(57)【要約】【課題】位置検出装置の効率的な製造を可能としつつ検出感度を向上させることを可能とする。【解決手段】相対変位可能に対向配置されたインデックススケール１１およびメインスケールの少なくとも一方の格子素子１１ｂを、基板１１ａの表面部分に所定の格子ピッチで凹設した加工溝１１ａ１の内壁面に遮光性をもたせるように遮光用着色剤１１ａ２で着色して形成し、従来のフォトリソグラフィ工程におけるような高価な製造設備と多大な手間をかけることなく格子素子１１ａを容易に製造可能とするとともに、格子素子１１ａの厚さまたは高さを大幅に拡大して検査光の干渉を良好に防止しつつ検査光の光量低下を良好に防止したもの。【選択図】      図１
2004354316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に格子素子を有するインデックススケールおよびメインスケールが相対変位可能に対向配置され、
発光素子から出射された検査光を前記インデックススケールの格子素子を通して前記メインスケールの格子素子に照射するとともに、前記メインスケールの格子素子で反射または透過された検査光を前記インデックススケールの格子素子を通して受光素子で受光し、
その受光素子から出力される検出信号に基づいて、前記インデックススケールに対するメインスケールの相対変位量を検出するように構成された光学式位置検出装置において、
前記インデックススケールおよびメインスケールの少なくとも一方の格子素子が、前記基板の表面に所定の格子ピッチで凹設された加工溝と、その加工溝の内壁面に遮光性をもたせるように着色された遮光用着色剤と、を含むことを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記加工溝の両側壁面が、前記受光素子に入射する検査光の進行方向と略平行に延在していることを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記受光素子は、前記インデックススケールとメインスケールとの相対変位方向に沿って複数個のものが並設されているとともに、
互いに隣接する受光素子どうしの境界領域に位置する格子素子の加工溝が、他の格子素子の加工溝の溝深さよりも深くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記加工溝が、切削加工により形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記加工溝が、金型成形加工により形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記加工溝の開口部に透過性上蓋が当該開口部を覆うように装着されていることにより前記加工溝の内部に細管部が形成され、
その細管部に生じる毛細管力によって当該細管部内に前記遮光用着色剤が吸引されるようにして充填されていることを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、格子素子が設けられたインデックススケールとメインスケールとの相対変位量を検出する構成になされた光学式位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンコーダ等を構成する光学式位置検出装置としては、図７に示されているような反射型のものと、図８に示されているような透過型のものとが知られている。これらの光学式位置検出装置では、発光素子１から出射した検査光２がインデックススケール３の透過性格子素子を通してメインスケール４の格子素子上に照射され、そのメインスケール４の格子素子を透過または反射された検査光５が、再びインデックススケール３の透過性格子素子を通して受光素子６に受光されるように構成されている。そして、例えば上記メインスケール４が相対移動してインデックススケール３に対する相対位置が変位すると、上述した各格子素子どうしの相対位置が周期的に変化することとなり、それによって上記受光素子６で捉えた検査光５の光量が周期的に変化する。そして、その光量の周期的変化を、適宜の検出回路で検出することによって、上記メインスケール４の移動距離が測定されるようになっている。
【０００３】
このような光学式位置検出装置に用いられているインデックススケール３またはメインスケール４の格子素子を製造するにあたって、従来から、ガラス等からなる透明基板に対してフォトリソグラフィを用いることにより、検査光の遮光部と透過部、または反射部と非反射部とを形成する提案がなされている（例えば、以下の特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１０７１０４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５３３９５号公報、
【特許文献３】
特開平１０−００２７６１号公報、
