(57)【要約】【課題】測定性能を向上させることができる光電式エンコーダを提供する。【解決手段】光電式エンコーダ１の受光アレイ９にはフォトダイオード９１がアレイ状に配置されている。受光アレイ９において、スケール７の側からみてフォトダイオード９１より後ろ側には複数の遮光膜９９が配置されている。隣り合う遮光膜９９の間には光通過部９０が形成されている。スケール７の光学格子７５に照射された光のうち、隣り合うフォトダイオード９１間を通過する光は、レンズ９５により集束される。この集束された光は、光通過部９０を経由して遮光膜９９よりも後ろ側に導かれる。【選択図】　図１
2004028666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部からの光が照射される光学格子を含むスケールと、
アレイ状に配置された複数の受光素子を含むと共に前記スケールとギャップを設けて相対移動可能に配置された受光アレイと、
を備え、
前記受光アレイは、前記スケールの側からみて前記複数の受光素子の後ろ側に配置された遮光膜を含むと共に前記スケールの側からみて前記遮光膜の後ろ側に光を導くための複数の光通過部が形成されており、
前記受光アレイは、前記光学格子に照射された光のうち前記複数の受光素子の隣り合う受光素子間を通過する光が、前記複数の光通過部のうち対応する光通過部を通過するように焦点設定されたレンズが集まることにより構成されたレンズアレイを、さらに含むことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記光通過部の幅は前記隣り合う受光素子間の領域の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記レンズアレイは、前記光学格子の位置と前記複数の受光素子がアレイ状に配置された位置との間の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記遮光膜は、前記複数の受光素子の金属の配線膜と同じ材料で構成されると共にこの配線膜と同じ層に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
光電式エンコーダを構成する受光アレイの製造方法であって、
一方の面上に複数の受光素子がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、
前記透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、
前記複数の受光素子をマスクとして、前記透明基板の前記一方の面側から露光用の光を前記フォトレジストに照射する工程と、
前記フォトレジストのうち前記複数の受光素子がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、
前記フォトレジストをマスクとして、前記透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、前記複数の受光素子の隣り合う受光素子間の領域と対向する前記透明基板の他方の面上の領域に前記透明膜を残す工程と、
選択的除去により残った前記透明膜を加工して、前記レンズアレイを構成するレンズを前記他方の面上の領域に形成する工程と、
前記複数の受光素子を覆うように前記透明基板の前記一方の面上に遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜をパターニングして光通過部を前記隣り合う受光素子間の領域と対向する位置に形成する工程と、
を備えることを特徴とする受光アレイの製造方法。
【請求項６】
光電式エンコーダを構成する受光アレイの製造方法であって、
透明基板の一方の面上にアレイ状に配置された複数の受光素子を覆うように、前記一方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、
前記透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、
前記複数の受光素子をマスクとして、前記透明基板の他方の面側から露光用の光を前記フォトレジストに照射する工程と、
前記フォトレジストのうち前記複数の受光素子がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、
前記フォトレジストをマスクとして、前記透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、前記複数の受光素子の隣り合う受光素子間の領域に前記透明膜を残す工程と、
選択的除去により残った前記透明膜を加工して、前記レンズアレイを構成するレンズを前記隣り合う受光素子間の領域に形成する工程と、
