JPH05215574A - Optical position detector - Google Patents

Optical position detector

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Publication number
JPH05215574A
JPH05215574A JP4021009A JP2100992A JPH05215574A JP H05215574 A JPH05215574 A JP H05215574A JP 4021009 A JP4021009 A JP 4021009A JP 2100992 A JP2100992 A JP 2100992A JP H05215574 A JPH05215574 A JP H05215574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scale
light
read head
optical position
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4021009A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Kawakubo
功 川窪
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP4021009A priority Critical patent/JPH05215574A/en
Publication of JPH05215574A publication Critical patent/JPH05215574A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical position detector which can be reduced in size in an entire device and can be reduced in cost. CONSTITUTION:A light detecting part 11, a buffer layer 12 and a waveguide layer 13 are integrally formed on an upper face of a semiconductor substrate 10. A collimator lens 14, a chirp grating 15 and a beam splitter 16 are formed on the waveguide layer 13. A laser diode 17 is attached to an end face of the substrate 10 and thus a reading head 18 is constituted. A scale (reference scale) 20 provided relatively movable with respect to the reading head 18 is formed with a highly reflective mask in a pattern of a plurality of parallel lines on a substrate with low reflectance, is attached to a moving body, and is movable in a lengthwise direction according to movement of the moving body.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、精密な位置読取りや位
置決めを必要とする各種の精密測定器や工作機械等に使
われる光学式位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical position detector used in various precision measuring instruments and machine tools which require precise position reading and positioning.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、従来の光学式位置検出装置は、
図11に示すように、ガラスやプラスチックの透明基板
1上に同一ピッチで不透明の縞状マーク2を多数形成し
て構成されたスケール(基準尺)3と、このスケール3
に光スポットSの光をレンズを介して照射する発光素子
4並びにスケール3からの透過光を検出する受光素子5
とにより構成された読取りヘッド6とからなっている。
このような装置においては、スケール3が読取りヘッド
6に対して相対的に1ピッチ矢印方向(D1,D2方
向)に移動するごとに受光素子5でスケール3からの透
過光の光量変化を検出して電気信号に変換することによ
りスケール3の移動量を検出している。
2. Description of the Related Art Generally, a conventional optical position detecting device is
As shown in FIG. 11, a scale (reference scale) 3 formed by forming a large number of opaque striped marks 2 at the same pitch on a transparent substrate 1 made of glass or plastic, and this scale 3
A light emitting element 4 for irradiating the light of the light spot S through a lens and a light receiving element 5 for detecting the transmitted light from the scale 3.
And a read head 6 constituted by
In such a device, each time the scale 3 moves in the direction of one pitch arrow (D1, D2 direction) relative to the read head 6, the light receiving element 5 detects a change in the amount of transmitted light from the scale 3. The amount of movement of the scale 3 is detected by converting it into an electric signal.

【0003】上記のような透過型の光学式位置検出装置
においては、図11(A)に示すように発光素子4と受
光素子5とは、夫々2組づつスケール3を挟んで対向し
て配置されいる。そして、これら2組の素子4,5は、
2つの光スポットSが、図11(B)に示すように、ス
ケール3上で4分の1ピッチずれるように設定されてお
り、これら2つの光スポットSの位相関係によりスケー
ル3の移動方向に関する情報を得るようにしている。
In the transmission type optical position detecting device as described above, as shown in FIG. 11A, two sets of light emitting elements 4 and two sets of light receiving elements 5 are arranged so as to face each other with the scale 3 interposed therebetween. Has been done. And these two sets of elements 4 and 5 are
As shown in FIG. 11 (B), the two light spots S are set so as to be shifted by a quarter pitch on the scale 3, and the phase relationship between these two light spots S relates to the moving direction of the scale 3. I try to get information.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記透過型の従来の光
学式位置検出装置には、2組の発光素子4と、受光素子
5とを夫々スケール3を挟んで配置しなければならない
ため、スケール3及び読取りヘッド6の小型化には物理
的に限度があり、これらを組み込んで使用する装置全体
の小型化を計る上で障害となっている。
In the above-mentioned transmission type conventional optical position detecting device, two sets of the light emitting element 4 and the light receiving element 5 must be arranged with the scale 3 sandwiched therebetween. There is a physical limit to the miniaturization of the read head 3 and the read head 6, which is an obstacle to the miniaturization of the entire apparatus in which these are incorporated and used.

