JP2002236033A - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JP2002236033A
JP2002236033A JP2001089231A JP2001089231A JP2002236033A JP 2002236033 A JP2002236033 A JP 2002236033A JP 2001089231 A JP2001089231 A JP 2001089231A JP 2001089231 A JP2001089231 A JP 2001089231A JP 2002236033 A JP2002236033 A JP 2002236033A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a smaller and compact optical encoder having a high resolu tion. SOLUTION: In the optical encoder 1, light from an LED passes through a light transmission type mobile grating 31, formed on a semiconductor moving plate 3 and is reflected on a reflection grating 41 of a reflection grating plate 4. The resulting image of the reflection grating is detected by a grating-like photodiode 32 formed on the semiconductor moving plate 3. The mobile grating 31 and the photodiode 32 are incorporated into a common semiconductor board and the grating-like photodiode allows the obtaining of lens effects, to eliminate the need for any lens optical system thereby realizing a smaller and compact encoder. An A-phase signal obtained from the group of photodiodes arranged on the semiconductor board, and the differential signal of an inversion signal thereof are generated as the A-phase signal and a B-phase signal and a differential signal of an inversion signal thereof is generated as the B-phase signal, thereby obtaining an encoding signal with limited errors.

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、小型でコンパクト
に構成することができ、また、精度良く移動物体の位置
等を検出することのできる光学式エンコーダに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder which can be configured to be small and compact and can accurately detect the position of a moving object.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動物体の回転あるいは移動量を検出す
る検出装置はロータリエンコーダあるいはリニアエンコ
ーダと呼ばれ、一般に、光源および受光素子の間に移動
格子板および固定格子板が配置され、これらの格子板に
形成されている移動格子および固定格子を通過して光源
から受光素子に到る透過光の光量変化に基づき、移動格
子板と一体となって移動する移動物体の移動量を検出す
るように構成されている。
2. Description of the Related Art A detector for detecting the amount of rotation or movement of a moving object is called a rotary encoder or a linear encoder. Generally, a moving grating plate and a fixed grating plate are arranged between a light source and a light receiving element. Based on a change in the amount of transmitted light that passes from a light source to a light receiving element through a moving grating and a fixed grating formed on a plate, the amount of movement of a moving object that moves integrally with the moving grating plate is detected. It is configured.

【0003】この構成の光学式エンコーダの分解能は格
子ピッチにより決まるので、高分解能のエンコーダを実
現するためには格子ピッチを小さくすればよい。しか
し、格子ピッチを小さくするためには移動格子板と固定
格子板の隙間もそれに合わせて小さくしないと、光の漏
れによりS/N比が低下する。また、移動格子の移動に
伴う格子間の隙間変動も小さくしないとS/N比が低下
する。
[0003] Since the resolution of an optical encoder having this configuration is determined by the grating pitch, a high-resolution encoder can be realized by reducing the grating pitch. However, if the gap between the moving grating plate and the fixed grating plate is not reduced accordingly in order to reduce the grating pitch, the S / N ratio decreases due to light leakage. In addition, the S / N ratio decreases unless the gap variation between the gratings due to the movement of the moving grating is reduced.

【0004】格子間の隙間を小さくすること、および隙
間変動の抑制には限界があるので、光の漏れおよび隙間
変動に起因するS/N比の低下を回避するためは、平行
光線を用いる方法が有効である。光源からの発散光を平
行光とするにはコリメートレンズ等のレンズ光学系を用
いればよく、このようなレンズ光学系を備えた光学式エ
ンコーダも知られている。しかし、光学式エンコーダに
おいて一般的に使用されている光源はLEDであり、L
EDは点光源ではないので、高品位の平行光線を得るこ
とが困難である。また、レンズ光学系を追加するため
に、その分、装置寸法が大きくなってしまう。
[0004] Since there is a limit in reducing the gap between the gratings and in suppressing the gap variation, a method using parallel rays is used to avoid a decrease in the S / N ratio due to light leakage and gap variation. Is valid. In order to convert the divergent light from the light source into parallel light, a lens optical system such as a collimator lens may be used, and an optical encoder including such a lens optical system is also known. However, the light source generally used in the optical encoder is an LED, and L
Since the ED is not a point light source, it is difficult to obtain high-quality parallel rays. In addition, the addition of a lens optical system increases the size of the apparatus.

【0005】一方、光の回折現象を利用して高分解能の
光学式エンコーダを実現する方法が知られている。この
方法によるエンコーダでは、半導体レーザー等の点光源
から出射されレンズにより平行光化された光を微小ピッ
チの格子を透過させ、平行光が格子を透過する際に発生
する回折と干渉に起因する受光素子での受光量の変化に
基づき、移動物体の移動量を検出している。この方法を
採用した場合には、上記構成のエンコーダに比べて格子
ピッチを小さくでき、且つ、干渉による光の分布が正弦
波に近いので、精度の良い電気分割ができる。しかしな
がら、格子自体および装置機構に高精度が求められるの
で、装置価格が高く、また、光源として用いている半導
体レーザーの信頼性が低いという欠点がある。
On the other hand, there is known a method for realizing a high-resolution optical encoder by utilizing the light diffraction phenomenon. In the encoder according to this method, light emitted from a point light source such as a semiconductor laser and collimated by a lens is transmitted through a fine pitch grating, and light received due to diffraction and interference generated when the parallel light passes through the grating. The amount of movement of the moving object is detected based on the change in the amount of light received by the element. When this method is adopted, the grid pitch can be made smaller than that of the encoder having the above configuration, and the distribution of light due to interference is close to a sine wave, so that accurate electric division can be performed. However, since high precision is required for the grating itself and the mechanism of the device, there are drawbacks in that the price of the device is high and the reliability of the semiconductor laser used as the light source is low.

【0006】次に、光学式エンコーダとしては、レンズ
を通して、移動格子の像を格子状に配列した受光素子に
結像する空間フィルターエンコーダが本願人による特開
平6−118088号公報において提案されている。こ
の方法では、フィルター効果によって、格子移動によっ
て生ずる信号の高調波成分を打ち消すことができるの
で、正弦波に近い信号を得ることができ、従って、分割
器を用いて分解能を高めることが可能である。しかし、
格子ピッチを小さくした場合には受光光像のコントラス
トを高めることが困難であり、また、レンズ光学系を用
いるために装置寸法が大きくなるという欠点がある。
Next, as an optical encoder, a spatial filter encoder that forms an image of a moving grating on a light receiving element arranged in a lattice shape through a lens has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-118088 by the present applicant. . In this method, the harmonic effect of the signal caused by the grating movement can be canceled by the filter effect, so that a signal close to a sine wave can be obtained, and therefore, the resolution can be increased by using the divider. . But,
If the grating pitch is reduced, it is difficult to increase the contrast of the received light image, and the size of the device is increased due to the use of a lens optical system.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ここで、「グレーティ
ングの像形成解析と変位計測へのITSの応用」(SP
IE、第136巻、光学の計量学への応用に関する第1
回欧州会議(1977)、第325〜332頁)("ANA
LYSIS OF GRATING IMAGING AND ITS APPLICATION
TO DISPLACEMENT METROLOGY",SPIE Vol.136 1st
European Congress on Optics Applied to Metr
ology (1977), pp.325〜332)には、3枚格子の理
論と変位測定への応用について報告されている。この報
告書に記載されているように、インデックス格子板と反
射格子板とを対峙させ、インデックス格子板の後ろに発
光源と受光素子を配置し、光源から出射されインデック
ス格子板のインデックス格子を透過して反射格子板の反
射格子で反射され、再びインデックス格子を透過した光
を受光素子で検出することにより、反射格子の移動量を
検出できる。
Here, "Application of ITS to image formation analysis and displacement measurement of grating" (SP
IE, Vol. 136, No. 1 on application of optics to metrology
European Conference (1977), pp. 325-332) ("ANA
LYSIS OF GRATING IMAGING AND ITS APPLICATION
TO DISPLACEMENT METROLOGY ", SPIE Vol.136 1st
European Congress on Optics Applied to Metr
ology (1977), pp. 325-332), reports on the theory of triple lattices and its application to displacement measurement. As described in this report, the index grating plate and the reflection grating plate face each other, the light emitting source and the light receiving element are arranged behind the index grating plate, and the light emitted from the light source passes through the index grating of the index grating plate. Then, the light reflected by the reflection grating of the reflection grating plate and transmitted through the index grating again is detected by the light receiving element, whereby the amount of movement of the reflection grating can be detected.

【0008】この構成によれば、インデックス格子と反
射格子の間隔を大きくしてもコントラストに影響が及ば
ず、また、これらの格子の隙間変動に起因するコントラ
ストへの影響も殆どない。
According to this configuration, even if the distance between the index grating and the reflection grating is increased, the contrast is not affected, and the contrast due to the fluctuation of the gap between these gratings is hardly affected.

【0009】したがって、反射格子を用いた3枚格子の
理論に基づけば、固定格子および移動格子の間隔の広狭
あるいは当該間隔の変動に影響を受けることのない高分
解能の光学式エンコーダを実現可能である。
Therefore, based on the theory of a three-grating using a reflection grating, it is possible to realize a high-resolution optical encoder which is not affected by the width of the fixed grating and the moving grating and the fluctuation of the spacing. is there.

【0010】しかしながら、光学式エンコーダに適用す
るに当たっては次のような解決すべき課題がある。
However, there are the following problems to be solved when applied to an optical encoder.

【0011】まず、この構造のエンコーダでは、インデ
ックス格子の後ろに、発光源と受光素子を配置する必要
あるので、構造が複雑化し、光量検出効率も低いという
問題点がある。また、エンコーダとして用いる場合に
は、検出対象の移動物体の移動方向を検出するために少
なくとも2つの受光素子を用いて相互に位相が1/4位
相分だけずれた信号を作り出すことが必要である。しか
し、インデックス格子の後ろに、発光源および少なくと
も2個の受光素子を配置し、これらの受光素子から1/
4位相分だけ位相がずれた信号を取り出す構成を実現す
ることは困難である。
First, in the encoder having this structure, since the light emitting source and the light receiving element need to be arranged behind the index grating, there is a problem that the structure is complicated and the light amount detecting efficiency is low. When used as an encoder, it is necessary to use at least two light receiving elements to generate signals whose phases are shifted from each other by 1/4 phase in order to detect the moving direction of a moving object to be detected. . However, behind the index grating, a light emitting source and at least two light receiving elements are arranged, and 1 /
It is difficult to realize a configuration for extracting a signal whose phase is shifted by four phases.

