JP5347155B2 - 光電式エンコーダ、スケール、及びスケールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、精密測定に使用される光電式エンコーダ、光電式エンコーダの構成要素となるスケール、及びスケールの製造方法に関する。

従来から直線変位や角度変位など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、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、受光部に対して相対移動可能に対向配置されると共に反射型の位相格子が形成されたスケールと、この位相格子に光を照射する光源部とを含んで構成されたものがある（例えば、特許文献１）。この光電式エンコーダでは、スケールの位相格子で反射されて生成された信号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等の変位量を演算する。

スケールの位相格子により受光部で受光される信号光が生成されるので、位相格子は大変重要な要素であり、高精度な位相格子を容易に生成する手段が望まれる。
特開平１０−１６３５４９号公報

しかしながら、高精度を実現するため、スケール格子の高密度化が考えられるが、その高密度化に伴う製造コストの上昇が問題となる。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、製造コストを低コストに抑えた高精度な光電式エンコーダ、この光電式エンコーダの構成要素となるスケール、及び光電式エンコーダのスケールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光電式エンコーダは、測定軸に沿って格子が形成されたスケールと、前記格子上に照明スポットを形成するように前記スケールに対して光を照射する光源と、前記スケールからの反射光を受光する受光器とを備え、少なくとも前記受光器及び前記光源が前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置され、前記光源により前記スケールに光を照射してその反射光を前記受光器により受光する光電式エンコーダであって、前記光源は、複数の異なる波長の光を照射し、前記スケールは、複数の異なる波長の光をそれぞれ反射させる複数の反射層を備えることを特徴とする。

このような構成を有することにより、本発明に係る光電式エンコーダにおいて、光源は複数の波長の異なる波長の光を照射し、スケールは反射層毎に異なる波長の光を反射する。したがって、その情報量は、スケールから反射された光に含まれる異なる波長の数に応じて増加するので、製造コストを低コストに抑えた高精度な光電式エンコーダを提供することができる。

また、前記スケールは、前記複数の反射層の当該スケールの表面からの深さが異なり当該深さに応じて異なる波長の光を反射させる複数の反射層を備える構成としてもよい。

なお、前記複数の反射層は、それぞれ異なる波長の光を反射又は吸収する複数のカラーレジストにより形成されている構成としてもよく、また、前記複数の反射層は、それぞれ光の入射面に特定の波長の光を回折する回折格子が形成されている構成としてもよい。

また、前記光源は、少なくとも２つの波長の光を選択的に照射する構成としてもよく、前記受光器により受光した光を波長毎に分離する波長分離器を備え、前記光源は、所定の波長領域を有する光を照射する構成としてもよい。

本発明に係るスケールは、光電式エンコーダの有する光源及び受光部に対して相対移動可能であり、前記光源からの照射光を反射させるスケールであって、前記スケールは、複数の異なる波長の光をそれぞれ反射させる複数の反射層を備えることを特徴とする。

また、前記複数の反射層は、前記スケールの表面からの深さの異なる、当該深さに応じて異なる波長の光を反射させる構成としてもよい。

さらに、前記複数の反射層は、それぞれ異なる波長の光を反射又は吸収する複数のカラーレジストにより複数形成されている構成としてもよく、それぞれ光の入射面に特定の波長の光を回折する回折格子が形成されている構成としてもよい。

本発明に係る光電式エンコーダを構成するスケールの製造方法は、光電式エンコーダを構成するスケールの製造方法であって、基板表面に対し、異なる波長の光を反射させる反射層を所定ピッチで形成する工程を備え、前記反射層を形成する工程では、前記基板表面に、深さが異なり、当該深さに応じて異なる波長の光を反射させる反射層を所定ピッチで形成することを特徴とする。

