JP4880132B2 - Photoelectric encoder - Google Patents

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JP4880132B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアスケール等に用いられる光電式エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より光電式エンコーダとして、3格子型のリニアエンコーダが知られている。3格子型のリニアエンコーダは、スケール格子の他に、光源側の第1のインデックス格子と、受光側の第2のインデックス格子とを有する。光源からの光は、第1のインデックス格子で変調されてスケール格子に照射され、スケール格子からの光は第2のインデックス格子で変調されて受光素子に受光される。スケール格子が反射型の場合、第1及び第2のインデックス格子は、スケールに対して同じ側に配置される。従って、第1及び第2のインデックス格子を同じ透明基板上に形成し、更にこの透明基板の第1のインデックス格子上に発光素子を搭載し、第2のインデックス格子上に受光素子を搭載してセンサモジュールを構成することにより、小型のリニアスケールを構成した例も知られている(特開2000−321096号)。近年、機器の精密化・小型化が進み、エンコーダ自体の小型化への需要は高い。これらスケールとセンサヘッドは別部品として製作されており、特にセンサヘッドの大きさは、光電式エンコーダ全体のサイズを決定するのに大きく影響する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光電式エンコーダでは、モジュール化によりセンサヘッドをある程度小型化することはできたが、センサヘッドは、2つのインデックス格子とは別に、光源と受光素子とを搭載しなくてはならないため、センサヘッドの小型化にも限界があり、エンコーダの小型化が難しい。
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、センサヘッドの受光部と発光部を一体化することにより、従来よりもセンサヘッドを小型化・薄型化することのできる光電式エンコーダを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電式エンコーダは、対向配置されて測定軸方向に互いに相対移動可能なスケール及びセンサヘッドを備え、前記スケールは、前記センサと対向する面側に前記測定軸方向に沿って反射型のスケール格子が形成されたものであり、前記センサヘッドは、センサ基板と、このセンサ基板上に搭載されて前記スケール格子に光を照射すると共に、所定ピッチで配列されてそれ自身が第1のインデックス格子を構成する複数の発光素子と、前記センサ基板上に搭載されて前記複数の発光素子からスケール格子に照射され前記スケール格子から反射された光を受光すると共に、所定のピッチで配列されてそれ自身が第2のインデックス格子を構成する複数の受光素子とを備えてなることを特徴とする。
【0005】
本発明によれば、センサヘッドがセンサ基板に複数の発光素子と複数の受光素子とをそれぞれ所定のピッチで配列させて、これら発光素子及び受光素子自体がそれぞれ第1及び第2のインデックス格子を形成するようにしているので、従来のように、インデックス格子上に発光素子や受光素子を搭載する形式のものと比べ、センサヘッドを極めて薄く、且つ小型にすることができ、光電式エンコーダ全体の小型化、薄型化を図ることができる。
【0006】
特に、前記複数の発光素子及び受光素子が、センサ基板の同一面上に搭載されていると、発光素子及び受光素子を前記センサ基板に対する一連の積層処理によって製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【0007】
また、発光素子が、センサ基板上の複数の受光素子の間にそれぞれ配置されていると、両者を別々の領域に形成する場合に比べ、発光素子と受光素子とを共通の領域に効率良く配置することができるので、更にセンサヘッドを小型化することができる。
【0008】
なお、センサ基板としては、例えばガラス基板のような透明基板を用いることができ、この場合、発光素子及び受光素子は、透明基板に透明電極を介して搭載されることが望ましい。発光素子及び受光素子の両方を透明基板のスケールと対向しない面側に透明電極を介して搭載した場合には、透明電極及び透明基板を介してスケールのスケール格子に光を照射及び受光することになる。この場合、透明基板のスケールと対向する面側には素子が形成されていないので、センサヘッドとスケールとの光学ギャップを正確に設定でき、またセンサの保護にもなるという利点がある。なお、センサ損傷のおそれがないときは、発光素子及び受光素子の両方をスケールと対向する面側に搭載しても良い。この場合には、スケールからの反射光のうち不要なものは透明基板を通過して受光素子に受光されないよようにすることができる。発光素子としては、例えば下地の材料を選ばないエレクトロルミネッセンス(EL)素子を用いることができる。
【0009】
このような構成の場合、センサヘッドは、例えば透明基板上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極上に前記複数の受光素子を所定ピッチで配列形成する工程と、前記複数の受光素子のそれぞれを覆う保護層を形成する工程と、前記透明電極上に前記複数の発光素子を所定ピッチで配列形成する工程とにより製造することができる。
【0010】
また、センサ基板として、半導体基板を用いることもできる。この場合、半導体基板のスケールと対向する面側に直接、発光素子及び受光素子を作り込むことができる。発光素子としては、発光ダイオード、EL素子等を用いることができる。
【0011】
前記センサ基板として、可撓性材料を用いることもできる。このようにフレキシブルな材料を基板として使用することにより、センサヘッドの取付けの制約を少なくすることができると共に、外力による破損の危険性の少ないセンサヘッドを実現できる。
【0012】
前記発光素子は青色光を発光するものであることが望ましい。波長が短い青色光を発光する発光素子を使用することにより、格子のピッチをより細かくすることが可能となり、応答速度が速く、高精度なセンサヘッドを備えた光電式エンコーダを実現することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係る光電式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
この光電式エンコーダは、所定の光学ギャップを介して対向配置されて測定軸x方向に互いに相対移動可能なスケール10及びセンサヘッド20により構成されている。
スケール10は、測定軸x方向に延びるスケール基板11上に、スケール格子12を所定のピッチで形成してなるものである。また、センサヘッド20は、センサ基板21上に、スケール格子12と対向する発光素子22及びフォトダイオード23を交互に所定ピッチで配列してなるものである。なお、フォトダイオード23は、実際には、互いに90°位相をずらせた位置関係、及びそれぞれの逆位相(180°位相差)でA相受光素子及びB相受光素子と、/A相受光素子(但し“/”は否定を示す)及び/B相受光素子とを構成している。
