JP5850710B2 - エンコーダ用反射型光学式スケール及び反射型光学式エンコーダ - Google Patents
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Description
図1〜6を参照しながら、本発明の第1実施形態のエンコーダ用反射型光学式スケール1を説明する。図1は、反射型光学式エンコーダ100を説明する概略図である。反射型光学式エンコーダ100は、反射型光学式スケール1と、検出ヘッド90と、を含む。反射型光学式スケール1と検出ヘッド90は、互いに対向するように配されうる。図1(a)では、反射型光学式スケール1が下に描かれ、検出ヘッド90が上に描かれている。図1(b)では、反射型光学式スケール1が上に描かれ、検出ヘッド90が下に描かれている。検出ヘッド90は、光源91および光検出器92、並びにこれらを含む検出基板93を備える。光源91は、例えば、発光面が小さく単一波長λの光を照射しうる点光源LEDである。以下の実施形態においては、光源91が波長λ=850nm程度の赤外LEDの場合を考える。また、光源91は、発光光を平行光としうるコリメータレンズを含んでもよい。光検出器92は、例えば、複数のフォトダイオードが所定の間隔で配置されて構成されうる。また、光検出器92は、複数のフォトダイオードの出力信号を変換し又は増幅する周辺回路を含んでもよい。図2には、反射型光学式エンコーダ100を他の角度からみた平面図を示す。
下地部材30の他の例として、光について透過性を有する基板の上にクロム、チタン、ニッケル、鉄、及び白金のうち少なくともいずれか一つを含む膜が形成された部材を用いてもよい。この場合は、光源91からの入射光が透過しない程度の厚さの金属膜を形成することを要する。図3(b)は、本発明の第2実施形態の反射型光学式スケール2である。本実施形態においては、下地部材30として、ガラス基板70の上にクロムの金属膜80を形成した部材を用いた。クロムの金属膜80の厚さは100nm以上で形成した。したがって、光源91から照射された光がこの金属膜80を透過することはなく、エンコーダ100の誤動作等の原因とはならない。クロムの金属膜80の光の屈折率は4.31程度である。
第3比較例は、下地部材30と反射部材40については本実施形態と同じとし、第1材料で構成された層50及び第2材料で構成された層60を設けない場合である。第4比較例は、下地部材30と反射部材40については本実施形態と同じとし、これらを含むスケールの表面の全体にわたって、第2材料である酸化チタンで構成される層(光学膜厚λ/4、厚さ94nm)を形成した場合である。
第2実施形態のように、下地部材30の他の例として、ガラス等の基板の上に金属膜を形成した部材を用いる場合は、金属膜の材料に、例えば、ニッケル、鉄、白金のような、安価で高い屈折率を有する材料を選ぶことも可能である。図3(c)は、本発明の第3実施形態のエンコーダ用反射型光学式スケール3である。本実施形態においては、下地部材30として、ガラス基板70の上にチタンの金属膜81を形成した部材を用いた。チタンの金属膜81の厚さは100nm以上で形成した。クロムの金属膜を形成した第2実施形態と比べて、光の透過率を0.1%以下に抑えることが可能である。したがって、光源91から照射された光がこの金属膜81を透過することはなく、エンコーダ100の誤動作等の原因とはならない。チタンの金属膜81の光の屈折率は3.24程度である。
第5比較例は、下地部材30と反射部材40については本実施形態と同じとし、第1材料で構成された層51及び第2材料で構成された層61を設けない場合である。第6比較例は、下地部材30と反射部材40については本実施形態と同じとし、これらを含むスケールの表面の全体にわたって、第2材料である酸化アルミニウムで構成される層(光学膜厚λ/4、厚さ128nm)を形成した場合である。
Claims (10)
- 下地部材に第1領域と第2領域とが交互に配置されたエンコーダ用反射型光学式スケールであって、
前記第1領域は、前記下地部材の上に配され波長λの光を反射する反射部材と、前記反射部材の上に配された第1材料で構成された第1層と、前記第1層の上に配された第2材料で構成された第2層と、を有し、
前記第2領域は、前記下地部材の上に、前記第1材料で構成された層を介することなく配された前記第2材料で構成された層を有し、
前記第1材料および前記第2材料は、波長λの光について透過性を有し、
前記第1材料は、前記反射部材および前記第2材料よりも波長λの光の屈折率が低く、
前記第2材料は、前記下地部材よりも波長λの光の屈折率が低く、
前記第1層および前記第2層の光学膜厚は、前記第1領域の方が前記第2領域よりも波長λの光の反射率が大きくなるように設けられている、
ことを特徴とするエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 波長λは、赤外光の波長である、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記第1層の光学膜厚は、2λ/9±λ/9の範囲内であり、
前記第2層の光学膜厚は、λ/4±λ/4の範囲内である、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記下地部材は、シリコン基板、又は、前記光について透過性を有する基板の上にクロム、チタン、ニッケル、鉄、及び白金のうち少なくともいずれか一つを含む膜が形成された部材である、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記第1材料は、酸化シリコンまたはフッ化マグネシウムであり、
前記第2材料は、酸化チタン、五酸化タンタル、酸化ジルコニウム、五酸化ニオブ、酸化アルミニウム、または、酸化ランタンと酸化チタンとの混合材料である、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記反射部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記下地部材はシリコン基板であり、
前記第1材料は、酸化シリコンであり、
前記第2材料は、酸化チタンである、
ことを特徴とする請求項6に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記反射部材の側面および前記第1層の側面は、同一面を形成している、
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 前記反射部材の側面、前記第1層の側面および前記第1領域を構成する前記第2層の側面は、同一面を形成している、
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケール。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のエンコーダ用反射型光学式スケールと、
前記スケールに波長λの光を照射する光源と、
前記光源の前記スケールからの反射光を検出する光検出器と、を備える、
ことを特徴とする反射型光学式エンコーダ。
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