CN112147729A - 光栅部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制光学特性的偏差的光栅部件及其制造方法。该光栅部件的特征在于，其具备在第1主面具备光学光栅的透明的第1基板以及在第1主面具备光学光栅的透明的第2基板，所述第1基板的与该第1基板的所述第1主面相对的第2主面和所述第2基板的与该第2基板的所述第1主面相对的第2主面彼此接合。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅部件及其制造方法。
背景技术
反射型的光电式线性标尺例如具备具有多个光学衍射光栅、振幅光栅的光栅部件来作为检测器(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-26567号公报
发明内容
发明要解决的问题
在这样的光栅部件中，在光学特性上会产生偏差。
本发明的目的之一在于提供能够抑制光学特性的偏差的光栅部件及其制造方法。
用于解决问题的方案
在1个技术方案中，本发明的光栅部件的特征在于，其具备在第1主面具备光学光栅的透明的第1基板以及在第1主面具备光学光栅的透明的第2基板，所述第1基板的与该第1基板的所述第1主面相对的第2主面和所述第2基板的与该第2基板的所述第1主面相对的第2主面彼此接合。
在上述光栅部件中，也可以具备设于所述第1基板与所述第2基板之间的局部并且作为光反射膜或光吸收膜发挥功能的薄膜。
在1个技术方案中，本发明的光栅部件的特征在于，其具备在表面具备光学光栅的透明的第1基板、在表面具备光学光栅的透明的第2基板以及配置于所述第1基板与所述第2基板之间的间隔件，所述第1基板以及所述第2基板接合于所述间隔件。
在上述光栅部件中，也可以是，所述间隔件在所述第1基板与所述第2基板之间形成空腔。
在上述光栅部件中，也可以是，在所述空腔内具备作为光反射膜或光吸收膜发挥功能的薄膜。
在上述光栅部件中，也可以是，所述第1基板在所述空腔内具备所述光学光栅，所述第2基板在所述空腔内具备所述光学光栅。
在上述光栅部件中，也可以是，所述第1基板在一个主面具备设有所述光学光栅的凹部，所述第2基板在一个主面具备设有所述光学光栅的凹部，所述第1基板的所述一个主面和所述第2基板的所述一个主面接合于所述间隔件，所述第1基板的所述光学光栅和所述第2基板的所述光学光栅被所述间隔件覆盖。
在上述光栅部件中，也可以是，所述间隔件在第1主面具备第1凹部，在与所述第1主面相对的第2主面具备第2凹部，所述第1基板的设有所述光学光栅的主面与所述第2基板的设有所述光学光栅的主面彼此相对，利用所述第1凹部配置所述第1基板的所述光学光栅，利用所述第2凹部配置所述第2基板的所述光学光栅。
在1个技术方案中，本发明的光栅部件的制造方法的特征在于，该制造方法包含：使在第1主面具备光学光栅的透明的第1基板与在第1主面具备光学光栅的透明的第2基板以所述第1基板的与该第1基板的所述第1主面相对的第2主面和所述第2基板的与该第2基板的所述第1主面相对的第2主面彼此相对的方式彼此接触的工序，以及利用常温接合、扩散接合或阳极接合使所述第1基板的所述第2主面与所述第2基板的所述第2主面彼此接合的工序。
在1个技术方案中，本发明的光栅部件的制造方法的特征在于，在表面具备光学光栅的透明的第1基板与在表面具备光学光栅的透明的第2基板之间配置间隔件的工序，以及利用常温接合、扩散接合或阳极接合使所述第1基板和所述第2基板接合于所述间隔件的工序。
发明的效果
能够提供一种能够抑制光学特性的偏差的光栅部件及其制造方法。
附图说明
图1是实施方式的光电式编码器的立体图。
图2是对光路进行例示的图。
图3的(a)是第1基板的俯视图，图3的(b)是图3的(a)的A-A线剖视图。
图4的(a)是第2基板的俯视图，图4的(b)是图4的(a)的A-A线剖视图。
图5的(a)和图5的(b)是对接合进行例示的图。
图6是第2实施方式的检测器的剖视图。
图7是第3实施方式的检测器的剖视图。
图8是第4实施方式的检测器的剖视图。
图9是第5实施方式的检测器的剖视图。
图10是第6实施方式的检测器的剖视图。
图11的(a)和图11的(b)是例示第7实施方式的检测器的图。