【0012】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
反射格子を用いた3枚格子の理論に基づき、小型でコン
パクトに構成でき、しかも、移動速度および移動方向
(移動位置)を検出することのできる光学式エンコーダ
を実現することにある。
In view of the above, an object of the present invention is to provide:
It is an object of the present invention to realize an optical encoder that can be configured to be small and compact and that can detect a moving speed and a moving direction (moving position) based on the theory of a three-grating using a reflection grating.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者は、反射格子を
用いた3枚格子の理論に基づき、共通の半導体基板に格
子と受光素子を作り込むことにより、移動物体の移動方
向を検出するために必要な1/4位相だけ位相ずれした
A相およびB相の信号を生成可能とし、以て、反射格子
および移動格子の間隔の広狭および当該間隔の変動に影
響を受けることなく移動物体の移動量を検出するための
小型でコンパクトな光学式エンコーダを案出するに到っ
たのである。
The present inventor detects the moving direction of a moving object by forming a grating and a light receiving element on a common semiconductor substrate based on the theory of a three-grating using a reflection grating. A phase and B phase signals that are shifted in phase by the necessary 1/4 phase can be generated, so that the distance between the reflecting grating and the moving grating can be widened and the moving object can be controlled without being affected by the fluctuation of the distance. They have come up with a small and compact optical encoder for detecting the amount of movement.

【0014】すなわち、本発明は、光源と、一定ピッチ
あるいは角度で反射格子が複数本形成された反射格子板
と、一定ピッチあるいは角度で光透過格子が複数本形成
された移動格子板と、前記光源から出射され前記光透過
格子を透過して前記反射格子で反射された反射光像を受
光する受光素子とを有する光学式エンコーダであって、
前記光透過格子および前記受光素子が共通の半導体基板
に作り込まれており、前記受光素子は一定ピッチあるい
は角度で形成された格子であり、各受光素子から得られ
る検出信号に基づき、前記移動格子板および前記反射格
子板の相対移動方向および速度(移動位置)を検出する
ようになっており、前記光透過格子は、前記半導体基板
に形成した光通過用スリット、あるいは、当該半導体基
板に形成した光透過用の薄膜部分とされている。
That is, the present invention provides a light source, a reflection grating plate on which a plurality of reflection gratings are formed at a constant pitch or angle, a moving grating plate on which a plurality of light transmission gratings are formed at a constant pitch or angle, An optical encoder having a light receiving element that receives a reflected light image emitted from a light source, transmitted through the light transmission grating, and reflected by the reflection grating,
The light transmission grating and the light receiving element are formed on a common semiconductor substrate. The light receiving element is a grating formed at a constant pitch or angle, and the moving grating is formed based on a detection signal obtained from each light receiving element. The relative movement direction and speed (movement position) of the plate and the reflection grating plate are detected, and the light transmission grating is formed in a light passing slit formed in the semiconductor substrate or formed in the semiconductor substrate. It is a thin film portion for light transmission.

【0015】本発明において、前記半導体基板には、前
記受光素子と前記光透過格子を交互に配列することがで
きる。この代わりに、前記半導体基板に、前記受光素子
のみを所定の間隔で配列した領域と、前記光透過格子の
みを所定の間隔で配列した領域とを形成してもよい。
In the present invention, the light receiving elements and the light transmission gratings can be alternately arranged on the semiconductor substrate. Alternatively, a region where only the light receiving elements are arranged at predetermined intervals and a region where only the light transmission grating is arranged at predetermined intervals may be formed on the semiconductor substrate.

【0016】ここで、前者のように受光素子と光透過格
子を交互に配列する場合には、次のようにして、90度
位相のずれた検出信号(A相信号およびB相信号)を得
ることができる。
Here, when the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged as in the former case, detection signals (A-phase signal and B-phase signal) shifted by 90 degrees are obtained as follows. be able to.

【0017】第1の形態では、前記受光素子と前記光透
過格子が交互に配列された第1の領域と、前記受光素子
と前記光透過格子が交互に配列された第2の領域とを形
成する。また、前記第1の領域の前記受光素子から得ら
れる検出信号が、前記第2の領域の前記受光素子から得
られる検出信号に対して90度位相がずれるように、前
記第1の領域の受光素子と前記第2の領域の受光素子の
位置関係を決める。この結果、第1の領域からは例えば
A相信号が得られ、第2の領域からはB相信号が得られ
る。
In the first embodiment, a first area in which the light receiving elements and the light transmitting gratings are alternately arranged and a second area in which the light receiving elements and the light transmitting gratings are alternately formed are formed. I do. In addition, the light reception of the first area may be shifted by 90 degrees from the detection signal obtained from the light reception element of the first area with respect to the detection signal obtained from the light reception element of the second area. The positional relationship between the element and the light receiving element in the second area is determined. As a result, for example, an A-phase signal is obtained from the first area, and a B-phase signal is obtained from the second area.

【0018】この場合、更に、前記受光素子と前記光透
過格子が交互に配列された第3の領域と、前記受光素子
と前記光透過格子が交互に配列された第4の領域とを形
成し;前記第3の領域の前記受光素子から得られる検出
信号が、前記第1の領域の前記受光素子から得られる検
出信号に対して180度位相がずれるように、前記第3
の領域の受光素子の位置を決定し;さらに、前記第4の
領域の前記受光素子から得られる検出信号が、前記第2
の領域の前記受光素子から得られる前記検出信号に対し
て180度位相がずれるように、前記第4の領域の受光
素子の位置を決定することが望ましい。
In this case, a third region in which the light receiving elements and the light transmitting gratings are alternately arranged, and a fourth region in which the light receiving elements and the light transmitting gratings are alternately formed are formed. A third detection signal obtained from the light receiving element in the third area is shifted by 180 degrees from a detection signal obtained from the light receiving element in the first area.
Determining the position of the light receiving element in the area of the second area; and detecting the detection signal obtained from the light receiving element in the fourth area of the second area.
It is desirable to determine the position of the light receiving element in the fourth area so that the phase is shifted by 180 degrees with respect to the detection signal obtained from the light receiving element in the area.

【0019】このようにすれば、第3の領域から、例え
ば、A相信号の反転信号が得られ、他方の第4の領域か
らB相の判定信号が得られる。
With this configuration, for example, an inverted signal of the A-phase signal is obtained from the third area, and a B-phase determination signal is obtained from the other fourth area.

【0020】次に、第2の形態では、各受光素子が所定
間隔で配列された二分割型受光素子であり、一方の第1
の二分割型受光素子から得られる第1の検出信号が、他
方の第2の二分割型受光素子から得られる第2の検出信
号に対して90度位相がずれるように、これらの二分割
型受光素子の間隔が決定されている。この構成によれ
ば、第1の二分割型受光素子から例えばA相信号が得ら
れ、他方の第2の二分割型受光素子からはB相信号が得
られる。
Next, in a second embodiment, each light receiving element is a two-part type light receiving element arranged at a predetermined interval.
Of the two-split type light receiving elements, so that the phase of the first detection signal is shifted by 90 degrees with respect to the second detection signal obtained from the other second split light-receiving element. The interval between the light receiving elements is determined. According to this configuration, for example, an A-phase signal is obtained from the first two-piece light receiving element, and a B-phase signal is obtained from the other second two-piece light receiving element.

【0021】この場合、前記受光素子および光透過格子
が一定間隔で交互に配列された第1の領域と、同じく前
記受光素子および前記光透過格子が、前記第1の領域と
同一間隔で交互に配列された第2の領域とを有し;前記
第1の領域における第1および第2の二分割型受光素子
から得られる第1および第2の検出信号に対して、前記
第2の領域における第1および第2の二分割型受光素子
から得られる第3および第4の検出信号の位相が180
度ずれるように、相互の位置関係を決定することが望ま
しい。
In this case, the first region in which the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged at a constant interval, and the light receiving elements and the light transmission gratings are also alternately arranged at the same interval as the first region. A second region arranged in the second region; the first and second detection signals obtained from the first and second two-split type light receiving elements in the first region are provided in the second region. The phases of the third and fourth detection signals obtained from the first and second two-piece light receiving elements are 180
It is desirable to determine the mutual positional relationship so as to shift by degrees.

【0022】このようにすれば、A相信号およびその反
転信号と、B相信号およびその反転信号が得られるの
で、これらに基づき、誤差成分の少ないエンコード出力
を得ることができる。
In this way, since the A-phase signal and its inverted signal and the B-phase signal and its inverted signal are obtained, it is possible to obtain an encoded output with a small error component based on these signals.

【0023】一方、半導体基板上において、受光素子が
配列された領域と、光透過格子が配列された領域とが別
領域として形成されている場合には、次のようにして、
90度位相のずれた検出信号(A相信号およびB相信
号)を得ることができる。
On the other hand, when the region where the light receiving elements are arranged and the region where the light transmission gratings are arranged are formed as separate regions on the semiconductor substrate, the following is performed.
It is possible to obtain detection signals (A-phase signal and B-phase signal) shifted by 90 degrees in phase.

【0024】すなわち、前記第1の領域における奇数番
目に位置する第1の受光素子群から得られる検出信号に
対して、偶数番目に位置する第2の受光素子群から得ら
れる検出信号の位相が180度ずれるように、前記受光
素子の間隔が決定されている。この結果、第1の受光素
子群から、例えばA相信号が得られ、第2の受光素子群
からその反転信号が得られる。
That is, the phase of the detection signal obtained from the even-numbered second light-receiving element group is different from the detection signal obtained from the odd-numbered first light-receiving element group in the first area. The distance between the light receiving elements is determined so as to be shifted by 180 degrees. As a result, for example, an A-phase signal is obtained from the first light receiving element group, and an inverted signal thereof is obtained from the second light receiving element group.

