JPH07190808A - フォトダイオードアレイ及びこれを用いた光電式エンコーダ - Google Patents
フォトダイオードアレイ及びこれを用いた光電式エンコーダInfo
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- JPH07190808A JPH07190808A JP5348709A JP34870993A JPH07190808A JP H07190808 A JPH07190808 A JP H07190808A JP 5348709 A JP5348709 A JP 5348709A JP 34870993 A JP34870993 A JP 34870993A JP H07190808 A JPH07190808 A JP H07190808A
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- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
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Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い光電変換効率を有し、高速応答性に優れ
た光電式エンコーダ用フォトダイオードアレイを提供す
る。 【構成】 ｎ-型シリコン基板に、この基板との間で受
光接合を形成するように細長いストライプパターンのｐ
型層１２がその長手方向と直交する方向に微細分離領域
をもって複数個配列形成される。各ｐ型層１２に電気的
に接続されるＡｌ配線１５はそれぞれｐ型層１２に沿っ
て配設され、且つこの長手方向に複数箇所でｐ型層１２
に接続されるコンタクト部１７が配置される。
た光電式エンコーダ用フォトダイオードアレイを提供す
る。 【構成】 ｎ-型シリコン基板に、この基板との間で受
光接合を形成するように細長いストライプパターンのｐ
型層１２がその長手方向と直交する方向に微細分離領域
をもって複数個配列形成される。各ｐ型層１２に電気的
に接続されるＡｌ配線１５はそれぞれｐ型層１２に沿っ
て配設され、且つこの長手方向に複数箇所でｐ型層１２
に接続されるコンタクト部１７が配置される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、細長い複数のフォトダ
イオードを配列形成したフォトダイオードアレイ、及び
これを受光部に用いる光電式エンコーダに関する。
イオードを配列形成したフォトダイオードアレイ、及び
これを受光部に用いる光電式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】光電式エンコーダは一般に、相対移動す
るメインスケールとインデックススケールに対してその
一方側に光源、他方側に受光素子を配置して構成され
る。光源からの光はコリメートされてメインスケールに
照射される。メインスケールとインデックススケールの
透過部と不透過部の重なり状態が両スケールの相対移動
により変化する結果として得られる明暗パターンの変化
を電気信号として検出することにより、スケールの変位
量を測定することができ、測長や測角ができる。
るメインスケールとインデックススケールに対してその
一方側に光源、他方側に受光素子を配置して構成され
る。光源からの光はコリメートされてメインスケールに
照射される。メインスケールとインデックススケールの
透過部と不透過部の重なり状態が両スケールの相対移動
により変化する結果として得られる明暗パターンの変化
を電気信号として検出することにより、スケールの変位
量を測定することができ、測長や測角ができる。
【０００３】この種の光電式エンコーダにおいて、イン
デックススケールと受光素子を一体化して、小型化と低
コスト化を図る技術が提案されている（例えば、特開昭
６４−５７１２０号公報参照）。図５は、そのような光
電式エンコーダの基本構成を示す。発光ダイオード等か
らなる光源２の出力光はコリメートレンズ３により平行
光とされてスケール１に照射される。スケール１は、そ
の相対移動方向に光透過部と不透過部が交互に配列され
た光学格子により構成されている。スケール１の後方に
は受光素子としてフォトダイオードアレイ４が配置され
る。フォトダイオードアレイ４は、スケール１のピッチ
との関係で複数のフォトダイオードを所定ピッチで配列
形成したもので、これが通常のインデックススケールの
役目をも持つ。
デックススケールと受光素子を一体化して、小型化と低
コスト化を図る技術が提案されている（例えば、特開昭
６４−５７１２０号公報参照）。図５は、そのような光
電式エンコーダの基本構成を示す。発光ダイオード等か
らなる光源２の出力光はコリメートレンズ３により平行
光とされてスケール１に照射される。スケール１は、そ
の相対移動方向に光透過部と不透過部が交互に配列され
た光学格子により構成されている。スケール１の後方に
