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    • 专利摘要:
    EinFotodetektor füreinen optischen Codierer verfügt über mehrereSätze segmentierter Fotodioden(Pd1 bis Pd4, Pd1' bis Pd4'), von denen jeder aus zwei benachbartensegmentierten Fotodioden besteht, die mit einer Schlitzskala miteiner Referenzauflösungverwendet werden können.Die Ausgangsleitungen der zwei benachbarten segmentierten Fotodiodensind in jedem Satz von Fotodioden miteinander verbunden. Diese Ausgangsleitungensind mit den Ausgangsleitungen der entsprechenden segmentiertenFotodioden in den anderen Sätzenverbunden. Die zwei benachbarten segmentierten Fotodioden fungierenwie eine segmentierte Fotodiode, und dadurch ist die Auflösung derverwendeten Schlitzskala zu 1/2 der Referenzauflösung gemacht. Demgemäß kann dieserFotodetektor leicht mit einer Schlitzskala mit einer Auflösung verwendetwerden, die die Hälfteder Referenzauflösungist, wobei dies billig nur durch Modifizierung der Leiterbahn erzielbarist, ohne dass irgendeine Konfiguration der segmentierten Fotodiodenzu ändernwäre.
    公开号:DE102004030572A1
    申请号:DE200410030572
    申请日:2004-06-24
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Isamu Kashiba Ohkubo；Koichi Yamatotakada Shichi
    申请人:Sharp Corp；
    IPC主号:G01D5-36
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen elektrisch mehrfach unterteilten Fotodetektor,der füreinen optischen Codierer verwendet wird.
    [0002] OptischeCodierer werden auf einer großen Vielzahlvon Gebieten dazu verwendet, die Drehzahl, die Drehrichtung, dieDrehposition usw. eines Motors oder dergleichen zu erfassen unddie Laufgeschwindigkeit, die Bewegungsrichtung, die Bewegungspositionusw. eines sich bewegenden Objekts zu kontrollieren. Beispielhaftwird auf die Dokumente JP-A-59-40258 A undJP-A-61-292016 A verwiesen.
    [0003] ZurRotationssteuerung wird eine als Codescheibe bezeichnete Platteverwendet. Zur Bewegungssteuerung wird eine als Schlitzskala verwendetedünne Platteverwendet. Eine Codescheibe ist mit optisch transparenten Schlitzenversehen, die mit vorgegebenem Intervall entlang ihrem Umfang angeordnetsind, wobei optisch transparente und undurchsichtige Gebiete abwechselndentlang dem Umfang der Codescheibe existieren. Andererseits isteine Schlitzskala mit optisch transparenten Schlitzen, die mit einemvorgegebenen Intervall angeordnet sind, entlang ihrer einen Seiteversehen, wobei dort optische transparente und undurchsichtige Gebieteabwechselnd entlang dieser Seite existieren.
    [0004] ZurRotationssteuerung werden das Rotationsausmaß und die Rotationsgeschwindigkeitdadurch erfasst, dass die Anzahl der Schlitze der sich drehendenCodescheibe durch einen Fotodetektor gezählt wird. Zur Bewegungssteuerungwerden in ähnlicherWeise das Bewegungsausmaß unddie Laufgeschwindigkeit durch Zählender Schlitze der sich bewegenden Schlitzskala mittels eines Fotodetektorserfasst. Ferner kann die Rotationsrichtung oder die Bewegungsrichtungauch unter Verwendung zweier Arten von Signalen mit einer Phasendifferenz von90° erfasstwerden, wobei die Signale durch die Positionen mehrerer den Fotodetektorbildender Fotodioden erzeugt werden.
    [0005] Beieiner Codescheibe und einer Schlitzskala bestehen die undurchsichtigenGebiete aus einem undurchsichtigen Material wie Farbe auf einerPlatte auf einem transparenten Harz oder Glas, so dass durch dieundurchsichtigen Gebiete und die transparenten Schlitze zwischenihnen ein Streifenmuster erzeugt wird. Ansonsten wird in einigenFällenein transparenter Schlitz dadurch ausgebildet, dass Löcher durcheine Metallplatte hindurch hergestellt werden.
    [0006] Hinsichtlichder Konfiguration der Fotodioden ist, wie es in den 10A und 11A dargestelltist und in den oben genannten Patentdokumenten beschrieben ist,ein Satz von Fotodioden durch vier benachbarte, segmentierte FotodiodenPd1 bis Pd4 aufgebaut, die in elektrisch getrenntem Zustand auf einemHalbleiterchip ausgebildet sind. Die Schlitzschrittweite der Schlitzskalaist das 4-fache der Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden. Dannwird ein Satz segmentierter Fotodioden so angeordnet, wie es inder 10A dargestelltist. In einigen Fällenwerden, wie es in der 11A dargestelltist, mehrere Sätzesegmentierter Fotodioden angebracht, um Positionsvariationen hinsichtlichder Lichtmenge von einer Lichtquelle auszugleichen. Dann werdendie Ausgängeder segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 jeweils mit den Ausgängen der anderen,entsprechenden segmentierten Fotodioden verbunden, wie es in der 11A dargestellt ist (siehedie 6B von JP-A-61-292016A).
