(57)【要約】【課題】プリズムを用いた光学式スケールであって、プリズムなどの光学部品の形状に瑕がつきにくく取り扱い容易なものを提供する。【解決手段】円板形の透明基板１２の外縁近くの表面に環状の平底溝１５が形成されており、この環状平底溝１５内に一定間隔で多数のプリズム１３が配列されている。そして、プリズム１３での光の全反射と、プリズムとプリズムとの間の領域での光の透過とを利用して光学的検出ができるようになっている。環状平底溝１５の深さは、プリズム１３の高さより大きい。更に、透明基板１５の表面は、プリズム１３と外部の異物との接触を回避するための透明保護材でカバーされる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面に形成された平底溝と、
前記平底溝内に一定間隔で配列された多数のプリズムと
を備え、前記プリズムでの光の全反射と、前記プリズムとプリズムとの間の領域での光の透過とを利用して光学的に検出可能な光学式スケール。
【請求項２】
前記平底溝の深さが前記プリズムの高さより大きい請求項１記載の光学式スケール。
【請求項３】
前記透明基板の表面上に、前記プリズムと外部の異物との接触を回避するための透明保護材を更に備えた請求項１記載の光学式スケール。
【請求項４】
透明基板と、
前記透明基板の表面に一定間隔で配列された多数のプリズムと、
前記透明基板の表面上に設けられた、前記プリズムと外部の異物との接触を回避するための透明保護材と
を備え、前記プリズムでの光の全反射と、前記プリズムとプリズムとの間の領域での光の透過とを利用して光学的に検出可能な光学式スケール。
【請求項５】
透明基板と、
前記透明基板の表面に繰り返し配列された第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部と
を備え、前記第１及び第２の傾斜面部での光の全反射と、前記第１と第２の平坦面部での光の透過とを利用して光学的に検出可能な光学式スケール。
【請求項６】
前記透明基板の表面上に、前記第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部に対する外部の異物の接触を回避するための透明保護材を更に備えた請求項５記載の光学式スケール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリエンコーダやリニアエンコーダなどの位置（角度）読み取り装置で使用される光学式スケールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の位置読取装置は、例えば工作機械や計測器などにおけるＸＹステージの座標検出や、プリンタにおけるペンや印字ヘッドの位置検出や紙送り量検出など、広い用途に利用されている。
【０００３】
この位置読取装置では、ＰＥＴシートなどの透明基板に測距方向へ微小ピッチで多数の微細線分を印刷してなる光学式スケールと、その光学式スケールの線分を光学的に検出する光学センサとが用いられる。光学式スケールと光学センサとが相対的に移動しつつ、検出された線分がカウントされ、そのカウント数で移動距離を決定されて位置が確定する。
【０００４】
最も普及している光学式スケールは、透明基板にフォトレジスト法又はレーザレジスト法による精密印刷法で上記微細線分を印刷したものである。しかし、精密印刷法の精度には限界があり、分解能の高い高精密な光学式スケールを作ることが難しい。
【０００５】
そこで、微小線分の印刷に代えて、入射する光線の入射角が臨界角以上で設計された微小プリズムを一定間隔で並べた光学式スケールが提案されている（例えば、特公平５−３９４１１号）。図１（Ａ）は、この従来の光学式スケールの平面図を示し、図１（Ｂ）は、この光学式スケールの微小プリズムが並んだ部分の拡大図を示す。図２は、この光学式スケールの図１（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図３（Ｂ）は、同Ａ−Ａ線に沿った断面図であり、図３（Ａ）はこの光学式スケールを光学的に検出したときの検出信号パターンを示す。
【０００６】
図１に示すように、円板形の透明基板２の外縁近くの環状領域の表面に一周にわたって、半径方向に延びた多数の微小プリズム３が円周方向に一定間隔で配列されている。図２、３に示すように、各プリズム３は、透明基板２の表面から三角柱形に突出している（又は、透明基板２の表面に刻んだ三角柱形の溝として形成されているものもある）。図３に示すように、透明基板２の裏側から光を入射させると、各プリズム３の位置では入射光は全反射して入射側へ戻され、各プリズム３とプリズム３との間の領域５でのみ入射光は基板２を透過するので、図３（Ａ）に示すような一定間隔で明暗が繰り返す検出信号パターンが得られる。
【０００７】