【0005】この透過型の欠点を解消するために、発光
素子と受光素子とをスケールの片側のみに配設した反射
型の光学式位置検出装置が、例えば実公昭60−279
26号で知られている。しかしながら、この従来例もス
ケールと素子との間の距離、素子の厚み等により、小型
化には限度があり、満足できるものではない。また、両
形式の装置とも、2組の発光素子と受光素子との精度の
良い位置合わせが必要であり、一般に、光学系を形成す
る光学部材の位置調整は専用の調整機と、繁雑な手順と
が必要なために、装置が高価となってしまう。したがっ
て、本発明の目的は、装置全体の小型化並びに低廉価が
可能な光学式位置検出装置を提供することである。
In order to overcome the drawbacks of the transmission type, a reflection type optical position detecting device in which a light emitting element and a light receiving element are arranged only on one side of the scale is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 60-279.
Known as No. 26. However, this conventional example is also unsatisfactory because there is a limit to miniaturization due to the distance between the scale and the element, the thickness of the element, and the like. Further, both types of devices require accurate alignment between the two sets of light emitting element and light receiving element. Generally, the position adjustment of the optical members forming the optical system requires a dedicated adjusting machine and a complicated procedure. The cost of the device is increased because of the need for and. Therefore, it is an object of the present invention to provide an optical position detecting device that can be downsized and inexpensive.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光学式位
置検出装置は、読取りヘッドと、このヘッドに対して相
対的に移動可能で反射パターを有するスケールとを具備
し、前記読取りヘッドは、半導体レーザと、この半導体
レーザからの放射光を導びく導波層と、導波層にて導か
れた光を前記スケールに集光させる薄膜回折格子と、ス
ケールからの反射パターンに応じた反射光を受光してス
ケールの相対的移動を表す電気信号を出力する半導体受
光素子とを同一半導体基板に配置することにより、一体
化されていることを特徴とする。
An optical position detecting device according to the present invention comprises a read head and a scale movable relative to the read head and having a reflective pattern, the read head comprising: A semiconductor laser, a waveguide layer that guides light emitted from the semiconductor laser, a thin-film diffraction grating that focuses the light guided by the waveguide layer on the scale, and reflected light according to a reflection pattern from the scale. Is integrated with a semiconductor light receiving element that receives the light and outputs an electric signal indicating the relative movement of the scale on the same semiconductor substrate.

【0007】[0007]

【作用】半導体レーザから射出された放射光は、導波層
によって薄膜回折格子に案内され、ここから読取りヘッ
ドに対して相対的に移動するスケール上に集光される。
この集光された光りは、スケールに形成された反射パタ
ーンに応じて反射され、半導体受光素子に受光されてス
ケールの相対的移動を表す電気信号に変換される。この
電気信号を処理することにより、スケールの移動距離並
びに/もしくは移動方向を知ることができる。
The radiation emitted from the semiconductor laser is guided by the waveguiding layer to the thin film diffraction grating, where it is focused on a scale that moves relative to the read head.
The condensed light is reflected according to the reflection pattern formed on the scale, is received by the semiconductor light receiving element, and is converted into an electric signal indicating relative movement of the scale. By processing this electric signal, it is possible to know the moving distance and / or the moving direction of the scale.

【0008】[0008]

【実施例】以下に本発明の一実施例に係わる光学式位置
検出装置を、その製造方法の一例と共に添付図面を参照
して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical position detecting device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings together with an example of its manufacturing method.