【0014】
図2は、図1のA−A’拡大断面図である。センサ基板21は、この例では、ガラス基板により形成されている透明基板である。センサ基板21のスケール10と対向しない面側には、共通下部電極となる透明導電膜26が形成されている。この透明導電膜26上に、p型アモルファス半導体層23a,i型アモルファス半導体層23b,n型アモルファス半導体層23cを順次堆積し、これらの積層膜をパターンニングすることにより互いに分離された複数のフォトダイオード23が測定軸に沿って所定ピッチで配列形成されている。各フォトダイオード23の上側には、カソード側の電極となるAl等の導体からなる配線層27が形成されている。配線層27が形成されたフォトダイオード23の上及び側面はSiO2の絶縁材料からなる保護膜28で覆われている。配線層27は保護膜28に開けられた図示しないコンタクトホールを介して同相グループのフォトダイオード23同士を互いに接続する。
一方、複数の発光素子22は、スケール10の方向へ投光するように隣接する各フォトダイオード23の間に保護膜28を介してそれぞれ配置されている。これら複数の発光素子22及び保護膜28の上側にはAl等の導体からなる配線層29が形成されている。具体的に、発光素子22としては例えば比較的発光強度の強い有機ELを用いることができ、特に青色光を発するものを使用することが望ましい。
【0015】
透明導電膜26としては、例えばITO,SnO2,ZnO等を用いることができる。アモルファス半導体としてはSiがある。更にガラス上に作製できる多結晶材料としてCdS/CdTe等が受光素子として利用できる。また、フォトダイオードの構造は、pin構造のほか、pn構造であっても良い。
【0016】
本形態に係る光電式エンコーダの場合、発光素子22が格子状に配列されているため、この発光素子22から照射される光は第1格子としての第1のインデックス格子を通過した時と同様な状態となっている。発光素子22からの光はスケール10方向に照射され、スケール10に形成されている第2格子としてのスケール格子12により反射される。このスケール格子12から反射してセンサ基板21を透過してくる光を同じく自身が格子状に配列形成されている第3格子として第2のインデックス格子の役割も持つフォトダイオード23により受光し、センサヘッド20とスケール10との測定軸x方向の相対変位を検出する。このようにして、3格子型の光電式エンコーダとして機能する。
【0017】
このように、本形態に係る光電式エンコーダによれば、センサヘッド20の受光部と発光部を同一基板に配置することによって一体化しているため、従来よりもセンサヘッドを小型化・薄型化することができる。また、受光素子及び発光素子がセンサ基板のスケールと対向しない面側に配置されているため、センサ基板がこれらの素子を塵や衝撃等から保護するカバーの役割を果たし、エンコーダの測定精度の信頼性向上を図ることができる。
【0018】
また、本形態では絶縁体であるガラス基板をセンサ基板として採用しているため、クロストーク,リーク等の可能性を低減することができる。更に、発光素子が直接透明導電膜に配置されているため、電気的な接続不良等が発生しにくいという効果を奏する。
【0019】
青色光は赤外光や赤色光等に比べ、波長が短いため光の分解能が高いという特性をもつ。よって、青色光を発光する発光素子を使用することにより、格子のピッチをより微細にすることが可能となり、応答速度が速く、高精度な光電式エンコーダを実現することができる。
なお、本形態においては、発光素子として有機ELを採用しているが、この他発光素子としては、有機ELと同様に下地を選ばないで作製できる無機EL等を使用しても良い。
【0020】
図3は、この発明に係る光電式エンコーダの第2の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第1の実施の形態の応用である。
本形態に係る光電式エンコーダが、上述の第1の実施の形態と異なる点は、センサヘッドにおける発光素子22の配線方法と保護膜にある。
すなわち、本形態におけるセンサヘッド40では、まず、上述の第1の実施の形態と同様にセンサ基板21上に透明導電膜26、フォトダイオード23及び配線層27を形成した後、この上からSiO2やSiN等の透明絶縁材料からなる保護膜41が形成される。更に保護膜としてSOG(スピンオングラス材料)を用いれば、表面を平坦に形成することが可能である。
その後、隣接する各フォトダイオード23の間の保護膜41に透明導電膜26まで貫通するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールにITO,SnO2,ZnO等からなる透明導電膜配線42を形成する。
続いて、複数の発光素子22が、隣接する各フォトダイオード23の間の透明導電膜配線42上にそれぞれ配置される。このような配置とすることによって、発光素子22と透明導電膜26とがコンタクトホールを貫通している透明導電膜配線42を介して電気的に接続される。最後に、上方から同じくAl等の導体からなる配線層29を発光素子22との導通が確保できるようにパターンニングすることで完成する。
【0021】
図4は、この発明に係る光電式エンコーダの第3の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第2の実施の形態の応用である。
本形態に係る光電式エンコーダが、上述の第2の実施の形態と異なる点は、発光素子22の配線部分にある。
すなわち、本形態におけるセンサヘッド50では、発光素子22の下側の透明導電膜配線42が透明導電膜26以外の部分と電気的に接続され、発光素子22への電力供給を行う。
【0022】
図5は、この発明に係る光電式エンコーダの第4の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第3の実施の形態の応用である。
本形態に係る光電式エンコーダが、上述の第3の実施の形態と異なる点は、センサヘッドにおける配線にある。
すなわち、本形態におけるセンサヘッド60では、保護膜41の間にAl等の導体からなる配線層61を形成し、発光素子22と配線層61とがコンタクトホールを貫通している透明導電膜配線8’を介して電気的に接続される。このとき、配線層61は透明導電膜の他、光を通さないAl等の導体によって形成することができる。このため、発光素子22と配線層61とを図の紙面に直交する方向にずらす等して、発光素子22は、配線層61の配線パターンを避けて、スケール格子12の方向へ投光可能なように配置される。
【0023】
図6は、この発明に係る光電式エンコーダの第5の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第1の実施の形態の応用である。本形態に係る光電式エンコーダが、上述の第1の実施の形態と異なる点は、センサヘッドにおける発光素子と受光素子の配置の位置関係及び保護膜にある。