【0025】また、前記受光素子が一定の間隔で配列さ
れた第3の領域を形成し;当該第3の領域における奇数
番目に位置する第3の受光素子群から得られる検出信号
に対して、偶数番目に位置する第4の受光素子群から得
られる検出信号の位相が180度ずれるように、前記受
光素子の間隔を決定し;更に、前記第1および第3の受
光素子群から得られる検出信号の位相が90度ずれるよ
うに、これらの受光素子群の位置関係を決定する。この
結果、第3の受光素子群からB相信号が得られ、第4の
受光素子群からその反転信号が得られる。
In addition, a third region in which the light receiving elements are arranged at regular intervals is formed; a detection signal obtained from an odd-numbered third light receiving element group in the third region is The intervals between the light receiving elements are determined such that the phases of the detection signals obtained from the even numbered fourth light receiving element groups are shifted by 180 degrees; and the detection obtained from the first and third light receiving element groups is further performed. The positional relationship between these light receiving element groups is determined so that the phases of the signals are shifted by 90 degrees. As a result, a B-phase signal is obtained from the third light receiving element group, and an inverted signal thereof is obtained from the fourth light receiving element group.

【0026】この代わりに、前記半導体基板には、前記
受光素子が所定間隔で配列された第1の領域と、前記光
透過格子が所定間隔で配列された第2の領域と、前記受
光素子が所定間隔で配列された第3の領域とを形成し、
前記第1の領域および前記第3の領域は、前記受光素子
として第1ないし第4の受光素子を含み、これらの受光
素子を、第1、第4、第3および第2の受光素子の順序
で繰り返し配列し、隣接する受光素子の間隔を、それら
の受光素子から得られる検出信号の位相が相互に270
度ずれるように設定すればよい。
Alternatively, the semiconductor substrate includes a first region in which the light receiving elements are arranged at predetermined intervals, a second region in which the light transmission gratings are arranged at predetermined intervals, and Forming third regions arranged at predetermined intervals,
The first region and the third region include first to fourth light receiving elements as the light receiving elements, and these light receiving elements are arranged in the order of the first, fourth, third, and second light receiving elements. , And the interval between the adjacent light receiving elements is set to 270.
What is necessary is just to set it so that it may shift.

【0027】この構成によれば、第1および第3の受光
素子からA相信号およびその反転信号が得られ、第2お
よび第4の受光素子からB相信号およびその反転信号が
得られる。
According to this configuration, an A-phase signal and its inverted signal are obtained from the first and third light receiving elements, and a B-phase signal and its inverted signal are obtained from the second and fourth light receiving elements.

【0028】これに加えて、光透過格子が形成された第
2の領域を挟み、第1および第3の領域を配置した場合
には、反射格子板に対する半導体基板の位置決め誤差に
起因して、反射格子板の反射格子に対して半導体基板の
受光素子が傾むいた状態になっても、受光素子から得ら
れる検出信号の位相変化等を抑制でき、精度の高い検出
が可能になる。
In addition, when the first and third regions are arranged with the second region in which the light transmission grating is formed interposed therebetween, the positioning error of the semiconductor substrate with respect to the reflection grating plate causes Even if the light receiving element of the semiconductor substrate is inclined with respect to the reflection grating of the reflection grating plate, a phase change of a detection signal obtained from the light receiving element can be suppressed, and highly accurate detection can be performed.

【0029】なお、上記のように、A相およびB相信号
と共に、それらの反転信号が得られる場合には、A相信
号およびその反転信号から第1の差動信号を生成すると
共に、B相信号およびその反転信号から第2の差動信号
を生成する信号処理回路を用いることにより、誤差成分
の少ないA相およびB信号を生成できる。
As described above, when the inverted signals of the A-phase signal and the B-phase signal are obtained, the first differential signal is generated from the A-phase signal and the inverted signal thereof, and the B-phase signal and the inverted signal are generated. By using the signal processing circuit that generates the second differential signal from the signal and its inverted signal, it is possible to generate the A phase and the B signal with small error components.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
適用した光学式リニアエンコーダの例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of an optical linear encoder to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1(a)〜(c)は本例の光学式リニア
エンコーダの概略構成を示す図である。これらの図を参
照して説明すると、本例の光学式リニアエンコーダ1
は、光源としてのLED2と、移動格子および受光素子
が作り込まれている半導体移動板3と、反射型の固定格
子板4と、制御回路部5から基本的に構成されている。
半導体移動板3には、後述するように、一定のピッチで
一定の幅の縦縞状の光透過用格子31と受光素子として
のホトダイオード32(図1(c)における網かけ部
分)とが平面方向に交互に形成されている。固定格子板
4には受光側の表面4aに、一定のピッチで一定の幅の
縦縞状の反射格子41が平面方向に配列されている。
FIGS. 1A to 1C are views showing a schematic configuration of the optical linear encoder of this embodiment. The optical linear encoder 1 of the present embodiment will be described with reference to these drawings.
Is basically composed of an LED 2 as a light source, a semiconductor moving plate 3 in which a moving grating and a light receiving element are built, a reflective fixed grating plate 4, and a control circuit unit 5.
As will be described later, the semiconductor moving plate 3 is provided with a light-transmitting grating 31 in the form of a vertical stripe at a constant pitch and a constant width, and a photodiode 32 (a hatched portion in FIG. 1C) as a light receiving element in a plane direction. Are formed alternately. On the fixed grating plate 4, on the light-receiving side surface 4a, vertical stripe-shaped reflection gratings 41 having a fixed width and a fixed width are arranged in a plane direction.

【0032】制御回路部5は、ホトダイオード32の検
出信号に基づき1/4位相分だけ位相のずれたA相信号
およびB相信号を形成する信号処理部51と、これらA
相およびB相信号に基づき半導体移動板3の移動速度、
移動方向等の移動情報を演算するための演算部52と、
演算結果を表示する表示部53と、LED2の駆動をフ
ィードバック制御するランプ駆動部54とを備えてい
る。
The control circuit section 5 includes a signal processing section 51 for forming an A-phase signal and a B-phase signal which are shifted in phase by 1/4 phase based on the detection signal of the photodiode 32;
Moving speed of the semiconductor moving plate 3 based on the phase and B phase signals,
A calculation unit 52 for calculating movement information such as a movement direction;
A display unit 53 for displaying the calculation result and a lamp driving unit 54 for feedback-controlling the driving of the LED 2 are provided.

【0033】なお、上記の演算部52、表示部53、ラ
ンプ駆動部54は制御回路部5に内蔵せずに、外部回路
として接続してもよいことは勿論である。
The arithmetic unit 52, the display unit 53, and the lamp drive unit 54 may of course be connected as external circuits without being built in the control circuit unit 5.

【0034】図2には半導体移動板3の光透過用スリッ
ト形成部分およびホトダイオード形成部分の断面構成を
示してある。この半導体移動板3はシリコン基板等の半
導体基板33を備え、この半導体基板33には、図2
(b)から分かるように、一定のピッチで一定幅をした
縦縞模様の光透過型移動格子31がエッチ除去により形
成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a portion of the semiconductor moving plate 3 where a light transmitting slit is formed and a photodiode is formed. The semiconductor moving plate 3 includes a semiconductor substrate 33 such as a silicon substrate.
As can be seen from (b), the light-transmissive moving grating 31 of a vertical stripe pattern having a constant pitch and a constant width is formed by etching removal.

【0035】図2(a)から分かるように、半導体基板
33における各移動格子31の間に残っている半導体基
板の部分には、当該半導体基板部分34と、この表面か
らボロンをドープすることにより形成したボロンドープ
層35から構成されるpn接合のホトダイオード32が
作り込まれている。勿論、これ以外の方法によりホトダ
イオード32を半導体基板33に作り込んでもよいこと
は勿論である。
As can be seen from FIG. 2A, the portion of the semiconductor substrate remaining between the moving gratings 31 in the semiconductor substrate 33 is formed by doping the semiconductor substrate portion 34 with boron from the surface. A pn junction photodiode 32 composed of the formed boron doped layer 35 is formed. Of course, the photodiode 32 may be formed in the semiconductor substrate 33 by other methods.

【0036】各ホトダイオード32のボロンドープ層3
5にはアルミニウム製の電極層36が接続されており、
半導体基板33の側には同じくアルミニウム製の共通電
極層37が接続されている。電極素材としてはアルミニ
ウム以外の導電性素材を用いることができることは勿論
である。
The boron doped layer 3 of each photodiode 32
5 is connected to an electrode layer 36 made of aluminum.
The common electrode layer 37 also made of aluminum is connected to the semiconductor substrate 33 side. Of course, a conductive material other than aluminum can be used as the electrode material.

【0037】電極層36と半導体基板33の間はシリコ
ン酸化膜からなる絶縁層38により絶縁されている。ま
た、半導体基板33の露出表面は耐久性を確保するため
にシリコン酸化膜によって覆われている。同様に、ボロ
ンドープ層35の表面もシリコン酸化膜によって覆われ
ている。
The electrode layer 36 and the semiconductor substrate 33 are insulated by an insulating layer 38 made of a silicon oxide film. The exposed surface of the semiconductor substrate 33 is covered with a silicon oxide film in order to ensure durability. Similarly, the surface of the boron doped layer 35 is also covered by the silicon oxide film.

【0038】このように構成した本例のリニアエンコー
ダ1において、半導体移動板3を測定対象物(図示せ
ず)と一体化させて、光軸Lに直交する方向で、しか
も、スリットおよびホトダイオードの配列方向に移動さ
せると、LED2からの出射光は、まず、半導体移動板
3の背面を照射し、当該半導体移動板3に形成されてい
る光透過用格子31を通過して反射型固定格子板4を格
子縞状に照射する。
In the linear encoder 1 of the present embodiment configured as described above, the semiconductor moving plate 3 is integrated with the object to be measured (not shown) so as to be in the direction orthogonal to the optical axis L, and furthermore, the slit and the photodiode. When moved in the arrangement direction, the light emitted from the LED 2 first irradiates the back surface of the semiconductor moving plate 3, passes through the light transmission grating 31 formed on the semiconductor moving plate 3, and reflects the fixed fixed grating plate. 4 is illuminated in a checkered pattern.

