JPH06174494A

JPH06174494A - エンコーダ

Info

Publication number: JPH06174494A
Application number: JP32953092A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Shibuya; 佳樹渋谷
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】エンコーダを小型化すると共に、Ｓ／Ｎ比を
大きくしてダイナミックレンジを大きくする。【構成】発光素子１００から発生した光は、回転スリ
ット板３００のスリット３０１を通り、受光素子２００
の受光面２０３ａに照射される。受光面２０３ａ上に
は、配線パターン２０５によってスリット３０１の大き
さに対応した寸法の複数のスリット２０５ａが形成され
ている。そのため、スリット３０１を通過した光はスリ
ット２０５ａを通して受光され、電気信号に変換され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子と受光素子と
の間に回転スリット板を設けたエンコーダに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来のエンコーダの一構成例を
示す図である。このエンコーダは、光を発生する発光素
子１０と、光を受光して電気信号に変換する受光素子２
０とを備え、それらの間に回転スリット板３０が設けら
れている。回転スリット板３０は、回転軸を中心にして
回転するもので、発光素子１０からの光を通過させる複
数のスリット３１を有している。発光素子１０と回転ス
リット板３０との間には、スリット３１と同一サイズの
スリット４１が形成された固定スリット板４０が設けら
れている。さらに、回転スリット板３０と受光素子２０
との間にも、スリット３１と同一サイズのスリット５１
が形成された固定スリット板５０が設けられている。

【０００３】図３は、図２の受光素子２０の概略の平面
図である。受光素子２０は、半導体基板（例えば、シリ
コン基板）の表面に受光面２１がパターン形成され、さ
らに該半導体基板表面の隅に受光出力取出し用の電極
（ボンデングパッド）２２が形成されている。図４は、
図３に示す受光素子２０の出力回路図である。図３の受
光素子２０は、その電極２２を電流／電圧変換用の増幅
器５５に接続することにより、出力電圧Ｖ_o１が取り出
せる。図５（ａ），（ｂ）は、スリット通過後の光束Ｈ
１の幅と受光面２１との幅がほぼ等しいときの図２の動
作説明図であり、同図（ａ）は光束Ｈ１が受光面２１を
照射していないときの図、同図（ｂ）は同図（ａ）の光
束Ｈ１の位相が１８０°ずれたときの図である。図６
（ａ），（ｂ）は、スリット通過後の光束Ｈ２の幅が受
光面２１よりも細いときの図２の動作説明図である。図
７は、図５（ａ），（ｂ）の出力電圧Ｖ_oと図６
（ａ），（ｂ）の出力電圧Ｖ_o１の波形図である。これ
らの図を参照しつつ、図２の動作を説明する。

【０００４】図５（ａ），（ｂ）に示すように、スリッ
ト通過後の光束Ｈ１の幅が受光面２１の幅とほぼ等しい
ときの動作を説明する。図２の発光素子１０、受光素子
２０、および固定スリット板４０，５０は固定されてお
り、回転スリット板３０のみが図示しない回転軸を中心
に回転する。発光素子１０から放射された光は、固定ス
リット板４０のスリット４１を通り、さらに回転スリッ
ト板３０のスリット３１を通った後、固定スリット板５
０のスリット５１を通り、図５（ａ）に示すように受光
素子２０の受光面２１へ入射する。このようにスリット
４１，３１，５１の通過後の光束Ｈ１が受光素子２０の
受光面２１に入射すると、該受光面２１で電気信号に変
換され、例えば図４の増幅器５５で増幅されて出力電圧
Ｖ_o１の形で出力される。

【０００５】図５（ｂ）に示すように、回転スリット板
３０の回転により、スリット通過後の光束Ｈ１の位相が
１８０°ずれると、該光束Ｈ１が受光素子２０の受光面
２１に入射されないので、受光電流が発生しない。その
ため、増幅器５５の出力電圧Ｖ_o１は、図７の実線で示
される曲線となる。図２の発光素子１０は、一般に赤外
光を発する素子を使用し、その素子を封入する際にレン
ズ１１が設けられる。このレンズ１１は、ガラスを溶融
し、表面張力によって自然球面が形成されるので、その
自然球面を該レンズ１１として利用している。発光素子
１０に設けられたレンズ１１は、そのレンズ曲面が自然
球面なので、該発光素子１０内の光源から発生した光が
平行光線にならず、拡がって放射される。そこで、レン
ズ１１の中心軸に近い光のみを取り出すため、上部の固
定スリット板４０を通して平行に近い光線のみを取り出
し、さらに回転スリット板３０を通過した光を下部の固
定スリット板５０を通して受光素子２０の受光面２１に
入射し、分解能を向上させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のエンコーダでは、次のような課題があった。（ａ）図２の発光素子１０に設けられたレンズ１１
は、そのレンズ曲面が自然球面なので、該発光素子１０
から放射される光線が平行光線にならない。そこで、レ
ンズ１１の中心軸に近い、いわゆる近軸光のみを取り出
すため、信号を伝えるための回転スリット板３０以外
に、固定スリット板４０，５０を設けている。ところ
が、多くのスリット４１，３１，５１を通過させて平行
光線のみを取り出すようにしているので、受光面２１に
届く光の強度が弱く、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が小さ
くなるため、ダイナミックレンジが小さくなるという問
題がある。しかも、固定スリット板４０，５０を設けて
いるので、エンコーダの小型化が図りにくいという問題
もある。

