロセスやボンディング技術で小型化したタイプのエン
コーダなどがある。
2. Description of the Related Art Conventional optical encoders include an encoder of a type in which individual components such as a semiconductor laser light source, a photodetector, a diffraction grating, and a collimator lens are combined with high accuracy, and a scale corresponding to a diffraction grating are excluded. There is an encoder of a type in which a portion is miniaturized by a semiconductor process or a bonding technique.

【0003】このような光学式エンコーダの従来例とし
て、「光学」27巻6号、ページ327〜328にあ
る、山本英二著『面発光型半導体レーザを用いたマイク
ロエンコーダー』がある。
As a conventional example of such an optical encoder, there is "Micro Encoder Using Surface Emitting Semiconductor Laser" by Eiji Yamamoto in "Optics", Vol. 27, No. 6, pages 327 to 328.

【0004】この従来例による光学式エンコーダの構成
を図5の(a)に示す。
FIG. 5A shows the configuration of an optical encoder according to this conventional example.

【0005】図5の(a)において、マイクロエンコー
ダの基本構成は、ベース(シリコン基板)1上に一体形
成されたフォトダイオード(PD)からなる受光素子1
aと信号処理回路1b、シリコン基板1にボンディング
された面発光レーザ2、シリコン基板1に対して相対移
動可能に配置された、一定のピッチで反射率に差のある
2種類のパターンの並ぶスケール4からなる。
In FIG. 5A, the basic structure of a micro encoder is a light receiving element 1 composed of a photodiode (PD) integrally formed on a base (silicon substrate) 1.
a, a signal processing circuit 1b, a surface emitting laser 2 bonded to a silicon substrate 1, and a scale in which two types of patterns having a constant reflectance and a difference in reflectance are arranged so as to be relatively movable with respect to the silicon substrate 1. Consists of four.

【0006】面発光レーザ2から出射されるビーム光
は、スケール4に入射する。
The light beam emitted from the surface emitting laser 2 enters the scale 4.

【0007】このスケール4からの反射光の強弱を受光
素子1aで検出することにより、シリコン基板1とスケ
ール4との相対移動量を計測できる。
By detecting the intensity of the reflected light from the scale 4 with the light receiving element 1a, the relative movement amount between the silicon substrate 1 and the scale 4 can be measured.

【0008】次に、上述した従来例による光学式エンコ
ーダの構成の概要の他に、それに用いられる受光素子と
しての一般的な光検出器の構造を説明する。
Next, in addition to the outline of the configuration of the optical encoder according to the conventional example described above, the structure of a general photodetector used as a light receiving element will be described.

【0009】この光検出器の構造は、尾崎弘等による
「例題演習 電子回路」など電子回路に関する多くの書
籍に掲載されている。
The structure of this photodetector is described in many books on electronic circuits, such as "Example exercise electronic circuit" by Hiroshi Ozaki.

【0010】図5の(b)は、一般的な光検出器(受光
素子)であるPDの断面構造を示している。
FIG. 5B shows a sectional structure of a PD which is a general photodetector (light receiving element).

【0011】このPDの構成は、受光面側である上部か
らp型半導体層301、n型半導体層302、及び、型
半導体層301、n型半導体層302のそれぞれに設け
られた電極301a、電極302aから成る。
The structure of the PD is such that the p-type semiconductor layer 301, the n-type semiconductor layer 302, and the electrodes 301a and the electrodes 301a provided on the n-type semiconductor layer 302a.

【0012】各半導体層301,302は、シリコン
(Si)を主成分とし、それにp型、または、n型のド
ーパントが注入されたものである。
Each of the semiconductor layers 301 and 302 contains silicon (Si) as a main component, and is doped with a p-type or n-type dopant.

【0013】p型半導体層301は数μm〜数10μm
の厚みを持ち、基板であるp型半導体層302の厚みは
数100μmである。
The p-type semiconductor layer 301 has a thickness of several μm to several tens μm.
And the thickness of the p-type semiconductor layer 302 as a substrate is several hundred μm.

【0014】電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aにマイナス(−)電圧が掛けられるよ
うになっている。
The electrode 302a is connected to an electrical ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a.

【0015】なお、この構成は、以下のように、別構成
とすることも可能である。
This configuration can be changed to another configuration as described below.

【0016】(別構成1)受光面側である上部からn型
半導体層301、p型半導体層302、及び、n型半導
体層301、p型半導体層302のそれぞれに設けられ
た電極301a、電極302aから構成される。
(Alternative Configuration 1) The n-type semiconductor layer 301, the p-type semiconductor layer 302, and the electrodes 301a and 301a provided on the n-type semiconductor layer 301 and the p-type semiconductor layer 302, respectively, from the upper side on the light receiving surface side. 302a.

【0017】そして、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aにプラス(+)電圧が掛けら
れるようになっている。
The electrode 302a is connected to an electric ground, and a positive (+) voltage is applied to the electrode 301a.

【0018】(別構成2)受光面側である上部から金属
層301、n型半導体層302、及び、金属層301、
n型半導体層302のそれぞれに設けられた電極301
a、電極302aから構成される。
(Alternative Configuration 2) The metal layer 301, the n-type semiconductor layer 302, and the metal layer 301,
Electrodes 301 provided on each of n-type semiconductor layers 302
a, electrode 302a.

【0019】ただし、金属層301としては、n型半導
体層302との間に整流作用があるものを選択する。
However, as the metal layer 301, a metal layer having a rectifying action with the n-type semiconductor layer 302 is selected.

【0020】そして、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aにマイナス(−)電圧が掛け
られるようになっている。
The electrode 302a is connected to an electrical ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a.

【0021】図5の(c)は、アレイ状受光部の例を示
している。
FIG. 5 (c) shows an example of an arrayed light receiving section.

【0022】これは、本発明と同一の出願人による特願
平11−362941号に開示されているものである。
This is disclosed in Japanese Patent Application No. 11-362941 filed by the same applicant as the present invention.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】この種のエンコーダの
小型化・高分解能化が進み、工作機械や情報機器、さら
には医療機器など幅広い分野でエンコーダが利用されよ
うとしている。
As encoders of this type have become smaller and have higher resolution, encoders are being used in a wide range of fields such as machine tools, information equipment, and medical equipment.

【0024】こうした高精度化が要求されるエンコーダ
の信号処理の大半はアナログ信号を用いている。
Most of the signal processing of the encoder which requires such high precision uses analog signals.

【0025】主な出力信号のタイプには、次の2つがあ
る。
There are two main types of output signals:

【0026】(1)90゜位相の異なる2つの正弦波 (2)90゜位相の異なる三角波 そして、この種のエンコーダにより、アナログ信号を用
いて高精度な位置検出を行う際には、1周期を更に数1
0〜数100程度に分割する。
(1) Two sine waves different in phase by 90 ° (2) Triangular waves different in phase by 90 ° When this type of encoder performs high-accuracy position detection using analog signals, one cycle And the number 1
It is divided into about 0 to several hundreds.

【0027】このように、この種のエンコーダでは、ア
ナログ信号を性能限界まで用いて位置検出を行ってい
る。
As described above, in this type of encoder, position detection is performed using an analog signal up to the performance limit.

【0028】そのため、これらのアナログ信号に乗る、
複数の信号源におけるクロストーク等による波形の歪み
や、オフセットがエンコーダの位置検出精度を劣化させ
る要因となっている。
Therefore, riding on these analog signals,
Waveform distortion and offset due to crosstalk and the like in a plurality of signal sources are factors that degrade the position detection accuracy of the encoder.

【0029】具体的なクロストークの例として、断面が
図5の(b)に示すような構造を持つアレイ状受光部を
有するエンコーダについて説明する。
As a specific example of crosstalk, an encoder having an array-like light receiving section having a structure as shown in FIG. 5B will be described.

【0030】この図5の(b)において、n型半導体層
302で発生する正孔は、基板であるn型半導体層30
2内で拡散し、いずれかの受光アレイ部の要素内の電極
301aに引き寄せられていく。
In FIG. 5B, holes generated in the n-type semiconductor layer 302 correspond to the n-type semiconductor layer 30 serving as a substrate.
2, and is drawn to the electrode 301a in one of the elements of the light receiving array unit.

【0031】この場合、p型半導体層302に到達した
光が拡散されて本来検出されるべきでない他の受光アレ
イ部の要素で検出されるとクロストークの原因となる。
In this case, if the light that has reached the p-type semiconductor layer 302 is diffused and detected by another element of the light receiving array unit that should not be detected, crosstalk is caused.

【0032】次に、オフセットの例について説明する。Next, an example of the offset will be described.

【0033】図5の(c)において、受光アレイ部周辺
に照射される光の一部は下層部に伝搬する。
In FIG. 5C, part of the light emitted around the light receiving array portion propagates to the lower layer portion.

【0034】下層部で光が吸収されることによって発生
する正孔は拡散し、その一部は受光アレイ部外周より内
部に伝搬し、検出される。
Holes generated by the absorption of light in the lower layer are diffused, and some of the holes propagate from the outer periphery of the light receiving array to the inside and are detected.

【0035】これが光検出におけるオフセットとなる。This is an offset in light detection.

【0036】このとき、受光アレイ部の両端のアレイ要
素は外周部との境界部分が大きいため、正孔の拡散の影
響を特に受けやすく、光検出において大きなオフセット
が発生しやすい。
At this time, since the array elements at both ends of the light receiving array portion have a large boundary portion with the outer peripheral portion, they are particularly susceptible to the diffusion of holes, and a large offset is likely to occur in light detection.

【0037】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、エンコーダ信号にオフセットや波形の歪みが生じ
にくい構成とし、持てる性能を最大限に引き出せるよう
なエンコーダを提供すること目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an encoder having a configuration in which an offset or a waveform distortion is unlikely to occur in an encoder signal, and which is capable of maximizing performance.

【0038】[0038]

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、(1) 光ビームを射出する光源
部と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前
記光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターン
が形成されたスケールと、前記スケールを経由した前記
光ビームを受光する受光アレイ部とを有し、前記受光ア
レイ部が、基板側より受光面側まで順に、第1伝導型の
半導体層、第2伝導型の半導体層、第1伝導型の半導体
層を有し、前記基板側の第1伝導型の半導体層に逆バイ
アス電圧が印加されることを特徴とする光学式エンコー
ダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (1) a light source section for emitting a light beam, and a light source section which is displaced so as to relatively cross the light beam, Has a scale in which an optical pattern of a predetermined period is formed in an area to be irradiated, and a light receiving array portion that receives the light beam passing through the scale, wherein the light receiving array portion extends from the substrate side to the light receiving surface side. A semiconductor layer of the first conductivity type, a semiconductor layer of the second conductivity type, and a semiconductor layer of the first conductivity type in this order, and a reverse bias voltage is applied to the semiconductor layer of the first conductivity type on the substrate side. An optical encoder is provided.

