JPH09297039A - 光電型エンコーダ - Google Patents

光電型エンコーダ

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JPH09297039A
JPH09297039A JP8137686A JP13768696A JPH09297039A JP H09297039 A JPH09297039 A JP H09297039A JP 8137686 A JP8137686 A JP 8137686A JP 13768696 A JP13768696 A JP 13768696A JP H09297039 A JPH09297039 A JP H09297039A
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JP
Japan
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light
photoelectric encoder
electrode
optical
semiconductor layer
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Pending
Application number
JP8137686A
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English (en)
Inventor
Yuko Kiriyama
勇子 桐山
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相対移動する一対の光学格子を有し、一方の
光学格子を透過または反射し他方の光学格子に達する光
の明暗を検出して両光学格子の相対移動量を電気的に検
出する光電型エンコーダにおいて、薄膜多層構造を有す
る受光素子を用いた場合、屈折率の異なる薄膜を多層構
造にしている。このため干渉の影響が現れ、反射率およ
び半導体層内で吸収される光量が膜厚に依存することが
原因で光電型エンコーダの出力が製品毎にばらつくとい
う課題があった。 【解決手段】 光の検出を行う薄膜多層構造の光電変換
素子に改良を加え、光を散乱させるための凹凸形状また
は拡散層を薄膜多層構造のいずれかの境界面に設けて課
題解決の手段としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2つの光学格子の
相対移動により変化する光の明暗から2つの光学格子間
の相対移動を電気的に検出する光電型エンコーダに係
り、特に光検出を行う光電変換素子の改良に関するもの
である。
【0002】
【背景技術】各種測定器、工作機械、さらに最近は各種
情報機械等にも相対移動する二つの部材の変位量を検出
するため各種エンコーダが用いられており、非接触で変
位検出量が可能なところから光電型エンコーダが汎用さ
れている。該光電型エンコーダは、相対移動する二つの
部材のそれぞれに設けられた格子と、これらの格子の重
なり状態を光学的に検出するための発光素子および受光
素子より成る。このような従来の光電型エンコーダとし
ては、図4に示されるような2枚の格子の重なり状態を
検出する透過式エンコーダの他に 、図5に示すような
反射式の光電型エンコーダ(特開昭57ー19881
4)が周知である。
【0003】図4に示す透過式光電型エンコーダは、透
明基板としてガラスを用いたインデックススケール11
とメインスケール13上に、金属(例えばCr)を光遮
断層として蒸着し、エッチング技術により格子状に光透
過部15、17を設けることで光学格子19、21を形
成し、インデックススケール11とメインスケール13
を対向配置する。これらを挟んで一方の側には発光素子
23を、他方には受光素子29を設け、また平行光線、
収束光線を得るためにコリメータレンズ27、29を配
設する。発光素子23からの光はコリメータレンズ2
7、インデックススケール11、メインスケール13お
よびコリメータレンズ29を経て受光素子25に至り検
出され、メインスケール13の動きが電気信号に変換さ
れる。
【0004】図5に示す反射式光電型エンコーダは、メ
インスケール13と平行配置されたインデックススケー
ル11と発光素子23およびコリメータレンズ27を有
する。メインスケール13およびインデックススケール
11は光透過性のガラスが基板として用いられ、メイン
スケール13には光を反射する光学格子31を設け、イ
ンデックススケール11には光を遮断する機能を有する
受光素子25を格子状に設ける。これにより、インデッ
クススケール11には、受光素子25により光学格子が
構成されることとなる。発光素子23からの光は、コリ
メータレンズ27により平行光とされ、インデックスス
ケール11の裏面からメインスケール13を照射する。
すなわち、受光素子25が形成されていない部分からの
み光が透過してメインスケール13を照射する。
【0005】メインスケール13上の光学格子31で反
射された光はインデックススケール11方向へ進行し、
その一部は受光素子25に入射して光電変換される。一
方、光学格子31の間隙を照射する光は、メインスケー
ル13の基板がガラスであるから透過してしまい、前記
受光素子25には至らない。このようにして反射式光電
型エンコーダは、メインスケール13とインデックスス
ケール11との相対移動量を受光素子25により出力さ
れる信号から検出している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光電
