1303709 (1) 九、發明說明 相關申請案之相互參考 本申請案係依據且主張2004年11月12日申請之先 前的日本專利申請案第2004-329704號之優先權的優點； 在此，其全部內容會倂入作爲參考。 【發明所屬之技術領域】 φ 本發明係有關於用於光學編碼器之光接收裝置，以及 光學編碼器。特別而言，本發明係有關於用於光學編碼器 之使用光二極體的光接收裝置，以及配備此光接收裝置的 光學編碼器。 【先前技術】 光學編碼器包括相對地配置之發光單元及光接收單元 。光學編碼器會進行配置，使得當適當地具有透明圖案及 φ 光遮蔽圖案的比例尺通過發光單元及光接收單元時，其可 偵測訊號的改變。光學編碼器可藉由適當地設定光接收單 元與比例尺的間距，而用來當作具有所需的解析度之位置 偵測裝置（例如，日本早期公開專利申請案2002-340669 )。光學編碼器可用於如偵測印表機的列印頭之位置及控 制影印機的進紙量之各種應用。 然而，在傳統的光學編碼器中，光接收單元中的光二 極體之尺寸必須非常小，以提昇空間解析度，這會造成不 易製造的問題。 -4- (2) 1303709 此外，在傳統的光學編碼器中，從光接收裝置所得到 的光電流波形會有很高的直流成分，這會造成動態範圍變 窄的問題。 本發明係提出易於提昇空間解析度，也可降低光電流 的直流成分之用於光學編碼器之光接收裝置，以及光學編 碼器。 φ 【發明內容】 根據本發明的一觀點，係提出一種用於光學編碼器之 光接收裝置，包括：複數個第一光二極體，以第一方向並 列，並且以與第一方向大致上垂直的第二方向延伸；以及 光遮蔽層，分別設於該等第一光二極體上，光遮蔽層具有 開口，使得當具有透光圖案及光遮蔽圖案的比例尺沿著第 二方向移動時，會以透射透光圖案的光循序地照射該等第 一光二極體中的至少一個光二極體及至少另一個光二極體 •。 根據本發明的另一觀點，係提出一種光學編碼器，包 括：發光單元；以及設於發光單元的對面之光接收單元， 光接收單元具有光接收裝置，包括：複數個第一光二極體 ’以第一方向並列，並且以與第一方向大致上垂直的第二 方向延伸；以及光遮蔽層，設於該等第一光二極體上，光 遮蔽層具有開口，使得當具有透光圖案及光遮蔽圖案的比 、煙尺沿著第二方向移動時，會以透射透光圖案的光循序地 照射該等弟一^光—^極體中的至少一^個光二極體及至少另一 -5- (3) 1303709 個光二極體。 【實施方式】 本發明的實施例現在將參考圖式進行說明。 圖1係繪示根據本發明的第一實施例之光學編碼器的 光接收裝置之配置的平面透視圖。 圖2係繪示移除光遮蔽層之此特例的光接收裝置之平 φ 面圖。 更特別而言，此特例的光接收裝置包括大致上以第一 方向（圖1及2中的X方向）延伸的狹長狀配置之第一光 二極體la至Id，這些光二極體la至Id係藉由將磊晶層 成長於半導體層上，或以平面配置擴散雜質而形成。 金屬接線20係經由接點1 0而連接至光二極體1 a至 Id的兩端。 如圖1中所顯示，光遮蔽層22係設於第一光二極體 φ la至Id上。光遮蔽層22可例如由與金屬接線20相同的 金屬層形成。在此方面，因爲也可達成遮蔽效應，所已有 助於將光遮蔽層22連接至接地電位。光遮蔽層22具有以 預定間距所形成的開口 22A。應該要注意的是，在實際的 光接裝置中，光二極體係以X方向延伸，並且比如所顯示 的開口 22A多很多。然而，在本申請案中，爲了方便起 見，僅顯示離開這些許多開口 22A的兩週期。在圖1中 所顯示的特例中，供第一光二極體所用的開口 22A會與 稍後詳細說明的比例尺之亮/暗圖案的間距匹配。同樣地 -6 - (4) 1303709 ，第一光二極體lb、lc、以及Id具有各自不同的相位之 相同間距的開口 22A。在此特例中，四相位A至D會分 別指配給四個光二極體1 a至1 d。 供每個光二極體la至Id所用之開口 22A的間距較佳 會與稍後詳細說明的比例尺之亮/暗圖案的間距匹配。然 ^ ' 而，開口 22A不需與比例尺的亮/暗圖案相同。其足以 ^ 使開口 22A與通過比例尺的亮/暗圖案之光所形成的光 φ 接收裝置之光接收表面上之光學強度的空間分佈匹配。 圖3係繪示配備此種光接收裝置之光學編碼器的相關 元件之截面結構的槪圖。 在圖3所顯示的光學編碼器中，發光單元31及光接 收單元3 2係相對地配置。發光單元3 1會配置成使得例如 是LED (發光二極體）70會安裝於導線架40的頂端，並 且其周圍會適當的以樹脂鑄造而成。光接收單元3 2會配 置成使得光接收裝置80會安裝於導線架50的頂端，並且 Φ 其周圍會適當的以樹脂鑄造而成。比例尺3 3係插入於發 光單元3 1與光接收單元3 2之間。比例尺3 3與編碼器之 ^ 間的相對位移會偵測出來。 y 圖4係繪示部分的比例尺之槪要平面圖。如此圖中所 顯示，比例尺33會交替地具有傳送光的透光圖案部分34 及遮蔽光的光遮蔽圖案部分35。這些圖案部分34及35 的間距大致上會與光遮蔽層22中的一列開口 22A之間距 匹配。 圖5係繪示此實施例之光接收裝置的開口 22A與比 (5) 1303709 例尺3 3的間距之間的關係之槪圖。應該要注意的是，爲 了方便說明起見，此圖係顯示光接收裝置與比例尺3 3並 列。然而，在實際運作中，如圖3中所繪示，其會配置成 使得比例尺33會通過光接收裝置之上。