【0009】図1ないし、図3は完成された光学式位置
検出装置の斜視図、及び読取りヘッドの上面図並びに断
面図である。図中、符号10は、N導電型の半導体基
板、例えばシリコン基板を示し、この上面の一部にP導
電型の不純物を選択的に拡散して基板中にPN接合を形
成することにより、基板上面内に互いに隣接した2つの
半導体受光素子11a,11bからなる光検出部11が
一体的に形成されている。そして、この基板10の上面
には、全体に渡って、シリコン酸化膜よりなるバッファ
層12が、基板表面を熱酸化することにより形成されて
いる。このバッファ層12は、後述する導波層を伝波す
るスケールからの反射光が光検出部11に効率良く入射
するように、光検出部11上面が、他の部分に比して薄
く形成されている(図3)。このバッファ層12の上面
には、全体に渡ってスパッタリング等の薄膜技術により
ガラス層、酸化亜鉛層等の導波層13が形成されてい
る。この導波層13の上面には、後述するレーザダイオ
ードからの発散光を平行光、即ち、矩形ビームに変換す
るコリメータレンズ14と、この平行光を上方に位置す
る後述するスケール上に集光させるチャープグレーティ
ング15と、これらコリメータレンズ14とチャープグ
レーティング15との間に位置するビームスプリッタ1
6とが、夫々所定間隔を有して形成されている。これら
コリメータレンズ14と、チャープグレーティング15
とビームスプリッタ16とは、導波層13の上面にレジ
ストを塗布し、電子ビームで所定の形状のチャープグレ
ーテングにパターンニングし、反応性イオンエッチング
等により導波層13をエッチングしてパターンを導波層
13に転写することにより形成された薄膜回折素子より
なる。前記半導体基板10の一端面には、導波層13と
アラインメントするようにしてレーザダイオード17が
接着剤等により取着され、かくして読取りヘッド18が
構成されている。この場合、図4に示すように、基板1
0に予め2本の平行な位置合わせマーク10aを前記コ
リメータレンズ14,チャープグレーティング15、ビ
ームスプリッタ16を形成するときに、同時に形成して
おき、これに合わせてレーザダイオード17を取着する
ことにより、光学素子相互間の位置ずれを防止してい
る。
1 to 3 are a perspective view of a completed optical position detecting device, a top view and a sectional view of a read head. In the figure, reference numeral 10 indicates an N-conductivity type semiconductor substrate, for example, a silicon substrate. By selectively diffusing P-conductivity type impurities in a part of the upper surface of the substrate to form a PN junction in the substrate, In the upper surface, a photodetecting section 11 including two semiconductor light receiving elements 11a and 11b adjacent to each other is integrally formed. A buffer layer 12 made of a silicon oxide film is formed on the entire upper surface of the substrate 10 by thermally oxidizing the surface of the substrate. The buffer layer 12 is formed such that the upper surface of the photodetection unit 11 is thinner than the other parts so that the reflected light from the scale propagating in the waveguide layer described later is efficiently incident on the photodetection unit 11. (Fig. 3). A waveguide layer 13 such as a glass layer or a zinc oxide layer is formed on the entire upper surface of the buffer layer 12 by a thin film technique such as sputtering. On the upper surface of the waveguide layer 13, a collimator lens 14 that converts divergent light from a laser diode described later into parallel light, that is, a rectangular beam, and the parallel light is focused on a scale described later located above. The chirp grating 15 and the beam splitter 1 located between the collimator lens 14 and the chirp grating 15.
6 and 6 are formed at a predetermined interval. These collimator lens 14 and chirp grating 15
The beam splitter 16 and the beam splitter 16 apply a resist to the upper surface of the waveguide layer 13, pattern the chirp grating with a predetermined shape by an electron beam, and etch the waveguide layer 13 by reactive ion etching or the like to form a pattern. It is composed of a thin film diffraction element formed by transferring to the waveguide layer 13. A laser diode 17 is attached to one end surface of the semiconductor substrate 10 by an adhesive or the like so as to be aligned with the waveguide layer 13, and thus a read head 18 is constituted. In this case, as shown in FIG.
Two parallel alignment marks 10a are formed at 0 at the same time when the collimator lens 14, the chirp grating 15 and the beam splitter 16 are formed, and the laser diode 17 is attached in accordance with these. , To prevent misalignment between the optical elements.

