JP2009002670A - 表面反射型エンコーダ用スケール及びそれを用いた表面反射型エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】相対移動する部材の相対移動量を検出する表面反射型エンコーダ10に用いられ、該部材である基板16又は該部材に設けられる基板と、該基板16に設けられ、反射回折光に対してその位相を変化させる凹凸を表面にもつ反射型の位相格子18と、を備えた反射型エンコーダ用スケール12において、該位相格子18の凹凸を、金属シリサイド32とクロム30との積層膜で構成したことを特徴とする表面反射型エンコーダ用スケール12。
【選択図】図1
Description
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高い信頼性を得ることのできる表面反射型エンコーダ用スケール及びそれを用いた表面反射型エンコーダを提供することにある。
すなわち、位相格子において、安定した回折格子、高い信頼性を得るためには、位相格子の形状、特に高さを精密に制御する必要がある。このためにスケールで信頼性のあるクロムと、エッチング処理においてエッチングストッパとなる金属との組合せが検討されてきた。
しかしながら、このような組合せでは、過酷な条件下、例えば高湿度環境下で、位相格子表面に酸化が生じやすい。この部分で回折効率が大幅に低下するので、エンコーダの信頼性を損なうのである。
すなわち、金属シリサイドとクロムとの組合せにより、光の反射率を落とすことなく、高い信頼性が得られるのである。
これにより、表面反射型エンコーダの更なる信頼性の向上を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる表面反射型エンコーダ用スケールは、相対移動する部材の相対移動量を検出する表面反射型エンコーダに用いられ、該部材である基板又は該部材に設けられる基板と、該基板に設けられ、反射回折光に対しその位相差を変化させる凹凸を表面にもつ反射型の位相格子と、を備えた反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記位相格子の凹凸を、金属シリサイドとクロムとの積層膜で構成したことを特徴とする。
なお、本発明において、前記金属シリサイドは、チタンシリサイドであることが特に好適である。
なお、本発明においては、前記位相格子の凹部が前記クロム膜で構成されるように前記基板の上に該クロム膜が設けられ、
前記位相格子の凸部が前記金属シリサイド膜で構成されるように、前記クロム膜の上に所定ピッチの該金属シリサイド膜が設けられていることが好適である。
ここにいう凹、及び凹部とは、格子溝の谷底をいう。
また、本発明においては、前記位相格子の表面全体に、金の薄膜を均一にコートすることが好適である。
また、前記目的を達成するために本発明にかかる表面反射型エンコーダは、前記の本発明にかかる表面反射型エンコーダ用スケールと、検出機構と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記検出機構は、前記位相格子に可干渉光を入射して反射回折光を生じさせ、前記部材の相対移動により変化する該位相格子での反射回折光の位相変化を光の干渉を用いて検出し、該部材の相対移動量を得るためのものとする。
本発明の検出機構としては、例えば特開2005−308718号公報に記載のものが一例として挙げられる。
本発明においては、基板側より順にクロム膜、金属シリサイド膜を積層し位相格子を構成することにより、更なる信頼性の向上を図ることができる。
本発明においては、さらに、位相格子の表面全体に金の薄膜を均一にコートすることにより、更なる信頼性の向上を図ることができる。
図1には本発明の一実施形態にかかる表面反射型エンコーダの概略構成が示されている。
同図に示す表面反射型エンコーダ10は、表面反射型エンコーダ用スケール12と、検出機構14と、を備える。
ここで、基板16は、例えばガラス基板よりなる。
また、位相格子18は、本発明において特徴的なチタンシリサイドとクロムとの積層膜で構成されており、基板16に設けられている。位相格子18は、表面に断面矩形波状の格子溝(凹凸)をもつ反射回折格子であり、反射回折光に対して、その位相を変化させる。
ここで、光出射手段20は、光源24と、光透過性部材26を備える。光透過性部材26には、インデックス格子28が設けられる。
また、受光手段22は、光透過性部材26に設けられ、受光素子27群を含む。
そして、検出機構14は、光源24からの可干渉光をインデックス格子28を介してスケール12に入射させて、スケール12での反射回折光(L1,L2)同士を干渉させ、スケール12の相対移動による干渉縞の明暗の変化を受光手段22で検出する。受光手段22では、前記干渉縞の明暗の変化を光電変換する。そして、演算手段29では受光手段22からの電気信号に基づき、スケール12の相対移動量を得ている。