また、前記反射層は、それぞれ異なる波長の光を反射又は吸収する複数のカラーレジストにより複数形成される構成としてもよい。

また、前記反射層を形成する工程にて、当該反射層が異なる深さを有するように、異なる出力のレーザを前記基板に照射し、当該基板を酸化させる構成としてもよい。

また、前記反射層を形成する工程の後、前記反射層及び前記基板の表面に透明材料を形成する構成としてもよい。

本発明によれば、製造コストを低コストに抑えた高精度な光電式エンコーダ、この光電式エンコーダの構成要素となるスケール、及び光電式エンコーダのスケールの製造方法を提供することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態係る光電式エンコーダについて説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの概略図である。図１に示すように、第１実施形態に係る光電式エンコーダは、光源部１と、光源部１で発生した光を反射する位相格子２１を含むスケール２と、この位相格子２１で反射された光が照射される受光部３と、受光部３により受光した光に基づく測定値の導出及び受光部３の駆動を制御する制御部４とにより構成される。制御部４は、光源部１の点灯及び消灯の制御を行う。

光源部１は、赤色ＬＥＤ１１と、青色ＬＥＤ１２とを備えている。例えば、赤色ＬＥＤ１１は、中心波長６５０ｎｍであり、青色ＬＥＤ１２は、中心波長３８８ｎｍである。また、光源部１は、赤色ＬＥＤ１１と、青色ＬＥＤ１２からの光が照射される位置にインデックススケール１３ａを備える。インデックススケール１３ａは、長尺状の透明基板１３を含み、透明基板１３の赤色ＬＥＤ１１、及び青色ＬＥＤ１２側に向く面と反対側の面上に光学格子１３１が形成されている。光学格子１３１は、複数の遮光部１３１ａが所定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。

インデックススケール１３ａの光学格子１３１が配置されている透明基板１３の面の反対面側には、所定のギャップを設けてスケール２が配置されている。スケール２は、インデックススケール１３ａよりも長手方向の寸法が大きく形成されている。図１には、スケール２の一部が表れている。図２は、スケール２の上面図であり、図３は、図１のスケール２の一部拡大図である。図１〜図３を参照して、スケール２の構造を詳細に説明する。

スケール２は、ステンレス鋼板から構成される長尺状の基板２２から構成されている。基板２２は、一方の面がインデックススケール１３ａの光学格子１３１と透明基板１３を間に挟んで対向している。そして、この一方の面上には、位相格子２１が配置されている。光源部１からの光は、位相格子２１に照射される。位相格子２１は、第１の深さの第１反射層２１ａと、第１の深さよりも浅い第２の深さの第２反射層２１ｂとを有する。例えば、第１反射層２１ａは、深さＬを有しており、第２反射層２１ｂは、深さＭを有している。また、第１反射層２１ａは、インクリメンタルパターンになるように所定ピッチＤ毎に、ピッチ方向に幅１／２Ｄ、ピッチ方向と直交する方向に長さＨで形成されている。これに対して、第２反射層２１ｂは、隣接する第１反射層２１ａ間に設けられている状態を「１」、設けられていない状態を「０」と標記すると、…「１」、「１」、「０」、「１」、「０」、「１」、「１」、「０」、「１」、「０」、「１」、「１」、「０」、…という絶対位置データをもって形成されている。また、第２反射層２１ｂは、ピッチ方向に幅１／４Ｄ、ピッチ方向と直交する方向に長さＨで形成されている。

次に、再び図１を参照して、受光部３について説明する。受光部３は、インデックススケール１３ａの光学格子１３１が配置されている透明基板１３の面と同じ面上に、Ａｕ等のバンプ３１を介して配置されている。受光部３は、受光面が位相格子２１側に向くように配置されており、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどである。

受光部３及びインデックススケール１３ａを含む透明基板１３と赤色ＬＥＤ１１及び青色ＬＥＤ１２は、図示しない筐体に収められている。この筐体は、スケール２に対してスケール２の長手方向（図中のＡ方向）に移動可能とされている。つまり、スケール２は、上記筐体に対してＡに示す方向に相対移動可能にされている。なお、上記のとおり光電式エンコーダはリニヤ（一次元）型であるが、本実施形態は二次元型にも適用できる。