は受光素子としてフォトダイオードアレイ４が配置され
る。フォトダイオードアレイ４は、スケール１のピッチ
との関係で複数のフォトダイオードを所定ピッチで配列
形成したもので、これが通常のインデックススケールの
役目をも持つ。
【０００４】図６は、フォトダイオードアレイ４のレイ
アウトを示す。フォトダイオードＰＤの配列ピッチはイ
ンデックススケールとして定められているから、受光面
積を大きくするには、図６に示すようにスケール１の移
動方向と直交する方向に細長いストライプパターンとす
ることが必要である。具体例を挙げれば、図６に示した
ように、各フォトダイオードＰＤは幅が１０μm 、長さ
が１mm、配列ピッチが５μm となる。フォトダイオード
アレイ４からは、スケール１のピッチとフォトダイオー
ドアレイ４のピッチの関係で、４相の出力信号Ａ，Ｂ，
／Ａ，／Ｂが得られるようになっている。信号ＡとＢと
は、互いに９０°位相がずれた信号である。この検出信
号を処理することにより、スケールの移動方向と変位量
を検出することができる。
アウトを示す。フォトダイオードＰＤの配列ピッチはイ
ンデックススケールとして定められているから、受光面
積を大きくするには、図６に示すようにスケール１の移
動方向と直交する方向に細長いストライプパターンとす
ることが必要である。具体例を挙げれば、図６に示した
ように、各フォトダイオードＰＤは幅が１０μm 、長さ
が１mm、配列ピッチが５μm となる。フォトダイオード
アレイ４からは、スケール１のピッチとフォトダイオー
ドアレイ４のピッチの関係で、４相の出力信号Ａ，Ｂ，
／Ａ，／Ｂが得られるようになっている。信号ＡとＢと
は、互いに９０°位相がずれた信号である。この検出信
号を処理することにより、スケールの移動方向と変位量
を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図６に示したようにフ
ォトダイオードアレイ４の各フォトダイオードＰＤが極
細長いパターンになると、その端部に電極を設けたと
き、高い光電変換効率を得ること、及び優れた高速応答
性を得ることが難しくなる。これは、フォトダイオード
ＰＤの横方向抵抗（即ち図６の長手方向の抵抗）が大き
くなるためである。横方向抵抗が大きくなると、電極か
ら遠い端部からの信号電流を減衰させることなく速やか
に取り出すことができなくなる。フォトダイオードの応
答速度の低下は、スケールを移動したときに各フォトダ
イオードから得られる正弦波出力信号の歪みの原因とな
り、従って光電式エンコーダの高速性能の劣化につなが
る。
ォトダイオードアレイ４の各フォトダイオードＰＤが極
細長いパターンになると、その端部に電極を設けたと
き、高い光電変換効率を得ること、及び優れた高速応答
性を得ることが難しくなる。これは、フォトダイオード
ＰＤの横方向抵抗（即ち図６の長手方向の抵抗）が大き
くなるためである。横方向抵抗が大きくなると、電極か
ら遠い端部からの信号電流を減衰させることなく速やか
に取り出すことができなくなる。フォトダイオードの応
答速度の低下は、スケールを移動したときに各フォトダ
イオードから得られる正弦波出力信号の歪みの原因とな
り、従って光電式エンコーダの高速性能の劣化につなが
る。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、高い光電変換効率を有し、高速応答性に優れ
たフォトダイオードアレイを提供することを目的とす
る。本発明はまた、高速応答性に優れたフォトダイオー
ドアレイを用いて優れた高速応答性を実現した光電式エ
ンコーダを提供することを目的とする。
たもので、高い光電変換効率を有し、高速応答性に優れ
たフォトダイオードアレイを提供することを目的とす
る。本発明はまた、高速応答性に優れたフォトダイオー
ドアレイを用いて優れた高速応答性を実現した光電式エ
ンコーダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるフォトダ
イオードアレイは、第１導電型の半導体基板と、この基
板との間でそれぞれ受光接合を形成するように、細長い
ストライプパターンをもちその長手方向と直交する方向
に微細分離領域をもって配列形成された複数の第２導電
型層と、前記複数の第２導電型層のそれぞれに沿って配
列形成されて、それぞれ第２導電型層にその長手方向の
複数箇所でコンタクトする複数の電極配線とを有するこ
とを特徴とする。
イオードアレイは、第１導電型の半導体基板と、この基
板との間でそれぞれ受光接合を形成するように、細長い
ストライプパターンをもちその長手方向と直交する方向
に微細分離領域をもって配列形成された複数の第２導電
型層と、前記複数の第２導電型層のそれぞれに沿って配
列形成されて、それぞれ第２導電型層にその長手方向の
複数箇所でコンタクトする複数の電極配線とを有するこ
とを特徴とする。
【０００８】本発明にかかる光電式エンコーダは、所定
ピッチの光学格子が形成されたスケールと、このスケー
ルに平行光を照射する光照射手段と、前記スケールから