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなフォトリソグラフィを用いて格子素子を形成するにあたっては、高価な製造設備と多大な手間を要するとともに、受光素子６の検出感度が低下してしまうことがある。
【０００６】
例えば図９に示されているように、インデックススケール３の図示下面側に、Ａ相用の受光素子６Ａと、Ｂ相用の受光素子６Ｂとが対向配置された場合を考えてみると、これらＡ相用受光素子６ＡおよびＢ相用受光素子６Ｂの感度低下を防止するには、各々の受光素子に入射すべき検査光５または外乱光を、他方側の受光素子になるべく入射させないようにして検査光どうしの干渉現象を抑える必要がある。そこで、上述した両受光素子６Ａ，６Ｂどうしの隣接境界領域の隙間ｃに向かって入射していく検査光５ｃの光路を規制するように、当該検査光５ｃに作用する境界部格子素子３ａの幅寸法ｂを、他の格子素子３ｂの幅寸法よりも拡大しておき、それによって、本来、Ａ相用の受光素子６ＡまたはＢ相用の受光素子６Ｂのいずれか一方側にのみ入射すべき検査光５または外乱光を、他方側の受光素子になるべく入射させないこととした構成が従来から採用されている。
【０００７】
ところが、そのように境界部格子素子３ａの幅寸法ｂを拡大した構成を採用すると、その境界部格子素子３ａを幅広とした分だけ、受光素子６Ａ，６Ｂに入射する検査光の光量が減少することとなり、その結果、受光素子６Ａ，６Ｂにおける検出感度（Ｓ／Ｎ比）が、かえって低下してしまうことがある。
【０００８】
そこで本発明は、効率的な製造を可能としつつ検出感度を容易に向上させることができるようにした位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる位置検出装置では、相対変位可能に対向配置されたインデックススケールおよびメインスケールの少なくとも一方の格子素子が、基板の表面に所定の格子ピッチで凹設された加工溝と、その加工溝の内壁面に遮光性をもたせるように着色された遮光用着色剤とを含むように構成されている。
【００１０】
このような構成を有する請求項１にかかる位置検出装置によれば、基板に対する加工溝の加工工程と、遮光用着色剤の着色工程とにより格子素子が容易に製造されることとなり、従来のフォトリソグラフィ工程におけるような高価な製造設備と多大な手間が不要になる。
また、格子素子を構成する加工溝の溝深さは、従来のフォトリソグラフィにより形成された格子素子の厚さよりも極めて大きく形成することが可能となって、格子素子の加工溝の溝深さ、つまり成形された格子素子の厚さまたは高さが、従来のものよりも大幅に拡大されることとなる。そして、そのように厚さまたは高さが拡大された格子素子によって、隣接する格子素子に対する検査光の干渉が良好に防止され、格子素子の幅寸法を従来のように拡大する必要がなくなることから、格子素子どうしの間部分を透過する検査光の光量低下が容易かつ良好に防止されるようになっている。
【００１１】
このとき、特に本発明の請求項２にかかる位置検出装置のように、上記請求項１における加工溝の両側壁面が、受光素子に入射する検査光の進行方向と略平行に延在していれば、受光素子に入射する検査光の進行が加工溝の両側壁面により妨げられることなく行われることとなり、検出感度の低下を防止しつつ検査光の干渉が良好に回避される。
【００１２】
また、本発明の請求項３にかかる位置検出装置のように、上記請求項１における受光素子が、インデックススケールとメインスケールとの相対変位方向に沿って複数個のものが並設されているとともに、互いに隣接する受光素子どうしの境界領域に位置する格子素子の加工溝が、他の格子素子の加工溝の溝深さよりも深くなるように形成されている場合には、加工溝の溝深さが拡大された境界部格子素子によって、他の格子素子に対する検査光の干渉が極めて良好に防止されることとなる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４にかかる位置検出装置では、上記請求項１における加工溝が切削加工により形成され、本発明の請求項５にかかる位置検出装置では、上記請求項１における加工溝が金型成形加工により形成されている。このような構成を有する請求項４または請求項５にかかる位置検出装置によれば、加工溝の製造が通常の加工技術によって容易に製造される。
【００１４】
さらにまた、本発明の請求項６にかかる位置検出装置では、上記請求項１における加工溝の開口部に透過性上蓋が当該開口部を覆うように装着されていることにより前記加工溝の内部に細管部が形成され、その細管部に生じる毛細管力によって当該細管部内に前記遮光用着色剤が吸引されるようにして充填されている。このような構成を有する請求項６にかかる位置検出装置によれば、遮光用着色剤の着色が毛細管現象を利用して極めて効率的に行われることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をインデックススケールに適用した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に示されているインデックススケール１１は、図示を省略した装置本体に固定状態にて保持されており、そのインデックススケール１１に対して略平行に対向配置されたメインスケール（図示省略）が、図示左右方向に向かって相対移動するように設けられている。