【0039】(対応する発明の実施の形態)第1の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The first embodiment corresponds to this.

【0040】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(2) 光ビームを射出する光源部と、前記
光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビーム
が照射される領域に所定周期の光学パターンが形成され
たスケールと、前記スケールを経由した前記光ビームを
受光する受光アレイ部とを有し、前記受光アレイ部が、
基板側より受光面側まで順に、第1伝導型の半導体層、
第2伝導型の半導体層、該第2伝導型の半導体層に対し
て整流作用をもつ金属層を有し、前記基板側の第1伝導
型の半導体層に逆バイアス電圧が印加されることを特徴
とする光学式エンコーダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above problems, (2) a light source unit for emitting a light beam is displaced so as to relatively cross the light beam, and the light beam is irradiated. A scale in which an optical pattern of a predetermined period is formed in a region, and a light receiving array unit that receives the light beam passing through the scale, wherein the light receiving array unit is
A semiconductor layer of the first conductivity type in order from the substrate side to the light receiving surface side,
A semiconductor layer of a second conductivity type, a metal layer having a rectifying action on the semiconductor layer of the second conductivity type, and a reverse bias voltage is applied to the semiconductor layer of the first conductivity type on the substrate side. An optical encoder is provided.

【0041】(対応する発明の実施の形態)第1の実施
の形態の別構成2、3が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) Another configuration 2 or 3 of the first embodiment corresponds.

【0042】なお、上記(1),(2)において、第1
伝導型をp型とすると第2伝導型はn型になり、第1伝
導型をn型とすると第2伝導型はp型になる。
In the above (1) and (2), the first
If the conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type.

【0043】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(3) 光ビームを射出する光源部と、前記
光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビーム
が照射される領域に所定周期の光学パターンが形成され
たスケールと、前記スケールを経由した前記光ビームを
受光する受光アレイ部とを有し、前記受光アレイ部の要
素間に、遮光部を設けたことを特徴とする光学式エンコ
ーダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (3) a light source for emitting a light beam is displaced so as to relatively cross the light beam, and the light beam is irradiated. It has a scale in which an optical pattern of a predetermined period is formed in a region, and a light receiving array unit that receives the light beam passing through the scale, and a light shielding unit is provided between elements of the light receiving array unit. Is provided.

【0044】(対応する発明の実施の形態)第2の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The second embodiment corresponds to the second embodiment.

【0045】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(4) 光ビームを射出する光源部と、前記
光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビーム
が照射される領域に所定周期の光学パターンが形成され
たスケールと、前記スケールを経由した前記光ビームを
受光する受光アレイ部とを有し、前記受光アレイ部の周
りに、遮光部を設けたことを特徴とする光学式エンコー
ダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (4) a light source unit for emitting a light beam is displaced so as to relatively cross the light beam, and the light beam is irradiated. A scale in which an optical pattern of a predetermined period is formed in a region, and a light receiving array unit that receives the light beam passing through the scale, and a light shielding unit is provided around the light receiving array unit. An optical encoder is provided.

【0046】(対応する発明の実施の形態)第3の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The third embodiment corresponds to the third embodiment.

【0047】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(5) 光ビームを射出する光源部と、前記
光源部を駆動する駆動回路部と、前記光ビームを相対的
に横切るように変位し、前記光ビームが照射される領域
に所定周期の光学パターンが形成されたスケールと、前
記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光部
と、前記受光部の出力を処理する信号処理回路部を有
し、前記駆動回路部の電気的グラウンドと上記信号処理
回路部の電気的グラウンドが分離されていることを特徴
とする光学式エンコーダが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above problems, (5) a light source unit for emitting a light beam, a driving circuit unit for driving the light source unit, and a light source unit that crosses the light beam relatively. And a scale in which an optical pattern having a predetermined period is formed in an area irradiated with the light beam, a light receiving unit that receives the light beam passing through the scale, and a signal processing that processes an output of the light receiving unit An optical encoder having a circuit section, wherein an electrical ground of the drive circuit section and an electrical ground of the signal processing circuit section are separated.

【0048】(対応する発明の実施の形態)第4の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The fourth embodiment corresponds to the fourth embodiment.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0050】(第1の実施の形態) <基板側に引き出し電極> (構成)図1の(a)において、エンコーダは、大きく
分けてベース1、面発光レーザ2、フォトIC3、スケ
ール4の4つの部分からなる。
(First Embodiment) <Electrode Extraction on Substrate Side> (Configuration) In FIG. 1A, the encoder is roughly divided into a base 1, a surface emitting laser 2, a photo IC 3, and a scale 4 Consists of two parts.

【0051】この場合、ベース1、面発光レーザ2、フ
ォトIC3は、本体として一体に構成され、スケール4
に対してギャップdを置いて適正な姿勢を保ったまま保
持される。
In this case, the base 1, the surface emitting laser 2, and the photo IC 3 are integrally formed as a main body, and the scale 4
Is held while maintaining a proper posture with a gap d.

【0052】ベース1の上には、スケール4に対して斜
めに配置されたビーム2aを射出する面発光レーザ2
と、ピッチPpで同一構造の複数のアレイ要素が並んだ
受光アレイ部3aと信号処理回路3bからなるフォトI
C3が形成されている。
On a base 1, a surface emitting laser 2 for emitting a beam 2a arranged obliquely with respect to a scale 4.
And a photo I comprising a light receiving array section 3a in which a plurality of array elements having the same structure are arranged at a pitch Pp and a signal processing circuit 3b.
C3 is formed.

【0053】本例における面発光レーザ2の代わりに、
通常の半導体レーザなどを光源としても良い。
Instead of the surface emitting laser 2 in this example,
An ordinary semiconductor laser or the like may be used as the light source.

【0054】この光源の波長は800nm〜1000n
mの間とし、受光アレイ部3aはシリコンベースの半導
体層とする。
The wavelength of this light source is 800 nm to 1000 n.
m, and the light receiving array section 3a is a silicon-based semiconductor layer.

【0055】なお、波長の異なる光源を用いる場合に
は、その波長を検出するのに望ましい受光部を用いるこ
とで対応が可能である。
In the case where light sources having different wavelengths are used, it is possible to cope with the situation by using a light receiving section which is desirable for detecting the wavelength.

【0056】信号処理回路3bは、レーザ駆動回路と、
受光アレイ部3aの信号のゲイン・オフセット調整をす
る正規化回路とから成る。
The signal processing circuit 3b includes a laser driving circuit,
And a normalizing circuit for adjusting the gain / offset of the signal of the light receiving array section 3a.

【0057】受光アレイ部3aの4つ置きのアレイ要素
の信号の和の1つをA(+)信号、1つ隣の4つ置きの
アレイ要素の信号の和をB(+)信号、さらに1つ隣の
4つ置きのアレイ要素の信号の和をA(−)信号、残る
4つ置きのアレイ要素の信号の和をB(−)信号とす
る。
One of the sums of the signals of every fourth array element of the light receiving array section 3a is an A (+) signal, the sum of the signals of every fourth array element adjacent thereto is a B (+) signal, and The sum of the signals of every fourth array element adjacent to the fourth array element is an A (-) signal, and the sum of the signals of the remaining fourth array elements is a B (-) signal.

【0058】そして、[A(+)一A(−)]をA信
号、[B(+)一B(一)]をB信号として、この2つ
のA信号、B信号をエンコーダ信号として出力するよう
に、信号処理回路3bが構成されている。
[A (+)-A (-)] is output as an A signal, and [B (+)-B (1)] is output as a B signal, and these two A signals and B signals are output as encoder signals. Thus, the signal processing circuit 3b is configured.

【0059】スケール4には、反射率の異なる2つのパ
ターンを数10μmのピッチPsで並べた光学パターン
4aが形成されている。
The scale 4 has an optical pattern 4a in which two patterns having different reflectivities are arranged at a pitch Ps of several tens of μm.

【0060】ここで、受光アレイ部3aにおけるアレイ
要素の配設ピッチPpとスケール4における光学パター
ン4aの配設ピッチPsには以下の関係がある。
Here, the following relationship exists between the arrangement pitch Pp of the array elements in the light receiving array section 3a and the arrangement pitch Ps of the optical patterns 4a in the scale 4.

【0061】Pp=2Ps そして、本例の光学式エンコーダは、面発光レーザ2か
ら出射したレーザ光ビーム2aは広がりを持ってスケー
ル4の光学パターン4aに入射し、この光学パターン4
aによって回折されたレーザ光ビーム2aは受光アレイ
部3aに入射するように、各部が配置構成されている。
Pp = 2Ps In the optical encoder of this embodiment, the laser light beam 2a emitted from the surface emitting laser 2 is incident on the optical pattern 4a of the scale 4 with a spread.
Each part is arranged and configured such that the laser light beam 2a diffracted by a is incident on the light receiving array part 3a.

【0062】面発光レーザ2とフォトIC3とは、それ
ぞれの図1の(a)中のz方向の高さが等しくなるよう
配置されている。
The surface emitting laser 2 and the photo IC 3 are arranged so that their heights in the z direction in FIG. 1A are equal.

【0063】ギャップdは、スケール4の光学パターン
4aにおける像の2倍の像が受光アレイ部3aに結像す
るように決められている。
The gap d is determined so that an image twice as large as the image on the optical pattern 4a of the scale 4 is formed on the light receiving array section 3a.

【0064】このギャップdは、レーザ光の波長、出射
角度によって解像度が高くなる範囲が決まる。
The range in which the resolution is increased depends on the wavelength and the emission angle of the laser beam.

【0065】なお、本例ではスケール4の下面での反射
による回折像を用いているが、スケール4の上面への透
過光を利用し、受光部をスケール4の図中上方に配置す
ることも可能である。
In this example, a diffraction image by reflection at the lower surface of the scale 4 is used. However, the light receiving portion may be arranged above the scale 4 in the drawing by using light transmitted to the upper surface of the scale 4. It is possible.

【0066】この場合の光源とスケール間ギャップ、ス
ケールと受光部間のギャップは、波長、出射角度によっ
て解像度が高くなるように選択し、これらの2つのギャ
ップの距離は必ずしも等しくなくてもよい。
In this case, the gap between the light source and the scale and the gap between the scale and the light receiving section are selected so as to increase the resolution depending on the wavelength and the emission angle, and the distance between these two gaps may not necessarily be equal.

【0067】ただし、これらの2つのギャップ量が異な
るときには、スケールピッチと受光アレイ部のピッチに
は以下の関係が成り立つ。
However, when these two gap amounts are different, the following relationship is established between the scale pitch and the pitch of the light receiving array section.

【0068】Ps:Pp=(光源・スケール間のギャッ
プ量):×4(光源・スケール間のギャップ量+スケー
ル・受光部間のギャップ量) そして、ベース1とスケール4とは、ギャップdが一定
で、スケール4のピッチ方向、すなわち、図1の(a)
中のx方向に相対的に移動可能なように配置されてい
る。
Ps: Pp = (gap amount between light source and scale): × 4 (gap amount between light source and scale + gap amount between scale and light receiving unit) Then, gap d between base 1 and scale 4 is Constant, in the pitch direction of the scale 4, ie, FIG.
It is arranged so as to be relatively movable in the middle x direction.