次に、図３を参照して、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの光学特性の違いについて説明する。図３に示すように、赤色ＬＥＤ１１及び青色ＬＥＤ１２からの照射光は、基板２２の表面への垂線に対して角度φで照射される。基板２２へ照射された光は、基板２２表面或いは、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの底部にて反射される。ここで、第１反射層２１ａの底或いは第２反射層２１ｂの底における入射角をθ、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの屈折率をｎ（ｎ＝sinφ／sinθ）とする。第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの表面で反射される光と、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの底面で反射される光には、図３に示すように光路長ａ及びａ’の差が生じる。したがって、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの深さと、その深さに応じて反射される光の波長の関係は、以下に示す（式１）、（式２）となる。

すなわち、第１反射層２１ａは、上記（式１）の関係を満たし、赤色光（波長６５０ｎｍ）を強めて反射する深さＬを有している。また、第２反射層２１ｂは、上記（式２）の関係を満たし、青色光（波長３８８ｎｍ）を強めて反射する深さＭを有している。また、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂは、上記（式１）及び（式２）の関係を満たすような反射率ｎを有している。

このように形成された第１反射層２１ａは、その第１反射層２１ａによる所定ピッチ毎の反射光量の変動回数に基づきスケール２の相対移動量を算出可能なＩＮＣデータの計測に用いられる。また、第２反射層２１ｂは、その第２反射層２１ｂによる反射光量の特定パターンの変動に基づきスケール２の相対移動量を算出可能なＡＢＳデータの計測に用いられる。

次に、図４を参照して、第１実施形態の光電式エンコーダの測定動作を説明する。先ず、制御部４は、スケール２をＡに示す方向に相対移動させる（ステップＳ１０１）。次に、制御部４は、赤色ＬＥＤ１１から赤色光を照射させ（ステップＳ１０２）、その反射光を受光部３に受光させ、その受光信号に基づき第１データ（等ピッチのインクリメンタルデータ）を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御部４は、赤色ＬＥＤ１１からの照射を終了させる（ステップＳ１０４）。

続いて、制御部４は、青色ＬＥＤ１２から青色光を照射させ（ステップＳ１０５）、その反射光を受光部３に受光させ、その受光信号に基づき第２データ（絶対位置データ）を測定する（ステップＳ１０６）。次に、制御部４は、青色ＬＥＤ１２からの照射を終了させる（ステップＳ１０７）。

そして、制御部４は、移動の終了を受け付けたか否か、或いは移動の終了を感知したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。ここで、制御部４は、移動が終了したと判断すると（ステップＳ１０８、Ｙ）、第１データ及び第２データの移動に対する変位回数及び変位のパターンに基づき、測定結果を導出し（ステップＳ１０９）、本制御を終了する。一方、制御部４は、移動が終了していないと判断すると（ステップＳ１０８、Ｎ）、再びステップＳ１０２からの処理を繰り返し実行する。

このような構成とすることにより、赤色ＬＥＤ１１及び青色ＬＥＤ１２から２つの異なる波長の光を照射し、スケール２において第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂに応じてそれらの光を反射する。したがって、得られる情報は、スケール２から反射される赤色光及び青色光の波長情報を含めたものとなる。すなわち、得られる情報量が、増加することとなり、高精度な光電式エンコーダを提供することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、図５〜図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、スケール２、制御部４は第１実施形態の構成と同一であり、光源部１’及び受光部３’が第１実施形態の構成と異なる。

第２実施形態の光源部１’は、赤色ＬＥＤ１１及び青色ＬＥＤ１２の代わりに、白色ＬＥＤ１４を備える点で第１実施形態と異なる。

図５〜図７に示すように、第２実施形態の受光部３’は、反射光が照射される面側に、特定の光のみを透過させる光フィルター３２を備えている。

光フィルター３２は、赤色光のみを透過させる赤色光フィルター３２ａ、及び青色光のみを透過させる青色光フィルター３２ｂから構成されている。また、受光部３’は、赤色光フィルター３２ａを透過した赤色光のみを受光する赤色光受光領域３’ａ、及び青色光フィルター３２ｂを透過した青色光のみを受光する青色光受光領域３’ｂを備えている。

