JP2004354316A

JP2004354316A - Position detector

Info

Publication number: JP2004354316A
Application number: JP2003154718A
Authority: JP
Inventors: Shogo Momose; 正吾百瀬
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance detection sensitivity while achieving an effective manufacture of a position detector. <P>SOLUTION: At least one grating element 11b out of an index scale 11 and a main sale arranged opposedly to allow relative displacement is coloredly formed by a shielding coloring agent 11a2 to impart a shielding property on an inner wall face of a worked groove 11a1 recessed with a prescribed pitch in a surface part of a substrate 11a, the grating element 11b is easily manufactured thereby without requiring an expensive production facility and great labor and time as in a conventional photolithography process, and a thickness or a height of the grating element 11b is remarkably thickened or heightened to prevent satisfactorily luminous energy of inspection light from getting low, while preventing an interference of the inspection light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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
１２ＡＡ相用受光素子
１２ＢＢ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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical position detecting device configured to detect a relative displacement between an index scale provided with a grating element and a main scale.
[0002]
[Prior art]
In general, as an optical position detecting device constituting an encoder or the like, there are known a reflection type as shown in FIG. 7 and a transmission type as shown in FIG. In these optical position detecting devices, the inspection light 2 emitted from the light emitting element 1 is irradiated onto the grid element of the main scale 4 through the transmissive grid element of the index scale 3, and transmitted or reflected by the grid element of the main scale 4. The inspection light 5 is configured to be received by the light receiving element 6 again through the transmissive grating element of the index scale 3. When the main scale 4 moves relative to the index scale 3 and moves relative to the index scale 3, for example, the relative position between the lattice elements described above periodically changes, whereby the inspection captured by the light receiving element 6 is performed. The light quantity of the light 5 changes periodically. The moving distance of the main scale 4 is measured by detecting the periodic change of the light amount by an appropriate detection circuit.
[0003]
Conventionally, when manufacturing a grid element of the index scale 3 or the main scale 4 used in such an optical position detecting device, photolithography has been used for a transparent substrate made of glass or the like, so that the inspection light Proposals have been made to form a light-shielding part and a transmissive part or a reflective part and a non-reflective part (for example, see Patent Documents 1, 2, and 3 below).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2003-107104 A [Patent Document 2]
JP-A-10-253395,
[Patent Document 3]
JP-A-10-002761,
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, forming a grating element using such photolithography requires expensive manufacturing equipment and a great deal of labor, and may lower the detection sensitivity of the light receiving element 6.
[0006]
For example, as shown in FIG. 9, consider a case where the light receiving element 6A for the A phase and the light receiving element 6B for the B phase are disposed to face each other on the lower surface side of the index scale 3 in the drawing. In order to prevent the sensitivity of the A-phase light receiving element 6A and the B-phase light receiving element 6B from decreasing, the inspection light 5 or the disturbance light to be incident on each light receiving element should be prevented from being incident on the other light receiving element as much as possible. It is necessary to suppress the interference phenomenon between inspection lights. Therefore, the width of the boundary grating element 3a acting on the inspection light 5c so as to regulate the optical path of the inspection light 5c entering the gap c of the adjacent boundary area between the two light receiving elements 6A and 6B. Inspection in which the dimension b is made larger than the width dimension of the other grating element 3b so that the light should be incident on only one side of the A-phase light receiving element 6A or the B-phase light receiving element 6B. A configuration in which the light 5 or disturbance light is not incident on the light receiving element on the other side as much as possible has conventionally been adopted.
[0007]
However, when the configuration in which the width dimension b of the boundary grating element 3a is increased is adopted, the light amount of the inspection light incident on the light receiving elements 6A and 6B is reduced by the width of the boundary grating element 3a. As a result, the detection sensitivity (S / N ratio) of the light receiving elements 6A and 6B may be rather reduced.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a position detection device capable of easily improving the detection sensitivity while enabling efficient production.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the position detection device according to claim 1 of the present invention, at least one of the grid elements of the index scale and the main scale, which are disposed so as to be relatively displaceable, has a predetermined grid pitch on the surface of the substrate. It is configured to include a recessed processing groove and a light-shielding colorant that is colored so that the inner wall surface of the processing groove has a light-shielding property.
[0010]
According to the position detecting device of the present invention having such a configuration, the grating element can be easily manufactured by the process of forming the processing groove on the substrate and the process of coloring the light-shielding colorant, and the conventional photodetector can be used. Expensive manufacturing equipment and a great deal of labor as in the lithography process are not required.