すなわち、本形態におけるセンサヘッド70では、まず、センサ基板21のスケール10と対向しない面側に、共通下部電極となる透明導電膜26が形成される。この透明導電膜26上に、複数の発光素子22が測定軸に沿って所定ピッチで配列される。次に、これら複数の発光素子22の上にAl等の導体からなる配線層8を形成する。続いて、この上からSiO2やSiN,SOG等の透明絶縁材料からなる保護膜5が形成される。
【0024】
その後、この保護膜5の上に共通下部電極となる透明導電膜71が形成される。この透明導電膜71上には、p型アモルファス半導体層23a,i型アモルファス半導体層23b,n型アモルファス半導体層23c及び配線層27を順次堆積し、これらの積層膜をパターンニングすることにより互いに分離された複数のフォトダイオード23が、測定軸に沿って所定ピッチで配列形成される。この時、各フォトダイオード23は、それぞれ複数の発光素子22の間に位置するように配列形成される。そして、各フォトダイオード23の上から再びSiO2等の絶縁材料からなる保護膜72を形成することにより、センサヘッド70が完成する。
本形態によれば、上述の第1の実施の形態による効果に加え、発光素子とフォトダイオードとを別々の階層に配列形成しているため、フォトダイオードと発光素子との間での干渉がなく,クロストーク等の問題も発生しにくい。すなわち、受光素子,発光素子によって形成している光学格子の配列ピッチを微細化しやすく、より高精度な光電式エンコーダを容易に実現できるという効果を奏する。
【0025】
図7は、この発明に係る光電式エンコーダの第6の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第1の実施の形態の応用である。
本形態に係る光電式エンコーダが、上述の第1の実施の形態と異なる点は、センサヘッドにおける発光素子の配置にある。
すなわち、本形態におけるセンサヘッド80は、まず、上述の第1の実施の形態と同様にセンサ基板21上に透明導電膜26、複数のフォトダイオード23及びカソード側の電極となるAl等の導体からなる配線層27が順次形成される。
続いて、センサ基板21の下面側すなわち図示しないスケールと対向する面側にも同様に透明導電膜81を形成する。その後、この透明導電膜81の下面に図示しないスケールの方向へ投光するように発光素子22を配置する。この時、複数の発光素子22は、それぞれ複数のフォトダイオード23の間に位置するように配列形成される。最後に、発光素子22の下面にITO,SnO2,ZnO等からなる透明導電膜配線42を形成することにより、センサヘッド80が完成する。
【0026】
本形態にかかる光電式エンコーダによれば、基板のスケールと対向する面側に発光素子を配置しているため、発光素子とフォトダイオードとの間での干渉がなく,クロストーク等の問題も発生しにくい。すなわち、受光素子,発光素子によって形成している光学格子の配列ピッチを微細化しやすい。よって、上述の第1の実施の形態の効果に加え、より高精度な光電式エンコーダを容易に実現できるという効果を奏する。
【0027】
図8は、この発明に係る光電式エンコーダの第7の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。本形態は上述の第1の実施の形態の応用である。
本形態に係る光電式エンコーダのセンサヘッド90は、まず、上述の第1の実施の形態と同様にセンサ基板21上に透明導電膜26及び複数のフォトダイオード23を形成した後、これらフォトダイオード23の上側にカソード側の電極となるAl等の導体からなる配線層27が形成される。
続いて、複数の発光素子22を、センサ基板21のフォトダイオード23が配置されている面側すなわち図示しないスケールと対向しない面側の各フォトダイオード23が形成されていない領域に測定軸に沿って所定ピッチでそれぞれ配置する。
【0028】
最後に、複数の発光素子22の上側にAl等の導体からなる配線層29を形成することにより、斜め入射式のセンサヘッド90が完成する。
【0029】
図9及び図10は、本形態にかかる光電式エンコーダの平面図である。図9は、発光素子22とフォトダイオード23とをスケール10の長手方向に配列させた例、図10は、発光素子22とフォトダイオード23とをスケール10の短手方向に配列させた例をそれぞれ示している。
【0030】
本形態にかかる光電式エンコーダによれば、基板のスケールと対向しない面側の受光素子が形成されていない領域に発光素子を配置しているため、発光素子とフォトダイオードとの間での干渉,クロストーク等の問題が発生しにくい。すなわち、受光素子,発光素子によって形成している光学格子の配列ピッチを微細化しやすい。よって、上述の第1の実施の形態の効果に加え、より高精度な光電式エンコーダを容易に実現できるという効果を奏する。
【0031】
また、上述した各実施の形態において、必要に応じて、センサ基板としてフレキシブル樹脂基板等の可撓性材料を採用することもできる。可撓性材料を基板として使用することにより、センサヘッドの取付け位置等の制約を少なくすることができると共に、外力による破損の危険性の少ないセンサヘッドを実現できる。もちろん、基板としてSi基板等を採用することにより、フォトダイオードや発光素子としてのLED等を直接Si基板上に作りこむことができ、さらに薄型化を図ることもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、センサヘッドがセンサ基板に複数の発光素子と複数の受光素子とをそれぞれ所定のピッチで配列させて、これら発光素子及び受光素子自体がそれぞれ第1及び第2のインデックス格子を形成するようにしているので、従来のように、インデックス格子上に発光素子や受光素子を搭載する形式のものと比べ、センサヘッドを極めて薄く、且つ小型にすることができ、光電式エンコーダ全体の小型化、薄型化を図ることのできる光電式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光電式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。
【図2】 図1のA−A’拡大断面図である。
【図3】 この発明に係る光電式エンコーダの第2の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図4】 この発明に係る光電式エンコーダの第3の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図5】 この発明に係る光電式エンコーダの第4の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図6】 この発明に係る光電式エンコーダの第5の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図7】 この発明に係る光電式エンコーダの第6の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図8】 この発明に係る光電式エンコーダの第7の実施の形態のセンサヘッド部分を示す断面図である。