次に、図８を参照して、第２実施形態の光電式エンコーダの測定動作を説明する。先ず、制御部４は、スケール２をＡに示す方向に相対移動させる（ステップＳ２０１）。次に、制御部４は、白色ＬＥＤ１４から光を照射させ（ステップＳ２０２）、赤色光フィルター３２ａにより反射光に含まれる赤色光を透過させ赤色光受光領域３’ａにおいて受光し、第１データを計測する（ステップＳ２０３）。また、同様に、青色光フィルター３２ｂにより反射光に含まれる青色光を透過させ青色光受光領域３’ｂにおいて受光し、第２データを計測する（ステップＳ２０４）。

そして、制御部４は、移動の終了の受付、或いは移動の終了を感知したか否かを判断する（ステップＳ２０５）。ここで、制御部４は、移動が終了したと判断すると（ステップＳ２０５、Ｙ）、白色ＬＥＤ１４の照射を終了させる（ステップＳ２０６）。そして、制御部４は、計測したデータの移動に対する変位回数及び変位のパターンに基づき、測定結果を導出し（ステップＳ２０７）、本制御を終了する。一方、制御部４は、移動が終了していないと判断すると（ステップＳ２０５、Ｎ）、再びステップＳ２０３からの処理を繰り返し実行する。

上記のような構成とすることにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第３実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ａが、第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ａにおいては、第１反射層２１ａに対する第２反射層２１ｂの配置が、第１実施形態と異なる。第２反射層２１ｂは、隣接する第１反射層２１ａ間に設けられている状態を「１」、設けられていない状態を「０」と標記すると、…「１」、「１」、「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「１」、「１」、「１」、「０」、「０」、…という規則性をもって形成されている。

上記のような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第４実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第４実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ｂが、第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｂにおいては、第１反射層２１ａに対する第２反射層２１ｂの配置が、第１実施形態と異なる。第２反射層２１ｂは、隣接する第１反射層２１ａ間に設けられている状態を「１」、設けられていない状態を「０」と標記すると、所定の領域に「０」…「０」、「１」、「１」、「０」、「０」、「１」、「０」、「１」、「０」、…「０」という配列で形成されている。

上記のような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。また、上記のように、スケール２ｂは、第２反射層２１ｂが所定領域にのみ特定パターンで配列されているので、例えば、そのパターンを原点として読み取ること等に有用に活用できる。

［第５実施形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第５実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第５実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ｃが、第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｃにおいては、第１反射層２１ａに対する第２反射層２１ｂの配置が、第１実施形態と異なる。第２反射層２１ｂは、隣接する第１反射層２１ａ間に設けられている状態を「１」、設けられていない状態を「０」と標記すると、「０」…「０」、「１」、「１」、「１」、「１」、「１」、「１」、「１」、「０」、…「０」という配列で所定領域にのみ連続的に配列されている。

上記のような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。また、上記のように、スケール２ｃは、第２反射層２１ｂが所定位置にのみ連続的に配列されているので、例えば、そのパターンを原点として読み取ること等に有用に活用できる。

［第６実施形態］
次に、図１２〜図１６を参照して、本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第６実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ｄ及び受光部３’’が、第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｄにおいては、図１２に示すように、第１反射層２１ａに対する第２反射層２１ｂ’の配置、及びその形状が第１実施形態と異なる。第２反射層２１ｂ’は、隣接する第１反射層２１ａ間に連続的に配列されている。また、第２反射層２１ｂ’は、ピッチ方向に１／４Ｄの幅、ピッチ方向に直交する方向に長さＨ’（Ｈ’＜Ｈ）で形成されている。