再者，比例尺33 具有完全覆蓋光接收裝置的光接收表面之寬度（圖5的垂 ^ 直寬度）。 關於每個光二極體la至Id而言，開口 22A的間距會 φ 與比例尺3 3的亮/暗圖案之間距匹配。例如，供光二極 體1 a所用的開口 22 A之間距P 1係與比例尺3 3的透光圖 案部分34及光遮蔽圖案部分35之間距P2相同。供每個 光二極體lb至Id所用的開口 22A也是以與比例尺33的 亮/暗圖案之間距P2相同的間距形成。 光接收裝置與比例尺3 3之間的相對位移會分別改變 從光二極體1 a至1 d所得到的光電流訊號。位移量可藉由 檢查此改變而決定出來。特別而言，在圖5所顯示的特例 # 中，比例尺33的透光圖案部分34之寬度W1係與光遮蔽 圖案部分35的寬度W2相同，並且爲開口 22A的兩倍寬 度。當比例尺33以箭頭Μ的方向移動時，由透光圖案部 分34及光遮蔽圖案部分35所組成的亮/暗圖案會以箭頭 Μ的方向，在光接收裝置上移動。然後，開口 22Α會以 相位Α—相位Β—相位C-相位D的順序進行照射。光電 流訊號的波盪可由每個光二極體1 a至1 d而觀察得知。此 時，由於已知透光圖案部分34的寬度W1與光遮蔽圖案 部分35的寬度W2相同，所以照射每個開口 22A的持續 -8- (6) 1303709 期間（亮持續期間）會等於未照射開口 22A的持續期間 (暗持續期間）。亦即，會得到具有1的工作週期之放大 訊號。對於光二極體1 a至1 d而言，這些光電流訊號的波 盪相互會有90度移位的相位差。比例尺3 3的移動方向及 移動速度（移動量）可藉由檢查光電流訊號的波盪而偵測 出來。 根據此實施例，編碼器的解析度係藉由設於光遮蔽層 • 22中的開口 22A而決定。有助益的是，3L麗„精細地i割 擴散興_聶晶JE。更特別而言，從處理的觀點而言，分割半 導體層中的擴散與磊晶區會限制最小尺寸，因此精細分割 並不容易。反之，在此實施例中，編碼器的解析度可藉由 設於光遮蔽層22中的開口 22A之尺寸及間距而決定。因I 爲光遮蔽層22可由與金屬接線20相同的食屬層形成，所 以開口 22A可依據與金屬接線的精細設計規則類似的精 細設計規貝[1 (最小尺寸）而形成。因此，温„碼_器的解抵度 ® 可提昼^多。 此外，從與金屬接線相同的金屬層中，可有助於形成 光遮蔽層22，並且因爲也可達成光二極體la至Id的遮 蔽效應，所以使其連接至接地電位。 再者，根據此實施例，當簡化光二極體的結構時，可 抑制輸出電流的變化。更特別而言，光、二_塵麗獻^精 需形成—各自光、二氣遐、的接p，這直使接線結覆 反之，在此實施例中，光二極體的數目可降低爲欲偵測的 ^— 相位之數目（或其整數倍數）。例如，在圖1至5所繪示 -9- (7) 1303709 的光接收裝置中，四相位（相位A至D )的光電流訊號可 藉由使用四個光二極體1 a至1 d而偵測出來。亦即，可顯 著地簡化接線結構° 當形成大量的小尺寸光二極體時’如擴散條件的製程 條件之變化也會使其光電流ϋϋϋ化。反之，根據此 實施例，.^:的光二極體可藉由此數目的相位（或其整數倍 數）而產生，這可降低變達直農勻_的光屬流！Liti。 — Φ 應該要注意的是’在圖1或5所繪示的平面結構中， 相鄰光二極體（例如，光二極體1 a及1 b )之間的區域也 會由光遮蔽層22所遮蔽。這可達成降低相鄰光二極體之 間的「串擾」之效果。例如，在圖1或5中，當照射光二 極體1 a及1 b之間的區域時，由於半導體層中所產生的光 學載體所造成之額外光電流的相互干擾會在這些光二極體 之間發生。在此方面，在圖1及5所繪示的結構中，.光二 極霞之間的相互千擾可藉由以光遮蔽層2 2遮^^薇 4 籲極體、之間的區域而降低。因此，可增加空間m測解析度。 因爲更精確的光電流可從此編碼器中取得，所以與編碼器 功能（工作週期、相位差等）有關的輸出特徵可更精確地 得到。 然而，只要得到所需的解析度，光遮蔽層22不會設 於光二極體之間的區域中。亦即，在圖1或5所繪示的平 面結構中’僅設於每個光二極體丨&至Id上的光遮蔽層 22之配置也會包含於本發明的範圍內。這也是稍後所詳 述的圖6、29、以及3 0所顯示的結構中之情況。 -10- (8) 1303709 圖6係顯示可用於此實施例中之光接收裝置的第二特 例之平面透視圖。 圖7係繪示移除光遮蔽層之此特例的光接收裝置之平 面圖。 有關這些圖式而言，與參考圖1至5所述的元件類似 之元件會以相同標號標示，並且不會詳細說明。 在再次的此特例中，大致上爲狹長狀配置之以X方向 • (圖6中的水平方向）延伸之第一光二極體la至Id大致 上會平行並列。然而，在此特例中，第一光二極體la至 1 d係藉由設於其中間中的絕緣區3 0而水平地分成兩個部 分。絕緣區3 0可實現爲嵌入絕緣體或高電阻層，或實現 爲由蝕刻表面半導體層所形成的渠溝。 在此特例中，絕緣區3 0的左側上之開口 22 A的相位 係與右側上之開口 22A的相位不同。例如，對於第一光 二極體1 a而言，與「相位A」對應的開口 22 A係設於絕 # 緣區3 0的左側上，而與「相位C」對應的開口 22 A係設 於右側上。如以上參考圖3及4所述之以通過比例尺3 3 的亮/暗圖案之照射會造成「相位A」的光電流同時產生 於第一光二極體la之左開口 22A的部分，以及第一光二 極體lc之右開口 22A的部分中。