【0010】前記チャープグレーティング15は、図5
に示すように、互いに隣接し平行に配設された2つのパ
ターン部15a,15bにより構成されている。これら
パターン部15a,15bは導波光の進行方向に徐々に
ピッチの細かくなる直線パターンとなっており、中心を
堺にして互いに導波方向にずれるように形成されてい
る。このパターンは以下のような計算より算出されてい
る。
The chirp grating 15 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the two pattern portions 15a and 15b are arranged adjacent to each other and in parallel. These pattern portions 15a and 15b are linear patterns having a pitch that gradually becomes finer in the traveling direction of guided light, and are formed so as to deviate from each other in the waveguide direction with the center at Sakai. This pattern is calculated by the following calculation.

【0011】前記コリメータレンズ14からの射出波の
位相をΦc、そしてチャープグレーティング15からの
出射波の位相をΦdfとすると、 Φc=kNy ………………(1) Φdf=−k[(y−fsin θ)2 +(fcos θ)2 1/2 ……………(2) となる。チャープグレーティング15のm番目のライン
形状は、光波がチャープグレーティングを通過した際に
発生する位相シフト量をΦFGとすると、ΦFG−Φc=2
mπ+Const(定数)により決定され、x=0,y
=0でm=0となるように定数を決めると、
When the phase of the wave emitted from the collimator lens 14 is Φc and the phase of the wave emitted from the chirp grating 15 is Φdf, Φc = kNy (1) Φdf = -k [(y −f sin θ) 2 + (Fcos θ) 2 ] 1/2 …………… (2). M-th line shape of the chirp grating 15, when the phase shift amount generated when the light wave passes through the chirped grating and Φ FG, Φ FG -Φc = 2
Determined by mπ + Const (constant), x = 0, y
If a constant is determined so that m = 0 at = 0,

【0012】 Ny+[(y−fsin θ)2 +(fcos θ)2 1/2 =−mλ+f…(3) となる。この(3)式を満たすyの間隔で直線パターン
を配置していくことにより、図5に示すようなピッチの
直線状の集光パターンを得ている。尚、上記式で、Nは
導波路の実効屈折率、kは波数(2π/λ)、fは焦点
距離、θは射出角度、そしてmは整数である。
Ny + [(y−fsin θ) 2 + (Fcos θ) 2 ] 1/2 = −mλ + f (3) By arranging the linear patterns at the intervals of y that satisfy the expression (3), a linear light-collecting pattern having a pitch as shown in FIG. 5 is obtained. In the above equation, N is the effective refractive index of the waveguide, k is the wave number (2π / λ), f is the focal length, θ is the exit angle, and m is an integer.

【0013】上記構成の読取りヘッド18に対して、相
対的に移動可能に設けられるスケール(基準尺)20
は、図6に示すように、低反射率の基板、即ち透明基板
21に高反射率のマスク22を平行な複数の直線をパタ
ーンとして形成したものであり、図示しない移動物体に
取着されて、この移動物体の移動に伴って、図中矢印D
1,D2で示す長手方向に移動可能となっている。この
ようなスケール20と前記読取りヘッド18とは、図7
に示すように、スケール20の移動方向において、所定
の射出角で射出される光がスケール20上に垂直に入射
するように、並行では無く、出射角に対応した角度を有
するようにして配置されている。この例では、読取りヘ
ッド18の半導体基板10を、三角形状の台座29の傾
斜上面に配置することにより、出射角に対応する角度を
得ている。
A scale (standard scale) 20 is provided so as to be movable relative to the read head 18 having the above structure.
As shown in FIG. 6, a low-reflectance substrate, that is, a transparent substrate 21 on which a high-reflectance mask 22 is formed as a plurality of parallel straight lines, is attached to a moving object (not shown). , With the movement of this moving object, arrow D in the figure
It is movable in the longitudinal direction indicated by 1 and D2. Such a scale 20 and the read head 18 are shown in FIG.
As shown in, the light is emitted at a predetermined emission angle in the moving direction of the scale 20 so that the light is vertically incident on the scale 20. The scale 20 is not parallel but has an angle corresponding to the emission angle. ing. In this example, the semiconductor substrate 10 of the read head 18 is arranged on the inclined upper surface of the triangular pedestal 29 to obtain an angle corresponding to the emission angle.

