(57)【要約】【課題】従来の光学式変位測定装置では、ベース材の表面に金属の薄膜を設け、その薄膜にフォトエッチングにより格子を形成することで反射型スケールを構成していた。そのため、エッチング装置等の高価な設備が必要になると共に、作業工程が多くなるため、コストがかかってしまうというという課題があった。【解決手段】反射型スケール２と、その反射型スケール２に対して相対的に移動される検出ヘッドと、を備え、反射型スケール２は、ベース材２１と、ベース材に積層されると共に紫外線硬化性樹脂からなり、且つ、ベース材２１と反対側の面に変位測定用回折格子３１が形成された樹脂層２２と、樹脂層２２の表面に形成される反射膜２３と、を有する構成とする。【選択図】図３
2008256655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸に沿って配置される変位測定用回折格子を有する反射型スケールと、
前記変位測定用回折格子に光を照射する光源と前記変位測定用回折格子によって回折された光を受光する受光部とを有すると共に、前記反射型スケールに対して相対的に移動される検出ヘッドと、を備え、
前記反射型スケールは、
ベース材と、
前記ベース材に積層されると共に、光硬化性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなり、且つ、前記ベース材と反対側の面に前記変位測定用回折格子が形成された樹脂層と、
前記樹脂層の表面に形成される反射膜と、を有する
ことを特徴とする光学式変位測定装置。
【請求項２】
前記反射型スケールは、前記反射膜が形成された前記樹脂層を覆う保護膜を有する
ことを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
【請求項３】
前記ベース材は、テープ状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
【請求項４】
前記樹脂層の前記変位測定用回折格子は、プレス加工により形成する
ことを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
【請求項５】
前記樹脂層に定点を検出するための定点検出用回折格子を形成した
ことを特徴とする請求項１記載の光学式変位測定装置。
【請求項６】
前記定点検出用回折格子は、境界を挟んで互いに異なる格子パターンが形成された第１パターン領域と第２パターン領域とを有し、
前記検出ヘッドによって出射される光が、前記第１パターン領域と前記第２パターン領域の境界を照射したときに前記定点を検出する
ことを特徴とする請求項５記載の光学式変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線変位や回転変位等の測定に用いられる光学式変位測定装置に関し、特に反射型スケールを備えた光学式変位測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直線変位や角度変位等の精密な測定を行う測定器として、スケールと検出ヘッドを備えた光学式変位測定装置が知られている。この光学式変位測定装置は、搬送物の高精度な位置決め制御が必要とされる電子部品の実装装置等に広く利用されている。そして、近年の機械加工の進歩や半導体の微細化に伴って、より高精度、高分解能な測定が可能な光学式変位測定装置が要求されている。
【０００３】
従来のこの種の光学式変位測定装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、位置、角度、速度、角速度等の検出を行う光電式エンコーダ及びそれに用いるスケール等に関するものが記載されている。この特許文献１に記載されたスケールは、「テープ状のベース材と、このベース材の一方の面に薄膜によって形成され、前記ベース材の長手方向に所定のピッチで配列された複数の突条とを備え、前記複数の突条によって前記ベース材の長手方向に形成される凹凸部は目盛りを形成し、共に光の反射面を形成している」ことを特徴としている。
【０００４】
そして、このスケールを用いる光電式エンコーダは、「スケールに対して相対移動して前記スケールの目盛りに対応する他の目盛りを有するインデックススケールと、このインデックススケールと共に前記スケールに対して相対移動して前記インデックススケールを介して前記スケールに光を照射する光源と、前記光源から照射され前記スケールで反射された光を受光する受光手段とを備えた」ことを特徴としている。
【０００５】
この特許文献１に記載された発明によれば、「目盛りの加工精度が高く、また、凹凸部が共に光の反射面となっているため、エンコーダの受光手段における受光光量、すなわち信号強度を大きくすることができる（段落番号［００１４］参照）」等の効果が期待される。
【特許文献１】特開２００６−１６２４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された光電式エンコーダでは、ステンレス等の金属からなるベース材の表面にＣｒ等の金属薄膜を形成し、フォトエッチングすることによってスケールに複数の突条（格子）を形成していた。
【０００７】
このフォトエッチングによる工法は、次のようにして行われる。まず、ベース材の表面にＣｒ等の金属薄膜を形成し、その金属薄膜の上にレジスト（感光剤）をレジスト塗布装置によって塗布する。次に、塗布したレジストに所定ピッチのパターンを露光した後、現像する。そして、残ったレジストをエッチングのマスクとして金属薄膜をエッチング装置によってエッチングすることにより、金属薄膜に複数の突条（格子）が形成される。