得られる明暗パターンを検出するフォトダイオードが所
定ピッチで配列形成されたフォトダイオードアレイとを
有し、前記フォトダイオードアレイは、第１導電型の半
導体基板と、この基板との間でそれぞれ受光接合を形成
するように、細長いストライプパターンをもちその長手
方向と直交する方向に微細分離領域をもって配列形成さ
れた複数の第２導電型層と、前記複数の第２導電型層の
それぞれに沿って配列形成されて、それぞれ第２導電型
層にその長手方向の複数箇所でコンタクトする複数の電
極配線とを有することを特徴とする。
ピッチの光学格子が形成されたスケールと、このスケー
ルに平行光を照射する光照射手段と、前記スケールから
得られる明暗パターンを検出するフォトダイオードが所
定ピッチで配列形成されたフォトダイオードアレイとを
有し、前記フォトダイオードアレイは、第１導電型の半
導体基板と、この基板との間でそれぞれ受光接合を形成
するように、細長いストライプパターンをもちその長手
方向と直交する方向に微細分離領域をもって配列形成さ
れた複数の第２導電型層と、前記複数の第２導電型層の
それぞれに沿って配列形成されて、それぞれ第２導電型
層にその長手方向の複数箇所でコンタクトする複数の電
極配線とを有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明によるフォトダイオードアレイでは、そ
れぞれフォトダイオード領域となるストライプパターン
の第２導電型層に対して、これに沿って配設される電極
配線を複数箇所でコンタクトさせているから、フォトダ
イオードの各部で得られる信号電流が減衰することなく
有効に且つ速やかに取り出され、高い光電変換効率と優
れた高速応答性が得られる。また本発明による光電式エ
ンコーダでは、高速応答性に優れたフォトダイオードア
レイを用いることにより、優れた高速応答性が得られ
る。また各フォトダイオードの光電変換効率が従来より
高いため、従来より小さい受光面積で従来と同等レベル
の出力信号を得ることができる。
れぞれフォトダイオード領域となるストライプパターン
の第２導電型層に対して、これに沿って配設される電極
配線を複数箇所でコンタクトさせているから、フォトダ
イオードの各部で得られる信号電流が減衰することなく
有効に且つ速やかに取り出され、高い光電変換効率と優
れた高速応答性が得られる。また本発明による光電式エ
ンコーダでは、高速応答性に優れたフォトダイオードア
レイを用いることにより、優れた高速応答性が得られ
る。また各フォトダイオードの光電変換効率が従来より
高いため、従来より小さい受光面積で従来と同等レベル
の出力信号を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例にかかるフォトダイ
オードアレイの平面図であり、図２（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ図１のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′断面図である。ｎ- 型
シリコン基板１１を用いて、その表面に細長いストライ
プ状パターンをもって複数のｐ型層１２が拡散形成され
て、フォトダイオードアレイが構成されている。各ｐ型
層１２がそれぞれ基板１１との間で構成するｐｎ接合が
フォトダイオードの受光接合である。各ｐ型層１２の間
には、素子分離のためｎ+ 型層１３が拡散形成されてい
る。基板１の裏面には、ｎ+ 型層１８を介してＡｌ電極
１９が形成されている。
明する。図１は、本発明の一実施例にかかるフォトダイ
オードアレイの平面図であり、図２（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ図１のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′断面図である。ｎ- 型
シリコン基板１１を用いて、その表面に細長いストライ
プ状パターンをもって複数のｐ型層１２が拡散形成され
て、フォトダイオードアレイが構成されている。各ｐ型
層１２がそれぞれ基板１１との間で構成するｐｎ接合が
フォトダイオードの受光接合である。各ｐ型層１２の間
には、素子分離のためｎ+ 型層１３が拡散形成されてい
る。基板１の裏面には、ｎ+ 型層１８を介してＡｌ電極
１９が形成されている。
【００１１】フォトダイオードが形成された基板上はＳ
ｉＯ2 膜１４で覆われ、この上に各フォトダイオードの
ｐ型層１２に接続されるように複数のＡｌ配線１５が配
設されている。Ａｌ配線１５は、それぞれｐ型層１２に
沿ってこれに隣接して配設されており、ｐ型層１２に対
してその長手方向の複数箇所でコンタクトするコンタク
ト部１７が形成されている。コンタクト部１７の下には
予め良好なオーミックコンタクトをとるために、ｐ+ 型
層１６が形成されている。
ｉＯ2 膜１４で覆われ、この上に各フォトダイオードの
ｐ型層１２に接続されるように複数のＡｌ配線１５が配
設されている。Ａｌ配線１５は、それぞれｐ型層１２に
