JPS6032126B2 - 光電型エンコ−ダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、２つの光学格子を相対移動させて得た光の
明暗から物理量を検知するようにした光電型ェンコーダ
の改良に関する従来の光電型ヱンコーダは、光源からし
ンズを通して一方の光学格子に光線を照射し、この光学
格子を通過した光線が他方の光学格子を通過して反対側
に配置されたレンズを介して受光器に至るようにされて
いる。

従って、光源からの光は、２つの光学格子を通過しなけ
ればならずまた途中において複雑な回折光が混じり、さ
らに格子の基村たるガラス表面での反射、屈折、さらに
はガラス内部での吸収により減衰し、その結果受光器に
よって得られる信号はノイズを含みかつ、微弱とならざ
るを得なかった。

さらに光源、レンズ、受光器を配置するために、必然的
にェンコーダが大型とならざるを得なかつた。また２つ
の光学格子の間に斜めに光線を入射させるようにした反
射型の光電型ェンコーダがあるが、これも回折、散乱、
反射等による光の損失が大きいとともに、光源および受
光器の取付を斜めにしなければならないために構造が複
雑であり、また小型化が十分でなかった。

上記従釆の問題点を解消するために、本出願人によって
、一方の光学格子に、半導体基体にこれと相反する導電
型の紬帯状の半導体層を一定ピッチに配設し、これに他
方の光学格子を透過した光線を照射するようにし、前記
半導体基体と半導体層から出力を得るようにしたものが
提案されている。

この提案は、受光側のレンズを省略したこと、光源から
の光線が一方の光学格子のみを通過するようにされたこ
と、第２の光学格子と受光器の間隔が零になったことに
おいて、小型化および効率が向上されている。

また前記提案に対して、前記半導体基体および半導体層
からなるスリット状の受光素子による出力の高周波特性
の改善策として、スリットの抵抗を解消もしくは減少さ
せるために、受光素子の全面を透明導電体材料で覆って
出力をまとめるようにしたものが提案されている。

また連続平面状の半導体層の上に「不透明膜スリットを
設け、これによって、高周波特性を改善するとともに製
造を容易にしたものも提案されている。

さらに、前記半導体基および半導体層をＭＯＳ半導体と
し、前記不透明膜スリットをＭＯＳ半導体における金属
部により構成したものも提案されている。

しかしながら、これらの光電型ヱンコーダのスケールは
４・型化が十分でなく、また例えば、ＭＯＳ半導体を利
用したスケールの場合、材料となるシリコン結晶体が高
価であるとともに長い製品を製造できないため、経済的
、技術的に困難な問題を有している。

これは、特にメインスケールに適用する場合に困難を伴
なう。また、一般に反射型のェンコーダは透過型のェン
コーダより小型であるが、反射型の場合、反射スケール
に照射するための光線は傾斜光として入射させなければ
ならす、このため回折、散乱、反射等による光の損失が
大きく、また発光部と受光部の取付が斜めになり、構造
が複雑となるという欠点がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、さらに小型化および部品点数を減少させるとともに
、反射型のものにおいても光源を煩斜して取り付ける必
要のなく、かつ、振動等による不具合を解消した光電型
ヱンコーダを提供するを目的とする。

この発明は光学格子を備えた第１および第２のスケール
を相対移動させて得た光の明暗から物理量を検知するよ
うにした光電型ェンコーダにおいて、前記第１のスケー
ルは基材に紬帯状の光反射部と非反射部が交互に整列配
置され、前記第２のスケールは、光透過性基村上に、光
遮断性かつ導電性材料からなる第１の信号導出材層と、
光を電気信号に変換するＰＮ半導体層と、光透過性かつ
導電性材料からなる第２の信号導出材層と、をこの順で
積層形成した受光部を紬帯状に一定ピッチで鯨設してな
り、前記光透過性基材方向からの光に対して、前記受光
部が光遮断スリットとするとともに該受光部間が光透過
スリットとして形成され、かつ、光透過性基村を介して
前記受光部の反対側に光源およびこの光源からの光が前
記光透過性基材を通って反対側に照射されるように反射
する、前記光源の背後に配置された凹面鏡と、前記第２
のスケールの光透過性基材、前記光源および前記反射鏡
の間に充填された屈曲率改善物質とを有し、前記第１お
よび第２のスケールは、前記光反射部と受光部が対面し
て配置されるとともに、前記光源からの前記第２のスケ
ールの光透過スリットを通して前記第１のスケールの反
射部に照射されるようにすることによって前記目的を達
成するものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明にかかる光電型ェンコーダのスケールの
実施例におけるスケールＳを示す平面図、第２図は第１
図のローＤ線に沿う拡大断面図である。