亦即，光學訊號會同時 產生於圖6之垂直（沿著y方向）不同的光二極體中。特 別而言，光二極體1 a的左側部分及光二極體1 c的右側部 分係用來偵測「相位A」，光二極體1 b的左側部分及光 二極體1 d的右側部分係用來偵測「相位B」，光二極體 -11 - 1303709 Ο) 1 c的左側部分及光二極體1 a的右側部分係用來偵測「相 位C」，而光二極體1 d的左側部分及光二極體1 b的右側 部分係用來偵測「相位D」。 以此方式，甚至當沿著y方向的光學照度有任何不均 勻時，也可得到更均勻的光電流訊號。更特別而言，如圖 1中所繪示，依據光二極體1 a的「相位A」、光二極體 1 b的「相位B」、諸如此類的相位指配，當沿著y方向的 φ 光學照度不均勻時，相位之間的光電流輸出會不同。 反之，根據此特例，會將沿著y方向的任何不均勻予 以平均之光電流輸出係藉由與沿著y方向所分佈之「相位 a」、「相位B」、諸如此類對應的光接收單元而得到。 例如，假設光二極體la有大的光學照度，而光二極體lc 有小的光學照度。甚至在此情況中，根據此特例，「相位 A」的光電流訊號可在這些光二極體1 a及1 c中偵測出來 ，並且均。 • 應該要注意的是，雖然圖6及7係顯示絕緣區3 〇設 於第一光二極體的中心區中之特例，但是本發明不受限於 此。更特別而言，可供以X方向延伸之每個第一光二極體 la至Id所用之複數個絕緣區30係用以將每個光二極體 分成三個或更多個部分。有關光二極體的數目而言，本發 明不受限於設於狹長狀配置中的四個光二極體la至Id。 可並列超過四個的光二極體1 a至1 d。例如，沿著x方向 及y方向之光搜曳可使用稍後參考圖2 1及22所 述之配置面 > 予„。 -12- (10) 1303709 接著，如本發明的第二實施例，將說明消去光二極體 之光學訊號輸出中所包含的直流成分之光接收裝置，以及 使用此光接收裝置的光學編碼器。 圖8係繪示根據本發明的第二實施例之光學編碼器的 光接收裝置之配置的平面透視圖。 圖9係繪示移除光遮蔽層之此特例的光接收裝置之平 面圖。 # 更特別而言，此特例的光接收裝置包括大致上爲狹長 狀配置之以第一方向（X方向）延伸之第一光二極體la 至Id及第二光二極體2a至2c。第一與第二光二極體la 至2c大致上會交替地平行並列。第一*光二極體la至Id 的寬度W1係大於第二光二極體2a至2c的寬度W2。然 而，本發明不受限於此。寬度W1可等於W2，或W2可 以較大。 圖1 〇係顯示此實施例之光二極體的截面結構之一例 ® 的槪圖。亦即，此圖係沿著圖8的線A — A之截面。 在此特例中，η型磊晶層1 1 2係設於p型矽基底1 1 3 上，以形成Ρ— η接面光二極體（la、2a、…）。這些光 二極體係藉由p型分離區111而相互分離。 圖1 1係顯示此實施例之光二極體的截面結構之另一 例的槪圖。亦即，此圖也沿著圖8的線A — A之截面。 在此結構中，n +型埋層1 14係設於ρ型矽基底1 13上 ，並且η型磊晶層1 12係形成於n +型埋層1 14上。ρ型擴 散區1 1 5係以平面配置而形成於η型磊晶層1 1 2的表面中 -13- (11) 1303709 。每個光二極體（la、2a、…）係藉由擴散區1 15所形成 的P — η接面而進行配置。 回到圖8，金屬接線20係經由接點1 0而連接至光二 極體la至2c的兩端。 如圖8中所顯示，光遮蔽層22係設於第一光二極體 1 a至1 d上。光遮蔽層22可例如由與金屬接線20相同的 金屬層形成。在此方面，因爲也可達成遮蔽效應，所已有 φ 助於將光遮蔽層22連接至接地電位。光遮蔽層22具有以 預定間距所形成的開口 22A。在圖8中所顯示的特例中， 供第一光二極體所用的開口 22A之間的間距會與稍後詳 細說明的比例尺之亮/暗圖案的間距匹配。同樣地，第一 光二極體1 b、1 c、以及1 d具有各自不同的相位之相同間 距的開口 22A。在此特例中，用於開口 22A所形成的間距 有四相位，亦即相位A至D。 另一方面，第二光二極體2a — 2c不具有光遮蔽層22 • 〇 直簠.觅..分屋.m * m μ μ m m m m - ^ _ 極...m la .11#，從....及使.甩...用於直流—成分補.償的第二光二極置2a ^ 至2 c_而消去。亦即，根據此實施例，具有此種獨特結構 之配備光接收裝置的光學編碼器KM.MM流成分，以達成 高靈敏度及很廣的動態範圍。這點將參考編碼器的配置進 行說明。 圖1 2係繪示此實施例的編碼器之光接收裝置的開口 22 A與比例尺3 3的間距之間的關係之槪圖。更特別是有 -14- (12) 1303709 關每個光二極體la至Id而言，開口 22A的間距會與比例 尺33的亮/暗圖案匹配。光接收裝置與比例尺33之間的 相對位移會分別改變從光二極體1 a至1 d所得到的光電流 訊號。位移量可藉由檢查此改變而決定出來。再者’在此 實施例中，第二光二極體2a至2c之光學照度的量不會改 變，並且光電流訊號的固定量甚至總是依據比例尺3 3的 位移而得到。此光電流訊號可用來消去從第一光二極體 φ 1 a至1 d所得到的光電流訊號中所包含之直流成分。