(57)【要約】【課題】簡便な構成により位相格子を保護できるエンコーダ用スケール、及びエンコーダ装置を提供する。【解決手段】位相格子５１が形成された基板５０と、位相格子５１を保護する保護部６０と、位相格子５１の周囲のうち少なくとも一部に配置され、基板５０と保護部６０とを貼り合せる接着部５５と、を備えたエンコーダ用スケール１００である。【選択図】図１
2011021909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダ用スケールであって、
位相格子が形成された基板と、
前記位相格子を保護する保護部と、
前記位相格子の周囲のうち少なくとも一部に配置され、前記基板と前記保護部とを貼り合せる接着部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ用スケール。
【請求項２】
前記接着部は、前記位相格子を囲むように配置されることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項３】
前記保護部によって空隙が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項４】
前記空隙に不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項５】
前記保護部は、前記位相格子を非密閉状態に保護することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項６】
前記保護部は、前記基板上の前記位相格子が形成された面に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項７】
前記接着部は両面接着部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項８】
前記保護部には、波長選択性を有する波長選択膜が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項９】
前記保護部には、親水性膜が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項１０】
前記接着部が前記保護部と前記基板との距離を一定に保持することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエンコーダ用スケールと、該エンコーダ用スケールを介した光を検出する検出器と、を備えることを特徴とするエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダ用スケール、及びエンコーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダ装置は、例えば、光源から射出した光をスケールに照射し、そのスケールを介した光を検出器で検出することで基板ステージ等の移動体の位置情報を検出することができる。このようなスケールとしてホログラムによって位相格子を構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２３２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなスケールにおいては、検出不良などを防止すべく、微細な凹凸形状を有する位相格子が形成された面を汚れや破損等から保護する必要がある。そこで、簡便な構成で位相格子面を保護可能な技術の提供が望まれていた。
【０００５】
本発明は、簡便な構成により位相格子を保護できるエンコーダ用スケール、及びエンコーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、エンコーダ用スケールであって、位相格子が形成された基板と、前記位相格子を保護する保護部と、前記位相格子の周囲のうち少なくとも一部に配置され、前記基板と前記保護部とを貼り合せる接着部と、を備えるエンコーダ用スケールが提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、上記エンコーダ用スケールと、該エンコーダ用スケールを介した光を検出する検出器と、を備えるエンコーダ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡便な構成により位相格子を保護できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】スケールの一実施形態に係る構成を示す分解斜視図である。
【図２】スケールの図１におけるＡ−Ａ線矢視による断面構成図である。
【図３】反射型のスケールの概略構成を示す図である。
【図４】エンコーダ装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００１１】