图12的(a)是第1基板的俯视图，图12的(b)是图12的(a)的A-A线剖视图。
图13的(a)是第2基板的俯视图，图13的(b)是图13的(a)的A-A线剖视图。
图14的(a)和图14的(b)是例示第8实施方式的检测器的图。
图15的(a)和图15的(b)是例示第9实施方式的检测器的图。
图16的(a)和图16的(b)是例示使用了MEMS技术的一并制造的图。
附图标记说明
10、10g、第1基板；11、第1主面；12、第2主面；13、标尺光栅；14、凹部；20、20g、第2基板；21、第1主面；22、第2主面；23、24、标尺光栅；25、26、凹部；30、30h、间隔基板；31、32、33、凹部；40、空腔；50、间隔件；60、薄膜；100、光电式编码器；110、准直光源；120、主标尺；130、130a、130b、130c、130d、130e、130f、130g、130h、检测器；131、132、索引标尺；140、受光元件；150、受光区域；160、光电二极管。
具体实施方式
图1是实施方式的光电式编码器100的立体图。如图1中例示的那样，光电式编码器100具备准直光源110、主标尺120、检测器130、受光元件140等。在以下的说明中，将形成于主标尺120的各光栅的排列方向设为X轴。将主标尺120的各光栅延伸的方向设为Y轴。将与X轴和Y轴正交的方向设为Z轴。Z轴是主标尺120与检测器130相对的方向。
准直光源110是射出准直光的光源即可，没有特别的限定。例如，准直光源110具备发光二极管等发光元件、准直透镜等。
主标尺120具备X轴方向上的预定的标尺周期(日文：スケール周期)的光栅。即，主标尺120在X轴方向上具有光栅的排列方向。因此，主标尺120的测量轴线为X轴。各光栅沿Y轴方向延伸。即，各光栅在Y轴方向上具有长度方向。主标尺120能够相对于准直光源110、检测器130和受光元件140沿X轴方向相对地移动。
在受光元件140设有受光区域150。在受光区域150中，多个光电二极管160以预定的周期沿X轴方向排列配置。例如，受光元件140为光电二极管阵列。检测器130是具备预定的周期的光栅的光栅部件，使来自准直光源110的光在主标尺120反射而得到的衍射光成像于受光元件140的受光区域150。受光区域150使用多个光电二极管160的输出来检测与主标尺120的光栅相对应的周期性的明暗。由此能够检测主标尺120的相对的位置变动。具体地，能够基于多个光电二极管160所检测到的受光强度来求出位置变动的量。
图2是对光路进行例示的图。如图2中例示的那样，在检测器130具备多个索引标尺131、132等。索引标尺131、132具备X轴方向上的预定的标尺周期的光栅。被主标尺120反射的光透过检测器130的索引标尺131进而透过索引标尺132并在光电二极管160成像。像这样，利用检测器130的多个索引标尺使光在光电二极管160成像。
像这样，检测器130是具备多个光学衍射光栅、多个振幅光栅等的光栅部件。在这样的检测器130中，为了维持光学特性，期望严格地确定衍射光栅、振幅光栅之间的距离、角度。此时，在逐个形成衍射光栅并利用有机系的粘接剂将其粘接于支持构件而确定位置的情况下，在支持构件、粘接剂的热膨胀的差异、固化收缩等的影响下，光栅间的相对距离有可能变化从而导致在光学特性上产生偏差。
于是，本实施方式的检测器130具有能够抑制光学特性的偏差的结构。
图3的(a)是具备检测器130的第1基板10的俯视图。图3的(b)是第1基板10的剖视图，是图3的(a)的A-A线剖视图。第1基板10是透明基板，以含有合成石英、碱性可动离子的玻璃等为材料。第1基板10具备彼此相对的第1主面11和第2主面12。如图3的(a)和图3的(b)中例示的那样，在第1基板10的第1主面11具备沿测量轴线以预定的间隔配置多个光栅而成的标尺光栅13来作为光学光栅。第1基板10与图2的索引标尺131相对应。标尺光栅13可以直接加工基板材料而成，也可以使用氧化物薄膜、树脂等。