【0069】なお、以上に挙げた構成に関して、従来の
光学系に主に用いられるような、発光部からの光を集光
レンズなどで平行光化している光源を用いる構成におい
ても、結像条件を満たすように光源、スケール、受光部
を配置することで以下で説明する作用と効果が得られ
る。
Regarding the configuration described above, even in a configuration that uses a light source that collimates the light from the light emitting unit with a condenser lens or the like, which is mainly used in a conventional optical system, the imaging condition By arranging the light source, the scale, and the light receiving unit so as to satisfy the following, the operations and effects described below can be obtained.

【0070】ただし、この場合のスケールピッチPsと
PDアレイのピッチPpには、以下の関係が成り立つ。
However, the following relationship is established between the scale pitch Ps and the PD array pitch Pp in this case.

【0071】Ps:Pp=4:1 図1の(b)は、受光アレイ部3aの1要素の断面構造
を示している。
Ps: Pp = 4: 1 FIG. 1B shows the cross-sectional structure of one element of the light receiving array section 3a.

【0072】この受光アレイ部3aの1要素の構成は、
受光面側である上部からp型半導体層301、n型半導
体層302、p型半導体層303、及び、これらp型半
導体層301、n型半導体層302、p型半導体層30
3のそれぞれに設けられた電極301a、電極302
a、電極303aから成る。
The structure of one element of the light receiving array section 3a is as follows.
The p-type semiconductor layer 301, the n-type semiconductor layer 302, the p-type semiconductor layer 303, and the p-type semiconductor layer 301, the n-type semiconductor layer 302, and the p-type semiconductor layer 30 from the upper side on the light receiving surface side.
The electrode 301a and the electrode 302 provided for
a, electrode 303a.

【0073】ここで、p型半導体層301、n型半導体
層302、p型半導体層303の各半導体層は、Siを
ベースとし、p型、または、n型のドーパントが注入さ
れたものである。
Here, each of the semiconductor layers of the p-type semiconductor layer 301, the n-type semiconductor layer 302, and the p-type semiconductor layer 303 is based on Si and implanted with a p-type or n-type dopant. .

【0074】このうち、基板であるp型半導体層303
の厚みは数100μmになされており、それ以外のp型
半導体層301、n型半導体層302の部分は数μm〜
数10μmの厚みを持つようになされている。
Of these, the p-type semiconductor layer 303 serving as the substrate
Has a thickness of several 100 μm, and the other portions of the p-type semiconductor layer 301 and the n-type semiconductor layer 302 have a thickness of several μm to
It has a thickness of several tens of μm.

【0075】そして、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aと電極303aにマイナス
(−)電圧が掛けられるようになっている。
The electrode 302a is connected to an electric ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0076】なお、この構成は以下のように、別構成と
することも可能である。
This configuration can be another configuration as described below.

【0077】(別構成1)受光面側である上部からn型
半導体層301、p型半導体層302、n型半導体30
3層、及び、これらn型半導体層301、p型半導体層
302、n型半導体303層のそれぞれに設けられた電
極301a、電極302a、電極303aから構成され
る。
(Alternative Configuration 1) N-type semiconductor layer 301, P-type semiconductor layer 302, N-type semiconductor 30
It is composed of three layers and an electrode 301a, an electrode 302a, and an electrode 303a provided in each of the n-type semiconductor layer 301, the p-type semiconductor layer 302, and the n-type semiconductor 303 layer.

【0078】ここで、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aと電極303aにプラス
(+)電庄が掛けられるようになっている。
Here, the electrode 302a is connected to an electrical ground, and a positive (+) voltage is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0079】(別構成2)受光面側である上部から金属
層301、n型半導体層302、p型半導体層303、
及び、これら金属層301、n型半導体、p型半導体層
303のそれぞれに設けられた電極301a、電極30
2a、電極303aから構成される。
(Alternative Configuration 2) From the upper side on the light receiving surface side, a metal layer 301, an n-type semiconductor layer 302, a p-type semiconductor layer 303,
And an electrode 301a and an electrode 30 provided on each of the metal layer 301, the n-type semiconductor, and the p-type semiconductor layer 303.
2a and an electrode 303a.

【0080】ただし、金属層301としては、n型半導
体層302との間に整流作用があるものを選択する。
However, a metal layer having a rectifying action with the n-type semiconductor layer 302 is selected as the metal layer 301.

【0081】ここで、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aと電極303aにマイナス
(−)電圧が掛けられるようになっている。
Here, the electrode 302a is connected to an electrical ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0082】(別構成3)受光面側である上部から金属
層301、p型半導体層302、n型半導体層303、
及び、これら金属層301、p型半導体、n型半導体層
303のそれぞれに設けられた電極301a、電極30
2a、電極303aから構成される。
(Alternative Configuration 3) A metal layer 301, a p-type semiconductor layer 302, an n-type semiconductor layer 303,
And an electrode 301a and an electrode 30 provided on each of the metal layer 301, the p-type semiconductor, and the n-type semiconductor layer 303.
2a and an electrode 303a.

【0083】ただし、金属層301としては、p型半導
体層302との間に整流作用があるものを選択する。
However, a metal layer having a rectifying effect with respect to the p-type semiconductor layer 302 is selected as the metal layer 301.

【0084】ここで、電極302aは電気的グラウンド
に接続され、電極301aと電極303aにプラス
(+)電圧が掛けられるようになっている。
Here, the electrode 302a is connected to the electric ground, and a positive (+) voltage is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0085】(作用) <位置検出>まず、光学式エンコーダとしての位置検出
機能を説明する。
(Operation) <Position Detection> First, a position detection function as an optical encoder will be described.

【0086】面発光レーザ2から出射したレーザ光ビー
ム2aは、スケール4の光学パターン4aに入射する。
The laser light beam 2 a emitted from the surface emitting laser 2 enters the optical pattern 4 a of the scale 4.

【0087】そして、光学パターン4aによって反射さ
れたレーザ光ビームは受光アレイ部3aで検出される。
Then, the laser light beam reflected by the optical pattern 4a is detected by the light receiving array section 3a.

【0088】ベース1とスケール4とが相対的に移動す
ると、受光アレイ部3aで検出される電気信号は三角波
として強度が変化する。
When the base 1 and the scale 4 move relatively, the electric signal detected by the light receiving array section 3a changes in intensity as a triangular wave.

【0089】受光アレイ部3aで検出される2つの電気
信号A,Bには1/4周期の位相差があるため、この2
つの信号A,Bを用いて相対移動方向を含めてベース1
とスケール4の相対移動の移動量を知ることができる。
Since the two electric signals A and B detected by the light receiving array unit 3a have a phase difference of 1/4 cycle,
Base A including the relative movement direction using two signals A and B
And the amount of relative movement of the scale 4 can be known.

【0090】<クロストーク低減>受光アレイ部3aに
入射したレーザ光ビームは、次のように検出される。
<Reduction of Crosstalk> The laser beam incident on the light receiving array section 3a is detected as follows.

【0091】レーザ光ビームを検出するために、受光ア
レイ部3aの電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aと電極303aにはマイナス(−)数
Vの電圧が印加される。
In order to detect the laser beam, the electrode 302a of the light receiving array section 3a is connected to an electric ground, and a voltage of minus (-) several V is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0092】p型半導体層301を透過し、n型半導体
層302に到達した光の一部は吸収されて光電効果によ
り、電子と正孔(ホール)を発生させる。
A part of the light transmitted through the p-type semiconductor layer 301 and reaching the n-type semiconductor layer 302 is absorbed and generates electrons and holes by the photoelectric effect.

【0093】この場合、n型半導体層302吸収される
光の割合は、波長にもよるが、数%〜数10%である。
In this case, the proportion of light absorbed by the n-type semiconductor layer 302 is several percent to several tens percent, depending on the wavelength.

【0094】このとき、n型半導体層302で発生する
電子と正孔のうち、電子は電気的グラウンドである電極
302aに引き寄せられ、正孔はマイナス(−)数Vの
電圧が印加された電極301aに主に引き寄せられてい
く。
At this time, of the electrons and holes generated in the n-type semiconductor layer 302, the electrons are attracted to the electrode 302a which is an electric ground, and the holes are the electrodes to which a voltage of minus (−) several V is applied. It is mainly drawn to 301a.

【0095】そして、n型半導体層302で吸収されな
かった光の大半はp型半導体層303へ抜けていく。
Most of the light not absorbed by the n-type semiconductor layer 302 escapes to the p-type semiconductor layer 303.

【0096】通常、基板であるp型半導体層303は数
100μmと厚いため、入射した光は、ほぼすべて、こ
こで吸収されて電子と正孔を発生させる。
Usually, since the p-type semiconductor layer 303 serving as the substrate is as thick as several hundred μm, almost all the incident light is absorbed here to generate electrons and holes.

【0097】このとき、p型半導体層303で発生する
電子と正孔のうち、電子は電気的グランドである電極3
02aに引き寄せられていく。
At this time, of the electrons and holes generated in the p-type semiconductor layer 303, the electrons are the electrodes 3 which are the electric ground.
02a.

【0098】また、正孔はp型半導体層303にマイナ
ス(−)数Vの電圧が印加されているため、電極303
aに主に引き寄せられていく。
Further, for the holes, since a voltage of minus (−) several V is applied to the p-type semiconductor layer 303,
It is mainly drawn to a.

【0099】受光アレイ部3aの各要素アレイで検出さ
れるのは、電極301aに引き寄せられた正孔である。
What is detected in each element array of the light receiving array section 3a is a hole attracted to the electrode 301a.

【0100】従って、電極303aにマイナス(−)数
Vの電圧が印加されている場合、受光アレイ部3aの各
要素に入った光のうち、p型半導体層301で吸収され
た光を検出することができることになる。
Therefore, when a voltage of minus (-) several V is applied to the electrode 303a, the light absorbed by the p-type semiconductor layer 301 is detected from the light entering each element of the light receiving array section 3a. You can do it.

【0101】電極303aにマイナス(−)数Vの電圧
が印加されていない場合、p型半導体層303で発生す
る正孔は基板であるp型半導体層303内で拡散し、い
ずれかの受光アレイ部3aの要素アレイ内の電極301
aに引き寄せられていく。
When a voltage of minus (-) several volts is not applied to the electrode 303a, holes generated in the p-type semiconductor layer 303 diffuse in the p-type semiconductor layer 303 serving as a substrate, and any of the light receiving arrays Electrode 301 in element array of part 3a
It is drawn to a.