【図9】 同センサヘッドの平面図である。
【図10】 同センサヘッドの他の構成例の平面図である。
【符号の説明】
10…スケール、11…スケール基板、12…スケール格子、20…センサヘッド、22…センサ基板、22…発光素子、23…フォトダイオード、26…透明導電膜、27,29…配線層、30,50,60,70,80,90…センサヘッド。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric encoder used for a linear scale or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a three-grid linear encoder is known as a photoelectric encoder. In addition to the scale grating, the three-grating linear encoder has a first index grating on the light source side and a second index grating on the light receiving side. Light from the light source is modulated by the first index grating and applied to the scale grating, and light from the scale grating is modulated by the second index grating and received by the light receiving element. If the scale grating is reflective, the first and second index gratings are arranged on the same side with respect to the scale. Therefore, the first and second index gratings are formed on the same transparent substrate, the light emitting element is mounted on the first index grating of the transparent substrate, and the light receiving element is mounted on the second index grating. An example in which a small linear scale is configured by configuring a sensor module is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-321096). In recent years, the precision and miniaturization of equipment has progressed, and the demand for miniaturization of the encoder itself is high. The scale and the sensor head are manufactured as separate parts. In particular, the size of the sensor head greatly affects the determination of the size of the entire photoelectric encoder.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional photoelectric encoder, the sensor head could be downsized to some extent by modularization, but the sensor head must be equipped with a light source and a light receiving element separately from the two index gratings. There is a limit to downsizing the sensor head, and it is difficult to downsize the encoder.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a photoelectric encoder in which the sensor head can be made smaller and thinner than before by integrating the light receiving portion and the light emitting portion of the sensor head. The purpose is to do.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A photoelectric encoder according to the present invention includes a scale and a sensor head that are arranged to face each other and move relative to each other in a measurement axis direction, and the scale is a reflection type along the measurement axis direction on a surface facing the sensor. The sensor head is mounted on the sensor substrate to irradiate the scale grating with light, and is arranged at a predetermined pitch and itself is the first grid. A plurality of light emitting elements constituting an index grating, and mounted on the sensor substrate to receive light reflected from the scale grating irradiated from the plurality of light emitting elements and arranged at a predetermined pitch And a plurality of light receiving elements constituting the second index grating.