【0039】固定格子板4にも一定のピッチの同一幅の
反射格子41が形成されているので、当該固定格子板4
を照射した光は各反射格子41に照射した成分のみが反
射される。反射格子像は再び半導体移動板3を照射し、
一定のピッチの一定幅で形成されている縦縞状ホトダイ
オード32によって受光される。このように、本例で
は、半導体移動板3に形成された縦縞状の光透過用格子
31とホトダイオード32とが2枚の格子板として機能
する。従って、反射格子を用いた3枚格子の理論に基づ
き、ホトダイオード32においては、反射格子41と移
動格子(31、32)の相対移動に対応して受光量が正
弦波状に変化する。よって、ホトダイオード32の光電
流に基づき相対移動速度に対応したパルス信号を得るこ
とができ、当該パルス信号のパルスレートに基づき相対
移動速度を演算できる。
Since the fixed grating plate 4 is also formed with the reflection gratings 41 having a constant pitch and the same width, the fixed grating plate 4
Is reflected, only the component irradiated on each reflection grating 41 is reflected. The reflection grating image irradiates the semiconductor moving plate 3 again,
Light is received by the vertical stripe-shaped photodiode 32 formed with a constant pitch and a constant width. As described above, in the present example, the vertically-striped light transmission grating 31 and the photodiode 32 formed on the semiconductor moving plate 3 function as two grating plates. Therefore, based on the theory of three gratings using a reflection grating, in the photodiode 32, the amount of received light changes in a sinusoidal manner in accordance with the relative movement between the reflection grating 41 and the moving gratings (31, 32). Therefore, a pulse signal corresponding to the relative moving speed can be obtained based on the photocurrent of the photodiode 32, and the relative moving speed can be calculated based on the pulse rate of the pulse signal.

【0040】また、図1(a)に示すように、奇数番目
のホトダイオードの出力の総和に基づき、例えば、A相
信号を生成し、偶数番目のホトダイオードの出力の総和
に基づき、1/4λだけ位相のずれたB相信号を生成す
ることも可能である。これらの2相の信号に基づき、移
動格子の移動方向を判別できる。
Further, as shown in FIG. 1A, for example, an A-phase signal is generated based on the sum of the outputs of the odd-numbered photodiodes, and only 1 / 4λ is obtained based on the sum of the outputs of the even-numbered photodiodes. It is also possible to generate a phase-shifted B-phase signal. The moving direction of the moving grid can be determined based on these two-phase signals.

【0041】このように、本例の光学式リニアエンコー
ダ1においては、移動格子および受光素子を半導体製造
技術により制作しているので、微小ピッチの格子を製造
することができる。よって、高分解能のエンコーダを実
現できる。
As described above, in the optical linear encoder 1 of the present embodiment, since the moving grating and the light receiving element are manufactured by the semiconductor manufacturing technology, a grating with a minute pitch can be manufactured. Therefore, a high-resolution encoder can be realized.

【0042】また、一定ピッチで縦縞状に形成された受
光素子が格子として機能し、しかも、当該格子自体がレ
ンズ効果を持つので、レンズ光学系を用いる必要が無
く、装置の小型化を達成できる。
Further, since the light receiving elements formed in the form of vertical stripes at a constant pitch function as a grating, and the grating itself has a lens effect, it is not necessary to use a lens optical system, and the device can be downsized. .

【0043】さらには、3枚格子の理論により、反射格
子と移動格子の隙間の広狭および、当該隙間の変動が分
解能に悪影響を及ぼすことがないので、これらが形成さ
れている部材の取り付け精度を確保するための調整作業
を簡略化でき、また、取り付け場所の制約が少なくな
る。
Further, according to the theory of three gratings, the gap between the reflection grating and the moving grating is not widened and the fluctuation of the gap does not adversely affect the resolution. The adjustment work for securing the space can be simplified, and the restriction on the mounting place can be reduced.

【0044】これに加えて、反射格子と移動格子の間隔
を広くできるので、例えば反射格子の側を保護ケース等
に収納して耐環境性を高めることも可能となる等の利点
がある。
In addition to this, since the distance between the reflection grating and the moving grating can be increased, there is an advantage that, for example, the side of the reflection grating can be housed in a protective case or the like to improve environmental resistance.

【0045】(受光素子および光透過格子の配列)図4
には、半導体移動板3に形成される縦縞状の光透過用格
子31およびホトダイオード32の別の配列例を示して
あり、いずれも、光透過用格子31とホトダイオード3
2が交互に配列されている例である。
(Arrangement of light receiving element and light transmission grating) FIG.
Shows another arrangement example of the light-transmitting grating 31 and the photodiode 32 in the form of vertical stripes formed on the semiconductor moving plate 3.
This is an example in which 2 are alternately arranged.

【0046】図4(a)に示す例では、半導体基板3A
に、縦縞状の光透過用格子および縦縞状のホトダイオー
ドが交互に形成された4つの領域301〜304が形成
されている。ここで、領域301のホトダイオード群か
らはA相信号が得られ、この領域301のホトダーオー
ド群から得られる検出信号に対して位相が90度ずれる
ように、領域302のホトダイオード群の位置が決定さ
れ、当該ホトダイオード群からはB相信号が得られる。
In the example shown in FIG. 4A, the semiconductor substrate 3A
Are formed with four regions 301 to 304 in which vertical stripe light transmission gratings and vertical stripe photodiodes are alternately formed. Here, the A-phase signal is obtained from the photodiode group in the area 301, and the position of the photodiode group in the area 302 is determined so that the phase is shifted by 90 degrees with respect to the detection signal obtained from the photodiode group in the area 301. A B-phase signal is obtained from the photodiode group.

【0047】また、領域301の下側の位置している領
域303のホトダイオード群は、領域301のホトダイ
オード群から得られる検出信号に対して位相が180度
ずれた検出信号が得られるように、当該ホトダイオード
群の位置が決定されている。従って、領域303のホト
ダイオード群からはA相の反転信号が得られる。同様
に、当該領域303の横方に位置している領域304の
ホトダイオード群からはB相の反転信号が得られるよう
に、その配置が規定されている。
The photodiode group in the region 303 located below the region 301 has a phase difference of 180 degrees with respect to the detection signal obtained from the photodiode group in the region 301 so that a detection signal can be obtained. The position of the photodiode group is determined. Accordingly, an inverted signal of the A-phase is obtained from the photodiode group in the region 303. Similarly, the arrangement is defined so that a B-phase inversion signal can be obtained from the photodiode group in the region 304 located on the side of the region 303.

【0048】図4(b)に示す例では、半導体基板3B
に、当該基板の移動方向に直交する方向に4列の領域4
01〜404が形成されている。最も上の領域401に
は、基板移動方向に向けて一定のピッチで縦縞状の光透
過用格子と縦縞状のホトダイオードとが交互に形成され
ている。領域402は領域401に対して、ホトダイオ
ードの検出信号の位相が90度ずれるような配置関係と
されている。この領域402の下側の領域403は一番
上の領域401に対して、ホトダイオードの検出信号の
位相が180度ずれるような配置関係とされている。さ
らに、領域404は領域402に対して、ホトダイオー
ドの検出信号の位相が180度ずれるような配置関係と
されている。
In the example shown in FIG. 4B, the semiconductor substrate 3B
And four rows of regions 4 in a direction orthogonal to the direction of movement of the substrate.
01 to 404 are formed. In the uppermost region 401, vertical stripe-shaped light transmission gratings and vertical stripe-shaped photodiodes are alternately formed at a constant pitch in the substrate movement direction. The region 402 is arranged so that the phase of the detection signal of the photodiode is shifted by 90 degrees from the region 401. The region 403 below the region 402 is arranged so that the phase of the detection signal of the photodiode is shifted by 180 degrees with respect to the region 401 at the top. Further, the region 404 is arranged so that the phase of the detection signal of the photodiode is shifted by 180 degrees with respect to the region 402.

【0049】この結果、領域401のホトダイオード群
からは例えば、A相信号が得られ、領域402のホトダ
イオード群からはB相信号が得られ、領域403のホト
ダイオード群からはA相の反転信号が得られ、領域40
4のホトダイオード群からはB相の反転信号が得られ
る。
As a result, for example, an A-phase signal is obtained from the photodiode group in the area 401, a B-phase signal is obtained from the photodiode group in the area 402, and an inverted A-phase signal is obtained from the photodiode group in the area 403. Region 40
The photodiode group of No. 4 obtains a B-phase inverted signal.

【0050】図4(c)、(d)に示す例では、半導体
基板3Cに、その移動方向(横方向)に沿って一定の間
隔で複数の領域、図においては3つの領域501〜50
3が形成されている。各領域には、縦縞状の光透過部分
31C(斜線で示す部分)と、これらの間に形成された
縦縞状のホトダイオード32Cが交互に一定のピッチで
形成されている。
In the example shown in FIGS. 4C and 4D, a plurality of regions, ie, three regions 501 to 50 in the figure, are provided on the semiconductor substrate 3C at regular intervals along the moving direction (lateral direction).
3 are formed. In each region, vertical stripe-shaped light transmitting portions 31C (portions indicated by oblique lines) and vertical stripe-shaped photodiodes 32C formed therebetween are alternately formed at a constant pitch.

【0051】隣接する領域501と502の間、領域5
02と503の間を1ピッチとすると、各領域は1/2
ピッチの幅を有し、その幅内に、図4(d)に示すよう
に、4本のホトダイオード32Cが形成されている。各
ホトダイオード32Cの幅は1/16ピッチであり、ホ
トダイオードの間隔は1/8ピッチである。左右両側の
ホトダイオードと領域境界との間には1/32ピッチの
隙間が開いているが、この隙間は1/32ピッチに限定
されるものではない。また、光透過用格子あるいは光透
過部分と、ホトダイオードのそれぞれの幅の比も1:1
に限定されるものではない。
The area 5 is located between the adjacent areas 501 and 502.
If one pitch is between 02 and 503, each area is 1 /.
As shown in FIG. 4D, four photodiodes 32C are formed within the width of the pitch. The width of each photodiode 32C is 1/16 pitch, and the interval between the photodiodes is 1/8 pitch. Although a 1/32 pitch gap is provided between the photodiodes on both the left and right sides and the area boundary, the gap is not limited to 1/32 pitch. The ratio of the width of the light transmitting grating or light transmitting portion to the photodiode is also 1: 1.
However, the present invention is not limited to this.

