(57)【要約】【課題】測定性能を向上させることができる光電式エンコーダを提供する。【解決手段】光源部（発光ダイオード３およびインデックススケール５）からの光Ｌは、スケール７の光学格子７５に照射される。光学格子７５は複数の遮光部７３がアレイ状に配置された構造をしている。隣り合う遮光部７３間の各々には、レンズアレイ７９を構成する複数のレンズ７７が配置されている。スケール７の光学格子７５と対向するように複数のフォトダイオード９１がアレイ状に配置された受光アレイ９が位置している。レンズ７７の各々により、光学格子７５に照射された光Ｌのうち複数のフォトダイオード９１の各々に向かう光を集束させる。【選択図】　図１
2004028667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
アレイ状に配置された複数の受光素子を含む受光アレイと、
前記光源部からの光が照射される光学格子と、前記光学格子に照射された光のうち前記複数の受光素子の各受光素子に向かう光を集束させるレンズが複数集まることにより構成されるレンズアレイと、を含むと共に前記受光アレイとギャップを設けて相対移動可能に配置されるスケールと、
を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記光学格子はアレイ状に配置された複数の遮光部を含み、前記複数の遮光部のうち隣り合う遮光部間の各々を通る光路上に、前記複数のレンズの各々が配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記光学格子は遮光部を含まずに前記レンズアレイで構成される、ことを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記複数の受光素子が並ぶ方向において、前記レンズを介して前記各受光素子に投影された前記光源部からの光の束の寸法は前記受光素子の寸法と略同じである、請求項１から３のいずれか１項に記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
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、一方の面上に光学格子を構成する複数の遮光部がアレイ状に配置された透明基板の前記一方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、
前記透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、
前記複数の遮光部をマスクとして、前記透明基板の他方の面側から露光用の光を前記フォトレジストに照射する工程と、
前記フォトレジストのうち前記複数の遮光部がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、
前記フォトレジストをマスクとして、前記透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、隣り合う遮光部間に位置する前記一方の面上の領域に前記透明膜を残す工程と、
選択的除去により残った前記透明膜を加工して、前記レンズアレイを構成する複数のレンズの各々を、それに対応する前記一方の面上の領域の各々に形成する工程と、
を備えることを特徴とするスケールの製造方法。
【請求項６】
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、一方の面上に光学格子を構成する複数の遮光部がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、
前記透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、
前記複数の遮光部をマスクとして、前記透明基板の前記一方の面側から露光用の光を前記フォトレジストに照射する工程と、
前記フォトレジストのうち前記複数の遮光部がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、
前記フォトレジストをマスクとして、前記透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、隣り合う遮光部間に位置する前記一方の面上の領域と対向する前記他方の面上の領域に前記透明膜を残す工程と、
選択的除去により残った前記透明膜を加工して、前記レンズアレイを構成する複数のレンズの各々を、それに対応する前記他方の面上の領域の各々に形成する工程と、
