JP4754230B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、精密測定に使用される光電式エンコーダに関する。

光電式エンコーダは、所定のピッチの光学格子が形成されたスケールと、このスケールに対して測定軸方向に相対移動可能で光源及び受光チップを収容したセンサヘッドと、を備える。光電式エンコーダは、スケールの光学格子が狭ピッチ化するに従って測定精度が向上する。受光チップには、スケールの光学格子のピッチと対応するように、半導体基板に拡散領域をアレイ状に形成して構成されたものがある。この種の受光チップは、光学格子のピッチに拡散領域のピッチを対応させている。したがって、光学格子のピッチが変わると、拡散領域のピッチを変えた受光チップを改めて作製する必要がある。

拡散領域のピッチを変えることなく、これより上層の配線パターンを変えるだけで、光学格子のピッチの変更に対応でき、製造コストを低減できる受光チップを備えるエンコーダがある（例えば特許文献１）。
実公平７−２９４５９号公報（第４頁左欄第１行〜第１７行、図１）

しかし、光学格子のピッチが変わると、配線パターンを変えた受光チップを改めて製造しなければならないので、その分の製造コストがかかる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、光学格子のピッチが異なる複数の種類のスケールに対して、受光チップの共通化を図れる光電式エンコーダを提供することを目的とする。

本発明に係る光電式エンコーダは、光源と、第１の値又はこれよりも小さい第２の値のピッチを有する光学格子が設けられ、測定軸方向に延びるスケールと、前記光源と一緒に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能な受光チップと、を備え、前記受光チップは、前記光源からの光が前記第１の値のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞に対応するように、位相を異ならせて半導体基板にアレイ状に形成され、第１のインデックス格子を兼ねる複数の受光素子と、前記光源からの光が前記第２の値のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞に対応するように、位相を異ならせて前記複数の受光素子上に配置された複数の第２のインデックス格子と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る光電式エンコーダによれば、第１の値のピッチを有する光学格子に照射されて生成される干渉縞に対応する第１のインデックス格子と、第１の値よりも小さい第２の値のピッチを有する光学格子に照射されて生成される干渉縞に対応する第２のインデックス格子と、を含む受光チップを備えている。したがって、ピッチが第１の値の光学格子が設けられたスケールを使用する場合、これによる干渉縞は第１のインデックス格子を介して光信号に変調され、ピッチが第２の値の光学格子が設けられたスケールを使用する場合、これによる干渉縞は第２のインデックス格子を介して光信号に変調される。よって、光学格子のピッチが異なる二種類のスケールに対して、受光チップを共通化できる。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記複数の第２のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これを選択的に除去して形成されたピッチが前記第２の値である複数の光通過部とを有するようにすることができる。これによれば、各第２のインデックス格子は、複数の光通過部を有するので、受光量を多くすることができる。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記複数の受光素子は、それぞれ、前記遮光部と対応する部分がカットされているようにすることができる。これによれば、各受光素子は、受光面として機能していない部分がカットされるので、各受光素子の接合容量を小さくでき、その結果、光電式エンコーダの応答速度を上げることができる。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記複数の受光素子は、それぞれ、隣り合う第２のインデックス格子間に対応する部分がカットされているようにすることができる。これによれば、各受光素子の隣り合う第２のインデックス格子間に対応する部分（この部分は、受光面として機能していない）をカットするので、各受光素子の接合容量を小さくできる。また、カットするのは上記部分だけなので、各受光素子の幅が極端に小さくならず、各受光素子の形成が容易である。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記スケールには、前記第１の値、前記第２の値又は前記第１の値よりも小さく前記第２の値と異なる第３の値のピッチを有する前記光学格子が設けられ、前記受光チップは、前記光源からの光が前記第３の値のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞に対応するように、位相を異ならせて前記複数の受光素子上に、前記複数の第２のインデックス格子と異なる層に配置され複数の第３のインデックス格子をさらに含むようにすることができる。これによれば、光学格子のピッチが異なる三種類のスケールに対して、受光チップを共通化できる。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記複数の第２のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これを選択的に除去して形成されたピッチが前記第２の値である複数の光通過部とを有し、前記複数の第３のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これを選択的に除去して形成されたピッチが前記第３の値である複数の光通過部とを有するようにすることができる。これによれば、各第２、第３のインデックス格子は、複数の光通過部を有するので、受光量を多くすることができる。