【特許文献１】特公平５−３９４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１〜図３に示した微細プリズム３を用いた従来の光学式スケール１では、プリズム３の頂部３ａのエッジが尖っていることと、プリズム３とプリズム３の間の領域５の表面が平坦であることが重要である。もし、プリズム３の頂部３ａのエッジが鈍っていると、図４に示すように、入射光がその頂部３を透過して、検出信号パターンにおいてプリズム３の位置に小さい明部がノイズとして現れ誤カウントにつがなる。また、図示してないが、プリズム３とプリズム３の間の領域５面に凹凸があると、検出信号パターンにおいてその領域５の位置に小さい暗部がノイズとして現れ誤カウントにつながる。
【０００９】
しかし、光学式スケール１の運搬時や装置への組み付け作業時などに、人の指先や周囲の異物が光学式スケール１に表面に触れれば、突出したプリズム３の頂部３ａは簡単に鈍ってしまうし、プリズム３とプリズム３の間の領域５にも傷や汚れがついて凹凸ができてしまう。したがって、従来の微細プリズム３を用いた光学式スケール１は、大変にデリケートで取扱が難しく、よって実用性に乏しい。
【００１０】
従って、本発明は、プリズムを用いた光学式スケールであって、プリズムなどの光学部品の形状に瑕がつきにくく、よって、取り扱い容易で実用的なものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点に従う光学式スケールは、透明基板と、この透明基板の表面に形成された平底溝と、この平底溝内に一定間隔で配列された多数のプリズムとを備え、プリズムでの光の全反射と、プリズムとプリズムとの間の領域での光の透過とを利用して光学的に検出できるようになっている。この光学式スケールによれば、プリズムが平底溝内に入っているため、プリズムと外部の異物との接触の可能性が減る。
【００１２】
好適な実施形態では、平底溝の深さがプリズムの高さより大きい。
【００１３】
好適な実施形態ではプリズムと外部の異物との接触を回避するための透明保護材が、透明基板の表面上に更に設けられている。
【００１４】
本発明の第２の観点に従う光学式スケールは、透明基板と、この透明基板の表面に一定間隔で配列された多数のプリズムと、その透明基板の表面上に設けられた、プリズムと外部の異物との接触を回避するための透明保護材とを備え、プリズムでの光の全反射と、プリズムとプリズムとの間の領域での光の透過とを利用して光学的に検出することができるようになっている。この光学式スケールによれば、上記透明保護材によって、プリズムと外部の異物との接触の可能性が減る。
【００１５】
本発明の第３の観点に従う光学式スケールは、透明基板と、この透明基板の表面に繰り返し配列された第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部と
を備え、第１及び第２の傾斜面部での光の全反射と、第１と第２の平坦面部での光の透過とを利用して光学的に検出できるようになっている。この光学式スケールによれば、外部の異物との接触で鈍ることによって致命的な検出精度の低下に繋がるようなデリケートな尖がったエッジがないので、取扱が容易である。
【００１６】
好適な実施形態では、透明基板の表面上に、第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部に対する外部の異物の接触を回避するための透明保護材が更に設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図５は、本発明の一実施形態にかかる光学式スケールの平面図を示す。図６は、この光学式スケールのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１８】
図５、６に示すように、ＰＣ又はＰＭＭＡのような合成樹脂製の円板形の透明基板１２において、その外縁近くの環状領域１５の表面に一周にわたって、半径方向に延びた多数の微小プリズム１３が円周方向に一定間隔で配列されている。個々のプリズム１３は、図１〜３に示した従来の光学式スケール１の各プリズム３と同様に、三角柱形であって環状領域１５の表面から突出している（又は、環状領域１５の表面に刻んだ三角柱状の溝として形成してもよい）。図６に示すように、プリズム１３が配列された環状領域１５は、透明基板１２の環状領域１５以外の部分の表面よりも凹んだ平坦な底をもった溝として形成されている。その意味で、以下、この環状領域１５を「環状平底溝」１５と呼ぶことにする。この環状平底溝１５の深さは、プリズム１３の高さよりも大きい。換言すれば、この環状平底溝１５は、その半径方向外側と内側とに、プリズム１３の頂部よりも背の高い環状の堤１７、１９を有している。そして、この環状の堤１７、１９の間に、それよりも背の低いプリズム１３が配列されている。
【００１９】
この環状の堤１７、１９が、この光学式スケール１１を取り扱う際、作業者の指や梱包袋などの異物がプリズム１３の頂部に触れてそのエッジを鈍らせてしまったり、プリズム１３とプリズム１３との間の平坦面（つまり、環状平底溝１５の底面）に触れてそこに傷や汚れを付けてしまったりする虞を減らす。また、複数枚の光学式スケール１１を積み重ねたとしても、プリズム１３の頂部がその上の光学式スケール１１に触れるということがないので、プリズム１３の頂部エッジが保護される。