受光部３’’において、図１３に示すように、光フィルター３２’、赤色光受光領域３’’ａ、及び青色光受光領域３’’ｂの構成が、第２実施形態の構成と異なる。すなわち、光フィルター３２’において、赤色光フィルター３２’ａと青色光フィルター３２’ｂとが、相対移動方向に直列に配置されている。そして、青色光受光領域３’’ｂの受光アレイは、赤色光受光領域３’’ａに対して、９０°回転した配置となっている。ここで、走査軸方向をＸ方向、青色光受光領域３’’ｂの面内であって、その中心からＸ軸に直交する方向をＹ方向とする。

例えば、受光部３’’とスケール２ｄとが平行に配置された場合、青色光受光領域３’’ｂにおける受光量は、図１４に示すように、常にＹ方向に０の位置でピークに達する。

また、例えば、図１５に示すように、受光部３’’に対してスケール２ｄを傾けて配置して走査する場合、青色光受光領域３’’ｂにおける受光量のピークは、図１６に示すようになる。すなわち、受光部３’’のＸ方向への相対移動に伴い、青色光受光領域３’’ｂの受光量のピークは、Ｙ方向にシフトする。

したがって、第６実施形態による光電式エンコーダの構成によれば、受光部３’’とスケール２ｄと間の配置の傾きを検出することができる。なお、第６実施形態による光電式エンコーダは、第１及び第２実施形態と同様の効果も得られる。

［第７実施形態］
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の第７実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第７実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ｅが第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｅにおいては、図１７及び図１８に示すように、溝状の第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂに光の反射（または吸収）する波長が異なる（例えば、赤色と青色など）カラーレジスト２４ａ，２４ｂが埋め込まれている点が、第１実施形態の構成と異なる。

ここでは、第１反射層２１ａにおけるカラーレジスト２４ａによって、例えば１０／１０μｍピッチのインクリメンタルスケールを構成し、第２反射層２１ｂにおけるカラーレジスト２４ｂによって絶対位置を表現している。また、絶対位置の表現手法としては、例えば疑似ランダムコードパターンを利用することができる。この疑似ランダムコードパターンとしては、Ｍ系列が好適である。

さらに、このスケール２ｅによれば、第２反射層２１ｂにおけるカラーレジスト２４ｂによって原点パターンを構成して、原点付きのエンコーダのスケールとすることも可能である。なお、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂの深さは、カラーレジスト２４ａ，２４ｂそれぞれの光の反射（または吸収）効率に適合させるように設定すればよい。

上記のような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。また、上記のように、スケール２ｅは、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂにカラーレジスト２４ａ，２４ｂが埋め込まれているため、エッジがシャープに再現され、高精細で精密なスケールとすることができる。

［第８実施形態］
次に、図１９及び図２０を参照して、本発明の第８実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第８実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同一であり、スケール２ｆが第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｆにおいては、図１９及び図２０に示すように、基板２２上に第１反射層及び第２反射層として機能するカラーレジスト２４ａ，２４ｂを配置している点が、第１実施形態の構成と異なる。

上記のような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。また、上記のように、スケール２ｆは、第１反射層及び第２反射層として機能するカラーレジスト２４ａ，２４ｂが基板２２上に形成されているため、基板２２に溝状の第１及び第２反射層を形成した上でカラーレジスト２４ａ，２４ｂを埋め込む場合と比べて容易に製造することができる。

［第９実施形態］
次に、図２１、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３Ａ及び図２３Ｂを参照して、本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダの構成を説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成は、同一符号を付し、その説明を省略する。

第９実施形態に係る光電式エンコーダにおいて、光源部１、受光部３、制御部４は、第１実施形態の構成と同様であり、スケール２ｇが第１実施形態の構成と異なる。

スケール２ｇにおいては、図２１に示すように、基板２２上にクロム薄膜からなる第１反射層６１ａ及び第２反射層６１ｂが配置され、各反射層６１ａ，６１ｂの光の入射面側に同一ピッチで深さがｈａ，ｈｂとそれぞれ異なる回折格子７１ａ，７１ｂが形成されている点が、第１実施形態の構成と異なる。