本発明に係る光電式エンコーダにおいて、前記複数の第２及び第３のインデックス格子のうち、前記複数の受光素子に近い側に位置するものの前記遮光部は、光吸収材を含むようにすることができる。これによれば、第２のインデックス格子と第３のインデックス格子との間で反射光が発生するのを防止できるので、この反射光が原因となる干渉縞のコントラスト低下を避けることができる。

以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダによれば、光学格子のピッチが異なる複数の種類のスケールに対して、受光チップの共通化を図れる。この結果、受光チップの製造コストを下げることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光電式エンコーダの実施形態を説明する。なお、各実施形態を説明する図において、既に説明した実施形態の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１の概略構成を示す図である。光電式エンコーダ１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３、スケール５及び受光チップ７を備える。

発光ダイオード３は、光源の一例であり、ダイオード３からの光Ｌがスケール５に照射される。スケール５は、測定軸Ｘ方向に延びており、図１にはその一部が表れている。スケール５は、ガラス等の透明材料から構成される長尺状の透明基板９を含む。透明基板９は、発光ダイオード３側を向く裏面１１及びこれと反対側の表面１３を有する。表面１３上には、光学格子１５が形成されている。光Ｌが光学格子１５に照射されることにより、干渉縞ＩＦが生成される。光学格子１５は、クロム等からなる複数の遮光領域１７が所定の間隔を設けて形成されたものであり、隣り合う遮光領域１７間が光通過領域１９となる。

光通過領域１９のピッチ、すなわち、スケール用の光学格子１５のピッチＰｓｇは、第１の値（例えば１２０μｍ）又はこれよりも小さい第２の値（例えば８μｍ）である。したがって、本実施形態では、第１の値のピッチＰｓｇを有する光学格子１５が設けられたスケール５を用いる場合と、第２の値のピッチＰｓｇを有する光学格子１５が設けられたスケール５を用いる場合とがある。光学格子１５のピッチＰｓｇは、干渉縞ＩＦの縞のピッチＰｆと等しい。

受光チップ７は、表面１３側にスケール５とギャップを設けて配置されている。受光チップ７内には、図示しない複数のフォトダイオードが形成されている。フォトダイオードは、受光素子の一例である。受光素子として、フォトダイオードの替わりにフォトトランジスタを用いることもできる。

受光チップ７及び発光ダイオード３は、センサヘッド２１に取り付けられている。センサヘッド２１は、測定軸Ｘ方向に移動可能にされている。つまり、光電式エンコーダ１は、固定されたスケール５に対して、センサヘッド２１を移動させることにより、変位量を測定する。なお、発光ダイオード３と受光チップ７を固定し、スケール５を移動させて変位量を測定するタイプにも、本発明を適用することができる。したがって、受光チップ７は、発光ダイオード３と一緒にスケール５に対して測定軸Ｘ方向に相対移動可能に配置されている。

図２は、受光チップ７の一部の断面模式図である。受光チップ７は、ｎ型の半導体基板２３を備える。この基板２３の表面には、ｐ型の拡散領域２５が間隔を設けて形成されている。半導体基板２３と拡散領域２５との接合部が、フォトダイオード２７となる。複数のフォトダイオード２７が、半導体基板２３中にアレイ状に形成されている。

Ａ相（０°）の光信号を受光するフォトダイオード２７ａ、Ｂ相（９０°）の光信号を受光するフォトダイオード２７ｂ、ＡＡ相（１８０°）の光信号を受光するフォトダイオード２７ａａ、ＢＢ相（２７０°）の光信号を受光するフォトダイオード２７ｂｂを一つのセットとし、複数のセットが測定軸Ｘ方向に沿って配置されている。同じ位相の光信号を受光するフォトダイオード２７は、共通接続されている。以上のような半導体基板２３にアレイ状に形成されたフォトダイオード２７は、第１のインデックス格子を兼ねている。

半導体基板２３の表面上には、拡散領域２５を覆うように、シリコン酸化膜のような絶縁膜２９が形成されている。絶縁膜２９の上には、複数の第２のインデックス格子３１が形成されている。各第２のインデックス格子３１は、対応するフォトダイオード２７上に絶縁膜２９を介して配置されている。