【０００７】（ｂ）図６（ａ），（ｂ）に示すよう
に、高分解能化により、スリット幅が細くなってスリッ
ト通過後の光束Ｈ２も細くなると、該光束Ｈ２の位相が
１８０°ずれても、受光素子２０の受光面２１に入射さ
れる光量の変化が小さい。そのため、図４のような増幅
器５５で電流／電圧変換した後の出力電圧Ｖ_o２は、該
光束Ｈ２が入射されないときの出力電圧Ｖ_o１のレベル
であるＶ_refまで下らず、Ｓ／Ｎ比が小さくなってダイ
ナミックレンジが大きく取れないという問題がある。

【０００８】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、エンコーダが大型化する点、およびＳ／Ｎ比が
小さくなってダイナミックレンジが大きく取れないとい
う点について解決したエンコーダを提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、光を発生する発光素子と、前記発光
素子からの光を通過させる複数のスリットが円板に形成
された回転スリット板と、前記スリットからの通過光を
半導体基板表面に形成された受光面で受光して電気信号
に変換する受光素子とを備えたエンコーダにおいて、前
記受光素子の受光面上に、前記スリットの大きさに応じ
た寸法の複数のスリットを遮光膜にて形成している。第
２の発明は、光を発生する発光素子と、前記発光素子か
らの光を通過させる複数のスリットが円板に形成された
回転スリット板と、前記スリットからの通過光を受光し
て電気信号に変換する受光素子とを備えたエンコーダに
おいて、前記受光素子を次のように構成している。即
ち、本発明の受光素子では、半導体基板の表面に隣接し
て形成された第１および第２の受光面と、前記各受光面
上に遮光膜にてそれぞれ形成され、前記スリットの大き
さに応じた寸法の複数のスリットとを有している。そし
て、前記第１と第２の受光面上のスリットを、位相が互
いに１８０°ずれるように配置形成している。第３の発
明では、第２の発明の受光素子を、次のように構成して
いる。即ち、本発明の受光素子では、表面にそれぞれ受
光面が形成された第１および第２の半導体基板と、前記
各受光面上に遮光膜にてそれぞれ形成され、前記スリッ
トの大きさに応じた寸法の複数のスリットとを有してい
る。そして、前記第１と第２の受光面上のスリットの位
相が１８０°ずれるように前記第１と第２の半導体基板
を隣接して配置している。第４の発明では、第１，第２
または第３の発明において、前記遮光膜を、前記半導体
基板とコンタクトがとられた配線パターンで形成し、該
配線パターンを電位安定化用電極に接続している。第５
の発明では、第１、第２または第３の発明において、前
記遮光パターンを、樹脂膜パターンで形成している。第
６の発明では、第１、第２、第３、第４または第５の発
明において、前記発光素子を、非球面レンズによって平
行光線または該平行光線に近い光線を発生する構成にし
ている。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、以上のようにエンコーダ
を構成したので、発光素子から発生した光は、回転スリ
ット板のスリットを通過し、受光面上に遮光膜にて形成
されたスリットを通り、該受光面に受光され、電気信号
に変換される。第２および第３の発明によれば、発光素
子から発生した光は、回転スリット板のスリットを通過
し、第１と第２の受光面上に遮光膜にてそれぞれ形成さ
れた１８０°位相のずれたスリットを通り、該第１と第
２の受光面に入射される。この第１と第２の受光面によ
る受光電流を利用することにより、ダイナミックレンジ
の増大化が図れる。第４の発明によれば、配線パターン
と半導体基板とのコンタクトは、該配線パターンで形成
されたスリットの熱によるたわみ等を防止する働きがあ
る。また、この配線パターンは電位安定化用電極と接続
されているので、該電極と同電位になり、該配線パター
ンの電位の不安定さによる感度の悪影響の防止が図れ
る。第５の発明によれば、樹脂膜パターンで形成された
受光面上のスリットは、配線パターンで形成されたスリ
ットと同様の働きをすると共に、該配線パターンによる
スリットのたわみや電位の不安定さを除去する働きがあ
る。第６の発明によれば、発光素子内の光源からの光は
非球面レンズによって平行光線またはそれに近い光線と
なり、回転スリット板のスリットを通して受光面へ効率
よく照射される。従って、前記課題を解決できるのであ
る。