を備えることを特徴とするスケールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密測定に使用される光電式エンコーダおよびこれの構成要素となるスケールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から直線変位や角度変位などの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光学格子が形成されたスケールと、この光学格子に光を照射する光源と、を含んで構成されたタイプがある。このタイプでは、スケールの光学格子を通過した光源からの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など変位量を演算する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記光電式エンコーダによれば、より高精度に変位を測定するためにスケールの光学格子のピッチを狭くすると、これに従いアレイを構成するフォトダイオードのピッチも狭くしなければならないので、フォトダイオードの間隔が狭くなる。これにより、あるフォトダイオードで受光されるべき光が迷光や回折光として隣に配置されているフォトダイオード（位相の異なるフォトダイオード）により受光されやすくなる。また、あるフォトダイオードで受光した光により発生した光電子が隣に配置されているフォトダイオードに流れ込みやすくなる。これらがいわゆるクロストーク現象である。クロストークはノイズの原因となり、高精度測定の妨げとなる。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、測定性能を向上させることができる光電式エンコーダおよびこれに含まれるスケールの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電式エンコーダは、光源部と、アレイ状に配置された複数の受光素子を含む受光アレイと、光源部からの光が照射される光学格子と、光学格子に照射された光のうち複数の受光素子の各受光素子に向かう光を集束させるレンズが複数集まることにより構成されるレンズアレイと、を含むと共に受光アレイとギャップを設けて相対移動可能に配置されるスケールと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る光電式エンコーダによれば、レンズアレイの各レンズにより、光学格子に照射された光のうち各受光素子に向かう光を集束させることができる。
よって、各受光素子には集束された光が入射するので、例えば、受光素子間の距離を大きくすることによりクロストークを低減することができ、また、受光素子に入射する光を多くすることにより受光素子の感度向上と同様の効果を得ることができる。
【０００７】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、光学格子はアレイ状に配置された複数の遮光部を含み、複数の遮光部のうち隣り合う遮光部間の各々を通る光路上に、複数のレンズの各々が配置されるようにすることができる。これによれば、光学格子に遮光部を備えるので、受光アレイに投影される明暗パターンの明部と暗部の信号比を確保することができる。よって、光電式エンコーダによる高精度測定が可能となる。
【０００８】
本発明に係る光電式エンコーダにおいて、光学格子は遮光部を含まずにレンズアレイで構成されるようにすることができる。これによれば、スケールを製造する際にレンズアレイを構成する各レンズと遮光部との位置合わせが不要になる。
【０００９】
本発明に係る光電式エンコーダの複数の受光素子が並ぶ方向において、レンズを介して各受光素子に投影された光源部からの光の束の寸法を受光素子の寸法と略同じにすることができる。これにより受光素子で光を効率的に受光できる。
【００１０】
本発明に係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、一方の面上に光学格子を構成する複数の遮光部がアレイ状に配置された透明基板の一方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、複数の遮光部をマスクとして、透明基板の他方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する工程と、フォトレジストのうち複数の遮光部がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、フォトレジストをマスクとして、透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、隣り合う遮光部間に位置する一方の面上の領域に透明膜を残す工程と、選択的除去により残った透明膜を加工して、レンズアレイを構成する複数のレンズの各々を、それに対応する一方の面上の領域の各々に形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るスケールの製造方法によれば、透明基板の一方の面上にアレイ状に配置された複数の遮光部を覆うように、一方の面上の全面に透明膜を形成し、透明膜を加工してレンズアレイを形成している。したがって、レンズアレイおよび複数の遮光部がスケールの同一面側に配置されているスケールを製造することができる。また、この製造方法によれば、遮光部をマスクとして、透明基板の他方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する。そして、感光した部分をマスクとして、透明膜を選択的に除去してレンズとなる透明膜を残している。よって、遮光部に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができる。