前記複数の受光素子および前記レンズアレイを覆うように、前記透明基板の前記一方の面上に遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜をパターニングして光通過部を前記隣り合う受光素子間の領域と対向する位置に形成する工程と、
を備えることを特徴とする受光アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密測定に使用される光電式エンコーダおよびこれの構成要素となる受光アレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から直線変位や角度変位などの精密な測定に光電式エンコーダが利用されている。光電式エンコーダには様々なタイプがあり、例えば、光源と、光源からの光が照射される光学格子が形成されたスケールと、スケールに対して相対移動可能に対向配置されると共に複数のフォトダイオードがアレイ状に配置された受光部と、を含んで構成されたタイプがある。このタイプでは、スケールの光学格子を通過した光源からの光を受光部のフォトダイオードで受光し、光電変換されて発生した電気信号を利用して直線など変位量を演算する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記光電式エンコーダによれば、以下の二つの問題が生じる。一つは、光源からの光のうち隣り合うフォトダイオード間を通過するはずの光が迷光として斜め横から直接にフォトダイオードに入射して受光されることである。他の一つは、隣り合うフォトダイオード間を通過した光が乱反射してフォトダイオード側に向かって進行して、このフォトダイオードで受光されることである。これらがノイズ、ＤＣ（直流）成分やクロストークの原因となり、光電式エンコーダの高精度測定の妨げとなる。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、測定性能を向上させることができる光電式エンコーダおよびこれに含まれる受光アレイの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電式エンコーダは、光源部と、光源部からの光が照射される光学格子を含むスケールと、アレイ状に配置された複数の受光素子を含むと共にスケールとギャップを設けて相対移動可能に配置された受光アレイと、を備え、受光アレイは、スケールの側からみて複数の受光素子の後ろ側に配置された遮光膜を含むと共にスケールの側からみて遮光膜の後ろ側に光を導くための複数の光通過部が形成されており、受光アレイは、光学格子に照射された光のうち複数の受光素子の隣り合う受光素子間を通過する光が、複数の光通過部のうち対応する光通過部を通過するように焦点設定されたレンズが集まることにより構成されたレンズアレイを、さらに含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る光電式エンコーダの受光アレイに含まれるレンズは、光学格子に照射された光のうち隣り合う受光素子間を通過する光が光通過部を通過するように焦点の設定がされている。このため、隣り合う受光素子間を通過した光は、光通過部に導かれそこを経由して遮光膜の後ろ側に導かれる。この後ろ側に導かれた光が何らかの原因（例えば受光素子と接続する金属配線膜や金属電極）で乱反射されても、スケールの側からみて受光素子の後ろ側に遮光膜が配置、つまり乱反射された光からみて受光素子の手前に遮光膜が配置されているので、その多くは遮光膜で反射される。これにより、受光素子に入射する乱反射光を低減させることができる。
【０００７】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、光通過部の幅は隣り合う受光素子間の領域の幅よりも小さいようにすることができる。これによれば、遮光膜の面積を大きくすることができるので、上記乱反射光が受光素子に受光されるのを防ぐ効果を大きくすることができる。
【０００８】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、レンズアレイは、光学格子の位置と複数の受光素子がアレイ状に配置された位置との間の光路上に配置されているようにすることができる。これによれば、隣り合う受光素子間を通過する光を、受光素子の位置より手前の位置でレンズにより集束させることができる。よって、受光素子間を通過する光が受光素子の位置より手前で受光素子側に屈折したもの（迷光）が、受光素子により受光されるのを低減することができる。この結果、ノイズ、ＤＣ成分およびクロストークなどを抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、遮光膜は、複数の受光素子の金属の配線膜と同じ材料で構成されると共にこの配線膜と同じ層に配置されているようにすることができる。これによれば、配線膜の形成と同時に遮光膜も形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