【０００８】
上述したように、ベース材の表面に形成した金属薄膜にフォトエッチングによって格子を形成すると、レジスト塗布装置やエッチング装置等の高価な設備が必要になると共に、作業工程が多くなるため、コストがかかってしまうという問題点あった。
【０００９】
また、金属からなるベース材に型を押し当てて直接格子を形成するようにしたスケールが知られているが、そのようにして格子を形成すると、格子の凹凸の精度が低くなると共に、微細な格子（例えば、ピッチが１０μｍ以下）を形成することが困難であった。その結果、高精度、高分解能な光学式変位測定装置を実現することができないという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上述の問題点を考慮し、低コストであって高精度且つ高分解能な変位の測定を行うことができる光学式変位測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光学式変位測定装置は、測定軸に沿って配置される変位測定用回折格子を有する反射型スケールと、変位測定用回折格子に光を照射する光源と変位測定用回折格子によって回折された光を受光する受光部とを有すると共に、反射型スケールに対して相対的に移動される検出ヘッドと、を備えている。そして、反射型スケールは、ベース材と、ベース材に積層されると共に、光硬化性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなり、且つ、ベース材と反対側の面に変位測定用回折格子が形成された樹脂層と、樹脂層の表面に形成される反射膜と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学式変位測定装置によれば、反射型スケールの変位測定用回折格子を光硬化性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなる樹脂層に形成するため、微細なピッチの格子を高精度に、且つ、容易に加工することができる。その結果、高精度且つ高分解能な変位測定を行うことができると共に、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の光学式変位測定装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１〜図４は、本発明の実施の形態の例を示すものである。即ち、図１は本発明の光学式変位測定装置の第１の実施の形態を示す斜視図、図２は本発明の光学式変位測定装置に係る反射型スケールの構成を説明する説明図、図３Ａは本発明の光学式変位測定装置に係る反射型スケールの一部を拡大して示す平面図、図３Ｂは図３Ａに示すＡ−Ａ線部分の断面図、図４は光学式変位測定装置に係る反射型スケールの製造工程を説明する説明図である。
【００１５】
図１に示す本発明の光学式変位測定装置の第１の実施の形態は、直線変位を測定する、
いわゆる、リニア型の光学式変位測定装置１として構成したものである。この光学式変位測定装置１は、任意に選択した定点（基準位置）からの変位を測定するインクリメンタル方式とされている。
【００１６】
図１に示すように、光学式変位測定装置１は、測定軸Ｘに沿って配置される変位測定用回折格子３１を有する反射型スケール２と、この反射型スケール２に対して相対的に移動可能な検出ヘッド３等を備えて構成されている。
【００１７】
光学式変位測定装置１の検出ヘッド３は、変位測定用回折格子３１に光を照射する光源１１と、変位測定用回折格子３１によって回折された光を受光する受光部１２と、反射型スケール２の後述する定点検出用回折格子３２に光を照射する図に表れない定点検出用光源と、定点検出用回折格子３２によって回折された光を受光する定点検出用受光部等を備えて構成されている。
【００１８】
本実施の形態では、検出ヘッド３に定点検出用光源を設ける構成としたが、本発明に係る検出ヘッドとしては、これに限定されるものではない。本発明に係る検出ヘッドとしては、１つの光源から出射される光を、変位測定用回折格子３１と定点検出用回折格子３２に照射する構成とすることもできる。このような構成としては、例えば、光源から出射され、変位測定用回折格子３１によって回折された光の一部をミラー等で反射して定点検出用回折格子３２に照射する構成を挙げることできる。
【００１９】
光学式変位測定装置１の反射型スケール２は、ロール状に巻回可能な、いわゆる、テープ式のスケールである。この反射型スケール２は、図２及び図３に示すように、光学式変位測定装置１の反射型スケール２は、ベース材２１と、このベース材２１に積層されると共にベース材２１と反対側の面に変位測定用回折格子３１が形成された樹脂層２２と、樹脂層２２の表面に形成される反射膜２３と、反射膜２３が形成された樹脂層２２を覆う保護膜２４を備えて構成されている。
【００２０】
反射型スケール２のベース材２１は、測定軸Ｘ方向に延在された薄い帯状（テープ状）をなしている。このベース材２１の材質としては、熱膨張が少なく、高い強度を有するステンレス（ＳＵＳ）を適用している。しかしながら、本発明に係る反射型スケールのベース材としては、ステンレス（ＳＵＳ）に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、銅等のその他の金属を適用することができる。
【００２１】