型エンコーダでは、その出力が製品によりばらつくとい
う問題があった。この出力の不安定さは、受光素子とし
て屈折率の異なる薄膜を多層構造にしたものを使用して
いることに起因している。すなわち、層内の多重反射に
よる干渉の影響が現れ、反射率および半導体層内で吸収
される光量が膜厚に依存して大きく変化することが原因
となっていた。積層構造の境界が平面状であると、計算
上は膜厚を数Åに制御しないと出力のばらつきの影響を
無視することができなくなる。一方、通常の薄膜形成装
置では膜厚のばらつきを±5%程度にしか制御できず、
膜厚を数Åに制御することは難しい。本発明の目的は、
通常の薄膜形成装置を用いて出力のばらつきの少ない光
電型エンコーダを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、相対移動する
一対の光学格子を有し、一方の光学格子を透過または反
射し他方の光学格子に達する光の明暗を検出して両光学
格子の相対移動量を電気的に検出する光電型エンコーダ
において、前記光の検出を行う薄膜多層構造の光電変換
素子に改良を加え、光を散乱させるための凹凸形状また
は拡散層を薄膜多層構造のいずれかの境界面に設けるこ
とを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中に
おいて同一符号を付したものは同一構成要素を表わし、
その説明を省略もしくは簡略化する。図1は本発明の第
1の実施形態にかかる透過式光電型エンコーダの受光素
子25aの断面図である。受光素子25aは、ガラス基
板33上に光透過性かつ導電性材料(例えばIn2 O3
、SnO2 、ZnOまたはこれらの混合物)からなる
透明電極43と、光を電気信号に変換するpin半導体
層37と、光遮断性かつ導電性材料、例えば金属膜より
成る電極35とを、この順序で積層形成する。受光素子
25aのガラス基板33、透明電極43を通過した光は
pin半導体層37に至り、n型アモルファスシリコン
膜39とi型アモルファスシリコン膜40とp型アモル
ファスシリコン膜41によって光電変換される。ガラス
基板33、透明電極43との間の表面形状は、光を乱反
射させるため極めて細かな凹凸形状が形成されている。
これにより薄膜多層構造の受光素子25aの層内におけ
る反射が不規則なものとなり、多重反射による干渉の影
響を少なくすることができ、出力のばらつきを低く抑え
ることが可能となった。受光素子25aは、電極を兼ね
る金属等の導電性材料の基板45の表面形状を光を乱反
射させるため極めて細かな凹凸形状に形成し、この基板
45上に、光を電気信号に変換するpin半導体層37
と、光透過性かつ導電性材料例えばIn2 O3 、SnO
2 、ZnOまたはこれらの混合物からなる透明電極43
とを、この順序で積層形成して構成してもよい。
【0009】図2の受光素子25bは、電極を兼ねる金
属等の導電性材料の基板45上に、光を電気信号に変換
するpin半導体層37と、光を乱反射させるための拡
散層47と、光透過性かつ導電性材料例えばIn2 O3
、SnO2 、ZnOまたはこれらの混合物からなる透
明電極43とを、この順序で積層形成する。受光素子2
5bの透明電極43、拡散層47を通過した光はpin
半導体層37に至り、n型アモルファスシリコン膜39
とi型アモルファスシリコン膜40とp型アモルファス
シリコン膜41によって光電変換される。拡散層は光を
乱反射させるため、光を反射する極めて細かな粒子を含
む透明な樹脂などから形成される。これにより薄膜多層
構造の受光素子25bの層内における反射が不規則なも
のとなり、多重反射による干渉の影響を少なくすること
ができ、出力のばらつきを低く抑えることが可能となっ
た。
【0010】図3は本発明の第2の実施の形態にかかる
反射式光電型エンコーダのインデックススケール11a
の断面図が示されている。インデックススケール11a
は光透過性のガラスが基板として用いられ、前記インデ
ックススケール11a上に光遮断性かつ導電性材料、例
えば金属膜より成る電極35と、光を電気信号に変換す
るPiN半導体層37と、光透過性かつ導電性材料(例
えばIn2 O3 、SnO2 、ZnOまたはこれらの混合
物)からなる透明電極43とを、この順序で積層形成し
た受光素子25を細帯状に一定ピッチで形成する。
【0011】発光素子23からの光は、コリメータレン
ズ27により平行光とされ、インデックススケール11
aの裏面からメインスケール13を照射する。すなわち
受光素子25が形成されていない部分からのみ光が透過
してメインスケール13を照射する。メインスケール1
3上の光学格子31に反射された光はインデックススケ
ール11a方向へ進行し、受光素子25に達する。な
お、受光素子25の透明電極43を通過した光はpin
半導体層37に到達し、n型アモルファスシリコン膜3
9とi型アモルファスシリコン膜40とp型アモルファ
スシリコン膜41によって光電変換される。透明電極4
3の表面形状は、光を乱反射させるため極めて細かな凹
凸形状が形成されている。これにより薄膜多層構造の受
光素子25の層内における反射が不規則なものとなり多
重反射による干渉の影響を少なくすることで、出力のば
らつきを低く抑えることが可能となる。
【0012】以上、本発明について好適な実施の形態を
挙げて説明したが、本発明は、この実施の形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変
更が可能である。光の検出を行う薄膜多層構造の光電変