    [0007] Unterden Fotoströmen,wie sie von den segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 ausgegeben werden,wenn sich die Schlitzskala bewegt, werden ein Paar von Fotoströmen A+(Pd1)und A-(Pd3) sowie ein Paar von Fotoströmen B+(Pd2) und B-(Pd4), dieeine wechselseitige Phasendifferenz von 180° aufweisen, wie es in den 10C und 11C dargestellt ist, in einem Komparator(nicht dargestellt) eingegeben, damit die Pegel der Eingangssignalemiteinander verglichen werden. Demgemäß werden zwei digitale Rechteckwellenmit einer Phasendifferenz von 90° erhalten,wie es durch CHA (Kanal A) und CHB (Kanal B in den 10D und 11D angegebenist.
    [0008] Imobigen Fall wird der Designwert betreffend die Auflösung derFotodioden durch die Anordnungsschrittweite der segmentierten FotodiodenPd1 bis Pd4 bestimmt. Darüberhinaus besteht auch für dieSchlitzschrittweite (Auflösung)der zum Erzeugen zweier digitaler Rechteckwellen, die eine Phasen differenzvon 90° aufweisen,verwendete Schlitzskala eine Beschränkung auf einen engen Bereichum einen theoretischen Wert herum auf Grundlage der Anordnungsschrittweiteder segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4.
    [0009] Jedochzeigt der oben genannte herkömmlicheoptische Codierer den folgenden Nachteil. D. h., dass die Schlitzschrittweiteder Codescheibe sowie diejenige der Schlitzskala zum 4-fachen derAnordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4gemacht ist. Daher ist es im Fall eines Fotodetektors für den obengenannten herkömmlichen optischenCodierer, der aus segmentierten Fotodioden besteht, die durch elektrischeVierteilung eines Halbleiterchips erhalten wurden, erforderlich,einen Halbleiterchip so herzustellen, dass der Wert, der das 4-facheder Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden ist, mitder Schlitzschrittweite (Auflösung)der gewünschtenCodescheibe oder Schlitzskala übereinstimmt.
    [0010] Darüber hinaussind die segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4, die den Fotodetektorbilden, im obigen Fall in einer Reihe angeordnet, und daher wirddie Schlitzschrittweite (Auflösung)der Codescheibe oder der Schlitzskala, wie sie schließlich erhaltenwird, theoretisch das 4-fache der Schrittweite der segmentiertenFotodioden.
    [0011] Ausden obigen Gründenzeigt der oben genannte herkömmlicheoptische Codierer den Nachteil, dass der Fotodetektor abhängig vonder Schlitzschrittweite (Auflösung)der Codescheibe oder der Schlitzskala jedesmal dann neu hergestelltwerden muss, wenn die erforderliche Schlitzschrittweite (Auflösung) derCodescheibe oder der Schlitzskala geändert wird.
    [0012] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fotodetektor für einenoptischen Codierer zu schaffen, der für verschie dene Schlitzschrittweiten (Auflösungen)einer Codescheibe oder einer Schlitzskala verwendbar ist.
    [0013] DieseAufgabe ist durch die Fotodetektoren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und2 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstandjeweils abhängigerAnsprüche.
    [0014] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch1 fungieren dann, wenn der Fotodetektor als Referenz-Fotodetektorangesehen wird und die Auflösung derCodescheibe oder der Schlitzskala, wie sie mit diesem Referenz-Fotodetektorangewandt wird, als Referenzauflösungangesehen wird, wobei m (m: ganze Zahl nicht kleiner als 2) segmentierteFotodioden vorhanden sind, die elektrisch miteinander verbundenenAusgangsanschlüsseals eine segmentierte Fotodiode des Referenz-Fotodetektors. Demgemäß wird dieAuflösungder verwendeten Codescheibe oder Schlitzskala 1/m der Referenzauflösung.
    [0015] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch2 fungiert dann, wenn dieser Fotodetektor als Referenz-Fotodetektorangesehen wird und die Auflösung dermit ihm angewandten Codescheibe oder Schlitzskala als Referenzauflösung angesehenwird, die segmentierte Fotodiode mit halber Breite als eine segmentierteFotodiode des Referenz-Fotodetektors. Demgemäß wird die Auflösung derverwendeten Codescheibe oder Schlitzskala das 2-fache der Referenzauflösung.
    [0016] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch3 fungieren m segmentierte Fotodioden, deren Ausgangsanschlüsse elektrischmiteinander verbunden sind, als eine segmentierte Fotodiode im Referenz-Fotodetektor.Demgemäß wird dieAuflösung derverwendeten Codescheibe oder Schlitzskala 2/m der Referenzauflösung.
    [0017] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch4 ist zwischen segmentierten Fotodioden, deren Ausgangsanschlüsse elektrischmiteinander verbunden sind, um ein Ausgangssignal einer Phase zubilden, ein weiter, konstanter Zwischenraum vorhanden. Daher istder Einfluss eines Leckstroms gelindert, und so ist das Signal-Rauschsignal-Verhältnis verbessert,wobei der Leckstrom ein Störsignalbetreffend einen Signalstrom von den segmentierten Fotodioden, diejeweilige Phasen bilden, darstellt.