第２のインデックス格子３１は、絶縁膜２９の全面に光を遮光する膜（例えば、クロムやアルミニウムのような金属膜又は樹脂膜）を形成し、この膜を選択的に除去して形成されたものである。残った膜の部分が遮光部３３となり、除去された膜の部分が光通過部３５となる。第２のインデックス格子３１を覆うように、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のような保護膜３７が形成されている。

図３は、第１実施形態におけるフォトダイオード２７と第２のインデックス格子３１との位置関係を示す図である。フォトダイオード２７は、第１のインデックス格子を兼ねており、ピッチＰｉｇ１で配列されている。４×Ｐｉｐ１は、図１に示す光学格子１５のピッチＰｓｇ（第１の値、例えば１２０μｍ）と等しい。したがって、図４に示すように、フォトダイオード２７は、図１の発光ダイオード３からの光Ｌが第１の値のピッチＰｓｇを有する光学格子１５に照射されて生成される干渉縞ＩＦに対応するように、位相を異ならせて配置されていることになる。

一方、図３に示すように、第２のインデックス格子３１の光通過部３５は、ピッチＰｉｇ２で配列されている。ピッチＰｉｇ２は、図１に示す光学格子１５のピッチＰｓｇ（第２の値、例えば８μｍ）と等しい。したがって、図５に示すように、第２のインデックス格子３１は、発光ダイオード３からの光Ｌが第２の値のピッチＰｓｇを有する光学格子１５に照射されて生成される干渉縞ＩＦに対応するように、位相を異ならせて配置されていることになる。

図３に示すように、第２のインデックス格子３１の光通過部３５の位置は、次ぎに説明する計算により決められる。まず、図１に示す受光チップ７上に、測定軸Ｘ方向の基準位置ＲＰを任意に決める。一般的に、基準位置ＲＰとしては、（１）受光チップ７の平面上に引かれた受光チップ７の仮想の中心線（機械的中心線）や（２）受光チップ７の端面が選択される。

基準位置ＲＰから各位相用の光通過部３５までの距離を、Ｘａ（ｋ）、Ｘｂ（ｋ）、Ｘａａ（ｋ）、Ｘｂｂ（ｋ）とする。ｋは、光通過部３５の順番を示す番号である。例えば、Ｘａ（１）は、Ａ相用の光通過部３５の中で一番目に配置される光通過部３５と基準位置ＲＰとの距離である。Ｘａ（ｋ）、Ｘｂ（ｋ）、Ｘａａ（ｋ）、Ｘｂｂ（ｋ）は、以下の式を満足する値に設定される。これにより、光通過部３５をフォトダイオード２７の受光面上に配置することができる。

ＭＯＤ（Ｘａ（ｋ）,Ｐｆ）＝（０／４）×Ｐｆ＋φ
ＭＯＤ（Ｘｂ（ｋ）,Ｐｆ）＝（１／４）×Ｐｆ＋φ
ＭＯＤ（Ｘａａ（ｋ）,Ｐｆ）＝（２／４）×Ｐｆ＋φ
ＭＯＤ（Ｘｂｂ（ｋ）,Ｐｆ）＝（３／４）×Ｐｆ＋φ
ここで、ＭＯＤ（Ａ,Ｂ）演算は、ＡをＢで割った余りを求める演算である。また、φは基準位置ＲＰによって決まる値である。φは各位相に共通な値であり、位相差に関係しない。第２のインデックス格子３１の光通過部３５の位置を上記のようにして決めることにより、対応する位相の光信号をフォトダイオード２７に受光させることができる。

次に、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１の主な効果を説明する。受光チップ７は、図４に示すように、ピッチＰｉｇ１で配列されたＡ相、Ｂ相、ＡＡ相、ＢＢ相のフォトダイオード２７を備え、これらが第１のインデックス格子を兼ねている。したがって、４×Ｐｉｇ１と等しいピッチＰｓｇ（第１の値）の光学格子１５で生成される干渉縞ＩＦは、第１のインデックス格子を介して光信号に変調される。なお、ここでは、光信号の相数が４なので、４×Ｐｉｇ１となる。したがって、光信号の相数がｎの場合、ｎ×Ｐｉｇ１となる。