この実施例のスケールＳは、例えばガラスよりなる光透
過性基村１上に、光遮断性かつ導電性材料、例えば金属
暖からなる第１の信号導出材層２と、光を電気信号に変
換するＰＮ半導体層３と、光透過性かつ導電性材料例え
ば１払０３，Ｓｎ０２，Ｓｉまたはこれらの混合物から
なる透明膜の第２の信号導生村層４と、をこの瓶で積層
形成した受光部５を紬帯状に一定ピッチで配設して形成
されたものである。

前記スケールＳは第３図に示されるように、反射型メイ
ンスケ−ルＭに対して、その反射部６に受光部５が対面
するように配置され、反射型メインスケールＭに向かっ
て、スケールＳの背面からしンズ７を介して光源８から
の光線が入射するように使用される。

即ち前記受光部５の第２の信号導出材層４が光源８から
の光線を遮断する作用をなし、これによつて受光部５は
光遮断スリットとなり、また各受光部５間は光透過スリ
ットの作用をなし、光源８からの光線が光透過性基材１
を通して反射型メインスケールＭに照射され得るように
なっている。

また反射型メインスケールＭの反射部６によって反射さ
れた光線は、受光部５の第１の信号導出材層２を通って
ＰＮ半導体層３に至り、ここで半導体の電気的出力に変
換される。ＰＮ半導体層３における電気出力は、出力端
子９および１０から外部に取り出される。すなわち前記
スケールＳはィンデッケススケールと受光素子とが一体
となったインデックスセンサーの機能をなすようされて
いる。第４図は本発明の実施例の全体構成を示す略示側
面図である。

同図に示されるように、前記スケールＳには、前記光透
性基材１を介して前記受光部５の反対側に光源１４、お
よびこの光源１４からの光が前記光透過性基材を通って
反対側に照射されるように反射する反射鏡１５を設けら
れている。

前記反射鏡１５は、光透過性基村１の光源１４側に一体
的に設けられた略半球状の透明樹脂１６の外側に蒸着金
属膜等の光反射膜を設けることにより形成されたもので
ある。

前記透明樹脂１６は前記光透過性基材１と同一の屈折率
の透光性材料よりなり光源１４の周囲に充填され、これ
により光源１４からの光が光透過性基材１に達する間の
光路における屈折率が改善されるようになっている。

この実施例は、光源１４をインデックススケールＳ自体
に取り付け、かつ透明樹脂１６によって一体的にモール
ドされているので、単に２つのスケールを配設するのみ
でェンコーダを構成できるという効果がある。

また光源とインデックススケールＳが一体的であるので
振動による故障あるいは誤差も解消されるという効果を
有する。ここで、上記スケールＳの製造方法を説明する
。まず、光過性基材１たるガラス基板を、真空蒸着装層
内に装着し、５×１０‐年ｏｒｒの真空度の環境で、１
５０〜２００００に加熱し、タングステンボードからＣ
ｒを蒸着させ、ガラス基板上にＣｒを蒸着させて２００
０〜３０００△の厚さの第１の信号導出材層２たるＣｒ
膜を形成する。

次に前記Ｃｒ膜を形成したガラス基板をプラズマチヤン
バーに入れて３００ｑｏに加熱し、ＳｉＨ４１０％を含
むＡｒガスを比ガスにより１の音‘こ希釈したガスを前
記プラズマチャンバーに導入し、０．１〜沙ｒｒの圧力
下で高周波グｏ‐放電により、Ｎ型非晶質シリコン（Ｎ
−ａ−Ｓｉ）膜１１、およびＰ型非晶質シリコン（Ｐー
ーＳｉ）膜１２を、前記第１の信号導出材層２の上に薄
層し、これによって約１一の厚さのＰＮ半導体層３を形
成する。

前記Ｎ型非晶質シリコン膜１１は折出初期に徴量のＰＨ
３を反応ガス中に混入することにより、また、Ｐ型非晶
質シリコン膜１２は途中で前記ＰＨ３をＢ２日６に切換
えることによりそれぞれ析出させる。ここで、ＰＮ半導
体層３の形成は、熱分解法、スパッタ黍着法等の他の方
法によってもよい。次に、ＰＮ半導体層３を形成した基
材１を真空蒸着槽内に入れ、１５０ｑｏに加熱し、ァル
ミナっぼに入れたｌｎ２０３を電子ビーム蒸着法により
約１０００△の厚さのｌｎ２０３膜を蒸着させ、これに
よって前記ＰＮ半導体層３の上に第２の信号導出材層４
を形成する。