【００１０】
本発明に係る受光アレイの製造方法は、光電式エンコーダを構成する受光アレイの製造方法であって、一方の面上に複数の受光素子がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、複数の受光素子をマスクとして、透明基板の一方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する工程と、フォトレジストのうち複数の受光素子がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、フォトレジストをマスクとして、透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、複数の受光素子の隣り合う受光素子間の領域と対向する透明基板の他方の面上の領域に透明膜を残す工程と、選択的除去により残った透明膜を加工して、レンズアレイを構成するレンズを他方の面上の領域に形成する工程と、複数の受光素子を覆うように透明基板の一方の面上に遮光膜を形成する工程と、遮光膜をパターニングして光通過部を隣り合う受光素子間の領域と対向する位置に形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る受光アレイの製造方法によれば、一方の面上に複数の受光素子がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面に透明膜を形成し、透明膜を加工してレンズアレイを形成している。したがって、受光アレイの複数の受光素子の配置された面と対向する面にレンズアレイが配置された構造の受光アレイを製造することができる。また、この製造方法によれば、受光素子をマスクとして、透明基板の一方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する。そして、感光した部分をマスクとして、透明膜を選択的に除去してレンズとなる透明膜を残している。よって、受光素子に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができる。
【００１２】
本発明に係る受光アレイの他の製造方法は、光電式エンコーダを構成する受光アレイの製造方法であって、透明基板の一方の面上にアレイ状に配置された複数の受光素子を覆うように、一方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、複数の受光素子をマスクとして、透明基板の他方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する工程と、フォトレジストのうち複数の受光素子がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、フォトレジストをマスクとして、透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、複数の受光素子の隣り合う受光素子間の領域に透明膜を残す工程と、選択的除去により残った透明膜を加工して、レンズアレイを構成するレンズを隣り合う受光素子間の領域に形成する工程と、複数の受光素子およびレンズアレイを覆うように、透明基板の一方の面上に遮光膜を形成する工程と、遮光膜をパターニングして光通過部を隣り合う受光素子間の領域と対向する位置に形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る受光アレイの他の製造方法によれば、透明基板の一方の面上にアレイ状に配置された複数の受光素子を覆うように、一方の面上の全面に透明膜を形成し、透明膜を加工してレンズアレイを形成している。したがって、レンズアレイおよび複数の受光素子が透明基板の同一面側に配置されている受光アレイを製造することができる。また、この製造方法によれば、受光素子をマスクとして、透明基板の他方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する。そして、感光した部分をマスクとして、透明膜を選択的に除去してレンズとなる透明膜を残している。よって、受光素子に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）について説明する。まず、本実施形態に係る光電式エンコーダの構成について説明する。図１はこの光電式エンコーダ１の概略構成を示す図である。光電式エンコーダ１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、これに近い順に沿って配置されたインデックススケール５、スケール７、受光アレイ９とにより構成される。