このために本実施形態においては、図2に示されるような断面矩形波状の格子溝を、凹部18aと凸部18bとで構成している。
そして、同図に示されるように、位相格子18の凹部18aがクロム膜30で構成されるように基板16の上にクロム膜30が設けられている。また、位相格子18の凸部18bがチタンシリサイド膜(金属シリサイド)32で構成されるように、クロム膜30の上に所定ピッチのチタンシリサイド膜32が設けられている。
本実施形態にかかる表面反射型エンコーダ10によれば、前記各手段を有するので、検出機構14とスケール12との相対移動量を得ることができる。すなわち、光源24からの可干渉光をインデックス格子28に照射すると、インデックス格子28により明暗パターンが生じる。位相格子18が設けられたスケール12に対し、検出機構14を図中X軸方向に沿って移動すると、明暗パターンの変化に応じた正弦波状の光信号が生じる。例えば凹部18aで反射された光と、凸部18bで反射された光との位相差により干渉された光の信号が生じる。この信号に含まれる互いに位相が異なる光信号がそれぞれに対応する受光素子27で検出される。各受光素子27の出力信号は、演算手段29に送られ、演算手段29で検出機構14とスケール12との相対移動量が演算される。
また、本実施形態においては、膜応力の小さいチタンシリサイドを用いているので、チタンシリサイドとクロムとの組合せ以外のものに比較し、基板の反りを大幅に低減することができる。このような膜応力の点からも、本実施形態においては、高い信頼性を得ることができる。
図3には本実施形態にかかるスケール、及び同一形状の比較例のスケールを、同じ高湿度環境下に置いた結果が示されている。
なお、同図(A)は本実施形態にかかるスケールの位相格子表面の様子、同図(B)は同図(A)に示した位相格子表面の拡大図、同図(C)は比較例のスケールの位相格子表面の様子である。
すなわち、本実施形態として、前記図2に示したスケール12を用いた。比較例として、前記図2に示したスケール12において、チタンシリサイド膜32に代えて、タングステン膜を用いた。
なお、本発明は前記構成に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形が可能である。例えば下記の製造方法、積層順、表面コートを用いることが、より好ましい。
本実施形態においては、信頼性の更なる向上を図るためには、位相格子の凹凸を、より均一に作ることが非常に重要である。このために本実施形態においては、数ある製造方法の中でも、以下の製造方法を用いることが、特に好ましい。すなわち、チタンシリサイドとクロムとの積層膜構造により、膜材料の加工時に用いるエッチングストッパとしての働きを利用して、格子構造の高精度加工、位相格子としての回折効率の安定化が図られるからである。
同図に示す製造方法は、成膜工程(S10)と、マスク工程(S12)と、エッチング工程(S14)とを、順に備える。
マスク工程(S12)では、チタンシリサイド膜32の上に設けたフォトレジスト膜に、ホログラフィやマスクによる転写露光などの露光と現像処理などを行うことにより所定の間隔をもった平行な格子34を形成する。
エッチング工程(S16)では、フォトレジスト膜の格子34をマスクとして、クロム膜30をエッチングストッパとして用いて、上方からフッ素系ガス及び酸素を含むエッチングガスでエッチングし、チタンシリサイド膜32の非マスク部を選択的に除去する。この結果、クロム膜30の上に、所定ピッチのチタンシリサイド膜32を構成することができる。
最後にマスク(フォトレジスト膜の格子34)を除去する。
すなわち、本実施形態においては、更なる高信頼性を得るため、エンコーダ検出を高精度に行うため、位相格子の凹凸を、より均一につくる必要がある。
ここで、一つの金属で位相格子の凹凸を構成したのでは、エッチングで、各凹凸を均一につくるのが困難である。
これに対し、本実施形態においては、チタンシリサイド及びクロムの一方をエッチングストッパにすることで、位相格子の各凹凸を、均一につくることが容易となる。
このような位相格子の各凹凸を均一に作ることが容易となる製造方法を採用するためにも、位相格子としてチタンシリサイドとクロムとの組合せの採用が非常に重要である。
ここで、位相格子の凹凸を、より均一につくるためには、クロム膜、チタンシリサイド膜の積層順の考慮も非常に重要である。
すなわち、基板側より順にチタンシリサイド膜、クロム膜を積層し、塩素系ガス及び酸素を含むエッチングガスでクロムをエッチングしたのでは、微量、つまり本発明のスケールとして用いるのに問題のない量ではあるが、チタンシリサイドもエッチングされてしまうことがある。