（エンコーダ用スケール）
図１は本発明のエンコーダ用スケール（以下、スケールと称す）の一実施形態に係る構成を示す分解斜視図である。スケール１００は、図１に示されるようにＸ軸方向を周期方向とする位相格子としての回折格子５１が形成された基板５０と、回折格子５１を保護する保護基板６０と、を主体に構成されている。基板５０と保護基板６０とは両面テープ（両面接着部材）５５により貼り合わされている。なお、本実施形態のスケール１００は透過型のスケールである。
【００１２】
基板５０は、例えば石英等の透光性部材から構成されている。また、保護基板６０も同様に透光性部材から構成されている。
両面テープ５５は、回折格子５１を囲んだ状態で配置されている。このように両面テープ５５が回折格子５１を囲んだ状態に配置されるため、基板５０と保護基板６０とは良好に密着された状態とされている。なお、両面テープ５５は、回折格子５１の周囲全体に配置されることが望ましいが、基板５０と保護基板６０とを密着することが可能な程度に、回折格子５１の周囲の少なくとも一部に配置されればよい。
【００１３】
図２は、スケール１００の図１におけるＡ−Ａ線矢視による断面構成を示す図である。図２に示されるように、保護基板６０と基板５０との間には、両面テープ５５により空隙５６が設けられている。すなわち、両面テープ５５は、保護基板６０と基板５０とを貼り合せる接着部として機能、及び保護基板６０と基板５０との空隙５６を形成するスペーサとしての機能を兼ねたものとなっている。これにより基板５０に形成されている回折格子５１と保護基板６０とが接触することが防止されたものとなっている。なお、前記接着部によって、前記保護部と前記基板との距離は一定に保持されている。
【００１４】
また、保護基板６０には微小な開口部７０が形成されている。開口部７０は、空隙５６内に異物が混入することを防止可能な大きさに設定されている。これにより、保護基板６０は、回折格子５１を非密閉状態にて保護している。
【００１５】
この構成によれば、後述するエンコーダ装置１０（図４参照）を様々な外部環境（温度条件、など）のもとで利用した場合でも、空隙５６が密閉状態となっていないため、膨張或いは圧縮することで保護基板６０が変形することが防止される。よって、保護基板６０が変形することで回折格子５１に入射する光に影響が及ぶことが防止される。
【００１６】
また、上記開口部７０を除く保護基板６０の上面（基板５０の対向面と反対側の面）には、所定の波長の光（光源１２からのコヒーレントな光）に対して波長選択性を有する波長選択膜６５が形成されている。波長選択膜６５は、例えば誘電体積層膜によって構成される。このような波長選択膜６５を設ける事で光源１２からのコヒーレントな光のみを回折格子５１に到達させることができる。これにより、ＳＮ比を向上させることができ、明瞭な回折光を得ることができる。
【００１７】
また、保護基板６０の表面（波長選択膜６５上）には親水膜６６が設けられている。親水膜６６は、例えば界面活性材含有膜等から構成される。これにより、保護基板６０に曇りが生じるのを防止することができる。
【００１８】
また、スケール１００は、回折格子５１を形成した基板５０に回折格子５１を枠状に囲むように両面テープ５５を配置し、その上に保護基板６０を貼り付けることで製造することができる。このようにスケール１００は、簡便な方法で製造されることから製造コストが抑えられたものとなる。
【００１９】
ところで、基板５０に形成された回折格子５１は、微細な凹凸形状を有するため、汚れや接触などによる破損が生じると良好な計測が行えなくなってしまう。これに対し、本実施形態に構成によれば、回折格子５１が保護基板６０によって保護されるので回折格子５１に異物が付着したり、不要な流体が付着したり、傷がつくといった不具合の発生を確実に防止することができる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、位相格子として回折型のものについて説明したが、本発明はこれに限定されることは無く、例えばホログラム型、ブレーズ型の位相格子を備えたものにも適用可能である。
【００２１】
なお、開口部７０の代わりに保護基板６０の一部にフィルタを配置することで空隙を非密閉状態とするようにしてもよい。この構成によれば、フィルタによって異物の浸入を防止するとともに空隙内を良好に非密閉状態とすることができる。また、開口部７０を基板５０に設けるようにしてもよい。また、開口部７０は、保護基板６０に形成されていなくてもよい。
【００２２】
また、上述の実施形態では、透過型の位相格子を備えたものについて説明したが、本発明のエンコーダ用スケールは反射型のスケールについても適応可能である。図３は反射型のスケール１００の概略構成を示す図である。図３に示されるように、スケール１０１は、反射型の位相格子としての回折格子８１が形成された基板８０と、上記実施形態と同様のガラス等の透光性部材からなる保護基板６０が貼り合わされることで構成されている。