【0014】図7に示すように配置された読取りヘッド
18とスケール20とにおいては、図6に示すよなスケ
ール20と、チャープグレーティング15からの2つの
光スポットAs,Bsとの関係となる。即ち、パターン
部15a,15bから夫々射出される光ビームは、スケ
ール20上に、スケール20の幅方向に延び、互いにマ
スクパターンのピッチの1/4だけスケール20の長さ
方向に変位した2つの直線状のスポットAs,Bsとし
て入射しする。このようにスケール20に入射した光ビ
ームは、スケール20が移動されると、低反射率の領域
(低反射率の基板)21の所では、チャープグレーティ
ング15に向かっては反射されず、高反射率のマスク2
2の所で反射された反射光のみがチャープグレーティン
グ15に入射する。この入射光は、ビームスプリッタ1
6を介して光検出部11に導かれ、スポット光Asに対
応する光が、一方の半導体受光素子11aで、またスポ
ット光Bsに対応する光が半導体受光素子11bで、夫
々対応する電気信号に変換される。次に、上記光検出部
11からの出力信号を処理する方法の一例を図8並びに
図9を参照して説明する。
In the read head 18 and the scale 20 arranged as shown in FIG. 7, there is a relationship between the scale 20 as shown in FIG. 6 and the two light spots As and Bs from the chirp grating 15. That is, the light beams emitted from the pattern portions 15a and 15b respectively extend on the scale 20 in the width direction of the scale 20 and are displaced from each other in the length direction of the scale 20 by ¼ of the pitch of the mask pattern. The light enters as linear spots As and Bs. Thus, when the scale 20 is moved, the light beam incident on the scale 20 is not reflected toward the chirp grating 15 at the low reflectance region (low reflectance substrate) 21 and is highly reflected. Rate mask 2
Only the reflected light reflected at the position 2 is incident on the chirp grating 15. This incident light is transmitted to the beam splitter 1
The light corresponding to the spot light As is guided to the photodetector 11 via 6 and the light corresponding to the spot light Bs is converted into an electric signal corresponding to each of the semiconductor light receiving element 11a and the light corresponding to the spot light Bs. To be converted. Next, an example of a method of processing the output signal from the photodetection unit 11 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

【0015】図8に示すように、前記半導体受光素子1
1a,11bには、夫々半導体受光素子11a,11b
からの出力信号を図9に示すようなデジタル信号に整形
するコンパレータ30a,30bが接続されている。一
方のコンパレータ30aの出力はD型フリップフロップ
回路31のクロック端子に、また他方のコンパレータ3
0bの出力は同回路31のデータ端子に夫々接続されて
いる。この結果、このD型フリップフロップ回路31
は、両入力信号の位相の進み並びに遅れを出力端子から
方向判別信号として出力する。また、前記他方のコンパ
レータ30bの出力は、入力信号のパルス数をカウント
し、このカウント数とスケール20のスケールピツチと
の積から、スケール20の移動量信号として出力するカ
ウンター32に接続されている。
As shown in FIG. 8, the semiconductor light receiving element 1
1a and 11b respectively include semiconductor light receiving elements 11a and 11b.
The comparators 30a and 30b for shaping the output signal from the digital signal into digital signals as shown in FIG. 9 are connected. The output of one comparator 30a is supplied to the clock terminal of the D-type flip-flop circuit 31, and the output of the other comparator 3a.
The outputs of 0b are connected to the data terminals of the same circuit 31, respectively. As a result, this D-type flip-flop circuit 31
Outputs the lead and lag of the phases of both input signals from the output terminal as a direction determination signal. The output of the other comparator 30b is connected to a counter 32 which counts the number of pulses of the input signal and outputs a product of the counted number and the scale pitch of the scale 20 as a movement amount signal of the scale 20. .