一方、受光チップ７は、図５に示すように、ピッチＰｉｇ２の第２のインデックス格子３１を備えているため、Ｐｉｇ２と等しいピッチＰｓｇ（第２の値）の光学格子１５で生成される干渉縞ＩＦは、第２のインデックス格子３１を介して光信号に変調される。

よって、第１実施形態によれば、ピッチＰｓｇが第１の値である光学格子１５が設けられたスケール５、ピッチＰｓｇが第１の値より小さい第２の値である光学格子１５が設けられたスケール５に対して、受光チップ７を共通化できる。これにより、光学格子１５のピッチＰｓｇを第１の値から第２の値に変える場合（又はその逆の場合）でも、受光チップ７の設計を変更する必要がないので、受光チップ７の製造コストを下げることができる。

また、図３に示すように、各第２のインデックス格子３１は、複数の光通過部３５を有する。したがって、光通過部を一つ有する場合に比べて、各フォトダイオード２７での受光量を多くすることができる。これにより、測定精度を向上させることができる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態におけるフォトダイオード２７と第２のインデックス格子３１との位置関係を示す図である。各フォトダイオード２７は、第２のインデックス格子３１の遮光部３３と対応する部分４１がカットされている。各フォトダイオード２７は、光通過部３５と対応する三つの部分４３から構成されている。このようなカットは、フォトダイオード２７を形成する際に、カットしたい部分にイオンが注入されないようにすることにより実現される。

遮光部３３と対応する部分４１は、光通過部３５を通過した光が直接入射しないので、フォトダイオード２７の受光面として機能していない。そこで、これらの部分４１をカットすることにより、フォトダイオード２７の接合容量を下げ、これにより、光電式エンコーダの応答速度を上げている。

なお、図３で説明したようにして第２のインデックス格子３１の位置を決めている。このため、フォトダイオード２７上の第２のインデックス格子３１の位置が各フォトダイオード２７で異なるため、カットされる部分４１も各フォトダイオード２７で異なっている。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態におけるフォトダイオード２７と第２のインデックス格子３１との位置関係を示す図である。各フォトダイオード２７は、隣り合う第２のインデックス格子３１間に対応する部分４５がカットされており、これにより、各フォトダイオード２７は、第２のインデックス格子３１と対応する部分から構成される。

隣り合う第２のインデックス格子３１間に対応する部分４５は、受光面として機能していないので、カットすることにより、各フォトダイオード２７の接合容量を下げている。また、カットするのは上記部分４５だけなので、各フォトダイオード２７の幅が極端に小さくならず、各フォトダイオード２７の形成が容易である。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る光電式エンコーダは、第１のインデックス格子を兼ねる複数のフォトダイオード及び複数の第２のインデックス格子に加えて、複数の第３のインデックス格子を備えている。図８は、第４実施形態におけるフォトダイオード２７、第２のインデックス格子３１及び第３のインデックス格子５１の位置関係を示す図である。各第３のインデックス格子５１は、対応するフォトダイオード２７と第２のインデックス格子３１との間に位置している。第３のインデックス格子５１は、遮光部５３と光通過部５５とから構成され、第２のインデックス格子３１と同様の方法で形成される。

第３のインデックス格子５１の光通過部５５は、ピッチＰｉｇ３で配列されている。ピッチＰｉｇ３は、図１に示す光学格子１５のピッチＰｓｇが第２の値より小さい第３の値と等しい。したがって、発光ダイオード３からの光Ｌが第３の値のピッチＰｓｇを有する光学格子１５に照射されて生成される干渉縞ＩＦに対応するように、複数の第３のインデックス格子５１が位相を異ならせて配置されていることになる（図９）。なお、各第３のインデックス格子５１において、光は一つの光通過部５５のみを通過しているが、これは表現の便宜であり、光は各光通過部５５を通過している。

以上より、第４実施形態では、図１に示すピッチＰｓｇが第１の値である光学格子１５が設けられたスケール５を用いる場合、図１０に示すように、干渉縞ＩＦは、第１のインデックス格子を兼ねる複数のフォトダイオード２７を介して光信号に変調される。また、スケール５の光学格子１５のピッチＰｓｇが第２の値の場合、図１１に示すように、第２のインデックス格子３１を介して干渉縞ＩＦが光信号に変調される。そして、光学格子１５のピッチＰｓｇが第３の値のスケール５を用いる場合、図９に示すように、干渉縞ＩＦは、第３のインデックス格子５１を介して光信号に変調される。したがって、第４実施形態によれば、光学格子１５のピッチＰｓｇが異なる三種類のスケール５に対して、受光チップ７を共通化できる。