图4的(a)是具备检测器130的第2基板20的俯视图。图4的(b)是第2基板20的剖视图，是图4的(a)的A-A线剖视图。第2基板20是透明基板，以含有合成石英、碱性可动离子的玻璃等为材料。第2基板20具备彼此相对的第1主面21和第2主面22。如图4的(a)和图4的(b)中例示的那样，在第2基板20的第1主面21具备沿测量轴线以预定的间隔配置多个光栅而成的标尺光栅23来作为光学光栅。另外，在第2基板20的第1主面21的沿测量轴线远离标尺光栅23的区域具备沿测量轴线以预定的间隔配置多个光栅而成的标尺光栅24来作为光学光栅。第2基板20与图2的索引标尺132相对应。标尺光栅23和标尺光栅24可以直接加工基板材料而成，也可以使用氧化物薄膜、树脂等。
如图5的(a)中例示的那样，使第1基板10的第2主面12与第2基板20的第2主面22相对而接触。在该情况下，以在俯视时在标尺光栅23与标尺光栅24之间夹着标尺光栅13的方式使第1基板10与第2基板20相接触。在此之后，如图5的(b)中例示的那样，使第1基板10与第2基板20相接合。接合的方法为常温接合、扩散接合或阳极接合。第1基板10与第2基板20的接合不使用有机系的粘接剂。
光栅的高度和宽度是由检测光的波长和入射角决定的。在同一基板上配置多个光栅图案的情况下也是，若预先在光掩模配置图案则能够以小于1μm的精度来限定相对的位置。
在本实施方式的检测器130中在不使用有机系的粘接剂的情况下使第1基板10与第2基板20相接合。在该结构中不存在第1基板10和第2基板20的热膨胀与有机系粘接剂的热膨胀的差的影响。另外不存在有机系粘接剂的固化收缩等的影响。由此，能抑制第1基板10的标尺光栅与第2基板20的标尺光栅之间的距离的变化。其结果能抑制光学特性的偏差。
(第2实施方式)
图6是第2实施方式的检测器130a的剖视图。如图6中例示的那样，检测器130a与图5的(b)的检测器130不同的点在于，在第1基板10的第2主面与第2基板20的第2主面之间夹着间隔基板30。间隔基板30是透明基板，例如以含有合成石英、碱性可动离子的玻璃等为材料。
使第1基板10与间隔基板30相接触而接合，使第2基板20与间隔基板30相接触而接合，由此能够得到图6的结构。该情况下的接合方法也为常温接合、扩散接合或阳极接合。该情况下的接合也不使用有机系的粘接剂。
本实施方式的检测器130a也是，在不使用有机系的粘接剂的情况下使第1基板10与第2基板20对位。由此，能抑制光学特性的偏差。另外，能够通过调整间隔基板30的厚度从而调整第1基板10的标尺光栅与第2基板20的标尺光栅之间的光学距离。此外，能够通过控制间隔基板30的折射率从而设计检测器130a的光路。另外，与使用玻璃块体来代替第1基板10、第2基板20和间隔基板30的情况相比较，能够减小加工的基板的厚度，另外仅对基板的单面进行加工即可，因此能够使用通常的半导体制造装置，因此质量、加工装置的制约较小。
(第3实施方式)
图7是第3实施方式的检测器130b的剖视图。如图7中例示的那样，检测器130b与图5的(b)的检测器130不同的点在于，在第1基板10的第2主面与第2基板20的第2主面之间设有空腔40。例如，在第1基板10的第2主面的周缘部与第2基板20的第2主面的周缘部之间设有间隔件50，从而能够在第1基板10的第2主面的除周缘部以外的区域与第2基板20的第2主面的除周缘部以外的区域之间设有空腔40。间隔件50作为透明构件并且以含有合成石英、碱性可动离子的玻璃等为材料。或者，由于空腔40会成为光路，因此能够将Si等用于间隔件50来形成不透明构件。
使第1基板10与间隔件50相接触而接合，使第2基板20与间隔件50相接触而接合，由此能够得到图7的结构。该情况下的接合方法也为常温接合、扩散接合或阳极接合。该情况下的接合也不使用有机系的粘接剂。
本实施方式的检测器130b也是，在不使用有机系的粘接剂的情况下使第1基板10与第2基板20对位。由此，能抑制光学特性的偏差。另外，能够通过调整间隔件50的厚度从而调整第1基板10的标尺光栅与第2基板20的标尺光栅之间的光学距离。另外，与使用玻璃块体来代替第1基板10、第2基板20和间隔基板30的情况相比较，能够设置空腔40、减小加工的基板的厚度，另外仅对基板的单面进行加工即可，因此能够使用通常的半导体制造装置，因此质量、加工装置的制约较小。
(第4实施方式)
图8是第4实施方式的检测器130c的剖视图。检测器130c与图7的检测器130b不同的点在于间隔件50的位置。如图8中例示的那样，如果不会成为光路的阻碍，则也可以在除周缘部以外的区域设置间隔件50。例如，也可以在第1基板10的第2主面的中央部与第2基板20的第2主面的中央部之间进一步设置间隔件50。该结构能够提高强度。