這樣 會導致高、靈敏度、;^1置„数動篮簠JS 〇 這點將參考比較例子進行說明。 圖1 3係繪示在達成本發明的過程中，發明人所硏究 的比較例子之光學編碼器中的光接收裝置之平面圖案的槪 圖。 在此比較例子中，每個光二極體（1 c、1 d、…）係以 大致上矩形配置而垂直（y方向）延伸，並且水平地（X Φ 方向）進行配置。光二極體經經由接點1 〇而依序連接至 四相位接線（20a至20d)。亦即，四個相鄰光二極體（ la至Id，2a至2d，3a至3d，4a至4d)係視爲進行連接 的群組。 圖1 4係顯示此比較例子中之比例尺3 3與光接收裝置 之間的位置關係之槪圖。 更特別而言，比例尺33的透光圖案34與光遮蔽圖案 3 5的間距大致上會與此列光二極體（1 c、1 d、…）的間 距匹配。例如，在此圖所顯示的比較例子中，比例尺33 -15- (13) 1303709 的一對亮/暗圖案34，35會與一群光二極體（la至id， 2a至2d)匹配。 在進入光接收單元32之前，來自發光單元31的光會 透射比例尺3 3，然後藉由亮/暗圖案3 4，3 5而呈現亮/ 暗對比。對於光二極體的各自相位而言，此光的亮/暗對 比會造成光電流流動的差異。此光電流的差異係藉由電路 而偵測出來且輸出。 圖1 5係繪示使用此比較例子的光接收裝置時所得到 的光學訊號波形之實圖。 當使用此比較例子的光接收裝置時，比例尺33與光 接收裝置之間的相對位移可造成在連接至光二極體的每個 四相位接線（20a至2 0d)中，得到具有如圖15所顯示的 波形之光電流。比例尺3 3與編碼器之間的相對位移之方 向及數量可藉由感測各自之四相位接線（20a至2 0d)中 所得到的波形之暫時變化而決定出來。 然而，從此比較例子的光接收裝置中所得到的光電流 之波形爲直流（DC )及交流（AC )的電流成分之組合。 在此的問題是光電流具有直流的電流成分。如圖1 4中所 顯示，比例尺3 3會使光接收裝置上所入射的光產生亮/ 暗對比。直線光3 6會透射比例尺3 3的透光圖案3 4。然 而，折射或繞射，或周圍光的影響會造成某些額外光37 進入基本上較佳不會接收任何光之光遮蔽圖案3 5下的那 些光二極體。相鄰光二極體之間之光或光學載體的串擾也 會產生直流成分。 -16- (14) 1303709 所產生的直流成分會造成電流-電壓轉換電路中的交 流電流成分突然衰減之問題，而產生歪曲的輸出波形，這 會導致電路的輸出特徵（工作週期及相位差）退化。爲了 增加此問題的動態範圍，必須使供應電壓增加，使得甚至 對於高的光學輸入，交流成分也不會突然衰減。此爲降低 電路的供應電壓之缺點。 再者，可觀察到的是，當編碼器降低尺寸時，直流成 φ 分很容易產生。這是因爲發光單元31與光接收單元32之 間的間距會隨著降低尺寸而降低，這會減少自發光單元 3 1所發射及光接收單元3 2上所入射的光之平行性。因此 ，對於降低光學編碼器的尺寸而言，也需要改善。 在此方面，此實施例的光接收裝置可用來顯著地降低 光電流的直流成分。 圖1 6係繪示此實施例所達成的直流成分消去效應之 槪圖。
• 如上述，從編碼器所得到的光學訊號具有直流（DC )及交流（AC )成分。交流成分係取決於如發光單元與 光接收單元之間的位置關係之因素，而有如此圖中的折線 所繪示之相當大的振幅，或有如此圖中的實線所繪示之相 當小的振幅。在此，小振幅（實線）的情況中之振幅係由 B表示，而直流成分的準位係由A表示。當未使用直流消 去時（如上述之圖1 5中所顯示），A與B的比率爲例如 是A : B = 5 : 1的等級。 反之，根據此實施例，第二光二極體2a至2c的光電 -17- (15) 1303709 流可用來消去直流成分。因此，如圖16中所顯示，直流 成分的準位可降低爲A : B = 2 : 1或更低。 用於此消去的電流12係設定爲低於光電流11的電流 値。供第一光二極體1 a至1 d所用的的開口 22A之總面積 對第二光二極體2a至2c的面積之比率可用來估測光電流 (直流的電流成分）之各自値，並且依據條件12 < 11，來 設定稍後所述的電流鏡電路之電流比。 φ 根據此實施例，降低光電流中的直流成分會導致以下 效應。 首先，可增加訊號的動態範圍。更特別而言，甚至當 發光單元的光學強度變化時，光電流的變化可藉由消去訊 號光二極體的光電流之直流電流成分而保持很小。因此， 可增加電路的輸入動態範圍。 此外，可降低電路的供應電壓。更特別而言，傳統上 需使高供應電壓增加電流·電壓轉換電路的動態範圍。反 # 之，根據此實施例，由於發光單元的光學強度之變化受到 抑制，所以動態範圍會因爲光電流的變化而增加。因此， 不需要高供應電壓，並且可降低電路的供應電壓。 再者，可提昇編碼器的輸出特徵（工作週期及相位差 )之精確度。更特別而言，具有大振幅的交流成分之光電 流可藉由降低直流成分而取得。因此，與編碼器功能（工 作週期及相位差）有關的輸出特徵可更精確地得到。 此外，編碼器可輕易地降低尺寸。更特別而言，降低 尺寸的光學編碼器之發光單元與光接收單元之間的間距很 -18- (16) 1303709 小，這會減少光接收單元上所入射的光之平行性。由於此 原因，比例尺的亮/暗圖案不會準確地實現於光接收單元 上，由於光的繞射’所以這易於使直流成分增加。