【0016】今、スケール20が矢印D1で示す一方向
に移動すると、図9(A)に示すように、一方の半導体
受光素子11aかのら出力信号a1は、他方の半導体受
光素子11bからの出力信号b1に対して、90度位相
が進んだ状態でD型フリップフロップ回路31に入力さ
れ、D型フリップフロップ回路31はD1で示す一方向
を検知した信号を出力する。一方、スケール20が矢印
D2で示す他方向に移動すると、半導体受光素子11a
かのら出力信号a1は、他方の半導体受光素子11bか
らの出力信号b1に対して、90度位相が遅れた状態で
D型フリップフロップ回路31に入力され、このフリッ
プフロップ回路31はD2で示す他方向を検知した信号
を出力する。かくして、スケール20が一方向に移動し
たか、他方向に移動したかは、D型フリップフロップ回
路31の出力信号により判別される。また、カウンター
32からの出力信号により、スケール20の移動量が認
識される。
Now, when the scale 20 moves in one direction indicated by the arrow D1, the output signal a1 from one semiconductor light receiving element 11a is output from the other semiconductor light receiving element 11b as shown in FIG. 9 (A). The output signal b1 is input to the D-type flip-flop circuit 31 in a phase advanced by 90 degrees, and the D-type flip-flop circuit 31 outputs a signal indicating one direction indicated by D1. On the other hand, when the scale 20 moves in the other direction indicated by the arrow D2, the semiconductor light receiving element 11a
The output signal a1 is input to the D-type flip-flop circuit 31 with a phase delay of 90 degrees with respect to the output signal b1 from the other semiconductor light receiving element 11b. This flip-flop circuit 31 is indicated by D2. Outputs the signal that detected the other direction. Thus, whether the scale 20 has moved in one direction or the other direction is determined by the output signal of the D-type flip-flop circuit 31. Further, the movement amount of the scale 20 is recognized by the output signal from the counter 32.

【0017】なお、上記スケール20上の光スポットA
s,Bsの幅(スケールの長さ方向の距離)は、レーザ
ダイオード17からの射出レーザ光の波長をλ、及びチ
ャープグレーティング15の長さをLy並びに焦点距離
fに夫々依存し、光スポットの半値幅をLwとすると、
Lwはほぼ2λf/Lyとなり、例えば、λを0.79
μm,fを1mm,そしてLyを1mmとした場合に
は、Lwは約1.6μmとなり、2μmのような非常に
小さいスケールピッチでスケール20を形成しても、充
分に高い分解能を得ることができ、極めて精度の高い光
学式位置検出を行うことができる。
The light spot A on the scale 20 is
The widths of s and Bs (distance in the length direction of the scale) depend on the wavelength of the laser beam emitted from the laser diode 17 by λ, and the length of the chirp grating 15 by Ly and the focal length f, respectively. If the half-width is Lw,
Lw is approximately 2λf / Ly, and for example, λ is 0.79
When μm, f is 1 mm, and Ly is 1 mm, Lw is about 1.6 μm, and a sufficiently high resolution can be obtained even when the scale 20 is formed with a very small scale pitch such as 2 μm. It is possible to perform optical position detection with extremely high accuracy.