【００１５】
発光ダイオード３およびインデックススケール５により光源部が構成される。
発光ダイオード３は光を放射する発光素子の一例であり、このダイオード３からの光Ｌが照射される位置には、インデックススケール５が配置されている。スケール５は長尺状の透明基板５１を含み、この基板５１の発光ダイオード３側に向く面と反対側の面上に光学格子５３が形成されている。光学格子５３は複数の遮光部５５が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に配置されたものである。
【００１６】
インデックススケール５の光学格子５３側には、インデックススケール５と所定のギャップを設けてスケール７が位置している。スケール７はインデックススケール５よりも長手方向の寸法が大きく、図１にはその一部が表れている。スケール７は長尺状の透明基板７１を含む。透明基板７１の一方の面がインデックススケール５の光学格子５３と対向している。透明基板７１の他方の面上には、複数の遮光部７３が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に形成されている。これにより光学格子７５が構成される。
【００１７】
受光アレイ９は、複数のフォトダイオード９１（受光素子の一例）が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に、透明基板を含む透明部材９３内部に配置されたものである。フォトダイオード９１の受光面が光学格子７５側に向くように、スケール７と所定のギャップを設けて受光アレイ９が位置している。
【００１８】
透明部材９３の表面のうち光学格子７５と対向する面上には、凸部が透明部材９３と反対側を向くように凸型のレンズ９５が形成されている。レンズ９５が複数集まることによりレンズアレイ９７が構成される。レンズアレイ９７からみてフォトダイオード９１よりさらに奥、つまり後ろ側に位置する透明部材９３内部には金属膜などからなる複数の遮光膜９９が配置されている。隣り合う遮光膜９９間は光通過部９０となる。光電式エンコーダ１は、レンズアレイ９７、遮光膜９９および光通過部９０により、光源部（インデックススケール５および発光ダイオード３）からの光のうち迷光や乱反射光がフォトダイオード９１により受光されることを低減している。これについては後で詳細に説明する。
【００１９】
なお、スケール７は、図中のＡで示すスケール７の長手方向に移動可能にされている。よって、受光アレイ９はスケール７に対して相対移動可能に配置されている。
【００２０】
光電式エンコーダ１はリニヤ（一次元）型である。よって、レンズ９５は図１の奥行き方向に延びており、凸部となる円周状の曲面構造を含む。なお、本発明は二次元型にも適用できる。その場合、レンズ９５は凸部となる半球状構造を含み、複数のレンズ９５で構成されるレンズアレイ９７がスケール７の光学格子７５の形成面側にマトリックス状（アレイ状の一例）に配置される。
【００２１】
光電式エンコーダ１は光源部からの光がスケール７の光学格子７５を透過するタイプであるが、本発明は光学格子７５で反射されるタイプにも適用することができる。
【００２２】
次に、光電式エンコーダ１の測定動作を簡単に説明する。発光ダイオード３から光Ｌをインデックススケール５に照射した状態で、スケール７をＡで示す方向に相対移動させて変位量を確定する。その位置において、インデックススケール５の光学格子５３とスケール７の光学格子７５との重なりにより生じる明暗パターンを、受光アレイ９の複数のフォトダイオード９１により受光する。これにより光電変換されて発生した電気信号を利用して直線など変位量を演算し、その数値を図示しない表示部に出力する。
【００２３】
次に、光電式エンコーダ１の受光アレイ９の構造の詳細について図２〜図４を用いて説明する。図２は光電式エンコーダ１の受光アレイ９およびスケール７の部分断面図であり、図３は受光アレイ９を遮光膜９９側から見た部分平面図であり、図４は受光アレイ９をレンズ９５側から見た部分平面図である。
【００２４】
図２〜図４を参照して、受光アレイ９はガラスのような透明基板９２を有している。透明基板９２の上にはＩＴＯのような透明導電材料からなる透明電極９４が形成されている。透明電極９４上にはＰ型アモルファスシリコンとＮ型アモルファスシリコンが接合した構造の複数のフォトダイオード９１がリニヤ状に配置されている。透明電極９４は複数のフォトダイオード９１の共通電極となる。