【００１２】
本発明に係るスケールの他の製造方法は、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、一方の面上に光学格子を構成する複数の遮光部がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面にレンズアレイとなる透明膜を形成する工程と、透明膜上にフォトレジストを形成する工程と、複数の遮光部をマスクとして、透明基板の一方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する工程と、フォトレジストのうち複数の遮光部がマスクとなり感光しなかった部分を除去する工程と、フォトレジストをマスクとして、透明膜をエッチングにより選択的に除去することにより、隣り合う遮光部間に位置する一方の面上の領域と対向する他方の面上の領域に透明膜を残す工程と、選択的除去により残った透明膜を加工して、レンズアレイを構成する複数のレンズの各々を、それに対応する他方の面上の領域の各々に形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る他のスケールの製造方法によれば、一方の面上に複数の遮光部がアレイ状に配置された透明基板の他方の面上の全面に透明膜を形成し、透明膜を加工してレンズアレイを形成している。したがって、スケールの複数の遮光部の配置された面と反対側の面にレンズアレイが配置された構造のスケールを製造することができる。また、この製造方法によれば、遮光部をマスクとして、透明基板の一方の面側から露光用の光をフォトレジストに照射する。そして、感光した部分をマスクとして、透明膜を選択的に除去してレンズとなる透明膜を残している。よって、遮光膜に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）について説明する。まず、本実施形態に係る光電式エンコーダの構成について説明する。図１はこの光電式エンコーダ１の概略構成を示す図である。光電式エンコーダ１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、これに近い順に沿って配置されたインデックススケール５、スケール７、受光アレイ９とにより構成される。
【００１５】
発光ダイオード３およびインデックススケール５により光源部が構成される。
発光ダイオード３は光を放射する発光素子の一例であり、このダイオード３からの光Ｌが照射される位置には、インデックススケール５が配置されている。スケール５は長尺状の透明基板５１を含み、この基板５１の発光ダイオード３側に向く面と反対側の面上に光学格子５３が形成されている。光学格子５３は複数の遮光部５５が所定の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。
【００１６】
インデックススケール５の光学格子５３側には、インデックススケール５と所定のギャップを設けてスケール７が位置している。スケール７はインデックススケール５よりも長手方向の寸法が大きく、図１にはその一部が表れている。スケール７はガラスなどの透明材料から構成される長尺状の透明基板７１を含む。透明基板７１の一方の面がインデックススケール５の光学格子５３と対向している。透明基板７１の他方の面上には、金属などからなる複数の遮光部７３が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に形成されている。これにより光学格子７５が構成される。透明基板７１の他方の面上であって隣り合う遮光部７３間の光透過部（隣り合う遮光部７３間を通る光路上の一例）の各々には、凸部が透明基板７１と反対側を向くように凸型のレンズ７７が形成されている。レンズ７７が複数集まることによりレンズアレイ７９が構成される。
【００１７】
受光アレイ９は、複数のフォトダイオード９１（受光素子の一例）が所定のピッチを設けてリニヤ状（アレイ状の一例）に、ガラスなどの透明基板９３に配置されたものである。フォトダイオード９１の受光面が光学格子７５側に向くように、スケール７と所定のギャップを設けて受光アレイ９が位置している。受光アレイ９およびインデックススケール５に対して、スケール７は、図中のＡで示すスケール７の長手方向に相対的に移動可能にされている。
【００１８】