[0005]
According to the present invention, the sensor head has a plurality of light emitting elements and a plurality of light receiving elements arranged on the sensor substrate at a predetermined pitch, and the light emitting elements and the light receiving elements themselves have the first and second index gratings, respectively. Since the sensor head is formed, the sensor head can be made extremely thin and small as compared with the conventional type in which the light emitting element and the light receiving element are mounted on the index grating. The size and thickness can be reduced.
[0006]
In particular, when the plurality of light-emitting elements and light-receiving elements are mounted on the same surface of the sensor substrate, the light-emitting elements and the light-receiving elements can be manufactured by a series of stacking processes on the sensor substrate, thereby reducing manufacturing costs. Can be achieved.
[0007]
In addition, when the light emitting elements are respectively arranged between a plurality of light receiving elements on the sensor substrate, the light emitting elements and the light receiving elements are efficiently arranged in a common area as compared with the case where they are formed in different areas. Therefore, the sensor head can be further downsized.
[0008]
As the sensor substrate, a transparent substrate such as a glass substrate can be used. In this case, it is desirable that the light emitting element and the light receiving element are mounted on the transparent substrate via a transparent electrode. When both the light emitting element and the light receiving element are mounted on the side of the transparent substrate not facing the scale via the transparent electrode, the scale grid of the scale is irradiated with light via the transparent electrode and the transparent substrate. Become. In this case, since no element is formed on the surface of the transparent substrate facing the scale, there is an advantage that the optical gap between the sensor head and the scale can be set accurately and the sensor is protected. When there is no fear of sensor damage, both the light emitting element and the light receiving element may be mounted on the surface facing the scale. In this case, unnecessary light of the reflected light from the scale can be prevented from passing through the transparent substrate and received by the light receiving element. As the light-emitting element, for example, an electroluminescence (EL) element that does not select a base material can be used.
[0009]
In the case of such a configuration, the sensor head includes, for example, a step of forming a transparent electrode on a transparent substrate, a step of arranging the plurality of light receiving elements on the transparent electrode at a predetermined pitch, It can be manufactured by a step of forming a protective layer covering each of them, and a step of arranging the light emitting elements on the transparent electrode at a predetermined pitch.
[0010]
A semiconductor substrate can also be used as the sensor substrate. In this case, the light emitting element and the light receiving element can be formed directly on the surface of the semiconductor substrate facing the scale. As the light-emitting element, a light-emitting diode, an EL element, or the like can be used.
[0011]
A flexible material can also be used as the sensor substrate. By using such a flexible material as the substrate, it is possible to reduce the restrictions on the mounting of the sensor head and to realize a sensor head with a low risk of damage due to external force.
[0012]
The light emitting element desirably emits blue light. By using a light-emitting element that emits blue light with a short wavelength, the pitch of the grating can be made finer, and a photoelectric encoder having a high-accuracy sensor head can be realized with a high response speed. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a photoelectric encoder according to the present invention.
This photoelectric encoder is composed of a scale 10 and a sensor head 20 which are opposed to each other with a predetermined optical gap and are movable relative to each other in the measurement axis x direction.
The scale 10 is formed by forming scale gratings 12 at a predetermined pitch on a scale substrate 11 extending in the measurement axis x direction. The sensor head 20 is formed by alternately arranging light emitting elements 22 and photodiodes 23 facing the scale grating 12 on the sensor substrate 21 at a predetermined pitch. Note that the photodiode 23 actually has a phase relationship that is 90 ° out of phase with each other, and an A phase light receiving element and a B phase light receiving element with an opposite phase (180 ° phase difference), and a / A phase light receiving element ( However, “/” indicates negative) and a / B phase light receiving element.
[0014]
2 is an enlarged cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. In this example, the sensor substrate 21 is a transparent substrate formed of a glass substrate. A transparent conductive film 26 serving as a common lower electrode is formed on the surface of the sensor substrate 21 that does not face the scale 10. On the transparent conductive film 26, a p-type amorphous semiconductor layer 23a, an i-type amorphous semiconductor layer 23b, and an n-type amorphous semiconductor layer 23c are sequentially deposited, and a plurality of photos separated from each other by patterning these stacked films. Diodes 23 are arranged at a predetermined pitch along the measurement axis. On each photodiode 23, a wiring layer 27 made of a conductor such as Al serving as a cathode-side electrode is formed. The upper and side surfaces of the photodiode 23 on which the wiring layer 27 is formed are covered with a protective film 28 made of an insulating material of SiO2. The wiring layer 27 connects the photodiodes 23 of the in-phase group to each other through a contact hole (not shown) opened in the protective film 28.