【００２３】
また、スケール１０１は、回折格子８１が密閉空間内に保持されたものとなっている。具体的にスケール１０１は、上述したスケール１００と異なり、基板８０と保護基板６０との間に形成される空隙Ｘが不活性ガス（例えば、窒素ガス）で充填された状態となっている。これにより、回折格子８１の格子面が金属酸化することで劣化してしまうのを防止することができる。
なお、本実施形態によれば、簡便な構成により位相格子を保護できるエンコーダ用スケール、又は、位相格子を低コストで保護できるエンコーダ用スケールを提供することができる。
【００２４】
（エンコーダ装置）
図４は本発明のエンコーダ装置の一例に係る概略構成を示す斜視図である。図４に示されるように、エンコーダ装置１０は、いわゆる回折干渉方式のエンコーダ装置であり、所定方向に移動する移動体（例えば、ステージなど）の移動方向、移動量、或いは変位を検出するリニアエンコーダである。なお、本発明のエンコーダ装置としては、リニアエンコーダに限定されず、ロータリーエンコーダであってもよい。
【００２５】
エンコーダ装置１０は、図１に示されるように、光源１２と、振動ミラー１４と、コリメータレンズ１８と、第１のインデックススケール２０と、第２のインデックススケール２２と、ビームスプリッタＢＳと、移動スケール２４と、第１の受光素子（第１の検出器）２６と、参照スケール２８と、第２の受光素子（第２の検出器）３０とを含んでいる。なお、少なくとも移動スケール２４は、本発明のエンコーダ用スケール（上記スケール１００）から構成されている。
【００２６】
光源１２は、コヒーレントな光、例えば波長λ（＝８５０ｎｍ）のレーザ光を図１及び図４における＋Ｘ方向に向けて射出するものである。
【００２７】
振動ミラー１４は、光源１２からのレーザ光を第１のインデックススケール２０に向けて反射する。この振動ミラー１４は、アクチュエータを含む駆動機構１６によりＹ軸回りの回転方向に周期的に振動される。すなわち、振動ミラー１４に入射した光の反射方向は、その反射面の無機によって異なることとなり、コリメータレンズ１８に入射する照明光の角度が周期的に変調されるようになっている。
コリメータレンズ１８は、振動ミラー１４で反射されたレーザ光を平行光に変換する。
【００２８】
第１のインデックススケール２０は、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成された基板を主体として構成されるものであり、コリメータレンズ１８を透過した平行光が入射する。なお、上記第１のインデックススケール２０は上述のスケール１００から構成されている。
【００２９】
第１のインデックススケール２０では、入射した平行光に基づいて、複数の回折光を発生させる。図４では、それらの回折光のうち、第１のインデックススケール２０で発生した±１次回折光（図１において、＋Ｘ側に射出している回折光が＋１次回折光、−Ｘ側に出射している回折光が−１次回折光である）が示されている。なお、第１のインデックススケール２０が本発明のスケール１００から構成されていてもよい。
【００３０】
第２のインデックススケール２２は、第１のインデックススケール２０と同様、Ｘ軸方向を周期方向とする回折格子が形成された基板を主体として構成されるものであり、第１のインデックススケール２０と、移動スケール２４との間に配置されている。この第２のインデックススケール２２は、第１のインデックススケール２０で発生した−１次回折光を回折して＋１次回折光を生成し、この＋１次回折光は移動スケール２４に向かう。また、第２のインデックススケール２２は、第１のインデックススケール２０で発生した＋１次回折光を回折して−１次回折光を生成し、この−１次回折光は移動スケール２４に向かう。なお、第２のインデックススケール２２が本発明のスケール１００から構成されていてもよい。
【００３１】
ここで、第２のインデックススケール２２で生成された±１次回折光は、ビームスプリッタＢＳを透過して、移動スケール２４上のほぼ同一位置で互いに重なり合う。すなわち、＋１次回折光が移動スケール２４上で干渉する。
【００３２】
移動スケール２４は、上記スケール１００から構成されている。この移動スケール２４では、第２のインデックススケール２２で生成された＋１次回折光を回折して−１次回折光を回折して＋１次回折光を生成する。そして、これら＋１次回折光は、互いに干渉した状態で、第１の受光素子２６に入射する。この結果、第１の受光素子２６は、干渉光の干渉強度を示す電気信号を出力するようになる。
【００３３】
なお、本実施形態では、第１のインデックススケール２０と移動スケール２４の格子ピッチが同一であり、第２のインデックススケール２２の格子ピッチが、第１のインデックススケール２０及び移動スケール２４の格子ピッチの１／２であるものとする。