【００１１】

【実施例】第１の実施例図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施例を示すエ
ンコーダの概略の構成図であり、同図（ａ）は全体構成
図、同図（ｂ）は受光素子の断面図、および同図（ｃ）
は受光素子の断面図である。このエンコーダは、赤外光
等の光を発生する発光素子１００と、前記光を受光面２
０３ａで受光して電気信号（受光電流）に変換する受光
素子２００とを備え、それらの間に回転スリット板３０
０が設けられている。回転スリット板３００は、回転軸
によって回転する円板を有し、該円板には一定の半径の
円周上に沿って複数のスリット３０１が形成されてい
る。

【００１２】受光素子２００は、半導体基板、（例え
ば、Ｎ型シリコン基板）２０１を有し、該Ｎ型シリコン
基板２０１上にはエピタキシャル成長によってＮ型領域
２０２が形成されている。Ｎ型領域２０２の所定箇所に
はＰ型拡散層２０３が形成され、このＰ型拡散層２０３
とＮ型領域２０２とのＰＮ接合により、受光面２０３ａ
への入射光を電気信号に変換する機能を有している。Ｎ
型シリコン基板２０１の表面には、ＡｌまたはＡｕ系等
の電極形成材によって受光出力取出し用の電極２０４が
形成されている。さらに、受光面２０３ａ上には、複数
のスリット２０５ａを有する配線パターン２０５が形成
されている。

【００１３】配線パターン２０５は、ＡｌまたはＡｕ系
等の電極形成材を用いて電極２０４の形成時に同時に形
成される。複数のスリット２０５ａは、回転スリット板
３００のスリット３０１に対応して扇形に配列され、そ
の各スリット２０５ａの幅が、該回転スリット板３００
のスリット３０１を通過した光束の幅に合わせてある。
配線パターン２０５は、電極２０４の形成時に同時に形
成する場合、通常の受光素子を製造するプロセスにてス
リット２０５ａの形成が行える。このスリット２０５ａ
は、例えば、電極パターンを形成するためのウェハプロ
セス用マスク作製時にＣＡＤ（Computer aided design
、計算機を援用して行う設計）で作製する。回転スリ
ット板３００に形成されるスリット３０１の精度が例え
ば±５μmに対し、ウェハプロセスの精度が±１μm 以
下であるので、高密度な細いスリット２０５ａの形成が
可能である。

【００１４】配線パターン２０５のスリット２０５ａ
は、細長いので、ウェハプロセス上で、熱によって形状
のたわみ等がでやすい。これを防ぐため、配線パターン
２０５のスリット間に、複数のコンタクト２０６を形成
し、該配線パターン２０５とＮ型シリコン基板２０１側
とを接合している。また、配線パターン２０５を受光面
２０３ａ上に形成するため、該配線パターン２０５によ
る電位の不安定さが受光感度に悪影響を及ぼさないよう
にするために、該配線パターン２０５を受光出力取出し
用電極２０４と接続し、同電位にすることが望ましい。
配線パターン２０５にコンタクト２０６を設けると、受
光電流を効率よく電極２０４に吸い上げることもでき
る。

【００１５】図８（ａ），（ｂ）は図１のエンコーダの
動作説明図、および図９は図８の出力電圧Ｖ_oの波形図
である。これらの図を参照しつつ、図１の動作を説明す
る。発光素子１００および受光素子２００は固定されて
おり、回転スリット板３００のみが図示しない回転軸を
中心に回転する。発光素子１００から出た光は、回転ス
リット板３００のスリット３０１を通り、受光素子２０
０の配線パターン２０５に照射される。図８（ａ）に示
すように、スリット通過後の光束Ｈ１０が配線パターン
２０５のスリット２０５ａに入射されると、該光束Ｈ１
０が電気信号に変換されて受光電流が発生する。次に、
回転スリット板３００が回転し、スリット通過後の光束
Ｈ１０の位相が１８０°ずれると、図８（ｂ）に示すよ
うに、該光束Ｈ１０が配線パターン２０５のスリット２
０５ａ間に照射されるため、受光素子２００には受光電
流が流れない。従って、受光素子２００の出力を例えば
図４の増幅器５５で増幅すれば、図９に示すような出力
電圧Ｖ_oが得られる。