【0102】この場合、電極303aにマイナス(−)
数Vの印加電圧がある場合の光検出に加えて、p型半導
体層303に到達した光も拡散されて各受光アレイ部3
aの要素で検出され、これがクロストークの原因とな
る。
In this case, a minus (-) is applied to the electrode 303a.
In addition to the light detection when there is an applied voltage of several V, the light reaching the p-type semiconductor layer 303 is also diffused and
This is detected by the element a, which causes crosstalk.

【0103】この場合、受光アレイ部3aのピッチPp
が十分に大きい場合には、拡散の影響は小さく、クロス
トークの量は無視できる。
In this case, the pitch Pp of the light receiving array 3a
Is large enough, the effect of diffusion is small and the amount of crosstalk is negligible.

【0104】しかし、ピッチPpが小さくなると、拡散
の影響が大きくなり、特に、受光アレイ部3aの要素の
境界付近に入射した光は、隣接する2つの要素での光検
出に影響する。
However, when the pitch Pp becomes smaller, the influence of diffusion becomes larger. In particular, light incident near the boundary between elements of the light receiving array portion 3a affects light detection by two adjacent elements.

【0105】従来技術を示す図5の(b)において、n
型半導体層302の厚みは数100μmあるが、本実施
の形態では、n型半導体層302の厚みは数μ〜数10
μmであり、その下に数100μmの厚さをもつP型半
導体層303がある。
In FIG. 5B showing the prior art, n
Although the thickness of the n-type semiconductor layer 302 is several hundred μm, in this embodiment, the thickness of the n-type semiconductor layer 302 is several μm to several tens of μm.
μm, and a P-type semiconductor layer 303 having a thickness of several hundred μm is provided thereunder.

【0106】このため、図5の(b)に示す従来技術で
は、n型半導体層302で多くの光が吸収されるが、本
実施の形態では、波長にもよるが、n型半導体層302
で吸収される光の割合いは数%〜数10%でしかなく、
大部分の光はP型半導体層303に抜けて行き、P型半
導体層303でこの抜けて来た光がほとんどすべて吸収
される。
For this reason, in the prior art shown in FIG. 5B, a large amount of light is absorbed by the n-type semiconductor layer 302. In the present embodiment, the n-type semiconductor layer 302 depends on the wavelength.
The ratio of light absorbed by is only a few% to several tens%,
Most of the light escapes to the P-type semiconductor layer 303, and almost all the light that has escaped is absorbed by the P-type semiconductor layer 303.

【0107】このため、本実施の形態では、P型半導体
層303で発生する電子と正孔を制御して、クロストー
クを有効に低減することができる。
For this reason, in the present embodiment, crosstalk can be effectively reduced by controlling electrons and holes generated in the P-type semiconductor layer 303.

【0108】(効果)従って、受光アレイ部の垂直断面
構造をp−n−p半導体層の構造とし、基板側に引き出
し電極を設けてそれに数Vの逆バイアスを掛けること
で、クロストークを大幅に低減することが可能である。
(Effect) Therefore, the vertical cross-sectional structure of the light receiving array section is made to be a pnp semiconductor layer structure, and a lead electrode is provided on the substrate side and a reverse bias of several volts is applied to the lead electrode, thereby greatly increasing crosstalk. It is possible to reduce to.

【0109】このことは、受光アレイ部の垂直断面構造
をn−p−n半導体層の構造(上記別構成1)とした
り、これらp−n−p半導体層及びn−p−n半導体層
の2つの構造で受光面を金属層で置き換えた構造(上記
別構成2及び別構成3)についても同様に当てはまる。
This means that the vertical cross-sectional structure of the light receiving array section is the same as the structure of the npn semiconductor layer (Alternative Configuration 1 described above), or the pnp semiconductor layer and the npn semiconductor layer The same applies to a structure in which the light receiving surface is replaced by a metal layer in the two structures (the other configurations 2 and 3 described above).

【0110】こうしたクロストーク低減により、ノイズ
レベルが低減し、より高分解能で位置検出精度の高いエ
ンコーダを供給することが可能となる。
By reducing the crosstalk, it is possible to reduce the noise level and supply an encoder with higher resolution and higher position detection accuracy.

【0111】さらには、基板側に印加する電圧量を調整
することで、クロストーク量を制御することも可能であ
る。
Further, the amount of crosstalk can be controlled by adjusting the amount of voltage applied to the substrate side.

【0112】エンコーダ信号出力が理想的には三角波で
あっても、クロストーク量を制御することにより、エン
コーダ信号を正弦波に近づけることも可能である。
Even if the encoder signal output is ideally a triangular wave, the encoder signal can be made closer to a sine wave by controlling the amount of crosstalk.

【0113】(第2の実施の形態) <受光アレイ部の要素間に遮光部> (構成)この第2の実施の形態の構成の概要は、上述し
た第1の実施の形態の構成の概要を示す図1の(a)と
同様である。
(Second Embodiment) <Shading Between Elements of Light-receiving Array Unit> (Configuration) The outline of the configuration of the second embodiment is the same as the outline of the configuration of the above-described first embodiment. This is the same as FIG.

【0114】従って、ここでは、上述した第1の実施の
形態の構成と異なる受光アレイ部3aの構造について説
明する。
Therefore, here, the structure of the light receiving array portion 3a which is different from the structure of the first embodiment will be described.

【0115】図2の(a)は、第2の実施の形態による
受光アレイ部3aの平面構造を示している。
FIG. 2A shows a planar structure of a light receiving array section 3a according to the second embodiment.

【0116】各要素アレイの受光面は、光を透過する受
光窓31aと、隣り合った受光窓31a間に配置された
光を遮断する遮光板31bとから構成される。
The light receiving surface of each element array is composed of a light receiving window 31a that transmits light and a light shielding plate 31b that is arranged between adjacent light receiving windows 31a and blocks light.

【0117】図2の(b)は、第1の実施の形態による
受光アレイ部3aの平面構造を示しており、この場合に
は、光を透過する受光窓31aだけが存在し、隣り合っ
た受光窓31a間に配置された光を遮断する遮光板31
bは存在していない。
FIG. 2B shows a planar structure of the light receiving array section 3a according to the first embodiment. In this case, only the light receiving windows 31a that transmit light are present and are adjacent to each other. Light shielding plate 31 interposed between light receiving windows 31a for blocking light
b does not exist.

【0118】なお、第2の実施の形態において、遮光板
31bは、受光窓31aに比べて光の透過率が十分低け
れば、完全に光を遮断しなくてもその機能を果たすこと
ができる。
In the second embodiment, if the light transmittance of the light shielding plate 31b is sufficiently lower than that of the light receiving window 31a, the light shielding plate 31b can perform its function without completely blocking the light.

【0119】図2の(c)は、第2の実施の形態におけ
る受光アレイ部3aの1要素の断面構造例を示してい
る。
FIG. 2C shows an example of a sectional structure of one element of the light receiving array section 3a according to the second embodiment.

【0120】この受光アレイ部3aの1要素の構成は、
フォトダイオードと同様で、受光面側である上部からp
型半導体層301、n型半導体層302、n型半導体層
303、及び、p型半導体層301、n型半導体層30
2にそれぞれに設けられた電極301a、電極302a
から成る。
The structure of one element of the light receiving array section 3a is as follows.
Similar to a photodiode, p
Semiconductor layer 301, n-type semiconductor layer 302, n-type semiconductor layer 303, p-type semiconductor layer 301, n-type semiconductor layer 30
2, electrode 301a and electrode 302a
Consists of

【0121】なお、n型半導体層303は省略されてい
ても機能上問題はない。
Note that there is no functional problem even if the n-type semiconductor layer 303 is omitted.

【0122】各半導体層はSiをベースとし、p型、ま
たは、n型のドーパントが注入されたものである。
Each semiconductor layer is based on Si and has a p-type or n-type dopant implanted therein.

【0123】基板であるn型半導体層303の厚みは数
100μm、それ以外の2部分は数μm〜数10μmの
厚みを持つ。
The n-type semiconductor layer 303 serving as a substrate has a thickness of several 100 μm, and the other two portions have a thickness of several μm to several tens μm.

【0124】ただし、n型半導体層303が省略されて
いる場合には、n型半導体層302の厚みは数100μ
mまでの厚みを持ち得る。
However, when the n-type semiconductor layer 303 is omitted, the thickness of the n-type semiconductor layer 302 is several hundred μm.
m.

【0125】電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aにマイナス(−)電圧が掛けられるよ
うになっている。
The electrode 302a is connected to an electrical ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a.

【0126】なお、この構成は以下のように、別構成と
することも可能である。
It is to be noted that this configuration can be another configuration as described below.

【0127】(別構成1)受光面側である上部からn型
半導体層301、p型半導体層302、n型半導体層3
03、及び、n型半導体層301、p型半導体層302
にそれぞれに設けられた電極301a、電極302aか
ら構成される。
(Alternative Configuration 1) n-type semiconductor layer 301, p-type semiconductor layer 302, n-type semiconductor layer 3
03, and an n-type semiconductor layer 301 and a p-type semiconductor layer 302
And an electrode 301a and an electrode 302a provided respectively.

【0128】電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aにプラス(+)電圧が掛けられるよう
になっている。
The electrode 302a is connected to an electrical ground, and a positive (+) voltage is applied to the electrode 301a.

【0129】(別構成2)受光面側である上部から金属
層301、n型半導体層302、p型半導体層303、
及び、金属層301、n型半導体層302にそれぞれに
設けられた電極301a、電極302a、電極303a
から構成される。
(Alternative Configuration 2) The metal layer 301, the n-type semiconductor layer 302, the p-type semiconductor layer 303,
And an electrode 301a, an electrode 302a, and an electrode 303a provided on the metal layer 301 and the n-type semiconductor layer 302, respectively.
Consists of

【0130】ただし、金属層301としては、n型半導
体層302との間に整流作用があるものを選択する。
However, a metal layer having a rectifying action with the n-type semiconductor layer 302 is selected as the metal layer 301.

【0131】電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aにマイナス(−)電圧が掛けられるよ
うになっている。
The electrode 302a is connected to an electric ground, and a negative (-) voltage is applied to the electrode 301a.

【0132】(別構成3)受光面側である上部から金属
層301、p型半導体層302、n型半導体層303、
及び、金属層301、p型半導体層302、n型半導体
層303にそれぞれに設けられた電極301a、電極3
02a、電極303aから構成される。
(Alternative Configuration 3) The metal layer 301, the p-type semiconductor layer 302, the n-type semiconductor layer 303,
And an electrode 301a and an electrode 3 provided on the metal layer 301, the p-type semiconductor layer 302, and the n-type semiconductor layer 303, respectively.
02a and an electrode 303a.

【0133】ただし、金属層301としては、p型半導
体層302との間に整流作用があるものを選択する。
However, as the metal layer 301, a metal layer having a rectifying action with the p-type semiconductor layer 302 is selected.

【0134】電極302aは電気的グラウンドに接続さ
れ、電極301aと電極303aにプラス(+)電圧が
掛けられるようになっている。
The electrode 302a is connected to an electric ground, and a positive (+) voltage is applied to the electrode 301a and the electrode 303a.