反之’ 根據此實施例，因爲直流成分可明確且輕易地降低’所以 可降低光學編碼器的尺寸’以確保高解析度。 此外，編碼器„的-解逝^係藉由設於光遮蔽層22中的 f 開口 22A之間距而決定。有助益的是，不需精細地分割 φ 擴散與磊晶區。亦即’光遮蔽層22可由與金屬接線20相 同的金屬層形成。開口 22A可依據與金屬接線的精細設 計規則類似的精細設計規則（最小尺寸）而形成。因此’ 編碼器的解析度也可提昇很多。 此外，從與金屬接線相同的金屬層中，可有助於形成 光遮蔽層22，並且因爲也可達成光二極體la至Id的遮 蔽效應，所以使其連接至接地電位。 此外，第二光二極體2a至2c係插入於第一光二極體 # la至Id之間。這樣可達成降低由於相鄰的第一光二極體 1 a至1 d之間的串擾所產生的雜訊效應。例如，由於第一 光二極體1 a與1 b之間的光電流漏電流所產生之串擾可藉 由提供介於第一光二極體la與lb之間的第二光二極體 2a而受到抑制，藉此可遵^光學訊號的雜訊準位。 圖17係顯示可用於此實施例之光學編碼器中的電路 之槪圖。 此圖係繪示可設於具有如圖1 0所顯示之截面結構的 半導體裝置中之電路。更特別而言，此電路可置於藉由形 -19- (17) 1303709 成η型磊晶層1 1 2於p型矽基底上所實施的光二極體之周 圍。 此電路包括電流-電壓轉換單元3 00a至3 00d及直流 消去單元200。 第一光二極體（1 a至1 d )係分別連接至電流-電壓轉 換單元300a至3 00d。圖17係顯示電流-電壓轉換單元 其中之一（3 0 0 d )的配置。更特別而言，在電流一電壓轉 φ 換單元300d中，轉換電晶體301及電阻3 03會將流經第 一光二極體Id的光電流轉換成輸出的電壓。雖然未顯示 ，但是其他的電流-電壓轉換單元300a至300c具有類似 的結構。 另一方面，第二光二極體2a至2d係連接至直流消去 單元200。在此，可平行連接超過一個的第二光二極體2a 至2d，或僅連接第二光二極體2a至2d其中之一。第二 光二極體的陽極係連接至接地（Gnd )。陰極係連接至電 # 流鏡電路之參考PNP電晶體201的基極及集極。PNP電 晶體（202至205 )係連接至鏡射參考PNP電晶體201的 電流。PNP電晶體（202至205 )的集極係經由接線20d 而連接至電流一電壓轉換單元300 d，這會導引至第一光 二極體Id至nd的陰極。 同樣地，雖然未顯示，但是PNP電晶體202、203、 以及204的集極係分別連接至電流-電壓轉換單元3 00a 、30 0b、以及 300c中之第一光二極體la、lb、以及lc 的陰極。 •20- (18) 1303709 根據此電路配置，電流一電壓轉換電路3 00 d的輸入 電流爲（Π -12 )。亦即，可消去（減去）與12對應的電 流。換句話說，電流12係依據流經第二光二極體2a (至 2d )的光電流而產生，其可用來補償自第一光二極體所得 到的訊號之直流成分。 若電流鏡比可任意設定，則消去直流電流成分所需的 電流12可設定爲直流消去的最佳量（電流値）。因此， • 自電流一電壓轉換單元3 00所得到的輸出訊號中之直流成 分的準位可降低至幾乎爲零。若電流-電壓轉換電路的輸 .出電壓有很寬的動態範圍，則不符合12 < 11的設定也是 可行的。 圖18係顯示可用於本發明的電路之另一特例的槪圖 。更特別而言，此圖係繪示此電路可置於藉由如圖1 1中 所顯示之形成P型擴散層於η型磊晶層的表面中所實施之 光二極體的周圍。 φ 此特例的電路也包括電流-電壓轉換單元3 00a至 300d及直流消去單元200。第二光二極體2a至2d的陰極 係連接至Vcc。陽極係連接至電流鏡電路之參考NPN電 晶體211的基極及集極。在此再一次而言，大致上可平行 連接超過一個的第二光二極體2a至2d，或僅連接第二光 二極體2a至2d其中之一。 NPN電晶體（212至215 )係連接至鏡射參考NPN電 晶體2 1 1的電流。NPN電晶體215的集極係連接至第一光 二極體Id的陽極。 -21 - (19) 1303709 根據此電路配置，電流-電壓轉換電路3 0 0 d的輸入 電流爲（I1-I2 )。亦即，可消去（減去）與12對應的電 流。 接著，將說明可用於此實施例的光學編碼器中之光接 收裝置的其他特例。 圖1 9係顯不可用於此實施例中之光接收裝置的第二 特例之平面透視圖。 φ 圖2 0係繪示移除光遮蔽層之此特例的光接收裝置之 平面圖。 有關這些圖式而言，與參考圖1至18所述的元件類 似之元件會以相同標號標示，並且不會詳細說明。 在再次的此特例中，大致上爲狹長狀配置之以X方向 (圖19中的水平方向）延伸之第一光二極體la至Id及 第二光二極體2a至2d大致上會交替地平行並列。然而， 在此特例中，第一光二極體la至Id係藉由設於其中間中 • 的絕緣區3 0而水平地分成兩個部分。絕緣區3 0可實現爲 嵌入絕緣體或高電阻層，或實現爲由蝕刻表面半導體層所 形成的渠溝。 在此特例中，絕緣區3 0的左側上之開口 2 2 A的相位 係與右側上之開口 22A的相位不同。例如，對於第一光 二極體1 a而言，與「相位A」對應的開口 22A係設於絕 緣區3 0的左側上，而與「相位C」對應的開口 22 A係設 於右側上。