【００１６】本実施例では、次のような利点を有してい
る。（ａ）従来の固定スリット板を省略できるので、エン
コーダの小型化が図れる。（ｂ）発光素子１００から出た光は、従来のように複
数のスリットを通過せずに、回転スリット板３００のス
リット３０１のみを通過するので、受光素子２００のＰ
型拡散層２０３に達する光の強度が強くなり、Ｓ／Ｎ比
が大きくなってダイナミックレンジを大きく取れる。（ｃ）高密度な細いスリット３０１を有する回転スリ
ット板３００を使用した場合でも、そのスリット３０１
を通過した光束Ｈ１０が受光素子２００の受光面２０３
ａに写るスリットの影の大きさに合わせて、該受光面２
０３ａ上に、配線パターン２０５による細いスリット２
０５ａが形成されている。そのため、光束Ｈ１０がスリ
ット２０５ａを通して受光素子２００内のＰ型拡散層２
０３に入射される光束量の変化が大きいので、図９のよ
うにＳ／Ｎ比が向上し、ダイナミックレンジを大きく取
れる。（ｄ）受光素子２００の配線パターン２０５は、Ｎ型
シリコン基板２０１側にコンタクト２０６で固定されて
いるため、スリット２０５ａの形状のたわみ等を的確に
防止できる。しかも、配線パターン２０５は、受光出力
取出し用の電極２０４と接続されているため、該配線パ
ターン２０５が電極２０４と同電位となり、該配線パタ
ーン２０５の電位が安定して受光感度に対する悪影響を
的確に防止できる。（ｅ）発光素子１００の発生する光に代えて、レーザ
光のような平行光線を用いると、回転スリット板３００
におけるスリット３０１の影が該スリット３０１のサイ
ズとほぼ同等になるため、Ｓ／Ｎ比がさらに向上する。

【００１７】第２の実施例第１の実施例では、発光素子１００から発生した光が回
転スリット板３００のスリット３０１を通過したとき、
その通過した光は平行光線ではなく、ある拡がりを持っ
て受光素子２００の受光面２０３ａへ入射される。その
ため、受光素子２００の受光面２０３ａ上に形成された
配線パターン２０５によって遮断される光束量も多くな
り、該受光素子２００による受光電流の変化量が少なく
なる。これを防止するため、受光素子２００から出力さ
れる受光電流を増幅する図４の増幅器５５のゲインを大
きくして、ダイナミックレンジを大きくすることも考え
られる。ところが、増幅器５５のゲインを大きくする
と、ノイズや暗電流の影響に対して弱くなるという問題
が生じる。そこで、第２の実施例では、これらの問題を
解決してダイナミックレンジを大きく取るために、受光
素子２００を図１０（ａ），（ｂ）のような構造にして
いる。

【００１８】図１０（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の
実施例を示す受光素子の構成図であり、同図（ａ）は平
面図、および同図（ｂ）は断面図であり、第１の実施例
を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付さ
れている。この受光素子２００は、図１の受光素子２０
０のほぼ２倍の大きさを有している。即ち、Ｎ型シリコ
ン基板２０１上には、エピタキシャル成長によってＮ型
領域２０２が形成されている。Ｎ型領域２０２の表面に
は、第１および第２のＰ型拡散層２０３−１，２０３−
２が形成され、これらの第１のＰ型拡散層２０３−１お
よびＮ型領域２０２で第１の受光面２０３ａ−１が構成
されると共に、第２のＰ型拡散装２０３−２およびＮ型
領域２０２で第２の受光面２０３ａ−２が構成されてい
る。第１と第２の受光面２０３ａ−１，２０３ａ−２は
隣接して配置され、該第１と第２の受光面２０３ａ−
１，２０３−２上に、第１と第２の配線パターン２０５
−１，２０５−２がそれぞれ形成されている。第１，第
２の配線パターン２０５−１，２０５−２には、図１の
回転スリット３００に形成された複数のスリット３０１
に対応して複数のスリット２０５ａが扇形に形成されて
いる。各スリット２０５ａの幅Ｌは、回転スリット板３
００のスリット３０１を通過した光が受光面２０３ａ−
１，２０３ａ−２に写るスリットの影の幅に等しい。各
スリット２０５ａ間のピッチは、各受光面２０３ａ−
１，２０３ａ−２上ではスリット幅Ｌの２倍（２Ｌ）に
設定されている。また、第１と第２の受光面２０３ａ−
１，２０３ａ−２上の隣接箇所の内側のスリット間距離
は、スリット幅Ｌの３倍（３Ｌ）に設定されている。