【0135】(作用) <位置検出>光学式エンコーダとしての位置検出機能
は、上述した第1の実施の形態の場合と同様である。
(Operation) <Position Detection> The position detection function as the optical encoder is the same as that of the first embodiment.

【0136】<クロストーク低減>受光アレイ部3aに
入射したレーザ光ビームは、次のように検出される。
<Reduction of Crosstalk> The laser beam incident on the light receiving array section 3a is detected as follows.

【0137】レーザ光ビームを検出するために、電極3
02aは電気的グラウンドに接続され、電極301aに
はマイナス(−)数Vの電圧が印加される。
In order to detect the laser beam, the electrode 3
02a is connected to an electrical ground, and a voltage of minus (-) several V is applied to the electrode 301a.

【0138】各要素の受光面に入射される光のうち、遮
光板31bに当たる光は遮断されてそれより下部には到
達しないが、受光窓31aを通った光のみが下部に伝搬
される。
Of the light incident on the light receiving surface of each element, the light impinging on the light shielding plate 31b is blocked and does not reach below, but only the light passing through the light receiving window 31a propagates to the lower part.

【0139】p型半導体層301を透過し、n型半導体
層302に到達した光の一部は吸収されて光電効果によ
り、電子と正孔(ホール)を発生させる。
A part of the light that has passed through the p-type semiconductor layer 301 and reached the n-type semiconductor layer 302 is absorbed and generates electrons and holes by the photoelectric effect.

【0140】この場合、n型半導体層302吸収される
光の割合は、波長にもよるが、数%〜数10%である。
In this case, the proportion of light absorbed by the n-type semiconductor layer 302 is several percent to several tens percent, depending on the wavelength.

【0141】このとき、n型半導体層302で発生され
る電子は電気的グランドである電極302aに引き寄せ
られていき、正孔はp型半導体層301にマイナス
(−)数Vの電圧が印加されているため、電極301a
に主に引き寄せられていく。
At this time, electrons generated in the n-type semiconductor layer 302 are attracted to the electrode 302a which is an electric ground, and holes are applied with a voltage of minus (−) several V to the p-type semiconductor layer 301. The electrode 301a
It is mainly drawn to.

【0142】そして、n型半導体層302で吸収されな
かった光の大半はp型半導体層303へ抜けていく。
Most of the light not absorbed by the n-type semiconductor layer 302 escapes to the p-type semiconductor layer 303.

【0143】通常、基板であるp型半導体層303は数
100μmと厚いため、入射した光は、ほぼすべて、こ
こで吸収されて電子と正孔を発生させる。
Usually, since the p-type semiconductor layer 303 as the substrate is as thick as several hundreds of μm, almost all the incident light is absorbed here to generate electrons and holes.

【0144】そして、p型半導体層303で発生する電
子と正孔のうち、電子は電気的グランドである電極30
2aに引き寄せられ、正孔は、基板であるp型半導体層
303内で拡散し、いずれかの受光アレイ部3aの要素
アレイ内の電極301aに引き寄せられていく。
[0144] Of the electrons and holes generated in the p-type semiconductor layer 303, the electrons are the electrodes 30 serving as the electrical ground.
The holes are attracted to 2a, and the holes are diffused in the p-type semiconductor layer 303 as a substrate, and are attracted to the electrode 301a in the element array of any of the light receiving array units 3a.

【0145】受光アレイ部3aの各要素で検出されるの
は、電極301aに引き寄せられた正孔である。
What is detected by each element of the light receiving array section 3a is a hole attracted to the electrode 301a.

【0146】n型半導体層302での光検出に加えて、
p型半導体層303に到達した光も拡散されて各受光ア
レイ部3aの要素で検出され、後者がクロストークの原
因となる。
In addition to the light detection in the n-type semiconductor layer 302,
The light that has reached the p-type semiconductor layer 303 is also diffused and detected by the elements of each light receiving array unit 3a, and the latter causes crosstalk.

【0147】この場合、受光アレイ部3aのピッチPp
が十分に大きい場合には、拡散の影響は小さく、クロス
トークの量は無視できる。
In this case, the pitch Pp of the light receiving array portion 3a
Is large enough, the effect of diffusion is small and the amount of crosstalk is negligible.

【0148】しかし、ピッチPpが小さくなると、拡散
の影響が大きくなり、特に受光アレイ部3aの要素の境
界付近に入射した光は、隣接する2つの要素での光検出
に影響する。
However, as the pitch Pp becomes smaller, the influence of diffusion becomes larger. In particular, light incident near the boundary between elements of the light receiving array section 3a affects light detection by two adjacent elements.

【0149】(効果)p型半導体層303で発生する正
孔の拡散度合いがクロストークに影響を与えることにな
る。
(Effect) The degree of diffusion of holes generated in the p-type semiconductor layer 303 affects crosstalk.

【0150】従って、正孔が発生地点から別の受光アレ
イ部3aの隣接要素へ拡散せず、かつ、十分な光量が検
出できるように遮光板31bの幅を選ぶことができれ
ば、クロストークを低減することができ、SN比が改善
される。
Accordingly, if the width of the light shielding plate 31b can be selected so that holes do not diffuse from the generation point to the adjacent element of another light receiving array portion 3a and a sufficient amount of light can be detected, crosstalk can be reduced. And the SN ratio is improved.

【0151】このことは、受光アレイ部3の垂直断面構
造としてp−n−p半導体層の構造をn−p−n半導体
層の構造としたり、これらp−n−p半導体層、n−p
−n半導体層の2つの構造で受光面を金属で置き換えた
構造についても同様に当てはまる。
This means that the structure of the pnp semiconductor layer is changed to the structure of the npn semiconductor layer as the vertical cross-sectional structure of the light receiving array section 3, or the pnp semiconductor layer, np
The same applies to a structure in which the light receiving surface is replaced with a metal in the two structures of the −n semiconductor layer.

【0152】こうしたクロストーク低減により、ノイズ
レベルが低減し、より高分解能で位置検出精度の高いエ
ンコーダを供給することが可能となる。
By reducing the crosstalk, the noise level is reduced, and it is possible to supply an encoder with higher resolution and higher position detection accuracy.

【0153】さらには遮光板31bの幅を調整すること
で、クロストーク量を制御することも可能である。
Further, by adjusting the width of the light shielding plate 31b, the amount of crosstalk can be controlled.

【0154】すなわち、エンコーダ信号出力が理想的に
は三角波であっても、クロストーク量を制御することで
エンコーダ信号を正弦波に近づけることも可能となる。
That is, even if the encoder signal output is ideally a triangular wave, the encoder signal can be made closer to a sine wave by controlling the amount of crosstalk.

【0155】(第3の実施の形態) <受光アレイ部の周辺に遮光領域を設けることによるオ
フセット低減> (構成)この第3の実施の形態の構成の概要は、上述し
た第1の実施の形態の構成の概要を示す図1の(a)と
同様である。
(Third Embodiment) <Offset Reduction by Providing Light-Shielding Area around Light-Receiving Array Unit> (Configuration) The outline of the configuration of the third embodiment is as described in the first embodiment. It is the same as FIG. 1A showing the outline of the configuration of the embodiment.

【0156】従って、ここでは、上述した第1の実施の
形態の構成と異なる受光アレイ部3aの構造について説
明する。
Therefore, here, the structure of the light receiving array section 3a which is different from the structure of the first embodiment will be described.

【0157】図3は、本実施の形態による受光アレイ部
3aの平面構造を示している。
FIG. 3 shows a planar structure of the light receiving array section 3a according to the present embodiment.

【0158】受光アレイ3aは同一形状の要素31aが
集まってできており、その周囲に光を遮断する遮光領域
31bが配置されている。
The light receiving array 3a is made up of elements 31a having the same shape, and a light shielding area 31b for blocking light is arranged around the element 31a.

【0159】なお、遮光領域31bは、受光アレイ要素
31aに比べて光の透過率が十分低ければ、完全に光を
遮断しなくてもその機能を果たすことができる。
If the light transmittance of the light-shielding region 31b is sufficiently lower than that of the light-receiving array element 31a, the light-shielding region 31b can perform its function without completely blocking the light.

【0160】なお、この第3の実施の形態において、遮
光領域31bを設けない場合の受光アレイ部3aの平面
構造は、図2の(b)(上述した第1の実施の形態に相
当)と同様である。
In the third embodiment, the planar structure of the light receiving array section 3a when the light shielding area 31b is not provided is as shown in FIG. 2B (corresponding to the first embodiment described above). The same is true.

【0161】また、この第3の実施の形態において、受
光アレイ部3aの1要素の断面構造は、上述した第2の
実施の形態における図2の(c)の場合と同様である。
Further, in the third embodiment, the cross-sectional structure of one element of the light receiving array section 3a is the same as that in FIG. 2C in the above-described second embodiment.

【0162】(作用) <位置検出>光学式エンコーダとしての位置検出機能
は、上述した第1の実施の形態の場合と同様である。
(Operation) <Position Detection> The position detecting function as the optical encoder is the same as that in the first embodiment.

【0163】<オフセット低減>受光アレイ部3aに入
射したレーザ光ビームは、次のように検出される。
<Offset Reduction> The laser light beam incident on the light receiving array section 3a is detected as follows.

【0164】レーザ光ビームを検出するために、電極3
02aは電気的グランドに接続され、電極301aにマ
イナス(−)数Vの電圧を印加する。
In order to detect the laser beam, the electrode 3
02a is connected to an electrical ground, and applies a voltage of minus (−) several V to the electrode 301a.

【0165】フォトIC3に入射される光のうち、遮光
領域31bに当たる光は遮断されるため、それより下部
には到達しないが、受光アレイ部3aを通った光のみが
下部に伝搬される。
Of the light incident on the photo IC 3, the light that strikes the light-shielding region 31b is cut off and does not reach below, but only the light that has passed through the light receiving array 3a is propagated below.

【0166】そして、p型半導体層301を透過し、n
型半導体層302に到達した光の一部は吸収されて光電
効果により、電子と正孔(ホール)を発生させる。
Then, the light is transmitted through the p-type semiconductor layer 301 and n
Part of the light that reaches the type semiconductor layer 302 is absorbed and generates electrons and holes by the photoelectric effect.

【0167】ここで、n型半導体層302で吸収される
光の割合は、波長にもよるが、数%〜数10%である。
Here, the ratio of the light absorbed by the n-type semiconductor layer 302 is several% to several tens% depending on the wavelength.

【0168】このとき、n型半導体層302で発生され
る電子は、電気的グラウンドである電極302aに引き
寄せられていく。
At this time, electrons generated in the n-type semiconductor layer 302 are attracted to the electrode 302a which is an electric ground.