如以上參考圖1 2所述之以通過比例尺3 3的亮 /暗圖案之照射會造成「相位A」的光電流同時產生於第 -22- (20) 1303709 一光二極體la之左開口 22A的部分，以及第一光二極體 lc之右開口 22A的部分中。亦即，光學訊號會同時產生 於圖19之垂直（沿著y方向）不同的光二極體中。特別 而言，光二極體1 a的左側部分及光二極體1 c的右側部分 係用來偵測「相位A」，光二極體1 b的左側部分及光二 極體1 d的右側部分係用來偵測「相位B」，光二極體1 c 的左側部分及光二極體1 a的右側部分係用來偵測「相位 φ C」，而光二極體Id的左側部分及光二極體lb的右側部 分係用來偵測「相位D」。 .以此方式，甚至當沿著y方向的光學照度有任何不均 勻時，也可得到更均勻的光電流訊號。更特別而言，如圖 1中所繪示，依據光二極體1 a的「相位A」、光二極體 1 b的「相位B」、諸如此類的相位指配，當沿著y方向的 光學照度不均勻時，相位之間的光電流輸出會不同。 反之，根據此特例，會將沿著y方向的任何不均勻予 # 以平均之光電流輸出係藉由與沿著y方向所分佈之「相位 A」、「相位B」、諸如此類對應的光接收單元而得到。 再者，根據此實施例，如以上參考圖1至1 8所述， 第二光二極體2a至2d的輸出可用來消去直流成分。因此 ’可產生具有高靈敏度、高動態範圍、以及高解析度之降 低尺寸的光學編碼器。 應該要注意的是，雖然圖19及20係顯示絕緣區30 設於第一光二極體的中心區中之特例，但是本發明不受限 於此。更特別而言，可供以X方向延伸之每個第一光二極 -23· (21) 1303709 體la至Id所用之複數個絕緣區30係用以將每個光二極 體分成三個或更多個部分。 圖2 1係顯示可用於此實施例中之光接收裝置的第三 特例之平面透視圖。 圖22係繪示移除光遮蔽層之此特例的光接收裝置之 平面圖。 再次有關這些圖式而言，與參考圖1至20所述的元 • 件類似之元件會以相同標號標示，並且不會詳細說明。 在此特例中，八個光二極體1 a至1 h係用來當作以X 方向延伸之狹長狀配置的第一光二極體。第二光二極體 2a至2g係設於這些第一光二極體之間。如以上參考第二 特例所述，第一光二極體1 a至1 h係藉由設於其中間中的 絕緣區3 0而水平地分成兩個部分。如第二特例，絕緣區 30的左側上之開口 22A的相位係與右側上之開口 22A的 相位不同。 # 例如，「相位A」係藉由光二極體1 a的左側、光二 極體1 c的右側、光二極體1 e的左側、以及光二極體1g 的右側而偵測出來。以此方式，同時偵測光的部分係沿著 y方向以及X方向而分佈。因此，光的二維不均勻會予以 平均，使得可得到更均勻的光電流訊號。 再者，根據此特例，如以上參考圖1至1 8所述，第 二光二極體2a至2g的輸出可用來消去直流成分。因此， 可產生具有高靈敏度、高動態範圍、以及高解析度之降低 尺寸的光學編碼器。 -24- (22) 1303709 圖2 3係顯示可用於此實施例中之光接收裝置的第四 特例之平面透視圖。再次有關此圖而言，與參考圖丨至 2 2所述的元件類似之元件會以相同標號標示，並且不會 詳細說明。 此特例可確保電極的很大面積會與第一光二極體la 至1 d接觸。更特別而言，所形成之以X方向延伸的接點 10係用於每個第一光二極體la至Id。連接至這些接點 φ 1 〇的金屬接線2〇會以光二極體1 a至1 d的左側及右側方 向而交替地拉長。例如，用於光二極體1 a的金屬接線20 會拉長到左側，而用於光二極體1 b的金屬接線2 0會拉長 到右側。 接點1 〇係以沿著光二極體1 a至1 d的縱向方向之狹 長狀配置而形成。因此，光電流可沿著光二極體1 a至1d 的縱向方向而均勻地取得。因此，在沿著光二極體的縱向 方向延伸之接點1 〇中，可取得光二極體中所產生的光電 • 流。亦即，當抑制由於光二極體本身的電阻成分所產生的 任何漏失時，同時產生於狹長狀光二極體的中心區域中及 兩端處之光電流可褎而取得。 此外，在此特例中，沿著光二極體1 a至1 d的縱向方 向所形成之遽—盤甩來.賞迮..光_Μ、難。因此，較佳而 言，接點1 〇及開口 22Α會形成，使得除了接點1 0所遮 蔽的部分之外之開口 22A的面積爲固定。這樣可使每個 開口 22A中的光接收面積相等，這會導致均勻的光學輸 出。迨樣也是稍後詳細所述之圖26、27、以及28所顯示 -25- (23) l3〇37〇9 的結構中之情況。 圖24及25係顯示此特例之光二極體的截面結構 圖。亦即，這些圖式係沿著圖23的線A - A之截面。 在圖24所顯示的結構中，n型磊晶層1 14B係經 型塊層114Α而形成於ρ型基底113上，以形成ρ — 面光二極體。其周圍係藉由ρ型區111而分離。 在圖25再次所顯示的結構中，η型磊晶層1 14Β 9 由η +型塊層114Α而形成於ρ型基底113上。ρ型擴 1 1 5係形成於以平面配置之η型磊晶層1 1 4 Β的表面 其周圍係藉由ρ型區111而分離。 在此特例中，會形成沿著第一光二極體1 a至1 d 向方向延伸之接點1 〇。因此，光電流可沿著每個光 體的縱向方向而均勻地取得。再次根據此特例，如以 考圖1至18所述，第二光二極體2a至2c的輸出可 消去直流成分。