(第5实施方式)
图9是第5实施方式的检测器130d的剖视图。如图9中例示的那样，检测器130d与图5的(b)的检测器130不同的点在于，在第1基板10的第2主面与第2基板20的第2主面的接合面的局部具备作为光反射膜或光吸收膜发挥功能的薄膜60。薄膜60在作为光反射膜发挥功能的情况下，以Al、Au、Ag、Cu、Cr、Ti、Pt这样的金属、上述金属的多层膜、Ni-Cr这样的合金等为材料。薄膜60在作为光吸收膜发挥功能的情况下，以DLC(Diamond Like Carbon)、黑色镀层、Ti系氧化物、黑色系涂料等为材料。薄膜60的膜厚例如为几十nm～数百nm。此外，薄膜60作为光吸收膜发挥功能意味着每单位厚度的薄膜60的光吸收量多于每单位厚度的第1基板10和第2基板20的光吸收量。
由于薄膜60的膜厚较小，因此即使设置薄膜60也能够使第1基板10的第2主面与第2基板20的第2主面接合。例如，能够通过在杂散光的路径上设置薄膜60从而抑制杂散光的影响。此外，在本实施方式中也是，能够不使用有机系的粘接剂而是利用常温接合、扩散接合或阳极接合来使第1基板10与第2基板20相接合。
此外，在第2实施方式中，也可以在间隔基板30的接合面的局部设置本实施方式的薄膜60。另外，在第3实施方式和第4实施方式中，也可以在间隔件50的接合面的局部设置本实施方式的薄膜60。
(第6实施方式)
图10是第6实施方式的检测器130e的剖视图。如图10中例示的那样，检测器130e与图7的检测器130b不同的点在于，在空腔40内具备薄膜60。在本实施方式中，能够调整第1基板10的标尺光栅与第2基板20的标尺光栅之间的距离并且能够抑制杂散光的影响。
(第7实施方式)
在第7实施方式的检测器130f中，在空腔内设有标尺光栅。例如，如图11的(a)中例示的那样，检测器130f与图7的检测器130b不同的点在于，在空腔40内设有标尺光栅。例如，如图11的(b)中例示的那样，也可以使第1基板10的第1主面11与第2基板20的第1主面21相对并且在第1基板10的第1主面11的周缘部与第2基板20的第1主面21的周缘部之间配置间隔件50。在该情况下，能够在空腔40内配置标尺光栅13、标尺光栅23和标尺光栅24。在该结构中，标尺光栅被间隔件50包围，因此能够保护标尺光栅并且能够抑制标尺光栅的污染。此外，在该结构中，也可以在空腔40内具备薄膜60。薄膜60设于不设置标尺光栅13、标尺光栅23和标尺光栅24的区域即可。另外，薄膜60也可以设于间隔件50的接合面的局部。
(第8实施方式)
在第8实施方式的检测器130g中，在基板设有凹部，并且在该凹部内设有标尺光栅。检测器130g具备第1基板10g来代替第1基板10，具备第2基板20g来代替第2基板20。图12的(a)是第1基板10g的俯视图。图12的(b)是第1基板10g的剖视图，是图12的(a)的A-A线剖视图。第1基板10g由与第1实施方式的第1基板10相同的材料形成。如图12的(a)和图12的(b)中例示的那样，在第1主面11设有凹部14并且在该凹部14内具备标尺光栅13。
图13的(a)是第2基板20g的俯视图。图13的(b)是第2基板20g的剖视图，是图13的(a)的A-A线剖视图。第2基板20g由与第1实施方式的第2基板20相同的材料形成。如图13的(a)和图13的(b)中例示的那样，在第1主面21设有凹部25和凹部26。在凹部25内具备标尺光栅23。在凹部26内具备标尺光栅24。
如图14的(a)中例示的那样，使第1基板10g的第1主面11与第2基板20g的第1主面21相对。如图14的(b)中例示的那样，在第1基板10g的第1主面11与第2基板20g的第1主面21之间设有间隔基板30。在该情况下，以在俯视时标尺光栅13位于标尺光栅23与标尺光栅24之间的方式使第1基板10g与间隔基板30相接触而接合并且使第2基板20g与间隔基板30相接触而接合。接合的方法为常温接合、扩散接合或阳极接合。
在本实施方式中，在接合时标尺光栅被间隔基板30覆盖而被保护，因此能够抑制标尺光栅的变形等的影响。此外，也可以在间隔基板30的接合面的局部设有薄膜60。
(第9实施方式)