Further, the groove depth of the processing groove constituting the grating element can be formed to be much larger than the thickness of the grating element formed by the conventional photolithography, and the groove depth of the processing groove of the grating element, In other words, the thickness or height of the formed grating element is greatly increased as compared with the conventional one. And, by such a grid element having an increased thickness or height, interference of the inspection light with respect to an adjacent grid element is well prevented, and it is not necessary to increase the width dimension of the grid element as in the related art. In addition, it is possible to easily and satisfactorily prevent a decrease in the amount of inspection light transmitted through a portion between the grating elements.
[0011]
At this time, in particular, as in the position detecting device according to the second aspect of the present invention, both side wall surfaces of the processing groove in the first aspect extend substantially parallel to the traveling direction of the inspection light incident on the light receiving element. For example, the progress of the inspection light incident on the light receiving element is performed without being hindered by the side wall surfaces of the processing groove, and the interference of the inspection light is satisfactorily avoided while preventing the detection sensitivity from lowering.
[0012]
Further, as in the position detecting device according to claim 3 of the present invention, a plurality of light receiving elements in claim 1 are arranged in parallel along the direction of relative displacement between the index scale and the main scale. In the case where the processing groove of the grating element located in the boundary region between the light receiving elements adjacent to each other is formed so as to be deeper than the groove depth of the processing groove of the other grating element, the groove depth of the processing groove The interference of the inspection light with respect to the other grating elements can be extremely effectively prevented by the boundary grating element in which is enlarged.
[0013]
Further, in the position detecting device according to claim 4 of the present invention, the processing groove according to claim 1 is formed by cutting, and in the position detecting device according to claim 5 of the present invention, the processing groove according to claim 1 is formed by cutting. It is formed by die molding. According to the position detecting device according to the fourth or fifth aspect having such a configuration, the processing groove can be easily manufactured by a normal processing technique.
[0014]
Furthermore, in the position detecting device according to claim 6 of the present invention, a transparent upper lid is attached to the opening of the processing groove in claim 1 so as to cover the opening, so that the inside of the processing groove is formed. A thin tube portion is formed, and the light-shielding colorant is filled in the thin tube portion so as to be sucked by a capillary force generated in the thin tube portion. According to the position detecting device of the sixth aspect having such a configuration, coloring of the light-shielding colorant is performed extremely efficiently by utilizing the capillary phenomenon.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an index scale will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
The index scale 11 shown in FIG. 1 is held in a fixed state in a device main body (not shown), and a main scale (not shown) arranged substantially parallel to and opposed to the index scale 11 is provided. It is provided so as to move relatively in the left-right direction in the figure.
[0017]
A light receiving element 12A for the A phase and a light receiving element 12B for the B phase are arranged close to each other on the lower surface side of the index scale 11 in the drawing. The A-phase light-receiving element 12A and the B-phase light-receiving element 12B are juxtaposed so as to be adjacent to each other along the relative displacement direction (the left-right direction in the drawing) of the main scale. The inspection light 13 that has entered and transmitted through the index scale 11 is received by one of the A-phase light receiving element 12A and the B-phase light receiving element 12B.
[0018]
At this time, the above-described index scale 11 has a transparent substrate 11a made of a glass material or a resin material such as polycarbonate, and a large number of grid elements 11b are formed on the upper surface of the transparent substrate 11a in the drawing. Have been. As shown in FIG. 2, the grid element 11 b is provided with a suitable light-shielding colorant such as an ink material in a processing groove 11 a 1 recessed at a predetermined grid pitch on the surface of the transparent substrate 11 a. 11a2 is filled, and the inside of the processing groove 11a1 has a light-shielding property by the light-shielding colorant 11a2, thereby providing a grating function for the inspection light 13.
[0019]
In order to have such a grating function with respect to the inspection light 13, it is sufficient that at least the inner wall surface of the processing groove 11a1 is colored with the light-shielding colorant 11a2. It is not necessary that the light-shielding colorant 11a2 be filled over the entire area.
[0020]
Further, both side wall surfaces 11a1w and 11a1w forming the processing groove 11a1 in the present embodiment are formed so as to extend along the traveling direction of the inspection light 13 incident on the light receiving elements 12A and 12B described above. That is, the optical path 13a of the inspection light 13 formed between the side wall surfaces 11a1w and 11a1w of the pair of processing grooves 11a1 and 11a1 adjacent to each other extends along the traveling direction of the inspection light 13. As a result, the inspection light 13 is minimized in reducing the amount of light when passing through the optical path 13a formed between the side walls 11a1w and 11a1w of the processing grooves 11a1 and 11a1 as described above. The light is guided toward the light receiving elements 12A and 12B.
[0021]