光電式エンコーダ１はリニヤ（一次元）型である。よって、レンズ７７は図１の奥行き方向に延びており、凸部となる円周状の曲面構造を含む。スケール７の光学格子７５のパターンの平面図は図２に示すようになる。遮光部７３およびレンズ７７の長手方向は、スケール７の長手方向と直交する方向である。インデックススケール５の光学格子５３のパターンや受光アレイ９の複数のフォトダイオード９１で構成されるパターンも、図２に示すパターンと対応している。なお、本発明は二次元型にも適用できる。その場合、レンズ７７は凸部となる半球状構造を含み、複数のレンズ７７で構成されるレンズアレイ７９がスケール７の光学格子７５の形成面側にマトリックス状（アレイ状の一例）に配置される。
【００１９】
次に、光電式エンコーダ１の測定動作を簡単に説明する。発光ダイオード３から光Ｌをインデックススケール５に照射した状態で、スケール７をＡで示す方向に相対移動させて変位量を確定する。その位置において、インデックススケール５の光学格子５３とスケール７の光学格子７５との重なりにより生じる明暗パターンを、受光アレイ９の複数のフォトダイオード９１により受光する。これにより光電変換されて発生した電気信号を利用して直線など変位量を演算し、その数値を図示しない表示部に出力する。
【００２０】
さて、本実施形態は、スケール７の隣り合う遮光部７３間を通る光路（光路とは光源部から照射された光Ｌの光路のことである）上にレンズ７７を配置することにより、クロストークを低減等させて測定性能を向上させている。これについて説明する。図３はスケール７および受光アレイ９の部分断面図であり、図４はこれに光源部（図１に示す発光ダイオード３およびインデックススケール５）からの光が照射されている状態を示す図である。各図において、（ａ）は本実施形態を示し、これによればクロストークを低減することができる。（ｂ）も本実施形態を示し、これによれば受光素子の感度向上と同様の効果を得ることができる。（ｃ）は比較例を示している。
【００２１】
まず、図３を参照して、図中のＷ１はフォトダイオード９１の幅、つまり複数のフォトダイオード９１が並ぶ方向における各フォトダイオード９１の寸法を示している。Ｄは隣り合うフォトダイオード９１間の距離を示している。Ｐ１はフォトダイオード９１のピッチを示している。Ｐ２は遮光部７３のピッチを示している。Ｗ２はスケール７の遮光部７３間に位置する光透過部７８の幅を示している。
【００２２】
本実施形態（ａ）および（ｂ）の光透過部７８（隣り合う遮光部７３間を通る光路上の一例）にはレンズ７７が配置されているのに対して、比較例（ｃ）ではレンズが配置されていない。ここで、レンズ７７により生じる効果を説明する前提として、図３および図４の比較例（ｃ）を参照して、クロストークについて説明する。測定の際に発光ダイオード３（図１）から放射された光Ｌは、インデックススケール５の遮光部５５間を通過して図４（ｃ）に示すようにスケール７に照射される。スケール７に照射された光Ｌのうち、スケール７の遮光部７３で遮光される光以外は、光透過部７８を通過し、光透過部７８と向かい合うフォトダイオード９１により受光される。光透過部７８の通過した光の中には回折光や迷光のような光Ｌ１が不可避的に含まれる。
【００２３】
より高精度に変位を測定するためには、スケール７の遮光部７３（光学格子）のピッチＰ２（図３）を狭くしなければならない。これに従い受光アレイ９のフォトダイオード９１のピッチＰ１（図３）も狭くなるので、フォトダイオード９１間の距離Ｄ（図３）が小さくなる。しかし、距離Ｄが小さくなると、図４（ｃ）に示すように、回折光や迷光のような光Ｌ１が隣のフォトダイオード９１ａに入射しやすくなる。また、あるフォトダイオード９１で発生した光電子ｅが隣のフォトダイオード９１ａに流れ込みやすくなる。これらがクロストークであり、高精度測定の妨げとなる。
【００２４】
図４（ｃ）の比較例において、フォトダイオード９１の受光面Ｆの面積を小さくすると、クロストークの影響を小さくできる。しかし、受光面Ｆで受光できる光量が小さくなるので、フォトダイオード９１では十分な強度の電気信号が発生しない。
【００２５】
これに対して図４（ａ）の本実施形態では、光透過部７８にレンズ７７を配置している。これにより、光透過部７８を通過した光はレンズ７７に入射し、集束してフォトダイオード９１で受光される。つまり、図１に示すレンズアレイ７９を構成する各レンズ７７により、スケール７の光学格子７５に照射された光のうちフォトダイオード９１の各々に向かう光を集束させている。よって、図３に示すように、本実施形態（ａ）のフォトダイオード９１の幅Ｗ１を小さくできる（例えば、比較例（ｃ）のフォトダイオード９１の幅Ｗ１は光透過部７８の幅Ｗ２と等しいのに対して、本実施形態（ａ）の幅Ｗ１は幅Ｗ２より小さくできる）。
【００２６】
このように、光量およびフォトダイオード９１のピッチＰ１を確保しつつ、フォトダイオード９１の幅Ｗ１を小さく（つまり受光面Ｆの面積を小さく）できるので、フォトダイオード９１の出力信号を保ったままクロストークを減少させることができる。この結果、高精度測定が可能となる。なお、本実施形態（ａ）のフォトダイオード９１のピッチＰ１、遮光部７３のピッチＰ２、光透過部７８の幅Ｗ２は、比較例（ｃ）のそれらと同じ大きさである。
【００２７】