因此，可產生具有高靈敏度、高動態 • 、以及高解析度之降低尺寸的光學編碼器。 圖26係顯示可用於此實施例中之光接收裝置的 特例之平面透視圖。再次有關此圖而言，與參考圖 25所述的元件類似之元件會以相同標號標示，並且 詳細說明。 在此特例中，每個第一光二極體la至Id係藉由 區3 0而水平地分成兩部分。如第四特例，沿著X方 伸的接點1 〇係形成於每個分離部分上。 每個第一光二極體1 a至1 d係藉由絕緣區3 0而 之槪 由n + η接 係經 散區 中0 的縱 二極 上參 用來 範圍 第五 1至 不會 絕緣 向延 分離 -26- (24) 1303709 ，並且光接收單元的相位係在其左側與右側之間移位。因 此，如以上參考第二及第三特例所述，y方向及X方向之 光的不均勻可予以平均。再次根據此特例，如以上參考圖 1至18所述，第二光二極體2a至2c的輸出可用來消去 直流成分。因此，可產生具有高靈敏度、高動態範圍、以 及高解析度之降低尺寸的光學編碼器。 此外，在此特例中，沿著光二極體1 a至1 d的縱向方 φ 向所形成之接點1 〇係用來當作光遮蔽層。因此，較佳而 言，接點1 〇及開口 22A會形成，使得除了接點1 〇所遮 蔽的部分之外之開口 22 A的面積爲固定。這樣可使每個 開口 22A中的光接收面積相等，這會導致均勻的光學輸 出。 在上述的第二及第三特例以及此特例中，以狹長狀配 置延伸的第一光二極體係藉由設於其中間中的絕緣區3 0 而水平地分成兩個部分。在此，較佳而言，絕緣區3 0係 φ 用來調整開口 22A之間的間距。 更特別而言，當如圖27中所繪示，未提供絕緣區3 0 時，開口 22A可根據比例尺33的透光圖案34與光遮蔽 圖案3 5之間的間距而形成。在圖2 7的特例中，關於每個 光二極體la至Id而言，開口 22A的間距會與比例尺33 的亮/暗圖案之間距匹配。亦即，比例尺3 3的透光圖案 部分34之寬度W1與光遮蔽圖案部分35的寬度W2均爲 開口 22A的兩倍寬度。 反之，當提供絕緣區30時，開口 22A的寬度可較佳 -27- (25) 1303709 地取決於此寬度而變窄。 圖28係繪示提供絕緣區30的情況中之開口 22A的 寬度之槪圖。 絕緣區3 0爲無法偵測光的死區。進入如圖27中所顯 示之圖案的此種死區之單純干涉會造成開口 22A的間距 之某些偏移。再者，未改變圖案之絕緣區3 0的干涉僅會 使周圍的開口 22A變窄，這會造成光電流訊號局部降低 φ 的問題。 反之，在圖28所顯示的結構中，X方向之絕緣區30 的寬度係由Wpd表示，與未提供絕緣區30 (圖27 )的情 況相較，每個開口 22A係以因Wpd而變窄的寬度形成。 亦即，雖然每個開口 22A的寬度變窄，但是沿著X方向 之此列開口 22 A的間距並未改變。絕緣區3 0係設於相鄰 開口 22A之間所形成的間隙中。以此方式，相同準位的 光電流訊號可從第一光二極體1 a至1 d的任何部分中得到 •。 再者，在此情況中，X方向的相鄰開口 22A不連續， 而會由Wpd所隔開。例如，沿著X方向之設於第一光二 極體la的左側部分上之開口 22A1與設於第一光二極體 lb的左側上之開口 22A2會由Wpd所隔開。以此方式’ 設於相鄰開口之間的間距可消除由於傳播透射比例尺33 的光之反射、折射、以及繞射所造成的光之不均勻的影響 ，並且有利於僅取得有關每個相位之具有90度相位差的 訊號。亦即，可降低由於光的散射所產生的雜訊。 -28- (26) 1303709 本發明的實施例已參考特例進行說明。然而，本發明 不受限於這些特例。 例如，圖1及1 9係顯示用於光學訊號偵測的第一光 二極體及用於直流成分消去的第二光二極體進行另一種配 置之特例。然而，本發明不受限於此。亦即，用於直流偵 測的第二光二極體不必然需設於所有相鄰對的第一光二極 體之間。 φ 圖29係顯示可用於本發明中之光接收裝置的另一特 例之槪要透視圖。更特別而言，在此特例中，會放置以X 方向延伸之四個第一光二極體la至Id，並且在其中間中 ，會放置單一第二光二極體2a。相當小的直流成分可藉 由僅從單一第二光二極體2a所得到的光電流而消去。光 學訊號的準位可藉由降低第二光二極體的佔據面積及增加 第一光二極體la至Id之佔據面積的數量而增加。這樣有 助於降低雜訊及提昇靈感度。 # 圖30係顯示可用於本發明中之光接收裝置的又另一 特例之槪要透視圖。更特別而言，在此特例中，會相鄰地 放置第一光二極體la至Id，並且在其之上與下，會放置 第二光二極體2a及2b。這樣也可移除直流成分。光學訊 號的準位可藉由增加第一光二極體la至Id的佔據面積而 增加。這樣有助於降低雜訊及提昇靈感度。 除了圖29及30之外，可考慮有關第二光二極體的數 目及配置之各種特例，只要其包含本發明的特性，則也包 含於本發明的範圍內。 -29- (27) 1303709 只要包含本發明的特性，則有關上述發光單元、光接 收單元、半導體基底、半導體層、電極、以及電路元件之 各種元件的材料、傳導類型、載體濃度、雜質、厚度、位 置關係、以及圖案配置之熟習此項技術者的任何適當修飾 也包含於本發明的範圍內。 只要包含本發明的特性，則熟習此項技術者適當地從 已知配置中所選擇的上述光學編碼器之任何其他配置也包 • 含於本發明的範圍內。 