【００２５】
複数のフォトダイオード９１を覆うようにシリコン酸化膜のような透明層間絶縁膜９６が形成されている。透明層間絶縁膜９６上には複数の遮光膜９９がマトリックス状に形成されている。遮光膜９９は、スケール７の側からみてフォトダイオード９１よりも奥、つまり後ろ側に配置されている。隣り合う遮光膜９９間が光通過部９０となる。光通過部９０は、スケール７の側からみて遮光膜９９よりも後ろ側の位置に光を導く機能を有する。
【００２６】
レンズ９５の長手方向と直交する方向に沿った透明層間絶縁膜９６上の遮光膜９９間の各々には配線膜９８（図３参照）が形成されている。各配線膜９８は対応するフォトダイオード９１とコンタクトがとられている。遮光膜９９および配線膜９８の材料はアルミニウムのような導電性金属である。よって、遮光膜９９は配線膜９８と接続しないように配線膜９８が配置されていない領域に形成されている。遮光膜９９や配線膜９８を覆うようにパッシベーション膜１０１が形成されている。
【００２７】
透明基板９２の透明電極９４形成面と反対側の面１１７、つまりスケール７と対向する面には、複数のレンズ９５がリニヤ状に配置されている。そして、各レンズ９５はその凸部がスケール７側を向くように、隣り合うフォトダイオード９１間の領域１０５と対向する位置に形成されている。なお、透明基板９２、透明電極９４、透明層間絶縁膜９６およびパッシベーション膜１０１により、図１に示す透明部材９３が構成されている。
【００２８】
図１に示す光電式エンコーダ１は、レンズアレイ９７、遮光膜９９および光通過部９０により、乱反射した光や迷光がフォトダイオード９１により受光されるのを低減している。この説明の前提として、まず、乱反射した光や迷光がフォトダイオード９１により受光される場合について説明する。図５は本実施形態の比較例であり、図２に示す構造と対応している。図２との違いはレンズ９５、遮光膜９９および光通過部９０を備えていない点である。図５は、光源部（図１に示す発光ダイオード３およびインデックススケール５）からの光Ｌが図５に示す構造に照射されている状態を示している。
【００２９】
遮光部７３間を通過した光Ｌのうち、隣り合うフォトダイオード９１間を通過した成分の一部は、パッシベーション膜１０１の表面１０３や図示しない金属配線、金属電極などにより乱反射される。この乱反射された光Ｌ１がフォトダイオード９１ａに入射して受光されることがある。また、隣り合うフォトダイオード９１間を通過する成分の一部がフォトダイオード９１の手前の位置で発散する方向に屈折して迷光Ｌ２となり斜め横からフォトダイオード９１に入射して受光されることがある。これらは受光されるべき光ではなく、よって、ノイズ、ＤＣ（直流）成分やクロストークの原因となり、光電式エンコーダの高精度測定の妨げとなる。
【００３０】
なお、隣り合うフォトダイオード９１間の透明電極９４上の領域１０５に金属膜のような光を透過しない膜を形成すれば、遮光部７３間を通過した光Ｌがフォトダイオード９１間を通過するのを防ぐことができる。これにより、乱反射光Ｌ１がフォトダイオード９１に入射するのを防止できる。しかし、領域１０５に上記金属膜を形成すると、金属膜のパターンニングの精度が悪い場合、この金属膜を介して隣り合うフォトダイオード９１がショートすることがある。
【００３１】
これに対して、図２に示すように、本実施形態に係る光電式エンコーダ２１は、レンズ９５を備えている。よって、光源部（図１に示す発光ダイオード３およびインデックススケール５）からの光Ｌが図２に示す構造に照射されている状態は図６に示すようになる。ここで、各レンズ９５は、複数の遮光部７３で構成される光学格子（図１の光学格子７５）に照射された光Ｌのうち隣り合うフォトダイオード９１間を通過する光（光束）Ｂが対応する光通過部９０（例えば光通過部９０ａ）を通過するように、焦点が設定されている。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る光電式エンコーダ１において、例えば、受光アレイ９とスケール７との相対的位置が図７に示すような状態で、光源部からの光Ｌがスケール７に照射された場合を考察する。遮光部７３間を通過した光Ｌのうち、隣り合うフォトダイオード９１間を通過する成分はレンズ９５により集束されて、その成分の束は光通過部９０を通過する。この通過した光の一部はパッシベーション膜１０１の表面１０３などにより乱反射（乱反射光Ｌ１）される。表面１０３とフォトダイオード９１との間には遮光膜９９が配置、言い換えれば、スケール７の側からみてフォトダイオード９１よりも後ろ側に遮光膜９９が配置されているので、乱反射光Ｌ１の多くは遮光膜９９で反射される。よって、フォトダイオード９１に入射する乱反射光Ｌ１を低減することができる。
【００３３】