さらに、受光面Ｆの面積が小さくなることにより、フォトダイオード９１のｐ型非晶質シリコン層とｎ型非晶質シリコン層との接合面の面積も小さくなるので、ここにおける接合容量を低減させることができる。これにより、フォトダイオード９１の応答速度を向上させることができる。
【００２８】
なお、比較例（ｃ）において、フォトダイオード９１間の距離Ｄを本実施形態（ａ）のそれと同じように大きくした光電式エンコーダとして以下の▲１▼〜▲３▼も考えられるが、それぞれ問題がある。
【００２９】
▲１▼受光アレイの受光素子の感度を上げる
フォトダイオードなどの一般的な受光素子の感度を大きく向上させることは、現状において困難である。感度の高い特殊な受光素子は高価であり、光電式エンコーダに適用するのは非現実的である。
【００３０】
▲２▼光源からの光量を上げる
光量を上げることにより光電式エンコーダ内に発生する熱の問題から、光源に投入する電力に制限がある。また、光電式エンコーダの消費電流増加や光源として利用する発光素子の大型化などの新たな問題が生じる。
【００３１】
▲３▼信号増幅率を上げる
現状の信号増幅率で発生するノイズのレベルでも問題があるので、これ以上に信号増幅率を上げるのは困難である。
【００３２】
次に、本実施形態（ｂ）について説明する。図３に示すように、本実施形態（ｂ）の光透過部７８の幅Ｗ２は、比較例（ｃ）の幅Ｗ２より大きくされている。
なお、本実施形態（ｂ）のフォトダイオード９１間の距離Ｄ、フォトダイオード９１の幅Ｗ１、フォトダイオード９１のピッチＰ１、遮光部７３のピッチＰ２は、比較例（ｃ）のそれらと同じである。
【００３３】
本実施形態（ｂ）は、光透過部７８の幅Ｗ２を比較例（ｃ）の幅Ｗ２より大きくすることにより、その分だけレンズ７７の幅を大きくしている。これにより、図４に示すように、本実施形態（ｂ）は比較例（ｃ）よりも受光面Ｆに入射される光量を多くしている。
【００３４】
但し、レンズ７７の幅の拡大量は、受光アレイ９に投影される明暗パターンの明部と暗部の信号比を確保できる量である。これを詳細に説明すると、図５は受光アレイに投影される明暗パターンの光量を示すグラフである。縦軸は明るさであり、横軸は受光アレイ上の位置を示している。明暗パターンの明部はグラフのピークを中心とした広がりであり、暗部はグラフのボトムを中心とした広がりである。明部と暗部の信号比とはピークとボトムの信号比のことであり、ピークとボトムとの差が小さくなるに従い信号比も小さくなる。スケール７の遮光部７３の幅を小さくしすぎると、ボトムの位置における明るさがゼロとならない現象が生じることがあり、さらに小さくするに従いボトムの位置における明るさが上昇する。よって、ボトムとピークとの差が十分とれるように、遮光部７３の幅の縮小量（つまり光透過部７８の幅Ｗ２の拡大量）を決定する必要がある。
【００３５】
ここで、本実施形態（ｂ）において、受光アレイ９上での明暗パターンの明暗幅の比率を比較例（ｃ）と同様になるようにレンズ７７を構成している。このように、上記明暗幅の比率が本実施形態（ｂ）と比較例（ｃ）とで同じでも、本実施形態（ｂ）の光透過部７８の幅Ｗ２は比較例（ｃ）のそれよりも大きいので、図４に示すように、本実施形態（ｂ）の受光面Ｆに入射される光量が、比較例（ｃ）のそれよりも多くなる。よって、本実施形態（ｂ）はフォトダイオード９１の感度の向上と同様の効果（測定性能向上の一例）を得ることができる。つまり、比較例（ｃ）では受光量が小さく測定不能でも本実施形態（ｂ）では受光量を確保でき測定可能となる。
【００３６】
なお、図４を参照して、本実施形態（ａ）および（ｂ）のレンズ７７には、レンズ７７を介してフォトダイオード９１の受光面Ｆに投影された光束Ｂの幅がフォトダイオード９１の幅Ｗ１と略同じになるように各種調整（例えばレンズ７７の厚みの調整やスケール７と受光アレイ９との距離の調整）がされている。これによりフォトダイオード９１で光を効率的に受光できる。つまり、受光面Ｆに投影された光束Ｂの幅がフォトダイオード９１の幅Ｗ１より大きい場合は、光束Ｂの全部が受光面Ｆで受光されない状態が生じ、一方、小さい場合は受光面Ｆに受光に寄与しない部分が生じるのである。なお、上記略同じには誤差程度の寸法の違いが含まれる。
【００３７】
なお、本実施形態（ａ）および（ｂ）のフォトダイオード９１の幅Ｗ１は、光透過部７８の幅Ｗ２よりも小さくされている。しかしながら本発明はこれに限定されず、幅Ｗ１が幅Ｗ２と等しい構造でもよいし、幅Ｗ１が幅Ｗ２より大きい構造でもよい。
【００３８】
ここで、本実施形態は、スケール７に遮光部７３を形成せずに、遮光部７３を形成していた位置までレンズ７７の幅を広げた構造でもよい。この構造を図６および図７で説明する。図６はスケール７および受光アレイ９の部分断面図であり、図７はこれに光源部からの光が照射されている状態を示す図である。図３および図４に示す構成要素と同一の要素については同一符号を付している。
【００３９】