第１反射層６１ａの回折格子７１ａは、図２２Ａに示すように、例えば波長λａ（λａ＝４ｈａ）の光が表面に達すると、この波長λａの光を図中実線矢印で示す方向に回折反射させ、図中点線矢印で示す入射方向には反射させないように作用する。同様に、第２反射層６１ｂの回折格子７１ｂは、例えば波長λｂ（λｂ＝４ｈｂ）の光が表面に達すると、この波長λｂの光を図中実線矢印で示す方向に回折反射させ、図中点線矢印で示す入射方向には反射させないように作用する。

一方、図２２Ｂに示すように、第１反射層６１ａの回折格子７１ａの表面に上記波長λｂの光が、また、第２反射層６１ｂの回折格子７１ｂの表面に上記波長λａの光がそれぞれ達すると、回折条件が合わなくなるため回折光が弱くなり、それぞれの光は図中実線矢印で示す入射方向へ反射する。

すなわち、このように構成されたスケール２ｇを波長λａの光で測定すると、図２３Ａに示すように、第１反射層６１ａは検出できず、第２反射層６１ｂが検出され、波長λｂの光で測定すると、図２３Ｂに示すように、第１反射層６１ａが検出され、第２反射層６１ｂは検出されないこととなる。

このような構成とすることにより、第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。また、上記のようにスケール２ｇは、回折格子７１ａ，７１ｂを有する第１反射層６１ａ及び第２反射層６１ｂが基板２２上に形成されているため、各反射層を溝状に形成する場合と比べて容易に製造することができる。

［スケールの第１製造方法］
次に、図２４Ａ〜２４Ｄを参照して、スケール２の第１製造方法について説明する。図２４Ａに示すように、基板２２を用意する。なお、基板２２は、上述したようにステンレス鋼板である。次に、図２４Ｂに示すように、第１の出力によるレーザ（例えば、ＹＶＯ４）の照射を所定ピッチで行い、基板２２表面を酸化させ、酸化膜による第１反射層２１ａを形成する。続いて、図２４Ｃに示すように、第１反射層２１ａの間に第１の出力よりも低い出力である第２の出力によるレーザ照射を行い、基板２２表面を酸化させ、酸化膜による第２反射層２１ｂを形成する。そして、図２４Ｄに示すように、基板２２の表面、第１及び第２反射層２１ａ，２１ｂの表面に透明材料２４を形成し、スケール２を製造する。なお、基板２２は、ステンレス鋼板の他、チタン等であってもよい。

上記のようなスケール２の第１製造方法によれば、主に出力を異ならせたレーザ照射により、第１反射層２１ａ及び第２反射層２１ｂを形成可能であるので、高精度の光電式エンコーダを実現するスケール２を低コストで製造することができる。また、基板２２の表面、第１及び第２反射層２１ａ，２１ｂの表面に透明材料２４を形成することにより、第１及び第２反射層２１ａ，２１ｂの耐腐性を高めることができる。

［スケールの第２製造方法］
次に、図２５Ａ〜２５Ｅ及び図２６Ａ〜２６Ｄを参照して、スケール２の第２製造方法について説明する。先ず、図２５Ａに示すように、基板２２を用意する。次に、図２５Ｂに示すように、基板２２の表面に第１パターンのレジスト２３ａを塗布する。続いて、図２５Ｃに示すように、基板２２の表面を露光、及びレジスト２３ａを除去し、第１孔２１ｃを形成する。そして、図２５Ｄに示すように、基板２２に透明材料２１ｄを蒸着させる。次に、図２５Ｅに示すように、基板２２の表面にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を施し、第１反射層２１ａを形成する。

続いて、図２６Ａに示すように、基板２２の表面に第２パターンのレジスト２３ｂを塗布する。次に、図２６Ｂに示すように、基板２２の表面を露光、及びレジスト２３ｂを除去し、第２孔２１ｅを形成する。続いて、図２６Ｃに示すように、基板２２に透明材料２１ｄを蒸着させる。そして、図２６Ｄに示すように、基板２２の表面にＣＭＰ処理を施し、第２反射層２１ｂを形成し、スケール２を製造する。