また、第４実施形態によれば、各第２のインデックス格子３１が複数の光通過部３５を有し、かつ各第３のインデックス格子５１も複数の光通過部５５を有する。このため、光通過部３５，５５を一つ有する場合に比べて、各フォトダイオード２７の受光量を多くすることができる。

なお、スケール５の光学格子１５のピッチＰｓｇの大きさである第３の値は、第１の値よりも小さく第２の値と異なればよい。また、第３のインデックス格子５１は、第２のインデックス格子３１と異なる層に配置されていればよいので、第３のインデックス格子５１を第２のインデックス格子３１の上に配置することもできる。

［第５実施形態］
図１２は、第５実施形態における第２のインデックス格子３１及び第３のインデックス格子５１を介して干渉縞ＩＦがフォトダイオード２７に入射している状態を示す図である。第３のインデックス格子５１の遮光部５３は、光吸収材（例えば、ポリシリコン、クロム）を含む。すなわち、第２のインデックス格子３１及び第３のインデックス格子５１のうち、フォトダイオード２７に近い側に位置するものの遮光部が光吸収材を含むようにしている。

これに対して、図１３は、比較形態における図１２と同様の状態を示す図である。第３のインデックス格子５１の遮光部５３はアルミニウムからなる。このため、遮光部５３に照射された干渉縞ＩＦの成分は反射され、この反射光ＲＬが干渉縞ＩＦのコントラストを低下させる。

図１２に示す第５実施形態の遮光部５３は、光吸収材を含むので、遮光部５３に照射された干渉縞ＩＦの成分は反射されることなく、ここで吸収される。したがって、第５実施形態によれば、第２のインデックス格子３１と第３のインデックス格子５１との間で反射光が発生するのを防止できるので、この反射光が原因となる干渉縞ＩＦのコントラスト低下を避けることができる。

第５実施形態に係る受光チップ７の具体的構造を説明する。図１４は、第５実施形態に係る受光チップ７の一例の一部を模式的に示す断面図である。半導体基板２３の表面上は、絶縁膜６１により覆われている。遮光部５３と光通過部５５が交互に配置された構造を有する第３のインデックス格子５１が絶縁膜６１の上に形成されている。遮光部５３の材料はポリシリコンである。

第３のインデックス格子５１を覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜６３が形成されている。層間絶縁膜６３上には、遮光部３３と光通過部３５が交互に配置された構造を有する第２のインデックス格子３１が形成されている。遮光部３３の材料はアルミニウムである。層間絶縁膜６３上には、第２のインデックス格子３１を覆うように保護膜６５が形成されている。

受光チップ７は、ＭＯＳトランジスタの形成方法を用いて作製されている。したがって、絶縁膜６１はゲート絶縁膜形成工程と同じ方法で形成され、第３のインデックス格子５１はゲート電極形成工程と同じ方法で形成され、第２のインデックス格子３１は金属配線形成工程と同じ方法で形成される。

図１５は、第５実施形態に係る受光チップ７の他の例の一部を模式的に示す断面図である。第２のインデックス格子３１の遮光部３３の下の層間絶縁膜６３を通り、フォトダイオード２７に入射する干渉縞の成分はない。したがって、遮光部３３の下には、第３のインデックス格子５１の光通過部５５がなく、遮光部５３をつなげている。

なお、第１〜第５実施形態では、図４に示すように、第１のインデックス格子を兼ねる複数のフォトダイオード２７で光信号に変調される干渉縞ＩＦのピッチＰｆが４×Ｐｉｇ１の場合で説明した。これを一般化すると、以下の式となる。

Ｐｆ＝ｎ１×Ｐｉｇ１÷（２ｋ１−１）
ｎ１は光信号の相数、ｋ１は任意の自然数
例えば図４に示す様な、Ｐｆ＝４×Ｐｉｇ１の場合、ｎ１＝４、ｋ１＝１となる。また、例えば、図１６に示す様な、Ｐｆ＝（４／３）×Ｐｉｇ１の場合、ｎ１＝４、ｋ１＝２となる。