Further, in the present embodiment, assuming that the lattice pitch of the lattice elements 11a in the above-mentioned index scale 11 is P, as shown in FIG. The element 11aA + and the lattice element 11aA-, and the lattice element 11aB + and the lattice element 11aB- for the B phase are provided so as to have an alternate arrangement relationship, and the lattice element 11aA + and the lattice element 11aA- 11aB + and the grating element 11aB- are shifted from each other by P / 4. Further, the above-described A-phase light receiving element 12A and B-phase light receiving element 12B are also arranged in a corresponding relationship, and by adopting such an arrangement relationship, temperature drift and division accuracy are improved. I have.
[0022]
More specifically, assuming that a detection signal of sin θ + a (hereinafter simply referred to as “A +”) is obtained based on the A-phase grating element 11aA +, sin (θ−) is obtained based on the grating element 11aA−. π) + a (hereinafter simply referred to as “A−”), and a cos θ + a detection signal (hereinafter simply referred to as “B +”) is obtained based on the B-phase lattice element 11aB +. Further, a detection signal of cos (θ−π) + a (hereinafter simply referred to as “B−”) is obtained based on the grating element 11aB−. Then, of these detection signals, the differential between A + and A− and the differential between B + and B− are respectively obtained, so that the portion corresponding to “a” is canceled. As a result, the temperature drift is offset.
[0023]
Further, assuming that a signal after differential between A + and A− described above is A and a signal after differential between B + and B− is B,
A = (A +) − (A −) = 2 sin θ
B = (B +) − (B −) = 2 cos θ
Because
tan θ = sin θ / cos θ
On the basis of the,
θ = tan ⁻¹ (A / B)
Is obtained, and an incremental signal in which 1 pitch or 1/2 pitch is set to 360 ° is calculated.
[0024]
In FIG. 1 again, the boundary grating element acting on the inspection light 13 entering the gap c in the adjacent boundary region between the light receiving elements 12A and 12B adjacent to each other is represented by reference numeral 11a3. The groove depth of the processing groove of the boundary lattice element 11a3 is formed to be deeper than the groove depth of the other lattice elements. That is, the inspection light and the disturbance light that should originally be incident on only one of the A-phase light-receiving element 12A and the B-phase light-receiving element 12B as described above are indicated by broken-line arrows in FIG. The configuration is such that the light does not enter the light receiving element on the side, whereby the interference of the inspection light 13 or disturbance light in the adjacent boundary region between the two light receiving elements 12A and 12B is favorably prevented.
[0025]
Here, as shown in FIG. 4, the processing groove 11 a 1 in the present embodiment is continuously formed on the above-described material of the transparent substrate 11 a by a fine cutting process using a so-called nano robot or a die forming process. When filling the processing groove 11a1 with the light-shielding colorant 11a2 as described above, first, as shown in FIG. 5, a transparent upper lid 11a4 is put on the processing groove 11a1. The opening of each of the processing grooves 11a1 is sealed by the transparent upper lid 11a4. As described above, in the intermediate product immediately after the permeable upper lid 11a4 is attached to the opening of each of the processing grooves 11a1, the hollow thin tube portion 11a5 is formed by the processing grooves 11a1 and the permeable upper lid 11a4. It will be in the state that was done.
[0026]
Next, as shown in FIG. 6, one end surface of the intermediate product in which a plurality of the thin tube portions 11a5 are formed in a coloring tank 14 in which an appropriate amount of the light-shielding colorant 11a2 is stored. The side is buried, and one end of each thin tube portion 11a5 is immersed in the light-shielding colorant 11a2. As a result, the light-shielding colorant 11a2 in the coloring tank 14 is sucked up by the capillary force in each of the capillary portions 11a5 and rises, and eventually fills the entire inside of the capillary portion 11a5. Thereby, the inner wall surface of the thin tube portion 11a5 is colored by the light-shielding colorant 11a2 so as to have a light-shielding property.
[0027]
According to the embodiment having such a configuration, the lattice element 11a is easily manufactured by the processing step of the processing groove 11a1 on the transparent substrate 11a and the coloring step (filling step) of the light-shielding colorant 11a2, Expensive manufacturing equipment and a great deal of labor as in the conventional photolithography process are not required.
[0028]
Further, the groove depth of the processing groove 11a1 constituting the grating element 11a can be formed to be much larger than the thickness of the grating element formed by conventional photolithography. The groove depth of 11a1, that is, the thickness or height of the formed grating element 11a will be greatly increased as compared with the conventional one, and the grating element 11a having such increased thickness or height will be used. In addition, interference of the inspection light 13 with respect to another adjacent grating element 11a is favorably prevented. As a result, it is not necessary to increase the width dimension of the grating element 11a as in the related art, and a decrease in the amount of the inspection light 13 passing through the portion between the grating elements 11a1 is easily and satisfactorily prevented. .
[0029]
In particular, in the above-described embodiment, the side wall surfaces 11a1w and 11a1w of each processing groove 11a1 extend substantially parallel to the traveling direction of the inspection light 13 incident on the light receiving elements 12A and 12B. , 12B proceeds without being hindered by the side wall surfaces 11a1w, 11a1w of the processing grooves 11a1, thereby preventing the detection light 13 from interfering with the detection sensitivity while preventing a decrease in detection sensitivity. Are also well avoided.
[0030]
Further, in the present embodiment, the processing groove of the boundary grating element 11a3 located in the boundary region between the light receiving elements 12A and 12B adjacent to each other is formed so as to be deeper than the groove depth of the processing groove of the other lattice element 11a. Therefore, the interference of the inspection light 13 with respect to the other grating elements 11a is extremely effectively prevented by the boundary grating element 11a3 having the enlarged groove depth.
[0031]
