光学位置测量系统的扫描头技术方案

一种光学位置测量系统的扫描头，带有一个有光敏区域（３）的接收栅（３）用于扫描不同相位的位置强度调制的光。接收栅（１．７）具有一个半导体层堆叠（１．２）构成，所述半导体层堆叠有一个掺杂的ｐ层（１．２．１）、一个本征的ｉ层（１．２．２）和一个掺杂的ｎ层（１．２．３）。这些光敏区域（３）共同拥有第一个掺杂层（１．２．１）和至少一部分本征层（１．２．２）并且通过第二掺杂层（１．２．２）的中断而相互电隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学位置测量系统的扫描头。这样的扫描头用于位置分辨地检测由测量杆栅格调制的光并且提供用于测定该扫描头相对于测量杆的位置的对应信号。在自动化程度不断提高的领域中，位置测量系统的作用越来越重要。它们在许多应用领域，例如在机床领域中，提供了精确定位驱动装置的基础。本文说明的光学位置测量系统基于扫描一种以刻线栅形式的标度而具体化的测量杆。在此采用的扫描头包含一光源，光从所述光源发出经过一个发射栅落射到测量杆刻度上。所述光由于发射栅和测量杆的交替作用而具有一个空间的强度图样，在扫描头中借助于一个接收栅来检测所述强度图样并且可用于进行定位。对此已经公知构成一个由多个光敏区域组成的光电检测器。在扫描头中如此地安排该光敏区域，使得它能够测量强度图样的不同相位并且提供对应的输出电信号。这些单独的且规则布置的光敏区域构成一个接收栅。优选地分别产生四个相互错开90度的信号，从这四个信号可以在一个跟随电子电路中推导出附带方向的计数信号。当测量杆相对于扫描头推移时，各个相移的信号位置相关联地发生变化。通常从所述的四个输出信号中首先同步两个相互位移90度的、摆脱偏置误差、幅度误差和相位误差的信号，这两个信号适用于精细分段或者内插。从而这种附带方向的计数信号能够实现比，例如通过对扫描头的光敏区域上的强度图样的最大值和或最小值进行计数所能够达到的位置确定更为精细的位置确定。由于下文说明的原因，如果各个光敏区域尽可能地相互靠近是有利的。采用分立的器件譬如光电二极管在此限制了光电检测器的小型化。因此现在已经实现了结构化的光电检测器，这种光电检测器使之能够用常规的微电子技术工艺步骤在单个半导体基片上制造结构化的光敏区域。因为，单个光敏区域之间串扰的倾向很小，在此首先适用技术上可以良好地掌握的非晶硅(a-Si)，利用非晶硅把光转换成电流(例如在太阳光电池领域)中的应用是众所周知的。DE10129334A1说明了带有基于上述原理的一个光接收安排的一种光学位置测量系统。用于扫描不同相位的按位置进行强度调制的光的光敏区域构成为由掺杂的和不掺杂的非晶硅组成的多个半导体层堆叠形式的接收栅。然而这种结构化的检测器非常复杂，从而其制造成本也很高。本专利技术的任务是，创造一种相对现有技术而言得到简化的光学位置检测装置的扫描头，所述扫描头提供位置测定用的尽可能良好的信号。该任务通过具有权利要求1的特征的一种装置解决。有利的实施方式由权利要求1的从属权利要求所说明的特征得出。说明了一种光学位置测量系统，带有一个由光敏区域构成的接收栅用于扫描不同相位的位置强度调制的光。所述接收栅由一个半导体层堆叠构成，所述半导体层堆叠由一个掺杂的p层、一个本征的i层和一个掺杂的n层组成。这些单独的光敏区域共同地拥有一个第一掺杂层和至少一部分本征层并且通过第二掺杂层的中断而相互电隔离。在一个方面可以看出，仅掺杂层之一的分离就引起各个光敏区域充分的电分离。在各个区域相互之间非常小的间距时，就不再会发生旨在位置测定的不利的不同相位区域之间的串扰。另一个方面，这样的层结构还避免了另一个在现有技术中说明的问题。也就是人们还通过产生本征层(并且在一定的情况下还通过产生第二掺杂层)分离光敏区域，从而构成深沟，这在刻蚀技术上非常难于掌握。本征层区域中的刻蚀缺陷还可以造成半导体材料中的晶格缺陷，由此非常负面地影响各个光敏区域的光电特性。非晶硅特别良好地适用作半导体材料，然而还可以设想包含完全的或者部分的微晶体硅的半导体层堆叠。其它的特征，譬如发射栅安排在接收栅的平面重心处、接收栅的近似于椭圆或者类椭圆的形状，所述接收栅沿垂直于测量方向比沿平行于检测方面有较大延展、以及在接收栅上从调制的光的相应的一个单个周期获得相移的信号，从而优化了所获得的扫描信号并从而改善了内插性能，而最终导致光学位置测量系统较高的分辨率。