反射型スケール２の樹脂層２２は、光硬化性樹脂の一具体例を示す紫外線硬化性樹脂をベース材２１の一方の平面に重ね合わせることにより形成されている。この樹脂層２２の材質としては、上述した紫外線硬化性樹脂等の光硬化性樹脂に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）等の熱硬化性樹脂を適用することもできる。この樹脂層２２のベース材２１と反対側の面には、変位測定用回折格子３１と、定点検出用回折格子３２が形成されている。
【００２２】
変位測定用回折格子３１は、ベース材２１の長手方向に適当な間隔をあけて幅方向に延在される複数のスリットを設けることにより形成されている。この変位測定用回折格子３１は、検出ヘッド２の光源１１によって光が照射されると、回折光を発生させる。  即ち、検出ヘッド２或いは反射型スケール３を測定軸Ｘ方向に移動させながら、変位測定用回折格子３１によって発生された回折光を検出ヘッド２の受光部１２で受光することにより、検出ヘッド２と反射型スケール３の相対的な変位量が測定される。
【００２３】
また、定点検出用回折格子３２は、互いに異なる格子パターンが形成された第１パターン領域３４及び第２パターン領域３５を有している。第１パターン領域３４及び第２パターン領域３５は、四角形として同一形状に形成されており、ベース材２１の幅方向に延在される１辺を互いの境界として測定軸Ｘに沿って並列されている。これら第１及び第２パターン領域３４，３５は、定点検出用光源によって光が照射されると、それぞれ異なる方向に回折光を発生させる。
【００２４】
なお、検出ヘッド２の定点検出用受光部は、定点検出用回折格子３２の第１及び第２パターン領域３４，３５によって発生される２つの回折光をそれぞれ受光する２つの受光部からなっている。そして、定点検出用光源から出射される光の照射領域（ビームスポット）が第１及び第２パターン領域３４，３５の境界にあるとき、それぞれの回折光から得られる信号の大きさが等しくなり、これにより、定点が検出される。
【００２５】
反射型スケール２の反射膜２３は、高い硬度を有すると共に傷つき難いクロム（Ｃｒ）を蒸着或いはスパッタ等により樹脂層２２の表面に成膜して形成されている。本実施の形態では、反射膜２３としてクロム（Ｃｒ）を適用したが、本発明に係る反射膜としては、これに限定されるものではない。本発明に係る反射膜としては、金、白金、アルミニウム等のその他の金属を適用することもできる。
【００２６】
保護膜２４は、光源１１及び定点検出用光源から出射される光を透過させる透明な部材からなっている。この保護膜２４としては、例えば、フィルム状に形成されたポリカーボネート（ＰＣ）を挙げることができる。その場合、保護膜２４の一方の面に、予め接着剤を塗布しておくとよい。このように、反射膜２３が形成された樹脂層２２を保護膜２４によって覆うことにより、反射膜２３に汚れや傷が付くことを防止することができる。その結果、常に所定の回折光を得て正確な変位量を測定することができ、光学式変位測定装置１の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
なお、本発明に係る保護膜としては、ポリカーボネート（ＰＣ）製のフィルムに限定されるものではない。本発明に係る保護膜としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等その他の樹脂製フィルムを適用することができることは勿論、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）等の透明な樹脂材を塗布する構成とすることもできる。
【００２８】
また、本実施の形態の反射型スケール２では、反射膜２３が形成された樹脂層２２に保護膜２４を設ける構成としたが、本発明に係る反射型スケールとしては、保護膜２４を形成しない構成にすることもできる。この場合、樹脂層に形成した反射膜が反射型スケールの表面となる。
【００２９】
上述したような構成を有する反射型スケール２は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、図４Ａに示すように、ベース材２１の一方の平面に紫外線硬化性樹脂を塗布し、樹脂層２２を形成する。この際、ベース材２１の一方の平面に面あらし処理を施しておくことにより、ベース材２１と紫外線硬化性樹脂からなる樹脂層２２との密着性を高めてもよい。
【００３０】
また、紫外線硬化性樹脂は、予めベース材２１の形状に見合った大きさのシート状に形成しておいてもよい。その場合、シート状の紫外線硬化性樹脂をベース材２１の一方の面に貼り付ける。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２に対応する型４１ａが形成された原版４１を樹脂層２２に押し当てる。即ち、原版４１によって樹脂層２２をプレス加工する。この原版４１は、例えば、石英ガラス等の紫外線が透過可能な部材により形成されていると共に、変位測定用回折格子３１等に対応する型４１ａに紫外線硬化性樹脂が剥がれ易くなるような剥離処理が施されている。
【００３２】
続いて、図４Ｃに示すように、紫外線照射装置４２によって原版４１側から紫外線を照射する。これにより、原版４１を介して樹脂層２２に紫外線が照射され、樹脂層２２が原版４１に押し付けられて変形した状態で硬化される。
【００３３】