【0169】また、n型半導体層302で発生される正
孔は、マイナス(−)数Vの電圧が印加されている電極
301aに主に引き寄せられていく。
The holes generated in the n-type semiconductor layer 302 are mainly attracted to the electrode 301a to which a voltage of minus (-) several V is applied.

【0170】そして、n型半導体302で吸収されなか
った光の大半はp型半導体層303へ抜けていく。
Most of the light not absorbed by the n-type semiconductor 302 escapes to the p-type semiconductor layer 303.

【0171】通常、基板であるp型半導体層303は数
100μmと厚いため、入射した光は、ほぼすべて、こ
こで吸収されて光電効果により、電子と正孔(ホール)
を発生させる。
Normally, since the p-type semiconductor layer 303 serving as the substrate is as thick as several hundreds of μm, almost all incident light is absorbed here, and electrons and holes (holes) are generated by the photoelectric effect.
Generate.

【0172】そして、p型半導体層303で発生する電
子は、電気的グラウンドである電極302aに引き寄せ
られる。
Then, electrons generated in the p-type semiconductor layer 303 are attracted to the electrode 302a which is an electric ground.

【0173】また、p型半導体層303で発生する正孔
は、基板であるp型半導体層303内で拡散し、いずれ
かの受光アレイ部3aの要素内の電極301aに引き寄
せられていく。
The holes generated in the p-type semiconductor layer 303 diffuse in the p-type semiconductor layer 303 serving as a substrate, and are drawn to the electrode 301a in one of the elements of the light receiving array section 3a.

【0174】これにより、受光アレイ部3aの各要素で
検出されるのは、電極301aに引き寄せられた正孔で
ある。
Thus, what is detected by each element of the light receiving array section 3a is a hole attracted to the electrode 301a.

【0175】この場合、n型半導体層302での光検出
に加えて、p型半導体層303に到達した光も拡散され
て各受光アレイ部3aの要素で検出される。
In this case, in addition to the light detection in the n-type semiconductor layer 302, the light reaching the p-type semiconductor layer 303 is also diffused and detected by the elements of each light receiving array section 3a.

【0176】後者がクロストークの原因となる。The latter causes crosstalk.

【0177】受光アレイ部3aのピッチPpが十分に大
きい場合には、拡散の影響は小さく、クロストークの量
は無視できる。
When the pitch Pp of the light receiving array section 3a is sufficiently large, the influence of diffusion is small and the amount of crosstalk can be ignored.

【0178】しかし、ピッチPpが小さくなると、拡散
の影響が大きくなり、特に受光アレイ部3aの要索の境
界付近に入射した光は、隣接する2つの要素での光検出
に影響する。
However, as the pitch Pp becomes smaller, the influence of diffusion becomes greater. In particular, light incident near the boundary of the main line of the light receiving array section 3a affects light detection by two adjacent elements.

【0179】遮光領域31bが無い場合、受光アレイ部
3a周辺に照射される光の一部は下層部に伝搬する。
When there is no light-shielding region 31b, part of the light emitted around the light receiving array portion 3a propagates to the lower layer portion.

【0180】n型半導体層302で発生する正孔と下層
部で光が吸収されることによって発生する正孔は拡散
し、その一部は受光アレイ部3a外周より内部に伝搬
し、検出される。
The holes generated in the n-type semiconductor layer 302 and the holes generated by light absorption in the lower layer are diffused, and a part of the holes is propagated from the outer periphery of the light receiving array portion 3a to the inside to be detected. .

【0181】これが光検出におけるオフセットとなる。This is the offset in the light detection.

【0182】このとき、受光アレイ部3aの両端のアレ
イ要素は外周部との境界部分が大きいため、正孔の拡散
の影響を特に受けやすく、光検出において大きなオフセ
ットが発生しやすい。
At this time, since the array elements at both ends of the light receiving array portion 3a have a large boundary portion with the outer peripheral portion, they are particularly susceptible to the diffusion of holes, and a large offset is likely to occur in light detection.

【0183】エンコーダ信号A、Bの算出においては、
[A(+)−A(−)]をA信号、[B(+)−B
(−)]をB信号としていることから、すべてのアレイ
要素に均等にオフセットが乗ってもキャンセルするよう
になっている。
In calculating the encoder signals A and B,
[A (+)-A (-)] is A signal, [B (+)-B
(-)] Is a B signal, so that even if all array elements are evenly offset, they are canceled.

【0184】しかしながら、遮光領域31bが無い場
合、両端のアレイ要素において、特に、大きなオフセッ
トが乗りやすく、これがエンコーダ信号A、Bのオフセ
ットに影響を与えることになる。
However, when there is no light-shielding region 31b, particularly large offsets are likely to be applied to the array elements at both ends, and this affects the offsets of the encoder signals A and B.

【0185】なお、図3に示した構成において、遮光領
域31bの代わりに受光部を設けて、発生する正孔を取
り出すことで同様な機能を実現することも可能である。
In the configuration shown in FIG. 3, a similar function can be realized by providing a light receiving portion instead of the light-shielding region 31b and extracting holes generated.

【0186】さらに、エンコーダ信号検出用受光部領域
の外周部に受光部を設け、その上に遮光領域をさらに設
けることで、より不要な正孔の拡散によるオフセットを
低減できる。
Further, by providing a light receiving portion on the outer peripheral portion of the light receiving portion region for encoder signal detection and further providing a light shielding region thereon, it is possible to reduce unnecessary offset due to diffusion of holes.

【0187】(効果)受光アレイ部3aの周辺で発生す
る正孔の拡散がオフセットに影響を与えることになる。
(Effect) The diffusion of holes generated around the light receiving array portion 3a affects the offset.

【0188】従って、正孔が発生しないように遮光領域
31bを設けることでエンコーダ信号のオフセットを低
減することができる。
Therefore, the offset of the encoder signal can be reduced by providing the light shielding region 31b so as not to generate holes.

【0189】また、この効果は、エンコーダ信号検出用
の受光アレイ部3aの外周の遮光領域の代わりに擬似的
な受光部を設けて、内部で発生する正孔を誘引し、その
正孔の拡散を抑えることで同様な効果を期待できる。
This effect is obtained by providing a pseudo light receiving section instead of the light shielding area on the outer periphery of the light receiving array section 3a for detecting the encoder signal, inducing holes generated inside and diffusing the holes. A similar effect can be expected by suppressing.

【0190】これらことは、受光アレイ部の垂直断面構
造に関係なく光電効果による光検出を行っているエンコ
ーダにも同様に当てはまる。
The same applies to an encoder that performs light detection by the photoelectric effect regardless of the vertical sectional structure of the light receiving array section.

【0191】なお、受光部がアレイ状でないタイプのエ
ンコーダにおいても、スケール回折像の利用の有無に関
わらず、エンコーダ信号に乗るオフセットを受光部周辺
の遮光領域により低減することが可能である。
It is to be noted that, even in an encoder in which the light receiving section is not in the form of an array, the offset on the encoder signal can be reduced by the light shielding area around the light receiving section regardless of the use of the scale diffraction image.

【0192】エンコーダ信号のオフセット・キャンセル
機能がついたエンコーダにおいて、オフセット量の微調
整が不要となり、全体の回路も簡易化できる。
In an encoder having an encoder signal offset / cancel function, fine adjustment of the offset amount is not required, and the entire circuit can be simplified.

【0193】こうしたエンコーダ信号のオフセット低減
により、より高分解能で、位置検出精度の高いエンコー
ダを提供することが可能となる。
By reducing the offset of the encoder signal, it is possible to provide an encoder with higher resolution and higher position detection accuracy.

【0194】なお、上述した第2の実施の形態と、この
第3の実施の形態とを組み合わせて、受光アレイ部の要
素間に遮光部を設け、かつ、受光アレイ部の周辺に遮光
領域を設ける構成とすることにより、クロストークとオ
フセットを同時に低減することができる。
By combining the above-described second embodiment and the third embodiment, a light-shielding portion is provided between elements of the light-receiving array portion, and a light-shielding region is provided around the light-receiving array portion. With this configuration, crosstalk and offset can be reduced at the same time.

【0195】(第4の実施の形態) <半導体レーザと受光素子周りの電気的グラウンドを分
けることによるオフセット低減> (構成)この第4の実施の形態の構成の概要は、上述し
た第1の実施の形態の構成の概要を示す図1の(a)と
同様である。
(Fourth Embodiment) <Offset Reduction by Dividing Electrical Ground Around Semiconductor Laser and Light Receiving Element> (Structure) The outline of the structure of the fourth embodiment is as described in the first embodiment. This is the same as FIG. 1A showing the outline of the configuration of the embodiment.

【0196】従って、ここでは、上述した第1の実施の
形態の構成と異なるベース1の構造について説明する。
Therefore, here, the structure of the base 1 which is different from the structure of the above-described first embodiment will be described.

【0197】図4は、この第4の実施の形態によるベー
ス1の平面構造を示している。
FIG. 4 shows a plan structure of the base 1 according to the fourth embodiment.

【0198】図4において、ベース1の上には、面発光
レーザ2と、受光アレイ部3aと信号処理回路3bから
なるフォトIC3が形成されている。
In FIG. 4, a surface emitting laser 2 and a photo IC 3 comprising a light receiving array section 3a and a signal processing circuit 3b are formed on a base 1.

【0199】信号処理回路3bは、レーザ駆動回路と、
受光アレイ部3aの信号のゲイン・オフセット調整をす
る正規化回路とから成る。
The signal processing circuit 3b includes a laser driving circuit,
And a normalizing circuit for adjusting the gain / offset of the signal of the light receiving array section 3a.

【0200】フォトIC3には少なくとも6つの入出力
端子がある。
The photo IC 3 has at least six input / output terminals.

【0201】これらの入出力端子は、電源(Vdd)端
子3c、エンコーダ信号用グラウンド(GND)端子3
d、面発光レーザ用グラウンド(GND)端子3e、面
発光レーザ駆動レベル設定電圧端子3f、エンコーダ信
号A端子3g、エンコーダ信号B端子3hである。
These input / output terminals are a power supply (Vdd) terminal 3c, an encoder signal ground (GND) terminal 3c.
d, a surface emitting laser ground (GND) terminal 3e, a surface emitting laser drive level setting voltage terminal 3f, an encoder signal A terminal 3g, and an encoder signal B terminal 3h.

【0202】この場合、エンコーダ信号用グラウンド
(GND)端子3dと、面発光レーザ用グラウンド(G
ND)端子3eとを別個に設けていることに、特徴があ
る。
In this case, the ground (GND) terminal 3d for the encoder signal and the ground (G
It is characterized in that the ND) terminal 3e is provided separately.

【0203】また、面発光レーザ2とフォトIC3の間
には面発光レーザ2駆動電流供給用の2つの配線L1,
L2が接続されている。
Further, between the surface emitting laser 2 and the photo IC 3, two wirings L1 and L2 for supplying a driving current for the surface emitting laser 2 are provided.
L2 is connected.