【００１７】
また、上記インデックススケール１１の図示下面側には、Ａ相用の受光素子１２Ａと、Ｂ相用の受光素子１２Ｂとが互いに近接して配置されている。これらＡ相用受光素子１２ＡおよびＢ相用受光素子１２Ｂは、上述したメインスケールの相対変位方向（図示左右方向）に沿って隣接するように並設されており、上記インデックススケール１１の図示上側から入射して当該インデックススケール１１を透過した検査光１３が、Ａ相用受光素子１２ＡおよびＢ相用受光素子１２Ｂのいずれかに受光される構成になされている。
【００１８】
このとき、上述したインデックススケール１１は、ガラス材や、ポリカーボネードなどの樹脂材からなる透明基板１１ａを有しているとともに、その透明基板１１ａの図示上側の表面部分に、多数の格子素子１１ｂが形成されている。この格子素子１１ｂは、特に図２に示されているように、上記透明基板１１ａの表面部分に所定の格子ピッチで凹設された加工溝１１ａ１内に、インク剤などの適宜の遮光用着色剤１１ａ２が充填されたものであって、上記加工溝１１ａ１の内部が遮光用着色剤１１ａ２による遮光性を有することによって、上記検査光１３に対する格子機能を備えている。
【００１９】
なお、このような検査光１３に対する格子機能を有するためには、上述した加工溝１１ａ１の少なくとも内壁面に対して遮光用着色剤１１ａ２が着色されていればよく、必ずしも、加工溝１１ａ１の内部全体にわたって遮光用着色剤１１ａ２が充填されている必要はない。
【００２０】
さらに、本実施形態における加工溝１１ａ１を形成している両側壁面１１ａ１ｗ，１１ａ１ｗは、上述した受光素子１２Ａ，１２Ｂに入射する検査光１３の進行方向に沿って延在するように形成されている。すなわち、互いに隣接する一対の加工溝１１ａ１，１１ａ１の側壁面１１ａ１ｗ，１１ａ１ｗどうしの間に形成される上記検査光１３の光路１３ａが、当該検査光１３の進行方向に沿って延在する構成になされており、それによって上記検査光１３は、上記加工溝１１ａ１，１１ａ１の側壁面１１ａ１ｗ，１１ａ１ｗどうしの間に形成された光路１３ａ内を通過する際における光量低減が最低限に抑えられつつ、上述した受光素子１２Ａ，１２Ｂに向かって導かれるようになっている。
【００２１】
また本実施形態においては、上述したインデックススケール１１における格子素子１１ａの格子ピッチをＰとしたとき、図３に示されているように、Ｐ／２だけ格子位置を互いにずらしたＡ相用の格子素子１１ａＡ＋と格子素子１１ａＡ−、およびＢ相用の格子素子１１ａＢ＋と格子素子１１ａＢ−が、交互の配置関係となるように設けられており、それらの格子素子１１ａＡ＋および格子素子１１ａＡ−と、格子素子１１ａＢ＋および格子素子１１ａＢ−とが、互いにＰ／４だけずらして配置されている。さらに、上述したＡ相用受光素子１２ＡおよびＢ相用受光素子１２Ｂも、それらに対応した配置関係になされていて、そのような配置関係としたことによって温度ドリフトや分割精度の改善が図られている。
【００２２】
より具体的には、上述したＡ相用の格子素子１１ａＡ＋に基づいてｓｉｎθ＋ａの検出信号（以下、単に”Ａ＋”という。）が得られるとしたときには、格子素子１１ａＡ−に基づいてｓｉｎ（θ−π）＋ａの検出信号（以下、単に”Ａ−”という。）が得られるとともに、Ｂ相用の格子素子１１ａＢ＋に基づいてｃｏｓθ＋ａの検出信号（以下、単に”Ｂ＋”という。）が得られ、さらに格子素子１１ａＢ−に基づいてｃｏｓ（θ−π）＋ａの検出信号（以下、単に”Ｂ−”という。）が得られるようにしている。そして、これらの各検出信号のうち、Ａ＋とＡ−との差動、およびＢ＋とＢ−との差動が各々とられることによって、上述した”ａ”に相当する分がそれぞれキャンセルされることとなり、その結果、温度ドリフト分が相殺されるようになっている。
【００２３】
さらに、上述したＡ＋とＡ−との差動後における信号をＡ、Ｂ＋とＢ−との差動後における信号をＢとすると、
Ａ＝（Ａ＋）−（Ａ−）＝２ｓｉｎθ
Ｂ＝（Ｂ＋）−（Ｂ−）＝２ｃｏｓθ
であるから、
ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
に基づいて、
θ＝ｔａｎ−１（Ａ／Ｂ）
が得られ、１ピッチまたは１／２ピッチを３６０°としたインクリメンタル信号が算出されるようになっている。
【００２４】