    [0018] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch5 wird die Auflösungder Fotodioden im Fotodetektor durch einen einfachen Lasertrimmvorgangabhängig vonder Auflösungder verwendeten Codescheibe oder Schlitzskala eingestellt.
    [0019] BeimFotodetektor gemäß dem Anspruch6 wird selbst dann, wenn die Auflösung der verwendeten Codescheibeoder Schlitzskala variabel geändert wird,die Einstellung der Auflösungder Fotodioden im Fotodetektor abhängig von der Auflösung derCodescheibe oder der Schlitzskala durch ein externes Steuersignalgeändert.
    [0020] DieErfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibungund den beigefügten Zeichnungen,die nur zur Veranschaulichung angegeben sind und demgemäß für die Erfindungnicht beschränkendsind, vollständigerzu verstehen sein.
    [0021] 1A bis 1D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1/2 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen.
    [0022] 2A bis 2D sind Diagramme, die die Anordnungund Ver drahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1/4 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen.
    [0023] 3A bis 3D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1/8 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen.
    [0024] 4A bis 4D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw, die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung2 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen;
    [0025] 5A bis 5D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw, die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen;
    [0026] 6A bis 6D sind Diagramme, die die Anordnungund Ver drahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung2/3 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen;
    [0027] 7A bis 7D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1/2 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen, der von dem der 1A bis 1D verschieden ist;
    [0028] 8A bis 8D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung1/4 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen, der von dem der 2A bis 2D verschieden ist;
    [0029] 9A bis 9D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem Fotodetektor für einen optischen Codiererfür dieAuflösung2/3 gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigen, der von dem der 6A bis 6D verschieden ist;
    [0030] 10A bis 10D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem herkömmlichenFotodetektor; und
    [0031] 11A bis 11D sind Diagramme, die die Anordnungund Verdrahtung segmentierter Fotodioden, eine Schlitzschrittweite,die Ausgangssignale bzw. die digitalisierten Ausgangssignale segmentierterFotodioden bei einem herkömmlichenFotodetektor, der von dem der 10A bis 10D verschieden ist.
    [0032] DieErfindung wird nachfolgend und auf Grundlage von Ausführungsformenunter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
    [0033] Dieerste Ausführungsformbetrifft einen Fotodetektor füreinen optischen Codierer, bei dem mehrere Sätze segmentierter Fotodioden,von denen jeder aus vier benachbarten segmentierten Fotodioden Pd1bis Pd4 besteht, so angeordnet, dass er dadurch mehrere Auflösungen einerSchlitzskala (einer dünnenPlatte mit Schlitzen) meistern kann, dass die Anzahl der Sätze segmentierterFotodioden als auch die Verbindungen zwischen ihnen geändert werden.
    [0034] Imobigen Fall erfolgt die Änderungder Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden durch Bereitstellenmehrerer Arten von Masken, die beim Herstellprozess für die Verbindungsverdrahtungzu verwenden sind, und durch Wechseln der Maske.
    [0035] Die 1A bis 1D sind Diagramme eines Fotodetektorsfür einenoptischen Codierer, der mit einer Schlitzskala mit halber Auflösung inBezug auf die Auflösungder Schlitzskala der 10 arbeiten kann.Die 1A bis 1D zeigen die Anordnung und Verdrahtungsegmentierter Fotodioden, die Schlitzschrittweite, Ausgangssignalesegmentierter Fotodioden bzw. digitalisierte Ausgangssignale.
    [0036] Beidiesem Fotodetektor besteht ein Satz segmentierter Fotodioden auseiner Untergruppe Pd1 bis Pd4 und einer Untergruppe Pd1' bis Pd4', die zwei Sätzen derin der 10 dargestelltensegmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 entsprechen und somit als diesefungieren. Ferner sind mehrere Sätze segmentierterFotodioden Pd1 bis Pd4 sowie Pd1' bis Pd4' angebracht, um Variationender Lichtmenge von der Lichtquelle auszugleichen, ähnlich wieim Fall der 11.
    [0037] Genauergesagt, sind zwei Ausgangsleitungen zweier benachbarter segmentierterFotodioden, d.h. Pd1 und Pd2, Pd3 und P4, Pd1' und Pd2' sowie Pd3' und Pd4' miteinander verbunden. Ferner sind dieseAusgangsleitungen der segmentierten Fotodioden jeweils mit Ausgangsleitungenentsprechender segmentierter Fotodioden in den anderen, ähnlichen Gruppensegmentierter Fotodioden verbunden, wie im Fall der 11.
    [0038] Beidieser Anordnung kann dafürgesorgt werden, dass zwei benachbarte segmentierte Fotodioden Pd1und Pd2, Pd3 und Pd4, Pd1' undPd2' und Pd3' und Pd4', deren Ausgangsleitungenjeweils verbunden sind, als eine segmentierte Fotodiode Pd1, Pd2,Pd3 bzw. Pd4 der 10 fungieren.Wie es in den 1A und 1B dargestellt ist, ist dieSchlitzschrittweite der Schlitzskala das 8-fache der Anordnungsschrittweite(PD-Schrittweite)der segmentierten Fotodioden Pd. D. h., dass die Auflösung der Schlitzschrittweitezum 1/2-fachen der Auflösung (nachfolgendals Referenzauflösungbezeichnet) der in der 10 dargestelltenherkömmlichenSchlitzskala gemacht ist.