雖然本發明已就實施例的觀點揭露出來，以有助於更 佳了解本發明，但是應該了解到的是，在不脫離本發明的 原理之下’可以不同方式實施本發明。因此，本發明應該 了解爲在不脫離如後附申請專利範圍中所提及之本發明的 原理之下，可實施的所有可行實施例及所顯示的實施例之 修飾。 # 【圖式簡單說明】 本發明將從在此底下所給予的詳細說明及本發明的實 施例之附圖中更完整地了解。然而，圖式並不意謂將本發 明限制於特定實施例，而是僅供解釋及了解之用。 圖1係繪示根據本發明的第一實施例之光學編碼器的 光接收裝置之配置的平面透視圖； 圖2係繪示移除光遮蔽層之本發明的特例之光接收裝 置的平面圖； 圖3係繪示光學編碼器的相關元件之截面結構的槪圖 -30- (28) 1303709 圖4係繪示部分的比例尺之槪要平面圖； 圖5係繪示本發明的實施例之光接收裝置的開口 22A 與比例尺33的間距之間的關係之槪圖； 圖6係繪示根據本發明的第一實施例之另一特例的光 學編碼器之光接收裝置的配置之平面透視圖； 圖7係繪示移除光遮蔽層之本發明的特例之光接收裝 Φ 置的平面圖； 圖8係繪示根據本發明的第二實施例之光學編碼器的 光接收裝置之配置的平面透視圖； 圖9係繪示移除光遮蔽層之本發明的特例之光接收裝 置的平面圖； 圖1 〇係顯示本發明的實施例之光二極體的截面結構 之一例的槪圖； 圖11係顯示本發明的實施例之光二極體的截面結構 ® 之另一例的槪圖； 圖1 2係繪示本發明的實施例之光接收裝置的開口 22A與比例尺33的間距之間的關係之槪圖； 圖1 3係繪示在達成本發明的過程中，發明人所硏究 的比較例子之光學編碼器中的光接收裝置之平面圖案的槪 圖； 圖1 4係顯示比較例子中之比例尺3 3與光接收裝置之 間的位置關係之槪圖； 圖1 5係繪示使用比較例子的光接收裝置時所得到的 -31 - (29) 1303709 光學訊號波形之實圖； 圖1 6係繪示本發明所達成的直流成分消去效應之槪 圖； 圖1 7係顯示可用於本發明的實施例之光學編碼器中 的電路之槪圖； 圖1 8係顯示可用於本發明的電路之另一例的槪圖； 圖19係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 φ 的第二特例之平面透視圖； 圖20係繪示移除光遮蔽層之本發明的特例之光接收 裝置的平面圖； 圖2 1係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 的第三特例之平面透視圖； 圖22係繪示移除光遮蔽層之本發明的特例之光接收 裝置的平面圖； 圖23係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 ⑩ 的第四特例之平面透視圖； 圖24及25係顯示本發明的特例之光二極體的截面結 構之槪圖； 圖26係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 的第五特例之平面透視圖； 圖27係顯示未提供絕緣區3 〇的情況之槪圖； 圖28係繪示提供絕緣區30的情況中之開口 22A的 寬度之槪圖； Η 29係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 -32- (30) 1303709 的另一特例之槪要透視圖；以及 圖3 0係顯示可用於本發明的實施例中之光接收裝置 的又另一特例之槪要透視圖 【主要元件符號說明】 la :第一光二極體 lb :第一光二極體 參 lc:第一光二極體
Id :第一光二極體 1 e :第一光二極體 If :第一光二極體 lg :第一光二極體 1 h :第一光二極體 2a :第二光二極體 2b :第二光二極體 # 2c:第二光二極體 2d :第二光二極體 2e :第二光二極體 2f :第二光二極體 2g :第二光二極體 1 〇 :接點 20 :金屬接線 22 :光遮蔽層 22A :開口 -33- (31) (31)1303709 22A1 :開口 22A2 :開口 3 0 :絕緣區 31 :發光單元 32 :光接收單元 3 3 :比例尺 3 4 :透光圖案部分 3 5 :光遮蔽圖案部分 3 6 :直線光 3 7 :額外光 4 0 :導線架 5 0 :導線架 70 :發光二極體 80 :光接收裝置 1 1 1 : P型分離區 1 1 2 : η型磊晶層 1 1 3 : ρ型矽基底 1 14 : η +型埋層 1 14Α : η+型塊層 1 1 4 Β : η型磊晶層 1 1 5 : ρ型擴散區 200 :直流消去單元 201 :參考ΡΝΡ電晶體 202 : ΡΝΡ電晶體 (32) (32)1303709 203 : PNP電晶體 204 : PNP電晶體 205 : PNP電晶體 21 1 :參考NPN電晶體 212 : NPN電晶體 213 : NPN電晶體 214 : NPN電晶體 215 : NPN電晶體 3 00a ：電流—電壓轉換單元 3 00b ：電流一電壓轉換單元 3 00c :電流一電壓轉換單元 3 00d :電流—電壓轉換單元 3 0 1 :轉換電晶體 3 0 3 :電阻
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