再び図１においては、上述した互いに隣接する受光素子１２Ａ，１２Ｂどうしの隣接境界領域の隙間ｃに向かって入射していく検査光１３に作用する境界部格子素子を符号１１ａ３で表しているが、その境界部格子素子１１ａ３の加工溝の溝深さは、その他の格子素子の溝深さよりも深くなるように形成されている。すなわち、本来、上述したＡ相用の受光素子１２ＡまたはＢ相用の受光素子１２Ｂのいずれか一方側にのみ入射すべき検査光および外乱光が、図中の破線矢印で示したように、他方側の受光素子に入射しない構成になされており、それによって、上記両受光素子１２Ａ，１２Ｂどうしの隣接境界領域における検査光１３または外乱光の干渉が良好に防止されるようになっている。
【００２５】
ここで、本実施形態における加工溝１１ａ１は、特に図４に示されているように、上述した透明基板１１ａの素材に対して、いわゆるナノロボ等による微細切削加工または金型成形加工により連続的に成形されたものであるが、上述した遮光用着色剤１１ａ２を加工溝１１ａ１内に充填するにあたっては、まず図５に示されているように、上記各加工溝１１ａ１上に透過性上蓋１１ａ４が被せられるようにして装着され、上記各加工溝１１ａ１の開口部が上記透過性上蓋１１ａ４により密閉される。このように上記各加工溝１１ａ１の開口部に対して透過性上蓋１１ａ４を装着した直後における中間製造物においては、上記各加工溝１１ａ１と透過性上蓋１１ａ４とによって、中空状の細管部１１ａ５が形成された状態となる。
【００２６】
次いで、図６に示されているように、前述した遮光用着色剤１１ａ２を適宜の量だけ蓄えた着色槽１４内に、上記細管部１１ａ５が複数個にわたって形成された上記中間製造物の一端面側を埋没させ、各細管部１１ａ５の一端部分を遮光用着色剤１１ａ２内に漬け込む。これによって、上記着色槽１４内の遮光用着色剤１１ａ２が、上記各細管部１１ａ５における毛細管力により吸引されて上昇していき、やがて細管部１１ａ５の内部全体に充填されることとなる。これにより、上記細管部１１ａ５の内壁面が遮光用着色剤１１ａ２による遮光性を有するように着色される。
【００２７】
このような構成を有する実施形態によれば、透明基板１１ａに対する加工溝１１ａ１の加工工程と、遮光用着色剤１１ａ２の着色工程（充填工程）とにより格子素子１１ａが容易に製造されることとなり、従来のフォトリソグラフィ工程におけるような高価な製造設備と多大な手間が不要になる。
【００２８】
また、格子素子１１ａを構成する加工溝１１ａ１の溝深さは、従来のフォトリソグラフィにより形成された格子素子の厚さよりも極めて大きく形成することが可能となることから、その格子素子１１ａの加工溝１１ａ１の溝深さ、つまり成形された格子素子１１ａの厚さまたは高さが、従来のものよりも大幅に拡大されることとなり、そのように厚さまたは高さが拡大された格子素子１１ａによって、隣接する他の格子素子１１ａに対する検査光１３の干渉が良好に防止される。その結果、格子素子１１ａの幅寸法を従来のように拡大する必要がなくなり、格子素子１１ａ１うしの間部分を透過する検査光１３の光量低下が、容易かつ良好に防止されるようになっている。
【００２９】
特に、上述した実施形態においては、各加工溝１１ａ１の両側壁面１１ａ１ｗ，１１ａ１ｗが、受光素子１２Ａ，１２Ｂに入射する検査光１３の進行方向と略平行に延在していることから、受光素子１２Ａ，１２Ｂに入射する検査光１３の進行が、加工溝１１ａ１の両側壁面１１ａ１ｗ，１１ａ１ｗにより妨げられることなく行われることとなり、それによって、検出感度の低下が良好に防止されつつ、検査光１３の干渉も良好に回避されるようになっている。
【００３０】
さらに本実施形態では、互いに隣接する受光素子１２Ａ，１２Ｂどうしの境界領域に位置する境界部格子素子１１ａ３の加工溝が、他の格子素子１１ａの加工溝の溝深さよりも深くなるように形成されていることから、その溝深さが拡大された境界部格子素子１１ａ３によって、他の格子素子１１ａに対する検査光１３の干渉が極めて良好に防止されるようになっている。
【００３１】
さらにまた本実施形態では、加工溝１１ａ１が、切削加工または金型成形加工により形成されることから、加工溝１１ａ１の製造が通常の加工技術によって容易に製造されるとともに、加工溝１１ａ１の開口部に対して透過性上蓋１１ａ４を密閉するように装着することによって細管部１１ａ５を形成し、その細管部１１ａ５に生じる毛細管力によって遮光用着色剤１１ａ２を吸引し充填するようにしていることから、遮光用着色剤１１ａ２の着色が、毛細管現象を利用して極めて効率的に行われるようになっている。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施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で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００３３】
例えば、上述した実施形態では、加工溝１１ａ１を断面略平行四辺形状に形成しているが、三角形状などのような多種多様な断面形状に形成することも可能である。