また、図１に示すように、レンズアレイ９７は、光学格子７５の位置と複数のフォトダイオード９１がアレイ状に配置された位置との間の光路上に配置されている。よって、隣り合うフォトダイオード９１間を通過する光を、フォトダイオード９１の位置より手前の位置でレンズ９５により集束させることができる。よって、図５で説明した迷光Ｌ２を低減することができる。
【００３４】
以上により、本実施形態によれば、乱反射光Ｌ１や迷光Ｌ２がフォトダイオード９１に受光されるのを低減できるので、ノイズ、ＤＣ成分およびクロストークなどを抑制することができる。これにより、フォトダイオード９１で発生する電気信号の特性を向上させることができる。この結果、光電式エンコーダの測定性能が向上することにより高精度測定が可能となる。
【００３５】
また、図２に示すように、本実施形態では、隣り合う遮光膜９９間である光通過部９０の幅Ｗ１は、隣り合うフォトダイオード９１間の領域１０５の幅Ｗ２より小さくされている。これにより、遮光膜９９の面積を大きくすることにより、上記乱反射光Ｌ１がフォトダイオード９１に受光されるのを防ぐ効果を大きくしている。
【００３６】
なお、図３に示すように、本実施形態においては、複数の遮光膜９９を形成し、隣り合う遮光膜９９間を光通過部９０としている。光通過部９０は、スケール７の側からみて遮光膜９９よりも奥、つまり後ろ側の位置に光を導く機能を有すればよい。したがって、例えば、図３に示す横方向に並ぶ複数の遮光膜９９を一枚の遮光膜とし、この遮光膜にスリット状の複数の光通過部を形成したものについても、本発明を適用することができる。また、図２に示すように本実施形態では複数の遮光膜９９が同じ層に形成されているが、隣り合う遮光膜９９を同じ層に形成せずに異なる層に配置した場合についても本発明を適用することができる。
【００３７】
さらに、図６に示すように、本実施形態では、レンズ９５の焦点Ｆは光通過部９０に合わされている。これによりレンズ９５で集束された光Ｌの束Ｂがフォトダイオード９１および遮光膜９９に当たることなく、光通過部９０を通過するようにしている。ここで、光通過部９０とは隣り合う遮光膜９９間の空間であり、高さが遮光膜９９の厚みの大きさである。焦点Ｆの位置は図８や図９に示すように光通過部９０の外であってもよい。図８は、焦点Ｆがレンズ９５からみて光通過部９０の手前にある例であり、図９は、後ろ側にある例である。いずれの例もレンズ９５で集束された光束Ｂがフォトダイオード９１および遮光膜９９に当たることなく、光通過部９０を通過している。
【００３８】
次に、本実施形態に係る受光アレイの製造方法を説明する。図１０〜図１４はこれを説明する工程図である。まず、図１０に示すように、透明基板９２の一方の面上に例えばＣＶＤを用いてＩＴＯからなる透明電極９４を形成する。透明電極９４上に複数のフォトダイオード９１をリニヤ状（アレイ状の一例）に形成し、複数のフォトダイオード９１を覆うように、例えばＣＶＤを用いてシリコン酸化膜からなる透明層間絶縁膜９６を形成する。
【００３９】
次に、図１１に示すように、透明基板９２の透明電極９４が形成された一方の面と反対側に位置する透明基板９２の他方の面上の全面にレンズアレイとなるＢＰＳＧ膜１０９（透明膜の一例）をＣＶＤ法により形成する。ＢＰＳＧ膜１０９の膜厚はレンズアレイを構成するレンズの厚みに必要な大きさである。レンズアレイの材料となるものであればＢＰＳＧ膜１０９の替わりに他のシリコン酸化膜系の材料でもよく、また樹脂系の材料など透明な一般的な材料でもよい。そして、ＢＰＳＧ膜１０９上にネガ型フォトレジスト１１１を形成する。
【００４０】
次に、複数のフォトダイオード９１をマスクとして透明基板９２のフォトダイオード９１が形成された面（一方の面）側から露光用の光ｌを照射する。これにより、ネガ型フォトレジスト１１１のうち、隣り合うフォトダイオード９１間の上に位置するものは感光し、フォトダイオード９１上に位置するものは未感光となる。フォトダイオード９１をマスクとしているので、アライメント精度の誤差を生じることなく上記露光ができる。
【００４１】
次に、図１２に示すように、ネガ型フォトレジスト１１１のうち未感光の部分、つまり、フォトダイオード９１上のネガ型フォトレジスト１１１を除去する。そして、ネガ型フォトレジスト１１１をマスクとして、ドライエッチングまたはウエットエッチングによりＢＰＳＧ膜１０９を選択的に除去する。これにより、隣り合うフォトダイオード９１間に位置する領域１０５と対向する透明基板９２の他方の面上の領域１０７にＢＰＳＧ膜１０９が残る。
【００４２】
次に、図１３に示すように、マスクとして用いたＢＰＳＧ膜１０９上のネガ型フォトレジスト１１１を除去する。そして、ＢＰＳＧ膜１０９を所定の温度でリフロー加工する。これにより、レンズアレイを構成する複数のレンズ９５の各々を、それに対応する透明基板９２の他方の面上の領域１０７の各々に形成する。