【0018】上記実施例の光学式位置検出装置において
は、コリメータレンズ14,チャープグレーティング1
5並びにビームスプリッタ16は、電子ビーム描画のよ
うな同一工程で形成されるので、相互の位置誤差は極め
て少なく、例えば、サブミクロンのオーダにおさえるこ
とができる。また、これら光学素子を形成している回折
素子と、レーザダイオード17との位置合わせは、回折
素子の描画のときに同時に描画され得る図4に示すよう
な、位置合わせマーク10aを用いて行われ得るので、
これらの間の位置置合わせも同様に精密にすることがで
きる。次に、他の実施例を図10を参照して説明する。
In the optical position detector of the above embodiment, the collimator lens 14 and the chirp grating 1 are used.
Since the beam splitter 5 and the beam splitter 16 are formed in the same process such as electron beam drawing, mutual positional error is extremely small and can be suppressed to, for example, a submicron order. The alignment of the laser diode 17 with the diffractive element forming these optical elements is performed by using the alignment mark 10a as shown in FIG. 4, which can be simultaneously drawn when the diffractive element is drawn. So get
The alignment between them can be similarly precise. Next, another embodiment will be described with reference to FIG.

【0019】なお、前記実施例と実質的に同じもしくは
類似した箇所は、同一符号を付し、説明を省略する。こ
の実施例では、チャープグレーティング15は光検出部
11と導波層13との間に、光検出部11と平行に設け
られ、ビームスプリッタは省略されている。そして、ス
ケール20は読取りヘッド18に平行に配置されて相対
的に移動される。従ってチャープグレーティング15よ
り斜めにスケール20に向かって射出された光のスケー
ル20での反射光は直接光検出部11に受光される。こ
の実施例では、チャープグレーティング15からの光は
スケール20に対して斜めに入射するために光スポット
の幅が前記実施例の場合よりも大きくなり、分解能が少
し低下するが、読取りヘッド18とスケール20とを平
行に配置できるために、読取りヘッドを傾斜付ける三角
形の台座29等が不要となり、全体をより小型化するこ
とができ、またビームスプリッタが不要となるので、製
造並びに構造が簡単になる効果を有する。
The parts that are substantially the same as or similar to those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the chirp grating 15 is provided between the photodetector 11 and the waveguide layer 13 in parallel with the photodetector 11, and the beam splitter is omitted. Then, the scale 20 is arranged parallel to the read head 18 and is moved relatively. Therefore, the reflected light on the scale 20 of the light obliquely emitted from the chirp grating 15 toward the scale 20 is directly received by the photodetection unit 11. In this embodiment, since the light from the chirp grating 15 is obliquely incident on the scale 20, the width of the light spot becomes larger than that in the above embodiment, and the resolution is slightly lowered, but the read head 18 and the scale are reduced. Since 20 can be arranged in parallel, a triangular pedestal 29 or the like for tilting the read head is not required, the overall size can be further reduced, and a beam splitter is not required, so that manufacturing and structure are simplified. Have an effect.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明による光学式位置検出装置におい
ては、読取りヘッドを、半導体レーザからの放射光を導
びく導波層と、導波層にて導かれた光をスケールに集光
させる薄膜回折格子と、スケールからの反射光を受光し
てスケールの相対的移動を表す電気信号を出力する半導
体受光素子とを同一半導体基板に配置して一体化してい
るので、このヘッドを従来技術に比して大幅に小型化が
可能であり、例えばスペース的に余裕のない装置にも組
込むことができる。さらに、この半導体基板には、光源
である半導体レーザも一体的に集積化しているので、光
学素子間の位置調整を、これらの形成時に精度良く行う
ことができるので、形成後にこれらの位置調整を行う必
要が全くない。例えば、これら光学素子は、半導体デバ
イス作成技術を用いてサブミクロンオーダーの精度の誤
差で形成できる。また、製膜などの半導体デバイス作成
技術を流用できるために、大量生産した場合に、従来の
ものよりも製造コストをはるかに低くすることができる
効果もある。
In the optical position detecting device according to the present invention, the read head has a waveguide layer for guiding the light emitted from the semiconductor laser and a thin film for focusing the light guided by the waveguide layer on a scale. Since the diffraction grating and the semiconductor light receiving element that receives the reflected light from the scale and outputs the electric signal indicating the relative movement of the scale are arranged and integrated on the same semiconductor substrate, this head is compared to the conventional technology. Therefore, the size can be greatly reduced, and the device can be installed in a device that does not have enough space. Further, since the semiconductor laser, which is a light source, is also integrated on this semiconductor substrate, the position adjustment between the optical elements can be performed accurately at the time of forming these. Therefore, these position adjustments can be performed after the formation. There is no need to do it. For example, these optical elements can be formed with a precision error of submicron order by using a semiconductor device manufacturing technique. Further, since a semiconductor device manufacturing technique such as film formation can be used, there is also an effect that, in the case of mass production, the manufacturing cost can be made much lower than the conventional one.