    [0039] Darüber hinaussind mehrere Sätzesegmentierter Fotodioden vorhanden, wobei jeder Satz aus drei benachbartenUntergrup pen der in der 10 dargestelltensegmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 entspricht. Ausgangsleitungenvon drei benachbarten segmentierten Fotodioden in jedem Satz sindmiteinander verbunden. Auch sind diese Ausgangsleitungen jeweilsmit den Ausgangsleitungen der entsprechenden segmentierten Fotodiodenunter den Sätzensegmentierter Fotodioden so verbunden, dass sie 1/3 der Referenzauflösung aufweisen.
    [0040] Wieoben beschrieben, kann gemäß dem vorliegendenBeispiel die Auflösungder Schlitzskala zu 1/2 oder 1/3 der Referenzauflösung dadurchgemacht werden, dass einfach die Verbindungen geändert werden, ohne dass dieKonfiguration der segmentierten Fotodioden der 10 geändertwürde. Daherkann diese Anordnung verschiedene Auflösungen einer Schlitzskala aufeinfache Weise billig meistern.
    [0041] Die 2A bis 2D sind Diagramme eines Fotodetektorsfür einenoptischen Codierer, der mit einer Schlitzskala mit einer Auflösung arbeitenkann, die 1/4 der Referenzauflösungist. Die 2A bis 2D zeigen die Anordnung unddie Verdrahtung segmentierter Fotodioden, die Schlitzschrittweite,Ausgangssignale segmentierter Fotodioden bzw. digitalisierte Ausgangssignale.
    [0042] Beimvorliegenden Beispiel sind mehrere Sätze segmentierter Fotodiodenvorhanden, von denen jeder aus vier benachbarten Untergruppen der segmentiertenFotodioden Pd1 bis Pd4 besteht, die in elektrischer Vierteilungauf einem Halbleiterchip ausgebildet sind, wobei dieselbe Größe wie diedes Fotodetektors der 10 vorliegt.Dann sind Ausgangsleitungen der vier benachbarten segmentierten Fotodiodenin jedem Satz miteinander verbunden. Die vier miteinander verbundenenAusgangsleitungen in jedem Satz sind auch mit vier verbunde nen Ausgangsleitungender entsprechenden segmentierten Fotodioden in anderen Sätzen segmentierterFotodioden verbunden. Daher fungieren die vier benachbarten segmentiertenFotodioden als eine segmentierte Fotodiode der 10. Dadurch kann die Auflösung derSchlitzskala zu 1/4 der Referenzauflösung gemacht werden.
    [0043] In ähnlicherWeise sind, wie es in den 3A bis 3D dargestellt ist, mehrereSätze dersegmentierten Fotodioden vorhanden, wobei jeder Satz aus acht benachbartenUntergruppen der segmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 der 10 besteht. Dann sind dieAusgangsleitungen von acht benachbarten segmentierten Fotodiodenin jedem Satz miteinander verbunden. Die acht verbundenen Ausgangsleitungenin jedem Satz sind auch mit acht verbundenen Ausgangsleitungen entsprechendersegmentierter Fotodioden in den anderen Sätzen verbunden. Durch dieseAnordnung ist die Auflösungder Schlitzskala zu 1/8 der Referenzauflösung gemacht.
    [0044] Wieoben beschrieben, sind bei der vorliegenden Ausführungsform mehrere Sätze segmentierterFotodioden vorhanden, von denen jeder aus einer Anzahl n (n: positiveganze Zahl) benachbarter Fotodioden in der 10 aufgebaut ist. Daher kann die Schlitzschrittweiteder Schlitzskala dadurch zum 4n-fachen der Anordnungsschrittweiteder segmentierten Fotodioden gemacht werden, dass die Ausgangsleitungender Anzahl n benachbarter segmentierter Fotodetektoren miteinanderverbunden werden und die Ausgangsleitungen der entsprechenden segmentiertenFotodetektoren unter den zugehörigenSätzenmiteinander verbunden werden.
    [0045] Kurzgesagt, kann die vorliegende Ausführungsform mit einer Schlitzskalaarbeiten, deren Auflösung1/n der Referenzauflösungist, wobei direkt der in der 10 dargestellteFotodetektor füreinen optischen Codierer verwendet wird.
    [0046] Dievorliegende Ausführungsformbetrifft einen Fotodetektor füreinen optischen Codierer, bei dem zwei segmentierte Fotodiodenarraysparallel angeordnet sind, wobei jedes Array dadurch aufgebaut ist,dass mehrere Sätzesegmentierter Fotodioden angeordnet sind, wobei jeder Satz aus vierbenachbarten Fotodioden Pd1 bis Pd4 besteht und wobei Phasen derArrays um die Hälfteder Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden Pd gegeneinanderverschoben sind. Dieser Fotodetektor für einen optischen Codiererkann mehrere Auflösungeiner Schlitzskala dadurch meistern, dass die Anzahl der Sätze segmentierterFotodioden geändertwird und die Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden geändert wird.