Furthermore, in the present embodiment, since the processing groove 11a1 is formed by cutting or molding, the manufacturing of the processing groove 11a1 is easily performed by a normal processing technique, and the opening of the processing groove 11a1 is formed. The permeable upper lid 11a4 is hermetically attached to form a thin tube portion 11a5, and the light-shielding colorant 11a2 is sucked and filled by the capillary force generated in the thin tube portion 11a5. The coloring of the coloring agent for use 11a2 is extremely efficiently performed by utilizing the capillary phenomenon.
[0032]
As mentioned above, although the embodiment of the invention made by the inventor has been specifically described, the present invention is not limited to the above embodiment, and it can be said that various modifications can be made without departing from the gist thereof. Not even.
[0033]
For example, in the above-described embodiment, the processed groove 11a1 is formed in a substantially parallelogram cross section, but may be formed in a variety of cross-sectional shapes such as a triangular shape.
[0034]
Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the index scale. However, the present invention can be similarly applied to the main scale.
[0035]
Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a linear sensor. However, the present invention can be similarly applied to other devices such as a rotary encoder.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the position detecting device according to the first aspect of the present invention, at least one grid element of the index scale and the main scale, which are disposed so as to be relatively displaceable, has a predetermined grid pitch on the surface of the substrate. It is formed by coloring with a light-shielding colorant so that the inner wall surface of the processing groove recessed in the above has a light-shielding property, and the grating element can be formed without using expensive manufacturing equipment and a great deal of labor as in the conventional photolithography process. In addition to being easy to manufacture, the thickness or height of the grating element has been greatly expanded to prevent interference of inspection light and to prevent a decrease in the amount of inspection light, and thus a position detection device. The detection sensitivity can be improved while enabling efficient manufacture of the position detection device, and a high-performance position detection device can be manufactured at low cost.
[0037]
In addition, the position detecting device according to claim 2 of the present invention extends the both side wall surfaces of the processing groove according to claim 1 substantially in parallel with the traveling direction of the inspection light incident on the light receiving element. The configuration is such that the incident inspection light is allowed to progress without being hindered by the side walls of the processing groove, and the interference of the inspection light is favorably avoided while preventing a decrease in detection sensitivity. Can be obtained reliably.
[0038]
Further, in the position detecting device according to claim 3 of the present invention, the plurality of light receiving elements according to claim 1 are arranged side by side along the direction of relative displacement between the index scale and the main scale, and the light receiving elements adjacent to each other are arranged. Since the processing groove of the grating element located in the boundary region of the above is formed so as to be deeper than the groove depth of the processing groove of the other grating element, interference of the inspection light is extremely effectively prevented. Can be reliably obtained.
[0039]
Furthermore, the position detecting device according to claim 4 of the present invention forms the processing groove according to claim 1 by cutting, and the position detecting device according to claim 5 of the present invention uses the processing groove according to claim 1 according to claim 1. Is formed by die molding, and the production of the processing groove is easily performed by a normal processing technique, so that the productivity can be improved in addition to the effects described above.
[0040]
In the position detecting device according to the sixth aspect of the present invention, a permeable upper lid is attached to the opening of the processing groove in the first aspect to form a thin tube portion inside the processing groove, and the thin tube portion is formed. Since the coloring of the light-shielding colorant is performed very efficiently by sucking and filling the light-shielding colorant into the capillary portion by the capillary force, productivity in addition to the above-described effects is improved. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory side view showing a schematic structure of an index scale of a position detecting device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory side view showing an enlarged part of the index scale shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic perspective explanatory view showing a schematic arrangement example of lattice elements.
FIG. 4 is an explanatory side view showing a state immediately after processing the substrate of the index scale shown in FIG. 1;
5 is an explanatory side view showing a state in which a transparent upper lid is mounted on the index scale substrate shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic perspective explanatory view showing a state in which the intermediate product of the index scale shown in FIG. 5 is immersed in a coloring tank.
FIG. 7 is a schematic side view illustrating a schematic structure of a general reflection type position detection device.
FIG. 8 is a schematic side view illustrating a schematic structure of a general transmission type position detection device.
FIG. 9 is a schematic side view illustrating the schematic structure of a position detecting device according to the related art in which the interference of inspection light is reduced.
[Explanation of symbols]
11 Index scale 12A A-phase light receiving element 12B B-phase light receiving element 11a Transparent substrate 11b Grating element 11a1 Processing groove 11a1w Side wall surface 11a2 Light-shielding colorant 11a3 Boundary grid element 11a4 Transmissive upper lid 11a5 Narrow tube section c Adjacent boundary area gap 13 Inspection light 14 Coloring tank