【００１９】第１および第２の配線パターン２０５−
１，２０５−２は、第１の実施例と同様に、Ｎ型シリコ
ン基板２０１の表面に形成された受光出力取出し用電極
２０４−１，２０４−２にそれぞれ接続されている。さ
らに、受光電流を効率よく配線パターン２０５−１，２
０５−２に吸い上げるためや、あるいはスリット２０５
ａが細長いので、それが歪まないようにする等のため
に、該配線パターン２０５−１，２０５−２がコンタク
ト２０６−１，２０６−２によってＮ型シリコン基板２
０１側に接合されている。図１１は、図１０の出力回路
図である。この出力回路では、図１０の第１の受光面２
０３ａ−１の電極２０４−１が電流／電圧変換用の増幅
器５５−１に接続されると共に、第２の受光面２０３ａ
−２の電極２０４−２が電流／電圧変換用の増幅器５５
−２に接続されている。増幅器５５−１，５５−２の出
力電圧Ｖ_IP１，Ｖ_IP２は、コンパレータ（電圧比較器）
５６で比較されて出力電圧Ｖ_oが出力されるようになっ
ている。図１２は図１０に示す受光素子２００の動作説
明図、および図１３は図１１に示す出力回路の電圧波形
図である。これらを参照しつつ、図１０の動作を説明す
る。

【００２０】図１の発光素子１００から発生した光は、
回転スリット板３００のスリット３０１を通過し、受光
素子２００の第１および第２の受光面２０３ａ−１，２
０３ａ−２に照射される。図１２に示すように、スリッ
ト通過後の光束Ｈ１０が第１の受光面２０３ａ−１のス
リット２０５ａを通して第１のＰ型拡散層２０３−１に
入射する場合、第２の受光面２０３ａ−２側では、該光
束Ｈ１０がスリット２０５ａ外の第２の配線パターン２
０５−２上に照射される。第１の受光面２０３ａ−１側
では、入射された光束Ｈ１０が電気信号に変換されて受
光電流が流れ、第２の受光面２０３ａ−２側では、該光
束Ｈ１０が入射されないので受光電流が流れない。第１
の受光面２０３ａ−１側に流れる受光電流は、図１１の
増幅器５５−１で増幅され、図１３に示すような電圧Ｖ
_IP1に変換されてコンパレータ５６へ送られる。このと
き、第２の受光面２０３ａ−２側では受光電流が流れな
いので、図１１の第２の増幅器５５−２の出力電圧Ｖ
_IP2が、図１３に示すような基準電圧Ｖ_ref1となる。こ
れらの出力電圧Ｖ_IP1とＶ_IP2は、図１１のコンパレー
タ５６で比較され、図１３に示すような出力電圧Ｖ_oが
出力される。

【００２１】次に、図１の回転スリット板３００が回転
し、そのスリット３０１を通過した光束Ｈ１０の位相が
１８０°ずれると、該光束Ｈ１０が図１２に示す第２の
受光面２０３ａ−２側のスリット２０５ａを通して受光
され、該第２の受光面２０３ａ−２側に受光電流が流れ
る。このとき、第１の受光面２０３ａ−１側では、光束
Ｈ１０が入射しないので受光電流が流れない。第２の受
光面２０３ａ−２側の受光電流は、図１１の増幅器５５
−２で増幅され、図１３に示すような電圧Ｖ_IP ₂が出力
される。第１の受光面２０３ａ−１側では受光電流が流
れないので、図１１の増幅器５５−１の出力電圧Ｖ_IP1
は図１３に示すような基準電圧Ｖ_ref1となる。これらの
増幅器５５−１，５５−２の出力電圧Ｖ_IP1とＶ_IP2が
コンパレータ５６で比較され、図１３に示すような出力
電圧Ｖ_oが出力される。本実施例では、第１，第２の受
光面２０３ａ−１，２０３ａ−２を設け、その上に形成
した第１と第２の配線パターン２０５−１，２０５−２
のスリット２０５ａの位相を互いに１８０°ずらすよう
に配置したので、スリット通過後の光束Ｈ１０の位相が
１８０°ずれたときも、第１または第２の受光面２０３
ａ−１，２０３ａ−２のいずれか一方に受光電流が流
れ、それを活用できる。そのため、図１では、図４の増
幅器５５から出力される出力電圧Ｖ_o（＝Ｖ_IP1）のダ
イナミックレンジしかなかったが、本実施例では、図１
１のコンパレータ５６への入力が、Ｖ_IP1＋Ｖ_IP2＝２×Ｖ_o となり、見掛け上、ダイナミックレンジが２倍になる。
従って、図１１の増幅器５５−１，５５−２のゲインを
小さくでき、それによってノイズや暗電流の影響に対し
て受光精度が向上する。