【0204】(作用) <位置検出>エンコーダとしての位置検出機能は、上述
した第1の実施の形態の場合と同様である。
(Operation) <Position Detection> The position detection function as an encoder is the same as that of the first embodiment.

【0205】<オフセット低減>エンコーダ信号は、受
光アレイ部3aで得られた信号を信号処理回路3bの正
規化回路により、電流電圧変換し、ゲイン調整などをし
て得られる。
<Offset Reduction> An encoder signal is obtained by subjecting a signal obtained by the light receiving array unit 3a to current-voltage conversion by a normalization circuit of the signal processing circuit 3b and performing gain adjustment and the like.

【0206】このエンコーダ信号を得る際のゲイン調整
では電気的グラウンド・ラインの電圧を基準に高いゲイ
ンを与える。
In the gain adjustment for obtaining the encoder signal, a high gain is given based on the voltage of the electric ground line.

【0207】そのため、電気的グラウンド・ラインに僅
かなオフセットが乗るだけでエンコーダ信号に大きなオ
フセットが乗ることになる。
Therefore, a small offset on the electrical ground line causes a large offset on the encoder signal.

【0208】電源ラインにも配線抵抗があるため、大き
な電流が流れると配線末端では電気的グラウンドから電
位的な変位を生じ、エンコーダ信号のオフセットに影響
を与えることになる。
Since the power supply line also has wiring resistance, if a large current flows, a potential displacement occurs from the electrical ground at the wiring end, which affects the offset of the encoder signal.

【0209】受光アレイ部3aと信号処理回路3bとい
ったエンコーダ信号処理部では、供給電圧5V程度に対
して1mA程度の電流が流れる。
In an encoder signal processing section such as the light receiving array section 3a and the signal processing circuit 3b, a current of about 1 mA flows for a supply voltage of about 5V.

【0210】これに対して、レーザ駆動回路について、
センサ用の半導体レーザでは、通常2〜3V程度の電圧
を掛けて数10mAの電流が流れる。
On the other hand, regarding the laser drive circuit,
In a semiconductor laser for a sensor, a current of several tens mA flows when a voltage of usually about 2 to 3 V is applied.

【0211】従って、レーザ駆動回路の方には約1桁大
きな電流が流れる。
Therefore, a current that is approximately one digit larger flows through the laser drive circuit.

【0212】本例においては、エンコーダ信号用グラウ
ンド(GND)端子3dと、面発光レーザ用グラウンド
(GND)端子3eとを別個に設けることにより、レー
ザ駆動部の電気的グラウンド・ラインとエンコーダ信号
処理部の電気的グラウンド・ラインとを分けているた
め、大電流であるレーザ駆動回路側による電気的グラウ
ンド・ラインのオフセットの影響がエンコーダ信号処理
部には伝わらない。
In this embodiment, the ground (GND) terminal 3d for encoder signal and the ground (GND) terminal 3e for surface emitting laser are separately provided, so that the electrical ground line of the laser drive unit and the encoder signal processing are provided. Since the electric ground line is separated from the electric ground line, the influence of the offset of the electric ground line due to the laser drive circuit having a large current is not transmitted to the encoder signal processing unit.

【0213】そのため、電気的グラウンドのオフセット
の影響は約1桁小さい値に低減されることになる。
Therefore, the influence of the offset of the electric ground is reduced to a value that is about one digit smaller.

【0214】(効果)受光アレイ部3aと信号処理回路
3bといったエンコーダ信号処理部の電気的グラウンド
・ラインのオフセットがエンコーダ信号のオフセットに
影響を与えることになる。
(Effect) The offset of the electrical ground line of the encoder signal processing section such as the light receiving array section 3a and the signal processing circuit 3b affects the offset of the encoder signal.

【0215】電流量の大きいレーザ駆動回路側の電気的
グラウンド・ラインを、エンコーダ信号処理部の電気的
グラウンド・ラインとは別個に設けることによって、電
気的グラウンドのオフセットの影響は約1桁小さい値に
低減することができる。
By providing the electrical ground line on the laser drive circuit side having a large amount of current separately from the electrical ground line of the encoder signal processing unit, the influence of the electrical ground offset is reduced by about one digit. Can be reduced.

【0216】このことは、受光アレイ部の垂直断面構造
に関係なく光電効果による光検出を行っているエンコー
ダにも同様に当てはまる。
The same applies to an encoder that performs light detection by the photoelectric effect regardless of the vertical sectional structure of the light receiving array section.

【0217】なお、受光部がアレイ状でないタイプのエ
ンコーダにおいても、スケール回折像の利用の有無に関
わらず、エンコーダ信号に乗るオフセットを電気的グラ
ウンドの分割により低減することが可能である。
It should be noted that, even in an encoder of which the light receiving section is not in the form of an array, the offset on the encoder signal can be reduced by dividing the electrical ground regardless of the use of the scale diffraction image.

【0218】また、エンコーダ信号のオフセット・キャ
ンセル機能がついたエンコーダにおいて、オフセット量
の微調整が不要となり、全体の回路も簡易化できる。
Further, in an encoder having an encoder signal offset / cancel function, fine adjustment of the offset amount is not required, and the entire circuit can be simplified.

【0219】こうしたエンコーダ信号のオフセット低減
により、より高分解能で位置検出精度の高いエンコーダ
を供給することが可能となる。
By reducing the offset of the encoder signal, an encoder with higher resolution and higher position detection accuracy can be supplied.

【0220】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至
3以外にも、以下に付記1乃至付記9として示すような
発明が含まれている。
[0220] In the present specification described in the above embodiments, in addition to claims 1 to 3 set forth in the appended claims, the inventions described below as appendices 1 to 9 are described. include.

【0221】(付記1) 光ビームを出射する光源部
と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記
光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターンが
形成されたスケールと、前記光ビームにより生成され
る、前記スケール上の光学パターンの回折パターンの所
定部分を検出するためのアレイから成るアレイ状受光部
とを有する光学式エンコーダにおいて、前記アレイ状受
光部が、基板側より受光面側までを、第1導電型、第2
導電型、第1導電型の3層の半導体層で構成され、前記
基板側の第1導電型の半導体層に逆バイアス電圧を印加
可能な電極が設けられたことを特徴とする光学式エンコ
ーダ。
(Supplementary Note 1) A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; An optical encoder having an array-shaped light-receiving portion formed of an array for detecting a predetermined portion of the diffraction pattern of the optical pattern on the scale, which is generated by the light beam, wherein the array-shaped light-receiving portion is located on the substrate side. The first conductivity type, the second
An optical encoder comprising three semiconductor layers of a conductivity type and a first conductivity type, wherein an electrode capable of applying a reverse bias voltage is provided on the semiconductor layer of the first conductivity type on the substrate side.

【0222】(対応する発明の実施の形態)第1の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The first embodiment corresponds to this.

【0223】(付記2) 光ビームを出射する光源部
と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記
光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターンが
形成されたスケールと、前記光ビームにより生成され
る、前記スケール上の光学パターンの回折パターンの所
定部分を検出するためのアレイから成るアレイ状受光部
とを有する光学式エンコーダにおいて、前記アレイ状受
光部が、基板側より受光面側までを、第1導電型、第2
導電型、の半導体層、該第2導電型の半導体層に対して
整流作用を持つ金属層の3層で構成され、前記第1導電
型の半導体層に逆バイアスを印加可能な電極が設けられ
たことを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 2) A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; An optical encoder having an array-shaped light-receiving portion formed of an array for detecting a predetermined portion of the diffraction pattern of the optical pattern on the scale, which is generated by the light beam, wherein the array-shaped light-receiving portion is located on the substrate side. The first conductivity type, the second
An electrode configured to include a semiconductor layer of a conductivity type and a metal layer having a rectifying effect on the semiconductor layer of the second conductivity type; and an electrode capable of applying a reverse bias to the semiconductor layer of the first conductivity type. An optical encoder characterized in that:

【0224】(対応する発明の実施の形態)第1の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The first embodiment corresponds to this.

【0225】(付記3) 光ビームを出射する光源部
と、光ビームを出射する光源部と、前記光ビームを相対
的に横切るように変位し、前記光ビームが照射される領
域に所定周期の光学パターンが形成されたスケールと、
前記光ビームにより生成される、前記スケール上の光学
パターンの回折パターンの所定部分を検出するためのア
レイから成るアレイ状受光部とを有する光学式エンコー
ダにおいて、前記アレイ状受光部のアレイ間に遮光領域
を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 3) A light source unit that emits a light beam, a light source unit that emits a light beam, and a light source unit that is displaced so as to intersect the light beam relatively, and that a predetermined period of time A scale on which an optical pattern is formed,
An optical receiver comprising an array for detecting a predetermined portion of the diffraction pattern of the optical pattern on the scale, which is generated by the light beam, wherein the light is shielded between the arrays of the array of light receivers. An optical encoder having an area.

【0226】(対応する発明の実施の形態)第2の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The second embodiment corresponds to the second embodiment.

【0227】(付記4) 光ビームを出射する光源部
と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記
光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターンが
形成されたスケールと、前記光ビームが前記光学パター
ンにおいて反射、または、透過された光を検出するため
の受光部とを有する光学式エンコーダにおいて、前記受
光部周りに遮光領域を設けたことを特徴とする光学式エ
ンコーダ。
(Supplementary Note 4) A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam, An optical encoder comprising: a light receiving unit for detecting light reflected or transmitted by the optical pattern on the optical pattern, wherein a light shielding area is provided around the light receiving unit.

【0228】(対応する発明の実施の形態)第3の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The third embodiment corresponds to the third embodiment.

【0229】(付記5) 前記受光部が、前記スケール
上の光学パターンの回折パターンの所定部分を検出する
ための受光アレイから構成されることを特徴とする付記
5記載の光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 5) The optical encoder according to Supplementary Note 5, wherein the light receiving unit is constituted by a light receiving array for detecting a predetermined portion of a diffraction pattern of the optical pattern on the scale.

【0230】(対応する発明の実施の形態)第3の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The third embodiment corresponds to the third embodiment.

【0231】(付記6) 光ビームを出射する光源部
と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記
光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターンが
形成されたスケールと、前記光ビームが前記光学パター
ンにおいて反射、または、透過された光を検出するため
の受光部とを有する光学式エンコーダにおいて、前記受
光部の外周部に受光領域を設けたことを特徴とする光学
式エンコーダ。(対応する発明の実施の形態)第3の実
施の形態が対応する。
(Supplementary Note 6) A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; An optical encoder having a light receiving portion for detecting light transmitted or reflected by the optical pattern, wherein a light receiving region is provided on an outer peripheral portion of the light receiving portion; Encoder. (Corresponding Embodiment of the Invention) The third embodiment corresponds to the third embodiment.

【0232】(付記7) 前記受光部が前記スケール上
の光学パターンの回折パターンの所定部分を検出するた
めの受光アレイから構成されたことを特徴とする付記7
記載の光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 7) The supplementary note 7, wherein the light receiving portion is constituted by a light receiving array for detecting a predetermined portion of a diffraction pattern of the optical pattern on the scale.
An optical encoder as described.