【００２０】
なお、この光学式スケール１１のプリズム３の形状や配列形態や検出原理は、図１〜図３に示した従来の光学式スケールのそれらと同じである。
【００２１】
図７は、上記の光学式スケール１１を若干変形した実施形態の図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００２２】
図７に示すように、透明基板１２の表面において、プリズム１３が配列された環状領域１５の半径方向外側と内側に、プリズム１３よりも背の高い環状堤２０、２１が突出するように形成されている。この環状堤２０、２１に挟まれた環状領域１５は、プリズム１３の高さよりも深い環状平底溝となり、図６に示した構造と同様の利点が得られる。
【００２３】
ところで、図６や図７に示した構造は、射出成形法により容易に作ることができる。
【００２４】
図８に更に別の実施形態のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２５】
図６に示した断面構造をもつ透明基板１２の表面上に、プリズム保護用の平坦な透明保護板２３が貼り付けられている。この透明保護板２３によって、プリズムの頂点は完全に保護される。
【００２６】
図９は、また別の実施形態のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２７】
図８に示した透明保護板２３の代わりに、透明基板１２の表面の凹凸を全て埋めて覆う、プリズム保護用の表面が平坦な透明保護層２５が設けられている。この透明保護層２５は、透明基板１２の表面を、例えばスピンコート法によって紫外線硬化型のアクリル樹脂の液で覆い、そのアクリル樹脂を硬化させる方法によって形成することができる。
【００２８】
図１０は、更にまた別の実施形態のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２９】
図２に示した従来の光学式スケールと同じ断面構造をもつ透明基板１２の表面上にプリズム保護用の平坦な透明保護板２９が貼り付けられている。この透明保護板２９は、プリズム１３の高さより大きい深さを持った環状平底溝３１を、プリズム１３が配列された環状領域に対応した位置に有している。この環状平底溝３１内にプリズム１３は完全に収容され、プリズム１３の頂部に透明保護板２９が当たることはない。
【００３０】
図１１は、また更に別の実施形態のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００３１】
図１０に示した透明保護板２９の代わりに、透明基板１２の表面の凹凸を全て埋めて覆う、プリズム保護用の表面が平坦な透明保護層３３が設けられている。この透明保護層３３も、図９に示した透明保護層２５と同様、透明基板１２の表面をスピンコート法によって紫外線硬化型のアクリル樹脂の液で覆い、そのアクリル樹脂を硬化させる方法によって形成することができる。
【００３２】
図１２（Ａ）は、本発明のまた別の実施形態にかかる光学式スケールの平面図を示し、図１２（Ｂ）は、この光学式スケールのプリズムが配列された部分の拡大図である。図１３は、この光学式スケールのＡ‐Ａ線に沿った断面図である。
【００３３】
図１２、１３に示すように、ＰＣ又はＰＭＭＡのような合成樹脂製の円板形の透明基板４２において、その外縁近くの環状領域の表面に一周にわたって、半径方向に延びた台形柱状に凹んだ台形溝４３が円周方向に一定間隔で配列されている（見方を変えれば、基板表面から台形柱状に突出した台形突部を円周方向に一定間隔で配列していると説明することもできる）。個々の台形溝４３の円周方向の幅は、台形溝４３と台形溝４３との間の平坦面部４５の円周方向の幅の約３倍にしてある。図１３に示すように、台形溝４３の内面は、この溝４３の円周方向両側面をなす斜めに切れ落ちた傾斜面部４７、５１と、この両側の傾斜面部４７、５１に挟まれた溝４３の底面をなす平坦面部４９とから構成されており、これら３つの面部４７、４９、５１の円周方向の幅はほぼ同じにしてある。換言すれば、透明基板４２の外縁近くの環状領域の表面は、透明基板４２の裏面に平行な第１の平坦面部４５と、斜めに傾斜した第１の傾斜面部４７と、裏面に平行な第２の平坦面部４９と、第１傾斜面部４７とは逆方向に斜めに傾斜した第２の傾斜面部５１とがこの順番で繰り返し配列された形状になっている。そして、上記２つの傾斜面部４７、５１の傾斜角度は、基板４２の裏面側からその裏面に垂直に入射した光が全反射するような角度に設定されている。つまり、隣り合う傾斜面部４７、５１が両者併せて１つのプリズムとして機能する。
【００３４】