【００２２】第３の実施例図１４は、本発明の第３の実施例を示す受光素子の平面
図である。図１０のような受光素子２００では、横方向
へのサイズに制限がある場合、図１４に示すように、２
つのＮ型シリコン基板２０１−１，２０１−２上に形成
した第１の受光面２０３ａ−１と第２の受光面２０３ａ
−２とを縦方向に隣接し、第１の受光面２０３ａ−１上
に形成された第１の配線パターン２０５−１のスリット
２０５ａと、第２の受光面２０３ａ−２上に形成された
第２の配線パターン２０５−２のスリット２０５ａと
を、位相が１８０°ずれるようにダイスボンドにおいて
配置する。このように配置すると、１つのＮ型シリコン
基板２０１上に形成した図１０の第１および第２の配線
パターン２０５−１，２０５−２に比べ、中心部の配線
パターン部分が距離３Ｌ分不要となるので、Ｎ型シリコ
ン基板２０１−１，２０１−２の第１，第２の受光面２
０３ａ−１，２０３ａ−２を充分に利用でき、しかも第
２の実施例と同様の効果が得られる。

【００２３】第４の実施例図１のスリット３０１を通過した発光素子１００の光
は、一般に、平行光線である場合が少なく、ある拡がり
を持って受光素子２００の受光面２０３ａへ照射される
ので、該受光面２０３ａ上に形成された配線パターン２
０５によって遮断される光束量も多くなり、受光電流の
変化量が小さくなる。これを防止するため、第２，第３
の実施例では、２つの受光面２０３ａ−１，２０３ａ−
２を設け、スリット通過後の光束Ｈ１０の位相が１８０
°ずれたときにもそれらの受光電流を活用することによ
り、ダイナミックレンジを大きく取るようにしている。
これに対し、第４，第５の実施例では、図１の発光素子
１００側に設けられるレンズを改良し、平行光線あるい
はそれに近い光線を得られるようにしている。

【００２４】図１５は、本発明の第４の実施例を示す受
光素子用の非球面レンズの構成図である。この非球面レ
ンズ１０１は、図１の発光素子１００内の光源１００ａ
側の内側が凹状の球面１０１ａ、外側が凸状の楕円面１
０１ｂになっている。非球面レンズ１０１のレンズ曲面
形状を適正化すると、光源１００ａから出た光は、非球
面レンズ１０１を通過後、平行光線にすることができ
る。この平行光線を図１の回転スリット板３００に照射
すれば、該回転スリット板３００のスリット３０１を通
過した平行光線は、１８０°の位相差を持ち、図１に示
す受光素子２００の受光面２０３ａ上に形成された配線
パターン２０５に確実に、効率よく照射される。そのた
め、Ｓ／Ｎ比が向上し、ダイナミックレンジをより大き
く取ることができる。