    [0047] Imobigen Fall erfolgt die Änderungder Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden durch Ändern mehrererArten bereitgestellter Masken, die beim Herstellprozess für Verbindungsleiterbahnenverwendet werden.
    [0048] Die 4A bis 4D zeigen Diagramme der Anordnung undVerdrahtung segmentierter Fotodioden (4A),der Schlitzschrittweite (4B),der Ausgangssignale segmentierter Fotodioden (4C) bzw. digitalisierter Ausgangssignale (4D) hinsichtlich eines Fotodetektorsfür einen optischenCodierer, der mit einer Schlitzskala verwendet werden kann, derenAuflösungdas 2-fache der Referenzauflösungist.
    [0049] Beidiesem Fotodetektor füreinen optischen Codierer ist ein erstes Array segmentierter Fotodiodendadurch gebildet, dass mehrere Sätzesegmentierter Fotodioden parallel angeordnet sind, die aus den inder 10 dargestelltensegmentierten Fotodioden Pd1 bis Pd4 bestehen, um Variationen der Lichtmengevon der Lichtquelle auszugleichen. In ähnlicher Weise ist ein zweitesArray segmentierter Fotodioden dadurch aufgebaut, dass mehrere Sätze segmentierterFotodioden in Reihe angeordnet sind, die aus den segmentierten FotodiodenPd1 bis Pd4 der 10 bestehen.Außerdemsind das erste und das zweite Array segmentierter Fotodioden parallel angeordnet,wobei ihre Phasen um die Hälfteder Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden gegeneinanderverschoben sind.
    [0050] Außerdem sind,hinsichtlich der Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden,die Ausgangsleitungen jeder übernächsten segmentierten Fotodiodedes ersten Arrays segmentierter Fotodioden miteinander verbunden,und die Ausgangsleitungen der restlichen segmentierten Fotodiodensind miteinander verbunden. In ähnlicherWeise sind die Ausgangsleitungen aller übernächsten segmentierten Fotodiodendes zweiten Arrays segmentierter Fotodioden miteinander verbunden,und die Ausgangsleitungen der restlichen segmentierten Fotodioden sindmiteinander verbunden. Außerdemist die SchlitzlängeL der Schlitzskala im Wesentlichen gleich groß wie die Gesamtbreite W desersten und des zweiten Arrays segmentierter Fotodioden, die parallelangeordnet sind, oder ausreichend lang dafür gemacht, dass einfallendesLicht nicht behindert wird.
    [0051] Demgemäß existieren,als ein Satz segmentierter Fotodioden, die als segmentierte Fotodioden Pd1,Pd2, Pd3 und Pd4 der 10 fungierensollen, zwei benachbarte segmentierte Fotodioden Pd1 und Pd2 desersten Arrays segmentierter Fotodioden sowie zwei benachbarte segmentierteFotodioden Pd1' undPd2' des zweitenArrays segmentierter Fotodioden, das dem ersten Array segmentierterFotodioden gegenübersteht, wenneine Verschiebung um die Hälfteder Anordnungsschrittweite erfolgt. Daher kann, wie es in den 4A und 4B dargestellt ist, die Schlitzschrittweiteder Schlitzskala zum 2-fachen der Anordnungsschrittweite (PD-Schrittweite)der segmentierten Fotodioden Pd gemacht werden. D. h., dass dieAuflösungder Schlitzskala zum 2-fachen der Referenzauflösung gemacht werden kann.
    [0052] Wieoben beschrieben, sind beim vorliegenden Beispiel mehrere Sätze segmentierterFotodioden vorhanden, wobei jeder Satz aus einem Paar halbiertersegmentierter Fotodioden des in der 10 dargestelltenFotodetektors füreinen optischen Codierer bestehen, die einander gegenüberstehen,wobei ihre Phasen um die Hälfteder Anordnungsschrittweite versetzt sind. Außerdem sind die Ausgangsleitungender entsprechenden segmentierten Fotodioden unter den Sätzen vonFotodetektoren miteinander verbunden. Ferner entspricht die Schlitzlänge L derSchlitzskala im Wesentlichen der Gesamtbreite W der zwei segmentiertenFotodioden, die einander gegenüberstehen.Daher kann die Auflösungder Schlitzskala zum 2-fachen der Referenzauflösung gemacht werden.
    [0053] D.h., dass gemäß dem vorliegendenBeispiel die Auflösungder Schlitzskala dadurch zum 2-fachen der Referenzauflösung gemachtwerden kann, dass die Anordnung und Leiterbahnverlegung der segmentiertenFotodioden geändertwerden, ohne dass die Konfiguration der segmentierten Fotodiodender 10 geändert würde. Mitdieser Anordnung könnenauf einfache und billige Weise verschiedene Auflösungen einer Codescheibe oderSchlitzskala gemeistert werden.
    [0054] Dasvorliegende Beispiel betrifft einen Fotodetektor für einenoptischen Codierer, der verschiedene Auflösungen einer Schlitzskala dadurchmeistern kann, dass die Verbindung zwischen den segmentierten Fotodiodendes dritten Beispiels geändert wird.