沿ってこれに隣接して配設されており、ｐ型層１２に対
してその長手方向の複数箇所でコンタクトするコンタク
ト部１７が形成されている。コンタクト部１７の下には
予め良好なオーミックコンタクトをとるために、ｐ+ 型
層１６が形成されている。
【００１２】図３は、図１の平面図をより模式的に示し
て、具体的な数値例を入れたものである。各フォトダイ
オードを構成する細長いｐ型層１２の幅は１０μm 、各
ｐ型層１２の間の素子分離領域幅は５μm である。ま
た、ｐ型層１２の長さを１mmとして、Ａｌ配線１５のコ
ンタクト部１７は例えば１００μm 間隔で設けられる。
て、具体的な数値例を入れたものである。各フォトダイ
オードを構成する細長いｐ型層１２の幅は１０μm 、各
ｐ型層１２の間の素子分離領域幅は５μm である。ま
た、ｐ型層１２の長さを１mmとして、Ａｌ配線１５のコ
ンタクト部１７は例えば１００μm 間隔で設けられる。
【００１３】このような構成とすれば、Ａｌ配線１５が
複数のコンタクト部１７でｐ型層１２に接続されている
ため、Ａｌ配線１５と基板側のｎ側Ａｌ電極１１との間
に逆バイアス電圧を与えたとき、ｐ型層１２の全体にわ
たってｐｎ接合に均一に逆バイアスがかかる。そしてＡ
ｌ配線１５によって、ｐ型層１２の横方向抵抗が実質的
に低減されたと等価になる。以上により、各部で発生し
た信号電流は複数のコンタクト部１７を介して並列に取
り出される結果、有効に且つ速やかにＡｌ配線１５から
取り出される。従って、光電変換効率が高く、且つ高速
応答性に優れたフォトダイオードアレイとなる。光電変
換効率が高ければ、従来と同じ受光面積で従来より大き
な出力信号を得ることができ、また従来より小型として
従来と同じ大きさの出力信号を得ることができる。
複数のコンタクト部１７でｐ型層１２に接続されている
ため、Ａｌ配線１５と基板側のｎ側Ａｌ電極１１との間
に逆バイアス電圧を与えたとき、ｐ型層１２の全体にわ
たってｐｎ接合に均一に逆バイアスがかかる。そしてＡ
ｌ配線１５によって、ｐ型層１２の横方向抵抗が実質的
に低減されたと等価になる。以上により、各部で発生し
た信号電流は複数のコンタクト部１７を介して並列に取
り出される結果、有効に且つ速やかにＡｌ配線１５から
取り出される。従って、光電変換効率が高く、且つ高速
応答性に優れたフォトダイオードアレイとなる。光電変
換効率が高ければ、従来と同じ受光面積で従来より大き
な出力信号を得ることができ、また従来より小型として
従来と同じ大きさの出力信号を得ることができる。
【００１４】上記実施例のフォトダイオードアレイを受
光素子として、図５に示すように光電式エンコーダを構
成することができる。なお図５は基本構成を示したもの
であるが、具体的な構成として例えば、光源２を上向き
に配置し、その上方にコリメートレンズ３として凹面鏡
レンズを配置するようにしてもよい。上述のようにこの
実施例のフォトダイオードアレイは光電変換効率が高く
且つ高速性能を有するから、これを用いた光電式エンコ
ーダも小型で大きな出力が得られ、且つ優れた高速応答
性を示す。
光素子として、図５に示すように光電式エンコーダを構
成することができる。なお図５は基本構成を示したもの
であるが、具体的な構成として例えば、光源２を上向き
に配置し、その上方にコリメートレンズ３として凹面鏡
レンズを配置するようにしてもよい。上述のようにこの
実施例のフォトダイオードアレイは光電変換効率が高く
且つ高速性能を有するから、これを用いた光電式エンコ
ーダも小型で大きな出力が得られ、且つ優れた高速応答
性を示す。
【００１５】本発明は上記実施例に限られない。例えば
上記実施例では、一つのフォトダイオードのｐ型層１２
はその長手方向に連続するものとしたが、図４に示すよ
うに、ｐ型層１２が長手方向に複数個に分離されてもよ
い。このようにフォトダイオードが横方向にも複数個に
分離されても、Ａｌ配線１５が横方向の複数のｐ型層１
２を接続するようにコンタクト部１７を配設すれば、上
記実施例と同様のフォトダイオードアレイが得られる。
また実施例ではｐｎ-接合を利用したフォトダイオード
を説明したが、ｐｉｎ接合を利用したものや、アバラン
シェ・フォトダイオードを用いた場合にも本発明は有効
である。
上記実施例では、一つのフォトダイオードのｐ型層１２
はその長手方向に連続するものとしたが、図４に示すよ
うに、ｐ型層１２が長手方向に複数個に分離されてもよ
い。このようにフォトダイオードが横方向にも複数個に
分離されても、Ａｌ配線１５が横方向の複数のｐ型層１
２を接続するようにコンタクト部１７を配設すれば、上
記実施例と同様のフォトダイオードアレイが得られる。
また実施例ではｐｎ-接合を利用したフォトダイオード
を説明したが、ｐｉｎ接合を利用したものや、アバラン
シェ・フォトダイオードを用いた場合にも本発明は有効
である。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、細長
いフォトダイオードに対して複数箇所でコンタクトする