【0052】この配列を採用した場合においては、例え
ば、各領域における左端のホトダイオードからA相信号
が得られ、その右側のホトダイオードからB相信号が得
られ、さらに右側のホトダイオードからA相の反転信号
が得られ、右端のホトダイオードからB相の反転信号が
得られる。
When this arrangement is adopted, for example, an A-phase signal can be obtained from the leftmost photodiode in each region, a B-phase signal can be obtained from the right-hand photodiode, and an A-phase inverted signal can be obtained from the right-hand photodiode. Is obtained, and a B-phase inverted signal is obtained from the rightmost photodiode.

【0053】次に、図5、図6には、光透過格子および
ホトダイオードの交互配列の異なる例を示してある。こ
れらの図に示すように、半導体基板310には、所定間
隔で光透過格子320とホトダイオード330が交互に
配列された第1の領域340と、同じく所定間隔で光透
過格子350とホトダイオード360が交互に配列され
た第2の領域370とが形成されている。
Next, FIGS. 5 and 6 show different examples of the alternate arrangement of the light transmission grating and the photodiodes. As shown in these figures, a semiconductor substrate 310 has a first region 340 in which light transmission gratings 320 and photodiodes 330 are alternately arranged at predetermined intervals, and a light transmission grating 350 and photodiodes 360 which are also alternately arranged at predetermined intervals. And a second region 370 arranged in the first region.

【0054】第1の領域340におけるホトダイオード
330は二分割ホトダイオードであり、その一方の側が
A相の検出信号を得るためのホトダイオードで331と
され、他方の側がB相の検出信号を得るためのホトダイ
オード332とされている。同様に、第2の領域370
におけるホトダイオード360も二分割型ホトダイオー
ド361およびホトダイオード362から構成されてい
る。
The photodiode 330 in the first area 340 is a two-part photodiode, one of which is a photodiode 331 for obtaining an A-phase detection signal, and the other of which is a photodiode for obtaining a B-phase detection signal. 332. Similarly, the second area 370
The photodiode 360 in FIG. 1 also includes a two-part photodiode 361 and a photodiode 362.

【0055】ここで、第1の領域330の各二分割型ホ
トダイオード331、332と、第2の領域370の側
の各二分割型ホトダイオード361、362とは、1/
2ピッチずれた位置関係にある。従って、第2の領域3
70における各二分割型ホトダイオード361、362
からは、それぞれ、A相の反転信号、およびB相の反転
信号が得られる。図6には各二分割型ホトダイオードの
配置例を示してある。
Here, each of the two-divided photodiodes 331 and 332 in the first region 330 and each of the two-divided photodiodes 361 and 362 on the side of the second region 370 are 1 /
There is a positional relationship shifted by two pitches. Therefore, the second area 3
70, each two-part photodiode 361, 362
Respectively, an inverted signal of the A phase and an inverted signal of the B phase are obtained. FIG. 6 shows an example of the arrangement of each two-division type photodiode.

【0056】なお、図5に示すように、半導体基板31
0の表面には、A相信号が得られる各ホトダイオード3
31に接続された電極配線層381、B相信号が得られ
る各ホトダイオード332に接続された電極配線層38
2、A相の反転信号が得られる各ホトダイオード361
に接続された電極配線層383、B相の反転信号が得ら
れる各ホトダイオード362に接続された電極配線層3
84が形成されている。
Note that, as shown in FIG.
0, each photodiode 3 from which an A-phase signal can be obtained.
The electrode wiring layer 381 connected to the photodiode 31 and the electrode wiring layer 38 connected to each photodiode 332 from which a B-phase signal can be obtained.
2. Each photodiode 361 that can obtain an inverted signal of A phase
Wiring layer 383 connected to each other, the electrode wiring layer 3 connected to each photodiode 362 from which a B-phase inversion signal is obtained.
84 are formed.

【0057】また、図5(b)に示すように、半導体基
板310の裏面に、表面に凹部391が形成された半導
体基板390を貼り付け、この半導体基板の凹部391
の底面に、面発光レーザやLED等の発光源392を配
置した構成を採用すれば、発光源が一体化されたコンパ
クトな検出機構を構成できる。
As shown in FIG. 5B, a semiconductor substrate 390 having a concave portion 391 formed on the front surface is attached to the back surface of the semiconductor substrate 310, and the concave portion 391 of this semiconductor substrate is formed.
If a configuration in which a light emitting source 392 such as a surface emitting laser or an LED is disposed on the bottom surface of the light emitting device is adopted, a compact detection mechanism with an integrated light emitting source can be configured.

【0058】次に、図7、図8には、半導体基板表面
に、ホトダイオードが一定間隔で配列された領域と、光
透過格子が一定間隔で配列された領域とが別個に形成さ
れている配列例を示してある。
FIGS. 7 and 8 show an arrangement in which a region where photodiodes are arranged at regular intervals and a region where light transmission gratings are arranged at regular intervals are separately formed on the surface of the semiconductor substrate. An example is shown.

【0059】この図に示すように、半導体基板410の
表面には、その中央に、一定間隔で光透過格子420が
一定間隔で半導体基板移動方向に配列されている領域4
30が形成されており、この領域430を挟み、上下対
称な状態で、ホトダイオードが一定間隔で配列された領
域440および450が形成されている。
As shown in this figure, on the surface of a semiconductor substrate 410, a region 4 in which light transmitting gratings 420 are arranged at regular intervals in the semiconductor substrate moving direction at regular intervals.
30 are formed, and regions 440 and 450 in which photodiodes are arranged at regular intervals are formed in a vertically symmetric state with the region 430 interposed therebetween.

【0060】領域440において、奇数番目に位置する
ホトダイオード441と偶数番目に位置するホトダイオ
ード442は、検出信号の位相が180度ずれるような
間隔で配列されている。領域450においても、同様
に、奇数番目に位置するホトダイオード451と偶数番
目に位置するホトダイオード452は、領域440にお
ける場合と同一の間隔で配列されているので、それらの
検出信号の位相が180度ずれるようになっている。さ
らに、領域440のホトダイオード群441と領域45
0のホトダイオード群451とは、1/4ピッチずれた
関係となっている。従って、領域440のホトダイオー
ド群441からA相信号が得られるとすると、同一領域
440のホトダイオード群442からはA相の反転信号
が得られる。また、領域450のホトダイオード群45
1からはB相信号が得られ、ホトダイオード群452か
らはB相の反転信号が得られる。図8には、各ホトダイ
オードの配置例を示してある。
In the region 440, the odd-numbered photodiodes 441 and the even-numbered photodiodes 442 are arranged at intervals such that the phases of the detection signals are shifted by 180 degrees. Similarly, in the region 450, since the odd-numbered photodiodes 451 and the even-numbered photodiodes 452 are arranged at the same interval as in the region 440, the phases of their detection signals are shifted by 180 degrees. It has become. Furthermore, the photodiode group 441 in the region 440 and the region 45
The photodiode group 451 of 0 has a relationship shifted by 1 / pitch. Therefore, if an A-phase signal is obtained from the photodiode group 441 in the area 440, an inverted A-phase signal is obtained from the photodiode group 442 in the same area 440. Also, the photodiode group 45 in the region 450
A B-phase signal is obtained from 1 and a B-phase inverted signal is obtained from the photodiode group 452. FIG. 8 shows an example of the arrangement of each photodiode.

【0061】なお、本例においても、半導体基板410
の表面上には、A相信号が得られる各ホトダイオード4
41に接続された電極配線層461、B相信号が得られ
る各ホトダイオード451に接続された電極配線層46
2、A相の反転信号が得られる各ホトダイオード442
に接続された電極配線層463、B相の反転信号が得ら
れる各ホトダイオード452に接続された電極配線層4
64が形成されている。
Note that, also in this example, the semiconductor substrate 410
On the surface of each photodiode 4 from which an A-phase signal can be obtained.
41, an electrode wiring layer 46 connected to each photodiode 451 from which a B-phase signal is obtained.
2. Each photodiode 442 from which an inverted signal of A phase can be obtained
And the electrode wiring layer 4 connected to each photodiode 452 from which a B-phase inverted signal is obtained.
64 are formed.

【0062】また、図7(c)に示すように、半導体基
板410の裏面に、表面に凹部491が形成された半導
体基板490を貼り付け、この半導体基板の凹部491
の底面に、面発光レーザやLED等の発光源492を配
置した構成を採用すれば、発光源が一体化されたコンパ
クトな検出機構を構成できる。
As shown in FIG. 7C, a semiconductor substrate 490 having a concave portion 491 formed on the front surface is attached to the back surface of the semiconductor substrate 410, and the concave portion 491 of the semiconductor substrate is formed.
If a configuration in which a light emitting source 492 such as a surface emitting laser or an LED is disposed on the bottom surface of the device is adopted, a compact detection mechanism in which the light emitting source is integrated can be configured.

【0063】ここで、図7に示す構造の半導体基板41
0を用いた場合には、反射格子が形成されている固定格
子板に対する当該半導体基板410の位置決めを精度よ
く行う必要がある。すなわち、図9(a)に示すよう
に、固定格子板4Aに対して、半導体基板410が矢印
AあるいはBで示す方向に傾いた状態で位置決めされる
と、固定格子板4Aの反射格子4bと、半導体基板41
0の光透過格子420、受光素子441,442,45
1,452とが相互に傾いた状態になる。図9(b)に
は矢印Aの方向に傾いた状態を示してある。
Here, the semiconductor substrate 41 having the structure shown in FIG.
When 0 is used, it is necessary to accurately position the semiconductor substrate 410 with respect to the fixed grating plate on which the reflection grating is formed. That is, as shown in FIG. 9A, when the semiconductor substrate 410 is positioned with respect to the fixed grid plate 4A in a state of being inclined in the direction indicated by the arrow A or B, the reflection grating 4b of the fixed grid plate 4A and , Semiconductor substrate 41
0 light transmission grating 420, light receiving elements 441, 442, 45
1, 452 are mutually inclined. FIG. 9B shows a state of being inclined in the direction of arrow A.