Claims

An index scale and a main scale having a grating element on the surface of the substrate are disposed so as to be relatively displaceable,
The inspection light emitted from the light emitting element is applied to the main scale lattice element through the index scale lattice element, and the inspection light reflected or transmitted by the main scale lattice element is received through the index scale lattice element. Light received by the element,
An optical position detecting device configured to detect a relative displacement amount of the main scale with respect to the index scale based on a detection signal output from the light receiving element,
At least one of the grid elements of the index scale and the main scale is provided with a processing groove recessed at a predetermined grid pitch on the surface of the substrate, and a light-shielding light colored so that the inner wall surface of the processing groove has a light-shielding property. An optical position detecting device comprising: a coloring agent.

The optical position detecting device according to claim 1, wherein both side wall surfaces of the processing groove extend substantially in parallel with a traveling direction of the inspection light incident on the light receiving element.

A plurality of the light receiving elements are juxtaposed along the relative displacement direction of the index scale and the main scale,
2. The optical device according to claim 1, wherein a processing groove of the grating element located in a boundary region between the light receiving elements adjacent to each other is formed so as to be deeper than a groove depth of a processing groove of another grating element. Type position detecting device.

The optical position detecting device according to claim 1, wherein the processing groove is formed by cutting.

2. The optical position detecting device according to claim 1, wherein the processing groove is formed by die molding.

A thin tube portion is formed inside the processing groove by the fact that a transparent upper lid is attached to the opening of the processing groove so as to cover the opening,
2. The optical position detecting device according to claim 1, wherein the light-shielding colorant is filled into the capillary by suction by a capillary force generated in the capillary.