ように電極配線を形成することにより、高い光電変換効
率と優れた高速応答性を示すフォトダイオードアレイを
得ることができる。またこのようなフォトダイオードア
レイを用いて、高性能の光電式エンコーダを実現するこ
とができる。
いフォトダイオードに対して複数箇所でコンタクトする
ように電極配線を形成することにより、高い光電変換効
率と優れた高速応答性を示すフォトダイオードアレイを
得ることができる。またこのようなフォトダイオードア
レイを用いて、高性能の光電式エンコーダを実現するこ
とができる。
【図１】 本発明の一実施例のフォトダイオードアレイ
の平面図である。
の平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面図である。
【図３】 図１の平面図を模式的に示す図である。
【図４】 他の実施例のフォトダイオードアレイを図３
に対応させて示す図である。
に対応させて示す図である。
【図５】 従来の光電式エンコーダの構成例を示す。
【図６】 図５のフォトダイオードアレイのレイアウト
を示す。
を示す。
１…スケール、２…光源、３…コリメートレンズ、４…
フォトダイオードアレイ、１１…ｎ-型シリコン基板、
１２…ｐ型層、１３…ｎ+型層、１４…ＳｉＯ2 膜、１
５…Ａｌ配線、１６…ｐ＋型層、１７…コンタクト部、
１８…ｎ+ 型層、１９…Ａｌ電極。
フォトダイオードアレイ、１１…ｎ-型シリコン基板、
１２…ｐ型層、１３…ｎ+型層、１４…ＳｉＯ2 膜、１
５…Ａｌ配線、１６…ｐ＋型層、１７…コンタクト部、
１８…ｎ+ 型層、１９…Ａｌ電極。
Claims (2)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、 この基板との間でそれぞれ受光接合を形成するように、
細長いストライプパターンをもちその長手方向と直交す
る方向に微細分離領域をもって配列形成された複数の第
２導電型層と、 前記複数の第２導電型層のそれぞれに沿って配列形成さ
れて、それぞれ第２導電型層にその長手方向の複数箇所
でコンタクトする複数の電極配線とを有することを特徴
とするフォトダイオードアレイ。 - 【請求項２】 所定ピッチの光学格子が形成されたスケ
ールと、このスケールに平行光を照射する光照射手段
と、前記スケールから得られる明暗パターンを検出する
フォトダイオードが所定ピッチで配列形成されたフォト
ダイオードアレイとを有する光電式エンコーダにおい
て、前記フォトダイオードアレイは、 第１導電型の半導体基板と、 この基板との間でそれぞれ受光接合を形成するように、
細長いストライプパターンをもちその長手方向と直交す
る方向に微細分離領域をもって配列形成された複数の第
２導電型層と、 前記複数の第２導電型層のそれぞれに沿って配列形成さ
れて、それぞれ第２導電型層にその長手方向の複数箇所
でコンタクトする複数の電極配線とを有することを特徴
とする光電式エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348709A JP2690681B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | フォトダイオードアレイ及びこれを用いた光電式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348709A JP2690681B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | フォトダイオードアレイ及びこれを用いた光電式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190808A true JPH07190808A (ja) | 1995-07-28 |
| JP2690681B2 JP2690681B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=18398842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5348709A Expired - Fee Related JP2690681B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | フォトダイオードアレイ及びこれを用いた光電式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690681B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5348709A patent/JP2690681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2690681B2 (ja) | 1997-12-10 |
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