    [0055] Beimin den 5A bis 5D dargestellten Fotodetektorfür einenoptischen Codierer sind die Ausgangsleitungen der zwei segmentiertenFotodioden Pd1 und Pd1' miteinanderverbunden, wobei diese Fotodioden einander gegenüberstehen und ihre Phasen umdie Hälfteder Anordnungsschrittweite im ersten und im zweiten Array segmentierterFotodioden gegeneinander versetzt sind, wie dies beim dritten Beispielder Fall ist.
    [0056] D.h., dass als ein Satz segmentierter Fotodioden, die als segmentierteFotodioden Pd1, Pd2, Pd3 und Pd4 der 10 fungierensollen, vier benachbarte segmentierte Fotodioden Pd1 bis Pd4 desersten Arrays segmentierter Fotodioden sowie vier benachbarte segmentierteFotodioden Pd1' bisPd4' des zweitenArrays segmentierter Fotodioden existieren, wobei das erste Arraydem zweiten gegenübersteht undum die Hälfteder Anordnungsschrittweite gegen dieses verschoben ist. Außerdem sinddie Ausgangsleitungen mit den entsprechenden segmentierten Fotodiodenunter den Sätzenvon Fotodetektoren verbunden.
    [0057] Indiesem Fall kann, wie es in den 5A und 5B dargestellt ist, die Schlitzschrittweiteder Schlitzskala zum 4-fachender Anordnungsschrittweite segmentierter Fotodioden Pd gemacht werden, undes kann dafürgesorgt werden, dass die Auflösungder Schlitzskala der Referenzauflösung entspricht.
    [0058] ImFall eines Fotodetektors füreinen optischen Codierer, wie er in den 6A bis 6D dargestelltist, sind die Ausgangsleitungen zweier benachbarter segmentierterFotodioden Pd1 und Pd2 im ersten Array segmentierter Fotodiodenmit der Ausgangsleitung einer segmentierten Fotodiode Pd1' im zweiten Arraysegmentierter Fotodioden verbunden, und umgekehrt, wobei dabei Pd1' dem ersten Array segmentierterFotodioden mit einer Verschiebung um die Hälfte der Anordnungsschrittweiteder zwei segmentierten Fotodioden Pd1 und Pd2 gegenübersteht.
    [0059] Imobigen Fall sind die Ausgangsleitungen zweier benachbarter segmentierterFotodioden und einer entgegengesetzten segmentierten Fotodiode miteinanderverbunden, wobei die zugehörigeAuswahl alternierend zwischen dem ersten und dem zweiten Array segmentierterFotodioden geändert wird.
    [0060] D.h., dass als ein Satz segmentierter Fotodioden, die als segmentierteFotodioden Pd1, Pd2, Pd3 und Pd4 der 10 fungierensollen, benachbarte sechs segmentierte Fotodioden im ersten Arraysegmentierter Fotodioden sowie benachbarte sechs segmentierte Fotodiodenim zweiten Array segmentierter Fotodioden, das dem ersten Arraymit einer Verschiebung um die Hälfteder Anordnungsschrittweite verschoben gegenübersteht, angeordnet sind,wie es in der 6A dargestelltist. Außerdemsind die Ausgangsleitungen mit den entsprechenden segmentiertenFotodioden unter den Sätzenvon Fotodetektoren verbunden.
    [0061] Indiesem Fall kann, wie es in den 6A und 6B dargestellt ist, die Schlitzschrittweiteder Schlitzskala zum 6-fachender Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden Pd gemachtwerden, und die Auflösungder Schlitzskala kann zu 2/3 der Referenzauflösung gemacht werden.
    [0062] ImFall eines Fotodetektors füreinen optischen Codierer, wie er in den 7A bis 7D dargestelltist, sind Ausgangsleitungen zweier benachbarter segmentierter FotodiodenPd1 und Pd2 des ersten Arrays segmentierter Fotodioden mit Aus gangsleitungenzweier segmentierter Fotodioden Pd1' und Pd2' des zweiten Arrays segmentierter Fotodioden verbunden,die den segmentierten Fotodioden Pd1 und Pd2 mit einer Verschiebungum die Hälfteder Anordnungsschrittweite gegenüberstehen.
    [0063] D.h., dass als ein Satz segmentierter Fotodioden, die als segmentierteFotodioden Pd1, Pd2, Pd3 und Pd4 der 10 fungieren,acht benachbarte segmentierte Fotodioden des ersten Arrays segmentierterFotodioden sowie acht benachbarte segmentierte Fotodioden des zweitenArrays segmentierter Fotodioden, das dem ersten Array mit einerVerschiebung um die halbe Anordnungsschrittweite gegenübersteht,angeordnet sind. Außerdemsind die Ausgangsleitungen mit den entsprechenden segmentiertenFotodioden unter den Sätzenvon Fotodetektoren verbunden.
    [0064] Indiesem Fall kann, wie es in den 7A und 7B dargestellt ist, die Schlitzschrittweiteder Schlitzskala zum 8-fachender Anordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden Pd gemachtwerden, und die Auflösungder Schlitzskala kann zu 1/2 der Referenzauflösung gemacht werden.