フォトダイオード９１の受光面Ｆに投影された光束Ｂの幅が受光面Ｆの幅と同じになるように各種調整がされている。受光アレイ９に投影される明暗パターンの明部と暗部の信号比を十分に確保できる場合であれば、スケール７に遮光部７３が形成されていない図６に示す構造でもよい。つまり、図６に示す構造は、複数のレンズ７７で構成されるレンズアレイをスケール７の光学格子として機能させている。なお、レンズ７７を透明基板７１の反対側の面に形成することもできる。
【００４０】
次に、図３の（ａ）や（ｂ）に示す本実施形態に係るスケール７の製造方法を説明する。図８はこれを説明する工程図である。図８の（Ａ）に示すように、透明基板７１の一方の面上に、遮光部となる金属膜（遮光膜の一例）をスパッタリングにより形成する。この金属膜にフォトリソグラフィとエッチングにより所定のパターニングをして、リニヤ状（アレイ状の一例）の複数の遮光部７３を形成する。そして、遮光部７３を覆うように透明基板７１の一方の面上の全面にレンズアレイとなるＢＰＳＧ膜７６をＣＶＤ法により形成する。ＢＰＳＧ膜７６の膜厚はレンズアレイを構成するレンズの厚みに必要な大きさである。レンズアレイの材料となるものであればＢＰＳＧ膜７６の替わりに他のシリコン酸化膜系の材料でもよい。次に、ＢＰＳＧ膜７６上にネガ型フォトレジスト７４を形成する。
【００４１】
次に、図８の（Ｂ）に示すように、遮光部７３をマスクとして透明基板７１の他方の面側から露光用の光ｌを照射する。これにより、ネガ型フォトレジスト７４のうち、隣り合う遮光部７３間の上に位置するものは感光し、遮光部７３上に位置するものは未感光となる。遮光部７３をマスクとしているので、アライメント精度の誤差を生じることなく上記露光ができる。
【００４２】
次に、図８の（Ｃ）に示すように、ネガ型フォトレジスト７４のうち感光しなかった部分を除去する。これにより、隣り合う遮光部７３間に位置する一方の面上の領域７２（光透過部７８）にネガ型フォトレジスト７４が残り、遮光部７３上からネガ型フォトレジスト７４が除かれる。そして、ネガ型フォトレジスト７４をマスクとして、ＢＰＳＧ膜７６をドライエッチングまたはウエットエッチングにより選択的に除去することにより、領域７２にＢＰＳＧ膜７６を残す。
【００４３】
次に、図８の（Ｄ）に示すように、領域７２上に残されたネガ型フォトレジスト７４を除去する。そして、領域７２のＢＰＳＧ膜７６を所定の温度でリフロー加工することにより、ＢＰＳＧ膜７６から複数のレンズ７７（レンズアレイ）を形成する。つまり、レンズアレイを構成する複数のレンズ７７の各々を、それに対応する領域７２の各々に形成する。リフローの替わりにウエットエッチングでレンズ７７を形成することもできる。
【００４４】
図８の（Ｂ）〜（Ｄ）で説明したように、この製造方法によれば、遮光部７３に対してレンズ７７を自己整合的に形成しているので、レンズ７７の形成の際にはアライメント誤差が生じることはない。よって、アライメント誤差が原因となるスケール７の歩留まりの低下を防止できる。また、上記自己整合により、レンズ７７を形成するための位置合わせ工程が不要となるので、簡単な製造設備でレンズ７７を形成することができる。
【００４５】
また、図８で説明した製造方法によれば、遮光部７３およびレンズ７７を透明基板７１の同一面側に形成している。よって、スケール７の製造工程において透明基板７１の反対側の面を製造装置の台に載置してスケール７の製造をすることができる。これにより、遮光部７３やレンズ７７が製造装置の台と接触することによる遮光部７３やレンズ７７の破損を防止することができる。
【００４６】
なお、図６に示すレンズ７７を有するスケール７の形成方法は、公知のマイクロレンズアレイ形成方法を利用することができる。すなわち、透明基板７１の一方の面の全面にエッチングストッパとなるシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜上にレンズ７７となるＢＰＳＧ膜を形成する。シリコン窒化膜をエッチングストッパとしてＢＰＳＧ膜をパターニングして、レンズアレイの各レンズ７７の形成領域にＢＰＳＧ膜を残す。この残ったＢＰＳＧ膜にリフロー加工またはウエットエッチング加工することにより、図６に示すレンズ７７を形成する。
【００４７】
次に、本実施形態の変形例を説明する。図９は、この変形例に係る光電式エンコーダのスケールおよび受光アレイの部分断面図である。本実施形態である図３（ａ）に示す構造の構成要素と同一の要素については同一符号を付すことにより説明を省略する。図９に示す変形例では透明基板７１の遮光部７３形成面と反対側の面にレンズ７７を形成している。上記反対側の面のうちレンズ７７が形成されている領域７０は、「隣り合う遮光部７３間を通る光路上」の一例である。図９に示す構造でも図３（ａ）や（ｂ）に示す構造と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
次に、図９に示す変形例に係るスケール７の製造方法を説明する。図１０はこれを説明する工程図である。図１０の（Ａ）に示すように、一方の面上に複数の遮光部７３がリニヤ状（アレイ状の一例）に配置された透明基板７１の他方の面上の全面にレンズアレイとなるＢＰＳＧ膜８３（透明膜の一例）をＣＶＤ法により形成する。そして、ＢＰＳＧ膜８３上にネガ型フォトレジスト８１を形成する。