第２のインデックス格子３１や第３のインデックス格子５１で光信号に変調される干渉縞ＩＦのピッチＰｆも上記と同様で、一般化すると、次の式となる。

Ｐｆ＝ｎ２×Ｐｉｇ１÷（２ｋ２−１）・・・１
Ｐｆ＝ｎ３×Ｐｉｇ１÷（２ｋ３−１）・・・２
ｎ２及びｎ３は光信号の相数、ｋ２及びｋ３は任意の自然数
例えば、式１において、ｎ２＝１、ｋ２＝１の場合、図１１に示すＰｆ＝Ｐｉｇ２となり、ｎ２＝１、ｋ２＝２の場合、図１７に示すＰｆ＝Ｐｉｇ２÷３となる。同様に、式２において、ｎ３＝１、ｋ３＝１の場合、図９に示すＰｆ＝Ｐｉｇ３となり、ｎ３＝１、ｋ３＝２の場合、図１８に示すＰｆ＝Ｐｉｇ３÷３となる。なお、図１７及び図１８では、第２のインデックス格子３１や第３のインデックス格子５１を通過する光の図示を省略している。

また、第１〜第５実施形態では、四つの位相の異なる光信号（Ａ相、Ｂ相、ＡＡ相、ＢＢ相の光信号）を用いて変位量を測定しているが、本発明に係る光電式エンコーダはこれに限定されない。例えば、三つの位相の異なる光信号（０°の位相の光信号、０°より１２０°だけ位相がずれた光信号、０°より２４０°だけ位相がずれた光信号）についても、本発明に係る光電式エンコーダに適用できる。

また、図１に示すように、第１〜第５実施形態に係る光電式エンコーダ１は、スケール５の光学格子１５を透過した発光ダイオード３からの光Ｌを用いて変位量の測定をする、いわゆる透過型のタイプである。しかしながら、反射型のタイプ、つまり、スケール５の光学格子１５で反射された発光ダイオード３からの光Ｌを用いて変位量を測定する場合にも、本発明を適用することができる。

第１実施形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す図である。 図１に示す受光チップの一部の断面模式図である。 第１実施形態におけるフォトダイオードと第２のインデックス格子との位置関係を示す図である。 第１実施形態において、フォトダイオードが干渉縞ＩＦを受光している状態を示す図である（光学格子のピッチＰｓｇが第１の値の場合）。 同状態を示す図である（光学格子のピッチＰｓｇが第２の値の場合）。 第２実施形態におけるフォトダイオードと第２のインデックス格子との位置関係を示す図である。 第３実施形態におけるフォトダイオードと第２のインデックス格子との位置関係を示す図である。 第４実施形態におけるフォトダイオード、第２のインデックス格子及び第３のインデックス格子の位置関係を示す図である。 第４実施形態において、フォトダイオードが干渉縞ＩＦを受光している状態を示す図である（光学格子のピッチＰｓｇが第３の値の場合）。 同状態を示す図である（光学格子のピッチＰｓｇが第１の値の場合）。 同状態を示す図である（光学格子のピッチＰｓｇが第２の値の場合）。 第５実施形態における第２及び第３のインデックス格子を介して干渉縞ＩＦがフォトダイオードに入射している状態を示す図である。 比較形態における図１２と同様の状態を示す図である。 第５実施形態に係る受光チップの一例の一部を模式的に示す断面図である。 同他の例の一部を模式的に示す断面図である。 本実施形態において、フォトダイオードが干渉縞ＩＦを受光している状態を示す図である（Ｐｆ＝Ｐｓｇ＝（４/３）×Ｐｉｇ１の場合）。 同状態を示す図である（Ｐｆ＝Ｐｉｇ２÷３の場合）。 同状態を示す図である（Ｐｆ＝Ｐｉｇ３÷３の場合）。