【００２５】第５の実施例図１６は、本発明の第５の実施例を示す受光素子用の非
球面レンズの構成図である。この非球面レンズ１０２
は、第４の実施例と同様に図１の発光素子１００に設け
られるもので、内側と外側の両面が凸状になっている。
この非球面レンズ１０２のレンズ曲面形状を適正化する
と、例えば、レンズ中心より±１mmの部分ではほぼ平行
光線と見なすことができ、平行光線に近い光線が得られ
る。従って、第４の実施例とほぼ同様の効果が得られ
る。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
さらに種々の実施例が考えられる。他の実施例として
は、例えば次のようなものがある。（ｉ）図１７は、本発明の他の実施例を示す受光素子
の平面図である。図１（ｂ）では、配線パターン２０５
を受光出力取出し用電極２０４に接続することにより、
該配線パターン２０５の電位を安定化させているが、こ
の配線パターン２０５を受光出力取出し用電極２０４に
接続せずに、これとは別の電位決定用電極２０７に接続
し、該電極２０７を接地する等しても、該配線パターン
２０５の電位を安定化させることができる。（ii）図１、図１０、および図１４では、受光素子２
００の受光面２０３ａ，２０３ａ−１，２０３ａ−２上
に形成するスリット２０５ａを、配線パターン２０５，
２０５−１，２０５−２で形成しているが、使用する光
を遮断する顔料等を混ぜたポリイミド等の遮光性の樹脂
を用い、樹脂膜パターンで該スリット２０５ａを形成す
るようにしてもよい。このような樹脂膜パターンを用い
た場合、スリット２０５ａの熱による歪み等が生じない
ので、Ｎ型シリコン基板２０１，２０１−１，２０１−
２側とのコンタクト２０６，２０６−１，２０６−２を
取る必要がない。樹脂膜の形成は、通常の半導体集積回
路のウェハプロセス時に形成可能なため、容易に実現で
きる。（iii) 図１８（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例を
示す受光素子の構成図であり、同図（ａ）は平面図、お
よび同図（ｂ）断面図である。図１、図１０、図１４に
示すような受光素子２００は、単独の構成であるが、こ
の受光素子２００を信号処理等を行う集積回路４００と
共に同一の半導体基板に形成してモノリシック構成の受
光集積回路にしてもよい。例えば、Ｎ型シリコン基板２
０１上に形成したＮ型領域２０２内に、信号処理等の集
積回路４００を形成すると同時に、該集積回路４００に
隣接して受光素子２００を形成してもよい。集積回路４
００と受光素子２００を同一のＮ型領域２０２に形成す
ると、該受光素子２００での受光出力に寄与しきれない
キャリア５００が、集積回路４００へ移動し、それがリ
ーク電流となって該集積回路４００が誤動作の原因とな
るおそれがある。しかし、受光素子２００の受光面２０
３ａ，２０３ａ−１，２０３ａ−２上にはスリット２０
５ａが形成されているので、受光出力に寄与しきれない
不要なキャリア５００の量を少なくすることができ、集
積回路４００の誤動作を防止できる。（iv）図１０の受光素子２００では、同一のＮ型シリ
コン基板２０１上に第１と第２の受光面２０３ａ−１，
２０３ａ−２を形成したが、これらを別々の半導体基板
に形成し、それらを隣接して配置するようにしてもよ
い。また、図１４の受光素子２００では、第１と第２の
受光面２０３ａ−１，２０３ａ−２をそれぞれ別々のＮ
型シリコン基板２０１，２０１−１，２０１−２上に形
成しているが、それらを同一の半導体基板上に形成して
もよい。（ｖ）図１（ｃ）や図１０（ｂ）の光学素子２００
を、他の材料や構造等で形成したり、図１５や図１６の
非球面レンズ１０１，１０２を他の形状にしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、受光素子の受光面上に、回転スリット板のス
リットの大きさに応じた寸法の複数のスリットを遮光膜
にて形成したので、従来のような固定スリット板が不要
になり、エンコーダの小型化が図れる。しかも、従来の
ように何枚ものスリットを光が通過しないので、受光面
上に達する光の強度が強くなり、Ｓ／Ｎ比が大きくなっ
てダイナミックレンジを大きく取れる。さらに高密度な
細いスリットを有する回転スリット板を使用した場合で
も、そのスリットの幅に応じた細いスリットを遮光膜に
て受光面上に簡単に形成できるので、回転スリット板を
通過した光の位相が１８０°ずれても、該受光面上のス
リットを通して入射される光束量の変化が大きくなり、
Ｓ／Ｎ比が向上してダイナミックレンジをより大きく取
れる。第２の発明によれば、同一の半導体基板上に第１
と第２の受光面を形成し、それらの各受光面上に遮光膜
にてスリットをそれぞれ形成したので、回転スリット板
を通過した光の位相が１８０°ずれたときでも、該第１
と第２の受光面での受光電流を有効に活用でき、ダイナ
ミックレンジを従来の例えば２倍にすることができる。
そのため、受光電流を増幅するための増幅器のゲインを
小さくし、ノイズや暗電流の影響に対して受光感度を向
上できる。第３の発明によれば、第１と第２の半導体基
板上にそれぞれ受光面を形成し、さらにその受光面上に
遮光膜にて複数のスリットをそれぞれ形成し、該第１と
２の半導体基板を隣接して配置したので、第２の発明と
ほぼ同様の効果が得られる上に、各半導体基板上の受光
面の領域を有効に使用でき、受光面積を拡大できる。