【００３４】
ところで、第２のインデックススケール２２で回折された±１次回折光のうち、ビームスプリッタＢＳで反射された光は、第２のインデックススケール２２と移動スケール２４との間に設けられた光は、第２のインデックススケール２２と移動スケール２４との間に設けられた参照スケール２８に入射する。この参照スケール２８は、Ｙ軸方向を周辺方向とする回折格子が形成されたプレートからなる透過型の位相格子であり、第１のインデックススケール２０との位置関係及び第２のインデックススケール２２との位置関係が固定とされている。本実施形態では、参照スケール２８が有する回折格子の格子ピッチは、上述した移動スケール２４が有する回折格子の格子ピッチと同一ピッチに設定されている。なお、参照スケール２８が本発明のスケール１００から構成されていてもよい。
【００３５】
この参照スケール２８においても、移動スケール２４の場合と同様に、第２のインデックススケール２２から発せられた−１次回折光を回折する（図１では、参照スケール２８で回折した＋１次回折光が−Ｘ方向に進行する）。また、参照スケール２８では、第２のインデックススケール２２から発せられた＋１次回折光を回折する（図１では、参照スケール２８で回折した−１次回折光が−Ｘ方向に進行する）。
【００３６】
そして、これら−Ｘ方向に進行するそれぞれの＋１次回折光及び−１次回折光は、互いに干渉した状態で第２の受光素子３０に入射する。この結果、第２の受光素子３０は、干渉光の干渉強度を示す電気信号を出力するようになる。
【００３７】
本実施形態では、参照スケール２８と第１のインデックススケール２０との間の位置関係及び参照スケール２８と第２のインデックススケール２２との位置関係が固定されていることから、第２の受光素子３０における出力は、ビームの振動に関する情報のみを示すものであり、該出力からビームの振動中心に関する情報が取得される可能性がある。
【００３８】
ところで、本実施形態では、エンコーダ装置１０が設置される雰囲気の温度や湿度の変化に応じて、ビームの振動中心がドリフトする可能性がある。このため、第１の受光素子２６では、移動スケール２４の移動情報にビームの振動中心のドリフトが含まれる情報が取得される可能性がある。
【００３９】
したがって、本実施形態では、制御装置（不図示）が第１の受光素子２６による出力（以下、出力１と称す）と、第２の受光素子３０による出力（以下、出力２と称す）とを用いて、移動スケール２４の位置情報を次式（１）のようにして算出する。
【００４０】
（移動スケールの位置情報）＝（出力１）−ｋ×（出力２）        …（１）
【００４１】
ここで、係数ｋとしては、実際にエンコーダ装置１０を用いた計測を行う以前に移動スケール２４を固定した状態で、ビームを振動させた差異の、第１の受光素子２６の出力と第２の受光素子３０の出力の差異から算出される換算係数である。
【００４２】
なお、実際には、第１の受光素子２６による出力１、及び第２の受光素子３０による出力２は、振動ミラー１４により変調された信号であるため、出力１、２をそれぞれ、時間に関するベッセル級数展開を用いて位置情報に変換した後、上式（１）で移動スケールの位置情報にする。
【００４３】
これにより、エンコーダ装置１０が設置される雰囲気の温度や湿度の変化等によるビームの振動中心のドリフトの影響を受けることなく、移動スケール２４の位置情報を高精度に計測することができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るエンコーダ装置１０によれば、第１、第２のインデックススケール２０，２２を経由した光をビームスプリッタＢＳにより分岐し、その一方の光を移動スケール２４を介して第１の受光素子２６で受光するとともに、他方の光を参照スケール２８を介して第２の受光素子３０で受光するが、参照スケール２８は、ビームスプリッタＢＳに対して位置関係が固定されているので、第２の受光素子３０では、レーザ光の振動に関する情報のみを検出することができる。したがって、第１の受光素子２６の出力１と、第２の受光素子３０の出力２とを用いて、移動スケール２４の位置情報を算出することにより、レーザ光の変調中心（振動中心）のドリフトの影響を受けることなく、移動スケール２４の移動情報を精度良く計測することが可能となる。また、移動スケール２４が上記スケール１００から構成されているので、より精度の高い計測を行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…エンコーダ装置、１２…光源、５１…回折格子、５６，Ｘ…空隙、６０…保護基板、１００…スケール、１０１…スケール
【図１】
2011021909.tif 000003
【図２】
2011021909.tif 000004
【図３】
2011021909.tif 000005
【図４】
2011021909.tif 000006