On the other hand, the plurality of light emitting elements 22 are respectively disposed between the adjacent photodiodes 23 via the protective film 28 so as to project light in the direction of the scale 10. A wiring layer 29 made of a conductor such as Al is formed above the plurality of light emitting elements 22 and the protective film 28. Specifically, for example, an organic EL having a relatively strong emission intensity can be used as the light emitting element 22, and it is particularly preferable to use an element that emits blue light.
[0015]
As the transparent conductive film 26, for example, ITO, SnO2, ZnO or the like can be used. Si is an amorphous semiconductor. Furthermore, CdS / CdTe or the like can be used as a light receiving element as a polycrystalline material that can be produced on glass. The photodiode structure may be a pn structure in addition to the pin structure.
[0016]
In the case of the photoelectric encoder according to this embodiment, since the light emitting elements 22 are arranged in a lattice pattern, the light emitted from the light emitting elements 22 is the same as when the light passes through the first index grating as the first grating. It is in a state. Light from the light emitting element 22 is irradiated in the direction of the scale 10 and reflected by the scale grating 12 as the second grating formed on the scale 10. The light reflected from the scale grating 12 and transmitted through the sensor substrate 21 is received by a photodiode 23 having the role of a second index grating as a third grating that is also arranged in a lattice pattern, A relative displacement in the measurement axis x direction between the head 20 and the scale 10 is detected. In this way, it functions as a three-grid photoelectric encoder.
[0017]
As described above, according to the photoelectric encoder according to the present embodiment, since the light receiving unit and the light emitting unit of the sensor head 20 are integrated on the same substrate, the sensor head is made smaller and thinner than the conventional one. be able to. In addition, since the light receiving element and the light emitting element are arranged on the surface side that does not face the scale of the sensor substrate, the sensor substrate serves as a cover that protects these elements from dust and shocks, and the measurement accuracy of the encoder is reliable. It is possible to improve the performance.
[0018]
Further, in this embodiment, since a glass substrate that is an insulator is employed as the sensor substrate, the possibility of crosstalk, leakage, and the like can be reduced. Furthermore, since the light emitting element is directly disposed on the transparent conductive film, there is an effect that an electrical connection failure or the like hardly occurs.
[0019]
Blue light has a characteristic that the resolution of light is high because its wavelength is shorter than infrared light, red light, and the like. Therefore, by using a light emitting element that emits blue light, the pitch of the grating can be made finer, and a high-accuracy photoelectric encoder with a high response speed can be realized.
In this embodiment, an organic EL is used as the light emitting element. However, as the other light emitting element, an inorganic EL or the like that can be manufactured without selecting a base as in the organic EL may be used.
[0020]
FIG. 3 is a sectional view showing a sensor head portion of the second embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. This embodiment is an application of the above-described first embodiment.
The photoelectric encoder according to this embodiment is different from the first embodiment described above in the wiring method of the light emitting element 22 and the protective film in the sensor head.
That is, in the sensor head 40 according to the present embodiment, first, the transparent conductive film 26, the photodiode 23, and the wiring layer 27 are formed on the sensor substrate 21 in the same manner as in the first embodiment described above. A protective film 41 made of a transparent insulating material such as SiN is formed. Further, if SOG (spin-on-glass material) is used as the protective film, the surface can be formed flat.
Thereafter, a contact hole penetrating to the transparent conductive film 26 is formed in the protective film 41 between the adjacent photodiodes 23, and a transparent conductive film wiring 42 made of ITO, SnO2, ZnO or the like is formed in the contact hole.
Subsequently, the plurality of light emitting elements 22 are respectively disposed on the transparent conductive film wirings 42 between the adjacent photodiodes 23. With this arrangement, the light emitting element 22 and the transparent conductive film 26 are electrically connected via the transparent conductive film wiring 42 penetrating the contact hole. Finally, the wiring layer 29, which is also made of a conductor such as Al, is patterned from above so as to ensure conduction with the light emitting element 22.
[0021]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a sensor head portion of a photoelectric encoder according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is an application of the above-described second embodiment.
The photoelectric encoder according to this embodiment is different from the above-described second embodiment in the wiring portion of the light emitting element 22.
That is, in the sensor head 50 according to the present embodiment, the transparent conductive film wiring 42 on the lower side of the light emitting element 22 is electrically connected to a portion other than the transparent conductive film 26 to supply power to the light emitting element 22.
[0022]
FIG. 5 is a sectional view showing a sensor head portion of a fourth embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. This embodiment is an application of the above-described third embodiment.