【００３４】
さらに上述した実施形態は、インデックススケールに対して本発明を適用したものであるが、メインスケールに対しても本発明は同様に適用することが可能である。
【００３５】
さらにまた上述した実施形態は、リニアセンサに対して本発明を適用したものであるが、ロータリエンコーダなどのその他の装置に対しても本発明は同様に適用することができるものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１記載にかかる位置検出装置は、相対変位可能に対向配置されたインデックススケールおよびメインスケールの少なくとも一方の格子素子を、基板の表面部分に所定の格子ピッチで凹設した加工溝の内壁面に遮光性をもたせるように遮光用着色剤で着色して形成し、従来のフォトリソグラフィ工程におけるような高価な製造設備と多大な手間をかけることなく格子素子を容易に製造可能とするとともに、格子素子の厚さまたは高さを大幅に拡大して検査光の干渉を良好に防止しつつ検査光の光量低下を良好に防止したものであるから、位置検出装置の効率的な製造を可能としつつ検出感度を向上させることができ、高性能な位置検出装置を安価に製造することができる。
【００３７】
加えて、本発明の請求項２にかかる位置検出装置は、上記請求項１における加工溝の両側壁面を、受光素子に入射する検査光の進行方向と略平行に延在させて、受光素子に入射する検査光の進行を加工溝の両側壁面により妨げられることなく行わせ、検出感度の低下を防止しつつ検査光の干渉を良好に回避させるように構成したものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【００３８】
さらに、本発明の請求項３にかかる位置検出装置は、上記請求項１における受光素子を、インデックススケールとメインスケールとの相対変位方向に沿って複数個並設させるとともに、互いに隣接する受光素子どうしの境界領域に位置する格子素子の加工溝を他の格子素子の加工溝の溝深さよりも深くなるように形成して、検査光の干渉を極めて良好に防止したものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【００３９】
さらにまた、本発明の請求項４にかかる位置検出装置は、上記請求項１における加工溝を切削加工により形成し、本発明の請求項５にかかる位置検出装置は、上記請求項１における加工溝を金型成形加工により形成して、加工溝の製造を通常の加工技術によって容易に製造するものであるから、上述した効果に加えて生産性を向上することができる。
【００４０】
また、本発明の請求項６にかかる位置検出装置は、上記請求項１における加工溝の開口部に透過性上蓋を装着して前記加工溝の内部に細管部を形成し、その細管部に生じる毛細管力によって当該細管部内に遮光用着色剤を吸引し充填させることによって、遮光用着色剤の着色を極めて効率的に行わせるように構成したものであるから、上述した効果に加えて生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した位置検出装置のインデックススケールの概略構造を表した側面説明図である。
【図２】図１に表したインデックススケールの一部を拡大して表した側面説明図である。
【図３】格子素子の概略配列例を表した模式的斜視説明図である。
【図４】図１に表したインデックススケールの基板を加工した直後の状態を表した側面説明図である。
【図５】図４に示したインデックススケールの基板に透過性上蓋を装着した状態を表した側面説明図である。
【図６】図５に示したインデックススケールの中間製造物を着色槽内に浸漬した状態を表した模式的斜視説明図である。
【図７】一般における反射型の位置検出装置の概略構造を表した模式的側面説明図である。
【図８】一般における透過型の位置検出装置の概略構造を表した模式的側面説明図である。
【図９】検査光の干渉を低減した従来案にかかる位置検出装置の概略構造を表した模式的側面説明図である。
【符号の説明】
１１  インデックススケール
１２Ａ  Ａ相用受光素子
１２Ｂ  Ｂ相用受光素子
１１ａ  透明基板
１１ｂ  格子素子
１１ａ１  加工溝
１１ａ１ｗ  側壁面
１１ａ２  遮光用着色剤
１１ａ３  境界部格子素子
１１ａ４  透過性上蓋
１１ａ５  細管部
ｃ  隣接境界領域の隙間
１３  検査光
１４  着色槽
【図１】
2004354316.tif 000003
【図２】
2004354316.tif 000004
【図３】
2004354316.tif 000005
【図４】
2004354316.tif 000006
【図５】
2004354316.tif 000007
【図６】
2004354316.tif 000008
【図７】
2004354316.tif 000009
【図８】
2004354316.tif 000010
【図９】
2004354316.tif 000011