上記のようなスケール２の第２製造方法によれば、主にエッチングにより深さの異なる第１孔２１ｃ及び第２孔２１ｅを形成する工程によって反射層を製造可能であるので、高精度の光電式エンコーダを実現するスケール２を低コストで製造することができる。

［スケールの第３製造方法］
次に、図２７Ａ〜２７Ｍを参照して、スケール２の第３の製造方法について説明する。ここでは、スケール２として具体的には上述したスケール２ｇを製造する場合について説明する。図２７Ａに示すように、基板２２を用意して、この基板２２上に光の反射層となるクロム薄膜６１を成膜する。次に、図２７Ｂに示すように、クロム薄膜６１の表面にレジスト９１を塗布する。続いて、図２７Ｃに示すように、第１反射層６１ａの回折格子７１ａを形成する箇所を含む所定箇所にクロム薄膜６１を深さｈａまでエッチングするためのパターン９１ａを形成し、図２７Ｄに示すように、クロム薄膜６１を深さｈａまでエッチングする。

そして、図２７Ｅに示すように、クロム薄膜６１上のレジスト９１（９１ａを含む）を除去して回折格子７１ａを形成し、図２７Ｆに示すように、再度クロム薄膜６１の表面にレジスト９１を塗布する。そして、図２７Ｇに示すように、第２反射層６１ｂの回折格子７１ｂを形成する箇所を含む所定箇所にクロム薄膜６１を深さｈｂまでエッチングするためのパターン９１ｂを形成し、図２７Ｈに示すように、クロム薄膜６１を深さｈｂまでエッチングする。

続いて、図２７Ｉに示すように、クロム薄膜６１上のレジスト９１（９１ｂを含む）を除去して回折格子７１ｂを形成し、図２７Ｊに示すように、さらにクロム薄膜６１の表面にレジスト９１を塗布した上で、図２７Ｋに示すように、第１反射層６１ａ及び第２反射層６１ｂを形成するためのパターン９１ｃ，９１ｄをそれぞれ形成する。その後、図２７Ｌに示すように、クロム薄膜６１をエッチングして、図２７Ｍに示すように、レジスト９１ｃ，９１ｄを除去して回折格子７１ａ，７１ｂをそれぞれ有する第１及び第２反射層６１ａ，６１ｂを備えたスケール２ｇを製造する。

上記のようなスケール２の第３の製造方法によれば、主にエッチングにより深さの異なる回折格子７１ａ，７１ｂを有する各反射層６１ａ，６１ｂを製造可能であるので、高精度の光電式エンコーダを実現するスケール２ｇを低コストで製造することができる。

以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダ、この光電式エンコーダの構成要素となるスケール、及び光電式エンコーダのスケールの製造方法によれば、光源が複数の異なる波長の光を照射し、スケールが複数の異なる波長の光をそれぞれ反射させる複数の反射層を備えるため、光は反射層毎に異なる波長で反射される。これにより、その情報量はスケールから反射された光に含まれる異なる波長の数に応じて増加するので、高精度でありつつも製造コストを低コストに抑えることが可能である。

本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの構成概略図である。 本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの側面断面図である。 本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの構成概略図である。 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの受光部の概略図である。 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの受光部の図６に示すＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第４実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第５実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの受光部の概略図である。 本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの受光部とスケールとを平行に配置した場合の青色光受光領域における受光量を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの受光部に対してスケールを傾けて配置した場合を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの受光部とスケールとを傾けて配置し、走査した場合における、スケールの相対移動量と青色光受光領域における受光量を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る光電式エンコーダの構成概略図である。 本発明の第７実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第８実施形態に係る光電式エンコーダの構成概略図である。 本発明の第８実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの上面図である。 本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの一部を断面で示す側面図である。 本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの一部を断面で示す側面図である。 本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの一部を断面で示す側面図である。 本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの一部を示す上面図である。 本発明の第９実施形態に係る光電式エンコーダのスケールの一部を示す上面図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第１製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第１製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第１製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第１製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第２製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。 本発明の光電式エンコーダのスケールの第３製造方法を示す図である。