この光学式スケール４１では、図１３に示すように、基板４３の裏面側からその裏面に垂直に光線を入射させると、第１と第２の平坦面部４５、４９の位置では光が透過するが、第１と第２の傾斜面部４７、５１の位置では光は全反射してしまうため、図１３（Ａ）に示すような明暗が交互に並ぶ検出信号パターンが得られる。
【００３５】
この光学式スケール４１は、図３に示したようなプリズムの頂部エッジ３ａというものが無く、むしろ、プリズムの頂部エッジを積極的に削って平坦化して平坦面部４５にしたものであると説明することができる。よって、従来のようにプリズムの頂部エッジの鈍りによる誤検出という問題が存在しない。
【００３６】
図１４は、図１２、１３に示した光学式スケール４１の基板４２の表面に透明保護板５３を貼付した実施形態の断面図を示す。また、図１５は、図１４の透明保護板２３に代えて、前述したようなスピンコート法などで形成した透明保護層５で基板表面４２の凹凸を埋めてカバーした実施形態の断面図を示す。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態はあくまで本発明の説明のための例示であり、本発明をこれら実施形態にのみ限定する趣旨ではない。従って、本発明は、上記実施形態以外の様々な形態でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の光学式スケールの平面図と、この光学式スケールの微小プリズムが並んだ部分の拡大図。
【図２】図１の光学式スケールの図１（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図３】同Ａ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】従来の光学式スケールの問題点を示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態にかかる光学式スケールの平面図。
【図６】図４の光学式スケールのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図４の光学式スケールを変形した実施形態のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図８】更に別の実施形態のＢ−Ｂ断面図。
【図９】また別の実施形態のＢ−Ｂ断面図。
【図１０】更にまた別の実施形態のＢ−Ｂ断面図。
【図１１】また別の実施形態のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】本発明のまた別の実施形態にかかる光学式スケールの平面図と、この光学式スケールのプリズムが配列された部分の拡大図。
【図１３】図１１の光学式スケールのＡ−Ａ断面図。
【図１４】また別の実施形態のＡ−Ａ断面図。
【図１５】また更に別の実施形態のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１１、４１  光学式スケール
１２、４２  透明基板
１３  プリズム
１５  環状平底溝
２７、１９、２０、２１  環状堤
２３、２９、５３  透明保護板
２５、３３、５５  透明保護層
４３  台形溝
４５  第１の平坦面部
４７  第１の傾斜面部
４９  第２の平坦面部
５１  第２の傾斜面部
【図１】
2007183296.tif 000003
【図２】
2007183296.tif 000004
【図３】
2007183296.tif 000005
【図４】
2007183296.tif 000006
【図５】
2007183296.tif 000007
【図６】
2007183296.tif 000008
【図７】
2007183296.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007183296.tif 000011
【図１０】
2007183296.tif 000012
【図１１】
2007183296.tif 000013
【図１２】
2007183296.tif 000014
【図１３】
2007183296.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月9日(2007.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面に繰り返し配列された第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部と
を備え、
前記第１の平坦面部は、前記第２の平坦面部より高さが高く、
前記第１の傾斜面部は、前記第１の平坦面部と前記第２の平坦面部とを繋ぎ、
前記第２の傾斜面部は、前記第２の平坦面部と次の平坦面部とを繋ぎ、
前記第１及び第２の傾斜面部での光の全反射と、前記第１と第２の平坦面部での光の透過とを利用して光学的に検出可能な光学式スケール。
【請求項２】
前記透明基板の表面上に、前記第１の平坦面部と第１の傾斜面部と第２の平坦面部と第２の傾斜面部に対する透明保護材を更に備えた請求項１記載の光学式スケール。