符号の説明

１・・・光電式エンコーダ、３・・・発光ダイオード、５・・・スケール、７・・・受光チップ、９・・・透明基板、１１・・・裏面、１３・・・表面、１５・・・光学格子、１７・・・遮光領域、１９・・・光通過領域、２１・・・センサヘッド、２３・・・半導体基板、２５・・・拡散領域、２７・・・フォトダイオード、２９・・・絶縁膜、３１・・・第２のインデックス格子、３３・・・遮光部、３５・・・光通過部、３７・・・保護膜、４１・・・遮光部と対応する部分、４３・・・光通過部と対応する部分、４５・・・隣り合う第２のインデックス格子間と対応する部分、４７・・・第２のインデックス格子と対応する部分、５１・・・第３のインデックス格子、５３・・・遮光部、５５・・・光通過部、６１・・・絶縁膜、６３・・・層間絶縁膜、６５・・・保護膜、Ｌ・・・光、Ｘ・・・測定軸、ＩＦ・・・干渉縞、Ｐｓｇ・・・スケール用の光学格子のピッチ、Ｐｆ・・・干渉縞の縞ピッチ、Ｐｉｇ１・・・フォトダイオード（第１のインデックス格子）のピッチ、Ｐｉｇ２・・・第２のインデックス格子のピッチ、Ｐｉｇ３・・・第３のインデックス格子のピッチ、ＲＰ・・・基準位置

Claims (8)

1. 光源と、
   第１のピッチ又はこれよりも小さい第２のピッチで形成された光学格子が設けられ、測定軸方向に延びるスケールと、
   前記光源と一緒に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能な受光チップと、を備え、
   前記受光チップは、
   前記光源からの光が前記第１のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞のピッチがＰｆ１であるとしたとき、
   Ｐｆ１＝ｎ１×Ｐｉｇ１÷（２ｋ１−１）
   （但し、ｎ１は光信号の相数、ｋ１は任意の自然数）
   を満たすピッチＰｉｇ１で、半導体基板にアレイ状に形成され、第１のインデックス格子を兼ねる複数の受光素子と、
   前記光源からの光が前記第２のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞のピッチがＰｆ２であるとしたとき、
   Ｐｆ２＝Ｐｉｇ２÷（２ｋ２−１）
   （但し、ｋ２は任意の自然数）
   を満たすピッチＰｉｇ２で、位相を異ならせて形成され、前記複数の受光素子上に配置された複数の第２のインデックス格子と、を含む
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 前記複数の第２のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これをピッチＰｉｇ２で選択的に除去して形成された複数の光通過部とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
3. 前記複数の受光素子は、それぞれ、前記光透過部を通過した光が直接入射しない部分がカットされている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
4. 前記複数の受光素子は、それぞれ、隣り合う第２のインデックス格子間の前記遮光部によって遮光される部分がカットされている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
5. 前記スケールには、前記第１のピッチ、前記第２のピッチ又は前記第１のピッチよりも小さく前記第２のピッチと異なる第３のピッチで形成された前記光学格子が設けられ、
   前記受光チップは、前記光源からの光が前記第３のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞のピッチがＰｆ３であるとしたとき、
   Ｐｆ３＝Ｐｉｇ３÷（２ｋ３−１）
   （但し、ｋ３は任意の自然数）
   を満たすピッチＰｉｇ３で、位相を異ならせて前記複数の受光素子上に形成され、前記複数の第２のインデックス格子と異なる層に配置された複数の第３のインデックス格子をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
6. 前記複数の第２のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これをピッチＰｉｇ２で選択的に除去して形成された複数の光通過部とを有し、
   前記複数の第３のインデックス格子は、それぞれ、遮光部と、これをピッチＰｉｇ３で選択的に除去して形成された複数の光通過部とを有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光電式エンコーダ。
7. 前記複数の第２及び第３のインデックス格子のうち、前記複数の受光素子に近い側に位置するものの前記遮光部は、光吸収材を含む
   ことを特徴とする請求項６に記載の光電式エンコーダ。
8. 光源と、
   第１のピッチ又はこれよりも小さい第２のピッチで形成された光学格子が設けられ、測定軸方向に延びるスケールと、
   前記光源と一緒に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能な受光チップと、を備え、
   前記受光チップは、
   前記光源からの光が前記第１のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞のピッチの１／ｎ（ｎは光信号の相数）のピッチで半導体基板にアレイ状に形成され、第１のインデックス格子を兼ねる複数の受光素子と、
   前記光源からの光が前記第２のピッチを有する前記光学格子に照射されて生成される干渉縞のピッチで形成され、前記複数の受光素子上に配置された複数の第２のインデックス格子と、を含み、
   前記複数の第２のインデックス格子は、その下に配置された受光素子の位相に合わせて互いに異なる位相で形成されている
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。

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