符号の説明

１…光源部、１１…赤色ＬＥＤ、１２…青色ＬＥＤ、１３…透明基板、１３ａ…インデックススケール、１３１…光学格子、１３１ａ…遮光部、１４…白色ＬＥＤ、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ…スケール、２１…位相格子、２１ａ、６１ａ…第１反射層、２１ｂ、６１ｂ…第２反射層、２１ｃ…第１孔、２１ｄ…透明材料、２１ｅ…第２孔、２２…基板、２４ａ，２４ｂ…カラーレジスト、３，３’，３’’…受光部、３’ａ，３’’ａ…赤色光受光領域、３’ｂ，３’’ｂ…青色光受光領域、３１…バンプ、３２，３２’…光フィルター、３２ａ，３２’ａ…赤色光フィルター、３２ｂ，３２’ｂ…赤色光フィルター、４…制御部、５…波長分離器。

Claims (9)

1. 測定軸に沿って格子が形成されたスケールと、前記格子上に照明スポットを形成するように前記スケールに対して光を照射する光源と、前記スケールからの反射光を受光する受光器とを備え、少なくとも前記受光器及び前記光源が前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置され、前記光源により前記スケールに光を照射してその反射光を前記受光器により受光する光電式エンコーダであって、
   前記光源は、複数の異なる波長の光を照射し、
   前記スケールは、複数の異なる波長の光をそれぞれ反射させる溝状の複数の反射層及び前記複数の反射層に埋め込まれて前記異なる波長の光を反射又は吸収する複数のカラーレジストを備え、
   前記複数の反射層は、前記複数のカラーレジストの光の反射効率又は吸収効率に合わせて、前記スケール表面からの深さが異なるように形成されている
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 前記複数の反射層は、それぞれ光の入射面に特定の波長の光を回折する回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
3. 前記光源は、少なくとも２つの波長の光を選択的に照射すること特徴とする請求項１又は２記載の光電式エンコーダ。
4. 前記受光器により受光した光を波長毎に分離する波長分離器を備え、
   前記光源は、所定の波長領域を有する光を照射する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光電式エンコーダ。
5. 光電式エンコーダの有する光源及び受光部に対して相対移動可能であり、前記光源からの照射光を反射させるスケールであって、
   前記スケールは、複数の異なる波長の光をそれぞれ反射させる複数の反射層及び前記複数の反射層に埋め込まれて前記異なる波長の光を反射又は吸収する複数のカラーレジストを備え、
   前記複数の反射層は、前記複数のカラーレジストの光の反射効率又は吸収効率に合わせて、前記スケール表面からの深さが異なるように形成されている
   ことを特徴とするスケール。
6. 前記複数の反射層は、それぞれ光の入射面に特定の波長の光を回折する回折格子が形成されていることを特徴とする請求項５記載のスケール。
7. 光電式エンコーダを構成するスケールの製造方法であって、
   基板表面に対し、異なる波長の光を反射させる反射層を所定ピッチで形成する工程を備え、
   前記反射層を形成する工程では、前記基板表面に、深さが異なり、異なる波長の光を反射させる反射層及び前記反射層に埋め込まれて前記異なる波長の光を反射又は吸収するカラーレジストを所定ピッチで複数形成し、
   前記反射層の前記基板表面からの深さは、前記カラーレジストの光の反射効率又は吸収効率に合わせて設定されていることを特徴とする光電式エンコーダのスケールの製造方法。
8. 前記反射層を形成する工程にて、当該反射層が異なる深さを有するように、異なる出力のレーザを前記基板に照射し、当該基板を酸化させることを特徴とする請求項７記載の光電式エンコーダのスケールの製造方法。
9. 前記反射層を形成する工程の後、前記反射層及び前記基板の表面に透明材料を形成することを特徴とする請求項７又は８記載の光電式エンコーダのスケールの製造方法。

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