【0064】この場合、本発明者等の実験によれば、
0.15度程度の微小な傾斜角でも、各受光素子から得
られる検出信号の位相ずれが約45度にもなることが確
認された。また、例えば矢印Bの方向に傾いた場合、角
度変化が0.5度程度の場合でも、A相およびB相の検
出信号の出力差が約0.2V(基準値の出力である1V
に対して約20%)にもなることが確認された。したが
って、固定格子板4Aに対して半導体基板410を位置
決めして取り付けた後に、実際の検出信号を測定して、
信号レベルの調整などを行う必要がある。
In this case, according to experiments performed by the present inventors,
It has been confirmed that even at a small inclination angle of about 0.15 degrees, the phase shift of the detection signal obtained from each light receiving element becomes about 45 degrees. Further, for example, when the sensor is tilted in the direction of arrow B and the angle change is about 0.5 degrees, the output difference between the A-phase and B-phase detection signals is about 0.2 V (1 V which is the reference value output).
About 20%). Therefore, after the semiconductor substrate 410 is positioned and attached to the fixed grid plate 4A, an actual detection signal is measured, and
It is necessary to adjust the signal level.

【0065】このような固定格子板に対する半導体基板
410の位置決め誤差に起因する受光素子検出信号の変
動を回避するためには、次にような構成を採用すること
が望ましい。
In order to avoid such a change in the light receiving element detection signal due to the positioning error of the semiconductor substrate 410 with respect to the fixed grating plate, it is desirable to adopt the following configuration.

【0066】すなわち、図7の場合と同様に、半導体基
板410の表面に、その中央に、一定間隔で光透過格子
420が一定間隔で半導体基板移動方向に配列されてい
る領域430を形成し、この領域430を挟み、上下対
称な状態で、ホトダイオードが一定間隔で配列された領
域440および450を形成する。しかるに、各領域4
40、450では、次のように各相の検出信号を出力す
るホトダイオードを配列する。
That is, as in the case of FIG. 7, on the surface of the semiconductor substrate 410, a region 430 in which the light transmission gratings 420 are arranged at regular intervals in the semiconductor substrate moving direction at regular intervals is formed. With the region 430 sandwiched therebetween, regions 440 and 450 in which photodiodes are arranged at regular intervals are formed in a vertically symmetric state. However, each area 4
In 40 and 450, photodiodes that output detection signals of each phase are arranged as follows.

【0067】図10に示すように、領域440では、隣
接するホトダイオード間における検出信号の位相が27
0度ずれるように、3/4ピッチで各ホトダイオード4
71、482、472、481を配列する。この結果、
ホトダイオード471と472は(1+1/2)ピッチ
で配列されているので、一方から得られる検出信号をA
相信号とすると、他方からはA相の反転信号が得られ
る。また、ホトダイオード481はホトダイオード47
1から得られるA相信号に対して90度位相のずれたB
相信号が得られる。よって、もうひとつのホトダイオー
ド482からはB相の反転信号が得られる。なお、他方
の領域450においても、同一の受光素子配列を採用し
ている。
As shown in FIG. 10, in the region 440, the phase of the detection signal between adjacent photodiodes is 27
Each photodiode 4 at a 3/4 pitch so as to shift by 0 degree
71, 482, 472, 481 are arranged. As a result,
Since the photodiodes 471 and 472 are arranged at a (1 + /) pitch, the detection signal obtained from one of them is A
If it is a phase signal, an inverted signal of the A phase is obtained from the other. In addition, the photodiode 481 is
B shifted by 90 degrees from the A-phase signal obtained from
A phase signal is obtained. Therefore, an inverted signal of the B phase is obtained from the other photodiode 482. In the other region 450, the same light receiving element arrangement is employed.

【0068】このように光透過格子420が形成されて
いる領域430を挟む上下の領域440、450に、A
相信号、B相の反転信号、A相の反転信号、およびB相
信号が得られるように等ピッチで受光素子を配列する
と、固定格子板と半導体基板の位置決め誤差に起因する
検出信号の位相および電圧の変動を抑制できることが確
認された。よって、かかる構成を採用すれば、精度のよ
い検出を行うことが可能になる。また、この受光素子配
列では、受光素子間のピッチが広くなるので、各素子間
の絶縁を取り易いという副次的な利点も得られる。
In the upper and lower regions 440 and 450 sandwiching the region 430 where the light transmission grating 420 is formed, A
When the light receiving elements are arranged at an equal pitch so as to obtain the phase signal, the inverted signal of the B phase, the inverted signal of the A phase, and the B signal, It was confirmed that voltage fluctuation can be suppressed. Therefore, if such a configuration is adopted, accurate detection can be performed. Further, in this light receiving element arrangement, since the pitch between the light receiving elements is widened, a secondary advantage that insulation between the elements can be easily obtained is also obtained.

【0069】(S/N比の改善方法)ここで、上記の図
4ないし図8、図10に示す例において、得られたA相
信号とその反転信号の差動信号を得ることにより、誤差
の少ないA相信号を生成することができる。同様に、得
られたB相信号とその反転信号の差動信号を得ることに
より、誤差の少ないB相信号を生成することができる。
このような差動信号を用いることにより、光学式エンコ
ーダのS/N比を改善できる。
(Method of Improving S / N Ratio) Here, in the examples shown in FIGS. 4 to 8 and FIG. 10, an error is obtained by obtaining a differential signal of the obtained A-phase signal and its inverted signal. A-phase signal with a small number of signals can be generated. Similarly, by obtaining a differential signal between the obtained B-phase signal and its inverted signal, it is possible to generate a B-phase signal with less error.
By using such a differential signal, the S / N ratio of the optical encoder can be improved.

【0070】次に、別のS/N比改善方法を以下に述べ
る。上記の半導体移動板に形成されたホトダイオード
は、その裏面側から光が照射されるので、その暗電流が
増加し、S/N比が低下するおそれがある。この弊害を
回避すればS/N比を改善できる。そのためには次のよ
うにすればよい。
Next, another method for improving the S / N ratio will be described below. The photodiode formed on the above-mentioned semiconductor moving plate is irradiated with light from the back side, so that the dark current may increase and the S / N ratio may decrease. If this adverse effect is avoided, the S / N ratio can be improved. This can be done as follows.

【0071】図11を参照して、図1、2に示す半導体
基板3を例に挙げて説明すると、半導体移動板3におけ
る裏面側、すなわち、光源側に、アルミニウム、金等の
素材からなる反射膜(遮光膜)を蒸着等の方法により、
積層すればよい。この場合、ホトダイオード32の側面
部分にも反射膜を形成すればより効果が良くなる。図に
おいては、反射膜の形成可能な領域を点線で示してあ
る。
Referring to FIG. 11, the semiconductor substrate 3 shown in FIGS. 1 and 2 will be described as an example. On the back side of the semiconductor moving plate 3, that is, on the light source side, a reflection made of a material such as aluminum or gold is used. Film (light shielding film) by a method such as evaporation
What is necessary is just to laminate. In this case, if a reflective film is formed also on the side surface of the photodiode 32, the effect is further improved. In the drawing, the area where the reflection film can be formed is indicated by a dotted line.

【0072】(光透過部分の形成方法)次に、光透過格
子を半導体基板に形成するためには、半導体基板表面を
ドライエッチングすればよい。ドライエッチングを採用
すると、基板表面を垂直に彫り込むことができる。この
代わりに、安価な製造方法であるウエットエッチングを
採用することもできる。この場合には、結晶方位に起因
した異方性エッチングとなるので、図12に示すように
半導体基板表面に対して傾斜した側面のスリットが形成
される。
(Method of Forming Light Transmitting Portion) Next, in order to form a light transmitting grating on a semiconductor substrate, the surface of the semiconductor substrate may be dry-etched. When dry etching is employed, the substrate surface can be engraved vertically. Alternatively, wet etching, which is an inexpensive manufacturing method, can be employed. In this case, since the anisotropic etching is caused by the crystal orientation, slits on the side surfaces inclined with respect to the semiconductor substrate surface are formed as shown in FIG.

【0073】この場合においても、ホトダイオードとし
て残っている部分の裏面(光源側)に、点線で示す部分
に、反射膜を蒸着等の方法により形成すれば、ホトダイ
オードの暗電流を低減でき、S/N比を改善できる。
Also in this case, if a reflective film is formed on the back surface (light source side) of the portion remaining as the photodiode by a method such as vapor deposition on the portion indicated by the dotted line, the dark current of the photodiode can be reduced, and the S / S The N ratio can be improved.

【0074】(その他の実施の形態)なお、上記の各例
においては、半導体移動板の光透過型移動格子は、半導
体基板に開けた光通過用のスリットであるが、この代わ
りに、充分な量の光が透過できる薄膜を半導体基板に対
してエッチングにより形成し、各薄膜部分を移動格子と
することも可能である。
(Other Embodiments) In each of the above examples, the light transmission type moving grating of the semiconductor moving plate is a light passing slit formed in the semiconductor substrate. It is also possible to form a thin film through which a quantity of light can be transmitted by etching the semiconductor substrate, and make each thin film portion a moving grating.

【0075】また、図3に示すように、ホトダイオード
32Aが形成されている半導体基板33Aの裏面側の部
分をエッチングすることにより、充分な光が透過可能な
薄膜部分を形成し、当該薄膜部分を移動格子31Aとし
て利用することも可能である。このような透明な半導体
受光素子は、平成10年4月30日提出の特願平10−
120848号の明細書、図面において提案されてい
る。
Further, as shown in FIG. 3, by etching a portion on the back surface side of the semiconductor substrate 33A on which the photodiode 32A is formed, a thin film portion through which sufficient light can be transmitted is formed. It can be used as the moving grating 31A. Such a transparent semiconductor light receiving element is disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 10-1998 filed on April 30, 1998.
No. 120848, proposed in the drawings.

【0076】一方、上記の例では、反射格子41が形成
されている側を固定側としてあるが、当該反射格子41
の側を移動側とし、半導体移動板3の側を固定側とする
ことも可能である。
On the other hand, in the above example, the side on which the reflection grating 41 is formed is the fixed side.
May be set as a moving side, and the side of the semiconductor moving plate 3 may be set as a fixed side.

【0077】また、上記の例では光源としてLEDを用
いているが、レーザー光源等のその他の光源を利用する
ことも可能である。
In the above example, an LED is used as a light source, but other light sources such as a laser light source may be used.