リフローの替わりにウエットエッチングでレンズ９５を形成することもできる。
【００４３】
次に、図１４に示すように、透明層間絶縁膜９６上に例えばスパッタリングによりアルミニウム膜を形成して、フォトリソグラフィとエッチングにより遮光膜９９をパターニングする。このとき、図３に示す配線膜９８も同時に形成する。
そして、例えばＣＶＤを用いてパッシベーション膜１０１を遮光膜９９や配線膜９８を覆うように形成する。以上により受光アレイ９が完成する。
【００４４】
図１１〜図１３で説明したように、この製造方法によれば、フォトダイオード９１に対してレンズ９５を自己整合的に形成しているので、レンズ９５の形成の際にはアライメント誤差が生じることはない。よって、アライメント誤差が原因となる受光アレイ９の歩留まりの低下を防止できる。また、上記自己整合により、レンズ９５を形成するための位置合わせ工程が不要となるので、簡単な製造設備でレンズ９５を形成することができる。
【００４５】
また、本実施形態では遮光膜９９を配線膜９８と同じ層に形成することにより、遮光膜９９の形成工程と配線膜９８の形成工程を同じにすることができ、受光アレイ９の製造工程の簡略化を図ることができる。なお、遮光膜９９を配線膜９８と異なる層に形成することもできる。
【００４６】
次に、本実施形態の変形例を説明する。図１５は、この変形例に係る光電式エンコーダを構成する受光アレイ１１の部分断面図である。図２に示す受光アレイ９の構成要素と同一の要素については同一符号を付すことにより説明を省略する。図１５に示す変形例では、透明基板９２の同一面側にフォトダイオード９１およびレンズ９５が形成されている。詳しくは、隣り合うフォトダイオード９１間の領域１０５に、その凸部が遮光膜９９側を向くレンズ９５が形成されている。
【００４７】
図１５に示す受光アレイ１１では、本実施形態の受光アレイ９（図７参照）と同様にレンズ９５により、乱反射光Ｌ１がフォトダイオード９１に入射するのを低減することができる。よって、乱反射光Ｌ１がフォトダイオード９１に入射することが原因となるノイズ、ＤＣ（直流）成分やクロストークの発生を抑制することができるので、光電式エンコーダの高精度測定が可能となる。但し、変形例ではレンズ９５が領域１０５に配置されている。つまり、スケール７の光学格子７５（図１参照）の位置とフォトダイオード９１がアレイ状に配置された位置との間の光路上に、レンズ９５が配置されていない。このため、迷光Ｌ２（図５参照）がフォトダイオード９１に入射するのを防止する効果は生じない。
【００４８】
次に、変形例に係る受光アレイ１１の製造方法を説明する。図１６〜図１９はこれを説明する工程図である。まず、図１６に示すように、フォトダイオード９１の形成工程までは図１０で説明したとおりである。フォトダイオード９１の形成後、複数のフォトダイオード９１を覆うように、レンズアレイとなるＢＰＳＧ膜１１３（透明膜の一例）をＣＶＤ法により形成する。ＢＰＳＧ膜１１３の膜厚はレンズアレイを構成するレンズの厚みに必要な大きさである。そして、ＢＰＳＧ膜１１３上にネガ型フォトレジスト１１５を形成する。
【００４９】
次に、図１７に示すように、複数のフォトダイオード９１をマスクとして透明基板７１のフォトダイオード９１が形成された面と反対の面（他方の面）側から露光用の光ｌを照射する。これにより、ネガ型フォトレジスト１１５のうち、フォトダイオード９１間の上に位置するものは感光し、フォトダイオード９１上に位置するものは未感光となる。フォトダイオード９１をマスクとしているので、図１１と同様にアライメント精度の誤差を生じることなく上記露光ができる。
【００５０】
次に、図１８に示すように、ネガ型フォトレジスト１１５のうち未感光の部分、つまり、フォトダイオード９１上のネガ型フォトレジスト１１５を除去する。
そして、ネガ型フォトレジスト１１５をマスクとして、ドライエッチングまたはウエットエッチングによりＢＰＳＧ膜１１３を選択的に除去する。これにより、隣り合うフォトダイオード９１間に位置する領域１０５にＢＰＳＧ膜１１３が残る。
【００５１】
次に、図１９に示すように、マスクとして用いたＢＰＳＧ膜１１３上のネガ型フォトレジスト１１５を除去する。そして、ＢＰＳＧ膜１１３を所定の温度でリフロー加工する。これにより、レンズアレイを構成する複数のレンズ９５の各々を、それに対応する領域１０５の各々に形成する。そして、図１３および図１４で説明した透明層間絶縁膜９６の形成工程、遮光膜９９の形成工程、パッシベーション膜１０１の形成工程を経て、図１５に示す受光アレイ１１が完成する。
【００５２】