The photoelectric encoder according to this embodiment is different from the above-described third embodiment in the wiring in the sensor head.
That is, in the sensor head 60 in the present embodiment, the wiring layer 61 made of a conductor such as Al is formed between the protective films 41, and the transparent conductive film wiring 8 in which the light emitting element 22 and the wiring layer 61 pass through the contact holes. 'Electrically connected through. At this time, the wiring layer 61 can be formed of a transparent conductive film or a conductor such as Al that does not transmit light. For this reason, the light emitting element 22 can project light in the direction of the scale lattice 12 while avoiding the wiring pattern of the wiring layer 61 by shifting the light emitting element 22 and the wiring layer 61 in a direction perpendicular to the drawing sheet. Are arranged as follows.
[0023]
FIG. 6 is a sectional view showing a sensor head portion of a fifth embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. This embodiment is an application of the above-described first embodiment. The photoelectric encoder according to this embodiment is different from the first embodiment described above in the positional relationship between the light emitting element and the light receiving element in the sensor head and the protective film.
That is, in the sensor head 70 in this embodiment, first, the transparent conductive film 26 that becomes the common lower electrode is formed on the surface side of the sensor substrate 21 that does not face the scale 10. On the transparent conductive film 26, a plurality of light emitting elements 22 are arranged at a predetermined pitch along the measurement axis. Next, the wiring layer 8 made of a conductor such as Al is formed on the light emitting elements 22. Subsequently, a protective film 5 made of a transparent insulating material such as SiO2, SiN, or SOG is formed thereon.
[0024]
Thereafter, a transparent conductive film 71 serving as a common lower electrode is formed on the protective film 5. On the transparent conductive film 71, a p-type amorphous semiconductor layer 23a, an i-type amorphous semiconductor layer 23b, an n-type amorphous semiconductor layer 23c and a wiring layer 27 are sequentially deposited, and these stacked films are separated from each other by patterning. A plurality of the photodiodes 23 are arranged at a predetermined pitch along the measurement axis. At this time, the photodiodes 23 are arrayed so as to be positioned between the plurality of light emitting elements 22. Then, the protective film 72 made of an insulating material such as SiO 2 is formed again on the photodiodes 23, whereby the sensor head 70 is completed.
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment described above, since the light emitting elements and the photodiodes are arranged in different layers, there is no interference between the photodiodes and the light emitting elements. Problems such as crosstalk are less likely to occur. That is, the arrangement pitch of the optical grating formed by the light receiving element and the light emitting element can be easily reduced, and a highly accurate photoelectric encoder can be easily realized.
[0025]
FIG. 7 is a sectional view showing a sensor head portion of a sixth embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. This embodiment is an application of the above-described first embodiment.
The photoelectric encoder according to this embodiment is different from the first embodiment described above in the arrangement of light emitting elements in the sensor head.
That is, the sensor head 80 according to the present embodiment is first formed of a transparent conductive film 26, a plurality of photodiodes 23, and a conductor such as Al serving as a cathode side electrode on the sensor substrate 21 as in the first embodiment. The wiring layers 27 are sequentially formed.
Subsequently, the transparent conductive film 81 is similarly formed on the lower surface side of the sensor substrate 21, that is, the surface side facing the scale (not shown). Thereafter, the light emitting element 22 is disposed on the lower surface of the transparent conductive film 81 so as to project light in a scale direction (not shown). At this time, the plurality of light emitting elements 22 are arrayed so as to be positioned between the plurality of photodiodes 23, respectively. Finally, the transparent conductive film wiring 42 made of ITO, SnO2, ZnO or the like is formed on the lower surface of the light emitting element 22, thereby completing the sensor head 80.
[0026]
According to the photoelectric encoder of this embodiment, since the light emitting element is arranged on the side of the substrate facing the scale, there is no interference between the light emitting element and the photodiode, and problems such as crosstalk also occur. Hard to do. That is, the arrangement pitch of the optical grating formed by the light receiving element and the light emitting element can be easily reduced. Therefore, in addition to the effect of the first embodiment described above, there is an effect that a highly accurate photoelectric encoder can be easily realized.
[0027]
FIG. 8 is a sectional view showing a sensor head portion of a seventh embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention. This embodiment is an application of the above-described first embodiment.
In the sensor head 90 of the photoelectric encoder according to this embodiment, first, after forming the transparent conductive film 26 and the plurality of photodiodes 23 on the sensor substrate 21 as in the first embodiment, these photodiodes 23 are formed. A wiring layer 27 made of a conductor such as Al serving as a cathode side electrode is formed on the upper side.
Subsequently, the plurality of light emitting elements 22 are arranged along the measurement axis in a region where each photodiode 23 on the surface side where the photodiode 23 of the sensor substrate 21 is arranged, that is, the surface side not facing the scale (not shown) is not formed. Arrange each at a predetermined pitch.