扫描头的结构，并且特别是带有其光敏区域的接收栅的结构，使得能够以非常完美的方式在结构化的检测器布局中进行这样的优化。从下面参照附图对优选实施方式的说明中可以得出本专利技术的其它优点以及细节，在附图中附图说明图1a/b/c示出一个光学位置检测装置，图2a/b/c/d/e示出一个双场传感器的安排，而图3a/b/c/d示出一个单场传感器的安排。图1a示出一个测量杆2，该测量杆在一个基片2.1上承载一个光栅，所述光栅在此还应当称为测量杆刻度2.2。一个这样的测量杆刻度2.2例如可以作为幅度栅用铬制成的不透光桥片(Steg)和铬涂层中的透光缺口组成。在此基片2.1可以透光地构成，也可以如图示中的情况反射地构成。其它的测量杆2还可以具有一个相位栅或者一个由相位栅和幅度栅的组合。对置于该测量杆安排一个扫描头1。扫描头1包含一个光源1.6，它发出的光经过一个栅1.5落在所述测量杆2上，在此被反射并且折返回扫描头1。由于栅1.5与检测刻度2.2的交替作用，所述光具有一个带有规则周期的位置强度图样。该强度图样借助于带有一个刻度周期T的接收栅1.7检测。在此接收栅1.7本身起结构化的光电检测器的作用以检测所述强度图样。也就是接收栅1.7具有一个把落射的光转换成电流的结构化的半导体层堆叠1.2。在此在半导体层堆叠1.2上落射的光越多产生的电流越大。图1b示出图1a的放大的截面。可以看到在其上安排一个透明电极1.3的基片1.1，所述透明电极又承载了半导体层堆叠1.2。所述半导体层堆叠沿光路的顺序具有一个第一掺杂(在此为p掺杂)层1.2.1(p层)、然后一个本征层1.2.2(i层)，以及最后的一个第二掺杂(在此为n掺杂)层(n层)。在n层1.2.3后接着一个电的背侧接点1.4。原则上p层1.2.1与n层可以交换，然而优选的是图1b中所示的结构。通过把n层1.2.3与背侧接点1.4一起在规定为检测强度图样而使各个光接收区域分离开处的中断可以实现构成接收栅1.7的光敏区域的相互分离。仅在背侧接点1.4的区域中当光照射时于半导体层堆叠1.2内产生电流，在此背侧接触1.4限定了接收栅1.7。如在图1b中可以看出，背侧接触1.4和n层1.2.3的构成可以用一个单个的光刻步骤，以及背侧接点1.4和半导体层堆叠1.2的各一个刻蚀步骤进行。作为半导体层堆叠1.2的刻蚀方法可以采用湿法刻蚀(例如KOH溶液)，然而优选地考虑干法刻蚀(例如有CHF3气体的RIE)。这样的方法被广泛应用在微电子技术中，并且可以没有问题地在此选用。图1c，是图1b的进一步的截面放大，其示出半导体层堆叠1.2的一个细节。为了确保完全地中断n层(这是分离各个光敏区域的一个绝对必需的要求)，需要调整刻蚀工艺使得不会同时去除i层1.2.2的任何部分。另一个方面必须保留i层1.2.2的至少一个较小的部分，以确实地防止p层1.2.1与n层1.2.3之间的电连接。于是，在接收栅1.7区域中的层结构例如看起来如下在约一个毫米厚的玻璃基片1.1上敷设一个0.3-1微米厚的ZnO:Al层，所述ZnO:Al层很适于作透明电极1.3。接着是有一个约10纳米厚的p层1.2.1的半导体层堆叠1.2、一个约400纳米厚的i层1.2.2和一个约20纳米厚的n层。背侧接点1.4由一个约80纳米厚的金属层组成，例如用铬或者铝制造的金属层。该金属层与n层1.2.3一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学位置测量系统的扫描头，带有一个包含光敏区域（３）的接收栅（１．７）用于扫描不同相位的位置强度调制的光，其中所述接收栅（１．７）具有一个半导体层堆叠（１．２），所述半导体层堆叠有一个掺杂的ｐ层（１．２．１）、一个本征的ｉ层（１．２．２）和一个掺杂的ｎ层（１．２．３），其特征在于，这些光敏区域（３）共同拥有两个掺杂层中的第一掺杂层（１．２．１）和至少一部分本征层（１．２．２）并且通过两个掺杂层中的第二掺杂层（１．２．３）的中断而相互电隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P施佩克巴赫，J魏德曼，C艾泽勒，E迈尔，R博格沙特，
申请(专利权)人：约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]