一方、基板側より順にクロム膜、チタンシリサイド膜を積層し、フッ素系ガス及び酸素を含むエッチングガスでチタンシリサイドをエッチングすると、クロムが確実にエチングストッパとして働き、クロムはエッチングされない。これにより、位相格子の凹凸をより均一につくることができる。
このように本実施形態においては、位相格子の凹凸をより均一につくるためにも、クロム膜で位相格子の凹部が構成され、かつチタンシリサイド膜で位相格子の凸部が構成されるように、基板側より順に、クロム膜、チタンシリサイド膜を積層することが、より好ましい。
本実施形態においては、以下の信頼性の観点からも、積層順は非常に重要である。
すなわち、本実施形態のエンコーダによる検出を高精度に行うためには、入射光の波長に基づき位相格子の凹凸の高さ(段差)を制御する必要がある。このために位相格子の凸部は厚膜にしたり、薄膜にしたり、膜厚の制御のし易さが非常に重要である。
ここで、クロムを位相格子の凸部にした場合、クロムは成膜された膜の応力が高いので、厚膜にしていくと、次第に、反りないし剥がれが生じ易くなる。これにより、スケールの精度変化が生じる可能性がある。
これに対し、チタンシリサイドを位相格子の凸部にした場合、チタンシリサイドは、成膜された膜の応力が低いので、厚膜にしても、反りや剥がれが生じ難い。このため反りや剥がれを大幅に低減することができるので、スケールの精度変化も大幅に低減することができる。
このような検討結果からも、本実施形態においては、クロム膜で位相格子の凹部が構成され、かつチタンシリサイド膜で位相格子の凸部が構成されるように、基板側より順に、クロム膜、チタンシリサイド膜を積層することが、他の積層順のものに比較し、より好ましい。
本実施形態においては、検出の更なる高精度化を図るため、スケール全体の光反射率を上げることも非常に重要である。スケール全体の反射率を上げるためには、位相格子の表面に金属をコーティングすることが好ましく、その場合、反射率の高い金属から、安定性の良い金を選択することが特に好ましい。
本実施形態においては、スケールの反射率及び信頼性の双方を得るため、金との密着性の良いクロム及びチタンシリサイドを選択している。
すなわち、本実施形態においては、図4に示したマスクの除去後に、表面コート工程(S16)を設けている。表面コート工程(S16)では、同図(D)に示されるように、位相格子18の表面全体に、金の薄膜36を均一にコートしている。
この結果、本実施形態においては、スケール全体の光反射率を、より高めることができるので、スケールの信頼性の、更なる向上を図ることができる。
12 表面反射型エンコーダ用スケール
14 検出機構
16 基板
18 位相格子
18a 位相格子凹部
18b 位相格子凸部
30 クロム膜
32 チタンシリサイド膜(金属シリサイド膜)
36 金の薄膜
Claims (5)
- 相対移動する部材の相対移動量を検出する表面反射型エンコーダに用いられ、該部材である基板又は該部材に設けられる基板と、該基板に設けられ、反射回折光に対しその位相を変化させる凹凸を表面にもつ反射型の位相格子と、を備えた反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記位相格子の凹凸を、金属シリサイドとクロムとの積層膜で構成したことを特徴とする表面反射型エンコーダ用スケール。 - 請求項1記載の表面反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記金属シリサイドは、チタンシリサイドであることを特徴とする表面反射型エンコーダ用スケール。 - 請求項1又は2記載の表面反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記位相格子の凹部が前記クロム膜で構成されるように、前記基板上に該クロム膜が設けられ、
前記位相格子の凸部が前記金属シリサイド膜で構成されるように、前記クロム膜上に所定ピッチの金属シリサイド膜が設けられていることを特徴とする表面反射型エンコーダ用スケール。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の表面反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記位相格子の表面全体に、金の薄膜を均一にコートしたことを特徴とする表面反射型エンコーダ用スケール。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の表面反射型エンコーダ用スケールにおいて、
前記位相格子に可干渉光を入射して反射回折光を生じさせ、前記部材の相対移動により変化する該位相格子での反射回折光の位相変化を光の干渉を用いて検出し、該部材の相対移動量を得るための検出機構を備えたことを特徴とする表面反射型エンコーダ。
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