[0028]
Finally, the oblique incidence type sensor head 90 is completed by forming the wiring layer 29 made of a conductor such as Al on the plurality of light emitting elements 22.
[0029]
9 and 10 are plan views of the photoelectric encoder according to this embodiment. 9 shows an example in which the light emitting element 22 and the photodiode 23 are arranged in the longitudinal direction of the scale 10, and FIG. 10 shows an example in which the light emitting element 22 and the photodiode 23 are arranged in the short direction of the scale 10. Show.
[0030]
According to the photoelectric encoder according to this embodiment, since the light emitting element is arranged in a region where the light receiving element on the surface side not facing the scale of the substrate is not formed, interference between the light emitting element and the photodiode, Problems such as crosstalk are unlikely to occur. That is, the arrangement pitch of the optical grating formed by the light receiving element and the light emitting element can be easily reduced. Therefore, in addition to the effect of the first embodiment described above, there is an effect that a highly accurate photoelectric encoder can be easily realized.
[0031]
Moreover, in each embodiment mentioned above, flexible materials, such as a flexible resin board | substrate, can also be employ | adopted as a sensor board | substrate as needed. By using a flexible material as a substrate, it is possible to reduce the restriction on the mounting position of the sensor head and the like, and to realize a sensor head with less risk of damage due to external force. Of course, by adopting a Si substrate or the like as the substrate, photodiodes or LEDs as light emitting elements can be directly formed on the Si substrate, and the thickness can be further reduced.
[0032]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, the sensor head has a plurality of light emitting elements and a plurality of light receiving elements arranged on the sensor substrate at a predetermined pitch, and the light emitting elements and the light receiving elements themselves are the first and first elements, respectively. Since the index grating of 2 is formed, the sensor head can be made extremely thin and small as compared with the conventional type in which the light emitting element and the light receiving element are mounted on the index grating. A photoelectric encoder capable of reducing the overall size and thickness of the photoelectric encoder can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a photoelectric encoder according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a sensor head portion of a second embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a sensor head portion of a third embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a sensor head portion of a fourth embodiment of the photoelectric encoder according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a sensor head portion of a photoelectric encoder according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a sensor head portion of a sixth embodiment of a photoelectric encoder according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a sensor head portion of a photoelectric encoder according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view of the sensor head.
FIG. 10 is a plan view of another configuration example of the sensor head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Scale, 11 ... Scale substrate, 12 ... Scale lattice, 20 ... Sensor head, 22 ... Sensor substrate, 22 ... Light emitting element, 23 ... Photodiode, 26 ... Transparent conductive film, 27, 29 ... Wiring layer, 30, 50 , 60, 70, 80, 90... Sensor head.

Claims (3)

対向配置されて測定軸方向に互いに相対移動可能なスケール及びセンサヘッドを備え、
前記スケールは、前記センサと対向する面側に前記測定軸方向に沿って反射型のスケール格子が形成されたものであり、
前記センサヘッドは、
ガラス基板からなるセンサ基板と、
このセンサ基板上に搭載されて前記スケール格子に光を照射すると共に、所定ピッチで配列されてそれ自身が第1のインデックス格子を構成する、エレクトロルミネッセンス素子からなる複数の発光素子と、
前記センサ基板上の前記複数の発光素子による第1のインデックス格子が形成されていない領域に搭載されて前記複数の発光素子からスケール格子に照射され前記スケール格子から反射された光を受光すると共に、所定のピッチで配列されてそれ自身が第2のインデックス格子を構成する複数の受光素子と
を備えてなる
ことを特徴とする光電式エンコーダ。
A scale and a sensor head that are arranged opposite to each other and can move relative to each other in the measurement axis direction,
The scale is formed by forming a reflective scale grating along the measurement axis direction on the surface facing the sensor.
The sensor head is
A sensor substrate made of a glass substrate ;
A plurality of light-emitting elements composed of electroluminescence elements mounted on the sensor substrate and irradiating the scale grating with light, and arranged at a predetermined pitch and constituting the first index grating itself;
Mounted in a region where the first index grating by the plurality of light emitting elements on the sensor substrate is not formed, receives light reflected from the scale grating irradiated from the plurality of light emitting elements to the scale grating, A photoelectric encoder comprising: a plurality of light receiving elements which are arranged at a predetermined pitch and which themselves constitute the second index grating.
前記発光素子及び受光素子は、前記センサ基板の同一面上に搭載されていることを特徴とする請求項1記載の光電式エンコーダ。  The photoelectric encoder according to claim 1, wherein the light emitting element and the light receiving element are mounted on the same surface of the sensor substrate. 前記センサ基板は、透明基板であり、
前記発光素子及び受光素子は、前記透明基板の前記スケールと反対側の面に透明電極を介して搭載されている
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電式エンコーダ。
The sensor substrate is a transparent substrate,
The photoelectric encoder according to claim 1, wherein the light emitting element and the light receiving element are mounted on a surface of the transparent substrate opposite to the scale via a transparent electrode.
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