【００２８】第４の発明によれば、スリットを形成する
ための配線パターンと半導体基板とをコンタクトを取る
ようにしたので、熱等によるスリットのたわみ等を防止
できる。さらに、配線パターンを電位安定化用電極に接
続したので、該配線パターンの電位を安定化でき、それ
によって受光感度を向上できる。第５の発明によれば、
樹脂膜パターンでスリットを形成したので、該スリット
の熱によるたわみや、電位の不安定さ等を防止できる。
第６の発明によれば、非球面レンズを用いて発光素子か
ら平行光線またはそれに近い光線を発生するようにした
ので、回転スリット板のスリットを通過して受光面に照
射される光量が、該回転スリット板のスリットの面積と
ほぼ同等になるため、Ｓ／Ｎ比をより向上でき、それに
よってダイナミックレンジをより大きくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すエンコーダの概略
の構成図である。

【図２】従来のエンコーダの概略の構成図である。

【図３】図２の受光素子の概略の平面図である。

【図４】図３の出力回路図である。

【図５】図２の動作説明図である。

【図６】図２の動作説明図である。

【図７】図５および図６の出力電圧の波形図である。

【図８】図１の動作説明図である。

【図９】図８の出力電圧波形図である。

【図１０】本発明の第２の実施例を示す受光素子の構成
図である。

【図１１】図１０の出力回路図である。

【図１２】図１０の動作説明図である。

【図１３】図１１の電圧波形図である。

【図１４】本発明の第３の実施例を示す受光素子の平面
図である。

【図１５】本発明の第４の実施例を示す受光素子用非球
面レンズの構成図である。

【図１６】本発明の第５の実施例を示す受光素子用非球
面レンズの構成図である。

【図１７】本発明の他の実施例を示す受光素子の平面図
である。

【図１８】本発明の他の実施例を示す受光素子の構成図
である。

【符号の説明】

１００発光素子１０１，１０２非球面レン
ズ２００受光素子２０１Ｎ型シリコ
ン基板２０２Ｎ型領域２０３，２０３−１，２０３−２Ｐ型拡散層２０３ａ，２０３ａ−１，２０３ａ−２受光面２０４受光出力取
出し用電極２０５，２０５−１，２０５−２配線パター
ン２０５ａスリット２０６，２０６−１，２０６−２コンタクト２０７電位決定用
電極３００回転スリッ
ト板３０１スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を発生する発光素子と、前記発光素子
からの光を通過させる複数のスリットが円板に形成され
た回転スリット板と、前記スリットからの通過光を半導
体基板表面に形成された受光面で受光して電気信号に変
換する受光素子とを備えたエンコーダにおいて、前記受光素子の受光面上に、前記スリットの大きさに応
じた寸法の複数のスリットを遮光膜にて形成したことを
特徴とするエンコーダ。
【請求項２】光を発生する発光素子と、前記発光素子
からの光を通過させる複数のスリットが円板に形成され
た回転スリット板と、前記スリットからの通過光を受光
して電気信号に変換する受光素子とを備えたエンコーダ
において、前記受光素子は、半導体基板の表面に隣接して形成された第１および第２
の受光面と、前記各受光面上に遮光膜にてそれぞれ形成され、前記ス
リットの大きさに応じた寸法の複数のスリットとを有
し、前記第１と第２の受光面上のスリットを、位相が互いに
１８０°ずれるように配置形成したことを特徴とするエ
ンコーダ。
【請求項３】光を発生する発光素子と、前記発光素子
からの光を通過させる複数のスリットが円板に形成され
た回転スリット板と、前記スリットからの通過光を受光
して電気信号に変換する受光素子と、備えたエンコーダ
において、前記受光素子は、表面にそれぞれ受光面が形成された第１および第２の半
導体基板と、前記各受光面上に遮光膜にてそれぞれ形成され、前記ス
リットの大きさに応じた寸法の複数のスリットとを有
し、前記第１と第２の受光面上のスリットの位相が１８０°
ずれるように前記第１と第２の半導体基板を隣接して配
置したことを特徴とするエンコーダ。
【請求項４】前記遮光膜は、前記半導体基板とコンタ
クトがとられた配線パターンで形成し、該配線パターン
を電位安定化用電極に接続したことを特徴とする請求項
１、２または３記載のエンコーダ。
【請求項５】前記遮光膜は、樹脂膜パターンで形成し
たことを特徴とする請求項１、２または３記載のエンコ
ーダ。
【請求項６】前記発光素子は、非球面レンズによって
平行光線または該平行光線に近い光線を発生する構成に
したことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記
載のエンコーダ。