【００４９】
次に、図１０の（Ｂ）に示すように、複数の遮光部７３をマスクとして透明基板７１の遮光部７３が形成された面（一方の面）側から露光用の光ｌを照射する。これにより、ネガ型フォトレジスト８１のうち、遮光部７３間の上に位置するものは感光し、遮光部７３上に位置するものは未感光となる。遮光部７３をマスクとしているので、図８の（Ｂ）と同様にアライメント精度の誤差を生じることなく上記露光ができる。
【００５０】
次に、図１０の（Ｃ）に示すように、ネガ型フォトレジスト８１のうち未感光の部分、つまり、遮光部７３上のネガ型フォトレジスト８１を除去する。そして、ネガ型フォトレジスト８１をマスクとして、異方性エッチングによりＢＰＳＧ膜８３を選択的に除去する。これにより、隣り合う遮光部７３間に位置する透明基板７１の一方の面上の領域８５と対向する他方の面上の領域７０にＢＰＳＧ膜８３が残る。
【００５１】
次に、マスクとして用いたＢＰＳＧ膜８３上のネガ型フォトレジスト８１を除去する。そして、ＢＰＳＧ膜８３を所定の温度でリフロー加工する。これにより、図１０の（Ｄ）に示すように、レンズアレイを構成する複数のレンズ７７の各々を、それに対応する透明基板７１の他方の面上の領域７０の各々に形成する
図１０の（Ｂ）〜（Ｄ）で説明したように、この製造方法によれば、遮光部７３に対してレンズ７７を自己整合的に形成している。よって、図８に示す製造方法と同様に、アライメント誤差が原因となるスケール７の歩留まりの低下を防止でき、また、簡単な製造設備でレンズ７７を形成することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光電式エンコーダによれば、スケールに設けられたレンズアレイの各レンズにより、受光アレイの各受光素子には集束された光が入射する。これにより、受光素子の感度向上と同様の効果を生じさせたり、クロストークを減少させたりできるので、光電式エンコーダの測定性能を向上させることができる。
【００５３】
本発明に係るスケールの製造方法によれば、レンズアレイおよび光学格子を構成する複数の遮光部がスケールの同一面側に配置されているスケールを製造することができる。また、この製造方法によれば、遮光部に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができるので、アライメント精度の誤差なくレンズアレイと光学格子とを形成することができる。
【００５４】
本発明に係るスケールの他の製造方法によれば、スケールの複数の遮光部の配置された面と反対側の面にレンズアレイが配置された構造のスケールを製造することができる。また、この製造方法によれば、遮光部に対してレンズアレイを構成するレンズを自己整合的に形成することができるので、アライメント精度の誤差なくレンズアレイと光学格子とを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光電式エンコーダの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す光電式エンコーダの構成要素であるスケールの平面図である。
【図３】本実施形態、比較例の各々のスケールおよび受光アレイの部分断面図である。
【図４】本実施形態、比較例の各々のスケールおよび受光アレイに光源部からの光が照射されている状態を示す図である。
【図５】受光アレイに投影される明暗パターンの光量を示すグラフである。
【図６】本実施形態のスケールおよび受光アレイの部分断面図である。
【図７】図６に示すスケールおよび受光アレイに光源部からの光が照射されている状態を示す図である。
【図８】本実施形態に係るスケールの製造方法を示す工程図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る光電式エンコーダのスケールおよび受光アレイの部分断面図である。
【図１０】本実施形態の変形例に係るスケールの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１・・・光電式エンコーダ、３・・・発光ダイオード、５・・・インデックススケール、７・・・スケール、９・・・受光アレイ、５１・・・透明基板、５３・・・光学格子、５５・・・遮光部、７０・・・領域、７１・・・透明基板、７２・・・領域、７３・・・遮光部、７４・・・ネガ型フォトレジスト、７５・・・光学格子、７６・・・ＢＰＳＧ膜、７７・・・レンズ、７８・・・光透過部、７９・・・レンズアレイ、８１・・・ネガ型フォトレジスト、８３・・・ＢＰＳＧ膜、８５・・・領域、９１・・・フォトダイオード、９３・・・透明基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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