換素子に、光を散乱させるための表面形状又は拡散層を
いずれかの境界面に設けて構成することも可能である。
たとえば、上記第2の実施の形態では、光を散乱させる
ための凹凸形状を透明電極の表面に限って説明したが、
光を散乱させるための凹凸形状は受光素子の層内のどこ
に配置されてもよく、また同様な機能を有する拡散層を
設けて構成することも可能である。
【0013】
【発明の効果】光の検出を行う薄膜多層構造の光電変換
素子に改良を加え、光を散乱させるための表面形状又は
拡散層をいずれかの境界面に設けることで、屈折率の異
なる薄膜の多層構造の層内の多重反射による干渉の影響
を少なくすることができ、出力のばらつきを低く抑える
ことが可能となる。また、光を散乱させるための表面形
状又は拡散層をいずれかの境界面に設けることで、通常
の薄膜形成装置を用いて出力のばらつきの少ない光電型
エンコーダを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態にかかる透過式光電型
エンコーダの受光素子の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態にかかる透過式光電型
エンコーダの受光素子の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態にかかる反射式光電型
エンコーダのインデックススケールの断面図である。
【図4】従来の透過式光電型エンコーダの概略構成図で
ある。
【図5】従来の反射式光電型エンコーダの概略構成図で
ある。
【符号の説明】
11、11a インデックススケール 13 メインスケール 15、17 光透過部 19、21、31 光学格子 23 発光素子 25、25a、25b 受光素子 27、29 コリメータレンズ 33 ガラス基板 35 電極 37 pin半導体層 39 p型アモルファスシリコン膜 40 i型アモルファスシリコン膜 41 n型アモルファスシリコン膜 43 透明電極 45 金属基板 47 拡散層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相対移動する一対の光学格子を有し、一方
    の光学格子を透過または反射し他方の光学格子に達する
    光の明暗を検出して両光学格子の相対移動量を電気的に
    検出する光電型エンコーダにおいて、 前記光の検出を行う光電変換素子として、透明基板上に
    透明電極と半導体層と電極とを積層した薄膜多層構造の
    素子を用いると共に、これら薄膜のいずれかの層の表面
    を、光を散乱させるための凹凸形状に形成したことを特
    徴とする光電型エンコーダ。
  2. 【請求項2】相対移動する一対の光学格子を有し、一方
    の光学格子を透過または反射し他方の光学格子に達する
    光の明暗を検出して両光学格子の相対移動量を電気的に
    検出する光電型エンコーダにおいて、 前記光の検出を行う光電変換素子として、電極を兼ねる
    金属基板上に半導体層と、透明電極とを積層した薄膜多
    層構造の素子を用いると共に、これら薄膜のいずれかの
    層の表面を、光を散乱させるための凹凸形状に形成した
    ことを特徴とする光電型エンコーダ。
  3. 【請求項3】相対移動する一対の光学格子を有し、一方
    の光学格子を透過または反射し他方の光学格子に達する
    光の明暗を検出して両光学格子の相対移動量を電気的に
    検出する光電型エンコーダにおいて、 前記光の検出を行う光電変換素子として、透明基板上に
    透明電極と、半導体層と、電極とを積層した薄膜多層構
    造の素子を用いると共に、これら薄膜のいずれかの間に
    光を散乱させるための拡散層を介在させたことを特徴と
    する光電型エンコーダ。
  4. 【請求項4】相対移動する一対の光学格子を有し、一方
    の光学格子を透過または反射し他方の光学格子に達する
    光の明暗を検出して両光学格子の相対移動量を電気的に
    検出する光電型エンコーダにおいて、 前記光の検出を行う光電変換素子として、電極を兼ねる
    金属基板上に半導体層と透明電極とを積層した薄膜多層
    構造の素子を用いると共に、これら薄膜のいずれかの間
    に光を散乱させるための拡散層を介在させたことを特徴
    とする光電型エンコーダ。
JP8137686A 1996-05-07 1996-05-07 光電型エンコーダ Pending JPH09297039A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009061045A1 (en) * 2007-11-05 2009-05-14 Electronics And Teleconmmunications Research Institute Photodetectors converting optical signal into electrical signal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009061045A1 (en) * 2007-11-05 2009-05-14 Electronics And Teleconmmunications Research Institute Photodetectors converting optical signal into electrical signal

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