次に、図４Ｄに示すように、硬化された樹脂層２２から原版４１を剥がす。これにより、樹脂層２２に変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２（図２等を参照）が形成される。このとき、原版４１の型４１ａに剥離処理が施されているため、樹脂層２２から原版４１を容易に剥がすことができ、硬化した樹脂層２２の変形を防止して変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２を精度よく形成することができる。
【００３４】
次に、図４に示すように、蒸着或いはスパッタ等によって樹脂層２２の表面にクロム（Ｃｒ）を成膜し、反射膜２３を形成する。そして、反射膜２３が形成された樹脂層２２に保護膜２４を形成し、これにより、反射型スケール２が製造される。なお、樹脂層を熱硬化性樹脂により形成した場合も、前述した工程を経ることで反射型スケールを製造することができる。その場合、紫外線照射装置４２の代わりに加熱装置を用いて熱硬化性樹脂を硬化させる。
【００３５】
上述したように、光学式変位測定装置１の反射型スケール２は、ベース材２１に樹脂層２２を形成する工程と、樹脂層２２に原版４１の型４１ａを押し当てて変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２を形成する工程と、各回折格子３１，３２が形成された樹脂層２２に反射膜２３を形成する工程と、反射膜２３が形成された樹脂層２２に保護膜２４を形成する工程を経ることにより製造される。
【００３６】
このようにして反射型スケール２を製造することにより、高価な装置を必要とせず、少ない作業工数で樹脂層２２に変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２を簡単に形成することができ、大幅なコストダウンを図ることができる。しかも、変位測定用回折格子３１及び定点検出用回折格子３２を微細なピッチで精度よく形成することができ、高精度且つ高分解能な変位の測定が可能なスケールを提供することができる。
【００３７】
本実施の形態では、テープ式の反射型スケールを適用した例について説明したが、本発明に係る反射型スケールとしては、テープ式に限定されるものではない。本発明に係る反射型スケールとしては、適当な厚みを有する長尺状の反射型スケールにも適用することができる。この場合、反射型スケールの一部を構成するベース材の材質としては、前述したステンレス（ＳＵＳ）等の金属は勿論、ガラス等を適用することもできる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の光学式変位測定装置によれば、反射型スケールに光硬化性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなる樹脂層を設け、その樹脂層に変位測定用回折格子及び定点検出用回折格子を形成した。そのため、樹脂層に型を押し当てるだけで微細な回折格子を精度よく、容易に形成することができる。しかも、フォトエッチングのように高価な装置を必要とせず、また、少ない作業工数で回折格子を形成することができるため、大幅なコストダウンを図ることができる。その結果、低コストであって高精度且つ高分解能な変位測定を行うことができる光学式変位測定装置を提供することができる。
【００３９】
更に、反射膜が形成された樹脂層を保護膜で覆うため、反射膜に汚れや傷が付くことを防止することができ、常に所定の回折光を得て正確な変位量を測定することができる。その結果、耐久性及び信頼性を向上させることができる。また、ベース材を薄い帯状に形成してテープ式の反射型スケールを構成したため、持ち運びやすく可搬性に優れた光学式変位測定装置を提供することができる。
【００４０】
本発明は前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施の形態においては、光学式変位測定装置として直線変位の測定を行うリニア型の例について説明したが、回転変位の測定を行うロータリ型にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の光学式変位測定装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の光学式変位測定装置の第１の実施の形態に係る反射型スケールを説明する説明図である。
【図３】本発明の光学式変位測定装置の第１の実施の形態に係る反射型スケールの一部を断面した断面図である。
【図４】本発明の光学式変位測定装置に係る反射型スケールの製造工程を説明するものであり、図４Ａはベース材に紫外線硬化性樹脂からなる樹脂層を設けた状態の説明図、図４Ｂは樹脂層に原版を押し当てる状態の説明図、図４Ｃは樹脂層に原版を押し当てて紫外線を照射した状態の説明図、図４Ｄは原版を剥がして樹脂層に変位測定用回折格子が形成された状態の説明図、図４Ｅは変位測定用回折格子が形成された樹脂層に反射膜を形成した状態の説明図、図４Ｆは反射膜が形成された樹脂層に保護膜を形成した状態の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…光学式変位測定装置、  ２…反射型スケール、  ３…検出ヘッド、  １１…光源、  １２…受光部、  ２１…ベース材、  ２２…樹脂層、  ２３…反射膜、  ２４…保護膜、  ３１…変位測定用回折格子、  ３２…定点検出用回折格子、  ３４…第１パターン領域、  ３５…第２パターン領域
【図１】
2008256655.tif 000003
【図２】
2008256655.tif 000004
【図３】
2008256655.tif 000005
【図４】
2008256655.tif 000006