【0233】(対応する発明の実施の形態)第3の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The third embodiment corresponds to the third embodiment.

【0234】(付記8) 光ビームを出射する光源部
と、前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記
光ビームが照射される領域に所定周期の光学パターンが
形成されたスケールと、前記光ビームが前記光学パター
ンにおいて反射、または、透過された光を検出するため
の受光部と、前記受光部から得られる信号を処理する信
号処理回路部とを有する光学式エンコーダにおいて、前
記光源部の駆動回路と、前記受光部と、前記信号処理回
路部、もしくは、これらの回路の一部ずつが、ハイブリ
ッド、または、モノリシックに一体形成され、かつ、前
記受光部、及び、前記信号処理回路部の電気的グラウン
ドを光源部の駆動回路の電気的グラウンドから分離し、
別個に設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
(Supplementary Note 8) A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam, A light receiving unit for detecting light transmitted or reflected by the optical pattern, or a signal processing circuit for processing a signal obtained from the light receiving unit; Drive circuit, the light receiving section, the signal processing circuit section, or a part of each of these circuits, hybrid, or monolithically formed integrally, and the light receiving section, and the signal processing circuit section Electrical ground of the drive circuit of the light source unit is separated from the electrical ground,
An optical encoder, which is provided separately.

【0235】(対応する発明の実施の形態)第4の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The fourth embodiment corresponds to the fourth embodiment.

【0236】(付記9) 前記受光部が前記スケール上
の光学パターンの回折パターンの所定部分を検出するた
めの受光アレイから構成されることを特徴とする付記9
記載の光学式エンコーダ。
(Supplementary note 9) The supplementary note 9, wherein the light receiving section is constituted by a light receiving array for detecting a predetermined portion of a diffraction pattern of the optical pattern on the scale.
An optical encoder as described.

【0237】(対応する発明の実施の形態)第4の実施
の形態が対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention) The fourth embodiment corresponds to the fourth embodiment.

【0238】[0238]

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、エンコーダ信号にオフセットや波形の歪みが生
じにくい構成とし、持てる性能を最大限に引き出せるよ
うな光学式エンコーダを提供することができる。
Therefore, as described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical encoder having a configuration in which an offset or a waveform distortion is hardly generated in an encoder signal, and which is capable of maximizing performance. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1の(a)は本発明による光学式エンコーダ
の第1の実施の形態の構成の概要を示す図であり、図1
の(b)は、図1の(a)受光アレイ部3aの1要素の
断面構造を示す図である。
FIG. 1A is a diagram showing an outline of a configuration of a first embodiment of an optical encoder according to the present invention, and FIG.
2B is a diagram illustrating a cross-sectional structure of one element of the light receiving array unit 3a in FIG.

【図2】図2の(a)は、本発明による光学式エンコー
ダの第2の実施の形態による受光アレイ部3aの平面構
造を示す図であり、図2の(b)は、第1の実施の形態
による受光アレイ部3aの平面構造を示す図であり、図
2の(c)は、第2の実施の形態における受光アレイ部
3aの1要素の断面構造例を示す図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating a planar structure of a light receiving array unit 3a according to a second embodiment of the optical encoder according to the present invention, and FIG. 2B is a diagram illustrating the first embodiment; It is a figure which shows the planar structure of the light receiving array part 3a by embodiment, FIG.2 (c) is a figure which shows the cross-sectional example of one element of the light receiving array part 3a in 2nd Embodiment.

【図3】図3は、本発明による光学式エンコーダの第3
の実施の形態による受光アレイ部3aの平面構造を示す
図である。
FIG. 3 shows a third embodiment of the optical encoder according to the invention;
FIG. 5 is a diagram showing a planar structure of a light receiving array unit 3a according to the embodiment.

【図4】図4は、本発明による光学式エンコーダの第4
の実施の形態によるベース1の平面構造を示す図であ
る。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the optical encoder according to the invention;
FIG. 3 is a diagram showing a planar structure of a base 1 according to the embodiment.

【図5】図5の(a)は、従来技術によるマイクロエン
コーダの基本構成を示す図であり、図5の(b)は、一
般的な受光素子であるPDの断面構造を示す図であり、
図5の(c)は、アレイ状受光部の従来技術を示す図で
ある。
5A is a diagram showing a basic configuration of a microencoder according to a conventional technique, and FIG. 5B is a diagram showing a cross-sectional structure of a PD which is a general light receiving element. ,
FIG. 5C is a diagram showing a conventional technique of an array-shaped light receiving unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ベース、 2…面発光レーザ、 3…フォトIC、 4…スケール、 2a…レーザ光ビーム、 3a…受光アレイ部、 3b…信号処理回路、 4a…光学パターン、 301…p型半導体層、 302…n型半導体層、 303…p型半導体層、 301a…電極、 302a…電極、 303a…電極、 31a…受光窓(受光アレイ要素)、 31b…遮光板(遮光領域)、 3c…電源(Vdd)端子、 3d…エンコーダ信号用グラウンド(GND)端子、 3e…面発光レーザ用グラウンド(GND)端子、 3f…面発光レーザ駆動レベル設定電圧端子、 3g…エンコーダ信号A端子、 3h…エンコーダ信号B端子、 L1,L2…面発光レーザ2駆動電流供給用配線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... Surface emitting laser, 3 ... Photo IC, 4 ... Scale, 2a ... Laser beam, 3a ... Light receiving array part, 3b ... Signal processing circuit, 4a ... Optical pattern, 301 ... P-type semiconductor layer, 302 ... n-type semiconductor layer, 303 ... p-type semiconductor layer, 301a ... electrode, 302a ... electrode, 303a ... electrode, 31a ... light receiving window (light receiving array element), 31b ... light shielding plate (light shielding area), 3c ... power supply (Vdd) Terminal, 3d: ground (GND) terminal for encoder signal, 3e: ground (GND) terminal for surface-emitting laser, 3f: surface-emitting laser drive level setting voltage terminal, 3g: encoder signal A terminal, 3h: encoder signal B terminal, L1, L2: wirings for supplying the driving current of the surface emitting laser 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 英二 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA02 AA07 AA09 BB02 BB13 BB15 BB29 FF16 FF18 FF48 GG04 GG15 HH05 HH12 JJ00 JJ05 JJ24 LL28 MM03 QQ28 2F103 BA00 BA08 BA31 CA03 CA04 DA01 DA12 EA02 EA05 EA15 EB02 EB07 EB12 EB15 EB32 EB37 FA12 4M118 AA05 AB02 BA06 CA03 CA06 5F049 NA03 NB07 RA02 RA08 UA14 5F089 BA02 BC07 BC25 CA11 FA06 FA10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Eiji Yamamoto Inventor F-term (reference) 2F065 AA02 AA07 AA09 BB02 BB13 BB15 BB29 FF16 FF18 FF48 GG04 GG15 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo HH05 HH12 JJ00 JJ05 JJ24 LL28 MM03 QQ28 2F103 BA00 BA08 BA31 CA03 CA04 DA01 DA12 EA02 EA05 EA15 EB02 EB07 EB12 EB15 EB32 EB37 FA12 4M118 AA05 AB02 BA06 CA03 CA06 5F049 NA03 NB07 RA02 RA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ビームを射出する光源部と、 前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビ
ームが照射される領域に所定周期の光学パターンが形成
されたスケールと、 前記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光ア
レイ部とを有し、 前記受光アレイ部が、基板側より受光面側まで順に、第
1伝導型の半導体層、第2伝導型の半導体層、第1伝導
型の半導体層、前記基板側の第1伝導型の半導体層に逆
バイアス電圧が印加されることを特徴とする光学式エン
コーダ。
A light source unit for emitting a light beam; a scale displaced to relatively cross the light beam; and an optical pattern having a predetermined period formed in an area irradiated with the light beam; A light-receiving array section that receives the light beam passing through the first semiconductor layer, a first conductive-type semiconductor layer, a second conductive-type semiconductor layer, An optical encoder, wherein a reverse bias voltage is applied to a conductive semiconductor layer and a first conductive semiconductor layer on the substrate side.
【請求項2】 光ビームを射出する光源部と、 前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビ
ームが照射される領域に所定周期の光学パターンが形成
されたスケールと、 前記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光ア
レイ部とを有し、 前記受光アレイ部が、基板側より受光面側まで順に、第
1伝導型の半導体層、第2伝導型の半導体層、該第2伝
導型の半導体層に対して整流作用をもつ金属層を有し、
前記基板側の第1伝導型の半導体層に逆バイアス電圧が
印加されることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; A light-receiving array unit that receives the light beam passing through the light-receiving device, wherein the light-receiving array unit includes a first conductive type semiconductor layer, a second conductive type semiconductor layer, A metal layer having a rectifying effect on the two-conductivity type semiconductor layer,
An optical encoder, wherein a reverse bias voltage is applied to the first conductivity type semiconductor layer on the substrate side.
【請求項3】 光ビームを射出する光源部と、 前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビ
ームが照射される領域に所定周期の光学パターンが形成
されたスケールと、 前記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光ア
レイ部とを有し、 前記受光アレイ部の要素間に、遮光部を設けたことを特
徴とする光学式エンコーダ。
3. A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced so as to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; An optical encoder comprising: a light receiving array unit that receives the light beam passing through the light receiving unit; and a light blocking unit provided between elements of the light receiving array unit.
【請求項4】 光ビームを射出する光源部と、 前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビ
ームが照射される領域に所定周期の光学パターンが形成
されたスケールと、 前記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光ア
レイ部とを有し、 前記受光アレイ部の周りに、遮光部を設けたことを特徴
とする光学式エンコーダ。
4. A light source unit for emitting a light beam, a scale displaced to relatively cross the light beam, and an optical pattern having a predetermined period formed in a region irradiated with the light beam; An optical encoder comprising: a light receiving array unit that receives the light beam passing through the light receiving unit; and a light blocking unit provided around the light receiving array unit.
【請求項5】光ビームを射出する光源部と、 前記光源部を駆動する駆動回路部と、 前記光ビームを相対的に横切るように変位し、前記光ビ
ームが照射される領域に所定周期の光学パターンが形成
されたスケールと、 前記スケールを経由した前記光ビームを受光する受光部
と、 前記受光部の出力を処理する信号処理回路部を有し、 前記駆動回路部の電気的グラウンドと上記信号処理回路
部の電気的グラウンドが分離されていることを特徴とす
る光学式エンコーダ。
5. A light source unit for emitting a light beam; a driving circuit unit for driving the light source unit; A scale on which an optical pattern is formed, a light receiving unit for receiving the light beam passing through the scale, and a signal processing circuit unit for processing an output of the light receiving unit; An optical encoder, wherein an electrical ground of a signal processing circuit is separated.
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