次にスピン塗装法によりホトレジストを約２仏の厚さに
塗布し、乾燥させる。

さらにマスクにより出力端子部９を遮光した後、紫外線
で露光して現像し、出力端子部９のホトレジストを除去
する。次いで、ケミカルエッチングあるいはプラズマエ
ッチング等の方法により、出力端子９部分の第２の信号
導出材層４およびＰＮ半導体層３を除去し、第１の信号
導出材層２を露出させる。

同様にして、受光部５の間の光透過スリット１３部分以
外の部分をホトレジストで覆い、該光透過スリット１３
に該当する第１，２の信号導出材層２，４およびＰＮ半
導体層３をプラズマエッチング等により除去し、光透過
性基材１を露出させる。

ここで光透過スリット１３の幅は、受光部５の光透過性
基材１の表面からの高さ２倍以上とするのが明暗を検知
するのに都合がよい。

次に第１の信号導出材層２および第２の信号導出材層４
から出力電流を取り出すための導線を前記出力端子９お
よび１０に導電性接着材により取り付け、最後にＰＮ半
導体層を保護するために全体に薄くシリコンワニスを塗
布乾燥して完成させる。

本発明は上記のように構成したので、インデックススケ
ールと受光素子および光源を一体とすることにより、ェ
ンコーダを薄型にできるとともに、振動による故障、誤
差を解消できるという効果を有する。

また受光素子の背面から投光できるので、反射型スケー
ルにおいて、インデックススケールとメインスケールを
平行かつ接近でき、従って光の回折、散乱等による光の
損失を小さくできるという効果を有する。さらにインデ
ックススケールと受光素子を一体にしたので部品点数を
減少させるという効果も有する。さらに又、反射鏡が光
源を囲む凹面鏡とされるとともに、該反射鏡の内側の、
第２のスケールとの間の空間に透明樹脂等の屈曲率改善
物質が充填されているので、第２のスケール、光源、反
射鏡を強固に一体化でき、かつ、光源からの光の損失を
小さくすることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる光電型ェンコーダの実施例にお
けるスケールを示す平面図、第２図は第１図のローロ線
に沿う拡大断面図、第３図は同実施例にかかる光電型ェ
ンコーダの使用原理を示す略示側面図、第４図は同実施
例の全体構成を示す略示側面図である。 Ｓ…スケール、Ｍ・・・メインスケール、１・・・光透
過性基材、２・・・第１の信号導出材、３・・・ＰＮ半
導体、４・・・第２の信号導出材層、５・・・受光部、
６・・・反射部、８・・・光源、１１・・・Ｎ型非晶質
シリコン膜、１２・・・Ｐ型非晶質シリコン膜、１３・
・・光透過スリット、１４・・・光源、１５…反射鏡、
１６・・・透明樹脂。 灸′図 多２図 券３図 弟４顔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光学格子を備えた第１および第２のスケールを相対
   移動させて得た光の明暗から物理量を検知するようにし
   た光電型エンコーダにおいて、前記第１のスケールは基
   材に細帯状の光反射部と非反射部が交互に整列配置され
   、前記第２のスケールは、光透過性基材上に、光遮断性
   かつ導電性材料からなる第１の信号導出材層と、光を電
   気信号に変換するＰＮ半導体層と、光透過性かつ導電性
   材料からなる第２の信号導出材層と、をこの順で積層形
   成した受光部を細帯状に一定ピツチで配設してなり、前
   記光透過性基材方向からの光に対して、前記受光部が光
   遮断スリツトとされるとともに該受光部間が光透過スリ
   ツトとして形成され、かつ、光透過性基材を介して前記
   受光部の反射側に光源およびこの光源からの光が前記光
   透過性基材を通つて反対側に照射されるように反射する
   、前記光源の背後に配置された凹面鏡と、前記第２のス
   ケールの光透過性基材、前記光源および前記反射鏡の間
   に充填された屈曲率改善物質とを有し、前記第１および
   第２のスケールは、前記光反射部と受光部が対面するよ
   うに配置されらるとともに、前記光源からの光線が前記
   第２のスケールの光透過スリツトを通して前記第１のス
   ケールの反射部に照射されることを特徴とする光電型エ
   ンコーダ。