図１６〜図１９で説明したように、この製造方法によれば、フォトダイオード９１に対してレンズ９５を自己整合的に形成している。よって、図１０〜図１４に示す製造方法と同様に、アライメント誤差が原因となる受光アレイ１１の歩留まりの低下を防止でき、また、簡単な製造設備でレンズ９５を形成することができる。
【００５３】
また、変形例の製造方法によれば、フォトダイオード９１およびレンズ９５を透明基板９２の同一面側に形成している。よって、受光アレイ１１の製造工程において透明基板９２の反対側の面を製造装置の台に載置して受光アレイ１１の製造をすることができる。これにより、フォトダイオード９１やレンズ９５が製造装置の台と接触することによるフォトダイオード９１やレンズ９５の破損を防止することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダによれば、乱反射光が受光素子に受光されるのを低減できるので、ノイズ、ＤＣ成分およびクロストークなどを抑制することができる。この結果、光電式エンコーダの測定性能を向上させることができる。
【００５５】
本発明に係る受光アレイの製造方法によれば、受光アレイの複数の受光素子の配置された面と対向する面にレンズアレイが配置された構造の受光アレイを製造することができる。また、この製造方法によれば、受光素子に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができるので、アライメント精度の誤差なくレンズアレイと受光素子とを形成することができる。
【００５６】
本発明に係る受光アレイの他の製造方法によれば、レンズアレイおよび複数の受光素子が透明基板の同一面側に配置されている受光アレイを製造することができる。また、この製造方法によれば、受光素子に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができるので、アライメント精度の誤差なくレンズアレイと受光素子とを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る光電式エンコーダの受光アレイおよびスケールの部分断面図である。
【図３】図２に示す受光アレイを遮光膜側から見た部分平面図である。
【図４】図２に示す受光アレイをレンズ側から見た部分平面図である。
【図５】比較例に係る光電式エンコーダの受光アレイおよびスケールの部分断面図である。
【図６】図２に示す構造に光源部からの光が照射されている状態を示す図である。
【図７】光源部から照射された光により図２に示す構造に発生する乱反射光の状態を示す図である。
【図８】図２に示す受光アレイのレンズにより集束される光の焦点の位置の他の例を示す図である。
【図９】図２に示す受光アレイのレンズにより集束される光の焦点の位置のさらに他の例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る受光アレイの製造方法の第１工程を示す工程図である。
【図１１】本実施形態に係る受光アレイの製造方法の第２工程を示す工程図である。
【図１２】本実施形態に係る受光アレイの製造方法の第３工程を示す工程図である。
【図１３】本実施形態に係る受光アレイの製造方法の第４工程を示す工程図である。
【図１４】本実施形態に係る受光アレイの製造方法の第５工程を示す工程図である。
【図１５】本実施形態の変形例に係る光電式エンコーダの受光アレイの部分断面図である。
【図１６】変形例に係る受光アレイの製造方法の第１工程を示す工程図である。
【図１７】変形例に係る受光アレイの製造方法の第２工程を示す工程図である。
【図１８】変形例に係る受光アレイの製造方法の第３工程を示す工程図である。
【図１９】変形例に係る受光アレイの製造方法の第４工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１・・・光電式エンコーダ、３・・・発光ダイオード、５・・・インデックススケール、７・・・スケール、９，１１・・・受光アレイ、５１・・・透明基板、５３・・・光学格子、５５・・・遮光部、７１・・・透明基板、７３・・・遮光部、７５・・・光学格子、９０・・・光通過部、９１・・・フォトダイオード、９２・・・透明基板、９３・・・透明部材、９４・・・透明電極、９５・・・レンズ、９６・・・透明層間絶縁膜、９７・・・レンズアレイ、９８・・・配線膜、９９・・・遮光膜、１０１・・・パッシベーション膜、１０３・・・表面、１０５，１０７・・・領域、１０９・・・ＢＰＳＧ膜、１１１・・・ネガ型フォトレジスト、１１３・・・ＢＰＳＧ膜、１１５・・・ネガ型フォトレジスト、１１７・・・面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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