JP2011237309A - 測長スケール、光学式変位検出装置、及び測長スケールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学式変位検出装置1に用いるスケール部(測長スケール)10において、所定の厚さを有する長尺な基材11と、基材11の長手方向に沿って光透過部および光不透過部を交互に備えた平面状の光学格子12と、を備え、光学格子12は、基材11を厚さ方向に二等分する中心面G上に配されている。
【選択図】図1
Description
この光学式エンコーダ100は、例えば、図7(a)(b)に示すように、スケール部110と、スケール部110に対して光を照射する発光部120と、スケール部110を透過した光を受光する受光部130と、を備えて構成されている。スケール部110は、直方体状のスケール基材111の表面に、その長手方向に沿って光透過部及び光不透過部を交互に備えた平面状の光学格子112が形成されて成り、受光部130にて検出される干渉縞の変化よりスケール部110の相対移動量が検出される構成となっている。
なお、光学格子に曲がりが発生する原因としては、以下のようなものが挙げられる。
1.加工精度に起因するスケール基材そのもののうねり、反り、曲がりなどの形状誤差、2.格子形成工程や位置検出時などにおいてスケール基材を支持したときの変形、3.光学格子の形成時と位置検出時とのスケール基材の変形の仕方との違い。
光学式変位検出装置に用いる測長スケールにおいて、
所定の厚さを有する長尺な基材と、
前記基材の長手方向に沿って光透過部および光不透過部を交互に備えた平面状の光学格子と、を備え、
前記光学格子は、前記基材を厚さ方向に二等分する中心面上に配されていることを特徴とする。
前記光学格子の長手方向の中心軸が、前記基材の長手方向の中心軸と一致することを特徴とする。
前記基材は、円柱形状であることを特徴とする。
請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールと、
前記測長スケールに対して光を照射する光源と、
前記測長スケールの変位を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする。
請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールの製造方法において、
フェムト秒レーザ光によって、前記基材を厚さ方向に二等分する中心面上を局部的に変質処理させることで前記光学格子の前記光不透過部を形成するレーザ照射工程を有することを特徴とする。
請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールの製造方法において、
前記基材は、同一形状の第1基材及び第2基材とからなり、
前記第1基材の表面に前記光学格子の前記光不透過部を形成する光学格子形成工程と、
前記第1基材の前記光学格子の形成された面上に、前記第2基材を接合する接合工程と、
を有することを特徴とする。
よって、基材が厚さ方向に曲がった場合にその影響を極力小さくすることができることとなり、基材の厚さ方向の変形に因る検出誤差が低減され、高精度に測定を行うことができる。
先ず、光学式変位検出装置1の構成について説明する。
本実施形態の光学式変位検出装置1は、例えば、透過型の光学式リニアエンコーダであり、図1に示すように、スケール部(測長スケール)10と、発光部(光源)20と、受光部(検出部)30と、を備えている。
なお、以下の説明において、スケール部10の長手方向をX方向とし、スケール部10の厚さ方向をY方向とする。
基材11は、所定の厚さを有する長尺な直方形状に形成されている。
光学格子12は、フェムト秒レーザ光によって、基材11を厚さ方向(Y方向)に二等分する仮想平面である中心面G上に全体として平面形状に形成されている。この光学格子12は、基材11の長手方向(X方向)に沿って、光透過部及び光不透過部を交互に備えている。
なお、発光部20から出射する光は平行光が好ましく、発光部20とスケール部10の間にビーム成形のためのコリメータレンズを配置してもよいし、或いは、発光部20として、レンズなしでほぼ平行光を出射できる面発光レーザを用いてもよい。
本実施形態における光学式変位検出装置1の製造方法は、レーザ照射工程を有している。
レーザ照射工程は、基材11を所定の大きさの直方体状に加工した後、図3(a)に示すように、フェムト秒レーザ光によって、この基材11をY方向に二等分する中心面G上を局部的に変質処理させることで、基材11に光学格子12を形成する工程である。
本実施形態においては、図3(a)に示すように、スケール部10の基材11内部(中心面G上)にフェムト秒レーザ光を集光させることにより、光学格子12の形成を行う。
なお、変質処理とは、基材11の透過性を無くす処理をいい、例えば、レーザ光によって基材11を焼き焦がして、処理前の透明色の暗色化を行う処理である。この結果、基材11の変質処理を施した部分(光不透過部)は透過性が失われ、常に光を透過しない状態となる。
また、フェムト秒レーザ光の集光点においては、大きなエネルギーが局部的に注入されるので、変質処理部分(光不透過部)を局部的に形成することができる。したがって、微小面積の変質処理によって、その周囲に悪影響を与えることなく、光不透過部を形成することが可能である。
なお、レーザ波長は、基材11の材質によって適宜設定可能であるが、基材11が吸収し易い波長領域とすることが好ましい。
このようにして本実施形態の光学式変位検出装置1は、図3(b)に示すように、基材11の厚さ方向の中心面Gに光学格子12が配された構成となる。