【0078】さらに、上記の例はリニアエンコーダに関
するものであるが、ロータリーエンコーダに対しても本
発明を同様に適用可能である。この場合には、光透過部
分とホトダイオードの部分とを、円周方向に向けて一定
の角度で形成すればよい。
Further, the above example relates to a linear encoder, but the present invention is similarly applicable to a rotary encoder. In this case, the light transmitting portion and the photodiode portion may be formed at a constant angle in the circumferential direction.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学式エ
ンコーダにおいては、3枚格子理論に基づき反射格子と
移動格子を用いてこれらの相対移動に関する情報を検出
可能な反射格子像を受光素子に形成すると共に、移動格
子と受光素子を共通の半導体基板上に作り込んだ構成を
採用している。
As described above, in the optical encoder of the present invention, a reflection grating image capable of detecting information relating to the relative movement between the reflection grating and the moving grating based on the triple grating theory is used as the light receiving element. And a configuration in which the moving grating and the light receiving element are formed on a common semiconductor substrate.

【0080】従って、本発明のエンコーダによれば、移
動格子の後ろ側に、別部品としての受光素子を配置する
必要がなく単に光源を配置するだけでよい。また、半導
体基板に形成された格子状の受光素子そのものがレンズ
効果を持つので、レンズ光学系を用いることなく空間フ
ィルタエンコーダを実現できる。よって、装置を小型で
コンパクトにすることができる。
Therefore, according to the encoder of the present invention, it is not necessary to arrange a light receiving element as a separate component behind the moving grating, and it is sufficient to simply arrange a light source. Further, since the lattice-shaped light receiving element itself formed on the semiconductor substrate has a lens effect, a spatial filter encoder can be realized without using a lens optical system. Therefore, the device can be made small and compact.

【0081】また、半導体基板に移動格子を形成してい
るので、微小ピッチの格子を半導体製造技術により精度
良く形成できるという利点がある。
Further, since the moving grating is formed on the semiconductor substrate, there is an advantage that a grating with a minute pitch can be formed with high accuracy by a semiconductor manufacturing technique.

【0082】さらには、3枚格子の理論により、反射格
子と移動格子の間隔の広狭、および当該間隔の変動によ
り検出信号のコントラストが低下してしまうこともない
ので、これら反射格子および移動格子が形成されている
部品の取り付け作業が簡単になり、また、これらの部品
の取り付け位置の制約も緩やかになるという利点もあ
る。
Further, according to the theory of the three-lattice grid, the distance between the reflection grating and the moving grating is not narrowed and the fluctuation of the distance does not lower the contrast of the detection signal. There is an advantage that the mounting operation of the formed components is simplified, and the restrictions on the mounting positions of these components are relaxed.

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

【図1】(a)〜(c)は、本発明を適用した光学式リ
ニアエンコーダの構成を示す説明図である。
FIGS. 1A to 1C are explanatory diagrams showing a configuration of an optical linear encoder to which the present invention is applied.

【図2】(a)および(b)は、図1の半導体移動板に
形成されたホトダイオードおよび光透過型移動格子の部
分の概略断面構成図である。
2 (a) and 2 (b) are schematic cross-sectional configuration diagrams of a photodiode and a light transmission type moving grating formed on the semiconductor moving plate of FIG. 1. FIG.

【図3】半導体移動板の別の例を示す断面構成図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing another example of the semiconductor moving plate.

【図4】(a)〜(d)は、光透過格子およびホトダイ
オードからなる領域の配置形態の3例を示す説明図であ
る。
FIGS. 4A to 4D are explanatory diagrams showing three examples of an arrangement form of a region including a light transmission grating and a photodiode.

【図5】半導体基板表面に形成される光透過格子および
ホトダイオードの配列例を示す図であり、(a)はその
平面図、(b)はその断面図、(c)はその一部を拡大
して示す拡大部分平面図である。
5A and 5B are diagrams showing an example of the arrangement of light transmission gratings and photodiodes formed on the surface of a semiconductor substrate, wherein FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a cross-sectional view, and FIG. It is an enlarged partial plan view shown as.

【図6】図5における分割型ホトダイオードの配置例を
示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of the split photodiodes in FIG. 5;

【図7】半導体基板表面に形成された光透過格子および
ホトダイオードの配列例を示す図であり、(a)はその
平面図、(b)はそのb―b線で切断した部分の断面
図、(c)はそのc−c線で切断した部分の断面図であ
る。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an example of the arrangement of light transmission gratings and photodiodes formed on the surface of a semiconductor substrate, wherein FIG. 7A is a plan view thereof, FIG. 7B is a cross-sectional view of a portion cut along the line bb, (C) is a sectional view of a portion cut along the line cc.

【図8】図7におけるホトダイオードの配置例を示す説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of the photodiodes in FIG. 7;

【図9】図8のホトダイオードの配列例における問題点
を示すための説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a problem in the example of arrangement of the photodiodes in FIG. 8;

【図10】図8のホトダイオードの配列に起因する問題
を解決したホトダイオードの配列例を示すための説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of the photodiodes in which the problem caused by the arrangement of the photodiodes in FIG. 8 has been solved.

【図11】受光素子のS/N比を改善するための方法を
示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method for improving the S / N ratio of a light receiving element.

【図12】受光素子の光透過部分をウエットエッチング
により形成する場合を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a case where a light transmitting portion of a light receiving element is formed by wet etching.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学式リニアエンコーダ 2 LED 3 半導体移動板 31 光透過型の移動格子 32 ホトダイオード 33 半導体基板 34 半導体基板部分 35 ボロンドープ層 36 電極層 37 共通電極層 38 シリコン酸化膜(絶縁層) 4 反射格子板 41 反射格子 5 制御回路部 51 信号処理部 52 演算部 53 表示部 54 ランプ駆動制御部 310、410 半導体基板 320、350、420 光透過格子 330、350 二分割型ホトダイオード 441、442、451、452、471、472、4
81、482 ホトダイオード 340、370 光透過格子およびホトダイオードが交
互に配列された領域 440、450 ホトダイオードが一定間隔で配列され
た領域 430 光透過格子が一定間隔で交互に配列された領域
REFERENCE SIGNS LIST 1 optical linear encoder 2 LED 3 semiconductor moving plate 31 light-transmitting moving grating 32 photodiode 33 semiconductor substrate 34 semiconductor substrate portion 35 boron doped layer 36 electrode layer 37 common electrode layer 38 silicon oxide film (insulating layer) 4 reflection grating plate 41 Reflection grating 5 Control circuit unit 51 Signal processing unit 52 Operation unit 53 Display unit 54 Lamp drive control unit 310, 410 Semiconductor substrate 320, 350, 420 Light transmission grating 330, 350 Bipartite photodiode 441, 442, 451, 452, 471 , 472, 4
81,482 Photodiodes 340,370 Regions in which light transmitting gratings and photodiodes are alternately arranged 440,450 Regions in which photodiodes are arranged at regular intervals 430 Regions in which light transmitting gratings are alternately arranged at regular intervals