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

【図1】本発明の一実施例に係わる光学式位置検出装置
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an optical position detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す装置の読取りヘッドを示す上面図で
ある。
2 is a top view of the read head of the device shown in FIG. 1. FIG.

【図3】図2に示す読取りヘッドの断面図である。3 is a cross-sectional view of the read head shown in FIG.

【図4】読取りヘッドの基板へのレーザダイオードの取
付けを説明するための図である。断面図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the mounting of the laser diode on the substrate of the read head. FIG.

【図5】読取りヘッドのチヤープグレーテングを示す平
面図である。
FIG. 5 is a plan view of the read grating of the read head.

【図6】光学式位置検出装置のスケールを入射光スポッ
トと共に示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a scale of the optical position detecting device together with an incident light spot.

【図7】スケールに対して読取りヘッドを傾斜して位置
付けた状態を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the read head is inclined and positioned with respect to the scale.

【図8】光検出部からの出力信号を処理するための電気
回路図である。
FIG. 8 is an electric circuit diagram for processing an output signal from the photodetector.

【図9】図8に示す電気回路のコンパレータからの出力
信号をスケールの移動方向に対応して示す波形図であ
る。
9 is a waveform chart showing an output signal from the comparator of the electric circuit shown in FIG. 8 in correspondence with the moving direction of the scale.

【図10】他の実施例に係わる光学式位置検出装置を示
し(A)は斜視図、(B)は読取りヘッドの上面図、そ
して(C)は側面図である。
FIG. 10 is a perspective view of an optical position detecting device according to another embodiment, (B) is a top view of a read head, and (C) is a side view.

【図11】従来の光学式位置検出装置を示し、(A)は
全体の斜視図、そして(B)はスケールと光りスポット
スとの関係を示す図である。
FIG. 11 shows a conventional optical position detecting device, (A) is a perspective view of the whole, and (B) is a diagram showing a relation between a scale and a light spot.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板、11…光検出部、12…バッフア
層、13…導波層、14…コリメータレンズ、15…チ
ャープグレーティング、16…ビームスプリッタ、17
…レーザダイオード、18…読取りヘッド、20…スケ
ール、22…高反射率のマスク。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Photodetection part, 12 ... Buffer layer, 13 ... Waveguide layer, 14 ... Collimator lens, 15 ... Chirp grating, 16 ... Beam splitter, 17
... laser diode, 18 ... read head, 20 ... scale, 22 ... mask with high reflectance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 読取りヘッドと、このヘッドに対して相
対的に移動可能で反射パターンを有するスケールとを具
備する光学式位置検出装置において、前記読取りヘッド
は、半導体レーザと、この半導体レーザからの放射光を
導びく導波層と、導波層にて導かれた光を前記スケール
に集光させる薄膜回折格子と、スケールからの反射パタ
ーンに応じた反射光を受光してスケールの相対的移動を
表す電気信号を出力する半導体受光素子とを同一半導体
基板に配置することにより、一体化されていることを特
徴とする光学式位置検出装置。
1. An optical position detecting device comprising a read head and a scale movable relative to the head and having a reflection pattern, wherein the read head includes a semiconductor laser and a semiconductor laser. Relative movement of the scale by receiving a waveguiding layer that guides radiated light, a thin film diffraction grating that collects the light guided by the waveguiding layer on the scale, and reflected light according to the reflection pattern from the scale An optical position detecting device characterized in that it is integrated by disposing a semiconductor light receiving element for outputting an electric signal indicating the same on the same semiconductor substrate.
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