ここで、スケール部10の基材11が上面が凸となるようにY方向に曲がった場合を考える。
このとき、基材11は厚みを有するため、基材11の上面は、基材11の厚さ方向の中心面に比べて伸びることとなる一方、基材の下面は、基材11の厚さ方向の中心面Gに比べて縮むこととなる。
従って、基材11の表面(上面又は下面)に光学格子12を形成したとすると、基材11が厚さ方向に曲がった場合の影響が大きくなってしまう。
しかしながら、本実施形態の光学式変位検出装置1においては、光学格子12は、基材11の中心面G上に形成されているため、このように基材11がY方向に曲がった場合に、その影響を極力小さくすることができるようになっている。
よって、基材11がY方向に曲がった場合にその影響を極力小さくすることができることとなり、基材11のY方向の変形に因る検出誤差が低減され、高精度に測定を行うことができる。
次に、上記第1実施形態の変形例を変形例1として説明する。
変形例1における光学式変位検出装置1Aは、図4に示すように、円柱形状のスケール部10Aを備えている。
具体的に、スケール部10Aは、その基材11Aが、所定の長さを有する円柱形状の透明部材からなり、その中心軸を通る中心面G上に、光学格子12が形成されている。
このスケール部10Aの形成方法としては、上記第1実施形態と同様に、基材11Aを円柱形状に加工した後、フェムト秒レーザ光によって、当該基材11Aを厚さ方向に二等分する中心面G上を局部的に変質処理させることで光学格子12を形成すれば良い。
次に、本発明の第2実施形態について、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
具体的に、スケール部40は、図5に示すように、第1基材41aと第2基材41bを接合してなる基材41と、その接合面に形成された光学格子42と、から成る。
第1基材41a及び第2基材41bは、同一素材で同一の大きさを有し、扁平な直方体状の透明部材である。そして、第1基材41a(又は第2基材41b)の一面に光学格子42を形成し、その上から第2基材41b(又は第1基材41a)を重ねて接合することで、第1基材41a及び第2基材41bの接合面(中心面G)に光学格子42の形成されたスケール部40が構成される。
なお、光学格子42は、第1実施形態の光学格子12と同様の構成である。
このように、本実施形態の光学式変位検出装置2も、その厚さ方向の中心面Gに光学格子42が配されるようになっている。
光学式変位検出装置2の製造方法は、光学格子形成工程S21と、接合工程S22と、を有している。
光学格子形成工程S21では、図6(a)に示すように、第1基材41aの表面に光学格子42の光不透過部を形成する。
ここで、光学格子の形成方法としては、例えば、金属蒸着やスパッタリングなどの公知の方法を使用することができる。
次いで、接合工程S22では、図6(b)に示すように、第1基材41aの光学格子42の形成された面上に、第2基材41bを接合する。
ここで、接合方法としては、例えば、常温接合、接着剤による接合、加熱による接合、等が挙げられる。
これにより、図6(c)に示すように、光学式変位検出装置2のスケール部40が形成される。
また、本実施形態によれば、従来の格子形成方法を活用できるため、低コストである。
その場合には、第1基材及び第2基材として同一な大きさの断面視半円形上の棒状部材を用い、第1基材(又は第2基材)の一面に光学格子を形成した後、第2基材(又は第1基材)を光学格子の形成された面上に接合すれば良い。
10、10A、40 スケール部(測長スケール)
11 基材
11A 基材
31 基材
31a 第1基材
31b 第2基材
12、42 光学格子
20 発光部(光源)
30 受光部(検出部)
G 中心面
Claims (6)
- 光学式変位検出装置に用いる測長スケールにおいて、
所定の厚さを有する長尺な基材と、
前記基材の長手方向に沿って光透過部および光不透過部を交互に備えた平面状の光学格子と、を備え、
前記光学格子は、前記基材を厚さ方向に二等分する中心面上に配されていることを特徴とする測長スケール。 - 前記光学格子の長手方向の中心軸が、前記基材の長手方向の中心軸と一致することを特徴とする請求項1に記載の測長スケール。
- 前記基材は、円柱形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の測長スケール。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールと、
前記測長スケールに対して光を照射する光源と、
前記測長スケールの変位を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする光学式変位検出装置。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールの製造方法において、
フェムト秒レーザ光によって、前記基材を厚さ方向に二等分する中心面上を局部的に変質処理させることで前記光学格子の前記光不透過部を形成するレーザ照射工程を有することを特徴とする測長スケールの製造方法。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の測長スケールの製造方法において、
前記基材は、同一形状の第1基材及び第2基材とからなり、
前記第1基材の表面に前記光学格子の前記光不透過部を形成する光学格子形成工程と、
前記第1基材の前記光学格子の形成された面上に、前記第2基材を接合する接合工程と、
を有することを特徴とする測長スケールの製造方法。
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