第9实施方式的检测器130h具备在表面设有凹部的间隔件。检测器130h具备间隔基板30h来代替间隔基板30。如图15的(a)中例示的那样，间隔基板30h在第1主面具备凹部31，在第2主面具备凹部32和凹部33。如图15的(b)中例示的那样，使第1基板10与第2基板20相对并且在第1基板10与第2基板20之间配置间隔基板30h。在该情况下，在凹部31内配置有标尺光栅13，在凹部32内配置有标尺光栅23并且在凹部33内配置有标尺光栅24。在此之后，使第1基板10与间隔基板30h相接触而接合，使第2基板20与间隔基板30h相接触而接合。
在本实施方式中也是，在接合时标尺光栅被凹部覆盖而被保护，因此能够抑制标尺光栅的变形等的影响。
在上述各例中，也可以一并制造多个检测器。例如，也可以使用MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)技术一并制造多个检测器。例如，如图16的(a)中例示的那样，使设有多个上述各例的第1基板的基板与设有多个上述各例的第2基板的基板对位而彼此相对。在一并接合后进行裁切，从而如图16的(b)中例示的那样能够得到各检测器。利用该方法能够实现较高的对位精度并且能够一并制造多个检测器。
以上对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明并不限定于上述特定的实施例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内能够进行各种变型、变更。
Claims (10)
1.一种光栅部件，其特征在于，
该光栅部件具备：
在第1主面具备光学光栅的透明的第1基板；以及
在第1主面具备光学光栅的透明的第2基板；
所述第1基板的与该第1基板的所述第1主面相对的第2主面和所述第2基板的与该第2基板的所述第1主面相对的第2主面彼此接合。
2.根据权利要求1所述的光栅部件，其特征在于，
该光栅部件具备设于所述第1基板与所述第2基板之间的局部并且作为光反射膜或光吸收膜发挥功能的薄膜。
3.一种光栅部件，其特征在于，
该光栅部件具备：
在表面具备光学光栅的透明的第1基板；
在表面具备光学光栅的透明的第2基板；以及
配置于所述第1基板与所述第2基板之间的间隔件；
所述第1基板和所述第2基板接合于所述间隔件。
4.根据权利要求3所述的光栅部件，其特征在于，
所述间隔件在所述第1基板与所述第2基板之间形成空腔。
5.根据权利要求4所述的光栅部件，其特征在于，
在所述空腔内具备作为光反射膜或光吸收膜发挥功能的薄膜。
6.根据权利要求4或5所述的光栅部件，其特征在于，
所述第1基板在所述空腔内具备所述光学光栅，
所述第2基板在所述空腔内具备所述光学光栅。
7.根据权利要求3所述的光栅部件，其特征在于，
所述第1基板在一个主面具备设有所述光学光栅的凹部，
所述第2基板在一个主面具备设有所述光学光栅的凹部，
所述第1基板的所述一个主面和所述第2基板的所述一个主面接合于所述间隔件，
所述第1基板的所述光学光栅和所述第2基板的所述光学光栅被所述间隔件覆盖。
8.根据权利要求3所述的光栅部件，其特征在于，
所述间隔件在第1主面具备第1凹部，在与所述第1主面相对的第2主面具备第2凹部，
所述第1基板的设有所述光学光栅的主面与所述第2基板的设有所述光学光栅的主面彼此相对，
利用所述第1凹部配置所述第1基板的所述光学光栅，
利用所述第2凹部配置所述第2基板的所述光学光栅。
9.一种光栅部件的制造方法，其特征在于，该制造方法包括：
使在第1主面具备光学光栅的透明的第1基板与在第1主面具备光学光栅的透明的第2基板以所述第1基板的与该第1基板的所述第1主面相对的第2主面和所述第2基板的与该第2基板的所述第1主面相对的第2主面彼此相对的方式彼此接触的工序；以及
利用常温接合、扩散接合或阳极接合使所述第1基板的所述第2主面与所述第2基板的所述第2主面彼此接合的工序。
10.一种光栅部件的制造方法，其特征在于，
在表面具备光学光栅的透明的第1基板与在表面具备光学光栅的透明的第2基板之间配置间隔件的工序；以及
利用常温接合、扩散接合或阳极接合使所述第1基板和所述第2基板接合于所述间隔件的工序。
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