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA00 AA02 AA07 AA22 BB02 DD03 FF07 FF16 FF18 GG07 HH13 JJ09 JJ18 JJ26 LL28 LL41 MM03 QQ29 2F103 BA31 BA37 CA03 DA01 DA12 EA17 EA19 EA21 EB06 EB12 EB16 EB32 FA12 Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA00 AA02 AA07 AA22 BB02 DD03 FF07 FF16 FF18 GG07 HH13 JJ09 JJ18 JJ26 LL28 LL41 MM03 QQ29 2F103 BA31 BA37 CA03 DA01 DA12 EA17 EA19 EA12 EB12 EB12 EB12 EB12 EB12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、一定ピッチあるいは角度で所定
形状の反射格子が複数本形成された反射格子板と、一定
ピッチあるいは角度で所定形状の光透過格子が複数本形
成された移動格子板と、前記光源から出射され前記光透
過格子を透過して前記反射格子で反射された反射光像を
受光する受光素子とを有する光学式エンコーダであっ
て、 前記光透過格子および前記受光素子は共通の半導体基板
に作り込まれており、前記受光素子は一定ピッチあるい
は角度で形成された所定形状の格子であり、各受光素子
から得られる検出信号に基づき、前記移動格子板および
前記反射格子板の相対移動方向および速度を検出するよ
うになっており、 前記光透過格子は、前記半導体基板に形成した光通過用
スリット、あるいは、当該半導体基板に形成した光透過
用の薄膜部分であり、 前記半導体基板には、前記受光素子と前記光透過格子が
交互に配列された第1の領域と、前記受光素子と前記光
透過格子が交互に配列された第2の領域とが形成されて
おり、 前記第1の領域の前記受光素子から得られる第1の検出
信号が、前記第2の領域の前記受光素子から得られる第
2の検出信号に対して90度位相がずれるように、前記
第1の領域の受光素子と前記第2の領域の受光素子との
位置関係が設定されていることを特徴とする光学式エン
コーダ。
1. A light source, a reflection grating plate formed with a plurality of reflection gratings having a predetermined pitch or angle and a predetermined shape, and a moving grating plate formed with a plurality of light transmission gratings having a predetermined pitch or angle and a predetermined shape. A light receiving element that receives a reflected light image emitted from the light source, transmitted through the light transmission grating, and reflected by the reflection grating, wherein the light transmission grating and the light receiving element are common. The light receiving element is formed in a semiconductor substrate, and the light receiving element is a lattice of a predetermined shape formed at a constant pitch or angle. The moving direction and the speed are detected, and the light transmitting grating is formed by a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate or a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate. A first region in which the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged on the semiconductor substrate, and a second region in which the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged on the semiconductor substrate. And a first detection signal obtained from the light receiving element in the first area is 90 degrees in phase with a second detection signal obtained from the light receiving element in the second area. An optical encoder characterized in that a positional relationship between a light receiving element in the first area and a light receiving element in the second area is set so that the light is shifted.
【請求項2】 請求項1において、 前記受光素子と前記光透過格子が交互に配列された第3
の領域と、前記受光素子と前記光透過格子が交互に配列
された第4の領域とを備えており、 前記第3の領域の前記受光素子から得られる第3の検出
信号が、前記第1の領域の前記受光素子から得られる第
1の検出信号に対して180度位相がずれるように、前
記3の領域の受光素子の位置が設定されており、 前記第4の領域の前記受光素子から得られる第4の検出
信号が、前記第2の領域の前記受光素子から得られる第
3の検出信号に対して180度位相がずれるように、前
記4の領域の受光素子の位置が設定されていることを特
徴とする光学式エンコーダ。
2. The device according to claim 1, wherein the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged.
And a fourth area in which the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged. A third detection signal obtained from the light receiving elements in the third area is the first detection signal. The position of the light receiving element in the third area is set so that the phase is shifted by 180 degrees with respect to the first detection signal obtained from the light receiving element in the area. The position of the light receiving element in the fourth area is set such that the obtained fourth detection signal is 180 degrees out of phase with the third detection signal obtained from the light receiving element in the second area. An optical encoder, comprising:
【請求項3】 光源と、一定ピッチあるいは角度で所定
形状の反射格子が複数本形成された反射格子板と、一定
ピッチあるいは角度で所定形状の光透過格子が複数本形
成された移動格子板と、前記光源から出射され前記光透
過格子を透過して前記反射格子で反射された反射光像を
受光する受光素子とを有する光学式エンコーダであっ
て、 前記光透過格子および前記受光素子は共通の半導体基板
に作り込まれており、前記受光素子は一定ピッチあるい
は角度で形成された所定形状の格子であり、各受光素子
から得られる検出信号に基づき、前記移動格子板および
前記反射格子板の相対移動方向および速度を検出するよ
うになっており、 前記光透過格子は、前記半導体基板に形成した光通過用
スリット、あるいは、当該半導体基板に形成した光透過
用の薄膜部分であり、 前記半導体基板には、前記受光素子と前記光透過格子が
交互に配列された領域が形成されており、 前記受光素子のそれぞれは、所定間隔で配列された二分
割型受光素子であり、一方の第1の二分割型受光素子か
ら得られる第1の検出信号が、他方の第2の二分割型受
光素子から得られる第2の検出信号に対して90度位相
がずれるように、これらの二分割型受光素子の間隔が決
定されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
3. A light source, a reflection grating plate formed with a plurality of reflection gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle, and a moving grating plate formed of a plurality of light transmission gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle. A light receiving element that receives the reflected light image emitted from the light source, transmitted through the light transmission grating, and reflected by the reflection grating, wherein the light transmission grating and the light receiving element are common. The light receiving element is formed in a semiconductor substrate, and the light receiving element is a grating of a predetermined shape formed at a constant pitch or angle. Based on a detection signal obtained from each light receiving element, the relative position of the moving grating plate and the reflection grating plate is determined. The moving direction and the speed are detected, and the light transmitting grating is formed by a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate or a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate. A thin film portion for use in the semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate is formed with a region in which the light receiving elements and the light transmission gratings are alternately arranged. A first detection signal obtained from one of the first two-split type light receiving elements, and a phase of 90 degrees with respect to a second detection signal obtained from the other second two-split type light receiving element. An optical encoder characterized in that the distance between these two-divided light receiving elements is determined so as to shift.
【請求項4】 請求項3において、 前記受光素子および光透過格子が一定間隔で交互に配列
された第1の領域と、同じく前記受光素子および前記光
透過格子が、前記第1の領域と同一間隔で交互に配列さ
れた第2の領域とを有し、 前記第1の領域における第1および第2の二分割型受光
素子から得られる第1および第2の検出信号に対して、
前記第2の領域における第1および第2の二分割型受光
素子から得られる第3および第4の検出信号の位相がそ
れぞれ180度ずれるように、相互の位置関係が決定さ
れていることを特徴とする光学式エンコーダ。
4. The light-receiving element and the light-transmitting grating according to claim 3, wherein the first area in which the light-receiving elements and the light-transmitting gratings are alternately arranged at regular intervals is the same as the first area. A second region alternately arranged at intervals; and a first and a second detection signal obtained from the first and second two-split type light receiving elements in the first region,
The positional relationship is determined such that the phases of the third and fourth detection signals obtained from the first and second two-split type light receiving elements in the second region are shifted by 180 degrees, respectively. Optical encoder.
【請求項5】 光源と、一定ピッチあるいは角度で所定
形状の反射格子が複数本形成された反射格子板と、一定
ピッチあるいは角度で所定形状の光透過格子が複数本形
成された移動格子板と、前記光源から出射され前記光透
過格子を透過して前記反射格子で反射された反射光像を
受光する受光素子とを有する光学式エンコーダであっ
て、 前記光透過格子および前記受光素子は共通の半導体基板
に作り込まれており、前記受光素子は一定ピッチあるい
は角度で形成された所定形状の格子であり、各受光素子
から得られる検出信号に基づき、前記移動格子板および
前記反射格子板の相対移動方向および速度を検出するよ
うになっており、 前記光透過格子は、前記半導体基板に形成した光通過用
スリット、あるいは、当該半導体基板に形成した光透過
用の薄膜部分であり、 前記半導体基板には、前記受光素子が所定間隔で配列さ
れた第1の領域と、前記光透過格子が所定間隔で配列さ
れた第2の領域とが形成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, a reflection grating plate formed with a plurality of reflection gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle, and a moving grating plate formed of a plurality of light transmission gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle. A light receiving element that receives the reflected light image emitted from the light source, transmitted through the light transmission grating, and reflected by the reflection grating, wherein the light transmission grating and the light receiving element are common. The light receiving element is formed in a semiconductor substrate, and the light receiving element is a lattice of a predetermined shape formed at a constant pitch or angle. The moving direction and the speed are detected, and the light transmitting grating is formed by a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate or a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate. A first region in which the light receiving elements are arranged at predetermined intervals and a second region in which the light transmission gratings are arranged at predetermined intervals. An optical encoder, characterized in that:
【請求項6】 請求項5において、 前記第1の領域における奇数番目に位置する第1の受光
素子群から得られる第1の検出信号に対して、偶数番目
に位置する第2の受光素子群から得られる第3の検出信
号の位相が180度ずれるように、前記受光素子の間隔
が設定されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
6. The second light-receiving element group located at an even-numbered position with respect to a first detection signal obtained from an odd-numbered first light-receiving element group at the first region. An optical encoder characterized in that the intervals between the light receiving elements are set such that the phase of a third detection signal obtained from the light receiving element is shifted by 180 degrees.
【請求項7】 請求項6において、 前記受光素子が一定の間隔で配列された第3の領域を備
えており、 当該第3の領域における奇数番目に位置する第3の受光
素子群から得られる第2の検出信号に対して、偶数番目
に位置する第4の受光素子群から得られる第4の検出信
号の位相が180度ずれるように、前記受光素子の間隔
が設定されており、 前記第1および第3の受光素子から得られる第1および
第2の検出信号の位相が90度ずれるように、これらの
受光素子群の位置関係が設定されていることを特徴とす
る光学式エンコーダ。
7. The light receiving element according to claim 6, wherein the light receiving element includes third regions arranged at regular intervals, and is obtained from an odd-numbered third light receiving element group in the third region. The distance between the light receiving elements is set such that the phase of the fourth detection signal obtained from the even-numbered fourth light receiving element group is shifted by 180 degrees with respect to the second detection signal. An optical encoder characterized in that the positional relationship between the light receiving element groups is set such that the phases of the first and second detection signals obtained from the first and third light receiving elements are shifted by 90 degrees.
【請求項8】 光源と、一定ピッチあるいは角度で所定
形状の反射格子が複数本形成された反射格子板と、一定
ピッチあるいは角度で所定形状の光透過格子が複数本形
成された移動格子板と、前記光源から出射され前記光透
過格子を透過して前記反射格子で反射された反射光像を
受光する受光素子とを有する光学式エンコーダであっ
て、 前記光透過格子および前記受光素子は共通の半導体基板
に作り込まれており、前記受光素子は一定ピッチあるい
は角度で形成された所定形状の格子であり、各受光素子
から得られる検出信号に基づき、前記移動格子板および
前記反射格子板の相対移動方向および速度を検出するよ
うになっており、 前記光透過格子は、前記半導体基板に形成した光通過用
スリット、あるいは、当該半導体基板に形成した光透過
用の薄膜部分であり、 前記半導体基板には、前記受光素子が所定間隔で配列さ
れた第1の領域と、前記光透過格子が所定間隔で配列さ
れた第2の領域と、前記受光素子が所定間隔で配列され
た第3の領域とが形成されており、 前記第1の領域および前記第3の領域は、前記受光素子
として第1ないし第4の受光素子を含み、これらの受光
素子が、第1、第4、第3および第2の受光素子の順序
で繰り返し配列されており、隣接する受光素子の間隔
は、それらの受光素子から得られる検出信号の位相が相
互に270度ずれるように設定されていることを特徴と
する光学式エンコーダ。
8. A light source, a reflection grating plate formed with a plurality of reflection gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle, and a moving grating plate formed of a plurality of light transmission gratings of a predetermined shape at a constant pitch or angle. A light receiving element that receives the reflected light image emitted from the light source, transmitted through the light transmission grating, and reflected by the reflection grating, wherein the light transmission grating and the light receiving element are common. The light receiving element is formed in a semiconductor substrate, and the light receiving element is a grating of a predetermined shape formed at a constant pitch or angle. Based on a detection signal obtained from each light receiving element, the relative position of the moving grating plate and the reflection grating plate is determined. The moving direction and the speed are detected, and the light transmitting grating is formed by a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate or a light transmitting slit formed in the semiconductor substrate. A first region in which the light receiving elements are arranged at predetermined intervals; a second region in which the light transmission gratings are arranged at predetermined intervals; Third regions arranged at predetermined intervals are formed, and the first region and the third region include first to fourth light receiving elements as the light receiving elements. , The first, the fourth, the third, and the second light receiving elements are repeatedly arranged in this order, and the interval between the adjacent light receiving elements is such that the phases of the detection signals obtained from those light receiving elements are shifted by 270 degrees from each other. An optical encoder characterized by being set to:
【請求項9】 請求項2、4、7または8において、 前記第1および第3の検出信号に基づき、第1の差動信
号を生成すると共に、前記第2および第4の検出信号に
基づき、第2の差動信号を生成する信号処理回路を有し
ていることを特徴とする光学式エンコーダ。
9. The method according to claim 2, wherein a first differential signal is generated based on the first and third detection signals, and based on the second and fourth detection signals. And a signal processing circuit for generating a second differential signal.
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