    [0065] Beider vorliegenden Ausführungsformsind, wie oben beschrieben, mehrere Sätze segmentierter Fotodiodenbenachbart angeordnet, wobei jeder Satz aus zwei Arrays segmentierterFotodioden besteht, von denen jedes über n/2 Fotodetektoren für einen optischenCodierer gemäß der 10 verfügt, die einander gegenüberstehenund deren Phasen um die Hälfteder Anordnungsschrittweite versetzt sind. Die Schlitzlänge derAnordnungsschrittweite ist im Wesentlichen gleich groß wie dieGesamtlängezweier segmentierter Fotodioden, die einander gegenüberstehen,oder ausreichend länger,gemacht.
    [0066] Daherkann die Schlitzschrittweite der Schlitzskala dadurch zum 2n-fachender Anordnungsschrittweite segmentierter Fotodioden gemacht werden,dass die Ausgangsleitungen n segmentierter Fotodioden, die einanderin jedem Satz gegenüberstehen,verbunden werden und die Ausgangsleitungen der entsprechenden segmentierten Fotodiodenunter den Sätzenvon Fotodetektoren verbunden werden.
    [0067] D.h., dass die vorliegende Ausführungsform miteiner Schlitzskala verwendet werden kann, deren Auflösung 2/nder Referenzauflösungist, wenn unmittelbar der Fotodetektor für einen optischen Codierergemäß der 10 verwendet wird, und dasser mit einer Schlitzskala mit einer Auflösung verwendet werden kann,die vielfältiger(2-fach) als bei der ersten Ausführungsformist.
    [0068] Dievorliegende Ausführungsformbetrifft einen Fotodetektor füreinen optischen Codierer, bei dem zwischen Fotodioden ein breiter,konstanter Zwischenraum vorhanden ist. Dieser breite, konstanteZwischenraum wird dadurch geschaffen, dass für die an den beiden Enden liegendensegmentierten Fotodioden keine Leiterbahn angebracht wird, wenn dieAnzahl benachbarter segmentierter Fotodioden, von denen jede eineiner Phase entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und deren Ausgangsleitungenmiteinander verbunden sind, nicht kleiner als drei ist, wie es inden 2A und 3A zum zweiten Beispiel derersten Ausführungsformdargestellt ist.
    [0069] Imobigen Fall wird die Änderungder Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden zum Erhaltendes Zwischenraums dadurch erzielt, dass mehrere Arten von Maskengeändertwerden, die zur Verwendung beim Herstellprozess für die Verbindungsleiterbahnenbereitgestellt werden.
    [0070] Die 8A zeigt einen Fotodetektorfür einenoptischen Codierer, der eine Modifizierung des zweiten Beispielsdarstellt und bei dem die Anzahl segmentierter Fotodioden "4" ist, wobei jede derselben ein Ausgangssignalerzeugt, das einer Phase entspricht, wie es bei der ersten Ausführungsformangegeben wurde, und wobei die segmentierten Fotodioden Pd1 undPd4, die an den beiden Enden der segmentierten Fotodioden liegen,nicht verdrahtet sind, sondern nur die Ausgangsleitungen der imInneren liegenden segmentierten Fotodioden Pd2 und Pd3 miteinanderverbunden sind. Ferner sind diese Ausgangsleitungen mit den entsprechendensegmentierten Fotodioden unter den Sätzen von Fotodetektoren verbunden.
    [0071] Durchdiese Anordnung kann zwischen den segmentierten Fotodioden, diejede Phase bilden, ein breiter, konstanter Zwischenraum erhaltenwerden. Daher kann der Einfluss eines Leckstroms verringert werden,um das Signal-Rauschsignal/Verhältniszu verbessern, wobei dieser Strom ein Störsignal zum Signalstrom bildet,wie er von den die jeweiligen Phasen bildenden segmentierten Fotodiodenherrührt.
    [0072] Die 9A zeigt einen Fotodetektorfür einenoptischen Codierer als Modifizierung des vierten Beispiels, wobeidie Anzahl segmentierter Fotodioden "3" ist,von denen jede ein Ausgangssignal erzeugt, das bei der zweiten Ausführungsformeiner Phase entspricht, und wobei zwei benachbarte segmentierteFotodioden Pd1 und Pd2 nicht verdrahtet sind, wobei diese auf einerSeite eines Arrays segmentierter Fotodioden unter drei segmentiertenFotodioden, die eine jeweilige Phase bilden, liegen (d.h., dassdie Fotodioden Pd1 und Pd2 unter drei segmentierten Fotodioden außen liegen),und wobei nur eine segmentierte Fotodiode Pd1' verdrahtet ist, die auf der Seite desanderen Arrays segmentierter Fotodioden liegt (d.h., die segmentierteFotodiode Pd1' liegt innen).Ferner sind diese Ausgangsleitungen mit den entsprechenden segmentiertenFotodioden unter den Sätzenvon Fotodetektoren verbunden.
    [0073] Demgemäß ist zwischenden segmentierten Fotodioden, die eine jeweilige Phase bilden, einbreiter, vorgegebener Zwischenraum erzielt, und der Einfluss von Übersprechenzwischen Phasen ist verringert, wodurch das Signal-Rauschsignal/Verhältnis verbessertwerden kann.
    [0074] Beider vorliegenden Ausführungsformkann der Einfluss der Störsignalkomponentedadurch zuverlässiggesenkt werden, dass die Ausgangsanschlüsse aller segmentierter Fotodioden,die nicht verdrahtet sind, geerdet werden.
    [0075] Darüber hinausist bei der zweiten Ausführungsformdie Anzahl der Arrays segmentierter Fotodioden "2",wobei diese Arrays parallel angeordnet sind und ihre Phasen um dieHälfteder Anordnungsschrittweite gegeneinander verschoben sind. Jedoch istdie Erfindung nicht hierauf beschränkt. Es ist auch möglich, dreioder mehr Arrays segmentierter Fotodioden parallel anzuordnen.
    [0076] Darüber hinauskann, wenn jedes Beispiel der ersten Ausführungsform mit jedem Beispielder zweiten Ausführungsformkombiniert wird, die kombinierte Anordnung mit Schlitzskalen mitvielfältigeren Auflösungen angewandtwerden.
    [0077] Darüber hinaussind bei jeder der oben genannten Ausführungsformen mehrere Sätze segmentierterFotodioden vorhanden, die als segmentierte Fotodioden Pd1, Pd2,Pd3 und Pd4 der 10 fungieren,um Variationen der Lichtmenge von der Lichtquelle auszunivellieren.Jedoch ermöglichtes auch ein einzelner Satz segmentierter Fotodioden, die durch dieEr findung vorgesehenen Effekte zu erzeugen.
    [0078] Darüber hinausbeschreiben die oben genannten Ausführungsformen eine Schlitzskalamit rechteckigen Schlitzen und einen Fotodetektor mit rechteckigensegmentierten Fotodioden, die zu den Schlitzen passen, als Beispiele.Jedoch kann die Erfindung auch dann angewandt werden, wenn eine CodescheibesektorförmigeSchlitze aufweist und ein Fotodetektor für einen optischen Codierersegmentierte Fotodioden mit einer Konfiguration aufweist, die zuden sektorförmigenSchlitzen passt.
    [0079] Darüber hinauserfolgt bei jeder der oben genannten Ausführungsformen die Änderungder Verbindung zwischen den segmentierten Fotodioden durch Ändern derbeim Herstellprozess fürdie Verbindungsleiterbahnen verwendeten Maske. Jedoch ist es auchmöglich,eine Verbindungsänderungzwischen segmentierten Fotodioden durch Einstellen der Metallleiterbahnunter Verwendung eines Lasertrimmvorgangs zu erzielen.
    [0080] Fernerist es möglich,die Anordnungsschrittweite (Auflösung)der Fotodiode durch Ändernder Anzahl verbundener segmentierter Fotodioden unter Verwendungeiner Schalteinrichtung mit einem Steueranschluss mit einem Transistoroder dergleichen zu ändern.In diesem Fall sind die segmentierten Fotodioden, deren Ausgangsleitungenmiteinander verbunden sind, schaltbar gemacht, und für die Schalteinrichtungwird beim Ändernder Anzahl der Fotodioden ein externes Steuersignal entsprechendder Auflösungder Codescheibe oder der Schlitzskala verwendet.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Fotodetektor für einen optischen Codierer,mit mehreren segmentierten Fotodioden (Pd1 bis Pd4, Pd1' bis Pd4'), die durch elektrischeUnterteilung auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind, dadurchgekennzeichnet, dass die Ausgangsanschlüsse mindestens zweier einanderbenachbarter segmentierter Fotodioden elektrisch miteinander verbundensind.
    [2] Fotodetektor füreinen optischen Codierer, mit mehreren segmentierten Fotodioden(Pd1 bis Pd4, Pd1' bisPd4'), die durchelektrische Unterteilung auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind,dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Arrays der mehrerensegmentierten Fotodioden in solcher Weise parallel angeordnet sind,dass segmentierte Fotodioden in einem Array um die Hälfte derAnordnungsschrittweite der segmentierten Fotodioden in Bezug auf segmentierteFotodioden in einem anderen Array verschoben sind, um die Phasensegmentierter Fotodioden zwischen den Arrays gegeneinander zu verschieben.
    [3] Fotodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgangsanschlüssemindestens zweier benachbarter segmentierter Fotodioden in jedemder Arrays elektrisch miteinander verbunden sind.
    [4] Fotodetektor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgangsanschlüsse zweiersegmentierter Fotodioden, die innerhalb von drei oder mehr benachbartensegmentierten Fotodioden an den beiden Enden liegen, elektrischgetrennt sind.
    [5] Fotodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die elektrische Verbindung der Ausgangsanschlüsse dersegmentierten Fotodioden durch Einstellen von Metallleiterbahnenunter Verwendung eines Lasertrimmvorgangs bewerkstelligt wurde.
    [6] Fotodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass – dieelektrische Verbindung der Ausgangsanschlüsse der segmentierten Fotodiodendurch eine Schalteinrichtung mit einem Steueranschluss erstelltwird; und – dieAnzahl segmentierter Fotodioden, deren Ausgangsanschlüsse elektrischverbunden sind, durch ein externes Steuersignal an den Steueranschluss derSchalteinrichtung geändertwird.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-20| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-04-22| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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